JP6345667B2 - 金属ベローズ - Google Patents

Description

本発明は、アキュムレータ用の金属ベローズに関する。

従来、圧力流体が流入される、アキュムレータ用の金属ベローズであって、径方向外側の山折り部と、径方向内側の谷折り部とが中腹部を介して繰り返し形成される蛇腹状の金属ベローズが知られている。この金属ベローズは、アキュムレータのシェル内に設けられ、一端がシェル側に固定され、他端がベローズキャップで閉じられている。そして、ベローズキャップによって、アキュムレータのシェル内は、圧力流体が流入されるベローズ内側の流体室と、圧力ガスが封入されるベローズ外側の気体室とに仕切られる。そして、金属ベローズは、流体室内から圧力流体を吐出することにより収縮し、流体室内に圧力流体を流入することにより伸長する。

ここで、特許文献１の図３や特許文献２の図２（Ｂ）に示すように、金属ベローズは、自由長から収縮する際、山折り部の幅はほぼ変化することなく、隣り合う中腹部の間隔が狭まることにより収縮する。

ベローズが収縮した状態において、山折り部の幅が変化せずに、かつ隣り合う中腹部が互いに当接すると、山折り部が袋だまり形状となり、密封空間を形成する。この袋だまり形状となった密封空間に圧力流体又は気体が侵入した状態で、温度が変化すると、圧力流体、気体が膨張収縮して、金属ベローズの応力が高くなる場合がある。そして、応力が過度に高くなるとベローズの破損が生じる虞がある。また、隣り合う中腹部同士が当接すると当接部の応力が高くなる場合があり、ベローズの破損が生じる虞がある。

特開２００７−１９２２９０号公報 特開２０１２−１６７７４８号公報

そこで、本発明は、温度変化や隣り合う中腹部同士の当接を原因とする金属ベローズの破損を抑制し、さらに金属ベローズの最収縮時の伸縮方向における長さを短くすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の金属ベローズは、
山折り部と、谷折り部とが中腹部を介して繰り返し形成される蛇腹形状であって、圧力流体又は圧力気体が流入される、アキュムレータ用の金属ベローズにおいて、
共通の前記山折り部を介して隣り合う前記中腹部が、
該共通の山折り部からそれぞれ延びており、隣り合う前記谷折り部へ向かうにつれて互いの間隔が広がる、又は互いの間隔が一定のまま延びる第１中腹部と、
該共通の山折り部から延びる前記第１中腹部からそれぞれ延びており、隣り合う前記谷折り部へ向かうにつれて前記第１中腹部よりも互いの間隔が大きく広がる第２中腹部と、有し、
前記第１中腹部と前記第２中腹部は、断面形状が変曲点を介して繋がっていることを特徴とする。

この構成によれば、共通の山折り部を介して隣り合う中腹部が、該共通の山折り部から隣り合う谷折り部へそれぞれ向かうにつれて、互いに離れることより、隣り合う谷折り部の間隔及び隣り合う中腹部の間隔が、金属ベローズの内側（山折り部側から谷折り部側）へ向かうほど広くなっている。そのため、金属ベローズが収縮した際に、隣り合う谷折り部同士が当接しにくく、隣り合う中腹部同士も当接しにくい。したがって、山折り部によって形成される金属ベローズ内部の空間内に圧力流体又は圧力気体が密封される状態になりにくい。すなわち、山折り部によって形成される金属ベローズ内部の空間内に圧力流体又は圧力気体が侵入した状態で、温度変化によって圧力流体や圧力気体が膨張収縮をしても、金属ベローズの応力が過度に高まることはない。その結果、金属ベローズの破損を抑制することができる。

また、上記構成により、山折り部の幅はその先端に近づく程狭くなっており、谷折り部の幅もその先端に近づく程狭くなっている。そのため、隣り合う山折り部の間隔は広くなっており、隣り合う谷折り部の間隔も広くなっている。そのため、蛇腹の数を増やすことなく、金属ベローズが収縮した際の伸縮方向における金属ベローズの長さを短くすることができる。すなわち、金属ベローズが収縮することにより隣り合う山折り部が当接（密着）した状態での、伸縮方向における金属ベローズの長さ（密着長）を短くすることができる。また、山折り部の幅が先端に近づく程狭くなっているため、金属ベローズが収縮した際に、山折り部によって形成される金属ベローズ内部の空間が先太りの形状（袋だまり形状）になりにくい。そのため、圧力流体や圧力気体が山折り部によって形成される金属ベローズ内部の空間に溜まりにくい。したがって、温度変化によって圧力流体や圧力気体が膨張収縮し、金属ベローズの応力が過度に高まることはない。その結果、金属ベローズの破損を抑制することができる。

