(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部が配管に連結されると共に、一方の端部から他方の端部に設けられた壁に向かって芯部に流体が流れる第１流路部が形成され、他方の端部の外周部に、周方向に沿った環状溝が形成され、前記環状溝の底面に、前記第１流路部に貫通される貫通孔が周方向に沿った同一円周線上に複数設けられたシャフトと、
前記シャフトに直交して設けられると共に、一方の端部が前記シャフトの他方の端部に前記シャフトの軸線回りに揺動可能に連結され、他方の端部から流体が流れる第２流路部が形成されると共に前記第２流路部と前記貫通孔とを連通させる連通孔が前記第２流路部に連続して設けられ、かつ、他方の端部が他の配管に連結されるハウジングと、
を備え、前記貫通孔が楕円形状に形成されると共に、前記楕円形状の長手方向を前記シャフトの軸線方向にして配置され、前記貫通孔の軸線が前記連通孔の軸線より前記シャフトの壁側になるように前記貫通孔が形成されたスイベルジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の配管を接続するためのスイベルジョイントに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１のスイベルジョイントは、ホース等の配管が接続された固定部を備えており、固定部の芯部には流体が流通するキリ孔が設けられている。また、固定部には、回転部が固定部の軸線回りに揺動可能に連結されており、回転部の芯部には、流体が流通する接続孔と連通孔とが連続して設けられている。さらに、固定部の外周部には、貫通孔が設けられており、貫通孔はキリ孔に貫通している。このため、固定部と回転部との間では貫通孔を介して流体が流れる。
【０００３】
ところで、流体によって固定部内に内圧が加わる際には、固定部の軸線方向において伸びようとする力が固定部に強く負荷される。
【０００４】
ここで、貫通孔は、一般に、複数設けられており、各々の貫通孔が固定部の軸線方向に対してずれて配置されている。このため、この貫通孔の配置において、固定部内に内圧が加わると、貫通孔と貫通孔との周壁に作用する応力が均一になりにくくなるため、固定部に引張曲げが作用されて、貫通孔の固定部外周側の縁部に高い応力が作用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６５３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事実を考慮し、シャフトに内圧が加わる際のシャフトに作用される応力を低減できるスイベルジョイントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載のスイベルジョイントは、一方の端部が配管に連結されると共に、一方の端部から他方の端部に設けられた壁に向かって芯部に流体が流れる第１流路部が形成され、他方の端部の外周部に、周方向に沿った環状溝が形成され、前記環状溝の底面に、前記第１流路部に貫通される貫通孔が周方向に沿った同一円周線上に複数設けられたシャフトと、前記シャフトに直交して設けられると共に、一方の端部が前記シャフトの他方の端部に前記シャフトの軸線回りに揺動可能に連結され、他方の端部から流体が流れる第２流路部が形成されると共に前記第２流路部と前記貫通孔とを連通させる連通孔が前記第２流路部に連続して設けられ、かつ、他方の端部が他の配管に連結されるハウジングと、を備え、前記貫通孔が楕円形状に形成されると共に、前記楕円形状の長手方向を前記シャフトの軸線方向にして配置され、前記貫通孔の軸線が前記連通孔の軸線より前記シャフトの壁側になるように前記貫通孔が形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載のスイベルジョイントでは、シャフトの一方の端部が配管に連結されており、シャフトの芯部には、流体が流れる第１流路部がシャフトの一方の端部からシャフトの他方の端部に設けられた壁に向かって形成されている。シャフトの他方の端部の外周部には、第１流路部に貫通される貫通孔が複数個設けられている。
【００１１】
