WO2016136312A1

WO2016136312A1 - 接続具

Info

Publication number: WO2016136312A1
Application number: PCT/JP2016/050846
Authority: WO
Inventors: 加藤　雅俊; 司長山
Original assignee: フタバ産業株式会社; トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2016-09-01
Also published as: JP6449684B2; JP2016160806A

Abstract

管状部材を対象物に接続させる接続具を提供する。該接続具は、管口に向かって曲線状に漸次拡径する拡径部、及び、前記対象物に当てる先端部であって、前記拡径部が拡径した先に設けられ、前記管口の径方向の外側に向かって突出する先端部、を有する前記管状部材と、前記先端部に対し、前記対象物とは反対側から当接する当接部材と、前記対象物と前記当接部材とに前記先端部を挟持させる挟持部材と、を備える。

Description

接続具

関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０１５年２月２７日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１５－３８８７８号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１５－３８８７８号の全内容を本国際出願に参照により援用する。

　本開示は、接続具に関する。具体的には、タービンハウジングにコンバータを接続する部分の接続具に関する。

　車両の排気系は、様々な装置（例えば、シリンダヘッド、及び、排気マニホールド等）が接続されることによって構成されている。各装置を接続するため、各装置には、その装置から延びる管状体が形成されている。管状体の端部にはフランジが設けられている。そして、ガスケットなどを介して、フランジ同士を付き合わせてそのフランジ同士をボルトで締結した構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－８０８８６号公報

　車両の排気系では、各装置において発生する熱量の違いにより、及び／又は、各装置の構成材料の熱膨張率が異なることにより、接続部分で応力が発生し得ることを前提として、各装置同士を接合することがある。一例として、タービンハウジングとコンバータの触媒エルボとを接合する場合がある。この場合、タービンハウジングが発熱すると、タービンハウジングと触媒エルボとが互いに応力を掛け合うこととなる。

　しかし、タービンハウジングと触媒エルボ部との接続部分の接続具が、背景技術の欄で述べたような構造、すなわち、各装置から延びる管状体に設けられたフランジ同士を接続してなる構造であった場合、管状体とフランジとの境界部分などで亀裂が生じる可能性があった。

　装置間の接続部分で亀裂が生じにくい接続具を提供することが望ましい。

　本開示の一側面の接続具は、管状部材を対象物に接続させる接続具であって、管口に向かって曲線状に漸次拡径する拡径部、及び、前記対象物に当てる先端部であって、前記拡径部が拡径した先に設けられ、前記管口の径方向の外側に向かって突出する先端部、を有する前記管状部材と、前記先端部に対し、前記対象物とは反対側に当てる当接部材と、前記対象物と前記当接部材とに前記先端部を挟持させる挟持部材と、を備える。

　このようにすると、例えば対象物が熱せられた場合には管状部材の管口を押し広げる方向に対象物が膨張するが、拡径部の曲率が変化することで管状部材に作用する応力が逃がされる。そのため、この接続具を用いれば、管状部材側の装置と対象物側の装置とを接続する接続部分で互いに応力を掛け合あう場合であっても接続部分で亀裂が生じることを抑制できる。

　上記接続具において、管状部材は、拡径部及び先端部を有する補助管状部材を接続して形成されていてもよい。補助管状部材は、カラーその他の部材である。このようにすると、拡径部と先端部とを有する管状部材を製造することが難しい場合であっても、拡径部と先端部とを有する補助管状部材と、管状部材とを別々に製造し、これらを溶接等によって接合すれば、拡径部と先端部とを有する管状部材を容易に製造できる。

　上記接続具において、先端部は、当接部材及び対象物との間の摩擦を低下させる摩擦低下層を有するものとしてもよい。このようにすると、例えば対象物側が熱せられ、管状部材の管口を押し広げる方向に対象物が膨張した場合、挟持部材及び対象物が先端部に対して滑るので、管状部材に作用する応力が逃がされる。そのため、この接続具を用いれば、拡径部の曲率の変化に加え、先端部と挟持部材及び対象物と間の滑りによって、熱膨張率が異なるもの同士を接続しても、亀裂が生じにくくなる。

