PAM-COMPOSITES 導入事例 寿屋フロンテ株式会社
Composites
Ground Transportation
寿屋フロンテ株式会社の事例をご绍介します。
复合材成形ソリューション
使用ソフト：PAM-COMPOSITES /PAM-FORM
寿屋フロンテ株式会社 開発部 音響解析実験グループ 河合洋氏、藤野拓視氏にPAM-COMPOSITES / PAM-FORMモジュールを導入した経緯とその効果について詳しく聞きました。
寿屋フロンテについて
寿屋フロンテは、フロアカーペットなど自动车内装部品を开発?製造を事业分野とする公司です。グループ年商400亿円、従业员数2010名、国内に5拠点、海外に9拠点。1945年の设立以来、日本の自动车产业の発展と共に歩んできた、日本トップクラスの自动车内装メーカーです。
（※ この事例に記述した数字その他はすべて、事例取材当時に発表されていた事実に基づきます。数字の一部は概数、およその数で記述しています）
自动车のフロアカーペットを开発?製造
― 寿屋フロンテの主な製品と、その製造概况について教えてください。
弊社の事业分野は「自动车の内装部品全般の开発、製造」です。本日は主力製品である「フロアカーペット」についてお话しします。
フロアカーペットとは車体内部、乗員席の床部分に敷く「床敷き」のことです。プレス成形により車体下部の凹凸に合わせた複雑な形状を実現し、材料には吸音性に優れた合成繊維素材が主に使用されます。弊社の国内工場では常時30種類のフロアカーペットを、月産 数十万枚程度のペースで製造しています。
製造プロセス改善のために笔础惭-颁翱惭笔翱厂滨罢贰厂を活用
－ 笔础惭-颁翱惭笔翱厂滨罢贰厂をどのように活用していますか
寿屋フロンテでは、PAM-COMPOSITES のPAM-FORMモジュール（以下PAM-FORM）を使って、主に「フロアカーペットの製造プロセスの改善」に役立てています。
自动车メーカーが新型车の発売が决まると、寿屋フロンテの製造部门は、その発売时期に合わせてカーペットの大量生产の体制を整えていきます。このとき生产技术部门では、実际の生产开始に先立ち、「最适な製造方法」をある程度、确立しておく必要があります。
この製造方法の确立は、実际の製造実験、あるいはシミュレーションを通じて行います。笔础惭-贵翱搁惭は、この製造シミュレーションを行うためのツールとして、2004年にはじめて导入し、以来13年间使い続けています。
製造プロセス改善の基本ツールとして今やなくてはならない存在です。
フロアカーペットの大きな変化 ～ 遮音型から吸音型に
― フロアカーペットの製造プロセス改善では、今どんなことが课题ですか。
藤野 拓視様
2010年顷からフロアカーペットで重视される性能が「遮音」から「吸音」に変わりました。これに伴いカーペットの材料や製造方法に大きな変化が生じました。このことにより、多くの课题が生じています。
フロアカーペットの重要な役割の一つに「外界の音を遮り、クルマの中を静粛に保つ」ということがあります。
静粛性を実现する方法としては、大きく「遮音」と「吸音」の二通りがあります。遮音とは、文字通り「音を遮る（さえぎる）こと」です。遮音は一般に、重い材料（密度が高い材料）を使って、音を跳ね返して遮ることにより実现します。一方、吸音は、音の运动エネルギーを热エネルギーに変えて弱める（减衰させる）ことで実现します。
従来クルマのフロアカーペットは「遮音重視型（以下 遮音型）」が主流でした。材料としては、「ある程度の重量」、そして「加工の容易さ」を兼ね備えたEVA（ゴム系の素材）が使われました。
しかし2010年顷からフロアカーペットに対し主に求められる性能が、「遮音」から「吸音」に変わりました。これに伴いカーペットに使われる材料も、ゴムから合成繊维へと変わったのです。
现在は出荷製品の7割が吸音型に
― なぜフロアカーペットには遮音ではなく吸音が求められるようになったのでしょうか。
いまクルマには「環境性能向上（燃費向上）」が求められています。そのためには「軽量化」が不可避であり、そうなると「重量ある材料」を使う遮音型は不利になります。しかし軽い合成繊維を使って作る「吸音重視型（以下 吸音型）」のカーペットなら、クルマ全体の軽量化に適切です。
また、吸音型は吸音だけでなく、遮音も兼ね备えているという特徴があります。
こうした理由によりクルマのフロアカーペットは吸音型が主流になりました。弊社でも现在、出荷製品の7割が吸音型です。
ただし合成繊维系の素材には、「軽い」というメリットがある一方で、プレス加工においていくつか难しい点があります。それら困难を克服することが、製造技术部门が取り组むべき课题となります。
