CN107429712A - 金属波纹管式蓄压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属波纹管式蓄压器，金属波纹管(2)不会沿径向振动并与外壳(1)的内周面(11a)接触导致降低耐久性。为了实现该目的，该金属波纹管式蓄压器包括：外壳(1)，在一端开设有导压路径(C)；金属波纹管(2)，能够沿轴向伸缩，并且，沿轴向交替形成有朝向径向外侧的峰部(211)以及朝向内侧的谷部(212)，并且，其轴向一端(21a)固定在外壳(1)上，从而将外壳(1)的内室分为与导压路径(C)连通的导压室(A)以及封入有缓冲气体的气室(B)；以及支撑部件(3)，配置在金属波纹管(2)的内周，并且由固定于外壳(1)的缓冲材料构成，金属波纹管(2)的谷部(212)与支撑部件(3)的外周面之间的径向间隙小于金属波纹管(2)的峰部(211)与外壳(1)的内周面(11a)之间的径向间隙。

Description

金属波纹管式蓄压器
技术领域
本发明涉及用于液压系统、空压系统等流体压力管线的蓄压器，特别是涉及作为缓冲气体与流体压力的分离单元而使用金属波纹管的金属波纹管式蓄压器。
背景技术
蓄压器是用于液压系统、空压系统等流体压力管线的装置，通常用于利用N2气体等的压缩性来暂时存储流体压力或者吸收压力管线中产生的压力脉动而进行平滑化的压力控制，作为由N2气体等构成的缓冲气体与流体压力的分离单元，存在使用囊状物的单元、使用活塞的单元、使用金属波纹管的单元等。其中，特别是金属波纹管式蓄压器能够将气体的渗透泄漏几乎抑制为零，具有较高的耐久性。
作为金属波纹管式蓄压器，当前已知有如图4或者图5所示的蓄压器。其中图4所示的金属波纹管式蓄压器是所说的“内部气体结构”类型，包括：外壳101，由圆筒状的壳体101a、以堵塞该壳体101a的两端的方式设置的第一以及第二端盖101b、101c构成；金属波纹管102，配置在该外壳101内，由金属制波纹管主体102a以及波纹管盖体102b构成，该波纹管主体102a的一端通过焊接固定于第二端盖101c，能够沿轴向伸缩，该波纹管盖体102b通过焊接等以堵塞该波纹管主体102a的自由端侧的开口的方式进行安装；以及减振环103，该减振环103安装在金属波纹管102(波纹管主体102a)的自由端的外周，在第一端盖101b中开设有导压路径104。
外壳101的内室通过金属波纹管102分为该金属波纹管102与壳体101a之间的导压室105、以及金属波纹管102的内周的气室106，其中，导压室105经由导压路径104导入未图示的流体压力管线的流体压力，在金属波纹管102内侧的气室106中封入有N2气体等缓冲气体(例如参照下面的专利文献1)。
另一方面，图5所示的金属波纹管式蓄压器是所说的“外部气体结构”类型，包括：外壳101，由有底圆筒状的壳体101a以及以堵塞该壳体101a的开口端的方式设置的端盖101d构成；金属波纹管102，由金属制波纹管主体102a以及波纹管盖体102b构成，该波纹管主体102a配置在该外壳101内，其一端通过焊接等固定在端盖101d上，能够沿轴向伸缩，该波纹管盖体102b通过焊接等以堵塞该波纹管主体102a的自由端侧的开口的方式进行安装；以及减振环103，该减振环103安装在金属波纹管102(波纹管主体102a)的自由端的外周，在端盖101d中开设有导压路径104。
外壳101的内室通过金属波纹管102分为位于该金属波纹管102的内周且与导压路径104连通的导压室105、以及金属波纹管102与壳体101a之间的气室106，其中，导压室105经由导压路径104导入未图示的流体压力管线的流体压力，在气室106中封入有N2气体等缓冲气体。此外，附图标记107是用于限制金属波纹管102向压缩方向位移的止动件(例如参照下面的专利文献2)。
