2013年に発表したVW XL1に驚愕!!　軽いのが偉い!!　カーボンニュートラル実現のためにもクルマの軽量化は必須

　ここ数年、新車が登場するたびに「◯◯kg軽量化」という謳い文句が多くなってきた。トヨタもBMWとの技術提携でBMWの軽量化技術を供与するなど、なぜいま、軽量化が脚光を浴び、自動車メーカーがこぞって軽量化に取り組むのか？（本稿は「ベストカー」2013年5月10日号に掲載した記事の再録版となります）

文：ベストカー編集部

■軽量化なんていまさら……なんて言う勿れ

　現在、行なわれている軽量化の目的は、燃費基準やCO2排出量の抑制があるためだ。

　燃費にはエンジン性能や転がり抵抗などもかかわってくるが、なかでも車体重量は燃費に占める割合が全体の40%といわれている。

　一般に100kgの軽量化は8%燃料消費を低減し、燃費を約1km/L向上させるといわれているように、燃費改善にもっとも有効な手段が軽量化なのだ。

　さて、自動車の軽量化のためにどのような技術が投入されているのか？ まず、技術革新によって大幅に進化したボディの軽量化から解説していこう。

　ボディの軽量化で使われる部材の種類としては、高張力鋼板および超高張力鋼板、アルミニウム合金、マグネシウム合金、樹脂など、さまざまなアプローチが取られてきた。

■高張力鋼板、超高張力鋼板とは？

　それでは具体的に部材ごとに話を進めよう。まず「ハイテン材（High Tensile Strength Steel=高張力鋼板）」、「超高張力鋼板」。

　近年、高張力鋼板は自動車鋼材の5割に達するといわれている。外板パネル類（～400Mpa）、足回り&シャーシ、内板&構造部材（～800MPa）、補強剤（1000MPa以上）などに使われている。

　ちなみにこのMPaは「メガパスカル」と読む。引張強度の圧力単位として使われ、数値が高ければ高いほど引張強度が強いということになる。ちなみに天気予報で使われるヘクトパスカルも圧力の単位。単位としては1MPa=1000kPa=1000000Pa≒10.197kgf/平方センチメートルとなる。

　普通鋼材の多くが、引張強度270～330MPaであるのに対し、440MPa以上のものを高張力鋼板、さらに強い980MPa以上が超高張力鋼板と呼ばれる。

　1990年代は440MPa級高張力鋼板、2000年代前半は590MPa級が一般的となり、2000年代後半には超高張力鋼板が使われはじめ、現在は車両部位に応じた使い分けが進んでいる。

　ちなみに、高張力鋼板の使用はコストダウンにも役立つ。鋼板の板厚低下は鋼板の使用量（重量）の低減そのものであり、当然、材料費の低減につながる。

　高張力鋼板の価格が強度の向上のわりには安価ということから普及してきたわけだ。ただ、超高張力鋼板の成形には多くの場合、伸びにくく、硬い性質が強く、プレス成型が難しいため、ホットスタンプ（熱間プレス成形）になる。通常は冷間プレス成形が用いられ、加熱したぶんだけコストが上昇するので敬遠されがちだった。

　しかし、そのホットスタンプのコストを抑え、センターピラーに採用したN-BOX。そして日産が1月に発表し、インフィニティQ50（次期スカイライン）に採用された「世界初の冷間プレス成形による1.2GPa級の超高張力鋼板」は画期的な技術だ。

　高強度であるため、使用量を低減することができ、コスト削減につながり、しかも熱間ではなく、冷間プレスであるため既存のプレス機を使用できるということが大きい。

　この1.2GPa級の超高張力鋼板は一般的な鋼板と比べて引張強度は板厚を約45%軽くすることができ、ボディ全体では11kg軽量化されたという。480MPa級の高張力鋼板が約20%、980MPa級の超高張力鋼板が約38%、普通鋼板に比べ板厚が薄くなっているが、この約45%軽くできたというのは驚くべきことだ。

　しかし、高張力鋼板を多用しても、軽量化に限界がある。その場合には、軽量材料への置換が効果的だ。軽量材料は多様であり、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウムなどの金属材料のほかに複合材料がある。このうち、アルミニウムはすでにエンジンブロックやトランスミッションハウジングやホイールなどに用いられているが、ボディへの使用はまだ限られる。

　ボディへの採用例は、古くはNSXやアウディA8、最近ではジャガーのXJおよびXK、レンジローバーなどである。

　アルミ合金板の強度は高張力鋼板ほどではないが、比重は鋼板の約1/3と軽量であり板厚を増やすことで充分な強度の確保と大幅な軽量化を両立できる。

　アルミボディで課題になるのはボディパネルの接合法である。NSXでは鋼板ボディと同様なスポット溶接が採用されたが、電気抵抗の小さいアルミ板では抵抗熱で溶けにくく、大電流を流す必要があった。

　これを避けるため、ジャガー社はリベット接合と接着を併用している。部分的にはプリウスやレクサスCT200hのフロントフードやバックドア、ランエボＸのルーフパネル、エンジンフード、フロントフェンダーなど軽量化のための重要な部材として使われている。

　ただ高コストのため、樹脂に変わる（カローラフィールダーのバックドア）動きも出ている。

　マグネシウムはアルミニウムよりさらに軽いが、ボディへの採用例はほとんどない。マグネシウムは鋳造性が良いので、ホイールやケーシングなどでの採用が主体だ。

　ベリリウムは、マグネシウムに並みに軽く、そのいっぽうで弾性率は鉄より大きい。この特長は軽くて剛性の高いことを意味する。が、プレス成型も鋳造も困難であり、機械加工するしかない。だから、その用途はレース用ピストンやブレーキキャリパーボディなどに限られる。いや、それ以前に毒性が高く、F1でも使用禁止である。

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