説明

球帯状シール体及びその製造方法

【課題】相手材との摺動において摩擦異常音の発生をなくし得る上に、安定したシール特性を有した球帯状シール体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】球帯状シール体38において、球帯状基体36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37は、耐熱材6と、潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる補強材5とが圧縮されて補強材5の金網の網目に焼成された固体潤滑剤及び耐熱材6が充填されて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37の外表面39は、補強材5からなる面と焼成された固体潤滑剤からなる面とが混在した平滑な面42に形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車用エンジンの排気ガスは、自動車エンジンの排気通路の一例を示す図19において、エンジンの各気筒(図示せず)で発生した排気ガスは、排気マニホールド触媒コンバータ600にまとめられ、排気管601及び排気管602を通じてサブマフラ603に送られ、このサブマフラ603を通過した排気ガスは、更に排気管604及び排気管605を介してマフラ(消音器)606へと送られ、このマフラ606を通じて大気中に放出される。
【0003】
これら排気管601及び602並びに604及び605や、サブマフラ603及びマフラ606等の排気系部材にあっては、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。とくに高速回転で高出力エンジンの場合は、排気系部材に加わる応力はかなり大きなものとなる。したがって、排気系部材は疲労破壊を招く虞があり、またエンジン振動が排気系部材を共振させ、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、排気マニホールド触媒コンバータ600と排気管601との連結部607及び排気管604と排気管605との連結部608を排気管球面継手又は蛇腹式継手等の振動吸収機構によって可動連結することにより、自動車エンジンのロール挙動及び振動などにより排気系部材に繰返し受ける応力が吸収され、当該排気系部材の疲労破壊等が防止されると共にエンジンの振動が排気系部材を共振させ車室内の静粛性を悪化させるという問題も解決されるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開昭54−76759号公報
【特許文献2】特公平4−48973号公報
【特許文献3】特開平6−123362号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記した振動吸収機構の一例として、特許文献1に記載された排気管継手及び該継手に使用される排気シールが挙げられる。特許文献1に記載された球面管継手に使用されるシール体は、蛇腹式継手と比較して製造コストの低減を図り得て、しかも耐久性に優れているという利点を有するが、このシール体は、膨張黒鉛からなる耐熱材と金網からなる補強材とを圧縮して補強材の金網の網目に耐熱材を充填し、当該耐熱材と補強材とを混在一体化してなるために、耐熱材に対して補強材の占める割合、耐熱材及び補強材の圧縮の程度等により球帯状シール体自体を介する排気ガスの漏出の問題に加えて、相手材と摺動自在に接触する部分凸球面状面の表面での耐熱材の存在による摩擦異常音の発生の問題を具有しており、例えば耐熱材に対して補強材が占める割合が大きく、耐熱材に対する加圧の程度が低いと補強材の周りに生じる微小通路(隙間)に対する耐熱材による封止の程度が減少して初期漏洩を惹起する上に、高温下における耐熱材の酸化消耗等により早期の排気ガスの漏出の虞がある。また、部分凸球面状面での補強材に対する耐熱材の露出割合が極めて大きいと、スティックスリップ現象を惹起して当該スティックスリップ現象に起因する摩擦異常音の発生の原因となる虞がある。
【0006】
上記排気シールの欠点を解決するものとして、特許文献2に記載されたシール体がある。このシール体は、金網からなる補強材と、四ふっ化エチレン樹脂を充てん・塗布した膨張黒鉛からなるシート状耐熱材とを重ね合わせて帯状の組成物を構成し、帯状の組成物を四ふっ化エチレン樹脂を充てん・塗布した面を外側に位置するようにうず巻き状に捲回して円筒状の積層体を形成した後、円筒状の積層体を該積層体の軸方向に沿って圧縮成形することによって形成されるもので、摺動面(シール面)となる外周面に四ふっ化エチレン樹脂を充てん・塗布した面が露出したシール体が記載されている。このシール体は表面に被着形成された四ふっ化エチレン樹脂が、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、上記した作用効果と相俟ってスティックスリップ現象(付着―すべり)に基づく自励振動の発生を抑え、摩擦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。
【0007】
上記特許文献2に記載されたシール体は、前記特許文献1に記載された排気シールの問題点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作用効果であるスティックスリップ現象に基づく自励振動の発生を抑え、摩擦異常音の発生防止に貢献するという効果は、シール体に作用する雰囲気温度が四ふっ化エチレン樹脂の融点(327℃)以下での使用に限られ、当該融点を超える雰囲気温度での使用においては、往々にしてスティックスリップ現象に起因する摩擦異常音の発生が余儀なくされる。
【0008】
特許文献3に記載されたシール体は、その摺動面(部分凸球面状面の表面)が変形して絡み合った金網からなる補強材と補強材の金網の網目に充填保持された固体潤滑剤とが混在一体化された平滑な面に形成されていることから、特許文献1に記載されたシール体の相手材に摺動自在に接触する部分凸球面状面の表面での耐熱材の存在による摩擦異常音の発生という欠点を極力回避させることができるという利点を有するものであるが、この特許文献に記載されたシール体における固体潤滑剤中のアルミナが相手材表面を損傷させ、往々にして摩擦異常音を発生したり、シール性を低下させたりする虞がある。
【0009】
本発明は、前記特許文献3に記載された球帯状シール体の改良に係るものであり、その目的とするところは、相手材との摺動において摩擦異常音の発生をなくし得る上に、安定したシール特性を有した球帯状シール体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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いると共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、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、六方晶窒化硼素23〜75質量%及び溶融ふっ素樹脂23〜75質量%を含む潤滑組成物の焼成された固体潤滑剤と、金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の網目に該固体潤滑剤及び耐熱材が充填されていると共に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に形成されている。
【0011】
本発明の球帯状シール体によれば、相手材との摺動面となる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は、膨張黒鉛を含む耐熱材と、六方晶窒化硼素23〜75質量%及び溶融ふっ素樹脂23〜75質量%を含む潤滑組成物の焼成された固体潤滑剤と、金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に該固体潤滑剤及び耐熱材が充填されていると共に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に形成されており、相手材とはこの焼成された固体潤滑剤と補強材との混在した平滑な面で摺動するので、相手材表面を損傷させる虞がなく、摩擦異常音の発生を防止することができる。
【0012】
潤滑組成物は、黒鉛を16質量%以下の割合で含有してもよく、また、上記焼成された固体潤滑剤において、溶融ふっ素樹脂には、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)のいずれか一方が使用されて好適である。また、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り、潤滑組成物中に23〜75質量%の割合で含有される。
【0013】
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質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が35〜60質量%の割合で含有されていてもよく、、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質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が25〜40質量%割合で含有されていてもよい。
【0014】
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焼成された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)する相手材と円滑な摺動を確保でき、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。
【0015】
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燐酸塩0.1〜16.0質量%若しくは五酸化燐を0.05〜5質量%又は燐酸塩0.1〜16.0質量%及び五酸化燐0.05〜5.0質量%と、膨張黒鉛とを含んでいてもよい。
【0016】
酸化抑制剤としての燐酸塩若しくは五酸化燐又は燐酸塩及び五酸化燐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。
【0017】
