JP5426256B2 - スキン層および発泡層を有する把持部材 - Google Patents

Description

本発明は、グリップした際の触感を向上させたステアリングホイール等の把持部材に関する。

ステアリングホイールは、インサートされた芯金上に樹脂を射出して製造されている。樹脂としては、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、熱可塑性エラストマー樹脂、ポリウレタン樹脂などが使用されている。
ステアリングホイールに対しては、軽量化、グリップしたときの触感、操作性などが要求されており、こうした特性を満たすものとして、ＲＩＭ成形発泡ポリウレタンによるステアリングホイールが主流となっている。
しかしながら、ＲＩＭ発泡成形では、離型剤やバリヤコートの塗布工程が必要であり、成形サイクルがながくなる（一般的には４〜５分）。また、成形後のバリとり等の二次的加工が必要であり生産効率が非常に悪い。更に、熱可塑性でないためリサイクル性に劣り、燃焼時に有害なシアンガスを発生するという問題もある。
そこで、ＲＩＭ発泡ポリウレタン樹脂に代わるソフト感のあるステアリングホイールが提案されている。

例えば、芯金外周に特定の表面硬度のエステル系ＴＰＥ又はウレタン系ＴＰＥから形成された未発泡の被覆層を有するステアリングホイールも提案されている（特許文献１）。
しかし、ＲＩＭ成形発泡ポリウレタン樹脂成形品と比較するとソフト感が不十分であり、軽量化の観点からもメリットがない。
また、ステアリングホイールの軽量化、触感、操作性の向上のため、芯金と、オレフィン系又はスチレン系熱可塑性エラストマーから構成される表面層と、それらの間に無機フィラーを配合して弾性率を特定の範囲に調整したプロピレン系樹脂層を介在させて積層したステアリングホイールが提案されている（特許文献２）。オレフィン系またはスチレン系エラストマーは、エステル系あるいはウレタン系熱可塑性エラストマーと比較すると、低硬度化が可能であり、柔らかい感触を得ることができる。しかし、ＲＩＭ成形発泡ポリウレタン樹脂に比べて弾力性に劣り、握ったときの感触が不十分である。また、アース電位のプレート状導電性治具などの専用装置が必要で、塗装装置が複雑になるという問題がある。
更に、スチレン系熱可塑性エラストマーを使用して、型開速度を変化させることで、発泡を制御し、発泡セルの状態、発泡倍率を適切な状態に確保するという発泡射出成形方法も提案されている（特許文献３）。また、キャビティの非意匠面に設けた可動スライドコアを有する金型を用いて、ショアＤ硬度が２０〜６０の熱可塑性エラストマー１００重量部と発泡剤０．０１〜１０重量部からなる発泡性熱可塑性エラストマーを、金型に６０％以上の充填量で射出した後、４秒以内に該スライドコアを後退させて発泡させてステアリングホイールを製造するものも提案されている（特許文献４）。
しかし、いずれも金型が非常に複雑となる。

特開平５−２９４２４７号公報 特開平６−１７０８８２号公報 特開平７−０８８８７８号公報 特開２００１−１９１３５５号公報

前記提案されたステアリングホイールは、ＲＩＭ成形による発泡ポリウレタン樹脂製のステアリングホイールに指摘されていた前記の成形サイクルが長い、二次加工を要する、リサイクルができないといった問題点は解決できるが、発泡ポリウレタン樹脂の特徴であるグリップしたときの優れた触感に関しては、これと同等以上の触感を得るまでには至っていない。
本願発明は、熱可塑性エラストマーを使用して、生産性良く製造が可能で、リサイクルも可能であり、かつＲＩＭ発泡ポリウレタン樹脂が有する優れたグリップ感と少なくとも同等あるいはそれ以上に向上した、又操作性にも優れたステアリングホイールなどの自動車用把持部材を提供することを目的とする。

