WO2016072323A1 - 金属ベローズ - Google Patents

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WO2016072323A1
WO2016072323A1 PCT/JP2015/080326 JP2015080326W WO2016072323A1 WO 2016072323 A1 WO2016072323 A1 WO 2016072323A1 JP 2015080326 W JP2015080326 W JP 2015080326W WO 2016072323 A1 WO2016072323 A1 WO 2016072323A1
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WO
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metal bellows
peak
abdomen
bellows
valley
Prior art date
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PCT/JP2015/080326
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English (en)
French (fr)
Inventor
孔治 佐藤
三宅　邦明
達浩 有川
Original Assignee
イーグル工業株式会社
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Publication date
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Priority to JP2016557723A priority patent/JP6587257B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J3/00—Diaphragms; Bellows; Bellows pistons
    • F16J3/04—Bellows
    • F16J3/047—Metallic bellows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/50—Sealings between relatively-movable members, by means of a sealing without relatively-moving surfaces, e.g. fluid-tight sealings for transmitting motion through a wall
    • F16J15/52—Sealings between relatively-movable members, by means of a sealing without relatively-moving surfaces, e.g. fluid-tight sealings for transmitting motion through a wall by means of sealing bellows or diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J3/00—Diaphragms; Bellows; Bellows pistons
    • F16J3/04—Bellows

Definitions

  • the present invention relates to a metal bellows. More specifically, the metal bellows of the present invention relates to a molded bellows that is suitably used as a component of an in-vehicle accumulator or the like.
  • a U-shaped bellows in which a peak portion and a valley portion are U-shaped is known (hereinafter referred to as “prior art 1”.
  • a bellows in which the mean wave front direction and the mean wave bottom direction are inclined in directions opposite to the axis has been proposed. (Hereinafter referred to as “Prior Art 2”.
  • the metal bellows includes a metal bellows portion that is formed in a cylindrical shape and is extendable in the axial direction, a movable plate fixed to one end of the bellows portion, and an annular seal member fixed to the lower surface of the movable plate.
  • the annular seal member can be seated and separated with respect to the upper bottom wall portion of the stay, and the hydraulic fluid (also referred to as backup fluid) is formed in a space formed between the bellows portion and the stay when seated.
  • Primary Art 3 for example, see Patent Document 4).
  • the peak portion of the metal bellows is U-shaped, the apex of the peak portion is a fulcrum when the metal bellows expands and contracts.
  • the peak of the peak is repeatedly subjected to stress, fatigues and breaks, and the durability decreases.
  • the peak portion of the metal bellows is work-hardened at the time of molding, and thus is easily broken when subjected to repeated stress.
  • An object of the present invention is to provide a metal bellows having high durability by reducing the stress generated in the peak portion by minimizing the stress.
  • the present invention secondly, even when a differential pressure is generated inside and outside the metal bellows part and abnormal deformation occurs in the metal bellows part, the peak part is reduced by minimizing the deformation of the tip of the peak part. It is an object of the present invention to provide a metal bellows having high durability by reducing the stress generated in the metal.
  • the metal bellows of the present invention first exhibits an annular shape, and includes a first valley, a first abdomen, a first peak, a second abdomen, a second valley, a third abdomen, and a second.
  • a metal bellows having a structure in which a mountain part and a fourth abdomen are integrally formed in this order in a series, and repeatedly in the axial direction,
  • the valleys are inverted with a U-shaped cross-section
  • the peaks are inverted with an arc-shaped cross-section
  • the peaks are Provided at a position offset with respect to the center of the pitch of the valleys on both sides adjacent to the mountain part,
  • the abdomen on both sides connected to the peak part at least the abdomen located on the offset side is provided with a convex constriction part inside the metal bellows.
  • the canning phenomenon at the mountain it is possible to avoid the canning phenomenon at the mountain. Further, the impact on the peak when the peak is brought into contact with the shell or the like of the opposing accumulator can be mitigated, and deformation of the peak itself can be reduced. As a result, the durability of the peak portion can be improved. Furthermore, during normal expansion and contraction of the metal bellows and during abnormal contraction when the backup fluid leaks in the zero down state, the peak is hardly deformed, so stress due to repeated deformation does not act on the peak. The durability of the mountain portion can be improved. Furthermore, the circular arc shape of the peak portion can be formed as set.
  • the metal bellows of the present invention is characterized in that, in the first feature, the constricted part is provided continuously or discontinuously with the peak part having an arcuate cross section.
  • the constricted portion has an arc shape in cross section, and the radius of curvature R2 is the radius of curvature of the arc shape of the peak portion as R1.
  • R2 1R1 to 5R1 is set.
  • the present invention has the following excellent effects. (1) Canning phenomenon at the mountain can be avoided. Further, the impact on the peak when the peak is brought into contact with the shell or the like of the opposing accumulator can be mitigated, and deformation of the peak itself can be reduced. As a result, the durability of the peak portion can be improved.
  • the arc shape of the peak can be formed as set.
  • FIG. 1 shows a cross section of an accumulator 1 including a metal bellows 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • the left side of the figure shows a state in which the metal bellows 10 is contracted, and the right side of the figure shows that the metal bellows 10 is expanded. Shows the state.
  • An accumulator 1 shown in FIG. 1 is a metal bellows type accumulator using a metal bellows 10 molded as a bellows, and is configured as follows.
  • an accumulator housing 2 having an oil port 4 connected to a pressure pipe (not shown) is provided, and a metal bellows 10 and a bellows cap 11 are arranged inside the housing 2 so that the internal space of the housing 2 is a high-pressure gas. It is partitioned into a gas chamber 12 that encloses (for example, nitrogen gas) and a liquid chamber 13 that communicates with the port hole 5 of the oil port 4.
