JP2014062610A - 球面排気管継手 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく振動に起因する上流側排気管及び下流側排気管の相対角変位及び相対回転変位並びに軸方向の相対変位及びせん断方向の相対変位を許容することができて、しかも、コンパクト化を図れて排気系システムに対する取付位置の自由度を確保することができる球面排気管継手を提供すること。
【解決手段】球面排気管継手１は、上流側排気管２の管端部３に固着されている凸球面６を有した円環状の凸球面体７と、凸球面体７の凸球面６に摺動自在に接触している凹球面８を有している円環状の環状シール体９と、環状シール体９を弾性的に付勢している弾性付勢手段１０と、上流側排気管２及び下流側排気管５の内部１１を外気から遮断する可撓性を有した筒状部材１２とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の排気管に使用される球面排気管継手に関する。

自動車のエンジンの排気ガスは、自動車本体（シャーシ）などに配置された排気管に導かれて大気中に排出されるが、この排気管はエンジンのトルク反力及び慣性力などにより繰り返し曲げ応力を受ける。したがって、エンジンの振動が排気管吊架具を伝わって車室内にもたらされたり、あるいは騒音の原因になるばかりでなく、排気管の疲労折損などの不具合を生じる危険がある。この問題点を解決するために、例えば特許文献１から７においては、互いに摺動自在に直接的に又は緩衝部材を介して間接的に接している球面部を夫々有している相対回転可能なインナケース及びアウタケースを具備した球面排気管継手が提案されており、斯かる球面排気管継手を排気管の所要箇所に配置して応力を吸収させるなどの手段が講じられている。

特開平６−３２３４７９号公報 特開平８−２１０１２９号公報 特開平２−２４５５９３号公報 特開平５−７１３３８号公報 特開平８−１８４３９５号公報 特開平８−３５４２４号公報 特開平８−３０３６６６号公報

ところで、斯かる球面排気管継手では、エンジンの回転等に基づく振動に起因する上流側排気管及び下流側排気管に相対角変位及び相対回転変位を許容することができるが、自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく振動に起因する上流側排気管及び下流側排気管の軸方向の相対変位及び軸方向に直交する方向（せん断方向）の相対変位を許容することができない結果、自動車本体に振動が伝わって運転者等に不快感を与えて乗り心地のよい自動車を提供し得ない虞がある。

また、例えば蛇腹構造を用いた排気管継手では、上流側排気管及び下流側排気管の軸方向の相対変位及び軸方向に直交する方向（せん断方向）の相対変位を許容することができるが、上流側排気管及び下流側排気管の相対回転変位の許容量が少なく、また軸方向に長いために設置自由度の向上を図り難く、しかも、蛇腹構造の放熱面積が広くなるために排気ガスの温度低下を招き易くなる結果、下流側に設置される排気ガス浄化装置の浄化効率の低下を招来する虞がある。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく振動に起因する上流側排気管及び下流側排気管の相対角変位及び相対回転変位並びに軸方向の相対変位及びせん断方向の相対変位を許容することができて、しかも、コンパクト化を図れて排気系システムに対する取付位置の自由度を確保することができる球面排気管継手を提供することにある。

本発明の球面排気管継手は、上流側排気管及びこの上流側排気管の管端部に対向して配置された管端部を有した下流側排気管のうちの一方の排気管の管端部に設けられた凸球面を有した環状の凸球面体と、この凸球面体に対して上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の側に配されていると共に当該凸球面体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有している環状シール体と、環状シール体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において環状シール体を弾性的に付勢していると共に、軸方向において凸球面体を前記付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢している弾性付勢手段と、上流側排気管及び下流側排気管の内部を外気から遮断するように上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の排気管の管端部並びに環状シール体を連結していると共に伸縮自在であって可撓性を有した筒状部材とを具備している。

本発明の球面排気管継手によれば、特に、凸球面体に対して上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の側に配されていると共に当該凸球面体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有している環状シール体と、環状シール体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において環状シール体を弾性的に付勢していると共に、軸方向において凸球面体を前記付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢している弾性付勢手段と、上流側排気管及び下流側排気管の内部を外気から遮断するように上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の排気管の管端部並びに環状シール体を連結していると共に伸縮自在であって可撓性を有した筒状部材とを具備しているために、自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく振動に起因する上流側排気管及び下流側排気管の相対角変位（揺動変位）及び相対回転変位並びに軸方向の相対変位及びせん断方向の相対変位を許容することができて、しかも、環状シール体及び筒状部材の双方を具備することで継手自体のコンパクト化を図れて排気系システムに対する取付位置の自由度を確保することができる。

また、本発明の球面排気管継手では、弾性付勢手段により、環状シール体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において環状シール体が弾性的に付勢されると共に、軸方向において凸球面体が前記付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢されることになる結果、自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく自動車本体の振動に起因して例えば環状シール体等の各部材に経時劣化が生じても当該各部材間に隙間を生じさせることなく、当該各部材同士が衝突し、異音が発生する虞をなくすことができ、しかも、上流側排気管及び下流側排気管の相互の捻り方向を含む揺動の等方性を確保することができる。加えて、本発明の球面排気管継手によれば、上述の構成を具備しているために、上流側排気管及び下流側排気管に相対角変位及び相対回転変位が生じても、スティクスリップ等に基づく異音を発生させないで運転者等に不快感を与えない極めて乗り心地のよい自動車とし得、環状シール体を正常位置に保持できて排気ガスの漏洩もなく、しかも、製造を容易にし得る。

