(57)【要約】【課題】シャフトの回転トルクの低減と、シール材の長寿命化との双方を達成可能なスイベルジョイントを提供する。【解決手段】スイベルジョイント１は、シャフト流路１００ａを有するシャフト１００と、ハウジング流路２００ａを有するハウジング２００と、シャフト１００の外周面とハウジング２００との間に設けられるシール材３００とを備える。ハウジング２００は、シール材３００を保持する保持溝２０４を有する。シール材３００は、弾性材料からなるとともにシール材３００の径方向に保持溝２０４に接する外側シール部と、シール材３００の径方向について外側シール部の内側に設けられており、シャフト１００の外周面に対して摺動しながら接する内側シール部とを有する。内側シール部は、外側シール部の摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有する材料からなる。【選択図】図２
2020045940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸周りに回転可能であるとともに、前記中心軸に沿って流体を流すためのシャフト流路を有するシャフトと、
前記シャフトが前記中心軸周りに回転するのを許容するように前記シャフトを保持するするとともに、前記シャフト流路につながるハウジング流路を有するハウジングと、
円環状に形成されており、前記シャフトの外周面と前記ハウジングとの間に設けられるシール材とを備え、
前記ハウジングは、前記シール材を保持する保持溝を有し、
前記シール材は、弾性材料からなるとともに前記シール材の径方向に前記保持溝に接する外側シール部と、前記シール材の径方向について前記外側シール部の内側に設けられており、前記シャフトの外周面に対して摺動しながら接する内側シール部とを有し、
前記内側シール部は、前記外側シール部の摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有する材料からなる、スイベルジョイント。
【請求項２】
前記外側シール部は、前記シール材の周方向および径方向の双方に直交する直交方向における端部に設けられた外側側部を有し、
前記内側シール部は、前記直交方向における端部に設けられた内側側部を有し、
前記保持溝は、前記シャフトの中心軸方向に前記シール材と対向する対向壁を有し、
前記シャフトの径方向における前記シャフトの外周面と前記対向壁との間には、開口が形成されており、
前記シール材が前記保持溝および前記シャフト間に位置する状態での、前記シール材の径方向における前記内側側部の寸法は、前記シャフトの径方向における前記開口の幅よりも大きく、
前記開口の幅は、０．５ｍｍ以下に設定されている、請求項１に記載のスイベルジョイント。
【請求項３】
前記シャフトは、大径部と、前記大径部の外径よりも小さな外径を有する小径部とを有し、
前記ハウジングは、前記大径部を保持する大径部保持部と、前記小径部を保持する小径部保持部とを有する、請求項１または２に記載のスイベルジョイント。
【請求項４】
前記大径部保持部と前記小径部保持部との同軸度は、０．０６ｍｍ以下である、請求項３に記載のスイベルジョイント。
【請求項５】
前記シール材は、前記大径部の外周面と前記大径部保持部との間に設けられる大径シール部材と、前記小径部の外周面と前記小径部保持部との間に設けられる小径シール部材とを有し、
前記保持溝は、前記大径部保持部に設けられており前記大径シール部材を保持する大径溝と、前記小径部保持部に設けられており前記小径シール部材を保持する小径溝とを有し、
前記ハウジングは、前記大径溝および前記小径溝を有するとともに前記シャフトを保持するハウジング本体と、前記ハウジング本体のうち前記大径溝と前記小径溝との間の部位から分岐するとともに、前記ハウジング本体の軸方向と交差する方向に延びる形状を有する分岐部とを有し、
前記ハウジング本体のうち前記大径溝および前記小径溝間の部位の内側と前記分岐部の内側とが前記ハウジング流路を構成する、請求項３または４に記載のスイベルジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイベルジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特開２０１２−１５４３８７号公報（以下、「特許文献１」という。）には、弾性材料からなる弾性部材と、弾性部材よりも低摩擦性の材料からなるシール部材とを備えるシール材が開示されている。このシール材は、シール材を装着するためのシール溝を有する装着体と、装着体に対して回転はまた摺動する相手側部材との間のシールに用いられる。シール材がシール溝に装着された状態において、弾性部材は、シール溝の底面と当接し、シール部材は、相手側部材のシール面と当接する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるように、油空圧機器などにおけるロッドやピストンなど、回転や摺動する部材間をシールするシール材が知られている。
【０００５】
