JP2003041932A - 排気管継手装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 排気管に捩り方向及び剪断方向の力が入力さ
れた場合に、異常音を発生させることがない排気管継手
装置。 【解決手段】 排気管３０にその外周面に管端部３１を
残してフランジ５０が立設され、管端部３１の外周面に
なだらかな稜線部３２、３２を有した少なくとも一つの
環状山部３３が形成され、管端部３１の外周面に内周面
と部分凸球面を有した外周面と部分凸球面の大径側に環
状端面７４とを備え且つ潤滑すべり層を有し、潤滑すべ
り層が部分凸球面において露出している球帯状シール体
７０が内周面を環状山部３３に圧接させ、環状端面をフ
ランジ５０の側面５２に当接させて嵌合固定され、排気
管４０の管端部には、球帯状シール体７０の部分凸球面
に摺動自在に接触する部分凹球面４４を有したシール座
部材４３を設け、排気管３０と排気管４０とは押圧手段
１００によって相対角変位自在に連結される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、自動車の排気管継
手装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンの排気ガスは、エンジン
から車体フレーム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。と
くに前輪駆動横置きエンジン（ＦＦ車）の場合は、縦置
きエンジンの場合に比較して、この曲げ応力はかなり大
きいものとなる。したがって、エンジンの振動が排気管
つり架具を伝わって車室内にもたらされたり、あるいは
騒音の原因にも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もある。このような問題を解決す
るために、従来、排気管の所定箇所に排気管継手装置、
例えば球面管継手を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。

【０００３】ここで、この種球面管継手の一例を図８に
基づいて説明すると、つぎのとおりである。図８におい
て、上流側排気管（エンジン側）１と下流側排気管（大
気側）２とは、それぞれの端面で僅かな隙間Ｓを残して
相対峙するように同一軸線上に配置されている。上流側
排気管１の管端部３の外周面には、貫通孔を規定した内
面４と部分凸球面５からなる外面とを有した球帯状シー
ル体６が内面４で嵌合され、上流側排気管１の外周面に
設けられたフランジ８の側面１６には、球帯状シール体
６の大径側の環状端面７が接触している。

【０００４】一方、下流側排気管２の管端部には、球帯
状シール体６の部分凸球面５に対応する部分凹球面９を
有したシール座部１７とシール座部１７から一体的に延
設されたフランジ部１０とを備えたシール座部材１１が
固着されており、球帯状シール体６の部分凸球面５にシ
ール座部材１１の部分凹球面９が摺動自在に接触してい
る。

【０００５】上流側排気管１と下流側排気管２とは、一
端がフランジ８に固定され、他端がフランジ部１０を貫
通して配された一対のボルト１２と、ボルト１２の外周
面を囲繞してボルト１２の頭部１３とフランジ部１０と
の間に配された一対のコイルばね１４とからなる弾性連
結装置１５により互いに連結されており、下流側排気管
２には常時、上流側排気管１の方向に一対のコイルばね
１４のばね力が付勢されている。そして、上流側排気管
１と下流側排気管２との間に生じる相対角変位は、球帯
状シール体６の部分凸球面５とシール座部材１１の部分
凹球面９との摺動で許容される。

【０００６】斯かる球面管継手により上記の問題を効果
的に解決できるのであるが、近年ではＦＦ車については
エンジンの後方にマニホールドが配置され、さらにこマ
ニホールド近傍に上記の球面管継手が設けられる場合が
ある。この場合においては、マニホールドに接続される
排気管には特に捩り方向（排気管の管軸を中心とした回
転方向）の力と剪断方向（排気管の管軸と直交する方
向）の力が加わり、これらの力が球面管継手にも入力さ
れることになる。

【０００７】球面管継手においては、上流側排気管１及
び下流側排気管２に相対的な捩り方向及び剪断方向の変
位を生じさせる力が入力されると、球帯状シール体６の
部分凸球面５とシール座部材１１の部分凹球面９との摺
動に加えて、球帯状シール体６の大径側の環状端面７と
フランジ８の側面１６との当接面に摺動が生じるように
なる。前者の摺動は、部分凸球面５に潤滑被覆処理がな
されるために、スティックスリップ等に起因する異常音
を発生させることなく円滑になされるが、後者の摺動
は、球帯状シール体６の製造上の制約により、球帯状シ
ール体６の大径側の環状端面７には特に潤滑被覆処理が
なされていない結果、フランジ８の側面１６と環状端面
７で露出する球帯状シール体６の耐熱材との摺動とな
り、往々にしてスティックスリップ等に起因する異常音
を発生させる虞があり、この異常音が運転者等に不快感
を与えるという問題を生じる虞がある。

