JPH0586854A

JPH0586854A - 管接続部の密封装置

Info

Publication number: JPH0586854A
Application number: JP3271900A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Miura; 正彦三浦; Yoshinori Habuta; 吉則土生田; Kunitoshi Inoue; 國利井上
Original assignee: Nippon Gasket Co Ltd
Current assignee: Nippon Gasket Co Ltd
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1993-04-06
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JP2912064B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、管体同士を接続する管接続部を高
温状態でも良好なシール性を維持できる管接続部の密封
装置を提供することである。【構成】この管接続部の密封装置は、シールリング１
０を金属薄板から製作した環状の中空リング１５及び該
中空リング１５内に充填した耐熱性物質を含むガスケッ
ト材１３及び芯板１４から製作し、皿ばね１２を管体３
のフランジ７に形成した環状溝６に嵌入し、該皿ばね１
２のばね力でシールリング１０を一方の管体５のフラン
ジ８の対向面１１に押し付けている。従って、シールリ
ング１０のガスケット材１３が熱負荷によって体積が減
少しても、常にシールリング１０が対向するフランジ面
８に押し付けられて両当接面のシール性を良好に維持す
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。

【０００３】従来、シールリングとして、実開平２−９
３７４号公報に開示されたものがある。該シールリング
を図８、図９及び図１０を参照して説明する。シールリ
ング３６は、排気管等の管３１，３２同士を接続する管
接続部を構成するフランジ３３，３４の間に挟持してフ
ランジ３３，３４間の気密保持を図るものである。シー
ルリング３６は、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
成り、一対のフランジ３３，３４の間で挟持した状態で
使用されるものであり、シールリング３６はフランジ３
３，３４の間で挟持するのに先立ち、使用時の温度より
も低い温度で加熱処理したものである。

【０００４】例えば、前掲実開平２−９３７４号公報に
開示したようなシールリング３６については、一方の管
３１，３２のフランジ３３，３４面を平面に形成し、他
方の管３１，３２のフランジ３３，３４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３
１，３２の気密を保持する状態で互いに連結している。

【０００５】上記のようなシールリングは、例えば、膨
張黒鉛シート、耐熱性繊維系シートのようなガスケット
材をステンレス鋼等の耐熱性の金属薄板によって巻回
し、環状溝に嵌入自在な形状と大きさとを有する閉鎖環
状の形状に形成したものである。

【０００６】上記のようなガスケット材を充填したシー
ルリングを、環状溝に嵌入した状態でフランジをボルト
とナットで緊締した場合には、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フランジ面に
強く押し付けることで維持されている。

【０００７】また、実開昭６０−４３７６７号公報に
は、エンジン用リング状シール部材が開示されている。
該エンジン用リング状シール部材は、エンジン構成部品
間の接合部に介在せしめてこの接合部をシールするもの
であり、厚肉のリング本体の外周側に薄肉の延長部を一
体形成し、且つこの延長部の外周端が前記接合部の外周
縁より半径方向外方に突出するように前記延長部の半径
方向の幅を定めたものである。

【０００８】また、特公昭６２−２１８８号公報には、
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。また、充填材
は、グラファイト、アスベスト又は粘土、或いはこれら
の混合物である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に、エンジンから排出される排気ガスを排出する排気系
には、排気マニホルドの出口管と排気管或いはターボチ
ャージャの入口管との管接続部、触媒コンバータ、消音
器等の出入口管と排気管との管接続部、燃焼器と排気管
との管接続部、場合によっては、ボイラー等の配管の管
接続部等では、ガス、液体等の流体の漏洩がないように
気密に接続されることが要求されている。特に、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の管接
続部では、排気ガスの温度は高温であり、しかも熱負荷
の大きい部位であり、該管接続部を気密に接続するに
は、種々の問題があった。

【００１０】例えば、前掲実開平２−９３７４号公報に
開示されたシールリング３６についても上記と同様に、
長期の使用により、シールリング３６が対向するフラン
ジ３４に対する密着度が低下し、漏洩の可能性が発生
し、密封性或いは耐久性の点で問題を有している。

【００１１】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、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。

