JP2007239537A - 排気管フランジ継手構造 - Google Patents

Abstract

【解決課題】ボルト締結力の負荷によるフランジの変形が少なく、且つ安価に軽量化が図れる排気管フランジ継手構造を提供すること。
【解決手段】挿入部が形成されている第一管、接合部が形成されている第二管及びリング状ガスケットを有し、該挿入部を該接合部に挿入し、該リング状ガスケットの配置位置より外側に設けられたボルト穴に挿通する複数のボルトにより締付ける排気管フランジ継手構造において、第一管フランジ及び第二管フランジが、金属薄板をプレス加工して得られたものであり、該挿入部、該第一管フランジの内周側曲面部及び該第二管フランジの内周側曲面部で形成される隙間に、該リング状ガスケットが配置され、該リング状ガスケットの曲面部が、該第一管フランジの内周側曲面部及び該第二管フランジの内周側曲面部と接触していることを特徴とする排気管フランジ継手構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車全般の排気管同士を連結するため、又は排気管と排気マニホールドとを連結するため等、排気管及び排気管に付随した部品の連結に用いられる排気管フランジ継手構造に関する。

自動車の排気管は、複数箇所にてフランジ継手により連結されている。このフランジ継手は、排気ガスによる高熱と車両の振動を伴う過酷な使用条件で使用されるため、排気ガスの経路とボルト穴が開けられた厚さ１０ｍｍ前後の金属厚板からなるフランジを管端に溶接加工し、対向するフランジ間にフランジ面と同形状または類似形状のガスケットを挟みこんでボルト締めする構造が一般的であった。

近年では、環境問題への取り組みとして燃費向上が急務となっているため、各自動車メーカー及び部品メーカーでは、グラム単位の部品軽量化に、積極的に取り組んでいる。この軽量化の一方策として、厚さ３ｍｍ前後の比較的薄い金属薄板をプレス成型して得られる異形断面を持つフランジが使用されるようになってきた。

図１１及び図１２を参照して、従来の排気管フランジ継手構造に用いられているフランジを説明する。図１１は、従来の排気管フランジ継手構造に用いられているフランジの平面図であり、図１２は、図１１に示すフランジをＥ−Ｅ断面で切ったときの断面図である。なお、以下の説明において、対向するフランジと接触するフランジ面を真上から見た図を平面図とし、フランジ面と反対側の面から見た図を底面図とする。図１１及び図１２中、フランジ３１は、中央穴３２、ボルト穴３７及び該中央穴３２寄りの部分に、ガスケットが配置される凹状のガスケット保持部３３が形成されているフランジ面３４と、該フランジ面３４の内周部位で、該フランジ面３４に対して直角に折れ曲がって伸びる内周側折り曲げ部３５と、該フランジ面３４の外周部位で、該フランジ面３４に対して直角に折れ曲がって伸びる外周側折り曲げ部３６とからなる。そして、該内周側折り曲げ部３５の該フランジ面３４側に、内周側曲面部４０を有しており、該内周側曲面部４０は、該フランジ面３４へ連続する曲面部である。また、該外周側折り曲げ部３６の該フランジ面３４側に、外周側曲面部４１を有しており、該外周側曲面部４１は、該フランジ面３４へ連続する曲面部である。

しかし、図１１及び図１２に示すような、金属薄板のプレス加工により得られるフランジが用いられている排気管フランジ継手構造（以下、従来の排気管フランジ継手構造（１）とも記載する。）では、ボルト締結力を負荷すると、フランジ面がガスケット面圧で変形し、口開き部が生じ、ガスケット面圧が不均一になり、ガス漏れを生じることがあるという問題があった。図１３に、ボルト締結力負荷後の、該従来の排気管フランジ継手構造（１）の様子を示す。なお、説明の都合上、図１３には、該従来の排気管フランジ継手構造（１）のうちのフランジのみ示す。図１３に示すように、該フランジ３１、３１は、締結時に、該ボルト穴３７、３７を結ぶ線３９を頂点として折れ曲がるように、該ボルト穴を結ぶ線３９と直交する方向に、対向フランジに向かって凸状に変形して、口開き部３８が生じる。

