JP2014009797A - 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自動車本体の振動に起因して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揺動の等方性を確保した上で、部品点数の低減やコンパクト化を図れ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、アウタケース６と、インナケース８と、アウタケース６の内周面９及びインナケース８の外周面１１に対面したシール体１３と、アウタケース６の内周面９及びインナケース８の外周面１１に対面したシール体１６と、アウタケース６及びインナケース８間に配設されていると共に、シール体１３及び１６をＸ方向においてアウタケース６及びインナケース８のうちの一方に向かって弾性的に付勢しているウエイブスプリング１７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、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インナケース、アウタケース、緩衝部材等の部材が経時劣化を生じると、各部材間に隙間が生じて当該各部材同士で衝突し、異音が発生する虞がある。

また、斯かる球面排気管継手では、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した上で、部品点数の低減や排気系システムに対する取付位置の自由度を拡大するためにコンパクト化が望まれる。

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自動車本体の振動に起因して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した上で、部品点数の低減やコンパクト化を図れて低廉化や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たアウタケースと、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、径方向においてアウタケースに隙間をもって対面するインナケースと、上流側において前記隙間に配されていると共に、アウタケースの内周面に対面した外周面及びこの外周面に対向し且つインナケースの外周面に対面した内周面を有した環状の第一シール体と、第一シール体よりも下流側において前記隙間に配されていると共に、アウタケースの内周面に対面した外周面及びこの外周面に対向し且つインナケースの外周面に対面した内周面を有した環状の第二シール体と、アウタケース及びインナケース間に配設されていると共に、第一シール体及び第二シール体を軸方向においてアウタケース及びインナケースのうちの一方に向かって弾性的に付勢している弾性付勢部材とを具備しており、第一シール体の外周面が凸球面状である場合には、アウタケースの内周面には、当該第一シール体の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座が形成されており、第一シール体の内周面が凹球面状である場合には、インナケースの外周面には、当該第一シール体の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座が形成されており、第二シール体の外周面が凸球面状である場合には、アウタケースの内周面には、当該第二シール体の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座が形成されており、第二シール体の内周面が凹球面状である場合には、インナケースの外周面には、当該第二シール体の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座が形成されている。

本発明の球面排気管継手によれば、特に、アウタケース及びインナケース間に配設されていると共に、第一シール体及び第二シール体を軸方向においてアウタケース及びインナケースのうちの一方に向かって弾性的に付勢している弾性付勢部材を具備しているために、自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく自動車本体の振動に起因して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。また、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、弾性付勢部材は、環状のウエイブスプリング（波形スプリング）からなっていてもよく、斯かる場合には、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均一に伝達することができる。

本発明の球面排気管継手では、第一シール体の凸球面状の外周面若しくは凹球面状の内周面及び第二シール体の凸球面状の外周面若しくは凹球面状の内周面の夫々の球芯は同一であっても、異なっていてもよい。

本発明の球面排気管継手では、弾性付勢部材は、軸方向において第一シール体及びインナケース間に介在されていると共に軸方向において第一シール体をアウタケースに向かって弾性的に付勢していてもよく、軸方向において第二シール体及びインナケース間に介在されていると共に軸方向において第二シール体をアウタケースに向かって弾性的に付勢していてもよく、軸方向において第一シール体及びアウタケース間に介在されていると共に軸方向において第一シール体をインナケースに向かって弾性的に付勢していてもよく、軸方向において第二シール体及びアウタケース間に介在されていると共に軸方向において第二シール体をインナケースに向かって弾性的に付勢していてもよい。

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一方の排気管の管端部に固着された第一アウタケースと、軸方向における一端で第一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インナケース又は前記他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。

上述の第一アウタケースの他端の外周面及び内周面のうちの一方並びに上述の第二アウタケースの一端の内周面及び外周面のうちの一方には、夫々互いに螺合している螺合部が形成されていてもよく、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アウタケース及び第二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、軸方向における弾性付勢部材へのプリロードを調整することができ、また、球面排気管継手の使用によって第一シール体、第二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、第一シール体及び第二シール体のシール座に対する接触状態並びに第一シール体及び第二シール体によるガスシールを良好な状態に保ち得る。

