JP2003166483A - 多段式ルーツ型ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多段式ルーツ型ポンプにおいて、ポンプ効率
を低下させることなく熱膨張によるルーツロータとハウ
ジングとの干渉を防止すること。 【解決手段】 回転軸の線膨張率をα₁（／Ｋ）、ハウ
ジングの線膨張率をα₂（／Ｋ）、ルーツロータ非回転
時の回転軸及びハウジングの温度をＴ₀（Ｋ）、ルーツ
ロータ回転時の回転軸の温度をＴ₁（Ｋ）、ルーツロー
タ回転時のハウジングの温度をＴ₂（Ｋ）とすると、回
転軸の線膨張率α₁と前記ハウジングの線膨張率α₂との
比α₂／α₁が、次式、 α₂／α₁＝（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀） を満たすようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ルーツ型ポンプに
関し、特に、ハウジング内に複数のポンプ室が形成され
た多段式ルーツ型ポンプに係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のルーツ型ドライポンプは、図１０
に示すように、長円形のポンプ室Ａ内に２つの同形の断
面形状のルーツロータ１０１，１０２が２本の回転軸１
０３，１０４にそれぞれ取り付けられ、ロータ同士、ロ
ータとハウジング内壁面とが僅かな隙間を保ちながら互
いに接触することなく逆方向に回転する。これにより、
ルーツロータとハウジング内壁面とで囲まれた空間内の
気体がハウジングの排出口１０５まで導かれ、該排出口
１０５から排出される。

【０００３】また、多段式のルーツ型ドライポンプは、
図１１に示すように、ハウジング内に複数のポンプ室Ａ
が形成され、これらのポンプ室Ａは図示せぬ連絡通路に
よって直列的に連通されている。各ポンプ室内にはそれ
ぞれ２つのルーツロータ１０１，１０２が収容されてい
る。２つのルーツロータ１０１，１０２のそれぞれの回
転軸１０３，１０４の端部（図示左端）には、タイミン
グギア１０６ａ，１０６ｂが回転軸１０３，１０４と同
軸的に取り付けられており、各々のタイミングギア１０
６ａ，１０６ｂは互いに噛み合わされている。

【０００４】そして、モータＭからの回転出力が一方の
タイミングギア１０６ａに伝達されることにより該タイ
ミングギア１０６ａが回転すると、噛み合いによりもう
一方のタイミングギア１０６ｂも回転する。これによ
り、両タイミングギア１０６ａ，１０６ｂが互いに逆方
向に回転し、各タイミングギア１０６ａ，１０６ｂが連
結している回転軸１０３，１０４及び該各回転軸１０
３，１０４に取り付けられている各ポンプ室内のルーツ
ロータ１０１，１０２も互いに逆回転する。このような
ルーツロータの回転駆動によって、気体が各ポンプ室へ
と吸い込まれ、各ポンプ室で気体を圧縮して排出し、排
出された気体は次のポンプ室に導かれる。したがって、
一方のポンプ室を排気対象空間に連通すれば、その排気
対象空間を真空空間若しくは減圧空間とすることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】多段式ルーツ型ポンプ
において、各ポンプ室では、前述したように気体が圧縮
されるために、圧縮熱が発生する。発生した圧縮熱は、
まずルーツロータ及び回転軸に伝わり、該ルーツロータ
及び回転軸が温度上昇する。圧縮熱はまたハウジングに
も伝わってハウジングの温度を上昇させる。

【０００６】ハウジングは外表面が大気に開放されてい
るために、伝達された圧縮熱を外表面から大気に放熱し
たり、さらには外部から冷却水などによって冷却したり
して温度上昇を抑えることができる。しかし、ルーツロ
ータ及び回転軸はポンプ室内部に配設されており、該ポ
ンプ室は真空若しくは減圧空間であるので、放熱量がハ
ウジングに比べて少なく、ハウジングよりも温度上昇の
度合いが大きくなる。つまり、圧縮熱による温度上昇が
高くなればなるほど、ルーツロータ及び回転軸と、ハウ
ジングの温度差が大きくなる。この場合において、材質
の熱膨張は温度に比例するから、回転軸とハウジングは
高温になるほど熱膨張の差が大きくなる。したがって、
ポンプの作動初期段階などの比較的温度上昇が少ない時
点ではルーツロータとハウジングとの間に適当な隙間を
保って作動していても、時間が経過していくにつれて圧
縮熱によりハウジングと回転軸の温度が上昇し、回転軸
とハウジングとの熱膨張の差のために隙間がなくなって
くる。多段式ルーツ型ポンプの場合、単段式ルーツ型ポ
ンプに比べて回転軸が長いため、さらに熱膨張の差が大
きくなり、最終的にはハウジングと高速回転しているル
ーツロータとが干渉し、ルーツポンプの破損につながる
恐れがある。もし干渉を防ぐためにハウジングとルーツ
ロータ間の全ての隙間を大きくするならば、その隙間か
ら気体の漏れや逆流の発生が大きくなり、ポンプ効率が
極めて低くなる。