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と共に排気管継手に用いられる本発明による球帯状シール体の製造方法は、(a)膨張黒鉛シートからなる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補強材を準備し、この補強材を前記耐熱材に重ね合わせて重合体を形成したのち、この重合体を円筒状に捲回して筒状母材を形成する工程と、(c)溶融ふっ素樹脂粉末と六方晶窒化硼素粉末と界面活性剤と水とからなる潤滑組成物の水性ディスパージョンを準備する工程と、(d)別の膨張黒鉛シートからなる耐熱材を準備し、該別の耐熱材の一方の表面に前記水性ディスパージョンを適用し、乾燥して該耐熱材の表面に六方晶窒化硼素と溶融ふっ素樹脂とを含む潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成する工程と、(e)該耐熱材の表面に被覆された固体潤滑剤の被覆層を溶融ふっ素樹脂の融点以上の温度で焼成し、該耐熱材の一方の表面に固体潤滑剤の焼成された焼成被覆層を形成する工程と、(f)焼成被覆層を備えた耐熱材を、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別の補強材の二つの金網からなる層間に挿入すると共に当該耐熱材を二つの金網からなる層間に挿入した補強材を一対のローラ間の隙間に供給して加圧し、補強材の金網の網目に耐熱材と該耐熱材の表面の焼成被覆層とを充填して、表面に補強材からなる面と焼成被覆層からなる面とが混在して露出した扁平状の外面層形成部材を形成する工程と、(g)前記筒状母材の外周面に前記外面層形成部材を焼成被覆層を外側にして捲回し、予備円筒成形体を形成する工程と、(h)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、膨張黒鉛を含む耐熱材と金網からなる補強材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形成されており、外層は、膨張黒鉛を含む耐熱材と、六方晶窒化硼素及び溶融ふっ素樹脂を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された固体潤滑剤及び耐熱材が充填されて当該焼成された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焼成された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。
【0018】
本発明の球帯状シール体の製造方法によれば、耐熱材の一方の表面に少なくとも六方晶窒化硼素と溶融ふっ素樹脂とを含む潤滑組成物からなる焼成被覆層の固体潤滑剤を金網からなる補強材によって保持することにより、球帯状シール体の外層の外表面を、補強材からなる面と焼成被覆層の固体潤滑剤からなる面とが混在した露出面により構成することができるので、外層の外表面と接触(摺動)する相手材との更なる円滑な摺動を確保でき、また、露出面における焼成被覆層の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焼成された固体潤滑剤の相手材表面への移着と相手材表面に移着した過度の固体潤滑剤の被膜の掻き取りとを適宜に行い得る結果、長期にわたって円滑な摺動を確保でき、相手材との摺動において摩擦異常音の発生のない球帯状シール体を得ることができる。
【0019】
本発明の球帯状シール体の製造方法において、耐熱材の一方の表面に被覆される潤滑組成物の水性ディスパージョンは、乳化重合法によって得られる平均粒子径が0.01〜1μmの溶融ふっ素樹脂粉末と平均粒子径が0.01〜1μmの六方晶窒化硼素粉末と界面活性剤と水とからなる。この水性ディスパージョンに、更に黒鉛粉末を含有させることができ、またこの水性ディスパージョンに水溶性有機溶剤を含有させてもよい。
【0020】
溶融ふっ素樹脂には、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)のいずれか一方が使用されて好適である。水性ディスパージョン中に含有される溶融ふっ素樹脂粉末の含有量は、好ましくは11.5〜45質量%、より好ましくは27.5〜33質量%である。
【0021】
水性ディスパージョン中に含有される六方晶窒化硼素粉末の含有量は、好ましくは11.5〜45質量%、より好ましくは22.5〜27質量%である。六方晶窒化硼素は、とくに高温領域において優れた潤滑性を発揮するものであり、斯かる水性ディスパージョンにおいて、界面活性剤0.01〜13.5質量%含んでいてもよい。
【0022】
而して、好ましい例では、水性ディスパージョンは、溶融ふっ素樹脂粉末11.5〜45質量%と六方晶窒化硼素11.5〜45質量%と界面活性剤0.01〜13.5質量%と水25〜45質量%とからなる。
【0023】
上記溶融ふっ素樹脂粉末と六方晶窒化硼素粉末とを含有した水性ディスパージョンは、更に黒鉛粉末を0.5〜9質量%、好ましくは1〜5質量%含有してもよい。黒鉛粉末は、溶融ふっ素樹脂組成物からなる滑り層の相手材表面への被膜の造膜性を向上させる。
【0024】
本発明の球帯状シール体の製造方法において、耐熱材の一方の表面に水性ディスパージョンをローラ塗り、刷毛塗り、スプレー等の手段で適用された潤滑組成物からなる被覆層を乾燥した後、加熱炉において焼成される。焼成温度は、溶融ふっ素樹脂の融点Tに対して、(T)〜(T+150℃)、好ましくは(T+5℃)〜(T+135℃)、更に好ましくは(T+10℃)〜(T+125℃)の範囲内である。溶融ふっ素樹脂がテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)の場合、融点は240℃であるので、焼成温度は240〜390℃、好ましくは245〜375℃、更に好ましくは250〜365℃の範囲内である。溶融ふっ素樹脂がテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)の場合、融点は305℃であるので、焼成温度は305〜455℃、好ましくは310〜440℃、更に好ましくは315〜430℃の範囲内である。焼成温度が低すぎると、均一な溶融ふっ素樹脂組成物の被覆層を形成することが難しくなり、また焼成温度が高すぎると、溶融ふっ素樹脂組成物の熱劣化を生じやすくなる。
【0025】
本発明の球帯状シール体の製造方法は、好ましい例では、球帯状基体及び外層には、金網からなる補強材が40〜65質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が35〜65質量%の割合で含有するように、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の密度を有するように、また外層には、金網からなる補強材を60〜75質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が25〜40質量%の割合で含有するようになっている。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、排気ガスの漏出をなくし得、しかも摩擦異常音の発生をなくし得る上に、安定したシール特性を有した球帯状シール体及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】図1は、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2】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】図3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4】図4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5】図5は、補強材の金網の網目を示す平面図である。
【図6】図6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7】図7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8】図8は、図7に示す筒状母材の縦断面図である。
【図9】図9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10】図10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11】図11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12】図12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13】図13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14】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二の形成方法の説明図である。
【図15】図15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16】図16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17】図17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18】図18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。
【図19】図19は、エンジンの排気系の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
次に、本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。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。
【0029】
本発明の球帯状シール体における構成材料及び球帯状シール体の製造方法について説明する。
【0030】
<耐熱材I及びその製造方法について>
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、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。
【0031】
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材Iとする。
【0032】
<耐熱材II及びその製造方法について>
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攪拌しながら、該酸処理黒鉛粉末に燐酸塩として濃度50%の第一燐酸アルミニウム〔Al(HPO〕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、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、第一燐酸アルミニウムで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。
【0033】
このようにして作製された耐熱材IIには、膨張黒鉛に第一燐酸アルミニウムが0.5〜16質量%の割合で含有されている。この燐酸塩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600℃ないし600℃を超える高温領域での使用を可能とする。燐酸塩としては、上記第一燐酸アルミニウムの他に、第二燐酸リチウム(LiHPO)、第一燐酸カルシウム〔Ca(HPO〕、第二燐酸カルシウム(CaHPO)、第二燐酸アルミニウム〔Al(HPO〕を使用することができる。
