JP5775277B2 - Swivel joint - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a swivel joint for connecting fluid piping.
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。 The swivel joint of the following Patent Document 1 includes a fixed portion to which piping such as a hose is connected, and a drill hole through which a fluid flows is provided in the core portion of the fixed portion. The rotating portion is coupled to the fixed portion so as to be swingable about the axis of the fixed portion, and a connecting hole and a communication hole through which a fluid flows are continuously provided in the core portion of the rotating portion. Yes. Further, a through hole is provided in the outer peripheral portion of the fixed portion, and the through hole penetrates the drill hole. For this reason, the fluid flows through the through hole between the fixed portion and the rotating portion.
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。 By the way, when an internal pressure is applied to the fixed portion by the fluid, a force that tends to extend in the axial direction of the fixed portion is strongly applied to the fixed portion.
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。 Here, in general, a plurality of through holes are provided, and each through hole is arranged so as to be shifted from the axial direction of the fixed portion. For this reason, in this arrangement of the through holes, if an internal pressure is applied in the fixed portion, the stress acting on the peripheral walls of the through holes and the through holes becomes difficult to be uniform. High stress acts on the edge of the outer periphery of the fixed part.
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。 In view of the above facts, an object of the present invention is to provide a swivel joint that can reduce the stress applied to the shaft when an internal pressure is applied to the shaft.
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。 The swivel joint according to claim 1, wherein one end portion is connected to the pipe, and the first flow path portion in which the fluid flows from the one end portion to the wall provided at the other end portion flows to the core portion. An annular groove is formed along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the other end, and a through-hole penetrating the first flow path portion is formed along the circumferential direction on the bottom surface of the annular groove. A plurality of shafts provided on a circumferential line, and one end portion is connected to the other end portion of the shaft so as to be swingable about the axis of the shaft, and the other end is provided. A second flow path portion through which a fluid flows is formed, and a communication hole for continuously communicating the second flow path portion and the through hole is provided in the second flow path portion, and the other end comprising a housing part is connected to the other pipe, and the through hole is shaped in an elliptical shape With the said are arranged in the longitudinal direction of the elliptical shape in the axial direction of the shaft, said through-hole such that the axis line of the through hole is in the wall side of the shaft the axis of the communication hole is formed .
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。 In the swivel joint according to claim 1, one end portion of the shaft is connected to the pipe, and a first flow path portion through which a fluid flows from the one end portion of the shaft to the other end of the shaft is connected to the core portion of the shaft. It forms toward the wall provided in the edge part. A plurality of through holes penetrating the first flow path portion are provided in the outer peripheral portion of the other end portion of the shaft.
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。
The housing is provided orthogonal to the shaft, and one end of the housing is connected to the other end of the shaft so as to be swingable about the axis of the shaft. In the housing, a second flow path portion through which a fluid flows is formed in the housing, and a communication hole that communicates the second flow path portion and the through hole of the shaft is provided continuously to the second flow path portion. . The other end of the housing is connected to another pipe.
The through hole is formed so that the axis of the through hole is closer to the shaft wall than the axis of the communication hole. For this reason, since a through-hole approaches the wall of a 1st flow-path part, a fluid becomes easy to flow to the communicating hole side via a through-hole. Thereby, the pressure loss of a swivel joint can be suppressed.
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。 By the way, usually, in order to maximize the flow path area and the maximum, the respective through holes are not arranged on the same circumferential line along the circumferential direction of the shaft. In addition, when an internal pressure is applied to the first flow path portion by the fluid, a force that tries to extend in the axial direction of the shaft is applied to the shaft by the internal pressure acting on the wall of the shaft. For this reason, if each through-hole is not arrange | positioned on the same circumference line, since the stress which acts on the surrounding wall of a through-hole and a through-hole will become difficult to become uniform, tensile bending will act on a shaft.
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。 On the other hand, in the invention according to the first aspect, the through holes are provided on the same circumferential line along the circumferential direction of the shaft. For this reason, each through-hole is not shifted and arranged in the axial direction of the shaft. As a result, when an internal pressure is applied to the first flow path portion by the fluid, the stress acting on the peripheral walls of the through holes and the through holes becomes substantially uniform. It can suppress that the stress which acts is high.
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。 The through hole is formed so that the axis of the through hole is closer to the shaft wall than the axis of the communication hole. For this reason, since a through-hole approaches the wall of a 1st flow-path part, a fluid becomes easy to flow to the communicating hole side via a through-hole. Thereby, the pressure loss of a swivel joint can be suppressed.
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。 Further, the through hole is formed in an elliptical shape, and is arranged with the longitudinal direction of the elliptical shape being the axial direction of the shaft. For this reason, it can suppress that the thickness in the circumferential direction of the shaft between a through-hole and a through-hole becomes thin. Thereby, the strength of the shaft can be increased.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
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。
FIG. 1 shows a semi-sectional side view of a
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。
The
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。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
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。
A
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。
The other side in the axial direction of the
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。
A
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。
A
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。
On the outer peripheral portion of the
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。
A
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。
A
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。
When the
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。
The core (axis) of the
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。
In addition, a
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。
On the other hand, a
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。
With the above configuration, in the
(作用及び効果) (Function and effect)
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。
Next, the operation of the
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。
A pipe is connected to the
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。
Further, a through
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。
By the way, when an internal pressure is applied to the first
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。
Here, the through
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。
That is, as shown in FIG. 4A, when the through-
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。
Thereby, it can suppress that the stress which acts on the
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。
Further, as described above, the through
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。
Further, when the
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。
Further, the following impact pressure test was performed as an evaluation of the swivel joint 10. As shown in FIG. 5, pipes are connected to the
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
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。 FIG. 6 shows a swivel joint 100 according to a second embodiment of the present invention in a half sectional side view.
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。 This embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, but differs in the following points.
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。
The through
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。
For this reason, in this embodiment, the same effect as in the first embodiment is obtained, and the through
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。
In the first embodiment and the second embodiment, the through
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
DESCRIPTION OF
Claims (1)
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。 One end is connected to the pipe, and a first flow path is formed through which fluid flows from one end to the wall provided at the other end, and the outer periphery of the other end. An annular groove extending in the circumferential direction is formed in the portion, and a shaft in which a plurality of through holes penetrating the first flow path portion are provided on the same circumferential line in the circumferential direction on the bottom surface of the annular groove; ,
A second flow path portion that is provided perpendicular to the shaft and has one end portion connected to the other end portion of the shaft so as to be swingable about the axis of the shaft, and a fluid flows from the other end portion; A housing that is formed and has a communication hole that is continuous with the second flow path portion and connects the second flow path portion and the through hole, and the other end portion of which is connected to another pipe; ,
The through hole is formed in an elliptical shape, and the longitudinal direction of the elliptical shape is arranged in the axial direction of the shaft, and the axial line of the through hole is closer to the shaft wall side than the axis of the communication hole. A swivel joint in which the through hole is formed.
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