JP3648652B2 - 自動車排気系用フレキシブルチューブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用排気系に取り付けられる第１排気管と第２排気管の変位を吸収するベローズを有する自動車排気系用フレキシブルチューブの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車排気系用フレキシブルチューブとしては、第１の従来例として実公平１−１６５８８７号公報［以下、これを『従来例１』という］記載のベローズ組立体がある。
【０００３】
従来例１の断面図を図６に示す。これは二つのチューブをベローズを介して接続し、その外周を筒状の編組体によって覆い、この編組体の端部をスリーブに固定して形成されるベローズ組立体において、ベローズと編組体との間にベローズの動きを抑制する緩衝材を装着してあることを特徴とするベローズ組立体である。
【０００４】
さらに、例えば実開平３−４７２１号公報［以下、これを『従来例２』という］に記載のものも知られている。
【０００５】
この従来例２のフレキシブルチューブは、図７に示すように、ベローズの外周の全体にワイヤメッシュを介して円筒形のシェルを設け、カラーとシェルの折り曲げ部分で形成した迷路構造内にもワイヤメッシュを配設した構成となっている。
【０００６】
そして、フレキシブルチューブに加わる引っ張り，圧縮，曲げ等の力に対しては、シェルとベローズとの間に充填されたワイヤメッシュの弾性によりベローズの変形が穏やかに制限されるため、フレキシブルチューブの耐久寿命が向上する。さらに、堅いシェルでベローズの外周を覆っているから、車両走行中の飛び石等に対してベローズの破損を防止できる。ベローズの両端部を迷路構造とし迷路構造内にもワイヤメッシュが配設されているため、泥水等の侵入を防止することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自動車排気系用フレキシブルチューブにあっては、下記に列挙するような問題がある。
【０００８】
先の従来例１は、緩衝材をベローズと編組体との間に介装させ、編組体は細線を編んだものを使用しているから、外界からの影響特に走行中のタイヤからの跳石等による損傷、雨水の侵入による編組体・緩衝材・ベローズの腐食・変質等の不具合なことが発生していた。
【０００９】
さらに、従来例２は(1) ベローズ変位入力に対しベローズの変形を穏やかに制限するべくベローズの変形と同時にワイヤメッシュが弾性変形するものであるため、フレキシブルチューブバネ定数は、ベローズバネ定数にワイヤメッシュバネ定数を加えることで決まり、変位両が増大するにしたがって大きくなる。
【００１０】
また、ワイヤメッシュがベローズの外周全体を覆っているため、部分変形や部分脱落等によりベローズの谷間にワイヤメッシュが入り込んだ場合には、圧縮に対してベローズのバネ定数が高くなってしまう。
【００１１】
すなわち、ワイヤメッシュの充填状態によってベローズによる変位吸収性能が頒価するため、ワイヤメッシュの充填管理が必要である。
【００１２】
よって、ベローズの変形を穏やかに制限する変位吸収性能を出すべくワイヤメッシュを、ベローズの外周全体に充填した場合、ワイヤメッシュによるバネ定数の上昇を考慮して予めベローズのバネ定数を低く設定しておく必要があり、ベローズの山数が多くなってフレキシブルチューブが大型となるし、ワイヤメッシュによる重量が加わってフレキシブルチューブが高重量となる。
【００１３】
(2) シェルとベローズとの間に充填されているワイヤメッシュは、初期設定時点では均等な密度によるものであってとしても、使用により引っ張り，圧縮，曲げ等の力が繰り返し不規則に加わることで、ワイヤメッシュのある分野は密である分野は粗であるというように粗密状態が偏在する。
