Запорный клапан, предназначенный, в особенности, для установки для обработки ленточного материала
Изобретения относятся к вакуумной технике, в частности к шлюзовым (запорным) клапанам для перекрытия рабочих проемов вакуумных установок, и предназначены для применения в установках для обработки ленточного материала или для нанесения покрытий на ленты. Шлюзовой клапан (1) выполнен с возможностью запирания щелевидного отверстия (3) между двумя различными частями установки. Через отверстие (3) проходит гибкая ленточная подложка (4). Клапан (1) содержит, по меньшей мере, один подвижный уплотнительный элемент (7). Элемент (7) взаимодействует с уплотнительной поверхностью (5) для запирания отверстия (3). В процессе закрытия шлюзового клапана (1) ленточная подложка (4) зажимается между уплотнительным элементом (7) и уплотнительной поверхностью (5). Уплотнительная поверхность (5) окружает отверстие (3) по типу рамки. Уплотнительный элемент (7) выполнен с возможностью прижатия к уплотнительной поверхности (5) и/или проходящей через отверстие (3) ленточной подложке (4) для запирания отверстия (3) посредством прилегания к краям уплотнительной поверхности (5). Имеется устройство для обработки непрерывных ленточных подложек с использованием, по меньшей мере, одного указанного выше шлюзового клапана (1) для перекрытия отверстия (3) между камерой обработки и камерой для намотки ленточной подложки (4). Изобретения направлены на повышение долговечности устройства за счет исключения повреждений покрытия и обрыва ленты. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к запорному (шлюзовому) клапану, предназначенному, в частности, для применения в установке для обработки ленточного материала или для нанесения покрытий на ленты, характеризующемуся признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Установки для обработки лент рассматриваемого типа предназначены для обработки лент, в особенности, для вакуумного нанесения покрытия на гибкие ленты, например полимерные пленки, магнитные ленты, кинопленки и т.д., например, посредством ионно-плазменного нанесения, то есть распыления на мишени, поддерживаемого в соответствующих случаях магнитными полями, газообразного напыления, конденсации из паровой фазы (PVD) или химического осаждения из паровой фазы (CVD), но также и для других видов обработки, таких как предварительная обработка, чистка, сушка, поверхностная активизация, полимеризация и т.п. При этом ленту или пленку, смотанную в рулон или намотанную на барабан, необходимо вставить в установку и расположить ее на опорной оси так, чтобы во время обработки ленту можно было сматывать с этого рулона.
По другую сторону, на выходе камеры (камер) обработки предусматривается другая ось с намоточным барабаном, на который лента должна наматываться после обработки.
Такая обрабатывающая установка в принципе может быть построена по модульному принципу: модуль размотки, модуль обработки и модуль намотки.
В известных установках расположенные по обеим сторонам установки оси или валики для сматывания и наматывания ленты устанавливаются на общей раме, благодаря чему их взаимное положение сохраняется постоянным и жестким. Однако если обе оси или оба валика расположены по обе стороны модуля обработки, то при смене катушки практически неизбежно приходится разгерметизировать работающие в вакууме камеры обработки.
Желательно, чтобы при замене рулона с лентой или при снятии готового, намотанного после обработки рулона не нужно было каждый раз разгерметизировать работающую в вакууме камеру нанесения покрытия.
Поэтому существует известный способ, в котором между отдельными модулями устанавливаются шлюзовые клапаны. Это позволяет значительно уменьшить разгерметизируемый объем, так как разгерметизируются только станции подачи и съема, а сама камера нанесения покрытия может постоянно оставаться под вакуумом. Конечно, при необходимости можно разгерметизировать и всю установку.
Известный шлюзовой клапан состоит из шлангового или мембранного уплотнения, надуваемого пневматическим или гидравлическим способом и расположенного в зоне прохода ленточной подложки. В надутом состоянии уплотнение прижимается к расположенной по другую сторону ленточной подложки уплотнительной поверхности, предпочтительно упругоподатливой, и при этом зажимает ленточную подложку между собой и уплотнительной поверхностью.
