JP2010112482A - 管継手 - Google Patents

Abstract

【課題】継手構造を大型化することなく、上下方向に大きく偏った揺動を有効に許容できる管継手を提供する。
【解決手段】一方の管２０１に固定され、他方の管２０２側に拡径して開いた部分凹球面１１１ａ、１１１ｂを両管相互の接続部の上方及び下方に有する第１座体１１０と、他方の管２０２に固定され、一方の管２０１側に縮径し、かつ、部分凹球面１１１ａ、１１１ｂに対向させて設けられた部分凸球面１２１を有する環状の第２座体１２０と、部分凹球面１１１ａ、１１１ｂと部分凸球面１２１との間に挟持された互いに同径の３個以上の剛体球１５０と、剛体球１５０を両管相互の接続部の上方および下方に保持するリテーナ１３０と、一方の管２０１と第２座体１２０との間を全周に亘ってシールする環状のシール体１４０と、第１座体１１０と第２座体１２０を管軸方向に互いに近づけるべく付勢する付勢機構１６０と、を有する。
【選択図】図２

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、ＦＦ横置きエンジンに接続された排気マニホールドとその下流側の排気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、多くの場合球面継手の構造を有し、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。従来のこの種の管継手は、一方の管の端部に固定された球面状の凹面を有する座体と、他方の管の端部に固定された球面状の凸面を有するシール体とを備え、座体の凹面とシール体の凸面とを互い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（たとえば、特許文献１）。
特開２００３−４１９３２号公報

ＦＦ横置きエンジンは、これに接続される排気管の管軸方向がクランク軸方向（左右方向すなわち管軸と略水平に略直交する方向）と直交しているため、車体前部にマウントされているエンジン本体がクランク軸方向よりもクランク軸の回転方向（上下方向）に格段と大きく振れ動く。このため、ＦＦ横置きエンジンに接続された上流側と下流側の排気管は、左右方向に対して上下方向に格段と大きく相対揺動することになる。このように上下方向に大きく偏って発生する両管相互の相対揺動を、上下左右全方向に均等に許容するように構成された従来の管継手で十分に吸収できるようにすると、左右方向への揺動の小ささの割に座体の部分が左右に大きく張り出して管継手が不必要に大型化することになる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、継手構造を大型化することなく、左右方向に対して上下方向に大きく偏った両管相互の揺動を有効に許容することができる新規な構造の管継手を提供することにある。

本発明の管継手は、以下のように構成される。

［構成１］
一方の管と他方の管を相対揺動可能に接続する管継手において、
前記一方の管の外周面に固定され、前記他方の管側に拡径して開いた部分凹球面を両管相互の接続部の少なくとも上方及び下方に有する第１座体と、
前記他方の管の外周面に固定され、前記一方の管側に縮径し、かつ、前記部分凹球面に対向させて設けられた部分凸球面を有する環状の第２座体と、
前記部分凹球面と前記部分凸球面との間に挟持された互いに同径の３個以上の剛体球と、
前記剛体球を両管相互の接続部の上方および下方に保持するリテーナと、
前記第１座体または前記一方の管と前記第２座体との間を全周に亘ってシールする環状のシール体と、
前記第１座体と前記第２座体を管軸方向に互いに近づけるべく付勢する付勢機構と、を有することを特徴とする管継手。

構成１の管継手は、一方の管と他方の管とを軸方向に互いに接近させる向きに弾力的に付勢して連結するとともに、シール体によって第１座体と第２座体との間を全周に亘ってシールすることにより、両管の接続部をシールする。第１座体の部分凹球面と第２座体の部分凸球面との相互の間隔は、リテーナに保持されている互いに同径の３個以上の剛体球によって常に一定に保たれる。すなわち、部分凹球面と部分凸球面間の距離は、剛体球の直径に相当する距離に保たれる。これにより、第２座体とシール体間の圧力（接触圧）が常に一定に保たれるので、シール体による両座体間のシール性が常に安定に保たれる。両座体と剛体球との間の摩擦力は両座体とシール体との間の摩擦力に比べて極小さいので、剛体球の存在によって両座体の相対揺動性が損なわれることはない。そして、３個以上の剛体球が両管相互の接続部の上方および下方に設けられていることにより、すなわち３個以上の剛体球のうちの何個かが接続部の上方に、残りの何個かが接続部の下方に、分けて配置されていることにより、左右方向に対して上下方向に大きく偏った両管相互の揺動を継手構造を大型化することなく有効に許容することができる。この管継手は、剛体球を３個以上備えたことにより、両管相互の相対揺動を常に安定した状態で許容することができる。

