專利名稱：粉末束加工機(jī)的粉末密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉末束加工機(jī)的粉末密封裝置，該加工機(jī)用粉末束噴射到工件上對工件加工，更具體地說是用在高速氣流中含粉末(精細(xì)粒子)的固氣兩相該撞擊工件。
已知的各種粉末束加工機(jī)中有一種把工件安裝固定在托架上，以高速氣流中含粉末的固/氣兩相流射向工件使工件得到加工。這種加工機(jī)的加工室中有一操作臺、固定在該操作臺上的工件安裝托架和一加工噴嘴，噴嘴把固/氣兩相流射向安裝在托架上的工件。工件的加工過程是先以操作臺和加工噴嘴的相對運(yùn)動調(diào)整加工噴嘴與托架上工件的相對位置，再由加工噴嘴把固/氣兩相流射到工件表面的符合要求的位置上，上述的操作臺與加工噴嘴的相對運(yùn)動是由穿過加工室的傳動軸在加工室外控制的。這種加工機(jī)有粉末密封裝置，防止粉末從傳動軸穿過部位漏到外面。


圖1是粉末束加工機(jī)同類產(chǎn)品粉末密封裝置典型樣機(jī)的視圖。在該圖中，標(biāo)號101指加工室外壁面，102指限定外壁101上孔口部分的矩形柱體，103是從加工室外面穿過柱體102伸入工作室內(nèi)部的傳動軸，而104則是由彈性薄膜材料構(gòu)成的薄膜柱狀構(gòu)件。就薄膜柱狀構(gòu)件104而言，它的一端呈矩形，該端沿柱體102開口部分周邊氣密(封)固定，而其另一端氣密安裝到傳動軸103表面。套上薄膜柱形構(gòu)件104可使傳動軸103穿過柱體102的孔口時具有密封性。
在粉末束加工機(jī)中，加工室中的負(fù)壓通常使薄膜柱狀構(gòu)件104吸向加工室側(cè)，但由于在粉末束加工機(jī)的同類產(chǎn)品中柱體102的開口被加工成矩形，所以薄膜柱狀構(gòu)件104因開口的尖角而起皺，起皺部分容易破裂。
由于粉末束加工機(jī)同類產(chǎn)品沒有裝置可排放已經(jīng)通過開口進(jìn)入薄膜柱狀構(gòu)件104的粉末，這種進(jìn)入粉末的重量像載荷一樣作用到該薄膜柱狀構(gòu)件104上，它所帶來的麻煩是薄膜構(gòu)件104可能會破裂，裝配部位可能松動。
在這種粉末束加工機(jī)中，在薄膜柱狀構(gòu)件104附近裝上粉末探測(傳感)器，當(dāng)薄膜柱狀構(gòu)件104破裂時能發(fā)現(xiàn)粉末從薄膜柱狀構(gòu)件104中泄漏出；但因粉末探測器裝在大氣環(huán)境中。因此，漏到大氣中的粉末在空中飛揚(yáng)，難以測出粉末的漏出量，結(jié)果，探測精度較差。
本發(fā)明的一個目的是提供一種粉末束加工機(jī)的粉末密封裝置，它的結(jié)構(gòu)能提高密封性。
為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，粉末束加工機(jī)有一加工室，可向工件噴射粉末來使工件被加工；該粉末加工機(jī)的粉末密封裝置包括一薄膜柱狀構(gòu)件和基本呈圓柱形的安裝托架，前者用于使加工室的外周面上的開口部分和從其中穿過的傳動軸所形成的空間密封，而后者有一小腔與加工室相通并裝在開口部分上。這里的薄膜柱狀構(gòu)件是用彈性薄膜材料制成大體上呈錐形，它的一端固定到開口部分側(cè)的安裝托架一端而另一端安裝固定到傳動軸外圓表面一側(cè)，因此當(dāng)加工室處于負(fù)壓狀態(tài)時薄膜柱狀構(gòu)件中間段被吸入凸向小腔內(nèi)部。
