JP5661384B2

JP5661384B2 - ロータリージョイント

Info

Publication number: JP5661384B2
Application number: JP2010195939A
Authority: JP
Inventors: 邦明中林
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: JP2012052603A

Description

本発明は、流体の配管を接続するためのロータリージョイントに係るものである。

ロータリージョイントとしては、ホース等の配管が接続されたシャフトがボディ内に回転可能に取付けられている。このため、配管が捩じれた際でも、シャフトが回転されることで、配管の損傷を防止でき、配管内の中身の漏れを抑制できる（特許文献１参照）。

ここで、下記特許文献１のロータリージョイントでは、ボディ内に嵌合されたベアリングにシャフトが支持されて、シャフトがボディに対して回転可能にされている。

したがって、このロータリージョイントでは、高価なベアリングを用いてシャフトを支持する構造のため、コストが高くなっていた。

実開平６−４４９３号公報

本発明は、上記事実を考慮し、ベアリングを用いることなくシャフト及び本管を回転可能にするロータリージョイントを提供することを目的とする。

請求項１に記載のロータリージョイントは、芯部に沿って流体が流れる流路部が形成されており、一方の端部が配管に連結され、他方の端部の内周部に第１のシール部が設けられた本管と、芯部に沿って流体が流れる流路部が形成されており、一方の端部が前記本管の他方の端部の内周部に挿入され、前記一方の端部の外周部と前記本管の内周部とが摺動することで前記本管に対して回転可能とされると共に、他方の端部の外周部に前記第１のシール部より大径の第２のシール部が設けられ、かつ、前記本管との間に前記第１のシール部に液圧を作用させるための隙間を形成する内管と、芯部に沿って貫通孔が形成されており、一方の端部の内周部の先端が前記本管の他方の端部の外周部に締結され、前記本管とで前記内管を内蔵し、前記一方の端部の内周部と前記内管の他方の端部の外周部とが摺動することで前記内管に対して回転可能とされると共に、他方の端部の内周部に前記第２のシール部より小径の第３のシール部が設けられたハウジングと、芯部に沿って流体が流れる流路部が形成されており、前記ハウジングに挿入された一方の端部の外周部の先端が前記内管の他方の端部の内周部に締結されると共に、前記一方の端部の外周部と前記ハウジングの他方の端部の内周部とが摺動することで前記ハウジングに対して回転可能とされ、かつ、前記一方の端部に前記第２のシール部と前記第３のシール部とに液圧を作用させるためのポートが設けられ、他方の端部が他の配管に連結されるシャフトと、を備え、前記シャフト及び前記内管に作用する液圧を前記第１のシール部と前記第３のシール部の内圧によって生じる軸力として作用させ、前記内圧によって生じる軸力の反対方向の軸力を前記第２のシール部の内圧によって生じる軸力として作用させると共に、前記第１のシール部と前記第３のシール部との径方向の寸法と、前記第２のシール部の径方向の寸法と、を調整することで、前記第１のシール部と前記第３のシール部とに作用する内圧によって生じる軸力の和と、前記第２のシール部に作用する内圧によって生じる軸力と、を等しくする。

請求項２に記載のロータリージョイントは、請求項１に記載のロータリージョイントにおいて、前記本管及び前記ハウジングを前記シャフト及び前記内管に対して前記本管の軸線方向に移動可能にする隙間を有する。

請求項３に記載のロータリージョイントは、請求項２に記載のロータリージョイントにおいて、前記隙間は、前記本管の他方の端部と前記内管の他方の端部との間と、前記内管の他方の端部と前記ハウジングの他方の端部との間と、前記ハウジングの他方の端部と前記シャフトの他方の端部との間と、に設けられている。

請求項１に記載のロータリージョイントでは、本管の芯部に沿って流路部が形成されており、この流路部に流体が流れる。本管の一方の端部は配管に連結されており、本管の他方の端部の内周部には、第１のシール部が設けられている。

