【手続補正書】
【提出日】平成15年11月11日(2003.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】金属ダイアフラム式アキュムレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧力ライン（６）に導圧路（５）を介して接続される外殻（１）と、この外殻（１）の内室を前記導圧路（５）に開口した導圧室（１Ａ）および、気体（３）と液体（４）が封入されている密閉状のクッション室（１Ｂ）に密封的に仕切る可撓性を有する金属ダイアフラム（２）とを備え、
前記封入気体（３）はクッション機能を有し、前記封入液体（４）は前記金属ダイアフラム（２）の撓み変位量を規制するストッパ機能を有することを特徴とする金属ダイアフラム式アキュムレータ。
【請求項２】請求項１の記載において、
前記金属ダイアフラム（２）には円周方向に連続した起伏が形成されていることを特徴とする金属ダイアフラム式アキュムレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧等の圧力機器において、圧力を一時的に貯蔵したり、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るダイアフラム式アキュムレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイアフラム式アキュムレータの典型的な従来例としては、図６に示すように、ヘッドカバー１０１及びボトムカバー１０２からなる外殻１００の内室が、外周縁を前記ヘッドカバー１０１とボトムカバー１０２の外周縁の間に挟持した状態に封着されたシート状エラストマ又は可撓性の良好な金属薄板からなるダイアフラム１０３を介して、ヘッドカバー１０１側の導圧室１００Ａとボトムカバー１０２側のクッション室１００Ｂとに画成されてなる構造を有するものがある。導圧室１００Ａは、ヘッドカバー１０１から延在された導圧路１０１ａを通じて油圧等の圧力ライン（図示省略）に並列に接続される一方、クッション室１００Ｂには、ボトムカバー１０２に開設された封入口１０２ａからクッション用の気体（例えば空気あるいは窒素ガス、不活性ガスなど）が封入される。封入口１０２ａは、気体の封入後、プラグ１０４又はバルブで密閉される。
【０００３】
このダイアフラム式アキュムレータは、圧力ラインから導圧路１０１ａを介して導圧室１００Ａに導入される流体の圧力（ライン圧）と、クッション室１００Ｂに封入された気体の圧力及びダイアフラム１０３の弾性力の和が互いに平衡状態になるように、ダイアフラム１０３が変位する。すなわちライン圧が上昇した時には、図６に一点鎖線で示すように、ダイアフラム１０３がクッション室１００Ｂを圧縮させる方向に撓み変位することによって上昇圧力を貯蔵し、ライン圧が降下した時には、相対的に高圧になるクッション室１００Ｂの内圧及びダイアフラム１０３自体の弾性によってダイアフラム１０３が導圧室１００Ａ側へ向けて復帰動作し、貯蔵圧力を放出するものである。このため、例えばポンプ等により発生した流体の脈圧を吸収して流れを平滑にする手段や、圧力の蓄積による補助エネルギ源、あるいは流体の熱膨張及び収縮による圧力変化を吸収してシステム内の圧力補償を行う手段など、種々の用途に使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種のダイアフラム式アキュムレータにおいて、ダイアフラム１０３がエラストマからなるものである場合は、導圧室１００Ａに導入されているライン圧が過剰上昇すると、ダイアフラム１０３はこれに対応して大きく変位するが、ある一定以上の変位は、図７に示すように外殻１００におけるボトムカバー１０２の内面に圧接することによって規制され、過大変位による破裂が防止されている。しかしながら、圧力ラインを流れる流体が高温もしくは低温である場合や、エラストマを溶解するような薬液である場合は、ダイアフラム１０３にエラストマ等の弾性に富む材料を用いることができない。
【０００５】
