HOME材料・素材・技術分野 > 自動車軽量化技術の開発動向

自動車軽量化技術の開発動向


 自動車は人々に多くの利便性と多様な魅力を提供してきましたが、その一方で資源とエネルギーを用いて組み立てられ、一定量の環境負荷を生み出すものであるという側面を併せもっています。環境負荷の中でも現在最も注目されている課題が地球温暖化問題であり、国際的にも自動車分野では燃費軽減やクリーンエネルギー自動車の普及が目標の一つに定められています。「軽量化」は燃費軽減を達成するための手段の一つでもあり、自動車の基本的な性能を図る上からも極めて重要な技術です。現行の自動車の性能や安全基準は維持しつつ、軽量化へ向けた生産技術での転換や材料技術での工夫が求められています。
  本調査レポートは、このように熱い期待が寄せられている自動車軽量化技術に関する最新の情報と課題を整理し、技術開発の方向把握や将来展望に役立つことを目的に編集したものです。

自動車軽量化技術の概要と方向性について詳述。
出願特許を含む最新の情報から技術開発動向と技術課題を詳述。
主要素材…金属系(高張力鋼板、アルミニウム、マグネシウム、チタンなど)と樹脂系(熱可塑、熱硬化、炭素繊維複合材料など)に大別し紹介。
構成部材…部品への素材適用技術の観点から、生産技術として成形加工・接合・表面処理を中心に紹介。
主要な技術課題とその展開策について紹介。


    □体裁 A4判 515ページ
    □定価 71,400円(本体68,000円、消費税3,400円)
    □送料 弊社負担
    □発行 2010年01月

章 目 次

第1章 自動車を取り巻く環境問題と軽量化対策の位置付け
第2章 自動車軽量化技術の概要と方向性
第3章 特許出願からみた自動車軽量化技術の開発動向
第4章 主要素材別にみた自動車軽量化技術の実態と開発動向
第5章 構成部材からみた自動車軽量化技術の実態と開発動向
第6章 生産技術からみた自動車軽量化技術の実態と開発動向
第7章 自動車軽量化への技術課題とその展開(まとめ)


詳 細 目 次


第1章 自動車を取り巻く環境問題と軽量化対策の位置付け
1
 1.1 自動車生産台数の推移 1
 1.2 自動車を取り巻く環境問題とその対応 2
  1.2.1 自動車を取り巻く環境問題 2
  1.2.2 自動車の環境問題への対応 3
 1.3 燃費向上対策における軽量化の位置付け 5
  1.3.1 自動車の燃費規制 5
  1.3.2 燃費向上対策における軽量化の位置付け 5
 1.4 自動車関連の最近の規制動向 8
  1.4.1 衝突安全規制動向 8
  1.4.2 エミッション規制動向 9
  1.4.3 リサイクル・有害物規制および車室内環境規制動向 10
  1.4.4 エネルギーの多様化動向 10
 引用文献(第1章) 11

第2章 自動車軽量化技術の概要と方向性
12
 2.1 軽量化への材料開発 12
  2.1.1 原材料構成比からみた軽量化の推移 12
  2.1.2 自動車の軽量化における材料比較 13
  2.1.3 材料による軽量化の考え方 14
  2.1.4 軽量化への材料全般についての開発動向 18
   (1) 自動車軽量化材料の概要とその変遷 18
   (2) 普通・小型乗用車における原材料構成比の推移 19
   (3) 自動車総重量に占める構成部材の重量比率と方向性 21
   (4) 素材の分類と軽量化の方向性 22
 2.2 軽量化への生産技術 22
  2.2.1 構造設計技術 22
   (1) 車体構造設計技術 23
   (2) シャーシ設計技術 24
  2.2.2 製造技術 26
   (1) 金属系材料の製造技術 26
    (a) アルミ板材のプレス成形技術 26
    (b) 造管加工およびチューブフォーミング 29
    (c) 鍛造技術 29
    (d) 鋳造技術 32
    (e) 接合技術 41
    (f) アルミニウム部品のリサイクル技術 44
   (2) 樹脂系材料の成形加工技術 46
    (a) 押出し成形 46
    (b) ブロー成形 46
    (c) 射出成形(インジェクション成形) 47
    (d) スラッシュ成形 47
    (e) 真空成形 47
 引用文献(第2章) 48

