Brevet FR2521650A1 — publié le 19830819

Pompe rotative à vide élevé La présente invention a pour objet une pompe rotative à vide élevé telle qu'une pompe à vide moléculaire ou turbomoléculaire. On sait que les pompes à vide élevé qui opèrent dans le domaine moléculaire ou turbomoléculaire comportent un rotor tournant à grande vitesse dans un stator fixe. L'effet de transport des molécules est engendré à la périphérie du rotor tournant à grande vitesse par réflexion d'une grande partie de ces molécules dans la zone du stator qui lui est opposée; le stator renvoie alors une partie des molécules reçues dans la partie du rotor qui se situe en dessous et ainsi de suite, de sorte que l'ensemble rotor-stator présente un rapport de pression entre la pression partielle du gaz côté refoulement et la pression du même gaz côté aspiration. La nécessité d'une vitesse de rotation élevée du rotor créé un problème sérieux pour les paliers qui doivent être implantés dans le vide. Il est connu d'utiliser des roulements à billes lubrifiés à l'huile ou à la graisse et fonctionnant dans le vide primaire ainsi qu'un moteur d'entraînement également situé dans le vide Cependant, de telles pompes présentent un certain nombre d'inconvénients: En particulier, il s'avère difficile d'assurer une lubrification correcte ainsi qu'un refroidissement suffisant des roulements à billes et autres organes annexes. En outre, il est pratiquement impossible d'empêcher les remontées d'huile et de graisse au niveau de l'aspiration de la pompe. Par ailleurs, lorsque les gaz pompés sont particulièrement corro- sifs il se produit une destruction du lubrifiant ainsi qu'une corrosion notable desdits roulements à billes notamment. Il résulte de tous ces inconvénients qu'il est nécessaire de lu- brifier périodiquement la pompe et d'effectuer un changement fréquent des roulements à billes. De plus de telles pompes ne peuvent pas être utilisées dans le cas de pompages o l'absence totale de lubrifiant est impérative. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients. L'invention a donc pour objet une pompe rotative à vide élevé du 2- tpe eomportant un eorps de pompe auquel est lié un stator à plusieurs tages, et un rotor également à plusieurs étages monté sur un arbre en- tratné par un moteur, ledit arbre tourillonnant dans au moins deux rou- -,lments à billes disposés dans un manchon formé par un prolongement d Adit corps de pompe, un Joint dynamique à rainures étant calé sur ledit arbre à l'extrémité voisine du corps du manchon, caractérisée par le fúit que l'extrémité opposée du manchon est obturée par une tape de f-'emture, un ajutage relié à une source extérieure de gaz étant prévu dma ladite tape, ledit corps de pompe étant par -ailleurs relié à une pope à vide primaire, de sorte que notamment lesdits roulements à billes, le rotor dudit moteur soient en permanence balayés par ledit gaz sous une pression intermédiaire entre la pression atmosphérique et la prmesion de refoulement de la pompe, sensiblement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de -la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illus- tratif, mais nullement limitatif en référence au dessin annexé qui re- prisente en coupe verticale un mode de réalisation d'une pompe rotative à vide èlevé. En référenee à la figure annexée la pompe comporte à la manière connue un corps de pompe 4 auquel est lié un stator 3 à plusieurs étages, al Ui qu'un rotor 2 également à plusieurs étages monté sur un arbre d'entranement 1. Le corps de pompe 4 est ouvert à son extrémité supérieure pour permettre son raccordement & l'enceinte (non représentée) dans laquelle un vide élevé doit être réalisé Le corps 4 comporte à sa partie infé- rieur un prolongement constituant un manchon 18 obturé à son extrémité inrfieure par une tape de fermeture 11. L'arbre 1 tourillonne dans le corps 4 par l'intermédiaire de deux roulements à billes 5 et 6 assu Jettis respectivement à la partie supé- ileure et à la partie inférieure dudit manchon 18 et il est entraîné au a d'un moteur électrique dont le rotor et le stator sont référencés 9 et 10 respectivement Ce moteur est disposé entre les roulements 5 et 6, mais il pourrait également être implanté au niveau de la partie infé- rieure de l'arbre 1. Par ailleurs, un Joint dynamique 7 à rainures est disposé sur l'arbre 1, à la partie supérieure du manchon 18, au-dessus du roulement à billes 5 Un tel joint dynamique assure l'étanchéité le long de l'ar- bre 1, et sépare les roulements à billes 5 et 6 ainsi que le rotor 9 du moteur électrique de la zone de pompage délimitée par le corps 4 Cette zone de pompage est