CN102652238A - 球形环密封件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种球形环密封件(39)，包括由环形端面(35、36)限定的球形环基底件(37)和与该球形环基底件(37)一体形成的外层(38)。该球形环基底件(37)配备有由丝网形成的加固件(5)和被压缩的包含膨胀石墨的耐热材料(6)。该外层(38)配备有：底层(46)，该底层(46)包含压缩的由丝网形成加固件(15)和被压缩成填充到加固件(15)的丝网的网眼内的耐热材料(14)，该耐热材料(14)具有与加固件(15)的表面(41)一起形成外层中间层表面(42)的表面(52)，并包含膨胀石墨；以及烧过的滑动层(40)，该烧过的滑动层(40)由底层(46)的外层中间层表面(42)上的熔融氟树脂成分形成。外层(38)的外露表面(44)由烧过的滑动层(40)的光滑表面(45)形成。

Description

球形环密封件及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于汽车排气管的球形管接头内的球形环密封件，以及制造球形环密封件的方法。
背景技术
图25示出汽车发动机的排气通道的一个实例，发动机的相应气缸(未示出)内产生的废气被收集在废气歧管催化净化器500内并通过排气管501和排气管502送到辅助消音器503。穿过该辅助消音器503的废气再通过排气管504和排气管505被送往消音器506，并通过该消音器506排放至大气。
诸如这些排气管501和502以及504和505、辅助消音器503、消音器506之类的排气系统构件会由于发动机的颠簸特性和振动而反复地经受应力。尤其是在高速转动且高输出发动机的情形中，施加到排气系统构件上的应力变得相当大。因而，排气系统构件可能产生疲劳损坏，且发动机振动会使排气系统构件发生共振，由此在某些情况下增大车厢内的噪音。为了克服这些问题，排气歧管催化净化器500与排气管501之间的连接部分507和排气管504与排气管505之间的连接部分508通过诸如排气管球形接头或波纹管型接头之类的振动吸收机构可动地连接，由此提供的优点在于，吸收了由于诸如汽车发动机的颠簸特性和振动使排气系统构件反复经受的应力，由此防止这些废气系统构件的疲劳损坏等的可能性，并克服了发动机振动使废气系统构件共振并增大车厢内部噪声的问题。
现有技术文献
专利文件
专利文献1：JP-A-54-76759
专利文献2：JP-B-4-48973
专利文献3：JP-A-58-34230
专利文献4：JP-A-6-123362
发明内容
本发明所要解决的问题
作为上述振动吸收机构的一个实例，能够引用专利文献1中描述的排气管接头和用在该接头内的排气密封件。该专利文献1中描述的排气密封件的优点在于其是耐热的，与匹配构件的亲合性优良，且其冲击强度显著提高；但是，该排气密封件的缺点在于，当其在干摩擦条件下经受摩擦时，其经常产生异常摩擦噪声。可以想到该排气密封件的缺点尤其是由于用于形成该密封件的耐热材料(诸如膨胀石墨)的静摩擦系数和动摩擦系数之间有较大差异，且还由于由该耐热材料构成的排气密封件的摩擦阻力相对于其滑动速度呈现不利阻力。
作为克服上述密封件的缺点的密封件，已知专利文献2中揭示的密封件。该密封件是这样形成的，即，通过将由金属丝网制成的加固件重叠在由其中填充且其上涂敷有聚四氟乙烯树脂的膨胀石墨制成的板状耐热材料上，形成带状复合件，通过将该带状复合件卷绕成其中填充且其上涂敷有聚四氟乙烯树脂的表面置于外侧，形成中空圆柱形层叠件，再通过使该中空圆柱形层叠件沿层叠件的轴向经受压缩模制，最后形成该密封件。因此，描述了这样一种密封件：填充有且其上涂敷有聚四氟乙烯树脂的表面暴露于构成滑动表面(密封表面)的外周表面上。对于该密封件，涂敷并形成在表面上的聚四氟乙烯树脂具有诸如降低摩擦系数和防止用于形成基底件耐热材料转移到匹配构件的表面上之类的运行效果。此外，由于聚四氟乙烯树脂的摩擦阻力相对于滑动速度不具有不利阻力，实现的附加效果在于，可抑制基于粘滑现象(粘结-滑动)产生自激振动，与上述运行效果结合，由此有助于防止产生异常摩擦噪声。
上述专利文献2中描述的密封件克服了上述专利文献1中所描述排气密封件的问题。但是，抑制基于粘滑现象发生的自激振动且由此有助于防止产生异常摩擦噪声的效果(专利文献2中所揭示密封件的运行效果)受限于其中作用在密封件上的环境温度为聚四氟乙烯树脂的熔点(327℃)或该熔点以下的应用场合，在环境温度超过该熔点的应用中，不可避免地偶尔发生由于粘滑现象造成的异常摩擦噪声。
即，在汽车开始行驶之后，涂有聚四氟乙烯树脂的密封件通过与匹配构件(凹陷球形表面)滑动接触而在匹配构件的表面上形成聚四氟乙烯树脂的膜，且该滑动转换成聚四氟乙烯树脂的膜之间的滑动，从而以低摩擦保持滑动接触状态，且没有异常摩擦噪声。当汽车进一步行驶时，当匹配构件的温度升高且最终达到超过聚四氟乙烯树脂的熔点的温度时，聚四氟乙烯树脂膜熔化。当停止行驶时，匹配构件的温度下降，且两膜彼此粘结。如果在两膜已粘结的状态下再开始行驶，由于聚四氟乙烯树脂熔融粘度非常高，有大的剪切力作用，且如果去除粘结现象，则基于粘结现象的去除会发生大的异常摩擦噪声，即由于静摩擦系数与动摩擦系数之间的差异变大而通过粘滑现象产生异常摩擦噪声。该粘滑现象也发生在具有由聚四氟乙烯树脂成分组成的涂层的密封件中，聚四氟乙烯树脂成分具有聚四氟乙烯树脂作为其主要成分。
相对于这种粘滑现象，在专利文献3和4中，提出球形环密封件，每个球形环密封件包括：球形环基底件，该球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出球形表面和该局部凸出球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；以及外层，该外层一体形成在该球形环基底件的局部凸出球形表面上。在这些提出的球形环密封件中，该球形环基底件包括由金属丝网制成的加固件和耐热材料，该耐热材料填充加固件的金属丝网的网眼并被压缩成与加固件以混合形式形成一体，且包含膨胀石墨。在该外层中，一方面润滑材料和耐热材料，和另一方面由金属丝网制成的加固件被压缩成使润滑材料和耐热材料填充到加固件的金属丝网的网眼中，润滑材料和耐热材料以混合形式与加固件一体形成，且外侧的外表面因此形成光滑滑动表面，在该光滑滑动表面中由加固件构成的表面和由润滑材料构成的表面以混合形式存在。
专利文献3和4中描述的这种球形环密封件提供以下优点：由于外层的外表面形成光滑滑动表面，在该光滑滑动表面中由加固件构成的表面和由润滑材料构成的表面以混合形式存在，所以如上所述能够确保外表面与排气管的凹陷球形表面部分的顺利滑动，该排气管的凹陷球形表面部分是与外表面滑动接触的匹配构件。此外，在外表面与凹陷球形表面部分之间滑动摩擦时，发生润滑材料从该外表面到凹陷球形表面部分的表面上的转移，以在凹陷球形表面部分上形成由润滑材料构成的润滑膜，而即使过量地发生润滑材料到凹陷球形表面部分上的转移，以散布方式暴露在外表面上的加固件在留下适当润滑膜时也呈现刮擦效果，从而使与匹配构件的滑动摩擦转换成与匹配构件的表面上形成的润滑膜的滑动摩擦，且因此不产生异常摩擦噪声。
专利文献3和4中描述的这种球形环密封件具有上述优点。但是，在小摆动运动或过大轴向载荷长时间连续施加到球形环密封件的情况下，暴露在球形环密封件外层上的由金属丝网制成的加固件会损坏匹配构件的表面并产生磨损，由此可能损坏匹配构件的表面并使该表面粗糙，并造成密封性的显著降低。此外，伴随着转换成磨损，由于沉积在球形环密封件与匹配构件之间摩擦表面上的磨损粉末，摩擦也发生变化，由此可能引起产生异常摩擦噪声。
关注球形环密封件的用作与匹配构件摩擦滑动表面的外层，本发明人发现了耐热材料与加固件以及与滑动层之间的根本关系，诸如由加固件暴露在球形环密封件外层内的比例、加固件与由膨胀石墨制成的耐热材料之间的粘结程度、形成加固件的金属丝网的细金属丝的丝直径、以及形成在外层的外表面上的滑动层，且由此得到通过改进这些关系可克服上述问题的发现。
本发明是基于上述发现设计出来的，且其目的是提供这样一种球形环密封件及其制造方法，该球形环密封件能够防止密封性的降低和异常摩擦噪声的产生，且在与匹配构件滑动摩擦时不损坏匹配构件的表面或使该表面变粗糙。
解决问题的方法
一种用在排气管接头中的球形环密封件，所述球形环密封件包括：球形环基底件，该球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出球形表面、以及局部凸出球形表面的大直径侧和小直径侧环形端面限定；以及外层，该外层一体地形成在球形环基底件的球形凸出球形表面上，其中，球形环基底件包括由金属丝网制成的加固件和含有膨胀石墨的耐热材料，该耐热材料被压缩成填充加固件的金属丝网的网眼并与加固件以混合形式形成一体，以及该外层包括：底层，该底层包括由金属丝网制成并被压缩的加固件和包含膨胀石墨的耐热材料，该耐热材料被压缩成填充加固件的金属丝网的网眼并紧密地挤压粘结至加固件，且耐热材料具有与加固件的表面平齐的表面并与加固件的表面一起形成外层中间层表面，该底层与局部凸出球形表面一体形成；以及加热过的滑动层，该加热过的滑动层由熔融氟树脂成分构成，该熔融氟树脂成分在外层中间层表面处一体地粘结并形成在底层上并包含至少一种熔融氟树脂，外层的暴露于外侧的表面由加热过的滑动层的光滑表面构成。
根据本发明的球形环密封件，用于形成在外侧中间层表面处一体形成在底层上的加热过的熔融氟树脂成分的滑动层的熔融树脂具有低熔融粘度，且该加热过的滑动层的静摩擦系数与动摩擦系数之间的差异较小，从而不会发生粘滑现象。因此，能够防止由于粘滑现象产生异常摩擦噪声。此外，即使在加热过的滑动层在与匹配构件滑动摩擦中已磨去的情况下，滑动摩擦转换成与这样的表面的滑动摩擦，该表面中由膨胀石墨构成的耐热材料散布有加固件的各部分，从而避免仅与由膨胀石墨制成的耐热材料的直接摩擦。因此，不会由于耐热材料的静摩擦系数与动摩擦系数之间的较大差异而发生粘滑现象，由此能够防止由于粘滑现象产生异常摩擦噪声。
在根据本发明的球形环密封件中，底层的外层中间层的表面由外层中的加固件和耐热材料形成，并形成有5至30μm的算术平均粗糙度Ra。
由于外层中间层表面的表面形成有5至30μm的算术平均粗糙度Ra，可增强粘结并形成在外层中间层表面的加热过的熔融氟树脂成分的涂层相对于该外层中间层表面的结合力。