【0034】
<耐熱材III及びその製造方法について>
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攪拌しながら、該酸処理黒鉛粉末に燐酸塩として濃度50%の第一燐酸アルミニウム水溶液と燐酸として濃度84%のオルト燐酸(HPO)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、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、第一燐酸アルミニウムでは構造式中の水が脱離し、オルト燐酸で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。
【0035】
このようにして作製された耐熱材IIIには、膨張黒鉛に第一燐酸アルミニウムが0.5〜16質量%及び五酸化燐が0.05〜5質量%の割合で含有されている。この燐酸塩及び五酸化燐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600℃ないし600℃を超える高温領域での使用を可能とする。燐酸としては、上記オルト燐酸の他に、メタ燐酸(HPO)、ポリ燐酸などを使用することができる。
【0036】
耐熱材は、密度が1.0〜1.15Mg/m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。
【0037】
<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、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二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る。
【0038】
金網を形成する金属細線において、線径は、0.28〜0.32mm程度のものが使用され、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5参照)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5参照)は縦2.5〜3.5mm、横1.5〜2.5mm程度のものが使用されて好適である。
【0039】
<固体潤滑剤及び被覆層について>
固体潤滑剤は、六方晶窒化硼素23〜75質量%と溶融ふっ素樹脂23〜75質量%とを含む潤滑組成物からなる。
【0040】
この固体潤滑剤は、製造過程においては、平均粒子径が0.01〜1μmの溶融ふっ素樹脂粉末12.5〜45質量%と平均粒子径が0.01〜1μmの六方晶窒化硼素粉末12.5〜45質量%と界面活性剤0.1〜30質量%と残部水(25〜45質量%)からなる水性ディスパージョンの形態で使用される。
【0041】
溶融ふっ素樹脂には、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)のいずれか一方が使用される。水性ディスパージョン中に含有される溶融ふっ素樹脂粉末の含有量は11.5〜45質量%、好ましくは27.5〜33質量%である。
【0042】
六方晶窒化硼素は、とくに高温領域において優れた潤滑性を発揮するもので、水性ディスパージョン中に含有される六方晶窒化硼素粉末の含有量は11.5〜45質量%、好ましくは22.5〜27質量%である。
【0043】
水性ディスパージョン中に含有される界面活性剤は、溶融ふっ素樹脂粉末を水に均一に分散させ得るものであればよく、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤のいずれも使用できる。例えば、ナトリウムアルキルサルフェート、ナトリウムアルキルエーテルサルフェート、トリエタノールアミンアルキルサルフェート、トリエタノールアミンアルキルエーテルサルフェート、アンモニウムアルキルサルフェート、アンモニウムアルキルエーテルサルフェート、アルキルエーテルリン酸ナトリウム、フルオロアルキルカルボン酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤;アルキルアンモニウム塩、アルキルベンジルアンモニウム塩などのカチオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、プロピレングリコール−プロピレンオキシド共重合体、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、2-エチルヘキサノールエチレンオキシド付加物などの非イオン性界面活性剤;アルキルアミノ酢酸ベタイン、アルキルアミド酢酸ベタイン、イミダゾリウムベタインなどの両性界面活性剤などが挙げられる。特に、アニオン性、非イオン性界面活性剤が好ましい。特に好ましい界面活性剤は、熱分解残量の少ないオキシエチレン鎖を有する非イオン性界面活性剤である。
【0044】
界面活性剤の含有量は、通常溶融ふっ素樹脂粉末の含有量の0.1〜30質量%、特に好ましくは0.2〜20質量%である。界面活性剤の含有量が少なすぎると、溶融ふっ素樹脂粉末の分散が均一にならず、また界面活性剤の含有量が多すぎると焼成による界面活性剤の分解残渣が多くなり着色が生ずるほか、被覆膜の耐熱性、非粘着性などが低下する。
【0045】
上記溶融ふっ素樹脂粉末と六方晶窒化硼素粉末と界面活性剤とを含有した水性ディスパージョンは、更に黒鉛粉末を0.5〜8質量%、好ましくは1〜5質量%含有してもよい。黒鉛粉末は、溶融ふっ素樹脂組成物からなる滑り層の相手材表面への被膜の造膜性を向上させる。
【0046】
上記溶融ふっ素樹脂粉末と六方晶窒化硼素粉末と界面活性剤と水とからなる水性ディスパージョン又は溶融ふっ素樹脂粉末と六方晶窒化硼素粉末と黒鉛粉末と界面活性剤と水とからなる水性ディスパージョンに対し、さらに水溶性有機溶剤を含有させてもよい。例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、グリセリンなどのアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶剤、メチルセロソルブ、セロソルブ、ブチルセロソルブなどのエーテル系溶剤、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなどのグリコール系溶剤、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤、N−メチル−2−ピロリドンなどのラクタム系溶剤が挙げられる。水溶性有機溶剤の含有量は、全水量の0.5〜50重量%、好ましくは1〜30重量%である。水溶性有機溶剤は、溶融ふっ素樹脂を濡らす働きを有し、六方晶窒化硼素との均一な混合物を形成させるもので、焼成時には蒸発するので被膜に悪影響を及ぼすことはない。
【0047】
溶融ふっ素樹脂組成物の水性ディスパージョンとしては、(1)平均粒子径が0.01〜1μmの溶融ふっ素樹脂粉末12.5〜45質量%と平均粒子径が0.01〜1μmの六方晶窒化硼素粉末12.5〜45質量%と界面活性剤0.01〜13.5質量%と水25〜45質量%とからなる水性ディスパージョン、(2)平均粒子径が0.01〜1μmの溶融ふっ素樹脂粉末12.5〜45質量%と平均粒子径が0.01〜1μmの六方晶窒化硼素粉末12.5〜45質量%と黒鉛粉末0.5〜8質量%と界面活性剤0.01〜13.5質量%と水25〜45質量%とからなる水性ディスパージョン、(3)上記(1)の水性ディスパージョンに、更に水溶性有機溶剤を0.1〜22.5質量%含有した水性ディスパージョン、(4)上記(2)の水性ディスパージョンに、更に水溶性有機溶剤を0.1〜22.5質量%含有した水性ディスパージョンのいずれかが使用される。
【0048】
上記水性ディスパージョンは、耐熱材の一方の表面にローラ塗り、刷毛塗り、スプレー等の手段で適用され、該耐熱材の一方の表面に潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層が形成される。該固体潤滑剤の被覆層は、乾燥された後、加熱炉において、溶融ふっ素樹脂の融点Tに対して、(T)〜(T+150℃)、好ましくは(T+5℃)〜(T+135℃)、更に好ましくは(T+10℃)〜(T+125℃)の範囲内の温度で10〜30分間焼成され、耐熱材の一方の表面に固体潤滑剤の焼成被覆層が形成される。
【0049】
次に、上記した構成材料からなる球帯状シール体の製造方法について、図面に基づき説明する。
【0050】
(第一工程)図3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5参照)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。
【0051】
(第二工程)図4に示すように、前記補強材5の幅Dに対して(1.10×D)mmから(2.10×D)mmの幅dを有すると共に、前記補強材5の長さLに対して(1.30×L)mmから(2.70×L)mmの長さlを有するように、密度が1.0〜1.5Mg/m、好ましくは1.0〜1.2Mg/mの球帯状基体用の耐熱材6(耐熱材I、耐熱材II及び耐熱材IIIのうちの一つからなる)を準備する。
【0052】
(第三工程)後述する球帯状シール体38(図1参照)において、部分凸球面状面33の大径側の環状端面34に全体的に耐熱材6が露出するようにすべく、図6に示すように、部分凸球面状面33の大径側の環状端面34となる補強材5の幅方向の一方の端縁7から最大で(0.10〜0.80)×Dmm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33の小径側の環状端面35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し、耐熱材6が補強材5の長さ方向の一方の端縁9から最大で(0.30〜1.70)×Lmmだけ長さ方向にはみ出している。そして、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。
【0053】
(第四工程)重合体12を図7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)mmから(2.70×L)mm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、図8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。
【0054】
(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9に示すような耐熱材6を別途用意する。
【0055】
