球帯状シール体
【目的】 常温から５００℃の広範囲の雰囲気温度において適用可能であって、排気ガスの熱の作用による相手材への固着現象を回避し、保持性に優れた潤滑すべり層として得、初期はいうに及ばず長期の使用においても摺動特性の低下ならびに異常音の発生のない球帯状シール体を提供することにある。
【構成】 中央に貫通孔１１を、外面に部分凸球面部１２を備えており、該部分凸球面部１２の表面は、窒化ホウ素７０〜９０重量％、アルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物の潤滑すべり層と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化された金網から成る補強材とが混在一体となった平滑な面１５に形成されてなる球帯状シール体１０。
【構成】 中央に貫通孔１１を、外面に部分凸球面部１２を備えており、該部分凸球面部１２の表面は、窒化ホウ素７０〜９０重量％、アルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物の潤滑すべり層と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化された金網から成る補強材とが混在一体となった平滑な面１５に形成されてなる球帯状シール体１０。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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。
【０００２】
【従来の技術】従来、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としては、例えば特開昭５４ー７６７５９号公報（以下「先行公報Ｉ」という）に開示されているものがある。この先行公報Ｉに開示された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反面、乾燥摩擦条件下の摩擦においては往々にして異常音を発生するという欠点がある。すなわち、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のすべり速度に対する摩擦抵抗が負性抵抗（すべり速度が増加すると摩擦抵抗が減少する現象）を示すこと、などが原因と考えられる。
【０００３】そこで、本出願人は特願昭５６ー１２０７０１号（特開昭５８ー２４６２０号公報：以下「先行公報ＩＩ」という）において、上述した欠点を解決したシール体を提案した。この先行公報ＩＩに開示されたシール体は、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成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と六ふっ化プロピレンとの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「付着ーすべり」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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した先行公報ＩＩに開示されたシール体は、性能面で前記先行公報Ｉに開示されたシール体の欠点を解決するものであったが、先行公報ＩＩ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℃以下の雰囲気温度での使用に制限されるという問題と、つぎのような問題が新たに提起された。すなわち、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現象を生じるという問題である。
【０００５】このような現象は、特にシール体の表面に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、かつ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とを実験により確認した。したがって、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を発生させるという問題を惹起することになる。
【０００６】本発明は前記諸点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、常温（２０℃）から５００℃の広範囲の雰囲気温度において適用可能なシール体であって、排気ガスの熱の作用によるシール体の表面に形成された潤滑組成物から成る潤滑すべり層の相手材への固着現象を回避し、シール体表面への保持性に優れた潤滑すべり層とし得、その結果、初期はいうに及ばず長期の使用においても摺動特性の低下ならびに異常音の発生のない球帯状シール体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的は、金属細線を織ったり、編んだりして得られる金網から成る補強材と膨張黒鉛、マイカ又はアスベストから成る耐熱材との圧縮成形物から成り、中央に貫通孔を備え、外面に部分凸球面部を備えた、とくに排気管継手に使用される球帯状シール体であって、該部分凸球面部の表面は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物の潤滑すべり層と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化された金網から成る補強材とが混在一体となった平滑な面に形成されてなる球帯状シール体によって達成される。
【０００８】また、部分凸球面部の表面に潤滑すべり層を形成する他の潤滑組成物は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有された潤滑組成物である。
【０００９】以下、上記球帯状シール体における構成材料ならびに該シール体の製造方法について説明する。
（補強材）補強材は、鉄系としてオーステナイト系のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、フェライト系のＳＵＳ４３０などのステンレス鋼線あるいは鉄または亜鉛メッキ鉄線（ＪＩＳ−Ｇ−３５３２）、また銅系としては銅−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材を織ったり、編んだりして形成される金網（金属メッシュ）が使用される。該金網を形成する金属細線の線径は０．１０〜０．３２ｍｍ程度のものが使用され、該金網の網目３〜６ｍｍ程度のものが使用されて好適である。
（耐熱材）耐熱材としては、膨張黒鉛、マイカ、アスベストが選択されて使用される。膨張黒鉛は、特公昭４４−２３９６６号公報に開示されている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０．３〜１．０ｍｍのシート状のものが使用されて好適である。マイカはシリコン樹脂で接合したマイカペーパー、アスベストはクリソタイルまたはアモサイト系のアスベストペーパーまたはシートが使用される。
【００１０】（潤滑組成物）潤滑組成物は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を固形分として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョンが、また他の潤滑組成物として窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有された潤滑組成物を固形分として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョンが使用される。上記潤滑組成物の水性ディスパージョンは、後述する製造方法において、シート状耐熱材の表面に刷毛塗り、スプレー等の手段によって被覆され、最終の圧縮工程においてシール状の外面部分凸球面部表面に均一かつ微小厚さ（１０〜３００μｍ）に展延されて潤滑すべり層を形成する。被覆するにあたり、水性ディスパージョン中の固形分が２０〜３０重量％（水分７０〜８０重量％）の場合には、被覆操作を２〜３回繰り返すことにより所望の厚さの潤滑すべり層とすることができる。
