JPH074236A - 自動車排気管系のフランジ継手構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動による悪影響を受けることなく、低締付
面圧で良好なシール機能を発揮しうる自動車排気管にお
けるフランジ継手構造を提供する。 【構成】 対向する管端フランジ６，７のフランジシー
ル面６ａ，７ａが平行な半球面形状をなしている。両フ
ランジ６，７間は、スプリング１０を介してボルト１１
により締結されている。シール面６ａ，７ａ間に介装さ
れた渦巻形ガスケット１が、平帯板状の金属製フープ２
とテープ状のフィラー３とを、ガスケット端面１ａ，１
ｂをフランジシール面６ａ，７ａに対応する半球面形状
とすべく軸線方向に変形可能な状態に、渦巻状に重合一
体化してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対向する管端フランジ
間に渦巻形ガスケットを挟圧させてなる自動車排気管系
のフランジ継手構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のフランジ継手構造にあ
っては、図３に示す如く、一般に、対向する管端フラン
ジ２６，２７のガスケット挟圧面たるフランジシール面
２６ａ，２７ａが平行な平面形状をなしている。また、
フランジシール面２６ａ，２７ａ間に装填される渦巻形
ガスケット２１として、断面Ｖ字状，Ｗ字状に屈曲する
金属フープ２２と膨張黒鉛テープ等の無機質フィラー２
３とを渦巻状に重合一体化してなるものが使用されてい
る。而して、かかるフランジ継手構造（以下「従来構
造」という）によれば、フランジシール面２６ａ，２７
ａ間に渦巻形ガスケット２１を装填させた上（図３
（Ａ）参照）、フランジ２６，２７間を締め付けて、フ
ランジシール面２６ａ，２７ａで渦巻形ガスケット２１
を挟圧させることにより、フランジ２６，２７をシール
状態に連結しうるのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来構造にあ
っては、低締付面圧でのシール性を確保することが極め
て困難である。すなわち、従来構造に使用される渦巻形
ガスケット２１（以下「従来ガスケット」という）は、
フープ２２，フィラー２３の重合環状層が相互に波形を
なして係合しているため、フランジ２６，２７間を締め
付けた場合、フープ２２が軸線方向に圧縮変形されるに
も拘わらず、フィラー２３の屈曲部分への流動が円滑に
行われないことから、図３（Ｂ）に示す如く、フープ２
２とフィラー２３との間に隙間２４を生じ、所謂洩れ道
が発生し易い。

【０００４】また、ＦＦ（Front engine Front drive）
車では、ＦＲ（Front engine Reardrive ）車に比し
て、一般に排気管の振動は大きくなるため、近時のＦＦ
化傾向に伴い、排気管におけるフランジ継手構造につい
ても充分な振動対策を講じておく必要があるが、従来構
造ではかかる要請を満足し難い。

【０００５】すなわち、従来構造にあっては、フランジ
シール面２６ａ，２７ａが平行な平面形状をなしている
ため、フランジ２６，２７に振動が作用した場合、従来
ガスケット２１とシール面２６ａ，２７ａとの間に相対
運動が生じ易い。その結果、フィラー２３が磨耗して、
シール性能が低下することになり、耐久性に問題があ
る。また、振動によりシール面２６ａ，２７ａ間の平行
度が損なわれた場合、従来ガスケット２１では軸線方向
に変形し難いため、かかる平行度の変化に追随できず、
シール面２６ａ，２７ａとガスケット１との接触が不充
分になり、シール性能が低下する。さらには、フランジ
２６，２７が締結ボルトにより相対運動不能に締結され
ているため、振動によりフランジ締結部に過大な負荷が
作用し、破損する虞れもある。

【０００６】本発明は、このような問題を解決し、振動
による悪影響を受けることなく、低締付面圧で良好なシ
ール機能を発揮しうる自動車排気管におけるフランジ継
手構造を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の自動車排気管系
のフランジ継手構造にあっては、上記の目的を達成すべ
く、特に、両フランジのガスケット挟圧面たるフランジ
シール面が平行な半球面形状をなしており、渦巻形ガス
ケットが、平帯板状の金属製フープとテープ状のフィラ
ーとを、ガスケット端面をフランジシール面に対応する
半球面形状とすべく軸線方向に変形可能な状態に、渦巻
状に重合一体化してなるものであり、両フランジ間をス
プリングを介して締結しておくことを提案するものであ
る。

