JP4276855B2 - 管体のシール構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接続された部材間のシール性を確保するシール構造、特に、管体に一体的に形成されるシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、以下の特許文献１に示すように、管体のシール構造は知られている。この従来の管体のシール構造においては、管体の端末部分に相手部材（例えば、弁体など）のシール面と一致する形状のシール面が形成されている。また、シール面には、よりシール性を高めるために、相手部材の硬度よりも高い硬度とされた環状の凸部が形成されている。そして、管体が相手部材に締結されると、環状の凸部が相手部材のシール面を塑性変形し、環状の凸部と塑性変形面とが噛み合ってシール性を高めるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２８１５２３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の管体のシール構造においては、例えば、点検や故障などにより管体を相手部材から脱着する場合には、相手部材に前回の塑性変形による圧痕が残っているため、この圧痕と環状の凸部とが一致して噛み合わなければ、必要なシール性を確保することができない可能性がある。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、再脱着を繰り返しても、シール性を確保することができる管体のシール構造を提供することにある。
【０００６】
本発明の特徴は、管体とこれが組み付けられる相手部材とを締結手段を用いて連結することにより、前記管体の端部に形成したシール部が前記相手部材のシール面に密着して、シール性が確保されるシール構造において、前記締結手段による締結量に応じて弾性変形し、前記管体のシール部を前記相手部材のシール面に弾撥的に付勢する付勢部を前記管体に一体的に形成し、前記付勢部の弾性変形により前記シール部と前記相手部材のシール面との接触面積を変化させて前記シール部の単位面積当たりの押付力を変化させることにある。
【０００７】
これによれば、管体のシール部が付勢部によって、相手部材のシール面に対して所定の押付力で押し付けられる。このため、押付力を適度に設定することにより、相手部材のシール面を塑性変形することなく、必要なシール性を確保することができて、例えば、管体の交換において、相手部材の交換を必要としない。したがって、交換費用を低減することができるとともに、交換作業に要する時間も低減することができる。また、締結手段によって管体と相手部材との締結量に応じた弾性変形量を調整でき、付勢部の弾性変形によりシール部と相手部材のシール面との接触面積を変化させてシール部の単位面積当たりの押付力（面圧）を変化させることができて、良好なシール性を確保することができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、前記締結手段による締結量を規定する規定手段を形成したことにある。
【０００９】
これによれば、管体と相手部材とが締結手段によって連結されたとき、弾性変形した付勢部は、締結手段に形成された段部内部に収容される。このため、組み付け誤差が生じ難く、付勢部の弾性変形量が所定値に設定される。これにより、容易に組み付け作業ができて、組み付け性が向上する。また、付勢部は、締結手段の締結動作によって、永久変形（塑性変形）されることがない。したがって、例えば、管体の点検において、締結された管体を相手部材から一旦取り外し、再度組み付ける場合であっても、付勢部が弾撥的にシール部を相手部材のシール面に押し付けることができて、必要なシール性を確実に確保することができる。また、管体を交換する必要がないため、管体の交換に必要な費用を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、管体１０と、締結手段としてのフランジプレート２０、フランジボルト２４およびフランジナット２５と、相手部材としてのエンジン側フランジＥＦとから構成された本発明のシール構造の断面を概略的に示している。
【００１３】
管体１０は、種々の曲げ形状に曲げ加工されて、流体（例えば、ＥＧＲ（再循環）ガス）を、車両に搭載されたエンジンまで導通する管本体部１１を有している。また、管本体部１１の端部には、図２に詳細に示すように、フランジ部１２、付勢部１３およびシール部１４がそれぞれ形成されている。
【００１４】
