DE4115175C2 - Vakuum-Beschichtungsanlage für optische Substrate - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuum-Beschich­ tungsanlage zum Aufdampfen von Vergütungsschichten auf ei­ ne Seite von optischen Substraten, wie Kunststoff-Brillen­ gläser, welche auf Trägermittel aufspannbar sind, die in einem evakuierbaren Rezipienten oberhalb von Verdampfungs­ quellen umlaufen.

Durch die DE-OS 23 37 204 des gleichen Anmelders ist be­ reits ein Verfahren zum Aufdampfen mindestens einer Ober­ flächenschicht auf einer Seite von optischen Trägern, ins­ besondere Gläser, im Vakuum bekannt geworden, bei welchem eine vorgegebene Anzahl solcher Substrate nach ihrer Be­ schichtung innerhalb des gleichen Vakuum-Zyklus aus der Ebene, in welcher die Träger an der Verdampfungsquelle vor­ beigeführt werden, heraus und nachfolgend mindestens noch einmal eine gleiche Anzahl weiterer Substrate in diese Ebe­ ne hineinbewegt werden, um diese ebenfalls nacheinander an der Verdampfungsquelle vorbeizuführen und innerhalb des gleichen Vakuum-Zyklus auf ihrer einen Seite zu beschichten.

Zur Durchführung dieses Verfahrens, das immer mehr an Bedeu­ tung gewinnt, ist eine Einrichtung gebräuchlich mit einem unter Vakuum setzbaren Drehtisch, an dessen Umfang eine Mehrzahl Stationen zur lösbaren Befestigung von Substraten angeordnet sind, sowie mit mindestens einer relativ zu den Stationen bewegbaren Verdampfungsquelle. Hierbei ist jede Station mit einer Wendevorrichtung bestückt, an der sich Haltemittel für die lösbare Befestigung von jeweils zwei Substraten befinden, zwischen welchen sich eine Abschirmung erstreckt.

Eine Einrichtung mit solchen Wendeträgern ist nicht nur kompliziert und aufwendig, sondern auch von ungenügender Kapazität.

Andererseits ist aber auch eine Einrichtung bekannt gewor­ den, welche als Trägermittel sogenannte Kalotten verwendet, welche sich jeweils kuppelförmig und drehbar im oberen Teil des Rezipienten erstrecken und welche eine Mehrzahl, beispielsweise 36 gleichmäßig über die Kalottenfläche verteilte und diese durchbrechende, Einspannöffnungen mit Haltemitteln zur Aufnahme von Substraten aufweisen. Eine solche Anordnung ist im US-Patent 4 817 559 des gleichen Anmelders beschrieben und ist dafür bestimmt, eine Vielzahl von Substraten ohne Zwischenbelüftung der Vakuumanlage beidseitig zu beschichten, wobei jeweils nur ein einziges Substrat innerhalb der Einspannöffnung der Kalottenfläche aufgenommen werden kann. Abgesehen davon, dass auch bei dieser Anordnung die Halte- und Wendemittel für die Gläser kompliziert und aufwendig sind, ist eine solche Einrichtung zur Durchführung des hier infrage stehenden Verfahrens nicht geeignet, da hier nicht beide Kalottenflächen zur Aufnahme und einseitigen Beschichtung von Substraten verwendet werden, sondern lediglich Einspannöffnungen, welche die Kalotten durchbrechen, wobei ein einziges Substrat pro Einspannöffnung, mittels geeigneter Haltemittel innerhalb der Einspannöffnung befestigt werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vakuum-Beschichtungsanlage zu schaffen, welche gestattet, eine große Anzahl Substrate mit der einen zu beschichtenden Fläche innerhalb des Vakuum-Zyklus nacheinander an mindestens einer Verdampfungsquelle vorbeizuführen, um dann die Substrate nach ihrer Beschichtung innerhalb des gleichen Vakuum-Zyklus aus der Ebene, in welcher die Substrate an der Verdampfungsquelle vorbeigeführt werden, heraus und nachfolgend mindestens noch einmal eine gleiche Anzahl weiterer Substrate in diese Ebene hineinbewegt werden, um diese ebenfalls nacheinander an der Verdampfungsquelle vorbeizuführen und innerhalb des gleichen Vakuum-Zyklus auf einer Seite zu beschichten, wobei diese Einrichtung von einfachster Bauart und sehr leicht sein soll.

Dies wird erfindungsgemäss zunächst dadurch erreicht, dass die Trägermittel in ansich bekannter Weise eine Mehrzahl wenigstens angenähert kreissegmentförmige Wendeträger um­ fassen, die zueinander kalottenförmig sowie je um 180° wendbar an einer gemeinsamen Drehachse abgestützt sind, wo­ bei jeder Wendeträger beidseitig Trägerflächen aufweist mit Mitteln zum klemmenden Festhalten einer Mehrzahl von einseitig zu beschichtenden, mit der betreffenden Träger­ fläche aufliegenden Substraten.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Anlage ist es dabei von Vorteil, wenn die Mittel zum klem­ menden Festhalten der Substrate auf den Trägerflächen des Wendeträgers durch jeweils einen, das Substrat umfassenden und randnahe überlappenden Spannring gebildet sind, der an der betreffenden Trägerfläche aufliegt und dort zweigeteilt um ein Scharnier gegen die Wirkung einer Schliessfeder auf­ klappbar ist.

Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Trägerflächen der Wende­ träger je beidseitig aus einer mittleren Flächenpartie her­ aus zum Rand hin steigend ausgebildet sind.

Ferner kann eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäs­ sen Anlage darin gesehen werden, wenn jeder Wendeträger wenigstens teilweise auf einem, mit der Drehachse umlau­ fenden Ring abgestützt ist und Wendesteuerkurvenmittel trägt, die mit einem, in den Umlaufbereich der Wendeträ­ ger temporär hineinbewegbaren Stellstift zusammenwirken.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt in schematischer, vereinfachter Darstellung eine Vakuum-Beschichtungsanlage zum einseitigen Bedampfen mehrerer optischer Substrate;

Fig. 2 in schematischer, schaubildartiger Darstellung und in grösserem Massstab einen erfindungsgemässen Wendeträger der Anordnung gemäss Fig. 1 in frei kippbarer Ausführung;

Fig. 3 ausschnittweise im Querschnitt und in grösserem Massstab eine erfindungsgemässe Substrat-Halterung beidseitig des Wendeträgers der Anordnung gemäss Fig. 1; und

Fig. 4 im Grundriss die Anordnung gemäss Fig. 3 in anderem Massstab.

Die in Fig. 1 beispielsweise veranschaulichte Vakuum-Be­ schichtungsanlage zum Aufdampfen von Vergütungsschichten auf optische Substrate, beispielsweise hier Kunststoff- Brillengläser 10, umfasst einen, über eine Vakuum-Pumpe 2 evakuierbaren Rezipienten 1. Im oberen Kammerbereich dieses Rezipienten 1 befinden sich Trägermittel 3 mit einer Mehr­ zahl, hier zwei erkennbare kreissegmentförmige Wendeträ­ ger 33, die zueinander kalottenförmig sowie je um 180° wendbar an einer gemeinsamen Drehachse 32 abgestützt sind, wobei jeder Wendeträger 33 beidseitig Trägerflächen auf­ weist mit Mitteln zum klemmenden Festhalten einer Mehr­ zahl von einseitig zu beschichtenden, auf der betreffen­ den Trägerfläche aufliegenden Substraten 10, wie das nach­ folgend noch näher beschrieben ist.

Im unteren Bereich des Rezipienten 1 ist eine (oder mehrere) Verdampfungsquelle 100 vorgesehen, die hier eine sogenannte Elektronenstrahlkanone mit einem Heizfaden 15 umfasst, des­ sen austretende Elektronen nach seiner Erhitzung in einer Fokusierungseinrichtung 16 strahlenförmig gebündelt werden. Beispielsweise kann der Elektronenstrahl von einer an ne­ gativer Hochspannung liegenden Wolframkathode erzeugt und mit einem geformten Wehnel-Zylinder vorfokusiert werden. Dieser Elektronenstrahl lässt sich nun durch Umlenkmagnet­ mittel 13 in einen Tiegel 17 umlenken, in dem sich das Auf­ dampfmaterial befindet. Dabei kann dem Strahl 11 eine pendelnde und/oder rotierende Bewegung durch weitere mag­ netfelderzeugende Mittel 14 erteilt werden, um mit dem Elektronenstrahl 11 die ganze Tiegeloberfläche zu bestrei­ chen.

Zum Betreiben bzw. Bedienen der im evakuierten Rezipienten 1 zu bewegenden Apparateteile wie Blenden u. dgl. sind Ein­ richtungen mit Betätigungsbauteilen notwendig, die von aussen in den Vakuumraum hineinreichen, wie etwa der Dreh­ mechanismus 30 mit dem Motor 31 und die Drehachse 32 für die Trägermittel 3. Alle diese Mittel sind in der Regel von einem Steuerteil 20 ansteuerbar.

Im übrigen ist der Aufbau solcher Vakuumaufdampfanlagen soweit bekannt, dass sich eine nähere Konstruktionsbe­ schreibung erübrigt.

Erfindungswesentlich ist hier zunächst, dass die Träger­ mittel 3 Wendeträger 33 umfassen, mit etwa kreissegment­ förmigen Flächenbegrenzungen.

