JP6860188B2 - ロータリージョイントおよびロータリージョイントの使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中にて駆動回転する装置の機器に流体を供給するロータリージョイントおよびロータリージョイントの使用方法に係るものである。

従来、装置の機器を駆動回転させるシャフトに対して非回転のケースと該ケース内にケースに固定状態に設けたハウジングにより構成した構成は、公知である（特許文献１）。

特公昭６１−５２３１５号公報

前記公知例では、詳細は記載されていないが、従来、ハウジングの流路に対して上下一対のパッキンが設けられており、このパッキンとシャフトとの間に摺動筋が発生し、作業時間の経過により摺動筋が深くなり、流体が漏れるという課題がある。
また、公知例では、摺動筋が生じたシャフトのメンテナンスは容易でなく、また、シャフトを交換すると、多大な費用が発生するという課題がある。
本願は、回転軸体の摺動筋のメンテナンスを不要にして、流体が漏れを防止したものである。

請求項１の発明は、地盤中にて駆動回転する装置５の機器７に流体を供給するロータリージョイント１０において、前記ロータリージョイント１０は、前記機器７を駆動回転させる軸心が上下方向の回転軸に対して非回転のケース１１と、該ケース１１内に設けた前記回転軸の外周に摺接する上下一対のパッキン３０と前記回転軸のシャフト側流路２３に連通するハウジング側流路２１とを有するハウジング１３とにより構成し、ハウジング１３は、該ハウジング１３の所定基準位置から軸心方向に異なる距離をおいて上下一対のパッキン３０を有して一体状に形成すると共に、前記ケース１１に対して上下反転自在の構成とし、前記ケース１１には、回転軸に異なる性質の流体を供給する配管１７を少なくとも上下一対接続し、各配管１７に対応するハウジング側流路２１を設けたそれぞれ別体のハウジング１３を、夫々上下反転自在に上下に並設したロータリージョイントとしたものである。
請求項２の発明は、前記ケース１１には配管１７を接続したケース１１のケース側流路２０と前記回転軸のシャフト側流路２３との夫々に連通するハウジング側流路２１を設けた前記ハウジング１３を設け、前記ハウジング側流路２１はハウジング１３の上下中間位置に形成し、前記パッキン３０は前記ハウジング側流路２１の中心から上下方向に異なる距離をおいて上下一対設けた構成としたロータリージョイントとしたものである。
請求項３の発明は、前記ロータリージョイント１０は、内部に夫々別体に形成したハウジング１３を夫々上下反転自在に取付けたケース１１を、上下方向に着脱自在に複数並設したロータリージョイントとしたものである。
請求項４の発明は、前記ロータリージョイント１０は、ケース１１の上下何れか一側にフランジ状の受部３５を設け、上下何れか他側には蓋部材３６を設けたロータリージョイントとしたものである。
請求項５の発明は、前記ロータリージョイント１０は、ケース１１の上下中間位置に内側に突出するフランジ状の前記受部３５を設け、受部３５の上下両側にハウジング１３をそれぞれ嵌合させ、各ハウジング１３は蓋部材３６と受部３５とにより上下側から挟持固定される構成としたロータリージョイントとしたものである。
請求項６の発明は、地盤中にて駆動回転する装置５の機器７に流体を供給する少なくとも上下一対の配管１７をロータリージョイント１０のケース１１に接続し、上下一対の配管１７に対応して上下一対のケース側流路２０をケース１１に設け、上下一対のケース側流路２０のそれぞれにハウジング１３のハウジング側流路２１をそれぞれ連通させ、該各ハウジング側流路２１はハウジング１３の上下中間位置に形成し、各ハウジング側流路２１の上下両側に上下一対のパッキン３０をそれぞれ設け、ロータリージョイント１０の開始初期状態では、前記ハウジング側流路２１に対して上側のパッキン３０のある位置の摺動ラインＬ１と前記ハウジング側流路２１の中心との間の距離のＴ１と、下側のパッキン３０のある位置の摺動ラインＬ２とハウジング側流路２１の中心との間の距離のＴ２とは、Ｔ１＞Ｔ２と互いに相違する距離として機器７に複数種類の流体を供給して地盤内作業を行い、作業開始から所定時間経過すると、前記各ハウジング１３をケース１１に対して上下反転させ、上側のパッキン３０のある位置の摺動ラインＬ３とハウジング側流路２１の中心との間の距離のｔ１と、下側のパッキン３０のある位置の摺動ラインＬ４とハウジング側流路２１の中心との間の距離のｔ２とが、ｔ１＜ｔ２として、前記摺動ラインＬ１〜摺動ラインＬ４の全てが重ならない状態となるようにしたロータリージョイントの使用方法としたものである。

