日産、軽量化に向けた炭素繊維強化プラスチック（CFRP）部品の量産化技術を開発

　日産は、車体の軽量化のため炭素繊維強化プラスチック（CFRP）製部品の量産化を実現するべく、金型内における炭素繊維への樹脂の含浸度合いを精確にシミュレーションする技術を開発したと発表した。

　本技術を活用することで、同部品の開発期間を約50％短縮するとともに、C-RTM※１工法によって高品質なCFRP製部品を成形する生産技術を開発し、従来のRTM※2 工法に対し成形に要する時間を約80％短縮することが可能になった。

　CFRP製部品には軽量で強度と剛性が高いという特長があるため、採用率を高めることにより、車体を軽量化し、車両の燃費性能と走行性能を向上させることができる。一方、CFRP部品は原料となる炭素繊維が鉄などの他の素材に比べて高コストであることに加え、成形の難しさが量産化に向けた課題となっていた。

　高品質なCFRP製部品を成形するには、炭素繊維を部品の形状に整え、金型にセットした後に樹脂を注入し、繊維に均一に含浸、硬化させることが重要となるが、含浸に最適な部品形状や金型を設計するため、樹脂の流れを確認しながら何度も金型を試作する必要があった。

　今回、日産は金型の試作回数を最少化するため、金型内への温度センサーの設置や透明な金型の採用などにより、金型内の炭素繊維間の隙間を流れる樹脂の流れを可視化することに成功。可視化した樹脂の流れから、炭素繊維への樹脂の含浸度合いを高精度にシミュレーションする技術を開発した。そして、この高精度なシミュレーション結果に基づき、最適な形状のビード（溝）を炭素繊維の繊維方向に沿って金型内の最適な位置に配置することで、炭素繊維へ樹脂を効率的かつ均一に含浸させ、高品質なCFRP製部品の成形を可能となった。

（※1）Compression Resin Transfer Molding。金型を閉め切らず隙間を作った上で樹脂を注入し炭素繊維に含浸させる工法。
（※2）Resin Transfer Molding。金型を閉め切った状態で樹脂を注入し炭素繊維に含浸させる工法。

Comments

・CFRPは鉄と同程度の強度を半分の重量で実現できる、ただし生産コストが非常に高い
・今後のHVやEVなどの電動化において燃費や航続性能を上げるには重量による理論限界があり車体を軽量化する必要ががある
・車体を軽量化するために車体構造物にCFRP採用する必要がある
・現在CFRP量産化のために様々な工法や材料の研究が行われていて、今回はその一つのCRTM工法の金型作成工程におけるシミュレーション技術の開発の発表。
・今まではのCFRPはオートクレーブ工法という大変手間のかかるとても量産できるような工法ではなかったが、CRTM工法なら2分と鉄板のプレス工程とほぼ変わらない生産ラインで使えるレベルの短時間で成形可能なえる。
・ただし今までは樹脂の含侵シミュレーションが正確に行えず金型の製作に多大な時間がかかったのでその改善技術です。

今まで樹脂を染込ませる時間が１０分だったが、これを２分に短縮できるという技術みたいですね。成型するための準備時間や樹脂が硬化する時間は含まれていないので、製品を１個作るのに必要な時間は２分ではなくて、１時間程度はかかると思います。一方海外のメーカーでは、炭素繊維のマットを使うのではなく、細かく刻んだ炭素繊維を熱でやわらかくなる樹脂と混ぜて、射出成型する方法を採用しています。これなら、１０分程度で完成し、かつリサイクル性もいいですね。また、カーボン繊維は扱いにくいため、セルロースナノファイバーの方が有望ではないでしょうか？