車のバンパーデザインの考慮事項

車のバンパーは、車の中では比較的大きなアクセサリーの一つです。その主な機能は、安全性、機能性、そして装飾性の3つです。

自動車バンパーの軽量化には、主に3つの方法があります。軽量材料、構造最適化、製造プロセスの革新です。材料の軽量化とは、一般的に、プラスチック製鋼板など、特定の条件下で密度が低い材料に元の材料を置き換えることを指します。軽量バンパーの構造最適化設計では、主に薄肉化が図られています。新しい製造プロセスでは、マイクロ発泡成形が採用されています。材料やガスアシスト成形などの新技術も活用されています。

プラスチックは、軽量、優れた性能、製造の簡便さ、耐腐食性、耐衝撃性、そして設計の自由度の高さから、自動車業界で広く利用されており、自動車材料への利用はますます増加しています。自動車に使用されるプラスチックの量は、各国の自動車産業の発展レベルを測る基準の一つとなっています。現在、先進国における自動車1台あたりの生産に使用されるプラスチック量は200kgに達し、自動車全体の品質の約20%を占めています。
中国の自動車産業におけるプラスチックの導入は比較的遅れています。エコカーではプラスチック使用量はわずか50～60kg、中高級車では60～80kg、中には100kgに達する車もあります。中国では、中型トラックの製造にあたり、1台あたり約50kgのプラスチックを使用しています。1台あたりのプラスチック使用量は、車両重量のわずか5～10%です。
バンパーの材料には通常、優れた耐衝撃性と耐候性、優れた塗料密着性、優れた流動性、優れた加工性、そして低価格といった要件が求められます。
したがって、PP素材は間違いなく最もコスト効率の高い選択肢です。PP素材は優れた性能を持つ汎用プラスチックですが、PP自体は低温性能と耐衝撃性が低く、耐摩耗性が低く、老化しやすく、寸法安定性も低いという欠点があります。そのため、自動車バンパーの製造には、通常、改質PPが使用されています。現在、ポリプロピレン製自動車バンパーの専用材料は、通常PPを原料とし、ゴムまたはエラストマー、無機充填剤、マスターバッチ、補助材料などを一定の割合で混合・加工しています。
バンパーの薄壁化による問題点とその解決策

バンパーの薄肉化は反り変形を引き起こしやすく、この反り変形は内部応力の解放によって発生します。薄肉バンパーは、射出成形の様々な段階で様々な原因により内部応力が発生します。
一般的には、主に配向応力、熱応力、離型応力が含まれます。配向応力は、溶融樹脂中の繊維、高分子鎖、またはセグメントが特定の方向に配向し、緩和が不十分なために生じる内部引力です。配向度は、製品の厚さ、溶融樹脂温度、金型温度、射出圧力、および滞留時間に関係しています。厚さが大きいほど配向度は低くなります。溶融樹脂温度が高いほど配向度は低くなります。金型温度が高いほど配向度は低くなります。射出圧力が高いほど配向度は高くなります。滞留時間が長いほど配向度は高くなります。
熱応力は、溶融金属の温度が高く、金型の温度が低いために温度差が大きくなることで発生します。金型のキャビティ付近では溶融金属の冷却が速く、機械的な内部応力が不均一に分散されます。
型抜き応力は主に、金型の強度と剛性の不足、射出圧力と排出力の作用による弾性変形、および製品排出時の力の不均一な分布によって発生します。
バンパーの薄肉化は、脱型が困難であるという問題も抱えています。肉厚ゲージが小さく、収縮量も少ないため、製品が金型に密着し、射出速度が比較的速いため、保持時間が維持されます。制御が難しく、比較的薄い肉厚やリブは脱型時に損傷を受けやすくなります。正常な金型開放には、射出成形機が十分な型開力を発揮する必要があり、型開力は金型開放時の抵抗を克服できる必要があります。