JPS59501956A - 高圧ベロ−ズカプセル装置と製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 高圧へローズカプセル装置と製造方法 発明の背景 本発明は−・ローズカプセルに関する。本発明は特に、−、ローズの外側の圧力 が時には内側の圧力よりも実質的に高いような通用分野での用途に使用される重 ね式金属ベローズカプセルに関する。

ベローズカプセルは広い範囲の適用分野で圧力変換器１．リニアアクチュエータ 、温圧応答装置等として使用されている。

多くの場合が、ベローズカプセルは一連の環状な波形のダイアフラムから構成さ れ、ダイアフラムの内縁部と外縁部とを交互に隣接するダイアフラムの対応する 縁部に溶接、ろう付け、あるいは他の方法で固定し一連のベローズ回旋部を形成 している。

ここで特に興味ある適用では、ベローズカプセルは圧力容器の内側に配置される 。カプセルの一端は閉鎖されており、一方カプセルの他端は、容器のヘッダに連 結されて圧力容器の内側のスペースをベローズの内側と外側とに分離させている 。更にヘッダを介してベローズ内への流体連通及び、圧力容器の壁を通して容器 内側でベローズの外側の空間への流体連通がなされている。高圧下での流体が圧 力容器内に注入されるとき、流体は波形のダイアフラムが互いに重なるようにベ ローズカプセルを圧縮させ、即ち収縮させ、カプセル内の流体はへ・ソダを通っ て排出される。逆に、容器内の圧力をカプセルの内側の圧力にたいして減少させ ると、カプセルは拡張して流体をカプセルに引き入れようとする。

従来の組立られた重ね式溶接へローズが完全に重った位置をとるとき高圧応力を 繰返し受けるとき、比較的少数の圧力サイクル内に−てダイアフラムの疲労が生 してしまうことが見出された−このダイアフラムの疲労は各ベローズ回旋部を形 成するベローズダイアフラムの内縁部の近くの支持されていない小さい環状部分 の過度のひずみがら生じると思われる。これらのダイアフラムの部分は、カプセ ルの内径部と外径部におけるー、ローズダイアフラムの間の接合部の幅、即ち溶 接ビート、或いはスピルオーバがダイアフラムの厚さの２倍以上の広さをもつこ とから不支持の状態となっている。その結果、ベローズを圧縮させたとき、隣接 するビードが互いに接触し、ベロニズダイアフラムがこれらの部分で完全に重な らず各回旋部に小さなスペースを残してしまう。

これらのダイアフラム部分は一方の側で高い圧力を受け、他方の側で低い圧力を ゛受けるから、これらの間の空間内へ互いに向かって撓ませられ、即ち曲げられ 、かくして圧力サイクルによる疲労を生じる。実際には、この疲労はカプセルの 比較的少数の圧力サイクル内で起る。その結果、高い圧力の適用において使用さ れるこのようなカプセルは比較的に寿命が短い。ここで特に関心のあるカプセル の多くは航空機、及び航空宇宙の分野で使用されている。また、これらのカプセ ルはしばしばステンレス摺１．チタニウム等のような、高価な金属で作られる。

かくして、カプセルは費用及び安全性の観点から一層信傾性を有し、長寿命を保 持するように作られることが重要である。

スピルオーバの問題はダイアフラムの縁部を互いにろう付けで連結することによ って回避することができる。しかしながら、これにはダイアフラムの間に異種の 金属の薄いリングを挿入しこれを熔かして結合させることを伴う。多くの適用で は、この異種のろう付は用の金属の使用は製造上の問題を引き起す。また電解作 用によって腐食も生じる。その結果、このよ、うな通用では、ダイアフラムを互 いに溶接する必要かあることがわかった。

また、従来のベローズに見られるような溶接ビートは、コイニングによって取り 除くことが可能であることが知られている。これにはビートをハンマと金床との 間でつぶし、平らにする必要がある。これはベローズの内径部におけるダイアフ ラム対の間の接合部で比較的容易に達成できる。これはこのような各々のダイア フラム対が別々のユニットであり、溶接ビードの両側に容易に接近できるからで ある。しかしながら、ベローズの外径部の溶接ビードにコイニングを施すことは 非常に困難であり経済的にも不可能である。何故なら、ベローズはこの時点です でに形成されており、個々の溶接ビードをコイニング操作のため？、こ隣接する ビードから容易に分離させることはできないからである。