合成繊维系の素材のプレス加工の难しさ
― 合成繊维系の素材のプレス成形はどういう点が难しいのでしょうか。
合成繊维をプレス成形するときの难しい点は、大きく次の5点となります。
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「合成繊维素材の方が、厚い分、成形しにくい」&苍产蝉辫;
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「合成繊维素材のフロアカーペットは、部位により厚みが异なる」
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「合成繊维素材の方が、しわが出やすい」
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「合成繊维素材の方が多层构造の分、成形しにくい」
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「合成繊维素材はゴム素材に比べ、製造ノウハウの蓄积が浅い」
以下、それぞれの困难について顺に説明します。
困难1．「合成繊维素材の方が、厚い分、成形しにくい」
ゴム素材は繊维素材に比べ、密度が高く中がみっちり詰まっています。つまり、「重いけれど薄い素材」となります。一方、繊维素材は密度が低く中が空疎（スカスカ）な分、「軽いけれど厚い素材」となります。具体的にはゴム素材ではプレス前の厚みが2～3尘尘なのに対し、繊维系では10尘尘～20尘尘であり、3倍～10倍の差があります。プレス成形では、一般的に元の材料が厚いほど成形が难しくなります。したがって繊维素材の方がゴム素材より成形が困难になります。
困難2．「合成繊维素材のフロアカーペットは、部位により厚みが异なる」
ゴム素材（遮音型）では、フロアカーペット全体を均一の厚みで成形した后、厚みのある材料を后から张り付ける“后张り”によって厚み出しや吸音効果を付加しています。一方、合成繊维素材（吸音型）では、复数の材料で构成された厚みの大きな材料を一体でプレス成形することにより、カーペットの部位ごとの厚みの変化を作成します。
その厚みの変え方の基準は「强度优先の场合は薄く固くプレスする」、「吸音性能优先の场合はあまりプレスせず厚いままにする」というものです。强度が大事な部分はきっちり溃し固めて刚性を上げる。一方、吸音が重要な部分では、それに必要な低密度の状态を保持できるよう、あまり溃さないでおくわけです。どの部位をどの程度の厚みにするかは设计部门が决定します。製造部门、製造技术部门は、その図面上の寸法を実物で実现できるよう、製造プロセスを调整、改善していきます。
困難3．「合成繊维素材の方が、しわが出やすい」
合成繊维素材のプレスは、困难1，2で述べたとおり、元の厚さが大きく、かつ仕上がり厚さが一定でありません。この场合フロアカーペットの内部では、プレスによる力が复雑な伝わり方をします。このときカーペット内部の応力の高い部分では、まさに「力のしわよせ」が発生し、结果としてプレス后のフロアカーペットに「実际のしわ」が生じやすくなります。
困難4．「合成繊维素材の方が多层构造の分、成形しにくい」
こちらの図のとおり、ゴム系素材は2层构造ですが、繊维系素材は3层构造です。层ごとに物性が异なり、层が多い方が加工の制御が困难です。
困难5．「合成繊维素材はゴム系素材に比べ、製造ノウハウの蓄积が浅い」
クルマのフロアカーペットは戦后、日本で自动车产业が本格化して以来、数十年间、ずっと遮音型で、材料はゴム系素材でした。合成繊维素材による吸音型カーペットが一般化したのはここ数年のことです。このことは、合成繊维素材の製造ノウハウが、まだゴム素材ほどには十分に蓄积されていないことを示しています。
以上が、材料がゴムから合成繊维に変わったことにより生じた、カーペットの製造の课题であり、
これらを解决するための製造シミュレーションに笔础惭-贵翱搁惭を积极活用しています。「コンピュータの仮想空间の中で、仮想的な材料を仮想的にプレスし、その结果を调べる」という解析を、パラメータを変えながら繰り返します。
変化させるパラメータ
― 笔础惭-贵翱搁惭でシミュレーションを行うとき、どんなパラメータを変えながらシミュレーションさせるのですか。
シミュレーションを行うときに変化させるパラメータは次のとおりです。
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「材料の种类（物性）」&苍产蝉辫;
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「原材料を掴む（つかむ）位置、掴みの数」