【０００８】

【作用】フープ及びフィラーが何れも軸線方向に真直な
平板形状であるから、軸線方向の外力を作用させると、
両者間に滑りを生じて軸線方向に変形し、ガスケット端
面たるシール面接触面を任意の半球面形状となし得る。
したがって、ガスケットをフランジシール間に装填して
挟圧させると、シール面接触面が半球面形状のフランジ
シール面に馴染，変形して、フランジシール面に適正に
接触させることができる。このとき、フープ及びフィラ
ーには従来ガスケットのような屈曲部がないから、軸線
方向の変形に際して、フィラーの流動が円滑に行われ、
フープとフィラーとの間に隙間が生じたりすることがな
い。しかも、軸線方向の変形に伴ってフープが縮径変形
される、つまりフィラーを径方向に圧縮させるように縮
径変形されることから、フープとフィラーとの密着度、
延いてはガスケット密度が高くなる。また、フランジシ
ール面が中心方向への傾斜する半球面形状をなすことか
ら、ガスケットを締め付けることにより、ガスケット端
にはこれを中心方向に圧縮させる分力が作用して、フー
プが中心方向に倒れ込むことになる。その結果、フィラ
ーが更に圧縮されて、フープ，フィラー間の密着度ない
しガスケット密度が大幅に高くなる。

【０００９】したがって、フランジシール面間のシール
を、低締付面圧によって良好に行うことができる。

【００１０】また、両フランジ間がスプリングを介して
締結されていることから、振動が作用した場合にも、こ
れをスプリングの作用により吸収緩和して、フランジ締
結部分に過大な負荷が作用することがない。しかも、こ
のような振動吸収作用に伴って、両フランジシール面の
平行度が変動した場合にも、ガスケットが上記した如く
軸線方向に変形し易いものであることから、かかるシー
ル面間の平行度の変化にも容易に追随して、シール面と
の接触を適正に維持し、シール性能が低下する虞れがな
い。また、フランジの振動によりフィラー材が摩耗しよ
うとしても、金属フープが障壁となり、その摩耗を防止
するため、ガスケットの耐久性が向上する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の構成を図１及び図２に示す実
施例に基づいて具体的に説明する。

【００１２】この実施例の自動車排気管系のフランジ継
手構造は、図１に示す如く、自動車排気管４，５の端部
に溶着８，９した板金製の環状フランジ６，７を、その
間に渦巻形ガスケット１を介在させた状態で、コイルス
プリング１０を嵌挿せる締結ボルト１１…により締結さ
せてなる。

【００１３】上流側フランジ６は、管軸線に直交する外
周部分６ｂと該部分６ｂから半球状に膨出する内周部分
６ｃとを備えた環状板体にプレス成形されたもので、内
周部分６ｃの内周縁部を上流側排気管４の端部に溶着８
されている。外周部分６ｂには、周方向に等間隔を隔て
て複数のネジ孔６ｄ…が形成されている。また、下流側
フランジ７は、管軸線に直交する外周部分７ｂと該部分
７ｂから半球状に陥没する内周部分７ｃとを備えた環状
板体にプレス成形されたもので、内周部分７ｃの内周縁
部を下流側排気管５の端部に溶着９されている。外周部
分７ｂには、前記各ネジ孔６ｄに対応する複数のボルト
挿通孔７ｄ…が形成されている。なお、各フランジ６，
７の外周縁には、補強用の環状鍔部６ｅ，７ｅが形成さ
れている。

【００１４】両フランジ６，７は、図１に示す如く、内
周部分６ｃ，７ｃの対向面である半球形状のシール面６
ａ，７ａ間に渦巻形ガスケット１を介在させた状態で、
円錐状のコイルスプリング１０を嵌挿させた各ボルト１
１をボルト挿通孔７ｄからネジ孔６ｄに螺着させること
により、所定範囲で相対運動可能に締結されている。な
お、両シール面６ａ，７ａは、常態においては、平行な
半球面形状をなす。