采用這種錐形薄膜柱狀構(gòu)件時，當(dāng)薄膜柱狀構(gòu)件中間段被吸向加工室側(cè)以凸出狀態(tài)保持在小腔中，不發(fā)生任何皺折。這就能從結(jié)構(gòu)上防止薄膜柱狀構(gòu)件產(chǎn)生損壞，因而延長了粉末密封裝置的工作壽命。
以上所說薄膜柱狀構(gòu)件最好是雙層柱狀結(jié)構(gòu)，外層在內(nèi)層附近，其間的間隙可使內(nèi)層薄膜保持被吸向小腔的凸出狀態(tài)。在這種結(jié)構(gòu)中，只有內(nèi)層薄膜被負(fù)壓吸引凸向小腔而外層薄膜位于原處，因此外觀好，并能提高強(qiáng)度，增進(jìn)可靠性。
本發(fā)明的粉末密封裝置可以有一傳感器裝在內(nèi)外薄膜之間的間隙中，用于發(fā)現(xiàn)因內(nèi)膜破裂而進(jìn)入間隙的粉末。在這種結(jié)構(gòu)中，漏入間隙的粉末在擴(kuò)散到大氣中之前就被傳感器發(fā)現(xiàn)，因而能發(fā)現(xiàn)微量粉末而提高探測精度。此外，內(nèi)膜破損時粉末只會漏入間隙而不會漏到外膜以外，因此可防止整機(jī)內(nèi)部受污染。
本發(fā)明的粉末密封裝置還可以有一排放已進(jìn)入小腔的粉末的設(shè)備。在這種結(jié)構(gòu)中，已進(jìn)入小腔的粉末連續(xù)地從出粉口排放掉。這樣使內(nèi)膜不會因粉末積累的重量而破裂，也不會因粉末積累使安裝固定部件移位從而提高可靠性。
在本發(fā)明的粉末密封裝置中，開口部分的尺寸可開到與傳動軸活動范圍相應(yīng)的最小值。在這種結(jié)構(gòu)中，可以把從工作室流入小腔的粉末量降到最低。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明用簡單的結(jié)構(gòu)就可使粉末密封性提高，而且密封元件工作壽命也能提高，此外，即使粉末漏了，也可立即發(fā)現(xiàn)，于是防止粉末漏到外面，提高了可靠性。本發(fā)明的簡單描述本發(fā)明的上述的和其他的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)從本發(fā)明最佳實(shí)施例及其附圖的詳細(xì)說明中將會明白，這些附圖是圖1是粉末密封裝置同類產(chǎn)品一個實(shí)例的示意性透視圖。
圖2是本發(fā)明粉末束加工機(jī)一個實(shí)施例的系統(tǒng)圖。
圖3是本發(fā)明粉末密封裝置某一實(shí)施例的主要部分的截面放大圖，以及圖4是圖3所示粉末密封裝置主要部分的示意性透視圖。
圖2是本發(fā)明粉末束加工機(jī)某一實(shí)施例的系統(tǒng)圖。在說明本發(fā)明粉末密封裝置詳細(xì)結(jié)構(gòu)之前，先根據(jù)此圖描述該粉末束加工機(jī)的工藝流程和整體布局。
圖2所示的粉末束加工機(jī)，其粉末以高速噴向工件，它有多種用途。其中之一是利用高速粉末碰撞靶材料所發(fā)生的碰撞能精密蝕刻如鐵氧體、玻璃或陶瓷等硬質(zhì)脆性材料。
在圖2中，標(biāo)號1所指的抽氣裝置1是一個把固/氣兩相流分成粉末和空氣的分離裝置。抽氣裝置1被過濾板2分隔成小室1a和1b。小室1a的底部與連接段1c相連，連接段1c中有一蝶形閥3可打開或關(guān)閉連接段1c。
