(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材と、この固定部材に設けた孔に一端部が固定されて軸線方向に伸縮可能なベローズとを備え、上記ベローズは、上記固定部材に嵌合固定された筒部と、この筒部の端部から山部および谷部が交互に連続して延在してなる蛇腹部とを備え、上記ベローズは、流体の送出入を行う流体機器に適用されるとともに、上記流体機器の使用時に上記軸線方向に伸縮することにより、上記流体機器の内部の容積を変化させて上記流体の送出入を行うベローズの取付構造において、
上記固定部材は、上記軸線方向に突出して同固定部材に最も近接した上記山部の基部に当接する凸部を備え、この凸部よりも外周側の部分は、上記山部との間を開放する隙間であり、
上記凸部は、上記筒部側の内テーパ部と、上記隙間側の外テーパ部と、上記筒部側の内テーパ部と上記隙間側の外テーパ部との間に形成された当接面を有し、
上記筒部側の内テーパ部は、上記固定部材に最も近接した上記基部から離間するとともに、上記筒部側にテーパ状に拡開し、
上記隙間側の外テーパ部は、上記固定部材に最も近接した上記基部から離間するとともに、上記隙間側にテーパ状に拡開し、
上記当接面は、上記固定部材に最も近接した上記山部の上記基部に当接する平坦面であることを特徴とするベローズの取付構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプやアキュムレータ等の流体機器に用いられるベローズの取付構造に係り、特に、ベローズにおける応力集中を回避して耐久性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ベローズ式ポンプでは、ケーシング内に設けたベローズを軸線方向へ伸縮させることにより、その内部の容積を変化させ、流体を吸引、吐出するようになっている。図５はそのようなベローズ式ポンプのベローズの取付構造を示す図である。図５において符号１は図示しないケーシングに取り付けられたリング状のフランジであり、フランジ１にはベローズ２の一端部が固定されている。ベローズ２は、断面が逆Ｕ字状をなす山部３ａ，３ｂ，…と、それら山部３ａ，３ｂ，…の間に設けられた断面Ｕ字状の谷部４ａ，４ｂ，…とから概略構成されている。また、ベローズの一端部には、谷部４ａ，４ｂ，…と同径の筒部５が形成されている。筒部５は、フランジ１の孔１ａに嵌合させられ、その端縁部Ｐで孔１ａと溶接されている。さらに、ベローズ２の最もフランジ１側の山部３ａの左下の平坦な腹部６は、フランジ１の内面１ｂと接触している。これにより、ベローズ２をフランジ１に溶接する際の位置決めがなされる。
【０００３】
ところで、ベローズ２の内部に高圧流体が入って外部が大気圧という状態で使用されると、内圧によって山部３ａ，…は押し広げられ、谷部４ａ，…は圧縮される。また、ベローズ２が圧縮されると、山部３ａ，…と谷部４ａ，…の曲率半径が小さくなるような変形が生じ、それらの全体が図中矢印Ｘ方向へ変位する。ここで、最もフランジ１側の山部３ａの左下の腹部６は、フランジ１によって拘束されているから、その山部３ａの変位が最も少なくなる。したがって、この山部３ａに隣接する谷部４ａは、最も変位の少ない山部３ａに押し付けられるから、動的な状態では他の谷部４ｂ，…と比べて大きな圧縮力を受ける。このように、最もフランジ１側の谷部３ａは、内圧による圧縮に加えて動的な大きな圧縮力を受けるため大きな応力が生じ、その部分の耐久性が低下する原因となっていた。本発明者の検討によれば、谷部４ａに生じる応力は他の谷部４ｂ，…と比較して３０％程度大きいことが判明している。
【０００４】
そこで、特開平１０−１４８２５８号公報では、図６に示すように、ベローズ２の筒部４を段付き形状にしてフランジ１の段付き形状の孔１ａに付き当て、これによりベローズ２の位置決めをするとともに、山部３ａの左下の腹部６とフランジ１の間に隙間を設けたベローズの取付構造が提案されている。この構造によれば、山部３ａの左下の腹部６がフランジ１に拘束されていないため、谷部４ａ，…が均等な変形を受け、応力の集中がなく耐久性の問題が生じないという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案に係るベローズの取付構造では、ベローズを位置決めするために、ベローズとフランジに段付き加工を施さなければならず、加工が複雑で製造コストの増大が避けられないという問題があった。