【００１５】渦巻形ガスケット１は、図２に示す如く、
平帯板状の金属フープ２とテープ状のフィラー３とを渦
巻状に重合一体化させてなり、軸線方向の外力を作用さ
せることにより、両者２，３間に滑りを生じて、軸線方
向にテレスコープ状に変形し、ガスケット端面たるシー
ル面接触面１ａ，１ｂをシール面６ａ，７ａに対応する
半球面形状に変化させうるように構成されている。

【００１６】フープ２はステンレス鋼等の金属薄板材で
構成されている。フープ２はフィラー３より長尺とされ
ていて、巻き始め部分２ａ及び巻き終わり部分２ｂを、
図２に示す如く、複数回巻いた上で複数箇所においてス
ポット溶接させてある。なお、フープ端部分２ａ，２ｂ
の巻き数は、主として、締付面圧との関係においてガス
ケット１の軸線方向における剛性が充分に得られるこ
と、及び後述する如く軸線方向に変形させたときにおい
てフィラー３を圧縮させるべく縮径変形できることを条
件として、適宜に設定される。

【００１７】フィラー３は、無機質紙、膨張黒鉛粒子を
集合形成した膨張黒鉛シート、延伸により多孔質化させ
た多孔質四弗化エチレン樹脂シート、マイカシートから
選択した一種又は複数種のシート材で構成されている。
特に、上記無機質紙としては、３６．５重量％以上の繊
維状物（セラミック繊維５〜２０重量％、セピオライト
（約０．２μｍの繊維径を有するα型のものが好まし
い）１３．５〜２５重量％、パルプ等の有機繊維麻１〜
１０重量％）と、５９重量％以下（より好ましくは４
５．５〜５９重量％）のタルク鉱物，炭酸カルシウム，
クレー，硫酸バリウム等の無機粉体と、１〜１０重量％
の天然ゴムラテックス，合成ゴムラテックス，樹脂エマ
ルジョン等のバインダーとから構成したものが好適す
る。

【００１８】このフィラー３の幅ａはフープ２の幅ｂよ
り若干広く設定されており、フランジシール面形状に応
じてテレスコープ状に変形させたときにもシール面接触
面１ａ，１ｂにフープ２が露出しないように配慮されて
いる（図２参照）。ところで、フィラー３がフープ２か
らの突出量（ケバ出し量）が過小であると、フープ２が
フランジシール面に接触して、フープ接触部分が洩れ道
を形成する虞れがあり、逆に、フィラー３の突出量が過
大であると、フィラー３のケバ出し部分が被密封流体圧
力や高温振動等により脱落する虞れがあり、何れにして
も良好なシール機能を期待できない。したがって、両者
ａ，ｂの寸法は、このような点を考慮して決定する必要
があり、一般には、１＜ａ／ｂ≦１．５の範囲でフラン
ジシール面６ａ，７ａの形状等のシール条件に応じて決
定しておくことが好ましい。

【００１９】フープ２及びフィラー３の構成材質，厚み
等は、ガスケット径や被密封流体の性状等の条件に応じ
て適宜に選定しておく。

【００２０】以上のように構成された自動車排気管系の
フランジ継手構造にあっては、両端面１ａ，１ｂをフラ
ットとした形態（以下「フラット形態」という）に製作
された渦巻形ガスケット１をシール面６ａ，７ａ間に介
挿して、フランジ６，７間をボルト１１…により締め付
けていくと、コイルスプリング１０…を介しての締付力
によりガスケット１が軸線方向に滑り変形して、シール
面接触面１ａ，１ｂがシール面６ａ，７ａに対応する半
球面形状に変化せしめられていき、最終的に、図２に示
す如く、シール面６ａ，７ａに全面的に接触せしめられ
ることになる。すなわち、シール面接触面１ａ，１ｂの
シール面６ａ，７ａへの変形性，馴染み性が極めて高
い。しかも、ガスケット１が軸線方向に変形されると、
フープ２が縮径変形せしめられてフィラー３を径方向に
圧縮することから、フープ２とフィラー３との間に隙間
を生じたりすることがなく、ガスケット密度が向上す
る。

