JP5010886B2 - ギアユニット - Google Patents

Description

本発明は、ギアユニットのシール構造に係り、特に液状ガスケットを用いたギアユニットのシール構造に関する。

従来、バタフライユニット等のバルブを手動にて駆動するギアユニットは、その本体が、ギアを収納するボックスと、このボックスにボルトを介して固定されるカバーにて構成されている。これらボックスとカバーとの接合部分には、ボックス内部に充填された潤滑油の流出や、外部からの水等の侵入を防止可能なシール構造が用いられている。
このシール構造としては、ボックスとカバーの接合部分に軟質板状ガスケットを配置する構造や、Ｏリングを配置する構造（例えば特許文献１参照）などがある。近年においては、部品点数を減らしてコストダウンを図るため、液状ガスケットをボックスとカバーの接合部分に塗布する構造も開発されている。
特開平９−２０３４６５号公報

ところで、ギアユニットを搭載したバルブの輸送時や配管施工時においては、ギアユニットに突発的な衝撃や過大な加重がかかることがあり、カバーがボックスに対してずれを生じてしまう場合がある。これらボックスとカバーとの接合部分に液状ガスケットを用いるシール構造であると、液状ガスケットが薄膜状に硬化してシール性を確保していることから、カバーがずれると、液状ガスケットに部分的な切断や剥離が生じ、シール性が損なわれるおそれがある。

このようなシール性の低下を防止すべく、ボルトの締結力を増して、カバーのずれを抑制する対策が想起される。しかし、このボルトの締結力に耐え得るべく、ボックスやカバーの肉厚を厚くしたり、ボルトの呼び径を大きくしたり、さらにはこれらの変更に伴ってボックスやカバーの外形寸法を大きくするなど、大幅な形状変更を行う必要がある。このように、ボルトの締結力の増加はかえってコストアップやギアユニットの重量アップを招来することとなる。

本発明の課題は、前記事情に鑑みてなされたものであり、突発的な衝撃等が加わってもシール性が損なわれることのないギアユニットのシール構造を、大幅な形状変更を伴うことなく得ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、
周囲を覆う壁部により上部に開口部が形成された有底状のボックスと前記開口部を覆うカバーにより本体を構成し、当該本体にギアを内蔵するギアユニットのシール構造と、
前記ギアとして、前記カバーに軸支されるウォームホイールとを備え、
前記シール構造は、
前記ボックスと前記カバーとの接合部分が、前記壁部の上端部である壁端部と、前記壁端部に対向する前記カバーの接合部と、前記壁端部及び前記接合部の間に介在される液状ガスケットとにより構成され、
前記ボックスの壁端部に切欠を設け、
前記切欠の内部に前記液状ガスケットを充填することで、前記切欠の外部に位置する前記液状ガスケットよりも肉厚な肉厚部を形成し、
前記液状ガスケットのシール幅は、少なくとも前記ボックスと前記カバーとの所定のずれ量分だけ前記壁端部の幅よりも広く、なおかつ前記肉厚部に接触する前記切欠側の接触面の幅よりも、前記肉厚部に接触する前記カバー側の接触面の幅の方が長くなるように設定されていることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、液状ガスケットのシール幅が少なくともボックスとカバーとの所定のずれ量分だけ壁端部の幅よりも広く設定されているので、液状ガスケットには壁端部から突出した部分が形成されることになる。これにより、突発的な衝撃や過大な加重がかかってボックスとカバーとがずれて液状ガスケットが切断したり剥離したとしても、液状ガスケットにおける壁端部から突出した部分がボックスとカバーとのシール性を確保することになる。そして、液状ガスケットのシール幅のみを少なくともボックスとカバーとの所定のずれ量分だけ壁端部の幅よりも広くするだけでよいので、ギアユニット自体を大幅に形状変更しなくともシール性を確保することが可能となる。

また、請求項１記載の発明によれば、液状ガスケットの一部が肉厚部となっているので、全体が薄膜状となっているものと比べて破損にしにくくなり、結果的にシール性が高まることになる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のギアユニットにおいて、
前記液状ガスケットに覆われる前記切欠の角部は円弧状に形成されていることを特徴としている。

ここで、ボックスとカバーとを締結した後、カバーがずれると、切欠部の角部によって液状ガスケットに応力集中が発生し、液状ガスケットが傷つき当該ガスケットの薄膜部分が剥離する場合がある。しかしながら、請求項２記載の発明のように、液状ガスケットに覆われる切欠の角部が円弧状に形成されているので、液状ガスケットに対する応力集中を分散させることができ、液状ガスケットが傷つくことを防止することができる。