在这些金属波纹管式蓄压器中，通过从未图示的流体压力管线经由导压路径104导入到导压室105中的流体压力与封入气室106中的缓冲气体的压力差使金属波纹管102伸缩位移，即，在导入到导压室105中的流体压力管线的流体压力上升时，金属波纹管102以压缩气室106且扩张导压室105的方式发生位移而存储上升压力，在流体压力管线的流体压力下降时，通过相对处于高压的气室106的压力使气室106的容积扩张且使导压室105的容积缩小，从而向流体压力管线释放存储压力。另外，在这种操作中，减振环103抑制金属波纹管102的自由端沿径向振动，并且，减振环103的外周面不与壳体101a的内周面密接，在两者间存在允许流体流通的间隙。
但是，金属波纹管102伴随伸缩动作在径向上的振动不一定在金属波纹管102的自由端变为最大，在金属波纹管102的轴向长度较长的情况下，易于产生以其两端为振动节点、以中间部为振动波腹的驻波，在这种振动中，波纹管主体102a的轴向中间部的振幅最大。因此，为了不发生波纹管主体102a与壳体101a的内周面接触而导致变形或破损，希望能够防止这种情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-098391号公报
专利文献2：日本特开2013-194871号公报
发明内容
本发明鉴于上述问题点而作出，其技术课题在于提供一种金属波纹管不会沿径向振动并与外壳的内周面接触而降低耐久性的金属波纹管式蓄压器。
本发明为了解决上述的技术课题，采用下面的方式。
即，本发明的金属波纹管式蓄压器的特征在于，包括：外壳，在一端开设有导压路径；金属波纹管，能够沿轴向伸缩，沿轴向交替形成有朝向径向外侧的峰部以及朝向内侧的谷部，并且轴向一端固定在所述外壳上，将所述外壳的内室分为与所述导压路径连通的导压室以及封入有缓冲气体的气室；以及支撑部件，配置在所述金属波纹管的内周，并且固定在所述外壳上，外周面具有缓冲性，所述金属波纹管的谷部与所述支撑部件之间的径向间隙小于所述金属波纹管的峰部与所述外壳之间的径向间隙(权利要求1)。
在具有上述结构的金属波纹管式蓄压器中，通过经由导压路径导入至导压室中的流体压力与封入到气室中的缓冲气体的压力差，使金属波纹管沿轴向伸缩，在该伸缩过程中，在金属波纹管产生径向振动的情况下，由于金属波纹管的谷部与其内周的支撑部件之间的径向间隙小于金属波纹管的峰部与外壳之间的径向间隙，因此金属波纹管的谷部会与支撑部件的外周面接触从而限制金属波纹管的径向振动，因此能够防止金属波纹管的峰部与外壳的内周面碰撞。另外，支撑部件的外周面具有缓冲性，因此，可以较小地抑制与支撑部件的外周面接触导致的对金属波纹管的撞击。
本发明为了解决上述技术问题也可以进一步采用下述方式。
即，在具有上述结构的金属波纹管式蓄压器(权利要求1)中，其特征在于，金属波纹管的固定端到所述支撑部件的前端的轴向长度为所述金属波纹管的伸缩部压缩时的轴向最小长度以下(权利要求2)。
即，在金属波纹管的固定端到支撑部件的前端的轴向长度为金属波纹管的伸缩部压缩时的轴向最小长度以下的情况下，支撑部件不会妨碍金属波纹管的伸缩动作，金属波纹管也不会沿轴向抵接支撑部件而产生撞击、负荷。
根据本发明中的金属波纹管式蓄压器，即使在金属波纹管中产生径向振动，也可以通过该金属波纹管的谷部与由缓冲材料构成的支撑部件接触来限制振动，防止与外壳的内周面碰撞，因此能够确保金属波纹管的优异耐久性。
附图说明
图1是表示本发明中的金属波纹管式蓄压器的第一实施方式的截面图。
图2是放大表示图1的主要部分的截面图。
图3是表示本发明中的金属波纹管式蓄压器的第二实施方式的截面图。
图4是表示现有金属波纹管式蓄压器的一个例子的截面图。
图5是表示现有金属波纹管式蓄压器的其他例子的截面图。
符号说明
1 外壳
2 金属波纹管
21 波纹管主体(伸缩部)
211 峰部
212 谷部
3 支撑部件
3b 外周面
A 导压室
B 气室
C 导压路径
δ1、δ2 径向间隙
具体实施方式
以下，参照附图对本发明中的金属波纹管式蓄压器的优选实施方式进行说明。
首先，在图1所示的第一实施方式中，附图标记1是外壳，附图标记2是金属波纹管。对于该第一实施方式，本发明适用于将金属波纹管2的外侧空间作为导压室、金属波纹管2的内侧空间作为气室的称为“内部气体结构”的金属波纹管式蓄压器。
