(57)【要約】  ベローズの伸縮に起因してこのベローズの山部に亀裂が発生することを抑止することができる流体機器を提供する。  流体を吸入流路から吸入しかつ吐出流路へ吐出するために軸心方向に伸縮可能に構成されたベローズを備えた流体機器において、前記ベローズが、前記軸心方向に交互に形成された山部１７および谷部１８と、前記山部と前記谷部との間に位置して両者を繋ぐ環状の側面部１９とを有し、前記軸心方向における前記側面部の肉厚Ａと、前記軸心方向と直交する方向における前記山部の軸心方向中央部の肉厚Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．３〜１．８の範囲に収まるように設定されている。
2015083553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を吸入流路から吸入しかつ吐出流路へ吐出するために軸心方向に伸縮可能に構成されたベローズを備えた流体機器において、
前記ベローズが、前記軸心方向に交互に形成された山部および谷部と、前記山部と前記谷部との間に位置して両者を繋ぐ環状の側面部とを有し、
前記軸心方向における前記側面部の肉厚Ａと、前記軸心方向と直交する方向における前記山部の軸心方向中央部の肉厚Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．３〜１．８の範囲に収まるように設定されていることを特徴とする流体機器。
【請求項２】
前記軸心方向における前記側面部の肉厚Ａと、前記軸心方向と直交する方向における前記山部の軸心方向中央部の肉厚Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．３〜１．５の範囲に収まるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の流体機器。
【請求項３】
前記ベローズの軸心方向の最大収縮時に、前記ベローズの側面部が、前記ベローズの軸心方向と略直交する平面上に位置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベローズを備える流体機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体を流すために軸心方向に伸縮可能に構成されたベローズを備える流体機器として、ベローズポンプ、脈動減衰装置などが知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
この種の流体機器において、ベローズは、図１１（ａ）に示すように、その軸心方向に交互に形成された山部１５７および谷部１５８と、前記山部１５７と前記谷部１５８との間に位置して両者を繋ぐ環状の側面部１５９とを有している。そして、前記ベローズは、前記流体機器の作動時に軸心方向に伸縮するように構成されている。【０００４】
ここで、前記ベローズに関しては、軸心方向における前記側面部１５９の肉厚をＡとし、この軸心方向と直交する方向における前記山部１５７の軸心方向中央部（頂点部）の肉厚をＢとした場合、それらの比率Ｂ／Ａが１となるように設定されていた。すなわち、前記側面部の肉厚Ａと前記山部の肉厚Ｂとが同一とされていた。【０００５】
そのため、前記ベローズが伸長するとき、前記山部１５７が優先的に変形して図１１（ｂ）に示すように軸心方向に引き伸ばされることとなって、前記山部１５７の軸心方向中央部内側の狭い特定箇所１６０に大きな応力が集中して生じ、前記山部１５７の軸心方向中央部が疲労しやすくなっていた。その結果、応力集中が生じる前記山部１５７の軸心方向中央部に、軸心方向と直交する方向に延びる亀裂１６１が発生するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−５０２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、亀裂１６１の発生を防止するために、側面部の肉厚Ａに対して中央部の肉厚Ｂを増大すればするほど前記中央部の剛性が増し前記亀裂１６１の発生を防止することができると考えた。しかしながら、剛性を増大させても前記中央部での応力集中が消滅するわけではないので、長期間使用すると疲労により前記中央部に亀裂が発生するのではないかとの懸念もあった。【０００８】
本発明者らは、この疲労による亀裂の発生も防止しようと試行錯誤を重ねているときに、ベローズにおいて、軸心方向における側面部の肉厚Ａと、前記軸心方向と直交する方向における山部の肉厚Ｂとの比率Ｂ／Ａをある範囲に限定的に設定すると前記中央部での応力集中が著しく減り、前述のような亀裂の発生を抑止できることを発見し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ベローズの伸縮に起因してこのベローズの山部の軸心方向中央部に亀裂が発生することを抑止することができる流体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】
