人とくるまのテクノロジー展 2017:樹脂成形加工技術の展示

ユニークな素材・加工技術による軽量化・成形効率改善に向けた提案

2017/06/21

要約

素材メーカーのブースにコンセプトカーが置かれている

ダイセル・エボニックの車載樹脂製品紹介
航空機用シート部品の軽量化を実現したPEEKベースの材料を自動車向け素材として提案

 2017年5月に開催された「人とくるまのテクノロジー展2017 横浜 (公益社団法人 自動車技術会主催)」では、素材メーカー各社の展示ブースが盛況で、各社とも、軽量化、耐熱性、騒音低減、環境負荷低減など、機能別に分かりやすく自社の車載向け樹脂製品や技術を披露していた。

 自動車の電動化、低燃費化に向けた軽量化ニーズの高まりを受け、特に車体の重量が航続距離に大きく影響する電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド車(PHV)では、複合材や樹脂部品が積極的に採用される傾向にある。構造部品への複合材採用や燃料配管部品の樹脂化については、欧州系自動車メーカーが先行しており、日系メーカーが追従する動きが見られる。

 こうした中、今回の展示会では、海外素材メーカーによる日系OEMおよび部品サプライヤーへの製品アピールと見られる展示も多かった。一体成形が可能な炭素繊維複合材や、ボルトやナットなどの金属ファスナーに替わる接着剤を使用することで、さらなる車体の軽量化を進めるとともに、部品点数の削減や成形工程の短縮など効率改善、コスト削減につなげる提案も行われている。

 前稿で紹介した主要樹脂材料メーカーの技術展示に続いて、本稿でも安田ポリマーリサーチ研究所の安田武夫所長の協力を得て、ユニークな樹脂関連素材や、独自の成形加工技術を用いた製品を取り上げる。



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マグナ:炭素繊維複合材

 マグナ(Magna)は人通りの多い展示ブース前に、炭素繊維複合材を使用したフードとフロントサブフレームを置き、大いに注目を集めていた。同社ブースでは近年、多数の電動化部品を並べて展示しているが、今回は車体の軽量化もアピールしていた。



軽量化複合材

 Cadillac Vシリーズに軽量化複合素材(クラスAパネル)製のフードを搭載。世界で初めて量産車両に圧縮成形技術を採用した炭素繊維複合材を使用し、サイクルタイムの短縮に貢献した。

 特徴:①質量低減:20~30%、②外観品質(くぼみ)向上、③歩行者保護要件を満足、④防食性材料

Cadillac Vシリーズのフード Ford向けフロントサブフレーム
Cadillac Vシリーズのフード Ford向けフロントサブフレーム


トヨタ紡織:高耐衝撃プラスチック

 トヨタ紡織は、新規PPベース高耐衝撃プラスチックで成形したドアパネルを展示した。豊田中研との共同開発により完成した技術。

 同社は材料メーカーでは無いため、三井化学の製造技術・販路を活用し、高耐衝撃プラスチックを三井化学の改質剤の1つとして、自動車分野をはじめとする各種分野への採用を目指す。

高耐衝撃プラスチック展示パネル

    特長:
  1. PA11とPPがナノレベルで分散制御された「サラミ構造」を形成した世界トップクラスの耐衝撃性を有するプラスチック。
  2. PPへの高耐衝撃プラスチックの添加はドライブレンドで対応可能。
  3. PPへの耐衝撃プラスチックの添加により剛性を維持したまま衝撃強度を向上させることが可能。
  • PP: Polypropylene ポリプロピレン
  • PA: Polyamide ポリアミド

ドアパネル成形品

ドアパネル成形品



 同社は、シート、ドアトリム等のほか、植物由来繊維ケナフ強化PPを活用した素材も展示していた。

表皮一体発泡工法によるシート ケナフ強化PP
表皮一体発泡工法によるシート展示パネル ケナフ強化PP展示パネル


エルリングクリンガー:金属と樹脂の複合部品

 エルリングクリンガー(ElringKlinger)は金属と樹脂の複合部品を複数展示していた。アルミニウムや鉄のパイプと熱可塑性樹脂との複合製品で、鉄やアルミの溶接部品やアルミやマグネシウムのダイキャスト製品の代替品として開発中。使用する樹脂は(GF強化)PP。

  • GF: Glass fiber ガラス繊維
  • PP: Polypropylene ポリプロピレン

Hydro-forming hybrid (HFH) 軽量化部品

 HFH部品は、金属のパイプを金型にインサートし、熱可塑性樹脂を射出成形して得る。金属と熱可塑性樹脂の接合技術はこの成形法の最も重要なキーポイントであるが、詳細は不明。