よって、本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成によりベローズへの応力集中を防止することができるベローズの取付構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ベローズの取付構造の改良を重ねた結果、図６に示すように、フランジ１に最も近接した山部３ａを完全な自由状態にしなくても、谷部４ａの応力は増大しないことを見出した。すなわち、有限要素法による応力の数値解析の結果、山部３ａの基部が拘束されていても山部３ａが変位可能であり、これにより、谷部４ａの応力は増大せず、他の谷部４ｂ，…とほぼ均等な応力になることが判明した。
【０００７】
本発明のベローズの取付構造は上記知見に基づいてなされたもので、固定部材と、この固定部材に設けた孔に一端部が固定されて軸線方向に伸縮可能なベローズとを備え、ベローズは、固定部材に嵌合固定された筒部と、この筒部の端部から山部および谷部が交互に連続して延在してなる蛇腹部とを備え、ベローズは、流体の送出入を行う流体機器に適用されるとともに、流体機器の使用時に軸線方向に伸縮することにより、流体機器の内部の容積を変化させて流体の送出入を行うベローズの取付構造において、固定部材は、軸線方向に突出して固定部材に最も近接した山部の基部に当接する凸部を備え、この凸部よりも外周側の部分は、山部との間を開放する隙間であり、凸部は、筒部側の内テーパ部と、隙間側の外テーパ部と、筒部側の内テーパ部と隙間側の外テーパ部との間に形成された当接面を有し、筒部側の内テーパ部は、固定部材に最も近接した基部から離間するとともに、筒部側にテーパ状に拡開し、隙間側の外テーパ部は、固定部材に最も近接した基部から離間するとともに、隙間側にテーパ状に拡開し、当接面は、固定部材に最も近接した山部の基部に当接する平坦面であることを特徴としている。
【０００８】
上記構成のベローズの取付構造にあっては、山部の基部を固定部材の凸部に当接させることにより、ベローズの位置決めを行うことができる。また、固定部材のみに凸部を設ければよいから、加工が簡単で製造コストを低減することができる。さらに、凸部よりも外周側の部分が開放されているため、ベローズが圧縮されたときに固定部材に最も近接した山部も固定部材側へ変位可能である。よって、その山部に隣接した谷部は固定部材側へ適正に変位し、その谷部に応力が集中するようなことがなく、耐久性を向上させることができる。ただし、凸部よりも外周側の隙間は、圧縮時に変位した山部が干渉しない程度の幅を有することが望ましい。
【０００９】
ベローズでは、山部の頂部と谷部の底部は断面円弧状にするのが一般的である。たとえば、山部を断面逆Ｕ字状、谷部を断面Ｕ字状とすることができ、あるいは、本出願人が先に特願平１０−１３２７７８号で開示したように、山部の基部がくびれるように軸線方向の幅が狭くなる形状であっても良い。また、山部と谷部との間に、断面視で直線状の腹部を設けることができる。
【００１０】
上記のような構成では、固定部材に最も近接した山部の基部も断面円弧状とすることができ、その場合の凸部は、その基部に面接触するように凸曲面状にすることが望ましい。このように、凸部が基部にエッジ当たりしないような形状にすることにより、基部での局所的な応力集中を防止することができる。また、それと同じ目的から、凸部は、断面円弧状をなす基部のほぼ全体に亘って接触することが望ましい。さらに、凸部のうち基部と接触する凸曲面状の部分よりも外周側の部分は、山部の自由な変位を確実にするように軸線方向へ逃げた形状であることが望ましい。具体的には、凸部の外周部は、山部から離間するに従って末広がりとなるテーパ部にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
Ａ．ベローズの取付構造の構成
以下、図１および図２を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態のベローズの取付構造が適用されたベローズ式ポンプを示す断面図である。図１において符号１０はケーシングである。ケーシング１０は、図中左右方向に延在する横円筒部１０ａと、横円筒部１０ａどうしの中央部で縦方向に延在する縦円筒部１０ｂとからなっている。横円筒部１０ａの開口部には、フランジ（固定部材）１１が嵌合させられ、さらにその外側には蓋１２が取り付けられている。フランジ１１および蓋１２には、吐出口１３と吸引孔１４が形成され、それらの内部にはチェック弁１３ａ，１４ａがそれぞれ取り付けられている。そして、フランジ１１には、ベローズ２０の一端部が固定されている。