本発明者らは、グリップしたときの感触の向上にどのような特性を有する熱可塑性エラストマーが好適なのか探求する手法として、熱可塑性エラストマーの種類やその発泡方法を変えて多数の発泡熱可塑性エラストマーのテストピース（１０×２００×１５０ｍｍ）を作成し、このテストピースについてパネラーによりその触感を確認させる官能テスト方法を採用した。そして、この官能テストの結果からより好ましい発泡熱可塑性エラストマーを絞り込んだ。
一方、本発明者は、ステアリングホイールにおいては、そのグリップ感に関与する特性として、その構成樹脂材料の圧縮硬さ（ＬＣ値）、圧縮エネルギー（ＷＣ値）、および圧縮回復性（ＲＣ値）の３種の圧縮特性が重要であるとの知見を得ていた。
前記手法により、好ましい触感を示すことを確認した発泡熱可塑性エラストマーと、従来よりグリップ時の触感が優れているとの評価を受けている発泡ポリウレタン樹脂について前記の３種の圧縮特性を測定して、その測定値から、前記課題を解決し得る優れた触感を具備する把持部材を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
［１］スキン層および発泡層を有する発泡熱可塑性エラストマーをグリップ部に使用した把持部材において、
該発泡熱可塑性エラストマーが以下の圧縮特性を具備することを特徴とする把持材。
Ａ．圧縮硬さ（ＬＣ値）がＬＣ＝０．８〜０．９
Ｂ．圧縮エネルギー（ＷＣ値）がＷＣ＝６００〜１０００（ｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２）
Ｃ．圧縮回復性（ＲＣ値）がＲＣ＞５０％
［２］前記熱可塑性エラストマーがオレフィン系熱可塑性エラストマーである前記［１］記載の把持部材。
に関する。

本発明によれば、発泡熱可塑性エラストマーを使用したステアリングホイールなどの把持部材において、前記発泡熱可塑性エラストマーの圧縮特性を
Ａ．圧縮硬さ（ＬＣ値）がＬＣ＝０．８〜０．９
Ｂ．圧縮エネルギー（ＷＣ値）がＷＣ＝６００〜１０００（ｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２）
Ｃ．圧縮回復性（ＲＣ値）がＲＣ＞５０％
とすることにより、その把持部材を把持（グリップ）したときの感触を、これまで触感の良いものとされてきた、発泡ポリウレタン樹脂によるものと比べても少なくともそれと同等、あるいはそれよりも向上することができ、操作性にも優れている。
そして、ＲＩＭ成形発泡ポリウレタンについて従来から指摘されてきた問題点を解消して、成形サイクルを短縮することができ、またリサイクルも可能であり、焼却したときの有害ガスの発生も防止することができる。

本発明のステアリングホイールの成形に使用した金型の説明図。 本発明においてテストピースの圧縮特性の測定に際し得られる、荷重をかけたときと荷重をかけた状態から荷重を減らしたときに得られる荷重とテストピースの変形量の関係を示すグラフ。

以下本発明について具体的に説明する。
本発明は、熱可塑性エラストマーの発泡射出成形により得られる表皮層および発泡層を有する把持部材に関するものである。
前記発泡射出成形方法自体は、特に制限されるものではなく、公知の方法を使用することができる。すなわち、ステアリングホイール用の芯金を型内にインサートして、型閉め後、これに溶融させた発泡処方の熱可塑性エラストマーを射出してキャビティ内で発泡成形することにより成形される。使用する金型として、コア型と可動型からなる金型を用いて、可動型を移動させて発泡の進行につれてキャビティを拡張させる方法によっても良いが、金型が複雑になるのでショートショットで金型キャビティ内に発泡性熱可塑性エラストマーを注入して金型を固定した状態で射出成形する方が好ましい。

