【ものづくり】オートモーティブワールド2018:異種材料の接合、高機能プラスチックの展示

マルチマテリアル化への対応、EVや自動運転に対応する樹脂成形加工

2018/02/05

要約

 オートモーティブ ワールド 2018 (会期:2018年1月17日~19日、会場:東京ビッグサイト)では、材料メーカー、加工メーカー、加工機械メーカー、部品メーカー、商社などがバラエティーに富んだ製品・技術を展示し、電動化や自動運転に関連する内容も多く見られた。

 電動車が増えると、動力源に使用する二次電池の重量が大きいことなどから、軽量化に対する要請が益々高まってくる。また、電動化や自動運転が進むと電力を多く消費する部品が増え、省エネ対策としての軽量化も要求される。これらの需要に対応するため、低比重であるプラスチックや軽金属の採用が増加しており、最近では異種材料の接合によるマルチマテリアル化も軽量化対策の1つとして注目されている。今回の展示会には「クルマの軽量化技術展」において、異種材料接合・接着ゾーンが設けられ、プラスチックの加工性と金属の強度を合わせ持つ軽量化材料などが展示されていた。

 

 

 前稿で紹介したCFRP部品・プラスチック成形加工技術の展示に続いて、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、異種材料の接合技術や、電動化、自動運転に対応するプラスチック、様々な用途の高機能性プラスチックなどの展示内容を紹介する。



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異種材料の接合:構造接着剤、樹脂/金属接合技術など

 自動車の軽量化において、最近では異種材料の接合によるマルチマテリアル化がその対策の1つとして採用されている。特にプラスチックと金属の接合は、プラスチックの軽量性、加工性などの特長と金属の強度、熱伝導性などの特長を合わせ持つ部材の提供が可能になるとして注目されている。

 今回の展示会では多くのメーカーが様々な接合・接着技術の展示を行っていた。その中から数点を取り上げ、最近の接合技術について紹介する。

 

構造接着剤

ダイセルエボニックは異種材接合によるフロントエンドモジュールをブース正面に展示していた。製品の特長は下記のとおり。

  • 金属/樹脂から成る複合部品にPA系接着剤を使用することにより大幅な強度アップ
  • 材料使用量を25%以上低減可能で軽量化ができる
  • これまでの複合部品にありがちな反りの低減ができる
  • 複合部品にありがちな収縮率の相違による接着力の低下という欠点を補える
フロントエンドモジュール (ダイセルエボニック)
脱脂処理した金属(Alなど)に特殊な接着剤を塗装し、他の樹脂材料(GF強化PA6、PA66、PPA、PPなど)をオーバーモールドして作成する。
*GF: Glass fiber ガラス繊維、PA: Polyamide ポリアミド、PPA: Polyphthalamide ポリフタルアミド
架橋型共重合ナイロン VESTAMELT(資料)
三菱Outlander PHEVの車体後部 (JFEスチール)
構造用接着剤の塗布位置設計手法「トポロジー最適化技術」を紹介。設計空間内で車体のスポット溶接およびアーク溶接、接着剤、ボルト締結などによる接合位置の最適化を行い、薄鋼板でできた車体の剛性向上や接着剤使用量の削減を図る。
展示パネル:トポロジー最適化技術

 

樹脂/金属接合技術

山下電気が紹介した樹脂/金属接合技術はダイセルポリマーのDLAMPを使用、成形時に自社のヒート&クールシステムを使用している。金属の表面にレーザー照射による特殊形状を形成し、これを金型内に配置して熱可塑性樹脂を射出成形(インサート成形)することで接合する技術。これにより、特殊形状内部に樹脂が入り込み、ステッチアンカーと呼ぶ樹脂部分を形成するため、金属と樹脂を高い強度で接合する。ステンレス、アルミニウム(Al)をはじめ、様々な金属部材に適用が可能。また金属に近い線膨張係数を持つ長繊維強化樹脂と組み合わせることで、より高い接合強度と、耐久性に優れた接合が可能となる。

