JPH05312201A - アキュムレータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】Ｕ字形金属ベローズを用いた場合のようなスペ
ース効率の悪さを改善することにより、コンパクトで軽
量かつ高性能なアキュムレータ装置を提供することを目
的とする。 【構成】アキュムレータ装置１０は、外筒部材１２を有
する圧力容器１１と、圧力容器１１の内部に収容された
仕切り部材２０とを備えている。仕切り部材２０は、圧
力容器１１の内部を気室３０と油室３５とに仕切ってい
る。仕切り部材２０は、外筒部材１２の軸線方向に伸縮
自在な金属製のダイヤフラム状成形ベローズ２１と、ベ
ローズキャップ２５とを備えている。ダイヤフラム状成
形ベローズ２１は、多数のダイヤフラム状ひだ壁４５を
有している。ひだ壁４５は、このベローズ２１が密着長
まで圧縮された時に互いに重なり合うことの可能な波形
の断面をもち、１本の金属素管から液圧成形等によって
成形されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種油圧機器等のよう
な油圧を利用する設備において、圧力を蓄えたり油圧の
脈動を吸収する用途などに好適なアキュムレータ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の油圧回路において、油圧ポンプ等
の駆動によって発生する油圧脈動を吸収する手段とし
て、図６に示されるようなアキュムレータ装置100 が使
われることがある。このアキュムレータ装置100 は、外
筒部材101 などからなる圧力容器102 の内部に、油室10
3 と、圧縮ガスが封入される気室104 と、仕切り部材10
5などを備えている。仕切り部材105 は金属製のベロー
ズ106 とベローズキャップ107 などからなる。

【０００３】ベローズキャップ107 に、シール部材110
が設けられている。このシール部材110 は、気室104 に
ガスを供給する際にベローズ106 がいっぱいに伸びて液
導入ポート111 を液密に塞ぐことにより、ベローズ106
の外周面と圧力容器102 の内周面との間に油を閉じ込め
るようにしている。すなわち自己シール機構112 を構成
するものである。この自己シール機構112 が閉じ込めた
油によって、ガス封入時にベローズ106 の外面が支持さ
れ、ベローズ106 が許容限度以上に変形することが防止
される。

【０００４】また図７に示される従来のアキュムレータ
装置120 のように、仕切り部材121の外面と外筒部材101
の内面との間に気室122 を設け、仕切部材121 の内側
を油室123 として使用するものもある。仕切り部材121
は、金属製のベローズ106 とベローズキャップ125 など
からなる。

【０００５】この従来装置120 の場合、ガス封入時にベ
ローズ106 が圧縮される方向に撓むため、ベローズ106
の内側に筒状のサポート部材130 を設け、ガス封入時に
ベローズキャップ125 を支持させることにより、ベロー
ズ106 が許容限度以上撓まないようにしている。この場
合、自己シール機構112 を構成するシール部材110 はベ
ローズキャップ125 の内面側に設けられ、気室122 にガ
スを供給する際にベローズ106 の内周面とサポート部材
130 の外周面との間に油を封じ込めるようにしている。

【０００６】上記いずれの従来装置100,120 も、図８に
示されるような断面がＵ字形のひだ壁131 を有する金属
製のベローズ（以下、Ｕ字形ベローズとも称する）106
が使用されている。このＵ字形ベローズ106 は、素管か
らの成形性が良い反面、以下に述べるような問題がある
ため、アキュムレータ装置用として必ずしも好適なもの
ではない。

【０００７】金属ベローズを用いたアキュムレータ装置
を設計する場合、ベローズの密着長（圧縮時の軸方向の
長さ）がしばしば問題となる。アキュムレータ装置の設
計に際しては、その耐久条件に基づいて、使用するベロ
ーズの山数（ひだ壁の数）が決定される。その場合、 （１）室温において行われる耐圧試験圧力 （２）使用最低温度における最高使用圧力 上記いずれかにおいてアキュムレータ内部のガス体積が
小さい場合（最小ガス体積）に、許容される密着長以下
に金属ベローズが押し潰されないように設計しなければ
ならない。しかし、通常は、金属ベローズが密着状態に
なった際にその内部の体積は、上記の最小ガス体積より
も大きい。このため、気室の実容積を調整することを目
的として、気室の内部に適量の体積調整油を収容するこ
とが行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】アキュムレータ装置と
しての本来の蓄圧機能からすると、上記のような体積調
整油は不要なものである。すなわち、設計仕様などにお
いてアキュムレータ装置に封入されるガス体積が指定さ
れた場合には、体積調整油の量に相当する分だけ余計な
空間を必要とし、製品寸法の増加と重量増加の原因とな
る。逆に、利用可能な空間が指定された場合、その空間
内で設計されるアキュムレータ装置はその内部に封入さ
れるガス体積が体積調整油の分だけ減少することにな
り、アキュムレータ装置としての性能低下を招く。