在根据本发明的球形环密封件中，熔融氟树脂成分可包含23至75质量％的六方氮化硼(此后简称为“h-BN”)和23至75质量％的熔融氟树脂，且熔融氟树脂成分还可包含不超过16质量％比例的石墨(此后简称为“Gr”)。
四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)(此后简称为“FEP”)可能适合用作用于形成加热过的滑动层的熔融氟树脂成分中的熔融氟树脂。关于其熔融粘度，FEP在380℃下具有1×103-4Pa·s(泊)的粘度，且其在340至380℃下的熔融粘度远小于聚四氟乙烯树脂(此后简称为“PTFE”)的熔融粘度(为1×1010-11Pa·s(泊))。因此，静摩擦系数与动摩擦系数之间的差异较小，从而不产生粘滑现象，能够防止由于粘滑现象产生异常摩擦噪声。
在根据本发明的球形环密封件中，用于外层和用于球形环基底件的加固件的金属丝网各由例如通过编织或编结细金属丝得到的编织金属丝网和编结金属丝网制成。对用于形成编织和编结金属丝网的细金属丝来说，直径在0.15至0.32mm范围内的细金属丝、尤其是直径为0.15mm、0.175mm、0.28mm和0.32mm的细金属丝是合适的。此外，作为用于球形环基底件和用于外层的加固件的金属丝网，能够使用由相同直径的细金属丝制成的编织金属丝网或编结金属丝网。或者，由丝直径为上述范围上限的0.28至0.32mm的细金属丝制成的编织金属丝网或编结金属丝网可用作用于球形环基底件的加固件的金属丝网，而由丝直径为上述范围下限的0.15至0.175mm的细金属丝制成的编织金属丝网或编结金属丝网可用作用于外层的加固件的金属丝网。
一种制造球形环密封件的方法，该球形环密封件用作排气管接头，并包括：球形环基底件，该球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；以及外层，该外层一体形成在球形环基底件的局部凸出的球形表面上，该方法包括以下步骤：(a)制备用于球形环基底件的耐热材料，该耐热材料由密度为αMg/m3的膨胀石墨板构成；(b)制备用于球形环基底件的加固件，该加固件由通过编织或编结细金属丝获得的金属丝网制成，且在通过将用于球形环基底件的加固件重叠在用于球形环基底件的耐热材料上而形成重叠组件之后，将重叠组件卷绕成中空圆柱形，以由此形成管状基底件；(c)将由密度为0.3α至0.6αMg/m3的膨胀石墨板构成的用于外层的耐热材料插入由金属丝网制成的用于外层的加固件的两层之间，该金属丝网通过编织或编结细金属丝获得，并将其中插入有用于外层的耐热材料的用于外层的加固件沿加固件的厚度方向加压，以由此形成扁平复合板件，在该扁平复合板件中用于外层的耐热材料和用于外层的加固件被压缩成彼此挤压粘结，使得用于外层的耐热材料填充用于外层的加固件的金属丝网的网眼，且用于外层的加固件在部分露出的同时嵌入用于外层的耐热材料内，该扁平复合板件具有表面，在扁平复合板件的该表面中用于外层的耐热材料的表面和用于外层的加固件的表面彼此平齐；(d)制备熔融氟树脂成分的水性分散体，该水性分散体包含熔融氟树脂粉末、六方氮化硼粉末、表面活性剂和水；(e)将该水性分散体敷加至复合板件的表面，并使所述水性分散体干燥，以由此在该表面上形成熔融氟树脂成分的涂层，复合板件的表面中用于外层的耐热材料的表面和用于外层的加固件的表面彼此平齐；(f)在不低于熔融氟树脂的熔点的温度下加热形成在复合板件的表面上熔融氟树脂成分的涂层，以由此形成在复合板件的一表面上具有加热过的熔融氟树脂成分的涂层的扁平外层形成构件；(g)将外层形成构件围绕环形基底件的外周表面卷绕，使其加热过的涂层面向外侧，以由此形成圆柱形预制件；以及(h)将圆柱形预制件配装在模具内芯的外周表面上，将内芯放入模具内，并沿内芯的轴向方向将圆柱形预制件在所述模具内压缩模制，其中，所述球形环基底件构造成由于包含膨胀石墨的用于球形环基底件的耐热材料和由金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件被压缩且彼此缠绕而提供结构的完整性，该外层包括：底层，该底层包括由金属丝网制成并被压缩的加固件和包含膨胀石墨的耐热材料，该耐热材料被压缩成填充加固件的金属丝网的网眼并紧密地挤压粘结至加固件，且耐热材料具有与加固件的表面平齐并散布有加固件的表面并与加固件的表面一起形成外层中间层表面的表面，底层与局部凸出球形表面一体形成；以及加热过的滑动层，该加热过的滑动层通过加热在外层中间层表面处一体粘结并形成在底层上的熔融氟树脂成分而获得，外层的暴露于外侧的表面由加热过的滑动层的光滑表面构成。
根据本发明制造球形环密封件的方法，将由密度比形成用于球形环基底件耐热材料的膨胀石墨板的密度低的膨胀石墨板制成的用于外层的耐热材料插入由金属丝网制成的用于外层的加固件的两层内，并将这种其中插入有用于外层的耐热材料的用于外层的加固件沿该加固件的厚度方向加压，由此用于外层的耐热材料和用于外层的加固件彼此挤压粘结，从而使用于外层的耐热材料紧密地填充在用于外层的加固件的金属丝网的网眼内，且用于外层的加固件嵌入用于外层的耐热材料内。因此，能够形成扁平复合板件，在该扁平复合板件中，用于外层的耐热材料的表面和用于外层的加固件的表面彼此平齐，且做成相互平齐的用于外层的加固件的表面以散布方式暴露在用于外层的加固件的表面上。
在该扁平复合板件中，用于外层的耐热材料的表面和用于外层的加固件的表面彼此平齐，用于外层的加固件以散布方式暴露在做成彼此平齐的用于外层的加固件的表面和用于外层的耐热材料的表面上，且该暴露表面的算术平均粗糙度Ra为5至30μm。
在由该复合板材形成的外层中，即使在外层与球形环基底件的局部凸出球形表面一体形成的情况下，其外层中间层表面也散布有加固件。因此，在加热过的滑动层磨去之后与匹配构件摩擦时，也能够避免仅与由膨胀石墨制成的耐热材料直接摩擦。因此，不会由于耐热材料的静摩擦系数与动摩擦系数之间的较大差异而发生粘滑现象，由此能够防止由于粘滑现象产生异常摩擦噪声。此外，由于能够避免仅外层的加固层与匹配构件的表面的局部摩擦，并防止由于摩擦损坏和弄粗糙匹配构件的表面，所以能够防止密封性的降低。此外，由于借助于形成在匹配构件的表面上多余膜的刮除作用通过形成在匹配构件的表面上适当厚度的膜而发生摩擦，所以能够防止产生异常摩擦噪声。
在该扁平复合板件中，在使用由丝直径为0.28至0.32mm的细金属丝制成的编织金属丝网或编结金属丝网作为用于外层的加固件的金属丝网的情况下，在其中插入有用于外层的耐热材料的用于外层的加固件沿耐热材料厚度方向的加压时，适当地使用加压方法，在该加压方法中通过例如将其中插入有耐热材料的加固件馈送到具有光滑圆柱形外周表面的圆柱形辊轮与具有沿轴向有多个环形凹槽的圆柱形外周面的辊轮之间的辊隙内，并随后再将其馈送到具有光滑圆柱形外周表面的另一对圆柱形辊轮之间的辊隙内。此外，在使用由丝直径为0.150至0.175mm的细金属丝制成的编织金属丝网或编结金属丝网作为用于外层的加固件的金属丝网的情况下，在其中插入有用于外层的耐热材料的用于外层的加固件沿耐热材料厚度方向的加压时，适当地使用加压方法，在该加压方法中将其中插入有耐热材料的加固件馈送到例如各具有光滑圆柱形外周表面的至少一对圆柱形辊轮之间的辊隙内。应当指出，无需多言，即使在使用由丝直径为0.28至0.32mm的细金属丝制成的编织金属丝网和编结金属丝网的情况下，也能采用后一种方法，而且，即使在使用丝直径为0.150至0.175mm的细金属丝制成的编织金属丝网和编结金属丝网作为用于外层的加固件的金属丝网的情况下，也能采用前一种方法。
在根据本发明制造球形环密封件的方法中，在较佳实例中，用于球形环基底件的耐热材料的密度α为1.0 to 1.5Mg/m3、较佳地为1.0 to 1.2Mg/m3。在较佳实例中，用于外层的耐热材料的密度为用于球形环基底件的耐热材料密度的0.3至0.6倍，即0.3至0.9Mg/m3、更佳地为0.3至0.7Mg/m3。
在较佳实例中，通过上述步骤(c)得到的扁平复合板件的表面粗糙度为5至30μm的算术平均粗糙度Ra。
即使在由该复合板件形成的外层与球形环基底件的局部凸出球形表面一体形成的情况下，由于用于外层的加固件以散布方式暴露在用于外层的外层中间层表面上，且外层的外层中间层表面的表面粗糙度为5至30μm的算术平均粗糙度Ra，在与匹配构件的表面摩擦时，实践中尽可能防止与匹配构件表面的局部摩擦，且实践中尽可能避免匹配构件的表面损坏和变粗糙。于是，实现能够使球形环密封件与匹配构件的摩擦表面之间的气体泄漏量最少的优点。
用于涂敷复合板件的一表面的熔融氟树脂成分的水性分散体由通过乳液聚合方法得到的粒度为0.01至1μm的熔融氟树脂粉末、粒度为0.01至1μm的h-BN粉末、表面活化剂和水组成。在该水性分散体中还可包含Gr粉末，且在该水性分散体中可包含水性有机溶剂。作为该水性分散体，较佳地是具有50质量％固体成分和50质量％水含量的水性分散体。
FEP用作熔融氟树脂。关于其熔融粘度，FEP在380℃下的熔融粘度为1×103-4Pa·s(泊)。包含在水性分散体(50质量％的固体含量)中的FEP粉末含量为11.5至45质量％、较佳地为11.5至33质量％。
包含在水性分散体(50质量％的固体含量)中的h-BN粉末含量为11.5至45质量％、较佳地为11.5至25质量％。h-BN尤其在高温范围呈现优良的润滑性。
包含上述FEP粉末和h-BN粉末的水性分散体(50质量％的固体含量)还可包含0.5至8质量％、较佳地1至5质量％的Gr粉末。Gr粉末改进由熔融氟树脂成分构成的滑动层在匹配构件的表面上的膜可形成性。
表面活性剂只要能够将FEP粉末均匀地分散在水中就够了，且能够使用阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂以及两性表面活性剂中的任一种。能够例如使用诸如阴离子型表面活性剂如烷基硫酸钠、烷基醚硫酸钠、三乙醇胺烷基硫酸盐、三乙醇胺烷基醚硫酸盐、烷基硫酸铵、烷基醚硫酸铵、烷基醚磷酸钠、和氟代烷基羧酸钠；阳离子型表面活性剂如烷基铵盐和烷基苄基铵盐；非离子型表面活性剂如聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯苯基醚、聚氧乙烯烷基酯、丙二醇-环氧丙烷共聚物、全氟烷基环氧乙烷添加剂以及2-乙基-己醇环氧乙烷添加剂；以及两性表面活性剂如烷基氨基乙酸甜菜碱、烷基酰氨基乙酸甜菜碱以及咪唑(imidazolium)甜菜碱。具体来说，阴离子型和非离子型表面活性剂是较佳的。尤其较佳的表面活性剂是热解残留量少的具有氧乙烯链的非离子型表面活性剂。
