FR2637654A1

FR2637654A1 - Appareil de mise sous vide

Info

Publication number: FR2637654A1
Application number: FR8913095A
Authority: FR
Inventors: Nobuhisa Okuyama; Shiuichi Goto; Tsugio Enomoto
Original assignee: Toyo Engineering Corp; Mikuni Jukogyo Co Ltd
Current assignee: Toyo Engineering Corp; Mikuni Jukogyo Co Ltd
Priority date: 1988-10-08
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1990-04-13
Anticipated expiration: 2009-10-06
Also published as: CA2000152A1; JPH02102385A; US4954047A; CA2000152C; FR2637654B1

Abstract

Appareil de mise sous vide comprenant 1 une pompe sous vide à piston alternatif, les segments de piston et le matériau d'étanchéité de l'arbre de piston étant réalisés en une matière autolubrifiante au moins sur la surface et dans lequel un ou plusieurs soufflets métalliques sont utilisés pour rendre étanche la partie située entre l'arbre de piston à l'extérieur du cylindre et la face extérieure de la paroi d'extrémité de cylindre, et 2 une pompe turbomoléculaire dans laquelle un carter, des pales fixes montées sur le carter, un rotor, et des pales mobiles prévues sur le rotor sont disposés coaxialement, et dans lequel l'ouverture de décharge de la pompe sous vide à piston alternatif est ouverte à l'atmosphère, et l'ouverture d'aspiration de la pompe turbomoléculaire est reliée à un appareil à mettre sous vide.

Description

"Appareil de mise sous vide" La présente invention se rapporte à un

appareil de mise sous vide applicable dans les systèmes de mise sous

vide poussé qui nécessitent de la propreté et une étan-

chéité à l'air élevée tels que les usines de fabrication de semiconducteurs, les équipements d'évacuation de gaz radioactifs se produisant dans les centrales nucléaires et accélérateurs de particules, les installations médicales et

installations de génie spatial.

Dans la construction d'un appareil de mise sous vide utilisé dans les systèmes de vide pour les usines de fabrication de semiconducteurs et similaires, il est usuel d'agencer une pompe de prévidage sur le côté atmosphérique du système et une pompe à vide poussé sur le côté sous vide du système. Il est ainsi courant d'utiliser deux pompes dans un système dans lequel le fonctionnement s'effectue sous vide poussé. La combinaison classique de deux pompes mises généralement en oeuvre pour ce faire est constituée par un ensemble dans lequel une pompe rotative étanche à l'huile est installée sur le côté atmosphérique du système

et une pompe mécanique intermédiaire ou une pompe turbo-

moléculaire est utilisée sur le côté sous vide du système,

en fonction des pressions de service.

L'art antérieur toutefois se trouve toujours

confronté aux problèmes techniques non résolus décrits ci-

dessus. Dans la production d'un vide poussé, une pompe rotative étanche à l'huile utilisée en tant que pompe de prévidage provoque la diffusion en retour de l'huile de service vers l'appareil mis sous vide, étant donné que le carter de la pompe est rempli d'huile, ce qui a pour effet de réduire le rendement en produits satisfaisants dans l'appareil sous vide. De plus, un gaz de traitement peut réagir avec l'huile de service et favoriser la dégradation de l'huile ou avoir pour résultat que de fines particules de produits de réaction produits par une réaction entre la matière traitée sous vide telle que les pastilles de SiO2 et le gaz de traitement migrent dans la pompe et, piégées par l'huile bouillant à l'intérieur de la pompe, aient des effets préjudiciables tels que la détérioration de la pompe. Etant donné que ces fines particules sont sèches, elles ne seraient pas piégées en l'absence de cette huile et elles seraient évacuées de la pompe. Ces problèmes sont dénoncés depuis longtemps par les personnes intéressées par

les usines de fabrication de semiconducteurs et similaires.

Même si l'on utilise une pompe autre qu'une pompe rotative étanche & l'huile telle qu'elle est décrite dans le brevet Japonais mis à l'inspection publique né 291479/1987, à titre d'exemple, si la pompe est une pompe rotative classique ou A piston alternatif, elle présente également les problèmes décrits ci-dessus à un degré plus ou moins important, étant donné que ces types de pompe n'utilisent pas une structure dans laquelle la section lubrifiée par l'huile et le côté sous vide se trouvent complètement isolés entre eux comme c'est le cas avec la

pompe conforme A l'invention décrite ci-dessous.

- L'invention remédie aux problèmes et inconvénients de l'art antérieur en fournissant un appareil de mise sous

vide perfectionné.

L'invention a pour but de fournir un appareil de mise sous vide fiable, qui soit exempt de la diffusion d'huile vers le côté sous vide, apte A empêcher les pannes de pompes provoquées par la détérioration de l'huile, et

capable d'assurer une évacuation sûre et propre.

Des buts et avantages supplémentaires de l'in-

vention vont être énoncés dans la description qui suit.