また、ハウジングが、シャフトに直交して設けられており、ハウジングの一方の端部がシャフトの他方の端部にシャフトの軸線回りに揺動可能に連結されている。ハウジングには、流体が流れる第２流路部がハウジングに形成されており、第２流路部とシャフトの貫通孔とを連通させる連通孔が第２流路部に連続して設けられている。また、ハウジングの他方の端部は、他の配管に連結されている。
また、貫通孔の軸線が連通孔の軸線よりシャフトの壁側になるように貫通孔が形成されている。このため、貫通孔が第１流路部の壁に近づくため、流体が貫通孔を介して連通孔側へ流れやすくなる。これにより、スイベルジョイントの圧力損失を抑制できる。
【００１２】
ところで、通常は、流路面積と最大化とを図るため、各々の貫通孔がシャフトの周方向に沿った同一円周線上に配置されていない。また、第１流路部に流体によって内圧が加わると、シャフトの壁に作用する該内圧によってシャフトの軸線方向において伸びようとする力がシャフトに負荷される。このため、仮に、各々の貫通孔が同一円周線上に配置されていないと、貫通孔と貫通孔との周壁に作用する応力が均一になりにくくなるため、シャフトに引張曲げが作用される。
【００１３】
これに対して本請求項１に係る発明では、貫通孔がシャフトの周方向に沿った同一円周線上に設けられている。このため、各々の貫通孔が、シャフトの軸線方向において、ずれて配置されていない。これにより、第１流路部に流体によって内圧が加わった際には、貫通孔と貫通孔との周壁に作用する応力が略均一になるため、シャフトに引張り曲げが作用されにくくなり、シャフトに作用される応力が高くなることを抑制できる。
【００１４】
また、貫通孔の軸線が連通孔の軸線よりシャフトの壁側になるように貫通孔が形成されている。このため、貫通孔が第１流路部の壁に近づくため、流体が貫通孔を介して連通孔側へ流れやすくなる。これにより、スイベルジョイントの圧力損失を抑制できる。
【００１５】
また、貫通孔が楕円形状に形成されると共に、当該楕円形状の長手方向をシャフトの軸線方向にして配置されている。このため、貫通孔と貫通孔との間のシャフトの周方向における厚さが薄くなることを抑制できる。これにより、シャフトの強度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスイベルジョイントを示す半断面側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るスイベルジョイントの分解状態を示す半断面側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るスイベルジョイントを示す一部を断面とした斜視面図である。
【図４】（Ａ）は、スイベルジョイントの貫通孔をシャフトの軸方向にずらした際の貫通孔における応力状態を示す図であり、（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るスイベルジョイントの貫通孔における応力状態を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るスイベルジョイントの耐衝撃圧試験の概略図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るスイベルジョイントを示す半断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］
【００１８】
図１には、本発明の第１の実施の形態に係るスイベルジョイント１０が半断面側面図にて示されており、図２には、本発明の第１の実施の形態に係るスイベルジョイント１０の分解状態が半断面側面図にて示されている。また、図３には、本発明の第１の実施の形態に係るスイベルジョイント１０が一部を断面とした斜視面図にて示されている。
【００１９】
スイベルジョイント１０は、液体を所定の圧力で流す用途で使用される。
【００２０】
