JP5246724B2 - 球帯状シール体及びその製造方法 - Google Patents
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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。
自動車用エンジンの排気ガスは、図１５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球帯状シール体としては、特許文献１に開示されたシール体がある。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。このシール体の欠点は、該シール体を形成する耐熱材料（膨張黒鉛など）の静止摩擦係数と動摩擦係数との差が大きいこと及びこの耐熱材料からなるシール体がすべり速度に対して負性抵抗（すべり速度が増加すると摩擦抵抗が減少する現象）を示すこと、などが原因として考えられる。
上記シール体の欠点を解消するものとして、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、膨張黒鉛、雲母、石綿の１種又は２種以上を混合した耐熱材料を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と一緒に造形して得られるシール体であって、該シール体の表面には四ふっ化エチレン樹脂あるいは四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体からなる潤滑組成物が被着形成されたものである。このシール体は表面に被着形成された潤滑組成物が、摩擦係数の低減、母材を形成する耐熱材料の相手材表面への移着防止、静止摩擦係数と動摩擦係数との差の縮小、などの作用効果を発揮するほか、四ふっ化エチレン樹脂はすべり速度に対する摩擦抵抗が負性抵抗を示さないので、上述した効果と相俟って「付着−すべり」に基づく自励振動の発生を抑え、異常音の発生防止に貢献するという効果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前記特許文献１に開示されたシール体の欠点を解消するものであるが、自動車排気管の球面管継手に組み込まれて使用された場合、排気管を流動する排気ガスの熱の作用により、シール体の表面に被着形成された潤滑組成物が溶融し、エンジン停止後の排気管冷却時に溶融した潤滑組成物が相手材表面に固着し、再運転したときに潤滑組成物が剥ぎ取られ、排気管継手の相対角変位時に異常音（摩擦音）を発生したり、シール性を低下させるという問題がある。
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、シール体表面での保持性に優れた外層とし得、排気ガスの熱の作用による外層の相手材表面への固着現象を回避し、異常音（異常摩擦音）の発生がなく、シール性の低下を来たすことのない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、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、該耐熱材及び補強材と一体化されていると共にふっ素樹脂の融点以上の温度であって分解点以下の温度で焼成された少なくともふっ素樹脂とを有しており、外層において露出した部分凸球面状の外面は、前記焼成された少なくともふっ素樹脂を含む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、相手材と摺接する部分凸球面状の外面は、焼成された少なくともふっ素樹脂を含む平滑な面となっている結果、部分凸球面状の外面での該外層の保持性が高められているので、排気ガスの熱の作用による外層の相手材表面への固着現象を回避し得、異常音（異常摩擦音）の発生がなく、シール性の低下を来たすことがない。
本発明において、ふっ素樹脂は、四ふっ化エチレン樹脂、四ふっ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体及びエチレン−四ふっ化エチレン共重合体から選択されるとよい。
本発明において、外層は、ふっ素樹脂に混在されていると共に黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、アルミナ及びシリカから選択される無機物質を含んでいるとよい。
ふっ素樹脂は、それ自体低摩擦性を発揮するものであり、相手材との摺接において異常音（異常摩擦音）を発生することなく、排気管継手の相対角変位を円滑に行わせることができる。これらふっ素樹脂に対し、所定量の割合で、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、アルミナ及びシリカから選択される無機物質を含有させるとよい。これら無機物質は、とくにふっ素樹脂からなる外層の耐摩耗性を向上させるものである。
本発明の球帯状シール体においては、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、球帯状基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、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嵌合固定された際には、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／ｃｍ３以上２．００ｇ／ｃｍ３以下である。
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、排気管継手に用いられる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た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作製した耐熱シート材を含む帯状金網を準備する工程と、膨張黒鉛からなる耐熱シート材を別途用意し、この耐熱シート材の表面に少なくともふっ素樹脂を含むコーティング材を被覆し、ついでコーティング材が被覆された耐熱シート材を当該コーティング材と共に該ふっ素樹脂の融点以上の温度であって分解点以下の温度で焼成して、該耐熱シート材の表面に、少なくともふっ素樹脂を含むコーティング材を焼成してなる被覆層を形成する工程と、前記被覆層が形成された耐熱シート材を、該被覆層が形成された面と反対側の面を前記帯状金網と接触するようにして前記帯状金網に重ね合わせ、これらをローラ間に通して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被覆層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と、この耐熱材に混在一体化された帯状金網からなる補強材と、該耐熱材及び補強材と一体化されていると共にふっ素樹脂の融点以上の温度であって分解点以下の温度で焼成された該少なくともふっ素樹脂とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記焼成された少なくともふっ素樹脂を含む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、耐熱シート材の表面に被覆された少なくともふっ素樹脂を含む被覆層は、当該ふっ素樹脂の融点以上の温度であって分解点以下の温度で焼成されているので、これにより焼成された少なくともふっ素樹脂が部分凸球面状の外面で露出する結果、部分凸球面状の外面での該外層の保持性が高められ、当該外層の相手材表面への固着現象を回避し得る球帯状シール体を得ることができる。
