省エネルギー技術開発プログラム「自動車軽量化炭素繊維強化 ... ·...

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公開

省エネルギー技術開発プログラム

２００８年１１月７日

「自動車軽量化炭素繊維強化

NEDO技術開発機構

（２００３年度～２００７年度５年間）複合材料の研究開発」

ナノテクノロジー・材料技術開発部

プロジェクトの概要（公開）

「自動車軽量化炭素繊維強化複合材料の研究開発プロジェクト」

（事後評価）第１回分科会資料５－３

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公開内容

Ⅲ．研究開発成果

Ⅳ．実用化、事業化の見通し

NEDO（飯田）

北野ＰＬ

Ⅱ．研究開発マネージメント

Ⅰ．事業の位置づけ・必要性 (1)社会的背景(2)事業の目的(3)省エネルギー技術開発プログラムでの位置付け

(4)NEDOが関与する意義(5)国内外の研究開発の動向(6)実施の効果

(1)事業の目標(2)事業の計画内容(3)研究開発の実施体制(4)研究の運営管理(5)情勢変化への対応(6)中間評価結果への対応

(1)プロジェクトの背景と目標(2)ＣＦＲＰの現状と課題(3)開発目標と達成度(4)検討内容

(1)事業化までのシナリオ(2)波及効果

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公開

（２）事業の目的

自動車の軽量化による温室効果ガス排出の抑制

超軽量、高強度、衝突時の安全性に富む

自動車用材料としての炭素繊維強化複合材料を開発

（１）社会的背景

地球温暖化対策は喫緊の世界的、国家的課題

抜本的ＣＯ２排出抑制、省エネ技術の必要性

１．事業の位置付け・必要性について事業原簿 Ⅰ－４

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公開

（３）省エネルギー技術開発プログラムでの位置付け

１．事業の位置付け・必要性について

自動車

軽量化

アルミニウム合金

超微細粒鋼

炭素繊維

事業原簿 Ⅰ－９

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公開

自動車用材料としての炭素繊維強化複合材料の開発は、

○社会的必要性：大、国家的課題

○自動車産業の競争力強化に貢献

○その他、鉄道車輌、建築用へも展開可能

●研究開発の難易度：高

●投資規模：大＝開発リスク：大


（４）NEDOが関与する意義

ＮＥＤＯがもつこれまでの知識、実績を活かして推進すべき事業

事業原簿 Ⅰ－１

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公開

（５）国内外の研究開発の動向；研究開発の背景と目的1995 2000 20051990 2010

ＥＵＮＣＡＰ

ＣＡＦＥ規制ＺＥＶ法 ◆ＥＵ規制（２５％燃費改善）ﾘｻｲｸﾙ法環境・安全環境・安全環境・安全

全車重

１０００

５００

kg 高張力鋼

ＮＣＡＰ

▲▲ＴＥＣＡＢＳ（欧）ＴＥＣＡＢＳ（欧）

◆国内規制（燃費２３％改善）

2015

▲▲ＡＬ合金開発（日）ＡＬ合金開発（日）

▲▲本提案

280kg（70%）

構造部材

パネル部材

120kg（30%）

1.5t車

1.01.5安全(ｴﾈﾙｷﾞｰ吸収）

1.0（400kg）

0.5（200kg）

軽量（車体重量）

ｽﾁｰﾙ目標トランクリッド

サイドシルプラットフォーム

ドアパネル

フード

ルーフ

フロントサイドメンバ

Ａl合金／ＧＦＲＰ（短繊維強化）

ＣＦＲＰ（連続繊維強化）

１．事業の位置付け・必要性について事業原簿 Ⅰ－９

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公開

（５）国内外の研究開発の動向；研究開発の背景と目的

１．事業の位置付け・必要性について事業原簿 Ⅰ－８

成形品サイズ

１０cm １ｍ１０ｍ１００ｍ

２１０

３１０

４１０

５１０

６１０

１０

（10日）

（25時間）

（150分）

大型箱形構造体（ﾄﾗｯｸ、ﾘｰﾌｧｰ

ﾊｳｼﾞﾝｸﾞ）建築部材（屋根材、ﾄﾗｽ）

非構造部材情報機器（カバー）

秒

射出成形

ＳＭＣ

ＦＷ

プリプレグハンドレイアップ

成形サイクル１０分（３００００台／年）箱形構造体

（ﾎｰﾑｴﾚﾍﾞｰﾀ）

自動車用部品（車体、PS）

新規成形法

ＲＴＭ

◆ＣＦＲＰ成形法のサイクルタイムと成形品サイズの関係

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公開

費用の総額２１．２億円

市場の効果(2020年時点)

新車販売額２．５兆円

車体構造部品額２５００億円

削減ガソリン代１０４０億円

省エネルギー効果６９万ｋｌ/年

６３万ｋｌ/年

１５９万トン/年

（2020年推定、ガソリン換算）

（50万台/年、500万円/台）

（50万台/年、50万円/台）

（累積260万台、150円/リットル）


（６）実施の効果（費用対効果）

（2020年推定、原油換算）

※成功確率１００％で計算

（2020年推定、CO2換算）

事業原簿 Ⅰ－１

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公開２．研究開発マネジメントについて

プラットフォーム

ドア

ルーフ

サスペンションメンバ（前）

サスペンションメンバ（後）

自動車適用部材

炭素繊維強化複合材料


ドア

ルーフ




ドア

ルーフ



自動車適用部材

炭素繊維強化複合材料



（１）事業の目標（２００７年度最終目標）

２００２年度・先導研究・事前検討委員会・ワークショップ

基本計画に反映

自動車用軟鋼板の車体に対して重量を５０％軽量化でき、かつ安

全性（エネルギー吸収量：スチール比１.５倍）を備えた車両の構造部

材（プラットフォーム等）を開発する。また、成形サイクル時間を１０分

以内とする製造技術（従来比1/15以下）の開発を目指す。

事業原簿 Ⅱ－１

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（２）事業の計画内容（開発期間：２００３年度～２００７年度）

