JPH0671769A - 自己スキン層付きポリウレタンフォームの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 問題のあるフロンその他の発泡剤を使用せず
に、フロンを使用したときより優れた外観と感触と物性
とを備えた自己スキン層付きポリウレタンフォームを、
少ない材料損失で、しかも高い効率で製造する。 【構成】 発泡剤を実質的に加えないポリウレタン材料
Ｍを、減圧した成形用金型１のキャビティ４に注入し、
発泡流動させる。ポリウレタン材料Ｍのポリオール混合
成分中の水分含有率を０．４重量％未満に制限し、キャ
ビティ４を５０Ｔｏｒｒ以下に減圧することが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面部に低発泡の緻密
な自己スキン層を備えたポリウレタンフォームの製造方
法とその方法に使用する製造装置に関し、例えば、自動
車のステアリングホイール、ステアリングホイールパッ
ド、インストルメントパネル、コンソールボックスやグ
ローブボックスの蓋体、ヘッドレスト、アームレスト、
エアスポイラー等のポリウレタンフォームを反応射出成
形（以下、ＲＩＭ成形という。）するのに好適なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般にインテグラルスキンフォームと呼
ばれている自己スキン層付きの半硬質ポリウレタンフォ
ームは、分子量数千程度の長鎖ポリオール、分子量数十
から数百の低分子ポリオール、触媒、顔料、及び、発泡
剤としてのトリクロロモノフルオロメタン（フロン１
１。以下、単にフロンという。）を予備混合したポリオ
ール混合成分と、イソシアネート成分とをミキシングヘ
ッドにより一定比率で混合してポリウレタン材料とし、
該ポリウレタン材料を熱伝導性の高い素材を用いて形成
された型のキャビティに注入して発泡流動させることに
より製造される。

【０００３】すなわち、前記ポリウレタン材料をキャビ
ティに注入すると、ポリオール混合成分とイソシアネー
ト成分とのウレタン反応が始まり、発熱が起こる。この
熱によりポリウレタン材料中のフロンが揮発して無数の
泡となるため、ポリウレタン材料は徐々に発泡してキャ
ビティ内を流動し始める。キャビティのベント部に到達
したポリウレタン材料の流動先端部は、該ベント部から
キャビティ内の空気を押し出しながら吹き出す。

【０００４】このとき、ポリウレタン材料のうちキャビ
ティ面から離れた内部では、ポリウレタン材料の反応硬
化とフロンの揮発とが同時に進行し、無数のフロン泡が
そのままの大きさで保持されるため、該内部には高発泡
のコア部が形成される。

【０００５】また、ポリウレタン材料のうちキャビティ
面に接した表面部では、熱が型に逃げて冷却するため、
内部と比べて相対的にウレタン反応が遅れ、発熱量が少
なくなる。そのため、フロンの揮発が抑制され、少数の
フロン泡しか発生しない。また、このフロン泡は内部か
らの発泡圧により押し潰されて、消失又は縮小する。従
って、この表面部には低発泡の緻密な自己スキン層が形
成される。通常、この発泡圧を高めて自己スキン層を形
成しやすくするために、さらには材料回り込み不良の防
止とエア排出不良の防止のために、ポリウレタン材料を
キャビティにオーバーパックすることが行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のフロン
発泡による自己スキン層付きポリウレタンフォームの製
造方法には、次のような問題点があった。 (1) 発泡剤として使用されていたフロンは、大気中に放
出されると成層圏のオゾン層を破壊して健康な生活環境
を悪化させる等の理由から、使用が禁止あるいは制限さ
れつつある。そのため、フロンを使用しないポリウレタ
ンフォームの製造方法の開発が待たれていた。

【０００７】(2) 表面部のフロン泡を内部からの発泡圧
で押し潰すことにより自己スキン層を形成していたた
め、該自己スキン層には微小なフロン泡が不可避的に残
存し、これが表面に現われて外観を損ねることがあっ
た。

【０００８】(3) その発泡圧を高めるためにポリウレタ
ン材料をオーバーパックし、多量の余剰ポリウレタン材
料をベント部から吹き出させていたため、材料損失が大
きかった。

【０００９】(4) １ショットの所要時間を短縮して製造
効率を高めるには、ポリウレタン材料の反応速度を速く
し、キュア時間を短縮するのが有効であり、それには、
触媒の混合割合を増やす方法と、注入時のポリウレタン
材料の温度を高める方法とがある。前者の方法はコスト
アップになるため、できれば後者の方法が好ましい。し
かし、従来のフロン発泡において後者の方法を採用する
と、注入前にフロンが揮発してしまうことから、実際に
は採用することができなかった。また、従来のフロン発
泡においては、注入後のポリウレタン材料の反応熱がフ
ロンの気化熱として奪われてしまうため、ポリウレタン
材料の温度上昇が遅れ、キュア時間が長くなっていた。

【００１０】(5) また、キャビティに芯金を配置して従
来のフロン発泡を行うと、該芯金によりポリウレタン材
料に乱流が起こり、空気が巻き込まれてピンホール、ボ
イド、欠肉等の欠陥が生じやすかった。この問題は、ス
テアリングホイールの芯金のように、長いリング部をキ
ャビティに配置する場合に、特に顕著であった。そこ
で、ゲートを乱流の起こりにくい位置に設けたり、ベン
ト部を複数箇所に設けて巻き込まれた空気を該ベント部
から排出したりする必要があった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、問題のあるフロ
ンその他の発泡剤を使用しなくても、フロンを使用した
ときより優れた外観と感触と物性とを備えた自己スキン
層付きポリウレタンフォームを製造することができると
ともに、ポリウレタン材料の損失を低減し、製造効率を
高めることもできる新規な製造方法及び製造装置を提供
することにある。

