JP4953222B2

JP4953222B2 - 球帯状シール体

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Publication number: JP4953222B2
Application number: JP2005148732A
Authority: JP
Inventors: 白石　　隆; 康則村上; 貴寿宮部; 剛古城戸; 講平黒瀬
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Oiles Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Oiles Corp
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: JP2006322601A

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。

特公昭５８−２１１４４号公報特開昭５８−２４６１９号公報

自動車用エンジンの排気ガスは、図１５に示すように一般的にエキゾーストマニフォールド６００に導かれ、キャタリススティングコンバーター６０１、エキゾーストパイプ６０２、プリチャンバー６０３、サイレンサー６０４を経てテールパイプ６０５より大気中に放出されるが、この排気系部品は、エンジン６０６のロール挙動及び振動などにより繰返し応力を受ける。とくに高速回転で高出力エンジンの場合は、排気系部品に加わる応力はかなり大きなものとなる。したがって、排気系部品の疲労破壊を招く虞がある。またエンジン振動が排気系部品を共振させ車室内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球面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。

この球面管継手に使用される球帯状シール体としては、特許文献１に開示されたシール体がある。このシール体は耐熱性を有し、相手材とのなじみ性に優れ、また衝撃強度も著しく改善されているという利点を有する反面、乾燥摩擦条件下の摩擦においては往々にして摩擦異音を発生するという欠点がある。このシール体の欠点は、該シール体を形成する耐熱材料（膨張黒鉛など）の静止摩擦係数と動摩擦係数との差が大きいこと、及びこの耐熱材料からなるシール体がすべり速度に対して負性抵抗（すべり速度が増加すると摩擦係数が減少する現象）を示すこと、などが原因として考えられる。

上記シール体の欠点を解消するものとして、特許文献２に開示されたシール体がある。このシール体は、膨張黒鉛、雲母、石綿の１種又は２種以上を混合した耐熱材料を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補強材と一緒に造形して得られるシール体であって、該シール体の表面には四ふっ化エチレン樹脂あるいは四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体からなる潤滑組成物が被着形成されたものである。このシール体は表面に被着形成された潤滑組成物が、摩擦係数の低減、母材を形成する耐熱材料の相手材表面への移着防止、静止摩擦係数と動摩擦係数との差の縮小、などの作用効果を発揮するほか、四ふっ化エチレン樹脂はすべり速度に対する摩擦抵抗が負性抵抗を示さないので、上述した効果と相俟って「付着−すべり」に基づく自励振動の発生を抑え、異常音の発生防止に貢献するという効果を有するものである。

上記特許文献２に開示されたシール体は前記特許文献１に開示されたシール体の問題を解決するものであるが、特許文献２に開示されたシール体の適用可能な雰囲気温度は表面に被着形成された潤滑組成物の耐熱性に委ねられ、自ずから３００℃前後の雰囲気温度での使用に制限されるという問題と、自動車排気管の球面管継手に組み込まれて使用された場合、排気管を流動する排気ガスの熱の作用により、シール体の表面に被着形成された潤滑組成物が溶融し、エンジン停止後の排気管冷却時に溶融した潤滑組成物が相手材表面に固着し、当該球面管継手の相対角変位を阻害するという問題がある。

この相手材表面への固着現象は、とくにシール体の表面に被着形成された潤滑組成物を溶融させるような排気管の温度条件であって球面管継手に加わる相対角変位が小さい部位への適用において顕著に生じる。このような固着現象を生じると、球面管継手の初期の目的を達成し難いばかりか、エンジンの再始動後に大きな相対角変位が球面管継手に加わると、固着現象の解消に基づく大きな異常音（異常摩擦音）を発生させるという問題を惹起することになる。

本発明は前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、表面での保持性に優れた外層とし得、排気ガスの熱の作用による外層の相手材表面への固着現象を回避し、異常音（異常摩擦音）の発生がない球帯状シール体を提供することにある。

