專利名稱：排氣管球面接頭用環狀密封體及其制造方法
技術領域：
本發明的排氣管球面接頭用環狀密封體作為連接于汽車等的發動機的排氣管的連接用的球面接頭的廢氣密封體而使用。
背景技術：
從汽車或兩輪摩托車的發動機排出的廢氣被催化處理，通過排氣管排出到大氣中。
例如以汽車為例，從發動機的排氣部連接到車身后部的消聲器部的排氣管固定于車身的底部。被固定的排氣管因發動機的轉矩反應產生的振動、行駛時的加速或減速產生的慣性力而產生擺動而反復受到彎曲載荷。而且，存在排氣管因這種彎曲載荷而疲勞損壞的問題。
作為解決上述問題的方法，公知有具有圖14所示的可動球面接頭100的排氣管。
圖14中，111是環狀密封體，110是連接于未圖示的發動機側的上游側排氣管，120是與上游側排氣管110相對、連接于未圖示的消聲器側的下游側排氣管，130是具有部分凹球形面的擴口狀的密封體座。
在上游側排氣管110上保留用于嵌合環狀密封體111的管端部101，在其外周面上豎立設置凸緣部140。
另一方面，下游側排氣管120在其管末端具有具有部分凹球狀面的擴口狀的密封體座130，還具有與密封體座130連續地形成為一體的凸緣部150。
環狀密封體111在管端部101處由內圓筒面1配合，使位于大直徑側的環狀的端面3與凸緣部140抵接而與其配合。然后，下游側排氣管120配置成與環狀密封體111的作為滑動面的部分凸球面狀面2和密封體座130的部分凹球狀面面接觸。
上游側排氣管110與下游側排氣管120通過使穿過凸緣部150的螺栓160的外螺紋部與凸緣部140的內螺紋部螺紋接合而相連接。另外，螺栓160插入到螺旋彈簧170中。通過使上述外螺紋部與上述內螺紋部螺紋接合進行緊固，從而在下游側排氣管120上向上游側排氣管110方向作用彈簧力。而且，上述彈簧力允許排氣管擺動時的相對角變化而可以抑制排氣管的擺動引起的疲勞損壞。
作為用于這種球面接頭的密封體的具體例子，例如，可以舉出下述專利文獻1中所公開的環狀密封體，該環狀密封體具有部分凸球面狀的外周面，由壓縮的金屬絲網和填充于金屬絲網的石墨等形成。
但是，在使用這種密封體時，存在球面接頭擺動時發生異常聲音這樣的問題。發生該異常聲音的原因可以認為是填充于密封體中的石墨散布于密封體座，散布的石墨與填充于密封體中的石墨相互摩擦而發生的摩擦聲所致。
基于上述見解，在下述專利文獻2中，公開了這樣的密封體在把由膨脹石墨、云母、石綿等構成的耐熱材料與由金屬絲網構成的增強件一起壓縮成形而得到的密封體的表面上，粘附形成有由四氟乙烯樹脂或四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物組成的潤滑組成物。上述密封體由粘附形成于表面的潤滑組成物來防止膨脹石墨等散布于密封體座，具有降低摩擦聲這樣的效果。
但是，上述密封體在300℃以上的高溫下使用時，上述潤滑組成物熔融或分解。因此，存在不能充分得到降低摩擦聲的效果的問題。
為了解決上述問題，在下述專利文獻3中，公開了這樣的球帶狀密封體由增強件和耐熱材料的壓縮成形物構成，使用于在外周面具有部分凸球面部的排氣管球面接頭，其中，增強件由金屬絲網構成，耐熱材料由膨脹石墨構成。在上述專利文獻3中，在上述部分凸球面部的表面上形成有含有從由氮化硼、氧化鋁和二氧化硅組成的組中選擇的至少一種物質的潤滑層。
專利文獻3中所述的上述潤滑層以氮化硼為主要成分。雖然氮化硅是在高溫下不容易熔融或分解的潤滑性材料，但存在僅由氮化硼組成的潤滑層對上述部分凸球面部的表面的粘附性低這樣的問題。而且，在專利文獻3的發明中，公開了通過在氮化硼中添加從由氧化鋁和二氧化硅組成的組中選擇的至少一種物質而提高上述粘附性的技術。
但是，即使使用由在氮化硼中添加從由氧化鋁和二氧化硅組成的組中選擇的至少一種物質的潤滑組成物組成的潤滑層，其粘附性也不充分。而且，在將形成有這種潤滑層的密封體組裝到球面接頭上的情況下，因球面接頭的擺動引起了密封體的滑動面與密封體座表面之間的摩擦，該摩擦使上述潤滑層摩損脫離。因此，降低摩擦聲的效果僅持續較短時間。
此外，在專利文獻3中，還記載了形成有為了進一步改良上述粘附性而在潤滑組成物中還混入聚四氟乙烯樹脂的潤滑層的密封體，上述潤滑組成物是在氮化硼中添加從由氧化鋁和二氧化硅組成的組中選擇的至少一種物質而成的。聚四氟乙烯樹脂由于具有低摩擦性而發揮優秀的潤滑性，并且起作為上述氮化硼等的粘合劑的作用。
在使用組裝了形成有這種潤滑層的密封體的排氣管球面接頭時，在低溫環境下可以得到降低摩擦聲的效果。但在部分凸球面部的表面溫度成為超過300℃，進而超過400℃這種溫度的高溫環境下，聚四氟乙烯樹脂熔融或分解而喪失作為粘合劑的作用，存在氮化硼等的粘附性降低而容易脫離這樣的問題。
