(57)【要約】【課題】従来のベローズの本体部分は均一な厚さの金属、樹脂、引布等で作られ、それに、必要に応じて、耐圧や形状保持のための補強リングや、長さを拘束するための器具等が取付られて使用されている。ベローズの円筒部の外殻の形状を負荷させる荷重を受けるのに適した形状に変更、または、ベローズ部に直接補強部品を取り付けたり、ベローズの一部をそれに適した形状にすることで、耐圧性の向上を図ると共に軸方向に加わる圧縮力、引っ張り力に対しても、対応できるようにしたベローズを提供することで、軽量でコンパクトなアクチュエーターとしての利用に適したベローズを提供する。【解決手段】樹脂製ベローズ本体の形状を工夫することにより、従来は高価な金属製ベローズでしか対応できなかった耐圧性のあるベローズを提供し、また、長さを拘束するために必要な機能をベローズ本体に持たせることで、機器の軽量化、コンパクト化を可能にする。【選択図】図１４
2016118263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常Ｕ字型の断面を持つ、ベローズの内径または外径部のＲ部の外側の形状を４角にしてベローズが密着した際に、その部分で荷重を支えられるようにすることを特徴とする樹脂（高分子化合物）製のベローズ。
【請求項２】
断面がＵ字型のベローズにおいて、内径または外形のＲ部の外側にベローズ本体と一体として円筒状のガイドを有することを特徴とする樹脂（高分子化合物）製のベローズ。
【請求項３】
断面がＵ字型のベローズにおいて、内径または外形のＲ部の外側にベローズ本体と一体として円筒状のガイドを有し、内側と外側のガイドに伸び側の長さを拘束する突起を有することを特徴とする樹脂（高分子化合物）製のベローズ。
【請求項４】
通常Ｕ字型の断面を持つ、ベローズの内径または外径部のＲ部の外側にベローズ本体とは別の部品として、ベローズが密着した際に、その部分で押しつけ方向荷重を支えられるようにする部品を取り付け、その部分密着時の荷重を支えられるようにすると共に、ベローズ本体より弾力性のある物質で密着時にダンパーの働きをしたり、また、ベローズ本体より強度のある物資でより強い力に耐えられたり、圧力が加わった時の半径方向の膨張や、座屈を防止する部品を取り付けたことを特徴とする樹脂製のベローズ。
【請求項５】
円筒部外殻の断面で圧力が加わる側のＲ半径をその反対側のＲ半径よりも極端に小さくすることを特徴とすることを特徴とする樹脂（高分子化合物）製ベローズ。
【請求項６】
円筒部外殻の断面がＵ字型のベローズにおいて、内径または外形のＲ部の厚みを他の部分よりも厚くし、弧の外側の中心部に凹部を有することを特徴とする樹脂（高分子化合物）製ベローズ。
【請求項７】
円筒部外殻の断面がＵ字型のベローズにおいて、内径または外形のＲ部の外側の中心に補強材を収納する突起を有することを特徴とする樹脂（高分子化合物）製ベローズ。
【請求項８】
長さの短い弧とこれに比較して長さの短い弧を組み合わせたサメの背びれ形状の波型を持ち、長さの短い側の弧の厚みを長い側の弧よりも厚くし、長さの長い弧の内径側に一か所、または複数の逆向きの曲がりを有することを特徴とする樹脂（高分子化合物）製のベローズ。
【請求項９】
前記ベローズの材質としてナイロン１２を使用し、３Ｄプリンタで製作したもの。
&#8195;
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータとして使用する樹脂製ベローズ（ジャバラ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベローズは、楕円または多角形の外周を持つ筒状のものに襞をつけることにより、動きや変形が可能になっているもので、多くの素材で、さまざまな形状のものが製作されている。
もともとは「ふいご」のようにしても使用されていたが、多くは内外の圧力差がほとんどない単なるカバーや、圧力差があったとしても変形する頻度があまりない配管の取付誤差や熱膨張の吸収などに使用されることが多い。他に可動部のシールやカップリングやセンサなどもあり、用途は多岐にわたる。
