JPH11325355A - 管体のボールジョイント機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡易な構造で、シール性を確保しながらも、摺
動異音の発生を効果的に抑制することのできる管体のボ
ールジョイント機構を提供する。 【解決手段】上流側排気管２の端部に設けられたシール
リング８と、下流側排気管３の端部に設けられ、シール
リング８と摺動可能に当接する凹球面７を有するシール
座６とから構成されるボールジョイント機構１によっ
て、両排気管２，３は回動可能に連結されている。シー
ルリング８の外周面にあって凹球面７と当接する接触部
１２は、上流側排気管２の軸からの凹球面７の球心周り
に約４５°となる位置に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管体同士を回動可
能に連結するボールジョイント機構に関するものであ
り、特に内燃機関の排気管の連結に用いて好適なボール
ジョイント機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５に自動車の排気通路の構成を示す。
内燃機関の各気筒（図示しない）で発生した排気ガスが
通る排気通路は、排気マニホールド２０にて１つの通路
にまとめられ、排気管２２，排気管２３を通じて触媒コ
ンバータ２４に送られる。そして、この触媒コンバータ
２４で浄化された排気ガスは、さらに排気管２５，排気
管２６を介して消音器（マフラ）２７へと送られ、この
消音器２７を通じて大気中に放出される。これら各排気
管２２，２３，２５，２６及び触媒コンバータ２４、消
音器２７は、複数のサポート部材２８によって車体下部
に吊り下げられるかたちで取り付けられている。

【０００３】このため、こうした排気通路にあって、上
記排気マニホールド２０と排気管２２との連結部２９や
排気管２５と排気管２６との連結部３０等の排気管同士
の連結部には、シール性に加え、内燃機関や車体の振動
に対する防振性能も併せて要求されている。そのため、
これらの連結部２９，３０には、例えば特開平９−４１
９５９号公報にみられるように、排気管同士を相対回動
可能に連結することでそれらの振動を吸収するボールジ
ョイント機構が採用されていることが多い。

【０００４】図６（ａ）に上記各連結部に用いられるボ
ールジョイント機構の一例についてその正面構造を、図
６（ｂ）に同ボールジョイント機構の側部断面構造をそ
れぞれ示す。

【０００５】同図６（ａ），（ｂ）に例示するボールジ
ョイント機構２１にあっては、上流側排気管２の端部に
管端１５を残してフランジ４が設けられ、且つ管端１５
の外周にはシールリング８が装着されている。一方、下
流側排気管３の端部には、上記フランジ４と対向するよ
うシール座６が設けられている。このシール座６にあっ
て上記シールリング８と対向する面には、凹球面形状の
曲面（以下、単に「凹球面」という）７が形成されてお
り、この凹球面７によって同シールリング８の外周が被
われている。

【０００６】これらフランジ４及びシール座６は、コイ
ルスプリング１０を介したボルト９及びナット１４によ
って連結されている。コイルスプリング１０は、シール
座６とボルト９のヘッドとの間に圧縮状態で装着されて
いる。コイルスプリング１０の付勢力によりフランジ４
とシール座６とは、シールリング８を挟み込む方向に付
勢されている。

【０００７】こうした構造のボールジョイント機構２１
では、図６（ａ）に示されるように、シールリング８の
外周は接触部１２にてシール座６内周の凹球面７と線接
触するかたちとなる。そしてシールリング８の接触部１
２とシール座６の内周の凹球面７とが摺動することで、
上流側排気管２と下流側排気管３とは該凹球面７の球心
を中心として相対回動可能となる。同ボールジョイント
機構２１にあってはこのような構造を通じて、上流側排
気管２と下流側排気管３との連結にかかる角度のばらつ
きや走行中の内燃機関や車体の振動による両排気管２，
３の軸線の角度変動を吸収するとともに、同連結部にか
かるシール性を確保している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところでこうしたボー
ルジョイント機構２１にあって、上記シールリング８と
シール座６との摺動部は高温の排気ガスに直接さらされ
るため、同摺動部に液体潤滑剤を使用することはできな
い。そこで通常、上記摺動部の潤滑には、グラファイト
や二硫化モリブデンといった固体潤滑剤が用いられてい
る。