図１〜図３に示すように、スイベルジョイント１０は、略有底円筒状のシャフト１２を備えており、シャフト１２の芯部には、液体が流れる断面円状の第１流路部１４が形成されている。第１流路部１４のシャフト１２の軸線方向一側（図１〜図３の矢印Ａ方向側）は開口されており、第１流路部１４のシャフト１２の軸線方向他側（図１〜図３の矢印Ｂ方向側）は閉じられて、壁１４Ａが形成されている。シャフト１２の軸線方向一側の端部１６（一方の端部）の外周部には、雄螺子部１８が形成されており、雄螺子部１８には、配管（図示省略）が連結されている。
【００２１】
端部１６のシャフト１２の軸線方向他側部には、周り止め部としての断面六角形状のフランジ２０が設けられており、フランジ２０は端部１６の外径より拡径に形成されている。
【００２２】
フランジ２０のシャフト１２の軸線方向他側は、端部２２（他方の端部）とされている。端部２２の外周部には、端部２２の長手方向中間部において、断面矩形状の環状溝（凹部２４）が設けられており、環状溝（凹部２４）はシャフト１２の周方向に沿って形成されている。環状溝（凹部２４）には、断面円状の貫通孔２６が複数（本実施の形態では４つ）設けられており、貫通孔２６は、第１流路部１４に貫通されている。貫通孔２６はシャフト１２の周方向に沿った円周線２８上に所定間隔毎に形成されている。
【００２３】
端部２２の外周部には、貫通孔２６とフランジ２０との間において、第１シール部を構成する断面矩形状の第１シール溝３０が、シャフト１２の周方向に沿って形成されている。第１シール溝３０内には、第１シール部を構成する断面円状のＯリング３２が設けられており、Ｏリング３２はシャフト１２の周方向に円環状に形成されている。
【００２４】
端部２２の外周部には、貫通孔２６と第１シール溝３０との間において、第２シール部を構成する断面矩形状の第２シール溝３４が、シャフト１２の周方向に沿って形成されており、第２シール溝３４の内径は、第１シール溝３０の内径より、小径にされている。第２シール溝３４内には、第２シール部を構成する断面円状のＯリング３６が設けられており、Ｏリング３６はシャフト１２の周方向に円環状に形成されている。第２シール溝３４内には、Ｏリング３６より第１シール溝３０側において、バックアップリング３８が設けられており、バックアップリング３８はシャフト１２の周方向に円環状に形成されている。
【００２５】
端部２２の外周部には、貫通孔２６のシャフト１２の軸線方向他側において、第４シール部を構成する断面矩形状の第４シール溝４０が、シャフト１２の周方向に沿って形成されており、第４シール溝４０の内径は第１シール溝３０の内径と同径にされている。第４シール溝４０内には、第４シール部を構成する断面円状のＯリング４２が設けられており、Ｏリング４２はシャフト１２の周方向に円環状に形成されている。
【００２６】
端部２２の外周部には、貫通孔２６と第４シール溝４０との間において、第３シール部を構成する断面矩形状の第３シール溝４４が、シャフト１２の周方向に沿って形成されており、第３シール溝４４の内径は、第４シール溝４０の内径より、小径にされている。第３シール溝４４内には、第３シール部を構成する断面円状のＯリング４６が設けられており、Ｏリング４６はシャフト１２の周方向に円環状に形成されている。第３シール溝４４内には、Ｏリング３６より第４シール溝４０側において、バックアップリング４８が設けられており、バックアップリング４８はリング１２の周方向に円環状に形成されている。
【００２７】
シャフト１２の端部２２には、ハウジング５０が設けられている。ハウジング５０の軸線方向一側（図１〜図３の矢印Ｃ方向側）の端部５２（一方の端部）には、断面円状の配置孔５４がシャフト１２に対して同軸上に設けられており、配置孔５４の内周部は、ハウジング５０の端部２２の外周部に摺動可能にされている。このため、ハウジング５０がシャフト１２に対して直交して配置され、ハウジング５０がシャフト１２の軸線周りに揺動可能に連結されている。
【００２８】
ハウジング５０がシャフト１２の軸線周りに揺動される際には、配置孔５４の内周部に、前述した第１シール部、第２シール部、第３シール部、及び第４シール部が配置されているため、第１シール部及び第４シール部によって、配置孔５４の内周部と端部２２の外周部とがシールされることで、配置孔５４の内周部と端部２２の外周部との間から環状溝（凹部２４）へごみ等の侵入が防止されている。また、第２シール部及び第３シール部によって、配置孔５４の内周部と端部２２の外周部とがシールされることで、配置孔５４の内周部と端部２２の外周部との間から環状溝（凹部２４）へ液体等の浸入が防止されている。
