JP2003014177A - 排気管継手装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３００℃を超える高温領域においても異常音
の発生がなく、かつシール体及び相手材の耐摩耗性を向
上させることのできる排気管継手装置をを提供するこ
と。 【解決手段】 球面継手は、一方の排気管１００の管端
部に形成された凹球面シール座４０１と、他方の排気管
の管端部に配置され、該凹球面シール座に摺接する部分
凸球面部３０２を具備した球帯状シール体３００とから
なり、球帯状シール体は、膨張黒鉛からなる耐熱材と金
網からなる補強材との圧縮成形物からなるとともに部分
凸球面部の表面は固体潤滑剤からなる潤滑すべり層２１
と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化され
た金網からなる補強材とが混在一体となった平滑な面に
形成されており、該球帯状シール体の部分凸球面部が摺
接する凹球面シール座の表面には、窒化層、Ｎｉ−Ｐ合
金被膜層及びＮｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜層のうちのいずれか
一つから選択される硬質層４０４が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は自動車の排気管継手
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンの排気ガスは、エンジン
から車体フレーム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。と
くに前輪駆動横置きエンジンの場合は、縦置きエンジン
の場合に比較して、この曲げ応力はかなり大きいものと
なる。したがって、エンジンの振動が排気管つり架具を
伝わって車室内にもたらされたり、あるいは騒音の原因
にもなるばかりでなく排気管の疲労折損などの不具合を
生じる危険もある。このような問題を解決するために、
従来、排気管の所定箇所に球面管継手を配置して応力を
吸収させるなどの手段が講じられている。

【０００３】ここで、従来公知のこの種球面管継手の一
例を図１６に基づいて説明すると、つぎのとおりであ
る。図１６において、上流側排気管（エンジン側）１と
下流側排気管（大気側）２とは、管端部に僅かな隙間Ｓ
を残して相対峙するように同一軸線上に配置されてい
る。該上流側排気管１の管端部３の外周面には、内面に
貫通孔４を有し外面に部分凸球面部５を有する球帯状シ
ール体６が該貫通孔４を嵌合させ、該部分凸球面部５の
大径側端面７を該上流側排気管１の外周面に立設された
フランジ８に接触させて配されている。

【０００４】一方、下流側排気管２の端部には、前記球
帯状シール体６の部分凸球面部５に対応する凹球面部９
と凹球面部９の開口部周縁にフランジ部１０を備えた径
拡大部１１が一体的に形成されており、該下流側排気管
２は径拡大部１１の凹球面部９を球帯状シール体６の部
分凸球面部５に摺接させて配置されている。

【０００５】上、下流側排気管１、２とは、一端がフラ
ンジ８に固定され、他端が径拡大部１１のフランジ部１
０を貫通して配された一対のボルト１２と該ボルト１２
の外周面を囲繞して該ボルト１２の頭部１３とフランジ
部１０との間に配された一対のコイルばね１４とからな
る弾性連結装置１５により連結されており、該下流側排
気管２には常時、上流側排気管１方向にばね力が付勢さ
れている。そして、上、下流側排気管１、２に生じる相
対角変位に対しては、球帯状シール体６の部分凸球面部
５と下流側排気管２の端部に形成された径拡大部１１の
凹球面部９との摺接で許容するよう構成されている。

【０００６】ところで、上述した構成からなる球面管継
手に使用される球帯状シール体には、自動車エンジン
の回転に伴なって生じる上流側排気管と下流側排気管と
の間の相対角運動を円滑に許容する機能、排気ガスの
当該継手部分からの漏洩を防止する機能、などが要求さ
れる。

【０００７】そして、この球帯状シール体としては、例
えば特公昭５８−２１１４４号公報に開示されているよ
うに、金属ワイヤメッシュと可撓性を有する膨張黒鉛シ
ートやマイカシートなどの耐熱材料とを重ね合わせ、こ
れらを円筒状に捲回して予備成形体を形成したのち、該
予備成形体を該成形体の軸方向に圧縮して形成したもの
が使用されている。

【０００８】上記構成からなる球帯状シール体は耐熱性
を有し、相手材とのなじみ性に優れることからシール性
が良好であり、また衝撃強度も著しく改善されていると
いう利点を有する反面、乾燥摩擦条件下での摩擦におい
ては、該シール体を形成する膨張黒鉛が相手材となる凹
球面部の表面に移着して黒鉛被膜を形成し、該シール体
がこの黒鉛被膜との摺動に移行した段階でスティックス
リップを生じ、往々にして異常音を発生するという欠点
がある。

