(57)【要約】【課題】摺動面に工夫を凝らすことにより、フランジ面と環状シール体との摺動面に付加される潤滑材が早期に減ってしまわないようにして、異常摩耗音等が生ぜず耐久性が改善される管継手用シール体を開発して提供する。【解決手段】互いに対向配備される第１及び第２流体移送用管１，２のフランジ面５ａ，９ａどうしの間に介装されて、それら両流体移送用管１，２を密封接合する管継手部Ｔを構成すべく環状に形成される管継手用シール体Ａにおいて、第１流体移送用管１の凹球面状のフランジ面５ａに当接する略凸球面状の摺動面１０に耐熱性潤滑材１７を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配備される第１及び第２流体移送用管のフランジ面どうしの間に介装されて、それら両流体移送用管を密封接合する管継手部を構成すべく環状に形成される管継手用シール体であって、
前記フランジ面に当接する摺動面に耐熱性潤滑材を有している管継手用シール体。
【請求項２】
前記フランジ面どうしを互いに圧接させて前記第１流体移送用管と前記第２流体移送用管との相対角度変位を可能とすべく、前記摺動面が球面状の面に形成されている請求項１に記載の管継手用シール体。
【請求項３】
前記耐熱性潤滑材が、フッ素樹脂と窒化ホウ素との混合物で成るものである請求項１又は２に記載の管継手用シール体。
【請求項４】
前記混合物における窒化ホウ素の重量比が６０〜９０％で、かつ、フッ素樹脂の重量比が１０〜４０％に設定されている請求項３に記載の管継手用シール体。
【請求項５】
前記第１及び第２流体移送用管が排気管に構成されて排気用の前記管継手部に用いられるものである請求項１〜４の何れか一項に記載の管継手用シール体。
【請求項６】
ステンレス製糸状体と膨張黒鉛テープとを有する材料によって形成されている請求項５に記載の管継手用シール体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の排気管継手部等に用いられる管継手用シール体に係り、詳しくは、互いに対向配備される第１及び第２流体移送用管のフランジ面どうしの間に介装されて、それら両流体移送用管を密封接合する管継手部を構成すべく環状に形成される管継手用シール体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の管継手用シール体としては、特許文献１（図２〜図５を参照）において開示されるように、集合管と排気管との接続部や排気管どうしの接続部といった管継手部において採用されていることが多い。例えば、特許文献１の図２のものでは、第１流体移送用管である集合管の一体フランジ（２２）と第２流体移送用管である排気管（３）の浮動フランジ（９）との間に介装されている環状シールリング（４）が管継手用シール体である。
【０００３】
前記管継手部においては、両フランジに亘って架設されるコイルスプリング（１１）を伴うセットボルト（１０）により、排気管（３）において凸球面状に形成されている先端部分の外周シール座（３ａ）と管継手用シール体（４）の内周シール面（４ｂ）とが圧接される構造とされている。そして、圧接による外周シール座（３ａ）との気密性を良好に維持させるために、環状シールリング（４）の内周シール面（４ｂ）に二硫化モリブデン等の潤滑材を塗布させる工夫が為されている（特許文献１の段落番号「００１７」を参照）。
【０００４】
ところが、振動等による外周シール座（３ａ）と内周シール面（４ｂ）との球面接触による排気管（３）の揺動（相対角度変位）が繰返し行われることにより、摺動部に形成されている前述の潤滑材による皮膜が早期に摩耗したり脱落したりし易いことが分ってきた。このような不都合が生じると、管継手部での異常摩耗音（騒音）が発生するようになるため、良好な耐久性を発揮できるようにするには改善の余地がある。
【特許文献１】特開２０００−２９１８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、摺動面に工夫を凝らすことにより、フランジ面と環状シール体との摺動面に付加される潤滑材が早期に減ってしまわないようにして、異常摩耗音等が生ぜず耐久性が改善される管継手用シール体を開発して提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、互いに対向配備される第１及び第２流体移送用管１，２のフランジ面５ａ，９ａどうしの間に介装されて、それら両流体移送用管１，２を密封接合する管継手部Ｔを構成すべく環状に形成される管継手用シール体において、