【００１２】
図２はベローズ２０およびフランジ１１の詳細を示す図である。図２に示すように、ベローズ２０の一端部には円筒状の筒部２１が形成されている。筒部２１はフランジ１１の孔１１ａに嵌合させられ、その先端縁２１ａで孔１１ａと溶接されている。また、ベローズ２０の他端部には、山部２２ａ，…および谷部２３ａ，…が交互に連続して延在する蛇腹部２４が形成されている。山部２２ａ，…は断面逆Ｕ字状をなし、谷部２３ａ，…は断面Ｕ字状をなしている。また、山部２２ａ，…と谷部２３ａ，…の中間には、蛇腹部２４の軸線Ｏ方向とほぼ直交する平坦な腹部２５が形成されている。さらに、谷部２３ａ，…の直径は、筒部２１の直径と同一とされ、最もフランジ１１側の山部３ａの左下の基部２６は、谷部２３ａ，…と同じ曲率の断面円弧状とされている。このようなベローズ２０は、例えばステンレス鋼製のチューブを塑性加工して製造することができる。
【００１３】
一方、フランジ１１には、孔１１ａの周縁部に沿って軸線Ｏ方向へ突出する凸部１１ｂが形成されている。凸部１１ｂは、基部２６と同じ曲率の断面半円状とされ、基部２６と面接触している。また、凸部１１ｂよりも外周側の部分には、山部２２ａとの間を開放する隙間１１ｃが形成され、この隙間１１ｃの幅Ｔは、ベローズ２０が圧縮されたときの山部２２ａの変位よりも大きく設定されている。
【００１４】
次に、図１に示すように、ベローズ２０の他端部には、タペット１５がケーシング１０の縦円筒部１１ｂを臨むように固定されている。図中符号１６はタペット１５を摺動自在に支持する軸受である。縦円筒部１１ｂには、上端部を外部に突出させたシャフト１７が回転自在に支持され、シャフト１７の下部にはカム１７ａが形成されている。カム１７ａは、タペット１５，１５の間に配置され、ベローズ２０の弾発力によりタペット１５で押圧されている。なお、図中符号１８はシャフト１７を回転自在に支持する軸受、１９はシャフト１７のオイルシールである。また、ベローズ２０の内部空間には、気体または液体もしくはそれらの混合物からなる高圧の流体３０が入れられ、また、タペット１５，１５どうしの間およびベローズ２０の外周側の空間には潤滑油３１が充填され、大気圧となっている。
【００１５】
Ｂ．ベローズの取付構造の動作
次に上記構成のベローズの取付構造の動作を説明する。図示しない駆動装置によってシャフト１７が回転させられると、一方のタペット１５はカム１７の押圧力により、他方のタペット１５はベローズ２０の弾発力によって同一方向へ摺動する。たとえば、タペット１５，１５が図１に示す状態から左側へ摺動したとすると、左側のベローズ２０が圧縮されて流体３０は吐出口１３から吐出し、右側のベローズ２０は、その弾発力により伸長して吸引孔１４から流体３０を吸い込む。このように、カム１７ａが回転することによりベローズ２０が伸縮し、流体３０を圧送する。
【００１６】
さて、ベローズ２０が圧縮されると、図２に示すように、ベローズ２０のそれぞれの山部２２ａ，…および谷部２３ａ，…は、フランジ１１側へ変位する。図２において符号Ｘは谷部２３ｂの変位を示す。それと同時に、流体３０の圧力は、山部２２ａ，…を押し広げるように、かつ、谷部２３ａ，…を圧縮するように作用する。したがって、谷部２３ａ，…は、変位に伴う圧縮と、流体３０の圧力による圧縮の２つの圧縮作用を受け、山部２２ａ，…よりも大きな応力が生じる。ここで、最もフランジ１１側の山部２２ａの基部２６は、フランジ１１の凸部１１ｂにより拘束されているが、基部２６よりも上側の腹部２５は、基部２６の上端を支点としてフランジ１１側へ撓むように変位することができる。すなわち、山部２２ａが全く拘束されていないときと殆ど同等の変位が生じる。これにより、山部２２ａに隣接する谷部２３ａにも適正な変位が生じ、他の谷部２３ｂ，…と同等の圧縮変形とそれに伴う応力が生じる。したがって、谷部２３ａに応力集中が生じず、耐久性が向上する。
【００１７】
また、ベローズ２０をフランジ１１に取り付ける際には、筒部２１をフランジ１１の孔１１ａに挿入し、基部２６を凸部１１ｂに付き当てて位置決めをして溶接すれば良い。この位置決めの基準となる凸部１１ｂは、フランジ１１に旋盤加工を施して容易に加工することができる。あるいは、凸部１１ｂをフランジとは別に製造しておき、両者を溶接やネジ止め等の適当な手段で一体化することもできる。このように、本実施の形態によれば、谷部２３ａに応力集中が生じず耐久性が高いことは勿論のこと、ベローズ２０の位置決めのための加工をフランジ１１のみに施せば良いから、加工が簡略化されて製造コストを低減することができる。
