(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在の内側軸と、該内側軸の周りに半径方向に第１の隙間を有して回転自在に配置される外側管状軸と、前記内側軸及び前記外側管状軸を駆動するための駆動装置とを有する作業装置のスイベル継手であって、一端で前記駆動装置の回転軸に接続され、他端で前記外側管状軸に接続されると共に、前記第１の隙間に連通する第２の隙間を有して前記内側軸の周りに配置される回転自在の内側中空軸と、該内側中空軸の周囲に配置されたケーシングと、前記内側中空軸及び前記ケーシング間に配置された軸受装置と、前記第２の隙間に連通するように前記ケーシング及び前記内側中空軸を半径方向に貫いて形成された低圧流体注入通路と、軸方向に関して該低圧流体注入通路の両側で前記ケーシング及び前記内側中空軸の間に環状に開口するように前記ケーシングに形成された高圧流体注入通路と、軸方向に関して該高圧流体注入通路の各々の両側で前記ケーシング及び前記内側中空軸の間に配設された第１、第２環状パッキンとを備えるスイベル継手。
【請求項２】
前記ケーシング及び前記内側中空軸の間に配設され、軸方向に関して前記低圧流体注入通路から離間した位置にある前記第２環状パッキンの各々を該低圧流体注入通路側に付勢する弾性部材を備えた請求項１に記載のスイベル継手。
【請求項３】
前記作業装置は、前記低圧流体注入通路に注入される相対的に低圧の流体として硬化材を供給され、前記高圧流体注入通路に注入される相対的に高圧の流体として水を供給される土壌改良機械である請求項１又は２に記載のスイベル継手。
【請求項４】
回転自在の内側軸と、該内側軸の周りに半径方向に第１の隙間を有して回転自在に配置される外側管状軸と、前記内側軸及び前記外側管状軸を駆動するための駆動装置とを有する土壌改良機械のスイベル継手であって、一端で前記駆動装置の回転軸に接続され、他端で前記外側管状軸に接続されると共に、前記第１の隙間に連通する第２の隙間を有して前記内側軸の周りに配置される回転自在の内側中空軸と、該内側中空軸の周囲に配置されたケーシングと、該ケーシングの端部近傍で前記内側中空軸及び前記ケーシング間に配置された１対の軸受と、該１対の軸受の間で前記第２の隙間に連通するように前記ケーシング及び前記内側中空軸を半径方向に貫いて形成された低圧硬化材注入通路と、軸方向に関して該低圧硬化材注入通路の両側で前記ケーシング及び前記内側中空軸の間に環状に開口するように前記ケーシングに形成された高圧水注入通路と、軸方向に関して該高圧水注入通路の各々の両側で前記ケーシング及び前記内側中空軸の間に配設された第１、第２環状パッキンと、該第２環状パッキンの各々を前記低圧硬化材注入通路側に付勢する弾性部材とを備え、前記１対の軸受の間に、前記低圧硬化材注入通路と、前記高圧水注入通路と、前記第１、第２環状パッキンと、前記弾性部材とが配設されるスイベル継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スイベル継手に関するものであり、特に土壌改良機械に使用されるスイベル継手に関するものである。尚、便宜上、以下の明細書中の説明においては、土壌改良機械の先端側（撹拌翼、掘削ヘッド等がある）を“前”とし、駆動装置側を“後”として説明を行う。
【０００２】
【従来の技術】
スイベル継手を含む作業装置の一例として、土壌改良機械の全体図が図４に概略的に示されている。この土壌改良機械は、先端の掘削ヘッド１１によって、土壌を掘りながら、セメントミルク等の硬化材を供給し、撹拌翼９によって既存の土（置土）と撹拌混合することで、軟弱な土壌を固結させて強固にするものである。即ち、駆動装置１の回転軸１ａが回転すると、スイベル継手３を介して、外側管状軸５にその回転が伝達され、先端の撹拌翼９が回転する。また、内側軸７にも駆動装置１の回転動力が伝達されているため、先端にある掘削ヘッド１１が回転して土を掘り起こす。そして、スイベル継手に設けられた硬化材注入口から圧力下に注入された硬化材が外側管状軸，内側軸間の隙間２１を通って先端の硬化材吐出口１３から吐出されるため、掘削ヘッド１１によって掘り起こされた軟弱土は、前記撹拌翼９によって硬化材と混ぜ合わされ、硬化材の化学反応によって固結し固いパイルを形成していく。
【０００３】
