JP3989322B2

JP3989322B2 - Ｒｉｍ成形品の製造方法

Info

Publication number: JP3989322B2
Application number: JP2002222689A
Authority: JP
Inventors: 久佐野; 栄樹高地; 直洋藤田
Original assignee: Nihon Plast Co Ltd
Current assignee: Nihon Plast Co Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004058564A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来のフロンガスに依存しないで、また簡易な装置を用いてフロンガスを発泡剤として使用した場合と同品質の緻密な表皮層と発泡内部層を有する成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＲＩＭ成形において、表皮層を持ったポリウレタン成形品を製造する技術としては、発泡剤にフロンやペンタンなどの炭化水素を用いてインテグラルスキン層を形成する方法があるが、地球環境保全あるいは発火性の問題が懸念される。また、発泡剤に水などを用い炭酸ガスを反応により発生して表皮層を形成することも可能であるが、その表皮層は緻密でなく、泡が多く含まれるためピンホールが見られるなど外観が悪化するので、この欠陥を繕うため表皮層の上を更に革巻きしたりあるいはインモールドコートするなどの手当が必要となる。
【０００３】
前記のように、ポリウレタン原料の発泡反応で表皮層を形成する他に、あらかじめＲＩＭ成形工程の前に、表皮層を金型キャビティ面に塗装などの方法で形成したり、表皮材をインサートしておいてその後にＲＩＭ成形にて内部層を形成する方法や、あらかじめ内部層を形成しておいてこれをキャビティ内にインサートして、表皮層をＲＩＭ成形する方法もある。
【０００４】
また、特許第２７４６０２４号に記載されているように、金型を減圧下に保持し、はじめに表皮層を形成するポリウレタン成形材料を少量注入し、金型キャビティ内の減圧による材料飛散で金型キャビティ内に薄膜状に表皮層を形成し、その後、内部用のポリウレタン成形材料を注入して発泡、硬化し表皮層を有する成形品を得る方法もあるが、金型全体を減圧状態にするための構造が必要で、減圧設備の導入も必要となり、工数の増加や減圧の制御が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来までの技術が抱えていた問題点を解決し、発泡剤として、フロンを使用せずに、緻密な表皮層と発泡した内部層を有する成形品を、減圧設備などを有しない簡易な装置を用いて、低コストで製造する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討した結果、金型キャビティ内に２段階でポリウレタン成形材料を注入すること、１段目は表皮層を形成するための成形材料を、次いでその成形材料の内部に発泡内部層を形成するための成形材料を注入して、ＲＩＭ成形することが有効であることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、
（１）常圧下の金型キャビティ内に、金型キャビティーの一部を満たすように表皮層形成用の発泡剤を含まないポリウレタン成形材料を注入し、次いでこの表皮層形成用ポリウレタン成形材料内部に、気体を混合した発泡内部層形成用ポリウレタン成形材料を注入し、前記表皮層形成用ポリウレタン成形材料を押しながら金型キャビティ内を完全に充填するまで注入して成形するＲＩＭ成形品の製造方法、
（２）表皮層形成用ポリウレタン成形材料の粘度と発泡内部層形成用ポリレタン成形材料の粘度を調整して表皮層の厚みをコントロールする前記（１）記載のＲＩＭ成形品の製造方法、
（３）発泡内部層形成用ポリウレタン成形材料は、ミキシングヘッドおよび／またはミキシングヘッドに通じる配管中で気体を吹き込まれる前記（１）または（２）記載のＲＩＭ成形品の製造方法、に関する。
【０００７】
本発明においては、最初に常圧下の金型キャビティ内に発泡剤を含まない表皮層形成用ポリウレタン成形材料を注入してキャビティ内部の一部を満たし、この成形材料が硬化完了する前に、直ちにこの成形材料の内部に発泡内部層形成用の成形材料を注入して金型キャビティ内に完全に充填させてＲＩＭ成形することが重要である。この場合において、表皮層形成用ポリウレタン成形材料の注入の後期では、その成形材料の注入が完了する前に発泡内部層形成用ポリウレタン成形材料も同時に注入することもできる。要は、発泡剤を含まない緻密な表皮層とその内部の発泡内部層とが一体化した成形品を形成できるようなタイミングで、発泡内部層成型用材料を注入することが重要なのである。
