Brevet FR2619867A1 — publié le 19890303

PONPE NOLECUAIRE POLYRAGE L'invention concerne une pompe moléculaire pour transporter des gaz, comprenant un rotor agencé à l'intérieur d'un statar, concentriquement à celui-ci. Une pompe moléculaire est une pompe qui transporte-refoule mécaniquement. Son mode de travail repose sur le principe de la transmission d'impulsions de parois mobiles à des molécules. Le principe de base a été décrit par V. Gaede (Ann. d. Phys. (4) 41, 337 (1913)). Diverses for-es de réalisation furent ensuite construites. La présente invention tire parti de la pompe présentée par Hollweck (Campte-rendus 177,43 (1923)), dite pompe Hollwecku. Celle-ci comporte un roter cylindrique à l'intérieur d'une enceinte cylindrique, et la surface extérieure du rotor et/ou la surface intérieure de l'enceinte cylindrique est/sont munies de gorges hélicoïdales pour le transport- refoulement et le passage du gaz. De telles pompes moléculaires du type Hollweck sont utilisées par exemple en combinaison avec des pompes turbomoléculaires (V. Becker, Vakuumtechnik 9/10 (1966)). Leur domaine de travail efficace est limité au domaine d'écoulement moléculaire, c'est-à-dire qu'elles ne travaillent qu'en combinaison avec une pompe préliminaire pompant contre la pression atmosphérique. De telles pompes sont en général du type à palettes, à deux étages. Du fait des interstices étroits entre rotor et stator, le domaine de travail d'une pompe moléculaire du type Hollweck atteint des pressions bien plus élevées que celui d'une pompe turbomoléculaire. La combinaison de ces deux pompes moléculaires permet de réduire notablem ent la dépense nécessaire à l'obtention d'un vide préliminaire. Pour certains processus, par exemple pour l'enlèvement ou gravure par plasma, c'est un avantage décisif que de pouvoir remplacer la pompe à palettes, étanchée à l'huile, par une pompe travaillant à sec, par exemple une pompe à membrane. Des pompes moléculaires du type Hollweck ont été proposées en diverses formes de réalisation, notamment aussi en combinaison avec des pompes turbomoléculaires (voir par exemple la demande de brevet 2 6 1 9 8 6 7 2619867' allemand DE AS 24 09 857, et le brevet europ enP 01 29 709). Depuis, on n'a pas encore réussi on pratique à utiliser ces pompes dans un domaine d'application étendu. Cela s'exaplique _sentiellemet comme suit: dlns les pompes moléculaires avec canaux hélicoïdaux, il stablit continuellement le long des canaux, pendant la marche, un rapport de compression, du côté aspiration au c6té expulsion. De ce rapport de compression il résulte un éculement rétrograde ou reflux çe produisant du côté expulsion vers le côté aspiration, via l'interstice entre rotor et stator. Il en résulte que le taux de compression et le pouvoir d'aspiration sont notablement rtduits. Pour limiter ces pertes, l'interstice entre rotor et stator doit être très petit. Les interstices sont habituellement de l'ordre de quelques centièmes de millimètres. Les grandes vitesses de rotation nécessaires pour obtenir un bon rendement sont une cause de problèmes techniques importants, dont il résulte que les pompes moléculaires du type Hollweck sont des composants extrêmement critiques. Comme la sécurité exige que l'interstice entre rotor et stator soit d'autant plus grand que la vitesse de rotation de la pompe est plus élevée, il en résulte que les pertes par écoulement rétrograde sont plus fortes. L'invention a pour but de développer une pompe moléculaire ne présentant pas les inconvénients précités. I1 s'agit en particulier d'obtenir que l'interstice entre rotor et stator puisse être assez grand pour assurer une marche sûre, et que l'écoulement rétrograde soit en même temps minimisé. Selon l'invention, ce but est atteint par le faiut que le rotor et le stator sont constitués chacun par plusieurs parties qui, prises ensemble, forment plusieurs étages de pompe, chacun de es étages de pompe étant lui-même composé de différentes unités de pompe. Parmi les différentes formes de réalisation possibles, l'invention prévoit notalment que: - le rotor est constitué de parties rotoriques alternées, les unes étant munies estérieurement de gorges hélicoïdales et les autres ayant une surface extérieure lisse; 26 1 9867 - le stator est constitué de parties statoriques alternées, les unes étant munie6 intérieurement de gorges hélicoïdales et les autres ayant une surface intérieure lisse; - une unité de pompe d'un étage de la pompe est formée par une portion d'une partie rotorique avec gorges hélicoïdales et d'une partie statorique avec surface intérieure lisse, deux unités de poupe étant formées chacune par une portion d'une partie rotorique avec gorges hélicoïidales et par une portion d'une partie statorique avec gorges hélicoïdales, et une unité de pompe étant formée par une partie rotorique à surface extérieure lisse et par une portion d'une partie statorique avec gorges hélicoïidales; - les parties individuelles du