【０００７】ゆえに、本発明は、上記実情に鑑みてなさ
れたものであり、多段式ルーツ型ポンプにおいて、ポン
プ効率を低下させることなく熱膨張によるルーツロータ
とハウジングとの干渉を防止することを技術的課題とす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために成された請求項１の発明は、内部に複数のポン
プ室が形成されたハウジングと、駆動源に連結されると
ともに前記複数のポンプ室内に延在した回転軸と、前記
複数の各ポンプ室内に収容され前記回転軸と同軸回転可
能に該回転軸に連結されたルーツロータとを有するルー
ツ型ポンプにおいて、前記回転軸の線膨張率が前記ハウ
ジングの線膨張率よりも小さいことを特徴とする多段式
ルーツ型ポンプとすることである。

【０００９】上記請求項１の発明によれば、回転軸の線
膨張率をハウジングの線膨張率よりも小さくしたので、
同一温度における、熱膨張による回転軸の伸び量が、熱
膨張によるハウジングの伸び量よりも少なくなる。この
ため回転軸の伸び量がハウジングの伸び量を上回ってル
ーツロータがハウジングに干渉することを防止できる。

【００１０】また、請求項２の発明は、前記回転軸の線
膨張率をα₁（／Ｋ）、前記ハウジングの線膨張率をα₂
（／Ｋ）、前記ルーツロータ非回転時の前記回転軸及び
前記ハウジングの温度をＴ₀（Ｋ）、前記ルーツロータ
回転時の前記回転軸の温度をＴ₁（Ｋ）、前記ルーツロ
ータ回転時の前記ハウジングの温度をＴ₂（Ｋ）とする
と、前記回転軸の線膨張率α₁と前記ハウジングの線膨
張率α₂との比α₂／α₁は、次式、 α₂／α₁＝（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀） を満たすことを特徴としている。

【００１１】上記請求項２の発明によれば、回転軸とハ
ウジングとの線膨張率の比（α₂／α₁）を、ハウジング
の温度上昇量（Ｔ₂−Ｔ₀）と回転軸の温度上昇量（Ｔ₁
−Ｔ ₀）との比と等しくしたので、回転軸とハウジング
との温度上昇の差に基づく熱膨張量の差が見かけ上なく
なる。このため、熱膨張による回転軸の伸び量とハウジ
ングの伸び量とが等しくなり、伸び量の差に起因してル
ーツロータがハウジングに干渉することをより確実に防
止できる。

【００１２】また、請求項３の発明は、前記回転軸の線
膨張率をα₁（／Ｋ）、前記ハウジングの線膨張率をα₂
（／Ｋ）、前記ルーツロータ非回転時の前記回転軸及び
前記ハウジングの温度をＴ₀（Ｋ）、前記ルーツロータ
回転時の前記回転軸の温度をＴ₁（Ｋ）、前記ルーツロ
ータ回転時の前記ハウジングの温度をＴ₂（Ｋ）とする
と、前記回転軸の線膨張率α₁と前記ハウジングの線膨
張率α₂との比α₂／α₁は、次式、 １＋１０／（Ｔ₂−Ｔ₀）＜（α₂／α₁）＜１＋８０／
（Ｔ₂−Ｔ₀） の範囲内であることを特徴としている。

【００１３】上記請求項３の発明によれば、回転軸とハ
ウジングとの線膨張率の比（α₂／α₁）を上記範囲とな
るようにしたので、回転軸とハウジングとの温度上昇の
差が１０Ｋ〜８０Ｋの場合において、熱膨張による回転
軸の伸び量とハウジングの伸び量とが等しくなり、伸び
量の差に起因してルーツロータがハウジングに干渉する
ことをより確実に防止できる。

【００１４】また、請求項４の発明は、前記回転軸の材
質をＡ、前記ハウジングの材質をＢとすると、前記Ａと
前記Ｂとの組合せ（Ａ、Ｂ）は、（Ａ，Ｂ）＝（ＮｉＣ
ｏ合金、Ｎｉ合金）、（ニレジスト系鋳物、ニレジスト
系鋳物）、（ニレジスト系鋳物、セラミック）、（鉄、
ステンレス）、（鉄、セラミック）、（黄銅、アルミニ
ウム）、（鉄、アルミニウム）のいずれかであり、か
つ、前記Ａの線膨張率が前記Ｂの線膨張率よりも小さい
ことを特徴としている。