【００１２】ところで、下記の公報〜には、減圧を
利用したポリウレタンフォームの製造技術が記載されて
いるが、いずれの技術も本発明の目的、構成及び効果を
開示又は示唆するものとはいえない。 特開昭５５−６３２３７号公報と特開昭５５−６３
２３８号公報には、成形型に形成した細孔溝から真空引
きを行い、成形型の隅々まで均一にポリウレタン材料を
発泡させる方法が開示されている。しかし、その目的は
専ら、表層にボイド、ブリスター等の欠陥がない均質な
硬質ポリウレタンフォームを得ることにあり、発泡剤に
関する記載は何も無い。

【００１３】 特開昭５６−１１１６４８号公報に
は、ポリウレタン材料の発泡を減圧雰囲気下で行う方法
が開示され、その効果の一つとしてフロン等の発泡剤の
量を減少できることが挙げられている。しかし、この方
法は、フロン等による発泡を利用した製造方法であるこ
とに変わりはなく、依然として前記オゾン層の破壊につ
ながるものであるから、フロンに全く依存しない本発明
とは基本的に異なるものである。

【００１４】 特開昭６２−１６４７０９号公報に
は、発泡剤としての水を加えたポリウレタン材料を減圧
雰囲気下で発泡させて、低密度のポリウレタンフォーム
を製造する方法が開示されている。しかし、この方法
は、本発明のように自己スキン層付きポリウレタンフォ
ームを製造するものではなく、逆に、スキン層の形成を
表面性状の劣化として評価するものである。また、発泡
剤として水を加えるとしているのであるから、本発明の
特徴である発泡剤の不使用を開示又は示唆するものでは
ない。

【００１５】 特開昭６３−２６８６２４号公報に
は、ポリウレタン材料に窒素ガス等を均一微細気泡分散
体として容積比２〜３０％捕捉させ、これを減圧雰囲気
下で膨脹発泡させる方法が開示されている。しかし、こ
の方法も、本発明のように自己スキン層付きポリウレタ
ンフォームを製造するものではなく、また、窒素ガス等
の微細気泡分散体が発泡剤として加えられるのであるか
ら、やはり発泡剤の不使用を開示又は示唆するものでも
ない。

【００１６】 特公昭６４−５５２８号公報には、約
５０〜５００ｍｍＨｇに減圧した型に、硬質ポリウレタ
ン材料をパック率約１５０〜４５０％で注入し、型の温
度を約１０〜４５℃に保持しながら発泡させる方法が開
示されている。しかし、その硬質ポリウレタン材料には
フロン等の発泡剤が含有されるから、やはり発泡剤の不
使用を開示又は示唆するものではない。

【００１７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の自己ス
キン層付きポリウレタンフォームの製造方法は、前記課
題を解決するために、発泡剤を実質的に加えないポリウ
レタン材料を、減圧した型のキャビティにおいて発泡さ
せる、という手段をとったものである（請求項１）。

【００１８】ここで、「発泡剤を実質的に加えない」と
は、フロン、塩化メチレン、水、微細気泡等の各種発泡
剤を、ポリウレタン材料の発泡又はその発泡調整を目的
として積極的に加えることはしない、という意味であ
る。従って、ポリウレタン材料にもともと含まれていた
微量の各種ガスや、循環中のポリウレタン材料に自然に
巻き込まれたり溶解したりした少量の空気や、ポリウレ
タン材料に自然に吸湿された少量の水分等のように、消
極的に含まれた成分まで排除するものではない。また、
発泡調整にほとんど影響がない程度の微量の各種発泡剤
を加えることも、「発泡剤を実質的に加えない」ことに
含まれる。

【００１９】さらに、前記ポリウレタン材料のポリオー
ル混合成分中に自然に吸湿されている水分については、
その水分含有率を０．４重量％未満に制限することが好
ましい（請求項２）。この水分含有率が０．４重量％以
上になると、水分がイソシアネート成分の一部と反応し
て、本来そのイソシアネート成分と反応すべきであった
ポリオール混合成分の一部が未反応のまま残留するた
め、製造されたポリウレタンフォームの引張強度、引裂
強度等の物性が低下する。

【００２０】前記キャビティをどの程度の気圧まで減圧
するかは、製造するポリウレタンフォームの種類や要求
する発泡率によって異なる。しかし、例えばステアリン
グホイールの被覆のようにソフト感だけでなくしっかり
とした触感が要求されるフォームの製造において、その
触感を与えるのに十分な厚さの自己スキン層を形成する
ためには、キャビティを５０Ｔｏｒｒ以下に減圧するこ
とが好ましい（請求項３）。

【００２１】また、ポリウレタン材料が型のベント部に
到達したとき、該ベント部のポリウレタン材料が反応硬
化して該ベント部を自己シールするように、該ポリウレ
タン材料の反応速度を調節することが好ましい（請求項
４）。反応速度がこれより遅いと、ポリウレタン材料が
ベント部から多量に吹き出して無駄になり、これより速
いと、ショートショット、欠肉、ピンホール、ボイド等
の欠陥が生じるからである。