上述の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、溶接されてもよい。

上述の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てもよい。

上述の第一アウタケースの他端には、環状の鍔部が形成されており、上述の第二アウタケースの一端には、第一アウタケースの鍔部よりも軸方向において当該第一アウタケースの一端側に位置している環状の鍔部が形成されており、第一アウタケースの鍔部及び第二アウタケースの鍔部間には、弾性付勢部材が介在されていてもよい。斯かる場合には、弾性付勢部材を熱源としての上流側排気管及び下流側排気管から径方向に離反させることができて、熱源の温度変化に影響され難い弾性付勢部材の弾性特性を得ることができる。

本発明の球面排気管継手では、インナケース及び当該インナケースが固着された前記他方の排気管間には、断熱用隙間が形成されていてもよく、また、径方向におけるインナケース及び当該インナケースが固着された前記他方の排気管間には、断熱材が介在されていてもよい。斯かる場合には、上流側排気管及び下流側排気管からインナケース、第一シール体、第二シール体、弾性付勢部材等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、第一シール体及び第二シール体は、軸方向に直交する線において線対称であってもよい。

本発明の球面排気管継手では、第一シール体及び第二シール体の外周面が凸球面状であり、アウタケースの内周面には当該第一シール体及び第二シール体の凸球面状の外周面の夫々に対面している凹球面状のシール座が形成されており、第一シール体の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座及び第二シール体の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座は、軸方向に直交する線において線対称であってもよい。

本発明の球面排気管継手では、第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の外周面が凸球面状であり、アウタケースの内周面には前記第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座が形成されており、第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の凸球面状の外周面は、その曲率半径が当該凹球面状のシール座の曲率半径よりも小さくなるように形成されていてもよく、斯かる場合には、第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方は、アウタケースの凹球面状のシール座に線接触することになる。

本発明の球面排気管継手では、第一シール体及び第二シール体の凸球面状の外周面は、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。

第一シール体及び第二シール体の内周面が凹球面状であり、インナケースの外周面には当該第一シール体及び第二シール体の凹球面状の内周面の夫々に対面している凸球面状のシール座が形成されており、第一シール体の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座及び第二シール体の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座は、軸方向に直交する線において線対称であってもよい。

本発明の球面排気管継手では、第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の内周面が凹球面状であり、インナケースの外周面には前記第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座が形成されており、第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の凹球面状の内周面は、その曲率半径が前記凸球面状のシール座の曲率半径よりも大きくなるように形成されていてもよく、斯かる場合には、第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方は、インナケースの凸球面状のシール座に線接触することになる。

本発明の球面排気管継手では、第一シール体及び第二シール体の凹球面状の内周面は、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、第一シール体及び第二シール体は、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自動車本体の振動に起因して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した上で、部品点数の低減やコンパクト化を図れて低廉化や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に示す例のアウタケースを一部省略した説明図である。 図３は、図１に示す例を上流側から見た説明図である。 図４は、図１に示す例の主にウエイブスプリングの説明図である。 図５の（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す例のアウタケースの一部説明図である。 図６は、本発明の実施の形態の他の例の一部縦断面説明図である。 図７は、本発明の実施の形態の更に他の例の一部縦断面説明図である。 図８は、本発明の実施の形態の更に他の例の一部縦断面説明図である。 図９は、本発明の実施の形態の更に他の例の一部縦断面説明図である。