射出発泡成形法で成形すると、金型キャビティと接する部分にスキン層が形成される。スキン層の厚みは、均一であることが望ましく、バラツキが大きいと面で受ける接触圧力分布に大きく影響し、分布が不均一となり、触感が著しく低下する。また、スキン層の厚みは、弾性特性を表す圧縮エネルギー（ＷＣ値）に大きく影響する。スキン層の厚みが３ｍｍ以上では、好ましい圧縮エネルギー範囲を下回ってしまう。優れた触感が得られるスキン層の厚みは２ｍｍ以下であり、外観性能も考慮すると、０．５〜２ｍｍの範囲がより好ましい。こうしたスキン層の厚みの調整は、金型温度、樹脂温度、射出速度、金型冷却時間、或いは発泡剤の添加量等を調整するなど公知の手法により行うことができる。

本発明において重要なことは、前記発泡射出成形して得られた表皮および発泡層を有する発泡熱可塑性エラストマーが所定の圧縮特性を具備することである。
すなわち、Ａ．圧縮硬さ（ＬＣ値）がＬＣ＝０．８〜０．９
Ｂ．圧縮エネルギー（ＷＣ値）がＷＣ＝６００〜１０００（ｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２）
Ｃ．圧縮回復性（ＲＣ値）がＲＣ＞５０％
を同時に満足することである。

前記圧縮特性の値は、すでに述べたテストピースを使用した官能テストの手法により、発泡ポリウレタン樹脂と同等かそれ以上の優れた触感を示す発泡熱可塑性エラストマーを選び出し、これらの発泡テストピースについて圧縮特性を測定した値から導き出したものである。
前記官能テストは６０名のパネラーによるもので、このパネラーは、一般のユーザーから選んだ。

テストピースは、以下のようにして調製したものである。
１）発泡熱可塑性エラストマーのテストピース
熱可塑性エラストマーとしては、オレフィン系、スチレン系、ポリエステル系の各熱可塑性エラストマーからそれぞれ選び、また発泡手法（物理発泡（Ｎ_２、ＣＯ_２）、化学発泡剤、膨張剤（日本フィライト（株）製エクスパンセル９８０ＭＢ）を変えて、以下のようにして調製した。
テストピース成形用の金型（キャビティ１０×２００×１５０ｍｍ）を使用し、金型温度を３０℃とした。熱可塑性エラストマーに対して０〜３重量部の発泡剤又は膨張剤を添加し、熱可塑性エラストマーを２００℃で溶融して金型をコアバックせずにショートショトで射出成形を行った。射出後３０秒で金型から取り出し、テストピースをとした。
２）発泡ポリウレタン樹脂のテストピース
テストピース成形用の金型（キャビティ１０×２００×１５０ｍｍ）を使用し、金型温度を４０℃とした。自動車用ステアリングホイール用のポリウレタン樹脂成形材料（ポリオール、触媒、鎖延長剤、助剤からなるポリオール混合物とポリイソシアネート化合物からなるＮＣＯインデックスが１１０）を予め型を閉じた状態でポリウレタン樹脂材料液を注入し、型内で反応させる反応射出成形法（ＲＩＭ）で成形した。型内反応温度は約９０℃で、射出後３０秒で金型から取り出し、テストピースとした。
なお、いずれのテストピースもそのスキン層の厚みを１．０ｍｍとした。

上記のようにして調製した、グリップ時の触感の標準品である発泡ポリウレタン樹脂のテストピースを含む２２種のテストピースを６０名のパネラーに渡して、これをステアリングホイールの触感を調査する目的であることを説明した上で、その触感についてアンケート方式で調査した。
その結果、最もグリップ時の触感が好ましいとされたものは、オレフィン系の熱可塑性エラストマー（ＪＳＲ（株）製：エクセリンク９７００Ｎ）と重炭酸ナトリウムを主成分とする発泡剤（永和化成工業株式会社製のポリスレンＥＶ４０５Ｄ）とを組み合わせて使用して得た発泡熱可塑性エラストマーであった。次いで好ましい触感とされたのは発泡ポリウレタン樹脂であった。

