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未來の環境対応車を支える熱硬化性樹脂製品

世界で求められる自動車への環境対応

地球溫暖化による気候変動は、世界各地で発生する異常気象や海面上昇などさまざまな形で私たちの生活に影響を及ぼしています。要因の一つとされるCO2排出量(図1)の削減は、各國政府?企業が喫緊で取り組むべき共通の課題として、パリ協定やSDGs(持続可能な開発目標)に掲げられました。中でも、主要なCO2排出源とされる自動車の環境対応(図2)には、厳しい目が向けられています。

グローバルにおけるパワートレイン※1別の將來予測としてIEA/ETP2012(図3)の2℃シナリオがあります。2040年には純粋な電気自動車(EV)、燃料電池車(FCEV)および內燃機関を併用したハイブリッド車(HV)、プラグインハイブリッド車(PHV)を含めた電動車両を車全體の8割にしていかないと世界中の気溫を2℃以上上昇させてしまうと予測しています。また、2050年までの保有車CO2排出量(図2)の予測では、自動車によるCO2排出量は95億トン強となり、これはCOP21で目標とされた17億トンを大きく上回ると予想されています。

2020年以降各國が想定する年率5%の排出強化規制では目標をクリアすることはできず、年率8%の強化規制が必要であるとの試算結果もあります。一方この統計資料(図3)においては、電気自動車に関わるインフラやバッテリーの能力向上など課題も多く、2035年時點でガソリン、ディーゼルなど內燃機関車両は現狀とほぼ変わらないとの予測もあります。このように自動車を取り巻くCO2削減対策は待ったなしの狀況にあることを改めて認識しなければなりません。

こうした中、深刻な大気汚染対策が急がれる中國やディーゼルの燃費不正による影響から歐州での電気自動車化の流れが加速してきました。イギリスやフランスが2040年に內燃機関車両の販売終了を宣言し、中國では2019年にNEV規制※2が導入され、米國におけるカリフォルニア州のZEV規制※3など自動車を取り巻く環境は大きく環境対応車に舵を切り始めています。

この先30年、40年を想像するとグローバルを通じて電気自動車、燃料電池車および高効率內燃機関車両などの環境対応車が主流となっていくことでしょう。

住友ベークライトは、多種多様な自動車部品素材の研究開発?生産?販売を擔っており、グローバルな體制をもってこの潮流に応えていきます。

熱硬化性樹脂による車體軽量化と低燃費化

環境対応車に対する自動車メーカーおよび部品メーカーの取り組みとして、直接的、間接的にかかわらずCO2排出量の削減が根底にあります。自動車メーカーは以前から車體重量の削減、エンジンの燃費効率化などに取り組んでいましたが、電気自動車開発や排出ガス規制が進む近年、そのニーズはさらに高まっています。例えば電気自動車の場合、大きなバッテリーを積み込むため従來の內燃機関車両と比較して重量が増えます。しかも走行距離を伸ばすためにはより高出力で長壽命のバッテリーが必要となり、現在の技術では大型のバッテリーを積まざるを得ないのが実情です。このため、全個體電池をはじめとするバッテリーの高性能化の検討が進められていますが、一方で車體の軽量化も必須となっています。

自動車における金屬部品のプラスチック部品への置き換えは1980年代から始まり、2010年頃にはエンジン回りのアンダーボンネット部品、ブレーキ周辺など樹脂化可能な部品についてはひととおりの置き換えが完了しました。特に熱負荷がかかる部品や寸法精度を要求される部品で、當社のフェノール素材が好適に活用されて実績を上げています?,F在進んでいるのは、環境対応車におけるパワートレイン本體に関係する部分、従來は強度や耐熱性の點から金屬でなければならないと考えられてきた部分の金屬代替です。このため當社では、フェノール樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の特長を生かした當社獨自の新たな素材開発および加工技術の開発による未來の自動車のための金屬代替コンセプト“sbDRIVE™”を掲げ、素材から樹脂部品提案に至るまでのさまざまなソリューションを提供しています。

歐州発“sbDRIVE™”コンセプトが自動車社會のCO2削減を推進する

ヴィンコリット社(當社海外法人)

私たちの生産するフェノール材料は、よりクリーンな社會に寄與する自動車の大幅な重量削減をお手伝いします。自動車の軽量化は、內燃機関技術を例にとると、エンジン本體に付屬する大型で機能的な部品を複合化することで実現できます。

