KR20140129869A - 회전 연결구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 연결구(Swivel Joint)에 관한 것으로, 일측은 적어도 하나의 단계적으로 확장되는 단차 중공이 형성된 중공의 암부재와, 일측은 중공 내부에 나사부가 형성된 돌출부를 갖으며, 타측은 배관재와 나사결합하는 중공의 수부재와, 암부재의 단차 중공내에 삽입 외접되며, 상기 수부재를 향한 단부면에 원주상으로 적어도 하나의 분할된 경사 접촉면을 갖는 복접(複接) 실링부재를 포함한다. 또한, 일측 최단부가 복접 실링부재의 경사 접촉면에 접촉되는 접촉 경사면을 가지는 스핀들부와, 일단부의 나사부가 암부재의 최단부 단차 중공 영역에 형성된 나사부와 결합되며, 나사부 최단부는 스핀들부에 외접하는 내경을 가지는 리테이너를 포함한다.
이에 따라, 본 발명은 스핀들부 단부 접촉 경사면에 다중 분할된 경사면을 갖는 환상의 복접 실링부재를 접촉시킴으로써 회전시 방위각에 따라 발생하는 접촉압력의 변동을 분산 흡수시켜 누설을 방지하는 회전 연결구를 제공할 수 있으며, 리테이너의 직각면과 스핀들부의 직각면 사이에 스러스트 베어링을 개재시키고, 리테이너에 삽입되는 수부재의 돌출부 외주면 사이에 오일레스 베어링을 개재시킴으로써 축 방향으로 받는 압력과, 진동에 강한 회전 연결구를 제공할 수 있다.

Description

회전 연결구{SWIVEL JOINT}

본 발명은 유압기기 등의 각종 기기에 유압호스 등을 상호 회전가능하게 접속하는 회전 연결구(Swivel Joint 혹은 Rotary Coupling)에 관한 것이다.

회전 연결구는 압력유체가 흐르고 있는 배관끼리 또는 배관과 기기장치를 서로 접속하는 이음쇠를 말한다. 특히, 고압유체가 흐르고 있는 회전 연결구는 항상 누설이 문제가 되고 있다.

일반적으로 종래의 회전 연결구에는, 암(Female)부재와 수(Male)부재 사이에 환상(環狀)의 실링부재가 개재하여 상호 접촉되어 상대 회전시에 누설을 방지하고 있다. 그러나, 환상의 실링부재는 탄성변형이 매우 작으며, 접촉면의 원주면이 모든 방위각에 대해 완전한 평면을 이루기 어렵다. 따라서, 암·수부재의 어느 한쪽에 면전체가 면접촉을 하고 있는 실링부재의 접촉면은 회전 방위각과 축방향 진동에 대해 상호 접촉압력이 변동되는 매우 취약한 구조를 가지고 있다. 이와 같은, 접촉압력의 변동은 접촉면의 미세한 간극변화를 가져오고, 접촉면의 미세한 간극변화는 누설로 연결되는 구조적인 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 회전 방위각과 축방향 진동영향을 개선한 회전 연결구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 발명의 목적은, 일측의 연결단부(110)에 결합 나사부가 형성되고, 타측은 적어도 하나의 단계적으로 확장되는 단차 중공부(120)가 형성되는 중공의 암부재(100)와, 일측은 상기 단차 중공부(120)를 향해 돌출된 중공 연장부(230)를 가지며, 타측 단부영역은 상기 배관재와 결합되는 나사부(220)가 형성된 수부재(200)와, 암부재(100)의 단차 중공부(120) 내에 삽입 외접되며, 상기 수부재(200)를 향한 단부면에 원주상으로 적어도 하나의 분할된 경사 접촉면(310. 320)을 갖는 복접(複接) 실링부재(300)에 의해 달성된다.

그리고, 고압유체에 의하여 축방향의 상호 반대방향으로 작용하는 압력에 대하여 원할한 회전운동을 할 수 있도록 스핀들부에 형성된 직각면과 리테이너 단부에 형성된 직각면 사이에 스러스트 베어링을 삽입하고, 스러스트 양측에는 스러스트 와셔를 더 배치하는 것이 바람직하다.

