(57)【要約】【課題】  ＲＩＭプロセスによりポリウレタン成形品を製造する方法において、空気ポケット並びに／又は反応性収縮及び／若しくは熱的収縮によって生じる欠陥を防止すること。【解決手段】  混合チャンバーの中へイソシアネート成分及びポリオール成分を計量供給し、両者を混合してポリウレタン反応混合物を形成し、得られたポリウレタン反応混合物をモールドのキャビティの中へ導入する。キャビティ内でポリウレタン反応混合物に、圧力媒体によって反応性収縮及び／又は熱的収縮及び／又は空気ポケットによって生じる欠陥を閉じさせるのに十分高い圧力をかける。圧力媒体は少なくとも１つのオーバーフロー・キャビティの中及び／又はランナの中に導入する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合チャンバーの中へ少なくとも１種のイソシアネート成分と少なくとも１種のポリオール成分とを計量した様式で供給すること；
混合チャンバー内で前記少なくとも１種のイソシアネート成分及び前記少なくとも１種のポリオール成分を混合して、ポリウレタン反応混合物を形成すること；
ランナを通してモールドのキャビティの中へ前記ポリウレタン反応混合物を導入すること；並びに
キャビティ内で前記ポリウレタン反応混合物に、反応性及び／又は熱的収縮、及び／又は閉じ込められた空気ポケットによって生じる欠陥を閉じさせるのに十分高い圧力の圧力媒体によって圧力をかけること
を含んでなり、キャビティに連通して連絡する少なくとも１つのオーバーフロー・キャビティの中に圧力媒体を導入し、及び／又は該圧力媒体をランナの中へ導入する反応射出成形プロセスによってポリウレタン成形品を製造する方法。
【請求項２】
ポリウレタン反応混合物のショットが完了したほぼ直後に圧力媒体を注入するが、圧力媒体の注入とポリウレタン反応混合物のショットの完了との時間差を調節することができる請求項１記載の方法。
【請求項３】
ポリウレタン反応混合物の硬化フェーズの全体を通じて、圧力媒体によって形成されるキャビティ圧力の圧力レベルを調節することができる請求項１記載の方法。
【請求項４】
圧力媒体は、ポリウレタン反応混合物に不活性な液体並びに二酸化炭素、窒素及び空気から選ばれる請求項１記載の方法。
【請求項５】
圧力媒体を、ポリウレタン反応混合物の表面を通して該ポリウレタン反応混合物の内部に注入する請求項１記載の方法。
【請求項６】
混合チャンバーを有してなるミキシングヘッドと、ランナを通して前記ミキシングヘッドと連通して連絡するキャビティを有するモールドとを有しており、前記キャビティは少なくとも１つのオーバーフロー・キャビティに連通して連絡しており、圧力媒体を注入するための少なくとも１つの注入バルブがオーバーフロー・キャビティの領域に設けられ、及び／又は圧力媒体を注入するための少なくとも１つの注入バルブがランナの領域に設けられているポリウレタン成形品を製造するための装置。
【請求項７】
オーバーフロー・キャビティは、キャビティのまわりに環状チャンネルとして設けられている請求項６記載の装置。
【請求項８】
オーバーフロー・キャビティは、キャビティのまわりに独立したチャンバーとして設けられている請求項６記載の装置。
【請求項９】
オーバーフロー・キャビティは、隣接するキャビティの上方に設けられている請求項６記載の装置。
【請求項１０】
オーバーフロー・キャビティは、キャビティの形状に関して最も高い部分の上方に設けられている請求項６記載の装置。
【請求項１１】
オーバーフロー・キャビティの中に膜が設けられており、前記膜はオーバーフロー・キャビティを２つのチャンバーに分割して、圧力媒体がキャビティ内に入ることを防止する請求項６記載の装置。
【請求項１２】
