УСТРОЙСТВО ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДУГОВЫХ ИСТОЧНИКОВ
IGNITION DEVICE FOR ARC SOURCES

Настоящее изобретение относится к устройству зажигания для зажигания разряда током большой силы электродугового испарителя в установке нанесения покрытий вакуумным напылением согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения.
Вышеупомянутый электродуговой испаритель, также называемый дуговым или искровым источником, применяется для обработки деталей в глубоком вакууме, в особенности для плазменного травления и/или для нанесения покрытий.
Уровень техники
Устройства зажигания дуговых источников испарения могут, по существу, разделяться на 3 группы:
а) Механическое замыкание и размыкание контакта между катодом и анодом, причем ток ограничен дополнительным резистором типично до примерно 5 А. Такой механизм представлен на фиг.1. При этом за счет возвратно-поступательного движения конец запускающего пальца 7 приводится в контакт с катодом 5, и тем самым замыкается токовая цепь. На фиг.1 токовая цепь показана пунктиром. Генератор 3 находится в режиме холостого хода при напряжении холостого хода типично 60-120 В. Ток через запускающий палец 7 ограничивается резистором 9 до величины порядка примерно 5 А. За счет размыкания токовой цепи посредством, например, последующего возвратно-поступательного движения, при котором конец пальца удаляется от катода, вырабатывается искра на поверхности катода. Это является начальной плазмой, которая возобновляется посредством предельно динамического генератора 3. Соответствующий этому токовый контур показан пунктиром.
b) Зажигание дугового разряда посредством электрического пробоя
Это реализуется, например, с помощью устройства, показанного на фиг.2. При этом электрический пробой, выработанный с помощью высоковольтного импульса импульсного генератора 13, вырабатывает начальную искру на мишени 5. Созданная импульсным генератором токовая цепь показана пунктиром. Начальная искра возобновляется посредством дугового источника 3 питания. Соответствующий токовый контур показан пунктиром. Выходной каскад дугового источника питания должен, как правило, защищаться с помощью переключающей схемы 11 от высоковольтного импульса.
с) Зажигание через электропроводный мостик
Это реализуется, например, с помощью устройства, показанного на фиг.3. Во время работы дугового источника наносится покрытие на изолятор 17, который расположен между анодом и катодом 5. В случае нанесения проводящего слоя возникает резистивный мостик 15 от катода к аноду. Посредством высоковольтного импульса (до примерно 500 В), прикладываемого дуговым источником, через это сопротивление от анода к катоду проводится ток, который приводит к локальному расплавлению проводящего слоя 19. Тем самым зажигается дуговой разряд. Этот проводящий слой в процессе работы источника постоянно возобновляется. При первоначальном источнике чаще всего процесс инициализируется посредством дополнительно наносимого частичного серебряного слоя. Этот метод, в общем случае, не функционирует при напыленных изолирующих слоях.
До сих пор были описаны способы, которые только позволяют зажигать искру на катоде или на мишени. В уровне техники известно устройство, которое для запускающего пальца предусматривает дополнительно к возвратно-поступательному движению еще и вращательное движение. Посредством вращательного движения запускающий палец может от первой мишени переворачиваться к по меньшей мере одной другой мишени.
Такое устройство раскрыто в US 6998034. Здесь раскрыт запускающий палец для зажигания одного или более дуговых источников. В описанном устройстве осуществляется переход от мишени 1 к мишени N (например, до четырех мишеней) за счет поворотного и возвратно-поступательного движения. В общем случае недостатком является то, что при этом необходима затратная приводная система.
Поэтому было бы желательным предоставить устройство зажигания, применимое для множества мишеней, на основе механического размыкания и замыкания контакта, которое могло бы обойтись без затратного приводного механизма.
Поэтому задачей предложенного изобретения является предоставление устройства зажигания, которое может размещаться в группе механического размыкания и замыкания контакта, которое выполнено в расчете на множество мишеней и/или в котором применяемая для зажигания контактная часть во время процесса нанесения покрытия защищена от наносимого покрытия. Для этого запускающий палец выполнен подвижным таким образом, что перемещение конца пальца по существу возможно только по вынужденной траектории, причем вынужденная траектория касается и/или пересекает каждую из зажигаемых мишеней по меньшей мере в одной точке. Конец пальца является в этом случае применяемой для зажигания контактной частью. В соответствии с изобретением после зажигания он может проводиться вдоль вынужденной траектории в позицию ожидания на удалении от эффективного пространства мишени, так что он во время процесса нанесения покрытия, по существу, не покрывается. Так как конец пальца не подвергается действию покрытия, могут достигаться более длительные сроки службы. Кроме того, значительно повышается надежность зажигания. Это особенно имеет место для процессов, при которых наносится покрытие на изолирующие слои и, в особенности, слои оксида.
В первой форме выполнения запускающий палец монтируется на поворотной оси, причем поворотная ось размещена между мишенями с наклоном, так что при вращении поворотной оси конец пальца перемещается вдоль кругового сегмента, причем плоскость кругового сегмента пересекает плоскость, в которой размещены две мишени.
