JPS6238050Y2

JPS6238050Y2 -

Info

Publication number: JPS6238050Y2
Application number: JP16553381U
Authority: JP
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1987-09-29
Also published as: JPS5870560U

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、ベローズ両端の山・谷の曲率を他の
山・谷の曲率よりも大きくすることによつて、ベ
ローズの全ての山および谷に伸縮時の応力を均一
に作用させうるように工夫した応力均等分布ベロ
ーズに関するものである。従来公知のベローズは、全ての山・谷が同じ曲
率、同じ形状となつていた。しかし、このような
構造だと、伸縮の際の応力が両端の山・谷に対し
てそれ以外の部分よりも大きく作用する（端部効
果）ために、この両端の山・谷が非常に破損し易
いという欠点がある。このような端部効果を低減し、均一なベローズ
を得るには、素材となる円筒体を両端部へいくに
つれて徐々に厚肉にするとか、徐々に厚肉となる
層を接合した形状とすることが考えられるが、こ
のような構造のベローズ素材は工業的に入手不可
能である。かかる事情もあつてか、基本的には旧態依然た
る形状のベローズが用いられているのが現状であ
る。しかし、高い信頼性および長い寿命のベロー
ズは、原子力工業のみならず他の工業一般の分野
においても求められている。特に、高速炉におけ
るベローズは、ナトリウム配管やバルブシール用
等に用いられ、バウンダリを構成するキーパーツ
であるにもかかわらず、各国ともその耐久性、信
頼性が充分確立していない。本考案は、上記のような従来技術の実情に鑑み
なされたものであつて、その目的とするところ
は、伸縮の際にベローズの各部分に発生する応力
を均一化し、長寿命および高信頼性を達成できる
ような等分布応力ベローズを提供することにあ
る。かかる目的を達成するため、本考案に係るベロ
ーズは、ベローズの両端の谷もしくは谷および山
の曲率をそれ以外の山・谷の曲率よりも大きい構
造となつている。以下、図面に基づき本考案について説明する。
第１図は、本考案に係る応力均等分布ベローズの
一実施例を示す説明図である。ベローズは、厚さ
が均一な材料で形成され、両端部以外（中央部…
符号１で示す）に位置する山２および谷３の曲率
は、従来同様、全て相等しく（曲率半径をR₀で
表わす）、両端部４にそれぞれ位置する一組の山
５および谷６の曲率は最端部に近付く程、順次大
きくなつている。つまり、山５および谷６の曲率
半径をそれぞれR₁，R₂とすると、 R₀＜R₁＜R₂ である。因に、従来のベローズは、全ての山・谷
の曲率が等しく、R₀＝R₁＝R₂である。このよう
な従来のベローズは、両端の山・谷に伸縮の際の
応力が集中し、この部分が非常に破損しやすかつ
たが、本考案によれば、両端部の山・谷への応力
集中が避けられ、均一な強度を得ることができる
のである。上記実施例では、両端部にそれぞれ位置する一
組の山５と谷６の曲率を変える構成となつている
が、両最端部にそれぞれ位置する一つの谷の曲率
のみ大きくし、他の山・谷の曲率を全て一致させ
る構成でもよいし、逆に、両端部にそれぞれ位置
する複数組の谷および山の曲率を順次大きくする
構成でもよい。第２図はそのような場合の一実施
例を示すもので、両端部４のそれぞれ２組の谷お
よび山の曲率を最端部に近付く程、順次大きくな
るようにしたものである。すなわち、 R₀＜R₁＜R₂＜R₃＜R₄ である。本考案において使用しうるベローズの材質とし
ては、例えばステンレス鋼、インコネル、ハステ
ロイ等がある。また、本考案のベローズは、第３
図に示すようにして製造することができる。すな
わち、厚さが均一な外径Ｄの円筒状をなすベロー
ズ素材を、通常の山・谷用成型リング９および応
力緩衝の山・谷用成型リング８（なお、これらの
成型リング８，９は二ツ割構造で合体分離可能で
ある）を用いて、内圧Ｐをかけて膨らませて成型
し、次いで、各成型リング８，９を取外し、更
に、軸方向に適正量の圧縮を与えることによつ
て、ベローズが完成する。本考案のように、両端部に位置する山・谷の曲
率を大きくすることによつて応力が均一に分布す
るようになることは、以下に示す有限要素法によ
る応力解析結果から理解されよう。解析の対象と
なつたベローズを第４図Ａ，Ｂに示す。同図Ａは
本考案品、Ｂは従来品の形状、寸法を示してい
る。ベローズの仕様は、第１表に示す通りであ
る。

