JPH0245064B2

JPH0245064B2 -

Info

Publication number: JPH0245064B2
Application number: JP57008269A
Authority: JP
Inventors: Susumu Aoki; Tsutomu Yamamoto; Masaaki Ashizawa; Yutaka Shimoda
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1982-01-23
Filing date: 1982-01-23
Publication date: 1990-10-08
Also published as: JPS58149472A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はシール部材に関し、特に、振動する
高温管の管継手に好適なシール部材に関するもの
である。前部横置きエンジンの前輪駆動車（以下にFF
車と略記する）においては、エンジンの軸線と車
体の中心線とが直角であるため、排気マニホルド
の軸線と排気管も直角になり、エンジン回転によ
つて生ずる排気マニホルド軸線を中心とする回転
振動が、排気管に対しては軸線に直交方向の曲げ
モーメントとして作用する。このため排気マニホ
ルドと排気管との接続部分にこの曲げモーメント
を吸収できる管継手を必要とするが、従来のFF
車における管継手に使用されるシール部材はこの
ような機能を備えていない。第１図は従来のFF車における管継手を示した
ものである。ここに、１は排気マニホルド（図示
せず）に接続された排気集合管、２は車体の長手
方向に延在する排気管である。３は排気集合管１
の端部のフランジで、該フランジ３に紙面の直交
方向に延在する一対の長孔４が設けられている。
５は排気管２の端部の球面フランジであり、フラ
ンジ３の面に圧接されるリング状のシール部材６
をその外周側から押えつけている。球面フランジ
５の外周面はフランジ３の面に平行になつてお
り、フランジ３の長孔４に対応して貫設されたボ
ルト挿通孔７をもつ。球面フランジ５とフランジ
３とは、ボルト８、ナツト９及び押えばね１０に
よつて互に圧接され、またシール部材６は排気集
合管１の管端部に嵌装されてフランジ３に圧接さ
れている。上記の如き管継手のシール部材６には、例えば
特開昭54−76759号公報に開示された公知のシー
ル部材がある。この公知のシール部材は、第２図
に示すように、グラフアイトもしくはシリコーン
接着マイカペーパー等からなる帯板状の耐火板材
１１をそれと同幅のメタルメツシユ１２とともに
第３図に示すように円筒状に巻き上げた後、軸方
向に圧縮成形して第４図に示すような断面形状の
シール部材６となしたもである。しかしながら、上記した公知のシール部材に
は、下記のような欠点があり、FF車の管継手の
シール部材として不適であつた。即ち、(a)耐火板
材がグラフアイトである場合、400℃以になると
酸化消失してしまい高温用シール部材として不適
であること、(b)耐火板材がシリコーン接着マイカ
ペーパーである場合、シリコーンが250℃以上に
なると焼失し、シール部材が破壊してしまい同様
不適であること、(c)第２図に示すように耐火板材
１１とメタルメツシユ１２の幅が等しく、第４図
に示すように表面にメタルメツシユ層１２が露出
するのでシール性が失われること等の欠点があつ
た。また、公知のシール部材を組込んだ第１図の管
継手は、シール部材がほぼ球面状外周面をもつた
めに、管軸に直交する方向の曲げモーメントや管
軸を中心とする回転振動を吸収できるが、管軸方
向の引張力が作用した場合には、フランジ３，５
とシール部材６とが離れて、シール作用が失われ
るという欠点も有している。この発明の目的は、上記公知のシール部材の欠
点を有しない、改良されたシール部材、特に、振
動する高温の管の管継手に好適なシール部材を提
供することにある。また、この発明の他の目的
は、接続の管継手の欠点を補償することのでき
る、改良されたシール部材を提供することにあ
る。この発明は、接続される２管のフランジがばね
により圧接方向に附勢されるとともに、少なくと
も一方の管フランジが球面を有する高温排気管フ