【００１４】
このため、ベローズの伸びや縮みや曲げの最大変位規制量を安定して管理することができず、最大変位規制量が小さくなると変位吸収性に劣るし、最大変位規制量が大きくなるとベローズ耐久性を低下させる。
【００１５】
(3) シェルの位置決めはワイヤメッシュでなされており、ワイヤメッシュは必須の構成要素となっているため、充填工数増やコスト増となる。
【００１６】
(4) ベローズの内側は直接高温の排気ガス影響を受けるため、長時間走行や高付加走行等を行った場合には、ベローズが極めて高温となる。
【００１７】
このため、ベローズの素材変化や高温塩害腐食等の熱影響をベローズが受けてベローズの耐久性が低下する。
【００１８】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、第１の課題とするところは、自動車用排気系に取り付けられる第１排気管と第２排気管の変位を吸収するベローズを有する自動車用排気系用フレキシブルチューブにおいて、ワイヤメッシュを用いない低コストで小型軽量の構成としながら、安定した伸び変位規制量の管理とベローズの耐久性向上と曲げ方向及び剪断方向の変位吸収性の向上を達成することにある。
【００１９】
第２の課題とするところは、ベローズの縮み・伸び方向最大変位規制機能を持たせながら、第１の課題を達成することにある。
【００２０】
第３の課題とするところは、ベローズの排気ガス熱影響を抑えながら、第１または第２の課題を達成することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
（解決手段１）上記第１の課題を達成するためこの課題を解決するため請求項１記載の発明では、第１排気管(1)と第２排気管(2)に両端部が接続され、両排気管(1),(2)の変位を吸収するベローズ(3)と、該ベローズ(3)の外周を覆うように設けられ、ベローズ(3)の保護と縮み・伸び切り防止のための外筒部材とを備えた自動車排気系用フレキシブルチューブにおいて、前記外筒部材を、プレート材によりベローズ(3)の外周の一部を覆う筒状に形成された第１外筒(4)と、プレート材によりベローズ(3)の外周の残りの部分を覆い、かつ前記第１外筒(4)と一部分が重複し、その軸方向と内周方向に隙間を介して筒状に形成された第２外筒(5)と、第１，第２外筒(4),(5)間に縮み・伸び方向最大変位規制手段と、第１，第２外筒(4),(5)が相互に重複する外筒部分に介挿して両者間の隙間を充填する緩衝材と、を備えてベローズ (3) の外周を覆うように組合せて一体化した外筒を形成し、前記第１外筒 (4) の第２外筒 (5) に重複する部分の外周面に多角形の形状で突起状の第１エンボス部 (41) を設け、前記第２外筒 (5) の第１外筒 (4) に重複する部分の外周面に多角形の形状で突起状の第２エンボス部 (51) を設け、両エンボス部 (41),(51) を両外筒の円周上に対 として３箇所以上備え、第１エンボス部 (41) の重複部分へ第２エンボス部 (51) を軸方向からさし込み後、両外筒の周方向へ回動させて、両エンボス (41),(51) を組み合わせ、第１外筒 (4) と第２外筒 (5) を接合させる手段を備え、前記緩衝材を両エンボス間に一様に充填し、ベローズの伸縮方向及び曲げ方向の変位量を、前記緩衝材の弾性変形量で制限したことを特徴とする。
【００２２】
作用を説明する。
【００２３】
エンジンや車体等から第１排気管（１）と第２排気管（２）に軸管方向や曲げ方向や剪断方向の変位を与えるような振動が入力された時、その変位入力はベローズ（３）を全体的に変形させる均一な変形特性により吸収するという変位吸収作用を示す。
【００２４】
