JP2806200B2

JP2806200B2 - インテグラルスキンフォームの成形方法及び成形用ポリウレタン材料

Info

Publication number: JP2806200B2
Application number: JP5082661A
Authority: JP
Inventors: 彰馬淵; 修山中; 幸男川北; 正直石掛; 道彦中村
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1998-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JPH06270163A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低発泡の自己スキン層
と高発泡のコア部とを備えた半硬質のインテグラルスキ
ンフォームの成形方法及び成形用ポリウレタン材料に関
し、例えば、自動車のステアリングホイールの被覆又は
パッド、インストルメントパネル、コンソールボックス
やグローブボックスの蓋体、ヘッドレスト、アームレス
ト、エアスポイラー等のＩＳＦ成形品を反応射出成形
（以下、ＲＩＭ成形という。）するのに好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】表面部に低発泡の自己スキン層を備え、
内部に高発泡のコア部を備えた半硬質ポリウレタンフォ
ームは、一般にインテグラルスキンフォーム（以下、Ｉ
ＳＦという。）と呼ばれる。このＩＳＦは、分子量数千
程度の長鎖ポリオール、分子量数十から数百の低分子ポ
リオール、触媒、顔料及び発泡剤としてのフロンを予備
混合したポリオール混合成分と、イソシアネート成分と
を、ミキシングヘッドにより一定比率で混合してポリウ
レタン材料とし、熱伝導性の高い素材を用いて形成され
た型のキャビティにこのポリウレタン材料を注入して発
泡させることにより成形される。このフロンとしては、
ＣＦＣ−１１（トリクロロモノフルオロメタン）、ＨＣ
ＦＣ−１２３（２，２−ジクロロ−１，１，１−トリフ
ルオロエタン）等が使用される。例えば、自動車のステ
アリングホイールのＩＳＦ被覆を成形する場合、ポリオ
ール成分１００重量部に対してＨＣＦＣ−１２３が１６
重量部前後添加される。

【０００３】前記ポリウレタン材料をキャビティに注入
すると、ポリオール混合成分とイソシアネート成分との
ウレタン反応が始まり、発熱が起こる。この反応熱によ
りフロンが揮発して無数の泡となるため、ポリウレタン
材料は徐々に発泡してキャビティ内を流動する。キャビ
ティのベント部に到達したポリウレタン材料の流動先端
部は、該ベント部からキャビティ内の空気を押し出しな
がら吹き出す。

【０００４】その過程で、型表面から離れたポリウレタ
ン材料の内部では、反応硬化とフロンの揮発とが同時に
進行し、無数の泡が保持されるため、高発泡のコア部が
形成される。

【０００５】また、型表面に接したポリウレタン材料の
表面部では、反応熱が型に逃げて冷却されるため、前記
内部と比べて相対的にウレタン反応が遅れ、発熱量が少
なくなる。そのため、フロンの揮発が抑制され、少数の
泡しか発生しない。しかも、この泡は前記内部からの発
泡圧により押し潰されて縮小する。従って、この表面部
には低発泡の自己スキン層が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記フロン発
泡によるＩＳＦの成形方法には、次のような問題点があ
った。 (1) フロンは、大気に放散されるとオゾン層破壊や地球
温暖化の原因になるため、使用が禁止あるいは制限され
つつある。そのため、地球環境改善の立場から、フロン
を使用しないＩＳＦの成形方法の開発が待たれていた。

【０００７】(2) 表面部の泡を内部からの発泡圧で押し
潰すことにより自己スキン層を形成していたため、該自
己スキン層には微小な泡が不可避的に残存し、これが表
面に現われて外観を損ねることがあった。

【０００８】(3) その発泡圧を高めて自己スキン層を形
成しやすくするために、また、材料回り込み不良とエア
排出不良を防止するために、ポリウレタン材料をキャビ
ティにオーバーパックし、多量の余剰ポリウレタン材料
をベント部から吹き出させていたため、材料損失が大き
かった。

【０００９】(4) 成形効率を高めるには、ポリウレタン
材料の反応硬化を速くし、キュア時間を短縮するのが有
効であり、それには、触媒の添加量を増やす方法と、注
入前のポリウレタン材料の温度を高める方法とがある。
前者の方法はコストアップになるため、できれば後者の
方法が好ましい。しかし、フロン発泡において後者の方
法を採用すると、注入直後にフロンが揮発したりタンク
内圧が上昇したりすることから、実際には採用できなか
った。それどころか、前記の通りフロンの添加量が多か
ったため、ウレタン反応の反応熱がフロンの気化熱とし
て奪われたり、あるいは溶液反応に近くなったりして、
ウレタン反応硬化が遅れ、キュア時間が長くなってい
た。

