一种离子束沉积设备的冷却辊的制作方法

本发明涉及离子束镀膜领域，具体涉及一种离子束沉积设备的冷却辊。

背景技术：

冷却辊是在薄膜生产中用于冷却薄膜产品的输送件，具有冷却与输送的双重作用。

在薄膜压延、涂布或其它加工过程中，为了减少材料在温度变化时变形，特别是塑性材料由于温度升高在拉升力及电场力的作用下变形，通过冷辊冷却可减少材料的变形。

在离子束沉积薄膜领域中，申请号为“201010510359.5”的中国专利申请公开了在离子注入和等离子体沉积薄膜的设备中采用的冷却部件，冷却部件为自由转动的、中空且内通冷却介质的冷却辊，该冷却部件可防止长时间的等离子体沉积和/或离子注入所产生的大量热量损坏薄膜。

此外，该申请的冷却辊主要起到冷却薄膜的作用，但是在实际的离子束沉积过程中，等离子沉积的分布的均匀性有待提高。

因此，需要提供一种运用于离子束沉积设备的冷却辊。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种离子束沉积设备的冷却辊，其包括表面导电层、绝缘导热层以及冷却腔。可在表面导电层施加电压，提高离子沉积分布额均匀性，通过绝缘导热层将冷却腔与表面导电层分隔，避免冷却腔与表面导电层之间相互导电，消除触电的安全隐患。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种离子束沉积设备的冷却辊，包括中空的辊体，所述辊体由外至内依次包括表面导电层、绝缘导热层以及冷却腔，所述表面导电层携带负电荷，所述辊体还包括支撑轴部，所述支撑轴部与所述绝缘导热层固定；

所述冷却腔中设置有第一冷却盘管，所述第一冷却盘管内循环通入、排出冷却流体，所述第一冷却盘管的外管壁与所述绝缘导热层接触，所述第一冷却盘管包括第一冷却流体入口以及第一冷却流体出口，所述第一冷却流体入口及所述第一冷却流体出口均设置于支撑轴部上，且所述第一冷却流体入口及所述第一冷却流体出口沿所述辊体的轴线方向朝所述辊体外设置。

通过这样设置，由于向薄膜表面沉积的离子束携带正电荷，故通过在冷却辊上加负电场，从而提高离子束平均能量，改善离子束性能，提高薄膜沉积质量；

而现有的冷却辊采用导热性能好的材料，例如金属，优选为不锈钢，而若直接在现有技术的冷却辊上施加电压，可能会导致整体的沉积设备带电，无法控制电场分布，另外存在触电的安全隐患。

通过绝缘导热层将冷却腔与表面导电层隔离开，支撑轴部与绝缘导热层固定，从而支撑轴部也与表面导电层之间相互不导电，在离子束沉积过程中，薄膜的热量可以通过绝缘导热层传递至冷却腔中，通过冷却腔中的液态或气态介质或固体冷却介质将热量带走，从而对薄膜进行冷却，降低薄膜的温度，冷却辊在工作过程中，由于绝缘导热层的设置，表面导电层与冷却腔、支撑轴隔离，使得冷却辊整体上只有表面导电层带电，降低触电的风险，消除安全隐患，并通过在冷辊表面均匀施加电场，改变了系统的电场分布，提高镀膜质量。

第一冷却盘管的外管壁与绝缘导热层接触，从而绝缘导热层将热量传递至第一冷却盘管，通过第一冷却盘管通入的冷却流体将热量带离冷却辊，冷却流体即为液态或气态介质，从而对与表面导电层接触的薄膜进行冷却，起到保护薄膜的目的；

第一冷却流体入口及第一冷却流体出口均设置于支撑轴部上，便于将冷却流体引入冷却腔中，结构紧凑。

作为优选，所述冷却腔中还设置有与导热内轴，所述导热内轴与所述绝缘导热层固定，所述第一冷却盘管卷绕于所述导热内轴的外壁上。

通过这样设置，导热内轴可将传递至绝缘导热层的热量进行分散，第一冷却盘管既与绝缘导热层接触又与导热内轴接触，从而第一冷却盘管的换热面积得到有效增大，提高换热的效率，增强冷却的效果。