たとえば、スイベルジョイントは、可撓性を有するホースの端部などに連結される。一般に、スイベルジョイントは、シャフトと、シャフトを回転可能に保持するハウジングと、シャフトおよびハウジング間を封止するためのシール材としてのＯリングとを有している。このようなスイベルジョイントにおいて、シャフトの回転トルク（回転抵抗）が大きい場合、ホースの端部に加わる負荷が大きくなる。このことは、ホースの破断を招く。また、Ｏリングの摩耗が進行することにより、スイベルジョイントから流体が漏洩する恐れがある。
【０００６】
本発明の目的は、シャフトの回転トルクの低減と、シール材の長寿命化との双方を達成可能なスイベルジョイントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従ったスイベルジョイントは、中心軸周りに回転可能であるとともに、中心軸に沿って流体を流すためのシャフト流路を有するシャフトと、シャフトが中心軸周りに回転するのを許容するようにシャフトを保持するするとともに、シャフト流路につながるハウジング流路を有するハウジングと、円環状に形成されており、シャフトの外周面とハウジングとの間に設けられるシール材とを備える。ハウジングは、シール材を保持する保持溝を有する。シール材は、弾性材料からなるとともにシール材の径方向に保持溝に接する外側シール部と、シール材の径方向について外側シール部の内側に設けられており、シャフトの外周面に対して摺動しながら接する内側シール部とを有する。内側シール部は、外側シール部の摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有する材料からなる。
【０００８】
本スイベルジョイントでは、保持溝にシール材が配置されることにより、外側シール部の弾性復元力によって有効にシャフトおよびハウジング間をシールできる。さらに、シャフトの外周面は、外側シール部の摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有する内側シール部に接しながらハウジングに対して相対回転するため、シャフトの回転抵抗（トルク）が低減されるとともに、シール材の摩耗も抑制される。よって、本スイベルジョイントでは、シャフトの回転抵抗の低減と、シール材の長寿命化との双方を達成することができる。
【０００９】
また好ましくは、外側シール部は、シール材の周方向および径方向の双方に直交する直交方向における端部に設けられた外側側部を有する。内側シール部は、直交方向における端部に設けられた内側側部を有する。保持溝は、シャフトの中心軸方向にシール材と対向する対向壁を有する。シャフトの径方向におけるシャフトの外周面と対向壁との間には、開口が形成されている。シール材が保持溝およびシャフト間に位置する状態での、シール材の径方向における内側側部の寸法は、シャフトの径方向における開口の幅よりも大きい。開口の幅は、０．５ｍｍ以下、望ましくは０．３ｍｍ以下に設定されている。
【００１０】
このようにすれば、シャフトとハウジングとの間に形成される空間であってシール材により隔てられた２つの空間の間に圧力差が生じることにより、シール材が対向壁に押し付けられた状態においても、シャフトの外周面と対向壁との間の開口から内側側部が保持溝の外側へはみ出すことを抑制できる。
【００１１】
また好ましくは、シャフトは、大径部と、大径部の外径よりも小さな外径を有する小径部とを有する。ハウジングは、大径部を保持する大径部保持部と、小径部を保持する小径部保持部とを有する。
【００１２】
この態様では、シャフトの小径部を先頭にしてシャフトをハウジングの大径部保持部側からハウジング内に挿入することにより、シャフトの小径部が大径部保持部に接触することおよびそれに伴う小径部の損傷を抑制することができる。
【００１３】
また好ましくは、大径部保持部と小径部保持部との同軸度は、０．０６ｍｍ以下である。
【００１４】
この態様では、シャフトがハウジングに保持された状態においてシャフトが湾曲することや、シャフトの回転抵抗（トルク）が増大することを抑制できる。
【００１５】
また好ましくは、シール材は、大径部の外周面と大径部保持部との間に設けられる大径シール部材と、小径部の外周面と小径部保持部との間に設けられる小径シール部材とを有する。保持溝は、大径部保持部に設けられており大径シール部材を保持する大径溝と、小径部保持部に設けられており小径シール部材を保持する小径溝とを有する。ハウジングは、大径溝および小径溝を有するとともにシャフトを保持するハウジング本体と、ハウジング本体のうち大径溝と小径溝との間の部位から分岐するとともに、ハウジング本体の軸方向と交差する方向に延びる形状を有する分岐部とを有する。ハウジング本体のうち大径溝および前記小径溝間の部位の内側と分岐部の内側とがハウジング流路を構成する。
【００１６】
