2020年型コルベットC8：複合材エンジニアリングの傑作（パート2）

今年初め、ゼネラルモーターズ（GM、米国ミシガン州デトロイト）の第8世代シボレー「コルベット」スポーツカー（C8）初回ロットが、GMケンタッキー州ボウリンググリーン工場のラインを降りました。「67年歴史で最速・最高出力のエントリーコルベット」と謳われ、同モデル史上最も複合材集約度が高く、初のミッドエンジン配置を採用しています。2020年型「コルベット・スティングレイ」は美しく速いだけでなく、多くのラグジュアリー機能を搭載。しかし、見た目と速さに騙されてはいけません：このクルマには大量の複合材イノベーションが詰まっています。CWのこの車両における複合材使用の2部構成取材は2020年7月号で始まりました。これはパート2です。

ボディ構造：パートB

新型コルベットは2つのトランクを備え、合計12.6立方フィート（0.36立方メートル）の荷室容量を確保。両トランクとも42wt%チョップドガラス繊維/ビニルエステル-不飽和ポリエステル（VE-UP）樹脂で製造されますが、形状と機械的要件の違いから異なるプロセスを採用。フロントトランク（フランク)は圧縮成形0.95比重（SG）「フロート」シートモールディングコンパウンド（SMC）、リアトランクは独自のPRiME（Prepositioned Reinforcement ensuring Manufacturing Excellence）プロセス、液体圧縮成形（LCM）の一種で成形。フロートSMCとPRiMEプロセスはプロセッサーのMolded Fiber Glass Co.（MFG、米国オハイオ州アシュタビュラ）が開発。MFGが車両の全構造用SMCとLCM部品を製造しました。

「両スペースとも浅いドラフトのロングドローウォールが特徴ですが、フランクはリアトランクより小さく圧縮成形可能でした」とコルベットボディ構造リードエンジニアのChris Basela氏。「リアトランクはより高い機械的性能が必要で、SMCチャージでは充填困難な形状でした。PRiMEプロセスなら繊維長を変更できるため、プレフォームにより長いプリポジションド補強材を使用できました。ガラス繊維ではなく樹脂を流すアプローチが最適でした。」

巧みなエンジニアリングと新材料がC8エンジン冷却の鍵となりました。複数の一次冷却経路（ドア後ろのリアインレット、フロントホイールハウスベント、アウトボード冷却インレット）が、エンジンを横切る車両全体に空気を導く高度に複雑な吸気ダクトへ供給し、ガラスパーティションを挟んで両側のアルミメッシュベントとSMCアップリケから排出されます。アップリケはMFGのフロート（0.95SG）SMC（チョップドガラス/UP-VE樹脂）で製造。低揮発性有機化合物（VOC）で、排出ガスを削減し、リア吸気ダクトのレゾネーターを不要にし、代替技術比でコストと質量（2.4kg）を削減します。

巨大な顧客視認性のあるリアサラウンドフレーム（64×69×24インチ、163×175×61cm）は、乗員室後部半分を囲み、タフンド1.2SG SMCで圧縮成形。このハイブリッド強化材は、炭素繊維15%繊維体積率（FVF）、ガラス繊維30%FVF、エンジンルーム熱に耐える低VOC UP樹脂を配合。フレームは全リア外装・内装パネルの寸法基準を形成しつつ、柔軟な設計で複数モデルバリエーションに対応。大幅な部品統合により二次取り付けが不要となり、室内空間拡大、騒音・振動・ハーシュネス（NVH）低減、ボディ構造とシーリング性能向上、リアハッチ視認性改善、前モデルフレーム比で質量15%削減とコスト削減を実現。「この部品サイズはほぼ6×6フィート高さ、2フィート奥行きなので、実際に金型内で材料を上り坂に流さなければならず、初ショットでは皆少し心配でした」とBasela氏は振り返ります。

同様に興味深いのがバルクヘッド（ミッドウィンドウフレーム）で、V8エンジンの真上に位置するこのキャビン部分の高熱と騒音課題を解決するためMFGがカスタム配合しました。ガラス繊維強化にベリリウムグラファイトフィラーを低VOC VE-UP樹脂で組み合わせ、乗員室への音伝達を非常に効果的に遮断し、二次防音対策を不要に。その結果、コスト削減、室内空間拡大と乗員快適性向上、ボディシーリングとNVH改善を実現。「比重2.2で、質量を減らすのではなく増やすよう依頼された初めての複合材部品です」とBasela氏は笑います。

クロージャーとトリム

外装ボディパネルはすべて接着（インナー/アウター）、塗装済み、タフンド1.2SG SMC（コンポーネントにより22〜28% FVFガラス繊維/UP樹脂）で、Continental Structural Plastics（CSP、帝人グループ企業、米国ミシガン州オーバーンヒルズ）製。コンポジットクロージャーをボルトオンすることで、C8のアグレッシブなスタイリング、空力、機能的冷却統合を、共通部品による複数モデルバリエーションでのコスト効率の良い軽量化で実現。全ボディパネルは車両位置で「スキューシステム」上でインライン塗装され、ボウリンググリーンの革新的なロボットウェットサンディングプロセスを使用。