【００１５】尚、上記組合せのうち、ＮｉＣｏ合金、Ｎ
ｉ合金、ニレジスト系鋳物、セラミック系の材質を回転
軸又はハウジングに使用する場合には、これらの材質の
膨張率が小さいので、各部のクリアランスをより小さく
設定でき、請求項１の発明の効果に加え、ポンプの効率
化の向上が望める。

【００１６】また、Ｎｉ合金系、ニレジスト系鋳物、ス
テンレス系、セラミック系の材質は、耐食性が高いの
で、これらの材質を回転軸又はハウジングに使用するこ
とにより、請求項１の効果に加え、耐食性向上という効
果が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面を参照して説明する。

【００１８】（第１実施形態例）図１は、本例における
ルーツ型ドライポンプの断面図、図２は図１におけるII
―II断面図、図３は図１におけるIII―III断面図、図４
は図１におけるIV―IV断面図、図５は図１におけるV―V
断面図である。

【００１９】図１において、ルーツ型ドライポンプ1
は、ハウジング部材２を備える。本例においてハウジン
グ部材２は、ポンプハウジング２１と、駆動側ハウジン
グ２２とに分けられている。

【００２０】ポンプハウジング２１はさらに上部側ハウ
ジング２１１と下部側ハウジング２１２とに分割されて
おり、両者が連結されることによって、内部に第１ポン
プ室３１、第２ポンプ室３２、第３ポンプ室３３、第４
ポンプ室３４の４つのポンプ室が形成される。尚、図２
は、第１ポンプ室３１の、図３は第２ポンプ室３２の、
図４は第３ポンプ室３３の、図５は第４ポンプ室３４
の、断面をそれぞれ示す図である。

【００２１】駆動側ハウジング２２は、図１のルーツ型
ドライポンプ１において右側に取り付けられており、そ
の内部にはギア室３５が形成されている。従って、ハウ
ジング部材２は、その内部にポンプ室３１，３２，３
３，３４及びギア室３５が形成されている。

【００２２】尚、本例においては、ハウジング部材２を
ポンプハウジング２１と駆動側ハウジング２２とに分け
てあるが、これらのハウジングが一体となっていても良
い。

【００２３】ポンプハウジング２１と駆動側ハウジング
２２との間には、仕切り壁部材としての第１のサイドカ
バー４１が配置され、該第１のサイドカバー４１によっ
て両ハウジング２１、２２が画成されている。第１のサ
イドカバー４は平板状の部材であり、その略中央部分に
は、ギア室３５から第４ポンプ室３４にかけて貫通した
２つの貫通孔が形成されている。

【００２４】図６は、図１におけるＡ方向矢視図であ
る。図に示すように、ギア室３５内には、駆動側タイミ
ングギア５１（駆動ギア）と従動側タイミングギア５２
（従動ギア）とが収容されている。駆動側タイミングギ
ア５１の回転中心には駆動回転軸６１が取り付けられて
おり、また従動側タイミングギア５２の回転中心には従
動回転軸６２が取り付けられている。そして、両タイミ
ングギア５１，５２が噛み合うように、両タイミングギ
ア５１，５２及び両回転軸６１，６２の位置が設定され
ている。

【００２５】図２乃至図５に示すように、第１ポンプ室
３１内には、第１駆動ルーツロータ３１１及び第１従動
ルーツロータ３１２が、第２ポンプ室３２内には第２駆
動ルーツロータ３２１及び第２従動ルーツロータ３２２
が、第３ポンプ室３３内には第３駆動ルーツロータ３３
１及び第３従動ルーツロータ３３２が、第４ポンプ室３
４内には第４駆動ルーツロータ３４１及び第４従動ルー
ツロータ３４２が、それぞれ収容されている。本例にお
いては、各ルーツロータを、スーパーチャージャー等に
用いられる２葉ロータとしたが、本発明はこれに限定さ
れず、３葉ロータでも４葉ロータでも良い。

【００２６】各駆動ルーツロータ３１１，３２１，３３
１，３４１は、その回転中心に駆動回転軸６１が取り付
けられている。従って、駆動回転軸６１が回転すると、
各駆動ルーツロータ３１１，３２１，３３１，３４１は
各ポンプ室３１，３２，３３，３４内を駆動回転軸６１
と同軸的に回転する。また、各従動ルーツロータ３１
２，３２２，３３２，３４２は、その回転中心に従動回
転軸６２が取り付けられている。従って、従動回転軸６
２が回転すると、各従動ルーツロータ３１２，３２２，
３３２，３４２は各ポンプ室３１，３２，３３，３４内
を従動回転軸６２と同軸的に回転する。

