JP2024075405A - Swivel joint and fire extinguishing water cannon - Google Patents
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Abstract
【課題】流体圧力がある時にも回転抵抗の増加が抑制されスムーズに回転するスイベルジョイント、及び当該スイベルジョイントを備えた消火用放水銃を提供する。【解決手段】スイベルジョイント１，１００は、内部に流路を有する筒状の外輪体１０，１１０と、内部に流路を有し外輪体１０，１１０に回転自在に嵌合した筒状の内輪体２０，１２０と、外輪体１０，１１０と内輪体２０，１２０との嵌合部分に位置し周方向に複数の玉３１，１３１同士が接触可能に配置されてなる列を有した回転軸受部３０，１３０を備え、回転軸受部３０，１３０は、組立時に玉１３１を挿入するためのネジ穴１５０が流体圧により玉１３１に力が掛かる方向に対して垂直に形成された深溝玉軸受、又はネジ穴が形成されておらず列が複数設けられたアンギュラ玉軸受を有する。【選択図】図１[Problem] To provide a swivel joint that rotates smoothly with reduced increase in rotational resistance even when fluid pressure is present, and a fire extinguishing water cannon equipped with said swivel joint. [Solution] The swivel joint 1,100 comprises a cylindrical outer race 10,110 having an internal flow path, a cylindrical inner race 20,120 having an internal flow path and rotatably fitted to the outer race 10,110, and a rotary bearing 30,130 located at the fitting portion between the outer race 10,110 and the inner race 20,120 and having rows of multiple balls 31,131 arranged in a circumferential direction so that they can come into contact with each other, and the rotary bearing 30,130 has a deep groove ball bearing in which a screw hole 150 for inserting the balls 131 during assembly is formed perpendicular to the direction in which force is applied to the balls 131 by fluid pressure, or an angular contact ball bearing in which no screw hole is formed and multiple rows are provided. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、配管の途中に設けるスイベルジョイント、及び当該スイベルジョイントを備えた消火用放水銃に関する。 The present invention relates to a swivel joint that is installed midway through a pipe, and a fire-extinguishing water cannon equipped with the swivel joint.
圧力のある流体や大気圧以下の流体が通る配管において、その配管を回転させる機械部品としての継手をスイベルジョイント又は単にスイベルと呼ぶ。
スイベルジョイントには、規格品の玉軸受により荷重を支持するタイプもあるが、このタイプは外輪と内輪を受ける部材がそれぞれ必要になるため、スイベルジョイントが半径方向に大型化する。
スイベルジョイントの小型化のために、スイベルジョイント自身に深溝玉軸受のような軌道面（転動面）を加工することが多く行われている。この構造のスイベルジョイントは、組立時に玉を入れるために、外側部材（外輪体）の軌道面に回転軸に対して垂直な穴が加工されている。この穴にはネジ加工がされており、玉を組み入れた後に、止めネジで蓋をするようになっている。
In piping through which pressurized fluids or fluids at subatmospheric pressure pass, a mechanical component that rotates the piping is called a swivel joint, or simply a swivel.
There are types of swivel joints that support the load using standard ball bearings, but these require separate components to support the outer and inner rings, which makes the swivel joint larger in the radial direction.
To make swivel joints smaller, the swivel joint itself is often machined with a raceway (rolling surface) like that of a deep groove ball bearing. In swivel joints of this structure, holes perpendicular to the axis of rotation are machined into the raceway surface of the outer member (outer race) to accommodate the balls during assembly. These holes are threaded, and are closed with a set screw after the balls are inserted.
ここで、特許文献１には、固定フランジ円筒と、フランジ円筒と相対して軸線方向に結合される外側フランジ円筒と、外側フランジ円筒の軸心の周りに回転可能な内側円筒とからなる回転管継手において、相対的に回転可能な固定フランジ円筒のフランジ側端面の内側と内側円筒の端面の間に環状の第１次密封体を設け、又相対的に回転可能な外側フランジ円筒の内周面と内側円筒の外周面の間に環状の第２次密封体を設け、さらに互に固定される両フランジ円筒の接合面の間で、しかも第１次密封体の外周部に隣接して密封体保持環が固定手段により係止され、然してその弛緩時には固定手段の周りに回転可能である回転管継手が開示されている。特許文献１の第１図には、球（１６）を挿入するためのネジ穴（１７）が回転軸に対して垂直に設けられている様子が描かれている。
また、特許文献２には、ソケット部材と、ソケット部材の挿入通路内に挿入されたプラグ部材と、ソケット部材の内周面とプラグ部材の外周面との間で周方向に並べて配置された複数のボールと、流体通路を外部に対して密封するＯリングとを備え、ソケット部材の内周面には、内側後方に面する環状の第１保持面と内側前方に面する環状の第２保持面とが形成され、プラグ部材の外周面には、外側後方に面する環状の第３保持面と外側前方に面する環状の第４保持面とが形成され、複数のボールのそれぞれは、第１乃至第４保持面によって支持されて保持されているスイベルジョイントが開示されている。
Here, Patent Document 1 discloses a rotary pipe joint consisting of a fixed flange cylinder, an outer flange cylinder coupled to the flange cylinder in the axial direction, and an inner cylinder rotatable around the axis of the outer flange cylinder, in which an annular primary seal is provided between the inside of the flange side end face of the relatively rotatable fixed flange cylinder and the end face of the inner cylinder, an annular secondary seal is provided between the inner peripheral surface of the relatively rotatable outer flange cylinder and the outer peripheral surface of the inner cylinder, and a seal retaining ring is engaged by a fixing means between the joint surfaces of both flange cylinders fixed to each other and adjacent to the outer periphery of the primary seal, and is rotatable around the fixing means when relaxed. Figure 1 of Patent Document 1 shows that a screw hole (17) for inserting a ball (16) is provided perpendicular to the rotation axis.