D'autres objets et avantages apparaîtront à la lecture de

la description suivante ou pourront être appris par la mise

en pratique de l'invention. Les objets et avantages de

l'invention seront réalisés et atteints au moyen des agen-

cements et combinaisons particulièrement indiqués dans les

revendications ci-annexées.

Pour atteindre ces buts, l'invention telle qu'elle est décrite de façon générale ci-après fournit un appareil de mise sous vide comprenant:

une pompe sous vide à piston alternatif (I) compre-

nant au moins un ensemble de pompes à piston et cylindre alternatifs, chaque ensemble comportant au moins deux chambres d'aspiration et de décharge reliées en série, chaque chambre étant disposée entre une face interne de la paroi d'extrémité du cylindre et une face d'extrémité du piston, une tuyère d'aspiration et une tuyère de décharge pour chaque chambre d'aspiration et de décharge,

une vanne d'aspiration pour chaque tuyère d'aspi-

ration, et une vanne de décharge pour chaque tuyère de décharge,

la tuyère de décharge de chaque chambre aspiration-

décharge étant reliée à la tuyère d'aspiration de la cham-

bre aspiration-décharge placée en aval par une conduite,

sauf que la tuyère d'aspiration de la chambre aspiration-

décharge qui est située sur une extrémité de la série et la tuyère de décharge d'une chambre aspiration-décharge qui est située sur l'autre extrémité de la série sont ouvertes à l'extérieur ou à d'autres parties du système qui doivent être mises sous vide, et une tige de piston reliée à chaque piston, mobile d'une manière alternative à travers une paroi d'extrémité du cylindre, et faisant saillie de l'autre côté du cylindre,

un segment de piston prévu dans une rainure péri-

phérique circulaire de chaque piston, ce segment de piston comprenant une matière autolubrifiante venant en contact de façon étanche avec le piston, de sorte qu'aucun lubrifiant liquide n'est nécessaire pour rendre le piston étanche, des moyens d'étanchéité de la tige de piston, ces

moyens d'étanchéité de tige comprenant une matière auto-

lubrifiante venant en contact de façon étanche avec la tige de piston, de sorte qu'aucun lubrifiant liquide n'est nécessaire pour rendre la tige de piston étanche, un soufflet métallique-monté de façon étanche sur et s'étendant entre une partie a diamètre agrandi sur la

tige de piston et la face extérieure de la paroi d'extré-

mité de cylindre à partir de laquelle la tige de piston

fait saillie, ce soufflet étant situé sur le côté atmos-

phérique de la portion d'étanchéité de tige de la tige de piston, et une pompe turbomoléculaire (II) comprenant un carter sensiblement cylindrique qui est ouvert sur une extrémité axiale et qui est fermé sur l'autre extrémité

axiale, ce carter comportant de façon coaxiale une ouver-

ture d'aspiration de même grandeur de diamètre que le diamètre du carter et située sur une extrémité axiale du carter, ce carter présentant également une ouverture de décharge à proximité de l'autre extrémité du carter, un arbre rotatif agencé coaxialement dans le carter, un moteur d'entraînement coaxial avec et relié de façon commandée à une extrémité de l'arbre sur le côté de l'ouverture de décharge, ce moteur d'entraînement étant fixé sur l'extrémité du carter à proximité de l'ouverture de décharge dans le carter, un rotor coaxial avec le moteur est relié à l'extrémité de l'arbre rotatif sur le côté de l'ouverture d'aspiration, le rotor étant muni d'un nombre de pales mobiles montées coaxialement avec le rotor à des intervalles espacés axialement, chaque pale étant inclinée dans une direction commune par rapport à un plan imaginaire perpendiculaire à l'arbre rotatif, le carter étant muni d'un nombre de pales fixes sur la surface intérieure de celui-ci, lesquelles pales font face au rotor et s'étendent vers l'axe de rotation du

rotor, les pales fixes étant imbriquées avec les pales mo-

biles et la pale fixe la plus basse étant située au-dessous de la pale mobile la plus basse ou entre la pale mobile la plus basse et la pale mobile la plus basse suivante, chaque pale fixe étant inclinée vers l'arrière, par rapport aux pales mobiles, par rapport au plan imaginaire perpendiculaire à l'arbre de rotation, l'inclinaison des pales mobiles étant dirigée de telle manière qu'un fluide peut être entraîné à partir de l'ouverture d'aspiration vers l'ouverture de décharge lorsque le rotor est mis en rotation par le mouvement du moteur,

la pompe (I) ayant son ouverture de décharge ou-

verte à l'atmosphère, son ouverture d'aspiration reliée à l'ouverture de décharge de la pompe (II) et l'ouverture d'aspiration de la pompe (II) étant reliée a un appareil à

mettre sous vide.