【００１１】成分中の窒化ホウ素は、とくに高温において優れた潤滑性を発揮するものであるが、窒化ホウ素単独では前記シート状耐熱材表面への被着性、ひいては最終の圧縮工程におけるシール体の外面部分凸球面部表面への被着性に劣り、これらの表面から容易に剥離してしまうという欠点がある。本発明では、窒化ホウ素に対し一定量の割合でアルミナおよびあるいはシリカを配合することにより、上記窒化ホウ素単独の欠点を回避し、シート状耐熱材表面への被着性、ひいては最終の圧縮工程におけるシール体の外面部分凸球面部表面への被着性を大幅に改善し、該シール体の外面部分凸球面部表面への潤滑組成物から成る潤滑すべり層の保持性を高めることを見出した。そして、窒化ホウ素に対するアルミナおよびあるいはシリカの配合割合は、窒化ホウ素の具有する潤滑性を損なうことなく、かつ被着性を改善するという観点から決定され、１０〜３０重量％の範囲が好ましいことを確認した。
【００１２】上述した窒化ホウ素７０〜９０重量％、アルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに一定量の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂を含有した潤滑組成物において、ポリテトラフルオロエチレン樹脂はそれ自身低摩擦性を有するもので、窒化ホウ素並びにアルミナおよびあるいはシリカから成る潤滑組成物に配合されることにより、該潤滑組成物の低摩擦性を向上させる作用と、圧縮成形時の該潤滑組成物の展延性を高める作用、さらに潤滑組成物の被着性を高める作用をなす。上記窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物１００重量部に対し、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の配合割合は２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の範囲である。このポリテトラフルオロエチレン樹脂の配合割合が２００重量部を超えると、潤滑組成物中に占める割合が多くなり、結果として従来公報ＩＩにおける欠点を回避できない。また、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の配合割合が５０〜１５０重量部の範囲であれば、上記作用をいかんなく発揮させることができる。
【００１３】水性ディスパージョンを形成する窒化ホウ素、アルミナおよびあるいはシリカ、あるいはこれらに配合されるポリテトラフルオロエチレン樹脂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る。
【００１４】つぎに、上述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。金属細線を織ったり編んだりすることによって形成される金網を用意し、この金網を所定の幅に切断するか、金属細線を編んで円筒状金網を形成したのち、これをローラ間に通す（図２）かして帯状金網を作成し、これを補強材１として使用する。耐熱材として、所定の幅に切断したシート状耐熱材２を用意する。そして、帯状金網からなる補強材１とシート状耐熱材２とを重ね合わせると共にシート状耐熱材２を内側にしかつ最外周では該耐熱材２が位置するように円筒状に捲回し、円筒体３を作成する（図３）。
【００１５】上記シート状耐熱材２と同様のシート状耐熱材４を別途用意し、該シート状耐熱材４の一方の表面に、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を固形分として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョン、あるいは窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有された潤滑組成物を固形分として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョンを刷毛塗り、スプレー等の手段で被覆し、乾燥して該潤滑組成物の被覆層５を形成する。金属細線を編んで円筒状金網を形成したのち、これをローラ間に通して作成した帯状金網６を用意し、該帯状金網６内に前記被覆層５を備えたシート状耐熱材４を挿入すると共にこれらをローラ間に通して一体化させた摺動面材７を作成する。（図４、図５）
【００１６】このようにして得た摺動面材７を被覆層５を外側にして前記円筒体３の外周面に巻付け、予備円筒成形体８を作成する（図６）。内面に円筒壁面９１と円筒壁面９１に連なる部分凹球壁面９２と部分凹球壁面９２に連なる貫通孔９３とを備え、該貫通孔９３に段付きコア９４を嵌挿することによって内部に中空円筒部９５と該中空円筒部９５に連なる球帯状中空部９６とが形成された金型９を用意し、該金型９の段付きコア９４に前記予備円筒成形体８を挿入する（図７）。
【００１７】金型９の中空部に位置せしめられた予備円筒成形体８をコア軸方向に１〜３トン／ｃｍ2の圧力で圧縮成形し、内面に貫通孔を備え、外面に部分凸球面部を備えた球帯状シール体を作成する。この圧縮成形により、円筒体３の金網からなる補強材１と耐熱材２とは互いに絡み合って一体化したシール体母材を形成し、該母材の部分凸球面部表面には該母材と一体化した摺動面材７の潤滑組成物と金網とが混在一体となった平滑な面が形成される。図１は上述した方法によって作成された球帯状シール体を示す縦断面説明図で、図中、符号１０は球帯状シール体、１１は貫通孔、１２は部分凸球面部、１３はシール体母材を形成する金網から成る補強材、１４は該補強材と一体となった耐熱材、１５は摺動面材７によって形成された潤滑組成物から成る潤滑すべり層と金網とが混在一体となった平滑な面である。
【００１８】上述した構成からなる球帯状シール体１０は、図８に示す排気管継手に組込まれて使用される。すなわち、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、該管端部１０１には球帯状シール体１０が貫通孔１１を嵌合させ、部分凸球面部１２の大径側端面を該フランジ２００に当接させて着座せしめられている。上流側排気管１００と相対向してマフラー側に連結され、端部に凹球面部３０２と凹球面部３０２の開口部周縁にフランジ部３０３を備えた径拡大部３０１が一体に形成された下流側排気管３００が凹球面部３０２を球帯状シール体１０の部分凸球面部１２に摺接させて配置されている。
【００１９】上、下流側排気管１００、３００には、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とフランジ部３０３と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、上、下流側排気管１００、３００に生ずる相対角変位に対しては、球帯状シール体１０の部分凸球面部１２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との摺接で許容するように構成されている。
【００２０】（実施例）以下、本発明の球帯状シール体の実施例について詳細に説明する。