発明の概要 従って本発明の目的は高い圧力の適用分野において特に有効なベローズカプセル を提供することにある。

本発明の他の目的は、隣接する回旋部を完全に重ねることのできるベローズカプ セルを提洪することにある。

更に本発明の目的は長期間の繰り返し高圧応力に酬えろことのできる重ね代の波 形の溶接ダイアフラムベローズを提供することにある。

更に本発明の目的は少なくとも１つの上述の利点を備える金属へローズカプセル を製造する方法を提供することにある。

本発明の他の目的は一部分は自明であり、一部分は以下の説明で明らかにされよ う。

従って本発明はいくつかの工程と、このような工程の少なくとも１つの他のエテ 呈の各々との関係と、次の詳細な説明に例示された要素の特徴、性質及び関係を 有する物とを含み、本発明の範囲は請求の範囲に示されている。

商学に言えば、本発明のベローズカプセルは、カプセルが完全に重ねられるとき に高い圧力を受ける支持されないダイアフラム部分が生じないように製造されて いるから、高い圧力環境で完全に圧縮された位置までの繰り返しサイクルに耐え ることができる。

これは隣接するー、ローズ回旋部を形成するベローズダイアフラムの内縁部の間 に平らなスペーサリングをはさむことによって達成される。本発明において、回 旋部とはリムで互いに接合された一対の環状ダ・イアフラムからなるー・ローズ のセフメン１〜を意味する。

各リングは隣接するベローズ回旋部のダイアフラムの内縁部が結合されると毎に 所定の位置にＴＩＧ　ｉ接される。スペーサリングの厚さは、隣接するベローズ 回旋部のリムの溶接ビート、即ちスピルオーバの増した厚さと実質的に同じであ るように選ばれる。

その結果、−・ローズが完全に圧縮された位置Ｇこあるとき、各ベローズ回旋部 を形成するダイアフラムは互いに市４ｙることができ、々゛イアフラム全１閤に 亘って相互支持を提洪する。更に、ダイアフラムの内周回部とスペーサリング５ よ、ベローズ回旋部の、猜み市ねを支持する連続した荷重支持柱を形成し、その 結果へロースが完全に重ねられるとき、リムの溶接ヒートは互いに直接接触する 。

この構造では、高い圧力差を受けろ−、ロースフイアフラムの支持されない部分 、「Ｙｌちベローズか完全にＢ”Ｗｆｉされた位置にあるとき、隣接するダイア フラム部分によっても完全には支持されない部分は存在しない。その結果、ダイ アフラムは、カプセルに繰返し圧力サイクルを与えても最小の応力しか受けず、 従ってカプセルは長い使用寿命を有するであろう。さらに、本発明の改良の実施 は、追加される構成要素か従来の打抜技術で容易に形成される４複数の同一の平 らなリングだけであるから、このようなベローズの全費用を実質的に増加させる ことにはならない。

図面の簡単な説明 本発明の特徴と目的とのより完全な理解のために、添付図面と関連して次の詳細 な説明を参照すべきである。

第１図は高圧力環境で示す、本発明によって製造された波形のダイアフラムベロ ーズカプセルの斜視図である。

第２図は、第１図のカプセル内に組込まれるスペーサリンク゛の斜視図である。

第３図は第１図のカプセルを一層詳細に示すカプセルの拡大部分断面図である。

第４図は従来の−、ローズカプセルの構造を示す同様の図である。

好適な実施態様の説明 添付図面の第１図を参照すると、全体を符号１０で示すベローズカプセルが符号 １２の破線で示す圧力容器の内…１しこ配置されている。カプセルの内端は円板 １４で閉鎖されてＧ）る。カブセＪしの外端は、容器１２の端壁、即ちへ・ツタ １２土に溶接され、成しよ他の方法で固定されるフランジ１０ｂをもっている。

かくして、カプセル１０は容器１２の内部を２つの分離したスペース、即ちカプ セルの内側のスペース１６とカプセルの外側のスペース１８とに分割している。

使用中、２つのスペース１６．１８への外部からの流体連通うよ、夫々符号２２ ．２４の破線で示すような容器１２の壁を通って延びる導管を介して、達成され る。

いま、第１回及び第３図を参照すると、ベローズカプセル１０は一般的に符号２ ６で示す一連の同一の回旋部を有している。各回旋部は雌のダイアフラム２８と 雄のダイアフラム３２とを有する。典型的には−、ローズダイアフラムは、ステ ンレス６１４、チタニウム、或は他の硬い金属で作られ、カプセルが完全に伸び た位置と完全乙こ圧縮した位置との間で反復されるときベローズダイアフラムが 最小の応力で容易に撓むように波形をなしている。

第３図−はカプセル１０が完全に重なった位置、即ち圧縮位置にあるときの隣接 したベローズ回旋部２６の相対位置を示す。第４図は、先行技術の在来のカプセ ル］Ｏａの隣接した回旋部２６ａの相対位置を示す。