第3章 特許出願からみた自動車軽量化技術の開発動向
49
 3.1 自動車軽量化技術に関連する出願特許検索 49
 3.2 出願内容別にみた自動車軽量化技術の開発動向 50
  3.2.1 素材の軽量化 51
   (1) 金属系材料の出願傾向と注目出願例 51
   (2) 樹脂系材料の出願傾向と注目出願例 56
   (3) 炭素繊維複合材料の出願傾向と注目出願例 64
   (4) その他材料の出願傾向と注目出願例 68
  3.2.2 構造設計からの軽量化 70
   (1) 車体構造の設計に関する最近の出願例 72
   (2) 部品構造の設計に関する最近の出願例 72
 3.3 自動車軽量化技術関連出願の出願人別件数 74
 引用文献(第3章) 77

第4章 主要素材別にみた自動車軽量化技術の実態と開発動向
83
 4.1 金属系材料における軽量化技術の実態と開発動向 83
  4.1.1 鉄鋼 83
   (1) 概況 83
   (2) 自動車パネル用鋼板の現状と開発動向 84
    (a) 自動車パネル用鋼板の開発の歴史 84
    (b) パネル用薄鋼板に求められる性能と材質設計指針 84
    (c) 焼付け硬化型(BH:Bake Hardenable)薄鋼板の進化 85
    (d) 高強度薄鋼板の複雑形状大型パネルへの適用 86
    (e) 高強度薄鋼板の蓋物パネル部品への適用 86
    (f) パネル部品の更なる高強度化技術 87
    (g) まとめ 87
   (3) 自動車構造部品用鋼板の現状と開発動向 88
    (a) 車体軽量化に貢献する高強度鋼板の歴史 88
    (b) 部品の板厚支配因子 88
    (c) 先進的な構造部品用高強度鋼板 89
    (d) ホットスタンプ技術 91
    (e) 高強度化の阻害因子 92
   (4) 鉄鋼材料に関する最近の開発事例 93
    (a) ボディ外板パネル用高機能高張力鋼板(JFEスチール) 93
    (b) サスペンション、シャーシ部品用高強度熱間圧延鋼板(JFEスチール) 95
    (c) キャビン周りの高加工性水焼入れ超高強度冷間圧延鋼板(JFEスチール) 97
    (d) 新しい自動車用高強度鋼板の開発(神戸製鋼所) 100
    (e) 高強度鋼開発による自動車用鍛造部品の軽量化(愛知製鋼) 103
    (f) 環境調和型鉄鋼材料「エコプロダクツ」(新日本製鐵) 105
  4.1.2 アルミニウム合金 107
   (1) 概況 107
   (2) 自動車用鋳物およびダイカスト用アルミニウム合金の開発動向と技術課題 110
    (a) 高靭性合金 111
    (b) 耐摩耗性合金 112
    (c) 高熱伝導合金 114
    (d) 高剛性・低線膨張係数合金 114
   (3) 自動車パネル用アルミニウム合金の開発動向と技術課題 115
    (a) 自動車パネルのアルミ化状況 115
    (b) 自動車パネル用アルミ合金板材の開発状況 116
    (c) 自動車構造用アルミ合金板材の開発状況 117
    (d) パネルおよび構造部材以外の部位へのアルミ板材の適用例 118
    (e) 自動車パネル用アルミ合金板材の今後の展望 118
   (4) アルミニウム合金に関する最近の開発事例 118
    (a) 自動車パネル用アルミ合金板材の開発(アルミ・銅カンパニー) 118
    (b) 耐衝撃吸収部材用アルミニウム合金の開発(アルミ・銅カンパニー) 119
    (c) 自動車サスペンション用高強度アルミニウム合金の開発(神戸製鋼所) 122
    (d) 高引張強度のアルミニウム合金(応用科学研究所、京都大学) 124
    (e) 新材料としての超微細粒アルミニウム合金(大阪大学) 127
    (f) カーボンナノチューブ/アルミニウム複合材の開発(日信工業) 130
  4.1.3 マグネシウム合金 133
   (1) 概況 133
   (2) マグネシウム合金の技術課題 137
    (a) マグネシウム合金の強度−延性バランス 137
    (b) マグネシウム合金の耐熱性 139
    (c) マグネシウム合金の制振特性 140
   (3) マグネシウム合金の開発動向と開発体制 141
    (a) マグネシウム合金の開発実態 141
    (b) 海外および日本の研究開発体制の動向 142
  4.1.4 チタン合金 143
   (1) 概況 143
   (2) 自動車部品用チタンの現状と開発動向(新日本製鐵) 145
    (a) 排気系部品への適用 146
    (b) エンジンバルブへの適用 147
    (c) サスペンションスプリングへの適用 149
   (3) チタン合金に関する最近の開発事例 149
    (a) 低コストチタン合金、高機能チタン合金の開発(新日本製鐵) 149
    (b) 4輪車マフラ用耐熱チタン合金(神戸製鋼所) 151
  4.1.5 その他の金属系新素材に関する最近の開発事例 153
   (1) 新素材(金属)に関する最近の開発事例 153