회전시 방위각과 진동영향에 따른 영향을 최소화하기 위하여 암부재의 단차 내주면과 실링부재의 외주면 사이에 O-링과 상기 0-링을 받쳐주는 백업 링을 더 포함하는 것이 바람직하다.

축선의 가로방향으로 작용하는 횡진동 영향을 줄이기 위하여 리테이너 내부에 형성된 내주면과 수부재의 돌출부 외주면 사이에 오일레스 베어링이 삽입시키며며, 누설을 차단하기 위하여 오일레스 베어링의 단부에는 O-링이 배치되는 것이 바람직하다.

그리고, 수부재의 나사부에 나사결합되는 스핀들부의 단부에는 O-링을 삽입 배치하고, 복접 실링부재의 재질은 내마모성, 내열성 및 윤활성이 우수한 테프론인 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명은 리테이너와 암부재가 일체로 결합되어 형성된 단차 중공부에 수부재와 스핀들부가 일체로 결합되어 회전하는 스핀들부 단부 접촉 경사면에 다중 분할된 경사면을 갖는 환상의 복접 실링부재를 접촉시킴으로써 회전시 방위각에 따라 발생하는 접촉압력의 변동을 분산 흡수시켜 누설을 방지하는 회전 연결구를 제공할 수 있다.

그리고, 리테이너 단부의 직각면과 스핀들부의 직각면 사이에 스러스트 베어링을 개재시킴으로써 축방향으로 받는 압력에 대해 견고하게 지지되며, 또한, 리테이너 내주면에 삽입되는 수부재의 돌출부 외주면 사이에 오일레스 베어링을 개재시킴으로써 축방향 진동에 강한 회전 연결구를 제공할 수 있다.

도 1(a)는 본 발명의 실시예에 따른 회전 연결구의 전체 조립 사시도이며, 도 1(b)는 도 1(a)의 측단면도.
도 2는 도 1(b)의 복접 실링부재 및 스핀들부의 확대 측단면도.
도 3은 도 2의 복접 실링부재의 확대 사시도.
도 4는 도 1(a)의 분해 사시도.
도 5는 도 4의 측단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1(a)는 본 발명의 회전 연결구의 전체 조립 사시도로서, 도시된 바와 같이, 일측이 배관재 등에 나사결합되는 암부재(100)와, 암부재(100)의 타측에 나사결합되는 리테이너(500), 리테이너(500)의 중공에 삽입되어 회전하는 수부재(200)를 포함하고 있는 회전 연결구의 외관을 보이고 있다.

그리고, 도 1(b)의 측단면도에 도시된 바와 같이, 암부재(100)와 리테이너(500)는 일체로 나사결합되고, 수부재(200)는 스핀들부(400)와 일체로 나사결합되어 이들 사이에 메인 O-링(350), 복접 실링부재(300) 등이 개재되어 누설을 방지하면서 상대 회전한다. 그리고, 암부재(100)에 나사결합된 리테이너(500)의 내주면과 수부재(200)의 돌출부 외주면 사이에는 원통형상의 오일레스 베어링(530)이 삽입된다.

도 2는 도 1(b)의 측단면도로서 복접 실링부재(300)와 스핀들부(400)를 이격시켜 확대한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 복접 실링부재(300)와 스핀들부(400)는 서로 마주보는 구조로서, 암부재(100)의 내부에 형성된 제1 단차 중공부(122) 영역에 배치된다. 그리고, 스핀들부(400)와 마주하는 복접 실링부재(300)의 표면에는 회전축을 중심으로 그루브(330)로 분리된 환상의 다중 경사 접촉면(310, 320)을 형성시킨다.

도 3은 2중 경사 접촉면(310, 320)을 갖는 환상의 복접 실링부재(300)의 사시도이다. 회전 연결구를 흐르는 고압유체가 회전 방위각이나 진동에 의해서 누설이 발생하는 경우, 고압유체는 1차적으로 직접 고압(P)과 접촉하는 내측 경사접촉면(310)을 통과하게 되고, 이때, 내측 경사접촉면(310)을 통과한 유체압력(P1)은 크게 감소한다. 압력이 감소된 유체압력(P1)은 외측에 형성된 두 번째 외측 경사접촉면(320)을 통과하기 어렵다. 이와 같이, 상대회전하는 접촉면을 2중 또는 다중으로 분할하여 접촉시키는 것은 접촉면에 O-링을 마치 다중으로 설치하는 것과 같은 효과를 가져 온다.