溶接ベローズのように長さ当たりの山数を比較的多くすることができるタイプのベローズは一山当たりの変形量を小さくすることで、高頻度の変形が生じる場合にも使用されており、アクチュエータのように使用されている例もあるが、非常に高価であるという欠点があった。
【０００３】
図１に従来の工業的にもっとも広く使用されている成形タイプのベローズの断面を示す。金属製のものは板を延ばしたり、丸め円筒形にした後、加圧やヘラ搾りにて成形して製作する。
【０００４】
図２、図３に従来の溶接タイプのベローズを示す。このタイプのベローズは、まず２枚（１枚分が複数の薄板より構成される場合もある）の薄い円環状の金属板の内側を溶接してから、外径側を溶接してつなげていったものである。小径のものはベローズのばね定数を小さくするために、図２のように波形をつける場合が多く、図３は大径の物のが多い。
【０００５】
図４、図５に従来の布または引布製のベローズを示す。内側と外側から金属製のリングをはめて襞を作る。
【０００６】
図６に従来の紙製ベローズの例を示す。素材の紙に樹脂を含浸させたものが多い。これらは、素材を折りたたんで、製作する。
【０００７】
図７に従来の樹脂製のベローズの一例を示す。
【０００８】
従来の樹脂製のベローズの製作方法としては以下のようなものがある。
・樹脂のシートを丸めて接着により円筒形にしたものにリングをはめて襞を加工したもの。
・切削加工により削り出して製作するもの。
・型を作って、高温の流動性を持つ樹脂を流し込んで製作するもの。
・外側の型を作って内側から圧力をかけて製作するもの。
・円環状のシートの内外径を交互に融着または接着させて製作するもの。
・折りたたんで製作するもの。
【０００９】
従来のベローズでは、紙や引布（布だけの場合を含む）の場合、円筒状の金属板をへら絞りで作成する場合、切削加工にて製作する場合を除いて、型が必要であり、ロットが少ない場合には高価なものになっていた。また、紙や引布製のものでは、型は不要であるが、加工には多くの労力が必要であり、低賃金の作業者を多数確保する必要があった。また、へら搾りや切削加工は、主に大口径などのロット数の少ない場合に行われる加工法で量産性に劣る。
【００１０】
ベローズは可撓性を確保するために、素材の厚みを薄くする必要があり、また、圧力が加わると大きな力が発生することになる。
また製造技術上やコストの問題から、強度的に理想的な断面形状のベローズを製作することは、難しいことであった。
【００１１】
図８に従来の耐圧用の補助金具を取り付けた例を示す。
【００１２】
図９、図１０、図１１は、従来のベローズに縮み側や伸び側に過度の力が加わって破損しないような機構を取り付けた例である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】JISB2352  ベローズ形伸縮管継手  ２０１３年
【非特許文献２】ASME ANSI B31.3   Process Piping Guide
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図１のような一般的な断面がＵ字形状のベローズの内外に作動流体を出し入れ、または加圧、減圧することによりアクチュエータとして使用する場合、可撓性を持たせるために板厚が薄いことにより、圧力に対して弱く、強く圧縮したり、引っ張ったりすれば簡単に壊れてしまうという欠点がある。耐圧性を持たせるために厚みのある金属を使用したり、圧縮して潰れたり、引っ張っても壊れないようにするために、ベローズ以外の部品が必要であった。そのため一般的にアクチュエータとしてベローズを使用する場合には図２のような溶接ベローズが使われることが多かったが、高価であり、また圧縮や引っ張りの力に対しては図１のベローズと同じように脆弱であるため、ベローズをアクチュエータとして使用する場合には、構造が複雑で高価なものになってしまうため、用途が限られていた。
