(57)【要約】【課題】アイドリング時や信号待ち等で生じる微小揺動運動の際にも、摩擦異音の発生を極力防止し得る排気管球面継手を提供すること。【解決手段】球帯状シール体４６は、球帯状基体４４と外層４５とを具備しており、外層４５は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線から形成された金網５からなる補強材とを含んでおり、外層４５においては、耐熱材と補強材とが夫々圧縮されて補強材の金網５の網目に耐熱材が充填されて耐熱材と補強材とが混在一体化されてなり、耐熱材からなる面と補強材からなる面とが混在した外層４５の部分凸球面状の外表面４７は、Ｆｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼板からなる部分凹球面部５５の内面５８に摺動自在に接触している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン側に連結される上流側排気管の管端部と、この管端部と対峙していると共にマフラ側に連結される下流側排気管に設けられる部分凹球面部と、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並びに該部分凸球面状面に一体的に形成された外層を有した球帯状シール体とを具備しており、球帯状シール体は、その球帯状基体の円筒面で管端部の外周面に嵌合固定されており、外層は、膨張黒鉛、鉄合金繊維及び無機保形材を含有する耐熱材と、少なくともＣｒを１６．００〜１８．００質量％及びＮｉを１２．００〜１５．００質量％の割合で含有するＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線から形成された金網からなる補強材とを含んでおり、外層においては、耐熱材と補強材とが夫々圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて耐熱材と補強材とが混在一体化されてなり、耐熱材からなる面と補強材からなる面とが混在した外層の部分凸球面状の外表面は、少なくともＣｒを１７．００〜１９．００質量％含有するＦｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼板からなる部分凹球面部の内面に摺動自在に接触しており、上流側排気管と下流側排気管との間に生じる相対角変位は、外層の外表面と部分凹球面部の内面との摺動で許容されるようになっている排気管球面継手。
【請求項２】
鉄合金繊維は、ステンレス鋼繊維及び炭素鋼繊維から選択される請求項１に記載の排気管球面継手。
【請求項３】
無機保形材は、燐酸二水素アルミニウム、燐酸水素アルミニウム、燐酸二水素マグネシウム、燐酸水素マグネシウム、燐酸二水素カルシウム、燐酸水素カルシウム及び燐酸から選択される請求項１又は２に記載の排気管球面継手。
【請求項４】
膨張黒鉛、鉄合金繊維及び無機保形材の配合割合は、質量比で１：０．５〜３：０．０５〜０．３である請求項１から３のいずれか一項に記載の排気管球面継手。
【請求項５】
補強材は、更にＣを０．０３０質量％以下、Ｓｉを１．００質量％以下、Ｍｎを２．００質量％以下、Ｐを０．０４５質量％以下、Ｓを０．０３０質量％以下及びＭｏを２．００〜３．００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排気管球面継手。
【請求項６】
部分凹球面部は、更にＣを０．０３０質量％以下、Ｓｉを１．００質量％以下、Ｍｎを１．００質量％以下、Ｐを０．０４０質量％以下、Ｓを０．０３０質量％以下並びにＴｉ及びＮｂを０．４０〜０．８０質量％の割合で含有する請求項１から５のいずれか一項に記載の排気管球面継手。
【請求項７】
耐熱材は、燐酸塩を０．１〜１６．０質量％の割合で含有する請求項１から６のいずれか一項に記載の排気管球面継手。
【請求項８】
耐熱材は、燐酸を０．０５〜５．０質量％の割合で含有する請求項１から７のいずれか一項に記載の排気管球面継手。
【請求項９】
球帯状基体は、基体用の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基体用の膨張黒鉛を含む耐熱材とを具備している請求項１から８のいずれか一項に記載の排気管球面継手。
【請求項１０】
球帯状基体の耐熱材は、燐酸塩を０．１〜１６．０質量％の割合で含有する請求項９に記載の排気管球面継手。
【請求項１１】
球帯状基体の耐熱材は、燐酸を０．０５〜５．０質量％の割合で含有する請求項９又は１０に記載の排気管球面継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車排気管に使用される排気管球面継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンの各気筒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にまとめられ、排気管を通じてサブマフラに送られ、このサブマフラを通過した排気ガスは、更に排気管を介してマフラ（消音器）へと送られ、このマフラを通じて大気中に放出される。
【０００３】
これら排気管や、サブマフラ及びマフラ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等により繰返し応力を受ける。特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、排気系部材の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と排気管との連結部及び排気管と排気管との連結部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等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】特開昭５９−８３８３０号公報
【特許文献３】特開平６−１２３３６２号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４２４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動吸収機構の一例としての特許文献１に記載された排気管継手に使用される排気シールは、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、この排気シールでは、膨張黒鉛からなる耐熱材が部分凸球面状の表面で露出してなるため、スティックスリップ（付着−すべり）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音の発生の原因となる虞がある。
【０００６】
斯かる欠点を解消するものとして、特許文献２及び特許文献３に記載されたしゅう動体及び球帯状シール体の夫々は、金網からなる補強材を、その上に配置された耐熱性の固体潤滑剤からなる層と共に捲回し、これを圧縮成形して得られた成形体であって、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及び細線間に充填保持された固体潤滑剤とが混在した平滑な表面をもった成形体からなる。
【０００７】
