JP2014009798A - 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、凸球面体７と、アウタケース１４と、シール体１７及び２０と、径方向においてアウタケース１４の円筒部９並びにシール体１７及び２０間に介在されている弾性支持体２１及び２２と、Ｘ方向においてアウタケース１４の環状部１２及び１３並びにシール体１７及び２０間の夫々に介在されている弾性支持体２３及び２４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固着されている凸球面を有した環状の凸球面体と、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円筒部及びこの円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、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と共にアウタケースに対して隙間をもって配されている上流側の環状の第一のシール体と、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と共にアウタケースに対して隙間をもって配されている下流側の環状の第二のシール体と、径方向においてアウタケースの円筒部並びに第一及び第二のシール体間に介在されていると共に径方向において第一及び第二のシール体を弾性支持している環状の第一の弾性支持体と、軸方向においてアウタケースの一対の環状部並びに第一及び第二のシール体間の夫々に介在されていると共に軸方向において第一及び第二のシール体を弾性支持している一対の第二の弾性支持体とを具備しており、第一の弾性支持体及び一対の弾性支持体のうちの少なくとも一つの弾性支持体は、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配されている。

本発明の球面排気管継手によれば、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。

また、本発明の球面排気管継手では、第一の弾性支持体及び一対の第二の弾性支持体に弾性支持される第一及び第二のシール体の夫々の凹球面が、凸球面体の凸球面に向かって径方向及び軸方向において弾性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第一及び第二のシール体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、その上、例えばアウタケースの径方向外側にボルト、ナット及びコイルスプリング等からなる連結手段を設置する必要をなくすことができて部品点数の低減及びコンパクト化を図れ、球面排気管継手の低廉化や自動車の排気系システムに対する取付位置の自由度を拡大することができる。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、第一シール体及び第二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、第一の弾性支持体は、一対設けられており、当該一対の第一の弾性支持体のうちの一方は、アウタケースの円筒部及び第一のシール体間に介在されており、当該一対の弾性支持体のうちの他方は、アウタケースの円筒部及び第二のシール体間に介在されていてもよく、斯かる場合には、一対の第一の弾性支持体は、軸方向において互いに対向して配されていてもよく、また、弾性を有した金属リング又は金属Ｏリングからなり、第一及び第二のシール体の外周面に夫々嵌着されていると共にアウタケースの円筒部の内周面に接触していてもよい。

また、本発明の球面排気管継手では、第一の弾性支持体は、径方向に関してアウタケースの円筒部の内周面に接触しているアウタケース接触面並びに径方向に関して第一及び第二のシール体の外周面の夫々に接触している一対のシール体接触面が形成されている弾性を有した弾性円筒体を具備していてもよく、斯かる場合には、弾性円筒体のアウタケース接触面は、アウタケースの円筒部の内周面に向かって凸曲面状であってもよく、弾性円筒体のアウタケース接触面は、軸方向に直交する方向に伸びる線であって第一及び第二のシール体の回転球芯を通る前記線において線対称であってもよい。また、第一のシール体の外周面には、軸方向において第二のシール体に向かって径方向内側に傾斜している傾斜面が形成されており、弾性円筒体の一対のシール体接触面のうちの一方は、第一のシール体の傾斜面に相補的な形状を有していると共に当該傾斜面に接触しており、第二のシール体の外周面には、軸方向において第一のシール体に向かって径方向内側に傾斜している傾斜面が形成されており、弾性円筒体の一対のシール体接触面のうちの他方は、第二のシール体の傾斜面に相補的な形状を有していると共に当該傾斜面に接触していてもよく、弾性円筒体の一対のシール体接触面は、軸方向に直交する方向に伸びる線であって第一及び第二のシール体の回転球芯を通る前記線において線対称であってもよい。第一及び第二のシール体の外周面の夫々に上述の傾斜面が形成され、且つ、一対のシール体接触面が前記傾斜面の夫々に相補的な形状を有していると共に当該傾斜面に夫々接触している場合には、上流側排気管及び下流側排気管の軸方向及び径方向における相対変位において第一の弾性支持体及び第二の弾性支持体の双方に第一及び第二のシール体の弾性支持を分担させることができる。

