(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
谷Ｒ部及び山Ｒ部と、谷Ｒ部及び山Ｒ部の間に延在する腹部とを有し、高圧域及び低圧域を分離する気密性を備えるとともに、高圧域及び低圧域の流体圧力の圧力差によって形成される差圧が作用する耐圧金属ベローズにおいて、
低圧域側に位置する谷Ｒ部又は山Ｒ部のＲ部内壁面に配置された粘弾性体リングであって、前記ベローズの負荷を軽減し且つ該ベローズの変形時に減衰力を発揮すべく、該Ｒ部内壁面の変形に追従して変形するようにＲ部内壁面に密着する粘弾性体リングを有し、
前記谷Ｒ部、山Ｒ部及び腹部の板厚が０．２５ｍｍ以下であり、
前記Ｒ部内壁面と前記腹部とを連接する連接部(4,5)の相互間隔(ab)は、対向する腹部の最小間隔(ao)よりも大きく、前記腹部の最小間隔(ao)は、前記リングの線材部分横断面の直径よりも小さく、前記リングは、前記腹部によって前記谷Ｒ部又は山Ｒ部に位置決めされ且つ拘束されることを特徴とする耐圧金属ベローズ。
【請求項２】
前記ベローズは、前記差圧が作用しない状態において、前記連接部(4,5)の相互間隔(ab)が前記腹部の最小間隔(ao)よりも大きい形状を有することを特徴とする請求項１に記載の耐圧金属ベローズ。
【請求項３】
前記ベローズは、前記差圧の作用により、前記連接部(4,5)の相互間隔(ab)が前記腹部の最小間隔(ao)よりも大きい形状に変形することを特徴とする請求項１に記載の耐圧金属ベローズ。
【請求項４】
前記Ｒ部内壁面に密着し且つ曲面を構成する前記リングのＲ部側表面の半径(Rb)は、前記低圧域に向かって開放し且つ曲面を構成する前記リングの開放側表面の半径(Ro)よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の耐圧金属ベローズ。
【請求項５】
前記リングは円形の線材部分横断面を有し、線材部分横断面の直径(Rm)は、前記連接部(4,5)の相互間隔(ab)よりも大きく、前記リングは、前記腹部に押圧され且つ拘束されて偏平化し、前記Ｒ部内壁面に密着することを特徴とする請求項１乃至４に記載の耐圧金属ベローズ。
【請求項６】
前記リングは、前記谷Ｒ部に配置され、前記ベローズの軸芯を中心とした前記Ｒ部内壁面の最小直径(r1)は、前記リングの内径(r2)よりも大きく、前記リングは、張力下に前記Ｒ部内壁面に密着することを特徴とする請求項１乃至５に記載の耐圧金属ベローズ。
【請求項７】
前記リングは、前記山Ｒ部に配置され、前記ベローズの軸芯を中心とした前記Ｒ部内壁面の最大直径(r３)は、前記リングの外径(r4)よりも小さく、前記リングは、リング自身が保有する弾性復元力により前記Ｒ部内壁面に密着することを特徴とする請求項１乃至５に記載の耐圧金属ベローズ。
【請求項８】
前記リングは、硬さ（ショアＡ）４５〜９５°の粘弾性体からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の耐圧金属ベローズ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載された耐圧金属ベローズの製造方法であって、
前記リングを伸長して、前記ベローズを挿通可能な内寸に前記リングを外力により拡張し、前記谷Ｒ部に対向する位置に前記リングを相対移動させて前記外力を解放し、前記リングの弾性復元力を利用して前記リングを前記谷Ｒ部内に収容することを特徴とする耐圧金属ベローズの製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載された耐圧金属ベローズの製造方法であって、
前記ベローズの内径よりも小さい外寸に前記リングを外力により変形させ、前記ベローズの内側に前記リングを挿入し、前記山Ｒ部に対向する位置に前記リングを相対移動させて前記外力を解放し、前記リングの弾性復元力を利用して前記山Ｒ部内に前記リングを収容することを特徴とする耐圧金属ベローズの製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載された耐圧金属ベローズを有し、前記高圧域に高圧流体を封入し、前記低圧域に低圧流体を封入したことを特徴とする流体制御機器。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載された耐圧金属ベローズを有し、前記高圧域に大気圧以上の空気又は窒素ガスを封入し、前記低圧域を大気開放し、又は該低圧域に大気圧相当の圧力の空気を封入したことを特徴とする空気ばね。
【請求項１３】
繊維材料又は高分子樹脂材料の膜材によって前記ベローズの外面を被覆したことを特徴とする請求項１２に記載の空気ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐圧金属ベローズ及びその製造方法に関するものであり、より詳細には、高圧域及び低圧域を分離する気密性を備えるとともに、高圧域及び低圧域の差圧が作用する薄肉の耐圧金属ベローズ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用サスペンション装置（車両用懸架装置）、アキュムレータ、高圧ポンプ等において、気密性及び伸縮性を有する流体分離膜又は流体密封膜として使用される金属ベローズが知られている。例えば、金属ベローズを備えたアキュムレータの構造が、特開2007-278346号公報（特許文献１）に記載され、金属ベローズを備えた車両用サスペンション装置の空気のばねの構造が、特開2006-242278号公報（特許文献２）に記載されている。また、金属ベローズを備えた高圧ベローズポンプが、特開平11-311183号公報（特許文献３）に記載されている。
【０００３】
金属ベローズを用いた空気ばねは、ゴム膜を用いた空気ばねと比べ、空気の密封性等を確保する上で有利である。例えば、特開2007-177846号公報（特許文献４）には、補強繊維を内蔵したゴム膜を使用した空気ばねが記載されている。この種のゴム膜を用いた空気ばねは、商用車・大型乗用車の懸架ばねとして多く使用されるが、空気の密封性を確保しようとするとゴム肉厚が増大する。ゴム膜の肉厚が増大すると、空気ばね作動時に生じるゴム膜の屈曲抵抗が増大する。空気漏れ量及び屈曲抵抗の減少のためには、空気圧を減少し且つ屈曲形状Ｒを増大する必要があり、懸架ばねの軸芯（中心軸線）と直交する直径方向の外形寸法が増大する。このため、このようなゴム膜を備えた空気ばねの使用は、スペース的に余裕のある比較的大型の車両、例えば、商用車、大型乗用車等に限定されるといった用途上の制約を受ける。これに対し、金属ベローズは、小型乗用車等においても使用可能なコンパクトな空気ばねの設計を可能にする。
