【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

セルロースナノファイバー(CNF)部材を搭載したコンセプトカーを披露

2019/11/12

要約

  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

  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 NCVプロジェクト説明パネル
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の搭載部品
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)

 



NCVの搭載部品

ドアトリム(トヨタ紡織)

ドアトリム
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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による自動車の軽量化

CNFによる軽量化開発
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/

 


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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

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