ダイセルポリマーのDLAMPを使用した接合技術 (山下電気) 
樹脂/金属の接合技術について、アルミと各種樹脂の接合サンプルを紹介。引張せん断接着強さ、引張強さを示し、十分な接合強度を持つことを示している。

DLAMPの特長
  • レーザーの処理条件で、様々な金属へ適応可能
  • 部分処理(片面処理、パターニング)が可能
  • ランニングコストが安価(電気代のみ)
  • 廃液や端材などの廃棄物が発生しない
AMALPHA接合 (メック)
リチウムイオン電池(LiB)の封口板と電極を一体化した成形品。金属はふたがAl、電極がAl・Cuで、樹脂はPPS。樹脂・金属の直接接合により、缶型LiBの薄型化・耐久性向上・部品点数削減・コストダウンを実現。
*PPS: Polyphenylenesulfide ポリフェニレンスルファイド

AMALPHA(アマルファ)接合のしくみ
  • 樹脂と金属を直接接合させるための独自の金属表面処理技術。
  • 樹脂と金属を界面レベルで接合させ、樹脂・金属一体成形部品を作り上げる。
  • インサート射出成形・トランスファモールド成形・ヒートプレスなど幅広い成形技術に対応している。
  • アマルファ処理は化学エッチングにより金属表面にミクロンサイズの微細な凹凸を形成する技術。この凹凸に樹脂が入り込んで固まることで、アンカー効果による強固な接合が実現する。
資料: AMALPHAのプロセス / AMALPHAの性能

 

異種材接合を使用する自動車部品

ブレーキペダル (エフテック)
金属(Al)とヒート&クールCFRTP(PA)をプレス成形と射出成形による異種接合で製作したブレーキペダル。まだ正式に採用されていないが、強度試験等で良好な結果が得られたという。
*CFRTP: Carbon fiber reinforced thermo plastics 炭素繊維強化熱可塑性樹脂、PA: Polyamide ポリアミド
展示パネル
軽量複合ビーム (浅野)
アルミとCFRTPを接着剤工法で製作した複合ビーム。軽量化と強度向上が可能になる。
展示パネル
エアダクト (東洋紡)
PBTと耐熱性TPCを接着した成形品。この2つの材料は相溶性が良く、両方の良接着性を利用して接合した例。
*PBT: Polybutylene terephthalate ポリブチレンテレフタレート、TPC: Thermoplastic copolyester 熱可塑性ポリエステル

 

ホンダAccordのフロントサブフレーム (エフテック)
鉄とアルミの複合構造で高剛性と軽量化を両立。異種材料の接合技術、FSW (Friction-Stir Welding、摩擦撹拌接合) を採用。アルミ製のフレームは今後、EVの非接触給電システムなど磁界対応も期待されるという。
展示パネル
電磁パルス加工技術 (IHI)
電磁力による成形、接合を紹介。材料を高速で衝突させて加工する技術。原子レベルでの接合となり、高い接合強度が得られる。
リアドアパネルの成形(画像)
Magnetic Pulse Technology 成形 / 接合
展示パネル
異種材料の接着 (EJOT)
ファスニング技術を専門とするドイツメーカーで、摩擦溶接で複合材料を接合する技術を紹介。金属、CFRPほか、様々な厚みの材料や新しい材料の組み合わせに対応する。Audi TTのトノカバー(ラゲッジルームカバー)にこの接合技術が採用されている。
EJOT TSSD接合 / EJOWELD接合技術


EV対応のプラスチック成形品・材料

リチウムイオン電池へ適用した変性PPE (旭化成)
リチウムイオン電池(LiB)のフレーム、バスバー、スペーサーに変性PPEを採用。
*PPE: Polyphenyleneether ポリフェニレンエーテル
EV関連デバイス部品への提案 (積水化学)
ECU、電池パック、モーター&インバーター、DC-DCコンバーター、電池モジュールの各種部品に、どのような製品が使用可能かを提案している。

