JP2005048902A - 成形ベローズの製造方法、および該方法により得られた成形ベローズ - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の成形ベローズに比べ、ばね定数が低い成形ベローズの製造方法、および該方法により得られた成形ベローズを提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明に係る成形ベローズの製造方法は、
金属製管状部材に、外周方向に湾曲した複数の凸部を、軸方向に所定距離離間するように形成して、一次成形ベローズを形成する一次成形工程と、
前記一次成形工程で得られた一次成形ベローズを、軸方向に所定距離圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程で圧縮された前記一次成形ベローズを、所定の温度で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で熱処理された前記一次成形ベローズを、所定の長さとなるように軸方向に引き延ばす引張り工程と、
を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アキュムレータ、真空バルブ、加速器などに内蔵される成形ベローズの製造方法、および該方法により得られた成形ベローズに関する。

従来から、各種機器の密封部等には、金属製の溶接ベローズ、成形ベローズが広く用いられており、このうち成形ベローズは、溶接ベローズに比べて製造コストが低いため、多くの装置に用いられている。従来の成形ベローズの概略縦断面図を図３−２（Ｆ）に示す。図３−２（Ｆ）に示されるように、成形ベローズ１００は、外周方向に湾曲した複数の凸部１０２と、隣り合う凸部１０２，１０２の間に形成された内方向に湾曲した凹部１０４とを有し、上端部と下端部にはリング状のフランジ１０６，１０８が備えられている。

しかしながら、従来の成形ベローズ１００は、溶接ベローズと比べて、一定の軸方向の長さ（ベローズ長さ）において凸部１０２の数が少ない。したがって、溶接ベローズよりもばね定数が高く、同一のストロークを得るためには、倍以上のベローズ長さｇが必要となる。したがって、スペースの限られた部位や、低いばね定数が要求される箇所では、成形ベローズを用いることは困難であった。

このような問題を解決するには、成形ベローズのばね定数を低くする必要があり、そのような方法としては、以下の方法がある。
（１）成形ベローズ１００の凸部１０２の数を増やす。
（２）成形ベローズ１００の板厚を薄くする。
（３）成形ベローズ１００の凸部１０２の外径方向の高さｈ（スパン）を高くする。
（４）凸部１０２と凹部１０４の湾曲部の曲率半径を小さくすることにより、凸部１０２間の距離ｉ（ピッチ）を小さくし、ベローズ長さｇにおける凸部１０２の数を増やす。

しかしながら、上記（１）の方法は、成形ベローズの軸方向の長さが長くなるため問題がある。また、上記（２）および（３）の方法は、成形ベローズの強度自体が低下し、成形ベローズ内外の圧力差により成形ベローズが変形・座屈する要因となる。一方、上記（４）の方法は、効果的な方法であるが、凸部１０２間の距離ｉ（ピッチ）を小さくするためには、成形において使用する金型の板厚を薄くする必要がある。そのため、金型の強度が低下し、成形ベローズを製造する際に金型が破損する恐れがある。

また、上記（４）の別方法としては、図８にその工程を示すように、凸部を形成して一次成形ベローズを成形し（Ｓ１）、一次成形ベローズを軸方向に圧縮し（Ｓ２）、圧縮された一次成形ベローズを軸方向に引っ張り（Ｓ３）、次いで熱処理する（Ｓ４）ことにより成形ベローズを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、ベローズを軸方向に圧縮しても材料が充分な塑性変形を起こさず、除荷すると元の位置に戻ってしまう場合がある。したがって、このような方法では、一定のベローズ長さにおいて、ばね定数が低い成形ベローズを製造するには限界があった。

一方、加速器などの真空ダクトの継手部においては、軽量、非磁性、低放射化、低２次電子放出性等の理由から、チタン製の成形ベローズが用いられはじめている。しかしながら、チタンは、ＳＵＳと比較してスプリングバックが大きく、非特許文献１には１５％ほどスプリングバックによる戻り角度の割合が大きいことが記載されている。したがって、特に、成形ベローズの材料としてスプリングバックの大きいチタン材を用いた場合、一定
のベローズ長さにおいて、ばね定数が低い成形ベローズを製造することはさらに困難であるという問題があった。
特開２００２−５２８８号公報 「チタンの加工技術」(社)日本チタン協会編 日刊工業新聞社 Ｐ７４図３−７、図３−８

本発明は、前記のような従来技術に伴う課題を解決しようとするものであって、従来の成形ベローズに比べ、ばね定数が低い成形ベローズの製造方法、および該方法により得られた成形ベローズを提供することを目的としている。

本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明に係る成形ベローズの製造方法は、
（１）金属製管状部材に、外周方向に湾曲した複数の凸部を、軸方向に所定距離離間するように形成して、一次成形ベローズを形成する一次成形工程と、
前記一次成形工程で得られた一次成形ベローズを、軸方向に所定距離圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程で圧縮された前記一次成形ベローズを、所定の温度で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で熱処理された前記一次成形ベローズを、所定の長さとなるように軸方向に引き延ばす引張り工程と
を有することを特徴とする。