表面活性剂的含量通常为0.1至30质量％、尤其较佳地为0.2至20质量％的FEP粉末。如果表面活性剂的含量过小，则FEP粉末的分散会不均匀，而如果表面活性剂的含量过大，则由于加热造成的表面活性剂的热解残留变大，并发生染色，还导致涂层耐热性下降、无粘着力等。
上述由FEP粉末、h-BN粉末、表面活性剂和水组成的水性分散体中还可包含水性有机溶剂。例如，能够使用诸如甲醇、乙醇、丁醇、异丙醇以及丙三醇之类的醇基溶剂；诸如丙酮、甲基乙基酮以及甲基异丁基酮之类的酮基溶剂；诸如甲基溶纤剂、溶纤剂以及丁基溶纤剂之类的醚基溶剂；诸如乙二醇、丙二醇、三甘醇以及四甘醇之类的乙二醇基溶剂；诸如二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺之类的酰胺基溶剂；以及诸如N-甲基-2-吡咯烷酮之类的内酰胺基溶剂。水性有机溶剂的含量为水总量的0.5至50重量％、较佳地为1至30重量％。水性有机溶剂具有湿润FEP的功能并形成与h-BN的均匀混合物，且因为水性有机溶剂在加热时蒸发，所以不会不利地影响涂敷。
在较佳实施例中，关于其组分成分，熔融氟树脂成分的水性体包含11.5至45质量％粒度为0.01至1μm的FEP粉末、11.5至45质量％粒度为0.01至1μm的h-BN粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂和水(25至45质量％)。关于其组分成分，熔融氟树脂成分的水性分散体还可包含0.5至8质量％的石墨粉末，并可包含0.1至22.5质量％的水性有机溶剂。
在根据本发明制造球形环密封件的方法中，将通过用辊涂、刷涂、喷涂等将水性分散体敷加至复合板件的一表面而形成的熔融氟树脂成分构成的涂层在100℃的温度下干燥，且在较佳实施例中随后在加热炉中加热。一实例中的加热温度在FEP的熔点(T)至(T+150℃)、较佳地(T+5℃)至(T+135℃)、更佳地(T+10℃)至(T+125℃)范围内。由于FEP的熔点为240℃，所以在一实例中加热温度在240至390℃、较佳地245至375℃、更佳地250至365℃范围内。如果加热温度过低，则难以形成熔融氟树脂成分的均匀涂层，而如果加热温度过高，则易于发生熔融氟树脂成分的因热劣化。
在复合板件的涂有熔融氟树脂成分的水性分散体的一表面上，加固件以散布方式暴露在复合板件的一表面上，且由于其算术平均粗糙度Ra为5至30μ，所以加热以后加热过的熔融氟树脂成分的涂层牢固地粘结至复合板件的一表面。
本发明的优点
根据本发明，且能够提供这样一种球形环密封件及其制造方法，该球形环密封件能够防止密封性的降低和异常摩擦噪声的产生，同时在与匹配构件滑动摩擦时不会损坏匹配构件的相应表面或使该表面变粗糙。
附图说明
图1是本发明一实施例中制造的球形环密封件的垂向剖视图；
图2是图1所示球形环密封件的局部放大的解释图；
图3是解释在制造根据本发明的球形环密封件过程中形成加固件的方法的示意图；
图4是在制造根据本发明的球形环密封件过程中耐热材料的立体图；
图5是示出加固件的金属丝网的网眼的平面图；
图6是在制造根据本发明的球形环密封件过程中重叠组件的立体图；
图7是在制造根据本发明的球形环密封件过程中管形基底件的平面图；
图8是图7所示管形基底件的垂向剖视图；
图9是解释在制造根据本发明的球形环密封件过程中制造复合板件的方法的示意图；
图10是在图9所示制造复合板件的过程中具有多个环形凹槽的辊轮的正视图；
图11是示出图9中所示制造复合板件过程中耐热材料插入由圆柱形编结金属丝网制成的加固件内的状态的解释示意图；
图12是示出图9中所示制造复合板件过程中插入加固件内的耐热材料位于具有多个环形凹槽的辊轮与圆柱形辊轮之间的状态的解释示意图；
图13是示出图9中所示制造复合板件过程中插入加固件内的耐热材料受到具有多个环形凹槽的辊轮与圆柱形辊轮加压的状态的解释示意图；
图14是示出图9中所示制造复合板件过程中插入加固件内的耐热材料已由具有多个环形凹槽的辊轮与圆柱形辊轮加压过之后持续的状态的解释示意图；
图15是示出图9中所示制造复合板件过程中，在由具有多个环形凹槽的辊轮与圆柱形辊轮加压过之后，插入加固件内的耐热材料受到另一对圆柱形辊轮加压的状态的解释示意图；
图16是示出在经受图9所示制造复合板件过程之后，制造好的复合板件的解释示意图；
图17是解释在制造根据本发明的球形环密封件过程中制造复合板件的另一方法的解释示意图；
图18是示出图17中所示制造复合板件过程中耐热材料插入由圆柱形编结金属丝网制成的加固件内的状态的解释示意图；
图19是示出图17中所示制造复合板件过程中插入加固件内的耐热材料位于一对圆柱形辊轮之间的状态的解释示意图；
图20是示出在经受图17所示制造复合板件过程之后，制造好的复合板件的解释示意图；
图21是示出在制造根据本发明的球形环密封件过程中外层形成件的解释示意图；
图22是示出在制造根据本发明的球形环密封件过程中圆柱形预制件的平面图；
图23是示出在制造根据本发明的球形环密封件过程中将圆柱形预制件插入到模具内状态的垂向剖视图；
图24是说示出含根据本发明的球形环密封件的排气管接头的垂向剖视图；以及
图25是示出汽车发动机的排气系统的解释示意图。
具体实施方式
接着，根据附图所示较佳实施例给出本发明的更多说明。应该指出的是，本发明不局限于这些实施例。
下面将描述根据本发明的球形环密封件的构成材料以及制造球形环密封件的方法。
<关于耐热材料及其制造方法>
在搅动浓度为98％的浓硫酸的同时，将60％的过氧化氢水溶液添加到浓硫酸内作为氧化剂，且该溶液用作反应溶液。在10℃温度下冷却该反应溶液，并保持在10℃温度下，将粒度为30至80目的天然石墨片粉末加入反应溶液，使反应进行30分钟。反应之后，通过抽吸过滤将酸化石墨粉末分离，并重复两次清洗操作，在该清洗操作中，在水中搅动酸化石墨粉末10分钟，然后，经过抽吸过滤，由此，从酸化石墨粉末中充分地除去硫酸含量。然后，充分除去了硫酸含量的酸化石墨粉末在在110℃的温度下保持在干燥炉中干燥3个小时，这用作为酸化处理的石墨粉末。
将上述酸化石墨粉末在950至1200℃温度下经受加热(膨胀)处理达1至10秒而产生裂解气。石墨层之间的间隙通过其气体压力膨胀而形成膨胀石墨颗粒(膨胀率：240至300倍)。通过将膨胀石墨颗粒馈送到调整到所要求辊隙的双辊轮装置内，并经受滚压成形，由此制造具有要求厚度的膨胀石墨板。该膨胀石墨板用作耐热材料。
在上述耐热材料中，为用作球形环基底件，较佳地使用在制造球形环密封件时密度为1.0至1.5Mg/m3、较佳地为1.0至1.2Mg/m3的耐热材料。此外，为用作外层，较佳地使用在制造球形环密封件时密度为用于上述球形环基底件的耐热材料密度的0.3至0.6倍的耐热材料，即密度为0.3至0.9Mg/m3、较佳地为0.3至0.7Mg/m3。
<关于加固件>
作为加固件，可采用编织或编结金属丝网，该编织或编结金属丝网通过使用一个或多个细金属丝进行编织或编结而形成，细金属丝包括：作为铁基金属丝的由诸如奥氏体不锈钢SUS304、SUS310和SUS316、铁素体不锈钢SUS430制成的不锈钢丝，或铁丝(JIS G 3532)或镀锌钢丝(JIS-G-3547)；或者作为铜基金属丝的由铜镍合金(铜-镍)丝、铜-镍-锌合金(镍银)丝、黄铜丝、或铍铜丝制成的金属丝件。
作为用于形成金属丝网的细金属丝，可较佳地使用直径在0.15至0.32mm范围内的细金属丝，尤其是直径为0.15mm、0.175mm、0.28mm或0.32mm的细金属丝。关于由该直径的细金属丝形成的编织金属丝网或编结金属丝网的网眼尺寸，较佳地使用示出编结金属丝网的图5中网眼尺寸为4至6mm左右长且3至5mm左右宽的金属丝网。
<关于熔融氟树脂成分>
使用用于形成涂层(滑动层)的熔融氟树脂成分是以下形式：(1)由11.5至45质量％的FEP粉末、11.5至45质量％的粒度为0.01至μm的h-BN粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂以及余量的水组成的水性分散体，(2)由11.5至45质量％的FEP粉末、11.5至45质量％的粒度为0.01至1μm的h-BN粉末、0.5至8质量％的石墨粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂以及余量的水组成的水性分散体，(3)由11.5至45质量％的FEP粉末、11.5至45质量％的粒度为0.01至1μm的h-BN粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂、0.1至22.5质量％的水性有机溶剂以及余量的水组成的水性分散体，以及(4)由11.5至45质量％的FEP粉末、11.5至45质量％的粒度为0.01至1μm的h-BN粉末、0.5至8质量％的石墨粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂、0.1至22.5质量％的水性有机溶剂以及余量的水组成的水性分散体。
下面参照附图，来描述制造由上述构成材料组成的球形环密封件的方法。
(第一过程)如图3所示，通过用直径为0.15至0.32mm、较佳地直径为0.28至0.32mm的细金属丝编结成圆柱形，使其网眼尺寸为4至6mm左右长且3至5mm左右宽(见图5)，从而形成中空圆柱形的编结金属丝网1，将该金属丝网1穿过辊轮2和3之间，由此制造出预定宽度为D的带形金属丝网4。然后通过将带形金属丝网4切割成预定长度L来制备用于球形环基底件的加固件5。
(第二过程)如图4所示，制备用于球形环基底件的耐热材料6，该耐热材料的密度为1.0至1.5Mg/m3，较佳地为1.0至1.2Mg/m3，具有的宽度d相对于上述加固件5的宽度D为(1.10×D)mm至(2.10×D)mm，长度l相对于上述加固件5的长度L为(1.30×L)mm至(2.70×L)mm。