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「『掴みしろ』の面积」
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「材料の投入方法」
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「上型と金型の合わせ方」
パラメータ1．「材料の种类（物性）」
― パラメータ1．「材料の种类（物性）」とは具体的には。
材料の种类（物性）が変われば、适切な加工法も変わります。シミュレーションに入力する材料物性は、板厚、密度、応力-ひずみ曲线、比热、热伝导率などであり、いずれも材料固有の値です。なお笔础惭-贵翱搁惭で解析するのはあくまで「プレスの良し悪し」であり「吸音性能そのもの」には着目しません。吸音性能は「材料に何を使うか」で99%が决まり、プレスの巧拙とはほぼ无関係だからです。
パラメータ2．「原材料を掴む位置、掴みの数」
― パラメータ2．「原材料を掴む位置、掴みの数」とは。
根本のところから説明します。
まずフロアカーペットの製造（プレス）の工程は次のとおりです。
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一枚の大きな「合成繊維の布」のような材料を用意します（2.5メートル × 3メートル程度）。
この材料は、社内で「原反（げんたん）」と呼ばれています。「原材料となる反物」という意味合いです） -
原反をプレス机械の上型と下型の间に投入します。
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原反の周囲を、プレス机械の固定具で掴みます。
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上型と下型を押し合わせて、原反をプレスします。
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原反のまわりの、固定具で掴んでいた部分（掴みしろ）を切り离します。
この中の行程3、「固定具による原反の掴み」のときの、その掴みの「位置、数」は、非常に重要なシミュレーション项目となります。
掴みの「位置、数」を変えれば、「原反全体への力の伝わり方」が変わります。この场合、プレスにより生じる力が原反全体に、「同时かつ均等に」伝わるのが理想的です。
しかしフロアカーペットの形状には、「急激な凹凸、微妙な曲面（搁）が各所にある」、「対称性に乏しい」、「吸音系カーペットの场合、部位により厚みが违う」という特徴があります。この复雑な形状の中で、「同时かつ均等な力の伝达」を実现するのは简単ではありません。
ではカーペットの掴みの位置や数は、その最适値をどう决めればよいか。これを计算や理论で演绎的に导き出すのは困难です。そうではなく生产担当者と一绪に、掴みの位置や数をいろいろ変えて実験と计测を繰り返しながら最适値を见出すという、「帰纳的な方法」を使うことになります。
しかしこうした试行错误を、実际の材料による実际の製造を通じて行うのでは、コストも时间も引き合いません。やはり笔础惭-贵翱搁惭のようなシミュレーションソフトウエアを使う方が効率的です。
パラメータ3．「掴みしろの面积」
― パラメータ3．「掴みしろの面积」とは。
フロアカーペットの製造では材料を掴んでプレスした后、「その掴み部分（掴みしろ）」を切り离すことで最终製品に仕上げます。切り离された掴みしろは廃弃物として処分されます。
ということは掴みしろの面积はなるべく小さい方がよい。そうすれば材料の廃弃分が少なくなり、コスト削减と环境贡献につながるからです。
しかしあまり小さくすると、固定具が原反を适切に掴めなくなります。その场合、固定具による「掴んで押さえる力」が、プレスのときに生じる「原反を内部に引きずり込もうとする力」に耐えきれなくなり、その结果、品质低下、あるいは原反の破损（ちぎれ）が生じえます。
そうした事态を防ぐためにも、掴みしろの面积は「大きすぎず小さすぎず」の、まさに最适値に设定しなければいけません。この最适値を笔础惭-贵翱搁惭によるシミュレーションを通じて模索するわけです。
パラメータ4．「材料の投入方法」
― パラメータ4．「材料の投入方法」とは。
カーペットの原反は、プレス机械の上型と下型の间に投入する场合、「ロボットで引っ张り込む」、「ベルトコンベアで送り込む」など様々な方法があります。
この材料投入では「正しい位置に正しい材料姿势で置くこと」「それを高速かつ低コストで実现すること」が重要です。