【００１０】
請求項１に係る発明は、流体を吸入流路から吸入しかつ吐出流路へ吐出するために軸心方向に伸縮可能に構成されたベローズを備えた流体機器において、前記ベローズが、前記軸心方向に交互に形成された山部および谷部と、前記山部と前記谷部との間に位置して両者を繋ぐ環状の側面部とを有し、前記軸心方向における前記側面部の肉厚Ａと、前記軸心方向と直交する方向における前記山部の軸心方向中央部の肉厚Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．３〜１．８の範囲に収まるように設定されているものである。【００１１】
この構成によれば、前記ベローズの伸長時に、軸心方向に引き伸ばされる前記山部の内周面側において、大きな応力が分散して生じることとなる。つまり、この際に前記山部に生じる大きな応力を狭い特定箇所に集中させることがない。したがって、前記ベローズの伸縮に伴って変形し得る前記山部の軸心方向中央部を疲労しにくいものとすることが可能となる。よって、前記ベローズの伸縮に起因して、軸心方向と直交する方向に延びる亀裂が前記山部の軸心方向中央部に発生することを抑止することができる。その結果、前記ベローズを破損しにくくして、その長寿命化を実現することができる。【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の流体機器において、前記軸心方向における前記側面部の肉厚Ａと、前記軸心方向と直交する方向における前記山部の軸心方向中央部の肉厚Ｂとの比率Ｂ／Ａが、１．３〜１．５の範囲に収まるように設定されているものである。【００１３】
この構成によれば、流体の温度が常温（室温）に比べて高い場合等の厳しい使用条件においても、前記ベローズが軸心方向に伸長する際、前記山部に生じる大きな応力を狭い特定箇所に集中させることがない。よって、このような場合であっても、前記ベローズの伸縮に起因してこのベローズの山部の軸心方向中央部に亀裂が発生することを抑止することができる。
その長寿命化を実現することができる。【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の流体機器において、前記ベローズの軸心方向の最大収縮時に、前記ベローズの側面部が、前記ベローズの軸心方向と略直交する平面上に位置するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ベローズの伸縮に起因してこのベローズの山部の軸心方向中央部に亀裂が発生することを抑止することができる流体機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体機器としてのポンプ装置の側面断面図である。
【図２】ポンプ装置におけるベローズの一部拡大断面図である。
【図３】ベローズの蛇腹部の一部拡大断面図である。
【図４】流体の温度が２０℃である場合におけるベローズの伸長時にその山部に生じる応力の最大値の比較図である。
【図５】流体の温度が７０℃である場合におけるベローズの伸長時にその山部に生じる応力の最大値の比較図である。
【図６】ベローズの蛇腹部の変形例の一部拡大断面図である。
【図７】ポンプ装置におけるベローズの別の一部拡大断面図である。
【図８】他の例のベローズの一部拡大断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る流体機器としての脈動減衰装置の側面断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る流体機器としてのベローズポンプの側面断面図である。
【図１１】従来例の流体機器におけるベローズの一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
本発明に係る流体機器は、ベローズポンプまたは脈動減衰装置などであり、例えば、半導体または液晶の製造設備などにおいて、超純水または薬液などの流体を移送するために用いられるものである。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に係る流体機器としてのポンプ装置１の側面断面示す。
【００２０】
図１に示すように、前記ポンプ装置１は、ベローズポンプ２と、このベローズポンプ２に併設された脈動減衰装置３とを備えている。前記ベローズポンプ２および前記脈動減衰装置３は、共用の仕切壁５を有し、互いに同軸上に配置されている。前記仕切壁５には、流体の吸入流路６、中間流路７および吐出流路８が形成されている。