この態様では、２つシール部材（大径シール部材および小径シール部材）でハウジング流路からの流体の漏洩を抑制しつつ、シャフト流路とハウジング流路とを屈曲させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上に説明したように、この発明によれば、シャフトの回転トルクの低減と、シール材の長寿命化との双方を達成可能なスイベルジョイントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態のスイベルジョイントを含む装置を概略的に示す図である。
【図２】図１に示されるスイベルジョイントの断面図である。
【図３】図２に示されるスイベルジョイントのシール材の平面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線での断面図である。
【図５】図２中の実線Ｖで囲まれた範囲の拡大図である。
【図６】シール材に一方側から圧力が作用している状態を示す断面図である。
【図７】図６中の実線ＶＩＩで囲まれた範囲の拡大図である。
【図８】図１に示されるスイベルジョイントの変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態のスイベルジョイントの断面図である。
【図１０】実施例１および比較例１における圧力と回転トルクとの関係を示すグラフである。
【図１１】実施例１および比較例１の試験結果を示す表である。
【図１２】実施例２（開口幅０．３ｍｍ）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】実施例３（開口幅０．４ｍｍ）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】実施例４（開口幅０．５ｍｍ）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】比較例２（開口幅０．６ｍｍ）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】実施例２〜４と比較例２とのシミュレーション結果を示す表である。
【図１７】同軸度と回転トルクとの関係を調べるためのハウジングの側面図である。
【図１８】実施例５〜７および比較例３における同軸度と回転トルクとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のスイベルジョイントを含む装置を概略的に示す図である。図１に示されるように、スイベルジョイント１は、たとえば、流体を供給するためのホース２とローラー３の回転軸（図示略）とを接続する。これにより、ローラー３の回転中に、スイベルジョイント１を通じてホース２からローラー３の回転軸内に流体が供給される。
【００２１】
図２は、図１に示されるスイベルジョイントの断面図である。このスイベルジョイント１は、シャフト１００と、ハウジング２００と、シール材３００と、第１軸受４１０と、第２軸受４２０とを有している。
【００２２】
シャフト１００は、中心軸Ａ周りに回転可能である。たとえば、シャフト１００は、中心軸Ａ周りに、３６０度以下の回転角度範囲で正回転と逆回転とを繰り返す。このシャフト１００に、ローラー３の回転軸が接続される。シャフト１００は、中心軸Ａに沿って流体が流れるシャフト流路１００ａを有している。シャフト１００は、円筒状の外周面を有している。シャフト１００には、シャフト流路１００ａとシャフト１００外とを連通させるようにシャフト１００を貫通する貫通孔１００ｈが設けられている。貫通孔１００ｈは、中心軸Ａと直交する方向にシャフト１００を貫通している。シャフト１００は、大径部１１０と、小径部１２０とを有している。
【００２３】
小径部１２０は、大径部１１０の外径よりも小さな外径を有している。小径部１２０は、大径部１１０の一端部（図２の左側の端部）に接続されている。本実施形態では、小径部１２０は、第１小径部１２１と、第２小径部１２２とを有している。
【００２４】
第１小径部１２１は、大径部１１０の一端部に接続されている。この第１小径部１２１に、貫通孔１００ｈが設けられている。シャフト流路１００ａは、大径部１１０から第１小径部１２１の途中に至る領域に設けられている。
【００２５】
第２小径部１２２は、第１小径部１２１に接続されており、第１小径部１２１の外径よりも小さな外径を有している。第２小径部１２２は、中実に形成されている。
【００２６】
ハウジング２００は、シャフト１００が中心軸Ａ周りに回転するのを許容するようにシャフト１００を保持する。ハウジング２００は、シャフト流路１００ａにつながるハウジング流路２００ａを有している。具体的に、ハウジング流路２００ａは、ハウジング２００にシャフト１００が保持された状態において、シャフト１００の貫通孔１００ｈを通じてシャフト流路１００ａとつながる。このハウジング流路２００ａは、シャフト１００のうち貫通孔１００ｈが形成されている部位を取り囲んでいる。このため、ハウジング２００に対してシャフト１００が中心軸Ａ周りに相対回転した場合においても、ハウジング流路２００ａとシャフト流路１００ａとが貫通孔１００ｈを通じて連通した状態が常に維持される。本実施形態では、ハウジング２００は、ハウジング本体２０２と、分岐部２３０とを有している。
