JP2010048394A - ベローズ式アキュムレータ - Google Patents

Abstract

【課題】金属材製ベローズが収縮した０ダウン状態において、液体室内の液体の圧力が増大した際、液体室内の液体を開放して、金属材製ベローズの変形及び損傷を防止して、耐久性と安定性を向上させることを目的とする。
【解決手段】金属材製ベローズの収縮限度を規定するオイルポートと、前記オイルポートと金属材製ベローズに取付けられたキャップとの間に配置され、前記液体室と前記導入孔との間をシールするシール手段とよりなる金属ベローズ式アキュムレータにおいて、
前記シール手段が、シール部材と、前記シール部材を前記オイルポート及び前記キャップのいずれか一方側に保持しているホルダーとよりなり、これらホルダーとシール部材との間には前記ベローズ軸方向の隙間が確保されるとともに、前記シール部材において同部材を前記一方側に向けて押圧する力を発生させる受圧面の面積がその反対側の力を発生させる受圧面より大きいことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、金属材製のベローズを備えたアキュムレータに関する。
また、本発明は、シェル内に容積可変の気体室をベローズにて区画し、作動液を蓄圧するベローズ式アキュムレータに関する。
更に、本発明は、例えば、液圧を用いる車両等の制御装置、具体的には、アンチロックブレーキ装置の油圧源の作動液を高圧に蓄圧しておくのに有用なベローズ式アキュムレータに関する。

従来、図５乃至図７に示す金属ベローズ式アキュムレータが知られている。
この種の金属ベローズ式アキュムレータは、金属材製のシェル１００内に金属材製ベローズ４０が配置されている。

この金属材製ベローズ４０の一端はシェル本体１２０の下端に設けた環状のフランジ部１０１に溶接一体化されている。
一方、金属材製ベローズ４０の他端は、キャップ５０が溶接固定されることにより塞がれている。

この結果、シェル１００内は、気体室２０と液体室３０とに仕切られる。
気体室２０には、図上上方に位置する注入孔１１０から窒素ガス、不活性ガス等が封入されている。注入孔１１０は気体を封入後、ガスプラグ１３０により塞がれる。
この結果、気体室２０には所定圧力のガスが封入される。

一方、液体室３０には、図上下方に位置する、液体を導入する導入孔６０が連通している。
この導入孔６０を介して、外部の作動流体を液体室３０に導いている。
また、この導入孔６０のシェル1００内の開口側には、導入孔６０を囲む様に弾性材製環状シール部材７０が配置されている。

このシール部材７０は、ガス圧よりも作動流体の圧力が大幅に減少した場合、ベローズが過度に収縮することを防止するため、キャップ５０と密封接触して液体室３０と導入孔6０との間を遮断する。
このとき、シール部材７０のリップ部７１０（図６参照）の先端がキャップ５０に密封接触している状態で、例えば温度上昇等により気体室２０内の気体の圧力及び液体室３０内の液体の圧力が増大すると、リップ部７１０の先端がキャップ５０に強く押し付けられ、液体室３０内の液体の圧力が開放されにくくなる。また、このとき、上記液体室３０内の液体の圧力増大に伴い膨潤によるシール部材７０の膨張が生じると、液体室３０内の液体の圧力が更に開放されにくくなる。
この結果、ベローズ４０に生じる応力が過大となってその耐久性に影響する虞があった。

特開２００７−１８７２２９号公報 特開２０００−３５６２０１号公報 特開２００７−２１８３５２号公報

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、シール部材がキャップに密封接触した状態において、液体室内の液体の圧力が増大した際、液体室内の液体を開放して、ベローズの変形及び損傷を防止して、耐久性と安定性を向上させたベローズ式アキュムレータを提供することを目的とする。

