SU412302A1

SU412302A1 -

Info

Publication number: SU412302A1
Application number: SU1701194A
Authority: SU
Priority date: 1971-09-29
Filing date: 1971-09-29
Publication date: 1974-01-25

Description

1one

Изобретение относитс к области нанесени покрытий в вакууме и может быть использовано дл перемещений технологических масок, подложек или других объектов в услови х высокого и сверхвысокого вакуума, например в колпаках напылительных установок и электронных микроскопах.The invention relates to the field of vacuum coating and can be used to transfer process masks, substrates or other objects under high and ultra high vacuum conditions, for example, in caps of sputtering installations and electron microscopes.

Известно устройство дл пр молинейного перемещени детали при нанесении покрытий в вакууме, содержащее корпус, внутри которого расположена каретка, укрепленна на упругих опорах, выполненных в виде жестко заделанных обоими концами в корпусе упругих стержней, длина которых одновременно и в ровной степени измен етс ; по заданной программе, а средние части последних соединены жестко между собой посредством каретки. Длина упругих стержней измен етс , например, путем нагрева при пропускании через них электрического тока.A device is known for linearly moving a part when applied in vacuum, comprising a housing within which a carriage is mounted, mounted on elastic supports made in the form of resilient rods rigidly embedded in both ends in the housing, the length of which changes simultaneously and evenly; according to a given program, and the middle parts of the latter are rigidly connected to each other by means of a carriage. The length of the elastic rods is changed, for example, by heating by passing an electric current through them.

Кажда из упругих опор, получив удлинение , испытывает действие реакций со стороны корпуса и подвергаетс продольному изгибу. При величине сил, действующих вдоль оси, равных так называемым критическим , указанные стержни тер ют устойчивость , принима устойчивую форму в виде полуволны синусоиды. При этом малые удлинени вдоль оси преобразуютс в увеличенные перемещени средней точки каждой изEach of the elastic supports, having obtained an elongation, experiences a reaction from the side of the hull and is subjected to buckling. When the magnitude of the forces acting along the axis, equal to the so-called critical, these rods lose stability, taking a stable form in the form of a half-wave sinusoid. At the same time, small elongations along the axis are converted into increased displacements of the midpoint of each of

в 1аправлении, перпендикул рном кin direction, perpendicular to

опор оси.axle bearings.

Однако такое устройство имеет ограниченную величину хода. Например, при длине опор 100 мм и нагреве на 100°С перемещение каретки составл ет несколько сот микрон . Дальнейшее увеличение хода требует существенного увеличени длины упругих опор или увеличени степени их нагрева, что не всегда допустимо.However, such a device has a limited stroke. For example, with a support length of 100 mm and heating at 100 ° C, the movement of the carriage is several hundred microns. A further increase in stroke requires a substantial increase in the length of the elastic supports or an increase in the degree of their heating, which is not always permissible.

Цель изобретени - увеличение хода. Дл этого устройство снабжено дополнительными каретками, расположенными симметрично относительно основной, причем упругие опоры каждой предыдущей каретки жестко закреплены противоположными концами в последующей, а упругие опоры последней - в корпусе.The purpose of the invention is to increase the stroke. For this, the device is provided with additional carriages located symmetrically with respect to the main one, with the elastic supports of each previous carriage rigidly fixed with opposite ends in the subsequent one, and the elastic supports of the latter in the housing.

На фиг. 1 и 2 изображено предлагаемое устройство и схема его работы.FIG. 1 and 2 depict the proposed device and the scheme of its work.