本管の他方の端部の内周部には、内管の一方の端部が挿入されており、流体が流れる流路部が内管の芯部に沿って形成されている。また、内管の一方の端部の外周部と本管の内周部とが摺動することで、内管が本管に対して回転可能とされている。内管の他方の端部の外周部には、第１のシール部より大径の第２のシール部が設けられている。さらに、内管と本管との間には、第１のシール部に液圧を作用させるための隙間が形成されている。

本管の他方の端部の外周部には、ハウジングの一方の端部の内周部の先端が締結されている。ハウジングには、ハウジングの芯部に沿って貫通孔が形成されており、ハウジングと本管とが、内管を内蔵している。また、ハウジングの一方の端部の内周部と内管の他方の端部の外周部とが摺動することで、ハウジングが内管に対して回転可能とされており、ハウジングの他方の端部の内周部には、第２のシール部より小径の第３のシール部が設けられている。

ハウジングには、シャフトの一方の端部が挿入されており、シャフトの一方の端部の外周部の先端が、内管の他方の端部の内周部に締結されている。また、流体が流れる流路部がシャフトの芯部に沿って形成されており、シャフトの一方の端部の外周部とハウジングの他方の端部の内周部とが摺動することで、シャフトがハウジングに対して回転可能とされている。さらに、シャフトの一方の端部には、第２のシール部と第３のシール部とに液圧を作用させるためのポートが設けられており、シャフトの他方の端部は他の配管に連結されている。

ここで、シャフト及び内管に作用する液圧を第１のシール部と第３のシール部の内圧によって生じる軸力として作用させ、当該内圧によって生じる軸力の反対方向の軸力を第２のシール部の内圧によって生じる軸力として作用させる。

このため、第１シール部と第３シール部とに作用される内圧によって生じる軸力と第２シール部に作用される内圧によって生じる軸力とが反対方向に作用されるため、シャフトと内管に対する本管とハウジングの回転負荷が大きくなるのを防止できる。この結果、シャフトと内管に対する本管とハウジングの回転負荷を小さくすることができる。これにより、ベアリングを用いることなく、本管及びハウジングがシャフト及び内管に対して回転することができる。したがって、ロータリージョイントのコストが高くなることを抑制できる。

また、請求項１に記載のロータリージョイントでは、第１のシール部と第３のシール部との径方向の寸法と、第２のシール部の径方向の寸法と、を調整することで、第１のシール部と第３のシール部とに作用する内圧によって生じる軸力の和と、第２のシール部に作用する内圧によって生じる軸力と、を等しくする。

このため、ロータリージョイントの軸方向において、第１のシール部及び第３のシール部に作用される内圧によって生じる軸力と第２のシール部に作用される内圧によって生じる軸力とがつり合う。これにより、シャフトと内管に対する本管とハウジングの回転負荷を一層小さくできる。

請求項２に記載のロータリージョイントでは、本管及びハウジングをシャフト及び内管に対して本管の軸線方向に移動可能にする隙間を有する。

このため、本管に連結された配管とシャフトに連結された配管とが温度変化等によって膨張収縮した際でも、本管とハウジングとがシャフトと内管とに対して相対移動することで、当該配管の膨張収縮を吸収できる。これにより、配管の損傷を効果的に抑制できる。

請求項３に記載のロータリージョイントでは、隙間は、本管の他方の端部と内管の他方の端部との間と、内管の他方の端部とハウジングの他方の端部との間と、ハウジングの他方の端部とシャフトの他方の端部との間と、に設けられている。

このため、本管と内管とハウジングとシャフトとの各々の端部の配置を変更するだけで、配管の膨張収縮による本管及びシャフトの移動を吸収できる。

本発明の第１の実施の形態に係るロータリージョイントを示す半断面側面図である。本発明の第１の実施の形態に係るロータリージョイントの分解状態を示す半断面側面図である。本発明の第１の実施の形態に係るロータリージョイントを示す一部を断面とした斜視面図である。本発明の第２の実施の形態に係るロータリージョイントを示す半断面側面図である。

［第１の実施の形態］

図１には、本発明の第１の実施の形態に係るロータリージョイント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ロータリージョイント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ロータリージョイント１０が一部を断面とした斜視面図にて示されている。