本発明の球面排気管継手では、弾性付勢手段は、凸球面体に対して上流側排気管及び下流側排気管のうちの一方の側に配されていると共に当該凸球面体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有している環状の摺動体を具備しており、摺動体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において摺動体を前記環状シール体の付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢していてもよい。このような球面排気管継手によれば、上流側排気管及び下流側排気管の主に相対角変位及び相対回転変位に関してより円滑に作動させ得る。

上述の摺動体を具備した弾性付勢手段は、上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の排気管の管端部に固着されていると共に径方向において凸球面体に隙間をもって対面している筒部及びこの筒部の軸方向における両端に径方向内側に伸びて形成された一対の環状部を具備しているアウタケースと、軸方向においてアウタケースの一対の環状部のうちの一方と環状シール体との間に介在されていると共に、環状シール体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において環状シール体を弾性的に付勢している第一の弾性付勢部材と、軸方向においてアウタケースの一対の環状部のうちの他方と摺動体との間に介在されていると共に、摺動体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において摺動体を前記第一の弾性付勢部材による環状シール体の付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢している第二の弾性付勢部材とを具備していてもよい。斯かる場合には、アウタケースの外側に第一、第二の弾性付勢部材等の部材が配置されることなく継手自体のコンパクト化を図れて排気系システムに対する取付位置の自由度を確保することができる。

上述の摺動体を具備した弾性付勢手段は、アウタケースに対して径方向の隙間をもって配されていると共に環状シール体に装着された第一のフランジと、アウタケースに対して径方向の隙間をもって配されていると共に摺動体に装着された第二のフランジとを具備していてもよく、第一の弾性付勢部材は、一端でアウタケースの一対の環状部のうちの一方に、他端で第一のフランジに夫々当接している圧縮コイルばねからなってもいてもよく、第二の弾性付勢部材は、一端でアウタケースの一対の環状部のうちの他方に、他端で第二のフランジに夫々当接している圧縮コイルばねからなっていてもよく、筒状部材は、第一のフランジに固着されていてもよい。環状シール体は、前記凹球面をその内周面に有していると共に、その外周面に凸球面を有していてもよく、第一のフランジは、環状シール体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有しており、前記接触により環状シール体に摺動自在に装着されていてもよく、摺動体は、前記凹球面をその内周面に有していると共に、その外周面に凸球面を有していてもよく、第二のフランジは、摺動体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有しており、前記接触により摺動体に摺動自在に装着されていてもよく、この場合、上流側排気管及び下流側排気管の主に相対角変位及び相対回転変位に関してより円滑に作動させ得る。また、径方向において第一及び第二のフランジのうちの少なくとも一方に対向しているアウタケースの内周面には緩衝材が設けられていてもよい。

上述の環状シール体及び摺動体は、これらの回転球芯を通る線であって軸方向に直交する方向に伸びた線において線対称又は軸対称であってもよい。

本発明の球面排気管継手では、凸球面体には、その凸球面に対して上流側排気管及び下流側排気管のうちの一方の側に配された環状支持面が形成されていてもよく、弾性付勢手段は、凸球面体に対して上流側排気管及び下流側排気管のうちの一方の側に配されていると共に軸方向において環状支持面に支持された環状体を具備しており、軸方向において環状体を前記環状シール体の付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢していてもよい。

上述の環状体を具備した弾性付勢手段は、上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の排気管の管端部に固着されていると共に径方向において凸球面体に隙間をもって対面している筒部及びこの筒部の軸方向における両端に径方向内側に伸びて形成された一対の環状部を具備しているアウタケースと、軸方向においてアウタケースの一対の環状部のうちの一方と環状シール体との間に介在されていると共に、環状シール体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において環状シール体を弾性的に付勢している第一の弾性付勢部材と、軸方向においてアウタケースの一対の環状部のうちの他方と環状体との間に介在されていると共に、軸方向において環状体を前記第一の弾性付勢部材による環状シール体の付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢している第二の弾性付勢部材とを具備していてもよい。斯かる場合には、アウタケースの外側に第一、第二の弾性付勢部材等の部材が配置されることなく継手自体のコンパクト化を図れて排気系システムに対する取付位置の自由度を確保することができる。

上述の環状体を具備した弾性付勢手段は、アウタケースに対して径方向の隙間をもって配されていると共に環状シール体に装着された第一のフランジと、アウタケースに対して径方向の隙間をもって配されていると共に環状体に装着された第二のフランジとを具備していてもよく、第一の弾性付勢部材は、一端でアウタケースの一対の環状部のうちの一方に、他端で第一のフランジに夫々当接している圧縮コイルばねからなっていてもよく、第二の弾性付勢部材は、一端でアウタケースの一対の環状部のうちの他方に、他端で第二のフランジに夫々当接している圧縮コイルばねからなっていてもよく、筒状部材は、第一のフランジに固着されていてもよい。環状シール体は、前記凹球面をその内周面に有していると共に、その外周面に凸球面を有しており、第一のフランジは、環状シール体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有しており、前記接触により環状シール体に摺動自在に装着されていてもよい。環状体は、その外周面に凸球面を有していてもよく、第二のフランジは、環状体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有しており、前記接触により環状体に摺動自在に装着されていてもよく、この場合、上流側排気管及び下流側排気管の主に相対角変位及び相対回転変位に関してより円滑に作動させ得る。また、径方向において第一及び第二のフランジのうちの少なくとも一方に対向しているアウタケースの内周面には緩衝材が設けられていてもよい。