①超高速硬化型成形樹脂

②立体成形賦形技術

目標：・スチール比５０％軽量、１．５倍安全なプラットフォームの設計／試作／試験実証

・成形サイクル１０分以内・リサイクル（分離、再加工）技術確立

大量・低コスト生産１．ハイサイクル一体成形技術

１．ハイサイクル一体成形技術

３．安全設計技術３．安全設計技術

②金属／ＣＦＲＰハイブリッド構造体の設計・解析技術

③エネルギー吸収技術

①樹脂（ＣＦＲＰ）の動的解析技術

③高速樹脂含浸成形技術

２．異種材料との接合技術２．異種材料との接合技術

①金属／ＣＦＲＰの接着技術

４．リサイクル技術４．リサイクル技術

①－１金属／CFRP分離技術

①－２再加工性技術

超軽量・安全設計のCFRP車体：プラットフォーム

事業原簿 Ⅱ－３

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公開

▲

２．研究開発マネジメントについて

2005/6/10

◆開発スケジュール

▲

▲

CFRP衝撃破壊のシミュレーション化し、破壊挙動を精度5%以内で予測可能な計算手法の確立

↓スチール比50%軽量、1.5倍安全

・選択的な温度での金属部と複合材との分離が5分以内・リサイクル可能な樹脂材料

スチール、アルミと同等以上の接合技術を開発（-40～80℃で接着強度20MPa）

20072006200520042003

ﾘｻｲｸﾙ

安全設計

異種材料との接合

プラットフォーム成形において成形サイクル時間１０分以下（基材配置＋樹脂含浸＋樹脂硬化＋脱型）

ﾊｲｻｲｸﾙ一体成形

最終目標値

▲ ●

●

●：基本技術確立▲：基本原理確認

●▲

●

プラットフォーム試作

▲ ●

（実用化検討）

▲ ●

外板（ドア）試作

●

●

モデル車体設計

（２）事業の計画内容

▲

▲

●②立体賦形技術

③高速樹脂含浸技術

①エネルギー吸収技術

②樹脂（ＣＦＲＰ）の動的解析技術

①高速硬化成形樹脂

①－１金属／樹脂の分離技術

①金属／複合材料接着技術

③金属／複合材料ﾊﾌﾞﾘｯﾄﾞ構造体の設計・解析技術

①－２再加工性技術


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公開

東レ株式会社日産自動車株式会社

・研究実施場所：複合材料研究所（愛媛県伊予郡）・研究開発項目：１）超ハイサイクル一体成形技術２）異種材料との接合技術（試作）３）安全設計技術（試作）４）リサイクル技術

・研究実施場所：車両技術開発試作部（厚木）・研究開発項目：１）超ハイサイクル一体成形技術（基材）２）異種材料との接合技術（設計）３）安全設計技術（設計・試験）４）リサイクル技術

・研究実施場所：生産工学部・研究開発項目：３）安全設計技術（解析）

・研究実施場所：精密工学研究所・研究開発項目：４）リサイクル技術

（金属と樹脂の分離技術）

・研究実施場所：大学院工学系研究科・研究開発項目：４）リサイクル技術

（再加工性技術）

東京工業大学

・研究実施場所：精密工学研究所（すずかけ台）・研究開発項目：２）異種材料との接合技術

（接着、解析）

再委託連携

・研究実施場所：ファイブロ科学・研究開発項目：３）安全設計技術

（エネルギー吸収部材最適化）

東レ株式会社日産自動車株式会社

・研究実施場所：複合材料研究所・研究開発項目：１）ハイサイクル一体成形技術２）異種材料との接合技術（試作）３）安全設計技術（試作）４）リサイクル技術

・研究実施場所：車両技術開発試作部・研究開発項目：１）ハイサイクル一体成形技術（基材）２）異種材料との接合技術（設計）３）安全設計技術（設計・試験）４）リサイクル技術

日本大学

東京工業大学

東京大学

・研究実施場所：生産工学部・研究開発項目：３）安全設計技術（解析）

・研究実施場所：精密工学研究所・研究開発項目：４）リサイクル技術

（金属と樹脂の分離技術）

・研究実施場所：大学院工学系研究科・研究開発項目：４）リサイクル技術

（再加工性技術）

東京工業大学

・研究実施場所：精密工学研究所・研究開発項目：２）異種材料との接合技術

（接着、解析）

共同実施連携

京都工芸繊維大学

・研究実施場所：ファイブロ科学・研究開発項目：３）安全設計技術

（エネルギー吸収部材最適化）

NEDOプロジェクトリーダー

東レ（株）複合材料研究所

北野彰彦所長

指示

協議

推進委員会

ＰＬ、実施者、第三者４名

２００５年度から下記機関を追加

兵庫県立大学

・研究開発項目：４）リサイクル技術

（分離技術／新規解体性接着剤）

・研究実施場所：大学院工学研究科

２．研究開発マネジメントについて（３）研究開発の実施体制

事業原簿 Ⅱ－６

委託委託

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◆開発予算（単位：百万円）

（３）研究開発の実施体制

2,115 283 767 506 315 244 合計

127 18 21 50 19 19 リサイクル技術の開発4)

444 123 201 77 26 17 安全設計技術の開発3)

87 2 9 11 13 51 異種材料との接合技術の開発2)

1,457 140 536 367 257 157 ハイサイクル一体成形技術1)

