JP4869067B2 - 噴霧されたポリウレタン層を有する成形製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一つのポリウレタン層を備えた製品を製造する方法であって、ポリウレタン反応混合物を加圧下で噴霧ノズルに供給し、反応混合物を１又は２以上のチャンネルを通過させることによって、反応混合物を噴霧ノズル内で加速させ、反応混合物の流れは、その流れに対して垂直に測定される最小断面積を達成し、加速させた反応混合物を噴霧開口から噴霧ノズルの外に且つポリウレタン層を形成すべき面に予め定められた運動エネルギーで噴霧し、反応混合物を硬化させる方法に関する。

このような方法は、欧州特許ＥＰ−Ｂ−０３０３３０５及び欧州特許ＥＰ−Ｂ−０３８９０１４に開示されている。既知の方法では、光安定性のポリウレタン反応混合物を予め定められた噴霧パターンに従ってエアなし２成分噴霧ノズルによって噴霧することによって、０．３ｍｍよりも厚い厚さ、好ましくは０．５〜２ｍｍの厚さを有するエラストマーポリウレタンスキン層を製造する。更に具体的に言えば、反応混合物を、中空円錐形を構成するフィルムの形態でノズルの外に噴霧する。反応混合物の噴霧は、フィルムが落下して、ＡＳＴＭ Ｅ７９９−８１に従って決定される中間容積直径（Medium Volume Diameter; Ｍ．Ｖ．Ｄ.）が少なくとも１００μｍ、好ましくは少なくとも５００μｍである液滴に分離するように制御される。反応混合物が噴霧される成形表面は、例えばダッシュボードのスキンを製造するために設計され且つ特に狭いキャビティ及び／又はアンダーカットを有する複雑な型の表面である。欧州特許ＥＰ−Ｂ−０３０３３０５によれば、上述した最小平均寸法の液滴を一定の噴霧距離のところに形成するように反応混合物を噴霧することは、形成される層の密度及びその他の物理的性質、例えば、色に重要な差を生じさせることなしに、反応混合物を種々の噴霧距離から噴霧することができるという利点を提供する。このことは、勿論、狭いキャビティを有する複雑な型の中にポリウレタン層を噴霧しなければならず、その結果、噴霧距離を一定に保つことができないとき、特に重要である。

この既知の方法、特にその中で使用される噴霧ノズルの欠点は、実際には、反応混合物を噴霧することができる最小流量の下限が存在することである。この下限は、実際に実行可能な噴霧ノズルの最小寸法によって、及び、安定な噴霧パターンを得るために必要な反応混合物の最小流量によって決定される。噴霧ノズルの最小寸法は、例えば、高粘性反応混合物中で結晶が形成されるときにノズルの目詰まりを回避するために必要な、反応混合物の流路の最小断面積によって特に決定される。特に、反応混合物が加速されるチャンネルの断面寸法が重要である。これらのチャンネルは、噴霧ノズルの中を通る流路の最小断面積を定める。欧州特許ＥＰ−Ｂ−０３０３３０５の実施例１に示されているように、反応混合物を噴霧ノズルから噴霧する前に反応混合物を加速し且つ噴霧ノズルのキャビティ中で反応混合物の旋回運動を生じさせるために噴霧ノズル内に配置されたインサートに、０．５×０．５ｍｍの４つの溝又はチャンネルを有するノズルは、反応混合物を２５ｇ／秒の流量で噴霧するのに使用される。しかし、実施例２に示されているように、反応混合物の流量を１０ｇ／秒まで低減するために、２つの溝又はチャンネルだけがインサートに設けられ、溝又はチャンネルの寸法は、０．３×０．３ｍｍまで更に小さくされている。このような狭い溝では詰りのリスクが更に増大すること、及び、２つの溝だけの使用は噴霧パターンの均一性に悪影響を及ぼし得ることが明らかである。

特に反応混合物を短い噴霧距離から噴霧する複雑な型の狭い型キャビティー内で、より薄いポリウレタン層及び／又はより均一な厚さのポリウレタン層を噴霧することが可能であるために、反応混合物を充分に小さい流量で噴霧することが可能でなければならない。小さい流量であっても、噴霧パターンは、充分に均一且つ安定であるべきである。更に、小さい流量は、許容できない目詰まりの問題が生じる程度まで反応混合物を加速させるようにチャンネルの寸法を縮小させる必要なしに達成されるべきである。

この問題を解決するためにの本発明による解決手段は、ノズルから噴霧される反応混合物の運動エネルギーを増大させるために、反応混合物の流れが、反応混合物が加速されるチャンネル内において、総最小断面積Ｓｍｍ²（Ｓは１．０未満、好ましくは０．９未満の値）を有すること、反応混合物をノズルから１０×Ｓ〜８０×Ｓｇ／秒の流量で噴霧すること、及び反応混合物１ｇ当たり０．０５〜２．５ｍモルの加圧ガスをノズルから噴霧開口を通して反応混合物と一緒に噴霧することからなる。

反応混合物が加速される１又は２以上のチャンネルの比較的小さい断面積に起因して、反応混合物を比較的小さい流量で噴霧することができる。反応混合物に加圧ガスを加えると、反応混合物の運動エネルギーを増大させ、反応混合物がより小さい流量であっても安定した噴霧パターンを達成することを可能にするので、反応混合物がノズルから噴霧される前に反応混合物にガスを加えることによって、反応混合物の流量を更に低下させることができる。現存の霧化ノズル又は空気補助霧化ノズルと比較すると、加圧ガスは、本発明に従って、比較的少ない量しか加えられず、その結果、反応混合物の液滴は、過剰の運動エネルギーを受取らず、型の表面に噴霧される反応混合物の層は、ノズルから噴霧されるガス及び反応混合物の流れによって邪魔され、そうでなければ少なくとも多すぎない。このような少量のガスが可能であるのは、反応混合物が、反応混合物が加速されるチャンネルを通る最小流量よりも高い流量で噴霧される事実による。