また、ダイアフラム１０３に上述のような高温又は低温雰囲気や薬液に耐え得る金属薄板を用いた場合は、このような金属薄板からなるダイアフラム１０３は、図７に示すように外周側で大きく屈曲してボトムカバー１０２の内面に圧接するといった柔軟な変形ができないため、導圧室１００Ａに過剰なライン圧が導入されると破裂してしまう恐れがある。したがって、ダイアフラム１０３がその弾性限度内で例えば図６に一点鎖線で示す位置まで撓み変位した時点でボトムカバー１０２の内面に接触するように、ボトムカバー１０２を二点鎖線で示すように浅くすることが考えられるが、この場合はダイアフラム１０３の一部（中央部）がボトムカバー１０２の内面に接触した時点でダイアフラム１０３が殆ど撓み変位できなくなるので、引き続きライン圧が上昇してもクッション室１００Ｂの内圧は殆ど上昇しなくなり、ダイアフラム１０３に作用する圧力差が大きくなる。したがって、金属ダイアフラム１０３の破裂を有効に防止することが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記のような事情のもとになされたもので、その技術的課題とするところは、金属薄板からなるダイアフラムを用いたアキュムレータにおいて、過大なライン圧が入力された時に前記ダイアフラムが破損するのを有効に防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
圧力ラインから導圧路を介して導圧室に導入されたライン圧が上昇することによってクッション室側へ撓み変位する金属ダイアフラムの過大変位を防止するには、外殻におけるクッション室側の内面を、金属ダイアフラムの過大変位を規制し得る形状とすれば良いように思われるが、金属ダイアフラムの変形形状に対応するように前記内面を加工することは、実際には困難である。そこで本発明に係る金属ダイアフラム式アキュムレータは、圧力ラインに導圧路を介して接続される外殻と、この外殻の内室を前記導圧路に開口した導圧室および、気体と液体が封入されている密閉状のクッション室に密封的に仕切る可撓性を有する金属ダイアフラムとを備え、前記封入気体はクッション機能を有し、前記封入液体は前記金属ダイアフラムの撓み変位量を規制するストッパ機能を有するものである。
【０００８】
すなわち本発明は、クッション室の封入気体はクッション機能を有し、液体は非圧縮性であることによって、金属ダイアフラムの撓み変位量を規制するストッパとして機能するものである。また、導圧室に導入されたライン圧の上昇によって撓み変位した金属ダイアフラムがクッション室の封入液体に接触すると、この液体は金属ダイアフラムの撓み形状に倣ってクッション室内を移動し、導圧室のライン圧を前記封入液体を介して前記封入気体に伝達するので、クッション室の内圧と金属ダイアフラムの弾性力は、常に導圧室内のライン圧と均衡することになる。したがって、本発明において一層好ましくは、導圧室が上側、クッション室が下側となるように外殻を配置した場合に、前記導圧室の圧力上昇に伴って撓み変位する金属ダイアフラムの撓み量が弾性限度に達する前にこの金属ダイアフラムが前記クッション室内の液面に没入するように、前記クッション室の液体封入量が設定される。
【０００９】
また、本発明において付加される一層好ましい他の構成としては、クッション室側の外殻の内面を略テーパ状の凹面をなすように形成する。このようにすれば、クッション室の無駄な空間を極力なくして外殻の大きさを節減することができる。
また、金属ダイアフラムを円周方向に連続した起伏を有する形状とする。このようにすれば、ライン圧に対する金属ダイアフラムの圧力応動性を向上させ、許容変位量を増大させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る金属ダイアフラム式アキュムレータの好ましい一実施形態を示すもので、参照符号１は内面がテーパ状の凹面状に形成された漏斗状のヘッドカバー１１及びボトムカバー１２をその外周フランジ１１ａ，１２ａ同士で互いに密接衝合させて溶接Ｗ又は図示されていない複数の螺子部材で締め付け接合した外殻、参照符号２は外周縁２ａを前記外周フランジ１１ａ，１２ａの間に挟持した状態に封着された可撓性及び延性の良好な金属薄板からなるダイアフラム（以下、金属ダイアフラムという）である。外殻１の内室は、この金属ダイアフラム２によってヘッドカバー１１側の導圧室１Ａとボトムカバー１２側のクッション室１Ｂとに画成されている。
【００１１】
