JPH05209686A - 管接続部の密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、簡単に製造することができ、高温
で熱負荷の大きい使用条件下でも高いシール性を確保が
できる管接続部の密封装置を提供する。 【構成】 セラミック製ばねリング１２を一対の薄板状
リング１４Ａ，１４Ｂの間に挟んで環状溝６に嵌入し、
一対の管体７，８を固着手段で緊締する。この時に、薄
板状リング１４Ａ，１４Ｂのテーパ面１６，１７によっ
て平板状のセラミック製ばねリング１２は押圧されて皿
状に変形する。この皿状の状態では、セラミック製ばね
リング１２はばね作用があるので、たとえ大きな熱負荷
がかかってもセラミック製ばねリング１２とそれぞれの
薄板状リング１４Ａ，１４Ｂとの接触面は常に密着状態
になり、高いシール性を維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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、排気マニホル
ド、排気管、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。そして、これら排気マニホル
ド、排気管等の流体を流す管体を互いに接続する管接続
部にはシールリングが設けられ、管接続部における気密
保持が図られている。

【０００３】従来、このような管接続部に適用されるシ
ールリングとして、実開平２−９３７４号公報に開示さ
れたものがある。このシールリング３６は、図９に示す
ように、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、この中空環３７内に充填し
た非耐熱性物質を含むガスケット材３８とから構成され
ている。

【０００４】そして、図７及び図８に示すように、一方
の管３２のフランジ３４面を平面に形成し、他方の管３
１のフランジ３３面に環状溝３５を形成し、該環状溝３
５からシールリング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３３，３４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は気密が保持
された状態で互いに連結される。この時、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シ
ールリングがフランジ面に強く押し付けることで維持さ
れている。

【０００５】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
用状態において高温度（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、それに伴って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。

【０００６】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。

【０００７】また、特公昭６２−２１８８号公報には、
排気ターボチャージャフランジの接合に使用されるシー
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。そして、このシール
部材は、金属ジャケットの合わせ目を互いにずらすこと
によって、シールすべき媒体や空気が金属ジャケットの
間隙から侵入してくるのをかなり防止することができる
が、大きな熱負荷を受ける部位で使用するシール部材と
しては、これも完全なものとはいえず、結局、充填材が
酸化等によって変質し、シール性が低下するという問題
を完全に解決するものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、前掲実
開平２−９３７４号公報或いは前掲特公昭６２−２１８
８号公報に開示された従来のシールリングは、どちらも
高温と大きな熱負荷を受けて変質する可能性のある材料
を使用している点で根本的に問題がある。

【０００９】そこで、熱影響を受け易いガスケット材を
一切使用しないで、熱影響を受けない耐熱性材料、例え
ば、セラミックス、耐熱合金材を使用してシールリング
を作ることが考えられる。その際、耐熱性のシールリン
グをばねとしての機能を持たせて熱負荷に対応できるよ
うにする必要がある。そこで、シールリングにばねとし
ての機能を持たせるためにシールリング自体を例えば皿
ばね形状に加工することが一応考えられるが、しかし、
セラミックスのような材料を特殊形状に精度よく加工す
るには相当な困難と製造コストの増加を伴う。これに対
して、シールリングを平板状に精度よく加工することは
簡単でありコストもかからないが、平板状のシールリン
グ自体ではばね作用が生じないから熱負荷には対応でき
ない。従って、この場合には平板状のシールリングにど
のようにしてばねとしての機能を持たせるかが課題であ
る。

【００１０】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、互いに対向する対向面を備え且つ
互いに緊締される一対の管体及び該管体の互いに対向す
る前記対向面に配置したシールリングを有する管接続部
の密封装置において、シールリングをセラミックス、耐
熱合金鋼等の材料で耐熱性ばねリングに製作したとして
も、該シールリングに対して高い加工精度を必要とせず
に簡単に製造することができ、しかも高温で熱負荷の大
きい使用条件下でも高いシール性を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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、互いに対向する対向面を備え且つ互いに緊
締される一対の管体及び該管体の互いに対向する前記対
向面に配置したシールリングを有する管接続部の密封装
置において、前記シールリングを構成するフラットな耐
熱性ばねリングと、一対の前記管体の緊締状態で前記耐
熱性ばねリングの平坦面に当接して前記耐熱性ばねリン
グを皿状に変形させる一対の押圧手段とから構成したこ
とを特徴とする管接続部の密封装置に関する。

【００１２】また、この管接続部の密封装置において、
前記耐熱性ばねリングをセラミックスで製作したもので
ある。

【００１３】また、この管接続部の密封装置において、
前記押圧手段は前記管体の前記対向面に配置した薄板状
リングであり、該薄板状リングの押圧面を半径方向に傾
斜したテーパ面に形成したものである。

