(57)【要約】【課題】荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる技術を提供する。【解決手段】金属の第１ベローズ部材と、前記第１ベローズ部材の周りに配置されており、前記第１ベローズ部材を囲んでいる周囲部材と、を備えており、前記第１ベローズ部材の内側の密閉空間に圧縮性流体が封入されており、前記周囲部材は、前記第１ベローズ部材の外側かつ前記周囲部材の内側の中間空間から前記周囲部材の外側に流体が流出することを抑制する構成を備えているバネ構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の第１ベローズ部材と、
前記第１ベローズ部材の周りに配置されており、前記第１ベローズ部材を囲んでいる周囲部材と、を備えており、
前記第１ベローズ部材の内側の密閉空間に圧縮性流体が封入されており、
前記周囲部材は、前記第１ベローズ部材の外側かつ前記周囲部材の内側の中間空間から前記周囲部材の外側に流体が流出することを抑制する構成を備えている、バネ構造。
【請求項２】
請求項１に記載のバネ構造であって、
前記中間空間の圧力を検出する圧力センサを更に備えている、バネ構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のバネ構造であって、
前記周囲部材は、前記第１ベローズ部材の軸方向に沿って延びている剛体部材を備えている、バネ構造。
【請求項４】
請求項３に記載のバネ構造であって、
前記剛体部材の前記第１ベローズ部材側の表面が樹脂層でコーティングされている、バネ構造。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のバネ構造であって、
前記周囲部材は、前記第１ベローズ部材の周りに配置されており、前記第１ベローズ部材を囲んでいる金属の第２ベローズ部材である、バネ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、バネ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にはベローズが開示されている。特許文献１のベローズは主にシール材として用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２６６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のベローズは主にシール材として用いられるので荷重を支持することが想定されていないが、荷重を支持するためのバネ構造の一部としてベローズを用いることも考えられる。その場合には、バネ構造の荷重を支持する能力が低下しないことが望まれる。本明細書では、バネ構造の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示するバネ構造は、金属の第１ベローズ部材と、第１ベローズ部材の周りに配置されており、第１ベローズ部材を囲んでいる周囲部材と、を備えていてもよい。前記第１ベローズ部材の内側の密閉空間に圧縮性流体が封入されていてもよい。前記周囲部材は、前記第１ベローズ部材の外側かつ前記周囲部材の内側の中間空間から前記周囲部材の外側に流体が流出することを抑制する構成を備えていてもよい。
【０００６】
この構成によれば、例えば第１ベローズ部材の内側の密閉空間に封入されている圧縮性流体の圧力が高まることによって第１ベローズ部材が破裂したとしても、圧縮性流体が周囲部材の外側に流出することが抑制されるので、密閉空間の圧力が急激に低下することが抑制される。そのため、バネ構造の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。
【０００７】
上記のバネ構造は、前記中間空間の圧力を検出する圧力センサを更に備えていてもよい。この構成によれば、圧力センサの検出圧力に基づいてバネ構造の故障を検知することができる。例えば、第１ベローズ部材が破裂すると密閉空間に封入されていた圧縮性流体が中間空間に流出して中間空間の圧力が高くなることがある。中間空間の圧力が所定の閾値より高い場合は、バネ構造が故障していると判断することができる。
【０００８】
前記周囲部材は、前記第１ベローズ部材の軸方向に沿って延びている剛体部材を備えていいてもよい。この構成によれば、第１ベローズ部材が外側に膨張する（すなわち座屈する）ことを剛体部材によって抑制することができる。
【０００９】
前記剛体部材の前記第１ベローズ部材側の表面が樹脂層でコーティングされていてもよい。この構成によれば、第１ベローズ部材が軸方向に伸縮する際に第１ベローズ部材と剛体部材との摩擦抵抗を低減することができる。そのため、第１ベローズ部材が軸方向にスムーズに伸縮する。
【００１０】
前記周囲部材は、前記第１ベローズ部材の周りに配置されており、前記第１ベローズ部材を囲んでいる金属の第２ベローズ部材を更に備えていてもよい。この構成によれば、仮に第１ベローズ部材が破裂して密閉空間に封入されている圧縮性流体が第１ベローズ部材の外側に流出したとしても、第２ベローズ部材によって圧縮性流体の流出を抑制することができる。これによって、密閉空間の圧力が急激に低下することが抑制されるので、バネ構造の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例に係るバネ構造の断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１の一部IIIの拡大図である。
