JP2933352B2 - 多段ルーツ型真空ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ルーツ型真空ポンプの複数を直列に接続
し各ロータを共通の軸で駆動するようにした多段ルーツ
型真空ポンプの性能の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来の多段ルーツ型真空ポンプの一般的な構成は第７
図に示すようになっている。同図において、１は１段目
のロータ、２は２番目のロータ、３は３番目のロータで
あり、いずれも３葉のロータである。ロータ１、２、３
は共通の駆動軸４に設けられており、タイミングギヤ５
を介して駆動される駆動軸４に平行な従動軸（図示せ
ず）に設けられた第１、第２、第３段目の各ロータ（図
示せず）が前記駆動軸４の設けたロータと協働して排気
動作する。その排気は、吸気口６から１段目のロータ１
が吸気して排気通路７へ排気し、排気通路７から２段目
のロータ２が吸気して排気通路８へ排気し、排気通路８
から３段目のロータが吸気して排気通路９へ排気し、排
気通路９は排気口10に連通しており外界へ排気するよう
に行われる。図における11は駆動モータで駆動軸４に軸
継手20で結合されている。12は軸受、13、14、15は軸封
部、16、17は油溜、18、19はスリンガーであり、これら
は従動軸にも同様に設けてある。以上は３段ルーツ真空
ポンプであるが、このほかに５段、６段のものがある。
いずれにしても従来の多段ルーツ真空ポンプは、そのロ
ータに３葉ロータが使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般にルーツ真空ポンプは、ロータ間及びロータとケ
ーシングの間の隙間をできるだけ微小に保ちながら運転
することが、高性能なポンプを実現することになる。こ
の微小な隙間は多段ルーツ真空ポンプにおいても同じで
あり、自ずと限界がある。従来はロータとして３葉ロー
タを用いてあるが、その根拠は必ずしも明確な理由が認
められない。多段ルーツ真空ポンプは各段で最高の圧縮
比が得られるようにすることで真空ポンプとしての到達
真空度の点で性能が高くなる。そこで、３葉ロータは２
葉ロータや４葉ロータに比べて全圧力領域で常に最高の
圧縮比が得られるものであるかどうかを検討してみる
と、第８図に示すような結果が得られた。すなわち、同
じ排気速度（設計排気速度1760/min）のルーツ真空ポ
ンプのロータが２葉のもの、３葉のもの、４葉のもので
は、使用する圧力領域において（実験では排気口側の圧
力を別の補助ポンプとリーク弁で変化させた）、圧縮比
に優劣が認められ、３葉ロータは、中真空領域で多のも
のよりも高圧縮比が得られるが、高真空領域では２葉ロ
ータの方が優れており、低真空領域では４葉ロータの方
が優れている。

また、従来の多段ルーツ真空ポンプのロータを囲むポ
ンプ室は第７図に見られるように、吸気口６に接続する
１段目の第１ポンプ室が左方端に配置され、順次右方へ
２段目の第２ポンプ室、３段目の第３ポンプ室となって
いる。この配置は、油溜17が最も高真空となる１段目の
ポンプ室に近く、軸封部15、スリンガー19によって隔離
されてはいるが、軸封部15の損傷により第１ポンプ室に
油が流入し易く、従って吸気口６の側へ油が逆流し易い
点で問題がある。

この発明は、上述したようなことから、多段ルーツ真
空ポンプにおいて、到達真空度をより高くすること、そ
して吸気口側への油の逆流のおそれをなくすことを課題
とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明は、複数の多段ルーツ真空ポンプの各ロー
タを共通の駆動軸及び従動軸に設けて各真空ポンプが直
列に接続された状態となるように排気通路により接続し
た多段ルーツ型真空ポンプにおいて、高真空側の真空ポ
ンプから低真空側の真空ポンプに至るに従ってロータの
葉数が少ない方から多い方へ変化するように決められて
いることを特徴とする。

