JP6479574B2 - 金属ベローズ型アキュムレータ - Google Patents

Description

本発明は、油圧系や空圧系等の流体圧力ラインに用いられるアキュムレータであって、特に、クッションガスと流体圧力との分離手段として金属ベローズを用いた金属ベローズ型アキュムレータに関する。

アキュムレータは、油圧系や空圧系などの流体圧力ラインに用いられる装置であり、一般には窒素ガスなどの圧縮性を利用して流体圧力を一時的に貯蔵し、あるいは圧力ラインに生じる圧力の脈動を吸収して平滑化するといった圧力制御に用いられ、窒素ガスなどからなるクッションガスと流体圧力との分離手段としてブラダを用いたもの、ピストンを用いたもの、金属ベローズを用いたもの等がある。なかでも、金属ベローズ型アキュムレータは、ガスの透過漏れをほぼ０に抑えることが可能であり、高い耐久性を有する。

金属ベローズ型アキュムレータとしては、従来から、例えば図６に示すようなものが知られている。この金属ベローズ型アキュムレータは、円筒状のシェル１０１ａ及びこのシェル１０１ａの両端を塞ぐように設けられた第一及び第二のエンドカバー１０１ｂ，１０１ｃからなる外殻１０１と、この外殻１０１内に配置され、一端が第二のエンドカバー１０１ｃに溶接等により固定され軸方向に伸縮可能な金属製のベローズ本体１０２ａ及びこのベローズ本体１０２ａの自由端側の開口を塞ぐように溶接等により取り付けられたベローズキャップ１０２ｂからなる金属ベローズ１０２と、金属ベローズ１０２（ベローズ本体１０２ａ）の自由端の外周に取り付けられた制振リング１０３を備え、第一のエンドカバー１０１ｂには導圧路１０４が開設されている。また、制振リング１０３の外周面はシェル１０１ａの内周面に対して密接しておらず、両者間には流体の流通を許容する隙間が存在する。

外殻１０１の内室は、金属ベローズ１０２によって導圧室１０５とガス室１０６に分離され、このうち導圧室１０５は導圧路１０４を介して不図示の流体圧力ラインの流体圧力が導入され、金属ベローズ１０２の内側のガス室１０６には、Ｎ_２ガスなどのクッションガスが封入されている。

この種の金属ベローズ型アキュムレータは、不図示の流体圧力ラインから導圧路１０４を介して導圧室１０５に導入された流体圧力と、ガス室１０６に封入されたクッションガスの圧力が、互いに平衡状態になるように金属ベローズ１０２が伸縮変位するものであって、すなわち導圧室１０５に導入された流体圧力ラインの流体圧力が上昇した時には、金属ベローズ１０２は、ベローズ本体１０２ａの圧縮を伴いながらベローズキャップ１０２ｂが第二のエンドカバー１０１ｃ側へ変位してガス室１０６の容積を縮小させると共に、導圧室１０５の容積を拡張することによって上昇圧力を貯蔵し、流体圧力ラインの流体圧力が降下した時には、相対的に高圧になるガス室１０６の圧力によって、金属ベローズ１０２は、ベローズ本体１０２ａの伸長を伴いながらベローズキャップ１０２ｂが第一のエンドカバー１０１ｂ側へ変位してガス室１０６の容積を拡張すると共に、導圧室１０５の容積を縮小させることによって、貯蔵圧力を流体圧力ラインへ放出するものである。また、このような動作において、制振リング１０３は金属ベローズ１０２の自由端の径方向の振れを抑制するものである（例えば下記の先行技術文献参照）。

