JP2009127664A - アキュムレータ - Google Patents

Abstract

【課題】外ガスタイプのアキュムレータにおいて、ゼロダウン時に液室に閉じ込められた液体および封入ガスが熱膨張したときに発生する圧力差を低減させる機構を備え、もってベローズ内外の圧力差を低減させて、ベローズが異常変形するのを抑制する。
【解決手段】ゼロダウン時に液室１１に閉じ込められた液体および封入ガスが熱膨張したときに発生する圧力差を低減させる圧力差調整機構２１を有する。調整機構２１は、ベローズ遊動端７ｂの内周側にシール板２２を配置し、シール板２２に弾性変形可能な薄板２３を接合し、薄板２３の外周部をベローズ遊動端７ｂに接合してなる。定常作動時、シール板２２はシール１３から離間しており、ゼロダウン時、シール板２２はシール１３に接触し、液体および封入ガスの熱膨張時には、シール板２２はシール１３に接触したままで薄板２３が液体圧とガス圧が釣り合う状態まで弾性変形する。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄圧装置または脈圧減衰装置等として用いられるアキュムレータに関するものである。本発明のアキュムレータは例えば、自動車等車両における油圧配管等に用いられる。

従来から、圧力配管に接続されるオイルポートを備えたアキュムレータハウジングの内部にベローズを配置して前記ハウジングの内部空間を高圧ガスを封入するガス室とポート穴に連通する液室とに仕切るようにしたアキュムレータが知られており、このアキュムレータにはそのタイプとして、図８に示すように一端（遊動端）５１ａにベローズキャップ５２を取り付けたベローズ５１の他端（固定端）５１ｂをハウジング５３上部のエンドカバー５４に固定することによりベローズ５１の内周側をガス室５５、外周側を液室５６とするタイプ（ベローズ５１の内周側にガス室５５が設定されるので「内ガスタイプ」と称される、特許文献１参照）と、図９に示すように一端（遊動端）５１ａにベローズキャップ５２を取り付けたベローズ５１の他端（固定端）５１ｂをハウジング５３下部のオイルポート５７に固定することによりベローズ５１の外周側をガス室５５、内周側を液室５６とするタイプ（ベローズ５１の外周側にガス室５５が設定されるので「外ガスタイプ」と称される、特許文献２または３参照）とがある。

ここで、機器の圧力配管に接続されたアキュムレータでは、機器の運転が停止すると液体（油）がポート穴５８から徐々に排出され、上記図９の外ガスタイプのアキュムレータでは、これに伴って封入ガス圧によりベローズ５１が徐々に収縮し、ベローズキャップ５２下面に設けたシール５９が相手材６０に接触して所謂ゼロダウン状態となる。そしてこのゼロダウン状態では、シール５９により液室５６（ベローズ５１およびシール５９間の空間）内に一部の液体が閉じ込められ、この閉じ込められた液体の圧力とガス室５５のガス圧力とがバランスするので、ベローズ５１に過大な応力が作用して異常変形が発生するのが抑制される構成とされている。

しかしながら、このような運転停止によるゼロダウンが低温で行なわれ、その状態で温度が上昇した場合、液室５６に閉じ込められた液体および封入ガスはそれぞれ熱膨張し、それぞれ圧力が上昇する。この場合、液体は、封入ガスに比べて圧力の上昇度合いが大きいが、ベローズキャップ５２における受圧面積が封入ガスに比べて小さく設定されているので、液体圧がガス圧よりもかなり大きくならないとベローズキャップ５２は移動しない。したがってベローズ５１内外の液体圧とガス圧とに数ＭＰａ程度にも及ぶ大きな圧力差が発生することがあり、このように大きな圧力差が発生するとベローズ５１が異常変形したり、シール５９が損傷したりする虞がある。