このように、圧縮工程と引張り工程との間に、所定の温度で熱処理する熱処理工程を行うことにより、圧縮により形成される所望のベローズ形状を保持することができ、ピッチの小さい成形ベローズが得られる。

したがって、従来の成形ベローズと比較して、同一のベローズ長さにおいて、ばね定数の小さい成形ベローズを製造することができる。
（２）前記圧縮工程において、一次成形ベローズを圧縮された状態に固定し、前記熱処理工程おいて、前記固定された一次成形ベローズを、所定の温度で熱処理することが好ましい。

このように、圧縮状態で固定された一次成形ベローズを、所定の温度で熱処理することにより、除荷後のスプリングバックにより圧縮前の状態に戻ってしまう材料を用いた場合であっても、圧縮により形成される所望のベローズ形状を除荷後も保持することができ、ピッチの小さい成形ベローズを得ることができる。

したがって、ベローズ材料に、どのような材料を用いた場合であっても、従来の成形ベローズと比較して、同一のベローズ長さにおいて、ばね定数の小さい成形ベローズを容易に製造することができる。
（３）前記圧縮工程において、前記一次成形ベローズに形成された複数の凸部間にスペーサーを介在させて該一次成形ベローズを軸方向に所定距離圧縮するとともに、その圧縮された状態で一次成形ベローズを固定することも好ましい。

このように、一次成形ベローズにリング状のスペーサーを配設し、軸方向に圧縮することにより、凸部と凹部の軸方向の幅を略同一とすることができ、さらに凸部と凹部の先端部の曲率半径を略同一とすることができる。

したがって、ピッチが小さく、凸部が多い成形ベローズを製造しても、ベローズの製品寿命に悪影響を及ぼすことがない。
（４）前記熱処理工程が、真空中、または不活性ガスの存在下で行われることが好ましい。
（５）前記熱処理工程が、前記金属製管状部材の再結晶温度以下となる温度で熱処理することが望ましい。

このような条件で、熱処理工程の行うことにより、一次成形ベローズの内部応力を緩和させることができる。したがって、スプリングバックを抑え、さらにピッチが小さく、かつ製品寿命に優れた成形ベローズを得ることができる。
（６）前記金属製管状部材が、チタンから形成されていることが好ましい。

本発明の製造方法によれば、成形ベローズの材料としてスプリングバックの大きいチタン材料を用いた場合であっても、ばね定数が低い成形ベローズを製造することができる。（７）本発明に係る成形ベローズは、前記（１）から（６）のいずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする。
（８）本発明に係るチタン製成形ベローズは、加速器に用いられることが好ましい。

本発明によれば、圧縮工程と引張り工程との間に、所定の温度で熱処理する熱処理工程を行っているため、圧縮により形成される所望のベローズ形状を保持することができ、ピッチの小さい成形ベローズが得られる。したがって、従来の成形ベローズと比較して、同一のベローズ長さにおいて、ばね定数の小さい成形ベローズを製造することができる。

また、本発明によれば、圧縮状態で固定された一次成形ベローズを、所定の温度で熱処理する熱処理工程を行う。そのため、除荷後のスプリングバックにより圧縮前の状態に戻ってしまうような材料を用いた場合であっても、圧縮により形成される所望のベローズ形状を除荷後も保持することができ、ピッチの小さい成形ベローズを得ることができる。したがって、ベローズ材料に、どのような材料を用いた場合であっても、従来の成形ベローズと比較して、同一のベローズ長さにおいて、ばね定数の小さい成形ベローズを容易に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいてより詳細に説明する。

なお、各図面において同一の部分を示す場合には、同一の符号を記す。

図１は、本発明の成形ベローズの製造方法の工程図、図２−１〜図２−４は一次成形ベローズの製造工程を表わす概略縦断面図、図３−１〜図３−３は、成形ベローズの製造工程を表わす概略縦断面図を示している。

本発明の成形ベローズの製造方法は、図３−３（Ｆ）に示される成形ベローズ１の製造方法であって、図１に示すように、
金属製管状部材に、外周方向に湾曲した複数の凸部を、軸方向に所定距離離間するように形成して、一次成形ベローズを形成する一次成形工程Ｓ１と、
前記一次成形工程Ｓ１で得られた一次成形ベローズを、軸方向に所定距離圧縮する圧縮工程Ｓ２と、
前記圧縮工程Ｓ２で圧縮された前記一次成形ベローズを、所定の温度で熱処理する熱処理工程Ｓ３と、
前記熱処理工程Ｓ３で熱処理された前記一次成形ベローズを、所定の長さとなるように軸方向に引き延ばす引張り工程Ｓ４と
を基本的に有する。