特開２００５−２８２７３０号公報 特開２００５−９８３９１号公報

しかしながら、金属ベローズ１０２の伸縮動作に伴う径方向の振れは、金属ベローズ１０２の自由端で最大になるとは限らず、金属ベローズ１０２の軸方向長さが長い場合は、その両端を振動の節とし中間部を振動の腹とする定常波を生じやすく、このような振動では、ベローズ本体１０２ａの軸方向中間部において振幅が最も大きくなる。したがって、金属ベローズ１０２が径方向の振れによってシェル１０１ａの内周面と接触しないようにすることが望まれる。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属ベローズが径方向へ振動して外殻の内周面と接触することによる耐久性の低下をきたさない金属ベローズ型アキュムレータを提供することにある。

本発明の金属ベローズ型アキュムレータは、一端に導圧路が開設された外殻と、径方向外側を向いた山部と内側を向いた谷部が軸方向へ反復形成され軸方向へ伸縮可能であって前記外殻の内室を前記導圧路に連通された導圧室とクッションガスが封入されたガス室とに分離する金属ベローズと、前記金属ベローズの軸方向中間部を内周から支持する支持体と、前記支持体を軸方向移動可能に案内すると共に径方向への変位を規制する案内部とを備え、金属ベローズの自由端の内面が案内部の端部と当接したときの前記金属ベローズの軸方向長さが許容圧縮長以上となるように、前記案内部の軸方向長さが設定されている。

上記構成の金属ベローズ型アキュムレータは、導圧路を介して導圧室に導入された流体圧力とガス室に封入されたクッションガスの圧力が互いに平衡状態になるように、山部と谷部からなる金属ベローズが軸方向へ伸縮するものであって、このような伸縮の過程で金属ベローズに軸方向中間部が振動の腹となるような径方向の振動が作用すると、この金属ベローズは、軸方向中間部が案内部によって径方向変位が規制された支持体で内周から支持されているため、径方向の振れが抑制され、外殻の内周面との接触が防止される。また、支持体は案内部によって軸方向移動可能に案内されているので、金属ベローズの伸縮動作に追随して軸方向へ移動可能であり、金属ベローズの伸長状態あるいは圧縮状態に拘らず径方向の振れを抑制することができる。

金属ベローズは、その自由端の内面が金属ベローズの許容圧縮長以上の軸方向長さを有する案内部の端部と当接した時点でそれ以上の圧縮が規制されるので、金属ベローズの過度の変形が防止される。

本発明に係る金属ベローズ型アキュムレータによれば、金属ベローズに軸方向中間部が振動の腹となるような径方向の振動が作用しても、その軸方向中間部が、伸縮動作に追随可能な支持体によって内周から支持され、径方向への振動による外殻の内周面との接触が防止され、耐久性を向上させることができる。

本発明に係る金属ベローズ型アキュムレータの第一の実施の形態を示す断面図である。 第一の実施の形態における支持体の軸方向投影形状例を示す説明図である。 本発明に係る金属ベローズ型アキュムレータの第二の実施の形態を示す断面図である。 図３の一部を拡大して示す断面図である。 第一又は第二の実施の形態において、案内部の端部に緩衝材を設けた例を示す部分断面図である。 従来の金属ベローズ型アキュムレータの一例を示す断面図である。

以下、本発明に係る金属ベローズ型アキュムレータの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず図１は、本発明に係る金属ベローズ型アキュムレータの第一の実施の形態を示すもので、参照符号１は外殻、参照符号２は金属ベローズである。

外殻１は、円筒状を呈するシェル１１と、このシェル１１の軸方向一端に設けられた第一のエンドカバー１２と、シェル１１の軸方向他端に設けられた第二のエンドカバー１３とを備える。これらシェル１１、第一のエンドカバー１２及び第二のエンドカバー１３は、いずれも金属で製作されている。

外殻１における第一のエンドカバー１２は、外周がシェル１１の軸方向一端に溶接Ｗｄ１によって一体に接合されたフランジ部１２１と、その内周から外側へ突出した継手部１２２とを有し、継手部１２２の内周には導圧路１６が開設されている。

