專利名稱：用于可轉動磁控管的密封套的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及一種用于通過真空鍍膜法涂覆基片制品的磁控管設備，更具體地說，是涉及用于其中的密封裝置。本發(fā)明具體地說是涉及一種用于可轉動的磁控管設備中的密封套和使用該設備的方法。
對大面積的基片、例如建筑玻璃、汽車擋風玻璃等的涂覆一直是通過使用了平面磁控管的真空鍍膜法完成的。這種涂覆層包括多層廣泛用在商用建筑玻璃上的防陽光涂覆層。由于待涂覆的玻璃具有大的表面積，涂覆機械設備在尺寸上就變得非常大。
近來，已研制出一種用于這種涂覆應用的可轉動磁控管設備，以克服平面磁控管固有的眾所周知的問題中的一些問題。一種可轉動的磁控管在于1992年3月17授予Alex Boozenny和Josef T.Hoog的美國專利5096562號中作了描述，該專利的全部公開內容通過引用結合在本文中。
可轉動或旋轉磁控管的工作過程一般包括使一個大致圓筒形的真空鍍膜靶在高度真空中繞一個靜止的磁陣列轉動，同時提供適當?shù)牧黧w冷卻。這樣，旋轉磁控管一般需要一個轉動驅動機構，允許靶繞磁陣列轉動的軸承，和電氣及冷卻線路管道。
由于這種轉動驅動機構和線路管道從周圍的環(huán)境伸入真空室，旋轉磁控管還需要使用環(huán)繞旋轉驅動機構和電氣及冷卻線路管道的真空密封裝置。雖然為此已經使用了真空旋轉水密封裝置，但是這種密封裝置往往會在高溫和高機械載荷的條件下產生泄漏。
在先前的旋轉磁控管中，這種密封裝置和軸承是直接放在一個密封外殼和一個可轉動的靶芯管之間以實現(xiàn)一個動態(tài)密封裝置。這樣，密封外殼的內表面和芯管的外表面就構成該動態(tài)密封裝置的密封表面，即磨損面。因此，先前的旋轉磁控管的密封裝置的構形使密封外殼和芯管受到極大的磨損，因而需要耗費時間和費用來拆卸和更換磨損的密封外殼和芯管。
此外，在先前的旋轉磁控管中，靶結構的拆除和更換涉及到關鍵的真空密封裝置的拆除、處理和更換。在這種處理使密封裝置暴露于潮氣及污物的同時，密封裝置的更換還會有作不適當?shù)闹匦卵b配的可能。這樣，這些旋轉磁控管的重新裝配會使密封裝置的整體性，即有效的真空鍍膜法的關鍵內容，成為問題。
此外，拆除和更換這些旋轉磁控管中的靶結構是復雜的并需要若干小時。這種效率不高的拆除和更換程序會導致為較小的最佳產品的產量耗費大量的勞力和生產成品。此外，在這種延長的拆除和更換期間內，涂覆室會暴露于周圍環(huán)境，因而就暴露于潮氣和污物。這種暴露對產品的質量和產量都是不利的。這樣，在這種旋轉磁控管的重新裝配中，會造成不必要的生產成本，損失大量的生產時間，和產品的質量和產量會下降。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種受保護密封裝置的設計以便改善可轉動磁控管中的密封裝置的完整性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種密封套，其包括用于可轉動的磁控管中的密封裝置和其內的密封表面。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種密封套，其便于效率高地拆除和更換可轉動磁控管的密封裝置和密封表面。
此外，本發(fā)明的再一個目的是提供一種效率高地拆卸和更換可轉動磁控管的密封裝置和密封表面。
本發(fā)明通過提供一種預制的整體密封套以便在真空室和周圍環(huán)境之間提供一個受保護的真空密封裝置的方式改善可轉動的磁控管。具體地說，該密封套設計成提供一個真空密封裝置，該密封裝置相對于可轉動磁控管的密封外殼和可轉動的靶芯管是靜止的，而不是動態(tài)的。該密封套還設計成罩住一個內真空密封裝置，該內真空密封裝置相對于密封套的內表面是動態(tài)的。用這種方法，密封套在密封外殼和可轉動的靶芯管之間提供一個靜態(tài)密封裝置的同時還罩住受保護的動態(tài)密封裝置的耐磨面。
