JPWO2016194609A1 - 金属ベローズ型アキュムレータ - Google Patents

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Abstract

金属ベローズ(2)が径方向へ振動して外殻(1)の内周面(11a)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。この目的を達成するため、一端に導圧路(C)が開設された外殻(1)と、軸方向へ伸縮可能であって径方向外側を向いた山部(211)と内側を向いた谷部(212)が軸方向交互に形成されると共に軸方向一端(21a)が外殻(1)に固定され外殻(1)の内室を導圧路(C)に連通された導圧室(A)とクッションガスが封入されたガス室(B)とに分離する金属ベローズ(2)と、金属ベローズ(2)の内周に配置されると共に外殻(1)に固定された緩衝材からなる支持部材(3)とを備え、金属ベローズ(2)の谷部(212)と支持部材(3)の外周面との間の径方向隙間が、金属ベローズ(2)の山部(211)と外殻(1)の内周面(11a)との間の径方向隙間より小さい。

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N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、N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4あるいは図5に示すようなものが知られている。このうち図4に示す金属ベローズ型アキュムレータは「内ガス構造」と呼ばれるタイプのものであって、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。
外殻101の内室は、金属ベローズ102によってこの金属ベローズ102とシェル101aとの間の導圧室105と金属ベローズ102の内周のガス室106とに分離され、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ガスなどのクッションガスが封入されている(例えば下記の特許文献1参照)。
一方、図5に示す金属ベローズ型アキュムレータは「外ガス構造」と呼ばれるタイプのものであって、有底円筒状のシェル101a及びこのシェル101aの開口端を塞ぐように設けられたエンドカバー101dからなる外殻101と、この外殻101内に配置され、一端がエンドカバー101d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、エンドカバー101dには導圧路104が開設されている。
外殻101の内室は、金属ベローズ102によってこの金属ベローズ102の内周にあって導圧路104と連通した導圧室105と、金属ベローズ102とシェル101aとの間のガス室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、ガス室106には、Nガスなどのクッションガスが封入されている。なお、参照符号107は金属ベローズ102の圧縮方向への変位を制限するステーである(例えば下記の特許文献2参照)。
これら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の差によって金属ベローズ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、ガス室106を圧縮すると共に導圧室105を拡張するように変位し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って、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している。
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。このため、ベローズ本体102aがシェル101aの内周面と接触して変形あるいは破損をきたすことのないように、これを防止することが望まれる。
特開2005−098391号公報 特開2013−194871号公報
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、その技術的課題は、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。
本発明は、上述した技術的課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち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、軸方向へ伸縮可能であって径方向外側を向いた山部と内側を向いた谷部が軸方向交互に形成されると共に軸方向一端が前記外殻に固定され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内周に配置されると共に前記外殻に固定され外周面が緩衝性を有する支持部材とを備え、前記金属ベローズの谷部と前記支持部材との間の径方向隙間が、前記金属ベローズの山部と前記外殻との間の径方向隙間より小さいことを特徴とする(請求項1)。
