JP3573019B2 - ウレタン成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形と塗装を同時に行うために金型内のキャビティに予め塗料を塗布した後にウレタン材料を注入して発泡成形するウレタン成形品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の成形品として、例えば、車両用のステアリングホイールがある。ステアリングホイールは、芯金を金型キャビティ（成形品形状を作る空洞部）にセットした後に、金型キャビティにウレタン材料を注入して発泡成形される。ウレタン材料からなるステアリングホイールでは、外観、触感、耐摩耗性等を向上させるために、その表面部にスキン層を形成する必要があり、このスキン層を形成する方法として、減圧状態にしたキャビティ内にウレタン材料を注入する方法が本願出願人により実用化されている（特許第２５１８４８１号公報）。
【０００３】
詳しくは、減圧状態の金型キャビティにウレタン材料を注入すると、そのウレタン材料中に含まれていたガスが、減圧下で突沸してガス泡になるため、ウレタン材料は短時間に発泡してキャビティに流動しながら充満されていく。このウレタン材料の発泡と並行してウレタン反応が始まり反応硬化が進行する。このとき、キャビティ面に近接する部分は、反応熱が金型へ逃げてしまうため、ウレタン反応が遅れウレタン材料の増粘が抑制される。そのため、表面部のガス泡は、減圧下で脱ガスされて、低発泡のスキン層になる。一方、キャビティ面から離れた内部では、ウレタン反応による増粘が進行してガス泡がそのまま保持されて高発泡のコア部が形成される。このようにすれば、高発泡のコア部の表面に低発泡のスキン層が形成されることになり、ステアリングホイール表面の外観、触感、耐摩耗性等が向上される。
【０００４】
ところが、上述のように発泡成形により成形されるウレタン樹脂は、耐光性に劣り黄変する欠点があるため、そのウレタン樹脂部分の表面に耐光性をもたせるための塗膜を形成する必要がある。
【０００５】
この塗膜の形成方法として、金型内のキャビティに予め塗料を塗り、その後、製品の成形を行う方法が適用されている。具体的には、金型を開いてキャビティに塗料溶液をスプレーガンで塗布（モールドコート）する。その後、金型を閉じキャビティにウレタン材料を混合注入して反応硬化させる。これにより、成形品の表面に塗膜が形成される。なお、ここで用いられる塗料溶液は、例えば、溶剤としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と、耐光性に優れたウレタン樹脂とからなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したウレタン樹脂の発泡成形では、キャビティに最初に注入されるウレタン材料が低発泡のスキン層となり、後から注入されるウレタン材料が高発泡のコア部となる。そのため、顔料を含んだウレタン材料を注入して低発泡のスキン層を形成するとともに、顔料を含まないウレタン材料を注入して高発泡のコア部を形成することで、顔料を低減する成形方法が本願出願人により提案されている（特開平９−１８３１３８号公報）。また、この成形方法では、ゲート残留部を切除することによる無着色のコア部が表面に露出することを防止する対策として、発泡成形の終期工程において、顔料を含んだウレタン材料を注入するようにしている。
【０００７】
ところが、上述のようにスプレーガンにより塗料溶液を塗布（モールドコート）した場合では、キャビティに塗料を的確に塗布することができない。そのため、キャビティ以外の部分に塗布された塗料は、上記発泡成形においてバリを発生させてしまう。このバリは、顔料を含んだスキン層間に顔料を含まないコア部が侵入した断面構造となるため、バリ処理工程によりバリを除去すると、無着色のコア部が表面に露出し外観を悪化させてしまう。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、外観を悪化させることなく、ウレタン材料に含まれる顔料を低減できるウレタン成形品の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ウレタン材料を注入して発泡成形を行うウレタン成形品の製造方法において、金型を閉じた状態の金型キャビティ内で、溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料を金型キャビティの表面に塗布すると共に気化した溶剤を排気して塗膜層を金型キャビティ表面に形成する塗装工程と、金型キャビティ内に顔料を含んだ第１のウレタン材料を注入する第１注入工程と、前記第１のウレタン材料より顔料を多く含んだ第２のウレタン材料を注入する第２注入工程とからなることをその要旨としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記塗装工程は、減圧状態で行うことをその要旨としている。
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記第１注入工程は、減圧下で行うことをその要旨としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記第１注入工程と第２注入工程との間に、第１のウレタン材料より顔料がさらに低減された、もしくは顔料を含まない第３のウレタン材料を注入する第３注入工程を含むことをその要旨としている。
【００１２】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、金型を閉じた状態の金型キャビティ内で、溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料が金型キャビティの表面に塗布されると共に気化した溶剤が排気されて金型キャビティに塗膜層が形成される。そして、減圧状態の金型キャビティ内に顔料濃度が低められた第１のウレタン材料が注入されてウレタン材料の発泡成形が行われる。その後、第１のウレタン材料よりも顔料を多く含んだ第２のウレタン材料が注入されて、ゲート近傍部が発泡成形される。このように、金型を閉じた状態で金型キャビティに塗膜層を形成した場合では、発泡成形時におけるバリの発生が抑制されるので、ウレタン材料に含まれる顔料の低減が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、金型キャビティを減圧状態とすることで金型キャビティ内で塗料溶液が沸騰し、その沸騰時の体積増加及び破泡により金型キャビティに塗膜層がほぼ均一な厚さで形成される。この場合、塗料溶液の注入量を制御することによって発泡成形されるウレタン材料の表面に所望の厚さの塗膜層がほぼ均一に形成される。従って、第１のウレタン材料に含まれる顔料の低減が可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、減圧下で、金型キャビティに第１のウレタン材料が注入されると、最初に注入されたウレタン材料により低発泡のスキン層が形成され、その後に注入されるウレタン材料により高発泡のコア部が形成される。このように成形した場合、スキン層の顔料濃度は、ゲート近傍部のウレタン樹脂と比較して低濃度であるが、気泡がほとんどないことからその着色度合は、ゲート近傍部とほぼ等しくなる。また、従来技術のように塗料がキャビティ以外の部分に塗布されることはなく、発泡成形によって発生するバリが低減される。従って、バリ除去に伴うコア部の露出が防止され、第１のウレタン材料に含まれる顔料の低減が可能となる。。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、第１のウレタン材料によって、成形品の表面に低発泡のスキン層が形成され、第１のウレタン材料よりも顔料がさらに低減された、もしくは顔料を含まない第３のウレタン材料によって、前記スキン層の内部のコア部か形成される。
【００１６】
表面用の第１のウレタン材料においては、顔料濃度を基準濃度の４０％〜８０％に低めることが好ましい。内部用の第３のウレタン材料においては、顔料濃度を基準濃度の３０％〜７０％に低めることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