本発明の製造方法において、ふっ素樹脂としては、四ふっ化エチレン樹脂、四ふっ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体及びエチレン−四ふっ化エチレン共重合体から選択されるとよく、ふっ素樹脂の耐摩耗性を向上させる目的で、コーティング材は、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、アルミナ及びシリカから選択される無機物質を含ませるとよい。
本発明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において、重合体を帯状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、この製造方法によれば、円筒内面において球帯状基体の帯状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、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おいて、焼成された少なくともふっ素樹脂を含むので、保持性に優れた外層とし得、当該外層の相手材表面への固着現象を回避し、異常音（異常摩擦音）の発生がなく、シール性の低下を来たすことの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。
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。
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。
＜ふっ素樹脂について＞
被覆層を形成するふっ素樹脂としては、四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）及びエチレン−四ふっ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）から選択される。また、これらふっ素樹脂に対し所定量の割合で黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、アルミナ及びシリカから選択される無機物質の１種又は２種以上を含有させることができる。これら無機物質の含有量は、ふっ素樹脂に対し３０〜７０重量％の範囲が好適である。
被覆層を形成するふっ素樹脂としては、四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）及びエチレン−四ふっ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）から選択される。また、これらふっ素樹脂に対し所定量の割合で黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、アルミナ及びシリカから選択される無機物質の１種又は２種以上を含有させることができる。これら無機物質の含有量は、ふっ素樹脂に対し３０〜７０重量％の範囲が好適である。
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に示すように補強材５内に上記の別途用意した耐熱シート材６を挿入する。一方、四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）及びエチレン−四ふっ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）から選択されるふっ素樹脂水性ディスパージョン（コーティング材）、あるいはこれらふっ素樹脂に対し所定量の割合で黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、アルミナ及びシリカから選択される無機物質の１種又は２種以上を含有したふっ素樹脂組成物の水性ディスパージョン（コーティング材）を作製し、該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、図８に示す耐熱シート材６と同様の寸法を有するようにして更に別途準備された耐熱シート材６の一方の表面に被覆し、斯かる水性ディスパージョン（コーティング材）が被覆された耐熱シート材６をふっ素樹脂の融点以上の温度であって分解点以下の温度で２時間焼成し、図１０に示すようにふっ素樹脂又はふっ素樹脂組成物が焼成されてなる被覆層１４を耐熱シート材６に形成する。一方の表面に被覆層１４が形成された耐熱シート材６を、図９に示すように該被覆層１４が形成された面と反対側の面を前述した内部に耐熱シート材６が挿入された帯状金網４からなる補強材５と接触するようにして当該補強材５に重ね合わせると共にこれらを図１１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と表面にふっ素樹脂又はふっ素樹脂組成物からなる被覆層１４を有する耐熱シート材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を前記筒状母材１３の外周面に捲回し、図１２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１３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／ｃｍ２〜３トン／ｃｍ２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からなる耐熱材と帯状金網４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、圧縮された帯状金網４からなる補強材５と、この補強材５の帯状金網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と、この耐熱材に混在一体化された帯状金網４からなる補強材と、この補強材５及び耐熱材と一体化されたふっ素樹脂又はふっ素樹脂組成物とを有しており、外層３４において外部に露出した部分凸球面状の外面３５は、被覆層１４のふっ素樹脂又はふっ素樹脂組成物を含む平滑な面に形成されており、貫通孔２７を規定する円筒内面２８には、圧縮された耐熱シート材６からなる球帯状基体３３の耐熱材が露出し、そして、球帯状基体３３及び外層３４における耐熱材の密度が１．７５ｇ／ｃｍ３以上２．００ｇ／ｃｍ３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帯状金網４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、被覆層１４のふっ素樹脂又はふっ素樹脂組成物を含む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３２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、例えば図１４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１４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１４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、斯かる排気管球面継手は、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なっている。