本発明の球面排気管継手では、一対の第二の弾性支持体のうちの一方は、アウタケースの一方の環状部及び第一のシール体間の軸方向隙間に配されており、一対の第二の弾性支持体のうちの他方は、アウタケースの他方の環状部及び第二のシール体間の軸方向隙間に配されていてもよい。一方の第二の弾性支持体は、第一のシール体に軸方向隙間をもって対面しているアウタケースの一方の環状部の環状内面に接触しており、前記一方の環状部の環状内面に軸方向隙間をもって対面している第一のシール体の環状端面には、当該一方の第二の弾性支持体の一部が軸方向において嵌挿された凹部が形成されており、他方の第二の弾性支持体は、第二のシール体に軸方向隙間をもって対面しているアウタケースの他方の環状部の環状内面に接触しており、前記他方の環状部の環状内面に軸方向隙間をもって対面している第二のシール体の環状端面には、当該他方の第二の弾性支持体の一部が軸方向において嵌挿された凹部が形成されていてもよい。

上述の一対の第二の弾性支持体の夫々は、例えばコイルスプリング、ウエイブスプリング（コイルドウエイブスプリングを含む）等のスプリングからなっていてもよく、一対の第二の弾性支持体の夫々がウエイブスプリングからなる場合には、例えば一般のコイルスプリングに比べて全長を短くすることができ、しかも、ウエイブスプリングに接触する相手部材への付勢力を円周方向においてより均一に伝達し得る。

本発明の球面排気管継手では、第一及び第二のシール体の夫々の回転球芯は、互いに同一であってもよく、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であってもよく、また、当該線において軸対称であってもよい。

本発明の球面排気管継手では、アウタケースは、軸方向における一端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、軸方向における一端で第一のアウタケースの軸方向における他端に連結されていると共に軸方向における他端が凸球面体又は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。第一のアウタケースの他端及び第二のアウタケースの一端には、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てもよく、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、主に一対の第二の弾性支持体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第一のシール体、第二の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、第一のシール体及び第二の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第一のシール体及び第二のシール体によるガスシールを良好な状態に保ち得る一方、第二のアウタケースが第一のアウタケースに対して軸方向に不動となるように、第一のアウタケースの他端及び第二のアウタケースの一端は、溶接されていても、ボルト及びナットによって連結されていてもよい。

本発明の球面排気管継手では、凸球面体は、外周面が凸球面からなる中空環状本体と、この中空環状本体の内周面によって画成された断熱用隙間とを具備していてもよく、前記断熱用隙間には、断熱材が配されていてもよく、斯かる場合には、上流側排気管及び下流側排気管側から凸球面体、第一及び第二のシール体、第一及び一対の第二の弾性支持体並びにアウタケースへの熱の伝達を遮断することができて、各部材の熱による劣化を低減することができる。

本発明の球面排気管継手では、凸球面体の凸球面と第一及び第二のシール体の凹球面と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。

本発明の球面排気管継手では、第一及び第二のシール体は、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。

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一部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、図１に示す例の一部拡大断面説明図である。 図４は、本発明の実施の形態の他の例の一部拡大断面説明図である。 図５は、本発明の実施の形態の更に他の例の一部拡大断面説明図である。 図６の（ａ）及び（ｂ）は、主にアウタケースの一部説明図である。