従って、上述した欧州特許に開示された方法との本質的な相違は、反応混合物だけを噴霧する代りに、反応混合物を加圧ガスと一緒にノズルから噴霧開口を通して噴霧することである。発明者等は、ノズルを通る反応混合物の流量を低下させても、ガスを反応混合物に加えて、より少ない量の反応混合物を補償することによって、同じ安定した噴霧パターンを維持できることを見出した。同じ噴霧パターンとは、液滴が実質的に同じ寸法のものであり且つ液的が実質的に同じ運動エネルギー量で噴霧されることを意味する。これら２つの特性は、特に色、密度及び／又は機械的性質の特徴を備えたポリウレタン層を達成するのに重要であり、色、密度及び／又は機械的性質は、噴霧距離と実質的に独立している。本発明によれば、単位時間当たり及びチャンネルの単位面積当たりに噴霧される反応混合物の量並びにノズルに供給される加圧ガスの量が、予め定められた範囲内にある。実際、単位面積当たり及び単位時間当たり更に多量の反応混合物を噴霧するとき、チャンネルが目詰まりするか又はチャンネルをもはや実際に形成することができない程度までチャンネルの寸法を小さくすることなしに、望ましい低い流量を得ることはできない。他方、より少ない量の反応混合物を噴霧するとき、安定な噴霧パターンを形成するために過大な量のガスが必要とされ、その結果、反応混合物は過大な運動エネルギーを受取り且つ／又は小さ過ぎる液滴に霧化される。肉眼で見えるポリウレタンスキン層を生成するとき、異なる噴霧距離から噴霧すると、上記高い運動エネルギー及び小さい液滴寸法により、色及び密度の変化が生じる。最初に、所謂型内コーティングを仕上げ層として型の表面に塗布するときでさえも、反応混合物を短い噴霧距離から噴霧しなければならないときに問題が生じる。実際、高い運動エネルギー量のため、型の表面に噴霧される反応混合物は、型の表面に噴霧される反応混合物の力によって横に逸れて噴霧され、その結果、均一な厚さを得ることが不可能である。型内コーティングでさえも、特に３次元噴霧パターンの代りに平面パターンを使用するとき、反応混合物の衝撃によって損傷を受ける可能性がある。

空気霧化によるポリウレタンコーティングの噴霧は、米国特許ＵＳ−Ａ−３，９２３，２５３に既に開示されている。本発明とは対照的に、ポリウレタン材料をチャンネル内で、特に、比較的大きな断面積を有する円筒形インペラーの周りの環状スペース内で加速させ、その結果、反応混合物がノズルから出るときに霧化されるように、比較的多量のガスをノズル内に注入して、環状チャンネルからを出る反応混合物を加速させなければならない。直径１．５ｍｍの噴霧開口をもったノズルを用いる同様の方法が、米国特許ＵＳ−Ａ−４，６４９，１６２に開示されている。この米国特許に示された実施例では、ポリウレタン材料を１分当たり３５０リットルの空気によって、即ち、本発明による方法よりもずっと多量のガスによって、４２０ｇ／分の流量でノズルから霧化する。しかしながら、ノズルは、コーティングされる表面から充分な距離、特に０．３〜０．８ｍの距離に保たれる。

本発明による方法の好ましい実施形態においては、ノズル中での反応混合物の流れが少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、更に好ましくは少なくとも４つのチャンネルに分けられ、その中で反応混合物を加速させる。

この実施例の利点は、より均一又は均質な噴霧パターンを得られることである。

本発明による方法の更に好ましい実施形態において、反応混合物を１以上のチャンネルによって加速させる前に、好ましくは、反応混合物の反応成分をノズルの上流に配置されたミキサー内で混合した後に、加圧ガスを反応混合物に加える。

この実施形態の利点は、加圧ガス及び反応混合物をチャンネル内において同様の速度まで加速させることにあり、その結果、加圧ガスを、反応混合物の運動エネルギーを増大させる最適な方法で使用できる。このことは、安定な噴霧パターンを達成するためには少量のガスしか必要としないことを意味し、その結果、反応混合物をより小さい運動エネルギーで型の表面に噴霧することができる。

本発明による方法の好ましい実施形態において、ＡＳＴＥＭ・Ｅ７９９−８１に従って決定される中間容積直径が５０μｍよりも大きい液滴の形態で、又は、噴霧ノズルから一定の距離のところで上記液滴に分離するように落ちるフィルムの形態で、反応混合物を噴霧ノズルから噴霧するように、反応混合物の流量及び／又は加圧ガスの量を制御することによって、ノズルから噴霧される反応混合物の運動エネルギーの予め定められた量を制御する。

この方法で反応混合物を噴霧するとき、変動する噴霧距離の結果として、噴霧されたポリウレタン層の色、密度及び／又は機械的性質の変動を顕著に低減し又は回避することがてきることがわかった。反応混合物をフィルムの形態で噴霧ノズルから噴霧するとき、噴霧ノズルを、型の表面からの噴霧距離が噴霧パターンのフィルム部分の高さよりも小さくなるように維持してもよく、即ち、反応混合物は、フィルムの形態で型の表面に到達してもよい。

本発明による方法の更に好ましい実施形態において、ＡＳＴＥＭ・Ｅ７９９−８１に従って決定される中間容積直径が５００μｍよりも小さい、好ましくは２００μｍよりも小さい、最も好ましくは１００μｍよりも小さい液滴の形態で、又は、噴霧ノズルから一定の距離のところで上記液滴に分離するように落ちるフィルムの形態で、反応混合物を噴霧ノズルから噴霧するように反応混合物の流量及び／又は加圧ガスの量を制御することによって、ノズルから噴霧される反応混合物の運動エネルギーの予め定められた量を制御する。

液滴の寸法が、反応混合物の流量だけで決定されるのではなく、反応混合物に加えられるガスの流量によっても決定されるという事実のため、本発明による方法で制御される液滴の寸法は、より良好に保たれる。より小さい且つより良好に制御された液滴の寸法を使用することによって、ポリウレタン層に閉じ込めらる空気泡の寸法を小さくし、機械的強度を改善し、その結果、ポリウレタン層の厚さを、「脆弱な」箇所を形成することなしに、更にはポリウレタン層に孔を形成することなしに、薄くすることが可能である。ポリウレタン層の厚さは、例えば０．６ｍｍ以下、特に０．５ｍｍ以下に薄くされるのがよい。薄いポリウレタン層の製造は、材料を節約することになるだけでなく、所謂「柔らかい触覚」を得るためにポリウレタン（スキン）層の裏面に付けられる選択的な発泡体層の効果を増大させる。より小さい且つより良好に制御された液滴の形態で反応混合物を噴霧することの更なる利点は、非常に薄いポリウレタンの層を噴霧ノズルの通過ごとに噴霧することができ、その結果、局部的な厚さの増大を生じることなしに噴霧ノズルを１つの箇所に２回以上通過させてもよく、換言すれば、噴霧ノズルの移動についてより多くの自由度が存在し、かくして、噴霧ノズルロボットのプログラミングをより容易にする。