このような土壌改良機械に用いられてきた従来のスイベル継手３は、図５の部分断面図に示されるように、支持柱１４により支持されたケーシング１５と、ケーシング１５内に設けられた軸受１７を介して支持される内側中空軸１９とからなり、内側中空軸１９内に内側軸７が同心状に挿通されている。
【０００４】
内側中空軸１９の一端（後端）には、キー２９を介してフランジ２７ａが接続されていて、ボルト等によって駆動装置１側の回転軸１ａのフランジ部分と連結されている。一方、内側中空軸１９の他端（前端）にあるフランジ２７ｂは、先端に撹拌翼９が取り付けられた外側管状軸５に連結されている。内側中空軸１９及び外側管状軸５と内側軸７との間には、環状断面の隙間２１が形成されている。ケーシング１５の所定位置には、隙間２１に硬化材を注入するための硬化材注入通路２３と、その入口である硬化材注入口２３ａとが設けられており、硬化材注入通路２３は、ケーシング１５及び内側中空軸１９を貫通して隙間２１に連通している。また、前記の隙間２１は、先端にある前述の硬化材吐出口１３に達している（図４参照）。さらに、ケーシング１５と内側中空軸１９との間には、前記硬化材注入通路２３を軸方向に挟んで、硬化材注入通路２３を通る硬化材が外部に漏洩しないように、環状のパッキン２５が配設されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
土壌改良機械の従来のスイベル継手では、前述したように、硬化材注入口より注入された硬化材の漏洩を防止するため、硬化材注入通路２３の前後にパッキン２５が設けられていた。しかし、硬化材の注入に際しては圧力がかけられるため、パッキン２５及び内側中空軸１９の摺動面間に硬化材が侵入することがあり、内側中空軸の摺動面即ちパッキンシール面が著しく摩耗損傷することがあった。この結果、硬化材はケーシング１５と内側中空軸１９との間から前方または後方のパッキン２５を通過して外部へ漏洩してしまうため、先端部の撹拌翼９によって置土と硬化材とを混ぜ合わせる際、好適な混合比が得られなくなるおそれがあった。
【０００６】
さらに、土壌改良機械の作業中に、先端での撹拌翼９や、掘削ヘッド１１の回転振動がスイベル継手３にも伝達されるが、従来のスイベル継手は、ケーシング１５の後部側にのみ軸受１７を設けて、外側管状軸５及び内側中空軸１９の円滑回転と振れ止めとを行う構造であるため、前述した振動が軸受１７の前側にあるパッキン２５に集中的に作用して損傷させ、パッキン自体の平均寿命を大幅に低下させるだけでなく、内側中空軸１９のパッキンシール面の摩耗損傷を加速することが知られていた。また、損傷したパッキンを交換するにしても、土壌改良機械を分解する必要があるため、作業効率が大幅に低下する問題もある。
【０００７】
従って、本発明の主な目的は、中空軸の摺動面、即ちパッキンシール面の摩耗損傷が発生しにくいスイベル継手を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明のスイベル継手は、一端で駆動装置の回転軸に接続され、他端で外側管状軸に接続されると共に、第１の隙間に連通する第２の隙間を有して内側軸の周りに配置される回転自在の内側中空軸と、該内側中空軸の周囲に配置されたケーシングと、内側中空軸及びケーシング間に配置された軸受装置と、前記第２の隙間に連通するようにケーシング及び内側中空軸を半径方向に貫いて形成された低圧流体注入通路とを有するスイベル継手において、軸方向に関して低圧流体注入通路の両側でケーシング及び内側中空軸の間に環状に開口するように、高圧流体注入通路を該ケーシングに形成し、軸方向に関して高圧流体注入通路の各々の両側でケーシング及び内側中空軸の間に第１、第２環状パッキンを配設した。
【０００９】
また、ケーシング及び内側中空軸の間には、軸方向に関して低圧流体注入通路から離間した位置にある第２環状パッキンの各々を該低圧流体注入通路側に付勢する弾性部材を配設してよい。
さらに、土壌改良機械のスイベル継手においては、低圧流体注入通路には相対的に低圧の流体として硬化材を注入し、高圧流体注入通路には相対的に高圧の流体として水を注入する。
【００１１】
【作用】
作業装置の駆動装置によって回転軸及び内側軸が回転すると、一端が回転軸と接続する内側中空軸が回転し、さらに内側中空軸の他端と接続する外側管状軸も回転する。ケーシング及び内側中空軸を貫く低圧流体注入通路から圧力下に注入された相対的に低圧の流体は、第２の隙間、第１の隙間を通って先端まで供給される。また、該低圧流体注入通路の両側にある高圧流体注入通路からは、相対的に高圧の流体が圧力下に注入されていて、第１環状パッキンに作用している。そのため、前記の低圧の流体が第１環状パッキンと内側中空軸との間に浸入しそうになっても、前記の高圧の流体の方が、この間を通って低圧流体注入通路に流入してくるため、低圧の流体は、低圧流体注入通路から漏洩して第１環状パッキンと内側中空軸との間に浸入することはない。