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の円筒状の管端部３に軸方向としてのＸ方向に間隔をもって対向して配置された円筒状の管端部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、本例では下流側排気管５の管端部４に固着されたアウタケース６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、本例では上流側排気管２の管端部３に固着されていると共に、径方向においてアウタケース６に隙間７をもって対面するインナケース８と、上流側において隙間７に配されていると共に、アウタケース６の内周面９に対面した外周面１２及び外周面１２に対向し且つインナケース８の外周面１１に対面した内周面１０を有した円環状のシール体１３と、シール体１３よりも下流側において隙間７に配されていると共に、アウタケース６の内周面９に対面した外周面１５及び外周面１５に対向し且つインナケース８の外周面１１に対面した内周面１４を有した円環状のシール体１６と、アウタケース６及びインナケース８間に配設されていると共に、シール体１３及び１６をＸ方向においてアウタケース６及びインナケース８のうちの一方、本例ではアウタケース６に向かって弾性的に付勢している弾性付勢部材としての円環状のウエイブスプリング（波形スプリング）１７とを具備している。

アウタケース６は、Ｘ方向における端部（一端）２１で下流側排気管５の管端部４に固着された第一アウタケース２３（以下、アウタケース２３と称する。）と、Ｘ方向における端部（一端）２４でアウタケース２３のＸ方向における端部（他端）２２に連結されていると共に、Ｘ方向における端部（他端）２５がインナケース８に対して径方向の隙間２７をもって配されている第二アウタケース２６（以下、アウタケース２６と称する。）とを具備している。

アウタケース２３は、下流側排気管５の管端部４に溶接等により端部２１が固着されている小径円筒部３１と、小径円筒部３１よりも上流側に配されている大径円筒部３２と、Ｘ方向において小径円筒部３１及び大径円筒部３２間に配されて当該小径円筒部３１及び大径円筒部３２に一体的に連結されている部分球状部３３とを具備しており、部分球状部３３の内周面３４には、シール体１６の凸球面状の外周面１５に対面している凹球面状のシール座３５が形成されている。小径円筒部３１は、その内周面４１で下流側排気管５の管端部４の外周面４２に接合し、溶接等によって固着されている。シール座３５は、本例ではシール体１６の凸球面状の外周面１５に対して相補的な形状を有している。

アウタケース２６は、端部２４がアウタケース２３の大径円筒部３２の端部２２にレーザー溶接によって連結されている大径円筒部３６と、大径円筒部３６よりも上流側に配されて当該大径円筒部３６に一体的に連結されている部分球状部３７とを具備しており、部分球状部３７の内周面３８には、シール体１３の凸球面状の外周面１２に対面している凹球面状のシール座３９が形成されている。大径円筒部３６は、その内周面４３でアウタケース２３の大径円筒部３２の外周面４４に接合し、レーザー溶接によって固着されている。シール座３９は、本例ではシール体１３の凸球面状の外周面１２に対して相補的な形状を有している。シール座３５及び３９は、互いに同一の球芯Ｏを有している。

アウタケース２３及び２６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５の（ａ）に示すように、大径円筒部３２の端部２２における外周面４４及び大径円筒部３６の端部２４における内周面４３の夫々に互いに螺合している螺合部４５及び４６が形成されていてもよく、螺合部４５及び４６の一方が雄ねじからなり、当該他方が雌ねじ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４５及び４６の螺合調整を行うことにより、アウタケース２６のアウタケース２３に対するＸ方向における相対位置を調整することができ、これにより、Ｘ方向におけるウエイブスプリングへのプリロードを簡単に調整することができ、また、例えば球面排気管継手１の使用によってシール体１３及び１６等に経時劣化が生じた際にも前記螺合調整によるウエイブスプリングへのプリロードの再調整を行うことで、シール体１３及び１６のシール座３５及び３９に対する接触状態並びにシール体１３及び１６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ウエイブスプリングへの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４５及び４６の初期の螺合調整後にアウタケース２３の端部２２及びアウタケース２６の端部２４を溶接等により固着してもよい。

また、アウタケース２３及び２６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５の（ｂ）に示すように、アウタケース２３の端部２２及びアウタケース２６の端部２４の夫々にフランジ４７及び４８を形成し、当該フランジ４７及び４８をボルト４９及びナット５０により締結することによってアウタケース２３及び２６を連結してもよい。

