JP4274585B2 - 一体形成された光安定性ポリウレタンエラストマー被覆を有する装飾用自動車内装トリム製品の製造方法 - Google Patents

Description

発明の背景
１．発明の技術分野
本発明は、自動車に取り付けられその内装の一部を形成するよう構成されたパネル状構造体を含む、自動車内装トリム製品の製造方法に係り、特に、インストルメントパネル、ドアパネル、グローブコンパートメントドアなどの、自動車内装トリム製品の製造に関する。
２．従来技術の説明
インストルメントパネル、ドアパネル、アームレスト、ヘッドレスト、フロアコンソール、膝用クッション、及びグローブコンパートメントドアなどの自動車内装トリム製品は、従来、自動車本体に取付け可能な硬質の支持体上に軟質の装飾用被覆を施し、且つ装飾用被覆と硬質の支持体との間に、多孔性ポリウレタンパッディングを挿入することにより構成されている。通常、真正な皮革のもつ外観及び感触に擬したものとなるよう、所定の手触り及び色が装飾用被覆に与えられる。
二重層の装飾用被覆を有する、自己支持型の自動車内装合成トリム製品の製造方法が、レクティセル（Recticel）の国際出願ＷＯ９３/２３２３７において、特にその実施例２に開示されている。この内装トリム製品を製造するためのＷＯ９３/２３２３７に開示された方法によれば、まず溶剤で分散したポリウレタンラッカーを「鋳型内塗料」として開放鋳型の成形面に塗布し、次いで溶剤を蒸発させることにより乾燥させる。次いで、特別なノズル及び塗布システムを用いることにより、乾燥した鋳型内塗料の表面に、二つの部分のポリウレタンエラストマーから製造される「膜」が形成される。実際に実施する場合に使用できる適切なスプレーノズル及びシステムが米国特許第５，０２８，００６号及び同第５，０７１，６８３号に開示されている。次いで、ポリウレタン反応混合物をポリウレタンエラストマー膜にスプレーすることにより、ポリウレタン多孔性発泡層を製造する。仕上に、ポリウレタンまたはポリイソシアネート反応混合物をポリウレタン多孔性発泡層の対向する表面に塗布して硬質の合成担体を得る。
この従来技術の、ＷＯ９３/２３２３７に開示された鋳型内塗料を含む二重層被覆及びその製造方法の商業的価値は、ＷＯ９３/２３２３７の所有権者であるレクティセルの現在の商業活動より立証されるように極めて低い。レクティセルは鋳型内の溶剤ベースのラッカーを商業活動において利用していない。レクティセルは顧客に対し鋳型内塗料の使用を禁止さえしている。
更に、溶剤ベースのラッカーを鋳型内塗料として用いると、ＷＯ９３/２３２３７に開示された製造方法に、幾つかの複雑、非能率的な要素により、悪影響がもたらされる。一例として、これらのラッカーは大量の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有している。ＶＯＣは引火性及び爆発性が非常に高い故に、これらのラッカーは政府の厳重な規制下におかれている。これらの政府の規制に従う場合、作業員の安全を確保し、環境汚染を防止するよう設計された高価な設備をさらに要求されることが少なくない。例えば、このようなラッカーを取り扱うために備えられる製造設備は、特別なスプレー装置、別体で特注されたスプレーゾーン、及び空気清浄装置を備えたものでなくてはならない。更に、作業員は、耐火性を有し、また有毒ガスから身を保護するための、特別な防護用の、しばしばかさ張る扱いづらい衣服を着用しなければならない。
従って、パネル状構造体をより効率良く、安上がりな方法で製造でき、得られるパネル状構造体が高品質であり、皮革に似た外観を有する、多層装飾用被覆を有するパネル状構造体を製造する方法を提供する必要がある。
発明の概要
従って、本発明の一つの目的は、従来の技術及び上述の必要性に付随した上記の諸問題を解決することである。本発明の原理によれば、この目的は、自動車へ取付け可能に構成され且つその内装の一部を形成するパネル状構造体を製造する方法を提供することにより達せられる。パネル状構造体は構造体の外側表面を画定している外層、及び構造体の内側表面を画定している硬質の支持体を含む。該外層の少なくとも一部は、車両の内側に露出している。支持体は、パネル状構造体が自動車に取り付けられると、車両の内側からは見えなくなる。
本発明の製造方法の一実施形態によれば、パネル状構造体を製造するために、少なくとも以下のステップが実行される。まず、１つまたはそれより多くのヒドロキシル及び/またはカルボキシル側鎖官能基を含有する少なくとも一種類の光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタンと、所望の着色剤と、熱活性を有する反応性架橋モノマー（即ち、架橋剤）とを含む、水中に分散された組成物を、対応する外層の外形を画定するよう成形された、加熱された一つの成形面に塗布する。熱活性を有する反応性架橋モノマーとしては、カルボジイミドが好ましい。光安定性の熱可塑性ポリウレタン及び熱活性化された反応性架橋モノマーを加熱し、熱可塑性ポリウレタンと反応性架橋モノマーとの間に架橋結合を形成するよう反応させる。このとき、加熱は予熱することが好ましい。第二に、水で分散された組成物を、これが成形面にある間に実質的に乾燥させ、外側表面を有する露出された外層を形成する。この外層の少なくとも一部は所望の感触、色及びパネル状構造体の構成を有する。