本発明者は、別途、ステアリングホイールをグリップした際、触感に影響する特性として圧縮硬さ（ＬＣ値）、圧縮エネルギー（ＷＣ値）、圧縮回復性（ＲＣ値）が重要であるとの知見を得ており、前記のテストピースについて、これらの圧縮特性を測定した。また、ステアリングホイールは手のひらで握って操作するため面で受ける接触圧力分布も重要な要素となることが想定されるので、この接触圧力分布についても測定した。この測定装置には、ニッタ（株）Ｉ−ＳＣＡＭシステムを使用した。これは、０．１ｍｍの超薄型センサーシートを使用して実使用に近い状態での接触圧力分布をリアルタイムで測定表示できる。今回の測定では、５０×５０×８ｍｍの負荷子を島津製作所オートグラフ（ＡＧＩＳ−５ＫＮ）に取り付け負荷速度１０ｍｍ／ｍｉｍで１０ｋｇ負荷したときの接触圧力分布を計測した。負荷子の表面には人間の手の感覚を再現するよう硬度６０（ＪＩＳＡ）のシリコンラバーを貼り付けて行った。
この測定結果は、前記の触感が最も好ましいと評価された発泡熱可塑性エラストマーが、従来のポリウレタン樹脂と類似した接触圧力分布を示し、荷重負荷部が全体的に沈み、圧力分布の均一性に優れていた。このことは材料の発泡バランスが均一で、圧縮特性のバラツキが小さいことを示している。他のテストピースでは前記２者よりもかなり不均一であることがわかった。このように接触圧力分布の測定結果は、前記の官能テストの評価結果とも一致している。

また、前記圧縮特性の値は、布地の風合いを評価する装置として知られているカトーテック（株）製ハンディ圧縮試験機（ＫＥＳ−Ｇ５）を使用して測定した。
この測定は、サンプルピースに試験機の先端部を当接して、図２に示すように、荷重をかけたとき得られる曲線と次いで荷重を減らしていく時に得られる曲線との間の面積ａと、後者の曲線とＡＢＣとの間の面積ｂとから、
圧縮硬さ（ＬＣ値）＝（ａ＋ｂの面積）／三角形ＡＢＣの面積
圧縮エネルギー（ＷＣ値）＝ａ＋ｂの面積
圧縮回復性（ＲＣ値）＝ｂの面積／（ａの面積＋ｂの面積）
として得られる。
なお、ＬＣ値の値が１（＝ＭＡＸ）に近づく程圧縮硬さが大きく、ＷＣ値の値が大きい程、圧縮されやすく、またＲＣ値の値が１００％（＝ＭＡＸ）に近づく程、回復性があることを示している。

そして、このようにして測定した結果は、圧縮特性の値の中でも最も触感に対して影響すると考えられる圧縮回復性（ＲＣ値）については、前記のオレフィン系の熱可塑性エラストマー（ＪＳＲ（株）製：エクセリンク９７００Ｎ）を化学発泡剤（永和化成工業株式会社製のポリスレンＥＶ４０５Ｄ）を使用した発泡熱可塑性エラストマーが６２％と最も優れており、この点前記官能テストによる評価と一致していた。また、触感の良い発泡ポリウレタン樹脂は、５１％であった。また、これら以外のテストピースでは５０％に達していなかった。これらの結果から、圧縮回復性（ＲＣ値）は＞５０％、より好ましくは＞５５％であるものが触感が優れているということができる。
また、圧縮硬さ（ＬＣ値）、圧縮エネルギー（ＷＣ値）についても、前記のテストピースによる官能テストの結果で触感が良いとされた前記２者の測定値から、ＬＣ値は０．８〜０．９、より好ましくは０．８〜０．８５、ＷＣ値は６００〜１０００（ｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２）、より好ましくは７００〜８５０（ｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２）、であった。
このように発泡熱可塑性エラストマーが前記特性を有する時、把持部材をグリップしたときの感触は、これまで触感が優れていると評価されている発泡ポリウレタン樹脂と同等か、それ以上の好ましい触感を付与することができる。