本発明の球帯状シール体は、円筒内面と部分凸球面状面と部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状端面と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外部に露出した部分凸球面状外面を有した外層とを備えた、とくに排気管継手に用いられるものであって、球帯状基体は、圧縮された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圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材とを含んでおり、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材と、該耐熱材及び補強材と一体化されていると共に黒鉛粉末を1〜１５重量％の割合で含有する焼成されたふっ素樹脂組成物とを有しており、外層のその外部に露出した部分凸球面状外面は、前記黒鉛粉末を１〜１５重量％の割合で含有する焼成されたふっ素樹脂組成物の平滑な面となっている。

本発明の球帯状シール体によれば、相手材と摺接する部分凸球面状外面は、黒鉛粉末を１〜１５重量％の割合で含有する焼成されたふっ素樹脂組成物の平滑な面となっている結果、部分凸球面状外面での該外層の排気ガスの熱の作用による溶融現象を回避し得る。また外層のその外部に露出した部分凸球面状外面と相手材表面との摺動摩擦において、ふっ素樹脂組成物に含有された黒鉛粉末の潤滑被膜が相手材表面に形成される結果、排気管の球面管継手部位の雰囲気温度が４５０℃の温度を超えて外層のふっ素樹脂が消失した場合においても、外層の耐熱材は相手材表面に形成された潤滑被膜との摺動摩擦に移行するため、球面管継手部位の相対角変位は異常摩擦音を発生することなく許容される。

ふっ素樹脂に含有される黒鉛粉末は、部分凸球面状外面と相手材との摺動摩擦において相手材表面に潤滑被膜として形成され、部分凸球面状外面と相手材表面との摺動摩擦面に介在して異常音の発生を防止する役割を果たす。ふっ素樹脂に対する配合割合が１重量％未満では、上記した効果が発揮されず、また１５重量％を超えて配合すると、ふっ素樹脂の潤滑性を損なうと共に、後述する製造方法における被覆操作に不具合を生じる。したがって、ふっ素樹脂に対する黒鉛粉末の配合割合は１〜１５重量％、好ましくは３〜１０重量％、さらに好ましくは４〜８重量％である。

本発明の球帯状シール体においては、球帯状基体の膨張黒鉛からなる耐熱材が円筒内面において露出していてもよく、斯かる球帯状シール体によれば、当該球帯状シール体が排気管の外面に固定された際には、球帯状基体の円筒内面と排気管の外面との間の密封性が円筒内面の膨張黒鉛からなる耐熱材により高められるので、当該接触面を介する排気ガスの漏洩を極力防ぐことができる。

本発明の球帯状シール体は、球帯状基体の金網からなる補強材が円筒内面において露出していてもよく、斯かる球帯状シール体によれば、当該球帯状シール体が排気管の外面に嵌合固定された際には、円筒内面と排気管の外面との間の摩擦が円筒内面における金網からなる補強材により高められ、結果として球帯状シール体が排気管の外面に強固に固定されることになる。

本発明において、ふっ素樹脂は、四ふっ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略称する）、四ふっ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下、ＰＦＡと略称する）、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（以下、ＦＥＰと略称する）及びエチレン−四ふっ化エチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと略称する）から選択されるとよい。

本発明によれば、部分凸球面状外面は、黒鉛粉末を１〜１５重量％の割合で含有する焼成されたふっ素樹脂の平滑な面となっている結果、部分凸球面状外面での該外層の排気ガスの熱の作用による溶融現象を回避し得、また外層のその外部に露出した部分凸球面状外面と相手材表面との摺接において、ふっ素樹脂に含有された黒鉛粉末の潤滑被膜が相手材表面に形成される結果、球面管継手部位の相対角変位は異常摩擦音を発生することなく許容されることになる球帯状シール体を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態の例を図に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。