変位のうち管軸方向の大きな伸び変位が入力される時には、両縮み・伸び変位ストッパ手段（第１，第２外筒（４），（５）のエンボス部４１，５１の内壁，外壁）と緩衝材（６）により、ベローズ（３）の縮み・伸び方向最大変位ｔm,ｔn が規制され、ベローズ（３）の縮み・伸び切りが防止される。
【００２５】
変位のうち管軸直交方向の変位が入力される時には、ベローズ（３）の略中心部を曲げ方向の吸収点とする自由度の高いベローズ（３）の変形により曲げ力や剪断力が吸収される。
【００２６】
走行中に石跳ね等があった場合、第１・第２外筒による保護作用でベローズ（３）の変形や損傷が防止される。
さらに、変位のうち管軸方向の大きな縮み・伸び変位が入力される時には、両外筒４，５と緩衝材６により、ベローズ（３）の縮みあるいは伸び方向最大変位が規制（ｔm,ｔn)され、ベローズ（３）の縮み・伸び変形が防止される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）まず、構成を説明する。
【００２９】
図１は請求項１記載の発明に対応する実施の形態１の自動車排気系用フレキシブルチューブを示す全体断面図、図２は自動車排気系用フレキシブルチューブを第１・第２排気管に接続後第１，第２外筒を差し込む手順を説明する斜視図、図３は自動車排気系用フレキシブルチューブを保護する第１，第２外筒の相互に接合する状態を説明する斜視図、図４は自動車排気系用フレキシブルチューブが縮み・伸びの状態における緩衝材への作用を示す断面図、図５は第１，第２外筒の係合状態の説明のための断面図である。
【００３０】
図１において、１は第１排気管、２は第２排気管、３はベローズ、４は第１外筒、４１は第１エンボス部、４１４は第１エンボス部の第１排気管側内壁、４１４は第１エンボス部の第２排気管側内壁、５は第２外筒、５１は第２エンボス部、５１４は第２エンボス部の第１排気管側外壁、５１５は第２エンボス部の第２排気管側外壁、６は緩衝材（例えばカーボングラファイトやサスワイヤ）で第１エンボス部４１の裏側に固定されている。
【００３１】
図２に示すように、第１外筒を第１排気管１の接続点より左側に逃がして挿入しておき、第２外筒も第２排気管２の接続点より右側に逃がして挿入しておく。そして、第１排気管１とベローズ３及びベローズ３と第２排気管２をそれぞれ堅固に接着し接続する。それから図示矢印の方向に、第１外筒と第２外筒を重ね合うように移動させ、ベローズ３を覆う。
【００３２】
ところで、前記ベローズ３はその両端から、第１排気管１と第２排気管２に両端部が接続され、両排気管１，２の変位を吸収するために設けられる。
【００３３】
このベローズ３の素材としては、図示していないが、厚み０．２ｍｍ（従来は厚み０．３ｍｍ）の薄肉板を２層重ね合わせた薄肉多層品を使用し、山数を従来より大幅に削減している。
【００３４】
このベローズ山数の削減に伴ってローズ３の内側に気流音防止の目的で設けられていたインナーブレードを廃止している。
【００３５】
前記第１外筒４、第２外筒５は、ブレード材によりベローズ３の外周を覆う筒状に形成され、両者は相互に重なり合うようにして、ベローズ３との間に緩衝材６を装着している。
【００３６】
この第１外筒４には、エンボス加工にて作成された第１エンボス部４１が円周上に適当な間隔で配置され、第２外筒５には第１エンボス部４１に緩衝材６を介装して嵌合する第２エンボス部５１が、エンボス加工にて作成されている。
【００３７】
図３は、第１外筒と第２外筒が第１エンボス部と第２エンボス部で係合する状態と手順を説明する斜視図である。
【００３８】
まず、第２エンボス部５１を第１エンボス部４１の導入口に標準を合わせてから、軸方向に移動し差し込む。差し込みが終わると、周方向へ第２外筒５を少しく回動して、以後軸方向の引き抜きがあっても、第２エンボス部５１が第１エンボス部４１から抜け出さないような状態にして置く。このよにして、軸方向のベローズの縮み・伸びに当面しても、第１外筒４と第２外筒５の係合は解けない。