本発明のベローズ式アキュムレータは、シェルと、前記シェル内に配置され、一端が前記シェル側に固着され、他端がキャップにより塞がれることにより、前記シェル内を気体室と液体室とに分離しているベローズと、前記シェル外から前記液体室内に液体を導入する導入孔を取り囲む様に配置され、前記ベローズの収縮又は伸長限度を規定するオイルポートと、前記オイルポートと前記キャップとの間に配置され、前記液体室と前記導入孔との間をシールするシール手段とよりなるベローズ式アキュムレータにおいて、
前記シール手段が、シール部材と、前記シール部材を前記オイルポート及び前記キャップのいずれか一方側に保持しているホルダーとよりなり、これらホルダーとシール部材との間には前記ベローズ軸方向の隙間が確保されるとともに、前記シール部材において同部材を前記一方側に向けて押圧する力を発生させる受圧面の面積がその反対側の力を発生させる受圧面より大きいことを特徴とした。

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１記載の発明によれば、シール部材がキャップに密封接触した状態において液体室内の液体の圧力が増大した場合であっても、上記のようにシール部材において受圧面の面積に差を設けたため、液体室内の液体の圧力増大に伴ってシール部材がオイルポート及びキャップのいずれか一方側（ホルダーによってシール部材が保持される側）に押し付けられるとともに、シール部材と他方側（上記一方側と反対側）との隙間が確保され易くなる。この結果、この隙間を介して液体室内の液体を開放して、ベローズに生じる応力を低減し、その変形及び損傷を良好に防止出来る。また、ホルダーとシール部材との間にベローズ軸方向の隙間を確保したため、膨潤によってシール部材が膨張しても、シール部材がホルダーに圧接されて損傷を受けるといったことを防止できる。このように、ホルダーとシール部材との間にベローズ軸方向の隙間を確保した構成にあっては、特に、上記のようにシール部材の受圧面の面積に差を設けて同部材を上記一方側に押し付けるという本願発明の構成・作用が有用なものとなる。
また、請求項２記載の発明によれば、シール部材において同部材を上記一方側に向けて押圧する力を発生させる受圧面の面積を、その反対側の受圧面より大きくすることができる。
更に、請求項３記載の発明によれば、第１及び第２シール突起の断面形状が略台形であるため、液圧変動などによってこれらシール突起とオイルポート及びキャップとの当接力に変動が生じても、これら両者の接触面積の変化が生じ難いため接触面における面圧分布の変動を極力小さなものとすることができる。すなわち、例えば、第１及び第２シール突起の断面形状が半円形であってその円弧部分をオイルポートやキャップと当接させる態様では、各シール突起とオイルポート及びキャップとの当接力に変動が生じると各シール突起の変形度合に応じて両者の接触面積が比較的大きく変化するため、接触面における面圧分布の変動もこれに伴って大きくなるが、本発明ではこうした態様と比較して面圧分布の変動を小さくし、シール性能をより安定したものとすることができる。
更に、請求項４記載の発明によれば、オイルポート及びキャップの一方側には、そのシール部材との接触面から他方側に向けて突出する部分を有するホルダーが、シール部材の外周側にのみ設けられるため、シール部材が、上記突出する部分と上記他方側とで局部的に挟まれるといった状態に陥り難く、耐久性が良好に確保される。すなわち、例えば、図７に示す従来技術のようにオイルポート８０に凹部８５を形成しこれにシール部材７０を収容する態様では、オイルポート８０においてシール部材７０との接触面からキャップ５０側に突出する部分８６（シール部材の内周側の部分）を有しており、シール部材７０の外周側に位置する液体室３０の液圧が同内周側に位置する導入孔６０の液圧よりも高くなったときシール部材７０が上記突出する部分８６とキャップ５０との隙間に局部的に挟まれた状態となる場合がある。仮にこの状態でシール部材７０に対するキャップ５０の押圧力が大きくなるとシール部材７０が局部的にダメージを受け易くなりその耐久性を高く維持することが困難となる懸念がある。その点、本発明では、上記のような突出する部分がシール部材の外周側にのみ設けられるため、こうした懸念を排除できる。

