2019No. 85日 産 技 報 第 85 号目次2019 年 10 月

発行

◆ 巻頭言
材料技術開発はクルマづくりにおけるイノベーションの根幹………………………………… 山口

武 ……

1

1. 日産の軽量化・省燃費を支える材料技術の革新 ………………………………………………… 福井 孝之 ……

3◆ 特集：軽量化・省燃費を支える材料技術

2. 高延性 980MPa 級超ハイテン材および適用技術開発 …………… 平出 卓也・林
林

慎吾・工藤

孝雄・福原

恵美

大輔・鈴木

洋平 ……

8

3. ダイナミック・パフォーマンスに貢献する軽量カーボンルーフ開発 ………… 鈴木 克彦・田中 真尚 …… 16

4. EV バッテリの小型化に貢献する Cu/Al クラッド材開発 ……………………… 桜田 賢人・柳原 康宏
中井

昌之・長島

富雄 …… 24

5. 可変圧縮比エンジン VC ターボに貢献する高強度ボルト開発 ………………… 浜田 孝浩・小林 大介
小栁

貢士・田辺

孝司 …… 30

6. 0W-8 低粘度省燃費エンジン油の開発 …………… 仲野 誠 一・佐川 琢円・奥田紗知子・小池 裕介
川村

i

諭史・吉田

敬介・斎藤

弘樹 …… 38◆ 技術紹介
7. 軽自動車向け新型パワートレインの開発…………………………… 小山 良浩・伊佐治 洋・黒木
平野

智久・三嶋

峻平・宮川

育・川岬

芳秀・坂井

雄紀・鈴木

真
淳也 …… 44

8. 軽自動車向け新型ガソリンエンジンの開発………… 伊佐治 洋・森嶌 信人・新井 俊哉・櫻庭 健一 …… 56◆ 新車紹介9. 新型デイズ商品概要…………………………………………………… 伊藤

潔・本島圭奈子・中野健二郎 …… 65

10. 新型シルフィ／セントラ商品概要 ………………………………………………… 豊福

諒・寺本広樹 …… 72

11. 新型ヴァーサ商品概要 ……………………………………………………………………………… 上總 直人 …… 77◆ 特許紹介 ………………………………………………………………………………………………………………… 81ii̶Nissan Technical Review No. 85 (OCTOBER 2019) ̶̶CONTENTS ̶◆ Preface
Materials Technology Development as the Basis of Automotive Innovation …………………………

1

By Takeshi YAMAGUCHI◆ Special Feature : Materials Technologies for Vehicle Weight Reduction and Fuel Economy
Improvement
1. Materials Technology Innovation for Vehicle Weight Reduction and Fuel Economy Improvement……………………………………………………………………………………………………………

3

By Takayuki FUKUI

2. Development of High Elongation 980 MPa Advanced High Strength Steel and Application Technologies……………………………………………………………………………………………………………

8

By Takuya HIRADE, Takao HAYASHI, Emi FUKUHARA, Shingo HAYASHI, Daisuke KUDO, Youhei SUZUKI

3. Development of a Lightweight Carbon Fiber Roof that contributes to Dynamic Performance ……

16

By Katsuhiko SUZUKI, Masanao TANAKA

4. Development of Cu/Al Clad Material for Downsizing EV Battery ……………………………………

24

By Kento SAKURADA, Yasuhiro YANAGIHARA, Masayuki NAKAI, Tomio NAGASHIMA

5. Development of High Strength Bolt for the VC-Turbo Engine …………………………………………

30

By Takahiro HAMADA, Daisuke KOBAYASHI, Mitsushi OYANAGI, Takashi TANABE

6. Development of 0W-8 Low Viscosity Engine Oil for Fuel Eﬃciency Improvement …………………
By Seiichi NAKANO, Takumaru SAGAWA, Sachiko OKUDA, Yusuke KOIKE
Satoshi KAWAMURA, Keisuke YOSHIDA, Hiroki SAITO

iii

38

◆ New Technologies
7. Development of a Brand-new Powertrain for Japanese Mini-vehicles …………………………………

44

By Yoshihiro OYAMA, Hiroshi ISAJI, Makoto KUROKI, Tomohisa HIRANO, Shumpei MISHIMA,
Akira MIYAGAWA, Yoshihide KAWASAKI, Yuuki SAKAI, Junya SUZUKI

8. Brand-new Small Gasoline Engine for a New Mini-vehicle ………………………………………………

56

By Hiroshi ISAJI, Nobuto MORISHIMA, Toshiya ARAI, Kenichi SAKURABA◆ New Models
9. Product Overview of the New Dayz …………………………………………………………………………

65

By Kiyoshi ITOH, Kanako MOTOJIMA, Kenjiro NAKANO

10. Product Overview of the New Sylphy/Sentra ……………………………………………………………

72

By Makoto TOYOFUKU, Hiroki TERAMOTO

11. Product Overview of the New Versa ………………………………………………………………………

77

By Naoto KAZUSA◆ Introduction of Patents ………………………………………………………………………………………

iv

81

巻

頭

言

材料技術開発はクルマづくりにおけるイノベーションの根幹
常務執行役員山口

武

古来、人は様々な道具を作り出すことで、その生活を格段に進化させ豊かにしてきた。手近にあった石を砕いて作った石器に始まり、粘土をこねて形を作りそれを焼成して得られる土器を発明し、さらには、青銅・鉄と鉱物から物質を精製し道具を作って利用してきた。現代では、石炭や石油から樹脂やゴムを作り出し、必要品として多くの道具に適用している。このように道具は、使用される材料の進化に合わせて飛躍的にその利便性を向上させてきた。
鉄と木とゴムで始まった自動車産業も例外ではない。歴史を紐解くと、材料の革新無くして自動車の革新はありえないと思う。例えば、T 型フォードにおいて大量生産を可能にしたのは、軽量・硬質であり高速切削加工が可能なバナジウム鋼が開発されたことによるものが大きい。また、1970 年代にはバンパは鉄でつくられていたが、樹脂の高強度・高剛性化により樹脂製バンパが登場し、デザインの自由度も相まって今では当たり前に使われている。また、大気汚染へ対する北米マスキー法の対処には、三元触媒の実用化がブレークスルーのポイントであった。一方、年々強化される衝突規制に対しても、高強度ながら成形性に優れる鋼板が次々と開発され、より安全な自動車を軽量に提供することが可能となっている。そして、アルミニウムやチタン、炭素繊維強化樹脂（CFRP）などの航空機や人工衛星にも使われるような素材が自動車にも使われ始めている。
材料技術は、自然の摂理や原理原則を母体とする自然科学をベースとしており、工業的な自由度は少ないが、材料エンジニアの発想と思考により、まだまだ革新の余地はあるものと信じている。そのために我々は、設計・生産機能との連携をより深くしながら、設計課題や生産課題にも貢献できるよ
うに使いこなしまで踏み込んだ開発を実施している。一方で、これまでの経験や試行錯誤に依存した開発手法を見直し、人工知能（AI）を活用した材料開発（マテリアルインフォマティクス）が始まりつつある。こういった最先端の技術動向もにらみながら継続的に価値を生みだしていく取り組みについても、加速していく必要がある。
料理の世界において、良い食材の目利き無しではシェフは腕を振るえない。クルマづくりの根幹である材料技術を支える我々は、世界レベルの自動車材料のエキスパートとして、実験現場を持つ強みをフルに活用し、今後も材料からの車両革新（イノベーション）を目指してチャレンジを続けていきたい。

1Prefatory NoteMaterials Technology Development as the Basis of
Automotive Innovation
Takeshi Yamaguchi
Corporate Vice President
Since ancient times people have substantially advanced and enriched their lives by creating various
types of tools. Beginning with stone tools fashioned by breaking apart stones near at hand, people went on
to invent pottery by kneading clay into different shapes and baking them to obtain earthenware. People
later refined materials from bronze, iron and minerals from which tools were made for everyday use. In
modern times, resins and rubber have been derived from coal and oil and applied to make many different
tools as necessities. In this way, the convenience of tools has been dramatically improved in line with theevolution of the materials used to make them.
The automotive industry is no exception to this trend, beginning initially with the use of iron, woodand rubber for manufacturing vehicles. As we trace the histor y of the industr y, it is apparent that
automotive innovations would not have been possible without innovations in materials. For example, thedevelopment of hard, lightweight vanadium steel that was machinable with high-speed machine tools was
instrumental in facilitating mass production of the Ford Model T. In the 1970s, bumpers were still being
made of steel, but then plastic bumpers appeared that were manufactured from resins possessing highstrength and rigidity. Today, plastic bumpers are used as a matter of course, thanks in part to allowing
more degrees of design freedom. Practical application of three-way catalysts provided a major
breakthrough for complying with the Clean Air Act that was enacted in the United States for dealing with
air pollution. Around that same time, steel sheet products with outstanding formability, yet still having
high strength, were successively developed to meet collision safety standards that were being tightenedwith ever y passing year. Such materials made it possible to supply lighter and safer vehicles.
Subsequently, aluminum, titanium, carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) and other materials that werebeing used for aircraft and satellites also started to be applied to vehicles.
Materials technology is based on the natural sciences that are grounded in the laws and principles
of nature. Although the degrees of industrial freedom may be limited, I believe there is still plenty of roomfor further innovation based on the concepts and ideas advanced by materials engineers. Toward that end,
we conduct in-depth development activities until new materials can be used effectively in order tocontribute to resolving design and production issues while strengthening collaboration with design andproduction functions. Meanwhile, we are also reviewing development methods that heretofore havedepended on experience and trial and error and are beginning to pursue materials informatics that draws
upon artificial intelligence (AI). As we keep a close eye on these cutting-edge technological trends, wemust also accelerate our efforts for the continuous creation of value.
In the cooking, chefs cannot demonstrate their talents without having a sharp eye for good
ingredients. As world-class automotive materials experts, we support the materials technologies that form
the basis of automotive engineering and manufacturing. We intend to continue our challenge aimed atachieving automotive innovation from materials by making full use of the strengths we possess in our
experimentation and testing workplaces.

2

特集／ Special Feature* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *日産の軽量化・省燃費を支える材料技術の革新
Materials Technology Innovation for Vehicle Weight Reduction and
Fuel Economy Improvement
材料技術部
Materials Engineering Department

福

井

孝

之

Takayuki Fukui* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
1．は

じ

め

に

1. Introduction

世界の人口増加やさらなる経済発展は、複雑かつ多岐

Amid the rapid changes taking place in the world, thesociety in which we operate is facing various issues thatwill have direct and long-term effects. Megatrends suchas global warming, demographic changes and ongoingurbanization are profoundly af fecting modern society.
Accompanying the per-capita growth of gross domestic
product (GDP) and population increases, it is projectedthat global ownership of vehicles will r each 2-2.5
billion units by 2050. There is also concern that ongoingurbanization will cause more traffic congestion, and it isestimated that the transportation sector’s share of global
greenhouse gas emissions will reach approximately 14%(Fig. 1). Countries around the world are continuallytightening their regulations on carbon dioxide (CO 2 )emissions from vehicles every year.
Concurrent with our efforts to address these issues,
it is also our responsibility as a vehicle manufacturer
to continue to supply vehicles that are more exciting tocustomers and are available at af fordable prices, as aresult of incorporating their constantly changing needs
and changes in social trends in a timely manner.
This ar ticle pr esents examples of automotive
innovations and breakthroughs in major issues surrounding
vehicles through the application of various cutting-edge
materials technologies and discusses them mainly fromthe perspectives of weight reduction and fuel economy
improvement.

にわたって地球環境に依存し、自然環境の劣化、気候の2. Environmental Efforts by a Vehicle Manufacturer

世界が急速に変化していく中、私たちを取り巻く社会
は、直接的かつ長期的に影響を及ぼす様々な課題に直面
し、地球温暖化、人口構成の変化、都市化の進行といったメガトレンドは現代社会に大きな影響を与えている。一人当たりの GDP 増加、人口増加に伴い、世界の自動車保有台数は 2050 年までに 20 億〜 25 億台になると予想されている。また、都市化に伴い、渋滞の増加も懸念されており、世界の温室効果ガス排出に占める運輸部門の割合はおよそ 14％になると試算され（図 1）、各国で自動車に課される CO2 の排出規制は年々強化されている。
それに対応するのと同時に、日々変化していくお客様のニーズや社会の流行の変化をタイムリに取り入れ、お客様がよりワクワクするクルマを魅力ある価格で提供し続けることも我々自動車メーカの責務である。
本特集では、様々な材料のブレークスルー技術により、自動車を革新し、自動車を取り巻く大きな課題をブレークスルーした事例を、主に「軽量化・省燃費」の観点から解説する。
2．自動車会社としての環境への取り組み

変動、エネルギや水、資源、食料などの需給ひっ迫といった様々な影響を与えている。地球環境を破壊せずに、経済成長を続けていくことは、私たち人類が豊かさを享受し続けるうえでの大きな挑戦である。
我々自動車メーカは、持続的に発展するために、企業活動の地球環境への影響を把握し、最小化していく必要がある。エネルギ及び資源の使用効率向上と、多様性及び循環を促進し、「企業活動やクルマのライフサイクル全体での環境負荷や資源利用を、自然が吸収できるレベルに抑えること」を我々が目指すゴールのひとつと考えている。
地球の平均気温の上昇を 2℃以内に抑えるために大気中

3

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

Global population growth and fur ther economic
development are dependent on the global environment
in complex and multifaceted ways and are producing
many different effects such as degradation of the naturalenvironment, climate change and a tighter demand-supply
balance for energy, water, resources, foodstuffs and otherthings. Sustaining economic growth without destroying the
global environment is a serious challenge for us membersof the human race if we are to continue to enjoy lives ofcomfortable abundance.
As a vehicle manufactur er, we must ascer tain
and minimize the impact of our corporate activities on

日産の軽量化・省燃費を支える材料技術の革新の CO2 濃度レベルを 450ppm 以下で安定させる必要があるというIPCC 第 4 次評価報告書の前提に基づき、日産は新車の CO2 排出量（Well to Wheel）を 2050 年までに 2000 年
比で 90 ％削減するという目標を定めている。CO2 排出量
90 % 削減に向けては、短期的には内燃機関のさらなる向上による省燃費車の拡大、長期的にはゼロ・エミッション
車である電 気自動車（EV）のラインナップの拡 大や、
e-POWR 技術の導入に取り組む。
3．CO2 排出量の削減
人口の増加、新興国での GDP 成長に伴い、自動車の需要は今後も継続した拡大が見込まれており、特に新興国で の 需 要 増 加 が 著 し い。 近 年、EV や ハ イブ リッド 車（HEV）といった CO2 排出量を削減したパワートレインが日米欧を中心に市場投入されているが、グローバルでは依然として、内燃機関のみの車両が多数を占めており、CO2
排出量削減の観点から、ガソリン車やディーゼル車の内燃
機関の省燃費化が求められる。
省燃費化のための具体的な手法としては、パワートレイ
ン内の徹底的なエネルギロスの低減、アイドリングストッ
プによる無駄なエネルギの削減、ハイブリッドシステムによる無駄にしていたエネルギの回生など、革新的なテクノ
ロジの組み合わせが重要となっている。

3.1 省燃費化
近年、自動車メーカ各社は、様々なアプローチで省燃費化に取り組んでおり、その中でも特にガソリンエンジンにおけるエネルギロスの低減に注力している。
一般的に、ガソリンエンジンが燃料を燃やして得たエネ
ルギのうち、走行に使えるエネルギは 20% 程度とされているが、様々な技術を投入することで、さらにエネルギ効率を向上できる可能性がある。

図ｰ 1 部門別の温室効果ガス排出量
Fig. 1 Greenhouse gas emissions by economic sectors

the global environment in order to foster sustainable
development. One goal Nissan is aiming for is to suppress
the environmental impact and use of resources in all its
corporate activities and throughout the entire vehicle life
cycle to a level absorbable by nature. Toward that end, weare striving to use energy and resources more efficiently
and to promote the use and recycling of more diverse
materials.
The 4th Assessment Report by the Intergovernmental
Panel on Climate Change (IPCC) assumes that the CO 2
concentration in the atmosphere must be stabilized
at a level below 450 ppm in order to keep the average
global temperature increase within 2°C. Based on thatassumption, Nissan has set a goal of reducing the well-towheel CO2 emissions of our new vehicles by 90% by 2050
compared with the level for 2000. Our near-term efforts
for reducing CO2 emissions by 90% include expanding ourlineup of fuel-efficient vehicles by further improving ourinternal combustion engines (ICEs). Our long-term efforts
include expanding Nissan’s lineup of electric vehicles (EVs)that are zero-emission products and the implementationof our e-POWER electric powertrain technology.
3. Reduction of CO2 Emissions
It is forecast that vehicle demand will continue toexpand in the coming years accompanying the increasein the world population and GDP growth in emerging
economies. The increase in vehicle demand in emerging
economies in particular is expected to be pronounced. In
recent years, EVs, hybrid electric vehicles (HEVs) andother powertrain systems that reduce CO2 emissions havebeen put on the market mainly in Japan, America andEurope. However, vehicles equipped with only an ICE stillaccount for the majority of the vehicles in use worldwide.
From the standpoint of reducing CO2 emissions, the fueleconomy of ICEs used on gasoline and diesel vehicles
must be improved to the ultimate possible level.
Specific measures for improving fuel economy include
thoroughly reducing power losses in the powertrain, cutting
wasteful energy consumption by applying star t-stop
technology, and by using a hybrid system to recover kinetic
energy that heretofore has been wasted. It is essential
to combine these and other innovative energy-saving
technologies.
3.1 Fuel economy improvement
Among the various approaches taken by vehicle
manufacturers in recent years to improve fuel economy,
concerted efforts have especially been made to reduce theenergy losses of gasoline engines. It is generally said that
only around 20% of the energy produced by burning fuelin a gasoline engine is used to propel a vehicle. There arepossibilities for improving energy ef ficiency fur ther byimplementing a variety of technologies.