請求項１の発明では、ハウジング１３の所定基準位置から軸心方向に異なる距離をおいて上下一対のパッキン３０を設けると共に、前記ケース１１に対して上下反転自在としているので、ハウジング１３を上下反転させると、回転軸の摺動筋のメンテナンスや回転軸の交換することなく、ハウジング１３のパッキン３０は摺動筋の無い回転軸の外周面に摺接させることができ、流体の漏れを防止でき、ケース１１には、回転軸に異なる性質の流体を供給する配管１７を少なくとも一対接続し、各配管１７に対応させた別体のハウジング１３を、夫々上下反転自在に上下に並設しているので、少なくとも、２種類の流体を供給することができる。
請求項２の発明では、パッキン３０はハウジング側流路２１の中心から上下方向に異なる距離をおいて上下一対設けた構成としているので、パッキン３０の取付位置の設定を容易にすることができる。
請求項３の発明では、複数種類の流体を供給することができる。
請求項４の発明では、ケース１１の上下の受部３５と蓋部材３６によりハウジング１３を挟持するので、ハウジング１３を安定して支持することができ、流体の漏れを防止できる。
請求項５の発明では、ケース１１の上下中間位置に受部３５を設け、蓋部材３６により上下側からハウジング１３を挟持するので、ハウジング１３を安定して支持することができ、流体の漏れを防止できる。
請求項６の発明では、少なくとも、２種類の流体の供給が可能としつつ、簡単にハウジング１３のパッキン３０を摺動筋の無い回転軸の外周面に摺接させることができ、流体の漏れを防止できて作業効率を向上させることができる。

掘削装置の側面図。 ロータリージョイントの側面図。 ロータリージョイントの組立状態斜視図。 同一部断面図。 ハウジングを反転させる仮想状態の断面図。 ハウジングを反転させた断面図。 他の実施形態のロータリージョイントの断面図。 他の実施形態のロータリージョイントの断面図。

本発明の一実施形態を図により説明する。１はベースマシン、２はベースマシン１に設けたリーダーであり、リーダー２には地盤改良装置や掘削装置等の装置５の回転駆動部３を昇降自在に取付け、回転駆動部３には回転軸４の上部を取付ける（図１）。
回転軸４には、ロータリージョイント１０を介して、装置５の回転軸６の上部を取付ける。回転軸６には、装置５の機器７を取付ける（図１）。
即ち、装置５は、回転駆動部３の下方の回転軸４の下部と回転軸６の上部との間にはロータリージョイント１０を設けて構成し、ロータリージョイント１０は装置５の機器７に流体を供給するものである。この流体は、水・固化液（セメントミルク）等の液体、油圧機器を作動させる作動油、また、前記液体の撹拌に使用するエアー（空気）等の何れでもよく、装置５の機器７によって、種々組み合わせて供給する。

ロータリージョイント１０は、筒状のケース１１を有し、ケース１１内には筒状のハウジング１３を密に嵌合させ、ハウジング１３の内周に回転軸（シャフト）１４を回転のみ自在かつ着脱自在に挿入して取付ける（図３）。
回転軸１４の上部は前記回転軸４の下部に着脱自在に取付け、回転軸１４の下部には前記回転軸６の上部を着脱自在に取付ける。
この場合、ロータリージョイント１０は、ケース１１が非回転状態となるように、ケース１１とリーダー２との間に取付腕１２を介在させ、かつ、前記リーダー２に対して昇降自在に構成している。（図１）。