＜耐熱シート材について＞
耐熱シート材には、膨張黒鉛からなる耐熱シート材が使用される。膨張黒鉛は、米国ユニオンカーバイド社製の「グラフォイル（商品名）」あるいは日本カーボン社製の「ニカフィルム（商品名）」など、厚さが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍのシート状のもの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若しくはＳＵＳ３１６又はフェライト系のＳＵＳ４３０等のステンレス鋼線又は鉄線（ＪＩＳ−Ｇ−３５３２）もしくは亜鉛メッキ鉄線（ＪＩＳ−Ｇ−３５４７）、また銅系として銅−ニッケル合金（白銅）、銅−ニッケル−亜鉛合金（洋白）、黄銅、ベリリウム銅からなる線径０．１０〜０．３２ｍｍ程度の細線材を１本又は２本以上使用して織ったり、編んだりして形成された網目３ｍｍ〜６ｍｍ程度の金網を使用して好適である。

＜ふっ素樹脂について＞
被覆層を形成するふっ素樹脂組成物としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ及びＥＴＦＥから選択され、これらふっ素樹脂に対し、１〜１５重量％、好ましくは３〜１０重量％、さらに好ましくは４〜８重量％の割合で黒鉛粉末が含有される。

＜球帯状シール体の製造方法について＞
（第一工程）図３に示すように、金属細線を円筒状に編んで形成された筒状金網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又は金属細線を織ったり、編んだりすることによって直接形成される帯状金網４を所定の幅Ｄと長さＬとに切断した補強材５を準備する。

（第二工程）図４に示すように、補強材５の幅Ｄに対して１．１×Ｄから２．１×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を有するように切断された膨張黒鉛からなる耐熱シート材６を準備する。

（第三工程）後述する球帯状シール体３０（図１参照）において部分凸球面状面２９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に全体的に耐熱材が露出するようにすべく、図５に示すように、部分凸球面状面２９の大径側の環状端面３１となる補強材５の幅方向の少なくとも一方の端縁７から０．１×Ｄから０．８×Ｄだけ耐熱シート材６が幅方向にはみ出すと共に端縁７からの耐熱シート材６の幅方向のはみ出し量δ１が部分凸球面状面２９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０．３０×Ｌから１．７０×Ｌだけ耐熱シート材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に対応する耐熱シート材６の長さ方向の端縁１１とを実質的に一致させて、補強材５と耐熱シート材６との幅方向及び長さ方向を合致させて当該補強材５と耐熱シート材６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６に示すように耐熱シート材６を内側にしてうず巻き状であって耐熱シート材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シート材６が露出した筒状母材１３を形成する。耐熱シート材６としては、筒状母材１３における耐熱シート材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７に示すように、耐熱シート材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、また耐熱シート材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）前記耐熱シート材６と同様であるが、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８に示すような耐熱シート材６を別途用意する。一方、前記第一工程で説明したように、金属細線を編んで筒状金網１を形成したのち、これをローラ２及び３間に通して作製した帯状金網４からなる補強材５を別に準備し、図９に示すように補強材５内に上記の別途用意した耐熱シート材６を挿入する。一方、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ及びＥＴＦＥから選択されるふっ素樹脂の水性ディスパージョン（固形分６０％、水分４０％）１００重量部に対して０．６〜１０．６重量部の割合で黒鉛粉末を含有したふっ素樹脂組成物の水性ディスパージョン（コーティング材：ふっ素樹脂８５〜９９重量％、黒鉛粉末１〜１５重量％）を作製し、該水性ディスパージョンを刷毛塗り、ローラ塗り、スプレー等の手段で、図８に示す耐熱シート材６と同様の寸法を有するようにして更に別途準備された耐熱シート材６の一方の表面に被覆し、斯かる水性ディスパージョン（コーティング材）が被覆された耐熱シート材６をふっ素樹脂の融点以上の温度であって分解点以下の温度で５分間ないし１０分間焼成し、図１０に示すようにふっ素樹脂組成物が焼成されてなる被覆層１４を耐熱シート材６に形成する。一方の表面に被覆層１４が形成された耐熱シート材６を、図９に示すように該被覆層１４が形成された面と反対側の面を前述した内部に耐熱シート材６が挿入された帯状金網４からなる補強材５と接触するようにして当該補強材５に重ね合わせると共にこれらを図１１に示すように、ローラ１５及び１６間に通して一体化させ、別の耐熱シート材６と該別の耐熱シート材６を覆って配した帯状金網４からなる別の補強材５と表面にふっ素樹脂組成物からなる被覆層１４を有する耐熱シート材６とからなる外層形成部材１７を形成する。

