自動車軽量材料の開発技術

Development Technologies of Lightweight Materials for Automobiles

• 自動車の軽量化に向けた、鉄鋼、非鉄金属、非金属の各種の材料技術を詳述！
• 巻末に掲載した索引で、軽量材料に関するキーワードがより鮮明に！
• 設計・製造・生産技術者、材料の代替化を考えたい方々にとっての必須のレポート！

自動車の軽量化は、燃費の向上だけでなく、資源の節減という点でも社会的意義が深い課題である。軽量化には自動車の構造の改善、構造部材の最適化とそれを実現するための加工技術の開発、そして材料開発が必要である。その中で、軽量化の起点とも言える材料開発は重要な役割を負っている。しかし、材料開発を取り巻く環境は、それほど容易なものではない。それは、地球環境との調和が、材料技術にも求められているからである。例えば単に軽く、強いだけでなく、リサイクルが容易であることが必要とされつつある。このことは、金属系材料であれば合金元素を自由に活用した材料開発から単純な合金系への転換を要請することになる。また材料の製造過程でのCO2排出量などの環境負荷についても配慮が求められる。軽量化のためには、鉄鋼材料、非鉄金属材料、非金属材料を、それぞれの特性を適切に組み合わせて、軽量化をはかるマルチマテリアル化が必要になるが、そのためには接合などの周辺技術も含めて材料を開発せねばならない。このように、自動車の軽量化のための材料開発はまさに今日的課題であるが、克服すべき課題も山積している。本書はこのような状況を踏まえた材料開発の現状と将来へ向けての検討状況をまとめたものである。執筆者はいずれも自動車用材料の分野の第一線で活躍されている方々ばかりであり、多くの貴重な知見を公開していただいた。厚く御礼申し上げる。

