JP2004204879A - 球帯状シール体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】相手材と摺接する外面への排気ガスの熱の伝達を極力抑え、該熱に起因する外面の酸化消耗を抑え、耐久性を高めることができると共に排気ガス温度の低下を防ぐことができる自動車排気管の球面継手に使用される球帯状シール体及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】円筒内面５２と部分凸球面状面５３と部分凸球面状面５３の大径側及び小径側の環状の端面５４及び５５とにより規定された球帯状基体５６と、球帯状基体５６の部分凸球面状面５３に一体的に形成された外層５７とを備えた球帯状シール体５８であって、球帯状基体５６は、圧縮された金網４からなる補強材５と、補強材５の金網４の網目を充填し、かつこの補強材５と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材５及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がる断熱層５９とを有している。
【選択図】 図１
【解決手段】円筒内面５２と部分凸球面状面５３と部分凸球面状面５３の大径側及び小径側の環状の端面５４及び５５とにより規定された球帯状基体５６と、球帯状基体５６の部分凸球面状面５３に一体的に形成された外層５７とを備えた球帯状シール体５８であって、球帯状基体５６は、圧縮された金網４からなる補強材５と、補強材５の金網４の網目を充填し、かつこの補強材５と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材５及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がる断熱層５９とを有している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車排気管の球面管継手に使用される球帯状シール体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特公昭５８−２１１４４号公報
【特許文献２】
特公平１−１７０３３号公報
【特許文献３】
実公昭６３−２５２９８号公報
【０００３】
自動車のエンジンの排気ガスは、排気管に導かれて大気中に放出されるが、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には、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、騒音の原因となるばかりでなく、排気管の疲労強度低下を招く虞がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するために、排気管の所要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が、球面管継手の摺接面に配置されるシール体の耐熱性の問題と、高温下における摩擦摩耗の問題がある。このような問題を解決するものとして、膨張黒鉛、雲母などの耐火材をワイヤメッシュで補強した排気シールが提案されている（特許文献１所載）。
【０００５】
この排気シールは、上記問題に対処し得るものであるが、近年の自動車エンジンの性能向上等に起因する新たな問題点が提起された。すなわち、自動車エンジンの性能向上に起因する排気ガス温度の上昇により、または自動車のＮＶＨ特性（車輌音響振動特性）の向上を目的として、排気ガスの出口（マニホールド）付近に球面管継手を配置する場合、球面管継手がエンジン側により近づくことに起因する排気ガス温度の上昇により、シール体に該排気ガスの熱が伝達されて該シール体に熱が蓄積され、とくにシール体が大気中に露出する部位に酸化を生起せしめ、これによりシール体の酸化消耗、ひいてはシール体の耐久性の問題があり、シール体への排気ガス熱の断熱手段を考慮しなければ使用し難いという問題がある。
【０００６】
排気シールの耐熱性を高める手段としては、例えば膨張黒鉛、雲母などの耐火材自体を改質して耐熱性を付与する方法と、排気シールへの排気ガスの熱の伝達を極力抑える方法などが考えられる。後者の方法として、排気シールが固着される排気管構造を二重構造とする方法が提案されている（特許文献２所載）。しかしながら、この方法は排気管球面継手自体のコスト高に繋がるという問題がある。
【０００７】
また、他の方法として、シールリングとこのシールリングが固着される排気管との間に断熱性材料からなるブッシュを固定する方法が提案されている（特許文献３所載）。しかしながら、シールリングは排気管の外周面に固定された断熱性材料からなるブッシュの外周面に固着されるため、該ブッシュとシールリングとの間の密封性の問題と、シールリングが該ブッシュの外周面で揺動回転し、シールリングと該ブッシュとの摺動により往々にして異常摩擦音を発生させる虞がある。
【０００８】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、相手材と摺接する外面への排気ガスの熱の伝達を極力抑え、該熱に起因する外面の酸化消耗を抑え、耐久性を高めることができると共に排気ガス温度の低下を防ぐことができる自動車排気管の球面継手に使用される球帯状シール体及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の球帯状シール体は、円筒内面と部分凸球面状面と部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体と、この球帯状基体の部分凸球面状面に一体的に形成された外層とを備えており、球帯状基体が、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを有しており、外層が、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面が、前記耐熱材と補強材とが混在一体化された平滑な面となっていることを特徴とする。
【００１０】
第一の態様の球帯状シール体によれば、円筒内面と部分凸球面状面と部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体は、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを有しているため、大気中に露出する外層側への排気管を導通する排気ガスの熱の伝達が少なくとも一層の断熱層により抑えられるので、当該外層部位での高温酸化による酸化消耗が抑制されることになり、酸化消耗に起因する球帯状シール体の密封性等の耐久性を高めることができる。
【００１１】
また、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記耐熱材と補強材とが混在一体化された平滑な面となっている結果、該外層への排気ガスの熱の伝達が抑えられて当該外層部位での酸化消耗が抑制されるていることと相俟って相手材との摺接においては、相手材表面に外層を形成する耐熱材の過剰な被膜の形成を抑制し、相手材表面との円滑な摺接が行われるので、球帯状シール体の密封性等の耐久性を高めることができる。
【００１２】
本発明の第二の態様の球帯状シール体では、上記第一の態様の球帯状シール体において、外層は、潤滑滑り材からなる潤滑被覆層とこの潤滑被覆層に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっており、この潤滑滑り材は、好ましくは本発明の第三の態様のように、四ふっ化エチレン樹脂及び窒化ホウ素のうちの少なくとも一つからなる。
【００１３】
第二及び第三の態様の球帯状シール体によれば、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、平滑な面であって、しかも、潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっているので、相手材との摺接において円滑な摺動が行われる。
【００１４】
本発明の第四の態様の球帯状シール体では、上記第一から第三のいずれかの態様の球帯状シール体において、断熱層は、セラミックシート又はペーパーからなり、このセラミックシート又はペーパーは、好ましくは本発明の第五の態様の球帯状シール体のように、珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材からなる。
【００１５】
第四及び第五の態様の球帯状シール体によれば、好ましくは珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材からなるセラミックシート又はペーパーは、球帯状シール体の球帯状基体内に円周方向に広がって配置されることにより、球帯状基体内に断熱層を形成するので、排気管を導通する排気ガスの熱の球帯状シール体の外層側への伝達を極力抑えることができる。
【００１６】
本発明の第六の態様の球帯状シール体では、第一から第五のいずれかの態様の球帯状シール体において、球帯状基体の膨張黒鉛からなる耐熱材が円筒内面において露出している。
【００１７】
第六の態様の球帯状シール体によれば、球帯状シール体が排気管の外面に嵌合固定された際、球帯状シール体の円筒内面と排気管の外面との間の密封性が円筒内面の膨張黒鉛からなる耐熱材により高められるので、当該接触面からの排気ガスの漏洩を極力防ぐことができる。
【００１８】