【０００９】上述した欠点を解決するべく本出願人は特
願昭５６−１３０３４３号（特開昭５８−３４２３０
号）を提案した。この技術は、金網からなる補強材を、
その上に層状に配置された耐熱性を有する四ふっ化エチ
レン樹脂などの固体潤滑剤と共に捲回し、圧縮成形して
得られた成形体の表面に、変形して絡み合った補強材
と、補強材の網目及び細線間に充填保持された固体潤滑
剤とが混在している平滑な面が現れているシール体を開
示するものである。

【００１０】このシール体は、前記特公昭５８−２１１
４４号公報に開示されたシール体と比較すると、相手材
と摺接する摺動面に、金網からなる補強材と固体潤滑剤
とが混在しており、補強材と固体潤滑剤とが交互に露出
して存在する構成であるので、摺動時に形成される相手
材表面への固体潤滑剤被膜の被膜形成能に優れており、
また固体潤滑剤被膜が相手材表面に過度に形成された場
合には補強材がかき取る役割を果たし、前記シール体に
おける黒鉛被膜との直接的な接触が回避されることか
ら、異常音の発生を極力防止できるという利点がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記利
点を有するシール体においても、該シール体と相手材と
の摩擦の増加に伴ない、相手材の表面に形成された固体
潤滑剤被膜が摩耗粉として摩擦面間に介在、とくに３０
０℃を超える高温領域においてはこの摩耗粉は酸化物と
なって摩擦面間に介在し、相手材表面の固体潤滑剤被膜
が掻き落され、相手材とシール体の補強材との金属同士
の摩擦に移行する虞がある。

【００１２】通常、シール体を形成する補強材として
は、耐熱性を有するステンレス鋼線からなる金網が使用
され、また、相手材もまた、耐熱性を有するステンレス
鋼から形成されていることから、上記金属同士の摺動に
おいてはステンレス鋼同士、所謂ともがねの摺動とな
り、不整摩擦を生じて往々にして異常音を発生させると
いう欠点として現れる。また、シール体と相手材との摩
擦において、該シール体の表面は金網からなる補強材が
露出した不連続な面（凹凸面）となっており、この不連
続な面と摺接する相手材の表面は支圧強度が高くなり、
該相手材表面に凹みなどの損傷を生じさせ、該相手材の
表面及び該表面と摺接するシール体の摩耗を促進させる
虞がある。

【００１３】本発明は上記実情に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、３００℃を超える高温領
域においても異常音の発生がなく、かつシール体及び相
手材の耐摩耗性を向上させることのできる排気管継手装
置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様の排
気管継手装置は、同軸上に配列される複数の排気管のた
めの排気管継手装置であって、一方の排気管の管端部と
この管端部に相対峙する他方の排気管との間に配された
球面継手と、この球面継手を介して両排気管の管端部を
相互に連結する弾性連結装置とを具備しており、球面継
手は、一方の排気管の管端部に形成された凹球面シール
座と、他方の排気管の管端部に配置され、該凹球面シー
ル座に摺接する部分凸球面部を具備した球帯状シール体
とからなり、球帯状シール体は、膨張黒鉛からなる耐熱
材と金網からなる補強材との圧縮成形物からなるととも
に部分凸球面部の表面は固体潤滑剤からなる潤滑すべり
層と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化さ
れた金網からなる補強材とが混在一体となった平滑な面
に形成されており、該球帯状シール体の部分凸球面部が
摺接する凹球面シール座の表面には、窒化層、Ｎｉ−Ｐ
合金被膜層及びＮｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜層のうちのいずれ
か一つから選択される硬質層が形成されていることを特
徴とする。

