JP4462992B2

JP4462992B2 - 管の継手構造

Info

Publication number: JP4462992B2
Application number: JP2004123455A
Authority: JP
Inventors: 康彦木口
Original assignee: 三恵工業株式会社
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-04-19
Also published as: JP2005308036A

Description

本発明は、接続管と被接続管とを連結する管の継手構造に関する。特に自動車の排気管を連結するのに好適な管の継手構造に関する。

エンジンの振動が排気管や排気管ステーを介して車内に伝播するのを防止するために、排気管をエンジンに連結される基端側と排気管ステーで支持される先端側との少なくとも2箇所に分割して、振動の伝播を分断させることが一般的に行われている。分割された各排気管は継手を介して連結されるのが通常であるが、このとき用いる継手は、排気ガスの漏れを防止できるだけでなく、各排気管の相対変位をある程度許容する構造のものでなくてはならない。継手部に排気管の相対変位を許容する構造がない状態で各排気管がしっかり連結固定されていると、継手部が破損したり、エンジンの振動が継手部を伝播して自動車の乗り心地を低下させるおそれがあるためである。継手部に屈撓性（各排気管の中心軸がなす角度が可変な状態で各排気管を連結することができる性質）や可捩性（各排気管の中心軸を回転軸とする各排気管の回転角度が可変な状態で各排気管を連結することができる性質）を持たせながらも気密性を確保できる排気管の継手構造としては、従来から種々のものが提案されている。

例えば、図４に示すように、排気管100と排気管101を、シールリング102と固定継手103と固定球面継手104と継手付勢手段105とを用いて連結する排気管の継手構造が従来知られている。この継手構造では、固定継手103は溶接部106で排気管100の一端部に固定されており、固定球面継手104は溶接部107で排気管101の一端部に固定されている。固定継手103と固定球面継手104との間には、シールリング102が挟持されている。固定継手103と固定球面継手104は、ボルトとナットとコイルスプリングとからなる継手付勢手段によって互いに接近する向きに付勢されながら連結されている。また、図５に示すように、排気管111の一端部にベローズ113を設ける排気管の継手構造も知られている。この継手構造では、ベローズ113の開口端は溶接部114で排気管112の一端部に固定されている。図４や図５に示した排気管の継手構造により、継手部に屈撓性を持たせることができるとされている。

さらに、特許文献１には、継手部が直管状に形成された第１排気管と、継手部が球状内周面を有する拡張部で形成された第２排気管との間に、２つに分割されたセラミック部材を介在させる排気管の継手構造が記載されている。２つのセラミック部材は、付勢手段によって互いに相反する向きに付勢されている。これにより、継手部に屈撓性と伸縮性（各排気管の中心軸と平行な方向に各排気管が動ける状態で各排気管を連結することができる性質）を持たせることができるとされている。

実開昭６０−０１２６１８号公報（実用新案登録請求の範囲、６〜７頁、図面）

しかし、図４や図５に示す排気管の継手構造は、継手部に十分な可捩性を持たせることができないものであった。例えば、図４の継手構造では、排気管100を排気管101の中心軸を回転軸に回転させようとしても、その回転角度は継手付勢手段103，104と継手付勢手段103，104が遊挿されている孔との隙間分が限界である。このため、継手部に十分な可捩性を持たせるためには、継手構造を複数個所に設けなければならず、排気管の製造コストや取付に必要なスペースが増大してしまうといった問題があった。図５の継手構造の場合は、可捩性への対応が全くできないため、方向を異にして複数個所に設ける必要があり、図４の継手構造と同様の問題があった。

これに対し、特許文献１に記載された排気管の継手構造は、継手部に十分な可捩性を持たせることができるものではあったものの、継手部の屈撓性については、第１排気管の外周面が第２排気管の継手部に固定されたカバーの先端に当接するまでしか曲げることができないものであった。これに加えて、特許文献１の排気管の継手構造は、第１排気管の端部が第２排気管の継手部の球状内周面に当接する構造となっていたために、長期間の使用で第１排気管の端部や第２排気管の継手部が磨耗したり破損するおそれがあるものであった。第１排気管の端部が破損してセラミック部材を係止できなくなると、第１排気管が第２排気管の継手部から抜け落ちることも考えられ、具合が悪い。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、管の継手部のシール性（気密性又は液密性）を維持しながらも、該継手部に屈撓性に加え可捩性を付与することのできる管の継手構造を提供するものである。また、製造コストや取付に必要なスペースを削減することもできる管の継手構造を提供するものである。さらに、継手部の磨耗や破損を防止することも可能な管の継手構造を提供するものである。