第三に、少なくとも一種類のポリイソシアネート及び少なくとも一種類のポリオールを含む反応性組成物を、外層が成形面上にある間に外層の内側表面上にスプレーし、外層中の熱活性を有する反応性架橋モノマーの未反応官能基を介して外層のポリウレタンと架橋結合したポリウレタンエラストマーを含む内層を形成する。従って、外層の内側表面と内層の隣接する表面との界面に化学結合を有する複合層状構造体が得られる。第四に、外層が界面で化学結合された内層、即ち複合層状構造体を、硬質の支持体が外層を強化する役割を果たすよう、硬質の支持体に接合する。必要に応じて、内層と硬質の支持体との間に軟質の多孔性ポリウレタン発泡層を形成してもよい。従って、パネル状構造体は露出した部分の、真正な皮革の外観及び感触に擬した感触及び色、内層によってまた場合によっては軟質の多孔性発泡層の中間層によっても外層にもたらされる圧縮感触（compressing feeling）を保持する。
本実施形態に従って製造される複合層状構造体は、外的影響に対し、優れた化学的抵抗、並びにかき傷及び他の傷に対する優れた抵抗を示す。また、複合体にこのようなパネル状構造体において望ましい非反射性及び低光沢表面の外観を複合体に付与するため、複合体に適切な添加剤を添加してもよい。更に、複合体の内層及び外層はともに優れた伸展性を有することにより特徴付けられ、これによりこの複合体は、使用の間、例えば−３０℃〜８０℃の広い温度範囲にわたり、外層に亀裂を生じることなく凹みや撓みに耐えることができる。
上述した本発明の原理はあらゆるタイプのパネル状構造体の製造に適用することができるが、特にインストルメントパネル（ダッシュボードともいう）及びドアパネルに対し優れた適用性を有する。更に、本発明の原理は、乗用車、トラック、バン、多用車など種々のタイプの車両のパネル状構造体の製造に適用できる。
本発明のこれらの及び他の目的、特徴及び利点は、本発明の原理を例示した付属の図面と関連させることにより、以下の詳細な記述から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
付属の図面は本発明を図示したものである。これらの図面において、
図１は、本発明の方法により製造された完成した車両ドアパネルの、部分的に断面図としまた部分的に想像線で示された斜視図であり、
図２は、本発明の方法により製造された完成した車両インストルメントパネルの斜視図であり、
図３は、図２の断面線III−IIIに沿って切断された図２のインストルメントパネルの断面図であり、
図４は、本発明に従って光安定性架橋ポリウレタン外層を形成するために、水で分散されたポリウレタン組成物を加熱しながら成形面に塗布するステップを示す、成形面の断面図であり、
図５は、ポリウレタン外層の乾燥ステップを示す、図４と同様の断面図であり、
図６は、外層が成形面上に保持されている間に、反応性組成物を外層の内側表面上にスプレーすることにより内層を得るステップを示す、図５と同様の断面図であり、
図７は、成形面から内層と外層との組合せを取り除くステップを示す、図６と同様の断面図であり、
図８は、本発明の方法の一実施形態に従って、内層と外層との組合せが第２の成形面上に置かれている間に反応混合物を内層に塗布することにより、硬質のポリウレタン多孔性発泡材の中間層を得るステップを示す、第２の成形面の断面図であり、
図９は、第２の成形面上にある内層と外層との組合せを、第３の成形面上に配置された、事前に形成した硬質の支持体と接合するステップを示す、断面図である。
好適な実施形態の説明
ここで図面を更に詳細に参照すると、図１には、本発明の原理に基づく方法の一実施形態により製造された、本実施例を通して符号１０で表される車両ドアパネルを含むパネル状構造体が示されている。ドアパネル１０は、ウインド・シル上部１２及びアームレスト部１４を含み、これらの間にボルスター受け部１６が画定されている。ラグ部２０が接続された下部にある平坦なラグ受け部１８がアームレスト部１４の下方に配置されている。
図１の断面に示されているように、パネル状構造体１０は車両の内側に露出した外側表面１０ａ、及びパネル状構造体１０を自動車に取り付けたときには車両の内側からは見えない内側表面１０ｂを有する。パネル状構造体１０は、その１つの表面がパネル状構造体１０の内側表面１０ｂを画定している硬質の支持体２２を含む。更に、パネル状構造体１０は、本実施例を通して参照番号２４で表される、層状の複合構造体をさらに含み、この層状複合構造体はパネル状構造体１０の露出した外側表面１０ａの少なくとも一部を形成している外層２６、及び内層２８を含む。外層２６の少なくとも一部は車両の内側に露出しているが、外層の一部は装飾用または遮蔽部品により視界から隠されていてもよい。例えば、図１では、外層２６の下部にある平坦なラグ受け部１８はラグ部２０により覆われており、従って車両の内側に露出していない。
図１に示されているように、外層２６と比較してより厚い内層２８は、外層２６の内側表面２６ｂに隣接すると共にこれに界面で化学的に結合された外側表面２８ａを有する。図１に更に示されているように、パネル状構造体１０が自動車に取り付けられたときには車両の内側から見えなくなっている硬質の支持体２２は、外層２６及び内層２８を強化する。最後に、比較的硬質の（即ち、半硬質の）ポリウレタン多孔性発泡充填剤を含む中間層３０が内層２８と硬質の支持体２２との間に挟まれている。