また、その発泡内部層形成用ポリウレタン成形材料にはあらかじめ加圧下に気体を混合しておくことも重要である。発泡内部層形成用の成形材料を表皮層形成用の成形材料の内部に充填するには、ゲート部を金型キャビティの下側に配設したキャビティ内の下部に表皮層形成用の成形材料を充填してそのキャビティ領域を満たし、硬化完了前の表皮層形成用成形材料の中に発泡内部層成形材料を充填することによって、容易に行うことができる。
【０００８】
発泡内部層形成用ポリウレタン成形材料がキャビティ内に注入された時、その中にあらかじめ加圧下に混合され、成形材料中に溶解、あるいは分散されていた気体が瞬時に発泡し、成形材料をクリーム状態にする。このクリーム状態のコア材料が最初にキャビティ内に充填されていた表皮層形成用ポリウレタン成形材料の内部に入り、表皮層形成材料を押し上げながら、キャビティ内を満たしていくのである。こうしてＲＩＭ成形を行うことにより緻密な表皮層とその内部の発泡内部層からなる成形品を製造することができる。本発明による成形品は、その表面にボイドやピンホールの発生は見られず、優れた外観を持つ緻密な表皮層とクッション性のよい発泡内部層からなる。
【０００９】
本発明に使用するポリウレタン成形材料自体は、特に制限はなく、一般的にＲＩＭ成形に使用されるポリウレタン成形材料を使用することができる。
本発明において、表皮層のウレタン材を注入した後、内部層の瞬時に発泡するウレタン材に切り替えて金型キャビディー内に注入する方法、あるいは表皮層形成用ポリウレタン成形材料を注入し、この成形材料と同時に内部層の瞬時に発泡するウレタン材を金型キャビティー内に注入する方法としては、とくに制限するものではないが、好ましい方法について述べると次のような方法がある。
【００１０】
（１）三成分ミキシングヘッドを使用し、ひとつの成分は発泡剤を配合しないポリオール成分とし、二つ目の成分を炭酸ガス、窒素ガスなどをローディングしたポリオール成分とし、三つ目の成分をイソシアネート成分とする。そこで、まず一つ目のポリオール成分と三つ目の成分をミキシングヘッドから吐出し、二つ目の成分は吐出しないようにポンプを止め、バルブを閉めておく。その後直ちに二つ目の成分のポンプを作動しバルブを開けて三成分を同時に吐出する。この場合、各成分のポンプの吐出能力が異なることや最初に吐出する表皮層と後で吐出する内部層ウレタン材のポリオールとイソシアネートの配合比率を変化できるように三つ目の成分のイソシアネートのポンプは、切り替えスイッチによりポンプインバーターを２段階に切り替えられるようにする。又、吐出時間もその切り替えスイッチと連動して２つのタイマー設定ができるようにする。
【００１１】
（２）多成分ミキシングヘッドを使う場合は、ポリオール成分を２系統とし、イソシアネート成分を２系統とし、任意に配合比率と注入時間を変更することで容易に表皮層と内部層のウレタン材を吐出することが可能となる。
（３）イソシアネートを１系統しか持たない多成分ミキシングヘッドにおいては、あらかじめイソシアネート成分と各ポリオール成分をそれぞれ２成分ずつ吐出するようにすることで、容易に表皮層と内部層のウレタン材を吐出することが可能となる。
一般に、上記（１）〜（３）の場合には、内部層ウレタン材に発泡剤である二酸化炭素、窒素、空気などの気体をあらかじめ内部層形成用ポリウレタン成形材料ポリオールとタンク内で混合しておくことが可能である。このように加圧タンクを使用する場合においては、注入ガスを安定化することができる。
更に、ミキシングヘッドもしくはミキシングヘッドに原料が流れる配管の途中で炭酸ガスなどの発泡ガスを配合するような場合では、次のような方法を採用すれば可能となる。なお、このガス混合法によるときは、注入ガス量を容易にコントロールすることができる。
【００１２】
（４）３成分ミキシングヘッドで、１つ目の成分は炭酸ガスなどの発泡ガスを注入できる場合は、２つ目の成分を発泡剤を配合しないポリオール成分とし、３つ目の成分をイソシアネート成分として、まず、１つ目の成分の吐出を閉じて、２つ目の成分と３つ目の成分を吐出し、その後直ちに１つ目の成分の吐出を開き、３成分を同時に吐出することで、容易に表皮層と内部層のウレタン材を吐出することが可能となる。
