JP2009228895A - 二重構造のベローズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の設計因子を減らしつつも、耐久性及び寿命などの性能を向上させたベローズ装置を提供する。
【解決手段】第１部材と第２部材の相対移動により、伸縮変位するベローズ装置において、第１部材に固定結合される第１部材側フランジと、第１部材側フランジに一端が連結された第１ベローズ管と、第２部材に固定結合される第２部材側フランジと、第２部材側フランジに一端が連結された第２ベローズ管と、第１ベローズ管と第２ベローズ管の間に位置して第１ベローズ管及び第２ベローズ管の他端が結合される連結部材を含み、第１ベローズ管は、第１部材と第２部材を垂直に連結する軸方向への伸縮変位は可能であるが、軸方向に垂直な平面上に沿って伸縮変位する横方向への伸縮変位は規制され、第２ベローズ管は、第１部材と第２部材の相対移動によって横方向への伸縮変位は可能であるが、軸方向への伸縮変位は規制されるように構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、互いに対して相対的に移動可能な対向する第１部材と第２部材の間に設けられ、第１部材と第２部材の相対移動に従って伸縮変位するベローズ装置に関するものであり、より詳細には、第１部材と第２部材の移動に従って伸縮変位するベローズ管を軸方向に伸縮変位を担当する部分と、横方向に伸縮変位を担当する部分に区分して構成した二重構造のベローズ装置に関するものである。

稼働部材と稼働部材または稼働部材と固定部材の二つの部材を伸縮的に連結しつつ、その内部の部材を気密に保護する機械要素としてベローズ装置が用いられている。
通常、かかるベローズ装置は、２つの部材側にそれぞれ結合される２つのフランジと、その２つのフランジの間にかけて設けられる伸縮性のベローズ管で成り立っている。

ベローズ管の材質は、金属、樹脂など様々である。
そのうち、金属ベローズ管は、金属箔板を溶接して製造することができ、高温、高圧、高腐食性、高精密性などが必要な所に主に使用される。
特に、金属ベローズ管は、密封の信頼度が特別に要求される精密部品であり、宇宙航空、半導体装備、超高真空装備、放射光加速器、計測器、メカニカルシール（Ｍechanical Seal）など産業全般にわたる広範囲な分野で使用されている。

図１〜図３は、従来のベローズ装置の構成及び作動状態を表したものである。

図１は、ＬＣＤ製造装備や半導体製造装備の一部である処理チャンバーにベローズ装置が取り付けられて作動する状態を示したものであり、処理チャンバーがその内部の被処理体の処理のために前後左右または上下に移動する時、一緒に伸縮変位すると同時に、処理チャンバー内部の雰囲気と外部真空チャンバーの真空雰囲気を遮断して密封性を維持する役割を果たしている。

図２は、かかるベローズ装置の一般的な伸縮変位の様態を示している。

図示されたように、ベローズ装置は、図示しない第１部材に連結された第１部材側フランジ（１）、図示しない第２部材に連結された第２部材側フランジ（３）とその間に設けられたベローズ管（Ｂ）で構成される。
前記ベローズ管（Ｂ）は、第１部材または第２部材の移動によって移動する第１部材側フランジ（１）または第２部材側フランジ（３）の移動に従い、図２のイ）のように、第１部材と第２部材を垂直に連結する軸方向に伸縮変位したり、図２のロ）のように、前記軸に対して傾いた傾斜方向に伸縮変位したり、図２のハ）のように、前記軸に対して垂直な横方向に伸縮変位する。

前記ベローズ管の伸縮変位の様態を整理すると、結局、全てのベローズ管の伸縮の変位様態は、軸方向への伸縮変位、横方向への伸縮変位、軸方向と横方向の複合伸縮の変位で表示することができる。

一方、従来のベローズ管は、前記のように作用する伸縮変位の種類により、それに符号する最適の疲労強度を有するように設計されている。
ベローズ管が軸方向または横方向の単一方向にのみ伸縮変位する場合は考慮すべき設計因子の数が相対的に少ないため、ベローズ管の疲労強度などの特性を目標値に符号するように設計することが容易である。

しかし、ベローズ管が軸方向及び横方向の２方向の伸縮変位が混合した複合伸縮変位で動く場合は、相反する２種類の力と伸縮変位を全て考慮しなければならないため、要求される特性を得るために考慮しなければならない設計因子が多くなり、これによって、ベローズ管の設計可能範囲が狭まるだけでなく、長期間の反復使用時に、ベローズ管の性能及び寿命が単一の伸縮変位が作用するベローズ管に比べて急激に落ちる傾向を示す。

図３は、軸方向の伸縮変位と横方向の伸縮変位が複合的に作用する場合の金属ベローズ管の変形の様態を示している。

図示されたように、上端フランジ側付近のベローズ管の左側部分は、ベローズ管を構成する薄板金属の隙間ないしピッチが狭まり、右側部分の隙間ないしピッチは反対に広がり、中心軸を基準に引張と圧縮が互いに反対方向で同時に表れる現象が発生するようになる。
この場合、特に、距離が狭い隙間の場合、左側部分の薄板の金属は、激しいと互いに触接するようになって摩耗が発生することがある。
また、図３の下端フランジ側付近のベローズ管にもこのような現象が発生するところ（ただし、引張及び圧縮方向は反対である）、このようなベローズ管の複合的変形は、ベローズ管に摩耗及び過度な疲労を誘発し、ベローズ管を破壊する原因となり、従って複合伸縮変位されるベローズ管は、単一に伸縮変位するベローズ管に比べて使用期間、つまり、寿命が短縮されるという問題がある。