＜実施例Ｉ＞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）を使用し、網目３ｍｍの円筒状編組金網を作成し、これをローラ間に通して帯状の金網とし、これを補強材１とした。耐熱材２として、厚さ０．５ｍｍのシート状膨張黒鉛（日本カーボン社製「ニカフィルム（商品名）」を使用した。これら補強材１と耐熱材２とを重ね合わせたのち、耐熱材２を内側にし最外周に該耐熱材２が位置するように捲回して円筒体３を作成した。
【００２１】上記耐熱材２と同様の耐熱材（膨張黒鉛）４を別途用意し、該耐熱材４の一方の表面に、平均粒径７μｍの窒化ホウ素粉末８５重量％、平均粒径０．６μｍのアルミナ粉末１５重量％から成る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（窒化ホウ素２５．５重量％、アルミナ４．５重量％、水分７０重量％）を刷毛塗りし、乾燥するという被覆操作を３回繰り返して該潤滑組成物の被覆層５を形成した。上記補強材１と同様の円筒状金網を形成したのち、これをローラ間に通して作成した帯状金網６を別途用意し、該帯状金網６内に前記被覆層５を備えた耐熱材４を挿入すると共にこれらをローラ間に通して一体化させ、一方の面に潤滑組成物と金網とが混在した摺動面材７を作成した。
【００２２】前記円筒体３の外周面に、この摺動面材７を潤滑組成物と金網とが混在した面を外側にして巻き付けて予備円筒成形体８を作成した。内面に円筒壁面９１と円筒壁面９１に連なる部分凹球壁面９２と部分凹壁面９２に連なる貫通孔９３とを備え、該貫通孔９３に段付きコア９４を嵌挿することによって内部に中空円筒部９５と該中空円筒部９５に連なる球帯状中空部９６とが形成された金型９を用意し、該金型９の段付きコア９４に前記予備成形体８を挿入し、該予備円筒成形体８を該金型９の中空部に位置させた。
【００２３】金型９の中空部に位置させた予備円筒成形体８をコア軸方向に３トン／ｃｍ2の圧力で圧縮形成し、内面に貫通孔１１を備え、外面に部分凸球面部１２を備えた球帯状シール体１０を作成した。この圧縮成形により、予備円筒成形体８の円筒体部分は補強材と耐熱材とが互いに絡み合って一体化したシール体母材を形成し、その外面に摺動面材が一体化されると共に該摺動面材の潤滑組成物が展延されて該摺動面材の補強材と混在した潤滑すべり層が形成される。
【００２４】＜実施例ＩＩ＞前記実施例Ｉと同様の円筒体を作成した。耐熱材として膨張黒鉛を別途用意し、該耐熱材の一方の表面に、平均粒径７μｍの窒化ホウ素粉末８５重量％、平均粒径０．６μｍのアルミナ粉末１５重量％から成る潤滑組成物を１００重量とし、これに平均粒径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を５０重量部含有した潤滑組成物（窒化ホウ素５６．７重量％、アルミナ１０重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂３３．３重量％）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（窒化ホウ素１７重量％、アルミナ３重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂１０重量％、水分７０重量％）を刷毛塗りし、乾燥するという被覆操作を３回繰り返して該潤滑組成物の被覆層を形成した。以下、実施例Ｉと同様の方法で、球帯状シール体を作成した。
【００２５】＜実施例ＩＩＩ＞前記実施例Ｉと同様の円筒体を作成した。耐熱材として膨張黒鉛を別途用意し、該耐熱材の一方の表面に、平均粒径７μｍの窒化ホウ素粉末８５重量％、平均粒径０．６μｍのアルミナ粉末１５重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに平均０．３μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を１５０重量部分散含有した潤滑組成物（窒化ホウ素３４重量％、アルミナ６重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂６０重量％）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（窒化ホウ素１０．２重量％、アルミナ１．８重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂１８重量％、水分７０重量％）を刷毛塗りし、乾燥するという被覆操作を３回繰り返して該潤滑組成物の被覆層を形成した。以下、実施例Ｉと同様の方法で、球帯状シール体を作成した。
【００２６】＜比較例＞前記実施例Ｉと同様の円筒体を作成した。耐熱材として膨張黒鉛を別途用意し、該耐熱材の一方の表面に、平均粒径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を固形分として３０重量％分散含有した水性ディスパージョン（ポリテトラフルオロエチレン樹脂３０重量％、水分７０重量％）を刷毛塗りし、乾燥するという被覆操作を３回繰り返して該潤滑組成物の被覆層を形成し、これを摺動面材とした。円筒体の外周面に、この摺動面材を潤滑組成物の被覆層が形成された面を外側にして巻付けて予備円筒成形体を作成した。以下、実施例Ｉと同様の方法で、球帯状シール体を作成した。
【００２７】つぎに、上述した実施例及び比較例からなる球帯状シール体について、図８に示す排気管継手を使用して、該シール体の摩擦初期における摩擦トルク（ｋｇｆ・ｃｍ）及び異常音の発生の有無を試験した結果について説明する。
（試験Ｉ）
（試験条件）
コイルバネによる押圧力：７２ｋｇｆ 揺動角：±３゜振動数：１２ヘルツ雰囲気温度（図８に示す凹球面部３０２の外表面温度）：室温（２０℃）〜３００℃（試験ＩＩ）
コイルバネによる押圧力：７２ｋｇｆ 揺動角：±３゜振動数：１２ヘルツ雰囲気温度（上記に同じ）：室温（２０℃）〜５００℃試験方法（試験Ｉ、試験ＩＩとも）：１２ヘルツの振動数で±３゜の揺動運動を１回として室温で４５，０００回行ったのち、該揺動運動を継続しながら雰囲気温度を３００℃（試験Ｉ）、５００℃（試験ＩＩ）まで昇温し（昇温中の揺動回数４５，０００回）、該雰囲気温度が３００℃、５００℃に到達した時点で１１５，０００回の揺動運動を行い、ついで該揺動運動を継続しながら雰囲気温度を室温まで降温（降温中の揺動回数４５，０００回）するという、全揺動回数２５０，０００回を１サイクルとして４サイクル行う。
【００２８】また、異常音の発生の有無の評価はつぎのようにして行った。
評価記号Ｉ ：異常音の発生のないもの。
評価記号ＩＩ ：試験片に耳を近づけた状態で、かすかに異常音が聴こえるもの。
評価記号ＩＩＩ：定位置（試験片から１．５ｍ離れた位置）では生活環境音に消され、一般には判別しがたいが試験担当者には異常音として判別できるもの。
評価記号ＩＶ ：定位置で誰でも異常音（不快音）として識別できるもの。
【００２９】表１は上記試験方法によって得られた試験Ｉの試験結果を示す表であり、表２は上記試験方法によって得られた試験ＩＩの試験結果を示す表である。
（以下余白）
【００３０】
【表１】
（以下余白）
【００３１】
【表２】
【００３２】表１、表２中、１は揺動回数０〜２５万回での結果、２は揺動回数２５万〜５０万回での結果、３は揺動回数５０万〜７５万回での結果、４は揺動回数７５万〜１００万回での結果を示したものである。試験Ｉの結果からは実施例と比較例との間に性能の差は認められず、両者とも摩擦トルクが低く、かつ異常音の発生も認められなかった。一方、試験ＩＩの結果から、比較例の球帯状シール体は雰囲気温度の上昇に伴ない異常音の発生が認められたが、これは雰囲気温度が３００℃を超えると表面の潤滑すべり層が溶融軟化し、その状態での継続する揺動運動により該潤滑すべり層が表面から流動排出され、該シール体と相手材との摩擦が耐熱材料（膨張黒鉛）との摩擦に移行したため異常音の発生を引き起こしたものと推察される。