【０００４】
このような金属ベローズにおいて、耐圧性向上及び座屈防止のために小径断面の金属補強リングをベローズの谷Ｒ部又は山Ｒ部に備えた構造のものが、特開昭56-80557号公報（特許文献５）に記載されている。また、シール破損時等の異常動作時のみに働く環状補強部材を備えたアキュムレータの構造が、特開2005-240834号公報（特許文献６）に記載されている。
【０００５】
金属補強リングの有無と関連した金属ベローズ形状が、JIS B8277「圧力容器の伸縮継手」（非特許文献１）に記載されている。
【０００６】
図１０は、JIS B8277に記載された金属ベローズの断面図を概略化した参考図である。
【０００７】
図１０（Ａ）には、金属補強リングを備えないＵ形状金属ベローズ１０１が概略的に示されている。ベローズ１０１の端部は、押えリング１０２によって支持体（図示せず）に固定される。
【０００８】
図１０（Ｂ）は、Ｕ形状金属ベローズ１０１に設けられる各種の金属補強リングを例示する概略断面図である。図１０（Ｂ）には、中空断面の補強リング１０３、中実断面の補強リング１０４、調整補強リング１０５及び端部補強リング１０６が例示的に示されている。図１０（Ｃ）は、図１０（Ｂ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図１０（Ｃ）には、調整補強リング１０５の接合部の構造が示されている。調整補強リング１０５の接合フランジ部１０８は、ボルト・ナット組立体１０７によって締結される。
【０００９】
図１０（Ｄ）は、トロイダル形状の金属ベローズ１１０の概略断面図である。押えリング１１１が各トロイダル部分の間に配置される。このようなトロイダル形状は、金属ベローズ１１０に耐圧性を付与するためのものであるが、長手方向の寸法が大きく、単純Ｒ形状の金属ベローズに比べて製造工程も煩雑化するので、その用途は、かなり限定されたものである。
【００１０】
金属ベローズの差圧及び変位と関連した発生応力及びばね定数設計式が、JIS B8265「圧力容器の構造−一般事項」「付属書10（規定）圧力容器の伸縮継手」（非特許文献２）に記載されている。JIS B8265に記載された設計式は、下記の数式１〜３のとおりである。
【００１１】
（１）補強リング又はそれと同等な補強部材によって補強されない金属ベローズの応力
【数１】
0005388319.tif 000002
（２）補強リング又はそれと同等な補強部材によって補強される金属ベローズの応力
【００１２】
【数２】
0005388319.tif 000003
（３）金属ベローズのばね定数
【００１３】
【数３】
0005388319.tif 000004
【００１４】
また、金属ベローズの座屈設計式及びサージング周波数計算式は、以下の数式４及び５で表される。なお、これらの計算式は、例えば、日本発条株式会社等のメーカーカタログ又は技術資料等に記載される如く、当業者に周知の数式である。
【００１５】
（４）金属ベローズの座屈対応許容山数(但し、下式は、内圧による差圧形成の条件においてのみ適用し得るものであり、外圧による差圧形成の条件は、対象外である。)
【００１６】
【数４】
0005388319.tif 000005
（５）金属ベローズのサージング周波数
【００１７】
【数５】
0005388319.tif 000006
【００１８】
上記各式における符号の凡例は、以下のとおりである。
σ：金属ベローズに生じる応力（Ｎ/mm2）
Ｅｂ：設計温度による金属ベローズの材料の縦弾性係数（Ｎ/mm2）、179000Ｎ/mm2使用
ｔ：金属ベローズの厚さ（ｍｍ）
δ：軸方向全伸縮量（ｍｍ）
ｂ：金属ベローズの波のピッチの1/2（ｍｍ）
ｄ0：金属ベローズの谷部の外径（ｍｍ）
ｗ：金属ベローズの山の高さ（ｍｍ）
Ｎ：金属ベローズの山数
Ｐ：設計圧力（MPa）
ｎ：金属ベローズの層数（本発明ではｎ＝１で記述）
ｋ：金属ベローズの軸方向ばね定数（Ｎ/ｍm）
ｋ１：１山当たりの金属ベローズの軸方向ばね定数（Ｎ/ｍｍ）（ｋ１＝ｋ×Ｎ）
ｆ０：金属ベローズのサージング周波数（Ｈｚ）
ｍ：金属ベローズの伸縮部質量（ｋｇ）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開2007-278346
【特許文献２】特開2006-242278
【特許文献３】特開平11-311183
【特許文献４】特開2007-177846
【特許文献５】特開昭56-80557
【特許文献６】特開2005-240834
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】JIS B8277「圧力容器の伸縮継ぎ手」
【非特許文献２】JIS B8265「圧力容器の構造−一般事項」「付属書10（規定）圧力容器の伸縮継手」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上記の数式１より理解し得るとおり、耐圧性（数式１の右項）を向上しようとすると、板厚を増大する必要があり、逆に、伸縮変位（数式１の左項）を増大しようとすると、板厚を低減する必要がある。即ち、金属ベローズにおいては、耐圧性の向上と伸縮変位の増加とは相反する条件であり、両立し難い。
【００２２】
他方、薄肉金属ベローズの両面に差圧が作用すると、高圧側圧力によって金属ベローズの谷Ｒ部又は山Ｒ部が潰れ、Ｒ径が減少し、繰り返し変位によるＲ部の引張応力が増大し、早期破損に至る問題が生じる。
【００２３】
また、流体が気体である場合、その減衰性が小さいことから、撓みの不均衡を薄肉金属ベローズに生じさせるサージング現象により、薄肉金属ベローズが早期に破損する問題が生じる。
【００２４】
このため、板厚を低減した薄肉金属ベローズは、特許文献１に記載されたアキュムレータの金属ベローズの如く、作動時に差圧が作用しない気液分離膜や、大気圧以下の圧力が作用するにすぎない真空制御弁の気体密封膜として使用されることが多く、大気圧以上の差圧が働く空気ばね（特許文献２）や、高圧作動流体を分離する流体制御弁の分離膜として使用可能な耐圧性を確保するように薄肉金属ベローズを設計すると、局所的変位の抑制等のために長手方向の寸法を増大しなければならず、スペース及び機能上の問題や、座屈等の問題が生じる。
【００２５】
これに対し、JIS Ｂ8265に記載された各種の金属補強リングの使用を考慮し得るかもしれない。しかし、金属補強リングは、温度変化に伴う熱膨張収縮を吸収するための厚肉金属ベローズにおいては有効に機能するものの、大変位を得るための薄肉金属ベローズにおいては、金属ベローズ及び金属補強リングの金属接触又は金属擦過によって発生する金属ベローズの傷が早期破損の原因になり、また、分割式の補強リングにおいては、接合部の合せ目と関連して発生する傷も早期破損の原因となる。更には、薄肉金属ベローズは、その撓み変形量が大きく、このため、補強リングと金属ベローズとの接触部に過大な局部応力又は応力集中が生じ易く、このような局部応力等も又、早期破損の原因になる。