【００３９】
図４はベローズ３が縮んだときの緩衝材への圧縮状態と、延びたときの緩衝材への引張り状態を説明する断面図である。図５は、第１，第２外筒が嵌合したときの第１，第２エンボス部の関係位置を示す断面図である。
【００４０】
図４（ａ）に示す第１外筒４の左側内壁４１４と第２外筒５の左側外壁５１４との間の緩衝材６への圧縮でこのベローズ３の圧縮（縮み）変位を吸収する。そして、ベローズ３の最大変位量（ｔ1 −ｔm ）を規制している。図４（ｂ）は第１外筒４の右側内壁４１５と第２外筒５の右側外壁５１５との間の緩衝材６への圧縮でこのベローズ３の引張り（伸び）変位を吸収し、ベローズ３の最大変位量（ｔ2 −ｔn ）を規制する状態を示している。
【００４１】
この緩衝材６が第１エンボス部４１と第２エンボス部５１との間に一様に充填されているので、その表面全体により第１，第２外筒４，５が接触支持され、ベローズ３の中心部を曲げ方向の吸収点としている。
【００４２】
次に、作用を説明する。
【００４３】
［変位吸収作用］エンジンや車体等から第１排気管と第２排気管に管軸方向や曲げ方向や剪断方向の変位を与えるような振動が入力された時、その変位入力はベローズ３を全体的に変形させる均一な変形特性により吸収される。
【００４４】
すなわち、本出願人は、本出願に先行してアウターカバーの一部を第１排気管に固定した技術（特願平７−１２４９２２号）を提案したが、この場合、変位入力が主に弾性ストッパ部材側に使用することで弾性ストッパ部材のベローズ変形により吸収するというベローズ全体の変形特性が均一に生かされないものであったのに対し、本願発明の実施の形態１の場合には変位入力がベローズ３の全体に均等に作用することでベローズ３の全体変形により均等に変位を吸収する作用を示す。
【００４５】
さらに、第１，第２外筒４，５の第１，第２エンボス部４１，５１の間に緩衝材６を介装によりベローズ３の中心部を曲げ方向の吸収点として支持しているため、ベローズ３の第１排気管側を曲げ方向の吸収点とする先行出願と比べた場合、曲げ自由度や管軸直交方向の入力に対する自由度が増し、曲げ方向及び剪断方向の変位吸収性が向上する。
【００４６】
このような変位吸収作用において、第１排気管１と第２排気管２に両端部が接続されているのはベローズ３のみであり、第１外筒４と第２外筒５は緩衝材６の表面のわずかな接触面積にて弾性支持されている構成であるため、フレキシブルチューブのバネ定数は、規制を受けるまでの変位両領域においては、ほぼベローズ３の持つバネ定数のみにより決定され、従来のワイヤメッシュ充填構造でベローズを同じとしたものと比べた場合、フレキシブルチューブバネ定数を低く抑えることができ、この結果、ベローズ３の厚みを薄くして山数を少なくすることで小型軽量にすることができる。
【００４７】
［縮み変位規制作用］管軸方向の大きな縮み変位入力時には、第１外筒４と第２外筒５との間に緩衝材６が設けられているため、第１外筒４と第２外筒５が伸び変位に伴って管軸方向に移動すると、設定された間隔ｔ1 ［エンボス部の壁４１４と壁５１４の間隔］はその限界の間隔ｔm に至り縮み動作は停止する。
【００４８】
よって、両エンボス部４１，５１を備える両外筒４，５が連結されているベローズ３の縮み方向最大変位が規制され、ベローズ３の縮み切りが防止される。
【００４９】
この変位規制時、ベローズ３の縮み方向最大変位は緩衝材６に作用する初めの間隔ｔ1 からその限界間隔ｔm により規定されるため、この間隔ｔ1 〜ｔm を予め最適な間隔に設定しておくだけで、安定して縮み変位規制量の管理を行うことができる。
【００５０】
