JP5549666B2

JP5549666B2 - 球帯状シール体及びその製造方法

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Publication number: JP5549666B2
Application number: JP2011290127A
Authority: JP
Inventors: 修市久保田; 剛古城戸; 良和坂入
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2021-09-21
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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。

自動車用排気管の球面管継手に使用される球帯状シール体は、例えば特開昭５４−７６７５９号公報、特開平６−１２３３６２号公報、特開平１０−９３９６号公報、特開平１０−９３９７号公報等により種々提案されている。

提案の球帯状シール体は、いずれも蛇腹式の継手と比較して製造コストの低減を図り得てしかも耐久性に優れているのであるが、これらはいずれも、膨張黒鉛等からなる耐熱材と金網からなる補強材とを圧縮して補強材の金網の網目に耐熱材を充填し、当該耐熱材と補強材とを混在一体化してなるために、耐熱材に対して補強材が占める割合、耐熱材及び補強材の圧縮の程度等により球帯状シール体自体を介する排気ガスの漏出の問題に加えて、相手材と摺動自在に接触する部分凸球面での耐熱材の存在による異音発生の問題を本来的に具有し、例えば耐熱材に対して補強材が占める割合が大きすぎたり、耐熱材に対する加圧の程度が低いと、補強材の周りに生じる微小通路に対する耐熱材による封止の程度が減少して初期漏洩を惹起する上に、高温下における耐熱材の酸化消耗等により早期の排気ガスの漏出の虞があり、また、部分凸球面での耐熱材が大きく加圧されていたり、部分凸球面での補強材に対する耐熱材の露出割合が極めて大きいと、スティックスリップを惹起して異音発生の原因となる虞がある。

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、球帯状シール体自体を介する排気ガスの漏出をなくし得、しかも、異音発生をなくし得る上に、安定したシール特性を有した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。

本発明の第一の態様の球帯状シール体は、環状滑り面を有しており、少なくとも耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて当該耐熱材と補強材とが混在一体化されてなるシール本体を有しており、ここで、シール本体には、補強材が１５重量％から８０重量％で、耐熱材が２０重量％から８５重量％の割合で含まれており、シール本体における耐熱材が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有している。

耐熱材と金網からなる補強材とが混在一体化されてなるシール本体に、補強材が８０重量％よりも多く、耐熱材が２０重量％よりも少ない割合で含まれていると、多くの場合、補強材の周りに生じる多数の微小通路（隙間）に対する耐熱材による封止（充填）が完全になされなくなる結果、排気ガスの初期漏洩を惹起し、仮に微小通路に対する封止が偶々完全になされていたとしても、高温下における耐熱材の酸化消耗等により斯かる封止が早期に消失して、而して早期の排気ガスの漏洩が生じる一方、補強材が１５重量％よりも少なく、耐熱材が８５重量％よりも多い割合で含まれていると、環状滑り面及び環状滑り面の近傍において補強材が極めて少なくなり環状滑り面及び環状滑り面の近傍における耐熱材に対する補強が好ましくなされなくなり、耐熱材の剥離が顕著に生じる上に、補強材による補強効果が期待し難くなる。

また上記のシール本体では、製造段階で強く圧縮されていなく耐熱材が１．２０ｇ／ｃｍ^３よりも小さい密度であると、長期の使用において斯かる耐熱材に微小空洞が生じてこれが全体的に広がる結果、排気ガスの漏洩を惹起する一方、製造段階で極めて強く圧縮されて耐熱材が２．００ｇ／ｃｍ^３よりも大きい密度であると、相手材への適宜な耐熱材の移着が殆ど生じなくなり、相手材との間における動摩擦係数と静摩擦係数との差が極めて大きくなる結果、摺動に際して異音が生じ易くなる。

上記の観点から、第一の態様の球帯状シール体は、シール本体自体を介する排気ガスの漏出がなく、相手材との間における摺動に際して異音発生のないものとなり、安定したシール特性を有したものとなる。

本発明の第二の態様の球帯状シール体は、環状滑り面を有しており、少なくとも耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて当該耐熱材と補強材とが混在一体化されてなるシール本体と、このシール本体の外周面に一体的に形成されていると共に少なくとも潤滑材からなる被覆層とを有しており、この被覆層の露出面により環状滑り面が構成されており、ここで、シール本体及び被覆層には、補強材が１５重量％から８０重量％で、耐熱材及び潤滑材が２０重量％から８５重量％の割合で含まれており、シール本体及び被覆層における耐熱材及び潤滑材が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有している。

第二の態様の球帯状シール体は、被覆層の露出面により構成された環状滑り面を有しているために、斯かる環状滑り面で接触する相手材との更なる滑らかな摺動を確保でき、しかも、第一の態様の球帯状シール体と同様に、シール本体自体を介する排気ガスの漏出のない、相手材との間における摺動に際して異音発生のないものとなる。