図４に示されているように、上述した製品を製造するための本発明の方法は、第１の成形面３４を有する第１の型構成要素即ち第１の成形面３４を有する部品３２を用いる。第１の型構成要素３２は、ニッケルを電気分解により硬質の鋳造されたエポキシ支持体上に沈着させることよって作られることが好ましい。沈着されたニッケルは、続いて沈着/薄板化工程の最後に取り除かれ、ツーリングモジュールに取り付けられ制御されることができる自己支持型の型となる。第１の成形面３４は外層２６の所望の輪郭に実質上相当する構成を画定するよう成形されており、また外層２６の手触りをほぼ満足のいくものにし、真正な皮革に擬したものとなるように、しぼ付き面とされる。
図４は、本発明の第１のステップを示しており、このステップに従って、水で分散された組成物３６を第１の成形面３４上に塗布する（スプレーすることが望ましい）ことにより、外層２６が得られる。水に分散された組成物は、１つまたはそれ以上の側鎖ヒドロキシル及び/またはカルボキシル官能基を含有する、少なくとも一種類の光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタンと、少なくとも一種類の所望の着色剤と、少なくとも一種類の熱活性を有する反応性架橋モノマーとを含む。シアンアミドとしても知られるカルボジイミド（Ｈ-Ｎ=Ｃ=Ｎ-Ｈ）が、熱活性を有する反応性架橋モノマーとして機能することが好ましい。アジリジンなど他の適切な架橋モノマーも使用することができる。
水に分散された組成物３６を加熱した第１の成形面３４上に塗布することにより、光安定性の熱可塑性ポリウレタンの１つまたはそれより多くのペンデントなヒドロキシル及び/またはカルボキシル側鎖官能基と熱活性式反応性架橋モノマーとの間で化学反応が引き起こされ、これにより光安定性架橋ポリウレタンが製造される。第１の成形面３４は架橋反応を起こさせるのに十分な温度に昇温されるべきでるが、組成物３６が成形面３４から剥離するほど高温であってはならない。第１の成形面３４は約６０℃（１４０°Ｆ）〜約７１．１℃（１６０°Ｆ）の範囲で加熱されることが好ましい。また、水で分散された組成物３６の塗布に先立って第１の成形面３４をそのような温度に昇温させることは、第１の成形面３４に塗布された、微結晶性ワックス離型剤などの離型剤を溶解させて分散させる役割も有する。従って、離型剤は第１の成形面３４の複雑なしぼ付き面の細部に集まってしまうことがない。
水に分散させた組成物３６は、光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタン及び熱活性式反応性架橋モノマーを別々の貯蔵チャンバから計量された連続的な流れとして取り出し、これらの構成成分をこれらから第１の成形面３４に接触する直前に混合することにより調製できる。あるいは、塗布に先立って（ただし室温の場合、塗布の前２４時間以内に）光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタン及びカルボジイミド成分を予めしっかりと混合即ち「ホットポット（hot-potted）」することもできる。熱可塑性ポリウレタン及びカルボジイミドは加圧ポット内において室温で相互に緩慢に反応するため、この技術は「ホットポッティング（hot-potting）」として知られている。混合剤を第１の成形面３４上に塗布する前に室温で約２４時間以上ホットポットすると、得られた光安定性架橋ポリウレタンの耐溶剤性、耐摩耗性及び伸展性が劣化してしまう。
光安定性架橋ポリウレタンが第１の成形面３４上で形成されると、この光安定性架橋ポリウレタンを含有している、水に分散された組成物３６は第１の成形面３４上に保持されている間に実質上乾燥され、これにより外層２６が得られる。図５に示されているように、熱源４０を光安定性架橋ポリウレタンに当てて水及び溶剤を蒸発させ、その外側表面２６ａが第１の成形面３４と隣接した外層２６を形成してもよい。図５には示されていないが、このような熱源４０は第１の型３２と一体的に構成されていることが好ましく、また第１の成形面３４を加熱して約６５．９℃（１５０°Ｆ）またはそれ以上の温度まで昇温させることが好ましい。外層２６の外側表面２６ａの少なくとも一部は、パネル状構造体１０の所望の感触、色及びしぼ付き面の構成を有する。一般的に、外層２６の厚さは約０．００２５ｃｍ乃至約０．００３８ｃｍ（約０．００１インチ乃至約０．００１５インチ、あるいは約１．０ミル乃至１．５ミル）の範囲である。
外層２６の所望の厚さは、選択された特定の着色剤により直接的に左右される可能性がある。グレー系またはグリーン系のような暗い色の場合は、（下になって）隠れている内層２８の色を隠す上で一般的に比較的薄い皮膜厚さで十分であるが、レッド系またはイエロー系のような明るい色の場合には、内層２８を見えないようにする、不透明な外層２６を得るためには一般的に比較的厚い皮膜厚さを必要とする。
次に、図６に示されているようなポリウレタンエラストマー内層２８が、反応性組成物４２を外層２６の内側表面２６ｂ上にスプレーすることにより形成される。このとき外層２６は実質上無水状態で第１の成形面３４上に保持されている。反応性組成物４２は、相互に反応してポリウレタンエラストマー内層２８を形成する、少なくとも一種類のポリイソシアネート及び少なくとも一種類のポリオールを含む。本明細書では、用語「エラストマー」とは、中程度の張力下で伸長可能であり、また比較的高い引張り強さ及びメモリを有し、張力から解放されたときにエラストマーが収縮してもとの寸法あるいはもとの寸法と実質上同じ寸法に戻る、あらゆるフレキシブルポリマー組成物を包含するものとする。