【００１０】(5) また、キャビティに芯金を配置してフ
ロン発泡を行うと、該芯金によりポリウレタン材料に乱
流が起こり、空気が巻き込まれてピンホール、ボイド、
欠肉等の欠陥が生じやすかった。この問題は、ステアリ
ングホイールのリング部の芯金のように、長い芯金をキ
ャビティに配置する場合に、特に顕著であった。そこ
で、ゲートを乱流の起こりにくい位置に設けたり、巻き
込まれた空気を排出するためにベント部を複数箇所に設
けたりする必要があった。

【００１１】そこで、本発明の第１の目的は、フロンを
使用しなくてもＩＳＦを成形できるようにし、地球環境
改善に貢献することにある。第２の目的は、泡がほとん
ど残存しない極低発泡の緻密な自己スキン層を形成し、
フロン発泡の場合よりも優れた外観と感触とを得ること
にある。第３の目的は、セル荒れや空洞不良等の欠陥の
ない均一な自己スキン層とコア部とを形成することにあ
る。第４の目的は、前記初期増粘の抑制時間を調整で
き、成形品形状に合わせて前記流動性を変えることがで
きるようにすることにある。

【００１２】第５の目的は、キュア時間をフロン発泡の
場合より短縮し、成形効率を高めることにある。第６の
目的は、ＩＳＦの引張強度をさほど低下させることな
く、その伸びを大きくすることにある。第７の目的は、
スキン層の厚さを容易に変えて、その硬さを自在に制御
できるようにすることにある。第８の目的は、ピンホー
ル、ボイド、欠肉等の欠陥を生じにくくし、ポリウレタ
ン材料のオーバーパックを不要にして、材料損失を低減
することにある。

【００１３】ところで、下記の公報〜には、減圧を
利用したポリウレタンフォームの製造技術が記載されて
いるが、いずれの技術も本発明の目的、構成及び効果を
開示又は示唆するものではない。特開昭５５−６３２３７号公報と特開昭５５−６３
２３８号公報には、成形型に形成した細孔溝から真空引
きを行い、成形型の隅々まで均一にポリウレタン材料を
発泡させる方法が開示されている。しかし、この公報に
は、発泡剤に関する記載が何も無い。

【００１４】特開昭５６−１１１６４８号公報に
は、ポリウレタン材料の発泡を減圧雰囲気下で行う方法
が開示され、その効果の一つとしてフロン等の発泡剤の
量を減少できることが挙げられている。しかし、この方
法は、依然としてフロン等による発泡を利用するもの
で、フロンに全く依存しない本発明とは基本的に異な
る。

【００１５】特開昭６２−１６４７０９号公報に
は、発泡剤として水を加えたポリウレタン材料を減圧雰
囲気下で発泡させて、低密度のポリウレタンフォームを
製造する方法が開示されている。しかし、この方法は、
ＩＳＦを成形するものではなく、逆に、スキン層の形成
を表面性状の劣化として評価するものである。

【００１６】特開昭６３−２６８６２４号公報に
は、ポリウレタン材料に窒素ガス等を容積比で２〜３０
％捕捉させ、これを減圧雰囲気下で膨脹発泡させる方法
が開示されている。しかし、この方法も、ＩＳＦを成形
するものではない。

【００１７】特公昭６４−５５２８号公報には、硬
質ポリウレタン材料を、減圧した型にパック率約１５０
〜４５０％で注入して発泡させる方法が開示されてい
る。しかし、その硬質ポリウレタン材料にはフロン等の
発泡剤が含有される。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、低
発泡の自己スキン層と高発泡のコア部とを備えた半硬質
のＩＳＦの成形方法において、フロンを無添加とし、ポ
リオール成分１００重量部に対して１価アルコールを５
重量部以下添加したポリウレタン材料を、型の減圧した
キャビティに注入して発泡させるという手段をとった。

【００１９】また、型の減圧したキャビティに注入して
発泡させることにより、低発泡の自己スキン層と高発泡
のコア部とを備えた半硬質のインテグラルスキンフォー
ムを成形するポリウレタン材料において、ポリオール成
分とイソシアネート成分とを主成分とし、フロンを無添
加とし、ポリオール成分１００重量部に対して１価アル
コールを５重量部以下添加するという手段をとった。

