JPS5974326A - シ−ルリング - Google Patents

シ−ルリング

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JPS5974326A
JPS5974326A JP58168471A JP16847183A JPS5974326A JP S5974326 A JPS5974326 A JP S5974326A JP 58168471 A JP58168471 A JP 58168471A JP 16847183 A JP16847183 A JP 16847183A JP S5974326 A JPS5974326 A JP S5974326A
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seal ring
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lubricant
sealing
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エルンスト・バスネル
クラウス・レ−ネ
クラウス−ペ−タ−・マイエウスキ
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Goetzewerke Friedrich Goetze AG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシールリング、特に言えば内燃機関の関節接合
の排気管系のシールのためのシールリングのような、管
の関節継手のシールのためのシールリング、ただし、−
緒に圧縮成形を受けた繊維と潤滑剤を含有する材料から
成る、辷り面として働く外表面を少くとも１つ有するシ
ールリングに関する。
例えばＤＢ−ＧＭ　１７３６８４０によって、機関から
発せられる振動が伝達されることを防ぐため、排気管お
よび排気集合管の管端を関節で結合することが知られて
いる。そのためには既知の球面座方式の管結合装置が用
いられている。すなわち、管の結合個所は互に適合する
球面ないし球面の部分で構成され、これによりある程度
の角度変化が許される。つまりこの場合関節部で相対運
動が起って落付く。両管端の間に位置するシールリング
は管の関節継手の輪部に適合しなければならず、その外
表面の少くとも１つにおいて相手側と適合する球面ない
し球面の部分で成る輪郭をもち、かくして管系ｔこおけ
る辷る支持要素としての機能をもつ０ このようなシールリングはそれらの機能に応じ種々の辷
り材料で構成されているが、今日ＤＥ−０８２８２９３
３３、ＤＥ−ＰＳ　２８４５９４９あるいはＤＥ−Ｏ８
３１０７９２０から知られるところでは、比較的に繊維
長の長い金属繊維を内在させて強度をもたせた圧縮成形
の辷り材料が好んで用いらｎでいる。用いられる金属繊
維は、ＤＢ−ＰＳ　２８４５９４９によれば、リングが
十分な強度を持つため（こけしかるべく長い束状でなけ
ればならない。ＤＥ−Ｏ８２８２９３３３では同様目的
のため金属繊維で成る骨格が所要の形に巻かれあるいは
折畳まれた針金編物で成っており、この編物ζこ板状グ
ラファイトが積層されて希望の形に圧縮成形される。こ
の種のシールリングにおいては内在する針金編物が比較
的に剛であるのが欠点である。針金編物の丁度折目（こ
来る所では針金が折れてグラファイトの層を突き破るこ
とがありうる。その場合針金の先端によって管側の辷り
面に引掻き傷が生じうるし、その傷が原因となって管が
破損することにもなりうる。
それ故、ＤＥ−Ｏ８３１０７９２０の場合は針金編物を
内在させる代りに金属繊維のウールを内在させている。
かくすることにより、実質的に細い金属繊維を用いるこ
とができ、また、その金属繊維の方向が不規則であるこ
とにより繊維が突き出るおそれ、ないしはそれＱこよっ
てシール面に引掻き傷がつくおそれは太いに回避される
。
以上述べた３つの特許明細書で知られるシールリングの
いずれもが欠点とするのはその面倒な多段階で行われね
ばならない製造過程である。最初に金属の編物ないしは
金属繊維ウールの塊からシールリングの骨格が、場合に
よっては予備的圧縮によって形成された後に、場合によ
ってはサスペンションの状態のこともある固形の潤滑剤
による含浸および積層が行われ、その後始めて希望する
輪郭をもつよう型の中でのリングの圧縮成形が行われる
こととなる。
その製造過程（こ関係するが、潤滑剤はシールリングの
断面において不均一に分布することとなり、特にシール
リングの表面ζこおいてだけ層になって付着する形とな
る。それらの層は金属繊維の骨格との接着力が弱くまた
脆いので、砕は落ちたり弾は飛ぶことが起りうる。その
際あられになった繊維や針金は管のシール面に傷を生ぜ