  • the housing 2 includes a combination of a bottomed cylindrical shell 3 and an oil port 4 fixed (welded) to the opening of the shell 3.
  • a gas inlet 6 for injecting gas into the gas chamber 12 is provided at the bottom of the shell 3, and is closed by a gas plug 7 after gas injection. *
  • the metal bellows 10 has its fixed end 10a fixed (welded) to the inner surface of the oil port 4 which is the port side inner surface of the housing 2, and has a disk-shaped bellows cap 11 fixed (welded) to its free end 10b.
  • the accumulator 1 is an external gas type accumulator in which a gas chamber 12 is disposed on the outer peripheral side of the metal bellows 10 and a liquid chamber 13 is disposed on the inner peripheral side of the metal bellows 10.
  • An annular or cylindrical stay 14 is fixed (welded) to the inner surface of the port 2 side of the housing 2, that is, the inner surface of the oil port 4, and the bellows cap 11 is brought into contact with and separated from the tip (upper end in the figure) of the stay 14. Contact freely. Further, an inward flange portion 14a is provided on the inner peripheral surface of the stay 14, and the inner periphery of the flange portion 14a is a communication hole 14b.
  • FIG. 2 shows a free length state in the initial stage when the metal bellows 10 is not stretched or contracted.
  • the metal bellows 10 has an annular shape, and includes a first valley portion 10c, a first abdominal portion 10d, A structure in which one crest 10e, second abdomen 10f, second trough 10g, third abdomen 10h, second crest 10i, and fourth abdomen 10j... Have repeatedly.
  • the metal bellows 10 in the free length state in the initial stage of incorporation in which the metal bellows 10 is not stretched or contracted the troughs 10c, 10g, 10o, 10s are inverted in a U-shaped cross section, respectively, and the crests 10e, 10i, 10m, 10q, and 10u are reversed in an arc shape in cross section.
  • the curvature radius R1 of the peak is preferably set in the range of 0.1 mm to 1.0 mm.
  • the abdomen 10d, 10f, 10h, 10j, 10l, 10n, 10p, 10r, 10t, 10v are respectively formed on one side in the axial direction, in the left side in FIG. 10i, 10m, 10q, and 10u are adjacent to each other in the valleys on both sides adjacent to the peak, for example, the peak 10m (hereinafter, the peak 10m may be described as an example).
  • the center 20 of the pitch of the valleys 10k and 10o on both sides is located at a position offset in a direction opposite to the arcuate convex side (rightward direction in FIG. 2; hereinafter, sometimes referred to as “offset side”). Is formed.
  • the corrugated shape of the metal bellows formed so that the peak portion is located at a position offset with respect to the center of the pitch of the adjacent valley portions on both sides is referred to as “arch type”.
  • the constricted part protruding inward of the metal bellows 10 21 is provided.
  • the constricted portion 21 may be provided so as to be continuous with the peak portion 10 m, or may be provided discontinuously slightly spaced from the peak portion 10 m toward the inner diameter side. .
  • the offset-side abdominal portions 10f, 10j, 10n, 10r, and 10v each have a smooth arc shape with a substantially constant curvature.
  • the abdomen 10d, 10h, 10l, 10p, and 10t on the opposite side to the offset side are respectively steep with the effective diameter d of the metal bellows 10 as a boundary, and the inner diameter side has a steep radius of curvature. It is bent, and the portion on the outer diameter side is bent larger than the radius of curvature on the inner diameter side.
  • the axial width b at the connection portion between the abdominal portions 10l and 10n with the peak portion 10m is 1/3 to 1/1 compared to the pitch p of the adjacent valley portions 10k and 10o. 4 is small. That is, when the inside of the metal bellows 10 is seen, the abdomen 10l and 10n are narrowed from the valley side toward the peak 10m, so the inside of the metal bellows 10 is narrowed from the inner diameter side toward the outer diameter side. It has a different shape. On the other hand, since the pitch of the adjacent peak portions is equal to the pitch p of the valley portions, the outside of the metal bellows 10 has a shape that widens from the inner diameter side toward the outer diameter side. For this reason, it is possible to increase the amount of expansion and contraction while the deformation of the peak and valley is small.
  • the metal bellows 10 contracts when receiving an external force in the axial direction, and can contract to the maximum contact length state shown in FIG.
  • FIG. 3 when the metal bellows 10 contracts from the free length state of FIG. 2 to the close contact length state of FIG. 3, the adjacent valley portions approach the axial direction and simultaneously the adjacent peak portions approach.
  • the contact length state is established. In this tight contact state, the abdomen are not in contact with each other, so that the linearity and small hysteresis of the compression weighting curve can be ensured.
  • the axial center 23 of the valley 10o adjacent to the axial center 22 of the peak 10m is located on the right side.
  • the axial center 23 of the valley 10o adjacent to the axial center 22 of the peak 10m is located on the left side. This is because the abdominal part 10n is deformed in the axial direction starting from the constricted part 21.
  • the effect of the metal bellows 10 according to the first embodiment of the present invention will be described.
  • a metal bellows having U-shaped peaks and valleys is mounted on the accumulator, if the U-shaped peak of the metal bellows collides with the accumulator shell due to vibration, the U-shaped peak is It spreads to the left and right at the top and breaks due to repeated stress fatigue.
  • the metal bellows has a large curvature radius at the peak and valley, the stress at the peak and valley at the time of expansion / contraction operation increases and the durability decreases, conversely, the curvature radius at the peak and valley If it is small, a canning phenomenon occurs, and the durability is shortened.
  • the arc shape of the peak portion when the arc shape of the peak portion is smaller than the arc shape of the valley portion (when the radius of curvature is 1 mm or less), the arc shape of the peak portion is set.
  • the point is that it can be molded as expected.