而且，本發明人注意到在上述潤滑層消失時發生的摩擦聲，是由金屬相互摩擦而產生的摩擦聲。
而且，本發明人認為該由金屬相互摩擦而產生的這種摩擦聲的原因如下。即，認為是由于上述潤滑層脫離，致使密封體的金屬絲網與密封體座直接摩擦而產生摩擦聲，或是由金屬絲網磨損產生的金屬粉末與密封體座摩擦而產生摩擦聲。
本發明人通過上述這種研究，認為通過提高滑動面上露出的金屬絲網本身的潤滑性或耐磨損性是可以抑制上述這種因金屬相互摩擦而產生的摩擦聲，以至于完成本發明。
專利文獻1日本特開昭54-76759號公報專利文獻2日本特開昭58-24620號公報專利文獻3日本專利3139179號公報發明內容本發明的一技術方案是一種排氣管球面接頭用環狀密封體，作為內周面或外周面具有用于使排氣管球面接頭可動的滑動面，其特征在于，該排氣管球面接頭用環狀密封體具有由壓縮金屬絲網構成的環狀網結構體、和與上述壓縮金屬絲網被壓縮成一體的耐熱密封材料，至少在上述滑動面上露出的上述壓縮金屬絲網具有分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的分散鍍覆膜。
此外，本發明的另一技術方案是排氣管球面接頭用環狀密封體的制造方法，包括卷繞體形成工序，卷繞疊合分散鍍形成帶狀金屬絲網和帶狀耐熱密封材料片而成的疊合體而形成卷繞體，該分散鍍形成帶狀金屬絲網具有分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的分散鍍覆膜；卷繞體安裝工序，把上述卷繞體安裝到在中央部具有圓柱狀型芯的有底環狀金屬模具上；壓縮成形工序，對上述所安裝的卷繞體向上述卷繞體的中心軸線方向進行壓縮成形。
進而，本發明的另一技術方案是排氣管球面接頭用環狀密封體的制造方法，其特征在于，包括卷繞體形成工序，卷繞疊合無分散鍍形成帶狀金屬絲網和帶狀耐熱密封材料片而成的疊合體而形成卷繞體；第1壓縮成形工序，把上述卷繞體安裝到在中央部具有圓柱狀型芯的有底環狀金屬模具上，對上述所安裝的卷繞體向上述卷繞體的中心軸線方向進行壓縮成形而形成環狀密封體基體；第2壓縮成形工序，以覆蓋從由上述環狀密封體基體的外周面和內周面組成的組中選擇的至少一面的方式配置分散鍍形成覆蓋用金屬絲網，再進一步進行壓縮成形，該分散鍍形成覆蓋用金屬絲網分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子。
本發明的目的、特征、技術方案和優點，通過以下的詳細的說明與附圖，將得到清楚的了解。
圖1是表示本發明的第1實施方式的環狀密封體的形狀的一例子的示意圖。
圖2是表示本發明的第1實施方式的環狀密封體的形狀的一例子的局部剖視圖。
圖3是表示本發明的第1實施方式的環狀密封體的制造工序中所用的帶狀金屬絲網的制造方法的一例子的示意圖。
圖4是表示本發明的第1實施方式的環狀密封體的制造工序中所用的疊合體的一例子的示意圖。
圖5是表示本發明的第1實施方式的環狀密封體的制造工序中所用的卷繞體的一例子的示意圖。
圖6A是表示本發明的環狀密封體的制造中所用的壓縮成形金屬模具的沖頭部分的結構剖視圖。圖6B是表示本發明的環狀密封體的制造中所用的壓縮成形金屬模具的結構剖視圖。
圖7A～圖7C是表示本發明的第2實施方式的環狀密封體的制造工序的一個工序的示意圖。圖7A是表示球帶狀密封基體，圖7B是表示分散鍍形成覆蓋用金屬絲網，圖7C是表示由分散鍍形成覆蓋用金屬絲網覆蓋的球帶狀密封基體的示意圖。
圖8是表示本發明的第3實施方式的環狀密封體的形狀的一例子的示意圖。
圖9是組裝了本發明的第3實施方式的環狀密封體的排氣管球面接頭的示意剖視圖。
圖10是實施例的評價中使用的排氣管球面接頭的局部剖視圖。
圖11是表示實施例的摩擦聲評價中使用的裝置的裝置結構的示意圖。
圖12是根據實施例的摩擦聲評價得到的、500℃時的聲壓級的頻率依存性的曲線圖。
圖13是根據實施例的摩擦聲評價結果得到的、25℃時的聲壓級的頻率依存性的曲線圖。
圖14是表示組裝了以往的球帶狀的環狀密封體的排氣管球面接頭的局部剖視圖。
圖15是表示組裝了圖1所示的球帶形的環狀密封體的排氣管球面接頭的局部剖視圖。
具體實施例方式
第1實施方式基于圖1和圖2說明本發明的環狀密封體的第1實施方式。
圖1表示作為本發明的環狀密封體的第1實施方式的、具有部分凸球面形狀外周面的球帶狀的環狀密封體10的示意圖，圖2表示其局部剖視圖。
在圖1和圖2中，1表示規定通孔50的內圓筒面，2表示部分凸球面狀面，3表示位于上述部分凸球面狀面2的大直徑側的環狀的端面，4表示位于上述部分凸球面狀面2的小直徑側的環狀的端面。環狀密封體10由上述各面規定其形狀。而且，環狀密封體10由被壓縮的金屬絲網5構成的環狀網結構體、和與環狀網結構體混合而壓縮為一體的由膨脹石墨等構成的耐熱密封材料6來形成。