【０００９】ただし、こうした固体潤滑剤は、シールリ
ング８とシール座６とが摺動する際、摩耗等によって徐
々に失われてしまう。そして、こうして潤滑性が損なわ
れると、摩擦力が増大して摺動部にスティックが生じ、
摺動異音が発生するようになる。なお、こうした固体潤
滑剤は継続的に追加供給することが困難であるため、一
旦摺動異音が発生するようになるとこれを効果的に抑制
することができなかった。

【００１０】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、簡易な構造でもって、シール性を確保し
ながらも、摺動異音の発生を効果的に抑制することので
きる管体のボールジョイント機構を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、第１の管体の端部周囲に
配されたシールリングをその背後に設けられたフランジ
と同シールリングの前面を被うように第２の管体の端部
周囲に設けられたシール座とで挟み込むように、それら
フランジとシール座とが連結された管体のボールジョイ
ント機構において、前記シール座の内面は球面を有して
形成され、前記シールリングの前面は、前記第１の管体
の軸から前記球面の球心周りに４５°若しくはその近傍
の角度となる位置にて前記シール座の内面と接触するこ
とをその要旨とする。

【００１２】上記構成によれば、摺動部の摩擦力を低減
することでスティックを抑制し、ひいては摺動異音の発
生も抑制することができるようになる。また、請求項２
に記載の発明は、請求項１に記載の管体のボールジョイ
ント機構において、前記シール座の内面と前記シールリ
ングの前面とは線接触されるｋとをその要旨とする。

【００１３】上記構成によれば、シールリングとシール
座との接触面積を小さくすることで接触面圧を高め、ひ
いてはシール性能を向上することができるようになる。
また、請求項３に記載の発明は、第１の管体の端部周囲
に配されたシールリングをその背後に設けられたフラン
ジと同シールリングの前面を被うように第２の管体の端
部周囲に設けられたシール座とで挟み込むように、それ
らフランジとシール座とが連結された管体のボールジョ
イント機構において、前記シールリングの前面は球面を
有して形成され、前記シール座の内面は、前記第２の管
体の軸から前記球面の球心周りに４５°若しくはその近
傍の角度となる位置にて前記シールリングの前面と接触
することをその要旨とする。

【００１４】上記構成によれば、摺動部の摩擦力を低減
することでスティックを抑制し、ひいては摺動異音の発
生も抑制することができるようになる。また、請求項４
に記載の発明は、請求項３に記載の管体のボールジョイ
ント機構において、前記シールリングの前面と前記シー
ル座の内面とは線接触されることをその要旨とする。

【００１５】上記構成によれば、シールリングとシール
座との接触面積を小さくすることで接触面圧を高め、ひ
いてはシール性能を向上することができるようになる。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれ
かに記載の管体のボールジョイント機構において、前記
シールリングの背後と前記フランジとの接触部は、前記
シールリングとシール座との接触部よりも前記管体の径
方向外側に位置してなることをその要旨とする。

【００１６】第１の管体と第２の管体が軸線周りに相対
回動されると、シールリングにはフランジとの摩擦に基
づく回転モーメントとシール座との摩擦に基づく回転モ
ーメントがそれぞれ対向する方向に作用する。そのと
き、シール座側の回転モーメントがフランジ側の回転モ
ーメントよりも大きくなると、シールリングは本来固定
されるている第１の管体の軸周りを相対回動し、その回
動にともなって摺動異音や異常摩耗が発生する。その
点、本発明によれば、フランジとの接触部をシール座と
の接触部よりも径方向外側とすることで、フランジ側の
回転モーメントをシール座側の回転モーメントよりも確
実に大きくすることができ、シールリングシールと第１
の管体との回動を抑制でき、ひいては回動にともなう摺
動異音や異常摩耗の発生を抑制することができるように
なる。