Patent Document 2 discloses a swivel joint which includes a socket member, a plug member inserted into an insertion passage of the socket member, a plurality of balls arranged circumferentially between the inner surface of the socket member and the outer surface of the plug member, and an O-ring which seals the fluid passage from the outside, wherein the inner surface of the socket member is formed with a first annular retaining surface facing inwardly rearward and a second annular retaining surface facing inwardly forward, and the outer surface of the plug member is formed with a third annular retaining surface facing outwardly rearward and a fourth annular retaining surface facing outwardly forward, and wherein each of the plurality of balls is supported and retained by the first to fourth retaining surfaces.
内部を通る流体に圧力があるとき、スイベルジョイントにはアキシャル（アキシアル）方向の力が加わるが、引用文献１記載の回転管継手のように、玉（球）を保持する保持器を有さず、また玉を挿入するためのネジ穴がスイベルジョイントの回転軸に対して垂直に設けられている構成だと、流体圧によってネジ穴に一部の玉が嵌まり、回転抵抗が急増してしまう場合がある。
一方、引用文献２記載のスイベルジョイントでは、玉（ボール）が揺動する方向にはネジ穴等の段差が形成されていないため、このような問題は生じにくいと考えられる。しかし、引用文献２記載のスイベルジョイントは深溝玉軸受方式ではなく、またボールは一列だけであるため、流体圧力等によっては回転がスムーズでなくなる可能性がある。
また、市販品のなかには、深溝玉軸受方式であって、玉を挿入するためのネジ穴が回転軸に対して垂直に設けられ、そのネジ穴に螺入する止めネジの先端が軌道面と同形状に加工されているスイベルジョイントや、流路の前後方向に軸を通すことによりアキシャル方向の力を受けるようにしたスイベルジョイントがあり、これらは玉がネジ穴の段差に引っ掛かることは殆どないと考えられる。しかし、前者については、止めネジに複雑な加工が必要、止めネジの位置が重要であるため組立及び分解が困難、また玉を１個ずつ出し入れする必要があるため組立及び分解の手間が大きい等といった課題があり、後者については、流路中に軸を通すため流路抵抗が増加する、また玉を１個ずつ出し入れする必要があるため組立及び分解の手間が大きい等といった課題がある。
そこで本発明は、流体圧力がある時にも回転抵抗の増加が抑制されスムーズに回転するスイベルジョイント、及び当該スイベルジョイントを備えた消火用放水銃を提供することを目的とする。
When there is pressure in the fluid passing through the inside, the swivel joint is subjected to an axial force. However, in a configuration such as the rotary pipe joint described in Cited Document 1, which does not have a retainer to hold the balls and has screw holes for inserting the balls arranged perpendicular to the rotation axis of the swivel joint, some of the balls may become stuck in the screw holes due to the fluid pressure, causing a sudden increase in rotational resistance.
On the other hand, in the swivel joint described in the cited document 2, there is no step such as a screw hole formed in the direction in which the balls swing, so it is thought that such a problem is unlikely to occur. However, the swivel joint described in the cited document 2 is not of the deep groove ball bearing type, and has only one row of balls, so there is a possibility that rotation may become unsmooth depending on the fluid pressure, etc.
Also, among commercially available products, there are swivel joints that use a deep groove ball bearing system, in which a screw hole for inserting the balls is provided perpendicular to the rotation axis and the tip of the set screw that screws into the screw hole is machined to the same shape as the raceway surface, and swivel joints that receive axial forces by passing an axis in the front-to-rear direction of the flow path, and it is believed that these swivel joints will hardly ever cause the balls to get caught on the step in the screw hole. However, the former has issues such as the need for complex machining of the set screw, difficulty in assembly and disassembly because the position of the set screw is important, and the need to insert and remove the balls one by one, which makes assembly and disassembly very time-consuming, while the latter has issues such as an increase in flow path resistance because the axis is passed through the flow path, and the need to insert and remove the balls one by one, which makes assembly and disassembly very time-consuming.
Therefore, an object of the present invention is to provide a swivel joint that rotates smoothly with reduced increase in rotational resistance even when fluid pressure is present, and a fire-extinguishing water cannon equipped with such a swivel joint.
請求項１記載の本発明のスイベルジョイント１，１００は、内部に流路を有する筒状の外輪体１０，１１０と、内部に流路を有し外輪体１０，１１０に回転自在に嵌合した筒状の内輪体２０，１２０と、外輪体１０，１１０と内輪体２０，１２０との嵌合部分に位置し周方向に複数の玉３１，１３１同士が接触可能に配置されてなる列を有した回転軸受部３０，１３０を備え、回転軸受部３０，１３０は、組立時に玉１３１を挿入するためのネジ穴１５０が流体圧により玉１３１に力が掛かる方向に対して垂直に形成された深溝玉軸受、又はネジ穴が形成されておらず列が複数設けられたアンギュラ玉軸受を有することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のスイベルジョイント１００において、深溝玉軸受は、列が単数であることを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載のスイベルジョイント１において、アンギュラ玉軸受は、列同士の組み合わせが正面組み合わせであることを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載のスイベルジョイント１において、アンギュラ玉軸受は、接触角αが７０度以上９０度以下であることを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載のスイベルジョイント１において、アンギュラ玉軸受は、内輪体２０における軌道面と、外輪体１０における軌道面が、それぞれ玉３１の１／８周以上３／８周以下の長さを有することを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１に記載のスイベルジョイント１において、回転軸受部３０が二つの列からなるアンギュラ玉軸受を有する場合において、外輪体１０は回転軸β方向に二分割可能であり、外輪体１０の第一分割体１０ａと内輪体２０とで囲まれた空間にアンギュラ玉軸受の一方の列が配置され、外輪体１０の第二分割体１０ｂと内輪体２０とで囲まれた空間にアンギュラ玉軸受の他方の列が配置されていることを特徴とする。
請求項７記載の本発明の消火用放水銃２は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のスイベルジョイント１，１００を備え、スイベルジョイント１，１００により筒先７０の方向が可変に構成されていることを特徴とする。
The swivel joint 1,100 of the present invention as described in claim 1 comprises a cylindrical outer ring body 10,110 having a flow path therein, a cylindrical inner ring body 20,120 having a flow path therein and rotatably fitted into the outer ring body 10,110, and a rotating bearing portion 30,130 located at the fitting portion between the outer ring body 10,110 and the inner ring body 20,120 and having a row of multiple balls 31,131 arranged circumferentially so that they can come into contact with each other, and the rotating bearing portion 30,130 is characterized in that it has a deep groove ball bearing in which a screw hole 150 for inserting the ball 131 during assembly is formed perpendicular to the direction in which force is applied to the ball 131 by fluid pressure, or an angular contact ball bearing in which no screw hole is formed and multiple rows are provided.