도 4 및 도 5는 복접 실링부재(300)의 전후에 배치되는 회전 연결구의 구성 요소들의 분해 사시도와 분해 측단면도를 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 암부재(100)는 일측 단부에 배관재나 유압장치 등에 나사결합시키기 위한 결합 나사부(110)가 형성되어 있으며, 타측 내부에는 점점 확장되는 단차 중공부(120)가 형성되어 있다. 최소 직경을 갖는 제1 단차 중공부(122)에는 메인 O-링(350)과 메인 O-링을 지지하는 백업링(360)이 설치된다.

메인 O-링(350)의 외경측 및 일측면은 제1 단차 중공부(122)의 모서리부분 내측면과 수직면에 밀착 고정되고, 내경측은 복접 실링부재(300)의 외주면(340)에 접촉 고정되어 고압유체의 누설을 차단하게 된다, 그리고, 백업링(360)도 복접 실링부재(300)의 외주면(340)에 삽입되어 축방향 진동이 발생하는 경우 메인 O-링의 측면을 가압 지지하면서 접촉압력 변동을 흡수한다.

이와 같이 메인 O-링(350)은 암부재(100)의 제1 단차 중공부(122)와 복접 실링부재(300)의 외주면(340)에 삽입 고정되어 암부재(100)와 복접 실링부재(300)의 누설을 방지함고 동시에 상호 일체로 고정시키는 역할을 한다.

스핀들부(400)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일단부에 복접 실링부재(300)의 경사 접촉면(310, 320)과 마주하여 밀접되는 접촉 경사면(410)을 가지며, 접촉 경사면(410) 영역의 외경은 암부재(100)의 제1 단차 중공부(122) 내에 삽입되고, 접촉 경사면(410)의 내측 끝단부로부터 중심축 가로방향으로 확장되어 암부재(100)의 제2 단차 중공부(124) 내에 삽입되는 외경부를 가지며, 외경부에서 축방향으로 축소되는 외주면(470)과, 외주면(470) 단부 영역에는 결합 나사부(430)가 형성되어 있는 중공관이다. 그리고, 외경부와 외주면(470)이 이루는 직각면(420)이 형성되어 있다.

스핀들 부(400)는 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 수부재(200)와 일체로 결합되어 암부재(100)와 일체로 결합된 복접 실링부재(300)에 대해 상대 회전한다. 이때, 상대 회전하는 암부재(100)와 수부재(200)는 상호 독립적으로 축방향으로 연결되어 있고, 유체압력(P)은 모든 방향으로 작용하기 때문에 암부재(100)와 수부재(200)는 축방향에 대해 서로 반대 방향으로 작용하는 힘을 받게 된다. 이렇게 서로 반대방향으로 작용하는 힘은 암부재(100)와 수부재(200)의 상대 회전을 어렵게 만들며, 상호 접촉하여 누설을 방지하는 복접 실링부재(300)의 경사 접촉면(310, 320)과 스핀들부(400)의 접촉 경사면(410)의 접촉압력을 약화시킨다.

따라서, 축방향에 대해 서로 반대 방향으로 작용하는 힘을 받는 상태에서 회전을 원할하게 하고, 접촉압력을 일정하게 유지시키기 위하여 그리고, 고압유체에 의하여 축방향의 상호 반대방향으로 작용하는 압력에 대하여 원할한 회전운동을 할 수 있도록 스핀들부(400)에 형성된 직각면(420)과 외주면(470)에 스러스트 베어링(440)을 설치한다. 또한, 스러스트 베어링(440)의 양측면에는 측면을 지지하는 스러스트 와셔(450)를 배치하며, 스러스트 베어링(440)의 일측면의 스러스트 와셔(450)는 스핀들부(400)의 직각면(420)에 접촉 지지된다.

리테이너(500)는 단부에 육각 나사머리(510)를 마련하고, 육각 나사머리(510)로부터 축선방향으로 연장된 돌출 외주면(515)을 가지며, 외주면(515)에는 결합 나사부를 형성시킨다. 그리고, 외주면(515)의 단부에는 직각면(520)을 형성시키고, 스핀들부(400)의 직각면(420)과 대향시킨다.