【００１５】第一の態様の排気管継手装置によれば、球
帯状シール体と凹球面シール座との摩擦においては、該
シール体の部分凸球面部表面の潤滑すべり層が凹球面シ
ール座の硬質層の表面に潤滑被膜を形成し、この潤滑被
膜と、潤滑すべり層と該潤滑すべり層と一体化された金
網からなる補強材とが混在一体となった平滑な部分凸球
面部との摩擦になるので、排気管継手装置に作用する相
対角変位は異常音を発生させることなく円滑に許容され
る。また、高温領域において、潤滑被膜の酸化により、
該被膜が凹球面シール座の硬質層表面から掻き落され、
金網からなる補強材が露出した部分凸球面部と凹球面シ
ール座の硬質層との摩擦に移行した場合でも、該補強材
と凹球面シール座の硬質層とは高温領域において摺動特
性に優れているため、不整摩擦を生じることがなく、結
果として不整摩擦に起因する異常音の発生は防止され
る。さらに、凹球面シール座の表面硬さが高められてい
るので、凹球面シール座と該シール体の部分凸球面部の
不連続な面（凹凸面）との摩擦においては、該凹球面シ
ール座に凹みなどの損傷が生じることがなく、凹球面シ
ール座の表面及び該表面と摺接する球帯状シール体の耐
摩耗性が向上される。

【００１６】上記凹球面シール座の表面に形成される硬
質層としての窒化層は、例えばガス窒化処理法、ガス軟
窒化処理法、プラズマ窒化処理法などの方法で形成さ
れ、また硬質層としてのＮｉ−Ｐ合金被膜層及びＮｉ−
Ｐ−Ｂ合金被膜層は、例えば無電解めっき法などによっ
て形成される。

【００１７】本発明の第二の態様の排気管継手装置で
は、上記の第一の態様の排気管継手装置において、窒化
層、Ｎｉ−Ｐ合金被膜層及びＮｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜層の
うちのいずれか一つから選択される硬質層は、その表面
硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）４００〜１２００であ
る。

【００１８】第二の態様の排気管継手装置によれば、硬
質層の表面硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）４００未満で
は、とくに球帯状シール体の部分凸球面部の不連続な面
（凹凸面）と摺接する凹球面シール座側に摩擦による凹
みなどの損傷が生じるのを防止し難く、またビッカース
硬さ（Ｈｖ）１２００を超えても上記効果のそれ以上の
向上は見られない。

【００１９】本発明の第三の態様の排気管継手装置で
は、上記の第一又は第二の態様の排気管継手装置におい
て、固体潤滑剤はポリテトラフルオロエチレン樹脂から
なる。

【００２０】第三の態様のような、ポリテトラフルオロ
エチレン樹脂からなる潤滑すべり層では、とくに排気管
継手装置の雰囲気温度が常温から３００℃の温度におい
ては、凹球面シール座の硬質層に潤滑皮膜を形成して該
球帯状シール体と凹球面シール座との間に生じる相対角
変位を何らの異常音を発生させることなく円滑に行わせ
ることができる。また、排気管継手装置の雰囲気温度が
３００℃を超え、凹球面シール座の表面に形成された潤
滑被膜に酸化をきたし、該凹球面シール座の表面から脱
落して該凹球面シール座と該シール体の部分凸球面の表
面に露出する金網からなる補強材との摩擦に移行した場
合でも、前述したように該凹球面シール座の表面には硬
質層が形成されており、該シール体の部分凸球面の表面
に露出する金網からなる補強材はこの硬質層との摩擦と
なるが、硬質層と補強材とは高温領域において摺動特性
が優れているので不整摩擦を生じることはなく、不整摩
擦に起因する異常音を生じることはない。したがって、
ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる潤滑すべり層
であっても、排気管継手装置の雰囲気温度が３００℃を
超える温度での使用を可能とする。

【００２１】本発明の第四の態様の排気管継手装置で
は、上記の第一から三のいずれかの態様の排気管継手装
置において、弾性連結装置は、一方の排気管側に設けら
れる第一のフランジと、他方の排気管側に設けられる第
二のフランジと、第一及び第二のフランジのうちいずれ
か一方に一端が固定され、他端が他方のフランジを貫通
して配された一対のボルトと、球帯状シール体の凸球面
部の凹球面シール座への摺接を弾性的に確保する弾力性
を発生し、該ボルトの外周面を囲繞して該ボルトの頭部
と他方のフランジとの間に配置された一対のコイルばね
とからなる。

【００２２】以下、本発明の実施の形態の例を、図を参
照して詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等
限定されない。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の排気管継手装置、該継手
装置に使用される球帯状シール体の構成材料及び球帯状
シール体の製造方法並びに凹球面シール座の表面の硬質
層について説明する。