また、最も収縮した状態において、隣り合う山折り部が当接すると好適である。さらに、最も収縮した状態において、隣り合う中腹部が当接しないと好適である。このように、最も収縮した状態において、隣り合う山部が当接し、隣り合う中腹部が当接しないと、山折り部によって形成される金属ベローズ内部の空間内に圧力流体や圧力気体が密封される状態になりにくい。さらに、隣り合う中腹部が当接しないことより、中腹部同士の当接部の応力が高まることも抑制される。その結果、金属ベローズの破損を抑制することが出来る。また、隣り合う山部が当接して隣り合う中腹部が当接しないことより、収縮前の状態から最も収縮した状態に金属ベローズが変化する際の変化量を大きくとることができるため、金属ベローズの伸縮の幅が大きくなり、最収縮時の伸縮方向における金属ベローズの長さも短くすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、温度変化や隣り合う中腹部同士の当接を原因とする金属ベローズの破損を抑制し、さらに金属ベローズの最収縮時の伸縮方向における長さを短くすることができる。

図１は、本実施例のアキュムレータの全体構成を示す模式的断面図である。 図２は、本実施例に係る金属ベローズの蛇腹を示す拡大断面図であって、金属ベローズが自由長の状態を示す図である。 図３は、本実施例に係る金属ベローズの蛇腹を示す拡大断面図であって、金属ベローズの最圧縮状態を示す図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
＜アキュムレータの全体構成＞
まず、図１を参照して、本実施例に係る金属ベローズを備えるアキュムレータの全体構成について説明する。図１は、本実施例のアキュムレータの全体構成を示す模式的断面図である。なお、図１においては、アキュムレータ１００の全体構成を示す都合上、金属ベローズの形状については簡略して記載しており、本実施例の金属ベローズの蛇腹の形状の詳細については図２、図３を用いて後述する。

図１に示すように、本実施例のアキュムレータ１００は、主な構成として、金属ベローズ１１０と、シェル１２０と、オイルポート１３０と、シール部１４０と、ガスプラグ１５０と、六角ナット１６０とを備えている。

円筒状のシェル１２０の一端側（図１中の下側）には、不図示のシステムへの取り付け部１２１が設けられている。取り付け部１２１には、システム側の圧力流体をシェルの内部に流入するための流入口１２１ａが形成されている。シェル１２０の他端側（図１中の上側）には、シェル１２０の内部に圧力ガス（圧力気体）を封入するための封入口１２０ａが形成されている。そして、封入口１２０ａを塞ぐガスプラグ１５０が、アキュムレータ１００をシステムに固定する時に用いる六角ナット１６０に被覆されて設けられている。

シェル１２０の内部には、筒状の金属ベローズ１１０が設けられている。金属ベローズ１１０は、一端側がオイルポート１３０に溶接で固定され、他端側が図１中の上下方向に可動可能なキャップ（以下、ベローズキャップという）１１１に溶接で固定されることにより塞がれている。そして、シェル１２０の内部は、ベローズキャップ１１１によって、ベローズキャップ１１１より金属ベローズ１１０の内側であり、圧力流体が流入される流体室Ｌと、ベローズキャップ１１１より金属ベローズ１１０の外側であり、圧力ガスが封入される気体室Ａとに仕切られる。流体室Ｌ内への圧力流体の蓄液・吐出により金属ベローズ１１０が図１中の上下方向に伸縮（往復）運動をする。例えば、蓄液された圧力流体を流体室Ｌ内からシステム側へ吐出することで、流体室Ｌ内の圧力流体の圧力が、気体室Ａ内の圧力ガスの圧力よりも小さくなり、気体室Ａ内の圧力ガスにより金属ベローズ１１０は収縮する。

なお、オイルポート１３０の一端側（図１中の下側）は、シェル１２０に溶接されており、他端側（図１中の上側）には溝部１３０ａが形成されている。溝部１３０ａには、シール部１４０を保持する金属製のシールホルダ１４１が溶接等によって固定されている。シール部１４０は、金属ベローズ１１０が収縮しベローズキャップ１１１が図１中の下方側に下がりきった状態、すなわち金属ベローズ１１０が最も収縮した状態（最圧縮状態）において、金属ベローズ１１０内部に残存する流体が流入口１２１ａから漏れるのをシールする。