合計'07'06'05'04'03


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公開

・PＬ主催による「技術推進委員会（年４回)」開催

外部有識者の意見を運営管理に反映

・その他、以下の委員会を開催

「進捗フォローアップ会議(年４回)」研究内容の進捗状況確認と今後の方針を協議

「用途探索研究会(年２回)」技術の実用化検討を協議

「特許出願検討会(年1回)」特許出願内容の掘り起こし・ブラッシュアップ

２．研究開発マネジメントについて

（４）研究の運営管理

事業原簿 Ⅱ－８

氏名所属　部署役職

黄木景二愛媛大学大学院　理工学研究科　生産環境工学専攻教授

武田展雄東京大学大学院　新領域創成科学科先端エネルギー工学専攻教授

松川不二夫日本自動車研究所（ＪＡＲＩ）安全研究部主席研究員

山部昌金沢工業大学　工学部　機械工学科教授

(敬称略・順不同）

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（５）情勢変化への対応 ◆加速財源投入実績 (何れも2006年度)

事業原簿 Ⅱ－９

左記の樹脂製中間プレートを用いたハイサイクル多点注入法でフロアパネルを成形した。その結果、実際

に１０分成形を実証し、基本計画の目標を達成した。

プラットフォーム（フロントフロア）の一体成型に用いる樹脂製中間プレートを作製するための「加圧型大型賦形装置」を導入する。なお、樹脂製中間プレートとは、ハイサイクル多点注入法に必須の副資材（多孔板）のことを指す。

60

ハイサイクル成形用中間プレートの加圧式大型賦形装置の購入

疲労データベース構築のための疲労試験システムの構築を完了させ、従来はＳＮ線図しか評価することが出来なかった疲労特性を、剛性低下率など新たなパラメーターを測定できるようなモニタリングシステムを確立した。また、非破壊検査装置（読み取り顕微鏡ならびに赤外線画像応力装置）と併用することで構造物の応力集中も評価できるモニタリングシステムを構

築した。その結果、自動車用材料としての疲労データベース構築ならびに独自のモニタリングシステムを確立し、実用化に向けた信頼性に関する検証が加速された。

実用化に近づいてきたことも踏まえ、自動車メーカーから、CFRPの疲労データベース構築、および、劣化モニタリング法の確立、の要請がある。本要請に応えるべく、疲労強度データベース構築、および、高温環境下、疲労加重下における劣化のモニタリングシステム開発、を検討し、更に得られた結果を信頼性を向上できるCFRPの材料設計にフィードバックする。

70

車体用ハイサイクル樹脂成型品の部材耐久性評価装置の購入

車体の殆どの部材をCFRP化した状態での１次設計による衝突試験のデータより、３次設計を起案し、最終衝突試験を実施した。その結果、目標である１．５倍のエネルギー吸収を達成し、基本計画の目標を達成した。

安全設計技術確立とCFRP車体の実用化を一層加速するために、理論・シミュレーションに加え、車体の殆どの部材をCFRP化した状態での衝突実験を行い、結果を理論に反映させながら検証する。

50

安全設計技術の開発促進のための車体用部材試作型の購入

成果目的金額(百万円)

件名

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（６）中間評価結果への対応

事業原簿 Ⅱ－１０

石油価格が高騰し、自動車業界としてもＣＦＲＰ採用の機運が高まっている。

また、「仮の需要」としては、航空業界からの省エネ＆環境対応に対する強い要望による爆発的な普及が挙げられる。また、波及効果が期待される土木建築用途や再生可能エネルギー用途（風力発電）の風車ブレードなども想定される。

開発資金を回収しながら技術を磨き、本格的普及に備える「仮の需要」が必要と思われる。

3

高速度カメラを新規購入し、ＣＦＲＰの破壊モード（逐次圧縮破壊）の詳細観察を実施した。その結果から、逐次圧縮破壊を再現するために層間剥離を考慮した解析モデルを作成し、解析精度５％を達成した。

さらに、加速財源を投入し試作したＣＦＲＰ車体の衝突実験を行い、解析モデルの妥当性を確認した。

安全設計技術の解析精度の向上に努力して欲しい。

2

解体性接着剤の開発には、兵庫県立大学を再委託先に加えて検討を加速した。その結果、解体性接着剤について遅れを挽回して最終目標を達成した。

リサイクル技術の解体性接着技術剤の開発が、遅れているのではないか？

1

対応指摘

「概ね現行通り実施して良い。」との評価。下記は、主な指摘事項に対する対応。

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公開

研究開発の成果について１．プロジェクトの背景と目標

２．ＣＦＲＰの現状と課題

３．開発目標と達成度

４．検討内容

４－１．ハイサイクル一体成形技術

４－２．異種材料との接合技術の開発

４－３．安全設計技術の開発

４－４．リサイクル技術の開発

５．成果の発表

実用化、事業化の見通しについて６．事業化までのシナリオ

７．波及効果

内容

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公開

1995 2000 20051990 2010

ＣＦＲＰ（連続繊維強化）

ＥＵＮＣＡＰ

ＣＡＦＥ規制ＺＥＶ法 ◆ＥＵ規制（２５％燃費改善）ﾘｻｲｸﾙ法環境・安全環境・安全環境・安全

全車重

1000

500

kg 高張力鋼

ＮＣＡＰ

▲▲ＴＥＣＡＢＳ（欧）ＴＥＣＡＢＳ（欧）

◆国内規制（燃費２３％改善）

2015

▲▲ＡＬ合金開発（日）ＡＬ合金開発（日）

▲▲本事業

トランクリッド

サイドシルプラットフォーム

ドアパネル

フード

ルーフ

フロントサイドメンバ

280kg（70%）

構造部材

パネル部材

120kg（30%）

1.5t車

1.01.5安全(ｴﾈﾙｷﾞｰ吸収）

1.0（400kg）

0.5（200kg）

軽量（車体重量）

ｽﾁｰﾙ目標

１．プロジェクトの背景と目標

ＡＬ合金／ＧＦＲＰ（短繊維強化）

概要（公開資料）事業原簿 Ⅰ－ 9

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公開

0

100

200

300

400

500

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

比剛性 3√E/ρ（√GPa/g/cm3）*

比強度σf/ρ（MPa/g/cm3 )