本発明の第七の態様の球帯状シール体では、第一から第五のいずれかの態様の球帯状シール体において、球帯状基体の金網からなる補強材が円筒内面において露出している。
【００１９】
第七の態様の球帯状シール体によれば、球帯状基体の金網からなる補強材が円筒内面において露出しているので、球帯状シール体を排気管の外面に嵌合固定する際、円筒内面と排気管の外面との間の摩擦が円筒内面における金網からなる補強材により高められ、結果として球帯状シール体が排気管の外面に強固に固定されることになる。
【００２０】
円筒内面と部分凸球面状面と該部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体と、この球帯状基体の部分凸球面状面に一体的に形成された外層とを備えた本発明の第一の態様の球帯状シール体の製造方法は、膨張黒鉛からなる耐熱シート材と厚さ方向に複数個の孔を備えた断熱シート材と金網からなる補強材とを重ね合わせたのち、この重合体をうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する工程と、別の耐熱シート材を準備し、該別の耐熱シート材と該別の耐熱シート材を覆って配した金網からなる別の補強材とからなる外面層形成部材を形成する工程と、該外面層形成部材を前記筒状母材の外周面に捲回して予備円筒成形体を形成する工程と、該予備円筒成形体を金型のコア外周面に挿入し、該コアを金型内に配置すると共に該金型内において予備円筒成形体をコア軸方向に圧縮成形する工程とからなり、ここで、球帯状基体は、断熱シート材と金網からなる補強材とが圧縮され、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て、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合った断熱シート材からなる円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを含んでおり、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記耐熱材と補強材とが混在一体化された平滑な面となっていることを特徴とする。
【００２１】
第一の態様の製造方法によれば、断熱シート材はその厚さ方向に複数個の孔を備えているので、圧縮工程において膨張黒鉛からなる耐熱シート材及び金網からなる補強材と相互に絡み合って構造的一体性を有して球帯状基体内の円周方向に広がって断熱層を形成し得る結果、断熱層を有していても強固に一体化された球帯状シール体を得ることができる。
【００２２】
円筒内面と部分凸球面状面と該部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体と、この球帯状基体の部分凸球面状面に一体的に形成された外層とを備えた本発明の第二の態様の球帯状シール体の製造方法は、膨張黒鉛からなる耐熱シート材と厚さ方向に複数個の孔を備えた断熱シート材と金網からなる補強材とを重ね合わせたのち、この重合体をうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する工程と、一方の表面に潤滑滑り材からなる潤滑被覆層を備えた別の耐熱シート材を準備し、該別の耐熱シート材と該別の耐熱シート材の潤滑被覆層を覆って配した金網からなる別の補強材とからなる外面層形成部材を形成する工程と、該外面層形成部材を前記筒状母材の外周面に捲回して予備円筒成形体を形成する工程と、該予備円筒成形体を金型のコア外周面に挿入し、該コアを金型内に配置すると共に該金型内において予備円筒成形体をコア軸方向に圧縮成形する工程とからなり、ここで、球帯状基体は、断熱シート材と金網からなる補強材とが圧縮され、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て、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合った断熱シート材からなる円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを含んでおり、外層は、潤滑滑り材からなる潤滑被覆層と、この潤滑被覆層に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっていることを特徴とする。
【００２３】
第二の態様の製造方法によれば、第一の態様の製造方法と同様に、断熱シート材はその厚さ方向に複数個の孔を備えているので、圧縮工程において膨張黒鉛からなる耐熱シート材及び金網からなる補強材と相互に絡み合って構造的一体性を有して球帯状基体内の円周方向に広がって断熱層を形成し得る結果、断熱層を有していても強固に一体化された球帯状シール体を得ることができる。
【００２４】
また、第二の態様の製造方法によれば、別の耐熱シート材がその一方の表面に潤滑滑り材からなる潤滑被覆層を備えているために、圧縮工程により展延された潤滑滑り材からなる潤滑被覆層とこの潤滑被覆層に混在一体化された金網からなる補強材とを有した外層を形成でき、而して、展延された潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面として外層において外部に露出した部分凸球面状の外面を形成することができる。
【００２５】
この潤滑滑り材としては、好ましくは第三の態様の球帯状シール体の製造方法のように、四ふっ化エチレン樹脂及び窒化ホウ素のうちの少なくとも一つからなる。
【００２６】
本発明の第四の態様の球帯状シール体の製造方法では、第一から第三の態様の球帯状シール体の製造方法において、断熱シート材は、セラミックシート又はペーパーからなり、セラミックシート又はペーパーは、第五の態様の球帯状シール体の製造方法のように、珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材からなるとよい。
【００２７】
斯かる断熱シート材は、球帯状基体内に補強材及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がる断熱層を形成する。
【００２８】
本発明の第六の態様の球帯状シール体の製造方法では、第一から第五のいずれかの態様の球帯状シール体の製造方法において、重合体を耐熱シート材を内側にしてうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する。
【００２９】
第六の態様の製造方法によれば、円筒内面において球帯状基体の膨張黒鉛からなる耐熱材が露出している球帯状シール体を製造できる。
【００３０】
本発明の第七の態様の球帯状シール体の製造方法は、第一から第五のいずれかの態様の球帯状シール体の製造方法において、重合体を金網からなる補強材を内側にしてうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する。
【００３１】
第七の態様の製造方法によれば、円筒内面において球帯状基体の金網からなる補強材が露出している球帯状シール体を製造できる。
【００３２】
以下、本発明及びその実施の形態を、図面に示す好ましい例に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の球帯状シール体における構成材料及び球帯状シール体の製造方法について説明する。
【００３４】
＜耐熱シート材について＞
酸処理黒鉛原料を高温、例えば１０００℃の温度で加熱（膨張）処理を施して、分解ガスを発生せしめ、そのガス圧により黒鉛層間を拡張して膨張黒鉛粒子を形成し、この膨張黒鉛粒子をロール成形して得られる膨張黒鉛からなる耐熱シート材が使用される。
【００３５】
＜補強材について＞
補強材には、鉄系としてオーステナイト系のＳＵＳ３０４もしくはＳＵＳ３１６又はフェライト系のＳＵＳ４３０等のステンレス鋼線又は鉄線（ＪＩＳ−Ｇ−３５３２）もしくは亜鉛メッキ鉄線（ＪＩＳ−Ｇ−３５４７）、また銅系として銅−ニッケル合金（白銅）、銅−ニッケル−亜鉛合金（洋白）、黄銅、ベリリウム銅からなる線径０．１０〜０．３２ｍｍ程度の細線材を１本又は２本以上使用して織ったり、編んだりして形成された網目３〜６ｍｍ程度の金網が使用される。
【００３６】
＜断熱材について＞
断熱材には、珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択されるものが好適に使用され、断熱シート材には、斯かる珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材からなるセラミックシート又はペーパーが使用される。この断熱シート材は、０．５〜１．０ｍｍの厚さを有し、厚さ方向に複数個の孔を具備している。
【００３７】
つぎに、上記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。
【００３８】
＜第一の態様の球帯状シール体の製造方法＞
（第一工程） 図２に示すように金属細線を円筒状に編んで形成した筒状金網１をローラ２及び３間に通して所定の幅Ｄの帯状の金網４を作製し、帯状の金網４を所定の長さＬに切断した補強材５、又は金属細線を織ったり、編んだりすることによって直接形成される帯状金網を所定の幅Ｄと長さＬとに切断した補強材５を準備する。
【００３９】
（第二工程） 図３に示すように、補強材５の幅Ｄに対して１．１×Ｄから２．１×Ｄの幅ｄを有すると共に、補強材５の長さＬに対して１．３０×Ｌから２．７０×Ｌの長さｌを有するように切断された膨張黒鉛からなる耐熱シート材６を準備する。
【００４０】