本発明は、前記した従来のベローズ装置の問題を解決するためのものであり、ベローズ装置のベローズ管を軸方向の伸縮変位を担当する部分と、横方向の伸縮変位を担当する部分に区分し、ベローズ管が実質的に単一方向の伸縮変位のみを受けるように構成することにより、考慮しなければならない装置の設計因子を減らしつつも、同時に、耐久性及び寿命などの性能を向上させたベローズ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のベローズ装置は、
互いに相対的に移動可能な対向する第１部材と第２部材の間に設けられ、
前記第１部材と第２部材の相対移動に従って伸縮変位されるベローズ装置において、
前記第１部材に固定結合される第１部材側フランジと、
前記第１部材側フランジに一端が連結された第１ベローズ管と、
前記第２部材に固定結合される第２部材側フランジと、
前記第２部材側フランジに一端が連結された第２ベローズ管と、
前記第１ベローズ管と第２ベローズ管の間に位置し、前記第１ベローズ管及び第２ベローズ管の他端が結合される連結部材を含んで構成され、
前記第１ベローズ管は、前記第１部材と第２部材の相対移動によって第１部材と第２部材を垂直に連結する軸方向への伸縮変位は可能であるが、前記軸方向に垂直な平面上に沿って伸縮変位する横方向への伸縮変位は規制され、
前記第２ベローズ管は、前記第１部材と第２部材の相対移動に従って、前記横方向への伸縮変位は可能であるが、前記軸方向への伸縮変位は規制される二重構造のベローズ装置で構成されることを特徴とする。

本発明の一実施例である二重構造のベローズ装置は、第２ベローズ管の外側に配置され、一端が第２部材側フランジに固定結合され、他端が連結部材に結合される固定軸を具備し、前記固定軸の他端は、連結部材に対して横方向への相対移動は可能だが、軸方向への移動は不可能に結合されることを特徴とする。

前記実施例の二重構造のベローズ装置は、連結部材の固定軸の他端が結合される結合部には、固定軸が横方向へ移動することができる空間が形成され、結合部の空間の上下には前記空間を覆い、固定軸に結合されて固定軸の軸方向移動を規制するスライドガイドが結合され、固定軸は上下のスライドガイドと結合部の空間を貫通し、前記連結部材に結合されることを特徴とする。

前記実施例の二重構造のベローズ装置は、前記連結部材が、円盤形状で成り、円盤の周りに沿って固定軸の数に対応する数の固定軸の結合部が突出形成され、この結合部には円盤の中心方向に向かって、くぼむように湾曲した凹部が形成され、凹部内で前記固定軸が横方向に移動することを特徴とする。

前記実施例の二重構造のベローズ装置では、固定軸と凹部の内周面の間の距離が、前記第２ベローズ管の横方向の最大伸縮の変位距離より大きいことが望ましい。

前記実施例の二重構造のベローズ装置では、固定軸が第２ベローズ管の前後左右に各一対ずつ配置され、これに対応して、連結部材の固定軸結合部も、円盤形状の連結部材の前後左右に各一対ずつ形成されることが望ましい。

また、本発明のベローズ装置は、第１部材と第２部材の相対移動により、連結部材または第１部材側フランジのうち一つが横方向に動く際には、連結部材または第１部材側フランジのうち、他の一つの部材が横方向に一緒に動くように構成されていることを特徴とする。

本発明はベローズ管を単一構造ではない二重構造で製作し、横方向の伸縮変位と軸方向の伸縮変位をそれぞれ異なる区域で担当するようにし、ベローズ管の過度な変形を防止し、これにより、ベローズ管の間の接触及び疲労度を減らし、結果的にベローズ管の寿命及び性能を画期的に向上させることができるという効果を持つ。

また、ベローズ管を軸方向の伸縮変位を担当する部分と、横方向の伸縮変位を担当する部分に製作し、一つの方向に伸縮変位するベローズ管は、他の方向には伸縮変位しないようにすることにより、ベローズ管の各部分が実質的に単一方向にのみ伸縮変位されるように構成することにより、複合変位時に考慮しなければならない複雑な装置の設計因子の数を減らし、装置の設計を簡易にすることができる。

本発明の二重構造ベローズ装置は、互いに対して相対的に移動可能な対向する第１部材と第２部材の間に設けられるベローズ装置のベローズ管を、連結部材によって連結される２つのベローズ管、即ち、第１ベローズ管及び第２ベローズ管で構成し、各ベローズ管の伸縮変位方向を第１部材と第２部材を垂直に連結する軸方向または前記軸方向に垂直な横方向にのみ限定されるように構成した点に特徴がある。
即ち、第１ベローズ管を軸方向への伸縮変位は可能であるが、横方向への伸縮変位は制限されるように構成し、反対に、第２ベローズ管は横方向への伸縮変位は可能だが、軸方向への伸縮変位は制限されるように構成すると、軸方向及び横方向の伸縮変位が複合的に作用する場合も、各ベローズ管が各方向の伸縮変位を分担するようになるため、結果的に本発明の全体ベローズ管の各部分は、実質的に単一方向の伸縮変位のみを行うことになり、従来の技術のようなベローズ管の摩耗や疲労発生を減らすことができ、寿命も向上させることができるようになる。

本発明において、「第１部材と第２部材が相対移動」するという意味は、第１部材及び第２部材のうち、いずれか一つの部材が固定され、残り一つの部材が固定された部材に対して移動する場合はもちろん、２つの部材が同時に移動し、互いに対して接近及び離間する場合を全て含む。
また、第１部材及び第２部材の移動方向は、互いを垂直に連結する軸方向への移動及び前記軸方向に垂直な平面上に沿って移動する横方向への移動、前記軸方向または横方向に対して傾いた傾斜方向への移動を全て含む。
第１部材または第２部材が傾斜方向に相対移動する場合も、結局は前記の軸方向移動及び横方向移動が複合した形と見ることができ、このような場合には、第１部材または第２部材の傾斜方向移動によって作用する各方向の力により、第１ベローズ管及び第２ベローズ管がそれぞれ軸方向及び横方向に伸縮変位することができる。

第１ベローズ管及び第２ベローズ管の伸縮変位方向をそれぞれ一つの方向にのみ伸縮変位されるように規制することは、以下の実施例のような規制機構によって達成することができる。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の実施例について具体的に説明することとする。