【００２１】
前記ベローズポンプ２は、前記ベローズ１０を備えている。前記ベローズ１０は、流体を前記吸入流路６から吸入し、かつ、吐出流路として機能する前記中間流路７へ吐出するために軸心方向（図１の左右方向）に伸縮可能に構成されている。本実施形態において、前記仕切壁５の軸心方向一側（図１の右側）の側壁部に有底円筒状のポンプケーシング１１が取り付けられ、このポンプケーシング１１内に前記ベローズ１０が配置されている。
【００２２】
前記ベローズ１０は、フッ素樹脂（本実施形態においては、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)）から構成されている。前記ベローズ１０は、ポリテトラフルオロエチレン製の円筒部材をステッキバイトまたはナイフなどを用いて旋盤で切削加工することにより形成されている。
【００２３】
前記ベローズ１０は、軸心方向他側（図１の左側）に開口周縁部１２を有している。この開口周縁部１２は、第１環状固定板１３により前記仕切壁５の軸心方向一側の側壁部に気密状態で固定されている。こうして、前記ポンプケーシング１１の内部空間が、前記ベローズ１０を用いて、前記ベローズ１０内に位置するポンプ作用室１４と、前記ベローズ１０外に位置するポンプ作動室１５とに密閉状に区画されている。
【００２４】
前記ベローズ１０は、また、軸心方向一側（図１の右側）に閉塞端部２１を有している。そして、前記ベローズ１０は、筒状の蛇腹部２２を前記閉塞端部２１と前記開口周縁部１２との間に有し、軸心方向を伸縮方向として伸縮可能とされている。この蛇腹部２２には、後述する山部１７、谷部１８および側面部１９が備えられている（図２参照）。
【００２５】
また、前記ベローズポンプ２においては、前記ポンプ作用室１４内に、流体の吸入口４１と吐出口４２とが連通されている。前記吸入口４１は前記吸入流路６に連通され、前記吐出口４２は前記中間流路７に連通されている。前記吸入流路６と前記中間流路７の途中には、前記ベローズ１０の伸縮動作に伴って交互に開・閉動作し得る樹脂製スプリング式の第１逆止弁４３および第２逆止弁４４が設けられている。
【００２６】
前記ポンプ作動室１５内には、連結部材４６が設けられている。この連結部材４６は、前記ベローズ１０の閉塞端部２１に第２環状固定板２０６及びボルト２０７を用いて固定されている。前記連結部材４６には、軸部材４７が連結されている。この軸部材４７は、前記ポンプ作動室１５内から前記ポンプケーシング１１の底壁部のほぼ中央を貫通して外側に突出するように設けられている。前記軸部材４７の突出部分には、ピストン４８が固定されている。
【００２７】
前記ピストン４８は、前記ポンプケーシング１１の底壁部に固定されたシリンダ４９内に軸心方向に摺動可能に嵌合されている。そして、前記ベローズ１０を伸縮駆動させための駆動手段としてのエアシリンダ５３が、前記ポンプケーシング１１の底壁部および前記シリンダ４９にそれぞれ形成された空気孔５１・５２を通じて、図示しないエアコンプレッサ等から加圧空気を前記ポンプ作動室１５内と、前記シリンダ４９および前記ピストン４８で囲まれた内部空間とに交互に供給し得るように構成されている。
【００２８】
前記エアシリンダ５３には、近接センサ５５・５６が取り付けられている。前記ピストン４８には、センサ感知板５７が取り付けられている。そして、前記ピストン４８の軸心方向の往復動に伴って前記センサ感知板５７が前記近接センサ５５・５６に交互に近接することで、前記エアコンプレッサ等から送給される加圧空気の供給先が、前記シリンダ４９内の内部空間と前記ポンプ作動室１５内との間で自動的に切り替えられるようになっている。
【００２９】
また、図１に示すように、前記脈動減衰装置３は、ベローズ６０を備えている。前記ベローズ６０は、流体を吸入流路として機能する前記中間流路７から吸入し、かつ、前記吐出流路８へ吐出するために軸心方向（図１の左右方向）に伸縮可能に構成されている。本実施形態においては、前記仕切壁５の軸心方向他側（図１の左側）の側壁部に有底円筒状のケーシング６１が取り付けられ、このケーシング６１内に前記ベローズ６０が配置されている。
【００３０】
前記ベローズ６０は、軸心方向一側（図１の右側）に開口周縁部６２を有している。この開口周縁部６２は、環状固定板６３により前記仕切壁５の軸心方向他側の側壁部に気密状態で固定されている。こうして、前記ケーシング６１の内部空間が、前記ベローズ６０を用いて、前記ベローズ６０内に位置する液室６４と、前記ベローズ６０外に位置する気室６５とに密閉状に区画されている。
【００３１】
