КАМЕРА ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК C23C14/56 

Изобретение относится к элементам конструкции промышленных установок, в которых технологический процесс происходит в вакууме, точнее, к элементам конструкции установок для напыления покрытий вакуумным испарением, распылением или ионным внедрением, а именно, к вакуумным камерам, их дверям и устройствам для открывания и поворота дверей.

В уровне техники элемент, закрывающий отверстие для доступа в вакуумную камеру, на котором могут размещаться смотровые приборы или технологическая оснастка, называется крышкой, дверью, заглушкой, фланцем, створкой. В настоящем описании этот элемент будет называться дверью, независимо от его конструктивного исполнения и расположения, а все упомянутые названия будут считаться синонимами.

Известны вакуумные камеры установок для нанесения покрытий вакуумным испарением, содержащие корпус, прямоугольную дверь, подвешенную к боковой стенке камеры на петлях. Технологическая оснастка (карусели для напыляемых изделий) в этих установках располагается внутри камеры [CN 115110040, CN 217499396].

Обслуживание технологической оснастки, загрузка и выгрузка изделий происходит в тесном пространстве вакуумной камеры, что снижает производительность установки. Обслуживание и загрузка облегчаются, если оснастка сделана выдвижной из камеры, как в [CN 217499396]. Но при этом доступ к оснастке возможен только с двух смежных сторон, так как доступ с третьей стороны закрыт дверью.

Известна также вакуумная камера установки для нанесения покрытий вакуумным испарением, содержащая корпус, две двери по противоположным торцам корпуса, подвешенные на петлях к нижней стенке камеры. Двери выполнены в виде выпуклых кнаружи чаш, внутри которых расположена технологическая оснастка [CN 217677749]. В такой установке доступ к оснастке возможет с трех сторон, но, в то же время, он ограничен стенками чаши.

Обслуживание оснастки и ее загрузка-выгрузка облегчаются, если она устанавливается на двери, которая может отъезжать от камеры, обеспечивая трехсторонний доступ к оснастке.

Известна установка для обработки подложек в вакууме, включающая вакуумную камеру с дверью, установленной на подвижном основании, имеющем возможность перемещаться по направляющим в направлении от камеры. Технологическая оснастка установлена на двери и, отъезжая вместе с ней, становится доступной для обслуживания с трех сторон [US 4523985].

Недостатками известной установки является ненадежность вакуумного уплотнения между дверью и камерой из-за отсутствия жесткой кинематической связи между корпусом камеры и направляющими, а также необходимость отката двери на значительное расстояние от камеры для получения доступа к торцевой части оснастки.

Более рациональна конструкция, в которой вакуумная камера содержит цилиндрический корпус с двумя дверьми (крышками) с обеих сторон цилиндра, а подвешенная на консольных направляющих дверь с закрепленной на ней оснасткой может отъезжать от камеры и поворачиваться вокруг вертикальной оси на определенный угол [RU 2705818]. Направляющие в виде обращенных полками друг к другу швеллеров на верхней части корпуса камеры нависают над рабочей площадкой перед дверью.

Недостаток известной конструкции состоит в чрезмерной сложности и громоздкости механизма отката двери, содержащего множество роликов. Для сокращения длины консоли она выполнена раздвижной, что еще более усложняет механизм.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является вакуумная камера цилиндрической формы, установленная на сварном каркасе и имеющая две двери по торцам, каждая из которых соединена цилиндрическим шарниром с вертикальной осью с механизмом отката и поворота. На выступающих вверх частях каркаса укреплены выполненные в виде подшипников линейного перемещения направляющие для двух соединенных полой траверсой горизонтальных цилиндрических полых (трубчатых) консолей. Внутри полой траверсы расположена верхняя часть цилиндрического шарнира, и механизм фиксации первой двери в повернутом положении. Нижняя часть шарнира скреплена с первой дверью так, что его ось практически лежит в вертикальной плоскости симметрии двери. Вторая дверь камеры подвешена на цилиндрическом шарнире к каретке, установленной с возможностью перемещения по консольной линейной направляющей, неподвижно закрепленной на верхней части каркаса камеры [RU 176918].

Из-за использования трубчатых консолей и полой траверсы жесткость механизма оказывается недостаточной для точного подвешивания тяжелой (100 кгс и более) двери, ось подвеса которой обычно сильно смещена относительно вертикальной линии, проходящей через центр тяжести двери с установленной на ней технологической оснасткой. Из-за недостаточной жесткости консольного подвеса при полном выдвижении двери она провиснет и будет необходимо преодолевать силу тяжести при закрытии, поднимая ее в исходное положение.

