一種應用于真空鍍膜環境的快門式觀察窗

摘要：文章介紹了一種新型的觀察窗，它利用旋動轉軸帶動調節環轉動，同時通過一些運動副帶動快門片張開閉合的裝置，主要應用于真空鍍膜設備，防止某些金屬元素或腐蝕性物質直接鍍到觀察窗玻璃片上的一種機構。

關鍵詞：真空容器；動密封；觀察窗；真空鍍膜

中圖分類號：TH766 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）15-0033-02

真空鍍膜行業是高端科枝工業產業的重要組成部分，近幾年來鍍膜技術及薄膜產品在工業上應用非常廣泛，尤其是在電子材料與元器件工業領域中占有極其重要的地位。觀察窗應用于真空鍍膜設備，觀察真空容器內部生產工藝情況。快門式觀察窗為可拆連接，結構緊湊，為了防止鍍膜過程中某些金屬元素或腐蝕性物質直接鍍到玻璃片上而設計的結構。傳統帶擋板觀察窗，為了滿足擋板的旋轉空間，整體尺寸較大，大于通徑，按ISO100法蘭通徑尺寸，長度在140mm左右。由于結構的問題，中心位置裝有轉軸，視角受到阻擋。而這種快門式觀察窗，厚度約為36mm，較薄，不占空間，觀察視角廣，沒有阻擋視角，優于傳統帶擋板觀察窗。

1 設計優點

主要構成的零件包括：1.把手、2.壓蓋、3.滾珠軸承、4.底座、5.轉軸O形密封圈、6.轉軸、7.小齒輪、8.O形密封圈、9.內快門片、10.拉伸彈簧、11.玻璃壓蓋、12.玻璃片、13.O形密封圈、14.擋圈、15.外快門片、16.調節環、17.鋼珠、18.擋蓋。

設計優點在于整體結構緊湊，空間小，安裝簡單，使用鋼珠做滑動部件，摩擦力小，滑動可靠。采用氟橡膠做密封材料，密封性能良好，使用壽命長，適用于中高真空

環境。

2 結構設計、工作原理及材料

圖2所示，為快門式觀察窗初始閉合狀態，內快門片9靠外快門片15上的小擋圈頂住限位，外快門片15靠內快門片9上的支點和拉伸彈簧10拉力限位，使內、快門片閉合。

把手1與轉軸6頂部采用緊配合方式相連，通過滾珠軸承3定位轉軸6中心，轉動時摩擦力小。轉軸6上開兩個矩形密封槽，與真空容器相通處雙層隔開，小齒輪7與轉軸6通過平鍵相連，壓蓋2壓住滾珠軸承3，螺釘鎖緊，形成一組雙層動密封，雙層保護，密封更可靠。O形密封圈13與玻璃片12相連，使真空容器通過玻璃片12與外界大氣隔開，形成一個靜密封面。摩擦是機器運轉過程中不可避免的物理現象，在本機構中，內、外快門片只起到遮擋的作用，為了減小干摩擦，在外快門片15與底座4相連端面之間，增加耐磨的擋圈14，連接端面留有一定的間隙，更好地減小外快門片15與底座4長期摩擦，導致底座4過早失效。內、外快門片和擋圈通過軸銷螺栓連穿其旋轉孔，固定于底座4的內螺紋孔中，形成一組轉動副。為使各個接觸面有良好接觸和彈性，設計拉伸彈簧10拉住內、外快門片上的小圓柱，靠彈簧拉力，使接觸面更可靠。內快門片9上的小圓柱放入調節環滑槽內，微調調節環上的小齒和小齒輪7使之有效嚙合裝配。調節環16外圈小槽內放入鋼珠17，蓋上擋蓋18，調節環轉動時，靠鋼珠和擋蓋接觸，滾動摩擦力小。調節環為局部有小齒，有較地降低加工成本，避免不必要的浪費。

當旋轉把手1時，小齒輪7同步轉動，同時帶動調節16環繞底座4中心旋轉，內、外快門片以軸銷螺栓為轉動軸心，內快門片9上的支點頂住外快門片15內側邊緣，調節環16上的滑槽拉住內快門片9上的小圓柱，慢慢向外推開內、外快門片旋動。當繼續旋轉把手1至內快門片S1移動到S2（即ω2旋轉16°）時，快門式觀察窗屬于完全張開狀態（如圖3和圖4所示）。松開把手1，拉伸彈簧的拉力作用及外快門片15上的小擋圈限位，使內、外快門片復位，回歸初始閉合狀態。輕松實現快門片張開閉合的動作。

底座及內部部件選擇牌號為1Cr18Ni9Ti的不銹鋼（適用的真空度10-8～10-3Pa）。真空材料選型上有一定的要求，任何固體在大氣環境下都能溶解、吸附一些氣體。當材料置于真空中時，就會因解溶、解吸而出氣，對一般真空設備來說，材料的出氣是真空系統中最主要的氣源。材料的機械強度和剛度要求能承壓大氣壓力。不銹鋼具有優良的抗腐蝕性、耐熱性，耐磨性，放氣率低，焊接性能好，其導電率及導熱率較低，并具有較高的強度，這些性能使得奧式體型不銹鋼成為目前高真空系統中應用的主要

材料。

密封材料選擇氟橡膠密封圈。氟橡膠是一種耐高溫（使用溫度范圍為-40℃～250℃）、耐各種介質的密封材料。氟橡膠十分致密，加入炭黑之后，出氣率更小（2.7×10-4Pa·L·S-1cm-2），在高溫真空中出氣率很低（出氣率是影響真空系統性能的一個重要參數），具有高彈性，密封可靠，有較好的機械性能（永久變形≤15%，硬度75HS，扯斷力≥70～120/105Pa）。

密封槽形式選擇矩形槽。橡膠壓縮率通常為15%～30%，由于安裝在密封槽里的橡膠圈受壓前后，形狀發生變化而體積不變，因此，密封槽要有容納密封圈變形的空間。在動密封條件下，密封圈內徑比旋轉軸直徑小3%～5%，外側壓縮率為5%～8%為宜。

觀察窗玻璃材料選擇透明石英玻璃。根據真空鍍膜環境要求，透明石英玻璃安全使用溫度高、抗壓強度高、耐腐蝕性能好，可加工，平面平整光滑美觀。

3 結語

本快門式觀察窗設計整體結構緊湊，占用空間小，視角廣，快門片張開閉合有彈性，采用鋼珠滾動，滑動靈活，安裝維護方便簡單，旋轉把手可輕松打開快門片。可自動復位，更有效地防止在鍍膜過程中，某些物質直接鍍在觀察窗玻璃片上，不易去除，影響再次使用，并且解決了觀察窗占用空間位置及遮擋物影響視角等問題。

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2] 達道安.真空設計手冊[M].北京：國際工業出版社，2004.

[3] 徐成海.真空工程技術[M].北京：化學工業出版社2006.

[4] 陳立德.機械設計基礎（第二版）[M].北京：高等教育出版社.

作者簡介：鄭海順（1986—），男，海南儋州人，東莞宏威數碼機械有限公司機械工程師，研究方向：機械設計制造及自動化。

（責任編輯：吳 濤）