d'ailleurs reliée à une pompe à vide primaire (non représentée) au moyen de la tubulure 19 Conformément à l'invention un ajutage 8 est ménagé dans la tape de fermeture 11, cet ajutage étant apte à introduire dans la pompe de l'air extérieur ou un gaz neutre. De plus, des canaux 12 et 12 ' prévus dans la paroi du manchon 18 permettent de mettre en communication les deux faces de chacun des roule- ments à billes 5 et 6. De la sorte, les organes tels que notamment les roulements à billes 5 et 6, le rotor 9 du moteur sont en permanence balayés par un flux dudit air extérieur ou dudit gaz neutre sous une pression de l'ordre de quelques dizaines de Torr, intermédiaire entre la pression atmosphé- rique et la pression de refoulement de la pompe, un tel flux gazeux étant pompé par la pompe primaire connectée à la tubulure 19, cette pompe assurant également le refoulement de la cellule de pompage moléculaire. Les avantages d'une telle structure de pompe sont les suivants: En premier lieu toute migration de gaz corrosifs en provenance de l'enceinte à évacuer est évitée par le balayage gazeux, et, en consé- quence, les roulements à billes ainsi que le lubrifiant sont protégés contre tout risque de corrosion. Il faut noter d'ailleurs que pour rendre la pompe totalement invulnérable vis-à-vis de la corrosion, il suffira de prévoir au niveau du rotor et du stator du moteur, des matériaux résistants appropriés ce qui ne soulève aucun problème particulier. En outre la pression au niveau du lubrifiant est maintenue à une valeur telle que son taux d'évaporation présente une valeur minimale Il est donc possible de ne pas renouveler périodiquement la lubrification des roulements à billes. De plus ledit balayage gazeux empêche toute migration du lubri- fiant vers l'aspiration de la pompe, conférant ainsi à ladite pompe selon l'invention les qualités requises pour une pompe dite "pompe sèche". Par ailleurs, par raport aux pompes conventionnelles o le moteur électrique et les roulements se trouvent à une pression d'environ -2 Torr, la pompe selon l'invention permet un refroidissement plus effieace, car la zone d'échauffement située au niveau des roulements à billes et du moteur électrique est soumise à une pression de quelques dizaines de Torr. A On assure de la sorte un meilleur transfert thermique. L'invention est avantageusement maise en oeuvre dans tous les types de pompes à vide moléculaire et notamment dans les pompes utilisées dans les techniques de microélectronique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réa- lisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. { Z En particulier, on peut sans sortir du cadre de l'invention, apporter des modifications de détail, changer certaines dispositions, ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents susceptibles d'as- surer la ame fonction technique ou une fonction technique équivalente. REVENDICATIONS 1/ Pompe rotative à vide élevé du type comportant un corps de pompe ( 4) auquel est lié un stator ( 3) à plusieurs étages, et un rotor ( 2) égale- ment à plusieurs étages monté sur un arbre ( 1) entraîné par un moteur, ledit arbre ( 1) tourillonnant dans au moins deux roulements à billes ( 5, 6) disposés dans un manchon ( 18) formé par un prolongement dudit corps de pompe ( 4), un Joint dynamique à rainures ( 7) étant calé sur ledit arbre ( 1) à l'extrémité voisine du corps du manchon ( 18), caractérisée par le fait que l'extrémité opposées du manchon ( 18) est obturée par une tape de fermeture ( 11), un ajutage ( 8) relié à une source extérieure de gaz étant prévu dans ladite tape ( 11) ledit corps de pompe ( 4) étant par ailleurs relié à une pompe à vide primaire, de sorte que notamment lesdits roulements à billes ( 5, 6), le rotor ( 9) dudit moteur soient en permanence balayés par ledit gaz sous une pression intermédiaire entre la pression atmosphérique et la pression de refoulement de la pompe, sensiblement. 2/ Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit manchon ( 18) comporte des canaux ( 12, 12 ') aptes à mettre en communi- cation les deux faces de chacun desdits roulements à billes ( 5, 6). 3/ Pompe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que ladite source extérieure de gaz est l'atmosphère. 4/ Pompe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que ladite source extérieure de gaz est une source de gaz neutre. / Pompe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que ledit moteur est disposé entre lesdits roulements à billes ( 5, 6). 6/ Pompe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que ledit moteur est disposé au niveau de l'extrémité inférieure dudit arbre ( 1).