JP2009144520A - 可撓性導管 - Google Patents

Abstract

【課題】振動、衝撃荷重及び熱歪曲の吸収・緩衝作用を、より向上させた可撓性導管を提供する。
【解決手段】内燃機関車両の排気系に用いられる可撓性導管であって、蛇腹部の山及び谷が螺旋状または環状である金属製のベローズ部材２と、ベローズ部材２の周囲に配置された可撓性外側部材４と、ベローズ部材２に向かって可撓性外側部材４の少なくとも一部を偏倚させる弾性部材５を備え、可撓性外側部材４は、網状構造であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛇腹部の山及び谷が螺旋状または環状である金属製のベローズ部材と、該ベローズ部材の周囲に配置された可撓性外側部材と、該ベローズ部材に向かって該可撓性外側部材の少なくとも一部を偏倚させる弾性部材とを備える内燃機関車両の排気系の可撓性導管に関するものである。

従来の可撓性導管として、自動車産業において一般に用いられるものに、内燃機関車両のエンジンに接続される排気管とマフラーとの間の排気系内に位置するものがある（特許文献１参照）。前記可撓性導管は、排気系において排ガスを解放するための排気管継手として用いられる。そのため、エンジンの始動または加速、及びブレーキまたはギアシフトの際の衝撃荷重と同様に熱及び振動にもさらされる。路面状態もまた排気管の振動を生成するかもしれない。

従来の可撓性導管は、金属製のベローズ部材を備える。該金属製のベローズ部材は、ブレードワイヤーメッシュでできている可撓性外側部材によって覆われている。弾性部材は、前記可撓性外側部材の一部を押圧するように該可撓性外側部材の外側表面に係合されている。前記弾力性部材の配置及びブレードワイヤーメッシュでできている可撓性外側部材を用いることで、共振を十分に減衰させる。この結果、従来の可撓性導管と比較して、可撓性導管の動特性を向上させることができる。また、弾性部材を有さない可撓性導管もまた知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、エンジン出力の増加に伴い、より大きな振動及びこれによる騒音が発生し、従来の可撓性導管で振動及び騒音に対するは十分な吸収・緩衝作用が得られないという不都合がある。
独国特許第１０ ２００４ ０４１３４８号明細書 欧州特許第１５７６２６３号明細書 独国特許第１０ ２００４ ０４１３４８号明細書

本発明は、かかる不都合を解消し、従来の可撓性導管と比較して、振動、衝撃荷重及び熱歪曲の吸収・緩衝作用をより向上させた可撓性導管を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、内燃機関車両の排気系に用いられる可撓性導管であって、蛇腹部の山及び谷が螺旋状または環状である金属製のベローズ部材と、該ベローズ部材の周囲に配置された可撓性外側部材と、該ベローズ部材に向かって該可撓性外側部材の少なくとも一部を偏倚させる弾性部材を備え、前記可撓性外側部材は、網状構造であることを特徴とする。

本発明の可撓性導管によれば、弾性部材を備える可撓性導管に網状構造を用いることは、前記弾性部材と組み合わせてブレードワイヤー材を用いる構造と比較して、共振振動数及びその周辺での共振を、その動剛性により十分に減衰させることができる。また、前記弾性部材を用いることは、弾性部材を用いない場合と比較して、より大きな限界牽引力（traction limit）を有することができる。より大きな限界牽引力は、弾性部材を用いない場合と比較して、前記可撓性導管におけるより大きな伸縮方向の変位を規制することができる。

また、本発明の可撓性導管において、前記可撓性外側部材の前記網状構造は、ネット構造である。このようなネット構造は、本発明の特性を更に向上させることができる。

また、本発明の可撓性導管において、前記可撓性外側部材の前記ネット構造は、メリヤス編構造である。そのため、前記可撓性外側部材を、簡易で経済的な方法により製造することができる。

前記可撓性外側部材は、例えば、実質的に完全な網状構造である。

前記可撓性外側部材は、剛性を得るために、例えば、金属線材で形成される。

前記可撓性外側部材は、前記網状構造または前記ネット構造を形成する前記金属線材間に開口部を備えていてもよく、前記開口部は、例えば、該可撓性外側部材の総表面積の少なくとも５０％である。このように開口した構造は、本発明の特性を更に向上させることができる。

