JP2020118245A - バネ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バネ構造の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる技術を提供する。【解決手段】バネ構造は、金属のベローズ部材と、前記ベローズ部材の内側に配置されており、前記ベローズ部材に囲まれている内側ガイド部材と、を備えている。前記内側ガイド部材の内側の空間に圧縮性流体が封入されている。前記内側ガイド部材は、前記内側ガイド部材の内側の空間から前記内側ガイド部材の外側に圧縮性流体が流出することを抑制する構成を備えている。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、バネ構造に関する。

特許文献１にはベローズが開示されている。特許文献１のベローズは主にシール材として用いられる。

特開平１１−２２６６５８号公報

特許文献１のベローズは主にシール材として用いられるので荷重を支持することが想定されていないが、荷重を支持するためのバネ構造の一部としてベローズを用いることも考えられる。その場合には、バネ構造の荷重を支持する能力が低下しないことが望まれる。本明細書では、バネ構造の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる技術を提供する。

本明細書に開示するバネ構造は、金属のベローズ部材と、前記ベローズ部材の内側に配置されており、前記ベローズ部材に囲まれている内側ガイド部材と、を備えていてもよい。前記内側ガイド部材の内側の空間に圧縮性流体が封入されていてもよい。前記内側ガイド部材は、前記内側ガイド部材の内側の空間から前記内側ガイド部材の外側に圧縮性流体が流出することを抑制する構成を備えていてもよい。

この構成によれば、ベローズ部材が軸方向に圧縮されたときに、内側ガイド部材の内側の空間に封入されている圧縮性流体が圧縮される。圧縮性流体が圧縮されることによって生じる弾性力によってバネ構造に作用する荷重を支持することができる。また、上記の構成では、仮にベローズ部材が破裂したとしても、内側ガイド部材の内側の空間に封入されている圧縮性流体が内側ガイド部材の外側に流出することが抑制されるので、荷重を支持するための圧縮性流体が急激に流出することがない。そのため、バネ構造の荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。

前記内側ガイド部材は、前記ベローズ部材の軸方向に沿って延びている剛体部材を備えていてもよい。この構成によれば、ベローズ部材が径方向の内側に変形することが剛体部材によって抑制される。そのため、ベローズ部材の形状を維持することができ、荷重を支持する能力が低下することを抑制することができる。

前記内側ガイド部材の外側かつ前記ベローズ部材の内側の空間に非圧縮性流体が充填されていてもよい。この構成によれば、仮にベローズ部材が破裂したとしても、内側ガイド部材の内側の空間に封入されている圧縮性流体が内側ガイド部材の外側に流出することが非圧縮性流体によって抑制されるので、荷重を支持するための圧縮性流体が急激に流出することがない。

第１実施例に係るバネ構造の断面図である。 図１のII−II断面図である。 図１の一部IIIの拡大図である。 図３の一部IVの拡大図である。 図１の一部Vの拡大図である。 第２実施例に係るバネ構造の図５に相当する図である。 図６の一部VIIの拡大図である。 第３実施例に係るバネ構造の断面図である。 図８のIX−IX断面図である。 他の実施例に係るバネ構造の断面図である。 他の実施例に係るバネ構造の断面図である。 他の実施例に係るバネ構造の断面図である。 他の実施例に係るバネ構造の断面図である。

（第１実施例）
第１実施例に係るバネ構造１について図面を参照して説明する。図１に示すように、第１実施例に係るバネ構造１は、金属のベローズ部材２と、内側ガイド部材３とを備えている。ベローズ部材２の上側には上側支持部材１１が配置されており、ベローズ部材２の下側には下側支持部材１２が配置されている。

ベローズ部材２は、例えば鉄（Ｆｅ）を含む合金から形成されている。ベローズ部材２の金属は特に限定されるものではない。ベローズ部材２は、軸方向（Ｚ方向）に伸縮する。図２に示すように、ベローズ部材２は、軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている。

図３に示すように、ベローズ部材２は、外径部７１と内径部７２を備えている。図３ではベローズ部材２の外径部７１と内径部７２を破線で示している。ベローズ部材２の外径部７１と内径部７２は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って略直線状に形成されている。ベローズ部材２の外径Ｄ１と内径Ｄ２は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って略一定である。