図４は、本発明の一実施例である二重構造のベローズ装置を示す概略図であり、図５は、前記実施例の要部である連結部材の結合部（２ａ）の詳細図であり、図６及び図７は、前記実施例のベローズ装置の横方向の伸縮変位の様態を示す図面であり、図８は、前記実施例のベローズ装置の軸方向の伸縮変位の様態を示す図面である。

図４において、最下段に位置した第１部材側フランジ（１）は、その下部の図示しない第１部材に固定結合され、最上段の第２部材側フランジ（３）は、その上部の図示しない第２部材に固定結合されている。
第１ベローズ管（７）の一端は、第１部材側フランジ（１）に連結され、他端は、第１部材側フランジ（１）と第２部材側フランジ（３）の間に配置された連結部材（２）に結合されている。
また、第２ベローズ管（４）の一端は、第２部材側フランジ（３）に連結され、他端は、連結部材（２）の第１ベローズ管（７）の結合面の裏面に結合されている。
第１ベローズ管（７）及び第２ベローズ管（４）は、第１部材と第２部材を垂直に連結する軸方向に相次いで配置されている。
本実施例では、両ベローズ管の直径は同一になっているが、ベローズ管内部に密封される部品の大きさやその配置関係などによって、両ベローズ管の直径を異なわせることができる。

前記第２ベローズ管（４）の外側には、一端が第２部材側フランジ（３）に固定結合されるとともに他端が連結部材（２）に結合される固定軸（５）が第２ベローズ管（４）と並んで設けられている。
前記固定軸（５）の他端は、連結部材（２）に対して横方向への相対移動は可能だが、軸方向への移動は不可能に結合されることによって、第２ベローズ管（４）の軸方向の伸縮変位の規制機構を形成している。
例えば、前記連結部材（２）の固定軸（５）の他端が結合される結合部に前記固定軸（５）が横方向に移動することができる空間を形成しておくと、前記第２部材側フランジ（３）に固定結合された固定軸（５）は第２部材側フランジ（３）の横方向移動に従って横方向に移動することができる。
しかし、前記連結部材（２）の結合部空間の上下に前記空間を覆い、固定軸（５）に結合され、固定軸（５）の軸方向移動を規制するスライドガイド（６）を結合させると、固定軸（５）の軸方向移動は不可能になる。
つまり、連結部材の結合部（２ａ）の上下のスライドガイド（６）とその結合部（２ａ）の空間を貫通し、前記連結部材（２）に結合された固定軸（５）は、連結部材（２）に形成された空間内で移動することができるため、連結部材（２）に対して、互いに横方向へ相対移動することは可能であるが、前記スライドガイド（６）のため、軸方向への移動は不可能になる。
従って、第２部材側フランジ（３）と連結部材（２）の間の距離は、その間の固定軸（５）の距離だけ常に一定に維持されるため、第２部材側フランジ（３）と連結部材（２）の間に設けられる第２ベローズ管（４）の軸方向の伸縮変位も不可能になる。
つまり、第２部材側フランジ（３）、この第２部材側フランジ（３）に固定結合された固定軸（５）、該固定軸（５）に結合されたスライドガイド（６）及び連結部材（２）は、全体が一体となり、第２ベローズ管（４）の軸方向の伸縮変位の規制機構を形成する。

一方、第２部材側フランジ（３）、該第２部材側フランジ（３）に固定結合された固定軸（５）及び該固定軸（５）に結合されたスライドガイド（６）は、一体となって連結部材（２）の空間内で連結部材（２）に対して横方向に移動することができる。
もちろん、前記連結部材（２）も、前述のような一体となった構成に対して横方向に移動することができる。
前記スライドガイド（６）と連結部材（２）の固定軸の結合部（２ａ）の間には、所定間隔の遊間をおくか、潤滑油を注入しておくことにより、前記一体となった構成と連結部材（２）との相対移動が円滑に行なわれるようにすることができる。

第２部材側フランジ（３）と連結部材（２）との間の間隔を一定に維持するため、固定軸（５）は最小１つ以上必要であり、本実施例では、固定軸（５）は第２ベローズ管（４）の外側の前後左右に各１対ずつ計２対が配置されている。

前記連結部材（２）は、円盤形状に形成されており、前記円盤の周りに沿って固定軸（５）の数に対応する数の固定軸の結合部（２ａ）が突出形成されている。
図４の下の図面は、前記連結部材（２）の平面図であり、本実施例では、固定軸の結合部（２ａ）が固定軸（５）の数に対応して円盤の前後左右に２対が配置されている。

また、本実施例では、前記固定軸の結合部（２ａ）に固定軸（５）が移動することができる空間として、前記円盤の中心に向かって窪むように湾曲した形の凹部（Ｍ）が形成されている。
図５に示されているように、ベローズ装置が停止状態にある時は、前記固定軸（５）は凹部（Ｍ）の中心に位置しているが、例えば、第２部材側フランジ（３）が横方向に移動する時は、前記固定軸（５）が凹部（Ｍ）内周面または外側に向かって左右に移動する。
前記固定軸（５）と凹部（Ｍ）内周面の間の距離は、固定軸（５）の最大移動可能ストロークに該当する。
前記第２ベローズ管（４）の横方向の最大伸縮変位距離は、前記最大移動可能ストロークよりは大きくならない。
前記固定軸（５）が移動し、凹部（Ｍ）内周面に衝突すると騒音が発生して破損の危険が生じるなど、ベローズ装置に良くない影響を及ぼすため、前記第２ベローズ管（４）の横方向の最大伸縮変位距離は、前記固定軸（５）と凹部（Ｍ）内周面の間の距離よりは小さく設定される。
装置設計上では、前記固定軸（５）が凹部（Ｍ）の内周面の直前で止まるように第２ベローズ管（４）の横方向の最大伸縮変位距離を設定している。

