JP5932517B2 - アキュムレータ - Google Patents

Description

本発明は、蓄圧装置または脈圧減衰装置等として用いられるアキュムレータに関する。本発明のアキュムレータは例えば、自動車用油圧システムまたは産業機器用油圧システム等に用いられる。

従来から図６に示すように、機器の圧力配管（図示せず）に接続されるオイルポート５３を備えたアキュムレータハウジング５２の内部をベローズ５４およびベローズキャップ５５によって、ガスを封入するガス室５６と、オイルポート５３に通じる液室５７とに仕切り、ガス圧と液体圧とが均衡するようベローズキャップ５５が移動しベローズ５４が伸縮することにより蓄圧作動または脈圧減衰作動するアキュムレータ５１が知られている（特許文献１参照）。

また、このアキュムレータ５１には、圧力配管の圧力低下に伴って液室５７の圧力が低下したときにガス圧と液体圧との不均衡によりベローズ５４が破損するのを防止する安全機構６１が設けられている。すなわち機器の運転の停止等により圧力配管の圧力が極端に低下すると液室５７内の液体（油）がオイルポート５３から徐々に排出され、これに伴って封入ガス圧によりベローズ５４が徐々に伸長し、ベローズキャップ５５が、ハウジング５２の内面に設置されたシール６２に接触して所謂ゼロダウン状態となる。そしてこのゼロダウン状態ではシール６２により液室５７が閉塞され（液室５７のうちシール６２より外周側の空間部位が閉塞される）、この液室５７に一部の液体が閉じ込められ、この閉じ込められた液体の圧力とガス室５６のガス圧力とが均衡するので、ベローズ５４に過大な応力が作用してベローズ５４が破損するのが抑制される構成とされている。

しかしながら上記従来技術では、図７（Ａ）に示すようにシール６２が正常な姿勢でベローズキャップ５５に接触するのではなく、図７（Ｂ）に示すようにシール６２のリップ６２ａが反転してシール保持部６３とベローズキャップ５５との間に挟み込まれてしまうことがあり、この挟み込みを原因としてシール６２が破損し、安全機構６１が作動せず、ベローズ５４の破損に至ることがある。

特開２００５−０９８３９１号公報（図５）

本発明は以上の点に鑑みて、ハウジング内部に設置するシールがその内周側のシール保持部とベローズキャップとの間に挟み込まれるのを抑制し、もってシールやベローズが破損するのを抑制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。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１によるアキュムレータは、機器の圧力配管に接続されるオイルポートを備えたアキュムレータハウジングの内部をベローズおよびベローズキャップによってガスを封入するガス室と前記オイルポートに通じる液室とに仕切り、前記圧力配管の圧力が低下したときに前記ベローズキャップがストロークしてシールに接触することにより前記液室を密閉し、前記シールはその内周側に設けたシール保持部によって保持されるとともに、前記ベローズキャップが接触する唯一のリップ端を有するアキュムレータであって、前記リップ端の径寸法を前記ベローズの有効径以上の大きさとしたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２によるアキュムレータは、上記した請求項１記載のアキュムレータにおいて、前記シールは、シールリップを有し、前記シールリップは、断面舌片状または断面三角形状のシールリップであることを特徴とする。

本願発明者らの新たな知見によると、上記従来技術においてシールの挟み込みが発生したのは、以下の理由による。

すなわち機器の運転の停止等により圧力配管の圧力が極端に低下すると液室内の液体（油）がオイルポートから徐々に排出され、これに伴って封入ガス圧によりベローズが徐々に伸長し、ベローズキャップが、ハウジングの内面に設置されたシールに近付く方向へストロークする。そしてベローズキャップがシールに接触する直前、ストロークするベローズキャップによって押し退けられた液体にオイルポートへ向けての流れが発生し、この流れにシールが押される結果としてシールが変形し、挟み込みを発生していた。ベローズキャップがシールに接触する直前は、シールの内周側に設けられたシール保持部とベローズキャップ間の間隔が狭くなって流れの向きが統一されるため、流れが強くなった状態でシールが強く押圧される。

また、同じく本願発明者らの新たな知見によると、ベローズキャップがシールに接触する直前、ストロークするベローズキャップによって押し退けられた液体は、その一部がオイルポートへ向けて内向き（径方向内方）に流れるとともに他の一部は反対に液室へ向けて外向き（径方向外方）に流れ、この２つの流れの分水嶺とも称すべき位置はベローズの有効径の位置であることが判明した。すなわち上記従来技術ではシールがベローズキャップと接触する位置であるシールのシール径（リップ端の径）がベローズの有効径より小さいため、シールが内向きの流れに押されて内向きに変形し、よって挟み込みが生じる結果となっていた。

