JPH10176025A

JPH10176025A - 軽量コールドウレタンの製造方法

Info

Publication number: JPH10176025A
Application number: JP8338005A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ando; 真彦安藤; Eiji Matsumoto; 栄治松本; Hirotoshi Fukuda; 浩俊福田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ホットウレタンと同等以上の特性を備え、か
つ難燃剤を使用することなく軽量コールドウレタンを得
ることを可能とする軽量コールドウレタンの製造方法を
提供する。【解決手段】原料素材をワンショットで金型に注入し
て軽量コールドウレタンの製造方法において、ポリオー
ル１００重量部と、４．５重量部以上の水と、アミン触
媒及びシリコン整泡剤等の添加剤１．５〜３．５重量部
とから成るＡ液と、４５〜６５重量部のイソシアネート
から成るＢ液とで原料素材を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車・オートバ
イ等のシートのクッション材として使用されるクッショ
ン材の原料である軽量コールドウレタンの製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ウレタンフォームは、例えば図７
に示すような自動車８０のシート８１、８２に用いられ
ている。自動車のシート８１，８２は、フロントシート
８１とリアシート８２とに分かれる。さらに、個々のシ
ート８１，８２は、図８に示すように、直接おしりが座
るクッション部８３と背中が当たるバック部８４から成
る。そして、図９に示すように、シートの構造は、大き
く次の４つに分けることができる。シートの骨格ともい
えるフレーム８３ａ，８４ａ、シートのクッション性を
保つバネ８３ｂ，８４ｂ、振動吸収を受け持つウレタン
８３ｃ，８４ｃ、ウレタンを保護し身体に直接触れる表
皮８３ｄ，８４ｄである。このウレタン８３ｃ，８４ｃ
のうち、特にバック部のウレタン８４ｄには柔らかさと
ホールド性が求められる。このようなバック部用のウレ
タン（バックウレタン）は、特に軽量コールドウレタン
が好適である。従来、自動車のフロント（リア）シート
バックで用いられたいた軽量コールドウレタンの配合例
は以下の表１のようなものであった。

【０００３】

【表１】

【０００４】また、従来、自動車のフロントクッション
で用いられたいた軽量コールドウレタンの配合例は以下
の表２のようなものであった。

【０００５】

【表２】

【０００６】しかし、従来の軽量コールドウレタンに
は、以下のような問題があった。（１）従来の軽量コールドウレタン密度は４０ｋｇ／ｍ
³前後であって、ホットウレタンの２７〜３５ｋｇ／ｍ
³より重く、型内への注入原料が多く、コスト高とな
る。さらに、それに加えて車重が増し、燃費が悪くな
る。（２）従来の処方においても、水の量（水部数）を上げ
ると、密度をある程度（３４ｋｇ／ｍ³）下げることは
できるが、問題があった。すなわち、非難燃性となって
しまう。難燃剤等の添加も考えられるが、コスト高とな
り、現実的でない。また、すぐへたるパットとなり、シ
ートとして要求される性能を満足できない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、ホットウレタンと同等以上の特性を備え、かつ
難燃剤を使用することなく、特に自動車のシートバック
に秀れた軽量コールドウレタンを得ることを可能とする
軽量コールドウレタンの製造方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載された発明は、原料素材をワンショ
ットで金型に注入する軽量コールドウレタンの製造方法
において、ポリオール１００重量部と、４．５重量部以
上の水と、アミン触媒及びシリコン整泡剤等の添加剤
１．５〜３．５重量部とから成るＡ液と、４５〜６５重
量部のイソシアネートから成るＢ液とで原料素材を構成
したことを特徴とする軽量コールドウレタンの製造方
法。

【０００９】請求項２に記載された発明は、請求項１の
軽量コールドウレタンの製造方法において、ポリオール
のポリマー含有率が１４〜２５重量％であることを特徴
とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明にかかる軽量コールドウレ
タンの製造方法においては、以下の表３に示すように、
ポリオール１００重量部と、４．５重量部以上の水と、
アミン触媒及びシリコン整泡剤等の添加剤１．５〜５．
０重量部とから成るＡ液と、４５〜６５重量部のイソシ
アネートから成るＢ液とで構成される原料素材を用い
る。また、さらに好適には表４のような組成とする。

