【ものづくり】東京モーターショー2019：NCV (Nano Cellulose Vehicle)プロジェクト

  NCV (Nano Cellulose Vehicle)プロジェクトは2016年10月26日にスタートした環境省委託事業で、次世代素材セルロースナノファイバー (CNF: Cellulose Nanofiber)を活用し、2020年に自動車で10%程度の軽量化を目標としている。京都大学が代表事業者となり、計22の大学・研究機関・企業等で構成されるコンソーシアムにより、サプライチェーンの一気通貫体制を実現した。

  東京モーターショー2019では本プロジェクトの集大成として、CNFを多くの部位で採用したコンセプトカーが初披露された。本レポートでは、NCVコンセプトカーおよび搭載部材について概要を紹介する。

NCVコンセプトカーの展示	NCV搭載部品の展示

NCVプロジェクトの共同実施機関

  京都大学、京都市産業技術研究所、宇部興産、昭和丸筒、昭和プロダクツ、名古屋工業大学、利昌工業、秋田県立大学、イノアックコーポレーション、キョーラク、ダイキョーニシカワ、三和化工、マクセル、アイシン精機、デンソー、トヨタ紡織、トヨタ自動車東日本、金沢工業大学、トヨタカスタマイジング＆ディベロップメント、東京大学、産業技術総合研究所、サステナブル経営推進機構

関連レポート：
NCV (Nano Cellulose Vehicle) プロジェクトの展示取材 （2019年3月）

  NCVコンセプトカーは環境省のブース中央に置かれ、その横に設置されたコーナーではCNFを使用した各種部材が紹介パネルとともに展示されていた。また、NCVプロジェクトの概要を示した説明パネルには、原料のセルロース関連の説明、CNF製造のフロー、自動車分野への応用展開であるコンセプトカーの説明などが記され、下部に本プロジェクトに参加した各大学、企業、研究機関が示されていた。

NCV試作車の展示 CNFの原料である木材チップの上に展示	NCVプロジェクト説明パネル

NCV試作車の内装	NCVに搭載された主要部品主要樹脂とCNFの複合比率、 成形加工法、事業担当者などを記している。

(執筆者撮影、以下同様)

  次章では、NCVコンセプトカーに搭載された主要部品について、部材別に簡単な解説を示す。

・ドアトリム（トヨタ紡織）
・ルーフパネル（トヨタ自動車東日本）
・ボンネット（利昌工業）
・リアスポイラー（キョーラク）
・フロントアンダーカバー（キョーラク）
・パケトレフロントカバー（イノアックコーポレーション）
・ホイールフィン（京都大学）
・ルーフサイドレール（昭和丸筒/昭和プロダクツ）
・フロア部材（金沢工業大学）
・エンジンフード（金沢工業大学）
・バッテリーキャリア（トヨタ車体）
・インストルメントパネル、リフトゲート（ダイキョーニシカワ）
・エアコンケース（デンソー）
・インテークマニホールド（アイシン精機）
・シートクッション（三和化工）
・めっき部品（マクセル）

