DE3413728C3 - - Google Patents
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- DE3413728C3 DE3413728C3 DE19843413728 DE3413728A DE3413728C3 DE 3413728 C3 DE3413728 C3 DE 3413728C3 DE 19843413728 DE19843413728 DE 19843413728 DE 3413728 A DE3413728 A DE 3413728A DE 3413728 C3 DE3413728 C3 DE 3413728C3
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32055—Arc discharge
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenzündvorrichtung
für Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtungen mit
den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches
1.
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (US-PS
37 83 231) weist eine Lichtbogenzündvorrichtung auf,
bei der die Elektrode mittels eines Kolbens
eines magnetischen Antriebes
mit der Kathodenoberfläche in Eingriff gebracht
wird. Die Rückführung, d. h. die Lösung der Anode von
der Kathodenoberfläche wird mittels einer Druckfeder
vorgenommen. Fließt der Bodenzündstrom durch den
mit der Kathodenoberfläche in Eingriff stehenden
Draht (Anode), so besteht für diesen die Neigung, mit
der Kathodenoberfläche zu verschweißen. Dabei wird
eine Bindung erzeugt, die von der Kraft der Rückführfeder
gebrochen werden muß, um den Bogenzünddraht
(Anode) von der Kathodenoberfläche zu lösen. Hierbei
kommt es häufig vor, daß die Federkraft zu gering ist,
um ein Lösen des an der Kathodenoberfläche verschweißten
Drahtes zu ermöglichen. Das Problem wird
auch dadurch verstärkt, daß die Wärme, die von dem
Bogenzündstrom erzeugt wird, sich auf die Feder überträgt
und vielfach deren anfängliche Spannung bzw. ihre
Federkonstante reduziert.
Des weiteren kann es durch die beim Verschweißen
entstehende Wärme in Verbindung mit der üblichen Betriebswärme
zu einer Beschädigung der Magnetspule
des Magnetantriebes kommen, und zwar durch Schmelzen
oder Verbrennen ihrer Isolationsschichten und Widerstandskomponenten.
Sowohl die Beschädigung bzw. die Zerstörung des
Magnetantriebes als auch ein Verkleben bzw. Verschweißen
der Anode an der Kathodenoberfläche führt
zu einem Ausfall der Lichtbogenzündvorrichtung und
damit zu einem Ausfall der Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtbogenzündvorrichtung
für Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtungen
zu schaffen, die sich unter Berücksichtigung
des Abdichtungsproblems der Vakuum-Bedampfungskammer
durch eine hohe Lebensdauer,
eine hohe Betriebssicherheit, eine geringe
Wartungsintensität und große Wartungsfreundlichkeit
sowie geringe Produktions- und Montagekosten auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs
genannten Gattung mit den Merkmalen des
kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst.
Dadurch, daß gemäß der Erfindung der an eine elektrische
Energiequelle angeschlossene Stößel in an sich bekannter Weise
(FR 24 79 587) mit einem
zweiseitig beaufschlagbaren Kolben eines pneumatischen
Zylinders verbunden ist und daß der Stößel in einem
elektrisch isolierenden Abschirmglied axial verschiebbar
geführt ist, wird der Stößel und damit die mit ihm
verbundene Elektrode durch eine in beide Richtungen
wirkende positive Bewegung in und außer Eingriff mit
der Kathode gebracht, wodurch der Gefahr des Verschweißens
bzw. Verklebens von Anode und Kathode
wirksam begegnet wird und die Rückführkraft auch bei
einer länger dauernden Benutzung der Anlage konstant
bleibt und so ein Ausfall der Anlage vermieden wird. Es
ist weiterhin möglich, mit einem Differenzdruck zum
Absenken und Anheben des bodenzündenden Drahtes
zu arbeiten. Beispielsweise kann im Gegensatz zu den
Bedürfnissen beim Absenken des Drahtes eine größere
Hub- oder Anhebekraft als Sicherheit gegen ein mögliches
Kleben oder Verschweißen des bodenzündenden
Drahtes an der Kathodenoberfläche erforderlich werden.
Die ringförmigen Rippen bewirken, daß, wenn überhaupt, nur wenig Beschichtungsplasma
die vakuumbildende Dichtung erreicht. Auch wenn
die vorderen oder oberen Oberflächen der Rippen vollständig
mit leitendem Beschichtungsmaterial beschichtet
werden, werden die unteren oder rückwärtsweisenden
Abschnitte der Rippen, die in bezug auf das in die
Einlaßöffnung wandernde Beschichtungsplasma in den
Schattenbereich angeordnet sind, nicht bis zu dem Ausmaß
beschichtet, daß sie einen elektrisch leitenden Pfad
bilden, und die Funktionsfähigkeit der Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtung
bleibt erhalten. Obwohl sich das
Beschichtungsplasma auf dem freiliegenden Abschnitt
des Stößels absetzen und ansammeln kann, führt eine
solche Ansammlung nicht zum Ausfall der Vorrichtung
aufgrund der vorbeschriebenen Durchmesservergrößerung
der zur Kammerinnenwand hinweisenden Bohrung.
