(57)【要約】【課題】  簡単な構成によって、種々の使用条件においても汚染が殆ど生じない、機能性の高いピストン型アキュムレータを提供する。【解決手段】  アウターケース１と、アウターケース１内に摺動自在に嵌装されるとともに、アウターケース１内を液体室３と気体室４とに区画するピストン２と、前記ピストン２外周の液体室３側に配設された液体シール手段９と、前記ピストン２外周の気体室４側に配設された気体シール手段１０と、前記アウターケース１内面、ピストン２外面、液体シール手段９および気体シール手段１０によって形成される隔室５と、を備えたピストン型アキュムレータであって、前記隔室５をパージするパージ入口６およびパージ出口７を設けるとともに、導入されたパージ流体の隔室５内部の圧力を検知し、液体室３あるいは気体室４の少なくともいずれかより低い圧力を保持するように制御することを特徴とする。【選択図】  図１
2005325931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）アウターケースと、（２）前記アウターケース内に摺動自在に嵌装されるとともに、アウターケース内を液体室と気体室とに区画するピストンと、（３）前記ピストン外周の液体室側に配設された液体シール手段と、（４）前記ピストン外周の気体室側に配設された気体シール手段と、（５）前記アウターケース内面、ピストン外面、液体シール手段および気体シール手段によって形成される隔室と、を備えたピストン型アキュムレータであって、前記隔室をパージする入口および出口を設けるとともに、導入されたパージ流体の隔室内部の圧力を検知し、液体室あるいは気体室の少なくともいずれかより低い圧力を保持するように制御することを特徴とするピストン型アキュムレータ。
【請求項２】
（１）複数のアウターケースと、（２）前記各アウターケース内に摺動自在に嵌装し、液体室、気体室、隔室および外気の内の少なくとも２つを区画するピストンと、（３）前記各ピストンに少なくとも１つの外周に配設されたシール手段と、（４）前記アウターケース内面、ピストン外面およびシール手段の対によって形成される少なくとも１つの隔室と、（５）前記ピストン相互を連結する連結手段と、を備えたピストン型アキュムレータであって、前記隔室をパージする入口および出口を設けるとともに、導入されたパージ流体の隔室内部の圧力を検知し、液体室あるいは気体室の少なくともいずれかより低い圧力を保持するように制御することを特徴とするピストン型アキュムレータ。
【請求項３】
前記パージ流体が、液体室あるいは気体室のいずれかの成分と同一の成分であることを特徴とする請求項１または２に記載のピストン型アキュムレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキュムレータに関し、特に、液体に代表される非圧縮性流体の蓄圧・緩衝を目的とするピストン型アキュムレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油あるいは水で代表される非圧縮性の液圧回路においては、流れる液体の一部を貯留あるいは導出させることによって配管系の圧力緩衝を図るために、アキュムレータが用いられる。以降、記述を簡潔にするため、圧縮性の乏しい状態を「液体」、圧縮性に富む状態を「気体」と表記する。
【０００３】
例えば、自動車のブレーキ機構のように、作動子が外力を受けてロックされ、その作動子を駆動する油圧アクチュエータが動作できなくなると、そのアクチュエータに送られる油圧油の圧力が過剰に上昇する。この場合、油圧回路にアキュムレータを設けていると、油圧油の一部が一時的にアキュムレータに導入されることで、過大な圧力上昇を回避し、油圧回路の安全を担保することができる。一方、作動子のロックが解除されたときは、油圧ポンプからの油圧油がアクチュエータに供給される前に、まずアキュムレータに蓄圧されていた油圧油を導出して、アクチュエータが迅速に動作するように作動圧をアシストすることができる。
【０００４】
アキュムレータには、ブラダ型、ピストン型、ダイヤフラム型など各種の方式があるが、通常、気体の封入されたゴム製のブラダをシェルに内蔵するブラダ型アキュムレータとシリンダ内がピストンによって画成された２つの室の一方に気体を封入したピストン型アキュムレータがよく使用される。ブラダや気体室に封入される不活性気体の圧力は、使用目的によって異なるが、例えば、当初の条件では７０ｋｇｆ／ｃｍ２程度であり、アキュムレータに作動液が進入することによって収縮するブラダあるいは変位するピストンにとって圧縮された場合には、最大２１０ｋｇｆ／ｃｍ２程度にまでなる。一方、作動液の圧力が低下すると気体は膨張し、アキュムレータ内部の作動液が液圧回路に戻される。
【０００５】