  • the inventor of the present invention has obtained the knowledge that, in forming the metal bellows 10, by providing the constricted portion 21, the arc shape of the peak portion can be formed as set. For this reason, in the metal bellows 10 which concerns on the Example of this invention, the circular arc shape of a peak part can be shape
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a situation when a peak portion of a metal bellows collides with a wall such as an opposing shell.
  • the abdomen 10l, 10n have an arc shape that is convex with respect to one side in the axial direction, and the peak 10m is offset with respect to the center of the pitch of the adjacent valleys, Canning phenomenon can be avoided.
  • the crest 10m collides with the shell 51 in the direction indicated by the arrow due to the vibration of the accumulator, the crest 10m can escape in the axial direction by deformation of the abdomen 10l, 10n. For this reason, the impact with respect to the peak part 10m can be relieved.
  • the constricted portion 21 is provided, the mountain portion 10m has a cross-sectional shape that is closer to a circle than a semicircle, and therefore deformation of the mountain portion 10m itself can be reduced.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the state of the metal bellows during expansion and contraction.
  • FIG. 5A shows the case of the prior art 2
  • FIG. 5B shows the case of the metal bellows of the present invention.
  • the abdomen 61 repeats deformation with the peak of the peak 60 as a fulcrum when the metal 60 is stretched. Undergoes repeated stress, fatigues and breaks, reducing durability.
  • the peak portion 60 of the metal bellows is work-hardened at the time of molding, and thus is easily broken when subjected to repeated stress.
  • FIG. 5 (a) shows the case of the prior art 2
  • the abdomen 61 repeats deformation with the peak of the peak 60 as a fulcrum when the metal 60 is stretched. Undergoes repeated stress, fatigues and breaks, reducing durability.
  • the peak portion 60 of the metal bellows is work-hardened at the time of molding, and thus is easily broken when subjected to repeated stress.
  • FIG. 5 (a) shows the case of
  • the valley portions are reversed with a U-shaped cross section, and the peak portions are each arc-shaped in cross section.
  • the abdomen has a convex arc shape on one side in the axial direction, and the peaks are provided at positions offset from the center of the pitch of the valleys on both sides adjacent to the peaks, In the abdomen on both sides connected to the mountain part, at least the abdomen located on the offset side is provided with a convex constricted part inside the metal bellows, thereby providing the following effects. (1) Canning phenomenon at the mountain can be avoided.
  • the impact on the peak when the peak is brought into contact with the shell or the like of the opposing accumulator can be mitigated, and deformation of the peak itself can be reduced. As a result, the durability of the peak portion can be improved.
  • the peak is hardly deformed, so that stress due to repeated deformation does not act on the peak. Therefore, the durability of the mountain portion can be improved.
  • the arc shape of the peak can be formed as set.
  • FIG. 6 is an axial half cut sectional view of the main part showing a free length state in the initial stage of assembly in which the metal bellows according to the second embodiment of the present invention is not stretched or contracted.
  • FIG. 6 The shape of the abdomen on the offset side is slightly different from the metal bellows of the first embodiment, but is otherwise the same as that of the first embodiment, and redundant description is omitted.
  • abdominal portions 10d, 10f, 10h, 10j, 10l, 10n, 10p, 10r, 10t, and 10v are respectively on one side in the axial direction, and generally on the left side with respect to the center 20 of the pitch in FIG.
  • the ridges 10e, 10i, 10m, 10q, and 10u have a convex shape on the opposite side of the offset), and the ridges on both sides adjacent to the ridge, for example, in the ridge 10m, It is formed so as to be located in a direction opposite to the convex side with respect to the center 20 of the pitch of the portions 10k and 10o, that is, a position offset to the offset side.
  • the abdominal portions 10f, 10j, 10n, 10r, and 10v on the offset side are bulges that bulge on the offset side with respect to the effective diameter d of the metal bellows 10 as compared with the case of the first embodiment.
  • the outer diameter side portion has a large convex curve on the side opposite to the offset side with respect to the center 20 of the pitch. Thus, it is formed in a convex shape on the side opposite to the offset.
  • the anti-offset side abdomen 10d, 10h, 10l, 10p, and 10t are respectively compared with the radius of curvature of the inner diameter side of the metal bellows 10 with the effective diameter d as the boundary, as in the first embodiment.
  • the outer diameter portion has a larger curvature than the inner radius.
  • the metal bellows 10 contracts when receiving an external force in the axial direction, and can contract to the maximum contact length state shown in FIG.
  • FIG. 7 when the metal bellows 10 contracts from the free length state of FIG. 6 to the close contact length state of FIG. 7, the adjacent valleys approach in the axial direction and the adjacent peaks also approach.
  • the contact length state is established. In this tight contact state, the abdomen are not in contact with each other, so that the linearity and small hysteresis of the compression weighting curve can be ensured.
  • the axial center 23 of the valley 10o adjacent to the axial center 22 of the peak 10m is located on the right side.
  • the axial center 23 of the valley 10o adjacent to the axial center 22 of the peak 10m is close to the axial center 22 of the peak 10m. Moved to position. This is because the abdominal part 10n is deformed in the axial direction starting from the constricted part 21.
  • the metal bellows 10 is inverted in a free-length state at the initial stage of incorporation in which the metal bellows 10 is not stretched or contracted, and the valleys are each inverted in a U-shaped cross section, and the peaks are each arc-shaped in cross section.
  • the abdomen has a convex shape on one side in the axial direction, and the peaks are provided at positions offset from the centers of the pitches of the valleys on both sides adjacent to the peaks.
  • the abdomen on both sides connected to the part at least the abdomen located on the offset side is provided with a convex constricted part inside the metal bellows, so that the following effects can be obtained as in the first embodiment. (1) Canning phenomenon at the mountain can be avoided.
