CH442905A - Dispositif pour réaliser l'étanchéité de joints pour l'ultra-vide - Google Patents

Description

Dispositif pour realiser 1'etancheite de joints pour Pultra viele La presente invention a pour objet un dispositif po:ur realiser 1'etancheite de joints disposes entre un espace ä Pression sensiblement normale et un espace ultra-vide, par exemple pour des racco@rds, des couvercles d6monta- bles ou des vannes. L'ultra-vide est constitue par 1e domaine des Pressions au moins aussi faibles quo 1e milliardieme de millimetre de mercure ou l0-9 torr.

Los dispositifs habituellement utilisds pour assurer 1'etancheite dans ce domaine de Pressions sont bases sur 1'emploi de joints plasiiques en metal, serres entre deux surfaces metalliques dopt Tune est en forme de couteau pour quo la Pression unitaire soit suffisamment forte. Ces joints necessitent cependant Papplication de forces tres impo:rtantes par unite de longueur de joint. Pour certains appareils, 1'effort total necessaire peut atteindre plusieurs tonnes. Il en resu,lte quo 1e montage et 1e demontage de ces dispositifs sont des operations longues et compliquees. Los mstaux utilises pour los joints plas- tiques, tels quo 1e cuivre, 1'aluminium, Fargent, Findium ou 1'or, sont fragiles et, sous Feffet des Pressions utili- sees, ils peuvent se ;sonder sur Tune des surfaces du raccord et y rester accroches lors du dsmontage. L'utili- sation de joints plastiques en elastomere presente aussi certains inconvenients, et plus particulierement la n6cessi- t6 de maintenir et de st:abiliser la tempdrature du joint ä une valeur assez brise, de Fordre de moins 200 par exemple, pour quo la tension de vapeur reste negligeable saus cependant quo 1e joint devienne cassant.

0n a aussi propose des dispositifs comportant deux joints entre lesquels se trouve une chambre ä Pression intermediaire. L'etancheite est realisee entre la zone ä Pression normale et la chambre intermediaire par un joint de type usuel pour ce domaine de Pression et 1'dtancheite entre la chambre intermediaire et la zone ä ultra-vide est rdalisde par une fente -de diffusion (dopt los deux parois sont suffisamment rapprochees :pour quo, Jans 1e domaine de Pression considere, 1e Passage du gaz s'effectue selon un ecoulement dit mo- leculaire ). Ces dispositifs, cependant, presentent 6gale- ment des inconvenients. Ils ndcessitent notamment quo 1'on raccorde chacune des deux enceintes, zone ä ultra viele et chambre intermediaire, ä un dispositif de pom- page distinct, correspondant ä la qualite du viele ä obtenir.

L'invention a pour but de fournir un dispositif d'etancheite pour Fultra-vide qui presente los avantages des dispositifs d'etanchsite RTI ID="0001.0268" WI="15" HE="4" LX="1532"LY="1701"> composäs de @deux joints suc- cessifs sspares par une chambre intermediaire saus en avoir los inconvenients, saus necessiter notamment la presence de deux groupes de pompage distincts.

Le dispositif faisant 1'objet de 1'invention est carac- terise en ce qu'il comporte deux zones d'stancheite se par6es par une chambre auxiliaire dans laquelle regne une Pression intermediaire entre la Pression normale et Fultra-vide, la Premiere zone comprenant une garniture de joint en plastique et la deuxieme zone une garniture de joint plane, et une vanne permettant d'etablir ou d'interrompre une communication entre la chambre auxiliaire et 1'espace ultra-vide, de maniere ä permettre d'etablir la communication Pendant une Partie de la Periode de pompage et de supprimer cette communica- tion lorsque la Pression dans la chambre auxiliaire a atteint une valeur inferieure ä une valeur critique cor- respondant ä un regime d'ecoulement molsculaire du gaz au travers du joint ä fente.

Le dessin annexe represente, ä titre d'exemple, une forme d'exdcution de Fobjet de 1'invention et des variantes la fig. 1 est une coupe d'un dispositif de cette forme d'execution, et los fig. 2, 3 et 4 sont des coupes ä plus petite schelle de trois variantes, respectivement. Sur la fig. 1 est representee une petite Partie de la paroi laterale 11 dun recipient cylindrique dang la ca' a- cite interieure 10 duquel doit eire raalisd un vide infd- riaur ä 10-<B>"</B> millimetre de mereure ou ultra-vide. A sa Partie superieure, la paroi 11 Porte un flasque circulaire 13. Le recipient est ferm6 par un couverele amovible 12 qui peut eire serre Sur 1e flasque 13 par un certain nombre de boulons 14 disposes ä la p6riph6rie de celui-ci. Un Joint plastique 15, disposd Jans une rai- nure circulaire m@nagee dans 1e flasque 13, est compri- me par 1e couvercle, assurant ainsi une Premiere 6tan- cheite. Une deuxieme 6tancheite est obtenue par 1e con- tact de surfaces m6talliques planes 17 et 18 du r6ci- pient et du couverele qui ont subi un usinage leg ame- nant ä la qualite trois triangles definie dan:s la norme fran@aise E 04.011 (dessin technique, signes de faconnage, surfaces fa@onnies de bonne correction g6o- metrIque et de bonne qualti6 frottante), ce qui corres- pond ä des surfaces parfaitement planes ayant des rai- nures d'usinage de profondeur inferieure ä huit mil- liemes de millimetre.