【００１２】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。

【００１３】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、互いに対向する面を備え且つ互い
に緊締される一対の管体、該管体の互いに対向する前記
面に形成された環状溝、及び該環状溝に嵌入したシール
リングを有する管接続部の密封装置において、前記シー
ルリングを金属薄板から製作した環状の中空リングと該
中空リング内に充填した耐熱性物質を含むガスケット材
とから製作し、特に前記シールリングを一方の前記管体
の前記面へばね力で押し付ける皿ばねを前記環状溝に嵌
入し、たとえ前記シールリングのガスケット材が熱負荷
によって体積が減少しても、常に前記シールリングが対
向するフランジ面に押し付けられて両当接面のシール性
を良好に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。

【００１４】

【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、該管体の互いに対向する前記面に形成
された環状溝、及び該環状溝に嵌入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
を金属薄板から製作した環状の中空リングと該中空リン
グ内に充填した耐熱性物質を含むガスケット材とから製
作されていること、及び前記シールリングを一方の前記
管体の前記面へばね力で押し付ける皿ばねが前記環状溝
に嵌入されていることを特徴とする管接続部の密封装置
に関する。

【００１５】また、この管接続部の密封装置において、
前記皿ばねは前記シールリングに当接して密封機能を有
するビード部と前記管体の前記環状溝の壁面に当接して
密封機能を有するビード部とを有している。

【００１６】また、この管接続部の密封装置において、
前記皿ばねは前記シールリングの外周面に係合して前記
シールリングに固定できる係止部を有している。

【００１７】また、この管接続部の密封装置において、
前記皿ばねは使用温度より高い温度で熱処理された金属
材料から製作されている。

【００１８】また、この管接続部の密封装置において、
前記皿ばねはセラミック材料から製作されている。

【００１９】また、この管接続部の密封装置において、
前記皿ばねは前記管体の前記環状溝に複数枚重ね合わせ
て嵌入されている。

【００２０】

【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、シールリングを金属薄板から
製作した環状の中空リングと該中空リング内に充填した
耐熱性物質を含むガスケット材とから製作し、前記シー
ルリングを一方の管体の対向面へばね力で押し付ける皿
ばねが他方の管体に形成した環状溝に嵌入しているの
で、前記シールリングにおける前記ガスケット材の体積
が低減しても、前記皿ばねが前記シールリングを対向面
に押し付けるので、常に前記対向面と前記シールリング
とは密着され、流体の漏洩は発生せず、耐久性に富んだ
密封装置を提供できる。しかも、前記皿ばねは前記環状
溝の壁面及び前記シールリングの外面に対してビード部
で環状のシール部を形成するので、流体の漏洩は発生し
ない。

【００２１】

【実施例】この発明による管接続部の密封装置は、排気
マニホルドの出口管、ターボチャージャの出入口管、排
気管、ボイラ等の流通管等の流体を流す管体を互いに接
続する管接続部に適用できるものであり、主として、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、該管体の互いに対向する前記面に形成された環状
溝、及び該環状溝に嵌入したシールリングを有するもの
であり、特に、シールリングを金属薄板から製作した環
状の中空リングと該中空リング内に充填した耐熱性物質
を含むガスケット材とから製作され、しかも、シールリ
ングを一方の管体の面へばね力で押し付ける皿ばねが環
状溝に嵌入されているものである。そこで、この管接続
部の密封装置を排気マニホルドの出口管とターボチャー
ジャの入口管との管接続部に組み込んだ実施例を、図面
を参照して説明する。

【００２２】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、図２
は図１の線Ａ−Ａ側から見た側面図、図３は図１の領域
Ｂの部分の拡大断面図、図４はこの発明による管接続部
の密封装置における皿ばねの一実施例を示す平面図、図
５は図４の皿ばねを成形した状態を示す断面図、及び図
６はこの発明による管接続部の密封装置における皿ばね
とシールリングとの一実施例を示す断面図である。

【００２３】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、それぞれ出口管である集合管である出口管３Ａ，３
Ｂ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管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管５Ａ，５Ｂを通じてターボチ
ャージャへ送り込まれる。図示していないが、ターボチ
ャージャに送り込まれた排気ガスは、ターボチャージャ
のタービンに作用し、該排気ガスエネルギーによってタ
ービンを駆動し、コンプレッサ或いは回転電機を作動
し、排気ガスエネルギーは回収されるように構成されて
いる。

【００２４】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１１が平らなフランジ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
フランジ７には、ターボチャージャの入口管５Ａ，５Ｂ
のフランジ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。図３に示すように、これらの環状溝６
には、この発明によるシールリング１０と皿ばね１２か
ら成る管接続部の密封装置が組み込まれている。