これに対し本発明では、シールがベローズキャップと接触する位置であるシールのシール径（リップ端の径）がベローズの有効径以上の大きさに設定されているため、シールは内向きの流れに押されることがなく、押されるとしても内向きの流れではなく外向きの流れに押されることになる。したがってシールが内向きの流れに押されて内向きに変形することがなく、よってシールがシール保持部とベローズキャップとの間に挟み込まれるのを抑制することが可能とされる。ベローズの有効径は、ベローズが伸縮して液体（油）を押し退ける作用を発揮する際にこのベローズを、液体（油）を押し退けるピストンに見立てた場合のピストンの外径と同寸法である。

尚、本発明の上記作用効果は、シールリップを備えるシールにおいて特に顕著に発揮され、シールリップとしては断面舌片状のシールリップや断面三角形状のシールリップが含まれる。これらのシールリップは何れも従来、シール保持部とベローズキャップとの間に挟み込まれて破損する虞があったのに対し、本発明によればこれらシールリップに挟み込みが発生するのを抑制することが可能とされる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち本発明においては以上説明したように、シールのシール径がベローズの有効径以上の大きさに設定されているため、シールが液体の内向きの流れに押されて内向きに変形することがない。したがってシールが内向きに変形してシール保持部とベローズキャップとの間に挟み込まれるのを抑制することができ、これによりシールが破損し、安全機構が作動せず、ベローズが破損するのを防止することができる。

本発明の実施例に係るアキュムレータの断面図 図１の要部拡大図 ベローズ有効径の説明図 本発明の他の実施例に係るアキュムレータの要部断面図 （Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）ともベローズの他の例を示す要部断面図 従来例に係るアキュムレータの断面図 （Ａ）はシールの正常な姿勢を示す断面図、（Ｂ）はシールの挟み込み現象が発生した状態の断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）課題
機器に配置されたアキュムレータは、その機器の運転が停止すると制御流体が徐々に排出される。それに伴いアキュムレータ内部のベローズは内部ガスの作用によって徐々に降下しシールと接触する。シールとベローズキャップが接触する直前、オイルの流れにより、シールリップが図６（Ｂ）に示すように反転することがある。この反転を保持したまま、ゼロダウン状態となると、シール破損が発生し、ベローズ破損に至る危険性がある。
（２）構成
シールのリップ径をベローズの内径以上、好ましくはベローズの有効径以上に設定する。
ベローズとしては、ヘアピンベローズ形状、小ピッチベローズ形状（山Ｒ＜谷Ｒ）、ベローズ内径を小径化した形状などであっても良い。
（３）効果
シールのリップ径をベローズの有効径以上とすることで、シールとベローズキャップが接触する直前のオイルの流れは、ベローズ外周側に向かう流れとなり、リップ反転を発生させる流れとならない。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係るアキュムレータ１を示し、その要部が図２に拡大して示されている。当該実施例に係るアキュムレータ１は、ベローズ８として金属ベローズを用いる金属ベローズ型アキュムレータであって、以下のように構成されている。

すなわち、図示しない圧力配管に接続されるオイルポート６を一端（図では下端）に備えるとともにガス封入口７を他端（図では上端）に備えたアキュムレータハウジング２が設けられており、このハウジング２の内部にベローズ８およびベローズキャップ９が配置されてハウジング２の内部空間が、高圧ガス（例えば窒素ガス）を封入するガス室１０と、オイルポート６に連通する液室１１とに仕切られている。ハウジング２としては円筒状のシェル３と、このシェル３の一端開口部（図では下端開口部）に固定（溶接）されたオイルポート部材４と、シェル３の他端開口部（図では上端開口部）に固定（溶接）されたエンドカバー５との組み合わせよりなるものとされているが、ハウジング２の部品割り構造は特に限定されるものではなく、例えばシェル３とオイルポート部材４は一体であっても良く、またシェル３とエンドカバー５が一体であっても良く、何れにしてもエンドカバー５またはこれに相当する部品には、ガス室１０にガスを注入するためのガス封入口７が設けられ、ガス注入後、ガスプラグ１２で閉じられている。

ベローズ８は、その固定端（図では上端）８ａをエンドカバー５に固定（溶接）するとともにその遊動端（図では下端）８ｂに円盤状のベローズキャップ９を固定（溶接）しており、よって当該アキュムレータ１はベローズ８の内周側にガス室１０を設定するとともにベローズ８の外周側に液室１１を設定する内ガスタイプのアキュムレータとされている。