フランジ部１２は、管本体部１１の外周面から起立して半径方向外方にて延伸しており、所定の半径を有して管本体部１１と同軸的に形成されている。付勢部１３は、フランジ部１２の外周端部を基端として、管本体部１１の軸線方向前方すなわち図２において左方向に所定量突出していて、管本体部１１と同軸的に形成されている。この付勢部１３は、予め定められた変形応力の範囲内において弾性変形するように、板厚や半径が適宜設定されて、所定の弾性係数となるように形成されている。
【００１５】
シール部１４は、付勢部１３の外周端部を基端として、管本体部１１の軸線に対して略垂直に起立していて、管本体部１１と同軸的に形成されている。したがって、形成されたフランジ部１２、付勢部１３およびシール部１４は、図２に示すように、これらの各断面が略Ｓの字状となるように、それぞれ一体的に連結されて構成されている。
【００１６】
フランジプレート２０は、図２および図３に示すように、管本体部１１の外周部に組み付けられている。このため、フランジプレート２０には、管本体部１１の外周部半径に比してわずかに大きな内径とされた貫通穴２１が形成されていて、フランジプレート２０は管本体部１１の外周面に対して、軸線方向に変位可能とされている。また、フランジプレート２０は、管本体部１１の端部に形成されたフランジ部１２、付勢部１３およびシール部１４を収容可能な収容段部２２が形成されている。
【００１７】
収容段部２２は、その底面２２ａにてフランジ部１２と当接するとともに、管体１０がエンジンに組み付けられた際の付勢部１３の弾性変形に伴って移動した付勢部１３およびシール部１４を収容するように、所定深さおよび所定半径に形成されている。さらに、フランジプレート２０には、管体１０をエンジン側フランジＥＦに固定するためのフランジボルト２４を貫通する貫通穴２３が形成されている。これにより、貫通穴２３に貫通されたフランジボルト２４とフランジナット２５とによって、管体１０およびフランジプレート２０は、エンジン側フランジＥＦに連結される。
【００１８】
以上のように構成された管体１０がエンジンに組み付けられる際のシール機構の作動について、以下に詳細に説明する。管体１０の組み付け作業において、作業者は、まず、図４に示すように、エンジン側フランジＥＦに対向する所定位置に、管体１０およびフランジプレート２０を保持し、フランジボルト２４をフランジプレート２０の貫通穴２３およびエンジン側フランジＥＦに形成されている貫通穴に挿通する。そして、図５に示すように、挿通されたフランジボルト２４に対してフランジナット２５を仮止めする。このとき、管体１０のフランジ部１２のフランジプレート２０に対向する面（以下、背面という）と、フランジプレート２０の収容段部２２の底面２２ａとは当接した状態とされている。また、管体１０のシール部１４のエンジン側フランジＥＦに対向する面（以下、前面という）と、エンジン側フランジＥＦとは全面接触した状態とされている。
【００１９】
この状態から、作業者は、工具（例えば、スパナなど）を利用して、フランジボルト２４またはフランジナット２５を締め付ける。この作業者の締め付け動作に伴って、フランジプレート２０は、エンジン側フランジＥＦ方向に、管体１０に対して相対的に変位し始める。そして、このフランジプレート２０の相対変位によって、収容段部２２の底面２２ａは、フランジ部１２の背面にエンジン側フランジＥＦ方向への押付力を伝達し始め、管体１０全体がエンジン側フランジＥＦへ変位し始める。なお、このように管体１０の変位開始直後の状態においては、シール部１４の前面とエンジン側フランジＥＦとは未だ面接触した状態である。
【００２０】
さらに、作業者がフランジボルト２４またはフランジナット２５を締め付けると、図１に示すように、最終的にフランジプレート２０とエンジン側フランジＥＦとが当接し、管体１０はエンジン側フランジＥＦに組み付けられる。この状態においては、シール部１４の前面とエンジン側フランジＥＦとは、付勢部１３が弾性変形して、付勢部１３とシール部１４との連結部分すなわち円環Ｅ１における接触となる。これについて、以下に詳細に説明する。
【００２１】
フランジプレート２０とエンジン側フランジＥＦとが当接した状態とされると、所定の締結量が付与されて、管体１０全体が所定位置まで変位する。このとき、フランジ部１２は、締結量に基づいてフランジプレート２０の底面２２ａから作用される押付力を、付勢部１３を介して、シール部１４に伝達する。しかしながら、フランジプレート２０の底面２２ａが押付力を作用する面すなわちフランジ部１２の背面と、伝達された押付力を支持する面すなわちシール部１４の前面とは、付勢部１３を介して、半径方向外方にずれている。このため、付勢部１３が弾性変形することにより、図１に示すように、付勢部１３およびシール部１４は、点Ｐを中心として図１の時計回り方向に回動する。なお、点Ｐは、説明上点として説明したが、点Ｐは、フランジ部１２と付勢部１３が連結された円周上に存在する任意の一点である。