本発明の球面排気管継手では、上述のアウタケースは、軸方向における一方の端部で前記他方の排気管の管端部に固着された第一のアウタケースと、軸方向における一方の端部で第一のアウタケースの軸方向における他方の端部に連結されていると共に軸方向における他方の端部が前記一方の排気管に対して径方向の隙間をもって配されている第二のアウタケースとを具備していてもよく、斯かる場合には、球面排気管継手の組み立てを容易にし得る。

上述の第一のアウタケースの他方の端部及び第二のアウタケースの一方の端部には、夫々互いに螺合している螺合部が形成されていてもよく、第二のアウタケースは、第一のアウタケースに対する円周方向における相対回転において当該第一のアウタケースに対して軸方向に移動するように配設されていてもよい。斯かる場合には、球面排気管継手の組み立てにおいて螺合部の螺合調整を行うことにより第一のアウタケース及び第二のアウタケースの軸方向における相互位置を調整することができ、これにより、環状シール体等に対するプリロードの調整を容易ならしめ、また、球面排気管継手の使用によって環状シール体等に経時劣化が生じた際にも前記プリロードの再調整を行うことで、環状シール体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態並びに環状シール体によるガスシールを良好な状態に保ち得る。上述の第一アウタケースの他方の端部及び第二アウタケースの一方の端部は、上述の螺合部が形成されていなくても、溶接によって連結され、また、ボルト及びナットによって連結される。

本発明の球面排気管継手では、筒状部材は、伸縮自在であって可撓性を有した蛇腹部を有していてもよい。斯かる場合には、当該蛇腹部において、主に上流側排気管及び下流側排気管の相対角変位並びに軸方向の相対変位及びせん断方向の相対変位を許容することができる。蛇腹部は、球面排気管継手が上述の環状シール体等を具備しているために軸方向において短く構成することができ、而して、放熱面積を狭めることができて排気ガスの温度を維持し得る結果、下流側に設置される排気ガス浄化装置の浄化効率の低下を防止することができる。

凸球面体の凸球面及び環状シール体の凹球面のうちの少なくとも一方は、固体潤滑剤を含む潤滑すべり層の露出面であってもよい。固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、二硫化モリブデン又は窒化ホウ素などを好ましい例として挙げることができる。また、上述の環状シール体の凸球面、摺動体の凹球面、凸球面、環状体の凸球面、第一及び第二のフランジの凹球面の夫々も上記同様の固体潤滑剤を含む潤滑すべり層の露出面であってもよい。

環状シール体は、膨張黒鉛、雲母または石綿等の耐熱材と、金属細線から形成された金網からなる補強材とを圧縮成形してなり、耐熱材が金網からなる補強材の隙間に配されてなっていてもよい。また、上述の摺動体、環状体の夫々も上記同様に、膨張黒鉛、雲母または石綿等の耐熱材と、金属細線から形成された金網からなる補強材とを圧縮成形してなり、耐熱材が金網からなる補強材の隙間に配されてなっていてもよい。

本発明によれば、自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく振動に起因する上流側排気管及び下流側排気管の相対角変位及び相対回転変位並びに軸方向の相対変位及びせん断方向の相対変位を許容することができて、しかも、コンパクト化を図れて排気系システムに対する取付位置の自由度を確保することができる球面排気管継手を提供し得る。

図１は、本発明の実施の形態の例の縦断面説明図である。 図２は、図１に示す例を上流側から見た説明図である。 図３は、本発明の実施の形態の他の例の一部縦断面説明図である。 図４は、本発明の実施の形態の他の例の一部縦断面説明図である。 図５は、本発明の実施の形態の更に他の例の一部縦断面説明図である。 図６は、本発明の実施の形態の更に他の例の一部縦断面説明図である。 図７は、本発明の実施の形態の更に他の例の一部縦断面説明図である。 図８は、本発明の実施の形態の更に他の例の一部縦断面説明図である。 図９の（ａ）及び（ｂ）は、主にアウタケースに関する一部説明図である。

次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１及び図２において、本例の球面排気管継手１は、エンジン側に連結された上流側排気管２及び上流側排気管２の管端部３に対向して配置された管端部４を有して大気側に連結された下流側排気管５のうちの一方の排気管、本例では上流側排気管２の管端部３に固着されている凸球面６を有した円環状の凸球面体７と、凸球面体７に対して上流側排気管２及び下流側排気管５のうちの他方の側、本例では下流側排気管５側であって回転球芯Ｏに対して下流側に配されていると共に当該凸球面体７の凸球面６に摺動自在に接触している凹球面８を有している円環状の環状シール体９と、環状シール体９の凹球面８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態が保たれるように軸方向Ｘにおいて環状シール体９を弾性的に付勢していると共に、軸方向Ｘにおいて凸球面体７を前記付勢のＸ１方向とは逆のＸ２方向に弾性的に付勢している弾性付勢手段１０と、上流側排気管２及び下流側排気管５の内部１１を外気から遮断するように下流側排気管５の管端部４並びに環状シール体９を連結していると共に伸縮自在であって可撓性を有した筒状部材１２とを具備している。

凸球面体７は、回転球芯Ｏの周りで凸球状に管端部３に一体的に形成されており、その最大径を有する部分は、軸方向Ｘに直交する方向に伸びると共に回転球芯Ｏを通る線４０上に位置しており、当該線４０よりも下流側において環状シール体９の凹球面８に、当該線４０よりも上流側において後述の摺動体１９の凹球面１８に夫々摺動自在に接触している。