［構成２］
構成１を前提として、前記リテーナが、
前記剛体球を両管相互の接続部の上方に保持する第１保持部と、
前記剛体球を両管相互の接続部の下方に保持する第２保持部と、
両保持部を弾力的に連結する左右一対の連結部と、を有する、管継手。

構成２の管継手においては、３個以上の剛体球のうち、何個かを第１保持部によって保持し、残りの何個かを第２保持部によって保持する。そして、両保持部を左右一対の連結部により弾力的に連結することにより、左右方向に対して上下方向に大きく偏った両管相互の揺動を有効に許容する。この構成により管継手を小型・軽量化できる。

［構成３］
構成２を前提として、前記左右一対の連結部が、前記接続部を挟むようにして左右に設けられ、一方の連結部に前記シール体の左右一方の端部が係合するとともに他方の連結部に前記シール体の左右他方の端部が係合しており、前記左右一対の連結部と前記シール体とが互いに係合状態を保ったまま互いに摺動可能である、管継手。

構成３の管継手においては、シール体をリテーナの左右の連結部に掛け渡すようにして係合させることにより、シール体とリテーナとを簡易的に一体化することができる。そして、両管相互の接続を行う際、シール体とリテーナとを、簡易的に一体化した状態で、両管相互の接続部に装着することができる。これにより、シール体とリテーナの両管相互の接続部への装着作業を容易化できる。左右一対の連結部とシール体とが互いに係合状態を保ったまま互いに摺動可能であるので、装着後も両者の係合を解除する必要がない。

［構成４］
構成３を前提として、前記シール体が、
前記左右一対の連結部と係合している環状のシール材ホルダと、このシール材ホルダに保持されている環状のシール材とを有し、
前記シール材ホルダは、前記第１座体または前記一方の管に全周に亘って気密に接合され、
前記シール材は、前記第２座体に全周に亘って気密に摺接している、管継手。

構成４の管継手によれば、第１座体またはこれが固定されている一方の管とシール体との間を全周に亘って完全に気密にシールした状態で、第２座体に対するシール体の摺動性を確保しつつ、第２座体とシール体との間を全周に亘って気密にシールできる。

［構成５］
構成４を前提として、前記シール材の表面に潤滑材層が形成されている、管継手。
構成５の管継手によれば、シール材の第２座体に対する摺動性を向上させて、微少な振動に対する吸収性能を高めることができる。これにより、一方の管に微少な振動が発生したとしても、その微少な振動が他方の管に伝わるのを極力防止するとともに、異常音（軋み音）の発生を抑制することができる。

上記の構成の管継手によれば、継手構造を大型化することなく、左右方向に対して上下方向に大きく偏った両管相互の揺動を有効に許容することができる。

以下本発明を、図面を参照しながら、実施形態に即して詳細に説明する。

図１は本発明に係る管継手の正面図である。図２は本発明に係る管継手の管軸に沿った垂直方向（図１のＡ−Ａ方向）の部分断面図である。図３は本発明に係る管継手の管軸に沿った水平方向（図１のＢ−Ｂ方向）の部分断面図である。図４は本発明に係る管継手の構成要素の一つであるリテーナとシール体の連結状態を示す斜視図である。図５は図４に示すリテーナとシール体の上半部の正面図である。

この管継手１００は、下流側排気管（一方の管）２０１の端部に設けられた環状の第１座体１１０と、上流側排気管（他方の管）２０２の端部に設けられた環状の第２座体１２０と、両座体１１０、１２０間に挟持された複数（この例では４個とする。）の剛体球１５０と、剛体球１５０を両管２０１、２０２相互の接続部の上方および下方に保持するリテーナ１３０と、下流側排気管２０１と第２座体１２０との間を全周に亘ってシールする環状のシール体１４０と、両座体１１０、１２０を互いに近づける方向に弾力的に付勢する付勢機構１６０と、を備えている。排気管２０１、２０２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。また、この例では下流側排気管２０１の端部２０１ａは拡径しており、上流側排気管２０２の端部２０２ａを収容する形状になっている。