具体的には、ピストン型アキュムレータとして、従来から図３に示すような構造が知られている。有底筒状のアウターケース１０１内にピストン１０２を摺動自在に収納し、このピストン１０２外周にＯリング１０３，１０３等を嵌着し、アウターケース１０１の開口部１０５にはプラグ１０４を固着し、更に気体室Ｓ１には窒素気体を封入してプラグボルト１０６にて封止するとともに、液体室Ｓ２内には作動油を充填している。そして、このアキュムレータにおいては、アウターケース１０１とプラグ１０４とはアウターケース１０１の開口部１０５を溶接することによって固着している（例えば特許文献1参照）。
【特許文献１】特開平０８−２９６６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようなアキュムレータにおいては、プラダあるいはピストン外周のシール部を介してのモレを避けることができず、宇宙開発関連装置、化学反応装置、半導体用装置あるいは超臨界流体の供給装置などにおいては作動液の汚染が問題となる。
【０００７】
特に、前者については、透過に関わるブラダの面積が大きいことが要因となり、後者については、ピストンの移動に伴いアウターケース内壁への作動液や気体の付着・吸着あるいは外気からの汚染などが関与する。
【０００８】
また、ブラダ型やピストン型の代わりに、金属製のベロー型あるいはダイヤフラム型を用いた場合にあっても、金属素材によって汚染の問題は解決可能であるが、高圧になればなるほど肉厚となり、大容量のアキュムレータの入手の困難性や繰返し応力による金属疲労に伴う短寿命が問題となる。さらに、これら自体が高価であることに加え、その維持作業や費用の面でも問題があった。
【０００９】
本発明は、簡単な構成によってコストを低く抑え、こうした使用条件においても汚染が殆ど生じない、機能性の高いアキュムレータ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】
本発明は、（１）アウターケースと、（２）前記アウターケース内に摺動自在に嵌装されるとともに、アウターケース内を液体室と気体室とに区画するピストンと、（３）前記ピストン外周の液体室側に配設された液体シール手段と、（４）前記ピストン外周の気体室側に配設された気体シール手段と、（５）前記アウターケース内面、ピストン外面、液体シール手段および気体シール手段によって形成される隔室と、を備えたピストン型アキュムレータであって、前記隔室をパージする入口および出口を設けるとともに、導入されたパージ流体の隔室内部の圧力を検知し、液体室あるいは気体室の少なくともいずれかより低い圧力を保持するように制御することを特徴とする。
【００１１】
つまり、液体室と気体室とを隔室によって区画することで、直接の相互の接触および外気との接触を回避するができ、また、隔室内のリーク流体を素早くパージすることで相互の影響あるいは外気の影響を遮断することができる。その結果、上記のようなアキュムレータの構造上不可避な作動液あるいは気体のリークがあっても、作動液の汚染に結び付くことがないようにすることができる。
【００１２】
また、隔室内の圧力は、液体室と気体室からのリークを抑えるには液体室あるいは気体室と同じであることが好ましい一方、現実の液圧回路での圧力は非常に素早く変動する場合もあり、これに追随する圧力制御は非常に困難である。従って、液体室あるいは気体室のいずれよりも低い圧力とし、特にその差を小さく保持するように制御することによって、理想に近い条件での稼動が可能となる。
【００１３】
さらに、隔室の液体室に近い部位および気体室に近い部位に２以上のパージ入口およびパージ出口を設け、別個にパージすることも好ましく、特に隔室を２以上に区画し各々異なった圧力あるいは流体によって、さらにパージ効果を上げることができる。
【００１４】
また、本発明は、（１）複数のアウターケースと、（２）前記各アウターケース内に摺動自在に嵌装し、液体室、気体室、隔室および外気の内の少なくとも２つを区画するピストンと、（３）前記各ピストンに少なくとも１つの外周に配設されたシール手段と（４）前記アウターケース内面、ピストン外面およびシール手段の対によって形成される少なくとも１つの隔室と、（５）前記ピストン相互を連結する連結手段と、を備えたピストン型アキュムレータであって、前記隔室をパージする入口および出口を設けるとともに、導入されたパージ流体の隔室内部の圧力を検知し、液体室あるいは気体室の少なくともいずれかより低い圧力を保持するように制御することを特徴とする。
【００１５】
アキュムレータは、液体室と気体室での圧縮率が大きく異なることを利用し、液体室側での圧力変化をピストンによって気体室側にそのまま伝達して、その蓄圧あるいは緩衝など機能を活かしている。しかし、アキュムレータの用途によっては、圧縮比を調整したい場合や両室間の距離を調整したい場合がある。これは、前者については、液体室を有するアウターケースに設けたピストンと気体室を有するアウターケースに設けたピストンを連結し、液体室側と気体室側との受圧面積の大きさを相違することによって可能となる。