    (a) パルス通電圧接法(PCHP)による金属/金属間化合物積層材料の高性能化(大阪市立工業研究所) 153
    (b) 金属ガラスによる高強度・低弾性率スプリング部材の開発(次世代金属・複合材料研究開発協会、東北大学) 156
   (2) 新素材(金属酸化物)に関する最近の開発事例 159
    (a) ジオメトリック構造をもつMGC材料(東北大学) 159
 4.2 自動車用樹脂系材料開発の実態と動向 162
  4.2.1 自動車用樹脂系材料の概況 163
  4.2.2 自動車用熱可塑性樹脂の使用実態と開発動向 166
   (1) 熱可塑性樹脂の技術動向概要 166
   (2) 自動車用各種熱可塑性樹脂の樹脂別にみた使用実態と開発動向 167
   (3) 自動車用エンジニアリングプラスチックの市場動向と将来動向 170
   (4) 自動車用熱可塑性樹脂に関する最近の開発事例 171
    (a) 自動車材料用ポリプロピレンの最新技術(サンアロマー) 171
    (b) 長繊維強化樹脂「プラストロン」の技術開発(ダイセルポリマー) 174
    (c) GMT(ガラスマット熱可塑性複合材料)技術の動向と展望
       (クオドラント・プラスチック・コンポジット・ジャパン) 176
    (d) 自動車外装材の樹脂化動向(ゼネラル・エレクトリック) 181
    (e) ポリカーボネート系樹脂自動車用材料の技術(帝人化成) 187
    (f) コポリマー技術によるポリカーボネート樹脂の性能向上
     (SABICイノベーティブプラスチックス)
192
    (g) ポリアミド46樹脂「スタニール」のギヤへの展開
       (ディーエスエムジャパンエンジニアリングプラスチックス) 194
    (h) 車載電装部品におけるシンジオタクチックポリスチレン(SPS)樹脂の用途開発(出光興産) 198
    (i) 植物由来プラスチックス自動車部材と強度(トヨタ自動車) 201
    (j) ナノコンポジットの自動車材料への展開−微細発泡体の開発(豊田工業大学) 205
    (k) 自動車樹脂材料への取り組み(東レ) 209
    (l) 自動車分野における樹脂事業展開(積水化学工業) 211
  4.2.3 自動車用熱硬化性樹脂の使用実態と開発動向 213
   (1) 概況 213
    (a) ポリウレタン(PUR) 213
    (b) フェノール樹脂(PF) 213
    (c) 不飽和ポリエステル樹脂(UP) 214
   (2) FRPによる軽量化の技術課題と将来展望 214
   (3) 自動車用熱硬化性樹脂に関する最近の開発事例 215
    (a) 自動車機構部品軽量化の可能性を広げるフェノール樹脂製品(住友ベークライト) 215
    (b) プレス成形材料の自動車外板部材への展開(ジャパンコンポジット) 218
  4.2.4 炭素繊維複合材料の開発動向 220
   (1) 炭素繊維強化樹脂(CFRP)の概要 221
    (a) 炭素繊維強化樹脂(CFRP)の位置付け 221
    (b) 炭素繊維 221
    (c) CFRPの特徴―軽量化効果 222
   (2) 炭素繊維強化樹脂(CFRP)の開発概況 224
   (3) 炭素繊維強化樹脂(CFRP)に関する最近の開発事例 224
    (a) ピッチ系炭素繊維と複合材料(三菱樹脂) 224
    (b) 新規炭素繊維強化コンパウンド「VICTREX HMF」グレード(ビクトレックスジャパン) 228
    (c) 自動車軽量化炭素繊維強化複合材料の研究開発プロジェクト(NEDO、東レ) 230
    (d) 自動車部材RTM成形用樹脂(CFRP用)の開発(東レ) 230
    (e) 常圧溶解法によるCFRPリサイクル技術(日立化成工業) 232
  4.2.5 自動車用合成ゴム・熱可塑性エラストマーの開発動向 234
   (1) 自動車用合成ゴム材料の現状と開発動向 234
    (a) 自動車用合成ゴム材料の現状 234
    (b) 最近の自動車ゴム材料の開発動向 236
    (c) ゴム材料の今後の展開 238
   (2) タイヤ用合成ゴム材料に関する最近の開発事例 238
    (a) インナーライナ用空気透過抑制フィルム(横浜ゴム) 238
    (b) サイド補強型ランフラットタイヤ「DNA dB EURO ZPS」(横浜ゴム) 239
    (c) ランフラットタイヤの新技術開発(ブリヂストン) 240
   (3) 自動車用熱可塑性エラストマーの開発動向 240
    (a) イソブチレン系熱可塑性エラストマー「SIBSTAR(シブスター)」の開発(カネカ) 240
    (b) 熱可塑性ポリウレタンエラストマーの自動車用途への展開
     (ディーアイシーバイエルポリマー)
242
    (c) 高耐熱性ポリエステルエラストマー「ペルプレンCタイプ」の開発(東洋紡績) 246
    (d) 自動車部品用熱可塑性エラストマーの開発(アプコ) 248
    (e) 高性能熱可塑性エラストマー「ACTYMER G」を用いた軽量化とリサイクル(リケンテクノス) 249
 引用文献(第4章) 252