【００２０】ここで、前記１価アルコールとしては、メ
タノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパ
ノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、第二ブタノ
ール、第三ブタノール、ｎ−アミルアルコール、イソア
ミルアルコール、第二アミルアルコール、３−ペンタノ
ール、第３アミルアルコール、フーゼル油、ｎ−ヘキサ
ノール、メチルアミルアルコール、２−エチルブタノー
ル、ｎ−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタ
ノール、ｎ−オクタノール、２−オクタノール、２−エ
チルヘキサノール、３，５，５−トリメチルヘキサノー
ル、ノナノール、ｎ−デカノール、ウンデカノール、ｎ
−ドデカノール、トリメチルノニルアルコール、テトラ
デカノール、ヘプタデカノール、シクロヘキサノール、
２−メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、
グリシドール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフ
ルフリルアルコール、α−テルピネオール、アビエチル
アルコール等を例示できる。また、１価アルコールは１
種類を単独で又は２種類以上を混合して添加することが
できる。

【００２１】１価アルコールの添加量は、添加する１価
アルコールの沸点、要求されるＩＳＦの発泡率、自己ス
キン層の厚さ等によって異なる（但し５重量部以下）。

【００２２】また、前記キャビティの減圧の程度（真空
度）も、ＩＳＦの発泡率、自己スキン層の厚さ等によっ
て異なるため、特定の値に限定されない。

【００２３】

【作用】フロンを無添加としたポリウレタン材料を、減
圧したキャビティ内に注入して発泡させると、ポリウレ
タン材料に加わる圧力はプラス圧からマイナス圧に変化
するため、ポリウレタン材料に消極的に含まれていた吸
蔵ガスは急激に突沸して発泡し、さらには泡が破れて脱
泡される。この吸蔵ガスは、ポリウレタン材料にもとも
と含まれていた微量の各種ガス（主として空気）や、循
環中のポリウレタン材料に自然に巻き込まれたり溶解し
たりした空気等である。

【００２４】この吸蔵ガスの発泡の過程でポリウレタン
材料はフォーム（高発泡）となるが、その脱泡が進みす
ぎるとポリウレタン材料はソリッド（低発泡）となる。
また、この発泡・脱泡と並行してウレタン反応が進み、
反応熱が発生して反応硬化が進む。この発泡・脱泡（マ
イナス圧）の各部位間の差を利用してＩＳＦを成形する
点が、フロンの揮発（プラス圧）を利用するフロン発泡
と大きく異なるところである。そして、フロンを使用し
なくてもＩＳＦを成形できるので、地球環境改善に貢献
できる。

【００２５】このＩＳＦの成形の機構を詳述すると、前
記ポリウレタン材料は減圧下で極めて短時間に発泡し、
キャビティ内を流動して充満する。初期に流動したポリ
ウレタン材料は、型表面に付着し、吸蔵ガスの脱泡が進
みすぎるため、泡がほとんど残存しない極低発泡の自己
スキン層となる。従って、フロン発泡の場合よりも優れ
た外観と感触とが得られる。なお、型表面付近では反応
熱が型に逃げて反応硬化が遅れ、ポリウレタン材料の増
粘が抑制されるため、泡は破れやすい。

【００２６】その後、ポリウレタン材料がキャビティ内
に充満すると、キャビティ内の真空度が悪化して吸蔵ガ
スの脱泡が抑制されるため、型表面から離れたポリウレ
タン材料の内部は、泡が保持された高発泡のコア部とな
る。なお、内部では反応熱が蓄積されて反応硬化が進
み、ポリウレタン材料の増粘が急速に進むため、泡は保
持されやすい。

【００２７】従って、良質のＩＳＦを成形するために
は、初期に型表面付近において吸蔵ガスの脱泡を均一に
起こさせて緻密で均一な自己スキン層を形成させ、その
後は内部において脱泡を均一に抑制して均一な泡を有す
るコア部を形成させることが最も重要である。

【００２８】しかし、単にフロンを無添加としたポリウ
レタン材料を使用すると、減圧下においては、吸蔵ガスによる発泡がフロン発
泡と比較して急激に起こること、ポリウレタン材料がフロンで希釈されないため、ポ
リウレタン材料の初期粘度が高いこと、さらに、反応熱がフロンの揮発で奪われないため、
反応硬化が早く、ポリウレタン材料の初期増粘が急速に
進むこと等の理由で、泡の制御が難しく、セル荒れや空洞不良等
の欠陥が発生しやすいという問題がある。

【００２９】そこで、本発明者らは鋭意研究の結果、前
記ポリウレタン材料に１価アルコールを少量添加する
と、前記欠陥を防止できることを見い出し、本発明の完
成に至った。すなわち、ポリオール成分１００重量部に
対して１価アルコールを５重量部以下添加すると、１価
アルコールがイソシアネート成分の一部と結合してウレ
タン反応を抑制するとともに、初期に１価アルコールが
揮発して反応熱を奪うため、ポリウレタン材料の初期増
粘が抑制され、流動性が高まる。そして、１価アルコー
ルの揮発とともに吸蔵ガスの発泡・脱泡が均一に起こる
ため、前記欠陥のない均一な自己スキン層とコア部とが
形成されるのである。