特開２００５−３１５４２９号公報 特開２００１−３３６５０２号公報 特開２００７−１８７２２９号公報

また、図１０に示すアキュムレータは、上記図９のアキュムレータと同様に外ガスタイプのアキュムレータであるとともに、ベローズ５１の内周側に補助液体室７１を設け、この補助液体室７１にピストンシール７３付きのピストン７２をストローク可能に内挿すると云う特異な構成を有しているために、以下の不都合が指摘される（特許文献４参照）。
（イ）補助液体室７１の容積分しかベローズ５１の伸長を行なうことができない（補助液体室７１の容積を増やすとベローズ５１の収縮が制限され、同室７１を小さくするとベローズ５１を伸長させるための液量が少なくなり、伸長量を増やすことができない）。
（ロ）ピストンシール７３でピストン７２を密封した状態でストロークさせるので、シール面圧による滑り抵抗が大きく、その損失分だけベローズ５１の動きが鈍化する（アキュムレータとしての機能が低下する）。
特開２００３−２７８７０２号公報

更にまた、下記特許文献５に、ベローズキャップに二次ベローズを介して二次ピストンを連結した構造のアキュムレータが開示されているが、この従来技術には以下の不都合が指摘される。
（ハ）ゼロダウン時に二次ベローズが伸長した状態でベローズの収縮が生じ、二次ピストンが最下面に到達した段階でベローズの収縮が止まるので、十分なベローズの伸縮ストロークを確保することができない。
特表２００５−５００４８７号公報

本発明は以上の点に鑑みて、外ガスタイプのアキュムレータにおいて、ゼロダウン時に液室に閉じ込められた液体および封入ガスが熱膨張したときに発生する圧力差を低減させる機構を備え、もってベローズ内外の圧力差を低減させて、ベローズが異常変形するのを抑制することができるアキュムレータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のアキュムレータは、圧力配管に接続されるオイルポートを備えたアキュムレータハウジングと、前記ハウジングの内部に配置されて前記ハウジングの内部空間を高圧ガスを封入するガス室およびポート穴に連通する液室に仕切るベローズとを有し、前記ベローズはその固定端を前記オイルポートに固定することにより前記ベローズの外周側をガス室、内周側を液室とし、更に前記オイルポートの内面にはゼロダウン時に液室を閉塞して前記液室に一部の液体を閉じ込めるシールが設けられているアキュムレータにおいて、ゼロダウン時に前記液室に閉じ込められた液体および封入ガスが熱膨張したときに発生する圧力差を低減させる圧力差調整機構を有し、前記調整機構は、前記ベローズの遊動端の内周側にシール板を配置し、前記シール板のガス室側の面に弾性変形可能な薄板を接合し、前記薄板の外周部を前記ベローズ遊動端に接合し、前記シール板および前記ベローズ遊動端を前記薄板が弾性変形する範囲でベローズ伸縮方向に相対変位可能とし、ゼロダウン時前記シール板が前記シールに接触した状態における前記シール板の外周縁部からシール接触部までの径方向距離よりも前記シール板の外周縁部から薄板接合部までの径方向距離のほうを大きく設定した構造を有し、定常作動時、前記シール板は前記ベローズおよび薄板に保持された状態で前記シールから離間しており、ゼロダウン時、前記シール板は前記シールに接触し、前記液体および封入ガスの熱膨張時には、前記シール板は前記シールに接触したままで前記薄板が液体圧とガス圧が釣り合う状態まで弾性変形することを特徴とするものである。

上記構成を有する本発明では、ベローズの固定端がオイルポートに固定されてベローズの外周側をガス室、内周側を液室としているので、本発明のアキュムレータは外ガスタイプのアキュムレータである。またベローズの遊動端には従来のベローズキャップに代えて、圧力差調整機構を構成する薄板およびシール板が取り付けられている。

本発明のアキュムレータは、以下のように作動する。

定常作動時・・・
シール板がベローズおよび薄板に保持された状態でシールから離間しているので、ポート穴と液室（ベローズおよびシール間の空間）は連通している。したがってポート穴から液室へそのときどきの圧力を備えた液体が随時導入されるので、薄板およびシール板がベローズを伸縮させながら液体圧とガス圧が釣り合うように移動する。