Durch den direkten Verbund des freien Endes des
Stößels mit der beweglichen Elektrode entfällt zum einen
eine separate elektrische Zuleitung zur Elektrode,
wodurch die Störanfälligkeit, hervorgerufen durch eine
Beschädigung der Leitung selbst oder eine Überbrückung
ihrer Isolierung bzw. der Beschädigung der Isolierung,
erheblich verrringert wird, und zum anderen wird
dadurch bewirkt, daß die gesamte Schub/Zieh-Antriebskraft
von dem Luftzylinder direkt auf die lineare Bewegung
des bogenzündenden Drahtes (Elektrode) in einen
und aus einem Eingriff mit der Kathoden-Oberfläche
aufgebracht wird. Es werden keine Hebelanordnungen
oder eine schwenkbare Anbringung des bogenzündenden
Drahtes und keine Federmittel benutzt oder benötigt.
Demzufolge tritt kein Verschweißen der Elektrode
mit der Kathodenoberfläche auf.
Dadurch, daß ein Gehäuseteil zwei horizontal in Abstand
voneinander angeordnete, mit dem Stößel in Eingriff
stehende, hermetisch abschließende Dichtungen
aufweist, ist für eine zusätzliche Vakuumabdichtung gesorgt
und ein Höchstmaß an Betriebssicherheit gegeben.
Die Verbindung des Zwischenraumes mittels einer
Zugangsöffnung, zwischen dem im Gehäuseteil festgelegten
Dichtungen, mit einer Vakuumpumpe ermöglicht
es, daß die Betriebsbereitschaft der Anlage auch bei
einem eventuell auftretenden Dichtungsleck der Dichtungen
gewährleistet ist.
Ist der Stößel der Vorrichtung mit einer Drehsicherung
versehen, so ist dadurch sichergestellt, daß die bogenzündende
Elektrode die Kathodenoberfläche bei jedem
Aktivieren der Lichtbogenzündvorrichtung an derselben
Stelle berührt, d. h. der korrekte Eingriff von Anode
und Kathode ist garantiert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Lichtbogenzündung
für Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtungen dargestellt,
und zwar zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der physikalischen
Bedampfungskammer-Vorrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Lichtbogenzündvorrichtung,
Fig. 3 einen Längsschnitt nach Linie 3-3 aus
Fig. 2, wobei die Stößelglieder mit einer zurückgezogenen
Position und die Lichtbogenzündvorrichtung in ihrer
Verbindung mit einer Wandung einer Bedampfungskammer
dargestellt sind, und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Lichtbogenzündvorrichtung
aus einer Blickrichtung von der zur
Fig. 2 entgegengesetzten Seite.
In Fig. 1 ist eine Vakuum-Bedampfungskammer 10
dargestellt, die eine Kammer 10a und
ein unteres Grundglied 10b aufweist. Diese Teile sind
mit Dichtungsmittel (nicht dargestellt) miteinander
verbunden, um einen Innenraum 11 zu umschließen, der
die Bedampfungskammer bildet, in der Substrate bzw.
Unterlagen zu beschichten sind. Eine Unterdruckleitung
12 erstreckt sich in den Innenraum 11 und ist zum Herstellen
eines Vakuums in diesem mit einer Vakuumpumpe
13 verbunden. Es können auch andere, allgemeinen
Zwecken dienende Einlaßöffnungen vorgesehen sein,
die sich in den Innenraum 11 öffnen und aber nicht
dargestellt sind, beispielsweise zum Einführen reaktionsfähiger
Gase oder anderer Elemente in die Bedampfungskammer.
Eine in Fig. 1 als die "Kathode" bezeichnete Beschichtungsmaterial-
Quelle 15 bildet den Ursprung für
den Beschichtungsdampf oder das Plasma für den Bedampfungsbeschichtungsvorgang.
Bei einem elektrischen
Lichtbogen-Bedampfungssystem bildet eine solche
Beschichtungsmaterial-Quelle eine körperliche
Masse aus Beschichtungsmaterial, wie Titan, massiv, allgemein
in zylindrischer Form. Das Material der Quelle
15 ist in dem Bedampfungs-Innenraum 11 durch allgemein
mit 16 bezeichnete Anbringungsmittel gehalten,
die sich in typischer Weise zumindest mit einem Abschnitt
durch eine der Kammerwände zu der atmosphärischen
Umgebung erstrecken. In Fig. 1 sind die Anbringungs-
bzw. Haltemittel 16 so dargestellt, daß sie
sich durch das Grundglied 10b erstrecken. Aufgrund der
großen elektrischen Ströme, die während des elektrischen
Lichtbogen-Bedampfungsvorgangs durch die Kathode
fließen, wird diese normalerweise extrem heiß,
was eine gewisse Art einer Kühlung erforderlich macht,
die gewöhnlich mittels eines Wasser-Durchflußsystems
vorgesehen wird. Solche Kühlmittel sind in der Zeichnung
bei 17 dargestellt und stehen in Strömungsverbindung
mit der Kathode oder Quelle 15 und dem Kathoden-
Haltemittel 16 über einen Strömungspfad 18. Mit 19
bezeichnete Mittel zum Abdichten und elektrischem
Trennen sorgen für ein Aufrechterhalten des Vakuums
in dem Bedampfungs-Innenraum 11 und für ein elektrisches
Trennen der Quelle 15 von den Wänden bzw. der
Außenhülle 10a und dem Grundglied 10b der Bedampfungskammer.