第１座体１１０は、下流側排気管２０１の端部２０１ａ外周面に全周に亘って気密に密着させて溶接固定されている。第１座体１１０は、縦長に形成された略長円形状の部分球殻部１１２を有している。部分球殻部１１２は、上流側排気管２０２側に拡径した部分凹球面１１１ａ、１１１ｂをその上部及び下部に有している。部分球殻部１１２の中央部には、下流側排気管２０１の端部２０１ａが挿通される貫通孔１１２ａが形成されている。部分球殻部１１２の上下方向中央の左右両端部は円弧状に若干くびれている。第１座体１１０は、部分球殻部１１２の上下方向中央の左右両端部を第２座体１２０側に屈曲させるようにして延長し、そこから左右外方に折り返すようにして形成された耳状の一対のフランジ部１１４を有している。フランジ部１１４には、それぞれ一箇所にボルト固定孔１１３（図３参照）が形成されている。フランジ部１１４の左右両端部はさらに第２座体１２０側に屈曲させるようにして延長されている。

第２座体１２０は、上流側排気管２０２の端部外周面に全周に亘って気密に密着させて溶接固定されている。第２座体１２０は、下流側排気管２０１側に突出（縮径）した球帯状の部分凸球面１２１を有している。第２座体１２０は、第１座体１１０のフランジ部１１４に対面して形成されたフランジ部１２４を有している。第２座体１２０のフランジ部１２４には、第１座体１１０のフランジ部１１４のボルト固定孔１１３と対応させてボルト挿通孔１２３が形成されている。フランジ部１２４の外周部はエンジン側に屈曲させるようにして延長され、そこから外側に断面Ｕ字形に袋状に折り返すようにして第１座体１１０側に更に延長されている。そして、この袋状に折り返された部分に第１座体１１０のフランジ部１１４の先端部が収容されている。

剛体球１５０は、両管２０１、２０２相互の接続部の上方と下方に、それぞれ２個ずつ、周方向における相互の位置関係を一定に保った状態で配置されている。これら４個の剛体球１５０の直径は互いに等しい。

リテーナ１３０は、剛体球１５０を両管２０１、２０２相互の接続部の上方に保持する第1保持部材１３０Ａと、剛体球１５０を両管２０１、２０２相互の接続部の下方に保持する第２保持部材１３０Ｂと、両保持部材１３０Ａ、１３０Ｂを上下方向に相対変位可能に弾力的に連結する左右一対のリテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂとを有している。両保持部材１３０Ａ、１３０Ｂは金属製の部材である。

両保持部材１３０Ａ、１３０Ｂは横長の板状の部材本体１３４と、部材本体１３４の左右両端に一体形成された管状の連結部１３５とを有している。部材本体１３４は、その左右二カ所に、剛体球１５０を保持する貫通孔１３３を有している。貫通孔１３３の周縁部には偶数カ所に切り込みが形成されている。そして、貫通孔１３３の周縁部を切り込み二つ毎に互い違いに前後に折り曲げて剛体球１５０と嵌合させることにより、貫通孔１３３からの剛体球１５０の脱落を防止している。連結部１３５は上下に貫通している。そして、リテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂの端部を連結部１３５に挿入した状態で連結部１３５を化締めることにより、リテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂと保持部材本体１３４とが互いに連結されている。

左右一対のリテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂは、両管２０１、２０２相互の接続部を挟むようにして左右に設けられ、一方のリテーナ連結スプリング１３１Ａにシール体１４０の左右一方の端部（右端部）が係合するとともに他方のリテーナ連結スプリング１３１Ｂにシール体１４０の左右他方の端部（左端部）が係合している。左右一対のリテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂとシール体１４０は係合状態を保ったまま互いに摺動可能である。