【図４】図３の一部IVの拡大図である。
【図５】図１の一部Vの拡大図である。
【図６】第２実施例に係るバネ構造の図５に相当する図である。
【図７】図６の一部VIIの拡大図である。
【図８】第３実施例に係るバネ構造の断面図である。
【図９】第４実施例に係るバネ構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施例）
第１実施例に係るバネ構造１について図面を参照して説明する。図１に示すように、第１実施例に係るバネ構造１は、金属の第１ベローズ部材２と、周囲部材９０とを備えている。第１ベローズ部材２の上側には上側支持部材１１が配置されており、第１ベローズ部材２の下側には下側支持部材１２が配置されている。第１ベローズ部材２の内側には密閉空間５１が形成されている。第１ベローズ部材２の外側かつ周囲部材９０の内側には中間空間９５が形成されている。
【００１３】
第１ベローズ部材２は、例えば鉄（Ｆｅ）を含む合金から形成されている。第１ベローズ部材２の金属は特に限定されるものではない。第１ベローズ部材２は、軸方向（Ｚ方向）に伸縮する。図２に示すように、第１ベローズ部材２は、軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている。
【００１４】
図３に示すように、第１ベローズ部材２は、外径部７１と内径部７２を備えている。図３では第１ベローズ部材２の外径部７１と内径部７２を破線で示している。第１ベローズ部材２の外径部７１と内径部７２は、第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って略直線状に形成されている。第１ベローズ部材２の外径Ｄ１と内径Ｄ２は、第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って略一定である。
【００１５】
図４に示すように、第１ベローズ部材２は、複数の外側突出部４１と、複数の内側突出部４２とを備えている。複数の外側突出部４１は、第１ベローズ部材２の外径部７１に対応している。複数の内側突出部４２は、第１ベローズ部材２の内径部７２に対応している。外側突出部４１は、第１ベローズ部材２の外側に突出している。内側突出部４２は、第１ベローズ部材２の内側に突出している。第１ベローズ部材２は、複数の板部材２１を備えている。板部材２１は、第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている（図２参照）。第１ベローズ部材２は、複数の板部材２１が組み合わされることによって構成されている。第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に隣り合っている板部材２１同士が例えば溶接や拡散接合によって接合されている。第１ベローズ部材２の外側突出部４１では、軸方向（Ｚ方向）に隣り合う板部材２１の外周部６１同士が接合されている。第１ベローズ部材２の内側突出部４２では、軸方向（Ｚ方向）に隣り合う板部材２１の内周部６２同士が接合されている。
【００１６】
図１に示すように、第１ベローズ部材２の上側に配置されている上側支持部材１１は、板状の部材であり、第１ベローズ部材２の上端部に密着した状態で固定されている。また、第１ベローズ部材２の下側に配置されている下側支持部材１２は、板状の部材であり、第１ベローズ部材２の下端部に密着した状態で固定されている。上側支持部材１１と下側支持部材１２は、密閉空間５１を密閉している。上側支持部材１１と下側支持部材１２の間に密閉空間５１が形成されている。密閉空間５１には圧縮性流体が封入されている。密閉空間５１に封入される圧縮性流体は、例えば、空気、ガス等の気体である。また、水、オイル等の非圧縮性流体と組み合わせて用いられることもある。
【００１７】
図１及び図２に示すように、バネ構造１の周囲部材９０は、第１ベローズ部材２の周りに配置されており、第１ベローズ部材２を囲んでいる。第１ベローズ部材２の径方向において第１ベローズ部材２より外側に周囲部材９０が配置されている。周囲部材９０と第１ベローズ部材２との間に中間空間９５が形成されている。中間空間９５は、第１ベローズ部材２より外側かつ周囲部材９０より内側に存在する空間である。中間空間９５は、上側支持部材１１と下側支持部材１２の間に形成されている。中間空間９５には圧縮性流体が封入されていてもよい。中間空間９５に封入される圧縮性流体は、例えば、空気、ガス等の気体である。中間空間９５の圧力は、密閉空間５１の圧力より低い。
【００１８】
周囲部材９０は、金属の上側部材９１と、金属の下側部材９２とを備えている。上側部材９１と下側部材９２は共に剛体である。上側部材９１と下側部材９２は、第１ベローズ部材２の板部材２１よりも変形しにくい部材である。
【００１９】