【００２６】
このような問題を解消すべく、特許文献５には、金属補強リングの外径Ｄと、金属ベローズの山Ｒ部又は谷Ｒ部の半径Ｒとの関係を１／２Ｄ＜Ｒに設定し、金属補強リングと金属ベローズとの当接又は衝合に起因する傷の発生を防止するように構成した金属ベローズが開示されている。このような構成によれば、金属補強リングは、金属ベローズの自然長時及び引張り時に谷Ｒ部又は山Ｒ部の頂部に線接触するが、ベローズ圧縮時には、谷Ｒ部又は山Ｒ部に全く接触せず、従って、通常使用において差圧が加わり圧縮する耐圧金属ベローズにこの構成を適用したとしても、ベローズ圧縮時には、金属補強リングの作用は得られない。しかも、この構成の金属ベローズにおいても、自然長時及び引張り時におけるベローズ及び補強リングの接触は、金属同士の接触である。従って、特許文献５に記載された金属ベローズの構成は、繰返し回数が多い用途においては、金属同士の接触又は擦過によって発生する金属ベローズの傷が早期破損の原因になるので、傷の影響を受け易い肉厚0.1〜0.2ｍｍ程度の薄肉金属ベローズにおいては、適用し難い。
【００２７】
他方、特許文献６に記載されたアキュムレータの金属ベローズは、金属ベローズの径方向外方の変形を抑制する環状補強部材を有する。補強部材は、金属ベローズの伸縮動作に影響しない低剛性の材料によって成形されるか、或いは、金属ベローズの最圧縮時に生じる山Ｒ部又は谷Ｒ部の間隙寸法よりも小さい断面寸法を有する剛性材料からなる。この補強部材は、シール破損時等の異常動作時のみに働き、金属ベローズの通常の伸縮動作においては、補強部材が金属ベローズの伸縮動作に影響しないように補強部材を遊動状態又は遊嵌状態にする構成を採用したものである。従って、特許文献６の補強部材は、正常動作時に差圧がベローズに作用しないことを前提とした上で、異常動作時に生じ得るベローズの径方向の変形を抑制するためのものであり、正常動作時に差圧が作用する耐圧金属ベローズに関するものではなく、ベローズの伸縮動作に積極的に関与し、粘性の付加、ばね定数の増大、ベローズの潰れの防止、座屈の防止等を図るためのものでもない。
【００２８】
即ち、薄肉金属ベローズにおける金属補強リングの使用は、金属同士の接触に起因する早期破損の問題を生じさせるが、このような問題を解消する従来の対策は、金属補強リング又は環状補強部材がベローズの通常の伸縮動作に影響しないようにする構成を採用したものであるにすぎず、薄肉金属ベローズの通常動作時に発生するベローズの応力及び共振を軽減し又は防止するためのものではない。
【００２９】
しかしながら、薄肉金属ベローズの通常動作時に発生するベローズの応力及び共振を簡易な構成により軽減し又は防止するとともに、薄肉金属ベローズの耐圧性を向上することが可能であれば、大気圧以上の差圧が作用する空気ばねや、比較的高圧の作動流体を分離する流体制御弁の分離膜として小型の薄肉金属ベローズを使用することが可能となり、従って、薄肉金属ベローズの用途、適用範囲及び応用分野は、大幅に拡大するものと考えられる。
【００３０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、薄肉金属ベローズの伸縮時にベローズに発生する応力及び共振を軽減し又は防止するとともに、薄肉金属ベローズの耐圧性を向上し、これにより、薄肉金属ベローズの用途、適用範囲及び応用分野を拡大することができる耐圧金属ベローズ及びその製造方法を提供することにある。
【００３１】
本発明は又、小型乗用車等に使用可能なコンパクトな薄肉金属ベローズ式空気ばね、或いは、比較的高圧の作動流体を用いたコンパクトな薄肉金属ベローズ式流体制御機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明は、上記目的を達成すべく、谷Ｒ部及び山Ｒ部と、谷Ｒ部及び山Ｒ部の間に延在する腹部とを有し、高圧域及び低圧域を分離する気密性を備えるとともに、高圧域及び低圧域の流体圧力の圧力差によって形成される差圧が作用する耐圧金属ベローズにおいて、
低圧域側に位置する谷Ｒ部又は山Ｒ部のＲ部内壁面に配置された粘弾性体リングであって、前記ベローズの負荷を軽減し且つ該ベローズの変形時に減衰力を発揮すべく、該Ｒ部内壁面の変形に追従して変形するようにＲ部内壁面に密着する粘弾性体リングを有し、
前記谷Ｒ部、山Ｒ部及び腹部の板厚が０．２５ｍｍ以下であり、
前記Ｒ部内壁面と前記腹部とを連接する連接部(4,5)の相互間隔(ab)は、対向する腹部の最小間隔(ao)よりも大きく、前記腹部の最小間隔(ao)は、前記リングの線材部分横断面の直径よりも小さく、前記リングは、前記腹部によって前記谷Ｒ部又は山Ｒ部に位置決めされ且つ拘束されることを特徴とする耐圧金属ベローズを提供する。 
【００３３】
本発明の耐圧金属ベローズは、金属ベローズの低圧側Ｒ形状に常時面接触する粘弾性体リングを組付けた構成を有し、金属ベローズの変形に追随する柔軟な粘弾性体リングによって金属ベローズの負荷を軽減し、これにより、金属ベローズの伸縮方向及び径方向の塑性変形を防止する。
【００３４】
また、粘弾性体リングは、粘弾性体リングが保有する粘性により、金属ベローズ変形時に減衰力を発生させてサージング現象を防止し、これにより、サージングによる金属ベローズの破損を防止する。
【００３５】
他の観点より、本発明は、上記耐圧金属ベローズの製造方法であって、前記リングを伸長して、前記ベローズを挿通可能な内寸に前記リングを外力により拡張し、前記谷Ｒ部に対向する位置に前記リングを相対移動させて外力を解放し、前記リングの弾性復元力を利用して前記リングを前記谷Ｒ部内に収容することを特徴とする耐圧金属ベローズの製造方法を提供する。
【００３６】
本発明は又、上記耐圧金属ベローズの製造方法であって、前記ベローズの内径よりも小さい外寸に前記リングを外力により変形させ、前記ベローズの内側に前記リングを挿入し、前記山Ｒ部に対向する位置に前記リングを相対移動させて外力を解放し、前記リングの弾性復元力を利用して前記山Ｒ部内に前記リングを収容することを特徴とする耐圧金属ベローズの製造方法を提供する。 
【００３７】
このような製造方法によれば、粘弾性体リングを比較的容易に耐圧金属ベローズに装着することができる。所望により、粘弾性体リングの装着時に金属ベローズを弾性域内で伸長し、粘弾性体リングの装着性を向上するようにしても良い。また、粘弾性体リングを金属ベローズに装着した後、粘弾性体リングをＲ部内壁面の反対側から押圧し、金属ベローズに対する粘弾性体リングの密着性を向上するようにしても良い。