シール体１４０は、左右一対のリテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂと係合している環状（筒状）のシール材ホルダ１４１と、シール材ホルダ１４１に保持されている環状のシール材１４２とを有する。シール材ホルダ１４１は、下流側排気管２０１の端部２０１ａの外周に環装され、全周に亘って気密に溶接されて固定されている。シール材ホルダ１４１の左右両端部には外方に耳状に張り出すようにして係合部１４１ａ、１４１ｂが形成されている。係合部１４１ａ、１４１ｂの先端側は、後方に円弧状に湾曲しており、その湾曲した部分がリテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂと摺動可能に係合している。シール材１４２は、第２座体１２０の部分凸球面１２１に全周に亘って気密に摺接している。シール材１４２の表面には潤滑材層が形成されている。これにより、下流側排気管２０１とシール体１４０との間を全周に亘って完全に気密にシールした状態で、第２座体１２０に対するシール体１４０の摺動性を確保しつつ、第２座体１２０とシール体１４０との間を全周に亘って気密にシールしている。

付勢機構１６０は、段付きボルト１６１と、ナット１６２と、コイルばね（弾性体）１６３とを有している。段付きボルト１６１は、第１座体１１０のフランジ部１１４のボルト挿通孔１１３に下流側排気管２０１側から挿入され、先端部に形成されたねじ部が第２座体１２０のフランジ部１２４のボルト固定孔１２３に挿通され離脱しないようにナット１６２に固定されることで、上流側排気管２０２と下流側排気管２０１とを相互に接続している。また、ボルト挿通孔１１３は段付きボルト１６１の径に対して余裕を持って形成されており、上流側排気管２０２と下流側排気管２０１の相対揺動を許容する構造となっている。コイルばね１６３は、段付きボルト１６１を取り巻くようにして設けられている。

上記のように構成された管継手１００は、下流側排気管２０１と上流側排気管２０２とを軸方向に互いに接近させる向きに弾力的に付勢して連結するとともに、シール体１４０によって第１座体１１０と第２座体１２０との間を全周に亘ってシールすることにより、両管２０１、２０２相互の接続部をシールする。第１座体１１０の部分凹球面１１１ａ、１１１ｂと第２座体１２０の部分凸球面１２１との相互の間隔は、リテーナ１３０に保持されている互いに同径の４個の剛体球１５０によって常に一定に保たれる。すなわち、部分凹球面１１１ａ、１１１ｂと部分凸球面１２１間の距離は、剛体球１５０の直径に相当する距離に保たれる。これにより、第２座体１２０とシール体１４０間の圧力（接触圧）が常に一定に保たれるので、シール体１４０による両座体１１０、１２０間のシール性が常に安定に保たれる。両座体１１０、１２０と剛体球１５０との間の摩擦力は第２座体１２０とシール体１４０との間の摩擦力に比べて極小さいので、剛体球１５０の存在によって両座体１１０、１２０の相対揺動性が損なわれることはない。そして、剛体球１５０が両管２０１、２０２相互の接続部の上方および下方にのみ配置されていることにより、左右方向に対して上下方向に大きく偏った両管２０１、２０２相互の揺動を継手構造を大型化することなく有効に許容することができる。

また、この管継手１００においては、シール体１４０をリテーナ１３０の左右のリテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂに掛け渡すようにして係合させることにより、シール体１４０とリテーナ１３０とを簡易的に一体化することができる。そして、両管２０１、２０２相互の接続を行う際、シール体１４０とリテーナ１３０とを、簡易的に一体化した状態で、両管２０１、２０２相互の接続部に装着することができる。これにより、シール体１４０とリテーナ１３０の両管２０１、２０２相互の接続部への装着作業を容易化できる。左右一対のリテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂとシール体１４０とが互いに係合状態を保ったまま互いに摺動可能であるので、装着後も両者の係合を解除する必要がない。

なお、本発明の管継手で使用される剛体球１５０としては、特に制限はないが、好ましくはステンレス鋼球、セラミックボールなどが使用され、より好ましくはシリコン窒化物製セラミックボールを使用する。シリコン窒化物製セラミックボールは硬質、かつ軽量であり耐久性にも優れており、円滑性により微少な振動を吸収しやすくなる。また、ボールとフランジの材質が異なることによりマイクロピット（微少な凹凸）の発生を防ぐことができ、性能が長期に亘って維持できる。

また、上記の各形態例で説明した環装部材として使用されるシール体の材料としては、たとえば無機質充填剤や炭化材などにて構成された耐熱シール材、ステンレス金網圧縮品もしくはステンレス金網圧縮品と耐熱樹脂との混合材などがあげられる。そして、これらのうちのいずれかの耐熱材料からなるシール体の表面に潤滑材層が形成されていることが好ましい。また、部分凹球面１１１ａ、１１１ｂや部分凸球面１２１に、耐熱性および潤滑性を有する層を形成してもよい。