ゼロダウン時・・・
機器の運転が停止すると液室内の液体がポート穴から徐々に排出され、薄板およびシール板がベローズ収縮方向へ移動し、シール板がシールに接触する。シール板がシールに接触すると液室（ベローズおよびシール間の空間）が閉塞されてこの液室に一部の液体が閉じ込められるので、更なる圧力低下は発生しなくなり、よってベローズ内外で液体圧とガス圧が釣り合うことになる。

ゼロダウン状態における熱膨張時・・・
ゼロダウン状態すなわちシール板がシールに接触した状態で雰囲気温度の上昇等により液室に閉じ込められた液体および封入ガスが熱膨張すると、液体のほうがガスよりも圧力の上昇度合いが大きいので、圧力差が発生する。ここで本発明では圧力差調整機構が作動し、すなわち薄板が液体圧とガス圧が釣り合う状態まで弾性変形するので、圧力差が低減される。したがってベローズ内外に大きな圧力差が発生するのが抑制されることから、ベローズに圧力差による異常変形が発生するのを防止することが可能となる。

尚、この熱膨張時、シール板は、シールに接触した状態におけるシール板の外周縁部からシール接触部までの径方向距離よりもシール板の外周縁部から薄板接合部までの径方向距離のほうが大きく設定されているため、シールに接触したままでシールから離れることがない。これはシール板の外周縁部からシール接触部までの径方向距離によるベローズ伸長方向の受圧面積よりもシール板の外周縁部から薄板接合部までの径方向距離によるベローズ収縮方向の受圧面積のほうが大きく設定されているからである。したがってシール板はシールに接触したまま移動せず、薄板のみが弾性変形する。薄板が弾性変形するとこれに伴ってベローズ遊動端がベローズ伸長方向へ移動することもある。シール板はゼロダウンの解消時に受圧面積の変動や薄板の弾性等によりシールから離間する。

したがって、以上のように作動する本発明のアキュムレータによれば、外ガスタイプのアキュムレータにおいて、ゼロダウン時に液室に閉じ込められた液体および封入ガスが熱膨張したときに発生する圧力差を低減させることが可能とされているために、ベローズ内外の圧力差を低減させ、ベローズが異常変形するのを防止することができる。したがって、ベローズ延いてはアキュムレータの耐久性を向上させることができる。また、上記補助液体室や二次ベローズを有していないために、上記（イ）（ロ）（ハ）の不都合も解消される。

本発明には、以下の実施形態が含まれる。

シールと接触する円板（シール板）は、ベローズ端部（遊動端）と接合された薄板円板（薄板）と軸中心部で接合されており、液体圧が印加されている状態（通常作動）ではオイルポートから浮き上がり、オイルポートに設けられたシールとは接触しない。ゼロダウン時、円板はシールと接触してオイルポートに押し付けられた状態になるが、ベローズ内部の液体が熱膨張した場合には、薄板円板が変形して液体の膨張体積分を吸収するため、ベローズの過度の変形が生じない。薄板円板をより変形し易くし、かつ、円板との接合部に作用する応力を減らすために、薄板円板の円周上に屈曲部を設けても良い。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１ないし図３は、本発明の実施例に係るアキュムレータ１の要部断面を示している。図１は定常作動時、図２はゼロダウン時、図３はゼロダウン状態における熱膨張時の状態をそれぞれ示している。

当該実施例に係るアキュムレータ１は、ベローズ７として金属ベローズを用いる金属ベローズ型アキュムレータであって、以下のように構成されている。

すなわち先ず、図示しない圧力配管に接続されるオイルポート４を備えたアキュムレータハウジング２が設けられており、このハウジング２の内部にベローズ７が配置されてハウジング２の内部空間が高圧ガスを封入するガス室１０と、オイルポート４のポート穴５に連通する液室１１とに仕切られている。ハウジング２としては、有底円筒状のシェル３と、このシェル３の開口部に固定されたオイルポート４との組み合わせよりなるものが描かれているが、このハウジング２の部品割り構造は特に限定されるものではなく、例えばシェル３の底部はシェルと別体のエンドカバーであっても良く、何れにしてもシェル３の底部またはこれに相当する部品には、ガス室１０にガスを注入するためのガス注入口（図示せず）が設けられている。

