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精密加工

自動車の軽量化に貢献!CFRP-金属ハイブリット部品の加工技術の確立

群馬県

矢島工業株式会社

2020年3月27日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 自動車構造部材用CFRP-金属ハイブリット部品のプレス成形加工技術に関する研究
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 医療・健康・介護、航空・宇宙、自動車、ロボット、産業機械、建築物・構造物
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(耐久性向上)、高性能化(小型化・軽量化)、高性能化(信頼性・安全性向上)、高性能化(精度向上)、高効率化(工程短縮)、高効率化(人件費削減)、高効率化(生産性増加)、環境配慮、低コスト化
キーワード CFRP熱硬化性樹脂、CFRPプレス成形、CFRP-金属ハイブリッド、CFRP-金属接合
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成22年度~平成23年度

プロジェクトの詳細

事業概要

交通運輸分野の燃費改善は、ボディー軽量化では衝突安全性確保により、車重が増加してきた。自動車メーカーは軽量化を促進しているが、高抗張力鋼は投資が大きく、軽量化に限界があり、軽金属は強度・剛性とコストとの整合が課題である。衝突安全性に影響するBピラー等の補強部品を軽量化するため、CFRPの利点を生かしたCFRP-金属ハイブリッド部品のプレス成形加工に関する研究を行い生産性とコストを両立させ軽量化を図る

開発した技術のポイント

CFRP-金属ハイブリッド構造部品のプレス成形加工法を開発し軽量化を図る
・自動車構造部材に適したCFRPと金属表面接合技術の確立
・高精度な金型技術の確立→金型設計の構造解析、金型の温度分布解析と経験的技術の融合
・CFRP-金属ハイブリッド構造部品の成形加工技術と軽量化の確立
(新技術)
<強度・剛性強化と軽量化>
軽量・高強度なCFRP-金属ハイブリッド部品
(特徴)
・軽量、高強度化と工数低減
・成形加工設備等の投資小
・プレス金型寿命の長期化

具体的な成果

・CFRP-金属ハイブリッド材料の接合方法の確立
・CFRP材仕様と金属部材表面処理法の明確化
・CFRP積層と金属接合の曲げ強度評価の確立
・金属鋼板とCFRP材の接合強度は、的確なプラズマ処理による安定的高強度を確立
・CFRP-金属ハイブリッド部材に適したプレス成形金型の開発
・ハイブリッド成形金型は構造解析や技術的ノウハウを融合させ、高精度な金型(設計・製作)仕様を確立
・金型表面温度の均一化は熱解析と温度制御技術を連携して目標表面温度を達成
・CFRP-金属ハイブリッド部品のプレス成形加工と強度・剛性評価
・適切なCFRPプリフォームと高精度な金型及び精密プレス機による成形条件により、ハイブリッドBピラーとブレース部品の成形加工に成功
・Bピラー部品は、落垂体衝撃試験、ブレース部品は、静的曲げ試験を行い、ほぼ目標通りの強度・剛性評価、衝撃シミュレーション解析は試験結果と比較的良い相関評価

CFRP-金属ハイブリッド部品のプレス成型技術
CFRP-金属接合強度特性
知財出願や広報活動等の状況

特許:プレス成型法(特願2012-70733)

研究開発成果の利用シーン

自動車の骨格構造の強度・剛性を同等の特性を確保した上で質量は約30%軽減が可能。金属鋼鈑の補強部品がなくなるため部品点数の削減が図れる。製造価額はCFRP材料のコストにもよるが、総合的には、ほぼ同等の価格で生産できる可能性有。

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・実用化に向け、補完研究を継続
・CFRP-金属ハイブリッドBピラー、センターブレース部品のサンプルあり

提携可能な製品・サービス内容

設計・製作、加工・組立・処理、素材・部品製造、製品製造、試験・分析・評価、共同研究・共同開発、技術ライセンス、技術コンサルティング

製品・サービスのPRポイント

・強度・剛性向上→ハイブリッドCFRP-金属Bピラーの軽量化構造において強度・剛性は同等レベルの成果。引張強度は約2倍の特性
・新素材・新成形加工方式の実現→新素材のCFRPと金属のプレス成型加工方法は、新接合方式・新プレス成型加工方法を実現
・量産化→本部品の量産化は成型サイクル約10分以下でCFRPプレス成型加工方法により約3,000台/月の工程能力。品質の安定化は非破壊検査や三次元測定機等で検証

今後の実用化・事業化の見通し

CFRP-金属ハイブリッド部品の事業化展開(補完研究中)
・CFRP-金属ハイブリッドBピラー部品及びブレース部品の事業化の促進を図るまた、CFRP材料のコスト低減活動により、適正な材料原価の見通しを得る
・CFRP-金属ハイブリッド成形加工技術を他の構造部品に適用し、軽量・高強度な部品の展開を図る
・事業化展開活動は、群馬県及び北関東産官学研究会主催による展示商談会に参加し拡販の促進を図ったところ、川下企業等から本部品についての引き合いが多く届いており、事業化に繋がる展開を図る予定

実用化・事業化にあたっての課題

①自動車メーカーの要求価額対応②構造部品に対する曲げ・ねじり耐久・信頼性試験評価③環境下(-30℃~40℃)の材料特性の変化等

事業化に向けた提携や連携の希望

①自動車メーカーとの共同開発及び事業化の促進。②海外の大学及び事業者との連携による事業化の促進。③医療分野における事業化の促進。 建設・産業分野及び航空機分野における共同開発及び事業化。④ロボット産業分野における研究・開発及び事業化等

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 矢島工業株式会社 管理部、技術部、開発研究部、生産部
事業管理機関 矢島工業株式会社 管理部、技術部、開発研究部、生産部、
研究等実施機関 三菱レイヨン株式会社 炭素繊維・複合材料管理部、複合材料開発センター
株式会社先端力学シミュレーション研究所 経営管理部、商品事業部、技術開発部
国立大学法人群馬大学 大学院工学研究科、工学部
群馬県立群馬産業技術センター 東毛産業技術センター、総務部
アドバイザー 富士重工業株式会社(現㈱SUBSRU)スバル技術本部 技術開発部長 荻原 浩
特定非営利活動法人 北関東産官学研究会 サブクラスターマネージャー 八木 正博
スバルテクニカインターナショナル株式会社 商品企画部長 大和 正明 

サポイン事業者 企業情報

企業名 矢島工業株式会社(法人番号:3070001020260)
事業内容 自動車用板金加工部品(プレス・溶接・組立)の設計・開発・製造、自動車関連用品の設計製造及び販売
社員数 176 名
生産拠点 群馬県太田市新野町944
本社所在地 〒373-0032 群馬県太田市新野町944
ホームページ http://www.syms.co.jp
連絡先窓口 取締役部長 馬場泰一
メールアドレス baba@syms.co.jp
電話番号 0276-32-3633