図１〜３は、本実施形態における射出成形機の一部断面図であり、図４は同射出成形機により成形される車両用のステアリングホイール１の斜視図である。
【００１８】
図４に示すようにステアリングホイール１は、リング部２、スポーク部３，４，５及びボス部６を有しており、図１〜３に示す射出成形機の金型７（下型８，上型９）は、リング部２及びスポーク部３，４，５の芯金１０をウレタン樹脂で被覆するためのものである。なお、本実施形態では、図４に示すステアリングホイール１を裏返した状態で、ウレタン樹脂の発泡成形が実施される。
【００１９】
図１〜図３に示すように、金型７は枠体１１と蓋体１２とからなるボックス１３内に配設されている。詳しくは、枠体１１には金型７の下型８が固定され、蓋体１２には金型７の上型９が固定されている。また、蓋体１２における枠体１１との接合部にはシール部材１４が配設されている。そして、図１に示すように金型７が開けられている状態から枠体１１及び下型８が上方へ移動されて図２に示すように芯金１０がセットされた状態で金型７が閉じられ型締めされる。なおこのとき、枠体１１と蓋体１２とによりボックス１３が形成され、シール部材１４によりボックス１３内が密封される。また、本実施形態の芯金１０は、アルミダイカスト、マグネシウムダイカスト、またはそれらからなる合金のダイカスト成形により製造され、芯金１０のリング部１０ａの断面形状は、図２に示すようにＵ字形状となっている。
【００２０】
下型８及び上型９には凹部１５，１６が形成されており、同凹部１５，１６が成形品形状を作るためのキャビティ１７となる。また、成形時にステアリングホイール１の芯金１０を固定するために、下型８の中央部に固定部材１８が突設されるとともに、上型９の中央部に固定部材１９が突設されている。さらに、上型９の凹部１６には、排出孔２０（例えば、断面積＝４ｍｍ２）が形成されて、同排出孔２０によりキャビティ１７がボックス１３内の中空部２１に連通される。
【００２１】
枠体１１の一方の側壁（図の左側の側壁）には排出管３１が設けられ、その排出管３１は、配管３２及びバルブ３３を介して真空ポンプ３４に接続されている。真空ポンプ３４が駆動されると、ボックス１３内の空気が排出管３１から排出され、ボックス１３内が減圧される。
【００２２】
また、枠体１１の他方の側壁（図の右側の側壁）側には、ウレタン注入装置４０の射出ノズル４１が配設されており、ウレタン注入装置４０で混合されたウレタン材料が射出ノズル４１からゲート２３を介してキャビティ１７に注入される。なお、ウレタン材料は、液状であってポリオール成分、イソシアネート成分及び着色成分を含み、ウレタン注入装置４０内において、それら３成分が混合されるように構成されている。
【００２３】
ここで、ウレタン注入装置４０の概略構成を図５を用いて説明する。
図５に示すように、ウレタン注入装置４０は、シリンダ４２とその先端に配設されるボディ４３とを備えている。ボディ４３の先端側に前記射出ノズル４１を有しており、この射出ノズル４１が前記枠体１１の側壁に配設される。
【００２４】
ボディ４３の中心には貫通孔４４が形成され、その貫通孔４４には、シリンダ４２内を往復運動するピストン（図示略）に取り付けられたスプール４６が摺動可能に挿入されている。スプール４６の外周にはその長手方向に延びる一対の長溝４７ａ，４７ｂが形成されている。そして、ピストンの往復運動により、スプール４６は図５に示す２点鎖線で示す前進位置と実線で示す後退位置との間で摺動し、後退した位置でのスプール４６の先端面と貫通孔４４の壁面とによって混合室４８が形成される。
【００２５】
ボディ４３内部には円筒形状をなすノズル体４９とノズル体５０とが対向する位置に配設され、ノズル体４９からポリオール成分が吐出されるとともにノズル体５０からイソシアネート成分が吐出されるようになっている。各ノズル体４９，５０には混合室４８又は長溝４７ａ，４７ｂに開口するオリフィス５１が形成されている。ボディ４３の外面には各ノズル体４９，５０を保持するホルダ（図示略）が装着され、これに挿通されたニードル５２の先端がオリフィス５１の開度を調節するようになっている。また、ボディ４３のノズル体４９，５０の隣にはポリオール成分用の環流穴５３とイソシアネート成分用の環流穴５４が形成され、この環流穴５３，５４は共に長溝４７ａ，４７ｂに開口している。
【００２６】
ノズル体４９及び環流穴５３にはホース５６によりポリオール成分用のタンク５７とポンプ５８とが接続され、タンク５７→ポンプ５８→ノズル体４９→長溝４７ａ→環流穴５３→タンク５７の順にポリオール成分が循環するようになっている。また、ノズル体５０及び環流穴５４にはホース６０によりイソシアネート成分用のタンク６１とポンプ６２とが接続され、タンク６１→ポンプ６２→ノズル体５０→長溝４７ｂ→環流穴５４→タンク６１の順にイソシアネート成分が循環するようになっている。
【００２７】
スプール４６の中心には着色成分を吐出するための吐出孔６４が形成されている。詳しくは、吐出孔６４の先端は、スプール４６の先端面に開口するとともに、その後端はスプール４６の外周面に開口している。また、ボディ４３の後部には、スプール４６が後退した時にのみ吐出孔６４の後端側の開口部に連通する導入孔６５が形成されている。導入孔６５には、ホース６６により流量調整装置６７及びバルブ６８を介して着色成分用のタンク６９が接続され、そのタンク６９内はエア加圧装置７０により常に加圧されている。バルブ６８はタイマ等により開閉制御され、このバルブ６８の開閉タイミングと流量調整装置６７によって吐出孔６４からの吐出量が調整される。なお、本実施の形態では、着色成分としての顔料をポリオール成分に分散させた着色材料がタンク６９に収容され、その着色材料がバルブ６８、流量調整装置６７等を介して吐出孔６４から吐出される。
【００２８】
このように、吐出孔６４から吐出される着色材料と、ノズル体４９から吐出されるポリオール成分と、ノズル体５０から吐出されたイソシアネート成分とが混合室４８内で衝突混合され、スプール４６が前方位置に摺動することでそのウレタン材料が射出ノズル４１からキャビティ１７に注入される。
【００２９】
次に、本実施形態におけるステアリングホイール１のウレタン樹脂の成形方法を図１〜図３を用いて説明する。
先ず、図１に示すように、金型７を開いてキャビティ１７（下型８の凹部１５及び上型９の凹部１６）の壁面に離型剤を塗布する。この離型剤は、ワックス、シリコンオイル等からなり、金型７に成形品が粘着することを防いで、成形品を取り出し易くする目的で塗布されるものである。
【００３０】
次いで、金型７を水平に保ちつつ液状の塗料Ｍ（本実施形態では、１７０ｇ）を下型８の凹部１５に注ぎ込む。本実施の形態における塗料Ｍの溶液は、溶剤としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と、固形分としてのウレタン樹脂を含む。なお、塗料Ｍにおける各成分の割合を重量％で示すと、ＭＥＫ＝約８５％、ＩＰＡ＝約１０％、ウレタン樹脂＝２．５％となる。また、塗料Ｍに含まれるウレタン樹脂は発泡成形されるウレタン樹脂と同色に着色されている。
【００３１】
そして、図２に示すように金型７内に芯金１０をセットして金型７を閉じ型締めする。なおこのとき、枠体１１と蓋体１２とがシール部材１４を介して接合されボックス１３内は密閉状態となる。本実施形態では、金型７を閉じた状態でキャビティ表面への塗装工程が実施される。
【００３２】
詳しくは、真空ポンプ３４を駆動し排出管３１からボックス１３内の空気を排出することでボックス１３内を減圧する。このとき、キャビティ１７内の空気が排出孔２０を介してボックス１３内の中空部２１に吸い出されてキャビティ１７内も減圧される。キャビティ１７内が減圧されると、塗料Ｍの溶剤（ＭＥＫ，ＩＰＡ）の沸点が低下する。これにより、塗料Ｍは体積増加を伴いつつ沸騰して破泡する。具体的には、金型７の温度が５５℃に保たれており、キャビティ１７内が３００ｔｏｒｒ以下に減圧されると溶剤は沸騰する。この沸騰時の体積増加及び破泡により、塗料Ｍがキャビティ１７の壁面に塗布される。
【００３３】
