JP2007154960A - 管継手 - Google Patents

Abstract

【課題】排気管同士を相対揺動可能に接続するとともにシール性を損なうことなく管軸方向に関しても相対移動可能に接続する。
【解決手段】管２００、３００同士を接近させる向きにコイルスプリング５０１で弾力的に付勢するとともに、トーラス状スプリング６０１により両管２００、３００を互いに離間させるように弾力的に付勢しつつ両管２００、３００の接続部をシールする。スプリング６０１の揺動変形により両管２００、３００の相対揺動を許容し、スプリング５０１、６０１の伸縮変形により管軸方向における両管２００、３００の相対移動を許容する。両管２００、３００が相対的に離間する方向に移動しても、その移動量を吸収するようにスプリング６０１が形状復帰するためシール性は損なわれない。スプリング６０１は両固定フランジ２１０、３１０の形状に倣って自律的に位置決めされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用エンジンからの排気通路等を形成する上流側排気管と下流側排気管とを相互に接続する継手構造に関し、より詳細には、一方の管と他方の管とを相対的に揺動可能に接続する管継手に関する。

一般に車両用エンジンの排気系は、エンジンの排気ポートに接続された排気マニホールド（上流側排気管）とその下流側の排気管（下流側排気管）とが管継手を介して相互に接続されている。

この種の管継手は、排気マニホールドと排気管との相対的な揺動を可能にすることにより、排気系を流れる排気脈動に起因する振動や、路面からの衝撃に起因する振動や、車両走行に伴う各種慣性力に起因する曲げ応力などを吸収し軽減する機能を担っている。

従来この種の管継手として、所謂球面ジョイントが多く用いられている。球面ジョイントは、下流側の排気管の上流側端部に形成されたフランジの内周に凹球面状のシール座を形成するとともに、排気マニホールドの下流側端部の外周にシール座に対応する凸球面状のシール面を有するシールリングを外装し、シール座とシールリングとを弾力的に圧接させて摺動可能に接続することにより、両管が相対的に揺動できるようにしている。（特許文献１〜３参照）
しかし、従来の球面ジョイントは、シール座とシールリングとの摺動により両管の相対揺動を許容する構造になっているが、シール座とシールリングとの管軸方向における相対位置は固定されているため、両管は管軸方向に関しては相対移動できない。従来の球面ジョイントによって互いに接続されている二つの管が相対的に離間する方向に移動した場合、シール座とシールリングとの間に隙間が生じるため、シール性が損なわれてしまう。このため、従来の球面ジョイントでは、管軸方向に発生する振動を吸収し軽減することができなかった。

また、曲げ、せん断、引張、圧縮といった多方向の振動吸収が可能な管継手としてフレキシブルジョイントが知られているが、球面ジョイントと比較して高価であり、耐久性が低いという欠点を有している。
特開２００２−２５７２７６号公報 特開２００２−２６７０６２号公報 特開２００３−３０１９７８号公報

本発明が解決しようとする課題は、一方の管と他方の管とを相対揺動可能に接続するとともに、シール性を損なうことなく管軸方向に関しても両管を十分に相対変位可能に接続することが可能であり、しかも耐久性の高い管継手を安価に提供することにある。

本発明の管継手は、一方の管と他方の管とを相対揺動可能に接続する管継手において、前記一方の管の端部外面に全周に亘って気密に密着させて固定され、且つ、周方向に沿って所々にボルト挿通孔を有する第１の固定フランジと、前記他方の管の端部外面に全周に亘って気密に密着させて固定され、且つ、周方向に沿ってボルト挿通孔と対向する複数のボルト固定孔を有する第２の固定フランジと、ボルト挿通孔に前記一方の管側から揺動および摺動可能に挿入されるとともにその先端部に形成されたねじ部がボルト固定孔に挿通され離脱しないように固定されたボルトと、両管を管軸方向に互いに接近させるように第１の固定フランジと第２の固定フランジを弾力的に付勢する第１の付勢手段と、両管を管軸方向に互いに離間させるように第１の固定フランジと第２の固定フランジを弾力的に付勢する第２の付勢手段と、を備え、第２の付勢手段は、環状の弾性体であり、両管の接続部に対して隙間を持たせて環装されるとともに両固定フランジの対向面に全周に亘って気密に且つ摺動可能に圧接しており、両固定フランジの形状に倣って自律的に位置決めされて両管に対して相対的に移動可能に同軸的に保持されていることを特徴とする。