前記ベローズ１０は、また、軸心方向他側に閉塞端部７１を有している。そして、前記ベローズ６０は、筒状の蛇腹部７２を前記閉塞端部７１と前記開口周縁部６２との間に有し、軸心方向に伸縮可能とされている。この蛇腹部７２には、山部６７、谷部６８および側面部６９が設けられている（図２参照）。
【００３２】
また、前記脈動減衰装置３においては、前記液室６４内に、前記中間流路７と前記吐出流路８とが連通されている。前記ベローズ６０の閉塞端部７１に対向する位置には、前記ベローズ６０の不測の事態により生じ得る過度の伸長を規制するためのストッパ壁７４が、前記閉塞端部７１に対して所定の間隔を隔てて設けられている。
【００３３】
前記ケーシング６１のストッパ壁７４よりも軸心方向他側には、底壁部７５が設けられている。この底壁部７５には、開口７６が形成されたうえ、前記気室６５の内部の封入圧を調整する自動給排気調整手段７７が前記開口７６に挿入された状態でボルトなどにより着脱可能に取り付けられている。
【００３４】
前記自動給排気調整手段７７は、前記ベローズ６０に過度の伸縮変形が起きないようにするために、前記液室６４内の液圧と前記気室６５内の気圧とをバランスさせるように構成されている。具体的には、前記自動給排気調整手段７７は、前記液室６４の容量が所定範囲を越えて増大すると、前記気室６５内へ吸気して封入圧を上昇させ、前記液室６４の容量が所定範囲を越えて減少すると、前記気室６５内から排気を行って封入圧を下降させるようになっている。
【００３５】
前記自動給排気調整手段７７が備える吸気弁(図示せず)を開閉するための弁押し棒７８、および排気弁(図示せず)を開閉するための弁引き棒７９の先端に取り付けられたスライダ８１が、それぞれ前記ストッパ壁７４に形成された貫通孔８２を通って前記気室６５内に臨むように設けられている。前記スライダ８１は、スプリング８３によって前記ベローズ６０側に向けて常時付勢されている。
【００３６】
次に、前記ポンプ装置１（前記ベローズポンプ２および前記脈動減衰装置３）の動作について説明する。
【００３７】
前記ポンプ装置１の作動に際し、前記ベローズポンプ２については、前記エアコンプレッサ等からの加圧空気が、前記エアシリンダ５３のシリンダ４９およびピストン４８で囲まれた内部空間に前記空気孔５２を介して供給されると、前記ベローズ１０が図１の右方向に伸長して前記ポンプ作用室１４が負圧となる。このベローズ１０の伸長に伴って前記吸入口４１側の第１逆止弁４３が開いて、前記吸入流路６からの流体がこの第１逆止弁４３を経て前記ポンプ作用室１４内に吸入される。
【００３８】
一方、前記エアコンプレッサ等から供給される加圧空気が前記ポンプ作動室１５内に前記空気孔５１を介して供給されると、前記ベローズ１０が図１の左方向に収縮する。このベローズ１０の収縮に伴って前記吐出口４２側の第２逆止弁４４が開いて、前記ポンプ作用室１４内に吸入されていた流体が、この第２逆止弁４４から前記中間流路７に向かって吐出される。
【００３９】
このように、前記エアシリンダ５３の作動によって前記ベローズ１０が伸縮すると、前記ポンプ作用室１４内の第１逆止弁４３および第２逆止弁４４が交互に開・閉動作して、流体を前記吸入流路６から前記ポンプ作用室１４内へ吸入する動作と、前記ポンプ作用室１４内から前記中間流路７へ吐出する動作とが反復される。こうして、前記ベローズポンプ２の所定のポンプ動作が実行される。
【００４０】
このポンプ動作の実行時においては、前記ベローズ１０の蛇腹部２２に作用する前記ポンプ作動室１５の加圧空気の圧力（外圧）が前記蛇腹部２２に作用する前記ポンプ作用室１４の流体の圧力（内圧）よりも常に大きな状態に保たれるように、加圧空気の制御が適宜行われる。
【００４１】
また、前記ベローズポンプ２の吐出口４２から吐出された流体は、前記ベローズポンプ２の伸縮動作のために脈動流となって、前記中間流路７を介して前記脈動減衰装置３のベローズ６０内部に形成された前記液室６４内に送られる。そして、その流体が前記液室６４内で一時的に貯留された後、前記吐出流路８から外部に吐出される。
【００４２】
その際、流体の吐出圧が増加傾向にあるときには、前記脈動減衰装置３のベローズ６０が伸長し、前記液室６４の容量を増大させて当該吐出圧を吸収する。このとき、前記液室６４から流出させられる流体の液量は、前記ベローズポンプ２から吐出される液量よりも少なくなる。
【００４３】
この状態で流体の吐出圧が減少傾向に転じると、前記ベローズ６０の伸長により圧縮された前記気室６５内の封入圧よりも流体の圧力が低くなるので、前記ベローズ６０が収縮し、前記液室６４の容量を減少させる。このとき、前記液室６４から流出させられる流体の液量は前記ベローズポンプ２から吐出される液量よりも多くなる。
【００４４】
このような前記ベローズ６０の伸縮動作に伴う前記液室６４の容量変化の繰り返し動作によって、流体は脈動が減衰されて連続してスムーズに前記脈動減衰装置３から流出させられることとなる。
