CN203569179U - 一种真空镀膜机的转架装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种真空镀膜机的转架装置，其包括主架体部分、传动部分以及工件转动部分，所述主架体部分包括沿上下方向依次平行对置的顶板、上齿轮、下齿轮、支撑单元、外啮合齿和锁定部件，所述上齿轮与所述顶板之间通过多个连接杆连接；所述传动部分包括多个通过轴承与所述顶板及所述上齿轮连接的传动杆，所述下齿轮还设置有内啮合齿，每个所述传动杆延伸至所述上齿轮下方并设置有与所述内啮合齿相啮合的下传动齿轮。本实用新型不仅可实现工件的定点转动，而且可任意指定靶基距，并保证工件的行星转动和自转，还可实现大公转、行星转动和自转三种转动方式的单独或任意自由搭配使用，可满足真空镀膜机的多种使用目的。

Description

一种真空镀膜机的转架装置

技术领域

本实用新型涉及一种真空镀膜机的转架装置，属于真空镀膜设备技术领域。

背景技术

真空镀膜机用于在真空中对工件镀膜，真空镀膜机包含构成于工件的加工腔体的真空室，真空室内设置有转架装置，该转架装置可以通过驱动装置驱动转动，从而实现工件的转动。

参见图1，现有技术中的转架装置10包括定齿轮101、动齿轮102、传动齿轮103、连接杆104、传动杆105及顶板106等。其中，定齿轮101固定在壳体的内底面，始终处于静止状态，构成于传动齿轮的啮合轨道；动齿轮102由位于壳体内底面的辅助支撑部件（图中未标示）支撑，并且能够在驱动装置（图中未标示）的驱动下绕其轴线转动；顶板106位于动齿轮102上方，并通过多个连接杆104连接，顶板106与动齿轮102之间设置有多个传动杆105，每个传动杆105与顶板106以及动齿轮102的连接处均设置有轴承，以便传动杆105可以转动，传动杆105的下端延伸至动齿轮102的下方并设置传动齿轮103，传动齿轮103布置在定齿轮101的周边。图中传动齿轮103和传动杆105的组合共8件，称为8轴转动。实际中不仅限于8轴。如果在传动杆105上附加另一套传动机构，还可同时实现工件的自转。

现有技术中的转架装置的工作原理为：驱动装置驱动动齿轮102转动，动齿轮102带动与定齿轮101啮合的传动齿轮103转动，使传动齿轮103和传动杆105绕回转状的转架装置的中心转动，同时保持传动齿轮103和传动杆105绕着传动杆105的轴线转动。最终，与传动杆105采用固定或其它方式传动结合的工件实现绕着转架装置的中心转动，或者通过传动机构实现工件自转。

可见，现有转架装置中，动齿轮102和定齿轮101位置和功能是固定的，而一系列工件转动的实现均建立在动齿轮102带动传动齿轮103和传动杆105完成大公转的基础上。由于工件安装在传动杆105上，因此，在任何转动方式中，工件绕转架装置的中心的转动都是不可停止的。

在科学研究或工艺开发阶段，要对影响膜层的关键参数进行定量研究。如等离子体的密度和温度以及靶基距等。研究中往往需要定量研究这些参数对膜层生长的影响。

等离子体密度和温度是决定膜层生长的关键因素，由于镀膜阴极在真空室内的排布方式、以及等离子体随距离衰减的特征，等离子体在真空室内的分布是不均匀的。换句话说，工件处于真空室内不同位置时，膜层生长情况是存在差异的。要精确定量的研究等离子体对膜层生长的影响，必须使工件可达到真空室内不同位置并能固定在该位置上；同时，出于工件膜层均匀性考虑，工件的自转需保证不受影响。简单概括，转架装置需要实现定点转动。

由上文叙述，现有技术中的转架装置的转动功能普遍以大公转为基础。这样，工件在真空室内位置始终是变化的，定点转动不能实现，定量研究等离子体分布对膜层生长的影响变得不可能。