　上記接続具において、対象物と先端部との間に挟持されるガスケットを備えてもよい。ガスケットを挟持すれば、ガス漏れ等を抑制できる。
　対象物はタービンハウジングであってもよく、管状部材は触媒エルボであってもよい。しかし、これらは一例であって、対象物及び管状部材はこれらに限られるものではない。

　以下に本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。

本実施形態の接続具を用いて接続されたタービンハウジング及びコンバータの斜視図である。タービンハウジング及びコンバータの分解斜視図である。タービンハウジング及びコンバータの切断断面を示す模式図である。図４Ａ，４Ｂは、図３のＡの部分に対応する図であって、図４Ａは熱膨張による応力がかかる前の様子を示す図であり、図４Ｂは熱膨張による応力がかかった後の様子を示す図である。図４Ａに対応する部分を示す図であって、熱膨張による応力がかかった後の様子を示す図である。

２…カラー、３…ガスケット、４…フランジ、５…タービンハウジング、７…コンバータ、８…触媒エルボ、２０…嵌合部、２２…拡径部、２４…先端部、２６…通孔、２９…摩擦低下層、３０…通孔、４０…通孔、５０…フランジ、５２…突起部、６０…スタッドボルト、６２…ナット、７０…開口、７９…触媒収納部、８０…管口、５００…管口

　本実施形態では、タービンハウジング５とコンバータ７との接合の例について説明する。
　図１，２に示すように、タービンハウジング５には、フランジ５０が設けられている。コンバータ７には、フランジ４が設けられている。タービンハウジング５とコンバータ７とは、フランジ５０とフランジ４とを対向させてそのフランジ５０とフランジ４とを複数のスタッドボルト６０及び複数のナット６２で締結することで、互いに接合される。フランジ５０とフランジ４との間には、ガスケット３及びカラー２（図３及び図４Ａ，４Ｂ参照）が介在している。

　図２に示すように、タービンハウジング５において、コンバータ７が接合される部分は管状に形成されている。管状に形成された部分の開口を管口５００とする。フランジ５０は、管口５００の周囲に形成されている。
フランジ５０は、リング形状に形成されている。このフランジ５０には、外側に向かって突設された４つの突起部５２が、フランジ５０の円周方向に沿って設けられている。４つの突起部５２には、それぞれ、スタッドボルト６０がねじ込まれて固定されている。４つのスタッドボルト６０は、フランジ５０の軸方向に沿って立設している。

　コンバータ７は、触媒が収納された触媒収納部７９と、触媒収納部７９に連結される触媒エルボ８とを備えている。この触媒エルボ８は、複数の部材を溶接して形成され、全体では略Ｌ字状の管を構成している。この触媒エルボ８のうち、タービンハウジング５が接続される側であって、開口７０（図３及び図４Ａ，４Ｂ参照）が形成されている側には、カラー２が取り付けられている。

　カラー２は、開口（以下、管口８０という）を有する（図３及び図４Ａ，４Ｂ参照）。
　触媒エルボ８にカラー２が溶接された状態において、コンバータ７をタービンハウジング５に取り付けるときに、管口８０はタービンハウジング５に対向することになる。

　カラー２は、嵌合部２０と、拡径部２２と、先端部２４とを有する。嵌合部２０は、触媒エルボ８において開口７０が形成された部分（以下、開口部７ａという）に外側から嵌る大きさの径で形成されている。拡径部２２は、嵌合部２０から延設され、管口８０に向かって曲線状に漸次拡径する部分である。

　先端部２４は、拡径部２２が拡径した先の先端部分であって、タービンハウジング５の当接面５ａに沿った形状に形成された部分である。ただし、実際には、カラー２と当接面５ａとの間にはガスケット３が介在することとなる。先端部２４の形状は、カラー２とタービンハウジング５との間にガスケット３が介在した状態で、タービンハウジング５ａの当接面に沿っている。