ハウジング１３とケース１１は、リーダー２に対して非回転状態となり、ハウジング１３に対して回転軸１４が回転し、この回転中の回転軸１４に非回転のケース１１およびハウジング１３から流体を供給する。
前記ケース１１には回転軸１４に供給する流体の流入口１５を形成し（図４）、流入口１５には接続ノズル１６を設け、接続ノズル１６に前記流体を移送する配管１７の先端を接続する。

前記流入口１５は、ケース１１に形成したケース側流路２０の外端側に形成し、ケース側流路２０の内端にはハウジング１３のハウジング側流路２１の外端を連通させる。ハウジング側流路２１の内端にはハウジング１３の内周にリング状の凹部に形成した連通溝２２を設け、連通溝２２には前記回転軸１４に形成したシャフト側流路２３の外端を連通状態に臨ませる。
そのため、連通溝２２にシャフト側流路２３の外端が常時開口して、シャフト側流路２３には連通溝２２から流体が流入する。

なお、理解を容易にするため、図３では連通溝２２の図示は省略している。
シャフト側流路２３の下部は、図示は省略するが、回転軸６に形成した回転側流路に一体状に連通させ、装置５の機器７に接続する。
そのため、例えば、流体が「水」の場合は、シャフト側流路２３により装置５の機器７の吐出口（図示省略）から地盤中に吐出し、また、例えば、流体が「固化液等の液体」の場合は、装置５の機器７の吐出口（図示省略）から地盤中に吐出して地盤を改良し、また、例えば、流体が「作動油」の場合は、機器７の拡大翼２４を拡縮させるシリンダ等の油圧機器に送られる。
なお、ロータリージョイント１０のハウジング１３に軸装する回転軸１４は、装置５の機器７に流体を供給できればよく、回転駆動部３の下方の回転軸４あるいは装置５の回転軸６と兼用構成であってもよい。

しかして、ハウジング側流路２１の上下側には、パッキン３０を上下一対設ける。一対のパッキン３０はハウジング１３の内面側にハウジング側流路２１の中心から上下方向（軸心方向）に異なる距離をおいて配置すると共に、ハウジング１３はケース１１に対して上下反転させて装着可能に構成する。
パッキン３０は回転軸１４の外周面に摺接するため、パッキン３０との摺動部分の回転軸１４の外周面には摩耗による摺動筋が発生し、長期間使用すると、摺動筋が深くなることとパッキン３０が劣化することによりシール性能が低下して、ロータリージョイント１０から流体が洩れることがあるが、本願は、一対のパッキン３０を所定基準位置（ハウジング側流路２１の中心）から軸心方向に異なる距離をおいて配置すると共に、ハウジング１３をケース１１に対して上下反転させて装着可能に構成しているので、ロータリージョイント１０を分解し、ハウジング１３を上下反転させて装着し、摺動ラインの位置を変更する。

換言すると、ハウジング側流路２１はハウジング１３の上下中間位置に形成し、図４のように、初期状態では、ハウジング側流路２１に対して一方（上側）のパッキン３０Ａのある位置の摺動ラインＬ１（理解を容易にするために、摺動筋ができるであろう箇所を示したものであり、実際の摺動筋の有無は問わない）と所定基準位置（ハウジング側流路２１の中心）との間の距離をＴ１とし、他方（下側）のパッキン３０Ｂのある位置の摺動ラインＬ２と所定基準位置（ハウジング側流路２１の中心）との間の距離をＴ２とすると、Ｔ１とＴ２との関係はＴ１＞Ｔ２と互いに相違する距離となるように設定する。

