(57)【要約】【課題】８００℃という高温環境下においても焼き付き防止効果を有する焼付防止剤、及びこれを塗布した外周ねじ部を有する内燃機関用取付部品を提供すること。【解決手段】本発明の焼付防止剤は、少なくとも酸化アンチモンと黒鉛とビスマスと酸化カルシウムとを含有してなる固体潤滑剤と、ペースト状の非固体潤滑剤とを含有してなる。そして、焼付防止剤全体に占める酸化アンチモンの含有量をＡ、焼付防止剤全体に占める黒鉛の含有量をＢ、焼付防止剤全体に占めるビスマスの含有量をＣ、焼付防止剤全体に占める酸化カルシウムの含有量をＤとしたとき、１７質量％≦Ａ≦２９質量％、１質量％≦Ｂ≦１０質量％、９質量％≦Ｃ≦１５質量％、７質量％≦Ｄ≦３０質量％である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも酸化アンチモンと黒鉛とビスマスと酸化カルシウムとを含有してなる固体潤滑剤と、ペースト状の非固体潤滑剤とを含有してなることを特徴とする焼付防止剤。
【請求項２】
請求項１において、上記焼付防止剤全体に占める酸化アンチモンの含有量をＡ、上記焼付防止剤全体に占める黒鉛の含有量をＢ、上記焼付防止剤全体に占めるビスマスの含有量をＣ、上記焼付防止剤全体に占める酸化カルシウムの含有量をＤとしたとき、１７質量％≦Ａ≦２９質量％、１質量％≦Ｂ≦１０質量％、９質量％≦Ｃ≦１５質量％、７質量％≦Ｄ≦３０質量％であることを特徴とする焼付防止剤。
【請求項３】
内燃機関又はその排気管に取りつけられる内燃機関用取付部品であって、
外周に外周ねじ部を有するハウジングを有し、
上記外周ねじ部には、請求項１又は２に記載の焼付防止剤が塗布されていることを特徴とする内燃機関用取付部品。
【請求項４】
請求項３において、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサであることを特徴とする内燃機関用取付部品。
【請求項５】
請求項３において、温度によって電気特性が変化する温度センサであることを特徴とする内燃機関用取付部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下にさらされる取付部品に塗布される焼付防止剤、及びこれを塗布した外周ねじ部を有する内燃機関用取付部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するために内燃機関の排気管等に取りつけられるガスセンサのハウジングの外周に設けられる外周ねじ部などには、しばしば焼付防止を目的として、焼付防止剤が塗布される。かかる焼付防止剤を外周ねじ部に塗布することで、仮にガスセンサに故障が生じても排気管からガスセンサを容易に取り外して、新しいものに交換することができる。
従来、７００℃もの高温にさらされる可能性のある上記外周ねじ部などに塗布される焼付防止剤には、ビスマス若しくはその化合物、アンチモン若しくはその化合物など、又はこれらの組合せを主成分としたものがあった（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６９５９６号公報
【特許文献２】特開２００７−１６９５９７号公報
【特許文献３】特開２００７−１６９５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、かかる従来の焼付防止剤においては、以下のような問題点があった。すなわち、上記のような成分によっては、７００℃くらいの温度までは焼き付きを防止し得るが、使用環境の高温化によってそれ以上の温度、例えば８００℃ともなると、十分な焼き付き防止効果を得ることができないという問題があった。
かかる問題は、使用環境の変化によって７００℃以上を超える高温環境下にさらされることが多いガスセンサや温度センサにおいて特に顕著である。そして、このようなガスセンサや温度センサにおいては、上記外周ねじ部と上記排気管等との螺合部分が焼き付いてしまうおそれがあった。
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、特に８００℃という高温環境下においても焼き付き防止効果を有する焼付防止剤、及びこれを塗布した外周ねじ部を有する内燃機関用取付部品を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の発明は、少なくとも酸化アンチモンと黒鉛とビスマスと酸化カルシウムとを含有してなる固体潤滑剤と、ペースト状の非固体潤滑剤とを含有してなることを特徴とする焼付防止剤にある（請求項１）。
【０００７】
本発明の作用効果について説明する。