図１〜図３に示すように、ロータリージョイント１０は、本管１２、ハウジング１６、シャフト１８を備えていると共に、ハウジング１６の内部に内管１４を備えている。また、このロータリージョイント１０は、液体を所定の圧力で流す用途で使用されている。

ロータリージョイント１０の本管１２の芯部には、液体が流れる断面円状の流路部２０が貫通形成されている。本管１２の軸線方向一側（図１〜図３の矢印Ａ方向側）の端部１２Ａは、断面六角形状に形成されており、端部１２Ａの内周部には雌螺子部２２が形成されて、この雌螺子部２２が配管（図示省略）に連結されている。また、本管１２の軸線方向他側（図１〜図３の矢印Ｂ方向側）の端部１２Ｂの外周部には、雄螺子部２４が形成されており、雄螺子部２４は後述するハウジング１６の雌螺子部５２に対応している。

一方、本管１２の端部１２Ｂの内周部２８の内径Ｒ１は、流路部２０の直径Ｒ２より大きく（Ｒ１＞Ｒ２）されており、内周部２８には第１シール部を構成する断面矩形状のシール溝３０が本管１２の周方向に沿って形成されている。シール溝３０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、シール溝３０の周方向に沿って円環状に形成されている。

本管１２の軸線方向他側には、内管１４が配置されており、内管１４の芯部には、流体が流れる断面円状の流路部３６が貫通形成されている。内管１４の軸線方向一側（図１〜図３の矢印Ａ方向側）の端部１４Ａは、本管１２の端部１２Ｂに挿入されており、端部１４Ａの先端と本管１２との間には、隙間８０が形成されている。端部１４Ａの外周部１４Ｂと本管１２の内周部２８とが摺動することで、本管１２と内管１４とが流路部の軸心Ｏを回転中心にして図１の矢印Ｃ方向へ相対回転可能とされている。なお、端部１４Ａの外周部１４Ｂと本管１２の内周部２８との摺動部は、Ｏリング３２によってシール（止水）されている。

内管１４の軸線方向他側（図１〜図３の矢印Ｂ方向側）の端部１４Ｃの内周部には、雌螺子部４０が形成されており、雌螺子部４０は後述するシャフト１８の雄螺子部６６に対応している。端部１４Ｃの外周部１４Ｄには、第２シール部を構成する断面矩形状のシール溝４２が内管１４の周方向に沿って形成されている。シール溝４２には、第２シール部を構成する断面円状のＯリング４４が設けられており、Ｏリング４４はシール溝４２の周方向に沿って円環状に形成されている。なお、内管１４の一方の端部１４Ａの外径Ｒ３に比べて他方の端部１４Ｃの外径Ｒ４が大きく（Ｒ４＞Ｒ３）されている。

本管１２の軸線方向他側には、ハウジング１６が配置されている。ハウジング１６の軸線方向一側（図１〜図３の矢印Ａ方向側）の端部１６Ａの内周部１６Ｂの先端には、雌螺子部５２が形成されており、雌螺子部５２には、本管１２の雄螺子部２４が締結されている。ハウジング１６の芯部には、断面円状の貫通孔５０が貫通形成されており、本管１２とハウジング１６との内部に内管１４が内蔵されている。また、内管１４の外周部１４Ｄとハウジング１６の内周部１６Ｂとが摺動することで、内管１４とハウジング１６とが軸心Ｏを回転中心にして図１の矢印Ｃ方向へ相対回転可能とされている。なお、内管１４の外周部１４Ｄとハウジング１６の内周部１６Ｂとの摺動部は、Ｏリング４４によってシール（止水）されている。

ハウジング１６の軸線方向他側（図１〜図３の矢印Ｂ方向側）の端部１６Ｃの内周部５４には、第３シール部を構成する断面矩形状のシール溝５６がハウジング１６の周方向に沿って形成されている。シール溝５６には、第３シール部を構成する断面円状のＯリング５８が設けられており、Ｏリング５８はシール溝５６の周方向に沿って円環状に形成されている。なお、端部１６Ａの内周部１６Ｂの内径Ｒ５は、端部１６Ｃの内周部５４の内径Ｒ６より大きく（Ｒ５＞Ｒ６）されている。

