DE60007209T2

DE60007209T2 - Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Formteilen

Info

Publication number: DE60007209T2
Application number: DE60007209T
Authority: DE
Inventors: Masafumi Ichinomiya-shi Kurokawa; Takayuki Ama-gun Ito; Toshihiko Nagoya-shi Asaya
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: DE60007209D1; US6383423B1; EP1040906B1; EP1040906A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reaktionseinspritzformen (RIM) von zwei farbigen geformten Gegenständen mit verschiedenen Eigenschaften, wie etwa Farbe, zwischen der Oberfläche und inneren Teilen unter Verwendung von Polyurethan.
Ein derartiges Formungsverfahren, wie vorstehend beschrieben, ist in USP 5,628,944 vorgeschlagen worden.
In einem ersten Schritt wird der Hohlraum einer Form entlüftet (evakuiert).
In einem zweiten Schritt wird ein erstes Polyurethanmaterial für die Oberfläche des Gegenstandes aus einem Einlass in den Hohlraum unter fortgesetzter Evakuation eingespritzt. Das eingespritzte erste Polyurethan strömt in den Hohlraum nach Schäumen unter vermindertem Druck. Es haftet in der Form eines dünnen Films über im wesentlichen die gesamte innere Oberfläche des Hohlraums aufgrund des Aufbrechens des Schaums, welcher eine feine Oberfläche bildet, die im wesentlichen frei von Luftbläschen ist.
In einem dritten Schritt wird ein zweites Polyurethanmaterial für die Innenseite des Gegenstandes aus einem Einlass in den Hohlraum unter Vakuum eingespritzt. Das eingespritzte zweite Polyurethanmaterial strömt in den Hohlraum und füllt diesen aus, wo dieses reagiert und gehärtet wird, welches die Innenseite eines zweifarbigen geformten Gegenstands bildet.
Dieses zweifarbige Formungsverfahren macht es möglich, leicht einen zweifarbigen geformten Gegenstand zu bilden, in welchem ein Oberflächenteil, das ein Pigment enthält, einen inneren Teil bedeckt, das kein Pigment enthält. Wenn jedoch der Rest am Einlass aus dem zweifarbigen geformten Gegenstand weggeschnitten wird, ist das nicht gefärbte Innere an dem Schnitt sichtbar, welches eine schlechte Erscheinung aufgrund des auffälligen Unterschieds der Farbe von dem Oberflächenteil herstellt. Wenn zudem das erste Polyurethanmaterial, das an der inneren Oberfläche des Hohlraums anhaftet, noch eine Fluidität in dem zweiten Schritt besitzt, wird das erste Polyurethanmaterial, das an der Hohlraumoberfläche anhaftet, nahe dem Einlass, insbesondere durch das zweite Polyurethan weggetragen, welches die Dicke des ersten Materials vermindert, wenn das zweite Polyurethanmaterial in dem dritten Schritt eingespritzt wird. Folglich wird die Oberfläche an der Stelle transparent, und die nicht gefärbte Innenseite wird sichtbar. Dies führt zu einem auffälligen Färbungsunterschied.
Daher ist ein Formungsverfahren, wie nachstehend beschrieben (japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. Hei 9-183138) vorgeschlagen worden. Dieses Verfahren enthält die nachstehend aufgeführten Schritte:

(1) Einen Schritt des Entlüftens des Hohlraums einer Form;
(2) einen anfänglichen Schritt des Einspritzens einer geringen Menge eines ersten Polyurethanmaterials, das ein Pigment enthält, in den Hohlraum unter vermindertem Druck, um den Oberflächenteil eines geformten Gegenstandes zu bilden;
(3) einen Zwischenschritt des Einspritzens eines ersten Polyurethanmaterials, das kein Pigment enthält, in den Hohlraum unter vermindertem Druck, um den Großteil der Innenseite eines geformten Gegenstandes zu bilden; und
(4) einen Endschritt zum Einspritzen einer geringen Menge von Polyurethanmaterial für den Teil nahe dem Einlass, das ein Pigment enthält, in den Hohlraum unter vermindertem Druck, um den Teil des Inneren des geformten Gegenstandes nahe dem Einlass zu bilden.

Obwohl die vorstehend erwähnten Probleme von Farbunterschieden, die aus dem Wegschneiden des Restes am Einlass und der verringerten Dicke des Oberflächenteils an Stellen nahe dem Einlass, durch dieses zweifarbige Formungsverfahren gelöst werden, sind Probleme, wie die nachstehend beschriebenen, nicht in Betracht gezogen worden.
Formen, die für RIM-Polyurethanformen verwendet werden, sind normalerweise geteilte Formen. Da ein Spalt zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen der oberen und unteren Formen besteht, wird ein Grat 100, wie in 18 gezeigt, gebildet. Da dieser Grat 100 eine dreilagige Querschnittstruktur besitzt, in welcher ein zweites, nicht pigmentiertes Polyurethanmaterial 102 zwischen zwei Schichten eines ersten, pigmentierten Polyurethanmaterials 101 ist, wenn eine Endverarbeitung durch Wegschneiden des Grates 100 entlang der gebrochenen Linie von 18(a) durchgeführt wird, wird das nicht gefärbte zweite Polyurethanmaterial 102 in der Form eines Bandes, wie in 18(b) und 18(c) gezeigt, ausgesetzt. Dieses stellt einen auffälligen Farbunterschied mit dem ersten Polyurethanmaterial 101 her und verschlechtert die äußere Erscheinung.
Um zudem zu verhindern, dass das nicht gefärbte zweite Polyurethanmaterial 102 durch das erste Polyurethanmaterial 101 gesehen wird, ist es notwendig, die Pigmentkonzentration in dem ersten Polyurethanmaterial 101 zu erhöhen. In 18(b) illustrieren die diagonal schraffierten Quadrate schematisch Pigmentteilchen 103, die eine hohe Dichte (hohe Pigmentkonzentration) besitzen. Da die Dicke des Oberflächenteils an den Stellen, nahe dem Einlass, zudem über einen bestimmten Bereich abnimmt, wird eine beträchtliche Menge von Polyurethanmaterial für den Teil nahe dem Einlass benötigt, und es ist auch notwendig, die Pigmentkonzentration in dem Polyurethanmaterial für den Teil nahe dem Einlass zu erhöhen. So ist die benötigte Menge von Pigment hoch, welches Kosten erhöht und den Verschleiß der Ausrüstung und Vorrichtungen (wie etwa Mischköpfe) beschleunigt, abhängig vom Typ der Pigmentkörner.
EP-A-771642 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines geformten Gegenstandes durch Einspritzen einer Flüssigkeit, die ein festes Harz bilden wird, in einen Formhohlraum aus einem Einlass und Formen eines Gegenstandes aus dem festen Harz, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Einspritzen auf eine laminare Weise durchgeführt wird:

(1) so dass die Flüssigkeit zunächst die Wand des Formhohlraums bedeckt, so eine Oberflächenschicht auf der inneren Oberfläche des Hohlraums mit dem geschlossenen Hohlraum gebildet wird;
(2) Einspritzen von Harzmaterial, das Pigment mit einer höheren Konzentration enthält, in einen Zwischenteil;
(3) Einspritzen eines weiteren Harzmaterials mit der höchsten Konzentration in das Innere.