　カラー２は、嵌合部２０がコンバータ７の開口部７ａに外側から嵌められて溶接される。先端部２４には、４つのスタッドボルト６０を通すための通孔２６が４つ形成されている。通孔２６はスタッドボルト６０よりも大径状に形成されている。また、先端部２４において、フランジ４及びガスケット３に接触する面には、摩擦を低下させるためのコーティングがなされている。このコーティングによって形成された層を、以下、摩擦低下層２９という。

　ガスケット３は、図２に示すように、リング形状に形成された部材である。ガスケット３には、４つのスタッドボルト６０を通すための通孔３０が４つ形成されている。
　フランジ４は、カラー２及び触媒エルボ８よりも肉厚に形成されている。フランジ４の内径は、カラー２の嵌合部２０の外径よりも大きい。フランジ４には、４つのスタッドボルト６０を通すための通孔４０が４つ形成されている。通孔４０はスタッドボルト６０よりも大径状に形成されている。

　次に、コンバータ７をタービンハウジング５に接続する工程について説明する。
　まず、タービンハウジング５のフランジ５０に４つのスタッドボルト６０が螺入される。つまり、フランジ５０の軸方向に沿って４本のスタッドボルト６０が立設される。

　一方、コンバータ７において、まず触媒エルボ８にフランジ４が取り付けられる。この取り付けは、開口部７ａをフランジ４の輪の中に挿入するようにして行われる。カラー２の先端部２４に対し、フランジ５０が対向する側とは反対側からフランジ４を当接させるためである。その後、カラー２が、開口部７ａに嵌められて溶接される。

　このようにカラー２が取り付けられた触媒エルボ８に対し、図２に示すように、スタッドボルト６０を、ガスケット３の通孔３０と、カラー２の通孔２６（図３及び図４Ａ，４Ｂ参照）と、フランジ４の通孔４０とに通し、その通した先にナット６２が螺合される。そして、図３及び図４Ａ，４Ｂに示すように、ナット６２とフランジ５０との間に、ガスケット３、カラー２（カラー２の先端部２４）、及びフランジ４が挟持されるように、ナット６２を締める。これにより、タービンハウジング５とコンバータ７とが接合される。

　以上説明した、タービンハウジング５とコンバータ７とを接続する接続具の特徴的な作用効果について、以下に説明する。
　本実施形態の接続具では、触媒エルボ８にカラー２を溶接することを介して、触媒エルボ８が、管口８０に向かって曲線状に漸次拡径する拡径部２２、及び、拡径部２２が拡径した先に設けられた先端部２４、を備えるように構成されている。そして、本実施形態の接続具では、スタッドボルト６０及びナット６２を用いてフランジ５０とフランジ４との間に先端部２４とガスケット３とを挟持させつつ、触媒エルボ８をタービンハウジング５に接続させている。

　タービンハウジング５とコンバータ７とでは、タービンハウジング５において多くの熱が発生し、タービンハウジング５の熱膨張の度合いはコンバータ７よりも大きい。タービンハウジング５で多くの熱が発生すると、拡径する方向にフランジ５０が膨張する。カラー２及び触媒エルボ８も膨張するが、カラー２及び触媒エルボ８は、フランジ５０に比べると熱膨張の度合いは小さい。

　熱膨張の度合いの違いにより、カラー２及び触媒エルボ８には応力がかかるが、本実施形態の接続具を採用した場合、この応力をカラー２が受けると、図４Ｂに示すように、拡径部２２の曲率が変化する（カラー２が変形する）ことで、カラー２、ひいては、触媒エルボ８に作用する応力が逃がされる。

　したがって、本実施形態の接続具を用いれば、タービンハウジング５とコンバータ７とを接続する接続部分で互いに応力を掛け合う場合であってもカラー２などを含む接続部分で亀裂が生じることを抑制できる。