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との差によって、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径方向の振動が発生すると、金属ベローズの谷部とその内周の支持部材との間の径方向隙間が、金属ベローズの山部と外殻との間の径方向隙間より小さいため、金属ベローズの谷部が支持部材の外周面と接触することによって制限されるので、金属ベローズの山部が外殻の内周面と衝突するのを防止することができる。また、支持部材の外周面は緩衝性を有するため、支持部材の外周面との接触による金属ベローズの衝撃は小さく抑制される。
本発明は上記技術的課題を解決するためさらに以下の手段を採用してもよい。
すなわち上記構成の金属ベローズ型アキュムレータ(請求項1)において、金属ベローズの固定端から前記支持部材の先端までの軸方向長さが、前記金属ベローズの伸縮部の圧縮による軸方向最小長さ以下であることを特徴とする(請求項2)。
すなわち、金属ベローズの固定端から支持部材の先端までの軸方向長さを、金属ベローズの伸縮部の圧縮による軸方向最小長さ以下とすれば、支持部材によって金属ベローズの伸縮動作が妨げられることがなく、金属ベローズが支持部材に軸方向に当接することによる衝撃や荷重も発生しない。
本発明に係る金属ベローズ型アキュムレータによれば、金属ベローズに径方向の振れを生じても、この金属ベローズの谷部が緩衝材からなる支持部材と接触することによって振れが制限され、外殻の内周面との衝突が防止されるので、金属ベローズの優れた耐久性を確保することができる。
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。 図1の要部を拡大して示す断面図である。 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。 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。 従来の金属ベローズ型アキュムレータの他の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に示す第一の実施の形態において、参照符号1は外殻、参照符号2は金属ベローズである。この第一の実施の形態は、金属ベローズ2の外側の空間を導圧室とし、金属ベローズ2の内側の空間をガス室とする「内ガス構造」と呼ばれる金属ベローズ型アキュムレータに本発明を適用したものである。
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C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、外周に形成された環状凸部131がシェル11の軸方向他端に嵌合されると共に溶接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、金属ベローズ2の内側のガス室BにNガス等のクッションガスを封入するためのガス封入口132が開設されており、ガスプラグ133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Cに連通された導圧室Aとクッションガスが封入されたガス室B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の環状凸部131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。なお、ベローズ本体21は請求項2に記載された伸縮部に相当するものである。
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Aの一部であるベローズ本体21の外周空間A1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。
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、金属ベローズ2のベローズキャップ22の外周部と軸方向に対向する内端121aと、その内周側に位置する円形の凹部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Aと導圧路Cの間を遮断するようになっている。
金属ベローズ2の内周には円筒状の支持部材3が配置され、その軸方向一端に形成されたフランジ部31が、外殻1における第二のエンドカバー13の環状凸部131の内周に嵌着固定されている。この支持部材3は、所要の剛性を有し、かつ緩衝性を有する合成樹脂材で成形されている。
支持部材3は、その先端3aが、金属ベローズ2(ベローズ本体21)の伸長時の軸方向最大長さの中間近傍に位置しており、ベローズ本体21の固定端21aの軸方向位置から支持部材3の先端3aまでの軸方向長さLが、圧縮時におけるベローズ本体21の軸方向最小長さ以下となっている。また、図2に示すように、ベローズ本体21の谷部212と支持部材3の外周面3bとの間の径方向隙間δ2が、ベローズ本体21の山部211と外殻1のシェル11の内周面11aとの間の径方向隙間δ1より小さいものとなっている。
