ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ЛИНИЙ ОТКАЧКИ ВАКУУМНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к вакуумной технике и может быть использована в вакуумных установках, предназначенных для изготовления пленок различных материалов методами ионного распыления и термовакуумного напыления.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятым за прототип является переключатель линий откачки вакуумной установки типа УВН-2М-1 или УВН-2М-2 (см. книгу: Моряков О.С. Устройство и наладка оборудования полупроводникового производства. - М.: «Высшая школа», 1976). Этот переключатель линий откачки содержит клапанную коробку, электромагнитный клапан для напуска воздуха в нее и два одинаковых клапанных узла с ручным приводом, каждый из которых имеет корпус с фланцем, тарелку с кольцевым уплотнителем, шарнирно соединенную с помощью штифта с вакуумной частью приводного штока, проходящую в атмосферную часть корпуса через сальниковое уплотнение с резиновыми манжетами и соединенную подвижно внутри атмосферной части корпуса со втулкой, которая соединена жестко с атмосферной частью штока и имеет на наружной поверхности паз, состоящий из продольного участка и двух поперечных противоположно направленных участков, для взаимодействия с выступом в виде диска, закрепленном на внутренней поверхности корпуса, при этом внешняя атмосферная часть штока снабжена рукояткой.
Переключатель - прототип обладает простой конструкцией, большим сроком службы и до сих пор используется в вакуумных установках УВН-2М-1 и УВН--2М-2 на предприятиях и в высших учебных заведениях (смотрите, например, источники информации: 1). Пиганов М.Н., Дмитриев В.Д., Калаев М.П. Изучение вакуумной установки для напыления материалов. / Самарский государственный аэрокосмический, университет. - Самара: «Издательство СГАУ», 2013, стр. 3-7; 2). Данилина Т.И., Сахаров Ю.В. Технология тонкопленочных микросхем. - Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2007, стр. 4-7).
Недостатком прототипа является отсутствие в нем блокировки линии откачки форвакуумного насоса и линии откачки паромасляного насоса, то есть отсутствие взаимной блокировки переключений двух клапанных узлов с ручным приводом, которые переводятся оператором из открытого положения в закрытое, и наоборот, с помощью рукояток. При этом переключения положений одного узла, выполняемые оператором, не зависят от положения, в котором находится второй узел. Это приводит к возможной ошибке оператора (особенно начинающего оператора, например, студента) при работе с клапанными узлами, когда при открытом положении клапанного узла, подключающего форвакуумный насос к паромасляному насосу, оператор переводит в открытое положение клапанный узел, подключающий форвакуумный насос к вакуумной камере с атмосферным давлением воздуха в ней. При этом в течение 2-3 секунд воздух из вакуумной камеры натекает в работающий паромасяный насос через переключатель линий откачки, что приводит к окислению нагретого масла этого насоса и к необходимости последующего ремонта паромаслянного насоса, т.е выполнения демонтажа этого насоса, слива окисленного масла, очистки поверхностей всех внутренних элементов насоса от твердой пленки сгоревшего масла, заливки в насос новой порции масла, монтажа паромаслянного насоса на вакуумную установку и обезгаживания залитого масла в работающем насосе в течение более 20 часов (см., например, Кузнецов В.И., Немилов Н.Ф., Шемякин В.Е. Эксплуатация вакуумного оборудования. - М.: «Энергия», 1978, стр. 45). В связи с этим при использовании вакуумных установок с переключателем - прототипом в высших учебных заведениях во время выполнения соответствующих лабораторных, курсовых и дипломных работ студенты находятся под жестким контролем вспомогательного персонала (который фактически выполняет эти работы, не допуская студентов к самостоятельной работе на установке), что снижает качество образования, так как не развивает у обучающихся самостоятельность в работе.
Заявляемая полезная модель решает задачу защиты паромасляного насоса вакуумной установки от случайного напуска оператором воздуха с атмосферным давлением из вакуумной камеры в работающий паромасляный насос через переключатель линий откачки.