作为优选，所述导热内轴为实心结构。

作为优选，所述导热内轴为中空结构。

通过这样设置，导热内轴可以是中空结构，可降低冷却辊的整体重量，便于驱动冷却辊转动，降低能耗，节能环保。

作为优选，所述导热内轴内设置有第二冷却盘管，所述第二冷却盘管的外管壁与所述导热内轴的内壁接触。

通过这样设置，在导热内轴中设置第二冷却盘管，从而第二冷却盘管可进一步地将传递至导热内轴的热量带离冷却辊，进一步提高冷却的效率。

作为优选，所述辊体外还设置有带电辊，所述带电辊与电源负极连接，所述带电辊的外沿与所述表面导电层抵接。

通过这样设置，带电辊与电源负极连接，而带电辊与表面导电层的接触，从而使得表面导电层携带负电荷，通过带电辊与表面导电层接触而使表面导电层携带负电荷，减少直接向表面导电层接线而发生的缠线的问题；

带电辊可随辊体转动而转动，从而减少对表面导电层造成损伤，延长其使用寿命。

作为优选，所述支撑轴部外套设有转动轴承。

通过这样设置，转动轴承可使得支撑轴部的转动顺畅，减少其磨损的可能。

作为优选，所述表面导电层为光滑的金属层，所述绝缘导热层为陶瓷层。

通过这样设置，金属具有良好的导电性能，表面导电层的表面光滑是为了减少对薄膜的损伤，陶瓷层可以起到绝缘导热的效果。

作为优选，所述绝缘导热层为陶瓷层，所述陶瓷层的厚度为b，1mm＜b＜100mm。

通过这样设置，优选采用陶瓷层作为绝缘导热层，将陶瓷层的厚度设置在1mm～100mm的范围内，可起到绝缘导热的作用的前提下，尽可能地减轻冷却辊的重量。

相对于现有技术，本发明取得了有益的技术效果：

1、在冷辊表面均匀施加电场，改变系统的电场分布，提高镀膜质量，通过绝缘导热层将冷却腔与表面导电层隔离开，支撑轴部与绝缘导热层固定，将表面导电层与冷却腔、支撑轴隔离，能对薄膜进行冷却，并降低触电的风险，消除安全隐患。

2、在冷却腔中设置第一冷却盘管，在第一冷却盘管中通入冷却流体，对绝缘导热层传导的热量携带走。

3、设置导热内轴，提高冷却效率。

4、冷却内轴设置为中空结构，在导热内轴中设置第二冷却盘管，进一步提高冷却效率。

附图说明

图1是本发明实施例1的爆炸示意图；

图2是本发明实施例1的整体结构示意图；

图3是本发明实施例1的内部结构示意图；

图4是本发明实施例2的整体结构示意图。

其中，各附图标记所指代的技术特征如下：

1、辊体；101、表面导电层；1011、卡接凸条；102、绝缘导热层；1021、安装卡槽；103、冷却腔；104、支撑轴部；105、导热内轴；2、带电辊；201、连接轴承；202、电线；3、支撑座；301、转动轴承；4、第一冷却盘管；401、第一冷却流体入口；402、第一冷却流体出口；5、第二冷却盘管；502、第二冷却流体入口；502、第二冷却流体出口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

实施例1

参考图1、图2以及图3，本实施例公开了一种离子束沉积设备的冷却辊，包括中空的辊体1，辊体1由外至内依次包括表面导电层101、绝缘导热层102以及冷却腔103。

参考图1、图2，辊体1整体呈圆柱状，绝缘导热层102围构形成辊体1的侧壁，绝缘导热层102上开设有安装卡槽1021，表面导电层101为圆形的套状，表面导电层101套于绝缘导热层102外，表面导电层101上设置有卡接凸条1011，卡接凸条1011与安装卡槽1021卡接配合。

本实施例中，表面导电层101为光滑的金属层，绝缘导热层102为陶瓷层。

其中，优选方案是：绝缘导热层102为陶瓷层，陶瓷层的厚度为b，1mm＜b＜100mm，在此范围内，陶瓷层具有良好的导热效果以及绝缘性能，并且重量适中。

b可选6mm、7mm、8mm、9mm。

参考图1、图2以及图3，表面导电层101携带负电荷，本实施例中，在辊体1外还可转动地设置一带电辊2，带电辊2与一对连接轴承201连接，连接轴承201的外圈固定于离子束沉积设备(图中未示出)的真空内腔中，连接轴承201的内圈与带电辊2同轴固定；

带电辊2通过电线202与电源的负极连接，带电辊2也呈圆柱状，带电辊2的外沿与辊体1的表面导电层101抵接，从而使得表面导电层101携带负电荷。

参考图1、图2以及图3，辊体1还包括支撑轴部104，支撑轴部104与绝缘导热层102固定。

支撑轴部104可转动地设置在一支撑座3上，支撑座3安装与离子束沉积设备的真空内腔中，支撑座3上设置有转动轴承301，转动轴承301套设于支撑轴部104外，从而使得支撑轴部104相对于支撑座3可转动。

