CN1159968A - 粉末束加工机的粉末密封装置 - Google Patents

Abstract

粉末束加工机的粉末密封装置包括一加工室，供在其中喷射粉末束以加工工件。该密封装置有一薄膜柱状构件和一圆柱形安装托架，前者使加工室外周面上形成的开口部分和穿过其中的传动轴之间形成密封，后者固定于开口部分且其小腔与加工室连通。薄膜件用弹性薄膜材料做成锥形，其一端固定到安装托架一端，另一端固定到传动轴外周面一侧。当加工室呈负压时，薄膜件的中间段被延伸吸入小腔内而不产生皱折，从而防止破裂，并能延长密封装置的寿命。

Description

粉末束加工机的粉末密封装置

本发明涉及一种粉末束加工机的粉末密封装置，该加工机用粉末束喷射到工件上对工件加工，更具体地说是用在高速气流中含粉末(精细粒子)的固气两相该撞击工件。

已知的各种粉末束加工机中有一种把工件安装固定在托架上，以高速气流中含粉末的固/气两相流射向工件使工件得到加工。这种加工机的加工室中有一操作台、固定在该操作台上的工件安装托架和一加工喷嘴，喷嘴把固/气两相流射向安装在托架上的工件。工件的加工过程是先以操作台和加工喷嘴的相对运动调整加工喷嘴与托架上工件的相对位置，再由加工喷嘴把固/气两相流射到工件表面的符合要求的位置上，上述的操作台与加工喷嘴的相对运动是由穿过加工室的传动轴在加工室外控制的。这种加工机有粉末密封装置，防止粉末从传动轴穿过部位漏到外面。

图1是粉末束加工机同类产品粉末密封装置典型样机的视图。在该图中，标号101指加工室外壁面，102指限定外壁101上孔口部分的矩形柱体，103是从加工室外面穿过柱体102伸入工作室内部的传动轴，而104则是由弹性薄膜材料构成的薄膜柱状构件。就薄膜柱状构件104而言，它的一端呈矩形，该端沿柱体102开口部分周边气密(封)固定，而其另一端气密安装到传动轴103表面。套上薄膜柱形构件104可使传动轴103穿过柱体102的孔口时具有密封性。

在粉末束加工机中，加工室中的负压通常使薄膜柱状构件104吸向加工室侧，但由于在粉末束加工机的同类产品中柱体102的开口被加工成矩形，所以薄膜柱状构件104因开口的尖角而起皱，起皱部分容易破裂。

由于粉末束加工机同类产品没有装置可排放已经通过开口进入薄膜柱状构件104的粉末，这种进入粉末的重量像载荷一样作用到该薄膜柱状构件104上，它所带来的麻烦是薄膜构件104可能会破裂，装配部位可能松动。

在这种粉末束加工机中，在薄膜柱状构件104附近装上粉末探测(传感)器，当薄膜柱状构件104破裂时能发现粉末从薄膜柱状构件104中泄漏出；但因粉末探测器装在大气环境中。因此，漏到大气中的粉末在空中飞扬，难以测出粉末的漏出量，结果，探测精度较差。

本发明的一个目的是提供一种粉末束加工机的粉末密封装置，它的结构能提高密封性。

为达上述目的，根据本发明，粉末束加工机有一加工室，可向工件喷射粉末来使工件被加工；该粉末加工机的粉末密封装置包括一薄膜柱状构件和基本呈圆柱形的安装托架，前者用于使加工室的外周面上的开口部分和从其中穿过的传动轴所形成的空间密封，而后者有一小腔与加工室相通并装在开口部分上。这里的薄膜柱状构件是用弹性薄膜材料制成大体上呈锥形，它的一端固定到开口部分侧的安装托架一端而另一端安装固定到传动轴外圆表面一侧，因此当加工室处于负压状态时薄膜柱状构件中间段被吸入凸向小腔内部。

采用这种锥形薄膜柱状构件时，当薄膜柱状构件中间段被吸向加工室侧以凸出状态保持在小腔中，不发生任何皱折。这就能从结构上防止薄膜柱状构件产生损坏，因而延长了粉末密封装置的工作寿命。

以上所说薄膜柱状构件最好是双层柱状结构，外层在内层附近，其间的间隙可使内层薄膜保持被吸向小腔的凸出状态。在这种结构中，只有内层薄膜被负压吸引凸向小腔而外层薄膜位于原处，因此外观好，并能提高强度，增进可靠性。