*曲げ剛性

自動車用冷延鋼板

CFRP（連続繊維）

CFRP（短繊維）

Mg合金

アルミ合金

チタン合金

鋼材

高張力鋼 GFRP


■自動車材料の比強度と比剛性


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公開２．ＣＦＲＰの現状と課題■世界炭素繊維市場の変遷と予測

概要（公開資料）

0

20

40

60

80

100

120

140

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

ゴルフシャフト・釣り竿の開発

ボーイング７５７

＆

７６７

二次構造材

テニスラケット

＆

ゴルフシャフトブーム

エアバスＡ３２０

一次構造材

ボーイング７７７

一次構造材

産業用途本格化

世界的な航空機不況

通信衛星用途拡大

産業用途

航空宇宙用途

スポーツ用途

本格拡大期（2004－2011)

拡大期（1994－2003)

飛躍的拡大期（2012- )

成長期（1984－1993)

導入期（1971－1983)

米国同時多発テロ

エアバスＡ３８０

一次構造材

航空機不況

ボーイング７８７プロジェクト

コストダウン

大型構造材

産業用途本格化

圧力容器

産業機械、船舶

土木建築、補修補強

加工法多様化

リサイクル対応

品種増大

成形加工技術の進歩

高品質備考

航空用途急拡大・自動車本格化

航空大型ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ

風力発電

自動車関連、海底油田

用途拡大

テニスラケット

ゴルフシャフト

航空機一次構造材

限定分野

釣竿

航空機二次構造材

用途

自動車用途本格拡大

ボーイング７３７

二次構造材

千トン／年

人工衛星

事業原簿 Ⅰ－ 5

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公開

F14F15

S76

Learfan2000

Avtek 400

Voyager

V22

LHKStership

F16F18

AV8B

757

767 A310

X29

ATR42A300

EAPRafal

JAS39

ATF

Rafal D

A320

ATR72

A340 777

19951970 1975 1980 1985 1990 2000

100

80

60

40

20

0

機体重量に占める複合材料の割合（％）

初飛行年

回転翼機ビジネスジェット

小型機

大型機

2005 2010

A340-600

A380

787


■航空機への複合材料の適用


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公開

カーボンフード（ＣＦＲＰ製エンジンフード）カーボンフード

（ＣＦＲＰ製エンジンフード）

スチール品比６０％軽量アルミ品比３０％軽量

→ 燃料消費率向上→ 車両バランス向上（ハンドリング性）


■ ＣＦＲＰ製フード（ボンネット）


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公開

対スチール品比５０％軽量→ 低振動化、静粛性向上、衝突時の安全性向上

２．ＣＦＲＰの現状と課題■ ＣＦＲＰ製プロペラシャフト


日産フェアレディＺ全車標準（2002/08-）

マツダRX-8 MT車標準（2003/04-）

※マツダ資料※日産資料

三菱パジェロ全車標準（1999/06-）

※三菱自動車資料


ＣＦＲＰ製プロペラシャフト


※Aston Martin資料

Aston Martin Vanquish他（2005/01-）


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公開２．ＣＦＲＰの現状と課題概要（公開資料）

0

100

200

400

500

CFRP消費量[t] （CFRP重量×生涯生産台数）

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

300

2012 2014

Porsche Carrera GT

McLaren F1

Ferrari Enzo

Viper SRT-10

欧州米国日本

Vanquish

普及車

ハイサイクルＲＴＭ成形プレス成形、射出成形

EvolutionⅨ

Chevrolet Corvette Z06

Mercedes Benz SLR

日産 GT-R

三菱 LancerEvolutionⅧ

2016

ｽｰﾊﾟｰｶｰ・超高級車

プリプレグ成形従来ＲＴＭ成形

高級車

ハイサイクルＲＴＭ成形

日産 GT-R

■ ＣＦＲＰ製自動車部材の開発状況


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公開２．ＣＦＲＰの現状と課題概要（公開資料）

成形品サイズ１０cm １ｍ１０ｍ１００ｍ

２１０

３１０

４１０

５１０

６１０

１０

（10日）

（25時間）

（150分）

大型箱形構造体（ﾄﾗｯｸ、ﾘｰﾌｧｰ

ﾊｳｼﾞﾝｸﾞ）建築部材（屋根材、ﾄﾗｽ）

非構造部材情報機器（ｶﾊﾞｰ）

秒

射出成形

ＳＭＣ

ＦＷ

プリプレグハンドレイアップ

■ ＣＦＲＰ成形法のサイクルタイムと成形品サイズの関係

成形サイクル１０分（３００００台／年・型）箱形構造体

（ﾎｰﾑｴﾚﾍﾞｰﾀ）

自動車用部品（車体､ﾌﾟﾛﾍﾟﾗｼｬﾌﾄ）

新規成形法

ＲＴＭ

（世界最速レベル）


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公開

検査費

成形加工費

材料費

償却費その他

検査費

成形加工費

材料費償却費

その他

金属製とほぼ同等

１０分サイクル成形法現状（ＲＴＭ）

対象：フード（約２㎡）

■ １０分サイクル成形（ハイサイクル一体成形）によるコストダウン


２．ＣＦＲＰの現状と課題事業原簿 Ⅰ－ 8

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公開

■ 本プロジェクトの研究開発テーマ

３．研究開発の内容、目標と達成状況概要（公開資料）

①ハイサイクル一体成形技術

②異種材料との接合技術

③安全設計技術 ④リサイクル技術

原料／素材加工組立運用廃棄

リユースリサイクル

実用化を見据えて、研究開発テーマを厳選抽出


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公開３．研究開発の内容、目標と達成状況概要（公開資料）事業原簿 Ⅲ－ 3