第２の発明は、前記第１の発明の手段に加えて、上記
真空ポンプの配列が、高真空側の真空ポンプの両側に他
の真空ポンプが位置した構成であることを特徴とする。

〔作用〕

第１の発明は次のような考え方に従うものである。単
一のロータを有するルーツ型真空ポンプは、そのロータ
の葉数が２葉、３葉、４葉と変化することによって、同
一設計排気速度のものでも排出側圧力に対する圧縮比が
異なる特性となる。これは実験によって確かめたことで
ある。その傾向は、排出側圧力の高い領域では葉数の多
い方、すなわち２葉よりも３葉、３葉よりも４葉のロー
タの真空ポンプの方が圧縮比が高く、排出側圧力の低い
領域では葉数の少ない方、すなわち４葉よりも３葉、３
葉よりも２葉のロータの真空ポンプの方が圧縮比が高
く、そして排出側圧力で中間程度では中間の葉数、すな
わち３葉のロータの真空ポンプの圧縮比が高い。その差
は必ずしも大きくはないが、その差に注目して多段ルー
ツ型真空ポンプにおける各段の真空ポンプに適用すれ
ば、結果として性能が相当に改良される。すなわち、ル
ーツ型真空ポンプで圧縮比が大きいことは排気速度及び
到達真空度の点で優れたものとなるのであり、多段ルー
ツ型真空ポンプでは各段に少しでも圧縮比の大きいもの
を用いることで全体の性能が大きく向上する。第１の発
明は、ロータの葉数を高真空側の真空ポンプから低真空
側の真空ポンプに至るに従って少ない方から多い方へ変
化するように決めてあるから、少なくとも葉数が各段で
同じである点でのみ異なる多段真空ポンプに比べると、
排気速度及び到達真空度の点で優れたものとなる。

第２の発明は、前記第１の発明の作用に加えて、使用
時に被排気室に接続する高真空側の１段目の真空ポンプ
の両側に１段目よりも真空度の低い他の段の真空ポンプ
を配置してあることにより、多段の真空ポンプの駆動軸
及び従動軸の軸受部から潤滑油が真空ポンプ側へ漏れた
としても１段目以外の後段の真空ポンプ内であり、直接
１段目の真空ポンプ内へ流入することがないから、吸気
口へ油が逆流するようなことはなくなる。すなわち、後
段に流入した油は殆どが排気の下流側へ排出され、上流
側への逆流はきわめてわずかであり、従って１段目の真
空ポンプ内へのきわめてわずかな逆流があったとしても
さらに吸気口へ逆流するには至らない。

〔実施例〕

第１実施例の構成を第１図乃至第４図を用いて説明す
る。この実施例は５段ルーツ型真空ポンプであり、吸入
側の１段目から順に第１、第２、第３、第４、第５真空
ポンプ21、22、23、24、25の５個からなる。

第１真空ポンプ21は、第１図において、中央部に配置
され、ケーシング31と、ケーシング31に形成された吸気
口32、吸気口32の連通する第１ポンプ室33、第１ポンプ
室33に設けた排気口34、排気口34に接続する排気通路35
と、ケーシング31内の対をなす第１ロータ36とからな
る。

第２真空ポンプ22は、第１真空ポンプ21の左側に配置
され、第１真空ポンプ21と同様に、ケーシング37、吸気
口38、第２ポンプ室39、排気口40、排気通路41、第２ロ
ータ42からなり、吸気口38が第１真空ポンプ21の排気通
路35に接続している。

第３真空ポンプ23は、第１真空ポンプ21の右側に配置
され、ケーシング43、吸気口44、第３ポンプ室45、排気
口46、排気通路47、第３ロータ48からなり、吸気口44が
第２真空ポンプ22の排気通路41に接続している。

第４真空ポンプ24は、第２真空ポンプ22の左側に配置
され、ケーシング49、吸気口50、第４ポンプ室51、排気
口52、排気通路53、第４ロータ54からなり、吸気口50が
第３真空ポンプ23の排気通路47に接続している。

第５真空ポンプ25は、第３真空ポンプ23の右側に配置
され、ケーシング55、吸気口56、第５ポンプ室57、排気
口58、排気通路59、第５ロータ60からなり、吸気口56が
第４真空ポンプ24の排気通路53に接続している。

前記ロータは、第２図乃至第４図に断面を示すよう
に、第１ロータ36が２葉ロータ、第２ロータ42が３葉ロ
ータ、その他の第３ロータ48、第４ロータ54、第５ロー
タ60が４葉ロータとされている。第４、第５ロータ54、
60の断面形状は第４図と同様であるので図示を省略す
る。

図において、61はモータを結合される駆動軸、62はタ
イミングギヤ、63はタイミングギヤを介して駆動される
従動軸、64は後カバー、65は前カバー、66、71、72は軸
封装置、67、68は中間壁、69、70は軸受であり、73、7
4、75は冷却器で排気通路47、53、59の途中に設けてあ
る。これらは従来の多段ルーツ型真空ポンプにおけるも
のと大略同様である。