しめうるし、その傷からかなり大きい腐食損傷が場合に
よっては生じうる。％（こ、繊維が比較的に長い故、機
関の運転中に繊維がその全長に亘ってほぐれ、その個所
を起点として漸次にシールリング全体の破壊（こ至るこ
とが起りうる。
本発明が基本的課題とするのは、シールリング、特に言
えば少くとも１つの辷り面として働く外表面を有する、
関節接合の排気管系のシールに特に適したシールリング
、ただし、簡単にまた安価に製造し得てまた十分な耐熱
、耐環境性および十分な強度をもち繊維のほぐれや繊維
と潤滑剤の破壊分離のおそれなしに特に内燃機関の排気
管系に用いられうるようなソールリング、を提供するこ
と（ζある。
本発明によればこの課題は比較的長さの短い繊維と潤滑
剤との混合体から圧縮成形ζこよりシールリングを得る
ことによって解決される。繊維はソールリングの使用条
件に応じて望むらくは平均長が約１ないし８間、平均直
径が０．０５ないし０．６藺のものとする。このような
大きさの繊維と通常は粉末状ないしフレーク状の潤滑剤
から１つの均一な混合体が簡単に作られる。シールリン
グの圧縮成形の際に、本発明により用いられる長さの短
い繊維は良好な強度をもった繊維フェルトを形成し、そ
の中の隙間に潤滑剤が均一に入り込む。
繊維としては金属繊維あるいは金属針金を用いるのが望
ましいが、原則上はその代りに無機物繊維あるいは耐熱
性の有機合成繊維を、あるいは種々の繊維を互に混合し
て用いることも可能である。
金属繊維としては、何よりもその耐食性の故に高合金鋼
の繊維を用いるのが望ましいが、原則上は普通鋼あるい
は低合金鋼；銅、アルミニウム、青銅あるいは黄銅の繊
維を単独あるいは混合して用いることができる。場合に
よっては金属繊維の少くともｌ剖のものに、望むらくは
ニッケル、銅および／あるいは錫；あるいはまた代替と
しての亜鉛およびアルミニウム、によるガルバニック被
覆を施すことができるが、これら金属は繊維を腐食から
特に良好に保護する一方、シールリングの成形における
高い圧縮圧力の下で塑性的に変形、流動し、その際個々
の繊維を互によりよく連ｉｉさぜる。
無機物繊維としてはセラミック繊維、グラスウール繊維
、スラグウール繊維あるいはロックウール繊維を単独で
あるいは混合して使用するのがよく、耐熱性有機合成繊
維ならはポリアミド、ポリアラミド（Ｐｏ　ｌｙａｒａ
ｍｉｄ　）、ポリイミドあるいＣまポリフロロカーボン
の繊維を単独にあるいは混合して用いるのがよい。場合
によって６１繊維の少くとも１部のものの表面を、繊維
同志および繊維と潤滑剤の接着をよりよくするために、
特Ｏこ言えばエツチング操作のような化学的操作で、あ
るいＡマ機械的操作で粗面化する。原則上はしかしなが
らなお、繊維の少くとも１部のものを有機ポリマーで被
覆するとか、化学的に、特に言えば燐酸塩被膜法によっ
て表面処理することにより、耐食性をよりよくしたり繊
維の連籏をよりよくしたりすることも出来る。
潤滑剤としては既知の粉状あるいはフレーク状の、特に
言えばグラファイト、窒化硼素、弗化カルシウム、辷り
′金属（Ｇｌｅｉｔｍｅｔａｌｌｅ　）、二硫化モリブ
デンあるいは雲母のような固形潤滑剤を単独であるいは
混合して用いるとよい。個々の使用目的１・こ応じ、用
いられる繊維と潤滑剤の混合体は１０ないし９０重量％
の繊維と１０ないし９０重量％の潤滑剤で成るものとす
る。
繊維と潤滑剤の混合物に添加物として、運転温度におい
て熱分解によりコークス状の分解生成物を作るような有
機物質を粉状ないし短繊維状の形で望むらくは約１０重
量％以下付加することができる。このような添加物とし
ては、分解により炭素繊維を生成し潤滑剤と同様に働く
こととなる短かいポリアクリルニ）　ＩＪル繊維がよい
。
なおまた、繊維と潤滑剤の混合物に望むらくは１０重叶
％１ソ、下の１，１軍転温１現において分解し、その際
その分解生成物が特に金属繊維と化学的に反応して表面
保護被膜あるいは辷り被膜を生成することとなるような
物質を含有させることができる。
そのような物質としてはチオ硫酸す）　ＩＪウム、炭化
硼素（Ｂ４Ｃ）および／あるいは弗化カルシウム・硼素
（Ｋａｌｃｉｕｍｂｏｒｆ］ｕｏｒｉｄ　）がよい０繊
維と潤滑剤の混合体にはまた、約２０重量％以下の、特
に言えばフェノール樹脂のように、圧縮成形時および／
あるいは高温下で硬化し、その際に構成要素間の結合を
よりよくするような固形の結合剤を含有させることがで
きる。
もし必要ならば繊維・潤滑剤の混合体に１００重量％以
下の粉末状ないし微細繊維状の固形の充填剤を加えるこ
とができる。そのような充填剤としては、望むらくは陶
土、珪藻土、石英砂、粘土あるいはガラス粉末のような
鉱物系の物質を用いるが、また、望むらくはアルミニウ
ム、鉄あるい（Ｊ銅から成る金属粉を単独であるいは混
合して用いることもできる。
本発明によるソ・−ルリングの場合、繊維、潤滑剤およ
