JP2023111425A

JP2023111425A - キャップベローズアッシおよびアキュムレータ

Info

Publication number: JP2023111425A
Application number: JP2022013278A
Authority: JP
Inventors: 尚人中野; Naohito Nakano; 代次郎太田; Daijiro Ota; 嵩志土井; Takashi Doi; 知哉黒川; Tomoya Kurokawa
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2023-08-10
Also published as: WO2023145621A1

Abstract

【課題】本体部に固着される弾性部の耐久性を向上することができるキャップベローズアッシおよびアキュムレータを提供すること。【解決手段】本発明に係るキャップベローズアッシは、ボトム、シェルおよびポートからなるアキュムレータの外装体の内部に設けられるベローズの一端を封止するキャップベローズアッシであって、ベローズの開口部を覆うキャップ本体部と、キャップ本体部およびポートの間に設けられ、キャップ本体部に固着されるキャップ弾性部と、を備え、キャップ本体部は、キャップ弾性部を接着する接着面がリン酸亜鉛カルシウム処理されてなり、接着面におけるホパイト量が４．８％以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、キャップベローズアッシおよびアキュムレータに関する。

従来、アキュムレータにおいて、気密性および伸縮性を有する流体分離膜または流体密封膜としてベローズが用いられている。ベローズは、ボトム、シェルおよびポートによって形成される内部空間に設けられる。キャップベローズアッシは、ベローズと接続（溶接）してガスを封止する金属製の本体部と、バックアップフルードと呼ばれる、ベローズとシェルとの間の油を封止するゴム製の弾性部とによって構成される。弾性部は、アキュムレータ作動時に加わる荷重に対する耐久性が求められる。弾性部が本体部から剥がれることを抑制する技術として、リン酸亜鉛カルシウム処理を施すことによって、密着強度を高める技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０００－１４５８０４号公報

しかしながら、リン酸亜鉛カルシウム処理を施すと、ホパイト（Ｚｎ₃（ＰＯ₄）₂・４Ｈ₂Ｏ）と呼ばれる比較的大きな結晶が生成される。本体部と弾性部との接着部分において、このホパイトに応力が集中すると、弾性部が本体部から剥がれてしまう場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、本体部に固着される弾性部の耐久性を向上することができるキャップベローズアッシおよびアキュムレータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るキャップベローズアッシは、ボトム、シェルおよびポートからなるアキュムレータの外装体の内部に設けられるベローズの一端を封止するキャップベローズアッシであって、前記ベローズの開口部を覆うキャップ本体部と、前記キャップ本体部および前記ポートの間に設けられ、前記キャップ本体部に固着されるキャップ弾性部と、を備え、前記キャップ本体部は、前記キャップ弾性部が接着される接着面がリン酸亜鉛カルシウム処理されてなり、前記接着面におけるホパイト量が４．８％以下である。

また、本発明に係るキャップベローズアッシは、上記発明において、前記接着面における前記ホパイト量が３％以下であることを特徴とする。

また、本発明に係るキャップベローズアッシは、上記発明において、０～２１ＭＰａの範囲で変動させて繰り返し圧力をかける耐久試験における前記キャップ弾性部の前記キャップ本体部からの剥がれに対する耐久回数が１０００万回以上であることを特徴とする。

また、本発明に係るアキュムレータは、ボトム、シェルおよびポートからなる外装体と、前記外装体の内部に設けられるベローズと、前記ベローズの一端を封止するキャップベローズアッシと、を備えるアキュムレータであって、前記キャップベローズアッシは、前記ベローズの開口部を覆うキャップ本体部と、前記キャップ本体部および前記ポートの間に設けられ、前記キャップ本体部に固着されるキャップ弾性部と、を備え、前記キャップ本体部は、前記キャップ弾性部を接着する接着面がリン酸亜鉛カルシウム処理されてなり、前記接着面におけるホパイト量が４．８％以下であることを特徴とする。

また、本発明に係るアキュムレータは、上記発明において、前記接着面における前記ホパイト量が３％以下であることを特徴とする。

また、本発明に係るアキュムレータは、上記発明において、前記ポートは、前記キャップ本体部側に突出する突出部を有し、前記突出部と前記キャップ本体部との間の距離は、前記キャップ弾性部の許容撓み量に応じて設定されることを特徴とする。