インナケース８は、アウタケース６に対して径方向の隙間７をもって対面していると共に、上流側排気管２に対して径方向の断熱用隙間５１をもって対面している円筒部５２と、円筒部５２の下流側の一端５３よりも下流側に位置していると共に上流側排気管２の管端部３における外周面６１に溶接等により固着された円筒状の小径端部５４を有していると共に円筒部５２の一端５３及び小径端部５４を一体的に連結しているテーパー状筒部５５と、円筒部５２の上流側の他端５６に当該他端５６から径方向内側に伸びた円環状連結部５７を介して一体的に連結されていると共に上流側排気管２の外周面６１に溶接等により固着されている小径円筒部５８と、Ｘ方向において一端５３及び他端５６から離反した円筒部５２の中間部に配されて径方向外側に突出して形成されていると共にウエイブスプリング１７に当接する円環状の当接面５９を有している円環状突出部６０とを具備している。上流側から下流側に向かって漸次縮径しているテーパー状筒部５５の外周面６２は、平坦であってもよく、また、凸球面状であってもよい。円環状突出部６０は、上流側から下流側に向かってテーパー状に漸次縮径している。当接面５９は、Ｘ方向に直交する面と平行である。Ｘ方向において円環状連結部５７及び当接面５９間に位置する円筒部５２の外周面６３には、シール体１３の内周面１０が当接している。

円筒部５２、テーパー状筒部５５及び円環状突出部６０は、アウターケース６に対して径方向の隙間７をもって配されていると共に、上流側排気管２の外周面６１に対して径方向の断熱用隙間５１をもって配されており、小径円筒部５８の外周面６４は、アウタケース２６の端部２５に対して径方向の隙間２７をもって配されている。

シール体１３及び１６は、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。

本例では球帯状のシール体１３は、アウタケース２６の凹球面状のシール座３９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凸球面状の上述の外周面１２と、円筒部５２の外周面６３に相補的な形状を有していると共に当該外周面６３に接触している上述の内周面１０と、Ｘ方向において互いに対向している一対の円環状端面６５及び６６とを具備している。上流側の円環状端面６５は下流側の円環状端面６６に対して小径である。円環状端面６６は、ウエイブスプリング１７に当接していると共にＸ方向においてウエイブスプリング１７を間にして当接面５９に対面している。

本例では球帯状のシール体１６は、アウタケース２３の凹球面状のシール座３５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凸球面状の上述の外周面１５と、テーパー状筒部５５の外周面６２に相補的な形状を有していると共に当該外周面６２に接触している上述の内周面１４と、Ｘ方向において互いに対向している一対の円環状端面６７及び６８とを具備している。シール体１３の外周面１２及びシール体１６の外周面１５の夫々の球芯Ｏは同一である。

ウエイブスプリング１７は、例えば図４に示すように、円周方向において波形に形成されている。斯かるウエイブスプリング１７は、本例では、Ｘ方向においてシール体１３の円環状端面６６及びインナケース８の当接面５９間に介在されており、Ｘ方向においてシール体１３の外周面１２をアウタケース２６のシール座３９に向かって弾性的に付勢していると共に、シール体１３及びアウタケース２６を介してＸ方向においてシール体１６の外周面１５をアウタケース２３のシール座３５に向かって弾性的に付勢している。ウエイブスプリング１７は、シール体１３の円環状端面６６に当接している複数の当接部７１が円周方向において等間隔をもって配置されていると共に、インナケース８の当接面５９に当接している複数の当接部７２が円周方向において等間隔をもって配置されており、これにより、複数の当接部７１及び７２を介して円環状端面６６及び当接面５９に弾性付勢力を円周方向において均一に伝達することができ、前記両付勢力は互いに同一であり、前記付勢によりシール体１３及びアウタケース２６の接触状態並びにシール体１６及びアウタケース２３の接触状態を良好に保つことができる。また、斯かるウエイブスプリング１７は、例えばコイルスプリングに対して伸縮方向の長さが短く形成されるので、球面排気管継手１のＸ方向における寸法を小さくすることができ、ウエイブスプリング１７自体がアウタケース６及びインナケース８間の隙間７に配設されているので、球面排気管継手１の径方向における寸法を小さくすることができる。