本発明による方法の有利な実施形態において、ガス源からのガスを反応混合物に加え、ガス源は加圧ガスを単位時間当たり実質的に一定のモル数で供給する。

この方法では、例えば、ノズルを通る反応混合物の流れが流路内の障害物によって妨げられるとき、障害物は直ちにガス圧を増大させるので、ガスダクト内への液体反応混合物の流れが回避される。

本発明の更なる利点及び詳細は、以下で説明する本発明の幾つかの特定の実施形態から明らかになるであろう。この説明は例示的に与えられるに過ぎず、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものではない。以下の説明において使用される参照番号は、添付の図面を参照するものである。

本発明は、少なくとも一つのポリウレタン層を有する成形製品を製造するための方法に関する。ポリウレタン層は、ポリウレタンを生じさせる反応混合物成分を噴霧することによって得られ、かかる反応混合物を、ポリウレタン反応混合物と称する。この反応混合物は、通常、２つの成分、即ち、イソシアネート成分とポリオール成分とを混合することによって得られるが、３つ以上の成分の流れを使用することも可能である。噴霧されるポリウレタン反応混合物は、それが噴霧されたときに比較的高い粘度を有するように、好ましくは、溶媒を含んでいないか、又は、少量の溶媒、好ましくは、１０重量％未満の溶媒、更に好ましくは、５重量％未満の溶媒しか含んでいない。

噴霧されたポリウレタン層は、発泡層であってもよい。この発泡層は、物理的及び／又は化学的発泡剤を反応混合物に加えることによって得られる。しかしながら、本発明による方法は、平均密度が３００ｇ／リットルよりも高い、好ましくは４００ｇ／リットルよりも高い、最も好ましくは６００ｇ／リットルよりも高いポリウレタン層を噴霧するために適用されることが最も好ましい。ポリウレタン層は、剛性のポリウレタン層であってもよいが、好ましくは、可撓性のエラストマーポリウレタン層、特に好ましくは、所謂ポリウレタンスキン層であり、ポリウレタンスキン層は、平均厚さが０．１〜３ｍｍ、好ましくは、０．３〜２ｍｍである。実際には、特にダッシュボード、ドアパネル、コンソール等のような自動車内装部品を製造するために、スキン層の背面に、剛性の裏打ち層が付けられ、好ましくは、これら２つの層の間に中間発泡層が設けられる。欧州特許ＥＰ−Ｂ−０６４２４１１に開示されているように、剛性の裏打ち層及び中間発泡体層を、ポリウレタン反応混合物を噴霧することによって生成することが可能である。これを本発明に従って行うこともでき、その更なる説明は、可撓性ポリウレタンスキンの噴霧を参照して後述する。

ポリウレタンスキンを噴霧するための反応混合物は、例えば、欧州特許ＥＰ−Ｂ−０３７９２４６に開示されている。これらの反応混合物は、反応混合物を噴霧する直前に、イソシアネート成分とポリオール成分とを混合することによって構成される。このイソシアネート成分は、光安定性ポリウレタンスキンを達成するために、脂肪族イソシアネートをベースにしている。しかし、実際には、光安定性でないポリウレタンスキンを噴霧することも可能である。光安定性でないポリウレタンスキンのための反応混合物においては、より反応性のある芳香族ポリイソシアネートが使用される。それらは光安定性でないから、スキン層を生成した後、又は、スキン層のための反応混合物が噴霧される塗料層を内部コーティングとして塗布することによって、スキン層の上に塗料層を付けるのがよい。

図１は、ポリウレタン反応混合物を噴霧するための基本原理を示す。

第１の工程において、２つの成分、即ち、ポリオール成分及びイソシアネート成分を、撹拌タンク１Ａ、１Ｂからポンプ２Ａ、２Ｂによって出し、第２の工程において、２つの成分を熱交換器３Ａ、３Ｂ内で所望の温度に加熱した後、２つの成分を、噴霧ノズル５を有する可動スプレーガン４内で混合する。この噴霧ノズル５から、反応混合物を予め定められた噴霧パターンに従って型の表面６に噴霧する。反応混合物を硬化させ、選択的には噴霧されたポリウレタン層の裏面に１以上の追加の層を塗布した後、形成されたポリウレタン層９を型の表面６から取り外す。上述したように、ポリウレタン層を、必ずしも型の表面に噴霧しなけければならないわけではなく、製造すべき成形製品の層に向かって噴霧してもよい。

粘性反応混合物をノズル５から噴霧するとき、通常はフィルム７からなる噴霧パターンが得られ、フィルム７は、一定の距離ｄ、例えば０．５〜２０ｃｍのところで分離して液滴８になるように落ちる。反応混合物の噴霧、特にノズルから放出される反応混合物の運動エネルギーは、好ましくは、反応混合物が、ＡＳＴＥＭ・Ｅ７９９−８１に従って決定される中間容積直径（medium volume diameter）が５０μｍよりも大きい液滴８の形態を直接なすように制御され、或いは、反応混合物が離れるように落ちてノズル５からの一定の距離のところで液滴８になるフィルム７の形態をなすように制御される。反応混合物の噴霧は、更に好ましくは、液滴８の中間容積直径が、５００μｍよりも小さく、好ましくは２００μｍよりも小さく、最も好ましくは１００μｍよりも小さくなるように制御される。狭いキャビティ内で噴霧するとき、噴霧距離Ｄは、フィルムが落ちて液滴に分離する距離ｄよりも小さくてもよく、その結果、反応混合物は、フィルム７の形態をなして型の表面６に到達する。