そして、塗料Ｍの溶剤が気化して、塗料Ｍのウレタン樹脂がキャビティ１７の壁面に塗着される。つまり、塗膜層がキャビティ１７の壁面に形成される。またこのとき、キャビティ１７内における芯金１０の表面が塗料Ｍの溶剤により洗浄されるとともに、接着剤の役割を果たす塗料Ｍが芯金１０の表面に塗着される。なお、本実施形態では、キャビティ１７は５０ｔｏｒｒまで減圧され、溶剤は約６０秒で気化する。そして、気化した溶剤は排出孔２０からボックス１３内の中空部２１及び排出管３１等を介して真空ポンプ３４から排気される。
【００３４】
次いで、その減圧状態を保ちつつウレタン注入装置４０で混合されたウレタン材料が射出ノズル４１からゲート２３を介してキャビティ１７に注入されて、図３及び図６に示すように同材料がキャビティ１７内で反応硬化する。これにより、塗料Ｍのウレタン樹脂Ｕ１の内側に、低発泡のスキン層Ｕ２と高発泡のコア部Ｕ３が形成される。なお、図６は、ステアリングホイール１のリング部２における拡大断面図である。
【００３５】
詳しくは、スプール４６を後退させて、ノズル体４９からポリオール成分を、ノズル体５０からイソシアネート成分をそれぞれ混合室４８に吐出させる。またこれと同時に、バルブ６８を開いて、吐出孔６４から着色材料を混合室４８に吐出させ、これらを衝突混合させる。このとき、ウレタン材料中の顔料濃度は、例えば、基準濃度の４０％となるように調整される。そして、スプール４６を前進させると、混合されたウレタン材料が射出ノズル４１からキャビティ１７に注入される。つまり、基準濃度に対して顔料濃度が４０％に低められた第１のウレタン材料がキャビティ１７に注入される（第１の注入工程）。
【００３６】
すると、そのウレタン材料中に含まれていたガスが、減圧下で急激に突沸して無数のガス泡になるため、ウレタン材料は短時間に発泡してキャビティ１７に流動しながら充満されていく。このウレタン材料の発泡と並行してウレタン材料中のポリオール成分とイソシアネート成分との反応（ウレタン反応）が始まる。それに伴って発熱が起こり反応硬化が進行する。このとき、キャビティ１７の壁面に近接する部分は、反応熱が金型７へ逃げてしまうため、内部と比較してウレタン反応が遅れてウレタン材料の増粘が抑制される。このため、表面部のガス泡は、減圧下で容易に破れて脱ガスされて、微少なガス泡も残存しない極低発泡の緻密なスキン層Ｕ２になる。一方、キャビティ１７の壁面から離れた内部では、ウレタン反応による増粘が急速に進行してガス泡がそのまま保持されて高発泡のコア部Ｕ３が形成される。このように、高発泡のコア部Ｕ３の表面にスキン層Ｕ２が形成されることによって、ステアリングホイール１にはソフト感だけでなくしっかりとした触感が与えられることとなる。
【００３７】
その後、吐出孔６４から混合室４８に吐出される着色成分が増量され顔料濃度が基準濃度（１００％）に調整されたウレタン材料が射出ノズル４１からキャビティ１７に注入される。つまり、前記第１のウレタン材料よりも顔料を多く含んだ第２のウレタン材料が注入される（第２注入工程）。これにより、図３に示すようにゲート近傍部のウレタン樹脂Ｕ４が形成される。従って、ゲート残留部としてのウレタン樹脂Ｕ５が切除されたとしても、基準濃度の顔料を含むウレタン樹脂Ｕ４が露出するため、外観の悪化が防止される。
【００３８】
図７は、上記成形における顔料濃度変化のタイミングチャートである。つまり、図７に示すようにｔ１〜ｔ２の期間における第１注入工程では、基準濃度に対して顔料濃度を４０％としてスキン層Ｕ２とコア部Ｕ３を形成している。また、ｔ２〜ｔ３の期間における第２注入工程では、顔料濃度を基準濃度（１００％）として、ゲート近傍部のウレタン樹脂Ｕ４を形成している。
【００３９】
このように成形した場合、塗膜層の下に設けられるスキン層Ｕ２の顔料濃度は基準濃度より低濃度の４０％であり、また、コア部Ｕ３は発泡されているためスキン層Ｕ２より相対的に顔料濃度が低くなり、色が薄い。従って、塗膜層の色とスキン層Ｕ２の色とコア部Ｕ３の色とが加算された濃度として視覚されるため、表面に露出するウレタン樹脂Ｕ４の顔料基準濃度と同程度の着色に見える。
【００４０】
また、図７に示す一点鎖線は、塗料Ｍをスプレーガンで塗布した後にウレタン材料の発泡成形を実施した比較例である。この場合、パーティングラインにバリが発生し、そのバリの除去に伴い高発泡のコア部が露出する。そのため、スキン層とコア部が形成されるｔ１〜ｔ２の期間において、見栄えが悪化しない程度の顔料濃度（例えば、６５％）に高める必要があった。しかしながら、本実施形態によれば、キャビティ１７以外に塗料Ｍが塗布されることが防止され、パーティングラインにおけるバリの発生が抑制されるので、顔料濃度を低減することが可能となる。
【００４１】
このようにして、ステアリングホイール１のリング部２及びスポーク部３，４，５のウレタン樹脂の成形と塗装が同時に実施される。つまり、ウレタン樹脂からなる低発泡のスキン層Ｕ２及び高発泡のコア部Ｕ３が形成され、低発泡のスキン層Ｕ２の表面に耐光性のあるウレタン樹脂Ｕ１の塗膜がほぼ均一な厚さ（例えば、１０μｍ）で形成される。
【００４２】
そして、金型７が開けられて、図４に示すようにリング部２及びスポーク部３，４，５がウレタン樹脂で被覆されたステアリングホイール１が取り出されて成形工程が終了する。
【００４３】
なお上述のように、液状のウレタン材料を用いた発泡成形は、一般的な熱可塑性樹脂の射出成形と比較して、キャビティ１７内が低温、低圧の条件下で樹脂成形が実施される。従って、キャビティ１７の壁面に形成された塗膜層が成形時の圧力や温度によって壊されることが防止される。さらに、減圧状態のキャビティ１７に、ウレタン材料が注入されるので、同材料の回り込み不良が低減される。
【００４４】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）スキン層Ｕ２の顔料濃度は、ゲート近傍部のウレタン樹脂Ｕ４と比較して低濃度であるが、気泡がほとんどないことからその着色度合は、ウレタン樹脂Ｕ４とほぼ等しくなる。また、塗料Ｍがキャビティ１７以外の部分に塗布されることはなく、発泡成形によって発生するバリを低減できる。従って、バリ除去に伴うコア部Ｕ３の露出を防止できる。さらに、スプレーガンで塗布（モールドコート）した場合、塗料Ｍをキャビティ１７に均一に塗布することができず、特にパーティングラインの部分への塗布が不十分となって、その部分の塗膜が薄くなってしまう。しかしながら、本実施形態では、塗料溶液の注入量を制御することによって発泡成形されるスキン層Ｕ２の表面に所望の厚さの塗膜をほぼ均一に形成できる。よって、この塗膜によりウレタン樹脂を隠蔽できるので、発泡成形されるスキン層Ｕ２及びコア部Ｕ３に含まれる顔料濃度の低減が可能となる。また、ゲート残留部としてのウレタン樹脂Ｕ５が切除されたとしても、顔料濃度を基準濃度としたウレタン樹脂Ｕ４が露出するため、外観の悪化を防止できる。
【００４５】
以上のことより、外観を悪化させることなくウレタン材料に含まれる顔料を低減でき、材料コストを低減できる。また、顔料の粒子は、ウレタン注入装置４０における通過部分を摩耗させるが、上記のように顔料を低減できるので、その摩耗を低減できる。よって、ウレタン注入装置４０のメンテナンス費用の低減が可能となる。
【００４６】
（２）ウレタン材料を用いた発泡成形により、高発泡のコア部Ｕ３の外側に低発泡のスキン層Ｕ２が形成されるので、耐摩耗性、触感等を向上できる。また、耐光性に優れるウレタン樹脂Ｕ１の塗膜をステアリングホイール１の樹脂部の表面にほぼ均一な厚さで形成できる。その結果、耐光性がどの場所でも均一に得られ、ウレタン樹脂のスキン層Ｕ２の変色を防止できる。また、製品表面の色むらがなく外観不良を防止できる。よって、ステアリングホイール１は、耐摩耗性、触感、耐光性等の製品性能に優れたものとなる。また、ステアリングホイール１を長く使用して塗膜が摩耗したとしても、内部にスキン層Ｕ２が形成されているので、外観、触感等の性能を保つことができる。
【００４７】
（３）閉じた金型７内において、塗料Ｍは、その溶剤が沸騰して体積増加及び破泡することによりキャビティ１７の壁面に塗布むらが無くほぼ均一に塗布される。この場合、スプレーガンで塗料Ｍを塗布（モールドコート）した場合に比べて塗着効率を高めることができ、塗料Ｍの材料費を低減できる。また、塗料Ｍが外部に飛散することが防止され、作業場をきれいに保つことができ、周囲の環境の悪化を防止することができる。