【表】＊ベローズ変位量は、ベローズ全長に比例
した値とした。
なお、第４図からも判るように、本考案品の最
端部に位置する一つの谷（曲率15mm）を除いて、
他の全ての山及び谷の曲率は12.5mmで一定であ
る。また、同図において、括弧書きで示した番号
は節点番号であつて、第５図及び第６図における
横軸位置に対応する番号である。そして、第５図
は子午線方向応力の解析結果、第６図は周方向応
力の解析結果である。さて、解析の結果、従来品で発生する最大応力
は、ベローズと端管Ｅとの接続部にて79.1Kg／mm²
であり、このことは従来のベローズが端部で破損
し易い現象と一致している。これに対して、本考
案のベローズに発生する最大応力は、端部以外の
谷底にて77.2Kg／mm²である。なお、第５図には、
７山のベローズの第２山目までの応力分布を示し
たが、第３山以降も第２山と同様であることが確
認されている。以上の値は、子午線方向応力につ
いて比較した結果であるが、周方向応力は第６図
に示すように、全般に前者よりも応力値が低く問
題とはならない。従つて、以上の解析結果より、
ベローズを本考案のような構造とすることによつ
て、応力分布が均一化されることが実証された。なお、本考案品の解析例では端部の応力が75.2
Kg／mm²、端部以外では77.2Kg／mm²となつている
が、端部の谷の曲率をもう少し小さくすれば、端
部の応力をもう少し高くする代りに、それ以外の
応力をもう少し下げることができ、各部の応力を
均一化させることができる。またベローズの変位
量はベローズ全長に比例させて負荷したが、ベロ
ーズ山数が増加するにつれて従来品と本考案品と
のベローズ全長の相違は相対的に小さくなるた
め、山数が多くなるほど本考案の方が有利とな
る。また、この解析結果でベローズの寿命を決定す
る最大応力は従来品に比べてせいぜい３〜４％低
下するにすぎず、有効性の点で疑義が生じる虞が
ある。しかしながら、実際にはこの数パーセント
の応力の差がベローズの寿命には重要な意味をも
つている。上記解析例の場合、寿命は本考案品の
方が10％程度向上することが概略計算の結果、判
明している。本考案は、前記のように構成されたベローズで
あるから、伸縮の際にベローズの各部分に発生す
る応力が均一化され、それ故、長寿命でかつ高信
頼性の等分布応力ベローズを提供することがで
き、原子力工業の分野をはじめとして他の様々な
工業分野において多大の貢献をなしうるものであ
り、実用的効果はきわめて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す説明図、第２
図は本考案の他の実施例を示す説明図、第３図は
それらの製造法の一例を示す説明図、第４図Ａ，
Ｂはそれぞれ解析対象となつたベローズの形状を
示す説明図、第５図は子午線方向応力解析結果を
示すグラフ、第６図は周方向応力解析結果を示す
グラフである。１……中央部、４……端部、２，５……山、
３，６……谷。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

厚さが均一な材料で形成され、両端部以外に位
置する山および谷の曲率は全て相等しく、両端部
にそれぞれ位置する一組の谷および山もしくは複
数組の谷および山の曲率は最端部に近付く程順次
大きくなつていること、あるいは両最端部にそれ
ぞれ位置する一つの谷の曲率のみがそれ以外の山
および谷の曲率よりも大きくなつていることを特
徴とする応力均等分布ベローズ。