JP5691772B2 - 球帯状シール体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
濃度98%の濃硫酸を撹拌しながら、酸化剤として過酸化水素の60%水溶液を加え、これを反応液とする。この反応液を冷却して10℃の温度に保持し、該反応液に粒度30〜80メッシュの鱗片状天然黒鉛粉末を添加して所定時間反応を行う。反応後、吸引濾過して酸処理黒鉛粉末を分離し、該酸処理黒鉛粉末を水で撹拌して吸引濾過するという作業を2回繰り返し、酸処理黒鉛粉末から硫酸分を充分除去する。ついで、硫酸分を充分除去した酸処理黒鉛粉末を乾燥炉で所定時間乾燥し、これを酸処理黒鉛粉末とする。
上記酸処理黒鉛粉末と同様の方法で得た酸処理黒鉛粉末を撹拌しながら、該酸処理黒鉛粉末に燐酸塩として、例えば濃度50%の第一燐酸アルミニウム〔Al(H2PO4)3〕水溶液をメタノールで希釈した溶液を噴霧状に配合し、均一に撹拌して湿潤性を有する混合物を作製する。この湿潤性を有する混合物を乾燥炉で所定時間乾燥する。ついで、乾燥した混合物を950〜1200℃の温度で1〜10秒間加熱(膨張)処理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させた膨張黒鉛粒子(膨張倍率240〜300倍)を形成する。この膨張処理工程において、第一燐酸アルミニウムは構造式中の水が脱離する。この膨張黒鉛粒子を所望のロール隙間に調整した双ロール装置に供給してロール成形し、所望の厚さの膨張黒鉛シートIIを作製する。
上記酸処理黒鉛粉末と同様の方法で得た酸処理黒鉛粉末を撹拌しながら、該酸処理黒鉛粉末に燐酸塩として、例えば濃度50%の第一燐酸アルミニウム水溶液と、燐酸として、例えば濃度84%のオルト燐酸(H3PO4)水溶液をメタノールで希釈した溶液を噴霧状に配合し、均一に撹拌して湿潤性を有する混合物を作製する。この湿潤性を有する混合物を乾燥炉で所定時間乾燥する。ついで、乾燥した混合物を950〜1200℃の温度で1〜10秒間加熱(膨張)処理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させた膨張黒鉛粒子(膨張倍率240〜300倍)を形成する。この膨張処理工程において、第一燐酸アルミニウムは構造式中の水が脱離し、オルト燐酸は脱水反応を生じて五酸化燐を生成する。この膨張黒鉛粒子を所望のロール隙間に調整した双ロール装置に供給してロール成形し、所望の厚さの膨張黒鉛シートIIIを作製する。
編組金網は、好適には、Fe系としてオーステナイト系のSUS304、SUS310S、SUS316、フェライト系のSUS430などのステンレス鋼線、Fe線(JISG3532)もしくはZnメッキFe線(JISG3547)又はCu系としてCu−Ni合金(白銅)線、Cu−Ni−Zn合金(洋白)線、黄銅線、ベリリウムCu線からなる金属細線を一本又は二本以上を使用して編んで形成される。
固体潤滑剤は、六方晶窒化硼素(以下「h−BN」と略称する)23〜57質量%、アルミナ水和物5〜15質量%及び四ふっ化エチレン樹脂(以下「PTFE」という)33〜67質量%を含む潤滑組成物を好ましい例として例示し得る。
<外層用シート及びその製造方法>
解膠剤として作用する硝酸を含有した分散媒としての水にアルミナ水和物粒子を分散含有した水素イオン濃度(pH)が2〜3を呈するアルミナゾルに、h−BN粉末及びPTFE粉末を分散含有した水性ディスパージョンであって、h−BN23〜57質量%とPTFE33〜67質量%及びアルミナ水和物5〜15質量%とを含む潤滑組成物を固形分として30〜50質量%分散含有した水性ディスパージョンを準備する。