以下、図を用いて各工程について説明する。

一次成形工程Ｓ１は、金属製管状部材に、外周方向に湾曲した複数の凸部を、軸方向に所定距離離間するように形成して、図３−１に示すような一次成形ベローズ１０を得る工程である。

図２−１から図２−４に、一次成形ベローズ１０の製造工程を表わす概略縦断面図を示す。図に示すように、一次成形ベローズ１０は成形機２０によって製造される。

これらの図に示すように、成形機２０は、第１金型部２２と、第２金型部２４と、マンドレル２６とを基本的に備えている。

第１金型部２２は、金型２２ａとホルダー部２２ｂとからなり、第２金型部２４は、金型２４ａとホルダー部２４ｂとからなる。第１金型部２２と第２金型部２４は、図示しないアクチュエーターにより管状部材２８の軸方向に接離自在に移動することができる。さらに、第１金型部２２と第２金型部２４は、２分割可能に構成されており、それぞれアクチュエーターにより径方向に移動することができる。

また、金型２２ａと金型２４ａの対向する面３０，３２は、金型２２ａと金型２４ａを圧接して管状部材２８に形成しようとする所望の凸形状に合わせて、型が形成されるように構成されている。

マンドレル２６は、ドーム状の先端部を有する略円柱形状を有しており、その内部には液体導入路３４が軸方向に形成されている。液体導入路３４は所定の位置で液圧室３６に連通され、図示しない加圧液体供給装置は、液体導入路３４を介して、液圧室３６に加圧された液体を供給することができるように構成されている。

また、液圧室３６には、液圧室３６と管状部材２８の内周面とが接する端部に、全周に亘って２本のＯリング装着溝３８，４０が形成され、これらの溝には各々Ｏリング４２，４４が装着されており、供給された加圧液体が漏れないように構成されている。

このような成形機２０を用いた一次成形ベローズ１０の製造工程を以下に説明する。

まず、図２−１（Ａ）に示すように、管状部材２８をマンドレル２６に挿入する。このとき第１金型部２２と、第２金型部２４とは、軸方向に所定距離離間させておく。この管状部材２８は、具体的には、ベローズ材料（ＳＵＳ、Ｔｉ、Ａｌ等）となる薄板（通常０．１５〜０．３ｍｍ）をロール状に巻き、筒状に形を整えた後、継ぎ目を溶接して製造される。また、シームレス成形による溶接部のない管状部材を用いても良い。

次に、図２−１（Ｂ）に示すように、図示しない供給装置から加圧された液体４６（たとえば水）を、液体導入路３４を介して液圧室３６に供給し、管状部材２８の内周面に圧力をかけ、外径方向に膨張させる。

管状部材２８を所定の量膨張させた後、図２−２（Ｃ）に示すように、液圧をかけた状態のまま第２金型部２４を第１金型部２２の方向に向かって移動させ、管状部材２８の膨張した部位４８を、外径方向に湾曲した凸部１２に成形する。このようにして、凸部１２
を全周に亘って形成する。本実施態様においては、凸部１２が断面略Ｕ字状となる例によって説明するが、特に限定されるものではなく、波型形状であってもよい。

凸部１２を形成した後、図２−２（Ｄ）に示すように、液圧を落として液体４６を液圧室３６、凸部１２内から抜く。次いで、第２金型部２４を第１金型部２２から図示される方向に所定距離離間させた後、第１金型部２２および第２金型部２４を各々図示される外径方向に分割し、管状部材２８から外径方向に離間させる。

外径方向に離間された、第１金型部２２および第２金型部２４を、次に凸部１２を形成しようとする方向に所定距離移動させる。具体的には、図２−３（Ｅ）に示すように、第２金型部２４を図２−１（Ａ）に示した初期位置へ、第１金型部２２を金型２２ａが凸部１２を越えるように図示する方向へ移動させる。

これら金型部２２，２４を移動させた後、分割されていた第１金型部２２をそれぞれ内径方向に移動させて閉じる（図２−３（Ｆ））。次いで、図２−４（Ｇ）に示すように、第１金型部２２を図２−１（Ａ）に示した初期位置まで移動させると共に、管状部材２８をマンドレル２６表面をスライドさせ、次の凸部１２が形成される所定の位置に管状部材２８をセットする。

次いで、分割されていた第２金型部２４をそれぞれ内径方向に移動させて閉じ、管状部材２８に次の凸部１２を成形する準備が完了する（図２−４（Ｈ））。

このようにして、管状部材２８に凸部１２を順次成形していき、一次成形ベローズ１０を成形する。

本実施態様においては、管状部材２８の端部から凸部１２を順次形成する例によって示したが、一次成形ベローズ１０が得られるのであれば、成形方法は、特に限定されず、複数の凸部１２を一度に液圧成形してもよい。

このようにして成形される一次成形ベローズ１０は、図３−１（Ａ）にその縦断面図を示すように、外周方向に湾曲した複数の凸部１２が、軸方向に所定距離離間するように形成されている。さらに、隣り合う凸部１２の間には、内方向に湾曲した凹部１４が形成されている。