The present invention as set forth in claim 2 is characterized in that in the swivel joint 100 as set forth in claim 1, the deep groove ball bearing has a single row.
The present invention as set forth in claim 3 is characterized in that in the swivel joint 1 as set forth in claim 1, the angular ball bearings are fitted together in a face-to-face manner.
The present invention as set forth in claim 4 is characterized in that in the swivel joint 1 as set forth in claim 1, the angular ball bearing has a contact angle α of 70 degrees or more and 90 degrees or less.
The present invention as described in claim 5 is characterized in that, in the swivel joint 1 as described in claim 1, the angular ball bearing has a raceway surface in the inner ring 20 and a raceway surface in the outer ring 10, each of which has a length of more than 1/8 and less than 3/8 of the circumference of the ball 31.
The present invention described in claim 6 is characterized in that, in the swivel joint 1 described in claim 1, when the rotating bearing portion 30 has two rows of angular ball bearings, the outer ring body 10 can be divided into two in the direction of the rotation axis β, one row of angular ball bearings is arranged in the space surrounded by the first division body 10a of the outer ring body 10 and the inner ring body 20, and the other row of angular ball bearings is arranged in the space surrounded by the second division body 10b of the outer ring body 10 and the inner ring body 20.
The fire extinguishing water cannon 2 of the present invention described in claim 7 is characterized in that it is equipped with a swivel joint 1,100 described in any one of claims 1 to 6, and the direction of the nozzle 70 is made variable by the swivel joint 1,100.
本発明によれば、流体圧力がある時にも回転抵抗の増加が抑制されスムーズに回転するスイベルジョイント、及び当該スイベルジョイントを備えた消火用放水銃を提供することができる。 The present invention provides a swivel joint that rotates smoothly without increasing rotational resistance even when fluid pressure is present, and a fire extinguishing water cannon equipped with the swivel joint.
本発明の第１の実施の形態によるスイベルジョイントは、内部に流路を有する筒状の外輪体と、内部に流路を有し外輪体に回転自在に嵌合した筒状の内輪体と、外輪体と内輪体との嵌合部分に位置し周方向に複数の玉同士が接触可能に配置されてなる列を有した回転軸受部を備え、回転軸受部は、組立時に玉を挿入するためのネジ穴が流体圧により玉に力が掛かる方向に対して垂直に形成された深溝玉軸受、又はネジ穴が形成されておらず列が複数設けられたアンギュラ玉軸受を有するものである。
本実施の形態によれば、流体圧力があるときにも回転抵抗の増加を抑制しスイベルジョイントをスムーズに回転させることができる。
A swivel joint according to a first embodiment of the present invention comprises a cylindrical outer ring having an internal flow path, a cylindrical inner ring having an internal flow path and rotatably fitted into the outer ring, and a rotary bearing portion located at the fitting portion between the outer ring and the inner ring and having a row of balls arranged in a circumferential direction so that the balls can come into contact with each other, the rotary bearing portion being a deep groove ball bearing in which threaded holes for inserting the balls during assembly are formed perpendicular to the direction in which force is applied to the balls by fluid pressure, or an angular contact ball bearing in which no threaded holes are formed and there are multiple rows.
According to this embodiment, even when fluid pressure is present, an increase in rotational resistance can be suppressed, and the swivel joint can be rotated smoothly.
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態によるスイベルジョイントにおいて、深溝玉軸受の列を単数としたものである。
本実施の形態によれば、スイベルジョイントの小型化を図ることができる。
A second embodiment of the present invention is a swivel joint according to the first embodiment, in which the row of deep groove ball bearings is provided in a single row.
According to this embodiment, the swivel joint can be made smaller.
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態によるスイベルジョイントにおいて、アンギュラ玉軸受の列同士の組み合わせを正面組み合わせとしたものである。
本実施の形態によれば、ラジアル荷重と両方向のアキシャル荷重の比較的大きな負荷にも対応することができる。
A third embodiment of the present invention is similar to the swivel joint of the first embodiment, except that the rows of angular contact ball bearings are assembled face to face.
According to this embodiment, it is possible to cope with relatively large loads, such as radial loads and axial loads in both directions.
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態によるスイベルジョイントにおいて、アンギュラ玉軸受の接触角を７０度以上９０度以下としたものである。
本実施の形態によれば、アキシャル荷重の負荷能力を顕著に高めることができる。
A fourth embodiment of the present invention is such that, in the swivel joint according to the first embodiment, the contact angle of the angular ball bearing is set to be equal to or greater than 70 degrees and equal to or less than 90 degrees.
According to this embodiment, the load capacity of the axial load can be significantly improved.
本発明の第５の実施の形態は、第１の実施の形態によるスイベルジョイントにおいて、アンギュラ玉軸受は、内輪体における軌道面と、外輪体における軌道面が、それぞれ玉の１／８周以上３／８周以下の長さを有するものである。
本実施の形態によれば、アキシャル荷重の負荷能力に加えて、ラジアル荷重の負荷能力も顕著に高めることができる。
A fifth embodiment of the present invention is a swivel joint according to the first embodiment, wherein the angular contact ball bearing has a raceway surface in the inner ring and a raceway surface in the outer ring each having a length of at least 1/8 and at most 3/8 of the circumference of the ball.