ドアトリム（トヨタ紡織）

ドアトリム

  ポリプロピレン(PP) CNF10%複合材料、射出成形で成形。

目標：
  ① 現行ドアトリムと同等の性能、生産性、コスト
  ② 軽量化率15%以上

懸念事項：
  ① 衝突時の割れ
  ② 耐衝撃強度向上の対策

今後：
  ① 長期耐久性
  ② 射出成形による連続生産性の確認が必要

ルーフパネル（トヨタ自動車東日本）

ルーフパネル 展示パネル：ルーフパネル

  トヨタ自動車東日本担当の部材で、王子ホールディングが協力した。ポリカーボネート(PC)のCNF15%複合材料で、射出圧縮成形で成形。

目標：
  ① 軽量化率：無機ガラス比50%、樹脂ガラス比20%
  ② 生産性、品質は現行品同等。

懸念事項：
  ① 耐久品質
  ② コスト

今後：市場適正品質の確保、耐久性能評価及び材料コストの低減が挙げられた。

ボンネット（利昌工業）

ボンネット

  利昌工業担当の部材で、名古屋工業大学、秋田県立大学が共同開発した100%CNF材のハニカムコア。真空バギング成形で成形。

目標：
  ① 軽量化率(期待) 50%以上
  ② 剛性(期待) 2倍(対スチール)
  ③ 見栄え、断熱性向上、NVH向上なども期待

懸念事項：
  ① 品質低下による軽量化効果縮小
  ② 成形時間大幅短縮、塗装性、電磁波シールド性、長期耐久性、耐水性、燃焼性等

今後：
  ① 必要品質の評価
  ② 成形時間大幅短縮の検討
  ③ 断熱、NVH等の評価
  ④ 一体成形によるコストダウンの可能性検討

リアスポイラー（キョーラク）

リアスポイラー

  PPのCNF 10%複合材料で、ブロー成形で成形。中空軽量製品でCNF添加により剛性強化。

目標：
  ① 軽量化率 10%以上
  ② 生産性、品質、コストは現行品と同等

懸念事項：
  ① 成形時や部品燃焼時の臭気発生
  ② CNFの分散不良

今後：
  ① 必要品質評価や軽量化効果の確認
  ② 吸音特性の調査
  ③ 懸案事項（吸水性、燃焼性、臭気、VOCなど）の重要度認識
  ④ コスト概算など

フロントアンダーカバー（キョーラク）

フロントアンダーカバー

  PPのCNF 10%複合材料で、ブロー成形で成形。中空軽量製品でCNF添加により剛性強化。

目標：
  ① 軽量化率 10%以上
  ② 現行設備で生産可能であり、品質、コストが現行品並み

懸念事項：
  ① 成形時や部品燃焼時の臭気発生
  ② CNF材の分散不良

今後：
  ① 必要品質評価や軽量化効果の確認
  ② 吸音特性の調査　
  ③ 懸案事項(吸水性、燃焼性、臭気、VOCなど)の重要度認識
  ④ コスト概算など

パケトレフロントカバー（イノアックコーポレーション）

パケトレフロントカバー

  PPのCNF 10%複合材料。射出+発泡成形で成形。CNF添加により剛性向上。

目標：
  ① 軽量化率 20%以上
  ② 生産性：現行品同等
  ③ 品質：内装トリムとしての耐衝撃性確保
  ④ VOC(特にアセトアルデヒド)：規格内
  ⑤ コスト：CNF50w%マスターバッチ価格550円/kg以下

懸念事項：
  ① VOC対策必要
  ② 高濃度マスターバッチ使用時のCNF分散性

今後：VOC対策マスターバッチ材料でのトライと低減効果検証

ホイールフィン（京都大学）

ホイールフィン

  京都大学担当の部材で、名古屋工業大学が共同開発した。ポリアミド6 (PA6)のCNF 10%複合材料で、3Dプリンターによる積層成形で成形。金型不要のため、射出成形では成形不可能な複雑形状品の成形にも対応可能。

目標：
  ① 射出成形品より10%以上軽量化
  ② 生産性を追求する部材には適用できないが、小型部品なら生産効率の向上は可能
  ③ 品質：射出成形品と同等

懸念事項：寸法の経時変化

今後：
  ① 樹脂改良による成形速度の向上
  ② CNFとバイオ系材料の応用検討
  ③ 粉体の粒度分布制御による表面平滑性向上

ルーフサイドレール（昭和丸筒/昭和プロダクツ）

ルーフサイドレール

  昭和丸筒/昭和プロダクツが担当の部材で、名古屋工業大学と秋田県立大学が共同開発した。CNFシートとアルミが芯・中空部材となっており、シートワインディングで成形。

目標：
  ① 軽量化率（対スチール） 30%以上
  ② 生産性：CFRP品と同等以上
  ③ 品質：現行品（スチール）と同等
  ④ コスト：CFRP品と同等以下

懸念事項：
  ① 品質低下（吸水）に伴う軽量化効果の縮小
  ② 生産性の確保（連続生産）
  ③ 湾曲等ストレート以外の形状

今後：
  ① 軽量化効果の数値化　
  ② 巻き取り時間、作業性検討　
  ③ 懸念事項の重要度確認（耐水性等）　
  ④ 薄肉アルミの加工コスト確認等

フロア部材（金沢工業大学）

フロア部材 展示パネル：フロア部材

  金沢工業大学が担当の部材で、トヨタカスタマイジング＆ディベロップメントが共同開発した。CNF紙/エポキシ樹脂をVaRTM低圧成形。CNF大型軽量構造部品の成形可能性判断が目的。

目標：
  ① 軽量化率（対スチール）50%以上　
  ② 生産性：型占有時間1時間以上。大型一体成形可能　
  ③ 品質：成形検討のみ（素材の特性を活かした材料構成を考慮）　
  ④ コスト（対スチール製）同等以下

懸念事項：
  ① 基本部品特性未評価(剛性、側突性能等)
  ② 成形時間の大幅短縮
  ③ 素材の特性を考慮した評価

今後：
  ① 大型一体成形の更なる可能性追求
  ② 成形性向上
  ③ 軽量化以外の長所(断熱、NVH等)の詳細評価
  ④ 懸案事項(吸水、EMI、安全性等)の重要度認識
  ⑤ 防水塗装性評価など

エンジンフード（金沢工業大学）

エンジンフード

  金沢工業大学が担当の部材で、トヨタカスタマイジング＆ディベロップメントが共同開発した。CNF紙/エポキシ樹脂をVaRTM低圧成形。CNF大型軽量構造部品の成形可能性判断が目的。

目標：
  ① 軽量化率 50%以上
  ② 生産性：型占有時間10分
  ③ 品質：走行可能レベル
  ④ コスト：（対スチール製）同等以下

懸念事項：
  ① 信頼性詳細評価（歩行者保護、開閉耐久等）
  ② 成形時間短縮、専用製造設備要
  ③ 電磁波シールド性
  ④ 補修性等

今後：
  ① さらなる大型一体成形の可能性把握
  ② 成形性向上
  ③ 軽量化以外の長所(断熱、NVH等)の詳細評価
  ④ 懸案事項(吸水、EMI、安全性等)の重要度認識
  ⑤ 防水塗装性評価など

