地球温暖化と化石燃料資源の枯渇が進む中、グリーンエネルギーと持続可能な開発の推進は世界的なコンセンサスとなっています。近代産業文明の産物である自動車産業は、エネルギー節約と排出量削減というかつてないプレッシャーに直面しており、車両の軽量化はこれらの課題に対処するための重要なアプローチとなっています。様々な軽量素材の中でも、 炭素繊維複合材 s 優れた比強度、比弾性率、設計柔軟性を特徴としており、自動車業界で広く採用されています。

自動車における炭素繊維複合材料の応用

1. 車体構造部品
まず、 外装パネル 、 炭素繊維複合材 などの部品に広く使用されています ドア そして エンジンフード これらの部品は、優れた機械的性能だけでなく、空力特性や振動騒音特性など、複数の機能要件を満たす必要があります。最適な炭素繊維積層構造を設計し、高性能樹脂マトリックスを選択することにより、部品の軽量化を図りながら、剛性、強度、耐衝撃性を大幅に向上させ、より洗練されたデザイン美観を実現できます。

の分野では 車体フレーム構造部品 炭素繊維複合材は、その優れた比強度と比弾性率により、従来の金属材料の代替として期待されています。高度な成形・接合プロセスにより、車体フレームの一体型製造が可能になり、接合部数を大幅に削減し、構造の一体化と軽量化の両方を実現します。例えば、ある自動車では、フルカーボン繊維複合材のキャビンを採用し、モジュール設計とプロセスの最適化により、最大 重量62%削減 衝突安全性能を30％以上向上させました。

2. シャーシシステム
で サスペンションシステム 炭素繊維複合材は、スプリング、ショックアブソーバー、コントロールアームなどの主要部品に最適な材料です。ショックアブソーバーを例に挙げると、炭素繊維複合材で作られたショックアブソーバーは軽量であるだけでなく、 2～3回 疲労耐性が向上し、より応答性と快適性に優れたサスペンションダイナミクスを実現します。カーボンファイバー複合ショックアブソーバーを使用することで、サスペンションシステムの重量を軽減できます。 15%～25% 衝撃や振動を軽減しながら 10%～15% 乗り心地を効果的に向上させます。

3. パワートレインシステム
炭素繊維複合材製のエンジンカバーは、まずプリプレグまたはドライファイバーを金型に敷き詰め、高温高圧で硬化させることで、エンジンルームの形状にぴったりとフィットする軽量カバーを形成します。アルミニウム合金などの従来の素材と比較して、炭素繊維複合材エンジンカバーは30～40%の軽量化と20～30%の剛性向上を実現し、振動や騒音を効果的に低減するとともに、エンジンルームのNVH（騒音、振動、ハーシュネス）性能を向上させます。

自動車の軽量化において、成形プロセスの選択と最適化は、効率的な製造と高性能部品の実現の鍵となります。一般的なプロセスには、圧縮成形、フィラメントワインディング、プルトルージョン成形などがあります。圧縮成形は、金型と圧力を用いてプリプレグまたは乾燥繊維を樹脂マトリックスと結合させ、複雑な形状と優れた特性を持つ複合部品を製造します。このプロセスは大量生産に適しており、高い効率と寸法精度を実現します。圧縮成形を用いることで、複合部品の生産効率を20～30%向上させ、寸法公差を±0.2 mm以内に抑えることができます。

フィラメントワインディングは、連続繊維束に樹脂を含浸させ、所定の経路に沿ってマンドレルに巻き付けるプロセスです。硬化後、中空複合部品が得られます。このプロセスにより、繊維配向を精密に制御できるため、高強度・高剛性の管状部品や円筒状部品の製造が可能になります。さらに、フィラメントワインディングは材料利用率を大幅に向上させ、廃棄物を削減することで、材料効率を30～40%向上させます。