【０００８】また、フランジ８の側面１６と大径側の環
状端面７で露出する球帯状シール体６の耐熱材との摺動
においては、環状端面７で露出する球帯状シール体６の
耐熱材に摩耗を生じさせ、フランジ８の側面１６と球帯
状シール体６の大径側の環状端面７との当接面の密封性
が損われ、当該当接面からの排気ガスの漏洩を惹起させ
る虞がある。

【０００９】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、マニホールドに接続
された排気管に捩り方向及び剪断方向の力が入力された
場合においても、スティックスリップ等に起因する異常
音を発生させることがなく、運転者に不快感を与えるこ
とのない排気管継手装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様の排
気管継手装置は、上流側排気管と下流側排気管とがそれ
ぞれの端面で隙間を残して相対峙して配置されており、
上流側排気管にはその外周面に管端部を残してフランジ
が立設されていると共に管端部の外周面には、なだらか
な稜線部を有した少なくとも一つの環状山部が形成され
ており、管端部の外周面には、内周面と部分凸球面を有
した外周面と部分凸球面の大径側に環状端面とを備え且
つ潤滑すべり層を有していると共に当該潤滑すべり層が
部分凸球面において露出している球帯状シール体がその
内周面を環状山部に圧接させ、環状端面をフランジの側
面に当接させて嵌合固定されており、下流側排気管の管
端部には、球帯状シール体の部分凸球面に摺動自在に接
触する部分凹球面を有したシール座部材が設けられてお
り、上流側排気管と下流側排気管とは、押圧手段によっ
て相対角変位自在に互いに連結されていることを特徴と
する。

【００１１】第一の態様の排気管継手装置によれば、上
流側排気管と下流側排気管との間に生じる相対角変位
は、球帯状シール体の部分凸球面で露出する潤滑すべり
層と下流側排気管の端部に設けられたシール座部材の部
分凹球面との摺動で許容される。また、球帯状シール体
はその内周面において管端部の外周面の環状山部に圧接
され、管端部の外周面への嵌合力が一層高められて管端
部の外周面に嵌合固定されることにより、捩り方向及び
剪断方向への変位が拘束されるので、上流側排気管と下
流側排気管との間に作用する相対的な捩り方向の力に対
しては球帯状シール体の部分凸球面の潤滑すべり層とシ
ール座部材の部分凹球面との摺動で許容され、フランジ
の側面と球帯状シール体の環状端面との当接面に摺動を
生じることはなく、スティックスリップ等に起因する異
常音の発生はない。また、上流側排気管と下流側排気管
との間に作用する剪断方向の力に対しても、球帯状シー
ル体が剪断方向への変位が拘束されているので、フラン
ジの側面と球帯状シール体の環状端面との当接面に摺動
を生じることはなく、スティックスリップ等に起因する
異常音の発生はない。

【００１２】上記第一の態様の排気管継手装置におい
て、なだらかな稜線部は、上流側排気管の外周面とのお
りなす角度θが１〜１０°の範囲の傾斜面であることが
好ましい。また、球帯状シール体の内周面の直径Ｄと上
流側排気管の外径ｄ_１と環状山部の外径ｄ_２とは、ｄ_１
＜Ｄ＜ｄ_２の寸法関係をもっている。これらの関係によ
り、球帯状シール体はその内周面において管端部の外周
面への嵌合力が高められて当該管端部の外周面に嵌合固
定される。

【００１３】更に、フランジの側面と球帯状シール体の
環状端面との当接面に摺動を生じることがないので、当
該当接面における排気ガスの漏洩に対するシール性は保
たれる。

【００１４】本発明の第二の態様の排気管継手装置は、
第一の態様の排気管継手装置において、管端部の外周面
には、なだらかな稜線部を備えた二つの環状山部が管軸
方向に沿って形成されている。

【００１５】第二の態様の排気管継手装置によれば、球
帯状シール体は内周面を二つの環状山部に圧接させて管
端部の外周面に嵌合固定されることで、球帯状シール体
は二つの環状山部に安定的に支持されて、その嵌合力が
一層高められるので、前記第一の態様の排気管継手装置
における作用効果をより一層高めることができる。

【００１６】本発明において球帯状状シール体は、好ま
しい例ではその第三の態様の排気管継手装置のように、
主に膨張黒鉛を含んだ耐熱材と金網からなる補強材との
圧縮成形物からなり、耐熱材が金網からなる補強材の隙
間に配されてなる。

