金属代替狙う高機能樹脂成形、ＣＦＲＰ、ＣＮＦ

サンワトレ、次世代素材のドイツ製樹脂複合材による成形品

材料、金型販売、成形加工を取り扱うサンワトレーディングは独ボンド・ラミネート社が開発、展開する連続繊維熱可塑性樹脂複合材料「TEPEX(テペックス)」による試作品「バッテリーハウジング」〔写真１〕は中国のCAIP社が成形。重量は鉄製に比べ50％減、アルミ製に比べ20％減の軽量化が可能だ。中国のEV化需要増を狙い、現地で試作し完成車メーカーへの提案を強化している。

このほか「TEPEX」による製品としてホンダのFCV（燃料電池車）クラリティ・フューエル・セルの「リアバンパービーム」〔写真２〕は2016年に採用されたものだ。重量は鉄製に比べ50％減、一体成形で部品点数も半分になった。TEPEXは成形サイクル1分以下とコンポジット技術としては非常に短いサイクルタイムが特徴。成形はタカギセイコーが担当。またフォルクスワーゲン向け「フロントエンド」〔写真３〕は2017年から採用されている。

「鉄代替の軽量化で使用されるアルミは成形性の制約によりデザイン自由度が制限される」とし、独自の高機能樹脂や一方向性のGFRPを組み合わせたのが国内初披露の｢オールコンポジット製ドアモジュール｣〔写真4〕の試作品だ。サイドドアに求められる衝撃吸収特性を保ちながら、鉄を使用した従来ドアに比べ35％の軽量化とアルミと同等の製造コストを実現。金属では難しかった抑揚のあるスタイリングが可能で、さらに電着塗装工程での熱条件もクリアできることから、従来の金属部品塗装ラインをそのまま活用できるのがメリット。

次いで高度なGF-SMC（炭素繊維材料）製造技術を用いた「クラスA」と称する外観美と軽量性とを兼ね備えた「外板用パネル」〔写真5〕はBMWのi8ロードスターで採用された。鉄に比べ40％軽量化、アルミ比では5％の軽量化になる。帝人グループで北米最大の自動車向け複合材料部品メーカー、コンチネンタル・ストラクチュラル・プラスチックス（CSP社）が製造。金属材料では複数のプレス型が必要だった形状でもSMCは最小数の成形型で製作でき、製作コスト削減ができ、特に年産2万～10万の少量生産でメリットが高い。

SMC（炭素繊維材料）による構造フレームとして展示した「バックドア」〔写真6〕はジャガーXFのテールゲート(13kg)で採用されたものだ。熱可塑性のアウターと熱硬化性（GF-SMC）のインナーを組み合わせることで、既存の樹脂バックドアに比べ、補強リーンホースを低減し重量減に貢献。同社は可動部品(フード、ドア、バックドア、トランクリッド等)の軽量化は走行性能の向上だけでなく、「可動時の使用車への負担軽減効果がある」とし、鉄やアルミ部品をターゲットに代替化を狙う。

三井化学、高耐熱・高電圧部品対応の高機能樹脂を相次ぎ開発

アルミダイカスト製品等を対象に金属代替による樹脂化を目指しているのが三井化学になる。アルミより高強度な熱可塑性樹脂材料として製品化完了したのが高強度・高耐熱ポリアミド樹脂「アーレン」だ。高耐熱、高電圧化するエンジン周辺部品やモーター周辺部品、EV車関連品を対象に開発したもので、ブースでは「ギアボックス」、「サーモスタットケース」、「ウォータージャケットスペーサー」〔写真7〕を展示した。

高熱伝導性による高放熱性、低熱線膨張を目指し試作・実験段階なのが「高熱伝導性熱硬化性成形材料（BMC）」〔写真8〕。ブレーカー筐体などの電機関連部材を主用途に開発中だ。一般的な樹脂の熱伝導率が0・2～0・3W/m・K程度に対し、1・5～2・0W/m・Kとなるほか電機絶縁性も高い。また射出成形による高生産性も期待でき、一般的なBMCより４～8倍の流動性を示し、射出成形により封止対象細部への充填性に優れるほか一般的な液状封止材に比べ硬化時間は1/30で大幅な生産性向上が可能。

また三井化学は樹脂と金属の一体化技術にも力を入れ、ECUボックスや水冷Libモジュール等を対象に軽量化と組立工数削減を狙った一体化技術が「POLYMETEC」〔写真9〕になる。薬液に漬けて特殊な表面処理を施した金属(アルミ、マグネ、鉄)に射出成形した樹脂を高強度・高気密接合したもので、接合メカニズムは金属の表面処理後（金属表面にナノレベルの微細孔を形成）に射出成形し樹脂成形後（射出成形した樹脂が孔に侵入・固化）する流れ。採用実績として水冷Libモジュールがあり、従来のアルミ溶接部品をアルミ部品＋樹脂の複合部材とすることで軽量化、気密性、コストダウンを実現、2017年10月から量産開始した。