上記課題は、接続管の管端部に形成された係止フランジに１対の球面シールリングが係止され、被接続管の管端部に設けられた被接続管側球面継手と該被接続管側球面継手に連結された接続管側球面継手とによって前記１対の球面シールリングが挟み込まれてなる管の継手構造において、係止フランジが接続管の管端から所定距離を隔てた位置に形成され、１対の球面シールリングが係止フランジの両側に配され、被接続管側球面継手と接続管側球面継手とが継手付勢手段によって互いに接近する向きに付勢されながら連結されてなる管の継手構造を提供することによって解決される。

ここで、「球面継手」とは、内周部に球帯面が形成された短管状（環状）の継手をいい、「球面シールリング」とは、外周部に球帯面が形成されたシールリングをいう。球面シールリングの外周部に形成された球帯面の半径は、通常、球面継手の内周部に形成された球帯面の半径と一致する。また、球面シールリングの球帯面の中心は、該球面シールリングが球面継手に挟み込まれた状態で、通常、球面継手の球帯面の中心と一致する。

係止フランジは、接続管と別個に成形された鍔状部材を接続管の外周面に固着することによって形成したものであってもよいが、接続管の周壁を外方に突出させることによって形成されたものであり、係止フランジの内側に形成された内溝の両壁面が互いに当接したものであることが好ましい。これにより、接続管や被接続管に強い力が加わった際に生じ得る係止フランジの剥離や球面シールリングの位置ずれを防止することが可能になる。

被接続管側球面継手の設け方は、被接続管の内部を流れる流体が被接続管側球面継手と被接続管の境界部から漏れるのを防止することができるものであれば特に限定されない。例えば、被接続管側球面継手と被接続管とが別個に成形され、被接続管側球面継手が被接続管の管端部に溶接される場合もあるし、また、被接続管側球面継手が、被接続管の管端部に一体的に成形された固定拡径部と該固定拡径部の外周部を覆う可動拡径部とからなる場合もある。後者の場合には、可動拡径部は、固定拡径部（被接続管）と別個に成形される。

被接続管側球面継手及び接続管側球面継手の外周部に１対の連結フランジが設けられ、各連結フランジには同一軸心のボルト孔が設けられ、継手付勢手段が前記ボルト孔に遊挿されるボルトと該ボルトの軸部に螺合されるナットと前記ボルトの軸部に装着されるスプリングとからなることも好ましい。これにより、被接続管側球面継手と接続管側球面継手とを互いに接近する向きに付勢しながらしっかりと連結することが可能になる。

以上のように、本発明の管の継手構造は、接続管が、被接続管、被接続管側球面継手、接続管側球面継手のいずれにも固定されないものであるために、継手部に十分な可捩性を付与することができるものである。また、被接続管側球面継手と接続管側球面継手とが互いを接近させる向きに付勢しながら連結する継手付勢手段によって連結されているために、継手部の屈撓性や伸縮性に優れたものである。さらに、継手部のシール性を維持することも可能なものである。このため、管や継手の製造コストや取付に必要なスペースを削減することが可能になる。さらにまた、接続管の管端や係止フランジが接続管の管端や被接続管側球面継手の内周部に当接しない構造となっているために、継手部の磨耗や破損を防止できるものとなっている。

以下、本発明を、図面を用いてより具体的に説明する。図１は、本発明の管の継手構造を示した一部破断側面図である。図２は、図１に示す管の継手構造を接続管側から見た正面図である。

本発明の管の継手構造は、図１に示すように、１対の球面シールリング30，40と被接続管側球面継手50と接続管側球面継手60と継手付勢手段70とを用いて、接続管10を被接続管20に連結するものである。接続管10の管端12から所定距離を隔てた位置には係止フランジ11が形成されており、係止フランジ11の両側には１対の球面シールリング30，40が係止されている。１対の球面シールリング30，40は、継手付勢手段70によって互いに接近する向きに付勢された被接続管側球面継手50と接続管側球面継手60とによって挟み込まれており、係止フランジ11の両側に圧接された状態となっている。