小室1a通過管線16還連接到粉末束加工室12側(cè)面?？諝馀c粉末混合的固/氣兩相流從加工室12輸送到抽氣裝置1。固/氣兩相流中的粉末被過濾板2留在小室1a內(nèi)并經(jīng)連接段1c送到貯存箱5。穿過過濾板2的空氣經(jīng)小室1b和管線14供應(yīng)到加工室12一側(cè)，有部分排到外界。一探測器20裝在管線14內(nèi)直接位于加工室12的前方。當(dāng)加工室12內(nèi)部處于正壓狀態(tài)，該狀態(tài)用探測器20檢測。探測器20包括三部分與加工室12連通的圓柱形部分21、從圓柱體21的中央段分叉出來的一彈性膜盒22、和在膜盒22外側(cè)鄰近設(shè)置的微動開關(guān)24。當(dāng)加工室12內(nèi)部處于負(fù)壓狀態(tài)，膜盒22收縮，微動開關(guān)24接通(或斷開)。此外，當(dāng)加工室12內(nèi)部處于正壓狀態(tài)，則膜盒22膨脹，微動開關(guān)24切斷(或接通)。因此，舉例說，當(dāng)加工室12由于抽氣裝置1出現(xiàn)故障而處于正壓狀態(tài)，根據(jù)探測器20的信號很容易測出該狀態(tài)。
貯存箱5起到臨時貯存抽氣裝置1分離出來的粉末的作用，內(nèi)部裝有螺旋器6。
抽氣裝置1的小室1b通過管線15連接到貯存箱5，管線15是內(nèi)裝起到開/閉閥作用的蝶形閥4的氣體引導(dǎo)裝置。管線15由蝶形閥4的工作開或閉。管路15開通則高壓空氣即從抽氣裝置1的小室1b輸入貯存箱5。螺旋器6藉螺桿6a的轉(zhuǎn)動使貯存在貯存箱5中的粉末經(jīng)隔離器9輸送到混合槽8?；旌喜?所起作用是使從貯存箱5供應(yīng)的粉末與高壓空氣混合。混合槽8中的粉末重量可用電子測力天平11精確測量、就是說，電子測力天平11能計(jì)量貯存在混合槽8中的粉末重量。舉例說，如果電子測力天平11測定值為2kg，則表明該粉末量可供粉末束加工時間長達(dá)30至60分鐘。
隔離器9把貯存箱9與混合槽8機(jī)械地分開(浮動方式L)以測量混合槽8中粉末P的重量，隔離器9的管路8b把粉末從貯存箱5正向輸送到混合槽8一側(cè)。
混合槽8的上部開口處有一三角形閘門(或閥門)17作為開/閉閥?；旌喜?中的粉末被從底部向頂部輸送規(guī)定壓力的高壓空氣吹入上面管路8c中。輸送規(guī)定壓力高壓空氣的裝置將在以下討論。
供氣8a經(jīng)空氣干燥器8e、流量傳感器8f、支管8g和調(diào)節(jié)器8h送到混合槽8的底部?？諝飧稍锲?e適用于將供氣8d干燥，流量傳感器8f用于測量干燥空氣的流量，支管8g用于把這樣干燥過的高壓空氣分叉進(jìn)入調(diào)節(jié)器8h和流量控制器8i。干燥過的高壓空氣先供應(yīng)到流量控制器8i再送到噴射器8k。該噴射器8k的作用是把干燥的高壓空氣與從混合槽8吹入管路8c的粉末相混合，并將混合物加速送入噴嘴12a。就是說，經(jīng)噴射器8k加速的固/氣兩相流通過管路8m送到加工室12中的噴嘴12a內(nèi)。此外，高壓空氣送到混合槽8的下部8i中的壓力范圍，舉例說，是0.5至3.5kg/cm2，三角形閘門17做成打開時僅是使粉末從貯存箱5送到混合槽8。