第４図をしばらく参照すると、この一般的な型の従来のへロースでは、各ベロー ズ回旋部２６土は１．一対の重なった、波形の雌雄のダイアフラム２８．３２か ら構成されている。各回旋部はダイアフラム２８．３２の外縁部、即ちリムを通 常、互いにＴＩＧ溶接で接合することによって形成される。この方法では溶接過 程の間に、當に溶接金属のあふれにより環状ヒート３４が形成される。

典型的４１１合には、各ン容接ヒート３４は、ダイアフラムの厚さの約３倍の幅 の断面となる。かくして、各溶接ヒート３４は接合部において、各ダイアフラム の表面を越えてベローズ軸線Ａの方向っている。

１司様の溶接ヒート３８か、隣接するー、ローズ回旋部のダイアフラムを同し方 法で互いに接合するときに、ベローズの内径部に形成され、る。これらの内方の ？ｇ接ヒート３８もまた１図に示すようにダイアフラムの表面を越えて突出する 部分３８ａをもっている。

さらに第４図を参照すると、圧力がカプセル■０の外側に加えられた時、隣接し た溶接ビード３４および隣接した溶接ヒート３８が夫々カプセルの内径部と外径 部とで互いに接触するのでベローズは完全には重ならない。−、ローズの内径部 での溶接ヒート３８の重なりはこれらの溶接ビートに隣接する環状のダイアフラ ム部分２８ム、３２ａを支持されない状態にする。さらに、これらのダイアフラ ム部分の間のスペースは、比較的低い圧力に保持されているカプセルの内側のス ペース１６　（第１図参照）に対応する。他方、これらのダイアフラム部分２３ 　ａ　、、　３２　ａ、の両側は−、ロースカプセルの外側のスペース１８の比 較的高い圧力にさらされる。その結果、カプセ）Ｉｉ　ｌ　Ｑ　３が完全に重ね られた時、これらのダイアフラム部分はこれらの部分の圧力差シ、二よって第４ 図の破線ムで示すようにダイアフラム部分間の間隙内へ互いに向かってふくらむ 。その結果、ダイアフラムは−、ロースカプセル１０１に比１校内小数の圧力サ イクルを受けた後でも、これらのダイアフラム部分２８ａ、３２工で疲労する。

いま４、第２図、及び第３し１を参照すると、本発明になる長寿命の−、ロース カプセル１０は、波形の雌のダイアフラム２８と雄のダイアフラム３２とを、カ プセルの内縁部と外縁部とで交互に連結させて、−、ローズ回旋部の積み重ねを 形成するという点で先行技術のカプセルに幾分類似している。実際に、ダイアフ ラムの外方リムの接合部は、上述の回旋部とほぼ同じである。即ち、こわｌ゛ら はへロース軸線へに沿ってダイアフラムの表面から突出する部分３４ａをもつ溶 接ビード３４によって特徴づけられる。・しかしな・がら、カプセル１０は隣接 する回旋部のダイアフラムの内縁部の間の接合部、即ち連帖部において従来のカ プセルと実質的に異なっている。溶接ビード３８を形成する従来の内方連結□部 （第４図参照）のかわりに、本発明のカプセル１０は隣接する回旋部２６のダイ アフラム２８と３２との間にはさまれた平らなスペーサリング４２を有している 。各リング４２の内径はダイアフラムの内径と実質的に同じである。リングの外 径は特に重要ではない。

第３図に最も良く示されているように、ダイアフラム２８．３２が形成される時 １．内縁周囲部２８ｂ、３２Σは平坦にされ、。

それによってリング４２を所定位置に置いた時２．リング４２は内縁周囲部に対 し、ぴったり接した状態となる。各リング４２はこれらの内縁周囲部２８ｂ、３ ２ｂとはば同じ広がりをもち、各リンクの厚さは溶接ビート３４ａｃ７）厚さの ２倍にほぼ等しい。各対のダイアフラムの周囲ｉ＋＋　２　ａ　ｂ、３２ｂとそ の間に入るスペーサリング４２は第３図に符号４６で示すようにＴｉＧ溶接溶接 合されろ。

ベローズの回旋部の間に内方接合部４６をン容接する処理は、それ自体でいくら かの溶融金属のスピルオーバを生しさせることになることが理解されよう。しか しなからリング４２Ｌこよって与えられろ余かの厚みは接合部を形成するとき溶 融金属の流れの大部分を収容する。その結果、各内方接合部を構成するサンドイ ンチの縁部を越える金属の大きな流れはなく、その結果出来た溶接ビートは比較 的小さい。いずれにしても、内方接合部での溶接ビードは上述のようにコイニン グによって容易に取り除かれる。

