JPH02297418A - サイレンサーおよびその射出成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は荷重下において、互いに摺動する金属板のキシ
ミ音を抑制するために、金属板間に挿入するサイレンサ
ーに関するものであり、さらに詳しくは、車両に使用さ
れる板ばねに使用する高分子材料からなるサイレンサー
に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は、車両用重ね板ばねのスペーサとして使用され
るサイレンサーの配置方法と形状の１例を示し、複数の
仮ばね２１間にサイレンザー２２は全面的に挿入されて
いたり、部分的に配置され、板ばね２１はクリップ２３
により重ねられる。形状に関しては、板ばねと同形状の
物もあるし、板ばねの幅を越えない程度の四角形や円形
状の物のものがある。

サイレンサーの加工方法については、ゴム、繊維等に関
しては、裁断が主流であり、合成樹脂の場合には、切削
、シート押し出し成形、射出成形等一般的な加工方法が
とられている。金属の場合は切削加工が主流である。

サイレンサーの材質としては、ゴム、繊維、合成樹脂、
金属等があり、材質の選択はその材質のもつ低い摩擦係
数と耐摩耗性に主眼においてなされてきている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のサイレンザーにおいては、下
記のような問題点があった。

ゴムをスペーサとして使用した場合の問題点は、確かに
、板ばねのキシミ音を減少させる効果はあるが、ゴム自
体の摩擦係数が高いため、金属との摩耗が激しく、耐用
に劣る欠点があり、繊維の場合もゴムと同様である。

合成樹脂をスペーサとして使用する例は、現状では一番
多く、特に使用されているプラスチック材料はポリエチ
レン樹脂、ポリアセクール樹脂、ポリアミド樹脂等であ
る。これ”らのプラスチックは摩擦係数も小さく、耐摩
耗性もあり、きしみ音の低減にも効果があるが、車両用
の板ばねは外部に露出しており、走行時に砂塵をスペー
サと板ばねの間に巻き込みやすい状況にあるため、一旦
砂塵や泥が入り込むと、荷重下における摺動では、急激
に摩耗が促進され、通常の走行条件下では１年以内に消
失してしまうという問題点がある。

金属をスペーサに使用する場合は高荷重下における摩耗
損失を防ぐ効果はあるが、消音効果は大きくない。使用
される材料は黄銅が主流であるため、高価になること、
切削加工を行うために量産性に乏しいことが問題として
挙げられる。

以上の問題点を解決する材料として、分子量１００万以
上を有する超高分子量ポリエチレンが注目され、一部実
用化されている（実公昭４８−３０５０４号公＠）。超
高分子量ポリエチレンは低摩擦係数を有し、耐摩耗性に
も格段に優れており、特に、サンドスラリー特性に関し
ては、エンジニアリングプラスチソクスの中では一番良
好な特性を示すことが知られている。この超高分子量ポ
リエチレンをスペーサとしたサイレンサーは、通常、超
高分子量ポリエチレン樹脂のブロックから切削加工によ
り成形しているため、板はね表面との相関による耐摩耗
性の向上や、砂塵を含んだ時のサンドスラリー特性の向
上や、摩擦による放熱の問題など細かな形状の工夫によ
る耐久性の促進が計りにくいという問題点がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の問題点を解決すべく種々研究の結果、消音効果が
あり、耐摩耗性が優れており、耐久性のあるサイレンサ
ーを提供するには、超高分子量ポリエチレンを主原料と
し、特許請求の範囲第１項、第２項に記載したように、
サイレンサーの表面を粗面化（マント化）し、かつ、第
１図に図示したごとく、凹状の溝を設けることにより、
耐摩耗性等の問題点を解決しうろことを見出して本発明
を完成したものである。即ち、本発明は、サイレンサー
の表面形状を工夫し、かつ、使用する超高分子量ポリエ
チレンを複合化することにより耐久性を向上させること
を要旨とするものである。