【００２９】
ハウジング５０の芯部（軸線）は、貫通孔２６が配置されている円周線２８に交差しており、ハウジング５０の芯部には、液体が流れる断面円状の第２流路部５６が形成されている。ハウジング５０の軸線方向他側（図１〜図３の矢印Ｄ方向側）の端部５８（他方の端部）の内周部には、雌螺子部６０が形成されおり、雌螺子部６０には、他の配管（図示省略）が連結されている。
【００３０】
また、ハウジング５０の芯部には、第２流路部５６のハウジング５０の軸線方向一側において、断面円状の連通孔６２が設けられており、連通孔６２は、第２流路部５６の内径より小径とされて、第２流路部５６に連続して形成されている。連通孔６２は、第２流路部５６とシャフト１２の貫通孔２６との間を連通している。
【００３１】
一方、シャフト１２の端部２２の先端部には、ワッシャ７０がシャフト１２と同軸的に設けられており、ワッシャ７０のハウジング５０とは反対側には、ストップリング７２が設けられている。ストップリング７２はワッシャ７０を介して、ハウジング５０のシャフト１２の軸線方向への移動を規制している。
【００３２】
以上の構成により、本実施形態のスイベルジョイント１０では、図１に矢印Ｗ１または矢印Ｗ２で示すように、シャフト１２の第１流路部１４とハウジング５０の第２流路部との間を、シャフト１２の貫通孔２６及びハウジング５０の連通孔を介して、流体が流れる。
【００３３】
（作用及び効果）
【００３４】
次に、本発明のスイベルジョイント１０の作用について説明する。
【００３５】
シャフト１２の雄螺子部１８には配管が連結されており、ハウジング５０の雌螺子部６０には他の配管が連結されている。スイベルジョイント１０では、ハウジング５０はシャフト１２の軸線回りに揺動可能にされている（図１の矢印Ｅ方向へ回転できる）。このため、配管に捩れ等が発生した際でも、ハウジング５０がシャフト１２の軸線回りを揺動することで、配管の損傷等が防止される。
【００３６】
また、シャフト１２の端部２２の外周部には、第１流路部１４に貫通する貫通孔２６が設けられており、ハウジング５０には、第２流路部５６と貫通孔２６とを連通する連通孔６２が設けられている。このため、図１に矢印Ｗ１または矢印Ｗ２で示すように、シャフト１２の第１流路部１４とハウジング５０の第２流路部との間で、シャフト１２の貫通孔２６及びハウジング５０の連通孔を介して、流体が流れる。
【００３７】
ところで、流体によって第１流路部１４に内圧が加わると、第１流路部１４の壁１４Ａに作用される該内圧によってシャフト１２の軸線方向において伸びようとする力がシャフト１２に負荷される。仮に、各々の貫通孔２６が同一円周線２８上に配置されていない（各々の貫通孔２６がシャフト１２の軸線方向に対してずれて配置されている）とすると、貫通孔２６と貫通孔２６との周壁に作用する応力が均一になりにくいため、シャフト１２に引張曲げが作用されやすくなる。このため、貫通孔２６のシャフト１２外周側の縁部に高い応力が作用される。
【００３８】
ここで、貫通孔２６はシャフト１２の周方向に沿った同一円周線２８上に設けられている。このため、貫通孔２６が、シャフト１２の軸線方向において、ずれて配置されていない。これにより、流体によって第１流路部１４に内圧が加わった際に、貫通孔２６と貫通孔２６との周壁に作用する応力が略均一になるため、シャフト１２に引張り曲げが作用されにくくなる。
【００３９】
すなわち、図４の（Ａ）に示すように、貫通孔２６をシャフト１２の軸線方向にずらして配置して、第１流路部１４内に内圧（２０ＭＰａ×１．５）を加えた際には、最大応力（約４６９．７ＭＰａ）が貫通孔２６のシャフト１２外周側の縁部に作用される。一方、図４の（Ｂ）に示すように、貫通孔２６を同一円周線２８上に配置して、第１流路部１４内に内圧（２０ＭＰａ×１．５）を加えた際には、最大応力（約４０２．２ＭＰａ）が貫通孔２６のシャフト１２内周側の縁部に作用される。このため、貫通孔２６を同一円周線２８上に配置した際には、貫通孔２６をシャフト１２の軸線方向にずらして配置した場合に比べて、シャフト１２に作用される最大応力が約１４％低減できる。