本発明の第三の態様の球帯状シール体は、環状滑り面を有しており、少なくとも耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて耐熱材と補強材とが混在一体化されてなるシール本体と、このシール本体の外周面に一体的に形成されていると共に少なくとも潤滑材及び耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に潤滑材及び耐熱材が充填されて当該潤滑材及び耐熱材と補強材とが混在一体化されてなる被覆層とを有しており、補強材からなる面と潤滑材からなる面とが混在した被覆層の露出面により環状滑り面が構成されており、ここで、シール本体及び被覆層には、補強材が１５重量％から８０重量％で、耐熱材及び潤滑材が２０重量％から８５重量％の割合で含まれており、シール本体及び被覆層における耐熱材及び潤滑材が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有している。

第三の態様の球帯状シール体は、被覆層の補強材からなる面と潤滑材からなる面とが混在した露出面により構成された環状滑り面を有しているために、第二の態様の球帯状シール体と同様に、環状滑り面と接触する相手材との更なる滑らかな摺動を確保でき、また、露出面における潤滑材からなる面を補強材からなる面でもって保持し得る上に、環状滑り面からの潤滑材の相手材への移着と相手材へ移着した潤滑材の掻き取りとを適宜に行い得る結果、長期に亘る滑らかな摺動を確保でき、しかも、第一の態様の球帯状シール体と同様に、シール本体自体を介する排気ガスの漏出のない、相手材との間における摺動に際して異音発生のないものとなる。

本発明の第四の態様の球帯状シール体は、環状滑り面を有しており、少なくとも耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて耐熱材と補強材とが混在一体化されてなるシール本体と、このシール本体の外周面に一体的に形成されていると共に少なくとも潤滑材及び耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に潤滑材及び耐熱材が充填されて当該潤滑材及び耐熱材と補強材とが混在一体化されてなる被覆層とを有しており、補強材からなる面と潤滑材からなる面とが混在した被覆層の露出面により環状滑り面が構成されており、ここで、環状滑り面から１ｍｍまでの球帯状シール体の環状の表層部分には、補強材が６０重量％から７５重量％で、耐熱材及び潤滑材が２５重量％から４０重量％の割合で含まれており、当該環状の表層部分における補強材、耐熱材及び潤滑材が３．００ｇ／ｃｍ^３から５．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有しており、環状の表層部分を除く球帯状シール体の他の環状の部分には、補強材が２０重量％から７０重量％で、耐熱材が３０重量％から８０重量％の割合で含まれている。

球帯状シール体において潤滑材及び耐熱材と補強材とが混在一体化されてなる被覆層の厚みは、その摩耗に起因する耐用年数の観点から経験的に１ｍｍ以内であればよく、したがって、環状滑り面から１ｍｍまでの球帯状シール体の環状の表層部分に、補強材が６０重量％よりも少なく、耐熱材及び潤滑材が４０重量％よりも多い割合で含まれていると、当該表層部分での補強材の効果を十分に得ることが困難になり、該表層部分での剥離、脱落が生じ易くなる一方、補強材が７５重量％よりも多く、耐熱材及び潤滑材が２５重量％よりも少ない割合で含まれていると、補強材の周りに生じる多数の微小通路（隙間）に対する耐熱材による封止（充填）が完全になされなくなる結果、該表層部分を介する排気ガスの初期漏洩を惹起し、仮に微小通路に対する封止が偶々完全になされていたとしても、高温下における耐熱材の酸化消耗等により斯かる封止が早期に消失して、而して早期の排気ガスの漏洩が生じ得る。

また、環状の表層部分における補強材、耐熱材及び潤滑材が３．００ｇ／ｃｍ^３よりも小さい密度を有していると、製造段階で強く圧縮されていないことになり、長期の使用において斯かる環状の表層部分に微小空洞が生じてこれが全体的に広がる結果、排気ガスの漏洩を惹起する一方、補強材、耐熱材及び潤滑材が５．００ｇ／ｃｍ^３よりも大きい密度を有していると、製造段階で極めて強く圧縮されていることになり、相手材への適宜な耐熱材の移着が殆ど生じなくなり、相手材との間における動摩擦係数と静摩擦係数との差が極めて大きくなる結果、摺動に際して異音が生じ易くなる。

更に、環状の表層部分を除く球帯状シール体の他の環状の部分で、補強材が２０重量％よりも少なく、耐熱材が８０重量％よりも多い割合で含まれていると、当該他の環状の部分における耐熱材に対する補強が好ましくなされなくなり、耐熱材の剥離が顕著に生じる上に、補強材による補強効果が期待し難くなる一方、補強材が７０重量％よりも多く、耐熱材が３０重量％よりも少ない割合で含まれていると、多くの場合、補強材の周りに生じる多数の微小通路（隙間）に対する耐熱材による封止（充填）が完全になされなくなる結果、排気ガスの初期漏洩を惹起し、仮に微小通路に対する封止が偶々完全になされていたとしても、高温下における耐熱材の酸化消耗等により斯かる封止が早期に消失して、而して早期の排気ガスの漏洩が生じるようになる。