Хотя при нормальной работе ленточная подложка не соприкасается ни со шланговым или мембранным уплотнением, ни с упомянутой уплотнительной поверхностью, однако щель для прохода ленты должна оставаться весьма узкой вследствие очень ограниченной длины хода шлангового или мембранного уплотнения. Поэтому при возможных колебаниях ленточной подложки в процессе нанесения покрытия, она может прикасаться к краям пропускного отверстия, а это, во всяком случае, при выходе из вакуумной камеры нанесения покрытия может привести к повреждению только что нанесенного покрытия. Далее в результате таких нежелательных контактов может даже происходить обрыв весьма туго натянутой ленточной подложки, что, в свою очередь, приведет к простою установки.
Проблемой оказывается также большая нагрузка на полое уплотнение в вакууме, поскольку оно подвергается воздействию очень больших перепадов давления. Поэтому его стенка (мембрана или шланг) должна быть весьма прочной, а это, в свою очередь, снижает ее гибкость. Вследствие этого могут возникнуть дефекты герметизации в краевой зоне уплотнения, в особенности там, где оно перекрывает края ленточной подложки (там образуется нечто вроде складки, площадь которой нужно, разумеется, свести к минимуму).
И, наконец, при этой известной форме уплотнения на него действует одностороннее атмосферное давление из разгерметизированной камеры, которое вдавливает уплотнение в вакуумную камеру.
В DE 19912707 A1 описана установка для обработки плоских, например, ленточных подложек. Через откачиваемый кожух этой установки проходят две циркулирующие ленты, которые в зонах ввода и вывода подложки соприкасаются и зажимают между собой переносимую ими плоскую подложку. При этом благодаря плоскому соприкосновению обеих лент с подложкой обеспечивается достаточно хорошее уплотняющее действие, которое, однако, требует крайне малую ширину пропускной щели и постоянный плоский контакт подложки с транспортирующими лентами.
В DE 19960751 A1 описан другой шлюз этого типа, состоящий в основном из двух валиков с гибкими трубчатыми оболочками, которые соприкасаются друг с другом и между которыми может быть пропущена ленточная подложка. Для улучшения уплотняющего действия и для минимизации боковых щелей между валиками и краями проходящей между ними подложки в оболочки валиков может, по меньшей мере, временно подаваться давление. При этом оболочки раздуваются и, с одной стороны, увеличивают прижимное давление на подложку, а с другой стороны, в значительной степени закрывают упомянутые боковые щели. Со стороны вакуумной камеры оболочки валиков подпираются опорными роликами, не позволяющими им чрезмерно раздуваться в сторону вакуумной камеры, а это требует немалых дополнительных затрат.
В DE 4418383 С2 раскрыт вакуумный шлюз, также основанный на принципе двух соприкасающихся валиков, между которыми может быть пропущена подложка. Оболочка валиков состоит только из упругоподатливого материала.
В WO 99/50472 также описана вакуумная установка для нанесения покрытия на ленту, в которой ленточная подложка проходит через валковые шлюзы, служащие ступенями давления между станцией загрузки и разгрузки и реакционной камерой, в которой собственно и производится обработка подложки. При этом подложка в одном варианте проходит между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу, а в другом варианте между валком и неподвижным уплотнительным блоком. Эти валковые шлюзы можно открывать, например, для заправки новой ленты. Для этого либо один из валков выполнен откидным, для чего его ось вращения может откидываться относительно некоторой оси поворота, либо уплотнительный блок отводится от валка. В варианте только с одним валком лента пропускается между валком и уплотнительным блоком через хотя и очень узкую, но все же открытую щель, чтобы не перегружать ленту механически. Тем самым полная герметизация уплотнения оказывается невозможной.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача создать шлюзовой клапан для статического уплотнения, который позволит исключить вышеописанные проблемы или по меньшей мере сгладить их остроту.
Эта задача решается согласно изобретению за счет признаков пункта 1 формулы изобретения. В зависимых пунктах охарактеризованы предпочтительные варианты изобретения.