（第三工程） 図４に示すように、前記補強材５と同様の幅Ｄと長さＬとを有し、厚さ方向に複数個の孔７を有すると共に珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材製のセラミックシート又はペーパーからなる断熱シート材８を準備する。
【００４１】
（第四工程） 後述する球帯状シール体５８又は６１において、部分凸球面状面５３の軸方向の少なくとも一方の端縁側の環状の端面である大径側の端面５４に全体的に膨張黒鉛からなる耐熱材が露出するようにすべく、図５に示すように、部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４となる補強材５及び断熱シート材８の幅方向の少なくとも一方の端縁９から最大で０．１×Ｄから０．８×Ｄのはみ出し量δ１だけ耐熱シート材６が幅方向にはみ出すと共に、端縁９からの耐熱シート材６の幅方向のはみ出し量δ１が部分凸球面状面５３の小径側の端面５５となる補強材５及び断熱シート材８の幅方向の他方の端縁１０からのはみ出し量δ２よりも多くなるようにし、しかも、補強材５の長さ方向の一方の端縁１１から最大で０．３０×Ｌから１．７０×Ｌだけ耐熱シート材６が長さ方向にはみ出すと共に、補強材５及び断熱シート材８の長さ方向の他方の端縁１２と当該端縁１２に対応する耐熱シート材６の長さ方向の端縁１３とを実質的に一致させて、補強材５と断熱シート材８と耐熱シート材６との幅方向及び長さ方向を合致させて当該補強材５と断熱シート材８と耐熱シート材６とを互いに重ね合わせた重合体１４を作製する。
【００４２】
（第五工程） 重合体１４を図６に示すように耐熱シート材６を内側にしてうず巻き状であって耐熱シート材６が１回多くなるように捲回して、内周側及び外周側の両方に耐熱シート材６が露出した筒状母材１５を形成する。耐熱シート材６としては、筒状母材１５における耐熱シート材６の巻き回数が補強材５及び断熱シート材８の巻き回数よりも多くなるように、補強材５及び断熱シート材８の長さＬに対して１．３０×Ｌから２．７０×Ｌの長さｌを有したものが予め準備される。筒状母材１５においては、図７に示すように、耐熱シート材６は、幅方向の一方の端縁側において補強材５及び断熱シート材８の一方の端縁９から幅方向にδ１だけはみ出しており、また耐熱シート材６の幅方向の他方の端縁側において補強材５及び断熱シート材８の他方の端縁１０から幅方向にδ２だけはみ出している。
【００４３】
（第六工程） 前記耐熱シート材６と同様であるが、幅Ｄよりも小さい幅Ｗを有すると共に筒状母材１５を１回巻きできる程度の長さＹを有した図８に示すような耐熱シート材６を別途用意する。一方、前記第一工程で説明したように、金属細線を編んで筒状金網１を形成したのち、これをローラ２及び３間に通して作製した帯状の金網４からなる補強材５を別に準備し、図９に示すように、帯状の金網４内に、耐熱シート材６を挿入するとともに、これらを図１０に示すように、ローラ１６及び１７間に通して一体化させ、これにより別の耐熱シート材６と該別の耐熱シート材６を覆って配した帯状の金網４からなる別の補強材５とからなる外面層形成部材１８を形成する。
【００４４】
（第七工程） このようにして得た外面層形成部材１８を前記筒状母材１５の外周面に捲回し、図１１に示すような予備円筒成形体１９を作製する。
【００４５】
（第八工程） 内面に円筒壁面３１と円筒壁面３１に連なる部分凹球面壁面３２と部分凹球面壁面３２に連なる貫通孔３３とを備え、貫通孔３３に段付きコア３４を嵌挿することによって内部に中空円筒部３５と該中空円筒部３５に連なる球帯状中空部３６とが形成された図１２に示すような金型３７を準備し、該金型３７の段付きコア３４に予備円筒成形体１９を挿入する。
【００４６】
金型３７の中空円筒部３５及び球帯状中空部３６に位置せしめられた予備円筒成形体１９をコア軸方向に１〜３トン／ｃｍ２の圧力で圧縮成形し、図１に示すような、中央部に貫通孔５１を有すると共に、円筒内面５２と部分凸球面状面５３と部分凸球面状面５３の大径側及び小径側の環状の端面５４及び５５とにより規定された球帯状基体５６と、球帯状基体５６の部分凸球面状面５３に一体的に形成された外層５７とを備えた球帯状シール体５８を作製する。
【００４７】
この圧縮成形により、球帯状基体５６は、耐熱シート材６と金網からなる補強材５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て、圧縮された金網からなる補強材５と、この補強材５の金網の網目を充填し、かつ耐熱シート材６が圧縮されてなると共に補強材５と混在一体化された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材５及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がると共に断熱シート材８の断熱材からなる断熱層５９とを有しており、外層５７は、耐熱シート材６が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材５とを有しており、外層５７において外部に露出した部分凸球面状の外面６０は平滑な面に形成され、貫通孔５１を規定する円筒内面５２において耐熱シート材６が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材が露出して形成される。
【００４８】
上述した方法によって作製された図１に示す球帯状シール体５８において、耐熱シート材６は、内部構造を形成する金網からなる補強材５と絡み合って一体となっており、部分凸球面状の外面６０は、外面層形成部材１８によって形成された膨張黒鉛からなる耐熱材の外面層と金網からなる補強材５とが混在一体となった平滑な面に形成されていると共に、部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４及び小径側の端面５５は、補強材５から幅方向にはみ出した耐熱シート材６が部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４及び小径側の端面５５に曲折され、かつ展延されることによって膨張黒鉛からなる耐熱材でもって形成されている。
【００４９】
上述した製造方法の第三工程において、断熱シート材８の長さＬを適宜調整することにより、球帯状基体５６中に断熱シート材８からなる断熱層５９の層数を適宜調整することができる。また、前述の第二工程において、補強材５及び断熱シート材８の長さＬに対して実質的に同じ長さｌを有するように切断された耐熱シート材６を準備して、これらを前述の第四工程と同様に重ね合わせて重合体１４を得、この重合体１４を補強材５を内側にして前述の第五工程と同様にして筒状母材１５を形成し、以下、第六工程から第八工程を経て、貫通孔５１を規定する円筒内面５２において球帯状基体５６の金網からなる補強材５が露出している球帯状シール体５８を作製することができる。
【００５０】
＜第二の態様の球帯状シール体の製造方法＞
第一工程から第五工程までは上記第一工程から第五工程までと同じ。
【００５１】
（第六工程） 前記耐熱シート材６と同様であるが、幅Ｄよりも小さい幅Ｗを有すると共に筒状母材１５を１回巻きできる程度の長さＹを有した耐熱シート材６を別途準備し、この耐熱シート材６の一方の表面に四ふっ化エチレン樹脂、窒化ホウ素のうちの少なくとも一つからなる潤滑滑り材の水性ディスパージョンを刷毛塗り、ローラ塗り、スプレー等の手段で被覆し、これを乾燥させて図１３に示すような潤滑滑り材からなる潤滑被覆層２０を形成する。
【００５２】
前記第六工程で説明した帯状の金網４からなる補強材５を別途準備し、図１４に示すように帯状の金網４内に、一方の表面に潤滑滑り材からなる潤滑被覆層２０を備えた耐熱シート材６を挿入すると共にこれらを図１５に示すように、ローラ２１及び２２間に通して一体化させ、これにより別の耐熱シート材６と該別の耐熱シート材６の潤滑被覆層２０を覆って配した帯状の金網４からなる別の補強材５とからなる外面層形成部材２３を形成する。
【００５３】
（第七工程） このようにして得た外面層形成部材２３を潤滑被覆層２０を外側にして前記筒状母材１５の外周面に捲回し、図１６に示すような予備円筒成形体２４を作製する。この予備円筒成形体２４を前記第八工程と同様な方法で圧縮成形し、図１７及び図１８に示すような、中央部に貫通孔５１を有すると共に、円筒内面５２と部分凸球面状面５３と部分凸球面状面５３の大径側及び小径側の環状の端面５４及び５５とにより規定された球帯状基体５６と、球帯状基体５６の部分凸球面状面５３に一体的に形成された外層５７とを備えた球帯状シール体６１を作製する。
【００５４】
この圧縮成形により、球帯状基体５６は、耐熱シート材６と金網からなる補強材５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て、圧縮された金網からなる補強材５と、この補強材５の金網の網目を充填し、かつ耐熱シート材６が圧縮されてなると共に補強材５と混在一体化された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材５及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がると共に断熱シート材８の断熱材からなる断熱層５９とを有しており、外層５７は、潤滑被覆層２０と該被覆層２０に一体化された金網からなる補強材５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て、潤滑滑り材からなる潤滑被覆層２０とこの潤滑被覆層２０に混在一体化された金網からなる補強材５とを有しており、外層５７において外部に露出した部分凸球面状の外面６０は、潤滑被覆層２０の潤滑滑り材と補強材５とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となり、貫通孔５１を規定する円筒内面５２において耐熱シート材６が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材が露出して形成されており、部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４及び小径側の端面５５は、補強材５から幅方向にはみ出した耐熱シート材６が部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４及び小径側の端面５５に曲折され、かつ展延されることによって膨張黒鉛からなる耐熱材でもって形成されている。