Dans l'invention, une pompe (I) à piston alternatif exempte d'huile avec son ouverture de décharge communiquant avec l'atmosphère ambiante est combinée en série avec une pompe turbomoléculaire (II) avec son ouverture d'aspiration communiquant avec l'appareil ou le récipient à mettre sous vide (désigné ci-après appareil sous vide), moyennant quoi 1l'appareil sous vide n test pas contaminé ou au plus n'est que faiblement contaminé par l'huile et la détérioration de l'huile sur le côté de la pompe par un gaz de traitement provenant de l'appareil sous vide est supprimée ou est

fortement réduite. Le système à deux pompes, selon l'inven-

tion, est capable de parvenir à un vide de l'ordre de 10-6 Pa.

On va décrire ci-après les avantages de l'inven-

tion.

Les effets négatifs sur les produits, provoqués par la diffusion en retour de l'huile en provenance de la pompe vers l'appareil sous vide sont complètement ou presque

complètement supprimés.

Les opérations d'entretien telles que le rempla-

cement de l'huile de service de la pompe sont supprimées ou réduites. L'appareil sous vide peut être mis sous vide à une

pression dans le domaine allant de la pression atmosphéri-

que jusqu'à 10-6 Pa dans un état complètement ou sensi-

blement exempt d'huile.

Lors de l'évacuation d'un gaz susceptible de réagir

avec l'huile, on empêche complètement ou de façon sensible-

ment complète la dégradation de l'huile de la pompe.

L'évacuation d'un gaz de traitement pour lequel aucune fuite vers l'atmosphère ambiante n'est autorisée, comme par exemple des gaz radioactifs et des gaz toxiques,

peut être effectuée sans aucune crainte de fuite de celui-

ci à partir du système de pompe.

On va maintenant décrire brièvement les dessins dans lesquels la figure l(a) est une vue frontale schématique montrant un appareil de mise sous vide selon l'invention; la figure l(b) est une vue en plan de l'appareil de mise sous vide; la figure 1(c) est une vue latérale de l'appareil de mise sous vide; la figure 2 est une vue schématique partiellement en écorché montrant une pompe moléculaire en combinaison à un palier magnétique; la figure 3 est une vue schématique partiellement

en écorché montrant une pompe sous vide à piston alter-

natif; la figure 4 est une vue schématique montrant les détails de la partie d'étanchéité de la pompe sous vide à

piston alternatif.

On va maintenant décrire l'invention plus en détail

en référence aux dessins.

Dans la pompe sous vide à piston alternatif (I) agencée sur le côté atmosphérique du système de mise sous vide et faisant office de pompe de prévidage, l'utilisation de segments de piston lubrifiants disposés dans des rai- nures prévues sur la surface périphérique de chaque piston exerce une action lubrifiante et une fonction d'étanchéité entre le cylindre et la surface de glissement du segment de

piston sans utiliser une huile lubrifiante quelconque.

L'étanchéité de l'arbre est obtenue de façon similaire en

utilisant un matériau d'étanchéité, y compris un presse-

étoupe réalisé en un matériau autolubrifiant. La fuite de traces d'huile à travers la partie d'étanchéité de l'arbre est complètement empêchée par un soufflet dynamique qui est

fixé par soudage sur une bride ou sur une section à dia-

mètre agrandi prévue sur la tige de piston. Le soufflet est capable de résister à un grand nombre de répétitions de

cycles de mouvements alternatifs de la tige de piston.

Une huile lubrifiante est amenée au moteur d'en-

trainement de la pompe ou au vilebrequin relié à l'arbre de rotation du moteur. Il est cependant impossible que l'huile lubrifiante migre dans les chambres d'aspiration et de décharge de la pompe sous vide A piston alternatif depuis le côté du vilebrequin le long de la tige du piston, grâce

A la fonction d'étanchéité du soufflet dynamique précité.

Par conséquent, cette pompe sous vide à piston alternatif

est une pompe sous vide complètement exempte d'huile.

Le matériau autolubrifiant est réalisé par exemple à partir d'une résine de polyfluoroéthylène ou d'une

matière polyimide.

Dans les pompes sous vide rotatives du type à vis ou du type dépresseur Roots mises au point récemment sous la désignation de pompes de prévidage à sec, il est structurellement impossible de rendre étanche la partie d'étanchéité de l'arbre par un soufflet dynamique en raison de la rotation de l'arbre, de sorte que les pompes ne disposent d'aucun moyen empêchant complètement la fuite de traces d'huile en provenance de la partie d'étanchéité de l'arbre. Les vannes d'aspiration et de décharge de la pompe (I) sont de préférence dimensionnées de façon à pouvoir recouvrir ou bloquer les orifices d'aspiration et de décharge qui sont constitués par des trous pratiqués sur une surface plane. Une extrémité de chacune des vannes d'aspiration et de décharge est fixée sur la surface plane, en l'occurrence une partie de la face de paroi intérieure

ou extérieure de chaque chambre aspiration-décharge.