【００１７】また、請求項６に記載の発明は、請求項５
に記載の管体のボールジョイント機構において、前記シ
ールリングの背後と前記フランジとは線接触されること
をその要旨とする。

【００１８】上記構成によれば、シールリングとフラン
ジとの接触面積を小さくすることで接触面圧を高め、ひ
いてはシール性能を向上することができるようになる。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれ
かに記載の管体のボールジョイント機構において、前記
第１及び第２の管体は内燃機関の排気管であることをそ
の要旨とする。

【００１９】内燃機関の排気管用ボールジョイント機構
は、高温の排気ガスに直接さらされる過酷な環境下で使
用されるため、摺動部に十分な潤滑が行えない。その
点、上記構成によれば、シールリングとシール座あるい
はフランジとの接触部の位置関係のみによって摩擦の低
減や回動の抑制を図っているため、こうした排気管用ボ
ールジョイント機構にあっても、容易且つ確実に摺動異
音の抑制を図ることができるようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を具体化した一実
施の形態について説明する。図１に、自動車の排気管
２，３を連結するボールジョイント機構１のシールリン
グ８付近の拡大断面構造を示す。なお、本実施の形態の
ボールジョイント機構１は、シール座６及びフランジ４
とシールリング８との接触態様を除き、先の図６に例示
したボールジョイント機構２１と基本的に同様の構造と
する。

【００２１】先述したように、上流側排気管２の端部に
は、管端１５を残してフランジ４が形成されており、管
端１５の外周にはシールリング８が装着されている。シ
ールリング８は、ステンレス製のワイヤメッシュにグラ
ファイトを浸透させた圧縮成形材等によって構成されて
いる。

【００２２】このシールリング８にあって、上流側排気
管２の先端側外周面は略球面形状となっている。また、
同シールリング８にあって、フランジ４と対向する面
は、上流側排気管２の軸に対して垂直をなす平面が形成
されている。フランジ４にはシールリング８側に向けて
凸部５が突出形成されており、この凸部５の先端とシー
ルリング８の上記平面とが第１接触部１１にて当接して
いる。

【００２３】一方、下流側排気管３の端部には、上記フ
ランジ４と対向するようにシール座６が設けられてい
る。このシール座６にあって上記シールリング８と対向
する面には凹球面７が形成されており、この凹球面７に
よって同シールリング８の外周が被われている。なお、
図５に示したように、フランジ４とシール座６とは、コ
イルスプリング１０によってシールリング８を挟み込む
方向に付勢されている。こうしてシールリング８は、フ
ランジ４とシール座６とによって挟み込まれ、フランジ
４と前記第１接触部１１にて接触するとともに、その外
周面の第２接触部１２にてシール座６の凹球面７と接触
する。

【００２４】この第２接触部１２がシール座６の凹球面
７上を摺動することで、上流側排気管２と下流側排気管
３とは凹球面７の球心Ｏを中心として互いの軸を相対揺
動可能、及び軸周りに相対回動可能となる。

【００２５】なお、フランジ４及びシール座６とシール
リング８の第１接触部１１及び第２接触部１２との接触
は、いずれも円形の線接触（実際には、細い環状の面接
触）となっている。こうして各接触部１１，１２におけ
る接触面積を小さくして接触面圧を高めることで、排気
管２，３の連結部のシール性を高めている。また、接触
面積を小さくすることでコイルスプリング１０の付勢力
が小さくとも十分な接触面圧を得ることができ、シール
性を確保することができるようになる。そのためコイル
スプリング１０の線径を細くできる。更に、ボルト９及
びナット１４、フランジ４、シール座６等に要求される
剛性も低くて済むことから、重量低減や製造コストの削
減を図ることができるようになる。また、シール性を確
保するためには接触面の面精度を高くする必要がある
が、接触面積を小さくすることでこうした高精度の要求
される面の面積も小さくすることができるため、製造を
容易とすることもできるようになる。