(第六工程)水性ディスパージョンとして、(1)平均粒子径が0.01〜1μmの溶融ふっ素樹脂粉末12.5〜45質量%と平均粒子径が0.01〜1μmの六方晶窒化硼素粉末12.5〜45質量%と界面活性剤0.01〜13.5質量%と水25〜45質量%からなる水性ディスパージョン、(2)平均粒子径が0.01〜1μmの溶融ふっ素樹脂粉末12.5〜45質量%と平均粒子径が0.01〜1μmの六方晶窒化硼素粉末12.5〜45質量%と黒鉛粉末0.5〜8質量%と界面活性剤0.01〜13.5質量%と水25〜45質量%からなる水性ディスパージョン、(3)上記(1)の水性ディスパージョンに、水溶性有機溶剤を0.1〜22.5質量%含有した水性ディスパージョン、(4)上記(2)の水性ディスパージョンに、水溶性有機溶剤を0.1〜22.5質量%含有した水性ディスパージョンのいずれかを準備する。
【0056】
(第七工程)前記図9に示す耐熱材6の一方の表面に、上記水性ディスパージョン(1)ないし(4)を刷毛塗り、ローラ塗り、スプレー等の手段で適用し、これを100℃の温度で乾燥させて図10に示すような潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層14を形成する。
【0057】
(第八工程)一方の表面に潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層14が形成された耐熱材6を、加熱炉において溶融ふっ素樹脂の融点Tに対して、(T)〜(T+150℃)、好ましくは(T+5℃)〜(T+135℃)、更に好ましくは(T+10℃)〜(T+125℃)の範囲内の温度で焼成し、耐熱材6の一方の表面に固体潤滑剤の焼成被覆層15を形成する。
【0058】
(第九工程)
<第一の方法> 図11ないし図13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、固体潤滑剤の焼成被覆層15を備えた耐熱材6を連続的に挿入(図11参照)し、該耐熱材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16及び17間の隙間Δ1に供給し該耐熱材6の厚さ方向に加圧(図12参照)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と該耐熱材6の表面に形成された固体潤滑剤の焼成被覆層15とを充填して、表面に外層用の補強材5からなる面18と焼成された固体潤滑剤からなる面19とが混在して露出した扁平状の外層形成部材20を作製する。
【0059】
<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14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、固体潤滑剤の焼成被覆層15を備えた耐熱材6を挿入すると共に、これらを図15に示すように、ローラ21及び22間の隙間Δ1に供給し該耐熱材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と該耐熱材6の表面に形成された固体潤滑剤の焼成被覆層15とを充填して、表面に外層用の補強材5からなる面18と焼成された固体潤滑剤からなる面19とが混在して露出した扁平状の外面層形成部材20を作製する。
【0060】
<第三の方法(図示せず)> 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間に固体潤滑剤の焼成被覆層15を備えた耐熱材6を挿入すると共に一対の円筒ローラ21及び22間の隙間Δ1に供給し該耐熱材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と該耐熱材の表面に形成された固体潤滑剤の被覆層15とを充填して、表面に外層用の補強材5からなる面18と焼成された固体潤滑剤からなる面19とが混在して露出した扁平状の外面層形成部材20を作製する。
【0061】
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16及び17及びローラ21及び22間の隙間Δ1は、0.4〜0.6mm程度が適当である。
【0062】
(第十工程)このようにして得た外層形成部材20をその焼成被覆層15を外側にして筒状母材13の外周面に巻き付け、予備円筒成形体23を作製する(図16参照)。
【0063】
(第十一工程)内面に円筒壁面24と円筒壁面24に連なる部分凹球面状壁面25と部分凹球面状壁面25に連なる貫通孔26とを備え、貫通孔26に段付きコア27を嵌挿することによって内部に中空円筒部28と該中空円筒部28に連なる球帯状中空部29とが形成された図17に示すような金型30を準備し、該金型30の段付きコア27に予備円筒成形体23を挿入する。
【0064】
金型30の中空部円筒部28及び球帯状中空部29に配された予備円筒成形体23をコア軸方向に98〜294n/mm(1〜3トン/cm)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31を有すると共に円筒内面32と部分凸球面状面33と部分凸球面状面33の大径側及び小径側の環状端面34及び35とにより規定された球帯状基体36と、球帯状基体36の部分凸球面状面33に一体に形成された外層37とを備えた球帯状シール体38を作製する。
【0065】
この圧縮成形により、球帯状基体36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37は、耐熱材6と、潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる補強材5とが圧縮されて補強材5の金網の網目に焼成された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、該外層37の外表面39は、補強材5からなる面40と焼成された固体潤滑剤からなる面41とが混在した平滑な面42に形成されている。
【0066】
作製された球帯状シール体38の球帯状基体36及び外層37は、金網からなる補強材5が40〜65質量%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及び焼成された固体潤滑剤が35〜60質量%の割合で含有されており、球帯状基体36及び外層37における耐熱材6及び焼成された固体潤滑剤が1.20〜2.00Mg/mの密度を有している。
【0067】
また、外層37のみに着目すると、外層37は、金網からなる補強材5が60〜75質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材6及び焼成された固体潤滑剤が25〜40質量%の割合で含有されている。
【0068】
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36の円筒内面32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38を作製することができる。
【0069】
球帯状シール体38は、図18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18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38が貫通孔31を規定する円筒内面32において嵌合されており、大径側の環状端面34において球帯状シール体38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38の外層37の外表面39における補強材5からなる面40と焼成された固体潤滑剤からなる面41とが混在した平滑な面42に摺接されている。
【0070】
図18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38の外層37のすべり面としての平滑な面42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。
【実施例】
【0071】
次に、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されない。
【0072】
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/m、厚さ0.38mmの膨張黒鉛シート(耐熱材I)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。
【0073】
上記と同様の金属細線を一本使用して、網目の目幅が縦3.5mm、横1.5mm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、これを外層用の補強材とした。
【0074】
上記と同様の耐熱材(耐熱材I)を使用し、上記外層用の補強材の帯状金網の幅よりも小さい幅を有する耐熱材を別途用意した。
【0075】
溶融ふっ素樹脂として、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)を使用し、平均粒子径0.2μmのFEP粉末12.5〜37.5質量%と平均粒子径1μmの六方晶窒化硼素粉末12.5〜37.5質量%と界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル(非イオン性界面活性剤)5質量%と水45質量%からなる水性ディスパージョンを作製した。
【0076】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEPと六方晶窒化硼素の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP25〜75質量%、六方晶窒化硼素25〜75質量%)の被覆層を形成した。
【0077】
焼成した固体潤滑剤の被覆層を具備した耐熱材を、外層用の補強材である帯状金網内に挿入すると共にこれらを一対のローラ間に通して一体化させ、補強材の金網の網目に耐熱材と該耐熱材の表面の焼成された固体潤滑剤の被覆層とを充填して、表面に補強材からなる面と焼成された固体潤滑剤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作製した。
【0078】
前記筒状母材の外周面に前記外層形成部材を、表面に補強材からなる面と焼成された固体潤滑剤からなる面とが混在して露出した面を外側にして捲回し、予備円筒成形体を作製した。この予備円筒成形体を図17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配置した。
【0079】
金型の中空部に配置した予備円筒成形体をコア軸方向に294N/mm(3トン/cm)の圧力で圧縮成形し、中央部に貫通孔を規定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、該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得た。
【0080】