According to this embodiment, in addition to the load capacity for the axial load, the load capacity for the radial load can also be significantly increased.
本発明の第６の実施の形態は、第１の実施の形態によるスイベルジョイントにおいて、回転軸受部が二つの列からなるアンギュラ玉軸受を有する場合において、外輪体は軸方向に二分割可能であり、外輪体の第一分割体と内輪体とで囲まれた空間にアンギュラ玉軸受の一方の列が配置され、外輪体の第二分割体と内輪体とで囲まれた空間にアンギュラ玉軸受の他方の列が配置されているものである。
本実施の形態によれば、流体圧力があるときにも回転抵抗の増加が抑制されスムーズに回転するスイベルジョイントを、複雑な加工を要せず、かつ組立及び分解が容易なものとすることができる。また、構造が複雑でないため小型化も可能である。
A sixth embodiment of the present invention is a swivel joint according to the first embodiment, in which the rotating bearing portion has two rows of angular ball bearings, the outer ring body can be divided into two in the axial direction, one row of angular ball bearings is arranged in the space surrounded by a first segment of the outer ring body and the inner ring body, and the other row of angular ball bearings is arranged in the space surrounded by a second segment of the outer ring body and the inner ring body.
According to the present embodiment, a swivel joint that can rotate smoothly without increasing rotational resistance even when fluid pressure is present can be made without requiring complex processing, and can be easily assembled and disassembled. In addition, since the structure is not complicated, it can be made compact.
本発明の第７の実施の形態による消火用放水銃は、第１から第６のいずれか一つの実施の形態によるスイベルジョイントを備え、スイベルジョイントにより筒先の方向が可変に構成されているものである。
本実施の形態によれば、流体圧力があるときにも回転抵抗の増加を抑制しスムーズに消火用放水銃の筒先方向を変更することができる。
A fire-extinguishing water cannon according to the seventh embodiment of the present invention includes a swivel joint according to any one of the first to sixth embodiments, and is configured so that the direction of the nozzle can be changed by the swivel joint.
According to this embodiment, even when fluid pressure is present, an increase in rotational resistance can be suppressed and the nozzle direction of the fire-extinguishing water cannon can be smoothly changed.
以下、本発明の一実施例によるスイベルジョイント、及び消火用放水銃について説明する。
図１は第一の実施例によるスイベルジョイントの構成を示す図であり、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。
スイベルジョイント１は、気体又は液体が流れる配管等を向きが変更可能に接続する継手であって、内部に流路を有する筒状の外輪体１０と、内部に流路を有し外輪体１０内に差し込まれ外輪体１０と回転自在に嵌合した筒状の内輪体２０と、外輪体１０と内輪体２０との嵌合部分に位置し周方向に複数の鋼製の玉（転動体）３１同士が接触可能に配置されてなる列を有した回転軸受部３０と、シール材としてのＯリング４０とバックアップリング４１，４２を備え、回転軸β回りに回転する。
本実施例の回転軸受部３０は、正面組合せのアンギュラ玉軸受方式であり、複数の玉３１が環状に配列された列として、一方の列３０ａと他方の列３０ｂを有する。二列とも玉３１同士の間隔を保持する保持器は有さず、２２個の玉３１が周方向に稠密に配置されている。
Hereinafter, a swivel joint and a water cannon for fire extinguishing according to one embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a swivel joint according to a first embodiment, where FIG. 1(a) is a longitudinal sectional view and FIG. 1(b) is a sectional view taken along line AA.
The swivel joint 1 is a joint that connects pipes through which gas or liquid flows in a manner that allows the direction to be changed, and comprises a cylindrical outer race 10 having an internal flow path, a cylindrical inner race 20 having an internal flow path inserted into the outer race 10 and fitted rotatably with the outer race 10, a rotary bearing portion 30 that is located at the fitting portion between the outer race 10 and the inner race 20 and has a row of steel balls (rolling elements) 31 arranged circumferentially so that they can come into contact with each other, and an O-ring 40 and backup rings 41, 42 as sealing materials, and rotates around a rotation axis β.
The rotary bearing 30 of this embodiment is a face-to-face angular contact ball bearing type, and has two rows 30a and 30b in which a plurality of balls 31 are arranged in an annular shape. Neither row has a cage to maintain the spacing between the balls 31, and the 22 balls 31 are densely packed in the circumferential direction.
内輪体２０の一方の端部２０ａ及び他方の端部２０ｂは開口している。流体は、一方の端部２０ａ側から入り他方の端部２０ｂ側から出る向きに流すことも、その逆向きに流すことも可能である。内輪体２０は、外輪体１０に内嵌した状態において、一方の端部２０ａが外輪体１０内に位置し、他方の端部２０ｂが外輪体１０の外に位置する。
内輪体２０のうち外輪体１０へ差し込む部分には、外径を他の部分よりも大きくした突出部２１が周方向に亘って設けられている。突出部２１の軸方向長さは、玉３１の直径の約２倍となっている。突出部２１における両側の立ち上がり部分である一方の立上部２１ａと他方の立上部２１ｂには、玉３１の形状に沿った曲面が玉３１の１／４周程度の長さで形成されている。一方の立上部２１ａにおける曲面は一方の列３０ａの玉３１が転がる軌道面となり、他方の立上部２１ｂにおける曲面は他方の列３０ｂの玉３１が転がる軌道面となる。
突出部２１の突出量は、玉３１の直径よりも小さく、玉３１の半径よりは僅かに大きい程度である。このため、一方の列３０ａ及び他方の列３０ｂの外径は、突出部２１における内輪体２０の外径よりも大きく、一方の立上部２１ａ及び他方の立上部２１ｂに配置された玉３１の略半分は突出部２１からはみ出た状態となる。
One end 20a and the other end 20b of the inner race 20 are open. The fluid can flow in a direction in which it enters from the one end 20a side and exits from the other end 20b side, or in the opposite direction. When the inner race 20 is fitted inside the outer race 10, the one end 20a is located inside the outer race 10 and the other end 20b is located outside the outer race 10.