因此，本發(fā)明的整體的密封套一般包括一個接觸密封外殼的外殼層和一個接觸可轉動磁控管設備的可轉動靶芯管的內殼層。為了準備涂覆，外殼層和內殼層分別相對于密封外殼和靶芯管可轉動地固定起來。整體的密封套還包括內殼層和外殼層之間的一個環(huán)形空間，內側真空密封裝置和軸承就裝在該空間內。當密封套從內側攜帶真空密封裝置時，密封套殼層的內表面構成真空密封裝置的耐磨面，而不是密封外殼和靶芯管的表面。這樣，本發(fā)明的整體密封套就保護可轉動磁控管中的密封外殼和靶芯管免于磨損并增加它們的壽命。
除了防護可轉動磁控管的昂貴的部件之外，整體的密封套還可保護內側密封裝置免受潮氣和污物的接觸，并省去這些真空密封裝置的各自裝配。這樣，密封套就提供了一個受保護的密封裝置的設計，該設計能改善可轉動磁控管的密封整體性。
在本發(fā)明中，密封套還被設計成可相對于可轉動磁控管的密封外殼軸向移動。這樣，當密封套的內真空密封裝置或內耐磨表面磨損得太厲害而不能繼續(xù)使用時，就可以簡單地將密封套從密封外殼上拆卸下來并用一個具有新而清潔的內真空密封裝置和密封表面的新的預制密封套進行替換。用這種方法，密封套就便于高效地拆卸和更換可轉動磁控管的真空密封裝置和密封表面。具體地說，本發(fā)明的密封套通過減少完成拆卸和更換工作所需的時間提供了快速拆卸和更換可轉動磁控管的密封裝置的可能，從現(xiàn)有可轉動磁控管所需要的若干小時減少到經改進的可轉動磁控管所需要的大約五分鐘或更少。
簡而言之，本發(fā)明的密封套提供了一種預裝配的經密封的部件，其中，包含有內、外密封表面，密封裝置、密封潤滑劑和密封軸承。預裝配好的部件可以簡單地放入密封外殼內以等著靶芯管放入其內。這樣，就不存在遭受不適當裝配的暴露的密封裝置。此外，由于預裝配部件是預密封的，因此就沒有必要在靶管更換或定期維修期間保持裝配區(qū)域非常清潔。在密封套耗盡時，芯管可以簡單地從密封套內側滑出，而密封套可以類似地從密封外殼內滑出，以便用一個完好的預裝配的密封套部件加以替換。
本發(fā)明的各個內容的其他目的、優(yōu)點和特征從下面對較佳實施例的詳細說明可以明了，該說明應結合附圖閱讀。


圖1是本發(fā)明一個其內具有密封套的可轉動磁控管的縱向截面圖。
圖2A是本發(fā)明一個用于圖1所示可轉動磁控管的端部內的密封套的縱向截面圖。
圖2B是本發(fā)明一個用于圖1所示可轉動磁控管的相反端的密封套的縱向截面圖。
本發(fā)明的密封套主要用于如圖1所示的可轉動磁控管設備中。最好是，該密封套用于在美國專利申請(申請?zhí)?8/296237)中描述的可轉動磁控管中，該專利申請題為“包含一個可更換的靶結構的可轉動磁控管”，并且是由本發(fā)明人John H. Bower同時提交的，該申請的全部公開內容通過引用結合在本文中。
現(xiàn)參照圖1對包含密封套的可轉動磁控管進行說明。具體地說，所示設備包括一個端部10，一個相反的端部12，和一個設置在端部10和12之間的圓筒形靶14。圓筒形靶14具有第一和第二靶端14a和14b，它們之間界定一個靶長度L。為方便起見，圓筒形靶14是以簡略形式示出的，因為它相對于可轉動磁控管的端部10和12一般相當長。
在圓筒形靶14的外表面上，形成有一個真空鍍膜靶表面34。在涂覆期間，圓筒形靶14繞一個中央縱向軸線38轉動，以使靶表面34轉動通過磁化真空鍍膜區(qū)。此磁化真空鍍膜區(qū)是由一個安置在靶14內的磁陣列56產生的。磁陣列56一般是由一個磁支承結構40支承著的，該磁支承結構40可以經一個可軸向移動的固定結構42相對于其支承結構22和24(在下方)可轉動地固定住。
