JP2020118169A - Spring structure - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に開示する技術は、バネ構造に関する。 The technique disclosed in this specification relates to a spring structure.
特許文献1にはベローズが開示されている。特許文献1のベローズは主にシール材として用いられる。 Patent Document 1 discloses a bellows. The bellows of Patent Document 1 is mainly used as a sealing material.
特許文献1のベローズは主にシール材として用いられるので荷重を支持することが想定されていないが、荷重を支持するためのバネ構造の一部としてベローズを用いることも考えられる。その場合には、バネ構造の荷重を支持する能力が低下しないことが望まれる。本明細書では、バネ構造の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる技術を提供する。 Since the bellows of Patent Document 1 is mainly used as a sealing material, it is not supposed to support the load, but it is also conceivable to use the bellows as part of the spring structure for supporting the load. In that case, it is desirable that the ability of the spring structure to support the load is not compromised. The present specification provides a technique capable of suppressing a sudden decrease in the ability of a spring structure to support a load.
本明細書に開示するバネ構造は、金属の第1ベローズ部材と、第1ベローズ部材の周りに配置されており、第1ベローズ部材を囲んでいる周囲部材と、を備えていてもよい。前記第1ベローズ部材の内側の密閉空間に圧縮性流体が封入されていてもよい。前記周囲部材は、前記第1ベローズ部材の外側かつ前記周囲部材の内側の中間空間から前記周囲部材の外側に流体が流出することを抑制する構成を備えていてもよい。 The spring structure disclosed in the present specification may include a first bellows member made of metal, and a peripheral member that is disposed around the first bellows member and surrounds the first bellows member. A compressive fluid may be enclosed in a closed space inside the first bellows member. The surrounding member may include a configuration that suppresses a fluid from flowing out of the intermediate space outside the first bellows member and inside the surrounding member to the outside of the surrounding member.
この構成によれば、例えば第1ベローズ部材の内側の密閉空間に封入されている圧縮性流体の圧力が高まることによって第1ベローズ部材が破裂したとしても、圧縮性流体が周囲部材の外側に流出することが抑制されるので、密閉空間の圧力が急激に低下することが抑制される。そのため、バネ構造の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。 According to this configuration, even if the first bellows member ruptures due to an increase in the pressure of the compressive fluid enclosed in the closed space inside the first bellows member, for example, the compressible fluid flows out to the outside of the surrounding member. Since it is suppressed, the pressure in the closed space is suppressed from dropping sharply. Therefore, it is possible to prevent the ability of the spring structure to support the load from rapidly decreasing.
上記のバネ構造は、前記中間空間の圧力を検出する圧力センサを更に備えていてもよい。この構成によれば、圧力センサの検出圧力に基づいてバネ構造の故障を検知することができる。例えば、第1ベローズ部材が破裂すると密閉空間に封入されていた圧縮性流体が中間空間に流出して中間空間の圧力が高くなることがある。中間空間の圧力が所定の閾値より高い場合は、バネ構造が故障していると判断することができる。 The spring structure may further include a pressure sensor that detects the pressure in the intermediate space. With this configuration, it is possible to detect the failure of the spring structure based on the pressure detected by the pressure sensor. For example, when the first bellows member ruptures, the compressible fluid enclosed in the closed space may flow into the intermediate space and the pressure in the intermediate space may increase. When the pressure in the intermediate space is higher than the predetermined threshold value, it can be determined that the spring structure is out of order.
前記周囲部材は、前記第1ベローズ部材の軸方向に沿って延びている剛体部材を備えていいてもよい。この構成によれば、第1ベローズ部材が外側に膨張する(すなわち座屈する)ことを剛体部材によって抑制することができる。 The surrounding member may include a rigid member extending along the axial direction of the first bellows member. According to this configuration, the rigid member can prevent the first bellows member from expanding (that is, buckling) outward.
前記剛体部材の前記第1ベローズ部材側の表面が樹脂層でコーティングされていてもよい。この構成によれば、第1ベローズ部材が軸方向に伸縮する際に第1ベローズ部材と剛体部材との摩擦抵抗を低減することができる。そのため、第1ベローズ部材が軸方向にスムーズに伸縮する。 A surface of the rigid member on the first bellows member side may be coated with a resin layer. With this configuration, it is possible to reduce the frictional resistance between the first bellows member and the rigid member when the first bellows member expands and contracts in the axial direction. Therefore, the first bellows member expands and contracts smoothly in the axial direction.