  • the impact on the peak when the peak is brought into contact with the shell or the like of the opposing accumulator can be mitigated, and deformation of the peak itself can be reduced. As a result, the durability of the peak portion can be improved.
  • the peak is hardly deformed, so that stress due to repeated deformation does not act on the peak. Therefore, the durability of the mountain portion can be improved.
  • the arc shape of the peak can be formed as set.
  • the present invention is not limited to this, and can be used for a pipeline.
  • constricted portion 21 is provided in the abdomen on the offset side.
  • present invention is not limited thereto, and the constricted portion 21 may be provided in the abdomen on both sides.
  • the peak portion and the constricted portion 21 are each in the shape of an arc having a constant curvature radius is described, but it is not always necessary to have an arc shape in which the curvature radius is completely constant.
  • it may be an elliptical arc whose curvature changes in the middle of an arc.

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Abstract

　金属ベローズの山部の先端の当接時の衝撃を緩和すると共に、当接時においても山部の先端の変形を最小限に低減する。　金属ベローズ１０が伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態において、谷部はそれぞれ断面Ｕ字状をなして反転し、山部はそれぞれ断面円弧状をなして反転し、前記山部はそれぞれ当該山部に隣接する両側の谷部のピッチの中央に対してオフセットされた位置に設けられ、山部に繋がる両側の腹部において、少なくともオフセットされる側に位置する腹部には金属ベローズの内側に凸のくびれ部が設けられることを特徴としている。　

Description

金属ベローズ
　本発明は、金属ベローズに関する。さらに詳しくは、本発明の金属ベローズは車載用のアキュムレータ等の構成要素として好適に用いられる成形ベローズに関する。
　従来の金属ベローズ、例えば、成形された金属ベローズにおいては、山部及び谷部がＵ字形をしたＵ形ベローズが知られている（以下、「従来技術１」という。例えば、特許文献１及び２参照。）。
　また、成形された金属ベローズにおいて、ベローズの軸方向伸縮性の振幅を増加させるため、平均波頭方向と平均波底方向とが夫々軸に対して反対の方向に傾斜されたベローズが提案されている（以下、「従来技術２」という。例えば、特許文献３参照。）。
　さらに、金属ベローズにおいて、円筒状に形成されて軸方向に伸縮自在な金属製のベローズ部と、このベローズ部の一端に固着された可動プレート、可動プレートの下面に固着された環状シール部材を備え、環状シール部材は、ステーの上底壁部に対して着座・離座することが可能であり、着座時にはベローズ部とステーとの間に形成される空間に作動液（バックアップフルードともいう。）を封止してベローズ部の過剰収縮変形を防止するようにしたアキュムレータが知られている（以下、「従来技術３」という。例えば、特許文献４参照。）。
特許第２５３９９０５号公報 特開２００５－４８９０２号公報 特開平７－１７４２３３号公報 特開２００４－１０８５１１号公報
　しかしながら、上記した従来技術１は、アキュムレータに装着された場合、図４（ａ）に示すように、振動により金属ベローズのＵ字形をした山部５０とアキュムレータのシェル５１とが当接すると、Ｕ字形の山部５０が頂点を境にして左右に広げられ、繰返しの応力疲労により破損するという問題があった。また、Ｕ字形の山部５０及び谷部５２の曲率半径Ｒが大きいため、金属ベローズの軸方向の密着長が長くなり、アキュムレータの軸方向の寸法が大きくなるといった問題があった。さらに、Ｕ字形の山部５０及び谷部５２の曲率半径Ｒが大きいと伸縮作動時の山部５０及び谷部５２の応力が大きくなり耐久性が低下するという問題があった。また、逆に、Ｕ字形の山部５０及び谷部５２の曲率半径Ｒを小さくすると、キャニング現象（例えば、絞り製品の平面を軽く押すと反対側にへこみ、はなすと元にもどる不良現象。「べこ」などと称される現象。）が生じ、耐久性が短くなるという問題もあった。
　また、従来技術２では、金属ベローズの軸方向の密着長を一定程度短くすることが可能であるが、金属ベローズの山部はＵ字形であるため、金属ベローズの伸縮時には山部の頂点を支点として腹部が軸方向に変形を繰り返すため、山部の頂点が繰返し応力を受け、疲労・破壊し、耐久性が低下するという問題があった。特に、金属ベローズの山部は成形時において加工硬化されているため、繰返し応力を受けると破壊されやすいものである。