【００２１】したがって、フランジ６，７間を渦巻形ガ
スケット１により低締付圧で良好にシールさせることが
できる。なお、渦巻形ガスケット１のシール面接触面１
ａ，１ｂ及びシール面６ａ，７ａを半球面形状となして
おくことによって、フランジ６，７間に芯ずれがあって
も、これが適正に矯正されることになる。すなわち、芯
ずれがある場合、ボルト１１…の締め付けに伴って、渦
巻形ガスケット１が半球面状のシール面６ａ，７ａ上を
その中心方向に相対的に滑っていくことから、芯ずれが
自動的に矯正されることになる。

【００２２】また、フランジ６，７がコイルスプリング
１０…を介して相対運動可能に締結されているから、Ｆ
Ｆ車のように排気管系の振動が大きい場合にも、その振
動がコイルスプリング１０…の作用により吸収緩和さ
れ、フランジ締結部分に過大な負荷が作用することがな
い。しかも、渦巻形ガスケット１が半球面形状をなすフ
ランジシール面６ａ，７ａ間に軸線方向に変形可能な状
態で装填されていることから、フランジ振動によりフラ
ンジシール面６ａ，７ａの平行度が変化したときにも、
これに渦巻形ガスケット１が追随変形して、シール性能
の低下を回避することができる。

【００２３】ところで、渦巻形ガスケット１は、上記し
た如く、製作時のフラット形態のままで使用することが
できるが、必要に応じて、シール面接触面１ａ，１ｂを
フランジシール面６ａ，７ａに対応する半球面形状（図
２に示す形状）に人為的に或いは適宜の加圧成形機によ
り予備成形した上で、使用するようにしてもよい。な
お、フープ２，フィラー３の巻き上げ条件（巻き締め度
等）は、シール面形状や予備成形の有無等に応じて適宜
に設定されるが、その条件次第ではシール性の更なる向
上が期待される。

【００２４】また、上記した如く、フランジ６，７を板
金製のものとして、排気管４，５に溶着させるようにす
ると、渦巻形ガスケット１が軸線方向に変形できること
と相俟って、シール面６ａ，７ａ等の自由度が高くなっ
て、設計，製作上極めて有利となる。しかも、フランジ
を排気管に一体形成する場合に比して、フランジ付排気
管の軽量化を図ることができるから、渦巻形ガスケット
１が金属ワイヤメッシュを埋設した膨張黒鉛の高密度成
形体からなる一般的な成形シール部材に比して軽量なも
のであることとも相俟って、フランジ継手構造延いては
排気管系の大幅な軽量化を実現することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、本発明のフランジ継手構造によれば、低締付面圧で
良好なシール機能を発揮させることができる。しかも、
振動に対して耐久性があり、良好なシール性能が維持す
ることができ、近時のＦＦ化傾向にも充分対応すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動車排気管系のフランジ継手構
造の一実施例を示す縦断側面図である。

【図２】図１の要部を拡大して示す詳細図である。

【図３】従来構造を示す要部の縦断側面図であり、Ａ図
は渦巻形ガスケットの締付前の状態を示し、Ｂ図はその
締付後の状態を示す。

【符号の説明】

１…渦巻形ガスケット、１ａ，１ｂ…シール面接触面
（ガスケット端面）、２…フープ、３…フィラー、４，
５…排気管、６，７…管端フランジ、６ａ，７ａ…フラ
ンジシール面、１０…コイルスプリング（スプリン
グ）、１１…締結ボルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する管端フランジ間に渦巻形ガスケ
   ットを挟圧させてなるフランジ継手構造において、両フ
   ランジのガスケット挟圧面たるフランジシール面が平行
   な半球面形状をなしており、渦巻形ガスケットが、平帯
   板状の金属製フープとテープ状のフィラーとを、ガスケ
   ット端面をフランジシール面に対応する半球面形状とす
   べく軸線方向に変形可能な状態に、渦巻状に重合一体化
   してなるものであり、両フランジ間がスプリングを介し
   て締結されていることを特徴とする自動車排気管系のフ
   ランジ継手構造。