JP2012107686A - 球帯状シール体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円筒内面39、部分凸球面状面40並びに部分凸球面状面40の大径側及び小径側の環状端面41及び42により規定された球帯状基体43と、球帯状基体43の部分凸球面状面40に一体的に形成された外層44とを備えた、排気管継手に用いられる球帯状シール体45であって、球帯状基体43は、金網からなる球帯状基体用の補強材と、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球帯状基体用の耐熱材とを具備している。
【選択図】図1
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30分間反応を行う。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10分間撹拌して吸引濾過するという洗浄作業を2回繰返し、酸処理黒鉛粉末から硫酸分を充分除去する。ついで、硫酸を充分除去した酸処理黒鉛粉末を乾燥炉で乾燥し、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材II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材IIIとする。
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、鉄線(JISG3532)もしくは亜鉛メッキ鋼線(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2本以上を使用して織ったり編んだりして形成される織組金網又は編組金網が使用されて好適である。
固体潤滑剤は、摺動性の向上のために球帯状シール体の外層に使用されて好適であって、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」と略称する。)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。
<外層形成部材I及びその製造方法>
線径が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2.5〜3.5mm、横1.5〜1.5mm程度(図6参照)の円筒状編組金網(図25参照)からなる外層用の補強材15の二つの層間としての内部に、該円筒状編組金網の直径(内径)の長さよりも小さい長さ(幅)に形成した外層用の耐熱材14を連続的に挿入し、耐熱材14を挿入した補強材15をその挿入開始端から平滑な外周面を有する一対の円筒ローラ16及び17間の隙間Δ3に供給して耐熱材14の厚さ方向に加圧(図19及び図20参照)し、外層用の補強材15の金網の網目に外層用の耐熱材14を密に充填すると共に補強材15の一部18が耐熱材14からなる面19と共に露出し、その他の部分が耐熱材14に埋設するように互いに圧着して、表面に外層用の補強材15からなる面と外層用の耐熱材14からなる面とが混在して露出した扁平状の外層形成部材20(図21参照)を形成する。
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。
球帯状基体用の耐熱材として、密度0.3Mg/m3、厚さ1.35mmを有する膨張黒鉛シート(耐熱材I)を準備した。
球帯状基体用の耐熱材として、密度0.5Mg/m3、厚さ1.35mmを有する膨張黒鉛シート(耐熱材I)を準備した。
球帯状基体用の耐熱材として、密度0.5Mg/m3、厚さ1.35mmを有し、燐酸塩として第一燐酸アルミニウムを4質量%含有する膨張黒鉛シート(耐熱材II)を準備した。
球帯状基体用の耐熱材として、密度0.5Mg/m3、厚さ1.40mmを有し、燐酸塩として第一燐酸アルミニウムを4質量%及び五酸化燐を1質量%含有する膨張黒鉛シート(耐熱材III)を準備した。
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4mm、横5mmの円筒状編組金網を作製し、これを一対のローラ間に通して帯状金網とし、これを球帯状基体用の補強材とした。耐熱材として、密度1.12Mg/m3、厚さ0.38mmの膨張黒鉛シートを使用した。耐熱材をうず巻き状に一周分捲回したのち、耐熱材の内側に球帯状基体用の補強材を重ね合わせ、うず巻き状に捲回して最外周に耐熱材を配して筒状母材を作製した。この筒状母材においては、耐熱材の幅方向の両端部はそれぞれ球帯状基体用の補強材の幅方向に突出(はみ出し)している。
試験条件
コイルバネによる押圧力(スプリングセットフォース)760N
回転角 ±0.05° ±0.1° ±0.2° ±0.3° ±0.5°
加振周波数 20Hz
温度(図30及び図31に示す凹球面部302の外表面温度) 室温(25℃)、200℃〜500℃までは100℃ごとに上昇
試験時間 8時間を1サイクルとして3サイクル実施
フランジ材質 (1)鋳物製フランジ(図30に示す排気管球面継手のフランジ200)
(2)板金製フランジ(図31に示す排気管球面継手のフランジ200)
相手材(図30及び図31に示す径拡大部301の材質) SUS409
図30又は図31に示す排気管球面継手において、上流側排気管100を固定すると共に、球帯状シール体45又は45aの外層44の平滑な面51又は54と該面51又は54が摺動自在に接触する径拡大部の凹球面部302とを固定し、下流側排気管200を管軸回りに揺動回転させることにより、球帯状シール体45又は45aの部分凸球面状面40の大径側の環状端面41と上流側排気管100に立設されたフランジ200との間でのみ揺動回転させ、当該間の摺動部位での摩擦異常音の発生の有無を確認する。摩擦異常音の発生の有無の確認は、室温、200℃、300℃、400℃及び500℃の5回行った。
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と判定した。
<試験条件>
コイルばねによる押圧力(スプリングセットフォース):760N
加振角度:±3°
加振周波数(揺動速度):12Hz
温度(図29及び図30に示す凹球面部302の外表面温度):室温(25℃)〜500℃
