JPH05231574A

JPH05231574A - 管接続部の密封装置

Info

Publication number: JPH05231574A
Application number: JP4069834A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Miura; 正彦三浦; Shun Matsuoka; 駿松岡; Shigemi Sato; 繁美佐藤
Original assignee: Nippon Gasket Co Ltd
Current assignee: Nippon Gasket Co Ltd
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1993-09-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JP3074057B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、高温で熱負荷の大きい使用条件下
において高いシール性能と耐久性能を維持する管接続部
の密封装置を提供する。【構成】この管接続部の密封装置におけるシールリン
グ１０は、耐熱性の複数の皿ばね１１，１２を外径部同
士で突き合わせて溶接することにより皿ばね組立体１３
を製作する。皿ばね組立体１３を複数個重ねて積層状に
接合することによって、各皿ばね１１，１２の変形量は
小さくても、複数重ね合わせた皿ばね１１，１２から成
るシールリング１０としての変形量は大きくなる。従っ
て、高温で大きな熱負荷がかかる条件下で使用しても、
シールリング１０は、シール面が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と共に、一枚一枚
の皿ばねに無理な力がかかることなく、耐久性も良好で
ある。

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
れてものがある。このシールリング３６は、図１１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９及び図１０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
３１のフランジ３３面に環状溝３５を形成し、該環状溝
３５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、従来のように有機成分を含む熱影
響を受け易いガスケット材を一切使用しないで、熱影響
を受けない耐熱材料、例えばセラミックを使用してシー
ルリングを作ることが考えられる。しかし、その際、ど
のようにして耐熱材料製のシールリングにばねとしての
機能を持たせるかが課題となる。単にシールリングを一
枚の皿ばねで構成するだけでは、一対の管体を緊締した
時の皿ばねの変形量が大き過ぎて、皿ばねに無理な力が
かかり、皿ばねを損傷するおそれがあるので、大きな熱
負荷がかかる使用条件の下では、耐久性の点で問題が残
る。従って、いくつかの皿ばねを適当に組み合わせるこ
とによって、皿ばね自体の変形量は小さいが、シールリ
ングとしては十分な変形量が得られるようにして、十分
なばね力を発揮することができるシールリングを得る必
要がある。

【００１０】この発明の目的は、上記の課題を解決し、
管体間に配置するシールリングを外側部と内側部とが軸
方向に偏倚した薄板リングで構成し、該シールリングの
製造が簡単であり、高温で熱負荷の大きい使用条件下に
おいて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耐熱性で且つ弾性を有する薄
板リングから製作し、該薄板リングの内側部と外側部と
をリング軸方向に偏倚させて中間部を裁頭錐形状即ち皿
ばね形状に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、
前記シールリングは前記薄板リングを複数重ね合わせて
接合した組立体である。

【００１３】また、この管接続部の密封装置において、
前記薄板リングをセラミックス又は金属で製作したもの
である。

【００１４】また、この管接続部の密封装置において、
前記シールリングは複数重ね合わせて接合した前記薄板
リングの管体接触側面に比較的に軟質の平坦状薄板リン
グを配置した組立体である。

【００１５】

【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、こ
の管接続部の密封装置は、シールリングを耐熱性で且つ
弾性を有する複数の裁頭錐形状の薄板リング、言い換え
れば、耐熱性の複数の皿ばねを外径部同士で突き合わせ
て接合するか、あるいは内径部同士を突き合わせて接合
した組立体に構成しているので、１枚の皿ばねの変形量
が小さくても、皿ばね組立体としても変形量は大きくな
る。特に、この皿ばね組立体を複数個重ねて積層状に構
成すれば、個々の皿ばねの変形量はもっと小さいもので
あっても、シールリングとしての変形量は大きくなる。
従って、一枚一枚の皿ばねに無理な力がかからないの
で、このシールリングの耐久性能は高くなる。また、こ
のシールリングを一部が環状溝から突出する状態で環状
溝に嵌入して、一対の管体を緊締した時に、シールリン
グは自らのばね力でシール面に押し付けられ、たとえ高
温で大きな熱負荷がかかる条件下で使用しても、シール
面は常に密着した状態になり、高いシール性を維持する
ことができる。

【００１６】

【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の一実施例を示す概略
図、及び図２は図１の線Ａ−Ａ側から見た側面図であ
る。

【００１７】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をそれぞれ有する排気マニホルド
１Ａと排気マニホルド１Ｂから構成されている。排気マ
ニホルド１Ａと排気マニホルド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、排気マニホルド
１Ａと排気マニホルド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，３
Ｂ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にボルト及びナットを緊締することでそ
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。

