JP2912064B2 - 管接続部の密封装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，排気マニホル
ド，ターボチャージャ，排気管等の流体を流す管体を互
いに接続する管接続部の密封装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に，自動車用エンジンでは，該エ
ンジンから排出される排気ガスは，排気管を通じて大気
中に放出されるが，排気系の途中には，排気エネルギー
で駆動されるタービンを備えたターボチャージャ，排気
ガス中に含まれる一酸化炭素，窒素酸化物等の有害物質
を無害化処理するための触媒コンバータ，ハイドロカー
ボンを燃焼させるアフタバーナ，排気ガスによって発生
する騒音を減衰させる消音器等が設けられている。

【０００３】従来，シールリングとして，実開平２−９
３７４号公報に開示されたものがある。該シールリング
を図８，図９及び図１０を参照して説明する。シールリ
ング３６は，排気管等の管３１，３２同士を接続する管
接続部を構成するフランジ３３，３４の間に挟持してフ
ランジ３３，３４間の気密保持を図るものである。シー
ルリング３６は，円輪状の金属薄板を丸めて円形断面を
有する環状に形成した中空環３７と，中空環３７内に充
填した非耐熱性物質を含むガスケット材３８とから成
り，一対のフランジ３３，３４の間で挾持した状態で使
用される。シールリング３６は，フランジ３３，３４の
間で挾持するのに先立ち，使用時の温度よりも低い温度
で加熱処理されたものである。

【０００４】前掲実開平２−９３７４号公報に開示した
ようなシールリング３６は，一方の管３１，３２のフラ
ンジ３３，３４面を平面に形成し，他方の管３１，３２
のフランジ３３，３４面に環状溝３５を形成し，シール
リング３６の一部が環状溝３５から突出する状態に嵌入
し，この状態で両者の管３１，３２のフランジ３３，３
４を互いに整合させてボルトとナットを用いて緊締する
ことによって両管３１，３２の気密を保持する状態で互
いに連結している。

【０００５】上記のようなシールリングは，例えば，膨
張黒鉛シート，耐熱性繊維系シートのようなガスケット
材をステンレス鋼等の耐熱性の金属薄板によって巻回
し，環状溝に嵌入自在な形状と大きさとを有する閉鎖環
状の形状に形成されている。

【０００６】上記のようなガスケット材を充填したシー
ルリングを，環状溝に嵌入した状態でフランジをボルト
とナットで緊締した場合には，両フランジ間でシールリ
ングは弾性的に圧縮されて環状溝に押し込まれ，両フラ
ンジ面は殆ど密着した状態になり，この状態で両フラン
ジの気密性は，フランジに形成した環状溝から突出しよ
うとするシールリングのばね作用によってフランジ面に
強く押し付けることで維持されている。

【０００７】また，実開昭６０−４３７６７号公報に
は，エンジン用リング状シール部材が開示されている。
該エンジン用リング状シール部材は，エンジン構成部品
間の接合部に介在させて，該接合部をシールしており，
厚肉のリング本体の外周側に薄肉の延長部を一体形成
し，且つ該延長部の外周端が前記接合部の外周縁より半
径方向外方に突出するように前記延長部の半径方向の幅
を定めたものである。

【０００８】また，特公昭６２−２１８８号公報には，
シール部材が開示されている。該シール部材は，充填材
と，該充填材を包む中空リング状で且つリング周方向に
沿って両端合わせ目を有する金属ジャケットとを有し，
金属ジャケットを二重又は三重にし，各ジャケットの両
端合わせ目を互いにずらしたものである。また，充填材
は，グラファイト，アスベスト又は粘土，或いはこれら
の混合物である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで，上記のよう
に，エンジンから排出される排気ガスを排出する排気系
には，排気マニホルドの出口管と排気管或いはターボチ
ャージャの入口管との管接続部，触媒コンバータ，消音
器等の出入口管と排気管との管接続部，燃焼器と排気管
との管接続部，場合によっては，ボイラー等の配管の管
接続部等では，ガス，液体等の流体の漏洩がないように
気密に接続されることが要求されている。特に，排気マ
ニホルドの出口管とターボチャージャの入口管との管接
続部では，排気ガスの温度は高温であり，しかも熱負荷
の大きい部位であり，該管接続部を気密に接続するに
は，種々の問題があった。