次に、所定作業時間が経過してパッキン３０から流体が洩れる兆候が見られると、ロータリージョイント１０を回転軸４と回転軸６から外し、ロータリージョイント１０から回転軸１４を外し、ロータリージョイント１０のケース１１からハウジング１３を取り外し、ハウジング１３のパッキン３０を交換装着した後に、図５のように、ハウジング１３を上下反転させてケース１１に装着し、回転軸１４をロータリージョイント１０に装着する。
すると、図６に示すように、一方（上側）のパッキン３０ａ（元パッキン３０Ｂ）のある位置の摺動ラインＬ３と所定基準位置（ハウジング側流路２１の中心）との間の距離がｔ１（元Ｔ２）となり、他方（下側）のパッキン３０ｂ（元パッキン３０Ａ）のある位置の摺動ラインＬ４と所定基準位置（ハウジング側流路２１の中心）との間の距離がｔ２（元Ｔ１）となって、ｔ１＜ｔ２と逆転し、摺動ラインＬ１〜摺動ラインＬ４の全てが重ならない状態となる。

そのため、ハウジング１３を上下反転させるだけで上下のパッキン３０の位置が上下反転前の位置と重ならず、回転軸１４を交換することなく、回転軸１４の摩耗に起因するパッキン３０から流体の洩れを低コストにて防止できる。
しかして、ハウジング１３を上下反転させるための構成を含めて、ロータリージョイント１０の構成は任意であるが、一例を示すと、ケース１１の上下何れか一側にはフランジ状の受部３５を設け、上下何れか他側には蓋部材３６を設け、受部３５と蓋部材３６によりハウジング１３を挟持する。３７は蓋部材３６を取付ける止着具である。

なお、前記ケース１１には、回転軸１４に供給する流体の流入口１５を上下に複数形成し、各流入口１５から種類の異なる流体の供給を可能にするが、この場合、ケース１１の各流入口１５およびケース側流路２０並びにハウジング側流路２１には、夫々対応させて一対のパッキン３０を所定基準位置から軸心方向に異なる距離をおいて配置したハウジング１３を上下反転自在に取付ける（図７）。
そして、ロータリージョイント１０は、図８のように、配管１７の数に応じてケース１１を上下に複数分割形成し、分割したケース１１にフランジ部３８を夫々設け、上下のフランジ部３８をボルト３９により固定する構成としている。

即ち、「固化液等の液体」と「水」と「エアー」と「作動油」の流体を装置５の機器７に供給する場合、４本の配管１７が必要になり、４本の配管１７に対応するハウジング側流路２１を有するハウジング１３が４個必要になり、４個のハウジング１３を反転自在にケース１１に取り付けることになる（図８）。また、「固化液等の液体」を数種類使用するとき、配管１７とハウジング１３の数を更に増加させてもよい。
４０はオーリングである。
図２のように、最上部のケース１１と最下部のケース１１の夫々の上下面にケースカバー４１をボルト４２により夫々取付け、ケースカバー４１によりケース１１と回転軸１４とハウジング１３とを一体状に組み立てている。

（実施形態の作用）
本発明は上記構成であり、ロータリージョイント１０の回転軸１４の上部を回転駆動部３の回転軸４の下部に連結し、回転軸１４の下部に機器７を有する回転軸６の上部を取付け、装置５の装着が完了する。
次に、回転駆動部３により回転軸４と回転軸１４と回転軸６とを回転させ、装置５の機器７を作動させて作業を行う。
装置５は地盤改良装置や掘削装置等により構成されており、ベースマシン１または地上に設置したポンプやコンプレッサーと、これらとロータリージョイント１０とをつなぐホース等により構成する流体供給装置（図示省略）により、ロータリージョイント１０に流体を供給し、ロータリージョイント１０は装置５の機器７を回転させる回転軸６に流体を供給する。

装置５の機器７を回転させる回転軸６に接続する回転軸１４のシャフト側流路２３に流体を供給するロータリージョイント１０は、リーダー２側に対して非回転のケース１１と、ケース１１に取付けたハウジング１３とにより構成し、ハウジング１３は回転軸１４のシャフト側流路２３に連通するハウジング側流路２１とハウジング１３の所定基準位置から軸心方向に異なる距離をおいて一対のパッキン３０を設けて構成しているので、装置５を作動させて作業を継続して、パッキン３０と回転軸１４との摺動部分が摩耗して流体が洩れる兆候が生じると、装置５を停止させ、回転駆動部３の回転軸４と装置５の回転軸６とからロータリージョイント１０を外し、次に、ロータリージョイント１０からハウジング１３を外し、外したハウジング１３をケース１１に対して上下反転させて装着し、このロータリージョイント１０に回転駆動部３の回転軸４と装置５の回転軸６の夫々を装着して、作業を再開する。