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から図３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、上流側排気管２及び下流側排気管５のうちの他方の排気管、本例では下流側排気管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６に隙間８をもって対面している円筒部９及び円筒部９の軸方向としてのＸ方向における両端１０及び１１に径方向内側に伸びて形成された一対の円環状の環状部１２及び１３を具備しているアウタケース１４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１５を有していると共に回転球芯Ｏに対して上流側に位置しており且つアウタケース１４に対して隙間１６をもって配されている円環状のシール体１７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１８を有していると共に回転球芯Ｏに対して下流側に位置しており且つアウタケース１４に対して隙間１９をもって配されている円環状のシール体２０と、径方向においてアウタケース１４の円筒部９並びにシール体１７及び２０間に介在されていると共に径方向においてシール体１７及び２０を弾性支持している円環状の弾性支持体、本例では一対の弾性支持体２１及び２２と、Ｘ方向においてアウタケース１４の環状部１２及び１３並びにシール体１７及び２０間の夫々に介在されていると共にＸ方向においてシール体１７及び２０を弾性支持している一対の弾性支持体２３及び２４とを具備している。

凸球面体７は、外周面が凸球面６からなる中空環状本体３１と、中空環状本体３１の内周面３２によって画成された円環状の断熱用隙間３３とを具備している。断熱用隙間３３には、断熱材（図示せず）が配されていてもよい。

円環状の中空環状本体３１は、例えば図１及び図３に示すように、その下流側の一端３４で上流側排気管２の管端部３に一体的に連結されており、その上流側の他端３５で上流側排気管２の外周面３６に接合されている。ここで、他端３５は、外周面３６に溶接等により固着されていてもよく、また、外周面３６に摺動自在に接触していてもよく、更にまた、外周面３６に対して隙間をもって配されていてもよい。

中空環状本体３１は、径方向外側に向かって凸状に湾曲されてなり、上流側排気管２の管端部３が径方向外側に折り返されることによって形成されていてもよい。

中空環状本体３１は、本例では図１及び図３に示すように、その一端３４で上流側排気管２の管端部３に一体的に連結されているが、これに代えて、例えば図５に示すように、他端３５が管端部３に一体的に連結されていてもよく、斯かる場合には、一端３４に一体的に連結されていると共に中空環状本体３１の径方向内側において管端部３に向かってＸ方向に伸びた円筒部３７が形成されている。このように、中空環状本体３１は、図１及び図３に示す形態においても、また、図５に示す形態においても、パイプ状に形成されている。

アウタケース１４は、Ｘ方向における一端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（以下、アウタケース４３と称する。）と、Ｘ方向における一端４４でアウタケース４３のＸ方向における他端４２に連結されていると共にＸ方向における他端４５が凸球面体７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（以下、アウタケース４６と称する。）とを具備している。

アウタケース４３は、例えば図３に示すように、下流側排気管５の管端部４に溶接等により内周縁５１が固着されている上述の環状部１３と、環状部１３に外周縁５２に一体的に連結されていると共に上流側に向かってＸ方向に伸びた円筒部５３とを具備している。円筒部５３の内周面５４は、凸球面６に対して径方向の隙間８をもって配されている。

アウタケース４６は、例えば図３に示すように、内周縁６１が凸球面体７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１２と、環状部１２の外周縁６２に一体的に連結されていると共に下流側に向かってＸ方向に伸びた円筒部６３と、円筒部６３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５３に重ね合わされる大径円筒部６４とを具備している。円筒部６３の内周面６５は、凸球面６に対して径方向の隙間８をもって配されている。尚、円筒部５３及び６３並びに大径円筒部６４は、円筒部９を構成している。

アウタケース４３の他端４２及びアウタケース４６の一端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６の（ａ）に示すように、アウタケース４３の他端４２及びアウタケース４６の一端４４には、夫々互いに螺合している螺合部７１及び７２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Ｘ方向に移動するように配設されていてもよい。螺合部７１は、円筒部５３の上流側の端部５５における外周面５６に形成された雄ねじ及び雌ねじのうちの一方からなっていてもよく、螺合部７２は、大径円筒部６４の内周面６６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７１及び７２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Ｘ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、主に弾性支持体２３及び２４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の使用によってシール体１７及び２０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、シール体１７及び２０の凹球面１５及び１８の凸球面体７の凸球面６に対する接触状態並びにシール体１７及び２０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７１及び７２の初期の螺合調整後にアウタケース４３の他端４２及びアウタケース４６の一端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６の（ｂ）に示すように、アウタケース４３の他端４２及びアウタケース４６の一端４４の夫々にフランジ７３及び７４を形成し、当該フランジ７３及び７４をボルト７５及びナット７６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。