び添加物を断面において一様ζこ分布させるのがよい。
繊維は剛性ある繊維フェルトを形成し、潤滑剤および添
加物によって一様ζことり囲まれる。
この種のリングを製造するには先ず個々の構成要素から
混合体を作り、その混合体に所要の形を与え、そして所
要の、大抵の場合２００ｔＬｌ下の高い圧縮力の下で希
望の形に圧縮成形する。
しかしながら、もし必要ならばシールリングにおいて辷
り面の領域において、単に静的な力を受けるシール面の
領域におけるより・も潤滑剤の割合を大きくすることも
できる０同様にまた本発明の考え方からすれば、静的な
力を受けるシール面の領域において他の領域におけるよ
りも繊維の割合を大きくすること、あるいはこの領域に
おいて個々の使用目的に応じて別種の繊維を入れ込むこ
とができる。さらＯこまた同様に、特に言えば結合剤あ
るいは充填剤のような添加物の割合を、シールリングの
中央付近の領域においてそれより外側の領域におけるよ
りも大きくすることができる。
そのような類のシールリングを製造するために（１、混
合比が互０こ異る繊に、（１、潤滑剤および添加物の混
合体を複数個作り、圧縮成形の際個々の構成要素の分布
が希望とうりになるように、それら混合体を型に注入す
れはよい。
本発明の−考え方によればこの種のリングを単一の混合
体から作ることもできる。この場合その混合体を自然の
形で型に注入して後、型の中で個々の構成要素の分布が
希望どうりであるような混合体の最終状態が得られるよ
うに、特に言えば遅動、回転および／あるいは磁力の下
にその混合体を置く０ 本発明によれば上記のようにして、特に言えば関節接合
される排気管系のシールに用いるシールリングを簡単で
また安価な方法で作りうる。従来の方法によればこのよ
うなシールリングでは一応十分な強度をもたせるために
は長い束状の繊維を用いなければならなかったことを考
えると、我々の発明によって、大抵の場合は僅かに１な
いし８闘という比較的短い繊維でも、このような使用目
的Ｏこ対して十分な強度をもつシーリングを得るのに全
く十分であることが判明したの（才画期的なことである
。まず繊維でリングの骨格を作り、その後にそれに潤滑
剤を含浸および積層しなければならないという従来の普
通の方法は不要となり、すべての構成要素を含む単一あ
るいは複数の混合体から、場合によっては一様ではない
構成要素分布をもた与せたシールリングを圧縮成形（こ
よって実質的Ｏこ１段階の操作で作り出せる。本発明Ｑ
こおいて用いら３する短い繊維は圧縮成形に際して繊維
のフェルトを形成しシールリングに十分な強度を与える
。この繊維のフェルトの上に潤滑剤および場合によって
は添加物が実質的により強固に結合し、またそわらが都
合よく分布する故に、そイｔらが破壊分離するおそれが
大巾に減少する。
本発明について以下３つの実施例と３つの図面をもって
なお詳細に説明する。
例１ 平均繊維長３闘平均直径０．１５藺の高合金鋼繊維と潤
滑剤としてのフレーク状グラファイトから出発する。画
構成要素は振動および攪拌の下で１°１の割合で互に混
合され、第１図に示すシールリング７の輪郭をもった型
の中で５０ｔの荷重の下で圧縮成形される。でき上った
シールリングを５００℃ζこおける耐熱性についておよ
びその強度について試験した。どちらの試験結果におい
ても良好な、排気管系の辷りシール要素として用いるに
適した値を得た。第１図（こおいて、７はシールリング
を示す。１は排気集合管、２は排気管で、その中を矢印
３の方向に排気が流れる。継手部分４で排気集合管１は
管端加工されて球面の１部５を形成している。排気管２
の管端６は円筒形である。シールリング７が両方の管の
間に組込まれており、その外表面の球面の１部をなす部
分ｌＯが辷り面であって排気集合管の加工された管端５
に適合させられている。シールリング７の中（こおいて
高合金鋼繊維１１は剛性ある繊維フェルトを形成してお
り、それにグラファイト１２が一様に入り込んでいる。
本発明によるシールリングを実地試験およびソミュレー
ションテストスタンドにおいて調べた。
その結果では表面領域での破壊分離による損傷も、また
材質の変化や腐食の兆候もなかった。
例２ 例１と同様の構成要素すなわち高合金鋼繊維とフレーク
状グラファイトから２つの混合体を作る。
その片方は１０重量％の高合金鋼繊維と９０重量％のフ
レーク状グラファイト、他方は９０重量％の高合金鋼繊
維と］０重量％のフレーク状グラファイトから成るもの
である。これら２つの混合体を相次いでプレス型の中に
注入するのであるが、この際グラファイトの割合の多い
混合体がシールリング】３に形成されるべき辷り面領域
にしかるべく位置されるようにする。シールリング］３
を圧縮成形した後、その技術上の特性、および実地試験
およびシミュレーションテストの結果は優秀な強度なら
びに耐熱性、耐食性を示した０第２図はこの例２による