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の相対的な揺動は、アウタケース２３のシール座３５とシール体１６の外周面１５との摺動及びアウタケース２６のシール座３９とシール体１３の外周面１２との摺動によって等方性をもって許容される。

ここで、アウタケース２３のシール座３５とシール体１６の外周面１５との摺動及びアウタケース２６のシール座３９とシール体１３の外周面１２との摺動の繰り返し等により、シール体１３及び１６の外周面１２及び１５等に経時劣化が生じたとしても、ウエイブスプリング１７の弾性付勢力により、アウタケース２３のシール座３５とシール体１６の外周面１５との接触状態及びアウタケース２６のシール座３９とシール体１３の外周面１２との接触状態が良好に保たれる。

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のうちの一方としての下流側排気管５の管端部４に固着されたアウタケース６と、上流側排気管２及び下流側排気管５のうちの他方としての上流側排気管２の管端部３に固着されていると共に、径方向においてアウタケース６に隙間７をもって対面するインナケース８と、上流側において前記隙間７に配されていると共に、アウタケース６の内周面９に対面した外周面１２及び外周面１２に対向し且つインナケース８の外周面１１に対面した内周面１０を有した環状のシール体１３と、シール体１３よりも下流側において前記隙間７に配されていると共に、アウタケース６の内周面９に対面した外周面１５及び外周面１５に対向し且つインナケース８の外周面１１に対面した内周面１４を有した環状のシール体１６と、アウタケース６及びインナケース８間に配設されていると共に、シール体１３及び１６をＸ方向においてアウタケース６及びインナケース８のうちの一方に向かって弾性的に付勢している弾性付勢部材としてのウエイブスプリング１７とを具備しており、シール体１３の外周面１２が凸球面状であり、アウタケース６の内周面９には、当該外周面１２に対面している凹球面状のシール座３９が形成されており、シール体１６の外周面１５が凸球面状であり、アウタケース６の内周面９には、当該外周面１５に対面している凹球面状のシール座３５が形成されているために、自動車の加減速やエンジンの回転等に基づく自動車本体の振動に起因して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６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（図示せず）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。また、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１３及び１６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、弾性付勢部材が環状のウエイブスプリング１７からなっているために、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１７に接触する相手部材への付勢力を円周方向において均一に伝達することができる。

球面排気管継手１によれば、アウタケース６は、Ｘ方向における端部２１で下流側排気管５の管端部４に固着されたアウタケース２３と、Ｘ方向における端部２４でアウタケース２３のＸ方向における端部２２に連結されていると共に、Ｘ方向における端部２５がインナケース８又は上流側排気管２に対して径方向の隙間２７をもって配されているアウタケース２６とを具備しているために、球面排気管継手１の組み立てを容易にし得る。

球面排気管継手１によれば、インナケース８及び当該インナケース８が固着された上流側排気管２間には、断熱用隙間５１が形成されているために、上流側排気管２及び下流側排気管５からインナケース８、シール体１３、シール体１６、ウエイブスプリング１７等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。

上述の球面排気管継手１では、例えばシール体１３及び１６の外周面１２及び１５のうちの少なくとも一方は、その曲率半径が対応のシール座３５及び３９のうちの少なくとも一方の曲率半径よりも小さくなるように形成されていてもよい。