EP-A-781693 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines geformten Urethangegenstandes, in dem ein Urethanmaterial in einen Formhohlraum aus einem Einlass eingespritzt wird und ein Gegenstand aus dem Urethanmaterial geformt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Ausbilden einer niedrigschäumenden Oberflächenschicht, indem in den Hohlraum ein erstes Urethanmaterial eingespritzt wird, in welchem die Pigmentkonzentration auf eine erste vorgeschriebene Konzentration eingestellt worden ist;
b) Ausbilden eines hochschäumenden Kernteils, indem in den Hohlraum ein zweites Urethanmaterial eingespritzt wird, in welchem kein Pigment ist oder die Pigmentkonzentration auf eine vorgeschriebene Konzentration eingestellt worden ist; und
c) Ausbilden eines Teils nahe einer Einlassfläche des Gegenstands, indem in den Hohlraum ein drittes Urethanmaterial eingespritzt wird, wobei das Schäumungsverhältnis des dritten Urethanmaterials höher ist als das Schäumungsverhältnis des ersten Urethanmaterials.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von geformten Polyurethangegenständen bereitzustellen, das die Gesamtmenge von Pigment verringert, die verwendet wird, um Kosten zu reduzieren und Verschleiß von Ausrüstung und Vorrichtungen zu vermindern, während auffällige Farbunterschiede aufgrund von Wegschneiden von Einlassrest verhindert wird und der Oberflächenteil an Stellen nahe dem Einlass ausgedünnt wird.
Eine weitere Aufgabe ist es, die Verwendung des vorstehend definierten Verfahrens als ein Verfahren zum Herstellen der Bedeckung eines Steuerrads bereitzustellen.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale, die in Ansprüchen 1 und 8 jeweils dargelegt sind, erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in Ansprüchen 2 bis 7 dargelegt.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, die im Wege des Beispiels die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen, ersichtlich.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die als neu angesehen werden, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung kann zusammen mit Aufgaben und Vorteilen davon am besten anhand der folgenden Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht ist, die einen anfänglichen Schritt des Ausbildens eines Oberflächenteils einer Polyurethanbedeckung eines Steuerrades in einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 eine Querschnittsansicht einer Form in einem Zwischenschritt des Ausbildens des inneren Teils einer Polyurethanbedeckung ist.
3 eine Querschnittsansicht einer Form in einem Endschritt des Ausbildens eines Teils nahe dem Einlass einer Polyurethanbedeckung ist.
4 eine Querschnittsansicht einer Form in einem Formfreisetzungsschritt ist.
5 eine Grundrissansicht einer Form in einem Formfreisetzungsschritt ist.
6 eine Querschnittsansicht eines Mischkopfes ist, der zum Formen verwendet wird.
7 ein Zeitdiagramm ist, das die Änderungen der Pigmentkonzentration während des Formens zeigt.
8(a) eine Querschnittsansicht einer Stelle nahe dem Einlass einer Polyurethanbedeckung ist, 8(b) eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht von (a), und 8(c) eine teilweise Frontansicht der Polyurethanbedeckung ist.
9(a) eine Querschnittsansicht eines typischen Teils einer Polyurethanbedeckung ist, 9(b) eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht von 9(a) ist, und 9(c) eine teilweise Frontansicht einer Polyurethanbedeckung ist.
10 eine Querschnittsansicht eines modifizierten Beispiels eines Mischkopfes ist.
11 eine Querschnittsansicht einer Form eines Steuerrads einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
12 eine Querschnittsansicht einer Form des Steuerrads von 11 ist.
13 eine Querschnittsansicht einer Form des Steuerrads von 11 ist.
14 eine Querschnittsansicht des Steuerrads von 11 ist.
15 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ringteils des Steuerrads von 11 ist.
16 ein Zeitdiagramm ist, das die Änderungen der Pigmentkonzentration während des Schaumformens einer zweiten Ausführungsform ist.
17 ein Zeitdiagramm ist, das die Änderungen der Pigmentkonzentration unterschiedlichen Schäumungsformen zeigt.
18(a) eine Querschnittsansicht eines Teils einer Polyurethanbedeckung gemäß dem Stand der Technik ist, 18(b) eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht von 18(a) ist, und 18(c) eine teilweise Frontansicht der Polyurethanbedeckung des Stands der Technik ist.
Im folgenden werden spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Formen einer Polyurethanbedeckung eines Steuerrads, basierend auf 1 bis 9, beschrieben. Um damit zu beginnen, wie in 1 bis 6 gezeigt, beinhaltet das Formungsgerät eine Formungsform 1, eine Box 11 und einen Materialeinspritzmechanismus 21, welche nachstehend in der vorstehenden Reihenfolge beschrieben werden.
Die Formungsform 1 wird in der Form einer geteilten Form gebildet, die aus einer oberen Form 2 und einer unteren Form 3 besteht. Eine Einkerbung 5, die einen ringförmigen Hohlraum 4 bildet, wenn die Form geschlossen wird und ein Einlass 6, das zu dem Hohlraum 4 führt, werden in geteilten Oberflächen 2a und 3a der unteren Front 3 und der oberen Front 2 gebildet. Ein Belüftungsloch 7 wird an der Endfüllposition von Polyurethan in die obere Form 2 gebildet.
Die Box 11 wird in zwei Teilen gebildet, die aus einer Abdeckung 12 und einem Rahmen 13 zusammengesetzt ist. Die obere Form 2 ist innerhalb der Abdeckung 12 eingebaut, und die untere Form 3 ist innerhalb des Rahmens 13 eingebaut. Die Abdeckung 12 und der Rahmen 13 sind an einer nicht gezeigten Form (Vorrichtung) angebracht, und in der vorliegenden Ausführungsform verursacht Anheben und Absenken des Rahmens 13, dass die Abdeckung 12 und der Rahmen 13 sich zusammen oder voneinander weg bewegen, welches die obere Form 2 und die untere Form 3 schließt oder öffnet. Ein O-Ring 14 wird in einem Grübchen eingebaut, das in einer verbundenen Oberfläche der Form 12 eingebaut ist, und der O-Ring 14 versiegelt den Raum zwischen der Abdeckung 12 und dem Rahmen 13, in den eine verbundene Oberfläche des Rahmens 13 kontaktiert wird, wenn die Box 11 geschlossen wird.
Ein Ansaugstopfen 15 wird in den Rahmen 13 eingebaut, und eine Vakuumpumpe 18 wird mit diesem Ansaugstopfen 15 mittels einem Ansaugschlauch 16 und einem Ventil 17 verbunden. Zudem wird ein luftdichtes Beobachtungsfenster 19 in dem Rahmen 13 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die Fläche nahe dem Luftloch 7 von außerhalb der Box 11 sichtbar ist.
Ein Material-Einspritz-Mechanismus 21 wird mit einem Dreikomponenten-Mischkopf 22, wie in 6 gezeigt, ausgestattet, der es ermöglicht, zwei Primärkomponenten und eine Sekundärkomponente zu vermischen. Daher werden drei Komponenten vermischt. Die Primärkomponenten sind Polyol und Isocyanat. Der Dreikomponenten-Mischkopf 22 beinhaltet einen Zylinder 23 und einen Körper 24, der auf dessen Ende installiert ist. Der Körper 24 besitzt eine enge Einspritzdüse 25 auf dessen Ende.
Ein Durchloch 26 wird in dem Zentrum des Körpers 24 gebildet, und eine Spule 28, welche an einen Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 23 angebracht ist, wird in das Durchloch 26 eingeschoben. Die Spule 28 kann frei gleiten. Ein Paar von Schlitzen 29, die sich in Längsrichtung erstrecken, sind 120° auseinander in der Außenseite der Spule 28 lokalisiert. Als Folge der Hin- und Herbewegung des Kolbens 27 gleitet die Spule 28 zwischen einer vorgeschobenen Position, welche durch die zweifach gepunktete gebrochene Linie in 6 angegeben ist, und einer zurückgezogenen Position, welche durch eine durchgezogene Linie angegeben ist. Wenn die Spule 28 zurückgezogen wird, wird eine Mischkammer 30 für die Komponenten in der Front der Spule 28 gebildet.
Eine zylindrische Düse 31 für die Polyolkomponente und eine zylindrische Düse 32 für die Isocyanatkomponente werden einander gegenüberliegend innerhalb des Körpers 24 bereitgestellt. Eine kegelförmige Öffnung 35, die sich zu der Mischkammer 30 oder einer der Schlitze 29 öffnet, wird in jeder Düse 31 und 32 gebildet. Halterungen (nicht gezeigt), die jede Düse 31 und 32 halten, sind auf der äußeren Oberfläche des Körpers 24 eingebaut, und das Ende der Nadel 37 wird verwendet, um die Öffnung der entsprechenden Öffnung 35 einzustellen. Zudem werden ein Rückflussloch 38 für die Polyolkomponente und ein Rückflussloch 39 für die Isocyanatkomponente als nächstes zu den Düsen 31 und 32 des Körpers 24 gebildet, und jedes Loch 38, 39 öffnet sich in ein entsprechendes der Schlitze 29.
Ein Behälter 41b und eine Pumpe 41c für die Polyolkomponente sind durch einen Schlauch 41a an die Düse 31 und das Rückflussloch 38 gebunden, und ein Zirkulierungspfad für die Polyolkomponente beinhaltet den Behälter 41b, die Pumpe 41c, die Düse 31, einen der Schlitze 29 und das Rückflussloch 38. Ein Isocyanatbehälter 42b und eine Pumpe 42c sind an die Düse 32 und das Rückflussloch 39 durch einen Schlauch 42a gebunden, und ein Zirkulierungsweg für die Isocyanatkomponente beinhaltet den Behälter 42b, die Pumpe 42c, die Düse 32, den Schlitz 29 und das Rückflussloch 39.
Ein Hilfsentladungsloch 52 für die dritte Komponente ist in dem Zentrum der Spule 28 bereitgestellt. Das Frontende des Hilfsentladungsloches 52 öffnet sich an der Endoberfläche der Spule 28, während sich das hintere Ende zu der umlaufenden Oberfläche eines Zwischenteils der Spule 28 öffnet. Ein Einführungsloch 53, welches sich mit der hinteren Öffnung des Hilfsentladungsloches 52 nur verbindet, wenn sich die Spule 28 zurückzieht, wird in dem hinteren Teil des Körpers 24 gebildet. Ein Behälter 43b für die dritte Komponente ist mit dem Einführungsloch 53 durch einen Schlauch 43a durch eine Stromraten-Einstellungsvorrichtung 43d und ein Ventil 43c verbunden, und die Innenseite des Behälters 43b ist durch eine Luftdruckvorrichtung 43e unter Normaldruck gesetzt. Das Ventil 43c kann an jeder Stelle zwischen dem Behälter 43b und dem Körper 24 bereitgestellt sein. Es gibt keine Beschränkungen in Bezug auf das Antriebsverfahren des Ventils 43c. Ein pneumatisches oder elektrisches Ventil kann z.B. verwendet werden. Öffnen und Schließen des Ventils 43c wird mit einem bestimmten Zeitgeber oder internem Sequenzzeitgeber gesteuert. Im übrigen ist die dritte Komponente, welche ein färbendes Material ist, ein in einem Polyolmaterial dispergiertes Pigment.
Die Einspritzdüse 25 des Dreikomponenten-Mischkopfes 22 ist mit dem Einlass 6 der unteren Form 3 über einen Durchlauf 40, das in dem Rahmen 13 gebildet ist, verbunden. Der Dreikomponenten-Mischkopf 22 und das Durchloch 40 sind durch eine Mehrzahl von O-Ringen 50 versiegelt.
Als nächstes wird ein RIM-Polyurethan-zweifarbiges Formungsverfahren, das das vorstehend erwähnte Formungsgerät verwendet, der Reihenfolge nach beschrieben werden. 7(a) und 7(b) sind zwei Muster von Zeitdiagrammen, die Änderungen der Pigmentkonzentration innerhalb des Polyurethanmaterials während des Formens angeben:

(1) Die obere Form 2 und die untere Form 3 der Formungsform 1 werden geöffnet, und ein Formfreisetzungsmittel wird auf die Einkerbung 5 aufgetragen.
(2) Nach dem Platzieren eines Kernbalkens 46 für das Steuerrad 45 in der unteren Form 3 werden die obere Form 2 und die untere Form 3 verschlossen, um den Hohlraum 4 zu bilden, und gleichzeitig werden die Bedeckung 12 und der Rahmen 13 geschlossen, um die Box 11 zu versiegeln.
(3) Die Innenseite der Box 11 wird auf einen geeigneten Vakuumgrat durch Vakuumpumpe 18 entlüftet, und eine Vakuumatmosphäre wird in dem Hohlraum 4 durch das Belüftungsloch 7 geschaffen. Der Vakuumgrad variiert gemäß der Zusammensetzung des Polyurethanmaterials, den Dimensionen der geformten Gegenstände usw., und obwohl es keine besonderen Beschränkungen in Bezug auf dieses Vakuum gibt, wird dieses bei 50 Torr oder weniger in der vorliegenden Ausführungsform eingestellt.
(4) Anfänglicher Schritt: die Spule 28 wird zurückgezogen, und die Polyolkomponente wird aus der Düse 31 entladen, während die Isocyanatkomponente aus der Düse 32 entladen wird, beide in die Mischkammer 30. Zudem öffnet sich das Ventil 43c, und die dritte Komponente oder das färbende Material wird aus dem Hilfsentladungsloch 52 in die Mischkammer 30 entladen. Diese Komponenten werden durch Kollision vermischt, um ein erstes Polyurethanmaterial U1 für den Oberflächenteil des geformten Gegenstandes herzustellen.

Die Konzentration des Pigmentes in dem ersten Polyurethanmaterial U1 wird bei 50% der Standardkonzentration in dem Muster von 7(a) und bei 70% der Standardkonzentration in dem Muster von 7(b) eingestellt. In dieser Ausführungsform ist das erste Polyurethanmaterial U1 im wesentlichen frei von Schäumungsmittel. Hierbei bezieht sich die Standardkonzentration für das Pigment auf die Pigmentkonzentration in einem Polyurethanmaterial U3 zum Formen nahe dem Einlass.
Ein Formfreisetzungsmittel und/oder ein Katalysator kann in das erste Polyurethanmaterial U1 und das Polyurethanmaterial U3 zum Formen nahe dem Einlass vermischt werden. Zudem kann das erste Polyurethanmaterial U1 hergestellt werden, um ein Hochleistungsmaterial im Vergleich mit einem zweiten Polyurethanmaterial U2 zu sein. Ein Beispiel für das Hochleistungsmaterial ist ein nicht vergilbendes Material. Ferner kann das erste Polyurethanmaterial U1 hergestellt werden, um eine höhere Urethanreaktionsrate als das zweite Polyurethanmaterial U2 zu besitzen.
Wie in 1 gezeigt, wird während fortgesetzter Evakuierung in den Hohlraum 4 eine kleine Menge des ersten Polyurethanmaterials U1 in den Hohlraum 4 aus der Einspritzdüse 25 eingespritzt. Nach raschem Schäumen des eingespritzten ersten Polyurethanmaterials U1 aufgrund der Wirkung von natürlicherweise einschließendem Gas (und der Wirkung eines Schäumungsmittels, wenn ein Schäumungsmittel verwendet wird) indem Material, verursacht durch Vakuumdruck, und Überströmen im wesentlichen der gesamten Innenseite des Hohlraums 4, bricht der Schaum auf, was verursacht, dass ein Film des ersten Polyurethanmaterials U1 auf im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Einkerbung 5 anhaftet, welches den Oberflächenteil 58 der Polyurethanbedeckung 47 bildet.

(5) Zwischenschritt: die Polyolkomponente, die Isocyanatkomponente und das färbende Material werden auf die gleiche Weise wie in dem anfänglichen Schritt entladen, wonach sie durch Kollision vermischt werden, um ein zweites Polyurethanmaterial U2 für den inneren Teil des geformten Gegenstandes herzustellen. Die Pigmentkonzentration in dem zweiten Polyurethanmaterial U2, die aus der Entladung des färbenden Materials resultiert, wurde auf 50% der Standardkonzentration für beide Muster von 7(a) und 7(b) eingestellt. Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform dieses zweite Polyurethanmaterial U2 auch im wesentlichen frei von Schäumungsmittel.

Wie in 2 gezeigt, wird während fortgesetzter Evakuierung in dem Hohlraum 4 das zweite Polyurethanmaterial U2 in den Hohlraum 4 aus der Einspritzdüse 25 eingespritzt. Das eingespritzte zweite Polyurethanmaterial U2 schäumt aufgrund der Wirkung von auf natürliche Weise einschließendem Gas in dem Material, verursacht durch das Vakuum, und bildet die Mehrheit des hoch schäumenden Teils 49a der Innenseite 49 der Polyurethanbedeckung 47 (siehe 5).

(6) Endschritt: genau bevor das vorstehend erwähnte zweite Polyurethanmaterial U2 den Hohlraum 4 vollständig füllt, werden die Polyolkomponente, die Isocyanatkomponente und das färbende Material auf die gleiche Weise wie in dem anfänglichen Schritt entladen, gefolgt von Kollosionsvermischen, um ein drittes Polyurethanmaterial U3 zum Formen nahe dem Einlass (siehe 7) herzustellen. Die Pigmentkonzentration des dritten Polyurethanmaterials U3, die aus der Entladung des färbenden Materials herrührt, wurde eingestellt, um der Standardkonzentration für beide Muster von 7(a) und 7(b) zu entsprechen.

Wie in 3 gezeigt, wird während fortgesetzter Evakuierung in dem Hohlraum 4 das dritte Polyurethanmaterial U3 in den Hohlraum 4 aus der Einspritzdüse 25 eingespritzt. Das eingespritzte dritte Polyurethanmaterial U3 zum Formen nahe dem Einlass, schäumt auf im wesentlichen die gleiche Weise wie das zweite Polyurethanmaterial U2, um den hochschäumenden Teil 49b nahe dem Einlass zu bilden, welche der Rückstand der Innenseite 49 der Polyurethanbedeckung 47 ist (siehe 5).
Als Folge des Einspritzens des dritten Materials U3 wird der Hohlraum 4 mit den Materialien U1, U2 und U3 gefüllt, und eine kleine Menge des zweiten Polyurethanmaterials U2 wird aus dem Belüftungsloch 7 geblasen und gehärtet, um einen Ausblasteil 9 zu bilden (4).

(7) Anschließend auf das Schließen der oberen Form 2 und der unteren Form 3, wie in 4 gezeigt, nach dem Warten auf das härtende der Materialien U1, U2 und U3, werden die Bedeckung 12 und der Rahmen 13 geöffnet, und das Steuerrad 45, welches die Polyurethanbedeckung 47 aufweist, wird herausgenommen, wie in 5 gezeigt. In 5 ist das Steuerrad 45 relativ zu der unteren Form 3 vergrößert worden.

Die folgenden Wirkungen und Effekte (1) bis (5) werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhalten.

(1) Da die Pigmentkonzentration in dem ersten Polyurethanmaterial U1 entweder 50% oder 70% der Standardkonzentration beträgt, ist die Menge des Pigments um 50% oder 30% im Vergleich mit dem Verfahren des Stands der Technik verringert. In 9(b) veranschaulichen die schraffierten Quadrate schematisch Pigmentteilchen 73, und die Dichte der Pigmentteilchen 73 in dem Oberflächenteil 48 ist niedriger als diejenige der Pigmentteilchen 103 in dem Oberflächenteil von 18(b) (die Pigmentkonzentration ist relativ niedriger). Da es jedoch kaum irgendwelche Luftbläschen in dem Oberflächenteil 48 gibt, sogar wenn die Pigmentkonzentration 50% oder 70% der Standardkonzentration beträgt, besitzen die Pigmentteilchen 73 eine wesentliche Dichte und verdecken die Innenseite 49 in einem beträchtlichen Ausmaß. Obwohl darüber hinaus die Pigmentkonzentration in dem zweiten Polyurethanmaterial U2 50% der Standardkonzentration beträgt, und die Farbe leichter als der Oberflächenteil 48 aufgrund des Schäumens ist, ist dieser in einem bestimmten Ausmaß gefärbt. Obwohl so der größte Teil 49a der Innenseite 49 etwas durch den Oberflächenteil 48 gesehen werden kann, da die Farbe des Oberflächenteils 48 und die Farbe des Mehrheitsteils 49a als die Gesamtkonzentration des Pigments gesehen werden kann, erscheint dieser im gleichen Ausmaß wie derjenige des Stands der Technik, der in 18 gezeigt ist, gefärbt zu sein.
(2) Der Einlassrückstand 10 ist auf der Polyurethanbedeckung 47 des dritten Polyurethanmaterials U3 nahe dem Einlass vorhanden, und wenn dieser weggeschnitten wird, erscheint der geschäumte Teil 49b nahe dem Einlass, der durch das dritte Polyurethanmaterial U3 gebildet ist, an dem Schnitt B. Da jedoch der Teil 49b nahe dem Einlass mit dem Pigment der Standardkonzentration gefärbt ist, ist die Farbe des Schnitts 8 die gleiche wie diejenige des Oberflächenteils 48, was dieses tatsächlich unbemerkbar macht.
(3) Wenn zudem der Oberflächenteil 48 nahe dem Einlass aufgrund des Stromes des zweiten Polyurethanmaterials U2 in den Zwischenschritt von 8(b) aufgrund der Verzögerung der Reaktion und des Härtens des ersten Polyurethanmaterials U1 dünner wird, ist der Teil 49b nahe dem Einlass, der durch das dritte Polyurethanmaterial U3 gebildet ist, durch die Stelle sichtbar, wo die Dicke verringert worden ist. Da jedoch der Teil 49b nahe dem Einlass mit dem Pigment der Stan dardkonzentration gefärbt ist, ist die Erscheinung nicht verschlechtert.

Im übrigen sollte, um ein derartiges Ausdünnen des Oberflächenmaterials 48 nahe dem Einlass zu verhindern, ein Material mit einer hohen Urethanreaktionsrate für das erste Polyurethanmaterial U1 verwendet werden, wie etwa durch Zugeben eines Katalysators, der die Urethanreaktion mit der dritten Komponente des ersten Polyurethanmaterials U1 beschleunigt. Um zudem den Lichtwiderstand des Oberflächenteils 48 zu verbessern, sollte ein Licht vergebendes Material mit einem hohen Grad von Lichtwiderstand für das erste Polyurethanmaterial U1 verwendet werden.

(4) Da ein Spalt zwischen den Formoberflächen 2a und 3a der oberen Form 2 und der unteren Form 3 entsteht, wird ein Grat 70 gebildet, wie in 9(a) gezeigt. Da dieser Grat 70 eine Dreischichten-Querschnittstruktur besitzt, in welcher eine Schicht des zweiten Polyurethanmaterials U2 zwischen zwei Schichten des ersten Polyurethanmaterials U1 ist, wenn dieser Grat 70 entlang der gebrochen Linie von 9(a) weggeschnitten wird, der geschäumte Mehrheitsteil 49a auf der Innenseite 49 in der Form einer Linie an dem Schnitt ausgesetzt. Da jedoch die Pigmentkonzentration in dem zweiten Polyurethanmaterial U2 50% der Standardkonzentration beträgt, ist der Mehrheitsteil 49a in einem signifikanten Ausmaß gefärbt, und diese Linie im Vergleich mit dem Schnitt 8 des Einlassrestes 10, der in (2) vorstehend beschrieben wurde, extrem dünn ist, ist der Farbunterschied zwischen dieser Linie des Mehrheitsteils 49a und dem Oberflächenteil 48 tatsächlich nicht bemerkbar und verschlechtert nicht die Erscheinung.
(5) Da die Pigmentkonzentration in dem ersten Polyurethanmaterial U1 verringert werden kann, und die Menge des dritten Polyurethanmaterials U3 zum Formen nahe dem Einlass mit der Standardkonzentration des Pigmentes weniger als diejenige in dem Stand der Technik beträgt, da der Mehrheitsteil 49a der Innenseite 49, der in einem bestimmten Ausmaß gefärbt ist, sogar wenn die Menge des Pigmentes, wie in dem zweiten Polyurethanmaterial U2 betrachtet wird, ist die insgesamt verwendete Menge an Pigment im Vergleich mit dem Stand der Technik reduziert, welches die Kosten verringert.

Obwohl zudem die Pigmentteilchen eine Abräsion an der Stelle verursachen, wo sie durch den Material-Einspritz-Mechanismus 21 treten, ist die verwendete Menge an färbendem Pigment verringert. So ist der Grat von Abräsion verringert, welches die Wartungs- und Teilersatzzyklen des Materialeinspritzmechanismus 21 ausweitet, während Arbeit und Kosten verringert werden.
Wenn das Ventil 43c für die dritte Komponente zwischen dem Behälter 43b und der Luftdruckvorrichtung 43e in dem vorstehend erwähnten Material-Einspritz-Mechanismus 21 vorgesehen wird und dieses Ventil 43c an den vorstehend beschriebenen Zeitpunkten geöffnet und geschlossen wird, werden ähnliche Effekte wie diejenigen, die vorstehend beschrieben wurden, erreicht.
Zudem können, wie in 10 gezeigt, ein Sechs-Komponenten-Mischkopf 20, in welchem Dreikomponenten-Mischköpfe 33 an einen Zentrums-Einspritz-Mechanismus 45 verbunden werden, auch verwendet werden. Ein oberer Dreikomponenten-Mischkopf 22, der in 10 gezeigt ist, wird verwendet, um das erste Polyurethanmaterial U1 herzustellen, welches ein Hochleistungsmaterial (z.B. ein nicht vergilbendes Material mit einem herausragenden Lichtwiderstand) ist, und ein färbendes Material, das ein Pigment einschließt, ein Urethan-Reaktions-beschleunigender Katalysator und eine Polyolkomponente wird für die dritte Komponente verwendet. Der untere Dreikomponenten-Mischkopf 22, der in 10 gezeigt ist, stellt das zweite Polyurethanmaterial U2 und die dritte Polyurethankomponente U3 her, welche aus Materialien gewöhnlicher Qualität hergestellt sind (z.B. vergilbendes Material), und ein Katalysator wird, sofern notwendig, als die dritte Komponente zugegeben.
Der Einspritzmechanismus 55 ist mit einem Körper 56 ausgestattet, der an zwei Einspritzdüsen 25 gekoppelt ist, und das Ende des Körpers 56 besitzt die Form einer engen Einspritzdüse 57. Ein Durchloch 58, in welchem die zwei Einspritzdüsenöffnungen 25 in dem Zentrum des Körpers 56 gebildet sind, und die Spule 60, welche an einem Kolben (nicht gezeigt) von Zylinder 59 angebracht ist, ist in das Durchloch 58 eingepasst. Die Spule 60 wird frei gleiten gelassen.
Im folgenden wird die zweite Ausführungsform anhand der Zeichnungen beschrieben, die die vorliegende Erfindung verwirklichen.
11 bis 13 sind Teilquerschnittsansichten einer Einspritz-Formungsmaschine in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 14 ist eine perspektivische Ansicht eines Automobilsteuerrads 1, das durch die Einspritz-Formungsmaschine gebildet wird.
Wie in 14 gezeigt, besitzt ein Steuerrad 101 einen Ring 102, Speichen 102, 104 und 105, und einen Nabel 106.
Eine Form 107 (bestehend aus einer unteren Form 108 und einer oberen Form 109) einer Einspritz-Formungsmaschine, wie in 11 bis 13 gezeigt, ist zum Bedecken des Ringes 102 und ein Kernbalken 110 von Speichen 103, 104 und 105. In der vorliegenden Ausführungsform wird Schäumen und Formen des Urethanharzes durchgeführt, wobei das Steuerrad 101, das in 14 gezeigt ist, umgedreht ist.
Wie in 11 bis 13 gezeigt, ist die Form 107 innerhalb einer Box 113 angeordnet, die aus einem Rahmen 111 und einer Bedeckung 112 angeordnet ist. Im einzelnen wird die untere Form 108 in dem Rahmen 111 fixiert, während die obere Form 109 in der Bedeckung 112 fixiert ist. Zudem ist ein Versiegelungselement 114 in der Bedeckung 112 an der Verbindung mit dem Rahmen 111 angeordnet. Der Rahmen 111 und die untere Form 108 werden nach oben aus dem Zustand von 11 bewegt, um die Form 107 mit dem Kernbalken 110 zu verschließen, der in der Position, die in 12 gezeigt ist, gestellt wird. Dann wird die Form 107 verklammert. Zu dieser Zeit ist die Box 113 durch den Rahmen 111 und die Bedeckung 112 ausgebildet, und die Innenseite der Box 113 ist durch das Versiegelungselement 114 verschlossen. Zudem wird der Kernbalken 110 der vorliegenden Ausführungsform durch Aluminium-Druckgußformen, Magnesium-Druckgußformen oder Formgussformen einer Legierung aus Aluminium oder Magnesium hergestellt. Der Querschnitt des Ringes 110a des Kernbalkens 110 ist U-förmig, wie in 12 gezeigt.
Einkerbungen 115 und 116 sind in der unteren Form 118 und der oberen Form 109 gebildet, und die Einkerbungen 115 und 116 bilden einen Hohlraum 117 zum Herstellen von geformten Gegenständen. Um zudem den Kernbalken 110 des Steuerrads 101 während des Formens zu fixieren, erstreckt sich ein Fixierelement 118 von dem Zentrum der unteren Form 108, und ein Fixierelement 119 ragt aus dem Zentrum der oberen Form 109 hervor. Ein Entladungsloch 120 (mit einer Querschnittsoberfläche von z.B. 4 mm²) wird in der Einkerbung 116 der oberen Form 109 gebildet, und der Hohlraum 117 wird an einen hohlen Teil 121 in der Box 113 durch dieses Entladungsloch 120 verbunden.
Eine Einspritzdüse 25 eines Mischkopfes 22, der ähnlich zu demjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist, wird an der Seite einer Seitenwand (die rechte Seite in den Zeichnungen) des Rahmens 111 angeordnet, und ein Urethanmaterial, das mit dem Mischkopf 22 vermischt ist, wird in den Hohlraum 117 aus der Einspritzdüse 25 durch das Einlass 123 eingespritzt. Das Urethanmaterial ist in flüssiger Form und enthält eine Polyolkomponente, eine Isocyanatkomponente und eine färbende Komponente, und diese drei Komponenten werden in dem Mischkopf 22 vermischt.
Als nächstes wird das Verfahren zum Formen eines Urethanharzes des Steuerrads 101 in der vorliegenden Ausführungsform bezugnehmend auf 11 bis 13 beschrieben.
Um damit zu beginnen, wie in 11 gezeigt, wird ein Formfreisetzungsmittel auf Wandoberflächen des Hohlraums 117 aufgetragen (die Einkerbung 115 der unteren Form 108 und die Einkerbung 116 der oberen Form 109) nach dem Öffnen der Form 107 aufgetragen. Dieses Formfreisetzungsmittel beinhaltet Wachs und Silikonöl unter anderen Dingen. Das Formfreisetzungsmittel wird aufgetragen, um die Adhäsion von geformten Gegenständen an die Form 107 zu verhindern, welches die Entfernung der geformten Gegenstände erleichtert.
Als nächstes wird das flüssige Beschichtungsmaterial M (170 g in der vorliegenden Ausführungsform) in die Einkerbung 115 der unteren Form 108 gegossen, während die Form 107 horizontal gehalten wird. Die Lösung des Beschichtungsmaterials M in der vorliegenden Ausführungsform enthält Methylethylketon (MEK), Isopropylalkohol (IPA) als ein Lösungsmittel, und Urethanharz als die feste Komponente. Wenn das Verhältnis von jeder Komponente in dem Beschichtungsmaterial M durch Gew.-% angegeben wird, beträgt das Verhältnis von MEK ungefähr 85%, IPA ungefähr 10% und des Urethanharz 2,5%. Das Urethanharz, das in dem Beschichtungsmaterial M enthalten ist, besitzt die gleiche Farbe wie das Urethanharz, das schaumgeformt wird.
Wie in 12 gezeigt, wird der Kernbalken 110 in der Form 107 platziert;, die Form 107 wird geschlossen und dann verklammert. Zu dieser Zeit werden der Rahmen 111 und die Bedeckung 112 durch das Versiegelungselement 114 versiegelt, welches die Innenseite der Box 113 versiegelt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Beschichtungsschritt für die Hohlraumoberfläche durchgeführt, wobei die Form 107 verschlossen ist.
Im einzelnen wird die Innenseite der Box 113 entlüftet, indem die Vakuumpumpe 18 angetrieben wird und Luft von der Innenseite der Box 113 durch das Entladungsrohr 15 evakuiert wird. Zu dieser Zeit wird Luft innerhalb des Hohlraums 117 in den hohlen Teil 121 innerhalb der Box 113 durch das Entladungsloch 120 herausgezogen, welches eine Vakuumseite des Hohlraums 117 schafft. Wenn die Innenseite des Hohlraums 117 entlüftet wird, fällt der Siedepunkt des Lösungsmittels (MEK, IPA) des Beschichtungsmaterials M herab. Folglich wird der Schaum des Beschichtungsmaterials M aufgrund des Siedens, das durch eine Zunahme des Volumens begleitet ist, aufgebrochen. Genauer, wenn die Temperatur der Form 107 bei 55°C gehalten wird und der Druck innerhalb des Hohlraums 117 auf 300 Torr oder weniger verringert wird, siedet das Lösungsmittel. Das Beschichtungsmaterial M wird dann auf die Wandoberflächen des Hohlraums 117 aufgrund des zunehmenden Volumens und des Aufbrechens des Schaums während des Siedens beschichtet.
Das Lösungsmittel des Beschichtungsmaterials M verdampft, und das Urethanharz des Beschichtungsmaterials M haftet auf die Wandoberflächen des Hohlraums 117 an, welches eine Beschichtungsschicht auf den Wandoberflächen des Hohlraums 117 bildet. Zudem haftet zu dieser Zeit zusammen mit der Oberfläche des Kernbalkens 110 in dem Hohlraum 117, der durch das Lösungsmittel des Beschichtungsmaterials M gewaschen wird, das Beschichtungsmaterial M, welches als ein Klebemittel dient, an die Oberfläche des Kernbalkens 110. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Lösungsmittel für ungefähr 60 Sekunden verdampft, nachdem die Innenseite des Hohlraums 177 auf 50 Torr entlüftet wird. Das verdampfte Lösungsmittel wird dann aus der Vakuumpumpe 18 durch das Entladungsloch, den hohlen Teil 121 in der Box 113, das Entladungsrohr 15 usw. entladen.
Als nächstes wird das mit dem Mischkopf 22 vermischte Urethanmaterial in den Hohlraum 117 aus der Einspritzdüse 25 durch das Einlass 123 eingespritzt, während die Form 117 noch entlüftet wird. Wenn dies getan ist, reagiert das Material und wird innerhalb des Hohlraums 117 gehärtet, wie in 13 und 15 gezeigt. Folglich werden eine niedrig schäumende Oberflächenschicht R2 und ein hochschäumender Kernteil R3 auf der Innenseite der Urethanharzschicht R1 des zu beschichtenden Materials M gebildet. Im übrigen ist 15 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Rings 102 des Steuerrads 101.
Im einzelnen wird die Spule 28 zurückgezogen, und die Polyolkomponente und die Isocyanatkomponente werden aus der Düse 31 und aus der Düse 32 jeweils in die Mischkammer 30 entladen. Gleichzeitig öffnet sich das Ventil 43c, und das färbende Material wird in die Mischkammer 30 aus dem Entladungsloch 52 entladen. Dann kollidieren und vermischen sich diese drei Komponenten. Zu dieser Zeit wird die Pigmentkonzentration in dem Urethanmaterial auf z.B. 40% der Standardkonzentration eingestellt. Wenn die Spule 28 vorgerückt wird, wird das gemischte Urethanmaterial in den Hohlraum 117 aus der Einspritzdüse 25 eingespritzt. Mit anderen Worten, ein erstes Urethanmaterial, in welchem die Pigmentkonzentration auf 40% relativ zu der Standardkonzentration herabgesetzt worden ist, wird in den Hohlraum 117 eingespritzt (erster Einspritzschritt).
Wenn dies getan ist, schäumt das Urethan in einer kurzen Zeitdauer und füllt den Hohlraum 117 während des Strömens, da in diesem Urethanmaterial enthaltenes Gas schnell eine große Zahl von Bläschen unter verringertem Druck bildet. Gleichzeitig beginnt eine Reaktion (Urethanreaktion) zwischen der Polyolkomponente und der Isocyanatkomponente in dem Urethanmaterial. Diese Reaktion begleitend wird Wärme erzeugt, und Härten schreitet voran. Da die Reaktionswärme gleichzeitig aus der Form 107 entweicht, schreitet die Urethanreaktion auf der Oberfläche des geformten Gegenstandes, der nahe zu der Wand der Form 117 ist, langsamer voran als die Innenseite des geformten Gegenstandes, welcher eine Zunahme in der Viskosität des Urethanmaterials begrenzt. Als Konsequenz wird Gasschaum des Oberflächenteils des geformten Gegenstandes leicht unter vermindertem Druck aufgebrochen, welches ermöglicht, dass das Gas entweicht und führt zu dem Auftreten von extrem niedrigen Schäumen und eine feine Oberflächenschicht R2, die frei von restlichem Mikrogasbläschen ist. Andererseits schreitet eine Zunahme der Viskosität, die durch die Urethanreaktion verursacht ist, schnell innerhalb des geformten Gegenstandes bei dem beabstandeten Abstand von der Wand des Hohlraums 117 voran, was verursacht, dass Gasbläschen verbleiben, welches einen hochschäumenden Kernteil R3 bildet. Auf diese Weise, als Folge der Oberflächenschicht R2, die auf der Oberfläche des hochschäumenden Kernteils R3 gebildet wird, ist das Steuerrad 101 weich, aber besitzt auch eine starke, glatte Struktur.
Dann wird die Menge der färbenden Komponente, die in die Mischkammer 26 aus dem Entladungsloch 52 entladen wird, erhöht, und das Urethanmaterial, für welches die Pigmentkonzentration auf die Standardkonzentration (100%) eingestellt wird, wird in den Hohlraum 117 aus der Einspritzdüse 25 eingespritzt. Mit anderen Worten, ein zweites Urethanmaterial wird eingespritzt, das mehr Pigment als das erste Urethanmaterial (zweiter Einspritzschritt) enthält. Folglich wird Urethanharz R4 für den Teil nahe dem Einlass gebildet, wie in 13 gezeigt. So wird, sogar wenn Urethanharz R5 (der Einlassrückstand) weggeschnitten wird, die Erscheinung nicht beeinträchtigt, da das Urethanharz R4, welches das Pigment mit der Standardkonzentration enthält, ausgesetzt wird.
16 ist ein Zeitdiagramm der Änderungen der Pigmentkonzentration während dem vorstehend erwähnten Formen. Mit anderen Worten, bei dem ersten Einspritzschritt während der Dauer von t1 bis t2, wie in 16 gezeigt, werden die Oberflächenschicht R2 und der Kernteil R3 gebildet, in welchen die Pigmentkonzentration auf 40%, relativ zu der Standardkonzentration, eingestellt worden ist. Zudem wird in dem zweiten Einspritzschritt, während der Dauer von t2 zu t3 das Urethanharz U4, in welchem die Pigmentkonzentration bei der Standardkonzentration (100%) eingestellt ist, nahe dem Einlass ausgebildet.
Bei dieser Formungsweise beträgt die Pigmentkonzentration der Oberflächenschicht R2, die unter der Beschichtungsfilmschicht R1 vorgesehen wird, 40%, welches niedriger als die Standardkonzentration ist. Da zudem der Kernteil R3 geschäumt wird, ist dessen Pigmentkonzentration relativ niedriger als diejenige der Oberflächenschicht R2, was zu einer helleren Farbe führt. Da so die Farben der Beschichtungsfilmschicht R1, die Oberflächenschicht R2 und der Kernteil R3 als die Summe von ihren jeweiligen Pigmentkonzentrationen gesehen werden, erscheint der Grad der Pigmentkonzentration der gleiche wie die Standardpigment-Konzentration des Urethanharzes U4 zu sein.
Die gleichförmig gestrichelte durchbrochene Linie, die in 16 gezeigt ist, stellt die Änderungen der Pigmentkonzentration in einem Vergleichsbeispiel dar, in welchem Schaumformen eines Urethanmaterials nach dem Beschichten der Innenseite des Hohlraums mit dem Beschichtungsmaterial M mit einer Sprühkanone durchgeführt wurde. In diesem Fall werden Grate auf der Trennlinie gebildet. Nach Entfernung dieser Grate ist der hochschäumende Kernteil ausgesetzt. Als Konsequenz war es notwendig, die Pigmentkonzentration auf z.B. 65% bis zu einem Ausmaß zu erhöhen, bei welchem die Erscheinung während der Dauer von t1 bis t2 nicht beeinträchtigt ist, wenn die Oberflächenschicht und der Kernteil ausgebildet werden. Da jedoch gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Beschichtung des Beschichtungsmaterials M bei Stellen, die sich von dem Hohlraum 117 unterscheiden, verhindert wird, welches die Bildung von Graten auf der Trennlinie verhindert, kann die Pigmentkonzentration verringert werden.
Formen und Beschichten des Rings 102 und der Speichen 103, 104 und 105 des Steuerrads 101 werden gleichzeitig auf diese Weise durchgeführt. Mit anderen Worten beinhalten die niedrigschäumende Oberflächenschicht R2 und der hochschäumende Kernteil R3 beide Urethanharz, während ein Beschichtungsfilm aus leicht widerstandsfähiger Urethanharzschicht R1 auf der Oberfläche der niedrigschäumenden Oberflächenschicht R2 bei einer fast gleichförmigen Dicke (z.B. 10 μm) gebildet wird.
Die Form 107 wird dann geöffnet, und wie in 14 gezeigt, wird das Steuerrad 101, in welchem der Ring 102 und die Speichen 103, 104 und 105 mit dem Urethanharz bedeckt werden, wird entfernt, um das Formungsverfahren zu vervollständigen.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird im Fall des Schaumformens unter Verwendung eines flüssigen Urethanmaterials, Harzformen unter niedrigen Temperatur- und niedrigen Druckbedingungen in dem Hohlraum 117 durchgeführt, verglichen mit typischen Einspritzformen eines thermoplastischen Harzes. So tritt die Zerstörung einer Beschichtungsschicht, die auf der Wandoberfläche des Hohlraums 117 aufgrund von Druck und Temperatur während des Formens gebildet wird, nicht auf. Da darüber hinaus ein Urethanmaterial in dem Hohlraum 117 unter einem verringerten Druckzustand eingespritzt wird, werden Defekte, die durch sich umherbewegendes Material verursacht werden, verringert.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, werden die folgenden Effekte durch die vorliegende Ausführungsform demonstriert.

(1) Die Pigmentkonzentration der Oberflächenschicht R2 ist niedriger als diejenige des Urethanharzes R4 nahe dem Einlass. Da jedoch kaum irgendwelche Luftblasen bestehen, ist der Grad des Färbens nahezu identisch zu demjenigen des Urethanharzes R4. Da ferner das Beschichtungsmaterial M nicht an Stellen beschichtet ist, die sich von dem Hohlraum 117 unterscheiden, werden Grate, die durch Schaumformen gebildet wurden, verringert. So wird die Aussetzung des Kernteils R3, die durch die Gratentfernung verursacht wird, verhindert. Wenn darüber hinaus die Innenseite des Hohlraumes mit einer Sprühkanone (Formbeschichtung) beschichtet wird, kann das Beschichtungsmaterial M nicht gleichförmig auf den Hohlraum 117 aufgetragen werden, und die Beschichtung ist insbesondere an der Trennungslinie inadäquat, was verursacht, dass der Beschichtungsfilm an diesem Teil dünner wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Beschichtungsfilm von gewünschter Dicke jedoch fast gleichförmig auf der Oberfläche der schaumgeformten Oberflächenschicht R2 ausgebildet werden, indem die Menge des eingespritzten Beschichtungsmaterials gesteuert wird. Da demgemäss das Urethanharz durch diesen Beschichtungsfilm verdeckt wird, können die Pigmentkonzentrationen der schaumgeformten Oberflächenschicht R2 und des Kernteils R3 verringert werden. Wenn zudem sogar das Urethanharz R5, das auf dem Einlass verbleibt, weggeschnitten wird, wird das Urethanharz R4, in welchem die Pigmentkonzentration auf die Standardkonzentration eingestellt ist, ausgesetzt. So ist die Erscheinung nicht herabgesetzt.

Gemäß dem vorstehend Beschriebenen kann die Menge des Pigments, die in den Urethanmaterialien enthalten ist, verringert werden, ohne die Erscheinung des Produktes schädlich zu beeinträchtigen, welches die Materialkosten herabsetzt. Obwohl zudem Pigmentteilchen Abräsion an der Stelle verursachen, wo sie durch den Mischkopf 22 treten, wird die Menge von verwendetem Pigment, wie vorstehend beschrieben, verringert und so die Abräsion herabgesetzt. Demgemäß werden die Wartungskosten verringert.

(2) Da eine niedrigschäumende Oberflächenschicht R2 auf der Außenseite des hochschäumenden Kernteils R3 als Folge des Schaumformens unter Verwendung von Urethanmaterial gebildet wird, werden unter anderem der Abriebwiderstand und die Struktur verbessert. Zudem wird ein Beschichtungsfilm einer Urethanharzschicht R1 mit herausragendem Lichtwiderstand bei einer fast gleichförmigen Dicke auf der Oberfläche des Harzteils des Steuerrads 101 gebildet. Folglich ist der Lichtwiderstand gleichförmig, und Entfärbung von Urethan der Harzoberflächenschicht R2 ist begrenzt. Darüber hinaus besteht kein ungleichförmiges Färben der Produktoberfläche. Demgemäß besitzt das Steuerrad 101 eine herausragende Leistung einschließlich Abriebswiderstand, Struktur und Lichtwiderstand. Zudem werden, sogar wenn der Oberflächenfilm aufgrund der verlängerten Verwendung abgerieben wird, da die Oberflächenschicht R2 auf der Innenseite des Steuerrads gebildet wird, die Erscheinung und die Struktur beibehalten.
(3) Das Beschichtungsmaterial M wird gleichmäßig und fast gleichförmig auf die Wandoberfläche des Hohlraums 117 aufgrund der Expansion und des Aufbrechens des Schaums aufgetragen, welcher durch Sieden des Lösungsmittels erzeugt wird. In diesem Fall wird die Adhäsionseffizienz im Vergleich zu Sprühkanonenauftragung des Beschichtungsmaterials M (Formbeschichtung) verbessert, welches die Menge des Beschichtungsmaterials M verringert. Zudem wird verhindert, dass sich das Beschichtungsmaterial M nach draußen ausbreitet, was zu einer sauberen Arbeitsumgebung führt und eine Kontamination der Umgebung verhindert.
(4) Im Fall des Schaumformens unter Verwendung von Urethanmaterialien, da Harzformen unter niedrigeren Temperatur- und niedrigeren Druckbedingungen in dem Hohlraum 117 durchgeführt wird, verglichen mit typischen Einspritzformen eines thermoplastischen Harzes, wird eine Zerstörung der Beschichtungsfilmschicht, die auf die Wand des Hohlraums 117 aufgetragen wird, verhindert. Obwohl es zudem kein Risiko gibt, das die Beschichtungsfilmschicht durch Änderungen des Drucks zerstört wird, wenn der Druck in dem Hohlraum 117 auf normal zurückgeführt wird, nachdem eine Beschichtungsfilmschicht gebildet wird, indem die Innenseite des Hohlraums 117 entlüftet wird, indem Urethanmaterial eingespritzt wird, während die verringerte Druckbedingung wie in der vorliegenden Ausführungsform beibehalten wird, wird die Zerstörung der Beschichtungsfilmschicht verhindert. Da darüber hinaus Schaumformen von Urethanmaterialien unter verringertem Druck durchgeführt wird, werden Defekte, die durch das sich herumbewegende Material verursacht werden, verringert. Demgemäß wird die Produktausbeute verbessert.
(5) Da die Oberfläche des Kernbalkens 110 durch das Lösungsmittel des Beschichtungsmaterials M abgewaschen wird, und auf Urethanharz basierendes Beschichtungsmaterial M mit herausragender Adhäsion auf die Oberfläche von diesem Kernbalken 110 aufgetragen wird, wird der Kernbalken 110 sicher an das Urethanharz angebracht.

Die Erfindung kann wie folgt variiert werden.
Obwohl die Oberflächenschicht R2 und der Kernteil R3 in einem ersten Einspritzschritt (Periode von t1 bis t2 in 16) ausgebildet werden, indem ein erstes Urethanmaterial eingespritzt wird, in welchem die Pigmentkonzentration auf 40% eingestellt wird, und Urethanharz U4 für den Teil nahe dem Einlass in einem zweiten Einspritzschritt gebildet wird (Dauer von t2 bis t3 in 16), in dem ein zweites Urethanmaterial eingespritzt wird, in welchem die Pigmentkonzentration auf die Standardkonzentration (100%) eingestellt worden ist, ist die Erfindung nicht so begrenzt. Da es z.B. zudem Fälle gibt, in welchen der Kernteil R3 zuverlässig durch die Oberflächenschicht R2 verdeckt werden kann und ein Beschichtungsfilm (Urethan-Harzschicht R1), abhängig von der Gestalt des geformten Gegenstands, Farbe usw. verdeckt werden kann, kann Schaumformen auch durchgeführt werden, indem die Pigmentkonzentration dieses Kernteils R3 verringert wird.
Im einzelnen wird die Oberflächenschicht R2 ausgebildet, indem ein erstes Urethanmaterial eingespritzt wird, in welchem die Pigmentkonzentration auf 40% während der Dauer von t1 bis t10, die in 17 gezeigt wird, eingestellt wird, und der Kernteil R3 wird gebildet, indem ein Urethanmaterial eingespritzt wird, das kein Pigment enthält, so dass die Pigmentkonzentration während der Dauer von t10 bis t2 0% beträgt. Darüber hinaus wird während der Dauer von t2 bis t3 Urethanharz R4 für den Teil nahe dem Einlass ausgebildet, indem ein zweites Urethanmaterial eingespritzt wird, in welchem die Pigmentkonzentration auf die Standardkonzentration (100%) eingestellt ist. Obwohl dies natürlich nicht notwendig ist, um ein Urethanmaterial mit einer Pigmentkonzentration von 0% während der Dauer von t10 bis t2 einzuspritzen, sollte ein Urethanmaterial (drittes Urethanmaterial) wenigstens eingespritzt werden, in welchem die Menge von Pigment auf weniger als das erste Urethanmaterial verringert worden ist, das während der Dauer von t1 bis t10 eingespritzt wurde.
Im übrigen entspricht in dem Formungsverfahren, das in 17 gezeigt ist, der Einspritzschritt während der Dauer von t1 bis t10 einem ersten Einspritzschritt, während der Einspritzschritt während der Dauer von t2 bis t3 einem zweiten Einspritzschritt entspricht. Zudem entspricht der Einspritzschritt zwischen den ersten und zweiten Einspritzschritten, d.h. der Einspritzschritt während der Dauer von t10 bis t2 einem dritten Einspritzschritt.
Darüber hinaus können die Pigmentkonzentrationen der Oberflächenschicht R2 und des Kernteils R3 in geeigneter Weise gemäß der Gestalt des geformten Gegenstandes, Farbe usw. geändert werden. Im einzelnen kann Schaumformen durchgeführt werden, indem z.B. die Pigmentkonzentration während der Dauer von t1 bis t2 allmählich herabgesetzt wird, während die Oberflächenschicht R2 und die Kernschicht R3 gebildet werden.
Jedoch ist es im Fall des Formens eines Steuerrads wie in der vorstehend erwähnten Ausführungsform bevorzugt, die Pigmentkonzentration in dem Oberflächen-Urethanmaterial auf 40 bis 80% der Standardkonzentration herabzusenken. Zudem ist es bevorzugt, die Pigmentkonzentration in dem inneren Urethanmaterial auf 30 bis 70% der Standardkonzentration herabzusenken.
Obwohl eine Beschichtungsmateriallösung eingespritzt wird, während die Form 107 in der vorstehend erwähnten Ausführungsform offen ist, kann eine Beschichtungsmaterial-Einspritzvorrichtung separat vorgesehen werden, und so zusammengesetzt werden, dass das Beschichtungsmaterial M in die Form 117 aus der Beschichtungsmaterial-Einspritzvorrichtung eingespritzt wird, während die Form 107 verschlossen ist. Wenn dies getan ist, kann die Beschichtungsmateriallösung in den Hohlraum 117 während der Entlüftung des Hohlraums eingespritzt werden, was es ermöglicht, dass Harzformen in einer kurzen Zeitdauer ausgeführt wird. Da die Beschichtungsmateriallösung ferner in den Hohlraum 117 eingespritzt wird, wenn dieser geschlossen ist, kann ein Leck des Lösungsmittels des Beschichtungsmaterials M außerhalb der Einspritzformungsmaschine verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf andere geformte Teile, wie etwa eine Instrumententafel, Konsolenbox, Glühbox, Kopfstütze, Armstütze, Türverkleidung, Luftspoiler oder Stoßstange, angewendet werden, ohne auf das Steuerrad 101 begrenzt zu sein. Natürlich kann die vorliegende Erfindung auch auf geformte Gegenstände für Haushaltsanwendungen usw. angewendet werden, zusätzlich zu Automobilteilen.
Die vorliegende Erfindung kann ausgeführt werden, indem die Komponenten des Beschichtungsmaterials M in geeigneter Weise geändert werden. Im einzelnen können andere wärmehärtende Harze anstelle von Urethanharz verwendet werden. Zudem können andere Lösungsmittel, wie etwa Wasser, anstelle von Methylethylketon (MEK) und Isopropylalkohol (IPA) für das Lösungsmittel des Beschichtungsmaterials M verwendet werden. Alternativ können Toluol usw. zu dem Lösungsmittel aus MEK und IPA zugegeben werden. Unter praktischen Gesichtspunkten sollte ein Lösungsmittel verwendet werden, das einen Siedepunkt von 160°C oder weniger besitzt.
Obwohl der Hohlraum 117 auf 50 Torr fortgesetzt evakuiert wird, indem die Vakuumpumpe 18 in der vorliegenden Ausführungsform angetrieben wird, ist die vorliegende Ausführungsform nicht hierauf begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann auch ausgeführt werden, indem der Druck-Reduktionszustand in dem Hohlraum 117 geändert wird, entsprechend der Trocknungszeit und dem aufgetragenen Zustand der Beschichtungsmateriallösung oder der Dicke oder anderen Bedingungen der Oberflächenschicht R2.
Daher dienen die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen der Veranschaulichung, und die Erfindung ist nicht auf die darin angegebenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche modifiziert werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines aus Urethan geformten Gegenstands durch Einspritzen eines Urethanmaterials in einen Formhohlraum (4) aus einer Öffnung und Formen eines Gegenstands aus dem Urethanmaterial, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Ausbilden einer schwachschäumenden Oberflächenschicht (48; R2) durch Einspritzen eines ersten Urethanmaterials (U1) in den Hohlraum, in welchem die Pigmentkonzentration auf eine erste vorgeschriebene Konzentration eingestellt wird; b) Ausbilden eines hochschäumenden Kernteils (R3) durch Einspritzen eines zweiten Urethanmaterials (U2) in den Hohlraum, in welchem kein Pigment ist oder die Pigmentkonzentration auf eine zweite vorgeschriebene Konzentration eingestellt wird; c) Ausbilden eines Teils (R4) nahe einer Öffnungsfläche des Gegenstands durch Einspritzen eines dritten Urethanmaterials (U3; U4) in den Hohlraum, in welchem die Pigmentkonzentration höher als die ersten und zweiten vorgeschriebenen Konzentrationen eingestellt worden ist, wobei das Schäumungsverhältnis des Urethanmaterials (U3) höher ist als das Schäumungsverhältnis des ersten Urethanmaterials (U1).
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner den Schritt des Ausbildens einer Oberflächenschicht (R1, U1) auf der inneren Oberfläche des Hohlraums (4) umfasst, wobei die Form geschlossen ist, unter fortgesetzter Evakuierung des Hohlraums (4) wobei die Pigmentkonzentration des zweiten Urethanmaterials (U2) 30 bis 70% der Pigmentkonzentration des dritten Urethanmaterials (U3; U4) beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentkonzentration des zweiten Urethanmaterials (R3, U2) weniger als diejenige des ersten Urethanmaterials (U1) beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentkonzentration des ersten Urethanmaterials 40% der Pigmentkonzentration des dritten Urethanmaterials (U4) beträgt und die Pigmentkonzentration des zweiten Urethanmaterials (U2) 0% beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentkonzentrationen während Schritten a) und b) beide 40% der Pigmentkonzentration in Schritt c) betragen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch fortgesetzte Evakuierung des Formhohlraums (4), wobei die Pigmentkonzentration des ersten Polyurethanmaterials (U1) 40 bis 80% der Pigmentkonzentration des dritten Urethanmaterials (U3) beträgt, und der Großteil der Innenseite des geformten Gegenstands aus dem zweiten Polyurethanmaterial (U2) gebildet wird, in welchem die Pigmentkonzentration 30 bis 70% der Pigmentkonzentration des dritten Polyurethanmaterials (U3) beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten und dritten Polyurethanmaterialien (U1, U2, U3) eine Polyolkomponente und eine Isocyanatkomponente enthalten.
Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Herstellen einer Verkleidung eines Steuerrads.