（第六工程）このようにして得た外層形成部材１７を前記筒状母材１３の外周面に捲回し、図１２に示すような予備円筒成形体１８を作製する。

（第七工程）内面に円筒壁面２０と円筒壁面２０に連なる部分凹球面壁面２１と部分凹球面壁面２１に連なる貫通孔２２とを備え、貫通孔２２に段付きコア２３を嵌挿することによって内部に円筒中空部２４と該円筒中空部２４に連なる球帯状中空部２５とが形成された図１３に示すような金型２６を準備し、該金型２６の段付きコア２３に予備円筒成形体１８を挿入する。

金型２６の円筒中空部２４及び球帯状中空部２５に位置せしめられた予備円筒成形体１８をコア軸方向に１トン／ｃｍ^２〜３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２７を有すると共に円筒内面２８と部分凸球面状面２９と部分凸球面状面２９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２９に一体的に形成された外層３４とを備えた球帯状シール体３０を作製する。

この圧縮成形により、球帯状基体３３は、耐熱シート材６からなる耐熱材と帯状金網４からなる補強材５とが圧縮され、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、圧縮された帯状金網４からなる補強材５と、この補強材５の帯状金網４の網目を充填し、かつこの補強材５と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材とを有しており、外層３４は、耐熱シート材６が圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された帯状金網４からなる補強材と、この補強材５及び耐熱材と一体化されたふっ素樹脂組成物とを有しており、外層３４において外部に露出した部分凸球面状外面３５は、被覆層１４のふっ素樹脂組成物を含む平滑な面に形成されており、貫通孔２７を規定する円筒内面２８には、圧縮された耐熱シート材６からなる球帯状基体３３の耐熱材が露出して形成される。

上述した方法によって作製された図１に示す球帯状シール体３０において、耐熱シート材６は、内部構造を形成する帯状金網４からなる補強材５と絡み合って一体となっており、部分凸球面状外面３５は、被覆層１４のふっ素樹脂組成物を含む平滑な面に形成されていると共に部分凸球面状面２９の大径側の環状端面３１及び小径側の環状端面３２は、補強材５からはみ出した耐熱シート材６が曲折されかつ展延されることによって膨張黒鉛からなる耐熱材でもって形成されている。

第四工程において、重合体１２を耐熱シート材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の金網からなる補強材５が円筒内面２８において部分的に露出している球帯状シール体３０を製造することができる。

球帯状シール体３０は、例えば図１４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１４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３０が貫通孔２７を規定する円筒内面２８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３０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と相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３０の部分凸球面状外面３５に摺接されている。

図１４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、斯かる排気管球面継手は、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３０の部分凸球面状外面３５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なっている。

次に、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に何等限定されないのである。

＜実施例１〜３＞
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２本使用して網目３ｍｍの円筒状編組金網を作製し、これをローラ間に通して帯状金網とし、これを補強材とした。耐熱シート材として厚さ０．３８ｍｍの膨張黒鉛シート（日本カーボン社製「ニカフィルム（商品名）」を使用した。耐熱シート材をうず巻き状に一周分捲回したのち、耐熱シート材の内側に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シート材を位置させた筒状母材を作製した。この筒状母材においては、耐熱シート材の幅方向の両端部はそれぞれ補強材の幅方向に突出している。