【００１７】本発明において潤滑すべり層は、好ましい
例ではその第四の態様の排気管継手装置のように、露出
面としてポリテトラフルオロエチレン樹脂の被覆層と該
被覆層を覆って被覆層と一体化された金網からなる補強
材とが混在一体となった平滑な面を有している。

【００１８】ここで、潤滑すべり層を有していると共に
この潤滑すべり層が部分凸球面において露出している球
帯状シール体の好ましい例の一つをその製造方法と共に
説明すると、まず金属細線を編むことによって形成され
る筒状金網を用意し、この筒状金網を所定の長さに切断
し、これを一対のローラ間に通して帯状金網を作製し、
これを補強材として使用する。耐熱材として、所定の幅
及び長さに切断した膨張黒鉛シートを用意する。そし
て、帯状金網からなる補強材と膨張黒鉛シートとを重ね
合わせると共に膨張黒鉛シートを内側にし、かつ最外周
では膨張黒鉛シートが位置するように円筒状に捲回し、
円筒体を作製する。

【００１９】上記膨張黒鉛シートと同様の膨張黒鉛シー
トを別途用意し、この別途用意した膨張黒鉛シートの一
方の表面に平均粒径０．３μｍのポリテトラフルオロエ
チレン樹脂粉末を固形分として２０〜５０重量％分散含
有した水性ディスパージョンを刷毛塗り、スプレー等の
手段で被覆し、乾燥して該ポリテトラフルオロエチレン
樹脂の被覆層を形成する。

【００２０】前記した帯状金網を別途用意し、別途用意
した帯状金網内に前記被覆層を備えた膨張黒鉛シートを
挿入すると共にこれらを一対のローラ間を通して一体化
させた摺動面材を作製する。

【００２１】このようにして得た摺動面材を被覆層を外
側にして前記円筒体の外周面に巻付け、予備円筒成形体
を作製する。内面に円筒壁面と円筒壁面に連なる部分凹
球壁面と部分凹球壁面に連なる貫通孔を備え、該貫通孔
に段付きコアを嵌挿することによって内部に中空円筒部
と該中空円筒部に連なる球帯状中空部とが形成された金
型を用意し、該金型の段付きコアに前記予備円筒成形体
を挿入する。

【００２２】金型の中空部に位置せしめられた予備円筒
成形体を、パンチによりコア軸方向に１〜３トン／ｃｍ
^２の圧力で圧縮成形し、円孔からなる貫通孔を規定する
内周面と、潤滑すべり層が露出した部分凸球面を有した
外周面と、部分凸球面の大径側端面とを有した球帯状シ
ール体を作製する。この圧縮成形により、円筒体の金網
からなる補強材と膨張黒鉛シートからなる耐熱材とは互
いに絡み合って一体化され、部分凸球面はポリテトラフ
ルオロエチレン樹脂の被覆層と金網からなる補強材とが
混在一体となった潤滑すべり層の平滑な露出面をもって
が形成される。

【００２３】本発明において、好ましい例ではその第五
の態様の排気管継手装置のように、シール座部材は、部
分凹球面を有したシール座部と、シール座部から一体的
に延設されたフランジ部とを具備しており、押圧手段
は、フランジに一端が固定され、他端がフランジ部を貫
通して配された一対のボルトと、部分凸球面の部分凹球
面への摺動自在な接触を確保する弾力性を発生するよう
に、ボルトの外周面を囲繞してボルトの頭部とフランジ
部との間に配置された一対のコイルばねとを具備してい
る。

【００２４】次に本発明の実施の形態を、図に示す好ま
しい実施例に基づいてさらに詳細に説明する。なお、本
発明はこれら実施例には何等限定されないのである。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１に示す排気管継手装置２０に
おいて、エンジン側に連結された上流側排気管３０と大
気側に連結された下流側排気管４０とがそれぞれの端面
で隙間Ｓを残して相対峙して配置されている。上流側排
気管３０の外周面には管端部３１を残して上流側排気管
３０の管軸Ｌと直交する方向、すなわち径方向に伸びた
フランジ５０が溶接等により固着されて設けられてい
る。

【００２６】フランジ５０は、中央部に円孔からなる貫
通孔を規定する内周面５１と内周面を囲んで管軸Ｌ方向
に面する側面５２を備えており、フランジ５０は内周面
５１で規定された中央部の円孔に挿通された上流側排気
管３０の外周面に管端部３１を残して溶接等により内周
面５１において固定されている。