【００２４】図１は、本発明の排気管継手装置を示すも
のである。エンジン側に連結された上流側排気管１００
の外周面には管端部１０１を残してフランジ２００が立
設されており、該管端部１０１には、内面に貫通孔３０
１を有し外面に部分凸球面部３０２を有するとともに該
部分凸球面部３０２の表面が固体潤滑剤からなる潤滑す
べり層２１と該潤滑すべり層２１を覆って該潤滑すべり
層と一体化された金網からなる補強材３１とが混在一体
となった平滑な面に形成された球帯状シール体３００が
貫通孔３０１を嵌合させ、部分凸球面部３０２の大径側
端面３０３を該フランジ２００に当接させて着座せしめ
られている。上流側排気管１００の管端部に僅かな隙間
Ｓを残して該上流側排気管１００と相対峙してマフラー
側に連結され、端部に凹球面シール座４０１と該凹球面
シール座４０１の開口部周縁にフランジ部４０２を備え
るとともに該凹球面シール座４０１の表面に硬質層４０
４を具備した径拡大部４０３が一体に形成された下流側
排気管４００が該凹球面シール座４０１の表面の硬質層
４０４を球帯状シール体３００の潤滑すべり層２１と該
潤滑すべり層と一体化された金網からなる補強材３１と
が混在一体となった平滑な面に形成された部分凸球面部
３０２に摺接させて配置されている。

【００２５】上、下流側排気管１００、４００には、一
端がフランジ２００に固定され、他端が径拡大部４０３
のフランジ部４０２を挿通して配された一対のボルト５
００と該ボルト５００の外周面を囲繞して該ボルト５０
０の頭部５０１とフランジ部４０２との間に配された一
対のコイルばね６００とからなる弾性連結装置７００に
より連結されており、下流側排気管４００には常時、上
流側排気管１００方向にばね力が付勢されている。そし
て、上、下流側排気管１００、４００に生ずる相対角変
位に対しては、球帯状シール体３００の潤滑すべり層と
該潤滑すべり層と一体化された金網からなる補強材とが
混在一体となった平滑な面に形成された部分凸球面部３
０２と下流側排気管４００の端部に形成された径拡大部
４０３の凹球面シール座４０１表面の硬質層４０４との
摺接で許容するように構成されている。

【００２６】−球帯状シール体の構成材料− ＜補強材について＞補強材は、オーステナイト系のＳＵ
Ｓ３０４、ＳＵＳ３１６、フェライト系のＳＵＳ４３０
などのステンレス鋼線を織ったり、編んだりして形成さ
れる金網が使用される。該金網を形成する金属細線の線
径は０．１０〜０．３２ｍｍ程度のものが使用され、ま
た金網の網目は３〜６ｍｍ程度のものが使用されて好適
である。

【００２７】＜耐熱材について＞耐熱材としては、膨張
黒鉛が使用される。膨張黒鉛は、特公昭４４−２３９６
６号公報に開示されている米国ユニオンカーバイト社製
の「グラフォイル（商品名）」あるいは日本カーボン社
製の「ニカフィルム（商品名）」など、厚さ０．３〜
１．０ｍｍのシート状のものが使用されて好適である。

【００２８】潤滑すべり層は、固体潤滑剤としてポリテ
トラフルオロエチレン樹脂を使用した場合は、平均粒径
０．３μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を固
形分として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパ
ージョンを、後述する製造方法において、前記シート状
の耐熱材の表面に刷毛塗り、スプレーなどの手段によっ
て被覆し、最終の圧縮工程においてシール体の外面部分
凸球面部の表面に展延されて形成される。シート状の耐
熱材の表面に水性ディスパージョンを被覆するにあた
り、水性ディスパージョン中の固形分が２０〜３０重量
％（水分７０〜８０重量％）の場合には、被覆操作を２
〜３回繰り返すことにより所望の厚さの潤滑すべり層と
することができる。

【００２９】次に、上述した構成材料からなる球帯状シ
ール体の製造方法について図面に基づき説明する。

【００３０】所定の幅と長さに切断した膨張黒鉛シート
からなる耐熱材２０を用意する。金属細線を織ったり、
編んだりすることによって形成される金網を用意し、こ
の金網を所定の幅と長さに切断するか、または、図４に
示すように、金属細線を編んで円筒状金網３０を形成し
たのち、これを一対のローラ４０、４０間に通すかして
帯状金網を作製し、これを切断して補強材３１として使
用する。

【００３１】この帯状金網からなる補強材３１と前記耐
熱材２０とを重ね合わせるとともに、この重合体を、耐
熱材２０を内側にしてうず巻き状であって、耐熱材２０
が１回多くなるように捲回し、図５に示すように、筒状
母材５０を形成する。