Eine zum Zuführen von Energie zwecks Erzeugens
und Aufrechterhaltens der elektrischen Lichtbogenenergie
des Systems dienende primäre Versorgungsquelle
ist bei 20 dargestellt. Der positive Anschluß derselben
ist betriebsmäßig mit der Bedampfungskammer
10 verbunden, die die "Anode" des elektrischen Lichtbogensystems
bildet. Der negative Anschluß der Versorgungsquelle
20 ist über die Quellen-Haltemittel 16
betriebsmäßig mit dem Material der Quelle 15 verbunden,
die als die "Kathode" des elektrischen Lichtbogensystems
fungiert. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die
in der Figur dargestellten gesamten äußeren Kammerteile
(das heißt 10a und 10b) die Anode des Aufbaues
bilden. Es könnten auch andere Anodenkonfigurationen
gleichermaßen verwendet werden. Außerdem könnten
Anodengebilde eingesetzt werden, die körperlich in
dem Innenraum 11 angebracht sind, getrennt von den
Kammerwänden sowie dem Boden und separat vorgespannt,
um als die Anode des elektrischen Lichtbogensystems
zu arbeiten.
Der oder die in der Kammer zu beschichtenden Gegenstände
werden in typischer Weise als Substrate bzw.
Unterlagen bezeichnet und sind in der Figur bei 22 dargestellt.
Die Substrate sind in der Kammer gehalten und
können auch elektrisch vorgespannt und/oder erhitzt
werden. Keines dieser Gebilde ist hier dargestellt.
Eine lichtbogeneinleitende Lichtbogenzündvorrichtung
30 ist an die Quelle 15 angrenzend an der Kammer
10 angebracht, und ein Teil dieser Vorrichtung erstreckt
sich durch eine Einlaßöffnung 14 der Kammer in den für
die Bedampfung dienenden Innenraum 11. Bei 21 nur
schematisch dargestellte Mittel zum Abdichten und
elektrischen Trennen der Vorrichtung dienen zum Aufrechterhalten
einer Vakuumabdichtung des Innenraums
11 und zum Vorsehen der elektrischen Trennung zwischen
der Lichtbogenzündvorrichtung 30 und der Anode
der Kammer 10. Mit 32 bezeichnete Impulsgeber
sind zum Aktivieren der
Lichtbogenzündvorrichtung 30 über einen Signalflußpfad
31 vorgesehen. Die Lichtbogenzündvorrichtung 30
hat ein lichtbogeneinleitendes Drahtglied 33, das in dem
Innenraum 11 angebracht und direkt mit der Lichtbogenzündvorrichtung
für eine Bewegung in einen und
aus einem Eingriff mit der oberen Oberfläche 15a der
Kathode bzw. Material-Quelle 15 verbunden ist, wie es
in Fig. 1 dargestellt ist. Elektrischer Strom fließt von
der Versorgungsquelle 20 über einen Widerstand 34 und
einen Signalflußpfad 35 zu der Lichtbogenzündvorrichtung
30. Es wird noch näher beschrieben, daß dann,
wenn das lichtbogeneinleitende Drahtglied 33 so positioniert
ist, daß es mit der oberen Oberfläche 15a der
Kathode bzw. Quelle 15 in Eingriff kommt, ein elektrisch
geschlossener Kreis von der Versorgungsquelle
20 über den Widerstand 34 sowie den Signalflußpfad 35,
die Lichtbogenzündvorrichtung 30 sowie ihr lichtbogeneinleitendes
Drahtglied 33 und über die Kathode
oder Quelle 15 sowie das Kathodenstützgebilde bzw.
die Haltemittel 16 zurück zu der Versorgungsquelle 20
entsteht.
Die Lichtbogenzündvorrichtung 30 arbeitet in der
Weise, daß sie das lichtbogeneinleitende Drahtglied 33
in einen und aus einem Eingriff mit der oberen Oberfläche
15a der Kathode-Quelle 15 bringt, und zwar entsprechend
den Signalen von den Impulsgebern 32.
Wenn das Drahtglied 33 mit der Kathode bzw. Quelle 15
in Eingriff kommt, entsteht über das Drahtglied 33 ein
geschlossener Kreispfad (wie es zuvor beschrieben wurde),
und es fließt daraufhin ein Strom zwischen dem
Drahtglied und der Kathodenoberfläche. Wenn die Impulsgeber
32 die Lichtbogenzündvorrichtung 30 erregen,
um das Drahtglied 33 aus einem Eingriff mit der
oberen Oberfläche 15a der Kathoden-Quelle 15 abzuheben,
wird der elektrische Pfad zwischen dem Drahtglied
und der Kathodenoberfläche unterbrochen, was dazu
führt, daß über den Spalt zwischen dem Drahtglied und
der Kathodenoberfläche ein elektrischer Lichtbogen
springt, der hierdurch an der Kathode eingeleitet wird.