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シール体１７は、円環状であって断面矩形状であると共に内周面に凹球面１５が形成されているシールリング８１と、弾性支持体２１が嵌着されるようにシールリング８１の外周面８２に形成された環状凹部８３と、シールリング８１の環状部１２の環状内面８４に軸方向隙間８５をもって対面している環状端面８６に形成されていると共に弾性支持体２３の一部が嵌挿された凹部８７とを具備している。凹球面１５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。

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シール体２０は、円環状であって断面矩形状であると共に内周面に凹球面１８が形成されているシールリング９１と、弾性支持体２２が嵌着されるようにシールリング９１の外周面９２に形成された環状凹部９３と、シールリング９１の環状部１３の環状内面９４に軸方向隙間９５をもって対面している環状端面９６に形成されていると共に弾性支持体２４の一部が嵌挿された凹部９７とを具備している。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。

シール体１７及び２０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Ｘ方向に直交する方向に伸びた線９９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１５及び１８に対して相補的な形状を有している。

弾性支持体２１及び２２は、弾性を有した金属Ｏリング１０１及び１０２からなり、シール体１７及び２０の外周面に形成された環状凹部８３及び９３に夫々嵌着されている。金属Ｏリング１０１は、アウタケース１４の円筒部９及びシール体１７間に介在されていると共にアウタケース４３の円筒部５３の内周面５４に接触しており、金属Ｏリング１０１は、アウタケース１４の円筒部９及びシール体２０間に介在されていると共にアウタケース４６の円筒部６３の内周面６５に接触している。金属Ｏリング１０１及び１０２は、Ｘ方向において互いに対向して配されている。斯かる弾性支持体２１及び２２は、アウタケース１４並びにシール体１７及び２０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の内部を外気から遮断している。

弾性支持体２３及び２４の夫々は、スプリングからなり、本例ではウエイブスプリングからなる。斯かるウエイブスプリングは、円周方向において波形に形成されている。弾性支持体２３、アウタケース１４の環状部１２及びシール体１７間の軸方向隙間８５に配されており、シール体１７の環状端面８６に軸方向隙間８５をもって対面している環状部１２の環状内面８４に接触しており、その一部がシール体１７に形成された凹部８７に嵌挿されている。弾性支持体２４、アウタケース１４の環状部１３及びシール体２０間の軸方向隙間９５に配されており、シール体２０の環状端面９６に軸方向隙間９５をもって対面している環状部１３の環状内面９４に接触しており、その一部がシール体２０に形成された凹部９７に嵌挿されている。

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の相対的な揺動や上流側排気管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、凸球面体７の凸球面６とシール体１７の凹球面１５及びシール体２０の凹球面１８との摺動によって等方性をもって許容される。