もう一つの革新は、リアトランク内のSMCサービスドア（クーペ1つ、コンバーチブル2つ）裏側へのワンパートチキソトロピックシリコーンエラストマーフォームガスケットの使用。エアフィルターシステムへの顧客アクセスを許可します。エンジンルーム近接のため、連続使用温度392°F/200℃まで耐える高性能フォームインプレース（FIP）エラストマー（Silastic 3-8186、Dow Inc.、ミシガン州ミッドランド）が指定され、繰り返し開閉サイクル後も優れた耐圧縮セット抵抗で耐久性のあるシールを提供。GM報告によれば、ほとんどの他のダイカットフォームとガスケットは、このような継続的高温曝露下で溶解または劣化するとしています。塗布後、ガスケットは167°F/75℃で10分間加熱処理されフォームを膨張させ、ダイカットコストと廃棄物を削減。ドア自体はタフンドSMC（VE-UPマトリックス中42% FVFガラス）。ヒートシールドはGentex Corp.（ペンシルベニア州カーボンデール）製で、耐熱・耐摩耗アルミナイズドケブラーアラミドファブリック（繊維はデュポン・ド・ヌムール、デラウェア州ウィルミントン）を使用し、ドア内部に追加の熱保護を提供。

GMはC8で第2世代全自動精密ホイールバランスシステムも採用。The 3M Co.（ミネソタ州セントポール）とESYS Automation（ミシガン州オーバーンヒルズ）と共同開発。高密度（5.8SG）複合材ホイールウェイトで調整済み磁気特性を持ち、塗装鋼、亜鉛、鉛の従来スタンプ金属ウェイト（特定質量を持ち手作業でホイールに取り付け）を置き換え。新システムは大型スプールの押出テープ（接着剤裏打ち付き、体積67%のポストインダストリアル耐食性・完全リサイクル可能鋼合金をフルオロポリマーベースに含有）を使用。自動システムが各ホイールを検査し、カスタムウェイトテープセグメントをより小さく精密な増分でカット・貼付し、乗り心地改善とタイヤ摩耗低減。組立時間とコスト削減、在庫簡素化、スクラップと労働力排除、金属ウェイトより多色対応を実現。

クーペルーフは3グレード：塗装済み低密度タフンドSMC（CSP製）、クリアハードコートポリカーボネート（PC）、クリアコート/露出織りカーボンファイバー複合材（塗装エッジ付き、deBotech Inc.、ノースカロライナ州ムーアズビル製）。CSPはコンバーチブルモデル収納式ルーフシステム向けにも複数のクラスAタフンド1.2SG SMCパネルを供給。

その他外装トリムパネルには、成形着色（MIC）熱可塑性ポリオレフィン（TPO）フロントファシア上下、下部はブレーキ用ダクト統合（Z51パッケージのみ）とアウトボード熱交換器用。アウターグリルとブレーキ冷却ベントは塗装ABS。上部リアファシアはMIC TPOだが、下部リアファシアアセンブリはホットエキゾーストチップ近接のためクラスA塗装1.2SG SMC（ガラス/UP樹脂）。SMCの優れた機械性能により、GMは無支持ショートリアオーバーハング設計と、たわみなしでより広い取り付け間隔を実現。SMCは低速リア衝突時にも熱可塑性樹脂より効率的に荷重を広範囲に分散。ブラケットとリアパーキングアシストセンサーをSMCに接着。これはハイボリューム車両でSMCバンパーファシアが使用された初めての事例とされています。

リアハッチアップリケは上部パネルに塗装PC/ABS、サイドベントにアルミメッシュ入りSMC、エンジン直上の熱負荷対応の下部アップリケにSMC。これらSMCパネルはLyondellBasellのQuantum Composites Inc.（ミシガン州ベイシティ）製。ドアハンドルリリーススイッチはPC/ABS、リアエアインテークベントはSMC。ベース車はブロー成形塗装ABSスポイラー、リアエアエグジットグリルは射出成形塗装ABS。Aピラーとヘッダーアップリケは塗装ABS、エクステリアサイドビューミラーキャップとラジエターインレットグリルも塗装ABS。オプションパッケージにより、タフンドSMCフロントアンダーウィングと、ブロー成形TPOまたはカーボンファイバー複合材フロントスプリッター/ディフューザー（クリアコート/露出織りカーボン/エポキシ、deBotech製、Solvay Composite Materials（ジョージア州アルファレッタ）プリプレグ使用）が追加空力安定性に寄与。タフンドSMCリアディフューザーが、クラスA塗装SMC（MFG製）の下部リアファシアと接合。

プレミアムカーボンファイバートリムパッケージには、内外装の様々なクリアコート/露出織りカーボンファイバーアクセント：ミラーキャップ、フロントグリルインサート、フロントスプリッター、アクセサリーウィング、エンジンコンパートメントカバー、インテリアドアスイッチプレート、ロッカーモールディング、インストルメントパネルクラスターベゼル、ドアハンドルカバー、クォーターアップリケ、ライドコントロールプレート。これら部品はdeBotech、SMI Composites LLC（ジョージア州コマー）、Plasan Carbon Composites（ミシガン州ウィクソム）が製造。

テクノロジーの前進

2020年型コルベットは既に多くの権威ある業界賞を受賞：2020 MotorTrend Car of the Year、2020 Automotive News PACE（Premier Automotive supplier Contributions to Excellence）パートナーシップ賞、米国プラスチック技術者協会（SPE）から2019 Vehicle Engineering Team Awardを含む複数賞。「新型スティングレイのミッドエンジンアーキテクチャがヘッドラインを独占していますが、エンジンがドライバーの前か後ろかに関わらず、8世代にわたりコルベットは常に自動車材料技術の最先端を推進してきました」とグローバルコルベットエグゼクティブチーフエンジニア、Tadge Juechter氏。「テクノロジーを前進させることが、我々の核心です。」