【００１２】
また、高圧流体注入通路の片側にある第２環状パッキンの各々を、低圧流体注入通路側に付勢する弾性部材を設けておけば、第２環状パッキンが摩耗してもシールに必要な圧力が確保され続ける。
また、作業機械が土壌改良機械として使用されるものであるときは、低圧の流体として硬化材が、高圧の流体として水が供給される。
さらに、内側中空軸を支持する軸受をケーシングの両端に設けたものでは、軸受間にある環状パッキンに、内側中空軸の回転に伴う有害な振動が実質的に伝わらないようになっている。
【００１３】
【実施例】
本発明の好適な実施例について添付図面を参照して詳細に説明するが、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
図１には、本発明に係るスイベル継手の実施例を含む土壌改良機械（作業装置）の全体図が示されている。図２には、本実施例のスイベル継手の拡大部分断面図が示されている。尚、この土壌改良機械は、スイベル継手以外の部分は従来のものと同一であるため、その部分の詳細な説明については省略する。
【００１４】
土壌改良機械において、駆動装置１は、回転軸１ａ及び内側軸７を回転させる動力源となっている。内側軸７は、スイベル継手１０３内を貫通して前後方向に長く延びており、その先端には掘削ヘッド１１が取り付け固定され、その基端は駆動装置１に接続している。一方、回転軸１ａのフランジ部分は、スイベル継手１０３側の一端に連結されており、その他端は、外側管状軸５のフランジ部分に連結されている。スイベル継手１０３は、土壌改良機械の駆動装置１と外側管状軸５との間に位置し、中空軸の部分において両者を連結している。さらに、外側管状軸５の先端には撹拌翼９が取り付け固定されている。外側管状軸５と内側軸７との間に形成された隙間２１は、先端にある硬化材吐出口１３に連通している。
【００１５】
次に、スイベル継手１０３について詳細に説明する。図２のスイベル継手１０３は、主に、支持柱１１４により支持された中空のケーシング１１５と内側中空軸１１９とからなる。内側軸７は、内側中空軸１１９の中空部分内に部分的に遊挿されると共に、内側中空軸１１９を貫通して前後方向に長く延びている。内側軸７と内側中空軸１１９との径方向の間には、環状断面の隙間１２２（以下、第２の隙間と称す）が形成されている。この第２の隙間１２２は、実質的に、後述する硬化材注入通路（低圧流体注入通路）１２３よりも前方の部分で形成されており、内側軸７と外側管状軸５との径方向の間にも同様な環状断面の隙間１２１（以下、第１の隙間と称す）が形成されており、先端の硬化材吐出口１３に連通している。外側管状軸５及び内側中空軸１１９の円滑回転と振れ止めとを行うために、ケーシング１１５の前後方向の各端に配設された軸受１１７によって内側中空軸１１９が回転可能に支持されている。内側中空軸１１９の後端部には、螺合によりフランジ１２７ａが接続されており、フランジ１２７ａは、上述した回転軸１ａのフランジ部分にボルト等の手段によって連結されている。一方、内側中空軸１１９の前端部には、同様な接続態様によってフランジ１２７ｂが接続されており、フランジ１２７ｂは、外側管状軸５のフランジ部分にボルト等の手段によって連結されている。
【００１６】
ケーシング１１５の内部もしくは内側には、前記軸受１１７の他に、硬化材注入通路１２３，第１環状パッキン１２５，水注入通路１３１，第２環状パッキン１３３及び皿ばね１３５等が設けられている。まず、二つの軸受１１７のほぼ中央の位置には、硬化材注入通路１２３が設けられていて、硬化材供給源（図示せず）に接続される硬化材注入口１２３ａはケーシング１１５の外形よりも突出している。硬化材注入通路１２３は、ケーシング１１５を貫通し、さらに内側中空軸１１９も貫通して、第２の隙間１２２に連通している。本実施例では、硬化材注入通路１２３の数は、円周方向に約９０゜離間した３つの位置に１つずつ合計３つであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１７】