試験時間 8時間を1サイクルとして3サイクル実施
相手材(図30及び図31に示す径拡大部301の材質) SUS409
室温(25℃)において12Hz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、3サイクル(24時間後)経過した時点でのガス漏れ量(l(リットル)/30sec)と試験前のガス漏れ量とを測定した。
図30又は図31に示す排気管球面継手の一方の上流側排気管100の開口部を閉塞し、他方の下流側排気管200側から、10kPa(0.1kgf/cm2)の圧力で乾燥空気を流入し、環状端面41と上流側排気管100に立設されたフランジ200との接触部からのガス漏れ量を流量計にて、(1)試験初期(試験開始前)及び試験後の2回測定した。
表中の「露出面積率」は、球帯状シール体の部分凸球面状面の大径側の環状端面において、補強材からなる面の面積割合であり、回転角のaは、板金製のフランジ、bは鋳物製のフランジであり、以下の表2乃至表5においても同様である。
2 球帯状基体用の補強材
11 複合シート材
13 筒状母材
14 外層用の耐熱材
15 外層用の補強材
20 外層形成部材
30 予備円筒成形体
37 金型
38 貫通孔
39 円筒内面
40 部分凸球面状面
41 大径側の環状端面
42 小径側の環状端面
43 球帯状基体
44 外層
45、45a 球帯状シール体
Claims (14)
- 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た、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、金網からなる球帯状基体用の補強材と、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球帯状基体用の耐熱材とを具備しており、該球帯状基体の円筒内面及び部分凸球面状面の大径側の環状端面は、球帯状基体用の耐熱材からなる面と、当該耐熱材からなる面と面一となっていると共に球帯状基体用の補強材からなる面とを含んでおり、球帯状基体用の耐熱材からなる面及び球帯状基体用の補強材からなる面は、該球帯状基体の円筒内面及び部分凸球面状面の大径側の環状端面において混在一体化されており、球帯状基体用の補強材からなる面は、該球帯状基体の円筒内面及び部分凸球面状面の大径側の環状端面において球帯状基体用の耐熱材からなる面に対して点在していることを特徴とする球帯状シール体。
- 部分凸球面状面の大径側の環状端面において、球帯状基体用の補強材からなる前記面は、5〜40%の面積割合をもって点在している請求項1に記載の球帯状シール体。
- 円筒内面において、球帯状基体用の補強材からなる前記面は、5〜40%の面積割合をもって点在している請求項1又は2に記載の球帯状シール体。
- 外層は、膨張黒鉛を含む外層用の耐熱材と金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて外層用の補強材の金網の網目に外層用の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り、該外層の外表面は、外層用の補強材からなる面と外層用の耐熱材からなる面とが混在した平滑な面に形成されている請求項1から3のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
- 外層は、膨張黒鉛を含む外層用の耐熱材と、固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて外層用の補強材の金網の網目に固体潤滑剤及び外層用の耐熱材が充填されて当該固体潤滑剤及び耐熱材と外層用の補強材とが混在一体化されてなり、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混在した平滑な面に形成されている請求項1から3のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
- 固体潤滑剤は、六方晶窒化硼素23〜57質量%、アルミナ水和物5〜15質量%及び四ふっ化樹脂33〜67質量%を含む潤滑組成物からなる請求項5に記載の球帯状シール体。
- 球帯状基体用の耐熱材及び外層用の耐熱材は、燐酸塩を1.0〜16.0質量%と膨張黒鉛とを含んでいる請求項1から6のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
- 球帯状基体用の耐熱材及び外層用の耐熱材は、更に燐酸を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。
- 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って規定される球帯状基体と、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球帯状シール体の製造方法であって、
(a)密度αが0.3〜0.9Mg/m3の膨張黒鉛シートからなる球帯状基体用の耐熱材を準備する工程と、
(b)金属細線を織ったり編んだりして得られる金網からなる球帯状基体用の補強材の二つの層間に該球帯状基体用の耐熱材を挿入し、当該耐熱材を挿入した補強材を耐熱材の厚さ方向に加圧し、球帯状基体用の補強材の金網の網目に球帯状基体用の耐熱材を密に充填すると共に球帯状基体用の補強材の一部を露出させて耐熱材中に当該補強材を埋設するように互いに圧着して、球帯状基体用の耐熱材と球帯状基体用の補強材とが圧縮されていると共に球帯状基体用の耐熱材からなる面と球帯状基体用の補強材からなる面とが面一となっている表面と該補強材の両側において耐熱材が充填されていない部分とを有している扁平状の複合シート材を形成する工程と、
(c)扁平状の複合シート材を円筒状に数回捲回して筒状母材を形成する工程と、
(d)密度αが1.0〜1.5Mg/m3の膨張黒鉛シートからなる外層用の耐熱材を準備する工程と、