如圖1所示，可轉動磁控管還包括支承著圓筒形靶14并讓其轉動的第一和第二芯管30和32。具體地說，第一和第二芯管30和32分別包括用于分別嚙合圓筒形靶14的第一和第二端部14a和14b的結構30a和32a。
如圖1進一步顯示的那樣，第一和第二芯管30和32由第一和第二支承結構22和24攜持著。最好是，第一和第二芯管30和32可相對于第一和第二支承結構22和24軸向移動，以便可以容易地縮入其內從而在正常的靶管更換期間分別脫開靶端部14a和14b。靶14的這種脫開和芯管30和32相對第一和第二支承結構22和24的軸向移動在上述John H.Bower的美國專利申請(申請?zhí)?8/296237)中作了描述，該專利申請通過引用結合在本文中。例如，芯管定位結構58和60可以有助于第一和第二芯管的軸向移動，因為芯管定位結構58和60也可以相對于第一和第二支承結構22和24軸向移動。一旦靶管14已從磁控管設備上拆卸掉，這些可軸向移動的芯管30和32可以分別從第一和第二支承結構22和24延伸和拆卸掉，因此，密封套80和82在密封套更換期間可以同樣地拆卸掉。
除了支承第一芯管30，第一支承結構22一般還提供用于在可轉動磁控管的端部10處將冷卻流體供給靶結構14以及將冷卻流體從靶結構14抽出的管路(來未出)。因此，在端部10處，芯管定位結構58沿其基本上整個長度是空心的，以便容納穿過其內的冷卻流體的通道。
在相反的端部12，第二支承結構24一般提供用于轉動靶結構14的動力裝置，該動力裝置包括一個驅動源(未示出)，一個皮帶輪84和皮帶輪軸承(未示出)。一般來說，第二支承結構24還額外提供用于電激勵靶結構14的真空鍍膜表面34的電氣裝置，該裝置包含有一個電導體(未示出)和一個電接觸裝置88。
由于通常并不在可轉動磁控管的此相反端12處提供冷卻流體，芯管定位結構60并不需要沿其基本上整個長度是空心的；相反，它在其端部60a處可以是實心的，并且處在毗鄰一個推力軸承61的位置。這樣，流過芯管定位結構60的空心部分的冷卻流體就流出孔60b和60c進入芯管定位結構60的外側和第二芯管32的內側之間的流道，如圖1中箭頭A所標示的那樣。
雖然冷卻管道、旋轉驅動裝置和電激勵裝置已經在上面分別相對于第一和第二支承結構22和24作了描述，但是應該理解的是，這些管道和裝置可以由支承結構22和24中任一個提供。最好是，可轉動磁控管的上述可軸向移動的部件是這樣移動的，即這種移動與是由第一和第二支承結構22和24提供任何這種管道或裝置無關。
冷卻管道、旋轉驅動裝置和激勵裝置的設置在上述John H.Bower的美國專利申請(申請?zhí)枮?8/296237)和美國專利5096562中作了說明，它們通過引用結合在本文中。如上所述，設置從周圍環(huán)境延伸到真空室的這種管道和裝置，還要求進一步設置流體和壓力密封裝置。
這樣，除了設置這種管道和裝置之外，第一和第二支承結構22和24還分別提供了密封軸承表面76和78。這些軸承表面76和78分別環(huán)繞密封套80和82的外側表面。如圖1所大致示出的那樣，密封填料函壓環(huán)90和92，一般為O形密封環(huán)，可以分別放在軸承表面76和78和密封套80和82的外表面之間，以進一步防止它們之間出現(xiàn)流體或壓力泄漏及污物侵入它們之間。這些靜密封裝置90和92嵌入毗鄰軸承表面76和78的溝槽內，以便使它們不大可能被損壞或無意脫出。同樣，如圖1大致所示的那樣，靜密封填料函壓環(huán)94和96可以保護性地嵌入毗鄰旋轉靶芯管30和32的表面的溝槽內，以便進一步防止在這些表面和密封套80和82的內側表面之間出現(xiàn)泄漏及污物進入這些表面之間。
現(xiàn)分別參照附圖2A和2B對密封套80和82進行描述，其中它們是與可轉動磁控管無關地示出的。所示密封套80和82分別包括外殼層100和102，內殼層104和106，以及它們之間的環(huán)形空間108和110。在這些環(huán)形空間108和110內設置有密封裝置112和114、密封隔圈116和118、和軸承120和122。這些內側部件分別由止推墊圈124和126以及固定墊圈128和130固定在它們的相應環(huán)形空間108和110內。
