JP2019503462A - ピンセット状の波形状部を備えるベローズ及びその製造方法 - Google Patents

ピンセット状の波形状部を備えるベローズ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、トーションに対する抵抗力及び復元力を増やすために、ピンセット状の波形状部を有するベローズ及びその製造方法に関し、平坦な円筒状からなる第１平坦部と、平坦な円筒状からなり第１平坦部に対向する側に設けられた第２平坦部と、それぞれが第１平坦部と第２平坦部との間に設けられてピンセット状を有する複数の波形状部とを備え、複数の波形状部は、それぞれが互いに順次連結された構成を設けることによってトーションに対する抵抗力及び復元力を増やすことができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ピンセット状の波形状部を備えるベローズ及びその製造方法に関し、より詳しくは、トーションに対する抵抗力及び復元力を増やすために、ピンセット状の波形状部を備えるベローズ及びその製造方法に関する。
一般に、車両は、エンジンの出力向上で、エンジンの始動時、自動車の急発進、急ブレーキ、また、ギアの変速時、エンジンロール（ｅｎｇｉｎｅ ｒｏｌｌ）による振動が大きくなる。また、走行中の路面の状態によって、排気管の振動が生じる。
そこで、通常、車両のエンジンには、排気ガスを排出するためにマフラーを備える排気管が連結され、エンジンと排気管との連結部位には、振動変位や衝撃荷重、熱変形などを吸収し緩衝させるために、排気管連結装置が設置される。
このような設置位置での排気管連結装置は、少ない数の吊り具取付けと共に、排気管全体を強固に支持し、且つ、コンパクトであることが求められる。このような排気管連結装置は、エンジンロールによる変位や、路面から排気系を介して伝達される振動を吸収するための切り離し部品（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）である。排気管連結装置は、デカップラ（ｄｅｃｏｕｐｌｅｒ）の全長が排気パイプ径の２Ｄに近接するベローズ（ｂｅｌｌｏｗｓ）、ボールジョイント（ｂａｌｌ ｊｏｉｎｔ）、デカップラを合わせて、ショート切り離し部品（ｓｈｏｒｔ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）に分類される。
一方、車両の排気規制が強化されて、排気ガスの後処理装置の容量も共に増えることになり、排気系内に切り離し部品を装着する直進区間を確保し難い。
このようなショート切り離し部品の有用性は、大きくなっている。しかし、全長が短くて生じる柔軟性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）は、ノイズ（ｎｏｉｓｅ）、振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）、硬度（ｈａｒｄｎｅｓｓ）による問題と結びつけて、繋ぎ及び共振による早期破損などの問題を生じることがある。
また、ショート切り離し部品に用いられるショートベローズ（ｓｈｏｒｔ ｂｅｌｌｏｗｓ）は、ベローズの柔軟性が十分でなく、低周波排気系の共振によるベローズの早期クラック（ｃｒａｃｋ）又は、ベローズの繋ぎ部分の破損が生じることになる。
また、溶接ダイヤフラムベローズ（ｗｅｌｄｅｄ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｂｅｌｌｏｗｓ）は、ダイヤフラムを重ねた状態で、内側と外側を交互に溶接して形成したものであって、溶接部の熱硬化による早期疲労が発生し、厚さ０．２ｍｍの薄板を溶接するため、溶接による一貫した品質を確保し難く、これにより、製造コストが上がるという問題があった。このような溶接ダイヤフラムベローズは、生産性の問題によって、車両に適用し難いという問題があった。
一方、成形ダイヤフラムベローズ（ｆｏｒｍｅｄ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｂｅｌｌｏｗｓ）は、溶接することなく、成形だけでダイヤフラムベローズを形成したものであって、溶接方式とは異なり、熱硬化による早期クラックを防止することができ、大量生産を要する車両部門に使用不可であったダイヤフラムを適用できるようになった。