此外，靶基距是影响膜层性能的另一个关键参数，靶的位置关系对镀膜均匀性和成膜速率影响很大。研究中也需要测定不同靶基距下膜层生长的差异，这就要求转架装置可以任意调节工件距离阴极靶面的距离并固定之。对于存在曲面或复杂表面的工件，维持工件的自转同样是必要的，即在保持上述的定点转动的基础上实现靶基距的调节。

现有技术中的转架装置的靶基距调节，普遍采用将工件固定在长度可调的悬臂上，悬臂固定在转架的传动杆上。通过悬臂的长短改变靶基距。为保证靶基距固定，转架装置不能转动。如定点转动中的叙述，采用这种方式时，工件无自转，无法实现对单个工件均匀镀膜之需要。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型旨在提供一种不仅可实现工件的定点转动，而且可任意指定靶基距，并保证工件的行星转动和自转，还可实现大公转、行星转动和自转三种转动方式的单独或任意自由搭配使用的真空镀膜机的转架装置，以满足真空镀膜机的多种使用目的。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种真空镀膜机的转架装置，包括主架体部分、传动部分以及工件转动部分，所述工件转动部分能够通过所述传动部分驱动而转动，其中，

所述主架体部分包括沿上下方向依次平行对置的顶板、上齿轮以及下齿轮，所述上齿轮和所述下齿轮通过支撑单元支撑，并且，所述上齿轮和所述下齿轮均具有用于通过驱动装置驱动从而使得所述上齿轮或下齿轮转动的外啮合齿，所述支撑单元上设置有用以选择性地锁定所述上齿轮或所述下齿轮的锁定部件，所述上齿轮与所述顶板之间通过多个连接杆连接；

所述传动部分包括多个通过轴承与所述顶板及所述上齿轮连接的传动杆，所述下齿轮还设置有内啮合齿，每个所述传动杆延伸至所述上齿轮下方并设置有与所述内啮合齿相啮合的下传动齿轮。

作为一种优选方案，所述支撑单元的数量为三套，三套所述支撑单元沿所述上齿轮和所述下齿轮的圆周方向均匀分布。

作为进一步优选方案，所述支撑单元包括竖直设置的主体部，所述主体部设置有两个分别朝向所述上齿轮下方与所述下齿轮下方延伸的延展部，位于所述上齿轮下方和所述下齿轮下方的所述延展部上均设置有支撑轴承。

作为一种优选方案，所述锁定部件为可移动地设置于所述主体部上的两个锁定杆，其中一个所述锁定杆可以通过移动卡入所述上齿轮的外啮合齿，另一个所述锁定杆可以通过移动卡入所述下齿轮的外啮合齿。

作为一种优选方案，在所述传动杆上位于所述顶板与所述上齿轮之间的位置间隔设置有两个悬臂，在位于所述两个悬臂之间的所述传动杆上设置有上传动齿轮；所述工件转动部分包括设置于所述两个悬臂的末端之间的支撑杆，在所述支撑杆上空套有与所述上传动齿轮啮合的从动齿轮，在所述支撑杆上位于所述从动齿轮上方的位置还空套有行星盘，在所述行星盘的下方设置有空套于所述支撑杆的太阳轮，在所述行星盘的周边通过轴承设置有多个与所述行星盘垂直的工件转轴，所述工件转轴的一端位于所述行星盘上方，用于安装所述工件，另一端延伸至所述行星盘下方并设置有与所述太阳轮啮合的行星轮；在所述从动齿轮与所述行星盘之间的位置设置有联动装置，所述联动装置选择性地连接所述从动齿轮与所述行星盘或者连接所述从动齿轮与所述太阳轮。

作为进一步优选方案，所述联动装置的数量为三组，三组所述联动装置沿所述行星盘的圆周方向均匀分布。

作为进一步优选方案，所述联动装置包括固定于所述从动齿轮上的基部，在所述基部上设置有可通过移动将所述从动齿轮与所述行星盘连接的第一销钉以及可通过移动将所述从动齿轮与所述太阳轮连接的第二销钉。