最終目標成果達成度今後の課題

①超高速硬化型成形樹脂の開発

ガラス転移温度100℃以上で、流動可能時間3分（粘度300センチポイズ以下）、樹脂硬化時間5分、脱型時間1分以内に

流動可能時間3分、樹脂硬化時間5分、脱型時間1分以内を達成し、かつ、ガラス転移温度140℃以上の耐熱性ハイサイクル成形樹脂HR01を開発した。

◎長期信頼性の評価材料ばらつき使用環境の影響

②立体成形賦形技術の開発

プラットフォーム成形において基材配置時間を1分以内にする。

多軸ステッチ基材製造装置を導入し、ハイサイクル成形用基材を創出した。プラットフォームを構成するフロントフロアについて、移載装置によりプリフォームの配置時間1分を達成した。

○ 多軸基材での賦形技術

③高速樹脂含浸成形技術の開発

プラットフォーム成形において樹脂含浸時間を2.5分以内にする。

多点注入方式による高速樹脂注入技術を開発し、フロントフロア成形において樹脂含浸時間2.5分を達成した。

○成形品のばらつき多軸基材の含浸成形技術

2)

異種材料との接合技術の開発

①

スチール、アルミ等／複合材料接着技術の開発

スチール、アルミ等と同等以上の接合技術を開発する（自動車環境下-40～80℃の温度範囲内で引張剪断試験法による接着強度が20MPa以上）。

スチール、アルミ等と同等以上の接合技術を開発した。

○接着・接合面の信頼性の構築信頼性評価技術

①樹脂の動的解析技術の開発

衝撃破壊のシミュレーション化（スチール比50％軽量、耐衝撃性能1.5倍）、破壊挙動を5％以内で予測可能な計算手法を確立する。

衝撃を受けるCFRP製エネルギー吸収部材の破壊挙動を精度５％以内で予測可能な計算方法を確立した。

○ 動的破壊の実験精度向上

②

スチール、アルミ等／複合材料ハイブリッド構造体の設計・解析技術の開発

ハイブリッド構造に特異な材料挙動（複合材料の脆性と金属材料の塑性を併せ持つ）を再現できる3次元解析手法を確立し、モデル設計（スチール比50％軽量、耐衝撃性能1.5倍）を行う。

ハイブリット構造部材の設計、解析手法を確立した。CFRP製センターピラーにてスチール比70％軽量、耐衝撃性能2.3倍を確認した。

◎ 長期耐久性の確認

③エネルギー吸収技術の開発

スチール比50％軽量、エネルギー吸収量1.5倍（前面衝突・オフセット衝突）を達成する。

スチール比５１％軽量のプラットフォームを設計した。またエネルギー吸収量については前面衝突実験にて１．８９倍を実証、オフセット衝突解析にて１．５８倍を確認した。

◎ロバスト性デバイスの軽量化エネルギー吸収部材の形状

①．1スチール、アルミ等／樹脂の分離技術

選択的な温度で金属部と複合材との分離を5分以内とする。

発泡剤として膨張黒鉛を使用した解体性接着剤を開発し、ＣＦＲＰ／金属において5分以内での分離を実証した。

○車体分離技術解体温度のバリエーション

①．2 再加工技術3回以上リサイクル可能な樹脂製自動車部品を試作完了する。

射出成形によるリサイクルＣＦＲＰを作製し、リサイクルＣＦＲＰの材料物性データを取得した。リサイクルＣＦＲＰが適用可能な自動車部材を選定、作製し、部品形状での３回リサイクルを実証した。

○性能ばらつき低減のための粉砕技術長残存繊維化による物性向上

目標通り達成： ○目標超過達成： ◎

4)

リサイクル技術の開発

検討項目

1)

ハイサイクル一体成形技術

3)安全設計技術の開発

p.29/56

公開










２．異種材料との接合技術２．異種材料との接合技術①金属／ＣＦＲＰの接着技術

４．リサイクル技術４．リサイクル技術①．１金属／CFRP分離技術

①．２再加工性技術

大量生産

超軽量・安全設計のＣＦＲＰ車体

４－１．成形技術概要（公開資料）

p.30/56

公開

バギング

基材配置２５

樹脂含浸樹脂硬化

３５９０１０

５3 11

ＲＴＭ

ﾊｲｻｲｸﾙ一体成形法１０分以下

合計

脱型

１６０分合計

（単位：分）

＜ﾊｲｻｲｸﾙ一体成形プロセスイメージ＞

成形品

上型

三次元一体賦形基材下型

基材配置樹脂含浸・硬化脱型

樹脂調合

加圧注入

①超高速硬化型成形樹脂②立体成形賦形技術


４－１．成形技術

課題


■ ハイサイクル一体成形技術の開発

事業原簿 Ⅲ－ 5

p.31/56

公開

（１）流動可能時間＝３分３分（粘度３００cps以下、硬化度１０％以下）（２）脱型可能時間＝５分５分（硬化度９０％以上）

目標

時間

硬化度（樹脂粘度）

樹脂流動可能領域

脱型可能領域

９０（分）０

高い

低い

目標（新規硬化系）

従来ｴﾎﾟｷｼ樹脂

（ｱﾐﾝ系硬化）

成形条件：等温

５３３５



４－１．成形技術事業原簿 Ⅲ－ 5

p.32/56

公開




脱型可能領域

従来樹脂（アミン硬化）［100℃］

流動可能領域

0 5 10 15 時間 (分)0

10

20

30

40

5060

70

80

90

100

硬化度(%)