反応性組成物４２のポリオール成分は、ボリイソシアネート成分と反応することに加え、外層２６中のポリウレタンの側鎖官能基と反応していない（外層２６中の）カルボジイミドの未反応官能基に対し高い反応性を有する、１つまたはそれ以上のヒドロキシル及び/またはカルボキシル側鎖官能基を含むことができる。カルボジイミドの未反応官能基は内層２８に浸透し、ポリオール成分の側鎖官能基と反応する。結果的に、カルボジイミドは外層２６のポリウレタンと内層２８のポリウレタンエラストマーとを架橋結合させ、これにより外層２６の内側表面２６ｂと、隣接する内層２８の外側表面２８ａとの間に界面の化学的結合を形成する。このようにして層状の複合構造体２４が得られる。架橋結合が最適な架橋条件下で行われるならば、２層の界面に遷移面が現れ、層状複合構造体２４の外層２６及び内層２８の間の境界は視覚的に見分けのつかないものとなる。本明細書では、「界面の化学的結合」とは外層２６と内層２８との間の界面境界が視覚的に見分けがつかず、また不可分な架橋結合反応を包含するが、それに限定されない。
一般に、外層２６の内側表面２６ｂと、隣接する内層２８の外側表面２８ａとの間に界面の適切な化学的結合がなされることを確実にするために、幾つかの条件が必要である。例えば、カルボジイミドが熱活性化されると、カルボジイミドと熱可塑性ポリウレタンのペンデントなヒドロキシル及び/またはカルボキシル側鎖反応基との間の架橋結合反応が数分間のうちに完了し、このときカルボジイミドには反応性組成物４２のポリオール成分と外層２６のポリウレタンが架橋結合するための残存反応位置は実質上残っていない。従って、一般的に反応性組成物４２は、水に分散された組成物３６の第１の成形面３４への塗布が完了してから６分間以内にスプレーされるべきであり、２〜４分間以内にスプレーされることが好ましい。反応性組成物４２をスプレーするのが甚だしく遅れると、外層２６が収縮して第１の成形面３４から剥離することもある。剥離が発生すると、外層２６は第１の成形面３４の輪郭と形状が一致せず、複合体２４全体が廃物と化すことになる。
他方、反応性組成物４２が複合体の上にスプレーされるのに先立ち、水で分散された組成物３６の熱可塑性ポリウレタンに架橋結合に必要な十分な時間が与えられない場合、反応性組成物４２のポリオール成分は、外層２６のポリウレタンの未反応ヒドロキシル及び/またはカルボキシル側鎖官能基と縮合反応してエステルまたはエーテル結合をそれぞれ形成する可能性がある。これらの結合の形成の中には、界面の化学的結合を高めて有利に作用するものもあるが、縮合反応は水を解放するので、この水が過剰量になると発泡剤として作用し、内層２８の多孔度を不都合に高めると共に、界面の化学的結合に支障をきたす。
界面の化学的結合は、反応性組成物４２の反応度の高いポリオール及びポリイソシアネート成分構成要素を別々の貯蔵チャンバにそれぞれ貯蔵し、これらの構成要素を外層２６の内側表面２６ｂにスプレーし、これによってスプレー前の構成要素間の接触を避けることによって更に強化される。この作業を実行するための適切な二重ノズルスプレー機構が米国特許第５，０２８，００６号及び同第５，０７１，６８３号に開示されている。これらの構成要素をスプレー直前まで別々に保持することにより、ポリオールが全てポリイソシアネートと完全に反応する前にポリオールの一部がカルボジイミド（及び熱可塑性ポリウレタンの側鎖ヒドロキシル及び/またはカルボキシル官能基）と反応する。
更に、反応性組成物４２のポリイソシアネート成分が吸湿性を有するため、界面の強い化学結合を得るためには外層２６及びその周囲の環境（例えば、湿度レベル）がこのスプレーステップの間実質上無水状態にあることが重要である。少量の水分が外層２６内に保持されていてもよいが、このような水分の濃度は水が反応性組成物４２のポリオールとポリイソシアネート成分との反応を実質上妨げるほど大きくてはならない。水とポリイソシアネートとの望ましくない反応は、ポリオールとポリイソシアネートとの間の化学量論的バランスの乱れをきたし、層状複合構造体２４のあちこちに未反応ポリオール堆積物を残存させることになる。また、水は発泡剤として機能し、ポリイソシアネートと反応して二酸化炭素を解放し、内層２８に多孔構造をもたらす可能性がある。水の量が多すぎると、ポリオールとカルボジイミド反応性架橋モノマーの残存反応位置を介して起きる架橋結合反応を妨げてしまう。
反応性組成物４２は、こうした目標が速やかに達成されるように、外層２６の内側表面２６ａに昇温された温度で塗布されることが好ましい。第１の型の構成要素３２を昇温してよい適切な温度の範囲は、例えば約６０℃（１４０°Ｆ）乃至約７１．１℃（１６０°Ｆ）であるが、これに限定されるものではない。
一般的に、内層２８は約０．１０ｃｍ乃至約０．１５ｃｍ（即ち、約０．０４０インチ乃至約０．０６０インチ、あるいは約４０ミル乃至約６０ミル）の範囲の厚さを有することができる。