また、真空環境が必要な多くの半導体製造設備には、真空環境を形成するための真空装置が設置され、真空装置は、大別して、真空ポンプ、真空ライン、排気ラインからなる。真空ラインの一側は、真空環境が必要な半導体製造設備に連結され、他側は、真空ポンプに連結され、真空ポンプの一側には、排気ラインが連結される。
真空装置の真空ラインは、真空環境が必要な半導体製造設備と真空ポンプとを連結するものであって、半導体製造設備の配管が複雑であるか、又は半導体製造設備と真空装置の設置位置によって、真空装置の真空ラインを水平又は垂直にのみ連結することができず、柔軟性が要求される一部分には、パイプの代わりに、伸縮性及び柔軟性を有するベローズを用いる。
このようなベローズは、両側端にそれぞれフランジが結合されており、フランジを介して、排気ライン、真空ポンプ、及び半導体工程チャンバなどに連結設置することができる。
このような技術の一例が下記の特許文献１及び２に開示されている。
例えば、特許文献１には、図１に示すように、金属材からなり、山と谷を有する波形状を有するパイプ状のベローズ管６０と、真空ライン連結部に装着されるために設けられ、ベローズ管６０の両側端に結合された一対のフランジ１０と、ベローズ管６０内において、両側端が一対のフランジ１０に挿入結合されるインターロックホース２０と、一対のフランジ１０にそれぞれ円周方向に形成された挿入溝と、挿入溝に挿入されるインターロックホース２０の挿入部４５とを含み、溶接部分が腐食性を有する排気ガスに露出して腐食されるか、又は亀裂が発生することを防止するように、挿入部４５がフランジの挿入溝に挿入された状態で、フランジ１０とインターロックホース２０が、排気通路の外部であるフランジ１０の外側でライナー溶接されるベローズ装置が開示されている。
また、特許文献２には、コアピンと分離棒とを分割キャビティで取り囲み、コアピンと分離棒との周囲に弾性ベローズ部を射出成形するステップにおいて、コアピンと分離棒とは、実質的に互いに一致する縦軸線を有し、弾性ベローズ部は、実質的に剛性の第１開放端及び弾性の第２開放端を有する射出成形ステップと、弾性ベローズ部をコアピンから分離するように、分割キャビティを開放するステップと、弾性ベローズ部をコアピンから半径方向外側に膨張させるステップと、弾性ベローズ部をコアピンから外側方向に膨張させながら、実質的に剛性のベローズ部の第１開放端を分離棒に押して、コアピンから弾性ベローズ部を取り除くステップとを含む射出モールドから、弾性ベローズ部を切り離す方法が示されている。
しかし、上述した従来の技術では、ベローズがスパイラル（螺旋状）ホースからなり、図２に示すように、スパイラルホースは、切断及び組立工程が困難で、材料ロスが生じるという問題があった。すなわち、螺旋状からなると、切断が容易でなく、切断面自体の気密性を維持し難く、このため、複数の山を重ね合わせて気密を維持しなければならないという問題点があった。
また、従来技術によって、山（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）の部分を溶接して形成する場合、溶接部（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）で腐食が生じて、ベローズの機能を失わせるという問題もあった。
韓国公開特許第１０−２０１５−０１３２８２４号公報 韓国特許第２０００−０２５７９１５号公報
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ベローズの波形状部（山）の数を増やして、トーションに対する抵抗力及び復元力を増大させるピンセット状の波形状部を備えたベローズ及びその製造方法を提供することにある。
また、ベローズの適用に際し、切断及び組立工程を容易に行うことができるピンセット状の波形状部を備えるベローズ及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるベローズは、平坦な円筒状の第１平坦部と、平坦な円筒状で前記第１平坦部に対向する側に設けられた第２平坦部と、前記第１平坦部と前記第２平坦部との間に設けられ、それぞれがピンセット状からなる複数の波形状部と、を備え、前記複数の波形状部は、それぞれが互いに順次連結されることを特徴とする。