また、当該アキュムレータ１には、圧力配管の圧力低下に伴って液室１１の圧力が低下したときにガス圧と液体圧との不均衡によりベローズ８が破損するのを防止するための安全機構（圧力低下時用安全機構）２１が設けられている。

この安全機構２１は、圧力配管の圧力低下に伴って液室１１の圧力が低下したときにベローズキャップ９が、ハウジング２の内面すなわちオイルポート部材４の内側の面（図では上面）に設置したシール２２に接触することにより液室１１を密閉して液室１１に一部の液体（油）を閉じ込めるものであって、以下のように構成されている。

すなわち図２に拡大して示すように、ハウジング２の内面すなわちオイルポート部材４の内側の面（図では上面）に環状のシール装着溝２３が設けられ、このシール装着溝２３に環状のシール２２が装着されている。装着溝２３の内周側に環状突起状のシール保持部（内周側シール保持部）２４が設けられ、装着溝２３の外周側にも環状突起状のシール保持部（外周側シール保持部）２５が設けられている。内周側シール保持部２４の高さは外周側シール保持部２５の高さより大きく設定され、よって内周側シール保持部２４は、ベローズキャップ９がシール２２に近付く方向にストロークして来たときにこの内周側シール保持部２４に当接することにより停止するストッパ（ベローズキャップ９のストローク限を規定するストッパ）としても機能する。また内周側シール保持部２４の端面部（図では上面）には、ベローズキャップ９が当接した状態でも液体が内周側シール保持部２４の内周側から外周側へまた反対に外周側から内周側へ流通できるよう、切欠溝状の連通部２６が所要数（複数、例えば円周上９０度間隔での４箇所）設けられている。

シール２２は、所定のゴム状弾性体によって環状に成形され、装着溝２３の溝底部に固定される環状の基部２２ａと断面舌片状を呈する環状のシールリップ２２ｂとを一体に備えている。シールリップ２２ｂは、液室１１内の液体をシールするため、基部２２ａからリップ端２２ｃへかけて径方向斜め外方へ向けて設けられ、リップ端２２ｃにてベローズキャップ９に接触する。したがって自由状態におけるシール２２の高さは内周側シール保持部２４の高さより少々大きく設定されている。

また、本発明の特徴的構成として、シール２２がベローズキャップ９と接触する位置であるシール２２のシール径（リップ端２２ｃの径）ｄ_１がベローズ８の有効径ｄ_２以上の大きさに設定され（ｄ_１≧ｄ_２）、当該実施例ではシール２２のシール径（リップ端２２ｃの径）ｄ_１がベローズ８の有効径ｄ_２より大きく設定されている（ｄ_１＞ｄ_２）。

ベローズ８の有効径ｄ_２は、以下の（イ）式で求められる。

すなわち図３に示すように、アキュムレータ１が畜圧した状態（作動状態１）から、配管の圧力低下によりベローズ８が伸長した状態（作動状態２）になるときのベローズ８のストロークをＳとする。また、アキュムレータ１が畜圧した状態（作動状態１）から、配管の圧力低下によりベローズ８が伸長した状態（作動状態２）になることで、アキュムレータ１から配管へ供給される液量（吐出量）をＶとする。吐出量Ｖの容積を高さＳの円柱の容積とした場合、その円柱の直径ｄｓは、下式となる（π：円周率）。

この直径ｄｓをベローズ８の有効径ｄ_２とする。

上記構成のアキュムレータ１は、オイルポート６をもって機器の圧力配管に接続され、圧力配管内の圧力の大きさが変化するとガス室１０内のガス圧と液室１１内の液体圧とが均衡するようベローズキャップ９が移動しベローズ８が伸縮することにより蓄圧作動または脈圧減衰作動する。

また、安全機構２１が設けられているので、機器の運転の停止等により圧力配管の圧力が極端に低下すると液室１１内の液体（油）がオイルポート６から徐々に排出され、これに伴って封入ガス圧によりベローズ８が徐々に伸長し、ベローズキャップ９が、ハウジング２の内面に設置されたシール２２のリップ端２２ｃに接触して所謂ゼロダウン状態となる。そしてこのゼロダウン状態ではシール２２により液室１１が閉塞され、液室１１内に一部の液体が閉じ込められ、この閉じ込められた液体の圧力とガス室１０のガス圧力とが均衡するので、ベローズ８に過大な応力が作用してベローズ８が破損するのが抑制される。