［伸び変位規制作用］管軸方向の大きな伸び変位入力時には、第１外筒４と第２外筒５との間に緩衝材６が設けられているため、第１外筒４と第２外筒５が伸び変位に伴って管軸方向に移動すると、設定された間隔ｔ2 ［エンボス部の壁５１５と壁４１５の間隔］はその限界の間隔ｔn に至り引張り動作は停止する。
【００５１】
よって、両エンボス部４１，５１を備える両外筒４，５が連結されているベローズ３の伸び方向最大変位が規制され、ベローズ３の伸び切りが防止される。
【００５２】
この変位規制時、ベローズ３の伸び方向最大変位は緩衝材６に作用する初めの間隔ｔ2 からその限界間隔ｔn により規定されるため、この間隔ｔ2 〜ｔn を予め最適な間隔に設定しておくだけで、安定して伸び変位規制量の管理を行うことができる。
【００５３】
［ベローズ保護作用］フレキシブルチューブは車両の底部に露出して配置されるため、車両走行中にタイヤにより石等を跳ねるような場合、この跳ね石等がフレキシブルチューブに衝突する。
【００５４】
この外部からの衝突入力は、ベローズ３の外周を覆うプレート材による第１，第２外筒４，５に作用することになるため、強く跳ね石が衝突しても第１，第２外筒４，５を変形させるだけであり、ベローズ３の変形や損傷が防止される。
【００５５】
次に、効果を説明する。
【００５６】
（１）自動車用排気系に取り付けられる第１排気管１と第２排気管２の変位を吸収するベローズ３を有する自動車排気系用フレキシブルチューブにおいて、ベローズ３の保護と伸び切り防止のための外筒部材を、プレート材によりベローズ３の外周を覆う筒状に形成された第１，第２外筒４，５と、これらの間に設けた緩衝材６に対する弾性変位作用を行う手段を備えたため、ワイヤメッシュを用いない低コストで小型軽量の構成としながら、安定した伸び変位規制量の管理とベローズ３の耐久性向上と曲げ方向及び剪断方向の変位吸収性の向上を達成することができる。
【００５７】
（２）ベローズ３は、薄肉２層品を使用することで山数を削減し、ベローズ３の内側に設けられるインナーブレードを廃止したため、高レベルでの小型軽量化と低コスト化を図ることができる。
【００５８】
すなわち、フレキシブルチューブのバネ定数はベローズ３の設定のみにより決まるため、ベローズ３を設計するにあたって、素材として薄肉多層品を使用することにより、山数を削減した短尺のベローズ３により低バネ定数を得ることができるし、また、ベロー３の山数を削減した場合、排気流による気流音が低くなるため、主に気流音の防止のためにベローズ３の内側に設けられるインナーブレードを積極的に廃止することができることによる。
【００５９】
（３）ベロー３の縮み・伸びストッパ部材としてベロー３を覆う第１，第２外筒４，５の重なり部分にエンボス部に介装した緩衝材［弾性部材］６を用い、そのエンボス部の壁を利用して、変位のストッパとしたため、効果的な変位吸収作用と土、砂、塩等の侵入防止作用を達成することができる。
【００６０】
（他の実施の形態）実施の形態では、第２外筒５が第１外筒４に比しやや長めにしてしめしているが、これに限るものではなく、両者が等しくあるいは第２外筒５が第１外筒４に比しやや短めでもよい。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明にあっては、自動車用排気系に取り付けられる第１排気間と第２排気管の変位を吸収するベローズを有する自動車用排気系用フレキシブルチューブにおいて、ベローズの保護と伸び切り防止のための外筒部材を、プレート材によりベローズの外周を覆う筒状に形成された第１外筒と、第２外筒とし両者が重なり合うようにしてかつその重なり部分に、緩衝材（弾性）を介装させたので、ワイヤメッシュを用いない低コストで小型軽量の構成としながら、安定した伸び・縮み変位規制量の管理とベローズの耐久性向上と曲げ方向及び剪断方向の変位吸収の向上を達成することができるという効果が得られる。
【００６２】