この問題を解決する方法として、特許文献１の特開２００２−３４９２５８号公報に、フランジ面の中央穴寄りの部分にガスケットを配し、ガスケット配置分部より外側に設けたボルト穴に挿通したボルトで締付ける排気管フランジ継手構造であって、前記フランジ面に、ボルト穴同士を結ぶ方向と直行する方向に、又はボルト穴と中央穴とを結ぶ方向と直交する方向に、凹状のそりを形成した排気管フランジ継手構造が開示されている。特許文献１に記載されている排気管フランジ継手構造は、フランジ面に、凹状のそりを形成させることにより、締結力の負荷による凸状変形を打ち消し、口開きを生じないようにしたものである。以下、特許文献１に記載されている排気管フランジ継手構造を、従来の排気管フランジ継手構造（２）とも記載する。

該従来の排気管フランジ継手構造（２）に係るフランジについて、図１４を参照して説明する。図１４は、締結力を負荷する前の、該従来の排気管フランジ継手構造（２）に係るフランジを示す図であり、図１４中（１４−１）は、該従来の排気管フランジ継手構造（２）に係るフランジを示す斜視図であり、図１４中（１４−２）は、（１４−１）に示すフランジをＦ−Ｆ断面で切ったときの断面図である。図１４に示すフランジ５０のフランジ面３４は、該ボルト穴３７、３７を結ぶ線３９の中央で、該ボルト穴３７、３７を結ぶ線３９に直行する方向に、対向するフランジ面に対して凹状に反っているのに対し、図１１及び図１２に示すフランジ３１のフランジ面３４には、反りが形成されていない点で、該フランジ５０は、該フランジ３１と異なるものの、他は、該フランジ３１と同様の構成である。なお、図１４中、図１１及び図１２と同様な部分については、同一の符号を付した。

ところが、該従来の排気管フランジ継手構造（２）であっても、フランジが変形して、口開きが生じ、ガスケット面圧が不均一になり、ガス漏れを生じることがあるという問題があった。

また、該従来の排気管フランジ継手構造（２）では、該内周側曲面部４０が、該フランジ面３４へ連続する曲面部であるため、該内周側曲面部４０の曲率半径が小さい程、シール面を、排気管の近くに配置できる。そして、シール面を排気管に近づける程、フランジの外寸法を小さく設計することができるので、軽量化及びコンパクト化が図れる。なお、該シール面とは、ガスケットとフランジ面の接触部位のことである。

ところが、実際のプレス加工においては、曲面部の曲率半径を小さくするには、プレス加工を多段階で行う必要があるため、工程が複雑となり製造コストが高くなるという問題があった。更に、曲面部の曲率半径を小さくすると、該曲面部の表裏に微細なクラックが発生し、使用時に破損する危険性があるので、曲面部にクラックが発生するのを防止するためには、延性に富み、加工性の良い金属をフランジ材料として採用しなければならない。そして、これらの金属材料が、高価であることから、曲面部の曲率半径を小さくすると、製造コストが高くなるという問題があった。

従って、本発明の課題は、ボルト締結力の負荷によるフランジの変形が少なく、且つ安価に軽量化が図れる排気管フランジ継手構造を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、第一管の挿入部、第一管フランジの内周側曲面部及び第二管フランジの内周側曲面部で形成される隙間に、リング状ガスケットを配置させることにより、（１）比較的弱いボルト締結力でも、排気管フランジ継手構造が、優れたシール性能を発揮すること、（２）シール面を、排気管に近い、第一管フランジの内周側曲面部及び第二管フランジの内周側曲面部に配置できるので、フランジをコンパクトにできることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、（ａ）管端に第一管フランジが付設されており、且つ挿入部が形成されている第一管、（ｂ）管端に第二管フランジが付設されており、且つ該挿入部が挿入される接合部が形成されている第二管、及び（ｃ）該第一管フランジと該第二管フランジとの間に配置されるリング状ガスケットを有し、
該挿入部が該接合部に挿入されており、該リング状ガスケットの配置位置より外側に設けられたボルト穴に挿通する複数のボルトにより締付ける排気管フランジ継手構造において、
該第一管フランジ及び該第二管フランジが、金属薄板をプレス加工して得られたものであり、
該挿入部、該第一管フランジの内周側曲面部及び該第二管フランジの内周側曲面部で形成される隙間に、該リング状ガスケットが配置され、
該リング状ガスケットの曲面部が、該第一管フランジの内周側曲面部及び該第二管フランジの内周側曲面部と接触していること、
を特徴とする排気管フランジ継手構造を提供するものである。