【００３２】前記耐熱材２０と同様の耐熱材２０を別途
用意し、該耐熱材２０の一方の表面に、潤滑すべり層２
１を形成する。この潤滑すべり層２１を形成する固体潤
滑剤として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を使用す
る場合は、つぎのようにして行なわれる。平均粒径０．
３μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を固形分
として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージ
ョンを用意し、この水性ディスパージョンを耐熱材２０
の一方の表面に刷毛塗り、スプレー等の手段で被覆し、
乾燥して該ポリテトラフルオロエチレン樹脂の潤滑すべ
り層２１を形成する。

【００３３】一方、先に図４において説明したように、
金属細線を編んで円筒状金網３０を形成したのち、これ
を一対のローラ４０、４０間に通して作製した帯状金網
からなる補強材３１を別途用意し、該補強材３１内に潤
滑すべり層２１を具備した耐熱材２０を挿入するととも
に、これを一対のローラ４１、４１間に通して一体化さ
せた摺動面材６０を作製する。このようにして得た摺動
面材６０を潤滑すべり層２１を外側にして前記筒状母材
５０の外周面に巻付け、予備円筒成形体７０を作製する
（図８）。

【００３４】内面に円筒壁面８１と円筒壁面８１に連な
る部分凹球壁面８２と部分凹球壁面８２に連なる貫通孔
８３とを備え、該貫通孔８３に段付きコア８４を嵌挿す
ることによって内部に中空円筒部８５と該中空円筒部８
５に連なる球帯状中空部８６とが形成された金型８０を
用意し、該金型８０の段付きコア８４に前記予備円筒成
形体７０を挿入し、該予備円筒成形体７０を金型８０の
中空部に位置させる（図９）。

【００３５】金型８０の中空部に位置させた予備円筒成
形体７０をコア軸方向に３トン／ｃｍ^２の圧力で圧縮成
形し、図２及び図３に示すような、内面に貫通孔３０１
を備え、外面に部分凸球面部３０２を備えた球帯状シー
ル体３００を作製する。

【００３６】この圧縮成形により、貫通孔３０１から部
分凸球面部３０２にかけての球帯状シール体３００の内
部は、耐熱材２０と金網からなる補強材３１とが圧縮さ
れ、互いに絡み合って構造的一体性を有するように構成
され、部分凸球面部３０２の表面は潤滑すべり層２１の
露出面と金網からなる補強材３１とが混在一体となった
平滑な面に形成されている。

【００３７】＜凹球面シール座の表面の硬質層について
＞凹球面シール座４０１を具備した径拡大部４０３はス
テンレス鋼から形成されているとともに該凹球面シール
座４０１の表面には窒化層、Ｎｉ−Ｐ合金被膜層及びＮ
ｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜層のうちのいずれか一つから選択さ
れる硬質層４０４が形成されている。この硬質層４０４
は、その表面硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）４００〜１
２００である。

【００３８】硬質層４０４としての窒化層は、例えばガ
ス窒化処理法、ガス軟窒化処理法、プラズマ窒化処理法
などの方法で形成され、また硬質層２０１としてのＮｉ
−Ｐ合金被膜層及びＮｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜層は、無電解
めっき法などによって形成される。

【００３９】つぎに、潤滑すべり層の露出面と金網から
なる補強材とが混在一体となった部分凸球面部を具備し
た球帯状シール体と表面に硬質層を具備した凹球面シー
ル座との摩擦試験を図１に示す排気管継手装置を使用し
て行ない、異常音の発生の有無について試験した結果に
ついて説明する。

【００４０】−球帯状シール体の作製− 金属細線として線径０．２８ｍｍのオーステナイト系ス
テンレス鋼線（ＳＵＳ３０４）を使用し、網目３ｍｍの
円筒状編組金網を作製し、これをローラ間に通して帯状
の金網とし、これを補強材とした。耐熱材として、厚さ
０．５ｍｍの膨張黒鉛シートを使用した。これら補強材
と耐熱材とを重ね合わせたのち、耐熱材を内側にし最外
周に該耐熱材が位置するように捲回して筒状母材を作製
した。

