JP2006029369A - 球帯状シール体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 相手材との摩擦において、相手材の表面を損傷させることなくシール性の低下を防ぐことができ、耐摩耗性を有す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】 球帯状シール体３０は、円筒内面２８と部分凸球面状面２９と部分凸球面状面２９の環状端面３１及び３２とにより規定された球帯状基体３３と、部分凸球面状面２９に一体的に形成された外層３４とを備え、球帯状基体３３は、圧縮された金網からなる補強材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からなり、外層３４は、膨張黒鉛からなる耐熱材及びこの耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材を有した厚い内側層３７と、内側では内側層３７に一体化されている一方、外側では外部に露出した部分凸球面状の外面３５を有すると共に膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有した薄い外側層３８とを具備している。
【選択図】 図１

Description

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。

特公昭５８−２１１４４号公報 特開昭５８−３４２３０号公報

自動車用エンジンの排気ガスは、図１４に示す様に一般的にエキゾーストマニフォールド６００に導かれキャタリススティクコンバーター６０１、エキゾーストパイプ６０２、プリチャンバー６０３、サイレンサー６０４を経てテールパイプ６０５より大気中に放出されるが、この排気系部品は、エンジン６０６のロール挙動及び振動などにより繰返し応力を受ける。特に高回転で高出力エンジンの場合は、排気系部品に加わる応力はかなり大きなものとなる。したがって排気系部品の疲労破壊を招く虞がある、またエンジン振動が排気系部品を共振させ室内静粛性を悪化させる場合もある。

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。

この球面管継手に使用されるシール体としては、特許文献１に開示されているものがある。このシール体は耐熱性を有し、相手材とのなじみ性に優れ、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、乾燥摩擦条件下の摩擦においては往々にして摩擦音を発生するという欠点がある。

上記シール体の欠点を解決するものとして、特許文献２に開示されたシール体がある。このシール体は、その摺動面が変形して絡み合った金網からなる補強材と補強材の網目に充填保持された固体潤滑剤とが一体化されている平滑な面に形成されているものである。このシール体は、相手材との摩擦において相手材表面に固体潤滑剤が過度に付着しても、表面に露出した補強材が適度な薄い潤滑被膜を残して適度に掻き取る作用を発揮し、相手材との摩擦においては潤滑被膜との摩擦となり、摩擦音を生じることがないという利点を有するものである。

上記特許文献２に開示されたシール体は上記利点を有するが、過大な揺動や軸方向の過大入力が長時間連続して負荷されるような使用条件においては、該シール体の摺動面に露出した金網からなる補強材が相手材表面との摺動により摩耗し、その摩耗粉が摺動面に堆積してアブレッシブ摩耗に移行し、相手材表面を損傷させたり、粗面化させてシール性を著しく低下させる虞がある。また、アブレッシブ摩耗に移行することにより、シール体と相手材との摩擦は摩擦面に堆積した摩耗粉を介しての摩擦となり、相手材ばかりでなくシール体自体の摩耗も余儀なくされる。

本発明は前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、相手材との摩擦において、相手材の表面を損傷させることなくシール性の低下を防ぐことができ、耐摩耗性を有す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。

本発明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、とくに排気管継手に用いられるものであって、ここで、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からなり、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材及びこの耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材を有した厚い内側層と、内側では内側層に一体化されている一方、外側では外部に露出した部分凸球面状の外面を有すると共に膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有した薄い外側層とを具備しており、外側層のその外部に露出した部分凸球面状の外面は平滑な面となっている。

本発明の球帯状シール体によれば、相手材と摺接する薄い外側層の部分凸球面状の外面は、膨張黒鉛からなる耐熱材のみの平滑な面となっているので、相手材との金属同士の直接的な摺接を回避し得て相手材表面を損傷させることがなく、結果としてシール性の低下を来たすことがない。また、部分凸球面状の外面で露出した外側層は、内側では金網からなる補強材を有した内側層に混在して、斯かる金網からなる補強材によって支持されているので、相手材との摺接による相手材表面への該耐熱材の被膜の造膜性が良好に行われ、相手材の表面に薄い被膜が形成される結果、相手材との摺接において異常摩擦音の発生を極力防止できる。