(第三过程)其中有耐热材料6和加固件5彼此重叠的重叠组件12，可按如下方法制备。为了确保耐热材料6在下述的球形环密封件39(见图1)中的局部凸出的球形表面34的大直径侧的环形端面35上完全暴露出来，如图6所示，使耐热材料6从加固件5的一宽度方向端部7沿宽度方向最大伸出(0.10至0.08)×D mm，该宽度方向端部7用作局部凸出的球形表面34的大直径侧的环形端面35。此外，耐热材料6从端部7沿宽度方向的伸出量为δ1，耐热材料6从加固件5的另一宽度向端部8沿宽度方向的伸出量为δ2，使δ1大于δ2，另一宽度向端部8用作局部凸出的球形表面34的小直径侧的环形端面36。此外，耐热材料6做成从加固件5的一纵向端9沿纵向方向最大伸出(0.30至1.70)×Lmm，而加固件5的另一纵向端10和耐热材料6的对应于该端10的纵向端11做成彼此大致一致。
(第四过程)如图7所示，将重叠组件12卷绕，使耐热材料6置于内侧，使得耐热材料6卷绕有一匝以上，由此形成管形基底件13，其中，耐热材料6暴露在内周侧和外周侧上。作为耐热材料6，预先制备一个耐热材料6，其长度l相对于加固件5的长度L为(1.30×L)mm至(2.70×L)mm，以使管形基底件13内的耐热材料6的缠绕匝数大于加固件5的缠绕匝数。在管形基底件13中，如图8所示，耐热材料6在其一个宽度方向的端侧上，沿着宽度方向从加固件5的一端7伸出δ1，而耐热材料6在其另一个宽度方向的端侧上，沿着宽度方向从加固件5的另一端8伸出δ2。
(第五过程)制备用于外层的另一耐热材料，其密度为0.3至0.9Mg/m3，较佳地为0.3至0.6Mg/m3。
(第六过程)
<第一方法>将用于外层的耐热材料14连续插入由中空圆柱形编结金属丝网构成的用于外层的加固件15内，该中空圆柱形金属丝网通过由编结机(未示出)连续编结丝直径0.15至0.32mm、较佳地是0.15至0.28mm的细金属丝而得到(见图9)。其中插入有耐热材料14的加固件15，从其插入开始端侧开始，被馈送到具有光滑圆柱形外周表面的圆柱形辊轮16和其圆柱形外周表面有沿其轴向方向的多个环形凹槽17的辊轮18(见图9和10)之间的辊隙Δ1内，从而沿该耐热材料14的厚度方向被加压(见图9、11、12、13和14)，并再被馈送到另一对各具有光滑圆柱形外周表面的圆柱形辊轮19和20(参见图9和15)之间的辊隙Δ2内，以被加压。因此，形成扁平复合板件21(见图16)，在该扁平复合板件21中，用于外层的耐热材料14和用于外层的加固件15彼此挤压粘结，从而使用于外层的耐热材料14紧密地填充在用于外层的加固件15的金属丝网的网眼内，且用于外层的加固件15的在用于外层的耐热材料14内的各部分暴露于耐热材料14的表面，而用于外层的加固件15的其它部分嵌入用于外层的耐热材料14内，由此形成相互平齐的用于外层的耐热材料14的表面和用于外层的加固件15的表面，并露出耐热材料14的表面和加固件15的表面。该扁平的复合板件21被切割成这样的长度：该长度能够围绕管状基底件13的外周表面卷绕一圈。
圆柱形辊轮16和沿轴向方向在外周表面上有多个环形凹槽17的辊轮18之间的辊隙Δ1较佳地设置成在0.35至0.60mm范围内，且一对辊轮19和20之间的间隙Δ2较佳地设置成在0.45至0.65mm范围内。
<第二方法>如图17至20所示，单独地制备用于外层的另一耐热材料14，其密度为0.3至0.9Mg/m3，较佳地为0.3至0.6Mg/m3。将用于外层的耐热材料14连续插入由中空圆柱形编结金属丝网构成的用于外层的加固件15内，该中空圆柱形金属丝网通过由编结机(未示出)连续编结丝直径0.15至0.32mm、较佳地是0.15至0.175mm的细金属丝而得到(见图17)。有耐热材料14插入其中的用于外层的加固件15，从其插入开始端侧开始，被馈送到一对各具有光滑圆柱形外周表面的圆柱形辊轮16a和18a之间的辊隙Δ1内，并由此沿该耐热材料14的厚度方向被加压(见图18和19)。因此，形成扁平复合板件21(见图20)，在该扁平复合板件21中，用于外层的耐热材料14和用于外层的加固件15彼此挤压粘结，从而使用于外层的耐热材料14紧密地填充在用于外层的加固件15的金属丝网的网眼内，且用于外层的加固件15的在用于外层的耐热材料14内的各部分暴露于耐热材料14的表面，而用于外层的加固件15的其它部分嵌入用于外层的耐热材料14内，由此形成相互平齐的用于外层的耐热材料14的表面和用于外层的加固件15的表面，并露出耐热材料14的表面和加固件15的表面。该扁平的复合板件21被切割成这样的长度：该长度能够围绕管状基底件13的外周表面卷绕一圈。
上述一对圆柱形辊轮16a和18a之间的辊隙Δ1较佳地设置成在0.35至0.60mm范围内。应当注意，在第二方法中，也可插入这样的步骤：将其中插入有耐热材料14的用于外层的加固件15也馈送到上述第一方法中另一对各具有光滑圆柱形外周表面的圆柱形辊轮19和20之间的辊隙Δ2内(见图9和15)以经受压缩。
<第三方法(未示出)>以与上述第五过程中得到的用于外层的耐热材料14相同的方式单独地制备用于外层的另一耐热材料14，该另一耐热材料14的宽度与用于外层的加固件15(带形金属丝网)的宽度D相同，且密度为0.3至0.9Mg/m3，较佳地为0.3至0.6Mg/m3。制备平织的金属丝网，作为用直径为0.15至0.32mm、较佳地直径为0.15至0.175mm的细金属丝编织形成的编织金属丝网。将平织金属丝网制成的用于外层的加固件15切割成预定长度和宽度，制备两个这样的用于外层的加固件15。将上述用于外层的耐热材料14插入(放置在)用于外层的两个加固件15之间，并通过穿过一对圆柱形辊轮而沿耐热材料14的厚度方向经受加压。因此，形成扁平复合板件21，在该扁平复合板件21中，用于外层的耐热材料14和用于外层的加固件15彼此挤压粘结，从而由平织金属丝网制成的用于外层的加固件15的各部分暴露于耐热材料14的表面，而用于外层的加固件15的其它部分嵌入用于外层的耐热材料14内，由此形成相互平齐的用于外层的耐热材料14的表面和用于外层的加固件15的表面，并露出耐热材料14的表面和加固件15的表面。该扁平的复合板件21被切割成这样的长度：该长度能够围绕管状基底件13的外周表面卷绕一圈。
上述一对圆柱形辊轮之间的辊隙较佳地设置成在0.35至0.60mm范围内。应当注意，在该第三方法中，也可插入这样的步骤：将其中插入有耐热材料14的用于外层的加固件15也馈送到上述第一方法中另一对各具有光滑圆柱形外周表面的圆柱形辊轮19和20之间的辊隙Δ2内(见图9和15)以经受压缩。
此外，由上述第一、第二和第三方法中一种方法得到的扁平复合板件21具有用于外层的耐热材料14的表面52和与该表面52共同露出的用于外层的加固件15的表面41，该扁平复合板件21的一表面51的表面粗糙度应较佳地为5-30μm的算术平均粗粗糙度Ra。
在被圆柱形辊轮16和沿轴向方向在外周表面上具有多个环形凹槽17的辊轮18加压、并再被一对圆柱形辊轮19和20(上述第一方法)或再被各具有光滑圆柱形外周表面的一对圆柱形辊轮16a和18a加压、且根据情况再被该对圆柱形辊轮19和20加压(上述第二方法)或通过上述第三方法加压之后，用于外层的加固件15的回弹较小。同时，用于外层的耐热材料14的密度较低，密度为0.3至0.9Mg/m3(用于球形环基底件的耐热材料6的密度的0.3至0.6倍)。因此，在通过沿耐热材料14厚度方向的加压过程获得的该复合板件21中，用于外层的耐热材料14和用于外层的加固件15彼此挤压粘结，从而使用于外层的耐热材料14无间隙地紧密地填充至用于外层的加固件15的金属丝网的网眼内，用于外层的加固件15的在用于外层的耐热材料14内的各部分暴露于表面，而用于外层的加固件15的其它部分嵌入用于外层的耐热材料14内。加固件15的表面41和耐热材料14的表面52一起暴露在复合板件21的一表面51上。
此外，在加固件15的表面41与耐热材料14的表面41一起暴露在复合板件21的一表面51上的复合板件21中，复合板件21的表面粗糙度为5至30μm的算术平均粗糙度Ra。
应当指出，对于暴露出加固件15的表面41的复合板件21的一表面51的算术平均粗糙度Ra，是沿复合板件21的宽度和长度方向的60个点进行测量，且以这些测量的平均值得到算术平均粗糙度Ra。
(第七过程)作为熔融氟树脂成分，制备以下水性分散体：(1)由11.5至45质量％的FEP粉末、11.5至45质量％的粒度为0.01至1μm的h-BN粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂和余量的水组成的水性分散体，(2)由11.5至45质量％的FEP粉末、11.5至45质量％的粒度为0.01至1μm的h-BN粉末、0.5至8质量％的石墨粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂以及余量的水组成的水性分散体，(3)由11.5至45质量％的FEP粉末、11.5至45质量％的粒度为0.01至1μm的h-BN粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂、0.1至22.5质量％的水性有机溶剂以及余量的水组成的水性分散体，以及(4)由11.5至45质量％的FEP粉末、11.5至45质量％的粒度为0.01至1μm的h-BN粉末、0.5至8质量％的石墨粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂、0.1至22.5质量％的水性有机溶剂以及余量的水组成的水性分散体。
将以上(1)至(4)中的水性分散体借助于辊涂、刷涂、喷涂等各敷加至通过上述第一、第二和第三方法中的一种方法制成的复合板件21的表面51。将该水性分散体在100℃的温度下干燥以在复合板件21的表面51上形成熔融氟树脂成分的涂层，并随后在加热炉内在FEP的熔点(T：240℃)至(T+150℃)、较佳地(T+5℃)至(T+135℃)、更佳地在(T+10℃)至(T+125℃)范围内的温度(250至365℃)下加热，以由此形成外层形成构件23(见图21)，其中在复合板件21的一表面上形成由熔融氟树脂成分构成的加热过的涂层22。
(第八过程)将由此获得的外层形成构件23围绕上述管形基底件13的外周表面卷绕，使其加热过的涂层22置于外侧，由此制备圆柱形的预制件24(见图22)。
(第九过程)制备如图23所示的模具31，模具在其内表面上具有圆柱形内壁表面25、从圆柱形内壁表面25延续的局部凹形球形表面26、以及从局部凹形球形表面26延续的通孔27，其中，中空的圆柱形部分29和从中空的圆柱形部分29延续的球形环中空部分30形成在其内，台阶形内芯28插入到通孔27内。然后，将圆柱形预制件24配装到模具31的台阶形内芯28上。
