JP5966879B2 - 球帯状シール体 - Google Patents

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に関する。

自動車用エンジンの排気ガスは、排気管を経て大気中に放出されるが、この排気管は、エンジンのロール挙動及び振動などにより繰返し応力を受ける結果、排気管の疲労破壊を招く虞があり、またエンジンの振動が排気管を共振させ車室内の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排気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。

排気管継手に用いられる球帯状シール体としては、例えば、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た外層とを備えているものが特許文献１において提案されている。

国際公開第２００９／０７２２９５号

ところで、斯かる球帯状シール体を鉛直方向又は斜め下方に伸びた排気管の端部に配置する場合に、当該球帯状シール体の円筒内面と排気管の端部の外周面との間のクリアランス（嵌め合い隙間）が大きいと、作業において球帯状シール体が排気管から脱落して、落下する虞があり、組み付け作業性が悪く、斯かる脱落、落下を防止するために、クリアランスが小さいと、製造誤差等により排気管の端部への球帯状シール体の配置が困難となり、いずれにしても組み付け作業性の向上が望まれている。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、鉛直方向又は斜め下方に伸びた排気管の端部から落下する虞をなくすことができて、組み付け作業性を向上させることのできる球帯状シール体を提供することにある。

排気管継手に用いられる本発明の球帯状シール体は、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た外層とを備えており、円筒内面には、当該円筒内面によって規定された貫通孔に挿入される排気管によって削り取り可能な膨張黒鉛からなると共に大径側の環状端面と小径側の環状端面との間において円周方向に互いに間隔をもって軸方向に伸びた少なくとも三つの突部が当該円筒内面から軸心方向に突出して一体的に設けられている。

本発明の球帯状シール体によれば、特に、円筒内面には、当該円筒内面によって規定された貫通孔に挿入される排気管によって削り取り可能な膨張黒鉛からなると共に大径側の環状端面と小径側の環状端面との間において円周方向に互いに間隔をもって軸方向に伸びた少なくとも三つの突部が当該円筒内面から軸心方向に突出して一体的に設けられているために、当該突部を介して円筒内面で排気管の一端部の外周面に密に接触させることができ、これにより、排気管から落下する虞をなくすことができ、組み付け作業性を向上させることができる上に、排気管の外周面と円筒内面との間を介する排気ガスの漏出の危険を極力低減し得る。

本発明の球帯状シール体では、大径側の環状端面は、円環状の大径縁で部分凸球面状面の大径側の円環状端縁に連接していると共に円環状の小径縁で円筒内面の軸方向の円環状の一端縁に連接した円環状平坦端面からなっていてもよく、円環状の大径縁で部分凸球面状面の大径側の円環状端縁に連接した円環状平坦端面部と、この円環状平坦端面部の円環状の小径縁に大径縁で連接していると共に小径縁で円筒内面の軸方向の円環状の一端縁に連接した円環状の凹状端面部とを具備していてもよく、また、円環状の大径縁で部分凸球面状面の大径側の円環状端縁に連接している円環状の第一の凹状端面部と、この第一の凹状端面部の円環状の小径縁に円環状の大径縁で連接した円環状平坦端面部と、この円環状平坦端面部の円環状の小径縁に大径縁で連接していると共に小径縁で円筒内面の軸方向の円環状の一端縁に連接した円環状の第二の凹状端面部とを具備していてもよく、円筒内面の軸方向の円環状の一端縁に連接した円環状の凹状端面部は、円筒内面によって規定された貫通孔への排気管の一端部の挿入において、排気管の一端部に対する球帯状シール体の位置決め案内部となり、当該排気管の一端部の貫通孔への挿入作業性を向上させる。斯かる場合において、突部は、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁との間において軸方向に伸びていてもよい。

本発明の球帯状シール体では、突部は、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁とのうちの少なくとも一方まで伸びていてもよく、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁とのうちの少なくとも一方の手前で終端していてもよく、また、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁とのうちの一方の手前で終端していると共に円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁とのうちの他方まで伸びていてもよく、好ましい例では、円筒内面の軸方向の一端縁で終端していると共に円筒内面の軸方向の他端縁の手前まで伸びている。

本発明の球帯状シール体では、突部は、軸方向において連続的に又は断続的に伸びていてもよく、また、軸方向において平行に直線状に、軸方向に対して傾斜して螺旋状に又は軸方向において波線状に伸びていてもよい。

上述の少なくとも三つの突部は、円周方向において互いに等間隔をもって配されていてもよく、突部は、軸方向に直交する断面において、丸みをもった三角形若しくは台形又は半円形の形状をもっているとよく、好ましくは、半円形の形状をもっており、これら突部は、軸方向に直交する方向において、好ましい例では、１ｍｍ以下、より好ましい例では、０．５ｍｍ以下の高さを有している。