本発明によれば、キャップベローズアッシにおいて本体部に固着される弾性部の耐久性を向上することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるアキュムレータの構成を示す断面図である。図２は、図１に示すアキュムレータのキャップの構成を示す図である。図３は、弾性部の耐久回数とホパイト量との関係を示す図である。図４は、本発明の実施の形態２にかかるアキュムレータのキャップ近傍の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚さと幅との関係、それぞれの部分の厚さの比率などは現実のものとは異なる場合があり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるアキュムレータの構成を示す断面図である。図１に示すアキュムレータ１は、ボトム１１と、シェル１２と、ポート１３と、ボトム１１、シェル１２およびポート１３によって形成される内部空間に収容されるベローズ１４と、キャップ本体部１５と、キャップ弾性部１６と、ガイドベローズ１７とを備える。ボトム１１、シェル１２およびポート１３は、アキュムレータ１の外装体を構成する。キャップ本体部１５およびキャップ弾性部１６は、キャップベローズアッシ１００を構成する。
ここで、ボトム１１およびポート１３は、例えば、冷間加工材を用いて形成される。シェル１２は、例えば、熱間加工材を用いて形成される。

アキュムレータ１では、ボトム１１、シェル１２およびポート１３によって形成される空間がベローズ１４によって分割される。具体的には、ベローズ１４の外部と内部とで互いに異なる空間が形成される。ベローズ１４の内部空間は、ボトム１１の孔１１ａを経て外部と連通する。ベローズ１４の外部の空間は、ポート１３の孔１３ａを経て外部と連通する。図１では、孔１１ａ、１３ａの中心軸が、アキュムレータ１の中心軸Ｎと一致する例に示している。
また、ボトム１１、シェル１２およびポート１３は、それぞれの連結部分において溶接されて固着している。

アキュムレータ１は、外装体とベローズ１４とによって形成される空間（ベローズ外部空間）、および、ベローズ１４の内部空間それぞれに、液体（作動油）または気体（例えば窒素ガス）が封入される。例えば、ベローズ外部空間に液体が導入され、内部空間に気体が封入される。

ポート１３は、筒状に延び、シェル１２内への液体の導入口である導入部１３１と、導入部１３１の一端に連なり、シェル１２の内壁面に係止する係止部１３２とを有する。

ベローズ１４は、筒状をなす。ベローズ１４の側面部は、凹凸形状を繰り返してなる蛇腹状をなし、外部からの荷重によって伸縮する。また、ベローズ１４は、外周側に設けられるガイドベローズ１７によって、シェル１２とベローズ１４との間の間隔が維持され、円滑に伸縮動作を行うことが可能となる。ベローズ１４は、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いて形成される。また、ガイドベローズ１７は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）や、ポリアミドを用いて形成される。

キャップ本体部１５は、板状をなし、ベローズ１４のボトム１１側とは反対側の開口を覆うとともに、ベローズ１４の端部が溶接されて当該開口を密閉する。キャップ本体部１５は、アキュムレータ１内の圧力状態（低圧または高圧）への耐久性を有する材料を用いて構成される。キャップ本体部１５は、例えば、金属、具体的には熱間圧延軟鋼板（Steel Plate Hot Commercial：ＳＰＨＣ）を用いて形成される。なお、キャップ本体部１５は、使用状態に応じた耐熱性を有することが好ましい。

キャップ弾性部１６は、板状をなし、キャップ本体部１５のベローズ１４側とは反対側に設けられる。キャップ弾性部１６は、ポート１３とキャップ本体部１５との間に位置し、シェル１２とベローズ１４との間の液体（作動油）を封止する。キャップ弾性部１６は、例えば、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）を用いて形成される。

キャップ本体部１５およびキャップ弾性部１６は、キャップ本体部１５の接着面にリン酸処理を施すことによって表面処理を実施した後、接着面に接着剤を塗布する等してキャップ弾性部１６をキャップ本体部１５に接着してなる。本実施の形態１では、リン酸処理としてリン酸亜鉛カルシウム処理を施す。