【００２６】ところで、本実施の形態のボールジョイン
ト機構１では、上記第２接触部１２が、シールリング８
が装着された上流側排気管２の軸に対して凹球面７の球
心Ｏ周りに約４５°の角度となる位置に形成されてい
る。なお以下では、凹球面７の球心Ｏを中心とした第２
接触部１２と上流側排気管２の軸との角度を「摩擦角度
φ（０≦φ≦９０°）」という。

【００２７】以下に、このような位置に第２接触部１２
を配置する理由を、図２及び図３に基づき説明する。先
述したように本実施の形態のようなボールジョイント機
構１では、シールリング８がシール座６の凹球面７上を
摺動することにより、内燃機関や車体の振動によって生
じる各排気管２，３の軸の角度変位が吸収される。ここ
では、図２に矢印Ａにて矢指するように、上流側排気管
２が凹球面７の球心Ｏを中心として回動される場合にお
ける力学的関係について説明する。なお、同図２は、上
記ボールジョイント機構１における、上流側排気管２の
軸の回動が行われる平面（以下、「回動平面」という）
の断面を示している。

【００２８】同図２において点１２ａ及び点１２ｂは、
上記シールリング８とシール座６とが接触する第２接触
部１２について、上記回動平面における位置を示してい
る。上流側排気管２が矢印Ａの方向に回動するとき、シ
ールリング８にあって同図２の上側半面は同上流側排気
管２の管端１５に押圧され、上記回動平面と平行、且つ
該排気管２の軸と垂直方向に付勢される。このとき第２
接触部１２の図２上側の点１２ａには、軸と垂直方向に
力Ｆが作用する。一方、シールリング８にあって同図２
の下側半面は、フランジ４に押圧され、上流側排気管２
の先端側に向け、軸と平行方向に付勢される。このとき
第２接触部１２の同図２の下側の点１２ｂには、軸と平
行方向に力Ｆが作用する。なお、このとき第２接触部１
２のシールリング８の同図２の上側半面部分全体には、
上記点１２ａと同方向の力Ｆが作用し、下側半面部分全
体には上記点１２ｂと同方向の力Ｆが作用する。これら
の力Ｆは第２接触部１２の内、回動平面上の点１２ａ，
１２ｂで最大値をとるため、ここではこれら点１２ａ及
び点１２ｂでの力学関係のみを考えることとする。

【００２９】まず、上記第２接触部１２の回動平面上の
点１２ａ，１２ｂの内、管端１５からの押圧を受ける点
１２ａについて説明する。この点１２ａに作用する軸に
対して垂直方向の力Ｆを、シールリング８とシール座６
の凹球面７との摩擦面の法線方向の成分、すなわちシー
ルリング８が凹球面７を押圧する力Ｆｎとその水平方向
の成分、すなわちシールリング８を凹球面７に対して摺
動させようとする力Ｆｔとに分解することができる。こ
れら法線方向成分Ｆｎと水平方向成分Ｆｔは、以下の式
（１），（２）で表される。 Ｆｎ＝Ｆｓｉｎφ … （１） Ｆｔ＝Ｆｃｏｓφ … （２） ここでφは、上流側排気管２に対する凹球面７の球心周
りの角度、すなわち摩擦角度であり、先述したように本
実施の形態では４５°となっている。

【００３０】また、摺動時に作用する摩擦抵抗Ｆｆは、
上式（１）より Ｆｆ＝μ・Ｆｎ＝μ・Ｆｓｉｎφ … （３） となる。ここでμは、シールリング８と凹球面７との摩
擦係数である。