以下說明上述粉末束加工機(jī)的操作。應(yīng)當(dāng)注意本實(shí)施例中應(yīng)用的粉末的平均粒度范圍為3～11.5μm。首先，把工件13(典型的工件是具有抗蝕圖的基片)固定到加工臺(未示)上，該加工臺位于加工室12的上部。從另一方面來說，混合槽8中的粉末P經(jīng)噴射器8k和管路8m被送到噴咀12a中。噴嘴12a裝在傳動軸30的前端，該傳動軸30是從加工室12的外邊穿過加工室12外周表面上的開口部分伸到加工室12內(nèi)部的。當(dāng)傳動軸30把噴嘴12a移動到對準(zhǔn)工件13(基片)后，含粉末的空氣噴到工件13的要求部位上，結(jié)果，工件13的表面被粉末束按抗蝕圖進(jìn)行蝕刻。
噴射到工件13(基片)上的粉末最后落到加工室12的底部，并經(jīng)管路16送到抽氣裝置1。過濾板2將粉末與高壓空氣分開，讓粉末P留在小室1a內(nèi)。高壓空氣經(jīng)管路14輸送到加工室12。留在小室1a中的粉末在蝶形閥3開啟、蝶形閥4關(guān)閉的情況下通過連接段1c進(jìn)入貯存箱5。這時螺旋器6停止轉(zhuǎn)動，三角形閘門17也關(guān)上。
粉末P從抽氣裝置1輸送到貯存箱5時，管路15中的蝶閥4應(yīng)關(guān)閉的理由是如果這時打開蝶閥4，則小室1b中的空氣會同時流入貯存箱5和加工室12，會使進(jìn)入加工室一側(cè)的高壓空氣流量減少。因此當(dāng)粉末從抽氣裝置1輸送到貯存箱5時蝶閥4關(guān)閉，以免粉末回收量減少。
貯存箱5中存貯的粉末P是準(zhǔn)備要送到混合槽8去的。在此準(zhǔn)備階段，蝶閥3關(guān)閉，蝶閥4開啟，螺旋器6停轉(zhuǎn)而三角形閘門17打開。然后，轉(zhuǎn)動貯存箱5內(nèi)的螺旋器6，貯存箱5中的粉末P就經(jīng)隔離器9內(nèi)的管路8b送入混合槽8。這時，蝶閥3關(guān)閉而蝶閥4開啟。
以下的現(xiàn)象可用蝶閥4控制管路15的開度加以防止。當(dāng)管路15中的蝶閥4關(guān)閥，會出現(xiàn)一種現(xiàn)象，即貯存槽5中的粉末P經(jīng)連接段1c上的蝶閥3的小間隙倒流到抽氣裝置1，特別是，粉末P經(jīng)混合槽8內(nèi)三角形閘門17上方的隔離器9流到外部或倒流到貯存箱5。為了克服這種麻煩事，可打開管路15上的蝶閥4，這樣，抽氣裝置1的小室1b中的高壓空氣正向進(jìn)入貯存箱5，使粉末不會經(jīng)蝶閥3的間隙倒流，也不會從混合槽8的隔離器9中倒流到外部。
粉末與高壓空氣混合而成的固/氣兩相流用抽氣裝置1中的過濾板2可把粉末與空氣分開，分離出來的粉末P經(jīng)貯存箱5回收到混合槽8?；厥盏交旌喜?中的粉末P(精細(xì)顆粒)可用加工室12中的噴嘴12a再次噴射到工件13上。
圖3和圖4示出粉末密封裝置中配置操作噴嘴12a的傳動軸30那部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖3是表示該部分結(jié)構(gòu)核心部分的放大剖面圖。圖4是圖3所示核心部分的簡單透視圖。
圖3和圖4中圓柱體33與加工室12的外壁31組成一體，傳動軸30穿過圓柱體33的開口部分32。圓柱體33的尺寸相對于傳動軸30沿x、y方向運(yùn)動是最小的，以減少粉末經(jīng)過開口段32流到加工室12外面的漏泄量。