В независимом пункте 12 охарактеризована установка для нанесения покрытия, снабженная по меньшей мере одним шлюзовым клапаном согласно изобретению.
Для усовершенствования шлюзового клапана используется уплотнительная поверхность, окружающая по типу рамки отверстие, через которое проходит ленточная подложка. С этой поверхностью взаимодействует уплотнительный элемент, расположенный с одной стороны ленточной подложки, который установлен с возможностью перемещения в пределах механически регулируемого хода. Этот элемент устанавливается на уплотнительной поверхности таким образом, что он может полностью перекрыть и одновременно полностью запереть отверстие, которое она окружает. Такое запирание не зависит от того, проходит ленточная подложка через отверстие или нет.
В первом случае участок ленточной подложки просто зажимается между элементом и уплотнительной поверхностью. При этом подложка упруго деформируется и, если элемент и уплотнительная поверхность выполнены правильно, нисколько от этого не повреждается. Разумеется, элемент при этом соприкасается с уплотнительной поверхностью лишь опосредованно, так как ленточная подложка функционирует в качестве дополнительного уплотнения.
Такое устройство и функционирование шлюзового клапана выгодны тем, что при каждой смене ленты, т.е., как правило, после полного пропускания одной катушки с лентой через установку, в камере обработки или в соответствующих случаях в модуле, состоящем из последовательно расположенных камер обработки, можно оставить кусок ленты. К этому куску можно после установки в размоточной камере новой катушки прочно приклеить новую ленточную подложку, а оставшийся кусок прикрепить на намоточной стороне к пустой катушке. После откачки обеих загрузочных или сменных камер начало новой ленточной подложки можно при этом просто втянуть в установку для нанесения покрытия с помощью оставшегося куска ленты.
В другом случае, т.е. когда в отверстии нет ленточной подложки, элемент закрывает отверстие при непосредственном контакте с уплотнительной поверхностью по периферии.
В одном варианте, по меньшей мере, элемент, а предпочтительно также и уплотнительная поверхность имеют дугообразную форму или поверхность. Если уплотнительная поверхность по существу плоская, а по форме дуги выполнен только элемент, то размер элемента выбирается таким, чтобы он касался противолежащих уплотнительных краев уплотнительной поверхности или зажимал ленточную подложку между собой и этими краями.
Разумеется, радиус кривизны уплотнительной поверхности должен быть больше или, по меньшей мере, равен радиусу выполненной на элементе дугообразной поверхности, обращенной к уплотнительной поверхности, чтобы был обеспечен упомянутый выше уплотнительный эффект краев.
Такая конструкция позволяет избежать слишком крутого угла перегиба ленточной подложки при закрытом положении шлюзового клапана. При плоской уплотнительной поверхности ее нужно размещать на ленточной подложке, по меньшей мере, под наклоном к вертикали, чтобы зажатая уплотнительным элементом ветвь ленты изгибалась при закрытии шлюзового клапана под тупым углом.
Само собой понятно, что края уплотнительной поверхности с одной стороны должны быть выполнены из эластичного материала, например резины, мягкой пластмассы, чтобы улучшать уплотняющее действие за счет поверхностного прилегания, а с другой стороны должны быть хорошо закругленными, чтобы практически исключить повреждения (вмятины, складки, царапины) ленточной подложки. Сам элемент предпочтительно тоже должен быть покрыт упругоэластичным материалом, как и уплотнительная поверхность, или даже целиком состоять из такого материала.
В одном из предпочтительных вариантов элемент выполнен в виде цилиндрического валика. Преимущество заключается в том, что взаимодействие с уплотнительной поверхностью не должно всегда осуществляться одним и тем же местом элемента. Однако элемент можно выполнить и таким образом, чтобы только часть его сечения соответствовала дуге окружности или периферии валика.
Элемент выполнен несколько шире отверстия, чтобы он в закрытом положении перекрывал все кромки отверстия и полностью уплотнял его.