【００３３】これに対し、実施例からなる球帯状シール体は雰囲気温度が５００℃に到達しても、表面の潤滑すべり層には溶融軟化現象は起こらず該シール体表面に保持されており、相手材とは潤滑すべり層との摩擦により何ら異常音を発生することなく、低い摩擦トルクで安定した揺動運動を繰り返した。実施例ＩＩ及び実施例ＩＩＩの潤滑すべり層にはポリテトラフルオロエチレン樹脂が配合されているにも拘らず上記のような試験結果を示したのは、成分組成中の窒化ホウ素及びアルミナによりポリテトラフルオロエチレン樹脂の溶融軟化点が見掛け上高められていること、また相手材との摩擦面をなす部分凸球面部の表面には金網からなる補強材が該潤滑すべり層と混在していることから、潤滑すべり層と相手材との連続した直接の摩擦を防いでいること、さらにアルミナの作用により潤滑すべり層の部分凸球面表面への保持力が高められていること、などによるものと考えられる。
【００３４】つぎに、球帯状シール体の表面に形成された潤滑すべり層の相手材表面への固着現象について試験した結果について述べる。
（試験ＩＩＩ）
（試験条件）
コイルバネによる押圧力：７２ｋｇｆ雰囲気温度（図８に示す凹球面部３０２の外表面温度）：室温（２０℃）〜４００℃試験方法：図８に示す排気管継手に実施例及び比較例からなる球帯状シール体を組込み、雰囲気温度を室温から４００℃に到達するまで上昇させ、４００℃の温度で１０分間保持したのち、雰囲気温度を室温まで下げ、始動摩擦トルクの測定及び異常音の発生を試験する。
【００３５】表３は上記試験方法によって得られた試験結果である。
【００３６】
【表３】
【００３７】試験結果から、比較例からなる球帯状シール体は部分凸球面部表面に形成されたポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる潤滑組成物の潤滑すべり層が相手材（凹球面部）に強固に固着し、始動摩擦トルクは５００ｋｇｆ・ｃｍ以上と極めて高く、上、下流側排気管の相対角変位を許容することができなかった。一方、実施例からなる球帯状シール体は相手材表面に固着することなく、また異常音の発生もなく、低い摩擦トルクで上、下流側排気管の相対角変位を許容することができた。
【００３８】このように、実施例と比較例からなる球帯状シール体において、このような差が生じたのは、つぎのような理由からであると推察される。比較例からなる球帯状シール体は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる潤滑組成物の潤滑すべり層が雰囲気温度の上昇により溶融軟化を生じると共にこの溶融軟化した状態でコイルバネの押圧力が球帯状シール体と排気管の凹球面部との間に強固な締付け力として作用し、この状態で冷却されることにより、該潤滑すべり層と排気管の凹球面部との間に固着を生じたものと推察される。これに対し実施例からなる球帯状シール体は、前述したように潤滑すべり層は、窒化ホウ素及びアルミナから成る潤滑組成物、あるいは窒化ホウ素、アルミナ及びポリテトラフルオロエチレン樹脂から成る潤滑組成物で形成されており、とくに実施例ＩＩ、実施例ＩＩＩから成るシール体は潤滑組成物の成分中の窒化ホウ素及びアルミナによりポリテトラフルオロエチレン樹脂の溶融軟化点が見掛け上高められていること、また相手材との摩擦面をなす部分凸球面部の表面には金網からなる補強材が該潤滑すべり層と混在していることから、潤滑すべり層と相手材との連続した直接の摩擦を防いでいること、さらにアルミナの作用により潤滑すべり層の部分凸球面表面への保持力が高められていること、などにより比較例のような現象を生じなかったものと推察される。
【００３９】以上の試験結果から、実施例からなる球帯状シール体は雰囲気温度の上昇及び揺動角の大小に係わりなく、上、下流側排気管の相対角変位に対し低い摩擦トルクで、かつ異常音の発生もなく許容することができるのに対し、比較例からなる球帯状シール体は揺動角の小さい部位への適用においては上記問題を生じることから、自ずから使用条件、使用部位に制約を受けることになる。なお、上記実施例においては、アルミナを使用した例について示したが、アルミナに代えてシリカあるいはアルミナおよびシリカを使用しても、アルミナを使用したものと同様である。
【００４０】
【発明の効果】本発明の球帯状シール体は、相手材との摩擦面をなす部分凸球面部の表面に、窒化ホウ素並びにアルミナおよびあるいはシリカから成る潤滑組成物、あるいは窒化ホウ素、アルミナおよびあるいはシリカ並びにポリテトラフルオロエチレン樹脂から成る潤滑組成物の潤滑すべり層と金網からなる補強材が混在一体となった平滑な面が形成されているので、常温から５００℃の広範囲にわたり相手材との摩擦において低い摩擦トルクにより上、下流側排気管の相対角変位を許容することができる。
【００４１】また、潤滑すべり層を形成する潤滑組成物にポリテトラフルオロエチレン樹脂が配合されたものにおいては、成分中の窒化ホウ素並びにアルミナおよびあるいはシリカが該ポリテトラフルオロエチレン樹脂の溶融軟化点を見掛け上高めること、アルミナおよびあるいはシリカの作用により潤滑すべり層の部分凸球面表面への保持力が高められていること、さらには該潤滑すべり層は金網からなる補強材と混在していることから、相手材との連続した直接の接触が防がれること、などにより従来技術の問題点である雰囲気温度の上昇に起因する潤滑すべり層の溶融軟化、これに起因する潤滑すべり層の相手材表面への固着は生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の球帯状シール体の縦断面説明図である。
【図２】本発明の球帯状シール体の製造過程における帯状補強材を作成する方法を示す斜視図である。
【図３】本発明の球帯状シール体の製造過程における円筒体の平面図である。
【図４】本発明の球帯状シール体の製造過程における摺動面材の斜視図である。
【図５】本発明の球帯状シール体の製造過程における摺動面材の縦断面説明図である。
【図６】本発明の球帯状シール体の製造過程における予備円筒成形体の平面図である。
【図７】本発明の球帯状シール体の製造過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。
【図８】本発明の球帯状シール体を組込んだ排気管継手の縦断面図である。
【符号の説明】
１・・補強材
２・・耐熱材
３・・円筒体
４・・耐熱材
５・・被覆層
６・・帯状金網
７・・摺動面材
８・・予備円筒成形体
９・・金型
１０・・球帯状シール体
１１・・貫通孔
１２・・部分凸球面部
【０００１】
【産業上の利用分野】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。
【０００２】
【従来の技術】従来、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としては、例えば特開昭５４ー７６７５９号公報（以下「先行公報Ｉ」という）に開示されているものがある。この先行公報Ｉに開示された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反面、乾燥摩擦条件下の摩擦においては往々にして異常音を発生するという欠点がある。すなわち、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のすべり速度に対する摩擦抵抗が負性抵抗（すべり速度が増加すると摩擦抵抗が減少する現象）を示すこと、などが原因と考えられる。