下側部材９２は、第１ベローズ部材２の周りに配置されており、第１ベローズ部材２を囲んでいる。下側部材９２の下端部は、下側支持部材１２に固定されている。下側部材９２は、第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って延びている。下側部材９２は、第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている（図２参照）。下側部材９２は、第１ベローズ部材２の周方向に沿って延びている。図５に示すように、下側部材９２の表面は、樹脂層９９によってコーティングされている。下側部材９２をコーティングしている樹脂層９９は、例えばシリコン樹脂やフッ素樹脂等である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、上側部材９１は、下側部材９２と第１ベローズ部材２の周りに配置されており、下側部材９２と第１ベローズ部材２を囲んでいる。上側部材９１の上端部は、上側支持部材１１に固定されている。上側部材９１は、第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って延びている。上側部材９１は、第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている（図２参照）。上側部材９１は、第１ベローズ部材２の周方向に沿って延びている。
【００２１】
下側部材９２と上側部材９１は、第１ベローズ部材２が軸方向（Ｚ方向）に伸縮することに伴って、互いに上下方向に摺動する。下側部材９２と上側部材９１は、第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って相対移動する。周囲部材９０の径方向において、上側部材９１と下側部材９２の間に隙間９４が形成されている。隙間９４の大きさは、上側部材９１と下側部材９２の間から流体が流出することを抑制できる程度の大きさである。そのため、中間空間９５から周囲部材９０の外側に流体が流出することが抑制される。
【００２２】
上記の構成を備えるバネ構造１では、図１に矢印で示すように、上側支持部材１１及び下側支持部材１２を介して第１ベローズ部材２を備えバネ構造１に荷重Ｐが作用する。このときに、第１ベローズ部材２の内側の密閉空間５１に封入されている圧縮性流体の圧力によって荷重Ｐを支持することができる。また、上記のバネ構造１は、第１ベローズ部材２の周りに配置されている周囲部材９０を備えている。周囲部材９０は、第１ベローズ部材２の外側かつ周囲部材９０の内側の中間空間９５から周囲部材９０の外側に流体が流出することを抑制する構成を備えている。この構成によれば、密閉空間５１の圧力が高まることによって仮に第１ベローズ部材２が破裂したとしても、密閉空間５１に封入されている圧縮性流体が周囲部材９０の外側に流出することを抑制することができる。そのため、密閉空間５１の圧力が急激に低下することを抑制することができ、バネ構造１の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。また、仮に第１ベローズ部材２が破裂したとしても破裂音を抑制することができる。また、第１ベローズ部材２の破片が周囲に飛散することを抑制することができる。
【００２３】
また、上記のバネ構造１では、周囲部材９０が、第１ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って延びている剛体部材（下側部材９２と上側部材９１）を備えている。この構成によれば、第１ベローズ部材２の外側に剛体部材が存在するので、第１ベローズ部材２が外側に膨張すること（すなわち座屈すること）を抑制することができる。
【００２４】
また、上記のバネ構造１では、下側部材９２の第１ベローズ部材２側の表面が樹脂層９９でコーティングされている。この構成によれば、第１ベローズ部材２が伸縮する際の第１ベローズ部材２と下側部材９２との摩擦抵抗を低減することができる。
【００２５】
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
（第２実施例）
第２実施例では、図６に示すように、周囲部材９０の下側部材９２が、基部９２１と、突出部９２２と、段部９２３とを備えていてもよい。基部９２１の下端部は下側支持部材１２に固定されている。突出部９２２は基部９２１の上端部から上方に突出している。基部９２１の上端部に段部９２３が形成されている。
【００２７】
また、第２実施例では、下側部材９２の内側（ベローズ部材２側）の表面が樹脂層９９によってコーティングされている。下側部材９２の外側（上側部材９１側）の表面は樹脂層９９によってコーティングされていない。また、上側部材９１の内側（下側部材９２）の表面が樹脂層９９によってコーティングされている。
【００２８】
また、第２実施例では、周囲部材９０の上側部材９１と下側部材９２の間の隙間９４にシール部材９３が配置されていてもよい。シール部材９３は、下側部材９２の段部９２３の上に配置されている。シール部材９３は下側部材９２に圧入されていてもよい。シール部材９３は、隙間９４をシールすることによって中間空間９５から周囲部材９０の外側に気体が流出することを抑制する。シール部材９３は、リップシールの構成である。図７に示すように、シール部材９３は、一対のリップ部９３１、９３１を備えている。一対のリップ部９３１の一方は、上側部材９１の内側の表面をコーティングしている樹脂層９９に接触している。一対のリップ部９３１の他方は、下側部材９２の外側の表面に接触している。
【００２９】
この構成によれば、上側部材９１と下側部材９２の間の隙間９４がシール部材９３によってシールされるので、仮に第１ベローズ部材２が破裂したとしても、密閉空間５１に封入されていた圧縮性流体が周囲部材９０の外側に流出することを更に抑制することができる。