上記と同様の金属細線を１本使用して、網目が３ｍｍの円筒状編組金網を作製し、これをローラ間に通して帯状金網とした。上記と同様の耐熱シート材を別途準備し、該耐熱シート材を該帯状金網内に挿入した。上記と同様の耐熱シート材を別途準備し、該耐熱シート材の一方の表面に、ふっ素樹脂としてＰＴＦＥ〔ダイキン工業社製「ポリフロン（商品名）」〕の水性ディスパージョン（固形分６０％）を使用し、この水性ディスパージョン１００重量部に対し黒鉛粉末をａ：２重量部（実施例１）、ｂ：５重量部（実施例２）、ｃ：７重量部（実施例３）の割合で分散含有させたＰＴＦＥ組成物（固形分としてａ：黒鉛粉末３．２重量％、ＰＴＦＥ９６．８重量％、ｂ：黒鉛粉末７．７重量％、ＰＴＦＥ９２．３重量％、ｃ：黒鉛粉末１０．４重量％、ＰＴＦＥ８９．６重量％）の水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返してＰＴＦＥ組成物の被覆層を形成した。ついで、これをＰＴＦＥの融点（３２７℃）以上の３４０℃の温度で１０分間焼成し、耐熱シート材の一方の表面に厚さ１２μｍのＰＴＦＥ組成物の被覆層を形成した。

被覆層を有する耐熱シート材を、前記内部に耐熱材を保持した帯状金網の上に該被覆層を上方に向けて重ね合わせたのち、これらをローラ間に通して一体化した外層形成部材を作製した。

前記筒状母材の外周面に、上記外層形成部材を被覆層を外側にして捲回して予備円筒成形体を作製した。この予備円筒成形体を図１３に示す金型の段付きコアに挿入し、該予備円筒成形体を金型の中空部に位置させた。

金型の中空部に位置させた予備円筒成形体をコア軸方向に２トン／ｃｍ^２の圧力で圧縮成形し、中央部に貫通孔を有すると共に円筒内面と部分凸球面状面と部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状端面とにより規定された球帯状基体と、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球帯状シール体を作製した。

この圧縮成形により、球帯状基体は、耐熱シート材からなる耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮され、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、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材とを有しており、外層は、圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材と、この補強材及び耐熱材と一体化された黒鉛粉末を含有したＰＴＦＥ組成物とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状外面は、焼成された前記ＰＴＦＥ組成物を含む平滑な面となり、貫通孔を規定する円筒内面は、球帯状基体の圧縮された耐熱材が露出した面となり、部分凸球面状外面の大径側及び小径側の環状端面には、耐熱シート材において補強材から幅方向にはみ出した部分が曲折されかつ展延されて得られた耐熱材が露出している。

＜実施例４＞
前記実施例と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、ふっ素樹脂としてＦＥＰ〔ダイキン工業社製「ネオフロンＦＥＰ（商品名）」〕の水性ディスパージョン（固形分６０％）を使用し、この水性ディスパージョン１００重量部に対し黒鉛粉末を５重量部の割合で分散含有させたＦＥＰ組成物（固形分として黒鉛粉末７．７重量％、ＦＥＰ９２．３重量％）の水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返してＦＥＰ組成物の被覆層を形成した。ついで、これをＦＥＰの融点（２７０℃）以上の３４０℃の温度で１０分間焼成し、耐熱シート材の一方の表面に厚さ１２μｍの焼成されたＦＥＰ組成物の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。

このものの球帯状基体は、耐熱シート材からなる耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮され、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、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材とを有しており、外層は、圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材と、この補強材及び耐熱材と一体化された黒鉛粉末を含有したＦＥＰ組成物とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状外面は、焼成された前記ＦＥＰ組成物を含む平滑な面となり、貫通孔を規定する円筒内面は、球帯状基体の圧縮された耐熱材が露出した面となり、部分凸球面状外面の大径側及び小径側の環状端面には、耐熱シート材において補強材から幅方向にはみ出した部分が曲折されかつ展延されて得られた耐熱材が露出している。