No. 85（2019−10）4Materials Technology Innovation for Vehicle Weight Reduction and Fuel Economy Improvement

このうち、フリクション低減に関しては、エンジンオイ
ルに代表されるような潤滑性能を向上させる材料による貢献が大きく、近年では特に、潤滑油を低粘度にすることで粘性抵抗を低減し、省燃費化を図るアプローチが盛んに行われている。このトレンドが最も顕著な市場が日本であり、軽自動車を含むコンパクトカーや HEV 向けに低粘度
エンジン油が市場導入されつつある。
一般に、潤滑油粘度を下げるとオイル消費と耐摩耗性が悪化するため、各社で対象エンジンを絞り込んだオリジ
ナルスペックの低粘度油が開発されている。一方、汎用性を高めることで適用エンジンを拡大し、CO2 低減効果を最大化するため、基油粘度コントロールと添加剤の最適化によって、従来の低粘度油 SN/GF-5 0W-20 同等以上のオイ
ル消費と耐摩耗性を確保しながら省燃費性能を最大化した SN 0W-16 や本特集で述べる 0W-8 が次々と開発されており、水素フリー DLC（Diamond Like Carbon）コーティ
ングなどのブレークスルー技術と合わせてオイル処方を最適化することで、さらなる省燃費化に貢献している。
また、日産が世界で初めて実用化した、燃費と出力を高次元で両立する可変圧縮比エンジン（VC ターボ）においては、その複雑なリンク機構をコンパクトに成立させる基盤材料として、高強度かつ耐遅れ破壊性能に優れた 16T
塑性域締めボルトを開発し、世界で初めて適用することで貢献している。

3.2 軽量化
CO2 排出量の削減につながる燃費改善へのもう一つのア
プローチとして、車両重量の軽量化が求められている。車
両重量は自動車の燃費と相関があり、軽量であるほど燃費

図ｰ 2 車両重量と燃費の関係
Fig. 2 Relationship between vehicle weight and fuelconsumption

5

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

Among them, materials for improving the lubrication
per formance of the engine oil, as one typical example,
contribute substantially to reducing friction. In recent
years, lowering the viscosity of the lubrication oil to reduce
viscous resistance has been actively applied as a specificapproach for improving fuel economy. The market where
this trend has been most noticeable is Japan. Low-viscosity
engine oils are being put on the market for compact cars,
including mini-vehicles, and HEVs.
Because lowering the lubrication oil viscosity
generally worsens oil consumption and anti-wear
performance, companies have been developing low-viscosity
engine oils according to their original specifications
targeted at certain specific engines. Meanwhile, SN 0W-16,
0W-8, which is discussed in this special feature, andother oils have been successively developed for application
to a wider range of engines by enhancing their generalproperties and maximizing their CO2 reduction effect as
result of controlling the base oil viscosity and optimizing
the additive package. These new engine oils maximize
fuel-saving performance while assuring oil consumption
and anti-wear performance equal to or better than that ofexisting low-viscosity SN/GF-5 0W-20 oil. Together withbreakthrough technologies like hydrogen-free diamond-likecarbon (DLC) coatings, optimization of oil formulations
has contributed to further fuel economy improvement.
Nissan also developed a 16T plastic tightening
bolt as a fundamental technical feature for the variable
compression ratio engine (VC-Turbo) that was introduced
as the first of its kind in the world to achieve both highlevels of fuel economy and output power. Featuring highstrength and outstanding delayed fracture resistance,
this bolt was applied as a world’s first development that
contributed significantly to achieving a compact size forthe complex linkage mechanism of this engine.
3.2 Vehicle weight reduction
Lightening the vehicle weight is another approachthat is needed for improving fuel economy that leads toa reduction of CO 2 emissions. Vehicle weight correlateswith fuel consumption, and it is clear that fuel economy
improves as the vehicle weight becomes lighter (Fig. 2).
On the other hand, vehicles are tending to becomeheavier not only because increasingly higher levels of
collision safety are required from the standpoint ofprotecting occupants in an accident. Equipment features
for enhancing comfor t as a means of improving theattractiveness of vehicles are also adding to the weight.
Various weight reduction technologies have been developed
to satisfy multiple conflicting quality requirements suchas those between weight reduction and improvement ofsafety and comfort.
The main approaches to lightening the body-in-white,which accounts for a large portion of the vehicle weight,

日産の軽量化・省燃費を支える材料技術の革新が良くなるのは自明である（図 2）。
その一方で、事故時の乗員保護の観点から、車体の衝突安全においてもますます高い性能が求められているだけ
でなく、自動車の魅力向上として、快適性を高めるための装備により、車両重量は増加の傾向にある。軽量化と安全性の向上、軽量化と快適性の向上という複数の要求品質を実現するため、様々な軽量化技術の開発が行われている。
車両の多くの重量を占める車体の軽量化の主な方策として、 車体構造の合理化 と 材料置換 があり、後者においては、高強度である超ハイテン材（本特集では780MPa
超級を超ハイテン材と定義）の適用拡大や、従来の鋼板、鋼材をアルミニウムや炭素繊維強化樹脂（CFRP）などの軽量素材へ置換することなどが挙げられる。その中でも超ハイテン材はプレス、溶接工程において、既存設備をそのまま使用できることから、他の軽量材料に比べてコスト競争力が高く、最も効果的な材料置換の一つとして適用拡大が進められている。
一般的に、鋼板は強度を高めると延性が低下する傾向にあり、プレス時の割れにつながることから、強度を高めて薄肉化したい車体骨格部材に対して、超ハイテン材を適用拡大することは大きな課題であったが、すでに高成形性
1.2GPa 級超ハイテン材が車両に適用され、センタピラー
レインフォース、フロントルーフレール、サイドルーフ
レールといった部位への実用が進んでいる。一方で、現状590MPa 級のハイテン材が使用されている部位へは、成形性の観点から適用が困難であった。超ハイテン材の適用
比 率 を 高 め、 さ ら に 車 体 軽 量 化 を 進 め る た め に は、590MPa 級ハイテン材が広く採用されている車体骨格部分に 980MPa 級の超ハイテン材を採用していく必要があり、そのため 590MPa 級 相当の高い成 形 性を有する高 延 性980MPa 級超ハイテンが開発され、実用化が始まっている。
この高延性超ハイテン材は冷間圧延材に加え、車両の防錆面の課題を解決した合金化溶融亜鉛めっき鋼板も開発され、超ハイテン材のさらなる採用拡大による車体軽量化が期待される。
車両の軽量化において、車両重量の多くを占める車体の軽量化を進めることが重要であるが、同時に各部品コン
ポーネントにおいても推進することが必要である。この点においては、アルミニウムや CFRP の適用が進んでいる。
特に CFRP については、航空機への採用が格段に増えているため、自動車への適用も大いに期待されている。一方、課題はコストであり、素材の選定・プロセスの革新など原材料だけではない取り組みが必要である。日産では、発泡樹脂を CFRP で挟み込むことで炭素繊維（CF）の使用量を減らしながら剛性を維持したサンドイッチパネルを開発

are body structure rationalization and material substitution.
Examples of the latter include expanded application ofultra-high strength steel (defined in this special featureas having ultra-high strength exceeding the 780 MPa
grade) and the substitution of lightweight materials such asaluminum and carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) for
the steel sheet and other steel materials used heretofore.
Application of ultra-high strength steel in par ticular is
expanding because it is one of the most effective material
substitutions, providing higher cost competitiveness thanother lightweight materials. One reason is that existing
facilities in the pressing and welding processes can beused as they are.
Increasing the strength of steel sheet generally tends
to reduce its ductility, which can lead to cracking during
the pressing process. That has been a major issue for
expanding the application of ultra-high strength steel
to vehicle body frame members for which it is desired toreduce the plate thickness while increasing strength. Highstrength steel exceeding the 1.2 GPa grade with highformability has already been applied to vehicles, with its
application progressing to the center pillar reinforcement,
front roof rail and side roof rail. However, application toparts currently made of 590 MPa grade high strength steel
has been difficult from the perspective of formability. In
order to raise the application rate of ultra-high strength
steel and reduce the body weight further, it is necessary toapply ultra-high strength steel of the 980 MPa grade tobody framework members for which 590 MPa grade highstrength steel is now widely used. That is why highly
ductile, high strength steel of the 980 MPa grade or higher
and possessing high formability equal to that of the 590
MPa grade has been developed and is now beginning tobe applied. In addition to this highly ductile, ultra-highstrength steel that is a cold-rolled material, an alloyedzinc-coated steel sheet has also been developed that solves
the issue of protecting the body surface from corrosion. It
is expected that the body weight will be reduced throughexpanded application of these ultra-high strength steels.
Although it is important to lighten the weight of thebody-in-white that accounts for a large portion of the vehicle
weight, reducing the weight of individual components at thesame time is also necessary for achieving lighter vehicles.
In this regard, progress is being made in applying aluminumand CFRP. Because the application of CFRP to aircraft
is markedly increasing, there are large expectations for
its application to vehicles as well. The issue here is cost.
Efforts are needed to promote innovations in the selection
and processing of materials, in addition to work on raw
materials. At Nissan, we have developed a sandwich panel
consisting of a foamed resin inserted between CFRP, which
reduces the amount of carbon fiber used while maintaining
the desired stiffness. It has been adopted for the roof panelof the 2020 NISMO GT-R model.

No. 85（2019−10）6Materials Technology Innovation for Vehicle Weight Reduction and Fuel Economy Improvement

し、NISMO GT-R の 2020 年モデルのルーフパネルに採用している。
また、今後拡大が予想される EV などの電動車両においては、バッテリやモータのさらなる小型化および高性能化が求められている。既に中国では NEV 規制によりバッテリの高容量化・高密度化が求められており、日産では、日産リーフ e+ においてバッテリの大幅な高密度化を実現しており、材料としては、例えば銅 ‑ アルミニウムのクラッ
ド材を接続端子に採用することで貢献している。
4．お

わ

り

に

自動車を取り巻く課題に対し、新材料技術で自動車を革新した事例について簡単に紹介した。各開発案件の詳
細は、以後の誌面にて各材料分野のエキスパートから熱く語ってもらうこととするが、ここで紹介した新技術は、今後の社会環境に適合した自動車に必要な性能を徹底的に分析し、その性能を達成するために必要な材料、部品に求められる性能にまでブレークダウンを行い、そして各材
料、部品が役割を分担し、材料メーカ、部品メーカ、自動車メーカからなるチームで試作、評価、改良を短時間で繰り返し実施し、開発してきたものである。
今後、グローバルでのモータリゼーションは、自動車保有率の少ない新興国の成長に伴い、さらに進むと予測されている。環境問題を解決しながらモータリゼーションを進めるためには、開発した新技術をグローバルにいかに早く適用できるかが非常に重要であることは明白である。加えて、手ごろな価格で魅力ある製品として自動車を開発、製造していくことも必要であり、そのためには現地でも価格競争力のある技術に仕上げていくことが非常に重要となる。
材料技術の進化は将来の自動車の革新を支える基盤である。開発した新材料技術で自動車をより魅力ある製品にし、タイムリに世界中のお客様に手ごろな価格でお届けすることで、世界中の多くの人々の生活をより豊かにすることを信じ、材料からの自動車の大きな革新に、今後も挑戦していく所存である。

7

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

For EVs and other electrified vehicles that are
expected to increase in number in the coming years, itwill be necessar y to fur ther downsize and enhance theper formance of the batteries and motor. China’s newenergy vehicle (NEV) regulation already mandates higher
capacity and higher density for batteries. Nissan has
substantially increased the density of the batter y used on
the Nissan LEAF e+. An example of a materials technology
contributing to this improvement is the adoption of acopper-aluminum cladding material for the connection
terminals.
4. Conclusion
This ar ticle has briefly described examples ofautomotive innovations using new materials technologies
to address vehicle-related issues. The details of thesedevelopments will be enthusiastically explained in thefollowing pages by exper ts in each materials field. The
new technologies presented here have been developed bythoroughly analyzing the performance needed by vehicles
well-suited to the social environment in the coming years.
The per formance required of the materials and par ts
needed to attain that vehicle per formance was broken
down and the role of each material and part was identified.
Teams of engineers from manufacturers of materials, partsand vehicles were formed who carried out prototyping,evaluations and improvements repeatedly in a short periodof time to develop these technologies.
It is projected that motorization worldwide will
advance further in the future accompanying the growth of
emerging economies where the rate of vehicle ownershipis still low. Whether these new materials technologies canbe applied globally as early as possible is obviously a very
impor tant question for the promotion of motorization
while resolving environmental issues. In addition, it isalso necessar y to develop and manufacture vehicles as
attractive products available at reasonable prices. For that
purpose, it is essential to bring technologies with pricecompetitiveness to completion in local areas as well.
The evolution of materials technologies will provide
the foundation suppor ting automotive innovations in
the future. We believe that using these new materials
technologies to make vehicles into even more attractive
products and to supply them to customers globally ataffordable prices in a timely manner will enrich the lives ofmany people worldwide. Toward that end, we will continue
our challenge of making significant automotive innovations
based on materials.

特集／ Special Feature

高延性 980MPa 級超ハイテン材および適用技術開発
Development of High Elongation 980 MPa Advanced High Strength Steel and Application Technologies
平

出

卓

也*

林

Takuya Hirade

孝雄*Takao Hayashi

福

原

恵

美*

Emi Fukuhara

工

藤

大

慎

吾*

Shingo Hayashi

輔**

Daisuke Kudo

抄

林
鈴

木

洋

平**

Youhei Suzuki

一般的に鋼板の強度を向上させると延性は低下するため、従来の超ハイテン材ではサイドメ
録
ンバに代表される複雑形状部品への適用は困難であった。本稿では、強度と延性を同時に向上すべく材料組
織を高度に複合化した高延性 980MPa 級超ハイテン材を開発し、同時にプレス、スポット溶接などの適用技術を開発、採用した事例について述べる。

The circumstances surrounding vehicles have become more complex and reduction ofSummary
CO2 emissions is an important issues. Lightening the vehicle mass is considered effective for reducing
CO2 emissions and application of advanced high strength steel (AHSS) to the body-in-white (BIW) is
one of the most significant measures. However, higher strength steel may lead to lower elongation,
which limited application of existing AHSS to BIW structural par ts with complex shapes. Nissan
developed 980 MPa AHSS with high elongation with the aim of replacing 590 MPa steel in BIW.

Key words : Material, high-strength steel sheet, weight reduction, high formability, spot
weldability

1．は

じ

め

に

昨今の自動車を取り巻く環境は年々複雑化している。日産自動車では中期環境行動計画「ニッサン・グリーンプロ
グラム 2022」の中で、新車の CO2 排出削減 40%（2000 年
度比；日米欧中）を掲げており、その達成方策の一つとして車両の電動化を推進している。電動車両においては航続距離の延長が重要課題であり、加えて自動車事故時の乗員保護の観点から、車体の衝突安全性能においても更に高い性能が求められており、これら二つの要求性能を同時に達成するためには、車体の軽量化と高強度化の両立が必要である。
主な車体軽量化の方策として車体構造の合理化、材料
置換があり、後者には超ハイテン材※、炭素繊維強化樹脂（CFRP）やアルミニウムなどへの置換などが挙げられる。
）（※ 本稿では、780MPa 超級を超ハイテン材と定義する。
その中でも超ハイテン材はプレス、溶接工程において、既存設備をそのまま使用できることからコスト競争力が高く、最も効果的な材料置換の一として適用を拡大している。
しかし、鋼板は強度を高めると延性が低下する傾向にあり、プレス成形時の割れにつながることから、強度を高めて薄肉化したい車体骨格部品に対して、超ハイテン材を

1. Introduction
The environment sur rounding vehicles is
becoming more complex with ever y passing year. Oneof the targets of the Nissan Green Program 2022, thecompany’s medium-term environmental action plan, is to
reduce CO2 emissions from new Nissan vehicles in Japan,
U.S., Europe and China by 40% compared with the levelfor fiscal 2000. One measure being promoted to achieve
this target is vehicle electrification. For electrified vehicles,
extending the driving range is a cr ucial issue. Higher
collision safety performance is also required of the bodyof electrified vehicles from the standpoint of protecting
occupants in an accident. In order to satisfy these two
performance requirements simultaneously, it is necessary
to both reduce the weight and increase the strength of thevehicle body.
The main approaches to reducing the weight of thevehicle body are rationalization of body structures andmaterial substitution. Examples of material substitution
include replacement by advanced high strength steel(AHSS, defined here as having ultra-high tensile strength
exceeding 780 MPa), carbon-fiber reinforced plastic(CFRP) or aluminum, among other materials. AHSS
has excellent cost competiveness among these materials
because existing facilities in the stamping and welding
processes can be used as they are. Its application as one of
the most effective material substitutions is expanding.

* 材料技術部／ Materials Engineering Department **Infiniti 製品開発部／ Infiniti Product Development Department
No. 85（2019−10）8Development of High Elongation 980 MPa Advanced High Strength Steel and Application Technologies

適用拡大することは困難であった。
今回、超ハイテン材の適用比率を高めた最軽量スチー
ル車体を目指し、既報の高成形性 1.2GPa 級超ハイテン材 1）に続く、サイドメンバに代表される複雑形状の骨格部品が成形でき、車体での使用比率が高い 590MPa 級ハイテン材を置換可能な 980MPa 級超ハイテン材（以下、開発材）をその適用技術とともに開発したので報告する。
2．材料開発の考え方

2.1 材料開発ターゲット
開発材は図 1 に示すように、高強度と高延性を両立する
ことで、複雑形状骨格部品への適用による構造合理化と薄板化による軽量化を目指した。具体的には、適用開発がHowever, the elongation of steel sheet tends todecline as its strength is increased and that can lead tocracking during stamping. Consequently, that has madeit dif ficult to expand the application of AHSS to bodystructural par ts for which it is desired to increase theirstrength and reduce their thickness.
We have recently developed a 980 MPa AHSS
(referred to here as new AHSS), which can replace 590 MPa
AHSS that currently has a high application rate to bodystructural parts, along with the technology for applying
this new steel material. This new AHSS can be used toform structural parts with complex shapes, as typified byside members. This development follows Nissan’s earlier
repor ted development of a 1.2 GPa AHSS 1) with highformability. Our aim is to create the lightest steel body byincreasing the application rate of AHSS.

完了している TRIP（変態誘起塑性）タイプの高成形性 1.2

2. Material Development Concept

GPa 級超ハイテン材と同様の金属組織とすることで、DP

2.1 Material development target
The aim was to achieve weight reductions throughstructural rationalization and downgauging by applying
the new AHSS to parts with complex shapes as a result of
securing both high strength and high elongation, as shownin Fig. 1. Specifically, it was decided to develop a 980 MPa
AHSS with elongation approaching that of dual-phase (DP)590 MPa AHSS. That would be accomplished by adopting
the same metal structure as that of 1.2 GPa AHSS, a highformability type with transformation-induced plasticity(TRIP) and for which application development work has
been completed.
In addition, because the DP 590 MPa AHSS is also
applied to body platfor m par ts, another aim was tosimultaneously develop a galvannealed (GA) steel sheetwith high anti-corrosion performance, in addition to the
new cold-rolled AHSS.

（Dual-Phase）タイプの 590MPa 級ハイテン材に迫る延性を持つ 980MPa 級超ハイテン材の開発を行うこととした。
ま た、DP 590MPa 級 ハ イ テ ン 材 は 車 体 の プ ラ ッ ト
フォーム部品にも適用されていることから、冷間圧延材に加え、防錆機能を有する合金化溶融亜鉛めっき（GA）材も同時に開発することを目標とした。

2.2 材料特性
表 1、図 2 に開発材、DP 980MPa 級超ハイテン材、DP
590MPa 級ハイテン材の機械特性を示す。開発材は DP
590MPa 級ハイテン適用部品の置換を可能とするため、高い延性でありながら DP 980MPa 級超ハイテン材と同等の穴拡げ性を目標とした。そのため、金属組織は 1.2GPa 級

2.2 Material properties
The mechanical properties of the new AHSS, DP

図ｰ 1 開発材の機械的特性の狙い
Fig. 1 Development target of 980 MPa AHSS
表ｰ 1 開発材、DP 980MPa 級超ハイテン材、DP 590MPa 級ハイテン材の機械的特性一覧
Table 1 Comparison of mechanical properties of three typesof AHSS図ｰ 2 開発材、DP 980MPa 級超ハイテン材、DP 590MPa 級ハイテン材の SS 線図
Fig. 2 Stress-strain diagram of three types of AHSS9NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

高延性 980MPa 級超ハイテン材および適用技術開発

590MPa 級ハイテン材の成形限界線図（FLD）を示す。開980 MPa AHSS and DP 590 MPa AHSS are shown in Table
1. In order to substitute the new AHSS for DP 590 MPa
AHSS currently applied to body structural parts, the aim
was to achieve hole expandability equal to that of DP 980
MPa AHSS while also securing high elongation. Towardthat end, the adopted metal str ucture has an optimalbalance of a residual austenite (residual γ) phase, which
exhibits the TRIP effect, i.e., the same concept as the 1.2
GPa AHSS, soft ferrite, hard bainite and mar tensite aswell as a refined composite microstructure (Fig. 3).
In order to obtain the desired residualγphase forsecuring high elongation, it is necessar y to concentratecarbon in the residualγphase during heat treatment when
the steel sheet is manufactured. Therefore, the component
design was executed with a larger carbon content than thatof the 1.2 GPa AHSS with high formability. Consequently,
there was concern about a possible decline in spot weld
toughness and the occurrence of weld cracking due to theincreased carbon content. Such concerns were addressed
as principal development issues.