【００２７】上流側排気管３０の管端部３１の外周面に
は、管端部３１の両端部から管端部３１の管軸Ｌ方向の
中央部に向って互いに径方向外方に傾斜するなだらかな
稜線部３２、３２と稜線部３２、３２が交差して形成さ
れる環状山部３３とが形成されている。本例では、なだ
らかな稜線部３２、３２は上流側排気管３０の外周面と
のおりなす角度θが５°の傾斜面からなる。

【００２８】上流側排気管３０の管端部３１の外周面に
は、中央に円孔からなる貫通孔を規定する内周面７１と
部分凸球面７２を有した外周面７３と部分凸球面７２の
大径側に環状端面７４とを備えると共に潤滑すべり層７
５が部分凸球面７２において露出している球帯状シール
体７０がその内周面７１を上流側排気管３０の管端部３
１の外周面に形成された環状山部３３に圧接させ、環状
端面７４をフランジ５０の側面５２に当接させて嵌合固
定されている。ここで、球帯状シール体７０の内周面７
１の直径Ｄと上流側排気管３０の外径ｄ_１と環状山部３
３の外径ｄ_２とは、ｄ_１＜Ｄ＜ｄ_２の寸法関係をもって
いる（図３参照）。これらの寸法関係により、球帯状シ
ール体７０はその内周面７１において管端部３１の外周
面への嵌合力が高められて当該管端部３１の外周面に嵌
合固定される。

【００２９】内周面７１及び外周面７３に加えて環状端
面７４を備えた球帯状シール体７０は、図４及び図５に
示すように、金属細線から形成された金網からなる補強
材ｂと膨張黒鉛シートからなる耐熱材ａとを圧縮成形し
て、耐熱材ａが金網からなる補強材ｂの隙間に配された
圧縮成形物からなり、潤滑すべり層７５は、部分凸球面
７２において露出している露出面としてポリテトラフル
オロエチレン樹脂の被覆層ｃと被覆層ｃを覆って被覆層
ｃと一体化された金網からなる補強材ｂとが混在一体と
なった平滑な面を有している。

【００３０】下流側排気管４０の管端部には、球帯状シ
ール体７０の部分凸球面７２に摺動自在に接触する部分
凹球面４４を有したシール座部材４３が溶接等により固
着して設けられており、シール座部材４３は、部分凹球
面４４を有したシール座部４１と、シール座部４１から
一体的に径方向に延設されたフランジ部４２とを備えて
いる。

【００３１】上流側排気管３０及び下流側排気管４０
は、一端がフランジ５０に固定され、他端がシール座部
材４３のフランジ部４２を貫通して配された一対のボル
ト８０と、ボルト８０の外周面を囲繞してボルト８０の
頭部８１とフランジ部４２との間に配された一対のコイ
ルばね９０とからなる押圧手段１００により互いに連結
されており、下流側排気管４０には常時、上流側排気管
３０方向に一対のコイルばね９０のばね力が付勢されて
おり、一対のコイルばね９０は、部分凸球面７２の部分
凹球面４４への摺動自在な接触を確保する弾性力を発生
している。

【００３２】上記構成からなる排気管継手装置２０にお
いて、上流側排気管３０と下流側排気管４０との間に生
ずる相対角変位は、潤滑すべり層７５の露出面である球
帯状シール体７０の部分凸球面７２とシール座部４１の
部分凹球面４４との相対的な摺動で許容される。

【００３３】排気管継手装置２０に剪断方向の力が作用
した場合、球帯状シール体７０はその内周面７１が管端
部３１の外周面の環状山部３３に圧接されて管端部３１
の外周面への嵌合力が一層高められることにより、剪断
方向の変位が拘束されているので、球帯状シール体７０
の剪断方向の変位に基づく球帯状シール体７０の環状端
面７４とフランジ５０の側面５２との当接面での摺動を
生じることはなく、スティックスリップ等に起因する異
常音の発生はない。

【００３４】また、排気管継手装置２０に捩り方向の力
が作用した場合でも、斯かる捩り方向の力で球帯状シー
ル体７０の部分凸球面７２とシール座部４１の部分凹球
面４４との接触面では摺動が生じ、当該摺動によって捩
り方向の力が許容されるが、球帯状シール体７０はその
内周面７１が管端部３１の外周面の環状山部３３に圧接
されて管端部３１の外周面への嵌合力が一層高められて
捩り方向の力に対してその変位が拘束されているので、
球帯状シール体７０の環状端面７４とフランジ５０の側
面５２との当接面での摺動を生じることはなく、スティ
ックスリップ等に起因する異常音の発生はない。