【００４５】
前記ベローズ６０の伸縮動作に関して、詳しくは、前記ベローズポンプ２における吐出圧の変動により、前記脈動減衰装置３の液室６４の容量が所定範囲を越えて増大すると、前記ベローズ６０の閉塞端部７１が、前記自動給排気調整手段７７の弁押し棒７８に当接してさらにこの弁押し棒７８を図１の左方に押す。これにより、前記吸気弁が開いて前記気室６５内への吸気が行われて封入圧が上昇され、前記ベローズ６０の過度の伸長変形が抑制される。したがって、前記液室６４内の容量が過剰に増大することが防止される。
【００４６】
一方、前記液室２０ａの容量が所定範囲を越えて減少すると、前記弁引き棒７９の先端に前記スライダ８１が係合して前記スプリング８３によって前記弁引き棒７９を右方に押す。これにより、前記排気弁が開いて前記気室６５内から排気が行われて封入圧が下降され、前記ベローズ６０の過度の収縮変形が抑制される。したがって、前記液室６４内の容量が過剰に減少されることが防止される。
【００４７】
このようにして、前記ベローズポンプ２の吐出圧の変動にかかわらず前記ベローズ６０の伸縮変形量が一定範囲内に規制されて脈動を小さくすることができる。
【００４８】
次に、前記ベローズポンプ２のベローズ１０についてより詳細に説明する。なお、前記脈動減衰装置３のベローズ６０は、前記ベローズ１０と実質的に同一の構成を有することから、その説明は省略する。
【００４９】
図２に、前記ポンプ装置１における前記ベローズ１０（６０）の一部拡大断面図を示す。図３（ａ）に、前記ベローズ１０の収縮時における前記蛇腹部２２の一部拡大断面図を示す。図３（ｂ）に、前記ベローズ１０の最大伸長時における前記蛇腹部２２の一部拡大断面図を示す。
【００５０】
図２に示すように、前記ベローズ１０は、軸心１６方向（図１の左右方向）に交互に形成された山部１７および谷部１８と、前記山部１７と前記谷部１８との間に位置して両者を繋ぐ環状の側面部１９とを有している。前記山部１７は前記ベローズ１０（前記蛇腹部２２）の外周部に備えられ、前記谷部１８は前記山部１７よりも軸心１６に近接した位置に配置されている。軸心１６方向に隣り合う前記側面部１９は互いに対向配置されている。
【００５１】
図３（ａ）に示すように、前記ベローズ１０は、軸心１６方向（図１の左右方向）における前記側面部１９の肉厚をＡとし、この軸心１６方向と直交する方向（径方向）における前記山部１７の軸心方向中央部（頂点部、後述のパス０の位置）の肉厚をＢとした場合、それらの比率Ｂ／Ａが１．３〜１．８の範囲に収まるように設定されている。本実施形態において、前記側面部１９の肉厚Ａは、軸心１６方向と直交する方向に関して均一に設定されている。
【００５２】
このような構成により、前記ポンプ装置１の作動に伴う前記ベローズ１０の伸長時に、図３（ｂ）に示すように軸心１６方向に引き伸ばされる前記山部１７の内周面側１７ａにおいて、大きな応力（最大値）が、軸心１６方向中央部を挟んで内周面に沿って広がる領域３０に分散して生じることとなる。つまり、前記山部１７に生じる大きな応力が狭い特定箇所に集中することがない。このような作用効果を奏することについては段落番号〔００５４〕〜〔００５９〕の箇所で説明する。なお、肉厚比率Ｂ／Ａが１の場合には、軸心方向に引き伸ばされる山部の軸心方向中央部の内周面側に一点集中的に応力集中が生じることとなる（図１１の符号１６０参照）。
【００５３】
したがって、前記ベローズ１０の伸縮に伴って変形し得る前記山部１７の軸心１６方向中央部を疲労しにくいものとすることが可能となる。よって、前記ベローズ１０の伸縮に起因して、前記軸心１６方向と直交する方向に延びる亀裂が前記山部１７の軸心１６方向中央部に発生することを抑止することができる。その結果、前記ベローズ１０を破損しにくくして、その長寿命化を実現することができる。
【００５４】
なお、より好ましくは、前記軸心１６方向における前記側面部１９の肉厚Ａと、前記軸心１６方向と直交する方向における前記山部１７の軸心１６方向中央部の肉厚Ｂとの比率Ｂ／Ａは、１．３〜１．５の範囲に収まるように、さらに好ましくは１．５に設定される。
【００５５】
これによれば、流体の温度が常温（室温）に比べて高い（例えば、７０℃程度）場合等の厳しい使用条件においても、前記ベローズ１０が軸心１６方向に伸長する際、前記山部１７に生じる大きな応力を狭い特定箇所に集中させることがない。よって、このような場合でも、前記ベローズ１０の伸縮に起因してこのベローズ１０の山部１７の軸心１６方向中央部に亀裂が発生することを抑止することができる。
【００５６】