Во второй форме выполнения запускающий палец направляется линейно вдоль кулисы. Кулиса обуславливает опускание конца пальца на соответствующую мишень, а также подъем конца пальца от мишени.
Третья форма выполнения предложенного изобретения представляет комбинацию первой формы выполнения и второй формы выполнения. То есть палец вновь смонтирован на поворотной оси. Он смонтирован подвижным образом относительно этой поворотной оси таким образом, что он может вращаться вокруг оси, перпендикулярной к поворотной оси, и перпендикулярно к оси пальца. Это вращение вновь ограничено кулисой. Если поворотная ось поворачивается, то конец пальца перемещается соответственно заданному вращению и соответственно установке посредством кулисы.
Изобретение поясняется более подробно на примерах со ссылками на чертежи с помощью различных форм выполнения.
Фиг.4 показывает первую форму выполнения предложенного изобретения с частью вакуумной камеры 21, в которой предусмотрены две мишени 23, 25 по существу в одной первой плоскости. Кроме того, имеется устройство 27 зажигания с запускающим пальцем 29 и концом 31 пальца. Устройство зажигания содержит также вал 33, на котором жестко закреплен запускающий палец 29. В соответствии с изобретением ось вала 33 образует с нормалью к первой плоскости угол, не равный нулю, так что круговая дуга, на которой перемещается конец 31 пальца при вращении вала 33, лежит в плоскости, которая пересекает плоскость, определенную мишенью, в области мишени. Тем самым конец 31 пальца запускающего пальца 29 может посредством единственного поворотного движения перемещаться реверсивным образом от одной поверхности 23 мишени к другой поверхности 25 мишени.
Посредством наклонно расположенного вала 33 запускающий палец может только за счет поворотного движения установить контакт с поверхностью мишени. В показанной форме выполнения устройство зажигания является симметричным по своей функции и поэтому может применяться для 2 расположенных рядом друг с другом дуговых источников (мишеней). Особенно предпочтительным является то, что запускающий палец 29 после осуществленного зажигания может поворачиваться в зенит круговой дуги, в положение ожидания вне области мишени. За счет этого во время режима нанесения покрытия дуговых источников запускающий палец лишь незначительно загрязняется, что обеспечивает возможность длительного срока его службы без очистки. Другое преимущество этой формы выполнения заключается в том, что точки запуска, то есть точки, в которых конец 31 пальца касается поверхностей мишеней 23, 25, автоматически достигаются за счет отведения запускающего пальца. При изменении поверхностей мишеней, в частности, из-за эрозии мишени ввиду процесса нанесения покрытия за счет этого не требуется никакая юстировка расстояний или возвратно-поступательное движение.
Фиг.5 показывает вторую форму выполнения предложенного изобретения. При этом запускающий палец 501 устанавливается подвижным образом на шине 503 таким образом, что он может перемещаться вдоль шины. Кроме того, запускающий палец мог бы поворачиваться относительно шины 503, если бы не было кулисы 505, которая принуждает запускающий палец перемещаться по вынужденной траектории, когда он сдвигается вдоль шины 503. На фиг.5 показаны 3 мишени 507, 509, 511. Кулиса 505 выполнена таким образом, что при сдвиге запускающего пальца 501 вдоль шины 503 траектория запускающего пальца касается соответствующей поверхности мишени. Специалисту должно быть понятно, что эту форму выполнения можно распространить на любое число мишеней. Кроме того, является предпочтительным, что запускающий палец 501 после осуществленного зажигания может смещаться в положение ожидания вне области мишени.
Фиг.6 показывает другую форму выполнения предложенного изобретения, которая некоторым образом представляет комбинацию первой и второй форм выполнения. Упомянутая во второй форме выполнения кулиса при этом преобразована в цилиндрическую манжету 601. Запускающий палец 603 может вращаться вокруг оси параллельно оси цилиндра и, по существу, в центральной точке цилиндра. Запускающий палец направляется посредством кулисы манжеты по вынужденной траектории.
Изобретение описано с помощью примеров с несколькими мишенями. Вообще следует отметить, что аспект, согласно которому запускающий палец переводится в положение ожидания, защищенное от нанесения покрытия, также может предпочтительным образом использоваться, когда речь идет о том, чтобы с помощью запускающего пальца можно было выполнять зажигание только одной мишени.
Перечень обозначений
1 вакуумная камера
3 генератор
5 катод или мишень
7 запускающий палец
9 резистор
11 защитная переключающая схема
13 генератор импульсов
15 резистивный мост
17 изолятор
19 проводящий слой
21 часть вакуумной камеры
23 мишень
25 мишень
27 устройство зажигания
29 запускающий палец
31 конец пальца
33 вал
501 запускающий палец
503 шина
505 кулиса
507 мишень
509 мишень
511 мишень
601 манжета
603 запускающий палец