上記のように構成された管継手は、第１の付勢手段により一方の管と他方の管とを管軸方向に互いに接近させるように弾力的に付勢した状態で連結するとともに、一方の管に固定された第１の固定フランジと他方の管に固定された第２の固定フランジとの間に設けられた第２の付勢手段により両管を互いに離間させるように弾力的に付勢しつつ、その第２の付勢手段によって両管の接続部をシールする。そして、第２の付勢手段の揺動変形により両管の相対揺動を許容し、第１および第２の付勢手段の伸縮変形により管軸方向における両管の相対移動を許容する。両管が相対的に離間する方向に移動した場合でも、その移動量を吸収するように第２の付勢手段が伸長するため、第１および第２の固定フランジと第２の付勢手段との間に隙間は生じない。その際、第２の付勢手段は、両固定フランジの形状に倣って自律的に位置決めされて両管に対して相対的に移動可能に同軸的に保持される。

したがって、この管継手によれば、一方の管と他方の管とを相対揺動可能に接続するとともに、シール性を損なうことなく管軸方向に関しても相対移動可能に両管を接続することが可能である。

また、この管継手では、第２の付勢手段が両固定フランジの形状に倣って自律的に位置決めされて両管に対して相対的に移動可能に同軸的に保持されるので、第２の付勢手段を位置決めするための手段を別途装備する必要がない。したがって、この管継手によれば、第２の付勢手段の構造を複雑化することなく、また管継手の部品点数を増大させることなく、高いシール性と高い耐久性とを兼ね備えた管継手を安価に実現できる。

本発明の管継手において、前記弾性体は、中空構造の環状のスプリングからなり、当該スプリングの外周部または内周部には、両固定フランジ間の距離の変動に追従した当該スプリングの弾性変形を許容すべく全周に亘って隙間が形成されていることが望ましい。第１の付勢手段は、前記段付きボルトを取り巻くようにして設けられたコイルスプリングであることが望ましい。前記弾性体は、前記スプリングを両管の接続方向に積装し且つ当該スプリング同士を全周に亘って気密に密着させて接続してなる積層構造のものであってもよい。また、前記弾性体は、金属製の筒状物を加工して得られた環状状成形品であることが望ましい。この場合、前記弾性体の表面またはこれと摺接する固定フランジの表面には、前記弾性体と固定フランジとの相対的な摺動性（滑動性）を向上させるための皮膜または耐熱性を向上させるための皮膜が形成されていることが望ましい。

また、本発明の管継手において、第２の付勢手段は、両管の接続部に対して隙間を持たせて環装される一対の環状のリテーナと、両リテーナを管軸方向に互いに離間させるよう付勢するべく両リテーナ間に挟んで設けられたスプリングとを有し、両リテーナは互いに摺動可能に嵌合し、一方のリテーナは第１の固定フランジに他方のリテーナは第２の固定フランジに各々圧接しており、両リテーナの互いの嵌合部は全周に亘って気密にシールされているものであってもよい。第１の付勢手段は、前記段付きボルトを取り巻くようにして設けられたコイルスプリングであることが望ましい。

本発明の管継手によれば、一方の管と他方の管とを相対揺動可能に接続するとともに、シール性を損なうことなく管軸方向に関しても相対移動可能に両管を接続することが可能であるので、相対的揺動方向に発生する振動のみならず、管軸方向に発生する振動をも十分に吸収し軽減することができる。そして、高いシール性と高い耐久性とを兼ね備えた管継手を安価に実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
［第１形態例］
図１は本発明にかかる管継手の第１形態例を示す部分断面図である。