反応混合物は、平坦な扇形、又は、好ましくは中空の、円錐形又は楕円錐形で噴霧されるのがよい。中空円錐形の噴霧パターンを図４に示し、この噴霧パターンは、噴霧された反応混合物の運動エネルギーがより迅速に低下するという事実の観点から好ましく、反応混合物は、比較的低い運動エネルギーを有しており、反応混合物が同じ噴霧距離で型の表面に到達するときにより均一なポリウレタン層９を噴霧することを可能にする。

本発明による方法の本質的な特徴は、噴霧ノズルから噴霧される反応混合物の運動エネルギーが、反応混合物に加圧ガスを加えることによって増大することにあり、その結果、反応混合物は、加圧ガスと共に噴霧ノズル５から噴霧される。加圧ガスを加えることの利点は、望ましい噴霧パターンを生じさせるのに必要な運動エネルギーを反応混合物に与えることを維持しながら、噴霧ノズルを通過する反応混合物の流量を減少させることができることにある。

図１において、加圧ガスを収容したガスボンベ１０は、配管１１を介して、スプレーガン４、更に詳細には、スプレーガンの混合ヘッド１４に接続されている。配管１１は、ガスの流れを遮断することが可能な弁１３を有しており、弁１３は、選択的には、ガスの圧力を低下させることが可能である。好ましくは、噴霧ノズルへのガスの流量を一定にすることを可能にする流れ制御装置が、配管１１に設けられる。この方法では、幾らかの反応混合物が噴霧ノズルのガスチャンネル内を流れるとき、反応混合物をガスチャンネルから放出させ且つ一定のガス流量を維持することを可能にする圧力を生じさせることができる。

加圧ガスは、好ましくは、窒素ガスであるが、その他のガスを使用してもよく、その他のガスは、例えば、空気、酸素又はガス混合物である。加圧ガスは、ガスボンベの中に液体状態で貯蔵され、噴霧ノズルに移送されるのがよい。好ましくは、ガスは、噴霧ノズルに達するまでに、気体状態に変換される。ガスは、好ましくは、１０〜８０バール、より好ましくは、１５〜５０バールの圧力で噴霧ノズルに供給される。

図１に示すスプレーガンの実施形態においては、２つの成分流が、スプレーガン４の混合ヘッド１４内で一緒にされ、バー形状の静的ミキサー１５の中で更に混合され、次いで噴霧ノズル５によって噴霧される。

本発明による方法の第１の実施形態では、スプレーガン４の混合ヘッドの中で、即ち、反応混合物の手前で、加圧ガスを反応混合物に加え、この場合、加圧ガスは静的ミキサーの中で混合される。加圧ガスを第３の成分として反応混合物に追加することを可能にする混合ヘッド１４の例を、図５に示す。混合ヘッドは、先ず、静的ミキサー１５を接続するためのコネクタ５４を有している。更に、混合ヘッド１４は、混合チャンバ５０を有し、混合チャンバ５０は、ポリオール成分のための入口５１と、イソシアネート成分のための入口５２とを有している。両方の入口５１，５２は、ボール弁によって閉鎖されるのがよい。加圧ガスを加えることを可能にするために、混合チャンバは、加圧ガスのための更なる入口５３を有している。この入口は、ガス配管１１を接続するためのアダプタがねじ込まれるねじ山が形成されている。ガスを追加の成分流と考えることができるようにガスを混合チャンバの中に注入する代わりに、加圧ガスを、ポリオール流又はイソシアネート流の中に注入してもよい。

混合ミキサー１５内での反応混合物の実際の混合の前に、加圧ガスを反応混合物に注入してもよいけれども、本発明者は、ガスの早期の混合は、噴霧されたポリウレタン層の密度を低下させることを見出した。従って、より高い密度を望むとき、好ましくは、加圧ガスを、図２に概略的に示すように、反応混合物の流れの中にミキサー自体の中で注入し、更に好ましくは、加圧ガスを、図３に概略的に示すように、反応混合物が混合ミキサー１５から離れた後、即ち、噴霧ノズル５自体の中で注入する。

図６は、噴霧ノズルの第１の実施形態を示しており、噴霧ノズル５は、その中を通る反応混合物の流れの中に加圧ガスを注入するように構成されている。この噴霧ノズル５は、ハウジング１６を有し、このハウジング１６は、雌ねじを設けた管状端部１７を有し、噴霧ノズル５は、この雌ねじによって静的ミキサー１５の遠位端部に螺合される。ハウジング１６は、更に、長手方向ボア１９を有し、この長手方向ボア１９は、それよりも大きい横方向ボア２０で終端する供給チャンネルを形成している。横方向ボア２０の内面は、噴霧ピース２１を横方向ボア２０にねじ込むためのねじ山を有している。噴霧ピース２１は中空ピースであり、その底部は、コアピース２２が挿入されるように開口し、また、噴霧ピース２１は、コアピース２２の頂部が係合する閉じた頂部を有し、その結果、噴霧ピース２１がハウジング１６の横方向ボア２０にねじ込まれるとき、コアピース２２は噴霧ピース２１の中に固定される。コアピース２２の頂部と噴霧ピース２１の内面２３との間には、噴霧ノズル５の出口キャビティ２４が形成されている。このキャビティ２４は、円錐形部分と、円筒形チャンネル２５とからなり、円筒形部分は、噴霧開口２６を形成するように噴霧ピース２１の頂部を貫いて延び、反応混合物は、噴霧ノズル５から噴霧開口２６を通して噴霧される。円錐形部分及び円筒形チャンネル２５の寸法、及び、噴霧ピース２１の内面２３の形状及び傾斜は、望ましい噴霧パターンに応じて調節されるのがよい。