本発明に使用する熱可塑性エラストマーは、このように前記の圧縮特性を示すことができるものであれば基本的に制限はない。しかし、オレフィン系熱可塑性エラストマーが好ましい。例えば、エチレン−プロピレン系ゴム１００重量部に対して、スチレン−ブタジエンブロックポリマーの水素添加物などのスチレン系熱可塑性エラストマー２０〜１００重量部、および低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、エチレンと他のビニルモノマーとの共重合体、ポリプロピレン、ポリブテン、プロピレンと他のオレフィンモノマーとのプロピレン系共重合体等のオレフィン系樹脂２０から１００重量部を配合した非架橋型オレフィン系熱可塑性エラストマー組成物が好ましい。特に好ましいのは、前記の（ＪＳＲ（株）製オレフィン系ＴＰＥエクセリンク９７００Ｎ）である。また、発泡手法としては、ショートショットで成形する場合においては化学発泡剤が好ましく、特に重炭酸ナトリウム系発泡剤が好ましい。物理発泡（ミューセル成形）では樹脂の発泡バランスが悪く、発泡セルの形状およびスキン層の厚みが不均一で感触は悪化する。また、膨張剤を使用した場合は、均一に膨張し安定した発泡体が得られるが、材料の弾性が低下し、圧縮硬さが高くなるため、グリップ時の感触は悪くなる。

本発明のステアリングホイールなどの把持部材の成形方法は、オレフィン系熱可塑性エラストマーを化学発泡剤によりショートショト方式で射出成形することにより、前記の圧縮特性を具備する成形品を得ることができる。
すなわち、射出樹脂材料は、熱可塑性エラストマーとしてＪＳＲ（株）製ＴＰＥエクセリンク９７００Ｎを使用し、発泡剤として永和化成工業（株）製ＥＶ４０５Ｄを前記ＴＰＥに対して０．０１〜１０重量部、好ましくは１〜５重量部添加し、これをインサート部材として芯金を型内に配置した金型にショートショトでステアリングホイールのグリップ部の射出成形を行った。成形装置は、図１に示すように、均一な発泡状態を得るために、バランス良く中央部の２箇所にゲート位置を設定し、上下にオーバーフロー部を設けた構成のものを使用した。
こうして得られた、ステアリングホイールのグリップ部は、スキン層の厚みが１．０〜２．０ｍｍであり、圧縮硬さ（ＬＣ値）が０．８３、圧縮エネルギー（ＷＣ値）が８３０（ｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２）、圧縮回復性（ＲＣ値）が６２％であり、グリップ部は、どの部分も感触は良く、発泡ポリウレタン樹脂製のものと比べても勝るとも劣るものではない。

以上は、本発明の把持部材として、ステアリングホイールを中心に述べてきたが、本発明の把持部材は、グリップしたときの感触が優れているという特徴を有するものであり、ステアリングホイールと同様に、グリップしたときの触感が要求される部材、例えばシフトノブ、アシストグリップ、アームレストなどにも有用である。

Claims (2)

1. スキン層および発泡層を有する発泡熱可塑性エラストマーをグリップ部に使用した把持部材において、
   該発泡熱可塑性エラストマーが以下の圧縮特性を具備することを特徴とする把持材。
   Ａ．圧縮硬さ（ＬＣ値）がＬＣ＝０．８〜０．９
   Ｂ．圧縮エネルギー（ＷＣ値）がＷＣ＝６００〜１０００（ｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２）
   Ｃ．圧縮回復性（ＲＣ値）がＲＣ＞５０％
2. 前記熱可塑性エラストマーがオレフィン系熱可塑性エラストマーである請求項１記載の把持部材。

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