前記フランジ面５ａ，９ａに当接する摺動面１０に耐熱性潤滑材１７を有していることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の管継手用シール体において、前記フランジ面５ａ，９ａどうしを互いに圧接させて前記第１流体移送用管１と前記第２流体移送用管２との相対角度変位を可能とすべく、前記摺動面１０が球面状の面に形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の管継手用シール体Ａにおいて、前記耐熱性潤滑材１７が、フッ素樹脂と窒化ホウ素との混合物で成るものであることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の管継手用シール体において、前記混合物における窒化ホウ素の重量比が６０〜９０％で、かつ、フッ素樹脂の重量比が１０〜４０％に設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の管継手用シール体において、前記第１及び第２流体移送用管１，２が排気管に構成されて排気用の前記管継手部Ｔに用いられるものであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の管継手用シール体において、ステンレス製糸状体１６ｂと膨張黒鉛テープ１６ａとを有する材料１６によって形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、フランジ面に当接する摺動面に耐熱性潤滑材を有する構成とされているから、フランジ面と圧接される状態での揺動移動による摩耗が繰返し行われても、摺動面に存在する耐熱性潤滑材がフランジ面と摺動面との間に浸透して存在する状態を維持可能となる。その結果、フランジ面と環状シール体との摺動面に付加される潤滑材が早期に減ってしまわないようにして、異常摩耗音等が生ぜず耐久性が改善される管継手用シール体を提供することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、摺動面を球面状の面に形成することで第１流体移送用管と第２流体移送用管とが相対角度変位可能に構成されており、自動車の排気系等のように、振動を伴う使用状況でも請求項１の発明による前記効果を良好発揮できる利点がある。
【００１４】
請求項３の発明によれば、フッ素樹脂と窒化ホウ素との混合物で耐熱性潤滑材が形成されているので、次のような作用や効果が得られる。即ち、フッ素樹脂は摩擦係数が小さく、皮膜の摩耗に対する耐久性に優れるため、管継手部での異常摩耗音の発生を抑えることができる。そして、フッ素樹脂より耐熱性に優れる窒化ホウ素をフッ素樹脂に混合させることにより、見かけの耐熱性をより向上させることが可能となる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、窒化ホウ素の重量比が６０〜９０％で、かつ、フッ素樹脂の重量比が１０〜４０％に設定されているので、耐熱性に優れ、かつ、摺動面に潤滑材が保持される利点が得られる。即ち、窒化ホウ素の重量比が９０％を超えると、摺動面に潤滑材が保持され難く、フッ素樹脂の重量比が４０％を超えると、両者を混合することによる見かけの耐熱性が向上し難いからである。また、窒化ホウ素の重量比が６０％を下回ると高温摺動時の摩擦力が増大し、フッ素樹脂の重量比が１０％を下回ると摺動面に潤滑材が保持され難いのである。
【００１６】
請求項５の発明によれば、シール対象流体が比較的高温で、かつ、振動を伴う排気系に用いられる場合でも本発明のシール体は良好な耐久性を発揮するとともに、請求項６のように、膨張黒鉛とステンレス線材とから成る材料でシール体を構成すれば、線材どうしの間に潤滑材が入り込むことによる潤滑性の良さが発揮可能になり、高温かつ振動を伴う排気管の管継手用シール体として好適なものとなる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明による管継手用シール体の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は管継手部の構造を示す断面図、図２，３は実施例１による管継手用シール体の製造方法を示す作用図、図４は実施例と比較例との耐久テスト結果を示す図である。
【００１８】
本発明による管継手用シール体（以下、単に「シール体」と略称する）Ａは、図１に示すように、自動車の排気系における管継手部Ｔに用いられているものである。管継手部Ｔは、鋼管製の第１排気管（「第１流体移送用管」の一例）１に形成される第１フランジ１Ｆと、鋼管製の第２排気管（「第２流体移送用管」の一例）２に形成される第２フランジ２Ｆと、第１フランジ１Ｆと第２フランジ２Ｆとをこれら両フランジ１Ｆ，２Ｆ間に環状のシール体Ａが介装される状態で圧接させる圧接機構３とを有して構成されており、第１排気管１とこれに対向配備される第２排気管２とが相対角度変位可能に気密接合（封接合）されている。
