專利名稱：用于小尺寸工件真空鍍膜的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于小尺寸工件真空鍍膜的方法及其裝置，屬真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域。
對于各種形狀的小尺寸工件，如圓片、(長)方片、矩形立方體、圓柱體、球體或橢球體等。通常每個(gè)工件的線度應(yīng)在15毫米之內(nèi)，如果有兩個(gè)線度較小，最后一個(gè)線度可以適當(dāng)增大，如增大到25毫米；每個(gè)工件的重量通常不應(yīng)超過25克。為了方便大量地裝卸，同時(shí)避免單件裝卡或翻面帶來的低效率，通常采用水平旋轉(zhuǎn)的圓柱形網(wǎng)籠的裝載方式。
水平轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形網(wǎng)籠通常由骨架、鋼網(wǎng)和兩端的端蓋(板)構(gòu)成。骨架、鋼網(wǎng)和端蓋都用不銹鋼材料制造，便于反復(fù)鍍膜使用和退鍍清洗處理。網(wǎng)籠結(jié)構(gòu)要有足夠剛度和強(qiáng)度，保證在滿負(fù)荷裝載和正常傳動(dòng)條件下不會(huì)出現(xiàn)變形和損壞。鋼網(wǎng)也要有足夠強(qiáng)度，網(wǎng)孔在保證工件不會(huì)漏出的前提下盡量加大，以減少網(wǎng)籠對工件的遮擋作用，提高膜層沉積速度。網(wǎng)籠的中心轉(zhuǎn)軸一端由一個(gè)支撐架支撐；在中心轉(zhuǎn)軸的另一端也可以由一個(gè)支撐架支撐，或者直接與傳動(dòng)軸連接并支撐。
網(wǎng)籠的傳動(dòng)軸在真空密封通出真空室壁后，通常經(jīng)過一個(gè)減速機(jī)和一個(gè)直流或交流單相或三相的電動(dòng)機(jī)連接。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速最終決定工件網(wǎng)籠的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。該網(wǎng)籠通常會(huì)以一個(gè)低的恒定速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
網(wǎng)籠低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小工件由于受到重力的作用都會(huì)停留在網(wǎng)籠的底部，相互重疊，降低了鍍膜速度或者小工件的一次裝載量；其次，在網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，小工件之間以及與網(wǎng)籠壁之間不斷地發(fā)生滾動(dòng)、滑動(dòng)和碰撞，容易造成工件表面的劃傷和磨損，影響到工件的尺寸精度和外觀質(zhì)量；最后，由工件和網(wǎng)籠上磨下的碎屑和污物，容易掉落到真空室底部的鍍膜蒸發(fā)源等重要器件上，造成它們污染或損壞，影響到鍍膜質(zhì)量和鍍膜系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明提出的用于小尺寸工件真空鍍膜的方法，其特征在于裝載小尺寸工件的網(wǎng)籠周期性地控制在鍍膜速度Nd和翻轉(zhuǎn)速度Nf下轉(zhuǎn)動(dòng)，
Nd＝Nc+Δd，Nf＝Nc-Δf，其中Nc＝(30/π)(g/r)轉(zhuǎn)/分，g為重力加速度，g＝980cm/秒2，r為網(wǎng)籠的內(nèi)壁半徑，單位為cm，Δd、Δf各為Nc(1～70)％，網(wǎng)籠以Nd轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間Td與以Nf轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間Tf之比為Td∶Tf＝1～100∶1。
本發(fā)明提出的用于小尺寸工件真空鍍膜的裝置，包括電機(jī)、減速機(jī)和真空鍍膜室，其中的真空鍍膜室包括真空室、網(wǎng)籠和蒸發(fā)源，網(wǎng)籠置于真空室中，電機(jī)通過減速機(jī)與網(wǎng)籠的轉(zhuǎn)軸連接，其特征在于還包括多個(gè)蒸發(fā)源和控制電源，所述的多個(gè)蒸發(fā)源置于真空室的圓周上，所述的電機(jī)由控制電源控制其轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明提出的用于小尺寸工件真空鍍膜的方法及其裝置，在通常水平旋轉(zhuǎn)的圓柱形網(wǎng)籠裝載方式的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整和控制網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)的速度達(dá)到Nd，小工件轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生的離心力會(huì)克服小工件本身的向下重力，使得小工件能夠均勻地貼合在網(wǎng)籠的圓周壁上。其優(yōu)點(diǎn)如下1、由于網(wǎng)籠圓周壁面積大于底部的面積，在相同的重疊情況下，增加了小工件裝載的數(shù)量。反之，在相同裝載量的條件下，降低了小工件在網(wǎng)籠壁上的重疊，增大了小工件的有效鍍膜表面積；2、由于小工件可以均勻地分布在網(wǎng)籠的圓周壁上，鍍膜蒸發(fā)源可以不必放置在真空室的底部，而是上下左右四周。增加了蒸發(fā)源擺放的靈活性，同時(shí)也可增加蒸發(fā)源的擺放數(shù)量，有利于提高鍍膜生產(chǎn)效率；3、鍍膜蒸發(fā)源讓開網(wǎng)籠下面的位置后，避免了由于碎屑和污物掉下污染蒸發(fā)源的危險(xiǎn)，從而保證了鍍膜質(zhì)量和鍍膜系統(tǒng)的可靠性。