Le matériau à partir duquel sont réalisées les vannes d'aspiration et de décharge doit résister à l'écart de pression le traversant sans fatigue et doit venir en contact avec la surface plane précitée, en raison de son élasticité, lors de la fermeture de la vanne lorsqu'un gaz de traitement n'est pas aspiré ou refoulé. Comme matériau on peut citer Aà titre d'exemple des plaques minces en acier d'une épaisseur d'environ 0,3-0,1 mm, de préférence 0,2-0,1

mm, et notamment 0,17-0,1 mm.

En ce qui concerne l'acier, il est Judicieux d'uti-

liser des aciers inoxydables austénitiques, notamment ceux du type durci par précipitation, plus particulièrement des - équivalents de l'AISI 633 tels que l'AM-350 (Cr 16,5 %; Ni 4,3 % etc.) fabriqués par Al-legheny Ludlum Steel Co.,

E.U.A.

Le fini des surfaces planes précitées et des sur-

faces des vannes qui sont prévues pour venir en contact étanche avec les surfaces planes doit présenter un poli non supérieur à 6,3 microns, de préférence non supérieur à 0,8 micron ( ou supérieur et Vv ou supérieur en terme de qualité de fini respectivement) dans l'écart entre les niveaux supérieurs et inférieurs définis dans la norme JIS B0601. Ces vannes sont du type à une voie, antiretour, qui restreignent les pressions dynamiques produites par le mouvement alternatif du piston. Les vannes devront recevoir un polissage ou similaire pour l'obtention de surfaces planes, étant donné qu'il est préférable que chaque vanne vienne en contact avec la face de paroi par ces surfaces

spéculaires en regard l'une de l'autre.

La pompe (II), représentée de façon typique par la combinaison de la pompe moléculaire (IV), ne comporte aucune partie d'étanchéité d'arbre située à l'extérieur du

carter, comme cela est montré à la figure 2.

Dans les installations o la poussière et la diffusion d'huile sont autorisées dans une certaine mesure, les lubrifiants à base d'huile fluorée et similaire peuvent être utilisés avec des paliers du type à friction, comme par exemple des roulements à billes. Toutefois, il convient de protéger fréquemment les paliers en les purgeant à l'azote, etc. Ce procédé présente un inconvénient en ce qu'il nécessite un gaz de purge. En outre, il entraine une perte de capacité correspondant à la quantité de gaz de purge. Il va de soi qu'un support réalisé par un palier

magnétique s'avère approprié lorsqu'une condition tota-

lement exempte d'huile est exigée.

De plus, en fonction du degré de vide exigé et de la capacité de la pompe (I), la pompe (I) est combinée avec

soit la pompe (II) soit la pompe (IV) pour fournir l'appa-

reil de l'invention.

On va maintenant décrire l'invention ci-dessous avec référence à une combinaison (ou ensemble hybride ou

composé) de pompe moléculaire utilisant des paliers magné-

tiques. La combinaison palier magnétique-pompe moléculaire comporte une structure de palier dans laquelle l'arbre rotatif est rendu flottant par la force électromagnétique agissant dans toutes les directions et ne présente aucune surface de glissement ou de partie d'étanchéité d'arbre. Il s'agit par conséquent d'une pompe sous vide complètement exempte d'huile avec un moteur monobloc n'exigeant aucune

huile de lubrification.

Les performances des deux pompes constituant

l'appareil de l'invention vont être décrites ci-après.

La pompe sous vide à piston alternatif est capable de mettre l'appareil & une pression allant de la pression atmosphérique ou inférieure, et parvient habituellement à

un vide d'environ 13 Pa.

La pompe moléculaire composée (IV) ne peut démarrer

à partir de la pression atmosphérique et exige par conse-

quent que sa pression d'aspiration soit réglée à environ 266 Pa ou audessous. Par conséquent, une pompe de prévidage auxiliaire est nécessaire lors du démarrage à

partir de la pression atmosphérique. La pompe turbomolé-

culaire (II) exige une pression d'aspiration d'environ

plusieurs centaines de Pa ou moins pour le démarrage.

En disposant une pompe sous vide à piston alter-

natif sur le côté atmosphérique, comme pompe auxiliaire d'une pompe moléculaire composée, et en reliant l'ouverture d'aspiration de la pompe sous vide à piston alternatif à l'ouverture de décharge de la pompe moléculaire composée telle que décrite ci-dessus, il devient possible d'abord de démarrer la pompe sous vide à piston alternatif dans des conditions de pression atmosphérique et ensuite de faire démarrer la pompe moléculaire composée lorsque la pression

d'aspiration est réduite à environ 266 Pa.

On va décrire ci-après des modes de réalisation de

l'invention en référence aux figures 1(a-b) jusqu'à 4.