【００２７】図７は、図１におけるＢ−Ｂ部分断面図で
ある。図７に示すように、第１のサイドカバー４１に
は、第１駆動側貫通孔４１１及び第１従動側貫通孔４１
２の２つの貫通孔が設けられている。駆動回転軸６１は
第１駆動側貫通孔４１１に挿通し、該第１駆動側貫通孔
４１１を境にその一側がギア室３５内に延在して該ギア
室３５内に収容されている駆動側タイミングギア５１に
同軸的に連結され、その他側が各ポンプ室３１，３２，
３３，３４内に延在して該各ポンプ室３１，３２，３
３，３４内に収容されている駆動ルーツロータ３１１，
３２１，３３１，３４１に同軸的に連結されている。ま
た、従動回転軸６２は第１従動側貫通孔４１２に挿通
し、該第１従動側貫通孔４１２を境にその一側がギア室
３５内に延在して該ギア室３５内に収容されている従動
側タイミングギア５２に同軸的に連結され、その他側が
各ポンプ室３１，３２，３３，３４内に延在して該各ポ
ンプ室３１，３２，３３，３４内に収容されている従動
ルーツロータ３１２，３２２，３３２，３４２に同軸的
に連結されている。このようにして、各駆動ルーツロー
タ３１１，３２１，３３１，３４２が駆動回転軸６１に
よって串刺し状に連結され、各従動ルーツロータ３１
２，３２２，３３２，３４２が従動回転軸６２によって
串刺し状に連結されている。

【００２８】ルーツ型ドライポンプ１の図１示左側には
モータ７が取り付けられている。モータ７とポンプハウ
ジング２１との間には、第２のサイドカバー４２が取り
付けられている。第２のサイドカバー４２には、第１ポ
ンプ室３１からモータ７内の空間にかけて第２駆動側貫
通孔４２１と第２従動側孔４２２とが形成されている。
駆動回転軸６１は第２駆動側貫通孔４２１を挿通してモ
ータ７内の出力軸に連結されている。従動回転軸６２は
第２従動側孔４２２を挿通し、自由端とされている。

【００２９】また、第１のサイドカバー４１に形成され
た第１駆動側貫通孔４１１と第２のサイドカバー４２に
形成された第２駆動側貫通孔４２１の周囲には、それぞ
れベアリング７１、７３が取り付けられている。これら
のベアリング７１，７３によって、駆動回転軸６１が回
転可能に軸支されている。また、第１のサイドカバー４
１に形成された第１従動側貫通孔４１２と第２のサイド
カバー４２に形成された第２従動側孔４２２の周囲に
は、それぞれベアリング７２，７４が取り付けられてい
る。これらのベアリング７２，７４によって、従動回転
軸６２が回転可能に軸支されている。

【００３０】図２に示すように、第１ポンプ室３１の図
示上部には、該第１ポンプ室３１に連通した第１気体流
入通路３１３が形成されている。この第１気体流入通路
３１３には、排気対象空間が接続される。排気対象空間
の例としては、ＣＶＤ等の手法により半導体薄膜を製造
する過程において減圧雰囲気が必要な空間や、熱の伝達
を遮断する断熱真空空間などが挙げられが、本発明にお
いては排気対象空間は真空空間や減圧空間に限定されな
い。流入気体を圧送するといったポンプの機能を果たし
さえすれば、どのようなものに接続しても良い。

【００３１】第１ポンプ室３１の図示下部、すなわち第
１気体流入通路３１３と対面する部分には、第１排出室
３１４が形成され、該第１排出室は連通路３１６で第１
ポンプ室３１に連通している。

【００３２】図３に示すように、第２ポンプ室３２の図
示上部には第２流入室３２３が形成され、該第２流入室
３２３は連通路３２５で第２ポンプ室３２に連通してい
る。また、第２ポンプ室３２の図示下部には第２排出室
３２４が形成され、該第２排出室３２４は連通路３２６
で第２ポンプ室３２に連通している。

【００３３】図４に示すように、第３ポンプ室３３の図
示上部には第３流入室３３３が形成され、該第３流入室
３３３は連通路３３５で第３ポンプ室３３に連通してい
る。また、第３ポンプ室３３の図示下部には第３排出室
３３４が形成され、該第３排出室３３４は連通路３３６
で第３ポンプ室３３に連通している。

