JPWO2015076228A1

JPWO2015076228A1 - フランジ構造

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Publication number: JPWO2015076228A1
Application number: JP2015549140A
Authority: JP
Inventors: 彰太小暮
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2034-11-18
Also published as: US10077705B2; DE112014005264T5; JP6129338B2; CN105980759B; WO2015076228A1; US20160298521A1; CN105980759A

Abstract

流通抵抗の増加を抑え、かつ、製造を容易かつ安定して行うことができるフランジ構造を提供する。第一部材（１）の流通路の中心軸に対して、第二部材（３）の流通路の中心軸が第一角度で傾斜した状態で、第一部材（１）と第二部材（３）とがフランジ（２）を介して接続され、第一部材（１）の流通路と第二部材（３）の流通路は、フランジ（２）に形成したフランジ内の流通路によって連通され、フランジ内の流通路の中心軸と第一部材（１）の流通路の中心軸とがなす鋭角からなる第二角度は、第一角度よりも小さい角度である。

Description

本発明は、流通路を有する二つの部材を異なる角度をもたせて接続するためのフランジ構造に関する。

従来のフランジ構造としては、特許文献１に記載のものが知られている。この従来のフランジ構造は、板体に複数個の排気管接続穴とエンジンのシリンダヘッドへの取付穴を設けた排気マニホールドにおいて、板材に排気流出側に突出し、外周の縦フランジと傾斜端面をもつ膨出部とを設け、この傾斜端面に排気管接続穴を設けて、このフランジの縦フランジに排気管を、傾斜角度を持たせた状態で、取り付け可能としている。

日本国実用新案出願公告平２−２９２１７号公報

しかしながら、上記従来のフランジ構造にあっては、エンジン側の排気管端部とフランジとを異なる角度をもたせて結合する場合には、以下に説明する問題がある。
すなわち、従来のフランジにあっては、フランジの取り付け面（フランジシール面）に対し傾斜させて形成された傾斜端面の縦フランジに、排気管の曲げられた先端部を挿入し溶接で固定するようにしている。
このため、排気管の先端部とフランジの縦フランジとを溶接する場合に、これらの嵌合部分がぐらついてしまって不安定となり、良好な溶接が難しいといった問題がある。

このような問題を避けるため、排気管の先端側をまっすぐに形成すると、排気管の途中をより小さな曲率で曲げざるを得ず、この場合、排気管内の通気抵抗が増加し、その結果、排気ガスの流れが良くないといった問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、流通路を有する二つの部材を異なる角度をして接続するフランジ構造にあって、それらの中を流体が流れるときの流通抵抗の増加を抑えるとともに、その製造を容易かつ安定して行うことができるようにしたフランジ構造を提供することにある。

この目的のため本発明の一態様によるフランジ構造は、
第一部材の流通路の中心軸に対して、第二部材の流通路の中心軸が第一角度で傾斜した状態で、前記第一部材と第二部材とがフランジを介して接続され、前記第一部材の流通路と前記第二部材の流通路は、前記フランジに形成したフランジ内の流通路によって連通され、
前記フランジ内の流通路の中心軸と前記第一部材の流通路の中心軸とがなす鋭角からなる第二角度は、前記第一角度よりも小さい角度である、
ことを特徴とする。

本発明のフランジ構造は、第一部材の流通路の中心軸に対して第二部材の流通路の中心軸が第一角度で傾斜した状態で、第一部材の流通路と第二部材の流通路とが連通されるフランジ構造において、フランジ内流通路の中心軸と第一部材の流通路の中心軸とがなす第二角度が、第一角度よりも小さい角度であるので、流体の流れの角度の変化を小さくできる。これにより、フランジ流通路内の流通抵抗を少なくすることができる。

本発明の実施例１のフランジ構造の斜視図である。実施例１のフランジ構造で用いるフランジの平面図である。実施例１のフランジの左側面の断面図である。実施例１のフランジの右側面の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

まず、実施例１のフランジ構造の全体構成を、図１に基づいて説明する。
この実施例１のフランジ構造は、たとえば自動車のエンジンから排出される排気ガスを車外に放出するための排気系の一部に使用される。
第一部材の一例である排気管1は、直線的に伸びる円筒形状をしており、図１に示すように、その一端部が、フランジ2の突出部分22に形成されている挿入孔24（後述の図２〜図４で示す）に挿入されて、溶接で固定されている。