前記ベローズにおいて、それぞれの波形状部は、第１面と前記第１面に連続して設けられた第２面とが平行し、前記第１面と前記第２面とが連結されて前記第１面と前記第２面との連結部分が突出した円状の突出部と、前記第１面から延在して外側に向けて凸状の第３面及び前記第２面から延在して外側に向けて凸状の第４面を含む凸部と、前記第３面から延在して内側に向けて凹状の第５面及び前記第４面から延在して内側に向けて凹状の第６面を含む凹部とからなり、前記波形状部は、前記凹部の部分で互いに連結されたことを特徴とする。
前記第３面と前記第４面との間の間隔は、前記第５面と前記第６面との間の間隔よりも大きく形成されたことを特徴とする。
前記複数の波形状部は、ハイドロフォーミング方式でそれぞれが順次形成されたことを特徴とする。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるベローズの製造方法は、（ａ）ヘッドの外周に沿ってベローズ形成用の母材を挿入するステップと、（ｂ）前記母材に対して第１平坦面を維持した後、前記母材を支持デバイス及び可動デバイスで支持するステップと、（ｃ）前記支持デバイスと前記可動デバイスとの間に供給された母材部分に向けて圧力を与えるステップと、（ｄ）前記母材が所定の大きさにフォーミングされた後、前記可動デバイスが前記支持デバイスに向けて移動して波形状部を形成するステップと、を有し、前記波形状部は、ハイドロフォーミング方式でそれぞれが順次形成されることを特徴とする。
前記ベローズの製造方法において、前記波形状部は、第１面と前記第１面に連続して設けられた第２面とが平行し、前記第１面と前記第２面とが連結されて前記第１面と前記第２面との連結部分が突出した円状の突出部と、前記第１面から延在して外側に向けて凸状の第３面及び前記第２面から延在して外側に向けて凸状の第４面を含む凸部と、前記第３面から延在して内側に向けて凹状の第５面及び前記第４面から延在して内側に向けて凹状の第６面を含む凹部とからなることを特徴とする。
前記支持デバイスの内周側は、前記波形状部の突出部の第１面、前記凸部の第３面、及び前記凹部の第５面に対応する形状に形成され、前記可動デバイスの内周側は、前記波形状部の突出部の第２面、前記凸部の第４面、及び前記凹部の第６面に対応する形状に形成されることを特徴とする。
本発明によれば、ピンセット状からなる波形状部を設けることによって、ベローズのトーションに対する抵抗力及び復元力を増大することができる。
また、平坦部と波形状部を切り離して、ハイドロフォーミングで順次形成することによって、ベローズを排気管などの装置に装着する場合、組立工程を単純化し、材料のロスを防止することができる。
従来のベローズ装置の構成を示す斜視図である。 図１に示すベローズ装置の問題点を説明するための写真である。 本発明によるピンセット状の波形状部を備えるベローズの斜視図である。 図３に示すベローズ内に二重インターロックホースが設けられた状態を示す図である。 図３に示す波形状部の構成を示す説明図である。 本発明によるベローズの製造工程を示す説明図である。 本発明によるベローズの製造工程を示す説明図である。 本発明によるベローズの製造工程を示す説明図である。
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本発明によるピンセット状の波形状部を備えるベローズの特性について説明する。
ダイヤフラムベローズの場合、必要以上にフレキシブルとなって、例えば、車両の走行中に、共振によるクラックが生じることがある。そこで、本発明では、半分は、ダイヤフラムベローズで製作し、残りの半分は、一般のベローズと同一の形状に製作した。これにより、大きい復元力が得られるピンセット状の波形状部を備えるベローズを設けている。
以下、本発明の構成を、図３〜図５を参照して説明する。
図３は、本発明によるピンセット状の波形状部を備えるベローズの斜視図であり、図４は、図３に示すベローズ内に二重インターロックホースが設けられた状態を示す図であり、図５は、図３に示す波形状部の構成を示す説明図である。