＜金属ベローズの構成＞
次に、図２を参照して、本実施例に係る金属ベローズの構成について説明する。図２は、本実施例に係る金属ベローズの蛇腹を示す拡大断面図であって、金属ベローズが自由長の状態を示す図である。

本実施例の金属ベローズ１１０は、径方向外側の山折り部１１０ａと径方向内側の谷折り部１１０ｂとを有しており、これら山折り部１１０ａと谷折り部１１０ｂが中腹部１１０ｃを介して繰り返し形成される蛇腹状の筒部材である。

ここで、図２に示すように、隣り合う山折り部１１０ａの間隔をＹ１とし、山折り部１１０ａの幅をＹ２とする。また、隣り合う谷折り部１１０ｂの間隔をＴ１とし、谷折り部１１０ｂの幅をＴ２とする。金属ベローズ１１０は、間隔Ｙ１、間隔Ｔ１が変化することにより伸縮する。幅Ｙ２や幅Ｔ２は、金属ベローズ１１０が伸縮しても変化は小さい。

＜本実施例の優れた点＞
次に、図２、図３を参照して、本実施例の優れた点について説明する。図３は、本実施例に係る金属ベローズの蛇腹を示す拡大断面図であって、金属ベローズの最圧縮状態を示す図である。

金属ベローズ１１０内に満たされた圧力流体は温度変化により膨張収縮する。金属ベローズ１１０が収縮した際、特許文献１、２のように中腹部同士が当接し、山折り部１１０ａの空間Ｌ１が密封空間となっている場合において、温度変化により圧力流体が膨張収縮をすると、金属ベローズ１１０のうち空間Ｌ１を形成する部分の応力が高くなり、金属ベローズ１１０が破損してしまう虞がある。そこで、本実施例の金属ベローズ１１０は、収縮した際に、圧力流体が山折り部１１０ａによって形成される金属ベローズ１１０内部の空間Ｌ１に密封されない構成とした。

具体的には、自由長の状態において、共通の山折り部１１０ａを介して隣り合う中腹部１１０ｃが、共通の山折り部１１０ａからそれぞれ延びており、隣り合う谷折り部１１０ｂへ向かうにつれて互いの間隔が広がる第１中腹部１１０ｃ１を有する構成とした。さらに、中腹部１１０ｃが、共通の山折り部１１０ａから延びる第１中腹部１１０ｃ１からそれぞれ延びており、隣り合う谷折り部１１０ｂへ向かうにつれて第１中腹部１１０ｃ１よりも互いの間隔が大きく広がる第２中腹部１１０ｃ２を有する構成とした。図２に示すように、隣り合う第１中腹部１１０ｃ１は平行に近い形で互いの間隔が広がるように延びており、隣り合う第２中腹部１１０ｃ２は隣り合う第１中腹部１１０ｃ１よりも大きく傾斜して互いの間隔が大きく広がるように延びている。また、図２に示すように、第１中腹部１１０ｃ１と第２中腹部１１０ｃ２は、断面形状が変曲点Ｐを介して繋がっており、共に断面形状が略直線となるように構成した。なお、ここでの断面形状とは、金属ベローズ１１０の中心線を含む断面における形状のことである。なお、共通の山折り部１１０ａからそれぞれ延びる第１中腹部１１０ｃ１は、互いに間隔が広がる構成に限られず、互いの間隔が一定のまま隣り合う谷折り部１１０ｂへと延びる構成であってもよい。

このような構成によって、図３に示すように、最圧縮状態において、隣り合う山折り部１１０ａは互いに当接する（当接部Ａ）。一方、図３に示すように、最圧縮状態において、隣り合う谷折り部１１０ｂは互いに当接せず（非当接部Ｂ）、互いに隣り合う中腹部１１０ｃも互いに当接しない（非当接部Ｃ）。

このように、最圧縮状態において、隣り合う谷折り部１１０ｂは互いに当接せず、互いに隣り合う中腹部１１０ｃも互いに当接しないことにより、山折り部１１０ａによって形成される金属ベローズ１１０内部の空間Ｌ１の圧力流体は密封されない。したがって、圧力流体が山折り部１１０ａによって形成される金属ベローズ１１０内部の空間Ｌ１に侵入した状態で、温度変化が生じたとしても、金属ベローズ１１０のうち空間Ｌ１を形成する部分の応力が過度に高まることはない。さらに、隣り合う中腹部１１０ｃが当接しないため、中腹部１１０ｃ同士の当接部の応力が高まることも抑制される。その結果、金属ベローズ１１０の破損を抑制することができる。