本発明によれば、ボルト締結力の負荷によるフランジの変形が少なく、且つ安価に軽量化及びコンパクト化が図れる排気管フランジ継手構造を提供することができる。

本発明の排気管フランジ継手構造は、（ａ）管端に第一管フランジが付設されており、且つ挿入部が形成されている第一管、（ｂ）管端に第二管フランジが付設されており、且つ該挿入部が挿入される接合部が形成されている第二管、及び（ｃ）該第一管フランジと該第二管フランジとの間に配置されるリング状ガスケットを有し、
該挿入部が該接合部に挿入されており、該リング状ガスケットの配置位置より外側に設けられたボルト穴に挿通する複数のボルトにより締付ける排気管フランジ継手構造において、
該第一管フランジ及び該第二管フランジが、金属薄板をプレス加工して得られたものであり、
該挿入部、該第一管フランジの内周側曲面部及び該第二管フランジの内周側曲面部で形成される隙間に、該リング状ガスケットが配置され、
該リング状ガスケットの曲面部が、該第一管フランジの内周側曲面部及び該第二管フランジの内周側曲面部と接触している排気管フランジ継手構造である。

本発明の排気管フランジ継手構造について、図１〜３を参照して説明する。図１は、本発明の排気管フランジ継手構造の模式的な断面図であり、図２は、図１中のＡ部分の拡大図であり、図２中（２−１）は、リング状ガスケットの記載を省略していない拡大図であり、図２中（２−２）は、リング状ガスケットの記載を省略した拡大図であり、図３は、本発明の排気管フランジ継手構造に係る第一管及び第二管の模式的な断面図であり、図３中（３−１）は、本発明の排気管フランジ継手構造に係る第一管の模式的な断面図であり、図３中（３−２）は、本発明の排気管フランジ継手構造に係る第二管の模式的な断面図である。図１中、排気管フランジ継手構造１は、第一管フランジ２が付設されている第一管３と、第二管フランジ４が付設されている第二管５と、リング状ガスケット６とを有し、該第一管３の挿入部７が、該第二管５の接合部８に挿入されており、該挿入部７が、該接合部８に挿入された時に形成される隙間、すなわち、該挿入部７、第一管フランジの内周側曲面部９、及び第二管フランジの内周側曲面部１０により形成される隙間１１に、該リング状ガスケット６が配置されている。そして、該リング状ガスケット６の配置位置より外側に設けられたボルト穴に挿通するボルトにより、該第一管フランジ２と該第二管フランジ４とが締付けられて、該排気管フランジ継手構造１が構築される。この時、該第一管フランジ２のフランジ面と該第二管フランジ４のフランジ面は接している。