また、本発明の管継手において、剛体球１５０が回転可能にリテーナ１３０に保持されるようにしてもよい。また、上記の例では、シール材ホルダ１４１を下流側排気管２０１に接合しているが、第１座体１１０に接合してもよい。

また、上記の例では、剛体球１５０の数が４個であり、そして両管２０１、２０２の接続部の上方と下方に２つずつ当分して配置した場合について説明したが、剛体球１５０の数は３個でも５個以上であってもよく、また偶数個の場合でも必ずしも上下に等分配置する必要はない。たとえば、剛体球１５０の数が３個の場合、そのうちの２つを接続部の上方または下方に、１つを接続部の上方または下方に配置することにより、両管２０１、２０２相互の相対揺動を常に安定した状態で許容することができる。

上記の例に示したリテーナ１３０は、第1保持部材１３０Ａと、第２保持部材１３０Ｂと、リテーナ連結スプリング１３１Ａ、１３１Ｂとを有し、これらを相互に連結し一体化してなるが、リテーナ１３０を金属製の一体成型品として実現してもよい。リテーナ１３０を一体成型品とすることにより、管継手１００の部品点数を削減できる。

本発明に係る管継手の正面図 本発明に係る管継手の管軸に沿った垂直方向（図１のＡ−Ａ方向）の部分断面図 本発明に係る管継手の管軸に沿った水平方向（図１のＢ−Ｂ方向）の部分断面図 本発明に係る管継手の構成要素の一つであるリテーナとシール体の連結状態を示す斜視図 図４に示すリテーナとシール体の上半部の正面図

符号の説明

１００ 管継手
１１０ 第１座体
１１１ａ、１１１ｂ 部分凹球面
１１２ 部分球殻部
１１４ フランジ部
１２０ 第２座体
１２１ 部分凸球面
１２４ フランジ部
１３０ リテーナ
１３０Ａ 第1保持部材（保持部）
１３０Ｂ 第２保持部材（保持部）
１３１Ａ、１３１Ｂ リテーナ連結スプリング（連結部）
１４０ シール体
１４１ シール材ホルダ
１４２ シール材
１５０ 剛体球
１６０ 付勢機構
２０１ 下流側排気管（一方の管）
２０２ 上流側排気管（他方の管）

Claims (4)

1. 一方の管と他方の管を相対揺動可能に接続する管継手において、
   前記一方の管の外周面に固定され、前記他方の管側に拡径して開いた部分凹球面を両管相互の接続部の少なくとも上方及び下方に有する第１座体と、
   前記他方の管の外周面に固定され、前記一方の管側に縮径し、かつ、前記部分凹球面に対向させて設けられた部分凸球面を有する環状の第２座体と、
   前記部分凹球面と前記部分凸球面との間に挟持された互いに同径の３個以上の剛体球と、
   前記剛体球を両管相互の接続部の上方および下方に保持するリテーナと、
   前記第１座体または前記一方の管と前記第２座体との間を全周に亘ってシールする環状のシール体と、
   前記第１座体と前記第２座体を管軸方向に互いに近づけるべく付勢する付勢機構と、を有することを特徴とする管継手。
2. 前記リテーナは、
   前記剛体球を両管相互の接続部の上方に保持する第１保持部と、
   前記剛体球を両管相互の接続部の下方に保持する第２保持部と、
   両保持部を弾力的に連結する左右一対の連結部と、を有する、請求項１の管継手。
3. 前記左右一対の連結部は、前記接続部を挟むようにして設けられ、一方の連結部に前記シール体の左右一方の端部が係合するとともに他方の連結部に前記シール体の左右他方の端部が係合しており、前記左右一対の連結部と前記シール体とが互いに係合状態を保ったまま互いに摺動可能である、請求項２の管継手。
4. 前記シール体は、
   前記左右一対の連結部と係合している環状のシール材ホルダと、このシール材ホルダに保持されている環状のシール材とを有し、
   前記シール材ホルダは、前記第１座体または前記一方の管に全周に亘って気密に接合され、
   前記シール材は、前記第２座体に全周に亘って気密に摺接している、請求項３の管継手。

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