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)を一本使用して網目の目幅が縦5mm、横4mmの円筒状の編組金網を作製し、これを一対のローラ間に通して球帯状基体用の補強材としての帯状の編組金網を準備し、この帯状の編組金網と密度1.12Mg/m3、厚さ0.38mmの膨張黒鉛シートIとを重ね合わせて重合体を形成し、内側に該帯状の編組金網を配置して、帯状の編組金網が二回、膨張黒鉛シートIが合計5回となるように重合体をうず巻状に捲回して最外周に膨張黒鉛シートIを配置した筒状基体を作製した。この筒状基体においては、膨張黒鉛シートIの幅方向の両端部はそれぞれ帯状の編組金網の幅方向に突出(はみ出し)している。
前記実施例1と同様にして筒状基体を作製した。この筒状基体においては、膨張黒鉛シートIの幅方向の両端部はそれぞれ球帯状基体用の補強材となる帯状の編組金網の幅方向に突出(はみ出し)している。
前記実施例1において、各耐熱材としての膨張黒鉛シートに、第一燐酸アルミニウム4.0質量%及び膨張黒鉛を含む密度1.12Mg/m3、厚さ0.4mmの膨張黒鉛シートIIを使用した以外は前記実施例1と同様の構成材料及び同様の方法で球帯状シール体を作製した。
前記実施例2において、各耐熱材としての膨張黒鉛シートに、五酸化燐1.0質量%、第一燐酸アルミニウム4.0質量%及び膨張黒鉛を含む密度1.12Mg/m3、厚さ0.4mmの膨張黒鉛シートIIIを使用した以外は前記実施例2と同様の構成材料及び実施例1と同様の方法で球帯状シール体を作製した。
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)を一本使用して網目の目幅が縦5mm、横4mmの円筒状の編組金網を作製し、これを一対のローラ間に通して帯状の編組金網とし、これを球帯状基体用の補強材とした。球帯状基体用の耐熱材となる膨張黒鉛シートに、密度1.12Mg/m3、厚さ0.4mmの膨張黒鉛シートIを使用し、この膨張黒鉛シートIと該帯状の編組金網とを重ね合わせて重合体を形成し、内側に帯状の編組金網を配置して該重合体をうず巻き状に捲回して最外周に膨張黒鉛シートIを配した筒状母材を作製した。この筒状母材においては、膨張黒鉛シートIの幅方向の両端部はそれぞれ球帯状基体用の補強材となる帯状の編組金網の幅方向に突出(はみ出し)している。
前記比較例1と同様の球帯状基体用の補強材としての円筒状の編組金網を使用した。球帯状基体用の耐熱材としての膨張黒鉛シートに、第一燐酸アルミニウム4.0質量%及び膨張黒鉛を含む密度1.12Mg/m3、厚さ0.4mmの膨張黒鉛シートIIを使用し、この膨張黒鉛シートIIと帯状の編組金網を重ね合わせて重合体を形成し、内側に帯状の編組金網を配置して重合体をうず巻き状に捲回して最外周に膨張黒鉛シートIIを配した筒状母材を作製した。この筒状母材においては、膨張黒鉛シートIIの幅方向の両端部はそれぞれ球帯状基体用の補強材となる帯状の編組金網の幅方向に突出(はみ出し)している。
球帯状基体用の補強材として前記比較例1と同様の帯状の編組金網を使用した。球帯状基体用の耐熱材となる膨張黒鉛シートに、五酸化燐1.0質量%、第一燐酸アルミニウム4.0質量%及び膨張黒鉛を含む密度1.12Mg/m3、厚さ0.4mmの膨張黒鉛シートIIIを使用し、この膨張黒鉛シートIIIと帯状の編組金網との重合体をうず巻き状に捲回して最外周に該膨張黒鉛シートIIIを配して筒状母材を作製した。この筒状母材においては、膨張黒鉛シートIIIの幅方向の両端部はそれぞれ球帯状基体用の補強材となる帯状の編組金網の幅方向に突出(はみ出し)している。
コイルバネによる押圧力(スプリングセットフォース):1177N
揺動角度:±3°
加振周波数:12Hz
温度(図20に示す凹球面部302の外表面温度):室温(25℃)〜500℃
試験回数:12サイクル(300万回)
相手材(図20に示す径拡大部301の材質):SUS304
室温(25℃)において12Hzの加振周波数で±3°の揺動運動を1回として45,000回行ったのち、該揺動運動を継続しながら雰囲気温度を500℃の温度まで昇温(昇温中の揺動回数45,000回)し、500℃の温度に到達した時点で115,000回の揺動運動を行い、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12サイクル(3,000,000回)行う。