【００５５】
この第二の態様の球帯状シール体６１においても、上述した製造方法の第三工程において、断熱シート材８の長さＬを適宜調整することにより、球帯状基体５６中に断熱シート材８からなる断熱層５９の層数を適宜調整することができる。また、前述の第二工程において、補強材５及び断熱シート材８の長さＬに対して実質的に同じ長さｌを有するように切断された耐熱シート材６を準備して、これらを前述の第四工程と同様に重ね合わせて重合体１４を得、この重合体１４を補強材５を内側にして前述の第五工程と同様にして筒状母材１５を形成し、以下、第六工程から第八工程を経て、貫通孔５１における円筒内面５２に球帯状基体５６の金網からなる補強材５が露出している球帯状シール体６１を作製することができる。
【００５６】
球帯状シール体５８又は６１は、例えば図１９に示す排気管球面継手に組込まれて使用される。すなわち、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、管端部１０１には、球帯状シール体５８又は６１が貫通孔５１を規定する円筒内面５２において嵌合されており、大径側端面５４において球帯状シール体５８又は６１がフランジ２００に当接されて着座せしめられている。上流側排気管１００と相対峙してマフラー側に連結され、端部に凹球面部３０２と凹球面部３０２の開口部周縁にフランジ部３０３とを備えた径拡大部３０１が一体に形成された下流側排気管３００が凹球面部３０２を球帯状シール体５８又は６１の部分凸球面状の外面６０に摺接させて配置されている。
【００５７】
図１９に示す排気管球面継手において、一端がフランジ２００に固定され、他端が径拡大部３０１のフランジ部３０３を挿通して配された一対のボルト４００とボルト４００の膨大頭部及びフランジ部３０３の間に配された一対のコイルバネ５００とにより、下流側排気管３００には、常時、上流側排気管１００方向にバネ力が付勢されている。そして、排気管球面継手は、上、下流側排気管１００、３００に生じる相対角変位に対しては、球帯状シール体５８又は６１の部分凸球面状の外面６０と下流側排気管３００の端部に形成された径拡大部３０１の凹球面部３０２との摺接でこれを許容するように構成されている。
【００５８】
排気管球面継手に組込まれた球帯状シール体５８又は６１は、その球帯状基体５６内に形成された断熱層５９により、該球帯状シール体５８又は６１が嵌合着座せしめられた上流側排気管１００を導通する排気ガスの熱の伝達が極力抑えられているので、とくに、該球帯状シール体５８又は６１の大気中に曝される部分凸球面状の外面６０への排気ガス熱の影響が抑えられるので、当該部分凸球面状の外面６０における高温酸化が極力抑えられる結果、球帯状シール体５８又は６１の酸化消耗、ひいては酸化消耗に起因するシール性の低下等を生じることがない。
【００５９】
また、球帯状シール体５８においては、外層５７は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網４からなる補強材５とを有しており、外層５７において外部に露出した部分凸球面状の外面６０は、前記耐熱材と補強材５とが混在一体化された平滑な面となっている結果、該外層５７への排気ガスの熱の伝達が抑えられて当該外層５７部位での酸化消耗が抑制されていることと相俟って相手材との摺接においては、相手材表面に外層５７を形成する耐熱材の過剰な被膜の形成を抑制し、相手材表面との円滑な摺接が行われるので、球帯状シール体５８の密封性等の耐久性を高めることができ、球帯状シール体６１においては、外層５７において外部に露出した部分凸球面状の外面６０は、平滑な面であって、しかも、潤滑滑り材と補強材５とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっているので、相手材との摺接において円滑な摺動が行われる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、相手材と摺接する外面への排気ガスの熱の伝達を極力抑え、該熱に起因する外面の酸化消耗を抑え、耐久性を高めることができると共に排気ガス温度の低下を防ぐことができる自動車排気管の球面継手に使用される球帯状シール体及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の球帯状シール体の好ましい一例の縦断面図である。
【図２】本発明の球帯状シール体の製造工程における補強材の形成方法の説明図である。
【図３】本発明の球帯状シール体の製造工程における耐熱シート材の斜視図である。
【図４】本発明の球帯状シール体の製造工程における断熱シート材の斜視図である。
【図５】本発明の球帯状シール体の製造工程における重合体の斜視図である。
【図６】本発明の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７】図６に示す筒状母材の縦断面図である。
【図８】本発明の球帯状シール体の製造工程における耐熱シート材の斜視図である。
【図９】本発明の球帯状シール体の製造工程における外面層形成部材の形成方法の説明図である。
【図１０】本発明の球帯状シール体の製造工程における外面層形成部材の形成方法の説明図である。
【図１１】本発明の球帯状シール体の製造工程における予備円筒成形体の平面図である。
【図１２】本発明の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１３】本発明の球帯状シール体の製造工程における潤滑被覆層を形成した耐熱シート材の縦断面図である。
【図１４】本発明の球帯状シール体の製造工程における外面層形成部材の形成方法の説明図である。
【図１５】本発明の球帯状シール体の製造工程における外面層形成部材の形成方法の説明図である。
【図１６】本発明の球帯状シール体の製造工程における予備円筒成形体の平面図である。
【図１７】本発明の球帯状シール体の他の好ましい例の縦断面図である。
【図１８】図１７に示す例の部分凸球面状外面の部分拡大断面図である。
【図１９】図１及び図１７の例の球帯状シール体を組込んだ排気管球面継手の縦断面図である。
【符号の説明】
４ 金網
５ 補強材
５２ 円筒内面
５３ 部分凸球面状面
５４、５５ 端面
５６ 球帯状基体
５７ 外層
５８ 球帯状シール体
５９ 断熱層
６０ 外面
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車排気管の球面管継手に使用される球帯状シール体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特公昭５８−２１１４４号公報
【特許文献２】
特公平１−１７０３３号公報
【特許文献３】
実公昭６３−２５２９８号公報
【０００３】
自動車のエンジンの排気ガスは、排気管に導かれて大気中に放出されるが、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には、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、騒音の原因となるばかりでなく、排気管の疲労強度低下を招く虞がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するために、排気管の所要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が、球面管継手の摺接面に配置されるシール体の耐熱性の問題と、高温下における摩擦摩耗の問題がある。このような問題を解決するものとして、膨張黒鉛、雲母などの耐火材をワイヤメッシュで補強した排気シールが提案されている（特許文献１所載）。
【０００５】
この排気シールは、上記問題に対処し得るものであるが、近年の自動車エンジンの性能向上等に起因する新たな問題点が提起された。すなわち、自動車エンジンの性能向上に起因する排気ガス温度の上昇により、または自動車のＮＶＨ特性（車輌音響振動特性）の向上を目的として、排気ガスの出口（マニホールド）付近に球面管継手を配置する場合、球面管継手がエンジン側により近づくことに起因する排気ガス温度の上昇により、シール体に該排気ガスの熱が伝達されて該シール体に熱が蓄積され、とくにシール体が大気中に露出する部位に酸化を生起せしめ、これによりシール体の酸化消耗、ひいてはシール体の耐久性の問題があり、シール体への排気ガス熱の断熱手段を考慮しなければ使用し難いという問題がある。
【０００６】
排気シールの耐熱性を高める手段としては、例えば膨張黒鉛、雲母などの耐火材自体を改質して耐熱性を付与する方法と、排気シールへの排気ガスの熱の伝達を極力抑える方法などが考えられる。後者の方法として、排気シールが固着される排気管構造を二重構造とする方法が提案されている（特許文献２所載）。しかしながら、この方法は排気管球面継手自体のコスト高に繋がるという問題がある。