上述の円筒内面は、挿入された排気管の円筒外面との間に嵌め合い隙間以上の隙間が生じないように、当該円筒外面の外径に対しての内径を有していてもよい。

本発明の球帯状シール体では、球帯状基体は、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いると共に圧縮された膨張黒鉛を含む耐熱材とを具備しており、外層は、膨張黒鉛を含む耐熱材と、少なくとも、六方晶窒化硼素及びアルミナ水和物を含む潤滑組成物からなる固体潤滑剤と、金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の網目に固体潤滑剤及び耐熱材が充填されて当該固体潤滑剤及び耐熱材と補強材とが混在一体化されてなり、外層の外表面は、補強材からなる面と固体潤滑剤からなる面とが混在した平滑な面又は固体潤滑剤からなる平滑な面に形成されていてもよい。斯かる球帯状シール体によれば、固体潤滑剤の外表面からの脱落を回避し得、結果として相手材とは固体潤滑剤と補強材との混在した平滑な面又は固体潤滑剤からなる平滑な面で摺動するので、摩擦異常音の発生を極力防止することができ、特に、固体潤滑剤と補強材との混在した平滑な面に形成されていると、相手材に移着した固体潤滑剤及び耐熱材を補強材で適宜掻き取ることができるために、より効果的に摩擦異常音の発生を防止できる。上記固体潤滑剤において、六方晶窒化硼素は、特に高温領域において優れた潤滑性を発揮するものである。また、成分中のアルミナ水和物はそれ自体は何らの潤滑性を示すものではないが、固体潤滑剤の耐熱材表面への被着性を改善し、強固な被着層の形成に効果を発揮すると共に六方晶窒化硼素の板状結晶の層間の滑りを助長して六方晶窒化硼素の潤滑性を引出す役割を発揮する。

上述の潤滑組成物には、四ふっ化エチレン樹脂が含有されていてもよい。四ふっ化エチレン樹脂は、それ自身低摩擦性を有するものであり、潤滑組成物に含有されることにより、潤滑組成物の低摩擦性を向上させ、潤滑組成物からなる固体潤滑剤に低摩擦性を付与し、相手材との摩擦において、スティックスリップ（付着−すべり）を生じることなく摩擦異常音の発生を極力回避し得る。また、潤滑組成物に圧縮成形時の展延性を高める作用を付与し、結果として薄い被着層の形成を可能とする。

アルミナ水和物は、組成式Ａｌ_２Ｏ_３・ｎＨ_２Ｏ（組成式中、０＜ｎ＜３）で表される化合物である。該組成式において、ｎは、通常、０（零）を超えて３未満の数、好ましくは０．５〜２、さらに好ましくは０．７〜１．５程度である。アルミナ水和物としては、例えばベーマイト（Ａｌ_２Ｏ_３・Ｈ_２Ｏ）やダイアスポア（Ａｌ_２Ｏ_３・Ｈ_２Ｏ）などのアルミナ一水和物（水酸化酸化アルミニウム）、ギブサイト（Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ）やバイヤライト（Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ）などのアルミナ三水和物、擬ベーマイトなどが挙げられ、これらの少なくとも一つが使用されて好適である。

本発明の球帯状シール体において、球帯状基体及び外層には、金網からなる補強材が４０〜６５重量％、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が３５〜６０重量％の割合で含有されており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤が１．２０〜２．００Ｍｇ／ｍ^３の密度を有しているのが好ましく、また外層には、金網からなる補強材が６０〜７５重量％、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が２５〜４０重量％の割合で含有されているのが好ましい。

球帯状基体及び外層に、補強材が６５重量％よりも多く、耐熱材が３５重量％よりも少ない割合で含有されていると、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、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４０重量％よりも少なく、耐熱材が６０重量％よりも多く含有されていると、外層及び外層の近傍において補強材が極めて少なくなり、外層及び外層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（脱落）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、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤では、耐熱材が１．２０Ｍｇ／ｍ^３よりも小さい密度であると、長期の使用において排気ガスの漏洩を惹起する一方、耐熱材が２．００Ｍｇ／ｍ^３よりも大きい密度であると、相手材との摩擦において、往々にして摩擦異常音を発生し易くなる。

本発明の球帯状シール体において、外層は補強材からなる面と固体潤滑剤からなる面とが混在した露出面により構成された外表面を有しているために、外層の外表面と接触（摺動）する相手材との更なる滑らかな摺動を確保でき、また、外表面における固体潤滑剤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、外層の外表面からの固体潤滑剤の相手材の表面への移着と相手材の表面へ移着した過度の固体潤滑剤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、相手材との摺動において摩擦異常音の発生のないものとなる。