Un evidement 19 est m6nage d-ans 1e flasque 13, entre ]es deux portses d'6tancheit6 16 et 17. La cham- bre annulaire ainsi constitu6e est relide au volume inte- rieur 10 du recipient par une tubu.lure 20 munie dune vanne 22.

Un groupe de pompage non repr6sent6 permet de faire 1e vide dans la capacit6 intdrieure 10 jusqu'aux valeurs de la Pression correspondant ä 1'ultra-vide.

Lorsque leg diff6rents matariaux ou appareils que doit contenir 1e recipient ont 6t6 disposes Jans la capa- cit6 interieure 10, an met en place 1e couverele 12 et an serre leg boulons 14. Le Joint 15 est ainsi comprim6. 0n met en route 1e groupe de pompage, en laissant la vanne 22 en Position d'ouverture. Lorsque la Pres sion regnant dang la capacitd 10 et dang la chambre annulaire 19 a atteint la valeur dite de vide interm6- diaire 5>, par exemple 10-6 millimUre de mercure, an ferne la vanne 22 et la Pression continue ä d6croitre dang la capacit6 10 jusqu'ä la valeur d'ultra-vide d6siree. L'6tancheit6 entre la chambre auxiliaire 19 et 1'atmo- sphere exterieure est obtenue par la compression du Joint plastique 15 par 1e couvercle 12, et cette 6tancheit6 est excellente Jans 1e domaine de pressions consid6re. L'etanchdit6 entre la chambre auxiliaire 19 et la capa- cit6 int6rieure 10 est obtenue par 1e contaet des deux surfaces m6talliques planes 17 et 18, et cette 6tanchsite est egalement excellente dang 1e domaine des träg faibles Pressions en cause, puisque 1e debit de gaz RTI ID="0002.0276" WI="7" HE="4" LX="848" LY="2050"> dans 1e con- duit (fente) delimite par lesdites surfaces 17 et 18 suit leg lois de 1'ecoulement moleculaire et regte donc tres faible. A ces Pressions, en effet, 1e libre Parcours moyen des molecules @devient tres superieur ä 1'ecartement des parois de la fente et celle-ci offne une grande rasistance au passalte du gaz. C'est ce qu'illustre 1'exemple suivant. Pour une portde circulaire de 100 cm de diametre moyen et 10 cm de largeur, 1e debit de fuite entre une cham- bre intermddiaire 19 maintenue ä une Pression de 10-s millimetre de mercure et une capacite interieure 10 maintenue ä une Pression de 10-10 millimätre de mer- cura garde une valeur tres faible, de fordre de 1 litre par seconde de gaz ä la Pression de 10-10 millimUre de mereure. Ce d6bit est negligeable vis-ä-vis des pos- sibilites d'aspiration des Pompes ä vide.

L'etanch6ite du boisseau de la vanne 22 est obtenue de fa@on analogue. Lorsque la vanne 22 est fermee, la capacit6 int6rieure de 1'616ment de tuyauterie 24 dann laquelle regne 1'ultra-vide est s6par6e de 1'atmosphere extarieure par deux barrieres d'etanch6it6, ä savoir 1e contact dune collerette plane 26 du boisseau Sur une portee plane 28, dune Part, et 1'ecrasement d'un Joint circulaire plastique 30 dang une rainure menagee dann 1e corps 32 de la vanne 22, d'autre Part. Ces deux dis- positifs d'6tanch6ite sont situes de Part et d'autre dune chambre auxiliaire 33 Jans laquelle regne la Pression interm6diaire . L'atanchdit6 du Passage de la tige de manceuvre 34 du boisseau toumant est obtenue de fagon classique au moyen de deux Joints annulaires 36 et 38.

L'atanch6it6 du corps 32 de la vanne 22 est elle- meme obtenue de fa@on analogue. La liaison entre 1e corps de vanne 32 et l'616ment de tuyauterie 24 com- porte une portee plane 40, une chambre circulaire 42 en communication avec la chambre auxiliaire 19 par 1'inter- mediaire de la capacite intermddiaire 33, et un Joint plas- tique annulaire 44.