前記可撓性外側部材は、前記ベローズ部材の周囲に配置されたホース形状であることが好ましい。このように配置することで、前記ベローズ部材を完全に覆うことができる。

前記可撓性外側部材は、前記ベローズ部材の軸方向の両端部で固定されることが好ましい。本発明の可撓性導管の振動緩衝特性を更に向上させることができる。

また、本発明の可撓性導管において、前記可撓性外側部材は、少なくても軸方向に対して弾性的に変形可能であることが好ましい。この結果、内燃機関の作動中に引張力を受ける条件下でも前記可撓性外側部材を用いることができる。このような配置は、内燃機関作動中に該可撓性導管が軸方向に変位する時、該変位の限界と該可撓性導管の挙動とが近づくように調節することができるため有益である。

また、本発明の可撓性導管において、前記ベローズ部材は、一部の蛇腹部が、隣接する蛇腹部に対して小径の山谷形状を有し、該小径の山谷形状を有する蛇腹部が溝部を形成することが好ましい。この結果、前記溝部の中で、前記可撓性外側部材及び前記弾性部材を制御して支持することができる。前記可撓性外側部材は、前記蛇腹部の山部によって支持される。それにより、最終的に正確に前記可撓性外側部材が前記ベローズ部材に接触するか、該ベローズ部材と同調するように、引張力を調整することができる。前記溝部に相当するものを有さない従来の可撓性導管として、蛇腹部が一定数省略され、隣接する蛇腹部が大きく離れているものが知られている（例えば、特許文献３）。前記大きく離れて隣接する蛇腹部には、可撓性外側部材が、いかなる支持もなく、懸架される。

また、本発明の可撓性導管において、前記ベローズ部材は、中央部に前記溝部が配置されることが好ましい。この結果、前記可撓性導管を左右対象にすることができる。

また、本発明の可撓性導管において、前記ベローズ部材は、前記溝部を複数備えてもよい。

更に、本発明の可撓性導管において、前記弾性部材は、前記溝部の位置に配置されることが好ましい。この結果、前記弾性部材は前記溝部の周囲に延在し、前記可撓性外側部材を前記溝部へ押圧することができる。前記可撓性外側部材は、それにより、前記溝部を形成する蛇腹部の少なくとも一つと接触し、該蛇腹部と前記弾性部材との間で把持される。

また、前記弾性部材は、少なくても一部が、前記溝部で支持されればよい。前記弾性部材を軸方向に配置することができるからである。

更に、本発明の可撓性導管において、前記ベローズ部材の内側にインナーチューブを備えることが好ましい。この結果、前記ベローズ部材を介して前記排ガスを導くことができる。前記インナーチューブは、前記ベローズ部材の軸方向に対する変位を規制するが、前記可撓性導管は、可撓性を保ったままである。

本発明の可撓性導管において、前記インナーチューブは、留め金具型ホース（agrafe-type hose）であることが好ましい。特に、前記可撓性導管の変位を規制することに関して、前記留め金具型ホースは、軸方向の変位に対して、わずかな抵抗しか有さないため有益である。また、前記インナーチューブは、ブレードホースであってもよい。前記ブレードホースは、前記可撓性導管においてより大きな可撓性を得ることができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は、本発明の第１実施形態における可撓性導管の部分断面図である。図２は、本発明の第２実施形態における可撓性導管の部分断面図である。

図１は、第１の実施形態における内燃機関車両の排気系における可撓性導管１を示すものである。可撓性導管１は、エンジンに接続された排気管（図示せず）とマフラーに接続される管（図示せず）との間に配置される。可撓性導管１は、車両の前記排気系内に当業者にとって公知な方法で配置される。