図４に示すように、ベローズ部材２は、複数の外側突出部４１と、複数の内側突出部４２とを備えている。複数の外側突出部４１は、ベローズ部材２の外径部７１に対応している。複数の内側突出部４２は、ベローズ部材２の内径部７２に対応している。外側突出部４１は、ベローズ部材２の外側に突出している。内側突出部４２は、ベローズ部材２の内側に突出している。ベローズ部材２は、複数の板部材２１を備えている。板部材２１は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている（図２参照）。ベローズ部材２は、複数の板部材２１が組み合わされることによって構成されている。ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に隣り合っている板部材２１同士が例えば溶接や拡散接合によって接合されている。ベローズ部材２の外側突出部４１では、軸方向（Ｚ方向）に隣り合う板部材２１の外周部６１同士が接合されている。ベローズ部材２の内側突出部４２では、軸方向（Ｚ方向）に隣り合う板部材２１の内周部６２同士が接合されている。

図１に示すように、ベローズ部材２の上側に配置されている上側支持部材１１は、板状の部材であり、ベローズ部材２の上端部に密着した状態で固定されている。また、ベローズ部材２の下側に配置されている下側支持部材１２は、板状の部材であり、ベローズ部材２の下端部に密着した状態で固定されている。

内側ガイド部材３は、ベローズ部材２の内側に配置されており、ベローズ部材２に囲まれている。ベローズ部材２の径方向においてベローズ部材２より内側に内側ガイド部材３が配置されている。内側ガイド部材３は、金属の上側部材３１と、金属の下側部材３２とを備えている。上側部材３１と下側部材３２は剛体である。上側部材３１と下側部材３２は、ベローズ部材２の板部材２１よりも変形しにくい部材である。上側部材３１の厚さ及び下側部材３２の厚さは、板部材２１の厚さより厚い。

下側部材３２は、ベローズ部材２の内側に配置されており、ベローズ部材２に囲まれている。下側部材３２は、下側支持部材１２に固定されている。下側部材３２は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って延びている。下側部材３２は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている（図２参照）。下側部材３２は、ベローズ部材２の周方向に沿って延びている。下側部材３２は、円筒状の部材である。図５に示すように、下側部材３２の表面は、樹脂層３９によってコーティングされている。下側部材３２をコーティングしている樹脂層３９は、例えばシリコン樹脂やフッ素樹脂等である。

図１及び図２に示すように、上側部材３１は、下側部材３２とベローズ部材２の内側に配置されており、下側部材３２とベローズ部材２に囲まれている。上側部材３１は、上側支持部材１１に固定されている。上側部材３１は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って延びている。上側部材３１は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に視たときに円環状に構成されている（図２参照）。上側部材３１は、ベローズ部材２の周方向に沿って延びている。上側部材３１は、円筒状の部材である。

下側部材３２と上側部材３１は、ベローズ部材２が軸方向（Ｚ方向）に伸縮することに伴って、互いに上下方向に摺動する。下側部材３２と上側部材３１は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って相対移動する。下側部材３２が上側部材３１に対して相対的に上方に移動し、上側部材３１が下側部材３２に対して相対的に下方に移動する。内側ガイド部材３の径方向において、上側部材３１と下側部材３２の間には隙間３４が形成されている。隙間３４の幅は、上側部材３１と下側部材３２の間から流体が流出することを抑制できる程度の大きさである。

ベローズ部材２と内側ガイド部材３との間には中間空間５１が形成されている。中間空間５１は、ベローズ部材２より内側かつ内側ガイド部材３より外側に存在する空間である。内側ガイド部材３より内側には内側空間３５が形成されている。中間空間５１と内側空間３５は、上側支持部材１１と下側支持部材１２の間に形成されている。中間空間５１と内側空間３５には圧縮性流体が封入されている。中間空間５１と内側空間３５に封入される圧縮性流体は、例えば、空気、ガス等の気体である。内側ガイド部材３において上側部材３１と下側部材３２が隣り合っている部分では、隙間３４を通じて圧縮性流体が内側空間３５から内側ガイド部材３の外側（中間空間５１）に流出することがあるが、隙間３４の幅が十分に小さいので、圧縮性流体が急激に流出することが抑制される。