上記の本発明について、以下に更に詳しく説明する。先
ず、使用する材料としては、分子量が１００万以上の超
高分子量ポリエチレンに対し、カーボン、炭酸カルシウ
ム、リン酸カルシウム、モリブデン、シリコン等の無機
物、およびステアリン酸、フッ素化合物、炭化水素系オ
リゴマー等の有機物で複合化されていることを特徴とす
る。

第３図および第４図に示す如く、本発明におけるサイレ
ンサー２５の形状は、円形または四角形状のものが好ま
しい。その他には、三角形、台形を含む多角形形状のも
のが好ましい。

形状は使用されるばね構造によって任意の形状をとるこ
とができるが、更に好ましくは、長方形、円形が合理的
である。この理由は、長方形のサイレンサーの場合は板
ばねの短冊状の形状の両端に使用する場合、板ばねの幅
十分に挿入することができ、サイレンサーにかかる荷重
を最大限に分散でき、単位面積あたりの荷重を小さくで
きる。円形状のサイレンサーの場合は、板ばねの両端に
設置する場合、長方形のサイレンサーとは異なり、形状
の向きを考慮することなく、ばねの穴に挿入することが
でき、組みつけ時の自動化が容易である利点がある。

更に、形状に関しては、第３図および第４図に示すごと
く、サイレンサーの中央部に凸部２６を設け、仮ばねに
設けた穴に絹みつジノ、仮ばねの両端に固定するように
してもよい。サイレンサーの厚さｄは板ばねの形状、機
能にもよるが、０．　１ｍｍから２０．０ｍｍがよく、
さらに好ましくは、１゜Ｑｍｍから５．０ｍｍがよい。

凸部２６の形状は柱状であり、その断面ば任意の形状で
よいが、その断面積ば５×５闘以上あることが必要であ
る。凸部の高さｈは０．１ｄから１０ｄがよく、更に好
ましくは、０，５ｄから５．Ｏｄであることがよい。

サイレンサーの摺動面の面積は単位あたりの荷重が２０
．０ｋｇ／ｃＪ以下になるように設計すればよい。

次に第１図および第２図により本発明のサイレンサーの
表面形状について説明する。サイレンサー２５の凸部２
６を除く平面部２７には複数の溝２９が形成される。こ
の溝の断面形状は第１図に示す矩形状以外に第２図に示
す如く、半円形、７字形、台形状のものが好ましい。

上記サイレンサー成形品の平面部２７の形状と表面粗さ
についての規定は下記の通りである。

■　超高分子量ポリエチレン成形品において、成形した
ままの状態で表面が粗面状であること。

■　成形時の樹脂の流動方向に対してほぼ直角方向に延
在する溝を１本以上表面に有すること。

■　前記溝２９の深さａと前記成形品の厚さｄとが式： ％式％ により表される関係を満たずこと。

■　前記ａ２９の幅すと深さａとが式：％式％ により表される関係を満たすこと。

■　前記溝２９のピッチｐと幅すとが式：％式％ により表される関係を満たずこと。

■　表面部２７の平均粗さＲａ及び最大粗さＲ□８つが
それぞれ １０／’ｍ　　　＜Ｒａ　　　　＜１００　μｍ３０μ
ｍ　　　＜ＲｍａＸ　　＜５００　μｍであること。

■　成形品のパーティングラインの存在する面が金型の
パーティングラインを形成する面に対してほぼ垂直であ
ること。

■　耐表面剥離性の良好な超高分子量ポリエチレン成形
品の製造方法において、内面に凸条を有する金型キャビ
ティに超高分子量ポリエチレン樹脂を溶融状態で充填し
、かつ前記凸条が前記樹脂の流動方向に対してほぼ直角
となるように延在していること。