本発明の球帯状シール体において、耐熱材のみからなる外側層は好ましくはその厚さが０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍであり、この程度の厚さの外側層であると、内側層の金網からなる耐熱材によってより好ましく支持されるので、相手材との摺接による相手材表面への該耐熱材の被膜の造膜性がより良好に行われ、相手材の表面に薄い被膜が形成される結果、相手材との摺接において異常摩擦音の発生をより効果的に防止できる。

本発明の球帯状シール体は、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てもよく、斯かる球帯状シール体によれば、当該球帯状シール体が排気管の外面に固定された際には、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。

本発明の球帯状シール体は、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もよく、斯かる球帯状シール体によれば、当該球帯状シール体を排気管の外面に嵌合固定する際には、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。

本発明において好ましくは、球帯状基体及び外層における耐熱材の密度は１．７５ｇ／ｃｍ^３以上２．００ｇ／ｃｍ^３以下である。球帯状基体及び外層における耐熱材の密度を１．７５ｇ／ｃｍ^３以上２．００ｇ／ｃｍ^３以下にすることにより、球帯状シール体自体の耐摩耗性を向上させることができ、摩耗に起因する排気ガスの漏洩等の不具合を極力防止することができる。とくに、製造段階で極めて強く圧縮させて耐熱材が２．００ｇ／ｃｍ^３より大きい密度になると、相手材との摺接において相手材表面への耐熱材の被膜形成が難しくなる。

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を準備する工程と、金属細線を織ったり、編んだりして得られる金網からなる補強材を準備し、該補強材を前記耐熱シート材に重ね合わせて重合体を形成したのち、この重合体を円筒状に捲回して筒状母材を形成する工程と、金属細線を編んで円筒状金網を形成すると共に該円筒状金網内に別途用意した膨張黒鉛からなる耐熱シート材を挿入したのち、これをローラ間に通して内部に耐熱シート材を保持した帯状金網を作製する工程と、内部に耐熱シート材を保持した帯状金網に、別途用意した膨張黒鉛からなる耐熱シート材を重ね合わせ、これらをローラ間に通して一方の面に該耐熱シート材を一体化させた外層形成部材を形成する工程と、前記筒状母材の外周面に前記外層形成部材の耐熱シート材を外側にして捲回し、予備円筒成形体を作製する工程と、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、耐熱シート材からなる耐熱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おり、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材及びこの耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材を有した厚い内側層と、内側では内側層に一体化されている一方、外側では外部に露出した部分凸球面状の外面を有すると共に膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有した薄い外側層とを具備しており、外側層のその外部に露出した部分凸球面状の外面は平滑な面となっていることを特徴とする。

本発明の製造方法によれば、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には、耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材を有した厚い内側層と、膨張黒鉛からなる耐熱材が圧縮成形によって展延された薄い外側層とが形成される上に、部分凸球面状の外面で露出した外側層が内側では金網からなる補強材を有した内側層に混在して斯かる金網からなる補強材によって支持される結果、部分凸球面状の外面は、膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有したので、相手材との金属同士の直接的な摺接を回避し得て相手材表面を損傷させることがなく、結果としてシール性の低下を来たすことがないという効果をもたらす。また、部分凸球面状の外面を有した耐熱材の外側層は、内側の内側層の金網からなる補強材によって支持されるので、相手材との摺接による相手材表面への該耐熱材の被膜の造膜性が良好に行われ、相手材の表面に薄い被膜が形成される結果、相手材との摺接において異常摩擦音の発生を極力防止できるという効果をもたらす。

本発明の製造方法において、外側層は好ましくはその厚さが０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍであり、斯かる外側層は、最終の圧縮工程において、膨張黒鉛からなる耐熱材が圧縮成形によって展延されることによって形成される。圧縮成形時の圧力は通常、１トン／ｃｍ^２〜３トン／ｃｍ^２の範囲で行われ、この圧力を適宜調整することにより、０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍの厚さの外側層を形成することができる。