本发明的粉末密封装置可以有一传感器装在内外薄膜之间的间隙中，用于发现因内膜破裂而进入间隙的粉末。在这种结构中，漏入间隙的粉末在扩散到大气中之前就被传感器发现，因而能发现微量粉末而提高探测精度。此外，内膜破损时粉末只会漏入间隙而不会漏到外膜以外，因此可防止整机内部受污染。

本发明的粉末密封装置还可以有一排放已进入小腔的粉末的设备。在这种结构中，已进入小腔的粉末连续地从出粉口排放掉。这样使内膜不会因粉末积累的重量而破裂，也不会因粉末积累使安装固定部件移位从而提高可靠性。

在本发明的粉末密封装置中，开口部分的尺寸可开到与传动轴活动范围相应的最小值。在这种结构中，可以把从工作室流入小腔的粉末量降到最低。

如上所述，根据本发明用简单的结构就可使粉末密封性提高，而且密封元件工作寿命也能提高，此外，即使粉末漏了，也可立即发现，于是防止粉末漏到外面，提高了可靠性。本发明的简单描述

本发明的上述的和其他的目的、特点和优点从本发明最佳实施例及其附图的详细说明中将会明白，这些附图是：

图1是粉末密封装置同类产品一个实例的示意性透视图。

图2是本发明粉末束加工机一个实施例的系统图。

图3是本发明粉末密封装置某一实施例的主要部分的截面放大图，以及

图4是图3所示粉末密封装置主要部分的示意性透视图。

图2是本发明粉末束加工机某一实施例的系统图。在说明本发明粉末密封装置详细结构之前，先根据此图描述该粉末束加工机的工艺流程和整体布局。

图2所示的粉末束加工机，其粉末以高速喷向工件，它有多种用途。其中之一是利用高速粉末碰撞靶材料所发生的碰撞能精密蚀刻如铁氧体、玻璃或陶瓷等硬质脆性材料。

在图2中，标号1所指的抽气装置1是一个把固/气两相流分成粉末和空气的分离装置。抽气装置1被过滤板2分隔成小室1a和1b。小室1a的底部与连接段1c相连，连接段1c中有一蝶形阀3可打开或关闭连接段1c。

小室1a通过管线16还连接到粉末束加工室12侧面。空气与粉末混合的固/气两相流从加工室12输送到抽气装置1。固/气两相流中的粉末被过滤板2留在小室1a内并经连接段1c送到贮存箱5。穿过过滤板2的空气经小室1b和管线14供应到加工室12一侧，有部分排到外界。一探测器20装在管线14内直接位于加工室12的前方。当加工室12内部处于正压状态，该状态用探测器20检测。探测器20包括三部分：与加工室12连通的圆柱形部分21、从圆柱体21的中央段分叉出来的一弹性膜盒22、和在膜盒22外侧邻近设置的微动开关24。当加工室12内部处于负压状态，膜盒22收缩，微动开关24接通(或断开)。此外，当加工室12内部处于正压状态，则膜盒22膨胀，微动开关24切断(或接通)。因此，举例说，当加工室12由于抽气装置1出现故障而处于正压状态，根据探测器20的信号很容易测出该状态。

贮存箱5起到临时贮存抽气装置1分离出来的粉末的作用，内部装有螺旋器6。

抽气装置1的小室1b通过管线15连接到贮存箱5，管线15是内装起到开/闭阀作用的蝶形阀4的气体引导装置。管线15由蝶形阀4的工作开或闭。管路15开通则高压空气即从抽气装置1的小室1b输入贮存箱5。螺旋器6藉螺杆6a的转动使贮存在贮存箱5中的粉末经隔离器9输送到混合槽8。混合槽8所起作用是使从贮存箱5供应的粉末与高压空气混合。混合槽8中的粉末重量可用电子测力天平11精确测量、就是说，电子测力天平11能计量贮存在混合槽8中的粉末重量。举例说，如果电子测力天平11测定值为2kg，则表明该粉末量可供粉末束加工时间长达30至60分钟。

隔离器9把贮存箱9与混合槽8机械地分开(浮动方式L)以测量混合槽8中粉末P的重量，隔离器9的管路8b把粉末从贮存箱5正向输送到混合槽8一侧。

混合槽8的上部开口处有一三角形闸门(或阀门)17作为开/闭阀。混合槽8中的粉末被从底部向顶部输送规定压力的高压空气吹入上面管路8c中。输送规定压力高压空气的装置将在以下讨论。