【００１８】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ま
れている。排気マニホルド１の出口管３Ａ，３Ｂの端部
には端面９が平らなフランジを備えた管体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
の端部には端面１７が平らなフランジを備えた管体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３
Ａ，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に対向する対向面には環
状溝６がそれぞれ形成されている。各環状溝６にはシー
ルリング１０が組み込まれている。

【００１９】次に、この発明による管接続部の密封装置
に組み込まれるシールリングについて、図３及び図４を
参照して説明する。図３はこの発明による管接続部の密
封装置に組み込んだシールリングの一実施例を示す説明
図、及び図４は図３の符号Ｃ部分の一枚の薄板リングの
詳細な拡大断面図である。この管接続部の密封装置にお
いて、シールリング１０は、耐熱性で且つ弾性を有する
薄板リングから製作し、該薄板リングの内側部と外側部
とをリング軸方向に偏倚させて中間部を裁頭錐形状に構
成した皿ばね１１，１２で製作されている。皿ばね１
１，１２の外側部同士を突き合わせて、その外側部同士
を溶接することによって皿ばね組立体１３を製作し、三
個の皿ばね組立体１３を積層状に重ねて内側部同士を溶
接したものである。

【００２０】皿ばね１１の断面形状は、図４に示すよう
に、傾斜している中間径部１１Ａに対して内径部１１Ｂ
及び外径部１１Ｃが曲折しており、内径部１１Ｂ及び外
径部１１Ｃにはそれぞれ平坦面が形成されている。この
皿ばね１１は、例えば、一例として、外径５３ｍｍ、内
径４４ｍｍ、内径部１１Ｂの幅１ｍｍ、中間径部１１Ａ
の水平長さ２．５ｍｍ、外径部１１Ｃの幅１ｍｍ、高さ
１ｍｍである。中間径部１１Ａと内径部１１Ｂの曲折
部、中間径部１１Ａと外径部１１Ｃの曲折部は、例え
ば、半径０．５ｍｍのアールＲが形成されている。ま
た、図５に示すように、二枚の皿ばね１１，１２を同じ
向きに重ね合わせ、内径部同士及び外径部同士を溶接し
て二枚重ねの積層皿ばね１４を製作し、この積層皿ばね
１４を一単位とする皿ばねを使用して、皿ばね組立体１
３を製作してもよい。二枚の皿ばね１１，１２を同じ向
きに重ね合わせた積層皿ばね１４は、ばね定数が２倍に
なり、二枚の皿ばね１１，１２を逆向きに重ね合わせた
皿ばね組立体１３は、ばね定数が１／２倍になるので、
皿ばね１１，１２の重ね合わせ方を適宜選択することに
よって、シール面における最適な面圧を得ることができ
る。

【００２１】皿ばね１１，１２の材質は、耐熱性に優れ
且つ弾性を有するセラミックス、耐熱合金鋼（ＳＵＨ６
６０、ＨＶ：２５０以上）、ＳＵＳ３０１（ＨＶ：３５
０以上）、インコネル６２５（ＨＶ：３００以上）、ヘ
ロンズアロイＨＡ２１４（ＨＶ：３００以上）等が好適
である。

【００２２】このシールリング１０は、図６に示すよう
に、環状溝６からシールリング１０の一部が突出する状
態でシールリング１０を環状溝６に嵌入し、出口管３
Ａ，３Ｂの端部に設けられたフランジを有する管体７と
入口管５Ａ，５Ｂの端部に設けられたフランジを有する
管体８とをボルト及びナット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、シールリング１０
は、内径部において上側の平坦面が管体８の端面８Ａと
接触し、内径部１２Ｂの下側の平坦面が環状溝６の底面
６Ａと接触して、皿ばねのばね力で接触面は密着した状
態になり、この状態で両管体７，８の気密性は、管体８
に形成した環状溝６から突出しようとするシールリング
１０のばね作用によってシールリング１０が管体面に強
く押し付けられることで維持される。そして、たとえ管
体７，８の対向する端面に歪みが生じても、シールリン
グ１０の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。

【００２３】図７はこの発明による管接続部の密封装置
の第二実施例を示す断面図である。このシールリング１
０は、図３のシールリング１０の両端面にそれぞれ比較
的に軟質の平坦状薄板リング即ち柔らかい平坦なリング
状金属板１５，１６を溶接したものである。リング状金
属板１５，１６の材質は、例えば、ＳＰＣ材（ＨＶ：２
００以下）、ＳＵＳ３０４（ＨＶ：２００以下）等が好
適である。