この管継手１００は、上流側排気管（一方の管）２００の端部外面に全周に亘って気密に密着させて固定され、且つ、周方向に沿って所々にボルト挿通孔２１１を有する第１の固定フランジ２１０と、下流側排気管（他方の管）３００の端部外面に全周に亘って気密に密着させて固定され、且つ、第１の固定フランジ２１０のボルト挿通孔２１１と対向する複数のボルト固定孔３１１を有する第２の固定フランジ３１０と、ボルト挿通孔２１１に上流側排気管２００側から揺動および摺動可能に挿入されるとともにその先端部に形成されたねじ部４００ａがボルト固定孔３１１に挿通され離脱しないように固定された段付きボルト４００と、両管２００、３００を管軸方向に互いに接近させるように第１の固定フランジ２１０と第２の固定フランジ３１０を弾力的に付勢する第１の付勢手段５００と、両管２００、３００を管軸方向に互いに離間させるように第１の固定フランジ２１０と第２の固定フランジ３１０を弾力的に付勢する第２の弾性手段６００とを備えている。上流側排気管２００および下流側排気管３００はエンジンに接続された排気系の一部を構成するものである。下流側排気管３００の端部は拡径しており、その拡径部に上流側排気管２００の端部が挿入されている。両固定フランジ２１０、３１０は、排気管２００、３００にそれぞれ溶接されている。段付きボルト４００のねじ部４００ａにはナット４０１が締着されており、ナット４０１は固定フランジ３１０にスポット溶接されている。

第１の付勢手段５００は、コイルスプリング５０１であり、段付きボルト４００を取り巻くようにして段付きボルト４００のヘッド部４００ｂと第１の固定フランジ２１０との間に設けられている。

第２の弾性手段６００は、中空構造のトーラス状スプリング６０１（図２参照）であり、両管２００、３００の接続部に対して隙間を持たせて環装されるとともに両固定フランジ２１０、３１０の対向面に全周に亘って気密に且つ摺動可能に圧接している。トーラス状スプリング６０１は、両固定フランジ２１０、３１０の形状に倣って自律的に位置決めされて両管２００、３００に対して相対的に移動可能に同軸的に保持されている。すなわち、両固定フランジ２１０、３１０の対向面（トーラス状スプリング６０１と摺接する面）は対称な環状の凹球面２１０ａ、３１０ａを成しており、両凹球面２１０ａ、３１０ａ間にトーラス状スプリング６０１が挟まれた状態で適度に圧縮されて保持されることにより、トーラス状スプリング６０１が両管２００、３００に対して同軸的に自律的に位置決めされている。

トーラス状スプリング６０１は、金属製の筒状物又は板状物を塑性加工（プレス加工）した後焼入れ処理して製造された物であり、その外周部には、全周に亘って隙間６０１ａが形成されている。この隙間６０１ａの存在により、両固定フランジ２１０、３１０間の距離の変動に追従したトーラス状スプリング６０１の十分な弾性変形が許容される。

トーラス状スプリング６０１の表面またはこれと摺接する固定フランジ２１０、３１０の表面には、トーラス状スプリング６０１と固定フランジ２１０、３１０との相対的な摺動性（滑動性）を向上させるべく皮膜（滑動・緩衝材）６０２が形成されている。皮膜６０２は、トーラス状スプリング６０１の耐熱性を向上させるための皮膜としても、異常音の発生を防止するための皮膜としても機能する。

上記のように構成された管継手１００は、第１の付勢手段５００であるコイルスプリング５０１により上流側排気管２００と下流側排気管３００とを管軸方向に互いに接近させるように弾力的に付勢した状態で連結するとともに、上流側排気管２００に固定された第１の固定フランジ２１０と下流側排気管３００に固定された第２の固定フランジ３１０との間に設けられた第２の付勢手段６００であるトーラス状スプリング６０１により両管２００、３００を互いに離間させるように弾力的に付勢しつつ、そのトーラス状スプリング６０１によって両管２００、３００の接続部をシールする。そして、トーラス状スプリング６０１の揺動変形により両管２００、３００の相対揺動を許容し、コイルスプリング５０１およびトーラス状スプリング６０１の伸縮変形により管軸方向における両管２００、３００の相対移動を許容する。両管２００、３００が相対的に離間する方向に移動した場合でも、その移動量を吸収するようにトーラス状スプリング６０１が伸長すなわち、自信の弾性反発力によって管軸方向に形状復帰するため、両固定フランジ２１０、３１０とトーラス状スプリング６０１との間に隙間は生じない。その際、トーラス状スプリング６０１は、両固定フランジ２１０、３１０の形状に倣って自律的に位置決めされて両管２００、３００に対して相対的に移動可能に同軸的に保持される。