本発明の球帯状シール体の製造方法では、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してもよく、斯かる製造方法によれば、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。

本発明の球帯状シール体の製造方法では、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してもよく、斯かる製造方法によれば、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。

本発明によれば、相手材との金属同士の直接的な摺接を回避し得て相手材表面を損傷させることがなく、結果としてシール性の低下を来たすことがない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。

次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。

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。

＜耐熱シート材について＞
耐熱シート材としては、膨張黒鉛が使用される。この膨張黒鉛は、米国ユニオンカーバイド社製の「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、厚さが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍのシート状のものが使用される。

＜補強材について＞
補強材は、鉄系としてオーステナイト系のＳＵＳ３０４若しくは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３ｍｍ〜６ｍｍ程度の金網を使用して好適である。

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。

（第一工程）図３に示すように、金属細線を円筒状に編んで形成された筒状金網１をローラ２及び３間に通して所定の幅Ｄの帯状金網４を作製し、帯状金網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４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。

（第二工程）図４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。

（第三工程）後述する球帯状シール体３０（図１参照）において部分凸球面状面２９の軸方向の少なくとも一方の端縁側の環状端面である大径側の環状端面３１に全体的に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２９の大径側の環状端面３１となる補強材５の幅方向の少なくとも一方の端縁７から最大で０．１×Ｄから０．８×Ｄだけ耐熱シート材６が幅方向にはみ出すと共に端縁７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２９の小径側の環状端面３２となる補強材５の幅方向の他方の端縁８からのはみ出し量δ２よりも多くなるようにすると共に補強材５の長さ方向の一方の端縁９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の長さ方向の他方の端縁１０と当該端縁１０に対応する耐熱シート材６の長さ方向の端縁１１とを実質的に一致させて、補強材５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と耐熱シート材６とを互いに重ね合わせた重合体１２を得る。

（第四工程）重合体１２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１３を形成する。耐熱シート材６としては、筒状母材１３における耐熱シート材６の巻き回数が補強材５の巻き回数よりも多くなるように、補強材５の長さＬに対して１．３０×Ｌから２．７０×Ｌの長さｌを有したものが予め準備される。筒状母材１３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の一方の端縁７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の他方の端縁８から幅方向にδ２だけはみ出している。

（第五工程）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ｄを有すると共に筒状母材１３を１回巻きできる程度の長さｌ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に示すように帯状金網４内に耐熱シート材６を挿入する。一方、図８に示す耐熱シート材６と同様の寸法を有する耐熱シート材６を別途準備する。この耐熱シート材６を前記内部に耐熱シート材６を挿入保持した帯状金網４に図９に示すように重ね合わせると共にこれらを図１０に示すように、ローラ１５及び１６間に通して一体化させ、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金網４からなる別の補強材５と別の耐熱シート材６とからなる外層形成部材１７を形成する。

（第六工程）このようにして得た外層形成部材１７を別の耐熱シート材６を外側にして前記筒状母材１３の外周面に捲回し、図１１に示すような予備円筒成形体１８を作製する。

（第七工程）内面に円筒壁面２０と円筒壁面２０に連なる部分凹球面壁面２１と部分凹球面壁面２１に連なる貫通孔２２とを備え、貫通孔２２に段付きコア２３を嵌挿することによって内部に円筒中空部２４と該円筒中空部２４に連なる球帯状中空部２５とが形成された図１２に示すような金型２６を準備し、該金型２６の段付きコア２３に予備円筒成形体１８を挿入する。

金型２６の円筒中空部２４及び球帯状中空部２５に位置せしめられた予備円筒成形体１８をコア軸方向に１トン／ｃｍ^２〜３トン／ｃｍ^２の圧力で圧縮成形し、図１及び図２に示すような、中央部に貫通孔２７を有すると共に円筒内面２８と部分凸球面状面２９と部分凸球面状面２９の大径側及び小径側の環状端面３１及び３２とにより規定された球帯状基体３３と、球帯状基体３３の部分凸球面状面２９に一体的に形成された外層３４とを備えた球帯状シール体３０を作製する。