弾性付勢手段１０は、凸球面体７に対して上流側排気管２側であって回転球芯Ｏよりも上流側に配されていると共に当該凸球面体７の凸球面６に摺動自在に接触している凹球面１８を有しており且つ凹球面１８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態が保たれるように軸方向ＸにおいてＸ２方向に弾性的に付勢される環状の摺動体１９と、下流側排気管５の管端部４に固着されていると共に径方向において凸球面体７に隙間２０をもって対面している円筒状の筒部２１及び筒部２１の軸方向Ｘにおける両端に径方向内側に伸びて形成された一対の環状部２２及び２３を具備しているアウタケース２４と、軸方向Ｘにおいてアウタケース２４の環状部２２と環状シール体９との間に介在されていると共に、環状シール体９の凹球面８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態が保たれるように軸方向Ｘにおいて環状シール体９を弾性的に付勢している弾性付勢部材としての一つの圧縮コイルばね２５と、軸方向Ｘにおいてアウタケース２４の環状部２３と摺動体１９との間に介在されていると共に、摺動体１９の凹球面１８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態が保たれるように軸方向Ｘにおいて摺動体１９を前記圧縮コイルばね２５による環状シール体９の付勢のＸ１方向とは逆のＸ２方向に弾性的に付勢している弾性付勢部材としての一つの圧縮コイルばね２６と、アウタケース２４に対して径方向の隙間２７をもって配されていると共に環状シール体９に装着されたフランジ２８と、アウタケース２４に対して径方向の隙間２７をもって配されていると共に摺動体１９に装着されたフランジ２９とを具備している。

圧縮コイルばね２５は、その中空部に下流側排気管５が挿通されていると共に、一端で環状部２２に、他端でフランジ２８に当接している。圧縮コイルばね２６は、その中空部に上流側排気管２が挿通されていると共に、一端で環状部２３に、他端でフランジ２９に当接している。

膨張黒鉛、雲母または石綿等の耐熱材、本例では主として膨張黒鉛からなる耐熱材と、金属細線から形成された金網からなる補強材とを圧縮成形してなり、耐熱材が金網からなる補強材の隙間に配されてなる環状シール体９は、円環状であって断面矩形状であると共にその内周面に凹球面８を有している。凹球面８は、凸球面体７の凸球面６に摺動自在であって気密に接触していると共に固体潤滑剤を含む潤滑すべり層の露出面からなる。環状シール体９の外周面３０及び下流側の環状の側面３１にはフランジ２８が嵌装されており、環状シール体９の上流側の側面３２は、摺動体１９に軸方向Ｘの間隔をもって対向している。

膨張黒鉛、雲母または石綿等の耐熱材、本例では主として膨張黒鉛からなる耐熱材と、金属細線から形成された金網からなる補強材とを圧縮成形してなり、耐熱材が金網からなる補強材の隙間に配されてなる摺動体１９は、円環状であって断面矩形状であると共にその内周面に凹球面１８を有している。凹球面１８は、凸球面体７の凸球面６に摺動自在であって気密に接触していると共に固体潤滑剤を含む潤滑すべり層の露出面からなる。摺動体１９の外周面３３及び上流側の環状の側面３４にはフランジ２９が嵌装されており、摺動体１９の下流側の側面３５は、環状シール体９に軸方向Ｘの間隔をもって対向している。

環状シール体９及び摺動体１９の夫々は、回転球芯Ｏが互いに同一であり、回転球芯Ｏを通る線であって軸方向Ｘに直交する方向に伸びた線４０において線対称であり、軸対称でもある。凸球面６は、本例では、凹球面８及び１８に対して相補的な形状を有している。

フランジ２８は、環状シール体９の外周面３０よりも径方向外側に突出していると共に、環状シール体９の側面３１に接触し且つ圧縮コイルばね２５の他端に夫々接触している環状のフランジ本体６５と、フランジ本体６５の内周縁から下流側に突出していると共に筒状部材１２の端部６２が溶接等により固着された環状の突出部６６と、フランジ本体６５の外周縁から上流側に折り返され且つ環状シール体９の外周面３０に接触している上流側に向かって伸びた接触部６７とを具備している。

フランジ２９は、フランジ２８と同様に形成されていると共に当該フランジ２８に対して軸方向Ｘに対して逆向きに配置されている。斯かるフランジ２９は、摺動体１９の外周面３３よりも径方向外側に突出していると共に、摺動体１９の側面３４に接触し且つ圧縮コイルばね２６の他端に夫々接触している環状のフランジ本体６８と、フランジ本体６８の内周縁から上流側に突出している環状の突出部６９と、フランジ本体６８の外周縁から下流側に折り返され且つ摺動体１９の外周面３３に接触している下流側に向かって伸びた接触部７０とを具備している。

アウタケース２４は、軸方向Ｘにおける一方の端部４１で下流側排気管５の管端部４に固着された第一のアウタケース４３と、軸方向Ｘにおける一方の端部４４でアウタケース４３の軸方向Ｘにおける他方の端部４２に連結されていると共に軸方向Ｘにおける他方の端部４５が前記上流側排気管２に対して径方向の隙間４７をもって配されている第二のアウタケース４６とを具備している。