【００１４】また、この管接続部の密封装置において、
前記押圧手段は前記管体の前記対向面に形成した半径方
向に傾斜したテーパ面で構成したものである。

【００１５】また、この管接続部の密封装置において、
一方の前記管体の前記対向面を環状溝に形成したもので
ある。

【００１６】また、この管接続部の密封装置において、
一方の前記管体の前記対向面を環状溝に形成し、他方の
前記管体の前記対向面を前記環状溝に嵌合する環状突出
部に形成したものである。

【００１７】また、この管接続部の密封装置において、
前記耐熱性ばねリングを複数個を重ね合わせた構造に構
成したものである。

【００１８】

【作用】この発明による管接続部の密封装置は、以上の
ように構成されており、次のように作用する。即ち、管
体管に押圧されるシールリングは、フラット即ち平板状
の耐熱性ばねリングであるから、高い加工精度を必要と
せずに簡単に製作することができる。また、この平板状
の耐熱性ばねリングを管体に形成した環状溝に嵌入して
一対の管体を緊締した時に、耐熱性ばねリングに当接す
る一対の押圧部材の働きによってその平板状の耐熱性ば
ねリングは皿状ばねに変形する。そして、この皿状ばね
の状態においては耐熱性ばねリングはばねとして作用す
るので、たとえ大きな熱負荷がかかってもシール面は常
に密着状態を維持でき、高いシール性を維持することが
できる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による管接
続部の密封装置の実施例について説明する。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、及び図２は図１の線Ａ−Ａ側
から見た側面図である。

【００２０】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、それぞれ集合管である出口管３Ａ，３Ｂ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５Ａ，５Ｂにボルト・
ナット等の固着手段で緊締することでそれぞれ連結され
ている。このような構成において、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５Ａ，５Ｂを通じてターボチャージ
ャへ送り込まれる。

【００２１】この発明による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む
ことができる。排気マニホルド１の出口管３Ａ，３Ｂに
は対向面９が平らな面に形成した管体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
部には対向面１１が平らな面に形成された管体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の端部に設けた各管体７には、ターボチャージャの
入口管５Ａ，５Ｂの管体８に対向する対向面９には環状
溝６が形成されている。これらの環状溝６にはシールリ
ング１０が組み込まれている。

【００２２】図３はこの発明による管接続部の密封装置
の一実施例を示す断面図である。この管接続部の密封装
置は、フラット即ち平板状の耐熱性ばねリング１２から
製作したシールリング１０と、耐熱性ばねリング１２の
平坦面１２Ａ，１２Ｂに当接し一対の管体７，８を緊締
した時に耐熱性ばねリング１２を皿状に変形させる一対
の押圧手段である押圧部材１３とから構成されている。
押圧部材１３は、管体７，８の対向面９，１１に配置さ
れた一対の薄板状リング１４Ａ，１４Ｂで構成されてい
る。

【００２３】シールリング１０を構成する耐熱性ばねリ
ング１２は、セラミックス、耐熱合金鋼等の耐熱性材料
で製作できるが、特に耐熱性セラミックスが好適であ
る。セラミック製ばねリング１２は荷重が加わっていな
い通常状態ではフラット即ち平板状であるが、荷重を加
えると、皿状に変形してばねとして作用する。セラミッ
ク製ばねリング１２の板厚は、例えば、０．１〜１．０
ｍｍである。この実施例では、セラミック製ばねリング
１２を二枚重ねて使用しているが、ばねとして必要な力
を得るために、複数重ね合わせて使用することができ、
その場合にはばねリングの板厚を変化させてもよいもの
である。

【００２４】押圧部材１３である薄板状リング１４Ａ，
１４Ｂは、加工性が容易である安価な金属材料を使用し
て製作することができる。例えば、薄板状リング１４
Ａ，１４Ｂの材料としては、アルミニウム、ＳＵＳ材、
普通鋼が好適である。薄板状リング１４Ａ，１４Ｂは、
シールリング１０を間に挟んで各管体７，８上に配置さ
れている。薄板状リング１４Ａ，１４Ｂは、半径方向に
傾斜したテーパ面１６，１７を有し、楔状の断面形状を
有しており、半径方向の外径部と内径部とで厚さが異な
っているものであり、押圧面を半径方向に傾斜したテー
パ面１６，１７に形成されている。厚い部分と薄い部分
の厚さの差は、例えば、０．３〜１．０ｍｍである。外
径部と内径部とではどちらを厚くしてもよいが、薄板状
リング１４Ａについて外径部を内径部よりも厚くした場
合には、薄板状リング１４Ｂは外径部よりも内径部を厚
くする。或いは、薄板状リング１４Ａについて内径部を
外径部よりも厚くした逆の場合には、薄板状リング１４
Ｂは内径部よりも外径部を厚くする。この実施例では、
薄板状リング１４Ａは内径部が薄く且つ外径部が厚く形
成されており、薄板状リング１４Ｂは内径部が厚く且つ
外径部が薄く形成されている。