これらのしゅう動体及び球帯状シール体の夫々は、特許文献１に記載された排気シールと比較すると、相手材と摺動自在に接触する摺動面に、金網からなる補強材と固体潤滑剤とが混在しているので、摺動時における相手材表面への固体潤滑剤被膜の被膜形成能に優れており、また固体潤滑剤被膜が相手材表面に過度に形成された場合には、金網からなる補強材がそれを掻き取る役割を果たし、特許文献１の排気シールにおける黒鉛被膜との直接的な接触が回避されることから、排気管球面継手に組み込まれて使用された場合においても異常摩擦音の発生を極力防止できるという利点を有する。
【０００８】
しかしながら、上記利点を有するしゅう動体又は球帯状シール体を組み込んだ球面管継手においても、しゅう動体又は球帯状シール体と相手材との摩擦の増加に伴い、相手材の表面に形成された固体潤滑剤被膜が摩耗粉として摩擦面に介在、とくに３００℃を超える高温領域においては、この摩耗粉は酸化物となって摩擦面間に介在し、相手材表面の固体潤滑剤被膜が掻き落とされ、相手材としゅう動体又は球帯状シール体の金網からなる補強材との金属同士の摩擦に移行する虞がある。
【０００９】
通常、しゅう動体又は球帯状シール体を形成する金網からなる補強材には、耐熱性を有するステンレス鋼線が使用され、また、相手材にもまた、耐熱性を有するステンレス鋼が使用されていることから金属同士の摩擦においてはステンレス鋼同士、所謂「ともがね」の摩擦となり、往々にして摩擦異音を発生させるという欠点として現れる。また、しゅう動体又は球帯状シール体と相手材との摩擦において、しゅう動体又は球帯状シール体の表面は、金網からなる補強材が露出した不連続な面（凹凸面）となっており、この不連続な面と摩擦する相手材の表面は支圧強度が高くなり、高くなった支圧強度は、相手材表面に凹みなどの損傷を生じさせ、相手材の表面及び当該表面と摩擦するしゅう動体又は球帯状シール体の摩耗を促進させる虞がある。
【００１０】
「ともがね」の摩擦に起因するしゅう動体又は球帯状シール体と相手材との間の摩擦異音の発生に対して、しゅう動体又は球帯状シール体及び相手材を特定のステンレス鋼の組み合わせを採ることにより摩擦異音の発生を抑制すると共に相手材表面の損傷を極力防止し得、排気管に生じる相対角変位を円滑に行わせることができる排気管球面継手が特許文献４において提案されている。
【００１１】
特許文献４において提案された排気管球面継手は、球帯状シール体と相手材との間の摩擦異音の発生を抑制し、相手材表面の損傷を極力防止し得るという効果を有しているが、斯かる排気管球面継手でも、アイドリング時や信号待ち等に生じる微小な揺動運動、例えば外表面に露出した金網の網目よりも小さい微小な揺動運動では、やはり膨張黒鉛を含む耐熱材との摩擦摺動となるため、この摩擦摺動は、特許文献１のそれと同様の欠点である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音の発生の原因となる虞がある。
【００１２】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、アイドリング時や信号待ち等で生じる微小揺動運動の際にも、摩擦異音の発生を極力防止し得る排気管球面継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の排気管球面継手は、エンジン側に連結される上流側排気管の管端部と、この管端部と対峙していると共にマフラー側に連結される下流側排気管に設けられる部分凹球面部と、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並びに該部分凸球面状面に一体的に形成された外層を有した球帯状シール体とを具備しており、球帯状シール体は、その球帯状基体の円筒面で管端部の外周面に嵌合固定されており、外層は、膨張黒鉛、鉄合金繊維及び無機保形材を含有する耐熱材と、少なくともＣｒを１６．００〜１８．００質量％及びＮｉを１２．００〜１５．００質量％の割合で含有するＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線から形成された金網からなる補強材とを含んでおり、外層においては、耐熱材と補強材とが夫々圧縮されて補強材の金網の網目に耐熱材が充填されて耐熱材と補強材とが混在一体化されてなり、耐熱材からなる面と補強材からなる面とが混在した外層の部分凸球面状の外表面は、少なくともＣｒを１７．００〜１９．００質量％含有するＦｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼板からなる部分凹球面部の内面に摺動自在に接触しており、上流側排気管と下流側排気管との間に生じる相対角変位は、外層の外表面と部分凹球面部の内面との摺動で許容されるようになっている。
【００１４】
本発明の排気管球面継手によれば、少なくともＣｒの含有量が１６．００〜１８．００質量％で、Ｎｉの含有量が１２．００〜１５．００質量％であるＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系のステンレス鋼線の金網から補強材が形成されており、少なくともＣｒの含有量が１７．００〜１９．００質量％であるＦｅ−Ｃｒ系のステンレス鋼板から相手材としての部分凹球面部が形成されており、耐熱材からなる面と補強材からなる面とが混在した外層の外表面が部分凹球面部の内面に摺動自在に接触しているために、外層の外表面と部分凹球面部の内面との摺動摩擦においても、摩擦異音の発生を抑制することができ、補強材からなる面で部分凹球面部の内面に凹みなどの損傷を生じさせることがなく上流側排気管の管端部と下流側排気管との相対角変位（揺動運動）を円滑に許容することができる。
【００１５】
このような特定のステンレス鋼の組合せをもった外層の外表面と部分凹球面部の内面とで上記効果が得られた理由は、詳らかではないが、外層の補強材及び部分凹球面部の夫々を形成するステンレス鋼線及びステンレス鋼板に含有されるＣｒ含有量の多寡の組合せにより、部分凹球面部の摩耗、損傷度合いが大きく変動していることから、Ｃｒ含有量がほぼ同じ領域にあるＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線とＦｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼板との組合せによるものと推察される。
【００１６】
本発明では、球帯状シール体の外層の外表面には、補強材からなる面と該補強材の金網の網目に充填された耐熱材からなる面とが混在しているために、外層の外表面からの当該外層の耐熱材の膨張黒鉛の部分凹球面部の内面への移着と、部分凹球面部の内面に移着した過度の膨張黒鉛の被膜の外層の補強材による掻き取りとを適宜に行い得る結果、球帯状シール体と部分凹球面部との相対的な微小揺動運動の際にも、球帯状シール体は、部分凹球面部に対しては、常時、膨張黒鉛と鉄合金繊維とを含む外層の耐熱材の面で摺動する結果、膨張黒鉛のみでの球帯状シール体の部分凹球面部に対する摺動が回避されるので、摩擦異音の発生は極力防止され得る。
【００１７】
本発明において、補強材は、好ましい例では、更にＣを０．０３０質量％以下、Ｓｉを１．００質量％以下、Ｍｎを２．００質量％以下、Ｐを０．０４５質量％以下、Ｓを０．０３０質量％以下及びＭｏを２．００〜３．００質量％含有している。
【００１８】