【００２２】
また、付勢部１３およびシール部１４の回動動作において、シール部１４の背面（フランジプレート２０に対向する面）には、外力が作用しないため、付勢部１３とシール部１４との間にて、相対的に変形することがない。このため、付勢部１３とシール部１４とは、それぞれ成形時の形状を保ったまま回動されて、収容段部２２内に収容される。したがって、付勢部１３およびシール部１４の回動動作によって、シール部１４とエンジン側フランジＥＦとの接触が、全面接触からＥ１部における接触へと変更される。
【００２３】
このように、シール部１４とエンジン側フランジＥＦとの接触がＥ１部における接触となることにより、シール性がより確保しやすくなる。これについて説明すると、全面接触からＥ１部の接触とすることにより、シール部１４とエンジン側フランジＥＦとの接触面積をより小さくすることができる。ところで、同一押付力においては、接触面積が変化すると、単位面積あたりの押付力（面圧）も変化する。すなわち、接触面積が小さくなれば面圧は大きくなり、接触面積が大きくなれば面圧は小さくなる。面圧が大きくすることにより、シール部１４とエンジン側フランジＥＦとの間の隙間をより小さくすることができるため、シール性は、面圧が大きいほど良好にシール性を確保することができるようになる。
【００２４】
以上の説明からも理解することができるように、シール部１４が付勢部１３を介して形成されているため、フランジプレート２０の締結量に応じて付勢部１３が弾性変形し、点Ｐを中心として回動する。このため、付勢部１３の弾性係数を適宜設定することにより、エンジン側フランジＥＦを塑性変形することを防止することができる。すなわち、伝達される押付力が大きければ、付勢部１３の弾性変形量が大きくなって回動する量が大きくなり、伝達される押付力が小さければ、付勢部１３の弾性変形量が小さくなって回動する量が小さくなる。これにより、付勢部１３の弾性係数を適宜設定することにより、シール部１４がエンジン側フランジＥＦに押し付けられる押付力を、エンジン側フランジＥＦが塑性変形しない範囲で、任意に設定することができる。したがって、エンジン側フランジＥＦが塑性変形することを防止することができる。
【００２５】
これにより、例えば、管体１０を部品交換する場合において、エンジン側フランジＥＦも同時に交換する必要がないため、部品交換費用を低く抑えることができるとともに、部品交換に要する作業時間を短縮することもできる。また、管体１０の着脱を繰り返しても、付勢部１３が機能して、必要なシール性を確実に確保することができる。さらに、エンジン側フランジＥＦの塑性変形を防止することができるため、部品交換などにより、新しい管体１０を組み付ける場合であっても、必要なシール性を確実に発揮することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態においては、シール部１４とエンジン側フランジＥＦとの接触がＥ１部における接触となるように実施したが、要求されるシール性に応じては、シール部１４とエンジン側フランジＥＦとの接触を全面接触として実施することが可能であることはいうまでもない。
【００２７】
すなわち、シール部１４は、付勢部１３の弾性変形に基づく適度な面圧を確保しつつ、エンジン側フランジＥＦすなわち所定の部材に対して全面接触とされた状態にて、要求されるシール性を発揮することが可能である。この場合においても、上記実施形態と同様に、管体１０が組み付けられるエンジン側フランジＥＦのシール面がシール部１４によって塑性変形されることはない。したがって、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、上記実施形態においては、シール構造としてフランジ部１２の外周端部に付勢部１３を形成し、付勢部１３の外周端部にシール部１４を形成して実施した。しかしながら、上記実施形態のシール構造を、図６に示すように、フランジ部１２に弾性変形部およびシール部の機能を有する環状の凸部１５を形成するように変形して実施してもよい。以下、この変形例について詳細に説明するが、上記実施形態と同一部分については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