また、硬化材注入通路１２３の直ぐ前後両側には、ケーシング１１５と内側中空軸１１９との間に硬化材注入通路１２３から浸出した硬化材が同硬化材注入通路に関してさらに外方（前後方向）に漏洩しないように、ケーシング１１５の内周面に形成された溝に嵌合する、例えばＯリングのような環状の第１環状パッキン１２５が補助的に配設されている。尚、本実施例のスイベル継手１０３は、図２から分かるように、硬化材注入通路１２３を中心に前後対称であるため、以下の説明は硬化材注入通路１２３より前方について行う。
【００１８】
第１環状パッキン１２５の前方には、注入口１３１ａがケーシング１１５の外周面に開口した水注入通路（高圧流体注入通路）１３１が設けられている。図３には、水注入通路１３１を通る図２のIII−III線に沿って切断した図が示されている。水注入通路１３１は、ケーシング１１５と内側中空軸１１９との間に形成されている環状の空間部分１３１ｂと、注入口１３１ａから前記空間部分１３１ｂまで延びる管部分１３１ｃとからなる。本実施例の注入口１３１ａは、一カ所だけにしか設けられていないが、注入口１３１ａの数及び向きは、硬化材注入口１２３ａの場合と同様に、本実施例のみに限定されるものではない。この注入口から注入された硬化材よりも相対的に圧力の高い流体（実際には、“水”を使用）等は、前記の環状の空間部分１３１ｂに充満していて、ケーシング１１５と内側中空軸１１９との間から、前後方向に少しずつ漏れ出していく。
【００１９】
また、水注入通路１３１の前方には、通常のものでよいグランドパッキン、即ち第２環状パッキン１３３が配設されている。第２環状パッキン１３３は、水注入通路１３１に注入された水が、第１環状パッキン１２５とは逆の前方へ漏れることを防止している。
【００２０】
さらに前方には、第２環状パッキン１３３と軸受１１７との間に、パッキン押さえ１３７、複数の皿ばね１３５及びスリーブ１３９が配設されている。皿ばね１３５は、内側中空軸１１９の外径とほぼ同径の穴を有する皿形のばねであり、一つの皿ばね１３５の外周端は、隣接する皿ばね１３５の外周端と当接し、内周端は、隣接する皿ばね１３５の内周端と当接するような態様で、内側中空軸１１９の外周面に沿って前後方向に複数配設されている。皿ばね１３５とケーシング１１５との間には環状のスリーブ１３９が設けられ、皿ばね１３５と第２環状パッキン１３３との間には、皿ばね１３５の圧縮力が第２環状パッキン１３３に対し均一に伝わるように、環状のパッキン押さえ１３７が配設されている。皿ばね１３５は、図２に示される組み上がった状態において、無負荷状態よりも圧縮されているため、第２環状パッキン１３３に対し、パッキン押さえ１３７を介して、常に圧縮力を弾性的に負荷しており、第２環状パッキン１３３が摩耗しても圧縮によりその径を増大させて常に十分な密封力が得られるようになっている。
ケーシング１１５の前後端には、軸受１１７を押さえると共に、同前後端を閉塞する端蓋１４３が取り付けられている。また、端蓋１４３と内側中空軸１１９との間には、内側中空軸１１９の回転に備えて環状のブッシュ１４１が配設されている。
【００２１】
次に、本実施例のスイベル継手１０３を含む土壌改良機械の動作について説明する。駆動装置１が作動すると、回転軸１ａ及び内側軸７は所定の方向に回転する。内側軸７の回転は、スイベル継手１０３及び外側管状軸５等の他の部材に伝達されることなく、直接、先端まで伝達され、掘削ヘッド１１を回転させる。一方、回転軸１ａの回転は、ボルト等によって連結されたフランジ１２７ａに伝達され、キーを介して内側中空軸１１９に、さらに前側の端にあるキーを介してフランジ１２７ｂに伝達され、外側管状軸５、及びその先端にある撹拌翼９を回転させる。その際、内側中空軸１１９はケーシング１１５の各端に位置する２ケ所の軸受１１７で支持されているので、内側中空軸１１９の振れ止めが効果的に行われ、軸受１１７の間の該部材には、内側中空軸１１９の回転に伴う有害な振動は実質的に伝わらない。
【００２２】