本発明の球帯状シール体において、耐熱材は、酸化抑制剤としての五酸化リン０．０５〜５．０重量％及びリン酸塩１．０〜１６．０重量％のうちの少なくとも一方と、膨張黒鉛とを含んでいてもよい。

酸化抑制剤としての五酸化リン及びリン酸塩の少なくとも一方と膨張黒鉛とを含む耐熱材は、球帯状シール体自体の耐熱性及び耐酸化消耗性を向上させることができ、球帯状シール体の高温領域での使用を可能とするものである。

本発明によれば、排気管から落下する虞をなくすことができて、組み付け作業性を向上させることのできる球帯状シール体を提供し得る。

図１の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態の例の説明図である。 図２は、図１に示す球帯状シール体の一部拡大説明図である。 図３は、図１に示す例の使用説明図である。 図４の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態の他の例の説明図である。 図５は、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。 図６は、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。 図７は、補強材の金網の網目を示す平面図である。 図８は、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。 図９は、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１０は、図９に示す筒状母材の縦断面図である。 図１１は、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。 図１２は、本発明の球帯状シール体の製造工程における固体潤滑剤の被複層を備えた耐熱材の断面図である。 図１３は、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第一の形成方法の説明図である。 図１４は、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第一の形成方法の説明図である。 図１５は、本発明の球帯状シール体の製造工程における第一の形成方法で得られた外層形成部材の縦断面図である。 図１６は、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第二の形成方法の説明図である。 図１７は、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第二の形成方法の説明図である。 図１８は、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。 図１９は、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断面図である。 図２０は、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。

次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１及び図２において、本例の排気管継手に用いられる球帯状シール体３５は、円筒内面２９、部分凸球面状面３０並びに部分凸球面状面３０の大径側及び小径側の環状端面３１及び３２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３０に一体的に形成された外層３４とを備えている。

図３に示すように円筒内面２９によって規定される貫通孔２８に挿入された上流側排気管１００の円筒外面４６との間に嵌め合い隙間以上の隙間が生じないように、円筒外面４６の外径に対しての内径を有している円筒内面２９には、挿入される上流側排気管１００によって削り取り可能な膨張黒鉛からなると共に大径側の環状端面３１と小径側の環状端面３２との間において円周方向Ｒに互いに等間隔をもって軸方向Ｘと平行に直線状に且つ連続的に伸びた三つの突部４１、４２及び４３が円筒内面２９から軸心方向に突出して一体的に設けられている。円筒内面２９の軸方向Ｘの他端縁５９の手前で終端４４している突部４１、４２及び４３は膨張黒鉛のみからなっていてもよい。

環状端面３１は、本例では、円環状の大径縁５１で部分凸球面状面３０の大径側の円環状端縁５２に連接した円環状平坦端面部５３と、円環状平坦端面部５３の円環状の小径縁５４に大径縁５５で連接していると共に小径縁５６で円筒内面２９の軸方向Ｘの円環状の一端縁５７に連接した円環状の凹状端面部５８とを具備している。

球帯状シール体３５は、上述の円環状平坦端面部５３及び凹状端面部５８を具備した環状端面３１に代えて、例えば、円環状の大径縁５１で部分凸球面状面３０の大径側の円環状端縁５２に連接していると共に円環状の小径縁５４で円筒内面２９の軸方向Ｘの円環状の一端縁５７に連接した円環状平坦端面からなっていてもよい。

軸方向Ｘに対して直交する断面において半円形の形状をもった突部４１、４２及び４３は、円筒内面２９の軸方向Ｘの一端縁５７とその他端縁５９との間で軸方向Ｘに伸びている。突部４１、４２及び４３は、円筒内面２９の軸方向Ｘの他端縁５９の手前で終端していると共に円筒内面２９の軸方向Ｘの一端縁５７まで伸びているが、これに代えて、例えば一端縁５７及び他端縁５９の夫々まで伸びていてもよく、また、一端縁５７の手前及び他端縁５９の手前で終端していてもよい。

突部４１及び４２の突出端４５と軸心Ｏとを結ぶ線で形成される中心角θ、突部４２及び４３の突出端４５と軸心Ｏとを結ぶ線で形成される中心角θ及び突部４３及び４１突出端４５と軸心Ｏとを結ぶ線で形成される中心角θは、夫々互いに等しい角度である。

球帯状シール体３５が上流側排気管１００に装着される際には、貫通孔２８には上流側排気管１００が挿入され、突出端４５を含む突部４１、４２及び４３の夫々は、上流側排気管１００によって削り取られることになる。この結果、上流側排気管１００の円筒外面４６に接触する円筒内面２９のうち、特に、突部４１、４２及び４３において上流側排気管１００の円筒外面４６に特に密に接触するので、球帯状シール体３５が上流側排気管１００から落下する虞をなくすことができ、而して、組み付け作業性を向上させることができる。