また、本発明は、第１ベローズ管（７）の軸方向の伸縮変位は許容しつつ、横方向への伸縮変位は規制する規制機構を備えている。

例えば、前記規制機構を、第１部材と第２部材の相対移動に従って、連結部材（２）または第１ベローズ管フランジ（１）のうち１つが横方向に動く際に、連結部材（２）または第１部材側フランジ（１）のうち他の１つの部材が横方向に一緒に動くように構成すると、第１部材側フランジ（１）、連結部材（２）及び第１部材側フランジ（１）と連結部材（２）の間に配置された第１ベローズ管（７）が一体となって横方向に移動するようになるため、前記第１ベローズ管（７）の横方向への伸縮変位は規制される。
かかる第１ベローズ管（７）の横方向の伸縮変位の規制機構は、図４〜図８に開示されているように、第１ベローズ管（７）と第２ベローズ管（４）の剛性差を利用して構成することもでき、図９〜図１７に開示されているように、所定の機械的な装置を付加して構成することもできる。

図４の実施例の場合、前記第１ベローズ管（７）の横方向の変形に対する抵抗性を示す横方向変形の剛性は、第２ベローズ管（４）の横方向変形の剛性よりはるかに大きく設定されている。
ここで、前記両ベローズ管の剛性の差を、第１部材と第２部材の相対移動によって第１部材側フランジ（１）または第２部材側フランジ（３）が横方向に移動することにより、前記第１ベローズ管（７）及び第２ベローズ管（４）に横方向の力が加えられ、この横方向の力によって第２ベローズ管（４）が横方向に伸縮変位する際、第１ベローズ管（７）の横方向の伸縮変位はほとんど起きない程度の大きい剛性差に設定すれば、第１ベローズ管（７）の横方向の伸縮変位の規制を達成することができる。
わかりやすくするために、例えば、第１ベローズ管（７）を鉄製のスプリングと仮定し、第２ベローズ管（４）をゴムひもと仮定すると、第１ベローズ管（７）及び第２ベローズ管（４）に横方向への力が同時に加えられる時は、ゴムひもの方が横方向に長く伸びる反面、鉄製スプリングはほとんど伸びない。
もちろん、鉄製スプリングが横方向に伸びるほどの大きな力を加えると、鉄製スプリングが伸びることができるが、本発明で想定している横方向の変形力は、ゴムひも、つまり、第２ベローズ管（４）が横方向に伸びることができる程度であり、第２ベローズ管（４）が横方向に最大に伸縮変位する場合も、鉄製スプリング、つまり第１ベローズ管（７）は横方向にほとんど伸びない程度の力の大きさの範囲内にあるため、前述したような大きい力は本発明の論外である。

前記ベローズ管の横方向の変形剛性は、前記のとおり、両ベローズ管の材質を異なるようにするか、またはその設計規格を異なるようにするなど、様々な因子を適切に変更することにより、前述したような剛性差を持つように調整することができる。
本実施例の横方向の伸縮変位の様態は、図６及び図７に示されている。
第１部材及び第１部材側フランジ（１）が固定されており、第２部材及び第２部材側フランジ（３）が移動する場合を考慮すると、図６に図示されているように、第２部材側フランジ（３）が左側に移動することにより、第２ベローズ管（４）が左側の横方向に伸張変位される。
この時、第２部材側フランジ（３）に固定結合された固定軸（５）と、固定軸（５）に結合されたスライドガイド（６）も一緒に横方向に移動される。
図６下の連結部材（２）の平面図に示されているように、この場合、固定軸の結合部（２ａ）の凹部（Ｍ）内で、固定軸（５）は左側に移動する。
合計４ヶ所の凹部（Ｍ）のうち、左側の凹部（Ｍ）を除いて、上下及び右側の凹部（Ｍ）で固定軸（５）はその凹部（Ｍ）の内周面に触る直前まで移動して停止する。
この時の第２ベローズ管（４）の横方向の変位距離が左側横方向に最大変位距離になる。

一方、第１ベローズ管（７）は第２ベローズ管（４）に比べて横方向変形に対する抵抗性、つまり、横方向変形剛性がはるかに大きいので、第２ベローズ管（４）の横方向変位にもかかわらず、第１ベローズ管（７）は横方向にほとんど変位しない。
図７には、第２部材側フランジ（３）が右側に移動するに従い、第２ベローズ管（４）が右側に伸張変位することが開示されている。
この場合は、連結部材（２）の上下及び左側の固定軸（５）の結合部（２ａ）に形成された凹部（Ｍ）内でその凹部（Ｍ）の内周面の直前まで固定軸（５）が移動し、この時の第２ベローズ管（４）の横方向の変位距離が右側の横方向に最大変位距離となる。
この場合、やはり第１ベローズ管（７）は横方向にほとんど変位しない。

図６及び図７の実施例では、第１部材及び第１部材側フランジ（１）が固定されており、第２部材及び第２部材側フランジ（３）が左右に移動する場合を想定したが、反対に第１部材及び第１部材側フランジ（１）が左右に移動し、第２部材及び第２部材側フランジ（３）が固定されている場合を仮定したとしても、ベローズ装置の横方向の変位様態はほぼ同一である。
即ち、第１部材の横方向移動によって第１部材側フランジ（１）が横方向に移動すると、これに連結された第１ベローズ管（７）と連結部材（２）が横方向に一緒に移動する。
第１ベローズ管（７）は、本ベローズ装置に加えられる程度の横方向の力で横方向にほとんど変位しない程度の横方向の剛性を持つように設定されているため、第１部材側フランジ（１）の横方向移動にもかかわらず、横方向にほとんど伸びない。
従って、第１部材側フランジ（１）及び第１ベローズ管（７）が横方向に移動すると、第１ベローズ管（７）に連結された連結部材（２）も一緒に移動するしかない。
また、連結部材（２）が横方向に移動すると、横方向の変形剛性がはるかに低い第２ベローズ管（４）が横方向に伸縮変位するようになり、結局、図６及び図７の変形様態とほぼ同一の形に変位する。
この時、連結部材（２）は、その連結部材（２）の凹部（Ｍ）の内周面が固定軸（５）に触る直前まで横方向に移動し、この時の第２ベローズ管（４）の横方向の変位距離が最大変位距離になる点は、図６及び図７の例と同一である。