本発明によるベローズ１００は、図３に示すように、平坦な円筒状の第１平坦部１１０と、平坦な円筒状で第１平坦部１１０に対向する側に設けられた第２平坦部１２０と、第１平坦部１１０と第２平坦部１２０との間に設けられてそれぞれがピンセット状からなる複数の波形状部１３０とを備える。
本発明によるベローズ１００は、例えば、商用車用の排気管連結装置、又は半導体製造設備の構成要素の間で、真空ラインの連結に用いて、排気ガスの流動を向上させるために、複数の波形状部１３０は、図３及び図４に示すように、それぞれが順次連結されて、弾性を有するしわ管に形成される。すなわち、本発明による波形状部１３０は、ハイドロフォーミング（ｈｙｄｒｏ−ｆｏｒｍｉｎｇ）方式により、それぞれが順次形成される。
第１平坦部１１０は、例えば、排気ガスの流入部に装着されるフランジに挿入され、第２平坦部１２０は、排気ガスの排出部に装着されるフランジに挿入されるので、図２に示すように、スパイラルホースにより、連続した波形状部が形成された形状に設けられたベローズにおいて、切断及び組立工程の問題を解消して、簡単に組み立てられる。また、第１平坦部１１０及び第２平坦部１２０にはそれぞれ、波形状部が設けられていないので、図２に示すベローズの形状と比較して、母材、例えばステンレス材の材料ロスを防止することができる。
本発明によるベローズ１００内には、例えば、図４に示すように、二重インターロックホース２００が設けられ、ベローズ１００と二重インターロックホース２００との間には、二重インターロックホース２００がベローズ１００との接続によって衝撃などを緩和するためのワイヤメッシュ３００が装着され、ベローズ１００、二重インターロックホース２００、及びワイヤメッシュ３００は、結合リング４００によって固定される。
本発明により、ベローズ１００に設けられた波形状部１３０は、図５に示すように、第１面１３１と、第１面１３１に連続して設けられた第２面１３２とが平行し、第１面１３１と第２面１３２とが連結して、第１面１３１と第２面１３２との連結部分が突出した円状の突出部１３７と、第１面１３１から延在して外側に向けて凸状の第３面１３３及び第２面１３２から延在して外側に向けて凸状の第４面１３４からなる凸部と、第３面１３３から延在して内側に向けて凹状の第５面１３５及び第４面１３４から延在して内側に向けて凹状の第６面１３６からなる凹部とから構成される。
波形状部１３０は、１つの凹部の第５面１３５に、隣接する他の１つの凹部の第６面１３６が互いに連結されることによって、ベローズ１００のしわ管の機能を果たす。
また、本発明による波形状部１３０は、図５に示すように、凸部である第３面１３３と第４面との間の間隔が、凹部である第５面１３５と第６面１３６との間の間隔よりも大きく形成されて、ピンセット（ｐｉｎｃｅｔｔｅ）のような形状となる。
すなわち、本発明による波形状部１３０は、図５に示すように、ピンセットのような形状からなるので、例えば、排気ガスの急激な排出、車両に与えられる外部衝撃などによって、凹部が衝撃を受けても、突出部１３７による支持力と、凸部による復元力によって、波形状部１３０の剛性が増加し、ベローズ１００に与えられる衝撃が過多であっても、波形状部１３０の破損を防止する。
また、図５に示すように、突出部１３７は、第１面１３１と第２面１３２との連結部分が突出して、円状であるので、ベローズ１００の波形状部１３０に与えられる衝撃から、エッジ部の破損を防止する。
次に、図５に示す波形状部１３０の形成工程について、図６ａ〜図６ｃを参照して説明する。
図６ａ〜図６ｃは、本発明によるベローズの波形状部の製造工程を示す説明図であり、図６ａは、母材が平坦な状態を示す図であり、図６ｂは、ハイドロフォーミングにより、母材に圧力が与えられた状態を示す図であり、図６ｃは、可動デバイスによって移動された状態を示す図である。
本発明によるベローズ１００の製造方法においては、図６ａに示すように、まず、円筒状に形成された母材１０１が、円筒状のヘッド１０２の外周に沿って供給される。母材１０１は、例えばステンレス材を用いるが、これに限定されるものではなく、ベローズの装着対象にハイドロフォーミングを適用可能な材質であれば足りる。また、円筒状の母材１０１の内径は、例えば商用車の排気管の規格に合うようにΦ１０３．７を用いるが、これに限定されるものではなく、装着される装置の排気管の外径に対応して、加減される。