HFH部品:クロスカービーム、フロントエンドキャリア、フロントエンドアダプターなど

クロスカービーム、フロントエンドキャリア、フロントエンドアダプターなど



ダイキョーニシカワ:CNF強化ポリアミド

 ダイキョーニシカワは環境に優しい材料として最近注目を集めているCNF(セルロースナノファイバー)を使用した試作品を出展した。

CNF強化PA

 京大の矢野研究室が中心となって進めているNEDOプロジェクト(京都プロジェクト)のCNF強化PAを使用。

  • CNF: Cellulose nanofiber セルロースナノファイバー
  • PA: Polyamide ポリアミド

CNF強化PAの成形品

CNF強化PAの成形品展示パネル



 このほか、インパネ、バックドアモジュール、樹脂製エンジン部品等、多様な製品を展示していた。

インパネ ダイハツTHORのバックドアモジュール
インパネ ダイハツTHORのバックドアモジュール
樹脂製エンジン部品 スバルImprezaのカーボンルーフ
樹脂製エンジン部品 スバルImprezaのカーボンルーフ


ダイセル・エボニック:異種材接合の接着剤、CFRPのプルプレス工法

共重合ナイロン 「ベスタメルト Hylink」

 共重合ナイロン系接着剤は金属と樹脂、金属と金属などの異種材接合を目的とした静電粉体塗装用のナイロンパウダー。これを使用して、静電粉体塗装およびインサート成形を行うと、樹脂と金属等との接着性が向上する。

 Mercedes-Benzのクロスカービームへの納入実績があり、軽量化、工程の簡略化、「面」接合による消音効果等が認められている。

共重合ナイロンとアルミニウムの複合部品
共重合ナイロンとアルミニウムの複合部品

PMI硬質発泡体 「ロハセル Rohacell」

 PMI(ポリメタクリルイミド)硬質発泡体「Rohacell」は、耐熱性・耐クリープ圧縮性、機械的強度に優れたコンポジット用コア材。自動車、航空機、産業資材、スポーツ、医療機器などに使用されている。

PMI硬質発泡体「Rohacell」

プルプレス(PulPress)工法

 ロハセルは右図に示すプルプレス工法で製造している。
 プルプレス工法は、複雑な形状やねじ穴なども一括成形することができ、CFRPの成形において人手が必要なRTM工法と比べ、コストを半減以下に抑えることができるという。
 RTM工法は成形前に人手で炭素繊維シートを型に並べる工程が必要で、加工サイクルタイムの短縮が難しかった。プルプレス工法は自動化によってCFRP部品のコスト低減を図り、車載CFRP部品の採用拡大につながると期待されている。

  • CFRP: Carbon fiber reinforced plastics 炭素繊維強化樹脂
  • RTM: Resin transfer molding 樹脂トランスファー成形
プルプレス(PulPress)工法



 同社はこのほか、PA12の燃料チューブ関連用途など、PEEKの各種自動車部品、耐熱性アクリル樹脂等を展示していた。

  • PA: Polyamide ポリアミド
  • PEEK: Polyetheretherketone ポリエーテルエーテルケトン



燃料チューブ用継ぎ手 PEEK樹脂「BESTAKEEP(ベスタキープ)」


セラニーズ:長繊維強化PP、柔軟性PPS

 セラニーズ(Celanese)は日本のエンプラのトップメーカーであるポリプラスチックスの親会社(45%出資)。POM、PBT、LCP、PPS、PCT、UHMWPE、LFT等のエンプラ系材料を中心に事業展開している。テリトリー協定の関係で、欧米中心に事業を展開していたが、数年程前から中国、日本等のアジアパシフィックでも事業展開を開始している。

  • POM: Polyoxymethylene ポリアセタール (polyacetal)
  • PBT: Polybutylene terephthalate ポリブチレンテレフタレート
  • LCP: Liquid crystal polymer/ Liquid crystal plastic 液晶ポリマー
  • PPS: Poly phenylene sulfide ポリフェニレンサルファイド
  • PCT: Polycyclohexylenedimethylene terephthalate ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート
  • UHMWPE: Ultra high molecular weight polyethylene 超高分子量ポリエチレン
  • LFT: Long fiber reinforced thermoplastics 長繊維強化樹脂



長繊維強化PP (PP-LFT)

 長繊維強化PPの高強度・高剛性・軽量性等を活かした用途。

柔軟性PPS

 剛直なPPSにエラストマー成分を添加していると思われる。耐熱性、機械的特性に優れたPPSを変性することにより得られた用途である。

長繊維強化PPのシートパン
長繊維強化PPのシートパン
CoolPoly
(台上左)柔軟性PPSのケーブル結束バンド
(台下)CoolPoly製品

CoolPoly

 同社のユニークな製品として、特異な熱伝導率を示す「CoolPoly」を展示した。氷漬けされており、冷たい感触のポリマーであった。



 今回の展示会で素材メーカーは、樹脂の種類別ではなく、軽量化などの機能別に分かりやすく製品を展示するスタイルが多く見られた。同社ブースも電動化、低燃費化などのテーマごとに、量産モデルに採用されている樹脂製品を多数展示していた。