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、上流側排気管２及び下流側排気管５のうちの他方の排気管、本例では下流側排気管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８をもって対面している円筒部９及び円筒部９のＸ方向における両端１０及び１１に径方向内側に伸びて形成された一対の環状部１２及び１３を具備しているアウタケース１４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１５を有していると共にアウタケース１４に対して隙間１６をもって配されている上流側の環状のシール体１７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１８を有していると共にアウタケース１４に対して隙間１９をもって配されている下流側の環状のシール体２０と、径方向においてアウタケース１４の円筒部９並びにシール体１７及び２０間に介在されていると共に径方向においてシール体１７及び２０を弾性支持している環状の弾性支持体２１及び２２と、Ｘ方向においてアウタケース１４の環状部１２及び１３並びにシール体１７及び２０間の夫々に介在されていると共にＸ方向においてシール体１７及び２０を弾性支持している一対の弾性支持体２３及び２４とを具備しており、弾性支持体２１及び２２並びに弾性支持体２３及び２４のうちの少なくとも一つの弾性支持体は、上流側排気管２及び下流側排気管５の内部を外気から遮断するように配されているために、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Ｘ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。また、球面排気管継手１では、弾性支持体２１及び２２並びに弾性支持体２３及び２４に弾性支持されるシール体１７及び２０の夫々の凹球面１５及び１８が、凸球面体７の凸球面６に向かって径方向及びＸ方向において弾性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シール体１７及び２０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の相互の捻り方向を含む揺動の等方性を確保することができ、その上、例えばアウタケース１４の径方向外側にボルト、ナット及びコイルスプリング等からなる連結手段を設置する必要をなくすことができて部品点数の低減及びコンパクト化を図れ、球面排気管継手１の低廉化や自動車の排気系システムに対する取付位置の自由度を拡大することができる。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、シール体１７及び２０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、弾性支持体２３及び２４の夫々がウエイブスプリングからなるために、例えば一般のコイルスプリングに比べて全長を短くすることができ、しかも、ウエイブスプリングに接触する相手部材への付勢力を円周方向においてより均一に伝達し得る。

球面排気管継手１によれば、凸球面体７は、外周面が凸球面６からなる中空環状本体３１と、中空環状本体３１の内周面３２によって画成された断熱用隙間３３と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側から凸球面体７、シール体１７及び２０、弾性支持体２１から２４並びにアウタケース１４への熱の伝達を遮断することができて、各部材の熱による劣化を低減することができる。

本例の球面排気管継手１は、主に図１から図３に示すように構成されているが、これに代えて例えば図４に示すように構成されてもよい。図４に示す球面排気管継手１１１は、上述の凸球面体７と、アウタケース１４ａと、シール体１７ａ及び２０ａと、弾性支持体１１５と、上述の弾性支持体２３及び２４とを具備しており、斯かる球面排気管継手１１１においても上述同様の作用効果を奏し得る。

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８をもって対面している円筒部９ａ及び円筒部９ａのＸ方向における両端１０ａ及び１１ａに径方向内側に伸びて形成された一対の円環状の環状部１２ａ及び１３ａを具備しているアウタケース１４ａは、Ｘ方向における一端４１ａ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４３ａ（以下、アウタケース４３ａと称する。）と、Ｘ方向における一端４４ａでアウタケース４３ａのＸ方向における他端４２ａに連結されていると共にＸ方向における他端４５ａが凸球面体７に対して径方向の隙間４７ａをもって配されている第二のアウタケース４６ａ（以下、アウタケース４６ａと称する。）とを具備している。

アウタケース４３ａは、下流側排気管５の管端部４に溶接等により内周縁５１ａが固着されている上述の環状部１３ａと、環状部１３ａに外周縁５２ａに一体的に連結されていると共に上流側に向かってＸ方向に伸びた円筒部５３ａとを具備している。円筒部５３ａの内周面５４ａは、凸球面６に対して径方向の隙間８をもって配されている。

アウタケース４６ａは、内周縁６１ａが凸球面体７に対して径方向の隙間４７ａをもって配されている上述の環状部１２ａと、環状部１２ａの外周縁６２ａに一体的に連結されていると共に下流側に向かってＸ方向に伸びており且つアウタケース４３の円筒部５３に重ね合わされる円筒部６３ａとを具備している。円筒部６３ａの内周面６５ａは、凸球面６に対して径方向の隙間８をもって配されている。尚、円筒部５３ａ及び６３ａは、円筒部９ａを構成しており、円筒部５３ａは、円筒部６３ａよりも大径であり、その内周面５４ａにおいて円筒部６３ａの外周面１１２に接触している。

アウタケース４３ａの他端４２ａ及びアウタケース４６ａの一端４４ａは、上記同様に溶接されていてもよく、螺合していてもよく、また、ボルト及びナットにより締結されていてもよい。