アウタケース４３は、溶接等により内周縁で下流側排気管５の管端部４に固着されている上述の環状部２２と、環状部２２の外周縁に一体的に連結されていると共に軸方向Ｘにおいて上流側に向かって伸びた円筒部５１とを具備している。円筒部５１は、フランジ２８に対して径方向の隙間２７をもって配されている。

アウタケース４６は、内周縁が上流側排気管２に対して径方向の隙間４７をもって配されている上述の環状部２３と、環状部２３の外周縁に一体的に連結されていると共に軸方向Ｘにおいて下流側に向かって伸びた円筒部５２と、円筒部５２に一体的に連結されていると共にアウタケース４３の円筒部５１に重ね合わされる大径円筒部又は小径円筒部、本例では大径円筒部５３とを具備している。円筒部５２は、フランジ２９に対して径方向の隙間２７をもって配されている。尚、円筒部５１及び５２並びに大径円筒部５３は、互いに協働して筒部２１を形成している。

端部４２及び４４は、本例ではレーザー溶接によって連結されているが、これに代えて、例えば図９の（ａ）に示すように、端部４２及び４４には、夫々互いに螺合している螺合部５５及び５６が形成されており、アウタケース４６は、アウタケース４３に対する円周方向における相対回転において当該アウタケース４３に対して軸方向Ｘに移動するように配設されていてもよい。螺合部５５は、端部４２の外周面に形成された雄ねじ及び雌ねじのうちの一方からなる一方、螺合部５６は、端部４４に位置している大径円筒部５３の内周面に形成された雄ねじ及び雌ねじのうちの他方からなっていてもよい。斯かる場合には、球面排気管継手１の組み立てにおいて螺合部５５及び５６の螺合調整を行うことによりアウタケース４３及びアウタケース４６の軸方向Ｘにおける相互位置を調整することができ、これにより、主に圧縮コイルばね２５及び２６に対するプリロードの調整を容易ならしめ、また、球面排気管継手１の使用によって環状シール体９及び摺動体１９等に経時劣化が生じた際にも前記プリロードの再調整を行うことで、環状シール体９の凹球面８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態並びに環状シール体９によるガスシールを良好な状態に保ち得る。尚、前記螺合調整によるプリロードの再調整を行わない場合には、球面排気管継手１の組み立てにおける螺合部５５及び５６の初期の螺合調整後に端部４２及び４４を溶接等により固着してもよい。

また、アウタケース４３及び４６は、本例ではレーザー溶接によって連結されているが、これに代えて、例えば図９の（ｂ）に示すように、アウタケース４３の端部４２及びアウタケース４６の端部４４の夫々にフランジ５７及び５８を形成し、当該フランジ５７及び５８をボルト５９及びナット６０により締結することによってアウタケース４３及び４６を連結してもよい。

尚、径方向においてフランジ２８及び２９に対向しているアウタケース２４の筒部２１の内周面３６には緩衝材３７及び３８が設けられている。

筒状部材１２は、本例ではいわゆるフレキシブルチューブからなり、伸縮自在であって可撓性を有した蛇腹部６１を有している。筒状部材１２は、その上流側の端部６２でフランジ２８に固着されていると共にその下流側の端部６３で下流側排気管５の管端部４に固着されている。斯かる筒状部材１２は、アウタケース２４及びフランジ２８を介して環状シール体９に気密に接触しており、上流側排気管２及び下流側排気管５の内部１１を外気から遮断している。尚、蛇腹部６１は、例えば図２及び図３に示すように、アウタケース２４内において、図１に示す蛇腹部６１よりも軸方向Ｘに長く形成することもできる。

以上の球面排気管継手１では、上流側排気管２と下流側排気管５との間の角変位方向Ａの相対的な揺動及び上流側排気管２と下流側排気管５との間の捩り方向（回転方向）Ｂの相対的な揺動は主に凸球面体７の凸球面６と環状シール体９の凹球面８との摺動によって等方性をもって許容され、上流側排気管２及び下流側排気管５のＸ方向の相対変位並びにせん断方向の相対変位は主に可撓性を有した筒状部材１２の揺動及び伸縮並びに弾性付勢手段１０による環状シール体９及び凸球面体７に対する弾性的な付勢によって許容される。

本例の球面排気管継手１によれば、上流側排気管２及び上流側排気管２の管端部３に対向して配置された管端部４を有して大気側に連結された下流側排気管５のうちの一方の排気管、本例では上流側排気管２の管端部３に固着されている凸球面６を有した環状の凸球面体７と、凸球面体７に対して上流側排気管２及び下流側排気管５のうちの他方の側、本例では下流側排気管５側に配されていると共に当該凸球面体７の凸球面６に摺動自在に接触している凹球面８を有している環状の環状シール体９と、環状シール体９の凹球面８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態が保たれるように軸方向Ｘにおいて環状シール体９を弾性的に付勢していると共に、軸方向Ｘにおいて凸球面体７を前記付勢のＸ１方向とは逆のＸ２方向に弾性的に付勢している弾性付勢手段１０と、上流側排気管２及び下流側排気管５の内部１１を外気から遮断するように下流側排気管５の管端部４並びに環状シール体９を連結していると共に伸縮自在であって可撓性を有した筒状部材１２とを具備しているために、自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく振動に起因する上流側排気管２及び下流側排気管５の相対角変位及び相対回転変位並びに軸方向Ｘの相対変位及びせん断方向の相対変位を許容することができて、しかも、環状シール体９及び筒状部材１２の双方を具備することで継手自体のコンパクト化を図れて排気系システムに対する取付位置の自由度を確保することができる。また、球面排気管継手１によれば、弾性付勢手段１０により、環状シール体９の凹球面８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態が保たれるように軸方向Ｘにおいて環状シール体９がＸ１方向に弾性的に付勢されると共に、軸方向Ｘにおいて凸球面体７がＸ１方向とは逆のＸ２方向に弾性的に付勢されることになる結果、自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく自動車本体の振動に起因して例えば環状シール体９等に各部材に経時劣化が生じても当該各部材間に隙間を生じさせることなく、当該各部材同士が衝突し、異音が発生する虞をなくすことができ、しかも、上流側排気管２及び下流側排気管５の相互の捻り方向Ｂを含む揺動の等方性を確保することができる。加えて、球面排気管継手１によれば、上述の構成を具備しているために、上流側排気管２及び下流側排気管５に相対角変位及び相対回転変位が生じても、スティクスリップ等に基づく異音を発生させないで運転者等に不快感を与えない極めて乗り心地のよい自動車とし得、環状シール体９を正常位置に保持できて排気ガスの漏洩もなく、しかも、製造を容易にし得る。