また更に、請求項５記載の発明によれば、シール部材の軸方向移動を拘束せずに保持できる。
更に、請求項６記載の発明によれば、シール部材に加わる、液体室側の圧力と導入孔側の圧力のバランス調整が容易である。
更に、請求項７記載の発明によれば、シール部材の剛性が維持でき、シール部材のシール性能を良好に維持できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本発明に係る金属ベローズ式アキュムレータを、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る金属ベローズ式アキュムレータの縦断面図である。
図２は、図１の部分拡大図である。
図３は、図２に示したシール部材の拡大図である。
図４は、本発明の他の実施の形態を図２と同様に示した図である。

図１及び図２において、金属材製のシェル１は、カップ形状の本体１２と、本体１２の図上下方を塞いでいる流体の導入孔６を設けたオイルポート８とより構成されている。
そして、オイルポート８は、そのフランジ部１０が本体１２と溶接により一体化されている。

一方、シェル１内には金属材製ベローズ４が配置されている。
この種金属材製ベローズ４としては、円周方向に連続した山部と谷部が反復形成された中子の表面にめっき処理により所定の膜圧の金属薄膜を析出させてから前記中子を溶解除去ことにより得られる電着ベローズや、薄肉の金属チューブを塑性加工することにより成形した成形ベローズや、あるいは、内周孔を有する多数の薄肉金属円盤を軸方向に隣接配置してその内周縁および外周縁を交互に溶接した溶接ベローズ等が採用される。
この金属材製ベローズ４の一端はシェル１内に設けた環状のフランジ部１０に溶接一体化されている。

一方、金属材製ベローズ４の他端は、キャップ５が溶接固定されることにより塞がれている。
この結果、シェル１内は、気体室２と液体室３とに仕切られる。
気体室２には、図上上方に位置する注入孔１１から窒素ガス、不活性ガス等が封入されている。
注入孔１１は気体を封入後、ガスプラグ１３により塞がれる。
この結果、気体室２には所定圧力のガスが封入される。

一方、液体室３には、オイルポート８に設けた、液体を導入するための導入孔６が連通している。
この導入孔６を介して、外部の作動流体を液体室３に導いている。
また、オイルポート８とキャップ５との間には、液体室３と導入孔６との間をシールするシール手段７が配置されている。

このシール手段７は、ゴム状弾性材製のシール部材７１と、このシール部材７１を軸方向移動可能にオイルポート８側に保持され、キャップ５側に向って突出する部分を有するホルダー７２とより構成されている。
更に、図３に示す様に、シール部材７１は、オイルポート８と密封接触する環状の第１シール突起７３と、キャップ５と密封接触する環状の第２シール突起７４とを備えている。

また、シール部材７１の中心には、貫通孔７５が設けられて、内部には、板状の金属材製の補強環７６が埋設されている。
そして、第１シール突起７３と第２シール突起７４の断面形状は、略台形を呈している。
この第１シール突起７３の内径ｄ_１は、第２シール突起７４の内径Ｄ_１よりも小さく設計されている。
また、第１シール突起７３の外径ｄ_２は、第２シール突起７４の外径Ｄ_２よりも大きく設計されている。
このため、オイルポート８及びキャップ５とシール部材７１とが密封接触した状態から、液体室３側の圧力が導入孔６側の圧力に対して上昇変動した結果、上記密封接触した状態が解かれる際には、シール部材７１をオイルポート８側に押圧する力が増大するとともに第２シール突起７４とキャップ５との密封接触を解くことができ、速やかに液体室３内の液体を導入孔６へと開放して、金属材製ベローズ４の変形及び損傷を防止出来る。
これは、第１シール突起７３の外径ｄ_２が、第２シール突起７４の外径Ｄ_２よりも大きく設計されているため、シール部材７１に作用する液体室内の液圧の受圧面積は、キャップ５側（図上上方）の方がオイルポート８側（図上下方）よりも大きくなるためである。