供气8a经空气干燥器8e、流量传感器8f、支管8g和调节器8h送到混合槽8的底部。空气干燥器8e适用于将供气8d干燥，流量传感器8f用于测量干燥空气的流量，支管8g用于把这样干燥过的高压空气分叉进入调节器8h和流量控制器8i。干燥过的高压空气先供应到流量控制器8i再送到喷射器8k。该喷射器8k的作用是把干燥的高压空气与从混合槽8吹入管路8c的粉末相混合，并将混合物加速送入喷嘴12a。就是说，经喷射器8k加速的固/气两相流通过管路8m送到加工室12中的喷嘴12a内。此外，高压空气送到混合槽8的下部8i中的压力范围，举例说，是0.5至3.5kg/cm²，三角形闸门17做成打开时仅是使粉末从贮存箱5送到混合槽8。

以下说明上述粉末束加工机的操作。应当注意本实施例中应用的粉末的平均粒度范围为3～11.5μm。首先，把工件13(典型的工件是具有抗蚀图的基片)固定到加工台(未示)上，该加工台位于加工室12的上部。从另一方面来说，混合槽8中的粉末P经喷射器8k和管路8m被送到喷咀12a中。喷嘴12a装在传动轴30的前端，该传动轴30是从加工室12的外边穿过加工室12外周表面上的开口部分伸到加工室12内部的。当传动轴30把喷嘴12a移动到对准工件13(基片)后，含粉末的空气喷到工件13的要求部位上，结果，工件13的表面被粉末束按抗蚀图进行蚀刻。

喷射到工件13(基片)上的粉末最后落到加工室12的底部，并经管路16送到抽气装置1。过滤板2将粉末与高压空气分开，让粉末P留在小室1a内。高压空气经管路14输送到加工室12。留在小室1a中的粉末在蝶形阀3开启、蝶形阀4关闭的情况下通过连接段1c进入贮存箱5。这时螺旋器6停止转动，三角形闸门17也关上。

粉末P从抽气装置1输送到贮存箱5时，管路15中的蝶阀4应关闭的理由是：如果这时打开蝶阀4，则小室1b中的空气会同时流入贮存箱5和加工室12，会使进入加工室一侧的高压空气流量减少。因此当粉末从抽气装置1输送到贮存箱5时蝶阀4关闭，以免粉末回收量减少。

贮存箱5中存贮的粉末P是准备要送到混合槽8去的。在此准备阶段，蝶阀3关闭，蝶阀4开启，螺旋器6停转而三角形闸门17打开。然后，转动贮存箱5内的螺旋器6，贮存箱5中的粉末P就经隔离器9内的管路8b送入混合槽8。这时，蝶阀3关闭而蝶阀4开启。

以下的现象可用蝶阀4控制管路15的开度加以防止。当管路15中的蝶阀4关阀，会出现一种现象，即贮存槽5中的粉末P经连接段1c上的蝶阀3的小间隙倒流到抽气装置1，特别是，粉末P经混合槽8内三角形闸门17上方的隔离器9流到外部或倒流到贮存箱5。为了克服这种麻烦事，可打开管路15上的蝶阀4，这样，抽气装置1的小室1b中的高压空气正向进入贮存箱5，使粉末不会经蝶阀3的间隙倒流，也不会从混合槽8的隔离器9中倒流到外部。

粉末与高压空气混合而成的固/气两相流用抽气装置1中的过滤板2可把粉末与空气分开，分离出来的粉末P经贮存箱5回收到混合槽8。回收到混合槽8中的粉末P(精细颗粒)可用加工室12中的喷嘴12a再次喷射到工件13上。

图3和图4示出粉末密封装置中配置操作喷嘴12a的传动轴30那部分的详细结构。图3是表示该部分结构核心部分的放大剖面图。图4是图3所示核心部分的简单透视图。

图3和图4中圆柱体33与加工室12的外壁31组成一体，传动轴30穿过圆柱体33的开口部分32。圆柱体33的尺寸相对于传动轴30沿x、y方向运动是最小的，以减少粉末经过开口段32流到加工室12外面的漏泄量。

图4中的标号34指安装托架，它大致成短圆柱形，其中是小腔37。安装托架的一端气密装配到圆柱体33的开口部分32，而另一端则通过法兰35件与薄膜柱状构件36呈气密封连接。此外，标号38指O型密封圈，放在安装托架34与法兰件35中间。安装托架34下侧中央部位上有一出料口39，用于排放已进入小腔34并沉积的粉末。一排料软管40套到出料口39的前端。此外，软管40上有一开/闭阀(未示)经该开/闭阀通到小腔37。

标号41指圆筒轴承，滑动支承着传动轴30。标号42是套在圆筒轴承41外周的圆形护圈。护圈42与圆筒轴承41滑动配合，螺母43拧紧在圆筒轴承41的端部。传动轴30通过轴承41中央滑配合装于其中。旋转轴30的另一端伸到加工室12的外面，装到驱动机构44上，使传动轴30与喷嘴12a能一起运动(见图2)。