【００２２】ここで、キャビティに注入されたポリウレ
タン材料は、ウレタン反応の進行とは無関係に、減圧下
で急激に発泡して流動するため、ベント部に到達するま
での流動時間が従来より格段に短い。従って、ベント部
に到達したときにポリウレタン材料を反応硬化させると
いうことは、ポリウレタン材料の反応速度を従来より格
段に速くするということである。反応速度を速くする手
段として、触媒の混合割合を増やす手段の他、本発明で
はフロンを使用していないので、ポリウレタン材料の温
度を従来より高める手段をとることができる。

【００２３】また、本発明は、予めキャビティに芯金を
配置してから行うポリウレタンフォームの製造に適する
（請求項５）。特に、ステアリングホイールの芯金の少
なくともリング部をキャビティに配置し、該リング部に
ポリウレタンフォーム被覆を成形しようとする場合に、
本発明は最も有効である（請求項６）。

【００２４】また、本発明の自己スキン層付きポリウレ
タンフォームの製造装置は、キャビティ及びベント部を
有する型と、該ベント部を介してキャビティと連通する
減圧室と、該減圧室を介してキャビティを減圧する真空
ポンプと、該減圧室の外部からベント部付近を目視し得
るよう減圧室に設けられた透視窓とを備えた構成とした
（請求項７）。ここで、「減圧室」としては、型を取囲
むように設けられた真空箱の空間部、又は、型のキャビ
ティ外部に設けられた溝状凹部が型閉じ時に形成する空
間部を例示することができる。

【００２５】

【作用】本発明の自己スキン層付きポリウレタンフォー
ムの製造方法において、発泡剤を実質的に加えないポリ
ウレタン材料を、減圧したキャビティ内において発泡さ
せると（請求項１）、ポリウレタン材料中に消極的に含
まれていた吸蔵ガスが、減圧下で急激に突沸して無数の
ガス泡になるため、ポリウレタン材料は極めて短時間に
発泡し、キャビティ内を流動して充満する。この吸蔵ガ
スは、ポリウレタン材料にもともと含まれていた微量の
各種ガスや、循環中のポリウレタン材料に自然に巻き込
まれたり溶解したりした少量の空気のように、消極的に
含まれていたガスである。このポリウレタン材料の発泡
と並行して、ウレタン反応が始まり、発熱が急速に起こ
り、反応硬化が始まる。

【００２６】このとき、ポリウレタン材料のうちキャビ
ティ面から離れた内部では、前記発熱によりポリウレタ
ン材料の反応硬化による増粘が急速に進み、ガス泡はそ
のままの大きさで保持されるため、高発泡のコア部が形
成される。

【００２７】また、ポリウレタン材料のうちキャビティ
面に接する表面部では、熱が型に逃げるため、内部と比
べて相対的にウレタン反応が遅れ、ポリウレタン材料の
増粘が抑制される。従って、この表面部のガス泡は減圧
下で容易に破れて脱ガスされるため、微小なガス泡すら
ほとんど残存しない極低発泡の緻密な自己スキン層が形
成される。

【００２８】また、キャビティ内は減圧により空気が稀
薄になっているので、ピンホール、ボイド、欠肉等の欠
陥が生じにくい。従って、従来のフロン発泡のように、
自己スキン層の形成と、材料回り込み不良防止と、エア
排出不良防止のために、ポリウレタン材料をオーバーパ
ックするような必要はなく、材料損失も低減できる。以
上のようにして、表面部の緻密な自己スキン層と内部の
高発泡のコア部とからなる性状の優れたポリウレタンフ
ォームが製造される。

【００２９】さらに、前記吸蔵ガスの減圧下での突沸に
よる発泡は、従来のフロン発泡のような気化作用ではな
いので、注入後のポリウレタン材料の反応熱を奪うこと
がなく、ポリウレタン材料の温度上昇が進み、キュア時
間が短縮される。

【００３０】前記製造方法において、ポリウレタン材料
のポリオール混合成分中の水分含有率を０．４重量％未
満に制限すれば（請求項２）、その水分と反応するイソ
シアネート成分も減り、未反応ポリオール混合成分の残
留が減少するので、製造されたポリウレタンフォームの
引張強度、引裂強度等の物性が高くなる。

【００３１】また、キャビティを５０Ｔｏｒｒ以下に減
圧すれば（請求項３）、ポリウレタン材料の表面部のガ
ス泡を破って脱ガスする作用が強くなるので、自己スキ
ン層の厚さを増すことができるとともに、自己スキン層
にわずかに残存する微小なガス泡をさらに無くすことが
できる。

【００３２】また、ポリウレタン材料が型のベント部に
到達したとき、該ベント部のポリウレタン材料が反応硬
化して該ベント部を自己シールするように、該ポリウレ
タン材料の反応速度を調節すれば（請求項４）、該反応
速度は従来のフロン発泡の場合より格段に速くなるの
で、製造効率を高めることができる。

【００３３】また、予めキャビティに芯金を配置したと
き（請求項５）、該芯金によりポリウレタン材料に乱流
が起こったとしても、キャビティ内は減圧により空気が
稀薄になっているので、ピンホール、ボイド、欠肉等の
欠陥が生じにくい。従って、ゲート位置の自由度が高く
なり、ベント部が少数で済む。

【００３４】また、ポリウレタン材料のうち芯金に接す
る部分では、表面部と同じく熱が芯金に逃げて増粘が抑
制され、ガス泡が減圧下で脱ガスされるため、微小なガ
ス泡すらほとんど残存しない極低発泡の緻密な自己接着
層が形成される。