【０００９】上記のような問題を生じる最大の原因は、
Ｕ字形金属ベローズ106 （図８）の密着長が大きいこと
にある。従って、密着長が小さくかつ無駄な空間の少な
い金属ベローズの開発が望まれている。しかし、Ｕ字形
ベローズ106 において、密着長を小さくすれば必然的に
その自由ピッチも小さなものとなり、成形加工上の困難
さも増加する。また、一般的に使用されているケロッグ
の式によると、自由ピッチの減少に伴って、必要とされ
る山数も増大し、結果的にはスペース効率を高める効果
は期待できない。また、そのような金属ベローズの成形
は困難を伴い、実用的ではなかった。

【００１０】従って本発明の目的は、Ｕ字形ベローズを
用いた場合のような無駄な空間を排除し、スペース効率
を高めることによってコンパクトで軽量かつ高性能なア
キュムレータ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を果たすために
開発された本発明のアキュムレータ装置は、外筒部材を
有する圧力容器と、上記圧力容器の内部に収容されて圧
力容器の内部を油室と気室とに仕切る仕切り部材とを備
えたアキュムレータ装置において、上記仕切り部材は、
一端側が圧力容器に固定されていて上記外筒部材の軸線
方向に伸縮自在な金属ベローズと、この金属ベローズの
他端側に接合されたベローズキャップとを備えており、
かつ上記金属ベローズは、密着状態まで圧縮された時に
互いに重なり合うことができるような波形の断面をもつ
複数のダイヤフラム状ひだ壁を金属素管から一体に成形
したダイヤフラム状成形ベローズであることを特徴とす
るものである。

【００１２】

【作用】圧力容器内部の油室に作用する油圧の大きさに
応じて気室が圧縮されるため、油圧力に応じてダイヤフ
ラム状成形ベローズが伸縮する。このベローズは、ひだ
壁相互が重なり合うまで圧縮することが可能なため、Ｕ
字形金属ベローズと比較して密着長がきわめて小さく、
スペース効率も高い。従って、当該アキュムレータ装置
の設計に当たって、封入ガス体積が指定された場合には
アキュムレータ装置の設計寸法を小さくできる。逆に、
アキュムレータ装置の設計寸法が指定された場合には、
封入ガス体積を大きくとることができる。

【００１３】また、密着長が小さいことにより、気室の
実容積を調整するために使用される体積調整油の量が少
なくてすみ、場合によっては体積調整油を不要にするこ
とも可能である。このことは、アキュムレータ装置本来
の蓄圧機能を発揮する上で有効な気室の実容積を最大限
に発揮できることを意味し、体積調整油の量のばらつき
による性能低下のおそれもなくなる。しかもアキュムレ
ータ装置の製造に当たって体積調整油の供給工程を省略
できるため、製造工程が簡略化する。

【００１４】また、ダイヤフラム状成形ベローズは密着
長まで圧縮された時に圧縮荷重に対して大きな剛性を発
揮するため、ベローズの内側が油室として使われる場合
に、ガス封入時に、自己シール機構を使用せずともベロ
ーズを縮み側いっぱいに撓ませた状態でガスを供給でき
る。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の第１実施例について、図１な
いし図３を参照して説明する。図１に示されたアキュム
レータ装置１０は、図示しない油圧機器に発生する油圧
脈動を吸収したり圧力を蓄えるために使用される。油圧
機器は、油圧回路をもつ各種設備である。