この圧縮成形により、球帯状基体は、耐熱材と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材と、FEP25〜75質量%及び六方晶窒化硼素25〜75質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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に形成されている。
【0081】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.0〜57.2質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.8〜43.0質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.60Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.7〜66.4質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が33.6〜34.3質量%の割合で含まれていた。
【0082】
実施例4
前記実施例1と同様の構成材料を使用し、実施例1と同様に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補強材の幅方向に突出(はみ出し)している。
【0083】
外層用の耐熱材として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛シートを使用し、外層用の補強材として前記実施例1と同様の補強材を使用した。
【0084】
溶融ふっ素樹脂として、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)を使用し、平均粒子径0.2μmのPFA粉末27.5質量%と平均粒子径1μmの六方晶窒化硼素粉末22.5質量%と界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル(非イオン性界面活性剤)5質量%と水45質量%からなる水性ディスパージョンを作製した。
【0085】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してPFAと六方晶窒化硼素の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において380℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(PFA55質量%、六方晶窒化硼素45質量%)の被覆層を形成した。
【0086】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材と、PFA55質量%及び六方晶窒化硼素45質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0087】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.1質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.9質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.61Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.7質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が34.3質量%の割合で含まれていた。
【0088】
実施例5〜7
前記実施例1と同様の構成材料を使用し、実施例1と同様に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補強材の幅方向に突出(はみ出し)している。
【0089】
外層用の耐熱材として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛シートを使用し、外層用の補強材として前記実施例1と同様の補強材を使用した。
【0090】
溶融ふっ素樹脂として、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)を使用し、平均粒子径0.2μmのFEP粉末11.5〜36.5質量%と平均粒子径1μmの六方晶窒化硼素粉末11.5〜36.5質量%と400メッシュの篩を通過する天然黒鉛粉末2.0〜4.5質量%と界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル(非イオン性界面活性剤)5質量%と水45質量%からなる水性ディスパージョンを作製した。
【0091】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEPと六方晶窒化硼素及び黒鉛の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP23〜73質量%、六方晶窒化硼素23〜73質量%、黒鉛4〜9質量%)の被覆層を形成した。
【0092】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材と、FEP23〜73質量%、六方晶窒化硼素23〜73質量%及び黒鉛4〜9質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0093】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が56.9〜57.2質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.8〜43.0質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.62Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.0〜65.7質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が34.3〜35.0質量%の割合で含まれていた。
【0094】
実施例8
前記実施例1と同様の構成材料を使用し、実施例1と同様に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補強材の幅方向に突出(はみ出し)している。
【0095】
外層用の耐熱材として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛シートを使用し、外層用の補強材として前記実施例1と同様の補強材を使用した。
【0096】
溶融ふっ素樹脂として、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)を使用し、平均粒子径0.2μmのFEP粉末27.5質量%と平均粒子径1μmの六方晶窒化硼素粉末22.5質量%と界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル(非イオン性界面活性剤)5質量%と水溶性有機溶剤としてエチレングリコール5質量%と水40質量%からなる水性ディスパージョンを作製した。
【0097】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEP及び六方晶窒化硼素の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP55質量%、六方晶窒化硼素45質量%)の被覆層を形成した。
【0098】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材と、FEP55質量%及び六方晶窒化硼素45質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0099】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.2質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.8質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.60Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.7質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が34.3質量%の割合で含まれていた。
【0100】
実施例9
前記実施例1と同様の構成材料を使用し、実施例1と同様に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補強材の幅方向に突出(はみ出し)している。
【0101】
外層用の耐熱材として、前記実施例1と同様の膨張黒鉛シートを使用し、外層用の補強材として前記実施例1と同様の補強材を使用した。
【0102】
溶融ふっ素樹脂として、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)を使用し、平均子粒径0.2μmのFEP粉末25質量%と平均粒子径1μmの六方晶窒化硼素粉末20.5質量%と400メッシュの篩を通過する天然黒鉛粉末4.5質量%と界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル(非イオン性界面活性剤)5質量%と水溶性有機溶剤としてエチレングリコール5質量%と水40質量%からなる水性ディスパージョンを作製した。
【0103】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEPと六方晶窒化硼素及び黒鉛の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP50質量%、六方晶窒化硼素41質量%、黒鉛9質量%)の被覆層を形成した。
【0104】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材と、FEP50質量%、六方晶窒化硼素41質量%及び黒鉛9質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0105】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.1質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.9質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.61Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.7質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が34.3質量%の割合で含まれていた。
【0106】
実施例10