図７は本発明の次なるステップを示している。図７に示されているように、層状複合構造体２４は第１の成形面３４から離型される（即ち、取り除かれる）。離型工程は比較的労働集約的で、退屈な、時間のかかる仕事であることが多い。離型の際に層状複合構造体２４に裂け目が形成されたり層状複合構造体２４に不適当な伸長がなされた場合、修復できないダメージを受け、層状複合構造体２４を廃物として処分しなくてはならなくなる可能性がある。本発明の実行例では、離型工程の間に外層２６と内層２８とを分離させないことにより、外層２６と内層２８との間の界面の化学的結合が層状複合構造体２４を強化するため、上のような離型における問題及び非能率の大部分は克服される。
第１の成形面３４からの離型をより容易にするため、離型剤を用いて成形面３４に前処理を施してもよい。離型剤の例としては、ケムトレンド（Chem-Trend）社（ミシガン州、ハウエル）より入手可能なケムトレンド（Ｃｈｅｍ−Ｔｒｅｎｄ）ＰＲＣ７１４０などの高分子重量微結晶性ワックス離型剤、あるいは同様にケムトレンド社から入手できるＰＲＣ２００６が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの離型剤は加熱された型の上で約５〜約１０秒間以内で速やかに乾燥し、型のしぼ付き面３４と外層２６との間に離間バリア（release barrier）を形成する。離型剤が第１の成形面３４上に蓄積したり離型剤中に過度の固形分が存在することのないよう注意が払われなくてはならない。このような蓄積または過度の固形分は、装飾用の型のしぼ付き面３４の間隙を満たし、よってパネル状構造体１０の外側表面から、成形面３４の複雑な、毛状のしぼ構造を失わせてしまう。また、余剰の離型剤を用いると、複合構造体２４を離型する際に離型剤が第１の成形面３４から層状複合構造体２４へと移ってしまい、離型後に更なる洗浄/除去、及び乾燥ステップが必要となり、結果的に生産性の低下につながる。
外層２６及び内層２８の組み合わせを含む層状複合構造体２４を第１の成形面３４から取り出した後、この層状複合構造体２４を透明な支持体（図示せず）上に配置している間に光源（図示せず）を用いてその欠陥の有無を調べることができる。このような欠陥は通常、美観を損う傷として外層２６に存在するが、裂け目や、型からの取り外し工程又は更なる処理工程、特に結合工程に付随した応力に耐えるのに十分な厚さをもたない破断しやすい部分を含むこともある。このような部分的な欠陥が小さくて孤立している場合は、水（に）分散（させた）組成物３６を更に外層２６に塗布することによって補修することができる。また、小さな裂け目及び薄い領域を、熱可塑性で熱成形可能なポリウレタンテープを層状複合構造体２４の裏面２８ｂに用いることによって修理することができる。これにより、層状複合構造体２４全体を廃棄する必要は避けられる利点がある。しかしながら、注意として記すが、塗布吹きつけ（スプレー）後に表面２６ａを修理することは、一般に望ましいものではなく、その使用を最小限にして部分的な欠陥の修正のみに抑えるべきである。何故ならば、塗布吹きつけ後の修理は、第１の成形面３４から転写された外層２６の外側表面２６ａの革のようなしぼ付きの外観を損ねる場合があるからである。
以下により詳しく述べるように、層状複合構造体２４を第１の成形面３４から取り外す工程と層状複合構造体２４を調べる工程は、層状複合構造体２４の形成直後に行われる必要はない。例えば、層状複合構造体２４を、パネル状構造体１０が完成するまで必要に応じて第１の成形面３４に対して維持することができる。
層状複合構造体２４を第１の成形面３４から取り外して調べた後、層状複合構造体２４を第２の型構成要素５０の第２の成形面５２上に配置する。図８に示すように、第２の成形面５２も、外層２６に対応する形状を画定するように形状づけられている。次に、複合構造体２４を第２の成形面５２に配置している間に、ポリウレタン半硬質多孔性発泡層などの半硬質多孔性発泡層を形成するための反応混合物４４を内層２８の内側表面２８ｂに塗布して中間層３０を形成する。例えば、高衝撃（impingement）混合及びミクシングヘッドのノズルを用いることによって反応混合物４４を塗布することができる。反応混合物の塗布の際、第２の型構成要素５０を一般的に約４０℃〜約６０℃の範囲、より好ましくは約４０℃〜約５０℃の範囲の温度に加熱する。一般に比較的粘性のある混合物４４は、第２の型構成要素５０に塗布される際には反応の過渡的な状態にあり、塗布後数秒以内に発泡し始める。
中間層の所望の厚さは、パネル状構造体１０の使用目的に応じて多少変わってくるが、一般的に中間層の厚さは約５ｍｍ〜約１２ｍｍの範囲である。
第２の成形面５２上に位置する層状複合構造体２４に反応混合物４４を塗布した後、図９に示すように、予め形成された硬質支持体２２を支持する第３の協働型構成要素６０を第２の型構成要素５０と協働する位置に移動させる。第３の型構成要素６０は第３の成形面６２（図８）を有し、この表面６２はパネル状構造体１０の内部表面１０ｂを画定するように形状づけられている。この後、反応混合物４４を好ましくは約４３．３℃（１１０Ｆ°）の熱及び約０．８気圧の自己発生型気圧で発泡及び硬化させ、中間層３０を形成する。半硬質ポリウレタン多孔性発泡層は、第３の成形面６２上に配置された予め形成された硬質支持体２２に層状複合構造体２４を結合する機能を果たす。その後、層状複合構造体２４、硬質支持体２２及び中間層３０の組み合わせを含むパネル状構造体を型構成要素５０及び６０から取り外すことができ、ラグ部分２０などの追加の構成要素を固定することができる。