【００１６】
また、後者については、プロセスの計装上、軸方向には短く径方向に長いアキュムレータが好ましい場合や逆の場合、あるいは液体室と気体室との形状を異なるものとしたい場合などがあり、複数のアウターケースを有する構成によって、こうした使い分けの要請に対して適用可能な、汎用性の高いアキュムレータを提供することができる。
【００１７】
本発明は、上記ピストン型アキュムレータであって、前記パージ流体が液体室内あるいは気体室内のいずれかの成分と同一成分であることを特徴とする。
【００１８】
上記のように、パージ流体が導入される隔室内の圧力が液体室あるいは気体室よりも低い圧力が保持されていればパージ流体が各液体室あるいは気体室に対して直接侵入することはない。しかし、液体室あるいは気体室の温度が低い場合など、パージ流体の液化あるいは高密度化によるアウターケース内壁への付着や吸着によって、ピストンの移動に伴う液体室あるいは気体室への混入の可能性がないとはいえない。このとき、隔室の液体室に近い部位あるいは気体室に近い部位に流体入口および出口を設け、液体室内あるいは気体室内のいずれかの成分と同一成分の流体を用いてパージすることによって、こうした不純物の混入を排除し、パージ効果をより高めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、液体室および気体室の中間に設けた隔室のパージ機能を改善することによって、汚染が殆ど生じない、機能性の高いアキュムレータを提供することができる。また、パージ機構だけでなく、ピストンおよびアウターケースを工夫することによって、液体室と気体室の圧力を異なる値で操作することができる。従って、簡単な構成によってコストを低く抑え、こうした使用条件においても汚染が殆ど生じない、機能性の高いアキュムレータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るアキュムレータの構成（第１構成例）を例示する図であり、円筒状のアウターケース１およびピストン２から構成される実施形態を説明する。ただし、本発明のアキュムレータはこれに限定されず、目的に応じて種々の変更が可能である。
【００２１】
具体的には、アウターケース１をピストン２によって分割し、その一方に設けられた液体室３、他方に設けられた気体室４、および、アウターケース１内面、ピストン２の外周面、液体および気体シール手段９および１０とから形成される隔室５からアキュムレータ構成されている。隔室５は、パージ流体によって連続的あるいは間欠的にパージされる。パージ流体は、パージ入口６から導入されてパージ出口７から排出されるとともに、パージ出口７側に設けられた圧力計８によって監視され、圧力調整手段（図示せず）によって所定の圧力で制御される。液体室３と隔室５との間はシール手段９によって区画し、気体室４と隔室５との間はシール手段１０によって区画する。なお、隔室５は、ピストン２の外周面やアウターケース１の内周面に凹部を設けること、あるいは両者に凹部を設けることも可能である。
【００２２】
アキュムレータの一端部は、液体接続部１１を介して作動液と接続し、他端部は、気体接続部１２を介して気体供給手段あるいは気体封入手段（図示せず）と接続する。このとき、例えば、作動液の圧力上昇が生じた場合、ピストン２の液体面２ａの押圧を増してピストン２を移動させ、気体室４内部に封入された気体を圧縮して増圧する。逆に作動液の圧力低下が生じた場合、ピストン２の液体面２ａの押圧を減じてピストン２を移動させ、気体室４内部に封入された気体を膨張させて減圧する。これによって、アキュムレータの畜圧あるいは緩衝作用が機能する。
【００２３】
このとき、液体室３と気体室４とを区画する隔室５に漏洩する僅かな作動液および気体は、パージ流体によって素早く排除されることで相互の影響あるいは外気の影響を遮断することができる。特に、隔室５内のパージ流体の圧力を、液体室３あるいは気体室４のいずれよりも低い圧力とし、その差を小さく保持するように制御することによって、漏洩を大幅に低減することが可能となる。
【００２４】
また、パージ流体を液体室３内あるいは気体室４内のいずれかの成分と同一成分にすることが好ましい。つまり、パージ流体の逆拡散による液体室３あるいは気体室４の汚染を防止することが可能となる。併せて、液体室３あるいは気体室４の温度が低い場合などにおけるパージ流体の液化あるいは高密度化によるアウターケース１の内壁への付着や吸着によって生じるおそれのある、ピストンの移動に伴う液体室３あるいは気体室４への混入を防止することができる。
【００２５】
ここで、ピストン２は、気体室４内部の容積を大きく確保するために液体室３側に壁面を有する円筒状体を形成することが好ましい。また、シール手段は、図１ではパッキン状体で例示しているが、具体的には、ＯリングやＹリング等々種々の構造の適用が可能である。