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。
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、該耐熱シート材の一方の表面に、ふっ素樹脂として四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）〔ダイキン工業社製「ポリフロン（商品名）」〕の水性ディスパージョン（固形分３０重量％）を使用し、この水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して四ふっ化エチレン樹脂の被覆層を形成した。ついで、これを四ふっ化エチレン樹脂の融点（３２７℃）以上の３７０℃の温度で２時間焼成し、耐熱材の一方の表面に厚さ１２μｍの焼成された四ふっ化エチレン樹脂の被覆層を形成した。
被覆層を有する耐熱シート材を、前記内部に耐熱材を保持した帯状金網の上に該焼成被覆層を上方に向けて重ね合わせたのち、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焼成被覆層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１３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／ｃｍ２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／ｃｍ３であった。
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、この補強材及び耐熱材と一体化された四ふっ化エチレン樹脂とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、焼成された前記四ふっ化エチレン樹脂を含む平滑な面となり、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。
＜実施例２＞
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、ふっ素樹脂として四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）〔ダイキン工業社製「ネオフロンＦＥＰ（商品名）」〕の水性ディスパージョン（固形分３０重量％）を使用し、この水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の被覆層を形成した。ついで、これを四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の融点（２７０℃）以上の３４０℃の温度で２時間焼成し、耐熱材の一方の表面に厚さ１２μｍの焼成された四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。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／ｃｍ３であった。
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、ふっ素樹脂として四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）〔ダイキン工業社製「ネオフロンＦＥＰ（商品名）」〕の水性ディスパージョン（固形分３０重量％）を使用し、この水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の被覆層を形成した。ついで、これを四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の融点（２７０℃）以上の３４０℃の温度で２時間焼成し、耐熱材の一方の表面に厚さ１２μｍの焼成された四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。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／ｃｍ３であった。
このものの球帯状基体は、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、この補強材及び耐熱材と一体化された四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、焼成された四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体を含む平滑な面となり、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。
＜実施例３＞
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、ふっ素樹脂として四ふっ化エチレン樹脂（前記実施例１と同じ）の水性ディスパージョンを使用し、これに黒鉛粉末を分散含有させた固形分３０重量％の水性ディスパージョン（四ふっ化エチレン樹脂２１重量％、黒鉛９重量％、水分７０重量％）をローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して黒鉛粉末を含有した四ふっ化エチレン樹脂組成物の被覆層を形成した。ついで、これを四ふっ化エチレン樹脂の融点（３２７℃）以上の３４０℃の温度で２時間焼成し、耐熱材の一方の表面に厚さ１２μｍの黒鉛粉末を含有した四ふっ化エチレン樹脂組成物の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。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１．８０ｇ／ｃｍ３であった。
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、ふっ素樹脂として四ふっ化エチレン樹脂（前記実施例１と同じ）の水性ディスパージョンを使用し、これに黒鉛粉末を分散含有させた固形分３０重量％の水性ディスパージョン（四ふっ化エチレン樹脂２１重量％、黒鉛９重量％、水分７０重量％）をローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して黒鉛粉末を含有した四ふっ化エチレン樹脂組成物の被覆層を形成した。ついで、これを四ふっ化エチレン樹脂の融点（３２７℃）以上の３４０℃の温度で２時間焼成し、耐熱材の一方の表面に厚さ１２μｍの黒鉛粉末を含有した四ふっ化エチレン樹脂組成物の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。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１．８０ｇ／ｃｍ３であった。
