JP5884447B2 - 円筒状ガスケット及びその製造方法並びに該円筒状ガスケットを使用した差し込み型排気管継手 - Google Patents
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Description
耐熱材に用いる酸処理黒鉛粉末は、天然黒鉛又は人造黒鉛の粉末を濃硫酸、硝酸、セレン酸等の無機酸と濃硝酸、過塩素酸、過塩素酸塩、過マンガン酸塩、重クロム酸塩、過酸化水素等の強酸化剤とを利用して、黒鉛の層間に無機酸を挿入し、酸処理をして得られる炭素の層状構造を維持した結晶化合物である。
耐熱材に用いる黒鉛粉末は、鱗状黒鉛、土状黒鉛及び鱗片状黒鉛のうちの少なくとも一つからなる天然黒鉛粉末、キッシュ黒鉛及び熱分解黒鉛のうちの少なくとも一つからなる人造黒鉛粉末及び膨張黒鉛粉末のうちの少なくとも一つから選択される。
上記黒鉛粉末同士の接合と同時に黒鉛粉末と酸処理黒鉛粉末との混合粉末を補強材となる帯状金網及びその網目に保持する接合剤として作用する無機バインダーとしては、燐酸二水素アルミニウム、燐酸水素アルミニウム、燐酸二水素マグネシウム、燐酸水素マグネシウム、燐酸二水素カルシウム、燐酸水素カルシウム及び燐酸のうちの少なくとも一つが選択されて使用される。
補強材となる金網は、鉄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、鉄線(JISG3532)もしくは亜鉛メッキ鉄線(JISG3547)又は銅系として銅−ニッケル合金(白銅)線、銅−ニッケル−亜鉛合金(洋白)線、黄銅線、ベリリウム銅線からなる金属細線を一本又は二本以上使用して編んで形成される編組金網、平板状の編組金網、特に円筒状編組金網からなる筒状金網が使用されて好適である。
酸処理黒鉛粉末として天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛及び膨張黒鉛シートを粉砕した天然黒鉛粉末、人造黒鉛粉末及び膨張黒鉛粉末のうちの少なくとも一つから選択された黒鉛粉末と、燐酸二水素アルミニウム、燐酸水素アルミニウム、燐酸二水素マグネシウム、燐酸水素マグネシウム、燐酸二水素カルシウム、燐酸水素カルシウム及び燐酸のうちから選択された少なくとも一つの無機バインダーと、酸処理黒鉛粉末と、蒸留水とを所定量の割合で混合し、これらを混練して湿潤性を有する混合物1を作製する。この湿潤性を有する混合物1に含有される黒鉛粉末と酸処理黒鉛粉末との質量比を1:0.01〜0.5とすると共に無機バインダーの質量比を黒鉛と酸処理黒鉛との質量1に対し0.1〜1とすることが好ましい。
図3に示すように、線径が0.05〜0.50mmの金属細線を編み機(図示せず)で連続的に編んで得られる網目の目幅が縦1.5〜6.0mm、横1.0〜5.0mm程度(図4参照)の円筒状編組金網からなる筒状金網2を一対のローラ3及び4間に通して所望の幅の帯状金網5を作製する。
図5に示すように、圧延装置6におけるホッパー7に帯状金網5を挿入し、帯状金網5の挿入端部を一対のローラ8及び9間に通過させ、帯状金網5によって二分されたホッパー7内にコンベア10及び11から湿潤性を有する混合物1を供給する。ホッパー7に供給された混合物1は、ローラ8及び9間の帯状金網5に供給され、ローラ8及び9間で混合物1を圧延して、帯状金網5の網目に混合物1を充填し、帯状金網5と当該帯状金網5及びその網目に保持された混合物1とが一体となった複合帯状素材12aを作製し、該複合帯状素材12aをロール状に巻き取る。なお、図5中、符号13は一方のローラ8側に配されたロードセル、符号14は他方のローラ9側に配された流体シリンダを示す。
ロール状に巻き取った複合帯状素材12aを乾燥炉において乾燥し、複合帯状素材12aにおける混合物1から水分を蒸発逸散させて除去した後、複合帯状素材12aを所望の長さに切断して、この切断してなる複合帯状材12を、図6及び図7に示すように、芯金(図示せず)の周りに少なくとも2周、実施の形態では3周、うず巻き状に捲回して筒状母材15を作製する。
内部に貫通孔16を有するキャビティ17の当該貫通孔16に段付きコア18を嵌挿することによって内部に中空円筒部19が形成された図8に示す金型20を準備し、該金型20の段付きコア18に筒状母材15を挿入する。
酸処理黒鉛粉末として、濃度98%の濃硫酸を攪拌しながら強酸化剤として過酸化水素水の60%水溶液を加えてこれを反応液とし、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30分間反応を行った後、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10分間攪拌して吸引濾過するという洗浄作業を2回繰返し、酸処理黒鉛から硫酸分を充分除去し、硫酸を充分除去した酸処理黒鉛粉末を110℃の温度に保持した乾燥炉で3時間乾燥して得た酸処理黒鉛粉末を使用した。
