JP5116153B2 - ベローズ式アキュムレータ - Google Patents

Description

本発明は、ベローズ式アキュムレータに関する。
たとえば、本発明は、シェル内の容積可変の気体室を金属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。
たとえば、本発明は、液圧を用いる車両等の制御装置、例えば、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７乃至図９に示すベローズ式アキュムレータが知られている。
この種ベローズ式アキュムレータは、金属材製のシェル１０内には金属材製ベローズ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１０内に設けた環状のフランジ部１００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１０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１０内側には、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と密封接触する。
このことにより、液体室３０内の液体と導入孔６０側の液体とを遮断している。
一方、金属材製ベローズ４０の径方向振れの抑制および金属材製ベローズ４０の伸張・収縮作動時における前記シェル１０内の軸方向をガイドするために、キャップ５０にはリング９０が保持されている。

そして、従来のリング９０は、図７および図８に示す構造を有していた。
すなわち、環状を呈するリング９０は、金属材製ベローズ４０の谷部４１０に嵌め込まれる爪部９１０と、キャップ５０に設けた環状の鍔部５１０に当接する固定部９２０とにより、鍔部５１０を挟持する形でキャップ５０側に保持されている。
また、金属材製ペローズ４０の谷部４１０に嵌め込まれた爪部９１０により、ベローズにおける相互の干渉が防止されることとなるが、仮にこの爪部９１０の肉厚が過度に小さく設定されてしまうと、金属材製べローズ４０が収縮した０ダウン状態（図７に示す状態）においては、金属材製ベローズ４０の谷部４１０が過大に圧縮され、金属材製ベローズ４０の谷部４１０における疲労耐久性を高く維持することが困難となったり、金属材製ベローズ４０の他端がキャップ５０に溶接固定されている箇所４２０に発生する応力の低減が困難となる懸念がある。
更に、谷部４１０に嵌め込まれる爪部９１０が存在する周方向についての範囲は、リングを成形する際の型割りの関係から制限され、これが仮に過小であると、上記同様、金属材製ベローズ４０が収縮した０ダウン状態（図７に示す状態）においては、キャップ５０と、このキャップ５０のすぐ隣に位置する金属材製ベローズ４０の谷部４１０に作用する応力低減が困難となる懸念がある。
これは、谷部４１０に嵌め込まれる爪部９１０の肉厚やこれが存在する周方向の範囲が過小であると、爪部９１０による応力緩和が十分図れなくなることに起因する。

特開２００７−１９２２９０号公報 特開平３−１３４３０３号公報 実用新案登録第３１１３８２５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、金属材製ベローズが収縮した０ダウン状態における、キャップと、このキャップのすぐ隣に位置する金属材製ベローズの谷部への応力集中、及び金属材製ベローズとキャップとの溶接近傍部への応力集中により、過大な応力がかかることを回避し、金属材製ベローズの耐久性を向上させた金属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、他端がキャツ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金属材製ベローズと、前記キャツプ及び前記金属材製ベローズの外周側にこれらを挟み込むようにして保持されたリングとよりなるベローズ式アキュムレータにおいて、前記リングの前記金属材製ベローズの谷部に嵌め込まれた爪部の肉厚が、自然状態における前記金属材製ベローズの軸方向についての谷幅寸法に対し７０％〜１００％の範囲にあると共に、前記金属材製ベローズと、該金属材製ベローズの前記一端が固着され前記シェルを構成するフランジとの谷部に、肉厚が自然状態における前記金属材製ベローズの軸方向についての谷幅寸法に対し７０％〜１００％の範囲にあるプロテクションリングが嵌め込まれている構成とした。

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記載の発明のベローズ式アキュムレータによれば、ベローズが収縮した０ダウン状態における、キャップと、このキャップのすぐ隣に位置するベローズの谷部に応力が集中し、過大な応力がかかることを回避できると共に、リングがキャップとベローズとを挟み込んでいるため、ベローズが収縮した０ダウン状態から伸長する段階において、キャップとベローズとの間が広がり過ぎる事がないため、溶接固定部近傍の疲労が少なく、ベローズの耐久性を向上させることが出来ると共に、ベローズが収縮した０ダウン状態において、フランジと、このフランジのすぐ隣に位置するベローズの谷部においても、キャップ側の溶接部分と同様に応力が集中し、過大な応力がかかることを回避出来る。
請求項２記載の発明のベローズ式アキュムレータによれば、ベローズが収縮した０ダウン状態において、フランジと、このフランジのすぐ隣に位置するベローズの谷部においても、キャップ側の溶接部分と同様に応力が集中し、過大な応力がかかることをより確実に回避出来る。

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。
本発明に係るベローズ式アキュムレータを、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１は、本発明が適用される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、本発明に係るリングの一実施例を示す正面図である。
図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。
図５は、本発明に係るリングの他の実施例を示す正面図である。
図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。

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。
この種の金属材製ベローズ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する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。
こういった構造の場合、この溶接固定部４２近傍に応力が集中することが無い様にする配慮が必要である。
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、この導入孔６のシェル１内側には、導入孔６を囲む様に、オイルポート８の軸方向端部（図上上方）には、弾性材製環状シール部材７が配置されている。

シール部材７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。
このシール部材７は、キャップ５がシール部材７と接した後（ベローズ０ダウン時）液体室３側の液体が導入孔６側へ流出することを効果的に防止できる。