【００３１】したがって、点１２ａにおいてシールリン
グ８が凹球面７上を摺動するための条件は、Ｆｔ＞Ｆ
ｆ、すなわち Ｆｃｏｓφ＞μ・Ｆｓｉｎφ … （４） となる、つまり摩擦係数μが μ＜ｃｏｓφ／ｓｉｎφ＝１／ｔａｎφ … （５） となることである。

【００３２】一方、フランジ４からの押圧を受ける点１
２ｂに作用する軸に対して平行方向の力Ｆも、同様にし
て摺動平面の法線方向成分Ｆｎと水平方向成分Ｆｔとに
分解することができる。これら法線方向成分Ｆｎと水平
方向成分Ｆｔは、 Ｆｎ＝Ｆｃｏｓφ … （６） Ｆｔ＝Ｆｓｉｎφ … （７） となり、摺動時の摩擦抵抗Ｆｆは、上式（６）より Ｆｆ＝μ・Ｆｎ＝μ・Ｆｃｏｓφ … （８） となる。ここでμは先述したように、シールリング８と
凹球面７との摩擦係数である。

【００３３】したがって、点１２ｂにおいてシールリン
グ８が凹球面７上を摺動するための条件は、Ｆｔ＞Ｆ
ｆ、すなわち Ｆｓｉｎφ＞μ・Ｆｃｏｓφ … （９） となる、つまり摩擦係数μが μ＜ｓｉｎφ／ｃｏｓφ＝ｔａｎφ … （１０） となることである。

【００３４】以上説明したように、シールリング８と凹
球面７とを摺動させるには、上記点１２ａ，１２ｂがと
もに摺動可能である必要があり、上式（４），（５）及
び（９），（１０）の条件を全て満たしていなければな
らない。すなわち、摩擦係数μが μ＜ｔａｎφ 且つ μ＜１／ｔａｎφ … （１１） が摺動するための条件となる。なお、先述したように第
２接触部１２に作用する力は点１２ａ，１２ｂで最大値
となるため、上記各条件を満たせばシールリング８と凹
球面７とは摺動可能となる。

【００３５】また、上記条件は換言すれば、上式（１
１）に示される条件を満たさない場合、シールリング８
と凹球面７とは摺動不能となり、スティックが発生する
ようになることを意味する。つまり、ｔａｎφ，１／ｔ
ａｎφの内、小さい方の値よりもμが大きくなった場合
にスティックが生じるようになる。以下ではスティック
が生じるようになる摩擦係数μを限界摩擦係数μlimit
とする。このμlimitは以下の式で表される。 μlimit＝ｍｉｎ｛ｔａｎφ，１／ｔａｎφ｝ … （１２） さて、上式（１１）によって示される条件で、μが最大
値を取り得るのは、ｔａｎφ＝１、すなわち本実施の形
態のボールジョイント機構１と同じく摩擦角度φ＝４５
°の場合である。よって、本実施の形態のように摩擦角
度φを４５°とする構成とすることで摺動部の摩擦係数
μを大きくすることができる。これを換言すれば、摩擦
係数μが同じであっても摩擦角度φを４５°とすること
で、限界摩擦係数μlimitと実際の摩擦係数μとの間に
余裕を持たせることができるようになるともいえる。よ
って、スティックの発生を抑制し、円滑に摺動させるこ
とができるようになる。

【００３６】図３に、摩擦角度φと第２接触部１２に作
用する力との関係を示す。なお、同図３では、摩擦角度
φを本実施の形態と同じ４５°としたとき、摩擦角度φ
を４５°よりも大きくしたとき、摩擦角度φを４５°よ
りも小さくしたときの３通りを示している。また、同図
３にあって、曲線７はシール座６の凹球面を、点Ｏはそ
の球心を、それぞれ示している。さらに同図３におい
て、点１２ａ，１２ｂは摩擦角度φ＝４５°のときの、
また点１２ｃ，１２ｄは摩擦角度φを４５°よりも大き
くしたときの、点１２ｅ，１２ｆは摩擦角度φを４５°
よりも小さくしたときの回動平面上における第２接触部
１２の位置をそれぞれ示している。