バッテリーキャリア（トヨタ車体）

バッテリーキャリア

  トヨタ車体は本プロジェクトの参加メンバーではないが、別のCNF関連のプロジェクトに参加しており、今回はNCVコンセプトカーに搭載されている部品を参考出展していた。PP/CNF 15%複合材料を使用し、金属部品の30%の軽量化を達成したとのこと。

インストルメントパネル、リフトゲート（ダイキョーニシカワ）

  PP/CNF、PA/CNF複合材料を射出・発泡成形し、内装部材の量産可能性追求が目的。

目標：
  ① 軽量化率（現行材料置換）20%以上、（スチール比）50%以上
  ② 生産性：現行品同等の加工性
  ③ 品質：鏡面平滑性確保、発泡特有のスワール不具合レス
  ④ コスト：現行品同等

懸念事項：
  ① 物性（耐衝撃性）低下に伴う軽量化効果縮小
  ② CNF凝集による平滑性低下

今後：
  ① 物性、機能性改善（CNF分散性向上、発泡セルの制御等）
  ② スペック適合評価（長期耐熱性、耐湿性、難燃性、VOC）
  ③ 発泡外観改善
  ④ 材料コスト

インストルメントパネル	リフトゲート

エアコンケース（デンソー）

エアコンケース

  ポリオレフィン/CNF複合材料を射出発泡成形。大型・複雑形状の部材の軽量化実現を図る。

目標：
  ① 軽量化率：現行品(PP/タルク材料)に対し10wt%以上
  ② 生産性：現行品と同等のサイクルタイム
  ③ 品質：製品に必要な機械物性(剛直性)を満足し、現行品の半分以下の反り
  ④ コスト：現行材料に対しコストアップ10%未満

懸念事項：
  ① 更なる軽量化した際の機械物性との両立
  ② 吸水時、加水分解時の物性や寸法安定性への影響
  ③ 成形時の熱ストレスによるVOC発生
  ④ 高発泡に伴う生産性(サイクルタイム等)の悪化

インテークマニホールド（アイシン精機）

インテークマニホールド

  PA6/CNF15%複合材料を射出成形した環境にやさしいインテークマニホールド。

目標：
  ① 軽量化率：（対PA6-GF30）10%以上（PA6-GF30とPA6-CNF15の機械特性が同等の場合）
  ② 生産性：現行射出材同等レベル
  ③ 品質：製品要求品質の確保
  ④ コスト：2030年までに現行材料と同等

懸念事項：CNFの吸水、凝集。

今後：
  ① 設計形状最適化による寸法安定性の確保と耐圧性能の向上検討
  ② CNF材料の成形と溶着の最適条件見極め
  ③ CNFのコスト調査

シートクッション（三和化工）

シートクッション 展示パネル：シートクッション

  ポリエチレン(PE)にCNFを添加し高発泡・高強度フォームを加熱圧縮成形（内部に30倍発泡品の製品を入れ、15倍発泡品で包んで成形）

目標：
  ① 軽量性率：10～15%
  ② 生産性：現状の加熱圧縮成形法と同等
  ③ 品質：現状レベル
  ④ コスト：現状と同レベルor約5%アップ

懸念事項：CNFコスト

今後：コンセプトカーの断熱材・吸音材(風切音低減)として使用可能。

めっき部品（マクセル）

めっき部品（ドアハンドル等） 展示パネル：めっき部品（フロントグリル）

  CNF- PA6を用いためっき、発泡成形技術の複合化による軽量高剛性部材量産を図る。

目標：
  ① 軽量化率：現行ABS樹脂めっき品に対し20～30%（発泡成形品）
  ② 生産性、品質、コスト：現行品同等

懸念事項：めっき品質の安定性、生産性（射出成形、めっきプロセス最適性）

今後：
  ① 必要品質評価
  ② めっき基材表面品質の向上
  ③ 軽量化以外の利点の評価
  ④ 生産性
  ⑤ コスト概算

CNFによる軽量化開発

  CNFによる軽量化開発をまとめたパネルでは、CNFの特徴や物性を紹介。原料から樹脂ペレットまでの工程を紹介し、CNFを使用するときの効果や応用例なども紹介している。

  CNFは環境にやさしい、日本で多く供給できる貴重な資源である。その応用開発は、まだ緒に就いたばかりであるが、CNFを自動車に搭載し軽量化を図る本プロジェクトは、非常に挑戦的である。今回のモーターショーでこれほど多くの部材を搭載したコンセプトカーが展示されたことは非常に価値があり、各部材は見応えがあった。厳しい要求物性やコストの問題等を考慮すると、CNFが本格的に自動車に搭載されるようになるのは、まだ先のことと思われるが、CNVが発売される日が早く実現することに期待したい。

参照先：環境省 NCVプロジェクト
http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/ncv/

------------------
キーワード
ものづくり、モーターショー、軽量化、樹脂成形、プラスチック、セルロースナノファイバー、CNF、NCV、Nano Cellulose Vehicle

<自動車産業ポータル マークラインズ>