【００３０】前記１価アルコールの種類（主に沸点の違
い）及び添加量を適宜変更することで、ポリウレタン材
料の初期増粘の抑制時間を調整でき、成形品形状に合わ
せて流動性を変えることができる。

【００３１】また、吸蔵ガスによる発泡は、フロン発泡
のようにウレタン反応に依存した気化ではなく、ウレタ
ン反応とは分離・独立しているので、反応熱を奪わな
い。

【００３２】また、１価アルコールを少量添加すると、
それを添加しない場合に比べ、ＩＳＦの引張強度をさほ
ど低下させることなく、その伸びを大きくすることがで
きる。一般にポリオール混合成分中のジエチレングリコ
ールとイソシアネート成分との反応は伸びを低下させる
が、１価アルコールは三次元架橋反応を阻害して伸びの
低下を防ぐためであると考えられる。

【００３３】なお、キャビティの真空度を変えること
で、スキン層の厚さを容易に変えることができ、その硬
さを自在に制御することができる。また、キャビティ内
は減圧により空気が稀薄になっているので、ピンホー
ル、ボイド、欠肉等の欠陥が生じにくい。従って、フロ
ン発泡のようにポリウレタン材料をオーバーパックする
必要はなく、材料損失を低減できる。

【００３４】

【実施例】

【００３５】本発明をステアリングホイールのＩＳＦ被
覆の成形に具体化した第一実施例について、図１〜図１
０に基づいて説明する。まず、本実施例で使用する成形
装置は、図１〜図３に示すように、２つの分割型からな
る成形用金型１と、該成形用金型１を内部に配置可能な
真空箱１１と、該真空箱１１内を真空吸引する真空ポン
プ２０と、該真空箱１１に付設され、成形用金型１のキ
ャビティ４にポリウレタン材料を射出可能な材料射出機
構２１とから構成されている。また、本実施例で使用す
るステアリングホイール４１の芯金４２は、リング部と
スポーク部と中心のボス部とからなり、そのリング部の
全部とスポーク部の一部とにＩＳＦ被覆４３が成形され
る。

【００３６】成形用金型１は、上側の固定型２と下側の
可動型３との２つの分割型からなり、両型２，３の対峙
面には型閉じ時に略リング状のキャビティ４を形成する
成形溝４ａが形成されている。キャビティ４の断面中心
には、芯金４２のリング部の全部とスポーク部の一部と
が配置される。固定型２と可動型３のＰＬ面２ａ，３ａ
には、前記キャビティ４への材料流路であるスプルー
６、ランナー７及びゲート８が凹設され、成形溝４ａの
外周側かつ図２等における左端にゲート８が開口してい
る。従って、ポリウレタン材料Ｍはこのゲート８からキ
ャビティ４に注入されて二方向に分かれて流動し、図２
等における右端の最終充満位置Ｌで合流して充満するよ
うになっている。

【００３７】この最終充満位置Ｌにおける固定型２には
ベント孔５が設けられている。このベント孔５の直径
は、通常、１〜１０ｍｍとされる。直径１ｍｍ未満のベ
ント孔５では、最終充満位置Ｌがばらついたときに、ガ
ス抜き効果が充分得られない場合があり、直径１０ｍｍ
を越えるベント孔５では、成形品の仕上げ加工後に、こ
のベント孔５の跡が目立ち、成形品の外観を悪くさせて
しまうので好ましくない。本実施例では、直径３ｍｍ、
長さ１５ｍｍの真直なベント孔５とした。また、型閉じ
時のＰＬ面２ａ，３ａ間には、金型の加工精度の関係か
ら、キャビティ４の全周にわたり０．０３〜０．０６ｍ
ｍの隙間が発生するが、該隙間はエアベントランドとし
て後述のガス抜きの作用を奏する。

【００３８】固定型２と可動型３の各成形溝４ａの内側
には、両型２，３の型閉じ時の位置決め用嵌合部３１
と、芯金４２のボス部を収めて保持するための凹所３２
及び台座３３とが設けられている。この台座３３には成
形後のステアリングホイール４１を離型させるためのイ
ジェクトピン３４が突出可能に内設されている。

【００３９】上記成形用金型１には、あまり高い耐圧性
（発泡圧は通常５０〜５００ｋＰａ程度である。）は要
求されないので、アルミニウム型、電鋳型等の安価な型
を使用することができる。