次に、前記工程で得られた一次成形ベローズ１０を、軸方向に所定距離圧縮する圧縮工程Ｓ２を行う。

具体的には、まず、図３−１（Ｂ）に示すように、一次成形ベローズ１０に形成された全ての凹部１４に、リング状のスペーサー５０を配設する。

リング状のスペーサー５０は、図４にその上面図を示すように、２つの略Ｕ字状の部材５２，５４から形成されおり、その内周面５２ａ，５４ａにより、一次成形ベローズの凹部１４を両側から挟み込むように配設される。このとき、２つの略Ｕ字状の部材５２，５４は、図示しない固着具を介して固着されていてもよい。

リング状のスペーサー５０は、特に限定されないが、たとえばＳＵＳのような金属製のスペーサーが用いられる。また、その板厚は、特に限定されず、得られる成形ベローズの所望のベローズ長さにより適宜選択して用いられる。ベローズ長さとは、ベローズ上端から下端までの軸方向距離を意味する。

さらに、一次成形ベローズ１０の上端部１０ａと下端部１０ｂとに、その形状に合わせて、リング状のカラー部材５１ａ，５１ｂをそれぞれ装着する。カラー部材としては、金属製のものが用いられる。また、カラー部材５１に代えて、フランジを予め固着してもよい。

次いで、スペーサー５０とカラー部材５１ａ，５１ｂとが装着された一次成形ベローズを、軸方向に所定距離圧縮するとともに、その圧縮された状態で一次成形ベローズを固定する。

具体的には、図３−２（Ｃ）に示される圧縮装置６０を用いて行われる。

圧縮装置６０は、圧縮部６２と、圧縮固定部６４とからなり、圧縮固定部６４は、断面略Ｈ字状の台座６６と、断面下方凹状の加圧部材６８とを基本的に備える。

台座６６は、全周に亘って上方向に設けられた突設部６６ａを有し、一方、加圧部材６８は、全周に亘って下方向に設けられた突設部６８ａを有する。さらに、台座６６と加圧部材６８の中心部を軸７０が軸通し、軸７０の下端部は台座６６に固定されている。一方、軸７０の上端部からは固着具７２が挿嵌されており、圧縮部６２により圧縮された加圧部材６８を、所定の位置で固定することができるようになっている。

このような圧縮装置６０において、突設部６６ａと突設部６８ａとの間に、前記のスペーサー５０とカラー部材５１ａ，５１ｂとが装着された一次成形ベローズ１０を設置し、図示しない駆動装置によって圧縮部６２を軸方向に移動させる。突設部６８ａが、一次成形ベローズ１０に装着されたリング状のカラー部材５１ａに当接した後も所定の距離下降を続け、一次成形ベローズ１０を軸方向に圧縮する。一次成形ベローズ１０は、圧縮後の軸方向の長さａが、「設計上のベローズ収縮時における成形ベローズ長さ×（０．８〜０．９）」程度の長さになるまで圧縮される。

一次成形ベローズ１０を所定距離圧縮したのち、固着具７２で加圧部材６８を固定し、一次成形ベローズ１０を圧縮した状態で固定する。

このように、一次成形ベローズ１０に形成された全ての凹部１４に、リング状のスペーサー５０を配設して、軸方向に所定距離圧縮することにより、凸部１２と凹部１４とを均等に変形させることができ、これらの先端部の曲率半径を略同一とすることができる。したがって、図３−３（Ｆ）に示すように、得られる成形ベローズ１において、形成される凸部１２の軸方向の幅ｂと、凹部１４の軸方向の幅ｃとが略同一となる。したがって、一定のベローズ長さにおいてピッチが小さく、凸部の数が多い成形ベローズを製造することができ、さらに成形ベローズの製品寿命に悪影響を及ぼすことがない。

さらに、図５（Ａ）に示すように、一次成形ベローズ１０に形成された全ての凹部１４に、リング状のスペーサー５０を配設すると共に、一次成形ベローズ１０に形成された全ての凸部１２の内側に、リング状のスペーサー５３を配設し、軸方向に所定距離圧縮することも好ましい。それにより、凸部１２と凹部１４とを均等に変形させることができ、これらの先端部の曲率半径を略同一とすることも可能である。

このスペーサー５３は、図５（Ｂ）にその上面図を示すように、４つの略Ｕ字状の部材から形成されおり、一次成形ベローズの凸部１２に内周面側から配設される。このとき、４つの略Ｕ字状の部材は、図示しない固着具を介して固着されてもよい。

また、本実施態様では、スペーサー５０を凹部１４に配置した例によって示したが、得
られる成形ベローズ１に形成される凸部１２の軸方向の幅ｂと、凹部１４の軸方向の幅ｃとが、均一でない場合であっても、それが成形ベローズの性能に影響を与えない程度であれば、スペーサー５０を用いないで圧縮することも可能である。