発材は等二軸引張の領域においては DP 590MPa 級ハイテ

3. Development of Application Technologies

超ハイテン材と同じコンセプトである変態誘起塑性効果を発現する残留オーステナイト（以下、残留γ）、軟質なフェ
ライト、硬質なベイナイト、マルテンサイトを最適なバラ
ンスで、かつ微細化させた複合組織を採用した（図 3）。
また高い延性を確保するための残留γを得るために、製造時の熱処理において残留γへの炭素の濃縮が必要なことから、高成形性 1.2GPa 級超ハイテン材に対し炭素量を増やす成分設計を行った。そのため、増量した炭素に起因するスポット溶接部の靱（じん）性低下や割れなどが懸念されるため、これらの懸念を主要課題として取り組んだ。
3．適用技術開発

3.1 成形性
図 4 に開発材および DP 980MPa 級超ハイテン材、DP

ン材と同等の成形限界である一方、単軸引張の領域では伸びと同様に DP 980 MPa 級超ハイテン材とDP 590 MPa
級ハイテン材の中間の成形限界が得られた。また、開発材
を DP 590MPa 級ハイテン材から置き換えるためには、降図ｰ 3 開発材の金属組織写真
Fig. 3 Microstructure of new 980 MPa AHSS

図ｰ 4

開発材、DP 980MPa 級超ハイテン材、DP 590MPa 級ハイテン材の FLD
Fig. 4 Forming limit diagram (FLD) of three types of AHSS

3.1 Formability
Figure 4 is a forming limit diagram (FLD) for the
new AHSS, DP 980 MPa AHSS and DP 590 MPa AHSS. In
the region of equal biaxial tension, the new AHSS has thesame forming limit as DP 590 MPa AHSS, whereas in theuniaxial tension region it displays elongation and a forming
limit between the other two types of AHSS. In substituting
the new AHSS for DP 590 MPa AHSS, there was concern
not only that springback would worsen in propor tion toyield strength, but also that cracks would occur in difficultto-form par ts that require stretch-flangeability such asflange corners. Therefore, ef for ts were under taken to
improve the accuracy of formability simulations and to
optimize the stamping process design. As a result of highaccuracy shape optimization, including reducing andequalizing in-plane stress, cracking was suppressed andthe desired part shape accuracy was satisfied.
For example, a stamping simulation was conductedon the shape of the stamped lower hinge of the front pillar
brace shown in Fig. 5. The results raised concern that highstrain in the flange corner portion would cause cracking,but strain was mitigated through shape optimization,
including multistage stamping of the flange corner.
3.2 Delayed fracture resistance
It was predicted that the residual γ phase in the
new AHSS would be transformed by the introduction ofstrain to deformation-induced mar tensite. That would
cause the trim end faces and other parts to have higher
hardness due to strong working than par ts made of DP
980 MPa AHSS. Therefore, it was necessar y to ascertain
the delayed fracture resistance of the new AHSS in order
to apply it to body structural parts.
First, electrolytic hydrogen charging was used toevaluate the crack initiation limit of diffusible hydrogen
No. 85（2019−10）10Development of High Elongation 980 MPa Advanced High Strength Steel and Application Technologies

伏強度に比例して悪化するスプリングバックだけでなく、フランジ R 部などの伸びフランジ性を要求する難成形部位
における割れが懸念される。そこで、成形解析精度の向上やプレス工程設計の最適化に着手し、板内応力の低減・均一化などの高精度な形状最適化を行うことで、割れの抑制、部品形状精度を満足させることができた。
例えば、図 5 に示すブレースフロントピラーロアヒンジ
を模した形状においては、成形解析によりフランジ R 部のひずみが高く割れが懸念されたが、多段 R などの形状最適化によってひずみを低減することができた。

3.2 耐遅れ破壊性
開発材は、残留γがひずみ導入により加工誘起マルテン
サイトに変態するため、トリム端面などの強加工部が DP
980MPa 級超ハイテン材に比べ高硬度になることが予測される。そのため、車体骨格部材への適用に際し、耐遅れ破壊性の見極めが必要であった。
最初に、電解チャージ法により、既に車体に採用済みのホットスタンプ材、高成形性 1.2GPa 級超ハイテン材、および開発材の割れ発生限界拡散性水素量を評価した。その結果、同じ負荷応力における割れ限界拡散性水素量は開発材が最も大きく、ホットスタンプ材や 1.2GPa 級超ハ
イテン材よりも高い耐遅れ破壊性を有していることがわかった（図 6）
。また、実部品を模擬したピアス、トリムのせん断ひずみ導入部の遅れ破壊性についても実験評価し、亀裂が発生しないことを確認した。以上の結果より、開発
材は他の 1GPa を超えるハイテン材に比べて遅れ破壊感受性が低いことが判明した。
開発材が良好な耐遅れ破壊特性を示す要因としては、（1）耐遅れ破壊性を低下させるセメンタイトの粒界析出が、残留γ内に炭素が濃縮されることで抑制されたこと、（2）
延性確保のために増加させた残留γが水素のトラップサイ

content of a hot-stamped steel already applied to thevehicle body, 1.2 GPa AHSS with high formability and the
new AHSS. The results in Fig. 6 revealed that the new
AHSS had the highest crack initiation limit of dif fusiblehydrogen content at the same applied stress, indicatingthat it possesses higher delayed fracture resistance thanthe hot-stamped steel and 1.2 GPa AHSS. In addition, tests
were conducted to evaluate delayed fracture resistance of
places subjected to shear strain loads that simulated theloads induced by the piercing and trimming operations
per formed on actual par ts. The results indicated thatcracks did not occur in the test pieces made of the new
AHSS. The foregoing results confirmed that the new AHSS
has less delayed fracture susceptibility than the other
AHSS with tensile strength of over 1.0 GPa.
The following are assumed to be among the factors
explaining why the new AHSS shows excellent delayed
fracture resistance. (1) Concentrating carbon in theresidualγphase suppresses grain boundar y precipitationof cementite that lowers delayed fracture resistance. (2)The residual γ content that was increased to ensure
elongation acts as hydrogen trapping sites. 2) (3) It has adual phase str ucture containing ferrite and bainite. In
addition, its lower material strength than 1.2 GPa AHSS
with high formability and the hot-stamped steel is probably
another factor that reduces its susceptibility to delayed
fracture.
3.3

Spot weldability
It is known that the spot weldability of steel sheet,especially the cross tension strength (CTS) of spot welds,
declines with increasing carbon content. That is because,
accompanying an increase in carbon content, toughness
declines owing to increased hardness of the molten weld
pool due to melting and solidification during the welding
process. In addition, as the tensile strength of a steel sheet
increases, it restrains deformation more during tensile
testing, which increases stress toward the interior of the（3）フェライトやベイナイトをトとして機能したこと 2）、含む複相組織から成っていること、などが挙げられる。また、高成形性 1.2GPa 級超ハイテン材やホットスタンプ材
に対し材料強度が低いことも、遅れ破壊感受性を下げる一因となっていると考えられる。

図ｰ 5 成形形状の最適化事例
Fig. 5 Stamping optimization for stretch frangeability

11

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

図ｰ 6 開発材の水素脆化特性
Fig. 6 Hydrogen embrittlement property

高延性 980MPa 級超ハイテン材および適用技術開発

3.3 スポット溶接性
鋼板のスポット溶接性は炭素量が増加するに従い、特に十字引張強度（以下、CTS）が低下する傾向が知られている。これは炭素量の増加に伴い、スポット溶接時の溶融・凝固により溶融部の硬度が上昇し、靱性が低下するためである。また、鋼板の強度が高いほど引張試験時に変形が拘束されるために、剥離方向の入力においてはナ
ゲット内部へ向く応力が大きくなり、破断形態の悪化や低荷重破断が発生すると考えられる 3）。
開発材は、TRIP タイプの組織を採用することで高い延性が得られた反面、多くの残留γを安定化させるために、
高成形性 1.2GPa 級超ハイテン材よりも10 〜 20% 多く炭素を添加している。そのため、より一層スポット溶接の品質確保が難しい。そこで、スポット溶接品質確保の方策として、ナゲット端部の靱性向上、および熱影響部の硬さの最適化による応力集中の緩和に着目し、開発材に適した溶接条件を検討した。
その結果、溶融部の靱性低下による CTS 低下の懸念に対しては、結晶粒径微細化による靱性向上を目的とした通電パターンの適用により、界面破断時に起点となる鋼板合
わせ面のナゲット端の組織を微細化することできた。この効果によって、剥離入力時のナゲット内部への亀裂進展抵抗が向上し、図 7 に示す CTS 試験（JIS Z 3137、板厚 2.0mm
同士）において、適正電流範囲内でプラグ破断が得られ、DP 980 MPa 級超ハイテン材と同等以上の強度が確認できた。
一方、車体への適用を想定した開発 GA 材を含むさまざ
まな種類の鋼板の組合せ（以下、板組）のスポット溶接性試験において、溶接打痕周りやコロナボンド部近傍に亀weld nugget when force is input in the separation direction.
Presumably, that worsens the fracture morphology andcauses low-load fracture.3)
The new AHSS has a TRIP-type str ucture forobtaining high elongation, but in order to stabilize theincreased residual γ phase, its carbon content is 10-20%
higher than that of 1.2 GPa AHSS with high formability.
For that reason, it is much more difficult to ensure spot
weld quality. As measures for securing spot weld quality,
attention was focused on improving the toughness of thenugget perimeter and on easing the stress concentration
by optimizing the hardness of the heat-af fected zone. A
study was undertaken to find welding conditions suitable
for the new AHSS.
As a result, a welding current pattern aimed at
improving toughness by making the cr ystal grain size of
the weld finer was defined as a measure for addressing theconcern about the CTS decline due to reduced toughnessof the molten weld pool. The application of this current
pattern refined the structure at the nugget perimeter of thesteel sheet joint where interfacial failure originates. This
had the effect of improving resistance to crack propagation
into the nugget interior at the time a separation input isapplied. Figure 7 shows the results of a CTS test conducted
on two test pieces of 2.0 mm in thickness according to the
JIS Z 3137 standard. Plug fracture was obtained in the
optimal welding current range, confirming that the new
AHSS has strength equal to or better than DP 980 MPa
AHSS.
Spot welding tests were conducted on combinationsof various types of steel sheets (referred to here as sheet
combinations), including the new GA sheet intended forbody application. The results shown in Fig. 8 indicate thatcracks occurred in some sheet combinations around the裂が発生する板組が認められた（図 8）。これらの割れは、内部に亜鉛の侵入が確認できたことから（図 9）、溶融亜

図ｰ 8 LME 亀裂の種類
Fig. 8 Types of LME crack

図ｰ 7 CTS、破断モードに及ぼす溶接条件の影響
Fig. 7 Effect of welding conditions on CTS andfracture mode

図ｰ 9 EDS 分析による LME 亀裂内の亜鉛挙動
Fig. 9 Zinc behavior at LME crack obtained by energy
dispersive X-ray spectrometry (EDS) analysis
No. 85（2019−10）12Development of High Elongation 980 MPa Advanced High Strength Steel and Application Technologies

鉛に起因する LME（液体金属脆化）割れと推定した。
LME 割れの発生要因は一般的に、高強度・高合金材であること、引張応力が付加されていること、熱的エネルギ
が高くめっき金属である亜鉛が溶融している環境であることとされており、それらの因子によって鋼の粒界に溶融亜鉛が侵入し、亀裂発生に至ると考えられている 4）。また、溶接打痕周りに発生する LME 亀裂（以下、外割れ）は、
入熱過多により発生するため、適正電流試験による溶接条
件の最適化により回避することが効果的であると知られている。鋼板間のコロナボンド近傍に発生した割れ（以下、内割れ）については近年の研究で、通電終了後の電極解放時に発生する引張応力が原因であり、その改善としては
加圧保持時間の増加が有効と報告されているため 5）、開発
GA 材においても、同様の視点から解析、および発生メカ
ニズムの解明、検証を行った。
最初に、内割れの発生原因を特定するため、スポット溶
接中のコロナボンド近傍の温度、応力の変化を解析によって明確にした（図 10）。その結果、溶接の工程において、通電中はコロナボンドに圧縮の応力が働いている（図10（a））が、通電終了後の保持工程では、応力が引張に転じることがわかった（図 10（b））
。これは溶融金属の凝固収縮により発生した応力で、溶接電極の拘束から解放されることで急激に温度上昇するためと考えらえる。また、溶接が終了した直後もコロナボンド部は亜鉛融点以上の高温であり（図 10（c））
、亜鉛めっき成分が溶融していることが推察できた。この結果から、開発 GA 材で発生した内割れは、引張応力場において溶融亜鉛が存在することで起きた現象と推定でき、割れの発生は溶接工程中において終了時であることが判明した。
そこで、内割れを抑制するために、応力解放時に溶接部近傍に溶融亜鉛が残存しないよう、十分な冷却工程を得るための溶接工程として、ホールド時間の最適化を検討した。その結果、図 11 に示すように、ホールドタイムが短い時には内割れが発生していた板組でも、亜鉛が凝固

図ｰ 10 LME 発生メカニズムの概略図
Fig. 10 Schematic diagram of LME mechanism

13

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

weld indentation or near the corona bond. Because it wasobserved that zinc had penetrated into the interior (Fig. 9),these cracks were inferred to be liquid metal embrittlement(LME) cracks that originated in the molten zinc.
It is known that LME cracks generally occur inhigh-strength, high-alloy steels. The causes are presumed
to include the application of tensile stress and a welding
environment in which zinc metal plating melts under
the application of high thermal energy. Because of thesefactors, molten zinc penetrates into the grain boundariesof the steel, which presumably leads to the occurrence of
cracks.4) LME cracks that occur around weld indentations(referred to here as outer cracks) are caused by excessive
heat input, so it is known that they can be ef fectively
avoided by optimizing the welding conditions based on
the results of optimal welding current tests. Studies donein recent years on cracks occurring near the corona bond
between steel sheets (referred to here as inner cracks)
have shown that they are caused by tensile stress that
occurs upon release of the electrode after terminating thewelding current. It has been reported that lengthening thepressure hold time is effective for improving this issue.5)
The same perspective was applied to simulate suchcracking in the new GA steel sheet in order to elucidate
and verify the mechanism involved.
First, in order to identify the causes of innercracks, changes in temperature and stress near the coronabond during spot welding were made clear by simulation(Fig. 10). The results revealed that compressive stressacted near the corona bond during the application of
welding current (Fig. 10 (a)). It then changed to tensilestress in the pressure hold process after the terminationof welding current (Fig. 10 (b)). This stress was causedby the solidification and shrinkage of the molten metal.
Presumably, it was caused by a sharp rise in temperature
due to release from the constraint imposed by the welding
electrode. In addition, right after the completion of
welding, the temperature of the corona bond was higher
than the zinc melting point (Fig. 10 (c)), suggesting thatthe zinc plating components were in a molten state. Basedon that result, it was inferred that the inner cracking of

図ｰ 11

スポット溶接の保持時間が LME 亀裂深さに及ぼす影響
Fig. 11 Effect of hold time on LME crack depth高延性 980MPa 級超ハイテン材および適用技術開発

板厚を 1.4mm、開発材は 1.2mm とし、1 ゲージダウンした

the new GA material was caused by the presence of molten
zinc in a tensile stress field. This assumed that cracking
occurred at the end of the welding process.
Therefore, in order to suppress inner cracking,molten zinc should not remain near the weld at the time
stress is released. A study was under taken to optimize
the pressure hold time so as to obtain a sufficient cooling
period during the welding process. The results shown in
Fig. 11 show that, even for sheet combinations exhibiting
inner cracking when the hold time was too shor t, innercracks were suppressed if sufficient time was allowed forthe zinc to solidify. These results confirmed that the holdtime is effective in suppressing inner cracking.

ものを用いて性能比較を行った。その結果、高い反力と4. Impact Properties

するのに十分な時間を確保すれば内割れの発生が抑制され、ホールド時間が内割れに効果的であることが確認でき
た。
4．衝

突

特

性

開発材の衝突特性を評価すべく、軸圧縮圧潰試験による動的性能評価を行った結果を図 12、図 13 に示す。この評価は開発材が DP 590MPa 級ハイテン材からの置き換えを前提としていることから、DP 590MPa 級ハイテン材のDP 590MPa 級ハイテン材に対して約 10% 高いエネルギ吸収量が得られた。これは従来 DP 鋼に対し開発材は引張強度と全伸びの積が増加していることや、高い n 値であることから、ひずみ分散性が良くなり材料の曲げ性が向上されたことが理由であると考えられる。
5．今後の展望新たなハイテン材（冷延材および GA 材）の開発と、車体への適用技術の開発により、困難とされた複雑な車体骨格部材へ980MPa 級超ハイテン材を適用可能とした。また、本開発によりINFIITI QX50 の超ハイテン材（780MPa 超級）比率は 27%となり、23kg の車両軽量化に貢献した（図14）。今後、DP 590MPa 級ハイテン材採用部品を積極的に

The new 980 MPa AHSS was subjected to a dropweight impact test in the axial compression collapse modeto evaluate its dynamic per formance. The results arepresented in Figs. 12 and 13 in comparison with thetwo conventional materials. Because it was assumed thatthe new AHSS would replace DP 590 MPa AHSS, thisevaluation compared the performance of a 1.4-mm-thicktest piece made of the existing steel and a new AHSS test
piece downgauged one rank in thickness to 1.2 mm. The
results show that the new AHSS displayed high reaction
force and absorbed approximately 10% more impact energy
than DP 590 MPa AHSS. That result can presumably be
attributed to the better strain dispersion of the new AHSS
owing to the fact that its product of tensile strength andtotal elongation was greater than that of existing DP 590
MPa AHSS and that its n-value was also higher.
5. Future Prospect
The development of the new AHSS (cold-rolledsheet and GA sheet) and associated technologies for
applying it to the vehicle body has now made it possible
to apply 980 MPa AHSS to body str uctural par ts withcomplex shapes for which such application was previously
difficult. This development raised the usage rate of AHSS
(780 MPa grade or higher) on the INFINITI QX50 model
to 27%, thus contributing to a weight reduction of 23 kg(Fig. 14). It is planned to actively promote material
substitution of the new AHSS for par ts currently made図ｰ 12 開発材の衝撃試験結果 1
Fig. 12 SHF 980 MPa impact test results (1)図ｰ 13 開発材の衝撃試験結果 2
Fig. 13 SHF 980 MPa impact test results (2)図ｰ 14 INFINITI QX50 の開発材適用部品
Fig. 14 INFINITI QX50 parts made of AHSS

No. 85（2019−10）14Development of High Elongation 980 MPa Advanced High Strength Steel and Application Technologies

開発材へ材料置換し、超ハイテン材の適用比率を高める
ことで、車両の更なる軽量化を図っていく予定である。
6．謝of DP 590 MPa AHSS and raise the usage rate of this new
AHSS so as to contribute to further vehicle body weight
reductions in the coming years.
6. Acknowledgements

辞

最後に、本開発に多大なご苦労とご尽力頂いた日本製
鉄株式会社、ユニプレス株式会社、東プレ株式会社および関係者の皆様に感謝の意を表します。

Finally, the authors would like to thank Nippon SteelCorporation, Unipress Corporation, Topre Corporationand everyone else concerned for their tremendous efforts
and cooperation with this development project.
7. References

7．参

考

文

献

1）石内健太郎ほか：1.2GPa 級高成形性超ハイテン材の適用開発、自動車技術会 学術講演会前刷集、No. 76-13、
pp. 1-3（2013）．
2）粕谷康二ほか：TRIP 型ベイニティックフェライト鋼板の機械的性質に及ぼす合金元素及び焼鈍条件の影響、
神戸製鋼技報、Vol. 57、No. 2、pp. 27-30（2007）．
3）古迫誠司ほか：自動車ボディの接合技術における最近の課題とその対策技術−前編、新日鉄技報、No. 393、
pp. 69-75（2012）．
4）武田鐵治郎：亜鉛めっき割れ評価法、溶接学会誌、
Vol. 71、No. 4、pp. 234-240（2002）．
5）谷口公一ほか：超ハイテンの抵抗スポット溶接継手における LME 割れ抑止技術の開発（第 3 報）
、平成 29 年
度溶接学会春季全国大会講演概要集、pp. 20-21（2017）．
6）工藤大輔ほか：新型インフィニティQX50 車体衝突安全および高成形性 980MPa 級超ハイテン適用、自動車技術、Vol. 72、No. 12、pp. 67-70（2018）．

1) K. Ishiuchi et al., Application development of the highformability 1.2GPa ultra high strength steel, Proc. of
JSAE, No. 76-13, pp. 1-3 (2013).
2) K. Kasuya et al., Ef fect of Alloying Elements andAnnealing Conditions on Tensile Proper ties of TRIPAided Steel Sheet with Bainitic Ferrite Matrix, Kobe
Steel Engineering Repor ts, Vol. 57, No. 2, pp. 27-30(2007).
3) S. Furusako et al., Current Problems and the Answer
Techniques in Welding Technique of Auto Bodies—First
Part, Shinnittetsu Giho, No. 393, pp. 69-75 (2012).
4) T. Takeda, Evaluation Method of Zinc Induced Cracking,
Journal of the Japan Welding Society, Vol. 71, No. 4, pp.
234-240 (2002).
5) K Taniguchi et al., Development of resistance spot
welding technology to suppress LME crack in ultrahigh strength steel sheets (3rd report), Proc. of Spring
National Meeting of Japan Welding Society, pp. 20-21(2017).
6) D. Kudo et al, New INFINITI QX50 Safety Body
Str ucture and the Super High Formability 980MPa
UHSS Application, Journal of JASE, Vol. 72, No. 12, pp.
67-70 (2018).