В предпочтительном варианте шлюзовой клапан снабжен корпусом, в котором отверстие, уплотнительная поверхность и элемент, а в соответствующем случае также и привод могут быть размещены по модульному принципу.
В качестве привода для перемещения или переключения элемента могут использоваться реверсивные электрические, гидравлические или пневматические приводы, в соответствующих случаях с промежуточным использованием подходящей трансмиссии или системы рычагов. Так как шлюзовой клапан при нормальной эксплуатации установки не должен непрерывно переключаться туда и обратно, можно предусмотреть и ручной привод, при котором прижим элемента к уплотнительной поверхности осуществляется с помощью аккумулятора энергии, например механической или пневматической пружины или коленчатого рычага. Ручной привод необходим в любом случае, например на случай отказа привода от внешнего источника энергии.
В общем случае преимущество такого прижатия уплотнительного элемента шлюзового клапана с помощью аккумулятора энергии независимо от вида привода (ручного или от внешнего источника энергии) состоит в том, что сила прижатия всегда одинакова и постоянна. Разумеется, аккумулятор энергии должен быть достаточно мощным, способным преодолеть силу натяжения ленточной подложки и надежно прижать ее к уплотнительной поверхности.
Основными преимуществами предлагаемого изобретением решения являются следующие.
Ширина щели отверстия может быть больше, чем в известных из уровня техники решениях, так что при открытом клапане возможные колебания ленточной подложки относительно плоскости ее движения не так легко могут приводить к соприкосновению с кромками отверстия. Это позволит практически полностью исключить повреждения покрытия и обрыв ленты.
В отличие от известных из уровня техники решений не требуется элемент клапана с пневматическим или гидравлическим наддувом, так что предлагаемая в изобретении конструкция позволяет избавиться от связанных с этим перечисленных выше недостатков.
Уплотнительную поверхность вместе с соответствующим уплотнительным, или клапанным, элементом можно разместить в рабочей зоне, которая подвергается периодической разгерметизации (модули разматывания и намотки). Благодаря этому атмосферное давление еще сильнее прижимает клапанный, или уплотнительный, элемент к уплотнительной поверхности.
Прочие подробности и преимущества изобретения вытекают из изображенного на чертежах варианта осуществления и приведенного ниже подробного описания.
Краткое описание чертежей
На чертежах в упрощенном, схематизированном виде без соблюдения масштаба изображены:
Фиг.1 - перспективное изображение с частичным разрезом одного из вариантов реализации предлагаемого шлюзового клапана;
Фиг.2 - предлагаемый шлюзовой клапан в открытом положении;
Фиг.3 - предлагаемый шлюзовой клапан в закрытом положении.
Осуществление изобретения
Согласно фиг.1 шлюзовой клапан, обозначенный в целом цифрой 1, состоит из корпуса 2, в котором предусмотрено, по меньшей мере, одно отверстие 3 для пропуска ленточной подложки 4. В предпочтительном монтажном положении слева от корпуса 2 и отверстия 3 находится (не показана) камера вакуумного нанесения покрытия, например камера ионно-плазменного распыления или другое подобное устройство, а справа к корпусу 2 примыкает попеременно откачиваемая и разгерметизируемая камера (также не показана).
В рассматриваемом случае применения последняя камера служит сменной камерой, в которой находится ось для насаживания рулона или катушки с ленточной подложкой. Ленточная подложка представлена на чертеже лишь в виде маленького, обозначенного цифрой 4, отрезка. Этот отрезок ленточной подложки свободно, т.е. не касаясь, проходит через отверстие 3. В особенности важно обеспечить, чтобы обе боковые кромки ленточной подложки 4 при работе не касались краев отверстия. Касаний сверху или снизу (в плоскости, перпендикулярной плоскости ленточной подложки) избежать не всегда возможно, когда ленточная подложка совершает колебания.