このものの球帯状基体は、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、この補強材及び耐熱材と一体化された黒鉛粉末を含有した四ふっ化エチレン樹脂とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、焼成された前記黒鉛粉末を含有した四ふっ化エチレン樹脂を含む平滑な面となり、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。
＜実施例４＞
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、ふっ素樹脂として四ふっ化エチレン樹脂（前記実施例１と同じ）の水性ディスパージョンを使用し、これに窒化ホウ素及び酸化ケイ素を分散含有させた固形分３０重量％の水性ディスパージョン（四ふっ化エチレン樹脂９重量％、窒化ホウ素１２重量％、酸化ケイ素９重量％、水分７０重量％）をローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して窒化ホウ素及び酸化ケイ素を含有した四ふっ化エチレン樹脂組成物の被覆層を形成した。ついで、これを四ふっ化エチレン樹脂の融点（３２７℃）以上の３４０℃の温度で２時間焼成し、耐熱材の一方の表面に厚さ１２μｍの窒化ホウ素及び酸化ケイ素を含有した四ふっ化エチレン樹脂組成物の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。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１．８４ｇ／ｃｍ３であった。
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、ふっ素樹脂として四ふっ化エチレン樹脂（前記実施例１と同じ）の水性ディスパージョンを使用し、これに窒化ホウ素及び酸化ケイ素を分散含有させた固形分３０重量％の水性ディスパージョン（四ふっ化エチレン樹脂９重量％、窒化ホウ素１２重量％、酸化ケイ素９重量％、水分７０重量％）をローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して窒化ホウ素及び酸化ケイ素を含有した四ふっ化エチレン樹脂組成物の被覆層を形成した。ついで、これを四ふっ化エチレン樹脂の融点（３２７℃）以上の３４０℃の温度で２時間焼成し、耐熱材の一方の表面に厚さ１２μｍの窒化ホウ素及び酸化ケイ素を含有した四ふっ化エチレン樹脂組成物の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。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１．８４ｇ／ｃｍ３であった。
このものの球帯状基体は、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、この補強材及び耐熱材と一体化された窒化ホウ素及び酸化ケイ素を含有した四ふっ化エチレン樹脂とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、焼成された窒化ホウ素及び酸化ケイ素を含有した四ふっ化エチレン樹脂を含む平滑な面となり、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。
＜比較例１＞
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、前記実施例１と同様の四ふっ化エチレン樹脂の水性ディスパージョン（固形分３０重量％）を使用し、この水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して四ふっ化エチレン樹脂の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、前記実施例１と同様の四ふっ化エチレン樹脂の水性ディスパージョン（固形分３０重量％）を使用し、この水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して四ふっ化エチレン樹脂の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。
＜比較例２＞
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、前記実施例２と同様の四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の水性ディスパージョン（固形分３０重量％）を使用し、この水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。
前記実施例１と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例１と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例１と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、前記実施例２と同様の四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の水性ディスパージョン（固形分３０重量％）を使用し、この水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返して四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。
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１４に示す排気管球面継手に組み込み、該球帯状シール体の外層の部分凸球面状の外面での相手材表面への固着現象を試験した結果について説明する。
＜試験方法＞
球帯状シール体を排気管球面継手に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で組込み、室温（２５℃）から８℃／ｍｉｎの昇温速度で４００℃の温度（図１４に示す凹球面部３０２の外表面温度）まで上昇させ、４００℃の温度に到達した時点で９０分間保持し、ついで室温まで降温させたのち、コイルばねによる押圧力を解除し、その時の部分凸球面状の外面の相手材表面への固着度合いを評価する。試験結果を表１に示す。