A protrusion 21 having an outer diameter larger than that of the other portions is provided around the circumference of the inner race 20 at a portion that is inserted into the outer race 10. The axial length of the protrusion 21 is approximately twice the diameter of the balls 31. One rising portion 21a and the other rising portion 21b, which are the rising portions on both sides of the protrusion 21, have curved surfaces formed along the shape of the balls 31 with a length of approximately ¼ of the circumference of the balls 31. The curved surface of one rising portion 21a becomes the raceway surface along which the balls 31 of one row 30a roll, and the curved surface of the other rising portion 21b becomes the raceway surface along which the balls 31 of the other row 30b roll.
The amount of protrusion of the protrusion 21 is smaller than the diameter of the balls 31 and slightly larger than the radius of the balls 31. Therefore, the outer diameter of one row 30a and the other row 30b is larger than the outer diameter of the inner race 20 at the protrusion 21, and approximately half of the balls 31 arranged on one rising portion 21a and the other rising portion 21b protrude from the protrusion 21.
外輪体１０は、軸方向に二分割されており、第一分割体１０ａと、第一分割体１０ａよりも軸方向長さが短い第二分割体１０ｂとからなる。第一分割体１０ａと第二分割体１０ｂとの接続部分は、固定ボルト１３及びワッシャ１４を複数組用いて固定されている。
第一分割体１０ａには、内輪体２０の突出部２１の一方の立上部２１ａの軌道面に対向する位置に、玉３１の１／４周程度の長さで玉３１の形状に沿った曲面が周方向に亘って形成されており、この曲面は一方の列３０ａの玉３１が転がる軌道面となる。また、第一分割体１０ａのうち第二分割体１０ｂとの接続部分には、固定ボルト１３の軸が螺入されるボルト穴が軸方向に形成されている。
第二分割体１０ｂには、内輪体２０の突出部２１の他方の立上部２１ｂの軌道面に対向する位置に、玉３１の１／４周程度の長さで玉３１の形状に沿った曲面が周方向に亘って形成されており、この曲面は他方の列３０ｂの玉３１が転がる軌道面となる。また、第二分割体１０ｂのうち第一分割体１０ａとの接続部分には、固定ボルト１３の軸が挿通されるボルト穴が軸方向に形成されている。
The outer race 10 is divided into two in the axial direction, and consists of a first divided body 10a and a second divided body 10b that is shorter in axial length than the first divided body 10a. The first divided body 10a and the second divided body 10b are fixed to each other at their connection portions using multiple sets of fixing bolts 13 and washers 14.
A curved surface that follows the shape of the balls 31 and extends along the circumferential direction of the first segment 10a at a position facing the raceway surface of one of the raised portions 21a of the protrusion 21 of the inner race 20, and serves as the raceway surface along which the balls 31 of one row 30a roll. A bolt hole into which the shaft of the fixing bolt 13 is screwed is formed in the axial direction at the connection portion of the first segment 10a with the second segment 10b.
In the second segment 10b, a curved surface is formed along the circumferential direction along the shape of the balls 31 over a length of about ¼ of the circumference of the balls 31 at a position facing the raceway surface of the other rising portion 21b of the protruding portion 21 of the inner race 20, and this curved surface becomes the raceway surface along which the balls 31 of the other row 30b roll. In addition, in the second segment 10b, at the connection portion with the first segment 10a, a bolt hole through which the shaft of the fixing bolt 13 is inserted is formed in the axial direction.
スイベルジョイント１の組立においては、まず、第一分割体１０ａの軌道面に一方の列３０ａの玉３１を配置する。次に、内輪体２０を挿入して一方の立上部２１ａの軌道面に一方の列３０ａの玉３１が接した状態とする。次に、内輪体２０の他方の立上部２１ｂの軌道面に他方の列３０ｂの玉３１を配置する。次に、第二分割体１０ｂを第一分割体１０ａに接続することにより、第二分割体１０ｂの軌道面に他方の列３０ｂの玉３１が接した状態とする。最後に、固定ボルト１３を締めて第一分割体１０ａと第二分割体１０ｂとの接続を固定する。これにより、第一分割体１０ａと内輪体２０とで囲まれた空間にアンギュラ玉軸受の一方の列が配置され、第二分割体１０ｂと内輪体２０とで囲まれた空間にアンギュラ玉軸受の他方の列が配置された状態となる。
このように本実施例のスイベルジョイント１は、複雑な加工を要せず、組立及び分解が容易である。また、構造が複雑ではなく小型化も可能である。
なお、バックアップリング４１，４２は、内輪体２０の外周二箇所に嵌められている。第一のバックアップリング４１は、第一分割体１０ａに対応する位置において、一方の列３０ａよりも一方の端部２０ａ側に設けられている。第二のバックアップリング４２は、第二分割体１０ｂに対応する位置において他方の列３０ｂよりも他方の端部２０ｂ側に設けられている。また、Ｏリング４０は、一方の列３０ａと第一のバックアップリング４１との間において内輪体２０に嵌められている。
In assembling the swivel joint 1, first, the balls 31 of one row 30a are placed on the raceway surface of the first division body 10a. Next, the inner race body 20 is inserted so that the balls 31 of one row 30a come into contact with the raceway surface of one rising portion 21a. Next, the balls 31 of the other row 30b are placed on the raceway surface of the other rising portion 21b of the inner race body 20. Next, the second division body 10b is connected to the first division body 10a so that the balls 31 of the other row 30b come into contact with the raceway surface of the second division body 10b. Finally, the fixing bolt 13 is tightened to fix the connection between the first division body 10a and the second division body 10b. As a result, one row of the angular ball bearing is placed in the space surrounded by the first division body 10a and the inner race body 20, and the other row of the angular ball bearing is placed in the space surrounded by the second division body 10b and the inner race body 20.