【００３０】
（第３実施例）
第３実施例では、図８に示すように、バネ構造１が圧力センサ８０を備えていてもよい。圧力センサ８０は、周囲部材９０の上側部材９１に固定されている。圧力センサ８０は、中間空間９５の圧力を検出する。圧力センサ８０は、制御装置１００に接続されており、圧力センサ８０の検出圧力の情報が制御装置１００に送信される。
【００３１】
制御装置１００は、圧力センサ８０の検出圧力に基づいて、バネ構造１が故障しているか否かを判断する。例えば、第１ベローズ部材２が破裂して密閉空間５１に封入されていた圧縮性流体が中間空間９５に流出すると中間空間９５の圧力が高くなる。制御装置１００は、中間空間９５の圧力が所定の閾値より高い場合は、バネ構造１が故障したと判断することができる。また、密閉空間５１の圧力を検出するための圧力センサが設けられていなくても、中間空間９５の圧力を検出する圧力センサ８０を備えることによって、圧縮性流体が密閉空間５１から流出したことを検出することができる。また、上側部材９１に圧力センサ８０が固定されており、第１ベローズ部材２の内側の密閉空間５１の圧力を直接検出する必要がないので、密閉空間５１の気密性を保つことができる。また、中間空間９５の圧力は密閉空間５１の圧力と比較して低圧であるので、圧力センサ８０を低圧用の構成にすることができ、コストを低減することができる。
【００３２】
（第４実施例）
第４実施例では、図９に示すように、バネ構造１が第２ベローズ部材１０２を備えている。第２ベローズ部材１０２が周囲部材９０に相当する。第２ベローズ部材１０２は、第１ベローズ部材２の周りに配置されており、第１ベローズ部材２を囲んでいる。第１ベローズ部材２の径方向において第１ベローズ部材２より外側に第２ベローズ部材１０２が配置されている。第２ベローズ部材１０２と第１ベローズ部材２との間に中間空間９５が形成されている。第２ベローズ部材１０２の構成については、第１ベローズ部材２の周りに配置されていること以外は、上記の第１ベローズ部材２の構成と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００３３】
また、第４実施例では、上側支持部材１１に連通部１１５が形成されている。連通部１１５の一端部は、中間空間９５に連通している。連通部１１５内の圧力は中間空間９５の圧力と同じ圧力である。連通部１１５の他端部には圧力センサ８０が挿入されている。圧力センサ８０は、連通部１１５内の圧力を検出することによって中間空間９５の圧力を検出する。圧力センサ８０は上側支持部材１１に固定されている。
【００３４】
この構成によれば、第１ベローズ部材２の周りに第２ベローズ部材１０２が配置されているので、仮に第１ベローズ部材２が破裂したとしても、密閉空間５１に封入されている圧縮性流体が第２ベローズ部材１０２の外側に流出することを抑制することができる。そのため、密閉空間５１の圧力が急激に低下することを抑制することができ、バネ構造１の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。また、密閉空間５１の圧力を検出するための圧力センサが設けられていなくても、連通部１１５を介して中間空間９５の圧力を検出する圧力センサ８０を備えることによって、圧縮性流体が密閉空間５１から流出したことを検出することができる。また、第１ベローズ部材２の内側の密閉空間５１の圧力を直接検出する必要がないので、密閉空間５１の気密性を保つことができる。また、中間空間９５の圧力は密閉空間５１の圧力と比較して低圧であるので、圧力センサ８０を低圧用の構成にすることができ、コストを低減することができる。
【００３５】
（他の実施例）
（１）他の実施例では、下側部材９２の外側の表面も樹脂でコーティングされていてもよい。また、他の実施例では、上側部材９１の表面が樹脂でコーティングされていてもよい。
【００３６】
（２）他の実施例では、密閉空間５１に封入する圧縮性流体の量を調整することによって密閉空間５１の圧力を調整してもよい。また、中間空間９５に封入する圧縮性流体の量を調整することによって中間空間９５の圧力を調整してもよい。密閉空間５１の圧力と中間空間９５の圧力を調整することによって第１ベローズ部材２の内側と外側の圧力差を調整することができる。
【００３７】
（３）上記の実施例では、下側部材９２の外側に上側部材９１が配置されていたが、他の実施例では、これとは逆に、上側部材９１の外側に下側部材９２が配置されていてもよい。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
１：バネ構造、２：第１ベローズ部材、１１：上側支持部材、１２：下側支持部材、２１：板部材、４１：外側突出部、４２：内側突出部、５１：密閉空間、６１：外周部、６２：内周部、７１：外径部、７２：内径部、８０：圧力センサ、９０：周囲部材、９１：上側部材、９２：下側部材、９３：シール部材、９４：隙間、９５：中間空間、９９：樹脂層、１００：制御装置、１０２：第２ベローズ部材、１１５：連通部、９２１：基部、９２２：突出部、９２３：段部、９３１：リップ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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