このフランジ2は、第二部材3に図示しないボルトなどで接続固定される。これにより、排気管1の排気通路は、これと異なる角度を有して形成されている第二部材3の排気通路3aに、フランジ2を介して接続される。
なお、排気管1の内部の図示しない排気通路および第二部材3の排気通路3aは、本発明の流通路に相当する。

ここで、排気管1は、第二部材3に対して、図1における紙面の右上方向かつ手前方向から傾いた状態で取り付けられる。したがって、フランジ2の第二部材3に対する取付部分21のシール面21aが、排気管1（第一部材）の中心軸に対して傾いていることが、図１に示されている。これにより、排気管1（第一部材）の排気通路（流通路）の中心軸に対して、第二部材3の排気通路3a（流通路）の中心軸が角度θ1（第一角度）で傾斜した状態で、排気管1と第二部材3とがフランジ2を介して接続される（後述の図４参照）。この接続により、排気管1の排気通路と第二部材の排気通路3aは、フランジ2内の流通路によって連通される。

次に、フランジ2の構造を、図２〜図４にもとづいてより詳細に説明する。
図２はフランジ2を排気管1を取り付ける側からみた平面図であり、図３はフランジ2を図１における紙面の奥側（図２の矢印Ａ側）からみた断面図であり、図４はフランジ2を図１における紙面の手前側（図２の矢印Ｂ側）からみた断面図である。

ここで、フランジ2が上述のように傾いているので、図３と図４との断面図では同じにならない。すなわち、図３では、取付部分21のシール面21aが直線となって見えるが、突出部分22の排気管1を取り付ける側の端部の開口23bが丸みを帯びて見えるのに対し、図４では、図３とは逆に、上記の開口23bが直線となって見えるが、取付部分21のシール面21aは丸みを帯びておりその全面を見ることができる。

フランジ2は、ひし形状の平板からなる取付部分21と、これから傾斜した状態で突出する突出部分22と、が一体に形成されて構成されている。
取付部分21は、突出部分22とは反対方向の面がシール面21aとして、図示しないシールを介して第二部材3に当接される。そして、取付部分21には、ひし形状の平板における、突出部分22を挟んだ両側の端部にそれぞれボルト孔21bが設けられており、このボルト孔21bに、図示しないボルトを挿入して第二部材3に固定するようにしてある。

突出部分22は、上述のように取付部分21と一体に、これから傾斜した状態で突出する。すなわち、取付部分21に対し、図２における紙面の右側から奥側へと二次元方向に傾斜させられている。この突出部分22の内部は、円筒形状の内面を有する直線内面部分23aが形成され、図３、４中での上端側の開口23bと下端側の開口23cとを連結する。なお、上端側の開口23bと下端側の開口23cとは、シール面21aに対して傾斜している。

ここで、下端側の開口23cは、図３および図４に示されているように、その最下端位置23dが取付部分21の突出部分22側の面近くにある。下端側の開口23cは、その最下端位置23dから、突出部分22が取付部分21に対して傾斜した分、上方へ向かっていき、最下端位置23dとは反対側が最上端位置23eとなる。
なお、直線内面部分23aで形成される排気通路は、排気管1の一端部が挿入される挿入孔24となる。この直線内面部分23aで形成される排気通路の内面の形状および内径は、排気管1の上記一端部の外側の形状および外径に合わされて、この一端部が直線内面部分23aで形成される排気通路内に挿入可能だが必要以上にぐらつかないように設定されている。

フランジ2の直線内面部分23aの下端側の開口23cは、シール面21aに向かって流通断面積が拡大していくテーパ内面部分23fが連続して形成されている。
このテーパ内面部分23fは、直線内面部分23aの中心軸S1およびシール面21aに対し傾斜させられる。テーパ内面部分23fは、この上端側が直線内面部分23aと同じ形状および内径とされ、下方に向かうにしたがって流通断面積が拡大していくようにその内面が傾斜され、シール面21aでの開口23gでは、第二部材3の排気通路3aと略同じ形状又は内径を有するように形成されている。

図２〜図４に示す中心O1、O2、O3とは次の部分の中心である。中心O1は、直線内面部分23aの上端側の開口23bの中心である。中心O2は、直線内面部分23aの下端側の開口23cの中心であり、テーパ内面部分23fの上端側開口の中心でもある。中心O3は、シール面21a上のテーパ内面部分23fの下端側開口の中心である。
図２は、取付部分21の排気管1を取り付ける側（垂直方向上方）からみた図であり、この図２においては、上記中心O1とO2は、上記中心O3に対して、図２において左側（図３では左側、図４では右側）にオフセットした位置で、かつ図２における上側に若干オフセットした位置にある。

