Design and fabrication of an automotive frame model leveraging anisotropic topology optimization and tailored fiber placement

岩野 吉宏, 和田 敦, 髙山 亮平, 田仲 正明, Yuqing Zhou, 大橋 功, 吉川 勝治, 川本 敦史, 野村 壮史

Mechanical Engineering Journal第11巻2号（2024年4月掲載）24-00008

DOI: 10.1299/mej.24-00008

研究のきっかけ

ハイブリッド自動車（HV）や燃料電池自動車（FCV）の発達により走行時のCO₂削減は大幅に改善された（図1）。一方で、さらにカーボンニュートラルという社会的動向もあって、製造時のCO₂削減が注目されている。そういった流れの中、現場ではアルミや炭素繊維を用いた軽量化技術の開発が求められてきた。このような変化に対応するために貴重なカーボンの性能を最大限発揮する技術開発に取り組んだ。

図1　エンジン別CO₂排出量の内訳

取組みの着眼

炭素繊維は繊維の方向によって大きく性能が異なる性質をもつ。しかし自動車産業では、設計・製造が比較的容易な等方性材料（金属）が使用され、手間と技能が必要な異方性材料（炭素繊維）は極少量生産のスポーツカーやレース車両でしか使用されていない（図2）。

図2　材料の比較：比弾性率（密度当たりの弾性率）