2006年９月　横浜国立大学大学院　福富洋志（本書「はじめに」より抜粋）

福富洋志

横浜国立大学大学院　工学研究院機能の創生部門　教授

瀬戸一洋

JFEスチール（株）　スチール研究所　自動車鋼板研究部　主任研究員

紅林　豊

大同特殊鋼（株）　技術開発研究所　自動車用鋼研究部長

古君　修

九州大学　大学院工学研究院　教授

四谷剛毅

スズキ（株）　開発部　係長

山内利夫

スズキ（株）　開発部　課長代理

石塚　哲

スズキ（株）　開発部　部長

櫻井健夫

（株）神戸製鋼所　真岡製造所　アルミ板研究部　材料加工研究室　主任研究員

栗原保男

森村商事（株）　金属･機械事業部　金属１部　金属１部長

藤井秀樹

新日本製鐵（株）　鉄鋼研究所　主幹研究員

箕西国秋

旭化成ケミカルズ（株）　機能樹脂技術開発部

藤田祐二

日本ポリプロ（株）　第一材料技術センター　センター長

澤井伸一

（株）本田技術研究所　四輪開発センター　第２技術開発室　第６ブロック　シニアマネージャー

河本　洋

文部科学省　科学技術政策研究所　科学技術動向研究センター　特別研究員

村木孝夫

横浜ゴム（株）　環境保護推進室兼タイヤ材料設計部

小野直幸

リケンテクノス（株）　材料開発センター　基礎材料グループ

北野彰彦

東レ（株）　複合材料研究所　所長

和田原英輔

東レ（株）　複合材料研究所　研究員

はじめに福富洋志

第１章　鉄鋼材料

• 1.　鉄鋼材料瀬戸一洋
• 1.1　薄鋼板の種類と適用部位
• 1.2　薄鋼板の高強度化手法と成形性
• 1.2.1　高強度鋼板の強化機構
• 1.2.2　各種高強度鋼板の成形性
• 1.3　車体部位別の基本必要性能と鋼板
• 1.4　パネル部材
• 1.4.1　パネル部材用薄鋼板に要求される特性
• 1.4.2　パネル用鋼板各論
• 1.5　車体構造部材
• 1.5.1　車体構造部材用薄鋼板に要求される特性
• 1.5.2　車体構造部材用鋼板各論
• 1.5.3　車体構造部材用の新しい工法
• 1.5.4　車体構造部材用鋼板適用上の課題
• 1.6　足回り部材
• 1.6.1　足回り部材用薄鋼板に要求される特性
• 1.6.2　薄鋼板における穴拡げ性を支配する金属組織因子
• 1.6.3　足回り用590-780MPa級高バーリング型熱延鋼板各論
• 1.6.4　足回り用590-780MPa級高伸び型熱延鋼板各論
• 1.7　駆動系用薄鋼板（高加工性高炭素鋼）
• 1.8　おわりに
• 2.　構造用鋼紅林豊
• 2.1　非調質鋼
• 2.1.1　非調質鋼の種類と開発動向
• 2.1.2　非調質鋼の新展開
• 2.2　快削鋼
• 2.2.1　快削鋼の分類
• 2.2.2　快削鋼の開発動向
• 2.3　高周波焼入れ用鋼
• 2.3.1　高周波焼入れ技術と鋼材
• 2.3.2　高周波焼入れ用鋼の実用化の事例
• 2.3.3　高周波焼入れ処理の新たな展開
• 2.4　ばね鋼
• 2.4.1　ばね鋼の開発動向
• 2.4.2　高強度ばね鋼の考え方
• 2.4.3　高強度ばね鋼の実用化の事例
• 2.5　肌焼鋼
• 2.5.1　歯車の損傷形態と材料設計の考え方
• 2.5.2　高強度歯車用鋼（歯元疲労強度の改善）
• 2.5.3　高強度歯車用鋼（ピッティング特性の改善）
• 2.5.4　高強度歯車用鋼(衝撃特性の改善)
• 2.5.5　高性能歯車用鋼(結晶粒粗大化防止鋼)
• 2.5.6　浸炭処理における新たな展開
• 2.6　おわりに
• 3.　ステンレス鋼古君修
• 3.1　はじめに
• 3.2　耐食性
• 3.2.1　腐食電位
• 3.2.2　凝縮水腐食
• 3.2.3　高温酸化
• 3.2.4　高温塩害腐食
• 3.2.5　応力腐食割れ
• 3.3　成形性
• 3.3.1　張出し成形
• 3.3.2　深絞り成形
• 3.3.3　リジング
• 3.3.4　ステンレス鋼の成形性の位置付け
• 3.4　自動車部品へのステンレス鋼の適用事例
• 3.4.1　エキゾーストマニホールド
• 3.4.2　燃料系部材
• 3.5　おわりに
• 4.　鋳鉄製ステアリングナックルの軽量化四谷剛毅、山内利夫、石塚哲
• 4.1　はじめに
• 4.2　開発材の考え方
• 4.2.1　鋳鉄材の衝撃特性
• 4.2.2　材料設計
• 4.3　製造方法
• 4.3.1　黒鉛の制御
• 4.3.2　組織の制御
• 4.3.3　得られた組織
• 4.4　強度評価の結果
• 4.4.1　T.P.の引張り強度
• 4.4.2　T.P.の衝撃値
• 4.4.3　実体の静的強度
• 4.4.4　実体の耐衝撃性
• 4.5　おわりに
• 5.　鉄系焼結材料古君修
• 5.1　はじめに
• 5.2　鉄系焼結材料用粉末
• 5.3　焼結材料の高強度化
• 5.4　焼結材料の疲れ強さ
• 5.5　寸法精度
• 5.6　おわりに