係止フランジ11は、接続管10の管端部周辺の周壁を外方に突出させることによって形成されたものとなっており、接続管10の外周面の全周部にわたって設けられている。本実施態様において、係止フランジ11は、接続管10の外周面に垂直になっている。係止フランジ11の内側に形成された内溝の両壁面は互いに当接しており、係止フランジ11は球面シールリング30，40をより強固に係止できるものとなっている。この係止フランジ11は、球面シールリング30，40を係止するだけでなく、接続管10が矢印ｃ（図１参照。）の向きに引っ張られた場合に、接続管10が接続管側球面継手60から抜け落ちるのを防止する役割をも有している。

接続管10の管端12から係止フランジ11までの距離（以下、Lとする。）は、接続管10の太さや用途によっても異なり、特に限定されるものではないが、接続管10が自動車に一般的に使用される排気管である場合には、通常15〜20ｍｍに設定される。Lが15ｍｍ未満であると、係止フランジ11の管端12側に球面シールリング30を係止できなくなるおそれがあり、Lが20ｍｍを超えると、継手部に屈撓性を付与するのが困難になるおそれがあるためである。

１対の球面シールリング30，40は、外周部の少なくとも一部（肩部）に球帯面が形成されたものとなっている。球面シールリング30，40の材質は、通常、ステンレス製の芯材をカーボンを主とする表皮材で覆ったものが使用される。これにより、球面シールリング30，40の耐久性やシール性さらには耐摩耗性を優れたものとすることが可能になる。表皮材には、焼付防止のため、焼付防止コーティングを施してもよい。球面シールリング30，40のうち球面シールリング40についてはシール性維持の機能を特に必要としないため、球面シールリングの構造ならびに材料をセラミックや金属等に変更して使用することもできる。

被接続管側球面継手50と接続管側球面継手60は、球面シールリング30，40に当接する内周部に球帯面が形成された短管状のものとなっている。被接続管側球面継手50と接続管側球面継手60の対向する管端部には、それぞれ連結フランジ51，61が設けられている。連結フランジ51，61には、連結時に同一軸心で一致するボルト孔52，62が設けられている。ボルト孔52，62は、１対の連結フランジ51，61に対して通常2箇所（2組）以上設けられる。ボルト孔52，62を複数個所に設ける場合には、連結フランジ51，61の中心軸に対して回転対称になる位置に設けると、被接続管側球面継手50と接続管側球面継手60をバランスよく連結することができるために好ましい。

被接続管側球面継手50の他方の管端部（連結フランジ51が設けられていない側の管端部）は、被接続管20の管端部に溶接されている。溶接部80は、被接続管側球面継手50の管端部の全周部にわたって設けられており、被接続管20と被接続管側球面継手50との境界から被接続管20の内部を流れる流体が漏れることがないようになっている。これに対し、接続管側球面継手60の他方の管端部（連結フランジ61が設けられていない側の管端部）は、接続管10に対して固定されておらず、接続管10は、接続管側球面継手60や被接続管20に対して図２の矢印ｄ，eの方向に360°回転することが可能になっている。このため、接続管10と被接続管20の継手部は、十分な可捩性を有するものとなっている。

連結フランジ51，61に設けられたボルト孔52，62には、継手付勢手段70が取り付けられている。継手付勢手段70は、ボルト71とナット72とコイルスプリング73とからなっている。ボルト71は軸部がボルト孔52，62に遊挿されており、ナットはボルト71の軸部先端に螺合されている。また、コイルスプリング73はボルト71の軸部に装着されている。従って、接続管10は被接続管20に対して矢印ａ，ｂ，ｃ（図１参照。）の方向に動くことが可能になっている。このため、接続管10と被接続管20の継手部は、優れた屈撓性と伸縮性を有するものとなっている。本実施態様において、コイルスプリング73は、ボルト71の頭部と連結フランジ61との間に配しているが、これに限定されるものではなく、ナット72と連結フランジ51との間に配してもよい。また、継手付勢手段70を取り付ける向きは図１と反対であってもよい。