なお、図２〜図４に、中心O1と中心O2とを結ぶ直線内面部分23aの中心軸S1と、中心O2と中心O3とを結ぶテーパ内面部分23fの中心軸S2を示す。
このように、直線内面部分23aおよびテーパ内面部分23fにあっては、それらの中心O1、O2、O3がオフセット（偏芯）させられるとともに、それらの中心軸S1、S2が傾斜する（偏角を持つ）ように設定されている。排気管1の一端部が直線内面部分23a内に挿入されることにより、排気管1の排気通路の中心軸は、中心軸S1と一致若しくは平行になる。したがって、図４に示すように、排気管1の排気通路の中心軸に対する、第二部材3の排気通路3aの中心軸がなす第一角度θ1は、中心軸S1と第二部材3の排気通路3aの中心軸との角度となる。そして、フランジ2内の流通路の中心軸S2と上記中心軸S1とがなす鋭角からなる第二角度θ2は、上記の第一角度θ1よりも小さい角度となる。

以上のように構成した実施例１のフランジ構造は、以下の効果を得ることができる。
実施例１のフランジ構造にあっては、フランジ2内の流通路の中心軸S2と排気管1の排気通路の中心軸とがなす鋭角からなる第二角度θ2が、排気管1の排気通路の中心軸に対して第二部材3の排気通路3aの中心軸がなす第一角度θ1よりも小さい角度であるので、排気ガスの流れの角度の変化を小さくできる。これにより、フランジ2内を排気ガスが流れるときの流通抵抗を少なくすることができる。
さらに、直線内面部分23aおよびテーパ内面部分23ｆの中心O1、O2、O3がオフセット（偏芯）させられ、それらの中心軸S1、S2が、傾斜する（偏角を持つ）ように設定されている。このようなフランジ構造は、排気管1と第二部材3とが０度ではない所定の角度も持ってフランジ2で組み付けられる場合、フランジ2の直線内面部分23aおよびテーパ内面部分23ｆがその角度を吸収する。これにより、排気ガスが流れるときの流通抵抗が大きくなるのを抑えることができ、排気ガスの流れが悪化するのを抑えることが安価かつ簡単にできるようになる。

また、排気管1が挿入されるフランジ2の挿入孔24の内面（第一内面）となる直線内面部分23aは、排気管1の一端部の形状または外径に合わせた形状である。これにより、排気管1をフランジ2に溶接する際に、排気管1をフランジ2の挿入孔24の内面（第一内面）で支持できるのでぐらつくことなく容易に溶接を行うことができる。

また、フランジ2がテーパ内面部分23fを有しているので、通気抵抗を少なくして排気ガスの流れをよくすることができる。
さらに、排気管1の排気通路と第二部材3の排気通路3aとが形状や大きさが異なる場合であっても、フランジ2の入り口側（開口23b）を排気管1の排気通路に合わせるとともに、テーパ内面部分23fの傾斜角や長さを変えてその出口側（開口23g）を第二部材3の排気通路3aの形状および大きさに合わせることができ、排気管1と第二部材3とをスムーズに接続することができる。
また、排気管1と第二部材3とを溶接する際、開口径の大きいテーパ内面部分23f側から溶接のトーチを入れて溶接することができ、その作業がやりやすくなる。

また、フランジ2の直線内面部分23aが取付部分21に対して角度を持っているので、異なった角度を持つ２つの部材、すなわち排気管1と第二部材3とを曲げなくてもフランジ2に接続することが可能となる。

以上、本発明を上記実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

たとえば、直線内面部分23aやテーパ内面部分23fは、実施例に限られず、それらの形状や大きさ、通路長さなどは、適宜設定することができる。
また、第二部材として同様のフランジを用い、これらのフランジ同士を向かい合わせて結合するようにしてもよい。

また、本発明のフランジ構造は、自動車の排気系システム以外でも適用可能であり、排気ガスに限られず流体でも使用することができる。すなわち、液体などを流すようにしてもよい。
また、本発明のフランジ構造において、流体を流す方向は、第二部材から第一部材に向かう方向、第一部材から第二部材に向かう方向のいずれの方向でもよい。