前記実施例1と同様の球帯状基体用の補強材を使用した。耐熱材として、第一燐酸アルミニウムを4.0質量%含有した密度1.12Mg/m、厚さ0.38mmの膨張黒鉛シート(耐熱材II)を使用した。以下、実施例1と同様に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。
【0107】
外層用の補強材として、前記実施例1と同様の補強材を使用した。外層用の耐熱材として、球帯状基体用の耐熱材(耐熱材II)と同様の膨張黒鉛シート(耐熱材II)を別途用意した。
【0108】
溶融ふっ素樹脂として、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)を使用し、平均粒子径0.2μmのFEP粉末27.5質量%と平均粒子径1μmの六方晶窒化硼素粉末22.5質量%と界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル(非イオン性界面活性剤)5質量%と水45質量%からなる水性ディスパージョンを作製した。
【0109】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材(耐熱材II)の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEPと六方晶窒化硼素の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP55質量%、六方晶窒化硼素45質量%)の被覆層を形成した。
【0110】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材(耐熱材II)と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材(耐熱材II)と、FEP55質量%及び六方晶窒化硼素45質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0111】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.3質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.7質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.60Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.8質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が34.2質量%の割合で含まれていた。
【0112】
実施例11
前記実施例1と同様の球帯状基体用の補強材を使用した。耐熱材として、第一燐酸アルミニウムを8.0質量%及び五酸化燐を1.0質量%含有した密度1.12Mg/m、厚さ0.38mmの膨張黒鉛シート(耐熱材III)を使用した。以下、実施例1と同様に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。
【0113】
外層用の補強材として、前記実施例1と同様の補強材を使用した。外層用の耐熱材として、球帯状基体用の膨張黒鉛シート(耐熱材III)を別途用意した。
【0114】
溶融ふっ素樹脂として、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)を使用し、平均粒子径0.2μmのFEP粉末27.5質量%と平均粒子径1μmの六方晶窒化硼素粉末22.5質量%と界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル(非イオン性界面活性剤)5質量%と水45質量%からなる水性ディスパージョンを作製した。
【0115】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材(耐熱材III)の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEPと六方晶窒化硼素の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP55質量%、六方晶窒化硼素45質量%)の被覆層を形成した。
【0116】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材(耐熱材III)と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材(耐熱材III)と、FEP55質量%及び六方晶窒化硼素45質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0117】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.2質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.8質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.62Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.5質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が34.5質量%の割合で含まれていた。
【0118】
実施例12
前記実施例10と同様の構成材料を使用し、実施例1と同様の方法で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。
【0119】
外層用の補強材として、前記実施例1と同様の補強材を使用した。外層用の耐熱材として、球帯状基体用の耐熱材(耐熱材II)と同様の膨張黒鉛シート(耐熱材II)を別途用意した。
【0120】
水性ディスパージョンとして、前記実施例8と同様の水性ディスパージョンを作製した。
【0121】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材(耐熱材II)の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEP及び六方晶窒化硼素の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP55質量%、六方晶窒化硼素45質量%)の被覆層を形成した。
【0122】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材と、FEP55質量%及び六方晶窒化硼素45質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0123】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.4質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.6質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.61Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.9質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が34.1質量%の割合で含まれていた。
【0124】
実施例13
前記実施例10と同様の構成材料を使用し、実施例1と同様の方法で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。
【0125】
外層用の補強材として、前記実施例1と同様の補強材を使用した。外層用の耐熱材として、球帯状基体用の耐熱材(耐熱材II)と同様の膨張黒鉛シート(耐熱材II)を別途用意した。
【0126】
水性ディスパージョンとして、前記実施例9と同様の水性ディスパージョンを作製した。
【0127】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材(耐熱材II)の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEP、六方晶窒化硼素及び黒鉛の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP50質量%、六方晶窒化硼素41質量%、黒鉛9質量%)の被覆層を形成した。
【0128】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材と、FEP50質量%、六方晶窒化硼素41質量%及び黒鉛9質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0129】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.2質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.8質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.60Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.7質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が34.3質量%の割合で含まれていた。
【0130】
実施例14
前記実施例11と同様の構成材料を使用し、実施例1と同様の方法で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補強材の幅方向に突出(はみ出し)している。
【0131】
外層用の補強材として、前記実施例1と同様の補強材を使用した。外層用の耐熱材として、球帯状基体用の膨張黒鉛シート(耐熱材III)を別途用意した。
【0132】
水性ディスパージョンとして、前記実施例8と同様の水性ディスパージョンを作製した。
【0133】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材(耐熱材III)の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEP及び六方晶窒化硼素の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP55質量%、六方晶窒化硼素45質量%)の被覆層を形成した。
【0134】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材と、FEP55質量%及び六方晶窒化硼素45質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0135】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.0質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が43.0質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.60Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が65.7質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が34.3質量%の割合で含まれていた。