ハウジング１６の軸線方向他側には、シャフト１８が配置されている。シャフト１８の軸線方向一側（図１〜図３の矢印Ａ方向）の端部１８Ａは、ハウジング１６の内周部５４に挿入されており、端部１８Ａの外周部１８Ｂの先端に形成された雄螺子部６６が内管１４の雌螺子部４０に締結されている。シャフト１８には、芯部に沿って流体が流れる断面円状の流路部６４が貫通形成されている。なお、本管１２の流路部２０、内管１４の流路部３６及びシャフト１８の流路部６４の各円形断面形状及び各直径は等しく（Ｒ２）されている。

ハウジング１６の内周部５４と、シャフト１８の外周部１８Ｂとが摺動することで、シャフト１８とハウジング１６とが軸心Ｏを回転中心にして図１の矢印Ｃ方向へ相対回転可能とされている。なお、ハウジング１６の内周部５４とシャフト１８の外周部１８Ｂとの摺動部は、Ｏリング５８によってシール（止水）されている。シャフト１８の端部１８Ａには、丸孔形状のポート６８が形成されており、ポート６８は流路部６４と連通している。なお、ポート６８はシャフト１８の周方向に所定の間隔を開けて複数形成してもよい。

ここで、流路部６４内に液体が流れた際には、ポート６８を介して流路部６４内の液圧が、シャフト１８とハウジング１６との摺動部に設けられたＯリング５８に内圧によって生じる軸力Ｐ３として作用する（図３の矢印Ｐ３）ようになっている。また、本管１２と内管１４との隙間８０を介して流路部３６内の液圧が、本管１２と内管１４との摺動部に設けられたＯリング３２に内圧によって生じる軸力Ｐ１として作用（図３の矢印Ｐ１）するようになっている。なお、内圧によって生じる軸力Ｐ１と内圧によって生じる軸力Ｐ３とは、それぞれ軸心Ｏに沿った同方向に作用する。さらに、この際には、内管１４とハウジング１６との摺動部に設けられたＯリング４４に、内圧によって生じる軸力Ｐ１及び内圧によって生じる軸力Ｐ３に対して反対方向の内圧によって生じる軸力Ｐ２が作用する（図３の矢印Ｐ２）ようになっている。

さらに、内圧によって生じる軸力Ｐ１と内圧によって生じる軸力Ｐ３との和（内圧によって生じる軸力Ｐ１＋内圧によって生じる軸力Ｐ３）が内圧によって生じる軸力Ｐ２に等しいかまたは略等しくなるように、各Ｏリング３２、４４、５８の内圧を受ける部位の面積が調整されている。例えば、図１に示すよう、装着状態での各Ｏリング３２、４４、５８のそれぞれの外径寸法Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３と内径寸法Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３とが調整されており、流路部内の液圧が高くなった場合にも、流路部内の液圧によって、シャフト１８と内管１４に対する本管１２とハウジング１６の回転負荷が大きくなるのを防止できようになっている。

一方、シャフト１８の軸線方向他側（図１〜図３の矢印Ｂ方向側）の端部１８Ｃの外周部１８Ｄには、雄螺子部７０が形成されており、この雄螺子部７０に他の配管（図示省略）が連結されている。また、シャフト１８の端部１８Ａの外径Ｒ７は、シャフト１８の端部１８Ｃの外径Ｒ８に比べて小さく（Ｒ７＜Ｒ８）されており、シャフト１８における雄螺子部７０の根元部には、断面六角形状のフランジ７２が突出形成されている。したがって、本実施形態のロータリージョイント１０では、図１に矢印Ｗ１または矢印Ｗ２で示すように、本管１２の流路部２０、内管１４の流路部３６及びシャフト１８の流路部６４に沿って流体が流れる。

（作用及び効果）

次に、本発明のロータリージョイント１０の作用について説明する。

本実施形態のロータリージョイント１０では、雌螺子部４０と雄螺子部６６とによって互いに締結された内管１４とシャフト１８に対して、雄螺子部２４と雌螺子部５２とによって互いに締結された本管１２とハウジング１６とが、それぞれの外周部１４Ｂ、１４Ｄ、１８Ｂと内周部２８、１６Ｂ、５４とが摺動することで、流路部の軸心Ｏを回転中心にして図１の矢印Ｃ方向へ回転できる。