圖4中的標(biāo)號34指安裝托架，它大致成短圓柱形，其中是小腔37。安裝托架的一端氣密裝配到圓柱體33的開口部分32，而另一端則通過法蘭35件與薄膜柱狀構(gòu)件36呈氣密封連接。此外，標(biāo)號38指O型密封圈，放在安裝托架34與法蘭件35中間。安裝托架34下側(cè)中央部位上有一出料口39，用于排放已進(jìn)入小腔34并沉積的粉末。一排料軟管40套到出料口39的前端。此外，軟管40上有一開/閉閥(未示)經(jīng)該開/閉閥通到小腔37。
標(biāo)號41指圓筒軸承，滑動支承著傳動軸30。標(biāo)號42是套在圓筒軸承41外周的圓形護(hù)圈。護(hù)圈42與圓筒軸承41滑動配合，螺母43擰緊在圓筒軸承41的端部。傳動軸30通過軸承41中央滑配合裝于其中。旋轉(zhuǎn)軸30的另一端伸到加工室12的外面，裝到驅(qū)動機(jī)構(gòu)44上，使傳動軸30與噴嘴12a能一起運(yùn)動(見圖2)。
薄膜圓柱狀構(gòu)件36是由內(nèi)薄膜柱狀件(內(nèi)膜件)36A和外薄膜柱狀件(外膜件)36B組成，它們都是用彈性薄膜材料做成圓錐形。內(nèi)膜件36A的一端圍繞法蘭件35的外圓柱面呈氣密封連接，另一端則圍繞護(hù)圈42一端的外圓柱氣密連接。內(nèi)膜件36A的中間部分構(gòu)造做成松弛的。通常，由于抽氣裝置1的運(yùn)轉(zhuǎn)，加工室12處于復(fù)壓狀態(tài)，因此如圖3所示，內(nèi)膜件36A的中間段被負(fù)壓吸引凸向小腔37內(nèi)部。
相反，外膜件36B的一端圍繞法蘭件35的外圓面裝配連接而另一端圍繞護(hù)圈42另一端的外圓周面裝配連接。內(nèi)膜件36A和外膜件36B之間形成間隙(空間)45，氣密性不強(qiáng)。探測粉末的傳感器46放在間隙45內(nèi)并裝到護(hù)圈42外周表面上，以光敏元件作為探測粉末的傳感器，但也可用其它構(gòu)造的傳感器。此外，標(biāo)號47指放在軸承41和護(hù)圈42中間的O型密封圈。
本實(shí)施例的粉末密封裝置中；由于薄膜柱狀構(gòu)件36大致做成錐形，所以當(dāng)內(nèi)膜件36A被負(fù)壓吸向加工室一側(cè)并吸進(jìn)小腔37中保持膨脹凸?fàn)?，而不會有皺紋。這從結(jié)構(gòu)上防止內(nèi)膜件36A發(fā)生破損，從而延長了粉末密封裝置的使用壽命。此外，即使加工室12處于負(fù)壓狀態(tài)。外膜件36B也不會被拉長。
本實(shí)施例中，薄膜柱形構(gòu)件36由內(nèi)膜件36A和外膜件36B組成，它們疊放設(shè)置中間有間隙，因此負(fù)壓只把內(nèi)膜件拉長吸進(jìn)小腔37中，而外膜件36B仍處于原位。這對改善外觀特性，提高強(qiáng)度和增強(qiáng)可靠性都是有利的。
本實(shí)施例的粉末密封裝置還可在內(nèi)外膜件36A、36B之間的間隙45中裝一傳感器46。這樣布置時，當(dāng)內(nèi)膜件36A破損，粉末充滿間隙45，傳感器46能探測到粉末。因此，漏入間隙45中的粉末在擴(kuò)散之前就能被光電傳感器的光線接受部件可靠地發(fā)現(xiàn)，甚至微量粉末也能發(fā)現(xiàn)，從而提高了探測精度。此外，當(dāng)內(nèi)膜件36A破裂時，粉末只漏到間隙45中，不會漏到外膜件36B以外，因此不會污染整機(jī)內(nèi)部。