Der "Spalt" zwischen dem Drahtglied 33 und der Kathoden-
Oberfläche 15a ist in Fig. 1 mit "X" bezeichnet.
Nach dem Einleiten des elektrischen Lichtbogens erstreckt
sich der Lichtbogenpfad sofort zwischen der Kathoden-
Quelle sowie den Anodenabschnitten der Kammer,
und er wird danach von der Versorgungsquelle 20
aufrechterhalten. Wie es zuvor beschrieben wurde, sind
solche Lichtbogenpfade mit großen elektrischen Strömen
verbunden, die in typischer Weise mehr als 30 Ampere
betragen. Aufgrund der Konzentration bzw. Dichte
der durch die Lichtbögen gelangenden elektrischen
Energie wird Kathodenmaterial freigesetzt, das den Beschichtungsdampf
oder das Plasma bildet und in Fig. 1
allgemein mit 25 bezeichnet ist. Die Lichtbögen sind an
der Oberfläche der Kathode als "Kathodenflecken"
sichtbar.
Eine detailliertere Querschnittsansicht der Lichtbogenzündvorrichtung
30 ergibt sich aus Fig. 3, wobei
diese Vorrichtung an einer Bedampfungskammerwand
angebracht ist und sich ein Stößelglied in einer "zurückgezogenen"
Position befindet, bei der das befestigte
lichtbogeneinleitende Drahtglied 33 mit der Kathoden-
Oberfläche 15a in Eingriff kommt. In den Fig. 2 bis 4 ist
ein pneumatischer Luftzylinder 40 schematisch dargestellt.
Es handelt sich um einen positiv wirkenden, linear
arbeitenden, pneumatischen Antriebszylinder, der Luftdruck
benutzt, um ein Kolben/Stößel-Element über exakte
Hübe von 25,4 mm längs einer linearen Achse zu
bewegen. Der Luftzylinder 40 hat ein äußeres Gehäuse
40a, das einen inneren zylindrischen Hohlraum 40b mit
ersten und zweiten Einlaßöffnungen 40c, 40d begrenzt,
die sich in den Hohlraum 40b öffnen. Luftanschlüsse 41
und 42 sind entsprechend mit pneumatischen Luftdruckleitungen
31.1 und 31.2 verbunden, die an die ersten
bzw. zweiten Einlaßöffnungen 40c und 40d des Hohlraums
40b angeschlossen sind, um Luftkanäle durch die
Öffnungen zu den entsprechenden pneumatischen
Druckluftleitungen 31.1 und 31.2 zu bilden. Diese stellen
zusammen den aktivierenden Signalflußpfad (in Fig. 1
mit 31 bezeichnet) für die Lichtbogenzündvorrichtung
30 dar. Das Gehäuse des Luftzylinders hat ferner eine
mit dem Zylinder-Hohlraum 40b axial ausgerichtete
Auslaßöffnung 40e, die ein hierdurch axial bewegbares
zylindrisches Kolbenstößelglied 43 aufnimmt. Das in
dem Hohlraum 40b befindliche Ende des Kolbenstößelgliedes
43 ist mit einem in dem Hohlraum 40b axial
bewegbaren Kolben 44 verbunden, wie es in Fig. 3
dargestellt ist. Das sich aus der Zylinder-Auslaßöffnung
40e erstreckende andere Ende des Kolbenstößelgliedes
43 ist mit Gewinde versehen, und zwar für eine Befestigung
mit dem Vorrichtungs-Stößelschaft, wie es noch
beschrieben wird. Mit 45 bezeichnete Dichtungsmittel
sind zwischen dem Kolben 44 und den Innenwänden
des Zylinders bzw. Gehäuses 40a vorgesehen, um
eine Abdichtung zwischen den beiden Einlaßöffnungen
40c sowie 40d des Hohlraums vorzusehen und diesen in
zwei Kammern zu unterteilen. In ähnlicher Weise befinden
sich mit 46 bezeichnete geeignete Dichtungsmittel
an die Zylinder-Auslaßöffnung 40e angrenzend in Gleiteingriff
mit dem Kolbenstößelglied 43, um eine Luftdruckabdichtung
in der Kammer bzw. dem Hohlraum
40b vorzusehen.
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem
pneumatischen Luftzylinder um einen doppeltwirkenden
Luftzylinder, der durch Luftdruck über die Druckluftleitungen
31.1 sowie 31.2 betrieben wird, um den
Kolben 44 und das daran befestigte Kolbenstößelglied
43 in axialer Richtung desselben über Höhe von
25,4 mm zu verschieben. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist,
befindet sich der Kolben 44 in der "zurückgezogenen"
Position (das heißt in einer Position an der linken
Seite in Fig. 3). Der pneumatische Luftzylinder 40 ist
ein solcher vom "positiven" Wirkungstyp, der zum Auftreten
einer Bewegung das Zuführen von Luftdruck gegen
die entsprechenden Flächen des Kolbens 44
erfordert. In die Zylindertätigkeit sind keine Federn einbezogen.