シールリング１３を示す。辷り面領域１４では潤滑剤１
５の割合が大きく、それだけ繊維１６の割合は少くなっ
ており、それ故リング１３の辷り面領域１４は問題なく
辷る。シールリングの主として静的な力を受ける部分１
７では繊維１６の割合が大きく、それら繊維はフェルト
状に互に噛合っている。リングはこの領域において高い
強度をもっているが、しかしながらなお可撓性をもつの
で静的シール面に適合しうる。
例３ 繊維、潤滑剤、添加物の混合比の異る３種の混合体から
出発する。すなわち、 １、１０重量部の高合金鋼繊維（長さ３闘、直径０．１
５ｍ５） ９０重量部のフレーク状グラファイト、および ５重量部の千オ硫酸す）　ＩＪウム（微粒）２９０重量
部の高合金鋼繊維（長さ３　ｍｓ、直径０．１５藺） ３０重量部のフレーク状グラファイト ３０重量部の珪藻土（微粒） ５重量部のフェノール樹脂結合剤（微粒）３、９０重量
部の高合金鋼繊維（長さ３πＩ、直径０．１５闘） ２０重量部のポリアミド繊維（長さ３　ｍｓ、直径０．
１５問） ２０重量部のフレーク状グラファイト のそれぞれ混合体である。
これら３つの混合体を相前後して型の中に注入するので
あるが、この際混合体１が辷り領域、混合体２が中央核
部分、そして混合体３が静的な力をうけるシール面領域
にそれぞれ来てシールリングが形成されるようにする〇 技術的特性値の試験および実地試験の結果はこのシール
リングがよく目的に適することを示した。
第３図においてシールリングが３つのゾーン１９．２０
．２１に分れていることが知られる。ゾーン１９は混合
体１からできたもので、繊維２２の割合は少く潤滑剤２
３の割合は大きく、辷り面領域となっている。ゾーン２
０は中心核部分で、これは混合体２からできてい又、そ
の含有する結合剤の故に特に高い強度をもつ。
ゾーン２１は混合体３からできたもので、繊維２２の割
合が高くそして弾性あるポリアミド繊維を含んでいる故
（こ可撓性を温存しており、静的な力を受けるシール面
に適合しうる。
【図面の簡単な説明】
第１図は関節接合の排気管系に本発明によるシールリン
グを組込んだものの断面図である。 第２図および第３図は本発明（・こよる別の様式のシー
ルリング２種のそれぞれ断面図である。 １：排気集合管 ２：排気管 ３：排気流れ方向 ４：骨関節部 ５：１の管端部 ６：２の管端部 ７：シールリング（第１型） １０ニアの辷り面 １１：繊維（第１型） １２：グラファイト（第１型） １３：シールリング（第２型） ２１− １、４　：　１３の辷り面 １５：潤滑剤（第２型） １６：繊維（第２型） １７：１３の静的な力をうける部分 １８：シールリング（第３型） １９　：　］、　ｓの辷り面領域 ２０：１８の中心核部分 ２１：１８の静的な力をうけるシール面領域２２：繊維
（第３型） ２３：潤滑剤（第３型） ２２−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）−組番こ圧縮成形を受けた繊維上油滑剤とを含む
    辷り材料より成る、辷り面として働く外表面を少なくと
    も１つ有する、特に、内燃機関の関節接合の排気管系の
    シールのためのシールリングのような、管の関節継手の
    シールのためのシールリングであって、該繊維（１１Ｉ
    　］、　６　＋２２）が比較的に繊維長の短いものであ
    ることを特徴とするシールリング。 （２）　　用いられる繊維（］、　］１、　］、　６　
    、２２　＞の平均長は２藺と８藺の間にあり、平均直径
    は０．０５藺と０．６　ｍの間にあることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載のシールリング。 （３）シールリング（７，１３）が金属繊維、無機物繊
    維および／あるいは有機物繊維を単独であるいは混合で
    含有することを特徴とする特許請求の範囲第１項ｉｒ−
    、ノブ第２項に記載のシールリング。 （４）金属繊維（１１）が合金鋼および／あるいは普通
    鋼；銅、アルミニューム、青銅および／あるいは黄銅で
    成ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のシ
    ールリング。 （５）金属繊維（１１）の少くとも１部分が亜鉛、銅、
    錫および／あるいはアルミニュームの金属被覆を有する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のシール
    リング。 （６）無機物繊維（１１，１６，２２）がセラミック、
    グラスウール、スラグウールおよび／あるいはロックウ
    ールで成ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