ランジ間に装着されるシール部材であつて、第１発明及び第２発明の共通な構成は、バーミ
キユライトを主成分とする帯板状の耐火板材を円
筒状もしくは環状をなすように数層に巻いて構成
した耐火材層と、耐火板材に食い込む多数の爪も
しくは小突起を少なくとも一方の面に備える金属
薄板を該耐火板材とともに巻き込んで構成した筒
状もしくは環状の金属薄板製芯材とからなるもの
である。さらに第１発明のシール部材の構造は、軸線方
向に整列して互いにそれぞれの端面が向かい合う
ように配置された一対の環状部分からなり、該一
対の環状部分の間には各々を互いに反対方向に附
勢しているばね部材が設けられていることを特徴
とする。。さらにまた第２発明のシール部材の構造は、該
耐火材層の一端面に装着された弾性部材が設けら
れていることを特徴とする。この発明の好適実施例におけるシール部材は、
該金属薄板製芯材が該耐火材層の表面に露出しな
いように、埋め込まれたものである。この発明に使用する耐火板材は、本出願人の既
特許出願にかかるもので、高温において安定かつ
膨張する性質を有しているため高温用シール材と
して好適であること、耐火材層の中に埋め込まれ
る芯材がシール部材内に空隙を作らず、従つてシ
ール部材内をガスがリークするおそれがないこ
と、芯材表面に設けた爪などが耐火材層中に食い
込むため耐火材層と芯材との結合が強固であるこ
となどの点に利点がある。そして排気管フランジ間に装着される第１発明
及び第２発明のシール部材は、ばね部材あるいは
弾性部材が組込まれた構造であるので、排気管の
振動に追従して、ガス漏れの危険が全くない。以下図面を参照して参考例と実施例について説
明する。第５図は第１参考例のシール部材１３の半部縦
断面図である。同図にて、シール部材１３の全体
はバーミキユライトを主成分とする耐火材層１４
で構成され、耐火材層１４の中には少なくとも一
枚の金属薄板製芯材１が表面から露出せぬように
埋込まれている。耐火材層１４は、後に示すよう
に板材を積層した後、型に入れて圧縮成形してシ
ール部材１３の最終形状とするか、粉体状のもの
を型に入れて圧縮成形して同様にするかなどの方
法によつて成形される。金属薄板製芯材１５は第６図及び第７図に示す
ように、その両面に多数の爪もしくは小突起１５
ａを備えたもので、耐火材層１４の中に環状もし
くは筒状になるように完全に埋込まれる。小突起
１５ａは、埋込まれたとき、耐火材層１４の中に
食込んで耐火材層１４と芯材１５との結合を強め
かつシール部材１３の全体強度を高める。耐火材層１４を板材により積層するには、第８
図及び第９図に示すように、帯状の耐火板材１６
と耐火板材１６よりも幅及び長さの小さい金属薄
板製芯材１５とを積層し、これを円筒状に巻いた
成巻体を第３図のように作つた後、環状の型内で
圧縮成形して得ることができる。第５図のごとき第１参考例のシール部材は、芯
材１５が耐火材層１４の表面に露出しないうえ、
公知のシール部材と異なり空隙を内蔵したメタル
メツシユではないので、ガスが侵入かつ通過する
ことがなく、高いシール性能をもつ。また耐火材
層１４がバーミキユライトを主成分としており、
耐熱性と高温膨脹性を有しているので高温におけ
るシール性も良好である。第８図に示すようなバーミキユライトを主成分
とする耐火板材、およびそれによるシール部材の
製造方法を次に述べる。 1300℃で急熱膨脹させた２号バーミキユライト
80Kgを5tonの水中に16時間浸漬して十分湿潤させ
たのち、この水・バーミキユライト混合物をフア
イブレーターに投入して高速せん断すると、鱗片
状になつたバーミキユライトがフロツク状に分散
した分散液を得る。この分散液をチエスト中で１
時間ほ撹拌しながら麻パルプ10Kg、タルク30Kgを
投入して均一分散させ、さらにNBRラテツクス
と加硫薬剤との混合物８Kgを２倍の水で希釈して
徐々に添加する。ラテツクスが均一に分散したと
ころで硫酸アルミニウム５％溶液を少量づつ添加
し、ラテツクスをバーミキユライト・麻パルプ・
タルクに均一に定着させたのち、抄造機で抄き上
げて厚さ0.5mm密度1000Kg／m²のシート状物とな
し、120℃30分間乾燥し、幅26mmのテープ状にス
リツトして第８図に示すような耐火板材１６を得