また、オイルポート８及びキャップ５とシール部材７１とが密封接触した状態から、導入孔６側の圧力が液体室３側の圧力に対して上昇変動した結果、上記密封接触した状態が解かれる際には、シール部材７１をオイルポート８側に押圧する力が増大するとともに第２シール突起７４とキャップ５との密封接触を解くことができ、速やかに導入孔６側の液体を液体室３内に導入できるため、金属材製ベローズ４の応答性能が向上する。
これは、第１シール突起７３の内径ｄ_１が、第２シール突起７４の内径Ｄ_１よりも小さく設計されているため、シール部材７１に作用する導入孔内の液圧の受圧面積は、キャップ５側（図上上方）の方がオイルポート８側（図上下方）よりも大きくなるためである。
一方、ホルダー７２は、一端がオイルポート８の外周面に設けた環状溝８１に嵌合保持され、他端に設けた径方向内方に伸びる折り曲げ部７７（凸部）によりシール部材７１の外周縁部を軸方向移動可能に支持している。

一方、金属材製ベローズ４の径方向振れの抑制および金属材製ベローズ４の伸張・収縮作動時における前記シェル１内の軸方向をガイドするために、キャップ５には制振リング９が保持されている。

また、金属材製ベローズ４とフランジ部１０との谷部には、制振リング９と同じ材質のプロテクションリング１４が嵌め込まれている。
また、シール部材７１の材質としては、ＥＰＤＭ，ＮＢＲ，ＣＲ等のゴム状弾性体、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂等の樹脂状弾性体が、使用される雰囲気により、適宜選択して用いられる。

尚、補強環７６が、弾性材により全体が覆われる態様としているため、補強環７６の弾性材との接着界面が、作動流体により侵食される危険性が無い。
本実施の形態によれば、以下に記載されるような効果が得られる。
シール部材７１がキャップ５に密封接触した状態において液体室３内の液体の圧力が増大した場合であっても、上記のようにシール部材７１において受圧面の面積に差を設けたため、液体室３内の液体の圧力増大に伴ってシール部材７１がオイルポート８側に押し付けられるとともに、シール部材７１とキャップ５との隙間が確保され易くなる。この結果、この隙間を介して液体室３内の液体を開放して、ベローズ４に生じる応力を低減し、その変形及び損傷を良好に防止出来る。また、ホルダー７２とシール部材７１との間にベローズ４の軸方向の隙間（本実施の形態ではホルダー７２の折り曲げ部７７の図２における下面とシール部材７１の図２における上面との隙間）を確保したため、膨潤によってシール部材７１が膨張しても、シール部材７１がホルダー７２に圧接されて損傷を受けるといったことを防止できる。このように、ホルダー７２とシール部材７１との間にベローズ４の軸方向の隙間を確保した構成にあっては、特に、上記のようにシール部材７１の受圧面の面積に差を設けて同部材７１をオイルポート８側に押し付けるという本発明の構成・作用が有用なものとなる。
また、シール部材７１において第１シール突起７３の内径ｄ_１は第２シール突起７４の内径Ｄ_１よりも小さく、第１シール突起７３の外径ｄ_２は第２シール突起７４の外径Ｄ_２よりも大きいため、シール部材７１において同部材７１をオイルポート８に向けて押圧する力を発生させる受圧面の面積を、その反対側の受圧面より大きくすることができる。
更に、第１及び第２シール突起７３，７４の断面形状（ベローズ４の中心軸線を含む仮想平面における断面形状）が略台形であるため、液圧変動などによってこれらシール突起７３，７４とオイルポート８及びキャップ５との当接力に変動が生じても、これら両者の接触面積の変化が生じ難いため接触面における面圧分布の変動を極力小さなものとすることができる。すなわち、例えば、第１及び第２シール突起の断面形状が半円形であってその円弧部分をオイルポートやキャップと当接させる態様では、各シール突起とオイルポート及びキャップとの当接力に変動が生じると各シール突起の変形度合に応じて両者の接触面積が比較的大きく変化するため、接触面における面圧分布の変動もこれに伴って大きくなるが、本実施の形態ではこうした態様と比較して面圧分布の変動を小さくし、シール性能をより安定したものとすることができる。
更に、オイルポート８には、そのシール部材７１との接触面（例えば図２では上方を臨む面）からキャップ５側に向けて突出するホルダー７２が、シール部材７１の外周側にのみ設けられるため、シール部材７１が、ホルダー７２とキャップ５とで局部的に挟まれるといった状態に陥り難く、耐久性が良好に確保される。すなわち、例えば、図７に示す従来技術のようにオイルポート８０に凹部８５を形成しこれにシール部材７０を収容する態様では、オイルポート８０においてシール部材７０との接触面からキャップ５０側に突出する部分８６を有しており、シール部材７０の外周側に位置する液体室３０の液圧が同内周側に位置する導入孔６０の液圧よりも高くなったときシール部材７０が上記突出する部分８６とキャップ５０との隙間に局部的に挟まれた状態となる場合がある。仮にこの状態でシール部材７０に対するキャップ５０の押圧力が大きくなるとシール部材７０が局部的にダメージを受け易くなりその耐久性を高く維持することが困難となる懸念がある。その点、本実施の形態では、上記のような突出する部分（ホルダー７２）がシール部材７１の外周側にのみ設けられるため、こうした懸念を排除できる。
また更に、ホルダー７２は、その内周側に突出する折り曲げ部７７によりシール部材７１の外周縁部を支持しているため、シール部材７１の軸方向移動を拘束せずに保持できる。
更に、シール部材７１の中心には貫通孔７５が設けられているため、シール部材７１に加わる、液体室３側の圧力と導入孔６側の圧力のバランス調整が容易である。
更に、シール部材７１には補強環７６が埋設されているため、シール部材７２の剛性が維持でき、シール部材７１のシール性能を良好に維持できる。次に、本発明に係る他の実施の形態を、図４に基づき説明する。
先に説明した図２の実施の形態と相違する点は、キャップ５の形状のみである。
すなわち、キャップ５には、ホルダー７２との当接を避けるために、ホルダー７２に対向する同キャップ５の中ほどのみ窪ませた環状凹部５１が形成されている。
このことにより、金属材製ベローズ４が収縮した０ダウン状態においても、キャップ５にホルダー７２が当接する事は無い。