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１５ａを有していると共に回転球芯Ｏに対して上流側に位置しており且つアウタケース１４ａに対して隙間１６ａをもって配されている円環状のシール体１７ａは、シール体１７から環状凹部８３を除いて傾斜面１１３を加えた構成と同様である。傾斜面１１３は、シール体１７ａの外周面８２ａに形成されており、Ｘ方向においてシール体２０ａに向かって径方向内側に傾斜している。

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１８ａを有していると共に回転球芯Ｏに対して下流側に位置しており且つアウタケース１４ａに対して隙間１９ａをもって配されている円環状のシール体２０ａは、シール体２０から環状凹部９３を除いて傾斜面１１４を加えた構成と同様である。傾斜面１１４は、シール体２０ａの外周面９２ａに形成されており、Ｘ方向においてシール体１７ａに向かって径方向内側に傾斜している。

径方向においてアウタケース１４ａの円筒部９ａ並びにシール体１７ａ及び２０ａ間に介在されていると共に径方向においてシール体１７ａ及び２０ａを弾性支持している円環状の一つの弾性支持体１１５は、径方向に関してアウタケース１４ａの円筒部９ａの内周面、ここでは内周面６５ａに接触しているアウタケース接触面１１６並びに径方向に関してシール体１７ａ及び２０ａの外周面８２ａ及び９２ａの夫々に接触している一対のシール体接触面１１７及び１１８が形成されている弾性を有した弾性円筒体１１９を具備している。アウタケース接触面１１６は、内周面６５ａに向かって凸曲面状であり、線９９において線対称であり、そのＸ方向における中央部において内周面６５ａに接触している。シール体接触面１１７及び１１８は、線９９において線対称であり、シール体接触面１１７は、傾斜面１１３に相補的な形状を有していると共に当該傾斜面１１３に接触しており、シール体接触面１１８は、傾斜面１１４に相補的な形状を有していると共に当該傾斜面１１４に接触している。

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 凸球面体
１４、１４ａ アウタケース
１７、１７ａ、２０、２０ａ シール体
２１、２２、２３、２４、１１５ 弾性支持体

Claims (24)