したがって、第四の態様の球帯状シール体によれば、環状の表層部分に、補強材が６０重量％から７５重量％で、耐熱材及び潤滑材が２５重量％から４０重量％の割合で含まれており、当該環状の表層部分における補強材、耐熱材及び潤滑材が３．００ｇ／ｃｍ^３から５．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有しているために、当該表層部分の剥離、脱落が生じ難く、該表層部分を介する排気ガスの初期漏洩がない上に、早期はいうに及ばず長期においても排気ガスの漏洩を生じないようにでき、しかも、相手材との間における摺動に際して異音を生じないようにできる。

また第四の態様の球帯状シール体によれば、環状の表層部分を除く球帯状シール体の他の環状の部分でも、補強材が２０重量％から７０重量％で、耐熱材が３０重量％から８０重量％の割合で含まれているために、他の環状の部分を介する排気ガスの漏洩を確実に防止できる上に、耐熱材に対する補強が好ましくなされて、しかも、耐熱材の剥離を好ましく防止できる。

本発明の第五の態様の球帯状シール体は、環状滑り面を有しており、少なくとも耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて耐熱材と補強材とが混在一体化されてなるシール本体と、このシール本体の外周面に一体的に形成されていると共に少なくとも潤滑材及び耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に潤滑材及び耐熱材が充填されて当該潤滑材及び耐熱材と補強材とが混在一体化されてなる被覆層とを有しており、補強材からなる面と潤滑材からなる面とが混在した被覆層の露出面により環状滑り面が構成されており、ここで、被覆層には、補強材が６０重量％から７５重量％で、潤滑材及び耐熱材が２５重量％から４０重量％の割合で含まれている。

第五の態様の球帯状シール体によれば、第四の態様の球帯状シール体と同様に、被覆層には補強材が６０重量％から７５重量％で、耐熱材及び潤滑材が２５重量％から４０重量％の割合で含まれているために、当該被覆層の剥離、脱落が生じ難く、該被覆層を介する排気ガスの初期及び早期の漏洩を確実に防止できる。

本発明の第六の態様の球帯状シール体は、環状滑り面を有しており、少なくとも耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて耐熱材と補強材とが混在一体化されてなるシール本体と、このシール本体の外周面に一体的に形成されていると共に少なくとも潤滑材及び耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に潤滑材及び耐熱材が充填されて当該潤滑材及び耐熱材と補強材とが混在一体化されてなる被覆層とを有しており、補強材からなる面と潤滑材からなる面とが混在した被覆層の露出面により環状滑り面が構成されており、ここで、環状滑り面において、補強材からなる面が０．５％から３０％で、潤滑材からなる面が７０％から９９．５％の面積割合をもって露出している。

環状滑り面において、補強材からなる面が０．５％よりも少なく、潤滑材からなる面が９９．５％よりも多い面積割合をもって露出していると、環状滑り面は、殆ど潤滑材からなる面で占められ、潤滑材からなる面の剥離、脱落が生じ易くなると共に、環状滑り面からの潤滑材の相手材への移着が必要以上に多くなるにも拘らず相手材へ移着した潤滑材の掻き取りがそれ程なされなくなる一方、補強材からなる面が３０％よりも多く露出し、潤滑材からなる面が７０％よりも少ない露出であると、潤滑材による効果が少なくなり、環状滑り面に摺動自在に接触して相対的に摺動する相手材の摩耗が顕著となり、長期の使用によって円滑な摺動を得られなくなる。

したがって、第六の態様の球帯状シール体によれば、環状滑り面での潤滑材からなる面の剥離、脱落を防ぎ得て、しかも、長期の使用においても相手材との間での円滑な摺動を得ることができる上に、異音の発生をなくし得る。

上記の各態様の球帯状シール体において、耐熱体は、本発明の第七の態様の球帯状シール体のように、好ましくは膨張黒鉛を含んでいるが、本発明は、これに限定されず、例えば膨張黒鉛に加えて又はこれに代えて、マイカ及びアスベストのうちの一種又は二種以上から選択されたものを具備していてもよい。

また、上記の各態様の球帯状シール体において、環状滑り面は、好ましくは本発明の第八の態様の球帯状シール体のように、部分凸球面、部分凹球面又は截頭円錐面を含んでおり、斯かる部分凸球面、部分凹球面又は截頭円錐面で球帯状シール体は相手材に摺動自在に接触するようになっており、更に、上記の各態様において、球帯状シール体は、本発明の第九の態様の球帯状シール体のように、環状滑り面を含んだ外周面を具備していても、本発明の第十の態様の球帯状シール体のように、環状滑り面を含んだ内周面を具備していてもよい。

なお、球帯状シール体の環状滑り面は、全体的に相手材に摺動自在に接触するようになっていてもよいが、これに代えて、部分的に帯状に相手材に摺動自在に接触するようになっていてもよく、また、環状滑り面は、一個の部分凸球面、部分凹球面又は截頭円錐面を含んでいるものに限定されず、曲率中心位置若しくは曲率半径が異なる２個以上の部分凸球面若しくは部分凹球面又は傾斜の程度が異なる截頭円錐面を含んでいてもよい。