また、本実施形態のロータリージョイント１０では、図１及び図３に矢印Ｗ１または矢印Ｗ２で示すように、本管１２の流路部２０、内管１４の流路部３６及びシャフト１８の流路部６４に沿って流体が流れる。このため、流路部内に液体の流れに対して抵抗となる部材が存在しない。この結果、本実施形態のロータリージョイント１０では、圧力損失が少ないと共に、本管１２とハウジング１６とを軸心Ｏを中心に図１及び図３の矢印Ｃ方向へ回転した場合にも、ロータリージョイント１０の内部での圧力損失にばらつきがない。

ここで、本実施形態のロータリージョイント１０では、図３に示すように、流路部６４内に液体が流れた際には、ポート６８を介して流路部６４内の液圧が、シャフト１８とハウジング１６との摺動部に設けられたＯリング５８に内圧によって生じる軸力Ｐ３として作用する（図３の矢印Ｐ３）。また、本管１２と内管１４との隙間８０を介して流路部３６内の液圧が、本管１２と内管１４との摺動部に設けられたＯリング３２に内圧によって生じる軸力Ｐ１として作用する（図３の矢印Ｐ１）。なお、内圧によって生じる軸力Ｐ１と内圧によって生じる軸力Ｐ３とは、それぞれ軸心Ｏに沿った同方向に作用する。さらに、内管１４とハウジング１６との摺動部に設けられたＯリング４４に、内圧によって生じる軸力Ｐ１及び内圧によって生じる軸力Ｐ３の反対方向の内圧によって生じる軸力Ｐ２が作用する（図３の矢印Ｐ２）。

さらに、各Ｏリング３２、４４、５８のそれぞれの外径寸法Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３と内径寸法Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３とが調整されて、各Ｏリング３２、４４、５８の内圧を受ける部位の面積が調整されることで、内圧によって生じる軸力Ｐ１と内圧によって生じる軸力Ｐ３との和（内圧によって生じる軸力Ｐ１＋内圧によって生じる軸力Ｐ３）が内圧によって生じる軸力Ｐ２に等しいかまたは略等しくされている。

従って、本実施形態のロータリージョイント１０では、流路部内の液圧が高い場合にも、内圧によって生じる軸力Ｐ１と内圧によって生じる軸力Ｐ３との和（内圧によって生じる軸力Ｐ１＋内圧によって生じる軸力Ｐ３）が内圧によって生じる軸力Ｐ２に等しいかまたは略等しくなることで、流路部内の液圧によって、シャフト１８と内管１４とに対する本管１２とハウジング１６との回転負荷が大きくなるのを防止できる。この結果、シャフト１８と内管１４とに対する本管１２とハウジング１６との回転負荷を小さくできる。これにより、ベアリングを用いることなく、本管１２とハウジング１６とがシャフト１８と内管１４とに対して回転することができる。したがって、ロータリージョイントのコストが高くなることを抑制できる。

［第２の実施の形態］

図４には、本発明の第２の実施の形態であるロータリージョイント１００が半断面側面図にて示されている。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態と略同様の構成であるが、以下の点で異なる。

ロータリージョイント１００では、本管１２の端部１２Ｂと内管１４の端部１４Ｃとの間には、本管１２の軸線方向において隙間８２が設けられている。また、内管１４の端部１４Ｃとハウジング１６の端部１６Ｃとの間には、本管１２の軸線方向において隙間８４が設けられており、隙間８４の軸線方向の長さは隙間８２の軸線方向の長さと同じに設定されている。さらに、ハウジング１６の端部１６Ｃとシャフト１８のフランジ７２との間には、本管１２の軸線方向において隙間８６が設けられており、隙間８６の軸線方向の長さは隙間８２の軸線方向の長さと同じに設定されている。また、隙間８０の軸線方向の長さは隙間８２の軸線方向の長さより長く設定されている。