【００３４】図５に示すように、第４ポンプ室３４の図
示上部には第４流入室３４３が形成され、該第４流入室
３４３は連通路３４５で第４ポンプ室３４に連通してい
る。また、第４ポンプ室３４の図示下部には第４排出通
路３４４が連通している。この第４排出通路３４４は、
例えば大気開放される。

【００３５】第１排出室３１４と第２流入室３２３とは
第１−２連絡通路３５１で接続され、第２排出室３２４
と第３流入室３３３とは第２−３連絡通路３５２で接続
され、第３排出室３３４と第４流入室３４３とは第３−
４連絡通路３５３で接続されている。各連絡通路３５
１，３５２，３５３は、図３、図４、図５に示すように
各排出室３１４，３２３，３３４から図示左右両側に楕
円を描くように延びて次のポンプ室の流入室に近づき、
該次の流入室で合流するようにハウジング内に形成され
ている。

【００３６】図１に示すように、ギア室３５内には潤滑
オイル８が封入されている。この潤滑オイル８は、駆動
側タイミングギア５１と従動側タイミングギア５２が各
々噛み合い駆動するときの磨耗や、噛み合う際の発熱を
抑えるためのものであり、一般的には、フッ素系潤滑材
などが用いられる。

【００３７】上記構成のルーツ型ドライポンプ１におい
て、モータ７が駆動すると、該モータの出力軸に連結さ
れた駆動回転軸６１が所定方向周り（例えば反時計回
り）に回転する。駆動回転軸６１には、各ポンプ室に収
容された駆動ルーツロータが連結されているので、各駆
動側ルーツロータは、各ポンプ室内で、駆動回転軸６１
と同軸的に所定方向回り（例えば反時計回り）に回転す
る。

【００３８】また、駆動回転軸６１はその一端部に駆動
側タイミングギア５１が連結され、この駆動側タイミン
グギア５１は従動側タイミングギア５２に噛み合わされ
ているので、駆動回転軸６１の回転力が駆動側タイミン
グギア５１から従動側タイミングギア５２に伝達され
る。このとき、ギアの噛み合いにより回転方向が反転さ
れ、従動側タイミングギア５２は駆動側タイミングギア
５１とは反対の反所定方向回り（例えば時計回り）に回
転する。

【００３９】従動側タイミングギア５２には、従動回転
軸６２の一端が連結されているので、従動回転軸６２は
従動側タイミングギア５２の回転力が伝達され、従動回
転軸６２が反所定方向周り（例えば時計回り）に回転す
る。従動回転軸６２には、各ポンプ室に収容された従動
ルーツロータが連結されているので、各従動ルーツロー
タは、各ポンプ室内で、従動回転軸６２と同軸的に反所
定方向周り（例えば時計回り）に回転する。

【００４０】従って、各ポンプ室内では、駆動ルーツロ
ータと従動ルーツロータとは互いに反対方向に回転す
る。この回転により、各ポンプ室上部の流入室又は流入
通路にある気体は、駆動ルーツロータとポンプ室内壁又
は従動ルーツロータとポンプ室内壁との間の空間に挟ま
れ、ポンプ室の内壁に沿って掻き出されて同ポンプ室下
側の排出室又は排出通路に圧送される。

【００４１】よって、排気対象空間に接続している第１
流入通路３１３側の気体はまず第１ポンプ室３１に入
り、第１ポンプ室３１の駆動及び従動ルーツロータ３１
１，３１２の回転によって掻き出されて第１排出室３１
４に圧送され、そこから第１−２連絡通路３５１を伝わ
って第２流入室３２３に入る。第２流入室３２３に入っ
た気体は第２ポンプ室３２に入り、該第２ポンプ室３２
の駆動及び従動ルーツロータ３２１，３２２の回転によ
って掻き出されて第２排出室３２４に圧送され、そこか
ら第２−３連絡通路３５２を伝わって第３流入室３３３
に入る。第３流入室３３３に入った気体は第３ポンプ室
３３に入り、該第３ポンプ室３３の駆動及び従動ルーツ
ロータ３３１、３３２の回転によって掻き出されて第３
排出室３３４に圧送され、そこから第３−４連通路３５
３を伝わって第４流入室３４３に入る。第４流入室３４
３に入った気体は第４ポンプ室３４に入り、該第４ポン
プ室３４の駆動及び従動ルーツロータ３４１，３４２に
よって掻き出されて第４排出通路３４４に圧送される。
第４排出通路３４４に圧送された気体は、そこから外
部、例えば第４排出通路３４４が大気開放してあれば、
大気中に放出される。