【００１１】

【表３】

【表４】

【００１２】本発明で用いられるポリオールとしては、
例えば、アルキレンオキサイド（例えばエチレノキサイ
ド、プロピレンオキサイド等）を低分子ポリオール（例
えばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリ
セリン、トリメチロールプロパン等）に付加した構造を
有するポリエーテルポリオール及びこれに適宜の割合で
エチレン性不飽和単量体（例えばアクリロニトリル、ス
チレン）をラジカル重合させて得られるポリマーポリオ
ールとの混合物を用いることができる。上記ポリエーテ
ルポリオールは、以下の一般式Ｉで表されるものを用い
ることが好適である。

【００１３】

【化１】

【００１４】上式Ｉで、ＰＯ及びＥＯは以下の構造を有
する。

【００１５】

【化２】

【００１６】また、ｘ₁〜ｘ_n及びｙ₁〜ｙ_nは独立に
０以上の整数である。また、ｎは２以上の整数である。

【００１７】本発明で用いることができるポリオール
は、前記したものの１種単独又は複数のものを用いるこ
とができる。ただし、ポリオール全体のうち、ポリマー
ポリオールの含有率は、１４〜２５重量％の範囲とす
る。これによって難燃剤を使用することなく、難燃性を
保つためである。

【００１８】本発明では、水をポリオール１００重量部
に対し、４．５重量部以上配合する。水の配合比を高く
して、泡を多く発生させ、密度を低くするためである。
すなわち、製造されるポリウレタンの密度を２７〜３５
ｋｇ／ｍ³の範囲とするためである。好適にはポリオー
ル１００重量部に対し、４．５〜５．５重量部の範囲が
良い。さらに、４．６〜５．０重量部の範囲が量産に適
する。

【００１９】本発明では、さらにＡ液に添加剤としてア
ミン触媒を配合することができる。このアミン触媒は、
樹脂化及び泡化反応を促進するためのものである。使用
することのできるアミン触媒としては、トリエチレンジ
アミン、ビス（２―ジメチルアミノエチル）エーテル、
１，４―ジアザビシクロ（２，２，２，）オクタン、
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’―テトラメチルヘキサメチレンジア
ミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ―トリス（ジメチルアミノプロピル）
アミン等を挙げることができる。なお、本発明の目的と
するウレタン製品を得ることができる限り、他の系統の
触媒（例えば有機スズ化合物等）を用い、あるいは複数
の触媒を併せて用いることもできる。アミン触媒は、一
般的には適当な溶媒に溶かしたものを使用する。本発明
では、アミン触媒等の添加剤の混合割合を１．５〜５．
０重量部としているが、この割合からはそのような溶媒
が除かれる。

【００２０】本発明では、さらに、添加剤としてシリコ
ン整泡剤を用いることができる。この添加剤は、ポリオ
ール、水、イソシアネートの混合乳化をはかり、発泡中
の泡を安定化するためのものである。具体的には、下式
ＩＩで示されるジメチルシロキサン鎖にポリエーテル類
がペンダント状に結合したものが好適である。

【００２１】

【化３】

【００２２】式ＩＩ中ａ，ｂ，ｍ，ｎは、各々独立に０
以上の整数であり、Ｒ’は、ＳｉとＯ（酸素原子）との
間に介在する炭化水素鎖であって、飽和、不飽和、分岐
型等のものが含まれる。Ｒは、アルキル基であって、飽
和、不飽和、分岐型等のものが含まれる。

【００２３】本発明で用いることができるイソシアネー
ト類としては、芳香族ポリイソシアネートが好適であ
る。さらに好適には、以下の式ＩＩＩで表されるＴＤＩ
（トリレンジイソシアネート）と以下の式ＩＶで表され
るｐ―ＭＤＩ（ポリメチレンポリフェニルポリイソシア
ネート）との混合物を用いる。

【００２４】

【化４】

【化５】

【００２５】本発明では、ポリオール１００重量部に対
して、４５〜６５重量部のイソシアネートを混合する。
この範囲で本発明の目的とする特性を備えたウレタン製
品が得られるからである。ＴＤＩとｐ―ＭＤＩとの混合
物を用いる場合、ｐ―ＭＤＩに対するＴＤＩの割合（Ｔ
ＤＩ／ｐ―ＭＤＩ）は、重量比で８０／２０から１００
／０の範囲が好適である。