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６に示すように構成されてもよい。図６に示す球面排気管継手１では、後述の構成を除いて図１から図３に示す球面排気管継手１と同一構成であり、アウタケース２３の大径円筒部３２は、アウタケース２６の大径円筒部３６よりも径方向において外側に位置するように形成されており、インナケース８は、その円筒部５２及び円環状突出部６０がＸ方向において逆向きに形成されており、シール体１３及び１６もまたＸ方向において逆向きに配置されて、シール体１３の外周面１２がアウタケース２３のシール座３５に、シール体１６の外周面１５がアウタケース２６のシール座３９に夫々摺動自在に接触しており、ウエイブスプリング１７はシール体１３とインナケース８との間に介在されている。斯かる場合において、シール体１３の外周面１２及びアウタケース２３のシール座３５の夫々の形状は、互いに気密に摺動自在に接触するように形成され、シール体１６の外周面１５及びアウタケース２６のシール座３９の夫々の形状は、互いに気密に摺動自在に接触するように形成される。

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７に示すように構成されてもよい。図７に示す球面排気管継手１では、後述の構成を除いて図１から図３に示す球面排気管継手１と同一構成であり、アウタケース６ａが上流側排気管２の管端部３に固着されており、インナケース８ａが下流側排気管５の管端部４に固着されており、シール体１３ａ及び１６ａは、球帯状であって、球芯Ｏが同一であり、しかも、Ｘ方向において直交する方向に伸びていると共に球芯Ｏを通る線４０において線対称に形成されており、インナケース８ａと下流側排気管２との間には断熱材７５が介在されている。インナケース８ａは、下流側排気管５に溶接等により固着されている小径円筒部５８ａと、アウタケース６ａに対して隙間７をもって配されていると共に下流側排気管５に対して断熱材７５が介在される断熱用隙間５１ａをもって配されており且つ小径円筒部５８ａに円環状連結部５７ａを介して一体的に連結されている円筒部５２ａと、円筒部５２ａのＸ方向における両端から離反した中間部に配されて径方向外側に突出形成された円環状突出部６０ａとを具備しており、円環状突出部６０ａは、ウエイブスプリング１７に当接している当接面５９ａと、シール体１６ａの円環状端面６７ａが当接している円環状の当接面７６とを具備している。シリカ等からなる断熱材７５は、円筒状であり、下流側排気管２の外周面６１に外装されており、その一部が径方向においてシール体１３ａ及び下流側排気管２間並びにシール体１６ａ及び下流側排気管２間に配されている。図７に示す球面排気管継手１においては、ウエイブスプリング１７は、例えば円環状突出部６０ａの当接面７６とシール体１６ａの円環状端面６７ａとの間に介在されていてもよく、また、前記ウエイブスプリング１７に加えて、ウエイブスプリング１７と同様に構成された他のウエイブスプリングが円環状突出部６０ａの当接面７６とシール体１６ａの円環状端面６７ａとの間に介在されていてもよい。図７に示す球面排気管継手１では、断熱材７５を有しているために、上流側排気管２及び下流側排気管５からインナケース８ａ、シール体１３ａ、シール体１６ａ、ウエイブスプリング１７等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。