したがって、この管継手１００によれば、上流側排気管２００と下流側排気管３００とを相対揺動可能に接続するとともに、シール性を損なうことなく管軸方向に関しても相対移動可能に両管２００、３００を接続することが可能である。

また、この管継手１００では、トーラス状スプリング６０１が両固定フランジ２１０、３１０の形状に倣って自律的に位置決めされて両管２００、３００に対して相対的に移動可能に同軸的に保持されるので、トーラス状スプリング６０１を位置決めするための手段を別途装備する必要がない。したがって、この管継手１００によれば、トーラス状スプリング６０１の構造を複雑化することなく、また部品点数を増大させることなく、高いシール性と高い耐久性とを兼ね備えた管継手を安価に実現できる。
［第２形態例］
図３は本発明にかかる管継手の第２形態例を示す部分断面図である。図１に示した第形態例と共通の構成要素については同じ符号が付けられている。

この管継手１１０における両固定フランジ２１０、３１０間の距離は第１形態例の場合よりも大きい。両固定フランジ２１０、３１０間には、第２の付勢手段６００として、二つのトーラス状スプリング６１１、６１２を重ねた構造の環状のスプリング６１０が設けられている。このスプリング６１０は、トーラス状スプリング６１１、６１２を両管２００、３００の接続方向に積装し且つ当該スプリング６１１、６１２同士を全周に亘って気密に密着させて接続してなり、第１形態例のスプリング６０１よりも大きく揺動及び伸縮し得る。

したがって、この管継手１１０によれば、両固定フランジ２１０、３１０間の距離の変動や相対的揺動量が大きい場合でも、十分なシール効果を得ることが可能となる。トーラス状スプリングの積層数は、両固定フランジ２１０、３１０間の距離に応じて適宜変更可能である。
［第３形態例］
図４は本発明にかかる管継手の第３形態例を示す部分断面図である。図１に示した第１形態例と共通の構成要素については同じ符号が付けられている。

この管継手１２０は、上流側排気管２００と下流側排気管３００とを管軸方向に互いに離間させるように第１の固定フランジ２１０と第２の固定フランジ３１０を弾力的に付勢する第３の付勢手段７００を備えている。第３の付勢手段７００は、コイルスプリング７０１であり、段付きボルト４００を取り巻くようにして両固定フランジ２１０、３１０間に設けられている。

この管継手１１０によれば、第２の付勢手段６００であるトーラス状スプリング６０１の力が不足することがあっても、第３の付勢手段７００であるコイルスプリング７０１の力によってそれを完全に補うことができるので、両管２００、３００を相対揺動可能に相互に接続するとともに、シール性を損なうことなく管軸方向に関しても相対移動可能に両管２００、３００を接続することができる。

なお、以上の実施形態例では、外周部に隙間６０１ａを有するスプリング６０１、６１０を用いたが、内周部に隙間６０１ａを有するスプリング６０１、６１０を用いることも可能である。
［第４形態例］
図５は本発明にかかる管継手の第３形態例を示す部分断面図である。図１に示した第１形態例と共通の構成要素については同じ符号が付けられている。