また、内外径の溶接ビードの内側はくさび形状となり、このくさび形状を開く方向に圧力が加わると、理論上はくさびの先端部の応力が無限大となってしまうという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、樹脂のような柔らかい材料で耐圧性を持たせるために必要な複雑な形状のものを製作する製造上の問題を解決するために、３Ｄプリンタを使用し、ベローズの波形状に、耐圧性能向上を考えた工夫を行い、ベローズの襞形状に密着長と、最大長を拘束する機構を設けることにより、ベローズだけでアクチュエータとして使用する際にネックとなっていた耐圧性と、軸方向の力に対して脆弱であるという問題点を解決することを最も主要な特徴とする。
【００１６】
アクチュエータとして使用する場合、作動流体の圧力に耐えなければならない為、ベローズの波形をを工夫することで解決した。個々の使用条件に合わせて最適な構造とするため、多くの構造が考えられる。基本的な考え方は以下のようなものである。
・圧力が加わる側の襞のＲ部の板厚を増して容易に壊れないようにする。
・圧力が加わる側の襞のＲ部の曲率を大きくして押しつぶしても壊れないようにする。
・加圧時に圧力が加わらない側のＲ部が接触するようにして、軸方向側の荷重を相互に支え、応力増加の原因となるＲ部の半径が大きくなるのを防ぐ。
【００１７】
作動のｍｉｎとｍａｘ状態では他にストッパを設けなければならないが、構造を簡単にするために、ベローズそのものにストッパの機能を果たす部分を追加した。
【００１８】
安価で耐食性に優れ、多くの人手をかけずに製作可能で、軽量でコンパクトなアクチュエータを提供するという目的を、安価な樹脂を素材とし、強度的に優れ、軸方向の力に対しても大丈夫なものを、ベローズの断面形状を工夫することで実現した
【発明の効果】
【００１９】
本発明の樹脂製の特殊ベローズはアクチュエータの軽量化、コンパクト化を図ると共に、柔軟な動きができるアクチュエータを提供できる。
錆る恐れがないため、作動流体として水を使用することができ、漏れても環境への負荷が小さく、食品機械などで使用すると万一漏えいしても製品への影響を小さくできるという利点がある。
【００２０】
機械的なMIN長、MAX長を拘束する機能を持たせることで、過度な押しつけ力、引っ張り力、内圧、外圧に耐えられ、また、接触させても干渉しない樹脂（高分子化合物）製ジャバラを提供する。ベローズのみで、これらの性質を備えることで、可撓性部分にこれらの性質を必要とする場合において、ベローズ本体以外にこれらの性質を満足させるための補助部品を取り付ける必要がなくなる。
【００２１】
その他の効果としては下記のようなものがある。
・可動部のシールがないため、初期摩擦がなく、小さな力で動かすことが可能ないアクチュエータの提供  
・金属製の物に比べて、ばね定数の小さいベローズの提供
・ベローズ内外に圧力差が発生し、最少長と最大長を機械的に拘束する機構がないとベローズが破損してしまうことが無くなる。  
・無負荷状態で、湾曲したものを作って置き、内側の作動流体を抜くことで、直線でなくても伸縮できるようにすること
・強度の劣る素材でも圧力に耐えられるベローズを提供できるようにすること
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の断面がＵ字型の一般的な金属製ベローズの断面を示した説明図である。
【図２】従来の波型の断面を有する金属製ディスクの内外を交互に溶接してつなげた溶接ベローズの断面を示した説明図である。
【図３】従来の直線の断面を有する金属製ディスクの内外を交互に溶接してつなげた溶接ベローズの断面を示した説明図である。
【図４】従来の引布製のベローズの断面を示した図である。
【図５】従来の引布製のベローズの断面を示した図である。
【図６】従来の紙を折って作ったベローズの断面を示した説明図である。
【図７】従来の樹脂製ベローズの断面の一例を示した説明図である。
【図８】従来の方法で補強リングを取り付け圧力に耐えられるベローズの実施方法を示した図である。
【図９】従来の最少長と最大長を拘束する器具を取り付けたベローズの実施方法を示した図である。
【図１０】従来のベローズに加わる負荷が均一になるように器具を取り付けた実施方法を示した図である。
【図１１】従来のベローズに加わる負荷が均一になるように器具を取り付けた実施方法を示した図である。