カーペットの素材ごと、最终製品の形状ごとに、どんな投入方法が最适なのか、それを笔础惭-贵翱搁惭を使って探求しています。
パラメータ5．「上型と下型の合わせ方」
― パラメータ5．「上型と金型の合わせ方」とは。
カーペットをプレス成形するとき通常は、「下型（下侧の金型）に原反を置き、そこに上型（上侧の金型）を下ろして押しつける」、つまり「下型は静止、上型が动作（下降）」という形でプレスします。
ところがカーペットの形状によっては、「上型も下型も动作」という方が、品质が向上することがあります。
また上型と下型をひっくり返す。つまり「上型を下に、下型を上に置く」方が良くなることもあります。
さらに细かくは、プレスするときは「上型が上、下型が下」がいいけれど、プレス后のトリミング（掴みしろの切り取り）のときは、「下型が上、上型が下」の方が良いということもあります。
直感的には、「结局は押さえつけるのだから、上型と下型がどちらにあろうと、どう动かそうと结果は同じ」という気がするのですが、実际に试してみると品质に违いが生じるのです。
シェル要素か、ソリッド要素か？
― フロアカーペットの形状には「面积が広い割に厚みは小さい（薄い）」という特徴があります。これを笔础惭-贵翱搁惭で解析する场合、二次元的と叁次元的、どちらのアプローチを使っていますか。
现在はシェル要素による「二次元的な解析」を主に使っています。
この解析手法では、プレス成形による原反という平面构造物の、「平面内の伸び?缩み変形と、平面外の曲げ変形」をシミュレーションします。厚さの変化は平面内の伸び?缩みの量より计算されます。
従来の遮音型カーペットのプレス成形では、全体を均一の厚みでプレスするので、この手法を使った解析で十分でした。しかし吸音型カーペットの场合は、部位ごとにプレス后の厚みが异なるので、厚み方向の圧缩応力を计算しないシェル要素での解析では精度が不十分ということになります。
この问题はソリッド要素での「叁次元的な解析」を使うことで解决できます。この解析手法では、数ミリ四方のソリッド要素を积み重ねて叁次元物体を构成するという「阳的なアプローチ」を取ります。ソリッド要素を使った场合、厚み方向の圧缩を计算できるので、カーペットの「部位ごとに厚みの违い」も含んだ精密な解析が可能になります。
しかし、その一方でソリッド要素での手法には「解析が精密な分、计算时间が膨大になる」という难点があります。
现在は计算时间を优先して、「シェル要素での解析精度を上げる」というアプローチを取っています。ただソリッド型解析の精度の高さは魅力的なので、日本イーエスアイとも相谈しながら、ソリッド要素方式での解析时间短缩にも取り组んでいます。
现在の実绩
― 现在はどの程度の解析精度と计算时间が実现していますか。
カーペットのプレス成形ではカーペットにあらかじめ描画したグリッド长の変化より伸び量を评価します。このグリッド评価において、シミュレーションによる予测値と実成形の実测値との乖离は「最大5%」です。また、厚さ4尘尘のフロアカーペットをシェル要素で解析した场合で、计算所要时间は「约3时间」です。
これは遮音型（ゴム素材）のカーペットをシミュレーションしていた顷と同レベルの数値です。合成繊维材料による吸音型フロアカーペットのシミュレーション解析は、现在のところ顺调に进展しています。
笔础惭-贵翱搁惭への评価
― 笔础惭-贵翱搁惭への评価をお聞かせください。
笔础惭-贵翱搁惭は、フロアカーペットの解析に必要な机能、パラメータを网罗的に备えています。解析精度も高く、操作性もよく、解析结果の表示もグラフィカルで分かりやすく、高く评価しています。
日本イーエスアイの技术サポートにも満足しております。どのようなモデル化を行うべきか、どうしたら计算时间を短缩できるか、さまざまな相谈を日常的にもちかけています。こちらが相谈しなくても、日本イーエスアイから积极的に情报提供いただけることも频繁にあります。
吸音型カーペットのシミュレーションを早期に実用化できたのは、日本イーエスアイの支援に负うところが大きいと考えます。
今后の期待
― 日本イーエスアイへの今后の期待をお聞かせください。
河合 洋様
寿屋フロンテには现在、海外に9つの製造拠点があります。ここ埼玉県吹上市の工场は、それら各国の製造拠点に対して「マザー工场」の役割を担っています。今后は笔础惭-贵翱搁惭を通じて得た知见、ノウハウは、各国の拠点に适切に伝达、展开していく予定です。
寿屋フロンテは、今后も高品质のフロアカーペットや内装部品を开発?製造することを通じて、自动车产业の発展に贡献していく所存です。日本イーエスアイはそうした弊社の公司価値向上の取组を、优れた製品とサポートを通じて后方支援して顶くことを希望します。今后ともよろしくお愿いします。