住友ベークライトは“sbDRIVE™”というコンセプトを創造しました?!皊bDRIVE™”は、エンジン、電動パワートレインやブレーキシステムといった大型?大重量の自動車部品向けの樹脂ソリューションを提案する、自動車業界における戦略的技術開発を目的としたマーケティングコンセプトです。當社の本業である材料開発に加えsbDRIVE™デモセンターをヴィンコリット社(ベルギー)に設立し、商業化のための生産ソリューションや、試作品、部品の開発に力を入れています。

sbDRIVE™デモセンターでは3kgまでの部品をワンショットで成形できるほか、ロボット機能で完全自動化された製造工程を見ることができます。このsbDRIVE™デモセンターにより、より大きな自動車部品の金屬代替部品でも安定した製造ラインを築き供給できることを、お客さまに一目で理解していただけます。

また、共同開発した製品のプロトタイピング(テスト用試作品制作)も行っており、お客さまとの円滑な連攜?コミュニケーションに役立てています。

近年進んでいるパワートレインの電動化は、“sbDRIVE™”にさらに市場機會をもたらし、電子部品の封止技術の活用でEモーターのハウジングに新しいソリューョンを提供しています。ブレーキシステムにおいても複合ソリューションを開発中です。コンポジットブレーキパッドは、車1臺あたりで1kg以上の重量を削減できます。これらのすべての“sbDRIVE™”活動は、材料知識、プロトタイピングおよび完全に自動化された生産システムの開発を組み合わせて、自動車産業と協力して開発する、という點が共通しています。開発活動の「ブランド」を持つことは、住友ベークライトグループがソリューションプロバイダーとしてのアイデンティティを構築する上で重要なことだと考えています。

世界最大級500トン熱硬化用射出成形機(sbDRIVE™デモセンター)

ヴィンコリット社構想の熱硬化性樹脂製エンジンコンセプト
“TM2コンセプト”

“sbDRIVE™”のコンセプトは、自動車業界における主要自動車メーカーや部品メーカーとともに、技術開発を通じて住友ベークライトの長期的な持続可能な成長を創出するため、數年前より掲げています。重要なのは、これらの技術開発は最終顧客と社會への価値創造を目的としていることです。

私たちはこの取り組みを始めることで、自動車業界において私たちの開発能力を周知し、従來のアプリケーション開発との差別化を図っています。


【共同開発事例】プラスチック製オートバイエンジンの開発

住友ベークライトは、ドイツのフラウンホーファー研究機構と共同でプラスチック製オートバイエンジンを開発しました。

荷重や摩耗、燃料や冷卻液に耐性を持つガラス繊維強化フェノール樹脂のシリンダーハウジングを用いており、BMW社のオートバイ単気筒エンジンへの実裝を想定しています。性能実験の結果、従來のアルミニウム製のエンジンと性能的には遜色ないことを実証しました。また、重量は約20%軽減、騒音や発熱も抑えられ、製造コストも低くなります。

住友ベークライトとフラウンホーファー研究機構は、2017年に自動車部品の樹脂化に関する包括的提攜合意を交わしました。合意に基づき、ヴィンコリット社を含めさまざまな研究開発チームが立ち上がっています。今後、EVを中心に環境配慮に優れた性能を発揮できる素材を開発?実用化していくべく、研究を進めていきます。

BMW二輪車用単気筒エンジン

- 共同開発先企業からのコメント -

Q. フェノール材料をエンジンの素材としてどのように考えていますか?

私たちは、自動車のボンネット下で高溫にさらされる部品にフェノール樹脂のような熱硬化性材料を導入することは、樹脂コンポジット材料の使用を拡大していくためのカギになると考えています。

なぜなら、フェノールコンポジット材料は、自動車のエンジン部品に必要な機械強度、耐熱性および耐薬品特性を満足しうるものであるからです。また、大容量の部品の生産に適し、軽量な合金に比べてコスト競爭力があります。

Q. ヴィンコリット社と協業した理由は?

フラウンホーファーは常に革新的な研究開発活動に伴うパートナーを探求しています。

2012年に、樹脂エンジンブロックを公表するプランを持っていました。當時、自動車業界の人々は実現不可能だと思っていましたが、ヴィンコリット社だけは明確に可能性を示していたため、共同で取り組むことに決めました。

  • フラウンホーファー研究機構
    歐州最大の応用研究機関。ドイツに點在する72の研究所および研究ユニットで、「社會に役立つ実用化のための研究」をテーマに、あらゆる科學技術分野において応用研究を行っている。