球帯状シール体３５は、例えば図１に示すように、軸方向Ｘと平行に直線状に且つ連続的に伸びた突部４１、４２及び４３を有しているが、これらに代えて、例えば、軸方向Ｘと平行に直線状に且つ断続的に伸びた突部を有していてもよく、また、軸方向Ｘにおいて軸方向Ｘに対して傾斜して螺旋状に又は軸方向において波線状に且つ連続的に又は断続的に伸びた突部を有していてもよい。また、球帯状シール体３５は、本例では三つの突部４１、４２及び４３を有しているが、これらに代えて、円周方向Ｒにおいて互いに等間隔をもって配された三つ以上の突部を有していてもよい。更に、球帯状シール体３５は、上述の構成に代えて又は加えて、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、小径縁６１で大径縁５１に連接していると共に大径縁６２で部分凸球面状面３０の円環状端縁５２に連接した円環状の凹状端面部６３を具備していてもよい。斯かる場合において、円環状平坦端面部５３の小径縁５４は、円筒内面２９の一端縁５７に凹状端面部５８を介して又は直接に連接されるようになっていてもよい。

以下、球帯状シール体３５における構成材料及び球帯状シール体３５の製造方法について説明する。

＜耐熱シート材Ｉについて＞
濃度９８％の濃硫酸を攪拌しながら、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、これに粒度３０〜８０メッシュの鱗片状天然黒鉛粉末を添加して３０分間反応を行う。反応後、吸引濾過した酸処理黒鉛粉末を分離し、当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１１０℃の温度に保持した乾燥炉で３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を、９５０〜１２００℃の温度で１〜１０秒間加熱（膨張）処理を施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。この膨張黒鉛粒子を所望のロール隙間に調整した双ローラ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を作製し、この膨張黒鉛シートを耐熱シート材Ｉとする。

＜耐熱シート材ＩＩ及びＩＩＩについて＞
上記酸処理黒鉛粉末を攪拌しながら、当該酸処理黒鉛粉末にリン酸として濃度８４％のオルトリン酸水溶液及びリン酸塩として濃度５０％の第一リン酸アルミニウム水溶液のうちの少なくとも一方をメタノールで希釈した溶液を噴霧状に配合し、均一に攪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、１２０℃の温度に保持した乾燥炉で２時間乾燥する。ついで、これを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、成分中のオルトリン酸は脱水反応を生じて五酸化リンを生成し、第一リン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ラ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を作製し、この膨張黒鉛シートを耐熱シート材ＩＩ及びＩＩＩとする。

このようにして作製された耐熱シート材ＩＩには、五酸化リン若しくは第一リン酸アルミニウムが含有されており、耐熱シート材ＩＩＩには、五酸化リンと第一リン酸アルミニウムとが含有されている。このリン酸及びリン酸塩のうちの少なくとも一つを含有した膨張黒鉛は、膨張黒鉛自体の耐熱性が向上されると共に酸化抑制作用が付与されるため、例えば５００℃ないし５００℃を超える高温領域での使用を可能とする。

ここで、使用可能なリン酸としては、オルトリン酸のほかにメタリン酸、ポリリン酸、ポリメタリン酸などを挙げることができ、またリン酸塩としては、第一リン酸アルミニウムのほかに第一リン酸リチウム、第二リン酸リチウム、第一リン酸カルシウム、第二リン酸カルシウム、第二リン酸アルミニウムなどを挙げることができる。

耐熱シート材は、密度が１．０〜１．１５Ｍｇ／ｍ^３程度で、厚さは、０．３〜０．６ｍｍ程度のシート材が使用されて好適である。

＜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、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、フェライト系のＳＵＳ４３０などのステンレス鋼線若しくは鉄線（ＪＩＳＧ３５３２）若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１本又は２本以上を使用して織ったり、編んだりして形成された金網が使用される。

金網を形成する金属細線において、線径は、０．２８〜３．２ｍｍ程度のものが使用され、当該線径の金属細線で形成された球帯状基体の金網の網目の目幅（編組金網を示す図７参照）は縦４〜６ｍｍ、横３〜５ｍｍ程度のものが使用されて好適であり、外層用の金網の網目の目幅（図７参照）は縦２．５〜３．５ｍｍ、横１．５〜５ｍｍ程度のものが使用されて好適である。

＜固体潤滑剤について＞
固体潤滑剤は、本例では、六方晶窒化硼素（以下「ｈ−ＢＮ」と略称する。）７０〜８５重量％と酸化硼素０．１〜１０重量％とアルミナ水和物５〜２０重量％とを含む潤滑組成物又は当該潤滑組成物１００重量部に対して、四ふっ化エチレン樹脂（以下「ＰＴＦＥ」と略称する。）粉末を２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の割合で含有する潤滑組成物からなるものである。