【００３５】特に、前記芯金がステアリングホイールの
芯金であって、該芯金の少なくともリング部をキャビテ
ィに配置したとき（請求項６）、上記作用は著しく、例
えばゲートをリング部の外周側の一箇所に設けたり、ベ
ント部を一つにしたりすることができる。また、ポリウ
レタン材料の合流部におけるウエルドライン、ピンホー
ル、ボイド、欠肉等の欠陥を防止することができる。

【００３６】次に、本発明の自己スキン層付きポリウレ
タンフォームの製造装置によれば（請求項７）、型のキ
ャビティにベント部を介して連通した減圧室がアキュム
レータとして作用する。従って、ポリウレタン材料の注
入前にキャビティを減圧するときは、注入後のキャビテ
ィの気圧がポリウレタン材料の発泡で上昇しようとする
のを、減圧室からのキャビティの急速な減圧により防ぐ
ことができる。また、ポリウレタン材料の注入後にキャ
ビティを減圧するときには、注入後にキャビティを減圧
室に連通させれば、該減圧室からキャビティを急速に減
圧することができる。

【００３７】さらに、減圧室の外部から透視窓を通して
ベント部付近を目視することができるので、該減圧室を
密閉した状態のまま、ポリウレタン材料がベント部から
吹き出したことを確認したり、その発泡状態を観察した
りすることができる。

【００３８】

【実施例】本発明をステアリングホイールパッドの製造
に具体化した第一実施例について、図１〜図５に基づい
て説明する。まず、本実施例で使用する製造装置につい
て概説すると、この製造装置は、２つの分割型から構成
される成形用金型１と、該成形用金型１を内部に配置可
能な真空箱１１と、該真空箱１１内を真空吸引する真空
ポンプ２０と、該真空箱１１に付設され、成形用金型１
のキャビティ４にポリウレタン材料を射出可能な材料射
出機構２１とから構成されており、以下これら各部を詳
述する。

【００３９】成形用金型１は、固定型２と可動型３との
２つの分割型からなり、型閉じ時にキャビティ４を形成
するようになっている。固定型２と可動型３のＰＬ面２
ａ，３ａには、前記キャビティ４への材料流路であるス
プルー６、ランナー７及びゲート８を形成するよう、凹
凸が形成されている。型閉じ時のＰＬ面２ａ，３ａ間に
は、金型の加工精度の関係から、キャビティ４の全周に
わたり０．０３〜０．０６ｍｍの隙間が発生するが、該
隙間はエアベントランドとして後述のガス抜きの作用を
奏する。また、成形用金型１のキャビティ４におけるポ
リウレタン材料の最終充満位置Ｌには、ベント孔５が形
成されている。

【００４０】前記ベント孔５の直径は、通常、１〜１０
ｍｍとされる。直径１ｍｍ未満のベント孔５では、ポリ
ウレタン材料の最終充満位置がばらつき、ガス抜き効果
が充分得られない場合があり、直径１０ｍｍを越えるベ
ント孔５では、成形品の仕上げ加工後に、このベント孔
５の跡が目立ち、成形品の外観を悪くさせてしまうので
好ましくない。本実施例では、直径３ｍｍ、長さ１５ｍ
ｍの真直なベント孔５とした。この成形用金型１には、
あまり高い耐圧性（発泡圧は通常５０〜５００ｋＰａ程
度である。）は要求されないので、アルミニウム型、電
鋳型等の安価な型を使用することができる。

【００４１】真空箱１１は、固定型２が固定された上ケ
ース１２と、可動型３が固定された下ケース１３とから
なり、下ケース１３の合せ周縁には、Ｏリング状のシー
ル部材１４が装着され、真空箱１１を閉じたとき、その
内部が密閉可能とされている。また、図５に示すよう
に、下ケース１３に設けられた吸引ノズル１６には、吸
引ホース１５及びリークバルブ１７を介して、真空ポン
プ２０が接続されている。本実施例の真空箱１１は、成
形用金型１を内部に配置可能で、且つ、その成形用金型
１との間に空間部Ｋが形成される大きさに形成されてい
る。

【００４２】材料射出機構２１は、図５に示すように、
ポリオール混合成分を貯溜するタンク２５及びイソシア
ネート成分を貯溜するタンク２６とミキシングヘッド２
２とが、それぞれ高圧ポンプ２７及びフィルタ２８を具
備する循環路２９により接続されて構成され、ポリオー
ル混合成分とイソシアネート成分との衝突混合及び各成
分の循環を繰返すことができるようになっている。ミキ
シングヘッド２２の射出ノズル２３は、Ｏリング２４，
２４を介して成形用金型１のスプルー６部位に接続可能
とされている。

【００４３】本実施例で使用するポリウレタン材料は、
前記ポリオール混合成分とイソシアネート成分との混合
物よりなり、発泡剤を実質的に加えないで、しかもポリ
オール混合成分中の水分含有率を０．４重量％未満に制
限したものである。また、ポリウレタン材料の温度は、
従来のフロン発泡の場合の温度より高く設定される。具
体的には、従来は、タンクに貯溜されたポリオール混合
成分及びイソシアネート成分の温度を共に２５〜３０℃
程度に維持していたのに対して、本実施例では、ポリオ
ール混合成分の温度を４０〜５０℃程度に維持し、イソ
シアネート成分の温度を２５〜３０℃程度に維持する。
これには、本実施例のポリウレタン材料が、フロンを
加えない分だけ、従来のポリウレタン材料より粘度が高
いため、温度を高くしてその粘度を低めるという意味
と、温度を高くしてポリウレタン材料の反応速度を従
来より速くするという意味がある。