斯かる外層の補強材には、好適には、線径が０．１５〜０．２８ｍｍの範囲であって、Ｃを０．０３０質量％以下、Ｓｉを１．００質量％以下、Ｍｎを２．００質量％以下、Ｐを０．０４５質量％以下、Ｓを０．０３０質量％以下、Ｃｒを１６．００〜１８．００質量％、Ｎｉを１２．００〜１５．００質量％、Ｍｏを２．００〜３．００質量％含有するＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼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からなる金網が使用され、斯かる外層の補強材用の金網は、好適には、縦幅２．５〜３．５ｍｍ、横幅１．５〜５ｍｍ程度の網目の目幅を有している。
【００１９】
本発明において、外層の耐熱材の鉄合金繊維には、好ましくは、ファイバー、ウール又はびびり繊維の形態のものが使用される。鉄合金繊維は、好ましい例では、ステンレス鋼繊維及び炭素鋼（スチール）繊維のうちの少なくとも一つからから選択され、具体的には、炭素鋼繊維としては、虹技社製のびびり繊維「ＫＣメタルファイバーＳ１５Ｃ」等が挙げられ、ステンレス鋼繊維としては、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４等のフェライト系ステンレス鋼繊維又はＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼繊維が挙げられ、より具体的には、例えば、虹技社製のびびり繊維「ＫＣメタルファイバーＳＵＳ４３０Ｆ（商品名）」、ボンスター社製の「ステンレスカットウールＦ（ＳＵＳ４３４ファイバー）」等が挙げられる。
【００２０】
鉄合金繊維は、好適には、繊維径１０〜５００μｍ、長さ１００〜３０００μｍを有している。
【００２１】
鉄合金繊維は、鉄合金繊維同士が絡み合いを生じて外層の耐熱材に含有されているので、外層の強度向上に寄与する。
【００２２】
外層の耐熱材に含有されると共に好ましくは耐熱性を有する無機保形材は、外層の耐熱材中に含有される膨張黒鉛と鉄合金繊維とを相互に接合させる接合効果と、球帯状シール体の製造に際して外層の耐熱材となるシートの形状を維持する保形効果とを発揮する。無機保形材は、好ましくは、燐酸二水素アルミニウム〔第一燐酸アルミニウム：Ａｌ（Ｈ２ＰＯ４）３〕、燐酸水素アルミニウム〔第二燐酸アルミニウム：Ａｌ２（ＨＰＯ４）３〕、燐酸二水素マグネシウム〔第一燐酸マグネシウム：Ｍｇ（Ｈ２ＰＯ４）２〕、燐酸水素マグネシウム（第二燐酸マグネシウム：ＭｇＨＰＯ４）、燐酸二水素カルシウム〔第一燐酸カルシウム：Ｃａ〔Ｈ２ＰＯ４）３〕、燐酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ４）及び燐酸（Ｈ３ＰＯ４）のうちの少なくとも一つから選択される。
【００２３】
球帯状シール体の外層の耐熱材における膨張黒鉛、鉄合金繊維及び無機保形材の配合割合は、好ましくは、質量比で１：０．５〜３：０．０５〜０．３であり、より好ましくは、１：０．５〜２：０．１〜０．１５であり、膨張黒鉛に対する鉄合金繊維の配合割合が質量比で膨張黒鉛１に対し３を超えると、外層の耐熱材中に占める鉄合金繊維の割合が多くなりすぎ、部分凹球面部と鉄合金繊維との多くの直接的な摺動摩擦を惹起して摩擦異音を生じたり、部分凹球面部の内面を損傷させたりする虞がある。
【００２４】
本発明での部分凹球面部は、好ましい例では、更にＣを０．０３０質量％以下、Ｓｉを１．００質量％以下、Ｍｎを１．００質量％以下、Ｐを０．０４０質量％以下、Ｓを０．０３０質量％以下並びにＴｉ及びＮｂ（Ｔｉ及びＮｂの合計）を０．４０〜０．８０質量％含有しており、他の好ましい例では、更にＭｏを０．７５〜１．５０質量％及びＮを０．０２０質量％以下含有している。
【００２５】
本発明の排気管球面継手において、球帯状基体は、好ましい例では、基体用の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基体用の膨張黒鉛を含む耐熱材とを具備している。
【００２６】
球帯状基体の補強材には、好適には、線径が０．２８〜０．３２ｍｍの範囲であって、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等のステンレス鋼線、鉄線（ＪＩＳＧ３５３２）若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からなる金網が使用され、斯かる球帯状基体の補強材用の金網は、好適には、縦幅４〜６ｍｍ、横幅３〜５ｍｍ程度の網目の目幅を有している。
【００２７】
球帯状シール体における外層の耐熱材及び球帯状基体の耐熱材の夫々は、燐酸塩を０．１〜１６．０質量％を更に含んでいてもよく、更に燐酸を０．０５〜５．０質量％含んでいてもよい。
【００２８】
燐酸塩としては、好ましい例として、第一燐酸アルミニウム、第二燐酸リチウム（Ｌｉ２ＨＰＯ４）、第一燐酸カルシウム〔Ｃａ（Ｈ２ＰＯ４）２〕、第二燐酸カルシウム（ＣａＨＰＯ４）及び第二燐酸アルミニウム〔Ａｌ２（ＨＰＯ４）３〕等を挙げることができる。
【００２９】
燐酸としては、好ましい例として、オルト燐酸、メタ燐酸（ＨＰＯ３）及びポリ燐酸等を挙げることができる。
【００３０】
膨張黒鉛に加えて燐酸塩及び燐酸のうちの少なくとも一方を含んだ耐熱材を使用することにより、排気管球面継手の使用温度を高めることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、アイドリング時や信号待ち等で生じる球帯状シール体と部分凹球面部との相対的な微小揺動運動の際にも、摩擦異音の発生を抑制することができ、球帯状シール体の外層の外表面に露出した金網からなる補強材の不連続な面と部分凹球面部の内面との摺動摩擦においても、部分凹球面部の内面に凹み、圧痕などの損傷を極力防止することができ、上流側排気管の管端部と下流側排気管との間に生じる相対角変位を円滑に許容することができる排気管球面継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の排気管球面継手の好ましい実施の形態を示し、図１において、（ａ）は断面説明図、（ｂ）は右側面説明図である。
【図２】図２は、図１に示す球帯状シール体の断面説明図である。
【図３】図３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４】図４は、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斜視説明図である。
【図５】図５は、補強材の金網の網目の平面説明図である。
【図６】図６は、球帯状シール体の製造工程における耐熱材の斜視説明図である。
【図７】図７は、球帯状シール体の製造工程における重合体の斜視説明図である。
【図８】図８は、球帯状シール体の製造工程における筒状母材の平面説明図である。
【図９】図９は、図８に示す筒状母材のＩＸ−ＩＸ線矢視断面説明図である。
【図１０】図１０は、球帯状シール体の製造工程における帯状のシートの形成方法の断面説明図である。
【図１１】図１１は、球帯状シール体の製造工程における帯状のシートの斜視説明図である。
【図１２】図１２は、球帯状シール体の製造工程における外層形成部材用のシート及び金網の例の斜視説明図である。
【図１３】図１３は、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。
【図１４】図１４は、球帯状シール体の製造工程における図１３又は図１５に示す形成方法で得られた外層形成部材の縦断面説明図である。
【図１５】図１５は、球帯状シール体の製造工程における外層形成部材の他の形成方法の断面説明図である。