た。一方、芯材として、厚さ0.2mmの冷間圧延鋼板
を幅21mmの帯状に裁断し、これに孔径1.2mmφの
穴をピツチ３mmで穿孔するとともに両面に爪立を
行い、第８図のような金属薄板製芯材１５を得
た。上記の耐火板材１６と金属薄板製芯材１５とを
第８図のように重ねた状態のものを所定直径の丸
棒に巻つけてから抜き去り、円筒状の成巻体を得
る。この成巻体を金型に入れて圧縮成形して、外
径59mmφ内径42.8mmφ軸長17mmの球状曲面の輪郭
形状をもつ第５図のようなシール部材１３を得
た。この第１参考例のシール部材１３を第１図に示
す管継手に装着し、これを第１４図に示す管継手
試験装置に装架して試験したところ、第１表に示
す良好な測定値が得られた。第１４図の試験装置はFF車における管継手部
の動き模したものである。同図において、試験し
ようとするシール部材を装着した管継手１４１は
サポータ１４２に固定され、前部横置きエンジン
から発する振動に相当する両矢印Ｖの振動が振動
試験機１４３と慣性おもり１４４によつて人為的
に加えられる。また振動試験機１４３の振動数、
振幅、揺動力などは制御測定機１４５によつて制
御測定される。さらにガスバーナー１４６によつ
て管継手１４１を加熱するようになつており、そ
のときの管部の温度は熱電対１４７で測定され
る。第１表の試験項目と測定値は下記の方法によつ
て試験したものである。まず、圧縮特性の軸方向荷重（180Kg）は、第
１図に示す管継手にシール部材１３をボルト８に
より締め付け、押えばね１０のちぢみ代から算出
される。圧縮特性としてのシール部材１３の圧縮
量（0.4mm）は、このときの球面フランジ５とフ
ランジ３の距離から算出した。次の揺動特性は、圧縮特性を測定した後の管継
手１４１を第１４図の試験装置にサポータ１４２
で固定し、振動試験機により両矢印Ｖのように角
度５度揺動させ、この時の回転モーメント（35Kg
ｆ−cm）によつて評価した。次にガスシール特性は、まず慣性おもり１４４
側の管をめくらに封止し、ガスバーナー１４６側
の管にフローメーターを介したエアー配管を行
い、内圧0.2Kgｆ／cm²Ｇを負荷した時のシール部
材１３からのエアー漏れ量をフローメーターで測
定し、揺動前のエアー漏れ量が80c.c.／minである
ことを確認する。その後エアー配管をはずし、第
１４図装置に図示したようにガスバーナー１４６
をセツトして管継手１４１内を加熱し500℃に保
持する。この温度を保ちながら、揺動試験機１４
３を作動し、10Hz×５分間−50Hz×55分間を１加
振周期として５回、合計５時間の加振耐久テスト
を行う。加振耐久テスト後、再度エアー配管を行
い、内圧0.2Kgｆ／cm²Ｇを負荷して、シール部材
１３からの揺動後の漏れ量（120c.c.／min）フロ
ーメーターで測定し、ガスシール特性とした。次に耐熱性は、ガスシール特性測定後の管継手
を分解し、シール部材の試験前外径寸法（59.0
mm）の変化量（0.07mm）によつて評価した。

【表】第１０図には第２参考例のシール部材１７を示
す。以下にこのシール部材１７の製作方法を第１
５図を参照して説明する。第１参考例と同様にして得たバーミキユライト
を主体とするシール状耐火板材１６を用意する。次に、鱗片状グラフアイト35％、二硫化モリブ
デン28％、石綿繊維５％、タルク27％の混合物を
つくり、この混合物とNBRゴムをトルエンに膨
潤したゴムノリ（ゴム含量５％）とを、ニーダー
にて約１時間強制混練して粘土状物をつくる。こ
の粘土状物を２本の圧延ロールにてシール状にし
た後、70℃で15分間オーブン中で乾燥し、これを
幅26mmのテープ状にスリツトして第２のシール状
耐火板材１８′をつくる。上記２種の耐火板材１
６および１８′と、第１参考例で使用したと同じ
金属薄板製芯材１５とを、第１５図のように重
ね、これを所定直径の丸棒に巻きつけてから抜き
去り、円筒状の成形体を得る。この成形体を金型
に入れて圧縮成形して外径59mmφ、内径42.8mm
φ、軸長17mmの球状曲面の輪郭形状をもつ第１０
図シール部材１７を得た。この第２参考例のシール部材１７を第１参考例
と同様に第１図に示す管継手に装着して前記同様
の試験をしたところ、第２表に示す良好な測定値
が得られた。

【表】第２表から明らかなように、第２参考例のシー
