「なぜアルミニウムが車にこれほど普及しているのだろう？」「アルミニウムが車体に最適な素材である理由とは？」と疑問に思う方もいるかもしれません。しかし、アルミニウムは自動車の黎明期から自動車製造に使用されてきたという事実に気づいていない方もいるでしょう。1889年にはすでに、アルミニウムは大量に生産され、鋳造、圧延、成形されて自動車に使用されていました。
自動車メーカーは、鋼鉄よりも成形しやすい素材を活用できるチャンスを掴みました。当時、アルミニウムはより柔らかく、優れた成形性と優れた耐食性を備え、長期間の使用に耐えるという特性を持つ、より純粋なアルミニウムしかありませんでした。こうした状況から、自動車メーカーは砂型鋳造で大型のボディパネルを成形し、それを手作業で溶接・研磨するようになりました。
20世紀半ばまでに、ブガッティ、フェラーリ、BMW、メルセデス、ポルシェなど、名だたる自動車メーカーが自動車にアルミニウムを採用するようになりました。
なぜ自動車にアルミニウムを選ぶのか？
自動車は約3万個の部品から構成される複雑な機械です。車体、つまり車両の骨格は、自動車製造において最も高価で重要な部分です。
車両の形状を形作る外側のパネルと、補強材として機能する内側のパネルが含まれます。これらのパネルはピラーやレールに溶接されます。車体には、フロントドア、リアドア、エンジンビーム、ホイールアーチ、バンパー、ボンネット、客室、フロントパネル、ルーフパネル、フロアパネルが含まれます。
車体にとって、構造的な健全性は最も重要な要件です。しかし、車体は軽量で、製造コストが低く、錆びにくく、優れた表面仕上げ特性など、消費者が求める魅力的な品質も備えていなければなりません。
アルミニウムは、いくつかの理由により、これらの要件の範囲を満たしています。
汎用性
アルミニウムは、当然ながら非常に汎用性の高い素材です。成形性と耐腐食性に優れているため、加工や成形が容易です。
また、アルミシート、アルミコイル、アルミプレート、アルミチューブ、アルミパイプ、アルミチャンネル、アルミビーム、アルミバー、アルミアングルなど、さまざまな形式でもご利用いただけます。
アルミニウムは汎用性が高いため、サイズや形状、降伏強度、仕上げ特性、耐腐食性など、さまざまな特性が求められるさまざまな自動車用途に適した素材です。
作業性の良さ
性能品質と汎用性は、焼付硬化、加工硬化、析出硬化、引抜、焼鈍、鋳造、成形、押出といった様々な製造プロセスによって向上します。溶接技術の進歩により、アルミニウムの接合はより容易になり、より安全な結果が得られます。
軽量で耐久性に優れています
アルミニウムは高い強度対重量比を有し、軽量で耐久性に優れています。自動車業界におけるアルミニウムのトレンドは、車両の軽量化に重点を置いており、これは厳しい排出ガス規制を満たすための業界の主要な目標となっています。
Drive Aluminumが実施した調査では、自動車にアルミニウムを使用することで車両重量が軽減され、電気自動車（EV）の燃費と航続距離が向上することが確認されました。消費者の需要と環境対策へのインセンティブがEVの生産増加につながっているため、バッテリーの重量を相殺し、排出量を削減する手段として、車体に使用されるアルミニウムは今後も増加していくと予想されます。
合金化能力
アルミニウムはさまざまな元素と合金化して強度、導電性、耐腐食性などの特性を高めることができるため、自動車製造におけるその使用が増加しています。
アルミニウムは、主な合金元素によって合金シリーズに分類されます。1xxx、2xxx、3xxx、4xxx、5xxx、6xxx、7xxxのアルミニウム合金シリーズには、いずれも自動車のボディに使用される合金が含まれています。
車体に使用されるアルミニウムのグレード一覧
1100
1xxxシリーズのアルミニウムは、入手可能なアルミニウムの中で最も純度が高いものです。純度99%の1100アルミニウム板は、非常に展性が高く、優れた耐食性も備えています。これは自動車に使用された最初の合金の一つであり、現在も主に断熱材として使用されています。
2024