在環狀密封體10的結構中，部分凸球面狀面2是滑動面，部分凸球面狀面2如后述那樣與形成于排氣管球面接頭上的部分凹球形面的擴口狀的密封體座的表面面接觸。
而且，在環狀密封體10的部分凸球面狀面2上露出的金屬絲網上，形成有分散著從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的分散鍍覆膜。
以下說明環狀密封體10的制造方法的一例子。
環狀密封體10的制造中所使用的耐熱密封材料是以膨脹石墨、云母之類的具有耐熱性與氣密性的無機材料為主要成分的材料。此外，在本制造方法中所使用的耐熱密封材料片是把上述耐熱密封材料加工成厚度為0.1～1mm左右的片狀而成的。另外，作為上述耐熱密封材料片，特別優選是耐熱性高的材料，具體地說，是氧化開始溫度為800℃以上的材料。作為其具體例，可以舉出例如東洋炭素(株)制的作為膨脹石墨片的PF-G3(厚度0.4mm)、SGL社制的作為膨脹石墨片的APX-2(厚度0.38mm)等耐熱性高的膨脹石墨片，或エレクトロイゾラ社制的TYPE36.006等云母片等。在這些之中，從氣密性與耐熱性優秀的方面考慮優選使用耐熱性的膨脹石墨片。
另一方面，環狀密封體10的制造中所使用的帶狀金屬絲網可以如以下這樣來制造。
如圖3所示，例如，使把線徑為φ0.10～0.35mm左右的金屬細絲編成圓筒狀而形成的筒狀金屬絲網7通過輥8和輥9之間而整形成規定的寬度W，將其切斷成規定的長度L，從而得到帶狀金屬絲網15。
作為上述金屬細絲，可以舉出SUS304、SUS316等奧氏體類不銹鋼的不銹鋼絲，SUS430等鐵素體類不銹鋼絲，鐵絲(JIS-G-3532)或鍍鋅鐵絲(JIS-G-3547)，由銅-鎳合金(銅鎳合金)、銅-鎳-鋅合金(鎳銀)、黃銅、鈹青銅等銅合金構成的金屬細絲等。
在成為滑動面的環狀密封體10的外周面上露出金屬絲網5，在上述露出的金屬絲網5的表面上形成有將從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子構成的組中選擇的至少一種的粒子分散于金屬基體材料中而成的分散鍍覆膜。
作為上述分散鍍覆膜的形成方法的具體例，例如，可以舉出這樣通常的電鍍方法將在含有金屬基體材料的鍍液中分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子而成的含有分散粒子鍍液充滿電鍍液或無電解電鍍液，把金屬絲網浸漬于上述電鍍液中，通過公知的電解電鍍法或無電解電鍍法的方法在金屬絲網的表面上使上述分散粒子與金屬一起共析。另外，在200～400℃，最好在250～350℃左右對形成的電鍍覆膜進行熱處理，從而成為硬度高、耐久性優良的電鍍覆膜。
作為上述金屬基體材料的具體例，例如，可以舉出鎳(Ni)或鎳-磷(Ni-P)等Ni系合金、鐵(Fe)或鐵系合金等。
此外，作為上述氟樹脂粒子的具體例，可以舉出聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物等。
使分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子和二硫化鉬粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的鍍Ni覆膜或鍍Ni-P覆膜的潤滑性優良。由此，可以得到較好的摩擦聲抑制效果，因此特別理想。此外，分散有碳化硅粒子的鍍Ni覆膜或鍍Ni-P覆膜因為耐磨損性優良，所以其抑制產生金屬粉末的效果較好。由此，可以得到較好的抑制由于金屬粉末的摩擦而產生摩擦聲的效果，較為理想。
上述分散粒子的平均粒徑為0.1～10μm，從潤滑性、耐磨損性優良方面考慮，優選平均粒徑為0.2～3μm。
上述分散鍍覆膜中的分散粒子的含有比率1～30質量％，從潤滑性、耐磨損性優良方面考慮，優選為5～15質量％，更優選為6～10質量％。在上述分散粒子的含有比率過少的情況下，潤滑性、耐磨損性的提高效果不充分，存在不能充分抑制發生摩擦聲的傾向。
上述分散鍍覆膜的膜厚優選是3～15μm，更優選是5～10μm。只要是具有上述范圍的膜厚的覆膜就可以得到較好的摩擦聲抑制效果。在上述膜厚過薄時和過厚時，存在摩擦聲的抑制效果的持續性降低的傾向。
本實施方式的環狀密封體，使用上述這種材料，如以下這樣制造。
首先，如圖4所示，使形成有上述分散鍍覆膜的分散鍍形成帶狀金屬絲網15與帶狀耐熱料片16疊合而形成疊合體。然后，如圖5所示那樣卷繞上述疊合體而形成卷繞體14。