　また、従来技術３では、可動プレートの下面に固着された環状シール部材に異物が噛み込まれ、バックアップフルードが漏れ、ベローズ部の内外に差圧が生じた状態（ゼロダウン状態でバックアップフルードが漏れた場合の状態）になると、ベローズ部がアキュムレータ内のガス圧によって異常変形を起こし、最悪の場合、破損すると恐れがあった。
　本発明は、第一に、金属ベローズの山部の先端が振動により対向する外壁などに当接した場合に、当接時の衝撃を緩和すると共に、当接時においても山部の先端の変形を最小限に低減することにより、山部に生じる応力を小さくし、耐久性の大きい金属ベローズを提供することを目的とするものである。
　また、本発明は、第二に、金属ベローズ部の内外に差圧が生じ、金属ベローズに異常変形が生じた場合においても、山部の先端の変形を最小限に低減することにより、山部に生じる応力を小さくし、耐久性の大きい金属ベローズを提供することを目的とするものである。
　上記目的を達成するため本発明の金属ベローズは、第１に、環状を呈し、第１谷部、第１腹部、第１山部、第２腹部、第２谷部、第３腹部、第２山部及び第４腹部をこの順に一連に一体成形した構造を軸方向に繰り返し有する金属ベローズであって、
 当該ベローズが伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態において、谷部はそれぞれ断面Ｕ字状をなして反転し、山部はそれぞれ断面円弧状をなして反転し、前記山部はそれぞれ当該山部に隣接する両側の谷部のピッチの中央に対してオフセットされた位置に設けられ、
　前記山部に繋がる両側の腹部において、少なくとも前記オフセットされる側に位置する腹部には前記金属ベローズの内側に凸のくびれ部が設けられることを特徴としている。
　この特徴によれば、山部におけるキャニング現象を回避することができる。また、山部が対向するアキュムレータのシェル等に当接される場合おける山部に対する衝撃を緩和することができると共に、山部自体の変形を小さくすることができる。この結果、山部の耐久性を向上することができる。さらに、金属ベローズの通常の伸縮時、及び、ゼロダウン状態でバックアップフルードが漏れた場合における異常収縮時において、山部はほとんど変形しないため、山部には繰り返し変形による応力が作用することはないので、山部の耐久性を向上することができる。さらに、山部の円弧形状を設定どおりに成形することができる。さらに、ゼロダウン状態でバックアップフルードが漏れた場合による異常収縮時等における密着状態においても、腹部同士はガス圧により近接したスリム状態となり、接触しないため、圧縮加重曲線の直線性と小ヒステリシスを確保することができる。
　また、本発明の金属ベローズは、第２に、第１の特徴において、前記くびれ部は前記断面円弧状の山部と連続的、または、不連続的に設けられることを特徴としている。
　また、本発明の金属ベローズは、第３に、第１または第２の特徴において、前記くびれ部は断面が円弧状をなし、その曲率半径Ｒ２は、前記山部の円弧状の曲率半径をＲ１としたとき、Ｒ２＝１Ｒ１～５Ｒ１の範囲に設定されることを特徴としている。
　本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）山部におけるキャニング現象を回避することができる。また、山部が対向するアキュムレータのシェル等に当接される場合おける山部に対する衝撃を緩和することができると共に、山部自体の変形を小さくすることができる。この結果、山部の耐久性を向上することができる。
（２）金属ベローズの通常の伸縮時、及び、ゼロダウン状態でバックアップフルードが漏れた場合における異常収縮時において、山部はほとんど変形しないため、山部には繰り返し変形による応力が作用することはないので、山部の耐久性を向上することができる。
（３）山部の円弧形状を設定どおりに成形することができる。
（４）ゼロダウン状態でバックアップフルードが漏れた場合による異常収縮時等における密着状態において、腹部同士はガス圧により近接したスリム状態となり、接触しないため、圧縮加重曲線の直線性と小ヒステリシスを確保することができる。
本発明の実施例１に係る金属ベローズを備えるアキュムレータの縦断面図である。 本発明の実施例１に係る金属ベローズの伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態を示す要部の軸半裁断面図である。 本発明の実施例１に係る金属ベローズの密着長状態を示す要部の軸半裁断面図である。 金属ベローズの山部が対向するシェル等の壁に衝突する際の状況を説明する図であって、（ａ）は従来技術１の金属ベローズの場合を、（ｂ）は本発明の金属ベローズの場合を示している。 金属ベローズの伸縮時の状態を説明する図であって、（ａ）は従来技術２の場合を、（ｂ）は本発明の金属ベローズの場合を示している。 本発明の実施例２に係る金属ベローズの伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態を示す要部の軸半裁断面図である。 本発明の実施例２に係る金属ベローズの密着長状態を示す要部の軸半裁断面図である。
　以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
　図１は、本発明の実施例１に係る金属ベローズ１０を備えるアキュムレータ１の断面を示しており、図の左側は金属ベローズ１０が収縮された状態を、図の右側は金属ベローズ１０が伸張された状態を示している。
図１に示すアキュムレータ１は、ベローズとして成形加工された金属ベローズ１０を用いる金属ベローズ型アキュムレータであって、以下のように構成されている。
　先ず、図示しない圧力配管に接続されるオイルポート４を備えたアキュムレータハウジング２が設けられており、このハウジング２の内部に金属ベローズ１０およびベローズキャップ１１が配置されてハウジング２の内部空間が高圧ガス（例えば窒素ガス）を封入するガス室１２と、オイルポート４のポート穴５に連通する液室１３とに仕切られている。ハウジング２としては、有底円筒状のシェル３と、このシェル３の開口部に固定（溶接）されたオイルポート４との組み合わせよりなる。シェル３の底部には、ガス室１２にガスを注入するためのガス注入口６が設けられ、ガス注入後、ガスプラグ７で閉じられている。　