【０００７】
また、他の方法として、シールリングとこのシールリングが固着される排気管との間に断熱性材料からなるブッシュを固定する方法が提案されている（特許文献３所載）。しかしながら、シールリングは排気管の外周面に固定された断熱性材料からなるブッシュの外周面に固着されるため、該ブッシュとシールリングとの間の密封性の問題と、シールリングが該ブッシュの外周面で揺動回転し、シールリングと該ブッシュとの摺動により往々にして異常摩擦音を発生させる虞がある。
【０００８】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、相手材と摺接する外面への排気ガスの熱の伝達を極力抑え、該熱に起因する外面の酸化消耗を抑え、耐久性を高めることができると共に排気ガス温度の低下を防ぐことができる自動車排気管の球面継手に使用される球帯状シール体及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の球帯状シール体は、円筒内面と部分凸球面状面と部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体と、この球帯状基体の部分凸球面状面に一体的に形成された外層とを備えており、球帯状基体が、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを有しており、外層が、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面が、前記耐熱材と補強材とが混在一体化された平滑な面となっていることを特徴とする。
【００１０】
第一の態様の球帯状シール体によれば、円筒内面と部分凸球面状面と部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体は、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを有しているため、大気中に露出する外層側への排気管を導通する排気ガスの熱の伝達が少なくとも一層の断熱層により抑えられるので、当該外層部位での高温酸化による酸化消耗が抑制されることになり、酸化消耗に起因する球帯状シール体の密封性等の耐久性を高めることができる。
【００１１】
また、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記耐熱材と補強材とが混在一体化された平滑な面となっている結果、該外層への排気ガスの熱の伝達が抑えられて当該外層部位での酸化消耗が抑制されるていることと相俟って相手材との摺接においては、相手材表面に外層を形成する耐熱材の過剰な被膜の形成を抑制し、相手材表面との円滑な摺接が行われるので、球帯状シール体の密封性等の耐久性を高めることができる。
【００１２】
本発明の第二の態様の球帯状シール体では、上記第一の態様の球帯状シール体において、外層は、潤滑滑り材からなる潤滑被覆層とこの潤滑被覆層に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっており、この潤滑滑り材は、好ましくは本発明の第三の態様のように、四ふっ化エチレン樹脂及び窒化ホウ素のうちの少なくとも一つからなる。
【００１３】
第二及び第三の態様の球帯状シール体によれば、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、平滑な面であって、しかも、潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっているので、相手材との摺接において円滑な摺動が行われる。
【００１４】
本発明の第四の態様の球帯状シール体では、上記第一から第三のいずれかの態様の球帯状シール体において、断熱層は、セラミックシート又はペーパーからなり、このセラミックシート又はペーパーは、好ましくは本発明の第五の態様の球帯状シール体のように、珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材からなる。
【００１５】
第四及び第五の態様の球帯状シール体によれば、好ましくは珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材からなるセラミックシート又はペーパーは、球帯状シール体の球帯状基体内に円周方向に広がって配置されることにより、球帯状基体内に断熱層を形成するので、排気管を導通する排気ガスの熱の球帯状シール体の外層側への伝達を極力抑えることができる。
【００１６】
本発明の第六の態様の球帯状シール体では、第一から第五のいずれかの態様の球帯状シール体において、球帯状基体の膨張黒鉛からなる耐熱材が円筒内面において露出している。
【００１７】
第六の態様の球帯状シール体によれば、球帯状シール体が排気管の外面に嵌合固定された際、球帯状シール体の円筒内面と排気管の外面との間の密封性が円筒内面の膨張黒鉛からなる耐熱材により高められるので、当該接触面からの排気ガスの漏洩を極力防ぐことができる。
【００１８】
本発明の第七の態様の球帯状シール体では、第一から第五のいずれかの態様の球帯状シール体において、球帯状基体の金網からなる補強材が円筒内面において露出している。
【００１９】
第七の態様の球帯状シール体によれば、球帯状基体の金網からなる補強材が円筒内面において露出しているので、球帯状シール体を排気管の外面に嵌合固定する際、円筒内面と排気管の外面との間の摩擦が円筒内面における金網からなる補強材により高められ、結果として球帯状シール体が排気管の外面に強固に固定されることになる。
【００２０】
円筒内面と部分凸球面状面と該部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体と、この球帯状基体の部分凸球面状面に一体的に形成された外層とを備えた本発明の第一の態様の球帯状シール体の製造方法は、膨張黒鉛からなる耐熱シート材と厚さ方向に複数個の孔を備えた断熱シート材と金網からなる補強材とを重ね合わせたのち、この重合体をうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する工程と、別の耐熱シート材を準備し、該別の耐熱シート材と該別の耐熱シート材を覆って配した金網からなる別の補強材とからなる外面層形成部材を形成する工程と、該外面層形成部材を前記筒状母材の外周面に捲回して予備円筒成形体を形成する工程と、該予備円筒成形体を金型のコア外周面に挿入し、該コアを金型内に配置すると共に該金型内において予備円筒成形体をコア軸方向に圧縮成形する工程とからなり、ここで、球帯状基体は、断熱シート材と金網からなる補強材とが圧縮され、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て、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合った断熱シート材からなる円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを含んでおり、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記耐熱材と補強材とが混在一体化された平滑な面となっていることを特徴とする。
【００２１】
第一の態様の製造方法によれば、断熱シート材はその厚さ方向に複数個の孔を備えているので、圧縮工程において膨張黒鉛からなる耐熱シート材及び金網からなる補強材と相互に絡み合って構造的一体性を有して球帯状基体内の円周方向に広がって断熱層を形成し得る結果、断熱層を有していても強固に一体化された球帯状シール体を得ることができる。
【００２２】
円筒内面と部分凸球面状面と該部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体と、この球帯状基体の部分凸球面状面に一体的に形成された外層とを備えた本発明の第二の態様の球帯状シール体の製造方法は、膨張黒鉛からなる耐熱シート材と厚さ方向に複数個の孔を備えた断熱シート材と金網からなる補強材とを重ね合わせたのち、この重合体をうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する工程と、一方の表面に潤滑滑り材からなる潤滑被覆層を備えた別の耐熱シート材を準備し、該別の耐熱シート材と該別の耐熱シート材の潤滑被覆層を覆って配した金網からなる別の補強材とからなる外面層形成部材を形成する工程と、該外面層形成部材を前記筒状母材の外周面に捲回して予備円筒成形体を形成する工程と、該予備円筒成形体を金型のコア外周面に挿入し、該コアを金型内に配置すると共に該金型内において予備円筒成形体をコア軸方向に圧縮成形する工程とからなり、ここで、球帯状基体は、断熱シート材と金網からなる補強材とが圧縮され、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て、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合った断熱シート材からなる円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを含んでおり、外層は、潤滑滑り材からなる潤滑被覆層と、この潤滑被覆層に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっていることを特徴とする。