设置在模具31的中空的圆柱形部分29和球形环中空部分30内的圆柱形预制件24在98至392N/mm2(1至4吨/厘米2)的压力下、沿着内芯轴线方向经受压缩成形。因此，如图1和2所示，制造出球形环密封件39，其包括球形环基底件37和外层38，该球形环基底件37在其中心部分具有通孔32并由圆柱形内表面33、以及局部凸出的球形表面34的大直径侧和小直径侧的环形端面35和36限定，外层38一体形成在球形环基底件37的局部凸出的球形表面34上。
通过该压缩成形过程，球形环基底件37构造成提供结构的完整性，因为用于球形环基底件的耐热材料6和用于球形环基底件的加固件5被彼此压缩且彼此缠绕。外层38的表面44由一体地粘结并形成在外层中间层表面42(对应于复合板件21的一表面51)上的熔融氟树脂成分的加热过的滑动层40的光滑表面45构成，该外层中间层表面42由用于外层的耐热材料14的表面52和与耐热材料14的表面52平齐的用于外层的加固件15的表面41构成。
在第四过程中，如果以将带形金属丝网4制成的加固件5置于内侧的状态来卷绕重叠组件12而形成管形基底件13，而不是将耐热材料6置于内侧来卷绕重叠组件12，则就能够制造出其中由金属丝网4构成的加固件5暴露在球形环基底件37的圆柱形内表面33上的球形环密封件39。在由金属丝网构成的加固件5暴露在圆柱形内表面33上的该球形环密封件39中，在压配到排气管的外周表面时配装力变大，从而该球形环密封件39牢固地固定到排气管的外周表面。
制造出的球形环密封件39包括球形环基底件37和外层38，该球形环基底件37由圆柱形内表面33、局部凸出的球形表面34、以及局部凸出的球形表面34的大直径侧和小直径侧的环形端面35和36限定；外层38一体形成在球形环基底件37的局部凸出的球形表面34上。该球形环基底件37包括由金属丝网制成的加固件5和含有膨胀石墨的耐热材料6，所述耐热材料被压缩成填充加固件5的金属丝网的网眼并与加固件5以混合形式形成一体。该外层38包括底层46和滑动层40，该底层46包括由金属丝网制成并被压缩的加固件15和包含膨胀石墨的耐热材料14制成，该耐热材料14被压缩成填充加固件15的金属丝网的网眼并紧密地挤压粘结到加固件15，且具有与加固件15的表面41平齐的表面52并与该表面41一起形成外层中间层表面42，底层46与部分凸出球形表面34一体形成，该滑动层40由外层中间层表面42处一体地粘结并形成在底层46上的熔融氟树脂成分构成。
在球形环密封件39内，由该外层38内的加固件15和耐热材料14形成的底层46的外层中间层表面42散布有该加固件15，外层中间层表面42的表面粗糙度形成为5至30μm的算术平均粗糙度Ra，且暴露于外侧的外层38的表面44由加热过的滑动层40的光滑表面45构成。
通过包含到如图24所示的排气管球形接头内，来使用球形环密封件39。即，在如图24所示的排气管球形接头内，凸缘102竖直地设置在连接到发动机侧的上游侧排气管100的外周表面上，并留出管端101。球形环密封件39在形成通孔32的圆柱形内表面33处配装并固定到该管端101上，并用其邻抵凸缘102的大直径侧的环形端面35进行密封。张开部分(flared portion)203一体地具有凹形的球形表面部分201和从该凹形的球形表面部分201延续的凸缘部分202，该张开部分203固定到下游侧的排气管200，该排气管200设置成与上游侧排气管100相对，并连接到消声器侧。凹形球形表面部分201的内表面204与球形环密封件39的外层38内加热过的滑动层40的光滑表面45滑动地接触。
在如图24所示的排气管球形接头内，下游侧的排气管200借助于一对螺栓300和一对盘簧400始终被朝向到上游侧排气管100推压，每个螺栓300具有固定到凸缘102的一端和通过插入到张开部分203的凸缘部分202内而布置的另一端，每个盘簧400布置在螺栓300的扩大头部与凸缘部分202之间。此外，排气管球形接头布置成：通过用作球形环密封件39的外层38的滑动表面的光滑表面45与形成在下游侧排气管200端部处的张开部分203的凹形球形表面部分201的内表面204之间的滑动接触，能够在上游侧和下游侧的排气管100和200内发生相对的角度位移。
实例
接着，将根据各实例详细描述本发明。应该指出的是，本发明不局限于这些实例。
<实例1至3>
使用丝直径为0.28mm的一根奥氏体不锈钢丝(SUS304)作为细金属丝，加工出圆柱形的编结金属丝网，其网眼尺寸为4mm长和5mm宽，使该金属丝网穿过一对辊轮之间而形成带形的金属丝网。该金属丝网用作球形环基底件的加固件。对于用于球形环基底件的耐热材料，使用密度为1.12Mg/m3且厚度为0.38mm的膨胀石墨板。在用于球形环基底件的耐热材料卷绕一个圆周部分之后，将用于球形环基底件的加固件重叠在用于球形环基底件的耐热材料的内侧上，并卷绕该重叠的组件，由此制备管形的基底件，其中用于球形环基底件的耐热材料位于最外周上。在该管形基底件中，用于球形环基底件的耐热材料的宽度方向两个相对端部分别从用于球形环基底件的加固件沿宽度方向伸出。
作为用于外层的耐热材料，使用密度为0.5Mg/m3且厚度为1.35mm的膨胀石墨板。作为用于外层的加固件，通过使用丝直径为0.15mm的奥氏体不锈钢丝(SUS304)连续编结的圆柱形编结金属丝网，并将用于外层的耐热材料连续插入圆柱形编结金属丝网内表面内。将其中插入有耐热材料的用于外层的加固件从该耐热材料的插入开始端侧开始，馈送到圆柱形辊轮和沿轴向在其外周表面上有多个环形凹槽的辊轮之间的辊隙(该辊隙Δ1设置为0.50mm)内，从而沿该耐热材料的厚度方向加压，并再馈送到另一对圆柱形辊轮之间的辊隙(该辊隙Δ2设置为0.45mm)内，从而加压。因此，形成扁平复合板件21，在该扁平复合板件21中，用于外层的耐热材料和用于外层的加固件彼此挤压粘结，从而使用于外层的耐热材料紧密地填充在用于外层的加固件的金属丝网的网眼内，且用于外层的加固件嵌入该用于外层的耐热材料内，由此形成相互平齐的用于外层的耐热材料的表面和用于外层的加固件的表面，且以散布方式露出用于外层的加固件的表面和耐热材料的表面。在该扁平复合板件内，加固件的表面与耐热材料的表面以散布方式一起暴露在该复合板件的一表面上，且该表面的算术平均粗糙度Ra为8.28μm。
制备由12.5至37.5质量％的平均粒度为0.2μm的FEP粉末、12.5至37.5质量％的平均粒度为1μm的h-BN粉末、5质量％的作为表面活性剂的聚氧乙烯烷基醚(非离子型表面活性剂)以及45质量％的水组成的水性分散体。
将上述水性分散体辊涂到复合板件的一表面上，在该复合板件的该表面上加固件的表面与耐热材料的表面一起以散布方式露出，且使具有通过辊涂该水性分散体粘结并形成的熔融氟树脂成分的涂层的该复合板件干燥，然后在340℃的温度下在加热炉内加热20分钟，由此制造外层形成构件，该外层形成构件在复合板件的表面上具有由熔融氟树脂成分(25至75质量％的FEP和25至75质量％的h-BN)构成的加热过的涂层。
上述外层形成构件围绕上述管形基底件的外周表面卷绕，使其加热过的涂层置于外侧，由此制备圆柱形的预制件。该圆柱形预制件配装在图23所示模具的台阶形内芯上，并定位在模具的中空部分内。
设置在模具的中空部分内的圆柱形预制件在294N/mm2(3吨/厘米2)的压力下沿内芯轴线方向经受压缩模制，由此获得球形环密封件，其包括球形环基底件和外层，该球形环基底件具有其中心部分内的通孔并由圆柱形内表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；外层一体形成在球形环基底件的局部凸出的球形表面上。
通过该压缩成形，球形环基底件构造成提供结构的完整性，因为用于球形环基底件的耐热材料和由金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件被压缩且彼此缠绕。球形环基底件包括由压缩的金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件，以及由膨胀石墨制成的用于球形环基底件的耐热材料，该耐热材料填充该加固件的网眼并被压缩成与该加固件以混合形式一体地形成。外层的表面形成由熔融氟树脂成分的加热过的涂层(27至73质量％的FEP和25至75质量％的h-BN)构成的加热过的滑动层的光滑表面，该熔融氟树脂成分在由用于外层的耐热材料的表面和与耐热材料的表面平齐的用于外层的加固件的表面构成的外层中间层表面处一体地粘结并形成在底层上。
实例4
使用与上述实例1的组成材料类似的组成材料以与实例1相同的方式制造管形基底件。在该管形基底件中，耐热材料的宽度方向两个相对端部分别从加固件沿宽度方向伸出。
作为用于外层的耐热材料，使用密度为0.5Mg/m3且厚度为1.35mm的膨胀石墨板。作为用于外层的加固件，通过使用丝直径为0.28mm的奥氏体不锈钢丝(SUS304)连续编结的圆柱形编结金属丝网，并将用于外层的耐热材料连续插入圆柱形编结金属丝网内。将其中插入有耐热材料的加固件从该耐热材料的插入开始端侧开始，馈送到圆柱形辊轮和沿轴向在其外周表面上有多个环形凹槽的辊轮之间的辊隙(该辊隙Δ1设置为0.50mm)内，从而沿该耐热材料的厚度方向加压，并再馈送到另一对圆柱形辊轮之间的辊隙(该辊隙Δ2设置为0.45mm)内，从而加压。因此，形成扁平复合板件21，在该扁平复合板件21中，用于外层的耐热材料和用于外层的加固件彼此挤压粘结，从而用于外层的耐热材料紧密地填充在用于外层的加固件的金属丝网的网眼内，且用于外层的加固件嵌入该用于外层的耐热材料内，由此形成相互平齐的用于外层的耐热材料的表面和用于外层的加固件的表面，且以散布方式露出用于外层的加固件的表面和耐热材料的表面。在该扁平复合板件内，加固件的表面与耐热材料的表面以散布方式一起暴露在该复合板件的一表面上，且该表面的算术平均粗糙度Ra为19.3μm。
制备由27.5质量％的平均粒度为0.2μm的FEP粉末、22.5质量％的平均粒度为1μm的h-BN粉末、5质量％的作为表面活性剂的聚氧乙烯烷基醚(非离子型表面活性剂)以及45质量％的水组成的水性分散体。