この圧縮成形により、球帯状基体３３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を有しており、外層３４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及びこの耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材を有した厚い内側層３７と、内側では内側層３７に一体化されている一方、外側では外部に露出した部分凸球面状の外面３５を有すると共に膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有した薄い外側層３８とを具備しており、外側層３８の膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有すると共に外部に露出した部分凸球面状の外面は平滑な面となっており、貫通孔２７を規定する円筒内面２８は、球帯状基体３３の圧縮された耐熱シート材６が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材が露出し、球帯状基体３３及び外層３４における耐熱材の密度が１．７５ｇ／ｃｍ^３以上２．００ｇ／ｃｍ^３以下に形成される。

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３０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３５は、外層形成部材１７によって形成された耐熱シート材６が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有した平滑な面に形成されていると共に部分凸球面状面２９の大径側の環状端面３１及び小径側の環状端面３２は、補強材５からはみ出した耐熱シート材６が部分凸球面状面２９の大径側の環状端面３１及び小径側の環状端面３２を形成するよう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。

第四工程において、重合体１２を耐熱シート材６を内側にしてうず巻き状に捲回する代わりに、帯状金網４からなる補強材５を内側にしてうず巻き状に捲回して筒状母材１３を形成すると、球帯状基体３３の金網からなる補強材５が円筒内面２８において部分的に露出している球帯状シール体３０を製造することができる。

球帯状シール体３０は、図１３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、図１３に示す排気管球面継手において、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３０が貫通孔２７を規定する円筒内面２８において嵌合されており、大径側の環状端面３１において球帯状シール体３０がフランジ２００に当接されて着座せしめられており、上流側排気管１００と相対峙して配されていると共にマフラー側に連結された下流側排気管３００には、凹球面部３０２と凹球面部３０２に連接されたフランジ部３０３とを一体に備えた径拡大部３０１が固着されており、凹球面部３０２の内面３０４が球帯状シール体３０の部分凸球面状の外面３５に摺接されている。

図１３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３０の部分凸球面状の外面３５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の内面３０４との摺接でこれを許容するように構成されている。

次に、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に何等限定されないのである。

＜実施例１＞
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２本使用して網目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金網とし、これを補強材とした。耐熱シート材として厚さ０．３８ｍｍの膨張黒鉛シート（日本カーボン社製「ニカフィルム（商品名）」）を使用した。耐熱シート材をうず巻き状に一周分捲回したのち、耐熱シート材の内側に補強材を重ね合わせ、うず巻き状に捲回して最外周に耐熱シート材を位置させた筒状母材を作製した。この筒状母材においては、耐熱シート材の幅方向の両端部はそれぞれ補強材の幅方向に突出している。

上記と同様の金属細線を１本使用して、網目が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金網とした。上記と同様の耐熱シート材を別途準備し、該耐熱シート材を該帯状金網内に挿入した。上記と同様の耐熱シート材を別途準備し、該耐熱シート材を、前記内部に耐熱シート材を挿入保持した帯状金網の上に重ね合わせたのち、これらをローラ間に通して一体化した外層形成部材を作製した。

前記筒状母材の外周面に、上記外層形成部材を耐熱シート材を外側にして捲回して予備円筒成形体を作製した。この予備円筒成形体を図１２に示す金型の段付きコアに挿入し、該予備円筒成形体を金型の中空部に位置させた。

金型の中空部に位置させた予備円筒成形体をコア軸方向に２トン／ｃｍ^２の圧力で圧縮成形し、中央部に貫通孔を有すると共に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端面とにより規定された球帯状基体と、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を作製した。