На чертеже видна уплотнительная поверхность 5, окружающая в виде рамки отверстие 3 с попеременно откачиваемой и разгерметизируемой (правой) стороны. Соответствующая внутренняя поверхность 6 корпуса 2, в которую ведет отверстие 3, имеет, по меньшей мере, в области выхода отверстия 3 цилиндрическую дугообразную форму.
Седло уплотнения в корпусе выполнено предпочтительно из металла, тогда как сама уплотнительная поверхность 5 состоит из относительно тонкого, возможно ленточного, материала или, например, из гуммированного слоя, прочно прикрепленного, например приклеенного, к упомянутой изогнутой внутренней поверхности корпуса 2. Необходимо обеспечить, чтобы стык между материалом уплотнительной поверхности 5 и внутренней поверхностью 6 корпуса 2 был абсолютно вакуум-плотным.
Далее, в корпусе 2 вокруг оси 9 с помощью поворотного рычага 8 поворачивается выполненный в виде валика клапанный, или уплотнительный, элемент 7. На чертеже показан обозначенный буквой α угол поворота между (изображенным) положением покоя и положением запирания уплотнительного элемента 7 при двух обозначенных пунктиром положениях поворотного рычага 8. Преимущество выполнения уплотнительного элемента в виде валика заключается в том, что к уплотнительной поверхности не всегда прилегает один и тот же сегмент его цилиндрической поверхности. В принципе, уплотнительный валик может вращаться на поворотном рычаге наподобие ролика. Валик также изготовляется из металла, а его поверхность обрезинена.
В принципе, как седло уплотнения, так и валик могут быть изготовлены из пластика, если этот пластик пригоден для работы в вакууме и, в особенности, не слишком выделяет газ.
Длина уплотнительного элемента 7 в виде валика больше ширины отверстия 3, так что валик перекрывает короткие края отверстия и может их непосредственно уплотнять.
На фиг.2 изображен разрез, соответствующий фиг.1, который позволяет сопоставить его с изображенным на фиг.3 закрытым положением шлюзового клапана. Одинаковые детали обозначены на всех фигурах одинаковыми номерами.
Если на фиг.2 ленточная подложка 4 совершенно свободно может проходить через отверстие 3, а уплотнительный элемент находится от нее на большом расстоянии, то на фиг.3 после поворота уплотнительного элемента вокруг оси 9 на угол α (фиг.1) ленточная подложка 4 плотно зажимается между уплотнительным элементом 7 и нижней кромкой уплотнительной поверхности 5. Понятно, что переключение шлюзового клапана 1 в запертое положение должно происходить только при остановленной ленточной подложке; установка должна иметь соответствующим образом отрегулированное устройство управления. Разумеется, шлюзовой клапан должен переключаться в запертое положение до разгерметизации камеры замены катушек, если в камере нанесения покрытия требуется сохранить вакуум.
Для того чтобы ленточная подложка 4 в месте изгиба в области кромки уплотнительной поверхности 5 не повреждалась, по меньшей мере, последняя кромка должна иметь хорошее закругление и, в особенности, состоять по возможности из мягкого, но в то же время стойкого материала.
Далее, изгиб уплотнительной поверхности 5 предпочтительно расположен так, чтобы уплотнительная поверхность, начиная с уплотнительной кромки, расположенной под ленточной подложкой 4, продолжалась под углом наклона к горизонту, образующим тупой угол с перпендикуляром к свободно проходящей ленточной подложке. Этим достигается хорошо проиллюстрированная на фиг.3 цель, состоящая в том, чтобы зажатый между уплотнительным элементом 7 и уплотнительной поверхностью 5 изгиб ленточной подложки образовывал только тупой, а по возможности даже закругленный угол.
Следует напомнить, что с правой стороны уплотнительного элемента 7 и корпуса 2 может иметь место атмосферное давление, тогда как при нормальной работе установки с левой стороны всегда имеется вакуум. Разность давлений, направленная справа налево, заметно увеличивает давление нажатия уплотнительного элемента 7 на уплотнительную поверхность 5 и на ленточную подложку 4, так что в результате достигается очень хорошее и надежное уплотнение.