【００１０】例えば，前掲実開平２−９３７４号公報に
開示されたシールリング３６についても上記と同様に，
長期の使用により，シールリング３６が対向するフラン
ジ３４に対する密着度が低下し，漏洩の可能性が発生
し，密封性或いは耐久性の点で問題を有している。

【００１１】しかしながら，排気マニホルドの出口管と
ターボチャージャの入口管とを連結する管接続部は，使
用状態に高温度（例えば，７５０℃以上）になり，その
高温部位の管接続部に使用されるシールリングは，高温
度に晒されることになる。従って，従来のシールリング
を使用した場合には，金属製のシールリングの内部に充
填されたガスケット材は，該ガスケット材中に含まれて
いる結合材の有機成分が熱分解し，或いは熱分解で飛散
し，ガスケット材の体積が減少する現象が発生する。上
記のようなガスケット材を充填したシールリングを，両
管のフランジ面に挟んでボルトとナットで連結した場合
には，上記のように，ガスケット材が熱負荷を受けてガ
スケット材の体積が減少すると，シールリングの弾性圧
縮力が小さくなり，管接続部の当接面のシール性が低下
する。

【００１２】また，ガスケット材を充填したシールリン
グを両管のフランジ面に挟んでボルトとナットで連結し
た管接続部について，該管接続部のフランジ面が使用温
度の高温度と常温との繰り返しの熱負荷を受けた場合
に，両フランジ面には歪みが発生し，フランジ面が変形
し，シールリングが良好に当接することができず管接続
部のシール性は更に低下することになる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の課題を解決することであり，互いに対向する面を備え
且つ互いに緊締される一対の管体の互いに対向する前記
面に形成された環状溝にシールリングを嵌入し，前記シ
ールリングを一方の前記管体の前記面へばね力で押し付
ける皿ばねを前記環状溝に嵌入し，たとえシールリング
のガスケット材が熱負荷によって体積が減少したり，管
体の対向面に歪み等が発生しても，前記シールリングが
皿ばねによって対向するフランジ面に常に押し付けられ
て両当接面のシール性を良好に維持することができる管
接続部の密封装置を提供することである。

【００１４】この発明は，互いに対向する面を備え且つ
互いに緊締される一対の管体，該管体の互いに対向する
前記面に形成された環状溝，該環状溝に嵌入し且つ金属
薄板から製作した環状の中空リングと該中空リング内に
充填した耐熱性物質を含むガスケット材から構成されて
いるシールリング，及び前記環状溝に嵌入され且つ前記
シールリングを一方の前記管体の前記面へばね力で押し
付ける皿ばねを有し，前記皿ばねは前記シールリングに
当接して密封機能を有するビード部と前記管体の前記環
状溝の壁面に当接して密封機能を有するビード部とを有
していることから成る管接続部の密封装置に関する。

【００１５】前記皿ばねは，前記シールリングの外周面
に係合して前記シールリングに固定できる係止部を有し
ている。

【００１６】前記皿ばねは，使用温度より高い温度で熱
処理された金属材料から製作されている。或いは，前記
皿ばねは，セラミック材料から製作されている。

【００１７】この管接続部の密封装置では，前記皿ばね
は前記管体の前記環状溝に複数枚重ね合わせて嵌入され
ている。

【００１８】この発明による管接続部の密封装置は，以
上のように構成されているので，シールリングにおける
ガスケット材の体積が低減しても，皿ばねが前記シール
リングを対向面に押し付けるので，前記対向面と前記シ
ールリングとは常に密着され，流体の漏洩は発生せず，
耐久性に富んだものとなる。また，前記皿ばねは，前記
環状溝の壁面及び前記シールリングの外面に対してビー
ド部で環状のシール部を形成するので，前記対向面から
の流体の漏洩は発生しない。

【００１９】

【発明の実施の形態】この発明による管接続部の密封装
置は，排気マニホルドの出口管，ターボチャージャの出
入口管，排気管，ボイラ等の流通管等の流体を流す管体
を互いに接続する管接続部に適用できるものであり，主
として，互いに対向する面を備え且つ互いに緊締される
一対の管体，該管体の互いに対向する前記面に形成され
た環状溝，及び該環状溝に嵌入したシールリングを有す
るものである。この管接続部の密封装置は，特に，シー
ルリングを金属薄板から製作した環状の中空リングと該
中空リング内に充愼した耐熱性物質を含むガスケット材
とから製作され，しかも，シールリングを一方の管体の
面へばね力で押し付ける皿ばねが環状溝に嵌入されてい
るものである。この管接続部の密封装置を排気マニホル
ドの出口管とターボチャージャの入口管との管接続部に
組み込んだ実施例を，図面を参照して説明する。