本発明によれば、突発的な衝撃や過大な加重がかかることにより、ボックスとカバーとがずれて液状ガスケットが切断したり剥離したとしても、液状ガスケットにおける壁端部から突出した部分がボックスとカバーとのシール性を確保することになる。そして、液状ガスケットのシール幅のみを少なくともボックスとカバーとの所定のずれ量分だけ壁端部の幅よりも広くするだけでよいので、ギアユニット自体を大幅に形状変更しなくともシール性を確保することが可能となる。

以下、本発明に係るギアユニットのシール構造について説明する。まず、ギアユニットについて説明する。図１はギアユニットの概略構成を表す側断面図である。図１に示すようにギアユニット１には、ウォーム２やウォームホイール３を内蔵するボックス４と、当該ボックス４内のウォーム２やウォームホイール３を覆ってボックス４の蓋となるカバー５と、ボックス４及びカバー５を締結するボルト９とが設けられている。つまり、ギアユニット１は、ボックス４とカバー５とによって本体が構成され、当該本体にウォーム２やウォームホイール３等のギアが内蔵されている。

図２はカバー５を装着する前のボックス４の内部構造を表す上面図である。図１及び図２に示すようにボックス４は、周囲を覆う壁部６により上部に開口部Ｏが形成された有底状に形成されていて、その内部には、ウォーム２を収納するウォーム収納部４１と、ウォーム２に噛合したウォームホイール３を収納するホイール収納部４２とが設けられている。そして、ボックス４の壁部６の上端部（壁端部６１）は、カバー５と接合されるようになっている。以下、カバー５におけるボックス４の壁端部６１と接合される部分を接合部７（図１参照）とする。

図２に示すようにウォーム収納部４１には、ウォーム２のウォーム軸２１を回転自在に支持する一対のベアリング４３が配置されている。ウォーム軸２１の端部には不図示のハンドルが連結されていて、このハンドルが回転されると、ウォーム軸２１を介してウォーム２も連動して回転し、ウォームホイール３も回動するようになっている。ウォームホイール３の中央には軸体（図示省略）が固定されていて、ウォームホイール３の回動に伴って軸体が回動し、ギアユニット１に接続されたバタフライバルブ等のバルブの弁体を回動させるようになっている。
ウォームホイール３は、ボックス４の内部に突設した円筒状の軸支部４ａと、カバー５の下面から突設した円筒状の軸支部５ａとによって、それぞれＯリング４ｂ，５ｂを介して回転自在に支持されている。

次にギアユニット１のシール構造について説明する。図３は、ボックス４及びカバー５の接合部分を表す断面図であり、この接合部分にシール構造１０が設けられている。図３に示すように接合部分には、ボックス４の壁端部６１とカバー５の接合部７との間に液状ガスケット８が介在されている。液状ガスケット８は、硬化後に弾性を有するものが用いられる。

そして、カバー５の接合部７における液状ガスケット８に接触する接触面７１の幅Ｈ１は、少なくともボックス４とカバー５との所定のずれ量（ｔ：図４（ａ）参照）分だけ壁端部６１の幅Ｈ２よりも広く設定されている。なお所定のずれ量とは、予め想定されるずれ量のことである。例えば、実験やシミュレーション等によって計測されたずれ量の最大値を所定のずれ量と設定したり、ボルト９のネジ径と当該ボルト９が貫通するカバー５の貫通孔の内径との差を所定のずれ量と設定することが挙げられる。
ここで、カバー５の周縁は、切削加工面である１段形状となっていて、この加工面が接合部７となっている。また、ボックス４の壁端部６１は、内側が低い２段形状となるように切欠６１ａが形成されていて、カバー５の接合部７における接触面７１と対向している。つまり、壁端部６１の上段部６２及び下段部６３とカバー５の接合部７とで液状ガスケット８を挟むことで、上段部６２と接触面７１との間に介在する液状ガスケット８は薄膜状となり、下段部６３と接触面７１との間に介在する液状ガスケット８は切欠６１ａ内に充填されて切欠６１ａ外部に位置する部分、すなわち前記薄膜状の部分よりも肉厚となる。以下、液状ガスケット８における薄膜状となっている部分を薄膜部８１とし、肉厚となっている部分を肉厚部８２とする。これにより、肉厚部８２に接触する下段部６３の上面の幅Ｈ３よりも、肉厚部８２に接触する接触面７１の幅Ｈ４の方が長いことになる。