rotor ont leur coté extérieur conique, et les parties individuelles du stator ont leur côté intérieur conique; - les plus grands diamètres des cônes sont disposés vers le côté aspiration; - les plus grands diamètres des cônes sont disposés vers le côté expulsion; - le cône extérieur des parties rotoriques avec surface extérieure lisse et le cône intérieur des parties statoriques avec surface intérieure lisse sont situés sur la mêmae surface-enveloppe; - la profondeur et/ou la largeur des gorges hélicoïdales décroissent depuis le côté aspiration vers le côté expulsion; - l'étendue axiale des unités de pompe individuelles décroît depuis le côté aspiration vers le côté expulsion de la pompe; - le pas des gorges hélicoiïdales décroît depuis le côté aspiration vers le côté expulsion. Le rapport K de l'ensemble de la pompe se compose des taux de compression K1, K12...., K- des étages individuels, comme suit X =x K2 x.... x KL. Le reflux, du côté expulsion vers le côté aspiration, se produisant entre rotor et stator, croit avec le taux de compression de la pompe. Le partage de la pompe en plusieurs étages ayant un taux de compression plus faible a pour conséquence une réduction décisive du reflux. 2 6 1 9867 La for-me conique du rotor et du stator, et le fait que les parties rotoriques & surface extérieure lisse, qui déterminaent le plus grand diamètre extérieur du rotor, et les parties statoriques avec surface intérieure lisse, qui déterminent le plus petit diamètre intérieur - du stator, se trouvent sur la même surfaceenmveloppe, respectivement par leur cène extérieur et par leur cône intérieur, permet d'obtenir d'autres avantages décisifs une caractéristique importante pour l'établissement d'un taux de compressio maximal au sein de la pompe est l'étanchéité optique", cela signifiant l'absence de commaunication rectiligne libre entre les étages ilndividuels de la pompe, de sorte que les molécules n'ont aucune possibilité de passer sans obstacle dum étage de la pompe au suivant. Ainsi, un obstacle supplémentaire est opposé au reflux déjà réduit par le partage de la pompe en étages individuels; le fait que les parties du rotor avec surface extérieure lisse et les parties du stator avec surface intérieure lisse se trouvent sur la mane surface-enveloppe, sans déborder au-delà, les parties rotoriques et statoriques ne s'imbriquant donc pas, a pour conséquence de simplifier substantiellement le montage de la pompe. Si les plus grands diamètres des cônes se trouvent du côté aspiration, le rotor peut alors être enlevé par le haut. Dans le cas inverse, si les plus grands diamètres des ocnes se trouvent du côté expulsion, le stator peut alors être enlevé par le haut. Il n'est en aucun cas nécessaire de séparer des parties rotoriques ou statoriques. La non-imbrication des parties rotoriques et statoriques présente l'avantage d'exclure toute mise en contact par déplacement axial de pièces en rotation, dans le cas d'une dilatation axiale du rotor ou du stator. Les conditions géoméatriques indiquées dans les trois dernières formes de réalisation possibles exposées plus haut autorisent une conceptionréalisation optimale de la pompe pour ce qui est de son taux de compression et de son pouvoir d'aspiration. Comme le gaz est toujours comprimé davantage d'un étage à l'autre de la pompe, en commençant par le premier situé du côté aspiration, il en résulte que le volume de la quantité de gaz aspirée diminue de manière 2 6 1 9 8 67 correspondante en progressant dans la pompe. Ainsi, les volumes nécessaires pour le transport-refoulement du gaz peuvent être réduits. Cela conduit à ceci que la profondeur et/ou la largeur des gorges, ainsi que l'étendue axiale des unités individuelles de la pompe, décroissent du côté aspiration au côté expulsion. Il est également possible de réduire, en direction du côté expulsion, le pas des gorges. Ces dispositions conduisent à un taux de compression plus élevé pour ces étages. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'une pompe moléculaire selon l'invention; et - la figure 2 représente à une plus grande échelle le détail "][ de la figure 1. Coame on peut le voir sur la figure 1, un rotor 2 qui est fixé par l'agencement de paliers 3 et qui est entraîné par le moteur 4 se trouve dans l'enceinte 1. Le rotor 2 est agencé à l'intérieur du stator 5. Le transport de refoulement du gaz s'effectue depuis un côté aspiration 6 vers un côté expulsion 7, par le rotor et le stator. Sur la figure 2, on a représenté plus en détail le rotor 2 et le stator 5 composés chacun de plusieurs parties. Le rotor est constitué de deux types de parties ayant des surfaces différentes, agencées en alternat les unes à la suite des autres. Un premier type 8 présente des gorges hélicoïdales sur sa périphérie extérieure, et un second type 9 présente une surface périphérique extérieure lisse. De même, le Stator est constitué de deux types de parties ayant des surfaces différentes agencées