前記横方向への伸縮変位機構は、図６及び図７のように、軸方向に垂直な左右方向への変位は勿論、軸方向に垂直な前後方向（つまり、紙面に入って出る方向であり、図６及び図７に開示された連結部材（２）の平面図を基準にした時の上下方向移動を意味する）への変位時にも適用される。
つまり、本発明で言う横方向への変位は、前記軸方向に垂直な平面上での移動を全て含む概念である。
例えば、図６の平面図で示された円盤状の連結部材（２）の上下左右間の円盤の中心に対して対称となる固定軸結合部（２ａ）を一対さらに形成し、これに対応して固定軸（５）も結合部に相応する位置に一対さらに形成すると、その上下左右間の円盤の直径方向へ連結部材（２）及び固定軸（５）が互いに相対移動することができる。

図８には、本実施例の軸方向の伸縮変位の様態が示されている。
第２部材及び第２部材側フランジ（３）が固定されており、第１部材及び第１部材側フランジ（１）が第２部材側に向かって接近したり（図８（ａ）の場合）またはこれから離間される場合（図８（Ｂ）の場合）に、第２ベローズ管（４）は、第２部材側フランジ（３）、固定軸（５）、スライドガイド（６）及び連結部材（２）で構成される軸方向の伸縮変位の規制機構の作用として変位されず、従って第２ベローズ管（４）の軸方向の長さは常に一定である。
反面、第１部材側フランジ（１）の上下移動によって、第１ベローズ管（７）は、軸方向に伸張及び圧縮される。

かかる第１ベローズ管（７）及び第２ベローズ管（４）の軸方向の伸縮変位機構及び横方向の伸縮変位機構は、前記のとおり、第１部材と第２部材のいずれか１つが固定され、他の１つが横方向に移動する場合は勿論、２つの部材が全て軸方向または横方向に移動するが、その移動方向や距離などが相対的に異なり、両部材が相対的に互いに接近及び離間する場合にも適用される。
即ち、前記軸方向の伸縮変位機構及び横方向の伸縮変位機構は、「第１部材と第２部材が相対移動」する場合に全て適用される。

一方、前述した実施例では、前記固定軸（５）が連結部材（２）の上下左右に対応する位置に２対形成されているが、必ず対で形成されなければならないのではなく、その数は設計上の要請や、連結部材（２）の固定軸の結合部（２ａ）に形成された空間形態などを考慮して適切に決定され得る。
例えば、前記固定軸の結合部（２ａ）の空間を、図面に示されたように、一方の面が空いている凹部（Ｍ）の形ではなく、固定軸の結合部（２ａ）で囲まれた円形状とする場合は、その円形の中心に１つの固定軸（５）を位置させ、その固定軸（５）を円形の半径方向に往復移動させる構成でできる。
かかる場合には、第２部材側フランジ（３）と連結部材（２）の間の間隔を維持するための固定軸（５）は１のみあっても十分である。
ただし、かかる場合も、前記間隔を安定的に維持し、軸方向に垂直した平面上で横方向に連結部材（２）及び固定軸（５）が安定的に相対移動できるようにするという側面で、固定軸（５）及び連結部材の結合部（２ａ）を対で形成することが望ましい。

前記実施例では、第１ベローズ管（７）の剛性によって前記第１部材側フランジ（１）と連結部材（２）が横方向に一緒に動くように構成することにより、第１ベローズ管（７）の横方向の伸縮変位を規制したが、所定の機械的な装置を付加し、第１ベローズ管（７）の横方向の伸縮変位を規制することができる。
つまり、前記連結部材（２）と第１部材側フランジ（１）の間にかけて軸方向に配置され、一端または両端が連結部材（２）及び第１部材側フランジ（１）のうち少なくとも一方の部材を貫通して軸方向にさらに延長され、少なくとも一方の部材と軸方向に互いに相対移動可能に設置されると同時に、少なくとも一方の部材の横方向への移動によって横方向へ一緒に移動可能に設置される軸部材を設けると、第１ベローズ管（７）の変位様態を規制することができる。

かかる横方向の伸縮変位規制機構としては、例えば、図９〜図１７に開示されたもののような実施例がある。
この実施例においても、第２ベローズ管（４）の軸方向変位の規制機構は、図４〜図８の実施例と同一であり、ただし第１ベローズ管（７）の横方向の変位規制機構が異なる。
従って、各実施例において、共通する構成要素には同一の符号を付け、それに対する重複する説明は省略することにする。
また、説明の便宜のために、図９〜図１７に開示された実施例では、第２部材及び第２部材側フランジ（３）が固定され、第１部材及び第１部材側フランジ（１）が横方向または軸方向に移動すると仮定する。

図９に図示された実施例では、第１ベローズ管（７）及び第２ベローズ管（４）の内側の中央の連結部材（２）部分を貫通し、第１ベローズ管（７）及び第２ベローズ管（４）より小さい直径を持つ連結部材ブッシング管（２−１）が設けられている。
また、連結部材ブッシング管（２−１）の直下の第１部材側フランジ（１）を貫通し、第１ベローズ管（７）より小さい直径を有するフランジブッシング管（１−１）が設けられている。
本実施例で、前記軸部材は、前記フランジブッシング管（１−１）及び連結部材ブッシング管（２−１）を貫通して延長形成され、両端が第１及び第２部材の方にそれぞれさらに延長されるシャフト（Ｓ）で構成されている。

前記シャフト（Ｓ）とフランジブッシング管（１−１）及び連結部材ブッシング管（２−１）の間には潤滑油が介在するか、所定の遊間が形成されており、前記シャフト（Ｓ）と各ブッシング管は軸方向に互いに相対移動できるようになっている。
また、前記シャフト（Ｓ）は、前記連結部材（２）と第１部材側フランジ（１）の間に縦にかけられて設けられているのは勿論、その両端が各々第１部材と第２部材に向かって長く延長されており、横方向に移動可能に設置されている。