【００４１】上記耐熱材と同様の耐熱材を別途用意し
た。固体潤滑剤として平均粒径０．３μｍのポリテトラ
フルオロエチレン樹脂粉末を固形分として３０重量％分
散含有した水性ディスパージョン（ポリテトラフルオロ
エチレン樹脂３０重量％、水分７０重量％）を使用し、
これを該耐熱材の一方の表面に刷毛塗りし、乾燥すると
いう操作を３回繰り返して該ポリテトラフルオロエチレ
ン樹脂の潤滑すべり層を形成した。上記補強材と同様の
円筒状金網を形成したのち、これをローラ間に通して作
製した帯状金網を別途用意し、該帯状金網内に前記潤滑
すべり層を備えた耐熱材を挿入するとともにこれらをロ
ーラ間に通して一体化させ、一方の面に潤滑すべり層と
金網とが混在した摺動面材を作製した。摺動面材を潤滑
すべり層を外側にして前記筒状母材の外周面に巻付け、
予備円筒成形体を作製した。ついで、この予備円筒成形
体を前述した金型を使用して該予備円筒成形体の軸方向
に３トン／ｃｍ^２の圧力で圧縮成形し、内面に貫通孔を
備え、外面に部分凸球面部を備えた球帯状シール体を作
製した。この球帯状シール体の部分凸球面部の表面は、
ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる潤滑すべり層
と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化され
た金網からなる補強材とが混在一体となった平滑な面に
形成されている。

【００４２】−凹球面シール座の表面硬質層の作製− ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる凹球面シール座
の表面に、プラズマ窒化処理を施し、該凹球面シール
座の表面にビッカース硬さＨｖ５７０の窒化層を、Ｎ
ｉ−Ｐ−Ｂ合金の無電解メッキ処理を施し、該凹球面シ
ール座の表面にビッカース硬さＨｖ７３０のＮｉ−Ｐ−
Ｂ合金被膜を、Ｎｉ−Ｐ合金の無電解メッキ処理を施
し、該凹球面シール座の表面にビッカース硬さＨｖ５０
０のＮｉ−Ｐ合金被膜を、それぞれ形成した。

【００４３】試験体１ 上記球帯状シール体と上記の表面にビッカース硬さＨ
ｖ５７０の窒化層を形成した凹球面シール座との組合わ
せ。

【００４４】試験体２ 上記球帯状シール体と上記の表面にビッカース硬さＨ
ｖ７３０のＮｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜を形成した凹球面シー
ル座との組合わせ。

【００４５】試験体３ 上記球帯状シール体と上記の表面にビッカース硬さＨ
ｖ５００のＮｉ−Ｐ合金被膜を形成した凹球面シール座
との組合わせ。

【００４６】試験体４（比較例） 球帯状シール体とＳＵＳ３０４からなる凹球面シール座
との組合わせ。

【００４７】＜試験条件１＞ コイルバネによる押圧力：７２ｋｇｆ 揺動角：±３
° 振動数：１２ヘルツ 雰囲気温度（図１に示す凹球面シール座の外表面温
度）：室温（２０℃）〜３００℃ ＜試験条件２＞ コイルバネによる押圧力：７２ｋｇｆ 揺動角：±３
° 振動数：１２ヘルツ 雰囲気温度（図１に示す凹球面シール座の外表面温
度）：室温（２０℃）〜５００℃

【００４８】＜試験方法＞１２ヘルツの振動数で±３°
の揺動運動を１回として室温で４５，０００回行なった
のち、該揺動運動を継続しながら雰囲気温度を３００℃
または５００℃まで昇温し（昇温中の揺動回数４５，０
００回）、該雰囲気温度が３００℃または５００℃に到
達した時点で１１５，０００回の揺動運動を行ない、つ
いで該揺動運動を継続しながら雰囲気温度を室温まで降
温（降温中の揺動回数４５，０００回）するという、全
揺動回数２５０，０００回を１サイクルとして４サイク
ル行なう。

【００４９】異常音の発生の有無の評価はつぎのように
して行なった。 評価記号１：異常音の発生のないもの。 評価記号２：試験片に耳を近づけた状態で、かすかに異
常音が聴こえるもの。 評価記号３：定位置（試験片から１．５ｍ離れた位置）
では生活環境音に消され、一般には判別し難いが試験担
当者には異常音として判別できるもの。 評価記号４：定位置で誰でも異常音（不快音）として識
別できるもの。

【００５０】図１０は、上記試験方法によって得られた
試験条件１における異常音の発生の有無の試験結果を示
すグラフである。試験条件１の試験結果からは試験体１
ないし試験体３及び試験体４（比較例）のいずれも異常
音の発生は認められなかった。