As described above, the swivel joint 1 of the present embodiment does not require complicated processing and is easy to assemble and disassemble. In addition, the structure is not complicated and can be made compact.
The backup rings 41, 42 are fitted in two places on the outer periphery of the inner race 20. The first backup ring 41 is provided at a position corresponding to the first division 10a, closer to one end 20a than one row 30a. The second backup ring 42 is provided at a position corresponding to the second division 10b, closer to the other end 20b than the other row 30b. The O-ring 40 is fitted on the inner race 20 between the one row 30a and the first backup ring 41.
スイベルジョイント１の内側は流体が通過する。この流体に圧力（水圧）があるとき、図１に縦縞矢印で示すように、スイベルジョイント１にはアキシャル方向の力が加わる。なお、流体が一方の端部２０ａ側から入り他方の端部２０ｂ側から出る向きに流れる場合も、その逆向きに流れる場合も、アキシャル方向の力は両向きに生じる。
このアキシャル方向の力により、玉３１が図１に示す白矢印の方向に揺動するが、スイベルジョイント１には、組立時に玉３１を挿入するためのネジ穴が設けられていないため、上述したような、圧力を有する流体が配管内を流れるときに玉３１が流体圧によってネジ穴（段差）に嵌まり回転が阻害されてしまうという不具合が生じない。よって、スイベルジョイント１は、流体圧力があるときにも回転抵抗の増加が抑制されスムーズに回転することができる。また、流路には部材が配置されていないので、流路抵抗の増加はない。
Fluid passes through the inside of the swivel joint 1. When this fluid is under pressure (water pressure), an axial force is applied to the swivel joint 1, as shown by the vertical striped arrow in Figure 1. Note that the axial force is generated in both directions, whether the fluid flows in from one end 20a and out from the other end 20b, or in the opposite direction.
This axial force causes ball 31 to swing in the direction of the white arrow shown in Figure 1, but since swivel joint 1 does not have a screw hole for inserting ball 31 during assembly, the above-mentioned problem of ball 31 getting stuck in a screw hole (step) due to fluid pressure and rotation being hindered when a pressurized fluid flows through the piping does not occur. Therefore, even when there is fluid pressure, the swivel joint 1 can rotate smoothly without increasing rotational resistance. Also, since no components are arranged in the flow path, there is no increase in flow path resistance.
また、本実施例では列同士の組み合わせ（アンギュラ玉軸受の種類）を正面組合としている。これにより、回転軸受部３０において、ラジアル荷重（ラジアル力）と両方向のアキシャル荷重（アキシャル力）の比較的大きな負荷にも対応することができる。
一方の列３０ａ及び他方の列３０ｂにおける玉３１の接触角αは、０度から９０度の範囲で設定可能であるが、７０度から９０度とすることが好ましい。接触角αを７０度から９０度としたアンギュラ玉軸受とすることで、アキシャル荷重（スラスト荷重）の負荷能力を顕著に高めることができる。なお、接触角αとは、玉３１と内輪体２０側の軌道面との接触点と、玉３１と外輪体１０側の軌道面との接触点とを結ぶ直線が、ラジアル方向に対して持つ角度である。
また、外輪体１０側の軌道面としての曲面も内輪体２０側の軌道面としての曲面も、玉３１の１／８周以上３／８周以下の長さとすることが好ましく、１／４周以上３／８周以下の長さとすることがより好ましい。本実施形態では、当該曲面の長さを玉３１の１／４周よりも僅かに大きくすることで、玉３１の１／２以上の部分が曲面で囲繞された状態となるようにしている。これにより、アキシャル荷重の負荷能力に加えて、ラジアル荷重の負荷能力も顕著に高めることができる。
In this embodiment, the rows are combined (a type of angular ball bearing) in a face-to-face manner, which allows the rotary bearing portion 30 to withstand relatively large loads, such as radial loads (radial forces) and axial loads (axial forces) in both directions.
The contact angle α of the balls 31 in one row 30a and the other row 30b can be set in the range of 0 to 90 degrees, but is preferably set to 70 to 90 degrees. By making the angular contact ball bearing have a contact angle α of 70 to 90 degrees, the load capacity of the axial load (thrust load) can be significantly improved. Note that the contact angle α is the angle that a straight line connecting the contact point of the balls 31 with the raceway surface on the inner race 20 side and the contact point of the balls 31 with the raceway surface on the outer race 10 side has with respect to the radial direction.
Moreover, the curved surface serving as the raceway surface on the outer race 10 side and the curved surface serving as the raceway surface on the inner race 20 side preferably have a length of 1/8 to 3/8 of the circumference of the balls 31, and more preferably have a length of 1/4 to 3/8 of the circumference. In this embodiment, the length of the curved surface is made slightly longer than 1/4 of the circumference of the balls 31, so that 1/2 or more of the balls 31 is surrounded by the curved surface. This makes it possible to significantly increase the load capacity for radial loads in addition to the load capacity for axial loads.
図２は第二の実施例によるスイベルジョイントの構成を示す図であり、図２（ａ）は縦断面図、図２（ｂ）は玉の配列を示す図である。
スイベルジョイント１００は、気体又は液体が流れる配管等を向きが変更可能に接続する継手であって、内部に流路を有する筒状の外輪体１１０と、内部に流路を有し外輪体１１０内に差し込まれ外輪体１１０と回転自在に嵌合した筒状の内輪体１２０と、外輪体１１０と内輪体１２０との嵌合部分に位置し周方向に複数の鋼製の玉（転動体）１３１同士が接触可能に配置されてなる列を有した回転軸受部１３０と、シール材としてのＯリング１４０と、組立時に玉１３１を挿入するためのネジ穴１５０と、ネジ穴１５０に螺入する止めネジ１６０を備える。
本実施例の回転軸受部１３０は、深溝玉軸受方式であり、複数の玉１３１が環状に配列された列を一つ有する。玉１３１同士の間隔を保持する保持器は有さず、２２個の玉１３１が周方向に稠密に配置されている。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a swivel joint according to a second embodiment, where FIG. 2(a) is a vertical cross-sectional view and FIG. 2(b) is a diagram showing the arrangement of balls.