Не изображенный здесь привод поворотного рычага 8 и уплотнительного элемента 7 от внешнего источника энергии может располагаться внутри или снаружи корпуса 2. Если расположить этот привод внутри, то можно с выгодой отказаться от ввода для пропуска подвижной части (вала на оси 9) и соответствующего уплотнения. Уплотнить вводы для электрических кабелей при электроприводе или для шлангов при гидравлическом или пневматическом приводе значительно проще.
1. Шлюзовой клапан (1), предназначенный, в особенности, для установки для обработки ленты или нанесения покрытия на ленту и выполненный с возможностью запирания щелевидного отверстия (3) между двумя различными частями установки, через которое проходит гибкая ленточная подложка (4), содержащий по меньшей мере один подвижный уплотнительный элемент (7), который взаимодействует с уплотнительной поверхностью (5) для запирания отверстия (3), причем в процессе закрытия шлюзового клапана (1) ленточная подложка (4) зажимается между уплотнительным элементом (7) и уплотнительной поверхностью (5), отличающийся тем, что уплотнительная поверхность (5) окружает отверстие (3) по типу рамки, а уплотнительный элемент (7) выполнен с возможностью прижатия к уплотнительной поверхности (5) и/или проходящей через отверстие (3) ленточной подложке (4) для запирания отверстия (3) таким образом, что он запирает отверстие (3) посредством по меньшей мере опосредованного прилегания к краям уплотнительной поверхности (5).
2. Шлюзовой клапан по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (7) выполнен с возможностью прижатия ленточной подложки (4) к уплотнительной кромке отверстия (3), а касательная к уплотнительной поверхности (5) в области упомянутой уплотнительной кромки образует тупой угол с продольным направлением или направлением движения ленточной подложки (4).
3. Шлюзовой клапан по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере уплотнительный элемент (7) и, предпочтительно, уплотнительная поверхность (5) имеют дугообразную форму, причем радиус уплотнительной поверхности (5) больше или равен радиусу выполненной на уплотнительном элементе (7) дугообразной поверхности, обращенной к уплотнительной поверхности (5) или ленточной подложке (4).
4. Шлюзовой клапан по п.1, отличающийся тем, что уплотнительная поверхность (5) и/или уплотнительный элемент (7) покрыты упругоэластичным материалом.
5. Шлюзовой клапан по п.1, отличающийся тем, что уплотнительная поверхность (5) выполнена из эластичного материала плоской формы и плотно прикреплена, в особенности, приклеена одной стороной по типу рамки в области периферийной границы отверстия (3).
6. Шлюзовой клапан по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (7) выполнен в виде цилиндрического валика.
7. Шлюзовой клапан по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (7) установлен с возможностью поворота.
8. Шлюзовой клапан по п.1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один корпус (2), снабженный отверстием (3), уплотнительной поверхностью (5) и уплотнительным элементом (7).
9. Шлюзовой клапан по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (7) установлен с возможностью перемещения из положения покоя в положение запирания и обратно с помощью отдельного силового привода.
10. Шлюзовой клапан по п.9, отличающийся тем, что отдельный силовой привод расположен на корпусе (2) или внутри него.
11. Шлюзовой клапан по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (7) выполнен с возможностью плотного прижатия к уплотнительной поверхности (5) с заданным усилием с помощью аккумулятора энергии.
12. Устройство для обработки непрерывных ленточных подложек, в особенности, гибких ленточных подложек, содержащее по меньшей мере одну откачиваемую камеру обработки и по меньшей мере одну камеру, предназначенную, в особенности для намотки или разматывания ленточной подложки, причем указанные камеры соединены между собой отверстием, через которое проходит ленточная подложка, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один шлюзовой клапан, охарактеризованный в одном из предшествующих пунктов, который установлен в области указанного отверстия.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что уплотнительный элемент (7) по меньшей мере одного шлюзового клапана и соответствующая уплотнительная поверхность (5) обращены к дополнительной периодически разгерметизируемой камере.