可撓性導管１は、蛇腹部の山及び谷が環状である金属製のベローズ部材２を備えている。金属製のベローズ部材２は、網状構造、特に、メリヤス編ワイヤーメッシュのネット構造を備える可撓性外側部材４によって覆われる。前記ネット構造を、図１の下半分に可撓性導管１の説明的外観図として示し、可撓性導管１の説明的断面図を、図１の上半分に示す。図１に示すように、前記ネット構造を構成するワイヤー間には、該ネット構造の開構造を形成する開口部がある。図１に示すように、前記ワイヤー間の開口部は、実質的には円筒状に配置される可撓性外側部材４のネット構造における総表面積の少なくとも５０％、好ましくは７５％以上を構成する。

可撓性導管１は、可撓性外側部材４及びベローズ部材２の周囲に配置された弾性部材５を更に備える。弾性部材５は、ベローズ部材２及び可撓性外側部材４を囲む、実質的に環状のばね部材である。弾性部材５は、引張力を得るため、波形構造６を備え、そのため、可撓性を有する。弾性部材５は、可撓性外側部材４をベローズ部材２の方向へ押圧する力を生み出す。

他の変形例として、弾性部材５は、螺旋状ばね部材であってもよく、該螺旋状ばね部材を可撓性導管１の周囲に用いることができる。

弾性部材５は、図１にも示すように、可撓性外側部材４の外側に係合し、ベローズ部材２の方向に可撓性外側部材４の一部を偏倚させる。可撓性外側部材４は、通常、周方向に可撓であると共に、可撓性外側部材４の軸方向においても可撓である。可撓性外側部材４は、通常、ホース形状であり、ベローズ部材２の山谷形状が連続する蛇腹部３の全長に沿って延設される。可撓性外側部材４は、弾性部材５によってベローズ部材２の方向に偏倚された状態で、かつ可撓性外側部材４が引き伸ばされていない条件下でベローズ部材２と接触するように、長さが調節される。ベローズ部材２は、異なる大きさの山谷形状の蛇腹部を備える。長手方向の最外側の蛇腹部から内側に向かって、前記蛇腹部の山谷形状は次第に大きくなり、同じ大きさの連続する蛇腹部３となる。前記可撓性導管１の中央付近では、前記蛇腹部の山谷形状は、再び小径になり、小径の蛇腹部７１、７２、７３によって溝部７が形成される。もちろん、小径の蛇腹部７１，７２，７３は、これより多数設けてもよい。好ましい実施形態として、３つの小径の山谷形状を有する蛇腹部により中央蛇腹部に形成された溝部７は、一つの最も小径の山谷形状を有する蛇腹部を備える。

弾性部材５は、溝部７の周囲に配置され、溝部7の中でほぼ完全に支持されるように寸法が選択される。弾性部材５は、可撓性外側部材４を溝部７の中に押し込み、これにより、可撓性外側部材４は、少なくとも一つか二つの小径の蛇腹部の外周側の先端と接触する。

可撓性導管１の長手方向外側端部において、金属製のベローズ部材２及び可撓性外側部材４は共に、内側環状部材８及び外側環状部材９の二つの環状部材で把持される。ベローズ部材２及び可撓性外側部材４は、二つの環状部材８、９を用いて周知の方法で固定される。

環状部材８、９を用いることにより、可撓性外側部材４は、金属製のベローズ部材２の長手方向外側端部の蛇腹部の外周側の先端に接触するように形成される。可撓性導管１が引張されていない条件下、溝部７の隣の領域、言い換えれば、前記蛇腹部の山谷形状の大きさが一定である範囲にある蛇腹部と可撓性外側部材４との間には空隙がある。可撓性導管１を軸方向に対して平行な方向に引張すると、可撓性外側部材４は撓み、実質的に一定の大きさの山谷形状を有する蛇腹部の範囲においても、可撓性外側部材４は連続する蛇腹部３の外周側の先端と接触し、空隙がなくなる。