【００５１】一方、図１１ないし図１３は、上記試験方
法によって得られた試験条件２における各試験体の異常
音の発生の有無の結果を示すグラフである。図１１は試
験体１の試験結果を、図１２は試験体２の試験結果を、
図１３は試験体３の試験結果をそれぞれ示すものであ
り、試験体１ないし試験体３は揺動回数が５０万回を超
えた時点で異常音の評価レベルが１から２に変化したに
止まり、運転者が不快音と感じる評価レベル３以上のレ
ベルには達しなかった。これは、雰囲気温度が５００℃
という高温条件において、球帯状シール体と凹球面シー
ル座との摩擦初期の段階で凹球面シール座の表面に形成
されたポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる潤滑被
膜に酸化をきたし、該凹球面シール座の表面から脱落し
て該凹球面シール座と該シール体の部分凸球面の表面に
露出する金網からなる補強材との摩擦に移行した場合で
も、該凹球面シール座の表面には窒化層（試験１）、Ｎ
ｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜層（試験２）あるいはＮｉ−Ｐ合金
被膜層（試験３）からなる硬質層が形成されており、該
シール体の部分凸球面の表面に露出する金網からなる補
強材とこの硬質層との摩擦に移行しても、これら硬質層
と補強材とは高温領域において摺動特性が優れているの
で不整摩擦を生じることはなく、不整摩擦に起因する異
常音を生じなかったものと推察される。

【００５２】これに対し、試験体４（比較例）において
は、図１４に示すように、揺動回数が２５万回を超える
と急激に異常音の発生が認められた。これは、雰囲気温
度が５００℃という高温条件において、球帯状シール体
と凹球面シール座との摩擦初期の段階で凹球面シール座
の表面に形成されたポリテトラフルオロエチレン樹脂か
らなる潤滑被膜に酸化をきたし、該凹球面シール座の表
面から脱落して該凹球面シール座と該シール体の部分凸
球面の表面に露出する金網からなる補強材との摩擦、す
なわちステンレス鋼同士の摩擦、所謂ともがねの摩擦に
移行し、不整摩擦を生じて異常音を発生させたものと推
察される。図１５は異常音が発生した時点での摩擦係数
の変動を示すものであり、上下方向に大きく変動してい
る、所謂不整摩擦を生じていることがわかる。

【００５３】以上の試験結果から、潤滑すべり層と該潤
滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化された金網
からなる補強材とが混在一体となった平滑な面に形成さ
れた部分凸球面部を備えた球帯状シール体と表面に窒化
層、Ｎｉ−Ｐ合金被膜層及びＮｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜層の
うちのいずれか一つから選択される硬質層が形成された
凹球面シール座との組合わせにおいては、室温から５０
０℃の高温領域にわたって異常音の発生は認められなか
った。このことは、当該組合わせを有する排気管継手装
置においては広範囲の温度領域において、上、下流側排
気管の相対角変位を異常音を発生させることなく許容で
きるものである。

【００５４】

【発明の効果】本発明の排気管継手装置によれば、球帯
状シール体は膨張黒鉛からなる耐熱材と金網からなる補
強材との圧縮成形物からなると共に部分凸球面部の表面
は潤滑すべり層と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり
層と一体化された金網からなる補強材とが混在一体とな
った平滑な面に形成されており、該球帯状シール体の部
分凸球面部が着座する凹球面シール座の表面には窒化
層、Ｎｉ−Ｐ合金被膜層及びＮｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜層の
うちのいずれか一つから選択される硬質層が形成されて
いるので、球帯状シール体と凹球面シール座との摩擦に
おいては、該シール体の部分凸球面部表面の潤滑すべり
層が凹球面シール座の硬質層の表面に潤滑被膜を形成
し、この潤滑被膜と、潤滑すべり層と該潤滑すべり層と
一体化された金網からなる補強材とが混在一体となった
平滑な部分凸球面部との摩擦により排気管継手装置に作
用する相対角変位は異常音を発生させることなく円滑に
許容される。また、高温領域において、潤滑被膜の酸化
により、該被膜が凹球面シール座の硬質層表面から掻き
落され、金網からなる補強材が露出した部分凸球面部と
凹球面シール座の硬質層との摩擦に移行した場合でも、
該補強材と凹球面シール座の硬質層とは摺動特性に優れ
ているため、不整摩擦を生じることがなく、結果として
不整摩擦に起因する異常音の発生は極力防止される。さ
らに、凹球面シール座の表面硬さが高められているの
で、凹球面シール座と該シール体の部分凸球面部の不連
続な面（凹凸面）との摩擦においては、該凹球面シール
座に凹みなどの損傷が生じることがなく、凹球面シール
座の表面及び該表面と摺接する球帯状シール体の耐摩耗
性が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気管継手装置の縦断面説明図であ
る。