【００４０】真空箱１１は、固定型２が固定された上ケ
ース１２と、可動型３が固定された下ケース１３とから
なり、上ケース１２の合せ部に設けられた取付溝にはＯ
リング状のシール部材１４が装着され、真空箱１１を閉
じたときに、その内部が密閉されるようになっている。
また、図１〜図３に示すように、下ケース１３に設けら
れた吸引ノズル１６には、吸引ホース１５及びリークバ
ルブ１７を介して、真空ポンプ２０が接続されている。
この真空箱１１は、成形用金型１を内部に配置可能で、
且つ、その成形用金型１との間に空間部Ｋが形成される
大きさに形成されている。

【００４１】真空箱１１の下ケース１３には、図５及び
図６に示すように、該下ケース１３の外部からベント孔
５の付近を目視し得る透視窓５１が設けられている。こ
の透視窓５１は、下ケース１３に貫設された開口５２
と、該開口５２を内側から塞ぐように、シールリング５
３を介して下ケース１３の内面に当てられたガラス製又
は合成樹脂製の透明板５４と、該透明板５４の周縁を押
さえてボルト５５により下ケース１３に止められる枠体
５６とから構成される。枠体５６と透明板５４との間及
び、枠体５４と下ケース１３との間には、シール板５７
を介することが好ましい。

【００４２】固定型２と上ケース１２、また、可動型３
と下ケース１３は、各々一体化されている。この下ケー
ス１３は図示しない油圧シリンダラム等に取り付けられ
ており、型閉じ時にはその周縁合せ部が上ケース１２の
周縁合せ部に当たるまで上昇され、型開き時には下降さ
れるようになっている。

【００４３】材料射出機構２１は、図３に示すように、
ポリオール混合成分を貯溜するタンク２５及びイソシア
ネート成分を貯溜するタンク２６とミキシングヘッド２
２とが、それぞれ高圧ポンプ２７及びフィルタ２８を具
備する循環路２９により接続されて構成され、ポリオー
ル混合成分とイソシアネート成分との衝突混合及び各成
分の循環を繰返すことができるようになっている。図１
等に示すように、ミキシングヘッド２２の射出ノズル２
３は、Ｏリング２４，２４を介して成形用金型１のスプ
ルー６部位に接続可能である。

【００４４】本実施例で使用するポリウレタン材料は、
ポリオール成分とイソシアネート成分とを主成分とし、
フロンを無添加とし、ポリオール成分１００重量部に対
して１価アルコールを５重量部以下添加したものであ
る。また、ポリウレタン材料の温度は、従来のフロン発
泡の場合の温度より高く設定される。具体的には、従来
は、タンクに貯溜されたポリオール混合成分（ポリオー
ル成分に他の成分を混合したもの）及びイソシアネート
成分の温度を共に２５〜３０℃程度に維持していたのに
対して、本実施例では、ポリオール混合成分の温度を４
０〜５０℃程度に維持し、イソシアネート成分の温度を
２５〜３０℃程度に維持する。これには、本実施例のポ
リウレタン材料がフロンを添加しない分だけ従来より粘
度が高いため、温度を高くしてその粘度を低めるという
意味と、温度を高くしてポリウレタン材料の反応速度を
従来より速めるという意味とがある。

【００４５】次に、本実施例の成形方法について工程順
に説明する。図１に示すように成形用金型１を型開きした状態
で、図２に示すように可動型３に芯金４２をセットす
る。

【００４６】図４に示すように、成形用金型１を型
閉じしてキャビティ４を形成すると略同時に、真空箱１
１を閉じてその内部を密閉状態とする。本実施例では、
下ケース１３を図示しない油圧シリンダラム等により上
昇させることにより、シール部材１４を上ケース１２の
合せ部に当接させて真空箱１１を密閉状態とするととも
に、固定型２と可動型３とを型閉じした。なお、成形用
金型１の開閉と真空箱１１の開閉とは、別々の油圧シリ
ンダ等で個々に行うこともでき、両方の開閉タイミング
をずらすこともできる。

【００４７】真空ポンプ２０を作動させ、吸引ノズ
ル１６から真空箱１１の空間部Ｋを所定の真空度まで減
圧する。通常、この真空度は５００Ｔｏｒｒ以下とし、
自己スキン層の厚さを増加させるためには５０Ｔｏｒｒ
以下とすることが好ましい。このとき、キャビティ４
は、ＰＬ面２ａ，３ａ間の隙間、スプルー６等の材料流
路、さらにはベント孔５を通じて、真空箱１１の空間部
Ｋと連通状態にあるので、該キャビティ４も空間部Ｋと
同程度の真空度まで減圧される。

【００４８】前記キャビティ４の減圧を引き続いて
行いながら、図４に示すように、前記ポリウレタン材料
Ｍを射出ノズル２３からキャビティ４に注入し、ＲＩＭ
成形を行なう。通常、その射出体積はキャビティ４の内
容積の１／４〜３／４であり、射出時間は２〜４秒であ
る。