Aux figures 1(a), 1(b) et 1(c), une pompe sous vide à piston alternatif 1 et un moteur d'entraînement 2 pour celle-ci sont fixes sur et supportés par une embase commune

3. Une pompe moléculaire 4 de combinaison, à palier magné-

tique, est montée sur un support de pompe 50. Les deux pompes son reliées en série entre elles par une conduite 5 qui s'étend entre une ouverture d'aspiration 6 de la pompe sous vide & piston alternatif et une ouverture de décharge

7 de la pompe moléculaire 4 de combinaison à palier magné-

tique. Un appareil sous vide (non représenté) est raccordé à l'ouverture d'aspiration 8 de la pompe moléculaire de combinaison à palier magnétique 4, moyennant quoi le gaz dans l'appareil sous vide est aspiré à travers l'ouverture d'aspiration 8 de la pompe moléculaire de combinaison à palier magnétique 4 et est évacué par l'ouverture d'ali- mentation 9 de la pompe sous vide à piston alternatif 1, de sorte que l'appareil est mis sous vide. Le fonctionnement de l'appareil de mise sous vide est commandé par un panneau

de commande 10.

La figure 2 montre la construction de la pompe moléculaire de combinaison à palier magnétique 4. Un rotor 12 est fixé sur un arbre 11 dans un carter 100 de la pompe 4. Plusieurs ensembles de pales mobiles 13 sont montés sur la périphérie du rotor pour la rotation avec celui-ci et ils sont disposés en relation imbriquée alternée avec des séries de pales fixes 14, formant ainsi environ dix paires d'ensembles de pales rotatives et fixes imbriquées. Le rotor 12 présente une section de diamètre inférieur plus grande 121, laquelle section comporte une rainure filetée externe rectangulaire formée par une nervure hélicoldale 151. La nervure 151 s'étend sur plusieurs spires autour de l'axe de l'arbre 11. L'intérieur de la section à grand diamètre 121 est creuse pour fournir une cavité interne, et par conséquent la section 121 est légère. De plus, l'arbre 11, ses paliers, etc., sont disposés dans la cavité de façon à réduire le volume de l'ensemble de la pompe. La surface périphérique de la section de grand diamètre 121 peut être de forme cylindrique, comme cela est montré, ou encore de forme conique dans laquelle le diamètre de la section 121 est plus grand vers le côté de décharge de la pompe. La section 121 compose ce qu'il est convenu

d'appeler une pompe moléculaire à rainure filetée (II).

L'arbre 11 est supporté, dans les directions radiales et de poussée à l'état flottant, par l'action de la force électromagnétique d'un électroaimant 18 de palier radial

supérieur et d'un électroaimant 19 de palier radial inf-

rieur, entre lesquels est prévu un électroaimant 17 de palier de poussée fixé sur la surface intérieure d'un logement 16. L'arbre 11 est mis en rotation à vitesse

élevée par un moteur 20 monté autour de l'extrémité infé-

rieure de l'arbre 11. La pompe 4 reçoit les molécules de gaz à travers une ouverture d'aspiration 201, et les décharges à travers une ouverture d'alimentation 202. Bien que la pompe donne un rapport de compression maximum de 1 x

108 dans le cas de l'air, elle comporte une limite fonc-

tionnelle en ce qu'il est impossible de la mettre en route en raison de la charge excessive tant que la pression à l'ouverture d'alimentation 202 est inférieure à environ 266 Pa. En ce qui concerne les pales mobiles 13 et les pales fixes 14, la figure 2 ne montre que les pales faisant saillie à partir du rotor dans les directions parallèles et

perpendiculaires au dessin, les pales fixes n'étant repré-

sentées que par des traits indiquant leur inclinaison, les

autres étant ainsi omises du dessin.

La figure 3 montre les détails de la pompe sous vide à piston alternatif 1. Cette pompe est identique, dans le principe, aux compresseurs alternatifs. Deux pistons 22 et 23 sont prévus sur la partie supérieure d'une tige de piston 21. Par le mouvement vertical des pistons 22 et 23, le gaz est aspiré à travers une ouverture d'aspiration extérieure 24 via une vanne d'aspiration ou d'admission 25 jusque dans une chambre d'aspiration-décharge 26 de cylindre de premier étage o le gaz est comprimé, et à

partir de là il est déchargé à travers une vanne d'alimen-

tation ou de sortie 27. Les trois étapes d'aspiration,

compression et alimentation sont ainsi répétées simulta-

nément dans une chambre aspiration-décharge 28 de cylindre de second étage, une chambre aspiration-décharge 29 de

cylindre de troisième étage et une chambre d'aspiration-

alimentation 30 de cylindre de quatrième étage. Le rapport de compression est augmenté par le total des quatre états

de compression et le gaz est déchargé à travers une ou-

verture d'alimentation 31. Les vannes d'aspiration 25, etc., et les vannes de décharge 27, etc., sont des vannes du type à une voie, à plaque avec une fonction de ressort et elles s'ouvrent et se ferment automatiquement en réponse à l'écart de pression entre les côtés amont et aval de celles-ci. Les vannes 25 et 27 et similaires sont des vannes anti- retour pour les gaz aspirés et déchargés. Les segments de piston et les rainures du cylindre ne sont pas représentés dans le dessin étant donné qu'ils sont classiques. En ce qui concerne la relation entre les vannes et les chambres, les vannes 25, 252, 253 et 254 sont des

vannes d'aspiration (admission) et appartiennent respecti-

vement aux chambres 26, 28, 29 et 30. Les vannes 27, 272,

273 et 274 sont des vannes de décharge (sortie) et appar-

tiennent respectivement aux chambres 26, 28, 29 et 30. Les

références numériques 261, 281 et 291 désignent respecti-

vement les conduites ou passages tubulaires pour relier les chambres 26 et 28, les chambres 28 et 29, et les chambres