【００２０】図１はこの発明による管接続部の密封装置
を組み込んだ排気マニホルドの一例を示す概略図，図２
は図１の線Ａ−Ａ側から見た側面図，図３は図１の領域
Ｂの部分の拡大断面図，図４はこの発明による管接続部
の密封装置における皿ばねの一実施例を示す平面図，図
５は図４の皿ばねを成形した状態を示す断面図，及び図
６はこの発明による管接続部の密封装置における皿ばね
とシールリングとの一実施例を示す断面図である。

【００２１】図１及び図２に示すように，排気マニホル
ド１は，直列６気筒エンジンのシリンダヘッドに取り付
けられるものである。排気マニホルド１はシリンダヘッ
ドに取り付ける取付フランジ部２Ａ，２Ｂを備えてい
る。排気マニホルド１は，３気筒に対応する３つの取付
フランジ部２Ａ，２Ｂをそれぞれ有する第１排気マニホ
ルド１Ａと第２排気マニホルド１Ｂから構成されてい
る。第１排気マニホルド１Ａと第２排気マニホルド１Ｂ
は，ベローズから成る可撓継手４で連結されている。更
に，第１排気マニホルド１Ａと第２排気マニホルド１Ｂ
は，それぞれ出口管である集合管である出口管３Ａ，３
Ｂを有している。これらの出口管３Ａ，３Ｂは，エンジ
ンの下流に設けられたターボチャージャの入口管５Ａ，
５Ｂにボルト及びナットを緊締することでそれぞれ連結
されている。

【００２２】排気マニホルド１は，上記のように構成さ
れ，エンジンから排出される排気ガスは，各気筒の排気
ポートを経て各取付フランジ部２Ａ，２Ｂの中央部に形
成された各分岐通路を通じて出口管３Ａ，３Ｂにそれぞ
れ集められ，次いでターボチャージャの入口管５Ａ，５
Ｂを通じてターボチャージャへ送り込まれる。図示して
いないが，ターボチャージャに送り込まれた排気ガス
は，ターボチャージャのタービンに作用し，該排気ガス
エネルギーによってタービンを駆動し，コンプレッサ或
いは回転電機を作動し，排気ガスエネルギーは回収され
るように構成されている。

【００２３】この管接続部の密封装置は，排気マニホル
ド１の集合管即ち出口管３Ａ，３Ｂとターボチャージャ
の入口管５Ａ，５Ｂとの管接続部に組み込まれている。
排気マニホルド１の出口管３Ａ，３Ｂの端部には端面９
が平らなフランジ７がそれぞれ設けられ，また，ターボ
チャージャの入口管５Ａ，５Ｂの端部には端面１１が平
らなフランジ８がそれぞれ設けられている。排気マニホ
ルド１の出口管３Ａ，３Ｂの端部に設けた各フランジ７
には，ターボチャージャの入口管５Ａ，５Ｂのフランジ
８に対向する対向面には環状溝６がそれぞれ形成されて
いる。図３に示すように，これらの環状溝６には，この
発明によるシールリング１０と皿ばね１２から成る管接
続部の密封装置が組み込まれている。

【００２４】この管接続部の密封装置は，互いに対向す
る端面即ち対向面９，１１を備えた一対の管体である出
口管３Ａ，３Ｂと入口管５Ａ，５Ｂとを互いに緊締する
管接続部に組み込んだものであり，出口管３Ａ，３Ｂの
対向面に環状溝６を形成し，該環状溝６にシールリング
１０と皿ばね１２を嵌入している。

【００２５】この管接続部の密封装置において，シール
リング１０は，図３に示すように，ステンレススチール
等の耐熱性の金属薄板から製作した環状の中空リング１
５，該中空リング１５内に充填した耐熱性物質を含むガ
スケット材１３及び中空リング１５内に配置された芯板
１４から製作されている。中空リング１５は，金属薄板
の一面に芯板１４を内包したガスケット材１３を配置
し，金属薄板の端部２７が全周にわたって互いに重なる
ように巻回して形成することができる。