【００４９】このとき、型表面及び芯金４２から離れた
ポリウレタン材料Ｍの内部には、前述した減圧下での吸
蔵ガスの突沸による発泡作用により、図８に示すような
高発泡のコア部４５が形成される。また、型表面に接す
るポリウレタン材料Ｍの表面部には、前述した減圧下で
の吸蔵ガスの脱泡作用により、泡がほとんど残存しない
極低発泡の緻密な自己スキン層４４が形成される。ま
た、芯金４２に接するポリウレタン材料Ｍの内面部に
も、前記脱泡作用により、極低発泡の緻密な自己接着層
４７が形成される。一般に、自己接着層４７は自己スキ
ン層４４よりやや薄く形成される。また、前記１価アル
コールによる初期増粘の抑制作用により、ポリウレタン
材料の流動性が高まり、吸蔵ガスの発泡・脱泡が均一に
起こるため、欠陥のない均一な自己スキン層４４、コア
部４５及び自己接着層４７になる。

【００５０】通常、このポリウレタン材料Ｍの注入完了
から充満完了までの流動時間は１〜３秒であり、ポリウ
レタン材料Ｍは、その流動に伴ってＰＬ面２ａ，３ａの
間の隙間を順に自己シールしてゆく。そして、ポリウレ
タン材料Ｍの流動先端部が最終充満位置Ｌに到達してベ
ント孔５から少し吹き出したときに、該流動先端部が反
応硬化してベント孔５を自己シールするよう、ポリウレ
タン材料Ｍの反応速度が速められている。また、前記吸
蔵ガスによる発泡は反応熱を奪わないし、添加した１価
アルコールは初期増粘を抑制するだけなので、すぐにポ
リウレタン材料Ｍの温度上昇が進み、キュア時間がフロ
ン発泡の場合より短縮される。

【００５１】なお、本実施例では、図５に示すように、
真空箱１１の外部から透視窓５１を通してベント孔５の
付近を目視することができるので、真空箱１１を密閉し
たまま、ポリウレタン材料Ｍの流動先端部がベント孔５
から吹き出したことを確認したり、その発泡状態を観察
したりすることができる。

【００５２】キャビティ４を減圧したことによる付随的
な効果として、ポリウレタン材料Ｍの流動を邪魔する空
気が薄くなるため、キャビティ４にアンダーカット部や
枝部があっても、該ポリウレタン材料Ｍはそれらの部位
に確実に回り込む。また、脱泡された吸蔵ガスは、ベン
ト孔５及びＰＬ面２ａ，３ａ間の隙間から吸引されて排
出される。そのため、フロン発泡のように、ポリウレタ
ン材料をオーバーパックする必要がなく、材料損失を低
減できる。

【００５３】前記ポリウレタン材料Ｍがキュアされ
るのを待って、図７に示すように、成形用金型１を型開
きするとともに、真空箱１１を開放状態とする。通常、
このキュア時間は５０〜８０秒であり、フロン発泡の場
合のキュア時間８０〜１００秒より短縮している。前記
型開きと連動して、可動型３のイジェクトピン３４が突
出し、成形されたＩＳＦ被覆４３付きのステアリングホ
イール４１が自動的に離型する。

【００５４】以上のような本実施例の成形方法及びポリ
ウレタン材料によれば、特にステアリングホイール４１
のＩＳＦ被覆４３の成形に好適な、次のような効果(a)
(b)(c)も得られる。

【００５５】(a) ポリウレタン材料Ｍは芯金４２の長い
リング部により乱流を起こしやすい。しかし、本実施例
のキャビティ４内は減圧により空気が薄くなっているの
で、ピンホール、ボイド、欠肉等の欠陥が生じにくい。
そのため、本実施例のようにゲート８をリング部の外周
側に設ける等、ゲート８位置の自由度が高くなる。ま
た、ベント孔５は一つで十分である。

【００５６】(b) 前記の通り、ポリウレタン材料Ｍはキ
ャビティ４内を二方向に分かれて流動し、最終充満位置
Ｌで合流するため、一般には、その合流部にウェルドラ
インが生じ易いとか、ピンホール、ボイド、欠肉等の原
因となるガスが溜り易いとかという特有の問題がある。
しかし、本実施例では、キャビティ４を減圧するととも
に、合流部の流動先端部をベント孔５から吹き出させる
ので、これらの欠陥を確実に防止することができる。

【００５７】(c) 本実施例ではＩＳＦ被覆４３の内面部
に泡がほとんど残存しない緻密な自己接着層４７が形成
されるので、芯金４２のリング部に対するＩＳＦ被覆４
３の保持力が強くなる。