The swivel joint 100 is a joint that connects pipes through which gas or liquid flows in a manner that allows the direction to be changed, and comprises a cylindrical outer race 110 having an internal flow path, a cylindrical inner race 120 having an internal flow path and inserted into the outer race 110 and fitted rotatably with the outer race 110, a rotating bearing portion 130 that is located at the fitting portion between the outer race 110 and the inner race 120 and has a row of multiple steel balls (rolling elements) 131 arranged circumferentially so that they can come into contact with each other, an O-ring 140 as a sealing material, a screw hole 150 for inserting the balls 131 during assembly, and a set screw 160 that screws into the screw hole 150.
The rotary bearing 130 of this embodiment is a deep groove ball bearing type, and has one annular row of a plurality of balls 131. There is no cage to maintain the spacing between the balls 131, and 22 balls 131 are densely arranged in the circumferential direction.
内輪体１２０の一方の端部１２０ａ及び他方の端部１２０ｂは開口している。流体は、一方の端部１２０ａ側から入り他方の端部１２０ｂ側から出る向きに流すことも、その逆向きに流すことも可能である。内輪体１２０は、外輪体１１０に内嵌した状態において、一方の端部１２０ａが外輪体１１０内に位置し、他方の端部１２０ｂが外輪体１１０の外に位置する。
内輪体１２０のうち外輪体１１０へ差し込む部分には、玉１３１が入る大きさで断面Ｖ字状の内溝１２１が周方向に亘って形成されており、この内溝１２１は玉１３１の転がる軌道面となる。内溝１２１の深さは、玉１３１の直径よりも浅く、玉１３１の半径よりは僅かに深い程度である。このため、内溝１２１に配置された玉１３１の略半分は内溝１２１からはみ出た状態となる。
なお、Ｏリング１４０は、一方の端部１２０ａと内溝１２１との間において内輪体１２０に嵌められている。
One end 120a and the other end 120b of the inner race body 120 are open. The fluid can flow in a direction in which it enters from the one end 120a side and exits from the other end 120b side, or in the opposite direction. When the inner race body 120 is fitted inside the outer race body 110, one end 120a is located inside the outer race body 110 and the other end 120b is located outside the outer race body 110.
An inner groove 121 having a V-shaped cross section and sized to accommodate the balls 131 is formed in the circumferential direction at the portion of the inner race 120 that is inserted into the outer race 110, and this inner groove 121 serves as the raceway surface along which the balls 131 roll. The depth of the inner groove 121 is shallower than the diameter of the balls 131 and slightly deeper than the radius of the balls 131. For this reason, approximately half of the balls 131 placed in the inner groove 121 protrude from the inner groove 121.
The O-ring 140 is fitted onto the inner race 120 between one end 120 a and the inner groove 121 .
外輪体１１０には、ネジ穴１５０が内輪体１２０の内溝１２１に繋がるように回転軸βに対して斜めに形成されている。ネジ穴１５０には止めネジ１６０と螺合する部分にネジ溝が形成されており、組立又は分解時には止めネジ１６０を外してネジ穴１５０を介し玉１３１を出し入れする。
また、外輪体１１０には、内輪体１２０の内溝１２１に対向する位置に内溝１２１と同じ大きさで断面Ｖ字状の外溝１１１が周方向に亘って形成されており、この外溝１１１は玉１３１の転がる軌道面となる。外溝１１１の深さは、玉１３１の直径よりも浅く、玉１３１の半径よりは僅かに深い程度である。このため、外溝１１１に配置された玉１３１の略半分は外溝１１１からはみ出た状態となる。
In the outer race 110, a screw hole 150 is formed at an angle to the rotation axis β so as to connect to the inner groove 121 of the inner race 120. A thread groove is formed in the screw hole 150 at a portion where the screw screw 160 screws into the screw hole 150. During assembly or disassembly, the screw 160 is removed and the ball 131 is inserted or removed through the screw hole 150.
Furthermore, an outer race 110 has an outer groove 111 that is the same size as the inner groove 121 and has a V-shaped cross section formed in the circumferential direction at a position facing the inner groove 121 of the inner race 120, and this outer groove 111 serves as a raceway surface along which the balls 131 roll. The depth of the outer groove 111 is shallower than the diameter of the balls 131 and slightly deeper than the radius of the balls 131. For this reason, approximately half of the balls 131 arranged in the outer groove 111 protrude from the outer groove 111.
第一の実施例と同様に、スイベルジョイント１００の内側は流体が通過し、流体に圧力（水圧）があるときは、図２に縦縞矢印で示すように、スイベルジョイント１００にはアキシャル方向の力が加わる。
このアキシャル方向の力により玉１３１が図２に示す白矢印の方向に揺動するが、本実施例のスイベルジョイント１００は、玉１３１の挿入及び取り出しに用いるネジ穴１５０が、スイベルジョイント１００の回転軸βに対して垂直ではなく斜めに、玉１３１に力が掛かる方向に対して略垂直に設けられているため、外輪体１１０側に押された玉１３１はネジ穴１５０ではない部分に接触する。これにより、上述したような、圧力を有する流体が配管内を流れるときに玉１３１が流体圧によってネジ穴１５０（段差）に嵌まり回転が阻害されてしまうという不具合が生じない。
また、ネジ穴１５０以外の構成は基本的に従来の深溝玉軸受方式と同様であるため、部品の入手が容易でコスト性にも優れる。さらに、複数の玉１３１からなる列を単数とすることで、スイベルジョイント１００の小型化を図ることができる。なお、曲げモーメントに対する負荷能力を高めたい場合は、列を複数設けてもよい。
As in the first embodiment, a fluid passes through the inside of the swivel joint 100, and when the fluid has pressure (water pressure), an axial force is applied to the swivel joint 100 as shown by the vertical striped arrow in FIG.