【００２７】
ハウジング本体２０２は、シャフト１００を回転可能に保持する。ハウジング本体２０２は、大径部保持部２１０と、小径部保持部２２０とを有する。
【００２８】
大径部保持部２１０は、シャフト１００の大径部１１０を回転可能に保持する。大径部保持部２１０は、第１軸受４１０を保持する第１軸受保持部２１２を有している。第１軸受保持部２１２は、大径部保持部２１０の軸方向における外側（図２の右側）の端部に設けられている。大径部保持部２１０は、第１軸受保持部２１２に保持された第１軸受４１０を介して大径部１１０を保持している。第１軸受４１０は、たとえば深溝玉軸受である。
【００２９】
図５は、図２中の実線Ｖで囲まれた範囲の拡大図である。図５に示されるように、大径部保持部２１０は、大径部１１０の外周面１１１と対向する大径対向面２１１を有している。大径対向面２１１は、円筒状に形成されてる。大径対向面２１１の径は、第１軸受保持部２１２の径よりも小さい。大径対向面２１１は、大径部保持部２１０の軸方向について第１軸受保持部２１２よりも内側（図２の左側）に設けられている。
【００３０】
小径部保持部２２０は、シャフト１００の小径部１２０を回転可能に保持する。小径部保持部２２０は、第２軸受４２０を保持する第２軸受保持部２２２を有している。第２軸受保持部２２２は、小径部保持部２２０の軸方向における外側（図２の左側）の端部に設けられている。小径部保持部２２０は、第２軸受保持部２２２に保持された第２軸受４２０を介して小径部１２０の第２小径部１２２を保持している。第２軸受４２０は、たとえば深溝玉軸受である。
【００３１】
小径部保持部２２０は、第１小径部１２１の外周面と対向する小径対向面を有している。小径対向面は、円筒状に形成されている。小径対向面の径は、第２軸受保持部２２２の径よりも小さい。小径対向面は、小径部保持部２２０の軸方向について第２軸受保持部２２２よりも内側（図２の右側）に設けられている。
【００３２】
大径部保持部２１０と小径部保持部２２０との同軸度（より適切には、第１軸受保持部２１２と第２軸受保持部２２２との同軸度）は、０．０６ｍｍ以下に設定されることが好ましく、０．０４ｍｍ以下に設定されることがより好ましい。
【００３３】
シャフト１００がハウジング２００に保持された状態において、第２小径部１２２のうちハウジング２００の外側に位置する部位に、止め輪１３０が設けられている。止め輪１３０は、第２軸受４２０の外側面に接している。止め輪１３０は、Ｃ形に形成されている。
【００３４】
シャフト１００がハウジング２００に保持された状態において、シャフト１００のうち貫通孔１００ｈが形成されている部位を取り囲む領域（ハウジング流路２００ａの一部）が、大径対向面２１１と小径対向面との間に形成される。
【００３５】
分岐部２３０は、ハウジング本体２０２のうち大径部保持部２１０と小径部保持部２２０との間の部位から分岐している。分岐部２３０は、ハウジング本体２０２の軸方向と交差する方向に延びる形状を有している。分岐部２３０は、ハウジング本体２０２の軸方向と直交する方向（図２の上下方向）に延びる形状を有している。分岐部２３０内に、ハウジング本体２０２のうちの上記の領域（ハウジング流路２００ａの一部）につながる領域（ハウジング流路２００ａの残部）が形成されている。この分岐部２３０に、ホース２が接続される。
【００３６】
図３は、図２に示されるスイベルジョイントのシール材の平面図である。図３に示されるように、シール材３００は、円環状に形成されている。シール材３００は、シャフト１００の外周面１１１とハウジング２００との間に設けられる。本実施形態では、シール材３００は、大径シール部材３１０と、小径シール部材３２０とを有している。
【００３７】
図２に示されるように、大径シール部材３１０は、大径部１１０の外周面１１１と大径部保持部２１０との間に設けられる。小径シール部材３２０は、小径部１２０の外周面と小径部保持部２２０との間に設けられる。
【００３８】
ここで、シール材３００の保持構造について説明する。ハウジング２００は、シール材３００を保持する保持溝２０４を有している。本実施形態では、図２に示されるように、保持溝２０４は、大径シール部材３１０を保持する大径溝２１４と、小径シール部材３２０を保持する小径溝２２４とを有している。大径部保持部２１０は、大径溝２１４を有している。小径部保持部２２０は、小径溝２２４を有している。
【００３９】
大径溝２１４は、大径部保持部２１０の大径対向面２１１から大径部保持部２１０の径方向の外向きに窪むとともに、大径部保持部２１０の周方向に沿って連続的につながる形状を有している。図２に示されるように、大径溝２１４は、大径部保持部２１０の軸方向について第１軸受保持部２１２と小径部保持部２２０との間に設けられている。
【００４０】
図２および図５に示されるように、大径溝２１４は、底壁２１６と、対向壁２１８とを有している。
【００４１】
底壁２１６は、大径部保持部２１０の径方向に大径シール部材３１０と接する部位である。底壁２１６は、大径部保持部２１０の径方向と直交する形状を有している。