外殻１における第二のエンドカバー１３は、外周がシェル１１の軸方向他端に溶接Ｗｄ２によって接合されている。また、第二のエンドカバー１３の中央部にはガス封入口１３１が開設されており、このガス封入口１３１は、金属ベローズ２の内側のガス室１５にＮ_２ガス等のクッションガスを封入するためのもので、ガスプラグ１３２によって密閉されている。

金属ベローズ２は、外殻１の内室を、導圧路１６に連通された導圧室１４とクッションガスが封入されたガス室１５とに分離するものであって、軸方向一端（固定端）２１ａが第二のエンドカバー１３に溶接によって接合されると共に、径方向外側を向いて円周方向へ連続した山部２１１と径方向内側を向いて円周方向へ連続した谷部２１２が反復形成された金属製のベローズ本体２１と、このベローズ本体２１の軸方向他端（自由端）２１ｂに、外周部が溶接によって接合一体化された円盤状のベローズキャップ２２とからなり、軸方向に対して伸縮可能となっている。

金属ベローズ２（ベローズ本体２１）の自由端２１ｂの外周には制振リング２３が取り付けられている。この制振リング２３は、ベローズ本体２１の自由端２１ｂの径方向への変位を制限するものであり、導圧室１４の一部であるベローズ本体２１の外周空間１４ａが密閉されることがないように、シェル１１の内周面１１ａとの間に隙間を有する形状となっている。

外殻１における第一のエンドカバー１２のフランジ部１２１には、導圧路１６の内端の外周に位置して、円形の凹部１２１ｂ，１２１ｃが同心的に形成されており、このうち大径の凹部１２１ｂには、シール部材１２３が装着され、小径の凹部１２１ｃには、シール部材１２３を内周側から支持する金属製の環状のシールホルダ１２４が嵌着されている。

シール部材１２３はゴム弾性体で成形されたものであって、金属ベローズ２のベローズキャップ２２側を向くと共に外周側へ開いた形状のシールリップ１２３ａを有し、金属ベローズ２の伸長によってその自由端のベローズキャップ２２が第一のエンドカバー１２のフランジ部１２１の内端１２１ａと当接したときに、ベローズキャップ２２がシールリップ１２３ａと密接することによって、導圧室１４と導圧路１６の間を遮断するようになっている。

金属ベローズ２の内側のガス室１５には、ベローズ本体２１を構成する多数の山部２１１のうち、ベローズ本体２１の軸方向中間部２１ｃに位置する山部２１１に内周側から嵌め込まれて、この山部２１１の最大径部を内周から支持する支持体３と、この支持体３を軸方向移動可能に案内すると共に径方向への変位を規制する案内部４が配置されている。

支持体３は、図２の（Ａ）に示すようにガス流通用の複数の開口３１ａが円周方向等間隔で開設された円盤３１からなるものや、（Ｂ）に示すように外環３２と内環３３を放射状の複数のスポーク部３４で結合した形状のものや、（Ｃ）に示すように内環３３から複数のスポーク部３４が延びる形状のものなどが考えられ、すなわち金属ベローズ２の内側のガス室１５を軸方向に分離しない構造となっており、中心には軸孔３ａが開設されている。

案内部４は、外殻１の軸心に位置すると共にこの外殻１の軸方向へ延びて支持体３の軸孔３ａに遊挿された円柱状の軸部４１を有するものであって、外殻１における第二のエンドカバー１３の内径部（例えばガス封入口１３１）に固定されており、ベローズ本体２１の固定端２１ａの軸方向位置から、金属ベローズ２の自由端のベローズキャップ２２の内面２２ａと軸方向に対向する端部４ａまでの軸方向長さＬが、金属ベローズ２のベローズ本体２１の許容圧縮長と同等又はそれよりわずかに長いものとなっている。

案内部４の軸部４１の外周面と支持体３の軸孔３ａの内周面との隙間δ１は、外殻１のベローズ本体２１における最大径部とシェル１１の内周面１１ａとの隙間δ２より小さく設定されている。