　次に、本実施形態では、触媒エルボ８にカラー２を溶接することを介して、触媒エルボ８を拡径部２２や先端部２４を備える構成としている。
　このようにすると、拡径部２２と先端部２４とを有する触媒エルボ８を製造することが難しい場合であっても、拡径部２２と先端部２４とを有するカラー２と、触媒エルボ８のカラー２以外の部分とを別々に製造し、これらを溶接等によって接合すれば、拡径部２２と先端部２４とを有する触媒エルボ８を容易に製造できる。

　本実施形態の接続具では、先端部２４にはコーティングを行って（摩擦低下層２９を形成して）、カラー２と、フランジ４及びガスケット３との間の摩擦を低下させている。
　このようにすると、図５に示すように、触媒エルボ８の管口８０を押し広げる方向にタービンハウジング５が熱膨張した場合、フランジ４及びタービンハウジング５が先端部２４に対して滑り、触媒エルボ８に作用する応力が逃がされる。

　そのため、この接続具を用いれば、拡径部２２の曲率の変化（カラー２の変形）に加えて、先端部２４とフランジ４及びタービンハウジング５との間の滑りによって、熱膨張率が異なる部材同士を接続する場合でも、亀裂が生じにくくなる。

　本実施形態の接続具では、ガスケット３を挟持させている。このガスケット３を用いればガス漏れを抑制し得る。尚、本実施形態の接続具を採用すると、これを採用しない場合に比べて薄いガスケット３を用いることができる。

　本実施形態の接続具を採用しない場合、タービンハウジング５が熱膨張すると、タービンハウジング５と触媒エルボ８とが相対的に移動するため、その移動分を補償する必要から、厚めのガスケット３を用いなければならない。

　一方、本実施形態の接続具によれば、カラー２の先端部２４になされたコーティングにより（摩擦低下層２９により）、触媒エルボ８とタービンハウジング５とがカラー２に対してともに滑り、触媒エルボ８とタービンハウジング５との間の相対的なずれは小さくなり得る。このため、ガスケット３を相対的に薄くすることが可能となる。

　また、本実施形態の接続具では、フランジ４が触媒エルボ８から分離されている。そのため、フランジ４としては、触媒エルボ８からの熱を受けにくくなるため、接触する場合よりも耐熱温度が低い材料を用いることができる。

　本実施形態の各構成と本開示との対応関係について説明する。
　本実施形態のフランジ４は本開示の当接部材の一例に相当する。本実施形態のスタッドボルト６０及びナット６２は挟持部材の一例に相当する。本実施形態のカラー２は本開示の補助管状部材の一例に相当する。

　以上、実施形態の一例について説明したが、特許請求の範囲に記載された発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
　上記実施形態では、触媒エルボ８にカラー２を設けた例について説明したが、カラー２は必ずしも備えていなくてもよく、その場合、触媒エルボ８の開口７０を管口８０として、拡径部２２や２４に対応する部分を触媒エルボ８に設置してもよい。

Claims

　管状部材を対象物に接続する接続具であって、
　管口に向かって曲線状に漸次拡径する拡径部、及び、前記対象物に当てる先端部であって、前記拡径部が拡径した先に設けられ、前記管口の径方向の外側に向かって突出する先端部、を有する前記管状部材と、
　前記先端部に対し、前記対象物とは反対側から当接する当接部材と、
　前記対象物と前記当接部材とに前記先端部を挟持させる挟持部材と、
　を備える接続具。
　請求項１に記載の接続具において、
　前記管状部材は、
　前記拡径部及び前記先端部を有する補助管状部材を接続して形成されている、接続具。
　請求項１又は２に記載の接続具において、
　前記先端部は、該先端部と前記当接部材及び前記対象物との間の摩擦を低下させる摩擦低下層を有する、接続具。
　請求項１～３のいずれか１項に記載の接続具において、
　前記対象物と前記先端部との間に挟持されるガスケットを備えている、接続具。
　請求項１～４のいずれか１項に記載の接続具において、
　前記対象物はタービンハウジングであり、前記管状部材は触媒エルボである、接続具。