【００３８】
他の観点より、本発明は、上記構成の耐圧金属ベローズを有し、前記高圧域に高圧流体を封入し、前記低圧域に低圧流体を封入したことを特徴とする流体制御機器を提供する。
【００３９】
このような構成によれば、比較的高圧の作動流体を用いたコンパクト且つ大伸縮の薄肉金属ベローズ式流体制御機器を提供することが可能となる。
【００４０】
本発明は又、上記構成の耐圧金属ベローズを有し、前記高圧域に大気圧以上の空気又は窒素ガスを封入し、前記低圧域を大気開放し、又は該低圧域に大気圧相当の圧力の空気を封入したことを特徴とする空気ばねを提供する。所望により、空気ばねは、繊維材料又は高分子樹脂材料の膜材によってベローズ外面を被覆した構成を有する。
【００４１】
このような構成によれば、小型で応答性が良く、小型乗用車等に使用可能なコンパクト且つ大伸縮の薄肉金属ベローズ式空気ばねを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の耐圧金属ベローズ及びその製造方法によれば、薄肉金属ベローズの伸縮時にベローズに発生する応力及び共振を軽減し又は防止するとともに、薄肉金属ベローズの耐圧性を向上し、これにより、薄肉金属ベローズの用途、適用範囲及び応用分野を拡大することができる。
【００４３】
また、本発明の耐圧金属ベローズの使用により、小型乗用車等に使用可能なコンパクトな薄肉金属ベローズ式空気ばね、或いは、比較的高圧の作動流体を用いたコンパクトな薄肉金属ベローズ式流体制御機器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【図５】図５は、本発明の第５実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【図６】図６は、耐圧金属ベローズの製造方法を示す概略断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施例に係る耐圧金属ベローズの構造を部分的に示す縦断面図である。
【図８】図８は、図７に示す耐圧金属ベローズを備えた車両用サスペンション装置の構造を示す縦断面図である。
【図９】図９は、図８に示す耐圧金属ベローズの外側に防塵カバーを配設したサスペンション装置の構造を示す縦断面図である。
【図１０】図１０は、JIS B8277に記載された金属ベローズの断面図を概略化した参考図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の好適な実施形態において、上記谷Ｒ部、山Ｒ部及び腹部の板厚は、０．２０ｍｍ以下の寸法に設定される。 
【００４７】
好ましくは、金属ベローズは、差圧が作用しない状態において、連接部(4,5)の相互間隔(ab)が腹部の最小間隔(ao)よりも大きい形状を有する。変形例として、金属ベローズは、差圧の作用により、連接部(4,5)の相互間隔(ab)が腹部の最小間隔(ao)よりも大きい形状に変形する。
【００４８】
好ましくは、Ｒ部内壁面に密着し且つ曲面を構成する粘弾性体リングのＲ部側表面の半径(Rb)は、低圧域に向かって開放し且つ曲面を構成する粘弾性体リングの開放側表面の半径(Ro)よりも大きい。
【００４９】
本発明の或る実施形態において、粘弾性体リングの線材部分横断面は、真円、楕円、長円等の円形の断面（以下、「円形断面」という。）である。円形断面の最小直径(Rm)（以下、「断面最小直径」という。）は、連接部(4,5)の相互間隔(ab)よりも大きく、粘弾性体リングは、腹部に押圧され且つ拘束されて偏平化し、Ｒ部内壁面に密着する。なお、断面最小直径は、真円の場合には直径と一致し、楕円形の場合には、短軸方向の直径である。
【００５０】
本発明の他の実施形態において、粘弾性体リングは、谷Ｒ部に配置され、耐圧金属ベローズの軸芯（中心軸線）を中心としたＲ部内壁面の最小直径(r1)は、粘弾性体リングの内径(r2)よりも大きく、粘弾性体リングは、張力下にＲ部内壁面に密着する。
【００５１】
本発明の更に他の実施形態によれば、粘弾性体リングは、山Ｒ部に配置され、耐圧金属ベローズの軸芯を中心としたＲ部内壁面の最大直径(r３)は、粘弾性体リングの外径(r4)よりも小さく、粘弾性体リングは、リング自身が保有する弾性復元力によりＲ部内壁面に密着する。
【００５２】
好ましくは、デュロメーターで測定した粘弾性体リングは、硬さ（ショアＡ）４５〜９５°、硬さばらつき±５°以内の粘弾性体からなる。粘弾性体としては、例えば、ゴムとして、ＮＢＲ、ＳＢＲ、ＥＰＤＭ、フッ素ゴム等、樹脂として、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等を好適に使用し得る。
【００５３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００５４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【００５５】
図１（Ａ）には、耐圧金属ベローズ１のＲ部２の断面形状が示されている。Ｒ部２は、谷Ｒ部又は山Ｒ部である。Ｒ部２は、低圧域Ｌと高圧域Ｈとを分離する気密性分離膜を形成する。例えば、低圧域Ｌは、大気開放された領域、或いは、大気圧相当の圧力の空気が封入された領域であり、高圧域Ｌは、高圧空気又は高圧窒素等の高圧気体が封入された領域である。Ｒ部２は、湾曲したＲ部内壁面６を低圧域側に有する。ベローズ１の腹部３が、Ｒ部内壁面６の上端部４及び下端部５に概ね接線方向に連接する。上端部４及び下端部５は、Ｒ部内壁面６と腹部３とを連接する連接部を構成する。
【００５６】
Ｒ部２内に装着すべき粘弾性体リング１０が、図１（Ｂ）に示されている。装着前の状態、即ち、初期状態のリング１０は、半径Riの真円形断面（線材部分横断面）を有するゴム等の粘弾性材料の円環状部材である。リング１０は、全周に亘って均一な断面を有し、リング１０の断面最小直径Rmは、半径Ri×2の寸法である。リング１０は、Ｒ部内壁面６に接触するようにＲ部２内に挿入される。
【００５７】
対向する上下の腹部３の最小間隔、即ち、腹部間隔aoは、上端部４及び下端部５の間隔、即ち、Ｒ部間隔abよりも小さく、Ｒ部２及び腹部３の断面形状は、腹部間隔ao＜Ｒ部間隔abの幾何学的関係を有する。Ｒ部２に連接した腹部３は、互いに接近するように湾曲して低圧域側に延びる。
【００５８】
