ПЛАНЕТАРНЫЙ РАБОЧИЙ СТОЛ ДЛЯ ГРУППОВОЙ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В ВАКУУМНЫХ ШЛЮЗОВЫХ СИСТЕМАХ

Полезная модель относится к области вакуумных ионно-плазменных технологий для обработки изделий в системах, оснащенных шлюзовыми камерами.
Шлюзовые камеры используются в вакуумной технике для сокращения времени вакуумизации образцов/изделий и повышения чистоты обработки за счет того, что рабочие органы постоянно находятся в герметичной рабочей камере и защищены от воздействия атмосферы. Главная проблема заключается в том, что манипулятор, передающий изделия из шлюза в камеру обработки, не должен препятствовать работе устройств, герметизирующих вакуумные объемы. Для этого транспортную систему разделяют на отдельные части и синхронизируют их совместную работу. Данный подход широко применяется в вакуумных технологиях при изготовлении полупроводниковых приборов, однако как правило шлюзование проводится для стандартизированного габарита плоских пластин или кассет с планарными изделиями. Для изделий со сложной геометрией обрабатываемой поверхности (например, в виде фигур вращения) применение известных систем затруднено.
Известно шлюзовое устройство для вакуумных установок[SU1093729А1, опубл. 23.05.84], содержащее полый корпус с замком на одном из его торцов, два фланца с уплотнениями, размещенными со стороны торцов полого корпуса, шток с держателем изделий, размещенный внутри полого корпуса, и вакуумный ввод возвратно-поступательного и вращательного движения штока, установленный на одном из фланцев.
К недостаткам конструктивного решения такой системы размещения и транспортировки изделий в вакуумную камеру можно отнести неравномерность обработки при групповой обработке изделий и слабую защищенность уплотняющих поверхностей (штока и фланцев) от напыления продуктами, возникающими при ионно-плазменной обработке.
Известна система для шлюзования изделий, описанная в статье [Ананьин П.С., Баинов Д.Д., Косицын Л.Г., Кривобоков В.П. Установка для нанесения покрытий на поверхность твердых тел «Яшма-2». // Приборы и техника эксперимента. - 2004. - №4. - С. 1-4], которая содержит шлюзовую и рабочую камеры, разделяющий их затвор, а также консольный манипулятор, перемещающий рабочий стол между камерами. В комплект оборудования входит рабочий стол с вращающейся поверхностью, который имеет отдельный привод в рабочей камере.
Недостатком данной системы размещения и транспортировки изделий является ориентированность его на плоскостной подход к обработке изделий или обработке одиночного изделия с низкой равномерностью.
Оптимальные результаты по равномерности обработки изделий с развитой геометрией поверхности достигаются с использованием планетарной схемы перемещения изделий, которая реализованы в различных вакуумных устройствах.
Известна система планетарного рабочего стола для групповой вакуумной ионно-плазменной обработки изделий, раскрытая в [RU169200U1, опубл. 23.05.84] - планетарный механизм вращения-перемещения групп деталей, в плоскости, перпендикулярной плоскости, пересекающей по центру мишень, с гнездом для установки с возможностью вращения держателей модифицируемых деталей по центральной оси вращения упомянутого механизма и с периферийными гнездами, размещенными на расстоянии r≤5/16R, где R - расстояние от центральной оси упомянутого планетарного механизма до плоскости распыляемой мишени.
Недостатком известного механизма для групповой обработки изделий является ограниченные возможности для процесса шлюзования и сложная система манипуляторов.
В основу полезной модели поставлена задача разработки малогабаритного устройства - рабочего стола, выполненного с возможностью линейного перемещения изделий, закрепленных на планетарных позициях упомянутого рабочего стола, из камеры шлюзования в рабочую для их обработки методами вакуумных ионно-плазменных технологий с последующей транспортировкой обратно.
Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является возможность коллективно обработать группу изделий сложной формы с возможностью их загрузки через шлюз, за счёт реализации оборудования в виде единого узла, объединяющего в себе единый электромеханический привод, телескопическую систему линейного перемещения из камеры шлюзования в камеру обработки рабочего стола с расположенными по окружности планетарными позициями крепления изделий, обеспечивающего их круговое перемещение и планетарное вращение в крайних положениях устройства, а также обеспечивающего возможность подачи смещающего потенциала на изделия.
Другим техническим результатом является сокращение цикла и повышение чистоты процесса за счет снижения времени вакуумизации и сохранения герметичности технологического оборудования при обеспечении высокой равномерности ионно-плазменной обработки изделий сложной пространственной конфигурации.
Еще одним техническим результатом является возможность транспортировки подложек через различные камеры и внутри них.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство - планетарный рабочий стол для групповой ионно-плазменной обработки изделий в вакуумных шлюзовых системах включает:
мотор-редуктор 1;
узел вакуумного ввода вращения 2;
по меньшей мере, двухступенчатый телескопический винтовой вал, имеющий ходовые винты 3, 4, патрубок с ходовой гайкой 5 и ограничительные упорные подшипники 6, 7 и 8;
рабочий стол в изолирующем корпусе 9 со встроенным планетарным редуктором 10, оси сателлитов которого соединены с вращающейся крышкой 11, в которой расположены планеты 12 находящиеся в зацеплении с внешним зубчатым венцом редуктора 13;
причем телескопический вал расположен внутри цилиндрического корпуса 14, имеющего установочный фланец 15 для герметичного присоединения к шлюзовой камере, а рабочий стол оснащен центрирующим узлом, состоящим из скользящего изолирующего диска 16 и линейных направляющих 17.