【００４２】排気対象空間に減圧が必要な空間を接続し
ておいた場合、上記のような流れによって排気対象空間
内の気体が外部に放出され、排気対象空間を減圧状態と
することができる。

【００４３】多段式ルーツ型ポンプにおいて、各ポンプ
室では、前述したように気体が圧縮されるために、圧縮
熱が発生する。発生した圧縮熱は、まず駆動及び従動ル
ーツロータ３１１，３１２，３２１，３２２，３３１，
３３２，３４１，３４２及び駆動及び従動回転軸６１，
６２に伝わり、該ルーツロータ及び回転軸が温度上昇す
る。圧縮熱はまたハウジング、特に本例ではポンプハウ
ジング２１にも伝わってポンプハウジング２１の温度を
上昇させる。

【００４４】ポンプハウジング２１は外表面が大気に開
放されているために、伝達された圧縮熱を外表面から大
気に放熱したり、さらには外部から冷却水などによって
冷却したりして温度上昇を抑えることができる。しか
し、ルーツロータ及び回転軸は各ポンプ室内部に配設さ
れており、該ポンプ室は真空若しくは減圧空間であるの
で、放熱量がポンプハウジング２１に比べて少なく、よ
ってポンプハウジング２１よりもルーツロータ、回転軸
の温度上昇の度合いが大きくなる。つまり、圧縮熱によ
る温度上昇が高くなればなるほど、ルーツロータ及び回
転軸と、ポンプハウジングの温度差が大きくなる。この
場合において、材質の熱膨張は温度に比例するから、回
転軸とハウジングは高温になるほど熱膨張の差が大きく
なる。また、図８に示すように、各ルーツロータ３１
１，３１２，３２１，３２２，３３１，３３２，３４
１，３４２とポンプハウジングの各ポンプ室３１，３
２，３３，３４の内壁との間には、ルーツロータがポン
プハウジングに非接触で回転するため回転軸６１，６２
の軸方向に軸方向隙間Ｓが形成されている。したがっ
て、ポンプの作動初期段階などの比較的温度上昇が少な
い時点ではルーツロータとハウジングとの間に適当な軸
方向隙間Ｓを保って作動していても、時間が経過してい
くにつれて圧縮熱によりハウジングと回転軸の温度が上
昇し、回転軸とハウジングとの熱膨張の差のために軸方
向隙間Ｓがなくなってくる。多段式ルーツ型ポンプの場
合、単段式ルーツ型ポンプに比べて回転軸が長いため、
さらに熱膨張の差が大きくなり、最終的には隙間Sが０
となり、ハウジングのポンプ室内壁と回転軸に軸支され
て高速回転しているルーツロータとが干渉し、ルーツポ
ンプの破損につながる恐れがある。

【００４５】そこで、本例においては、回転軸とハウジ
ングの線膨張率の関係が以下のようになるよう、両者の
材質を決定する。一般に、回転軸とハウジングの温度
と、ロータ回転数の関係は図９のようになる。回転数が
高くなるに従い、回転軸（ルーツロータを含む）、ハウ
ジングの温度は上昇していくが、前述したようにハウジ
ングより回転軸のほうが温度上昇量は大きい。したがっ
て、任意の回転数ｒ（例えば５０００ＲＰＭ）での回転
軸の温度Ｔ₁と、ハウジングの温度Ｔ₂の大小関係は、 Ｔ₁＞Ｔ₂・・・（１） である。また、回転軸におけるポンプの停止時の温度Ｔ
₀から任意の回転数ｒでの温度Ｔ₁までの温度上昇量Ｔ₁
−Ｔ₀と、ハウジングにおけるポンプの停止時の温度Ｔ₀
から任意の回転数ｒでの温度Ｔ₂までの温度上昇量Ｔ₂−
Ｔ₀との比率（Ｔ ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀）はほぼ一定で
ある。

【００４６】（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀）＝ａ 回転軸の材質の線膨張率をα₁、ハウジングの材質の線
膨張率をα₂、回転軸とハウジング共通の基準となる一
定の長さ（例えば左右の軸受け間のピッチ）をＬ₁とす
ると、任意の回転数ｒでの回転軸の伸びΔＬ_Kとハウジ
ングの伸びΔＬ_Hはそれぞれ、 ΔＬ_K＝Ｌ₁（Ｔ₁−Ｔ₀）α₁ ΔＬ_H＝Ｌ₁（Ｔ₂−Ｔ₀）α₂ で表される。温度上昇が起こっても、回転軸とハウジン
グの伸びを等しくすれば、ハウジングとルーツロータと
の隙間は変わらないから、ΔＬ_K＝ΔＬ_Hとするのがよ
い。よって、 Ｌ₁（Ｔ₁−Ｔ₀）α₁＝Ｌ₁（Ｔ₂−Ｔ₀）α₂ 上記式から、 α₂／α₁＝（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀）＝ａ・・・（２） となる。また、上記式（１）より、 Ｔ₁−Ｔ₀＞Ｔ₂−Ｔ₀・・・（３） であるから、式（２）及び式（３）より、 α₂／α₁＝（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀）＞１・・・（４） よって、 α₂＞α₁・・・（５） となる。