【００２５】この実施例の管接続部の密封装置は、互い
に対向する端面即ち対向面９，１１を備えた一対の管体
である出口管３Ａ，３Ｂと入口管５Ａ，５Ｂとを互いに
緊締する管接続部に組み込んだものであり、出口管３
Ａ，３Ｂの対向面に環状溝６を形成し、該環状溝６にシ
ールリング１０と皿ばね１２を嵌入している。

【００２６】この管接続部の密封装置において、シール
リング１０は、図３に示すように、ステンレススチール
等の耐熱性の金属薄板から製作した環状の中空リング１
５、該中空リング１５内に充填した耐熱性物質を含むガ
スケット材１３及び中空リング１５内に配置された芯板
１４から製作されている。中空リング１５は、金属薄板
の一面に芯板１４を内包したガスケット材１３を配置
し、金属薄板の端部２７が全周にわたって互いに重なる
ように巻回して形成することができる。ガスケット材１
３としては、膨張黒鉛シート、耐熱性繊維系シート等の
材料から製作され、有機系繊維と無機系繊維とを結合材
で結合して構成したものを使用できる。これらの配合割
合については、有機系繊維と無機系繊維との配合比が１
対３であり、これに対して結合材を５〜１０％加えてい
る。或いは、ガスケット材１３の別の例としては、無機
系繊維とステンレススチールワイヤとを結合材で結合し
て構成したものを使用できる。これらの配合割合につい
ては、無機系繊維とステンレススチールワイヤとの配合
比が３対１であり、これに対して結合材を５〜１０％加
えている。

【００２７】この管接続部の密封装置については、特
に、皿ばね１２がシールリング１０を入口管５Ａ，５Ｂ
の対向面１１へばね力で押し付けるため、環状溝６に嵌
入されていることである。皿ばね１２は、インコネル、
ステンレススチール等の耐熱性の金属薄板、或いはセラ
ミックスから成るセラミック薄板から製作され、図４に
示すように、環状本体１６及び該環状本体１６の外周部
に耳部即ち係止部２０が設けられ、特に、使用温度より
高い温度で熱処理された金属材料から製作されている。
この皿ばね１２は、環状のばね本体１６に沿って環状に
伸びるビード加工センター２６の両側即ち半径方向に隔
置した位置に環状に伸びるビード部１７，１８が形成さ
れている。係止部２０は、図５に示すように、環状本体
即ちばね本体１６に対して折り曲げられ、シールリング
１０の外周面２２に係合してシールリング１０に固定す
る機能を有している。また、皿ばね１２については、図
５に示すように、ばね本体１６にはシールリング１０に
当接して密封機能を有する環状のビード部１８と出口管
３Ａ，３Ｂの環状溝６の壁面２１に当接して密封機能を
有する環状のビード部１７とを有している。

【００２８】従って、この管接続部の密封装置について
は、皿ばね１２は、入口管５Ａ，５Ｂの対向面１１に常
にシールリング１０を押し付けて接触面が密着され、接
続部からの流体の漏洩は発生せず、耐久性に富んだ密封
装置を提供できる。また、皿ばね１２は、出口管３Ａ，
３Ｂの環状溝６の壁面２１に対してビード部１７で環状
のシール部を形成すると共に、シールリング１０の外面
に対してビード部１８で環状のシール部を形成するの
で、環状溝６内を迂回して流体が漏洩することもない。

【００２９】この管接続部の密封装置について、シール
リング１０と皿ばね１２との組み立ては、皿ばね１２に
シールリング１０を当接させて、４つの耳部である係止
部２０をシールリング１０の外周面２２に接触するよう
に折り曲げ、更に、皿ばね１２の係止部２０の先端部１
９をシールリング１０を抱き込むように折り曲げること
によって、皿ばね１２とシールリング１０とを固定でき
る。