腹部間隔aoは、リング１０の断面最小直径Rm（半径Ri×2）よりも小さい。Ｒ部２に配置されたリング１０は、上下の腹部３によって上下方向に押圧されて変形し且つ拘束される。この結果、リング１０は、Ｒ部２の側に拡大した腹部間領域の輪郭に相応してＲ部２の側に膨出するように変形し、リング１０のＲ部側表面１１は、Ｒ部内壁面６に密着するように変形する。他方、リング１０の開放側表面１２は、上下の腹部３によって挟圧された状態で低圧域Ｌに向かって突出するように変形する。かくして、リング１０のＲ部側表面１１は、Ｒ部内壁面６に対して押圧され、Ｒ部内壁面６に面接触して密着し、他方、リング１０の開放側表面１２は、上下の腹部３によって拘束された状態で低圧域側に湾曲する。
【００５９】
このようなリング１０の変形は、曲面を構成するＲ部側表面１１の半径又は曲率半径Rb（以下、「半径Rb」という。）と、曲面を構成する開放側表面１２の半径又は曲率半径Ro（以下、「半径Ro」という。）との関係によって幾何学的に規定することができる。即ち、Ｒ部側表面１１の半径Rbは、開放側表面１２の半径Roよりも大きく、半径Rb＞半径Roの関係が成立する。
【００６０】
図２は、本発明の第２実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【００６１】
図１に示す実施形態においては、Ｒ部２及び腹部３の断面形状は、腹部間隔ao＜Ｒ部間隔abの幾何学的関係を有するが、本実施形態においては、腹部間隔ao及びＲ部間隔abは、実質的に同一の寸法に設定される。粘弾性体リング１０は、低圧域Ｌの側からＲ部２に挿入されるが、作動流体圧が低圧域Ｌ及び高圧域Ｈに作用していない初期状態では、リング１０は、腹部３によって拘束されず、Ｒ部側表面１１をＲ部内壁面６に押圧する腹部３の作用は得られない。
【００６２】
使用において作動流体圧が高圧域Ｈに作用し、図２に矢印で示すように差圧が腹部３に作用すると、腹部３は、図２に破線で示す如く互いに接近するように内方に変形する。この結果、Ｒ部２及び腹部３の断面形状に関し、腹部間隔ao＜Ｒ部間隔abの幾何学的関係が成立し、かくして、前述の実施形態と同じく、リング１０は、腹部間領域の輪郭に相応してＲ部２の側に膨出するように変形する。即ち、リング１０のＲ部側表面１１は、Ｒ部内壁面６に対して押圧され、Ｒ部内壁面６に面接触して密着し、他方、リング１０の開放側表面１２は、上下の腹部３によって拘束された状態で低圧域側に湾曲する。前述の実施形態と同じく、Ｒ部側表面１１の半径Rb＞開放側表面１２の半径Roの関係が成立する。
【００６３】
図３は、本発明の第３実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【００６４】
本実施形態の耐圧金属ベローズ１は、第２実施形態と同じく、実質的に同一の寸法に設定された腹部間隔ao及びＲ部間隔abを有し、粘弾性体リング１０は、真円形断面を有する。リング１０は、全周に亘って均一な断面を有し、リング１０の断面最小直径Rmは、半径Rj×2の寸法である。
【００６５】
本実施形態においては、リング１０の線材部分横断面の半径Rjは、Ｒ部側表面１１の半径Rbよりも大きく、断面最小直径Rmは、Ｒ部間隔abよりも大きい。このため、Ｒ部２に挿入されたリング１０は、腹部３に押圧され且つ拘束され、腹部間領域の輪郭に相応して偏平化し、Ｒ部２の側に膨出するように変形する。即ち、リング１０のＲ部側表面１１は、Ｒ部内壁面６に対して押圧され、Ｒ部内壁面６に面接触して密着し、他方、リング１０の開放側表面１２は、上下の腹部３によって拘束された状態で低圧域側に湾曲する。
【００６６】
好ましくは、本実施形態の構成は、Ｒ部内壁面６と、リング１０のＲ部側表面１１とを接着する手段と併用され、或いは、以下に説明する実施形態の如くＲ部側表面１１をＲ部内壁面６に対して押圧せしめる手段と併用される。
【００６７】
図４は、本発明の第４実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【００６８】
図４（Ａ）には、耐圧金属ベローズ１の谷Ｒ部２０が示されており、図４（Ｂ）には、粘弾性体リング１０の初期状態が示されている。ベローズ１の軸芯Ｘ−Ｘを中心とするＲ部内壁面６の最小直径、即ち、谷外径ｒ１は、リング１０の内径ｒ２よりも大きい。リング１０は、内径を拡大するように伸長されて拡径し、この状態で谷Ｒ部２内に挿入される。リング１０は、リング自身が保有する弾性復元力によって縮径し、Ｒ部側表面１１はＲ部内壁面６に押圧される。この結果、リング１０は張力下に谷Ｒ部２内に保持され、Ｒ部側表面１１はＲ部内壁面６に面接触して密着する。
【００６９】
図５は、本発明の第５実施形態に係る耐圧金属ベローズの構造を示す部分断面図である。
【００７０】
図５（Ａ）には、耐圧金属ベローズ１の両側の山Ｒ部３０が示されており、図５（Ｂ）には、粘弾性体リング１０の初期状態が示されている。ベローズ１の軸芯Ｘ−Ｘを中心とするＲ部内壁面６の最大直径、即ち、山外径ｒ３は、リング１０の外径ｒ４よりも小さい。リング１０は、外径ｒ４を縮小するように縮径され、この状態で山Ｒ部３０内に挿入される。リング１０は、リング自身が保有する弾性復元力によって拡径し、リング１０のＲ部側表面１１はＲ部内壁面６に押圧される。この結果、リング１０は、リング自身の弾発力によって山Ｒ部３０内に保持され、Ｒ部側表面１１はＲ部内壁面６に面接触して密着する。
【００７１】
なお、上記各実施形態においては、リング１０は、円形断面を有する円環状部材として説明したが、リング１０は、必ずしも円形断面に限定されるものではなく、円形断面に類する断面形状を有するものであっても良い。例えば、リング１０として、卵形断面を有する円環状部材を採用することも可能である。卵型断面のリング１０を使用する場合、リング１０は、前述の半径Rb及び半径Roの関係（Rb＞Ro）を初期的に有する。このようなリング１０の初期形状を利用すべく、本発明の作用・効果に適した断面を有するリング１０を適切に採用することが可能である。
【００７２】
また、リング１０として、JIS B2401に規定されたＯリングを好ましく使用し得る。Ｏリングは、円形断面を有する円環状の密封用又はシール用機械部品であるが、Ｏリング製造上の型ばり突条等は、本発明の作用・効果を確保し得る限りにおいて許容し得るものである。
【００７３】
所望により、リング１０に凸部又は凹部等を形成し、リング１０の撓み変形の態様を適当に変化せしめ、或いは、リング１０として、断面が局部的又は局所的に変形した粘弾性材料の円環状部材を採用し、リング１０の作用を適当に調整しても良い。
【００７４】
図６は、耐圧金属ベローズ１の製造方法を示す概略断面図である。
【００７５】