セラニーズ セラニーズ





デュポン:騒音抑制、異種材接着技術、バイオマス繊維

サイレントザイテル(GF強化PA66)

 シリンダーヘッドカバーを金属から樹脂化する際のメリットの1つに騒音抑制があげられる。サイレントザイテルはさらに騒音を下げようとする素材。

 音を吸収する第三成分を添加することによりさらなる騒音抑制を達成。添加剤にはゴムのようなものが使用されたと考えられるが、単にゴムを添加すると製品の要求特性である高剛性などを損なう可能性もあり、物性バランスの最適化のための材料設計は難しかったと思われる。

  • GF: Glass fiber ガラス繊維
  • PA66: Polyamide 66 ポリアミド66
サイレントザイテル製のシリンダーヘッドカバー
サイレントザイテル製のシリンダーヘッドカバー

異種材接着技術 展示パネル

 アルミニウムとナイロンの異種材接着技術による接合サンプル。異種材接着には、プラスチック同士、プラスチックと金属等がある。異種材接着は最近、金属とプラスチックの複合化の要素技術として注目され、自動車の軽量化に貢献している。

 異種材接着の例として、多層押出成形、ディスバージョン・エマルジョン塗布、押出ラミネーション等をあげ、同社保有の接着剤、接着メカニズムなどをパネルで解説していた。

異種材接着技術

バイオマス繊維「ソロナ」

 100%植物由来の1,3PDOを原料とするPTT「ソロナ(Sorona)」。フロアシート、シートクッション材などに適用されている。

 特徴:①やわらかな風合いと耐久性を兼ね備えた新規繊維素材。②環境負荷低減に寄与するバイオベース素材。

  • PDO: Propanediol プロパンジオール
  • PTT: Poly(trimethylene terephthalate) ポリトリメチレンテレフタレート
バイオマス繊維「ソロナ」の内装部品
バイオマス繊維「ソロナ」の内装部品



 このほか、同社の展示で注目される材料は、熱伝導性(PI)ポリイミドフィルム、3Dサクションブロー成形によるクーラントパイプ(PA)などであった。

  • PI: Polyimide ポリイミド
  • PA: Polyamide ポリアミド
ポリイミドフィルム ポリイミドフィルムの装着例
ポリイミドフィルム ポリイミドフィルムの装着例
クーラントパイプ オイルパンの樹脂化
クーラントパイプ オイルパンの樹脂化展示パネル



樹脂製オイルパン

 画像の樹脂製オイルパンは、Lexus LCに搭載した新型10速ATに採用されている。アイシンAW製の10速ATに、ROKIの樹脂製オイルパンを搭載。国内トランスミッションメーカーが樹脂製オイルパンを採用するのは初めて。ROKIはデュポン(DuPont)と連携し、耐熱性、耐衝撃性など、オイルパン樹脂化の課題を解決した。耐熱性の高いデュポンのナイロン樹脂「ザイテル」を使用。また、オイルパンの表面に細かいリブ(オイルパンの背面画像)を多数配置することで、衝撃を受けても破損を抑え、オイル漏れを防止する。



ユニークな樹脂製品・加工技術などの展示

サンワトレーディング

 サンワトレーディングのブースでは、連続繊維熱可塑材料「Tepex」を使用した自動車量産部品を展示していた。TepexはCFやGFに熱可塑性樹脂を完全含浸させた軽量かつ高強度のシート。ドイツBond Laminates社の製品で、同社が販売している。欧米では、自動車の構造部品や航空機、スポーツ用品などの量産品にも採用されている。

  • PP: Polypropylene ポリプロピレン
  • CF: Carbon fiber 炭素繊維
  • GF: Glass fiber ガラス繊維

連続繊維強化熱可塑シート「Tepex」

 PPの連続繊維強化熱可塑シート「Tepex」を金型にインサートし、長繊維強化PPでハイブリッド成形した製品。高強度・高剛性・軽量性が特徴で、自動車用構造部品の金属代替として検討が進展している。

VW Teramountのフロントエンド

VW Teramontのフロントエンド



ビクトレックス (Victrex)

 PEEK系材料の世界トップメーカーで、耐熱性、機械的特性、摺動性等の特性を活かした多くの部品が展示されていた。

  • PEEK: Polyether ether ketone ポリエーテルエーテルケトン
  • ABS樹脂: アクリロニトリル (Acrylonitrile)、ブタジエン (Butadiene)、スチレン (Styrene)共重合体樹脂
ブレーキブースターのスライドバルブ