【００２５】この管接続部の密封装置を図１に示した排
気マニホルドに適用する場合に、例えば、セラミック製
ばねリング１２及び薄板状リング１４Ａ，１４Ｂの外径
は６０ｍｍで且つ内径が５０ｍｍであり、薄板状リング
１４Ａ，１４Ｂの厚い部分と薄い部分の厚さの差が０．
５ｍｍであり、また、セラミック製ばねリング１２の厚
さが０．２５ｍｍである。

【００２６】この管接続部の密封装置は、セラミック製
ばねリング１２と押圧部材１３としての二枚の薄板状リ
ング１４Ａ，１４Ｂから構成しており、セラミック製ば
ねリング１２を二枚の薄板状リング１４Ａ，１４Ｂで挟
んで環状溝６に嵌入し、管体７の対向面１１と管体８の
対向面１１とをボルト・ナット等の固着手段で緊締する
ことによって、管接続部に組み付けられる。その際、セ
ラミック製ばねリング１２は、二枚の薄板状リング１４
Ａ，１４Ｂの厚い部分で押圧されて皿状に変形されてば
ね力が発生し、管体７と薄板状リング１４Ａとの接触
面、管体８と薄板状リング１４Ｂとの接触面、セラミッ
ク製ばねリング１２の平坦面１２Ａ，１２Ｂと薄板状リ
ング１４Ａ，１４Ｂとのテーパ面１６，１７は密着状態
になり、たとえ管体７，８の対向する対向面９，１１に
歪みが生じても、発生するばね力によって良好なシール
面を維持することができる。しかも、管体７，８の使用
温度及び対向する対向面９，１１の歪み量によって、薄
板状リング１４Ａ，１４Ｂの内径部と外径部の厚さの
差、ばねとしての機能をもつセラミック製ばねリング１
２の枚数或いは材質などを適切に選択することによって
常に良好なシール性能を確保することができる。

【００２７】図４は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４では、図３に示
す部品と同一の構成及び作用を有する部品には同一の符
号を付している。この管接続部の密封装置は、シールリ
ング１０を耐熱性ばねリングとしてのセラミック製ばね
リング１２で製作し、押圧手段として管体７，８の対向
面９，１１に形成した半径方向に傾斜したテーパ面１
６，１７で構成されている。この実施例については、押
圧手段は、一方の管体７の対向面９に形成した環状溝６
内の半径方向に傾斜したテーパ面１６と、該環状溝６に
嵌合する環状突出部１５に形成した半径方向に傾斜した
テーパ面１７とから構成されている。即ち、環状溝６は
底面が半径方向に傾斜したテーパ面１６に形成され、図
では内径部が深く、外径部が浅く形成されている。これ
に対して、環状突出部１５は、管体８の対向面１１から
環状溝６に向けて対応して傾斜したテーパ面１７で突出
するように、管体８の対向面１１に一体に形成されてい
る。環状突出部１５は、図では内径部の高さを高くし、
外径部の高さを低く形成している。環状突出部１５は管
体８の対向面１１に例えば機械加工で形成されている。
セラミック製ばねリング１２の一方の平坦面１２Ａの外
径部に環状溝６のテーパ面１６が当接し、セラミック製
ばねリング１２の他方の平坦面１２Ｂの内径部に環状突
出部１５の頂面即ちテーパ面１７が当接している。勿
論、テーパ面１６，１７の傾斜方向は、半径方向に逆方
向に傾斜してもよいものである。

【００２８】この実施例の管接続部の密封装置は、セラ
ミック製ばねリング１２を環状溝６に嵌入し、管体８の
対向面１１と管体７の対向面９とをボルト・ナット等の
固着手段で緊締することによって、管接続部に組み付け
られる。その際、セラミック製ばねリング１２は、環状
溝６の浅い部分と環状突出部１５の高い部分で押圧され
て傾斜したテーパ面で皿状に変形し、ばね力が発生す
る。セラミック製ばねリング１２と環状溝６のテーパ面
１６との接触面、及びセラミック製ばねリング１２と環
状突出部１５のテーパ面１７との接触面は密着状態にな
り、良好なシール性能を確保することができる。

【００２９】上記実施例では、押圧手段として、管体７
の環状溝６に形成したテーパ面１６と管体８の環状突出
部１５に形成したテーパ面１７とで構成しているが、図
５に示すように、管体７側の押圧手段を環状溝６に薄板
状リング１４Ａを配置してテーパ面１６を形成し、管体
８側の押圧手段を管体８の環状突出部１５に形成したテ
ーパ面１７で構成してもよいことは勿論である。