另外，根據為了保持環狀密封體的形狀、密封性所需的金屬絲網與耐熱密封材料的質量比而設計計算出分散鍍形成帶狀金屬絲網15和帶狀耐熱密封材料片16的寬度和長度。
如圖5所示，最好形成為耐熱密封材料片16的長度比分散鍍形成帶狀金屬絲網15的長度更長，以使卷繞體14的外周面和內周面由耐熱密封材料片16覆蓋。
而且，如圖6B所示，卷繞體14安裝于在中央部具有圓柱狀型芯21的有底環狀金屬模具20中。
有底環狀金屬模具20在模腔中具有圓筒壁面18、和與圓筒壁面18相連的部分凹球面狀壁面19，在其中央部具有用于形成環狀密封體的圓筒內面的圓柱狀型芯21。
開始，把卷繞體14安裝到有底環狀金屬模具20的圓柱狀型芯21上。此時，將圓柱狀型芯21插入安裝于卷繞體14的中央部。
接著，對安裝在有底環狀金屬模具20上的卷繞體14進行壓縮成形。壓縮成形是通過由位于模腔22上方的沖頭P壓縮卷繞體14而進行的。另外，在使用膨脹石墨作為耐熱密封材料時，此時的壓縮壓力最好是將膨脹石墨的體積密度壓縮成為1～2左右。通過如此進行壓縮成形，可以在滑動面上使金屬絲網露出到保持密封性的程度。
另外，上述所謂保持密封性的程度，是指維持作為環狀密封體的實用性功能的程度。具體地說，最好是具有這樣的密封性，例如把環狀密封體安裝于排氣管接頭上，封住排氣管的一端，從另一端以30kPa(0.3kgf/cm2)的空氣加壓時的密封部的1分鐘的空氣泄漏量為1L/分鐘以下，更優選是密封部的1分鐘的空氣泄漏量為0.5L/分鐘以下。
通過這種壓縮成形，可以得到耐熱密封材料片16與分散鍍形成帶狀金屬絲網15被壓縮、壓縮金屬絲網與被壓縮的耐熱密封材料混合而形成為一體的環狀密封體10。而且，在作為滑動面的部分凸球面狀面2上露出金屬絲網。
如此形成具有圖1所示的形狀的環狀密封體10。
另外，在如上述這樣得到的環狀密封體上，為了進一步提高滑動面的表面潤滑性，最好是在上述滑動面上再形成粘附潤滑性物質而得到的潤滑層。上述潤滑層在排氣管球面接頭擺動時，提高其擺動初期的潤滑性的效果較好。
上述潤滑層可以通過在滑動面上涂敷從由PTEF等氟樹脂、氮化硼、二硫化鉬構成的組中選擇的至少一種物質來形成。另外這些可以單獨使用，也可以組合兩種以上來使用。
上述涂敷，例如，可以通過刷涂、噴涂、或者浸涂等手段把形成上述潤滑層的成分的水性分散體等涂敷于環狀密封體的滑動面上而形成。作為如此形成的潤滑層的厚度具有在使用時保持一定期間潤滑效果的程度的厚度，具體地說，優選具有30～200μm左右的厚度。
如此得到的環狀密封體10，如圖15所示那樣嵌合安裝于排氣管的球面接頭100的管端部101，用作廢氣密封體。
在環狀密封體10的部分凸球面狀面2上露出形成有分散鍍覆膜的金屬絲網，該分散鍍覆膜分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子構成的組中選擇的至少一種粒子。在把這種環狀密封體用作排氣管球面接頭用密封體時，可以降低作為環狀密封體10的滑動面的部分凸球面狀面2與排氣管的球面接頭的密封體座130的表面的摩擦阻力，降低金屬材料的磨損。
第2實施方式在第1實施方式中說明了環狀密封體的制造方法的一例子，但本發明的環狀密封體的制造方法不限于上述制造方法。
根據上述制造方法，將在整個金屬絲網表面形成有上述分散鍍而成的分散鍍形成帶狀金屬絲網與耐熱密封材料片如上述那樣卷繞而得到卷繞體，對所得到的卷繞體進行壓縮成形而得到環狀密封體。
但是，連密封體表面的滑動面上未露出部分的金屬絲網也實施分散鍍，這在成本上不合算。因此，作為有利于降低成本的制造方法，可以舉出這樣的制作環狀密封體的方法使用未形成分散鍍的帶狀金屬絲網(在本說明書中，也稱為無分散鍍形成帶狀金屬絲網)通過壓縮成形來預先形成環狀密封體的預備基體(在本說明書中，也稱為環狀密封體基體)后，以覆蓋上述環狀密封體基體的外周面的方式配置形成有分散鍍覆膜的金屬絲網(在本說明書中也稱為分散鍍形成覆蓋用金屬絲網)，再通過壓縮成形來制造環狀密封體。根據這種方法，可以僅在從由作為滑動面的外周面和內周面組成的組中選擇的至少一面上露出具有分散鍍覆膜的金屬絲網。
基于圖7A～圖7C詳細說明上述制造方法。
首先，除了使用無分散鍍形成帶狀金屬絲網以外，通過與第1實施方式中所述同樣的方法進行壓縮成形來形成圖7A所示的環狀密封體基體30。
另一方面，準備圖7B所示的預先形成有分散鍍覆膜的分散鍍形成覆蓋用金屬絲網34，如圖7C所示，由分散鍍形成覆蓋用金屬絲網34覆蓋環狀密封體基體30。
另外，分散鍍形成覆蓋用金屬絲網34的形狀未被特別限定。通常，只要是覆蓋環狀密封體基體30的外周面的大小和形狀即可。