例えば、キャップ本体部１５の接着面にリン酸亜鉛カルシウム処理を施すと、ホパイト（Ｚｎ₃（ＰＯ₄）₂・４Ｈ₂Ｏ）と呼ばれる比較的大きな結晶が生成される。このホパイトは、応力が加わった際に応力集中が起こる比較的大きなサイズの結晶である。本実施の形態１では、このホパイトの量を規定することによって、アキュムレータ１の繰り返し使用に対する耐久性を付与する。

本実施の形態１において、キャップ本体部１５の表面処理後のホパイト量は、４．８％以下である。また、確実な耐久性を得るという観点において、３％以下であることが好ましい。ホパイト量は、キャップ本体部１５のキャップ弾性部１６の接着面におけるホパイトの量に相当する。ホパイト量の算出方法として、例えば、まず、接着面の一部を、走査電子顕微鏡（SEM）によって観察し、得られるＳＥＭ画像から他の結晶と比してサイズが大きい結晶をホパイトとして抽出する。その後、抽出したホパイトの存在比率を算出し、この存在比率を接着面積に換算した値とする。なお、ホパイトの抽出は、観察者がホパイトを指定してもよいし、画像処理（例えば輪郭抽出）によって抽出してもよい。

アキュムレータ１では、ポート１３の孔１３ａを介して液体を供給／吸引することによってアキュムレータ１に接続するラインの圧力が変化すると、ポート１３の孔１３ａから液体が流入し、キャップベローズアッシ１００が押し上げられる。なお、ベローズ１４とシェル１２との間の空間の圧力は、常にベローズ１４内部の圧力と同じである。

また、ラインの圧力（油圧）がゼロのとき、キャップ弾性部１６に加わる荷重が最も大きくなる。この際、アキュムレータ１の封入圧力がキャップ弾性部１６に加わる。ラインの油圧の増大により孔１３ａから作動油が流入した場合、ベローズ１４は、この作動油によってアキュムレータ１の封入圧力以上の圧力なると収縮する。また、ラインの油圧が下がってベローズ１４が収縮状態から伸長する（戻る）と、作動油が孔１３ａから外部に放出される。この孔１３ａからの液体の放出によって、アキュムレータ１による加圧状態が制御される。また、アキュムレータ１の繰り返し使用によって、キャップ弾性部１６に負荷がかかる。

一例として、キャップ本体部１５にキャップ弾性部１６を貼り付けた試験片の剥がれ耐久試験の結果を表１に示す。剥がれ耐久試験では、アキュムレータ１の封入圧力を１３ＭＰａ、試験温度を８０℃とし、ベローズ１４に加える試験圧力を０～２１ＭＰａで変動させてアキュムレータ１の停止および作動を繰り返して応力をかけた場合の、キャップ弾性部１６がキャップ本体部１５から剥がれるまで、または所定耐久回数（今回は繰り返し回数で１０００万回）を超えるまでの耐久回数を測定した。また、図３は、表１に示す試験片における、弾性部の耐久回数とホパイト量との関係を示す図である。なお、剥がれ耐久試験では、繰り返し回数（耐久回数）が１０００万回（図３では基準線Ｓ）を超えた場合、キャップ弾性部１６がキャップ本体部１５から剥がれていなくても試験を打ち切って終了している。

表１および図３に示すように、ホパイト量が４．８％以下であれば、１０００万回以上の耐久性を有する。一方、ホパイト量が多いと（ここでは６．９％および１２．７％）、耐久回数が１０００万回に届かず、耐久性を満たさないことが分かる。これらの結果から、ホパイト量が４．８％以下であれば、１０００万回の耐久性を満たすといえる。また、得られる結果から、例えば、耐久回数とホパイト量との関係において、所定の耐久回数に対して耐久性を満たすホパイト量の上限値を規定する境界線Ｒ（図３参照）を生成することが可能である。

本実施の形態１によれば、キャップ本体部１５の接着面におけるホパイト量を規制することによって、キャップ本体部１５に固着されるキャップ弾性部１６の耐久性を向上することができる。特に、アキュムレータ１の種別として、比較的高圧力封入タイプのアキュムレータに、本実施の形態１にかかるキャップベローズアッシ１００を適用することによって、優れた耐久性を有するアキュムレータを得ることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態２にかかるアキュムレータのキャップ近傍の構成を示す図である。なお、実施の形態１にかかるアキュムレータ１と同じ部分には同じ符号が付してある。実施の形態２にかかるアキュムレータは、キャップ弾性部１６によって、ポート１３とキャップ本体部１５と間の距離を規制する例について説明する。なお、キャップ本体部１５におけるホパイト量は、実施の形態１と同様である。