コアピース２２は、長手方向ボア１９を通って供給される反応混合物を、出口キャビティ２４の角度をなして噴射するように構成され、その結果、反応混合物が出口キャビティ２４を通過するとき及び反応混合物が噴霧ノズルから噴霧されるとき、反応混合物は、旋回運動を受ける。図１１〜図１３に示すように、コアピース２２は、例えば円筒形部分２７と、中空の噴霧ピース２１に嵌合する円錐台形部分２８とからなり、更に詳細には、円錐台形部分２８は、噴霧ピース２１の円錐形内面２３に当接して嵌合する。円錐台形部分の上面には、４つの溝２９が形成されている。溝２９の各々は、コアピース２２の底面の中心で終端する円筒形ボア３０によって、供給チャンネル１９に接続され、その結果、反応混合物の流れは、４つのボア３０及び溝２９にわたって分割される。供給チャンネル１９の断面積は、溝２９の総断面積よりも大きく、その結果、反応混合物を溝２９に通すことによって、反応混合物が更に高い速度にされ、即ち、加速される。従って、溝２９は、その中を通る反応混合物を加速させるチャンネル２９を形成する。

本発明による方法に使用されるノズルは、少なくとも１つ、好ましくは、少なくとも２つ、更に好ましくは、少なくとも３つ、最も好ましくは、少なくとも４つのチャンネル２９を有し、反応混合物は、それが噴霧ノズルから噴霧される前、チャンネル２９の中で加速される。より多くのチャンネル２９があれば、より均一な噴霧パターンを達成することを可能にするけれども、より多くのチャンネルを設ければ設けるほど、これらチャンネルの最大断面積をより小さくしなければならない。チャンネル２９の各々は、好ましくは、０．６ｍｍ²よりも小さく、より好ましくは０．４ｍｍ²よりも小さい断面積、又は、チャンネルの断面積が一定でないときは、最小断面積を有する。各チャンネル２９の最小断面積、即ち、各チャンネルの断面が最小である場所で測定されたチャンネルの断面積は、例えば約０．０８５ｍｍ²であるが、好ましくは、０．０４ｍｍ²よりも大きくすべきである。異なるチャンネルの総最小断面積、即ち、異なるチャンネルの最小断面積の合計は、好ましくは、０．１０ｍｍ²よりも大きく、より好ましくは、０．２０ｍｍ²よりも大きく、その結果、より安定な噴霧パターンを達成するより多くのチャンネルを設けることができる。図示の実施形態では、反応混合物の流れは、チャンネル２９の断面積全体にわたって生じ、その結果、これらチャンネルの最小断面積は、これらのチャンネル内の反応混合物流の最小断面積と等しい。

本発明による方法において、チャンネル２９内の反応混合物の流れの総最小断面積（Ｓｍｍ²）は、１．０ｍｍ²より小さくすべきであり、好ましくは、０．９ｍｍ²よりも小さく、更に好ましくは、０．７ｍｍ²よりも小さい。この方法では、噴霧ノズルの中を通る反応混合物の流量が比較的小さくても、反応混合物は、チャンネル２９の中を通ることによって、既にかなりの量の運動エネルギーを受取っている。反応混合物が噴霧ノズルから噴霧されるところの流量は、好ましくは、１〜２５ｇ／秒の範囲内にあり、より好ましくは、１〜１３ｇ／秒の範囲内にあり、最も好ましくは、２〜１０ｇ／秒の範囲内にある。本発明によれば、反応混合物を１０×Ｓ〜８０×Ｓｇ／秒の流量で噴霧ノズルから噴霧すべきである。この流量は、好ましくは、６０×Ｓｇ／秒よりも小さく、より好ましくは、５０×Ｓｇ／秒よりも小さく、最も好ましくは、４０×Ｓｇ／秒よりも小さい。この流量は、更に、１４×Ｓｇ／秒よりも大きいことが好ましい。上述した概念は、小さい又は狭い型のキャビティに挿入される小型スプレーノズルである。

図６〜図１０に示す噴霧ノズルの概念は、チャンネル網内の目詰まり又は材料の堆積の危険を最小にするように設計されている。

図７に示すノズルでは、望ましい噴霧パターンを達成するために、更に運動エネルギーが、チャンネル２９を通過した反応混合物に加えられる。これは、ボンベ１０からの加圧ガスを、噴霧ピース２１の中の少なくとも１つのボア３１を通して出口キャビティ２４に注入することによって行われ、その結果、加圧ガスが、反応混合物と一緒に噴霧開口２６を通して噴霧ノズルから噴霧される。ボア３１は、出口キャビティ２４内で一定の角度をなす溝２９によって注入された反応混合物の渦巻又は旋回運動、即ち、運動エネルギーを増大させる角度に差し向けられる。加圧ガスは、ボア３１のレベルのところに噴霧ピース２１内に設けられた管状キャビティ３２に、ボア１２によって供給され、ボア１２は、ねじ山付き円筒形外キャビティ４２で終端し、ガス配管１１を噴霧ノズル５に接続するためのアダプタが、外キャビティ４２にねじ込まれる。

本発明によれば、反応混合物の運動エネルギーを増大させるために、比較的少量の、特に反応混合物１グラム当たり０．０５〜２．５ｍモルの加圧ガスしか使用しない。窒素ガスについては、これらの量は、反応混合物１グラム当たり窒素約１．４〜７０ｍｇに相当する。このような少量のガスの利点は、噴霧開口を通って噴霧ノズルから離れるガスの運動エネルギーが、噴霧すべき表面に到達する運動エネルギーの総量に実質的に寄与しないことである。加圧ガスが、好ましくは、反応混合物１グラム当たり少なくとも０．０７５ｍモル、好ましくは、少なくとも０．１５ｍモルの量で噴霧ノズルに供給され、且つ、加圧ガスが、好ましくは、反応混合物１グラム当たり１．５ｍモル未満、より好ましくは、反応混合物１グラム当たり１．１ｍモル未満、最も好ましくは、反応混合物１グラム当たり０．７５ｍモル未満の量で噴霧ノズルに供給される。

反応混合物の運動エネルギーを増大させるように加圧ガスの量をより効率的に使用するために、反応混合物がチャンネル２９によって加速される前、加圧ガスが反応混合物に加えられることが好ましい。上述したように、加圧ガスは、噴霧ノズルに供給されことが好ましく、即ち、混合工程が終了した後に反応混合物に加えられることが好ましい。