この構造では、各回旋部２６のクィアフラム部分２８　ａ　、。

３２土はリングの内側で互いに支持しあい、これらの間には間隙、即ち空所はな い。換言すれば、各回旋部２６を形成するダイアフラム２８．３２は全幅に亘っ て完全に重なることができる。その結果、ベロース回旋部２６の間のスペース１ ８が高い圧力をうけ、ベローズの内側のスペース１６がスペース１８の圧力より も低い圧力をうけた時、これら回旋部の互に係合したダイアフラム部分２８ム、 ３２ムは互いに対する相互支持を与える。

実際に、ベローズダイアフラムのいずれにも圧力差を受ける部分はなく、かつ隣 接するダイアフラムで支持されないようｔ部分はない。

さらに第３図に示すように、各リング４２は、ベローズが完全に圧縮された時、 ダイアフラムの周囲部２８ｂ、３２ｂとリング４２が荷重支持柱を形成するよう な重さであり、この荷重支持柱により回旋部のリムの溶接ビード３４が互いに直 接接触し、ダイアフラムの外縁周凹部には歪りがほとんど又は全く生じない。そ の結果、カプセル１０は疲労を受けることなく、数多くの圧力サ・ｆクルに耐え ることができる。

筒中な打抜き金属部品であるスペーサリング４２はへローズカプセル１０の全体 の費用にほとんど影響を及ぼさない。従って、高い性能と長寿命の高圧力プセル を、これより低い性能特性をもつ先行技術のカプセルに比べて大差ない費用で製 造することかでさる。

かくして、上述の説明から明らかなように、本発明の目的は、効率良く達成され 、そして多少の変更は本発明の範押から逸脱するごとなく上述の方法を実施する ときに、及び上述の構造においてなされてもよいから、上述の説明に包含され、 添付図面に示されるすべての事項は限定的な意味でなく説明として解釈されるべ きである。

また、請求の範囲の記載はここで説明した本発明の特徴の全てを包含することを 意図していることも理解されよう。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）金属−、ローズカプセルにおいて Ａ）環状金属ダイアフラムの積み重ねと、Ｂ）一連の回旋部を形成するように、 対をなす隣接するダイアフラムのリムを互いに直接連結する手段と、Ｃ）隣接す る回旋部のダイアフラムの内縁部を接合する手段と、を有し、 前記接合手段の各々は、 イ）前記内縁部間にはさまれた金属スペーサリングと、口）リングの全周にわた って連続したシームを形成するように前記内縁部を前記スペーサリングの向い合 う面に連結する手段とを有し、これによってヘローズが完全に圧縮されるとき、 各ダイアフラムの対向する面が全領域にわたって互いに接触し、全領域にわたっ て相互支持を与え、カプセルを比較的高い外部圧力に耐えうるように構成したこ とを特徴とする金属−、ローズカプセル。 ２）前記ダイアフラムは波形の重ね型式の構造であることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載のへローズカプセル。 ３）前記連結する手段は溶接を包含することを特徴とする請求の範囲第１項に記 載のへローズカプセル。 ４）Ａ）各ダイアフラムの内縁周囲部は実質的に平らであり、Ｂ）前記スペーサ リングの各々は前記内縁周囲部と同し広がりをもつ実質的↓こ平らな上面と下面 とをもつことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のベローズカプセル。 ５）前記スペーサリングの各には、カプセルが完全に圧縮させるとき、前記内縁 部を前記リングが隣接するヘローズ回旋部ヲ間隔をへだてた関係に維持するよう な厚さを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のベローズカプセル。 （５）各リンクの内縁部はダ、イアフラムの前記ＴＰ３縁部と一致することを特 徴とする請求の範囲第５項に記載のベローズカプセル。 ７）金属ベローズカプセルを製造する方法において、Ａ）複数の同様な環状金属 ダイアフラムを形成する工程と、Ｂ）前記ダイアフラムの内縁部と実質的に同じ 径の内縁部をもつ複数の金属スペーサリングを形成する工程と、Ｃ）前記リング を対をなす前記ダイアフラムの内縁部の間に固定する工程と、 Ｄ）対をなす前記ダイアフラムを重ね合せる工程と、Ｅ）異なる対からの隣接し たダイアフラムの外方リムを互いに平らに接合して一連の回旋部を形成する工程 とを有し、カプセルが完全に圧縮されるとき各回旋部のダイアフラムが全領域に 亘って互いに接触し、相互支持を与え、それによってカプセルが比較的高い外部 圧力に耐えることができるようにする金属へローズカプセルの製造方法。