球面排気管継手１によれば、弾性付勢手段１０は、凸球面体７に対して上流側排気管２側に配されていると共に当該凸球面体７の凸球面６に摺動自在に接触している凹球面１８を有している環状の摺動体１９を具備しており、摺動体１９の凹球面１８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態が保たれるように軸方向Ｘにおいて摺動体１９をＸ２方向に弾性的に付勢しているために、上流側排気管２及び下流側排気管５の主に相対角変位及び相対回転変位に関して球面排気管継手１をより円滑に作動させ得る。

球面排気管継手１によれば、弾性付勢手段１０は、下流側排気管５の管端部４に固着されていると共に径方向において凸球面体７に隙間２０をもって対面している筒部２１及び筒部２１の軸方向Ｘにおける両端に径方向内側に伸びて形成された一対の環状部２２及び２３を具備しているアウタケース２４と、軸方向Ｘにおいて環状部２２と環状シール体９との間に介在されていると共に、環状シール体９の凹球面８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態が保たれるように軸方向Ｘにおいて環状シール体９をＸ１方向に弾性的に付勢している第一の弾性付勢部材としての圧縮コイルばね２５と、軸方向Ｘにおいて環状部２３と摺動体１９との間に介在されていると共に、摺動体１９の凹球面１８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態が保たれるように軸方向Ｘにおいて摺動体１９をＸ２方向に弾性的に付勢している第二の弾性付勢部材としての圧縮コイルばね２６とを具備していてるために、アウタケース２４の外側に圧縮コイルばね２５、２６等の部材が配置されることなく継手自体のコンパクト化を図れて排気系システムに対する取付位置の自由度を確保することができる。

球面排気管継手１によれば、アウタケース２４は、軸方向Ｘにおける一方の端部４１で下流側排気管５の管端部４に固着されたアウタケース４３と、軸方向Ｘにおける一方の端部４４でアウタケース４３の軸方向Ｘにおける他方の端部４２に連結されていると共に軸方向Ｘにおける他方の端部４５が上流側排気管２に対して径方向の隙間４７をもって配されているアウタケース４６とを具備しているために、球面排気管継手１の組み立てを容易にし得る。

球面排気管継手１によれば、筒状部材１２は、伸縮自在であって可撓性を有した蛇腹部６１を有しているために、当該蛇腹部６１において、主に上流側排気管２及び下流側排気管５の相対角変位並びに軸方向Ｘの相対変位及びせん断方向の相対変位を許容することができる。蛇腹部６１は、球面排気管継手１が環状シール体９等を具備しているために軸方向Ｘにおいて短く構成することができ、而して、放熱面積を狭めることができて排気ガスの温度を維持し得る結果、下流側に設置される図示しない排気ガス浄化装置の浄化効率の低下を防止することができる。

本例の球面排気管継手１では、圧縮コイルばね２５及び２６、摺動体１９並びにフランジ２９に代えて、例えば図５に示すように形成された複数の圧縮コイルばね７１及び７１ａ並びに７２及び７２ａ、摺動体７３並びにフランジ７４を具備していてもよい。摺動体７３は、内周面としての凹球面１８、側面３４及び３５並びに外周面としての凸球面７５を有している。フランジ７４は、フランジ本体６８と、フランジ本体６８の外周縁から上流側に向かって傾斜した外側傾斜板部７６と、フランジ本体６８の内周縁から上流側に向かって傾斜していると共に摺動体７３の凸球面７５に摺動自在に接触している凹球面７７を有した内側傾斜板部７８と、内側傾斜板部７８の上流側の端部に連結された軸方向Ｘに伸びた円筒部７９とを具備しており、凹球面７７の凸球面７５に対する接触により摺動体７３に摺動自在に装着されている。圧縮コイルばね７１及び７１ａの夫々は、一端で環状部２２に、他端でフランジ２８に当接しており、圧縮コイルばね７１の中空部には、小径の圧縮コイルばね７１ａが配されており、圧縮コイルばね７１ａの中空部には下流側排気管５が配されている。圧縮コイルばね７２及び７２ａの夫々は、一端で環状部２３に、他端でフランジ７４に当接しており、圧縮コイルばね７２の中空部には、圧縮コイルばね７２ａが配されており、圧縮コイルばね７２ａの中空部には、上流側排気管２が配されている。斯かる図５に示す球面排気管継手１によれば、特に、摺動体７３及びフランジ７４を具備しているために、上流側排気管２及び下流側排気管５の主に相対角変位及び相対回転変位に関して、より円滑に作動させ得る。