また、前記圧縮工程Ｓ２において、一次成形ベローズ１０を軸方向に圧縮するとともに、該ベローズ内部に加圧された液体を供給して、該ベローズの内周面側から外径方向に液圧を加え、凹部１４の曲率半径を小さくすることも好ましい。

具体的には、図６に示すような圧縮装置６１が用いられる。圧縮装置６１は、軸部５６，５６がリング状の圧縮治具５５ａ，５５ｂの両端部を挿通し、圧縮治具５５ａ，５５ｂは軸部５６上を互いに接離自在に移動可能に構成されている。この圧縮治具５５ａ，５５ｂの間に、スペーサー５０が配設された一次成形ベローズ１０を設置し、圧縮治具５５ａ，５５ｂをそれぞれ軸方向（図示方向）に移動させることにより一次成形ベローズ１０が圧縮される。さらに、一次成形ベローズ１０の外方向には、筒状のスペーサー押さえ部５８が配置され、一次成形ベローズ１０が圧縮される際にスペーサー５０が所定の位置に保持されるように構成されている。リング状の圧縮治具５５ａ，５５ｂと一次成形ベローズ１０には、マンドレル２６が挿入されており、このマンドレル２６は図示しない供給装置から加圧された液体４６（たとえば水）を、液体導入路３４を介して液圧室３６に供給し、圧縮された一次成形ベローズ２８の凹部１４に内側から圧力をかけることができる。このように、一次成形ベローズ１０の内周面側から外径方向に液圧を加えることにより、凹部１４の曲率半径を小さくすることができる。このように一次成形ベローズ１０に液圧をかけて成形した後、マンドレル２６を抜き去り、図示しない固着具により、圧縮された状態で固定することができる。

このように、図６に示すような圧縮装置６１を用いることにより、ピッチの小さい成形ベローズが得られ、従来の成形ベローズと比較して、同一のベローズ長さにおいて、ばね定数の小さい成形ベローズをより効率的に製造することができる。

次に、圧縮された状態で固定された一次成形ベローズ１０を、所定の温度で熱処理する熱処理工程Ｓ３を行う。

具体的には、図３−２（Ｄ）に示すように、一次成形ベローズ１０が圧縮固定された圧縮固定部６４を、真空炉７４に入れる。真空炉７４内を、高真空〜超高真空領域まで真空引きした後、図示しないヒーターで炉内温度（熱処理温度）を１５０〜４００℃まで昇温させる。所定の温度で３０分〜１時間熱処理し、低温焼鈍を行う。真空条件は、１〜１×１０^-8Ｐａ、好ましくは１×１０^-2〜１×１０^-8Ｐａであることが望ましい。この様な条件で低温焼鈍を行うことにより、一次成形ベローズ１０の内部応力を緩和させることができる。したがって、スプリングバックを抑え、さらにピッチが小さく、かつ製品寿命に優れた成形ベローズを得ることができる。

低温焼鈍の熱処理条件（温度・時間）は、ベローズ材料により好ましい範囲が異なり、ベローズ材料の再結晶温度以下の温度で低温焼鈍を行う。

具体的には、ベローズ材料としてＳＵＳを用いた場合、熱処理温度を２５０〜４００℃、好ましくは３００〜３５０℃とし、１０〜６０分間、好ましくは３０〜６０分間、熱処理することが望ましい。一方、ベローズ材料としてＴｉを用いた場合、熱処理温度を１５０〜４００℃、好ましくは１５０〜２５０℃とし、１０〜６０分間、好ましくは３０〜６０分間、熱処理することが望ましい。

このような条件で、それぞれの材料を低温焼鈍することにより、一次成形ベローズ１０
の内部応力を緩和させることができる。したがって、スプリングバックを抑え、さらにピッチが小さく、かつ製品寿命に優れた成形ベローズを得ることができる。

低温焼鈍を行った後、真空中で室温になるまで約１時間放置（徐冷）し、次いで真空炉から取りだし、圧縮固定部６４、スペーサー５０およびカラー部材５１ａ，５１ｂを取り外し、熱処理された一次成形ベローズ１０を得る。また、熱処理後、不活性ガスを真空炉に導入し、２０分間程度で急冷させることも可能である。ただし、急冷の場合は徐冷とは異なり、ベローズ材料によっては残留応力が残り製品寿命に影響を与える可能性もある。

本実施態様においては、熱処理工程Ｓ３を真空中で行う例によって説明したが、大気中、または不活性ガス雰囲気下で行うこともできる。しかしながら、大気中で熱処理を行うと、一次成形ベローズ１０の表面に酸化物が生じる可能性がある。特に、得られる成形ベローズが、加速器のダクト継手等の超高真空条件下で用いられる場合、この酸化物が超高真空中に水分（H₂O）等のアウトガスを放出するため好ましくない。また、ベローズ材料
としてのチタンは、水素を吸収しやすく、得られる成形ベローズが真空中に水素を放出して、真空の質を低下させる要因ともなる。したがって、得られる成形ベローズが、真空条件下で用いられる場合には、真空中または不活性ガス雰囲気にて熱処理を行うことが好ましい。