図８は、反応混合物がチャンネル又は溝２９内で加速される前に反応混合物に加圧ガスが加えられる、図７に示した噴霧ノズル５の第１の変形例を示す。この実施形態では、噴霧ノズルのハウジング１６内に、供給チャンネル１９で終端するボア３３が設けられている。配管１１がねじ山付き外キャビティ４２を介してボア３３に接続され、その結果、加圧ガスが反応混合物の流れに直接注入される。反応混合物中のガスのより良好な混合を達成するために、供給チャンネル内の別の箇所で終端する、より多くの且つより小さいボア３３を設けることが可能である。

図９では、２つの円筒形アダプタピース、即ち、反応混合物のための１つのアダプタピース３４と加圧ガスのための１つのアダプタピース３５とによって、加圧ガス及び反応混合物のより良好な混合が得られる。両方のアダプタピース３４、３５は、軸方向ボア３６、３７を有しており、コアピース２２の下に位置するハウジング内の円筒形キャビティの中で相互に積み重ねられ、その結果、軸方向ボア３６、３７は、コアピース２２のボア３０で終端するチャンネルを形成する。両方のアダプタピースは、更に、その周縁に環状溝３８、３９を有しており、これらの環状溝３８、３９は、ボア４０、４１によって軸方向ボア３６、６７に接続されている。異なるアダプタピース及びコアピースの下及びこれらの間に、図９に示していない平坦なシールが設けられることが好ましい（図７及び図８にも、異なる構成要素間の平坦なシールを示していない）。

図９の実施形態においては、加圧ガスは、配管１１によって噴霧ノズルに供給されず、配管１１は、混合ヘッドに接続されている。混合ヘッドは、静的ミキサーの周りに設けられた同軸チャンネル６０で終端するガスチャンネルを収容している。この静的ミキサーは、噴霧ノズル５のコネクタ部分６２にシールされた内管６１に収容されている。同軸チャンネル６０は、噴霧ノズルのコネクタ部分６４の上にシールされた外管６３によって構成されている。コネクタ部分６４は、キャビティが形成されるように、平らな側面６５を有し、キャビティは、一方の側で同軸ガスチャンネル６０と流通し、他方の側でボア６６を介して最も下のアダプタ３５の環状溝３９と流通している。アダプタ３５のボア４１は、加圧ガスが軸方向ボア内で旋回する角度をなして差し向けられている。次いで、この旋回ガスの流れは、ボア３７からボア３６に入り、反応混合物は、供給チャンネル１９及び環状溝３８から、ボア４１と同様の角度をなして差し向けられたボア４０を通して注入され、その結果、反応混合物は、加圧ガスと同じ方向の旋回を形成する。このように形成された乱流により、加圧ガス及び反応混合物は、それらが溝２９に供給される前により良好に混合される。

図１０では、１つだけのアダプタピース、即ち、加圧ガスのためのアダプタピース３５だけによって、加圧ガスと反応混合物との良好な混合が達成される。この実施形態でも、加圧ガスは、静的ミキサーの内管６１及び外管６３の周りに形成された同軸チャンネル６０を通して供給される。外管６３のためのコネクタ部分６４も、加圧ガスのためのボア６６が終端するキャビティを形成する平らな側面６５を有している。反応混合物のための供給チャンネル１９は、アダプタ３５の軸方向ボア３７の底部に接続され、その結果、反応混合物の流れは、今や、軸方向ボアの中を通る。アダプタ３５では、加圧ガスは、４つのボア４１から反応混合物の流れに注入される。この実施形態では、反応混合物の旋回がないことが必要であり、最良の混合が、加圧ガスを半径方向ボア４１から注入することによって得られることが分かった。

図１０の実施形態に使用される噴霧ピース２１及びコアピース２２は、上述した実施形態に使用される噴霧ピース及びコアピースの形状と幾分異なる形状を有している。図１４〜図１６に示すように、コアピース２２はまた、中空の噴霧ピース２１内に嵌合した円筒形部分２７と円錐台形部分２８とからなっている。しかしながら、相違点は、コアピース２２がその平坦な頂部表面で噴霧ピース２１の平坦な内側頂部表面に係合すること、及びコアピースの頂部表面に円筒形の凹部６７が設けられ、コアピースの平坦な頂部表面に設けられた溝２９が凹部６７で終端することである。かくして、反応混合物は、これら溝２９の中を通して、噴霧開口２６の面と実質的に平行な方向に案内される。溝の深さは、凹部６７に向って徐々に減少し、その結果、溝の断面積は、溝２９の下流端で、即ち、溝が凹部６７の中で終端する末端で最小値に達する。このコアピース２２の中の凹部６７は、噴霧ピース２１内の小さい円錐形のキャビティ及び噴霧開口２６に通じた円筒形チャンネル２５と共に、外部キャビティ２４を形成する。

上述した実施形態において、反応混合物が通って加速されるチャンネルは、コアピース２２内の別々の溝によって形成され、反応混合物がコアピースの横方向の円筒形側面に沿って通ることはない。しかしながら、他のノズル概念においては、反応混合物が、円筒形キャビティの内壁とその中に挿入され且つ円筒形キャビティの内径よりも幾分小さい直径を有する円筒形コアピースとの間に形成された、１つの狭い環状チャンネル又はキャビティの中で加速されてもよい。例えば、米国特許ＵＳ−Ａ−３，９２３，２５３におけるインペラーの周りの環状キャビティを参照すべきであるが、この環状キャビティは１ｍｍ²よりも大きい断面積を有している。円筒形のコアピースが、例えば５ｍｍの直径を有し、少なくとも反応混合物がコアピースを軸方向に通過するとき、円筒形キャビティの内径を、例えば約５．６ｍｍよりも小さくすべきである。しかし、反応混合物を環状チャンネルの中に横方向に注入して、円筒形コアピースの周りで旋回運動を形成し、環状チャンネルを出るときに渦を形成するようにすることも可能である。その場合、このチャンネル内における反応混合物の流れの断面積のみが測定されねばならないだけであり、これは反応混合物の流れに対して垂直であるから、コアピースとキャビティの内壁との間の隙間はより大きくてもよい。更に、この環状キャビティもまた、出口キャビティに向って円錐状に狭くなっていてもよいので、環状キャビティの出口における最小断面積が考慮されなければならない。