図５に示す球面排気管継手１においては、環状シール体９及びフランジ２８に代えて、例えば図６に示すように形成された環状シール体８１及びフランジ８２を具備していてもよい。環状シール体８１は、内周面としての凹球面８、側面３１及び３２並びに外周面としての凸球面８３を有している。フランジ８２は、フランジ本体６５と、フランジ本体６５の外周縁から下流側に向かって傾斜した外側傾斜板部８４と、フランジ本体６８の内周縁から下流側に向かって傾斜していると共に環状シール体８１の凸球面８３に摺動自在に接触している凹球面８５を有した内側傾斜板部８６と、内側傾斜板部８６の下流側の端部に連結された軸方向Ｘに伸びた円筒部８７とを具備しており、凹球面８５の凸球面８３に対する接触により環状シール体８１に摺動自在に装着されている。環状シール体８１及びフランジ８２は、摺動体７３及びフランジ７４に対して夫々同様に形成されていると共に軸方向Ｘにおいて逆向きに配置されている。斯かる図６に示す球面排気管継手１によれば、特に、摺動体７３、環状シール体８１並びにフランジ７４及び８２を具備しているために、上流側排気管及び下流側排気管の主に相対角変位及び相対回転変位に関して、より円滑に作動させ得る。尚、凸球面体７が設けられた上流側排気管２の先端部８８は、下流側に向かって拡径するように形成されていてもよい。

図５に示す球面排気管継手１においては、凸球面体７及び摺動体７３に代えて、例えば図７に示すように形成された凸球面体９１及び環状体９２を具備していてもよい。凸球面体９１は、回転球芯Ｏから環状シール体９が配される下流側において形成された凸球面９３と、凸球面９３に対して上流側に配されていると共に当該凸球面９３から径方向内側に伸びて形成された環状支持面９４とを有している。凸球面体９１に対して上流側に配されている環状体９２は、フランジ７４の凹球面７７に摺動自在に接触している外周面としての凸球面９５と、下流側において凸球面９５に連結されている径方向内側に伸びた大径環状面９６と、上流側において凸球面９５に連結されている径方向内側に伸びた小径環状面９７と、大径環状面９６及び小径環状面９７に連結されている内周面９８とを有しており、大径環状面９６が軸方向Ｘにおいて環状支持面９４に支持されており、内周面９８が上流側排気管２の外周面に接触している。環状体９２は、圧縮コイルばね７２により、軸方向ＸにおいてＸ２方向に弾性的に付勢されている。図７に示す球面排気管継手１においても上述同様の作用効果を奏し得る。

図７に示す球面排気管継手１においては、環状シール体９及びフランジ２８に代えて、例えば図８に示すように、上述の環状シール体８１及びフランジ８２を具備していてもよい。図８に示す球面排気管継手１においても上述同様の作用効果を奏し得る。

１ 球面排気管継手
２ 上流側排気管
３、４ 管端部
５ 下流側排気管
７、９１ 凸球面体
９、８１ 環状シール体
１０ 弾性付勢手段
１９、７３ 摺動体
９２ 環状体
２４ アウタケース
２５、２６、７１、７１ａ、７２、７２ａ 圧縮コイルばね
２８、２９、７４、８２ フランジ
３７、３８ 緩衝材
１２ 筒状部材

Claims (21)