酸処理黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の酸処理黒鉛粉末を使用し、黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛粉末を使用し、無機バインダーとして、前記実施例1と同様の燐酸水素マグネシウムを使用した。
酸処理黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の酸処理黒鉛粉末を使用し、黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛粉末を使用し、無機バインダーとして、燐酸二水素アルミニウムを使用した。
酸処理黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の酸処理黒鉛粉末を使用し、黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛粉末を使用し、無機バインダーとして、燐酸二水素アルミニウム(第一燐酸アルミニウム)を使用した。
酸処理黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の酸処理黒鉛粉末を使用し、黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛粉末を使用し、無機バインダーとして、燐酸二水素カルシウム(第一燐酸カルシウム)を使用した。
酸処理黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の酸処理黒鉛粉末を使用し、黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛粉末を使用し、無機バインダーとして、燐酸水素カルシウム(第二燐酸カルシウム)を使用した。
酸処理黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の酸処理黒鉛粉末を使用し、黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛粉末を使用し、無機バインダーとして、燐酸(H3PO4:75%水溶液)を使用した。
酸処理黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の酸処理黒鉛粉末を使用し、黒鉛粉末として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛粉末を使用し、無機バインダーとして、前記実施例1と同様の燐酸水素マグネシウムを使用した。
密度が1.2Mg/m3であって、厚さが0.4mmの幅75mm、長さ257mmの寸法に切断した短冊状の耐熱材用の膨張黒鉛シート片を準備した。
前記比較例1と同様の耐熱材用の膨張黒鉛シート片を準備した。
<ガス漏れ量の試験条件>
締結バンドによる締付け力:12N・m
加振角度:±0.5°(内管固定)
加振周波数(揺動速度):50Hz
温度(図9に示す内管の外表面温度):室温(25℃)〜500℃
試験時間:24時間
室温(25℃)において50Hzの加振周波数で±0.5°の揺動運動を継続しながら1時間で500℃の温度まで昇温し、その温度を22時間保持した状態で揺動運動を継続し、22時間経過後、1時間で室温まで降温し、室温(試験開始前)でのガス漏れ量と試験時間24時間経過後のガス漏れ量を測定した。
図9に示す差し込み型排気管継手の外管の開口部を閉塞し、内管側から、30kPaの圧力で乾燥空気を流入し、継手部分(内管と外管との間の隙間)からのガス漏れ量を流量計にて、(1)試験初期(試験開始直後)及び(2)24時間経過後の2回測定した。
2 筒状金網
5 帯状金網
15 筒状母材
17 キャビティ
18 段付きコア
19 中空円筒部
20 金型
21 パンチ
27 円筒状ガスケット
Claims (12)
- 差し込み型排気管継手に用いられる円筒状ガスケットであって、圧縮された金網からなる補強材と、該補強材の金網の網目に充填されていると共に圧縮された黒鉛、酸処理黒鉛及び無機バインダーを含有した耐熱材と、当該補強材及び耐熱材に分散されて配された気孔とを具備しており、当該補強材と耐熱材とが互いに絡み合って構造的一体性を有しており、補強材は、円筒状の内周面から円筒状の外周面にかけて径方向に密に含有されており、円筒状ガスケット全体の体積に対して、補強材は、32〜60%の体積を、耐熱材は、5〜58%の体積を、そして、気孔は、10〜35%の体積を夫々占めていることを特徴とする円筒状ガスケット。
- 黒鉛は、天然黒鉛、人造黒鉛及び膨張黒鉛のうちの少なくとも一つから選択されている請求項1に記載の円筒状ガスケット。