【0136】
実施例15
実施例11と同様の構成材料を使用し、実施例1と同様の方法で筒状母材を作製した。
【0137】
外層用の補強材として、前記実施例1と同様の補強材を使用した。外層用の耐熱材として、球帯状基体用の膨張黒鉛シート(耐熱材III)を別途用意した。
【0138】
水性ディスパージョンとして、前記実施例9と同様の水性ディスパージョンを作製した。
【0139】
上記水性ディスパージョンを前記別途用意した耐熱材(耐熱材II)の一方の表面にローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してFEP、六方晶窒化硼素及び黒鉛の潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成したのち、これを加熱炉において340℃の温度で20分間焼成し、該耐熱材の表面に焼成した固体潤滑剤(FEP50質量%、六方晶窒化硼素41質量%、黒鉛9質量%)の被覆層を形成した。
【0140】
以下、前記実施例1と同様の方法で球帯状シール体を得た。この球帯状シール体において、球帯状基体は、耐熱材と金網からなる球帯状基体用の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、耐熱材と、FEP50質量%、六方晶窒化硼素41質量%及び黒鉛9質量%を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる外層用の補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された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焼成された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。
【0141】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.6質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.4質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.61Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が66.2質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が33.8質量%の割合で含まれていた。
【0142】
比較例1
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/m、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。
【0143】
上記金属細線と同様の金属細線を1本使用して網目の目幅が縦3.5mm、横2.5mm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、これを外層用の補強材とした。耐熱材として上記と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材を帯状金網内に挿入した。上記と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に四ふっ化エチレン樹脂(PTFE)50質量%と界面活性剤5質量%及び水45質量%からなる水性ディスパージョン(固形分50%)をローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してPTFEの被覆層を形成した。
【0144】
前記内部に耐熱材を保持した帯状金網の上に、PTFEの被覆層を備えた耐熱材を、該被覆層を上方に向けて重ね合わせたのち、これらを一対のローラ間に通して一体化した外層形成部材を作製した。
【0145】
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。以下、前記実施例と同様の金型を使用し、同様の方法で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得た。
【0146】
この圧縮成形により、球帯状基体は、球帯状基体用の耐熱材と金網からなる球帯状基体用の補強材とが圧縮され、互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球帯状基体用の補強材と、この補強材の網目を充填し、かつ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球帯状基体用の耐熱材とを具備しており、外層の表面は、圧縮された耐熱材と、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の被覆層とを備えており、外層において外部に露出した外表面はPTFEの被覆層の平滑な面に形成されている。
【0147】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.0質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が43.0質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.58Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が66.2質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が33.8質量%の割合で含まれていた。
【0148】
比較例2
前記比較例1と同様の材料及び方法により筒状母材を作製した。上記比較例1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、これを外層用の補強材とした。上記と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に四ふっ化エチレン樹脂(PTFE)50質量%と界面活性剤5質量%及び水45質量%からなる水性ディスパージョン(固形分50%)をローラ塗りし、100℃の温度で乾燥してPTFEの被覆層を形成したのち、これを加熱炉内においてPTFEの融点(327℃)以上の340℃の温度で20分間焼成し、耐熱材の一方の表面に焼成されたPTFEの被覆層を形成した。
【0149】
前記内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網の上に、焼成されたPTFEの被覆層を備えた耐熱材を、該被覆層を上方に向けて重ね合わせたのち、これらを一対のローラ間に通して一体化した外層形成部材を作製した。
【0150】
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。以下、前記実施例と同様の金型を使用し、同様の方法で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得た。
【0151】
この圧縮成形により、球帯状基体は、球帯状基体用の耐熱材と金網からなる球帯状基体用の補強材とが圧縮され、互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球帯状基体用の補強材と、この補強材の網目を充填し、かつ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球帯状基体用の耐熱材とを具備しており、外層の表面は、圧縮された耐熱材と、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焼成されたPTFEの被覆層とを備えており、外層において外部に露出した外表面は焼成されたPTFEの被覆層の平滑な面に形成されている。
【0152】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が57.2質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が42.8質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.58Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が66.1質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が33.9質量%の割合で含まれていた。
【0153】
比較例3
前記比較例1と同様の材料及び方法により筒状母材を作製した。上記比較例1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、これを外層用の補強材とした。
【0154】
前記比較例1と同様の耐熱材を別途準備し、該耐熱材の一方の表面に六方晶窒化硼素粉末85質量%とアルミナ粉末15質量%とからなる潤滑組成物を100質量部とし、これに四ふっ化エチレン樹脂(PTFE)粉末を150質量部分散含有した潤滑組成物(六方晶窒化硼素34質量%、PTFE60質量%及びアルミナ6質量%)を固形分として55質量%分散含有した水性ディスパージョン(六方晶窒化硼素18.7質量%、PTFE33.0質量%、アルミナ3.3質量%、界面活性剤5質量%及び水分40質量%)をローラ塗りし、100℃の温度で乾燥させ、該耐熱材の一方の表面に潤滑組成物の被覆層(六方晶窒化硼素34質量%、PTFE60質量%及びアルミナ6質量%)を形成した。
【0155】
前記内部に耐熱材を挿入保持した帯状金網の上に、潤滑組成物の被覆層を備えた耐熱材を、該被覆層を上方に向けて重ね合わせたのち、これらを一対のローラ間に通して一体化した外層形成部材を作製した。
【0156】
前記筒状母材の外周面に上記外層形成部材を、潤滑組成物の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。以下、前記実施例と同様の金型を使用し、同様の方法で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得た。
【0157】
この圧縮成形により、球帯状基体は、球帯状基体用の耐熱材と金網からなる球帯状基体用の補強材とが圧縮され、互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球帯状基体用の補強材と、この補強材の網目を充填し、かつ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球帯状基体用の耐熱材とを具備しており、外層の表面は、圧縮された耐熱材と、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潤滑組成物の被覆層とを備えており、外層において外部に露出した外表面は、潤滑組成物の被覆層(六方晶窒化硼素34質量%、PTFE60質量%及びアルミナ6質量%)の平滑な面に形成されている。