【００１６】アキュムレータ装置１０の圧力容器１１
は、金属製の円筒状外筒部材１２と、この外筒部材１２
の一端側（図示上側）に溶接された金属製の第１の端部
材１３と、外筒部材１２の他端側（図示下側）に溶接さ
れた金属製の第２の端部材１４とによって構成されてい
る。圧力容器１１は、このアキュムレータ装置１０に作
用する油圧機器の使用圧力に耐えられる剛性をもってい
る。

【００１７】圧力容器１１の内部に仕切り部材２０が設
けられている。仕切り部材２０は、金属製のベローズ２
１を備えている。ベローズ２１の固定側端部２２は、第
１の端部材１３のベローズ固定部２３に溶接によって気
密に接合されている。ベローズ２１の他端側に、ベロー
ズキャップ２５とベローズガイド２６が設けられてい
る。ベローズガイド２６は摩擦係数の小さい合成樹脂な
どからなる。ベローズガイド２６の外周部は外筒部材１
２の内周面に摺接し、外筒部材１２の軸線方向にベロー
ズ２１が円滑に伸縮できるようにしている。

【００１８】仕切り部材２０の内側の空間は気室３０と
して使用され、この気室３０に窒素等の不活性ガスが大
気圧よりも高い圧力で封入される。気室３０に封入され
るガスは、第１の端部材１３に設けられたガス供給口３
１を通じて気室３０に供給される。ガス供給口３１は、
ガスが供給された後に、ボルト等を用いたガス封入栓３
２によって気密に塞がれる。ガス封入栓３２にＯリング
等のシール材３３が設けられている。

【００１９】仕切り部材２０の外周面と外筒部材１２の
内周面と部材１４とで囲まれる空間が油室３５として使
われる。この油室３５は、部材１４に設けられた液導入
ポート３６を介して、図示しない油圧機器や配管の作動
油通路に連通しており、作動油通路を流れる油を油室３
５に導入できるようになっている。

【００２０】ベローズキャップ２５の油室３５側の面
に、エラストマ等のゴム状弾性体からなるシール部材４
０が設けられている。このシール部材４０は、自己シー
ル機構４１を構成するものであって、気室３０にガスが
供給される際に、ガスの圧力によって仕切り部材２０が
部材１４に突き当たるまで伸長し、液導入ポート３６を
液密に塞ぐことができるようにしている。こうすること
によって、ベローズ２１の外周面と外筒部材１２の内周
面との間に、予め注入しておいたバックアップ用の油が
封じ込められ、この封じ込められたバックアップ油によ
ってベローズ２１の外面が支持されるため、ガス圧によ
ってベローズ２１が過度に変形することが防止される。

【００２１】図２に示されるように、ベローズ２１は、
その周方向各部の断面が波形をなす多数のダイヤフラム
状のひだ壁４５を、ベローズ２１の軸線方向に形成した
ものであり、各ひだ壁４５はこのベローズ２１が密着長
まで圧縮された時に、互いに重なり合うことができるよ
うな形状をなしている。このダイヤフラム状成形ベロー
ズ２１は、溶接によって製作されるものではなく、図示
しない１本の金属素管から液圧バルジ成形等によって上
記ひだ壁４５を成形したものである。このような成形ベ
ローズ２１は、溶接によってひだ壁を順次連結して製造
される溶接ベローズに比べて製造コストを大幅に下げる
ことができる。

【００２２】ダイヤフラム状成形ベローズ２１の密着長
はきわめて小さく、従来のＵ字形金属ベローズ106 （図
８参照）に比べて、同一の山数（同一のひだ壁数）であ
れば密着長が大幅に短くなる。例えば外径が37.5mm，内
径が25.0mmの従来のＵ字形ベローズ106 と、同一径のダ
イヤフラム状成形ベローズ２１を比較した場合、Ｕ字形
ベローズ106 の自由ピッチが1.6mm ，密着ピッチが1.2m
m であるのに対し、ダイヤフラム状成形ベローズ２１の
自由ピッチは1.0mm ，密着ピッチが0.4mm であり、ダイ
ヤフラム状成形ベローズ２１の密着長はＵ字形ベローズ
106 の約１／３である。