【０００３】そこで、本出願人は特願昭５６ー１２０７０１号（特開昭５８ー２４６２０号公報：以下「先行公報ＩＩ」という）において、上述した欠点を解決したシール体を提案した。この先行公報ＩＩに開示されたシール体は、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成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と六ふっ化プロピレンとの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「付着ーすべり」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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した先行公報ＩＩに開示されたシール体は、性能面で前記先行公報Ｉに開示されたシール体の欠点を解決するものであったが、先行公報ＩＩ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℃以下の雰囲気温度での使用に制限されるという問題と、つぎのような問題が新たに提起された。すなわち、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現象を生じるという問題である。
【０００５】このような現象は、特にシール体の表面に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、かつ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とを実験により確認した。したがって、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を発生させるという問題を惹起することになる。
【０００６】本発明は前記諸点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、常温（２０℃）から５００℃の広範囲の雰囲気温度において適用可能なシール体であって、排気ガスの熱の作用によるシール体の表面に形成された潤滑組成物から成る潤滑すべり層の相手材への固着現象を回避し、シール体表面への保持性に優れた潤滑すべり層とし得、その結果、初期はいうに及ばず長期の使用においても摺動特性の低下ならびに異常音の発生のない球帯状シール体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的は、金属細線を織ったり、編んだりして得られる金網から成る補強材と膨張黒鉛、マイカ又はアスベストから成る耐熱材との圧縮成形物から成り、中央に貫通孔を備え、外面に部分凸球面部を備えた、とくに排気管継手に使用される球帯状シール体であって、該部分凸球面部の表面は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物の潤滑すべり層と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化された金網から成る補強材とが混在一体となった平滑な面に形成されてなる球帯状シール体によって達成される。
【０００８】また、部分凸球面部の表面に潤滑すべり層を形成する他の潤滑組成物は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有された潤滑組成物である。
【０００９】以下、上記球帯状シール体における構成材料ならびに該シール体の製造方法について説明する。
（補強材）補強材は、鉄系としてオーステナイト系のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、フェライト系のＳＵＳ４３０などのステンレス鋼線あるいは鉄または亜鉛メッキ鉄線（ＪＩＳ−Ｇ−３５３２）、また銅系としては銅−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材を織ったり、編んだりして形成される金網（金属メッシュ）が使用される。該金網を形成する金属細線の線径は０．１０〜０．３２ｍｍ程度のものが使用され、該金網の網目３〜６ｍｍ程度のものが使用されて好適である。
（耐熱材）耐熱材としては、膨張黒鉛、マイカ、アスベストが選択されて使用される。膨張黒鉛は、特公昭４４−２３９６６号公報に開示されている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０．３〜１．０ｍｍのシート状のものが使用されて好適である。マイカはシリコン樹脂で接合したマイカペーパー、アスベストはクリソタイルまたはアモサイト系のアスベストペーパーまたはシートが使用される。
【００１０】（潤滑組成物）潤滑組成物は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を固形分として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョンが、また他の潤滑組成物として窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有された潤滑組成物を固形分として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョンが使用される。上記潤滑組成物の水性ディスパージョンは、後述する製造方法において、シート状耐熱材の表面に刷毛塗り、スプレー等の手段によって被覆され、最終の圧縮工程においてシール状の外面部分凸球面部表面に均一かつ微小厚さ（１０〜３００μｍ）に展延されて潤滑すべり層を形成する。被覆するにあたり、水性ディスパージョン中の固形分が２０〜３０重量％（水分７０〜８０重量％）の場合には、被覆操作を２〜３回繰り返すことにより所望の厚さの潤滑すべり層とすることができる。
【００１１】成分中の窒化ホウ素は、とくに高温において優れた潤滑性を発揮するものであるが、窒化ホウ素単独では前記シート状耐熱材表面への被着性、ひいては最終の圧縮工程におけるシール体の外面部分凸球面部表面への被着性に劣り、これらの表面から容易に剥離してしまうという欠点がある。本発明では、窒化ホウ素に対し一定量の割合でアルミナおよびあるいはシリカを配合することにより、上記窒化ホウ素単独の欠点を回避し、シート状耐熱材表面への被着性、ひいては最終の圧縮工程におけるシール体の外面部分凸球面部表面への被着性を大幅に改善し、該シール体の外面部分凸球面部表面への潤滑組成物から成る潤滑すべり層の保持性を高めることを見出した。そして、窒化ホウ素に対するアルミナおよびあるいはシリカの配合割合は、窒化ホウ素の具有する潤滑性を損なうことなく、かつ被着性を改善するという観点から決定され、１０〜３０重量％の範囲が好ましいことを確認した。
【００１２】上述した窒化ホウ素７０〜９０重量％、アルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに一定量の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂を含有した潤滑組成物において、ポリテトラフルオロエチレン樹脂はそれ自身低摩擦性を有するもので、窒化ホウ素並びにアルミナおよびあるいはシリカから成る潤滑組成物に配合されることにより、該潤滑組成物の低摩擦性を向上させる作用と、圧縮成形時の該潤滑組成物の展延性を高める作用、さらに潤滑組成物の被着性を高める作用をなす。上記窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物１００重量部に対し、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の配合割合は２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の範囲である。このポリテトラフルオロエチレン樹脂の配合割合が２００重量部を超えると、潤滑組成物中に占める割合が多くなり、結果として従来公報ＩＩにおける欠点を回避できない。また、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の配合割合が５０〜１５０重量部の範囲であれば、上記作用をいかんなく発揮させることができる。