また、不活性ガス雰囲気下で熱処理を行う場合、不活性ガスとしては高純度アルゴンが好ましく用いられる。しかしながらこの不活性ガスは高価なため、真空中で熱処理を行うほうが製造コストの面からより好ましい。

ただし、大量の一次成形ベローズ１０を一度に熱処理する場合には、不活性ガス雰囲気下で熱処理を行うことも好ましい。つまり、炉の中に一次成形ベローズ１０を大量に入れると、図示しないヒーターに対して、陰になる一次成形ベローズの温度が低くなるため、熱処理のムラが生じる場合がある。この場合、不活性ガスを導入することにより温度分布を均一にすることができる。したがって、一回の処理で多数の製品を処理する場合には不活性ガスを用いて熱処理することが好ましい。不活性ガスを用いる場合、一旦炉内を真空引きした後に不活性ガスを導入する。

さらに、熱処理工程Ｓ３を通常焼鈍により行うこともでき、熱処理条件（温度・時間）は、ベローズ材料により好ましい範囲が異なり、ベローズ材料の再結晶温度を超えた温度、または変態点温度以上の温度で熱処理を行う。

具体的には、ベローズ材料としてＳＵＳを用いた場合、熱処理温度９００〜１０００℃で、１０〜１２０分間熱処理し、一方、ベローズ材料としてＴｉを用いた場合、熱処理温度５３８〜８１６℃で、１０〜１２０分間熱処理する。

このように、本発明の熱処理工程Ｓ３においては、圧縮された状態で固定された一次成形ベローズ１０を、上述の条件で熱処理する。これに対し、従来のたとえば特開２００２−５２８８号公報に記載の方法においては、１次成形後に圧縮を行い、その後引張り工程を経てから熱処理を行っている。この方法では圧縮しても、特にスプリングバックの大きいＴｉ材の場合、除荷後のスプリングバックにより元の状態に近いピッチまで戻ってしまう。

しかしながら、本発明の製造方法によれば、圧縮されたベローズ形状を除荷後も保持することができるため、スプリングバックの大きい材料を用いた場合でも、ピッチの小さいベローズを製作することが可能となる。したがって、従来の成形ベローズと比較して、ばね定数の小さい成形ベローズを製造することができる。

次に、熱処理された一次成形ベローズ１０を、所定の長さとなるように軸方向に引き延ばす引張り工程Ｓ４を行う。

具体的には、図３−３（Ｅ）に示すように、一次成形ベローズ１０の両端部にリング状のフランジ７６，７７を溶接して固着し、引張り装置７８を用いて一次成形ベローズ１０を軸方向に引っ張る。

この引っ張り装置７８は、基本的に、架台８０と、昇降部材８４とから構成されている。

架台８０には、一対のフランジ固定部８２が設けられ、その上端部が内方向に曲げられ断面逆Ｌ字状となり、突設部８２ａが設けられている。

一方、昇降部材８４は、図示しない駆動部により昇降自在に構成され、その昇降部材８４は、その下端部が内方向に曲げられ断面Ｌ字状となり、突設部８４ａが設けられている。

一方、一次成形ベローズ１０に固着されたリング状のフランジ７６，７７は、一次成形ベローズ１０の凸部１２の外方に突出した外円部７６ａ，７７ａを有する。したがって、図３−２（Ｅ）に示すように、フランジ７６の外円部７６ａを、各々突設部８２ａの下面、突設部８４ａの上面に当接するように配置し、図示しない駆動部により、昇降部材８４，８４を図示する方向に同じ距離上昇させる。それにより、一次成形ベローズ１０を軸方向に引っ張ることができる。通常、得られる成形ベローズのベローズ長さが、設計上の所望の長さになるまで延ばす。

このようにして、図３−３（Ｆ）に示されるような、本発明の成形ベローズ１を製造することができる。

図３−３（Ｆ）において、本発明の成形ベローズ１と、従来の成形ベローズ１００とを比較して示す。

このように、本発明の本発明の成形ベローズ１は、従来の成形ベローズ１００と比較して、同一のベローズ長さにおいて、凸部１２の数が多く、ばね定数が約３０〜４０％低い成形ベローズを得ることができる。さらに、成形ベローズの製品寿命は、従来品とほぼ同等である。換言すれば、同じばね定数とした場合、既存の成形ベローズ１００よりもベローズ長さが約２５％短い成形ベローズを製造することができる。

本発明の成形ベローズは、上述の方法によって製造することができるが、成形ベローズの製品寿命を延ばしたい場合や、引張り工程Ｓ４における延ばし量が大きい場合には、再度熱処理工程Ｓ３と同様な条件でアニールを行うことも好ましい。