【００２３】上記Ｕ字形ベローズ106 と本実施例のダイ
ヤフラム状成形ベローズ２１とは、ひだ壁の形状が互い
に異なることにより、同一の耐久条件を満足させるのに
必要な山数（ひだ壁の数）も互いに異なるため、密着長
の差がそのまま製品の寸法差に必ずしも直結する訳では
ないが、後述するように製品寸法は明らかに小さくな
る。また、耐久条件によっては、前述のガス体積の調整
に用いられていた体積調整油が不要となる場合もあり、
スペース効率の優れたアキュムレータ装置を設計するこ
とができる。

【００２４】なお、本発明者らが行った耐久試験データ
に基き、本実施例のダイヤフラム状成形ベローズ２１は
変化率（振幅／自由長）20％で設計を行い、Ｕ字形ベロ
ーズはケロッグの式に基いて応力振幅を43kgｆ／mm² で
設計を行った。ダイヤフラム状成形ベローズ２１におい
て変化率で設計を行った理由は、ダイヤフラム状成形ベ
ローズ２１の応力計算式として知られている式と耐久試
験データとの相関が完全にはついていないことによる。

【００２５】以下に記載したアキュムレータ諸元の条件
でベローズの設計を行った場合、ベローズの軸線方向の
寸法Ｌは、本実施例のダイヤフラム状成形ベローズ２１
を使用する場合にはＬ＝34.3mmであり、従来のＵ字形ベ
ローズ106 を使用する場合にはＬ＝47.6mmとなる。

【００２６】封入ガス体積 ： 16cc at 20℃ 封入ガス圧力 ： 17 kgｆ／mm² at 20℃ 使用温度範囲 ： −30℃〜120 ℃ 耐久条件 ： 0 − 80kgｆ／cm² at 20℃ （20
万回）

【００２７】上記のように、ダイヤフラム状成形ベロー
ズ２１を用いたことにより、軸方向の寸法Ｌを約30％も
短くすることができる。上記の例ではＵ字形ベローズ10
6 の内径に対する外径の比率が約１．５であるが、実際
に金属ベローズを量産加工する場合には、歩留まり等を
考慮すると、上記の比率が１．４までがほぼ限界である
ため、前述の例のような外径と内径をもつＵ字形ベロー
ズ106 を加工することは困難を伴い、実際的ではない。

【００２８】内径が25mmのベローズの場合、上記比率に
従うと、外径が最大でも34mm程度となる。このサイズの
Ｕ字形ベローズを用いた場合は、上述のアキュムレータ
諸元を満足するための軸方向寸法Ｌは73.5mmとなる。こ
の値と比較すると、ダイヤフラム状成形ベローズ２１を
用いた場合は寸法Ｌを約50％短くできることになり、製
品寸法を小さくする上で効果はきわめて大きい。

【００２９】また、上述した例において、気室の実容積
を調整するために必要な体積調整油の量は、ダイヤフラ
ム状成形ベローズ２１の場合は10.3ccであるのに対し、
外径が37.5mmのＵ字形ベローズを用いた場合は21.1cc、
外径が34.0mmのＵ字形ベローズを用いた場合は34.2ccで
あるから、体積調整油の使用量も半分以下ですみ、スペ
ース上の無駄が大幅に低減する。

【００３０】図３に上記ベローズ２１の溶接部付近の詳
細を示す。部材１３の端面のうち、ベローズ２１のひだ
壁４５と対向する箇所４６の形状は、部材１３の周方向
全周にわたって、ひだ壁４５の形状に沿うように断面が
波形に成形されている。部材１３のベローズ固定部２３
は、部材１３の全周にわたって鍔状をなし、このベロー
ズ固定部２３においてベローズ２１の固定側端部２２を
溶接するようにしている。

【００３１】上記形状の部材１３を採用したことによ
り、溶接時にベローズ２１の固定側端部２２をベローズ
固定部２３に密着させることができ、溶接安定性が向上
し、かつ溶接箇所の品質も向上する。なお、図４に示さ
れるように、端面に凹部４７を有する部材１３に、上記
と同様のベローズ固定部２３を形成しても溶接安定性が
確保される。