上述の固体潤滑剤には、六方晶窒化硼素に含有されることにより該窒化硼素の具有する潤滑性を引出し、特に高温領域での摩擦の低下に寄与する酸化硼素が含まれているが、当該固体潤滑剤は、例えばこれを含まずに構成されてもよく、斯かる場合においても、成分中のアルミナ水和物は、固体潤滑剤の耐熱材表面への被着性を改善し、強固な被着層の形成に効果を発揮すると共に六方晶窒化硼素の板状結晶の層間の滑りを助長して六方晶窒化硼素の潤滑性を引出す役割を発揮する。

この固体潤滑剤は、製造過程においては、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、ｈ−ＢＮ粉末及び酸化硼素粉末を分散含有した水性ディスパージョンであって、ｈ−ＢＮ粉末７０〜８５重量％と酸化硼素０．１〜１０重量％及びアルミナ水和物５〜２０重量％とを含む潤滑組成物を固形分として３０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョンの形態で使用される。また、水性ディスパージョンは、ｈ−ＢＮ７０〜８５重量％、酸化硼素０．１〜１０重量％及びアルミナ水和物５〜２０重量％を含む潤滑組成物に、当該潤滑組成物１００重量部に対し２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の割合でＰＴＦＥを分散含有する潤滑組成物を固形分として３０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョンであってもよい。水性ディスパージョンを形成するｈ−ＢＮ、酸化硼素及びＰＴＦＥは、可及的に微粉末であることが好ましく、これらは平均粒径１０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下の微粉末が使用されて好適である。

水性ディスパージョンにおけるアルミナゾルの分散媒としての水に含有される酸は、アルミナゾルを安定化させるための解膠剤として作用するものである。そして、酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、アミド硫酸等の無機酸が挙げられるが、特に硝酸が好ましい。

水性ディスパージョンにおけるアルミナゾルを形成するアルミナ水和物としては、組成式Ａｌ_２Ｏ_３・ｎＨ_２Ｏ（組成式中、０＜ｎ＜３）で表される化合物である。組成式において、ｎは、通常、０（零）を超えて３未満の数、好ましくは０．５〜２、さらに好ましくは０．７〜１．５程度である。アルミナ水和物としては、例えばベーマイト（Ａｌ_２Ｏ_３・Ｈ_２Ｏ）やダイアスポア（Ａｌ_２Ｏ_３・Ｈ_２Ｏ）などのアルミナ一水和物（水酸化酸化アルミニウム）、ギブサイト（Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ）やバイヤライト（Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ）などのアルミナ三水和物、擬ベーマイトなどが挙げられる。

次に、上記した構成材料からなる球帯状シール体３５の製造方法について、図面に基づき説明する。

（第一工程）図５に示すように、線径０．２８〜０．３２ｍｍの金属細線を円筒状に編んで形成した網目の目幅が縦４〜６ｍｍ、横３〜５ｍｍ程度（図７参照）の円筒状編組金網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を準備する。

（第二工程）図６に示すように、補強材５の幅Ｄに対して１．１０×Ｄから２．１０×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を有し、密度が１〜１．１５Ｍｇ／ｍ^３で、厚さが０．３〜０．６ｍｍの耐熱材（膨張黒鉛又はリン酸及びリン酸塩のうちの少なくとも一方を含有する膨張黒鉛からなるシート）６を準備する。

（第三工程）球帯状シール体３５（図１参照）において、部分凸球面状面３０（図２参照）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６が露出するようにすべく、図８に示すように、部分凸球面状面３０の大径側の環状端面３１となる補強材５の幅方向の一方の端縁７から最大で０．１×Ｄから０．８×Ｄだけ耐熱材６が幅方向にはみ出すと共に端縁７からの耐熱材６の幅方向のはみ出し量δ１が部分凸球面状面３０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０．３×Ｌから１．７×Ｌだけ耐熱材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に対応する耐熱材６の長さ方向の端縁１１を合致させて当該耐熱材６と補強材５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９に示すように耐熱材６を内側にしてうず巻き状であって耐熱材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材６が露出した筒状母材１３を形成する。耐熱材６としては、筒状母材１３における耐熱材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１０に示すように、耐熱材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）前記耐熱材６と同様であるが、補強材５の幅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１１に示すような耐熱材６を別途用意する。