ミキシングヘッドは更にクリーニング・ピストンを有しており、該クリーニング・ピストンに注入バルブが設けられている請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＩＭプロセス（又は反応射出成形プロセス）によってポリウレタン成形品を製造する方法であって、ポリウレタン反応混合物をキャビティ内で圧力媒体に曝して加圧することにより、閉じ込められた空気ポケット(entrapped air pocket) 並びに／又は反応性収縮及び／若しくは熱的収縮によって生じる欠陥が排除される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉じたモールド（又は成形型）の中に反応性樹脂を注入するＲＩＭプロセス(reaction injection molding)によって、反応性樹脂、例えばポリウレタン系樹脂から緻密な(compact)又はマイクロセルラー成形品(microcellular moldings)、被覆又は同様の製品を製造しようとする場合、保持圧力(holding pressure)を適用することによって、樹脂がモールド・キャビティの中に流入する際に、閉じ込められた気泡若しくはガスバブル(gas bubbles)並びに反応性及び熱的収縮(reactive and thermal shrinkage)によって生じ得る欠陥(defects)（又はヒケ・マーク(sink marks))を防止したり又は補償したりする必要がある。
【０００３】
これまで、この問題を解決するために種々のアプローチが提案されており、その中のいくつかは実施されている。
（発明が解決しようとする課題）
【０００４】
最もしばしば実施されている解決手段は、反応系システムの出発成分の１つ又はそれ以上のものを空気又はその他の気体を用いて装入することを含んでおり、その方法はガス・ローディング(gas loading)として知られている。一旦成分を混合し、その反応混合物を閉じたモールドの中に注入する（この場合にモールド・キャビティは容量的に実際に又は十分に充填される）と、溶け込み又は微細に分散された気体は膨張しようとし、このようにして収縮に抗するキャビティ内圧力が発生したり、或いは、空気が閉じ込められる程度や比較的大きなバブルが発生することが減少し若しくは制限される。この場合に、圧力は時間と共に低下する。このアプローチの問題点は、制限された圧力しか発生させられないということである。更に、反応混合物を一旦注入すると、保持圧力を意図的に変化させることができない。更に、気体装入プロセスは、気体装入によって生じる微細な気泡が好ましくない視覚的印象を生じたり、成形品に濁りを生じたりし得るので、透明な反応性樹脂に適用することができない。
【０００５】
この「内部保持圧力(internal holding pressure)」アプローチとは別に、成形品に「外部保持圧力(external holding pressure)」を適用する種々の方法も提案されている。
【０００６】
例えば、ＥＰ−Ａ−００２４６１０は、一旦、反応性混合物を導入して、圧力媒体によってその形状が変更される、弾性モールド壁部を有するモールドを開示している。しかしながら、この一見したところ、良さそうなこの考え方は、壁部の弾性領域に一様な温度制御を適用することが困難であるため、実際には有効ではないことが判った。決定的な問題点は、プロセスに関連する許容性、例えば射出重量の許容性、モールド・キャビティの許容性及び流出成形の分割線(parting line)の変動し得る合わせ目等の許容性のために、モールディングの寸法安定性に十分な再現性が得られないということであり、このことは、特に工業的成形品についてこの方法が許容され得ないということを意味する。
【０００７】
上記特許文献は、モールド・キャビティに充填する間に反応混合物を貯蔵し、ショットを完了した後、独立したピストン装置を用いてモールド・キャビティの中に加圧下に再度装入する装置も開示している。
【０００８】
しかしながら、この装置も実際には有効ではないことが判った。それは、現実のポリウレタン系では比較的早期に始まる化学反応が、粘度をそれから可塑性を向上させ、そのことはモールドの離れた領域へ圧力が伝達されないことを意味するため、特に薄肉で（又は薄いい壁部で）大きな面積のモールドでは、このような方法でモールド全体に保持圧力を及ぼすことができないためである。
【０００９】
ＥＰ−Ａ−０２０６１００は、最初は、モールド・キャビティの中に反応混合物を導入する間、わずかに開いており、その後、迅速に、最終的な位置へ進み、カウンターフォースシリンダーが除かれる押込式金型(positive mold)を開示している。この解決策は複雑で、手がかかり、従ってコスト高であるという事実とは別に、特に、この押込式金型の更なる問題点は、既知の製造許容性のため、成形品の正確な寸法安定性が十分な再現性を有さないということである。