記号:0 摩擦異常音の発生なし。
記号:0.5 集音パイプで摩擦異常音の発生を確認できる。
記号:1 排気管球面継手の摺動部位から約0.2m離れた位置で摩擦異常音の発 生を確認できる。
記号:1.5 排気管球面継手の摺動部位から約0.5m離れた位置で摩擦異常音の発 生を確認できる。
記号:2 排気管球面継手の摺動部位から約1m離れた位置で摩擦異常音の発生を 確認できる。
記号:2.5 排気管球面継手の摺動部位から約2m離れた位置で摩擦異常音の発生を 確認できる。
記号:3 排気管球面継手の摺動部位から約3m離れた位置で摩擦異常音の発生を 確認できる。
記号:3.5 排気管球面継手の摺動部位から約5m離れた位置で摩擦異常音の発生を 確認できる。
記号:4 排気管球面継手の摺動部位から約10m離れた位置で摩擦異常音の発生 を確認できる。
記号:4.5 排気管球面継手の摺動部位から約15m離れた位置で摩擦異常音の発生 を確認できる。
記号:5 排気管球面継手の摺動部位から約20m離れた位置で摩擦異常音の発生 を確認できる。
以上の判定レベルの総合判定において、記号:0から記号:2.5までを摩擦異常音の発生なし(合格)と判定し、記号3から記号5までを摩擦異常音の発生あり(不合格)とした。
コイルバネによる押圧力(スプリングセットフォース):588N
揺動角度:±3°
加振周波数(揺動速度):1.6Hz
温度(図20に示す凹球面部302の外表面温度):室温(25℃)〜500℃
揺動回数:300万回
相手材(図20に示す径拡大部301の材質):SUS304
室温において1.6Hzの加振周波数で±3°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100万回、200万回及び300万回に到達した時点でのガス漏れ量について測定した。
図20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200側から、49kPa(0.5kgf/cm2)の圧力で乾燥空気を流入し、継手部分(球帯状シール体46の面47と径拡大部301との摺接部、球帯状シール体46の円筒内面38と上流側排気管100の管端部101との嵌合部及び環状端面40と上流側排気管100に立設されたフランジ部102との当接部)からのガス漏れ量を流量計にて、(1)試験初期(開始前)、(2)揺動回数4サイクル(100万回)、(3)揺動回数8サイクル(200万回)及び(4)揺動回数12サイクル(300万回)後の静止中立状態及び加振状態でのガス漏れ量を測定した。
6 膨張黒鉛シート
12 重合体
13 筒状基体
20 部分凸球面状中間層用シート
21 筒状母材
23 被覆層
24 複層シート
28 外層用シート
29 予備円筒成形体
36 金型
38 円筒内面
39 部分凸球面状面
40 環状端面
41 環状端面
42 球帯状基体
43 部分凸球面状中間層
44 部分凸球面状面
45 外層
46 球帯状シール体
47 外表面
Claims (8)
- 円筒内面、部分凸球面状面並びに部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状端面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径方向に積層された複数の部分凸球面状中間層と、この複数の部分凸球面状中間層のうちの最外側の部分凸球面状中間層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いると共に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、線径が0.28〜0.32mmの金属細線を用いて編まれた網目の目幅が縦4〜6mm、横3〜5mmの圧縮された編組金網からなる球帯状基体用の補強材と、この補強材の編組金網の網目を充填し、かつ当該補強材と混在一体化されていると共に圧縮された膨張黒鉛を含む球帯状基体用の耐熱材とを具備しており、