【００４８】
（４）ウレタン材料を用いた発泡成形では、熱可塑性樹脂の射出成形と比べて、キャビティ１７内が低温、低圧の条件下で樹脂成形が行われるので、キャビティ１７の壁面に塗布された塗膜層が壊れることを防止できる。また、キャビティ１７内を減圧させて塗膜層を形成した後に、キャビティ１７内を常圧状態とすると、その際の圧力変化によっては塗膜層を壊す虞があるが、本実施形態のように減圧状態を保ちつつウレタン材料を注入することで、塗膜層が壊れることを防止できる。さらに、減圧状態でウレタン材料の発泡成形が実施されるので、同材料の回り込み不良を低減できる。よって、製品の歩留まりを向上できる。
【００４９】
（５）芯金１０の表面は、塗料Ｍの溶剤により洗浄され、その芯金１０の表面に接着性に優れるウレタン樹脂系の塗料Ｍが塗布されているため芯金１０とウレタン樹脂が強固に固着できる。
【００５０】
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
○上記実施形態では、第１注入工程（図７のｔ１〜ｔ２）において、顔料濃度を４０％とした第１のウレタン材料を注入してスキン層Ｕ２及びコア部Ｕ３を形成し、さらに、第２注入工程（図７のｔ２〜ｔ３）において、顔料濃度を基準濃度（１００％）とした第２のウレタン材料を注入してゲート近傍部としてのウレタン樹脂Ｕ４を形成するものであったがこれに限定するものではない。例えば、成形品形状、色等によっては、スキン層Ｕ２及び塗膜（ウレタン樹脂Ｕ１）により内部のコア部Ｕ３を確実に隠蔽できる場合もあり、このコア部Ｕ３の顔料濃度を低減して発泡成形を行ってもよい。
【００５１】
具体的には、図８に示すｔ１〜ｔ１０の期間において、顔料濃度を４０％とした第１のウレタン材料を注入してスキン層Ｕ２を形成し、ｔ１０〜ｔ２の期間において、顔料濃度を０％とし顔料を含まないウレタン材料を注入して内部のコア部Ｕ３を形成する。さらに、ｔ２〜ｔ３の期間において、顔料濃度を基準濃度（１００％）とした第２のウレタン材料を注入してゲート近傍部としてのウレタン樹脂Ｕ４を形成する。勿論、ｔ１０〜ｔ２の期間において、顔料濃度が０％のウレタン材料を注入する必要はなく、少なくともｔ１〜ｔ１０の期間に注入される第１のウレタン材料よりも顔料が低減されたウレタン材料（第３のウレタン材料）を注入するものであればよい。なお、図８に示す成形方法では、ｔ１〜ｔ１０の期間における注入工程が第１注入工程に相当し、ｔ２〜ｔ３の期間における注入工程が第２注入工程に相当する。また、第１注入工程と第２注入工程との間の注入工程、つまり、ｔ１０〜ｔ２の期間の注入工程が第３注入工程に相当する。
【００５２】
さらに、成形品形状、色等に応じてスキン層Ｕ２及びコア部Ｕ３の顔料濃度を適宜変更できる。具体的には、例えば、スキン層Ｕ２及びコア部Ｕ３が形成されるｔ１〜ｔ２の期間において、顔料濃度を徐々に低下させて発泡成形を行ってもよい。
【００５３】
但し、上記実施形態のようにステアリングホールを成形する場合では、表面用のウレタン材料においては、顔料濃度を基準濃度の４０％〜８０％に低めることが好ましい。また、内部用のウレタン材料においては、顔料濃度を基準濃度の３０％〜７０％に低めることが好ましい。
【００５４】
○上記実施形態では、金型７を開けた状態で塗料溶液を注入するものであったが、塗料注入装置を別に設けて、金型７を型締めした状態で塗料注入装置からキャビティ１７に塗料Ｍを注入するように構成してもよい。このようにすれば、キャビティ１７の減圧中に塗料溶液を注入でき、短時間で樹脂成形を実施できるようになる。また、閉じたキャビティ１７内に塗料溶液が注入されるので塗料Ｍの溶剤が射出成形機の外部に漏れることを防止できる。
【００５５】
○成形品は、ステアリングホイール１に限定されず、例えば、インストルメントパネル、コンソールボックス、グローボックス、ヘッドレスト、アームレスト、ドアカバー、エアスポイラー、バンパー等の他の部品にも適用できる。勿論、自動車部品以外に家電製品等の成形品に適用してもよい。
【００５６】
○塗料Ｍの成分を適宜変更して実施してもよい。具体的には、ウレタン樹脂に代えて、他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、塗料Ｍの溶剤として、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）以外の溶剤、例えば水等を用いてもよい。或いは、ＭＥＫ，ＩＰＡの溶剤にトルエン等を加えるものでもよい。実用的には、沸点が約１６０℃以下の溶剤を用いるものであればよい。
【００５７】
○上記実施形態では、真空ポンプ３４を駆動してキャビティ１７内を５０ｔｏｒｒまで減圧するものであったが、これに限定するものではない。塗料溶液の乾燥時間、塗布状態、或いは、スキン層Ｕ２の厚さ等の条件に応じてキャビティ１７内の減圧状態を適宜変更して実施してもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態により把握される請求項以外の技術的思想について、以下にそれらの効果とともに記載する。
（イ） 請求項１に記載のウレタン成形品の製造方法において、前記発泡成形は、顔料濃度を基準濃度よりも低い所定濃度としたウレタン材料を注入して低発泡のスキン層を形成する工程と、顔料濃度を基準濃度よりも低い所定濃度としたウレタン材料を注入して高発泡のコア部を形成する工程と、顔料濃度を基準濃度としたウレタン材料を注入して前記ゲート近傍部を形成する工程とを備えることを特徴とするウレタン成形品の製造方法。減圧状態のキャビティにウレタン材料を注入して発泡成形を実施した場合、高発泡のコア部の外側に低発泡のスキン層が形成される。このスキン層の顔料濃度を低減しても、気泡がほとんどないことから基準濃度のゲート近傍部とほぼ同程度の色と視覚される。また、スキン層の外側には、ほぼ均一の厚さ塗膜が形成され、この塗膜とスキン層によってコア部の隠蔽が可能となる。従って、スキン層を形成する工程とコア部を形成する工程における顔料濃度を低減できる。
【００５９】
（ロ） 技術的思想（イ）に記載のウレタン成形品の製造方法において、前記コア部を形成する工程における顔料濃度を前記スキン層を形成する工程よりも低減したことを特徴とするウレタン成形品の製造方法。つまり、塗膜とスキン層により内部のコア部が隠蔽される場合では、コア部を形成する工程における顔料濃度をより低減できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、外観を悪化させることなく、ウレタン材料に含まれる顔料を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図２】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図３】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図４】実施形態のステアリングホイールの斜視図。
【図５】実施形態のウレタン注入装置の概略構成図。
【図６】実施形態のステアリングホイールのリング部における拡大断面図。
【図７】実施形態の発泡成形の顔料濃度変化を示すタイミングチャート。
【図８】別の発泡成形の顔料濃度変化を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１…ウレタン成形品としてのステアリングホイール、７…金型、１７…キャビティ、Ｍ…塗料、Ｕ４…ゲート近傍部としてのウレタン樹脂。
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形と塗装を同時に行うために金型内のキャビティに予め塗料を塗布した後にウレタン材料を注入して発泡成形するウレタン成形品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の成形品として、例えば、車両用のステアリングホイールがある。ステアリングホイールは、芯金を金型キャビティ（成形品形状を作る空洞部）にセットした後に、金型キャビティにウレタン材料を注入して発泡成形される。ウレタン材料からなるステアリングホイールでは、外観、触感、耐摩耗性等を向上させるために、その表面部にスキン層を形成する必要があり、このスキン層を形成する方法として、減圧状態にしたキャビティ内にウレタン材料を注入する方法が本願出願人により実用化されている（特許第２５１８４８１号公報）。