　金属ベローズ１０は、その固定端１０ａをハウジング２のポート側内面であるオイルポート４の内面に固定（溶接）するとともにその遊動端１０ｂに円盤状のベローズキャップ１１を固定（溶接）しており、当該アキュムレータ１は金属ベローズ１０の外周側にガス室１２を配置するとともに金属ベローズ１０の内周側に液室１３を配置する外ガスタイプのアキュムレータとされている。
ハウジング２のポート側内面すなわちオイルポート４の内面に位置して環状ないし筒状のステー１４が固定（溶接）されており、このステー１４の先端（図では上端）に、ベローズキャップ１１が接離自在に当接する。またステー１４の内周面には内向きフランジ部１４ａが設けられ、フランジ部１４ａの内周は連通孔１４ｂとされている。
　次に、本発明の実施例１に係る金属ベローズ１０について説明する。
　図２は、金属ベローズ１０が伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態を示すもので、図２において、金属ベローズ１０は、環状を呈し、第１谷部１０ｃ、第１腹部１０ｄ、第１山部１０ｅ、第２腹部１０ｆ、第２谷部１０ｇ、第３腹部１０ｈ、第２山部１０ｉ及び第４腹部１０ｊ・・第１０腹１０ｖとこの順に一連に一体成形された構造を軸方向に繰り返し有している。
　また、金属ベローズ１０は、伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態において、谷部１０ｃ、１０ｇ、１０ｏ、１０ｓは、それぞれ、断面Ｕ字状をなして反転し、山部１０ｅ、１０ｉ、１０ｍ、１０ｑ、１０ｕはそれぞれ断面円弧状をなして反転している。　
　山部の曲率半径Ｒ１は、例えば、金属ベローズ１０の外径が７０ｍｍの場合、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲に設定されるのが好ましい。
　さらに、腹部１０ｄ、１０ｆ、１０ｈ、１０ｊ、１０ｌ、１０ｎ、１０ｐ、１０ｒ、１０ｔ、１０ｖは、それぞれ、軸方向の一方の側、図２においては左側に凸の円弧状をなすとともに山部１０ｅ、１０ｉ、１０ｍ、１０ｑ、１０ｕは、それぞれ、当該山部に隣接する両側の谷部、例えば、山部１０ｍ（以下においても山部１０ｍを例にして説明することがある。）においては、隣接する両側の谷部１０ｋ及び１０ｏのピッチの中央２０に対して円弧状の凸側と反対方向（図２の右側方向。以下「オフセット側」ということがある。）にオフセットされた位置に位置するように形成されている。
　本発明においては、山部が隣接する両側の谷部のピッチの中央に対してオフセットされた位置に位置するように形成された金属ベローズの波形形状を「アーチ型」という。
　また、山部に繋がる両側の腹部、例えば、山部１０ｍにおいてはこれに繋がる両側の腹部１０ｌ及び１０ｎにおいて、少なくともオフセットされる側に位置する腹部１０ｎには金属ベローズ１０の内側に凸のくびれ部２１が設けられている。
　くびれ部２１は、図２に示すように、山部１０ｍに連続するように設けられてもよく、また、山部１０ｍから、若干、内径側に離間して不連続的に設けられてもよい。
　くびれ部２１は、断面が円弧状をなし、その曲率半径Ｒ２は、山部１０ｍの円弧状の曲率半径をＲ１としたとき、好ましくは、Ｒ２＝１Ｒ１～５Ｒ１の範囲に設定される。より好ましくは、Ｒ２＝１Ｒ１～１．５Ｒ１の範囲に設定される。また、くびれ部２１とその両側の円弧状の山部１０ｍまたは円弧状の腹部１０ｒとは滑らかに接続されるのが好ましい。図２の場合、くびれ部２１と山部１０ｍとの接続部ｓにおける円弧の接線が共通の接線となるように滑らかに接続されている。このため、山部１０ｍは半円より円に近い断面形状をしている。
　次に、図２に示された腹部の形状について説明する。
　オフセット側の腹部１０ｆ、１０ｊ、１０ｎ、１０ｒ、１０ｖは、それぞれ、曲率がほぼ一定の滑らかな円弧状をなしている。
　これに対して、オフセット側と反対側の腹部１０ｄ、１０ｈ、１０ｌ、１０ｐ、１０ｔは、それぞれ、金属ベローズ１０の有効径ｄを境にして、内径側の部分は曲率半径の比較的小さな急な曲がりをしており、外径側の部分は内径側の曲率半径より大きい曲がりをしている。
　そして、例えば、山部１０ｍにおいて、隣接する両側の谷部１０ｋ及び１０ｏのピッチｐに比べて、腹部１０ｌ及び１０ｎの山部１０ｍとの接続部における軸方向の幅ｂは１／３～１／４と小さい。すなわち、金属ベローズ１０の内部がわから見ると、腹部１０ｌ及び１０ｎは谷部側から山部１０ｍに向けて狭められているから、金属ベローズ１０の内部は内径側から外径側に向けて狭められた形状をしている。
　一方、隣接する山部のピッチは谷部のピッチｐと等しいから、金属ベローズ１０の外部は内径側から外径側に向けて末広がりの形状をしている。
　このため、山部と谷部の変形が小さいままで、伸縮量を大きくすることが可能となる。
　金属ベローズ１０は、軸方向の外力を受けると収縮し、最大限、図３に示す密着長状態まで収縮可能である。
　図３から明らかなように、金属ベローズ１０は、図２の自由長の状態から図３の密着長状態に収縮する際、隣接する谷部が軸方向に接近すると同時に隣接する山部も接近し、隣接する山部同士が接触した時に密着長状態となる。この密着状態において、腹部同士は接触しないため、圧縮加重曲線の直線性と小ヒステリシスを確保することができる。
　図２の自由長状態において、山部１０ｍの軸方向の中心２２に対して隣接する谷部１０ｏの軸方向の中心２３は右側に位置している。
　これに対して、図３の密着長状態においては、山部１０ｍの軸方向の中心２２に対して隣接する谷部１０ｏの軸方向の中心２３は左側に位置している。
　これは、くびれ部２１を起点にして腹部１０ｎが軸方向に変形するためである。
　次に、本発明の実施例１に係る金属ベローズ１０の効果について説明する。