Устройство состоит из корпуса 1, основ )юй каретки 2, укрепленной на упругих опорах 3 и 4, дополнительных кареток 5, 6 и 7, кажда из которых жестко соединена со средними точками упругих опор 8, 9, 10 w. 11, 12, 13 с помощью накладок 14, винтов 15 и щтифтов 16. Рабочий объект 17 крепитс на каретке 2. Упругие опоры последней каретки 7 жестко закреплены в неподвижном корпусе /. Закрепление концов упругих опор, а также соединение опор с каретками также возможно осуществить с помощью сварки, пайки и склейки. Таким образом, кажда предыдуща каретка, начина с каретки 2, покоитс на упругих опорах, закрепленных жестко обоими концами в каждой последующей каретке. Конструктивно каретки могут располагатьс в одной или разных плоскост х . Количество кареток зависит от хода. Упругие опоры выполнены в виде, например, плоских пружин, плоскость наименьщей жесткости которых перпендикул рна к направлению движени каретки 2. Устройство подключено к источнику тока. С целью исключени пластических деформаций при потере устойчивости упругих опор в услови х повыщенных температур материал дл последних выбираетс с высокими .механическими свойствами, например сплав НЗбХТЮ. Каретки изготовл ютс из материала с существенно отличающимс коэффициентом линейного расщирени , например из инвара. Устройство работает следующим образом . При подаче напр жени электрический ток проходит от каретки 2 через все упругие опоры к корпусу /. При этом последние вследствие выделени джоулева тепла получают температурные удлинени , пропорциональные степе(ги нагрева. Так как температуры упругих опор существенно отличаютс от температуры кареток, а в случае выравнивани заказанных температур коеффициенты линейного расщпрени существенно отличаютс , то кажда из упругих опор подвергаетс распорным усили м и работает как , балка, защемленна обоими когщами и подвергаема продольному изгибу. Из курса сопротивлени материалов известно, что при величине продольных усилий, равной критическим, балка тер ет устойчивость в плоскости наименьщей жесткости и занимает новое устойчивое положе ие в виде полуволны синусоиды. При этом средн точка каждой из балок получает перемещение в направлении , перпендикул рном к первоначальной оси. Кроме того, кажда балка работает как множительный механизм, преобразз малые температурные удлинени вдоль продольной оси в увеличенные в несколько раз перемещени средней точки. Если сила, действующа вдоль балки, больще критической, то малым прира щени м длины, как известно, соответствуют значительные перемеще.ни средней точки. Например, при пагреве всех упругих опор на 100°С каретка 2 получит перемещение: 5(/iAta) -f+(/2Ata) - t+ + (/зЛ1а) ./+«(/4 At а) -i, где /1, /2, /3, /4, -длина соответственно упругих опор 3, 8, 9, 10, мм; At - изменение температуры упругих опор, °С; а. - коэффициент линейного расщирени дл стали НЗбХТЮ, 17 10 - {/град i - передаточное отнощение единичной упругой опоры, равное 4. После преобразовани имеем S А а t(/,-f/2+/3 + /4) 100°С- 17. IQ1/град .4. (100-f95+90 + 85) ЮО. 17., 4 ,516 мм. При увеличении температуры нагрева до 200°С рабочий столик получит перемещение 6,032 мл1 и т.д. С целью воспри ти каждой последующей кареткой опорных реакций со стороны упругих опор каждой предыдущей каретки жесткость упругих опор, начина с опор каретки 5, увеличиваетс . Таким образом, опоры W и /5 имеют наибольщую жесткость, что достигаетс увеличением толщины опор при прочих равных размерах. Предлагаемый амеханизм не содержит кинематических пар с внещним треиием, поэтому может быть применен в услови х высоких температур, сверхвысокого вакуума, а также в агрессивных средах. В каждом конкретном случае применени следует подобрать соответствующие материалы. Дл нагрева упругих опор возможно применение нагревательных спиралей, навитых на указанные опоры, и других способов нагрева . В случае использовани дл упругих опор материалов, обладающих магнитострикционным ;эффектом, и помещени последних в электромагнитное поле, возможно получить механизм, обладающий значительно больщим быстродействием, нежели в случае использовани температурного удлинени . Предмет изобретени Устройство дл пр молинейного перемещени детали при нанесении покрытий в вакууме , содержащее корпус, внутри которого расположена каретка, укрепленна на упругих опорах, отличающеес тем, что, с целью увеличени хода, оно снабжено дополнительными каретками, расположенными симметрично относительно основной, причем упругие опоры каждой предыдущей каретки жестко закреплены противоположными концами в последзющей, а ynpjirne опоры последней - в корпусе.The device consists of a body 1, the bases of the carriage 2, mounted on elastic supports 3 and 4, additional carriages 5, 6 and 