■著者／ Author（s）■

平 出 卓 也
Takuya Hirade

15

林
孝 雄
Takao Hayashi

福 原 恵 美Emi Fukuhara

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

林
慎 吾
Shingo Hayashi

工 藤 大 輔Daisuke Kudo

鈴 木 洋 平Youhei Suzuki

特集／ Special Feature

ダイナミック・パフォーマンスに貢献する軽量カーボンルーフ開発
Development of a Lightweight Carbon Fiber Roof that contributes to Dynamic Performance
鈴

木

克

彦*

Katsuhiko Suzuki

抄

田

中

真

尚**

Masanao Tanaka

近年、安全性や快適性の追求に伴い、CO2 削減や燃費向上にも寄与する自動車の軽量化は一録段と重要性を増している。これまでは最も質量構成割合の高い鉄を比重の小さいアルミニウムニウムや樹脂材料などに置き換える材料置換を行ってきたが、単純な材料置換は限界に近づいてきている。近年の軽量化のトレンドは、材料の特性を考慮し、要求に合わせて使い分けるマルチマテリアル化が進行しつつある。本稿では、軽量かつ高剛性な CFRP と発泡樹脂から成るサンドイッチ材料を開発し、GT-R NISMO 2020 モデルのルーフに採用した事例について述べる。

Along with the pursuit of greater safety and comfort in recent years, vehicle weight
Summary
reduction for contributing to reducing CO2 emissions and improving fuel efficiency has become more
important. Material substitution has so far been done to replace steel, which has the highest masscomposition ratio, with aluminum or plastic having a low specific gravity. However, weight reduction bysimple substitution is approaching its limit. In recent years, the trend in weight reduction has not been
simple material replacement, but rather multi-materialization has been progressing to meet therequirements, taking into account the characteristics of the materials. This article describes a newly
developed lightweight and high-stiffness CFRP/plastic foam sandwich material that was adopted for theroof of the 2020 GT-R NISMO.

Key words : Material, light weight, body, roof, carbon fiber reinforced plastic, foam, sandwich

1．は

じ

め

に

近年、安全性や快適性の追求に伴い、CO2 削減や燃費向上にも寄与する自動車の軽量化は一段と重要性を増している。自動車の車体の材料として、一般的な冷延鋼板
から高張力鋼板に置き換えることで、同じ強度であれば板厚を低減することができ、車体の軽量化に大きく貢献することが可能となる。近年はアルミニウム材料の適用も増加しており、フードやドアなどのクロージャ部品への適用が進んでいる。更に軽量かつ高強度・高剛性な材料として、
炭素繊維強化樹脂（CFRP）が古くからレーシングカーに使用されている。CFRP は鋼板やアルミニウムと比較し、比強度・比剛性（単位質量あたりの強度・剛性）が高く、より軽量化が可能な材料である（図 1）。
2．開発の狙い
従来から車体の材料として使用されている鉄を、より比重の小さいアルミニウムや樹脂などに材料置換することで車両の軽量化を行ってきたが、単純な材料置換は限界に近づいてきている。近年の軽量化のトレンドは、単一の低1. Introduction
The importance of reducing the vehicle weight so
as to contribute to lowering carbon dioxide (CO2) emissions
and improving fuel economy has increased further in recent
years accompanying the pursuit of greater safety andcomfor t. Substituting high tensile strength steel sheet
for general cold-rolled steel sheet as the material for the
auto body makes it possible to reduce the sheet thickness,
provided the strength is the same. This substitution cancontribute significantly to reducing the vehicle body weight.
The application of aluminum materials has also increased
in recent years, with progress seen in application to closure
panels such as the hood and doors. In addition, carbon
fiber reinforced plastic (CFRP) has long been used on racecars as a lightweight material having high strength andhigh stiffness. Because CFRP has higher specific strengthand higher specific stiffness (i.e., strength and stiffness
per unit of mass) than steel sheet and aluminum, it isa material that of fers the possibility for fur ther weight
reductions (Fig. 1).
2. Development Aim
Previously, the vehicle weight has been reduced
through material substitution such as by substituting* 材料技術部／ Materials Engineering Department **Infiniti 製品開発部／ Infiniti Product Development Department
No. 85（2019−10）16Development of a Lightweight Carbon Fiber Roof that contributes to Dynamic Performance

比重材料を使うのではなく、様々な特性を有する材料を組
み合わせ、適材適所に要求に合わせて使い分けるマルチ
マテリアル車体構造を採用し始めている。また、車両の運動性能向上の観点から低重心化の要求がある。重心高の低減は 質量×重心からの距離 で決まるため、重心からの距離が最も遠いルーフの軽量化の寄与度が最も大きい。
本稿では、比強度・比剛性が高い CFRPと低比重の樹脂
発泡体を組み合わせた CFRP サンドイッチ材料を開発し、GT-R NISMO 2020 年モデルのルーフに採用した事例について述べる。車両を低重心化することで、ロールモーメン
トの低減、操縦安定性の向上に貢献している。
3．CFRP サンドイッチ構造による軽量化
材料の組み合わせによって軽量化する手法に、低比重な材料を弾性率の高い材料で挟むサンドイッチ構造がある。曲げ入力を受ける構造体をサンドイッチ構造とすることで、曲げモーメントが生じたときに、断面における応力は部材の両表面で最大となるが、内部ではほとんど発生しない。この原理を応用し、両表面に弾性率の高い材料、内部は軽量な材料で両表面を支持することで、効率的に軽量化と高剛性化を両立する。
CFRP は弾性率の高い連続した炭素繊維をシート状に加工し、そのシートを積層して成形するため、中間に異なる材料を配置しやすく、サンドイッチ構造に適した材料である。低比重な材料としては、樹脂発泡体やハニカム材料が一般的である。樹脂発泡体を用いた場合の CFRP サンド
イッチ構造について、鋼板、CFRP 単板と等剛性（曲げ）時の質量を比較した（図 2）。CFRP は鋼板と比較し低比重のため、材料置換による軽量化の効果が大きい。また、
CFRP は単板に対して、サンドイッチ構造とすることで質量は小さくなり、更には樹脂発泡体の厚さを大きく、かつ
CFRP 層の厚さを小さくすることで、剛性は変わらずに大幅に軽量化することができる。

図ｰ 1 自動車材料の比強度と比曲げ剛性 1）
Fig. 1 Specific strength and specific stiffness of
automotive materials1)

17

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

aluminum or resins having a lower specific gravity forsteel materials traditionally applied to the vehicle body.
However, weight reduction by simple material substitution
is now approaching its limit. The trend in weight reduction
in recent years has seen the start of multi-materializationof body structures rather than the use of a single material
with a low specific gravity. With this approach, materials
having various proper ties are combined and the rightmaterials are used selectively in the right places to meetthe requirements. Moreover, there are demands to lower avehicle’s center of gravity from the standpoint of improving
vehicle dynamics. Lowering the height of a vehicle’s centerof gravity is determined by the “mass x the distance fromthe center of gravity.” Accordingly, reducing the weight of
the roof, which is the farthest from the center of gravity,
can make the largest contribution to vehicle weight
reduction.
This ar ticle presents an example of a newly
developed CFRP sandwich material that has been applied
to the roof of the 2020 GT-R NISMO. This material
combines CFRP having high specific strength and highspecific stiffness with a plastic foam having a low specificgravity. Lowering the vehicle’s center of gravity has
contributed to reducing the roll moment and improving
handling and stability.
3. Weight Reduction Achieved with CFRP Sandwich
Structure
One weight reduction approach by combining
materials is a sandwich str ucture whereby a material
with a low specific gravity is inserted between a material
having a high modulus of elasticity. Adopting a sandwich
construction for a structure subjected to bending force
inputs means that when a bending moment occurs, stressthat develops in a cross section becomes maximum on both
surfaces of the material, but virtually no stress develops
in the interior. This principle is applied to achieve both anefficient weight reduction and higher stiffness because thelightweight material in the interior supports both surfaces
made of the material having a high modulus of elasticity.

図ｰ 2 等剛性時のサンドイッチ構造の軽量化効果
Fig. 2 Weight reduction effect of sandwich structuresat equal stiffnessダイナミック・パフォーマンスに貢献する軽量カーボンルーフ開発

4．CFRP の成形

4.1 PCM 工法
CFRP の成形は材料の性能と量産性の違いにより、数種の工法がある（図 3）。従来の CFRP はプリプレグ（炭素
繊維に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシート状の材
料）を積層し、高温・高圧をかけて硬化させるオートクレー
ブ（AC）工法にて製造されてきたが、成形時間が数時間必要とされるなど、量産性が課題であった。近年、成形サ
イクルタイムの短縮のため、予め金型内に炭素繊維を配置し 樹 脂 を 注 入 成 形 す る RTM（Resin Transfer Molding）
成形が実用化されてきており、硬化速度の速い樹脂を使うことで、数分〜数十分での成形が可能となってきた。ただし、短時間で樹脂を反応させながら型内に注入しなければならず、専用の特殊な設備が必要である。
一方、比較的平面形状の部品では、プレス成形を適用することができる。3 〜 5 分の短時間で硬化する熱硬化性
エポキシ樹脂をプリプレグに用い、高温（130 〜 150℃）、
高 圧（プレス圧 3 〜 10MPa）下でプレス成 形 する PCM（Prepreg Compression Molding）工法を三菱ケミカル株
式会社が開発した。この PCM 工法は、GT-R 2014 年モデルのトランクリッドに採用されている。
PCM 工法は成形時の圧力が高いために、良好な外観を得ることができる。また、PCM 工法により成形された
CFRP は連続した炭素繊維を積層し、樹脂に対する繊維量が多いため強度が高く、車両の構造部品や外板部品として適している。

CFRP is molded by processing continuous carbon
fibers having a high modulus of elasticity into a sheet
shape and then stacking the sheets, making it easy toposition a dif ferent material in between the layers. This
makes CFRP well suited to a sandwich structure. Plastic
foams or honeycomb materials are generally used as thematerial having a low specific gravity. Figure 2 shows theweight reduction effect of CFRP sandwich structures whenplastic foams are used, in comparison with steel sheet anda single CFRP sheet and assuming equal bending stiffness.
Because CFRP has a lower specific gravity than steel sheet,a large weight reduction effect can be obtained by material
substitution. In addition, adopting a CFRP sandwich
structure reduces the mass compared with a single CFRP
sheet. By further increasing the thickness of the plastic
foam and also reducing the thickness of the CFRP layers,
the weight can be markedly reduced without changing thestiffness.
4. CFRP Molding Methods
4.1 PCM method
There are several methods of molding CFRP
depending on dif ferences in material per formance andproductivity (Fig. 3). Previously, CFRP was manufacturedby an autoclave (AC) method in which laminated prepregs
were cured under the application of high pressure andhigh temperature. A prepreg refers to a sheet-like material
consisting of carbon fibers pre-impregnated with an
uncured thermosetting resin. However, productivity was
an issue because the molding time took several hours. In
recent years, practical application of resin transfer molding(R TM) has been achieved to shorten the molding cycle
time. In this process, a fiber preform is placed in the mold

4.2 PCM 工法のサンドイッチ構造への応用
従来の AC 工法とPCM 工法の工程の違いを図 4 に示す。
CFRP の成形は賦形工程と成形工程に分けられる。AC 工
法は賦形工程においてプリプレグを型に手作業で貼り付
け て 形 状 を 付 け るた め、 非 常 に 時 間 が か か る。 一 方、

図ｰ 3 車両向け CFRP 成形技術 2）
Fig. 3 CFRP molding methods for vehicles2)

図ｰ 4 車両向け CFRP 成形技術 2）の工法による比較
Fig. 4 CFRP molding processes for vehicles2)

No. 85（2019−10）18Development of a Lightweight Carbon Fiber Roof that contributes to Dynamic Performance

PCM 工法は予め積層したプリプレグを赤外線（IR）ヒー
タで加熱して樹脂を軟化させて型に配置し、プレス機によりプリフォームを作製するため、賦形工程の時間は短い。
CFRP サンドイッチ構造を成形する場合、AC 工法では型への積層賦形中にプリプレグの間に樹脂発泡体を配置するのに対し、PCM 工法では予めプリプレグの積層する時に樹脂発泡体を間に挟むことで、サンドイッチ構造のプリフォームを作製することができる。
更に、AC 工法では CFRP サンドイッチ構造をつくるた
めに、接着フィルムをプリプレグと樹脂発泡体の間に配置
して密着性を確保する必要があったが、PCM 工法は接着
フィルム無しでプリプレグと樹脂発泡体を密着させることができる。
成形工程を比較すると、AC 工法は高温・高圧が可能な
圧力容器に賦形された材料を型のまま投入し、数時間かけて成形するのに対し、PCM サンドイッチ工法は金型にプリフォームを設置し 5 〜 10 分加熱プレスすることで、短in advance and the resin is then injected and molded.
Because fast curing resins are used, molding can be donein several minutes to several tens of minutes. However,special dedicated equipment is needed because the resin
must be injected into the mold in a short period while it isreacting.
On the other hand, press molding can be applied forparts having a relatively flat shape. Mitsubishi Chemical
Corporation developed a prepreg compression molding(PCM) method whereby a prepreg of thermosetting epoxy
resin that cures in 3-5 minutes is molded in a press underhigh temperature (130-150°C) and high pressure (3-10MPa). This PCM method was applied to make the trunk
lid of the 2014 GT-R model.
An excellent appearance can be obtained with the
PCM method because molding is done at high pressure.
In addition, CFRP molded by the PCM method is well
suited to structural parts and outer body parts of vehicles
because it has high strength owing to the large quantityof laminated continuous CF relative to the resin.

時間に樹脂を硬化・成形することができる。
5．PCM 工法のサンドイッチ構造用材料の選定
本 PCM 工法のサンドイッチ構造に用いるプリプレグと樹脂発泡体の特徴を表 1 に示す。

5.1 PCM 工法用プリプレグ
PCM 工法で使用するプリプレグは短時間で樹脂を硬化・成形するため、従来の AC 用のプリプレグとは異なる硬化特性の樹脂を使用している。樹脂の硬化挙動を図5に示す。
従来のプルプレグと比較し 3 分以内で急激に硬化すること
で、成形サイクルタイム 5 〜 7 分での成形が可能である。
PCM 工法はプリプレグに熱を加えてプレス成形するため、プリプレグの樹脂の温度と粘度の関係が重要となる。
PCM 工法用とAC 工法用のプリプレグの粘度挙動を図 6 に4.2 Application of the PCM method to a sandwich
structure
Figure 4 illustrates the process dif ferences
between the traditional AC method and the PCM method.
CFRP molding is divided into the shaping process and themolding process. With the AC method, the shaping process
is extremely time-consuming because the shape is formed byputting prepregs in the mold manually. In contrast, with the
PCM method laminated prepregs are heated beforehandin an infrared heater to soften the resin before placing
it in the mold. The shaping process is shor t because apreform is produced in advance using a press machine. To
mold the CFRP sandwich structure with the AC method,
plastic foam is placed between the prepregs during stacking
and shaping in the mold. In contrast, with the PCM
method, plastic foam is inserted in between the prepregs
in advance while they are being stacked, thereby producing
the preform of the sandwich structure.

表ｰ 1 PCM 工法に用いる材料の特徴
Table 1 Characteristics of materials for PCM sandwich
structure

図ｰ 5 速硬化プリプレグの樹脂の硬化挙動 2）
Fig. 5 Curing behavior of fast curing prepreg2)

19

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）ダイナミック・パフォーマンスに貢献する軽量カーボンルーフ開発示す。PCM 工法用プリプレグは、高温・硬化時に樹脂が流動しにくくなるよう最低粘度を上げる樹脂設計を行っている。樹脂の粘度低下を制御することで成形時の金型内での樹脂流動が抑えられ、成形品は良好な外観となる。また、プリプレグの樹脂は成形時に樹脂発泡体表面の発泡セル内にも流動し浸み込む。そのため樹脂含有量もPCM
工法用に調整し、適切な炭素繊維／樹脂含有率のプリプレグを開発した。

5.2 樹脂発泡体
PCM 工法用樹脂発泡体の選定にあたり、樹脂発泡体の圧縮特性と、発泡セルのサイズに着目した。PCM 工法は高圧をかけてプレス成形するため、CFRP 間に配置する樹脂発泡体には適切な圧縮特性が必要である。図 7 に樹脂発

Moreover, in order to produce the CFRP sandwich
structure with the AC method, it was necessar y to placean adhesive film between the prepregs and the plastic
foam to ensure adhesion. With the PCM method, adhesion
between the prepregs and plastic foam can be secured
without using an adhesive film.
A comparison of the molding processes indicatesthat the material shaped with the AC method in a pressure
vessel allowing high temperature and pressure then requires
several hours for molding after injection into the mold inthat form. In contrast, with the PCM sandwich method theresin can be cured and molded in a short period of time by
hot pressing for 5-10 minutes the preform that is alreadyset in the mold.
5. Selection of Materials for Sandwich Str ucture
Molded with the PCM Method
The characteristics of the prepreg and plastic foam
used for the PCM sandwich structure are shown in Table 1.