上記構成を備える金属ベローズ型アキュムレータは、第一のエンドカバー１２の継手部１２２（導圧路１６）が、不図示の流体圧力ラインに接続されるものである。そして、流体圧力ラインの配管内を流れる作動流体の圧力がガス室１５内のクッションガスの封入圧より高圧になった場合は、第一のエンドカバー１２の導圧路１６を通じて導圧室１４に作動流体が流入し、金属ベローズ２が圧縮される。またこの状態から、流体圧力ラインの配管内の流体圧力が低下した場合は、金属ベローズ２がガス室１５の圧力によって伸長し、導圧室１４内の作動流体が流体圧力ラインへ排出される。

ここで、導圧室１４内の流体圧力の低下に伴って金属ベローズ２が伸長した場合、その伸長長さは、金属ベローズ２の自由端のベローズキャップ２２が、第一のエンドカバー１２のフランジ部１２１の内端１２１ａと接触することによって制限される。またこのとき、金属ベローズ２のベローズキャップ２２がシール部材１２３におけるシールリップ１２３ａの先端と密接することによって、導圧室１４と導圧路１６との間が遮断されるので、その後さらに流体圧力ラインの流体圧力が低下しても、導圧室１４の圧力は低下せず、ガス室１５とほぼ均圧した状態に保たれる。したがって、金属ベローズ２のベローズ本体２１に、導圧室１４とガス室１５との差圧による過大な負荷が作用することはない。

また逆に、導圧室１４内の流体圧力の上昇に伴って金属ベローズ２が圧縮された場合、その圧縮量は案内部４によって制限される。すなわち案内部４は、ベローズ本体２１の固定端２１ａの軸方向位置から端部４ａまでの軸方向長さＬがベローズ本体２１の許容圧縮長と同等又はそれよりわずかに長いものとなっているため、金属ベローズ２は、その自由端のベローズキャップ２２の内面２２ａが案内部４の端部４ａと当接した時点で、ベローズ本体２１の軸方向長さが許容圧縮長以上となっており、それよりさらに圧縮されることはない。このためベローズ本体２１の過度の圧縮による塑性変形や破損が防止される。

そして、金属ベローズ２にその伸縮動作に伴って作用する径方向の振動が、ベローズ本体２１の固定端２１ａを節とし、自由端２１ｂを腹とするような定常波である場合は、自由端２１ｂの径方向振動変位（偏心運動）は、制振リング２３によって規制されるので、ベローズ本体２１の自由端２１ｂ及びその近傍が外殻１のシェル１１の内周面１１ａと接触して損傷を受けるのを有効に防止することができる。

また、金属ベローズ２の伸縮に伴って金属ベローズ２に作用する径方向の振動が、ベローズ本体２１の固定端２１ａ及び自由端２１ｂを節とし、軸方向中間部２１ｃを腹とするような定常波である場合は、この金属ベローズ２は、ベローズ本体２１の軸方向中間部２１ｃに位置する山部２１１が、案内部４によって径方向変位を規制された支持体３で内周から支持されているため、外殻１のシェル１１の内周面１１ａとの接触が防止される。これは、ベローズ本体２１の軸方向中間部２１ｃと共に支持体３が径方向へ変位しても、その変位量が案内部４の軸部４１の外周面と支持体３の軸孔３ａの内周面との隙間δ１の大きさに達した時点で変位が規制され、隙間δ１は、外殻１のベローズ本体２１における最大径部とシェル１１の内周面１１ａとの隙間δ２より小さく設定されているからである。

このため、ベローズ本体２１の固定端２１ａ及び自由端２１ｂを節とする径方向振動において、最が振幅の大きくなる軸方向中間部２１ｃの径方向変位が小さく規制されることで、ベローズ本体２１における他の部分の振幅も抑えられることから、ベローズ本体２１の全体の異常変形や破損を防止することができる。