【００４４】次に、本実施例の製造方法について工程順
に説明する。 まず、成形用金型１の固定型２と可動型３とを完全
に型閉じする前に、又は、完全に型閉じしてキャビティ
４を形成した後に、真空箱１１を密閉状態とする。型閉
じ前に真空箱１１を密閉状態としたときは、その後、完
全に型閉じする。真空箱１１を密閉状態とするには、真
空箱１１の下ケース１３を図示しない油圧シリンダラム
等により上ケース１２の合せ部に当接するまで上昇させ
ることにより行なう。このとき、下ケース１３の周縁合
せ部に配設されたシール部材１４が、上ケース１２の合
せ部に当接することにより、密閉状態となる。なお、成
形用金型１の型開閉と真空箱１１の開閉とは、別々の油
圧シリンダ等で個々に行うことができる。しかし、真空
箱１１の密閉と略同時に成形用金型１も型閉じするよう
にすれば、油圧シリンダラム等が１台で済むので、設備
的に安価となって好ましい。

【００４５】 次に、真空ポンプ２０を作動させ、吸
引ノズル１６を介して、真空箱１１の空間部Ｋを所定の
気圧まで減圧する。このとき、成形用金型１のキャビテ
ィ４は、スプルー６等の材料流路、ＰＬ面２ａ，３ａ間
の隙間、さらにはベント孔５を通じて、真空箱１１の空
間部Ｋと連通状態にあるので、キャビティ４も空間部Ｋ
と同程度の所定の気圧まで減圧される。なお、所定の気
圧は、通常、５０Ｔｏｒｒ以下とする。

【００４６】 前記減圧を引き続いて行いながら、ポ
リウレタン材料Ｍを、ミキシングヘッド２２の射出ノズ
ル２３を介して、型閉じ状態の成形用金型１のキャビテ
ィ４に射出してＲＩＭ成形を行なう。このとき、ポリウ
レタン材料Ｍのうちキャビティ面から離れた内部には、
前述した減圧下での吸蔵ガスの突沸による発泡作用によ
り、図４に示すような高発泡のコア部３８が形成され
る。また、ポリウレタン材料Ｍのうちキャビティ面に接
する表面部には、前述した減圧下での脱ガス作用によ
り、微小なガス泡すらほとんど残存しない極低発泡の緻
密な自己スキン層３９が形成される。

【００４７】前記の通り、ポリウレタン材料Ｍの温度が
高く設定されることにより、該ポリウレタン材料Ｍの反
応速度は、該ポリウレタン材料Ｍの流動先端部がベント
孔５に到達して該ベント孔５から少し吹き出したとき
に、該流動先端部が反応硬化してベント孔５を自己シー
ルするような速度に高められている。また、前記発泡は
注入後のポリウレタン材料Ｍの反応熱を奪わないので、
ポリウレタン材料Ｍの温度上昇が進み、キュア時間が短
縮される。

【００４８】キャビティ４を減圧したことによる付随的
な効果として、キャビティ４にアンダーカット部や枝部
があっても、キャビティ４内の空気によるポリウレタン
材料Ｍの流動の邪魔がないため、該ポリウレタン材料Ｍ
はそれらの部位に確実に回り込む。また、ポリウレタン
材料Ｍから脱ガスされるガス泡は、ベント孔５及びＰＬ
面２ａ，３ａ間の隙間から円滑に吸引されて排出され
る。そのため、従来のフロン発泡のように、ポリウレタ
ン材料をオーバーパックする必要がなく、材料損失を低
減できる。

【００４９】 最後に、成形用金型１の型開きをする
とともに、真空箱１１を開放状態として、製造されたス
テアリングホイールパッド３７を取り出せば、この製造
方法は終了する。製造されたステアリングホイールパッ
ド３７は、自己スキン層３９の表面に微小なガス泡すら
現れないため、従来のフロン発泡による場合より優れた
外観となる。また、ポリウレタン材料Ｍ中の水分含有率
が０．４重量％未満に制限されているため、引張強度、
引裂強度等の物性が高い。

【００５０】次に、本発明をステアリングホイールのリ
ング部及びスポーク部の被覆の成形に具体化した第二実
施例について、図６〜図１５に基づいて説明する。ま
ず、本実施例で使用する製造装置は、各部の形状こそ第
一実施例と異なるものの、成形用金型１と真空箱１１と
真空ポンプ２０と材料射出機構２１とから基本的に構成
されている点は第一実施例と共通である。従って、図６
〜図１１において第一実施例と共通する部材には、第一
実施例と共通の符号を付して説明の重複を避けるととも
に、補足が必要な箇所については以下に詳述する。

【００５１】このステアリングホイール４１の芯金４２
は、ボス部と、リング部と、該ボス部及びリング部を結
ぶスポーク部とからなる。成形用金型１は、前記芯金４
２のリング部及びスポーク部の被覆４３を成形するもの
である。成形用金型１の上側の固定型２と下側の可動型
３には、型閉じ時に略リング状のキャビティ４を形成す
る成形溝４ａが形成されている。キャビティ４の断面中
心には、芯金４２のリング部の全部とスポーク部の一部
とが配置される。この成形溝４ａの図６等における左端
であってリング部の外周側には、ゲート８が開口してい
る。従って、ポリウレタン材料Ｍは、このゲート８から
キャビティ４内に注入されて同内を二方向に分かれて流
動し、図６等における右端の最終充満位置Ｌで合流して
充満するようになっている。この最終充満位置Ｌにおけ
る固定型２には、キャビティ４を真空箱１１の空間部Ｋ
に対して連通するベント孔５が設けられている。