ベローズ７は、その固定端７ａをハウジング２のポート側内面であるオイルポート４のフランジ部内面に固定しており、よって当該アキュムレータ１はベローズ７の外周側にガス室１０を配置するとともにベローズ７の内周側に液室１１を配置する外ガスタイプのアキュムレータとされている。またベローズ遊動端７ｂの外周部には、ハウジング２の内面に対するベローズ７の接触を防止するために制振リング９が取り付けられている。

ポート穴５の内側すなわちオイルポート４の内面（図では上面）には、環状のストッパ突起（着座面）４ａの内周側に位置して環状の第一および第二段部４ｂ，４ｃが順次形成され、第一段部４ｂにシール１３が嵌着されて、第二段部４ｃに嵌着したシールホルダ１４により抜け止め保持されている。シール１３は、当該アキュムレータ１のゼロダウン時に液室１１（ベローズ７およびシール１３間の空間）を閉塞してこの液室１１に一部の液体を閉じ込めるものであって、この機能を十分に発揮するよう外向きのシールリップを備えたゴム状弾性体製パッキンにより形成されている。尚、シール１３としては、十分なシール性能が得られるものであればＯリングやＸリングなどを用いても良く、本発明は特にシール１３の形状を制限するものではない。

また当該アキュムレータ１には、ゼロダウン時に液室１１に閉じ込められた液体および封入ガスがそれぞれ熱膨張したときに発生する圧力差を低減させる圧力差調整機構２１が設けられている。

この圧力差調整機構２１は、以下のように構成されている。

すなわち、ベローズ遊動端７ｂの内周側にシール板（可動板とも称する）２２がベローズ遊動端７ｂに接触しないよう配置され、シール板２２のガス室１０側の面（図では上面）に弾性変形可能な薄板（薄板状キャップとも称する）２３が接合され、薄板２３はその外径寸法をシール板２２の外径寸法よりも大きく設定されて、その外周部をベローズ遊動端７ｂに全周に亙って接合されている。シール板２２とベローズ７は互いに干渉しないので、両者７，２２は薄板２３が弾性変形する範囲内でベローズ伸縮方向（図では上下方向）に相対変位可能とされている。

シール板２２は、金属等剛材により円板状に形成されている。薄板２３は、薄板状の金属、樹脂またはゴム状弾性体により円板状に形成され、上記したようにその外径寸法をシール板２２の外径寸法よりも大きく設定されている。またこの薄板２３はシール板２２のガス室１０側の面に接合されているが、その接合部２３ａは平面上中心部のみとされ、接合部２３ａよりも外周側の部位はシール板２２に対して接合されていない非接合部２３ｂとされている。またこれに伴って図２に示すゼロダウン時、シール板２２がシール１３に接触した状態において、シール板２２の外周縁部から薄板接合部２２ａまでの径方向距離ｄ_１はシール板２２の外周縁部からシール接触部２２ｂまでの径方向距離ｄ_２よりも大きく設定されている（ｄ_１＞ｄ_２）。

また、シール板２２のガス室１０側の面において、その平面上中心部には凸部２２ｃが設けられるとともに、この凸部２２ｃに対応して薄板２３の平面上中央部に凹部２３ｃが設けられ、この凸部２２ｃと凹部２３ｃが係合することにより両者２２，２３の径方向の位置決めが容易化されている。また薄板２３およびシール板２２の接合は溶接や接着等の接合手段によるが、溶接の場合、図４に示すようにシール板２２に溶接用突起２２ｄを設け、これを薄板２３に設けた穴部２３ｄに差し込んで溶接を行なうと、両者２２，２３の接合を強化することが可能となる。