接著，將包覆有分散鍍形成覆蓋用金屬絲網34的環狀密封體基體30再次安裝于圖6所示的那種有底環狀金屬模具20上，并進行壓縮成形，從而可以得到具有分散鍍覆膜的壓縮金屬絲網僅在作為滑動面的外周面露出的環狀密封體。
第3實施方式第1實施方式和第2實施方式中所示的環狀密封體10，是把作為外周面的部分凸球面狀面2取為滑動面。
作為本發明的環狀密封體，也可以是以其內周面作為滑動面的形狀。以下說明其具體的一例子。
圖8所示的環狀密封體60是以內周面作為滑動面的排氣管球面接頭用的環狀密封體。
環狀密封體60具有包括切頭圓錐面62和與切頭圓錐面62相連的圓筒內面63的內周面61、包括與切頭圓錐面62對應的切頭圓錐外面64和與切頭圓錐外面64相連的圓筒外面65的外周面66、以及在切頭圓錐面62的大直徑側的環狀端面67和在小直徑側的環狀端面68。
上述形狀的環狀密封體60組裝到例如圖9所示那種排氣管球面接頭71而使用。
圖9中，72和82是排氣管，在排氣管72的外周面上，通過焊接等固定有凸緣部73。而且，在凸緣部73的內周面78上，分別與環狀密封體60的外周面64、65及端面68緊密抵接地嵌合有環狀密封體60。
另一方面，在與排氣管72相對連接的排氣管82上通過焊接等固定有具有部分凸球面部69的凸緣部70。而且使部分凸球面部69可自由滑動地與環狀密封體60的切頭圓錐內面62接觸地配置該部分凸球面部69。
采用這種形狀的環狀密封體60時，由于汽車的擺動，在凸緣部70的部分凸球面部69與環狀密封體60的切頭圓錐內面62接觸的表面處發生摩擦聲。
因而，在采用環狀密封體60這樣形狀的密封體時，至少在切頭圓錐內面62上露出的金屬絲網的表面上形成上述分散鍍覆膜，從而可以抑制在凸緣部70的部分凸球面部69與環狀密封體60的切頭圓錐內面62接觸的表面處發生摩擦聲。
在上述第1～第3實施方式中說明的排氣管球面接頭用環狀密封體，在環狀密封體的滑動面露出的金屬絲網上以較大粘附力粘附有助于提高潤滑性、耐磨損性的氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子。如此，由于通過分散鍍在金屬絲網表面上粘附上述粒子，與使用由樹脂成分等構成的粘合劑將潤滑性物質粘附在滑動面上的情況相比，粘附力較大。因而，可抑制在把上述環狀密封體用于排氣管球面接頭時，環狀密封體與密封體座摩擦而發生摩擦聲，特別是可以抑制在高溫環境下發生摩擦聲。這種排氣管球面接頭用環狀密封體優選用作用于密封從汽車、兩輪摩托車、其他發動機的排氣部引導廢氣的排氣管的球面接頭的環狀密封體，特別是用于密封離作為高溫部的發動機較近的部分的球面接頭的環狀密封體。
下面通過實施例更具體地說明本發明的排氣管球面接頭用環狀密封體及其制造方法。另外，本發明不限于實施例。
實施例(實施例1)〔帶狀金屬絲網的制造〕如圖3所示，使由兩根SUS304制的、線徑為0.28mm的金屬細絲形成的網眼為4mm的筒狀金屬絲網7通過輥8和9對其按壓后進行卷繞。
而且，切斷上述金屬絲網，得到寬度(W)為35mm，長度(L)為360mm的帶狀金屬絲網15。
〔分散鍍形成覆蓋用金屬絲網的制造〕與上述帶狀金屬絲網的制造同樣，使由一根SUS304制的、線徑為0.28mm的金屬細絲形成的網眼為3mm的筒狀金屬絲網通過輥8和9對其進行按壓后進行卷繞，得到寬度為82mm的覆蓋用帶狀金屬絲網。
然后，如以下說明的那樣在上述覆蓋用帶狀金屬絲網上實施涂敷分散鍍覆膜。
使用含有由Ni-P構成的金屬基體材料、在Ni-P與PTFE的總量中含有6質量％的PTFE粒子的分散鍍液。把上述帶狀金屬絲網浸漬在該鍍液中進行無電解電鍍，從而在上述金屬絲網表面上形成了分散鍍覆膜。然后，分散鍍形成后，在300℃進行熱處理1小時，得到形成了分散鍍的覆蓋用帶狀金屬絲網。
分散鍍覆膜中的PTFE粒子的平均粒徑為0.3μm，分散鍍覆膜的膜厚為7μm。
然后，切斷上述形成了分散鍍的覆蓋用帶狀金屬絲網，得到寬度(W)為82mm，長度(L)為35mm的分散鍍形成覆蓋用金屬絲網34。
〔球帶狀的環狀密封體基體的制造〕如圖4所示，在由寬度為55mm、長度為540mm、厚度為0.4mm的膨脹石墨片(東洋炭素(株)制PF-G3)構成的耐熱密封材料片16上疊合寬度為35mm、長度為360mm的帶狀金屬絲網15。然后，如圖5所示，以使耐熱密封材料片16多繞一圈的方式將疊合成的疊合體卷繞成渦卷狀，制作出在內周側和外周側露出耐熱密封材料片16的卷繞體14。