29 et 30 respectivement.

L'étanchéité de la tige de piston 21 est effectuée par un presse-étoupe autolubrifiant 32. De plus, un volume de traces de fuites de gaz à travers le presse-étoupe 32, en raison de la différence de pression entre la chambre 30 et l'espace 333, est complètement supprimé sur l'espace 333 et finalement sur les espaces 300 et 300' par un soufflet dynamique supérieur 34 qui est fixé par soudage entre une bride 331 de la tige de piston 21 et une bride de soufflet 337 située sur la face extérieure de la paroi d'extrémité de cylindre dans une pièce d'extrémité 33 (figure 4). La pièce sépare l'espace 333 des espaces extérieurs 300 et 300'. Sur l'extrémité inférieure de la tige de piston 21 est prévu un carter 36 dans lequel est logé le mécanisme destiné à convertir le mouvement rotatif de l'arbre d'un moteur 37 en un mouvement vertical du piston 21. Le carter

36 est rempli d'une huile lubrifiante. Le soufflet dyna-

mique supérieur 34 est de construction robuste, prévu pour une grande longévité. Toutefois, à titre de particularité de sécurité en cas de détérioration pour une raison ou une autre, il est prévu dans ce mode de réalisation un soufflet

dynamique inférieur 35 situé au-dessous du soufflet supé-

rieur. Le but principal de ce soufflet 35 est d'empécher l'huile de lubrification, dans le carter, de migrer vers l'intérieur du soufflet dynamique supérieur rompu 34 le long de la tige de piston 21. Toutefois, le soufflet 35 n'est pas absolument essentiel dans l'invention. Il n'est également pas essentiel mais souhaitable, du point de vue de la protection des soufflets et de la sécurité vis-a-vis des fuites, de séparer l'espace 333 de l'espace extérieur 300 ou 300'. Le soufflet 35, dispositif de sécurité spécial

prévu en double, est essentiel dans des domaines spécifi-

ques comme l'énergie nucléaire. Il peut toutefois s'avérer inutile d'ajouter le soufflet 35 dans les installations o

un certain risque de fuites est toléré.

La figure 4 montre la partie d'étanchéité plus en

détail. L'extrémité inférieure du soufflet dynamique supé-

rieur 34 est soudée sur la bride 331 de la tige de piston - 21, tandis que son extrémité supérieure est soudée sur la bride de soufflet 337. La bride de soufflet 337 est fixée sur la paroi d'extrémité de cylindre ou couvercle 39 par un boulon 38 à travers la pièce 33. Toute fuite passant entre la tige de piston 21 et le presse-étoupe 32 et entre la quatrième chambre aspiration-décharge 30 de cylindre de quatrième étage est complètement hermétique vis-a-vis de l'espace 333 par le soufflet dynamique supérieur 34 tel que décrit ci-dessus. La pénétration de l'huile lubrifiante à partir du côté du carter est empêchée doublement par le

soufflet dynamique supérieur 34 et par le soufflet dynami-

que inférieur 35 monté de façon similaire, en regard l'un de l'autre. Ils forment ainsi une structure d'étanchéité double. Cet exemple montre une conception dans laquelle la

source de puissance de la pompe (I), le moyen de trans-

mission de puissance à partir de la source de puissance vers la pompe (I), des moyens pour raccorder d'une manière étanche à l'air l'ouverture dedécharge de la pompe (II) à l'ouverture d'aspiration de la pompe (I), des moyens de commande pour commander le fonctionnement des pompes (I) et (II) , des moyens de transmission de puissance électrique pour communiquer avec les moyens de commande, la source de puissance de la pompe (I) et le moteur de la pompe (II) ainsi que les moyens d'entrée de puissance électrique à destination des moyens de commande sont assemblés sur une embase commune. Cette conception ne prend que peu de place

et présente ainsi une compacité excellente.