【００１０】
ＥＰ−Ａ−０２０６１００は、手がかかってコスト高な押込式金型(positive mold)であって、一方のモールド・ハーフは予め張力がかけられたバネ要素(pretensioned spring element)に対して動けるように設計されている金型に関連している。この方法では、反応混合物に保持圧力を及ぼすことは可能であるが、既知のプロセス許容性（例えば再現性の寸法的正確性）のために工業的成形品は得られない。
【００１１】
実際のモールド・キャビティ領域において互いに可動式であるモールドの部分若しくはモールド・ハーフを必要とするすべての方法は、不適切な再現的寸法正確性に関する同じ問題点を有している。しかしながら、この問題点は工業的部品にとっては許容され得ないものである。
（課題を解決するための手段）
【００１２】
従って、本発明は、簡単でコスト有効性の高い方法を提供する。この方法によれば、規定された再現性製造パラメータの下、欠陥のない成形品、特に薄肉で大きな面積の工業的用途の成形品を製造することができ、そのモールドによれば視覚的外観、例えばヒケ・マーク又はピンホールに関する問題点や、寸法的正確性及び寸法安定性に関する問題点のいずれをも呈することが防止される。
【００１３】
本発明のこれら及びその他の問題点は、以下に記載する本発明についての説明によって明らかになるであろう。本発明の説明の目的で詳細に説明するが、図面に関連して限定することを意図するものではない。
【００１４】
発明についての詳細な説明
本発明について、限定する意図ではなく、説明を目的として、以下に説明する。本発明は、少なくとも１種のイソシアネート成分と少なくとも１種のポリオール成分とを計量した様式で混合チャンバーの中へ供給し、それらを混合チャンバーの中で混合してポリウレタン反応混合物を形成し、該ポリウレタン反応混合物をランナを通してモールドのキャビティの中へ導入するＲＩＭプロセスによってポリウレタン成形品を製造する方法に関する。上記本発明の方法は、キャビティ内で、圧力媒体によってポリウレタン反応混合物に圧力をかけるのであるが、その圧力は、反応性収縮及び／若しくは熱的収縮並びに／又は閉じ込められた気泡ポケットによって生じ得る欠陥を閉じさせるのに十分な程度に高く、前記キャビティと連通して連絡する少なくとも１つのオーバーフロー・キャビティに圧力媒体を導入し、及び／又は該圧力媒体をランナの中へ導入することを特徴とする。
【００１５】
この方法は、キャビティに１またはそれ以上のオーバーフロー・キャビティが割り当てられ、そのオーバーフロー・キャビティの中に圧力媒体が第２の流体として注入され、圧力媒体によってキャビティ全体に設定された圧力が形成され、即ち、モールド・キャビティ内及びオーバーフロー・キャビティ内だけでなく、ゲート領域内にも設定された圧力が形成され、それによって熱的収縮及び／又は化学的収縮並びに閉じ込められた空気、例えば空隙等によって生じるヒケ・マーク及びピンホール等を確実に排除することを特徴とする。
【００１６】
圧力媒体は、一般に、実質的にショットが完了した後、好ましくはポリウレタン反応混合物のショットが完了した直後に注入される。しかしながら、ポリウレタン反応混合物のショット完了の時間と、圧力媒体の注入開始の時間との間に時間差を設けることも可能である。この方法の１つの本質的な技術的特徴は、いずれか所望の時間的関数に従って、キャビティ圧力のレベルを調節し得るということである。
【００１７】
考慮に入れ得る圧力媒体には、気体、例えば二酸化炭素、窒素又は空気等だけでなく、この反応混合物に対して不活性である液体、例えばＢＡＹＥＲ  ＡＧから供給されるＭＥＳＡＭＯＬＬ（登録商標）等も含まれる。
【００１８】
圧力媒体によって形成されるキャビティ圧力を硬化フェーズの全体にわたって維持するため、２つのモールド・ハーフを、その外周部の軟らかいパッキングによって相互にシールすることが好ましい。
【００１９】