This axial force causes ball 131 to swing in the direction of the white arrow shown in Fig. 2, but in swivel joint 100 of this embodiment, screw hole 150 used to insert and remove ball 131 is provided obliquely, not perpendicularly, to rotation axis β of swivel joint 100 and approximately perpendicular to the direction in which force is applied to ball 131, so that ball 131 pressed toward outer race 110 comes into contact with a portion other than screw hole 150. This prevents the above-mentioned problem of ball 131 getting stuck in screw hole 150 (step) due to fluid pressure when pressurized fluid flows through the piping, thereby preventing rotation.
In addition, since the configuration other than the screw hole 150 is basically the same as that of a conventional deep groove ball bearing system, parts are easily available and the cost is excellent. Furthermore, by using a single row of balls 131, the swivel joint 100 can be made smaller. Note that multiple rows may be provided if it is desired to increase the load capacity against bending moments.
第一の実施例及び第二の実施例のスイベルジョイント１，１００、並びに比較例として既存のスイベルジョイントについて、所定圧力で水を流した際の回転トルクを計測した。下表１はその測定結果であり、スイベルジョイントの回転トルクと圧力の関係を示している。なお、比較例のスイベルジョイントの回転軸受部は、二列からなる深溝玉軸受の構造であり、各列には玉を挿入するためのネジ穴が回転軸に対して垂直に設けられているものである。
表１に示すように、第一の実施例及び第二の実施例では、流体の圧力がかかっている場合においても回転抵抗が急増することなくスムーズに回転可能であることが分かる。一方、比較例では、圧力１．０ＭＰａにおいて、かじったような手ごたえがあり、回転トルク２３Ｎｍ以上でも回転しなかった（表中の「※」）。
The rotation torque was measured when water was flowing at a predetermined pressure for the swivel joints 1 and 100 of the first and second embodiments, and for an existing swivel joint as a comparative example. Table 1 below shows the measurement results, and shows the relationship between the rotation torque and pressure of the swivel joint. The rotation bearing part of the swivel joint of the comparative example has a deep groove ball bearing structure consisting of two rows, and each row has a screw hole for inserting a ball perpendicular to the rotation axis.
As shown in Table 1, in the first and second examples, even when fluid pressure is applied, the rotation resistance does not increase suddenly and the rotation can be smoothly performed. On the other hand, in the comparative example, at a pressure of 1.0 MPa, there was a gnawing sensation and the rotation did not occur even with a rotation torque of 23 Nm or more (marked with "*" in the table).
図３は消火用放水銃の構成例を示す図である。
消火活動等に用いる消火用放水銃２は、銃身６０を左右に動かす旋回用のスイベルジョイント１，１００と、銃身６０を上下に動かす俯仰用のスイベルジョイント１，１００が設けられており、旋回と俯仰（起伏）の２自由度を有する。
スイベルジョイント１，１００は、水圧式の駆動装置により回転させることができる。なお、スイベルジョイント１，１００は、油圧シリンダー又は電動駆動装置により回転させることも可能である。
このように、第一の実施例によるスイベルジョイント１、又は第二の実施例によるスイベルジョイント１００を備え、これらスイベルジョイント１，１００により筒先（ノズル）７０の方向を可変に構成することで、流体圧力があるときにも回転抵抗の増加が抑制されスムーズに筒先７０の方向を変更することができる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a fire-extinguishing water cannon.
The fire extinguishing water cannon 2 used for firefighting activities, etc., is provided with a swivel joint 1,100 for rotating the gun barrel 60 left and right, and a swivel joint 1,100 for elevating the gun barrel 60 up and down, and has two degrees of freedom, that is, rotation and elevation (raising and lowering).
The swivel joint 1, 100 can be rotated by a hydraulic drive device, however, the swivel joint 1, 100 can also be rotated by a hydraulic cylinder or an electric drive device.
In this way, by providing the swivel joint 1 according to the first embodiment or the swivel joint 100 according to the second embodiment and configuring the direction of the nozzle 70 to be variable using these swivel joints 1, 100, an increase in rotational resistance is suppressed even when fluid pressure is present, and the direction of the nozzle 70 can be changed smoothly.
１，１００ スイベルジョイント
１０，１１０ 外輪体
１０ａ 第一分割体
１０ｂ 第二分割体
２０，１２０ 内輪体
３０，１３０ 回転軸受部
３１，１３１ 玉
７０ 筒先
１５０ ネジ穴
α 接触角
β 回転軸
1,100 Swivel joint 10, 110 Outer race 10a First division 10b Second division 20, 120 Inner race 30, 130 Rotation bearing portion 31, 131 Ball 70 Cylindrical tip 150 Screw hole α Contact angle β Rotation axis
Claims (7)
内部に流路を有し前記外輪体に回転自在に嵌合した筒状の内輪体と、
前記外輪体と前記内輪体との嵌合部分に位置し周方向に複数の玉同士が接触可能に配置されてなる列を有した回転軸受部を備え、
前記回転軸受部は、組立時に前記玉を挿入するためのネジ穴が流体圧により前記玉に力が掛かる方向に対して垂直に形成された深溝玉軸受、又は前記ネジ穴が形成されておらず前記列が複数設けられたアンギュラ玉軸受を有することを特徴とするスイベルジョイント。 A cylindrical outer race having a flow passage therein;
a cylindrical inner race having a flow passage therein and rotatably fitted to the outer race;
a rotary bearing portion located at a fitting portion between the outer race body and the inner race body and having a row of balls arranged in a circumferential direction so as to be in contact with each other,
A swivel joint characterized in that the rotary bearing portion has a deep groove ball bearing in which the threaded holes for inserting the balls during assembly are formed perpendicular to the direction in which force is applied to the balls by fluid pressure, or an angular contact ball bearing in which the threaded holes are not formed and multiple rows are provided.
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