三菱重工技報 Vol.51 No.3 (2014) 機械・設備システム特集

製 品 紹 介81

自動車部品の樹脂化を実現する成形技術
Molding Technology to Realize Resinification of Automobile Parts

三 菱 重 工 プラスチックテクノロジー(株 )営業部

近年，環境保全や持続可能な社会の構築に貢献するため，自動車業界では，ハイブリッド車，EV（電気自動車）などのエコカー開発と並行して，燃費向上のために車体の軽量化技術に対するニーズが大きい。一方,市場競争力向上も同時に達成する必要があるので，軽量化とトレードオ
フとなる低コスト化やデザイン自由度の実現が課題である。
自動車車体は，フロントエンドモジュール，バックドアモジュールなどのモジュールとパノラマルーフなどの外装部品から構成される。車体の軽量化手法として樹脂化が有効であるが，次の要求事項の達成が課題になっていた。
(1) フロントエンドキャリアーやバックドアインナーは，高剛性と強度が要求される。
(2) バックドアアウターや外装部品は，自動車のデザインを左右するので，賦形（素材を変形させて製品を成形する方法）の自由度と塗装欠陥を生じない表面形状や曲げ剛性が要求される。
(3) パノラマルーフなどの大投影面積の外板は，通常の射出成形法では過大な型締力が必要となるので，低型締力で成形できる射出圧縮性成形法を用いる。この際，金型内樹脂圧力が偏圧となり，金型の合わせ面が平行にならず，肉厚部の寸法精度が出ないなどの問題点がある。そこで，金型の合わせ面を平行に維持して射出圧縮する成形方法が要求される。
以上の課題解決のため，三菱重工プラスチックテクノロジー(株)は，次の３つの技術を開発した。
(1) 高剛性と強度を要する部品の樹脂化として，長繊維強化樹脂 LFT（Long Fiber reinforcedthermoplastics）の長繊維をなるべく折損させずに実効繊維長を確保する LFT 可塑化技術(2) 顔料マスタバッチと剛性を向上し,線膨張率を低減するタルクマスタバッチを分散させ，色むらなどの表面欠陥を防止し，賦形性が良く，ハイサイクル成形が可能な高分散高混練均一溶融技術(3) ２プラタン型締装置のタイバー４軸を独立に位置制御する４軸平行射出圧縮成形
本稿では，これら技術の特長と適用事例を紹介する。

|1. 可塑化技術（専用スクリュ）
図１に自動車部品の樹脂化を実現する成形技術を示す。

1.1 長繊維強化樹脂（LFT）可塑化技術
通常スクリュでは，繊維が可塑化中に切断されて LFT の繊維長が短くなる。繊維切断が起こりにくい低圧縮比スクリュだと，繊維の開繊（繊維をほぐす）と分散が不十分となるという二律背反現象となる。当社では，実験を積み重ねてスクリュリードも含めたスクリュデザインを工夫し，実効繊維長の確保（繊維切断抑制）と開繊，分散性を両立する長繊維専用スクリュを開発した（成形方法特許取得）。

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図１(a)に示すように専用スクリュデザイン，耐摩耗スクリュシリンダ，広流路チェックリング，大径ノズルなどから構成される。

図１ 自動車部品の樹脂化を実現する成形技術

1.2 高分散高混練均一樹脂溶融技術＜MF-UB スクリュ＞
当社が他社に先駆けて適用しているダブルフライト（ロングバリヤ）タイプの＜UB スクリュ＞は，ダムクリアランステーパ（当社特許）の“クローズドダム”によりブレークアップを防止して未溶融樹脂を通過させないので，未溶融樹脂による表面欠陥がでないとご好評を頂いている。
最近，樹脂材料費低減の為に成形品のうち製品とならない部分（スプルやランナ）の再生材や顔料・タルクなどのフィラーを高濃度に配合したマスターペレット（マスタバッチ）を混練して可塑化する“高分散”のニーズが増えている。このため，ミキシングノズルが用いられるが，射出時の圧力損失が非常に大きく，消費電力増加と色替え困難という問題点がある。そこで，図１(b)に示すように＜UB スクリュ＞の先端に高分散マルチフィン型ミキシングを装着した＜MF-UB スクリュ＞をカタログオプションとして用意している。マルチフィン型ミキシングは，溶融樹脂の分散過程を解析により把握して，導出した形状を可視化実験で比較評価することで，フィン形状を最適に配置し層流流体の攪拌効果向上を実現したものである。分散性能向上によりミキシングノズルは不要となり，射出圧力低減による省エネだけでなく，色替えロス低減や材料費低減にも効果を発揮する。

|2. ４軸平行射出圧縮成形
投影面積の大きい平板状の成形品を低型締力で成形する射出圧縮成形において，ウェルドラインを生じないように，成形品の横から樹脂を射出するサイドゲートが用いられるが，サイドゲートの射出圧縮の場合，可動盤に偏荷重が掛かって，金型が傾き，成形品肉厚が不均一になるという問題点があった。
図１(c)に示すように，金型の合わせ面の４隅に金型位置センサ４点を設置し，金型位置を直接検知し，金型自体が平行に締まるようにタイバー４軸を高応答油圧サーボバルブによる位置フィードバック補償と当社独自のフィードフォワード補償により制御する。
その結果，40 インチ拡散板成形で，肉厚偏差が，製品内最大 0.04mm，成形ショット間変動最大 0.02mm と成形品肉厚を均一化し，光学歪を低減できた。

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図中のグラフで示すように４軸平行射出圧縮成形時の金型位置センサの４点の波形が重なり，サイドゲートの射出圧縮においても，常に金型の合わせ面を平行保持し，金型間平行圧縮を実現していることがわかる。

|3. 自動車部品の樹脂化事例
図２に自動車部品の樹脂化事例と樹脂化を実現した対応技術を示す。

図２ 自動車部品の樹脂化事例と対応成形技術

3.1 自動車モジュールの適用事例
自動車は，フロントエンドモジュール，バックドアモジュールなど，モジュール化が進んでいる。
そのモジュールにおいて，フロントエンドキャリアーやドアモジュール部品およびバックドアインナ
ーには軽量化だけでなく高い剛性と強度が求められる。PP-LGF（ガラスファイバを含むポリプロピレン）や PP-LCF（炭素繊維を含むポリプロピレン）といった LFT が使用されているが，製品仕様を満足させるためには長い繊維を残存させることが不可欠であり，このために長繊維専用スクリュが採用されている。
また，バックドアアウターやバンパーやフェンダーなどの外板は，自動車のデザインを左右する要素を多分に持っており，高品質な外観や賦形の自由度が求められ，樹脂材料費低減から，顔料やタルクなどのフィラーを高分散高混練する MF-UB スクリュが用いられる。射出成形機は，型締力が 1 600tonf～3500tonf，スクリュ径はφ120～φ200mm であり，基本的には通常仕様の射出成形機に樹脂用途に対応した専用スクリュを追加装備したものとなっている。

3.2 パノラマルーフでの適用事例
大型天窓（パノラマルーフ）は，透明材の PC（ポリカーボネート）を４軸平行射出圧縮成形後，窓枠部分に黒色の PC アロイを二材成形する。面積 1.5 ㎡で，ガラス製ルーフの質量 20kg のほぼ半減まで軽量化を実現した。
以上のように自動車部品の樹脂化を実現する成形技術を紹介した。低コストでデザイン自由度の高い樹脂部品が，今後もますます増加すると考えられる。今後とも，自動車部品の樹脂化を推進する成形技術開発を行い，当社に対するお客様の期待に応えていきたいと考えている。