将上述水性分散体辊涂到复合板件的一表面上，在该复合板件的该表面上加固件的表面与耐热材料的表面一起以散布方式露出，且使具有通过辊涂该水性分散体粘结并形成的熔融氟树脂成分的涂层的该复合板件干燥，然后在340℃的温度下在加热炉内加热20分钟，由此制造外层形成构件，该外层形成构件在复合板件的表面上具有由熔融氟树脂成分(55质量％的FEP和45质量％的h-BN)构成的加热过的涂层。
上述外层形成构件围绕上述管形基底件的外周表面卷绕，使其加热过的涂层置于外侧，由此制备圆柱形的预制件。此后，通过类似于上述实例1的压缩模制，获得球形环密封件，其包括球形环基底件和外层，该球形环基底件具有其中心部分的通孔并由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；外层一体形成在球形环基底件的局部凸出的球形表面上。
通过该压缩成形，球形环基底件构造成提供结构的完整性，因为用于球形环基底件的耐热材料和由金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件被压缩且彼此缠绕。球形环基底件包括由压缩的金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件，以及由膨胀石墨制成的用于球形环基底件的耐热材料，该耐热材料填充该加固件的网眼并被压缩成与该加固件以混合形式一体地形成。外层的表面形成由熔融氟树脂成分的加热过的涂层(55质量％的FEP和45质量％的h-BN)构成的加热过的滑动层的光滑表面，该熔融氟树脂成分在由用于外层的耐热材料的表面和与耐热材料的表面平齐的用于外层的加固件的表面构成的外层中间层表面处一体地粘结并形成在底层上。
实例5至7
使用与上述实例1的组成材料类似的组成材料以与实例1相同的方式制造管形基底件。在该管形基底件中，耐热材料的宽度方向两个相对端部分别从加固件沿宽度方向伸出。
用类似于上述实例1的方法，使用类似于上述实例1的膨胀石墨板作为用于外层的耐热材料并使用类似于上述实例1的加固件作为用于外层的加固件来制备扁平复合板件。在该扁平复合板件内，加固件的表面与耐热材料的表面以散布方式一起暴露在该复合板件的一表面上，且该表面的算术平均粗糙度Ra为8.32μm。
制备由11.5至36.5质量％的平均粒度为0.2μm的FEP粉末、11.5至36.5质量％的平均粒度为1μm的h-BN粉末、2.0至4.5质量％的经过400目筛分的天然石墨粉末(此后缩写为“Gr”)、5质量％的作为表面活性剂的聚氧乙烯烷基醚(非离子型表面活性剂)以及45质量％的水组成的水性分散体。
将上述水性分散体辊涂到复合板件的一表面上，在该复合板件的该表面上加固件的表面与耐热材料的表面一起以散布方式露出，且使具有通过辊涂该水性分散体粘结并形成的熔融氟树脂成分的涂层的该复合板件干燥，然后在340℃的温度下在加热炉内加热20分钟，由此制造外层形成构件，该外层形成构件在复合板件的表面上具有由熔融氟树脂成分(23-73质量％的FEP和23-73质量％的h-BN以及4.0至9.0质量％的Gr)构成的加热过的涂层。
上述外层形成构件围绕上述管形基底件的外周表面卷绕，使其加热过的涂层置于外侧，由此制备圆柱形的预制件。此后，通过类似于上述实例1的压缩模制，获得球形环密封件，其包括球形环基底件和外层，该球形环基底件具有其中心部分的通孔并由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；外层一体形成在球形环基底件的局部凸出的球形表面上。
通过该压缩成形，球形环基底件构造成提供结构的完整性，因为用于球形环基底件的耐热材料和由金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件被压缩且彼此缠绕。球形环基底件包括由压缩的金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件，以及由膨胀石墨制成的用于球形环基底件的耐热材料，该耐热材料填充该加固件的网眼并被压缩成与该加固件以混合形式一体地形成。外层的表面形成由熔融氟树脂成分的加热过的涂层(23至73质量％的FEP和23至73质量％的h-BN以及4.0至9.0质量％的Gr)构成的加热过的滑动层的光滑表面，该熔融氟树脂成分在由用于外层的耐热材料的表面和与耐热材料的表面平齐的用于外层的加固件的表面构成的外层中间层表面处一体地粘结并形成在底层上。
实例8
使用与上述实例1的组成材料类似的组成材料以与实例1相同的方式制造管形基底件。在该管形基底件中，耐热材料的宽度方向两个相对端部分别从加固件沿宽度方向伸出。
用类似于上述实例1的方法，使用类似于上述实例1的膨胀石墨板作为用于外层的耐热材料并使用类似于上述实例1的加固件作为用于外层的加固件来制备扁平复合板件。在该扁平复合板件内，加固件的表面与耐热材料的表面以散布方式一起暴露在该复合板件的一表面上，且该表面的算术平均粗糙度Ra为8.34μm。
制备由27.5质量％的平均粒度为0.2μm的FEP粉末、22.5质量％的平均粒度为1μm的h-BN粉末、5质量％的聚氧乙烯烷基醚(非离子型表面活性剂)、5质量％的作为水性有机溶剂的乙二醇以及40质量％的水组成的水性分散体。
将上述水性分散体辊涂到复合板件的一表面上，在该复合板件的该表面上加固件的表面与耐热材料的表面一起以散布方式露出，且使具有通过辊涂该水性分散体粘结并形成的熔融氟树脂成分的涂层的该复合板件干燥，然后在340℃的温度下在加热炉内加热20分钟，由此制造外层形成构件，该外层形成构件在复合板件的表面上形成有由熔融氟树脂成分(55质量％的FEP和45质量％的h-BN)构成的加热过的涂层。
上述外层形成构件围绕上述管形基底件的外周表面卷绕，使其加热过的涂层置于外侧，由此制备圆柱形的预制件。此后，通过类似于上述实例1的压缩模制，获得球形环密封件，其包括球形环基底件和外层，该球形环基底件具有其中心部分的通孔并由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；外层一体形成在球形环基底件的局部凸出的球形表面上。
通过该压缩成形，球形环基底件构造成提供结构的完整性，因为用于球形环基底件的耐热材料和由金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件被压缩且彼此缠绕。球形环基底件包括由压缩的金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件，以及由膨胀石墨制成的用于球形环基底件的耐热材料，该耐热材料填充该加固件的网眼并被压缩成与该加固件以混合形式一体地形成。外层的表面形成由熔融氟树脂成分的加热过的涂层(55质量％的FEP和45质量％的h-BN)构成的加热过的滑动层的光滑表面，该熔融氟树脂成分在由用于外层的耐热材料的表面和与耐热材料的表面平齐的用于外层的加固件的表面构成的外层中间层表面处一体地粘结并形成在底层上。
实例9
使用与上述实例1的组成材料类似的组成材料以与实例1相同的方式制造管形基底件。在该管形基底件中，耐热材料的宽度方向两个相对端部分别从加固件沿宽度方向伸出。
用类似于上述实例1的方法，使用类似于上述实例1的膨胀石墨板作为用于外层的耐热材料并使用类似于上述实例1的加固件作为用于外层的加固件来制备扁平复合板件。在该扁平复合板件内，加固件的表面与耐热材料的表面以散布方式一起暴露在该复合板件的一表面上，且该表面的算术平均粗糙度Ra为8.40μm。
制备由25质量％的平均粒度为0.2μm的FEP粉末、20.5质量％的平均粒度为1μm的h-BN粉末、4.5质量％的经过400目筛分的Gr粉末、5质量％的作为表面活性剂的聚氧乙烯烷基醚(非离子型表面活性剂)、5质量％的作为水性有机溶剂的乙二醇以及40质量％的水组成的水性分散体。
将上述水性分散体辊涂到复合板件的一表面上，在该复合板件的该表面上加固件的表面与耐热材料的表面一起以散布方式露出，且使具有通过辊涂该水性分散体粘结并形成的熔融氟树脂成分的涂层的该复合板件干燥，然后在340℃的温度下在加热炉内加热20分钟，由此制造外层形成构件，该外层形成构件在复合板件的表面上形成有由熔融氟树脂成分(50质量％的FEP、41质量％的h-BN以及9质量％的Gr)构成的加热过的涂层。
上述外层形成构件围绕上述管形基底件的外周表面卷绕，使其加热过的涂层置于外侧，由此制备圆柱形的预制件。此后，通过类似于上述实例1的压缩模制，获得球形环密封件，其包括球形环基底件和外层，该球形环基底件具有其中心部分的通孔并由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；外层一体形成在球形环基底件的局部凸出的球形表面上。
通过该压缩成形，球形环基底件构造成提供结构的完整性，因为用于球形环基底件的耐热材料和由金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件被压缩且彼此缠绕。球形环基底件包括由压缩的金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件，以及由膨胀石墨制成的用于球形环基底件的耐热材料，该耐热材料填充该加固件的网眼并被压缩成与该加固件以混合形式一体地形成。外层的表面形成由熔融氟树脂成分的加热过的涂层(50质量％的FEP、41质量％的h-BN以及9质量％的Gr)构成的加热过的滑动层的光滑表面，该熔融氟树脂成分在由用于外层的耐热材料的表面和与耐热材料的表面平齐的用于外层的加固件的表面构成的外层中间层表面处一体地粘结并形成在底层上。
对比实例1
使用丝直径为0.28mm的一根奥氏体不锈钢丝(SUS304)作为细金属丝，加工出圆柱形的编结金属丝网，其网眼尺寸为4mm长和5mm宽，使该金属丝网穿过一对辊轮之间而形成带形的金属丝网。该金属丝网用作球形环基底件的加固件。对于用于球形环基底件的耐热材料，使用密度为1.12Mg/m3且厚度为0.38mm的膨胀石墨板。在用于球形环基底件的耐热材料卷绕一个圆周部分之后，将用于球形环基底件的加固件重叠在用于球形环基底件的耐热材料的内侧上，并卷绕该重叠的组件，由此制备管形的基底件，其中用于球形环基底件的耐热材料位于最外周上。在该管形基底件中，用于球形环基底件的耐热材料的宽度方向两个相对端部分别从用于球形环基底件的加固件沿宽度方向伸出。
