JP2023140998A

JP2023140998A - アキュムレータ

Info

Publication number: JP2023140998A
Application number: JP2022047105A
Authority: JP
Inventors: 知哉黒川; Tomoya Kurokawa; 尚人中野; Naohito Nakano
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2023-10-05
Also published as: WO2023182374A1

Abstract

【課題】Ｓ字状のベローズを用いるアキュムレータにおいて、耐久性の低下を抑制しつつ、軽量化することができるアキュムレータを提供すること。【解決手段】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、外装体の内部に設けられ、伸縮自在なＳ字状のベローズと、を備えるアキュムレータであって、ベローズは、アキュムレータにおいて当該ベローズが最大に伸長した場合に、該ベローズが、重力以外の荷重が加わっていない自由状態に対して伸長している。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば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（例えば、特許文献１を参照）。ベローズは、側面が蛇腹状をなす伸縮自在な筒状の部材である。ベローズには、蛇腹部分が、所謂Ｕ字状をなすものや、Ｓ字状に屈曲した形状をなすものが知られている。また、ベローズは、ボトム、シェルおよびポートからなる外装体によって形成される内部空間に設けられる。アキュムレータにおいて、Ｓ字状をなすベローズは、通常、重量以外の荷重が加わっていない状態から圧縮する側に変形する間で伸縮する態様で使用される。

国際公開第２０１３／１８７１６５号

ところで、アキュムレータの軽量化が求められる場合、ベローズも軽量化の対象となる。この際、例えばＳ字状のベローズにおいて蛇腹部分の山の数を減らして材料の重量を削減しようとすると、凸部間の距離（ピッチ）が大きくなって一つの山あたりの振幅が大きくなり、ベローズの耐久性が低下するおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、Ｓ字状のベローズを用いるアキュムレータにおいて、耐久性の低下を抑制しつつ、軽量化することができる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、伸縮自在なＳ字状のベローズと、を備えるアキュムレータであって、前記ベローズは、前記アキュムレータにおいて当該ベローズが最大に伸長した場合に、該ベローズが、重力以外の荷重が加わっていない自由状態に対して伸長している、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、前記ベローズの伸長側の伸び率は、ワイブル解析に基づいて算出される許容伸び率以下に設定される、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、前記許容伸び率は、９．３％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、前記ベローズは、蛇腹状をなして延びる筒状であり、外周側に設けられる外周側折返し部と、内周側に設けられる内周側折返し部と、前記外周側および内周側折返し部の間に設けられる複数の湾曲部であって、互いに隣り合う湾曲部とは湾曲態様が逆となる複数の湾曲部と、を繰り返してなる、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、前記ベローズは、ステンレス鋼を用いて形成される、ことを特徴とする。

本発明によれば、Ｓ字状のベローズを用いるアキュムレータにおいて、耐久性の低下を抑制しつつ、軽量化することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態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に示す領域Ｒのベローズの拡大図である。図３は、アキュムレータに適用するベローズの伸縮について説明するための図である。図４は、ベローズの伸長または収縮に対する折損耐久回数について説明するための図である。

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）
図１は、本発明の一実施の形態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。
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、例えばステンレス鋼（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。

ここで、ベローズ１４の形状の詳細について、図２を参照して説明する。図２は、図１に示す領域Ｒのベローズの拡大図である。ベローズ１４は、外周側の折り返し部分から内周側の折り返し部分までに、五つの湾曲部と、二つの直線部を有する。具体的には、外周側折返し部１４１と、内周側折返し部１４２と、第１直線部１４３と、第１湾曲部１４４と、第２湾曲部１４５と、第３湾曲部１４６と、第４湾曲部１４７と、第５湾曲部１４８と、第２直線部１４９とを有する。外周側折返し部１４１から内周側折返し部１４２にかけて、第１直線部１４３、第１湾曲部１４４、第２湾曲部１４５、第３湾曲部１４６、第４湾曲部１４７、第５湾曲部１４８および第２直線部１４９が順に位置する。各湾曲部は、隣り合う湾曲部と互いに湾曲態様が逆となるように湾曲する。

ベローズ１４は、例えば外周側折返し部１４１を山、内周側折返し部１４２を谷として、この山と谷とを構成するＳ字状の突起部を繰り返すことによって蛇腹形状が構成される。例えば、外径が６０ｍｍ、内径が４３ｍｍであり、山（外周側折返し部１４１）間の距離（ピッチ）は１．９ｍｍ以上２．４ｍｍ以下の範囲で設定される。また、隣り合う突起部同士が密着した状態（密着状態）におけるベローズの伸縮方向の長さは、重力以外の荷重が加わっていない状態（自由状態）の長さの３０％以上４０％以下、例えば３４％程度となる。従来のベローズは、アキュムレータにおいて伸縮する範囲が、自由状態から密着状態の範囲内で設計されていた。

図１に戻り、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）や、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）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。