【００２６】ガスケット材１３は，膨張黒鉛シート，耐
熱性繊維系シート等の材料から製作され，有機系繊維と
無機系繊維とを結合材で結合して構成したものを使用で
きる。これらの配合割合は，有機系繊維と無機系繊維と
の配合比が１対３であり，これに対して結合材を５〜１
０％加えている。或いは，ガスケット材１３の別の例の
配合割合は，無機系繊維とステンレススチールワイヤと
を結合材で結合して構成したものを使用できる。これら
の配合割合は，無機系繊維とステンレススチールワイヤ
との配合比が３対１であり，これに対して結合材を５〜
１０％加えている。

【００２７】この管接続部の密封装置は，特に，皿ばね
１２がシールリング１０を入口管５Ａ，５Ｂの対向面１
１へばね力で押し付けるため，環状溝６に嵌入されてい
ることである。皿ばね１２は，インコネル，ステンレス
スチール等の耐熱性の金属薄板，或いはセラミックスか
ら成るセラミック薄板から製作され，図４に示すよう
に，環状本体１６及び該環状本体１６の外周部に耳部即
ち係止部２０が設けられ，特に，使用温度より高い温度
で熱処理された金属材料から製作されている。皿ばね１
２は，環状のばね本体１６に沿って環状に伸びるビード
加工センター２６の両側即ち半径方向に隔置した位置に
環状に伸びるビード部１７，１８が形成されている。係
止部２０は，図５に示すように，環状本体即ちばね本体
１６に対して折り曲げられ，シールリング１０の外周面
２２に係合してシールリング１０に固定する機能を有し
ている。また，皿ばね１２は，図５に示すように，ばね
本体１６にはシールリング１０に当接して密封機能を有
する環状のビード部１８と出口管３Ａ，３Ｂの環状溝６
の壁面２１に当接して密封機能を有する環状のビード部
１７とを有している。

【００２８】従って，この管接続部の密封装置について
は，皿ばね１２は，入口管５Ａ，５Ｂの対向面１１に常
にシールリング１０を押し付けて接触面が密着され，接
続部からの流体の漏洩は発生せず，耐久性に富んだ密封
装置を提供できる。また，皿ばね１２は，出口管３Ａ，
３Ｂの環状溝６の壁面２１に対してビード部１７で環状
のシール部を形成すると共に，シールリング１０の外面
に対してビード部１８で環状のシール部を形成するの
で，環状溝６内を迂回して流体が漏洩することもない。

【００２９】この管接続部の密封装置について，シール
リング１０と皿ばね１２との組み立ては，皿ばね１２に
シールリング１０を当接させて，４つの耳部である係止
部２０をシールリング１０の外周面２２に接触するよう
に折り曲げ，更に，皿ばね１２の係止部２０の先端部１
９をシールリング１０を抱き込むように折り曲げること
によって，皿ばね１２とシールリング１０とを固定でき
る。

【００３０】従って，この管接続部の密封装置は，環状
溝６に皿ばね１２とシールリング１０との組立体を嵌入
して，出口管３Ａ，３Ｂと入口管５Ａ，５Ｂとをボルト
及びナットで緊締すると，皿ばね１２及びシールリング
１０は，環状溝６内で弾性的に圧縮され，皿ばね１２と
出口管３Ａ，３Ｂとの接触面，シールリング１０と入口
管５Ａ，５Ｂとの接触面，及び皿ばね１２とシールリン
グ１０との接触面は密着状態になり，良好なシール性能
を提供できる。特に，シールリング１０におけるガスケ
ット材１３の非耐熱性物質，結合材の有機質成分が高温
度（例えば，７５０℃以上の温度）で熱分解して飛散
し，ガスケット材１３の体積が低減しても，皿ばね１２
がばね力でシールリング１０を入口管５Ａ，５Ｂ側へ押
圧して接触面を密封するので，常に良好なシール面を提
供でき，シールリング１０の耐久性を向上させることが
できる。或いは，使用温度が高温度のため，管体の対向
面９，１１に歪みが発生したとしても，同様に，皿ばね
１２のばね力が該面歪みを吸収即ち補完して，シールリ
ング１０を対向面１１に押し付けることができ両者間の
シール性を良好に維持することができる。