上記のいずれか態様の球帯状シール体を製造するための本発明の方法は、耐熱材を含んだ耐熱シート部材と金網からなる補強シート部材とを準備する工程と、補強シート部材を耐熱シート部材に重ね合わせたのち、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、筒状母材を金型のコア外周面に挿入し、金型内において筒状母材をコア軸方向に圧縮成形する工程とを具備している。

また上記の第一から第九のいずれかの態様の球帯状シール体を製造するための本発明の方法は、耐熱材を含んだ補強シート部材を金網からなる耐熱シート部材に重ね合わせたのち、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、耐熱材を含んだ別の耐熱シート部材と当該別の耐熱シート部材の一方の表面に被着された潤滑材を含んだ潤滑層とこの潤滑層に配された金網からなる別の補強シート部材とからなる被覆層形成部材を潤滑層の面を外側にして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、この予備円筒成形体を金型のコア外周面に挿入し、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を具備している。

更に上記の第一から第八及び第十のいずれかの態様の球帯状シール体を製造するための本発明の方法は、耐熱シート部材と当該耐熱シート部材の一方の表面に被着された潤滑材を含んだ潤滑層とこの潤滑層に配された金網からなる補強シート部材とからなる被覆層形成部材を潤滑層の面を内側にして捲回して筒状母材を形成する工程と、金網からなる別の補強シート部材を耐熱材を含んだ別の耐熱シート部材に重ね合わせたのち、この重合体を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、この予備円筒成形体を金型のコア外周面に挿入し、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を具備している。

本発明によれば、球帯状シール体自体を介する排気ガスの漏出をなくし得、しかも、異音発生をなくし得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。

本発明の球帯状シール体の実施の形態の一例を示す縦断面図である。図１の例の製造工程における耐熱シート部材の斜視図である。図１の例の製造工程における金網からなる補強シート部材の形成方法の説明図である。図１の例の製造工程における筒状母材の平面図である。図１の例の製造工程における金型中に筒状母材を挿入した状態を示す縦断面図である。図１の例を組込んだ排気管球面継手の縦断面図である。本発明の球帯状シール体の実施の形態の他の例を示す縦断面図である。本発明の球帯状シール体の実施の形態の更に他の例を示す縦断面図である。図８に示す例の一部拡大断面図である。図８に示す例の製造工程における潤滑層を形成した耐熱シート部材の縦断面図である。図８に示す例の製造工程における被覆層形成部材の形成方法の説明図である。図８に示す例の製造工程における被覆層形成部材の形成方法の説明図である。図８に示す例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実施の形態の更に他の例を示す縦断面図である。図１４の例を組込んだ排気管球面継手の縦断面図である。図１４の例の製造工程における金型中に筒状母材を挿入した状態を示す縦断面図である。図１４の例の製造工程における圧縮成形の状態を示す縦断面図である。本発明の球帯状シール体の実施の形態の更に他の例を組込んだ排気管球面継手の縦断面図である。本発明の球帯状シール体の実施の形態の更に他の例を組込んだ排気管球面継手の縦断面図である。

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。

図１において、本例の球帯状シール体１は、耐熱材２と金網からなる補強材３とが圧縮されて補強材３の金網の網目に耐熱材２が充填されて当該耐熱材２と補強材３とが混在一体化されてなるシール本体４を有しており、本例ではシール本体４自体が、貫通孔５を規定する円筒状の内周面６と、環状滑り面としての部分凸球面７を含んだ外周面１０、本例では部分凸球面７のみからなる外周面１０と、部分凸球面７の大径側及び小径側に夫々環状の端面８及び９とを有しており、斯かるシール本体４には、補強材３が１５重量％から８０重量％で、耐熱材２が２０重量％から８５重量％の割合で含まれており、シール本体４における耐熱材２が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有している。

膨張黒鉛を含んだ耐熱材２は、耐熱シート部材としての膨張黒鉛粒子を成形した膨張黒鉛シートを加圧して圧縮したものからなる。耐熱材２には、必要に応じて五酸化燐及び燐酸塩等のその他の酸化抑制剤等が含まれていてもよい。

補強材３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３〜６ｍｍ程度の金網を加圧して圧縮したものからなる。

補強材３としては、上述した金網の他に、厚さは０．３〜０．５ｍｍ程度のステンレス鋼薄板又はリン青銅薄板に切込みを入れると同時に該切込みを拡開して規則正しい３〜６ｍｍ程度の網目列が形成された、所謂エキスパンドメタルを金網として用いてもよい。