【００５２】また、固定型２と可動型３の各成形溝４ａ
の内側には、両型２，３の型閉じ時の位置決め用嵌合部
３１と、芯金４２のボス部を収めて保持するための凹所
３２及び台座３３とが設けられている。この台座３３に
は製造後のステアリングホイール４１を離型させるため
のイジェクトピン３４が突出可能に内設されている。型
閉じ時のＰＬ面２ａ，３ａの間には、第一実施例と同様
に０．０３〜０．０６ｍｍの隙間が生じるようになって
いる。

【００５３】真空箱１１の下ケース１３には、図９及び
図１０に示すように、該真空箱１１の外部からベント孔
５の付近を目視し得る透視窓５１が設けられている。こ
の透視窓５１は、下ケース１３に貫設された開口５２
と、該開口５２を内側から塞ぐように、シールリング５
３を介して下ケース１３の内面に当てられたガラス製又
は合成樹脂製の透明板５４と、該透明板５４の周縁を押
さえてボルト５５により下ケース１３に止められる枠体
５６とから構成される。枠体５６と透明板５４との間、
枠体５４と下ケース１３との間には、シール板５７を介
することが好ましい。

【００５４】固定型２と上ケース１２、また、可動型３
と下ケース１３は、各々一体化されている。この下ケー
ス１３は図示しない油圧シリンダラム等に取り付けられ
ており、型閉じ時にはその周縁合せ部が上ケース１２の
周縁合せ部に当たるまで上昇され、型開き時には下降さ
れるようになっている。

【００５５】本実施例で使用するポリウレタン材料は、
第一実施例と同じくポリオール混合成分とイソシアネー
ト成分との混合物に、発泡剤を実質的に加えないで、し
かもポリオール混合成分中の水分含有率を０．４重量％
未満に制限したものである。また、ポリウレタン材料の
温度は、従来のフロン発泡の場合の温度より高く設定さ
れる。

【００５６】次に、本実施例の製造方法について工程順
に説明する。 図６及び図７に示すように成形用金型１の固定型２
と可動型３とを型開きした状態で、図７に示すように可
動型３に芯金４２をセットする。

【００５７】 成形用金型１の固定型２と可動型３と
を完全に型閉じして、キャビティ４を形成すると同時
に、上ケース１２と下ケース１３の周縁合せ部を当接さ
せて真空箱１１を密閉状態とする。

【００５８】 真空ポンプ２０を作動させて、吸引ノ
ズル１６から真空箱１１内の空間部Ｋを所定の気圧にな
るまで真空吸引する。通常、この所定の気圧は５０Ｔｏ
ｒｒ以下とする。このとき、成形用金型１のキャビティ
４は、ベント孔５とＰＬ面２ａ，３ａ間の隙間から減圧
され、該キャビティ４の気圧は前記空間部Ｋの気圧と同
程度まで低くなる。

【００５９】 図８に示すように、前記キャビティ４
の減圧を引き続いて行いながら、前記ポリウレタン材料
Ｍを、ミキシングヘッド２２の射出ノズル２３を介して
型閉じ状態の成形用金型１のキャビティ４内に射出し
て、ＲＩＭ成形を行なう。通常、その射出体積はキャビ
ティ４の内容積の１／４〜３／４であり、射出時間は２
〜４秒である。

【００６０】このとき、ポリウレタン材料Ｍのうちキャ
ビティ面及び芯金４２から離れた内部には、前述した減
圧下での吸蔵ガスの突沸による発泡作用により、図１２
に示すような高発泡のコア部４４が形成される。また、
ポリウレタン材料Ｍのうちキャビティ面に接する表面部
及び芯金４２に接する部分には、前述した減圧下での脱
ガス作用により、微小なガス泡すらほとんど残存しない
極低発泡の緻密な自己スキン層４５が形成される。ま
た、ポリウレタン材料Ｍのうち芯金４２に接する部分に
も、前述した減圧下での脱ガス作用により、微小なガス
泡すらほとんど残存しない極低発泡の緻密な自己接着層
４７が形成される。一般に、自己接着層４７は自己スキ
ン層４５よりやや薄く形成される。

【００６１】通常、このポリウレタン材料Ｍの注入完了
から充満完了までの流動時間は１〜２秒であり、ポリウ
レタン材料Ｍは、その流動に伴ってＰＬ面２ａ，３ａの
間の隙間を順に自己シールしてゆく。そして、ポリウレ
タン材料Ｍの流動先端部がベント孔５に到達して該ベン
ト孔５から少し吹き出したときに、該流動先端部が反応
硬化してベント孔５を自己シールするよう、ポリウレタ
ン材料Ｍの反応速度が速められている。また、前記発泡
は注入後のポリウレタン材料Ｍの反応熱を奪わないの
で、ポリウレタン材料Ｍの温度上昇が進み、キュア時間
が短縮される。

【００６２】本実施例では、真空箱１１の外部から透視
窓５１を通してベント孔５の付近を目視することができ
るので、真空箱１１を密閉した状態のまま、ポリウレタ
ン材料Ｍの流動先端部がベント孔５から吹き出したこと
を確認したり、その発泡状態を観察したりすることがで
きる。