本発明の方法の特定の改良形態において、圧力媒体は、ポリウレタン反応混合物の表面を通して、ポリウレタン反応混合物の内部に注入される。このことは、液体のほぼ中央部に開口する注入バルブの出口部オリフィスによって達成されるのであるが、その注入バルブはポリウレタン反応混合物のショットが完了するまでは開けられない。
【００２０】
このことによって、追加の軟らかいパッキングを省略することができる。それは、圧力媒体を包囲するポリウレタン反応混合物は、圧力媒体と比較して実質的により高い粘性を有しており、互いに嵌め合わされた２つのモールド・ハーフの間に十分なシーリングを提供するからである。
【００２１】
ポリウレタン反応混合物の内部への圧力媒体の注入は、キャビティの中へ圧力媒体が制御されずに入ることを防止する更なる利点を提供する。
【００２２】
本発明は、混合チャンバーを有するミキシングヘッド及びキャビティを有するモールドを有しており、そのキャビティはランナを介してミキシングヘッドに連通して連絡しているポリウレタン成形品を製造するための装置にも関する。この装置は、キャビティが少なくとも１つのオーバーフロー・キャビティと連通して連絡しており、圧力媒体を注入するための少なくとも１つの注入バルブはオーバーフロー・キャビティの領域に配されていること、並びに／又は圧力媒体を注入するための少なくとも１つの注入バルブはランナの領域に配されていることを特徴とする。
【００２３】
モールド内に凹部(recesses)を設ける場合、その凹部をオーバーフロー・キャビティとして利用すること、並びに圧力媒体のための注入ポイントをその凹部の中に設けることができる。
【００２４】
好ましい態様において、オーバーフロー・キャビティは互いに独立した個々のチャンバーの形態をとることができる。この形態では、すべての、又は少なくとも実質的にすべての個々のチャンバーについて、それぞれそれ自身の注入バルブが割り当てられることが好ましい。しかしながら、このことはフラット（又は平坦）なモールド・キャビティについては必ずしも必要ではない。この場合に、すべての注入ポイントを共通のオーバーフロー・キャビティに開口させることができる。しかしながら、３次元的（例えば立体的形状を有する）成形品の場合には、個々のチャンバーの形態をとるオーバーフロー・キャビティが有利である。その理由は、そのようなオーバーフロー・キャビティによって、形状に関してその次に高い部分に位置する注入サイトを介して、圧力媒体がモールド・キャビティの中に制御されない様式で漏れ出すことが防止されるためである。
【００２５】
別法として、オーバーフロー・キャビティはモールド・キャビティのまわりの環状のチャンネルの形態をとることができる。この手段によって、薄肉(thin-walled）の成形品の場合であっても、均一な圧力分布を達成することができる。環状のチャンネルはポリウレタン反応混合物によってキャビティを充填する際の比較的遅い時点でのみ充填され、そしてその環状のチャンネルのコア領域においてポリウレタン反応混合物に最も長く静水圧がかけられるので、ヘッド・エンドにて注入される圧力媒体は非常に迅速にキャビティ全体のまわりに圧力ポテンシャルを形成することができ、それから圧力ウェーブ（圧力の波(pressure wave))が成形品全体に到達する。
【００２６】
オーバーフロー・キャビティは、圧力媒体が制御されずにキャビティの中へ移動することを防止するため、隣接するキャビティの上方、特にキャビティの形状に関して最も高いポイントの上方に配されることが好ましい。しかしながら、その目的で、オーバーフロー・キャビティの容積と圧力媒体の特定の量とを互いに調節する（又は対応させる）ことが必要である。
【００２７】
好ましい態様では、オーバーフロー・キャビティに膜(membrane)が配される。この膜は、オーバーフロー・キャビティを２つのチャンバーに分割して、ポリウレタン反応混合物と圧力媒体とが互いに独立して存在することを確保する。このようにして、圧力媒体とポリウレタン反応混合物とが直接的に接触できないようにして、ポリウレタン反応混合物が汚染されることを確実に防止することができる。
【００２８】
もう１つの好ましい態様では、ミキシングヘッドはクリーニング・ピストンを更に有して、そのクリーニング・ピストンに注入バルブが更に設けられる。
【００２９】