図ｰ 6 PCM 工法用速硬化プリプレグの樹脂の粘度曲線 2）
Fig. 6 Viscosity curve of fast curing prepreg resin for
PCM method2)

5.1 Prepreg for PCM method
In order to cure and mold the resin of the prepreg
used in the PCM method in a short period, the resin has adifferent curing characteristic than that of the prepreg usedin the conventional AC process. The curing behavior of theresins is shown in Fig. 5. Compared with the conventional
AC prepreg, the PCM prepreg resin cures rapidly within
three minutes, making it possible to complete molding ina molding cycle time of 5-7 minutes.
The relationship between the temperature andviscosity of the prepreg resin is crucial in the PCM method
because the prepreg is formed by heating and pressing it.
The viscosity behavior of the prepregs for the PCM method
and the AC method is shown in Fig. 6. For the PCM prepreg,the resin was designed with a higher minimum viscosity sothat it would not tend to flow out during high-temperature
curing. Controlling the decline in resin viscosity suppresses
resin flow in the mold during molding, making it possible toobtain a molded product that has an excellent appearance.
The prepreg resin also flows into the cells on the surfaceof the plastic foam during molding. Therefore, the resin
content has been adjusted to match the PCM method, anda prepreg was developed that has an optimum CF/resin
content ratio.

図ｰ 7 樹脂発泡体の圧縮特性
Fig. 7 Compression characteristics of foams

図ｰ 8 樹脂発泡体の断面
Fig. 8 Cross-sectional photographs of foams

図ｰ 9 CFRP サンドイッチ材料の曲げ試験による変形
Fig. 9 Deformation of CFRP sandwich material
in a bending test

No. 85（2019−10）20Development of a Lightweight Carbon Fiber Roof that contributes to Dynamic Performance

泡体の圧縮時の荷重 ‑ 変位曲線を示す。樹脂発泡体 A は樹
脂発泡体 Bと比較し、初期の傾きが大きく、曲線の平行部である発泡体潰れ領域の荷重も高い。これらを用いて
CFRP サンドイッチ構造を成形した結果、樹脂発泡体 A は外観が良好であったのに対し、樹脂発泡体 B は表面に波打ち、うねりが認められた。これは樹脂発泡体 A が、初期圧縮反力が適度に高いことで PCM 成形中の型内圧力を維持し、プリプレグが金型面に高圧で押し付けられたため、CFRP サンドイッチ成形品に良好な外観が得られたと考える。
次に 2 種類の樹脂発泡体の断面を図 8 に示す。樹脂発泡体 A は発泡セルのサイズが小さく均一であるのに対し、樹脂発泡体 B は発泡セルのサイズにばらつきがあり、一部のサイズが大きい。
樹脂発泡体 A の CFRP の表面には空孔などは無いが、樹脂発泡体 B は CFRP 表面の樹脂が不均一であり、一部に空孔が認められた。これは発泡セルの大きい部位にプリプレグの樹脂が流動することで、CFRP 表面の樹脂量が十分足りずに空孔が発生したと考える。
また、PCM 成形において外観に影響を与える要因として、プリプレグ板厚と樹脂発泡体板厚のバランス、板厚の均一性、板厚に合わせた適切なプレス圧縮量がある。それぞれの板厚と圧縮量を最適化することで、良好な外観

図ｰ 10 PCM 工法のサンドイッチ構造に適した樹脂発泡体
Fig. 10 Foam suitable for PCM sandwich material

図ｰ 11

21

GT-R NISMO 2020 年モデル
Fig. 11 2020 GT-R NISMONISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

5.2 Plastic foam
In selecting the plastic foam for the PCM
method, attention was paid to the material’s compression
characteristics and the foam cell size. The plastic foam
placed between the CFRP layers must have suitable
compression characteristics because the sandwich structure
is molded in a press under high pressure. Figure 7 shows
load-displacement curves during compression for two typesof foam. The cur ve of plastic foam A has a larger slope
initially than plastic foam B, and the load in the parallel
segment of the cur ves in the region where the foam iscrushed is also higher. When these two materials wereused to mold sandwich structures, it was obser ved thatplastic foam A produced an excellent appearance, whereas
the sur face of plastic foam B was wavy and undulating.
Presumably, plastic foam A had a suitably high level ofcompression reaction force initially, which sustained thepressure in the mold during PCM molding. The prepreg
resin was pushed against the entire mold surfaces underhigh pressure, making it possible to obtain a molded CFRP
sandwich structure with an excellent appearance.
Figure 8 shows cross-sectional photographs of thetwo types of plastic foam. It is seen that the cell size ofplastic foam A is small and uniform, whereas the cell sizeof plastic foam B is uneven and some cells are large.
The CFRP surface of plastic foam A does not haveany pinholes or other defects, but the CFRP resin surfaceof plastic foam B lacks uniformity and some pinholes areobser ved. Presumably, the prepreg resin flowed into thelocations of large foam cells, giving rise to the formation of
pinholes because the amount of resin on the CFRP surface
was insufficient.
Factors influencing appearance during PCM molding
include the balance between the plate thicknesses of the
prepreg and plastic foam, plate thickness uniformity, anda suitable level of press compression matching the plate
thickness. By optimizing the respective plate thickness
and level of compression, a CFRP sandwich structure wasmolded with an excellent appearance.
Bending strength tests were conducted on test
pieces made of the CFRP sandwich material to ensure that

図ｰ 12 CFRP サンドイッチ材料製ルーフ
Fig. 12 CFRP sandwich material roof

ダイナミック・パフォーマンスに貢献する軽量カーボンルーフ開発をもつ CFRP サンドイッチ成形品を得ることができた。
要求性能を満足させるため、CFRP サンドイッチ材料のテストピース曲げ試験強度を実施した。発泡セルのサイズが小さい樹脂発泡体を用いた CFRP サンドイッチ材料は、プリプレグと発泡体の密着性が低下した。また樹脂発泡
体板厚が厚すぎると発泡体破壊となるため、適切な発泡

the required performance was satisfied. It was found thatadhesion between the prepreg and the plastic foam declinedwith the CFRP sandwich material having a small foam cellsize. In addition, the plastic foam ruptured when the plate
thickness of the plastic foam was too thick. These results
indicated that the plastic foam also requires a suitablelevel of strength.

体強度も必要である。

5.3 材料選定の結果
PCM 工法に適した速硬化プリプレグ、適切な発泡セルのサイズと分布をもつ樹脂発泡体を選定し、CFRP サンド
イッチ構造を PCM 工法で成形することで、CFRP 外観が良好となり、かつプリプレグと発泡体の密着性も確保でき、品質と性能を満足する CFRP サンドイッチ成形品を得ることができた（図 9、図 10）。

5.3 Material selection results
A fast curing prepreg resin and a plastic foamhaving an appropriate cell size and distribution wereselected as suitable materials for the PCM method. A
CFRP sandwich str ucture was then molded with the
PCM method. The molded CFRP sandwich structure hadan excellent appearance, secured good adhesion between
the prepreg and the plastic foam, and satisfied therequirements for quality and performance (Figs. 9 and 10).
6. Conclusion

4kg の車両の軽量化に貢献し 3）、かつ車両の低重心化、ローA sandwich material was adopted for the roof ofthe 2020 GT-R NISMO model. This material sandwiches
a plastic foam having a low specific gravity between layersof lightweight CFRP with high stif fness (Figs. 11 and
12). The PCM method developed by Mitsubishi Chemical
Corporation was used to mold the sandwich structure. A
prepreg and plastic foam suitable for the PCM method
were selected, and the quality and performance required of
the roof were satisfied. The CF roof of the GR-T contributes
to reducing the vehicle weight by 4 kg3) and it also helps
improve handling and stability by lowering the vehicle’s
center of gravity and reducing the roll moment.

ルモーメントの低減により、操縦安定性の向上にも貢献し

7. Acknowledgments

6．ま

と

め

軽量、かつ高剛性である CFRP の間に低比重の樹脂発泡体を挟み込むサンドイッチ材料を GT-R NISMO 2020 年
モデルのルーフに採用した（図 11、図 12）。CFRP サンドイッチ構造を成形する工法として、PCM 工法（三菱ケミカル株式会社開発）を用いた。PCM 工法用に適切なプリプレグと樹脂発泡体を選定し、ルーフに要求される品質と性能を満足することができた。GT-R カーボンルーフは

ている。
7．謝

辞

本 CFRP サンドイッチ材料製ルーフは三菱ケミカル株式
会社、株式会社チャレンヂとの共同開発により実用化することが可能となった。本開発に際し、技術の革新に挑戦して頂いた両社、およびその他社内外の関係各者に深く感The practical application of this CFRP sandwichmaterial roof was achieved through joint development
activities with Mitsubishi Chemical Corporation andChallenge Co., Ltd. The authors would like to thankboth companies for under taking the challenge of thistechnological innovation and also ever yone else involved
inside and outside Nissan for their cooperation with thismaterial development.
8. References

謝致します。
8．参

考

文

献

1）新エネルギー・産業技術総合開発機構 研究評価委員会：
自動車軽量化炭素繊維強化複合材料の研究開発（中間評価）、https://www.nedo.go.jp/content/100096356.pdf（参照日：2019 年 7 月15日）．
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put to the test (2019).

3）日 産 自 動 車 ニ ュ ー ス ル ー ム： Nissan GT-R NISMO
2020 年モデル グローバル試乗会（2019）．

No. 85（2019−10）22Development of a Lightweight Carbon Fiber Roof that contributes to Dynamic Performance■著者／ Author（s）■

鈴 木 克 彦Katsuhiko Suzuki

23

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

田 中 真 尚Masanao Tanaka

特集／ Special Feature

EV バッテリの小型化に貢献する Cu/Al クラッド材開発
Development of Cu/Al Clad Material for Downsizing EV Battery
桜

田

賢

人*

柳

Kento Sakurada

原

康

宏**

Yasuhiro Yanagihara

中

井

昌

之**

Masayuki Nakai

長

島

富

雄*

Tomio Nagashima

日産リーフ e+ の新型 62kWh バッテリにおいて、Cu/Al クラッド材は電池端子接続スペース
録を削減することでパッケージ密度を 11% 向上し、小型・軽量化に貢献した主要材料である。本稿では、Cu-Al
Dovetail 構造のクラッド材バスバを開発、採用した事例について述べる。

抄

The 62 kWh lithium-ion batter y of the new Nissan LEAF e+ has 11% more energy
Summary
density than the existing 40 kWh batter y. One of the most ef fective technologies for reducing thebatter y size and weight is a Cu/Al clad material that reduces joint space between batter y tabs andbusbars. This article describes the Cu-Al dovetail structure of the newly developed clad material.

Key words : Electronics, lithium-ion battery, downsizing, Cu-Al joining, clad material

1．は

じ

め

に

電気自動（EV）が解決すべき課題の一つに航続距離延長がある。しかしながら多くのエネルギ、すなわち大きな
サイズのバッテリを積載すると室内スペースを圧迫してしまい、必要以上に車体を大型化することにつながり商品性に影響する。そのため、バッテリのパッケージサイズを変えずに、より多くのエネルギを搭載するエネルギ密度向上
技術、つまり小型化技術が航続距離延長のためには必須となる。

1. Introduction
One issue of electric vehicles (EVs) that must
be overcome is to extend the driving range. However,mounting a large batter y to provide greater onboard
energy for propulsion would constrain interior spaceand lead to a bigger than necessar y vehicle body, thus
adversely impacting marketability. Therefore, technology
for improving energy density so as to obtain greater
onboard energy without changing the size of the batter ypack, i.e., downsizing technology, is indispensable forextending the driving range.

日 産 リ ー フ は 40kWh バ ッ テ リ を、 リ ー フ e+ は 新 型
62kWh バッテリを搭載する。図 1 に両バッテリのパックとモジュールを示す。図 1に示すように 62kWh バッテリでは
1 モジュールあたりのセル数を従来の 8 セルから最大 27 セ

図ｰ 1 バッテリパックとバッテリモジュールの構成
Fig. 1 Configurations of battery packs and modules

図ｰ 2 バッテリモジュールとバスバモジュールの構成
Fig. 2 Configurations of battery modules andbusbar modules* 材料技術部／ Materials Engineering Department ** 株式会社エンビジョン AESC ジャパン／ Envision AESC Japan Ltd.
No. 85（2019−10）24Development of Cu/Al Clad Material for Downsizing EV Battery

ルまで増大させ、更にそれらを組み合わせることでパック
内に 288 セルを収納し、62kWh のエネルギ搭載に成功している。今回開発したアルミニウム（Al）と銅（Cu）から成る Cu/Al クラッド材は、この新モジュールにおけるバッ
テリ端子部（タブ）の接続構造小型化に必須の技術であり、40kWh バッテリと比較してパッケージのエネルギ密度を11％向上させ、エネルギを 55％多く積載させたバッテリ開発に貢献したアイテムの一つである。
2．バッテリモジュール小型化における課題
図 2 に 40kWh バッテリと 62kWh バッテリのバッテリモ
ジュール及びバスバモジュールを示す。40kWh バッテリのバスバモジュールは図 2 左下の拡大図、赤破線部で示されているように、バッテリタブをバスバに超音波接合で接続するため、超音波接合工具を使用するスペースが必要となる。そこで新規開発の 62kWh バッテリでは、図 2 右下にあるように、バッテリタブとバスバをレーザ溶接で接続することで、前記超音波接合工具用スペースを必要としないコンパクト構造を設計した。ただしこの構造にするには、バッテリタブの部材である正極：Al、負極：Cu を平面状に接続した一体型のバスバ部材、すなわちクラッド材が必要となる。
本開発における Cu/Al クラッド材の必要要件及び解決方策技術について説明する。必要要件は、（1）Cu-Al 平面
度が小さいこと、（2）接合部が短いこと、（3）界面の強度が高いこと、（4）抵抗が低いことである。図 3 に今回の開発
技術 3 であるFingers Dovetail Clad® Joint（以降、Dovetailクラッド）の構造、及び Cu/Al クラッド材とバッテリタブ
間のレーザ溶接の状態を、現行技術である In-lay クラッドと比較して示す。現行の In-lay クラッドは圧接のため平面度は小さいが、板厚方向（図の横方向）に圧力がかからない工法であり、（3）の要件である十分な界面強度を担保するために、板長方向（図の縦方向）の接合部分を 8 mm
程度に長くする必要がある。このため図のように Cu とAlのラップ部分が長くなることによって（2）の要件が満た

図ｰ 3 Cu/Al クラッド材の接合構造
Fig. 3 Cu/Al clad material structures

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NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

The Nissan LEAF is mounted with a 40 kWhbatter y and the Nissan LEAF e+ with a new 62 kWhbatter y. Figure 1 shows the pack assembly and moduleof both batteries. As indicated in the figure, the 62 kWhbattery can increase the number of cells per module to as
many as 27, up from 8 cells/module for the 40 kWh battery.
When all the modules are then combined, a total of 288 cells
can be housed in the pack, which succeeds in providing
62 kWh of onboard energy.
The newly developed copper (Cu)/aluminum (Al)clad material is an indispensable technology for downsizing
the connection structure of the batter y tabs in the newmodule. Compared with the 40 kWh batter y, the energy
density of the 60 kWh battery pack has been improved by
11%. This clad material is one measure that contributed
to the development of the new battery, which delivers 55%
more onboard energy.
2. Issues in Downsizing Batter y Modules
Figure 2 shows the configurations of the batter yand busbar modules of the 40 kWh and 62 kWh batteries.
An enlarged view of the busbar module of the 40 kWhbatter y is shown inside the red dashed line at the lower
left. As indicated in the figure, because the batter y tabs
are connected to the busbars by ultrasonic welding, there
must be sufficient space for using an ultrasonic welding
gun. In contrast, for the newly developed 62 kWh battery,the space needed for an ultrasonic welding gun waseliminated by designing a compact tab-busbar joint
structure formed by laser welding as shown at the lower
right. However, in order to adopt this str ucture, anintegrated busbar clad material, consisting of the Al
positive electrode and the Cu negative electrode in thesame plane, is needed for connecting the batter y tabmaterials.
The requirements for developing this Cu/Al cladmaterial and the technical measures adopted as solutions
are described here. The necessar y requirements are: (1)small Cu-Al flatness error, (2) a short joint length, (3) highinter facial strength, and (4) low inter facial resistance.
Figure 3 shows the structure of the three-finger dovetailclad ® joint (referred to here as dovetail clad) developed
to meet these requirements and the laser welded state
between the Cu/Al clad material and the batter y tabs,
in comparison with the existing inlay clad technology.
Because the existing inlay clad is pressure welded, it has
small flatness error, but with this method pressure is notapplied in the depth direction (horizontal direction in the
figure). In order to satisfy the third requirement forsufficient interfacial strength, the joint would have to be
increased in the lengthwise direction (vertical directionin the figure) to around 8 mm. As shown in the figure,that would lengthen the Cu-Al lapped portion, making it
impossible to satisfy the second requirement above. It wasenvisioned that a solution would involve a ver y dif ficult
problem of welding dissimilar metals. Therefore, it was
decided to adopt the dovetail clad developed by MaterionEV バッテリの小型化に貢献する Cu/Al クラッド材開発

せなくなり、難易度の高い異種金属溶接となってしまうという問題が想定された。今回適用したマテリオン社のDovetail クラッドは接合部があり継ぎ構造であるため高い界面強度を持ちつつクラッド部が 4 mm と短く、有効と考えた。
3．Dovetail クラッド材の技術内容と課題
図 4 に Cu/Al クラッド材の Dovetail 構造を示す。右の顕微鏡写真に示されている Cu-Al 界面は、製造時の圧接による圧力と母材強度の調質によるアニール時の熱のみが外部エネルギとして掛かるにすぎないため、Cu-Al 接合で懸念される脆（ぜい）性的な金属間化合物は生成しているものの、化合物層は均一かつサブミクロンオーダと薄い特徴を有す。以降の章では、懸念される接続界面についての電気的・機械的性能、及び EV 用のバッテリとして市場で掛かる負荷のうち、最も憂慮される Cu/Al 接続部のガル
バニック腐食に対する耐食性評価結果について述べる。
4．界

面

性

能

図 5 に示した Cu/Al クラッド材 界 面の電 気的・機 械
的性能へ影響を与える因子としては、Al-Cu の接合長さである Dovetail 長さと Cu-Al の界面に生成する金属間化合物（Inter Metallic Compounds：以降、IMC）厚みがある。
Dovetail 長さは板材の端面の切削加工精度に起因する製造
ばらつき因子であり、IMC 厚みも母材調質時のアニール、
レーザ溶接時の入熱量ばらつきが懸念されるため、それぞれの因子が変化したときの電気的・機械的特性を調査した。
図 6 に界面抵抗値と IMC 厚みの関係を示す。IMC は金属よりも抵抗が高いため、厚みが増大すると界面で発生する抵抗も増大すると考えられるが、バッテリの生涯入熱量

Corporation because it was reasoned that the dovetailstructure would be effective in achieving a short clad jointof 4 mm while still providing high interfacial strength.
3. Technical Details and Issues of Dovetail Clad
Material
Figure 4 shows the dovetail structure of the Cu/Alclad material. The Cu-Al inter face is shown in thephotomicrograph on the right. The only external energies
applied to the interface are the pressure used in pressure
welding during manufacture and the heat produced in
the annealing process for heat treatment of the basemetal strength. Therefore, although brittle intermetallic
compounds form, which are a concern for Cu-Al joints, thecompounds are characterized as being homogeneous andsubmicron thin. The subsequent sections will describe
the electrical and mechanical per formance of the joint
interface, which was a source of concern, and present theresults of an evaluation of the resistance of the Cu/Al joint
against galvanic corrosion that is the most worrisome
aspect of the loads imposed on the batter y in real-world
driving.
4. Interfacial Performance
Figure 5 is an SEM image of the Cu/Al cladinter face. Factors that influence the electrical andmechanical performance of the Cu/Al interface include
the dovetail length representing the Al-Cu joint lengthand the thickness of the intermetallic compound (IMC)
layer that forms on the interface. The dovetail length is amanufacturing variability factor originating in the cutting
accuracy of the plate material end face. The IMC layer
thickness is also a concern regarding heat input variationin the annealing heat treatment of the base metal and in
the laser welding process. An investigation was madeof the electrical and mechanical proper ties when thesefactors were varied.
Figure 6 shows interfacial resistance as a functionof the IMC layer thickness. Because IMC has higher
resistance than metals, it is assumed that resistanceoccurring at the interface increases with increasing IMC
layer thickness. Even at an IMC layer thickness levelof 20 μm, which was formed by applying a heat input

