(57)【要約】硬質ポリウレタン原液の金型成形の際の発泡時に生じる反応熱を効果的に外部に逃すことにより、寸法精度及びその安定性に優れた硬質ポリウレタンフォーム金型成形品が提供される。成形品１は、硬質ポリウレタン原液を金型に注入して発泡成形される。成形品１のボリュームゾーン２に成形品１の外面３に連通した、凹穴又は貫通孔４よりなる反応熱放出部を有する。反応熱放出部の容積と成形品の見掛け体積との比は０．０１〜０．５である。成形品はエネルギー吸収材に好適である。
2003037594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質ポリウレタン原液を金型に注入して発泡成形した硬質ポリウレタンフォーム金型成形品において、
該成形品のボリュームゾーンに、該成形品の外面に連通した凹穴及び貫通孔の少なくとも一方よりなる発泡成形時の反応熱放出部を有することを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム金型成形品。
【請求項２】
請求項１において、前記反応熱放出部が連通した外面が対面する平面を投影面とした場合、該反応熱放出部の該投影面への投影面積Ｓ１と該成形品の該投影面への投影面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が０．２以下であることを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム金型成形品。
【請求項３】
請求項２において、該投影面積比Ｓ１／Ｓ２が０．０１〜０．２であることを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム金型成形品。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記反応熱放出部の容積Ｖ１と該成形品の見掛け体積Ｖ２との比Ｖ１／Ｖ２が０．５以下であることを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム金型成形品。
【請求項５】
請求項４において、該体積比Ｖ１／Ｖ２が０．０１〜０．５であることを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム金型成形品。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、該金型への前記硬質ポリウレタン原液のパック率が１．２以上であることを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム金型成形品。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、成形品はエネルギー吸収材であることを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム金型成形品。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、該金型は、反応熱放出部を形成するための突起を有していることを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム金型成形品。
【請求項９】
請求項８において、該金型は上型及び下型よりなり、該突起は該上型に設けられていることを特徴とする硬質ポリウレタンフォーム金型成形品。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は硬質ポリウレタンフォーム金型成形品に関する。
発明の背景
自動車のドアトリム等には、側面衝突時等の衝撃エネルギー吸収（Ｅｎｅｒｇｙ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＥＡ）のために、硬質ポリウレタンフォームよりなるＥＡ材が取り付けられている。この硬質ポリウレタンフォーム製ＥＡ材は、硬質ポリウレタン原液を金型に注入して発泡成形することにより製造されている。車体と内装材等との間に挟んで取り付けられるＥＡ材は、寸法精度に優れることが要求される。ＥＡ材の寸法精度が悪いと組み立て時に取付部材を固定することができなかったり、面沿いが悪くて接着不良となる。
硬質ポリウレタンフォームの金型成形品の重要な特性は、硬度及び密度である。一般に、同一配合系の硬質ポリウレタン原液であれば、得られるフォームの硬度と密度とは一次的に相関する。従って、金型への原液の注入量を制御することにより、得られるフォームの硬度と密度を制御することができる。