2xxx シリーズのアルミニウムは銅と合金化されています。2024 は、高い強度と優れた耐疲労性を備えているため、ピストン、ブレーキ部品、ローター、シリンダー、ホイール、ギアの製造によく使用されます。
3003、3004、3105
3XXXマンガン系アルミニウムは成形性に優れています。3003、3004、3105がよく見られます。
3003は、高い強度、優れた成形性、加工性、絞り加工性を有し、自動車の配管、パネル、ハイブリッド車やEV車の動力鋳造部品などに多く利用されています。
3004 は 3003 と多くの特性を共有しており、さらにカウルグリルパネルやラジエーターにも使用できます。
3105は優れた耐食性、成形性、溶接性を備えており、自動車のボディシート、フェンダー、ドア、フロアパネルなどに使用されています。
4032
4xxxシリーズのアルミニウムはシリコンと合金化されています。4032は優れた溶接性と耐摩耗性を備えているため、ピストン、コンプレッサーのスクロール、エンジン部品に使用されます。
5005、5052、5083、5182、5251
5xxxシリーズは、アルミニウム製自動車ボディ材として最も人気のあるシリーズの一つです。主な合金元素はマグネシウムで、強度を高めることが知られています。
5005 は、ボディパネル、燃料タンク、ステアリングプレート、配管に使用されます。
5052は最も耐久性の高い合金の一つと考えられており、多くの自動車部品に使用されています。燃料タンク、トラックトレーラー、サスペンションプレート、ディスプレイパネル、ブラケット、ディスクブレーキとドラムブレーキ、その他多くの重要でない自動車部品に使用されています。
5083 は、エンジン ベースやボディ パネルなどの複雑な自動車部品に最適です。
5182は、自動車ボディの構造を支える主要部品として登場します。構造用ブラケットからドア、ボンネット、フロントウィングのエンドプレートに至るまで、あらゆる部品に使用されています。
5251は自動車パネルに見られます。
6016、6022、6061、6082、6181
6xxx アルミニウム シリーズはマグネシウムとシリコンで合金化されており、最高の押し出しおよび鋳造能力を誇り、理想的な表面仕上げ特性を示します。
6016 と 6022 は、へこみ抵抗が重要となる自動車のボディカバー、ドア、トランク、ルーフ、フェンダー、外板などに使用されます。
6061は、優れた表面仕上げ特性、耐腐食性、そして高い強度を誇ります。クロスメンバー、ブレーキ、ホイール、プロペラシャフト、トラック・バスのボディ、エアバッグ、レシーバータンクなどに使用されています。
6082は耐衝撃性に優れており、耐荷重フレームに使用されます。
6181 は外装パネルとして使用されます。
7003、7046
7xxx は、亜鉛とマグネシウムを合金化した、最も強力で最高強度の合金クラスです。
7003 は、主にインパクト ビーム、シート スライダー、バンパー補強材、バイクのフレーム、リムなどの製造における溶接形状に使用される押し出し合金です。
7046は中空押出成形が可能で、溶接性に優れています。7003と同様の用途で使用されます。
自動車におけるアルミニウムの未来
1800年代後半に自動車メーカーが着目した事実は、今日でも揺るぎないものです。アルミニウムは自動車にとって優れた選択肢です。アルミニウムが初めて導入されて以来、合金の開発と製造技術の向上により、自動車におけるアルミニウムの使用は増加の一途を辿っています。持続可能性と環境への影響に対する世界的な懸念と相まって、アルミニウムは自動車業界において、今後大きくかつ広範囲にわたる影響を与えることが期待されています。
著者: サラ・モンティジョ
出典:https://www.kloecknermetals.com/blog/aluminum-in-cars/
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MAT AluminumのMay Jiangによる編集
投稿日時: 2023年5月22日