また支持体３は、案内部４の軸部４１によって軸方向移動可能に案内されており、しかも、金属ベローズ２の内側のガス室１５内のクッションガスを軸方向に分離するものではないため、金属ベローズ２の伸縮動作に追随して軸方向へ移動可能である。したがって、金属ベローズ２の伸縮動作が支持体３によって妨げられることはなく、金属ベローズ２の伸長状態や圧縮状態に拘らず、常にベローズ本体２１の軸方向中間部２１ｃを内周から支持してその径方向の振れを抑制することができる。

次に図３は、本発明に係る金属ベローズ型アキュムレータの第二の実施の形態を示すものである。この第二の実施の形態において、上述した第一の実施の形態と異なるところは、支持体３の外周端に形成された嵌合溝３ｂが、ベローズ本体２１を構成する多数の谷部２１２のうち、ベローズ本体２１の軸方向中間部２１ｃに位置する谷部２１２にその内周側から嵌合される点にある。その他の部分は、第一の実施の形態と同様に構成することができる。

したがって、上記構成を備える第二の実施の形態も、ベローズ本体２１の軸方向中間部２１ｃが、案内部４によって径方向変位を規制された支持体３で内周から支持されているため、先に説明した第一の実施の形態と同様の効果を実現することができる。

また、第二の実施の形態において好ましくは、例えば図４に示すように、支持体３の外周端に形成された嵌合溝３ｂが、ゴム材や発泡樹脂等の弾性体からなる緩衝材３５を介して金属ベローズ２におけるベローズ本体２１の軸方向中間部２１ｃの谷部２１２の内周面と凹凸嵌合される。

このような構成とすれば、ベローズ本体２１の軸方向中間部２１ｃに位置する谷部２１２が、これを内周から支持する支持体３の外周端と径方向へ衝突するのを緩衝材３５によって防止し、この緩衝材３５によって衝撃が吸収される。

また、上述した第一又は第二の実施の形態において、好ましくは図５に示すように、金属ベローズ２の自由端のベローズキャップ２２の内面２２ａと軸方向に対向する案内部４の端部４ａに、ゴム材や発泡樹脂等の弾性体からなる緩衝材４２が設けられる。

このような構成とすれば、導圧室１４内の流体圧力の上昇による金属ベローズ２の圧縮量が、案内部４によって制限される際に、金属ベローズ２のベローズキャップ２２の内面２２ａが、案内部４の端部４ａと衝突するのを緩衝材４２によって防止し、この緩衝材４２によって衝撃が吸収される。

なお、緩衝材４２はベローズキャップ２２の内面２２ａにおける案内部４の端部４ａとの軸方向対向位置に設けても良い。

１ 外殻
１４ 導圧室
１５ ガス室
１６ 導圧路
２ 金属ベローズ
２１ ベローズ本体
２１ｃ 軸方向中間部
２１１ 山部
２１２ 谷部
２２ ベローズキャップ
３ 支持体
３５ 緩衝材
４ 案内部
４２ 緩衝材

Claims (3)

1. 一端に導圧路が開設された外殻と、
   径方向外側を向いた山部と内側を向いた谷部が軸方向へ反復形成され軸方向へ伸縮可能であって前記外殻の内室を前記導圧路に連通された導圧室とクッションガスが封入されたガス室とに分離する金属ベローズと、
   前記金属ベローズの軸方向中間部を内周から支持する支持体と、
   前記支持体を軸方向移動可能に案内すると共に径方向への変位を規制する案内部と、
   を備え、前記金属ベローズの自由端の内面が前記案内部の端部と当接したときの前記金属ベローズの軸方向長さが許容圧縮長以上となるように、前記案内部の軸方向長さが設定されている、
   ことを特徴とする金属ベローズ型アキュムレータ。
2. 前記金属ベローズの軸方向中間部と前記支持体の外周端との間に緩衝材が介装されている、ことを特徴とする請求項１に記載の金属ベローズ型アキュムレータ。
3. 軸方向に互いに対向する前記金属ベローズの自由端の内面と前記案内部の端部のうち少なくとも一方に緩衝材が設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属ベローズ型アキュムレータ。

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