【００６３】 前記キャビティ内のポリウレタン材料
がキュアされるのを待って、成形用金型１の固定型２と
可動型３とを型開し、真空箱１１を開放状態とする。通
常、このキュア時間は５０〜８０秒であり、従来のフロ
ン発泡の場合のキュア時間８０〜１００秒より短縮して
いる。前記型開きと連動して、可動型３のイジェクトピ
ン３４が突出し、製造されたステアリングホイール４１
が自動的に離型する。この離型したステアリングホイー
ル４１を取り出すとともに、前記ポリウレタン材料Ｍの
吹き出し部４６を除去すれば、この製造方法は終了す
る。

【００６４】ところで、ステアリングホイール４１の被
覆４３の成形においては、前述したフロン等の問題以外
にも、次のようなステアリングホイール特有の問題(a)
(b)がある。しかし、本実施例の製造方法によれば、こ
れらの問題も同時に解決することができるので、該製造
方法はステアリングホイールの被覆の成形に特に適する
ということができる。

【００６５】(a) ポリウレタン材料Ｍは芯金４２の長い
リング部により乱流を起こしやすいが、本実施例のキャ
ビティ４内は減圧により空気が稀薄になっているので、
ピンホール、ボイド、欠肉等の欠陥が生じにくい。その
ため、本実施例のようにゲート８をリング部の外周側に
設ける等、ゲート８位置の自由度が高くなる。また、ベ
ント孔５は一つで十分である。

【００６６】(b) 前記の通り、ポリウレタン材料Ｍはキ
ャビティ４内を二方向に分かれて流動し、最終充満位置
Ｌで合流するため、一般には、その合流部にウエルドラ
インが生じ易いとか、ピンホール、ボイド、欠肉等の原
因となるガスが溜り易いとかという特有の問題がある。
しかし、本実施例では、キャビティ４を減圧していると
ともに、合流部の流動先端部をベント孔５から吹き出さ
せるので、これらの欠陥を確実に防止することができ
る。

【００６７】(c) 本実施例では緻密な自己接着層４７が
形成されるので、芯金４２のリング部に対する被覆４３
の保持力が優れる。

【００６８】第二実施例の製造方法において水分含有率
が物性に及ぼす効果を確認するため、表１に示す通りの
フロンを加えないポリウレタン材料（ポリオール混合成
分中の水分含有率は０．１３、０．３５又は０．５４重
量％の３通りとした。）を用い、表２に示す通りの試験
条件でステアリングホイールの被覆を製造して、該被覆
の物性試験を行った。

【００６９】また、比較のため、表１に示すように従来
通りのフロンを加えたポリウレタン材料（ポリオール混
合成分中の水分含有率は０．２２重量％とした。）を用
い、表２に示す通りの試験条件で、従来例のフロン発泡
によるステアリングホイールの被覆を製造して、該被覆
の物性試験も行った。

【００７０】

【表１】

【００７１】

【表２】

【００７２】前記の試験条件下で製造された被覆のうち
高発泡のコア部を試験片として切り出し、引張試験と引
裂試験とを室温において行った。引張強度試験の結果を
図１３に示し、引裂強度試験の結果を図１４に示す。本
実施例によれば、ポリオール混合成分中の水分含有率が
０．５４重量％のときでも、従来例のフロン発泡による
場合より高い引張強度と引裂強度が得られており、該水
分含有率が０．４重量％未満になると、その効果は顕著
である。

【００７３】次に、第二実施例の製造方法においてキャ
ビティの気圧が自己スキン層の厚さに及ぼす影響を確認
するため、表１に示す通りのフロンを加えないポリウレ
タン材料（ポリオール混合成分中の水分含有率は０．３
５重量％とした。）を用い、表２に示す通りの試験条件
（但し、キャビティの気圧は５、１２、１５、２０、３
０、５０、１００Ｔｏｒｒの７通りとした。）でステア
リングホイールの被覆を製造して、自己スキン層の厚さ
を測定した。その試験結果を図１５に示す。この図から
明らかなように、キャビティの気圧が５０Ｔｏｒｒ以下
になると、自己スキン層の厚さが急激に増加している。

【００７４】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れず、例えば以下のように発明の趣旨から逸脱しない範
囲で任意に変更して具体化することもできる。 （１）第一実施例では、成形用金型１と真空箱１１とが
別体のものを示したが、成形用金型を二重壁構造とし、
外側の壁を真空箱１１と同じ作用をさせるようにして、
成形用金型内に空間部を一体に設けてもよい。

【００７５】（２）図１６に示すように、成形用金型１
のキャビティ４の外周において、その全周に亘って又は
一部に、このキャビティ４の内部を減圧可能な大きな溝
状凹部９が形成できれば、この溝状凹部９は空間部Ｋと
して作用する。この溝状凹部９は、成形用金型１の可動
型３又は固定型２の一方又は両方に形成することができ
る。また、溝状凹部９の外周には外気を遮断するための
シール部材１０を設けることが好ましい。

【００７６】（３）前記の実施例では、ベント孔５を設
けたものを示したが、ベント孔５の代わりに、キャビテ
ィに面して、かつポリウレタン材料の最終充満部位に微
細な多孔を備えたコアを用いた金型を使用して、前記の
微細な多孔から最終のガス抜きを行なわせて、この発明
の製造方法を行なってもよい。

【００７７】（４）型は金型に限定されず、発泡圧力に
耐え得るセラミック型、樹脂型その他の各種型を使用す
ることができる。

【００７８】

【発明の効果】本発明は前記の通り構成されているの
で、次のような優れた効果を奏する。まず、請求項１記
載の自己スキン層付きポリウレタンフォームの製造方法
によれば、問題のあるフロンその他の発泡剤を使用しな
くても、フロンを使用したときより優れた外観と感触と
物性とを備えた自己スキン層付きポリウレタンフォーム
を製造することができるとともに、ポリウレタン材料の
損失を低減し、製造効率を高めることもできる。