次に、本発明によるサイレンサーの製造方法について説
明する。

プラスチック製すイレンサーを成形する方法は一般的な
成形方法が全て適用できる。即ち、押出成形、射出成形
、切削成形、圧縮成形等である。

しかしながら、本発明による超高分子量ポリエチレンを
使用したサイレンサーの場合には成形方法が限定されて
くる。その理由は上述したように、サイレンサーの表面
に溝を設けたり、溝以外の摺動面を粗面化するため、押
出成形、切削成形では一般的には不可能である。考えら
れるのは射出成形、圧縮成形である。この２つの形成方
法は成形品の複雑かつ微細な形状を賦形するには適して
いる。ところが、一般的には、超高分子量ポリエチレン
の成形加工に関して、射出成形はできないとされている
。したがって、本発明によるサイレンサーは圧縮成形で
成形せざるを得ないことになる。

しかしながら、雄雌の金型をつ（す、雌部（キャビティ
）に必要量の樹脂を入れ、外部から加熱する圧縮成形は
成形サイクルが長く、たとえ多数個取りのキャビティを
設けたとしても、超高分子量ポリエチレン樹脂を一つ一
つのキャビティに供給していかなくてはならない手間を
考慮すると、生産性を飛躍的に向上させることにはなら
ない。したがって、本発明品を工業製品として安価に、
かつ、大量に供給することができなくなるという問題点
がでてくる。

以上の問題点を解決するために、本発明は超高分子量ポ
リエチレンを射出成形する技術を開発している。この内
容はすでに、特開昭５９−１７９３３７号、特開昭６２
−０８３１２０号、特開昭６０−２２２２１３号、特開
昭６０−００９７２３号、特開昭６２−０８３１２２号
等に述べであるので、詳細は省略することにするが、本
発明に係わる射出成形方法について説明していくことに
する。

本発明によるサイレンサーの射出成形方法について具体
的な例をもって以下に述べることにする。

第５図は本発明に使用する射出成形機の断面図を示して
いる。

射出成形機は、内部にスクリュー１を配設したシリンダ
ー２と、このシリンダー２内に原料３を供給するホッパ
ー４と、シリンダー２の先端が臨み、内部に成形用キャ
ビティ５を有する金型６と、該キャビティ５を真空引き
するための真空タンク７及びロータリーポンプ８とをそ
の主要部として構成される。上記ホッパー４はチッ素ガ
ス等の雰囲気ガス供給パイプ９を接続し、シリンダー２
内に供給した原料３を無酸化雰囲気において溶融するよ
うにしている。またホッパー４の下部には原料３の供給
量調整用の円形または長方形などのスリット１０ａを有
する調整板１０を有している。

先ずボンパー４内に粒径が３０μ〜１００μ程度の粉体
状の超高分子量ポリエチレンを原料３として所定量供給
する。そして、フィーダ部２ａへの原料供給量を調整す
ることはスクリュー１の圧縮比を相対的に減少させるこ
ととなり、結果的に超高分子量ポリエチレンを可塑化す
る際に、異常に圧縮比を高め、原料がシリンダー２中に
滞留するのを防ぐことができる。

そして、シリンダー２内に供給された超高分子量ポリエ
チレンはフィーダ部２ａから圧縮部２ｂへ送られ、この
圧縮部２ｂにて瞬時に加熱されノズル部２Ｃで溶融（表
面のみ）される。ここで、ホンパー４内にはチッ素ガス
が供給されているのでシリンダー２内は無酸化雰囲気に
保持され、酸化による分子量低下を防ぐことができる。

また超高分子量ポリエチレンは一端溶融するとその後た
だちに架橋が始まる特性がある。したがって、圧縮部で
瞬時に溶融し、ノズル部からただちにキャビティ５内に
注入するようにすれば、流動性を存するうちに注入する
ことができる。キャビティ５内に注入された原料はただ
ちに架橋が開始し、この架橋が促進することで高温のキ
ャビティ内では原料が再溶融することがない。