【００２６】本発明にかかる軽量コールドポリウレタン
の製造方法では、金型温度を２０℃〜８０℃に保って成
形する。ホットウレタンでは、金型を１２０℃〜１６０
℃に加熱して成形を行う。

【００２７】次に、上記Ａ液とＢ液とから成る原料素材
を用いて軽量コールドポリウレタンを製造する実施の形
態について説明する。図１〜図６は、本発明に係る軽量
コールドポリウレタンの製造方法に使用する発泡成形装
置の実施の形態を示している。図１において、１はエア
バッグ式型締め構造を有するウレタン発泡成形金型であ
り、この成形金型１は、図示しないサーキットコンベア
ラインに配置されるモールド台車２に取付けられ、注入
した発泡原料たるウレタン原料液３を内部で発泡硬化さ
せて、自動車用シートなどのウレタンフォーム（製品）
を作製するものである。このため、ウレタン原料液３
は、図示しない原料液供給源からＡ・Ｂ２種の液が各々
ホース４，５を介して注入ヘッド６に送給され、該注入
ヘッド６より後述の下型内に注入されるようになってい
る。このように、Ａ・Ｂ両液は注入ヘッドで衝突混合
し、金型１内に注入される。

【００２８】上記成形金型１は、図１〜図４に示す如
く、上下方向に配置される鋳造用アルミニウム製（例え
ば、ＡＣ４Ｃなど）の上型７および下型８によって構成
されており、これら上型７と下型８とを上下に重ね合わ
せることにより、その内部に製品成形用の空隙部（キャ
ビティ）９が設けられるようになっている。このため、
上型７の内部は製品の凸状部を作製すべく門形に形成さ
れ、一方、下型８の内部は製品のメイン部および両サイ
ド部に対応した凹形に形成されており、これら両型７，
８にはシール部となる傾斜面状の合わせ面７ａ，８ａ
（シール面）がそれぞれ設けられている。

【００２９】また、下型８の底部には、空気圧により膨
らむ多数のエアバッグ１０が配設されており、ドク１１
を蹴ると、図外のエア供給源よりこれらエアバッグ１０
に空気が入って膨らみ、これに伴って当該下型８が持ち
上がることにより上型７と合わせられ、型締めクランプ
シリンダ１２にて上型７と下型８とがシールされた状態
で型締め（ロック）されるように構成されている。

【００３０】一方、上型７の上部中央には、成形金型１
内の空隙部９へ連通するエア抜き孔１３が穿設されてお
り、このエア抜き孔１３は上面から下方へ向かって徐々
に小径のテーパ状に形成されている。また、上型７の上
部中央には、エア抜き孔１３を開閉するエア抜きバルブ
１４が設けられている。このバルブ１４は、アクチュエ
ータであるエアシリンダ１５により上下方向へ移動自在
に作動させられるように構成されており、該バルブ１４
のエア抜き孔１３に対する嵌入位置（上下位置）に応じ
て、空隙部９内のエアが両者の嵌合面隙間を通って成形
金型１の外側に抜け出るようになっている。しかして、
バルブ１４は、ピストンロッド１６およびピストン１７
（図８参照）を介してエアシリンダ１５と連結されてい
る。

【００３１】上記エアシリンダ１５は、ピストン１７に
よって画成された２つの圧力室１８，１９を有し、開口
を下向きに配置した断面コ字状の支持フレーム２０に取
付けられている。このエアシリンダ１５は、ウレタン原
料液３の発泡速度（原料の発泡による膨らみ、上昇の割
合）に対応して動作するエアシーケンス回路により制御
され、当該エアシリンダ１５にてバルブ１４の作動のタ
イミングを合わせるように構成されている。このため、
エアシーケンス回路の内蔵されたエアシーケンスボック
ス２１がモールド台車２の側面などに付設されており、
エアシーケンスボックス２１は、図１および図４に示す
如く、メインエアチューブ２２および２本のサブエアチ
ューブ２３，２４を有し、これらサブエアチューブ２
３，２４等を介してエアシリンダ１５とエアシーケンス
ボックス２１とが互いに連結されている。したがって、
図外のエア供給源からのエアは、メインエアチューブ２
２を経てエアシーケンスボックス２１に送られ、サブエ
アチューブ２３，２４のいずれか一方を経てエアシリン
ダ１５の圧力室１８，１９のいずれか一方に送られ、ピ
ストン１７およびピストンロッド１６を介してバルブ１
４を上下動させるようになっている。