7, each of which is rigidly connected to the middle points of the elastic supports 8, 9, 10 w. 11, 12, 13 with the help of covers 14, screws 15 and shafts 16. Working object 17 is fastened on the carriage 2. Elastic supports of the last carriage 7 are rigidly fixed in the fixed case. The fastening of the ends of the elastic supports, as well as the connection of the supports to the carriages, is also possible to carry out by welding, soldering and gluing. Thus, each previous carriage, starting with carriage 2, rests on elastic supports fixed rigidly with both ends in each subsequent carriage. Structurally, carriages can be located in the same or different planes. The number of carriages depends on the course. The elastic supports are made in the form of, for example, flat springs, the plane of least rigidity of which is perpendicular to the direction of movement of the carriage 2. The device is connected to a current source. In order to avoid plastic deformations with the loss of stability of elastic supports under conditions of elevated temperatures, the material for the latter is chosen with high mechanical properties, for example, an NCBTA alloy. The carriages are made of a material with a significantly different linear expansion coefficient, such as Invar. The device works as follows. When voltage is applied, the electric current passes from the carriage 2 through all the elastic supports to the body /. At the same time, due to the release of Joule heat, temperature elongations are obtained that are proportional to the degree of heating. Since the temperatures of the elastic supports differ significantly from the temperature of the carriages, and in case of equalization of the ordered temperatures, the linear ratios differ significantly, each of the elastic supports undergoes expansion forces works like a beam, clamped by both cogs and subjected to buckling. From the course of resistance of materials it is known that with the magnitude of the longitudinal forces, It’s critical that the beam loses stability in the plane of least rigidity and occupies a new stable position in the form of a half-wave of a sinusoid. At the same time, the midpoint of each beam receives a movement in a direction perpendicular to the original axis. converting small temperature lengthenings along the longitudinal axis into increased several times the midpoint displacements. If the force acting along the beam is greater than the critical one, then small increments of length are known to correspond to etstvuyut significant peremesche.ni midpoint. For example, when pagreve all the elastic supports at 100 ° C carriage 2 will receive a move: 5 (/ iAta) -f + (/ 2Ata) - t + + (/ Л1A) ./+ At /) , / 2, / 3, / 4, -length, respectively, of elastic supports 3, 8, 9, 10, mm; At is the change in temperature of the elastic supports, ° C; but. - linear loosening coefficient for NZBHTU steel, 17 10 - {/ deg i - single unit support ratio of 4. After conversion, we have S A and t (/, f / 2 + / 3 + / 4) 100 ° С- 17. IQ1 / deg. 4. (100-f95 + 90 + 85) SO. 17., 4, 516 mm. If the heating temperature is increased to 200 ° С, the work table will receive a displacement of 6.032 ml1, etc. In order to perceive each subsequent carriage of the support reactions on the side of the elastic supports of each previous carriage, the rigidity of the elastic supports, starting with the supports of the carriage 5, increases. Thus, the supports W and / 5 have the greatest rigidity, which is achieved by increasing the thickness of the supports, all other things being equal. The proposed mechanism does not contain kinematic pairs with external thorium, therefore, it can be applied in conditions of high temperatures, ultrahigh vacuum, as well as in aggressive media. In each case of use, appropriate materials should be selected. For heating elastic supports, it is possible to use heating coils wound on these supports, and other heating methods. In the case of using materials with magnetostrictive effect for elastic supports, and placing the latter in an electromagnetic field, it is possible to obtain a mechanism that has a much greater speed than in the case of using temperature elongation. The subject of the invention. A device for the rectilinear movement of a part during vacuum coating, comprising a housing within which a carriage is located, mounted on elastic supports, characterized in that, in order to increase the stroke, it is provided with additional carriages located symmetrically with respect to the main one, and elastic supports each previous carriage is rigidly fixed with opposite ends in the last, and ynpjirne supports last - in the body.