本発明に使用した金型の模式図を第６図に示す。

図中、５１は可動側型板、５２は固定側型板、５３は可
動側入駒、５４は取付板、５５は固定側入駒、５６は成
形用キャビティ、５７はスプルー、５８はコア一部、５
９はエジェクタービン、６０．６１は冷却水通路、６２
は真空引用通路を示す。

本発明による成形方法は、ゲート６３を成形用キャビテ
ィ５６の凸部に設け、ゲート６３に対向してセンサピン
６５を設け、該センサピン６５に当接してコア部５８に
、圧力センサ６６を設けることを特徴とするものである
。

一般的には、現時点においては、樹脂圧力を直接圧力セ
ンサーによって感知し、射出成形機の油圧を電磁弁によ
って制御する方法は主流をなしている方式ではない。し
かしながら、学術的には理想的な成形方式であるとされ
ている。例えば、“ＣＡＥ、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄ
ｅｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｆｏｒ　Ｉｎｊｅｃｔ
ｉｏｎ　Ｍｏｌｄｉｎｇ”　ｌ１ａｎｓｅｒ　Ｐｕｂｌ
ｉｓｈｅｒｓ、　１９８３参照、また、特許出願も特公
昭５８−５２４８６号に詳細に説明されている。これら
の特許の基本は、樹脂の金型への充填圧カバターンが、
１９５０年に、Ｒ，Ｓ。

５ｐｅｎｃｅｒ　、　Ｇ、Ｄ、Ｇｉｌｍｏｒｅ　　［Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏ１１ｏｉｄＳｃｉｅｎｃｅ　
ｖ’ｏ１６．ｐＨＢ（１９５１）　］が発見した形状に
なることを基になされていると考えられる。

本発明者は、前述した基本的な考え型と、上記の特許か
らなる射出成形機とを使用し、かつ、本発明者による発
明を組み合わせ、更薇、圧力センサーを金型のゲート直
下に配置することにより、′　はとんど流動性を示さな
いとされている超高分子量ポリエチレンの射出成形をよ
り精密に、且つ、安定的に、工業的な品質を達成できる
ことを発見し、本発明としたのである。

圧力センサーをゲート直下にした理由を更に詳細に以下
に説明する。

通常の粘性（１０４〜１０５　ｐｏｉｓｅ以下）を示す
熱可塑性樹脂は一般に非ニュートン流の特性を示し、射
出成形時には上記に挙げた５ｐｅｎｃｅｒ　、、　Ｇｉ
Ｉｍｏｒの圧カバターンを基本的に示すことはすでに知
られていることである。本発明者は超高分子量ポリエチ
レンの流動特性を種々実験した結果、」１記の圧カバタ
ーンを示さないことを発見したのである。この理由は現
在のところ定かではないが、基本的には超高分子量ポリ
エチレンは流動特性を示さないものであり、ある限定さ
れた条件の時のみ見掛は上流動性を発現したがごとく流
動すると考えられる。このために、一般に言われている
ようなキャビティ内の圧カバターン（型内圧波形）は示
さないと解釈できる。

本発明者は超高分子量ポリエチレンを射出成形する場合
、圧力センサーの金型内での位置を種々検討してみた。

ランナ一部、スプル一部、キャビティ内の任意の位置、
ゲートに最も近い二次スプル一部、ゲート直下のキャビ
ティ部など考えられる全ての位置を検討した結果、ゲー
ト直下に圧力センサーを設置すると超高分子量ポリエチ
レンの流動特性を射出成形機にて制御するに最適であり
、かつ、この位置以外にないことを発見して本発明とし
たのである。この理由は、ゲート直下以外は超高分子量
ポリエチレンの流動時の圧力変化が充分に検知できなか
ったり、キャビティ内に樹脂が充填された時点での圧力
が検知できず、過充填になり、成形機の安全が保証でき
なかったり、金型を破損する可能性がでてきた為である
。