【００３７】ここで、前記上流側排気管２（図１，図
２）を同図３の矢印Ａにて矢指する方向に回動させる場
合について考える。摩擦角度φを４５°よりも大きくし
た場合（点１２ｃ，１２ｄ）、摩擦角度φが４５°の場
合（点１２ａ，１２ｂ）と比較して、下側の点１２ｄで
は法線方向成分Ｆｎ（＝Ｆｃｏｓφ）が小さく、すなわ
ち摩擦抵抗Ｆｆ（＝μ・Ｆｎ＝μ・Ｆｃｏｓφ）が小さ
くなり、水平方向成分Ｆｔ（＝Ｆｓｉｎφ）が大きくな
るため、摺動し易い状態となる。しかしながら、上側の
点１２ｃでは法線方向成分Ｆｎ（＝Ｆｓｉｎφ）が大き
く、水平方向成分Ｆｔ（＝Ｆｃｏｓφ）が小さくなるた
め、よりスティックが生じ易い状態となってしまう。一
方、摩擦角度φを４５°よりも小さくした場合、先とは
逆に、下側の点１２ｆではスティックが生じ易くなる。

【００３８】このように、摩擦角度φを４５°としたと
きが最もスティックが生じにくく、円滑な摺動が行える
ようになる。また、同図３からも明らかなように、第２
接触部１２に作用する摩擦抵抗Ｆｆの最大値も摩擦角度
φを４５°としたときが最も小さくなる。

【００３９】なお、摩擦角度φをある程度小さくする
と、上流側排気管２及び下流側排気管３の各軸が径方向
にスライドする軸ずれが発生し易くなる。その結果、組
み付け時に上流側排気管２と下流側排気管３との軸線を
一致させることが困難となる。更に、内燃機関や車体の
振動によっても上記両排気管２，３の軸線のずれが生じ
易くなり、シール性が損なわれるおそれもある。その
点、本実施の形態のボールジョイント機構１のように摩
擦角度φが４５°であれば、こうした軸ずれに対して
も、十分な抗力を確保することができる。

【００４０】他方、図１に示されるように、本実施の形
態のボールジョイント機構１では、シールリング８にあ
ってフランジ４と当接する第１接触部１１は、シール座
６と当接する第２接触部１２に対して、排気管２，３の
軸からδ分だけ離れた位置に設けられている。以下に、
このように第１接触部１１を第２接触部１２よりも径方
向外側に配置した理由について説明する。

【００４１】シールリング８は、組付けを容易とするた
め、上流側排気管２の管端部１５の外周に遊嵌されてお
り、シールリング８と上流側排気管２との相対回動は、
フランジ４と第１接触部１１との間の摩擦力によって保
持される構成となっている。

【００４２】上流側排気管２と下流側排気管３とがこれ
らの軸回りに相対回動されるとき、シールリング８の第
２接触部１２及び第１接触部１１には、軸回りに対向す
る方向の摩擦力が作用する。このとき第２接触部１２の
摩擦力によって生じる軸周りの回転モーメントが、第１
接触部１１の摩擦力によって生じる回転モーメントより
も大きくなると、シールリング８は装着された上流側排
気管２に対して回動するようになる。こうしてシールリ
ング８が回動すると、同シールリング８の摺動にともな
う摺動異音が発生する。また、その摺動によってシール
リング８に異常摩耗が発生するおそれもある。そのた
め、上記のようなシールリング８の回動は確実に防止す
る必要がある。先述したように、シールリング８は、高
温の排気ガスに直接さらされる過酷な環境下で使用さ
れ、また接着しにくいグラファイトによって構成されて
いるため、接着等によって上流側排気管２に固定するこ
とは困難である。