【００３２】上記構成のアキュムレータ装置１０は、液
導入ポート３６を介して油圧機器の使用油圧が油室３５
に作用すると、油圧は気室３０を圧縮する方向に作用す
る。そして油圧が気室３０の封入ガス圧を越えると、ベ
ローズ２１が縮み側に撓むとともに気室３０の容積が減
少し圧力が上昇する。油室３５に作用する油圧が気室３
０のガス圧よりも下がれば、ベローズ２１が伸び側に撓
む。このガスばね作用により、圧力が蓄えられるととも
に、油圧の脈動成分が平滑化される。

【００３３】図５は本発明の第２実施例を示す。この実
施例のアキュムレータ装置５０の圧力容器５１も、金属
製の外筒部材５２と端部材５３，５４とによって構成さ
れ、圧力容器５１の内部に仕切り部材６０が収容されて
いる。仕切り部材６０は、前記実施例と同様の金属製の
ダイヤフラム状成形ベローズ２１を備えている。このベ
ローズ２１の固定側端部６１は、部材５４のベローズ固
定部６２に溶接によって気密に接合されている。ベロー
ズ２１の他端側に、ベローズキャップ６５とベローズガ
イド６６が設けられている。

【００３４】この第２実施例の場合、仕切り部材６０の
内側の空間を油室７０として使い、仕切り部材６０の外
面と外筒部材５２の内面との間を気室７１として使用す
るようにしている。気室７１には、前記実施例と同様に
ガス供給口３１を通じてガスが供給されたのち、ガス封
入栓３２によって密封される。ベローズ２１の固定側端
部６１において、部材５４の端面のうち、ひだ壁４５と
対向する箇所７５は、ひだ壁４５の形状に沿うように波
形に成形され、溶接安定性を高めている。

【００３５】このアキュムレータ装置５０によれば、Ｕ
字形ベローズ106 を用いた従来装置（図７）に不可欠で
あった自己シール機構112 を省略することができる。な
ぜなら、ダイヤフラム状成形ベローズ２１は、密着長ま
で圧縮された時に圧縮荷重に対する剛性がＵ字形ベロー
ズ106 に比較してきわめて高く、ガス封入圧力を加えて
もベローズ２１が変形しにくいからである。従ってこの
第２実施例によれば、図７に示される従来装置に必要と
されていたサポート部材130 や自己シール機構112 が不
要となり、構造の簡略化と軽量化が可能となるなど、利
点が大きい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、金属ベローズを内蔵し
たアキュムレータ装置のコンパクト化と軽量化が図れ、
かつ気室の実容積を調整するための体積調整油を不要あ
るいは減少させることも可能となるため、性能の安定し
たアキュムレータ装置が得られ、製造工程も簡略化す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すアキュムレータ装置
の縦断面図。

【図２】図１に示されたアキュムレータ装置に使われる
ベローズの一部の断面図。

【図３】図１に示されたアキュムレータ装置のベローズ
固定部を示す拡大断面図。

【図４】ベローズ固定部の変形例を示す断面図。

【図５】本発明の第２実施例を示すアキュムレータ装置
の縦断面図。

【図６】従来のアキュムレータ装置を示す縦断面図。

【図７】他の従来例を示すアキュムレータ装置の縦断面
図。

【図８】Ｕ字形ベローズの一部を示す断面図。

【符号の説明】

１０…アキュムレータ装置、１１…圧力容器、１２…外
筒部材、２０…仕切り部材、２１…ダイヤフラム状成形
ベローズ、３０…気室、３５…油室、４５…ひだ壁、５
０…アキュムレータ装置、５１…圧力容器、５２…外筒
部材、６０…仕切り部材、７０…油室、７１…気室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新堀 武儀 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外筒部材を有する圧力容器と、上記圧力容
   器の内部に収容されて圧力容器の内部を油室と気室とに
   仕切る仕切り部材とを備えたアキュムレータ装置におい
   て、 上記仕切り部材は、一端側が圧力容器に固定されていて
   上記外筒部材の軸線方向に伸縮自在な金属ベローズと、
   この金属ベローズの他端側に接合されたベローズキャッ
   プとを備えており、かつ上記金属ベローズは、密着状態
   まで圧縮された時に互いに重なり合うことができるよう
   な波形の断面をもつ複数のダイヤフラム状ひだ壁を金属
   素管から一体に成形したダイヤフラム状成形ベローズで
   あることを特徴とするアキュムレータ装置。