（第六工程）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が分散含有された水素イオン濃度（ｐＨ）が２〜３を呈するアルミナゾルに、ｈ−ＢＮ粉末及び酸化硼素粉末を分散含有した水性ディスパージョンであって、ｈ−ＢＮ７０〜８５重量％、酸化硼素０．１〜１０重量％及びアルミナ水和物５〜２０重量％を含む潤滑組成物を固形分として３０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョン、又はｈ−ＢＮ７０〜８５重量％、酸化硼素０．１〜１０重量％及びアルミナ水和物５〜２０重量％を含む潤滑組成物に、当該潤滑組成物１００重量部に対し２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部のＰＴＦＥ粉末を含有した潤滑組成物を固形分として３０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョンを準備する。

図１１に示す耐熱材６の一方の表面に、ｈ−ＢＮ７０〜８５重量％、酸化硼素０．１〜１０重量％及びアルミナ水和物５〜２０重量％を含む潤滑組成物を固形分として３０重量％分散含有した水性ディスパージョン（ｈ−ＢＮ２１〜２５．５重量％、酸化硼素０．０３〜３重量％、アルミナ水和物１．５〜６重量％及び水分７０重量％）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１２に示すような該潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層１４を形成する。

または、耐熱材６の一方の表面に、ｈ−ＢＮ７０〜８５重量％、酸化硼素０．１〜１０重量％及びアルミナ水和物５〜２０重量％を含む潤滑組成物に、該潤滑組成物１００重量部に対し２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の割合でＰＴＦＥ粉末を分散含有する潤滑組成物、すなわちｈ−ＢＮ２３．３〜５６．７重量％、酸化硼素０．０３〜６．７重量％、アルミナ水和物１．７〜１３．３重量％及びＰＴＦＥ３３．３〜６６．７重量％を含む潤滑組成物を固形分として３０重量％分散含有した水性ディスパージョン（ｈ−ＢＮ７〜１７重量％、酸化硼素０．００９〜２重量％、アルミナ水和物０．５〜４重量％、ＰＴＦＥ１０〜２０重量％、水分７０重量％）を刷毛塗り、ローラ塗り、スプレー等の手段で被覆し、これを乾燥させて該潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層１４を形成する。

（第七工程）
＜第一の方法＞ 図１３ないし図１５に示すように、線径が０．２８〜０．３２ｍｍ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円筒状編組金網からなる外層用の補強材５の内部に、固体潤滑剤の被覆層１４を備えた耐熱材６を連続的に挿入（図１３参照）し、耐熱材６を挿入した補強材５をその挿入開始端側から平滑な円筒状の外周面を有する一対の円筒ローラ１５及び１６間の隙間Δ１に供給し耐熱材６の厚さ方向に加圧（図１４参照）して一体化させ、外層用の補強材５の金網の網目に耐熱材６と耐熱材６の表面に形成された固体潤滑剤の被覆層１４とを充填して、表面に外層用の補強材５からなる面１７と固体潤滑剤からなる面１８とが混在して露出した扁平状の外層形成部材１９を作製する。

＜第二の方法＞ 前記第一工程で説明した帯状金網４からなる補強材５を別途用意し、図１６に示すように、帯状金網４からなる外層用の補強材５内に、固体潤滑剤の被覆層１４を備えた耐熱材６を挿入すると共に、これらを図１７に示すように、円筒ローラ１５及び１６間の隙間Δ１に供給し耐熱材６の厚さ方向に加圧して一体化させ、外層用の補強材５の金網の網目に耐熱材６と耐熱材６の表面に形成された固体潤滑剤の被覆層１４とを充填して、表面に外層用の補強材５からなる面１７と固体潤滑剤からなる面１８とが混在して露出した扁平状の外層形成部材１９を作製する。

＜第三の方法＞ 線径が０．２８〜０．３２ｍｍの金属細線を織って形成される織組金網として平織金網を用意し、この平織金網からなる外層用の補強材５を所定の長さと幅に切断し、補強材５を２枚用意する。２枚の外層用の補強材５間に固体潤滑剤の被覆層１４を備えた耐熱材６を挿入すると共に一対の円筒ローラ１５及び１６間の隙間Δ１に供給し耐熱材６の厚さ方向に加圧して一体化させ、外層用の補強材５の金網の網目に耐熱材６と耐熱材６の表面に形成された固体潤滑剤の被覆層１４とを充填して、表面に外層用の補強材５からなる面１７と固体潤滑剤からなる面１８とが混在して露出した扁平状の外面層形成部材１９を作製する。

上記第一、第二及び第三の方法において、一対の円筒ローラ間の隙間Δ１は、０．４〜０．６ｍｍ程度が適当である。

（第八工程）このようにして得た外層形成部材１９を被覆層１４を外側にして筒状母材１３の外周面に巻付け、図１８に示すような予備円筒成形体２０を作製する。

（第九工程）内面に円筒壁面２１と円筒壁面２１に連なる部分凹球面状壁面２２と部分凹球面状壁面２２に連なる貫通孔２３とを備え、貫通孔２３に突部４１、４２及び４３に対応した凹部４７が設けられた段付きコア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１９に示すような金型２７を準備し、金型２７の段付きコア２４に予備円筒成形体２０を挿入する。