　上記したように、山部及び谷部がＵ字形の金属ベローズがアキュムレータに装着された場合、振動により金属ベローズのＵ字形をした山部とアキュムレータのシェルとが衝突すると、Ｕ字形の山部が頂点を境にして左右に広げられ、繰返しの応力疲労により破損する。
　また、同じく、金属ベローズは、山部及び谷部の曲率半径が大きいと伸縮作動時の山部及び谷部の応力が大きくなり耐久性が低下し、逆に、山部及び谷部の曲率半径を小さいと、キャニング現象が生じ、耐久性が短くなるという性質を有している。
　このため、山部の当接時における衝撃を緩和すると共に、当接時において山部の先端の変形を最小限に低減し、山部に生じる応力を小さくすることが重要である。また、山部または谷部の曲率半径を適正な値に設定し、設定どおりに成形できるようにすることも重要である。
　特に、本発明の実施例１に係る金属ベローズ１０のように、山部の円弧形状が谷部の円弧形状に比べて小さい場合（曲率半径が１ｍｍ以下の場合）、山部の円弧形状を設定どおりに成形できることがポイントである。
　本発明の発明者は、金属ベローズ１０の成形において、くびれ部２１を設けることにより、山部の円弧形状を設定どおりに成形できるという知見を得た。このため、本発明の実施例に係る金属ベローズ１０においては、山部の円弧形状を設定どおりに成形することができる。
　図４は、金属ベローズの山部が対向するシェル等の壁に衝突する際の状況を説明する図であって、本発明の金属ベローズの場合、図４（ｂ）に示すように、波形形状が、腹部１０ｌ、１０ｎが軸方向の一方の側に凸の円弧状をなすとともに、山部１０ｍが隣接する両側の谷部のピッチの中央に対してオフセットされたアーチ型をしているため、キャニング現象を回避することができる。また、アキュムレータの振動により、山部１０ｍがシェル５１に対して矢印で示す方向に衝突する際には、腹部１０ｌ、１０ｎの変形により山部１０ｍは軸方向に逃げることができる。このため、山部１０ｍに対する衝撃を緩和することができる。また、くびれ部２１が設けられていることにより、山部１０ｍは半円より円に近い断面形状になるため、山部１０ｍ自体の変形も小さくできる。
　図５は、金属ベローズの伸縮時の状態を説明する図であって、（ａ）は従来技術２の場合を、（ｂ）は本発明の金属ベローズの場合を示している。
　従来技術２の場合、図５（ａ）に示すように、金属ベローズの伸縮時、山部６０に着目すると、腹部６１が山部６０の頂点を支点として変形を繰り返すため、山部６０の頂点が繰返し応力を受け、疲労・破壊し、耐久性が低下する。特に、金属ベローズの山部６０は成形時において加工硬化されているため、繰返し応力を受けると破壊されやすい。
　これに対して、本発明の金属ベローズの場合、図５（ｂ）に示すように、金属ベローズの伸縮時、例えば山部１０ｍに着目すると、くびれ部２１の設けられた側の腹部１０ｎがくびれ部２１を支点として変形を繰り返し、山部１０ｍはほとんど変形しない。このため、山部１０ｍには繰り返し変形による応力が作用することはない。
　なお、くびれ部２１は山部１０ｍに比べて成形時における加工硬化の程度は少ないから、従来技術２に比べて、耐久性が向上する。
　上記した実施例１においては、金属ベローズ１０は、伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態において、谷部はそれぞれ断面Ｕ字状をなして反転し、山部はそれぞれ断面円弧状をなして反転し、腹部はそれぞれ軸方向の一方の側に凸の円弧状をなすとともに山部はそれぞれ当該山部に隣接する両側の谷部のピッチの中央に対してオフセットされた位置に設けられ、山部に繋がる両側の腹部において、少なくともオフセットされる側に位置する腹部には金属ベローズの内側に凸のくびれ部が設けられることにより、以下のような効果を奏する。
（１）山部におけるキャニング現象を回避することができる。また、山部が対向するアキュムレータのシェル等に当接される場合おける山部に対する衝撃を緩和することができると共に、山部自体の変形を小さくすることができる。この結果、山部の耐久性を向上することができる。
（２）金属ベローズの通常の伸縮時、及び、ゼロダウン状態でバックアップフルードが漏れた場合による異常収縮時において、山部はほとんど変形しないため、山部には繰り返し変形による応力が作用することはないので、山部の耐久性を向上することができる。
（３）山部の円弧形状を設定どおりに成形することができる。
（４）ゼロダウン状態でバックアップフルードが漏れた場合による異常収縮時等における密着状態において、腹部同士はガス圧により近接したスリム状態となり、接触しないため、圧縮加重曲線の直線性と小ヒステリシスを確保することができる。
　図６は、本発明の実施例２に係る金属ベローズの伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態を示す要部の軸半裁断面図であって、実施例２に係る金属ベローズ１０においてはオフセット側の腹部の形状が実施例１の金属ベローズと若干異なる点で相違するが、その他の点では実施例１と同じであり、重複する説明は省略する。
　図６において、腹部１０ｄ、１０ｆ、１０ｈ、１０ｊ、１０ｌ、１０ｎ、１０ｐ、１０ｒ、１０ｔ、１０ｖは、それぞれ、軸方向の一方の側、図６において全体としてはピッチの中央２０に対して左側（反オフセット側）に凸の形状をなすとともに山部１０ｅ、１０ｉ、１０ｍ、１０ｑ、１０ｕは、それぞれ、当該山部に隣接する両側の谷部、例えば、山部１０ｍにおいては、隣接する両側の谷部１０ｋ及び１０ｏのピッチの中央２０に対して凸側と反対方向、すなわち、オフセット側にオフセットされた位置に位置するように形成されている。
　オフセット側の腹部１０ｆ、１０ｊ、１０ｎ、１０ｒ、１０ｖは、実施例１の場合と比較して、それぞれ、金属ベローズ１０の有効径ｄを境にして、内径側の部分はオフセット側に膨らんだ膨らみ部２５を有しており、外径側の部分はピッチの中央２０に対して反オフセット側に凸の大きい曲がりをしており、オフセット側のそれぞれの腹部の全体としてはピッチの中央２０に対して反オフセット側に凸の形状に形成されている。