【００２３】
第二の態様の製造方法によれば、第一の態様の製造方法と同様に、断熱シート材はその厚さ方向に複数個の孔を備えているので、圧縮工程において膨張黒鉛からなる耐熱シート材及び金網からなる補強材と相互に絡み合って構造的一体性を有して球帯状基体内の円周方向に広がって断熱層を形成し得る結果、断熱層を有していても強固に一体化された球帯状シール体を得ることができる。
【００２４】
また、第二の態様の製造方法によれば、別の耐熱シート材がその一方の表面に潤滑滑り材からなる潤滑被覆層を備えているために、圧縮工程により展延された潤滑滑り材からなる潤滑被覆層とこの潤滑被覆層に混在一体化された金網からなる補強材とを有した外層を形成でき、而して、展延された潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面として外層において外部に露出した部分凸球面状の外面を形成することができる。
【００２５】
この潤滑滑り材としては、好ましくは第三の態様の球帯状シール体の製造方法のように、四ふっ化エチレン樹脂及び窒化ホウ素のうちの少なくとも一つからなる。
【００２６】
本発明の第四の態様の球帯状シール体の製造方法では、第一から第三の態様の球帯状シール体の製造方法において、断熱シート材は、セラミックシート又はペーパーからなり、セラミックシート又はペーパーは、第五の態様の球帯状シール体の製造方法のように、珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材からなるとよい。
【００２７】
斯かる断熱シート材は、球帯状基体内に補強材及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がる断熱層を形成する。
【００２８】
本発明の第六の態様の球帯状シール体の製造方法では、第一から第五のいずれかの態様の球帯状シール体の製造方法において、重合体を耐熱シート材を内側にしてうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する。
【００２９】
第六の態様の製造方法によれば、円筒内面において球帯状基体の膨張黒鉛からなる耐熱材が露出している球帯状シール体を製造できる。
【００３０】
本発明の第七の態様の球帯状シール体の製造方法は、第一から第五のいずれかの態様の球帯状シール体の製造方法において、重合体を金網からなる補強材を内側にしてうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する。
【００３１】
第七の態様の製造方法によれば、円筒内面において球帯状基体の金網からなる補強材が露出している球帯状シール体を製造できる。
【００３２】
以下、本発明及びその実施の形態を、図面に示す好ましい例に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の球帯状シール体における構成材料及び球帯状シール体の製造方法について説明する。
【００３４】
＜耐熱シート材について＞
酸処理黒鉛原料を高温、例えば１０００℃の温度で加熱（膨張）処理を施して、分解ガスを発生せしめ、そのガス圧により黒鉛層間を拡張して膨張黒鉛粒子を形成し、この膨張黒鉛粒子をロール成形して得られる膨張黒鉛からなる耐熱シート材が使用される。
【００３５】
＜補強材について＞
補強材には、鉄系としてオーステナイト系のＳＵＳ３０４もしくはＳＵＳ３１６又はフェライト系のＳＵＳ４３０等のステンレス鋼線又は鉄線（ＪＩＳ−Ｇ−３５３２）もしくは亜鉛メッキ鉄線（ＪＩＳ−Ｇ−３５４７）、また銅系として銅−ニッケル合金（白銅）、銅−ニッケル−亜鉛合金（洋白）、黄銅、ベリリウム銅からなる線径０．１０〜０．３２ｍｍ程度の細線材を１本又は２本以上使用して織ったり、編んだりして形成された網目３〜６ｍｍ程度の金網が使用される。
【００３６】
＜断熱材について＞
断熱材には、珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択されるものが好適に使用され、断熱シート材には、斯かる珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材からなるセラミックシート又はペーパーが使用される。この断熱シート材は、０．５〜１．０ｍｍの厚さを有し、厚さ方向に複数個の孔を具備している。
【００３７】
つぎに、上記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。
【００３８】
＜第一の態様の球帯状シール体の製造方法＞
（第一工程） 図２に示すように金属細線を円筒状に編んで形成した筒状金網１をローラ２及び３間に通して所定の幅Ｄの帯状の金網４を作製し、帯状の金網４を所定の長さＬに切断した補強材５、又は金属細線を織ったり、編んだりすることによって直接形成される帯状金網を所定の幅Ｄと長さＬとに切断した補強材５を準備する。
【００３９】
（第二工程） 図３に示すように、補強材５の幅Ｄに対して１．１×Ｄから２．１×Ｄの幅ｄを有すると共に、補強材５の長さＬに対して１．３０×Ｌから２．７０×Ｌの長さｌを有するように切断された膨張黒鉛からなる耐熱シート材６を準備する。
【００４０】
（第三工程） 図４に示すように、前記補強材５と同様の幅Ｄと長さＬとを有し、厚さ方向に複数個の孔７を有すると共に珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材製のセラミックシート又はペーパーからなる断熱シート材８を準備する。
【００４１】
（第四工程） 後述する球帯状シール体５８又は６１において、部分凸球面状面５３の軸方向の少なくとも一方の端縁側の環状の端面である大径側の端面５４に全体的に膨張黒鉛からなる耐熱材が露出するようにすべく、図５に示すように、部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４となる補強材５及び断熱シート材８の幅方向の少なくとも一方の端縁９から最大で０．１×Ｄから０．８×Ｄのはみ出し量δ１だけ耐熱シート材６が幅方向にはみ出すと共に、端縁９からの耐熱シート材６の幅方向のはみ出し量δ１が部分凸球面状面５３の小径側の端面５５となる補強材５及び断熱シート材８の幅方向の他方の端縁１０からのはみ出し量δ２よりも多くなるようにし、しかも、補強材５の長さ方向の一方の端縁１１から最大で０．３０×Ｌから１．７０×Ｌだけ耐熱シート材６が長さ方向にはみ出すと共に、補強材５及び断熱シート材８の長さ方向の他方の端縁１２と当該端縁１２に対応する耐熱シート材６の長さ方向の端縁１３とを実質的に一致させて、補強材５と断熱シート材８と耐熱シート材６との幅方向及び長さ方向を合致させて当該補強材５と断熱シート材８と耐熱シート材６とを互いに重ね合わせた重合体１４を作製する。
【００４２】
（第五工程） 重合体１４を図６に示すように耐熱シート材６を内側にしてうず巻き状であって耐熱シート材６が１回多くなるように捲回して、内周側及び外周側の両方に耐熱シート材６が露出した筒状母材１５を形成する。耐熱シート材６としては、筒状母材１５における耐熱シート材６の巻き回数が補強材５及び断熱シート材８の巻き回数よりも多くなるように、補強材５及び断熱シート材８の長さＬに対して１．３０×Ｌから２．７０×Ｌの長さｌを有したものが予め準備される。筒状母材１５においては、図７に示すように、耐熱シート材６は、幅方向の一方の端縁側において補強材５及び断熱シート材８の一方の端縁９から幅方向にδ１だけはみ出しており、また耐熱シート材６の幅方向の他方の端縁側において補強材５及び断熱シート材８の他方の端縁１０から幅方向にδ２だけはみ出している。
【００４３】
（第六工程） 前記耐熱シート材６と同様であるが、幅Ｄよりも小さい幅Ｗを有すると共に筒状母材１５を１回巻きできる程度の長さＹを有した図８に示すような耐熱シート材６を別途用意する。一方、前記第一工程で説明したように、金属細線を編んで筒状金網１を形成したのち、これをローラ２及び３間に通して作製した帯状の金網４からなる補強材５を別に準備し、図９に示すように、帯状の金網４内に、耐熱シート材６を挿入するとともに、これらを図１０に示すように、ローラ１６及び１７間に通して一体化させ、これにより別の耐熱シート材６と該別の耐熱シート材６を覆って配した帯状の金網４からなる別の補強材５とからなる外面層形成部材１８を形成する。
【００４４】
（第七工程） このようにして得た外面層形成部材１８を前記筒状母材１５の外周面に捲回し、図１１に示すような予備円筒成形体１９を作製する。
【００４５】
（第八工程） 内面に円筒壁面３１と円筒壁面３１に連なる部分凹球面壁面３２と部分凹球面壁面３２に連なる貫通孔３３とを備え、貫通孔３３に段付きコア３４を嵌挿することによって内部に中空円筒部３５と該中空円筒部３５に連なる球帯状中空部３６とが形成された図１２に示すような金型３７を準備し、該金型３７の段付きコア３４に予備円筒成形体１９を挿入する。
【００４６】
金型３７の中空円筒部３５及び球帯状中空部３６に位置せしめられた予備円筒成形体１９をコア軸方向に１〜３トン／ｃｍ２の圧力で圧縮成形し、図１に示すような、中央部に貫通孔５１を有すると共に、円筒内面５２と部分凸球面状面５３と部分凸球面状面５３の大径側及び小径側の環状の端面５４及び５５とにより規定された球帯状基体５６と、球帯状基体５６の部分凸球面状面５３に一体的に形成された外層５７とを備えた球帯状シール体５８を作製する。
【００４７】