図１０には、シャフト（Ｓ）を具備した前記実施例の横方向の伸縮変位様態が示されている。

図示したように、第１部材側フランジ（１）が横方向へ移動すれば、前記第１部材側フランジ（１）にかかってシャフト（Ｓ）が横方向に移動し、これに従って前記シャフト（Ｓ）が連結部材（２）を横方向に押し、前記連結部材（２）も横方向に移動する。
結局、前記シャフト（Ｓ）により、前記第１部材側フランジ（１）と連結部材（２）は左右の横方向に常に一緒に移動するようになり、これによって前記第１ベローズ管（７）の横方向の伸縮変位は完全に制限される。
この際、前記第１部材側フランジ（１）−シャフト（Ｓ）−連結部材（２）の移動によって、前記連結部材（２）に連結された第２ベローズ管（４）が横方向に変位され、本発明の効果を達成するようになる。
本実施例では、第１ベローズ管（７）が機械的装置により横方向への変位が規制されるため、第２ベローズ管（４）との横方向変形剛性の差を考慮する必要もない。

一方、前記シャフト（Ｓ）の第２部材側への延長の長さは、第２部材側フランジ（３）の横方向移動を妨害しないように形成されなければならない。
例えば、前記シャフト（Ｓ）は第１部材側フランジ（１）を過ぎ、少なくとも連結部材（２）を貫通する程度の長さに延長形成されるが、第２部材側フランジ（３）に触る前まで延長さえされれば、第１部材側フランジ（１）と連結部材（２）の横方向への同時移動を達成することができる。
ただし、より安定的な作動のために、シャフト（Ｓ）を第２部材側フランジ（３）を貫通して長く延長形成する場合は、図９〜図１１に示されたように、第２部材側フランジ（３）に貫通孔（３−１）を形成させ、その貫通孔（３−１）の直径は、シャフト（Ｓ）の横方向への最大ストロークより大きく形成させる必要がある。
このような構成によって、万一、第２部材側フランジ（３）が横方向に移動する場合も、シャフト（Ｓ）によって妨害されることなく、安定的に横方向移動が可能になる。

図１１には、シャフト（Ｓ）を具備した実施例の軸方向の伸縮変位の様態が示されている。

第１部材及び第１部材側フランジ（１）が軸方向に圧縮（図１１（ａ））及び伸張（図１１（Ｂ））される場合、第１部材側フランジ（１）は連結部材（２）に対して軸方向に接近及び離間され、第１ベローズ管（７）は、第２部材側フランジ（３）−固定軸（５）−スライドガイド（６）−連結部材（２）で構成される軸方向の伸縮変位の規制機構によって軸方向への伸縮変位が完全に制限される。

これにより、各ベローズ管は、軸方向及び横方向のうち、１方向へのみ変位することになり、他の１つの方向には変位しなくなり、本発明の効果を達成する。

図１２に示された実施例では、前記軸部材は、第１部材側フランジ（１）の第１部材側の結合面に固定結合されるフランジ部（８−１）と、第１部材側フランジ（１）を貫通して延長され、連結部材（２）に設置された連結部材ブッシング管（２−１）を貫通し、第２部材の方にさらに延長されるシャフト部（８−１）で成り立ったシャフトフランジ（８）である。

また、本実施例で連結部材（２）に連結部材ブッシング管（２−１）が形成された点は、図９の実施例と同一である。

前記シャフトフランジ（８）のフランジ部（８−１）と第１部材側フランジ（１）は、固定結合されるため、シャフトフランジ（８）と第１部材側フランジ（１）は、一緒に移動する。

前記シャフト部（８−１）と連結部材ブッシング管（２−１）の間には潤滑油が介在するか、所定の遊間が形成されており、前記シャフト部（８−１）と連結部材ブッシング管（２−１）は軸方向に互いに相対移動することができるようになっている。
また、前記シャフト部（８−１）は、連結部材（２）と第１部材側フランジ（１）の間に縦にかけて設けられることは勿論、第２部材に向けて長く延長されており、横方向に移動可能に設けられている。

図１３には、シャフトフランジ（８）を具備した前記実施例の横方向の伸縮変位の様態が示されている。

図示されているように、第１部材側フランジ（１）が横方向に移動すると、前記シャフトフランジ（８）が横方向に移動し、これに従って前記シャフト部（８−１）が連結部材（２）を横方向に押し、連結部材（２）も横方向に移動する。
結局、前記シャフト部（８−１）によって、前記第１部材側フランジ（１）と連結部材（２）は左右の横方向に常に一緒に移動することになり、これに従って前記第１ベローズ管（７）の横方向の伸縮変位は完全に制限される。
この時、前記第１部材側フランジ（１）−シャフトフランジ（８）−連結部材（２）の移動によって、連結部材（２）に連結された第２ベローズ管（４）が横方向へ変位され、本発明の効果を達成するようになる。

一方、前記シャフトの第２部材の方への延長長さもまた、第２部材側フランジ（３）の横方向移動を妨害しないように形成されなければならない。
これにより、図１３では、前記シャフト部（８−１）が第１部材側フランジ（１）を過ぎ、少なくとも連結部材（２）を貫通する程度の長さに延長形性されるが、第２部材側フランジ（３）に触る前までのみ延長されている。

図１４には、シャフトフランジ（８）を具備した実施例の軸方向伸縮変位の様態が示されている。

第１部材及び第１部材側フランジ（１）が軸方向に圧縮（図１４（ａ））及び伸張（図１４（Ｂ））される場合、第１部材側フランジ（１）は連結部材（２）に対し軸方向に接近及び離間され、第１ベローズ管（７）は軸方向に伸縮するようになる。
この時、第２ベローズ管（４）は、第２部材側フランジ（３）−固定軸（５）−スライドガイド（６）−連結部材（２）で構成される軸方向の伸縮変位の規制機構によって軸方向への伸縮変位が完全に制限される。

これに従って、各ベローズ管は、軸方向及び横方向のうち、１方向にのみ変位するようになり、他の１つの方向には変位しなくなり、本発明の効果を達成する。

図１５に図示された実施例では、前記軸部材は、一端が第１ベローズ管（７）の外側の連結部材（２）部分に固定結合され、他端は第１ベローズ管（７）の外側の第１部材側フランジ（１）部分を貫通して設けられたフランジブッシング管（１−２）を貫通し、前記第１部材の方にさらに延長される外部固定軸（９）である。