ル部材１７は、全体的な特性としては第１参考例
のシール部材１３の特性を保持しながら、特に排
気管２のフランジ面との摩擦が少なくなめらかな
接触を保持できる点で第１参考例のシール部材１
３より優れていることが判つた。また第１参考例のシール部材１３においては、
前記加振耐久テストの10Hz低周波振動の時に、排
気管２の球面フランジ面とシール部材１３面とが
こすれあうために俗に“鳴き”と呼ばれる小さな
摩擦音（約１ｍ離れた所で耳をそばだてると聞き
とれる程度の小さな音）が発生したが、第２参考
例のシール部材１７において、この“鳴き”と呼
ばれる摩擦音が解消できた。この“鳴き”の解消
は、自動車の床下部分に配される排気管揺動継手
部からの異音を感じさせない点で、品位を向上さ
せる効果は大である。そしてまた第２参考例のシール部材１７におい
ては、管継手の揺動回転モーメントが小さくなる
ために排気管を自動車車床に固定するサポート部
分の荷重が軽減し構造体の軽量化が計れる等の効
果がある。次に、第２発明の実施例（第２実施例）を第１
１図に、また第１発明の実施例（第１実施例）を
第１３図に、それぞれ示す。第２及び第１実施例
は、第１参考例のシール部材１３と第２参考例の
シール部材１７を、特に排気管２に軸方向の引張
力が加わつたときにもシール部材が球面フランジ
内周面から離れぬように軸線方向に弾性力が生ず
るように構成したものである。第１１図の第２実施例のシール部材１９は、第
１参考例のシール部材１３（第５図参照）のフラ
ンジ３と接触するシール部材端部１９ａに55mmφ
×50.8mmφ×深さ２mmの浅い環状溝１９ｂを旋盤
加工にて形成し、この環状溝１９ｂ内に第１２図
に示すごとき波形の凹凸を備えた板ばね（54.8mm
φ×51.0mmφ×高さ４mm）２０を嵌装したもので
ある。板ばね２０の凹凸の高さは環状溝１９ｂの
深さよりやや大きく設計され、シール部材１９が
フランジ３に圧接されると板ばね２０の復元力で
球面フランジ５に密着し、排気管２に引張力が作
用してもその密着が失われない。この密着性は、第１６図の試験装置による試験
により確認された。同図に示したように、シール
部材１９と球面フランジ５とをインストロン型万
能試験機の圧縮治具１６に載せ、矢印方向に排気
管の軸方向荷重を加えた時の荷重とみずみの関係
を求め、第１７図の曲線Ｂを得た。なお、同図に
おいて、曲線Ａは第５図の第１参考例（第２参考
例もほぼ同じ）における結果を示す。第１７図を見ればわかるように、第１参考例
（曲線Ａ）および第２参考例のシール部材は、振
動等で急激な0.4mm以上の引張力が作用した場合
には球面フランジ５とシール部材面は離れてしま
い、まつたくシールができない状態となるのに対
して、第１１図の第２実施例シール部材１９にお
いてはまだ100Kgｆ程度の荷重が残存し球面フラ
ンジ５とシール部材面とは接触しシールが保たれ
ている。第１３図の第１実施例では、シール部材２１が
軸線方向に整列した環状部分２２，２３をもち、
それぞれの対向する端面には複数個の凹所２２
ａ，２３ａ（第１８図参照）が相対向して設けら
れ、凹所２２ａ，２３ａには両環状部分２２，２
３を互いに分離する方向に附勢するコイルスプリ
ング２４が収容されている。第１３図のようなシール部材２１を製作するに
は、第１参考例にて得たシール部材１３（第５図
参照、内径42.8mmφ外径59.0mmφ厚さ17mm）を高
速カツターにて第１３図のように二分割する。こ
の各々の48.0mmφ円周上に中心をもつようにボー
ル盤にて３mmφ×深さ２mmの穴２２ａ，２３ａを
相対面した位置にあけ（平面的位置は第１８図の
ように22.5゜分割で16ケ所）この穴の中に線径0.5
mmφ、巻径2.5mmφ、巻数５、高さ６mmの高張力
バネ鋼製のコイルスプリング２４を収容する。この第１実施例のシール部材２１を第１図の管
継手に装着すれば、排気管２に軸線方向引張力が
作用しても、シール部材の一方の環状部分２２は
球面フランジ５に圧接し、また他方の環状部分２
３はフランジ３に圧接されるようにコイルスプリ
ング２４の力が働くので、シール部材２１と両フ
ランジ３，５との密着が失われることがない。第１実施例のシール部材２１について、第１７