Указанный технический результат достигается тем, что переключатель линий откачки, содержащий клапанную коробку, электромагнитный клапан для напуска воздуха в нее и два одинаковых клапанных узла с ручным приводом, каждый из которых имеет корпус с фланцем, тарелку с кольцевым уплотнителем, шарнирно соединенную с помощью штифта с вакуумной частью приводного штока, проходящую в атмосферную часть корпуса через сальниковое уплотнение с резиновыми манжетами и соединенную подвижно внутри атмосферной части корпуса со втулкой, которая соединена жестко с атмосферной частью штока и имеет на наружной поверхности паз, состоящий из продольного участка и двух поперечных противоположно направленных участков, для взаимодействия с выступом в виде диска, закрепленном на внутренней поверхности корпуса, при этом внешняя атмосферная часть штока снабжена рукояткой, на внешних атмосферных частях штоков клапанных узлов установлены блокирующие элементы. При этом первый блокирующий элемент, установлен на внешней атмосферной части штока первого клапанного узла, подключающего форвакуумный насос к паромасляному насосу, и выполнен в виде детали с уголковым профилем, ширина В которой равна: B=W+d, где W - величина хода приводного штока при переключении первого клапанного узла из закрытого состояния в открытое состояние, d - толщина уголкового профиля, а второй блокирующий элемент, установлен на внешней атмосферной части штока второго клапанного узла, подключающего форвакуумный насос к вакуммной камере, и выполнен в виде плоской детали, участок боковой границы которой касается поверхности детали с уголковым профилем и имеет вид дуги окружности, переходящей в прямую линию, при этом радиус дуги окружности равен расстоянию от оси вращения штока второго клапанного узла до наружной плоской поверхности (паралллельной оси вращения штока второго узла) детали с уголковым профилем при закрытом состоянии первого клапанного узла, а переходящий в дугу линейный участок боковой границы плоской детали касается этой наружной плоской поверхности детали с уголковым профилем при открытом состоянии первого клапанного узла. Кроме того, в частном случае выполнения первый и второй блокирующие элементы закреплены на рукоятках первого и второго клапанных узлов, соответственно, а во втором случае выполнения первый и второй блокирующие элементы закреплены на втулках, установленных на внешних атмосферных частях штоков первого и второго клапанных узлов между рукоятками и торцами корпусов этих узлов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез переключателя линий откачки вакуумной утановки; на фиг. 2 показаны продольный разрез клапанного узла для подключения форвакуумного насоса к вакуумной камере и вид на приводной составной шток со стороны паза на соединительной втулке; на фиг. 3 представлены вид на два блокирующих элемента, установленных на рукоятках внешних частей штоков клапанных узлов, и разрез рукояток с блокирующими элементами по плоскости А-А при закрытом состоянии клапанных узлов; на фиг. 4 показан вид на блокирущие элементы при открытом состоянии клапанного узла для подключения форвакуумного насоса к паромасляному насосу.
Переключатель линий откачки содержит клапанную коробку 1 с шестью отверстиями, электромагнитный клапан для напуска воздуха в нее и два одинаковых клапанных узла 2 и 3 с ручным приводом (фиг. 1). С помощью трех отверстий 4, 5 и 6 внутренний объем клапанной коробки 1 соединен трубопроводами с форвакуумным и паромасляным насосами и с вакуумной камерой, соответственно (на фиг. 1 показаны только фланцы 7, 8 и 9 этих трубопроводов). На двух отверстиях клапанной коробки 1, расположенных напротив отверстий 5 и 6, установлены первый и второй клапанные узлы 2 и 3 для подключения форвакуумного насоса либо к паромасляному насосу, либо к вакуумной камере, соответственно. Шестое отверстие с установленным на нем электромагнитным клапаном расположено в центре левой боковой стенки клапанной коробки 1. Клапанная коробка 1 закреплена вертикально на каркасе вакуумной установки с помощью переходной пластины 10.
Каждый клапанный узел (2, или 3) содержит корпус 11 с фланцем, тарелку 12 с кольцевым уплотнителем 13, шарнирно соединенную с помощью штифта 14 с концом вакуумной части 15 приводного штока (фиг. 2), на другом конце которой выполнена ступенчатая головка 16, расположенная внутри соединительной втулки 17 со ступенчатым центральным отверстием. Соединительная втулка 17 расположена в атмосферной части корпуса 11, жестко соединена с атмосферной частью 18 штока и имеет вращательную и поступательную степени свободы относительно корпуса 11. Вакуумная часть 15 штока с головкой 16 имеет только вращательную степень свободы относительно втулки 17.
Вакуумная часть 15 приводного штока проходит в атмосферную часть корпуса 11 через сальниковое уплотнение 19, которое содержит резиновые манжеты 20, армированные пружинящими спиральными кольцами, и фетровое кольцо 21, пропитанное вакуумным маслом. Наружные бортики манжет 20 вакуумно-плотно прижаты к корпусу 11 с помощью колец 22 и гайки 23.
На наружной поверхности втулки 17 выполнен паз, состоящий из продольного участка 24 и двух поперечных противоположно направленных участков 25 и 26, для взаимодействия с выступом 27 в виде диска. Выступ 27 закреплен на внутренней поверхности корпуса 11 с помощью резьбового элемента 28, который жестко соединен с выступом 27 и выходит на внешнюю поверхность корпуса 11 через сквозное продольное отверстие 29 в корпусе 11, где элемент 28 фиксируется гайкой 30.
Внешняя атмосферная часть 18 каждого штока снабжена рукояткой 31, с помощью которой обеспечиваются ограниченные участками 24, 25 и 26 паза на поверхности втулки 17 вращательное и поступательное движения втулки 17 и атмосферной части 18 штока относительно корпуса 11, а также поступательное движение вакуумной части 15 штока относительно корпуса 11. Отверстие 32, выполненное в корпусе 11, служит для подачи смазки в полость между сальникововым уплотнением 19 и втулкой 17. а также для обеспечения поступления воздуха в эту полость и его выхода из этой полости при поступательном перемещении втулки 17.