作为进一步优选方案，每个所述悬臂均可转动地套装于所述传动杆上。

与现有技术相比，本实用新型提供的真空镀膜机的转架装置，具有如下实质性区别和显著性进步：

1）动齿和定齿的位置和功能不再固定，而是可以互换，这从原理上改变了现有真空镀膜机的转架装置以大公转为基础的转动方式，独创性地将大公转、行星转动和工件自转分离，实现了大公转、行星转动、工件自转之间的任意搭配，尤其是实现了无大公转前提下的定点转动，工件可在大公转路径上任意一点停留，使研究每个位置对膜层生长的影响成为了可能。

2）通过悬臂调节，靶基距可无极调节，尤其是结合定点转动，靶基距还可以精确固定，同时保持行星转动和自转不受影响，使实现对单个工件均匀镀膜成为可能。

3）工件转动部分采用上述的联动装置控制方式，实现了工件绕其自身轴线转动或者绕着行星盘的轴线转动，方便了观察工件的镀膜情况。

总之，本实用新型所提供的真空镀膜机的转架装置，不仅可实现工件的定点转动，而且可任意指定靶基距，并保证工件的行星转动和自转，还可实现大公转、行星转动和自转三种转动方式的单独或任意自由搭配使用，能满足真空镀膜机的多种使用目的，方便了对真空镀膜工艺的研究和开发，具有极强的应用价值。

附图说明

图1是现有技术中真空镀膜机的转架装置的结构示意图；

图2是本实用新型所提供的一种真空镀膜机的转架装置的结构示意图；

图3是图2中主架体部分的结构示意图；

图4是图3中支撑单元的结构放大图；

图5是图2中传动部分的结构示意图；

图6是图2中传动部分的结构示意图，其进一步示出了传动部分与顶板以及上齿轮之间的关系；

图7是图2中工件转动部分的结构示意图；

图8是采用本实用新型的真空镀膜机的转架装置进行靶基距调整的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型进一步详细说明。

为便于描述，本实用新型中，对以下术语进行定义，除特别说明，该术语适用于本实用新型的各部分。

大公转：是指齿轮或工件绕转架装置的中心轴线的旋转方式；

行星转动：是指绕传动杆轴线的旋转方式；

自转：是指齿轮、传动杆或工件绕自身轴线的旋转方式；

定点转动：严格的定义为工件不存在除自转外的其它转动方式，本文中泛指无大公转基础上的转动方式集合。

靶基距：是指镀膜阴极的工作面到工件表面的直线距离。

参见图2所示：本实用新型所提供的一种真空镀膜机的转架装置1包括主架体部分11、传动系统部分12和工件转动部分13，主架体部分11可以通过驱动装置（图中未示出）驱动转动；传动系统部分12与主架体部分11配合，并接收来自主架体部分11的动力；工件转动部分13用于控制工件的转动以便实现镀膜。转架装置1安装于真空室（图中未示出，通常为圆桶状）内，转架装置1整体由具有良好导热性质的金属制成以便保证工件的透热，具体可以为304不锈钢等。

参见图3所示：所述的主架体部分11包括下齿轮111、上齿轮112以及顶板115，三者平行对置（相邻的二者端面相对），下齿轮111同时具有外啮合齿和内啮合齿，上齿轮112只具有外啮合齿，下齿轮111与上齿轮112均可以通过驱动装置驱动而实现转动。下齿轮111和上齿轮112通过支撑单元113支撑，支撑单元113优选为多套，如图中所示的三套，并且沿下齿轮111和上齿轮112的圆周方向均匀分布。