Dementsprechend kann "dieselbe" Bewegungskraft
von dem Kolbenstößelglied 43 in beiden Bewegungsrichtungen
des Kolbens 44 auf ein Werkstück
aufgebracht werden (wie den Vorrichtungsstößel,
nachfolgend beschrieben). Die dem pneumatischen Zylinder
über die Druckluftleitungen 31.1 und 31.2 zugeführte
Erregungsluft wird von Impulsgebern 32 (siehe
Fig. 1) zur Verfügung gestellt. Für diesen Zweck können
irgendwelche geeigneten Antriebs- und Steuerungsmittel
angewendet werden, die den erwünschten
Luft-Differenzdruck zum Antreiben des Kolbens
44 in dem Zylinder-Hohlraum 40b zu der gewünschten
Zeit aufbringen. Bei einem bevorzugten Aufbau eines
solchen Impulsgebers 32 wird eine elektronische Zeitschaltung
benutzt, um elektronische Aktivierungssignale
zu Vier-Wege-Luftventil-Antriebsmitteln zu leiten,
die die passenden Luftströme durch die Druckluftleitungen
31.1 und 31.2 zuführen.
Das Ausgangsende des Gehäuses des pneumatischen
Luftzylinders 40 ist durch eine Bohrung in der Anbringungsendplatte
50a eines primären Vorrichtungsgehäusegliedes
50 geschraubt. Eine Sicherungsmutter 51 ist
auf das Ende des Luftzylinders 40 geschraubt, um diesen
in festem Eingriff an der Anbringungsendplatte 50a zu
halten, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das primäre Vorrichtungsgehäuseglied
50 ist außerhalb der Anbringungsendplatte
50a allgemein hohlzylindrisch geformt
und erstreckt sich zu einem entgegengesetzten offenen,
mit Innengewinde versehenen Ende 50b. Außerdem ist
es mit dem Gehäuse des Luftzylinders 40 koaxial ausgerichtet.
Ein Teil der äußeren Vorrichtungsgehäuse-
Wand ist bei 50c ausgeschnitten, und ein Ausrichtungsschlitz
50d erstreckt sich longitudinal durch die äußere
Wandung von einer an die Anbringungsendplatte 50a
angrenzenden Position zu dem offenen Ende 50b. Der
Ausrichtungsschlitz 50d verläuft in einer zu der zentralen
Achse des Vorrichtungsgehäuses parallelen Richtung,
und er bildet einen linearen Führungsschlitz.
Ein Schaftdichtungsgehäuse 60 erstreckt sich zwischen
ersten und zweiten Enden 60a sowie 60b und
bildet einen sich axial hindurch erstreckenden zylindrischen
Durchgang 60c. Dieser hat einen vergrößerten
Abschnitt 60d, der an das erste Ende 60a des Gehäuses
60 angrenzend ausgebildet ist. Ein Paar von Anbringungsflanschabschnitten
60e erstreckt sich von dem
Hauptkörper des Schaftdichtungsgehäuses 60 radial
auswärts und hat Durchgangslöcher zum Aufnehmen
von Anbringungsschraubengliedern. Eine Anzahl von
Gewindelöchern 60f ist in dem ersten Ende 60a des
Schaftdichtungsgehäuses ausgebildet (siehe Fig. 3). Ein
sich radial erstreckendes Gewindeloch 60g bildet einen
Durchgang zwischen der äußeren Oberfläche des
Schaftdichtungsgehäuses 60 und dem vergrößerten Abschnitt
60d des inneren Durchgangs 60c. Ein Luftanschluß
61 ist in das radial verlaufende Gewindeloch 60g
eingeschraubt und mit einer bei 62 gestrichelt dargestellten
Unterdruckleitung verbunden. Der Luftanschluß
61 hat einen darin ausgebildeten Durchgang, der
für eine direkte Strömungsverbindung zwischen der
Unterdruckleitung 62 und dem vergrößerten Abschnitt
60d des inneren Durchgangs 60c über das Gewindeloch
60g sorgt. Die Unterdruckleitung ist mit einer Vakuumpumpe
(nicht dargestellt) betriebsmäßig verbunden. Ein
mit Außengewinde versehenes Kappenglied 65 hat eine
innere zylindrische Durchgangsbohrung 65a und ist mit
dem Schaftdichtungsgehäuse 60 koaxial ausgerichtet, so
daß sich die Durchgangsbohrung 65a in koaxialer Ausrichtung
mit dem zylindrischen inneren Durchgang 60c
des Schaftdichtungsgehäuses 60 befindet. Das Kappenglied
65 ist an dem ersten Ende 60a des Schaftdichtungsgehäuses
durch eine Anzahl von Schrauben 66 befestigt,
die mit den Gewindelöchern 60f des Schaftdichtungsgehäuses
ausgerichtet und in diese eingeschraubt sind. Die
Kombination des Schaftdichtungsgehäuses 60 und des
daran befestigten Kappengliedes 65 ist in das Gewinde-
Ende 50b des primären Vorrichtungsgehäusegliedes 50
eingeschraubt, um eine mit dem pneumatischen Luftzylinder
40 koaxial ausgerichtete Einheit zu bilden.