【図１６】図１６は、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説明図である。
【図１７】図１７は、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の断面説明図である。
【図１８】図１８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】
【００３３】
次に、本発明及びその実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施の形態に何等限定されないのである。
【００３４】
＜球帯状基体の耐熱材の製造方法について＞
濃度９８％の濃硫酸を撹拌しながら、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、反応液に粒度３０〜８３メッシュ（５００〜１８０μｍ）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、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。
【００３５】
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、所望の厚さのシートＩを作製し、シートＩから形成された耐熱材は、膨張黒鉛を含むことになる。
【００３６】
上記と同様の方法で得た酸処理黒鉛粉末を撹拌しながら、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（Ｈ２ＰＯ４）３〕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。この第一燐酸アルミニウム及び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、所望の厚さのシートＩＩを作製し、シートＩＩから形成された耐熱材は、膨張黒鉛と第一燐酸アルミニウムからなる燐酸塩とを含むことになる。
【００３７】
上記と同様の方法で得た酸処理黒鉛粉末を撹拌しながら、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（Ｈ３ＰＯ４）水溶液と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。この第一燐酸アルミニウム、五酸化燐及び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、所望の厚さのシートＩＩＩを作製し、シートＩＩＩから形成された耐熱材は、膨張黒鉛と第一燐酸アルミニウムからなる燐酸塩と五酸化燐からなる燐酸とを含むことになる。
【００３８】
シートＩ、ＩＩ及びＩＩＩは、これらから球帯状基体の耐熱材を作製する場合は、好ましくは、１．０〜１．５Ｍｇ／ｍ３の密度、より好ましくは、１．０〜１．２Ｍｇ／ｍ３程度の密度を有し、好ましくは、０．３〜０．６ｍｍ程度の厚さを有している。
【００３９】
＜外層の耐熱材の膨張黒鉛の製造方法について＞
外層の耐熱材に含有される膨張黒鉛には、好ましくは、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倍率２４０〜３００倍に膨張させた膨張黒鉛粉末が使用される。この膨張黒鉛粉末は、嵩密度が０．０５ｇ／ｃｍ３と非常に低いため、その取り扱いが難しい。そこで、本発明においては、膨張黒鉛粉末を所望のロール隙間に調整した双ロール装置に供給してロール成形し、所望の厚さの膨張黒鉛からなるシートを作製し、このシートを裁断し、粉砕機で粉砕して得られる膨張黒鉛粉末を膨張黒鉛として使用することが好ましい。斯かる膨張黒鉛からなるシートを使用することにより、例えば、球帯状基体の耐熱材を製造する際に用いるシートＩを所望の型に沿って切り出した際に生じる余分な切れ端、所謂端材を有効利用することができ、それにより膨張黒鉛の材料コストの低減を図り得、延いては球帯状シール体自体のコスト低減を図ることができる。
【００４０】
＜外層の耐熱材の製造方法について＞
外層の耐熱材は、好ましくは、膨張黒鉛粉末と、鉄合金繊維と、固形分として３０〜５０％含有する無機保形材溶液とを準備し、これらを粉体造粒機に投入して混練し、造粒して湿潤性を有する混合物を作製し、この混合物から製造される。
【００４１】
次に、球帯状シール体の製造方法の一例について、図面に基づき説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【００４２】
（第一工程）
図４及び図５に示すように、円筒状の編組金網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に切断した球帯状基体の補強材となると共に縦幅Ｘ及び横幅Ｙの網目の目幅を有する球帯状基体用の帯状の金網５を準備する。
【００４３】
（第二工程）
図６に示すように、金網５の幅Ｄに対して（１．１０×Ｄ）ｍｍから（２．１０×Ｄ）ｍｍの幅ｄを有すると共に金網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、球帯状基体の耐熱材となるシートＩ、ＩＩ又はＩＩＩからなる帯状のシート６を準備する。
【００４４】
（第三工程）
球帯状シール体４６（図１参照）において、部分凸球面状面４１の大径側の環状端面４２に全体的にシート６からなる耐熱材が露出するようにすべく、図７に示すように、環状端面４２側となる金網５の幅方向の一方の端縁７から最大で（０．１０〜０．８０）×Ｄｍｍであって部分凸球面状面４１の小径側の環状端面４３側となる金網５の幅方向の他方の端縁８からのはみ出し量δ２よりも多いはみ出し量δ１をもってシート６を幅方向にはみ出させ、シート６が金網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、金網５の長さ方向の他方の端縁１０と端縁１０に対応するシート６の長さ方向の端縁１１とを合致させてシート６と金網５とを互いに重ね合わせた重合体１２を得る。
【００４５】
（第四工程）
重合体１２を、図８及び図９に示すように、シート６を内側にしてうず巻き状であってシート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シート６が露出した筒状母材１３を形成する。シート６としては、筒状母材１３における巻き回数が金網５の巻き回数よりも一回多くなるように、金網５の長さＬに対して（１．３０×Ｌ）ｍｍから（２．７０×Ｌ）ｍｍの長さｌを有したものを予め準備する。筒状母材１３において、シート６は、幅方向の一方及び他方の端縁側において金網５の一方及び他方の端縁７の夫々から幅方向にδ１及びδ２だけ夫々はみ出している。
【００４６】
（第五工程）
配合割合（質量比）が１：０．５〜３：０．０５〜０．３、好ましくは、配合割合（質量比）が１：０．５〜２：０．１〜０．１５である膨張黒鉛粉末と、鉄合金繊維と、固形分として無機保形材を３０〜５０％含有する無機保形材溶液とを粉体造粒機に投入して混練、造粒して湿潤性を有する混合物１４を作製する。
【００４７】
（第六工程）
＜外層形成部材Ｉの形成＞