参见图4所示，作为一种优选方式，所述的支撑单元113包括一个竖直设置的主体部1134，主体部1134设置有两个垂直于主体部1134的延展部1135，两个延展部1135分别朝向下齿轮111的下方和上齿轮112的下方延伸，并且每个延展部1135上均设置有支撑轴承1131以便分别对下齿轮111和上齿轮112支撑并保证下齿轮111和上齿轮112能够正常转动。支撑单元113上设置有用以选择性地锁定上齿轮112或下齿轮111的锁定部件，即该锁定部件可以将下齿轮111锁定，通过驱动装置驱动上齿轮112转动，或者将上齿轮112锁定，通过驱动装置驱动下齿轮111转动。锁定部件可以通过多种方式实现，具体地，在本实用新型中，锁定部件为设置于支撑单元113的主体部1134上的锁定杆1132以及锁定杆1133，锁定杆1133及锁定杆1132分别布置于两个支撑轴承1131的上方，其中锁定杆1133正对下齿轮111的外啮合齿，锁定杆1132正对上齿轮112的外啮合齿，当锁定杆1133、1132向着靠近下齿轮111、上齿轮112的一侧移动时，可以卡入下齿轮111或上齿轮112中，卡入时，相应的齿轮不能转动。锁定杆1132、1133的移动可以为螺旋移动，通过在锁定杆1132、1133的中间部分设置外螺纹并在主体部1134上设置螺纹孔即可。当锁定杆1132向内旋进顶住上齿轮112，锁定杆1133向外旋出时，上齿轮112被锁定，此时，下齿轮111是可以通过驱动装置驱动而转动的；反之，当锁定杆1133向内旋进顶住下齿轮111，锁定杆1132向外旋出时，下齿轮111被锁定，此时，上齿轮112是可以通过驱动装置驱动而转动的，这样可以实现下齿轮111和上齿轮112其中一个转动一个锁定（固定不动）的功能。为保证锁紧力，锁定杆1132、1133的端部为锥形。上齿轮112与顶板115之间通过三根连接杆114连接，三根连接杆114沿着上齿轮112以及顶板115的圆周方向均匀分布，三根连接杆114互成120°夹角。

参见图2、图5、图6所示：所述的传动部分12安装在上齿轮112和顶板115之间，包括传动杆123、两根悬臂124、上传动齿轮122以及下传动齿轮121；传动杆123通过轴承座125、轴承座126分别与顶板115以及上齿轮112连接，以便传动杆123能够相对于二者转动；传动杆123的下端延伸至上齿轮112下方并设置有与下齿轮111的内啮合齿相啮合的下传动齿轮121。工件转动部分13可以直接设置于上传动齿轮122上方，也可以通过其他传动方式与上传动齿轮122连接。

参见图6所示：其观察角度不同于图5，并添加了部分关联部件。轴承座125固定安装在顶板115上，轴承座126固定安装在上齿轮112上，传动杆123穿过轴承座125和轴承座126，传动杆123下端固定设置有下传动齿轮121，下传动齿轮121和传动杆123均能够绕着传动杆123的轴线转动。上传动齿轮122固定在传动杆123上，也随传动杆123转动而同步自转。图5、图6中所示的上传动齿轮122为两个，沿传动杆123上下方向布置，但上传动齿轮122的位置和数量均可根据需求调整，而不仅限于图5、图6中的情况。

继续参见图6，两根悬臂124分别平行安装在上齿轮112和顶板115相对应的两个平面上，悬臂124可绕传动杆123任意角度转动并锁定。为叙述方便，图5略去了轴承座125和轴承座126安装所在的顶板115和上齿轮112。悬臂124仅套装于传动杆123上，悬臂124和传动杆123不存在固定关系，本实用新型中，工件转动部分13安装于悬臂之间，但需要说明的是，工件转动部分不必然安装于悬臂之间，只要能够满足镀膜的需要即可。

传动部分12的安装数量由设计决定，本实用新型中预留了三套安装位置，以120°等间隔排列。根据需要和实际情况，其安装数量可以改变，而不仅限于本例所示情况，但其排列都是类似的将圆周360°等分间隔的方式。