【図１２】図１２（ａ）はこの発明の実施の形態１であるベローズの実施方法を示した図である。図１２（ｂ）はこの発明の実施の形態１であるベローズに圧縮方向の力を加えて密着させた場合の断面を示した図である。
【図１３】図１３（ａ）はこの発明の実施の形態２であるベローズの実施方法を示した図である。図１３（ｂ）はこの発明の実施の形態２であるベローズに圧縮方向の力を加えて密着させた場合の断面を示した図である。
【図１４】図１４（ａ）はこの発明の実施の形態３であるベローズの実施方法を示した図である。図１４（ｂ）はこの発明の実施の形態３であるベローズに圧縮方向の力を加えて密着させた場合の断面を示した図である。
【図１５】この発明の実施の形態４であるベローズの実施方法を示した図である。
【図１６】図１６（ａ）はこの発明の実施の形態５であるベローズの実施方法を示した図である。図１６（ｂ）はこの発明の実施の形態６であるベローズの圧力の加わる側の曲がり半径を反対側の曲がり半径に較べて極端に小さくしたベローズの内側に圧力を加えて変形させた時の形状を示した図である。
【図１７】図１７（ａ）はこの発明の実施の形態６であるベローズの実施方法を示した図である。図１７（ｂ）はこの発明の実施の形態７であるベローズにおいて、Ｒ部の厚みを増した側を加圧した場合の様子を示した図である。
【図１８】この発明の実施の形態７であるベローズの実施方法を示した図である。
【図１９】図１９（ａ）はこの発明の実施の形態８であるベローズの実施方法を示した図である。図１９（ｂ）はこの発明の実施の形態８であるベローズの内側に圧力を加えて変形させた時の形状を示した図である。図１９（ｃ）はこの発明の実施の形態８であるベローズに圧縮方向の力を加えて密着させた時の形状を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
製造上の問題を克服するために３Ｄプリンタを使用して製作し、ベローズの襞部の形状を工夫することにより、アクチュエータとして使用するために必要な耐圧性能の確保と、最小長、最大長を拘束する機能を持たせたことを特徴とする。
【実施例１】
【００２４】
図１２は、この発明の実施の形態１である樹脂製のベローズを示した図である。Ｒ部の外側の四角形状部２４は密着時の荷重を支持する。これによりＲ部が荷重により押しつぶされることを防ぐことができる。
【実施例２】
【００２５】
図１３は、この発明の実施の形態２であるガイドを持つベローズの形状を示す。（ａ）図は無負荷状態を示し、（ｂ）図は圧縮方向の力を加えてベローズを密着させた時の形状を示す。
【実施例３】
【００２６】
図１４は、この発明の実施の形態３である最大長を拘束する突起を持つガイドを持つベローズの形状を示す図である。（ａ）図は無負荷状態を示し、（ｂ）図は圧縮方向の力を加えてベローズを密着させた時の形状を示す図である。
【００２７】
これにより、人が伸び縮みさせる際などに、不注意に引っ張って、破損させるリスクを減らすことができ、民生用としての用途を広げることが可能となる。長いベローズを伸縮させる場合、ベローズに加わる負荷を均一にすることが難しくなるが、本ベローズでは１山ごとの変位量を一定に保つことができるので、長いベローズの片側を大きく動かしたとしても、その側のみに大きな負荷が加わってしまうことを防止することができる。
【実施例４】
【００２８】
図１５は、この発明の実施の形態４である、この発明の実施の形態４荷重支持部に別材質の部品を取り付けたベローズを示す図である。
【実施例５】
【００２９】
図１６（ａ）は、この発明の実施の形態５である片側のＲの径を他に較べて極端に小さくしたベローズの形状を示す図である。（ｂ）図は（ａ）のベローズに圧力を加えた時の形状を示す。
【実施例６】
【００３０】
図１７は、この発明の実施の形態６である片側のＲ部の肉厚を大きくし、その中央に窪みを持つベローズを示す図である。（ａ）図は無負荷の状態を示し、（ｂ）図は圧力を加えた時の形状を示す。
【００３１】
圧力の加わる側のＲ部には曲げ応力が加わるため、肉厚が厚い方が強度的に有利である。また、反対側は半円形に変形するのが、強度的で有利であるため、曲げ応力が加わらないようにするために、肉厚が薄い方が有利である。しかし、圧力が加わる側の肉厚を単純に厚くするだけでは、曲がりにくくなるるため、伸縮時に他の箇所により大きな負荷が加わることになる。