【００４２】
対向壁２１８は、シャフト１００の中心軸方向（図５の左右方向）に大径シール部材３１０と対向している。対向壁２１８は、大径部保持部２１０の軸方向と直交する形状を有している。対向壁２１８間の長さは、大径シール部材３１０の周方向および径方向の双方に直交する直交方向（図４および図５の左右方向）における大径シール部材３１０の寸法よりも大きい。図５に示されるように、対向壁２１８と大径対向面２１１との境界部は、面取りされている。
【００４３】
シャフト１００の大径部１１０の外周面１１１と対向壁２１８との間には、開口Ｃが形成されている。この開口Ｃの幅（大径部１１０の径方向についての長さ）ｈ１は、０．５ｍｍ以下、望ましくは０．３ｍｍ以下に設定される。大径対向面２１１と大径部１１０の外周面１１１との隙間は、０．３ｍｍ以下、望ましくは０．１ｍｍ以下に設定される。
【００４４】
小径溝２２４は、小径部保持部２２０の内周面から小径部保持部２２０の径方向の外向きに窪むとともに、小径部保持部２２０の周方向に沿って連続的につながる形状を有している。図２に示されるように、小径溝２２４は、小径部保持部２２０の軸方向について第２軸受保持部２２２と大径溝２１４との間に設けられている。小径溝２２４は、その径が大径溝２１４の径と異なるのみであり、その他の構成は大径溝２１４の構成と同様である。このため、小径溝２２４の形状の説明は省略する。
【００４５】
次に、大径シール部材３１０および小径シール部材３２０について説明する。大径シール部材３１０と小径シール部材３２０とは、その径が互いに異なるのみであるため、以下、大径シール部材３１０を例に説明する。
【００４６】
図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線での断面図である。図４に示されるように、大径シール部材３１０は、大径シール部材３１０の径方向と平行で、かつ、大径シール部材３１０の周方向および径方向の双方に直交する直交方向（図４の左右方向）の中心を通る中心面ＣＬを基準として、直交方向に対称な形状を有している。図３〜図５に示されるように、大径シール部材３１０は、外側シール部３１２と、内側シール部３１４とを有している。
【００４７】
外側シール部３１２は、弾性材料からなる。弾性材料として、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、ＦＦＫＭ（四フッ化エチレン―パーフルオロメチルビニルエーテルゴム）などのエラストマーが好ましく用いられる。外側シール部３１２は、大径シール部材３１０の径方向に大径溝２１４に接する。図４に示されるように、外側シール部３１２は、外周部３１２Ａと、外側側部３１２Ｂと、内側部３１２Ｃとを有している。
【００４８】
外周部３１２Ａは、外側シール部３１２のうち大径シール部材３１０の径方向の外側（図４の上側）に端部に設けられている。外周部３１２Ａは、大径シール部材３１０の径方向に大径溝２１４の底壁２１６に接する。図４に示されるように、外周部３１２Ａは、大径シール部材３１０に外力が作用していない状態において、大径シール部材３１０の径方向の外向きに凸となるように湾曲する形状を有している。
【００４９】
外側側部３１２Ｂは、直交方向（図４の左右方向）における外側シール部３１２の端部に設けられている。外側側部３１２Ｂは、大径シール部材３１０の径方向の外側に向かうにしたがって次第に直交方向の内側に向かうように傾斜する形状を有している。外側側部３１２Ｂの傾斜角θは、３度〜２０度の範囲で設定されることが好ましい。
【００５０】
内側部３１２Ｃは、外側シール部３１２のうち大径シール部材３１０の径方向の内側（図４の下側）に端部に設けられている。図４に示されるように、内側部３１２Ｃは、大径シール部材３１０の径方向の内向きに凸となる形状を有している。
【００５１】
内側シール部３１４は、大径シール部材３１０の径方向について外側シール部３１２の内側に設けられている。具体的に、内側シール部３１４は、外側シール部３１２に接着されている。内側シール部３１４は、シャフト１００の大径部１１０の外周面１１１に対して摺動しながら接する。内側シール部３１４は、外側シール部３１２の摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有する材料からなる。このような材料として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂や、ポリアミド、ポリアセタールなどの高機能樹脂などが好ましく用いられる。図４に示されるように、内側シール部３１４は、内周部３１４Ａと、内側側部３１４Ｂとを有している。
【００５２】
内周部３１４Ａは、内側シール部３１４のうち大径シール部材３１０の径方向の内側（図４の下側）に端部に設けられている。内周部３１４Ａは、大径シール部材３１０の径方向に大径部１１０の外周面１１１に接する。
【００５３】