図１０及び図１１に示すように、ローラ１９側に配されたロードセル２２とローラ２０側に配された流体シリンダ２３とを有する圧延装置１５のホッパー１６内にコンベア１７及び１８から混合物１４を供給し、ホッパー１６から混合物１４を一対のローラ１９及び２０間の隙間に順次供給してローラ１９及び２０間で混合物１４を圧延し、圧延した混合物１４を乾燥して水分を逸散、除去して、シート６の幅ｄよりも小さい幅ｄ１を有すると共に長さｌ１を有した帯状のシート２１を作製する一方、外層用の円筒状の編組金網１をローラ２及び３間に通してシート２１の幅ｄ１に対して１．０５×ｄ１から１．０９×ｄ１の幅を有すると共にシート２１の長さｌ１とほぼ同じ長さを有すると共に図５に示すように縦幅Ｘ及び横幅Ｙの網目の目幅を有する外層用の帯状の金網５ａを準備し、図１２に示すように、金網５ａ内にシート２１を挿入すると共にこれらを図１３に示すように、ローラ２４及び２５間に通して一体化させ、これを乾燥炉内において乾燥して水分を逸散、除去し、図１４に示すように、一方及び他方の表面２６及び２７に金網５ａからなる面２８とシート２１からなる面２９とが混在した外層形成部材３０ａからなる外層形成部材Ｉを作製する。
【００４８】
＜外層形成部材ＩＩの形成＞
図１５に示すように、圧延装置１５におけるホッパー１６内に外層用の帯状の金網５ａを挿入し、金網５ａの挿入端部を一対のローラ１９及び２０間に通過させ、金網５ａによって二分されたホッパー１６内にコンベア１７及び１８から供給された混合物１４を一対のローラ１９及び２０間の帯状の金網５ａに供給し、供給された混合物１４を金網５ａと共にローラ１９及び２０間で圧延して、金網５ａの網目に混合物１４を充填し、金網５ａと金網５ａの網目に保持された混合物１４とを一体化させ、以下、外層形成部材３０ａと同様にして、図１４に示すように、金網５ａからなる面２８とシート２１からなる面２９とが混在した一方及び他方の表面２６及び２７をもった外層形成部材３０ｂからなる外層形成部材ＩＩを作製する。
【００４９】
（第七工程）
図１６に示すように、外層形成部材３０ａ又は３０ｂを、金網５ａからなる面２８とシート２１からなる面２９とが混在した一方の表面を外側にして筒状母材１３の外周面に一回巻き付け、予備円筒成形体３１を作製する。
【００５０】
（第八工程）
内面に円筒壁面３２と円筒壁面３２に連なる部分凸球面状壁面３３と部分凸球面状壁面３３に連なる貫通孔３４とを備え、貫通孔３４に段付きコア３５を嵌挿することによって内部に中空円筒部３６と中空円筒部３６に連なる球帯状中空部３７とが形成された図１７に示すような金型３８を準備し、金型３８の段付きコア３５に予備円筒成形体３１を挿入する。
【００５１】
金型３８の中空円筒部３６及び球帯状中空部３７に配された予備円筒成形体３１をコア軸方向に９８〜２９４Ｎ／ｍｍ２（１〜３トン／ｃｍ２）の圧力で圧縮成形し、図１から図３に示すように、中央部に貫通孔３９を有すると共に円筒内面４０と部分凸球面状面４１と部分凸球面状面４１の大径側及び小径側の環状端面４２及び４３とにより規定された球帯状基体４４と、球帯状基体４４の部分凸球面状面４１に一体に形成された外層４５とを備えた球帯状シール体４６を作製する。
【００５２】
作製された球帯状シール体４６において、球帯状基体４４は、圧縮された金網５からなる補強材と、この補強材の金網５の網目を充填し、且つ、この補強材と混在一体化されていると共にシート６にシートＩを用いた場合には、圧縮された当該シート６からなる膨張黒鉛を含む耐熱材とを、シート６にシートＩＩを用いた場合には、圧縮された当該シート６からなる膨張黒鉛及び第一燐酸アルミニウムからなる燐酸塩を含む耐熱材とを、そして、シート６にシートＩＩＩを用いた場合には、圧縮された当該シート６からなる膨張黒鉛、第一燐酸アルミニウムからなる燐酸塩及び五酸化燐からなる燐酸を含む耐熱材とを具備しており、外層形成部材３０ａ及び３０ｂ（外層形成部材Ｉ又はＩＩ）のいずれを用いた場合にも、外層４５は、圧縮された金網５ａからなる補強材と、この補強材の金網５ａの網目を充填し、且つ、当該補強材の金網５ａと混在一体化されていると共に圧縮されたシート２１からなる膨張黒鉛、鉄合金繊維及び無機保形材を含んでいる耐熱材とを具備しており、外層４５の平滑な部分凸球面状の外表面４７には、補強材の金網５ａからなる面４８と圧縮されたシート２１からなる膨張黒鉛、鉄合金繊維及び無機保形材を含んでいる耐熱材の面４９とが混在した混在面５０に形成されている。
【００５３】
エンジン側に連結される上流側排気管５１の管端部５２と、管端部５２と対峙していると共にマフラー側に連結された下流側排気管５４に設けられる部分凹球面部５５と、球帯状シール体４６とを具備した図１に示す排気管球面継手Ａにおいて、エンジン側に連結された上流側排気管５１の外周面には、管端部５２を残してフランジ５３が立設されており、管端部５２には、球帯状シール体４６が貫通孔３９を規定する円筒内面４０において嵌合されており、大径側の環状端面４２において球帯状シール体４６がフランジ５３に接触されて着座せしめられており、下流側排気管５４には、部分凹球面部５５と部分凹球面部５５に連接されたフランジ部５６とを一体に備えたＦｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼板から形成された径拡大部５７が固着されており、部分凹球面部５５の部分凹球面状の内面５８が球帯状シール体４６の外層４５の部分凸球面状の外表面４７における補強材の金網５ａからなる面４８と耐熱材からなる面４９とが混在した混在面５０に摺動自在に接触されている。
【００５４】
図１に示す排気管球面継手Ａにおいて、一端がフランジ５３に固定されている一方、他端が径拡大部５７のフランジ部５６を挿通して配された一対のボルト５９とボルト５９の膨大頭部及びフランジ部５６の間に配された一対のコイルばね６０とにより、下流側排気管５４には、常時、上流側排気管５１方向にバネ力が付勢されており、排気管球面継手Ａは、上流側排気管５１に対する下流側排気管５４の相対角変位に対しては、球帯状シール体４６の外層４５のすべり面としての外層用の金網５ａからなる面４８及び外層用の耐熱材からなる面４９が混在した混在面５０からなる外表面４７と下流側排気管５４の端部に形成された部分凹球面部５５の凹球面状の内面５８との摺動でこれを許容するようになっている。
【００５５】
自動車用エンジンの各気筒で発生した排気ガスは、例えば、図１８に示すように、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、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、マフラ６０６を通じて大気中に放出され、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等により繰返し応力を受け、特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り、排気系部材の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が、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を図１に示す排気管球面継手Ａ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等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。
【実施例】
【００５６】
次に、本発明を実施例に基づき説明する。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されない。
【００５７】
実施例１