1. 上流側排気管及びこの上流側排気管の管端部に対向して配置された管端部を有した下流側排気管のうちの一方の排気管の管端部に設けられた凸球面を有した環状の凸球面体と、この凸球面体に対して上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の側に配されていると共に当該凸球面体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有している環状シール体と、環状シール体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において環状シール体を弾性的に付勢していると共に、軸方向において凸球面体を前記付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢している弾性付勢手段と、上流側排気管及び下流側排気管の内部を外気から遮断するように上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の排気管の管端部並びに環状シール体を連結していると共に伸縮自在であって可撓性を有した筒状部材とを具備している球面排気管継手。
2. 弾性付勢手段は、凸球面体に対して上流側排気管及び下流側排気管のうちの一方の側に配されていると共に当該凸球面体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有している環状の摺動体を具備しており、摺動体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において摺動体を前記環状シール体の付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢している請求項１に記載の球面排気管継手。
3. 弾性付勢手段は、上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の排気管の管端部に固着されていると共に径方向において凸球面体に隙間をもって対面している筒部及びこの筒部の軸方向における両端に径方向内側に伸びて形成された一対の環状部を具備しているアウタケースと、軸方向においてアウタケースの一対の環状部のうちの一方と環状シール体との間に介在されていると共に、環状シール体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において環状シール体を弾性的に付勢している第一の弾性付勢部材と、軸方向においてアウタケースの一対の環状部のうちの他方と摺動体との間に介在されていると共に、摺動体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において摺動体を前記第一の弾性付勢部材による環状シール体の付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢している第二の弾性付勢部材とを具備している請求項２に記載の球面排気管継手。
4. 弾性付勢手段は、アウタケースに対して径方向の隙間をもって配されていると共に環状シール体に装着された第一のフランジと、アウタケースに対して径方向の隙間をもって配されていると共に摺動体に装着された第二のフランジとを具備しており、第一の弾性付勢部材は、一端でアウタケースの一対の環状部のうちの一方に、他端で第一のフランジに夫々当接している圧縮コイルばねからなり、第二の弾性付勢部材は、一端でアウタケースの一対の環状部のうちの他方に、他端で第二のフランジに夫々当接している圧縮コイルばねからなり、筒状部材は、第一のフランジに固着されている請求項３に記載の球面排気管継手。
5. 環状シール体は、前記凹球面をその内周面に有していると共に、その外周面に凸球面を有しており、第一のフランジは、環状シール体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有しており、前記接触により環状シール体に摺動自在に装着されている請求項４に記載の球面排気管継手。
6. 摺動体は、前記凹球面をその内周面に有していると共に、その外周面に凸球面を有しており、第二のフランジは、摺動体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有しており、前記接触により摺動体に摺動自在に装着されている請求項４又は５に記載の球面排気管継手。
7. 径方向において第一及び第二のフランジのうちの少なくとも一方に対向しているアウタケースの内周面には緩衝材が設けられている請求項４から６のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
8. 環状シール体及び摺動体は、これらの回転球芯を通る線であって軸方向に直交する方向に伸びた線において線対称又は軸対称である請求項２から７のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
9. 凸球面体には、その凸球面に対して上流側排気管及び下流側排気管のうちの一方の側に配された環状支持面が形成されており、弾性付勢手段は、凸球面体に対して上流側排気管及び下流側排気管のうちの一方の側に配されていると共に軸方向において環状支持面に支持された環状体を具備しており、軸方向において環状体を前記環状シール体の付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢している請求項１に記載の球面排気管継手。
10. 弾性付勢手段は、上流側排気管及び下流側排気管のうちの他方の排気管の管端部に固着されていると共に径方向において凸球面体に隙間をもって対面している筒部及びこの筒部の軸方向における両端に径方向内側に伸びて形成された一対の環状部を具備しているアウタケースと、軸方向においてアウタケースの一対の環状部のうちの一方と環状シール体との間に介在されていると共に、環状シール体の凹球面の凸球面体の凸球面に対する接触状態が保たれるように軸方向において環状シール体を弾性的に付勢している第一の弾性付勢部材と、軸方向においてアウタケースの一対の環状部のうちの他方と環状体との間に介在されていると共に、軸方向において環状体を前記第一の弾性付勢部材による環状シール体の付勢の方向とは逆の方向に弾性的に付勢している第二の弾性付勢部材とを具備している請求項９に記載の球面排気管継手。
11. 弾性付勢手段は、アウタケースに対して径方向の隙間をもって配されていると共に環状シール体に装着された第一のフランジと、アウタケースに対して径方向の隙間をもって配されていると共に環状体に装着された第二のフランジとを具備しており、第一の弾性付勢部材は、一端でアウタケースの一対の環状部のうちの一方に、他端で第一のフランジに夫々当接している圧縮コイルばねからなり、第二の弾性付勢部材は、一端でアウタケースの一対の環状部のうちの他方に、他端で第二のフランジに夫々当接している圧縮コイルばねからなり、筒状部材は、第一のフランジに固着されている請求項１０に記載の球面排気管継手。
12. 環状シール体は、前記凹球面をその内周面に有していると共に、その外周面に凸球面を有しており、第一のフランジは、環状シール体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有しており、前記接触により環状シール体に摺動自在に装着されている請求項１１に記載の球面排気管継手。
13. 環状体は、その外周面に凸球面を有しており、第二のフランジは、環状体の凸球面に摺動自在に接触している凹球面を有しており、前記接触により環状体に摺動自在に装着されている請求項１１又は１２に記載の球面排気管継手。
14. 径方向において第一及び第二のフランジのうちの少なくとも一方に対向しているアウタケースの内周面には緩衝材が設けられている請求項１１から１３のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
15. アウタケースは、軸方向における一方の端部で前記他方の排気管の管端部に固着された第一のアウタケースと、軸方向における一方の端部で第一のアウタケースの軸方向における他方の端部に連結されていると共に軸方向における他方の端部が前記一方の排気管に対して径方向の隙間をもって配されている第二のアウタケースとを具備している請求項３から７並びに１０から１４のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
16. 第一のアウタケースの他方の端部及び第二のアウタケースの一方の端部には、夫々互いに螺合している螺合部が形成されており、第二のアウタケースは、第一のアウタケースに対する円周方向における相対回転において当該第一のアウタケースに対して軸方向に移動するように配設されている請求項１５に記載の球面排気管継手。
17. 第一のアウタケースの他方の端部及び第二のアウタケースの一方の端部は、溶接によって連結されている請求項１５に記載の球面排気管継手。
18. 第一のアウタケースの他方の端部及び第二のアウタケースの一方の端部は、ボルト及びナットによって連結されている請求項１５に記載の球面排気管継手。
19. 筒状部材は、伸縮自在であって可撓性を有した蛇腹部を有している請求項１から１８のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
20. 凸球面体の凸球面及び環状シール体の凹球面のうちの少なくとも一方は、固体潤滑剤を含む潤滑すべり層の露出面である請求項１から１９のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
21. 環状シール体は、膨張黒鉛、雲母または石綿等の耐熱材と、金属細線から形成された金網からなる補強材とを圧縮成形してなり、耐熱材が金網からなる補強材の隙間に配されてなる請求項１から２０のいずれか一項に記載の球面排気管継手。

Images