硬質ポリウレタン原液を金型に注入せずにフリーな状態で発泡させたときに得られるフォームの密度ＤＯに対する金型成形品の密度ＤＭの倍率、即ちＤＭ／ＤＯは「パック率」と称される。パック率の高い成形品は、高い密度及び硬度を有するが、寸法精度が悪い。この原因は、発泡時の反応熱が成形品の内部に蓄積することにある。即ち、硬質ポリウレタンフォームは、熱伝導率が低いので、発泡成形時に発生した反応熱は外部に逃げ難く、成形品内部に蓄積し易く金型内部の成形品は高い温度になっている。高い温度の成形品が金型から取り出されると、成形品は熱膨張し、著しい場合に亀裂が生じる。
この現象は特にボリュームゾーンの中心部分に生じ易い。ボリュームゾーンとは、当該成形品から直方体を切り出す際、最も大きな直方体を切り出すことができる領域である。金型壁面に接触している成形品の表面部分では、反応熱が金型壁面から逃げ易いが、ボリュームゾーンには反応熱が蓄積され易い。
図３ａ，３ｂは従来の成形方法を示す断面図である。図３ａに示す如く、上型１１ａ，下型１１ｂよりなる金型１１内の成形品１２のうち、金型１１に近接した成形品１２の外層部分で発生した反応熱は金型１１を介して外部へ放出されるが、成形品１２のボリュームゾーンの中心部分において発生した反応熱は、硬質ポリウレタンフォームの優れた断熱性ゆえに外部へ殆ど放出されず、成形品１２の内部１２Ａに蓄積され、内部１２Ａは高い温度になっている。内部１２Ａが高い温度となっている成形品１２が金型１１から脱型されると、図３ｂに示す如く、成形品１２が熱膨張する。このため、成形品１２は一点鎖線で示される予定寸法よりも大きくなり、寸法精度が損なわれる。
反応熱による硬質ポリウレタンフォームの金型成形品の寸法精度低下を防ぐために、次の改善策が執られることがある。
（ｉ）  硬質ポリウレタン原液配合を調整することにより反応熱を抑える。例えば、硬質ポリウレタン原液配合の発泡倍率を抑えてパック率を下げる。
この方法は、配合設備に自由度がある場合にしか採用し得ず、また、大きな成形品の場合には、許容されるパック率を制限してしまうこととなり、成形の自由度が損なわれる。
（ｉｉ）  脱型後の膨れによって成形品の寸法精度が損なわれることを防止するために、金型に予め見込みを入れておく。即ち、収縮と同様な視点から、金型形状（ないし寸法）を脱型後の膨張を見越した設計とする。
この場合は、実際の膨張寸法と金型の見込み寸法との差により、成形品毎に寸法のバラツキが生じ易く、寸法の安定性に劣るものとなる。
（ｉｉｉ）硬質ポリウレタンフォームの気泡を連続気泡とし、反応熱による内部温度の上昇で発生した内部圧力を連続気孔を通して外部に逃がす。
この方法では、気密状態の金型から、成形品内部に発生したガスを外に放出するために、金型に特殊な工夫を必要とする。また、金型成形品は殆どの場合、その表面は高密度のスキン層を形成しているため、ガスの通過に時間がかかり、成形サイクルの短い成形品では対応しない。
発明の概要
本発明の硬質ポリウレタンフォーム金型成形品は、硬質ポリウレタン原液を金型に注入して発泡成形されており、該成形品のボリュームゾーンに、該成形品の外面に連通した、凹穴又は貫通孔よりなる発泡成形時の反応熱放出部を有する。
詳細な説明
図１ａ，１ｂは実施の形態に係る硬質ポリウレタンフォーム金型成形品を示し、図２は別の実施の形態に係る硬質ポリウレタンフォーム金型成形品を示す。
図１ａ，１ｂの硬質ポリウレタンフォーム金型成形品１は、ボリュームゾーン２に、反応熱放出部として、成形品の外面３に連通した１個の貫通孔４が設けられている。図２の硬質ポリウレタンフォーム金型成形品１Ａは、ボリュームゾーン２に成形品の外面３に連通した２個の貫通孔４Ａ，４Ｂが設けられている。
硬質ポリウレタンフォーム金型成形品１，１Ａは、図４ａに示す如く、この貫通孔４又は貫通孔４Ａ，４Ｂに相当する部分に突起１１ｅを有する金型１１’を用いて成形される。
突起１１ｅは、成形品１，１Ａのボリュームゾーンに貫通孔４又は４Ａ，４Ｂを形成するためのものであり、突起１１ｅの下端は下型１１ｂに当接している。突起１１ｅを介して、成形品１２のボリュームゾーン内部の反応熱が放出される。このため、成形品１２には、図４の破線で示す如く、小さな反応熱の蓄積部１２Ａが分散して形成されるようになり、このように分散された小さな反応熱の蓄積部１２Ａでは、脱型時に大きな膨張力を発生させることはなく、従って、寸法精度の良好な成形品が成形される。
図５ａないし５ｆは別の実施の形態を示しており、これらの図においてＧはボリュームゾーンの中心を示している。図５ａの成形品２０ａは反応熱放出部として一方の面から他方の面へ貫通する円柱状の貫通孔２１を有する。図５ｂの成形品２０ｂは、２個の貫通孔２１Ａ，２１Ｂを有する。図５ｃの成形品２０ｃは３個の貫通孔２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを有する。図５ｄの成形品２０ｄは、角柱状の貫通孔２２を有する。図５ｅの成形品２０ｅは反応熱放出部として円柱状の凹穴２３を有し、図５ｆの成形品２０ｆは角柱状の凹穴２４を有する。