参见图2、图5、图7所示：所述的工件转动部分13安装在两根悬臂124之间，工件转动部分13包括支撑杆135、从动齿轮131、行星盘134、太阳轮133、行星轮132以及联动装置136。图中所示的联动装置136以及行星轮132的数量均为三组，并且均绕着支撑杆135以120°等间隔布置。支撑杆135固定安装在两根悬臂124之间，从动齿轮131空套于支撑杆135上（即通过轴承套装在支撑杆135上，以便可以相对支撑杆135转动），从动齿轮131与上传动齿轮122啮合。太阳轮133和行星盘134都空套于支撑杆135上（即通过轴承套装在支撑杆135上，以便相对转动），两者均可以依靠联动装置136与从动齿轮131连接传动以实现转动，亦或锁定在支撑杆135上。具体联动方式可参见图7右侧的局部放大图，其展现一套联动装置136及其关联部件。联动装置136固定在从动齿轮131上，联动装置136包括直接固定于从动齿轮131上的基部1363以及设置于基部1363上、用于连接行星盘134的第一销钉1361和用于连接太阳轮133的第二销钉1362。当第一销钉1361移出并连接行星盘134且第二销钉1362不连接太阳轮133时，从动齿轮131和行星盘134实现了联动；当第二销钉1362连接太阳轮133且第一销钉1361不连接行星盘134时，从动齿轮131和太阳轮133实现了联动。这样，依靠第一销钉1361和第二销钉1362的动作，从动齿轮131分别实现了与行星盘134和太阳轮133的联动。当然，上述联动装置仅为例示，可以选用其他的能够实现该功能的装置来实现。在行星盘134的周边通过轴承（图中未标示）设置了多个与行星盘垂直的工件转轴137，工件转轴137一端位于行星盘134上方，用于通过工件架（图中未标示）安装工件，另一端延伸至行星盘134下方并设置与太阳轮133啮合的行星轮132。除了支撑杆135之外，工件转动部分13的其余部件依靠从动齿轮131与上传动齿轮122的啮合关系，与后者一一对应安装。各部件的上下位置和数量均可根据需求调整，图7中表示的是对应图5的上传动齿轮122的排列方式。因此，除共有一根支撑杆135外，存在两套工件转动部分13的部件组合，但实际情况包括且并不限于此。

下面，对本实用新型中工件的具体工作方式进行说明。

实施方式一、定点转动+行星转动+自转

参见图2、图3、图5和图7，锁定杆1132将上齿轮112固定，下齿轮111与驱动装置（图中未示出）啮合，使上齿轮112固定，而下齿轮111能够被驱动装置驱动转动。由于上齿轮112静止，与其连接的顶板115、安装在上齿轮112和顶板115之间的传动部分12和工件转动部分13都不会绕转架装置的中心轴线旋转，工件达成定点转动的目的。

依靠下传动齿轮121与下齿轮111的啮合，传动部分12将动力经由上传动齿轮122传递到工件转动部分13。依靠从动齿轮131和上传动齿轮122的啮合，使从动齿轮131绕着支撑杆135自转。联动装置136联动从动齿轮131和行星盘134，同时锁定太阳轮133在支撑杆135上。这样，行星盘134带动行星轮132实现绕着支撑杆135的行星转动，同时行星轮132自转。最终，安装在工件转轴137上的工件实现了所谓的定点转动+行星转动+自转。

实施方式二、定点转动+自转

同实施方式一，锁定上齿轮112，驱动下齿轮111，使上齿轮112固定，下齿轮111转动，实现定点转动，传动部分12将动力传递到从动齿轮131。

与实施方式一不同，联动装置136联动从动齿轮131和太阳轮133，同时锁定行星盘134在支撑杆135上。这样，行星盘134和行星轮132均不存在绕着支撑杆135的行星转动。同时，由于太阳轮133与行星轮132啮合，使得行星轮132保持自转。最终，安装在工件转轴137上的工件实现了定点转动+自转。

实施方式三、靶基距的精确调整

以实施方式二的定点转动+自转为基础，说明靶基距的调整方式。参见图2、图5和图8，传动部分12的两根悬臂124绕传动杆123旋转以调节安装角度。图8从转架装置1的顶部俯视，展示了悬臂124的两种安装角度，其中可见行星盘134和最外侧的行星轮132。点划线圆203代表悬臂124在不同安装角度情况下，工件安装所在的行星轮132轴心做大公转所形成轨迹。需要说明的是，点划线圆203不意味着工件一定在做大公转，只是表明工件可停留在大公转轨迹上任意位置。依靠与上述实施方式二的结合，虚线圆203的半径可以任意改变。图8展示了对应于不同的悬臂124安装角度所形成的两种点划线圆203。理论上，虚线圆203的半径可以在两倍于悬臂124长度范围内精确改变。