このシール構造１０は、図１及び図２に示すように、ボックス４及びカバー５の接合部分の全周にわたって形成されているので、接合部分からギアユニット１内部に充填された潤滑油が外部に漏れ出すことや、外部から水が侵入することが防止されている。
なお、ボックス４やカバー５は、鋳鉄等の鋳物で形成されており、本実施形態におけるボックス４の壁端部６１は、上段部６２を切削加工面にて形成し、下段部６３は鋳放面にて形成している。ここで、図２に示すように壁端部６１が非円環状である場合には加工効率上、下段部６３を鋳物形成時に形成することが好ましいが、壁端部６１が円環状である場合には切削加工により形成することが好ましい。

次に、本実施形態の作用について説明する。
ボックス４とカバー５とを接合する場合には、作業者はボックス４の壁端部６１に液状ガスケット８を塗布した後に、ボックス４の開口部Ｏをカバー５にて被覆する。これにより、ボックス４の壁端部６１とカバー５の接合部７が対向して、液状ガスケット８を介してボックス４とカバー５との接合部（シール構造１０）が形成される。カバー５は、ボルト９のボックス４への螺合により固定される。
なお、液状ガスケット８の塗布量は、当該液状ガスケット８がボックス４とカバー５とにより圧縮されて、ボックス４の壁端部６１の幅Ｈ２よりボックス４の内方に突出するとともに、切欠６１ａ内に充填される量に設定されている。また、液状ガスケット８は、接合部７の接触面７１の全域にわたって密着する必要はなく、後述するカバー５のずれ量ｔの最大値を考慮した壁端部６１の幅Ｈ２より広く突出していればよい。

上記のように組み立てられたギアユニット１を搭載したバルブを、輸送する際や配管施工する際に突発的な衝撃や荷重がギアユニット１に加わると、図４に示すようにボックス４とカバー５とがずれる場合がある。なお、ずれはこれら以外にも、過大な力をハンドルから軸体に付与した場合にも発生する可能性がある。これは、カバー５がウォームホイール３を軸支しているため、過大な力をハンドルから軸体に付与するとウォームホイール３が傾いてカバー５をボックス４からずらす方向に力が付与されることに起因する。

図４（ａ）は、図１の右方向にカバー５がずれた場合の、図１の左上方におけるカバー５のずれ状態を表す図であり、図４（ｂ）は図１の右上方におけるカバー５のずれ状態を表す図である。図４（ａ）に示すように、カバー５が壁端部６１の上段部６２側から下段部６３側にずれると、液状ガスケット８が傷ついて当該ガスケット８の薄膜部８１が剥離する場合がある。液状ガスケット８のシール幅はカバー５のずれ量ｔの最大値を考慮して壁端部６１の幅Ｈ２より広く設定されていることから、シール性を維持することができる。しかも、硬化後に弾性を有する液状ガスケット８の肉厚部８２が、カバー５の移動に追随してボックス４の壁端部６１における下段部６３やカバー５の接合部７との密着性を維持するので、より確実にシール性を維持することができる。

一方、図４（ｂ）に示すように、カバー５が壁端部６１の下段部６３側から上段部６２側にずれると、液状ガスケット８が傷ついて当該ガスケット８の薄膜部８１が剥離する場合がある。しかし、液状ガスケット８のシール幅はカバー５のずれ量ｔの最大値を考慮して壁端部６１の幅Ｈ２より広く設定されていることから、シール性を維持することができる。特に、肉厚部８２に接触する下段部６３の上面の幅Ｈ３よりも、肉厚部８２に接触する接触面７１の幅Ｈ４の方が長いので、ずれにより液状ガスケット８が圧縮したとしても肉厚部８２の接触面７１側の幅Ｈ５を下段部６３側の幅Ｈ３と同等以上確保することが可能となる。つまり、薄膜部８１が剥離したとしても肉厚部８２の接触面７１側の幅Ｈ５を確保できるので、薄膜部８１の剥離による漏れを肉厚部８２で防止することができる。