即ち、ハウジング１３には、一対のパッキン３０を所定基準位置から軸心方向に異なる距離をおいて配置しているので、ハウジング１３をケース１１に対して上下反転させると、上下のパッキン３０は夫々元にあった位置と異なる位置にて回転軸１４に当接する。
したがって、回転軸１４を交換することなく、回転軸１４の摩耗に起因するロータリージョイント１０のパッキン３０から流体が洩れるのを防止できる。

換言すると、ハウジング側流路２１はハウジング１３の上下中間位置に形成し、図４のように、初期状態では、ハウジング側流路２１に対して一方（上側）のパッキン３０Ａのある位置の摺動ラインＬ１と所定基準位置（ハウジング側流路２１の中心）との間の距離をＴ１と、他方（下側）のパッキン３０Ｂのある位置の摺動ラインＬ２と所定基準位置（ハウジング側流路２１の中心）との間の距離をＴ２とは、Ｔ１＞Ｔ２と互いに相違する距離となっているので、図６のように、ハウジング１３を上下反転させると、一方（上側）のパッキン３０ａ（元パッキン３０Ｂ）のある位置の摺動ラインＬ３と所定基準位置（ハウジング側流路２１の中心）との間の距離のｔ１（元Ｔ２）と、他方（下側）のパッキン３０ｂ（元パッキン３０Ａ）のある位置の摺動ラインＬ４と所定基準位置（ハウジング側流路２１の中心）との間の距離のｔ２（元Ｔ１）とが、ｔ１＜ｔ２と逆転し、摺動ラインＬ１〜摺動ラインＬ４の全てが重ならない状態となる。

したがって、ハウジング１３を上下反転させるだけで上下のパッキン３０（摺動ライン）の位置が上下反転前の位置と重ならず、回転軸１４を交換することなく、回転軸１４の摩耗に起因するパッキン３０から流体の洩れを低コストにて防止できる。
しかして、ロータリージョイント１０は、ケース１１の上下何れか一側にフランジ状の受部３５を設け、上下何れか他側には蓋部材３６を設けているので、ハウジング１３は受部３５と蓋部材３６により挟持される。
したがって、ロータリージョイント１０から回転軸１４を抜いて、蓋部材３６を外すと、ケース１１からハウジング１３を外すことができ、次に、上下反転させてケース１１内にハウジング１３を嵌合させ、再び、蓋部材３６をケース１１に取付けると、ハウジング１３はケース１１の受部３５と蓋部材３６とにより挟持される。

なお、ケース１１には、回転軸１４に供給する流体の流入口１５を上下に複数形成し、各流入口１５から種類の異なる流体の供給を可能にするが、そのため、ケース１１の一つの流入口１５およびケース側流路２０の夫々に対応させて、一対のパッキン３０を所定基準位置から軸心方向に異なる距離をおいて配置したハウジング１３を複数用意し、各流入口１５およびケース側流路２０の夫々に対応させて、各ハウジング１３をケース１１に上下反転自在に取付ける。

即ち、「固化液等の液体」と「水」と「エアー」と「作動油」の流体を装置５の機器７に供給する場合、４本の配管１７が必要になり、４本の配管１７に対応するハウジング側流路２１を有するハウジング１３が４個必要になり、４個のハウジング１３を反転自在にケース１１に取り付けることになる。また、「固化液等の液体」を数種類使用するときには、配管１７とハウジング１３の数が更に増加させることになる。
したがって、本願のロータリージョイント１０は、流入口１５を有する複数のケース１１を軸心方向に着脱自在に並設することにより、複数種類の流体を装置５の機器７への供給が可能になる。