図６には、上フランジ４２のベローズリング４１に上端部を連結した耐圧金属ベローズ１が示されている。第４実施形態と同じく、初期状態の粘弾性体リング１０は、ベローズ１の谷外形ｒよりも小さい内径ｒ２を有する。図６に矢印で示される如く、リング１０は、内径を拡大するように伸長され、ベローズ１を挿通可能な内寸に拡張された後、谷Ｒ部２０に対向する位置に移動される。リング１０を拡張状態に保持する外力を解放すると、リング１０は、リング自身が保有する弾性復元力によって縮径し、谷Ｒ部２内に収容され、この結果、リング１０は張力下に谷Ｒ部２内に保持される。所望より、リング装着時にベローズ１を弾性域内で伸長し、リング１０の装着性を向上するようにしても良く、また、リング装着後、Ｒ部内壁面６の反対側からリング１０を押圧し、Ｒ部内壁面６に対するリング１０の密着性を向上するようにしても良い。
【００７６】
変形例として、図５に示される如く、ベローズ１の山外径r３よりも大きい外径ｒ４を有するリング１０を用い、ベローズ１の山外径r３よりも小さい外寸にリング１０を変形させた状態で、リング１０をベローズ１の内側に挿入し、山Ｒ部３０に対向する位置にリング１０を移動させ、リング１０の弾性復元力を利用して山Ｒ部３０内にリングを収容することも可能である。所望より、リング装着時にベローズ１を弾性域内で伸縮し、リング１０の装着性を向上するようにしても良く、また、リング装着後、Ｒ部内壁面６の反対側からリング１０を押圧し、Ｒ部内壁面６に対するリング１０の密着性を向上するようにしても良い。
【実施例１】
【００７７】
図７は、本発明の実施例に係る耐圧金属ベローズの構造を部分的に示す縦断面図である。
【００７８】
耐圧金属ベローズ１の内側の高圧域Ｈには、高圧空気又は窒素等の高圧流体が封入され、ベローズ１の外側の低圧域Ｌには、相対的に低圧の流体（低圧流体）、例えば、大気圧空気が存在する。低圧域側に位置する谷Ｒ部２０には、粘弾性体リング１０が装着される。
【００７９】
谷Ｒ部２０の上端部４及び下端部５に連接した上下の腹部３は、互いに接近するように内方に湾曲した状態で、谷Ｒ部２０及び山Ｒ部３０の間に延在する。このような腹部３の輪郭は、前述の実施形態１の如く、ベローズ１の成形時に予め形成し、或いは、前述の実施形態２の如く、使用時に腹部３に作用する差圧によって腹部３を撓み変形せしめることにより形成することができる。所望により、使用時の差圧による腹部３の撓みを予め考慮し、ベローズ１の成形時に腹部３を内方に所定範囲まで変形させるとともに、使用時に腹部３に作用する差圧によって腹部３の撓みを生じさせ、これにより、使用における腹部３の湾曲形状を適当に形成しても良い。
【００８０】
このように変形した腹部３を有するベローズ１においては、谷Ｒ部２０の上端部４及び下端部５の間隔、即ち、谷部間隔abは、上下の腹部３の相互間隔、即ち、腹部間隔aoよりも大きく、ベローズ１は、谷部間隔ab＞腹部間隔aoの幾何学的関係を有する。装着前の初期状態（開放状態）において真円形断面を有するリング１０は、このような谷Ｒ部２０及び腹部３の形態により、谷Ｒ部２０に閉じ込められ且つ拘束されるとともに、腹部３に挟持されて押圧され、この結果、Ｒ部側表面１１の半径Rb＞開放側表面１２の半径Roの断面形状に変形する。
【００８１】
このようにリング１０を谷Ｒ部２０に装着したベローズ１によれば、リング１０は、ベローズ１の伸縮時に発生する応力を少なくとも部分的に負担し、谷Ｒ部２０の応力を軽減するので、ベローズ１の耐久性は向上する。また、谷部間隔ab＞腹部間隔aoおよび半径Rb＞半径Roの幾何学的関係により、Ｒ部側表面１１がＲ部内壁面６に密着するので、ベローズ１は、リング１０からの反力を常時、安定的且つ効率的に得ることができる。
【００８２】
なお、ベローズ１の端部７は、ベローズ１の伸縮時に腹部３とベローズリング４１との接触を回避し得る適切な間隔を隔てて、ベローズリング４１の内周面に気密に溶接接合される。ベローズリング４１は、上フランジ４２に対して気密に溶接接合される。上フランジ４２がアルミニウム合金等の成形品である場合には、ベローズリング４１は、ロー付け、はんだ付け等によって上フランジ４２に気密に接合される。
【００８３】
このようなベローズ１の構成によれば、高圧域Ｈ及び低圧域Ｌの定常的差圧及び差圧変動によって生じるベローズ１の定常的歪み及び変形挙動は、リング１０の歪み及び変形挙動を生じさせる。従って、ベローズ１に作用する差圧及びその変化に抗するリング１０の反発力がベローズ１に常時作用するので、ベローズ１に作用する応力を軽減することができる。
【００８４】
また、リング１０が保有する粘性により、ベローズ１の挙動又は振動を減衰させる減衰力が得られる。このため、ベローズ１のばね定数とベローズ１の可動部質量とに関連して発生するサージング現象をリング１０の減衰作用によって効果的に防止し、サージングによるベローズ１の破損を確実に防止することができる。
【００８５】
なお、一般に、板厚0.1〜0.2ｍｍ程度の大変位用途の薄肉金属ベローズは、厚肉金属ベローズと比べ、薄板圧延工程を含む製造時の金属ベローズ成形加工において材料が加工硬化し且つ表面粗さが減少しており、このため、非特許文献１に記載されるような用途の厚肉金属ベローズと比べ、高応力の条件において使用することができる。
【００８６】
逆に、実際の金属ベローズのＲ形状部（谷Ｒ部又は山Ｒ部）には局部的な凹凸、不揃い、傷等が製造時に形成されることがあり、薄肉金属ベローズにおいては、このような局部凹凸等における局部応力又は応力集中の影響が、厚肉金属ベローズに比べて顕在化し易く、このような局部凹凸等を起点として早期破損に至ることが懸念される。
【００８７】
しかし、本発明の上記構成によれば、薄肉金属ベローズ１のＲ形状部に粘弾性リング１０を装着することにより、このような局部凹凸等における応力増加又は応力集中を緩和し、ベローズ１の早期破損を防止することができる。
【００８８】
図８は、図７に示す耐圧金属ベローズを備えた車両用サスペンション装置の構造を示す縦断面図である。
【００８９】
図８に示すサスペンション装置は、図７に示す耐圧金属ベローズ１をショックアブソーバ６０と一体化した構造を有する。ショックアブソーバ６０を構成するシリンダ６１には、ベローズ１を支持するための下フランジ４３及びベローズリング４４が一体的に取付けられる。ショックアブソーバ６０を構成するピストンロッド６２の上端部には、上フランジ４２が一体的に取付けられる。上フランジ４２は、前述の如く、ベローズリング４１を介してベローズ１の上端部を支持する。上フランジ４２には、車輪側部材又は車体側部材（図示せず）に連結可能な取付目玉連結部４２ａが設けられる。本例においては、取付目玉連結部４２ａは、車体側部材に連結される。 
【００９０】
ショックアブソーバ６０のシリンダ６１には、ロッド側油室６４及びピストン側油室６５を形成するピストン６３が軸芯Ｘ−Ｘ方向に摺動可能に内装される。ピストンロッド６２は、シール蓋、オイルシール、ロッドベアリング等を備えたシールハウジング９０を貫通してシリンダ６１内に延入し、ピストンロッド６２の下端部は、ピストン６３に一体的に連結される。ピストンロッド６２に作用する軸芯方向の荷重、衝撃又は振動は、ピストン６３に設けられたオリフィス６３ａを流通する作動油の粘性抵抗によって減衰する。
