A review of magnesium die-castings for closure applications

1. 概要:

タイトル: A review of magnesium die-castings for closure applications
著者: J.P. Weiler
発表年: 2019年
掲載誌/学会: Journal of Magnesium and Alloys
キーワード: ダイカスト、自動車への応用、閉鎖構造物、軽量化

2. 研究背景:

1975年に制定されたCAFE（Corporate Average Fleet Economy）規制により、北米の乗用車と小型トラックの平均燃費の向上義務が課せられました。燃費目標は1978年から1985年にかけて初期の増加が求められましたが、2011年までは大きな燃費向上要求はありませんでした。現在、乗用車と小型トラックの燃費要件は2025年まで継続的に増加しており、主にパワートレイン技術の進歩と車両の軽量化によって達成されています。軽量化は、部品やシステム設計のCAE（Computer-aided engineering）最適化、軽量材料の実装、部品統合など、さまざまな方法で達成できます。

これにより、エンジンブロックやトランスミッションの小型化、制動要件の軽減につながり、二次的または複合的な軽量化効果が生じます。自動車用途のマグネシウムダイカスト部品は、一般的に上記の3つの軽量化手法を用いています。比較的低い密度、設計の柔軟性、流動性により、大幅な部品統合が可能になります。従来は、インストルメントパネルフレーム、シートフレーム、ステアリングアーマチュア、トランスファーケース用途に使用されてきました。2015年時点では、北米車両の平均マグネシウム含有量は約5kgでしたが、2025年までに3倍になると予想されています。

本研究では、複数の論文で調査され、一部の事例では生産車両に導入されている、閉鎖構造物用途におけるマグネシウムダイカストの最近の研究をレビューします。

3. 研究目的と研究質問:

研究目的: 閉鎖構造物用途におけるマグネシウムダイカストの過去および現在の開発動向をレビューし、これらの用途におけるマグネシウム合金の長所と短所（鋳造設計、腐食および締結戦略、製造設計および組立方法論を含む）について議論すること。
主要な研究質問: マグネシウムダイカストは、閉鎖構造物用途にどのように適用できるか？マグネシウム合金は、閉鎖構造物用途においてどのような利点と欠点を持っているか？
研究仮説: マグネシウムダイカストは、閉鎖構造物用途において軽量化と部品統合に貢献できる。

4. 研究方法:

研究設計: 文獻レビュー
データ収集方法: 既存の研究論文と業界レポートのレビュー
分析方法: 定性的分析
研究対象と範囲: 閉鎖構造物用途（自動車のドア、リフトゲートなど）に使用されるマグネシウムダイカストに関する既存の研究と生産事例のレビュー

5. 主要な研究結果:

マグネシウムダイカストは、閉鎖構造物用途において最大50％の重量削減と部品数の削減をもたらしました。2017年型クライスラー・パシフィカのリフトゲート内側構造物へのマグネシウムダイカストの適用は、前世代の9個の部品を置き換え、リフトゲートアセンブリの重量を約50％削減しました。他の生産事例としては、2004年型アストンマーティンDB9のマグネシウム製サイドドアインナー（約43％の重量削減）、2010年型リンカーンMKTのマグネシウム製リアリフトゲートインナー（約40％の重量削減）、2009年型メルセデス・ベンツEクラスTモデル、2017年型アストンマーティン・ヴァンキッシュS、2006年型メルセデス・ベンツCLクラスクーペ、そして2018年型ジープ・ラングラーのマグネシウム製スイングゲートダイカストインナーなどがあります。

ロータスエンジニアリングの研究では、2009年型トヨタ・ヴェンザのサイドドアとリフトゲートインナーに26kg以上のマグネシウムを使用し、41％の重量削減を達成しました。ゼネラルモーターズのDOE（Department of Energy）支援プロジェクトでは、統合型ダイカストマグネシウム製ドアインナーを開発し、部品数を削減し、約50％の重量削減を実現しました。

マグネシウム製閉鎖構造物の設計には、腐食防止、締結、組立戦略などの設計上の課題があり、CAE最適化、厚さの変化、リブパターンなどの設計戦略が用いられています。マグネシウムダイカストの製造と組立には、接着剤結合、ヘムフランジジョイント設計、表面処理とコーティングが含まれます。

図表リスト:

Figure 1: 2017 Chrysler Pacifica liftgate with highlighted magnesium die-cast inner.
Figure 2: Aston Martin Vanquish S with magnesium side door inners.
Figure 3: 2018 Jeep Wrangler with die-cast magnesium rear swing gate.
Figure 4: Comparison of integrated magnesium door inner and equivalent steel stamped door inner.
Figure 5: Mercedes SL Roadster die-cast magnesium door inner.
Figure 6: Ford's concept magnesium door inner with open architecture.
Figure 7: Integrated magnesium die-cast door inner from a DOE-sponsored project.
Figure 8: Vehicle deformation from 33.5 mph side barrier impact CAE simulation.
Figure 9: Simulated intrusion displacements from 33.5 mph side barrier impact CAE simulation.
Figure 10: Vehicle deformation from 20 mph 75° side pole impact CAE simulation.
Figure 11: Simulated intrusions from 20 mph 75° side pole impact CAE simulation.
Figure 12: Door assembly with integrated magnesium die-cast door inner from a DOE-sponsored project.

6. 結論と考察:

本研究は、閉鎖構造物用途におけるマグネシウムダイカストの重量削減の可能性と性能特性を要約しています。マグネシウムダイカストは、剛性、衝突安全性、製造性に関する設計上の課題に対する解決策を提供しており、剛性、衝突性能、製造性のための設計、ダイカストマグネシウムインナーをBIWに統合するための組立工程の設計、コーティングシステムの設計、そしてガルバニック腐食対策のための戦略を含んでいます。マグネシウムダイカストは、車両の軽量化による将来のCAFE要件達成に役立ちます。しかし、ガルバニック腐食問題の解決策に関する更なる研究が必要です。

7. 今後の研究:

ガルバニック腐食防止戦略に関する更なる研究
さまざまなマグネシウム合金と製造プロセスに関する研究
より複雑な閉鎖システムへのマグネシウムダイカストの適用可能性に関する研究

8. 参考文献:

(論文中に記載されている参考文献リスト[1]～[20])

[1] “Draft Technical Assessment Report, Midterm Evaluation of Light-Duty Vehicles Greenhouse Gas Emission Standards and Corporate Average Fuel Economy Standards for Model Years 2022-2025”, EPA, NHTSA, 2016.
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著作権:

この要約は、J.P. Weilerの論文「A review of magnesium die-castings for closure applications」に基づいて作成されました。

論文出典: https://doi.org/10.1016/j.jma.2019.02.005

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