Pour des op6rations de duree limitde en ultra-vide dang 1'eneeinte 10, cette disposition est avantageuse cm e11e pennet une ouverture et une fermeture aisees du couverele 12. Les Joints 15 peuvent etre utilis6s de nom- breuses fois avant remplacement. La Pression de serrage qu'il est ecessaire de leur appliquer est relativement moderee. 11 en est de meine du contact entre leg sur- faces 17 et 18, de Sorte que Fon peut utiliser des dis positifs de serrage de fonctionnement rapide. 0n a repre- sent6 ici des boulons 14, mais il est bien entendu que des dispositifs rapides connus de serrage automatique peuvent etre utilis6s. 0n peut citer, uniquement ä titre d'exemple, une bague tournante avec des plane RTI ID="0002.0547"WI="11" HE="4" LX="1860" LY="1412"> inclines sous des goujons ou certains dispositifs hydrauliques. La qualit6 des 61astomeres de Synthese utilisables pour la constitution des Joints annulaires 15, 30, 36, 38 et 44 est teile que la Pression interm6diaire se maintient ä 1a. va- leur voulue durant 1e cycle d'utilisation de 1'ultra-vide. Un mode de r6alisation d6crit ei-apres permet d'aub menter la durde d'un cycle.

Suivant la variante de la fig. 2, il n'y a pas de com- munication directe entre la chambre intermediaire 19 et 1'enceinte ä ultra-vide 10. La seule communication est constituee par 1'espace (fente) compris entre leg surfaces 17 et 18. Lorsque la Pression en 19 a une valeur supe- rieure ä, celle qui correspond ä 1'dcoulement moleculaire, la fente n'offre qu'une resistance Mduite au Passage du gaz et la chambre intermddiaire 19 se vide rapidement. Lorsque la Pression en 19 atteint une valeur teile que 1e regime d'6coulement mo16culaire remplace 1e ragime d'ecoulement visqueux, 1e d6bit de fuite devient .tres faible et la fente se comporte comme un Joint ä peu pres Parfait.

Suivant la variante de la fig. 3, la chambre auxiliaire 19 peut eire reliee ä une capacite 48 dont 1e volume s'ajoute ä celui de la chambre 19 en Sorte quo la dur6e au cours de laquelle la Pression Teste infdrieure ä la valeur critique (Passage du regime d'dcoulement mold- culaire au regime d'ecoulement visqueux), apräs ferme- ture de la vanne 22, se tro:uve augmentde.

Suivant la variante de la fig. 4, la vanne ä commande manuelle 22 peut etre remplac6e par une vanne ä com- mande electromagndtique 50 associie ä um relais 52 sen sible ä 1a, Pression regnant ä 1'int6rieur de 1'enceinte 10. Ce relais 52, assoei6 ä un amplificateur 54, declenche la fermeture de la vanne 50 lorsque la valeur de la pres- sinn dans 1'enceinte 10 devient inferieure ä la valeur prevue pour la chambre auxiliaire.

Le dispositif d'etancheite decrit peut avoir de nom- breuses applications industrielles dans 1e domaine des träs basses Pressions ou de 1'ultra-vide, telles quo dispo- sitifs d'obtention d'ultra-vide, dispositifs de simulation des conditions spatiales, acce1erateurs de particules, fours de fusion .sous vide, appareils,de soudage par fais- ceaux electroniques, etc. Son application est particu- liärement interessante dans los cas des appareils ä cycles d'utilisation de courte duree et dont un eliment de grande dimension (couvercle, Porte d'acces, etc.) doit subir de frequents demontages.

Claims (4)

1. REVENDICATION Dispositif pour realiser l'etancheite de joints disposes entre un espace ä Pression sensiblement normale et un espace ultra-vide. caraeterise en ce qu'il comporte deux zones d'etancheite separees par une chambre auxiliaire Jans laquelle regne une Pression intermediaire entre la Pression normale et 1'ultra-vide, la Premiere zone com- prenant une garniture de joint en plastique et la deu- xieme zone une gamiture de joint plane, et une vanne (22) permettant d'etablir ou d'interrompre une communi- cation entre la chambre auxiliaire et 1'espace ultra-vide, de maniere ä pennettre d'etablir la communication Pen dant une Partie de la Periode de pompage et de suppri- mer cette communication lorsque la Pression dans la chambre auxiliaire a atteint une valeur inferieure ä une valeur critique correspondant ä un regime d'ecoulement moleculaire du gaz au travers du joint ä fente. SOUS-REVENDICATIONS 1. Dispositif selon la revendication, caracterise en ce qu'il comporte un joint plastique situe du cöte oü s'exerce la Pression normale et un joint constitue par deux surfaces metalliques soigneusement fagonnees en contact l'une avec 1'autre du cöte de 1'ultra-vide.
2. 2. Dispositif selon la revendication, caracterise en ce Tune avec 1'autre du cöte de 1'ultra-vide.
3. 3. Dispositif selon la revendication, caracterise en ce quo la vanne est commandee automatiquement par un servo-mecanisme associe ä un capteur de Pression place dans la zone ä ultra-vide, 1e servo-mecanisme etant c3n- gu et regle pour fermer la vanne lorsque la Pression des- cend au-dessous dune valeur donnee.
4. 4. Dispositif selon la revendication, caracterise en ce quo la chambre auxiliaire est reliee ä une capacite de volume assez important pour quo la Pression qui y regne reste inferieure ä la valeur critique Pendant 1e temps necessaire au cycle operatoire en ultra-vide.