【００３２】ここで、エアシリンダ１５の制御に電気回
路ではなく、エアシーケンス回路を使用したのは、次の
理由からである。ウレタン原料液３等は危険物であり、電気回路の場
合は火花による引火の可能性があるが、エア回路ではそ
のようなことが起きない。エアバッグ１０、型締めクランプシリンダ１２など
は、エアシーケンス回路（一般的には）で作動するが、
この回路とエアを利用することが可能となり、発泡成形
装置が安価で簡便となる。電気式に比べて小型軽量で外観が良く、動作も安定
している上、故障が少ない。

【００３３】次に、本実施の形態のウレタン発泡成形金
型１を用いて自動車用シートのウレタンフォーム（製
品）を製造する方法を図５で示す生産工程（１）〜
（７）に基づいて説明する。

【００３４】（１）ウレタン原料の注入まず、注入ヘッド６によって所定量のウレタン原料液３
を図２に示す状態にある成形金型１の下型８内へ注入す
る。（２）型閉めウレタン原料液３を注入した後、上型７を下型８側へ向
かって回動させることにより閉じる。（３）上型と下型のロック・エアシーケンスのタイマ
作動図３に示すドク１１を蹴ると、エアバッグ１０に空気が
入って図１に示す状態の下型８が持ち上がり、クランプ
シリンダ１２により上型７と下型８とが完全にシールさ
れてロックされる。また、ドク１１を蹴ると、エアシー
ケンスボックス２１のタイマが作動する。

【００３５】（４）エア抜きバルブの閉塞次いで、エアシーケンスボックス２１のタイマ設定値
（ウレタン原料液３が発泡し、膨らんで上型７の頂部に
来る時点）が所定の時間（例えば３〜２０秒）に達する
と、上型７に設けたエア抜きバルブ１４がエアシリンダ
１５のピストンロッド１６によって下降し、エア抜き孔
１３を閉じる。この間、成形金型１内のウレタン原料液
３に次の２つの反応が起こり、これによりスポンジ状の
ウレタンフォームが生成される。重合反応（ウレタン結合）ポリオール＋イソシア
ネート→ウレタンポリマー発泡反応水＋イソシアネート→二酸化炭素＋尿素
結合物（５）上型７と下型８のロック解除・エア抜きバルブ
の開放そしてドク１１を蹴ると、エアバッグ１０中の空気が抜
けて下型８が下がり、クランプシリンダ１２による上型
７と下型８とのロックが解除される。また、エア抜きバ
ルブ１４がエアシリンダ１５のピストンロッド１６によ
って上昇し、エア抜き孔１３が開放される。

【００３６】（６）製品の取出しこの状態で、上型７を上方へ回動させて型開きを行い、
製品（ウレタンフォーム）を成形金型１から取出す。（７）離型剤の塗布しかる後、次の生産工程に備え、成形金型１の上型７お
よび下型８に離型剤（ワックスを溶剤に溶かしたもの）
をスプレーで塗布する。そして、当該溶剤を乾燥させて
気化させ、成形金型１の表面を離型剤にてコーティング
する。

【００３７】なお、ウレタン原料液３が発泡すると、成
形金型１の内部には内圧が掛かり、図５において示す
（５）工程で上型７と下型８のロックが解除された時、
エア抜きバルブ１４が設けられていない場合は、内圧に
よって上型７が跳ね上がることがある。跳ね上がった上
型７は重力によって落ちることになる。その時、上型７
が製品のウレタンフォームに当たり、該ウレタンフォー
ムは傷つくことがある（これを二重写しという）。した
がって、本実施の形態のエア抜きバルブ１４は、この二
重写しを防ぐのにも効果がある。すなわち、図５の
（５）工程においてエア抜きバルブ１４が開放作動する
ので、内圧が解放されることになる。

【００３８】図６に示すのは、自動車用軽量バックシー
ト８４の製造設備の一実施の形態である。サーキットコ
ンベアライン７２には、複数個のモールド台車７３が一
定の間隔を開けて配置されており、これらモールド台車
７３には、上記ウレタン発泡成形金型がそれぞれ取付け
られている。このウレタン発泡成形金型を用いて自動車
用シートのウレタンフォームなどを製造するには、図６
のＡ位置で開状態にある成形金型の下型内にウレタン原
料液を注入ロボット７４によって注入し、Ｂ位置で成形
金型の上型を型閉装置７５によって閉じる。サーキット
コンベアライン７２上のモールド台車７３は、図６の矢
印方向で示すように、時計回りに移動しており、移動中
に成形金型内のウレタン原料が発泡硬化するように設定
されている。そして、Ｃ位置で成形金型の上型を開き、
硬化したシートクッション等の製品を取り出すようにな
っている。なお、図６において、７６はウレタン発泡成
形金型の内面に離型剤を塗布する塗布ロボットである。