Плавность хода известного механизма недостаточна из-за заедания или тяжелого хода консолей, направляющие которых установлены на выступающих частях каркаса, пространственно и кинематически удалённых друг от друга. Добиться точной соосности удалённых друг от друга подшипников, установленных в сварных узлах очень непросто. Но даже хорошо отъюстированные при изготовлении камера и каркас, нагреваясь при работе, меняют свои размеры, плавность хода двери с установленными на ней точными механизмами загруженной деталями оснастки со временем ухудшается. Ещё одним недостатком известной камеры является использование разных механизмов отката дверей по противоположным её торцам. Задачи настоящего изобретения состоят в повышении точности и лёгкости хода двери с установленной на ней технологической оснасткой, в унификации механизмов отката и поворота дверей камеры, расположенными по её противоположным торцам.

Технический результат от использования предложенного изобретения состоит в повышении плавности и точности хода двери камеры, следствием чего является повышение производительности технологического процесса из-за сокращения времени на закрывание и уплотнение дверей, а также снижения количества бракованных деталей.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной камере вакуумного напыления, включающей по меньшей мере одну дверь, скреплённую через цилиндрический шарнир и траверсу с подвижными цилиндрическими консолями, каждая из которых установлена в двух пространственно разнесённых подшипниках линейного перемещения, причём каждый из подшипников установлен в корпусе, установленном на общем с корпусами других подшипников основании, скреплённом с камерой через элемент из нержавеющей стали.

Кроме того, в каждом корпусе установлено по два подшипника.

Кроме того, камера содержит две двери, причём консоли одной двери расположены между консолями другой.

Кроме того, камера содержит две двери, причём консоли одной двери расположены над консолями другой.

Кроме того, в каждом корпусе установлены подшипники консолей разных дверей.

Кроме того, подшипники выполнены в виде подшипников скольжения для линейного перемещения.

Кроме того, подшипники выполнены в виде подшипников качения для линейного перемещения.

Кроме того, цилиндрический шарнир выполнен с возможностью регулировки положения двери по высоте.

Кроме того, расстояние между вертикальной плоскостью симметрии двери и вертикальной плоскостью, проходящей через ось цилиндрического шарнира, составляет (0-0,35) поперечного горизонтального размера двери.

Кроме того, консоли и траверса выполнены сплошными.

Благодаря выполнению подшипниковых узлов в виде корпуса с установленным в нем подшипником и установке всех корпусов на общем основании, скрепленном с камерой, достигается точный, плавный и стабильный в течение долгого времени эксплуатации ход двери, поскольку соосность подшипников каждой из консолей легко достигается юстировкой их корпусов на общем основании, а само основание, скрепленное с камерой через элемент с низкой теплопроводностью, оказывается работающим при стабильной температуре.

Благодаря установке подшипников каждой из консолей в общем корпусе, повышаются плавность и легкость хода двери за счет обеспечения высокой соосности подшипниковых гнезд при изготовлении.

Оснащение камеры двумя дверьми расширяет функциональные возможности камеры, облегчает ее обслуживание

Расположение в двухдверной камере консолей одной двери параллельно консолям другой и между ними уменьшает вертикальный габарит камеры и позволяет использовать общие корпуса для подшипников линейного перемещения пары консолей от разных дверей.

Расположение в двухдверной камере консолей одной двери параллельно и над консолями другой уменьшает горизонтальный габарит камеры и позволяет использовать общие корпуса для подшипников линейного перемещения пары консолей от разных дверей.

Благодаря использованию общих корпусов для подшипников консолей от разных дверей, повышается жесткость конструкции, обеспечивается легкость и плавность хода дверей.

Использование подшипников скольжения обеспечивает высокую плавность хода, точность и стойкость к случайным перегрузкам или ударным нагрузкам, то есть повышает надежность устройства. Использование подшипников качения обеспечивает легкость перемещения консолей с подвешенной дверью и малое усилие страгивания при закрывании и открывании двери.

Выполнение цилиндрического шарнира с возможностью регулировки положения двери по высоте ускоряет и повышает плавность операции закрытия двери за счет возможности точного совпадения осей двери и фланца камеры.

Подвес двери на цилиндрическом шарнире, ось которого лежит в вертикальной плоскости, параллельной вертикальной плоскости симметрии двери при расстоянии между плоскостями от 0 до 0,35 поперечного горизонтального размера двери, расширяет функциональные возможности камеры и установки, ее использующей.