通过使用类似于上述细金属丝的一根细金属丝(丝直径为0.15mm的奥氏体不锈钢丝(SUS304)，制造网眼尺寸为3.5mm长且2.5mm宽的圆柱形编结金属丝网，并将其穿过一对辊轮之间以形成带形金属丝网。该金属丝网可用作用于外层的加固件。制备类似于上述耐热材料的耐热材料作为耐热材料，并将该耐热材料插入金属丝网内。单独制备类似于上述耐热材料的耐热材料，并将PTFE水性分散体(60质量％的PTFE、5质量％的表面活性剂以及35质量％的水)辊涂到耐热材料的一表面上，并干燥，由此形成具有PTFE涂层的耐热材料。
将具有PTFE涂层的耐热材料重叠到带形金属丝网上，使保持在其内部的耐热材料的涂层面向上，并将该组件穿过一对辊轮之间以由此形成一体的外层形成构件。
上述外层形成构件围绕上述管形基底件的外周表面卷绕，使其涂层置于外侧，由此制备圆柱形的预制件。此后，通过类似于上述各实例的模具用类似方法获得球形环密封件，且该球形环密封件包括球形环基底件和外层，该球形环基底件具有其中心部分的通孔并由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；外层一体形成在球形环基底件的局部凸出的球形表面上。
通过该压缩成形，球形环基底件构造成提供结构的完整性，因为用于球形环基底件的耐热材料和由金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件被压缩且彼此缠绕。球形环基底件包括由压缩的金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件，以及由膨胀石墨制成的用于球形环基底件的耐热材料，该耐热材料填充该加固件的网眼并被压缩成与该加固件以混合形式一体地形成。该外层包括压缩的耐热材料、由金属丝网制成并以混合形式与该耐热材料一体形成的加固件以及与加固件和耐热材料一体形成的PTFE涂层，且外层的暴露于外侧的外表面形成PTFE涂层的光滑表面。
对比实例2
使用类似于上述比较实例1的材料和方法制造出管形基底件。以与上述比较实例1相同的方式，制造其内部插入并保持有耐热材料的带形金属网带，且其用作用于外层的加固件。单独制备类似于上述耐热材料的耐热材料，并将PTFE水性分散体(60质量％的PTFE、5质量％的表面活性剂以及35质量％的水)辊涂到耐热材料的一表面上，并干燥，由此形成具有PTFE涂层的耐热材料。随后，将该耐热材料在加热炉内在PTFE的熔点(327℃)以上的340℃温度下加热20分钟，以由此在耐热材料的一表面上形成加热过的PTFE涂层。
将具有加热过的PTFE涂层的耐热材料重叠到带形金属丝网上，使保持在其内部的耐热材料的涂层面向上，并将该组件穿过一对辊轮之间以由此形成一体的外层形成构件。
上述外层形成构件围绕上述管形基底件的外周表面卷绕，使其涂层置于外侧，由此制备圆柱形的预制件。此后，通过类似于上述各实例的模具用类似方法获得球形环密封件，且该球形环密封件包括球形环基底件和外层，该球形环基底件具有其中心部分的通孔并由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；外层一体形成在球形环基底件的局部凸出的球形表面上。
通过该压缩成形，球形环基底件构造成提供结构的完整性，因为用于球形环基底件的耐热材料和由金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件被压缩且彼此缠绕。球形环基底件包括由压缩的金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件，以及由膨胀石墨制成的用于球形环基底件的耐热材料，该耐热材料填充该加固件的网眼并被压缩成与该加固件以混合形式一体地形成。该外层包括压缩的耐热材料、由金属丝网制成并以混合形式与该耐热材料一体形成的加固件以及与加固件和耐热材料一体形成的加热过的PTFE涂层，且外层的暴露于外侧的外表面形成加热过的PTFE涂层的光滑表面。
对比实例3
使用类似于上述比较实例1的材料和方法制造出管形基底件。以与上述比较实例1相同的方式，制造其内部插入并保持有耐热材料的带形金属网带，且其用作用于外层的加固件。
单独地制备类似于上述对比实例1的耐热材料，并将水性分散体(20质量％的h-BN、30质量％的PTFE、5质量％的表面活性剂、以及45质量％的水)辊涂到该耐热材料的一表面上，并在100℃的温度下干燥，由此在耐热材料的一表面上具有形成润滑成分涂层(20质量％的h-BN和30质量％的PTFE)的耐热材料，上述水性分散体分散地包含作为固体成分的50质量％的润滑成分(40质量％的h-BN和60质量％的PTFE)，该润滑成分分散地包含平均粒度为1μm的150份质量的PTFE粉末对100份质量的h-BN粉末。
将具有润滑成分涂层的耐热材料重叠到带形金属丝网上，使保持在其内部的耐热材料的涂层面向上，并将该组件穿过一对辊轮之间以由此形成一体的外层形成构件。
将润滑成分涂层置于外侧的上述外层形成构件围绕上述管形基底件的外周表面卷绕，由此制备圆柱形的预制件。此后，通过类似于上述各实例的模具用类似方法获得球形环密封件，且该球形环密封件包括球形环基底件和外层，该球形环基底件具有其中心部分的通孔并由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；外层一体形成在球形环基底件的局部凸出的球形表面上。
通过该压缩成形，球形环基底件构造成提供结构的完整性，因为用于球形环基底件的耐热材料和由金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件被压缩且彼此缠绕。球形环基底件包括由压缩的金属丝网制成的用于球形环基底件的加固件，以及由膨胀石墨制成的用于球形环基底件的耐热材料，该耐热材料填充该加固件的网眼并被压缩成与该加固件以混合形式一体地形成。该外层包括压缩的耐热材料、由金属丝网制成并以混合形式与该耐热材料一体形成的加固件以及与加固件和耐热材料一体形成的润滑成分涂层，且外层的暴露于外侧的外表面形成涂层(40质量％的h-BN和60质量％的PTFE)的光滑表面。
将给出通过上述实例1至9和对比实例1和3中获得的球形环密封件安装到如图24所示的排气管的球形接头内，给出对于异常摩擦噪音发生的存在与否、以及气体泄漏量(l/min)进行测试的结果。
<对于异常摩擦噪声发生的存在与否的测试条件和测试方法>
<测试条件>
使用盘簧的加压力(弹簧设定负载：表面压力)：3.2N/mm2
激励幅度：±0.12mm
激励频率：22Hz
温度(图24所示的凹形球形表面部分201的外表面温度)：从室温(25℃)至500℃
匹配构件(图24所示的张开部分203的材料)：SUS304
<测试方法>
将一个40分钟的温度历史设定为一次循环，在一次循环中振动在22Hz的激励频率和±0.12mm的激励幅度下从室温(25℃)开始，且在匹配构件表面的温度(图24所示的凹形球形表面部分201的外表面温度)在激励后10分钟内达到500℃的时间点，将测试件在该温度下保持10分钟，然后允许测试件的温度在20分钟内下降到室温。将该测试重复9个循环，并测量在温度下降期间的异常摩擦噪声。测量循环是1次循环、3次循环、6次循环和9次循环，且相应循环的测量温度设定为500℃、400℃、300℃、200℃和100松散端。
<异常摩擦噪声的确定标准>
代码0：没有产生异常摩擦噪声。
代码0.2：可通过集声管确认产生异常摩擦噪声。
代码1：可在远离排气管球形接头的滑动部分约0.2m的位置处确认产生异常摩擦噪声。
代码1.5：可在远离排气管球形接头的滑动部分约0.5m的位置处确认产生异常摩擦噪声。
代码2：可在远离排气管球形接头的滑动部分约1m的位置处确认产生异常摩擦噪声。
代码2.5：可在远离排气管球形接头的滑动部分约2m的位置处确认产生异常摩擦噪声。
代码3：可在远离排气管球形接头的滑动部分约3m的位置处确认产生异常摩擦噪声。
代码3.5：可在远离排气管球形接头的滑动部分约5m的位置处确认产生异常摩擦噪声。
代码4：可在远离排气管球形接头的滑动部分约10m的位置处确认产生异常摩擦噪声。
代码4.5：可在远离排气管球形接头的滑动部分约15m的位置处确认产生异常摩擦噪声。
代码5：可在远离排气管球形接头的滑动部分约20m的位置处确认产生异常摩擦噪声。
在上述确定标准的总体评估中，相对于代码0至2.5确定没有产生异常摩擦噪声(OK)，而相对于代码3至5，确定产生异常摩擦噪声(NG)。
<气体泄漏量的测试条件和测试方法>
<测试条件>
使用盘簧的挤压力(弹簧设定力)：980N
激励角度：±2.5°
激励频率(摆动速度)：5Hz
温度(图24所示的凹形球形表面部分201的外表面温度)：从室温(25℃)至500℃
摆动运动的次数：1,000,000
匹配构件(图24所示的张开部分203的材料)：SUS304
<测试方法>
在室温(25℃)5Hz的激励频率、在±2.5°的条件下持续摆动运动的同时，直至温度上升到500℃。在保持温度的状态下继续该摆动运动，在摆动次数达到1,000,000次的时间点测量气体泄漏量。
<气体泄漏量的测量方法>
关闭图24所示排气管球形接头的一上游侧排气管100的开口部分，并允许干空气在0.049MPa(0.5kgf/cm2)的压力下从另一下游侧排气管200流入接头部分内。通过流量计4次测量来自接头部分的泄漏量(球形环密封件39的表面45与张开部分203之间的滑动接触部分、球形环密封件39的圆柱形内表面33与上游侧排气管100的管端部101之间的配装部分、以及环形端面35与竖直设置在上游侧排气管100上的凸缘102之间的邻靠部分)，即(1)在测试早期(测试开始之前)，(2)在250,000次摆动运动之后，(3)在500,000次摆动运动之后，(4)在1,000,000次摆动运动之后。
表1至4显示上述测试的结果。
[表1]
Figure BPA00001562817200341
Figure BPA00001562817200351
[表2]
Figure BPA00001562817200361
[表3]
Figure BPA00001562817200372
Figure BPA00001562817200381
Figure BPA00001562817200391
[表4]
Figure BPA00001562817200392
Figure BPA00001562817200401