Переключатель линий откачки снабжен двумя блокирующими элементами 33 и 34, установленными на внешних атмосферных частях штоков клапанных узлов (фиг. 3 и фиг. 4). Первый блокирующий элемент 33, установлен на внешней атмосферной части штока первого клапанного узла 2, подключающего форвакуумный насос к паромасляному насосу, и выполнен в виде детали с уголковым профилем, ширина В которой равна (см. фиг. 3): B=W+d, где W - величина хода приводного штока при переключении первого клапанного узла 2 из закрытого состояния в открытое состояние, d - толщина уголкового профиля. Второй блокирующий элемент 34, установлен на внешней атмосферной части штока второго клапанного узла 3, подключающего форвакуумный насос к вакуумной камере, и выполнен в виде плоской детали, участок боковой границы которой касается поверхности детали с уголковым профилем и имеет вид дуги окружности, переходящей в прямую линию, при этом радиус R дуги окружности равен расстоянию Н от оси вращения штока второго клапанного узла 3 до наружной плоской поверхности (параллельной оси вращения штока второго узла 3) детали с уголковым профилем при закрытом состоянии первого клапанного узла 2, а переходящий в дугу линейный участок боковой границы плоской детали касается этой наружной плоской поверхности детали с уголковым профилем при открытом состоянии первого клапанного узла 2.
В частном случае выполнения первый 33 и второй 34 блокирующие элементы закреплены на рукоятках 31 первого 2 и второго 3 клапанных узлов, соответственно, с помощью болтов 35, а во втором случае выполнения первый 33 и второй 34 блокирующие элементы закреплены с помощью винтов на втулках (которые не показаны на фигурах 2, 3 и 4), установленных на внешних атмосферных частях штоков первого 2 и второго 3 клапанных узлов между рукоятками 31 и торцами корпусов 11 этих узлов.
*
-2
Переключатель линий откачки работает следующим образом. В исходном состоянии клапанные узлы 2 и 3 находятся в закрытом состоянии. При этом в каждом клапанном узле выступ 27 находится в поперечном участке 26 паза, выполненного на наружной поверхности втулки 17. Для откачки диффузионного насоса открывают первый клапанный узел 2 с помощью рукоятки 31 путем поворота втулки 17 в области поперечного участка 26 паза и последующего вытягивания втулки 17 вдоль продольного участка 24 паза, при этом тарелку 12 клапана вытягивают до гайки 23 сальникового уплотнения 19. В результате этого внутренний объем клапанной коробки 1 соединяют с трубопроводом диффузионного насоса через открытое отверстие 5. Откачивают диффузионный насос до давления остаточных газов (5-6)10 мм. рт.ст. и включают электропитание его нагревателя. Через 45-50 минут закрывают вакуумный затвор колпака, напускают воздух в колпак и поднимают его, загружают рабочий материал на испарители и подложки в устройство совмещения и опускают колпак на базовую плиту.
После этого для откачки колпака форвакуумным насосом необходимо перевести второй клапанный узел 3 в открытое состояние. Однако в заявляемом переключателе линий откачки невозможно перевести второй клапанный узел 3, подключающий форвакуумный насос к вакуумной камере, в открытое состояние, если открыт первый клапанный узел. Это обусловлено тем, что при попытке открыть второй клапанный узел 3, второй блокирующий элемент 34, установленный на рукоятке второго клапанного узла 3, при попытке поворота втулки 17 этого узла в области поперечного участка 26 паза упирается (в точке пересечения дуги окружности и прямой линии) в поверхность первого блокирующего элемента 33 в виде детали с уголковым профилем, установленного на рукоятке первого клапанного узла 2.
Поэтому в заявляемом переключателе линий откачки для откачки колпака форвакуумным насосом необходимо сначала закрыть первый клапанный узел 2 с помощью рукоятки 31 путем перемещения втулки 17 вдоль продольного участка 24 паза и последующего поворота втулки 17 в области поперечного участка 26 паза. Только после этого становится возможным переключение второго клапанного узла 3 в открытое состояние путем поворота втулки 17 в области поперечного участка 26 паза и последующего вытягивания втулки 17 вдоль продольного участка 24 паза, и, следовательно, соединение внутреннего объема клапанной коробки 1 с трубопроводом вакуумной камеры через открытое отверстие 6 и откачка вакуумной камеры форвакуумным насосом.
Таким образом, в заявляемом переключателе линий откачки невозможно открыть второй клапанный узел, если открыт первый клапанный узел, что обеспечивает защиту паромасляного насоса вакуумной установки от случайного напуска оператором воздуха с атмосферным давлением из вакуумной камеры в работающий паромасляный насос через переключатель линий откачки.