図の荷重とひずみの関係を求めた結果は同図の曲
線Ｃであり、第１実施例のシール部材２１に0.4
mm以上の引張力が作用したとしても、まだ100Kg
ｆ強の荷重が残存し球面フランジ５とシール部材
面は接触し良好なシールが保たれることが判る。また、第１実施例の耐火材１４はバーミキユラ
イトを主成分とする耐火材であり、熱伝導率の非
常に小さい断熱材の特性を有するので（λ＝
0.102kcal／mh℃）、この中に装着されたコイル
スプリング２４は排気管からの高温の影響を受け
ないのでバネ定数の劣化が防止されてシール部材
の弾性力を保持できる利点を有する。この発明による効果を列挙すれば下の通りであ
る。 (i) シール部材を構成する耐火材としてバーミキ
ユライトを主成分とするものを使用しているた
ため、高温時において脆化せず密封機能の減ず
ることがない。 (ii) シール部材内部に空隙を作らない金属薄板製
芯材を（そしてこの芯材がシール部材表面に露
出しないようにすればなおのこと）使用してい
るため、シール部材を通過するガス漏れのおそ
れがない。 (iii) シール部材表面に滑らかな耐火材層を設けれ
ば、シール部材が継手の構成部品に対して緊密
で滑らかな接触を保つため、さらにガス漏れの
危険は軽減される。 (iv) 軸線方向に弾性力を与えたから、軸線方向の
引張力が作用しても、ガス漏れの危険は全くな
くなつた。以上によつてこの発明によれば、振動を受ける
高温管の管継手の構成部品として好適なシール部
材が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のシール部材が装着される公
知の管継手例の縦断面図、第２図ないし第４図は
公知のシール部材の製造方法及び構造を示した
図、第５図はこの発明の第１参考例のシール部材
の縦断面図、第６図はこの発明のシール部材に用
いる芯材の一部の平面図、第７図は第６図の―
線矢視断面図、第８図はこの発明の製造方法例
の説明図、第９図は第８図の―線矢視断面
図、第１０図はこの発明の第２参考例のシール部
材の縦断面図、第１１図はこの発明の第２実施例
のシール部材の縦断面図、第１２図は第１１図の
シール部材に装着される板ばねの斜視図、第１３
図はこの発明の第１実施例のシール部材の縦断面
図、第１４図は管継手試験装置の概略を示す正面
図、第１５図は第１０図のシール部材１７の製作
方法説明図、第１６図は管継手の軸方向荷重試験
装置の説明図、第１７図は第１６図装置による軸
方向荷重試験の結果を示すグラフ、第１８図は第
１３図シール部材のコイルスプリング嵌装凹所の
位置を示す平面図である。１……排気集合管、２……排気管、３……フラ
ンジ、４……長孔、５……球面フランジ、６……
公知のシール部材、１３，１７……この発明の参
考例のシール部材、１９……この発明の第２実施
例のシール部材、２１……この発明の第１実施例
のシール部材、１４……耐火材層、１５……金属
薄板製芯材、１６……耐火板材、２０……弾性部
材、２４……ばね部材。

Claims

【特許請求の範囲】１接続される２管のフランジがばねにより圧接
方向に附勢されるとともに、少なくとも一方の管
フランジが球面を有する高温排気管フランジ間に
装着されるシール部材であつて、軸線方向に整列して互いにそれぞれの端面が向
かい合うように配置された一対の環状部分からな
り、該環状部分の各々はバーミキユライトを主成
分とする帯板状の耐火板材を円筒状もしくは環状
をなすように数層に巻いた耐火材層で構成される
とともに、該耐火材層の中には少なくとも一方の
面に多数の爪もしくは小突起を備えた金属薄板製
芯材が埋込まれており、該一対の環状部分の間に
は各々を互いに反対方向に附勢しているばね部材
が設けられていることを特徴とするシール部材。２接続される２管のフランジがばねにより圧接
方向に附勢されるとともに、少なくとも一方の管
フランジが球面を有する高温排気管フランジ間に
装着されるシール部材であつて、、バーミキユライトを主成分とする帯板状の耐火
板材を円筒状もしくは環状をなすように数層に巻
いた耐火材層と、該耐火材層に埋込まれるととも
に、少なくとも一方の面に多数の爪もしくは小突
起を備えた金属薄板製芯材と、該耐火材層の一端
面に装着された弾性部材とからなることを特徴と
するシール部材。