イントロ
CFRP（炭素繊維強化プラスチック）は、軽量でありながら高強度を持つ材料として、自動車産業において注目されています。特に、CFRPを用いた車体成形は、燃費向上や環境負荷の低減、性能向上を目指す現代の自動車製造において重要な役割を果たしています。本コラムでは、CFRP車体成形の特性、技術、メリット、そして今後の展望について解説します。
CFRP車体成形の基本特性
CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics）は、炭素繊維を樹脂に加えた複合材料で、軽量でありながら金属以上の強度を持つことから、車体構造において非常に魅力的な素材です。CFRP車体成形は、エネルギー効率の良い車両を実現するために利用され、特に高級車やスポーツカー、電気自動車などで注目されています。
軽量化
CFRPは、アルミニウムや鋼よりも軽く、同等の強度を持つため、車両全体の軽量化に大きく貢献します。軽量化により、燃費の向上や排出ガスの削減が期待でき、電気自動車では走行距離の延長にも寄与します。
高強度
CFRPは、優れた引張強度を持っており、事故時の衝撃吸収能力を高めるため、車体の安全性を強化します。高強度でありながら軽量な特性は、安全性と効率性の両立を可能にします。
高い耐腐食性
CFRPは、金属に比べて耐腐食性が高く、湿気や塩分が多い環境下でも劣化しにくい特性を持ちます。この特性により、車体の寿命が延び、メンテナンスコストの削減に繋がります。
CFRP車体成形の技術
CFRPを用いた車体成形には、いくつかの製造方法があります。これらの方法は、それぞれ異なる特性を持ち、求められる性能に応じて使い分けられます。
オートクレーブ成形
オートクレーブは、加圧加熱を行いながら樹脂を硬化させる成形方法です。CFRPの成形において、非常に高い精度と強度を得ることができます。この方法では、炭素繊維を樹脂で包み、オートクレーブ内で加熱・加圧することで、均一な硬化と高強度のCFRP製品を製造できます。自動車業界では、特に航空機や高級スポーツカーの車体部品に用いられています。
サイズ：Ø3,000×6,000mm ／ 使用温度：常温〜200℃ ／ 分布精度：±2.5℃以内 ／ 昇温速度：4.0℃/分（空炉） ／ 冷却速度：4.0℃/分（空炉） ／ 設計圧力：0.99Mpa（最高使用圧力） ／ 常用圧力：0.7Mpa以内（メーカーから指定がなければ0.3Mpa位） ／ 圧力精度：±0.02Mpa（０〜0.99Mpa/cm²の圧力設定に対して） ／ 昇圧精度：0〜0.03Mpa/min ／ 圧力源：圧縮空気（常用時） ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
RTM（Resin Transfer Molding）
RTMは、炭素繊維を型に配置し、樹脂をその中に注入して成形する方法です。オートクレーブよりも低コストで生産できるため、大量生産が求められる自動車産業に適しています。RTMは精度が高く、比較的簡単に複雑な形状を成形できるため、自動車の外装や内部パーツに使われます。
SLS（Selective Laser Sintering）
SLSは、3Dプリンターを使用してCFRPを成形する技術です。レーザーを用いて粉末状のCFRPを焼結し、立体的な部品を一層ずつ作り上げることができます。この方法は主に試作やカスタムパーツの製造に適しており、個別のニーズに対応した製品作りが可能です。
フィラメントワインディング
フィラメントワインディングは、炭素繊維のフィラメントを樹脂で浸し、指定の形状に巻きつける技術です。複雑な形状を持つ車体パーツやフレームに使用され、特にボディの強度を高めるために有効です。
CFRP車体成形のメリット
CFRP車体成形を採用することで、以下のような利点が得られます。
軽量化による燃費向上
CFRPの使用により、車両の重量が大幅に軽減されます。これにより、エンジンの負担が減少し、燃費が向上します。電気自動車やハイブリッド車では、走行距離が伸びるという利点もあります。
衝突安全性の向上
CFRPの高い引張強度と衝撃吸収性により、事故時の衝撃を効果的に吸収することができます。車体の構造が強化されることで、乗員の安全性が向上し、事故の際に怪我を減らすことが可能になります。
耐腐食性による耐久性の向上
CFRPは、金属よりも耐腐食性が高いため、海岸沿いの塩害や湿度の高い環境でも長期間使用が可能です。これにより、車両の寿命が延び、メンテナンスコストが低減します。
デザインの自由度
CFRPは、成形性が優れているため、複雑な形状の部品を作ることが可能です。これにより、デザインの自由度が広がり、機能的かつ美しい車体の製造が可能となります。
CFRP車体成形の今後の展望
自動車業界は、環境規制の強化や燃費向上の要求に対応するため、CFRP車体の利用を増加させると考えられます。特に、電気自動車や自動運転車などの新しい技術と組み合わせることで、さらに革新的な車両が登場することが期待されます。
コスト削減の進展
CFRPは現在、製造コストが高いという課題がありますが、技術革新や新しい製造方法の導入によって、今後はコストが低減する可能性があります。これにより、より多くの車両にCFRPが採用されるようになるでしょう。
材料の改良と新技術の導入