内側側部３１４Ｂは、直交方向（図４の左右方向）における内側シール部３１４の端部に設けられている。図５に示されるように、大径シール部材３１０が大径溝２１４および大径部１１０間に位置する状態での、大径シール部材３１０の径方向における内側側部３１４Ｂの寸法ｈ２は、開口Ｃの幅ｈ１よりも大きい。
【００５４】
図５に示されるように、大径シール部材３１０が大径溝２１４および大径部１１０間に位置する状態では、大径シール部材３１０に対して大径部１１０から押圧力Ｆが作用している。このため、大径シール部材３１０は、圧縮変形している。この圧縮変形の弾性復元力Ｒにより、外側シール部３１２が底壁２１６に押し付けられるとともに、内側シール部３１４が大径部１１０の外周面１１１に押し付けられる。このため、有効にシャフト１００およびハウジング２００間がシールされる。
【００５５】
次に、シャフト流路１００ａおよびハウジング流路２００ａに流体が流れたときのシール材３００の挙動について説明する。各流路１００ａ，２００ａに流体が流れることによって、大径シール部材３１０で隔てられた２つの空間のうち、ハウジング流路２００ａを含む空間の圧力が高くなる。図６は、シール材に一方側から圧力が作用している状態を示す断面図である。図７は、図６中の実線ＶＩＩで囲まれた範囲の拡大図である。各流路１００ａ，２００ａに流体が流れることにより、図６に矢印で示されるように、大径シール部材３１０には、回転力Ｍｐが作用するとともに、外側側部３１２Ｂおよび内側側部３１４Ｂは、一対の対向壁２１８のうちハウジング流路２００ａから遠い側の対向壁２１８に押し付けられる。これにより、内側シール部３１４と大径部１１０の外周面１１１との接触面積が小さくなる。この状態において、シャフト１００は、中心軸Ａ周りに３６０度以下の回転角度範囲において、ハウジング２００に対して相対的に正回転と逆回転とを繰り返す。
【００５６】
以上に説明したように、本実施形態のスイベルジョイント１では、保持溝２０４にシール材３００が配置されることにより、主に外側シール部３１２の弾性復元力によって有効にシャフト１００およびハウジング２００間をシールできる。さらに、シャフト１００の外周面は、外側シール部３１２の摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有する内側シール部３１４に接しながらハウジング２００に対して相対回転するため、シャフト１００の回転抵抗（トルク）が低減されるとともに、シール材３００の摩耗も抑制される。加えて、シール材３００が一方の対向壁２１８に押し付けられた状態では、内側シール部３１４とシャフトの外周面との接触面積が小さくなるため、シャフト１００の回転抵抗（トルク）が一層低減される。よって、本スイベルジョイント１では、シャフト１００の回転抵抗の低減と、シール材３００の長寿命化との双方を達成することができる。
【００５７】
以上のことは、シャフト１００が中心軸Ａ周りにハウジング２００に対して正回転と逆回転とを繰り返す態様、つまり、シャフト１００の外周面とシール材３００との間に静止摩擦力の生じる局面が多い態様において特に顕著となる。
【００５８】
また、本実施形態では、開口Ｃの幅が０．５ｍｍ以下、望ましくは０．１ｍｍ以下に設定されているため、シール材３００が対向壁２１８に押し付けられた状態においても、開口Ｃからシール材３００の内側側部３１４Ｂが保持溝２０４の外側へはみ出すことを抑制できる。
【００５９】
また、本実施形態では、シャフト１００は、大径部１１０と小径部１２０とを有している。このため、小径部１２０を先頭にしてシャフト１００を大径部保持部２１０側からハウジング２００内に挿入することにより、小径部１２０が大径部保持部２１０に接触することおよびそれに伴う小径部１２０の損傷を抑制することができる。
【００６０】
また、大径部保持部２１０と小径部保持部２２０との同軸度は、０．０６ｍｍ以下であるため、シャフト１００がハウジング２００に保持された状態においてシャフト１００が湾曲することや、シャフト１００の回転抵抗（トルク）が増大することを抑制できる。
【００６１】
図８は、図１に示されるスイベルジョイントの変形例を示す断面図である。図８に示されるように、スイベルジョイント１は、保持溝２０４（大径溝２１４および小径溝２２４）内に設けられたバックアップリング５１０，５２０をさらに有していてもよい。バックアップリング５１０，５２０は、保持溝２０４内のうちのシール材３００の低圧側に設けられる。この態様では、開口Ｃからのシール材３００のはみ出しをより確実に抑制することができる。
【００６２】
（第２実施形態）
次に、図９を参照しながら、本発明の第２実施形態のスイベルジョイント１について説明する。図９は、本発明の第２実施形態のスイベルジョイントの断面図である。第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
【００６３】
本実施形態では、シャフト流路１００ａとハウジング流路２００ａとが直線状につながるように構成されている。
【００６４】
ハウジング２００は、第１ハウジング体２０５と、第２ハウジング体２０８とを有している。
【００６５】