上記構成のアキュムレータ１は、ベローズ固定端７ａがハウジング２のポート側内面であるオイルポート４のフランジ部内面に固定されているので、外ガスタイプの範疇に属し、また上記構成により以下のように作動する。

定常作動時・・・
すなわち、図１は当該アキュムレータ１の定常作動時の状態を示している。オイルポート４は図示しない機器の圧力配管に接続される。この定常状態では、シール板２２が薄板２３およびベローズ７に保持された状態でシール１３から離れているので、ポート穴５と液室１１は連通している。したがって、ポート穴５から液室１１へそのときどきの圧力を備えた液体が導入されるので、薄板２３およびシール板２２がベローズ７を伸縮させながら液体圧とガス圧とが釣り合うように移動する。

ゼロダウン時・・・
図１の状態から機器の運転が停止すると、液室１１内の液体がポート穴５から徐々に排出され、これに伴って封入ガス圧によりベローズ７が徐々に収縮し、薄板２３およびシール板２２がベローズ収縮方向（図では下方）へ徐々に移動し、シール板２２がシール１３に接触する。図２に示すようにシール板２２はストッパ突起４ａに当接することにより停止する。このようにシール板２２がシール１３およびストッパ突起４ａに接触・当接すると液室（ベローズ７およびシール１３間の空間）１１が閉塞されてこの液室１１に一部の液体が閉じ込められることになるので、この液室１１において更なる圧力低下は発生しなくなり、よってベローズ７内外で液体圧とガス圧とが釣り合うことになる。したがって、ゼロダウンによるベローズ７の異常変形を抑制することが可能とされている。

ゼロダウン状態における熱膨張時・・・
図２のゼロダウン状態すなわちシール板２２がシール１３およびストッパ突起４ａに接触した状態で雰囲気温度の上昇等により液室１１に閉じ込められた液体および封入ガスがそれぞれ熱膨張すると、液体のほうがガスよりも圧力の上場度合いが大きいので、圧力差が発生する。しかしながら当該アキュムレータ１では、弾性変形可能な薄板２３が液室１１の隔壁の一部を構成しているので、圧力差が発生すると、図３に示すように薄板２３が液室１１の容積を拡大させるように弾性変形し、ベローズ遊動端７ｂもベローズ伸長方向へ移動し（ベローズ７が伸長し）、液体圧とガス圧とが釣り合う位置で停止する。したがって、ベローズ７内外に大きな圧力差が発生するのが抑制されることから、ベローズ７に圧力差による異常変形が発生するのを防止することができる。

尚、このとき、シール板２２は、上記したようにシール板２２の外周縁部から薄板接合部２２ａまでの径方向距離ｄ_１がシール板２２の外周縁部からシール接触部２２ｂまでの径方向距離ｄ_２よりも大きく設定されている（ｄ_１＞ｄ_２）ことから上下受圧面積の格差により、液室１１内部の圧力によってシール１３およびストッパ突起４ａに押し付けられたままであり、よってゼロダウン状態が解消してしまうことはない。

したがって、上記アキュムレータ１によれば、外ガスタイプのアキュムレータにおいて、ゼロダウン時に液室１１に閉じ込められた液体および封入ガスがそれぞれ熱膨張したときに発生する圧力差を低減させることが可能とされているために、ベローズ７内外の圧力差を低減させ、ベローズ７に異常変形が発生するのを防止することができる。したがって、ベローズ７延いてはアキュムレータ１の耐久性を向上させることができる。

尚、上記実施例において、薄板２３は、平面中央の接合部２３ａ以外の部位は平板状に成形されているが、図５に示すように接合部２３ａの外周側の部位に環状の屈曲部２３ｅを設けることが考えられ、このように屈曲部２３ｅを設けると薄板２３が弾性変形しやすくなることから、薄板２３の変形量が増大させることが可能となる。また薄板２３が弾性変形したときに変形による負荷が接合部２３ａへ伝わりにくくなることから、接合部２３ａが剥がれにくくなると云う効果もある。屈曲部２３ｅは断面Ｕ字状に形成され、これを収めるための溝状凹部２２ｅがシール板２２に設けられている。