このように構成された多段ルーツ型真空ポンプは、運
転により、気体を第１真空ポンプ21の吸気口32から吸込
んで第５真空ポンプ25の排気通路59から排出する。吸気
口32から吸込まれた気体は、排気通路59に至るまでの間
に、順次第１、第２、第３、第４、第５真空ポンプ21、
22、23、24、25を通り、これらの各真空ポンプにおいて
は順次それぞれの吸気口、ポンプ室、排気口、排気通路
を通る。

真空ポンプの設計排気速度は、第１真空ポンプ21が17
60l/minで以下は順に数値が小さくなっている。

この第１実施例の５段ルーツ型真空ポンプと従来のも
のとの比較のために、比較例１として各段のロータが全
て３葉ロータで、各段の設計排気速度が第１実施例と同
じである５段ルーツ型真空ポンプを準備した。双方の運
転試験の結果を第５図に示す。同図において、曲線Ａが
第１実施例のもの、曲線Ｂが比較例１のものである。こ
の結果から第１実施例の方が比較例１よりも到達真空
度、排気速度共に優れていることがわかる。

第２実施例として、第１実施例よりも真空ポンプの数
が１個少ない、すなわち４段ルーツ型真空ポンプとした
場合の例を説明する。この場合構成は段数が１段少ない
点で異なるのみであるから、その図示及び説明は省略す
るが、真空ポンプの設計排気速度は１段目の第１真空ポ
ンプが1445l/minであり、以下は順次その数値が小さく
なっているものである。

この第２実施例についても従来のものと比較のため
に、比較例２として各段のロータが全て３葉ロータで、
各段の設計排気速度が第２実施例と同じである４段ルー
ツ型真空ポンプを準備した。双方の運転試験の結果を第
６図に示す。同図において、曲線Ｃが第２実施例のも
の、曲線Ｄが比較例２のものである。この結果からも第
２実施例の方が比較例２よりも到達真空度、排気速度共
に優れていることがわかる。

前記第１実施例の構成において、軸封装置71、72等の
真空ポンプ内へ潤滑油の流入を防止している部分の損傷
により、真空ポンプ内へ油が流入することになるが、真
空ポンプ21、22、23、24、25の配置が中央部に１段目の
第１真空ポンプ21があってその両側に第１真空ポンプ21
よりもそれぞれのポンプ室が低真空となる第２、第３、
第４、第５の真空ポンプがあるから、油が流入するよう
なことがあってもその油は真空ポンプの排気作用でより
低真空側へ排出される傾向にあるから、簡単には第１真
空ポンプ21内に流入することはなく、従って吸気口32側
へ流れが逆流することがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の構成を示す駆動軸に沿
った縦断面概略側面図、第２図は第１図のS1−S1断面
図、第３図は第１図のS2−S2断面図、第４図は第１図の
S3−S3断面図、第５図は第１実施例と比較例１の性能比
較試験の結果を示すグラフ、第６図は第２実施例と比較
例２の性能比較試験の結果を示すグラフ、第７図は従来
の多段ルーツ型真空ポンプの１例を示す縦断側面図、第
８図は２葉ロータ、３葉ロータ、４葉ロータの圧縮比−
圧力特性を示すグラフである。 21……第１真空ポンプ、22……第２真空ポンプ、23……
第３真空ポンプ、24……第４真空ポンプ、25……第５真
空ポンプ、32、38、44、50、56……吸気口、34、40、4
6、52、58……排気口、35、41、47、53、59……排気通
路、36……第１ロータ、42……第２ロータ、48……第３
ロータ、54……第４ロータ、60……第５ロータ、61……
駆動軸、63……従動軸。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のルーツ型真空ポンプの各ロータを共
   通の駆動軸及び従動軸に設けて各真空ポンプが直列医接
   続された状態となるように排気通路により接続した多段
   ルーツ型真空ポンプにおいて、高真空側の真空ポンプか
   ら低真空側の真空ポンプに至るに従ってロータの葉数が
   少ないほうから多い方へ変化するように決められている
   ことを特徴とする多段ルーツ型真空ポンプ。
2. 【請求項２】複数のルーツ型真空ポンプの各ロータを共
   通の駆動軸及び従動軸に設けて各真空ポンプが直列に接
   続された状態となるように排気通路により接続した多段
   ルーツ型真空ポンプにおいて、高真空側の真空ポンプか
   ら低真空側の真空ポンプに至るに従ってロータの葉数が
   少ないほうから多い方へ変化するように決められてい
   て、上記真空ポンプの配列が、高真空側の真空ポンプの
   両側に他の真空ポンプが位置した構成であることを特徴
   とする多段ルーツ型真空ポンプ。