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Ｘ＝４ｍｍ、横Ｙ＝５ｍｍの円筒状の編組金網１からなる金網５と密度１．１２Ｍｇ／ｍ３、厚さ０．４ｍｍのシートＩからなるシート６とから筒状母材１３を作製した。
【００５８】
密度１．１２Ｍｇ／ｍ３であって、厚さ０．４ｍｍのシートＩからなるシート６を裁断し、粉砕して得た膨張黒鉛粉末と、平均繊維径５０μｍ、平均繊維長２ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３４）繊維と、無機保形材として、固形分３０％の燐酸二水素マグネシウム（第一燐酸マグネシウム）溶液とを、質量比で１：０．５：０．５（固形分０．１５、水分０．３５）の配合割合で、膨張黒鉛粉末５０質量％、ＳＵＳ４３４繊維２５質量％、燐酸二水素マグネシウム７．５質量％及び水分１７．５質量％からなる湿潤性を有する混合物１４を作製し、この作成した混合物１４と、線径０．２８ｍｍで、Ｃ：０．０３０質量％以下、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：２．００質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｃｒ：１６．００質量％、Ｎｉ：１２．００質量％及びＭｏ：２．００質量％含有するＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（１）を一本使用した網目の目幅が縦Ｘ＝２．５ｍｍ、横Ｙ＝２．０ｍｍの円筒状の編組金網１からなる金網５ａとから、筒状母材１３の外周面を一周する長さに相当する長さに切断した外層形成部材３０ｂを作製し、この外層形成部材３０ｂと筒状母材１３とから作製した予備円筒成形体３１を段付きコア３５の軸方向に２９４Ｎ／ｍｍ２（３トン／ｃｍ２）の圧力で圧縮成形して球帯状シール体４６を得た。この球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛とＳＵＳ４３４繊維と燐酸二水素マグネシウムとが夫々７８．８体積％、１１．１体積％及び１０．１体積％含有されていた。
【００５９】
実施例２
実施例１と同様の膨張黒鉛粉末、ＳＵＳ４３４繊維及び燐酸二水素マグネシウム溶液を質量比で１：０．８：０．５（固形分０．１５、水分０．３５）の配合割合で、膨張黒鉛粉末４３．５質量％、ＳＵＳ４３４Ｌ繊維３４．８質量％、燐酸二水素マグネシウム６．５質量％及び水分１５．２質量％からなる湿潤性を有する混合物１４を作製し、この混合物１４と実施例１と同様のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（１）からなる金網５ａとから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛とＳＵＳ４３４繊維と燐酸二水素マグネシウムとが夫々７３．９体積％、１６．８体積％及び９．３体積％含有されていた。
【００６０】
実施例３
実施例１と同様の膨張黒鉛粉末、ＳＵＳ４３４繊維及び燐酸二水素マグネシウム溶液を質量比で１：１：０．５（固形分０．１５、水分０．３５）の配合割合で、膨張黒鉛粉末４０質量％、ＳＵＳ４３４繊維４０質量％、燐酸二水素マグネシウム６質量％及び水分１４質量％からなる湿潤性を有する混合物１４を作製し、この混合物１４と実施例１と同様のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（１）からなる金網５ａとから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛とＳＵＳ４３４繊維と燐酸二水素マグネシウムとが夫々７０．８体積％、２０．２体積％及び９．０体積％含有されていた。
【００６１】
実施例４
実施例１と同様の膨張黒鉛粉末、ＳＵＳ４３４繊維及び燐酸二水素マグネシウム溶液を質量比で１：１．５：０．５（固形分０．１５、水分０．３５）の配合割合で、膨張黒鉛粉末３３．３質量％、ＳＵＳ４３４繊維５０質量％、燐酸二水素マグネシウム５質量％及び水分１１．７質量％からなる湿潤性を有する混合物１４を作製し、この混合物１４と実施例１と同様のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（１）からなる金網５ａとから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛とＳＵＳ４３４繊維と燐酸二水素マグネシウムとが夫々６４．２体積％、２７．７体積％及び８．１体積％含有されていた。
【００６２】
実施例５
実施例１と同様の膨張黒鉛粉末、ＳＵＳ４３４繊維及び燐酸二水素マグネシウム溶液を質量比で１：２：０．５（固形分０．１５、水分０．３５）の配合割合で、膨張黒鉛粉末２８．６質量％、ＳＵＳ４３４繊維５７．１質量％、燐酸二水素マグネシウム４．３質量％及び水分１０質量％からなる湿潤性を有する混合物１４を作製し、この混合物１４と実施例１と同様の外層用のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（１）からなる金網５ａとから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛とＳＵＳ４３４繊維と燐酸二水素マグネシウムとが夫々５８．８体積％、３３．５体積％及び７．７体積％含有されていた。
【００６３】
実施例６
実施例１と同様の膨張黒鉛粉末、ＳＵＳ４３４繊維及び燐酸二水素マグネシウム溶液とを質量比で１：３：０．５（固形分０．１５、水分０．３５）の配合割合で、膨張黒鉛粉末２２．２質量％、ＳＵＳ４３４繊維６６．７質量％、燐酸二水素マグネシウム３．３質量％及び水分７．８質量％からなる湿潤性を有する混合物１４を作製し、この混合物１４と実施例１と同様のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（１）からなる金網５ａとから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛とＳＵＳ４３４繊維と燐酸二水素マグネシウムとが夫々５０．２体積％、４３．３体積％及び６．５体積％含有されていた。
【００６４】
実施例７
実施例１と同様の膨張黒鉛粉末と、鉄合金繊維として、平均繊維径５５μｍ、平均繊維長２ｍｍの炭素鋼繊維と、無機保形材として、固形分５０％の燐酸二水素アルミニウム（第一燐酸アルミニウム）溶液とを質量比で１：１：０．５（固形分０．１、水分０．４）の配合割合で、膨張黒鉛粉末４０質量％、炭素鋼繊維４０質量％、燐酸二水素アルミニウム１０質量％及び水分１０質量％からなる湿潤性を有する混合物１４を作製し、この混合物１４と実施例１と同様のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（１）からなる金網５ａとから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛と炭素鋼繊維と燐酸二水素アルミニウムとが夫々７０体積％、１９．２体積％及び１０．８体積％含有されていた。
【００６５】
実施例８