図１に示す球帯状シール体１の製造方法を次に説明する。まず、所定の幅と長さに切断されていると共に耐熱材２としての膨張黒鉛からなる図２に示すような短冊状の耐熱シート部材１１と、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所定の幅（耐熱シート部材の幅とほぼ同じ）と所定の長さに切断した補強シート部材又は図３に示すように金属細線を編んで形成された円筒状金網１２をローラ１３及び１４間に通して所定の幅（耐熱シート部材の幅とほぼ同じ）の帯状金網１５を作製し、当該帯状金網１５を所定の長さに切断した補強シート部材１６とを準備する。次に、耐熱シート部材１１と補強シート部材１６とを重ね合わせると共に、この重合体を、耐熱シート部材１１を内側にしてうず巻き状であって耐熱シート部材１１が１回多くなるように捲回し、図４に示すように、筒状母材１７を形成する。更に、円筒内壁面２１と円筒内壁面２１に連なる部分凹球内壁面２２と部分凹球内壁面２２に連なる貫通孔２３とを備え、貫通孔２３に段付きコア２４を嵌挿することによって内部に中空円筒部２５と中空円筒部２５に連なる球帯状中空部２６とが形成された図５に示すような金型２７を準備し、金型２７の段付きコア２４に筒状母材１７を挿入する。金型２７の中空円筒部２５及び球帯状中空部２６に位置せしめられた筒状母材１７をコア軸方向に所定の圧力で圧縮成形し、図１に示すような、部分凸球面７を有したシール本体４からなる球帯状シール体１を形成する。

そして、耐熱材２となる耐熱シート部材１１の厚み、補強材３となる金網の線材の種類、線径、網目の程度並びに筒状母材１７への圧力程度等を適宜選定することにより、補強材３が１５重量％から８０重量％で、耐熱材２が２０重量％から８５重量％の割合で含まれており、耐熱材が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有しているシール本体４からなる球帯状シール体１を得ることができる。

斯かる球帯状シール体１は、例えば図６に示す排気管球面継手３１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３２の外周面には、管端部３３を残してフランジ３４が溶接等により固着されており、管端部３３には、球帯状シール体１が貫通孔５を規定する内周面６において嵌合されており、大径側端面８において球帯状シール体１がフランジ３４に当接されて着座せしめられており、上流側排気管３２と相対向してマフラー側に連結され、端部に凹球面部４１と凹球面部４１の開口部周縁にフランジ部４２とを備えた相手材としての径拡大部４３が一体に形成された下流側排気管４４が凹球面部４１を球帯状シール体１の部分凸球面７に摺動自在に接触させて配置されている。

図６に示す排気管球面継手３１において、一端がフランジ３４に固定され、他端が径拡大部４３のフランジ部４２を挿通して配された一対のボルト５１とボルト５１の膨大頭部及びフランジ部４２の間に配された一対のコイルバネ５２とにより、下流側排気管４４には、常時、上流側排気管３２方向にバネ力が付勢されている。そして、排気管球面継手３１は、上、下流側排気管３２、４４に生じる相対角変位に対しては、球帯状シール体１の部分凸球面７と下流側排気管４４の端部に形成された径拡大部４３の凹球面部４１との摺動でこれを許容するように構成されている。

斯かる排気管球面継手３１に適用された球帯状シール体１は、補強材３が１５重量％から８０重量％で、耐熱材２が２０重量％から８５重量％の割合で含まれており、耐熱材２が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有しているシール本体４からなるために、シール本体４自体を介する排気ガスの漏出のない、相手材である凹球面部４１との間における摺動に際して異音発生のないものとなる。

上記では、球帯状シール体１をシール本体４から構成したが、図７に示すように球帯状シール体をシール本体と被覆層とから構成してもよい。即ち図７に示す球帯状シール体６１は、環状滑り面としての部分凸球面６２を含んだ外周面６０、本例では部分凸球面６２のみからなる外周面６０を具備しており、前述のシール本体４と、シール本体４の外周面７（前述の部分凸球面７）に一体的に形成されていると共に潤滑材からなる被覆層６３とを有し、被覆層６３の露出面により部分凸球面６２が構成されている。

被覆層６３は、前述と同様にして形成されたシール本体４の外周面７に刷毛塗り、浸漬、スプレー等により潤滑材を１０〜３００μｍ程度の厚みになるように塗布して乾燥させた後に露出面を滑らかにして、斯かる滑らかな露出面からなる部分凸球面６２をもって形成される。

被覆層６３の形成材料としての潤滑材は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂又はポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とし、これに必要に応じて窒化ホウ素を含有させたもの等であって、これの水性ディスパージョンを塗布して被覆層６４が形成される。

図７に示す球帯状シール体６１は、潤滑材からなる被覆層６３をシール本体４の外周面７に具備して、被覆層６３の露出面により構成された部分凸球面６２を有しているために、排気管球面継手３１への適用に際しては、斯かる部分凸球面６２で接触する相手材との更なる滑らかな摺動を確保でき、しかも、球帯状シール体１と同様に、シール本体４自体を介する排気ガスの漏出がない上に、相手材である凹球面部４１との間における摺動に際して異音発生のないものとなる。