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８に示すように構成されてもよい。図８に示す球面排気管継手１では、後述の構成を除いて図１から図３に示す球面排気管継手１と同一構成であり、シール体１３ｂは、その内周面１０ｂが凹球面状であり、上流側の円環状端面６５ｂにはウエイブスプリング１７が配される環状凹部８３が形成されており、インナケース８ｂは、内周面１０ｂに対面していると共に当該内周面１０ｂに摺動自在に接触している凸球面状のシール座８１を具備しており、アウタケース２６ｂは、シール体１３ｂの外周面１２ｂに対面する内周面９ｂを有した大径円筒部３６ｂと、大径円筒部３６ｂの上流側の端部に一体的に連結されていると共にインナケース８ｂに対して径方向の隙間２７をもって配され且つウエイブスプリング１７に当接するように径方向内側に伸びた円環状端部８２とを具備している。円環状端部８２は、シール体１３ｂの円環状端面６５ｂにも当接して球面排気管継手１の内部と外気とを遮断している。ここで、ウエイブスプリング１７は、その当接部７１が円環状端部８２に当接し且つその当接部７２が環状凹部８３の底面に当接しており、Ｘ方向においてシール体１３ｂをインナケース８ｂに向かって弾性的に付勢している。このように、球面排気管継手１は、凹球面状の内周面を有するシール体及び当該内周面に対面する凸球面状のシール座を有したインナケースを具備していてもよく、例えば図８に示すシール体１６及びシール座３５等に代えて、凹球面状の内周面を有するシール体及び当該内周面に対面する凸球面状のシール座を具備していてもよく、斯かる場合において、アウタケース２３ｂと前記シール体との間にウエイブスプリング１７が介在され、当該ウエイブスプリング１７がＸ方向において前記シール体をシール座に向かって弾性的に付勢するようになっていてもよく、更に、前記シール体の凹球面状の内周面及び当該内周面に対面している前記凸球面状のシール座並びにシール体１３ｂの内周面１０ｂ及び当該内周面１０ｂに対面しているシール座８１は、線４０において線対称であってもよく、更にまた、両シール体の凹球面状の内周面は、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。
加えて、前記シール体の凹球状の内周面は、その曲率半径が前記インナケースの凸球面状のシール座の曲率半径よりも大きくなるように形成されていてもよい。

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９に示すように構成されてもよい。図９に示す球面排気管継手１では、後述の構成を除いて図１から図３に示す球面排気管継手１と同一構成であり、ウエイブスプリング１７はシール体１３及びインナケース８間から除かれ、アウタケース２３の端部２２には、環状の鍔部９１が形成されており、アウタケース２６の端部２４には、鍔部９１よりもＸ方向において当該アウタケース２３の端部２１側に位置している環状の鍔部９２が形成されており、鍔部９１及び９２間には、ウエイブスプリング１７ｃが介在されている。斯かる図９に示す球面排気管継手１によれば、ウエイブスプリング１７ｃを熱源としての上流側排気管２及び下流側排気管５から径方向に離反させることができて、熱源の温度変化に影響され難いウエイブスプリング１７ｃの弾性特性を得ることができる。

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
６ アウタケース
８ インナケース
１３、１３ａ、１３ｂ、１６、１６ａ シール体
１７、１７ｃ ウエイブスプリング

Claims (22)