金型２７の中空円筒部２５及び球帯状中空部２６に配された予備円筒成形体２０をコア軸方向に９８〜２９４Ｎ／ｍｍ^２（１〜３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２８を有すると共に円筒内面２９と部分凸球面状面３０と部分凸球面状面３０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３０に一体に形成された外層３４とを備えた球帯状シール体３５を作製する。

この圧縮成形により、球帯状基体３３は、耐熱材６と補強材５とが互いに圧縮され、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３４は、耐熱材６と、潤滑組成物からなる固体潤滑剤と、金網からなる補強材５とが圧縮されて補強材５の金網の網目に固体潤滑剤及び耐熱材６が充填されて当該固体潤滑剤及び耐熱材６と補強材５とが混在一体化されてなり、外層３４の外表面３６は、補強材５からなる面３７と固体潤滑剤からなる面３８とが混在した平滑な面３９に形成されており、円筒内面２９には、補強材５を除いて凹部４７に圧入充填された耐熱材６からなる三つの突部４１、４２及び４３が形成されている。

作製された球帯状シール体３５の球帯状基体３３及び外層３４は、金網からなる補強材５が４０〜６５重量％の割合で含有されていると共に膨張黒鉛を含む耐熱材６及び固体潤滑剤が３５〜６０重量％の割合で含有されており、球帯状基体３３及び外層３４における耐熱材６及び固体潤滑剤が１．２０〜２．００Ｍｇ／ｍ^３の密度を有している。

また外層３４のみに着目すると、外層３４は、金網からなる補強材５が６０〜７５重量％、膨張黒鉛を含む耐熱材６及び固体潤滑剤が２５〜４０重量％の割合で含有されている。

前記第四工程において、重合体１２を耐熱材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の円筒内面２９において金網からなる補強材５が露出する球帯状シール体３５を作製することができる。

球帯状シール体３５は、図２０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２０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３５が貫通孔２８を規定する円筒内面２９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３５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３５の外層３４の外表面３６における補強材５からなる面３７と固体潤滑剤からなる面３８とが混在した平滑な面３９に摺接されている。

図２０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３５の外層３４のすべり面としての平滑な面３９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。

本例の球帯状シール体３５によれば、円筒内面２９、部分凸球面状面３０並びに部分凸球面状面３０の大径側及び小径側の環状端面３１及び３２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３０に一体的に形成された外層３４とを備えており、円筒内面２９には、当該円筒内面２９によって規定される貫通孔２８に挿入される上流側排気管１００によって削り取り可能な膨張黒鉛からなると共に大径側の環状端面３１と小径側の環状端面３２との間において円周方向Ｒに互いに間隔をもって軸方向Ｘに伸びた少なくとも三つの突部４１、４２及び４３が円筒内面２９から軸心方向に突出して一体的に設けられているために、突部４１、４２及び４３を上流側排気管１００の円筒外面４６に密に接触させることができ、これにより、上流側排気管１００から落下する虞をなくすことができ、組み付け作業性を向上させることができる。

球帯状シール体３５によれば、球帯状基体３３は、金網からなる補強材５と、補強材５の金網の網目を充填し、かつこの補強材５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耐熱材６とを具備しており、外層３４は、膨張黒鉛を含む耐熱材６と、少なくとも、六方晶窒化硼素及びアルミナ水和物を含む潤滑組成物からなる固体潤滑剤と、金網からなる補強材５とが圧縮されて補強材５の網目に固体潤滑剤及び耐熱材６が充填されて当該固体潤滑剤及び耐熱材６と補強材５とが混在一体化されてなり、外層３４の外表面３６は、補強材５からなる面３７と固体潤滑剤からなる面３８とが混在した平滑な面３９に形成されているために、固体潤滑剤の外表面３６からの脱落を回避し得、結果として相手材とは固体潤滑剤と補強材５との混在した平滑な面３９で摺動するので、摩擦異常音の発生を極力防止することができる。上記固体潤滑剤において、六方晶窒化硼素は、特に高温領域において優れた潤滑性を発揮する。また、成分中のアルミナ水和物はそれ自体は何らの潤滑性を示すものではないが、固体潤滑剤の耐熱材表面への被着性を改善し、強固な被着層の形成に効果を発揮すると共に六方晶窒化硼素の板状結晶の層間の滑りを助長して六方晶窒化硼素の潤滑性を引出す役割を発揮する。