【０００３】
詳しくは、減圧状態の金型キャビティにウレタン材料を注入すると、そのウレタン材料中に含まれていたガスが、減圧下で突沸してガス泡になるため、ウレタン材料は短時間に発泡してキャビティに流動しながら充満されていく。このウレタン材料の発泡と並行してウレタン反応が始まり反応硬化が進行する。このとき、キャビティ面に近接する部分は、反応熱が金型へ逃げてしまうため、ウレタン反応が遅れウレタン材料の増粘が抑制される。そのため、表面部のガス泡は、減圧下で脱ガスされて、低発泡のスキン層になる。一方、キャビティ面から離れた内部では、ウレタン反応による増粘が進行してガス泡がそのまま保持されて高発泡のコア部が形成される。このようにすれば、高発泡のコア部の表面に低発泡のスキン層が形成されることになり、ステアリングホイール表面の外観、触感、耐摩耗性等が向上される。
【０００４】
ところが、上述のように発泡成形により成形されるウレタン樹脂は、耐光性に劣り黄変する欠点があるため、そのウレタン樹脂部分の表面に耐光性をもたせるための塗膜を形成する必要がある。
【０００５】
この塗膜の形成方法として、金型内のキャビティに予め塗料を塗り、その後、製品の成形を行う方法が適用されている。具体的には、金型を開いてキャビティに塗料溶液をスプレーガンで塗布（モールドコート）する。その後、金型を閉じキャビティにウレタン材料を混合注入して反応硬化させる。これにより、成形品の表面に塗膜が形成される。なお、ここで用いられる塗料溶液は、例えば、溶剤としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と、耐光性に優れたウレタン樹脂とからなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したウレタン樹脂の発泡成形では、キャビティに最初に注入されるウレタン材料が低発泡のスキン層となり、後から注入されるウレタン材料が高発泡のコア部となる。そのため、顔料を含んだウレタン材料を注入して低発泡のスキン層を形成するとともに、顔料を含まないウレタン材料を注入して高発泡のコア部を形成することで、顔料を低減する成形方法が本願出願人により提案されている（特開平９−１８３１３８号公報）。また、この成形方法では、ゲート残留部を切除することによる無着色のコア部が表面に露出することを防止する対策として、発泡成形の終期工程において、顔料を含んだウレタン材料を注入するようにしている。
【０００７】
ところが、上述のようにスプレーガンにより塗料溶液を塗布（モールドコート）した場合では、キャビティに塗料を的確に塗布することができない。そのため、キャビティ以外の部分に塗布された塗料は、上記発泡成形においてバリを発生させてしまう。このバリは、顔料を含んだスキン層間に顔料を含まないコア部が侵入した断面構造となるため、バリ処理工程によりバリを除去すると、無着色のコア部が表面に露出し外観を悪化させてしまう。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、外観を悪化させることなく、ウレタン材料に含まれる顔料を低減できるウレタン成形品の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ウレタン材料を注入して発泡成形を行うウレタン成形品の製造方法において、金型を閉じた状態の金型キャビティ内で、溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料を金型キャビティの表面に塗布すると共に気化した溶剤を排気して塗膜層を金型キャビティ表面に形成する塗装工程と、金型キャビティ内に顔料を含んだ第１のウレタン材料を注入する第１注入工程と、前記第１のウレタン材料より顔料を多く含んだ第２のウレタン材料を注入する第２注入工程とからなることをその要旨としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記塗装工程は、減圧状態で行うことをその要旨としている。
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記第１注入工程は、減圧下で行うことをその要旨としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記第１注入工程と第２注入工程との間に、第１のウレタン材料より顔料がさらに低減された、もしくは顔料を含まない第３のウレタン材料を注入する第３注入工程を含むことをその要旨としている。
【００１２】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、金型を閉じた状態の金型キャビティ内で、溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料が金型キャビティの表面に塗布されると共に気化した溶剤が排気されて金型キャビティに塗膜層が形成される。そして、減圧状態の金型キャビティ内に顔料濃度が低められた第１のウレタン材料が注入されてウレタン材料の発泡成形が行われる。その後、第１のウレタン材料よりも顔料を多く含んだ第２のウレタン材料が注入されて、ゲート近傍部が発泡成形される。このように、金型を閉じた状態で金型キャビティに塗膜層を形成した場合では、発泡成形時におけるバリの発生が抑制されるので、ウレタン材料に含まれる顔料の低減が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、金型キャビティを減圧状態とすることで金型キャビティ内で塗料溶液が沸騰し、その沸騰時の体積増加及び破泡により金型キャビティに塗膜層がほぼ均一な厚さで形成される。この場合、塗料溶液の注入量を制御することによって発泡成形されるウレタン材料の表面に所望の厚さの塗膜層がほぼ均一に形成される。従って、第１のウレタン材料に含まれる顔料の低減が可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、減圧下で、金型キャビティに第１のウレタン材料が注入されると、最初に注入されたウレタン材料により低発泡のスキン層が形成され、その後に注入されるウレタン材料により高発泡のコア部が形成される。このように成形した場合、スキン層の顔料濃度は、ゲート近傍部のウレタン樹脂と比較して低濃度であるが、気泡がほとんどないことからその着色度合は、ゲート近傍部とほぼ等しくなる。また、従来技術のように塗料がキャビティ以外の部分に塗布されることはなく、発泡成形によって発生するバリが低減される。従って、バリ除去に伴うコア部の露出が防止され、第１のウレタン材料に含まれる顔料の低減が可能となる。。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、第１のウレタン材料によって、成形品の表面に低発泡のスキン層が形成され、第１のウレタン材料よりも顔料がさらに低減された、もしくは顔料を含まない第３のウレタン材料によって、前記スキン層の内部のコア部か形成される。
【００１６】
表面用の第１のウレタン材料においては、顔料濃度を基準濃度の４０％〜８０％に低めることが好ましい。内部用の第３のウレタン材料においては、顔料濃度を基準濃度の３０％〜７０％に低めることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
図１〜３は、本実施形態における射出成形機の一部断面図であり、図４は同射出成形機により成形される車両用のステアリングホイール１の斜視図である。
【００１８】
図４に示すようにステアリングホイール１は、リング部２、スポーク部３，４，５及びボス部６を有しており、図１〜３に示す射出成形機の金型７（下型８，上型９）は、リング部２及びスポーク部３，４，５の芯金１０をウレタン樹脂で被覆するためのものである。なお、本実施形態では、図４に示すステアリングホイール１を裏返した状態で、ウレタン樹脂の発泡成形が実施される。