実施例１と同様の膨張黒鉛粉末と実施例７と同様の炭素鋼繊維と燐酸二水素アルミニウム（第一燐酸アルミニウム）溶液とを質量比で１：１．５：０．５（固形分０．１、水分０．４）の配合割合で、膨張黒鉛粉末３３．３質量％、炭素鋼繊維５０質量％、燐酸二水素アルミニウム３．３質量％及び水分１３．４質量％からなる湿潤性を有する混合物１４を作製し、この混合物１４と実施例１と同様のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（１）からなる金網５ａとから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛と炭素鋼繊維と燐酸二水素アルミニウムとが夫々６３．４体積％、２６．９体積％及び９．７体積％含有されていた。
【００６６】
実施例９
線径０．２８ｍｍで、Ｃ：０．０３０質量％以下、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：２．００質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｃｒ：１８．００質量％、Ｎｉ：１５．００質量％及びＭｏ：３．００質量％含有するＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（２）を一本使用して網目の目幅が縦Ｘ＝２．５ｍｍ、横Ｙ＝２．０ｍｍの円筒状の編組金網１からなる金網５ａと実施例２と同様の混合物１４とから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５成における耐熱材には、膨張黒鉛とＳＵＳ４３４繊維と燐酸二水素マグネシウムとが夫々７３．９体積％、１６．８体積％及び９．３体積％含有されていた。
【００６７】
実施例１０
実施例４と同様の混合物１４と実施例９と同様の金網５ａとから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛とＳＵＳ４３４繊維と燐酸二水素マグネシウムとが夫々６４．２体積％、２７．７体積％及び８．１体積％含有されていた。
【００６８】
実施例１１
実施例８と同様の混合物１４と実施例９と同様の金網５ａとから、実施例１と同様の方法で、球帯状シール体４６を作製した。作製した球帯状シール体４６の外表面４７をもった外層４５における耐熱材には、膨張黒鉛と炭素鋼繊維と燐酸二水素アルミニウムとが夫々６３．４体積％、２６．９体積％及び９．７体積％含有されていた。
【００６９】
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Ｘ＝４ｍｍ、横Ｙ＝５ｍｍの円筒状の編組金網１からなる金網５と、密度１．１２Ｍｇ／ｍ３、厚さ０．３８ｍｍのシートＩからなるシート６とから筒状母材１３を作製した。
【００７０】
線径０．２８ｍｍで、Ｃ：０．０８０質量％以下、Ｓｉ：１．５０質量％以下、Ｍｎ：２．００質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｃｒ：２４．００質量％、Ｎｉ：１９．００質量％含有するＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（３）を一本使用した網目の目幅が縦Ｘ＝２．５ｍｍ、横Ｙ＝２．０ｍｍの円筒状の編組金網１からなる金網５ａと実施例１と同様のシートＩからなるシート２１とから外層形成部材３０ａを作製し、この外層形成部材３０ａと筒状母材１３とから実施例１と同様の方法で球帯状シール体４６を作製した。
【００７１】
比較例２
比較例１と同様にして筒状母材１３を作製した。
【００７２】
線径０．２８ｍｍで、Ｃ：０．０８０質量％以下、Ｓｉ：１．５０質量％以下、Ｍｎ：２．００質量％以下、Ｐ：０．０４５質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｃｒ：２６．００質量％、Ｎｉ：２２．００質量％含有するＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼線（４）を一本使用した網目の目幅が縦Ｘ＝２．５ｍｍ、横Ｙ＝２．０ｍｍの円筒状の編組金網１からなる金網５ａと実施例１と同様のシートＩからなるシート２１とから作製した外層形成部材３０ａを用いて比較例１と同様にして球帯状シール体４６を作製した。
【００７３】
比較例３
比較例１と同様にして筒状母材１３を作製した。
【００７４】
実施例１と同様の金網５ａとシートＩからなるシート２１とからなる外層形成部材３０ａを用いて、実施例１と同様の方法で球帯状シール体４６を作製した。
【００７５】
比較例４
比較例１と同様にして筒状母材１３を作製した。
【００７６】
実施例９と同様の金網５ａとシートＩからなるシート２１とからなる外層形成部材３０ａを用いて、実施例１と同様の方法で球帯状シール体４６を作製した。
【００７７】
次に、実施例１から１１による球帯状シール体４６並びに比較例１から４による球帯状シール体４６を夫々図１に示す排気管球面継手Ａに組み込み、部分凹球面部５５の内面５８の表面粗さ、ガス漏れ量及び摩擦音発生の有無について試験した結果を説明する。
【００７８】
＜表面粗さの試験条件＞
コイルバネ（図１に示すコイルばね６０）によるセット荷重  ５９０Ｎ
加振振幅  ±２°
加振周波数  ２５Ｈｚ
温度（図１に示す部分凹球面部５５の外面温度）  ３００℃
加振時間  ４２Ｈｒ
加振回数  ３７４万回
部分凹球面部５５の材質
材質α  Ｃ：０．０３０質量％以下、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｐ：０．０４０質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｃｒ：１８．００質量％及びＴｉ及びＮｂ：０．４０質量％含有するＦｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼
材質β  Ｃ：０．０２５質量％以下、Ｓｉ：０．６０質量％以下、Ｍｎ：０．５０質量％以下、Ｐ：０．０４０質量％以下、Ｓ：０．０２０質量％以下、Ｃｒ：１８．００質量％、Ｔｉ及びＮｂ：０．４０質量％、Ｍｏ：０．７５質量％及びＮ：０．０２０質量％以下含有するＦｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼
【００７９】
＜表面粗さの試験方法＞
図１に示す排気管球面継手Ａにおける上流側排気管５１を固定し、下流側排気管５４を上記試験条件で加振し、試験後（加振回数３７４万回終了後）の部分凹球面部５５の内面５８の表面粗さ（十点平均粗さＲｚ：μｍ）を測定する。
【００８０】
＜摩擦異音の有無の試験条件＞
温度（図１に示す部分凹球面部５５の外面温度）  室温（ＲＴ＝２５℃）〜５００℃
加振周波数  ２５Ｈｚ
定常振幅  ±０．０５ｍｍ
加振時間  ４０分間（１サイクル）
コイルばね（図１に示すコイルばね６０）よるセット荷重  ９８０Ｎ
部分凹球面部５５の材質  材質α又は材質β
【００８１】
＜試験方法＞
室温（２５℃）から２５Ｈｚの加振周波数で±０．０５ｍｍの振幅で加振を開始し、加振後１０分間で部分凹球面部５５の表面の温度が５００℃に到達した時点で当該温度に１０分間保持し、ついで２０分間かけて室温まで降下するという４０分間の温度履歴を１サイクルとして、２０サイクル行う。そして、室温（２５℃）及び１００〜５００℃の間は１０℃上昇毎に加振周波数２５Ｈｚ、加振振幅±０．０５ｍｍで加振し、摩擦異音を測定すると共に、昇温時の室温及び１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃の温度に到達した時点で、２５Ｈｚの加振周波数で±０．１０ｍｍ、±０．１５ｍｍ、±０．２５ｍｍの範囲で変化させ、当該振幅で摩擦異音を測定し、降温時の５００℃、４８０℃、４５０℃、４３０℃、４００℃、３８０℃、３５０℃、３３０℃、３００℃、２８０℃、２５０℃、２３０℃、２００℃、１８０℃、１５０℃、１３０℃、１００℃及び室温に到達した時点で２５Ｈｚの加振周波数で±０．１０ｍｍ、±０．１５ｍｍ、±０．２５ｍｍの範囲で変化させ、当該振幅で摩擦異音を測定する。