- 酸処理黒鉛は、膨張処理前の酸処理黒鉛である請求項1又は2に記載の円筒状ガスケット。
- 無機バインダーは、燐酸二水素アルミニウム、燐酸水素アルミニム、燐酸二水素マグネシウム、燐酸水素マグネシウム、燐酸二水素カルシウム、燐酸水素カルシウム及び燐酸のうちの少なくとも一つから選択されている請求項1から3のいずれか一項に記載の円筒状ガスケット。
- 黒鉛と酸処理黒鉛との質量比は、1:0.01〜0.5であり、黒鉛及び酸処理黒鉛と無機バインダーとの質量比は、1:0.1〜1である請求項1から4のいずれか一項に記載の円筒状ガスケット。
- (1)黒鉛粉末と酸処理黒鉛粉末と無機バインダーと蒸留水とを所定の割合で配合してこれらを混練して湿潤性を有すると共に黒鉛粉末と酸処理黒鉛粉末と無機バインダーとを含有した混合物を作製する工程と、
(2)金属細線を編んで得られた筒状金網を準備し、該筒状金網を一対のローラ間に通して径方向に圧縮して帯状金網を作製する工程と、
(3)帯状金網の両面に前記混合物を供給すると共にロール間で混合物を圧延して該帯状金網の網目に混合物を充填した後、帯状金網の網目に充填された混合物を乾燥して当該混合物中の水分を除去し、該帯状金網の網目に混合物が充填保持された複合帯状材を作製する工程と、
(4)複合帯状材を円筒状に少なくとも2周捲回して筒状母材を作製する工程と、
(5)該筒状母材を金型の円筒状中空部に挿入すると共に該金型内において該筒状母材をその軸方向に圧縮成形する工程と、
を具備しており、差し込み型排気管継手に用いられる円筒状ガスケットであって、圧縮された帯状金網からなる補強材と、該補強材の帯状金網の網目に充填されていると共に圧縮された黒鉛、酸処理黒鉛及び無機バインダーを含有した耐熱材と、補強材及び耐熱材に分散されて配された気孔とを具備しており、当該補強材と耐熱材とが互いに絡み合って構造的一体性を有すると共に補強材が円筒状の内周面から円筒状の外周面にかけて径方向に密に含有されており、円筒状ガスケット全体の体積に対して、補強材は、32〜60%の体積を、耐熱材は、5〜58%の体積を、そして、気孔は、10〜35%の体積を占めていることを特徴とする円筒状ガスケットの製造方法。 - 黒鉛粉末は、天然黒鉛粉末、人造黒鉛粉末及び膨張黒鉛粉末のうちの少なくとも一つから選択される請求項6に記載の円筒状ガスケットの製造方法。
- 膨張黒鉛粉末は、膨張黒鉛シートを裁断、粉砕して形成された粉末である請求項7に記載の円筒状ガスケットの製造方法。
- 酸処理黒鉛粉末は、膨張処理前の酸処理黒鉛粉末である請求項6から8のいずれか一項に記載の円筒状ガスケットの製造方法。
- 無機バインダーは、燐酸二水素アルミニウム、燐酸水素アルミニム、燐酸二水素マグネシウム、燐酸水素マグネシウム、燐酸二水素カルシウム、燐酸水素カルシウム及び燐酸のうちの少なくと一つから選択されるる請求項6から9のいずれか一項に記載の円筒状ガスケットの製造方法。
- 湿潤性を有する混合物に含有される黒鉛粉末と酸処理黒鉛粉末との質量比は、1:0.01〜0.5であり、黒鉛粉末及び酸処理黒鉛粉末と無機バインダーとの質量比は、1:0.1〜1である請求項6から10のいずれか一項に記載の円筒状ガスケットの製造方法。
- 管端部、当該管端部に環状肩部を介して拡径して設けられた拡径円筒部、当該拡径円筒部の軸方向の一方の端部に設けられた開口端部、当該開口端部の外周面に径方向外方に伸びて設けられたフランジ部、該拡径円筒部及びフランジ部に該開口端部の開口端面から軸方向に沿いかつ円周方向に等配されて設けられた複数個のスリットを夫々備えた外管と、当該外管の拡径円筒部の内部を通ると共に一端部で外管の管端部に嵌合された管端部、当該管端部の他端部の外周面に立設されたフランジを備えた内管と、該内管の管端部の円筒外面と外管の拡径円筒部の円筒内面との間の環状隙間に嵌合された請求項1から5のいずれか一項に記載の円筒状ガスケットと、締結により、外管の拡径円筒部の円筒内面を円筒状ガスケットの円筒状の外周面に押し付け、この押し付けを介して円筒状ガスケットの円筒状の内周面を内管の管端部の円筒外面に押し付けるべく、外管の拡径円筒部の円筒外面に配された締結バンドとを具備しており、前記環状隙間において、軸方向の一方の端部の環状の端面が内管のフランジに当接して配された円筒状ガスケットは、該耐熱材に含有された酸処理黒鉛が内管内を流動する排気ガスの熱により体積膨張するようになっており、円筒状ガスケットの円筒状の外周面と外管の拡径円筒部の円筒状の内周面との間の隙間と、円筒状ガスケットの円筒状の内周面と内管の管端部の円筒外面との間の隙間とを密封すると共にその一方の端面と内管の管端部と外管の径拡大部の環状肩部とによって形成された空間を密封するようになっていることを特徴とする差し込み型排気管継手。
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