【００１８】
Ｃ．他の実施の形態
図３は本発明の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態は、フランジ４０の凸部４１の形状を変更したものであって、凸部４１は、基部２６と同じ曲率で断面四半分円状をなす曲面部４１ａと、この曲面部４１ａの外周縁部からフランジ４０側へ向けてテーパ状に拡開するテーパ部４１ｂとからなっている。テーパ部４１ｂは、基部２６と腹部２５との境界（円弧状の部分の端）から延在し、その軸線Ｏとなす角度は４５度とされている。また、テーパ部４１ｂよりも外周側は開放されて隙間Ｔが設けられている。この隙間Ｔは、最もフランジ４０側の山部２２ａの変位量よりも大きく設定されている。なお、凸部４１以外の構成は前記した実施の形態と同等であり、それらについては同符号を付して説明を省略する。
【００１９】
上記構成のベローズの取付構造においては、前記実施の形態と同等の効果を奏することは勿論のこと、曲面部４１ａの外周側がテーパ部４１ｂとして逃がされているので、最もフランジ４０側の山部２２ａは、より自由に変位することができる。すなわち、前記実施の形態では、凸部１１ｂが断面半円状をなしているため、凸部１１ｂの外周側の部分に腹部２５が乗り上げるように変形するが、この実施の形態では、腹部２５は殆ど拘束を受けずに変形することができる。よって、腹部２５に局所的な応力が作用せず、耐久性をさらに高めることができる。さらに、凸部４０の外周側の部分がテーパ加工で済むため、加工がさらに簡略化される。
【００２０】
次に、図４は本発明のさらに他の実施の形態を示す図である。この実施の形態では、フランジ５０の凸部５１は、内周側の内テーパ部５１ａと、外周側の外テーパ部５１ｂと、これら内、外テーパ部５１ａ，５１ｂの間に設けられた当接面５１ｃとから構成されている。当接面５１ｃは、軸線Ｏに対して直交する平坦な面であり、山部２２ａの基部２６に当接している。なお、当接面５１ｃは、基部２６寄りに位置していれば足り、その一部または全部が腹部２５に当接していても差し支えない。
【００２１】
この実施の形態では、凸部５１の加工が２つのテーパ加工で済むので、加工がより一層簡略化される。なお、腹部２５が変形したときの凸部５１のエッジ当たりを緩和するために、当接面５１ｃを凸曲面に形成することもできる。あるいは、当接面５１ｃと内、外テーパ部５１ａ，５１ｂとの境界を丸く面取りすることもできる。また、ベローズ２０を合成樹脂で構成することもでき、その最には、ベローズ２０はフランジに接着剤によって接着される。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のベローズの取付構造によれば、ベローズの最も固定部材側の山部を変位させることができるので、それに隣接する谷部にも適正な変位を与えることができ、よって、その谷部への応力集中を回避して耐久性を高めることができる。また、ベローズを固定部材に取り付ける際の位置決めのための加工が簡略化され、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態のベローズの取付構造が適用されたベローズポンプを示す断面図である。
【図２】  実施の形態のベローズの取付構造の詳細を示す断面図である。
【図３】  本発明の他の実施の形態のベローズの取付構造の詳細を示す断面図である。
【図４】  本発明のさらに他の実施の形態のベローズの取付構造の詳細を示す断面図である。
【図５】  従来のベローズの取付構造の詳細を示す断面図である。
【図６】  従来のベローズの取付構造の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１…フランジ（固定部材）、１１ｂ…凸部、１１ｃ…隙間、
２０…ベローズ、２１…筒部、  ２２ａ，…山部、２３ａ，…谷部、
２４…蛇腹部、２５…腹部、  ２６…基部、Ｏ…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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