薄膜圆柱状构件36是由内薄膜柱状件(内膜件)36A和外薄膜柱状件(外膜件)36B组成，它们都是用弹性薄膜材料做成圆锥形。内膜件36A的一端围绕法兰件35的外圆柱面呈气密封连接，另一端则围绕护圈42一端的外圆柱气密连接。内膜件36A的中间部分构造做成松弛的。通常，由于抽气装置1的运转，加工室12处于复压状态，因此如图3所示，内膜件36A的中间段被负压吸引凸向小腔37内部。

相反，外膜件36B的一端围绕法兰件35的外圆面装配连接而另一端围绕护圈42另一端的外圆周面装配连接。内膜件36A和外膜件36B之间形成间隙(空间)45，气密性不强。探测粉末的传感器46放在间隙45内并装到护圈42外周表面上，以光敏元件作为探测粉末的传感器，但也可用其它构造的传感器。此外，标号47指放在轴承41和护圈42中间的O型密封圈。

本实施例的粉末密封装置中；由于薄膜柱状构件36大致做成锥形，所以当内膜件36A被负压吸向加工室一侧并吸进小腔37中保持膨胀凸状，而不会有皱纹。这从结构上防止内膜件36A发生破损，从而延长了粉末密封装置的使用寿命。此外，即使加工室12处于负压状态。外膜件36B也不会被拉长。

本实施例中，薄膜柱形构件36由内膜件36A和外膜件36B组成，它们叠放设置中间有间隙，因此负压只把内膜件拉长吸进小腔37中，而外膜件36B仍处于原位。这对改善外观特性，提高强度和增强可靠性都是有利的。

本实施例的粉末密封装置还可在内外膜件36A、36B之间的间隙45中装一传感器46。这样布置时，当内膜件36A破损，粉末充满间隙45，传感器46能探测到粉末。因此，漏入间隙45中的粉末在扩散之前就能被光电传感器的光线接受部件可靠地发现，甚至微量粉末也能发现，从而提高了探测精度。此外，当内膜件36A破裂时，粉末只漏到间隙45中，不会漏到外膜件36B以外，因此不会污染整机内部。

本实施例的粉末密封装置还可以有排料口39，使进入小腔37的粉末排放出去，这样，已进入小腔37的粉末能连续通过排放口39排放。这样防止内膜件36A由于积累粉末的重量而破裂，也使安装部件不会因积累粉末的重量而移动位置，从而增进了可靠性。还有，本实施例中开口部分32可相对于传动轴30的活动范围做得最小。这种结构中，从加工室12流到小腔37的粉末量也最少。

本实施例中应用的空气可用其它气体替代。虽然本实施例的探测器20装在管路14中，但也可装在其它位置例如可装在安装托架34上。在此情况下，探测器开口部分设在安装托架的外周部位上(例如在上侧面)并用薄胶皮密封。胶皮的拉伸状态可用微动限位开关探测(例如用过流传感器测金属箔)，从而探测加工室12的正压状态。

虽然本发明的优选实施例用特定条件加以说明，但这种说明只是示意性的。应当注意，在不背离下述权利要求书的精神实质和范围可有种种修改和变型。

Claims (5)

1.一个包含有以粉末束射向工件的工件加工室的粉末束加工机粉末密封装置，该粉末密封装置包括：

一薄膜柱状构件，用于在所说的加工室外周表面构成的开口部分和从中穿过的传动轴之间起密封作用；以及

大致为圆柱形的安装托架，它的小腔与所说的加工室连通，且本身固定在所说的开口部分上；

其特征在于，该薄膜柱状构件由弹性薄膜材料做成大致呈锥形，该薄膜柱状构件的一端固定在开口部分侧的安装托架一端，而其另一端安装固定在传动轴的外圆表面一侧；

因此，当所述加工室处于负压状态，所述薄膜柱状构件的中间段被吸引膨胀凸向所说的小腔内。

2.一按权利要求1的粉末密封装置，其特征在于：所述薄膜柱状构件是双层圆柱形结构，外薄膜柱状件围绕内薄膜柱状件设置而内膜件和外膜件之间有间隙。

3.一按权利要求2的粉末密封装置，在所述内、外膜件之间的所述间隙中装一传感器，可探测因所述内膜件破裂而进入所述间隙的粉末。

4.一按权利要求1的粉末密封装置，还有一用于排放进入小腔中的粉末的排放装置。

5.一按权利要求1的粉末密封装置，其特征在于：所述开口部分的大小做成相应于所述传动轴活动范围的最小值。

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