【００１９】
図１〜図３に示すように、金型７は枠体１１と蓋体１２とからなるボックス１３内に配設されている。詳しくは、枠体１１には金型７の下型８が固定され、蓋体１２には金型７の上型９が固定されている。また、蓋体１２における枠体１１との接合部にはシール部材１４が配設されている。そして、図１に示すように金型７が開けられている状態から枠体１１及び下型８が上方へ移動されて図２に示すように芯金１０がセットされた状態で金型７が閉じられ型締めされる。なおこのとき、枠体１１と蓋体１２とによりボックス１３が形成され、シール部材１４によりボックス１３内が密封される。また、本実施形態の芯金１０は、アルミダイカスト、マグネシウムダイカスト、またはそれらからなる合金のダイカスト成形により製造され、芯金１０のリング部１０ａの断面形状は、図２に示すようにＵ字形状となっている。
【００２０】
下型８及び上型９には凹部１５，１６が形成されており、同凹部１５，１６が成形品形状を作るためのキャビティ１７となる。また、成形時にステアリングホイール１の芯金１０を固定するために、下型８の中央部に固定部材１８が突設されるとともに、上型９の中央部に固定部材１９が突設されている。さらに、上型９の凹部１６には、排出孔２０（例えば、断面積＝４ｍｍ２）が形成されて、同排出孔２０によりキャビティ１７がボックス１３内の中空部２１に連通される。
【００２１】
枠体１１の一方の側壁（図の左側の側壁）には排出管３１が設けられ、その排出管３１は、配管３２及びバルブ３３を介して真空ポンプ３４に接続されている。真空ポンプ３４が駆動されると、ボックス１３内の空気が排出管３１から排出され、ボックス１３内が減圧される。
【００２２】
また、枠体１１の他方の側壁（図の右側の側壁）側には、ウレタン注入装置４０の射出ノズル４１が配設されており、ウレタン注入装置４０で混合されたウレタン材料が射出ノズル４１からゲート２３を介してキャビティ１７に注入される。なお、ウレタン材料は、液状であってポリオール成分、イソシアネート成分及び着色成分を含み、ウレタン注入装置４０内において、それら３成分が混合されるように構成されている。
【００２３】
ここで、ウレタン注入装置４０の概略構成を図５を用いて説明する。
図５に示すように、ウレタン注入装置４０は、シリンダ４２とその先端に配設されるボディ４３とを備えている。ボディ４３の先端側に前記射出ノズル４１を有しており、この射出ノズル４１が前記枠体１１の側壁に配設される。
【００２４】
ボディ４３の中心には貫通孔４４が形成され、その貫通孔４４には、シリンダ４２内を往復運動するピストン（図示略）に取り付けられたスプール４６が摺動可能に挿入されている。スプール４６の外周にはその長手方向に延びる一対の長溝４７ａ，４７ｂが形成されている。そして、ピストンの往復運動により、スプール４６は図５に示す２点鎖線で示す前進位置と実線で示す後退位置との間で摺動し、後退した位置でのスプール４６の先端面と貫通孔４４の壁面とによって混合室４８が形成される。
【００２５】
ボディ４３内部には円筒形状をなすノズル体４９とノズル体５０とが対向する位置に配設され、ノズル体４９からポリオール成分が吐出されるとともにノズル体５０からイソシアネート成分が吐出されるようになっている。各ノズル体４９，５０には混合室４８又は長溝４７ａ，４７ｂに開口するオリフィス５１が形成されている。ボディ４３の外面には各ノズル体４９，５０を保持するホルダ（図示略）が装着され、これに挿通されたニードル５２の先端がオリフィス５１の開度を調節するようになっている。また、ボディ４３のノズル体４９，５０の隣にはポリオール成分用の環流穴５３とイソシアネート成分用の環流穴５４が形成され、この環流穴５３，５４は共に長溝４７ａ，４７ｂに開口している。
【００２６】
ノズル体４９及び環流穴５３にはホース５６によりポリオール成分用のタンク５７とポンプ５８とが接続され、タンク５７→ポンプ５８→ノズル体４９→長溝４７ａ→環流穴５３→タンク５７の順にポリオール成分が循環するようになっている。また、ノズル体５０及び環流穴５４にはホース６０によりイソシアネート成分用のタンク６１とポンプ６２とが接続され、タンク６１→ポンプ６２→ノズル体５０→長溝４７ｂ→環流穴５４→タンク６１の順にイソシアネート成分が循環するようになっている。
【００２７】
スプール４６の中心には着色成分を吐出するための吐出孔６４が形成されている。詳しくは、吐出孔６４の先端は、スプール４６の先端面に開口するとともに、その後端はスプール４６の外周面に開口している。また、ボディ４３の後部には、スプール４６が後退した時にのみ吐出孔６４の後端側の開口部に連通する導入孔６５が形成されている。導入孔６５には、ホース６６により流量調整装置６７及びバルブ６８を介して着色成分用のタンク６９が接続され、そのタンク６９内はエア加圧装置７０により常に加圧されている。バルブ６８はタイマ等により開閉制御され、このバルブ６８の開閉タイミングと流量調整装置６７によって吐出孔６４からの吐出量が調整される。なお、本実施の形態では、着色成分としての顔料をポリオール成分に分散させた着色材料がタンク６９に収容され、その着色材料がバルブ６８、流量調整装置６７等を介して吐出孔６４から吐出される。
【００２８】
このように、吐出孔６４から吐出される着色材料と、ノズル体４９から吐出されるポリオール成分と、ノズル体５０から吐出されたイソシアネート成分とが混合室４８内で衝突混合され、スプール４６が前方位置に摺動することでそのウレタン材料が射出ノズル４１からキャビティ１７に注入される。
【００２９】
次に、本実施形態におけるステアリングホイール１のウレタン樹脂の成形方法を図１〜図３を用いて説明する。
先ず、図１に示すように、金型７を開いてキャビティ１７（下型８の凹部１５及び上型９の凹部１６）の壁面に離型剤を塗布する。この離型剤は、ワックス、シリコンオイル等からなり、金型７に成形品が粘着することを防いで、成形品を取り出し易くする目的で塗布されるものである。
【００３０】
次いで、金型７を水平に保ちつつ液状の塗料Ｍ（本実施形態では、１７０ｇ）を下型８の凹部１５に注ぎ込む。本実施の形態における塗料Ｍの溶液は、溶剤としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と、固形分としてのウレタン樹脂を含む。なお、塗料Ｍにおける各成分の割合を重量％で示すと、ＭＥＫ＝約８５％、ＩＰＡ＝約１０％、ウレタン樹脂＝２．５％となる。また、塗料Ｍに含まれるウレタン樹脂は発泡成形されるウレタン樹脂と同色に着色されている。
【００３１】
そして、図２に示すように金型７内に芯金１０をセットして金型７を閉じ型締めする。なおこのとき、枠体１１と蓋体１２とがシール部材１４を介して接合されボックス１３内は密閉状態となる。本実施形態では、金型７を閉じた状態でキャビティ表面への塗装工程が実施される。
【００３２】
詳しくは、真空ポンプ３４を駆動し排出管３１からボックス１３内の空気を排出することでボックス１３内を減圧する。このとき、キャビティ１７内の空気が排出孔２０を介してボックス１３内の中空部２１に吸い出されてキャビティ１７内も減圧される。キャビティ１７内が減圧されると、塗料Ｍの溶剤（ＭＥＫ，ＩＰＡ）の沸点が低下する。これにより、塗料Ｍは体積増加を伴いつつ沸騰して破泡する。具体的には、金型７の温度が５５℃に保たれており、キャビティ１７内が３００ｔｏｒｒ以下に減圧されると溶剤は沸騰する。この沸騰時の体積増加及び破泡により、塗料Ｍがキャビティ１７の壁面に塗布される。
【００３３】
そして、塗料Ｍの溶剤が気化して、塗料Ｍのウレタン樹脂がキャビティ１７の壁面に塗着される。つまり、塗膜層がキャビティ１７の壁面に形成される。またこのとき、キャビティ１７内における芯金１０の表面が塗料Ｍの溶剤により洗浄されるとともに、接着剤の役割を果たす塗料Ｍが芯金１０の表面に塗着される。なお、本実施形態では、キャビティ１７は５０ｔｏｒｒまで減圧され、溶剤は約６０秒で気化する。そして、気化した溶剤は排出孔２０からボックス１３内の中空部２１及び排出管３１等を介して真空ポンプ３４から排気される。
【００３４】