第5章 構成部材からみた自動車軽量化技術の実態と開発動向
255
 5.1 部品別にみた使用素材の市場動向概況 255
 5.2 金属系材料を用いた構成部材軽量化技術の実態と技術動向 256
  5.2.1 金属材料を用いた構成部材の軽量化技術 256
   (1) 車体材料技術 256
    (a) 軽量化技術の変遷 256
    (b) 技術課題 257
   (2) シャーシ材料技術 257
   (3) パワートレイン材料技術 259
    (a) 高強度鋼の利用・開発 259
    (b) 非鉄金属の利用・開発 260
  5.2.2 軽金属合金を用いた構成部材の軽量化技術 260
   (1) ボディおよびシャーシ部品 261
    (a) アルミ合金使用での技術課題 261
    (b) マグネシウム合金使用での技術課題 261
   (2) パワートレイン部品 262
    (a) シリンダヘッド、シリンダブロック 262
    (b) ピストン 262
    (c) トランスミッション 262
  5.2.3 金属系材料を用いた構成部材軽量化技術に関する最近の開発事例 262
   (1) 自動車の軽金属による軽量化(日産自動車) 262
   (2) 超高真空ダイカスト鋳造法による軽量・高品質サスペンションメンバの開発(トヨタ自動車) 267
   (3) 車両軽量化技術における合理化の取り組み−アルミ部材(本田技術研究所) 271
   (4) 高圧ダイカスト製法(HPDC)によるガソリン用ピストンの開発(本田技術研究所) 276
   (5) アルミ鍛造サスペンションの構造・材料設計(アルミ・銅カンパニー) 277
   (6) 自動車用マグネシウムダイカスト構造部品の設計(メリディアン) 280
   (7) マグネシウム合金製シリンダブロックの開発(ビー・エム・ダブリュー) 283
   (8) CFマグネシウムダイカストによる二輪車用車体部品の開発(ヤマハ発動機) 288
   (9) ハイブリッド車の軽量化(トヨタ自動車) 292
 5.3 樹脂系材料を用いた構成部材軽量化技術の実態と技術動向 297
  5.3.1 樹脂系材料を用いた構成部材の軽量化技術 297
   (1) 樹脂化動向 298
   (2) 外板・外装部品 298
   (3) 内装部品 299
   (4) エンジンルーム内部品 299
   (5) 燃料系部品 300
   (6) 電装系 300
   (7) まとめ 300
  5.3.2 樹脂系材料を用いた構成部材軽量化技術に関する最近の開発事例 300
   (1) 樹脂リヤゲートの開発(富士重工業) 300
    (a) デザイン表現自由度の拡大への対応 301
    (b) 軽量化とコスト低減 302
    (c) リサイクル 303
   (2) CFRP製フード、リアスポイラの開発(本田技術研究所) 303
    (a) 材料特性と積層構造 304
    (b) 生産方法 305
    (c) フードおよびリアスポイラの構造例 307
    (d) 接着信頼性とCFRP塗装技術 308
    (e) 製品性能評価と軽量効果 308
   (3) CFRP製プロペラシャフトの開発(本田技術研究所) 309
   (4) CFRPを用いた自動車燃料(圧縮天然ガス)容器の開発(本田技術研究所) 310
 引用文献(第5章) 311