本発明の焼付防止剤は、少なくとも酸化アンチモンと黒鉛とビスマスと酸化カルシウムとを含有してなる固体潤滑剤と、ペースト状の非固体潤滑剤とを含有してなる。これにより、７００℃以上、例えば８００℃という高温環境下においても十分な焼き付き防止効果を有する焼付防止剤を得ることができる。
【０００８】
このメカニズムは必ずしも明らかではないが、酸化抑制効果のある酸化アンチモンと、潤滑性に優れた黒鉛と、融点が比較的低いため十分に溶融して被塗布部の隙間に十分に行き渡りやすいビスマスと、化学的安定性に優れた酸化カルシウムとが、焼き付きを防止するために互いに相乗的に作用するためであると考えられる。特に上記のとおり固体潤滑剤として酸化カルシウムが含有されていることにより、高温での焼き付き防止効果を十分に発揮することができると考えられる。
【０００９】
このように、本発明によれば、高温環境下においても十分な焼き付き防止効果を有する焼付防止剤を得ることができる。したがって、かかる本発明の焼付防止剤を、特に８００℃という高温環境下にさらされる例えば内燃機関等の取付部品の一部に塗布することにより、当該部分における焼き付きを十分に防止することができる。
【００１０】
第二の発明は、内燃機関又はその排気管に取りつけられる内燃機関用取付部品であって、
外周に外周ねじ部を有するハウジングを有し、
上記外周ねじ部には、請求項１又は２に記載の焼付防止剤が塗布されていることを特徴とする内燃機関用取付部品にある（請求項３）。
【００１１】
本発明の内燃機関用取付部品は、ハウジングに設けられる外周ねじ部に上記焼付防止剤が塗布されている。したがって、かかる内燃機関用取付部品が８００℃という高温環境下にさらされたとしても、外周ねじ部と内燃機関又はその排気管との螺合部分における焼き付きを十分に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における、ガスセンサの縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書において、焼き付きとは、内燃機関等に取りつけられる取付部品のハウジングに設けられた外周ねじ部と、その外周ねじ部が螺合される被螺合部とが、ある締め付け力により締結された状態から、取付部品を取り外そうとする際に、ねじの摺動が困難となり、取付部品が取り外し不能となる現象をいう。
第一の発明において、上記非固体潤滑剤としては、例えば、グリース、コンパウンド等の半固体潤滑剤や潤滑油などの液体潤滑剤などがある。
【００１４】
また、上記焼付防止剤全体に占める酸化アンチモンの含有量をＡ、上記焼付防止剤全体に占める黒鉛の含有量をＢ、上記焼付防止剤全体に占めるビスマスの含有量をＣ、上記焼付防止剤全体に占める酸化カルシウムの含有量をＤとしたとき、１７質量％≦Ａ≦２９質量％、１質量％≦Ｂ≦１０質量％、９質量％≦Ｃ≦１５質量％、７質量％≦Ｄ≦３０質量％であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、潤滑性を有しつつ、８００℃という高温環境下においても焼き付き防止効果をより一層発揮し得る焼付防止剤を得ることができる。
【００１５】
一方、Ａが１７質量％未満、Ｂが１質量％未満、Ｃが９質量％未満、Ｄが７質量％未満となる場合には、酸化抑制効果や化学的安定性など、本発明の焼付防止剤が有する優れた機能を十分に発揮させることが困難となるおそれがある。
また、Ａが２９質量％を超え、Ｂが１０質量％を超え、Ｃが１５質量％を超え、Ｄが３０質量％を超える場合には、非固体潤滑剤の含有量が低減してしまい、焼付防止剤の潤滑性が損なわれてしまうおそれがある。
【００１６】
第二の発明において、上記内燃機関用取付部品は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサとすることができる（請求項４）。
この場合には、本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。すなわち、近年の使用環境の高温化により、上記ガスセンサ素子を有する内燃機関用取付部品（ガスセンサ）は、１０００℃程度まで到達する排気ガス環境下にさらされることがある。したがって、かかるガスセンサを内燃機関の排気管に取りつけたときには、外周ねじ部は例えば８００℃という高温にさらされることとなる。このため、かかる高温使用環境下にさらされる外周ねじ部に本発明に係る焼付防止剤が塗布されていれば、焼き付き防止効果を顕著に発揮することができる。
【００１７】
また、上記内燃機関用取付部品は、温度によって電気特性が変化する温度センサとすることもできる（請求項５）。
この場合にも、上記と同様、本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