【００１３】水性ディスパージョンを形成する窒化ホウ素、アルミナおよびあるいはシリカ、あるいはこれらに配合されるポリテトラフルオロエチレン樹脂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る。
【００１４】つぎに、上述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。金属細線を織ったり編んだりすることによって形成される金網を用意し、この金網を所定の幅に切断するか、金属細線を編んで円筒状金網を形成したのち、これをローラ間に通す（図２）かして帯状金網を作成し、これを補強材１として使用する。耐熱材として、所定の幅に切断したシート状耐熱材２を用意する。そして、帯状金網からなる補強材１とシート状耐熱材２とを重ね合わせると共にシート状耐熱材２を内側にしかつ最外周では該耐熱材２が位置するように円筒状に捲回し、円筒体３を作成する（図３）。
【００１５】上記シート状耐熱材２と同様のシート状耐熱材４を別途用意し、該シート状耐熱材４の一方の表面に、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を固形分として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョン、あるいは窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに２００重量部以下、好ましくは５０〜１５０重量部の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有された潤滑組成物を固形分として２０〜５０重量％分散含有した水性ディスパージョンを刷毛塗り、スプレー等の手段で被覆し、乾燥して該潤滑組成物の被覆層５を形成する。金属細線を編んで円筒状金網を形成したのち、これをローラ間に通して作成した帯状金網６を用意し、該帯状金網６内に前記被覆層５を備えたシート状耐熱材４を挿入すると共にこれらをローラ間に通して一体化させた摺動面材７を作成する。（図４、図５）
【００１６】このようにして得た摺動面材７を被覆層５を外側にして前記円筒体３の外周面に巻付け、予備円筒成形体８を作成する（図６）。内面に円筒壁面９１と円筒壁面９１に連なる部分凹球壁面９２と部分凹球壁面９２に連なる貫通孔９３とを備え、該貫通孔９３に段付きコア９４を嵌挿することによって内部に中空円筒部９５と該中空円筒部９５に連なる球帯状中空部９６とが形成された金型９を用意し、該金型９の段付きコア９４に前記予備円筒成形体８を挿入する（図７）。
【００１７】金型９の中空部に位置せしめられた予備円筒成形体８をコア軸方向に１〜３トン／ｃｍ2の圧力で圧縮成形し、内面に貫通孔を備え、外面に部分凸球面部を備えた球帯状シール体を作成する。この圧縮成形により、円筒体３の金網からなる補強材１と耐熱材２とは互いに絡み合って一体化したシール体母材を形成し、該母材の部分凸球面部表面には該母材と一体化した摺動面材７の潤滑組成物と金網とが混在一体となった平滑な面が形成される。図１は上述した方法によって作成された球帯状シール体を示す縦断面説明図で、図中、符号１０は球帯状シール体、１１は貫通孔、１２は部分凸球面部、１３はシール体母材を形成する金網から成る補強材、１４は該補強材と一体となった耐熱材、１５は摺動面材７によって形成された潤滑組成物から成る潤滑すべり層と金網とが混在一体となった平滑な面である。
【００１８】上述した構成からなる球帯状シール体１０は、図８に示す排気管継手に組込まれて使用される。すなわち、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、該管端部１０１には球帯状シール体１０が貫通孔１１を嵌合させ、部分凸球面部１２の大径側端面を該フランジ２００に当接させて着座せしめられている。上流側排気管１００と相対向してマフラー側に連結され、端部に凹球面部３０２と凹球面部３０２の開口部周縁にフランジ部３０３を備えた径拡大部３０１が一体に形成された下流側排気管３００が凹球面部３０２を球帯状シール体１０の部分凸球面部１２に摺接させて配置されている。
【００１９】上、下流側排気管１００、３００には、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とフランジ部３０３と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、上、下流側排気管１００、３００に生ずる相対角変位に対しては、球帯状シール体１０の部分凸球面部１２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との摺接で許容するように構成されている。
【００２０】（実施例）以下、本発明の球帯状シール体の実施例について詳細に説明する。
＜実施例Ｉ＞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）を使用し、網目３ｍｍの円筒状編組金網を作成し、これをローラ間に通して帯状の金網とし、これを補強材１とした。耐熱材２として、厚さ０．５ｍｍのシート状膨張黒鉛（日本カーボン社製「ニカフィルム（商品名）」を使用した。これら補強材１と耐熱材２とを重ね合わせたのち、耐熱材２を内側にし最外周に該耐熱材２が位置するように捲回して円筒体３を作成した。
【００２１】上記耐熱材２と同様の耐熱材（膨張黒鉛）４を別途用意し、該耐熱材４の一方の表面に、平均粒径７μｍの窒化ホウ素粉末８５重量％、平均粒径０．６μｍのアルミナ粉末１５重量％から成る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（窒化ホウ素２５．５重量％、アルミナ４．５重量％、水分７０重量％）を刷毛塗りし、乾燥するという被覆操作を３回繰り返して該潤滑組成物の被覆層５を形成した。上記補強材１と同様の円筒状金網を形成したのち、これをローラ間に通して作成した帯状金網６を別途用意し、該帯状金網６内に前記被覆層５を備えた耐熱材４を挿入すると共にこれらをローラ間に通して一体化させ、一方の面に潤滑組成物と金網とが混在した摺動面材７を作成した。
【００２２】前記円筒体３の外周面に、この摺動面材７を潤滑組成物と金網とが混在した面を外側にして巻き付けて予備円筒成形体８を作成した。内面に円筒壁面９１と円筒壁面９１に連なる部分凹球壁面９２と部分凹壁面９２に連なる貫通孔９３とを備え、該貫通孔９３に段付きコア９４を嵌挿することによって内部に中空円筒部９５と該中空円筒部９５に連なる球帯状中空部９６とが形成された金型９を用意し、該金型９の段付きコア９４に前記予備成形体８を挿入し、該予備円筒成形体８を該金型９の中空部に位置させた。
【００２３】金型９の中空部に位置させた予備円筒成形体８をコア軸方向に３トン／ｃｍ2の圧力で圧縮形成し、内面に貫通孔１１を備え、外面に部分凸球面部１２を備えた球帯状シール体１０を作成した。この圧縮成形により、予備円筒成形体８の円筒体部分は補強材と耐熱材とが互いに絡み合って一体化したシール体母材を形成し、その外面に摺動面材が一体化されると共に該摺動面材の潤滑組成物が展延されて該摺動面材の補強材と混在した潤滑すべり層が形成される。