镀膜机内的靶位可以在真空室侧壁200上，安装位置为201，也可以在真空室的中央202。那么，靶基距的变化可以用点划线圆203的半径变化表征。在图8中，当阴极安装在真空室侧壁201位置时，靶基距等于侧壁安装位201距离真空室中心的长度减去点划线圆203的半径。更大的圆环半径意味着更小的靶基距；当阴极安装在真空室的中央202时，圆环半径则变为靶基距。此时，更大的半径意味着更大的靶基距。如此，靶基距不但可以固定，还能在很大的范围精确可调。

上述论述中，默认真空室侧壁200为圆桶状。实际中真空室侧壁200可以设计成多种形状，并不仅限于本实例说明。真空室侧面存在其它形状的情况下，依然可以用点划线圆203的半径来衡量靶基距。

最后有必要在此说明的是，以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，基于本文论述转架原理所做的其它变化，只要仍能达成上述的转架功能，都应包含在本文所保护的范围内。关于转架装置的各部分，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，可以作出多种变化和改进，这些变化和改进都将落入本实用新型所要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种真空镀膜机的转架装置，包括主架体部分、传动部分以及工件转动部分，所述工件转动部分能够通过所述传动部分驱动而转动，其特征在于： 

所述主架体部分包括沿上下方向依次平行对置的顶板、上齿轮以及下齿轮，所述上齿轮和所述下齿轮通过支撑单元支撑，并且，所述上齿轮和所述下齿轮均具有用于通过驱动装置驱动从而使得所述上齿轮或下齿轮转动的外啮合齿，所述支撑单元上设置有用以选择性地锁定所述上齿轮或所述下齿轮的锁定部件，所述上齿轮与所述顶板之间通过多个连接杆连接； 

所述传动部分包括多个通过轴承与所述顶板及所述上齿轮连接的传动杆，所述下齿轮还设置有内啮合齿，每个所述传动杆延伸至所述上齿轮下方并设置有与所述内啮合齿相啮合的下传动齿轮。 

2.如权利要求1所述的转架装置，其特征在于：所述支撑单元的数量为三套，三套所述支撑单元沿所述上齿轮和所述下齿轮的圆周方向均匀分布。 

3.如权利要求1或2所述的转架装置，其特征在于：所述支撑单元包括竖直设置的主体部，所述主体部设置有两个分别朝向所述上齿轮下方与所述下齿轮下方延伸的延展部，位于所述上齿轮下方和所述下齿轮下方的所述延展部上均设置有支撑轴承。 

4.如权利要求3所述的转架装置，其特征在于：所述锁定部件为可移动地设置于所述主体部上的两个锁定杆，其中一个所述锁定杆可以通过移动卡入所述上齿轮的外啮合齿，另一个所述锁定杆可以通过移动卡入所述下齿轮的外啮合齿。 

5.如权利要求1所述的转架装置，其特征在于：在所述传动杆上位于所述顶板与所述上齿轮之间的位置间隔设置有两个悬臂，在位于所述两个悬臂之间的所述传动杆上设置有上传动齿轮；所述工件转动部分包括设置于所述两个悬臂的末端之间的支撑杆，在所述支撑杆上空套有与所述上传动齿轮啮合的从动齿轮，在所述支撑杆上位于所述从动齿轮上方的位置还空套有行星盘，在所述行星盘的下方设置有空套于所述支撑杆的太阳轮，在所述行星盘的周边通过轴承设置有多个与所述行星盘垂直的工件转轴，所述工件转轴的一端位于所述行星盘上方，用于安装所述工件，另一端延伸至所述行星盘下方并设置有与所述太阳轮啮合的行星轮；在所述从动齿轮与所述行星盘之间的位置设置有联动装置，所述联动装置选择性地连接所述从动齿轮与所述行星盘或者连接所述从动齿轮与所述太阳轮。 

6.如权利要求5所述的转架装置，其特征在于：所述联动装置的数量为三组，三组所述联动装置沿所述行星盘的圆周方向均匀分布。 

7.如权利要求5或6所述的转架装置，其特征在于：所述联动装置包括固定于所述从动齿轮上的基部，在所述基部上设置有可通过移动将所述从动齿轮与所述行星盘连接的第一销钉以及可通过移动将所述从动齿轮与所述太阳轮连接的第二销钉。 

8.如权利要求5所述的转架装置，其特征在于：每个所述悬臂均可转动地套装于所述传动杆上。 

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