【００４３】そこで本実施の形態のボールジョイント機
構１では、先述したように第１接触部１１を第２接触部
１２よりも径方向外側に配置するようにしている。その
ため、たとえ両接触部１１，１２に作用する摩擦力が同
じであっても、シールリング８を回動させる軸回りのモ
ーメントは第１接触部１１側の方が第２接触部１２側よ
りも大きくなり、該シールリング８は装着された上流側
排気管２と一体となって回動するようになる。このよう
に第１接触部１１を第２接触部１２に対して径方向外側
に位置させ、第１接触部１１に作用する回転モーメント
を大きくすることで、上流側排気管２とシールリング８
との軸周りの相対回動を抑制することができるようにな
る。更に、シールリング８の回動時の摺動によって生じ
る異常摩耗も低減することができるようになる。

【００４４】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、以下の効果を得ることができるようになる。 （１）シールリング８の外周面にあってシール座６の凹
球面７とが当接する第２接触部１２を、上流側排気管２
の軸に対して凹球面７の球心周りに４５°をなす位置に
設けたことで、シールリング８とシール座６との摺動に
ともなう摺動異音の発生を抑制できるようになる。

【００４５】（２）また、上記の位置に第２接触部１２
を設けたことで、連結される各排気管２，３の軸ずれを
抑制することができるようにもなる。またこのことは、
それら排気管２，３の組み付け時の軸線合わせが容易と
なることをも意味する。

【００４６】（３）シールリング８にあってフランジ４
と当接する第１接触部１１を、シール座６と当接する第
２接触部１２よりも径方向外側とすることで、シール性
を確保しつつ、上流側排気管２に対するシールリング８
の軸周りの回動を抑制し、ひいては同シールリング８の
回動に起因する摺動異音の発生や異常摩耗の発生を抑制
することができる。

【００４７】（４）シールリング８とフランジ４及びシ
ール座６との接触面積を小さくすることで、コイルスプ
リング１０の付勢力を小さくしてもシール性を確保する
のに必要とされる接触面圧を確保することができるよう
になる。また、その結果、ボールジョイント機構１の各
構成部材に要求される剛性も小さくすることができるた
め、同機構１の重量低減や製造コストの削減も図ること
ができるようになる。

【００４８】なお、本発明の実施の形態は、以下のよう
に変更してもよい。 ・図４に示すように、シールリング８の外周面１６を凸
球面形状とするとともに、シール座６の内周に凸部１７
を設け、この凸部１７の先端が上記シールリング８の外
周面１６上を摺動することで、連結される両排気管２，
３の軸を揺動可能に連結する構造としてもよい。この場
合であっても、シール座６が設けられた側の排気管３の
軸に対する上記凸球面とした外周面１６の球心周りの角
度φが４５°となる位置に上記凸部１７を設けること
で、またシールリング８とフランジ４との第１接触部１
１を該シールリング８と凸部１７との接触部よりも径方
向外側に位置するようにすることで、前記実施の形態と
同様の効果を得ることができる。

【００４９】・以上では、シールリング８とフランジ４
及びシール座６との接触は「線接触」であると説明した
が、これらの実際の接触は細い円環形状の面接触となっ
ており、ここでの線接触とは「シール性能を維持するの
に必要な接触面圧を確保するため、十分に細いの円環形
状の面接触」をも含むものとする。

【００５０】・本発明にかかるボールジョイント機構１
は、内燃機関の排気管の連結用としてだけでなく、その
他の管体の連結部にも同様に適用することができる。

【００５１】

【発明の効果】請求項１または請求項３に記載の発明に
よれば、簡易な構造でもって、軸ずれを防止しつつも摺
動部のスティックを抑制することができるようになり、
ひいては摺動異音の発生を抑制することができるように
なる。

【００５２】また、請求項２または請求項４に記載の発
明によれば、シールリングとシール座との接触面積を小
さくすることで接触面圧を高め、ひいてはシール性能を
向上することができるようになる。