然后，準備圖6B所示那樣的在內面具有圓筒壁面18和與圓筒壁面18相連的部分凹球面壁面19的有底環狀金屬模具20。把卷繞體14的中心部套在配置于有底環狀金屬模具20中央部的用于形成圓筒內面的圓柱狀型芯21。使用上述金屬模具以20MPa的壓力壓縮卷繞體14。通過這種方法，得到如圖7A所示那樣具有由圓筒內面31、部分凸球面狀面32、位于部分凸球面狀面32大直徑側的環狀端面33和位于部分凸球面狀面32小直徑側的環狀端面所規定的形狀的環狀密封體基體30，該圓筒內面31規定形成于中央部的通孔。
所得到的環狀密封體基體30，其圓筒內面31的直徑為49.5mm，部分凸球面狀面32的大直徑側的直徑為63mm和小直徑側的直徑為53.5mm，高度為30mm。
接著，如圖7B所示，把分散鍍形成覆蓋用金屬絲網34打開成筒狀后，如圖7C所示那樣，包覆成覆蓋環狀密封體基體30的部分凸球面狀面32。
然后，通過使用與上述同樣的金屬模具以300MPa的壓力再次對包覆有分散鍍形成金屬絲網34的環狀密封體基體30進行壓縮成形，得到在上述凸球面狀的外周面上露出了具有上述分散鍍的金屬絲網的、圖1所示形狀的球帶狀環狀密封體10。
球帶狀環狀密封體10的高度為16.5mm，圓筒內面的直徑為49mm，部分凸球面狀面的大直徑側的直徑為63.5mm和小直徑側的直徑為53.5mm。
〔環狀密封體的評價方法〕如圖10所示，把所得到的球帶狀環狀密封體安裝到用球面接頭連接兩根直徑為48mm的排氣管92、93而成的排氣管球面接頭90上。另外，排氣管92、93由以螺旋彈簧94a、94b為墊圈的螺栓95a、95b以允許相對角度變化的方式被固定。另外，此時的彈簧力約為590N。
在排氣管球面接頭90的下部設有用于加熱排氣管球面接頭90的氣體燃燒器96。
而且，通過擺動裝置，以擺動角度為±4°、振動頻率為12Hz的振動條件使排氣管球面接頭90振動。另外，上述振動在以下的溫度條件下進行。
即，在大約25℃將排氣管球面接頭90維持50分鐘后，加熱到500℃，在500℃維持5小時10分鐘，將這共計6小時的循環作為1個循環。反復進行上述循環總計4個循環，由以下的方法對各循環評價每次循環的摩擦聲聲級、重量減少率、氣體泄漏量。
<摩擦聲的評價>
在各循環中測定(i)在25℃經過了50分鐘時、和(ii)在500℃經過了5小時10分鐘時這兩個時刻的摩擦聲的聲壓級。
另外，如圖11所示，把積分型噪聲計((株)アコ一制，TYPE6226)配置在與設置于擺動裝置的排氣管球面接頭90相距10cm的位置，為了抑制噪聲而使排氣管的振動頻率降低到1.6Hz來進行測定。
另外，把測定數據輸入到通用個人計算機98中，由頻譜分析軟件(SOUND TECHNOLOGY社制)分析聲壓級的頻率依存性。將此時的摩擦聲的分析結果的一例示于圖12和圖13。
此外，還依據以下的基準進行由聽覺對摩擦聲的官能評價。
優聽不到摩擦聲。
良若湊近耳朵能略微聽到。
合格在離開1m處聽不到。
不合格離開2.5m時聽不到。
差即使離開2.5m也聽得到。
<重量減少率>
在各循環結束后取出環狀密封體，測定其重量，測定出試驗后的環狀密封體的重量相對于試驗前的環狀密封體的重量的重量減少率。
<氣體泄漏量>
在各循環結束后封住排氣管的一端，從另一端以30kPa(0.3kgf/cm2)加壓空氣，測定排氣管球面接頭的1分鐘的空氣泄漏量。
(實施例2)在實施例1的分散鍍覆膜的形成中，除了取代使用PTFE粒子而使用平均粒徑為1μm的碳化硅(SiC)粒子通過無電解電鍍法形成的分散鍍形成金屬絲網以外，其余與實施例1同樣地制作環狀密封體。
然后，與實施例1同樣地評價所得到的環狀密封體。
(實施例3)在實施例1中得到的環狀密封體基體的部分凸球面狀面的表面上刷涂PTFE的水性分散體(ダイキン工業(株)制ポリフロン PTFEデイスパ一ジョンD-1E(商品名))后，噴涂氮化硼的水性分散體(昭和電工(株)制ショゥビエ一スUHP-1(商品名))，使之干燥而形成潤滑層。
然后，與實施例1同樣地，在上述環狀密封體基體上包覆分散鍍形成金屬絲網34，進行壓縮成形，從而得到球帶狀的環狀密封體。然后通過與實施例1同樣的評價方法進行評價。
(實施例4)在實施例2中所得到的球帶狀的環狀密封體基體的部分凸球面狀面的表面上與實施例3同樣地形成潤滑層，與實施例3同樣地得到球帶狀的環狀密封體。然后，通過與實施例1同樣的評價方法進行評價。
(實施例5～14)除了使鍍的膜厚和PTFE粒子含有比率為表4所記載的膜厚和含有比率以外，其余與實施例3同樣地得到球帶狀的環狀密封體。然后由聽覺對摩擦聲級進行官能評價。
(比較例1)在實施例1中，除了使用未形成分散鍍層的金屬絲網來取代分散鍍形成金屬絲網34之外，其余與實施例1同樣地制作球帶狀的環狀密封體并予以評價。
(比較例2)在比較例1中得到的球帶狀的環狀密封體的部分凸球面狀面的表面上與實施例3同樣地形成潤滑層，得到球帶形密封體。然后，通過與實施例1同樣的評價方法進行評價。