【００９１】
シリンダ６１内には、ピストン側油室６５の下方に封入気体室６６を形成するフリーピストン６７が摺動可能に配置される。封入気体室６６は、作動油が負圧になることを防止し、ショックアブソーバ６０の安定した減衰力を確保するためのものであり、封入気体室６６には、所定圧力の窒素ガスが気体封入栓６８を介して予め封入されている。シリンダ６１の下端壁６９には、車輪側部材又は車体側部材（図示せず）に連結可能な取付目玉連結部６９ａが設けられる。本例においては、取付目玉連結部６９ａは、車輪側部材に連結される。
【００９２】
空気ばねを構成するベローズ１は、上下のベローズリング４１、４４の間に介装される。本例においては、ベローズ１は、過大変位に伴う座屈を防止すべく上下に分割されており、第１ベローズ１ａ及び第２ベローズ１ｂから構成される。第１及び第２ベローズ１ａ、１ｂは、ベローズ繋ぎ部分のベローズリング４５、４６を介して直列且つ同心状に連結される。各ベローズ１ａ、１ｂは、実質的に同一の構造のものであり、前述の如く、粘弾性体リング１０を各谷Ｒ部２０に装着した構成を有する。
【００９３】
ベローズリング４５、４６は、ストローク可能なベローズガイド４７によって支持される。ベローズガイド４７は、シリンダ６１によって軸芯Ｘ−Ｘ方向に相対変位可能に支持された環状部材である。シリンダ６１に別途組付けられたガイドシリンダ（図示せず）をガイド面としてストローク可能なガイド部材をベローズガイド４７として使用しても良い。
【００９４】
ベローズ１ａ内には高圧室Ｈ１が形成され、ベローズ１ｂ内には高圧室Ｈ２が形成される。ベローズガイド４７には、高圧室Ｈ１と高圧室Ｈ２とを相互連通する空気流通路４８が形成される。
【００９５】
高圧室Ｈ１、Ｈ２内には、圧縮空気が封入される。ベローズ１の外側は、大気であり、相対的に低圧の低圧域Ｌを構成する。ベローズ１内に封入された高圧空気は、空気ばねを構成し、ベローズ１には、高圧室Ｈ１、Ｈ２の空気圧と、低圧域Ｌの大気圧との差圧が常時作用する。
【００９６】
高圧室Ｈ１、Ｈ２内の空気を給排制御すべく、空気給排ポート７０が上フランジ４２に配設される。ポート７０には、制御弁７２を介装した空気圧制御用配管７１が接続され、配管７１は、コンプレッサ７３に接続される。制御弁７２及びコンプレッサ７３の作動は、車両の走行状況をセンサーにて検知して空気ばねの空気圧を制御するように構成された車両の制御系によって制御される。
【００９７】
図９は、図８に示す耐圧金属ベローズの外側に防塵カバーを配設したサスペンション装置の構造を示す縦断面図である。
【００９８】
一般に、車両用サスペンション装置は、車両の車輪近傍に配置されるので、石跳ね等の飛散物による損傷や、路面水、ゴミ等の汚水又は異物の付着による汚染等が生じ易い雰囲気において使用される。耐圧金属ベローズ１の素材として、板厚0.1〜0.2ｍｍ程度のステンレス合金（SUS304）製薄板が好ましく使用されるが、このような薄板は、石跳ね等の飛散物で傷が付き易く、これが破損の原因になることが懸念され、また、粘弾性体リング１０とベローズ１との間にゴミ等の異物が進入すると、両者に傷が付き、これが破損の原因となることも懸念される。
【００９９】
このため、図９に示すサスペンション装置においては、このような破損を未然に防止する対策として、高分子材料又は繊維材料の膜材からなる防塵カバー８０が、ベローズ１を全体的に覆うようにベローズ１の外側に配設される。防塵カバー８０の端部は、ベローズリング４１、４４、４５、４６に固定される。
【０１００】
なお、特許文献２の図７、図８に記載される如く、ベローズ１の外側の領域を高圧室として使用するサスペンション装置の構成を本発明においても採用することができる。このような構成を本発明において採用する場合、ベローズ外側が高圧になるため、座屈の問題が解消するので、座屈防止用ガイド機構（ベローズリング４５、４６、ベローズガイド４７）を省略することができる。また、このような構成のサスペンション装置によれば、ベローズ１は、空気室の外筒によって保護されるので、上記防塵カバーの設置を省略し又は簡略化することが可能となる。  
【０１０１】
本発明者は、図９に示す構成のサスペンション装置を製作し、小型フォーミュラーカーに取付けて作動試験を実施した。
【０１０２】
作動試験において使用した耐圧金属ベローズ１及び粘弾性体リング１０の仕様は、以下のとおりである。
【０１０３】
・中立荷重：100kgf対応
・ストローク：±24mm
・材料：SUS304
・山外径：Φ68mm、
・谷外径：Φ50mm、
・肉厚：0.15mm
・自由ピッチ：4.4mm、
・最少ピッチ：2.4mm、
・取り付けピッチ：4mm、
・有効山数：13山、
・繋ぎ：3、（総有効山数：39山）、
・１山のばね定数：43.1Ｎ/mm（日本発条株式会社、成形ベローズカタログ値）
・粘弾性体リング：Ｏリング１種Ａ  
・Ｏリング：呼びＳ48（硬度（ショアＡ）：70±5°、太さ：Φ2±0.1、内径：Φ47.5mm±0.25mm、伸び：250％以上）
【０１０４】
なお、谷外径呼びサイズに相当するＯリングの呼び径はS50であるが、作動試験においては、より装着性が良い呼び径S48のＯリングを使用した。また、防塵カバーとして、マジックテープ（登録商標）で端止めした布製防塵カバーを使用した。
【０１０５】
ベローズ１の耐久性を確保するには、各山谷が均等に変形することが望ましい。剛性が低い山又は谷が局所的に存在すると、この部分が他の部分と比べて大きく撓み、早期破損に至る。この点は、粘弾性体リング１０についても同様である。従って、ベローズ１に装着する各粘弾性体リング１０の弾性及び粘性を均一にすることが望ましい。このような事情より、規格化されたＯリングは、本発明において好適に使用し得る。
【０１０６】
また、高圧域Ｈの気体圧力が高い場合には、粘弾性体リング１０の硬度を増大する必要がある。ＪＩＳに規定されたＯリング１種Ｂの硬度は、硬度（ショアＡ）９０±５°であり、この場合、伸びは、１００％以上となる。また、高圧域Ｈの気体圧力が低い場合には、粘弾性体リング１０の硬度を減少する必要がある。低硬度のＯリングは、硬度（ショアＡ）５０±５°である。
【０１０７】
このようなベローズ１に関し、粘弾性体リング１０が装着されない状態を仮定して圧力及び応力の関係を計算すると、以下のとおりである。
・中立荷重での圧力：０．３５MPa  
・中立荷重での応力：６３０N/mm2  （前述の数式１により、圧力のみの条件で計算）
【０１０８】