第6章 生産技術からみた自動車軽量化技術の実態と開発動向
312
 6.1 金属系材料の生産技術の実態と開発動向 312
  6.1.1 鉄鋼材料の成形加工技術 312
   (1) 高強度薄鋼板(ハイテン)の成形加工技術 312
   (2) ホットスタンピング技術の開発動向 313
   (3) 鉄鋼材料の成形加工技術に関する最近の開発事例 318
    (a) 自動車用高張力鋼板の利用技術(JFEスチール) 318
    (b) 自動車用高張力鋼板の特性解析・評価技術(JFEスチール) 321
    (c) ハイテン材実用化のための寸法精度対策技術(神戸製鋼所) 325
    (d) ハイテンテーラードブランクによる車体の軽量化(スズキ) 334
    (e) 離型性と流れ性を兼備した粉末冶金用鉄粉への潤滑剤開発(神戸製鋼所) 338
    (f) シンタハードニング用合金鋼粉の開発(神戸製鋼所) 341
    (g) 焼結化を促進する高速高精度給粉技術の開発(アイシン精機) 345
  6.1.2 アルミニウム合金の成形加工技術 347
   (1) 自動車パネル用アルミ合金板材の成形加工技術 347
    (a) 張出成形 348
    (b) 絞り成形 348
    (c) しわ感受性 349
    (d) 成形性の改善策と開発動向 349
   (2) 自動車用アルミニウム合金押出材の部品加工技術 350
    (a) アルミニウム合金による軽量化(押出材の位置付け) 350
    (b) 押出材の使用部位 350
   (3) アルミニウム合金の成形加工技術に関する最近の開発事例 355
    (a) アルミニウム半凝固鋳造法による自動車制動部品の開発(アイシン高丘) 355
    (b) 自動車パネル用アルミニウム合金板材の伸びフランジ成形(アルミ・銅カンパニー) 358
    (c) アルミニウム加工用工具の開発(イスカルジャパン) 360
    (d) アルミニウム合金の高能率加工用エンドミルの開発(三菱マテリアル) 363
    (e) アルミニウム部品のリサイクル技術(日産自動車) 366
  6.1.3 マグネシウム合金の成形加工技術 368
   (1) マグネシウム合金の成形・加工技術の開発動向 368
   (2) マグネシウム合金の成形加工技術に関する最近の開発事例 369
    (a) 押出し形材を活用したマグネシウム合金薄板材の開発(三協立山アルミ、不二越) 369
    (b) マグネシウム合金の高効率押出し加工とその用途例(三協アルミニウム工業) 374
    (c) 高速圧延によるマグネシウム合金板の圧延加工性向上(大阪大学) 379
  6.1.4 チタン合金の成形加工技術に関する最近の開発事例 382
   (1) チタン合金の切削性改善(神戸製鋼所) 382
   (2) 5軸加工機によるチタン合金の高能率加工(ヤマザキマザック) 385
  6.1.5 金属系材料の接合技術 387
   (1) 金属系材料の接合技術の実態と開発動向 387
    (a) 高強度薄鋼板の溶接技術 387
    (b) 鉄鋼材料と非鉄金属材料の接合技術 388
    (c) アルミニウム車体における溶接・接合技術 389
    (d) マグネシウム合金の接合技術 391