【００３０】或いは、図６に示すように、管体７側の押
圧手段を環状溝６に形成したテーパ面１６で構成し、管
体８側の押圧手段を管体８の対向面１１に配置した薄板
状リング１４Ｂに形成したテーパ面１７で構成してもよ
いことは勿論である。

【００３１】更に、環状突出部１５を管体８の対向面１
１に切削加工によって一体に形成しているが、鋳造や鍛
造で管体８と一体に形成してもよい。また、環状突出部
１５は図３で示したような外径部と内径部で厚さの異な
る薄板状リング１４Ｂを管体８の対向面１１に溶接して
形成してもよい。

【００３２】セラミック製ばねリング１２の材料とし
て、セラミックスを使用する例を示したが、その他に耐
熱合金鋼、工具鋼（ＳＫＤ、ＳＫＨ）、ステンレス鋼
（ＳＵＳ６３０）、インコネル（商品名）、ハイニッケ
ル鋼、チタン、ヘロンズアロイ（ＨＡ２１４、商品名）
などの耐熱性金属材を用いてもよい。

【００３３】

【発明の効果】この発明による管接続部の密封装置は、
以上のように構成されているので、次のような効果を有
する。即ち、セラミックス、耐熱性金属材等の耐熱性材
料は加工性が悪いが、この発明の耐熱性ばねリングはフ
ラット即ち平板状のリングに加工するだけであるから簡
単に高精度に加工することができる。一方、シールリン
グを皿状に変形させるための押圧手段は、加工性に優れ
た低価格の金属材料を使用することができるので、簡単
に特殊形状に加工することが可能である。従って、この
管接続部の密封装置は、低コストで容易に製作すること
ができる。

【００３４】また、この平板状の耐熱性ばねリングを管
体に形成した環状溝に嵌入して一対の管体を緊締した時
に、一対の押圧手段の働きによって、その平板状の耐熱
性ばねリングは皿状に変形する。そして、この皿状の状
態においては耐熱性ばねリングはばね作用があるので、
たとえ大きな熱負荷がかかってもシール面が常に密着状
態を維持でき、高いシール性を確保することができる。

【００３５】さらに、この管接続部の密封装置は耐熱金
属製ばねリングと押圧部材だけから構成されていて、熱
影響を受けやすいガスケット材を一切使用していないの
で、大きな熱負荷を受けても従来のように体積の減少や
変質の問題が生じることはなく、シール性が低下するこ
ともない。

【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り、この
発明による管接続部の密封装置の一実施例を示す断面図
である。

【図４】図１の領域Ｂの部分の拡大断面図であり、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５】図１の領域Ｂの部分の拡大断面図であり、この
発明による管接続部の密封装置の更に別の実施例を示す
断面図である。

【図６】図１の領域Ｂの部分の拡大断面図であり、この
発明による管接続部の密封装置の他の実施例を示す断面
図である。

【図７】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８】図７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９】図７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】

６ 環状溝 ７ 管体 ８ 管体 ９，１１ 対向面 １０ シールリング １２ 耐熱性ばねリング（セラミック製ばねリング） １３ 押圧部材（押圧手段） １４Ａ，１４Ｂ 薄板状リング １５ 環状突出部 １６，１７ テーパ面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する対向面を備え且つ互いに
   緊締される一対の管体及び該管体の互いに対向する前記
   対向面に配置したシールリングを有する管接続部の密封
   装置において、前記シールリングを構成するフラットな
   耐熱性ばねリングと、一対の前記管体の緊締状態で前記
   耐熱性ばねリングの平坦面に当接して前記耐熱性ばねリ
   ングを皿状に変形させる一対の押圧手段とから構成した
   ことを特徴とする管接続部の密封装置。
2. 【請求項２】 前記耐熱性ばねリングをセラミックスで
   製作したことを特徴とする請求項１に記載の管接続部の
   密封装置。
3. 【請求項３】 前記押圧手段は前記管体の前記対向面に
   配置した薄板状リングであり、該薄板状リングの押圧面
   を半径方向に傾斜したテーパ面に形成したことを特徴と
   する請求項１に記載の管接続部の密封装置。
4. 【請求項４】 前記押圧手段は前記管体の前記対向面に
   形成した半径方向に傾斜したテーパ面であることを特徴
   とする請求項１に記載の管接続部の密封装置。
5. 【請求項５】 一方の前記管体の前記対向面を環状溝に
   形成したことを特徴とする請求項１に記載の管接続部の
   密封装置。
6. 【請求項６】 一方の前記管体の前記対向面を環状溝に
   形成し、他方の前記管体の前記対向面を前記環状溝に嵌
   合する環状突出部に形成したことを特徴とする請求項１
   に記載の管接続部の密封装置。
7. 【請求項７】 前記耐熱性ばねリングを複数個を重ね合
   わせた構造に構成したことを特徴とする請求項１に記載
   の管接続部の密封装置。