凸部１５は、図７に示すように、断面が略円弧状に形成されており、先端部分１５ａが上記実施形態のシール部１４と同様に機能し、基端部分１５ｂが上記実施形態の付勢部１３と同様に機能する。また、フランジプレート２０は、上記実施形態の収容段部２２が省略されて形成されている。そして、この変形例においても、上記実施形態と同様に、管体１０は、エンジン側フランジＥＦにフランジプレート２０、フランジボルト２４およびフランジナット２５を介して、仮止めされる。この状態においては、エンジン側フランジＥＦに対して、凸部１５の先端部分１５ａが接触した状態とされている。
【００３０】
そして、フランジボルト２４またはフランジナット２５が規定された締付力となるように調整されて締め付けられると、フランジプレート２０は、フランジボルト２４およびフランジナット２５の締結力に基づく押付力を、フランジ部１２の背面に伝達する。この伝達された押付力により、凸部１５は、エンジン側フランジＥＦに強固に密着される。このように、凸部１５が強固に密着されると、図６に示すように、基端部分１５ｂが弾性変形し、凸部１５の開口側（フランジプレート２０に対向する側）が、フランジ部１２の半径方向外方に広がる。このように、基端部分１５ｂが弾性変形することにより、先端部分１５ａの面圧を調整することができるとともに、エンジン側フランジＥＦが塑性変形することが防止される。
【００３１】
したがって、例えば、管体１０を部品交換する場合において、エンジン側フランジＥＦも同時に交換する必要がないため、部品交換費用を低く抑えることができ、部品交換に要する作業時間を短縮することもできる。また、管体１０の着脱を繰り返しても、基端部分１５ｂが機能して、必要なシール性を確実に確保することができる。さらに、エンジン側フランジＥＦの塑性変形を防止することができるため、部品交換などにより、新しい管体１０を組み付ける場合であっても、必要なシール性を確実に発揮することができる。
【００３２】
さらに、上記実施形態および変形例においては、付勢手段としての付勢部１３および基端部分１５ｂが弾性変形するように実施したが、これら各部１３，１５ｂが永久変形（塑性変形）するように実施してもよい。この場合においては、管体１０の着脱性は、上記実施形態および変形例に比して劣るが、シール部１４または先端部分１５ａをエンジン側フランジＥＦに押し付ける押付力を一定とすることはできる。このため、例えば、管体１０を部品交換する場合において、エンジン側フランジＥＦも同時に交換する必要がないため、部品交換費用を低く抑えることができるとともに、部品交換に要する作業時間を短縮することもできる。また、エンジン側フランジＥＦの塑性変形を防止することができるため、部品交換などにより、新しい管体１０を組み付ける場合であっても、必要なシール性を確実に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るシール構造を概略的に示した断面図である。
【図２】 図１のシール構造の締結が解除された状態を概略的に示した断面図である。
【図３】 図１のシール構造を構成する管体およびフランジプレートが組み付けられた状態を示す斜視図である。
【図４】 本発明のシール構造の作動を説明する断面図であって、組み付け位置に保持された状態を示す断面図である。
【図５】 本発明のシール構造の作動を説明する断面図であって、仮止めされた状態を示す断面図である。
【図６】 本発明の変形例に係るシール構造を概略的に示した断面図である。
【図７】 図６のシール構造の締結が解除された状態を概略的に示した断面図である。
【符号の説明】
１０…管体、１１…管本体部、１２…フランジ部、１３…付勢部、１４…シール部、１５…凸部、１５ａ…先端部分、１５ｂ…基端部分、２０…フランジプレート、２１…貫通孔、２２…収容段部、２２ａ…底面、２３…貫通孔、２４…フランジボルト、２５…フランジナット、ＥＦ…エンジン側フランジ

Claims (2)

1. 管体とこれが組み付けられる相手部材とを締結手段を用いて連結することにより、前記管体の端部に形成したシール部が前記相手部材のシール面に密着して、シール性が確保されるシール構造において、前記締結手段による調整可能な締結量に応じて弾性変形し、前記管体のシール部を前記相手部材のシール面に弾撥的に付勢する付勢部を前記管体に一体的に形成し、前記付勢部の弾性変形により前記シール部と前記相手部材のシール面との接触面積を変化させて前記シール部の単位面積当たりの押付力を変化させることを特徴とする管体のシール構造。
2. 請求項１に記載した管体のシール構造において、前記締結手段による締結量を規定する規定手段を形成したことを特徴とする管体のシール構造。

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