次いで、その減圧状態を保ちつつウレタン注入装置４０で混合されたウレタン材料が射出ノズル４１からゲート２３を介してキャビティ１７に注入されて、図３及び図６に示すように同材料がキャビティ１７内で反応硬化する。これにより、塗料Ｍのウレタン樹脂Ｕ１の内側に、低発泡のスキン層Ｕ２と高発泡のコア部Ｕ３が形成される。なお、図６は、ステアリングホイール１のリング部２における拡大断面図である。
【００３５】
詳しくは、スプール４６を後退させて、ノズル体４９からポリオール成分を、ノズル体５０からイソシアネート成分をそれぞれ混合室４８に吐出させる。またこれと同時に、バルブ６８を開いて、吐出孔６４から着色材料を混合室４８に吐出させ、これらを衝突混合させる。このとき、ウレタン材料中の顔料濃度は、例えば、基準濃度の４０％となるように調整される。そして、スプール４６を前進させると、混合されたウレタン材料が射出ノズル４１からキャビティ１７に注入される。つまり、基準濃度に対して顔料濃度が４０％に低められた第１のウレタン材料がキャビティ１７に注入される（第１の注入工程）。
【００３６】
すると、そのウレタン材料中に含まれていたガスが、減圧下で急激に突沸して無数のガス泡になるため、ウレタン材料は短時間に発泡してキャビティ１７に流動しながら充満されていく。このウレタン材料の発泡と並行してウレタン材料中のポリオール成分とイソシアネート成分との反応（ウレタン反応）が始まる。それに伴って発熱が起こり反応硬化が進行する。このとき、キャビティ１７の壁面に近接する部分は、反応熱が金型７へ逃げてしまうため、内部と比較してウレタン反応が遅れてウレタン材料の増粘が抑制される。このため、表面部のガス泡は、減圧下で容易に破れて脱ガスされて、微少なガス泡も残存しない極低発泡の緻密なスキン層Ｕ２になる。一方、キャビティ１７の壁面から離れた内部では、ウレタン反応による増粘が急速に進行してガス泡がそのまま保持されて高発泡のコア部Ｕ３が形成される。このように、高発泡のコア部Ｕ３の表面にスキン層Ｕ２が形成されることによって、ステアリングホイール１にはソフト感だけでなくしっかりとした触感が与えられることとなる。
【００３７】
その後、吐出孔６４から混合室４８に吐出される着色成分が増量され顔料濃度が基準濃度（１００％）に調整されたウレタン材料が射出ノズル４１からキャビティ１７に注入される。つまり、前記第１のウレタン材料よりも顔料を多く含んだ第２のウレタン材料が注入される（第２注入工程）。これにより、図３に示すようにゲート近傍部のウレタン樹脂Ｕ４が形成される。従って、ゲート残留部としてのウレタン樹脂Ｕ５が切除されたとしても、基準濃度の顔料を含むウレタン樹脂Ｕ４が露出するため、外観の悪化が防止される。
【００３８】
図７は、上記成形における顔料濃度変化のタイミングチャートである。つまり、図７に示すようにｔ１〜ｔ２の期間における第１注入工程では、基準濃度に対して顔料濃度を４０％としてスキン層Ｕ２とコア部Ｕ３を形成している。また、ｔ２〜ｔ３の期間における第２注入工程では、顔料濃度を基準濃度（１００％）として、ゲート近傍部のウレタン樹脂Ｕ４を形成している。
【００３９】
このように成形した場合、塗膜層の下に設けられるスキン層Ｕ２の顔料濃度は基準濃度より低濃度の４０％であり、また、コア部Ｕ３は発泡されているためスキン層Ｕ２より相対的に顔料濃度が低くなり、色が薄い。従って、塗膜層の色とスキン層Ｕ２の色とコア部Ｕ３の色とが加算された濃度として視覚されるため、表面に露出するウレタン樹脂Ｕ４の顔料基準濃度と同程度の着色に見える。
【００４０】
また、図７に示す一点鎖線は、塗料Ｍをスプレーガンで塗布した後にウレタン材料の発泡成形を実施した比較例である。この場合、パーティングラインにバリが発生し、そのバリの除去に伴い高発泡のコア部が露出する。そのため、スキン層とコア部が形成されるｔ１〜ｔ２の期間において、見栄えが悪化しない程度の顔料濃度（例えば、６５％）に高める必要があった。しかしながら、本実施形態によれば、キャビティ１７以外に塗料Ｍが塗布されることが防止され、パーティングラインにおけるバリの発生が抑制されるので、顔料濃度を低減することが可能となる。
【００４１】
このようにして、ステアリングホイール１のリング部２及びスポーク部３，４，５のウレタン樹脂の成形と塗装が同時に実施される。つまり、ウレタン樹脂からなる低発泡のスキン層Ｕ２及び高発泡のコア部Ｕ３が形成され、低発泡のスキン層Ｕ２の表面に耐光性のあるウレタン樹脂Ｕ１の塗膜がほぼ均一な厚さ（例えば、１０μｍ）で形成される。
【００４２】
そして、金型７が開けられて、図４に示すようにリング部２及びスポーク部３，４，５がウレタン樹脂で被覆されたステアリングホイール１が取り出されて成形工程が終了する。
【００４３】
なお上述のように、液状のウレタン材料を用いた発泡成形は、一般的な熱可塑性樹脂の射出成形と比較して、キャビティ１７内が低温、低圧の条件下で樹脂成形が実施される。従って、キャビティ１７の壁面に形成された塗膜層が成形時の圧力や温度によって壊されることが防止される。さらに、減圧状態のキャビティ１７に、ウレタン材料が注入されるので、同材料の回り込み不良が低減される。
【００４４】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）スキン層Ｕ２の顔料濃度は、ゲート近傍部のウレタン樹脂Ｕ４と比較して低濃度であるが、気泡がほとんどないことからその着色度合は、ウレタン樹脂Ｕ４とほぼ等しくなる。また、塗料Ｍがキャビティ１７以外の部分に塗布されることはなく、発泡成形によって発生するバリを低減できる。従って、バリ除去に伴うコア部Ｕ３の露出を防止できる。さらに、スプレーガンで塗布（モールドコート）した場合、塗料Ｍをキャビティ１７に均一に塗布することができず、特にパーティングラインの部分への塗布が不十分となって、その部分の塗膜が薄くなってしまう。しかしながら、本実施形態では、塗料溶液の注入量を制御することによって発泡成形されるスキン層Ｕ２の表面に所望の厚さの塗膜をほぼ均一に形成できる。よって、この塗膜によりウレタン樹脂を隠蔽できるので、発泡成形されるスキン層Ｕ２及びコア部Ｕ３に含まれる顔料濃度の低減が可能となる。また、ゲート残留部としてのウレタン樹脂Ｕ５が切除されたとしても、顔料濃度を基準濃度としたウレタン樹脂Ｕ４が露出するため、外観の悪化を防止できる。
【００４５】
以上のことより、外観を悪化させることなくウレタン材料に含まれる顔料を低減でき、材料コストを低減できる。また、顔料の粒子は、ウレタン注入装置４０における通過部分を摩耗させるが、上記のように顔料を低減できるので、その摩耗を低減できる。よって、ウレタン注入装置４０のメンテナンス費用の低減が可能となる。
【００４６】
（２）ウレタン材料を用いた発泡成形により、高発泡のコア部Ｕ３の外側に低発泡のスキン層Ｕ２が形成されるので、耐摩耗性、触感等を向上できる。また、耐光性に優れるウレタン樹脂Ｕ１の塗膜をステアリングホイール１の樹脂部の表面にほぼ均一な厚さで形成できる。その結果、耐光性がどの場所でも均一に得られ、ウレタン樹脂のスキン層Ｕ２の変色を防止できる。また、製品表面の色むらがなく外観不良を防止できる。よって、ステアリングホイール１は、耐摩耗性、触感、耐光性等の製品性能に優れたものとなる。また、ステアリングホイール１を長く使用して塗膜が摩耗したとしても、内部にスキン層Ｕ２が形成されているので、外観、触感等の性能を保つことができる。
【００４７】
（３）閉じた金型７内において、塗料Ｍは、その溶剤が沸騰して体積増加及び破泡することによりキャビティ１７の壁面に塗布むらが無くほぼ均一に塗布される。この場合、スプレーガンで塗料Ｍを塗布（モールドコート）した場合に比べて塗着効率を高めることができ、塗料Ｍの材料費を低減できる。また、塗料Ｍが外部に飛散することが防止され、作業場をきれいに保つことができ、周囲の環境の悪化を防止することができる。
【００４８】
（４）ウレタン材料を用いた発泡成形では、熱可塑性樹脂の射出成形と比べて、キャビティ１７内が低温、低圧の条件下で樹脂成形が行われるので、キャビティ１７の壁面に塗布された塗膜層が壊れることを防止できる。また、キャビティ１７内を減圧させて塗膜層を形成した後に、キャビティ１７内を常圧状態とすると、その際の圧力変化によっては塗膜層を壊す虞があるが、本実施形態のように減圧状態を保ちつつウレタン材料を注入することで、塗膜層が壊れることを防止できる。さらに、減圧状態でウレタン材料の発泡成形が実施されるので、同材料の回り込み不良を低減できる。よって、製品の歩留まりを向上できる。