Благодаря выполнению консолей и траверсы сплошными, существенно (на 26…47%) повышается жесткость системы и точность перемещения двери на всем протяжении ее хода. Увеличение из-за этого массы камеры практически незначимо.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 в качестве примера конкретного выполнения показан фрагмент двухдверной вакуумной камеры с установленным на ней механизмом подвеса и перемещения дверей, в котором консоли одной двери расположены между консолями другой, причем подшипники смежных консолей от разных дверей попарно установлены в общем корпусе.

На фиг.2 схематически показан вид сверху на фрагмент однодверной камеры, в которой подшипники каждой из консолей установлены в общем корпусе.

На фиг.3 схематически показан вид сбоку на камеру фиг.2.

На фиг.4 схематически показан вид сверху на фрагмент двухдверной камеры, в которой консоли одной двери расположены над консолями другой, причем подшипники консолей от разных дверей установлены попарно в общем корпусе.

На фиг.5 схематически показан вид сбоку на камеру фиг.4.

На фиг.6 схематически изображен фронтальный вид на камеру с нижним расположением механизма опоры и перемещения двери.

На фиг.7 схематически изображен фронтальный вид на камеру со смещенной относительно оси симметрии двери осью цилиндрического подвеса.

Предложенная вакуумная камера (фиг.1) включает боковую стенку 1 с фланцами 2 и 3 по открытым концам, в проточках которых могут быть размещены уплотнительные прокладки. Боковая стенка 1 может быть выполнена в виде цилиндрической или конической обечайки, но может иметь и коробчатую или иную форму в зависимости от размещаемого в нем оборудования и характера технологического процесса. К фланцам 2 и 3 посредством зажимов 4 прижаты двери 5 и 6, на которых обычно располагаются смотровые окна, манипуляторы и, со стороны вакуума, - технологическая оснастка, обычно в виде каруселей или барабанов для размещения напыляемых деталей.

Механизм подвеса и перемещения двери смонтирован на скрепленной с камерой или с ее боковой стенкой 1 скобе 7. Он включает в себя основание (опорную плиту) 8, на котором закреплены направляющие для консолей 9 и 10 двери 5 и консолей 11 и 12 для двери 6. Предпочтительно, чтобы консоли были выполнены сплошными, поскольку их момент сопротивления на 25-50% выше, чем у труб доступного сортамента. Для уменьшения тепловой связи между камерой и основанием 8 скоба 7 выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например, из нержавеющей стали. Теплопроводность скобы может быть также снижена прорезями или отверстиями в ней, удлиняющими путь теплового потока от камеры к основанию 8.

Каждая направляющая состоит из корпуса 13 и установленного в нем, по меньшей мере, одного подшипника линейного перемещения 14. Корпус 13 может иметь фланцевую часть с отверстиями для резьбовых крепежных элементов для прикрепления к основанию 8 (фиг.1-5), либо иметь резьбовые отверстия для резьбовых крепежных элементов, проходящих через основание 8.

В качестве примера, на чертежах показаны направляющие, у которых в одном корпусе 13 установлены два подшипника 14. На фиг.1 подшипники установлены в корпусе рядом, бок о бок, и через них проходят консоли разных дверей, а на фиг.2 и 3 подшипники 14 установлены в корпусе 13, выполненном как одно целое с фланцем, соосно один за другим и через них проходят одна консоль. Вариант фиг.2 и 3 предпочтительнее, поскольку посадочные гнезда корпуса под подшипники могут быть обработаны на станке с одного установа без поперечного перемещения режущего инструмента, что обеспечивает высокую соосность подшипниковых гнезд, подшипников и, тем самым, плавность хода двери.

Подшипники 14 могут быть как подшипниками скольжения, так и подшипниками качения. Подшипники скольжения хорошо переносят перегрузку и ударные нагрузки, но обладают большим усилием страгивания по сравнению с подшипниками качения.

Консоли каждой из дверей 5 и 6 по одному из концов скреплены с траверсами 15 и 16 из листового металла. На других концах консолей установлены ограничители продольного перемещения 17. К траверсе 15 прикреплена верхняя (на фиг.6 - нижняя) шарнирная часть 18, которая может иметь механизм 19 фиксации положения открытой двери, например под углом 90 и 180 градусов относительно ее рабочего положения.

Нижняя (на фиг.6 - верхняя) шарнирная часть 20 соединена с верхней (на фиг.6 - нижней) шарнирной частью 18 стержнем 21, выполняющим роль оси шарнира. Она может иметь механизм 22 регулировки высоты подвеса двери.