應該理解的是，上述標號還指圖2A和2B中示出的經標示的內側部件的完全相同物。作為例子，密封套80和82在各種結構布置中可以要求多個內側密封裝置以提供足夠的密封。如圖1和2A示范的那樣，在一般與冷卻流體(上述)相關的第一支承結構22內，密封套80在軸承120的每一側可以要求有多個密封裝置112。在相反端部12，在圖1所示一般沒有流體(上述)的第二支承結構24內，圖2B的密封套82可以要求不多的環(huán)繞軸承122的密封裝置114。密封裝置112和114的數(shù)目和布置形式一般取決于可轉動磁控管的工作條件(即，環(huán)境空氣和流體壓力、以及室壓力)。
如圖2A和2B所示，內側密封裝置112和114最好是高彈性材料環(huán)的形式的旋轉密封裝置，其橫截面是“U”形的并充滿真空潤滑脂。此外，軸承120和122最好是滾柱軸承，它能將作用于其上的力分散，從而減小密封套80和82的密封表面上的磨損。將這種密封裝置112和114以及軸承120和122分別結合在密封套80和82內能提供周圍環(huán)境和真空室之間的有效隔離，同時又允許靶芯管30和32在密封套80和82內自由地轉動。在裝配時密封套的構形便于靶芯管30和32在密封套80和82內的此轉動，這將在下面描述。
在準備涂覆而裝配磁控管時，將密封套80和82分別放在第一和第二支承結構22和24內。這樣，外殼層100和102就分別相對于軸承面76和78轉動地固定住。以圖1所示為例，所示在密封套80的外殼層100上的突緣100a是由一個螺栓130這樣固定住的。螺栓130還起安裝端護罩132和防止提供軸承面76的密封外殼13b轉動的作用。應該理解，在可轉動磁控管設備的相反端部12處，外殼層102的一個類似的突緣102a可以由這樣一個用來安裝端護罩134和防止提供支承面78的密封外殼138的轉動的螺栓(未示出)這樣固定住。
此外，在可轉動磁控管的裝配中，內殼層104和106分別相對于可轉動的靶芯管30和32轉動地固定住。以圖2A和2B中所示為例，內殼層104和106分別攜帶有用于嚙合芯管30和32的銷140和142。具體地說，如圖1所示，銷140和142嵌插入芯管30和32的鍵槽144和146內以便相對于芯管30和32轉動地固定住內殼層104和106。
這樣，一旦可轉動磁控管被以上述方式完全地裝配好并開始工作，分別在外殼層100及102和軸承面76及78之間，以及分別在內殼層104及106和芯管30及32之間就形成靜密封裝置。這種靜密封裝置可以由本文所描述的凹嵌密封填料函壓環(huán)90，92，94和96實現(xiàn)。在外殼層100和102在密封外殼136和138內轉動地保持靜止以及內殼層104和106隨旋轉靶芯管30和32一起轉動的同時，通過密封套80和82的環(huán)形空間108和110內的內側密封裝置112和114和軸承120和122在這些外、內殼層之間就形成一個動密封裝置。用這種方法，密封套80和82就提供了可轉動磁控管的真空室和周圍環(huán)境之間有效的密封裝置，同時保護這種密封裝置免受污染和磨損并保護密封外殼136和138的軸承面76和78及靶芯管30和32的外表面。此外，這些軸向可移動的密封套80和82便于有效地拆卸和更換裝在其內的密封裝置和密封表面。具體地說，當在可轉動磁控管中采用密封套80和82時，拆卸及更換這些密封套而采用新的預裝配的密封套部件所需時間約為5分鐘或更少。
應該理解的是，上面已參照一個具體的較佳實施例對本發(fā)明作了說明，該說明書是意圖說明而不是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍是由權利要求書的范圍界定的。