この管継手１３０における第２の付勢手段６００は、上流側排気管２００と下流側排気管３００との互いの接続部に対して隙間を持たせて環装される一対の環状のリテーナ６２１、６２２と、両リテーナ６２１，６２２を管軸方向に互いに離間させるよう付勢するべく両リテーナ６２１、６２２間に挟んで適度に圧縮して設けられたコイルスプリング６２３とを有する。両リテーナ６２１、６２２は互いに摺動可能に嵌合し、一方のリテーナ６２１は第１の固定フランジ２１０に他方のリテーナ６２２は第２の固定フランジ３１０に各々圧接しており、両リテーナ６２１、６２２の互いの嵌合部６２４は皮膜（滑動・緩衝材）６０２によって全周に亘って気密にシールされている。

また、この管継手１２０は、両管２００、３００を管軸方向に互いに離間させるように第１の固定フランジ２１０と第２の固定フランジ３１０を弾力的に付勢する第３の付勢手段７００を備えている。第３の付勢手段７００は、コイルスプリング７０１であり、段付きボルト４００を取り巻くようにして両固定フランジ２１０、３１０間に設けられている。

この形態例のように、リテーナ６２１、６２２を用いた第２の付勢手段６００によっても、両管２００、３００を相対揺動可能に互いに接続するとともに、シール性を損なうことなく管軸方向に関しても相対移動可能に両管２００、３００を接続することが可能であるので、相対的揺動方向に発生する振動のみならず、管軸方向に発生する振動をも十分に吸収し軽減することができる。そして、高いシール性と高い耐久性とを兼ね備えた管継手を安価に実現できる。

なお、第２の付勢手段６００のコイルスプリング６２３による付勢力だけで十分であれば、第３の付勢手段７００は省略してもよいことはいうまでもない。
［第５形態例］
図６は本発明にかかる管継手の第５形態例を示す部分断面図である。図１に示した第１形態例と共通の構成要素については同じ符号が付けられている。

この管継手１４０における第２の付勢手段６００は、上流側排気管２００と下流側排気管３００との互いの接続部を取り囲むように設けられた金属製の蛇腹状の環状シール部材６３１と、両管２００、３００を管軸方向に互いに離間させるように両固定フランジ２１０、３１０を弾力的に付勢するコイルスプリング６３２とを備えている。コイルスプリング６３２は、各段付きボルト４００を取り巻くようにして両固定フランジ２１０、３１０間に設けられている。コイルスプリング６３２及び環状シール部材６３１と両固定フランジ２１０、３１０との間には、一対の環状のスペーサ板６３３が設けられている。両スペーサ板６３３は、両固定フランジ２１０、３１０に各々気密に密着している。環状シール部材６３１は、両スペーサ板６３３に全周に亘って気密に溶接されている。

上記のように構成された管継手１４０は、コイルスプリング５０１により上流側排気管２００と下流側排気管３００とを管軸方向に互いに接近させるように弾力的に付勢した状態で連結するとともに、上流側排気管２００に固定された第１の固定フランジ２１０と下流側排気管３００に固定された第２の固定フランジ３１０との間に設けられたコイルスプリング６３２により両管２００、３００を互いに離間させるように弾力的に付勢しつつ、蛇腹状の環状シール部材６３１によって両管２００、３００の接続部をシールする。そして、環状シール部材６３１の揺動変形により両管２００、３００の相対揺動を許容し、コイルスプリング５０１及び６３２の伸縮変形により管軸方向における両管２００、３００の相対移動を許容する。両管２００、３００が相対的に離間する方向に移動した場合でも、環状シール部材６３１が伸長するため、両固定フランジ２１０、３１０と環状シール部材６３１との間に隙間は生じない。

したがって、この管継手１４０によれば、両管２００、３００を相対揺動可能に相互に接続するとともに、シール性を損なうことなく管軸方向に関しても相対移動可能に両管２００、３００を接続することが可能である。

また、この管継手１４０では、環状シール部材６３１がスペーサ板６３３を介して両固定フランジ２１０、３１０に固定されているので、環状シール部材６３１を位置決めするための手段を別途装備する必要がない。したがって、この管継手１４０によれば、部品点数を増大させることなく、高いシール性と高い耐久性とを兼ね備えた管継手を安価に実現できる。