外壳1包括呈圆筒状的壳体11、设置在该壳体11的轴向一端的第一端盖12、以及设置在壳体11的轴向另一端的第二端盖13。这些壳体11、第一端盖12以及第二端盖13均由金属制成。
外壳1中的第一端盖12具有外周通过焊接与壳体11的轴向一端一体接合的法兰部121以及从其内周向外侧突出的接头部122，在接头部122的内周开设有导压路径C。
对于外壳1中的第二端盖13，形成在外周的环状凸部131与壳体11的轴向另一端嵌合且通过焊接接合。另外，在第二端盖13的中央部开设有用于向金属波纹管2的内侧的气室B中封入N2气体等缓冲气体的气体封入口132，通过气塞133密封。
金属波纹管2将外壳1的内室分为与导压路径C连通的导压室A以及封入有缓冲气体的气室B，由金属制波纹管主体21以及圆盘状的波纹管盖体22构成，对于波纹管主体21，轴向一端(固定端)21a通过焊接与第二端盖13的环状凸部131接合，并且反复形成有朝向径向外侧且沿圆周方向连续的峰部211以及朝向径向内侧且沿圆周方向连续的谷部212，该波纹管盖体22通过焊接使其外周部与该波纹管主体21的轴向另一端(自由端)21b一体化接合，该金属波纹管2能够相对于轴向伸缩。此外，波纹管主体21相当于权利要求2所述的伸缩部。
在金属波纹管2(波纹管主体21)的自由端21b的外周安装有减振环23。该减振环23可以限制波纹管主体21的自由端21b向径向发生位移，以不密封导压室A的一部分即波纹管主体21的外周空间A1的方式与壳体11的内周面11a之间具有间隙。
在外壳1中的第一端盖12的法兰部121中，以同心方式形成有沿轴向与金属波纹管2的波纹管盖体22的外周部相对的内端121a、位于其内周侧的圆形的凹部121b、121c，其中的大直径的凹部121b上安装有密封部件123，在小直径的凹部121c上嵌合有用于从内周侧支撑密封部件123的金属制环状的密封支撑件124。
密封部件123由橡胶弹性体成型，具有朝向金属波纹管2的波纹管盖体22侧且形状为向外周侧开口的密封唇123a，通过金属波纹管2伸长而使其自由端的波纹管盖体22与第一端盖12的法兰部121的内端121a抵接的情况下，波纹管盖体22与密封唇123a密接，从而隔断导压室A与导压路径C。
在金属波纹管2的内周配置有圆筒状的支撑部件3，形成在其轴向一端的法兰部31嵌合固定在外壳1中的第二端盖13的环状凸部131的内周。该支撑部件3由具有所需刚性以及缓冲性的合成树脂材料成型。
支撑部件3的前端3a位于金属波纹管2(波纹管主体21)伸长时的轴向最大长度的中央附近，波纹管主体21的固定端21a的轴向位置到支撑部件3的前端3a的轴向长度L为压缩时的波纹管主体21的轴向最小长度以下。另外，如图2所示，波纹管主体21的谷部212与支撑部件3的外周面3b之间的径向间隙δ2小于波纹管主体21的峰部211与外壳1的壳体11的内周面11a之间的径向间隙δ1。
在具有上述结构的金属波纹管式蓄压器中，第一端盖12的接头部122(导压路径C)与未图示的液压管线连接。并且，在液压管线的配管内流动的液压油的压力相对于气室B内的缓冲气体的封入压力处于高压的情况下，通过第一端盖12的导压路径C向导压室A流入液压油，压缩金属波纹管2。另外，根据该状态，在液压管线的液压下降的情况下，金属波纹管2由于气室B的压力而伸长，将导压室A内的液压油向液压管线排出。
这里，在金属波纹管2随着导压室A内的液压下降而伸长的情况下，金属波纹管2的自由端的波纹管盖体22与第一端盖12的法兰部121的内端121a接触从而限制其伸长。另外，此时，金属波纹管2的波纹管盖体22与密封部件123的密封唇123a的前端密接，隔断导压室A与导压路径C，因此，此后即使液压管线的液压进一步下降，导压室A的压力也不会下降，保持在与气室B大致均压的状态。由此，不会由于导压室A与气室B的压差而对金属波纹管2的波纹管主体21产生过大负荷。
并且，随着上述伸缩动作会在金属波纹管2中产生沿径向的振动，在该振动是以波纹管主体21的固定端21a为节点、以自由端21b为波腹的驻波的情况下，可以通过减振环23来限制自由端21b的径向振动位移，因此，能够有效防止波纹管主体21的自由端21b及其附近与外壳1的壳体11的内周面11a接触而受到损伤。