上側のモールド・パート（成形型の上側部分）１の平面図を示している図１を参照すると、モールド・パート１はわずかな窪み部２を有しており、その窪み部２がキャビティ９の上側境界を形成しており（図２及び３を参照）、また窪み部２によって、キャビティ９が窪み部２の側方に配されているオーバーフロー・キャビティ３と連通して連絡している。すべてのオーバーフロー・キャビティ３はオリフィス１０を有しており、その中に圧力媒体を注入するための注入バルブ（図示せず）が設けられている。
【００３０】
図３は、図１のモールド・パートと嵌り合う下側のモールド・パート（成形型の下側部分）４を示している。下側のモールド・パート４は、キャビティ９を有している。キャビティ９は、ランナ７を介して、ミキシングヘッド５からの出口部チャンネル６と連通して連絡している。下側のモールド・パート４の外周側溝部には軟らかいパッキング８が配されており、このパッキングによって上側及び下側のモールド・パートは互いにシールされる。
【００３１】
図２は、上側モールド・ハーフ（割型の上側部分）１と下側モールド・ハーフ（割型の下側部分）４とから構成される（割型）モールド１１の断面図を示している。ショットの際、ポリウレタン反応混合物がキャビティ９の中に入り、キャビティ９を充填した後、上側モールド・ハーフ１の窪み部２及び下側モールド・ハーフ４の表面によって規定されるギャップを通過して、オーバーフロー・キャビティ３の中へ送られる。ショットの完了直後又は設定された時間差の後、（図２において矢印で示すように）オリフィス１０を通して、気体状又は液状の圧力媒体がオーバーフロー・キャビティの中へ注入される。
【００３２】
この場合に、オーバーフロー・キャビティ３は、図面に示す形状に関して（又は測地学的に(geodetically))キャビティの上側に配されており、従って圧力媒体がキャビティ９の中へ制御されることなく移動することを防止することができる。このことに関する必要条件は、圧力媒体の特定の量と、オーバーフロー・キャビティ３の容量とが互いに調節されるということである。
【００３３】
オーバーフロー・キャビティ３はモールド・キャビティ９の周りに一様に設けられ、各オーバーフロー・キャビティ３には圧力媒体を注入するためのそれ自体の開口部１０が設けられるので、ポリウレタン反応混合物が高い反応性を有し、非常に迅速に反応及び硬化するような場合であっても、キャビティ９の全体にキャビティ圧力を形成することが可能である。
【００３４】
図４は、上側モールド・ハーフ２１と下側モールド・ハーフ２４とを有するモールド３１の断面図を示している。この場合に、モールド・キャビティ２９は上側モールド・ハーフ２１内に設けられている。モールド３１は、更にオーバーフロー・キャビティ２３を有しており、オーバーフロー・キャビティ２３は図面に示す形状に関してキャビティ２９の下側に配されている。また、オーバーフロー・キャビティ２３は上側モールド・パート２１と下側モールド・パート２４との間に形成されているギャップ２２を介して、キャビティ２９と連通して連絡している。圧力媒体は、（矢印で示すように）オーバーフロー・キャビティ２３に設けられたオリフィスを通してオーバーフロー・キャビティ２３の中へ注入することができる。オーバーフロー・キャビティ２３は更に、オーバーフロー・キャビティを水平方向について２つのチャンバーに分割して、ポリウレタン反応混合物から圧力媒体を分離する膜３２を有している。ショットの完了後、圧力媒体によってオーバーフロー・キャビティを加圧すると、膜は押し上げられ、ポリウレタン反応混合物はオーバーフロー・キャビティからキャビティ２９へ押し出され、キャビティ内に調節された圧力が形成される。圧力媒体によってオーバーフロー・キャビティ２３に加える圧力は、一定に保つこともできるし、又は時間と共に変動させることもできる。このようにして、用途に応じて、モールド・キャビティ２９の中に一定か又は時間と共に変動する圧力を実際に形成することができる。
【００３５】
図５は、上側モールド・パート４１の平面図を示している。上側モールド・パート４１は、この上側モールド・パート４１の３つの側方辺部に沿って延びるチャンネル４３ａを有しており、該チャンネル４３ａはオーバーフロー・キャビティの上側部分を形成している。この態様においてオリフィス５０は外周チャンネル４３ａに設けられており、組み立てられたモールドでは、このオリフィスを通って圧力媒体がオーバーフロー・キャビティの中に流入することができる。（図６及び７に示すように）上側モールド・パート４１は更にランナ４７を有しており、ポリウレタン反応混合物は該ランナ４７を通ってキャビティ４９の中に流入する。