この圧縮成形により、球帯状基体５６は、耐熱シート材６と金網からなる補強材５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て、圧縮された金網からなる補強材５と、この補強材５の金網の網目を充填し、かつ耐熱シート材６が圧縮されてなると共に補強材５と混在一体化された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材５及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がると共に断熱シート材８の断熱材からなる断熱層５９とを有しており、外層５７は、耐熱シート材６が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材５とを有しており、外層５７において外部に露出した部分凸球面状の外面６０は平滑な面に形成され、貫通孔５１を規定する円筒内面５２において耐熱シート材６が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材が露出して形成される。
【００４８】
上述した方法によって作製された図１に示す球帯状シール体５８において、耐熱シート材６は、内部構造を形成する金網からなる補強材５と絡み合って一体となっており、部分凸球面状の外面６０は、外面層形成部材１８によって形成された膨張黒鉛からなる耐熱材の外面層と金網からなる補強材５とが混在一体となった平滑な面に形成されていると共に、部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４及び小径側の端面５５は、補強材５から幅方向にはみ出した耐熱シート材６が部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４及び小径側の端面５５に曲折され、かつ展延されることによって膨張黒鉛からなる耐熱材でもって形成されている。
【００４９】
上述した製造方法の第三工程において、断熱シート材８の長さＬを適宜調整することにより、球帯状基体５６中に断熱シート材８からなる断熱層５９の層数を適宜調整することができる。また、前述の第二工程において、補強材５及び断熱シート材８の長さＬに対して実質的に同じ長さｌを有するように切断された耐熱シート材６を準備して、これらを前述の第四工程と同様に重ね合わせて重合体１４を得、この重合体１４を補強材５を内側にして前述の第五工程と同様にして筒状母材１５を形成し、以下、第六工程から第八工程を経て、貫通孔５１を規定する円筒内面５２において球帯状基体５６の金網からなる補強材５が露出している球帯状シール体５８を作製することができる。
【００５０】
＜第二の態様の球帯状シール体の製造方法＞
第一工程から第五工程までは上記第一工程から第五工程までと同じ。
【００５１】
（第六工程） 前記耐熱シート材６と同様であるが、幅Ｄよりも小さい幅Ｗを有すると共に筒状母材１５を１回巻きできる程度の長さＹを有した耐熱シート材６を別途準備し、この耐熱シート材６の一方の表面に四ふっ化エチレン樹脂、窒化ホウ素のうちの少なくとも一つからなる潤滑滑り材の水性ディスパージョンを刷毛塗り、ローラ塗り、スプレー等の手段で被覆し、これを乾燥させて図１３に示すような潤滑滑り材からなる潤滑被覆層２０を形成する。
【００５２】
前記第六工程で説明した帯状の金網４からなる補強材５を別途準備し、図１４に示すように帯状の金網４内に、一方の表面に潤滑滑り材からなる潤滑被覆層２０を備えた耐熱シート材６を挿入すると共にこれらを図１５に示すように、ローラ２１及び２２間に通して一体化させ、これにより別の耐熱シート材６と該別の耐熱シート材６の潤滑被覆層２０を覆って配した帯状の金網４からなる別の補強材５とからなる外面層形成部材２３を形成する。
【００５３】
（第七工程） このようにして得た外面層形成部材２３を潤滑被覆層２０を外側にして前記筒状母材１５の外周面に捲回し、図１６に示すような予備円筒成形体２４を作製する。この予備円筒成形体２４を前記第八工程と同様な方法で圧縮成形し、図１７及び図１８に示すような、中央部に貫通孔５１を有すると共に、円筒内面５２と部分凸球面状面５３と部分凸球面状面５３の大径側及び小径側の環状の端面５４及び５５とにより規定された球帯状基体５６と、球帯状基体５６の部分凸球面状面５３に一体的に形成された外層５７とを備えた球帯状シール体６１を作製する。
【００５４】
この圧縮成形により、球帯状基体５６は、耐熱シート材６と金網からなる補強材５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て、圧縮された金網からなる補強材５と、この補強材５の金網の網目を充填し、かつ耐熱シート材６が圧縮されてなると共に補強材５と混在一体化された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材５及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がると共に断熱シート材８の断熱材からなる断熱層５９とを有しており、外層５７は、潤滑被覆層２０と該被覆層２０に一体化された金網からなる補強材５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て、潤滑滑り材からなる潤滑被覆層２０とこの潤滑被覆層２０に混在一体化された金網からなる補強材５とを有しており、外層５７において外部に露出した部分凸球面状の外面６０は、潤滑被覆層２０の潤滑滑り材と補強材５とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となり、貫通孔５１を規定する円筒内面５２において耐熱シート材６が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材が露出して形成されており、部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４及び小径側の端面５５は、補強材５から幅方向にはみ出した耐熱シート材６が部分凸球面状面５３の大径側の環状の端面５４及び小径側の端面５５に曲折され、かつ展延されることによって膨張黒鉛からなる耐熱材でもって形成されている。
【００５５】
この第二の態様の球帯状シール体６１においても、上述した製造方法の第三工程において、断熱シート材８の長さＬを適宜調整することにより、球帯状基体５６中に断熱シート材８からなる断熱層５９の層数を適宜調整することができる。また、前述の第二工程において、補強材５及び断熱シート材８の長さＬに対して実質的に同じ長さｌを有するように切断された耐熱シート材６を準備して、これらを前述の第四工程と同様に重ね合わせて重合体１４を得、この重合体１４を補強材５を内側にして前述の第五工程と同様にして筒状母材１５を形成し、以下、第六工程から第八工程を経て、貫通孔５１における円筒内面５２に球帯状基体５６の金網からなる補強材５が露出している球帯状シール体６１を作製することができる。
【００５６】
球帯状シール体５８又は６１は、例えば図１９に示す排気管球面継手に組込まれて使用される。すなわち、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、管端部１０１には、球帯状シール体５８又は６１が貫通孔５１を規定する円筒内面５２において嵌合されており、大径側端面５４において球帯状シール体５８又は６１がフランジ２００に当接されて着座せしめられている。上流側排気管１００と相対峙してマフラー側に連結され、端部に凹球面部３０２と凹球面部３０２の開口部周縁にフランジ部３０３とを備えた径拡大部３０１が一体に形成された下流側排気管３００が凹球面部３０２を球帯状シール体５８又は６１の部分凸球面状の外面６０に摺接させて配置されている。
【００５７】
図１９に示す排気管球面継手において、一端がフランジ２００に固定され、他端が径拡大部３０１のフランジ部３０３を挿通して配された一対のボルト４００とボルト４００の膨大頭部及びフランジ部３０３の間に配された一対のコイルバネ５００とにより、下流側排気管３００には、常時、上流側排気管１００方向にバネ力が付勢されている。そして、排気管球面継手は、上、下流側排気管１００、３００に生じる相対角変位に対しては、球帯状シール体５８又は６１の部分凸球面状の外面６０と下流側排気管３００の端部に形成された径拡大部３０１の凹球面部３０２との摺接でこれを許容するように構成されている。
【００５８】
排気管球面継手に組込まれた球帯状シール体５８又は６１は、その球帯状基体５６内に形成された断熱層５９により、該球帯状シール体５８又は６１が嵌合着座せしめられた上流側排気管１００を導通する排気ガスの熱の伝達が極力抑えられているので、とくに、該球帯状シール体５８又は６１の大気中に曝される部分凸球面状の外面６０への排気ガス熱の影響が抑えられるので、当該部分凸球面状の外面６０における高温酸化が極力抑えられる結果、球帯状シール体５８又は６１の酸化消耗、ひいては酸化消耗に起因するシール性の低下等を生じることがない。
【００５９】