【００４７】即ち、式（４）及び式（５）より、駆動及
び従動回転軸６１，６２の材質の線膨張率α₁をポンプ
ハウジング２１の材質の線膨張率α₂より小さくし、両
者の比（α₂／α₁）を、任意の回転数でのハウジングの
温度上昇量（Ｔ₂−Ｔ₀）と回転軸の温度上昇量（Ｔ₁−
Ｔ₀）の比（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀）と等しくすれ
ば、ルーツポンプの温度が上昇しても、両者の膨張量は
等しくなり、ルーツロータとポンプハウジングとの軸方
向隙間Ｓが変化することはない。

【００４８】一般的にルーツポンプ１が定常回転してい
るときに、回転軸６１，６２の温度とポンプハウジング
２１の温度との差ΔＴは、１０〜８０Ｋ程度となる。Δ
Ｔ＝１０Ｋのときは、Ｔ₁−Ｔ₂＝１０であるので、上記
式（４）にＴ₁＝１０＋Ｔ₂を代入して、 α₂／α₁＝１＋１０／（Ｔ₂−Ｔ₀） となる。また、ΔＴ＝８０Ｋのときは、Ｔ₁−Ｔ₂＝８０
であるので、上記式４にＴ₁＝８０＋Ｔ₂を代入して、 α₂／α₁＝１＋８０（Ｔ₂−Ｔ₀） となる。したがって、α₂／α₁の好ましい範囲として、 １＋１０／（Ｔ₂−Ｔ₀）＜（α₂／α₁）＜１＋８０／
（Ｔ₂−Ｔ₀） が導かれる。この範囲となるようにα₁とα₂を決定すれ
ば、ΔＴが１０〜８０Ｋの範囲において、軸方向隙間Ｓ
がなくなってルーツロータとハウジングとが干渉するこ
とはない。この場合において仮にＴ₀＝３００Ｋ、Ｔ₂＝
３５０Ｋとすると、Ｔ₂−Ｔ₀＝５０Ｋであるので、 １．２＜α₂／α₁＜２.６ となる。また仮にＴ₀＝２７３Ｋ、Ｔ₂＝４７３Ｋとする
と、Ｔ₂−Ｔ₀＝２００Ｋであるので、 １．０５＜α₂／α₁＜１.４ となる。また仮にＴ₀＝３５０Ｋ、Ｔ₂＝３７０Ｋとする
と、Ｔ₂−Ｔ₀＝２０Ｋであるので、 １．５＜α₂／α₁＜５ となる。

【００４９】また、回転軸とポンプハウジングの材質の
代表的な組合せは、（回転軸の材質、ポンプハウジング
の材質）＝（鉄、アルミニウム）、（インバー系のＮｉ
Ｃｏ合金、インバー系のＮｉ合金）、（ニレジスト系鋳
物、ニレジスト系鋳物）、（鉄、ステンレス）、（ニレ
ジスト、セラミック）、（鉄、セラミック）、（黄銅、
アルミニウム）等が挙げられる。特に、真空ポンプとし
て耐食性が要求される場合には、Ｎｉ合金系、ニレジス
ト鋳物系、ステンレス系、セラミック系の材質を回転軸
又はポンプハウジングに使用するのが良い。また、回転
軸やルーツロータとポンプハウジングとのクリアランス
をできるだけ小さく設定してポンプ効率を向上させるた
めには、低膨張率であるインバー系のＮｉ合金、ニレジ
スト鋳物、セラミックなどの材質を回転軸又はポンプハ
ウジングに使用するのが良い。

【００５０】尚、本例では４段の多段式ルーツ型ポンプ
について述べたが、２段以上の全ての多段式ルーツ型ポ
ンプに適用できる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、多段式ルーツ型ポンプ
において、ポンプ効率を低下させることなく熱膨張によ
るルーツロータとハウジングとの干渉を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における、ルーツ型ドライポ
ンプの部分縦断面図である。