また、図２に示すように、本実施例の構成においては、山折り部１１０ａの幅Ｙ２はその先端に近づく程狭くなっており、谷折り部１１０ｂの幅Ｔ２もその先端に近づく程狭くなっている。そのため、互いに隣り合う山折り部１１０ａの間隔Ｙ１は径方向外側に向かうにつれて広くなっており、互いに隣り合う谷折り部１１０ｂの間隔Ｔ１は径方向内側に向かうにつれて広くなっている。そのため、蛇腹の数を増やすことなく金属ベローズ１１０のストロークを大きくとることができる（すなわち、金属ベローズ１１０の伸縮幅を大きくすることができる）。また、金属ベローズ１１０が収縮した際は、中腹部１１０ｃが山折り部１１０ａ部内に納まることから、金属ベローズ１１０の最圧縮長は山折り部１１０ａの幅寸法で決められるため、金属ベローズ１１０の最圧縮長を短くすることができる。
すなわち、金属ベローズ１１０が収縮することにより隣り合う山折り部１１０ａが当接（密着）した状態での、伸縮方向における金属ベローズ１１０の長さ（密着長）を短くすることができる。そして、山折り部１１０ａの幅Ｙ２がその先端に近づく程狭くなっているため、山折り部１１０ａによって形成される金属ベローズ１１０内部の空間Ｌ１が先太り形状（袋だまり形状）になりにくい。そのため、山折り部１１０ａによって形成される金属ベローズ１１０内部の空間Ｌ１に圧力流体が溜まりにくい。したがって、温度変化によって圧力流体が膨張収縮し、金属ベローズ１１０の応力が過度に高まることはない。

（その他）
本実施例においては、山折り部１１０ａの幅Ｙ２と谷折り部１１０ｂの幅Ｔ２をほぼ同じとしたが、これに限られるものではなく、幅Ｙ２を幅Ｔ２よりも広くしてもよいし、幅Ｙ２を幅Ｔ２よりも狭くしてもよい。

また、本実施例においては、金属ベローズ１１０内を流体室Ｌ、金属ベローズ１１０外を気体室Ａとしたが、金属ベローズ１１０内を気体室Ａ、金属ベローズ１１０外を流体室Ｌとしても同様の効果が得られる。

１００ アキュムレータ
１１０ 金属ベローズ
１１０ａ 山折り部
１１０ｂ 谷折り部
１１０ｃ 中腹部
１１０ｃ１ 第１中腹部
１１０ｃ２ 第２中腹部
１１１ ベローズキャップ
１２０ シェル
１２０ａ 封入口
１２１ 取付け部
１２１ａ 流入口
１３０ オイルポート
１３０ａ 溝部
１４０ シール部
１４１ シールホルダ
１５０ ガスプラグ
１６０ 六角ナット
Ｙ１ 隣り合う山折り部の間隔
Ｙ２ 山折り部の幅
Ｔ１ 隣り合う谷折り部の間隔
Ｔ２ 谷折り部の間隔

Claims (1)

1. 径方向外側の山折り部と、径方向内側の谷折り部とを有しており、これら山折り部と谷折り部が中腹部を介して繰り返し形成される蛇腹形状の筒部材であり、圧力流体又は圧力気体が流入される、アキュムレータ用の金属ベローズであって、
   自由長の状態において、
   共通の前記山折り部を介して隣り合う前記中腹部が、
   該共通の山折り部からそれぞれ隣り合う前記谷折り部へ向かって互いの間隔が一定のまま平行に延びる第１中腹部と、
   該共通の山折り部から延びる前記第１中腹部からそれぞれ隣り合う前記谷折り部へ直線状に延びており、前記第１中腹部よりも傾斜が大きい第２中腹部と、
   有し、
   前記山折り部の幅はその先端に近付くほど狭くなり、互いに隣り合う山折り部の間隔は径方向外側に向かうにつれて広くなっており、
   前記谷折り部の幅はその先端に近付くほど狭くなり、互いに隣り合う谷折り部の間隔は径方向内側に向かうにつれて広くなっており、
   最も収縮した状態において、隣り合う前記山折り部が当接するが、隣り合う前記谷折り部は互いに当接せず、隣り合う前記中腹部も互いに当接しないことを特徴とする金属ベローズ。
   

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