　これに対して、反オフセット側の腹部１０ｄ、１０ｈ、１０ｌ、１０ｐ、１０ｔは、実施例１と同じく、それぞれ、金属ベローズ１０の有効径ｄを境にして、内径側の部分は曲率半径の比較的小さな急な曲がりをしており、外径側の部分は内径側の曲率半径より大きい曲がりをしている。
　実施例２においても、金属ベローズ１０は、軸方向の外力を受けると収縮し、最大限、図７に示す密着長状態まで収縮可能である。
　図７から明らかなように、金属ベローズ１０は、図６の自由長の状態から図７の密着長状態に収縮する際、隣接する谷部が軸方向に接近すると同時に隣接する山部も接近し、隣接する山部同士が接触した時に密着長状態となる。この密着状態において、腹部同士は接触しないため、圧縮加重曲線の直線性と小ヒステリシスを確保することができる。
　図６の自由長状態において、山部１０ｍの軸方向の中心２２に対して隣接する谷部１０ｏの軸方向の中心２３は右側に位置している。
　これに対して、図７の密着長状態においては、山部１０ｍの軸方向の中心２２に対して隣接する谷部１０ｏの軸方向の中心２３は山部１０ｍの軸方向の中心２２に近接した位置に移動している。
　これは、くびれ部２１を起点にして腹部１０ｎが軸方向に変形するためである。
　上記した実施例２においては、金属ベローズ１０は、伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態において、谷部はそれぞれ断面Ｕ字状をなして反転し、山部はそれぞれ断面円弧状をなして反転し、腹部はそれぞれ軸方向の一方の側に凸の形状をなすとともに山部はそれぞれ当該山部に隣接する両側の谷部のピッチの中央に対してオフセットされた位置に設けられ、山部に繋がる両側の腹部において、少なくともオフセットされる側に位置する腹部には金属ベローズの内側に凸のくびれ部が設けられることにより、実施例１と同じく、以下のような効果を奏する。
（１）山部におけるキャニング現象を回避することができる。また、山部が対向するアキュムレータのシェル等に当接される場合おける山部に対する衝撃を緩和することができると共に、山部自体の変形を小さくすることができる。この結果、山部の耐久性を向上することができる。
（２）金属ベローズの通常の伸縮時、及び、ゼロダウン状態でバックアップフルードが漏れた場合による異常収縮時において、山部はほとんど変形しないため、山部には繰り返し変形による応力が作用することはないので、山部の耐久性を向上することができる。
（３）山部の円弧形状を設定どおりに成形することができる。
（４）ゼロダウン状態でバックアップフルードが漏れた場合による異常収縮時等における密着状態において、腹部同士はガス圧により近接したスリム状態となり、接触しないため、圧縮加重曲線の直線性と小ヒステリシスを確保することができる。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記実施例では、本発明に係る金属ベローズ１０がアキュムレータに装着される場合を説明したが、これに限らず、パイプラインに用いることもできる。
　また、例えば、前記実施例では、くびれ部２１がオフセットされる側の腹部に設けられる場合を説明したが、これに限らず、両側の腹部に設けられてもよい。
　また、例えば、前記実施例では、山部及びくびれ部２１は、それぞれ、曲率半径が一定の円弧状である場合について説明したが、必ずしも、曲率半径が完全に一定の円弧状である必要はなく、例えば、円弧の途中で曲率が変化する、例えば楕円弧のようなものであってもよい。
　 １　　　　　　　　アキュムレータ
　 ２　　　　　　　　ハウジング
　 ３　　　　　　　　シェル
　 ４　　　　　　　　オイルポート
　 ５　　　　　　　　ポート穴
　 ６　　　　　　　　ガス注入口
　 ７　　　　　　　　ガスプラグ
　 １０　 　　　　　 金属ベローズ
　 １０ａ　　　　　　固定端
　 １０ｂ　　　　　　遊動端
　 １０ｃ、１０ｇ、１０ｋ、１０ｏ、１０ｓ　　谷部
　 １０ｄ、１０ｆ、１０ｈ、１０ｊ、１０ｌ、１０ｎ、１０ｐ、１０ｒ、１０ｔ、１０ｖ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 腹部
　 １０ｅ、１０ｉ、１０ｍ、１０ｑ、１０ｕ　　山部
　 １１　　　　　　　ベローズキャップ
　 １２　 　　　　　 ガス室
　 １３　　　　　　　液室
　 １４　　　　　　　ステー
　 ２０　　　　　 　 谷部のピッチの中央
　 ２１　　　　　　　くびれ部
　 ２２　　　　　　　自由長状態における山部の中心
　 ２５　　　　　　　膨らみ部
　 θ　　　　　　　　オフセット角
　 ｄ　　　　　　　　有効径
　
　
　
　
　
　
　

Claims (3)

  1. 　環状を呈し、第１谷部、第１腹部、第１山部、第２腹部、第２谷部、第３腹部、第２山部及び第４腹部をこの順に一連に一体成形した構造を軸方向に繰り返し有する金属ベローズであって、
     当該ベローズが伸長も収縮もしていない組み込み初期における自由長状態において、谷部はそれぞれ断面Ｕ字状をなして反転し、山部はそれぞれ断面円弧状をなして反転し、前記山部はそれぞれ当該山部に隣接する両側の谷部のピッチの中央に対してオフセットされた位置に設けられ、
    　前記山部に繋がる両側の腹部において、少なくとも前記オフセットされる側に位置する腹部には前記金属ベローズの内側に凸のくびれ部が設けられることを特徴する金属ベローズ。
  2. 　前記くびれ部は前記断面円弧状の山部と連続的、または、不連続的に設けられることを特徴する請求項１に記載の金属ベローズ。
  3. 　前記くびれ部は断面が円弧状をなし、その曲率半径Ｒ２は、前記山部の円弧状の曲率半径をＲ１としたとき、Ｒ２＝１Ｒ１～５Ｒ１の範囲に設定されることを特徴する請求項１または請求項２に記載の金属ベローズ。
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
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