第１ハウジング体２０５は、第１軸受保持部２１２を有する大径部保持部２１０と、第１延設部２０６とを有している。
【００６６】
第１延設部２０６は、大径部保持部２１０の軸方向に沿って大径部保持部２１０から延びる形状を有している。第１延設部２０６は、円筒状に形成されている。第１延設部２０６の内径は、第２ハウジング体２０８の外径よりも大きく設定されている。
【００６７】
第２ハウジング体２０８は、第２軸受保持部２２２を保持する小径部保持部２２０と、第２延設部２０９とを有している。
【００６８】
本実施形態では、小径部保持部２２０にのみ単一の保持溝２０４が設けられている。すなわち、本実施形態のスイベルジョイント１は、単一のシール材３００を有している。このシール材３００は、シャフト１００の小径部１２０の外周面に接している。小径部保持部２２０の外径は、第１延設部２０６の内径よりも小さく設定されている。小径部保持部２２０が第１延設部２０６の内側に位置した状態（図９に示される状態）において、第１延設部２０６と小径部保持部２２０とが固定部材（たとえばネジ）で固定される。
【００６９】
第２延設部２０９は、小径部保持部２２０の軸方向に沿って小径部保持部２２０から延びる形状を有している。
【００７０】
本実施形態では、止め輪１３０は、シャフト１００の大径部１１０に設けられている。止め輪１３０は、第１軸受４１０の外側面に接している。
【００７１】
本実施形態においても、シャフト１００の回転抵抗の低減と、シール材３００の長寿命化との双方を達成することができる。
【実施例】
【００７２】
次に、上記の実施形態の実施例について説明する。以下、シャフト１００の回転トルク、シール材３００の寿命、開口Ｃの幅ｈ１の大きさと内側シール部３１４のはみ出し量との関係、および、同軸度とシャフト１００のトルクとの関係の順に説明する。
【００７３】
＜シャフト１００の回転トルク＞
まず、図１０を参照しながら、実施例１および比較例１の各々のシャフト１００の回転トルクについて説明する。図１０は、実施例１および比較例１における圧力と回転トルクとの関係を示すグラフである。
【００７４】
実施例１では、第２実施形態のスイベルジョイント１を用いた。具体的に、継手サイズを３２Ａとし、保持溝２０４は、ＪＩＳ  Ｂ  ２４０１  Ｐ３５に規定のものとした。シール材３００として、ＪＩＳ  Ｂ  ２４０１  Ｐ３５のサイズに適合し、ＮＢＲからなる外側シール部と、ＰＴＦＥからなる内側シール部とを有するものを用いた。
【００７５】
比較例では、シール材として、ＮＢＲからなるＯリングで、かつ、ＪＩＳ  Ｂ  ２４０１  Ｐ３５のサイズのものを用いた。継手のサイズ、保持溝の構成は、実施例１のそれと同じである。
【００７６】
この試験では、流体として一般作動油を用い、最大油圧は１４ＭＰａとし、シャフト１００は、中心軸Ａ周りに１８０度の回転角範囲で揺動させ（正回転と逆回転とを繰り返し）、常温で試験を行った。
【００７７】
図１０に示されるように、いずれの圧力においても、実施例１の回転トルクが比較例１の回転トルクに比べて大幅に低減されていた。また、流体の圧力（油圧）が増大するにしたがって、シャフト１００の回転トルクの低減幅が大きくなった。
【００７８】
＜シール材３００の寿命＞
続いて、図１１を参照しながら、実施例１および比較例１のシール材３００の寿命について説明する。図１１は、実施例１および比較例１の試験結果を示す表である。なお、実施例１および比較例１のスイベルジョイントの構成は、上記と同じである。
【００７９】
この試験では、流体として空気を用い、最大圧力は０．７ＭＰａとし、シャフト１００は、中心軸Ａ周りに１８０度の回転角範囲で揺動させた。加速評価のため、環境温度を上げて１２０度で試験を行った。
【００８０】
図１１に示されるように、実施例１では、比較例１の略２倍の揺動を行っても、空気の漏洩は発生していなかった。すなわち、実施例１のシール材３００の寿命は、比較例のそれの略２倍以上であった。
【００８１】
＜開口Ｃの幅ｈ１と内側シール部のはみ出し量との関係＞
次に、図１２〜図１６を参照しながら、開口Ｃの幅ｈ１と内側シール部３１４のはみ出し量との関係のシミュレーション結果について説明する。図１２は、実施例２（開口幅０．３ｍｍ）のシミュレーション結果を示す図である。図１３は、実施例３（開口幅０．４ｍｍ）のシミュレーション結果を示す図である。図１４は、実施例４（開口幅０．５ｍｍ）のシミュレーション結果を示す図である。図１５は、比較例２（開口幅０．６ｍｍ）のシミュレーション結果を示す図である。図１６は、実施例２〜４と比較例２とのシミュレーション結果を示す表である。
【００８２】
この試験では、ＦＥＡ（有限要素法）により、開口Ｃの幅ｈ１の大きさと、内側シール部３１４の内側側部３１４Ｂの開口Ｃからのはみ出し量の大きさとの関係を解析した。この解析では、解析ソフトとして、Ｍａｒｃ  Ｍｅｎｔａ２００７を用い、解析モデルを軸対称モデルとし、圧力を１４ＭＰａとした。そして、ＦＥＡ上のはみ出し状態に基づいて、内側側部３１４Ｂの開口Ｃからのはみ出し量を評価した。
【００８３】