權利要求
1.一種可轉動磁控管設備，該設備包括一個具有第一和第二靶端的圓筒形靶，其可繞其縱向軸線轉動；至少一個用于在其內攜持一個芯管的支承結構，所述一個支承結構在其內具有一個軸承面；所述芯管可以嚙合所述第一和第二靶端中的一個，并且沿其一部分具有一個環(huán)形外殼面；和一個整體的密封套，該密封套具有外、內殼層、一個在外、內殼層之間的環(huán)形空間，和一個軸承及至少一個設置在該環(huán)形空間內的真空密封裝置，所述外殼層設置在毗鄰所述支承結構的軸承面處并相對于其轉動固定住，所述內殼層環(huán)繞著所述芯管的該環(huán)形外表面并相對于其轉動地固定住。
2.如權利要求1所述的可轉動磁控管，其特征在于所述芯管可相對于所述整體的密封套軸向移動，以便在相對于所述整體的密封套向外延伸足夠多時嚙合所述一個靶端部，及在相對于所述密封套向內縮回足夠多時與所述一個靶端部脫離嚙合。
3.如權利要求1或2所述的可轉動磁控管，其特征在于所述整體的密封套是可相對于所述支承結構軸向移動的。
4.如權利要求3所述的可轉動磁控管，其特征在于所述芯管和所述整體的密封套是可相對于所述支承結構軸向移動的以便從其上拆卸掉。
5.如權利要求1所述的可轉動磁控管，其特征在于所述內殼層包括用于嚙合所述芯管以便固定所述內殼層相對于所述芯管的轉動位置的裝置。
6.如權利要求1所述的可轉動磁控管，其特征在于該環(huán)形空間具有一個端部，該端部較其相反的端部更靠近靶管，至少一個真空密封裝置朝著該環(huán)形空間的該端部設置，所述軸承朝著該環(huán)形空間的該相反的端部設置，和至少另一個真空密封裝置設置在所述軸承和該環(huán)形空間的該相反的端部之間，所述整體的密封套在軸承面和環(huán)形外表面之間提供一個真空密封裝置。
7.如權利要求6所述的可轉動磁控管，其特征在于該磁控管還包括在所述支承結構內用于將流體供給靶的內側及從該內側抽出流體的裝置，所述密封套在該軸承面和該環(huán)形外表面之間提供一個流體密封裝置。
8.如權利要求3所述的可轉動磁控管，其特征在于該磁控管還包括至少一個設置在所述支承結構內并毗鄰于其軸承面和所述外殼層的密封裝置。
9.如權利要求3所述的可轉動磁控管，其特征在于該磁控管還包括至少一個設置在所述芯管內并毗鄰其環(huán)形外表面和所述內殼層的密封裝置。
10.一種用替換的密封裝置更換磁控管中的密封裝置的方法，該磁控管具有(1)一個具有第一和第二靶端并可繞其縱向軸線轉動的圓筒形靶；(2)至少一個用于在其內攜帶一個芯管的支承結構，所述支承結構在其內具有一個軸承面；(3)所述芯管能嚙合第一和第二靶端中的一個并且沿其一部分具有一個環(huán)形外表面；和(4)設置在所述支承結構內用于在該軸承面和該環(huán)形外表面之間提供一個密封裝置的裝置，所述方法包括(a)在一個能相對于所述支承結構軸向移動的密封套內提供密封裝置；(b)將該密封套從該支承結構上拆卸下；和(c)用一個其內具有替換的密封裝置的替換的密封套更換該密封套。
全文摘要
在一可轉動磁控管中，一個具有整體結合在其內的真空密封裝置的密封套在磁控管支承組件的密封外殼和一個裝在其內的芯管之間提供一密封裝置。該密封套可相對于該磁控管支承組件軸向移動。這可使其從該組件上快速地拆卸和更換。由于套的這種拆卸和更換自動地完成整體的真空裝置的拆卸和更換，故不需要對真空密封裝置進行處理或重新裝配。本發(fā)明的密封套提供了一種受保護的密封裝置設計，該設計改善了可轉動磁控管中的密封整體性。
文檔編號H01J37/34GK1126771SQ9510939
公開日1996年7月17日 申請日期1995年8月25日 優(yōu)先權日1994年8月25日
發(fā)明者J·H·包爾, H·A·比約朗姆, R·E·蘭波 申請人:美國Boc氧氣集團有限公司