上述實施例和比較例中的評價結果示于表1～表4。
此外，將分析用噪聲計測定的聲壓級的頻率依存性的結果的一例子示于圖12和圖13。圖12是表示實施例3與比較例2的第4循環的在500℃的聲壓級的頻率依存性的曲線圖，圖3是表示實施例2與比較例1的第4循環的在25℃的聲壓級的頻率依存性的曲線圖。
如圖12所示，在作為高溫環境的500℃，在2kHz附近有較高的聲壓級的峰值。
而且，如表1所示，實施例1～4的在500℃的第4循環的摩擦聲在2.0kHz的聲壓級為66～78dB的范圍，在官能評價中全都是幾乎聽不到摩擦聲的優等級。另一方面，在比較例1和比較例2中，從第2循環起摩擦聲變大，第4循環的在2.0kHz的聲壓級高達115dB和118dB，在官能評價也全是差等級。
此外，從表2的重量減少率測定的結果可知，第4循環的實施例1～4的重量減少率低到1.29～1.35％的減少率，與此相對，比較例1和比較例2中分別表現出高達1.84％和1.61％的重量減少率，在耐磨損性上也看到顯著的差別。
此外，從表3的氣體泄漏量測定的結果可知，氣體泄漏量在實施例和比較例中看不到顯著的差別。
另一方面，根據表4所示的、使鍍膜厚度與分散粒子的含有量變化的實施例5～實施例14的環狀密封體的由聽覺進行的摩擦聲級的官能評價結果，表明在鍍膜厚度為5～15μm的范圍時特別是摩擦聲的抑制效果較好。
如以上詳述的那樣，本發明的一技術方案的一種排氣管球面接頭用環狀密封體，作為內周面或外周面具有用于使排氣管球面接頭可動的滑動面，其特征在于，其中，該排氣管球面接頭用環狀密封體具有由壓縮金屬絲網構成的環狀網結構體、和與上述壓縮金屬絲網被壓縮成一體的耐熱密封材料，至少在上述滑動面上露出的上述壓縮金屬絲網具有分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的分散鍍覆膜。
而且，根據上述構成，可以降低由環狀密封體的滑動面與密封體座表面之間的摩擦而發生的摩擦聲、特別是在高溫環境下發生的、金屬相互摩擦而發生的摩擦聲。此外，由于滑動面的磨損少，所以可以長時間維持密封性。
此外，上述排氣管球面接頭用環狀密封體具有具有規定環中央部的通孔的圓筒內面和形成為部分凸球面狀的外周面的球帶狀的形狀，在上述形成為部分凸球面狀的外周面為上述滑動面的情況下，在以往所用的通常的形狀排氣管球面接頭中，可以降低上述摩擦聲，因此是理想的。
另外，作為上述排氣管球面接頭用環狀密封體，是具有由圓筒內面、部分凸球面狀面、上述部分凸球面狀面的大直徑側的環狀端面和上述部分凸球面狀面的小直徑側的環狀端面規定的形狀的球帶形密封體，其特征在于，上述球帶形密封體具有被壓縮的金屬絲網、和與上述被壓縮的金屬絲網混合而被壓縮成一體地填充的耐熱密封材料，而且，在上述部分凸球面狀面上以保持密封性的程度露出上述被壓縮的金屬絲網，在上述被壓縮的金屬絲網的至少在上述部分凸球面狀面上露出的部分上形成有上述分散鍍覆膜。
此外，上述分散鍍覆膜是分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子和二硫化鉬粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的鍍Ni(鎳)覆膜或鍍Ni-P(鎳-磷)覆膜時，由于特別是潤滑性優良，從而抑制摩擦聲的效果較好，因此是優選的。
此外，上述分散鍍覆膜是分散有碳化硅粒子的鍍Ni(鎳)覆膜或鍍Ni-P(鎳-磷)覆膜時，由于特別是耐磨損性優良，所以抑制發生金屬粉末的效果較好，從而抑制由金屬粉末的摩擦引起的摩擦聲的效果較好，因此是優選的。
此外，上述分散鍍覆膜的膜厚為5～15μm時，摩擦聲抑制效果的耐久性優良，因此是優選的。
此外，在上述滑動面上具有含有從由氟樹脂、氮化硼和二硫化鉬構成的組中選擇的至少一種物質的潤滑層的排氣管球面接頭用環狀密封體，其降低擺動初期的摩擦聲的效果較好，因此是優選的。
此外，在上述壓縮金屬絲網由在上述滑動面上至少露出其一部分的分散鍍形成壓縮金屬絲網、和在上述滑動面上不露出的無分散鍍形成壓縮金屬絲網構成時，得到廉價的上述排氣管球面接頭用環狀密封體，因此是優選的。
此外，根據本發明的另一技術方案的排氣管球面接頭用環狀密封體的制造方法，包括卷繞體形成工序，卷繞疊合分散鍍形成帶狀金屬絲網和帶狀耐熱密封材料片而成的疊合體而形成卷繞體，該分散鍍形成帶狀金屬絲網具有分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的分散鍍覆膜；卷繞體安裝工序，把上述卷繞體安裝到在中央部具有圓柱狀型芯的有底環狀金屬模具上；壓縮成形工序，對上述所安裝的卷繞體向上述卷繞體的中心軸線方向進行壓縮成形。根據這種制造方法，可以容易制造本發明的排氣管球面接頭用環狀密封體。