【００５３】また、請求項５に記載の発明によれば、フ
ランジとの接触部をシール座との接触部よりも径方向外
側とすることで、フランジ側の回転モーメントをシール
座側の回転モーメントよりも確実に大きくすることがで
き、シールリングシールと第１の管体との回動を抑制で
き、ひいては回動にともなう摺動異音や異常摩耗の発生
を抑制することができるようになる。

【００５４】また、請求項６に記載の発明によれば、シ
ールリングとフランジとの接触面積を小さくすることで
接触面圧を高め、ひいてはシール性能を向上することが
できるようになる。

【００５５】また、請求項７に記載の発明によれば、高
温の排気ガスに直接さらされる排気管連結用のボールジ
ョイント機構にあっても、容易且つ確実に摺動異音を抑
制することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるボールジョイント
機構の拡大断面構造を示す断面図。

【図２】排気管の相対回動時の力学関係を示す説明図。

【図３】摩擦角度と接触部に作用する力との関係を示す
説明図。

【図４】本発明の他の実施形態にかかるボールジョイン
ト機構の拡大断面構造を示す断面図。

【図５】内燃機関の排気系の構成を示す側面図。

【図６】従来のボールジョイント機構を示す正面図及び
一部断面側面図。

【符号の説明】

１…ボールジョイント機構、２…上流側排気管、３…下
流側排気管、４…フランジ、５…凸部、６…シール座、
７…球面摩擦面、８…シール部材、９…ボルト、１０…
コイルスプリング、１１…第１接触部、１２…第２接触
部、１５…管端、１６…外周面、１７…凸部、２０…排
気マニホールド、２１…連結部、２２，２３，２５，２
６…排気管、２４…触媒コンバータ、２７…消音器、２
８…サポート部材、２９，３０…連結部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の管体の端部周囲に配されたシールリ
   ングをその背後に設けられたフランジと同シールリング
   の前面を被うように第２の管体の端部周囲に設けられた
   シール座とで挟み込むように、それらフランジとシール
   座とが連結された管体のボールジョイント機構におい
   て、 前記シール座の内面は球面を有して形成され、 前記シールリングの前面は、前記第１の管体の軸から前
   記球面の球心周りに４５°若しくはその近傍の角度とな
   る位置にて前記シール座の内面と接触することを特徴と
   する管体のボールジョイント機構。
2. 【請求項２】請求項１に記載の管体のボールジョイント
   機構において、 前記シール座の内面と前記シールリングの前面とは線接
   触されることを特徴とする管体のボールジョイント機
   構。
3. 【請求項３】第１の管体の端部周囲に配されたシールリ
   ングをその背後に設けられたフランジと同シールリング
   の前面を被うように第２の管体の端部周囲に設けられた
   シール座とで挟み込むように、それらフランジとシール
   座とが連結された管体のボールジョイント機構におい
   て、 前記シールリングの前面は球面を有して形成され、 前記シール座の内面は、前記第２の管体の軸から前記球
   面の球心周りに４５°若しくはその近傍の角度となる位
   置にて前記シールリングの前面と接触することを特徴と
   する管体のボールジョイント機構。
4. 【請求項４】請求項３に記載の管体のボールジョイント
   機構において、 前記シールリングの前面と前記シール座の内面とは線接
   触されることを特徴とする管体のボールジョイント機
   構。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の管体のボ
   ールジョイント機構において、 前記シールリングの背後と前記フランジとの接触部は、
   前記シールリングとシール座との接触部よりも前記管体
   の径方向外側に位置してなることを特徴とする管体のボ
   ールジョイント機構。
6. 【請求項６】請求項５に記載の管体のボールジョイント
   機構において、 前記シールリングの背後と前記フランジとは線接触され
   ることを特徴とする管体のボールジョイント機構。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の管体のボ
   ールジョイント機構において、 前記第１及び第２の管体は内燃機関の排気管であること
   を特徴とする管体のボールジョイント機構。