    載のシールリング。 （力　有機物繊維（１，１、１６、２２）が耐熱性のポ
    リアミド、ポリアラミド、ポリイミド、ポリアクリルニ
    ドＩＪルおよび／あるいは弗素ポリマーの繊維で成るこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第３項番こ記載のシール
    リング。 （８）繊維（１１，１６，２２）の少くとも１部分の表
    面が化学的および／あるいは機械的方法で粗面化されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のシ
    ールリング。 （９）繊維（１１，１６，２２）の少くとも１部分の表
    面が有機質結合剤をベースとした有機物被覆を有するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のソールリ
    ング。 （１０）　　シールリング（７、１，３）が１０ないし
    ９０重量％の金属繊維、無機物繊維および／あるいは有
    機物繊維および９０ないし１０重量％の潤滑剤から、成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第９項の
    いずれかに記載のシールリング。 （１１）　　潤滑剤（１２，１５，２３）がフレーク状
    または粉末状のグラファイト；窒化硼素、弗化カルシウ
    ム、辷り金属、二硫化モリブデンおよび／あるいは雲母
    から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
    第１０項のいずれかｔこ記載のシールリング。 ０り　シールリング（７，１３）がなお付加的に、シー
    ルリングの使用温度において炭化を起し炭素繊維を形成
    するような有機質繊維を含有していることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項から第１１項のいずれかに記載の
    シールリング。 ０３）　　シールリング（７，１３）がなお付加的に１
    ０重量％以下のチオ硫酸ナトリウム、炭化４８Ｆ３素お
    よび／あるい（１弗化カルシウム、硼素を含有している
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第１２項の
    いずれかに記載のシールリング。 （１→　シールリング（７，１３）がなお付加的に２０
    重量％以下の、圧力および／あるいは高温の下で硬化す
    るような結合剤を含有していることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項から第１３項のいずれかζこ記載のシー
    ルリング。 （Ｉ５）　　シールリング（７，１３）が１００重量％
    以下の、無機物および／あるいは金属からできた粉末状
    ないし微細繊維状の充填剤を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第１項から第１４項のいずれかに記載のシー
    ルリング。 （１６）繊維（１１）、潤滑剤（１２）および場合によ
    っては添加物がシールリング（７）の断面全体に一様に
    分布していることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
    ら第１５項のいずれかに記載のシールリング。 （１′０　　潤滑剤（１５）の割合がシールリング（１
    ３）の辷り面領域（１４）において、シールリング（１
    ３）の単に静的な力を受ける領域（１７）におけるより
    は犬となっていることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項から第１４項のいずれかに記載のシールリング。 （Ｉ８１　　シールリングが軸方向ｔこ少くとも２つの
    ゾーン（１９、２０、２］、　）に分れており、それら
    ゾーンにおいて繊維（２２）、潤滑剤（２３）および場
    合によっては添加物の割合が相異っていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１７項に記載のシールリング。 （Ｉ’ｌｌ　　軸方向に６分れて並ぶゾーン（１９，２
    ０゜２１）の境界部において、それらゾーンにおける繊
    維（２２）、潤滑剤（２３）および場合によっては添加
    物の割合が互に混合した領域が存在することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１６項または第１７項に記載のシー
    ルリング。
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