【００３５】更に、球帯状シール体７０の環状端面７４
とフランジ５０の側面５２との当接面での摺動を生じる
ことはないので、当該当接面における排気ガスの漏洩に
対するシール性は保たれる。

【００３６】図６及び図７は、排気管継手装置２０の他
の実施の形態を示すものであり、この態様では、上流側
排気管３０の管端部３１の外周面に、管軸Ｌ方向に沿っ
て二つの環状山部３３、３３を形成した例を示すもので
ある。すなわち、管端部３１の外周面には、管端部３１
の外周面の中央部を通る管軸Ｌと直交する垂直線Ｍを対
称軸として両側になだらかな稜線部３２、３２と稜線部
３２、３２が交差して形成される環状山部３３、３３が
形成されている。

【００３７】図６及び図７に示す排気管継手装置２０に
おいては、球帯状シール体７０は円孔からなる貫通孔を
規定する内周面７１を管端部３１の外周面に形成された
二つの環状山部３３、３３に圧接させて管端部３１の外
周面に嵌合固定されることで、球帯状シール体７０は二
つの環状山部３３、３３に安定的に支持されて、その嵌
合力が一層高められるので、前記図１に示す態様の排気
管継手装置２０と同様の作用、効果が達成される。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、捩り方向及び剪断方向
の力の生起においても、スティックスリップ等に起因す
る異常音を発生させることなく、運転者に不快感を与え
ることのない排気管継手装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気管継手装置の好ましい一例を示す
縦断面図である。

【図２】図１に示す排気管継手装置の部分拡大縦断面図
である。

【図３】図１に示す管端部と球帯状シール体の部分拡大
縦断面図である。

【図４】図１に示す球帯状シール体の縦断面図である。

【図５】図４に示す球帯状シール体の部分凸球面部の部
分拡大断面図である。

【図６】本発明の排気管継手装置の好ましい他の一例を
示す管端部の部分拡大縦断面図である。

【図７】図６に示す管端部に球帯状シール体を嵌合固定
した状態を示す部分拡大縦断面図である。

【図８】球面管継手の一例の縦断面図である。

【符号の説明】

２０ 排気管継手装置 ３０ 上流側排気管 ３１ 管端部 ３２ 稜線部 ３３ 環状山部 ４０ 下流側排気管 ４３ シール座部材 ５０ フランジ ７０ 球帯状シール体 １００ 押圧手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上流側排気管と下流側排気管とがそれぞ
   れの端面で隙間を残して相対峙して配置されており、上
   流側排気管にはその外周面に管端部を残してフランジが
   立設されていると共に管端部の外周面には、なだらかな
   稜線部を有した少なくとも一つの環状山部が形成されて
   おり、管端部の外周面には、内周面と部分凸球面を有し
   た外周面と部分凸球面の大径側に環状端面とを備え且つ
   潤滑すべり層を有していると共に当該潤滑すべり層が部
   分凸球面において露出している球帯状シール体がその内
   周面を環状山部に圧接させ、環状端面をフランジの側面
   に当接させて嵌合固定されており、下流側排気管の管端
   部には、球帯状シール体の部分凸球面に摺動自在に接触
   する部分凹球面を有したシール座部材が設けられてお
   り、上流側排気管と下流側排気管とは、押圧手段によっ
   て相対角変位自在に互いに連結されていることを特徴と
   する排気管継手装置。
2. 【請求項２】 管端部の外周面には、なだらかな稜線部
   を有した二つの環状山部が管軸方向に沿って形成されて
   いる請求項１に記載の排気管継手装置。
3. 【請求項３】 球帯状シール体は、主に膨張黒鉛を含ん
   だ耐熱材と金網からなる補強材との圧縮成形物からな
   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又は２に記載の排気管継手装置。
4. 【請求項４】 潤滑すべり層は、露出面としてポリテト
   ラフルオロエチレン樹脂の被覆層と被覆層を覆って被覆
   層と一体化された金網からなる補強材とが混在一体とな
   った平滑な面を有している請求項１から３のいずれか一
   項に記載の排気管継手装置。
5. 【請求項５】 シール座部材は、部分凹球面を有したシ
   ール座と、シール座から一体的に延設されたフランジ部
   とを具備しており、押圧手段は、フランジに一端が固定
   され、他端がフランジ部を貫通して配された一対のボル
   トと、部分凸球面部の部分凹球面への摺動自在な接触を
   確保する弾力性を発生するように、ボルトの外周面を囲
   繞してボルトの頭部とフランジ部との間に配置された一
   対のコイルばねとを具備している請求項１から４のいず
   れか一項に記載の排気管継手装置。