转动轴承301的内层表面以及支撑轴部104的外表面均设置耐磨涂层(图中未示出)，延长其使用寿命。

本实施例中，冷却腔103内循环通入、排出冷却流体，冷却流体可以是冷却空气或者冷却液，冷却液可采用冷却水或冷却油，在其他实施例中，还可以设置为在冷却腔103内设置固体冷却介质。

参考图1、图2以及图3，冷却腔103中设置有第一冷却盘管4，冷却流体内循环通入、排出第一冷却盘管4，第一冷却盘管4的外管壁与绝缘导热层102接触，第一冷却盘管4包括第一冷却流体入口401以及第一冷却流体出口402，第一冷却流体入口401及第一冷却流体出口402均设置于支撑轴部104内，且第一冷却流体入口401及第一冷却流体出口402均沿辊体1的轴线方向朝辊体1外设置，从而可从辊体1外通过第一冷却流体入口401向第一冷却盘管4中通入冷却流体，再从第一冷却流体出口402将携带热量的冷却流体排出辊体1。

参考图3，冷却腔103中还设置有与导热内轴105，导热内轴105与绝缘导热层102固定，导热内轴105的材料可与绝缘导热层102的材料一致，导热内轴105还可以设置为金属轴，优选地，导热内轴105为不锈钢或铜。

参考图3，第一冷却盘管4卷绕于导热内轴105的外壁上，本实施例中，导热内轴105为实心结构。

上述针对冷却辊的设计材料能满足在-5℃至200℃的环境中正常工作。

本发明实施例的使用过程及原理：

本实施例的冷却辊安装于现有技术中的离子束沉积设备中的真空腔中，使带电辊2与电源的负极连接，由于带电辊2与冷却辊辊体1的表面导电层101接触，从而为表面带电层提供稳定均匀的负电荷。

在离子沉积或离子束镀膜过程中，薄膜紧贴表面导电层101，带有部分正电荷的高能离子束轰击薄膜，表面导电层101负电荷迁移至薄膜表面，与正电荷复合完成薄膜表面改性工艺。

在冷辊表面均匀施加电场，改变系统的电场分布，提高镀膜质量。

绝缘导热层102能防止电荷向冷却辊的内部金属结构件迁移，起到绝缘导热的作用，冷却辊除了表面导电层101外，其他部件均不导电，降低安全隐患。

向第一冷却盘管4的第一冷却流体入口401通入冷却流体，即冷却水或冷却油或冷却空气，冷却流体沿第一冷却盘管4流动，第一冷却盘管4的外管壁与绝缘导热层102接触，从而表面导电层101上的薄膜将热量传导至表面导电层101，热量再由表面导电层101传导至绝缘导热层102，而绝缘导热层102可将热量传导至第一冷却盘管4，从而冷却流体可吸收第一冷却盘管4中的热量，最终从第一冷却盘管4的第一冷却流体出口402中排出，从而将热量带离冷却辊，对薄膜进行降温。

实施例2

参考图4，本实施例公开了另一种离子束沉积设备的冷却辊，基于实施例1并与实施例1的区别在于：

本实施例中，导热内轴105为中空结构，导热内轴105内还设置有第二冷却盘管5，第二冷却盘管5的外管壁与导热内轴105的内壁接触，第二冷却盘管5包括第二冷却流体入口502以及第二冷却流体出口502，第二冷却流体入口502及第二冷却流体出口502均沿辊体1的轴线方向朝辊体1外设置。

第二冷却盘管5中通入的冷却流体可以与第二冷却盘管5中通入的冷却流体相同或不同。

本发明实施例的使用过程以及原理：

基于实施例1，本实施例还向第二冷却盘管5的第二冷却流体入口502通入冷却流体，即冷却水或冷却油或冷却空气，冷却流体沿第二冷却盘管5流动，第二冷却盘管5的外管壁与导热内轴105接触，从而表面导电层101上的薄膜将热量传导至表面导电层101，热量再由表面导电层101传导至绝缘导热层102，导热内轴105可将绝缘导热层102的热量进行分流，绝缘导热层102的部分热量传导至导热内轴105上，从而绝缘导热层102的热量一部分可传导至第一冷却盘管4，另一部分热量可传导至第二冷却盘管5，从而第一冷却盘管4、第二冷却盘管5中冷却流体分别吸收绝缘导热层102、导热内轴105的热量，将热量带离冷却辊，对薄膜进行降温，冷却效率更高，效果更好。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。