図３は、本発明の管の継手構造の他の例を示した一部破断側面図である。この継手構造において、被接続管側球面継手50は、被接続管20の管端部に一体的に成形された固定拡径部53と固定拡径部53の外周部を覆う可動拡径部54とからなっている。これにより、継手部の屈撓性や可捩性をさらに優れたものとすることができる。球面シールリング30の外周部に形成された球帯面は、固定拡径部53の内周部に形成された球帯面に当接しており、固定拡径部53の外周部に形成された球帯面は、可動拡径部54の内周部に形成された球帯面に当接している。

本発明の管の継手構造は、液体移送管（移送する流体が液体である管）を連結する際にも用いることができ、各種の管を連結するのに用いることができるものであるが、気体移送管（移送する流体が気体である管）の連結に用いるものとして好適なものである。具体的には、排気管や給気管の連結に用いるものとして好適なものである。排気管や給気管は、内燃機関やエアコンプレッサ等の振動を伴う装置に取り付けられるのが一般的であり、該装置の振動に誘発されて振動することが多いためである。なかでも、自動車の排気管の連結に用いるものとして好適なものである。自動車では、エンジン等の内燃機関だけでなく、路面や空気抵抗の影響を受けて車体も振動するために、エンジンの固有振動数が車体の固有振動数と一致した場合には、排気管を通じて共振が起こり、車内の振動の振幅やそれに伴う騒音がさらに大きくなるおそれがあるためである。

本発明の管の継手構造を示した一部破断側面図である。図１に示す管の継手構造を接続管側から見た正面図である。本発明の管の継手構造の他の例を示した一部破断側面図である。従来の管の継手構造を示した一部破断側面図である。従来の他の管の継手構造を示した一部破断側面図である。

符号の説明

１０接続管
１１係止フランジ
１２管端
２０被接続管
２２管端
３０球面シールリング
４０球面シールリング
５０被接続管側球面継手
５１連結フランジ
５２ボルト孔
５３固定拡径部
５４可動拡径部
６０接続管側球面継手
６１連結フランジ
６２ボルト孔
７０継手付勢手段
７１ボルト
７２ナット
７３コイルスプリング
８０溶接部
１００排気管
１０１排気管
１０２シールリング
１０３固定継手
１０４固定球面継手
１０５継手付勢手段
１０６溶接部
１０７溶接部
１１１排気管
１１２排気管
１１３ベローズ
１１４溶接部

Claims

接続管の管端部に形成された係止フランジに１対の球面シールリングが係止され、被接続管の管端部に設けられた被接続管側球面継手と該被接続管側球面継手に連結された接続管側球面継手とによって前記１対の球面シールリングが挟み込まれてなる管の継手構造において、
係止フランジが接続管の管端から所定距離を隔てた位置に形成され、１対の球面シールリングが係止フランジの両側に配され、被接続管側球面継手と接続管側球面継手とが継手付勢手段によって互いに接近する向きに付勢されながら連結され、
接続管側球面継手が接続管に対して固定されずに接続管が被接続管に対してその中心軸回りに３６０°回転可能な構造とされ、
接続管の管端部と被接続管側球面継手との間に隙間が設けられて接続管が被接続管側球面継手に接触しない構造とされたことを特徴とする管の継手構造。
係止フランジが接続管の周壁を外方に突出させることによって形成されたものであり、係止フランジの内側に形成された内溝の両壁面が互いに当接してなる請求項１記載の管の継手構造。
被接続管側球面継手と被接続管とが別個に成形され、被接続管側球面継手が被接続管の管端部に溶接されてなる請求項１又は２記載の管の継手構造。
被接続管側球面継手が、被接続管の管端部に一体的に成形された固定拡径部と該固定拡径部の外周部を覆う可動拡径部とからなる請求項１又は２記載の管の継手構造。
被接続管側球面継手及び接続管側球面継手の外周部に１対の連結フランジが設けられ、各連結フランジには同一軸心のボルト孔が設けられ、前記継手付勢手段が前記ボルト孔に遊挿されるボルトと該ボルトの軸部に螺合されるナットと前記ボルトの軸部に装着されるスプリングとからなる請求項１〜４いずれか記載の管の継手構造。