一方、金属材製ベローズ４の径方向振れ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にはリング９が保持されている。
そして、本発明に係るリング９は、図３および図４に示す構造を有している。
すなわち、環状を呈するリング９は、金属材製ベローズ４の谷部４１に嵌め込まれる爪部９１と、キャップ５に設けた環状の鍔部５１に当接する固定部９２とにより、鍔部５１とベローズ４とを挟持する形でキャップ５側に保持されている。

このリング９の金属材製ベローズ４の谷部４１に嵌め込まれた爪部９１の存在する周方向についての範囲は、全周の約８０％である。
そして、リング９には、円周方向に一箇所、接線方向に直交する形で、カット部９３が存在する．
このため、リング９の金属材製ベローズの谷部への嵌め込みが容易である。
また、リング９の材質は、金属材、樹脂材、ゴム材等が選択的に使用されるが、ポリアミド等の樹脂材が好適である。
更に、リング９の爪部９１の肉厚Ｗは、１．０５mmの肉厚となっている。
この爪部９１の肉厚Ｗは、金属材製ベローズ４の谷寸法Ｐの７０％となっている。
谷幅寸法Ｐは、図２に示す金属材製ベローズ４の自由状態（無負荷状態）における、キャップ５の下面に接する金属材製ベローズ４の爪部９１側の側面と、この側面と対峙し爪部９１に対向する金属材製ベローズ４の他方の側面との間隙である。
しかし、この爪部９１の肉厚Ｗは、７０〜１００％の範囲であればよいが、特に、９５〜１００％の範囲では、金属材製ベローズ４が収縮した０ダウン状態から伸長する段階において、爪部９１が変形しにくく、キャップ５と金属材製ベローズ４との間隙が広がる事がないため、溶接固定部４２の疲労が少ない。
この爪部９１の肉厚Ｗが、１００％を越えると、金属材製ベローズが収縮した０ダウン状態において、金属材製ベローズの収縮を阻害するため、好ましくない。
また、爪部９１の肉厚Ｗが、６５％以下だと金属材製ベローズ４の谷部４１及び溶接固定部４２近傍に応力が集中し易くなり、応力が大きくなる。
次に、リング９の金属材製ベローズ４の谷部４１に嵌め込まれた爪部９１の肉厚Ｗのベローズ谷寸法Ｐに対する割合と、金属材製ベローズ４の耐久性能を表１に示す。
尚、耐久性能試験は、温度７０℃、作動流体圧力０〜２１ＭＰａで行い、評価は３万回で谷部が破損するか否かで評価した。

また、金属材製ベローズ４とフランジ１０との谷部４１には、リング９の爪部９１と同じ材質で、かつ同じ厚みのプロテクションリング１４が嵌め込まれている。

ついで、図５及び図６に基づき、本発明に係るリング９の他の実施例を説明する。
先に説明した、図３及び図４に示したものと相違する点は、谷部４１に嵌め込まれた爪部９１が、全周の１００％に存在すること、及びカット部９３が、ベローズ４の軸方向に見た状態で径方向に対し傾斜した形となっていることである。
このため、カット部におけるリングの一方の端面が他方の端面の拡径を阻害するため、リング９が外れ難く、また、たとえカット部に間隙が生じても、金属材製ベローズ４が周方向の何れの位置においても、リングと常に接している状態が維持出来るため、カット部を設けたことによる弊害を効果的に排除でき、該間隙と接する金属材製ベローズの領域が周方向に分散される。
次に、リング９の金属材製ベローズ４の谷部４１に嵌め込まれた爪部９１の存在する周方向についての範囲と、金属材製ベローズ４の耐久性能を表２に示す。
尚、耐久性能試験は、温度７０℃、作動流体圧力０〜２１ＭＰａで行い、評価は３万回で谷部が破損するか否かで評価した。

以上のことから、本発明を実施するための最良の形態によれば、金属材製ベローズの谷部への応力集中、及び金属材製ベローズとキャップとの溶接近傍部への応力集中により、過大な応力がかかることを回避出来、結果として、長時間の使用に耐えうる金属ベローズ式アキュムレータとすることができる。

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。

本発明が適用される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。 本発明に係るリングの一実施例を示す正面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係るリングの他の実施例を示す正面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 従来技術に係るベローズ式アキュムレータの縦断面図である。 従来技術に係るリングを示す正面図である。 図８のＣ−Ｃ断面図である。

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 シール部材
８ オイルポート
９ 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

Claims (2)

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、他端がキャツプ（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）とに分離している金属材製ベローズ（４）と、前記キャツプ（５）及び前記金属材製ベローズ（４）の外周側にこれらを挟み込むようにして保持されたリング（９）とよりなるベローズ式アキュムレータにおいて、前記リング（９）の前記金属材製ベローズ（４）の谷部（４１）に嵌め込まれた爪部（９１）の肉厚（Ｗ）が、自然状態における前記金属材製ベローズ（４）の軸方向についての谷幅寸法（Ｐ）に対し７０％〜１００％の範囲にあると共に、前記金属材製ベローズ（４）と、該金属材製ベローズ（４）の前記一端が固着され前記シェル（１）を構成するフランジ（１０）との谷部（４１）に、肉厚が自然状態における前記金属材製ベローズ（４）の軸方向についての谷幅寸法（Ｐ）に対し７０％〜１００％の範囲にあるプロテクションリング（１４）が嵌め込まれていることを特徴とするベローズ式アキュムレータ。
2. 前記プロテクションリング（１４）の厚みが前記爪部（９１）と同じ厚みである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。

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