前記周囲部材は、前記第1ベローズ部材の周りに配置されており、前記第1ベローズ部材を囲んでいる金属の第2ベローズ部材を更に備えていてもよい。この構成によれば、仮に第1ベローズ部材が破裂して密閉空間に封入されている圧縮性流体が第1ベローズ部材の外側に流出したとしても、第2ベローズ部材によって圧縮性流体の流出を抑制することができる。これによって、密閉空間の圧力が急激に低下することが抑制されるので、バネ構造の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。 The surrounding member may be disposed around the first bellows member, and may further include a second metal bellows member surrounding the first bellows member. According to this configuration, even if the first bellows member bursts and the compressible fluid enclosed in the closed space flows out of the first bellows member, the second bellows member suppresses the outflow of the compressible fluid. can do. As a result, it is possible to prevent the pressure in the closed space from rapidly decreasing, and thus it is possible to prevent the ability of the spring structure to support the load from rapidly decreasing.
(第1実施例)
第1実施例に係るバネ構造1について図面を参照して説明する。図1に示すように、第1実施例に係るバネ構造1は、金属の第1ベローズ部材2と、周囲部材90とを備えている。第1ベローズ部材2の上側には上側支持部材11が配置されており、第1ベローズ部材2の下側には下側支持部材12が配置されている。第1ベローズ部材2の内側には密閉空間51が形成されている。第1ベローズ部材2の外側かつ周囲部材90の内側には中間空間95が形成されている。
(First embodiment)
The spring structure 1 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the spring structure 1 according to the first embodiment includes a first
第1ベローズ部材2は、例えば鉄(Fe)を含む合金から形成されている。第1ベローズ部材2の金属は特に限定されるものではない。第1ベローズ部材2は、軸方向(Z方向)に伸縮する。図2に示すように、第1ベローズ部材2は、軸方向(Z方向)に視たときに円環状に構成されている。
The
図3に示すように、第1ベローズ部材2は、外径部71と内径部72を備えている。図3では第1ベローズ部材2の外径部71と内径部72を破線で示している。第1ベローズ部材2の外径部71と内径部72は、第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に沿って略直線状に形成されている。第1ベローズ部材2の外径D1と内径D2は、第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に沿って略一定である。
As shown in FIG. 3, the
図4に示すように、第1ベローズ部材2は、複数の外側突出部41と、複数の内側突出部42とを備えている。複数の外側突出部41は、第1ベローズ部材2の外径部71に対応している。複数の内側突出部42は、第1ベローズ部材2の内径部72に対応している。外側突出部41は、第1ベローズ部材2の外側に突出している。内側突出部42は、第1ベローズ部材2の内側に突出している。第1ベローズ部材2は、複数の板部材21を備えている。板部材21は、第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に視たときに円環状に構成されている(図2参照)。第1ベローズ部材2は、複数の板部材21が組み合わされることによって構成されている。第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に隣り合っている板部材21同士が例えば溶接や拡散接合によって接合されている。第1ベローズ部材2の外側突出部41では、軸方向(Z方向)に隣り合う板部材21の外周部61同士が接合されている。第1ベローズ部材2の内側突出部42では、軸方向(Z方向)に隣り合う板部材21の内周部62同士が接合されている。
As shown in FIG. 4, the
図1に示すように、第1ベローズ部材2の上側に配置されている上側支持部材11は、板状の部材であり、第1ベローズ部材2の上端部に密着した状態で固定されている。また、第1ベローズ部材2の下側に配置されている下側支持部材12は、板状の部材であり、第1ベローズ部材2の下端部に密着した状態で固定されている。上側支持部材11と下側支持部材12は、密閉空間51を密閉している。上側支持部材11と下側支持部材12の間に密閉空間51が形成されている。密閉空間51には圧縮性流体が封入されている。密閉空間51に封入される圧縮性流体は、例えば、空気、ガス等の気体である。また、水、オイル等の非圧縮性流体と組み合わせて用いられることもある。
As shown in FIG. 1, the
図1及び図2に示すように、バネ構造1の周囲部材90は、第1ベローズ部材2の周りに配置されており、第1ベローズ部材2を囲んでいる。第1ベローズ部材2の径方向において第1ベローズ部材2より外側に周囲部材90が配置されている。周囲部材90と第1ベローズ部材2との間に中間空間95が形成されている。中間空間95は、第1ベローズ部材2より外側かつ周囲部材90より内側に存在する空間である。中間空間95は、上側支持部材11と下側支持部材12の間に形成されている。中間空間95には圧縮性流体が封入されていてもよい。中間空間95に封入される圧縮性流体は、例えば、空気、ガス等の気体である。中間空間95の圧力は、密閉空間51の圧力より低い。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