本実施例では、図９及び図１２の実施例とは異なり、軸部材がベローズ管の外部に配置されている。
前記外部固定軸（９）の一端は連結部材（２）に固定結合されるため、外部固定軸（９）は連結部材（２）と一緒に移動する。

前記外部固定軸（９）とフランジブッシング管（１−２）の間には、潤滑油が介在するか、所定の遊間が形成されており、前記外部固定軸（９）とフランジブッシング管（１−２）は軸方向に互いに相対移動できるようになっている。
また、前記外部固定軸（９）は、前記連結部材（２）と第１部材側フランジ（１）の間に縦にかけて設けられることは勿論、他端が第１部材に向かって長く延長されており、横方向に移動可能に設けられている。

図示の便宜のために、図１５上部の概略図では、１つの外部固定軸（９）を示したが、図１５下部の連結部材（２）平面図に示されているように、連結部材（２）の固定軸の結合部（２ａ）の間に１つ以上の外部固定軸（９）を形成することができ、望ましくは、連結部材（２）の円盤中心に対して対称に対を成すように配置することができる。
これに対応し、前記連結部材（２）にも外部固定軸（９）の数と同じ数の外部固定軸の結合部（２Ｂ）が形成される。

図１６には、外部固定軸（９）を具備した前記実施例の横方向の伸縮変位の様態が示されている。

図示されているように、第１部材側フランジ（１）が横方向に移動すると、前記外部固定軸（９）が第１部材側フランジ（１）を貫通して設けられたフランジブッシング管（３−２）の内周に押され、一緒に横方向に移動され、これに従って外部固定軸（９）に固定結合された連結部材（２）が横方向に移動する。
結局、前記外部固定軸（９）によって、前記第１部材側フランジ（１）と連結部材（２）は左右の横方向に常に一緒に移動するようになり、これに従って前記第１ベローズ管（７）の横方向の伸縮変位は完全に制限される。
この時、前記第１部材側フランジ（１）−外部固定軸（９）−連結部材（２）の移動に従って、連結部材（２）に連結された第２ベローズ管（４）が横方向に変位され、本発明の効果を達成するようになる。

図１７には、外部固定軸（９）を具備した実施例の軸方向伸縮変位の様態が示されている。

第１部材及び第１部材側フランジ（１）が軸方向に圧縮（図１７（ａ））及び伸張（図１７（Ｂ））される場合、前記第１部材側フランジ（１）は連結部材（２）に対して軸方向に接近及び離間され、前記第１ベローズ管（７）は軸方向に伸縮するようになる。
この時、第２ベローズ管（４）は、第２部材側フランジ（３）−固定軸（５）−スライドガイド（６）−連結部材（２）で構成される軸方向伸縮変位の規制機構によって軸方向への伸縮変位が完全に制限される。

これに従って、各ベローズ管は軸方向及び横方向のうち１方向にのみ変位するようになり、他の１方向には変位しなくなり、本発明の効果を達成する。

一方、前記外部固定軸（９）は第１部材側フランジ（１）を貫通し、第１部材の方に延長されており、図示されていないが、第１部材にも外部固定軸（９）が軸方向に挿入される管形の部材が具備されており、第１部材が外部固定軸（９）に対して軸方向に相対移動可能になっている。

説明の便宜のために、図９〜図１７の実施例では、第２部材が固定され、第１部材のみが移動することを仮定して説明したが、上述したように、前記実施例の軸方向伸縮の変位機構及び横方向の伸縮変位機構は、２つの部材が全て軸方向または横方向に移動するが、その移動方向や距離などが相対的に異なり、両部材が相対的に互いに接近及び離間する場合にも適用される。
つまり、前記軸方向の伸縮変位機構及び横方向の伸縮変位機構は、「第１部材と第２部材が相対移動」する場合に全て適用される。

また、本発明は前記実施例で説明された構成に限られるものではなく、添付の請求の範囲の技術的思想を超えない範囲内で、様々に変形され得る。
また、本発明は、ベローズ管の種類及び材質に関係なく、２方向の複合伸縮変位が作用する全てのベローズ管製品に適用可能である。

従来のベローズ装置の使用例を示した図面。 ベローズ装置の一般的な変位様態を示した図面。 複合変位を受ける時のベローズ装置の変位様態を示した図面。 本発明の一実施例による二重構造ベローズ装置の概略図。 前記実施例の要部構成を示す図面。 各々前記実施例のベローズ装置の左側横方向への変位様態及び右側横方向への変位様態を示す概略図。 各々前記実施例のベローズ装置の左側横方向への変位様態及び右側横方向への変位様態を示す概略図。 前記実施例のベローズ装置の軸方向への伸縮変位様態を示す概略図。 本発明の他の実施例のベローズ装置の構成を示す概略図。 前記実施例のベローズ装置の左右側の横方向への変位様態を示す概略図。 前記実施例のベローズ装置の軸方向への伸縮変位様態を示す概略図。 本発明のまた別の実施例のベローズ装置の構成を示す概略図。 前記実施例のベローズ装置の左右側横方向への変位様態を示す概略図。 前記実施例のベローズ装置の軸方向への伸縮変位様態を示す概略図。 本発明のまた別の実施例のベローズ装置の構成を示す概略図。 前記実施例のベローズ装置の横方向の伸縮変位様態を示す概略図。 前記実施例のベローズ装置の左右側横方向への変位様態を示す概略図。

符号の説明

１ ・・・ 第１部材側フランジ
２ ・・・ 連結部材
２ａ ・・・ 固定軸の結合部
Ｍ ・・・ 凹部
３ ・・・ 第２部材側フランジ
４ ・・・ 第２ベローズ管
５ ・・・ 固定軸
６ ・・・ スライドガイド
７ ・・・ 第１ベローズ管
１−１ ・・・ フランジブッシング管
１−２ ・・・ フランジブッシング管
２−１ ・・・ 連結部材ブッシング管
Ｓ ・・・ シャフト
３−１ ・・・ 貫通孔
８ ・・・ シャフトフランジ
８−１ ・・・ フランジ部
８−２ ・・・ シャフト部
９ ・・・ 外部固定軸
２Ｂ ・・・ 外部固定軸の結合部