 

旭化成は、低比重・非ハロゲン難燃化変性PPEをコンパウンドし、難燃で優れた流動性を持つ、複雑な形状の製品が成形可能なグレードを開発した。この材料の特長は以下のとおり。

  • 非ハロゲン系難燃剤を使用、射出成形UL94 V0を達成している
  • 薄肉流動性に優れる
  • 低比重で製品の軽量化に貢献する

 

PTCヒーター (BorgWarner)
ハウジングなどの絶縁材料にPBTなどのエンプラ系プラスチックが使用されている。
PTC (Positive Temperature Coefficient) ヒーターは周辺温度を自己判断して放熱量制御を行う電熱線ヒーターの一種。初めは寒冷地仕様の補助ヒーターに使用されたが、近年では熱源となるエンジンが存在しないEV用のヒーターとして採用されている。
EVバス用コネクタ (GLOBETECH)
黒色の絶縁材は切削加工したPOMを使用。コネクタ用途にPOMが使用される例はきわめて少ないと思われるが、耐電圧等は充分であり、採用したという。
*POM: Polyoxymethylene ポリアセタール (polyacetal)
同社は大電流検査用コネクタ、高温用耐熱コネクタなど、多くのコネクタ、コンセントを展示していた。
モーターコントローラー (ミツバ)
小型電動車駆動に適したインホイール型の小型・扁平モーターのコントローラー。エンプラ系材料(PCと推定される)がハウジングに使用されている。
*PC: Polycarbonate ポリカーボネート


HMIシステム、センシング用途などに対応するプラスチック

電子ミラー (日本精機)
ミラーモードとカメラモニターモードの切り替えが可能な電子ミラーで、従来方式に比較して視認性が向上した。PC/ABS系材料が使用されたと思われる。
*PC: Polycarbonate ポリカーボネート、ABS: 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

ヒーターコントロールスイッチ (カワベ)
銅のターミナルをPA66でインサート成形したスイッチ。
同社は高精度、高品質の金属のプレス部品をエンプラ系プラスチックでインサート成形する工程を一貫生産で行っている。
*PA: Polyamide ポリアミド

シリコーン樹脂製のオーディオスイッチ (積水化学)
シリコーン樹脂の柔軟性、電気絶縁性等の特性を活かした製品で、インパネ周辺部品に使用される。

 

赤外線透過透明樹脂(ポリオレフィン系)シート (旭化成)
世界初の赤外線と可視光線を同時に透過する特殊樹脂製透明カバー。不透明なポリオレフィンを透明化した結果、赤外線(8~14μm)と可視光線が透過する効果が得られた。
目視および赤外線サーモグラフィー検査が必要な分電盤保護カバーに採用。スマートサーモスタットや自動運転車に使用される赤外線センサーの保護カバー向けシートとして提案。
電磁波シールド部材 (JXTGエネルギー)
樹脂系基材に導電ペースト層、めっき層を形成。樹脂部品への電磁波シールド塗工に、高いEMC性能を示す。ECU、PCU、車載センシング機器などに応用。主な特長は以下のとおり。
・軽量な樹脂成形部品で金属同等のEMC性能を実現
・独自の導電性ペーストによる高い密着性
・要求特性に合わせた材料を提案(基材、電磁波シールド層)
*EMC (electromagnetic compatibility 電磁両立性)
レンズ用高透明COP (日本ゼオン)
独自開発したCOP(シクロオレフィンポリマー)で、自動車で採用が増加しているカメラレンズに最適な材料。主な特長は以下のとおり。
・低吸水性:吸水性<0.01%で寸法安定性に優れる。
・高光線透過率:全光線透過率92%で透明性に優れる。
・低比重:比重は1で、他の透明性プラスチックに比べて軽量。