本発明に係る焼付防止剤、及びこれを塗布した外周ねじ部を有する内燃機関用取付部品について、図１とともに説明する。
本例の焼付防止剤３は、少なくとも酸化アンチモンと黒鉛とビスマスと酸化カルシウムとを含有してなる固体潤滑剤と、ペースト状の非固体潤滑剤とを含有してなる。
【００１９】
以下、詳細に説明する。
まず、上記焼付防止剤３を塗布した外周ねじ部１２０を有する内燃機関用取付部品１について詳細に説明する。
本例の内燃機関用取付部品１は、自動車などの内燃機関の排気管２に取りつけられて、その内部に被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子１０を有するガスセンサ（以下、内燃機関用取付部品１をガスセンサ１という。）である。
【００２０】
なお、かかるガスセンサ１としては、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管２に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサに内蔵するＡ／Ｆセンサ、排気ガス中の酸素濃度を測定するＯ2センサ、排気管２に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサなど種々のものがある。
【００２１】
また、本例においては示さないが、上記内燃機関用取付部品１は、温度によって電気特性が変化する温度センサ素子を有する温度センサや、内燃機関に設置されて火花放電を生じさせるためのスパークプラグなどであってもよい。
また、以下では、ガスセンサ１を排気管２に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
【００２２】
また、ガスセンサ１は、図１に示すように、上記ガスセンサ素子１０のほか、以下の被測定ガス側碍子１１１と、大気ガス側碍子１１２と、ハウジング１２と、素子カバー１３と、大気側カバー１４と、ブッシュ１５と、リード線１６とを有する。
すなわち、被測定ガス側碍子１１１は、ガスセンサ素子１０を内側に挿通保持しており、例えば、アルミナ等のセラミックスからなる。
ハウジング１２は、被測定ガス側碍子１１１を内側に挿通保持しており、例えば、ＳＵＳ４３０を代表とするフェライト系ステンレス、ＳＵＳ４１０を代表とするマルテンサイト系ステンレス又はその他の耐熱材料からなる。
【００２３】
そして、ハウジング１２の外周には、雄ねじからなる外周ねじ部１２０が形成されている。かかる外周ねじ部１２０には、本例の焼付防止剤３が塗布されている。
この外周ねじ部１２０においては、０．５〜３．４ｇ／ｃｍ2の塗布量にて焼付防止剤３を塗布することが好ましい。この場合には、ねじ締結時の潤滑性が向上し、ねじ締結部の発生軸力の安定性を確保しつつ十分に焼き付き防止を図ることができる。一方、上記塗布量が０．５ｇ／ｃｍ2未満の場合には、ねじ締結時の潤滑性が悪化し、安定した軸力の確保が困難となり、また、摩擦熱によってねじ母材同士が融着するおそれがある。また、上記塗布量が３．４ｇ／ｃｍ2を超える場合には、被塗布部の隙間から焼付防止剤３があふれてしまい、ひいては、ガスセンサ素子１０のガス検知機能に悪影響を与えるおそれがある。
【００２４】
素子カバー１３は、ハウジング１２の先端側に配設され、ガスセンサ素子１０の先端部を覆っている。かかる素子カバー１３は、二重カバー構造となっており、ガスセンサ素子１０を覆う内側カバー１３２と、その内側カバー１３２を覆う外側カバー１３１とからなる。
【００２５】
大気側カバー１４は、ハウジング１２の基端側に配設され、ガスセンサ素子１０の基端部を覆う大気ガス側碍子１１２のさらに外側を覆っている。
ブッシュ１５は、大気側カバー１４の基端部を閉塞している。そして、このブッシュ１５を貫通するようにリード線１６が配設されている。かかるリード線１６の先端側には、ガスセンサ素子１０と電気的に接続される接続端子１６０が取りつけられている。
【００２６】
ガスセンサ１は、前述したとおり自動車エンジンなどの内燃機関の排気管２などに設置される。具体的には、排気管２などの側壁２１における溶接部２２に固定されるボス２０には雌ねじ２００が形成されており、その雌ねじ２００に、上記のとおり雄ねじが形成されている外周ねじ部１２０を螺合する。そして、両者を螺合する際には、例えば、最大で６０Ｎ・ｍ程度の大きさの締め付け力がハウジング１２に加えられる。
かかるガスセンサ１は、排気管２内を通過する被測定ガスにさらされて、例えば７００〜８００℃といった高温環境下におかれることとなる。
【００２７】
次に、本例の焼付防止剤３について説明する。