部分凸球面状中間層の夫々は、線径が0.10〜0.20mmの金属細線を用いて編まれた網目の目幅が縦1.0〜3.0mm、横0.5〜2.5mmの圧縮された編組金網からなる部分凸球面状中間層用の補強材と、この部分凸球面状中間層用の補強材の編組金網の網目を充填し、かつ当該補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛を含む部分凸球面状中間層用の耐熱材とを具備しており、部分凸球面状中間層の夫々の外表面での部分凸球面状中間層用の補強材からなる面の占有面積率は、30〜60%であり、
外層は、線径が0.10〜0.20mmの金属細線を用いて編まれた網目の目幅が縦1.0〜3.0mm、横0.5〜2.5mmの圧縮された編組金網からなる外層用の補強材と、潤滑組成物からなる固体潤滑剤と、膨張黒鉛を含む外層用の耐熱材とを具備しており、外層用の耐熱材及び固体潤滑剤は、圧縮されて外層用の補強材の編組金網の網目に充填されており、該外層の外表面は、外層用の補強材からなる面と固体潤滑剤からなる面とが露出して混在した平滑な混成面に形成されており、該外層の外表面での外層用の補強材からなる面の占有面積率は、30〜60%であることを特徴とする球帯状シール体。 - 潤滑組成物は、六方晶窒化硼素23〜57質量%、アルミナ水和物5〜15質量%及び四ふっ化エチレン樹脂33〜67質量%を含んでいる請求項1に記載の球帯状シール体。
- 球帯状基体用、部分凸球面状中間層用及び外層用の耐熱材の夫々は、膨張黒鉛に加えて、燐酸塩1.0〜16.0質量%を更に含んでいる請求項1又は2に記載の球帯状シール体。
- 球帯状基体用、部分凸球面状中間層用及び外層用の耐熱材の夫々は、更に燐酸0.05〜5.0質量%含んでいる請求項3に記載の球帯状シール体。
- 円筒内面、部分凸球面状面並びに部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状端面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径方向に積層された複数の部分凸球面状中間層と、この複数の部分凸球面状中間層のうちの最外側の部分凸球面状中間層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いると共に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)膨張黒鉛からなる膨張黒鉛シートを準備する工程と、
(b)線径が0.28〜0.32mmの金属細線を用いて編まれた網目の目幅が縦4〜6mm、横3〜5mmの帯状の編組金網を準備する工程と、
(c)帯状の編組金網を膨張黒鉛シートに重ね合わせて重合体を形成した後、この重合体を円筒状に捲回して筒状基体を形成する工程と、
(d)線径が0.10〜0.20mmの金属細線を用いて編まれた網目の目幅が縦1.0〜3.0mm、横0.5〜2.5mmの円筒状の編組金網の二つの層間に膨張黒鉛からなる別の膨張黒鉛シートを挿入し、当該別の膨張黒鉛シートを挿入した円筒状の編組金網を該別の膨張黒鉛シートの厚さ方向に加圧して円筒状の編組金網を扁平状の編組金網にすると共に別の膨張黒鉛シートの膨張黒鉛を扁平状の編組金網の網目に充填し、かつ当該別の膨張黒鉛シートの膨張黒鉛と当該膨張黒鉛に混在一体化された扁平状の編組金網とからなると共に当該扁平状の編組金網からなる面と別の膨張黒鉛シ−トの膨張黒鉛からなる面とが混在した外表面での扁平状の編組金網からなる面の占有面積率が30〜60%である部分凸球面状中間層用シートを形成する工程と、
(e)該部分凸球面状中間層用シートを前記筒状基体の外周面に少なくとも2回捲回して筒状母材を形成する工程と、
(f)膨張黒鉛からなる更に別の膨張黒鉛シートを準備し、該更に別の膨張黒鉛シートの一方の表面に固体潤滑剤の被覆層を形成して複層シートを形成する工程と、