高機能プラスチック:小型・軽量化、高強度・高弾性、耐熱・放熱、機械特性など

発泡エンジンカバー (東洋紡)
硬質材(PA、PBT)から軟質材(TPC)までを、結晶化とレオロジー制御することにより、高品質な微細発泡を実現。30~50%の軽量化、安定した高倍率発泡、均一な発泡セル成形、低そり、遮熱特性の発現などが可能となり、Mucell成形、化学発泡にも対応できる。
東洋紡は硬質材のPA、PBT、軟質材のTPC中心に多くの成形材料・資材を紹介するとともに、それらの二次加工(加飾・接合など)技術や多くの応用例を展示していた。
*PA: Polyamide ポリアミド、PBT: Polybutylene terephthalate ポリブチレンテレフタレート、TPC: Thermoplastic copolyester 熱可塑性ポリエステル
PC/PETアロイ製の外装部品 (カネカ)
優れた流動性を示す高い流動のPC/PETアロイで、薄肉設計に対応する。高耐熱性・高剛性・低線膨張性により、外装部品の軽量化に貢献。樹脂化・薄肉化により、最大56%の軽量化が期待できるとしている。
*PC: Polycarbonate ポリカーボネート、PET: Polyethylene terephthalate ポリエチレンテレフタレート

 

燃料チューブ (宇部興産)
PA12、PA6、PA9Tなどの各種PA、EVOH、ETFE、PP、接着性樹脂を積層した各種チューブの様々な用途(燃料チューブ、冷却配管など)を紹介。積層チューブの材料の構成は使用環境・要求特性により異なる。
*PA: Polyamide ポリアミド、EVOH: Ethylene-vinylalcohol copolymer エチレン-ビニルアルコール共重合体樹脂、ETFE: Ethylene tetrafluoro ethylene エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、PP: Polypropylene ポリプロピレン
PA12系材料を使用した各種チューブ(資料)
パワースライドドアドライブユニット (三井金属アクト)
ECU一体型、小型・軽量の電動スライドドア駆動ユニット。機構部品の高性能に加え、高度な制御で利便性と安全性を両立。機械特性、電気特性等のバランスに優れたPBTが使用されている。
サイドドアラッチ、スライドドア部品、トランクラッチなど、展示されていた高機能な機構部品の多くに、POM、PBTなどのエンプラが使用されている。
*PBT: Polybutylene terephthalate ポリブチレンテレフタレート、POM: Polyoxymethylene ポリアセタール (polyacetal)
高摺動性&高強度PF製プーリ (住友ベークライト)
金属を代替したフェノール樹脂(PF)製プーリで、軽量化とともに耐摩耗性にも優れる。炭素繊維を主基材とする高強度・高弾性に加え、PFの不溶・不融の特性から高速下においても優れた摺動性を示す。主な特長は以下のとおり。
・摺動面で摩擦熱による凝着が起こりにくい
・摩擦係数が低く、摺動性に優れる
*PF: Polyfluorene ポリフルオレン

 

放熱グレード LEDランプソケット (ユニチカ)
LEDランプの過度な温度上昇抑制のために放熱性ナイロンを使用。同社の放熱グレードは、PA6、PA 66、PA 10Tをベース樹脂に使用し、広い温度領域での使用が可能。放熱PAには導熱タイプと絶縁タイプがラインアップされ、高い熱伝導率と成形加工性を両立している。
*PA: Polyamide ポリアミド
透明ポリアミド製偏光フィルム (ダイセルエボニック)
透明微結晶性ポリアミド(PA)のフィルムで、偏光特性も備えている。ユニークな脂肪族PA内に微結晶が存在することにより、結晶性樹脂、非晶性樹脂、両方の性質を備えている。高透明(光線透過率90%以上)、高い耐薬品性と耐衝撃性、低比重(1.02)が特長。
一括封止センサーモジュール (住友ベークライト)
従来品と同等以上の信頼性で、小型・軽量化、部品削減に貢献する材料を使用。多様な成形法が可能で、各種構造基材へ適用可能。特長は以下のとおり。
・コネクタ形状まで一括成形が可能
・低温硬化技術も適応可能