本発明の製造方法は、いずれのベローズ材料であっても成形ベローズを製造することができるが、特にスプリングバックの大きいＴｉ材を用いた場合に有用である。

このようにして製造される本発明の成形ベローズは、アキュムレータ、真空バルブ、加速器、真空機器の軸シールなどに用いられ、同じベローズ長さにおいて従来の成形ベローズに比べてばね定数が低いため、加速器に用いることが特に好ましい。

以上、本発明の好ましい実施態様を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく
本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
〔実施例〕
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

なお、以下の実施例において、ばね定数、成形ベローズの製品寿命は以下のようにして測定した。
＜ばね定数＞
引張圧縮試験機（製品名：オートグラフ、島津製作所製）にて、成形ベローズを、軸方向に圧縮荷重Ｆを徐々に印加すると同時に、成形ベローズの変形量Ｌを測定した。これらの結果より、次式にてばね定数（N/mm）を求めた。

式：ばね定数＝Ｆ（Ｎ）／Ｌ（mm）
＜成形ベローズの製品寿命＞
図７に試験状態を示す該略縦断面図を示す。図に示すように、まず、成形ベローズ１の上端部に固着されたフランジ７６を、テーブル９０の下面に固定し、成形ベローズ１の下端部に固着されたフランジ７７をステージ９２の上面に固定する。また、テーブル９０には、軸方向に貫通して排気管９４が設けられており、排気管９４を介して、テーブル９０とステージ９２との間に設置された成形ベローズ１内部を約１０Paの真空にする。また、ステージ９２は図示しない駆動装置により上下運動可能に構成されており、ステージ９２を１２０回／分で上下運動させ、成形ベローズに繰り返し変位を与える。実施例１と比較例３は上下運動のストローク距離を１０ｍｍ、実施例２と比較例４は２２ｍｍとして、成形ベローズの製品寿命を測定した。その結果、成形ベローズ１が破損し、真空状態の成形ベローズ内部に、空気が流入した時点における、繰り返し変位の回数を成形ベローズの製品寿命とした。

上述の成形ベローズの製造方法に準じて、成形ベローズを製造した。具体的には、まず、ベローズ材料（純チタン（JIS H4600 TP340C）、板厚0.2mm）からφ52mmの素管を製造
する。この素管を、図2-1から図2-4に示したように、液圧成形機２０にセットし、凸部数が１２個であり、軸方向のベローズ長さが８０mmの一次成形ベローズ１０を製造する。次いで、図3-1から図3-2に示すように、一次成形ベローズ１０の凹部１４に、スペーサー５０（内径φ５２．５mm、外径φ７５mm、板厚１mm、２分割型（SUS製））を配置し、圧縮
装置６０にて、フランジ面間が３７ｍｍとなるまで軸方向に圧縮し、その状態で固定する。一次成形ベローズ１０を圧縮固定した状態で真空炉７４に入れ、１×１０^-4Pa、２００℃で３０分間低温焼鈍を行った。その後、６時間かけて徐冷した後、真空炉７４から取り出し、図3-3に示すように引張り装置７８にて、フランジ面間距離が５３ｍｍとなるまで
延ばした。このようにして、実施例１の成形ベローズを製造した。この成形ベローズのばね定数および製品寿命を上記の方法により測定した。

成形ベローズのばね定数を表１に、製品寿命を表２に示す。
〔比較例１〕
実施例１と同様にして一次成形ベローズ１０を製造する。この一次成形ベローズ１０にスペーサーを配置することなく、そのまま圧縮装置６０にて、ベローズの凸部１２同士が密着するまで軸方向に圧縮する。一次成形ベローズ１０を圧縮した後、除荷し、次いで引張り装置７８にて、フランジ面間距離が７２ｍｍとなるまで延ばし、比較例１の成形ベローズを得た。この成形ベローズのばね定数を、上記の方法により測定した。

結果を表１に示す。

凸部数を１８個とした以外は、実施例１と同様にして実施例２の成形ベローズを製造した。この成形ベローズのばね定数および製品寿命を上記の方法により測定した。

成形ベローズのばね定数を表１に、製品寿命を表２に示す。
〔比較例２〕
凸部数を１８個とした以外は、比較例１と同様にして比較例２の成形ベローズを製造した。この成形ベローズのばね定数を、上記の方法により測定した。

結果を表１に示す。

このように、同数の凸部を有する成形ベローズを、本願の製造法（実施例）と従来の製造法（比較例）とで製造した場合、実施例の成形ベローズは、比較例の成形ベローズに比べ、フランジ面間距離が減少し、ばね定数も若干低くなった。
〔比較例３〕
凸部数を８個とした以外は、比較例１と同様にして比較例２の成形ベローズを製造した。この成形ベローズのばね定数および製品寿命を、上記の方法により測定した。