【００２４】このリング状金属板１５，１６は次のよう
な場合に必要となる。例えば、皿ばね１１，１２がセラ
ミック、ＨＶ：３５０以上の耐熱合金鋼のように非常に
硬い材料で製作されている場合である。また、別の場合
としては、図８に示すように、皿ばね１１の断面形状が
矩形の場合があげられる。図４に示す皿ばね１１は、内
径部１１Ｂ及び外径部１１Ｃが中間径部１１Ａに対して
曲折した形状を有しているので、精度よく加工するのは
困難を伴う。このような製作上の都合から、図８に示す
形状の皿ばねが好適であるが、符号Ｄで囲んだ部分に角
が存在するので、管体８の端面８Ａ及び環状溝６の底面
６Ａに損傷を与える可能性がある。そこで、リング状金
属板１５，１６、この場合には、符号Ｄで囲まれた部分
を面取り等を施して線接触でなくて面接触になるように
構成してもよい。

【００２５】このシールリング１０は、図示は省略する
が、環状溝６からシールリング１０の一部が突出する状
態でシールリング１０を環状溝に嵌入し、出口管３Ａ，
３Ｂの端部を構成する管体７と入口管５Ａ，５Ｂの端部
を構成する管体８とをボルト及びナットで緊締すること
によって、管接続部に組み付けられる。その際、シール
リング１０の上端面に溶接した柔らかい平坦なリング状
金属板１５が管体８の端面８Ａと接触し、下端面に溶接
した柔らかい平坦なリング状金属板１６が環状溝６の底
面６Ａと接触して、皿ばねのばね力で接触面は密着した
状態になり、この状態で両管体７，８の気密性は、管体
７に形成した環状溝６から突出しようとするシールリン
グ１０のばね作用によってシールリング１０が管体対向
面で強く押し付けられることで維持される。そして、た
とえ管体７，８の対向する端面に歪みが生じても、シー
ルリング１０の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。

【００２６】図３の実施例では、皿ばね組立体は、二枚
の皿ばねの外径部同士を突き合わせて接合することによ
って、内径部がシール面に当接するように構成している
が、内径部同士を突き合わせて接合することによって、
外径部がシール面に当接するように構成してもよい。同
様に、図７の実施例において、リング状金属板は、皿ば
ね組立体の内径部の平坦面に接合しているが、内径部同
士を突き合わせて接合することによって製作した皿ばね
組立体の外径部の平坦面に接合するようにしてもよい。

【００２７】

【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、この管接続部の密封装置は、従来のシール
リングのように、有機成分を含んだガスケット材を一切
使用せずに、シールリングを金属材またはセラミック材
だけで薄板リングに製作しているので、高温度に晒され
ても体積の減少や変質の問題が生じることはなく、管体
間で常に良好なシール性能を発揮することができる。

【００２８】また、管体の使用温度が非常に高温である
ため、熱負荷によって管体の対向面に大きな歪みが発生
しても、薄板リングは弾性を有する裁頭錐形状即ち皿ば
ねのばね力で常に管体のシール面は圧着状態になり、管
接続部に良好なシール面を維持することができる。

【００２９】更に、この密封装置は、皿ばねを組み合わ
せただけの簡単な構造であり、皿ばねの枚数や組合せを
適宜選択することによってばね力を適正に変えることが
でき、管体間に最適なシール性能を任意に選定すること
ができる。

【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】この発明による管接続部の密封装置の一実施例
を示す説明図である。

【図４】図３の領域Ｃの部分のシールリングの一例を示
す拡大断面図である。

【図５】シールリングとして二枚重ねの皿ばねを使用し
た場合の図３の領域Ｃの部分の拡大断面図である。

【図６】図１の領域Ｂの部分の拡大断面図であって、図
３のシールリングを環状溝に嵌入して管接続部を緊締し
た時の状態を示す断面図である。

【図７】この発明による管接続部の密封装置の別の実施
例を示す説明図である。

【図８】図３の領域Ｃの部分のシールリングの別の例を
示す拡大断面図である。

【図９】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１０】図９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１１】図９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１０シールリング１１皿ばね（薄板リング）１２皿ばね（薄板リング）１３皿ばね組立体１４積層皿ばね１５リング状金属板（平坦状薄板リング）１６リング状金属板（平坦状薄板リング）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する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耐熱性で且つ弾性を有する
薄板リングから製作し、該薄板リングの内側部と外側部
とをリング軸方向に偏倚させて中間部を裁頭錐形状に構
成したことを特徴とする管接続部の密封装置。
【請求項２】前記シールリングは前記薄板リングを複
数重ね合わせて接合した組立体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。
【請求項３】前記薄板リングをセラミックス又は金属
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。
【請求項４】前記シールリングは複数重ね合わせて接
合した前記薄板リングの管体接触側面に比較的に軟質の
平坦状薄板リングを配置した組立体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。