＜実施例５＞
前記実施例と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、ふっ素樹脂としてＰＦＡ〔ダイキン工業社製「ネオフロンＰＦＡ（商品名）」〕の水性ディスパージョン（固形分６０％）を使用し、この水性ディスパージョン１００重量部に対し黒鉛粉末を５重量部の割合で分散含有させた水性ディスパージョン（固形分として黒鉛粉末７．７重量％、ＰＦＡ９２．３重量％）をローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返してＰＦＡ組成物の被覆層を形成した。ついで、これをＰＦＡの融点（２８０℃）以上の３００℃の温度で１０分間焼成し、耐熱シート材の一方の表面に厚さ１２μｍの焼成されたＰＦＡ組成物の被覆層を形成した。以下、実施例１と同様の方法で球帯状シール体を作製した。

このものの球帯状基体は、耐熱シート材からなる耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮され、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、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材とを有しており、外層は、圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材と、この補強材及び耐熱材と一体化された黒鉛粉末を含有したＰＦＡ組成物とを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状外面は、焼成された前記ＰＦＡ組成物を含む平滑な面となり、貫通孔を規定する円筒内面は、球帯状基体の圧縮された耐熱材が露出した面となり、部分凸球面状外面の大径側及び小径側の環状端面には、耐熱シート材において補強材から幅方向にはみ出した部分が曲折されかつ展延されて得られた耐熱材が露出している。

＜比較例＞
前記実施例と同様にして筒状母材を作製した。上記実施例と同様にして内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網を作製した。上記実施例と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に、ふっ素樹脂としてＰＴＦＥ〔ダイキン工業社製「ポリフロン（商品名）」〕の水性ディスパージョン（固形分６０重量％）を使用し、この水性ディスパージョンをローラ塗りし、乾燥させるという被覆操作を３回繰り返してＰＴＦＥの被覆層を形成した。ついで、これをＰＴＦＥの融点（３２７℃）以上の３４０℃の温度で１０分間焼成し、耐熱シート材の一方の表面に厚さ１２μｍの焼成されたＰＴＦＥの被覆層を形成した。

このものの球帯状基体は、耐熱シート材からなる耐熱材と金網からなる補強材とが圧縮され、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、圧縮された金網からなる補強材と、この補強材の網目を充填し、かつこの補強材と混在一体化されて圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材とを有しており、外層は、圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材と、この補強材及び耐熱材と一体化されたＰＴＦＥとを有しており、外層において外部に露出した部分凸球面状外面は、焼成されたＰＴＦＥの平滑な面となり、貫通孔を規定する円筒内面は、球帯状基体の圧縮された耐熱材が露出した面となり、部分凸球面状外面の大径側及び小径側の環状端面には、耐熱シート材において補強材から幅方向にはみ出した部分が曲折されかつ展延されて得られた耐熱材が露出している。

次に、上述した各実施例及び比較例で得た球帯状シール体を図１４に示す排気管球面継手に組み込み、該球帯状シール体の外層の部分凸球面状外面と相手材表面との摺動時の摺動摩擦音（異常摩擦音）の発生の有無について試験した結果について説明する。

＜試験方法＞
図１４に示す排気管継手を使用し、試験モードとして、揺動角度を微小揺動角度（定速走行状態時に発生する微小揺動角度）と一般揺動角度（加減速時に発生する揺動角度）との２水準に設定し、揺動周波数を１０Ｈｚと一定に設定して各々の揺動角度にて加振し、図１４に示す凹球面部３０２の外表面温度を２００℃〜５５０℃の温度に達するまで５０℃ごとに昇温し、各測定温度に到達した時点で一定時間揺動するという試験を１サイクルとして３サイクル行い、各測定温度における異常摩擦音の発生の有無を測定した。

異常摩擦音の発生の有無の判定は次の基準で行った。
評価記号：Ａ・・摩擦異常音の発生のないもの。
評価記号：Ｂ・・試験片に耳を近づけた状態で、かすかに摩擦異常音が聴こえるもの。
評価記号：Ｃ・・定位置（試験片から１．５ｍ離れた位置）では生活環境音に掻き消され、一般には判別し難いが試験担当者には摩擦異常音として判別できるもの。
評価記号：Ｄ・・定位置で誰でも摩擦異常音として識別できるもの。
上記評価記号において、評価記号Ｃ又はＤを示した球帯状シール体は、当該排気管球面継手に使用し難いとの判定をした