従来樹脂（アミン硬化）［100℃］

耐熱ﾊｲｻｲｸﾙ樹脂［110℃］耐熱ﾊｲｻｲｸﾙ樹脂［110℃］

ﾊｲｻｲｸﾙ樹脂［105℃］ﾊｲｻｲｸﾙ樹脂［ ℃］

4.7

3.0

注入105℃

ﾊｲｻｲｸﾙ樹脂 HS3

5.0

3.4

注入110℃注入100℃

18.9≦5脱型可能時間(分)

2.8≧3流動可能時間(分)

耐熱ﾊｲｻｲｸﾙ樹脂 HR01従来樹脂目標

ハイサイクル樹脂、耐熱ハイサイクル樹脂ともに目標達成

事業原簿 Ⅲ－ 10

p.33/56

公開



①超高速硬化型成形樹脂②立体成形賦形技術③高速樹脂含浸成形技術

基材準備賦形

賦形型

基材

基材固定

プリフォーム基材

運搬

・基材の選定

・賦形プロセスの安定化

・プリフォーム固定方法

成形品

上型


基材配置　　樹脂含浸・硬化脱型

樹脂調合

加圧注入

イジェクタピン成形品

上型


基材配置　　樹脂含浸・硬化　　樹脂含浸・硬化脱型

樹脂調合

加圧注入

樹脂調合

加圧注入

イジェクタピン

外段取りによるプリフォームの自動化課題

４－１．成形技術事業原簿 Ⅲ－5

p.34/56

公開

◆立体賦形プロセスの自動化



成形品形状

従来法

型紙作成型紙通りにカット

カットパターン最適化自動裁断

ハイサイクル一体成形対応自動立体賦形プロセス

賦形シミュレーションソフトの活用

３次元モデルから

２次元展開図を作成自動賦形

賦形（手動）

・作業者によってバラツキが大きく、自動化（ハイサイクル成形）への対応が困難

・シミュレーションでカットパターンを最適化し、短時間で安定したプリフォームを作成

→プリフォーム自動化に適する


p.35/56

公開


４－１．成形技術■ フロントフロアプリフォーム作製

＜０－９０°＞＜±４５°＞

賦形シミュレーションによりカットパターン作成

フロントフロアプリフォーム自動賦形を想定したカットパターン

・多少の歪みを許容し切り込みを最小限に押さえる・カットパターンの分断は避ける・切り込みは重ならないようにする

AFM for CATIA V5 Advanced Fiber Modeler使用

事業原簿 Ⅲ－23

p.36/56

公開

従来ＲＴＭ成形法 ◆基材の面方向に樹脂を含浸させる

・樹脂の流動距離が長く、（基材の面方向長さ）

流動抵抗が大きいため、樹脂含浸に時間がかかる・注入口から離れた場所に未含浸ができやすい

◆基材の厚み方向に樹脂を含浸させる。

・樹脂の流動距離が短く、（基材厚み）

流動抵抗が小さいため、短時間で含浸できる・成形品の形状、寸法によらず一定時間で注入できる・未含浸のない高品質な成形品が得られる

高速樹脂注入法（多孔板樹脂溜まり方式）




樹脂含浸所要時間：３５分

目標樹脂含浸時間：２．５分

樹脂注入

プリフォーム

35 min

樹脂注入

プリフォーム

ポート

中間板

樹脂流動溝

p.37/56

公開



多点注入方式による含浸シミュレーション

外形：700mm×350mm（1/4モデル）ポート数：19 ポート径φ5mmポート間隔：100～120mm含浸完了時間44秒

＜成形条件＞基材：CO6343 8ply 0-90積層

350×700mm樹脂：ハイサイクル樹脂注入圧：0.2MPa

含浸シミュレーション通り全体に樹脂が含浸

中間板材質：テフロン（PTFE）注入ポート：19個 φ5mmポート間隔：100～120mm

多点注入による平板成形実験

＜解析条件＞含浸係数：1.0×10-11m2

ポート径：φ5mm注入圧：0.2MPa樹脂粘度：10mmPa･s

一点からの樹脂含浸

ポートからの距離

含浸時間

150s

ポート間距離を決定

130mm

■多点注入方法の検証

p.38/56

公開



■多点注入方式によるフロントフロア成形方法

＜モデル仕様＞

・形状：1.7m長×1.45m幅×0.4m高

1.7m1.45m

多点注入方式

従来ＲＴＭ法

車体・前部フロア構造


樹脂注入時間２．５分（150sｅｃ）

樹脂注入時間１３３分（大幅に含浸性に劣る）

樹脂流れ

p.39/56

公開



フロントフロアのハイサイクル成形を実証（樹脂注入時間３分以内（150ｓｅｃ）硬化時間５分）

＜成形条件＞

・ﾌﾟﾘﾌｫｰﾑ：トレカT700S

・成形品重量：14.96kg

・樹脂注入：2.5min

・硬化時間：5min

ドアインナーパネル成形品

（Ｈ１７年度）

1.45m

1.7m

1.1m

■ フロントフロア成形結果


「大型・複雑形状のCFRP（連続／エポキシ）」を１０分以内に成形した事例は報告例が見当たらず、世界に例のない最高水準の成果といえる。

p.40/56

公開













大量生産


４－２．接合技術概要（公開資料）

p.41/56

公開

代表部位検討項目

共通ＣＦＲＰ部品同士の接合

Ａシート取付け部

Ｂドア取付け部

【構造用接着剤の開発】接着強度の検証