更に、可撓性導管１は、ベローズ部材２の内側に、ブレードワイヤーメッシュ１３を有するインナーチューブ１０を備える。ブレードワイヤーメッシュ１３の形状を、図１に示す。インナーチューブ１０は、クランプリング１１を用いて内側環状部材８に取着される。インナーチューブ１０は、それにより、内側環状部材８とクランプリング１１との間に把持される。ブレードワイヤーメッシュ１３を備えるインナーチューブ１０は、図１に示すように、曲がっていない条件下では、ベローズ部材２の蛇腹部に接触しないように設計されている。インナーチューブ１０にブレードワイヤーメッシュ１３を用いることにより、可撓性導管１によって誘導された排ガスは、大部分がインナーチューブ１０を通過して前記蛇腹状部材に導入される。このとき、ブレードワイヤーメッシュ１３は、ワイヤーメッシュで形成されたワイヤーの束の間にはほぼ開口部を有さず、実質的に固体の様な表面を形成する。こうして、インナーチューブ１０の金属ブレードは可撓性外側部材４の設計とは完全に異なるものである。

本発明の第１実施形態に置ける利点を次に詳細に説明する。

車両に排気系を搭載する際、前記排気系の管は、内側環状部材８を用いて、可撓性導管１の両端に連結される。排ガスは、これらの管を通り、可撓性導管１のインナーチューブ１０もまた通過する。エンジンの始動または制御を開始する間、前記管の挙動及び振動は、該管を伝わり可撓性導管１に達する。可撓性導管１は、両端に連結される二つの管の間でのかなり大きな動きを吸収することができる。エンジンの作動中、振動は、例えば、該エンジンの回転数及び該エンジンの設計に起因して生成される。直列４気筒エンジンの場合、当業者に公知の特定の共振振動数を有する。網状構造を有する可撓性外側部材４と弾性部材５とを備える可撓性導管１を用いた本発明による構造を用いて示すと、このようなエンジンによる振動は、可撓性導管１の低い剛性により十分に減衰され、該振動による共振は、その振動数範囲において本発明の構造により減衰され、消失する。この結果、乗客に聞こえる騒音は減少する。

従来技術と比較すると、本発明の可撓性導管１の限界引張力（tension limit）もまた大きくなる。可撓性外側部材４とベローズ部材２が、弾性部材５により常に係合していたとしても、本発明の設計では、引張されていない条件下で軸方向に引張するためのベローズ部材２と可撓性外側部材４との間に広い範囲で空隙がある。可撓性導管１を引張するとき、前記空隙は小さくなり場合によってはなくなり、可撓性外側部材４は、ほぼ完全にベローズ部材２と係合し、振動エネルギーを消失させる。

また、可撓性外側部材４のワイヤーメッシュ構造は、金属のベローズ部材２を保護するのに十分な強度である。より大きな限界牽引力を有することで、可撓性導管１がより大きな可撓性を有することになり、そして従来の可撓性導管よりも短い可撓性導管を用いて、同様の限界牽引力を有することができるため非常に重要である。所定の長さの可撓性導管１を用いる場合、本発明の構造上の規制により、可撓性導管１の大きな撓みが規制され、また過度の応力が発生しないので、前記より大きな限界牽引力を有することによって、より十分な耐久性をベローズ部材２及び可撓性外側部材４に与える。従って、本発明による可撓性導管１は、軽量化することができるという利点がある。

図１に示す可撓性導管１は、主にディーゼルエンジンに用いられる。特に、ブレードワイヤーメッシュを用いたインナーチューブ１０を備える本発明の可撓性導管１は、ディーゼルエンジンに用いる際に好都合である。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、繰り返しを避けるため、第１の実施形態と比較することでのみ言及する。また、同じ要素は、同一の符号を用いる。

本実施形態では、溝部７を形成する小径の山谷形状を有する蛇腹部の数を除いて、ベローズ部材２、連続する蛇腹部３、溝部７、可撓性外側部材４及び弾性部材５は、実質的に第１の実施形態と同一である。本実施形態において、溝部７は、４つの山谷形状を有する蛇腹部からなり、内側の２つの蛇腹部は同じ大きさの山谷形状を有する。