【００３９】

【実施例】実施例以下の表５に示す原料素材を用いて軽量コールドウレタ
ンのバックシートを製造した。

【００４０】

【表５】

【００４１】ポリオールは、ポリマーポリオールの含有
率が２０重量％のもの［ＨＰ―１０８（商標名、三洋化
成工業株式会社製）］を使用した。アミン触媒Ａとして
は、トリエチレンジアミン３３％のジプロピレングリコ
ール６７％溶液を使用した。また、アミン触媒Ｂとして
は、ビス（２―ジメチルアミノエチル）エーテル７０％
のジプロピレングリコール溶液３０％を使用した。シリ
コン整泡剤としては、日本ユニカー製のＳＺ―１３０６
（商標名）を使用した。イソシアネートは、２，４―Ｔ
ＤＩを６４％、２，６―ＴＤＩを１６％、ｐ―ＭＤＩを
２０％の配合としたものを用いた。得られたシートバッ
クは、ホットウレタンと同等以上の特性を備え、かつ難
燃性においても優れたいた。

【００４２】

【発明の効果】上記したところから明かなように、本発
明によれば、ホットウレタンと同等以上の特性を備え、
かつ難燃剤を使用することなく軽量コールドウレタンを
得ることを可能とする軽量コールドウレタンの製造方法
が提供される。すなわち、本発明による軽量コールドウ
レタンは、密度が２７〜３５ｋｇ／ｍ ³と低く、原料使
用量が少なく、コストダウンとなる。この結果燃費向上
にも寄与する。なお、ホットウレタンでは、型が高温で
あり、離型剤が溶けてパットに付くため、表皮を接着に
より付けることはできなかった。しかし、本発明によれ
ば、これが可能となり、シート表皮の仕上がりが美しく
なる。本発明は、自動車のシートに限らず、椅子、ベッ
ト等の家具その他のウレタンクッションに汎用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態において使用される発泡成
形装置のウレタン発泡成形金型を示す断面図である。

【図２】上記ウレタン発泡成形金型の上型を開けた状態
を示す斜視図である。

【図３】上記ウレタン発泡成形金型の上型と下型をロッ
クしている状態を示す側面図である。

【図４】上記ウレタン発泡成形金型に設けられたエアシ
ーケンスボックスを示す斜視図である。

【図５】上記ウレタン発泡成形金型を用いて自動車用シ
ートのウレタンフォームを製造する工程を示すフローチ
ャートである。

【図６】上記成形金型が取付けられているモールド台車
を配置したシートの製造設備を示す平面図である。

【図７】本発明によって製造したウレタン製品を適用す
る自動車の一実施の形態を示す斜視図である。

【図８】自動車のシートの構成を説明する斜視図であ
る。

【符号の説明】１ウレタン発泡成形金型３ウレタン原料液７上型８下型９，３９空隙部１０エアバッグ１１ドク１２型締めクランプシリンダ１３エア抜き孔１４エア抜きバルブ１５エアシリンダ２０支持フレーム２１エアシーケンスボックス７１ウレタン発泡成形金型７２サーキットコンベアライン７３モールド台車７４注入ロボット７５型閉装置７６塗布ロボット８４自動車用軽量バックシート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２９Ｋ 105:04 Ｂ２９Ｌ 31:36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料素材をワンショットで金型に注入す
る軽量コールドウレタンの製造方法において、ポリオー
ル１００重量部と、４．５重量部以上の水と、アミン触
媒及びシリコン整泡剤等の添加剤１．５〜３．５重量部
とから成るＡ液と、４５〜６５重量部のイソシアネート
から成るＢ液とで原料素材を構成したことを特徴とする
軽量コールドウレタンの製造方法。
【請求項２】請求項１の軽量コールドウレタンの製造
方法において、ポリオールのポリマー含有率が１４〜２
５重量％であることを特徴とする軽量コールドウレタン
の製造方法。