(e)金属細線を織ったり編んだりして得られる金網からなる二つの層を有した外層用の補強材を準備し、この補強材の二つの層間に外層用の耐熱材を挿入し、当該耐熱材を挿入した外層用補強材を当該耐熱材の厚さ方向に加圧し、外層用の補強材の金網の網目に外層用の耐熱材を充填して、表面に外層用の補強材からなる面と外層用の耐熱材からなる面とが混在して露出した扁平状の外層形成部材を形成する工程と、
(f)前記筒状母材の外周面に前記外層形成部材を捲回して予備円筒成形体を形成する工程と、
(g)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、金網からなる球帯状基体用の補強材と、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球帯状基体用の耐熱材とを具備しており、該球帯状基体の円筒内面及び部分凸球面状面の大径側の環状端面は、球帯状基体用の耐熱材からなる面と、当該耐熱材からなる面と面一となっていると共に球帯状基体用の補強材からなる面とを含んでおり、球帯状基体用の耐熱材からなる面及び球帯状基体用の補強材からなる面は、該球帯状基体の円筒内面及び部分凸球面状面の大径側の環状端面において混在一体化されており、球帯状基体用の補強材からなる面は、該球帯状基体の円筒内面及び部分凸球面状面の大径側の環状端面において球帯状基体用の耐熱材からなる面に対して点在しており、外層は、膨張黒鉛を含む外層用の耐熱材と金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて外層用の補強材の金網の網目に外層用の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り、該外層の外表面は、外層用の補強材からなる面と外層用の耐熱材からなる面とが混在した平滑な面に形成されていることを特徴とする球帯状シール体の製造方法。 - 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って規定される球帯状基体と、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球帯状シール体の製造方法であって、
(a)密度αが0.3〜0.6Mg/m3の膨張黒鉛シートからなる球帯状基体用の耐熱材を準備する工程と、
(b)金属細線を織ったり編んだりして得られる金網からなる球帯状基体用の補強材の二つの層間に該球帯状基体用の耐熱材を挿入し、当該耐熱材を挿入した補強材を耐熱材の厚さ方向に加圧し、球帯状基体用の補強材の金網の網目に球帯状基体用の耐熱材を密に充填すると共に球帯状基体用の補強材の一部を露出させて耐熱材中に当該補強材を埋設するように互いに圧着して、球帯状基体用の耐熱材と球帯状基体用の補強材とが圧縮されていると共に球帯状基体用の耐熱材からなる面と補強材からなる面とが面一となっている表面と該補強材の両側において耐熱材が充填されていない部分とを有している扁平状の複合シート材を形成する工程と、
(c)扁平状の複合シート材を耐熱材からなる面と補強材からなる面とが面一となっている表面を外側にして円筒状に数回捲回して筒状母材を形成する工程と、
(d)密度αが1.0〜1.5Mg/m3の膨張黒鉛シートからなる外層用の耐熱材を準備し、該外層用の耐熱材の一方の表面に固体潤滑剤の水性ディスパージョンを適用し、乾燥して該外層用の耐熱材の表面に固体潤滑剤の被覆層を形成する工程と、
(e)金属細線を織ったり編んだりして得られる金網からなる二つに層を有した外層用の補強材を準備し、この補強材の二つの層間に、固体潤滑剤の被覆層が形成された耐熱材を挿入し、当該耐熱材を挿入した外層用の補強材を加圧し、外層用の補強材の金網の網目に外層用の耐熱材と該耐熱材の表面に形成された固体潤滑剤の被覆層とを充填して、表面に外層用の補強材からなる面と固体潤滑剤の被覆層からなる面とが混在して露出した扁平状の外層形成部材を形成する工程と、
(f)前記筒状母材の外周面に前記外層形成部材をその固体潤滑剤の被覆層を外側にして捲回して予備円筒成形体を形成する工程と、
(g)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、金網からなる球帯状基体用の補強材と、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球帯状基体用の耐熱材とを具備しており、球帯状基体用の耐熱材からなる面及び球帯状基体用の補強材からなる面は、該球帯状基体の円筒内面及び部分凸球面状面の大径側の環状端面において混在一体化されており、球帯状基体用の補強材からなる面は、該球帯状基体の円筒内面及び部分凸球面状面の大径側の環状端面において球帯状基体用の耐熱材からなる面に対して点在しており、外層は、膨張黒鉛を含む外層用の耐熱材と、固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて外層用の補強材の網目に固体潤滑剤及び外層用の耐熱材が充填されて当該固体潤滑剤及び外層用の耐熱材と外層用の補強材とが混在一体化されてなり、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混在した平滑な面に形成されていることを特徴とする球帯状シール体の製造方法。 - 固体潤滑剤の水性ディスパージョンは、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した水素イオン濃度が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%を含む潤滑組成物を固形分として含む水性ディスパージョンである請求項10に記載の球帯状シール体の製造方法。
- 該球帯状基体の円筒内面において、球帯状基体用の補強材からなる前記面は、5〜40%の面積割合をもって点在している請求項9から11のいずれか一項に記載の球帯状シール体の製造方法。
- 球帯状基体用の耐熱材及び外層用の耐熱材は、燐酸塩1.0〜16.0質量%と膨張黒鉛とを含んでいる請求項9から12のいずれか一項に記載の球帯状シール体の製造方法。
- 球帯状基体用の耐熱材及び外層用の耐熱材は、更に燐酸を0.05〜5.0質量%含んでいる請求項13に記載の球帯状シール体の製造方法。
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