【００２６】
本発明の別の実施態様を、図２に例示する（第２構成例）。ピストン型アキュムレータにおいて、液体室３側のアウターケース１ａに内蔵されたピストン２ａと気体室４側とアウターケース１ｂに内蔵されたピストン２ｂとが連結手段１３によって連結される。各アウターケース１ａおよび１ｂには、各々、アウターケース１ａの内面、ピストン２ａの外周面、液体シール手段９ａおよび９ｂとから形成される隔室５ａ、およびアウターケース１ｂの内面、ピストン２ｂの外周面、気体シール手段１０ａおよび１０ｂとから形成される隔室５ｂが設けられ、パージ流体によって連続的あるいは間欠的にパージされる。パージ流体は、各々パージ入口６ａおよび６ｂから導入されてパージ出口７ａおよび７ｂから排出される。
【００２７】
なお、連結手段１３の周囲は、特にパージを必要とせず、図２では、隔室１４が外気に通じた状態となっているが、これに限定されるものではない。隔室１４に代えて、隔室５ａと隔室ｂとを隣り合わせにし、その中央に液体シール手段９ｂおよび気体シール手段１０ｂに代えて１つの共通のシール手段を用いて、隔室パージ出口７ａおよび７ｂから各々のパージ流体を排出する方法（図示せず）、あるいは、各アウターケース１ａおよび１ｂにパージ出口７ａおよび７ｂ、シール手段９ｂおよび１０ｂを設けずに、共通のパージ出口７を設ける方法（図示せず）などが可能である。
【００２８】
このとき、図２のように、ピストン２ａの受圧面積２ａの大きさがピストン２ｂの受圧面積２ｂの大きさよりも小さな場合、作動液の圧力は、液体室３を介してピストン２ａおよび２ｂによって伝達され、気体室４の内圧と平衡関係を維持するように働く。つまり、気体室３の内圧を液体室４の内圧よりも低い状態でバランスさせることができる。
【００２９】
逆に、液体室３側の受圧面積２ａを気体室４側の受圧面積２ｂよりも大きくすると、気体室３の内圧を液体室４の内圧よりも高い状態でバランスさせることができる。
【００３０】
つまり、気体室３の圧力は、その蓄圧・緩衝機能を有効に働かせるためには、所定の範囲内にあることが好ましく、作動液の条件に合せたアウターケース１ａとピストン２ａあるいはアウターケース１ｂとピストン２ｂを選択することで、気体室３の圧力を最適な範囲内に設定することができ、作動液の微圧変動をより正確に吸収・蓄圧することができる。
【００３１】
なお、上記第２構成例では、液体室３を有するアウターケース１ａに嵌装されるピストン２ａと、気体室４を有するアウターケース１ｂに嵌装されるピストン２ｂとを連結した例を基に説明したが、こうした構成に限定されるものではないことはいうまでもない。具体的には、これらを複数並列的に配置し、各隔室５にパージ流体を導入する構成や、１つの液体室３を有するアウターケース１ａに嵌装されるピストン２ａに複数のピストン２ｂ、２ｃ・・が直列的あるいは並列的に連結され、各ピストン２ｂ、２ｃ・・は気体室４ｂ、４ｃ・・を有するアウターケース１ｂ、１ｃ・・に嵌装される構成などが挙げられる。前者は、作動液の変動に対して、流路順に分散的にアキュムレータ機能を働かせることができ、後者はアキュムレータ内において気体室４の負荷を分散させることができる点において優れている。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
上記のように、アキュムレータの使用方法は多枝にわたっている。本願では、基本的な使用方法に限定して記述したが、多様な技術との組合せにより、さらに多くの場合にも応用できることは明らかであり、高い汎用性を有している。
【００３３】
また、本発明は上記に規定したような狭義の「液体」と「気体」の組み合わせに限らず、より広い範囲に利用することができる。例えば、圧縮性の乏しい低温の超臨界圧の流体の流路に本発明の液体室を接続し、その蓄圧・緩衝に利用することもできる。また、圧縮性に富む流体であれば、気体に限らず本発明の気体室に収納し緩衝用流体とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るアキュムレータの第１構成例を示す説明図
【図２】本発明に係るアキュムレータの第２構成例を示す説明図
【図３】従来の構成を例示する説明図
【符号の説明】
【００３５】
１    アウターケース
２    ピストン
３    液体室
４    気体室
５、１４  隔室
６    パージ入口
７    パージ出口
８    圧力計
９    液体シール手段
１０  気体シール手段
１１  液体接続部
１２  気体接続部
１３  連結手段
【図１】
2005325931.tif 000003
【図２】
2005325931.tif 000004
【図３】
2005325931.tif 000005