Ein sich zwischen ersten und zweiten Enden 70a sowie
70b erstreckender Stößel 70 ist in dem zylindrischen
inneren Durchgang 60c des Schaftdichtungsgehäuses
koaxial angebracht und erstreckt sich durch die zylindrische
Durchgangsbohrung 65a des Kappengliedes 65,
wobei das zweite Ende 70b in den Innenraum 11 der
Bedampfungskammer ragt. Ein axialer Gewindedurchgang
erstreckt sich durch das erste Ende 70a in den
Stößel 70. Ein ohne Gewinde versehener axialer Durchgang
70c erstreckt sich durch das zweite Ende 70b in
den Stößel 70. Ein radiales Gewindeloch 70d verläuft
von der äußeren Oberfläche des Stößels 70 an dessen
zweites Ende 70b angrenzend und öffnet sich in das
axial verlaufende Loch oder den Durchgang 70c. Eine
Feststellschraube 71 ist in das Gewindeloch 70d eingeschraubt.
Das Gewindeende des Kolbenstößelgliedes 43
ist in das erste Gewinde-Ende 70a des Stößels 70 axial
eingeschraubt und mittels einer Haltemutter 73 positionsmäßig
festgelegt, die die beiden Stößelglieder 43
und 70 in koaxialer Ausrichtung zueinander anordnet.
Ein Ausrichtungsstreifen bzw. -vorsprung 74 ist an
dem ersten Ende 70a des Stößels 70 fest ausgerichtet
verkeilt und mit diesem um seine zentrale Achse drehbar.
Er hat ein längliches Streifen- bzw. Vorsprungsglied,
das sich von der Achse des Stößels radial auswärts
und durch den führenden Ausrichtungsschlitz 50d des
primären Vorrichtungsgehäusegliedes 50 erstreckt. Der
Ausrichtungsstreifen bzw. -vorsprung 74 gleitet in
Längsrichtung in den führenden Ausrichtungsschlitz
50d, wenn sich der Stößel 70 hin- und herbewegt, wodurch
verhindert wird, daß sich dieses um seine zentrale
Achse dreht.
Ein mit 76 bezeichnetes elektrisches Anschlußglied
vom Scheibentyp befindet sich auf dem Gewinde-Endabschnitt
des Kolbenstößelgliedes 43 und zwischen einem
Paar von Scheiben 77 sowie 78. Es ist zusammen
mit dem Ausrichtungsstreifen 74 mittels der Haltemutter
73 an dem Stößel 70 befestigt. Das Anschlußglied 76
ist mit einer elektrischen Leitung verbunden, die den
Signalflußpfad 35 aus Fig. 1 aufweist und eine elektrische
Verbindung von der Versorgungsquelle 20 zu dem
Stößel 70 herstellt.
Ein Paar von ringförmigen Dichtungsgliedern 21.1
und 21.2 ist in dem vergrößerten Abschnitt des inneren
Durchgangs des Schaftdichtungsgehäuses 60 angebracht,
um in einen kooperativen Gleiteingriff mit der
äußeren zylindrischen Oberfläche des Stößels 70 zu treten,
wenn sich dieses in dem Dichtungsgehäuse longitudinal
hin- und herbewegt. Ein ringförmiger Nylon-Abstandshalter
67 ist zwischen den Dichtungsgliedern 21.1
und 21.2 angebracht; radial weist er zu der Vakuumpumpen-
Öffnung 60g, wodurch ein Differenzpumpen
zwischen den Dichtungsgliedern 21.1 und 21.2 möglich
ist. Das endseitige Kappenglied 65 hält die Dichtungen
und den Abstandshalter in dem Hohlraum bzw. Abschnitt
60d an Ort und Stelle. Der Mehrfachdichtungsaufbau
der Dichtungen 21.1 sowie 21.2 und der Abstandshalter
67 sorgen für eine luftdichte Abdichtung
mit dem Stößel zum Aufrechterhalten der Vakuumabdichtung
des Innenraums 11 der Bedampfungskammer
10 und weisen zum Teil die in Fig. 1 dargestellten Abdichtungsmittel
21 auf. Der Mehrfachdichtungsaufbau
bildet auch eine Gleitlagerfläche zum axialen Führen
des Stößels 70, wenn sich dieses durch das Schaftdichtungsgehäuse
60 longitudinal vorwärts und rückwärts
bewegt. Der Mehrfachdichtungsaufbau ist "stromab"
des Eintritts zu der Bedampfungskammer angeordnet,
so daß die Dichtungsglieder 21.1 und 21.2 mit dem longitudinalen
Oberflächenabschnitt des Stößels 70 in Eingriff
treten, der nicht dem Beschichtungsplasma 25 in
der Kammer ausgesetzt ist. Deshalb wird die Beschädigung
der Dichtungsglieder 21.1 und 21.2 infolge eines
Reibungseingriffs mit mitgeführtem und auf dem Stößel
70 abgelagertem Material vermindert. Da ferner das der
Beschichtungskammer am nächsten angeordnete Dichtungsglied
21.1 axial weit genug von der Öffnung in die
Kammer entfernt ist und da die Abmessungstoleranzen
zwischen dem Stößel sowie den inneren zylindrischen
Wänden des inneren Durchgangs 60c klein genug sind,
wandert, wenn überhaupt, nur wenig Beschichtungsmaterial
longitudinal zwischen dem Stößel 70 sowie der
Wandung des inneren Durchgangs 60c, um das Dichtungsglied
21.1 direkt zu beschichten.