噴霧パターンを、反応混合物の流量を調節することによって制御できるだけでなく、加圧ガスの流量を調節することによっても制御できるので、本発明による方法の利点は、噴霧パターンをより良好に制御できることである。この方法において、噴霧された反応混合物の液滴寸法は、噴霧された層の均一性に悪影響を及ぼすことなしに、小さくされ、特に１００μｍまで小さくされるのがよい。更に、ポリウレタン層を噴霧するようにプログラムされたロボットを、噴霧距離に応じて反応混合物の流量を変化させるようにプログラムすることもできる。

本発明の幾つかの特定の実施形態についての上記説明から、特許請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなく、全ての種類の変形が適用できることは明らかであろう。

特に、ノズルに更なる加圧ガスの供給を提供すること、より具体的には、噴霧パターン形状の追加の制御を得るために、噴霧された反応混合物の周りに「ガスカーテン」を発生させることが可能である。これは、例えば欧州特許ＥＰ−Ｂ−０３０３３０５の図２０の例に示されている方法で、噴霧ノズルの小さい出口オリフィスから加圧ガスを噴射することによって達成される。この方法においてノズルから噴射されるガスの量は、噴霧された反応混合物の運動エネルギーに対して影響を及ぼさない、或いは、最小の影響しか及ぼさないので、反応混合物に添加されるガス量に含まれない。

〔例〕
加圧窒素ガスを図１０に示した方法と同じ方法でポリウレタン反応混合物中に混合させる噴霧ノズルによって、可撓性エラストマーポリウレタン層を型の表面に厚さ０．７ｍｍで噴霧した。反応混合物の供給チャンネル１９は、直径約１ｍｍであり、４つの溝２９の下流端において測定した溝２９の総最小断面積は、約０．３５ｍｍ²であった。

反応混合物を約８ｇ／秒で噴霧し、窒素ガスを約４ｇ・Ｎ₂／分の流量で注入したとき、安定な噴霧パターンが得られ、噴霧されたポリウレタン層は、密度が約９５０ｇ／リットルであった。

ガスを供給する可能性のない同様の従来技術のノズルを使用したとき、反応混合物の流量が約１４ｇ／秒であるときだけ、同じ安定な噴霧パターンを達成できた。このことは、非常に制限された加圧ガスの添加により、反応混合物の流量の実質的な低下及び噴霧された液滴の面上への良好な分布を可能にし、最適化されたスキン特性をもたらすことを示している。

本発明に従って、ポリウレタン反応混合物を型表面に噴霧する原理を示す概略図ある。 図１の噴霧装置の変形例を示す概略図である。 図１の噴霧装置の変形例を示す概略図である。 噴霧ノズルから噴霧される中空円錐形の反応混合物の噴霧パターンの概略的な側面図である。 図１に示した噴霧装置の混合ヘッドの概略的な断面図である。 本発明による方法に使用される噴霧ノズルの平面図である。 図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。 図７に示した噴霧ノズルの変形例を示す、図７と同様の図である。 図７に示した噴霧ノズルの変形例を示す、図７と同様の図である。 図７に示した噴霧ノズルの変形例を示す、図７と同様の図である。 図７〜図９に示した噴霧ノズルのコアチップの平面図である。 図７〜図９に示した噴霧ノズルのコアチップの側面図である。 図７〜図９に示した噴霧ノズルのコアチップの底面図である。 図１０に示した噴霧ノズルのコアチップの平面図である。 図１０に示した噴霧ノズルのコアチップの側面図である。 図１０に示した噴霧ノズルのコアチップの底面図である。

Claims (33)