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たアウタケースと、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、径方向においてアウタケースに隙間をもって対面するインナケースと、上流側において前記隙間に配されていると共に、アウタケースの内周面に対面した外周面及びこの外周面に対向し且つインナケースの外周面に対面した内周面を有した環状の第一シール体と、第一シール体よりも下流側において前記隙間に配されていると共に、アウタケースの内周面に対面した外周面及びこの外周面に対向し且つインナケースの外周面に対面した内周面を有した環状の第二シール体と、アウタケース及びインナケース間に配設されていると共に、第一シール体及び第二シール体を軸方向においてアウタケース及びインナケースのうちの一方に向かって弾性的に付勢している弾性付勢部材とを具備しており、第一シール体の外周面が凸球面状である場合には、アウタケースの内周面には、当該第一シール体の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座が形成されており、第一シール体の内周面が凹球面状である場合には、インナケースの外周面には、当該第一シール体の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座が形成されており、第二シール体の外周面が凸球面状である場合には、アウタケースの内周面には、当該第二シール体の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座が形成されており、第二シール体の内周面が凹球面状である場合には、インナケースの外周面には、当該第二シール体の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座が形成されている球面排気管継手。
2. 弾性付勢部材は、環状のウエイブスプリングからなる請求項１に記載の球面排気管継手。
3. 第一シール体の凸球面状の外周面若しくは凹球面状の内周面及び第二シール体の凸球面状の外周面若しくは凹球面状の内周面の夫々の球芯は同一であるか、又は異なっている請求項１又は２に記載の球面排気管継手。
4. 弾性付勢部材は、軸方向において第一シール体及びインナケース間に介在されており、軸方向において第一シール体をアウタケースに向かって弾性的に付勢している請求項１から３のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
5. 弾性付勢部材は、軸方向において第二シール体及びインナケース間に介在されており、軸方向において第二シール体をアウタケースに向かって弾性的に付勢している請求項１から３のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
6. 弾性付勢部材は、軸方向において第一シール体及びアウタケース間に介在されており、軸方向において第一シール体をインナケースに向かって弾性的に付勢している請求項１から３のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
7. 弾性付勢部材は、軸方向において第二シール体及びアウタケース間に介在されており、軸方向において第二シール体をインナケースに向かって弾性的に付勢している請求項１から３のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
8. アウタケースは、軸方向における一端で前記一方の排気管の管端部に固着された第一アウタケースと、軸方向における一端で第一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インナケース又は前記他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アウタケースとを具備している請求項１から７のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
9. 第一アウタケースの他端の外周面及び内周面のうちの一方並びに第二アウタケースの一端の内周面及び外周面のうちの一方には、夫々互いに螺合している螺合部が形成されている請求項８に記載の球面排気管継手。
10. 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８又は９に記載の球面排気管継手。
11. 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８又は９に記載の球面排気管継手。
12. 第一アウタケースの他端には、環状の鍔部が形成されており、第二アウタケースの一端には、第一アウタケースの鍔部よりも軸方向において当該第一アウタケースの一端側に位置している環状の鍔部が形成されており、第一アウタケースの鍔部及び第二アウタケースの鍔部間には、弾性付勢部材が介在されている請求項８に記載の球面排気管継手。
13. インナケース及び当該インナケースが固着された前記他方の排気管間には、断熱用隙間が形成されている請求項１から１２のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
14. 径方向におけるインナケース及び当該インナケースが固着された前記他方の排気管間には、断熱材が介在されている請求項１から１３のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
15. 第一シール体及び第二シール体は、軸方向に直交する線において線対称である請求項１から１４のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
16. 第一シール体及び第二シール体の外周面が凸球面状であり、アウタケースの内周面には当該第一シール体及び第二シール体の凸球面状の外周面の夫々に対面している凹球面状のシール座が形成されており、第一シール体の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座及び第二シール体の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座は、軸方向に直交する線において線対称である請求項１から５のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
17. 第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の外周面が凸球面状であり、アウタケースの内周面には前記第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の凸球面状の外周面に対面している凹球面状のシール座が形成されており、第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の凸球面状の外周面は、その曲率半径が当該凹球面状のシール座の曲率半径よりも小さくなるように形成されている請求項１又は２に記載の球面排気管継手。
18. 第一シール体及び第二シール体の凸球面状の外周面は、固体潤滑剤を含む潤滑すべり層の露出面である請求項１６又は１７に記載の球面排気管継手。
19. 第一シール体及び第二シール体の内周面が凹球面状であり、インナケースの外周面には当該第一シール体及び第二シール体の凹球面状の内周面の夫々に対面している凸球面状のシール座が形成されており、第一シール体の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座及び第二シール体の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座は、軸方向に直交する線において線対称である請求項１から３並びに６及び７のいずれか一項に記載の球面排気管継手。
20. 第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の内周面が凹球面状であり、インナケースの外周面には前記第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の凹球面状の内周面に対面している凸球面状のシール座が形成されており、第一シール体及び第二シール体のうちの少なくとも一方の凹球面状の内周面は、その曲率半径が前記凸球面状のシール座の曲率半径よりも大きくなるように形成されている請求項１又は２に記載の球面排気管継手。
21. 第一シール体及び第二シール体の凹球面状の内周面は、固体潤滑剤を含む潤滑すべり層の露出面である請求項１９又は２０に記載の球面排気管継手。
22. 第一シール体及び第二シール体は、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２１のいずれか一項に記載の球面排気管継手。

Images