球帯状シール体を排気管球面継手に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で組込み、室温（２５℃）から８℃／ｍｉｎの昇温速度で４００℃の温度（図１４に示す凹球面部３０２の外表面温度）まで上昇させ、４００℃の温度に到達した時点で９０分間保持し、ついで室温まで降温させたのち、コイルばねによる押圧力を解除し、その時の部分凸球面状の外面の相手材表面への固着度合いを評価する。試験結果を表１に示す。
表中の評価記号は、次の判定基準による。
評価記号：５ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着なし
評価記号：４ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着部の全周長が１／８周以下
評価記号：３ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着部の全周長が１／４〜１／８ 周以下
評価記号：２ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着部の全周長が１／２〜１／４ 周以下
評価記号：１ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着部の全周長が１／２以上
評価記号：５ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着なし
評価記号：４ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着部の全周長が１／８周以下
評価記号：３ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着部の全周長が１／４〜１／８ 周以下
評価記号：２ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着部の全周長が１／２〜１／４ 周以下
評価記号：１ 部分凸球面状の外面の相手材表面への固着部の全周長が１／２以上
表１に示す試験結果から、実施例１ないし実施例４の球帯状シール体の部分凸球面状の外面の四ふっ化エチレン樹脂（実施例１）、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（実施例２）及び四ふっ化エチレン樹脂組成物（実施例３及び実施例４）は、相手材表面への固着度合いが低いのに対し、焼成していない四ふっ化エチレン樹脂（比較例１）及び四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（比較例２）は、相手材表面への固着度合いが高いことが判る。
以上の試験結果から、実施例の球帯状シール体は、部分凸球面状の外面での外層の保持性に優れたものとし得、結果として、相手材との摩擦においてはこの部分凸球面状の外面を介しての摩擦となることから、異常音（異常摩擦音）の発生がなく、シール性の低下を来たすことがない。
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
１４ 被覆層
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
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
１４ 被覆層
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 (7)
- 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ていると共に外部に露出した部分凸球面状の外面を有した外層とを備えた、排気管継手に用いられる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からなり、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、該耐熱材及び補強材と一体化されていると共に黒鉛又は窒化硼素及びシリカからなる無機物質が混在されており、ふっ素樹脂の融点以上の温度であって分解点以下の温度で焼成された少なくともふっ素樹脂とを有しており、外層のその外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記焼成された少なくともふっ素樹脂を含む平滑な面となっており、ふっ素樹脂は、四ふっ化エチレン樹脂からなることを特徴とする球帯状シール体。
- 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請求項１に記載の球帯状シール体。
- 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請求項１に記載の球帯状シール体。
- 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３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、排気管継手に用いられる球帯状シール体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た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作製した耐熱シート材を含む帯状金網を準備する工程と、
（ｄ）膨張黒鉛からなる耐熱シート材を別途用意し、この耐熱シート材の表面に黒鉛又は窒化硼素及びシリカからなる無機物質が混在されている少なくともふっ素樹脂を含むコーティング材を被覆し、ついでコーティング材が被覆された耐熱シート材を当該コーティング材と共に該ふっ素樹脂の融点以上の温度であって分解点以下の温度で焼成して、該耐熱シート材の表面に、少なくともふっ素樹脂を含むコーティング材を焼成してなる被覆層を形成する工程と、
（ｅ）前記被覆層が形成された耐熱シート材を、該被覆層が形成された面と反対側の面を前記帯状金網と接触するようにして前記帯状金網に重ね合わせ、これらをローラ間に通して外層形成部材を形成する工程と、
（ｆ）前記筒状母材の外周面に前記外層形成部材の被覆層を外側にして捲回し、予備円筒成形体を作製する工程と、
（ｇ）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と、この耐熱材に混在一体化された帯状金網からなる補強材と、該耐熱材及び補強材と一体化されていると共に黒鉛又は窒化硼素及びシリカからなる無機物質が混在されており、ふっ素樹脂の融点以上の温度であって分解点以下の温度で焼成された該少なくともふっ素樹脂とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状の外面は、前記焼成された少なくともふっ素樹脂を含む平滑な面となっており、ふっ素樹脂は、四ふっ化エチレン樹脂からなることを特徴とする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５に記載の球帯状シール体の製造方法。
- 重合体を帯状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５に記載の球帯状シール体の製造方法。
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