EXEMPLE DE FONCTIONNEMENT 1

Une pompe (I) comportant les caractéristiques indiquées sur le tableau 1 et représentée à la figure 3 et une pompe (IV) présentant les caractéristiques fournies au tableau 2 et représentée à la figure 2 sont assemblées en série dans la disposition montrée à la figure 1, avec la pompe (I) disposée sur le côté décharge, fournissant ainsi un appareil selon l'invention. Un réservoir sous vide ayant un volume de cent litres a été mis sous vide depuis la pression atmosphérique jusqu'à une pression de 266 Pa ou au-dessous pendant une durée d'environ une minute par la pompe (1). On a ensuite mis en route la pompe (IV) pour réaliser un fonctionnement en série et simultané des pompes (I) et (IV). Le réservoir a été mis sous vide jusqu'à 10'6 Pa pendant une durée d'environ une heure et demie et, tout en poursuivant le fonctionnement, on a étranglé une vanne sur le côté aspiration de la pompe (IV). Tout en maintenant le vide du réservoir & 10-2 Pa, un gaz dérivé du chlore a été admis dans le réservoir sous vide et ensuite amené dans l'appareil de mise sous vide pendant trois heures à un

débit de i SLM (litre standard/minute).

Apres quoi, on a rétabli la pression atmosphérique dans le réservoir. Le cycle de fonctionnement ci-dessus a été répété vingt cinq fois. Apres ce fonctionnement répété, l'appareil selon l'invention fonctionnait de façon satisfaisante.

EXEMPLE DE FONCTIONNEMENT 2

On a conduit le fonctionnement de la même manière

que pour l'exemple de fonctionnement 1, sauf pour l'utili-

sation, en tant que pompe (IV), d'une pompe employant, & la place des paliers magnétiques, des paliers mécaniques du type & purge d'azote mettant en oeuvre un lubrifiant à base d'huile fluorée. Des résultats similaires à ceux de

l'exemple 1 ont été obtenus.

Exemple comparatif On a conduit l'opération de la même manière que cela a été décrit pour l'exemple de fonctionnement 1, sauf en ce qui concerne l'utilisation d'une pompe rotative étanche à l'huile, avec les caractéristiques fournies au tableau 3 à la place de la pompe (I). Dans ce cas, l'huile de la pompe rotative étanche à l'huile s'est détériorée après les vingt cinq cycles d'opérations décrits ci-dessus, nécessitant ainsi le remplacement ou la révision complète

de la pompe elle-même.

Dans les trois exemples ci-dessus, la quantité de diffusion d'huile vers le réservoir sous pression s'avérait la plus importante dans l'exemple comparatif, faible dans l'exemple de fonctionnement 2 et nulle dans l'exemple de

fonctionnement 1.

TABLEAU 1

Caractéristiques de la pompe sous vide & piston alternatif

Cadence de mise sous vide 600 1/min.

Vitesse de révolution 450 tours/min.

Degré de vide atteint 13,33 Pa Contre-pression admissible 10 5 Pa Matière partie gazeuse* SUS 304, AI Dito segment de piston - Téflon

TABLEAU 2

Caractéristiques de la pompe moléculaire combinée

Cadence de mise sous vide 600 1/sec.

Vitesse de révolution 2400 tours/min.

Degré de vide obtenu 10-8 Pa (après cuisson) Contre-pression admissible 266 Pa Matière* alliage d'aluminium

_

TABLEAU 3

Caractéristiques de la pompe rotative étanche à l'huile

Cadence de mise sous vide 600 1/min.

Vitesse de révolution 1700 tours/min.

Degré de vide obtenu 1,33 Pa Contre-pression admissible 105 Pa Matière pompe fonte 1Dito aubes résine phénolique Dito joint torique caoutchouc de nitrile Huile huile minérale

2 0 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

* Les parties principales sont revêtues de "Clean S"

fabriquées par Showa Denko K.K.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil de mise sous vide comprenant:

une pompe sous vide à cylindre et piston alter-

natif (1) et une pompe turbomoléculaire (4) reliée en série avec cette pompe sous vide à piston alternatif;

la pompe sous vide à piston alternatif compre-

nant un carter, ce carter (100) logeant au moins un ensemble de pompes composé d'un cylindre non lubrifié contenant un piston alternatif, le piston et le cylindre de

chaque ensemble comportant deux chambres aspiration-

décharge définies entre les faces d'extrémité opposées du piston et les parois d'extrémité intérieures opposées du cylindre, les chambres aspiration-décharge étant reliées en série, une tuyère d'aspiration et une tuyère de décharge

pour chaque chambre aspiration-décharge, une vanne d'aspi-

ration (25) pour chaque tuyère d'aspiration, une vanne de décharge (27) pour chaque tuyère de décharge, la tuyère d'aspiration de la première chambre aspiration-décharge (26) de la série étant ouverte pour la liaison avec l'ouverture (7) de décharge de la pompe turbomoléculaire,