前述したとおり、本例の焼付防止剤３は、少なくとも酸化アンチモンと黒鉛とビスマスと酸化カルシウムとを含有してなる固体潤滑剤と、ペースト状の非固体潤滑剤とを含有してなる。これらの成分の含有量について詳細にみると、以下のようになる。
【００２８】
すなわち、上記焼付防止剤３全体に占める酸化アンチモンの含有量をＡ、上記焼付防止剤３全体に占める黒鉛の含有量をＢ、上記焼付防止剤３全体に占めるビスマスの含有量をＣ、上記焼付防止剤３全体に占める酸化カルシウムの含有量をＤとしたとき、本例の焼付防止剤３は、１７質量％≦Ａ≦２９質量％、１質量％≦Ｂ≦１０質量％、９質量％≦Ｃ≦１５質量％、７質量％≦Ｄ≦３０質量％となるように構成されている。さらに具体的に言えば、本例の焼付防止剤３においては、Ａは２５．５質量％、Ｂは２．２質量％、Ｃは１２．２質量％、Ｄは１２．１質量％である。
【００２９】
また、本例の焼付防止剤３には、上記のほか、非固体潤滑剤として、例えばグリースや、コンパウンド、塗料などを含有させることができ、さらには、固体潤滑剤として不可避的不純物が含有されていてもよい。そして、本例では、焼付防止剤３には上記酸化アンチモンと黒鉛とビスマスと酸化カルシウムとからなる固体潤滑剤のほか、非固体潤滑剤としてのグリースが４８質量％含有されている。
【００３０】
次に、本例の焼付防止剤３の製造方法について説明する。
本例では、酸化アンチモンは２μｍの平均粒径、黒鉛は２０μｍの平均粒径、ビスマスは１８μｍの平均粒径、酸化カルシウムは３μｍの平均粒径を有するものを用いる。そして、かかる粉状物が、できあがった焼付防止剤３の中で所定量含有されるよう計量しておく。
【００３１】
なお、上記各成分の粒度分布については、酸化アンチモンの最大粒径が４５μｍ、黒鉛の最大粒径が４５μｍ、ビスマスの最大粒径が４５μｍ、酸化カルシウムの最大粒径が４５μｍであることが好ましい。一方、上記成分の最大粒径が４５μｍを超える場合には、外周ねじ部１２０の隙間に焼付防止剤３が入り込みにくくなってしまうおそれがある。
【００３２】
次いで、焼付防止剤３全体に占めるグリースの含有量のうち、半分の量のグリースの中に、上記のとおり計量した酸化アンチモン、黒鉛、ビスマス、酸化カルシウムの粉状物を入れ、これを混合して（第一次混合）混合物を形成する。
次いで、残り半分の量のグリースを上記混合物の中に入れて、これを混合する（第二次混合）。
以上の手順により、本例の焼付防止剤３を作製することができる。
【００３３】
なお、本例の焼付防止剤３は、例えば、高温多湿を避けた一般的な常温（１５〜２５℃）、常湿（相対湿度４５〜８５％）という条件下にてガスセンサ１の外周ねじ部１２０に塗布することが好ましい。かかる条件は、一般にグリースが安定した粘性を持つことができる条件であるが、本例においても上記条件にて焼付防止剤３を塗布することにより特に顕著な作用効果を発揮し得る。
また、本例の焼付防止剤３は、外周ねじ部１２０に対して塗布するほか、例えば外周ねじ部１２０を焼付防止剤３の中に浸漬させて塗布することもできる。
【００３４】
以下に、本例の作用効果について説明する。
本例の焼付防止剤３は、少なくとも酸化アンチモンと黒鉛とビスマスと酸化カルシウムとを含有してなる固体潤滑剤と、ペースト状の非固体潤滑剤とを含有してなる。これにより、７００℃以上、例えば８００℃という高温環境下においても十分な焼き付き防止効果を有する焼付防止剤３を得ることができる。
【００３５】
このメカニズムは必ずしも明らかではないが、酸化抑制効果のある酸化アンチモンと、潤滑性に優れた黒鉛と、融点が比較的低いため十分に溶融して被塗布部の隙間に十分に行き渡りやすいビスマスと、化学的安定性に優れた酸化カルシウムとが、焼き付きを防止するために互いに相乗的に作用するためであると考えられる。特に上記のとおり固体潤滑剤として酸化カルシウムが含有されていることにより、高温での焼き付き防止効果を十分に発揮することができると考えられる。
【００３６】
このように、本例によれば、高温環境下においても十分な焼き付き防止効果を有する焼付防止剤３を得ることができる。そして、かかる本例の焼付防止剤３を、特に８００℃という高温環境下にさらされるガスセンサ１の外周ねじ部１２０に塗布しているため、当該部分における焼き付きを十分に防止することができる。
【００３７】
また、１７質量％≦Ａ≦２９質量％、１質量％≦Ｂ≦１０質量％、９質量％≦Ｃ≦１５質量％、７質量％≦Ｄ≦３０質量％であるため、潤滑性を有しつつ、８００℃という高温環境下においても焼き付き防止効果をより一層発揮し得る焼付防止剤３を得ることができる。
【００３８】