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C)が、不図示の油圧ラインに接続されるものである。そして、油圧ラインの配管内を流れる作動油の圧力がガス室B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Cを通じて導圧室Aに作動油が流入し、金属ベローズ2が圧縮される。またこの状態から、油圧ラインの油圧が低下した場合は、金属ベローズ2はガス室Bの圧力によって伸長し、導圧室A内の作動油が油圧ラインへ排出される。
ここで、導圧室A内の油圧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Aと導圧路Cとの間が遮断されるので、その後さらに油圧ラインの油圧が低下しても、導圧室Aの圧力は低下せず、ガス室B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Aとガス室Bとの差圧による過大な負荷が作用することはない。
そして、上述のような伸縮動作に伴って金属ベローズ2に径方向への振れを生じ、そ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の伸縮に伴う径方向へ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、ベローズ本体21の軸方向中間部を腹とするような定常波である場合は、δ1>δ2であることによって、振れの過程でベローズ本体21の軸方向中間部に位置する谷部212がその内周の支持部材3の外周面3bと接触し、これによって径方向振動変位が制限されるので、ベローズ本体21の山部211がシェル11の内周面11aと衝突するのを防止することができる。そして支持部材3は緩衝性を有する合成樹脂材からなるため、支持部材3の外周面3bとの接触によるベローズ本体21の衝撃は小さく抑制され、ベローズ本体21の谷部212の摩耗や損傷も生じない。
また、支持部材3は、ベローズ本体21の固定端21aの軸方向位置から支持部材3の先端3aまでの軸方向長さLが、圧縮時におけるベローズ本体21の軸方向最小長さ以下であることから、支持部材3によって金属ベローズ2の伸縮動作が妨げられることはなく、このため、金属ベローズ2の圧縮時に導圧室Aとガス室Bとの間に大きな差圧が発生することがない。
次に図3は、金属ベローズ2の内側の空間を導圧室Aとし、金属ベローズ2の外側の空間をガス室Bとする「外ガス構造」と呼ばれる金属ベローズ型アキュムレータについて、本発明を適用した第二の実施の形態を示すものである。
すなわち図3に示す金属ベローズ型アキュムレータにおいて、外殻1は、有底円筒状を呈するシェル11と、このシェル11の開口端を塞ぐように設けられたエンドカバー14からなる。エンドカバー14は、外周がシェル11の開口端に溶接によって接合されたフランジ部141と、その内周から外側へ突出した継手部142とを有し、継手部142の内周には金属ベローズ2の内側の導圧室Aに連通した導圧路Cが開設されている。また、シェル11におけるエンドカバー14と反対側の底部111の中央部にはガス室BにNガス等のクッションガスを封入するためのガス封入口112が開設されており、ガスプラグ113によって密閉されている。
金属ベローズ2は、軸方向一端(固定端)21aがエンドカバー14に形成された環状凸部143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端盤としての円盤状のベローズキャップ22とからなるものであって、軸方向に対して伸縮可能となっている。
金属ベローズ2のベローズキャップ22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が外殻1のシェル11の内周面11aと接触するのを防止するために径方向への変位を制限するものであり、ガス室Bの一部であるベローズ本体21の外周空間B1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。
金属ベローズ2の内側の導圧室Aには、金属ベローズ2の圧縮方向への変位を制限する有底円筒状のステー4が配置されており、その底部41と反対側の端部42が、エンドカバー14に溶接によって接合されている。そして、このステー4におけるベローズキャップ22側を向いた底部41の中央部には、導圧室Aにおけるステー4の内側の空間A1と外側の空間A2を連通する連通孔41aが開設されている。
金属ベローズ2のベローズキャップ22における導圧室A(空間A2)側には、環状のホルダ24を介してシール部材25が保持されている。このシール部材25は、金属等からなる円盤25aをゴム弾性体で被覆するように成形されたものであって、金属ベローズ2が、その圧縮方向のストロークエンド位置まで変位したときに、ベローズキャップ22によってステー4の底部41に押し付けられて連通孔41aを閉塞するものである。
すなわち、金属ベローズ2の伸長によってシール部材25がステー4の底部41から離れて連通孔41aを開放した図示の状態にあっては、エンドカバー14の導圧路Cに連なるステー4の内側の空間A1と外側の空間A2は、連通孔41aを通じて互いに連続した導圧室Aを構成しており、金属ベローズ2の圧縮によってシール部材25がステー4の底部41に密接されて連通孔41aを閉塞した状態にあっては、空間A1,A2の間が遮断され、導圧路Cに連なる空間A1の油圧が空間A2に及ばないようになっている。