また、図２に示したゼロダウン状態において、シール板２２がストッパ突起４ａに当接すると、シール板２２、ストッパ突起４ａおよびシール１３に囲まれる空間１１ａが密閉されることがあり、この密閉された空間１１ａ内の液体が熱膨張すると、高圧を受けてシール１３が損傷することが懸念される。そこでこれを防止するには、図６に示すように貫通穴状の連通路２４をシール板２２に設けたり、あるいは図７に示すように切欠状の連通路２５をシール板２２の外周部に設けたりして、空間１１ａと液室１１（ベローズ７、オイルポート４、シール板２２および薄板２３に囲まれる空間１１ｂ）と連通させるのが好適である。

本発明の実施例に係るアキュムレータの定常作動時の状態を示す要部断面図 同アキュムレータのゼロダウン時の状態を示す要部断面図 同アキュムレータのゼロダウン状態における熱膨張時の状態を示す要部断面図 シール板と薄板の溶接構造を示す断面図 本発明の他の実施例に係るアキュムレータの要部断面図 本発明の他の実施例に係るアキュムレータの要部断面図 本発明の他の実施例に係るアキュムレータの要部断面図 従来例に係るアキュムレータの断面図 他の従来例に係るアキュムレータの断面図 他の従来例に係るアキュムレータの断面図

符号の説明

１ アキュムレータ
２ ハウジング
３ シェル
４ オイルポート
４ａ ストッパ突起
４ｂ，４ｃ 段部
５ ポート穴
７ ベローズ
７ａ ベローズ固定端
７ｂ ベローズ遊動端
９ 制振リング
１０ ガス室
１１ 液室
１１ａ，１１ｂ 空間
１３ シール
１４ シールホルダ
２１ 圧力差調整機構
２２ シール板
２２ａ 薄板接合部
２２ｂ シール接触部
２２ｃ 凸部
２２ｄ 溶接用突起
２２ｅ 溝状凹部
２３ 薄板
２３ａ 接合部
２３ｂ 非接合部
２３ｃ 凹部
２３ｄ 穴部
２３ｅ 屈曲部
２４，２５ 連通路

Claims (1)

1. 圧力配管に接続されるオイルポートを備えたアキュムレータハウジングと、前記ハウジングの内部に配置されて前記ハウジングの内部空間を高圧ガスを封入するガス室およびポート穴に連通する液室に仕切るベローズとを有し、前記ベローズはその固定端を前記オイルポートに固定することにより前記ベローズの外周側をガス室、内周側を液室とし、更に前記オイルポートの内面にはゼロダウン時に液室を閉塞して前記液室に一部の液体を閉じ込めるシールが設けられているアキュムレータにおいて、
   ゼロダウン時に前記液室に閉じ込められた液体および封入ガスが熱膨張したときに発生する圧力差を低減させる圧力差調整機構を有し、
   前記調整機構は、前記ベローズの遊動端の内周側にシール板を配置し、前記シール板のガス室側の面に弾性変形可能な薄板を接合し、前記薄板の外周部を前記ベローズ遊動端に接合し、前記シール板および前記ベローズ遊動端を前記薄板が弾性変形する範囲でベローズ伸縮方向に相対変位可能とし、ゼロダウン時前記シール板が前記シールに接触した状態における前記シール板の外周縁部からシール接触部までの径方向距離よりも前記シール板の外周縁部から薄板接合部までの径方向距離のほうを大きく設定した構造を有し、
   定常作動時、前記シール板は前記ベローズおよび薄板に保持された状態で前記シールから離間しており、ゼロダウン時、前記シール板は前記シールに接触し、前記液体および封入ガスの熱膨張時には、前記シール板は前記シールに接触したままで前記薄板が液体圧とガス圧が釣り合う状態まで弾性変形することを特徴とするアキュムレータ。

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