本實(shí)施例的粉末密封裝置還可以有排料口39，使進(jìn)入小腔37的粉末排放出去，這樣，已進(jìn)入小腔37的粉末能連續(xù)通過排放口39排放。這樣防止內(nèi)膜件36A由于積累粉末的重量而破裂，也使安裝部件不會因積累粉末的重量而移動位置，從而增進(jìn)了可靠性。還有，本實(shí)施例中開口部分32可相對于傳動軸30的活動范圍做得最小。這種結(jié)構(gòu)中，從加工室12流到小腔37的粉末量也最少。
本實(shí)施例中應(yīng)用的空氣可用其它氣體替代。雖然本實(shí)施例的探測器20裝在管路14中，但也可裝在其它位置例如可裝在安裝托架34上。在此情況下，探測器開口部分設(shè)在安裝托架的外周部位上(例如在上側(cè)面)并用薄膠皮密封。膠皮的拉伸狀態(tài)可用微動限位開關(guān)探測(例如用過流傳感器測金屬箔)，從而探測加工室12的正壓狀態(tài)。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例用特定條件加以說明，但這種說明只是示意性的。應(yīng)當(dāng)注意，在不背離下述權(quán)利要求書的精神實(shí)質(zhì)和范圍可有種種修改和變型。
權(quán)利要求
1.一個包含有以粉末束射向工件的工件加工室的粉末束加工機(jī)粉末密封裝置，該粉末密封裝置包括一薄膜柱狀構(gòu)件，用于在所說的加工室外周表面構(gòu)成的開口部分和從中穿過的傳動軸之間起密封作用；以及大致為圓柱形的安裝托架，它的小腔與所說的加工室連通，且本身固定在所說的開口部分上；其特征在于，該薄膜柱狀構(gòu)件由彈性薄膜材料做成大致呈錐形，該薄膜柱狀構(gòu)件的一端固定在開口部分側(cè)的安裝托架一端，而其另一端安裝固定在傳動軸的外圓表面一側(cè)；因此，當(dāng)所述加工室處于負(fù)壓狀態(tài)，所述薄膜柱狀構(gòu)件的中間段被吸引膨脹凸向所說的小腔內(nèi)。
2.一按權(quán)利要求1的粉末密封裝置，其特征在于所述薄膜柱狀構(gòu)件是雙層圓柱形結(jié)構(gòu)，外薄膜柱狀件圍繞內(nèi)薄膜柱狀件設(shè)置而內(nèi)膜件和外膜件之間有間隙。
3.一按權(quán)利要求2的粉末密封裝置，在所述內(nèi)、外膜件之間的所述間隙中裝一傳感器，可探測因所述內(nèi)膜件破裂而進(jìn)入所述間隙的粉末。
4.一按權(quán)利要求1的粉末密封裝置，還有一用于排放進(jìn)入小腔中的粉末的排放裝置。
5.一按權(quán)利要求1的粉末密封裝置，其特征在于所述開口部分的大小做成相應(yīng)于所述傳動軸活動范圍的最小值。
全文摘要
粉末束加工機(jī)的粉末密封裝置包括一加工室，供在其中噴射粉末束以加工工件。該密封裝置有一薄膜柱狀構(gòu)件和一圓柱形安裝托架，前者使加工室外周面上形成的開口部分和穿過其中的傳動軸之間形成密封，后者固定于開口部分且其小腔與加工室連通。薄膜件用彈性薄膜材料做成錐形，其一端固定到安裝托架一端，另一端固定到傳動軸外周面一側(cè)。當(dāng)加工室呈負(fù)壓時，薄膜件的中間段被延伸吸入小腔內(nèi)而不產(chǎn)生皺折，從而防止破裂，并能延長密封裝置的壽命。
文檔編號B24C9/00GK1159968SQ9710269
公開日1997年9月24日 申請日期1997年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月29日
發(fā)明者今里峰久, 大冢正弘, 大冢和彥 申請人:索尼株式會社