このため、ロータリージョイント１００では、雌螺子部４０と雄螺子部６６とによって互いに締結された内管１４とシャフト１８に対して、雄螺子部２４と雌螺子部５２とによって互いに締結された本管１２とハウジング１６とが、それぞれの外周部１４Ｂ、１４Ｄ、１８Ｂと内周部２８、１６Ｂ、５４とがロータリージョイント１００の軸線方向に摺動することで、流路部の軸心Ｏに沿って図４の矢印Ａ方向又は矢印Ｂ方向へ相対移動できる。

これにより、第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

さらに、本管１２の端部１２Ａに連結された配管及びシャフト１８の端部１８Ｃに連結された配管が温度変化等により膨張収縮されて、当該配管の長さが変化しても、本管１２とハウジング１６とが内管１４とシャフト１８とに対して相対移動することで、当該配管の長さ変化を吸収する。したがって、当該配管の損傷を抑制できる。

また、本発明を第１の実施の形態及び第２の実施の形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。

１０ロータリージョイント
１２本管
１４内管
１６ハウジング
１８シャフト
２０流路部
２２雌螺子部
２４雄螺子部
３０シール溝（第１のシール部）
３２Ｏリング（第１のシール部）
３６流路部
４０雌螺子部
４２シール溝（第２のシール部）
４４Ｏリング（第２のシール部）
５０貫通孔
５２雌螺子部
５６シール溝（第３のシール部）
５８Ｏリング（第３のシール部）
６４流路部
６６雄螺子部
６８ポート
８０隙間
８２隙間
８４隙間
８６隙間

Claims

芯部に沿って流体が流れる流路部が形成されており、一方の端部が配管に連結され、他方の端部の内周部に第１のシール部が設けられた本管と、
芯部に沿って流体が流れる流路部が形成されており、一方の端部が前記本管の他方の端部の内周部に挿入され、前記一方の端部の外周部と前記本管の内周部とが摺動することで前記本管に対して回転可能とされると共に、他方の端部の外周部に前記第１のシール部より大径の第２のシール部が設けられ、かつ、前記本管との間に前記第１のシール部に液圧を作用させるための隙間を形成する内管と、
芯部に沿って貫通孔が形成されており、一方の端部の内周部の先端が前記本管の他方の端部の外周部に締結され、前記本管とで前記内管を内蔵し、前記一方の端部の内周部と前記内管の他方の端部の外周部とが摺動することで前記内管に対して回転可能とされると共に、他方の端部の内周部に前記第２のシール部より小径の第３のシール部が設けられたハウジングと、
芯部に沿って流体が流れる流路部が形成されており、前記ハウジングに挿入された一方の端部の外周部の先端が前記内管の他方の端部の内周部に締結されると共に、前記一方の端部の外周部と前記ハウジングの他方の端部の内周部とが摺動することで前記ハウジングに対して回転可能とされ、かつ、前記一方の端部に前記第２のシール部と前記第３のシール部とに液圧を作用させるためのポートが設けられ、他方の端部が他の配管に連結されるシャフトと、
を備え、
前記シャフト及び前記内管に作用する液圧を前記第１のシール部と前記第３のシール部の内圧によって生じる軸力として作用させ、前記内圧によって生じる軸力の反対方向の軸力を前記第２のシール部の内圧によって生じる軸力として作用させると共に、
前記第１のシール部と前記第３のシール部との径方向の寸法と、前記第２のシール部の径方向の寸法と、を調整することで、前記第１のシール部と前記第３のシール部とに作用する内圧によって生じる軸力の和と、前記第２のシール部に作用する内圧によって生じる軸力と、を等しくするロータリージョイント。
前記本管及び前記ハウジングを前記シャフト及び前記内管に対して前記本管の軸線方向に移動可能にする隙間を有する請求項１に記載のロータリージョイント。
前記隙間は、前記本管の他方の端部と前記内管の他方の端部との間と、前記内管の他方の端部と前記ハウジングの他方の端部との間と、前記ハウジングの他方の端部と前記シャフトの他方の端部との間と、に設けられている請求項２に記載のロータリージョイント。