従って、粘弾性体リング１０を装着しないベローズ１は、塑性変形する。また、前述の数式４での座屈対応許容山数は８山であり、座屈も発生する。
【０１０９】
これに対し、リング１０を備えた条件で計算すると、中立荷重の応力は、２１N/mm2(前述の数式２により、圧力のみの条件で計算)であるにすぎない。従って、リング１０を備えた場合、発生する応力が大幅に低減し、ベローズ１は、弾性域において変形する。また、ベローズ１の座屈許容対応山数は、前述の数式４によれば、８山であるので、前述の如く、ベローズ１単独では座屈するが、リング１０の装着による潰れ防止と、ばね定数増加により、座屈を防止することができる。 
【０１１０】
また、リング１０を備えない金属ベローズ１に関しては、変位±24mmにおける交番応力は、前述の数式１より、±325N/mm2であると想定され、圧力0.35Mpa（変位0）に対する発生応力＝630N/mm2を加算すると、630±325N/mm2の応力がベローズに作用すると想定される。他方、リング１０を備えたベローズ１においては、前述の数式２より、圧力0.35Mpa（変位0）に対する発生応力＝21N/mm2であると想定され、圧力交番応力を中立圧力（0.35Mpa）の1/2（即ち、±10.5N/mm2）と仮定すると、交番応力は、±335 N/mm2であり、従って、リング１０を備えないベローズ１の場合に比べ、大幅に応力を低減することができる。
【０１１１】
上記の応力計算は、リング１０の装着により、ベローズ１の発生応力が低下することを説明するためのものである。実際の金属ベローズの発生応力は詳細形状によって相違し、また、ベローズ１の許容応力は、圧延や成形による加工硬化や加工残留応力等によって相違する。従って、実際の耐圧金属ベローズの耐久性は、製品による耐久試験で確認する必要があることはいうまでもない。
【０１１２】
粘弾性体リング１０を装着した耐圧金属ベローズは、中立圧力0.35MPa（荷重約100kgf相当）が加わった状態においても座屈せず、中立圧力0.35MPaが加わった状態にて、変位±24ｍｍでの繰り返し耐久試験にて１０万回耐久をクリアした。これは、小型フォーミュラーカー用として十分な耐久性を有する。
【０１１３】
また、ベローズ単品におけるサージング周波数には、前述の数式５の関係があり、サージング周波数は、入力される周波数成分の中に含まれるので、リング１０が装着されていない場合、ベローズ１のサージング振動によりベローズ１は早期破損する可能性がある。しかし、粘弾性体リング１０を備えたベローズ１によれば、リング１０によるばね定数の増加とその減衰特性により、サージングを防止する効果が得られ、従って、小型フォーミュラーカー用空気ばねの耐圧金属ベローズとして十分な耐久性を有する。
【０１１４】
また、繊維補強したゴム膜を備えた空気バネ（特許文献４）は、ゴム膜からの空気漏れがあるとともに、ゴム膜の屈曲抵抗があるのに対し、上記実施例に係る金属ベローズ１を備えた空気ばねは、ベローズ１からの空気の漏れもなく、防塵カバーを含めても外径Φ７２mm以内に収まり、しかも、屈曲折り返し抵抗の作用を受けないので、作動抵抗が小さい高性能なサスペンション装置を提供することが可能となる。
【０１１５】
以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において種々の変更又は変形が可能であり、かかる変更又は変形例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【０１１６】
例えば、金属ベローズに高速又は高周波数の振動又は圧力変化が加わると、金属ベローズの各山谷が均一に変位することができず、金属ベローズの各山谷の変位に相違が生じ、大きく変位する部分が早期に破損する。そのような場合、相対的に大きく変位する谷部又は山部に挿入すべき粘弾性体リングの硬度を他の粘弾性体リングよりも増大し、これにより、変位の均一化を図り、早期破損を防止することも可能である。即ち、本発明によれば、このような特定の意図又は目的に応じて、リングの硬度や、リングの線形部分横断面の断面寸法が相違する粘弾性体リングを各山谷に装着することが可能となる。
【０１１７】
また、金属ベローズの耐圧性に関する要求が比較的少ない場合には、早期破損し易い山部又は谷部のみに粘弾性体リングを装着することも可能である。
【０１１８】
更には、上記実施例においては、粘弾性体リング１０として、Ｏリング以外の環状粘弾性体を使用しても良い。
【０１１９】
また、上記実施例のサスペンション装置は、空気ばねをショックアブソーバの上側に配置した構成のものであるが、空気ばねをショックアブソーバの下側に配置した構成のサスペンション装置において本発明の耐圧金属ベローズを使用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明のベローズは、簡易な構成により応力及び共振を軽減し又は防止し、耐圧性を向上した薄肉金属ベローズであり、製造も容易であるので、多くの用途において簡便に使用することができ、広範な適用範囲及び応用分野において採用し得る構成を有する。例えば、本発明の耐圧金属ベローズは、アキュムレータ、ベローズポンプ、流体制御弁等の流体制御機器、車両用サスペンション装置の空気ばね等に好適に使用し得る。本発明の耐圧金属ベローズをアキュムレータにおいて使用した場合、金属ベローズを小型化し得るのみならず、金属ベローズの耐圧性により、早期破損を防止することができ、異常時の安全装置の構成を簡略化し又は省略することが可能となる。また、本発明の耐圧金属ベローズを車両用サスペンション装置の空気ばね、ベローズポンプ又は流体制御弁等において使用した場合、装置構成を小型化するとともに、装置の耐久性を向上することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１  耐圧金属ベローズ
２  Ｒ部
３  腹部
４  上端部（連接部）
５  下端部（連接部）
６  Ｒ部内壁面
１０  粘弾性体リング
１１  Ｒ部側表面
１２  開放側表面
Ｌ  低圧域
Ｈ  高圧域
Rm  断面最小直径
Ri、Rb、Ro、Rj  半径（半径又は曲率半径）
ao  腹部間隔
ab  Ｒ部間隔
ｒ１  谷外径
ｒ２  内径
ｒ３  山外径
ｒ４  外径
２０  谷Ｒ部
３０  山Ｒ部
Ｘ−Ｘ  軸芯（中心軸線）
【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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【図１０】
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