【００４０】
これにより、シャフト１２に作用される応力が高くなることを抑制できる。したがって、シャフト１２が材料疲労を起こすことが抑制されて、スイベルジョイント１０の寿命を大幅に伸ばすことができる。
【００４１】
さらに、上述の如く、貫通孔２６がシャフト１２の周方向に沿って同一円周線２８上に設けられることで、最大応力のかかる部位が、貫通孔２６のシャフト１２外周側の縁部から貫通孔２６のシャフト１２内周側の縁部に変更される。このため、貫通孔２６のシャフト１２外周側の縁部に係る応力が高くなることを抑制できるため、仮に、シャフト１２に外力として曲げ荷重が負荷された際でも、シャフト１２の曲がりを抑制できる。
【００４２】
また、ハウジング５０がシャフト１２の軸周りに揺動する際には、各貫通孔２６はハウジング５０に対して円周線２８上に一定に揺動されるため、スイベルジョイント１０内の圧力損失の変動を少なくできる。
【００４３】
さらに、スイベルジョイント１０の評価として以下の耐衝撃圧試験を実施した。図５に示す如く、２つのスイベルジョイント１０の雄螺子部１８に配管を連結して、スイベルジョイント１０を２６０ｍｍオフセットした状態（スイベルジョイント１０に偏荷重（引張荷重）を加えた状態）で（２０．５ＭＰａ×１．５）の衝撃圧力を繰り返し加えた。結果として、４０万回の衝撃回数において、シャフト１２の破断が発生されないことが確認された。これにより、貫通孔２６を同一円周線２８上に配置しても、シャフト１２の強度も充分確保できる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
【００４５】
図６には、本発明の第２の実施の形態に係るスイベルジョイント１００が半断面側面図にて示されている。
【００４６】
本実施の形態では、第１の実施の形態とは同様の構成であるが、以下の点で異なる。
【００４７】
シャフト１２の貫通孔２６は、ハウジング５０の軸線に対して、シャフト１２の軸線方向他側（図６の矢印Ｂ方向側）に設けられている。つまり、貫通孔２６の軸線がハウジング５０の軸線より第１流路部１４の壁１４Ａ側になるように貫通孔２６が配置されている。
【００４８】
このため、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏すると共に、シャフト１２の貫通孔２６が、ハウジング５０の軸線に対して、シャフト１２の軸線方向他側（図６の矢印Ｂ方向側）に設けられているため、貫通孔２６が第１流路部１４の壁１４Ａに近づいて、流体が貫通孔２６を介して連通孔６２側へ流れやすくなる。これにより、スイベルジョイント１０の圧力損失を一層抑制できる。
【００４９】
なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、貫通孔２６を断面円状に形成される構成としたが、貫通孔２６の断面形状はこれに限らない。例えば、貫通孔２６の断面形状を楕円形状として、楕円形状の長手方向がシャフト１２の軸方向にされるように、貫通孔２６を配置してもよい。これにより、貫通孔２６と貫通孔２６との間のシャフト１２の周方向における厚さが薄くなることを抑制できる。これにより、シャフト１２の強度をさらに上げることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０            スイベルジョイント
１２            シャフト
１４            第１流路部
１４Ａ          壁
２６            貫通孔
５０            ハウジング
５６            第２流路部
６２            連通孔
１００          スイベルジョイント
【図１】
0005775277.tif 000002
【図２】
0005775277.tif 000003
【図３】
0005775277.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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