alternativement les unes à la suite des autres, un premier type 10 présentant des gorges hélicoïdales sur sa périphérie intérieure, et un second type 11 présentant une surface périphérique intérieure lisse. La partie rotorique et la partie statorique forment des étages 2 6 1 9 8 6 7 de poupe qui se composent d'unités de poupe, commne suit une unité de pospe d'un étage est constituée par une portion dunme partie rotorique 8 avec gorges hélicoïdales et par une partie statorique 11 avec surface pérlphérique intérieure lisse. Deux unités de posmpe sont constituébe chacune par une portion d'une partie rotorique 8 avec gorges bhélicoïdales et per une portion d'une partie statorique 10 avec gorges hélicoïdales. Une autre unité de poape est constituée par une partie rotorique 9 avec surface périphérique extérieure lisse et par une portion d'une partie statorique 10 avec gorges hélicoïdales. Cette construction vaut pour l'exeiple de réalisation présenté. Dans d'autres formes de réalisation, le nombre et la succession des unités de pompe d'un étage peuvent être difitrents. Les partles individuelles du rotor sont coniques en leur côté extérieur, et les parties individuelles du stator sont coniques en leur côté intérieur. Les surfaces extérieures des portions rotoriques 9, et les surfaces intérieures des portions statoriques 11, se trouvent sur la mène surface-enveloppe. L'étendue axiale des unités de pompe individuelles décroit du c8té aspiration au c8té expulsion. La profondeur et/ou la largeur des gorges hélicoïdales, ainsi que leur pas, décroissent aussi vers le cbté expulsion. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précéde ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour lllustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réalisation particuliére qui a été décrite à titre d'exemple et & ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette derniére englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. REVEIDICATIOS: 1. Pompe moléculaire pour le transport-refoulement de gaz, comprenant un rotor agencé à l'intérieur d'un stator, concentriquement à celui-ci, caractérisée par le fait que le rotor (2) et le stator (5) sont constitués chacun par plusieurs parties qui, prises ensemble, forment plusieurs étages de pompe, chacun de oes étages de pompe étant lui-même compRosé de différentes unités de pompe. 2. Pompe moléculaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le rotor (2) est constitué de parties rotorique6 alternées (8, 9), les unes (8) étant munies extérieurement de gorges hélicoïdales et les autres (9) ayant une surface extérieure lisse. 3. Pompe moléculaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le stator est constitué de parties statoriques alternées (10, 11) , les unes (10) étant munies intérieurement de gorges hélicoïdales et les autres (11) ayant une surface intérieure lisse. 4. Pompe moléculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'une unité de pompe d'un étage de la pompe est formée par une portion d'une partie rotorique (8) avec gorges hélicoidales et d'une partie statarique (11) avec surface intérieure lisse, par le fait que deux unités de pompe sont formées chacune par une portion d'une partie rotorique (8) avec gorges hélicoïdales et par une portion d'une partie statorique (10) avec gorges hélicoïdales, et par le fait qu'une unité de pompe est formée par une partie rotorique (9) à surface extérieure lisse et par une portion d'une partie statorique(10) avec gorges hélicoïdales. Pompe moléculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que les parties rotoriques individuelles (8, 9) ont leur côté extérieur conique, et les parties statoriques individuelles (10, 11) ont leur c6té intérieur conique. 6. Pompe moléculaire selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les plus grands diamètres des cônes sont disposés vers le côté aspiration (6). 7. Pompe moléculaire selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les plus grands diamètres des c6nes sont disposés vers le côté expulsion (7). 8. Pompe moléculaire selon l'une quelconque ds revendications précédentes, caractérisée par le fait que le o6ne extérieur des parties rotoriques (8, 9) avec surface extérieure lisse et le cone intérieur der parties statoriques (10, 11) avec surface inatérieure lisse sont situés sur une mime surface-enveloppe. 9. Pompe moléculaire selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la profondeur et/aor La largeur des gorges6 hélicoïidales décroissent depuis le côté aspiration (6) vers le c6té expulsion (7). 10. Pompe moléculaire selon l'une quelconque des revendlcations précédentes, caractérisée par le fait que létendue axiale des unités de pompe individuelles décroit depuis le côté aspiration (6) vers le côté expulsion (7) de la poupe. 11. Pompe moléculaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le pas des 8gorges hélicoïdales décroit depuis le côté aspiration (6) vers le côté expulsion (7).