Pompe rotative à vide élevé

Abstract

 Pompe rotative à vide élevé comportant un corps de pompe (4) auquel est lié un stator (3) à plusieurs étages, et un rotor (2) également 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 (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 fermé, un ajutage (8) relié à une source extérieure de gaz étant disposé à cette extrémité fermée, ledit corps de pompe (4) étant par ailleurs relié à une pompe à vide primaire extérieure, de sorte que lesdits roulements à billes (5, 6) et le rotor (9) dudit moteur soient en permanence balayés par ledit gaz, entrant par ledit ajustage, évacué par ledit joint dynamique et circulant sous une pression intermédiaire entre la pression atmosphérique et la pression de refoulement de la pompe.
L'invention est mise en oeuvre dans les techniques microélectronique.

Description

[0001] La présente invention a pour objet une pompe rotative à vide élevé telle qu'une pompe à vide moléculaire ou turbomoléculaire.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] La nécessité d'une vitesse de rotation élevée du rotor créé un problème sérieux pour les paliers qui doivent être implantés dans le vide.

[0005] 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.

[0006] En outre, il est pratiquement impossible d'empêcher les remontées d'huile et de graisse au niveau de l'aspiration de la pompe.

[0007] Le document FR-A- 2 446 934 décrit une pompe rotative à vide élevé qui permet de résoudre ces difficultés.

[0008] Il comprend un rotor entraîné par un moteur disposé à l'extérieur de l'enceinte de pompage et relié à celui-ci par un arbre d'entraînement dont l'étanchéité est assurée par un joint dynamique à rainures. Dans cette pompe, l'arbre est supporté d'une part par un roulement externe disposé à l'extérieur de l'enceinte de pompage et d'autre part par un roulement interne disposé à l'intérieur de l'enceinte de pompage et lubrifié à la graisse.

[0009] Le roulement interne est disposé entre le joint dynamique à rainure et un joint dynamique visqueux interposé entre le roulement interne et le roulement externe. Une rainure longitudinale met en communication les deux faces du roulement interne.

[0010] Ceci résoud le problème du refroidissement des roulements et du moteur d'entraînement.

[0011] En effet, le refroidissement du roulement à billes situé dans la zone vide s'effectue facilement par conduction à travers l'arbre dont une extrémité est facilement refroidie puisque située à l'atmosphère. De même, le refroidissement du rotor et du stator du moteur s'effectue par les moyens conventionnels puisque ces deux parties sont situées à l'atmosphère, ainsi que le roulement externe.

[0012] Cependant, lorsque les gaz pompés sont particulièrement corosifs, la position des roulements à billes par rapport au flux de gaz pompé n'est pas excellente malgré la disposition de la rainure longitudinale évitant la traversée directe du roulement par le gaz et d'autre part comme l'ensemble mobile a une de ses extrémités située dans une enceinte à pression très faible et l'autre située à la pression atmosphérique, il en résulte une charge axiale importante supportée par l'un des deux roulements ce qui limite la durée de vie de la pompe.

[0013] La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients tout en assurant également un bon refroidissement des roulements et du moteur.

[0014] L'invention a donc pour objet une pompe rotative à vide élevé du type comportant un corps de pompe auquel est lié un stator à plusieurs étages, et un rotor également à plusieurs étages monté sur un arbre entraîné par un moteur, ledit arbre tourillonnant dans au moins deux roulements à billes disposés dans un manchon formé par un prolongement dudit corps de pompe, un joint dynamique étant calé sur ledit arbre à l'extrémité voisine du corps du manchon, caractérisée par le fait que l'extrémité opposée du manchon est fermée, un ajutage relié à une source extérieure de gaz étant disposé à cette extrémité fermée, ledit corps de pompe étant par ailleurs relié à une pompe à vide primaire extérieure, de sorte que lesdits roulements à billes et le rotor dudit moteur soient en permanence balayés par ledit gaz/entrant par ledit ajustage, évacué par ledit joint dynamique et circulant sous une pression intermédiaire entre la pression atmosphérique et la pression de refoulement de la pompe.

[0015] L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation purement illustratif, mais nullement limitatif en référence au dessin annexé qui représente en coupe verticale une pompe rotative selon l'invention.

[0016] La pompe comporte à la manière connue, un corps de pompe 4 auquel est lié un stator 3 à plusieurs étages, ainsi qu'un rotor 2 également à plusieurs étages monté sur un arbre d'entraînement 1.

[0017] Le corps de pompe 4 est ouvert à son extrémité supérieure pour permettre son raccordement à l'enceinte (non représentée) dans laquelle un vide élevé doit être réalisé. Le corps 4 comporte à sa partie inférieure un prolongement constituant un manchon 18 obturé à son extrémité inférieure par une tape de fermeture 11.

[0018] L'arbre 1 tourillonne dans le corps 4 par l'intermédiaire de deux roulements à billes 5 et 6 assujettis respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure dudit manchon 18 et il est entraîné au moyen 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 inférieure de l'arbre 1.

[0019] 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'arbre 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 extérieure (non représentée) au moyen de la tubulure 19. 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.

[0020] 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 roulements à billes 5 et 6.

[0021] 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 atmosphérique 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.

[0022] 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 conséquence, les roulements à billes ainsi que le lubrifiant sont protégés contre tout risque de corrosion.

[0023] 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.

[0024] 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. Par ailleurs, et contrairement au document antérieur cité, l'extrémité de l'équipage mobile, située du côté opposé au rotor, n'est plus soumise à la pression atmosphérique mais seulement à quelques dizaines de Torr, la charge axiale supportée par les roulements est donc beaucoup plus faible.

[0025] De plus ledit balayage gazeux empêche toute migration du lubrifiant vers l'aspiration de la pompe, conférant ainsi à ladite pompe selon l'invention les qualités requises pour une pompe dite "pompe sèche".

[0026] Par ailleurs, par raport aux pompes conventionnelles où le moteur électrique et les roulements se trouvent à une pression d'environ 10^-2 Torr, la pompe selon l'invention permet un refroidissement plus efficace, 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.

[0027] On assure de la sorte un meilleur transfert thermique.

[0028] L'invention est avantageusement mise en oeuvre dans tous les types de pompes à vide moléculaire et notamment dans les pompes utilisées dans les techniques de microéleétronique.

[0029] Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.

[0030] En particulier, par exemple, le joint dynamique 7 à rainures peut être remplacé par un joint dynamique de conception très simple et être obtenu simplement par deux surfaces opposées, convenablement associées, avec ou sans rainures, l'état des surfaces ayant alors l'effet de rainures.

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) également 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 (7) étant calé sur ledit arbre (1) à l'extrémité voisine du corps du manchon (18), caractérisée par le fait que l'extrémité opposée (11) du manchon (18) est fermée, un ajutage (8) relié à une source extérieure de gaz étant disposé à cette extrémité fermée (11), ledit corps de pompe (4) étant par ailleurs relié à une pompe à vide primaire extérieure, de sorte que lesdits roulements à billes (5, 6) et le rotor (9) dudit moteur soient en permanence balayés par ledit gaz, entrant par ledit ajustage, évacué par ledit joint dynamique et circulant sous une pression intermédiaire entre la pression atmosphérique et la pression de refoulement de la pompe.

2/ Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit manchon (18) comporte des canaux (12, 12') aptes à mettre en communication 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.

5/ 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).

Dessins