la tuyère de décharge de la dernière chambre (30) aspira-

tion-décharge de la série étant apte à être raccordée à l'atmosphère ambiante ou à un autre récepteur, chaque autre tuyère de décharge étant reliée à la tuyère d'aspiration de la chambre aspiration-décharge suivante, une tige (21) de piston allongée pouvant effectuer un mouvement alternatif étant reliée au piston de chaque ensemble de pompage et s'étendant à partir de celui-ci à travers la paroi d'extrémité du cylindre associé, cette tige de piston (21) ayant une portion s'étendant longitudinalement située à l'extérieur du carter, le piston de chaque ensemble de pompe ayant une rainure circonférentielle, un segment de piston étant logé dans cette rainure et venant en contact de façon étanche avec la paroi intérieure du cylindre, le segment de piston étant réalisé en ou revêtu d'une matière

solide autolubrifiante, la portion s'étendant longitudi-

nalement de chaque tige de piston ayant une section radialement agrandie opposée à la paroi d'extrémité du carter, un soufflet métallique (34) fixé sur une extrémité de celui-ci vers la section agrandie radialement de la tige de piston étant fixé sur l'autre extrémité de celle-ci en relation d'étanchéité avec le carter, le soufflet entourant la tige de piston (21) pour rendre étanche l'espace situé à l'extérieur du soufflet à partir de l'espace à l'intérieur du carter;

la pompe turbomoléculaire (4) comprenant un loge-

ment (16) essentiellement cylindrique ayant une ouverture

d'aspiration sur une extrémité axiale de celle-ci, l'ouver-

ture d'aspiration ayant un diamètre du même ordre de grandeur que le diamètre du logement, ce logement étant enfermé sur l'autre extrémité axiale et ayant une ouverture de décharge à proximité de l'autre extrémité axiale du logement, un arbre rotatif coaxial dans le logement, un moteur (20) d'entraînement coaxial monté dans le logement (16) à proximité de l'ouverture de décharge étant relié à l'extrémité contiguë de l'arbre, un rotor coaxial (12) avec le moteur étant relié à l'arbre de rotation (11) sur son extrémité contiguë à l'ouverture d'aspiration, plusieurs pales mobiles (13) montées sur le rotor pour la rotation avec celui-ci, ces pales mobiles s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport au rotor, les pales mobiles (13) étant disposées pour définir plusieurs étages espacés axialement entre eux et chaque pale mobile étant inclinée

dans une direction commune par rapport à un plan perpen-

diculaire à l'axe de rotation du rotor, le logement comportant plusieurs pales fixes (14) mont4es sur celui-ci et s'étendant radialement vers l'intérieur, les pales fixes (14) étant disposées pour définir plusieurs étages espacés axialement entre eux avec les étages des pales mobiles et des pales fixes (14) imbriqués l'un dans l'autre, chaque pale fixe étant inclinée dans une direction commune et vers l 'arrière en direction des pales mobiles par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor, les angles de pales des pales mobiles étant agencés de façon qu'un gaz est entraîné à partir de l'ouverture d'aspiration vers l'ouverture de décharge lorsque le rotor est mis en rotation, l'ouverture d'aspiration (201) de la pompe turbomoléculaire pouvant être raccordée à 1 'appareil à

mettre sous vide.

2. Appareil de mise sous vide selon la revendica-

tion 1, comprenant une pompe moléculaire, à rainure filetée

associée à la pompe turbomoléculaire, cette pompe molécu-

laire à rainure filetée comprenant une section de grand diamètre de rotor (12) disposée entre les pales et l'ouverture de décharge, le diamètre extérieur de la section à grand diamètre étant légèrement inférieur au diamètre intérieur du logement, la surface extérieure de la section de grand diamètre étant une surface cylindrique ou une surface conique dont le diamètre est progressivement agrandi en direction de l'ouverture (7) de décharge, un pas de vis hélicoïdal faisant saillie à partir de la section de grand diamètre jusqu'à proximité immédiate de la surface intérieure du logement, ce qui permet d'obtenir une rainure filetée efficace pour déplacer le fluide vers l'ouverture

de décharge lorsque le rotor (12) est mis en rotation.

3. Appareil de mise sous vide selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que l'arbre (11) de la pompe turbomoléculaire (4) est supporté pour la rotation par des

paliers magnétiques sans contact.

4. Appareil de mise sous vide selon la revendica-

tion 2, caractérisé en ce que l'arbre de la pompe turbo-

moléculaire est supporté pour la rotation par des paliers

magnétiques sans contact.

5. Appareil de mise sous vide selon la revendica-

tion 1, comprenant une embase commune (3) supportant les pompes, une source de puissance pour la pompe de vide & piston alternatif, des moyens de transmission de puissance raccordant la source de puissance à la pompe sous vide à piston alternatif, des moyens de commande pour commander le fonctionnement des pompes, et des moyens de transmission de puissance pour accoupler les moyens de commande, la source de puissance et le moteur de la pompe turbomoléculaire.

6. Appareil de mise sous vide selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que la pompe sous vide à piston alternatif (1) est une pompe duplex comprenant au moins deux ou ces ensembles de pompage, chacun de ces ensembles

de pompage étant une pompe à double effet.