在鍍膜的過程中，通過周期性地降低網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)的速度到Nf，使小工件轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生的離心力小于工件本身的向下重力，這時(shí)網(wǎng)籠上部的工件就會(huì)脫離網(wǎng)籠圓周壁，出現(xiàn)翻滾、滑動(dòng)和墜落。隨著網(wǎng)籠轉(zhuǎn)速重新加速到原來的速度，下落的工件又會(huì)隨機(jī)地粘貼到網(wǎng)籠壁的其它位置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了工件貼合網(wǎng)籠圓周壁姿態(tài)的隨機(jī)改變。這一先減速再加速的變速控制過程達(dá)到了以下目的(1)實(shí)現(xiàn)小工件在網(wǎng)籠中的受控“翻炒”，從而避免了對小工件進(jìn)行手工翻面的費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、低效率的工作；(2)在保證小工件各個(gè)表面鍍膜均勻的前提條件下，增大比值(Td/Tf)可以有效地減少“翻炒”持續(xù)時(shí)間，從而有效減少工件表面劃傷和磨損的可能性；(3)在可靠“翻炒”的條件下，根據(jù)工件的大小、形狀和質(zhì)量，通過減小Δd和Δf，最大限度地減弱工件和工件之間或者工件和網(wǎng)籠壁之間滾動(dòng)、滑動(dòng)和碰撞的強(qiáng)度，從而有效地減少了工件表面劃傷和磨損的程度。
圖2是已有技術(shù)中裝載小工件的網(wǎng)籠結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的小工件網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)的真空鍍膜裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明的網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制示意圖。


圖1至圖5中，1是電動(dòng)機(jī)，2是減速機(jī)，3是真空室，4是網(wǎng)籠后端板，5是蒸發(fā)源，6是小工件網(wǎng)籠，7是網(wǎng)籠前端蓋，8是網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)和支撐軸，9是網(wǎng)籠支撐架，10是網(wǎng)籠傳動(dòng)軸，11是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制電源。
本發(fā)明提出的用于小尺寸工件網(wǎng)籠，周期性地控制在兩個(gè)不同的轉(zhuǎn)速(Nd和Nf)下轉(zhuǎn)動(dòng)。其中Nd＝Nc+Δd，Nf＝Nc-Δf，Δd和Δf可選在Nc的1至70％之間。Δd決定于網(wǎng)籠中工件的裝載量，工件越多，網(wǎng)籠壁上重疊越厚，Δd需要較大，保證工件穩(wěn)定貼合在網(wǎng)籠圓周壁上。Δf越大決定工件翻炒的強(qiáng)度就大，翻炒越徹底。Td為網(wǎng)籠以Nd轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)工件單面鍍膜持續(xù)時(shí)間，Tf為網(wǎng)籠以Nf轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)工件翻炒持續(xù)時(shí)間。Tt＝Td+Tf為網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整周期，Td與Tf之比應(yīng)該在1至100之間，比值越大表明工件翻炒持續(xù)的相對時(shí)間越少。鍍膜的時(shí)間Tc與Tt之比也應(yīng)該在1至100之間，對應(yīng)于鍍膜過程中的工件翻炒次數(shù)。