【００７９】請求項２記載の製造方法によれば、ポリウ
レタンフォームの引張強度、引裂強度等の物性をさらに
高めることができる。

【００８０】請求項３記載の製造方法によれば、自己ス
キン層の厚さを増加させることができるとともに、自己
スキン層にわずかに残存する微小なガス泡をさらに無く
すことができる。

【００８１】請求項４記載の製造方法によれば、製造効
率をさらに高めることができる。

【００８２】請求項５記載の製造方法によれば、芯金を
インサートする場合でも、ピンホール、ボイド、欠肉等
の欠陥が生じにくく、従って、ゲート位置の自由度が高
くなり、ベント部が少数で済む。またポリウレタンフォ
ームと芯金との接着力を増加させることができる。

【００８３】請求項６記載の製造方法によれば、請求項
５記載の製造方法による効果が著しく発揮され、例えば
ゲートをリング部の外周側の一箇所に設けたり、ベント
部を一つにしたりすることができる。また、ポリウレタ
ン材料の合流部におけるウエルドライン、ピンホール、
ボイド、欠肉等の欠陥を防止することができる。

【００８４】また、請求項７記載の自己スキン層付きポ
リウレタンフォームの製造装置によれば、請求項１記載
の製造方法を容易に実現することができるとともに、減
圧室を密閉した状態のまま、ポリウレタン材料がベント
部から吹き出したことを確認したり、その発泡状態を観
察したりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に使用する真空箱と成形用
金型の型開き状態における半断面図である。

【図２】同じく型閉じ状態でＲＩＭ成形を行っている状
態の半断面図である。

【図３】図２のIII −III 線部位断面図である。

【図４】同じく製造されたステアリングホイールパッド
の一部拡大断面図である。

【図５】ポリウレタン材料の混合装置を示す概略図であ
る。

【図６】本発明の第二実施例に使用する真空箱と成形用
金型の型開き状態における断面図である。

【図７】同じく図１の型開き状態における真空箱の下ケ
ースと成形用金型の可動型とを示す平面図である。

【図８】同じく型閉じ状態で射出成形を行っている状態
の断面図である。

【図９】同じく型閉じ状態で射出成形を行っている状態
の側面図である。

【図１０】同じく透視窓の断面図である。

【図１１】同じく型開き状態でステアリングホイールを
離型した状態の断面図である。

【図１２】同ステアリングホイールの部分拡大断面図で
ある。

【図１３】同ステアリングホイールの被覆の引張強度と
ポリオール混合成分中の水分含有率との関係を示すグラ
フである。

【図１４】同ステアリングホイールの被覆の引裂強度と
ポリオール混合成分中の水分含有率との関係を示すグラ
フである。

【図１５】同ステアリングホイールの自己スキン層厚さ
とキャビティの気圧との関係を示すグラフである。

【図１６】成形用金型の別例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 成形用金型 ２ 固定型 ３ 可動型 ４ キャビティ ５ ベント孔 １１ 真空箱 １２ 上ケース １３ 下ケース ２０ 真空ポンプ ３７ ステアリン
グホイールパッド ３８ コア部 ３９ 自己スキン
層 ４１ ステアリングホイール ４２ 芯金 ４３ 被覆 ４４ コア部 ４５ 自己スキン層 ４６ 吹き出し部 ４７ 自己接着層 ５１ 透視窓 Ｋ 空間部 Ｌ 最終充満位置 Ｍ ポリウレタン材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 直幸 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小野 悟 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 松浦 元司 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発泡剤を実質的に加えないポリウレタン
   材料を、減圧した型のキャビティにおいて発泡させるこ
   とを特徴とする自己スキン層付きポリウレタンフォーム
   の製造方法。
2. 【請求項２】 ポリウレタン材料のポリオール混合成分
   中の水分含有率を０．４重量％未満に制限する請求項１
   記載の自己スキン層付きポリウレタンフォームの製造方
   法。
3. 【請求項３】 キャビティを５０Ｔｏｒｒ以下に減圧す
   る請求項１記載の自己スキン層付きポリウレタンフォー
   ムの製造方法。
4. 【請求項４】 ポリウレタン材料が型のベント部に到達
   したとき、該ベント部のポリウレタン材料が反応硬化し
   て該ベント部を自己シールするように、該ポリウレタン
   材料の反応速度を調節する請求項１記載の自己スキン層
   付きポリウレタンフォームの製造方法。
5. 【請求項５】 予めキャビティに芯金を配置する請求項
   １記載の自己スキン層付きポリウレタンフォームの製造
   方法。
6. 【請求項６】 芯金は、ボス部とリング部と該ボス部及
   びリング部を結ぶスポーク部とからなるステアリングホ
   イールの芯金であり、該芯金の少なくともリング部をキ
   ャビティに配置する請求項５記載の自己スキン層付きポ
   リウレタンフォームの製造方法。
7. 【請求項７】 キャビティ及びベント部を有する型と、
   該ベント部を介してキャビティと連通する減圧室と、該
   減圧室を介してキャビティを減圧する真空ポンプと、該
   減圧室の外部からベント部付近を目視し得るよう減圧室
   に設けられた透視窓とを備えた自己スキン層付きポリウ
   レタンフォームの製造装置。