前記各実施例及び比較例で得た球帯状シール体について、上記試験条件によって異常摩擦音の発生の有無について試験した結果を表１〜表６に示す。表１は実施例１、表２は実施例２、表３は実施例３、表４は実施例４、表５は実施例５、表６は比較例の試験結果を示す。

表１から表６に示す試験結果から、実施例１から実施例５の球帯状シール体では試験時間を通して異常摩擦音の発生の有無の評価記号がＡ又はＢを示し、評価記号がＣ又はＤの異常摩擦音の発生は認められなかったことが判る。一方、比較例の球帯状シール体では、異常摩擦音の評価記号がＣ又はＤを示し、排気管球面継手に使用し難い異常摩擦音の発生が認められた。試験終了後のこれら実施例の相手材表面（凹球面部３０２の内面３０４）には、ふっ素樹脂組成物の黒鉛の潤滑被膜が形成されていることが観察された。このように実施例の球帯状シール体が評価記号Ｃ又はＤの異常摩擦音を発生しなかったのは、相手材表面にこの黒鉛の潤滑被膜が形成されたことにより、ふっ素樹脂組成物の被覆層が４５０℃を超える温度において消失し部分凸球面状外面に耐熱材が露出した場合であっても、該耐熱材と相手材表面とは黒鉛の潤滑被膜を介しての摺動摩擦に移行し、耐熱材と相手材表面との直接的な摺動摩擦が回避されたため、結果として評価記号がＣ又はＤを示す異常摩擦音は発生しなかったものと推察される。

以上の試験結果から、実施例の球帯状シール体は、黒鉛粉末を含有する焼成されたふっ素樹脂組成物を有した外層を具備していることから、相手材との摺動摩擦において排気管球面継手に使用し難い異常摩擦音の発生を来たすことがない。

本発明の実施の形態の一例で製造された球帯状シール体の縦断面図である。図１に示す球帯状シール体の一部拡大断面図である。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。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。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。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５に示す筒状母材の縦断面図である。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。本発明の球帯状シール体の製造工程における帯状金網内に耐熱材を挿入すると共に被覆層を形成した耐熱シート材を重ね合わせた状態を示す説明図である。本発明の球帯状シール体の製造工程における被覆層を形成した耐熱シートの縦断面図である。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形成方法の説明図である。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。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縦断面図である。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。エンジンの排気系の説明図である。

符号の説明

１筒状金網
４帯状金網
５補強材
６耐熱シート材
１２重合体
１３筒状母材
１４被覆層
１７外層形成部材
１８予備円筒成形体
２６金型
３０球帯状シール体

Claims

円筒内面と部分凸球面状面と部分凸球面状面の大径側及び小径側の環状端面と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外部に露出した部分凸球面状外面を有した外層とを備えた、とく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、圧縮された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圧縮された膨張黒鉛からなる耐熱材とを含んでおり、外層は、膨張黒鉛からなる耐熱材と、この耐熱材に混在一体化された金網からなる補強材と、該耐熱材及び補強材と一体化されていると共に１〜１５重量％の黒鉛粉末及び残部ふっ素樹脂からなり、且つ、ふっ素樹脂の融点以上の温度で焼成されたふっ素樹脂組成物とを有しており、外層のその外部に露出した部分凸球面状外面は、前記１〜１５重量％の黒鉛粉末及び残部ふっ素樹脂からなると共にふっ素樹脂の融点以上の温度で焼成されたふっ素樹脂組成物の平滑な面となっており、ふっ素樹脂は、四ふっ化エチレン樹脂、四ふっ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体及び四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体から選択される球帯状シール体。
球帯状基体の膨張黒鉛からなる耐熱材が円筒内面において露出している請求項１に記載の球帯状シール体。
球帯状基体の金網からなる補強材が円筒内面において露出している請求項１又は２に記載の球帯状シール体。