実施例２〜４（図１２〜図１５）のように開口Ｃの幅ｈ１が０．５ｍｍ以下の範囲では、内側シール部３１４の内側側部３１４Ｂの開口Ｃからのはみ出し量が０．０５ｍｍ以下となった。一方、比較例２（図１６）のように、開口Ｃの幅ｈ１が０．６ｍｍでは、内側シール部３１４の内側側部３１４Ｂの開口Ｃからのはみ出し量が０．１５ｍｍとなった。
【００８４】
内側側部３１４Ｂの開口Ｃからのはみ出し量が０．１５ｍｍ以上になると、シャフト１００の回転（揺動）時に、そのはみ出した部分（ハウジング２００とシャフト１００との間に挟み込まれた部分）の摩耗が大きくなる。すなわち、実施例２〜４のように、内側側部３１４Ｂの開口Ｃからのはみ出し量を０．０５ｍｍ以下に抑えることにより、内側側部３１４Ｂの摩耗を抑制できる。
【００８５】
＜同軸度とシャフト１００のトルクとの関係＞
最後に、図１７および図１８を参照しながら、大径部保持部２１０と小径部保持部２２０との同軸度と、シャフト１００の回転トルクとの関係について説明する。図１７は、同軸度と回転トルクとの関係を調べるためのハウジングの側面図である。図１８は、実施例５〜７および比較例３における同軸度と回転トルクとの関係を示すグラフである。
【００８６】
この試験では、図８に示される、第１実施形態の変形例のスイベルジョイント１を用いた。具体的に、図１７に示されるハウジング２００として、継手サイズが２５Ａのものを用いた。大径溝２１４は、ＪＩＳ  Ｂ  ２４０１  Ｐ３５に規定のものであり、小径溝２２４は、ＪＩＳ  Ｂ  ２４０１  Ｐ３０に規定のものである。大径シール部材３１０として、ＪＩＳ  Ｂ  ２４０１  Ｐ３５のサイズに適合し、ＮＢＲからなる外側シール部と、ＰＴＦＥからなる内側シール部とを有するものを用いた。小径シール部材３２０として、ＪＩＳ  Ｂ  ２４０１  Ｐ３０のサイズに適合し、ＮＢＲからなる外側シール部と、ＰＴＦＥからなる内側シール部とを有するものを用いた。大径溝２１４に配置されるバックアップリング５１０として、ＪＩＳ  Ｂ  ２４０１  Ｐ３５に規定のものを用いた。小径溝２２４に配置されるバックアップリング５２０として、ＪＩＳ  Ｂ  ２４０１  Ｐ３０に規定のものを用いた。第１軸受４１０として、ＮＴＮ株式会社製の６８０７ＬＬＢを用いた。第２軸受４２０として、ＮＴＮ株式会社製の６８０５ＬＬＢを用いた。
【００８７】
実施例５では、大径部保持部２１０と小径部保持部２２０との同軸度は、０．０４ｍｍに設定され、実施例６では、大径部保持部２１０と小径部保持部２２０との同軸度は、０．０５ｍｍに設定され、実施例６では、大径部保持部２１０と小径部保持部２２０との同軸度は、０．０６ｍｍに設定され、比較例３では、大径部保持部２１０と小径部保持部２２０との同軸度は、０．０８ｍｍに設定された。同軸度の設定は、大径部保持部２１０の径φ１と小径部保持部２２０のφ２との調整により行われた。
【００８８】
図１８に示されるように、同軸度が０．０６ｍｍ以下では、シャフト１００の回転トルクが低い値に維持され、同軸度が０．０８ｍｍでは、シャフト１００の回転トルクが急激に大きくなった。これより、同軸度が０．０６ｍｍ以下に設定されることにより、シャフト１００の回転トルクを低くすることができることが分かった。
【００８９】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００９０】
１  スイベルジョイント、１００  シャフト、１００ａ  シャフト流路、１１０  大径部、１１１  外周面、１２０  小径部、２００  ハウジング、２００ａ  ハウジング流路、２０２  ハウジング本体、２０４  保持溝、２１０  大径部保持部、２１４  大径溝、２１６  底壁、２１８  対向壁、２２０  小径部保持部、２２４  小径溝、２３０  分岐部、３００  シール材、３１０  大径シール部材、３１２  外側シール部、３１２Ａ  外周部、３１２Ｂ  外側側部、３１４  内側シール部、３１４Ａ  内周部、３１４Ｂ  内側側部、３２０  小径シール部材、４１０  第１軸受、４２０  第２軸受、Ｃ  開口。
【図１】
2020045940.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020045940.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020045940.tif 000009
【図８】
2020045940.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020045940.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020045940.tif 000016
【図１５】
2020045940.tif 000017
【図１６】
2020045940.tif 000018
【図１７】
2020045940.tif 000019
【図１８】
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