最も広範囲の態様において、前述の方法に対するいくつかの変更及び修正を、本発明の範囲から逸脱せずに実施することができる。例えば、図１に示す得られたパネル状構造体１０の、下部にある隠れた平坦なラグ受け部１８（又は、パネル状構造体を自動車の車両に取り付けた際に車両の内部からは隠れて見えない他の部分）から層状複合構造体２４及び／又は中間層３０を取り除くことができる。これにより、下部の平坦なラグ受け部１８は硬質支持体２２がラグ部分２０に直接隣接していることになる。
本発明の別の変形例によると、層状複合構造体２４を硬質支持体２２に結合させるために非発泡性接着剤を選択することができる。
更に別の変形例によると、異なる着色剤を含有する複数の水分散組成物をそれぞれパネル状構造体の異なる部分に塗布し、（異なる着色剤で）別々に覆われた色をもたらすことができる。選択した色（単数又は複数）を変える場合、実際の例によれば、わずかな停止時間（約０．５時間）しか必要でないことがわかっている。
更に別の変形例によると、外層２６は２つのトーン又はマルチトーンの外観を示すことができる。この変形例を、例えば型の成形面の一部を研磨処理することによって達成することができる。研磨処理の量が多いほど、外層２６の外観は光沢がなくなる。２トーンの外観は特にインストルメントパネルの場合望ましいが、これは、インストルメントパネルの上部領域は一般に、反射率及び隠蔽光（veiling glare）を低減するために光沢度が低くなければならないからである。
例えば、結合工程のために構造体２４を型から取り外して第２の型構成要素５０に移す代わりに層状複合構造体２４を第１の型構成要素内に維持するなど、この方法に対して更に他の変形例を実施することができる。本発明の別の変形例によると、層状複合構造体２４を調べて処理した後に第１の型構成要素に戻すことができる。
本発明の別の変形例によると、光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタンと熱活性を有する反応性架橋ポリマーとの間の反応を活性化させるために、第２、又は別の熱源を用いることができる。例えば、熱活性を有する反応性架橋モノマーと光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタンとの間の反応を開始するために第１の成形面３４を加熱する必要がなくなるように、水分散組成物３６を第１の成形面３４に塗布する前にこれを予熱することができる。
本発明の更に別の変形例によると、ポリウレタン半硬質多孔性発泡層３０を形成するための反応混合物４４を、層状複合構造体２４の代わりに硬質支持体２２の表面に塗布することができる。あるいは、第２及び第３の型構成要素５０及び６０を協働して係合させて内層２８の内側表面２８ｂと支持体２２の外側表面との間にキャビティを画定し、その後に反応混合物４４を硬質支持体２２と複合物２４との間に注入することができる。
本発明の方法を更に明らかにするために、下記の説明は、本発明の製品を製造するための及び本発明の方法を行うための適切で好適な成分及び条件を特定する。
外層２６の製造に使用する水分散組成物３６は、少なくとも１種類の光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタン、少なくとも１種類の所望の着色剤、及び少なくとも１種類の反応性架橋モノマーを含む。光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタンは、カルボジイミドと化学反応するヒドロキシル側鎖官能基及び／又はカルボキシル側鎖官能基を含有する高分子量の脂肪族熱可塑性ポリウレタンから準備されることが好ましい。熱可塑性ポリウレタンの平均分子量は好ましくは約５０００〜約７０００の範囲であり、より好ましくは約６０００である。熱可塑性ポリウレタン及びカルボジイミドを含有する代表的な水に分散させた組成物を、JAMESON WVF SERIES FLEXCOAT IMCの商品名でC.F. ジェイムソン アンド カンパニー インコーポレーテッド（C.F. Jameson & Company, Inc.、マサチューセッツ州ブラッドフオード）から得ることができる。この特定の組成物のための熱可塑性ポリウレタン対カルボジイミドの所望の重量比は、容量比で約８対１である（乾量では、熱可塑性ポリウレタン１．４４対カルボジイミド１．０８の比に相当する）。
熱可塑性ポリウレタン成分をＮ−メチルピロリドンなどの溶媒中のコロイド状溶液として提供し、更に水、着色剤、及び必要に応じて従来の添加剤を添加して溶液を分散させることによって水分散組成物３６を調製することができる。水分散組成物３６における溶媒濃度が約１３．９重量％で、乾燥後には約３５重量％になるように、十分な水を添加することができる。
必要に応じて水分散組成物３６に添加する添加剤としては、下記のうちのあらゆる組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない：熱安定剤及び紫外線安定剤、分散液のアルカリ状態を維持するためのｐＨ安定剤、可塑剤、酸化防止剤、艶消剤、界面活性剤、粒子を懸濁状態に維持するためのコロイド保護剤、カーボンブラック、チキソトロピー剤（例えば、ヒドロキシメチルセルロース）、及び粘土粒子などの充填剤。