另外，根據本發明的另一技術方案的排氣管球面接頭用環狀密封體的制造方法，其特征在于，包括卷繞體形成工序，卷繞疊合無分散鍍形成帶狀金屬絲網和帶狀耐熱密封材料片而成的疊合體而形成卷繞體；第1壓縮成形工序，把上述卷繞體安裝到在中央部具有圓柱狀型芯的有底環狀金屬模具上，對上述所安裝的卷繞體向上述卷繞體的中心軸線方向進行壓縮成形而形成環狀密封體基體；第2壓縮成形工序，以覆蓋從由上述環狀密封體基體的外周面和內周面組成的組中選擇的至少一面的方式配置分散鍍形成覆蓋用金屬絲網，再進一步進行壓縮成形，該分散鍍形成覆蓋用金屬絲網分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子。根據這種制造方法，能以低成本制造本發明的排氣管球面接頭用環狀密封體。
權利要求
1.一種排氣管球面接頭用環狀密封體，作為內周面或外周面具有用于使排氣管球面接頭可動的滑動面，其特征在于，該排氣管球面接頭用環狀密封體具有由壓縮金屬絲網構成的環狀網結構體、和與上述壓縮金屬絲網壓縮成一體的耐熱密封材料，至少在上述滑動面上露出的上述壓縮金屬絲網具有分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的分散鍍覆膜。
2.根據權利要求1所述的排氣管球面接頭用環狀密封體，上述排氣管球面接頭用環狀密封體為具有規定環中央部的通孔的圓筒內面和形成為部分凸球面狀的外周面的球帶狀的形狀，上述形成為部分凸球面狀的外周面為上述滑動面。
3.根據權利要求1所述的排氣管球面接頭用環狀密封體，上述分散鍍覆膜是分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子和二硫化鉬粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的鍍Ni(鎳)覆膜或鍍Ni-P(鎳-磷)覆膜。
4.根據權利要求1所述的排氣管球面接頭用環狀密封體，上述分散鍍覆膜是分散有碳化硅粒子的鍍Ni覆膜或鍍Ni-P覆膜。
5.根據權利要求1所述的排氣管球面接頭用環狀密封體，上述分散鍍覆膜的膜厚為5～15μm。
6.根據權利要求1所述的排氣管球面接頭用環狀密封體，在上述滑動面上還具有含有從由氟樹脂、氮化硼和二硫化鉬組成的組中選擇的至少一種物質的潤滑層。
7.根據權利要求1所述的排氣管球面接頭用環狀密封體，上述壓縮金屬絲網由在上述滑動面上至少露出其一部分的分散鍍形成壓縮金屬絲網、和上述滑動面上不露出的無分散鍍形成壓縮金屬絲網構成。
8.一種排氣管球面接頭用環狀密封體的制造方法，包括卷繞體形成工序，卷繞疊合分散鍍形成帶狀金屬絲網和帶狀耐熱密封材料片而成的疊合體而形成卷繞體，該分散鍍形成帶狀金屬絲網具有分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的分散鍍覆膜；卷繞體安裝工序，把上述卷繞體安裝到在中央部具有圓柱狀型芯的有底環狀金屬模具上；壓縮成形工序，對上述所安裝的卷繞體向上述卷繞體的中心軸線方向進行壓縮成形。
9.一種排氣管球面接頭用環狀密封體的制造方法，其特征在于，包括卷繞體形成工序，卷繞疊合無分散鍍形成帶狀金屬絲網和帶狀耐熱密封材料片而成的疊合體而形成卷繞體；第1壓縮成形工序，把上述卷繞體安裝到在中央部具有圓柱狀型芯的有底環狀金屬模具上，對上述所安裝的卷繞體向上述卷繞體的中心軸線方向進行壓縮成形而形成環狀密封體基體；第2壓縮成形工序，以覆蓋從由上述環狀密封體基體的外周面和內周面組成的組中選擇的至少一面的方式配置分散鍍形成覆蓋用金屬絲網，再進一步進行壓縮成形，該分散鍍形成覆蓋用金屬絲網分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子。
全文摘要
一種排氣管球面接頭用環狀密封體，作為內周面或外周面具有用于使排氣管球面接頭可動的滑動面，其特征在于，該排氣管球面接頭用環狀密封體具有由壓縮金屬絲網構成的環狀網結構體、和與上述壓縮金屬絲網被壓縮成一體的耐熱密封材料，至少在上述滑動面上露出的上述壓縮金屬絲網具有分散有從由氟樹脂粒子、氮化硼粒子、二硫化鉬粒子和碳化硅粒子組成的組中選擇的至少一種粒子的分散鍍覆膜。
文檔編號F16L27/02GK1989362SQ20068000043
公開日2007年6月27日 申請日期2006年8月7日 優先權日2005年8月9日
發明者宮本守, 野田勝 申請人:株式會社倍速得