Claims (12)

1. 互いに対して相対的に移動可能な対向する第１部材と第２部材の間に設けられ、前記第１部材と第２部材の相対移動に従って伸縮変位するベローズ装置において、
   前記第１部材に固定結合される第１部材側フランジと、
   前記第１部材側フランジに一端が連結された第１ベローズ管と、
   前記第２部材に固定結合される第２部材側フランジと、
   前記第２部材側フランジに一端が連結された第２ベローズ管と、
   前記第１ベローズ管と第２ベローズ管の間に位置し、前記第１ベローズ管及び第２ベローズ管の他端が結合される連結部材を含んでなり、
   前記第１ベローズ管は、前記第１部材と第２部材の相対移動に従って第１部材と第２部材を垂直に連結する軸方向への伸縮変位は可能であるが、前記軸方向に垂直な平面上に沿って伸縮変位する横方向への伸縮変位は規制され、
   前記第２ベローズ管は、前記第１部材と第２部材の相対移動に従って、前記横方向への伸縮変位は可能であるが、前記軸方向への伸縮変位は規制されることを特徴とする二重構造のベローズ装置。
2. 前記第２ベローズ管の外側に一端が前記第２部材側フランジに固定結合され、他端が前記連結部材に結合される固定軸を具備し、
   前記固定軸の他端は前記連結部材に対して横方向への相対移動は可能だが、軸方向への移動は不可能に結合されることを特徴とする請求項１に記載された二重構造のベローズ装置。
3. 前記連結部材の固定軸の他端が結合される結合部には、前記固定軸が横方向に移動することができる空間が形成され、前記結合部の空間の上下には前記空間を覆い、固定軸に結合され、固定軸の軸方向移動を規制するスライドガイドが結合され、前記固定軸は前記上下のスライドガイドと結合部の空間を貫通し、前記連結部材に結合されることを特徴とする請求項２に記載された二重構造のベローズ装置。
4. 前記連結部材は円盤状で成り、前記円盤の周りに沿って前記固定軸の数に対応する数の固定軸の結合部が突出形成され、前記結合部には円盤の中心方向に向かって窪むように湾曲した凹部が形成され、前記凹部内で前記固定軸が横方向に移動することを特徴とする請求項３に記載された二重構造のベローズ装置。
5. 前記固定軸と凹部内周面の間の距離は、前記第２ベローズ管の横方向の最大伸縮変位の距離より大きいことを特徴とする請求項４に記載された二重構造のベローズ装置。
6. 前記固定軸は第２ベローズ管の前後左右に各一対ずつ配置され、これに対応して、前記連結部材の固定軸の結合部も、前記円盤状の連結部材の前後左右に各一対ずつ形成されていることを特徴とする請求項５に記載された二重構造のベローズ装置。
7. 前記第１部材と第２部材の相対移動により、前記連結部材または第１部材側フランジのうち１つが横方向に動く時には、前記連結部材または第１部材側フランジのうち他の１つの部材が横方向に一緒に動くように構成されていることを特徴とする請求項第１乃至請求項６のいずれか１項に記載された二重構造のベローズ装置。
8. 前記第１ベローズ管の横方向変形に対する抵抗性を示す横方向の変形剛性が、第２ベローズ管の横方向変形剛性より大きく、
   前記第１ベローズ管と第２ベローズ管の剛性差は、前記第１部材と第２部材の相対移動によって前記第１部材側フランジまたは第２部材側フランジが横方向に移動することにより、前記第１ベローズ管及び第２ベローズ管に横方向の力が加わり、この横方向の力によって前記第２ベローズ管が横方向に伸縮変位する時、前記第１ベローズ管の横方向の伸縮変位はほぼ起きない程度の横方向の変形剛性差を有することを特徴とする請求項７に記載された二重構造のベローズ装置。
9. 前記連結部材と第１部材側フランジの間にかけて軸方向に配置され、一端または両端が前記連結部材及び第１部材側フランジのうち少なくとも一方の部材を貫通し、軸方向にさらに延長され、前記少なくとも一方の部材と軸方向に互いに相対移動可能に設けられると同時に、前記少なくとも一方の部材の横方向への移動により、横方向に一緒に移動可能に設けられる軸部材を具備した請求項７に記載された二重構造のベローズ装置。
10. 前記第１ベローズ管及び第２ベローズ管の内側中央の連結部材部分を貫通して設けられ、第１ベローズ管及び第２ベローズ管より小さい直径を有する連結部材ブッシング管と、前記連結部材ブッシング管の直下の第１部材側フランジ部分を貫通して設けられ、前記第１ベローズ管より小さい直径を有するフランジブッシング管を具備し、
    前記軸部材は、前記フランジブッシング管及び連結部材ブッシング管を貫通して延長形成され、両端が前記第１及び第２部材の方に各々さらに延長されるシャフトであることを特徴とする請求項９に記載された二重構造のベローズ装置。
11. 前記第１ベローズ管及び第２ベローズ管の内側中央の連結部材部分を貫通して設けられ、第１ベローズ管及び第２ベローズ管より小さい直径を有する連結部材ブッシング管と、
    前記軸部材は、前記第１部材側フランジの第１部材側結合面に固定結合されるフランジ部と、前記連結部材ブッシング直下の第１部材側フランジ部分を貫通して延長され、前記連結部材ブッシング管を貫通し、第２部材の方にさらに延長されるシャフト部から成るシャフトフランジであることを特徴とする請求項９に記載された二重構造のベローズ装置。
12. 前記第１ベローズ管の外側の第１部材側フランジ部分を貫通して設けられたフランジブッシング管を具備し、
    前記軸部材は、一端が前記第１ベローズ管外側の連結部材部分に固定結合され、他端は前記フランジブッシング管を貫通し、前記第１部材の方に延長される外部の固定軸であることを特徴とする請求項９に記載された二重構造のベローズ装置。
    

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