図４は、ポート１３の係止部１３２と、キャップ弾性部１６とが接触し、かつ係止部１３２がキャップ弾性部１６に荷重を加えていない状態を示している。本実施の形態２において、係止部１３２は、キャップ本体部１５側に突出する突出部１３２ａを有する。図４において、キャップ弾性部１６は、係止部１３２からの荷重による潰れが生じていない状態であって、重力以外、外部からの荷重が加わっていない自然状態を示している。この自然状態において、ポート１３とキャップ弾性部１６との間の距離Ｄは、想定される最も厳しい使用条件におけるキャップ弾性部１６の許容撓み量に応じて設定される。なお、本実施の形態１において、距離Ｄは、突出部１３２ａの先端と、キャップ本体部１５との間の距離である。すなわち、距離Ｄの設定によって、最も厳しい使用条件下で係止部１３２とキャップ弾性部１６と接触させることによって、キャップ弾性部１６に加わる荷重を制限する。

本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、キャップ本体部１５の接着面におけるホパイト量を規制することによって、キャップ本体部１５に固着されるキャップ弾性部１６の耐久性を向上することができる。

さらに、本実施の形態２では、自然状態におけるポート１３とキャップ弾性部１６との間の距離Ｄを規定し、加わる荷重に応じてポート１３とキャップ弾性部１６とを接触させることによって、キャップ弾性部１６に加わる荷重を抑制できる。実施の形態２によれば、突出部１３２ａとキャップ本体部１５と接触によって、キャップ弾性部１６の潰れが抑制されるため、キャップ弾性部１６のキャップ本体部１５からの剥がれを一層確実に抑制することができる。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

以上説明したように、本発明に係るキャップベローズアッシおよびアキュムレータは、キャップベローズアッシにおいて本体部に固着される弾性部の耐久性を向上するのに好適である。

１アキュムレータ
１１ボトム
１２シェル
１３ポート
１４ベローズ
１５キャップ本体部
１６キャップ弾性部
１７ガイドベローズ
１００キャップベローズアッシ

Claims

ボトム、シェルおよびポートからなるアキュムレータの外装体の内部に設けられるベローズの一端を封止するキャップベローズアッシであって、
前記ベローズの開口部を覆うキャップ本体部と、
前記キャップ本体部および前記ポートの間に設けられ、前記キャップ本体部に固着されるキャップ弾性部と、
を備え、
前記キャップ本体部は、
前記キャップ弾性部を接着する接着面がリン酸亜鉛カルシウム処理されてなり、
前記接着面におけるホパイト量が４．８％以下である、
ことを特徴とするキャップベローズアッシ。
前記接着面における前記ホパイト量が３％以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載のキャップベローズアッシ。
０～２１ＭＰａの範囲で変動させて繰り返し圧力をかける耐久試験における前記キャップ弾性部の前記キャップ本体部からの剥がれに対する耐久回数が１０００万回以上である、
ことを特徴とする請求項１に記載のキャップベローズアッシ。
ボトム、シェルおよびポートからなる外装体と、
前記外装体の内部に設けられるベローズと、
前記ベローズの一端を封止するキャップベローズアッシと、
を備えるアキュムレータであって、
前記キャップベローズアッシは、
前記ベローズの開口部を覆うキャップ本体部と、
前記キャップ本体部および前記ポートの間に設けられ、前記キャップ本体部に固着されるキャップ弾性部と、
を備え、
前記キャップ本体部は、
前記キャップ弾性部に接着される接着面がリン酸亜鉛カルシウム処理されてなり、
前記接着面におけるホパイト量が４．８％以下である、
ことを特徴とするアキュムレータ。
前記接着面における前記ホパイト量が３％以下である、
ことを特徴とする請求項４に記載のアキュムレータ。
前記ポートは、前記キャップ本体部側に突出する突出部を有し、
前記突出部と前記キャップ本体部との間の距離は、前記キャップ弾性部の許容撓み量に応じて設定される、
ことを特徴とする請求項４または５に記載のアキュムレータ。