【００２４】＜実施例ＩＩ＞前記実施例Ｉと同様の円筒体を作成した。耐熱材として膨張黒鉛を別途用意し、該耐熱材の一方の表面に、平均粒径７μｍの窒化ホウ素粉末８５重量％、平均粒径０．６μｍのアルミナ粉末１５重量％から成る潤滑組成物を１００重量とし、これに平均粒径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を５０重量部含有した潤滑組成物（窒化ホウ素５６．７重量％、アルミナ１０重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂３３．３重量％）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（窒化ホウ素１７重量％、アルミナ３重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂１０重量％、水分７０重量％）を刷毛塗りし、乾燥するという被覆操作を３回繰り返して該潤滑組成物の被覆層を形成した。以下、実施例Ｉと同様の方法で、球帯状シール体を作成した。
【００２５】＜実施例ＩＩＩ＞前記実施例Ｉと同様の円筒体を作成した。耐熱材として膨張黒鉛を別途用意し、該耐熱材の一方の表面に、平均粒径７μｍの窒化ホウ素粉末８５重量％、平均粒径０．６μｍのアルミナ粉末１５重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに平均０．３μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を１５０重量部分散含有した潤滑組成物（窒化ホウ素３４重量％、アルミナ６重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂６０重量％）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（窒化ホウ素１０．２重量％、アルミナ１．８重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂１８重量％、水分７０重量％）を刷毛塗りし、乾燥するという被覆操作を３回繰り返して該潤滑組成物の被覆層を形成した。以下、実施例Ｉと同様の方法で、球帯状シール体を作成した。
【００２６】＜比較例＞前記実施例Ｉと同様の円筒体を作成した。耐熱材として膨張黒鉛を別途用意し、該耐熱材の一方の表面に、平均粒径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を固形分として３０重量％分散含有した水性ディスパージョン（ポリテトラフルオロエチレン樹脂３０重量％、水分７０重量％）を刷毛塗りし、乾燥するという被覆操作を３回繰り返して該潤滑組成物の被覆層を形成し、これを摺動面材とした。円筒体の外周面に、この摺動面材を潤滑組成物の被覆層が形成された面を外側にして巻付けて予備円筒成形体を作成した。以下、実施例Ｉと同様の方法で、球帯状シール体を作成した。
【００２７】つぎに、上述した実施例及び比較例からなる球帯状シール体について、図８に示す排気管継手を使用して、該シール体の摩擦初期における摩擦トルク（ｋｇｆ・ｃｍ）及び異常音の発生の有無を試験した結果について説明する。
（試験Ｉ）
（試験条件）
コイルバネによる押圧力：７２ｋｇｆ 揺動角：±３゜振動数：１２ヘルツ雰囲気温度（図８に示す凹球面部３０２の外表面温度）：室温（２０℃）〜３００℃（試験ＩＩ）
コイルバネによる押圧力：７２ｋｇｆ 揺動角：±３゜振動数：１２ヘルツ雰囲気温度（上記に同じ）：室温（２０℃）〜５００℃試験方法（試験Ｉ、試験ＩＩとも）：１２ヘルツの振動数で±３゜の揺動運動を１回として室温で４５，０００回行ったのち、該揺動運動を継続しながら雰囲気温度を３００℃（試験Ｉ）、５００℃（試験ＩＩ）まで昇温し（昇温中の揺動回数４５，０００回）、該雰囲気温度が３００℃、５００℃に到達した時点で１１５，０００回の揺動運動を行い、ついで該揺動運動を継続しながら雰囲気温度を室温まで降温（降温中の揺動回数４５，０００回）するという、全揺動回数２５０，０００回を１サイクルとして４サイクル行う。
【００２８】また、異常音の発生の有無の評価はつぎのようにして行った。
評価記号Ｉ ：異常音の発生のないもの。
評価記号ＩＩ ：試験片に耳を近づけた状態で、かすかに異常音が聴こえるもの。
評価記号ＩＩＩ：定位置（試験片から１．５ｍ離れた位置）では生活環境音に消され、一般には判別しがたいが試験担当者には異常音として判別できるもの。
評価記号ＩＶ ：定位置で誰でも異常音（不快音）として識別できるもの。
【００２９】表１は上記試験方法によって得られた試験Ｉの試験結果を示す表であり、表２は上記試験方法によって得られた試験ＩＩの試験結果を示す表である。
（以下余白）
【００３０】
【表１】
（以下余白）
【００３１】
【表２】
【００３２】表１、表２中、１は揺動回数０〜２５万回での結果、２は揺動回数２５万〜５０万回での結果、３は揺動回数５０万〜７５万回での結果、４は揺動回数７５万〜１００万回での結果を示したものである。試験Ｉの結果からは実施例と比較例との間に性能の差は認められず、両者とも摩擦トルクが低く、かつ異常音の発生も認められなかった。一方、試験ＩＩの結果から、比較例の球帯状シール体は雰囲気温度の上昇に伴ない異常音の発生が認められたが、これは雰囲気温度が３００℃を超えると表面の潤滑すべり層が溶融軟化し、その状態での継続する揺動運動により該潤滑すべり層が表面から流動排出され、該シール体と相手材との摩擦が耐熱材料（膨張黒鉛）との摩擦に移行したため異常音の発生を引き起こしたものと推察される。
【００３３】これに対し、実施例からなる球帯状シール体は雰囲気温度が５００℃に到達しても、表面の潤滑すべり層には溶融軟化現象は起こらず該シール体表面に保持されており、相手材とは潤滑すべり層との摩擦により何ら異常音を発生することなく、低い摩擦トルクで安定した揺動運動を繰り返した。実施例ＩＩ及び実施例ＩＩＩの潤滑すべり層にはポリテトラフルオロエチレン樹脂が配合されているにも拘らず上記のような試験結果を示したのは、成分組成中の窒化ホウ素及びアルミナによりポリテトラフルオロエチレン樹脂の溶融軟化点が見掛け上高められていること、また相手材との摩擦面をなす部分凸球面部の表面には金網からなる補強材が該潤滑すべり層と混在していることから、潤滑すべり層と相手材との連続した直接の摩擦を防いでいること、さらにアルミナの作用により潤滑すべり層の部分凸球面表面への保持力が高められていること、などによるものと考えられる。
【００３４】つぎに、球帯状シール体の表面に形成された潤滑すべり層の相手材表面への固着現象について試験した結果について述べる。
（試験ＩＩＩ）
（試験条件）
コイルバネによる押圧力：７２ｋｇｆ雰囲気温度（図８に示す凹球面部３０２の外表面温度）：室温（２０℃）〜４００℃試験方法：図８に示す排気管継手に実施例及び比較例からなる球帯状シール体を組込み、雰囲気温度を室温から４００℃に到達するまで上昇させ、４００℃の温度で１０分間保持したのち、雰囲気温度を室温まで下げ、始動摩擦トルクの測定及び異常音の発生を試験する。
【００３５】表３は上記試験方法によって得られた試験結果である。
【００３６】
【表３】
【００３７】試験結果から、比較例からなる球帯状シール体は部分凸球面部表面に形成されたポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる潤滑組成物の潤滑すべり層が相手材（凹球面部）に強固に固着し、始動摩擦トルクは５００ｋｇｆ・ｃｍ以上と極めて高く、上、下流側排気管の相対角変位を許容することができなかった。一方、実施例からなる球帯状シール体は相手材表面に固着することなく、また異常音の発生もなく、低い摩擦トルクで上、下流側排気管の相対角変位を許容することができた。