金属ベローズ2(ベローズ本体21)の内周には、円筒状の支持部材3がステー4の外周を包囲するように配置され、その軸方向一端に形成されたフランジ部31が、外殻1におけるエンドカバー14の環状凸部143の内周に嵌着固定されている。この支持部材3は、所要の剛性を有し、かつ耐油性及び緩衝性を有する合成樹脂材、具体的には例えばポリアミド66で成形されている。
支持部材3は、その先端3aが、金属ベローズ2(ベローズ本体21)の伸長時の軸方向最大長さの中間近傍に位置しており、ベローズ本体21の固定端21aの軸方向位置から支持部材3の先端3aまでの軸方向長さLが、圧縮時におけるベローズ本体21の軸方向最小長さより短く、言い換えればステー4の底部41の軸方向位置に達しない長さとなっている。また、先に説明した図2と同様、ベローズ本体21の谷部212と支持部材3との間の径方向隙間δ2が、ベローズ本体21の山部211と外殻1のシェル11との間の径方向隙間δ1より小さいものとなっている。
上記構成を備える第二の実施の形態の金属ベローズ型アキュムレータは、エンドカバー14の継手部142を不図示の油圧ラインに接続して用いられる。そして、油圧ラインの配管内を流れる作動油の圧力がガス室B内のクッションガスの封入圧より高圧になった場合は、エンドカバー14の内周の導圧路Cからステー4の内側の空間A1へ、さらにこの空間A1からステー4の連通孔41aを通じてステー4の外側の空間A2へ作動油が流入し、このため金属ベローズ2は、ガス室Bの容積を縮小させるように伸長する。また、この状態から、油圧ラインの配管内の油圧が低下した場合は、金属ベローズ2は、ガス室Bの圧力によってその容積が拡大して導圧室Aの作動油を油圧ラインへ放出しながら圧縮される。
ここで、導圧室A内の油圧が所定値まで低下した時点で、金属ベローズ2のベローズキャップ22が、シール部材25を介してステー4の底部41によって金属ベローズ2の圧縮方向への移動を規制され、これによって金属ベローズ2の圧縮が制限される。またこのとき、シール部材25がステー4の底部41と密接することによって連通孔41aが閉塞され、導圧室Aにおける空間A1,A2間が遮断されるので、その後さらに油圧ラインの油圧が低下しても、ステー4と金属ベローズ2の間の空間A2の圧力は低下せず、ガス室B(ベローズ本体21の外周空間B1)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にガス室Bとの差圧による過大な負荷が作用することはない。
そして、上述のような伸縮動作に伴って金属ベローズ2に径方向への振れを生じ、そ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の伸縮に伴う径方向への振動が、ベローズ本体21の固定端21a及び自由端21bを節とし、ベローズ本体21の軸方向中間部を腹とするような定常波である場合は、δ1>δ2であることによって、振れの過程でベローズ本体21の軸方向中間部に位置する谷部212がその内周の支持部材3の外周面3bと接触し、これによって径方向振動変位が制限されるので、ベローズ本体21の山部211がシェル11の内周面11aと衝突するのを防止することができる。そして支持部材3は緩衝性を有する合成樹脂材からなるため、支持部材3の外周面3bとの接触によるベローズ本体21の衝撃は小さく抑制され、ベローズ本体21の谷部212の摩耗や損傷も生じない。また、支持部材3は耐油性を有するため、導圧室A内の作動油に常時浸漬されることによる劣化を生じない。
また、支持部材3は、ベローズ本体21の固定端21aの軸方向位置から支持部材3の先端3aまでの軸方向長さLが、ステー4の底部41の軸方向位置に達しない長さであって、すなわち圧縮時におけるベローズ本体21の軸方向最小長さ以下であることから、支持部材3によって金属ベローズ2の伸縮動作が妨げられない。
なお、上述した第一及び第二の実施の形態の金属ベローズ型アキュムレータにおいて、支持部材3はその全体が緩衝性を有する合成樹脂材からなるものとしたが、ベローズ本体21の谷部212と接触可能な外周面3bのみを合成樹脂などで被覆することによって緩衝性を与えても良い。
また、第二の実施の形態の金属ベローズ型アキュムレータにおいて、支持部材3は、ステー4の外周に取り付けても良い。
1 外殻
2 金属ベローズ
21 ベローズ本体(伸縮部)
211 山部
212 谷部
3 支持部材
3b 外周面
A 導圧室
B ガス室
C 導圧路
δ1,δ2 径方向隙間

Claims (2)

  1. 一端に導圧路が開設された外殻と、軸方向へ伸縮可能であって径方向外側を向いた山部と内側を向いた谷部が軸方向交互に形成されると共に軸方向一端が前記外殻に固定され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内周に配置されると共に前記外殻に固定された緩衝材からなる支持部材とを備え、前記金属ベローズの谷部と前記支持部材との間の径方向隙間が、前記金属ベローズの山部と前記外殻との間の径方向隙間より小さいことを特徴とする金属ベローズ型アキュムレータ。
  2. 金属ベローズの固定端から支持部材の先端までの軸方向長さが、前記金属ベローズの伸縮部の圧縮による軸方向最小長さ以下であ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。
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