本発明において、しわ管をなす波形状部１３０は、図６ａに示すように、円筒状の第１平坦部１１０の部分に対応する長さ、例えば、第１平坦部１１０の長さである２３ｍｍを維持した後に、形成される。このため、ヘッド１０２の外周には、フォーミングにより、しわ管の波形状部１３０を形成可能な長さに対応した間隔を置いて形成された、円筒状の第１支持リング１０３及び第２支持リング１０５が設けられ、この第１支持リング１０３及び第２支持リング１０５にはそれぞれ、支持デバイス１０４と可動デバイス１０６とが装着される。支持デバイス１０４は、図６ａに示す状態で、それぞれが上下動可能な半円弧状の第１支持デバイスと第２支持デバイスとからなり、母材１０１に対して、第１支持リング１０３に当接して、母材１０１の移動を阻止する。可動デバイス１０６は、図６ａに示す状態で、第２支持リング１０５に当接して、母材１０１の移動を阻止した後、母材１０１に対して、ハイドロフォーミングが行われた後、左側に移動可能であり、波形状部１３０の形成後、右側に移動可能に装着される。
支持デバイス１０４の外周側は、図６ａに示すように、既に形成された波形状部１３０間で上下動可能に引出される平坦面に形成され、内周側は、図５における波形状部１３０の突出部１３７の第１面１３１、凸部の第３面１３３、凹部の第５面１３５に対応する形状に形成される。また、可動デバイス１０６の内周側は、図５における波形状部１３０の突出部１３７の第２面１３２、凸部の第４面１３４、凹部の第６面１３６に対応する形状に形成され、外周側は、移動可能な構造であって、特別な形状に限定されるものではない。
また、ヘッド１０２には、母材１０１に一定の圧力、例えば、空圧、油圧などを与えて、ハイドロフォーミングが行われるように、圧力供給孔１０７が設けられる。
本発明によるベローズ１００の製造方法においては、図６ａに示す状態、すなわち、母材１０１が、第１支持リング１０３と第２支持リング１０５との間で平坦な状態を維持し、支持デバイス１０４と可動デバイス１０６によって、ヘッド１０２と母材１０１との間が密閉した状態に維持される。
このような状態で、図６ｂに示すように、ヘッド１０２の圧力供給孔１０７に所定の圧力（矢印方向）が与えられると、母材１０１は、この与えられた圧力によって、ヘッド１０２の外周方向にフォーミングが生じることになる。すなわち、母材１０１に対するハイドロフォーミングが行われる。このようなハイドロフォーミングは、可動デバイス１０６が左側に移動すると、フォーミングされた部分でのみ、波形状部１３０が形成されるように行われる。
ついで、図６ｂに示す状態で、可動デバイス１０６が左側に移動して、図６ｃに示す状態を一定の時間維持する。
このような母材１０１の移動、ヘッド１０２による加圧、支持デバイス１０４の上下動、可動デバイス１０６の左右動は、制御部（図示せず）に予め設定されたベローズの形状情報、材質情報に基づいて自動的に行われる。また、図６ｃに示す状態の維持時間は、母材１０１の金属性質に応じて規定されるものであって、特別な時間に限定されるものではない。
図６ｃに示すように、１つの波形状部１３０に形成された後、第１支持デバイス及び第２支持デバイスがそれぞれ図６ｃに示す状態で、上部及び下部に移動し、母材１０１が予め設定された長さだけ供給され、可動デバイス１０６が右側に移動する。ついで、第１支持デバイス及び第２支持デバイスがそれぞれ、下部及び上部に移動して、第１支持リング１０３に接し、可動デバイス１０６が第２支持リング１０５に接することによって、図６ａの状態になり、上述したように、図６ｂから図６ｃの状態に進行することによって、順次、波形状部１３０が形成される。
すなわち、連続して形成される従来のベローズとは異なり、本発明による波形状部１３０は、順次形成される。
本発明によるベローズの装着機構に対応して、一定数の波形状部を形成した後、母材１０１を単純供給して、第２平坦部１２０を設けることによって、図３に示すように、本発明によるベローズが完成する。