本実施形態は、図２で示すように、留め金具型ホース１２を用いる点で相違する。留め金具型ホース１２は、螺旋状部を備えており、フック状構造による周知の方法で結合されホース形状となっている。留め金具型ホース１２は、ベローズ部材２及び可撓性外側部材４と共に、内側環状部材８及び外側環状部材９の二つの環状部材で把持される。内側環状部材８の設計は、第１実施形態のものと比較して、留め金具型ホース１２に使用するためわずかに異なっている。留め金具型ホース１２を用いる実施形態は、ガソリンエンジンに用いられる。留め金具型ホース１２の使用は、ブレードワイヤーメッシュ型ホースを使用する場合と比較して、軸方向の変位に対して、より小さな抵抗となっている。しかしながら、留め金具型ホース１２を用いる設計により、留め金具型ホース１２を完全に引張した場合、非常に大きな限界引張力を有する。可撓性外側部材４の機能に関しては、本実施形態は、第１の実施形態と同じである。

本発明の第１の実施形態における可撓性導管を示す部分断面図。 本発明の第２の実施形態における可撓性導管を示す部分断面図。

符号の説明

１…可撓性導管、２…ベローズ部材、４…可撓性外側部材、５…弾性部材、７…溝部、１０…インナーチューブ、１２…留め金具ホース、１３…ブレードワイヤーメッシュ。

Claims (19)

1. 内燃機関車両の排気系に用いられる可撓性導管であって、蛇腹部の山及び谷が螺旋状または環状である金属製のベローズ部材（２）と、該ベローズ部材の周囲に配置された可撓性外側部材（４）と、該ベローズ部材（２）に向かって該可撓性外側部材（４）の少なくとも一部を偏倚させる弾性部材（５）とを備え、前記可撓性外側部材（４）は、網状構造であることを特徴とする可撓性導管。
2. 前記可撓性外側部材の前記網状構造は、ネット構造であることを特徴とする請求項１記載の可撓性導管。
3. 前記可撓性外側部材の前記ネット構造は、メリヤス編構造であることを特徴とする請求項２記載の可撓性導管。
4. 前記可撓性外側部材は、実質的に完全な網状構造であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の可撓性導管。
5. 前記可撓性外側部材は、金属線材からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の可撓性導管。
6. 前記可撓性外側部材は、前記金属線材間に開口部を備えており、該開口部は、前記可撓性外側部材の総表面積の少なくとも５０％を占めることを特徴とする請求項５記載の可撓性導管。
7. 前記可撓性外側部材は、前記ベローズ部材の周囲に配置されたホース形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の可撓性導管。
8. 前記可撓性外側部材は、前記ベローズ部材の両端部に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の可撓性導管。
9. 前記可撓性外側部材は、少なくともその軸方向に対して弾性的に変形可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の可撓性導管。
10. 前記ベローズ部材は、一部の蛇腹部が、隣接する蛇腹部に対して小径の山谷形状を有し、該小径の山谷形状を有する蛇腹部が溝部（７）を形成することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の可撓性導管。
11. 前記ベローズ部材は、中央部に前記溝部が配置されることを特徴とする請求項１０記載の可撓性導管。
12. 前記ベローズ部材は、複数の溝部を備えることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の可撓性導管。
13. 前記弾性部材は、前記可撓性外側部材の外側表面と係合することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の可撓性導管。
14. 前記弾性部材は、前記溝部に配置されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項記載の可撓性導管。
15. 前記可撓性外側部材は、前記溝部を形成する蛇腹部の少なくとも一つと、前記弾性部材との間に把持されることを特徴とする請求項１０乃至１２及び請求項１４のいずれか１項記載の可撓性導管。
16. 前記弾性部材は、少なくとも一部が、前記溝部で支持されることを特徴とする請求項１０乃至１２、請求項１４及び請求項１５のいずれか１項記載の可撓性導管。
17. 前記可撓性導管は、前記ベローズ部材の内側にインナーチューブを備えることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項記載の可撓性導管。
18. 前記インナーチューブは、留め金具型ホース（agrafe-type hose）を備えることを特徴とする請求項１７記載の可撓性導管。
19. 前記インナーチューブは、ブレードホースを備えることを特徴とする請求項１７記載の可撓性導管。