次に、本発明の排気管フランジ継手構造に係るフランジについて、図４〜図７を参照して説明する。図４は、本発明の排気管フランジ継手構造に係る第一管フランジ（第二管フランジ）を示す斜視図であり、図５は、図４に示す第一管フランジ（第二管フランジ）の底面図であり、図６は、図５に示すフランジをＢ−Ｂ断面で切ったときの断面図であり、図７は、図６中Ｃ部分の拡大図である。なお、該第二管フランジは、該第一管フランジと同様な形状なので、カッコ書きで示した。図４中、第一管フランジ２（第二管フランジ４）は、該第一管３（該第二管５）が挿通される中央穴１７及びボルトが挿通されるボルト穴１８が加工されているフランジ面１６と、該フランジ面１６の内周側で、該フランジ面１６に対して直角に折れ曲がって伸びる内周側折り曲げ部１９と、該フランジ面１６の外周側で、該フランジ面１６に対して直角に折れ曲がって伸びる外周側折り曲げ部２０とからなる。該内周側折り曲げ部１９及び該外周側折り曲げ部２０が伸びる方向は、対向するフランジ面と反対の方向である。そして、該内周側折り曲げ部１９は、該フランジ面１６側に、内周側曲面部２１を有しており、該内周側曲面部２１は、該フランジ面１６へ連続する曲面部である。また、該外周側折り曲げ部２０は、該フランジ面１６側に、外周側曲面部２２を有しており、該外周側曲面部２２は、該フランジ面１６へ連続する曲面部である。

該第一管フランジ２（該第二管フランジ４）は、金属薄板をプレス加工して得られる。そのため、該第一管フランジ２（該第二管フランジ４）は、異形断面を持つ。

該金属薄板の材質は、通常排気管フランジ継手構造のフランジに用いられている材質であれば、特に制限されず、ＳＴＫＭ等の炭素鋼材、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０３等のステンレス鋼等が挙げられ、これらのうち、ＳＵＳ４０３等のフェライト系ステンレス鋼が耐食性が高く且つ安価である点で好ましい。

該金属薄板の厚みＳは、２．０〜４．５ｍｍ、好ましくは２．８〜３．５ｍｍである。

該第一管フランジ２及び該第二管フランジ４において、該第一管フランジ２の該内周側曲面部２１の曲率半径Ｒ及び該第二管フランジ４の該内周側曲面部２１の曲率半径Ｒのいずれもが、該金属薄板の厚みＳの０．８〜２．０倍、好ましくは１．２〜１．６倍である。

図４〜７には、該ボルト穴１８の数が２個の場合の該第一管フランジ２（該第二管フランジ４）を示しており、該第一管フランジ２（該第二管フランジ４）の形状は、該ボルト穴１８を結ぶ方向が長軸の対角線となる菱形であり、その角部が円弧状に丸められた形状である。該ボルト穴１８の数は、２個に限定されず、３個以上であってもよい。該ボルト穴１８の数が、ｎ個（ｎは３以上の整数）の場合は、該第一管フランジ２（該第二管フランジ４）の形状は、ｎ角形であり、その角部が円弧状に丸められた形状である。

そして、該第一管３の場合、該挿入部７が管端に形成されるように、すなわち、該第一管３の管端が、該挿入部７の長さ分だけ、該第一管フンラジ２から突き出るように、該第一管フランジ２に、該第一管３が挿入され、該内周側折り曲げ部１９の端部２３の全周でアーク溶接等により溶接されて、該第一管フランジ２が、該第一管３の管端に付設される。また、該第二管５の場合、該挿入部７が挿入される該接合部８が管端に形成されるように、すなわち、該第二管５の管端が、該挿入部７の長さ分だけ、該第二管フランジ４の該フランジ面１６位置から、該第二管フランジ４の内側に引っ込むように、該第二管フランジ４に、該第二管５が挿入され、該内周側折り曲げ部１９の端部２３の全周でアーク溶接等により溶接されて、該第二管フランジ４が、該第二管５の管端に付設される。

該リング状ガスケット６としては、通常、排気管フランジ継手構造に使用されれるリング状ガスケットであれば、特に制限されず、ステンレス製薄板の中空管内に膨張黒鉛又は無機耐熱材料が充填されたリング状ガスケットや、断面が楔形をしたステンレス薄板のフープ材と無機耐熱材料からなるフィラー材を重ね合わせて渦巻き状に巻き回して構成される渦巻き形ガスケット等が挙げられる。そのうち、該渦巻き形ガスケットが、フランジとの接触面に金属及び該金属よりも軟質なフィラー材が存在するので、耐熱性となじみ性が良好となり、優れたシール性が得られる点で好ましい。