上記した実施の形態では、シール部材７１における第１シール突起７３や第２シール突起７４の断面形状（ベローズ４の中心軸線を含む仮想平面における断面形状）を略台形としたが、これに限らず、例えば略長方形状、略半円状など、他の形状としてもよい。
上記した実施の形態では、シール部材７１に補強環７６を埋設したが、必要十分な強度が維持されればこうした補強環は必須ではない。また、シール部材７１にはその中心に貫通孔７５が設けられたが、この貫通孔７５は必ずしも設けられなくてもよく、例えば円板状のシール部材が採用されてもよい。
また、上記した実施の形態では、オイルポート８におけるシール部材７１との接触面（例えば図２では上方を臨む面）からキャップ５側（同じく図２では上側）に向けて突出するホルダー７２をシール部材７１の外周側にのみ設けたが、これに限らず、例えば、上記ホルダー７２をシール部材７１の内周に設けるようにしてもよい。
上記した実施の形態においては、ベローズ４の一端がシェル１におけるオイルポート８側に固定され、オイルポート８とキャップ５との当接によってベローズ４の収縮限度が規定されたが、これに限らず、例えば、ベローズ４の一端をシェル１における反オイルポート８側（図１における上側）に固定するなどし、オイルポート８とキャップ５との当接によってベローズ４の伸長限度が規定されるようにしてもよい。
また、上記した実施の形態では、シール部材７１を保持するホルダー７２をオイルポート８に設けたが、これに限らず、例えば、シール部材を保持するホルダーをキャップに設けるようにしてもよい。この場合、シール部材において同部材をキャップ側に向けて押圧する力を発生させる受圧面の面積がその反対側の力（オイルポート側に向けて押圧する力）を発生させる受圧面より大きくする。
なお、上記した実施の形態では、ベローズ４を金属からなるものとしたが、これに限らず、例えば、樹脂系材料など、他種の材料からなるものとしてもよい。
また、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本発明に係る金属ベローズ式アキュムレータの縦断面図である。 図１の部分拡大図である。 図２に示したシール部材の拡大図である。 本発明の他の実施の形態を図２と同様に示した図である。 従来技術に係る金属ベローズ式アキュムレータの縦断面図である。 図５の部分拡大図である。 図６のリップ部が間隙に挟み込まれた状態を示した図である。