周囲部材90は、金属の上側部材91と、金属の下側部材92とを備えている。上側部材91と下側部材92は共に剛体である。上側部材91と下側部材92は、第1ベローズ部材2の板部材21よりも変形しにくい部材である。
The surrounding
下側部材92は、第1ベローズ部材2の周りに配置されており、第1ベローズ部材2を囲んでいる。下側部材92の下端部は、下側支持部材12に固定されている。下側部材92は、第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に沿って延びている。下側部材92は、第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に視たときに円環状に構成されている(図2参照)。下側部材92は、第1ベローズ部材2の周方向に沿って延びている。図5に示すように、下側部材92の表面は、樹脂層99によってコーティングされている。下側部材92をコーティングしている樹脂層99は、例えばシリコン樹脂やフッ素樹脂等である。
The
図1及び図2に示すように、上側部材91は、下側部材92と第1ベローズ部材2の周りに配置されており、下側部材92と第1ベローズ部材2を囲んでいる。上側部材91の上端部は、上側支持部材11に固定されている。上側部材91は、第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に沿って延びている。上側部材91は、第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に視たときに円環状に構成されている(図2参照)。上側部材91は、第1ベローズ部材2の周方向に沿って延びている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
下側部材92と上側部材91は、第1ベローズ部材2が軸方向(Z方向)に伸縮することに伴って、互いに上下方向に摺動する。下側部材92と上側部材91は、第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に沿って相対移動する。周囲部材90の径方向において、上側部材91と下側部材92の間に隙間94が形成されている。隙間94の大きさは、上側部材91と下側部材92の間から流体が流出することを抑制できる程度の大きさである。そのため、中間空間95から周囲部材90の外側に流体が流出することが抑制される。
The
上記の構成を備えるバネ構造1では、図1に矢印で示すように、上側支持部材11及び下側支持部材12を介して第1ベローズ部材2を備えバネ構造1に荷重Pが作用する。このときに、第1ベローズ部材2の内側の密閉空間51に封入されている圧縮性流体の圧力によって荷重Pを支持することができる。また、上記のバネ構造1は、第1ベローズ部材2の周りに配置されている周囲部材90を備えている。周囲部材90は、第1ベローズ部材2の外側かつ周囲部材90の内側の中間空間95から周囲部材90の外側に流体が流出することを抑制する構成を備えている。この構成によれば、密閉空間51の圧力が高まることによって仮に第1ベローズ部材2が破裂したとしても、密閉空間51に封入されている圧縮性流体が周囲部材90の外側に流出することを抑制することができる。そのため、密閉空間51の圧力が急激に低下することを抑制することができ、バネ構造1の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。また、仮に第1ベローズ部材2が破裂したとしても破裂音を抑制することができる。また、第1ベローズ部材2の破片が周囲に飛散することを抑制することができる。
In the spring structure 1 having the above configuration, as shown by the arrow in FIG. 1, the load P acts on the spring structure 1 including the
また、上記のバネ構造1では、周囲部材90が、第1ベローズ部材2の軸方向(Z方向)に沿って延びている剛体部材(下側部材92と上側部材91)を備えている。この構成によれば、第1ベローズ部材2の外側に剛体部材が存在するので、第1ベローズ部材2が外側に膨張すること(すなわち座屈すること)を抑制することができる。
Further, in the spring structure 1 described above, the
また、上記のバネ構造1では、下側部材92の第1ベローズ部材2側の表面が樹脂層99でコーティングされている。この構成によれば、第1ベローズ部材2が伸縮する際の第1ベローズ部材2と下側部材92との摩擦抵抗を低減することができる。
Further, in the spring structure 1 described above, the surface of the
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。 Although one embodiment has been described above, the specific mode is not limited to the above embodiment. In the following description, the same components as those in the above description will be designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
(第2実施例)
第2実施例では、図6に示すように、周囲部材90の下側部材92が、基部921と、突出部922と、段部923とを備えていてもよい。基部921の下端部は下側支持部材12に固定されている。突出部922は基部921の上端部から上方に突出している。基部921の上端部に段部923が形成されている。
(Second embodiment)
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the