上記の製造方法では、補強材５からなる面３７と固体潤滑剤からなる面３８とが混在した平滑な面３９に形成された外表面３６をもって外層３４が形成されるが、固体潤滑剤からなる平滑な面に形成された外表面３６をもって外層３４を形成する場合には、例えば、第三の方法における２枚の外層用の補強材５を、一方の面に固体潤滑剤の被覆層１４を備えた耐熱材６の他方の面に重ね合わせ、共にこれを一対の円筒ローラ１５及び１６間の隙間Δ１に供給し耐熱材６の厚さ方向に加圧して一体化させ、裏面において外層用の補強材５の金網の網目に耐熱材６を充填して、表面に固体潤滑剤の被覆層１４からなる面１８を有する一方、裏面に補強材５と耐熱材６とが混在して露出した扁平状の外面層形成部材１９を作製し、このようにして得た外層形成部材１９を被覆層１４を外側にして筒状母材１３の外周面に巻付け、予備円筒成形体２０を作製するとよい。

２９ 円筒内面
３０ 部分凸球面状面
３１、３２ 環状端面
３３ 球帯状基体
３４ 外層
３５ 球帯状シール体
４１、４２、４３ 突部

Claims (14)

1. 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た外層とを備えている排気管継手に用いられる球帯状シール体であって、円筒内面には、当該円筒内面によって規定された貫通孔に挿入される排気管によって削り取り可能な膨張黒鉛からなると共に大径側の環状端面と小径側の環状端面との間において円周方向に互いに間隔をもって軸方向に伸びた少なくとも三つの突部が当該円筒内面から軸心方向に突出して一体的に設けられている球帯状シール体。
2. 大径側の環状端面は、円環状の大径縁で部分凸球面状面の大径側の円環状端縁に連接していると共に円環状の小径縁で円筒内面の軸方向の円環状の一端縁に連接した円環状平坦端面からなり、突部は、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁との間において軸方向に伸びている請求項１に記載の球帯状シール体。
3. 大径側の環状端面は、円環状の大径縁で部分凸球面状面の大径側の円環状端縁に連接した円環状平坦端面部と、この円環状平坦端面部の円環状の小径縁に大径縁で連接していると共に小径縁で円筒内面の軸方向の円環状の一端縁に連接した円環状の凹状端面部とを具備しており、突部は、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁との間において軸方向に伸びている請求項１に記載の球帯状シール体。
4. 大径側の環状端面は、円環状の大径縁で部分凸球面状面の大径側の円環状端縁に連接している円環状の第一の凹状端面部と、この第一の凹状端面部の円環状の小径縁に円環状の大径縁で連接した円環状平坦端面部と、この円環状平坦端面部の円環状の小径縁に大径縁で連接していると共に小径縁で円筒内面の軸方向の円環状の一端縁に連接した円環状の第二の凹状端面部とを具備しており、突部は、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁との間において軸方向に伸びている請求項１に記載の球帯状シール体。
5. 突部は、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁とのうちの少なくとも一方まで伸びている請求項１から４のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
6. 突部は、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁とのうちの少なくとも一方の手前で終端している請求項１から４のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
7. 突部は、円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁とのうちの一方の手前で終端していると共に円筒内面の軸方向の一端縁とその他端縁とのうちの他方まで伸びている請求項１から４のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
8. 突部は、軸方向において連続的に又は断続的に伸びている請求項１から７のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
9. 突部は、軸方向と平行に直線状に、軸方向に対して傾斜して螺旋状に又は軸方向において波線状に伸びている請求項１から８のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
10. 少なくとも三つの突部は、円周方向において互いに等間隔をもって配されている請求項１から９のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
11. 円筒内面は、挿入された排気管の円筒外面との間に嵌め合い隙間以上の隙間が生じないように、当該円筒外面の外径に対しての内径を有している請求項１から１０のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
12. 球帯状基体は、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いると共に圧縮された膨張黒鉛を含む耐熱材とを具備しており、外層は、膨張黒鉛を含む耐熱材と、少なくとも、六方晶窒化硼素及びアルミナ水和物を含む潤滑組成物からなる固体潤滑剤と、金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の網目に固体潤滑剤及び耐熱材が充填されて当該固体潤滑剤及び耐熱材と補強材とが混在一体化されてなり、該外層の外表面は、補強材からなる面と固体潤滑剤からなる面とが混在した平滑な面又は固体潤滑剤からなる平滑な面に形成されている請求項１から１１のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
13. 潤滑組成物には、四ふっ化エチレン樹脂が含有されてなる請求項１２に記載の球帯状シール体。
14. アルミナ水和物は、アルミナ一水和物、アルミナ三水和物及び擬ベーマイトから選択される請求項１２又は１３に記載の球帯状シール体。

Images