クッション室１Ｂには、ボトムカバー１２に開設された封入口１２ｂからクッション用の気体（例えば空気あるいは窒素ガス、不活性ガスなど）３と適量の液体（オイル等）４が封入され、封入口１２ｂにパッキン１４を介して密栓したプラグ１３又はバルブで密閉される。封入液体４の封入量は、図示のように導圧室１Ａが上側、クッション室１Ｂが下側となるように外殻１を配置した場合に、クッション室１Ｂにおける液面が、下方へ所定変位量だけ弾性的に撓み変位した金属ダイアフラム２と接触可能な高さに存在するように設定される。また、ヘッドカバー１１の頂部からは導圧路５が延在されており、導圧室１Ａはこの導圧路５を通じて圧力ライン６に並列に接続される。この圧力ライン６は、ポンプ７によって例えば高温流体あるいは薬液等を圧送する配管系である。
【００１２】
この金属ダイアフラム式アキュムレータは、従来のアキュムレータと同様、圧力ライン６から導圧路５を介して導圧室１Ａに導入されるライン圧Ｐ６が上昇すると、図２に示すように、金属ダイアフラム２がクッション室１Ｂ内の封入気体３を圧縮しながらボトムカバー１２側へ撓み、これによって上昇する封入気体３の圧力Ｐ３と金属ダイアフラム２自体の弾性による復帰力がライン圧Ｐ６と拮抗する位置まで変位する。また、ライン圧Ｐ６が降下した時には、クッション室１Ｂの封入気体３の圧力Ｐ３と金属ダイアフラム２自体の弾性による復帰力によって金属ダイアフラム２が導圧室１Ａ側へ向けて復帰動作する。そしてこのような動作によって、例えばポンプ７の駆動に伴って圧力ライン６に与えられるライン圧Ｐ６のリップルを除去して平滑化し、あるいはシステム内の温度変化によるライン圧Ｐ６の変動を吸収する。
【００１３】
また、ライン圧Ｐ６が所定値を超えて上昇した場合は、これに伴って変位量が大きくなる金属ダイアフラム２の中央部が、図３に示すようにクッション室１Ｂ内の封入液体４の液面に接触する。ここで、金属ダイアフラム２が封入液体４の液面に接触するまでは、ライン圧Ｐ６の如何に拘らず前記封入液体４の液面レベルは不変であるが、金属ダイアフラム２が封入液体４の液面に接触した状態では、この金属ダイアフラム２の下方変位に伴って前記液面レベルが上昇するので、金属ダイアフラム２の変位量に対する封入気体３の圧縮率が急激に増大する。そしてこれは、金属ダイアフラム２の過大変位を規制する機能にほかならない。しかも封入気体３の圧力Ｐ３は、封入液体４を介して金属ダイアフラム２の下面全面に作用し、導圧室１Ａのライン圧Ｐ６に対抗するので、金属ダイアフラム２には大きな差圧が作用しない。
【００１４】
なお、この金属ダイアフラム式アキュムレータは、図１乃至図３とは天地逆に、すなわち図４に示すように、導圧室１Ａを下側、クッション室１Ｂを上側にして使用することも可能である。
【００１５】
また、上述の実施形態では、金属ダイアフラム２を平坦な薄板状に形成されたものとして図示したが、この金属ダイアフラム２は、図５に他の実施形態として示すように、円周方向に連続した起伏（山部２１及び谷部２２）を有する形状とすることによって、ライン圧Ｐ６に対する圧力応動性を向上させ、許容変位量を増大させることができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のアキュムレータによると、クッション室の封入液体が金属ダイアフラムの撓み形状に倣った理想形状のストッパとして機能し、しかもこのとき、クッション室の内圧と金属ダイアフラムの弾性力は、常に導圧室内のライン圧と均衡するので、金属ダイアフラムの破損が防止されるといった効果が実現される。
また、金属ダイアフラムに円周方向に連続した起伏を形成することにより、ライン圧に対する金属ダイアフラムの圧力応動性を向上させ、許容変位量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属ダイアフラム式アキュムレータの好ましい一実施形態を示す断面図である。
【図２】上記実施形態においてライン圧が上昇した時の金属ダイアフラムの変位状態を示す断面図である。
【図３】上記実施形態において過剰なライン圧入力時の金属ダイアフラムの変位状態を示す断面図である。
【図４】上記実施形態において図１乃至図３とは天地逆の状態で用いた状態を示す断面図である
。
【図５】本発明に係る金属ダイアフラム式アキュムレータの好ましい他の実施形態を示す断面図である。
【図６】ダイアフラム式アキュムレータの典型的な従来例を示す断面図である。
【図７】上記従来例において過剰なライン圧入力時のエラストマ製ダイアフラムの変位状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  外殻
１Ａ  導圧室
１Ｂ  クッション室
２  金属ダイアフラム
３  封入気体
４  封入液体
５  導圧路
６  圧力ライン