Die primären Teile der zuvor beschriebenen Lichtbogenzündvorrichtung
(das heißt das primäre Vorrichtungsgehäuseglied
50, das Schaftdichtungsgehäuse 60,
das Kappenglied 65, der Stößel 70 und der zu führende
Ausrichtungsstreifen bzw. -vorsprung 74) bestehen aus
Edelstahl.
Ein Abstandshalter-/Durchführungs- und Abschirmungsglied
80 ist koaxial an dem Schaftdichtungsgehäuse
80 angebracht und sorgt für eine elektrisch isolierende
Grenze zwischen der Bedampfungskammer-
Wandung bzw. dem unteren Grundglied 10b und dem
Schaftdichtungsgehäuse sowie dem Stößel 70. Das
Glied 80 besteht aus Nylon, das ein guter Isolator ist und
gute Temperaturcharakteristiken sowie niedrige Entgasungseigenschaften
hat; es können jedoch auch andere
Materialien benutzt werden. Das Glied 80 hat einen
vergrößerten Flanschabschnitt 80a für einen Eingriff
zwischen dem zweiten Ende 60b des Schaftdichtungsgehäuses
60 und der äußeren Oberfläche der Bedampfungskammerwand
bzw. dem unteren Grundglied 10b.
Die Umfangsform des vergrößerten Flanschabschnitts
80a ähnelt derjenigen der Anbringungsflanschabschnitte
60e des Schaftdichtungsgehäuses 60 (siehe
Fig. 2 und 4). Der Flanschabschnitt 80a enthält ein Paar
von Anbringungslöchern 80b, die mit denjenigen des
Anbringungsabschnitts des Schaftdichtungsgehäuses
ausgerichtet sind und durch die sich ein Paar von Nylon-
Befestigungsschrauben 82 erstreckt. Der vergrößerte
Flanschabschnitt 80a hat in seinen äußeren Oberflächen
ein Paar von Ringnuten 80c, in denen sich ein Paar von
O-Ringen 21.3 und 21.4 befindet. Die Befestigungsschrauben
82 erstrecken sich durch die ausgerichteten
Anbringungslöcher der Anbringungsflanschabschnitte
60e des Schaftdichtungsgehäuses und die Anbringungslöcher
80b im Flanschabschnitt 80a des Abstandshaltergliedes
80 in einen Gewindeeingriff im Grundglied 10b
der Bedampfungskammer, wodurch die gesamte Lichtbogenzündvorrichtung
30 an der Wandung der Bedampfungskammer
festgelegt wird. Bei einer derartigen
Anbringung bilden die O-Ringe 21.3 und 21.4 in Verbindung
mit den Dichtungsgliedern 21.1 und 21.2 eine luftdichte
Abdichtung an der Einlaßöffnung 14 für den Innenraum
11 der Bedampfungskammer, und sie weisen
die Dichtungsmittel 21 aus Fig. 1 auf. Es ist festzustellen,
daß die O-Ringe Dichtungsglieder 21.3 und 21.4 vor
einer Verunreinigung durch das Beschichtungsplasma
25 in der Bedampfungskammer bzw. im Innenraum 11
abgeschirmt sind.
Das zur Durchführung und Abstandshalterung dienende
Glied 80 bildet ferner ein allgemein mit 80d bezeichnetes
Abschirmungsglied, das mit dem Stößel 70
unter Überlagerung desselben axial ausgerichtet und so
bemessen ist, daß es in die Einlaßöffnung 14 der Wandung
10b der Bedampfungskammer
paßt und durch diese vorsteht. Das vordere Ende
des Abschirmungsgliedes 80d endet an einer Position in
kurzem Abstand hinter der Feststellschraube 71 des
Stößels 70, wenn sich dieser in seiner "zurückgezogenen"
Position befindet (wie es in Fig. 3 dargestellt ist).
Das Abschirmungsglied 80d hat eine "zentrierende"
Schulter 80d′, die sich etwas von der vorderen Oberfläche
des vergrößerten Flanschabschnitts 80a erhebt und
zum Zentrieren des Abschirmungsgliedes 80 in der Einlaßöffnung
14 der Kammerwand bzw. des Grundgliedes
10b dient. Das Abschirmungsglied 80 hat auch eine
Mehrzahl von beabstandeten ringförmigen Rippengliedern
80e, die über die äußere Oberfläche des Abschirmungsgliedes
80d zwischen der Schulter 80d′ und dem
freien Ende des Abschirmungsgliedes 80d axial verteilt
sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind alle
Rippenglieder 80e axial so angeordnet, daß sie "in" der
Einlaßöffnung des Grundgliedes 10b der Bedampfungskammer
zu liegen kommen; jedoch können sich diese
Rippenglieder auch über die innere Wandung der Kammer
hinausgehend in die Bedampfungskammer erstrecken.