另外，在伴随金属波纹管2的伸缩的径向振动是以波纹管主体21的固定端21a以及自由端21b为节点、以波纹管主体21的轴向中间部为波腹的驻波的情况下，由于δ1＞δ2，因此振动过程中位于波纹管主体21的轴向中间部的谷部212与其内周的支撑部件3的外周面3b接触，由此，可以限制径向振动位移，从而能够防止波纹管主体21的峰部211与壳体11的内周面11a碰撞。并且，支撑部件3由具有缓冲性的合成树脂材料构成，因此，可以抑制使与支撑部件3的外周面3b接触导致的对波纹管主体21的撞击较轻，也不会磨损、损伤波纹管主体21的谷部212。
另外，对于支撑部件3，由于波纹管主体21的固定端21a的轴向位置到支撑部件3的前端3a的轴向长度L为压缩时的波纹管主体21的轴向最小长度以下，因而支撑部件3不会妨碍金属波纹管2的伸缩动作，因此，金属波纹管2压缩时不会在导压室A与气室B之间产生较大的压差。
下面，图3示出了本发明适用于将金属波纹管2的内侧空间作为导压室A、金属波纹管2的外侧空间作为气室B的称为“外部气体结构”的金属波纹管式蓄压器的第二实施方式。
即，在图3所示的金属波纹管式蓄压器中，外壳1由呈有底圆筒状的壳体11以及以堵塞该壳体11的开口端的方式设置的端盖14构成。端盖14具有外周通过焊接与壳体11的开口端接合的法兰部141以及从其内周向外侧突出的接头部142，在接头部142的内周开设有与金属波纹管2的内侧的导压室A连通的导压路径C。另外，在壳体11中与端盖14相反一侧的底部111的中央部开设有用于向气室B中封入N2气体等缓冲气体的气体封入口112，通过气塞113密封。
金属波纹管2由金属制波纹管主体21以及作为端盖的圆盘状的波纹管盖体22构成，对于波纹管主体21，轴向一端(固定端)21a通过焊接与形成在端盖14的环状凸部143接合，并且反复形成有朝向径向外侧且沿圆周方向连续的峰部211以及朝向径向内侧且沿圆周方向连续的谷部212，该波纹管盖体22的外周部通过焊接与该波纹管主体21的轴向另一端(自由端)21b一体化接合，该金属波纹管2能够相对于轴向伸缩。
在金属波纹管2的波纹管盖体22的外周安装有减振环23。该减振环23为了防止波纹管主体21的自由端21b与外壳1的壳体11的内周面11a接触而限制沿径向的位移，该减振环23以不密封气室B的一部分即波纹管主体21的外周空间B1的方式形成为与壳体11的内周面11a之间具有间隙的形状。
在金属波纹管2的内侧的导压室A中配置有用于限制金属波纹管2向压缩方向发生位移的有底圆筒状的止动件4，与其底部41相反一侧的端部42通过焊接与端盖14接合。并且，在该止动件4中朝向波纹管盖体22侧的底部41的中央部开设有将导压室A中的止动件4的内侧空间A1与外侧空间A2连通的连通孔41a。
在金属波纹管2的波纹管盖体22的导压室A(空间A2)侧经由环状的支撑件24保持有密封部件25。该密封部件25以橡胶弹性体覆盖由金属等构成的圆盘25a的方式成型，在金属波纹管2位移到其压缩方向的冲程终点位置时，通过波纹管盖体22被压靠到止动件4的底部41上，从而闭塞连通孔41a。
即，在金属波纹管2伸长使得密封部件25与止动件4的底部41分离而开放连通孔41a的图示状态下，与端盖14的导压路径C连通的止动件4的内侧空间A1与外侧空间A2通过连通孔41a构成彼此连续的导压室A，在金属波纹管2压缩使得密封部件25与止动件4的底部41密接而闭塞连通孔41a的状态下，隔断空间A1和A2，与导压路径C连通的空间A1的液压不会影响空间A2。
在金属波纹管2(波纹管主体21)的内周以包围止动件4的外周的方式配置有圆筒状的支撑部件3，形成在其轴向一端的法兰部31嵌合固定在外壳1中的端盖14的环状凸部143的内周。该支撑部件3由具有所需刚性、耐油性以及缓冲性的合成树脂材料具体例如聚酰胺66成型。