次に、本実施形態によれば、前記山部１７に生じる大きな応力が狭い特定箇所に集中しないという作用効果が奏されることについて説明する。前記ベローズ１０の山部１７に生じる応力ついては、ミーゼス応力を計算して応力解析を行った。図４に、流体の温度が２０℃である場合、前記ベローズ１０の伸長時に前記山部１７に生じる応力の最大値（最大ミーゼス応力）の比較図を示す。図５に、流体の温度が７０℃である場合、前記ベローズ１０の伸長時に前記山部１７に生じる応力の最大値（最大ミーゼス応力）の比較図を示す。
【００５７】
前記山部１７の内周面側１７ａで軸心１６方向一端から他端にわたって延びるパスにおいて、前記山部１７の軸心１６方向中央部（頂点部）をパス０とした場合、前記ベローズ１０の伸長時に軸心１６方向に引き伸ばされる前記山部１７に生じる応力の最大値（最大ミーゼス応力）は、前記山部１７の内周面側においてパス０の位置を含む円弧の前記領域３０に分布する。
【００５８】
図４から、肉厚比率Ｂ／Ａ＝１の最も大きな最大ミーゼス応力を１としたとき、最大ミーゼス応力が急勾配で変化しつつパス０の位置という特定箇所で最も大きな値（すなわち、１）となるのに対し、本実施形態においては、パス０の位置を挟む軸心１６方向の所定範囲で、最大ミーゼス応力が０．９程度に低減されたうえ、この０．９程度の値が略維持されることが確認できる。
【００５９】
このことから、本実施形態の場合、肉厚比率Ｂ／Ａ＝１．３、１．５、１．８の各々で、最大ミーゼス応力が、パスに関してパス０の位置を挟んで比較的広い所定範囲（図４のフラット状部分）で同程度の値をとることがわかる。つまり、前記ベローズ１０の伸長時に前記山部１７に生じる大きな応力（最大値）が、比較的低い値で、パス０の位置に集中せずにその周囲に分散されることがわかる。
【００６０】
また、図５から、肉厚比率Ｂ／Ａ＝１の最も大きな最大ミーゼス応力を１としたとき、本実施形態においては、パス０の位置を挟む軸心１６方向の所定範囲で、最大ミーゼス応力が０．８５程度に低減されたうえ、この０．８５程度の値が略維持されることが確認できる。
【００６１】
このことから、流体の温度が高い（具体的には、７０℃）場合であっても、肉厚比率Ｂ／Ａ＝１．３、１．５の各々で、最大ミーゼス応力が、パス０の位置を挟んで比較的広い所定範囲（図５のフラット状部分）で同程度の値をとることがわかる。つまり、前記ベローズ１０の伸長時に前記山部１７に生じる大きな応力（最大値）が、比較的低い値で、パス０の位置に集中せずにその周囲に分散されることがわかる。
【００６２】
また、本実施形態においては、図３（ａ）に示すように、前記山部１７の内周面側１７ａの軸心１６方向断面形状が、第１の曲率半径の円弧状に形成されている。前記山部１７の外周面側１７ｂの軸心１６方向断面形状が、前記第１の曲率半径より大きい第２の曲率半径の円弧状に形成されている。ここで、前記第１の曲率半径の円弧の中心２３に対して、同一軸線上に配置された、前記第２の曲率半径の円弧の中心２４は、径方向外側へずれている。
【００６３】
本実施形態においては、図２、図３に示すように、前記谷部１８の外周面側１８ｂの軸心１６方向断面形状が、前記山部１７の内周面側１７ａの軸心１６方向断面形状に相当する形状（円弧状）とされている。前記谷部１８の内周面側１８ａの軸心１６方向断面形状が、前記山部１７の外周面側１７ｂの軸心１６方向断面形状に相当する形状（円弧状）とされている。
【００６４】
なお、本発明におけるベローズの山部は、本実施形態においては外周面側１７ｂの稜線部分を断面視で円弧状とした前記山部１７としているが、これに限定するものではなく、図６（ａ）に示すような、外周面側３３ｂの稜線部分を断面視で軸心１６方向両端側に角部３３ｃを有する角形とした山部３３としてもよいし、図６（ｂ）に示すような、前記山部３３においてその角部３３ｃを面取りしたような山部３５としてもよい。ただし、本発明におけるベローズの山部は、応力集中の緩和という観点からは、図６（ａ）及び（ｂ）に示すような山部３３・３５に比べ、図３に示すような山部１７とすることが好ましい。
【００６５】
また、図３に示すように、本実施形態においては、軸心１６方向に隣り合う側面部１９の間に空間部分２０１が形成されている。この空間部分２０１は、前記ベローズ１０の収縮時においても保持される。そして、この軸心１６方向に隣り合う側面部１９の間の幅（前記空間部分の軸心１６方向の幅）Ｃが、前記ベローズ１０の収縮時（最大収縮時）に前記側面部１９の肉厚Ａと略同一となるように設定されている。
【００６６】
本実施形態においては、また、前記ベローズ１０の軸心方向の最大収縮時、図３（ａ）に示すように、前記側面部１９が、前記ベローズ１０の軸心方向と略直交する平面上に位置するように構成されている。前記ベローズ１０の状態は、所定寸法の前記幅Ｃを有する前記空間部分２０１が前記ポンプ作用室１４側で互いに対向する前記側面部１９の間に形成されるように、前記エアシリンダ５３により適宜制御される。
【００６７】