以上のように本実施形態によれば、突発的な衝撃や過大な加重がかかることにより、ボックス４とカバー５とがずれて液状ガスケット８が切断したり剥離したとしても、液状ガスケット８における壁端部６１から突出した部分がボックス４とカバー５とのシール性を確保することになる。そして、液状ガスケット８のシール幅のみを、少なくともボックス４とカバー５との所定のずれ量分だけ壁端部６１の幅よりも広くするだけでよいので、ギアユニット１自体を大幅に形状変更しなくともシール性を確保することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、図４（ａ），（ｂ）の点線部Ｐに示すように、液状ガスケット８に覆われる切欠６１ａの角部（壁端部６１の上段部６２の角部６２ａ）を円弧状に形成していると、カバー５が壁端部６１の下段部６３側から上段部６２側にずれた際の、壁端部６１の上段部６２の角部による液状ガスケット８に対する応力集中を分散させることができ、液状ガスケット８が傷つくことを防止することができる。なお角部６２ａを円弧状に形成する手段としては、切削加工や、鋳造成形などが挙げられる。

また、本実施形態では、ボックス４の壁端部６１を２段形状とし、壁端部６１の下段部６３とカバー５の接合部７との間隔内に肉厚部８２を形成した場合を例示したが、液状ガスケットのシール幅が、少なくともボックス４とカバー５との所定のずれ量分だけ壁端部６１の幅よりも広く設定された状態で、肉厚部が形成されるのであれば、ボックス４の壁端部６１の形状や、カバー５の接合部７の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図５（ａ）に示すように、カバー５Ａの接合部７Ａを２段形状とすることで切欠６１ｂを設け、壁端部６１Ａを平面とすることで、肉厚部８２Ａを形成することや、図５（ｂ）に示すように、カバー５側の液状ガスケット８Ｂの塗布領域を内側に広げることで肉厚部８２Ｂを形成することなどが挙げられる。なお、これらの場合においても液状ガスケット８Ａ，８Ｂに対する応力集中を分散させるために、当該液状ガスケット８Ａ，８Ｂに埋没する角部（角部７１ａ，７１ｂ，６１ｃ）を円弧状に形成することが好ましい。
また、図５（ａ）の場合においては、液状ガスケットのシール幅が、少なくともボックス４とカバー５との所定のずれ量分だけ壁端部６１Ａの幅よりも広く設定されるように、切欠６１ｂの上面を形成しておく必要がある。

図１は本実施形態のギアユニットの概略構成を表す側断面図である。 図１のギアユニットに備わるボックスの概略構成を表す正面図である。 図１のギアユニットのシール構造を表す側断面図である。 図３のシール構造のずれ発生時の状態を表す説明図である。 図３のシール構造の変形例を表す図である。

符号の説明

１ ギアユニット
２ ウォーム
３ ウォームホイール
４ ボックス
４ａ 軸支部
４ｂ Ｏリング
５ カバー
５ａ 軸支部
５ｂ Ｏリング
６ 壁部
７ 接合部
８ 液状ガスケット
９ ボルト
１０ シール構造
２１ ウォーム軸
４１ ウォーム収納部
４２ ホイール収納部
４３ ベアリング
４４ 軸体
６１ 壁端部
６２ 上段
６３ 下段
７１ 接触面
８１ 薄膜部
８２ 肉厚部
Ｏ 開口部

Claims (2)

1. 周囲を覆う壁部により上部に開口部が形成された有底状のボックスと前記開口部を覆うカバーにより本体を構成し、当該本体にギアを内蔵するギアユニットのシール構造と、
   前記ギアとして、前記カバーに軸支されるウォームホイールとを備え、
   前記シール構造は、
   前記ボックスと前記カバーとの接合部分が、前記壁部の上端部である壁端部と、前記壁端部に対向する前記カバーの接合部と、前記壁端部及び前記接合部の間に介在される液状ガスケットとにより構成され、
   前記ボックスの壁端部に切欠を設け、
   前記切欠の内部に前記液状ガスケットを充填することで、前記切欠の外部に位置する前記液状ガスケットよりも肉厚な肉厚部を形成し、
   前記液状ガスケットのシール幅は、少なくとも前記ボックスと前記カバーとの所定のずれ量分だけ前記壁端部の幅よりも広く、なおかつ前記肉厚部に接触する前記切欠側の接触面の幅よりも、前記肉厚部に接触する前記カバー側の接触面の幅の方が長くなるように設定されていることを特徴とするギアユニット。
2. 請求項１記載のギアユニットにおいて、
   前記液状ガスケットに覆われる前記切欠の角部は円弧状に形成されていることを特徴とするギアユニット。

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