上記の構成を備えるバネ構造１では、図１に矢印で示すように、上側支持部材１１及び下側支持部材１２を介してバネ構造１に荷重Ｐが作用する。バネ構造１に荷重Ｐが作用すると、ベローズ部材２が軸方向（Ｚ方向）に収縮すると共に、内側ガイド部材３の下側部材３２と上側部材３１がベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って相対移動する。このときに、中間空間５１及び内側空間３５に封入されている圧縮性流体の圧力によって荷重Ｐを支持することができる。また、上記のバネ構造１は、内側ガイド部材３の内側の内側空間３５から内側ガイド部材３の外側に圧縮性流体が流出することを抑制する構成を備えている。そのため、例えば中間空間５１の圧力が高くなることによってベローズ部材２が仮に破裂したとしても、バネ構造１の外部に内側空間３５から圧縮性流体が流出することが抑制される。その結果、荷重を支持するための圧縮性流体が急激に失われることが抑制されるので、荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制することができる。

また、上記のバネ構造１では、内側ガイド部材３が、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に沿って延びている剛体部材（下側部材３２と上側部材３１）を備えている。そのため、ベローズ部材２が径方向の内側に変形することを抑制することができる。これによって、ベローズ部材２の形状を維持することができ、バネ構造１の荷重を支持する能力が低下することを抑制することができる。

以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

（第２実施例）
第２実施例では、図６に示すように、内側ガイド部材３における上側部材３１が、基部９１と、突出部９２と、段部９３とを備えていてもよい。基部９１の上端部は上側支持部材１１に固定されている。突出部９２は基部９１の下端部から下方に突出している。突出部９２の厚さは基部９１の厚さより薄い。基部９１の下端部に段部９３が形成されている。上側部材３１における下側部材３２側に段部９３が形成されている。

下側部材３２の内外両側の表面は、樹脂層３９によってコーティングされている。上側部材３１の表面は、樹脂層３９によってコーティングされていなくてもよい。

また、第２実施例では、内側ガイド部材３の上側部材３１と下側部材３２の間の隙間３４にシール部材３３が配置されていてもよい。シール部材３３は、上側部材３１の段部９３に固定されている。シール部材３３は上側部材３１に圧入されていてもよい。シール部材３３は、隙間３４をシールすることによって内側空間３５から内側ガイド部材３の外側（中間空間５１）に圧縮性流体が流出することを抑制する。シール部材３３は、リップシールの構成である。図７に示すように、シール部材３３は、一対のリップ部９９、９９を備えている。一対のリップ部９９、９９の一方は、上側部材３１の外側の表面に接触している。一対のリップ部９９、９９の他方は、下側部材３２の内側の表面をコーティングしている樹脂層３９に接触している。

（第３実施例）
第３実施例では、図８に示すように、内側ガイド部材３が、下側部材３２と、天板部材３７とを備えている。天板部材３７は下側部材３２に固定されている。天板部材３７は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）と直交する方向に延びている。天板部材３７の周端部が下側部材３２の上端部に固定されている。天板部材３７は、上側支持部材１１及び下側支持部材１２と平行に配置されている。図９に示すように、天板部材３７は、ベローズ部材２の軸方向（Ｚ方向）に視たときに略円状に構成されている。なお、第３実施例では、内側ガイド部材３が上側部材３１を備えていない。

図８に示すように、下側部材３２と天板部材３７によって囲まれた部分に内側空間３５が形成されている。天板部材３７が内側空間３５を覆っている。内側空間３５には圧縮性流体が封入されている。内側空間３５に封入される圧縮性流体は、例えば、空気、ガス等の気体である。内側ガイド部材３より外側かつベローズ部材２より内側に中間空間５１が形成されている。中間空間５１には非圧縮性流体が充填されている。中間空間５１の全体に隙間なく非圧縮性流体が収容されている。中間空間５１に充填されている非圧縮性流体は、例えば、水、オイル等の液体である。

下側部材３２の下端部には、非圧縮性流体の出入口９４が形成されている。出入口９４は、下側部材３２の周方向に沿って延びている。中間空間５１に充填されている非圧縮性流体が出入口９４を通じて内側空間３５に出入りする。バネ構造１のベローズ部材２が軸方向（Ｚ方向）に収縮すると中間空間５１が収縮する。そうすると、中間空間５１に充填されている非圧縮性流体が出入口９４を通じて内側空間３５に流入する。内側空間３５に非圧縮性流体が流入すると、内側空間３５に流入した非圧縮性流体によって内側空間３５に封入されている圧縮性流体が圧縮される。圧縮性流体が圧縮されたときの弾性力によって上側支持部材１１及び下側支持部材１２に作用する荷重が支持される。それとは反対に、バネ構造１のベローズ部材２が軸方向（Ｚ方向）に伸長すると中間空間５１が膨張する。そうすると、内側空間３５に流入していた非圧縮性流体が出入口９４を通じて中間空間５１に流出する。