【００１９】
板金材製の第１フランジ部１Ｆは、第１排気管１の先端部に溶着等で気密状に外嵌固定される基端筒部４と、基端筒部４に続く拡径湾曲部５、拡径湾曲部５から径外側に屈曲されて形成されるフランジ部６とを有して形成されている。第２排気管２は直管丸パイプで成り、その基端部に第２フランジ２Ｆが固着されている。板金材製の第２フランジ２Ｆは、第２排気管２の先端部に溶着等によって気密状に外嵌固定される胴部７と、胴部７から径外側にて第１排気管１側に凸となるように湾曲形成される当接周部９と、当接周部９から立ち上がり形成されるフランジ部８とを有して形成されている。
【００２０】
拡径湾曲部５は、その内周面（フランジ面の一例）５ａが管軸心Ｐにおける第２排気管２側に入り込んだ位置に配される第１点Ｘを中心とする半径Ｒの球面（凹球面）となるように形成されており、組付状態（図１に示す状態）においては第２排気管２側に侵入配置されるように設定されている。内周面５ａは、シール体Ａ（後述）との当接面として機能する箇所であり、また、当接周部９の外周面（フランジ面の一例）９ａも、シール体Ａ（後述）との当接面として機能する箇所に設定されている。第１排気管１の管軸心Ｐと第２排気管２の管軸心Ｚとは、両排気管１，２が一直線上に並ぶ図１に示す状態では一致している（Ｐ＝Ｚ）ので、以後、基本的には管軸心Ｐを代表として用いることとする。
【００２１】
シール体Ａは、図１に示すように、第１排気管１側に向かって先細りとなる外周形状を有して第２排気管２の先端部２ａに外嵌装備されるリング状のものであり、拡径湾曲部５の内周面５ａに当接する湾曲外周面（摺動面の一例）１０と、当接周部９の外周面９ａに当接する環状の側周面１１と、先端部２ａに密外嵌される内周面１２とを有している。湾曲外周面１０は、第１点Ｘから距離ａで第１排気管１側に寄り、かつ、第１点Ｘから距離ｂで管軸心Ｐの径外側に寄る第２点Ｙを中心とする半径ｒの管軸心Ｐに沿う方向の断面形状を、管軸心Ｐの回りに回転させて成る回転体としての球面状の面に形成されている。この場合、ｒ＜Ｒであって内周面５ａと湾曲外周面１０とは線接触（円線接触）するものとなっている。そして、平面状の側周面１１と外周面９ａとも線接触している。
【００２２】
圧接機構３は、図１に示すように、第１及び第２フランジ１Ｆ，２Ｆに形成されている孔１ｋ、２ｋに挿通される鍔１３ａ、中間フランジ１３ｂ、及び根元大径部１３ｃを有する段付ボルト１３と、ナット１４と、段付ボルト１３に嵌装されるコイルバネ１５とを図示のように組付けることにより構成されている。ナット１４は第１フランジ部１Ｆに溶着されていても良い。コイルバネ１５の弾性力によって第１及び第２フランジ１Ｆ，２Ｆを互いに接近する方向に常時押圧付勢することにより、第１排気管１と第２排気管２との相対角度変位が可能な管継手部Ｔを形成及び維持している。段付ボルト１３とナット１４との締付操作により、コイルバネ１５のセット長を変えて第１及び第２フランジ１Ｆ，２Ｆの押圧付勢力を調節設定可能である。この圧接機構３は複数箇所、例えば、管軸心Ｐ，Ｚを中心とする円周上の均等角度毎の複数箇所（２〜４箇所等）に設けられる。
【００２３】
つまり、シール体Ａの湾曲外周面１０と拡径湾曲部５の内周面５ａとが互いに線接触しての気密状態を維持しながら角度変位可能であり、走行振動やエンジンの回転振動等によって第１及び第２排気管１，２どうしを相対角度変させるような応力が生じた場合には、管継手部Ｔにおける前述の相対角度変位によってその応力を吸収させることができるのである。このように、シール体Ａの外周面がシール構造における摺動面となる構造を「外摺動タイプ」と定義する。
【００２４】
〔実施例１〕
実施例１によるシール体Ａ及びその製造方法について説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、膨張黒鉛テープ（幅４７ｍｍ、厚さｔ＝０．３８ｍｍ）１６ａの周りでステンレス線（ステンレス製糸状体の一例）１６ｂでニット編みすることで複合テープ１６〔図２（ｂ）参照〕を作成し、例えば、長さ６７０ｍｍに切断する複合テープ作成工程を行う。次に、図２（ｂ）に示すように、複合テープ１６の片面の一部（例：いずれかの端から所定長さ範囲）に耐熱性潤滑材１７を塗布し、乾燥させる潤滑材塗布工程を行う。そして、図２（ｃ）に示すように、別途作成されている膨張黒鉛シート（幅６０ｍｍ、長さ３１０ｍｍ、厚さｔ＝０．３８ｍｍ）１８と潤滑材塗布工程後の複合テープ１６とを重ねて巻き、金型に投入して成形工程を行う。