また、第2実施例では、下側部材92の内側(ベローズ部材2側)の表面が樹脂層99によってコーティングされている。下側部材92の外側(上側部材91側)の表面は樹脂層99によってコーティングされていない。また、上側部材91の内側(下側部材92)の表面が樹脂層99によってコーティングされている。
Further, in the second embodiment, the inner surface of the lower member 92 (on the
また、第2実施例では、周囲部材90の上側部材91と下側部材92の間の隙間94にシール部材93が配置されていてもよい。シール部材93は、下側部材92の段部923の上に配置されている。シール部材93は下側部材92に圧入されていてもよい。シール部材93は、隙間94をシールすることによって中間空間95から周囲部材90の外側に気体が流出することを抑制する。シール部材93は、リップシールの構成である。図7に示すように、シール部材93は、一対のリップ部931、931を備えている。一対のリップ部931の一方は、上側部材91の内側の表面をコーティングしている樹脂層99に接触している。一対のリップ部931の他方は、下側部材92の外側の表面に接触している。
Further, in the second embodiment, the
この構成によれば、上側部材91と下側部材92の間の隙間94がシール部材93によってシールされるので、仮に第1ベローズ部材2が破裂したとしても、密閉空間51に封入されていた圧縮性流体が周囲部材90の外側に流出することを更に抑制することができる。
According to this configuration, the
(第3実施例)
第3実施例では、図8に示すように、バネ構造1が圧力センサ80を備えていてもよい。圧力センサ80は、周囲部材90の上側部材91に固定されている。圧力センサ80は、中間空間95の圧力を検出する。圧力センサ80は、制御装置100に接続されており、圧力センサ80の検出圧力の情報が制御装置100に送信される。
(Third embodiment)
In the third embodiment, as shown in FIG. 8, the spring structure 1 may include the
制御装置100は、圧力センサ80の検出圧力に基づいて、バネ構造1が故障しているか否かを判断する。例えば、第1ベローズ部材2が破裂して密閉空間51に封入されていた圧縮性流体が中間空間95に流出すると中間空間95の圧力が高くなる。制御装置100は、中間空間95の圧力が所定の閾値より高い場合は、バネ構造1が故障したと判断することができる。また、密閉空間51の圧力を検出するための圧力センサが設けられていなくても、中間空間95の圧力を検出する圧力センサ80を備えることによって、圧縮性流体が密閉空間51から流出したことを検出することができる。また、上側部材91に圧力センサ80が固定されており、第1ベローズ部材2の内側の密閉空間51の圧力を直接検出する必要がないので、密閉空間51の気密性を保つことができる。また、中間空間95の圧力は密閉空間51の圧力と比較して低圧であるので、圧力センサ80を低圧用の構成にすることができ、コストを低減することができる。
The
(第4実施例)
第4実施例では、図9に示すように、バネ構造1が第2ベローズ部材102を備えている。第2ベローズ部材102が周囲部材90に相当する。第2ベローズ部材102は、第1ベローズ部材2の周りに配置されており、第1ベローズ部材2を囲んでいる。第1ベローズ部材2の径方向において第1ベローズ部材2より外側に第2ベローズ部材102が配置されている。第2ベローズ部材102と第1ベローズ部材2との間に中間空間95が形成されている。第2ベローズ部材102の構成については、第1ベローズ部材2の周りに配置されていること以外は、上記の第1ベローズ部材2の構成と同様であるので詳細な説明を省略する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, the spring structure 1 includes the
また、第4実施例では、上側支持部材11に連通部115が形成されている。連通部115の一端部は、中間空間95に連通している。連通部115内の圧力は中間空間95の圧力と同じ圧力である。連通部115の他端部には圧力センサ80が挿入されている。圧力センサ80は、連通部115内の圧力を検出することによって中間空間95の圧力を検出する。圧力センサ80は上側支持部材11に固定されている。
Further, in the fourth embodiment, the
この構成によれば、第1ベローズ部材2の周りに第2ベローズ部材102が配置されているので、仮に第1ベローズ部材2が破裂したとしても、密閉空間51に封入されている圧縮性流体が第2ベローズ部材102の外側に流出することを抑制することができる。そのため、密閉空間51の圧力が急激に低下することを抑制することができ、バネ構造1の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。また、密閉空間51の圧力を検出するための圧力センサが設けられていなくても、連通部115を介して中間空間95の圧力を検出する圧力センサ80を備えることによって、圧縮性流体が密閉空間51から流出したことを検出することができる。また、第1ベローズ部材2の内側の密閉空間51の圧力を直接検出する必要がないので、密閉空間51の気密性を保つことができる。また、中間空間95の圧力は密閉空間51の圧力と比較して低圧であるので、圧力センサ80を低圧用の構成にすることができ、コストを低減することができる。
According to this configuration, since the
(他の実施例)
(1)他の実施例では、下側部材92の外側の表面も樹脂でコーティングされていてもよい。また、他の実施例では、上側部材91の表面が樹脂でコーティングされていてもよい。
(Other embodiments)
(1) In another embodiment, the outer surface of the
(2)他の実施例では、密閉空間51に封入する圧縮性流体の量を調整することによって密閉空間51の圧力を調整してもよい。また、中間空間95に封入する圧縮性流体の量を調整することによって中間空間95の圧力を調整してもよい。密閉空間51の圧力と中間空間95の圧力を調整することによって第1ベローズ部材2の内側と外側の圧力差を調整することができる。