【００５８】本実施例で成形されたＩＳＦ被覆４３は、
自己スキン層４４の表面に泡が現れないため、フロン発
泡の場合より優れた外観と感触とが得られた。セル荒れ
や空洞不良等の欠陥も生じなかった。また、ポリウレタ
ン材料Ｍに１価アルコールを少量添加したので、それを
添加しない場合に比べ、ＩＳＦ被覆４３の引張強度をさ
ほど低下させることなく、その伸びを大きくすることが
できた。

【００５９】本実施例による効果を確認するため、表１
に示すように、試験例１（１価アルコールとしてイソプ
ロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加した例）、試験例２
（同じく２−ブタノールを添加した例）、試験例３（同
じくＩＰＡ及び２−ブタノールを併せて添加した例）、
比較例（従来のフロン発泡の例）の各組成のポリウレタ
ン材料を作成し、表１に併記した各真空度のキャビティ
４に各ポリウレタン材料を注入して発泡させ、ステアリ
ングホイールのＩＳＦ被覆４３を成形した。なお、表１
におけるポリエーテルポリオールは、２官能ポリエーテ
ルポリオール（分子量４０００）と３官能ポリエーテル
ポリオール（分子量６０００）とを等量ずつ含むもので
ある。

【００６０】

【表１】

【００６１】こうして成形したＩＳＦ被覆４３の横断面
を顕微鏡で観察したところ、試験例１〜３の自己スキン
層４４には泡がほとんど残存していなかったが、比較例
の自己スキン層には微小な泡が多数残存しており大きい
泡も小数残存していた。また、試験例１〜３にセル荒れ
や空洞不良等の欠陥は無かった。また、ＩＳＦ被覆４３
から高発泡のコア部４５を試験片として切り出し、引張
試験と伸び試験を室温において行った。引張試験の結果
を図９に示し、伸び試験の結果を図１０に示す。試験例
１〜３のコア部は、比較例のコア部に比べ、引張強度が
さほど低下することなく（むしろ向上したものもあ
る）、伸びが明らかに増加した。

【００６２】次に、本発明をステアリングホイールのＩ
ＳＦパッドの成形に具体化した第二実施例について、図
１１〜図１４に基づいて説明する。本実施例で使用する
成形装置は、可動型３に設けられた成形凹部と固定型２
に設けられた成形凸部との間にＩＳＦパッド成形用のキ
ャビティ４が形成される点、下ケース１３の合せ部にシ
ール部材１４が装着された点、等においてのみ第一実施
例と相違する。従って、第一実施例と共通する部材に
は、同図に第一実施例と共通の符号を付して重複説明を
避ける。

【００６３】第一実施例と同様に、ポリオール成分とイ
ソシアネート成分とを主成分とし、フロンを無添加と
し、ポリオール成分１００重量部に対して１価アルコー
ルを５重量部以下添加したポリウレタン材料Ｍを、所定
の真空度に減圧したキャビティ４に注入してＲＩＭ成形
を行なう。このとき、図１４に示すように、型表面から
離れたポリウレタン材料Ｍの内部には高発泡のコア部３
８が形成され、型表面に接するポリウレタン材料Ｍの表
面部には泡がほとんど残存しない極低発泡の緻密な自己
スキン層３９が形成され、もって外観及び物性に優れた
ＩＳＦパッド３７が成形される。

【００６４】この第二実施例においても、前記ＩＳＦ被
覆４３に特有の効果を除き、第一実施例と同様の効果が
得られる。

【００６５】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れず、例えば以下のように発明の趣旨から逸脱しない範
囲で任意に変更して具体化することもできる。（１）実施例では、成形用金型１と真空箱１１とが別体
のものを示したが、成形用金型を二重壁構造とし、外側
の壁を真空箱１１と同じ作用をさせるようにして、成形
用金型内に空間部を一体に設けてもよい。

【００６６】（２）図１５に示すように、成形用金型１
のキャビティ４の外周において、その全周に亘って又は
一部に、このキャビティ４の内部を減圧可能な大きな溝
状凹部９が形成できれば、この溝状凹部９は空間部とし
て作用する。この溝状凹部９は、成形用金型１の可動型
３又は固定型２の一方又は両方に形成することができ
る。また、溝状凹部９の外周には外気を遮断するための
シール部材１０を設けることが好ましい。

【００６７】（３）前記の実施例では、ベント孔５を設
けたものを示したが、ベント孔５の代わりに、キャビテ
ィに面して、かつポリウレタン材料の最終充満部位に微
細な多孔を備えたコアを用いた金型を使用して、前記の
微細な多孔から最終のガス抜きを行なわせて、この発明
の成形方法を行なってもよい。