凹穴を有した成形品を成形するための金型１１’’が図４ｂに示されている。上型１１ａに連なる突起１１ｃが成形品の凹穴を形成する。突起１１ｃは図４ａの突起１１ｅよりも短く、その下端は下型１１ｂから離隔している。
貫通孔又は凹穴よりなる反応熱放出部の形状及び個数は図示のものに限定されない。反応熱放出部の形状は、図１，２，５に示すような円形、四角形に限らず、楕円形、三角形、五角形、その他星形等であっても良い。また、その形成個数は、４個以上であっても良い。凹穴よりなる反応熱放出部と貫通孔よりなる反応熱放出部とが１つの成形品に設けられてもよい。
反応熱放出部を１個設ける場合には、成形品のボリュームゾーンの中心部或いはその近傍に達するように設けることが好ましい。２個以上の反応熱放出部を設ける場合には、ボリュームゾーン内に均等配置することにより、蓄積する反応熱を少なくすることが好ましい。
成形品に設けられた凹穴又は貫通孔よりなる反応熱放出部は成形品の強度を低下させるので、反応熱放出部はあまり大きくない方が好ましい。反応熱放出部が連通した外面が対面する平面を投影面とした場合、反応熱放出部の該投影面への投影面積Ｓ１と該成形品の該投影面への投影面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が０．２以下となるような大きさに設けることが好ましい。しかし、この反応熱放出部による放熱量を多くするためには、上記投影面積比Ｓ１／Ｓ２は０．０１以上であることが好ましい。
また、同様の理由から、凹穴又は貫通孔よりなる反応熱放出部の容積Ｖ１と成形品の見掛け体積Ｖ２（この見掛け体積Ｖ２とは、成形品の実質体積と反応熱放出部の容積との合計である。）との比Ｖ１／Ｖ２は０．０１〜０．５、特に０．０５〜０．３であることが好ましい。
このような本発明の硬質ポリウレタンフォーム金型成形品は、パック率が高く、反応熱が成形品のボリュームゾーンに蓄積し易い成形品、特にパック率が１．２以上、とりわけ１．３〜２．５の成形品に適用するのに好適である。
成形品の成形後、反応熱放出部に、別途反応熱放出部形状に成形した嵌入用成形品を嵌入しても良い。この場合には、上記投影面積比Ｓ１／Ｓ２や体積比Ｖ１／Ｖ２よりも大きい反応熱放出部を形成することも可能となる。
本発明の硬質ポリウレタンフォーム金型成形品は、ボリュームゾーンが大きく、ボリュームゾーンに反応熱が蓄積され易い成形品、例えば、ボリュームゾーンから切り出される直方体の体積が８ｃｍ３以上であるような成形品に有効である。本発明は、ボリュームゾーンが大きく、しかも高い寸法精度が要求されるＥＡ材に適用するのに好適であるが、これに限定されるものではない。
以上詳述した通り、本発明の硬質ポリウレタンフォーム金型成形品は、硬質ポリウレタン原液の金型発泡成形の際に発生する反応熱を効率的に外部に逃すことができ、成形品内部に大きな反応熱が蓄積することが防止される。本発明によると、従って、脱型時の成形品の膨れが防止され、寸法精度に優れた硬質ポリウレタンフォーム金型成形品が提供される。
【図面の簡単な説明】
図１ａは実施の形態に係る硬質ポリウレタンフォーム金型成形品の斜視図、図１ｂは同平面図である。
図２は別の実施の形態に係る硬質ポリウレタンフォーム金型成形品の斜視図である。
図３ａは従来の硬質ポリウレタンフォーム金型成形品の成形時の断面図、図３ｂはその脱型時の模式的な断面図である。
図４ａ，４ｂは実施の形態に係る硬質ポリウレタンフォーム金型成形品の成形時の模式的な断面図である。
図５ａないし５ｆはさらに別の実施の形態に係る硬質ポリウレタンフォーム金型成形品の斜視図である。
【図１ａ】
2003037594.tif 000003
【図１ｂ】
2003037594.tif 000004
【図２】
2003037594.tif 000005
【図３ａ】
2003037594.tif 000006
【図３ｂ】
2003037594.tif 000007
【図４ａ】
2003037594.tif 000008
【図４ｂ】
2003037594.tif 000009
【図５ａ】
2003037594.tif 000010
【図５ｂ】
2003037594.tif 000011
【図５ｃ】
2003037594.tif 000012
【図５ｄ】
2003037594.tif 000013
【図５ｅ】
2003037594.tif 000014
【図５ｆ】
2003037594.tif 000015
【国際調査報告】
2003037594.tif 000016
2003037594.tif 000017
2003037594.tif 000018
2003037594.tif 000019