(g)該複層シートを、別の円筒状の編組金網からなる二つの層間に挿入すると共に当該複層シートを二つの層間に挿入した別の円筒状の編組金網を当該複層シートの厚さ方向に加圧して別の円筒状の編組金網を別の扁平状の編組金網にすると共に複層シートの更に別の膨張黒鉛シートの膨張黒鉛と当該膨張黒鉛シートの一方の表面に形成された被覆層の固体潤滑剤とを別の扁平状の編組金網の網目に充填し、かつ当該更に別の膨張黒鉛シートの膨張黒鉛と当該被覆層の固体潤滑剤と当該膨張黒鉛及び固体潤滑剤に混在一体化された別の扁平状の編組金網とからなると共に当該別の扁平状の編組金網からなる面と更に別の膨張黒鉛シートの膨張黒鉛からなる面と当該更に別の膨張黒鉛シートの一方の面に形成された被覆層の固体潤滑剤からなる面とが混在した外表面での当該扁平状の編組金網からなる面の占有面積率が30〜60%である外層用シートを形成する工程と、
(h)前記筒状母材の外周面に前記外層用シートを当該外層用シートの別の帯状の編組金網からなる面と膨張黒鉛からなる面と固体潤滑剤からなる面とが混在した外表面を外側にして捲回し、予備円筒成形体を形成する工程と、
(i)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を具備しており、
球帯状基体は、線径が0.28〜0.32mmの金属細線を用いて編まれた網目の目幅が縦4〜6mm、横3〜5mmの圧縮された編組金網からなる球帯状基体用の補強材と、この補強材の編組金網の網目を充填し、かつ当該補強材と混在一体化されていると共に圧縮された膨張黒鉛を含む球帯状基体用の耐熱材とを具備しており、部分凸球面状中間層の夫々は、線径が0.10〜0.20mmの金属細線を用いて編まれた網目の目幅が縦1.0〜3.0mm、横0.5〜2.5mmの圧縮された編組金網からなる部分凸球面状中間層用の補強材と、この部分凸球面状中間層用の補強材の編組金網の網目を充填し、かつ当該補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛を含む部分凸球面状中間層用の耐熱材とを具備しており、部分凸球面状中間層の夫々の外表面での部分凸球面状中間層用の補強材からなる面の占有面積率は、30〜60%であり、外層は、線径が0.10〜0.20mmの金属細線を用いて編まれた網目の目幅が縦1.0〜3.0mm、横0.5〜2.5mmの圧縮された編組金網からなる外層用の補強材と、潤滑組成物からなる固体潤滑剤と、膨張黒鉛を含む外層用の耐熱材とを具備しており、外層用の耐熱材及び固体潤滑剤は、圧縮されて外層用の補強材の金網の網目に充填されており、該外層の外表面は、外層用の補強材からなる面と固体潤滑剤からなる面とが露出して混在した平滑な混成面に形成されており、該外層の外表面での外層用の耐熱材からなる面の占有面積率は、30〜60%であることを特徴とする球帯状シール体の製造方法。 - 分散媒としての酸を含有する水にアルミナ水和物粒子を分散含有した水素イオン濃度(pH)が2〜3を呈するアルミナゾルに、六方晶窒化硼素粉末及び四ふっ化エチレン樹脂粉末を分散含有した水性ディスパージョンであって、六方晶窒化硼素粉末23〜57質量%と四ふっ化エチレン樹脂粉末33〜67質量%及びアルミナ水和物5〜15質量%とを含む潤滑組成物を固形分として30〜50質量%分散含有した水性ディスパージョンを更に別の膨張黒鉛シートの一方の表面に適用して当該一方の表面に固体潤滑剤の該被覆層を形成して該複層シートを形成する請求項5に記載の球帯状シール体の製造方法。
- 各膨張黒鉛シートは、膨張黒鉛に加えて、燐酸塩1.0〜16.0質量%を含んでいる請求項5又は6に記載の球帯状シール体の製造方法。
- 各膨張黒鉛シートは、更に燐酸0.05〜5.0質量%含んでいる請求項7に記載の球帯状シール体の製造方法。
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