なお、以上の実施形態では、両固定フランジ２１０、３１０を連結し且つコイルスプリング５０１、７０１を支持するために段付きボルト４００すなわち、ねじ部よりも胴部が太いボルトを使用しているが、これに代えて段無しボルトすなわち、ねじ部と胴部がほぼ同径のボルトの胴部に段部として機能し得る金属管等を装着した物を使用してもよい。

本発明にかかる管継手の第１形態例を示す部分断面図 図１に示すトーラス状スプリングの断面図 本発明にかかる管継手の第２形態例を示す部分断面図 本発明にかかる管継手の第３形態例を示す部分断面図 本発明にかかる管継手の第４形態例を示す部分断面図 本発明にかかる管継手の第５形態例を示す部分断面図

符号の説明

１００ 管継手
１１０ 管継手
１２０ 管継手
１３０ 管継手
１４０ 管継手
２００ 上流側排気管（一方の管）
２１０ 第１の固定フランジ
２１０ａ 環状の凹球面
３００ 下流側排気管（他方の管）
３１０ 第２の固定フランジ
３１０ａ 環状の凹球面
４００ 段付きボルト（ボルト）
５００ 第１の付勢手段
５０１ コイルスプリング
６００ 第２の弾性手段
６０１ トーラス状スプリング（環状の弾性体、環状のスプリング）
６０１ａ 隙間
６０２ 滑動・緩衝材
６１０ スプリング
６１１ トーラス状スプリング
６１２ トーラス状スプリング
６２１ リテーナ
６２２ リテーナ
６２３ コイルスプリング
６３１ 環状シール部材
６３２ コイルスプリング
７００ 第３の付勢手段

Claims (5)

1. 一方の管と他方の管とを相対揺動可能に接続する管継手において、
   前記一方の管の端部外面に全周に亘って気密に密着させて固定され、且つ、周方向に沿って所々にボルト挿通孔を有する第１の固定フランジと、
   前記他方の管の端部外面に全周に亘って気密に密着させて固定され、且つ、周方向に沿ってボルト挿通孔と対向する複数のボルト固定孔を有する第２の固定フランジと、
   ボルト挿通孔に前記一方の管側から揺動および摺動可能に挿入されるとともにその先端部に形成されたねじ部がボルト固定孔に挿通され離脱しないように固定されたボルトと、
   両管を管軸方向に互いに接近させるように第１の固定フランジと第２の固定フランジを弾力的に付勢する第１の付勢手段と、
   両管を管軸方向に互いに離間させるように第１の固定フランジと第２の固定フランジを弾力的に付勢する第２の付勢手段と、を備え、
   第２の付勢手段は、
   環状の弾性体であり、両管の接続部に対して隙間を持たせて環装されるとともに両固定フランジの対向面に全周に亘って気密に且つ摺動可能に圧接しており、両固定フランジの形状に倣って自律的に位置決めされて両管に対して相対的に移動可能に同軸的に保持されていることを特徴とする管継手。
2. 前記弾性体は、中空構造の環状のスプリングからなり、当該スプリングの外周部または内周部には、両固定フランジ間の距離の変動に追従した当該スプリングの弾性変形を許容すべく全周に亘って隙間が形成されていることを特徴とする請求項１記載の管継手。
3. 前記弾性体は、
   前記スプリングを両管の接続方向に積装し且つ当該スプリング同士を全周に亘って気密に密着させて接続してなることを特徴とする請求項２記載の管継手。
4. 第２の付勢手段は、
   両管の接続部に対して隙間を持たせて環装される一対の環状のリテーナと、両リテーナを管軸方向に互いに離間させるよう付勢するべく両リテーナ間に挟んで設けられたスプリングとを有し、
   両リテーナは互いに摺動可能に嵌合し、一方のリテーナは第１の固定フランジに他方のリテーナは第２の固定フランジに各々圧接しており、
   両リテーナの互いの嵌合部は全周に亘って気密にシールされている、ことを特徴とする請求項１記載の管継手。
5. 第１の付勢手段は、前記段付きボルトを取り巻くようにして設けられたコイルスプリングであることを特徴とする請求項１〜４記載の管継手。

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