【００３６】
図７は、前記上側モールド・パート４１に嵌り合う下側モールド・パート４４を示している。下側モールド・パート４４はキャビティ４９を有している。キャビティ４９は、上側モールド・パート４１のランナ４７を介して、ミキシングヘッド４５からの出口部チャンネル４６と連通して連絡している。下側のモールド・パート４４の外周側溝部には軟らかいパッキング４８が配されており、このパッキングによって上側及び下側のモールド・パートは互いにシールされる。下側モールド・パート４４は、この下側モールド・パート４４の３つの側方辺部に沿って延びるチャンネル４３ｂを更に有しており、該チャンネル４３ｂはオーバーフロー・キャビティの下側部分を形成している。上側モールド・パート４１及び下側モールド・パート４４を、一方を他方の上側に配して組み合わせると、外周側溝部４３ａ及び４３ｂは一方が他方の上側に位置して重なり合い、モールドの３つの側方辺部を囲んで延びるオーバーフロー・キャビティの範囲が規定される。
【００３７】
図６は、上側モールド・パート４１及び下側モールド・パート４４によって構成されているモールド５１の断面図を示している。ショットの際、ポリウレタン反応混合物はミキシングヘッド４５の出口部チャンネル４６から出て、ランナ４７の中に流入し、キャビティ４９の中を通り、キャビティ４９を充填した後、上側モールド・ハーフ４１及び下側モールド・ハーフ４４の間のギャップを通過して、オーバーフロー・キャビティ４３の中へ送られる。
【００３８】
ショットの完了直後又は設定された時間差の後、（図６において矢印で示すように）オリフィス５０を通して、気体状又は液状の圧力媒体がオーバーフロー・キャビティの中へ注入される。組み立てられたモールド５１のオーバーフロー・キャビティの中に圧力媒体を注入する際に、圧力媒体が通過するオリフィス５０が、（図５に示すように）上側モールド・パート４１の中であって、図面に示す形状に関してキャビティ４９の最も高い部分の上方に配されるので、圧力媒体がキャビティ４９に入ることはできない。
【００３９】
以上、本発明の説明の目的で本発明について詳細に説明したが、そのような詳細な事項は発明を説明する目的のものであって、特許請求の範囲の記載によって限定され得る事項を除いて、当業者は本発明の範囲及び精神から離れることなく、種々の変更をすることができると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、オーバーフロー・キャビティが設けられている上側のモールド・パートの平面図を示している。
【図２】図２は、図１に示す上側モールド・パートと図３に示す下側モールド・パートとによって形成されるモールドの断面図を示している。
【図３】図３は、ランナが設けられている下側のモールド・パートの平面図を示している。
【図４】図４は、オーバーフロー・キャビティが独立したチャンバーの形態をとっており、オーバーフロー・キャビティが膜によって２つのチャンバーに分割されているモールドの断面図を示している。
【図５】図５は、オーバーフロー・キャビティが環状のチャンネルの形態をとっている上側のモールド・パートの平面図を示している。
【図６】図６は、図５に示す上側モールド・パートと図７に示す下側モールド・パートとによって形成されるモールドの断面図を示している。
【図７】図７は、オーバーフロー・キャビティが環状のチャンネルの形態をとっている下側のモールド・パートの平面図を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005219499.tif 000009
【外国語明細書】
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2005219499.tif 000018
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