支撑部件3的前端3a位于金属波纹管2(波纹管主体21)伸长时的轴向最大长度的中央附近，波纹管主体21的固定端21a的轴向位置到支撑部件3的前端3a的轴向长度L短于压缩时的波纹管主体21的轴向最小长度，或者说，是尚未达到止动件4的底部41的轴向位置的长度。另外，与上述图2同样，波纹管主体21的谷部212与支撑部件3之间的径向间隙δ2小于波纹管主体21的峰部211与外壳1的壳体11之间的径向间隙δ1。
在包括上述结构的第二实施方式的金属波纹管式蓄压器中，端盖14的接头部142与未图示的液压管线连接。并且，在液压管线的配管内流动的液压油的压力相对于气室B内的缓冲气体的封入压力处于高压的情况下，从端盖14的内周的导压路径C向止动件4的内侧空间A1流入液压油，进而从该空间A1通过止动件4的连通孔41a向止动件4的外侧空间A2流入液压油，因此，金属波纹管2以缩小气室B的容积的方式伸长。另外，根据该状态，在液压管线的配管内的液压下降的情况下，金属波纹管2由于气室B的压力而扩大其容积，将导压室A的液压油向液压管线释放，同时被压缩。
这里，在导压室A内的液压下降至规定值的时刻，经由密封部件25通过止动件4的底部41限制金属波纹管2的波纹管盖体22向金属波纹管2的压缩方向移动，由此，限制金属波纹管2的压缩。另外，此时，通过密封部件25与止动件4的底部41密接，闭塞连通孔41a，隔断导压室A中的空间A1和A2，因此，此后即使液压管线的液压进一步下降，止动件4与金属波纹管2之间空间A2的压力也不会下降，保持在与气室B(波纹管主体21的外周空间B1)大致均压的状态。由此，不会由于与气室B的压差而对金属波纹管2的波纹管主体21产生过大的负荷。
并且，随着上述伸缩动作会在金属波纹管2中产生径向振动，在该振动是以波纹管主体21的固定端21a为节点、以自由端21b为波腹的驻波的情况下，可以通过减振环23限制自由端21b的径向振动位移，因此，能够有效防止波纹管主体21的自由端21b及其附近与外壳1的壳体11的内周面11a接触而受到损伤。
另外，在伴随金属波纹管2的伸缩的径向振动是以波纹管主体21的固定端21a以及自由端21b为节点、以波纹管主体21的轴向中间部为波腹的驻波的情况下，由于δ1＞δ2，振动过程中波纹管主体21位于轴向中间部的谷部212与其内周的支撑部件3的外周面3b接触，由此，可以限制径向振动位移，从而能够防止波纹管主体21的峰部211与壳体11的内周面11a碰撞。并且，支撑部件3由具有缓冲性的合成树脂材料构成，因此，可以抑制使与支撑部件3的外周面3b接触导致的对波纹管主体21的撞击较轻，也不会磨损、损伤波纹管主体21的谷部212。另外，支撑部件3具有耐油性，因此，长时间浸泡在导压室A内的液压油中也不会劣化。
另外，对于支撑部件3，由于波纹管主体21的固定端21a的轴向位置到支撑部件3的前端3a的轴向长度L是尚未到达止动件4的底部41的轴向位置的长度，即，为压缩时的波纹管主体21的轴向最小长度以下，因此，支撑部件3不会妨碍金属波纹管2的伸缩动作。
此外，在上述第一以及第二实施方式的金属波纹管式蓄压器中，支撑部件3整体由具有缓冲性的合成树脂材料构成，但是，也可以使合成树脂等仅覆盖能够与波纹管主体21的谷部212接触的外周面3b来提供缓冲性。
另外，在第二实施方式的金属波纹管式蓄压器中，支撑部件3也可以安装在止动件4的外周。

Claims (2)

1.一种金属波纹管式蓄压器，其特征在于，包括：
外壳，在一端开设有导压路径；金属波纹管，能够沿轴向伸缩，并且，沿轴向交替形成有朝向径向外侧的峰部以及朝向内侧的谷部，并且，其轴向一端固定在所述外壳上，从而将所述外壳的内室分为与所述导压路径连通的导压室以及封入有缓冲气体的气室；以及支撑部件，配置在所述金属波纹管的内周，并且由固定于所述外壳的缓冲材料构成，
所述金属波纹管的谷部与所述支撑部件之间的径向间隙小于所述金属波纹管的峰部与所述外壳之间的径向间隙。
2.根据权利要求1所述的金属波纹管式蓄压器，其特征在于，
金属波纹管的固定端到支撑部件的前端的轴向长度小于等于所述金属波纹管的伸缩部压缩时的轴向最小长度。
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