多彩な自動車向けプラスチック材料・成形品:内装材・加飾など

3次元エンボス加飾シート (龍田化学)
質感を保ちながら成形加工が可能なABS樹脂系の車両内装用シート。様々な成形加工法に対応、成形後の塗装が不要。セパレータ、接着剤層、シート層、加飾層、トップコートで構成され、高意匠性と高成形性を両立する。オーバーレイ成形により、内装パネルなどに使用される。
ピアノブラック無塗装ウエルドレス成形品  (山下電気)
ピアノブラック調のABS+PMMAの成形品。ピアノブラック調の樹脂部品は従来、塗装により作られていたためコストが高い部品だった。ヒート&クール成形により、ウエルドライン、フローマークの無い高光沢外観成形品を作り、従来の化粧塗装を不要にすることで、部品コストを削減した。
*ABS: 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、PMMA: Polymethyl methacrylate ポリメチルメタアクリレート
新規ポリシロキサン骨格樹脂 (カネカ)
新規ポリシロキサン骨格をベースとした熱硬化性樹脂。塗料やコーティング材のベースポリマーとして用いられ、長期の耐久性、表面硬度、光沢性に卓越した特性を有している。加熱硬化、UV硬化の選択ができ、優れた塗膜物性(耐擦傷性、耐摩耗性、耐薬品性など)の付与が期待できる。内装材のコーティング用途などが想定される。

 

ナノコンメタリックの成形品 (ユニチカ)
ユニチカが開発したナノコンポジットナイロン(NANOCON)に高輝度メタリック着色した成形品。各種内装部品に展開されている。特長は以下のとおり。
・塗装レス:NANOCON由来の発色による
・強化と外観の両立:強度部品への適用可能
・ナノ粒子来の耐薬品性
樹脂めっき (奥野製薬)
環境負荷物質のクロム酸および高価なパラジウムが不使用となる次世代めっきプロセス。また、樹脂めっき用装飾電気めっきプロセスなど、優れためっき技術を紹介。CFRPへのめっき品も展示。

 

オートモーティブ ワールド 2018では、上記で紹介した以外にも注目されるプラスチック関連の展示が非常に多く見られた。

  • ソマールの各種エポキシ系絶縁樹脂、接着剤、高機能フィルムなど
  • DNPの自動車向け曲面樹脂ガラス、加飾フィルムなど
  • デンカの各種放熱材、放熱シート、自動車分野の応用例など
  • 日立化成のケースモールディング用高耐熱封止材など
  • 富士高分子工業の各種放熱材料、熱伝導性絶縁接着シートなど
  • 三菱製紙のセルロース繊維配合複合材料
  • 寺岡製作所の車載用高耐熱絶縁テープ、各種粘着テープと自動車分野への適用例など
  • ケーヒンの電動車向けパワーコントロールユニット、空調ユニットなどに採用している樹脂材料など
  • フルヤ工業のDSI成形品等のユニークな各種成形技術
  • ミノグループなどの3次元加飾製品
  • 中国、韓国企業によるプラスチック系各種自動車部品の展示
放熱ソリューション (デンカ)
自動車向けの放熱材、放熱シートを紹介。
展示パネル 1 / 2
パワーコントロールユニット (ケーヒン)
耐熱性が良好なPPSが使用されていると思われる。
*PPS: Polyphenylenesulfide ポリフェニレンスルファイド
ターボチャージャー インレットTジョイント (SEJI)
SPE (Society of Plastics Engineers) イノベーション・アワードを受賞した韓国メーカーの樹脂成形品。
搭載モデル:現代 Genesis G70、起亜Stinger
展示パネル

 

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キーワード
軽量化、マルチマテリアル、異種材、樹脂、プラスチック、接合、接着、成形加工

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