以上、第３実施例に係るバネ構造１について説明した。上記のバネ構造１では、内側ガイド部材３の外側かつベローズ部材２の内側の中間空間５１に非圧縮性流体が充填されている。また、上記のバネ構造１では、内側ガイド部材３の下側部材３２に出入口９４が形成されている。この構成では、内側ガイド部材３の内側の内側空間３５から内側ガイド部材３の外側の中間空間５１に圧縮性流体が流出することが非圧縮性流体によって抑制される。そのため、荷重を支持するための圧縮性流体が急激に失われることが抑制されるので、荷重を支持する能力が急激に低下することを抑制される。

（他の実施例）
（１）上記の第１実施例では、下側部材３２の内側に上側部材３１が配置されていたが（図１参照）、他の実施例では、図１０に示すように、下側部材３２の外側に上側部材３１が配置されていてもよい。

（２）上記の第３実施例では、バネ構造１が上側部材３１を備えていなかったが（図８参照）、他の実施例では、図１１に示すように、バネ構造１が上側部材３１を備えていてもよい。下側部材３２の外側に上側部材３１が配置されていてもよい。

（３）他の実施例では、図１２に示すように、内側空間３５にコイルバネ１０１が配置されていてもよい。コイルバネ１０１の上端部が上側支持部材１１に固定されており、コイルバネ１０１の下端部が下側支持部材１２に固定されている。

（４）他の実施例では、図１３に示すように、バネ構造１が周囲部材９０を備えている。周囲部材９０は、ベローズ部材２の周りに配置されており、ベローズ部材２を囲んでいる。ベローズ部材２の径方向においてベローズ部材２より外側に周囲部材９０が配置されている。周囲部材９０の下端部は下側支持部材１２に固定されている。周囲部材９０の上端部は上側支持部材１１に固定されていない。周囲部材９０の上端部は、上側支持部材１１の周りに位置しており、上側支持部材１１を囲んでいる。周囲部材９０と上側支持部材１１は、ベローズ部材２が軸方向（Ｚ方向）に伸縮したときに上下方向（Ｚ方向）に相対移動する。周囲部材９０は樹脂製である。周囲部材９０は、中間空間５１からベローズ部材２の外側に非圧縮性流体（例えばオイル）が流出したときに、その非圧縮性流体が更に周囲部材９０の外側に流出することを抑制する。また、ベローズ部材２が径方向の外側に膨張することを周囲部材９０によって抑制することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１：バネ構造、２：ベローズ部材、３：内側ガイド部材、１１：上側支持部材、１２：下側支持部材、２１：板部材、３１：上側部材、３２：下側部材、３３：シール部材、３４：隙間、３５：内側空間、３７：天板部材、３９：樹脂層、４１：外側突出部、４２：内側突出部、５１：中間空間、６１：外周部、６２：内周部、７１：外径部、７２：内径部、９１：基部、９２：突出部、９３：段部、９４：出入口、９９：リップ部、１０１：コイルバネ

Claims (3)

1. 金属のベローズ部材と、
   前記ベローズ部材の内側に配置されており、前記ベローズ部材に囲まれている内側ガイド部材と、を備えており、
   前記内側ガイド部材の内側の空間に圧縮性流体が封入されており、
   前記内側ガイド部材は、前記内側ガイド部材の内側の空間から前記内側ガイド部材の外側に圧縮性流体が流出することを抑制する構成を備えている、バネ構造。
2. 請求項１に記載のバネ構造であって、
   前記内側ガイド部材は、前記ベローズ部材の軸方向に沿って延びている剛体部材を備えている、バネ構造。
3. 請求項１又は２に記載のバネ構造であって、
   前記内側ガイド部材の外側かつ前記ベローズ部材の内側の空間に非圧縮性流体が充填されている、バネ構造。
   

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