図ｰ 4 Cu/Al クラッド材の Dovetail 構造
Fig. 4 Dovetail structure of Cu/Al clad material

図ｰ 5Cu/Al クラッド界面の SEM（走査型電子顕微鏡）像
Fig. 5 SEM image of Cu/Al clad interface

図ｰ 6 界面抵抗値と IMC 厚みの関係
Fig. 6 Interfacial resistance as a function of
IMC layer thickness

No. 85（2019−10）26

Development of Cu/Al Clad Material for Downsizing EV Battery

をはるかに超える入熱量で生成する IMC 厚み 20 μm レベ
ルでも、抵抗値の上昇は製造初期のサブミクロンオーダの厚みの抵抗値に比べて微増であり、抵抗値も1μΩ／箇所と低く、バッテリに用いられる Cu/Al 接合の現行技術水準である10 μΩ以下を十分満足することがわかった。
また懸念していたレーザ溶接時の熱影響によっても、IMC 厚みは増えないことが確認された。車載環境ではバッ
テリの最高温度は IMC 厚みに影響しない温度であるため、製造から車載時で IMC 厚みの影響によって抵抗が増大する場面がないと考える。
次に界面抵抗値とDovetail 長さの関係を調査した（図7）。Dovetail が 長 くな っ て もDovetail の 数 は 変 わ ら ず、IMC の角度が水平に近づく。電子は板の長手方向に進む
ように使われるため、電子が実際に通過する IMC 長さが長くなり、界面抵抗も増大すると考えられる。調査結果としては、Dovetail 長さが数 mm のオーダでは抵抗値は微増
するが、製造上のばらつきを考慮しても現行の接続技術における界面抵抗値以下であることがわかった。
機械的強度についても同様に、界面抵抗値と IMC 厚み、
Dovetail 長さとの関係を調査した（図 8）。IMC は通常脆性的なため、IMC 厚みが増大することで界面強度が弱くなると考えられるが、バッテリの生涯入熱量をはるかに超図ｰ 7 界面抵抗値と Dovetail 長さの関係
Fig. 7 Interfacial resistance as a function of
dovetail length

図ｰ 8 界面抵抗値と IMC 厚み及び Dovetail 長さの関係
Fig. 8 Interfacial resistance as a function of IMC layer
thickness and dovetail length

27

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

vastly exceeding the lifetime heat input of a batter y, theresistance value increased only slightly over that for thesubmicron IMC layer thickness in the initial manufacturing
stage. The resistance values were also low at 1 μQ/location,
which amply satisfies the level of less than 10 μQ that is
obtained with the existing Cu/Al joint technology.
It was also confirmed that the effect of heat duringlaser welding, which was another source of concern, did
not cause the IMC layer thickness to increase either.
Because the maximum battery temperature in the onboard
environment is at a level that does not affect the IMC layer
thickness, it is assumed that there are no situations frommanufacture to in-vehicle use where interfacial resistancewould increase due to the effect of the IMC layer thickness.
The relationship between interfacial resistance andthe dovetail length was then investigated and the results
are shown in Fig. 7. Even if the dovetail length increases,
the number of tails does not change and the angle of the
IMC layer approaches the horizontal. Because electrons
flow in the lengthwise direction of the plate during use,
it is assumed that interfacial resistance increases with alonger IMC layer through which the electrons actually
pass. The investigation results showed that although theinter facial resistance value increased slightly when thedovetail length was on the order of several mm, it was
below the value of the interfacial resistance for the existing
joint technology, even taking into account manufacturing
variability.
Similarly, an investigation was made of mechanicalstrength with regard to the relationship between interfacial
resistance and ICM layer thickness and dovetail length(Fig. 8). Because the IMC layer is usually brittle, it wasthought that inter facial strength might decline with athicker IMC layer. For a 60-μm thick IMC layer formed byapplying a heat input vastly exceeding the lifetime heat
input of a batter y, it was obser ved that all the test pieces
fractured from the Al base metal. Similarly, for a dovetaillength of 1-4 mm, it was also found that fracture occurredfrom the Al base metal. These results indicated that theinter facial per formance of the dovetail clad material interms of both electrical and mechanical properties is as
good as or better than that of the joining method used for

図ｰ 9 Cu/Al 接合部の耐食性能Fig. 9 Corrosion durability at Cu/Al jointEV バッテリの小型化に貢献する Cu/Al クラッド材開発

材から破断することが確認された。同様に Dovetail 長さに

the 40 kWh battery. The manufacturing robustness of thematerial was also confirmed.

ついても1 〜 4mm の間で、Al 側からの母材破断が確認さ

5. Corrosion Resistanceれた。このように電気的・機械的にもDovetail クラッド材

般的な板面同士を接合した工法に比べて腐食進行によるThere was concern that galvanic corrosion, whichtends to occur with this clad material because aluminum andcopper are in contact, might affect interfacial performance.
In order to ascer tain the relative resistance of the cladmaterial against galvanic corrosion, the rate of increase(%) in interfacial resistance at the joint was measured inrelation to the exposure time in a salt spray test. The
results are shown in Fig. 9 in comparison with the existing
Cu/Al joint formed by ultrasonic welding for the 40 kWhbattery.
The rate of increase in interfacial resistance at thejoint began to differ between the two types of joint after an
exposure time of 200 h and a pronounced difference wasseen after 350 h. The results showed that the dovetail clad
joint has corrosion resistance equal to or better than thatof the 40 kWh batter y joint. A structural factor that may
have induced this result is illustrated in the upper leftpart of Fig. 9. The obliquely intertwined structure seen at
the interface of the clad material presumably delayed theloss of functionality due to the progression of corrosion
compared with the ordinar y method of welding matingplate surfaces used for the existing joint.

機能損失を遅らせることができたと考える。

6. Conclusion

える入熱量で生成する IMC 厚み 60 μm の状態でも、Al 母の界面部分の性能は、40kWh バッテリに用いられている
接続法同等以上の性能を持ち、かつ製造ロバスト性もあることが認められた。
5．耐

食

性

本材料はアルミニウムと銅が接触しているため、ガルバ
ニック腐食を発生しやすく、界面性能への影響が懸念される。ガルバニック腐食の耐食性を相対的に把握するため、
40kWh バッテリの Cu/Al 超音波接続技術を比較対象として、塩水噴霧試験の暴露時間に対する接続部抵抗の上昇率（%）を測定した結果を図 9 に示す。
接続部抵抗の上昇率は暴露時間 200 時間から差異が出始
め、350 時間ではその差異は顕著になり、40kWh バッテリ同等以上の耐食性を有することがわかった。この結果を導いた構造的な要因としては、図 10 中の左上に示すように
クラッド材は界面の構造が斜めに入り組んでいるため、一

6．ま

と

め

EV の重要課題の一つであるバッテリの高エネルギ密度化の方策として、レーザ溶接を用いた導体材の接続技術がある。レーザ溶接信頼性を成立させるためにはバスバ材に、（1）Cu-Al 平面度が小さいこと、（2）接合部が短いこと、（3）界面の強度が高いこと、（4）抵抗が低いことが求められる。これらの条件を満足する Cu/Al 接合方法を検討した結果、Dovetail クラッド材を選定した。懸念である IMC
厚み、Dovetail 長さと界面性能の影響を調査し、量産や車載に際し十分なロバスト性を持っていることを確認した。
また信頼性懸念項目である耐食性に関しても接合部の特徴的な構造から、40kWh バッテリの Cu/Al 接続技術同等
以上の耐食性を有することがわかった。
7．謝辞

最後に、本開発を進めクラッド材を適用するにあたり、試験データや知見のご提供など多大なご協力をいただいたマテリオン社に感謝の意を表します。
8．参

考

文

献

1）E . H i l z e t a l . : F o r m a t i o n a n d p r o p e r t i e s o f

Joining conductive materials in EV batteries bylaser welding is one approach to increasing onboard
energy density so as to address the critical driving range
issue of EVs. The following conditions are required of thebusbar material in order to ensure the reliability of laser
welding: (1) small Cu-Al flatness error, (2) a shor t joint
length, (3) high interfacial strength, and (4) low interfacial
resistance. As a result of investigating Cu/Al joining
methods for satisfying these conditions, a dovetail cladmaterial was selected. There was concern that the IMC
layer thickness and dovetail length might affect interfacial
per formance. The results of an investigation of thesefactors revealed that the dovetail clad material possesses
suf ficient robustness at the time of manufacture andduring in-vehicle use. Although cor rosion resistance
was also an aspect of concern regarding reliability, it was
found that this dovetail clad material possesses corrosion
resistance equal to or better than that of the existing Cu/Aljoining technology used for the 40 kWh battery, thanks to
the distinctive structure of the joint interface.
7. Acknowledgments
Finally, the authors would like to thank Materion
Corporation for its invaluable cooperation in providing test
data and knowledge concerning the development andapplication of this Cu/Al clad material.
8. References
1) E. Hilz et al., Formation and properties of intermetallic

No. 85（2019−10）28

Development of Cu/Al Clad Material for Downsizing EV Battery

intermetallic compounds in an Al-Cu roll-bonded
connection, Proc. of the 27th International Conference
on Electrical Contacts（2014）．
2）レーザ溶接対応 電池配線モジュール、SEI テクニカル
レビュー、No. 195、p. 63（2019）．
3）ロバート・ピー・ウィリスほか：固相接合を用いて異種材間に横並び金属接合を生成する方法及びこれにより製造された製品、特許第 5254493 号（2013.04.26）．

compounds in an Al-Cu roll-bonded connection, Proc. ofthe 27th International Conference on Electrical Contacts(2014).
2) Battery Wiring Module Available for Laser Welding, SEI
Technical Review, p. 63 (2019).
3) R. P. Willis et al., The methods and thereby manufactured
product to produce a side-by-side metal bond between
dissimilar materials using solid phase bonding. Japan
Patent 5254493 (2013.04.26).

■著者／ Author（s）■

桜 田 賢 人Kento Sakurada29

柳 原 康 宏Yasuhiro Yanagihara

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

中 井 昌 之Masayuki Nakai

長 島 富 雄Tomio Nagashima

特集／ Special Feature

可変圧縮比エンジン VC ターボに貢献する高強度ボルト開発
Development of High Strength Bolt for the VC-Turbo Engine
浜

田

孝

浩*

小

Takahiro Hamada

抄

林

大

介*

Daisuke Kobayashi

小

栁

貢

士*

Mitsushi Oyanagi

田

辺

孝

司**

Takashi Tanabe

新型可変圧縮比エンジン VC ターボでは、マルチリンクシステムの小型化要求から 1.6GPa 塑
録
性域締結用高強度ボルトの開発が必要であった。課題の一つは遅れ破壊であるが、化学成分および熱処理条
件を最適化することで、高強度かつ優れた耐遅れ破壊特性を有するボルトを開発した。限界拡散性水素量と環境から侵入する拡散性水素量の比を用いて、開発鋼が現行の高強度ボルトよりも優れた耐遅れ破壊特性を有することを確認した。

A new variable compression ratio turbo (VC-Turbo) engine, which has a multi-link
Summarysystem for controlling the compression ratio from 8:1 to 14:1, requires high axial force for fastening
the links. Therefore, it was necessar y to develop a 1.6-GPa tensile strength bolt with plastic region
tightening. In this study, quenched and tempered alloy steel was chosen, and the chemical compositionand heat treatment conditions were optimized to improve delayed fracture resistance along with highstrength. By using the ratio of the amount of critical diffusible hydrogen and the amount of diffusiblehydrogen invading from the surrounding environment, it was confirmed that the newly developed steel
has delayed fracture resistance equal to or better than that of the current high strength bolt material.

Key words : Material, Engine Component, iron & steel, mechanical property

1．は

じ

め

に

新型 2.0L ガソリンターボエンジン（KR20DDET）は、
マルチリンク可変圧縮比（VCR）メカニズムを採用した
世界初の量産可変圧縮比ターボエンジン（VC ターボ）である 1）。エンジン理論熱効率は圧縮比が高いほど向上し、燃費を改善できるが、圧縮比を高めるとノッキングや過剰に高い筒内圧が発生しやすくなる。実エンジンでは、最も厳しい全負荷時のノッキング発生限界、および許容筒内圧限界によって圧縮比が制限される。一方、部分負荷では、筒内の燃焼ガスの圧力や温度は低く、ノッキングの発生や

1. Introduction
Nissan’s new 2.0L gasoline turbocharged engine(KR20DDET) is the world’s first mass-producible variable
compression ratio engine (VC-Turbo) that incorporates amulti-link variable compression ratio (VCR) mechanism.1)
The theoretical thermal efficiency of an engine increases
with a higher compression ratio, making it possible toimprove fuel economy. However, raising the compression
ratio tends to cause knocking or excessively high in-cylinderpressure. In actual engines, the compression ratio isrestricted by the knocking limit at wide open throttle,
the most severe operating condition, and the allowable

許容筒内圧に対して余裕があり、圧縮比を高めることが可能である。そこで、圧縮比を可変とし、運転条件に応じて最適な圧縮比が設定できれば、熱効率と出力の両方の向上が可能になる。VC ターボでは、従来のピストン・クランク機構を日産独自のマルチリンク式クランクシャフト回転機構へ置き換えた。図 1 にマルチリンク部品の構成を示す。ピストンとクランクシャフトが U リンク（Upper link）とL リンク（Lower link）の 2 本のリンクにより直列に連結されている。L リンクは上下 2 部品から構成され、2 本のボルト締結構造である。U リンクとL リンクが無軌道に変化しないように C リンク（Control link）とコントロール

図ｰ 1 マルチリンクシステム構成図
Fig. 1 Configuration of multi-link system* 材料技術部／ Materials Engineering Department ** エンジン＆ドライブトレイン技術開発部／ Engine and Drivetrain Engineering
Department

No. 85（2019−10）30

Development of High Strength Bolt for the VC-Turbo Engine

シャフトを配置している。コントロールシャフトの C リン
ク側支持点は、アクチュエータ（電動モータ）によって制御される。すると、U リンクの下端位置が上下に動いて、上・下死点でピストン頂部位置が約 6mm の範囲で可変となる仕組みである。本システムでは、圧縮比を 8:1 〜 14:1
で変更可能としている。
本システムを成立させるためには、各構成部品に高い機能が求められる。図 1 中に L リンクボルトへの荷重入力を示すが、燃焼荷重が L リンクの開く方向に働き、U ピンを
力点、クランクピンを作用点として、ボルトを引っ張る方向に入力が働く。てこの原理によって燃焼荷重が約 2 倍となり、従来のピストン・クランク機構におけるコンロッド
ボルトよりも大きな荷重がかかる。図 2 にコンロッドボル
トとL リンクボルトの入力および軸力を示す。日産が過去に採用したコンロッドボルトに対し、L リンクボルトがより厳しい環境で使われることがわかる。この軸力を出すために 1.4GPa 以下のボルトを使うと、L リンクや周辺部品のサイズアップにつながり、エンジン重量が著しく増加する。そこで 1.6GPa 塑性域締結用ボルトの開発が必要となった。
2．高強度ボルト課題
ボルト高強度化に対して克服しなければならない課題
は遅れ破壊である 2）。水素脆（ぜい）性とも呼ばれ、部品製造時または使用環境下で鋼材に進入した水素が結晶粒界に集まり、亀裂が生じて破損に至る。高強度材は耐遅
れ破壊性に不利であり、引張強度が 1.2GPa 以上になると遅れ破壊感受性が高くなると言われている。
一般的な高強度ボルトには、焼入れ・焼戻し合金マル
テンサイト鋼が使用されるが、粒界に沿ってフィルム状に形成されたセメンタイトは粒界破壊を促進することが知られている。亀裂発生点および結晶粒界での応力集中を減らすことが重要であり、高温焼戻しによるフィルム状炭化物の球状化は有効な対策となる。また、有害な水素のト

in-cylinder pressure limit. On the other hand, under partial
load the pressure and temperature of the combustion gas
in the cylinder are lower, making it possible to raise thecompression ratio because of the margin available against
the occurrence of knocking and the allowable in-cylinderpressure. Therefore, if the compression ratio is madevariable and can be optimally set to match the operating
conditions, both thermal ef ficiency and output could be
improved.
The VC-Turbo replaces the conventional pistoncrank mechanism with Nissan’s unique multi-linkcrankshaft rotation mechanism. Figure 1 shows theconfiguration of the multi-link parts. The piston and the
crankshaft are connected directly by two linkages—anupper link (U-link) and a lower link (L-link). The L-linkconsists of an upper par t and a lower par t that areconnected by a two-bolt mechanism. A control link (C-link)
and a control shaft are provided so that the U-link andL-link do change to trackless motion. The C-link support
point of the control shaft is controlled by an actuator(electric motor). Accordingly, the lower end position of the
U-link moves ver tically and this linkage ar rangement
varies the position of the piston crown at top and bottom
dead center in a range of approximately 6 mm. This
enables the compression ratio to be varied between 8:1
and 14:1.
All of the constituent par ts must provide highfunctionality to make this system viable. Figure 1 shows
the load input to the L-link bolts. The combustion load
acts in the direction to open the L-link, and the input force
acts in the direction to pull the bolts, with the U-pin as
the point of effort and the crank pin as the point of load.
Because of the principle of a lever, the combustion load isapproximately doubled. A much larger load is applied tothe bolts than in the case of the connecting rod bolts of aconventional piston-crank mechanism. Figure 2 shows theload and axial force input to conventional connecting rod
bolts and the L-link bolts. The results indicate that the
L-link bolts are used in a more severe environment thanthe connecting rod bolts Nissan has applied previously.
In order to convey this much axial force using bolts withtensile strength of 1.4-GPa or less, the size of the L-link
and associated parts would have to be increased, which
would drastically increase the engine weight. That is why
it was necessary to develop the 1.6-GPa plastic tightening
bolt described here.
2. Issues Concerning High Strength Bolts

図ｰ 2 各ボルトの入力と軸力の関係
Fig. 2 Comparison of connecting rod bolts

31

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

An issue that must be overcome to increase bolt
strength is delayed fracture,2) which is also referred to ashydrogen embrittlement. Hydrogen that invades steel
materials at the time of par ts manufacture or from theusage environment collects at cr ystal grain boundaries,
causing cracks to occur that lead to breakage. Highstrength materials have a disadvantage with respect todelayed fracture resistance. It is said that susceptibility todelayed fracture increases when tensile strength reaches

可変圧縮比エンジン VC ターボに貢献する高強度ボルト開発

添加、クロム（Cr）および Mo の添加による焼戻し軟

1.2-GPa or higher.
High strength bolts are generally made of quenched
and tempered alloyed mar tensitic steel. Cementite that
forms like a film along grain boundaries is known topromote intergranular fracture. It is essential to reducestress concentrations at crack initiation points and crystal
grain boundaries. Spheroidization of film-like carbides at
grain boundaries by high temperature tempering is aneffective measure for that purpose. Forming trapping sites
for harmful hydrogen is also effective. Carbides such as
vanadium (V), niobium (Nb), molybdenum (Mo) and thelike are effective in this regard. High strength bolts of 1.2GPa or less are made of standard materials complying with
JIS SCM 440, etc., but application of newly developed steels
to bolts having higher levels of strength is also seen.
At Nissan, 1.4-GPa plastic tightening bolts madeof CrMoV steel containing a vanadium-added alloy havebeen used as the connecting rod bolts on the Nissan GT-R.
Meanwhile, other companies have adopted connecting
rod bolts made of cold-worked 1.6-GPa pearlitic steel andtightened to the elastic region.3)4) For the VC-Turbo engine
it is necessar y to tighten bolts to the plastic region toensure stable axial force. However, with the types of steel
currently available, it has been dif ficult to achieve bothstrength and delayed fracture resistance, making it
necessary to develop a new type of steel.