この圧縮成形により、球帯状基体は、耐熱シート材からなる耐熱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、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の網目を充填し、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を有しており、外層は、耐熱シート材が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材及びこの耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材を有した厚い内側層と、内側では内側層に一体化されている一方、外側では外部に露出した部分凸球面状の外面を有すると共に膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有した薄い外側層とを具備しており、外側層の膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有すると共に外部に露出した部分凸球面状の外面は平滑な面となっており、部分凸球面状の外面の大径側及び小径側の環状端面には耐熱シート材において補強材から幅方向にはみ出した部分が曲折されかつ展延されて得られた耐熱材が露出している。この球帯状シール体の球帯状基体及び外層における耐熱材の密度が１．７５ｇ／ｃｍ^３であり、外層の耐熱材の外側層の厚さは０．２ｍｍであった。

＜実施例２＞
前記実施例１と同様にして、予備円筒成形体を作製した。この予備円筒成形体を金型の段付きコアに挿入し、該予備円筒成形体を金型の中空部に位置させた。

金型の中空部に位置させた予備円筒成形体をコア軸方向に３トン／ｃｍ^２の圧力で圧縮成形し、中央部に貫通孔を有すると共に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端面とにより規定された球帯状基体と、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を作製した。

この圧縮成形により、球帯状基体は、耐熱シート材からなる耐熱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、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の網目を充填し、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を有しており、外層は、耐熱シート材が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材及びこの耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材を有した厚い内側層と、内側では内側層に一体化されている一方、外側では外部に露出した部分凸球面状の外面を有すると共に膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有した薄い外側層とを具備しており、外側層の膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有すると共に外部に露出した部分凸球面状の外面は平滑な面となっており、部分凸球面状の外面の大径側及び小径側の環状端面には耐熱シート材において補強材から幅方向にはみ出した部分が曲折されかつ展延されて得られた耐熱材が露出している。この球帯状シール体の球帯状基体及び外層における耐熱材の密度が１．８２ｇ／ｃｍ^３であり、外層の耐熱材の外側層の厚さは０．０８ｍｍであった。

＜比較例＞
前記実施例１と同様にして、筒状母材を作製した。実施例１と同様の金属細線を１本使用して、網目が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金網としたのち、実施例１と同様の耐熱シート材を別途準備し、該耐熱シート材を該帯状金網内に挿入し、これらをローラ間に通して一体化した外層形成部材を作製した。以下、実施例１と同様にして球帯状シール体を作製した。

この圧縮成形により、球帯状基体は、耐熱シート材からなる耐熱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、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の網目を充填し、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を有しており、外層は、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した平滑な面となり、貫通孔を規定する円筒内面は、球帯状基体の圧縮された耐熱材が露出した面となり、部分凸球面状の外面の大径側及び小径側の環状端面には耐熱シート材において補強材から幅方向にはみ出した部分が曲折されかつ展延されて得られた耐熱材が露出している。この球帯状シール体の球帯状基体及び外層における耐熱材の密度が１．７５ｇ／ｃｍ^３であった。

次に、上述した各実施例及び比較例で得た球帯状シール体を図１３に示す排気管球面継手に組み込み、該球帯状シール体と摺接した際の相手材表面の面粗度（Ｒｙ／μｍ）、ガス漏れ量（ｌ／ｍｉｎ）及び球帯状シール体の摩耗量（ｍｍ）について試験した結果を説明する。

＜試験条件＞
コイルばねによる押圧力（スプリングセットフォース）：９８０．７Ｎ
揺動角度：±２．５°
揺動速度：２０Ｈｚ
温度（図１３に示す凹球面部３０２の外表面温度）：室温（２５℃）〜５００℃
相手材（図１３に示す径拡大部３０１の材質）：ＳＵＳ３０４

＜試験方法＞
室温において２０Ｈｚの揺動速度で±２．５°の揺動運動を継続しながら温度を５００℃まで昇温し、その温度を保持した状態で揺動運動を継続し、揺動回数が１００００００回に到達した時点での各項目について測定した。

＜ガス漏れ量の測定方法＞
図１３に示す排気管球面継手の上流側排気管１００の開口部を閉塞し、下流側排気管３００側から、０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で乾燥空気を流入し、継手部分（球帯状シール体３０の外面３５と径拡大部３０１の内面３０４との摺接部、球帯状シール体３０の円筒内面２８と上流側排気管１００の管端部１０１との嵌合部及び大径側の環状端面３１と上流側排気管１００に立設されたフランジ２００との当接部）からの漏れ量を流量計にて測定した。