이와 같은 리테이너(500)는 암부재(100)의 최단부 단차 중공부(126)에 형성된 나사부와 나사결합된다. 리테이너(500)의 단부에 형성된 직각면(520)은 나사조임으로 스러스트 와셔(450)의 측면과 스러스트 베어링(440)의 측면을 축선방향으로 가압하게 된다. 이와 같이 리테이너(500)의 나사결합으로 인해 스러스트 베어링(449)에 가해진 측면압은 스핀들부(400)의 접촉 경사면(410)에 전달되고, 가압된 접촉 경사면(410)은 복합 실링부재(300)의 경사 접촉면(310, 320)에 가압 밀착된다.

또한, 리테이너(500) 내주면과 리테이너(500)의 내주면에 삽입되는 수부재(200)의 중공 연장부(230)의 외주면 공극 사이에 오일레스 베어링(530)을 삽입시킨다. 도시된 바와 같이, 축선 방향으로 상당한 길이를 갖는 오일레스 베어링(530)을 삽입시킴으로써 진동이 축선 가로방향으로 작용하는 경우 수부재(200)와 암부재(100)는 마치 일체인 것처럼 동일한 방향으로 동시에 운동하게 되어 축방향 횡진동에 강한 회전 연결구를 제공할 수 있다.

그리고, 수부재(200)의 나사부에 나사결합되는 스핀들부(400)의 단부에는 스핀들 O-링(460)을 삽입 배치하는 것이, 그리고, 복접 실링부재(300)의 재질은 내마모성, 내열성 및 윤활성이 우수한 테프론인 것이 바람직하다.

100 : 암(Female)부재 110 : 배관결합 나사부
120 : 단차 중공부 122 : 제1 단차 중공부
124 : 제2 단차 중공부 126 : 최단부 단차 중공부
130 : 중공 결합 나사부
200 : 수(Male)부재 210 : 육각 나사머리
220 : 배관결합 나사부 230 : 중공 나사부
240 : 수부재 O-링
300 : 복접(腹接) 실링부재 310 : 내측 경사접촉면
320 : 외측 경사접촉면 330 : 그루브
340 : 돌출부 외주면 350 : 메인 O-링
360 : 백업링
400 : 스핀들부 410 : 접촉 경사면
420 : 직각면 430 : 나사부
440 : 스러스트 베어링 450 : 스러스트 와셔
460 : 스핀들 O-링 470 : 외주면
500 : 리테이너 510 : 육각 나사머리
520 : 직각면 530 : 오일레스 베어링

Claims (6)

1. 일측의 연결단부(110)에 결합 나사부가 형성되며, 타측은 적어도 하나이상의 단계적으로 확장되는 단차 중공부(120)가 형성되는 중공의 암부재(100)와,
   일측은 상기 단차 중공부(120)를 향해 돌출된 중공 연장부(230)를 가지며, 타측 단부영역은 상기 배관재와 결합되는 나사부(220)가 형성된 수부재(200)와,
   상기 암부재(100)의 단차 중공부(120) 내에 삽입 외접되며, 상기 수부재(200)를 향한 단부면에 원주상으로 적어도 하나의 분할된 경사 접촉면(310. 320)을 갖는 복접(複接) 실링부재(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 연결구.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   일측 최단부가 상기 복접 실링부재(300)의 분할된 경사 접촉면(310, 320)에 접촉되는 접촉 경사면(410)을 가지며, 상기 수부재(200)의 중공 연장부(230) 내부 중공에 나사결합 되는 스핀들부(400)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 연결구.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 스핀들부(400)와 상기 리테이너(500) 사이에 삽입 배치되는 스러스트 베어링(440)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 연결구.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 암부재(100)의 제1 단차 중공부(122)와 상기 복접 실링부재(300)의 외주면 사이에는 메인 O-링(350)과 상기 메인 0-링(350)을 지지하는 백업 링(360)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 연결구
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 스러스트 베어링(440)의 양측에는 스러스트 와셔(450)를 더 배치하는 것을 특징으로 하는 회전 연결구.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 수부재(200)의 나사부(220)에 나사결합되는 상기 스핀들부(400)의 단부에 스핀들 O-링(460)이 더 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 연결구.

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