新素材CFRTPの特性を活かしてサイズ・構成自由度を高めた積層板成形ラインを構築

広島県府中市は昔から産業の盛んな町で、繊維・機械・木工など様々な企業がある。当社は、1950年代にベニヤ板を貼り合わせる合板用プレス機の製造からスタートし、これまでに様々な素材を貼り合わせる装置を手がけ、世界トップレベルの「貼り合わせる技術」を培ってきた。
1980年代に電気製品の普及と高度化が急速に進む中、合板の貼り合わせ技術がプリント基板材料の積層に転用されると、当社の開発した大型の「積層成形用真空多段プレス」が高性能で大量生産が可能な設備として認められ、現在まで主力製品として世界の数多くのプリント基板メーカーの工場に納入され活躍している。
今回のサポイン事業では、この積層成形用真空多段プレスの技術を使えば、CFRTP大型パネル（積層板）の量産が可能ではないか、ということで、以前からCFRTPの研究に取り組んでいた広島県立総合技術研究所に提案してプロジェクトが始動した。

2013年頃に当社でプレス装置の用途市場開発を行っている中で、広島県立総合技術研究所へ伺った際に、CFRTP素材を使った自動車部品の成形技術開発を行っているが、スタンピング成形の中間素材である大型の積層板が市場から入手できない、また量産技術も確立されていないという話があった。
軽量で高強度・高剛性という特徴を持つCFRTP(熱可塑性炭素繊維強化プラスチック)は、数年前から鉄鋼に代わる材料として注目され、近頃では産業・航空宇宙・スポーツ・レジャー分野で活用されている。この素材の難点は、量産性が低く、材料費が高いことだ。そのため、これまでは高級自動車や航空機での利用にとどまっていた。しかし、世界では地球温暖化対策が年々強化されている。欧州の排ガス規制をはじめ、日本でも新基準が施行されるなど、自動車業界は課題克服に向け、対応を迫られている状況であり、まさに待ったなしと言ってよい。
そこで、低コストで加工しやすいCFRTP積層板ができれば、確実にイニシアチブをとることができると考えた。素材自体が高価のため、将来性があっても具体的な取引先がない状態ではなかなか開発に踏み切れなかったが、サポインを活用できれば、思い切ったことができるということで、広島県立総合技術研究所、同志社大学に協力を仰ぎ、プロジェクトが始動した。

日本メーカーが世界の炭素繊維の7割を製造していると言われているが、CFRTPになると欧米に比べ日本では思ったほど開発が進んでいない。その理由は、量産化の方法が確立しておらず、安定供給できない状態だからだ。一方で日本の鉄鋼メーカーや板金加工メーカーの技術は、軽量化の流れを受けて非常にハイレベルである。高精度な加工や厳密な品質管理が求められる日本では、高価で工程の複雑なFRP素材を使うよりも、素材や加工技術を進化させ、軽量化・高強度を実現してきた。
しかし、大きな課題となっているCFRTP積層板の量産技術が確立できれば、これまで踏みとどまっていた原料メーカー、加工メーカーも本気を出して動いてくるだろう。その時に、先駆的企業としてこの技術を活かせればと考えている。

きれいな板を量産するというのは想像以上に難しいことだった。テストレベルではうまくいっていたものが、実際のサイズや装置では想像通りにならないということは、しょっちゅうだった。
例えばUDテープの接合方法について、テープを重ね合わせず、突き合せた状態で熱溶着する方法を見出したが、UDテープの厚みが均一で反りや湾曲等がない理想的な場合においては問題ないが、実際の市販品には多少なりと品質にばらつきがある。このばらつきが思わぬトラブルの原因となることもあり、材料自体の開発も必要だと感じた。そのためには、材料メーカーの協力も不可欠であり、ともに技術向上を目指しながら進めていきたいと考えている。

当社の手掛ける装置は、ほとんどがオーダーメイド。お客様の希望や購入仕様に対して装置仕様を提案し、採用してもらうスタイルが一般的。その場合、開発的な要素が含まれていたとしても、使用する材料や成形品のスペック等、様々な前提があらかじめ決められたうえでの開発となるが、今回のサポインのように当社が主導して開発を進める形は初めての経験だった。新素材のため、材料も求められる品質もソフト面もすべてにおいて当社が決定していかなくてはならず、その点で非常に難しさを感じた。

時間のない中、それぞれベストを尽くして進めていただけたと思う。同志社大学の研究室では、おもに材料や積層板の分析・評価などを担当していただき、自社ではできない学術的な評価や品質の裏付けを得ることが出来た。また、分析作業は自社で行うとかなり手間がかかる作業となるが、学生さんが本人の研究テーマとして採り上げ、積極的に取り組んでいただけたので効率的にもコスト的にも非常に助かった。京都にあるため、頻繁に行くことはできなかったが、今から考えればもっと研究室や先生、学生さんと関わりながら進められればよかったと思う。
広島県立総合技術研究所の参加によって、大型積層板を作るだけでなく、そこから自動車部品のインパクトバーをスタンピング成形で試作するところまで実施することが出来た。これによって、材料の選定から最終的な製品成形までどの立場のメーカーにも、ある程度のアドバイスができる知見を得ることができたのは良かった。未来を見据えた開発型企業として、今後は他の意欲的な企業と積極的なつながりを持つことができると思う。

2021年1月に東京ビッグサイトで開催される「オートモーティブワールド」に参加する。展示会はコロナ禍ということもあり、開催や集客に不確かな部分もあるが、今後もこれまで通り積極的に出展していく予定をしている。当社工場内に切断接合部と積層部からなるCFRP自動積層装置の試作機を設置、以前から保有している多段プレスの試作機と併せ、顧客の要望があれば、いつでもデモ運転の見学や評価試作を実施できるようにしているので、興味を持った方は気軽に問い合わせをしてほしい。