試験結果を表１に示す。

表１に示す試験結果から、実施例からなる球帯状シール体は、全ての項目において比較例からなる球帯状シール体より優れていることが判る。

以上の試験結果から、実施例の球帯状シール体は、相手材と摺接する薄い外側層の部分凸球面状の外面が膨張黒鉛からなる耐熱材のみの平滑な面となっているので、相手材との金属同士の直接的な摺接を回避し得て相手材表面を損傷させることがなく、結果としてシール性の低下を来たすことがないものである。

本発明の実施の形態の一例で製造された球帯状シール体の縦断面図である。 図１に示す球帯状シール体の一部拡大断面図である。 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。 本発明の球帯状シール体の製造工程における耐熱材の斜視図である。 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。 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６に示す筒状母材の縦断面図である。 本発明の球帯状シール体の製造工程における耐熱材の斜視図である。 本発明の球帯状シール体の製造工程における帯状金網内に耐熱材を挿入すると共に更に他の耐熱材を重ね合わせた状態を示す説明図である。 本発明の球帯状シール体の製造工程における外層形成部材の形成方法の説明図である。 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。 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。 本発明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。 エンジンの排気系の説明図である。

符号の説明

１ 筒状金網
４ 帯状金網
５ 補強材
６ 耐熱シート材
１２ 重合体
１３ 筒状母材
１７ 外層形成部材
１８ 予備円筒成形体
２６ 金型
３０ 球帯状シール体

Claims (9)

1. 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、とくに排気管継手に用いられる球帯状シールであって、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からなり、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材及びこの耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材を有した厚い内側層と、内側では内側層に一体化されている一方、外側では外部に露出した部分凸球面状の外面を有すると共に膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有した薄い外側層とを具備しており、外側層のその外部に露出した部分凸球面状の外面は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。
2. 外側層は、その厚さが０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍである請求項１に記載の球帯状シール体。
3. 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又は２に記載の球帯状シール体。
4. 円筒内面において球帯状シール体の金網からなる補強材が露出している請求項１又は２に記載の球帯状シール体。
5. 球帯状基体及び外層における耐熱材の密度が１．７５ｇ／ｃｍ^３以上２．００ｇ／ｃｍ^３以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
6. 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、とくに排気管継手に用いられる球帯状シールの製造方法であって、
   （ａ）膨張黒鉛からなる耐熱シート材を準備する工程と、
   （ｂ）金属細線を織ったり、編んだりして得られる金網からなる補強材を準備し、該補強材を前記耐熱シート材に重ね合わせて重合体を形成したのち、この重合体を円筒状に捲回して筒状母材を形成する工程と、
   （ｃ）金属細線を編んで円筒状金網を形成すると共に該円筒状金網内に別途用意した膨張黒鉛からなる耐熱シート材を挿入したのち、これをローラ間に通して内部に耐熱シート材を保持した帯状金網を作製する工程と、
   （ｄ）内部に耐熱シート材を保持した帯状金網に、別途用意した膨張黒鉛からなる耐熱シート材を重ね合わせ、これらをローラ間に通して一方の面に該耐熱シート材を一体化させた外層形成部材を形成する工程と、
   （ｅ）前記筒状母材の外周面に前記外層形成部材の耐熱シート材を外側にして捲回し、予備円筒成形体を作製する工程と、
   （ｆ）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、耐熱シート材からなる耐熱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おり、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材及びこの耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材を有した厚い内側層と、内側では内側層に一体化されている一方、外側では外部に露出した部分凸球面状の外面を有すると共に膨張黒鉛からなる耐熱材のみを有した薄い外側層とを具備しており、外側層のその外部に露出した部分凸球面状の外面は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。
7. 薄い外側層は、その厚さが０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍである請求項６に記載の球帯状シール体の製造方法。
8. 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６又は７に記載の球帯状シール体の製造方法。
9. 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６又は７に記載の球帯状シール体の製造方法。

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