【接合部設計】接合強度の検証強度解析技術の開発

Ｄメンバー取付け部【コキュア接着技術開発】接着強度の検証

Ｃサスペンション取付け部

従来の車体（金属）とＣＦＲＰ部品の接合

コア

エネルギー吸収部材ＣＦクロス

コキュア

フロントサイドメンバ前部

メンバー取付け部Ｃサスペンション取付け部Ａシート取り付け部

■ 異種材料との接合技術

課題：接合部の設計、解析（シートアンカー部など）解体性接着剤の適用、耐久性評価、データベース構築


４－２．接合技術

ＡＢＣＢ

Ｃ

Ｄ

ＣＦＲＰ

フィッティング金具

接着剤

ＣＦＲＰコア

コア

ボルト（金属）サスペンションメンバ


共同実施先：東工大

p.42/56

公開

■ 構造用接着剤の開発

引張りせん断強度


４－２．接合技術

ＣＦ：ＣＦＲＰＡＬ：アルミニウム＊１吸水：室温／８０℃（２０００ｈ）＊２スチール前処理としてメッキ層を剥離した。（メッキ層がある場合はメッキ層での界面剥離）

◎：２０ＭＰａ～、○：５．５～２０ＭＰａ、×：５．５ＭＰａ未満

基本強度

室温－４０℃ ８０℃

環境負荷（１０００ｈ）接着剤名称

エポキシ系B

８０℃ １２０℃

○

○

１００℃ 吸水＊１疲労強度

◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○／○ ○／◎

◎ ○○

○ ◎ ◎ ◎ ○／○ ◎／○○◎

○ ○ ○ ○ ○／○ ◎○◎

◎ ◎ ◎ ◎ ○○／○◎ ◎

○ ○ ○ ○／○ ○

◎ ◎ ◎ ◎◎ ◎○ ○／×

クリープ衝撃強度

エポキシ系A

ＣＦ／ＣＦ

ＣＦ／ＳＴＥＥＬ

ＣＦ／ＡＬ

◎ ×◎

◎

◎

×

×

○

ＣＦ／ＣＦ


ＣＦ／ＡＬ

ＣＦ／ＣＦ


ＣＦ／ＡＬ

ＣＦ／ＣＦ


ＣＦ／ＡＬ

アクリル系A

アクリル系B

◎

◎＊2 ◎＊2 ◎＊2

◎

◎

１５ｍ／ｓ１０年後予測値

○

室温／８０℃



p.43/56

公開

目標値以上の強度

シートアンカー取付部強度試験

１１

１９

２１

目標値ＣＦＲＰ

１４２５ﾟ方向（ａ点）

１９面水平（せん断）

３７面垂直（引き抜き）

破壊荷重（ｋＮ）負荷方向

ＣＦＲＰ試験体

設計点２５ﾟ

引き抜き９０ﾟ

せん断０ﾟ


シートアンカー：乗員保護において重要である取付け部

■ 接合部設計

＜フルラップ衝突＞試験速度：55km/h

ａ

ｂｃｄｅ

衝突時にシートにかかる荷

重を考慮し、各取付け点で必

要となる強度を算出し、シート

アンカー接合部を設計。

スチール製部品の検証を併

せて行い、目標値とした。

４－２．接合技術事業原簿 Ⅲ－60


p.44/56

公開













大量生産



４－３．安全技術

p.45/56

公開

①ＣＦＲＰの動的解析技術②金属／ＣＦＲＰハイブリッド構造体の設計・解析技術③エネルギー吸収技術

ドアガードビームフロントサイドメンバ

側面衝突前面衝突

■ 自動車の衝突試験

各衝突試験に対応する構造

フルラップ衝突

オフセット衝突

側面衝突

前面衝突

課題：


４－３．安全技術事業原簿 Ⅲ－88

再委託先：日大

再委託先：京工繊大

p.46/56

公開



CFRPの逐次圧壊を再現するために層間剥離を考慮した解析モデルを作成

Rib part :3.9mm

2.5mm

2.5mm

Stacking sequence: 0 ply

[0/90]6S

Rib part :3.9mm

2.5mm

2.5mm


Rib part :3.9mm

2.5mm

2.5mm


[0/90]6S

層間はく離を考慮した解析モデル

12.1kJ12.8kJエネルギー量

140.0mm138.1mm変位量

174kN172.8kN最高荷重

解析実験

表：実験と解析の比較

図荷重－変位線図

0 50 100 1500

50

100

150

200

250

Load [kN]

Displacement [mm]

1 shell model(Model 3)実験

2 shell model

解析

■ クラッシュボックスの動的解析

クラッシュボックス単品で解析精度５％以内を確認した




p.47/56

公開



センターピラー断面図

■ センターピラーでのエネルギー吸収量確認

アルミ/CFRPのハイブリット構造によりスチール比で（１）２．３倍のエネルギー吸収量（２）重量－７０％減、を達成

アウター

スチール製

アウター（CFRP）reinforce

インナー CFRP(unidirectional material)

インナー（CFRP）

AL

ウレタンフォーム

CFRP製

破壊形態

Displacement(mm）

Load

(to

ns)

１．０倍荷重－変位線図

エネルギー吸収量

スチール製 CFRP製

荷重負荷

破壊形態

Displacement(mm）

Load

(to

ns)