〔作用〕

超高分子量ポリエチレンを使用したサイレンサーは過酷
な条件下では、他のエンジニアリングプラスチックより
は寿命は長いが、従来せいぜい１年間程度の耐久性しか
なかったものであるが、本発明により、上記のように形
状を工夫することにより、使用耐久年数を少なくとも５
倍にすることができたのである。このことは板ハネの耐
久性を向上させるという作用がある。さらに、本発明に
よる成形方法によれば、従来の切削加工や圧縮成形によ
るものと比較するとｌ／１０以下のコストで製造でき、
かつ、大量に供給できるという利点がある。

〔実施例〕

上記の本発明について、以下に実施例をあげて、更に具
体的に本発明を説明する。

〈実施例−１〉 自動車用板ハネの間に挿入するサイレンサーとして、第
４図に示す超高分子量ポリエヂレン成形品を成形した。

サイレンサーの外形寸法は、６０Ｘ７５ｍｍ、厚さ４１
、凸部の槽内部１５Ｘ３０ｍｍ、凸部高さ１０ｍｍとし
た。使用した樹脂はヘキスト社製ホスターレンＧＵＲ４
１５の分子量４００万程度の超高分子量ポリエチレンで
ある。

本発明による溝形状は、断面形状は第２図（ｂ）に示す
三角形であり、深さ０．５ｍｍ、幅１　ｍｍ及びピッチ
１０ｍｍであり、成形品の摺動面全体に形成されるよう
に、長辺と短辺の方向に沿って設けた。成形品表面全体
の表面粗さはＲａ＝６０μｍ、　Ｒｍａｘ　＝　１２０
μｍになるようにした。金型キャビテイ面は、当然、成
形品の凹凸に対応（反転）した面形状を、放電加工によ
って製作した。

成形条件、成形方法は以下の通りであった。

まず、金型温度は６００Ｃに設定した。射出成形機は、
第５図に示すような樹脂圧力制御を主体とし、基本構成
は既出側（特開昭６０−９７２３号）の成形機を応用し
た超高分子量ポリエチレン樹脂専用の装置を使用した。

本実施例で使用した樹脂の可塑化条件は、本射出成形機
のシリンダー（バレル）の温度で説明すると、ノズル部
２４０°Ｃ、メータリング部１９０°Ｃ１フィーダ一部
１５０６Ｃに設定した。スクリュー回転は１８０　ｒｐ
ｍとし、射出圧力は樹脂圧力センサーの表示で最高２８
ＱＱｋｇ／ｃｎとなるように、成形機の油圧を制御した
。成形サイクルは、射出時間が設定した最高圧力に１．
２秒で達するようにし、保圧が８秒、冷却が２０秒、型
開が８秒の合計３７，２秒であった。

上記の如く成形した超高分子量ポリエチレン製すイレン
サーは、ハリの発生もなく、かつ、スキン層の発現も無
く、サンドスラリー試験におても十分な耐摩耗性を示し
、実用に耐えうろことが確認できた。

〈実施例−２〉 自動車用板バネのサイレンサーとして第３図に示したよ
うな円板状の超高分子量ポリエチレン製成形品を成形し
た。使用した樹脂は三井石油化学工業社製超高分子量ポ
リエチレン「ハイゼソクスミリオン２４０ＭＪにカーボ
ン５ｗｔ％をヘンシェルミキサーを使用し、複合化をお
こなった。複合化条件は、まず、ヘンシェルミキサーの
チャンバ一温度を４０°Ｃに設定し、上記２種の材料を
入れ混合羽根の回転数を徐々に上げ、１４５０ｒｐｍに
て、樹脂温度が８０°Ｃになるまで攪拌し、８０°Ｃに
達した直後に冷却チャンバーに移し複合化を達成した。