【００２５】
前述の成形工程により、図３（ａ）に示す筒状の環状元体１９が作成され、その環状元体１９をさらに圧縮成型することによって外摺動タイプのシール体Ａの原型〔図３（ｂ）参照〕を作成する環状元体作成工程を行う。そして、シール体原型の外周面に耐熱性潤滑材３３を塗布することで摺動面（湾曲外周面）１０を形成し、図３（ｂ）に示す実施例１の外摺動タイプのシール体Ａ（例：内径４２．８ｍｍ、外径５６．３ｍｍ、長さ１５．５ｍｍ）が作成される。
【００２６】
耐熱性潤滑材１７としては、フッ素樹脂と窒化ホウ素との混合物で成るものを用いた。平均粒子径７μｍの窒化ホウ素３０重量％とイオン交換水７０重量％をボールミルにて分散させ窒化ホウ素懸濁液を製作した。次に、固形分３０重量％の四フッ化エチレン樹脂ディスパージョン３０重量％に、前記窒化ホウ素懸濁液７０重量％を少量ずつ分け加えながら、攪拌・混合を行い、耐熱性潤滑材とした。この耐熱性潤滑材の乾燥後の重量比は、窒化ホウ素の重量比が６０〜９０％で、かつ、フッ素樹脂の重量比が１０〜４０％の範囲に設定されるものであり、実施例１においては、窒化ホウ素７０重量％及び四フッ化エチレン樹脂３０重量％である。尚、シール体Ａにおける耐熱性潤滑材１７が塗布される摺動面１０に階段状の周溝を複数形成して、潤滑材１７の保持作用が長期に亘って発揮可能となる構成を採っても良い。
【００２７】
〔比較例１〕
図示は省略するが、比較例１によるシール体は、実施例１のシール体Ａと耐熱性潤滑材が異なるものである。その異なる耐熱性潤滑材は、平均粒径７μｍの窒化ホウ素１５重量％と、平均粒径０．６μｍのアルミナ（酸化アルミニウム）１３重量％と、平均粒径０．３μｍのＰＴＦＥ（フッ素樹脂の一例）２重量％と、水７０重量％とを混合して耐熱性潤滑材とした。この実施例２の耐熱性潤滑材の乾燥後の重量比は、窒化ホウ素５０％、アルミナ４３％、ＰＴＦＥ７％である。
【００２８】
各シール体を排気管の管継手部Ｔに装着し、排気管上流側（第１排気管１側）を固定し、下流側（第２排気管２側）を駆動装置に取付けて上下移動させることにより、管継手部Ｔに角度±３度、周波数１２Ｈｚの振動（揺動）を１００万回付加する耐久テストを行った。そのテスト中は、排気管上流側（第１排気管１側）の開管部からガスバーナーにて加熱し、管継手部Ｔを温度５００℃に維持した。そして、所定回数毎（例：２５万回毎）に周波数を一時的に４Ｈｚとし、そのときの摩擦音の有無を確認した。その耐久テスト結果を図４に示す。
【００２９】
図４から、比較例１のものでは、２５万回の時点から既に摩擦音（異音）が出始め、７５万回からは３回出るという具合に芳しいものではなかった。これに対して実施例１のものでは、１００万回の時点で僅か１回だけ摩擦音が出るに止まるものであり、明確に効果が表れていること（性能向上）が理解できる。
【００３０】
〔別実施例〕
第１，２流体移送用管１，２としては、排気や空気、ガス等の気体を通す管のほか、洗浄液、薬液、水等の液体を通す管でも良い。本発明の管継手用シール体は、その摺動面が外周面となる外摺動タイプ（実施例１）でも、内周面となる内摺動タイプ（図示は省略するが、シール体Ａの内周面１２と、これと当接するフランジ面９ａとの少なくとも何れか一方が球面状の面に構成される構造であり、特開２０００−２９１８６２号等を参照）とのいずれでも良い。また、摺動面がテーパ周面で、かつ、摺動面に当接するフランジ面が凸球面状内周面又は凹球面状外周面となる組合せ構造のものでも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】排気管継手構造を示す断面図
【図２】管継手用シール体の製造方法を示し、（ａ）は複合テープ作成工程、（ｂ）は潤滑材塗布工程、（ｃ）は成形工程
【図３】管継手用シール体の製造方法を示し、（ａ）は環状元体作成工程、（ｂ）は完成品
【図４】実施例と比較例との摩擦異音耐久テスト結果を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１          第１流体移送用管
２          第２流体移送用管
５ａ，９ａ  フランジ面
１０        摺動面
１６        材料
１６ａ      膨張黒鉛テープ
１６ｂ      ステンレス製糸状体
１７        耐熱性潤滑材
Ａ          管継手用シール体
Ｔ          管継手部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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