Tepex、先進強化複合材でチャイルドシートヘッドレストを軽量化・高性能化

LANXESS（米国ペンシルベニア州ピッツバーグ）のTepex連続繊維強化熱可塑性複合材は、様々な自動車用途での可能性を示しており、CWが最近取り上げたものには、ハイブリッド金属複合材自動車Aピラーのサポート、自動車リヤシートシェル、センターコンソールアームレスト実証機がある。同社の最近のケーススタディは、構造安全部品の軽量構築をリストに追加した。

LANXESSは最近、この市場での材料の機会を示す技術実証機としてチャイルドシートヘッドレストを開発。このコンポーネントは、粒子フォーム複合材射出成形（PCIM）プロセスで製造される。

「Tepex製インサートにより、市販品と比較してヘッドレストの重量を最大30%削減でき、同等の優れた衝突性能も維持できます。また、生産プロセスも簡素化されます」とLANXESSのTepex自動車グループDr. Klaus Vonberg氏。TepexはLANXESS子会社Bond-Laminates GmbH（ドイツ、ブリーロン）で開発・製造されている。

この実証機は、ドイツ連邦経済・エネルギー省が中小企業中央イノベーションプログラム（ZIM）の一環として資金提供した学際的研究プロジェクトの成果。参加者は、ケムニッツ工科大学軽量構造・ポリマー技術部門（SLK）、Polycomb GmbH（ドイツ、アウエングルント）、チャイルドシートメーカーAvionaut（ポーランド、サルレイカ）。

ヘッドレストでは、プロジェクトパートナーがPCIMベースの代替生産プロセスを開発。個別箇所の補強と軽量化のため、Tepex dynalite 104-FG290(4)/47%製のカスタマイズインサートを使用。これはポリプロピレンベースの複合材で、連続ガラス繊維ロービング2層で強化されている。インサートは回転盤付き射出成形金型で単一工程で成形され、短ガラス繊維強化ポリプロピレンコンパウンドでバックインジェクションされ、ヘッドレストとバックレストの支持構造を統合。プレファブリケートされたインサートは、発泡ポリプロピレン（EPP）ベースの粒子フォームで第2金型でバックフォームされる。

一方、基準ヘッドレストは現在、複数の個別部品を使用して量産されているとLANXESS。支持構造は長ガラス繊維強化ポリプロピレンで、別途発泡されたEPP部品と4本のポリプロピレンキャリアピンで組み立てられる。

「新しい高度に統合された生産プロセスは、従来工法よりエネルギー効率が高いだけでなく、直接完成部品が得られます。部品点数が6から1に減少し、物流と必要な機械設備の面からも生産コストが低減します」とケムニッツ工科大学のNorbert Schramm氏、同ZIMプロジェクト責任者。

ガラス繊維を使用した現在のヘッドレストコンポーネント版での重量削減は約26%だが、プロジェクト参加者はさらなる可能性を指摘。Schramm氏によると、「複合材セミフィニッシュ製品と射出成形材料の両方にカーボンファイバー強化を使用すれば、ほぼ30%軽量なアセンブリになります。」

プロジェクトでは、SLKが材料選定、複合材接着分析、構造設計、トポロジー最適化を担当。Polycombが実証機の開発・設計実装、プロトタイプ製造、システムコンセプト最適化を主導。Avionautが力伝達領域の分析、設計開発、ヘッドレストとシート全体の衝突挙動を実衝突試験で検証。LANXESSが材料選定支援とハイブリッド成形プロセス開発などを支援。

LANXESSは、Tepexと新プロセスが乳児用キャリア、バックレスト、アームレスト、自律走行車向け新しい複雑なシーティングコンセプトのシートシェル、シャトル/VIP/ファミリーバスや電気自動車向けコンフォートシートなどへの応用可能性を見ている。