Кроме того, мотор редуктор 1 оснащен изолирующей муфтой 19 с расположенным по оси скользящим контактом 20 для подачи потенциала на рабочий стол, если это необходимо по технологии обработки изделий.
Кроме того, патрубок вала 5 соединен с корпусом рабочего стола 9 с помощью радиально-упорного подшипника 21 и втулки-ограничителя 22, обеспечивающей осевое перемещение корпуса относительно патрубка 5 в определенном зазорами втулки диапазоне.
Кроме того, ведущая шестерня 23 планетарного редуктора 10 соединена с патрубком вала 5 шлицевым соединением и оснащена упорным цилиндром 24 и фиксирующей пружиной 25, обеспечивающей в ненагруженном состоянии прижим крышки стола 11 к торцу внешнего венца редуктора 13.
Фрикционная пара, образованная торцом венца редуктора 13 и крышкой стола 11, обеспечивает передачу вращающего момента привода 1 телескопическому манипулятору, образованному ходовыми винтами 3, 4 и патрубком с ходовой гайкой 5 в промежуточных состояниях системы и планетарному рабочему столу в крайних точках.
Эффективность предлагаемого устройства достигается за счет простоты и компактности механизма шлюзования обрабатываемых изделий при наличии унифицированного электромеханического привода и вакуумного ввода вращения для перемещения из шлюзовой камеры и планетарного движения при их обработке.
Устройство обеспечивает шлюзование изделий с развитой внешней поверхностью для последующей модификации методами ионно-плазменной обработки с высокой степенью равномерности достигаемых свойств.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
На фиг.1 приведен чертеж устройства в исходном состоянии при загрузке изделий для обработки.
На фиг.2 приведен чертеж устройства в положении для обработки изделий.
Предлагаемое устройство (фиг.1, 2) содержит мотор-редуктор 1; узел вакуумного ввода вращения 2; двухступенчатый телескопический винтовой вал, имеющий ходовые винты 3, 4; патрубок с ходовой гайкой 5 и ограничительные упорные подшипники 6, 7 и 8; рабочий стол в изолирующем корпусе 9 со встроенным планетарным редуктором 10, оси сателлитов которого соединены с вращающейся крышкой 11, в которой расположены планеты 12 находящиеся в зацеплении с внешним зубчатым венцом редуктора 13; телескопический вал расположен внутри цилиндрического корпуса 14, имеющего установочный фланец 15 для герметичного присоединения к шлюзовой камере, рабочий стол оснащен центрирующим узлом, состоящим из скользящего изолирующего диска 16 и линейных направляющих 17; шлюзовая камера (не обозначена) оснащена направляющими 18, которые находятся в зацеплении с диском 16 и предотвращают вращение корпуса рабочего стола 9 с помощью механизма центрирующего узла; мотор редуктор 1 оснащен изолирующей муфтой 19 с расположенным по оси скользящим контактом 20 для подачи потенциала на рабочий стол, если это необходимо по технологии обработки изделий; патрубок вала 5 соединен с корпусом рабочего стола 9 с помощью радиально-упорного подшипника 21 и втулки-ограничителя 22, обеспечивающей осевое перемещение корпуса относительно патрубка 5 в определенном зазорами втулки диапазоне;  ведущая шестерня 23 планетарного редуктора 10 соединена с патрубком вала 5 шлицевым соединением и оснащена упорным цилиндром 24 и фиксирующей пружиной 25, обеспечивающей в ненагруженном состоянии прижим крышки стола 11 к торцу внешнего венца редуктора 13; камера ионно-плазменной обработки содержит опорный экран рабочего стола 26 и юстировочные шайбы величины вылета телескопического привода 27, 28.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Исходное состояние телескопического рабочего стола (Фиг. 1) заключается в том, что секции телескопического вала 4, 5 контактируют с упорным подшипником 6. В этом положении доступны состояния привода «стоп» и «реверс». В последнем случае упорный подшипник 7, преодолевая сопротивление пружины 25, отжимает крышку стола 11 от торцевой поверхности венца редуктора 13, что облегчает передачу вращающего момента вала на планетарный редуктор стола 10 и приводит к вращению крышки 11 с угловой скоростью, определяемой частотой вращения привода сниженной на коэффициент редукции планетарного механизма (т.е. отношению числа зубьев венца редуктора 13 и шестерни 23). Планетарные позиции 12 с закрепленными на них обрабатываемыми изделиями начинают совершать движение по окружности вокруг оси рабочего стола и, одновременно, планетарное вращение вокруг собственной оси с угловой скоростью, определяемой соотношением числа зубьев на ведущей шестерне к числу зубьев на зубчатом колесе планеты 12. Данный режим востребован для предварительной обработки в камере шлюзования, например ионно-плазменной очистки изделий. В этом случае на рабочий стол подается потенциал смещения через скользящий контакт 20.
1
2
При переключении направления вращения привода пружина 25 разгружается, и усилие передается на винтовые пары 3 и 4 телескопического вала, вызывая осевое перемещение рабочего стола. При этом диск 16 центрирует положение и предотвращает вращение корпуса стола 9 за счет направляющей 18 внутри шлюзовой камеры, а стержни 17 обеспечивают эту функцию при движении внутри корпуса затвора. Величина линейного перемещения отдельной ступени телескопического вала L и L ограничена упорными подшипниками 7 и 8 и регулируется юстировочными шайбами 26 и 27. Они подбираются таким образом, чтобы на максимальном вылете телескопического вала корпус рабочего стола садился на опорную поверхность 28 и разблокировал фрикционную пару, образованную крышкой стола 11 и наружным венцом редуктора 13. После этого вращающий момент вала передается на редуктор 10 и происходит планетарное перемещение изделий в зоне обработки.