从表1至4中所示的测试结果可以理解，根据实例1至9的球形环密封件，在评价异常摩擦噪音和气体泄漏量方面，优于根据比较实例1和3的球形环密封件。由于根据比较实例1至3的每个球形环密封件中的涂层由PTFE组成或有PTFE作为主要成分，所以当涂层在经过超过PTFE熔点的温度之后经受至室温的降温时，产生这样的现象：涂层和转移到匹配件的表面上的膜彼此粘结，且在300℃附近温度下发生从膜与涂层之间的粘结状态到软化状态的过渡阶段认识到有异常摩擦噪声。可以想到在从膜与涂层之间的粘结状态至软化状态的过渡时异常摩擦噪声的发生是由于PTFE的熔融粘度(1×1010-11Pa·s)很高，从而发生大的剪切力，且在通过该剪切力消除粘结现象时产生异常摩擦噪声，即是由于PTFE的静摩擦系数和动摩擦系数之间的较大差异造成的粘滑现象。
相反，根据实例1至9的球形环密封件各设有FEP作为其主要成分的涂层，FEP具有与PTFE的熔融粘度相比较小的熔融粘度，即FEP具有静摩擦系数与动摩擦系数之间的较小差异，从而不产生由粘滑现象造成的异常摩擦噪声。
如上所述，在根据本发明的球形环密封件中，外层的表面由一体涂在底层的外层中间层表面上的加热过的滑动层的光滑表面构成，该外层中间层表面由用于外层的耐热材料的表面和与耐热材料的表面平齐的用于外层的加固件的表面构成，由于用于外层的耐热材料和加固件彼此挤压粘结，使得用于外层的加固件嵌入用于外层的耐热材料内，有熔融氟树脂作为其主要成分的加热过的滑动层具有静摩擦系数与动摩擦系数之间的较小差异。因此，根据本发明的球形环密封件使得能够防止在匹配构件的表面上滑动时产生异常摩擦噪声。此外，即使在加热过的滑动层已磨去的情况下，加热过的滑动层的基层是底层的外层中间层表面，该底层的外层中间层表面由用于外层的耐热材料的表面和与该耐热材料的表面平齐的用于外层的加固件的表面组成，且该外层中间层表面散布有加固件。因此，在与匹配构件摩擦时，可避免仅与由膨胀石墨制成的耐热材料直接摩擦，且不会发生由于耐热材料的静摩擦系数与动摩擦系数之间的较大差异造成的粘滑现象，由此能够防止由于粘滑现象产生异常摩擦噪声。此外，由于能够避免仅外层的加固件与匹配构件的表面的局部摩擦，并防止由于摩擦损坏和弄粗糙匹配构件的表面，所以能够防止密封性的降低。此外，由于借助于形成在匹配构件的表面上多余膜的刮除作用通过形成在匹配构件的表面上适当厚度的膜而发生摩擦，所以能够防止产生异常摩擦噪声。
此外，在根据本发明制造球形环密封件的方法中，将由密度比形成用于球形环基底件耐热材料的膨胀石墨的密度低的膨胀石墨制成的用于外层的耐热材料插入由金属丝网制成的用于外层的加固件的两层内，并将这种其中插入有用于外层的耐热材料的用于外层的加固件沿该加固件的厚度方向加压，由此使用于外层的耐热材料和用于外层的加固件彼此挤压粘结，从而使用于外层的耐热材料紧密地填充在用于外层的加固件的金属丝网的网眼内，且用于外层的加固件嵌入用于外层的耐热材料内。因此，能够形成扁平复合板，在该扁平复合板中用于外层的耐热材料的表面和用于外层的加固件的表面彼此平齐，用于外层的加固件的表面以散布方式暴露在做成彼此平齐的用于外层的加固件的表面和用于外层的耐热材料的表面上，且该表面的算术平均粗糙度Ra为5至30μm。通过用熔融氟树脂成分的水性分散体进行涂敷形成的熔融氟树脂成分的加热过的涂层牢固地粘结在复合板件的一表面上。
在由复合板材形成的外层中，即使在外层与球形环基底件的局部凸出球形表面一体形成的情况下，其外层中间层表面也散布有加固件。因此，即使在外层表面的加热过的滑动层被磨去的情况下，在与匹配构件摩擦时，能够避免仅与由膨胀石墨制成的耐热材料的直接摩擦并避免仅外层内加固件与匹配构件的表面的局部摩擦。因此，不会发生由于耐热材料的静摩擦系数和动摩擦系数之间的较大差异造成的粘滑现象。因此，由于实践中能尽可能地防止摩擦造成的匹配构件表面的损坏和变粗糙，所以不仅可防止由于粘滑现象产生异常摩擦噪声，而且可防止降低密封性。
附图标记说明
4：带形金属丝网
5：加固件
6：耐热材料
12：重叠组件
13：管状基底件
23：外层形成构件
24：圆柱形预制件
31：模具
33：圆柱形内表面
34：局部凸出的球形表面
35：大直径侧环形端面
36：小直径侧环形端面
37：球形环基底件
38：外层
39：球形环密封件
40：滑动层
42：外层中间层表面
46：底层

Claims (10)

1.一种球形环密封件，其特征在于，包括：球形环基底件，所述球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出球形表面、以及所述局部凸出球形表面的大直径侧和小直径侧环形端面限定；以及外层，所述外层一体地形成在所述球形环基底件的所述球形凸出球形表面上，其中，所述球形环基底件包括由金属丝网制成的加固件和含有膨胀石墨的耐热材料，所述耐热材料被压缩成填充所述加固件的金属丝网的网眼并与所述加固件以混合形式形成一体，以及所述外层包括：底层，所述底层包括由金属丝网制成并被压缩的加固件和包含膨胀石墨的耐热材料，所述耐热材料被压缩成填充所述加固件的所述金属丝网的网眼并紧密地挤压粘结至所述加固件，且所述耐热材料具有与所述加固件的表面一起形成外层中间层表面的表面，所述底层与所述局部凸出球形表面一体形成；以及加热过的滑动层，所述加热过的滑动层由熔融氟树脂成分构成，所述熔融氟树脂成分在所述外层中间层表面处一体地粘结并形成在所述底层上并包含至少一种熔融氟树脂，所述外层的暴露于外侧的表面由所述加热过的滑动层的光滑表面构成。
2.如权利要求1所述的球形环密封件，其特征在于，所述底层的所述外层中间层表面的表面由所述外层内的所述加固件和所述耐热材料形成，并形成有5至30μm的算术平均粗糙度Ra。
3.如权利要求1或2所述的球形环密封件，其特征在于，所述熔融氟树脂成分包含23至75质量％的六方氮化硼和23至75质量％的熔融氟树脂。
4.如权利要求1至3中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，所述熔融氟树脂成分包含不超过16质量％比例的石墨。
5.如权利要求1至4中任一项所述的球形环密封件，其特征在于，所述熔融氟树脂由四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)构成。
6.一种制造球形环密封件的方法，该球形环密封件包括球形环基底件和外层，所述球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出的球形表面、以及局部凸出的球形表面的大直径侧和小直径侧的环形端面限定；所述外层一体形成在所述球形环基底件的所述局部凸出的球形表面上，所述方法包括以下步骤：
(a)制备用于球形环基底件的耐热材料，所述耐热材料由密度为αMg/m3的膨胀石墨板构成；
(b)制备用于所述球形环基底件的加固件，所述加固件由通过编织或编结细金属丝获得的金属丝网制成，且在通过将用于所述球形环基底件的所述加固件重叠在用于所述球形环基底件的所述耐热材料上而形成重叠组件之后，将所述重叠组件卷绕成中空圆柱形，以由此形成管状基底件；
(c)将由密度为0.3α至0.6αMg/m3的膨胀石墨板构成的用于外层的耐热材料插入由金属丝网制成的用于所述外层的加固件的两层之间，所述金属丝网通过编织或编结细金属丝获得，并将其中插入有用于所述外层的所述耐热材料的用于所述外层的所述加固件沿所述加固件的厚度方向加压，以由此形成扁平复合板件，在所述扁平复合板件中，用于所述外层的所述耐热材料和用于所述外层的所述加固件被压缩成彼此挤压粘结，使得用于所述外层的所述耐热材料填充用于所述外层的所述加固件的所述金属丝网的网眼，且用于所述外层的所述加固件在部分露出的同时嵌入用于所述外层的所述耐热材料内，所述扁平复合板件具有表面，在所述扁平复合板件的该表面中，用于所述外层的所述耐热材料的表面和用于所述外层的所述加固件的表面彼此平齐；
(d)制备熔融氟树脂成分的水性分散体，所述水性分散体包含熔融氟树脂粉末、六方氮化硼粉末、表面活性剂和水；
(e)将所述水性分散体敷加至所述复合板件的表面，并使所述水性分散体干燥，以由此在所述表面上形成所述熔融氟树脂成分的涂层，所述复合板件的所述表面中用于所述外层的所述耐热材料的表面和用于所述外层的所述加固件的表面彼此平齐；
(f)在不低于熔融氟树脂的熔点的温度下加热形成在所述复合板件的表面上所述熔融氟树脂成分的所述涂层，以由此形成在所述复合板件的一表面上具有加热过的所述熔融氟树脂成分的涂层的扁平外层形成构件；
(g)将所述外层形成构件围绕所述环形基底件的外周表面卷绕，使其加热过的涂层面向外侧，以由此形成圆柱形预制件；以及
(h)将所述圆柱形预制件配装在模具内芯的外周表面上，将所述内芯放入所述模具内，并沿所述内芯的轴向方向将所述圆柱形预制件在所述模具内压缩模制，其中，所述球形环基底件构造成由于包含膨胀石墨的用于所述球形环基底件的所述耐热材料和由所述金属丝网制成的所述加固件被压缩且彼此缠绕而提供结构的完整性，且所述外层包括：底层，所述底层包括由所述金属丝网制成并被压缩的所述加固件和包含膨胀石墨的所述耐热材料，所述耐热材料被压缩成填充所述加固件的所述金属丝网的网眼并紧密地挤压粘结至所述加固件，且所述耐热材料具有与所述加固件的表面平齐并散布有所述加固件的表面并与所述加固件的表面一起形成外层中间层表面的表面，所述底层与所述局部凸出球形表面一体形成；以及加热过的滑动层，所述加热过的滑动层通过加热在所述外层中间层表面处一体粘结并形成在所述底层上的熔融氟树脂成分而获得，所述外层的暴露于外侧的表面由所述加热过的滑动层的光滑表面构成。
7.如权利要求6所述的制造球形环密封件的方法，其特征在于，用于所述球形环基底件的所述耐热材料的密度α为1.0至1.5Mg/m3。
8.如权利要求6或7所述的制造球形环密封件的方法，其特征在于，所述熔融氟树脂成分的水性分散体包含11.5至45质量％的熔融氟树脂粉末、11.5至45质量％的六方氮化硼粉末、0.01至13.5质量％的表面活性剂和水(25至45质量％)。
9.如权利要求6至8中任一项所述的制造球形环密封件的方法，其特征在于，所述熔融氟树脂成分的水性分散体包含0.5至8质量％比例的石墨粉末。
10.如权利要求6至9中任一项所述的制造球形环密封件的方法，其特征在于，所述熔融氟树脂由四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)构成。
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