また、ベローズキャップ９がシール２２のリップ端２２ｃに接触する直前、ストロークするベローズキャップ９によって押し退けられた液体は、その一部がオイルポート３へ向けて流れるとともに（内向きの流れ）、他の一部は反対向きに液室１１へ向けて流れ（外向きの流れ）、この２つの流れの分水嶺はベローズ８の有効径ｄ_２の位置であるところ、当該アキュムレータ１では、シール２２のシール径（リップ端２２ｃの径）ｄ_１がベローズ８の有効径ｄ_２より大きく設定されているため（ｄ_１＞ｄ_２）、シールリップ２２ｂは内向きの流れに押されるのではなく外向きの流れに押される。したがってシールリップ２２ｂが内向きの流れに押されて内向きに変形することがなく、よってシールリップ２２ｂがシール保持部２４とベローズキャップ９との間に挟み込まれるのを抑制することが可能とされる。したがってシールリップ２２ｂの挟み込みによりシール２２が破損し、安全機構２１が作動せず、ベローズ８が破損するのを防止することができる。

上記実施例については、以下の事項を加えることができる。

（１）上記実施例では、シール２２は、断面舌片状のシールリップ２２ｂを備えるシールとされているが、その他の形状のシールリップを備えるシールであっても良く、例えば図４に示すような断面三角形状のシールリップ２２ｂを備えるシールであっても良い。その他の形状のシールリップを備えるシールについても本発明によれば、シールリップ２２ｂがシール保持部２４とベローズキャップ９との間に挟み込まれて破損するのを抑制することができる。尚、断面舌片状のシールリップ２２ｂとは、シールリップ２２ｂが斜めに向けて設けられる（シールリップ２２ｂの内周面と外周面が同じ傾き方向に傾いている）ことによりシール作動について径方向の方向性を持つものである。

（２）本発明において、ベローズ８の種類は特に限定されるものではなく、例えば図５（Ａ）に示すような断面Ｕ字形状のベローズ８、図５（Ｂ）に示すような断面ヘアピン形状のベローズ８、または図５（Ｃ）に示すような小ピッチ形状（山Ｒ＜谷Ｒ）のベローズ８などであっても良い。各ベローズ８の有効径ｄ_２は図示するとおりであって、何れにしてもシール２２のシール径（リップ端２２ｃの径）ｄ_１がベローズ８の有効径ｄ_２以上の大きさに設定され（ｄ_１≧ｄ_２）、またはベローズ８の有効径ｄ_２より大きく設定される（ｄ_１＞ｄ_２）。

（３）上記実施例では、シール２２の内周側に配置されるシール保持部２４がハウジング２の内面すなわちオイルポート部材４の内側の面に一体成形されているが、このシール保持部２４はハウジング２ないしオイルポート部材４と別体の部品であっても良く、例えば図６に示されるような板金プレス品よりなるシールホルダ部材などであっても良い。

（４）上記実施例では、装着溝２３の内周側に設けられた内周側シール保持部２４と外周側に設けられた外周側シール保持部２５のうち、前者の内周側シール保持部２４がベローズキャップ９のストローク限を規定するストッパとして機能するものとされているが、反対に後者の外周側シール保持部２５が同ストッパとして機能するものであっても良い。この場合は、内周側シール保持部２４の高さより外周側シール保持部２５の高さのほうが大きく設定されるので、内周側シール保持部２４の端面部ではなく外周側シール保持部２５の端面部に連通部２６が設けられる。

１ アキュムレータ
２ ハウジング
３ シェル
４ オイルポート部材
５ エンドカバー
６ オイルポート
７ ガス封入口
８ ベローズ
９ ベローズキャップ
１０ ガス室
１１ 液室
１２ ガスプラグ
２１ 安全機構
２２ シール
２３ シール装着溝
２４ 内周側シール保持部
２５ 外周側シール保持部
２６ 連通部

Claims (2)

1. 機器の圧力配管に接続されるオイルポートを備えたアキュムレータハウジングの内部をベローズおよびベローズキャップによってガスを封入するガス室と前記オイルポートに通じる液室とに仕切り、前記圧力配管の圧力が低下したときに前記ベローズキャップがストロークしてシールに接触することにより前記液室を密閉し、前記シールはその内周側に設けたシール保持部によって保持されるとともに、前記ベローズキャップが接触する唯一のリップ端を有するアキュムレータであって、
   前記リップ端の径寸法を前記ベローズの有効径以上の大きさとしたことを特徴とするアキュムレータ。
2. 請求項１記載のアキュムレータにおいて、
   前記シールは、シールリップを有し、
   前記シールリップは、断面舌片状または断面三角形状のシールリップであることを特徴とするアキュムレータ。

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