詳しくは、前記ベローズ１０の側面部１９は、前記ポンプ作用室１４側に臨む内周面２０２と、前記ポンプ作動室１５側に臨む外周面２０３とを有している。前記内周面２０２及び前記外周面２０３は、それぞれ平面状に形成されている。前記内周面２０２及び前記外周面２０３は、前記側面部１９の肉厚Ａが前記ベローズ１０の径方向において略一定となるように、互いに略平行に配置されている。
【００６８】
そして、前記ベローズ１０がその軸心方向に関して最も収縮したとき、前記内周面２０２及び前記外周面２０３が、前記ベローズ１０の軸心方向と略直交する平面をなす構成とされている。そのため、前記ベローズ１０の最大収縮時には、前記空間部分２０１が、前記谷部１８側で前記山部１７側と同程度の前記幅Ｃを有する、即ち前記ベローズ１０の径方向において略一定の前記幅Ｃを有するようになっている。
【００６９】
このような前記ベローズ１０の最大収縮状態は、前記エアシリンダ５３において、前記ベローズ１０を収縮させるために移動する前記ピストン４８を前記シリンダ４９（前記ポンプケーシング１１の底壁部）に接触させて当該ピストン４８の位置を規制すること、又は、前記近接センサ５５・５６及び前記センサ感知板５７を用いて加圧空気の制御を行うことにより実現され得る。
【００７０】
したがって、最大収縮状態にある前記ベローズ１０において、前記ポンプ作用室１４内で前記空間部分２０１への流体の浸入が阻害されないような前記幅Ｃを確保することが可能となり、前記ポンプ作用室１４を流体で満たしやすくなる。よって、前記ポンプ作用室１４への流体の流入に伴う前記ベローズ１０の収縮状態から伸長状態への切り替え動作を円滑なものにできる。
【００７１】
図７（ａ）に、前記ベローズ１０の最大収縮時における前記開口周縁部１２付近の拡大断面図を示す。図７（ｂ）に、前記ベローズ１０の最大収縮時における前記閉塞端部２１付近の拡大断面図を示す。
【００７２】
図７（ａ）に示すように、本実施形態において、前記ベローズ１０は、最も前記開口周縁部１２側に位置する前記側面部１９（１９Ａ）が当該ベローズ１０の最大収縮時に前記第１環状固定板１３と接触しないように設けられている。この側面部１９（１９Ａ）は、前記ベローズ１０が最も収縮する際、前記第１環状固定板１３との間に第１隙間２０５が生じるように配置される。
【００７３】
また、図７（ｂ）に示すように、本実施形態において、前記ベローズ１０は、最も前記閉塞端部２１側に位置する前記側面部１９（１９Ｂ）が当該ベローズ１０の最大収縮時に前記第２環状固定板２０６と接触しないように設けられている。この側面部１９（１９Ｂ）は、前記ベローズ１０が最も収縮する際、前記第２環状固定板２０６との間に第２隙間２０８が生じるように配置される。
【００７４】
このような構成により、前記ベローズ１０の伸縮駆動時、前記側面部１９（１９Ａ）が前記第１環状固定板１３と繰り返し接触することを阻止することができる。また、この際、前記側面部１９（１９Ｂ）が前記第２環状固定板２０６と繰り返し接触することを阻止することができる。したがって、前記第１環状固定板１３及び前記第２環状固定板２０６との接触に起因する前記ベローズ１０（前記側面部１９（１９Ａ）・（１９Ｂ））の劣化を防止することができる。
【００７５】
なお、本発明に係る流体機器においては、前記ベローズ１０に代えて、図８に示すように仕切壁２１１及びポンプケーシング２１２に開口周縁部２１３で直接固定され得るベローズ２１０を用いることができる。この場合には、前記ベローズ２１０の最大収縮時に、例えば前記ベローズ２１０の側面部２１５のうちの最も前記開口周縁部２１３側に位置する側面部２１５（２１５Ａ）と前記開口周縁部２１３との間に隙間２１７が生じるようにして、両者を接触させないようにすることが望ましい。
【００７６】
図９は、本発明の他の実施形態に係る流体機器としての脈動減衰装置９３の全体を示す側面断面図であり、図１に示した箇所に対応する部分には同一の符号を付している。
【００７７】
図９に示すように、前記脈動減衰装置９３は、上述の実施形態における前記脈動減衰装置３と実質的に同一のものである。前記脈動減衰装置９３は、円筒状の周壁部材１０２と、この周壁部材の上下端にそれぞれ固定された上壁部材１０３および下壁部材１０４を有するケーシング１０１を備えている。このケーシング１０１内に、その軸心方向（上下方向）に伸縮可能に構成されたベローズ６０が配置されている。
【００７８】
そして、このベローズ６０の開口周縁部６２が環状固定板６３により前記下壁部材１０４の側面部に気密状態で固定されている。これにより、前記ケーシング１０１の内部空間が前記ベローズ６０内に位置する液室６４と、前記ベローズ６０外に位置する気室６５とに密閉状態で区画されている。また、前記下壁部材１０４には流体の吸入流路６と吐出流路８とが形成されて、両者７、８が前記液室６４に連通されている。前記上壁部材１０３には自動給排気調整手段７７が設けられている。