Q. パートナーとしてヴィンコリット社についてどう思いますか?

ヴィンコリット社との協業は、私たちが持つコアコンピテンス(競爭優位性)をさらに付加する點で理想的でした。ヴィンコリット社をパートナーとすることは、潛在顧客にアプローチしていく中で材料開発から部品評価までの全體の開発のチェーンを共同でカバーしていくことができ、私たちにとって有益であるとわかりました。

グローバルに構築する研究?開発ネットワークで自動車の環境対応促進に貢獻する

HPP技術開発研究所


世界的な環境対応への取り組みや要求が高まっている背景から、近年、各國あるいは各自動車メーカーでは環境対応車の開発が急速に進んできました。こうした狀況の中、住友ベークライトは日本の研究を中心としたグローバルの各拠點との技術連攜や情報共有により、近未來の環境対応に貢獻する技術開発を行っています。とりわけ電気自動車開発の先頭を走る歐州では、住友ベークライトグループのヴィンコリット社による次世代樹脂エンジンの可能性について、フラウンホーファー研究機構と連攜し実用検証を行い、大幅な軽量化と燃費向上実現のポテンシャルの高さを示すことに加え、靜粛性において優れた効果を発揮することを実証しました。この検証結果は世界中で反響を呼びました。

さらに日本のHPP技術開発研究所にも展開し、日本の自動車メーカーにも軽量化技術、燃費向上技術として提案し非常に強い関心を持っていただいています。次世代樹脂エンジンの技術はエンジンへの適用のみならず、電気自動車に不可欠なEモーターなどの新パワートレイン、インバーターやそのモジュール化の手段としても適用できる可能性があります。樹脂ならではの電気絶縁性を生かした軽量化技術として、私たちの熱硬化性樹脂素材が役立ちます。日本からも世界に向けて蓄積してきた技術の電気自動車への転用を発信し、次世代環境対応車への適用を進めています。私たちはこの先何年か後には、軽量化技術を搭載した環境対応車が世界中で活躍すると信じています。

  • HPP: High Performance Plastic(高機能プラスチック)

従來の自動車部品の開発では、私たち樹脂メーカーはお客さまの要求する性能を持った素材を開発、提供するにとどまるケースがほとんどでした。しかし、最近の軽量化ニーズでは単純な素材の置き換えが困難な部品が多くなってきました。住友ベークライトはフェノール樹脂、成形材料および成形品それぞれに高い技術開発力と実績に裏打ちされたノウハウを持っています。そしてそれらを一気通貫で活用、駆使することにより新たなソリューションを生み出すことが可能です。私たちはお客さまの製品開発の構想段階から參畫させていただくことで、最適なレジンの開発、素材開発はもちろんのこと、樹脂素材を使いこなす形狀提案から加工方法に至るまで、長年培ってきた金屬代替のノウハウと樹脂メーカーならではの視點から新しいソリューションの提案を行い、お客さまと連攜して金屬代替に取り組んでいます。世界各地の研究開発拠點で、それぞれにお客さまや市場の期待に応えながら、これからもグローバルサポート體制を駆使して、自動車産業をはじめ幅広く環境や社會に貢獻する製品づくりに努めます。

電気自動車モーター開発のエンジニアとマーケティングメンバー


未來の環境に対する住友ベークライトの使命

冒頭でも述べましたとおり、電気自動車は電裝部品の増加、バッテリーの搭載により従來の內燃機関車両に比べ車重が増加する傾向にあります。これをオフセットするために、私たちはこれからも金屬代替部品を増やすための提案を行っていきます。これまで樹脂化、軽量化されてきた部品は、手のひらサイズの部品が多く、自動車の中のフェノール樹脂製部品の重量は0.5kg?2kg程度でした。住友ベークライトは、これを20kg?50kgに増やすことを目標に掲げ自動車の軽量化による、CO2の削減や燃費向上に貢獻していきます。

ヨーロッパでは、各分野のコンソーシアムに入ることで私たちだけでは到達できなかった技術を開発できるようになってきました。エンジン、Eモーター、トランスミッション、ブレーキシステム、パワーコントロールユニット、インバーターなど金屬の塊であった部品に樹脂素材を適用する可能性を見出すことができました。住友ベークライトグループは、日本をはじめ歐州、米國、中國の各地域で自動車メーカーや部品メーカーとともに將來の環境を考えた自動車づくりの一翼を擔っていきます。

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