【００４９】
（５）芯金１０の表面は、塗料Ｍの溶剤により洗浄され、その芯金１０の表面に接着性に優れるウレタン樹脂系の塗料Ｍが塗布されているため芯金１０とウレタン樹脂が強固に固着できる。
【００５０】
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
○上記実施形態では、第１注入工程（図７のｔ１〜ｔ２）において、顔料濃度を４０％とした第１のウレタン材料を注入してスキン層Ｕ２及びコア部Ｕ３を形成し、さらに、第２注入工程（図７のｔ２〜ｔ３）において、顔料濃度を基準濃度（１００％）とした第２のウレタン材料を注入してゲート近傍部としてのウレタン樹脂Ｕ４を形成するものであったがこれに限定するものではない。例えば、成形品形状、色等によっては、スキン層Ｕ２及び塗膜（ウレタン樹脂Ｕ１）により内部のコア部Ｕ３を確実に隠蔽できる場合もあり、このコア部Ｕ３の顔料濃度を低減して発泡成形を行ってもよい。
【００５１】
具体的には、図８に示すｔ１〜ｔ１０の期間において、顔料濃度を４０％とした第１のウレタン材料を注入してスキン層Ｕ２を形成し、ｔ１０〜ｔ２の期間において、顔料濃度を０％とし顔料を含まないウレタン材料を注入して内部のコア部Ｕ３を形成する。さらに、ｔ２〜ｔ３の期間において、顔料濃度を基準濃度（１００％）とした第２のウレタン材料を注入してゲート近傍部としてのウレタン樹脂Ｕ４を形成する。勿論、ｔ１０〜ｔ２の期間において、顔料濃度が０％のウレタン材料を注入する必要はなく、少なくともｔ１〜ｔ１０の期間に注入される第１のウレタン材料よりも顔料が低減されたウレタン材料（第３のウレタン材料）を注入するものであればよい。なお、図８に示す成形方法では、ｔ１〜ｔ１０の期間における注入工程が第１注入工程に相当し、ｔ２〜ｔ３の期間における注入工程が第２注入工程に相当する。また、第１注入工程と第２注入工程との間の注入工程、つまり、ｔ１０〜ｔ２の期間の注入工程が第３注入工程に相当する。
【００５２】
さらに、成形品形状、色等に応じてスキン層Ｕ２及びコア部Ｕ３の顔料濃度を適宜変更できる。具体的には、例えば、スキン層Ｕ２及びコア部Ｕ３が形成されるｔ１〜ｔ２の期間において、顔料濃度を徐々に低下させて発泡成形を行ってもよい。
【００５３】
但し、上記実施形態のようにステアリングホールを成形する場合では、表面用のウレタン材料においては、顔料濃度を基準濃度の４０％〜８０％に低めることが好ましい。また、内部用のウレタン材料においては、顔料濃度を基準濃度の３０％〜７０％に低めることが好ましい。
【００５４】
○上記実施形態では、金型７を開けた状態で塗料溶液を注入するものであったが、塗料注入装置を別に設けて、金型７を型締めした状態で塗料注入装置からキャビティ１７に塗料Ｍを注入するように構成してもよい。このようにすれば、キャビティ１７の減圧中に塗料溶液を注入でき、短時間で樹脂成形を実施できるようになる。また、閉じたキャビティ１７内に塗料溶液が注入されるので塗料Ｍの溶剤が射出成形機の外部に漏れることを防止できる。
【００５５】
○成形品は、ステアリングホイール１に限定されず、例えば、インストルメントパネル、コンソールボックス、グローボックス、ヘッドレスト、アームレスト、ドアカバー、エアスポイラー、バンパー等の他の部品にも適用できる。勿論、自動車部品以外に家電製品等の成形品に適用してもよい。
【００５６】
○塗料Ｍの成分を適宜変更して実施してもよい。具体的には、ウレタン樹脂に代えて、他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、塗料Ｍの溶剤として、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）以外の溶剤、例えば水等を用いてもよい。或いは、ＭＥＫ，ＩＰＡの溶剤にトルエン等を加えるものでもよい。実用的には、沸点が約１６０℃以下の溶剤を用いるものであればよい。
【００５７】
○上記実施形態では、真空ポンプ３４を駆動してキャビティ１７内を５０ｔｏｒｒまで減圧するものであったが、これに限定するものではない。塗料溶液の乾燥時間、塗布状態、或いは、スキン層Ｕ２の厚さ等の条件に応じてキャビティ１７内の減圧状態を適宜変更して実施してもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態により把握される請求項以外の技術的思想について、以下にそれらの効果とともに記載する。
（イ） 請求項１に記載のウレタン成形品の製造方法において、前記発泡成形は、顔料濃度を基準濃度よりも低い所定濃度としたウレタン材料を注入して低発泡のスキン層を形成する工程と、顔料濃度を基準濃度よりも低い所定濃度としたウレタン材料を注入して高発泡のコア部を形成する工程と、顔料濃度を基準濃度としたウレタン材料を注入して前記ゲート近傍部を形成する工程とを備えることを特徴とするウレタン成形品の製造方法。減圧状態のキャビティにウレタン材料を注入して発泡成形を実施した場合、高発泡のコア部の外側に低発泡のスキン層が形成される。このスキン層の顔料濃度を低減しても、気泡がほとんどないことから基準濃度のゲート近傍部とほぼ同程度の色と視覚される。また、スキン層の外側には、ほぼ均一の厚さ塗膜が形成され、この塗膜とスキン層によってコア部の隠蔽が可能となる。従って、スキン層を形成する工程とコア部を形成する工程における顔料濃度を低減できる。
【００５９】
（ロ） 技術的思想（イ）に記載のウレタン成形品の製造方法において、前記コア部を形成する工程における顔料濃度を前記スキン層を形成する工程よりも低減したことを特徴とするウレタン成形品の製造方法。つまり、塗膜とスキン層により内部のコア部が隠蔽される場合では、コア部を形成する工程における顔料濃度をより低減できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、外観を悪化させることなく、ウレタン材料に含まれる顔料を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図２】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図３】実施形態のステアリングホイールの成形方法を説明するための図。
【図４】実施形態のステアリングホイールの斜視図。
【図５】実施形態のウレタン注入装置の概略構成図。
【図６】実施形態のステアリングホイールのリング部における拡大断面図。
【図７】実施形態の発泡成形の顔料濃度変化を示すタイミングチャート。
【図８】別の発泡成形の顔料濃度変化を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１…ウレタン成形品としてのステアリングホイール、７…金型、１７…キャビティ、Ｍ…塗料、Ｕ４…ゲート近傍部としてのウレタン樹脂。
Claims (4)
- ウレタン材料を注入して発泡成形を行うウレタン成形品の製造方法において、
金型を閉じた状態の金型キャビティ内で、溶剤とウレタン樹脂とを含む塗料溶液を沸騰させ、沸騰時の体積増加及び破泡により塗料を金型キャビティの表面に塗布すると共に気化した溶剤を排気して塗膜層を金型キャビティ表面に形成する塗装工程と、
金型キャビティ内に顔料を含んだ第１のウレタン材料を注入する第１注入工程と、
前記第１のウレタン材料より顔料を多く含んだ第２のウレタン材料を注入する第２注入工程とからなるウレタン成形品の製造方法。 - 請求項１に記載のウレタン成形品の製造方法において、
前記塗装工程は、減圧状態で行うことを特徴とするウレタン成形品の製造方法。 - 請求項１に記載のウレタン成形品の製造方法において、
前記第１注入工程は、減圧下で行うことを特徴とするウレタン成形品の製造方法。 - 請求項１に記載のウレタン成形品の製造方法において、
前記第１注入工程と第２注入工程との間に、第１のウレタン材料より顔料がさらに低減された、もしくは顔料を含まない第３のウレタン材料を注入する第３注入工程を含むことを特徴とするウレタン成形品の製造方法。
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