【００１３】
（５）２成分ミキシングヘッドを使う場合、ウレタン材料がミキシングヘッドに流れる配管の途中に、無数の微小のポーラス穴を持った第３成分の混入口を設置し、第３成分に炭酸ガスなどの発泡ガスを液体状で接続できるようにし、まず、第３成分のバルブを閉じ、１つ目の成分の発泡剤を配合しないポリオール成分と２つ目の成分のイソシアネートを吐出し、その後直ちに第３成分のバルブを開けて全ての成分を吐出する。
【００１４】
（６）（４）及び（５）においては、２回の吐出で行ったが、１回の吐出で行う場合は、炭酸ガスなどの発泡ガスの混入をタイマーを設置し、バルブの開閉を制御して、ポリオール成分とイソシアネート成分の吐出に対し、時間差をつけてバルブを開くことで、２回の吐出を、１回の吐出の工程の中で行うことができる。
【００１５】
本発明の方法によれば、表皮層と内部層を任意に特性を変化させた、ウレタンＲＩＭ成形品を、通常のＲＩＭ機を使うか、簡単な設備改造により、設備費をかけずに、常圧下で行うことにより、金型の改造もなく、容易に作ることが可能となる。
また、本発明において加圧下にポリウレタン成形材料に混合する気体としては炭酸ガス、窒素ガス、空気などが挙げられる。その加圧は、常圧下の金型内で瞬時に発泡して内部内部層を緻密な表皮層とともに形成できる圧力であれば特に制限はないが、必要設備のコストなどを考慮すると１〜５ｋｇ/ｃｍ^２が好ましい。
【００１６】
本発明においては、表皮層用ウレタン材料と内部層用ウレタン材料の特性をそれぞれ変化させることが可能である。特に表皮層用ウレタン材の粘度を２００ＣＰＳから１０００ＣＰＳの範囲内で、また内部用ウレタン材の粘度は１００ＣＰＳから６００ＣＰＳの範囲内で使用することができる。表皮層形成用の成形材料の粘度が２００ＣＰＳよりも低いと表皮層が薄くなりすぎて、破れが生じたりして満足な表皮層が形成できなかったり、ゲート側が薄く、オーバーフロー側が厚くなり均一な表皮層が形成できない。また、１０００ＣＰＳを越える粘度では粘性が高すぎて流動性が悪くなり、内部層用ウレタン材料によって表皮層が破れてしまうなどの問題が生じることとなる。好ましい表皮層形成用の成形材料の粘度は４００〜６００ＣＰＳである。内部用ポリウレタン成形材料の粘度が１００ＣＰＳより低いと内部層に表皮層が混ざってしまい、また６００ＣＰＳを越えると発泡が不充分となるなどの問題が生じることとなる。好ましい内部用ポリウレタン成形材料の粘度は３００〜４００ＣＰＳである。そして両層の粘度差を調整することにより、成形品の表皮層の厚さを変化させたものを作ることが可能になる。また、表皮層用ウレタン材に塗料などに使われる無黄変タイプのイソシアネートを使うことで、耐久性の良い表皮層を付与した成形品を作ることが可能になる。発泡剤の配合量を変化させ、表皮層と内部層のウレタン材の硬度を変化させることで、感触を変更することも可能になる。
【００１７】
表皮層（スキン層）の厚さを制御する方法としては、すでに述べたように、
▲１▼表皮層用材料の粘度と内部層（内部層）用材料の粘度とを調整することで表皮層の膜厚を容易に制御できる。
・表皮層の粘度＞内部層の粘度とすることで、表皮層を厚くできる。
・表皮層の粘度＜内部層の粘度とすることで、表皮層を薄くできる。
また、▲２▼表皮層用材料のキャビティへの注入量を増減する。表皮層用材料の注入量を増やすと表皮層を厚くでき、減らすと表皮層を薄くできる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明をステアリングホイールのウレタンＲＩＭ成形に具体化した実施例について図１〜図９に基づいて説明する。本発明で使う装置は、常圧下に置かれた成形金型１、ウレタン材料を混合攪拌し吐出するための３成分ミキシングヘッド３、ステアリングホイールの芯金６等から構成されており、３成分ミキシングヘッド３には、ポリオール成分とイソシアネート成分がそれぞれミキシングヘッドに送り込む配管１３、１４、１５がほどこされている。また、常圧下に置かれた金型１には、ミキシングヘッド３から吐出したウレタン材料４を金型３まで流し込むアフターミキサー１１とキャビティー２をウレタン材料で過充填したときに金型１内のエアーと過剰のウレタン材を抜くべントホール１２がほどこされている。
【００１９】
上記製造装置を使用して行う本実施例の表皮層と内部層を形成したウレタンＲＩＭ成形方法について工程順に説明する。
１）ゲート側を下側に設置した成形用金型１をコア型とキャビ型に型開きし、離型剤を両型に塗布する。