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、アキュムレータ１に接続す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。これに対し、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。

図３は、アキュムレータに適用するベローズの伸縮について説明するための図である。図３の（ａ）は、重力以外の荷重が加わっていない状態（自由状態）のベローズ１４を示す。図３の（ｂ）は、ベローズ１４を自由状態から伸長させた状態（伸長状態）を示す。図３の（ｃ）は、ベローズ１４を自由状態から収縮させた状態（収縮状態）を示す。図３の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ使用範囲において最大限に伸長（ｄ_MAX）または収縮（ｄ_MIN）させた状態を示す。なお、図３の（ｃ）に示す収縮状態は、上述した密着状態に相当する。

従来、アキュムレータにおいて、ベローズ１４は、図３の（ａ）に示す自由状態から、図３の（ｃ）に示す収縮状態までの間で動作するように設計される。すなわち、従来ではベローズ１４は圧縮側のみで動作している。

これに対し、本実施の形態では、伸長状態から収縮状態までの間で動作するように設計される。すなわち、ベローズ１４は、自由状態を経て伸長側から収縮側までの間で動作する。このため、アキュムレータ１において当該ベローズ１４が最大に伸長した場合に、該ベローズ１４が、自由状態に対して伸長している。この際、ベローズ１４が最大限に伸長（ｄ_MAX）した際の伸びｄ₁₁は、圧縮側での振幅を加えた際のベローズの疲労強度と同等の疲労強度が得られる伸び率である許容伸び率に応じて設定される。

図４は、ベローズの伸長または収縮に対する折損耐久回数について説明するための図である。図４は、上述したサイズ（外径：６０ｍｍ、内径：４３ｍｍ）の伸長側の折損耐久回数における伸び率と、収縮側の折損耐久回数における伸び率とをプロット（◇）した図である。なお、図４では、伸び率ゼロを自由状態とし、収縮側の伸びをマイナス（－）で表示している。自由状態における自由長は荷重試験機によって測定し、折損位置（上限値または下限値）と自由長とを比較することによって伸び率を算出した。また、図４では、伸び率の範囲において、折損発生率が０．３％以下となる耐久回数をワイブル解析によって求めた結果を〇のプロットで示す。ワイブル解析における解析範囲は伸び率で５％とし、例えば、０～５％、５～１０％、・・・、１５～２０％とした。プロットに付したｎは、その範囲におけるサンプル数を示す。各範囲の解析点（〇）から、耐久回数の変化点Ｐ_Ftを算出し、この変化点Ｐ_Ftに対応する伸び率を許容伸び率とする。この許容伸び率は、ベローズ１４の最大の伸び率として設定される。図４に示す例では、許容伸び率が９．３％となる。

本実施の形態において、ベローズ１４は、自由状態から収縮状態（密着状態）までの伸び率と、自由状態から伸長状態までの伸び率とを合わせた範囲が、伸縮範囲として設定される。このため、ベローズ１４は、最大に伸びている状態では、伸び側に伸長した状態にある。

本実施の形態では、アキュムレータ１におけるベローズ１４の伸縮の範囲を、許容伸び率以下の範囲で伸び側も使用する設定とした。本実施の形態によれば、収縮側のみを用いるベローズと同等の耐久回数を有しつつ、収縮側のみを用いる場合のベローズと比して自由状態のサイズを小さくする、すなわち山（突起部）の数を減らすことができるため、アキュムレータ１またはベローズ１４の耐久性の低下を抑制しつつ、軽量化することができる。

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、本発明に係るアキュムレータは、Ｓ字状のベローズを用いるアキュムレータにおいて、耐久性の低下を抑制しつつ、軽量化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
１４１外周側折返し部
１４２内周側折返し部
１４３第１直線部
１４４第１湾曲部
１４５第２湾曲部
１４６第３湾曲部
１４７第４湾曲部
１４８第５湾曲部
１４９第２直線部

Claims

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、伸縮自在なＳ字状のベローズと、
を備えるアキュムレータであって、
前記ベローズは、前記アキュムレータにおいて当該ベローズが最大に伸長した場合に、該ベローズが、重力以外の荷重が加わっていない自由状態に対して伸長している、
ことを特徴とするアキュムレータ。
前記ベローズの伸長側の伸び率は、ワイブル解析に基づいて算出される許容伸び率以下に設定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のアキュムレータ。
前記許容伸び率は、９．３％である、
ことを特徴とする請求項２に記載のアキュムレータ。
前記ベローズは、
蛇腹状をなして延びる筒状であり、
外周側に設けられる外周側折返し部と、
内周側に設けられる内周側折返し部と、
前記外周側および内周側折返し部の間に設けられる複数の湾曲部であって、互いに隣り合う湾曲部とは湾曲態様が逆となる複数の湾曲部と、
を繰り返してなる、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のアキュムレータ。
前記ベローズは、ステンレス鋼を用いて形成される、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のアキュムレータ。