本発明の球帯状シール体は、図１及び図７に示す球帯状シール体１及び６１に代えて図８及び図９に示すような球帯状シール体７１であってもよい。図８及び図９に示す球帯状シール体７１は、環状滑り面としての部分凸球面７２を含んだ外周面７０、本例では部分凸球面７２のみからなる外周面７０を具備しており、シール本体４と、シール本体４の外周面７３（前述の部分凸球面７に相当するが凹凸を有したものとなる）に一体的に形成されていると共に潤滑材７４及び耐熱材７５と金網からなる補強材７６とが圧縮されて補強材７６の金網の網目に潤滑材７４及び耐熱材７５が充填されて当該潤滑材７４及び耐熱材７５と補強材７６とが混在一体化されてなる被覆層７７とを有し、補強材７６からなる面７８と潤滑材７４からなる面７９とが混在した被覆層７７の露出面により部分凸球面７２が構成されており、シール本体４及び被覆層７７には、補強材３及び７６が１５重量％から８０重量％で、耐熱材２及び７５と潤滑材７４とが２０重量％から８５重量％の割合で含まれており、シール本体４及び被覆層７７における耐熱材２及び７５並びに潤滑材７４が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有している。

図８及び図９に示す球帯状シール体７１の製造方法を次に説明すると、まず、球帯状シール体１と同様にして図４に示すような筒状母材１７を準備する。次に、図２に示すような耐熱シート部材１１を別に用意し、この別の耐熱シート部材１１の一方の表面に、潤滑材としてのポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有された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１０に示すような潤滑層８０を形成し、更に図３に示すような帯状金網１５からなる補強シート部材８１を別に用意し、図１１に示すように、補強シート部材８１内に、潤滑層８０を備えた耐熱シート部材１１を挿入すると共に、これらを図１２に示すように、ローラ８２及び８３間に通して一体化させ、別の耐熱シート部材１１と当該別の耐熱シート部材１１の一方の表面に被着された潤滑材を含んだ潤滑層８０と潤滑層８０に配された金網１２からなる別の補強シート部材８１とからなる被覆層形成部材８４を形成し、このようにして得た被覆層形成部材８４を潤滑層８０を外側にして筒状母材１７の外周面に捲回し、図１３に示すような予備円筒成形体８５を作製する。この予備円筒成形体８５を前記と同様に金型２７に配置して圧縮成形することにより球帯状シール体７１を得る。

そして、耐熱材２及び７５となる両耐熱シート部材１１の厚み、補強材３及び７６となる金網１２の線材の種類、線径、網目の程度、潤滑層８０の厚み並びに予備円筒成形体８５への圧力の程度等を適宜選定することにより、シール本体４と被覆層７７とを有しており、シール本体４及び被覆層７７には、補強材３及び７６が１５重量％から８０重量％で、耐熱材２及び７５と潤滑材７４とが２０重量％から８５重量％の割合で含まれており、シール本体４及び被覆層７７における耐熱材２及び７５並びに潤滑材７４が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有している球帯状シール体７１を得ることができる。

球帯状シール体７１は、潤滑材７４及び耐熱材７５と補強材７６とが混在一体化されてなる被覆層７７をシール本体４の外周面７３に具備して、補強材７６からなる面７８と潤滑材７４からなる面７９とが混在一体となった被覆層７７の露出面により構成された部分凸球面７２を有しているために、球帯状シール体６１と同様に、部分凸球面７２と接触する相手材である凹球面部４１との更なる滑らかな摺動を確保できる上に、露出面における潤滑材７４からなる面７９を補強材７６からなる面７８でもって保持し得る上に、部分凸球面７２からの潤滑材７４の凹球面部４１への移着と凹球面部４１へ移着した潤滑材７４の掻き取りとを適宜に行い得る結果、長期に亘る滑らかな摺動を確保でき、しかも、球帯状シール体１と同様に、シール本体４自体を介する排気ガスの漏出のない、凹球面部４１との間における摺動に際して異音発生のないものとなる。

また球帯状シール体７１と同様の製造方法を用いると共に、耐熱材２及び７５となる両耐熱シート部材１１の厚み、補強材３及び７６となる金網１２の線材の種類、線径、網目の程度、潤滑層８０の厚み並びに予備円筒成形体８５への圧力の程度等を適宜選定して、シール本体４と被覆層７７とを有しており、部分凸球面６２から部分凸球面６２から中心に向かう１ｍｍまでの環状の表層部分９１には、補強材３及び７６が６０重量％から７５重量％で、耐熱材２及び７５と潤滑材７４とが２５重量％から４０重量％の割合で含まれており、当該環状の表層部分９１における補強材３及び７６、耐熱材２及び７５並びに潤滑材７４が３．００ｇ／ｃｍ^３から５．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有しており、環状の表層部分９１を除く球帯状シール体の他の環状の部分には、補強材３が２０重量％から７０重量％で、耐熱材２が３０重量％から８０重量％の割合で含まれている球帯状シール体としてもよい。

斯かる球帯状シール体では、表層部分９１の剥離、脱落が生じ難く、表層部分９１を介する排気ガスの初期漏洩がない上に、早期はいうに及ばず長期においても排気ガスの漏洩をなくし得、しかも、相手材である凹球面部４１との間における摺動に際して異音を生じさせないようにでき、また他の環状の部分を介する排気ガスの漏洩を確実に防止できる上に、ここでの耐熱材に対する補強が好ましくなされて、耐熱材の剥離を好ましく防止できる。