該リング状ガスケット６の自由状態の断面形状としては、該第一管フランジ２の該内周側曲面部２１及び該第二管フランジ４の該内周側曲面部２１と接触する面が、曲面となる断面形状であれば、特に制限されず、円形、楕円形等が挙げられる。なお、自由状態のリング状ガスケットとは、該排気管フランジ継手構造に組み込まれる前の該リング状ガスケット６を指す。

該リング状ガスケット６の自由状態の平面形状は、特に制限されず、円形、楕円形、トラック形状等が挙げられる。なお、該トラック形状とは、２つの対向する同じ長さの直線及び２つの対向する円弧で囲まれた形状である。

図８〜図１０を参照して、本発明の排気管フランジ継手構造に係るリング状ガスケットの自由状態の平面形状について説明する。図８は、本発明の排気管フランジ継手構造に係るリング状ガスケットのうち、自由状態における平面形状が円形のリング状ガスケット６ａの平面図であり、図９は、本発明の排気管フランジ継手構造に係るリング状ガスケットのうち、自由状態における平面形状が楕円形のリング状ガスケット６ｂの平面図であり、図１０は、本発明の排気管フランジ継手構造に係るリング状ガスケットのうち、自由状態における平面形状がトラック形状のリング状ガスケット６ｃの平面図である。

該円形のリング状ガスケット６ａの場合、図８中、該円形のリング状ガスケット６ａの内径２５と該円形のリング状ガスケット６ａの外径２６の差（外径−内径）の２分の１の値が、該円形のリング状ガスケット６ａのガスケット幅２７ａである。

該楕円形のリング状ガスケット６ｂの場合、図９中、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径のうち、最も短い径が、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の短径２５１であり、最も長い径が、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の長径２５２である。また、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径のうち、最も短い径が、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径の短径２６１であり、最も長い径が、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径の長径２６２である。そして、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径の長径２６２と該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の長径２５２の差（外径の長径−内径の長径）の２分の１の値が、該楕円形のリング状ガスケット６ｂのガスケット幅２７ｂである。なお、通常、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径の短径２６１と該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の短径２５１の差は、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径の長径２６２と該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の長径２５２の差と、ほぼ同じ値であるので、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径の短径２６１と該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の短径２５１の差を、該楕円形のリング状ガスケット６ｂのガスケット幅２７ｂとしてもよい。

該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの場合、図１０中、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径のうち、最も短い径が、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の短径２８１であり、最も長い径が、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の長径２８２である。また、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径のうち、最も短い径が、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径の短径２９１であり、最も長い径が、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径の長径２９２である。そして、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径の長径２９２と該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の長径２８２の差（外径の長径−内径の長径）の２分の１の値が、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃのガスケット幅２７ｃである。なお、通常、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径の短径２９１と該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の短径２８１の差は、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径の長径２９２と該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の長径２８２の差と、ほぼ同じ値であるので、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径の短径２９１と該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の短径２８１の差を、該トラック形状のリング状ガスケット６ｃのガスケット幅２７ｃとしてもよい。

自由状態における該円形のリング状ガスケット６ａの内径２５は、該第一管３及び該第二管５の外径と同一であるか、若干小さく、該リング状ガスケット６ａの内径２５が、該第一管３及び該第二管５の外径より、０．２〜２．５ｍｍ小さいことが好ましく、０．５〜１．５ｍｍ小さいことが特に好ましい。また、自由状態における該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の短径２５１又は該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の短径２８１は、該第一管３及び該第二管５の外径と同一であるか、若干小さく、該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の短径２５１又は該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の短径２８１が、該第一管３及び該第二管５の外径より、０．２〜２．５ｍｍ小さいことが好ましく、０．５〜１．５ｍｍ小さいことが特に好ましい。