В случаях, когда оператор установки должен одновременно управлять процессом с пульта 23 и вести визуальное наблюдение за процессом через смотровое окно 24 (фиг.6) целесообразно располагать устройство перемещения дверей не над, а под камерой, как показано на фиг.6. В этом случае дверь не подвешивается, а устанавливается на шарнир, а для прохода стержня 21 в полу 25 установки делается соответствующая прорезь.

Если размещенное на двери камеры оборудование не позволяет закрепить на ней шарнирную часть так, чтобы вертикальная плоскость 26 симметрии двери, перпендикулярная плоскости двери (если дверь не плоская, то плоскости фланца камеры) совпадала с параллельной ей плоскостью 27, проходящей через ось стержня 21, то ось стержня 21 вместе со всем устройством для открывания двери может быть смещена в направлении к краю двери на расстояние t=(0-0,35)М, как это показано на фиг.7. Говоря о вертикальной плоскости симметрии двери, подразумевается, что дверь имеет вид круглого диска, где М - диаметр двери, или прямоугольника и в этом случае М - ширина двери, без учета имеющихся в ней отверстий или скрепленного с ней оборудования.

Работа предложенного устройства ниже описана применительно к изображенном на фиг.2 и 3 варианте исполнения предложенной камеры с одной дверью. Работа предложенной двухдверной камеры происходит аналогично. Манипуляции с каждой из двух дверей происходят независимо.

Для загрузки камеры или прикрепленного к внутренней стороне двери 5 оборудования напыляемыми изделиями освобождают зажимы 4, напускают в камеру воздух и откатывают дверь, подвешенную на состоящем из частей 18, 20 и 21 шарнире, траверсе 15 и консолях 9 и 11.

При необходимости, дверь поворачивают на шарнире, фиксируя ей в повернутом положении механизмом 20 фиксации положения открытой двери. Практика показала, что двух фиксированных положений двери, повернутой на 90 и 180 градусов относительно рабочего вполне достаточно для удобной работы при любых используемых на практике конструкциях двери и скрепленного с ней оборудования.

После разгрузки готовых и загрузки напыляемых изделий, дверь поворачивают в рабочее положение и плавно подкатывают к фланцу 2 камеры. Плавность хода двери, обеспечиваемая хорошей соосностью подшипников линейного перемещения, позволяет избежать повреждения или загрязнения изделий осыпающимися с оборудования или стенок камеры продуктами напыления.

При закрывании камеры дверь 5 вручную плавно подводят к ее фланцу 2 и прижимают к уплотнительной прокладки по всей окружности. Точная соосность фланца 2 и двери 5 достигается регулировкой высоты подвеса двери механизмом 22.

Опыт эксплуатации двухдверной установки с предложенной камерой показал статистически значимое снижение брака по сравнению с установкой, в которой дверь подвешена на консоли из двух швеллеров на колесной тележке.

Изобретение относится к камере вакуумного напыления. Упомянутая камера содержит по меньшей мере одну дверь, скреплённую через цилиндрический шарнир и траверсу с подвижными цилиндрическими консолями, каждая из которых установлена в двух пространственно разнесённых подшипниках линейного перемещения. Каждый из подшипников установлен в корпусе, установленном на общем с корпусами других подшипников основании, скреплённом с камерой через элемент из нержавеющей стали. Обеспечивается повышение точности и лёгкости хода двери с установленной на ней технологической оснасткой. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Камера вакуумного напыления, включающая по меньшей мере одну дверь, скреплённую через цилиндрический шарнир и траверсу с подвижными цилиндрическими консолями, каждая из которых установлена в двух пространственно разнесённых подшипниках линейного перемещения, отличающаяся тем, что каждый из подшипников установлен в корпусе, установленном на общем с корпусами других подшипников основании, скреплённом с камерой через элемент из нержавеющей стали.

2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит две двери, причём консоли одной двери расположены между консолями другой.

3. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит две двери, причём консоли одной двери расположены над консолями другой.

4. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что подшипники выполнены в виде подшипников скольжения для линейного перемещения.

5. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что подшипники выполнены в виде подшипников качения для линейного перемещения.

6. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрический шарнир выполнен с возможностью регулировки положения двери по высоте.

7. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние между вертикальной плоскостью симметрии двери и вертикальной плоскостью, проходящей через ось цилиндрического шарнира, составляет (0-0,35) поперечного горизонтального размера двери.

8. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что консоли и траверса выполнены сплошными.