また、本発明によると、所定数の波形状部１３０を形成した後、第２平坦部１２０と第１平坦部１１０の長さに対応して、母材１０１を単純供給し、ついで、波形状部を形成することによって、多数のベローズを連続して生産することができる。そこで、使用するに当たり、単に、第２平坦部１２０と第１平坦部１１０との間を切断することによって、第１平坦部１１０、波形状部１３０、及び第２平坦部１２０を備えるベローズを容易に製造することができる。
以上、本発明を上述した実施例によって具体的に説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、その技術範囲を逸脱しない範囲内で、多様に変更実施可能である。
本発明によるピンセット状の波形状部を備えるベローズ及びその製造方法を用いることによって、波形状部に与えられるトーションに対する抵抗力及び復元力を増大させることができる。
１０ フランジ
２０ インターロックホース
４５ 挿入部
６０ ベローズ管
１００ ベローズ
１０１ 母材
１０２ ヘッド
１０３ 第１支持リング
１０４ 支持デバイス
１０５ 第２支持リング
１０６ 可動デバイス
１０７ 圧力供給孔
１１０ 第１平坦部
１２０ 第２平坦部
１３０ 波形状部
１３１ 第１面
１３２ 第２面
１３３ 第３面
１３４ 第４面
１３５ 第５面
１３６ 第６面
１３７ 突出部
２００ 二重インターロックホース
３００ ワイヤメッシュ
４００ 結合リング

Claims (5)

  1. 平坦な円筒状の第１平坦部と、
    平坦な円筒状で前記第１平坦部に対向する側に設けられた第２平坦部と、
    前記第１平坦部と前記第２平坦部との間に設けられ、それぞれがピンセット状からなる複数の波形状部と、を備え、
    前記複数の波形状部は、それぞれが互いに順次連結され、
    それぞれの波形状部は、第１面と前記第１面に連続して設けられた第２面とが平行し、前記第１面と前記第２面とが連結されて前記第１面と前記第２面との連結部分が突出した円状の突出部と、前記第１面から延在して外側に向けて凸状の第３面及び前記第２面から延在して外側に向けて凸状の第４面を含む凸部と、前記第３の面から延在して内側に向けて凹状の第５面及び前記第４面から延在して内側に向けて凹状の第６面を含む凹部とからなり、
    前記波形状部は、前記凹部の部分で互いに連結されたことを特徴とするベローズ。
  2. 前記第３面と前記第４面との間の間隔は、前記第５面と前記第６面との間の間隔よりも大きく形成されたことを特徴とする請求項１に記載のベローズ。
  3. 前記複数の波形状部は、ハイドロフォーミング方式でそれぞれが順次形成されたことを特徴とする請求項１に記載のベローズ。
  4. （ａ）ヘッドの外周に沿ってベローズ形成用の母材を挿入するステップと、
    （ｂ）前記母材に対して第１平坦面を維持した後、前記母材を支持デバイス及び可動デバイスで支持するステップと、
    （ｃ）前記支持デバイスと前記可動デバイスとの間に供給された母材部分に向けて圧力を与えるステップと、
    （ｄ）前記母材が所定の大きさにフォーミングされた後、前記可動デバイスが前記支持デバイスに向けて移動して波形状部を形成するステップと、を有し、
    前記波形状部は、ハイドロフォーミング方式でそれぞれが順次形成され、
    前記波形状部は、第１面と前記第１面に連続して設けられた第２面とが平行し、前記第１面と前記第２面とが連結されて前記第１面と前記第２面との連結部分が突出した円状の突出部と、前記第１面から延在して外側に向けて凸状の第３面及び前記第２面から延在して外側に向けて凸状の第４面を含む凸部と、前記第３面から延在して内側に向けて凹状の第５面及び前記第４面から延在して内側に向けて凹状の第６面を含む凹部とからなることを特徴とするベローズの製造方法。
  5. 前記支持デバイスの内周側は、前記波形状部の突出部の第１面、前記凸部の第３面、及び前記凹部の第５面に対応する形状に形成され、前記可動デバイスの内周側は、前記波形状部の突出部の第２面、前記凸部の第４面、及び前記凹部の第６面に対応する形状に形成されることを特徴とする請求項４に記載のベローズの製造方法。
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