符号の説明

１ シェル
２ 気体室
３ 液体室
４ 金属ベローズ
５ キャップ
６ 導入孔
７ シール手段
８ オイルポート
９ 制振リング
１０ フランジ部
１１ 注入孔
１２ 本体
１３ ガスプラグ
１４ プロテクションリング
７１ シール部材
７２ ホルダー
７３ 第１シール突起
７４ 第２シール突起
７５ 貫通孔
７６ 補強環
７７ 折り曲げ部（凸部）

Claims (7)

1. シェル（１）と、前記シェル（１）内に配置され、一端が前記シェル（１）側に固着され、他端がキャップ（５）により塞がれることにより、前記シェル（１）内を気体室（２）と液体室（３）とに分離しているベローズ（４）と、前記シェル（１）外から前記液体室（３）内に液体を導入する導入孔（６）を取り囲む様に配置され、前記ベローズ（４）の収縮又は伸長限度を規定するオイルポート（８）と、前記オイルポート（８）と前記キャップ（５）との間に配置され、前記液体室（３）と前記導入孔（６）との間をシールするシール手段（７）とよりなるベローズ式アキュムレータにおいて、
   前記シール手段（７）が、シール部材（７１）と、前記シール部材（７１）を前記オイルポート（８）及び前記キャップ（５）のいずれか一方側に保持しているホルダー（７２）とよりなり、これらホルダー（７２）とシール部材（７１）との間には前記ベローズ（４）軸方向の隙間が確保されるとともに、
   前記シール部材（７１）において同部材（７１）を前記一方側に向けて押圧する力を発生させる受圧面の面積がその反対側の力を発生させる受圧面より大きいことを特徴とするベローズ式アキュムレータ。
2. 前記シール部材（７１）は、前記オイルポート（８）及び前記キャップ（５）のうち前記一方側と密封接触する環状の第１シール突起（７３）と、前記オイルポート（８）及び前記キャップ（５）のうち他方側と密封接触する環状の第２シール突起（７４）とを備え、前記第１シール突起（７３）の内径（ｄ_１）は前記第２シール突起（７４）の内径（Ｄ_１）よりも小さく、前記第１シール突起（７３）の外径（ｄ_２）は前記第２シール突起（７４）の外径（Ｄ_２）よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のベローズ式アキュムレータ。
3. 前記第１シール突起（７３）及び前記第２シール突起（７４）は、前記ベローズ（４）の中心軸線を含む仮想平面における断面形状が略台形であることを特徴とする請求項２記載のベローズ式アキュムレータ。
4. 前記オイルポート（８）及び前記キャップ（５）のうち前記一方側には、その前記シール部材（７１）との接触面から前記オイルポート（８）及び前記キャップ（５）の他方側に向けて突出する部分を有する前記ホルダー（７２）が、前記シール部材（７１）の外周側にのみ設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のベローズ式アキュムレータ。
5. 前記ホルダー（７２）は、その内周側に突出する凸部（７７）により前記シール部材（７１）の外周縁部を支持していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のベローズ式アキュムレータ。
6. 前記シール部材（７１）の中心には、貫通孔（７５）が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のベローズ式アキュムレータ。
7. 前記シール部材（７１）には、補強環（７６）が埋設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のベローズ式アキュムレータ。

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