化抵抗の向上3. Material Development Concept

ラップサイトを形成することも効果的であり、バナジウム（V）、ニオブ（Nb）およびモリブデン（Mo）などの炭化物が有効である。1.2GPa 以下の高強度ボルトでは規格材（JIS SCM440 など）が使用されるが、それ以上の高強度ボルトには開発鋼の適用が見られる。日産では GT-R 向け
コンロッドボルトにバナジウム添加合金（CrMoV 鋼）を用いた 1.4GPa 塑性域締結用ボルトを採用している。一方、他社では、冷間加工されたパーライト鋼 1.6GPa ボルト 3）4）が弾性域締結でコンロッドボルトとして採用されている。
VC ターボでは、安定した軸力を確保するために塑性域締結の必要があるが、現状ある鋼種では強度と耐遅れ破壊特性を両立させることは困難であり、新鋼種を開発する必要があった。
3．材料開発コンセプト
本研究の目的は、1.6GPa 塑性域締結用ボルトとして高強度を達成し、かつ現行の高強度ボルトと同等の耐遅れ破壊性を両立する化学成分および熱処理条件を見出すことであった。開発コンセプトは以下である 5）6）。
（1）高強度の達成：高炭素（C）および高ケイ素（Si）の（2）耐遅れ破壊性：高温焼戻しによる粒界微細炭化物の球状化、Mo 添加による粒内水素トラップサイトの形成
図 3 に本コンセプトによるミクロ組織の概略図を示す。
図 3 より、焼戻し温度が低いと炭化物が粒界にフィルム状に析出するが、焼戻し温度が高いと粒界炭化物は球状に分散する。また、Mo 炭化物を粒内に析出させることで、
水素トラップ効果がある。
4．評価用ボルトサンプル
開発鋼の狙いは、標準的なボルト用鋼よりも高 C、高Si、かつ高 Moとし、試作成分範囲は、C 量：0.5 〜 0.6wt%、
Si 量：0 〜 2.0wt%、Cr 量：0 〜 1.0wt%、Mo 量：0 〜 1.6wt%とした。また、表 1 に比較鋼の化学成分を示す。
本評価には、ボルト形状で試作したサンプルを使用してThe purpose of this study was to find the chemicalcomposition and heat treatment conditions for a 1.6-GPaplastic tightening bolt that would have high strengthand also delayed fracture resistance equal to that of theexisting high strength bolts.5)6) The development concept
is explained below.
(1) Attainment of high strength: Addition of high carbon(C) and high silicon (Si) contents and addition ofchrome (Cr) and molybdenum (Mo) to improve
tempering softening resistance.
(2) Delayed fracture resistance: Spheroidization of finecarbides at grain boundaries by high temperaturetempering and formation of intragranular hydrogen
trapping sites by adding Mo.
Figur e 3 shows a schematic diagram of the
microstructure formed with this concept. It is seen thatcarbides precipitate as a film at grain boundaries when
the tempering temperature is low, but that grain boundary
carbides disperse in a spherical shape when the tempering
temperature is high. In addition, inducing intragranularprecipitation of Mo carbides has the ef fect of forminghydrogen trapping sites.
4. Bolt Samples for Evaluation

図ｰ 3 16T ボルトの開発コンセプト（ミクロ組織）
Fig. 3 Microstructure concept for 1.6-GPa bolt

The aim set for the development of the new steel
was to achieve higher C, Si and Mo contents than that ofsteels for standard bolts. The respective content range set
for the prototype bolt was C: 0.5-0.6 wt%, Si: 0-2.0 wt%, Cr:
0-1.0 wt% and Mo: 0-1.6 wt%. The chemical compositions
No. 85（2019−10）32Development of High Strength Bolt for the VC-Turbo Engine

おり、圧延後の線材を二次加工後、冷間圧造による頭部成形と、冷間転造によるねじ部成形を実施した後、焼入れ
焼戻し熱処理を行った。以上のように試作したボルトについて、引張試験および遅れ破壊試験を行った。
5．試

験

方

法

5.1 引張試験
焼戻し温度違いで試作したボルトサンプルについて、室温引張試験を行った。基礎評価ではボルト寸法を M16とし、そこから JIS 4 号試験片を切り出した。万能試験機を使用し、試験速度は 4mm/min に設定した。最終的な引張試験では、実際の L リンクボルト形状で実施した。

5.2 限界拡散性水素量の測定
遅れ破壊の評価として、遅れ破壊を起こさない上限のof two reference steels (CrMoV steel and SCM 440) used
for comparison are shown in Table. 1.
First, secondar y processing was per formed onrolled rods, after which the bolt head was formed by coldheading and the thread portion by cold rolling. Bolt samples
were then subjected to tempering and quenching heat
treatment. Tensile tests and delayed fracture resistancetests were conducted on prototype samples manufactured
with the intended bolt shape.
5. Test Methods
5.1 Tensile tests
Tensile tests were conducted at room temperature on
bolt samples prepared at different tempering temperatures.
The bolt dimension used in a fundamental evaluation was
M16, from which JIS No. 4 specimens were cut out. A
universal testing machine was used with the test speed
set at 4 mm/min. Test pieces shaped like actual L-linkbolts were used in the final test.

拡散性水素量（限界拡散性水素量；Hc）、および環境から鋼材中に侵入する拡散性水素量（He）を測定し、その比4 a）に本測定で用いた水素を用いて比較を行った 7）8）。図 （
チャージ法を示す。ボルトを治具にナット締結（降伏点締結）した後、塩化水素（HCl）溶液に一定時間浸漬させた。
水素チャージ条件を変えることでボルト中に含まれる水素量を変化させ、酸溶液に浸漬した状態で、ボルトが破損するまでの時間を測定した。水素量測定には、昇温脱離ガス分析法（TDS）を用い、試験後のボルトに含まれる
水素量を測定した。図 （4 b）に Hc 測定結果の一例を示す。
浸漬試験は 100 時間まで実施し、100 時間で破損しなかったボルトの最大水素含有量を Hc と定義した。

表ｰ 1 比較鋼の化学成分
Table 1 Chemical composition of reference steels (wt%)

5.2 Measurement of critical diffusible hydrogen content
Measurements were made of the upper limit of thedif fusible hydrogen content that did not cause delayed
fracture (called the critical diffusible hydrogen content,Hc) and the diffusible hydrogen content invading the steel
from the environment (He). Delayed fracture resistancewas evaluated by comparing the ratio of the measured
amounts. 7)8) Figure 4 (a) is a schematic diagram of thehydrogen charging method used in the measurement. A
test bolt was fastened in a holder with a nut at the yield
point and then immersed in a hydrochloric acid (HCl)solution for a specified period of time. The amount ofhydrogen contained in the test bolts was varied bychanging the hydrogen charging conditions. The length oftime to fracture of the bolts immersed in the acid solution
was measured. Thermal desorption spectroscopy (TDS)
was used to measure the amount of hydrogen containedin the bolt samples after the test. Figure 4 (b) shows anexample of the measured Hc results. The immersion test
was conducted for 100 h, and the maximum hydrogencontent of unbroken bolts after 100 h was defined as Hc.
6. Test Results
6.1

図ｰ 4 遅れ破壊試験法
Fig. 4 Delayed fracture resistance test

33

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

Tensile test results
First, as a fundamental study, tensile tests wereconducted on samples the chemical contents of whichwere varied. Figure 5 shows the tensile test results forsamples containing different Si and Cr contents, and Fig. 6
shows the results for samples containing different C andMo contents. As seen in the two figures, higher C and Si
contents were effective in strengthening the base matrix.
Moreover, as shown in Fig. 7, adding Mo greatly improved
tempering softening resistance in the vicinity of 600 deg. C.
The tensile strengths of the newly developed steel(0.6 wt% C-2.0 wt% Si-1.2 wt% Cr-1.6 wt% Mo) and of the two
reference steels were derived from the fundamental study
results and are shown in Fig. 7. As shown in the figure, the可変圧縮比エンジン VC ターボに貢献する高強度ボルト開発

6．試

験

結

果

6.1 引張試験結果
まずは基礎検討として、成分を振ったサンプルについて引張試験を行った。図 5 に Si 量および Cr 量の異なるサン
プルの引張試験結果を、図 6 に C 量および Mo 量の異なる

two reference steels (SCM 440 and CrMoV) did not attainthe tensile strength standard (1569-1667 MPa) when thetempering temperature was 550 deg. C or higher. In contrast,
the newly developed steel achieved the required strengthof 1.6-GPa at a tempering temperature of approximately
600 deg. C, indicating that a high tempering temperature
can be set with this new steel.

サンプルの引張試験結果を示す。図 5、図 6 が示すように、
高 C および高 Si はマトリクスのベース強化に有効である。
さらに図 7 が示すように、Mo 添加によって 600℃付近での焼戻し軟化抵抗が大きく向上することがわかる。
図 7 に基礎検討結果から導き出した開発鋼（0.6wt%C-

6.2 Measured results for critical dif fusiblehydrogen content
Figure 8 presents the measured Hc results forbolts with different Mo contents. The results show that the
Hc value increased with a higher Mo content, indicating

2.0wt%Si-1.2wt%Cr-1.6wt%Mo）および比較鋼の引張試験結果を示す。図 7 に示すように、比較鋼では焼戻し温度が550℃以上になると引張強度の規格（1569 〜 1667MPa）が達成できない。一方、開発鋼では焼戻し温度が約 600℃においても1.6GPa の要求強度が達成でき、高い焼戻し温度が設定可能であることがわかった。

6.2 限界拡散性水素量の測定結果
図 8 に Mo 含有量の異なるボルトでの Hc 測定結果を示す。図 8 より、Mo 含有量が多いほど Hc 値が大きくなり、
耐遅れ破壊性が向上することがわかる。Mo 炭化物による
水素トラップの効果と考えられる。

図ｰ 5 引張強度と Si 量および Cr 量の関係
Fig. 5 Effect of Si and Cr on tensile strength

図ｰ 6 引張強度と C 量および Mo 量の関係
Fig. 6 Effect of C and Mo on tensile strength

図ｰ 7 引張強度と焼戻し温度の関係
Fig. 7 Tensile test results for newly developed steel

図ｰ 8

限界拡散性水素量 Hc と Mo 量の関係
Fig. 8 Effect of Mo content on Hc

図ｰ 9

限界拡散性水素量 Hc と Si 量の関係
Fig. 9 Effect of Si content on Hc

No. 85（2019−10）34Development of High Strength Bolt for the VC-Turbo Engine

図 9 に Si 含有量の異なるボルトでの Hc の測定結果を示す。図 9 より、Si 含有量が高いほど Hc 値が大きく、耐遅
れ破壊性が向上することがわかる。
7．考察

7.1 ミクロ組織
熱処理後の炭化物の分散状態を確認するため、走査型
電子顕微鏡（SEM）を用いてボルト断面組織を観察した。
図 10 に熱処理後の開発鋼（0.6wt%C-2.0wt%Si-1.2wt%Cr1.6wt%Mo）の SEM 組織写真を示す。図 10 からわかるよ
うに、高温焼戻しによって粒界上のフィルム炭化物が分割されている。
さらに、透過型電子顕微鏡（TEM）を用いて析出炭化物の観察を行った。図11に開発鋼の TEM 組織写真を示す。
図 11 が示すように、高温焼戻しによって粒内に微細な Mo
炭化物が認められた。以上の結果から、開発鋼を高温焼戻しすることで、開発コンセプト通りのミクロ組織が得られることがわかった。

7.2 耐遅れ破壊性
まず、開発鋼と比較鋼について、一定の水素チャージ
後の水素量測定を行った。図 12 は、0.3% 濃度の HCl 溶液に 24 時間浸漬後の開発鋼および SCM440 の水素昇温脱離曲線である。
一般に、200℃以下に現れるピークは、欠陥・転位などに弱くトラップされた拡散性水素であり、遅れ破壊に影響を及ぼす。一方、200℃以上に現れるピークは強くトラッ
プされた非拡散性水素であり、遅れ破壊にはあまり影響がthat delayed fracture resistance was improved. Presumably,
Mo carbides had the effect of trapping hydrogen.
Figure 9 presents the measured Hc results forbolts with different Si contents. The results show that the
Hc value increased with a higher Si content, indicatingthat delayed fracture resistance was improved.
7. Discussion
7.1 Microstructure
The cross-sectional str ucture of test bolts wasobserved using a scanning electron microscope (SEM), in
order to confirm the state of carbide dispersion following
heat treatment. Figure 10 shows SEM images of the
microstructure of the newly developed steel (0.6 wt% C2.0 wt% Si-1.2 wt% Cr-1.6 wt% Mo) after tempering at
two dif ferent temperatures. As seen in the figure, hightemperature tempering at 600 deg. C dispersed the filmlike carbides on the grain boundaries.
In addition, carbide precipitation was obser ved
using a transmission electron microscope. Figure 11
presents a TEM image of the microstr ucture of the
newly developed steel. Fine Mo carbides can be observed
inside the cr ystal grains as a result of high temperaturetempering. The foregoing results indicate that tempering
the newly developed steel at high temperature produced
the microstructure desired in line with the development
concept.
7.2 Delayed fracture resistanceFirst, the hydrogen content of the newly developed
steel and the SCM 440 reference steel was measured afterhydrogen charging under specified conditions. Figure 12
shows the hydrogen thermal desorption curves of the twosteels after hydrogen charging for 24 h in a 0.3% HClsolution.
In general, a peak appearing at 200 deg. C or lower
is for dif fusible hydrogen weakly trapped by defects or

図ｰ 10 開発鋼における焼戻し後のミクロ組織
Fig. 10 Microstructure of newly developed steel

図ｰ 11 開発鋼における焼戻し後の TEM 写真
Fig. 11 Microstructure obtained by TEM

35

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

図ｰ 12 HCl 浸漬後の水素昇温脱離曲線
Fig. 12 Hydrogen desorption curves

可変圧縮比エンジン VC ターボに貢献する高強度ボルト開発

2.0wt%Si-1.2wt%Cr-1.6wt%Moとすることで、高温焼戻し

dislocations and which af fects delayed fracture. On theother hand, a peak appearing above 200 deg. C is forstrongly trapped non-diffusible hydrogen that reportedly
does not affect delayed fracture very much. As seen in Fig.
12, the newly developed steel displays a smaller peak below
200 deg. C, suggesting that it tends to resist the incursionof diffusible hydrogen that affects delayed fracture or that
dif fusible hydrogen was rendered harmless as a resultof being trapped. First, reasons that can be cited for the
suppression of hydrogen incursion include the fact that Si
is effective in strengthening the base matrix and that wasef fective in stabilizing the dislocation structure. As for
rendering hydrogen harmless, presumably Mo carbides
had the effect of trapping hydrogen.
Next, the Hc/He ratio was found and a comparison
was made for the three steel materials. As a method of
estimating He here, hydrogen charging conditions were
found such that the Hc/He ratio was 1.0 for the SCM 440
bolt, which has a record of application as connecting rod
bolts. Hydrogen charging tests were then conducted under
the same conditions for the newly developed steel and
CrMoV steel.
Figure 13 shows the Hc/He ratios for the newly
developed steel and the two reference steels. Their tensile
strengths were 1.2-GPa for the SCM 440 steel, 1.4-GPa
for the CrMoV steel and 1.6 GPa for the newly developed
steel.
First, the Hc value of the newly developed steel was
higher than that of the reference steels, suggesting that it
has greater resistance against delayed fracture than theother two steels. In addition, the He value of the newly
developed steel was lower than that of the two reference
steels, implying that it tended to be more resistant to
the incursion of diffusible hydrogen that affects delayed
fracture or that diffusible hydrogen was rendered harmlessby being trapped. The foregoing results confirmed that the
newly developed steel has better delayed fracture resistancethan the existing high strength bolt steels.

（570℃以上）を実現した。Hc とHeとの比を求め、他の鋼

8. Conclusion

無いと言われている。図 12 が示すように、開発鋼は 200℃以下に現れるピークが小さく、遅れ破壊に影響を及ぼす拡
散性水素が入りにくい、もしくはトラップによって無害化されている。まず、水素の侵入が抑制された理由として、Si がマトリクスのベース強化に有効であり、転位構造の安定化に効果的であったことが挙げられる。また、水素が無害化されたことについては、Mo 炭化物による水素トラップの効果であったためと考えられる。
次に、Hc とHeとの比を求め、各鋼種の比較を行った。
ここで He を推定する方法として、コンロッドボルトとして採用実績のある SCM440 ボルトの Hc ／ He が 1.0 となる
ような水素チャージ条件を見つけ、同条件で開発鋼およびCrMoV 鋼の水素チャージ試験を行った。
図 13 に、 開 発 鋼 お よ び 比 較 鋼 の Hc とHe を 示 す。
SCM440 は 1.2 GPa、CrMoV 鋼 は 1.4 GPa、 開 発 鋼 は 1.6
GPa に相当している。
まず、開発鋼の Hc は比較鋼よりも高く、開発鋼が遅れ破壊に対して高い耐性を有すると言える。また、開発鋼のHe は比較鋼よりも低く、遅れ破壊に影響を及ぼす拡散性
水素量が入りにくい、もしくはトラップによって無害化されていると言える。以上の結果から、開発鋼が現行の高強度ボルトよりも優れた耐遅れ破壊特性を有することを確認
できた。
8．結

論

今回、新型 VC ターボのマルチリンク機構を構成する部品として、1.6GPa 塑性域締結ボルトを開発し、量産化に成功した。高強度化の課題である耐遅れ破壊性を克服する
ため、セメンタイトの球状分散を狙いとした成分および熱処理条件の検討を行った結果、開発鋼成分を 0.6wt%C-種と比較した結果、本開発鋼は現行の高強度ボルト同等
以上の耐遅れ破壊性を有することを示した。

A 1.6-GPa plastic tightening bolt was developedand successfully put in mass production as a componentof the multi-link mechanism of the new VC-Turbo engine.
In order to overcome delayed fracture that becomes anissue when strength is increased, a study was made of
the composition and heat treatment conditions aimed at
dispersing spherical cementite particles. A high tempering
temperature (570 deg. C) was set when using the new steel
grade (0.6 wt% C-2.0 wt% Si-1.2 wt% Cr-1.6 wt% Mo). The
Hc/He ratio was measured and compared with that of twoother types of steel. The results showed that the newly
developed steel has delayed fracture resistance equal to or
better than that of the existing high strength bolt steels.
9. Acknowledgments

図ｰ 13 各鋼種の遅れ破壊試験結果
Fig. 13 Results of delayed fracture test

Finally, the authors would like to thank the National
Institute for Materials Science (NIMS), Daido Steel Co.,
No. 85（2019−10）36Development of High Strength Bolt for the VC-Turbo Engine

9．謝辞

最後に、高強度ボルト開発に多大なご苦労とご尽力頂いた NIMS（物質・材料研究機構）、大同特殊鋼株式会社、

Ltd., Ikeuchi Seiko Co., Ltd., Sannohashi Corp. andever yone else concerned for their invaluable assistanceand cooperation with the development of the new highstrength bolt.