【００３１】この管接続部の密封装置は，上記のよう
に，構成されているけれども，上記実施例に限定される
ことはなく，例えば，皿ばね１２をセラミック材料から
製作することもできる。また，皿ばね１２は，図示して
いないが，管体の環状溝６に複数枚重ね合わせて嵌入す
ることもできるのである。また，場合によっては，図７
に示すように，管体の一方だけでなく，対向する両管体
２３，２４に環状溝２５，２６を形成することも可能で
あり，これらの環状溝２５，２６に跨がってシールリン
グ１０と皿ばね１２を嵌入して密封装置を構成すること
もできる。

【００３２】

【発明の効果】この発明による管接続部の密封装置は，
以上のように，シールリングを金属薄板から製作した環
状の中空リングと該中空リング内に充愼した耐熱性物質
を含むガスケット材とから製作し，前記シールリングを
一方の管体の対向面へばね力で押し付ける皿ばねが他方
の管体に少なくとも形成した環状溝に嵌入しているの
で，前記シールリングが高温度に晒されて体積が低減し
た場合でも，前記シールリングの体積低減分を前記皿ば
ねのばね力でカバーすることができ，常に良好なシール
面を維持できる。

【００３３】また，この管接続部の密封装置は，管体の
使用温度が高温度のため，管体の対向面に歪みが発生し
たとしても，前記皿ばねのばね力でカバーすることがで
き，常に良好なシール面を維持できる。しかも，この管
接続部の密封装置は，管体の使用温度及び対向面の歪み
量に応じて，前記皿ばねの枚数，或いは材質を適正に選
定することによって，常に良好なシール性を確保するこ
とができる。更に，この管接続部の密封装置は，シール
リングと皿ばねとの組み合わせであり，構造が簡単であ
り，組み込みも容易であり，高温時でのシール性を確保
できると共に，安価な密封装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による管接続部の密封装置を組み込ん
だ排気マニホルドの一例を示す概略図である。

【図２】図１の線Ａ−Ａ側から見た側面図である。

【図３】図１の領域Ｂの部分の拡大断面図である。

【図４】この発明による管接続部の密封装置における皿
ばねの一実施例を示す平面図である。

【図５】図４の皿ばねを成形した状態を示す断面図であ
る

【図６】この発明による管接続部の密封装置における皿
ばねとシールリングとの一実施例を示す断面図である。

【図７】この発明による管接続部の密封装置の別の実施
例を示す断面図である。

【図８】従来の管接続部の密封装置の一例を示す断面図
である。

【図９】図８の管接続部の密封装置におけるフランジの
一例を示す斜視図である。

【図１０】図８の管接続部の密封装置におけるシールリ
ングの一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 排気マニホルド ３Ａ，３Ｂ 出口管（管体） ５Ａ，５Ｂ 入口管（管体） ６ 環状溝 ７，８ フランジ ９，１１ 対向面（面） １０ シールリング １２ 皿ばね １３ ガスケット材 １４ 芯板 １５ 中空リング １６ ばね本体 １７，１８ ビード部 ２０ 係止部 ２３，２４ 管体 ２５，２６ 環状溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−125908（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−110785（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 7/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する面を備え且つ互いに緊締
   される一対の管体，該管体の互いに対向する前記面に形
   成された環状溝，該環状溝に嵌入し且つ金属薄板から製
   作した環状の中空リングと該中空リング内に充填した耐
   熱性物質を含むガスケット材から構成されているシール
   リング，及び前記環状溝に嵌入され且つ前記シールリン
   グを一方の前記管体の前記面へばね力で押し付ける皿ば
   ねを有し，前記皿ばねは前記シールリングに当接して密
   封機能を有するビード部と前記管体の前記環状溝の壁面
   に当接して密封機能を有するビード部とを有しているこ
   とから成る管接続部の密封装置。
2. 【請求項２】 前記皿ばねは前記シールリングの外周面
   に係合して前記シールリングに固定できる係止部を有し
   ていることから成る請求項１に記載の管接続部の密封装
   置。
3. 【請求項３】 前記皿ばねは使用温度より高い温度で熱
   処理された金属材料から製作されていることから成る請
   求項１に記載の管接続部の密封装置。
4. 【請求項４】 前記皿ばねはセラミック材料から製作さ
   れていることから成る請求項１に記載の管接続部の密封
   装置。
5. 【請求項５】 前記皿ばねは前記管体の前記環状溝に複
   数枚重ね合わせて嵌入されていることから成る請求項１
   に記載の管接続部の密封装置。