【００３０】従って、この管接続部の密封装置は、環状
溝６に皿ばね１２とシールリング１０との組立体を嵌入
して、出口管３Ａ，３Ｂと入口管５Ａ，５Ｂとをボルト
及びナットで緊締すると、皿ばね１２及びシールリング
１０は、環状溝６内で弾性的に圧縮され、皿ばね１２と
出口管３Ａ，３Ｂとの接触面、シールリング１０と入口
管５Ａ，５Ｂとの接触面、及び皿ばね１２とシールリン
グ１０との接触面は密着状態になり、良好なシール性能
を提供できる。特に、シールリング１０におけるガスケ
ット材１３の非耐熱性物質、結合材の有機質成分が高温
度（例えば、７５０℃以上の温度）で熱分解して飛散
し、ガスケット材１３の体積が低減しても、皿ばね１２
がばね力でシールリング１０を入口管５Ａ，５Ｂ側へ押
圧して接触面を密封するので、常に良好なシール面を提
供でき、シールリング１０の耐久性を向上させることが
できる。或いは、使用温度が高温度のため、管体の対向
面９，１１に歪みが発生したとしても、同様に、皿ばね
１２のばね力が該面歪みを吸収即ち補完して、シールリ
ング１０を対向面１１に押し付けることができ両者間の
シール性を良好に維持することができる。

【００３１】この管接続部の密封装置は、上記のよう
に、構成されているけれども、上記実施例に限定される
ことはなく、例えば、皿ばね１２をセラミック材料から
製作することもできる。また、皿ばね１２は、図示して
いないが、管体の環状溝６に複数枚重ね合わせて嵌入す
ることもできるのである。また、場合によっては、図７
に示すように、管体の一方だけでなく、対向する両管体
２３，２４に環状溝２５，２６を形成することも可能で
あり、これらの環状溝２５，２６に跨がってシールリン
グ１０と皿ばね１２を嵌入して密封装置を構成すること
もできる。

【００３２】

【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、シールリング
を金属薄板から製作した環状の中空リングと該中空リン
グ内に充填した耐熱性物質を含むガスケット材とから製
作し、前記シールリングを一方の管体の対向面へばね力
で押し付ける皿ばねが他方の管体に少なくとも形成した
環状溝に嵌入しているので、前記シールリングが高温度
に晒されて体積が低減した場合でも、前記シールリング
の体積低減分を前記皿ばねのばね力でカバーすることが
でき、常に良好なシール面を維持できる。

【００３３】また、この管接続部の密封装置において、
管体の使用温度が高温度のため、管体の対向面に歪みが
発生したとしても、前記皿ばねのばね力でカバーするこ
とができ、常に良好なシール面を維持できる。しかも、
管体の使用温度及び対向面の歪み量に応じて、前記皿ば
ねの枚数、或いは材質を適正に選定することによって、
常に良好なシール性を確保することができる。更に、こ
の発明は、シールリングと皿ばねとの組み合わせであ
り、構造が簡単であり、組み込みも容易であり、高温時
でのシール性を確保できると共に、安価な密封装置を提
供できる。

【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】図１の領域Ｂの部分の拡大断面図である。

【図４】この発明による管接続部の密封装置における皿
ばねの一実施例を示す平面図である。

【図５】図４の皿ばねを成形した状態を示す断面図であ
る

【図６】この発明による管接続部の密封装置における皿
ばねとシールリングとの一実施例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
例を示す断面図である。

【図８】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９】図８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１０】図８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】

１排気マニホルド３Ａ，３Ｂ出口管（管体）５Ａ，５Ｂ入口管（管体）６環状溝７，８フランジ９，１１対向面（面）１０シールリング１２皿ばね１３ガスケット材１４芯板１５中空リング１６ばね本体１７，１８ビード部２０係止部２３，２４管体２５，２６環状溝

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ１６Ｌ 23/032

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、該管体の互いに対向する前記面に形
成された環状溝、及び該環状溝に嵌入したシールリング
を有する管接続部の密封装置において、前記シールリン
グは金属薄板から製作した環状の中空リングと該中空リ
ング内に充填した耐熱性物質を含むガスケット材とを有
していること、及び前記シールリングを一方の前記管体
の前記面へばね力で押し付ける皿ばねが前記環状溝に嵌
入されていることを特徴とする管接続部の密封装置。
【請求項２】前記皿ばねは前記シールリングに当接し
て密封機能を有するビード部と前記管体の前記環状溝の
壁面に当接して密封機能を有するビード部とを有してい
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】前記皿ばねは前記シールリングの外周面
に係合して前記シールリングに固定できる係止部を有し
てい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４】前記皿ばねは使用温度より高い温度で熱
処理された金属材料から製作されていることを特徴とす
る請求項１に記載の管接続部の密封装置。
【請求項５】前記皿ばねはセラミック材料から製作さ
れてい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６】前記皿ばねは前記管体の前記環状溝に複
数枚重ね合わせて嵌入されてい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。