２）コア型に芯金６をセットした後、コア型とキャビ型を型閉めする。図１がその投影図で、図２がその断面図となる。
３）図１及び図２に示すように、配管１３から発泡剤を配合していないポリオール成分と配管１４からイソシアネート成分をミキシングヘッド３で混合攪拌してそのウレタン材料４を金型１のキャビティー内に任意の量を流し込む（実施例ではキャビティ体積の約１／３の量）。
【００２０】
４）その後、直ちに配管１５を開きあらかじめ加圧下に（実施例では３ｋｇ/ｃｍ^２）炭酸ガスなどを吹き込んだ金型内で瞬時に発泡するポリオール成分をミキシングヘッド３から吐出して、連続して３成分全てのポリウレタン成形材料１０を金型キャビティ２の中のポリウレタン成形材料４の中に吐出する。このポリウレタン成形材料１０は、図３及び図４の充填完了寸前の状態から、図５及び図６のベントホール１２からポリウレタン成形材料がオーバーフローするまで充填する。
【００２１】
図７から図９は、金型キャビティ内のゲート側位置８とオーバーフロー側位置９におけるポリウレタン成形材料の充填状態を示す説明図である。図７は、発泡剤を配合していないポリウレタン成形材料４を金型キャビティー２に吐出した状態、図８は、後から瞬時に発泡するポリウレタン成形材料１０によりキャビティ内を完全に満たす寸前の状態、図９は、オーバーフローするポリウレタン成形材料７が出るまでポリウレタン成形材料１０を吐出した状態のステアリングホイールのグリップ８と９の部分の断面を説明する図であって、各図の左側がオーバーフロー側、右側がゲート側である。
【００２２】
図１０に示す写真は、本実施例で作製したステアリングホイールの試作品サンプルで、右側が芯金６をセットしないで成型したグリップ９の断面写真、左側が芯金６をセットしたグリップ９の断面写真で、最初に吐出したウレタン材料４は、粘度６００ＣＰＳで、後から吐出したウレタン材１０の粘度は４００ＣＰＳの条件で試作を行ったものである。断面が白く見える部分が表皮層、内部の黒く見える部分が発泡内部層である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によれば、フロンガスを使用することなく、フロンガスを使用した場合に劣らない緻密な表皮層と内部の発泡内部層を有する見栄えのよい成形品を製造することができる。また、その表皮層の厚みを使用する成形材料の粘度を調整することにより容易にコントロールすることができる。しかも、本発明の方法は成形を常圧下に行うので、従来のように金型に減圧装置を要することなく、簡易な装置を使用することができる。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の説明図で、金型内に芯金６をセットして型閉め後、ミキシングヘッド３より表皮層形成用成形材料を充填した状態を示す。
【図２】同上説明図で、図１の断面説明図を示す。
【図３】同上説明図で、図１，２に示す状態からミキシングヘッド３より発泡内部層を形成する成形材料を充填した状態（充填完了寸前）を示す。
【図４】同上説明図で、図３の断面説明図を示す。
【図５】同上説明図で、図３の状態から更にベントホール１２から成形材料がオーバーフローするまで充填した状態を示す。
【図６】同上説明図で、図５の断面説明図を示す。
【図７】前記図１，２のキャビティ内の状態を示す断面説明図で、左側がオーバーフロー側（９）、右側がゲート側（８）を示す（下記図８，９も同じ）。
【図８】前記図３，４のキャビティ内の状態を示す断面説明図。
【図９】前記図５，６のキャビティ内の状態を示す断面説明図。
【図１０】本発明の方法によるサンプルの断面写真で、左側が芯金６をセットして成形したもの、右側がセットしないで成形したものを示す。

Claims

常圧下の金型キャビティ内に、金型キャビティーの一部を満たすように表皮層形成用の発泡剤を含まないポリウレタン成形材料を注入し、次いでこの表皮層形成用ポリウレタン成形材料内部に、気体を混合した発泡内部層形成用ポリウレタン成形材料を注入し、前記表皮層形成用ポリウレタン成形材料を押しながら金型キャビティ内を完全に充填するまで注入して成形するＲＩＭ成形品の製造方法。
表皮層形成用ポリウレタン成形材料の粘度と発泡内部層形成用ポリレタン成形材料の粘度を調整して表皮層の厚みをコントロールする請求項１記載のＲＩＭ成形品の製造方法。
発泡内部層形成用ポリウレタン成形材料は、ミキシングヘッドおよび／またはミキシングヘッドに通じる配管中で気体を吹き込まれる請求項１または２記載のＲＩＭ成形品の製造方法。