【図２】図１におけるII―II断面図である。

【図３】図１におけるIII―III断面図である。

【図４】図１におけるIV―IV断面図である。

【図５】図１におけるV―V断面図である。

【図６】図１におけるＡ方向矢視図である。

【図７】図１のＢ−Ｂ部分断面図である。

【図８】本発明の実施の形態における、ルーツロータと
ハウジングのポンプ室内壁との間の軸方向隙間を示す図
である。

【図９】回転軸とハウジングの、温度とルーツロータ回
転数の関係を示すグラフであり、横軸はルーツロータの
回転数、縦軸は温度である。

【図１０】従来技術におけるルーツ型ポンプの横断面図
である。

【図１１】従来技術における多段式ルーツ型ポンプの縦
断面図である。

【符号の説明】

１・・・ルーツ型ドライポンプ ２・・・ハウジング部材、２１・・・ポンプハウジン
グ、 ２２・・・駆動側ハウジング ３１・・・第１ポンプ室、 ３２・・・第２ポンプ室、
３３・・・第３ポンプ室、 ３４・・・第４ポンプ
室、 ３５・・・ギア室 ３１１・・・第１駆動側ルーツロータ、 ３１２・・・
第１駆動ルーツロータ ３２１・・・第２駆動側ルーツロータ、 ３２２・・・
第２駆動ルーツロータ ３３１・・・第３駆動側ルーツロータ、 ３３２・・・
第３駆動ルーツロータ ３４１・・・第４駆動側ルーツロータ、 ３４２・・・
第４駆動ルーツロータ ４１・・・第１のサイドカバー（仕切り壁部材）、 ４
１１・・・駆動側貫通孔、 ４１２・・・従動側貫通孔 ５１・・・駆動側タイミングギア（駆動ギア）、 ５２
・・・従動側タイミングギア（従動ギア） ６１・・・駆動回転軸、 ６２・・・従動回転軸 ８・・・潤滑オイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に複数のポンプ室が形成されたハウ
   ジングと、駆動源に連結されるとともに前記複数のポン
   プ室内に延在した回転軸と、前記複数の各ポンプ室内に
   収容され前記回転軸と同軸回転可能に該回転軸に連結さ
   れたルーツロータとを有するルーツ型ポンプにおいて、 前記回転軸の線膨張率が前記ハウジングの線膨張率より
   も小さいことを特徴とする多段式ルーツ型ポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記回転軸の線膨張率をα₁（／Ｋ）、前記ハウジング
   の線膨張率をα₂（／Ｋ）、前記ルーツロータ非回転時
   の前記回転軸及び前記ハウジングの温度をＴ₀（Ｋ）、
   前記ルーツロータ回転時の前記回転軸の温度をＴ
   ₁（Ｋ）、前記ルーツロータ回転時の前記ハウジングの
   温度をＴ₂（Ｋ）とすると、前記回転軸の線膨張率α₁と
   前記ハウジングの線膨張率α₂との比α₂／α₁は、次
   式、 α₂／α₁＝（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀） を満たすことを特徴とする多段式ルーツ型ポンプ。
3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれか１項におい
   て、 前記回転軸の線膨張率をα₁（／Ｋ）、前記ハウジング
   の線膨張率をα₂（／Ｋ）、前記ルーツロータ非回転時
   の前記回転軸及び前記ハウジングの温度をＴ₀（Ｋ）、
   前記ルーツロータ回転時の前記回転軸の温度をＴ
   ₁（Ｋ）、前記ルーツロータ回転時の前記ハウジングの
   温度をＴ₂（Ｋ）とすると、前記回転軸の線膨張率α₁と
   前記ハウジングの線膨張率α₂との比α₂／α₁は、次
   式、 １＋１０／（Ｔ₂−Ｔ₀）＜（α₂／α₁）＜１＋８０／
   （Ｔ₂−Ｔ₀） の範囲内であることを特徴とする多段式ルーツ型ポン
   プ。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記回転軸の材質をＡ、前記ハウジングの材質をＢとす
   ると、前記Ａと前記Ｂとの組合せ（Ａ、Ｂ）は、（Ａ，
   Ｂ）＝（ＮｉＣｏ合金、Ｎｉ合金）、（ニレジスト系鋳
   物、ニレジスト系鋳物）、（ニレジスト系鋳物、セラミ
   ック）、（鉄、ステンレス）、（鉄、セラミック）、
   （黄銅、アルミニウム）、（鉄、アルミニウム）のいず
   れかであり、かつ、前記Ａの線膨張率が前記Ｂの線膨張
   率よりも小さいことを特徴とする多段式ルーツ型ポン
   プ。