１…ベースマシン、２…リーダー、３…回転駆動部、４…駆動回転軸、５…装置、６…回転軸、７…機器、１０…ロータリージョイント、１１…ケース、１２…取付腕、１３…ハウジング、１４…回転軸、１５…流入口、１６…接続ノズル、１７…配管、２０…ケース側流路、２１…ハウジング側流路、２２…連通溝、２３…シャフト側流路、３０…パッキン、３５…受部、３６…蓋部材、３７…止着具、３８…フランジ部、３９…ボルト、４０…オーリング。

Claims (6)

1. 地盤中にて駆動回転する装置５の機器７に流体を供給するロータリージョイント１０において、前記ロータリージョイント１０は、前記機器７を駆動回転させる軸心が上下方向の回転軸に対して非回転のケース１１と、該ケース１１内に設けた前記回転軸の外周に摺接する上下一対のパッキン３０と前記回転軸のシャフト側流路２３に連通するハウジング側流路２１とを有するハウジング１３とにより構成し、ハウジング１３は、該ハウジング１３の所定基準位置から軸心方向に異なる距離をおいて上下一対のパッキン３０を有して一体状に形成すると共に、前記ケース１１に対して上下反転自在の構成とし、前記ケース１１には、回転軸に異なる性質の流体を供給する配管１７を少なくとも上下一対接続し、各配管１７に対応するハウジング側流路２１を設けたそれぞれ別体のハウジング１３を、夫々上下反転自在に上下に並設したロータリージョイント。
2. 請求項１において、前記ケース１１には配管１７を接続したケース１１のケース側流路２０と前記回転軸のシャフト側流路２３との夫々に連通するハウジング側流路２１を設けた前記ハウジング１３を設け、前記ハウジング側流路２１はハウジング１３の上下中間位置に形成し、前記パッキン３０は前記ハウジング側流路２１の中心から上下方向に異なる距離をおいて上下一対設けた構成としたロータリージョイント。
3. 請求項１または請求項２において、前記ロータリージョイント１０は、内部に夫々別体に形成したハウジング１３を夫々上下反転自在に取付けたケース１１を、上下方向に着脱自在に複数並設したロータリージョイント。
4. 請求項１〜請求項３において、前記ロータリージョイント１０は、ケース１１の上下何れか一側にフランジ状の受部３５を設け、上下何れか他側には蓋部材３６を設けたロータリージョイント。
5. 請求項４において、前記ロータリージョイント１０は、ケース１１の上下中間位置に内側に突出するフランジ状の前記受部３５を設け、受部３５の上下両側にハウジング１３をそれぞれ嵌合させ、各ハウジング１３は蓋部材３６と受部３５とにより上下側から挟持固定される構成としたロータリージョイント。
6. 地盤中にて駆動回転する装置５の機器７に流体を供給する少なくとも上下一対の配管１７をロータリージョイント１０のケース１１に接続し、上下一対の配管１７に対応して上下一対のケース側流路２０をケース１１に設け、上下一対のケース側流路２０のそれぞれにハウジング１３のハウジング側流路２１をそれぞれ連通させ、該各ハウジング側流路２１はハウジング１３の上下中間位置に形成し、各ハウジング側流路２１の上下両側に上下一対のパッキン３０をそれぞれ設け、ロータリージョイント１０の開始初期状態では、前記ハウジング側流路２１に対して上側のパッキン３０のある位置の摺動ラインＬ１と前記ハウジング側流路２１の中心との間の距離のＴ１と、下側のパッキン３０のある位置の摺動ラインＬ２とハウジング側流路２１の中心との間の距離のＴ２とは、Ｔ１＞Ｔ２と互いに相違する距離として機器７に複数種類の流体を供給して地盤内作業を行い、作業開始から所定時間経過すると、前記各ハウジング１３をケース１１に対して上下反転させ、上側のパッキン３０のある位置の摺動ラインＬ３とハウジング側流路２１の中心との間の距離のｔ１と、下側のパッキン３０のある位置の摺動ラインＬ４とハウジング側流路２１の中心との間の距離のｔ２とが、ｔ１＜ｔ２として、前記摺動ラインＬ１〜摺動ラインＬ４の全てが重ならない状態となるようにしたロータリージョイントの使用方法。

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