(2) In another embodiment, the pressure of the closed
(3)上記の実施例では、下側部材92の外側に上側部材91が配置されていたが、他の実施例では、これとは逆に、上側部材91の外側に下側部材92が配置されていてもよい。
(3) In the above embodiment, the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving the one purpose among them has technical utility.
1:バネ構造、2:第1ベローズ部材、11:上側支持部材、12:下側支持部材、21:板部材、41:外側突出部、42:内側突出部、51:密閉空間、61:外周部、62:内周部、71:外径部、72:内径部、80:圧力センサ、90:周囲部材、91:上側部材、92:下側部材、93:シール部材、94:隙間、95:中間空間、99:樹脂層、100:制御装置、102:第2ベローズ部材、115:連通部、921:基部、922:突出部、923:段部、931:リップ部 1: spring structure, 2: first bellows member, 11: upper side supporting member, 12: lower side supporting member, 21: plate member, 41: outer protruding portion, 42: inner protruding portion, 51: closed space, 61: outer periphery Part, 62: inner peripheral part, 71: outer diameter part, 72: inner diameter part, 80: pressure sensor, 90: peripheral member, 91: upper member, 92: lower member, 93: seal member, 94: gap, 95 : Intermediate space, 99: Resin layer, 100: Control device, 102: Second bellows member, 115: Communication part, 921: Base part, 922: Projection part, 923: Step part, 931: Lip part
Claims (5)
前記第1ベローズ部材の周りに配置されており、前記第1ベローズ部材を囲んでいる周囲部材と、を備えており、
前記第1ベローズ部材の内側の密閉空間に圧縮性流体が封入されており、
前記周囲部材は、前記第1ベローズ部材の外側かつ前記周囲部材の内側の中間空間から前記周囲部材の外側に流体が流出することを抑制する構成を備えている、バネ構造。 A first metal bellows member,
A peripheral member that is disposed around the first bellows member and that surrounds the first bellows member,
A compressible fluid is enclosed in a closed space inside the first bellows member,
The said surrounding member is a spring structure provided with the structure which suppresses flowing out of the fluid to the outer side of the said surrounding member from the intermediate space outside the said 1st bellows member and inside the said surrounding member.
前記中間空間の圧力を検出する圧力センサを更に備えている、バネ構造。 The spring structure according to claim 1, wherein
The spring structure further comprising a pressure sensor for detecting the pressure in the intermediate space.
前記周囲部材は、前記第1ベローズ部材の軸方向に沿って延びている剛体部材を備えている、バネ構造。 The spring structure according to claim 1 or 2, wherein
The said surrounding member is a spring structure provided with the rigid member extended along the axial direction of the said 1st bellows member.
前記剛体部材の前記第1ベローズ部材側の表面が樹脂層でコーティングされている、バネ構造。 The spring structure according to claim 3,
A spring structure in which a surface of the rigid member on the first bellows member side is coated with a resin layer.
前記周囲部材は、前記第1ベローズ部材の周りに配置されており、前記第1ベローズ部材を囲んでいる金属の第2ベローズ部材である、バネ構造。 The spring structure according to claim 1 or 2, wherein
The spring structure, wherein the peripheral member is a metal second bellows member that is arranged around the first bellows member and surrounds the first bellows member.
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