網(wǎng)籠在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，所有裝入的小尺寸工件都會(huì)停留在網(wǎng)籠的底部。在網(wǎng)籠啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)后，工件會(huì)在網(wǎng)籠的底部偏向轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一邊不斷翻滾。隨著轉(zhuǎn)速逐步加速，轉(zhuǎn)動(dòng)方向一側(cè)的圓周面上工件覆蓋面會(huì)越來越長。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一個(gè)臨界值(Nc)時(shí)，Nc＝(30/π)(g/r)轉(zhuǎn)/分g(980cm/sec2)為重力加速度，r(cm)為網(wǎng)籠的內(nèi)壁半徑。Nc與工件重量和大小無關(guān)，只和網(wǎng)籠的內(nèi)徑有關(guān)。內(nèi)徑越大臨界轉(zhuǎn)速越低。
貼在網(wǎng)籠壁上隨著網(wǎng)籠旋轉(zhuǎn)的工件就會(huì)受到和自身重力相等的離心力。工件將不再出現(xiàn)翻滾的現(xiàn)象，而是始終貼合在網(wǎng)籠壁上，隨網(wǎng)籠一道旋轉(zhuǎn)。但是，沒有直接貼在網(wǎng)籠壁上的工件，由于它們的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑較小，臨界轉(zhuǎn)速要求較高，因此仍會(huì)發(fā)生翻滾和滑動(dòng)。該移動(dòng)會(huì)將所有工件逐步均勻地分布在網(wǎng)籠的圓周表面上。隨著網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)速度超過臨界值Nc越多，所有工件就會(huì)越牢固地粘貼在網(wǎng)籠的圓周表面上。根據(jù)網(wǎng)籠內(nèi)工件裝載量的不同，網(wǎng)籠的圓周表面上可以粘貼著一層、兩層或者多層工件。
當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)速再次降低到臨界值Nc之下時(shí)，處于網(wǎng)籠上方的工件開始脫離圓周表面，出現(xiàn)翻滾、滑動(dòng)和墜落。當(dāng)這一過程持續(xù)一段時(shí)間后，網(wǎng)籠中所有工件就會(huì)經(jīng)歷一次徹底的“翻炒”。當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)速再次回到臨界值Nc以上時(shí)，所有工件又會(huì)牢固地粘貼在網(wǎng)籠的圓周表面上。但是，每塊工件與網(wǎng)籠圓周面的貼合面、貼合的位置(第一層、第二層或者第n層)等都會(huì)隨機(jī)地徹底改變。經(jīng)過足夠多次的“翻炒”，幾率原理可以保證所有工件的所有外表面都有相同的機(jī)會(huì)貼合在網(wǎng)籠的圓周表面上。
如果在真空鍍膜室的周壁安裝上各種蒸發(fā)離子源，上述網(wǎng)籠安置在鍍膜室的中間，在整個(gè)鍍膜過程中經(jīng)過足夠多次的“翻炒”，網(wǎng)籠中的所有工件都將會(huì)得到均勻地轟擊清洗和鍍膜。這就是用于大量裝載小尺寸工件的水平旋轉(zhuǎn)網(wǎng)籠及網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)控制的裝置的發(fā)明意義所在。對于每個(gè)工件表面離子轟擊清洗的強(qiáng)度和鍍膜膜層的厚度，則和周壁蒸發(fā)離子源的蒸發(fā)速率和數(shù)量成正比關(guān)系，也和網(wǎng)籠工件一次裝載量成反比關(guān)系。具體裝置的設(shè)計(jì)將要根據(jù)實(shí)際使用的技術(shù)要求來確定。
本發(fā)明與和一般小工件網(wǎng)籠真空鍍膜的差別在于1、一般小工件網(wǎng)籠的轉(zhuǎn)動(dòng)處于一個(gè)明顯低于Nc的速度。而本發(fā)明要求網(wǎng)籠正常轉(zhuǎn)動(dòng)工作在Nc速度上下附近。(核查電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和減速機(jī)的減速比，就可判斷出網(wǎng)籠的正常轉(zhuǎn)動(dòng)速度)2、一般小工件網(wǎng)籠的轉(zhuǎn)速在鍍膜過程中不改變，因而不需要調(diào)速電源。本發(fā)明要求對網(wǎng)籠的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制和變速調(diào)整，因此需要有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速控制電源，如變頻器等。
3、由于一般網(wǎng)籠中小工件處于不斷滾動(dòng)翻炒中，會(huì)始終處于網(wǎng)籠的底部附近。因此，鍍膜用的蒸發(fā)源也都集中或接近在真空室的底部，網(wǎng)籠的下方。本發(fā)明則免除了對蒸發(fā)源位置的限制，可以安置在鍍膜室的四壁，網(wǎng)籠圓周面的四周上。便于安裝多個(gè)或多種不同的蒸發(fā)源，容易實(shí)現(xiàn)多層復(fù)合膜層的鍍制。保證鍍膜的均勻性、提高鍍膜效率。