ABSロッドシール

ブレーキブースターのスライドバルブ
PEEKの優れた摺動特性と高い耐久性等を活かしたもの。

ABSロッドシール
ダンピング効果により、高周波ノイズを低減。また、30%のコスト削減も達成。



藤倉ゴム工業

 藤倉ゴムは、CFRP製トルク伝達軸や、LED用シリコンゴムレンズなどのユニークな製品を披露。また、高振動減衰シャフト(CFRP-ゴム複合化技術)、熱膨張断熱ゴムなども展示していた。

  • CFRP: Carbon fiber reinforced plastics 炭素繊維強化樹脂

CFRP製トルク伝達軸

 高強度CFRPチューブと、CFRPと金属の高強度接合技術を併用したCFRP製トルク伝達軸。

    高強度CFRPチューブの特徴:
  1. 独自積層技術により、従来品より高トルクの伝達が可能。
  2. ボイドレス成形が可能。
  3. 100℃以上の環境下で使用可能。
  4. 疲労特性に優れる。
CFRP製トルク伝達軸

LED用シリコンゴムレンズ

    特徴:
  1. 透明性/光透過性の高いレンズの製作が可能。
  2. UV安定性の実現:黄変の少ないレンズの製作が可能。。
  3. 大型レンズの実現:歪みの少ないレンズの製作が可能。
  4. 微細加工を施したレンズの製作が可能。
  5. 反射率の高い反射板の製作が可能。
  6. アンダーカット加工の実現:デザイン性を考慮したレンズの製作が可能。
  7. 耐熱性の高いレンズの製作が可能。
LED用シリコンゴムレンズ



大豊グループ

 大豊グループは抄造法で製作したCFRP製エンジンマウントブラケットを展示。このほか、高強度・耐摩耗性のアラミド繊維強化フェノール樹脂製ギヤも展示していた。

  • CFRP: Carbon fiber reinforced plastics 炭素繊維強化樹脂

抄造法によるCFRP製部品

 抄造法は、同社独自の成形法で、紙抄きの要領で樹脂に繊維を強化する技術。

製造工程のフロー:展示パネル
  1. 樹脂と繊維と摩擦調整剤を配合し、水中でそれらを攪拌混合する。
  2. これを抄紙の要領で固形化する(抄造)。
  3. 脱水、乾燥後、加熱・加圧成形後、仕上げ加工をする。
    成形品の特徴:
  1. 高強度:繊維の絡みで比類ない強度実現
  2. 高耐熱:汎用エンプラを超える高耐熱性
  3. 高断熱:熱伝導率の低い樹脂を使用した断熱材(鉄の1/400)
  4. 軽量:アルミと同等強度を半分の比重で実現
  5. 低騒音:ギヤの樹脂化の際に歯打ち音の発生を大幅に低減
  6. 摩擦・摺動及び絶縁・導電:自由度の高い材料設定が可能。

抄造法で製作したCFRP製エンジンマウントブラケット

抄造法で製作したCFRP製エンジンマウントブラケット



不二電子工業

 不二電子工業は自社の成形技術により、高品質・低コスト化などを実現した各種車載部品を展示した。

センサーハウジング

 耐熱性樹脂(PPSと思われる)を使用した、空気圧、燃料圧、オイルセンサー用車載向けセンサーハウジング。

  • PPS: Polyphenylene sulfide ポリフェニレンサルファイド

インサート端子への電子部品溶接

 IC・コンデンサ等の電子部品をインサート端子に溶接(PBT使用か)固定することにより、電子部品のスリム化を実現。

  • PBT: Polybutylene terephthalate ポリブチレンテレフタレート
センサーハウジング インサート端子への電子部品溶接



東レリサーチセンター

 東レリサーチセンターは、複合材の繊維/樹脂界面評価法を紹介。繊維/樹脂間の密着強度を評価・解析することにより、複合材の強度改良の検討に役立てることができるという。

複合材の繊維/樹脂界面評価法 GF/樹脂界面の密着強度評価
複合材の繊維/樹脂界面評価法 GF/樹脂界面の密着強度評価

 同社は優れた分析・解析技術を駆使して、自動車用樹脂材料の分析や強度解析などを行い、材料設計・材料開発を支援している。また、各種材料に起因したトラブルシューティングの解析、解決にも大いに貢献していると思われる。

 同社以外にも、三井化学分析センター、住化分析センター、MCエバテックなどの材料メーカーの関連会社も同様に優れた分析技術を紹介し、自動車技術の発展に貢献する展示を行っていた。

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キーワード

樹脂、プラスチック、CFRP、炭素繊維、金属代替、高剛性、成形、軽量化、電動化、マルチマテリアル、複合材、接着剤、バイオマス、マグナ、Magna、トヨタ紡織、エルリングクリンガー、ElringKlinger、ダイキョーニシカワ、ダイセル・エボニック、Evonik、セラニーズ、Celanese、デュポン、DuPont

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