水分散組成物３６は、所望の色及び添加剤に応じて、例えば約２０〜約３０重量％、より好ましくは約２４重量％の固体、約１０〜約８０重量％、より好ましくは約５０重量％の水、及び約９〜１５重量％の溶媒を含有することができる。組成物３６中の水の量が不十分であると組成物３６の粘性に悪影響を及ぼし、従って水分散組成物３６の成形面３４への塗布に悪影響を及ぼしうる。一方、組成物３６中の水の量が過剰であると、水分散組成物３６の噴霧適性及び被覆効率が大幅に変わる可能性がある。
例えば、グリコールエーテルアセテート及び／又はキシレンを溶媒として含みうるカルボジイミドの溶液を熱可塑性ポリウレタン溶液に添加する。混合して熱で活性化させると、反応性架橋モノマーは熱可塑性ポリウレタンのヒドロキシル基及び／又はカルボキシル基と優先的に反応し、熱可塑性ポリウレタンをそれ自体と又は反応性組成物４２のポリオール成分と架橋結合する。
内層２８の製造に用いる反応性組成物４２のために選択することができるポリイソシアネートの代表的なものとしては、−ＮＣＯ基の側鎖を持つ脂肪族閉環構造を有するポリイソシアネート、例えばイソフォロンジイソシアネートが挙げられ、これをISOFASTの商品名でレクティセル（Recticel）から入手することができる。また、テトラメチルキシレンジイソシアネートも好適であり、これをTMXDIの商品名でテキサコ（Texaco）から入手することができる。光安定性を有さない芳香族ポリイソシアネートは、光安定性の脂肪族ポリイソシアネートと比較してコストがより低く、反応性がより予測可能であり、そして引裂強さがより大きいため、現在利用可能な脂肪族ポリイソシアネートよりも望ましい。
この反応性組成物４２に好適なポリオールとしては、これに限定されないが、約２２０〜約２５０の範囲の平均分子量を有し、（主ヒドロキシル基の他に）１つ以上の側鎖ヒドロキシル基及び／又はカルボキシル基を含むボリエーテルポリオールが含まれ、この側鎖はカルボジイミドの未反応−ＮＨ官能基及び外層２６のポリウレタンのヒドロキシル及び／又はカルボキシル側鎖官能基と化学反応することができる。代表的なポリオールはレクティセルのPOLYFASTである。
反応性組成物４２は適切な添加剤を含有することもでき、添加剤としては、例として下記の物質及びそのあらゆる組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない：熱安定剤及び紫外線安定剤、ｐＨ安定剤、酸化防止剤、艶消剤、界面活性剤、カーボンブラック、連鎖延長剤（例えば、エチレングリコール）、チキソトロピー剤（例えば非晶質シリカ）、粘土粒子などの充填剤、及び錫触媒（例えばジブチル錫ジラウレート）などの触媒。
好適な弾性特性を有するポリエーテルポリオール及びポリイソシアネートの種々の混合物を用いて、中間層３０の半硬質ポリウレタン多孔性発泡層を形成することができる。例えば、ポリイソシアネート混合物はメチレンジイソシアネートを含むことができる。また、半硬質ポリウレタン多孔性発泡層は適切な添加剤を含有することができ、添加剤としては、例として下記の物質のあらゆる組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない：界面活性剤、酸化防止剤、充填剤、安定剤、錫触媒（例えばジブチル錫ジラウレート）及び第３アミン（例えばジエタノールアミン）などの触媒、並びに水などの少量の発泡剤。この点において、ポリオール及びポリイソシアネートの混合物間の縮合反応によって水が発生し、水はポリイソシアネートと反応して二酸化炭素を生成し、これによって多孔性構造が中間層３０にもたらされることに注目されたい。従って、化学量論的に少し多めのポリオールを提供することにより、半硬質ポリウレタン多孔性発泡層を形成することができる。
硬質支持体２２は、外層２６、内層２８、及び中間層３０を補強して取り付けるために必要な強度を有するあらゆる材料から選択することができる。好適な材料は、複合物が車両の副構造体に取り付けられることを可能にするために十分な剛性を有する材料を全て含み、例として、無水マレイン酸スチレン（ＳＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの注入成形熱可塑性プラスチック、ＡＢＳ−ＰＣのアロイ、反応注入成形強化ポリウレタン（ＲＲＩＭ）、金属、金属の合金、木繊維複合材、又はこれらのあらゆる組み合わせを含むが、これらに限定されない。
本発明の方法をドアパネルの製造に関連させて上記に具体化したが、この方法は、例えばインストルメントパネル、アームレスト、ヘッドレスト、フロアコンソール、ニーボルスター、及びグローブコンパートメントドアを含む他のパネル状構造体にも同様に適用可能であることが理解される。例えば、本発明の方法を、図２の斜視図及び図３の断面図にそれぞれ符号１００で共通に示されるインストルメントパネルを製造するのに使用することができる。このインストルメントパネル１００は図３に断面図で示されており、硬質支持体１２２、外層１２６及び内層１２８（これらはまとめて層状複合構造体であり、符号１２４で共通に示される）、並びに中間層１３０を含む。
上記に述べた又は引用した米国特許、外国特許又は特許出願の完全な開示内容は全て本明細書に援用される。
従って、本発明の目的及び原理を完全に及び効果的に達成したことが理解されるであろう。しかし、前述の好適な特定の実施の形態は本発明の目的のために示され且つ説明されており、このような原理から逸脱せずに変更がなされることが理解されるであろう。従って、本発明は付随の下記請求の範囲の趣意及び範囲内に含まれる変形、変更及び改良を全て含む。