また、第１外筒と、第２外筒とし両者が重なり合うようにした部分にそれぞれに互いに嵌合する３箇所以上で対の第１，第２エンボス部を設け、両エンボス部の間隙に緩衝材（弾性）を介装させ、かつ両エンボス部は軸方向への差し込みと周方向の回動により、第１外筒と第２外筒を接合させるから、フレキシブルチューブ（ベローズ）の伸び縮み作用時にも、第１外筒と第２外筒の接合が解けることはないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態における自動車排気系用フレキシブルチューブを示す半断面図である。
【図２】本発明実施の形態の自動車排気系用フレキシブルチューブのベローズを覆うようにして第１，第２外筒を嵌合させる手順を説明する斜視図である。
【図３】本発明実施の形態の自動車排気系用フレキシブルチューブを保護する第１，第２外筒の嵌合直前の斜視図である。
【図４】実施の形態におけるベローズの変位に伴う第１，第２外筒の嵌合部であるエンボス部の緩衝材への作用状態を説明する要部断面図で、（ａ）はベローズの変位が圧縮方向のときの状態図、（ｂ）はベローズの変位が引張り方向のときの状態図である。
【図５】本発明実施の形態の第１，第２外筒が嵌合したときの第１，第２エンボス部の関係位置を示す断面図である。
【図６】従来例１の自動車排気系用フレキシブルチューブを示す断面図である。
【図７】従来例２の自動車排気系用フレキシブルチューブを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 第１排気管
２ 第２排気管
３ ベローズ
４ 第１外筒
４１ 第１エンボス部
４１ａ 導入部
４１４ 第１エンボス部左側内壁
４１５ 第１エンボス部右側内壁
５ 第２外筒
５１ 第２エンボス部
５１４ 第２エンボス部左側外壁
５１５ 第２エンボス部右側外壁
６ 緩衝材

Claims (1)

1. 第１排気管(1)と第２排気管(2)に両端部が接続され、両排気管(1),(2)の変位を吸収するベローズ(3)と、該ベローズ(3)の外周を覆うように設けられ、ベローズ(3)の保護と縮み・伸び切り防止のための外筒部材とを備えた自動車排気系用フレキシブルチューブにおいて、
   前記外筒部材を、
   プレート材によりベローズ(3)の外周の一部を覆う筒状に形成された第１外筒(4)と、
   プレート材によりベローズ(3)の外周の残りの部分を覆い、かつ前記第１外筒(4)と一部分が重複し、その軸方向と内周方向に隙間を介して筒状に形成された第２外筒(5)と、
   第１，第２外筒(4),(5)間に縮み・伸び方向最大変位規制手段と、
   第１，第２外筒(4),(5)が相互に重複する外筒部分に介挿して両者間の隙間を充填する緩衝材と、
   を備えてベローズ (3) の外周を覆うように組合せて一体化した外筒を形成し、
   前記第１外筒 (4) の第２外筒 (5) に重複する部分の外周面に多角形の形状で突起状の第１エンボス部 (41) を設け、
   前記第２外筒 (5) の第１外筒 (4) に重複する部分の外周面に多角形の形状で突起状の第２エンボス部 (51) を設け、
   両エンボス部 (41),(51) を両外筒の円周上に対として３箇所以上備え、
   第１エンボス部 (41) の重複部分へ第２エンボス部 (51) を軸方向からさし込み後、両外筒の周方向へ回動させて、両エンボス (41),(51) を組み合わせ、第１外筒 (4) と第２外筒 (5) を接合させる手段を備え、
   前記緩衝材を両エンボス間に一様に充填し、
   ベローズの伸縮方向及び曲げ方向の変位量を、前記緩衝材の弾性変形量で制限した、
   ことを特徴とした自動車排気系用フレキシブルチューブ。

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