駆動装置１の動作とは別に、硬化材注入通路１２３には、相対的に低圧の硬化材が流し込まれ、第２の隙間１２２及び第１の隙間１２１を通って先端の硬化材吐出口１３に供給される。これによって、前述の掘削ヘッド１１によって掘り起こされた土は、前述の撹拌翼９の回転によって硬化材と混ぜ合わされる。また、硬化材注入通路１２３の前後の水注入通路１３１には、硬化材に混入しても悪影響がなく、しかもパッキン及び内側中空軸の摺動面間に浸入してもパッキンシール面に悪影響のない流体（本実施例では水）が、硬化材の圧力よりも相対的に高い圧力で常に注入され続けており、内側中空軸１１９と第１環状パッキン１２５との間を通って少しずつ硬化材注入通路１２３内に浸入し続けている。このため、硬化材は、自身よりも圧力の高い水に勝って第１環状パッキン１２５に対する内側中空軸のシール面に浸出することができないので、硬化材注入通路１２３の途中から漏洩することが防止されている。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明のスイベル継手によれば、低圧流体注入通路の両側でケーシング及び内側中空軸の間に環状に開口するように前記ケーシングに形成された高圧流体注入通路と、高圧流体注入通路の各々の両側でケーシング及び内側中空軸の間に配設された第１及び第２環状パッキンとを備えているため、高圧の流体が第１環状パッキンと内側中空軸との間を塞ぐので、低圧の流体が第２環状パッキン（グランドパッキン）に到達することを防ぎ、第１，第２環状パッキンと当接する内側中空軸のシール面を著しく摩耗損傷することが防止される。
【００２４】
請求項２に記載のスイベル継手によれば、低圧流体注入通路から離間した位置にある第２環状パッキンの各々を低圧流体注入通路側に付勢する、弾性部材を配設し、弾性部材によって第２環状パッキンは常に圧縮されているため、内側中空軸との摺動面が摩耗しても、前記の圧縮によって径方向に膨らむことで摺動面のシールに必要な面圧が確保され、第２環状パッキンと内側中空軸との間から高圧の流体が漏洩することが防止される。
【００２５】
請求項３に記載のスイベル継手によれば、土壌改良機械に用いるときに、低圧流体注入通路に注入される相対的に低圧の流体として硬化材が供給され、高圧流体注入通路に注入される相対的に高圧の流体として水が供給されるため、硬化材に水が混入しても、親和性が良いので問題がなく、また、セメントミルク等のスラリーが浸入していたときのグランドパッキンの寿命に比べて、第２環状パッキンの寿命が１０倍以上向上する。
【００２７】
請求項４に記載のスイベル継手によれば、ケーシングの端部近傍で内側中空軸及びケーシング間に配置された１対の軸受と、該１対の軸受の間で第２の隙間に連通するようにケーシング及び内側中空軸を半径方向に貫いて形成された低圧硬化材注入通路と、軸方向に関して低圧硬化材注入通路の両側でケーシング及び内側中空軸の間に環状に開口するようにケーシングに形成された高圧水注入通路と、軸方向に関して高圧水注入通路の各々の両側でケーシング及び内側中空軸の間に配設された第１、第２環状パッキンと、該第２環状パッキンの各々を前記低圧硬化材注入通路側に付勢する弾性部材とを備え、前記１対の軸受の間に、前記低圧硬化材注入通路と、前記高圧水注入通路と、前記第１、第２環状パッキンと、前記弾性部材とが配設されているため、請求項１〜３の発明による全効果を奏し、具体的には、図５に示した従来のスイベル継手の連続運転可能な平均時間が４０〜５０時間であるのに対して、３００時間以上の連続運転が可能となり、土壌改良工事１件あたりの平均工事期間である約１カ月の間、メンテナンスを省略できるので、工事期間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例によるスイベル継手を含む土壌改良機械の全体概略図である。
【図２】  図１の土壌改良機械におけるスイベル継手を拡大し、その上半分について断面で、下半分について側面で示した拡大部分断面図である。
【図３】  高圧水注入通路を通る図２のIII−III線に沿って切断した部分断面図である。
【図４】  従来のスイベル継手を含む土壌改良機械の全体図である。
【図５】  図４のスイベル継手を拡大し、上半分を断面で示した拡大部分断面図である。
【符号の説明】
１…駆動装置、１ａ…回転軸、５…外側管状軸、７…内側軸、１１５…ケーシング、１１７…軸受（軸受装置）、１１９…内側中空軸、１２１…第１の隙間、１２２…第２の隙間、１２３…硬化材注入通路（低圧流体注入通路，流体注入通路）、１２５…第１環状パッキン、１３１…水注入通路（高圧流体注入通路）、１３３…第２環状パッキン、１３５…皿ばね（弾性部材）。
【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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