また、本例の内燃機関用取付部品１は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ１であるため、本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。すなわち、近年の使用環境の高温化により、上記ガスセンサ１は、８００℃という高温環境下に置かれることがある。したがって、かかるガスセンサ１を内燃機関の排気管２に取りつけたときには、外周ねじ部１２０は８００℃という高温にさらされることとなる。このため、かかる高温使用環境下にさらされる外周ねじ部１２０に本発明に係る焼付防止剤３が塗布されていれば、焼き付き防止効果を顕著に発揮することができる。
【００３９】
以上のとおり、本例によれば、特に８００℃という高温環境下においても焼き付き防止効果を有する焼付防止剤、及びこれを塗布した外周ねじ部を有する内燃機関用取付部品を提供することができる。
【００４０】
（実施例２）
本例は、下記の表１に示すように、含有成分を種々変更して作製した焼付防止剤をハウジングの外周ねじ部に塗布し、その外周ねじ部の焼き付き状況を調べた例である。
【００４１】
本例では、以下のような試験を行った。
すなわち、まず、酸化アンチモン、黒鉛、ビスマス、及び酸化カルシウムの含有量を種々変更して作製した焼付防止剤を、ＳＵＳ４３０からなるハウジングの外周ねじ部に塗布して２２種類の試料を作製した。そして、各種類の試料についてそれぞれ１０個のサンプルを作製した。
【００４２】
次いで、種類の異なる試料ごとに、雌ねじを設けたＳＵＳ４３０からなるボスに各試料の外周ねじ部を６０Ｎ・ｍのトルクで締め付けて被試験体を作製した。
次いで、これらの被試験体を大気雰囲気であって８００℃に保たれた電気炉内に１００時間放置した後、常温（２０℃）に戻した。
次いで、各試料をボスから取り外し、それぞれの外周ねじ部に損傷なく各試料が取り外し可能かどうかを調べた。なお、外周ねじ部に損傷があるかどうかは、目視及びねじゲージにて確認した。
【００４３】
次いで、各試料のうち外周ねじ部が損傷を受けることなくボスから取り外せたもののサンプル数を調べ、その割合を算出した。
なお、すべて（すなわち、１０個）のサンプルが外周ねじ部に損傷を受けることなく取り外せた試料には◎、６０％以上１００％未満の割合（すなわち、６〜９個）のサンプルのうち外周ねじ部が損傷を受けることなく取り外せた試料には○、６０％以上１００％未満の割合のサンプルのうち外周ねじ部が著しい損傷を受けている試料を△、外周ねじ部の損傷の有無にかかわらず６０％未満の割合（すなわち、５個以下）のサンプルしか取り外しができなかった試料には×を付した。
試験結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2010180360.tif 000002
【００４５】
表１からわかるように、酸化アンチモン、黒鉛、ビスマス、及び酸化カルシウムのすべてが含有されている焼付防止剤を塗布した試料（表１における試料１０、１６、１９）においては、すべてのサンプルにおいて外周ねじ部が損傷を受けず、試験結果は◎となっている。
上記の試料１０、１６、１９について見ると、酸化アンチモンが１７〜２９質量％、黒鉛が１〜１０質量％、ビスマスが９〜１５質量％、酸化カルシウムが１０〜３０質量％含有されていれば、試験結果は良好であることがわかる。
【００４６】
もう少し検討するに、試料８と試料１６とを比較すると、試料８においては黒鉛が含有されていないため結果は○となっており、試料１６においては黒鉛が１質量％と少量であるが含有されているため結果は◎となっている。かかる結果は、酸化アンチモン、黒鉛、ビスマス、及び酸化カルシウムのすべてが含有されていれば、本発明の作用効果が得られるという十分な根拠となり得ると思われる。
【００４７】
また、酸化アンチモン、黒鉛、ビスマス、酸化カルシウムのいずれかが含有されていない場合には、８００℃の高温環境下においては焼き付きが生じているサンプルがあったため、○、△又は×となっている。特に、試料２０〜試料２２については、従来存在していた焼付防止剤の成分を用いて形成したものであるが、これらについては、結果がすべて×となっており、本発明の優位性が容易に見てとれる。
【００４８】
このように、焼付防止剤の含有成分として、酸化アンチモン、黒鉛、ビスマス、及び酸化カルシウムのすべてが含有されていれば、外周ねじ部の焼き付きを十分に防止することができることがわかる。
さらに、酸化アンチモン、黒鉛、ビスマス、酸化カルシウムを上記の範囲で含有することで、外周ねじ部の焼き付きを確実に防止することができることがわかる。
【符号の説明】
【００４９】
１  内燃機関用取付部品
１２  ハウジング
１２０  外周ねじ部
３  焼付防止剤
【図１】
2010180360.tif 000003