また、球帯状シール体５８においては、外層５７は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網４からなる補強材５とを有しており、外層５７において外部に露出した部分凸球面状の外面６０は、前記耐熱材と補強材５とが混在一体化された平滑な面となっている結果、該外層５７への排気ガスの熱の伝達が抑えられて当該外層５７部位での酸化消耗が抑制されていることと相俟って相手材との摺接においては、相手材表面に外層５７を形成する耐熱材の過剰な被膜の形成を抑制し、相手材表面との円滑な摺接が行われるので、球帯状シール体５８の密封性等の耐久性を高めることができ、球帯状シール体６１においては、外層５７において外部に露出した部分凸球面状の外面６０は、平滑な面であって、しかも、潤滑滑り材と補強材５とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっているので、相手材との摺接において円滑な摺動が行われる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、相手材と摺接する外面への排気ガスの熱の伝達を極力抑え、該熱に起因する外面の酸化消耗を抑え、耐久性を高めることができると共に排気ガス温度の低下を防ぐことができる自動車排気管の球面継手に使用される球帯状シール体及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の球帯状シール体の好ましい一例の縦断面図である。
【図２】本発明の球帯状シール体の製造工程における補強材の形成方法の説明図である。
【図３】本発明の球帯状シール体の製造工程における耐熱シート材の斜視図である。
【図４】本発明の球帯状シール体の製造工程における断熱シート材の斜視図である。
【図５】本発明の球帯状シール体の製造工程における重合体の斜視図である。
【図６】本発明の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７】図６に示す筒状母材の縦断面図である。
【図８】本発明の球帯状シール体の製造工程における耐熱シート材の斜視図である。
【図９】本発明の球帯状シール体の製造工程における外面層形成部材の形成方法の説明図である。
【図１０】本発明の球帯状シール体の製造工程における外面層形成部材の形成方法の説明図である。
【図１１】本発明の球帯状シール体の製造工程における予備円筒成形体の平面図である。
【図１２】本発明の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１３】本発明の球帯状シール体の製造工程における潤滑被覆層を形成した耐熱シート材の縦断面図である。
【図１４】本発明の球帯状シール体の製造工程における外面層形成部材の形成方法の説明図である。
【図１５】本発明の球帯状シール体の製造工程における外面層形成部材の形成方法の説明図である。
【図１６】本発明の球帯状シール体の製造工程における予備円筒成形体の平面図である。
【図１７】本発明の球帯状シール体の他の好ましい例の縦断面図である。
【図１８】図１７に示す例の部分凸球面状外面の部分拡大断面図である。
【図１９】図１及び図１７の例の球帯状シール体を組込んだ排気管球面継手の縦断面図である。
【符号の説明】
４ 金網
５ 補強材
５２ 円筒内面
５３ 部分凸球面状面
５４、５５ 端面
５６ 球帯状基体
５７ 外層
５８ 球帯状シール体
５９ 断熱層
６０ 外面
Claims (14)
- 円筒内面と部分凸球面状面と部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体と、この球帯状基体の部分凸球面状面に一体的に形成された外層とを備えた球帯状シール体であって、球帯状基体は、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合って円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを有しており、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記耐熱材と補強材とが混在一体化された平滑な面となっていることを特徴とする球帯状シール体。
- 外層は、潤滑滑り材からなる潤滑被覆層と、この潤滑被覆層に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっていることを特徴とする請求項１に記載の球帯状シール体。
- 潤滑滑り材は、四ふっ化エチレン樹脂及び窒化ホウ素のうちの少なくとも一つからなる請求項２に記載の球帯状シール体。
- 断熱層は、セラミックシート又はペーパーからなる請求項１から３のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
- セラミックシート又はペーパーは、珪酸カルシウム、酸化アルミニウム及び炭化ケイ素から選択された断熱材からなる請求項４に記載の球帯状シール体。
- 円筒内面において球帯状基体の膨張黒鉛からなる耐熱材が露出している請求項１から５のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
- 円筒内面において球帯状基体の金網からなる補強材が露出している請求項１から５のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
- 円筒内面と部分凸球面状面と該部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体と、この球帯状基体の部分凸球面状面に一体的に形成された外層とを備えた球帯状シール体の製造方法であって、膨張黒鉛からなる耐熱シート材と厚さ方向に複数個の孔を備えた断熱シート材と金網からなる補強材とを重ね合わせたのち、この重合体をうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する工程と、別の耐熱シート材を準備し、該別の耐熱シート材と該別の耐熱シート材を覆って配した金網からなる別の補強材とからなる外面層形成部材を形成する工程と、該外面層形成部材を前記筒状母材の外周面に捲回して予備円筒成形体を形成する工程と、該予備円筒成形体を金型のコア外周面に挿入し、該コアを金型内に配置すると共に該金型内において予備円筒成形体をコア軸方向に圧縮成形する工程とからなり、球帯状基体は、断熱シート材と金網からなる補強材とが圧縮され、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て、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合った断熱シート材からなる円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを含んでおり、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記耐熱材と補強材とが混在一体化された平滑な面となっていることを特徴とする球帯状シール体の製造方法。
- 円筒内面と部分凸球面状面と該部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状の端面とにより規定された球帯状基体と、この球帯状基体の部分凸球面状面に一体的に形成された外層とを備えた球帯状シール体の製造方法であって、膨張黒鉛からなる耐熱シート材と厚さ方向に複数個の孔を備えた断熱シート材と金網からなる補強材とを重ね合わせたのち、この重合体をうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する工程と、一方の表面に潤滑滑り材からなる潤滑被覆層を備えた別の耐熱シート材を準備し、該別の耐熱シート材と該別の耐熱シート材の潤滑被覆層を覆って配した金網からなる別の補強材とからなる外面層形成部材を形成する工程と、該外面層形成部材を前記筒状母材の外周面に捲回して予備円筒成形体を形成する工程と、該予備円筒成形体を金型のコア外周面に挿入し、該コアを金型内に配置すると共に該金型内において予備円筒成形体をコア軸方向に圧縮成形する工程とからなり、球帯状基体は、断熱シート材と金網からなる補強材とが圧縮され、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て、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の金網の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、該補強材及び耐熱材と相互に絡み合った断熱シート材からなる円周方向に広がる少なくとも一層の断熱層とを含んでおり、外層は、潤滑滑り材からなる潤滑被覆層と、この潤滑被覆層に混在一体化された金網からなる補強材とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記潤滑滑り材と補強材とが混在一体化された平滑な潤滑すべり面となっていることを特徴とする球帯状シール体の製造方法。
- 潤滑滑り材は、四ふっ化エチレン樹脂及び窒化ホウ素のうちの少なくとも一つからなる請求項９に記載の球帯状シール体の製造方法。
- 断熱シート材は、セラミックシート又はペーパーからなる請求項８から１０のいずれか一項に記載の球帯状シール体の製造方法。
- セラミックシート又はペーパーは、珪酸カルシウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選択された断熱材からなる請求項１１に記載の球帯状シール体の製造方法。
- 重合体を耐熱シート材を内側にしてうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する請求項８から１２のいずれか一項に記載の球帯状シール体の製造方法。
- 重合体を金網からなる補強材を内側にしてうず巻き状に捲回して筒状母材を形成する請求項８から１２のいずれか一項に記載の球帯状シール体の製造方法。
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