   (2) 金属系材料の接合技術に関する最近の開発事例 391
    (a) 自動車車体組立用の新溶接技術(JFEスチール) 391
    (b) 極低スパッタ炭酸ガスアーク溶接技術の開発(JFEスチール) 394
    (c) スポット溶接部の非破壊検査技術(JFEスチール) 397
    (d) 溶融アルミめっき鋼板を用いたアルミニウム合金と鋼材との異種金属接合(アルミ・銅カンパニー) 400
    (e) 抵抗スポット溶接法による鉄-アルミニウム異材接合技術の開発(神戸製鋼所) 403
    (f) 鋼/アルミニウム合金のスクラムリベットMIG溶接(神鋼溶接サービス、神戸製鋼所) 405
  6.1.6 金属材料の表面処理技術 406
   (1) 自動車ボディ材料の表面処理技術 406
    (a) 自動車ボディの材料と表面処理の変遷 406
    (b) 鋼板の表面処理 407
    (c) アルミ合金の表面処理 407
    (d) その他材料の表面処理 408
    (e) 環境への配慮 408
   (2) 金属系材料の表面処理技術に関する最近の開発事例 408
    (a) ハイブリッドボディへの表面処理技術の開発(本田技研工業) 408
    (b) ピストンの「ハイパー・アルマイト」(スズキ) 411
    (c) アルミニウム化成処理の新プロセス−6価クロムフリー(SurTec) 413
    (d) 高耐食性硫酸アルマイト皮膜の開発(清田アルマイト) 415
  6.1.7 金属系材料の発泡技術に関する最近の開発事例 417
   (1) 衝突安全性に優れたポーラスアルミニウム複合部材の開発(神鋼鋼線工業) 417
   (2) 自動車の軽量化に向けたMHS成形体の開発(香川大学) 420
 6.2 樹脂系材料の成形加工技術の実態と開発動向 427
  6.2.1 樹脂系材料の発泡化技術 427
  6.2.2 樹脂系材料の成形加工技術に関する最近の開発事例 427
   (1) LFT技術の動向と展望(Dieffenbacher) 427
   (2) 熱膨張性マイクロカプセルを利用した樹脂材料発泡化技術(積水化学工業) 432
 6.3 各種自動車部品の軽量化設計・製造技術の実態と開発動向(開発事例) 436
  6.3.1 自動車用熱交換器材料の現状と動向(デンソー) 436
  6.3.2 自動車用熱交換器部品の加工技術(デンソー) 442
  6.3.3 ハブベアリング軽量化開発への形状最適化手法の適用(NTN) 445
  6.3.4 振動制御アクチュエータ「レシプロモータ」の開発(シンフォニアテクノロジー) 449
  6.3.5 電気自動車向けインホイールモータ(ブリヂストン) 452
  6.3.6 車載セラミックコンデンサの小型大容量化への取り組み(日本ケミコン) 455
 引用文献(第6章) 458

第7章 自動車軽量化への技術課題とその展開(まとめ)
460
 7.1 素材別にみた技術課題とその展開 460
 7.2 構成部材からみた技術課題とその展開 462
 7.3 生産技術からみた技術課題とその展開 463

(巻末1) 自動車軽量化技術関連の注目出願特許概要
     (出願2005年〜2008年) 466
(巻末2) 略号対照表 512

□ このページのトップへ
□ 材料・素材・技術分野の目次へ