また、以下のフランジ構造も本発明に含まれる。
流通路をそれぞれ有する第一部材および第二部材が異なる角度を有した状態で、第一部材の端部が挿入固定されたフランジを介して第二部材に接続されて、第一部材の流通路と第二部材の流通路とを連通するようにしたフランジ構造において、
フランジが第一部材と第二部材の異なる角度を吸収する吸収手段を有する（例えば、前述の直線内面部分23aおよびテーパ内面部分23fが、吸収手段に相当する）。
吸収手段は、第一部材が挿入されるフランジの挿入孔が、フランジを取り付けるシール面に対して斜めに傾けられるとともに、第一部材が挿入されるフランジの挿入孔の中心軸が、フランジを取り付けるシール面に設けた開口の中心位置に対してオフセットされており、第一部材が挿入されるフランジの挿入孔の挿入側が、直線となる直線内面部分を有し、かつ、フランジのシール面側に直線内面部分の中心軸およびシール面に対して傾斜したテーパ内面部分を有するように構成される。
以上の構成により、第一部材と第二部材の異なる角度をもって接続される場合に、第一部材が挿入されるフランジが異なる角度を吸収することができる。この場合、第一部材が挿入されるフランジの挿入孔が、フランジを取り付けるシール面に対して斜めに傾いているようにすることで、異なった角度を持つ第一部材および第二部材を曲げることなく、フランジで接合することができ、第一部材が挿入されるフランジの挿入孔の中心軸が、フランジを取り付けるシール面に設けた開口の中心位置に対してオフセットされているようにすることで、第一部材とフランジとの溶接性を向上させることができる。また、第一部材が挿入されるフランジの挿入孔が、直線となる直線内面部分を有するようにすることで、第一部材をフランジとの溶接の際、第一部材をフランジの挿入孔の直線内面部分で支持できるのでぐらつくことなく容易に溶接を行うことができるようになる。また、テーパ内面部分を有することで、流体の流れをよくして流通抵抗を減らすことができる。また、第一部材と第二部材の流路の関係で、フランジの入口側と出口側とが異なる径、形状、傾きを有する場合であっても、それらを接続することが可能となる。また、テーパ内面部分側へは溶接のトーチが入りやすくなるため、第一部材とフランジの溶接が容易になる。

なお、本出願は、２０１３年１１月１９日付で出願された日本特許出願（特願２０１３−２３８５７２号）に基づいており、その全体が引用により援用される。また、ここに引用されるすべての参照は全体として取り込まれる。

O1 直線内面部分の上端側の開口の中心
O2 直線内面部分の下端側（およびテーパ内面部分の上端側）の開口の中心
O3 テーパ内面部分の下端側の開口の中心
S1 直線内面部分の中心軸
S2 テーパ内面部分の中心軸
θ1 第一角度
θ2 第二角度
1 排気管
2 フランジ
21 取付部分
21a シール面
21b ボルト孔
22 突出部分
23a 直線内面部分
23b 上端側の開口
23c 下端側の開口
23d 最下端位置
23e 最上端位置
23f テーパ内面部分
23g シール面上での開口
3 第二部材
3a 排気通路

Claims

第一部材の流通路の中心軸に対して、第二部材の流通路の中心軸が第一角度で傾斜した状態で、前記第一部材と第二部材とがフランジを介して接続され、前記第一部材の流通路と前記第二部材の流通路は、前記フランジに形成したフランジ内の流通路によって連通され、
前記フランジ内の流通路の中心軸と前記第一部材の流通路の中心軸とがなす鋭角からなる第二角度は、前記第一角度よりも小さい角度である、
ことを特徴とするフランジ構造。
前記フランジは、前記第二部材の流通路の中心軸に対し傾斜して取り付けられるシール面と、前記第一部材の端部が挿入される挿入孔と、を有し、
前記シール面の開口と前記挿入孔との間に、前記第一部材の流通路と前記第二部材の流通路とを連通させるフランジ内の流通路が形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のフランジ構造。
前記フランジ内の流通路は、前記挿入孔のシール面側の端部から前記シール面側に向かって流通断面積が拡大していく内面を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載のフランジ構造。
前記挿入孔のシール面側の端部の中心軸は、前記シール面の開口の中心位置に対してオフセットされている、
ことを特徴とする請求項２〜３の何れかに記載のフランジ構造。
前記第一角度が直角又は鋭角であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のフランジ構造。