Diese Wendeträger 33 sind, wie Fig. 1 erkennen lässt, zu­ einander kalottenförmig sowie je um 180° wendbar mit der Drehachse 32 umlaufend montiert. Hierbei stützen sich die Wendeträger 33 über Drehzapfen 24 bzw. 24' einerseits am freien, eine Radnabe bildenden, inneren Ende der Drehachse 32 und andrerseits auf einem, mit der Drehachse 32 umlaufen­ den Ring 22 ab. Dieser Ring 22 ist ähnlich einem Speichen­ rad durch Radialstege 23 mit der die Nabe bildenden Dreh­ achse 32 drehfest verbunden, wobei sich die Wendeträger 33 jeweils zwischen zwei benachbarten Radialstegen 23 befinden. Für das Wenden der Wendeträger 33 sind am betreffenden Dreh­ zapfen 24' Wendesteuerkurvenmittel 19 in Form einer Um­ steuergabel angeordnet, welche mit einem Stellstift 18 im Wandungsbereich des Rezipienten 1 zusammenwirken, indem sich der Stellstift 18 temporär in den Umlaufbereich der Wende­ träger 33 bzw. deren Wendesteuerkurvenmittel 19 hineinbe­ wegen lässt. Der Stellstift 18 kann etwa elektromagnetisch oder hydraulisch oder pneumatisch betätigbar und vom Steuer­ teil 20 ansteuerbar sein.

Eine solche Wendeanordnung ist durch ihre einfache Kon­ zeption besonders funktionssicher und wartungsfreundlich, lässt sich aber durchaus auch durch andere Steuermittel er­ setzen.

Zweckmässig sind die Wendeträger 33 mit deren Zapfen 24 bzw. 24' an der Drehachse 32 resp. dem Ring 22 lediglich in offene Lagerschalen eingelegt, um die Wendeträger für eine Bestückung leicht herausnehmen bzw. wieder einsetzen zu können.

Fig. 2 zeigt im Einzelnen einen solchen vorbeschriebenen Wendeträger 33 mit seinen Lagerzapfen 24 und 24', welcher erkennen lässt, dass hier pro Trägerfläche 33', 33'' sieben Substrate aufgelegt werden können, was natürlich nicht bin­ dend ist. Erkennbar ist hier zudem, dass die Trägerflächen 33' resp. 33'' beidseitig aus einer mittleren Flächenpartie heraus zum Rand hin steigend sind, was gewährleistet, dass alle zu bedampfenden Substratflächen eine optimale Winkel­ stellung bezüglich der Verdampfungsquelle einnehmen, womit auf allen Substraten ein gleichmässiger Niederschlag er­ reicht wird.

Ferner weisen die Wendeträger 33, wie erwähnt, auf beiden Trägerflächen 33' und 33'' Mittel 8 zum klemmenden Festhal­ ten der aufgelegten, einseitig zu beschichtenden Substrate 10 auf, die hier durch einen, das Substrat 10 umfassenden und gering überlappenden Spannring 4 gebildet sind. Diese Spannringe 4 liegen an der betreffenden Trägerfläche 33' resp. 33'' auf und sind dort zweigeteilt um ein Scharnier 5 gegen die Wirkung einer Schliessfeder 6 zu öffnen. Diese sehr einfache Konstruktion gewährleistet nicht nur eine leichte Handhabung, sondern auch ein sicheres Fixieren der Substrate auf den Trägerflächen. Die leichte Ueberlappung des Substratrandes verhindert zudem wirksam ein Eindringen von Verdampfungsmedium zwischen Trägerfläche und Substrat.

Aus dem Vorbeschriebenen ergibt sich somit eine Vakuum-Be­ schichtungsanlage zum einseitigen Aufdampfen von Vergü­ tungsschichten auf optische Substrate, die allen heutigen Anforderungen an solche Einrichtungen zu genügen vermag, insbesondere bezüglich Einfachheit, Bedienungsfreundlich­ keit und Fassungsvermögen.

Natürlich sind an der vorbeschriebenen Anlage eine ganze Reihe Modifikationen möglich, ohne dabei den Erfindungs­ gedanken zu verlassen. Dies bezieht sich sowohl auf die Ausgestaltung der Wendemittel als auch auf die Wendeträger resp. deren Mittel zum klemmenden Festhalten der Substrate auf den Trägerflächen.

Claims (3)

1. Vakuum-Beschichtungsanlage zum Aufdampfen von Vergütungsschichten auf eine Seite von optischen Substarten, wie Kunststoff-Brillengläser, welche auf Trägermittel aufspannbar sind, die einem evakuierbaren Rezipienten oberhalb von Verdampfungsquellen umlaufen, wobei Trägermittel eine Mehrzahl kreissegmentförmiger Wendeträger umfassen, die zueinander kalottenförmig sowie je um 180° wendbar an einer gemeinsamen Drehachse abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Wendeträger (33) beidseitig Trägerflächen (33', 33'') aufweist, zur Auflage einer Mehrzahl von einseitig zu beschichtenden Substraten (10) auf jeder Trägerfläche, mit Mitteln (8) zum klemmenden Festhalten für jedes einzelne Substrat.

2. Vakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zum klemmenden Festhalten jeweils eines Substrates (10) auf den Trägerflächen (33', 33'') des Wendeträgers (33) durch jeweils einen, das Substrat umfassenden und randnahe überlappenden Spannring (4) gebildet sind, der an der betreffenden Trägerfläche aufliegt und dort zweigeteilt um ein Scharnier (5) gegen die Wirkung einer Schliessfeder (6) aufklappbar ist.

3. Vakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerflächen (33' resp. 33'') der Wendeträger (33) je beidseitig aus einer mittleren Flächenpartie heraus, zum Rand hin steigend, ausgebildet sind.