1. ポリウレタン反応混合物を加圧下で噴霧ノズルに供給し、
   前記噴霧ノズル内において、ポリウレタン反応混合物を１又は２以上のチャンネルに通すことによって、ポリウレタン反応混合物を加速させ、
   反応混合物の流れは、その流れに対して垂直方向に測定される最小断面積を有し、
   加速させたポリウレタン反応混合物を、前記噴霧ノズルから噴霧開口を通して、ポリウレタン層が形成される面に予め定められた量の運動エネルギーで噴霧し、
   ポリウレタン反応混合物を硬化させる、少なくとも一つのポリウレタン層を含む製品を製造する方法であって、
   ポリウレタン反応混合物の流れは、前記１又は２以上のチャンネル内において、総最小断面積Ｓｍｍ²を有し、Ｓの値は、１．０よりも小さく、
   ポリウレタン反応混合物を、１０×Ｓ〜８０×Ｓｇ／秒の流量で前記噴霧ノズルから噴霧し、
   加圧ガスを、前記噴霧ノズルから噴霧開口を通してポリウレタン反応混合物と一緒にポリウレタン反応混合物１ｇ当たり０．０５〜２．５ｍモルの量で噴霧し、
   前記噴霧ノズルから噴霧されるポリウレタン反応混合物の運動エネルギーを増大させることを特徴とする方法。
2. ポリウレタン反応混合物は、６０×Ｓｇ／秒よりも小さい流量で前記噴霧ノズルから噴霧される、請求項１に記載の方法。
3. ポリウレタン反応混合物は、１４×Ｓｇ／秒よりも大きい流量で前記噴霧ノズルから噴霧される、請求項１又は２に記載の方法。
4. ポリウレタン反応混合物は、１〜２５ｇ／秒の流量で前記噴霧ノズルから噴霧される、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
5. 前記１又は２以上のチャンネル内におけるポリウレタン反応混合物の流れの総最小断面積は、０．６ｍｍ²よりも小さく、
   前記１又は２以上のチャンネル内におけるポリウレタン反応混合物の流れの総最小断面積は、０．１０ｍｍ²よりも大きい、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
6. 加圧ガスは、ポリウレタン反応混合物１グラム当たり少なくとも０．０７５ｍモルの量で前記噴霧ノズルに供給され、
   加圧ガスは、ポリウレタン反応混合物１グラム当たり１．５ｍモル未満の量で前記噴霧ノズルに供給される、請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
7. 加圧ガスをガス源から供給し、このガス源は、加圧ガスを単位時間当たり実質的に一定のモル数で供給する、請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
8. 前記噴霧ノズル内のポリウレタン反応混合物の流れを、少なくとも２つのチャンネルに分け、ポリウレタン反応混合物を加速させる、請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
9. ＡＳＴＥＭ・Ｅ７９９−８１に従って決定される中間容積直径が５０μｍよりも大きい液滴の形態で、又は、前記噴霧ノズルから一定の距離のところで前記液滴に分離するように落ちるフィルムの形態で、ポリウレタン反応混合物が前記噴霧ノズルから噴霧されるように、ポリウレタン反応混合物の流量及び／又は加圧ガスの量を制御することによって、運動エネルギーの前記予め定められた量を制御する、請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
10. ＡＳＴＥＭ・Ｅ７９９−８１に従って決定される中間容積直径が５００μｍよりも小さい液滴の形態で、又は、前記噴霧ノズルから一定の距離のところで前記液滴に分離するように落ちるフィルムの形態で、ポリウレタン反応混合物が前記噴霧ノズルから噴霧されるように、ポリウレタン反応混合物の流量及び／又は加圧ガスの量を制御することによって、運動エネルギーの前記予め定められた量を制御する、請求項１〜９の何れか１項に記載の方法。
11. 前記噴霧距離が変化し又はそれを変化させるとき、ポリウレタン反応混合物の流量及び／又はそれに加える加圧ガスの量を変化させる、請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
12. ポリウレタン反応混合物を、円錐形、楕円錐形又は平坦な扇形の形状で前記噴霧ノズルから噴霧する、請求項１〜１１の何れか１項に記載の方法。
13. 加圧ガスを、ガス状態でポリウレタン反応混合物に加え、
    加圧ガスを、１０〜８０バールの圧力で加える、請求項１〜１２の何れか１項に記載の方法。
14. 加圧ガスは窒素ガスである、請求項１〜１３の何れか１項に記載の方法。
15. 前記１又は２以上のチャンネルによって加速されるポリウレタン反応混合物を、前記噴霧ノズルの出口キャビティの中で一定の角度をなして注入し、ポリウレタン反応混合物を前記出口キャビティの中で旋回させ、
    前記出口キャビティは、前記噴霧開口を有し、それにより、ポリウレタン反応混合物を前記噴霧ノズルの噴霧開口を通して噴霧するとき、ポリウレタン反応混合物は旋回運動状態にある、請求項１〜１４の何れか１項に記載の方法。
16. ポリウレタン反応混合物を前記１又は２以上のチャンネルによって加速させた後であって、ポリウレタン反応混合物を前記噴霧開口から噴霧する前に、加圧ガスをポリウレタン反応混合物に加える、請求項１〜１５の何れか１項に記載の方法。
17. 加圧ガスを、前記出口キャビティ内におけるポリウレタン反応混合物の旋回運動を増大させる角度で前記出口キャビティ内に注入する、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. ポリウレタン反応混合物を前記１又は２以上のチャンネルによって加速させる前に、加圧ガスを反応混合物に加える、請求項１〜１７の何れか１項に記載の方法。
19. ポリウレタン反応混合物を前記噴霧ノズルに供給する前、少なくとも２つのポリウレタン反応混合物成分をミキサー内で混合することによって、ポリウレタン反応混合物を準備し、
    加圧ガスが前記ミキサーから離れた後、加圧ガスをポリウレタン反応混合物に加える、請求項１〜１８の何れか１項に記載の方法。
20. ポリウレタン反応混合物を前記噴霧ノズルに供給する前、少なくとも第１及び第２のポリウレタン反応混合物成分をミキサー内で混合することによって、ポリウレタン反応混合物を準備し、
    加圧ガスが前記ミキサーから離れる前、加圧ガスをポリウレタン反応混合物に加える、請求項１〜１９の何れか１項に記載の方法。
21. ポリウレタン反応混合物を前記ミキサーに導入する前、加圧ガスをポリウレタン反応混合物に加える、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１及び第２のポリウレタン反応混合物成分を一緒にする前、加圧ガスを前記第１の又は前記第２のポリウレタン反応混合物成分に加えることによって、加圧ガスをポリウレタン反応混合物に加え、特に、加圧ガスをポリオール流れ又はイソシアネート流れに注入する、請求項２１に記載の方法。
23. 加圧ガスを、噴霧されたポリウレタン層の密度を小さくするようにポリウレタン反応混合物に加え、特に、ポリウレタン反応混合物を前記ミキサー内で混合する前、加圧ガスをポリウレタン反応混合物に加える、請求項２０〜２２の何れか１項に記載の方法。
24. 噴霧されたポリウレタン反応混合物の密度は、３００〜６００ｇ／リットルの範囲の平均密度まで減少する、請求項２３に記載の方法。
25. 反応混合物を噴霧して、平均密度が３００ｇ／リットルよりも大きいポリウレタン層を製造する、請求項１〜２２の何れか１項に記載の方法。
26. 前記ポリウレタン層は、可撓性のエラストマーポリウレタン層である、請求項１〜２５の何れか１項に記載の方法。
27. ポリウレタン反応混合物を、平均厚さ０．１〜２ｍｍの層をなして噴霧する、請求項１〜２６の何れか１項に記載の方法。
28. ポリウレタン反応混合物を、平均厚さ０．６ｍｍよりも小さい、特に０．５ｍｍよりも小さい層をなして噴霧する、請求項１〜２７の何れか１項に記載の方法。
29. 製造すべき製品は、ポリウレタン反応混合物が噴霧される前記面を形成する更なる層を有する、請求項１〜２８の何れか１項に記載の方法。
30. 前記更なる層は、型内コーティングとして付けられる塗料層である、請求項２９に記載の方法。
31. ポリウレタン反応混合物は、１又は２以上の反応性芳香族ポリイソシアネートを含む、、請求項１〜３０の何れか１項に記載の方法。
32. 前記ポリウレタン層は、ポリウレタン発泡層であり、このポリウレタン発泡層を、物理的及び／又は化学的発泡剤をポリウレタン反応混合物に加えることによって得る、、請求項１〜２２の何れか１項に記載の方法。
33. 製造すべき製品は、ポリウレタン反応混合物が噴霧される前記面を形成する更なる層を有し、この更なる層は、６００ｋｇ／ｍ³の密度を有する可撓性エラストマーポリウレタンである、請求項３２に記載の方法。

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