更に球帯状シール体７１と同様の製造方法を用いると共に、耐熱材７５となる別の耐熱シート部材１１の厚み、補強材７６となる金網１２の線材の種類、線径、網目の程度、潤滑層８０の厚み等を適宜選定して、シール本体４と被覆層７７とを有しており、被覆層７７には、補強材７６が６０重量％から７５重量％で、潤滑材７４及び耐熱材７５が２５重量％から４０重量％の割合で含まれている球帯状シール体としてもよく、斯かる球帯状シール体では、被覆層７７の部分の剥離、脱落が生じ難く、被覆層７７の部分を介する排気ガスの初期及び早期の漏洩を確実に防止できる。

加えて、球帯状シール体７１と同様の製造方法を用いると共に、耐熱材７５となる別の耐熱シート部材１１の厚み、補強材７６となる金網１２の線材の種類、線径、網目の程度、潤滑層８０の厚み等を適宜選定して、シール本体４と被覆層７７とを有しており、部分凸球面７２において、補強材７６からなる面７８が０．５％から３０％で、潤滑材７４からなる面７９が７０％から９９．５％の面積割合をもって露出している球帯状シール体としてもよく、斯かる球帯状シール体では、部分凸球面７２での潤滑材７４からなる面７９の剥離、脱落を防ぎ得て、しかも、長期の使用においても凹球面部４１との間での円滑な摺動を得ることができる。

ところで、前記では環状滑り面としての部分凸球面７、６２又は７２を含んだ外周面１０、６０又は７０を具備した球帯状シール体１、６１又は７１の例であるが、これに代えて、本発明では、図１４に示すように、環状滑り面として截頭円錐面１０２を含んだ内周面１００を具備した球帯状シール体１０１であってもよい。図１４に示す球帯状シール体１０１は、截頭円錐面１０２に加えて截頭円錐面１０２に連接された円筒内面１０３を含んだ内周面１００と、截頭円錐面１０２に対応する截頭円錐外面１０４及び截頭円錐外面１０４に連接された円筒外面１０５を含んだ外周面１０６と、截頭円錐面１０２の大径側及び小径側に夫々環状の端面１０８及び１０９とを有しており、球帯状シール体１、６１又は７１と同様に構成されている。

環状滑り面として截頭円錐面１０２を含んだ内周面１００を具備した図１４に示す球帯状シール体１０１は、例えば図１５に示す排気管球面継手１３１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３２の外周面には、フランジ部材１３２が溶接等により固着されており、フランジ部材１３２の截頭円錐部１３３の環状面１３４、截頭円錐面１３５及び円筒面１３６からなる内周面１３７には、外周面１０６の端面１０９、截頭円錐外面１０４及び円筒外面１０５が夫々ぴったりと当接されて当該外周面１０６で球帯状シール体１０１が嵌合されており、上流側排気管３２と相対向してマフラー側に連結されていると共に、凸球面部１３８とフランジ部１３９とを一体的に有した相手材としての凸球面部材１４０が溶接等により固着された下流側排気管４４が凸球面部１３８を球帯状シール体１０１の截頭円錐面１０２に摺動自在に接触させて配置されている。

図１５に示す排気管球面継手１３１においては、一端がフランジ部１３９に固定され、他端がフランジ部材１３２のフランジ部１４１を十分な隙間をもって貫通して配された一対のボルト５１とボルト５１の膨大頭部及びフランジ部１４１の間に配された一対のコイルバネ５２とにより、下流側排気管４４には、常時、上流側排気管３２方向にバネ力が付勢されている。そして、排気管球面継手１３１は、上、下流側排気管３２、４４に生じる相対角変位に対しては、球帯状シール体１０１の截頭円錐面１０２と下流側排気管４４の端部に溶接等により固着された凸球面部材１４０の凸球面部１３８との摺動でこれを許容するように構成されている。

斯かる排気管球面継手１３１に適用された球帯状シール体１０１は、球帯状シール体１、６１又は７１と同様に構成されているので、上記球帯状シール体１、６１又は７１と同様な効果を生じさせる。