【0158】
作製された球帯状シール体の球帯状基体及び外層は、金網からなる球帯状基体用及び外層用の補強材が54.7質量%の割合で、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が45.3質量%の割合で含まれており、球帯状基体及び外層における耐熱材及び固体潤滑剤の密度は1.62Mg/mであった。また外層は、金網からなる補強材が63.5質量%、膨張黒鉛を含む耐熱材及び固体潤滑剤が36.5質量%の割合で含まれていた。
【0159】
次に、上記した実施例1ないし実施例15及び比較例1ないし比較例3で得た球帯状シール体を図18に示す排気管球面継手に組み込み、摩擦異常音の発生の有無及びガス漏れ量(l/min)について試験した結果を説明する。
【0160】
<摩擦異常音発生の有無の試験条件>
コイルバネによる押圧力(スプリングセットフォース):590N
揺動角度:±4°
加振周波数:12Hz
温度(図18に示す凹球面部302の外表面温度):室温(25℃)〜500℃
試験回数:100万サイクル
相手材(図18に示す径拡大部301の材質):SUS304
【0161】
<試験方法>
室温(25℃)において12Hzの加振周波数で±4°の遥動運動を1回として45,000回行ったのち、該遥動運動を継続しながら雰囲気温度を500℃の温度まで昇温(昇温中の遥動回数45,000回)し、500℃の温度に到達した時点で115,000回の遥動運動を行い、ついで該遥動運動を継続しながら雰囲気温度を室温まで降温(降温中の遥動回数45,000回)するという全遥動回数250,000回を1サイクルとして4サイクル行う。
【0162】
摩擦異常音の発生の有無の評価は、上記の(1)遥動回数25万回、(2)遥動回数50万回、(3)遥動回数75万回及び(4)遥動回数100万回の時点で、つぎのようにして行った。
<摩擦異常音の判定レベル>
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(不快音)として識別できるもの。
【0163】
<ガス漏れ量の試験条件及び試験方法>
<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):980N
加振角度:±2.5°
加振周波数(揺動速度):5Hz
温度(図18に示す凹球面部302の外表面温度):室温(25℃)〜500℃
揺動回数:100万回
相手材(図18に示す径拡大部301の材質):SUS304
【0164】
<試験方法>
室温(25℃)において5Hzの加振周波数で±2.5°の揺動運動を継続しながら温度を500℃まで昇温し、その温度を保持した状態で揺動運動を継続し、揺動回数が100万回に到達した時点でのガス漏れ量を測定した。
【0165】
<ガス漏れ量の測定方法>
図18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300側から、0.049MPa(0.5kgf/cm)の圧力で乾燥空気を流入し、継手部分(球帯状シール体38の面42と径拡大部301との摺接部、球帯状シール体38の円筒内面32と上流側排気管100の管端部101との嵌合部及び環状端面34と上流側排気管100に立設されたフランジ200との当接部)からのガス漏れ量を流量計にて、(1)試験初期(試験開始前)、(2)揺動回数25万回後、(3)揺動回数50万回後及び(4)揺動回数100万回後の4回測定した。
【0166】
表1ないし表5は上記試験結果を示す。
【0167】
【表1】

【0168】
【表2】

【0169】
【表3】

【0170】
【表4】

【0171】
【表5】

【0172】
表1乃至表5に示す試験結果から、実施例1乃至実施例15からなる球帯状シール体は、摩擦異常音及びガス漏れ量の評価において、比較例1乃至比較例3からなる球帯状シール体よりも優れていることがわかる。摩擦異常音の評価において、比較例1乃至比較例3の球帯状シール体は、その外層の固体潤滑剤が相手材との摺動において比較的早い時点で脱落ないし消失し、膨張黒鉛からなる耐熱材と相手材との直接的な摺動に移行してスティックスリップ現象を惹起し、当該スティックスリップ現象に起因する摩擦異常音を発生したものと推察される。実施例1乃至15からなる球帯状シール体は、相手材との摺動摩擦面をなす部分凸球面部の表面に、溶融ふっ素樹脂と六方晶窒化硼素あるいは溶融ふっ素樹脂と六方晶窒化硼素と黒鉛を含む潤滑組成物の焼成された固体潤滑剤と金網からなる補強材とが混在一体となった平滑な面が形成されているので、相手材との摺動摩擦において早期に固体潤滑剤が脱落ないし消失することなく表面(摺動面)に留まり、膨張黒鉛からなる耐熱材との直接的な摺動摩擦が回避され、耐熱材の静止摩擦係数と動摩擦係数との差が大きいことに起因するスティックスリップ現象を生じることがなく、該スティックスリップ現象に起因する摩擦異常音の発生は防止し得る。
【符号の説明】
【0173】
4 帯状金網
5 補強材
6 耐熱材
12 重合体
13 筒状母材
20 外層形成部材
23 予備円筒成形体
30 金型
32 円筒内面
33 部分凸球面状面
34 大径側の環状端面
35 小径側の環状端面
36 球帯状基体
37 外層
38 球帯状シール体

【特許請求の範囲】
【請求項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と共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、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、六方晶窒化硼素23〜75質量%及び溶融ふっ素樹脂23〜75質量%を含む潤滑組成物の焼成された固体潤滑剤と、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いる共に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に形成されていることを特徴とする球帯状シール体。
【請求項2】
潤滑組成物は、黒鉛を16質量%以下の割合で含有する請求項1に記載の球帯状シール体。
【請求項3】
潤滑組成物中の溶融ふっ素樹脂には、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)のいずれか一方が使用される請求項1又は2に記載の球帯状シール体。
【請求項4】
耐熱材は、燐酸塩を0.1〜16質量%の割合で含有する請求項1から3のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
【請求項5】
耐熱材は、さらに五酸化燐を0.05〜5質量%の割合で含有する請求項1から4のいずれか一項に記載の球帯状シール体。
【請求項6】
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と共に排気管継手に用いられる球帯状シール体の製造方法であって、
(a)膨張黒鉛シートからなる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補強材を準備し、この補強材を前記耐熱材に重ね合わせて重合体を形成した後、この重合体を円筒状に捲回して筒状母材を形成する工程と、
(c)溶融ふっ素樹脂粉末と六方晶窒化硼素粉末と界面活性剤と水とからなる潤滑組成物の水性ディスパージョンを準備する工程と、
(d)別の膨張黒鉛シートからなる耐熱材を準備し、該別の耐熱材の一方の表面に前記水性ディスパージョンを適用し、乾燥して該耐熱材の表面に六方晶窒化硼素と溶融ふっ素樹脂とを含む潤滑組成物からなる固体潤滑剤の被覆層を形成する工程と、
(e)該耐熱材の表面に被覆された固体潤滑剤の被覆層を溶融ふっ素樹脂の融点以上の温度で焼成し、該耐熱材の一方の表面に固体潤滑剤の焼成された焼成被覆層を形成する工程と、
(f)焼成被覆層を備えた耐熱材を、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別の補強材の二つの金網からなる層間に挿入すると共に当該耐熱材を二つの金網からなる層間に挿入した補強材を一対のローラ間の隙間に供給して加圧し、補強材の金網の網目に耐熱材と該耐熱材の表面の焼成被覆層とを充填して、表面に補強材からなる面と焼成被覆層からなる面とが混在して露出した扁平状の外面層形成部材を形成する工程と、
(g)前記筒状母材の外周面に前記外面層形成部材を焼成被覆層を外側にして捲回し、予備円筒成形体を形成する工程と、
(h)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、膨張黒鉛を含む耐熱材と金網からなる補強材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形成されており、外層は、膨張黒鉛を含む耐熱材と、六方晶窒化硼素及び溶融ふっ素樹脂を含む潤滑組成物からなる焼成された固体潤滑剤と、金網からなる補強材とが圧縮されて補強材の金網の網目に焼成された固体潤滑剤及び耐熱材が充填されて当該焼成された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焼成された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。
【請求項7】
水性ディスパージョンは、溶融ふっ素樹脂粉末11.5〜45質量%と六方晶窒化硼素11.5〜45質量%と界面活性剤0.01〜13.5質量%と水25〜45質量%とからなる請求項6に記載の球帯状シール体の製造方法。
【請求項8】
水性ディスパージョンは、黒鉛を0.5〜9質量%以下の割合で含有する請求項6又は7に記載の球帯状シール体の製造方法。
【請求項9】
溶融ふっ素樹脂には、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)のいずれか一方が使用される請求項6から8のいずれか一項に記載の球帯状シール体の製造方法。
【請求項10】
耐熱材は、燐酸塩を0.1〜16質量%の割合で含有している請求項6から9のいずれか一項に記載の球帯状シール体の製造方法。
【請求項11】
耐熱材は、さらに五酸化燐を0.05〜5質量%の割合で含有している請求項6から10のいずれか一項に記載の球帯状シール体の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【公開番号】特開2012−87874(P2012−87874A)
【公開日】平成24年5月10日(2012.5.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−234982(P2010−234982)
【出願日】平成22年10月19日(2010.10.19)
【出願人】(000103644)オイレス工業株式会社 (384)
【Fターム(参考)】