これを避けるために、厚肉部の中央の厚みを減らして、可撓性を確保している。
【実施例７】
【００３２】
図１８は、この発明の実施の形態７である補強リング取付用の突起を持つベローズを示す図である。
【実施例８】
【００３３】
（ａ）図は、この発明の実施の形態８であるのこぎり歯状の殻を持つベローズの形状を示す。（ｂ）図は図２２のベローズに圧力を加えた時の形状を示す。（c）図は（ａ）図のベローズを密着させた時の形状を示す。
【００３４】
これらの特性を利用して、束ねて利用することが可能となる。束ねることにより、例えば長さの異なるものを束ねることにより、曲線的な動きを可能にすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
直線運動または回転運動を繰り返す、空気や、油の圧力を用いたシリンダや、回転するモータの力を直線運動に変換するもの、リニアタイプのモーターなどの決まった軌道上以外は動けないアクチュエーターとは異なり、柔軟性のあるアクチュエーターを提供することができる。
また、耐圧性の向上や、長さの拘束を行うために、必要であったベローズ本体以外の部品が不要になることから、機器の軽量、コンパクト化をはかることができる。
【００３６】
水により錆びることがないことから、プールサイドで使用する水圧リフト、入浴介助リフター、水圧自動スライドドア、水圧昇降洗面台、地下道入口などに設置される水圧駆動防水壁など、介護用機器や防災機器などへの応用が考えられる。
【符号の説明】
【００３７】
１    成形ベローズのひだ部断面
２    溶接ベローズのディスク
３    溶接ベローズのエンドフィッティング
４    溶接ベローズのディスク
５    引布
６    補強リング
７    補強リング
８    引布
９    補強リング
１０  補強リング
１１  紙製ベローズ
１２  樹脂製ベローズ
１３  ベローズ
１４  補強リング
１５  補強リング
１６  フランジ
１７  最少長、最大長の拘束金具
１８  ボルト
１９  ナット
２０  最少長、最大長の拘束金具
２１  ボルト
２２  ナット
２３  パンタグラフ
２４  荷重支持部分
２５  外側ガイド
２６  内側ガイド
２７  空気抜き用の穴
２８  外側ガイドのストッパ
２９  内側ガイドのストッパ
３０  空気抜き用の穴
３１  荷重支持部分のカバーの付いたベローズ
３２  荷重支持部分のカバー
３３  曲げ半径が大きい側
３４  曲げ半径が小さい側
３５  肉厚が厚い側
３６  肉厚が厚い側中央の外径側に付けたくぼみ
３７  補助リング取付用の出っ張りの付いたベローズ
３８  補助リング取付用の出っ張り
３９  のこぎり歯状ベローズの弧の長い側
４０  のこぎり歯状ベローズの弧の短い側
４１  のこぎり歯状ベローズの内側向きの曲がり
【図１】
2016118263.tif 000003
【図２】
2016118263.tif 000004
【図３】
2016118263.tif 000005
【図４】
2016118263.tif 000006
【図５】
2016118263.tif 000007
【図６】
2016118263.tif 000008
【図７】
2016118263.tif 000009
【図８】
2016118263.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016118263.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2016118263.tif 000015
【図１４】
2016118263.tif 000016
【図１５】
2016118263.tif 000017
【図１６】
2016118263.tif 000018
【図１７】
2016118263.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2016118263.tif 000021