結果を表２に示す。表２において、フランジ面間距離が略同一である実施例１と比較例３、さらに実施例２と比較例１を比較して示した。

このように、フランジ面間距離が略同一である成形ベローズを、本願の製造法（実施例）と従来の製造法（比較例）とで製造した場合、実施例の成形ベローズは、比較例の成形ベローズに比べ、形成される凸部の数が増加し、ばね定数が低下した。しかしながら、成形ベローズの製品寿命は、従来の成形ベローズと同等であり、製品寿命の低下は認められなかった。

図１は、本発明に係る成形ベローズの製造方法の工程図を示す。 図２−１（Ａ）〜（Ｂ）は、一次成形ベローズの製造工程を表わす概略縦断面図である。 図２−２（Ｃ）〜（Ｄ）は、一次成形ベローズの製造工程を表わす概略縦断面図である。 図２−３（Ｅ）〜（Ｆ）は、一次成形ベローズの製造工程を表わす概略縦断面図である。 図２−４（Ｇ）〜（Ｈ）は、一次成形ベローズの製造工程を表わす概略縦断面図である。 図３−１（Ａ）〜（Ｂ）は、成形ベローズの製造工程を表わす概略縦断面図である。 図３−２（Ｃ）〜（Ｄ）は、成形ベローズの製造工程を表わす概略縦断面図である。 図３−３（Ｅ）〜（Ｆ）は、成形ベローズの製造工程を表わす概略縦断面図であり、図３−３（Ｆ）には、従来の成形ベローズの概略縦断面図を示す。 図４は、一次成形ベローズ１０の凹部１４に配設されるリング状のスペーサーの上面図である。 図５（Ａ）は、圧縮工程における別の実施態様を示し、図５（Ｂ）は、一次成形ベローズ１０の凸部１２に配設されるリング状のスペーサーの上面図である。 図６は、本発明における圧縮装置の別の実施態様を示す。 図７は、実施例における、成形ベローズの製品寿命の試験状態を示す図である。 図８は、従来の成形ベローズの製造方法の工程図を示す。

符号の説明

１，１００ 成形ベローズ
１０ 一次成形ベローズ
１０ａ 上端部
１０ｂ 下端部
１２，１０２ 凸部
１４，１０４ 凹部
２０ 成形機
２２ 第１金型部
２２ａ，２４ａ 金型
２２ｂ，２４ｂ ホルダー部
２４ 第２金型部
２６ マンドレル
２８ 金属製管状部材
３０，３２ 面
３４ 液体導入路
３６ 液圧室
３８，４０ Ｏリング装着溝
４２，４４ Ｏリング
４６ 液体
４８ 膨張部位
５０，５３ リング状のスペーサー
５１ａ，５１ｂ カラー部材
５２，５４ 略Ｕ字状部材
５２ａ，５４ａ 内周面
５５ａ，５５ｂ 圧縮治具
５６，７０ 軸
５８ スペーサー押さえ部
６０，６１ 圧縮装置
６２ 圧縮部
６４ 圧縮固定部
６６ 台座
６８ 加圧部材
６６ａ，６８ａ 突設部
７２ 固着具
７４ 真空炉
７６，７７，１０６，１０８ フランジ
７６ａ，７７ａ 外円部
７８ 引張り装置
８０ 架台
８２ フランジ固定部
８４ 昇降部材
８２ａ，８４ａ 突設部
９０ テーブル
９２ ステージ
９４ 排気管

Claims (8)

1. 金属製管状部材に、外周方向に湾曲した複数の凸部を、軸方向に所定距離離間するように形成して、一次成形ベローズを形成する一次成形工程と、
   前記一次成形工程で得られた一次成形ベローズを、軸方向に所定距離圧縮する圧縮工程と、
   前記圧縮工程で圧縮された前記一次成形ベローズを、所定の温度で熱処理する熱処理工程と、
   前記熱処理工程で熱処理された前記一次成形ベローズを、所定の長さとなるように軸方向に引き延ばす引張り工程と、
   を有することを特徴とする成形ベローズの製造方法。
2. 前記圧縮工程において、一次成形ベローズを圧縮された状態に固定し、前記熱処理工程おいて、前記固定された一次成形ベローズを、所定の温度で熱処理することを特徴とする請求項１に記載の成形ベローズの製造方法。
3. 前記圧縮工程において、前記一次成形ベローズに形成された複数の凸部間にスペーサーを介在させて該一次成形ベローズを軸方向に所定距離圧縮するとともに、その圧縮された状態で一次成形ベローズを固定することを特徴とする請求項２に記載の成形ベローズの製造方法。
4. 前記熱処理工程が、真空中、または不活性ガスの存在下で行われることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の成形ベローズの製造方法。
5. 前記熱処理工程が、前記金属製管状部材の再結晶温度以下となる温度で熱処理することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成形ベローズの製造方法。
6. 前記金属製管状部材が、チタンから形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の成形ベローズの製造方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする成形ベローズ。
8. 加速器に用いられることを特徴とする請求項７に記載の成形ベローズ。
   
   

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