以下是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例網(wǎng)籠設(shè)計(jì)為半徑260毫米、長度630毫米，則臨界轉(zhuǎn)速(Nc)約為57轉(zhuǎn)/分。Δd取為10轉(zhuǎn)/分和Δf取為5轉(zhuǎn)/分，則Nd為67轉(zhuǎn)/分和Nf為52轉(zhuǎn)/分。對于網(wǎng)籠的基本轉(zhuǎn)動(dòng)速度選定為67轉(zhuǎn)/分，對應(yīng)于3相電動(dòng)機(jī)在50Hz頻率下的正常轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，選定電動(dòng)機(jī)控制電源為日本富士機(jī)電的FVR-0.75E11S型驅(qū)動(dòng)逆變電源(1.9kVA，200-240vAC，50-60Hz單相輸入，0.75kW，200-230vAC3相輸出，頻率在0.2-400Hz可調(diào))。電動(dòng)機(jī)選為國產(chǎn)YS8024型3相電動(dòng)機(jī)(750W，1400轉(zhuǎn)/分)。減速機(jī)由皮帶減速(速比i1為100/157)、齒輪盤減速(速比i2為135/180)和渦輪減速機(jī)(速比i3為1/10)組成?？偹俦葹槿齻€(gè)速比值積約為4.78/100。這樣當(dāng)電動(dòng)機(jī)控制變頻電源以50Hz頻率輸出時(shí)，工件網(wǎng)籠的轉(zhuǎn)速為67轉(zhuǎn)/分。當(dāng)電動(dòng)機(jī)控制變頻電源以39Hz頻率輸出時(shí)，工件網(wǎng)籠的轉(zhuǎn)速會(huì)變?yōu)?2轉(zhuǎn)/分。對于上述兩個(gè)輸出頻率，可以由電源的控制面板容易地預(yù)設(shè)進(jìn)變頻器中。然后再通過時(shí)間繼電器或可編程控制器進(jìn)行兩種頻率輸出狀態(tài)的周期性改變。Td和Tf分別選定為5分鐘和0.15分鐘。Td/Tf則為33，Tt則為5.15分鐘。由于工件網(wǎng)籠的有效轉(zhuǎn)動(dòng)，使得網(wǎng)籠外同心圓柱形的真空室壁上安裝了4個(gè)磁控濺射靶，達(dá)到工藝要求的鍍膜時(shí)間Tc為120分鐘，工件總共會(huì)翻炒23次(Tc/Tt)。
權(quán)利要求
1.一種用于小尺寸工件網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)的控制方法，其特征在于裝載小尺寸工件的網(wǎng)籠周期性地控制在鍍膜速度Nd和翻轉(zhuǎn)速度Nf下轉(zhuǎn)動(dòng)，Nd＝Nc+Δd，Nf＝Nc-Δf，其中Nc＝(30/π)(g/r)轉(zhuǎn)/分，g為重力加速度，g＝980cm/秒2，r為網(wǎng)籠的內(nèi)壁半徑，單位為cm，Δd、Δf各為Nc(1～70)％，網(wǎng)籠以Nd轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間Td與以Nf轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間Tf之比為Td∶Tf＝1～100∶1。
2.一種用于小尺寸工件真空鍍膜的裝置，包括電機(jī)、減速機(jī)和真空鍍膜室，其中的真空鍍膜室包括真空室、網(wǎng)籠和蒸發(fā)源，網(wǎng)籠置于真空室中，電機(jī)通過減速機(jī)與網(wǎng)籠的轉(zhuǎn)軸連接，其特征在于還包括多個(gè)蒸發(fā)源和控制電源，所述的多個(gè)蒸發(fā)源置于真空室的圓周上，所述的電機(jī)由控制電源控制其轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于小尺寸工件真空鍍膜的方法及其裝置，屬真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域。本方法將裝載小尺寸工件的網(wǎng)籠周期性地控制在鍍膜速度Nd和翻炒速度Nf下轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的鍍膜裝置，包括控制電源、電機(jī)、減速機(jī)和真空鍍膜室，其中的真空鍍膜室包括真空室、網(wǎng)籠和多個(gè)蒸發(fā)源，蒸發(fā)源置于真空室的圓周上，電機(jī)由控制電源控制其轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的方法及其裝置，通過調(diào)整和控制網(wǎng)籠轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，使小工件轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生的離心力克服小工件本身的向下重力，均勻地貼合在網(wǎng)籠的圓周壁上，減少工件之間的重疊，增大工件被鍍表面，提高鍍膜效率。并減少工件與工件之間或者工件與網(wǎng)籠壁之間滾動(dòng)、滑動(dòng)和碰撞的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，從而有效地減少工件表面的劃傷和磨損。
文檔編號(hào)C23C14/24GK1401815SQ02129259
公開日2003年3月12日 申請日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月29日
發(fā)明者羅蓉平, 沈齊英, 董騏, 杜建, 鐘鋼 申請人:北京丹鵬表面技術(shù)研究中心