球帯状シール体１又は６１に相当する図１４に示す球帯状シール体１０１を製造するには、まず、前述の図２に示すような短冊状の耐熱シート部材１１と前述の図３に示すような補強シート部材１６とを準備し、次に、耐熱シート部材１１と補強シート部材１６とを重ね合わせると共に、この重合体を、耐熱シート部材１１を内側にしてうず巻き状であって耐熱シート部材１１が１回多くなるように捲回し、図４に示すような筒状母材１７を形成する。更に、円筒内壁面１４５と円筒内壁面１４５に連なる截頭円錐面１４６と段部１４７を介して截頭円錐面１４６に連なる円孔１４８とを備え、円孔１４８に段付きコア１４９を嵌挿することによって内部に中空円筒部１５１と中空円筒部１５１に連なる截頭円錐状中空部１５２とが形成された図１６に示すような金型１５３を準備し、金型１５３の段付きコア１４９の外周面であって中空円筒部１５１に筒状母材１７を挿入して円筒内壁面１４５に装着する。筒状母材１７の円筒内壁面１４５への装着後、図１６に示すような截頭円錐面１６１を先端部に有した円筒状の押圧部材１６２を金型１５３の中空円筒部１５１に挿入して、押圧部材１６２により図１７に示すように筒状母材１７をコア軸方向に所定の圧力で圧縮成形してシール本体を形成し、このシール本体をそのまま用いることにより球帯状シール体１に相当する図１４に示すような球帯状シール体１０１となり、筒状母材１７の押圧部材１６２による圧縮成形後に得られたシール本体の内周面に刷毛塗り、浸漬、スプレー等により潤滑材を塗布して乾燥させた後にこの塗布層の露出面を滑らかにして斯かる滑らかな露出面からなる截頭円錐面１０２をもって被覆層を形成することにより球帯状シール体６１に相当する図１４に示す球帯状シール体１０１を得ることができる。

球帯状シール体７１に相当する図１４に示す球帯状シール体１０１を製造するには、前述の図１２に示すような被覆層形成部材８４を潤滑層８０の面を内側にして捲回して筒状母材１７と同様の筒状母材を形成し、前述の図３に示すような短冊状の金網からなる別の補強シート部材１６を前述の図２に示すような耐熱材を含んだ別の耐熱シート部材１１に重ね合わせたのち、この重合体を被覆層形成部材８４からなる筒状母材の外周面に捲回して予備円筒成形体８５と同様の予備円筒成形体を形成し、前述と同様にこの予備円筒成形体を図１６に示す金型１５３の段付きコア１４９の外周面であって中空円筒部１５１内に挿入して円筒内壁面１４５に装着し、押圧部材１６２により図１７に示すように予備円筒成形体を金型１５３内においてコア軸方向に所定の圧力で圧縮成形することにより球帯状シール体１０１を得る。

ところで、球帯状シール体１０１では、内周面１００の環状滑り面を截頭円錐面１０２でもって構成して、截頭円錐面１０２の一個所の一部分に凸球面部１３８を摺動自在に接触させるようにしたが、これに代えて、図１８に示すように内周面１００の環状滑り面を部分凹球面１７１で構成して、部分凹球面１７１のほぼ全域に凸球面部１３８を摺動自在に接触させるようにしてもよく、また図１９に示すように内周面１００の環状滑り面を二個の連接する截頭円錐面１７２及び１７３で構成し、截頭円錐面１７２及び１７３の二個所で部分的に凸球面部１３８を摺動自在に接触させるようにしてもよい。

図１８及び図１９に示す球帯状シール体１０１でも、球帯状シール体１、６１又は７１と同様に構成されているので、上記球帯状シール体１、６１又は７１と同様な効果を生じさせることができる。

１球帯状シール体
２耐熱材
３補強材
４シール本体
７部分凸球面

Claims

環状滑り面を有しており、少なくとも耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて耐熱材と補強材とが混在一体化されてなるシール本体と、このシール本体の外周面に一体的に形成されていると共に少なくとも潤滑材及び耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に潤滑材及び耐熱材が充填されて当該潤滑材及び耐熱材と補強材とが混在一体化されてなる被覆層とを有しており、補強材からなる面と潤滑材からなる面とが混在した被覆層の露出面により環状滑り面が構成されている球帯状シール体であって、被覆層には、補強材が６０重量％から７５重量％で、潤滑材及び耐熱材が２５重量％から４０重量％の割合で含まれており、シール本体及び被覆層における耐熱材及び潤滑材が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有しており、環状滑り面は、二個の連接する截頭円錐面で構成されている球帯状シール体。
環状滑り面を有しており、少なくとも耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて耐熱材と補強材とが混在一体化されてなるシール本体と、このシール本体の外周面に一体的に形成されていると共に少なくとも潤滑材及び耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に潤滑材及び耐熱材が充填されて当該潤滑材及び耐熱材と補強材とが混在一体化されてなる被覆層とを有しており、補強材からなる面と潤滑材からなる面とが混在した被覆層の露出面により環状滑り面が構成されている球帯状シール体であって、環状滑り面において、補強材からなる面が０．５％から３０％で、潤滑材からなる面が７０％から９９．５％の面積割合をもって露出しており、シール本体及び被覆層における耐熱材及び潤滑材が１．２０ｇ／ｃｍ^３から２．００ｇ／ｃｍ^３の密度を有しており、環状滑り面は、二個の連接する截頭円錐面で構成されている球帯状シール体。
耐熱材は、膨張黒鉛を含んでいる請求項１又は２に記載の球帯状シール体。
環状滑り面を含んだ外周面を具備している請求項１から３のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
環状滑り面を含んだ内周面を具備している請求項１から３のいずれか一項に記載の球帯状シール体。