Claims (19)

1. 自動車の車両の内部の一部を形成するために前記自動車の車両に取り付けるパネル構造体を製造する方法であって、前記パネル構造体は硬質支持体及び層状複合構造体を含み、前記硬質支持体は前記パネル構造体が前記自動車の車両に取り付けられると前記車両の内部から隠れ、前記層状複合構造体は、前記パネル構造体の少なくとも部分的に露出した外側表面の少なくとも一部分を画定する外層と、内層を含み、
   前記外層の外側表面を補完する形状を有する第１の成形面に、水に分散させた組成物を塗布する工程であって、前記水に分散させた組成物が、少なくとも１種類の光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタンと、少なくとも１種類の着色剤と、熱活性を有する架橋剤とを含み、前記光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタンが、ヒドロキシル官能基、カルボキシル官能基から成る群から選択される少なくとも１つの側鎖官能基を含む工程を含み、前記水に分散させた組成物は、１０〜８０重量％の水と２０〜３０重量％の固体を含み、
   十分な熱を加えて前記光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタンと前記熱活性を有する架橋剤との架橋を生じさせる工程を含み、
   前記水に分散させた組成物が前記第１の成形面上にある間に前記水に分散させた組成物を実質的に乾燥させて前記外層を形成する工程を含み、
   前記外層が前記第１の成形面上にある間に、少なくとも１種類のポリイソシアネート及び少なくとも１種類のポリオールを含有する反応性組成物を前記外層の内側表面に吹きつけて前記内層を形成する工程を含み、前記内層は、前記熱活性を有する架橋剤の残留未反応官能基を介して前記外層の前記ポリウレタンに架橋結合され、よって前記外層の内側表面と前記内層の隣接表面との間に界面化学結合を有する層状複合構造体を形成するポリウレタンエラストマーを含み、
   前記硬質支持体が、前記外層の前記露出した部分の手触り、色、及び形状を保ちながら前記外層を補強する役割を果たすように、前記層状複合構造体を前記硬質支持体に結合させる工程を含む、
   パネル構造体の製造方法。
2. 前記熱活性を有する架橋剤がカルボジイミドである、請求の範囲１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１種類のポリオールが１つ以上の側鎖ヒドロキシル官能基、側鎖カルボキシル官能基、又は側鎖ヒドロキシル官能基及び側鎖カルボキシル官能基の両方を含む、請求の範囲２に記載の方法。
4. 前記水に分散させた組成物から水を蒸発させることによって前記乾燥工程を行う、請求の範囲３に記載の方法。
5. 前記外層の厚さが０．００２５ｃｍ（１．０ミル）〜０．００３８ｃｍ（１．５ミル）の範囲である、請求の範囲３に記載の方法。
6. 前記内層の厚さが０．１０ｃｍ（４０ミル）〜０．１５ｃｍ（６０ミル）の範囲である、請求の範囲３に記載の方法。
7. 前記第１の成形面を、微結晶性ワックス離型剤で予め被覆する工程を更に含む、請求の範囲３に記載の方法。
8. 前記光安定性の脂肪族熱可塑性ポリウレタン及び前記熱活性を有する架橋剤は、前記塗布工程の前に予備混合された状態において、室温で少なくとも２４時間まで互いに対して安定している、請求の範囲３に記載の方法。
9. 前記吹きつけ工程の際に前記第１の成形面を加熱する、請求の範囲３に記載の方法。
10. 前記第１の成形面がドアパネルの外側表面を補完する形状を有する、請求の範囲３に記載の方法。
11. 前記第１の成形面がインストルメントパネルの外側表面を補完する形状を有する、請求の範囲３に記載の方法。
12. 微結晶性ワックス離型剤を前記第１の成形面に予め被覆して前記第１の成形面を維持する工程を更に含み、
    前記第１の成形面を６０℃（１４０Ｆ°）〜７１℃（１６０Ｆ°）の範囲の温度に設定して前記離型剤を溶融及び分散させ、前記層状複合構造体が形成されるまでこの温度で維持する、
    請求の範囲１に記載の方法。
13. 前記熱活性を有する架橋剤がカルボジイミドである、請求の範囲１２に記載の方法。
14. 前記少なくとも１種類のポリオールが１つ以上の側鎖ヒドロキシル官能基、側鎖カルボキシル官能基、又は側鎖ヒドロキシル官能基及び側鎖カルボキシル官能基の両方を含む、請求の範囲１３に記載の方法。
15. 前記水に分散させた組成物が、前記加熱工程の前に１０重量％〜８０重量％の水濃度を有する、請求の範囲１に記載の方法。
16. 前記水に分散させた組成物が、前記加熱工程の前に９重量％〜１５重量％の水以外の溶媒濃度を有する、請求の範囲１５に記載の方法。
17. 前記水以外の溶媒がＮ−メチルピロリドンである、請求の範囲１６に記載の方法。
18. 前記水に分散させた組成物が、グリコールエーテルアセテート及びキシレンから成る群から選択される少なくとも１つの物質を更に含む、請求の範囲１７に記載の方法。
19. 前記水に分散させた組成物は、脂肪族熱可塑性ポリウレタンのコロイド状溶液に、水及び着色剤を添加して溶液を分散させることによって得られる、請求の範囲１に記載の方法。

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