【００６８】（４）使用する型は金型に限定されず、発
泡圧力に耐え得るセラミック型、樹脂型その他の各種型
を使用することができる。

【００６９】

【発明の効果】本発明のＩＳＦの成形方法及びポリウレ
タン材料によれば、次のような優れた効果を奏する。フロンを使用しなくてもＩＳＦを成形でき、地球環
境改善に貢献できる。泡がほとんど残存しない極低発泡の緻密な自己スキ
ン層を形成でき、フロン発泡の場合よりも優れた外観と
感触とが得られる。１価アルコールの少量添加により、ポリウレタン材
料の初期増粘を抑制して流動性を高めるとともに、吸蔵
ガスの発泡・脱泡を均一に起こさせ、セル荒れや空洞不
良等の欠陥のない均一な自己スキン層とコア部とを形成
できる。１価アルコールの種類（主に沸点の違い）及び添加
量を適宜変更することで、前記初期増粘の抑制時間を調
整でき、成形品形状に合わせて前記流動性を変えること
ができる。

【００７０】吸蔵ガスによる発泡は、ウレタン反応
とは分離・独立しているので、反応熱を奪わない。ま
た、１価アルコールの添加量は少量なので、前記初期増
粘の抑制は短時間で終る。このため、キュア時間が短縮
され、成形効率を高めることができる。１価アルコールの少量添加により、それを添加しな
い場合に比べ、ＩＳＦの引張強度をさほど低下させるこ
となく、その伸びを大きくすることができる。キャビティの真空度を変えることで、スキン層の厚
さを容易に変えることができ、その硬さを自在に制御す
ることができる。キャビティ内は減圧により空気が稀薄になっている
ので、ピンホール、ボイド、欠肉等の欠陥が生じにく
い。従って、フロン発泡のようにポリウレタン材料をオ
ーバーパックする必要はなく、材料損失を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例のステアリングホイールのＩＳＦ被
覆のＲＩＭ成形に使用する成形用金型及び真空箱を開い
たときの断面図である。

【図２】同成形用金型の可動型と真空箱の下ケースの平
面図である。

【図３】同成形に使用する材料射出機構の概略図であ
る。

【図４】同成形用金型及び真空箱を閉じてＲＩＭ成形を
行うときの断面図である。

【図５】透視窓を示す図４の側面図である。

【図６】同透視窓を示す図４の部分拡大断面図である。

【図７】同成形用金型及び真空箱を開いてＩＳＦ被覆を
離型したときの断面図である。

【図８】同ＩＳＦ被覆の部分拡大断面図である。

【図９】同ＩＳＦ被覆のコア部の引張強度と１価アルコ
ールの添加部数との関係を示すグラフである。

【図１０】同ＩＳＦ被覆のコア部の伸びと１価アルコー
ルの添加部数との関係を示すグラフである。

【図１１】第二実施例のステアリングホイールのＩＳＦ
パッドのＲＩＭ成形に使用する成形用金型及び真空箱を
開いたときの断面図である。

【図１２】同成形用金型及び真空箱を閉じてＲＩＭ成形
を行うときの断面図である。

【図１３】図１２のXIII−XIII線断面図である。

【図１４】成形されたＩＳＦパッドの部分拡大断面図で
ある。

【図１５】成形用金型の別例を示す断面図である。

【符号の説明】

１成形用金型２固定型３可動型４キャビティ１１真空箱１２上ケース１３下ケース２０真空ポンプ３７ＩＳＦパッド３８コア部３９自己スキン層４１ステアリン
グホイール４２芯金４３ＩＳＦ被覆４４自己スキン層４５コア部Ｍポリウレタン材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２９Ｋ 75:00 105:04 (72)発明者石掛正直愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者中村道彦愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (56)参考文献特開平４−226313（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 39/00 - 39/44 C08J 9/00 - 9/42 C08L C08K

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】低発泡の自己スキン層と高発泡のコア部
とを備えた半硬質のインテグラルスキンフォームの成形
方法において、フロンを無添加とし、ポリオール成分１
００重量部に対して１価アルコールを５重量部以下添加
したポリウレタン材料を、型の減圧したキャビティに注
入して発泡させることを特徴とするインテグラルスキン
フォームの成形方法。
【請求項２】型の減圧したキャビティに注入して発泡
させることにより、低発泡の自己スキン層と高発泡のコ
ア部とを備えた半硬質のインテグラルスキンフォームを
成形するポリウレタン材料において、ポリオール成分と
イソシアネート成分とを主成分とし、フロンを無添加と
し、ポリオール成分１００重量部に対して１価アルコー
ルを５重量部以下添加したことを特徴とするインテグラ
ルスキンフォームの成形用ポリウレタン材料。