【００７９】
前記ベローズ６０は、図１に示した前記脈動減衰装置３で使用されたものと実質的に同じ構成を有しており、また、前記自動給排気調整手段７７の構成も図１に示した脈動減衰装置３のものと同じ構成であるので、ここではそれらの作用動作についての詳しい説明は省略する。
【００８０】
図１０は、本発明のさらに他の実施の形態に係る流体機器としてのベローズポンプ１１２の全体を示す縦断面図である。
【００８１】
図１０に示すように、前記ベローズポンプ１１２は、左右一対のポンプ部分を対称に配置したものであって、各ポンプ部分が相補的に動作することで大きな移送量が得られるようになっている。
【００８２】
すなわち、前記ベローズポンプ１１２は、円筒状の周壁部材１２１と、この周壁部材１２１の左右端にそれぞれに固設された側壁部材１２２、１２３を有するポンプケーシング１２０を備えている。このポンプケーシング１２０内には、仕切壁１２４を挟んで左右対称形に一対のベローズ１２５、１２６が配置されている。
【００８３】
前記各ベローズ１２５、１２６は、図１に示した前記ベローズポンプ２で使用されている前記ベローズ１０と実質的に同じ構成を有している。そして、前記ベローズ１２５、１２６では、それぞれの開口周縁部が環状固定板１２８、１２９により前記仕切壁１２４の側壁部に気密状に固定される一方、それぞれの閉塞端部が受圧板１３１、１３２と連結されている。前記受圧板１３１、１３２は、前記仕切壁１２４を貫通する複数の連結棒１３３を介して連結されている。
【００８４】
また、前記仕切壁１２４には流体の吸入流路１３４と吐出流路１３５とが形成されている。これらの吸入流路１３４と吐出流路１３５の間には、前記ベローズ１２５の伸縮動作に伴って交互に開・閉動作し得る逆止弁１３６、１３７が設けられるとともに、前記ベローズ１２６の伸縮動作に伴って交互に開・閉動作し得る逆止弁１３８、１３９が設けられている。
【００８５】
さらに、前記ポンプケーシング１２０の前記側壁部材１２２、１２３には、それぞれ、図外のコンプレッサ等からの加圧空気を前記ポンプケーシング１２０内に供給するための空気孔１４１、１４２と、前記ポンプケーシング１２０内の空気を排出するための空気孔１４３、１４４とが形成されている。
【００８６】
したがって、前記ベローズポンプ１１２においては、前記コンプレッサ等からの加圧空気を、前記空気孔１４１、１４２から交互に供給して左右の前記ベローズ１２５、１２６を交互に伸長・収縮動作させると、例えば、右側の前記ベローズ１２６によって前記吸入流路１３４から逆止弁１３９を経て流体が吸入されるときには、左側の前記ベローズ１２５によってその内部に貯留されている流体が前記逆止弁１３６を経て前記吐出流路１３５から吐出される。また、左側の前記ベローズ１２５によって前記吸入流路１３４から前記逆止弁１３７を経て流体が吸入されるときには、右側の前記ベローズ１２６によってその内部に貯留されている流体が前記逆止弁１３８を経て前記吐出流路１３５から流出される。
【００８７】
このようにして、左右の前記ベローズ１２５、１２６が交互に伸縮動作させられることによって前記吸入流路１３４からの流体の吸入と前記吐出流路１３５への吐出とが反復されて、所定のポンプ動作が実行される。
【符号の説明】
【００８８】
１      ポンプ装置（流体機器）
６      吸入流路
７      中間流路（吐出流路または吸入流路）
８      吐出流路
１０    ベローズ
１６    軸心
１７    山部
１８    谷部
１９    側面部
３３    山部
３５    山部
６０    ベローズ
６７    山部
６８    谷部
６９    側面部
９３    脈動減衰装置（流体機器）
１１２  ベローズポンプ（流体機器）
１２５  ベローズ
１２６  ベローズ
【図１】
2015083553.tif 000003
【図２】
2015083553.tif 000004
【図３】
2015083553.tif 000005
【図４】
2015083553.tif 000006
【図５】
2015083553.tif 000007
【図６】
2015083553.tif 000008
【図７】
2015083553.tif 000009
【図８】
2015083553.tif 000010
【図９】
2015083553.tif 000011
【図１０】
2015083553.tif 000012
【図１１】
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【国際調査報告】
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