「GT-Rニスモ」や「WRX STI」も採用! クルマ好きが崇める「カーボンパーツ」の凄さ

カーボン化することで外装部品だけで10kg以上軽量化したモデルも

 クルマ好きがピクッと反応してしまうマテリアルのひとつに、『カーボン』がある。

「カーボン」そのものは本来炭素のことで、自動車や航空機の部品の材料としてのカーボンは、「炭素繊維強化樹脂」=CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plasticsの略)で「炭素繊維強化プラスチック」ともいわれている。

 こうしたCFRPの主な特徴は、
・軽量

・高強度(強さ)

・高剛性(たわみにくい)
にあり、さらにアルミや鉄だと、強度の温度依存性が大きいが、エポキシ樹脂を炭素樹脂(カーボン繊維)で強化し、オートクレープで加圧し、加熱硬化したECC(エポキシ・カーボン・コンポジット=通称ドライ カーボン)は、耐熱性が抜群で、強度も非常に優れている。

 軽くて強い素材なので、強度、剛性を確保しながら軽量化するには最適のパーツで、例えば日産GT-R NISMO 2020は、ルーフ、フェンダー、トランクリッド、エンジンフードなどをカーボン化して、外装部品だけで10.5kgも軽量化を達成している。

 また熱への強さもいかし、レーシングカーのブレーキローターなどもカーボン製が増えてきている。前述のGT-R NISMO 2020にも、カーボンセラミックブレーキが採用され、ブレーキひとつにつき、4kgもの軽量化を実現している。

 またレース用の部品でいえば、ノーマル(スチール)のドアをカーボン製にすることで、10kg以上、約1/4も軽くなった例がある。

 その反面、カーボンパーツは製造コストが非常に高く、部品代が非常に高価になるのが難点。たとえば、アルピーヌ A110Sのオプションのカーボンファイバー製ルーフは、約30万円! その結果得られる重量は、−1.8kgという超ゴージャス・ダイエット……。

ドライカーボンだけでなくウエットカーボンも使用される

 もっとも、ルーフのように応力のかかる部分は別として、ボンネットやフェンダー、ドア、トランクなどのあまり応力のかからない部位のパーツなら、高価なDCC(ドライ・カーボン・コンポジット)ではなく、FRPと同じく、主にポリエステル樹脂を使った安価なカーボン素材、PCC(ポリエステル・カーボン・コンポジット)、いわゆるウエット・カーボンでも軽量化が可能。

 FRPが、ポリエステル樹脂をガラス繊維で強化したのに対し、ウェットカーボン(PCC)は、DCCには劣るにせよ、ガラス繊維を使わずカーボン繊維でポリエステル樹脂を強化しているので、FRPよりも大幅に高い強度を得ることができる。

 社外のエアロパーツやドレスアップパーツなどで「カーボン製」といった場合、ウェット・カーボンが大半だと思っていい。

 そのほか、CFRPには、
・振動減衰性が良い

・寸法安定性が良い

・疲労特性に優れる

・熱伝導率が高い

・錆びない

・電磁波遮蔽性がある

・X線の透過率が高い
といった長所もある。

 一方でカーボン製品には、コスト以外に、リサイクルに不向きという欠点もあったが、近年、エポキシ系樹脂の代わりに、ポリアミド(PA)やポリプロピレン(PP)などの熱可塑性樹脂に変えた熱可塑性CFRPの開発にも注目が集まってきている。

 熱可塑性CFRPは樹脂の価格が安く、生産性が高いのが特徴。リサイクルも可能だが、現状では寸法精度が課題らしい。

 ちなみにカーボンファイバーは、日本人が発明した製品で、東レ、帝人、三菱レイヨン(現三菱ケミカル)が、世界の3大炭素繊維メーカーといわれている。

 このように、ひとことにカーボンパーツといっても、成形方法ごとにいろいろなタイプがあるのだが、自動車用部品としてはまだまだ発展の余地があり、これからますます重要度が増していくマテリアルだといえるだろう。