CFRP材料自体も進化を続けており、強度や耐熱性、コスト効率が改善されています。また、3Dプリンティング技術など新しい製造技術の採用によって、さらに効率的にCFRP車体を生産することが可能となるでしょう。
まとめ
CFRP車体成形は、自動車産業において軽量化、高強度、耐久性向上など、多くの利点をもたらす技術です。今後、CFRPの利用はさらに広がり、環境に配慮した車両の製造において欠かせない材料となるでしょう。技術革新とコスト削減の進展により、より多くの自動車メーカーがCFRPを採用し、性能と効率性を追求した車両の製造が進むことが期待されます。
関連するお役立ちコンテンツ
ご興味のあるテーマをクリックすると関連コンテンツをご覧いただけます。
UCHIDAについて - About us
当社では、FRP・GFRP・CFRPを用いたCFRP成形加工メーカーとして多くの技術ノウハウを活用し、設計・解析から製造、二次加工・アッセンブリ、塗装、品質保証、試験までワンストップに対応しています。
UCHIDAの設備
UCHIDAではお客様の高度な課題にも対応できるように最先端の設備を導入しております。
DMG森精機 - VS1000/40/2050
X軸：2,050mm（ストローク） ／ Y軸：1,000mm ／ Z軸：600mm ／ テーブル作業面：2,250×1,000mm
芦田製作所 - AUTO CLAVE 2号機
サイズ：Ø1,150×1,000mm ／ 使用温度：常温〜400℃ ／ 設計圧力：2.0Mpa（最高使用圧力） ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：5個
芦田製作所 - AUTO CLAVE 3号機
サイズ：Ø3,000×6,000mm ／ 使用温度：常温〜200℃ ／ 分布精度：±2.5℃以内 ／ 昇温速度：4.0℃/分（空炉） ／ 冷却速度：4.0℃/分（空炉） ／ 設計圧力：0.99Mpa（最高使用圧力） ／ 常用圧力：0.7Mpa以内（メーカーから指定がなければ0.3Mpa位） ／ 圧力精度：±0.02Mpa（０〜0.99Mpa/cm²の圧力設定に対して） ／ 昇圧精度：0〜0.03Mpa/min ／ 圧力源：圧縮空気（常用時） ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
オーブン
サイズ：W1,000×H1,000×D1,000mm ／ 温度範囲：環境温度+20〜300℃ ／ 昇温能力：環境温度（20〜40℃）〜300℃まで/45分以内 ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
エスペック - 恒温恒湿槽
インストロン - 万能試験機5958
オーブン
サイズ：W7,000×H3,000×D2,000mm ／ 温度範囲：環境温度+20〜300℃（MAX） ／ 昇温能力：環境温度（20〜40℃）〜300℃まで/60分以内 ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
NEO
X軸：4,000mm（ストローク） ／ Y軸：2,000mm ／ Z軸：1,200mm ／ C軸：0度〜±270度 ／ B軸：0度〜±110度 ／ テーブル作業面：4,000×2,000mm
【開発】
3Dプリンター | Markforged
塗装ブース
各種塗装・クリア仕上げ等は、専用の塗装ブースで行っています。
接着・仕上げ・コーティングルーム
型や成形物の表面処理・トリミング・穴明け・接着等の仕上げ工程は専用ブースで行っています。
東芝 - マトリックスアイEX （超音波探傷器）
Matrix-Arrey：32
AMETEK CREAFORM MetraSCAN750 Elite（3Dスキャン）
• 検査室 オリンパス - 倒立顕微鏡
オーブン
サイズ：W450×H450×D450mm ／ 温度範囲：環境温度+50〜650℃ ／ 昇温能力：環境温度+50〜650℃/120分以内
カッティングプロッター
テーブル作業面：W1,500×L3,500mm
島精機製作所 - カッティングプロッター
KUKA - ロボット
Krauss Maffei - エポキシ樹脂注入機
Resin 60ℓ ／ Hardener 25ℓ
Krauss Maffei - 630t プレス機
W1,200×L1,500×H1,700mm ／ Power Unit：Vacuum valve×2 ／ Air valve×5 ／ Hydraulic valve×5
DMG森精機 - NV5000B/40
X軸：1,020mm（ストローク） ／ Y軸：510mm ／ Z軸：510mm ／ テーブル作業面：1,320×600mm
大型クリーンルーム
JIS B 9920 清浄度クラスの上限濃度（個/立方メートル） ／ クラス5：100,000m³ ／ 室容量：256m²（16,000×16,000mm） 760m²（16,000×16,000×3,000mm） ／ 室内温湿度条件：温度 23℃±3℃ 湿度 65%以下 ／ 外気条件：夏期 温度35℃ 湿度 70%以下 ／ 冬期 温度-5℃ 湿度 40%以下
CAD / CAM
CATIA V5：2台 ／ THINK DESIGN：1台 ／ MASTER CAM：4台 ／ その他 3D/CAD：3台 ／ その他 2D/CAD：5台
Markforged - 3Dプリンター
お問い合わせはこちら