Der Teil der inneren Bohrung 80f des Abschirmungsgliedes
80d, durch den sich der Stößel 70 bewegt,
ist im Vergleich zu dem Durchmesser des Durchgangs
durch den rückwärtigen Flanschabschnitt 80a des Abstandshaltergliedes
80 vergrößert (siehe Fig. 3). Die
Länge dieses bezüglich des Innendurchmessers vergrößerten
Abschnitts fällt allgemein mit dem Hub (das
heißt der axialen Bewegungsdistanz) des Stößeln zusammen
oder ist etwas größer. Hierdurch ist es möglich, daß
dieser Abschnitt des Stößels 70 (in Fig. 3 mit "Y" bezeichnet)
für eine ausgedehnte Periode von dem Beschichtungsplasma
25 beschichtet wird, ohne daß ein
Festkleben oder Verklemmen in dem Durchführungsglied
80 begründet wird.
Ein lichtbogeneinleitendes Drahtglied 33 wird durch
das zweite Ende 70b des Stößels 70 in das axiale Loch
bzw. den Durchgang 70 c eingesetzt und darin mittels
der Feststellschraube 71 festgelegt. Der lichtbogeneinleitende
Draht ist aus Molybdän aufgebaut und so gebogen,
daß er eine sich allmählich nach unten neigende und
zu der Kathodenmaterial-Quelle 15 unter Überlagerung
derselben sowie für einen Eingriff hiermit bildende Kurve
darstellt. Das Ende des Drahtgliedes 33, das in axialen
Eingriff mit der Kathoden-Oberfläche 15a kommt, ist
etwas hakenförmig, so daß eine gleichförmige bzw. glatte
Kontaktoberfläche mit der Kathode gebildet wird.
Die allmähliche Krümmung oder Kurve des Drahtes
macht diesen fester, wenn er mit der Kathode in Eingriff
kommt und sich hiervon löst. Bei einer Befestigung an
dem Stößel 70 berührt das lichtbogeneinleitende Drahtglied
33 wiederholt die Kathoden-Oberfläche 15a an
demselben Fleck der Oberseite, da ein Drehen des
Stößels um seine zentrale Achse durch den Eingriff des
Ausrichtungsstreifens 74 in dem führenden Ausrichtungsschlitz
50d vermieden wird. Die Länge des lichtbogeneinleitenden
Drahtgliedes ist in Verbindung mit ihrem
Biegeradius dergestalt, daß dann, wenn sich der
Stößel 70 in seiner obersten Position (Außereingriffsposition)
befindet, der Abstand des freien Drahtendes von
der oberen Kathoden-Oberfläche 15a (das heißt die Abmessung
"X" in Fig. 1) etwas kleiner als die "Hub"-Bewegung
des Stößels 70 ist.
Claims (2)
1. Lichtbogenzündvorrichtung für Lichtbogen-Bedampfungsvorrichtungen,
mit einem an der Öffnung (14) der
Wand (10b) einer Vakuum-Bedampfungskammer (10) vakuumdicht
angebrachten Gehäuse (50, 60), in dem ein mit
seinem freien, in die Kammer (10) ragenden Ende (70b)
eine Zündelektrode (33) tragender Stößel (70) in
Längsrichtung beweglich gelagert und mit seinem anderen
Ende (70a) mit einem Antriebskolben (44) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (70) an die elektrische Energiequelle (20)
der Elektrode (33) angeschlossen ist, daß der Antriebskolben
(44) als zweiseitig beaufschlagbarer Kolben
in einem pneumatischen Zylinder (40a) angeordnet ist,
dessen Bewegungskraft ausreichend bemessen ist,
um eine Schweißung zwischen der beweglichen Elektrode (33) und
einer Kathode (15) aufzubrechen, daß der Stößel (70)
in einem zwischen der Kammer (10) und dem Gehäuse
(50, 60) koaxial zum Stößel (70) angeordnetem Abschirmglied
(80) aus elektrisch isolierendem Material axial verschiebbar
geführt ist, daß das Abschirmglied (80) einen in die
Kammer (10) hineinragenden Teil (80d) aufweist, der
mit koaxial um den Stößel (70) angeordneten ringförmigen Rippen (80) versehen ist,
von denen wenigstens ein Teil in der Öffnung (14) liegt,
und daß ein Teil (60) des Gehäuses (50, 60) zwei im
Abstand voneinander angeordnete, zum Stößel (70)
koaxial hermetisch abdichtende Dichtungen (21.1, 21.2),
in denen der Stößel (70) gleitet, aufweist und der
Zwischenraum zwischen den beiden Dichtungen
(21.2, 21.2) über eine Anschlußöffnung (61) im
Gehäuseteil (60) mit einer Unterdruckleitung (62)
einer Vakuumpumpe (13) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (70) mit einer Drehsicherung
(50d, 74) versehen ist.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Representative=s name: TUERK, D., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. GILLE, C., DIPL |
|
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
8305 | Restricted maintenance of patent after opposition | ||
D4 | Patent maintained restricted | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |