JP2009538240A - 多層部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、成型コア(5)及び可撓性のポリウレタンスキン層(4)を含む多層部品の製造方法に関する。コア自体は、詳細にはショアＡ硬度が60超の熱可塑性材料である、基質材料で作られる成型された基質層(1)を含む。可撓性ポリウレタンスキン層(4)は、コア表面の少なくとも第一エリア上にポリウレタン反応混合物を密閉金型(11,12)中で成型する、反応被覆成型（ＲＯＭ）プロセスに依り製造される。成型コア(5)は、該基質層(1)に加えて、基質層(1)上に成型される、及び/又は基質層(1)がその上に成型される柔軟性材料を含む。この成型された柔軟性材料はショアＡ硬度が60未満であり、可撓性ポリウレタン層(4)と、基質層(1)及び／もしくはＲＯＭプロセス中に金型(11,12)の内壁に作用するシール部(3)との間隙に柔軟層(2)を形成する。
【選択図】図３
【選択図】図３
Description
本発明は、成型コア、及び可撓性のポリウレタンスキン層もしくは可撓性のスキン層付ポリウレタンフォーム層によって形成される可撓性ポリウレタン層を含む多層部品の製造方法に関する。コア自体は、ショアＡ硬度が60超である基質材料から作られる成型された基質層を含む。可撓性ポリウレタン層の平均密度は400kg/m3超、好ましくは500kg/m3超である。その製造方法は、少なくとも第一及び第二成型部分を有する金型を供給する工程を含み、該成形部分は金型を互いに対して開閉自在であり、金型が閉じている時には、金型の内壁とコアの表面間に間隙が存在するように、成型されたコアを金型の内部に供給する。金型の内壁とコア表面間の該間隙にポリウレタン反応混合物を導入して、コア表面の少なくとも第一のエリアをポリウレタン反応混合物で被覆成型(overmould)し、該間隙中でポリウレタン反応混合物を架橋硬化させることにより、その内部に可撓性ポリウレタン層を作製し、金型を開口して製造した多層部品を排出する工程を含む。
多層部品は、特に、可撓性のスキン層もしくは可撓性のスキン層付フォーム層、及びコアとして三次元形状に成型される堅い基質層を含む、自動車工業の内装用部品であってもよい。大型の内装用部品類は、予め製造された(pre-manufactured)基質層を第一成型部分に、予め製造されたスキン層を第二成型部分に夫々置き、基質とスキン層間においてポリウレタンの後発泡(backfoam)システムを適用して、通常製造する。このようにして、スキン層は基質層に接着され、柔らかい感触は後発泡層により付加される。ポリウレタンスキン層は、例えばEP-B-0,379,246で開示されたように、金型の表面にポリウレタン反応混合物をスプレーすることにより、製造される。WO2005/021230で開示された様に、後発泡金型の空洞を塞ぐために、基質層をエラストマーのスキン層に対して圧着できる。
より小型の内装部品を製造するには、上記の後発泡システムは極めて高価なものになり、比較的スクラップ率も高い（例えば、後発泡後のエイジングにより可視化されるかもしれない後発泡工程で作製される気泡によって、作製される部品に存在する目に見える欠陥のためである）。実際に小型部品に対しては、特に所謂ＲＯＭ（反応型被覆成型）プロセスにより、可撓性のポリウレタンスキン層が通常基質層の上に直接成型される。既知のＲＯＭプロセスでは、堅い基質かコアは金型の下部、特に金型下部にある溝に供給される可撓性シールの上に位置づけられ、金型下部の上に金型上部を下げた後、ポリウレタン反応混合物を密閉金型の空洞中に射出して、シールによって区切られたコアの表面積を被覆する。
より小型の内装部品を製造するには、上記の後発泡システムは極めて高価なものになり、比較的スクラップ率も高い（例えば、後発泡後のエイジングにより可視化されるかもしれない後発泡工程で作製される気泡によって、作製される部品に存在する目に見える欠陥のためである）。実際に小型部品に対しては、特に所謂ＲＯＭ（反応型被覆成型）プロセスにより、可撓性のポリウレタンスキン層が通常基質層の上に直接成型される。既知のＲＯＭプロセスでは、堅い基質かコアは金型の下部、特に金型下部にある溝に供給される可撓性シールの上に位置づけられ、金型下部の上に金型上部を下げた後、ポリウレタン反応混合物を密閉金型の空洞中に射出して、シールによって区切られたコアの表面積を被覆する。
US7,014,208は自動車用内装パネルの製造プロセスを開示しており、特に計器パネル部分を覆うエアバッグに関するものであり、そこでは構造的コア層が熱可塑性エラストマーもしくはポリウレタンスキン材料で被覆成型されたものである。計器パネル部分を覆うエアバッグにおいて、コア層は比較的フレキシブルなヒンジ特性材料のシート背面に対して成型される熱可塑性基質層から構成される。ヒンジ特性材料は、好ましくは熱可塑性エラストマーで作製される。ヒンジ特性材料の引張強度を上げるため、ナイロンやポリエステルの布がそこに埋め込まれる。計器パネルの感触は、基質と比較して一般に柔らかい感触を有する外層にスキン材料を用いることにより、柔軟で滑らかな感触を与える。
上記したＲＯＭプロセスが有する欠点は、ポリウレタンスキン層材料が堅い基質より柔らかな感触を与えるかも知れないが、基質層とスキン層間にある可撓性もしくは半可撓性の後発泡層の存在により達成されるべき望ましい柔軟性を提供しないことにある。
もう一つの欠点として、ＲＯＭ成型において提供されるべき可撓性シールが多くの問題を呈することにある。まず第一に、堅い基質がシールの上に位置するので、シールが金型の中の基質の位置を決定し、そのため基質表面と金型の内部表面との間隙幅、言い換えると、可撓性のスキン層の厚さを決定する。シール溝の深さの許容幅（実際上、+/-0.1mm）とシールの合計高さの許容幅（実際上+/-0.4mm：シール本体と投影される場合のシール縁の許容幅を含んで）が原因で、スキン層の厚さは著しく振れ（最悪の場合、+/-0.5mmか或いは合計で1mmも振れる）、例えば1.2〜1.4mmであるスキン層の平均厚と特に相関する。表層が薄ければ薄いほど、気泡などの様な表面の欠陥が目立ってくる。更に、後で内装部品が車のインテリア（たとえば、計器パネル）に組み込まれる時、これらスキン層の厚さの変化により、遷移(transition)は一定ではない。このことが原因で、スクラップにされる。シールのもう一つの問題は、それが手動でカットされ、シール溝に手動で位置づけられる点にある。この作業に要する時間の他に、この手動ハンドリングによりシール効率の更なる変動も起こす。長すぎるシールは基質上部にはみ出し、短すぎるとシール溝が反応性ポリウレタン物質で汚染され、当然ながらそれは金型の洗浄時間浪費につながるので避けなければならない。
上記したＲＯＭプロセスが有する欠点は、ポリウレタンスキン層材料が堅い基質より柔らかな感触を与えるかも知れないが、基質層とスキン層間にある可撓性もしくは半可撓性の後発泡層の存在により達成されるべき望ましい柔軟性を提供しないことにある。
もう一つの欠点として、ＲＯＭ成型において提供されるべき可撓性シールが多くの問題を呈することにある。まず第一に、堅い基質がシールの上に位置するので、シールが金型の中の基質の位置を決定し、そのため基質表面と金型の内部表面との間隙幅、言い換えると、可撓性のスキン層の厚さを決定する。シール溝の深さの許容幅（実際上、+/-0.1mm）とシールの合計高さの許容幅（実際上+/-0.4mm：シール本体と投影される場合のシール縁の許容幅を含んで）が原因で、スキン層の厚さは著しく振れ（最悪の場合、+/-0.5mmか或いは合計で1mmも振れる）、例えば1.2〜1.4mmであるスキン層の平均厚と特に相関する。表層が薄ければ薄いほど、気泡などの様な表面の欠陥が目立ってくる。更に、後で内装部品が車のインテリア（たとえば、計器パネル）に組み込まれる時、これらスキン層の厚さの変化により、遷移(transition)は一定ではない。このことが原因で、スクラップにされる。シールのもう一つの問題は、それが手動でカットされ、シール溝に手動で位置づけられる点にある。この作業に要する時間の他に、この手動ハンドリングによりシール効率の更なる変動も起こす。長すぎるシールは基質上部にはみ出し、短すぎるとシール溝が反応性ポリウレタン物質で汚染され、当然ながらそれは金型の洗浄時間浪費につながるので避けなければならない。
US2004/0108614では、金型の中にシールを提供することなく、ＲＯＭプロセスによって基質上に実質的に短時間でフリーなポリウレタン層を成型して得るために、基質に対して突き出た連続的な環状ウネ(a projecting, continuous circuitous ridge)を提供することを開示しており、その迂回ウネは基質と上部金型との間のシールを形成する。この既知のプロセスの欠点は、適当な圧縮性と変形性を呈して必要なシーリング機能を果たせる材料で基質を作らなければならない、点にある。このように、このプロセスは、例えばUS2004/0108614に開示されている様に、自動車の防音システムの製造に用いることができるが、他の車両用のもっと堅いもしくは自己支持型の内装部品の製造には適さない。
従って、本発明の目的は多層部品製造のための新規な方法を提供することであり、該方法において、ポリウレタンスキン層はＲＯＭプロセスで基質層を含むコア上に作製され、該方法は後発泡(backfoam)層によって得られる柔軟な感触を達成可能にする方法であるか、及び／もしくは、ＲＯＭプロセスで求められているシールに関連する前記した問題の未然防止を可能にする方法である。
上記目的を達成するために、本発明による方法は、可撓性ポリウレタン層の製造に必要なポリウレタン反応混合物で被覆成型(overmould)されたコアが、基質層と1以上の柔軟性成型部品を含み、該柔軟性成型部品は基質層上に成型されるか、基質層が柔軟性成型部品上に成型されるか、或いは基質層と成型された柔軟性部品を互いに成型し合うかであり、該柔軟性成型部品はショアＡ硬度60未満の柔軟性材料で作製し、コア表面の第二エリアを形成する、点で特徴づけられる。
本発明の第一の態様において、本発明の方法は、コア表面の第一エリア、即ち、ポリウレタン反応混合物で被覆成型されたコア表面エリアが金型表面の第二エリア、即ち、より柔軟な材料によって形成されるエリアと重複し、その重複したエリアにおいて、柔軟性材料が基質層と可撓性ポリウレタン層との間でより柔軟な層を形成するような基質上の位置で、コアに成型された柔軟性部品（或いは成型された柔軟性部品の一つ）を供給することにより、後発泡層によって得ることができるより柔軟な感触を達成することを可能にする。第二の態様において、本発明の方法は、柔軟性材料が少なくとも部分的には該第一エリアの縁に沿って延伸するような基質層上の位置で、コアに成形された柔軟性部品（或いは成型された柔軟性部品の他のもう一つ）を供給することにより、及び柔軟性材料が金型内壁に接触して、該ポリウレタン反応混合物がコア表面の該第一エリア上に成型される際に、該ポリウレタン反応混合物のための成型シールを形成する金型の中に予め製造した成型コアを位置づけることにより、上記のシール問題の解決を可能にする。
本発明の第一の態様において、本発明の方法は、コア表面の第一エリア、即ち、ポリウレタン反応混合物で被覆成型されたコア表面エリアが金型表面の第二エリア、即ち、より柔軟な材料によって形成されるエリアと重複し、その重複したエリアにおいて、柔軟性材料が基質層と可撓性ポリウレタン層との間でより柔軟な層を形成するような基質上の位置で、コアに成型された柔軟性部品（或いは成型された柔軟性部品の一つ）を供給することにより、後発泡層によって得ることができるより柔軟な感触を達成することを可能にする。第二の態様において、本発明の方法は、柔軟性材料が少なくとも部分的には該第一エリアの縁に沿って延伸するような基質層上の位置で、コアに成形された柔軟性部品（或いは成型された柔軟性部品の他のもう一つ）を供給することにより、及び柔軟性材料が金型内壁に接触して、該ポリウレタン反応混合物がコア表面の該第一エリア上に成型される際に、該ポリウレタン反応混合物のための成型シールを形成する金型の中に予め製造した成型コアを位置づけることにより、上記のシール問題の解決を可能にする。
本発明による方法の重要な優位点は、堅い基質材料に加えて柔軟な材料も含む成型コアの生産が比較的小さな付加コストでできる点である。特に、基質材料と柔軟性材料いずれも熱可塑性材料であるときに、コアが多成分成型プロセスによって（例えば、所謂２Ｋ射出成型によって、圧縮成型プロセスの様な射出成型と低圧成型プロセスの組合せによって、或いは共射出成型プロセスによって）製造可能になる。これらの付加的コストは追加成型コスト、即ち次の工程で基質層と可撓性スキン層間の後発泡層(backfoam layer)の成型に必要なコストより相当小さい。しかも、基質材料上で柔軟性材料にシーリング機能を持たせるのに要する追加コストは、金型の内部でシールを手動で位置づけるコストやこの手動プロセスで発生するスクラップコストと比較して非常に低い。
本発明は、本発明の方法により得ることができる多層部品にも関する。
本発明の他の独自性と優位性は、本発明の方法や本発明による多層部品に関するいくつかの独自な実施態様に関する下記の記載から、明らかになるであろう。ここで用いられる引用数字は付図の番号である。
図１は第一の密閉金型中での基質層の成型工程を図解的に示している。
図２は、第二の密閉金型中で基質層に柔軟性材料を被覆成型(overmoulding)して、成型コアを得る工程を示している。
図３は第三金型において、コアにポリウレタン反応混合物を被覆成型して、反応被覆成型（ＲＯＭ）プロセスに依り可撓性ポリウレタンスキン層を製造する工程を示している。
図４は以上の図で示される方法によって得られる多層部品を図解している。
図５は多層部品に関する他の実施態様を図解している。
本発明は、多層部品、特に自動車用内装部品の製造方法、及び該方法により得られる部品に関する。この方法に拠れば比較的大型内装部品も製造可能であるが、内装部品は、通常灰皿やカップホルダーの様な比較的小さな部品である。
図４及び５は、本発明に基づく方法で製造可能な多層部品を図解的に示している。この部品は比較的堅い基質層１、二つの柔軟性成型部品、即ち柔軟層２とシール部３、及び可撓性ポリウレタン層４を有している。図４において、柔軟層２は基質層１の凹部に位置し、その結果、その上部表面は基質層１の表面と実質的に同一の高さになり、一方、図５においては、柔軟層２は基質層からはみ出ている。
本発明に拠れば、基質層１はショアＡ硬度60超の基質材料で作製され、一方、柔軟な成型部品、即ち柔軟層２とシール部３はショアＡ硬度60未満の柔軟性材料で作製される。柔軟層２とシール部３は、同一の材料か異種材料のいずれかで作ることができる。
柔軟層２は基質層１の上に成型されるか、或いは基質層１が柔軟層上に成型される。柔軟層２が成型される方法とは独立に、シール部３もまた基質層１の上に成型されるか、或いは基質層がシール部上に成型される。その代わり、基質材料と柔軟性材料は、特に共射出 (co-injection) 成型プロセスによって、同時に成型可能であるので、その結果基質層１と柔軟性成型部品２，３は互いに成型し合える。かようにして、基質層１、柔軟層２及びシール部３はコア５を形成し、それは柔軟性材料（或いは、もしシール部が柔軟層と異なる材料でできている場合は複数の材料）と基質材料とから成型される。可撓性ポリウレタン層４はコア表面の第一エリアを覆う。シール部３はこの第一エリアの縁に沿って伸びており、一方柔軟層２はコア表面の第二エリアを形成しており、該第二エリアは第一エリアと重複して、該重複エリアでは柔軟層２が基質層１と可撓性ポリウレタン層４との間に位置する結果、一層柔軟な感触を与える。
本発明の他の独自性と優位性は、本発明の方法や本発明による多層部品に関するいくつかの独自な実施態様に関する下記の記載から、明らかになるであろう。ここで用いられる引用数字は付図の番号である。
図１は第一の密閉金型中での基質層の成型工程を図解的に示している。
図２は、第二の密閉金型中で基質層に柔軟性材料を被覆成型(overmoulding)して、成型コアを得る工程を示している。
図３は第三金型において、コアにポリウレタン反応混合物を被覆成型して、反応被覆成型（ＲＯＭ）プロセスに依り可撓性ポリウレタンスキン層を製造する工程を示している。
図４は以上の図で示される方法によって得られる多層部品を図解している。
図５は多層部品に関する他の実施態様を図解している。
本発明は、多層部品、特に自動車用内装部品の製造方法、及び該方法により得られる部品に関する。この方法に拠れば比較的大型内装部品も製造可能であるが、内装部品は、通常灰皿やカップホルダーの様な比較的小さな部品である。
図４及び５は、本発明に基づく方法で製造可能な多層部品を図解的に示している。この部品は比較的堅い基質層１、二つの柔軟性成型部品、即ち柔軟層２とシール部３、及び可撓性ポリウレタン層４を有している。図４において、柔軟層２は基質層１の凹部に位置し、その結果、その上部表面は基質層１の表面と実質的に同一の高さになり、一方、図５においては、柔軟層２は基質層からはみ出ている。
本発明に拠れば、基質層１はショアＡ硬度60超の基質材料で作製され、一方、柔軟な成型部品、即ち柔軟層２とシール部３はショアＡ硬度60未満の柔軟性材料で作製される。柔軟層２とシール部３は、同一の材料か異種材料のいずれかで作ることができる。
柔軟層２は基質層１の上に成型されるか、或いは基質層１が柔軟層上に成型される。柔軟層２が成型される方法とは独立に、シール部３もまた基質層１の上に成型されるか、或いは基質層がシール部上に成型される。その代わり、基質材料と柔軟性材料は、特に共射出 (co-injection) 成型プロセスによって、同時に成型可能であるので、その結果基質層１と柔軟性成型部品２，３は互いに成型し合える。かようにして、基質層１、柔軟層２及びシール部３はコア５を形成し、それは柔軟性材料（或いは、もしシール部が柔軟層と異なる材料でできている場合は複数の材料）と基質材料とから成型される。可撓性ポリウレタン層４はコア表面の第一エリアを覆う。シール部３はこの第一エリアの縁に沿って伸びており、一方柔軟層２はコア表面の第二エリアを形成しており、該第二エリアは第一エリアと重複して、該重複エリアでは柔軟層２が基質層１と可撓性ポリウレタン層４との間に位置する結果、一層柔軟な感触を与える。
基質層１は比較的堅い材料であり、特に、ASTM D790によって測定される曲げ弾性率は500MPa超、好ましくは700MPa超である。基質層は熱硬化性材料、例えば好ましくはガラス繊維もしくはガラス繊維マット強化ポリウレタン材料で作製し得るが、基質は好ましくは、特にガラス繊維で強化されても良い熱硬化性材料で作製される。該熱可塑性材料は好ましくは、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）、ＡＢＳブレンド類、特にＰＣ／ＡＢＳ、ＳＭＡ（スチレン−無水マレイン酸）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＴＰＯ（熱可塑性オレフィン）、特にＰＰ（ポリプロピレン）、ポリアセタール類、特にＰＯＭ類（ポリオキシメチレン類）、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリスルホンから成る群から選択される。可撓性ポリウレタン層４は、比較的フレキシブルであり、特にASTM D790によって測定される曲げ弾性率は100MPa未満であり、好ましくは75MPa未満、より好ましくは55MPa未満、最も好ましくは40MPa未満である。可撓性ポリウレタン層の製造に適する反応混合物は、例えば、EP-B-0,929,586とWO 04/000905において開示されており、これらは参照により本明細書に含まれるものとする。
柔軟層２が可撓性ポリウレタン層４と基質層１の間に位置するエリアにおいて、可撓性ポリウレタン層４は好ましくは可撓性ポリウレタンスキン層（通常、平均密度が600kg/m3超）であり、平均厚は2.2mm未満、好ましくは1.9mm未満、より好ましくは1.6mm未満である。この様に、柔軟層２の柔らかさは多層部品の外部からタッチしても充分感じ取れるものである。スキン層の厚さは通常0.4mm超であり、好ましくは0.7mm超、より好ましくは1.0mm超である。可撓性ポリウレタン層は、可撓性のスキン層付ポリウレタンフォーム層であっても良い。この様な層はポリウレタンスキン層よりも厚く、内装部品に一層の柔軟性を与えることがある。このことは、多層部品が柔軟層２を含まないエリアか、或いは多層部品が柔軟層２を全く含まない時に、特に有利である。スキン層の場合も、スキン層付フォーム層の場合も、可撓性ポリウレタン層が平均総合密度400 kg/m3超、好ましくは500 kg/m3超であると、必要な機械的強度（引張強度、引裂き抵抗、等々）を与える。
従来の後発泡(backfoam)層によって得ることができるような柔軟な感触の達成を見込んだ場合、外層ポリウレタン層４と基質層１との間に位置する柔軟層２の材料は、好ましくはショアＡ硬度30未満であり、より好ましくは20未満、最も好ましくは10未満である。さらに、柔軟層２の平均厚さは好ましくは2mm超であり、より好ましくは3mm超である。柔軟層２を成型する際の工程上の問題を避けるために、その平均厚さは好ましくは10mm未満、より好ましくは7mm未満である。
ショアＡ硬度はDIN53505に規定する方法に従って決定される。もし柔軟層２の厚さが6mm未満であるならば、DIN基準では試料の最小厚さを6mmと規定しているので、硬度測定の際は2層もしくはそれ以上の層を互いに積み重ねなければならない。柔軟層２の平均厚さは表面積、即ち柔軟層によって形成されるコアの面積をその容積で割ることにより容易に求めることができる。
ショアＡ硬度はDIN53505に規定する方法に従って決定される。もし柔軟層２の厚さが6mm未満であるならば、DIN基準では試料の最小厚さを6mmと規定しているので、硬度測定の際は2層もしくはそれ以上の層を互いに積み重ねなければならない。柔軟層２の平均厚さは表面積、即ち柔軟層によって形成されるコアの面積をその容積で割ることにより容易に求めることができる。
ここ以降で詳細に記載するが、多層部品生産の際に、そのシーリング機能に鑑みて、シール部３の柔軟性材料の好ましいショアＡ硬度は50未満、好ましくは40未満であり、10超である。シール部３はさらに好ましい平均高さ（シール部３が生産プロセスにおいて金型表面に相対するように動かされる方向で測定される）は1mm以上、好ましくは2mm以上、より好ましくは3mm以上である。更に又、シール部３は、成型された基質層１において好ましくは少なくとも部分的に溝６に奥まる結果、それは生産された部品において基質層１から少しだけ突き出して、しかもシール部が金型表面に対して圧縮される時に基質材料から側面の支持を受けることになる。
シール部３と柔軟層２の材料の平均密度は好ましくは300 kg/m3超であり、より好ましくは400 kg/m3超、さらに好ましくは500 kg/m3超である。この様な高密度であることは、生産工程の際に、シール部が効果的なシール特性を発揮し、柔軟層が柔軟層の上に可撓性ポリウレタン層を成型する間に適切な支持を与えるという点で有利である。柔軟性材料は好ましくは非多孔性もしくは微細多孔性材料であり、物理的もしくは化学的発泡剤の使用により得られる多孔性材料であってもよい。多孔性材料の密度が上記の下限以上であれば、殆どの気泡は独立気泡であり、その結果効果的なシーリング特性や支持が達成される。
シール部３と柔軟層２の材料の平均密度は好ましくは300 kg/m3超であり、より好ましくは400 kg/m3超、さらに好ましくは500 kg/m3超である。この様な高密度であることは、生産工程の際に、シール部が効果的なシール特性を発揮し、柔軟層が柔軟層の上に可撓性ポリウレタン層を成型する間に適切な支持を与えるという点で有利である。柔軟性材料は好ましくは非多孔性もしくは微細多孔性材料であり、物理的もしくは化学的発泡剤の使用により得られる多孔性材料であってもよい。多孔性材料の密度が上記の下限以上であれば、殆どの気泡は独立気泡であり、その結果効果的なシーリング特性や支持が達成される。
シール部３もしくは柔軟層２に用いられる柔軟性材料は熱硬化性ポリウレタン材料であってもよいが、好ましくは熱可塑性エラストマーである。この熱可塑性エラストマーは、熱可塑性ウレタン類（ＴＰＵs）、スチレン系共重合体類、熱可塑性オレフィン類（ＴＰＯs）、熱可塑性シリコーン類及びエラストマーアロイから成る群から選択できる。柔軟性材料は、好ましくは少なくとも1種の熱可塑性スチレンブロック共重合体、特にスチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）及び／もしくはスチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）を含む。
図１から３は図４に示される多層部品の製造に用いることができる方法を図示している。
図１に図示する様に、最初の工程において、基質層１は上部７と下部の成型部８を有する第１の密閉金型で作製される。基質が熱硬化性材料、さらに特別には硬質ポリウレタン材料で作られている場合、それはＳ−ＲＩＭ（構造的ＲＩＭ、ガラス繊維マットの挿入）、もしくはＲ−ＲＩＭ（強化ＲＩＭ、ガラスもしくは他の繊維がポリウレタン反応混合物中に混合される）、ＬＦＩ（長繊維射出成型）もしくは類似のプロセスに従って、金型７，８の中で製造できる。しかし、本発明に拠る方法において、基質層１は好ましくは熱可塑性材料で作製される。基質層１は、好ましくは金型７，８の中へ射出成型プロセスで作製されるが、ここでは射出圧力成型プロセスか低圧成型プロセス（例えば、圧縮成型プロセスのような）に従って作製してもよい。これら何れのプロセスにおいても、基質材料は密閉金型７，８中に加圧下で成型されるので、基質層１の寸法精度は極めて正確である。
図１から３は図４に示される多層部品の製造に用いることができる方法を図示している。
図１に図示する様に、最初の工程において、基質層１は上部７と下部の成型部８を有する第１の密閉金型で作製される。基質が熱硬化性材料、さらに特別には硬質ポリウレタン材料で作られている場合、それはＳ−ＲＩＭ（構造的ＲＩＭ、ガラス繊維マットの挿入）、もしくはＲ−ＲＩＭ（強化ＲＩＭ、ガラスもしくは他の繊維がポリウレタン反応混合物中に混合される）、ＬＦＩ（長繊維射出成型）もしくは類似のプロセスに従って、金型７，８の中で製造できる。しかし、本発明に拠る方法において、基質層１は好ましくは熱可塑性材料で作製される。基質層１は、好ましくは金型７，８の中へ射出成型プロセスで作製されるが、ここでは射出圧力成型プロセスか低圧成型プロセス（例えば、圧縮成型プロセスのような）に従って作製してもよい。これら何れのプロセスにおいても、基質材料は密閉金型７，８中に加圧下で成型されるので、基質層１の寸法精度は極めて正確である。
第二の工程において、成型された基質層１は上部９と下部金型１０を有する第二の型に移される。この第二の金型の空洞は第一の金型の空洞より幾分大きいので、柔軟層２とシール部３を成型するに要する付加的な空間を提供する。柔軟性材料が熱硬化性ポリウレタン材料を含む場合、柔軟層２とシール部３は第二の金型９，１０の中にＲＯＭプロセスに従って製造でき、より詳細には金型の空洞中にポリウレタン反応混合物を射出成型して製造できる。しかしながら、柔軟性材料は、好ましくは射出成型プロセスに従って成型される熱可塑性材料であるのが好ましい。又、それは射出圧力成型か或いは低圧成型プロセスで成型可能である。これら何れのプロセスにおいても、柔軟性材料は密閉金型９，１０中に加圧下で成型されるので、柔軟層２とシール部３はいずれも寸法精度は極めて精密である。
第二の金型、即ち二段階プロセスを用いる代わりに、柔軟性材料を成型する際に基質材料が同じ金型部分に留まる、という一段階プロセスを用いることも可能である。これは、第一の金型に1枚もしくはそれ以上のスライドを供給してできるし、或いは上部もしくは下部の金型を供給して、上部７か下部８をもう一つの金型部で置き換えることにより、柔軟層２もしくはシール部３の成型が可能となる。幾つかの設計においては、共射出成型(co-injection moulding)プロセスに従って、第一の金型に柔軟性材料と基質材料とを同時に射出することも可能である。さらに、柔軟層２とシール部３に異種の材料を用いることも可能である。これら２種類の材料は、同じ金型（スライドを引き抜くか別な金型部分を供給するかにより）もしくは別な金型へ相次いで成型可能である。基質層１に熱可塑性材料を用い、さらに柔軟層２及び／もしくはシール部３に熱可塑性材料を用いる優位点としては、柔軟層２及び／もしくはシール部３の供給コストを低く抑えることができる点にある。
第二の金型、即ち二段階プロセスを用いる代わりに、柔軟性材料を成型する際に基質材料が同じ金型部分に留まる、という一段階プロセスを用いることも可能である。これは、第一の金型に1枚もしくはそれ以上のスライドを供給してできるし、或いは上部もしくは下部の金型を供給して、上部７か下部８をもう一つの金型部で置き換えることにより、柔軟層２もしくはシール部３の成型が可能となる。幾つかの設計においては、共射出成型(co-injection moulding)プロセスに従って、第一の金型に柔軟性材料と基質材料とを同時に射出することも可能である。さらに、柔軟層２とシール部３に異種の材料を用いることも可能である。これら２種類の材料は、同じ金型（スライドを引き抜くか別な金型部分を供給するかにより）もしくは別な金型へ相次いで成型可能である。基質層１に熱可塑性材料を用い、さらに柔軟層２及び／もしくはシール部３に熱可塑性材料を用いる優位点としては、柔軟層２及び／もしくはシール部３の供給コストを低く抑えることができる点にある。
第三段階において、柔軟性材料２，３で被覆成型された基質層１によって形成される成型コアを、上部１１と下部の金型１２を有する第三の金型に移動する。コア部１，２，３は下部の金型１２の上に置かれる結果、コアは金型表面上にシール部３と共に位置する。下部の金型１２は真空経路１３に繋がる結果、シール部３によって仕切られる金型空洞部が真空になる。この様にして、コア部１，２，３は金型表面に引き寄せられ、シール部３はこの金型表面に対して幾分加圧される。シール部３が密閉金型中で成型されてきた事実により、その寸法精度は極めて精密になるので、コア部は第三の金型１１，１２に正確に収まる。
コア部１，２，３を第三の金型１１，１２に収めた後、金型は閉じられる。この閉じられた位置において、間隙１４がコア部表面と金型１１，１２の内壁との間に残る。可撓性ポリウレタン層４を作製するために、ポリウレタン反応混合物をこの間隙１４に導入して、ＲＯＭプロセス（反応被覆成型プロセス）に従って、少なくともコア表面の第一エリアを被覆成型する。ポリウレタン反応混合物は、より詳細には反応射出成型（ＲＩＭ）プロセスに依り、密閉金型内に射出される。該反応混合物を架橋硬化させて可撓性ポリウレタン層を作製した後、多層部品を脱金型できる。
コア部１，２，３を第三の金型１１，１２に収めた後、金型は閉じられる。この閉じられた位置において、間隙１４がコア部表面と金型１１，１２の内壁との間に残る。可撓性ポリウレタン層４を作製するために、ポリウレタン反応混合物をこの間隙１４に導入して、ＲＯＭプロセス（反応被覆成型プロセス）に従って、少なくともコア表面の第一エリアを被覆成型する。ポリウレタン反応混合物は、より詳細には反応射出成型（ＲＩＭ）プロセスに依り、密閉金型内に射出される。該反応混合物を架橋硬化させて可撓性ポリウレタン層を作製した後、多層部品を脱金型できる。
当業者にとって、上述した方法にある種の修正が可能であることは明らかであろう。第一の金型７，８において最初に基質層１を成型する代わりに、柔軟層２及び／もしくはシール部３を最初に成型することも又可能である。しかる後、基質材料を柔軟層２及び／もしくはシール部３の上に成型できる。柔軟層２及び／もしくは基質層１は、前述した様に必ずしも密閉金型中で成型する必要はなく、それらは密閉金型を使わずに外層に成型することも可能である。基質層１を製造した後、特に柔軟層２の作製の際にポリウレタン反応混合物を用いるときに、基質層１の上に柔軟層２用の材料を必要な厚さになるように、例えば注ぎ込むか或いはスプレーできる。熱可塑性材料を用いる場合、この材料は例えば粉末スラッシュ(powder slush)成型法によって成型可能である。
金型１１，１２に予備成型したコア１，２，３を置く代わりに、基質層１だけを下部金型１２の上に置いて（下部金型１１にシールが無い場合、好ましくはシール３を供給して）、図２に図示される上部金型９と同じ金型表面を有する別の上部金型により、基質層１の上に柔軟層２を成型することも可能であり、引き続き、図３に図示するように、該別の上部金型を上部金型１１で置き換えた後、このようにして作製したコアにポリウレタン反応混合物を被覆成型してポリウレタン層を作製することも可能である。
金型１１，１２に予備成型したコア１，２，３を置く代わりに、基質層１だけを下部金型１２の上に置いて（下部金型１１にシールが無い場合、好ましくはシール３を供給して）、図２に図示される上部金型９と同じ金型表面を有する別の上部金型により、基質層１の上に柔軟層２を成型することも可能であり、引き続き、図３に図示するように、該別の上部金型を上部金型１１で置き換えた後、このようにして作製したコアにポリウレタン反応混合物を被覆成型してポリウレタン層を作製することも可能である。
基質層１、柔軟層２及び可撓性ポリウレタン層４の材料は一段階プロセスでも成型可能である。このような一段階プロセスにおいて、基質層１は、それを製造する際に一つの金型部の上に保たれ、柔軟層と可撓性ポリウレタン層は、１もしくはそれ以上のスライドを引いた後か、もう一つ別の金型部を設置した後に、基質層上に引き続いて成型される。
他の実施態様においては、基質層１にはシール部３が付いておらず、しかしシールは下部金型１２の上に付いている。さらに別な実施態様においては、基質層１には柔軟層２が設置されておらず、シール部３だけが付いている。この実施態様では、化学的（水）もしくは物理的発泡剤を含むポリウレタン反応混合物を用いて可撓性ポリウレタン層４を製造することにより柔軟な感触が得られる。プロセス条件即ち金型温度は、成型表面に高密度のスキン層が形成される結果、ポリウレタン層４がスキン層付フォーム層となるような条件でコントロールされる。この様なスキン層付フォーム層技術は、例えば、EP-A-0,927,738に開示されている。
成型されたコアと可撓性ポリウレタン層との間の接着性を改良するため、ポリウレタン材料で被覆成型する前に、成型されたコア表面を前処理することができる。それは、例えば、表面をプライマーで処理するか、或いは例えばコロナ処理かプラズマ気体処理により表面に極性を与えることにより、可能である。これらの技術は当業者によく知られており、例えば、WO2006/042818もしくはDE10025734に記載されている。
他の実施態様においては、基質層１にはシール部３が付いておらず、しかしシールは下部金型１２の上に付いている。さらに別な実施態様においては、基質層１には柔軟層２が設置されておらず、シール部３だけが付いている。この実施態様では、化学的（水）もしくは物理的発泡剤を含むポリウレタン反応混合物を用いて可撓性ポリウレタン層４を製造することにより柔軟な感触が得られる。プロセス条件即ち金型温度は、成型表面に高密度のスキン層が形成される結果、ポリウレタン層４がスキン層付フォーム層となるような条件でコントロールされる。この様なスキン層付フォーム層技術は、例えば、EP-A-0,927,738に開示されている。
成型されたコアと可撓性ポリウレタン層との間の接着性を改良するため、ポリウレタン材料で被覆成型する前に、成型されたコア表面を前処理することができる。それは、例えば、表面をプライマーで処理するか、或いは例えばコロナ処理かプラズマ気体処理により表面に極性を与えることにより、可能である。これらの技術は当業者によく知られており、例えば、WO2006/042818もしくはDE10025734に記載されている。
ＰＣ／ＡＢＳ基質層を射出成型により、20cm×20cmの板状に成型した。この板の一面は、厚さ6mmのＳＥＢＳ層で被覆成型した。ＳＥＢＳは密度が約1,000kg/m3、ショアＡ硬度が0であった。続いて、ＳＥＢＳの層はポリウレタン反応混合物で被覆成型して、平均厚さ1.2mm、密度約900 kg/m3のポリウレタンスキン層を作製した。
ＳＥＢＳ層によって上積みされた柔軟性度合いを測定するべく、該多層部品のＩＬＤ(Indentation Load Deflection)値を測定した。これは2mmの材料に14mmの刻印を5mm/minの速度で押しつけるに要する力を意味する。同等のＩＬＤ値が、ＰＣ／ＡＢＳ基質層や従来の半可撓性ポリウレタン後発泡層（厚さ15mm）や平均厚1.2mmの同じポリウレタンスキン層から成る従来の多層部品について測定された。本発明に依る方法で得られた多層ＲＯＭ部品に対するＩＬＤ値は24Nとなり、一方、上記した従来の後発泡部品のＩＬＤ値は22Nであった。これは、同等の柔軟感触がより簡略でかつ安価なＲＯＭプロセスで達成可能であり、しかも従来の後発泡層より薄い柔軟層でも達成可能であることを示している。
ＳＥＢＳ層によって上積みされた柔軟性度合いを測定するべく、該多層部品のＩＬＤ(Indentation Load Deflection)値を測定した。これは2mmの材料に14mmの刻印を5mm/minの速度で押しつけるに要する力を意味する。同等のＩＬＤ値が、ＰＣ／ＡＢＳ基質層や従来の半可撓性ポリウレタン後発泡層（厚さ15mm）や平均厚1.2mmの同じポリウレタンスキン層から成る従来の多層部品について測定された。本発明に依る方法で得られた多層ＲＯＭ部品に対するＩＬＤ値は24Nとなり、一方、上記した従来の後発泡部品のＩＬＤ値は22Nであった。これは、同等の柔軟感触がより簡略でかつ安価なＲＯＭプロセスで達成可能であり、しかも従来の後発泡層より薄い柔軟層でも達成可能であることを示している。
Claims (30)
- 成型コア(5)と、可撓性のポリウレタンスキン層もしくは可撓性のスキン層付ポリウレタンフォーム層によって形成される可撓性ポリウレタン層(4)とを含む多層部品の製造方法であって、成型コア(5)は、ショアＡ硬度が60超である基質物質から作られる成型された基質層(1)と可撓性ポリウレタン層(4)とを含み、該可撓性ポリウレタン層(4)の平均密度は400kg/m3超、好ましくは500kg/m3超であり、前記製造方法は下記の工程を含み：
−少なくとも第一及び第二成型部分を有する金型(11,12)を供給する工程であって、該成型部分は金型を互いに対して開閉自在であり；
−金型が閉じている時には、コア(5)の表面と金型内壁との間に間隙(14)が存在するように、該成型コア(5)を該金型(11,12)の内部に供給し；
−コア(5)の表面と金型(11,12)の内壁との間の該間隙(14)にポリウレタン反応混合物を導入して、コア表面の少なくとも第一エリアをポリウレタン反応混合物で被覆成型し；
−該間隙(14)の中でポリウレタン反応混合物を架橋硬化させて、間隙内部に可撓性ポリウレタン層(4)を作製し；
−金型(11,12)を開口して、製造した多層部品を排出し；
該金型(11,12)中に供給される成型コア(5)が、該基質層(1)と少なくとも1以上の柔軟性成型部品(2,3)を含み、後者を基質層(1)の上に成型するか、該基質層(1)が柔軟性成型部品(2,3)の上に成型するか、又は基質層(1)と柔軟性成型部品(2,3)とを互いに成型し合うかであり、しかも該柔軟性成型部品(2,3)はショアＡ硬度60未満の柔軟性材料で作られ、コア表面の第二エリアを形成することを特徴とする前記製造方法。 - コア表面の該第一エリアが該第二エリアと重複することにより、重複したエリアにおいて該柔軟性成型部品が、基質層(1)と可撓性ポリウレタン層(4)との間に柔軟層(2)を形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 可撓性ポリウレタン層(4)が、重複した該エリアにおいて、2.2mm未満、好ましくは1.9mm未満、より好ましくは1.6mm未満、の平均厚を有する可撓性ポリウレタンスキン層であることを特徴とする請求項２記載の方法。
- 該柔軟層(2)が、重複した該エリアにおいて、平均厚10mm未満、好ましくは7mm未満であり、柔軟層(2)の平均厚さが好ましくは2mm超、より好ましくは3mm超であることを特徴とする、請求項２もしくは３記載の方法。
- 該柔軟層(2)の材料のショアＡ硬度が30未満、好ましくは20未満、より好ましくは10未満であることを特徴とする、請求項２乃至４のいずれかに記載の方法。
- 該金型(11,12)の内部にコア(5)を供給する工程が、金型内に予備加工した成型コア(5)を位置づける工程を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
- 該金型(11,12)の内部にコア(5)を供給する工程が、金型内に予備加工した基質層(1)を位置づける工程と該金型内で柔軟性成型部品(2,3)を基質層(1)の上に成型する工程とを含み、柔軟性成型部品(2,3)を、特にＲＩＭプロセスに従って別なポリウレタン反応混合物から製造することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
- 該柔軟性成型部品が該第一エリアの縁に沿って少なくとも部分的に拡張し、該金型の内部に予備加工した成型コア(5)を位置づけて供給したコアは、金型内で該基質層(1)及び該柔軟性成型部品(3)を含む結果、該柔軟性成型部品(3)は金型(11,12)の内壁に接触して、該ポリウレタン反応混合物がコア表面の該第一エリア上に成型される際に、このポリウレタン反応混合物のための成型シール部(3)を形成することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
- 該成型シール部(3)に、成型された基質層(1)にある溝(6)において、少なくとも部分的に凹所を設けることを特徴とする、請求項８記載の方法。
- 該シール部(3)の平均高さが1mm以上、好ましくは2mm以上、より好ましくは3mm以上であることを特徴とする、請求項８もしくは９記載の方法。
- 該シール部(3)の材料のショアＡ硬度が10を超えることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれかに記載の方法。
- 該シール部(3)の材料のショアＡ硬度が50未満であり、好ましくは40未満であることを特徴とする、請求項８乃至１１のいずれかに記載の方法。
- 該柔軟性材料の平均密度が300kg/m3を超え、好ましくは400kg/m3を超え、より好ましくは500kg/m3を超えることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
- 該柔軟性材料が熱硬化性ポリウレタン材料であることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
- 該柔軟性材料が熱可塑性エラストマー、好ましくは熱可塑性ウレタン類（ＴＰＵs）、スチレン共重合体類、熱可塑性オレフィン類（ＴＰＯs）、エラストマーアロイ類及び熱可塑性シリコーン類から成る群から選択される熱可塑性エラストマーを含むことを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
- 該柔軟性材料が少なくとも一種の熱可塑性スチレンブロック共重合体、特にスチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）及び／もしくはスチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
- 該基質層(1)が、特に繊維類で強化されていてもよい熱可塑性材料で作製され、しかも特に射出成型基質層であり、該熱可塑性材料は、好ましくはＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）及びＡＢＳブレンド品、特にＰＣ／ＡＢＳ、ＳＭＡ（スチレン−無水マレイン酸）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＴＰＯ（熱可塑性オレフィン）、特にＰＰ（ポリプロピレン）、ポリアセタール類、特にＰＯＭ類（ポリオキシメチレン類）、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリスルホンから成る群から選択されることを特徴とする、請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法。
- 該基質材料(1)と該柔軟性成型部品(2,3)とを成型して成型コア(5)を製造する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれかに記載の方法。
- 該基質材料を、加圧下で密閉金型(7,8)中に成型して、基質層(1)を製造することを特徴とする、請求項１８記載の方法。
- 該柔軟成型部品(2,3)が密閉金型(9,10)の中で加圧して成型されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
- 該柔軟性成型部品が基質層の上に成型されるか或いは基質層が柔軟性成型部品の上に成型されるかいずれかであり、しかも該基質層は好ましくは加圧下で密閉金型(7,8)中に成型され、より好ましくは該柔軟性成型部品は別の密閉金型(9,10)の中で加圧成型され、該別の密閉金型(9,10)は該密閉金型(7,8)と同一か或いは異なるものであることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
- 基質層(1)と柔軟性成型部品(2,3)が、該基質材料と該柔軟性材料とが密閉金型中で共射出成型される多成分射出成型プロセスにより製造されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
- 該ポリウレタン反応混合物がコア表面(5)と該金型(11,12)の内壁との該間隙(14)に射出される反応射出被覆成型（ＲＯＭ）プロセスにより、該可撓性ポリウレタン層(4)が作製されることを特徴とする、請求項１乃至２２のいずれかに記載の方法。
- 請求項１乃至２３のいずれかに記載の方法により得ることができ、成型コア(5)を含む多層部品であって、該成型コア(5)は表面を有し、少なくともその第一エリアは可撓性ポリウレタンスキン層か可撓性スキン層付ポリウレタンフォーム層によって形成される可撓性ポリウレタン層(4)を形成するポリウレタン反応混合物で被覆成型され、該可撓性ポリウレタン層(4)の平均密度は400kg/m3超、好ましくは500kg/m3超であり、該成型コア(5)は、成型基質層(1)と、1以上の柔軟性成型部品(2,3)とを含み、該柔軟性成型部品(2,3)は基質層(1)の上に成型するか、基質層(1)を柔軟成型部品(2,3)の上に成型するか、或いは基質層(1)と柔軟成型部品(2,3)を互いに成型するかであり、成型された基質層(1)はショアＡ硬度が60を超える基質材料で作製され、柔軟性成型部品はショアＡ硬度が60未満の柔軟性材料で作製され且つコア表面の第二エリアを形成することを特徴とする多層部品。
- コア表面の該第一エリアと該第二エリアとを重複させることにより、該重複エリアにおいて該柔軟性成型部品が基質層(1)と可撓性ポリウレタン層(4)との間に柔軟層(2)を形成し、可撓性ポリウレタン層(4)が、好ましくは該重複エリアにおいて平均厚が0.4〜2.5mm、好ましくは0.8〜2.0mm、より好ましくは1.0〜1.6mmの間である可撓性ポリウレタンスキン層であることを特徴とする、請求項２４記載の多層部品。
- 該柔軟層(2)の材料のショアＡ硬度が30未満、好ましくは20未満、より好ましくは10未満であることを特徴とする、請求項２５記載の多層部品。
- 該柔軟性成型部品(3)が該第一エリアの縁に沿って少なくとも部分的に拡張していることを特徴とする、請求項２４もしくは２５記載の多層部品。
- 該第一エリアの縁に沿って拡張している柔軟性成型部品(3)の柔軟性材料のショアＡ硬度が50未満、好ましくは10未満であることを特徴とする、請求項２７記載の多層部品。
- 該柔軟性材料の密度は300kg/m3超、好ましくは400kg/m3超であり、より好ましくは500kg/m3超であることを特徴とする、請求項２４乃至２８のいずれかに記載の多層部品。
- 該柔軟性材料が、熱可塑性エラストマー、好ましくは熱可塑性ウレタン類（ＴＰＵs）、スチレン共重合体類、熱可塑性オレフィン類（ＴＰＯs）、熱可塑性シリコーン類及びエラストマーアロイ類から成る群から選択された熱可塑性エラストマーを含むことを特徴とする、請求項２４乃至２９のいずれかに記載の多層部品。
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