自由状態における該円形のリング状ガスケット６ａの外径２７、自由状態における該楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径の短径２６１及び外径の長径２６２、又は自由状態における該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径の短径２９１及び外径の長径２９２は、締付時に、該挿入部７、該第一管フランジ２の内周側曲面部２１及び該第二管フランジ４の内周側曲面部２１で形成される隙間１１に、該リング状ガスケットが収まるように、該第一管フランジ２及び該第二管フランジ４の形状に合わせて、適宜選択される。

自由状態における該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の長径２５２と該楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の短径２５１の差（内径の長径−内径の短径）、又は自由状態における該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の長径２８２と該トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の短径２８１の差（内径の長径−内径の短径）は、０．５〜５ｍｍ、好ましくは１．５〜３．５ｍｍである。

自由状態における該円形のリング状ガスケット６ａのガスケット幅２７ａ、該楕円形のリング状ガスケット６ｂのガスケット幅２７ｂ、又は該トラック形状のリング状ガスケット６ｃのガスケット幅２７ｃは、２．０〜７．０ｍｍ、好ましくは３．０〜６．０ｍｍである。

自由状態における該ガスケット幅２７ａ、２７ｂ又は２７ｃ（ｍｍ）は、該第一管フランジ２の該内周側曲面部２１の曲率半径Ｒ（ｍｍ）及び該第二管フランジ４の該内周側曲面部２１の曲率半径Ｒ（ｍｍ）と同じか又は該曲率半径Ｒ（ｍｍ）より小さく、好ましくは０〜２．５ｍｍ小さく、特に好ましくは０．５〜１．２ｍｍ小さい。

そして、該第一管３、該第二管５及び該リング状ガスケット６が、図１に示すように配置され、該ボルト穴１８に挿通するボルトにより、該第一管フランジ２と該第二管フランジ４が締付けられて、該リング状ガスケット６の曲面部が、該第一管フランジ２の内周側曲面部２１及び該第二管フランジ４の内周側曲面部２１と接触し、該排気管フランジ継手構造１がシールされる。

締付時において、該リング状ガスケット６は、該第一管フランジ２の内周側曲面部２１及び該第二管フランジ４の内周側曲面部２１と、曲面同士で接触しているため、平面同士でガスケットとフランジが接触している場合に比べ、シール面積が極めて小さい。そのため、締付力が小さくても、シール面の面圧を高くすることができるので、本発明の排気管フランジ継手構造は、小さい締付力でも、良好なシール性能を発揮する。よって、本発明の排気管フランジ継手構造は、締付に必要な荷重を小さくできるので、締付時にフランジの変形が少ない。

また、本発明の排気管フランジ継手構造では、リング状ガスケットとフランジの接触位置が、該内周側曲面部であるので、シール面を、排気管に極めて近い位置に配置できる。そのため、本発明の排気管フランジ継手構造では、フランジの外寸法を小さく設計することができ、軽量化及びコンパクト化が図れる。

また、該従来の排気管フランジ継手構造（１）又は該従来の排気管フランジ継手構造（２）では、シール面を排気管に近づけるためには、該内周側曲面部４０の曲率半径を小さくしなければならないので、多段階のプレス加工工程が必要となるか、あるいは、高価な金属薄板材料が必要となる。一方、本発明の排気管フランジ継手構造では、該内周側曲面部の曲率半径が大きくても、シール面を排気管の近くに配置させることができるので、多段階でプレス加工を行うことや、高価な金属薄板材料を使用することなく、軽量化及びコンパクトが図れる。従って、本発明の排気管フランジ継手構造は、従来の排気管フランジ継手構造に比べ、安価に、軽量化及びコンパクト化が図れる。

これらのことから、本発明の排気管フランジ継手構造は、従来の排気管フランジ継手構造のシール性能を維持しながら、軽量及化及びコンパクト化が図れる。また、フランジのプレス加工に使用する金属薄板材料として、フェライト系ステンレス鋼等の安価な材料を使用することができるため、製造コストの大幅な低減が可能となる。