【００８２】
表１から表４は試験結果を示し、表５及び表６は実施例１（部分凹球面部の材質α）、表７及び表８は実施例４（部分凹球面部の材質α）、表９及び表１０は実施例４（部分凹球面部の材質β）、表１１及び表１２は実施例６（部分凹球面部の材質α）、表１３及び表１４は実施例８（部分凹球面部の材質β）、表１５及び表１６は実施例１０（部分凹球面部の材質α）、表１７及び表１８は比較例３（部分凹球面部の材質α）及び表１９及び表２０は比較例４（部分凹球面部の材質β）についての摩擦異音の試験経過及び試験結果を示す。なお、摩擦異音の判定は、次の基準で行った。
【００８３】
＜摩擦異音の判定基準＞
記号：０      摩擦異音なし。
記号：０．５  集音パイプで摩擦異音を確認できる。
記号：１      排気管球面継手の摺動部位から約０．２ｍ離れた位置で摩擦異音を確認できる。
記号：１．５  排気管球面継手の摺動部位から約０．５ｍ離れた位置で摩擦異音を確認できる。
記号：２      排気管球面継手の摺動部位から約１ｍ離れた位置で摩擦異音を確認できる。
記号：２．５  排気管球面継手の摺動部位から約２ｍ離れた位置で摩擦異音を確認できる。
記号：３      排気管球面継手の摺動部位から約３ｍ離れた位置で摩擦異音を確認できる。
記号：３．５  排気管球面継手の摺動部位から約５ｍ離れた位置で摩擦異音を確認できる。
記号：４      排気管球面継手の摺動部位から約１０ｍ離れた位置で摩擦異音を確認できる。
記号：４．５  排気管球面継手の摺動部位から約１５ｍ離れた位置で摩擦異音を確認できる。
記号：５      排気管球面継手の摺動部位から約２０ｍ離れた位置で摩擦異音を確認できる。
【００８４】
摩擦異音の総合判定において、記号：０から記号：２．５までを摩擦異音なし（合格）と判定し、記号：３から記号：５までを摩擦異音あり（不合格）とした。
【００８５】
【表１】
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【００８６】
【表２】
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【００８７】
【表３】
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【００８８】
【表４】
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【００８９】
【表５】
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【００９０】
【表６】
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【００９１】
【表７】
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【００９２】
【表８】
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【００９３】
【表９】
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【００９４】
【表１０】
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【００９５】
【表１１】
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【００９６】
【表１２】
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【００９７】
【表１３】
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【００９８】
【表１４】
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【００９９】
【表１５】
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【０１００】
【表１６】
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【０１０１】
【表１７】
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【０１０２】
【表１８】
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【０１０３】
【表１９】
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【０１０４】
【表２０】
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【０１０５】
実施例１から１１の球帯状シール体４６の試験結果から、微小揺動においても摩擦異音の原因となるスティックスリップ現象の発生は認められず、部分凹球面部５５とは常時、膨張黒鉛、鉄合金繊維及び無機保形材を含む外層４５の耐熱材と摺動し、部分凹球面部５５と膨張黒鉛のみとの摺動が回避されるので、摩擦異音は極力防止されるものと推察される。一方、比較例１から４の球帯状シール体の試験結果から、摺動初期から部分凹球面部５５と膨張黒鉛との摺動となり、スティックスリップ現象の発生により摩擦異音が発生したものと推察され、特に、比較例３及び４の球帯状シール体４６は、外層４５の外表面４７に露出した金網からなる補強材と材質α又はβの部分凹球面部５５の組み合わせにおいては、部分凹球面部５５の損傷を極力防止し得、好ましい組み合わせであるにも拘わらず、微小揺動条件においては、摺動初期から部分凹球面部５５と膨張黒鉛との摺動となり、スティックスリップ現象の発生により摩擦異音が発生したものと推察される。
【０１０６】
以上説明したように、排気管球面継手Ａにおいては、微小揺動条件においても摩擦異音を抑制することができ、球帯状シール体４６の外層４５の外表面４７に露出した金網からなる補強材の不連続な面と部分凹球面部５５との摺動摩擦においても、部分凹球面部５５の内面５８に凹み、圧痕などの損傷を極力防止することができ、上流側排気管５１及び下流側排気管５４間に生じる相対角変位を円滑に許容することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
５、５ａ  金網  
６  シート
１２  重合体
１４  混合物
３０ａ、３０ｂ  外層形成部材
３１  予備円筒成形体
４０  円筒内面
４１  部分凸球面状面
４２、４３  環状端面
４４  球帯状基体
４５  外層
４６  球帯状シール体
４７  外表面
５１  上流側排気管
５２  管端部
５３  フランジ
５４  下流側排気管
５５  部分凹球面部
５７  径拡大部
５９  ボルト
６０  コイルばね
Ａ  排気管球面継手
【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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