【００３８】このように、実施例と比較例からなる球帯状シール体において、このような差が生じたのは、つぎのような理由からであると推察される。比較例からなる球帯状シール体は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる潤滑組成物の潤滑すべり層が雰囲気温度の上昇により溶融軟化を生じると共にこの溶融軟化した状態でコイルバネの押圧力が球帯状シール体と排気管の凹球面部との間に強固な締付け力として作用し、この状態で冷却されることにより、該潤滑すべり層と排気管の凹球面部との間に固着を生じたものと推察される。これに対し実施例からなる球帯状シール体は、前述したように潤滑すべり層は、窒化ホウ素及びアルミナから成る潤滑組成物、あるいは窒化ホウ素、アルミナ及びポリテトラフルオロエチレン樹脂から成る潤滑組成物で形成されており、とくに実施例ＩＩ、実施例ＩＩＩから成るシール体は潤滑組成物の成分中の窒化ホウ素及びアルミナによりポリテトラフルオロエチレン樹脂の溶融軟化点が見掛け上高められていること、また相手材との摩擦面をなす部分凸球面部の表面には金網からなる補強材が該潤滑すべり層と混在していることから、潤滑すべり層と相手材との連続した直接の摩擦を防いでいること、さらにアルミナの作用により潤滑すべり層の部分凸球面表面への保持力が高められていること、などにより比較例のような現象を生じなかったものと推察される。
【００３９】以上の試験結果から、実施例からなる球帯状シール体は雰囲気温度の上昇及び揺動角の大小に係わりなく、上、下流側排気管の相対角変位に対し低い摩擦トルクで、かつ異常音の発生もなく許容することができるのに対し、比較例からなる球帯状シール体は揺動角の小さい部位への適用においては上記問題を生じることから、自ずから使用条件、使用部位に制約を受けることになる。なお、上記実施例においては、アルミナを使用した例について示したが、アルミナに代えてシリカあるいはアルミナおよびシリカを使用しても、アルミナを使用したものと同様である。
【００４０】
【発明の効果】本発明の球帯状シール体は、相手材との摩擦面をなす部分凸球面部の表面に、窒化ホウ素並びにアルミナおよびあるいはシリカから成る潤滑組成物、あるいは窒化ホウ素、アルミナおよびあるいはシリカ並びにポリテトラフルオロエチレン樹脂から成る潤滑組成物の潤滑すべり層と金網からなる補強材が混在一体となった平滑な面が形成されているので、常温から５００℃の広範囲にわたり相手材との摩擦において低い摩擦トルクにより上、下流側排気管の相対角変位を許容することができる。
【００４１】また、潤滑すべり層を形成する潤滑組成物にポリテトラフルオロエチレン樹脂が配合されたものにおいては、成分中の窒化ホウ素並びにアルミナおよびあるいはシリカが該ポリテトラフルオロエチレン樹脂の溶融軟化点を見掛け上高めること、アルミナおよびあるいはシリカの作用により潤滑すべり層の部分凸球面表面への保持力が高められていること、さらには該潤滑すべり層は金網からなる補強材と混在していることから、相手材との連続した直接の接触が防がれること、などにより従来技術の問題点である雰囲気温度の上昇に起因する潤滑すべり層の溶融軟化、これに起因する潤滑すべり層の相手材表面への固着は生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の球帯状シール体の縦断面説明図である。
【図２】本発明の球帯状シール体の製造過程における帯状補強材を作成する方法を示す斜視図である。
【図３】本発明の球帯状シール体の製造過程における円筒体の平面図である。
【図４】本発明の球帯状シール体の製造過程における摺動面材の斜視図である。
【図５】本発明の球帯状シール体の製造過程における摺動面材の縦断面説明図である。
【図６】本発明の球帯状シール体の製造過程における予備円筒成形体の平面図である。
【図７】本発明の球帯状シール体の製造過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。
【図８】本発明の球帯状シール体を組込んだ排気管継手の縦断面図である。
【符号の説明】
１・・補強材
２・・耐熱材
３・・円筒体
４・・耐熱材
５・・被覆層
６・・帯状金網
７・・摺動面材
８・・予備円筒成形体
９・・金型
１０・・球帯状シール体
１１・・貫通孔
１２・・部分凸球面部
【特許請求の範囲】
【請求項１】 金属細線を織ったり、編んだりして得られる金網から成る補強材と膨張黒鉛、マイカ又はアスベストから成る耐熱材との圧縮成型物から成り、中央に貫通孔を備え、外面に部分凸球面部を備えた、とくに排気管継手に使用される球帯状シール体であって、該部分凸球面部の表面は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物の潤滑すべり層と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化された金網から成る補強材とが混在一体となっ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】 潤滑すべり層を形成する潤滑組成物は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに２００重量部以下の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有されている請求項１に記載の球帯状シール体。
【請求項３】 潤滑すべり層を形成する潤滑組成物は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに５０〜１５０重量部の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有されている請求項１に記載の球帯状シール体。
【請求項１】 金属細線を織ったり、編んだりして得られる金網から成る補強材と膨張黒鉛、マイカ又はアスベストから成る耐熱材との圧縮成型物から成り、中央に貫通孔を備え、外面に部分凸球面部を備えた、とくに排気管継手に使用される球帯状シール体であって、該部分凸球面部の表面は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物の潤滑すべり層と該潤滑すべり層を覆って該潤滑すべり層と一体化された金網から成る補強材とが混在一体となっ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】 潤滑すべり層を形成する潤滑組成物は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに２００重量部以下の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有されている請求項１に記載の球帯状シール体。
【請求項３】 潤滑すべり層を形成する潤滑組成物は、窒化ホウ素７０〜９０重量％並びにアルミナおよびあるいはシリカ１０〜３０重量％から成る潤滑組成物を１００重量部とし、これに５０〜１５０重量部の割合でポリテトラフルオロエチレン樹脂が含有されている請求項１に記載の球帯状シール体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開平６−１２３３６２
【公開日】平成６年（１９９４）５月６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−３００５５１
【出願日】平成４年（１９９２）１０月１２日
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【公開日】平成６年（１９９４）５月６日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）１０月１２日
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
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