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

（実施例１）
（排気管フランジ継手構造の作製）
フランジを製作する金属薄板材料として、厚さ２．５ｍｍのフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０を使用し、金型プレス成型により、図４〜７に示すフランジを作成した。この時、該フランジの内周側曲面部の曲率半径Ｒを３．５ｍｍとした。該フランジのフランジ面の面積及びフランジの重量を表１に示す。
次いで、該フランジに管外径４３ｍｍの金属パイプを、所定の要領で溶接加工して、図３中（３−１）に示す第一管と図３中（３−２）に示す第二管を製作した。この時、該第一管の挿入部の長さを１０ｍｍとした。
次いで、厚さ０．１４ｍｍのステンレス鋼の中空管内に膨張黒鉛材料が充填されたリング状ガスケットＡを用意し、図１に示すように、該第一管、該第二管及び該リング状ガスケットＡを配置し、Ｍ１０サイズのボルト２本を使い、締付けトルク３８Ｎｍで締付け、排気管フランジ継手構造Ｂを作製した。該リング状ガスケットＡは、自由状態において、内径の短径が４２．２ｍｍ、内径の長径が４５．４ｍｍ、ガスケット幅が２．５ｍｍのトラック形状である。

（漏れ試験）
該排気管フランジ継手構造Ｂの両端を閉止し、内圧４９ｋＰａの空気圧を負荷し、常温時の漏れ量をフローメーターで測定した。また、該排気管フランジ継手構造Ｂを５００℃で５時間加熱した後に、内圧４９ｋＰａの空気圧を負荷し、漏れ量をフローメーターで測定した。その結果を、表１に示す。

（実施例２）
（排気管フランジ継手構造の作製）
リング状ガスケットＡに代えて、厚さ０．１４ｍｍのステンレス鋼製フープ材と耐熱無機材料からなるフィラー材を重ね合わせて渦巻き状に巻回して構成した渦巻き形ガスケットＣとする以外は実施例１と同様の方法で行い、排気管フランジ継手構造Ｄを作製した。該渦巻き形ガスケットＣは、内径の短径が４２．２ｍｍ、内径の長径が４５．４ｍｍ、ガスケット幅が２．８ｍｍのトラック形状である。

（漏れ試験）
該排気管フランジ継手構造Ｄを用いる以外は、実施例１と同様の方法で行った。その結果を表１に示す。

（比較例１）
フランジを製作する金属薄板材料として、厚さ２．５ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４を使用し、金型プレス成型により、図１１及び図１２に示すフランジを作成した。この時、該フランジの内周側曲面部の曲率半径Ｒを２．０ｍｍとした。このフランジに管外径４３ｍｍの金属パイプを所定の要領で溶接加工して、実施例１と同様の方法で、第一管と第二管を製作した。つまり、比較例１に係る第一管及び第二管は、実施例１に係る第一管及び第二管と、フランジのみが異なる。
次いで、厚さ０．１４ｍｍのステンレス鋼製フープ材と耐熱無機材料からなるフィラー材を重ね合わせて渦巻き状に巻回して構成した渦巻き形ガスケットＥを、該フランジのガスケット保持部に配置させ、該第一管の挿入部を該第二管の結合部に挿入し、Ｍ１０サイズのボルト２本を使い、締付けトルク３８Ｎｍで締付け、排気管フランジ継手構造Ｆを作製した。該渦巻き形ガスケットＥは、内径の短径が４２．２ｍｍ、内径の長径が４５．４ｍｍ、ガスケット幅が５．８ｍｍのトラック形状である。