第２章　非鉄金属材料

• 1.　アルミニウム合金櫻井健夫
• 1.1　はじめに
• 1.2　自動車パネルのアルミ化状況
• 1.3　自動車パネル用アルミニウム合金の開発状況
• 1.4　自動車パネル用アルミ合金板材の成形加工技術
• 1.4.1　張出成形
• 1.4.2　絞り形成
• 1.4.3　しわ感受性
• 1.5　自動車構造用アルミニウム合金板材の開発状況
• 1.6　パネル以外部位へのアルミ板材の自動車適用例
• 1.7　今後の自動車パネル用アルミ合金板材の展望
• 1.8　自動車構造用アルミニウム合金押出材の開発状況（１）
• 1.9　自動車構造用アルミニウム合金押出材の開発状況（２）
• 1.10　自動車構造用アルミ合金押出材の安全部材への適用技術
• 1.11　自動車パネル用アルミ合金板材の成形解析技術
• 1.12　アルミニウム合金の接合技術
• 1.13　自動車用アルミニウム合金の今後の展望
• 2.　マグネシウム合金栗原保男
• 2.1　はじめに
• 2.2　現状
• 2.3　マグネシウム合金の価格
• 2.4　マグネシウム合金開発
• 2.5　マグネシウム合金の成形法
• 2.6　マグネシウム展伸材
• 2.7　表面処理技術
• 2.8　機械加工
• 2.9　おわりに
• 3.　チタン、チタン合金藤井秀樹
• 3.1　はじめに
• 3.2　排気系
• 3.2.1　チタン適用の利点
• 3.2.2　工業用純チタン製マフラー
• 3.2.3　チタン合金の適用
• 3.3　エンジンバルブ
• 3.3.1　吸気バルブ
• 3.3.2　排気バルブ
• 3.4　サスペンションスプリング
• 3.5　今後の課題
• 3.5.1　チタン合金の適用可能部品
• 3.5.2　低コスト合金、高機能合金の開発と適用研究
• 3.5.3　その他低コスト化に向けた研究開発

第３章　非金属材料

• 1.　プラスチック箕西国秋、藤田祐二
• 1.1　自動車を取り巻く環境
• 1.2　軽量化
• 1.3　樹脂化動向
• 1.4　ポリプロピレン材料
• 1.5　ポリエチレン材料
• 1.6　エンプラの使用例（軽量化事例）
• 1.6.1　PA（ポリアミド）
• 1.6.2　PBT
• 1.6.3　PC
• 1.6.4　POM
• 1.6.5　m-PPE
• 2.　複合材料澤井伸一
• 2.1　はじめに
• 2.2　自動車に使われる複合材料技術と成形方法
• 2.3　GF強化複合材料
• 2.3.1　金属系材料からの置換技術
• 2.3.2　GF強化複合材料や成形方法の特徴を活用した部品化技術
• 2.4　実施例ついて
• 2.4.1　シリンダヘッドカバー
• 2.4.2　ルーフライニング用内装基材への展開(熱膨張プレス成形)
• 2.4.3　トラックベッドへの展開(SMC)
• 2.4.4　スペアタイヤトレイ(熱可塑性シートスタンピング成形)
• 2.5　CF強化複合材料(CFRP)
• 2.5.1　CNG用燃料タンク(シャーシ部品)への適用例
• 2.5.2　CFRP製フードについて
• 2.5.3　CFRP製プロペラシャフト(動力伝達系部品)
• 2.6　おわりに
• 3.　セラミックス河本洋
• 3.1　自動車の環境技術とセラミックス
• 3.2　セラミックスの材料特性
• 3.3　自動車に使用されてきたセラミックス部品とそれらによる軽量化
• 3.4　セラミックス部品適用拡大に向けた強度設計・評価技術の高度化
• 3.5　燃料電池におけるセラミックス応用への期待
• 4.　低燃費に寄与するタイヤ材料開発の現状と動向村木孝夫
• 4.1　はじめに
• 4.2　タイヤの低燃費材料技術の取組み
• 4.3　転がり抵抗の少ないトレッドゴム材料の開発
• 4.3.1　シランカップリング剤（CA）の開発
• 4.3.2　非シラン系の分散・加工性改質剤に関するもの
• 4.3.3　新規のシリカやシリカ以外の無機充填剤、シリカマスターバッチに関するもの
• 4.3.4　混練方法の改良に関するもの
• 4.4　シリカ配合向けポリマーの開発状況
• 4.5　シミュレーション技術の進化
• 5.　自動車用エラストマー小野直幸
• 5.1　はじめに
• 5.2　熱可塑性エラストマーの自動車部材への展開
• 5.3　動的架橋型熱可塑性エラストマー
• 5.4　ActymerGと従来のTPV
• 5.5　ActymerGの成型加工性
• 5.6　軽量化と充填材
• 5.7　おわりに
• 6.　炭素繊維材料北野彰彦、和田原英輔
• 6.1　自動車への適用状況
• 6.2　成形方法
• 6.2.1　射出成形法
• 6.2.2　プレス成形法
• 6.2.3　オートクレーブ成形法
• 6.2.4　フィラメントワインディング成形法
• 6.2.5　レジントランスファーモールディング法
• 6.3　リサイクル
• 6.4　おわりに