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固着されている凸球面を有した環状の凸球面体と、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円筒部及びこの円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、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と共にアウタケースに対して隙間をもって配されている上流側の環状の第一のシール体と、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と共にアウタケースに対して隙間をもって配されている下流側の環状の第二のシール体と、径方向においてアウタケースの円筒部並びに第一及び第二のシール体間に介在されていると共に径方向において第一及び第二のシール体を弾性支持している環状の第一の弾性支持体と、軸方向においてアウタケースの一対の環状部並びに第一及び第二のシール体間の夫々に介在されていると共に軸方向において第一及び第二のシール体を弾性支持している一対の第二の弾性支持体とを具備しており、第一の弾性支持体及び一対の弾性支持体のうちの少なくとも一つの弾性支持体は、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配されている球面排気管継手。
2. 第一の弾性支持体は、一対設けられており、当該一対の第一の弾性支持体のうちの一方は、アウタケースの円筒部及び第一のシール体間に介在されており、当該一対の第一の弾性支持体のうちの他方は、アウタケースの円筒部及び第二のシール体間に介在されている請求項１に記載の球面排気管継手。
3. 一対の第一の弾性支持体は、軸方向において互いに対向して配されている請求項２に記載の球面排気管継手。
4. 一対の第一の弾性支持体は、弾性を有した金属リングからなり、第一及び第二のシール体の外周面に夫々嵌着されていると共にアウタケースの円筒部の内周面に接触している請求項２又は３に記載の球面排気管継手。
5. 一対の第一の弾性支持体は、弾性を有した金属Ｏリングからなり、第一及び第二のシール体の外周面に夫々嵌着されていると共にアウタケースの円筒部の内周面に接触している請求項２又は３に記載の球面排気管継手。
6. 第一の弾性支持体は、径方向に関してアウタケースの円筒部の内周面に接触しているアウタケース接触面並びに径方向に関して第一及び第二のシール体の外周面の夫々に接触している一対のシール体接触面が形成されている弾性を有した弾性円筒体を具備している請求項１に記載の球面排気管継手。
7. 弾性円筒体のアウタケース接触面は、アウタケースの円筒部の内周面に向かって凸曲面状である請求項６に記載の球面排気管継手。
8. 弾性円筒体のアウタケース接触面は、軸方向に直交する方向に伸びる線であって第一及び第二のシール体の回転球芯を通る前記線において線対称である請求項７に記載の球面排気管継手。
9. 第一のシール体の外周面には、軸方向において第二のシール体に向かって径方向内側に傾斜している傾斜面が形成されており、弾性円筒体の一対のシール体接触面のうちの一方は、第一のシール体の傾斜面に相補的な形状を有していると共に当該傾斜面に接触しており、第二のシール体の外周面には、軸方向において第一のシール体に向かって径方向内側に傾斜している傾斜面が形成されており、弾性円筒体の一対のシール体接触面のうちの他方は、第二のシール体の傾斜面に相補的な形状を有していると共に当該傾斜面に接触している請求項６から８のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
10. 弾性円筒体の一対のシール体接触面は、軸方向に直交する方向に伸びる線であって第一及び第二のシール体の回転球芯を通る前記線において線対称である請求項６から９のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
11. 一対の第二の弾性支持体のうちの一方は、アウタケースの一方の環状部及び第一のシール体間の軸方向隙間に配されており、一対の第二の弾性支持体のうちの他方は、アウタケースの他方の環状部及び第二のシール体間の軸方向隙間に配されている請求項１から１０のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
12. 一方の第二の弾性支持体は、第一のシール体に軸方向隙間をもって対面しているアウタケースの一方の環状部の環状内面に接触しており、前記一方の環状部の環状内面に軸方向隙間をもって対面している第一のシール体の環状端面には、当該一方の第二の弾性支持体の一部が軸方向において嵌挿された凹部が形成されており、他方の第二の弾性支持体は、第二のシール体に軸方向隙間をもって対面しているアウタケースの他方の環状部の環状内面に接触しており、前記他方の環状部の環状内面に軸方向隙間をもって対面している第二のシール体の環状端面には、当該他方の第二の弾性支持体の一部が軸方向において嵌挿された凹部が形成されている請求項１１に記載の球面排気管継手。
13. 一対の第二の弾性支持体の夫々は、スプリングからなる請求項１から１２のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
14. 第一及び第二のシール体の夫々の回転球芯は、互いに同一である請求項１から１３のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
15. 第一及び第二のシール体は、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である請求項１４に記載の球面排気管継手。
16. 第一及び第二のシール体は、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軸対称である請求項１４に記載の球面排気管継手。
17. アウタケースは、軸方向における一端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、軸方向における一端で第一のアウタケースの軸方向における他端に連結されていると共に軸方向における他端が凸球面体又は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１から１６のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
18. 第一のアウタケースの他端及び第二のアウタケースの一端には、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１７に記載の球面排気管継手。
19. 第一アウタケースの他端及び第二アウタケースの一端は、溶接されている請求項１７に記載の球面排気管継手。
20. 第一アウタケースの他端及び第二アウタケースの一端は、ボルト及びナットによって連結されている請求項１７に記載の球面排気管継手。
21. 凸球面体は、外周面が凸球面からなる中空環状本体と、この中空環状本体の内周面によって画成された断熱用隙間とを具備している請求項１から２０のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
22. 前記断熱用隙間には、断熱材が配されている請求項２１に記載の球面排気管継手。
23. 凸球面体の凸球面と第一及び第二のシール体の凹球面と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２２のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
24. 第一及び第二のシール体は、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２３のいずれか一項に記載の球面排気管継手。

Images