（漏れ試験）
該排気管フランジ継手構造Ｆを用いる以外は、実施例１と同様の方法で行った。その結果を表１に示す。

本発明の排気管フランジ継手構造の模式的な断面図である。 図１中のＡ部分の拡大図である。 本発明の排気管フランジ継手構造に係る第一管及び第二管の模式的な断面図である。 本発明の排気管フランジ継手構造に係る第一管フランジ（第二管フランジ）を示す斜視図である。 図４に示す第一管フランジ（第二管フランジ）の底面図である。 図５に示すフランジをＢ−Ｂ断面で切ったときの断面図である。 図６中のＣ部分の拡大図である。 自由状態における平面形状が円形のリング状ガスケット６ａの平面図である。 自由状態における平面形状が楕円形のリング状ガスケット６ｂの平面図である。 自由状態における平面形状がトラック形状のリング状ガスケット６ｃの平面図である。 従来の排気管フランジ継手構造に用いられているフランジの平面図である。 図１１に示すフランジをＥ−Ｅ断面で切ったときの断面図である。 ボルト締結力負荷後の、従来の排気管フランジ継手構造（１）の様子を示す図である。 締結力を負荷する前の、従来の排気管フランジ継手構造（２）に係るフランジを示す図である。

符号の説明

１ 排気管フランジ継手構造
２ 第一管フランジ
３ 第一管
４ 第二管フランジ
５ 第二管
６、６ａ、６ｂ、６ｃ リング状ガスケット
７ 挿入部
８ 接合部
９ 第一管フランジの内周側曲面部
１０ 第二管フランジの内周側曲面部
１１ 隙間
１６、３４ フランジ面
１７、３２ 中央穴
１８、３７ ボルト穴
１９、３５ 内周側折り曲げ部
２０、３６ 外周側折り曲げ部
２１、４０ 内周側曲面部
２２、４１ 外周側曲面部
２３ 端部
２５ 円形のリング状ガスケット６ａの内径
２６ 円形のリング状ガスケット６ａの外径
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ ガスケット幅
３１、５０ フランジ
３３ ガスケット保持部
３８ 口開き
２５１ 楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の短径
２５２ 楕円形のリング状ガスケット６ｂの内径の長径
２６１ 楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径の短径
２６２ 楕円形のリング状ガスケット６ｂの外径の長径
２８１ トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の短径
２８２ トラック形状のリング状ガスケット６ｃの内径の長径
２９１ トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径の短径
２９２ トラック形状のリング状ガスケット６ｃの外径の長径

Claims (4)

1. （ａ）管端に第一管フランジが付設されており、且つ挿入部が形成されている第一管、（ｂ）管端に第二管フランジが付設されており、且つ該挿入部が挿入される接合部が形成されている第二管、及び（ｃ）該第一管フランジと該第二管フランジとの間に配置されるリング状ガスケットを有し、
   該挿入部が該接合部に挿入されており、該リング状ガスケットの配置位置より外側に設けられたボルト穴に挿通する複数のボルトにより締付ける排気管フランジ継手構造において、
   該第一管フランジ及び該第二管フランジが、金属薄板をプレス加工して得られたものであり、
   該挿入部、該第一管フランジの内周側曲面部及び該第二管フランジの内周側曲面部で形成される隙間に、該リング状ガスケットが配置され、
   該リング状ガスケットの曲面部が、該第一管フランジの内周側曲面部及び該第二管フランジの内周側曲面部と接触していること、
   を特徴とする排気管フランジ継手構造。
2. 前記第一管フランジの内周側曲面部及び前記第二管フランジの内周側曲面部の曲率半径のいずれもが、前記金属薄板の厚みの０．８〜２．０倍であることを特徴とする請求項１記載の排気管フランジ継手構造。
3. 自由状態における前記リング状ガスケットの平面形状が、楕円形又はトラック形状であり、
   該リング状ガスケットの内径の短径が、前記挿入部の外径より小さく、
   該リング状ガスケットの内径の長径と内径の短径の差が、０．５〜５ｍｍであること、
   を特徴とする請求項１又は２いずれか１項記載の排気管フランジ継手構造。
4. 前記リング状ガスケットが、フープ材とフィラー材を重ね合わせて渦巻き状に巻回して構成される渦巻き形ガスケットであり、
   自由状態において、該リング状ガスケットの断面形状が、楔形であること、
   を特徴とする請求項１又は２いずれか１項記載の排気管フランジ継手構造。

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