【図２】図１の排気管継手装置に使用される球帯状シー
ル体を示す縦断面図である。

【図３】図２に示す球帯状シール体の部分凸球面部の部
分拡大断面図である。

【図４】球帯状シール体の製造工程における金網からな
る補強材の形成方法の説明図である。

【図５】球帯状シール体の製造工程における筒状母材の
平面図である。

【図６】球帯状シール体の製造工程における摺動面材の
形成方法の説明図である。

【図７】球帯状シール体の製造工程における摺動面材の
形成方法の説明図である。

【図８】球帯状シール体の製造工程における予備円筒成
形体の形成方法の平面図である。

【図９】球帯状シール体の製造工程における金型中に予
備円筒成形体を挿入した状態を示す縦断面図である。

【図１０】試験体１ないし試験体３及び試験体４（比較
例）の試験結果を示すグラフである。

【図１１】試験体１の試験結果を示すグラフである。

【図１２】試験体２の試験結果を示すグラフである。

【図１３】試験体３の試験結果を示すグラフである。

【図１４】試験体４（比較例）の試験結果を示すグラフ
である。

【図１５】図１４のグラフにおける異常音の発生時点の
摩擦係数の変動を示すチャート図である。

【図１６】従来の排気管継手装置を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１００ 上流側排気管 ２００ フランジ ３００ 球帯状シール体 ３０２ 部分凸球面部 ４００ 下流側排気管 ４０１ 凹球面シール座 ４０４ 硬質層 ７００ 弾性連結装置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G004 AA01 BA00 BA04 DA11 DA14 EA03 FA01 GA01 3H104 JA03 LA07 LA15 LA18 LA20 LF09 LG03 LG23 3J040 BA03 EA15 EA17 EA44 EA45 EA46 EA47 FA01 FA02 FA07 FA11 HA06 HA20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同軸上に配列される複数の排気管のため
   の排気管継手装置であって、一方の排気管の管端部とこ
   の管端部に相対峙する他方の排気管との間に配された球
   面継手と、この球面継手を介して両排気管の管端部を相
   互に連結する弾性連結装置とを具備しており、球面継手
   は、一方の排気管の管端部に形成された凹球面シール座
   と、他方の排気管の管端部に配置され、該凹球面シール
   座に摺接する部分凸球面部を具備した球帯状シール体と
   からなり、球帯状シール体は、膨張黒鉛からなる耐熱材
   と金網からなる補強材との圧縮成形物からなるとともに
   部分凸球面部の表面は固体潤滑剤からなる潤滑すべり層
   と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化され
   た金網からなる補強材とが混在一体となった平滑な面に
   形成されており、該球帯状シール体の部分凸球面部が摺
   接する凹球面シール座の表面には、窒化層、Ｎｉ−Ｐ合
   金被膜層及びＮｉ−Ｐ−Ｂ合金被膜層のうちのいずれか
   一つから選択される硬質層が形成されていることを特徴
   とする排気管継手装置。
2. 【請求項２】 硬質層は、その表面硬さがビッカース硬
   さ（Ｈｖ）４００〜１２００である請求項１に記載の排
   気管継手装置。
3. 【請求項３】 固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチ
   レン樹脂からなる請求項１又は２に記載の排気管継手装
   置。
4. 【請求項４】 弾性連結装置は、一方の排気管側に設け
   られる第一のフランジと、他方の排気管側に設けられる
   第二のフランジと、第一及び第二のフランジのうちいず
   れか一方に一端が固定され、他端が他方のフランジを貫
   通して配された一対のボルトと、球帯状シール体の凸球
   面部の凹球面シール座への摺接を弾性的に確保する弾力
   性を発生し、該ボルトの外周面を囲繞して該ボルトの頭
   部と他方のフランジとの間に配置された一対のコイルば
   ねとからなる請求項１から３のいずれか一項に記載の排
   気管継手装置。