サイレンサーの外形寸法は、直径５８ｍｍ、厚さ３ｍｍ
、凸部の直径１６ｍｍ、凸部高さ８ｍｍとした。摺動面
の溝ピッチは７ｍｍとし、形状は実施例１と同様とした
。その他の表面粗さも実施例１と同様にした。金型の製
作方法も実施例１に準じている。射出成形機は実施例１
のものを使用した。成形条件は、樹脂温度の設定は、ノ
ズル部２４５°Ｃ、メータリング部１７０°Ｃ、フィー
ド部１５０°Ｃとした。射出圧力は金型のゲート直下に
圧力センサーを設け、樹脂圧力を成形機の油圧制御にフ
ィードバンクできるようにした。

その場合の樹脂圧力の最高値を２８５０ｋｇ／ｃｔに制
御し、実施例１と同様の成形サイクルで成形した。

以上の条件で成形したサイレンサーをサンドスラリー試
験にかけ耐摩耗性を評価した結果、ＳＫ銅と同等の摩耗
量を示し、サイレンサーとして板バネの間に挿入しても
充分な特性が維持できることが確認できた。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種
々の変更が可能である。

本発明による摺動原理と成形方法は、車両に使用される
板ばねに使用するサイレンサーのみに適用されるのでは
なく、エレベータなどのガイドシュー、エスカレータの
手すりガイド等に代表される各種摺動部材に適用できる
ことは言うまでもない。

（発明の効果〕 本発明によってもたらされる技術的利点は次のようにな
る。

まず、射出成形できなかった超高分子量ポリエチレンが
射出成形が可能になったことにより、従来、形状が限定
されていたものが、板バネの特性に合わせて任意の形状
に設計できるようになり、サイレンサーの寿命を延ばす
ことができるようになり、その効果として、板バネ自体
の耐久性を向上させることができる。これは、超高分子
量ポリエチレンが他のエンジニアリングプラスチックよ
りも耐摩耗性が素材として格段に優れていると認識しつ
つも、製造コストの面から採用できず、仕方なくポリア
ミドやポリアセタール等の樹脂を使用していた場合にも
、射出成形という量産性に優れた製造方法を採用するこ
とのより、従来エンジニアリングプラスチックを使用し
ていた板バネ摺動部材にも採用することができるように
なったのである。

さらに、サイレンサーの形状を本発明の如きものにする
ことにより、従来の超高分子量ポリエチレン製すイレン
サーよりも耐摩耗性が向上するという効果がある。この
ような効果を発揮する理由は、定かではないが、摩擦摩
耗学の一例として、金属面に対して、プラスチック材料
は互いの面が粗い程摩擦力が小さくなるという現象が、
摩耗を少なくする一原因になっていると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサイレンサーの１実施例を示す拡大断
面図、第２図は溝形状を示す断面図、第３図および第４
図は本発明のサイレンサーの１実施例を示す平面図およ
び断面図、第５図は本発明に使用する射出成形機の断面
図、第６図は本発明のサイレンサーを製造時に使用した
金型の模式図、第７図は車両に使用される板ばねに使用
するサイレンサーを説明するための斜視図である。 ２５・・・サイレンサー、２６・・・凸部、２７・・・
平面部、２９・・・溝、５６・・・キャビティ、６３・
・・ゲート、６６・・・圧カセンザ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）凸部と平面部を有し互いに摺動する金属板に挿入
   するスペーサであり、該スペーサが分子量１００万以上
   の超高分子量ポリエチレンで成形され、前記平面部の表
   面に溝が形成されていることを特徴とするサイレンサー
   。
2. （２）分子量が１００万以上の超高分子量ポリエチレン
   に対し、カーボン、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム
   、モリブデン、シリコン等の無機物、およびステアリン
   酸、フッ素化合物、炭化水素系オリゴマー等の有機物で
   複合化されていることを特徴とする請求項１に記載のサ
   イレンサー。
3. （３）金型内のキャビッティのゲートに対向して樹脂圧
   力センサーを配設し、樹脂圧力センサーからの信号をも
   とに成形機のスクリューの動作を制御し、超高分子量ポ
   リエチレンの金型内の充填を任意の圧力で制御すること
   を特徴とするサイレンサーの射出成形方法。