２．３倍荷重－変位線図

エネルギー吸収量

荷重負荷

重量11.6kg 重量3.5kg

CFRP スチールスチール



p.48/56

公開

エネルギー吸収部材

スチール比 1.89倍（解析誤差２％）

吸収エネルギー（kＪ）

変位（mm）

スチール車体

1.00倍ＣＦＲＰ車体

1.89倍（実測）解析



■ＣＦＲＰ車体の台車衝突実験

基準値（スチール）

最終目標値

330mm時累積

エネルギー量

CFRP実験値

1.89倍

1.5倍

CFRP解析値

1.83倍

実験との乖離-2％



p.49/56

公開













大量生産



４－４．リサイクル技術

p.50/56

公開


課題：

①.１金属/樹脂の分離技術の開発（解体性接着剤）

②.２再加工性技術の開発（再利用技術の高度化）

解体性接着剤

10分以内（成形サイクル相当）

■ リサイクルフロー（回収以降の構想）

分離・解体粉砕再生

５分／パーツ５分／パーツ自動車樹脂部材用途など

最終目標：金属と樹脂（CFRP）を５分以内で分離する。３回以上リサイクル可能なCFRP製自動車部品試作する。

４－４．リサイクル技術事業原簿 Ⅲ－132

再委託先：東工大

再委託先：兵庫県大

再委託先：東大

p.51/56

公開

実接合部材を５分以内で解体実証した

■ 解体性接着剤の開発

実寸大供試体（300mm×300mm）

加熱後の様子（膨張剤により接着機能を喪失）

加熱分離

冷却後に解体（金具とCFRPとが分離）



目標：（１）車体の使用環境（８０℃）で強度保持（２）接着剤の塗装工程を鑑み、１５０℃以上での分離・解体

80℃ 150℃

接着剤の弾性率・強度膨張剤の膨張力

接着剤の解体メカニズム再委託先：兵庫県大

再委託先：東工大

p.52/56

公開



ＣＦＲＰ破砕片

射出成形

コンパウンド

熱可塑性樹脂

ペレットペレット

■ ＣＦＲＰ粉砕片 → 射出成形再委託先：東大

p.53/56

公開


４－４．リサイクル技術

0

1

2

3

4

5

6

7

8

F L F T 1stL 1stT 2ndL 2ndT 3rdL 3rdT 4thL 4thT

Flexural modulus (GPa)

0

1

2

3

4

5

6

7

8


Flexural modulus (GPa)

0

1

2

3


Flexural failure strain(%)

0

1

2

3


Flexural failure strain(%)

バージン１回目２回目３回目４回目バージン１回目２回目３回目４回目

0102030405060708090

100


Flexural strength (MPa)

0102030405060708090

100


Flexural strength (MPa)

0

5

10

15

20

25

30


Izodimpact energy

absorption (kJ/m2)

0

5

10

15

20

25

30


Izodimpact energy

absorption (kJ/m2)

バージン１回目２回目３回目４回目バージン１回目２回目３回目４回目

破砕しただけのCFRP射出材で３回リサイクル後も目標物性に達することを確認

長手方向

垂直方向

長手方向

垂直方向

長手方向

垂直方向

長手方向

垂直方向

■ ﾘｻｲｸﾙ回数の及ぼす影響（粉砕CFRP片/ﾎﾟﾘﾌﾟﾛﾋﾟﾚﾝ）再委託先：東大


p.54/56

公開５．成果の発表概要（公開資料）

72件18件19件14件20件1件0件新聞・雑誌等への掲載

2件0件1件0件0件0件1件展示会への出展

6件（1件）3件1件2件0件0件受賞実績

24件（4件）9件8件2件5件0件特許出願

28件0件7件16件2件3件0件うち査読付き論文

160件11件37件43件39件18件12件研究発表・講演

計H20※H19H18H17H16H15

※ ：平成２０年度１０月２７日現在（括弧）：平成２０年度内の実施予定案件

事業原簿 Ⅴ－ 1

p.55/56

公開

事業化（炭素繊維協会）

▲

モデル車体設計

20072006200520042003

ﾘｻｲｸﾙ

安全設計

異種材料との接合

ﾊｲｻｲｸﾙ一体成形

2008 ～ 2012 ～ 2015近傍

●

▲②立体賦形技術

●

●▲③高速樹脂含浸技術

●：基本技術確立▲：基本原理確認

▲①エネルギー吸収技術

●▲②ＣＦＲＰ動的解析技術

外板の事業化

●

①高速硬化成形樹脂

プラットフォーム試作

▲ ●①－１金属／樹脂の分離技術

実用化検討

実用化検討

▲ ●

①金属／複合材料接着技術

▲ ●

③金属／CFRPﾊﾌﾞﾘｯﾄﾞ構造体の設計・解析技術

▲ ●①－２再加工性技術

事業化検討

外板（ドア）試作

事業化検討

超軽量・安全車体の事業化

事業原簿 (公開)Ⅳ－ 1 (非公開)Ⅳ－ 3

波及効果車輌、トラック、ロボット、建築用パネル等

６．実用化、事業化見通しについて概要（公開資料）

p.56/56

公開７．波及効果概要（公開資料）

2005 2010 2015 2020

輸送機器分野

建築分野

バス

トラック

鉄道車両

軽量耐震パネル

電磁波シールドパネル

材料試験要素試験

試作車の試運用

架装部材への適応検討

エネルギー吸収技術

実車衝突試験

研究開発

エネルギー吸収技術

検証実験部材設計研究開発

試作、要素試験実用化検討

実用化

実用化実用化

実用化

実用化検討

実用化

ハイサイクル大型一体成形技術

ハイサイクル大型一体成形技術

ｴﾈﾙｷﾞ

風車ブレード

他分野

帯電防止カバー、トレイ実用化検討実用化

リサイクル技術

ヒーター

試作、要素試験

検証実験部材設計研究開発実用化ハイサイクル大型一体成形技術

事業原簿 (公開)Ⅳ－ 2 (非公開)Ⅳ－16

省エネルギー技術開発プログラム 「自動車軽量化炭素繊維強化 ... ·...

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省エネルギー技術開発プログラム「自動車軽量化炭素繊維強化 ... ·...