池内精工株式会社、株式会社サンノハシおよび関係者の10. References

皆様に感謝の意を表します。

1) S. Kojima et al., Development of a New 2L Gasoline
VC-T urbo Engine with the World’s First Variable
Compression Ratio Technology, SAE Technical Paper
No. 2018-01-0371 (2018).
2) S. Matsuyama, Delayed Fracture, Nikkan Kogyo
Shimbun (1989).
3) Y. Namimura et al., Steels for High Strength Bolts
with High Delayed Fracture Resistance, Kobe SteelEngineering Reports, Vol. 50, No. 1, pp. 41-44 (2000).
4) Y. Namimura et al., Impr oved Delayed Fractur e
Resistance in 1600MPa Class Ultra-high-strength Bolt
Steel, Kobe Steel Engineering Repor ts, Vol. 54, No. 3,
pp. 16-20 (2004).
5) Y. Kimura et al., Creation of 1800MPa-class ultra highstrength bolt steel, Proc. of the 6th Workshop on the
Ultra-Steel, pp. 88-89 (2002).
6) Y. Kimura et al., Fabrication of Ultra High Strength
Bolt and Its Mechanical Properties, Steel Construction
Engineering, Vol. 14, No. 54, pp. 121-127 (2007).
7) S. Yamasaki et al., Evaluation Method for Delayed
Fracture Susceptibility of Steels and High Strength Steelwith High Delayed Fracture Resistance, Nippon SteelTechnical Report, No. 370, pp. 51-55 (1999).
8) M. Kubota, Development of High Strength Steel for
Bolts, Nippon Steel Technical Report, No. 381, pp. 57-60(2004).

10．参

考

文

献

1）S. Kojima et al.: Development of a New 2L Gasoline
VC-Turbo Engine with the Worldʼs First Variable
Compression Ratio Technology、SAE Technical Paper
No. 2018-01-0371（2018）．
2）松山晋作：遅れ破壊、日刊工業新聞社（1989）．
3）並村裕一ほか：耐遅れ破壊特性に優れた高強度ボルト
用鋼、神戸製鋼技報、Vol. 50、No. 1、pp. 41-44（2000）．
4）並村裕一ほか：耐遅れ破壊特性に優れた 1600MPa 級高強度ボルト用鋼、神戸製 鋼技 報、Vol. 54、No. 3、pp.
16-20（2004）．
5）木村勇次：耐遅れ破壊性に優れた 1800MPa 級高強度鋼の創製、第 6 回超鉄鋼ワークショップ概要集、pp. 88-89（2002）．
6）木村勇次ほか：超高力ボルトの創製と機械的特性、鋼構造論文集、Vol. 14、No. 54、pp. 121-127（2007）．
7）山崎真吾ほか：遅れ破壊特性評価方法と耐遅れ破壊高強度鋼の開発、新日鉄技報、第 370 号、pp. 51-55（1999）．
8）久保田学ほか：高強度ボルト用鋼の開発、新日鉄技報、
No. 381、pp. 57-60（2004）．

■著者／ Author（s）■

浜 田 孝 浩
Takahiro Hamada

37

小 林 大 介Daisuke Kobayashi

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

小 栁 貢 士Mitsushi Oyanagi

田 辺 孝 司Takashi Tanabe

特集／ Special Feature

0W-8 低粘度省燃費エンジン油の開発
Development of 0W-8 Low Viscosity Engine Oil for Fuel Efficiency Improvement
仲

野

誠

一*

佐

Seiichi Nakano

川

琢

円*

奥

紗知子*

Sachiko Okuda

川

吉

村

諭

史***

Satoshi Kawamura

抄

田Takumaru Sagawa

田

敬

小

池

裕

介**

Yusuke Koike介****

Keisuke Yoshida

斎

藤

弘

樹*

Hiroki Saito

日本市場では、燃費向上のために 0W-16 低粘度エンジン油の市場導入が進んでおり、更なる録
低粘度化の検討がなされている。しかしながら、低粘度化によりオイル消費量の増大および摩耗の増加が懸念され、そのため耐摩耗性能と低蒸発性を維持しながら低粘度化する技術が求められる。これらを実現する方策として摩擦調整添加剤として多く使用されるモリブデンジチオカーバメート（MoDTC）と基油の特性に着目し、低粘度化しつつも耐摩耗性能およびオイル消費量を現行油並の性能を維持できる 0W-8 省燃費エンジン油を開発し、新型デイズに採用した事例を紹介する。

Introduction of 0W-16 low viscosity engine oil is expanding for improving fuel efficiency
Summaryin the Japanese market and an even lower viscosity grade is being considered. However, lowering the oil
viscosity generally has negative ef fects in regard to anti-wear per formance and volatility control.
Therefore, measures to lower the viscosity while securing wear resistance and volatility are required.
Attention was focused on molybdenum dithiocarbamate (MoDTC), which is used as a friction reduction
additive, and base oil properties for maintaining anti-wear performance and volatility at the same levels
as the current oil. The 0W-8 fuel-saving engine oil that was developed based on these studies has been
adopted in the new Dayz.

Key words : Oil, lubrication, viscosity, fuel economy

1．は

じ

め

に

燃費向上のため、ハイブリッド車や電気自動車といった電動化パワートレインが日米欧中を中心に市場投入されているが、グローバルでは従来の内燃機関のみの車両が多数を占めており、内燃機関の燃費改善は、CO2 削減の観点から依然として非常に重要な課題である。
近年では特に、潤滑油の低粘度化により攪拌（かくはん）
抵抗を低減し、燃費改善を図るアプローチが盛んに行われている。そのため、0W-16 省燃費エンジン油 1）が市場投入されている他、SAE J300 粘度分類においても、従来のSAE 16 より更に低粘度である SAE 12、SAE 8 といった
低粘度グレードが 2015 年に設定 2） された。一方で SAE
12、SAE 8 については公的品質規格が無いため、日本の自動車メーカの要望から規格化が検討され、2019 年に自動車用ガソリン機関潤滑油規格 JASO GLV-13）が制定された。
これに先駆けて、日産は今回 0W-8 低粘度省燃費エンジン油の検討を行った。エンジン油の低粘度化による課題と

1. Introduction
Electric power trains typified by hybrid vehicles
and electric vehicles are being put on the market mainly
in Japan, America, Europe and China for the purposeof improving fuel economy. However, the majority ofthe vehicles in use globally are equipped with only aconventional internal combustion engine (ICE). Improving
the fuel economy of ICEs remains a cr ucial issue withrespect to reducing carbon dioxide (CO2) emissions.
One specific approach actively employed to
improve fuel economy in recent years has been to lower
the viscosity of the lubrication oil so as to reduce churning
resistance. Toward that end, 0W-16 fuel-saving engine oil1)
was put on the market. In addition, SAE 12 and SAE 8
were established in the SAE J300 viscosity classification
standard in 2015 as low viscosity grades having viscosity
even lower than that of the existing SAE 16 grade. 2)
Meanwhile, because SAE 12 and SAE 8 did not have anyof ficial quality standards, a standardization study waslaunched at the behest of Japanese vehicle manufacturers,
and JASO GLV-1 3) was established by the Japanese
Automotive Standards Organization in 2019 as a standard* 材料技術部／ Materials Engineering Department ** エンジン＆ドライブトレイン技術開発部／ Engine and Drivetrain Engineering
Department *** 株式会社日産オートモーティブテクノロジー／ Nissan Automotive Technology Co., Ltd. **** 愛知機械工業株式会社／ Aichi Machine Industry Co., Ltd.
No. 85（2019−10）38Development of 0W-8 Low Viscosity Engine Oil for Fuel Efficiency Improvement

しては、（1）基油の低粘度化による蒸発性の悪化とオイル消費の増大、（2）油膜が薄くなることによるしゅう動部の接触増加に伴う摩耗の増加、が挙げられる。そこで、（1）については、JASO GLV-1 規格への適合を考慮し、低蒸発性を持つ Gas to Liquids（GTL）基油 4）5）を適用し、低粘度化を図りつつもオイル消費を抑制すること、（2）に対しては、基油粘度の最適化および摩擦調整剤であるモリブデ
ンジチオカーバメート（MoDTC）を活用したフリクション
低減と耐摩耗性の向上について検討した。
2．基油の検討
燃費向上のためには低粘度化は必須であるが、現行
0W-16 油と同じ粘度指数を保持した処方で低粘度化を図るには、基油を低粘度にする必要がある。この場合、API
SN および JASO GLV-1 規格のオイル蒸発性基準である
NOACK 250℃の要求値 15% 以下を大きく上回る。そのため、低蒸発性を持つ GTL 基油の適用と粘度処方の最適化について検討を行った。
同一の粘度指数向上剤（VM：viscosity modifier）及び添加剤パッケージをベースにした基油（従来基油とGTL
基油の 2 種）
、基油粘度とVM 添加量でオイル蒸発性レベ
ルを調整した 0W-8 油を用いて、MR20DD エンジンを使ったモータリング試験による燃費評価（WLTC モード推定値）を行った。蒸発性と燃費向上率との関係を図 1 に示す。
従来基油とGTL 基油で比較すると、従来基油と同等の燃費改善率を示す GTL 基油は、蒸発性が半減している。
これは GTL 基油成分の分子量分布が狭くなっており、蒸発しやすい低分子量成分が少ないためと考える。
また、図 1 は蒸発性と省燃費性能がトレードオフの関係にあることを示している。このことから、潤滑油の低粘度化により燃費向上を図った場合、GTL 基油を使用するこ図ｰ 1 オイル蒸発性と燃費の関係
Fig. 1 Relationship between volatility and fuel efficiency

39

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）for lubrication oils used in gasoline automotive engines.
Prior to that, Nissan undertook a study of the 0W-8
low viscosity, fuel-saving engine oil discussed here. The
following can be cited as issues caused by lowering theengine oil viscosity: (1) lowering the base oil viscosity
worsens volatility and increases oil consumption, and(2) wear increases accompanying greater contact atsliding sur faces due to a thinner oil film. Therefore,in consideration of compliance with the JASO GLV-1
standard, the adoption of a gas-to-liquid (GTL) base oil4)5)
having low volatility was examined to address the firstissue and suppress oil consumption while still lowering
viscosity. For the second issue, optimization of the base oil
viscosity was examined along with investigating friction
reduction and anti-wear improvement by making effective
use of the molybdenum dithiocarbamate (MoDTC) friction
modifier.
2. Study of Base Oil
Although reducing engine oil viscosity is necessary
for improving fuel economy, with a formulation that
continues the same viscosity index as the current 0W-16
oil, the base oil viscosity has to be reduced to obtain alower level of viscosity. In that case, volatility would
greatly exceed the 15% limit required at 250°C in the
NOACK volatility test, which is the oil evaporation loss
standard of the API SN and JASO GLV-1 specifications. For
that reason, the application of a GTL base oil having low
volatility was examined along with studying optimizationof the viscosity formulation.
Nissan’s MR20DD engine was used to conduct
motoring tests on the 0W-8 oil in order to evaluate fuelef ficiency as an estimated value under the worldwide
harmonized light-duty vehicles test cycle (WLTC). Twotypes of base oil were examined. One was the conventionalbase oil and the other was the GTL base oil, both of which
had the same viscosity modifier (VM) and additive
package. The volatility level of the 0W-8 oil was adjusted
on the basis of the base oil viscosity and the amount of VM
additive. The relationship between volatility and fuelefficiency is shown in Fig. 1.
A comparison based on the conventional base oiland the GTL base oil shows that the volatility of the 0W-8
oil with the latter base oil was reduced by half while
showing the same rate of improvement in fuel efficiency
as the 0W-8 oil with the former base oil. Presumably, thatis because the molecular weight distribution of the GTL
base oil components was narrower and it contained fewer
low molecular weight components that evaporated easily.
Figure 1 also indicates there is a trade-off between
volatility and fuel-saving per formance. This suggested
that in an effort to improve fuel economy by lowering theviscosity of the lubrication oil, the use of the GTL base oilwould reduce volatility and thereby suppress deteriorationof oil consumption while at the same time improving fuelefficiency.

0W-8 低粘度省燃費エンジン油の開発とで燃費向上させつつも蒸発性が低減でき、オイル消費の

3. Study of Anti-wear Performance

悪化を抑えることができると考える。

3.1 Study of wear prevention by securing oil film
thickness
In connection with reducing engine oil viscosity,
there was concern about the silent chain used in the valve
train. It was assumed that the base oil viscosity isdominant1) in securing the oil film thickness at the sliding
surfaces of the pins and plates where wear occurs and thatthe influence of the VM is small due to oscillation in theregion of mixed and boundar y lubrication. Based on thisassumption, the oil film thickness of the 0W-8 oil and an
0W-20 viscosity grade oil having nearly the same base oil
viscosity at 100°C was measured to verify the anti-wear
per formance of the 0W-8 oil with respect to the silent
chain. Table 1 lists the properties of the oils used in themeasurement. The EDH2 ultra-thin film measurement
system made by PCS Instruments was used to measure
the oil film thickness. Measurements were made undera load of 5 N and an oil temperature of 140°C where theoil film becomes thin, creating a severe condition for wear
in the high temperature region. Figure 2 presents themeasured oil film thickness results. In the sliding velocity
region below 0.5 m/s, the oil film thickness of the 0W-8
oil was equal to that of the 0W-20 oil. Its anti-wear
performance is presumed to be equal to that of the latteroil.

3．耐摩耗性の検討

3.1 油膜厚さ確保による摩耗防止の検討
エンジン油の低粘度化において懸念となる動弁駆動系のサイレントチェーンでは、摩耗部位であるピンとプレー
トのしゅう動部は油膜確保において、混合・境界潤滑域での搖動によるVMの影響は小さく、基油粘度が支配的 1）と考えられる。このことからサイレントチェーンにおける0W-8
油の耐摩耗性を検証するため、基油の 100℃粘度がほぼ同じである粘度グレード 0W-20 油と 0W-8 油における油膜厚さを測定した。表 1 に本試験で使用したオイルの性状を示す。測定は PCS Instruments 社製 EHD2を用いて、荷重5N、油温 140℃の油膜が薄くなり摩耗に厳しい高温域で実施した。図 2 に油膜厚さ試験の結果を示す。0W-8 油のすべり速度 0.5m/s 以下の領域では、油膜厚さは 0W-20 油と同等となっており、耐摩耗性は 0W-20 油と同等の性能になると考える。

3.2 サイレントチェーンの摩耗試験
3.1 節で使用したエンジン油にカーボンブラックを混入して、サイレントチェーンの摩耗試験を行った。2 軸間が

表ｰ 1 油膜厚さ分析に使用したオイルの性状
Table 1 Oil properties for oil film thickness measurement

図ｰ 2 油膜厚さ測定結果
Fig. 2 Results of oil film thickness measurement

3.2

Silent chain wear test
A silent chain wear test was conducted by mixing
carbon black in the engine oils used in the measurements
表ｰ 2

サイレントチェーン摩耗試験に使用したオイルの性状
Table 2 Oil properties for silent chain wear test

図ｰ 3 サイレントチェーン摩耗試験結果
Fig. 3 Results of silent chain wear test

No. 85（2019−10）40Development of 0W-8 Low Viscosity Engine Oil for Fuel Efficiency Improvement

調整可能で、各軸にスプロケットが取り付けられており、任意の張力、温度、回転数にてチェーンを回転させることができる試験機を用いて、高張力、高油温での運転条件にて評価した。0W-20 油、及び同一の基油と添加剤パッケージを使用し VM で粘度を調整した 0W-8 油、サイレン
トチェーン適用エンジンで市場実績がありMoDTC を添加していない API SM/ILSAC GF-4 5W-30 油を用いた。エ
ンジン油それぞれの性状を表 2 に、試験結果を図 3 に示す。
0W-8 油 の チ ェーン 伸 び 率 は 0W-20 油と同 等 で あ る が、
5W-30 油に対しては 50% 低減することを確認した。低減理由としては、添加剤パッケージの違いと、MoDTC 由来の
三酸化モリブデン（MoO3）被膜の形成 1）によるものであると考える。

3.3 劣化オイルによる摩耗試験
劣化によりMoDTC が減少した際の耐摩耗性の影響を

described in preceding subsection. The test equipment
allowed the distance between two shafts to be adjusted
and a sprocket was attached to each shaft; the chain could
be rotated at arbitrar y levels of tension, temperature andspeed. Wear evaluations were made under operating
conditions of high chain tension and high oil temperature.
The oils used were an 0W-20 oil, the 0W-8 oil having thesame base oil and additive package and VM-adjusted
viscosity, and an API SM/ILSAC GF-4 5W-30 oil without
any MoDTC additive and with a record of real-world use in
an engine equipped with the silent chain. The properties ofeach engine oil are listed in Table 2. The wear test results
are shown in Fig. 3. The chain elongation rate for the
0W-8 oil was equal to that seen for the 0W-20 oil, but it was
50% less than that for the 5W-30 oil. The reasons forthis reduction can probably be attributed to differences in the
additive packages and the formation of a molybdenum
trioxide (MoO3) film1) originating from the MoDTC friction
modifier.

確認するため、車両走行にて劣化した 0W-8 油を回収しSRV（振動摩擦摩耗）試験を実施した。本試験はサイレ
ントチェーンを模擬した条件にて行った。図 4 に SRV 評価
結果を示す。劣化によりフリクションは高くなるが、急激な摩耗増加は無く、10,000km 走行後でも新油と同等の摩耗レベルであることを確認した。
4．省燃費効果の確認
表 3 に今回検討・評価してきた 0W-8 油とAPI SN 0W-16

3.3

Wear test using deteriorated oil
Used 0W-8 oil that had deteriorated during vehicle
operation was collected and used in conducting an SRV(vibration friction and wear) test to confirm the influenceon anti-wear performance of the reduced MoDTC content
due to deterioration. The test was conducted underconditions that simulated the silent chain wear test.
Figure 4 shows the results of the SRV wear test. Friction
表ｰ 3 モータリング試験に使用したオイルの性状
Table 3 Oil properties for motoring fuel efficiency test

油の性状を示す。WLTC モード（国内モード）における燃費向上率を算出するため、MR20DD ガソリンエンジンを用いたモータリング試験を実施した結果を図 5 に示す。
650rpm ではトルクは変わらないがエンジン回転数が高くなるにつれトルクが低減されていることから、低粘度化による撹拌抵抗の低減でトルクが改善されたと考える。
これらの低減トルク値から WLTC モードの燃費向上効

図ｰ 4 SRV 試験結果
Fig. 4 Results of the SRV wear test

41

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

図ｰ 5エンジンのモータリング試験によるトルク改善の結果
Fig. 5 Results for torque improvement rate inmotoring fuel economy test

0W-8 低粘度省燃費エンジン油の開発

果 6） を計算した結果を図 6 に示す。課題である NOACK
250 ℃ 15% 以 下を満 足 する 0W-8 油で、API SN 0W-16 に対し 0.57% の燃費改善が見込まれることを確認した。
5．ま

と

め

今回の処方検討により、低粘度化を図りつつもGTL 基油を適用することで、JASO GLV-1 規格の蒸発性基準である NOACK 250℃ 15% 以下を満たすことができ、耐摩耗性が現行油と同等な 0W-8 省燃費エンジン油を実現した。
この 0W-8 省燃費油は JASO M 365 モータリング燃費試
験方法において、API SN 0W-16 油対比で 0.57％（WLTCモード）の燃費改善効果を示し、新型デイズより採用され
ている。
6．謝

辞

本 0W-8 省燃費油を開発するにあたり、多大なご協力を頂いたシェルルブリカンツジャパン株式会社、並びに関係

increased due to oil deterioration, but there was no rapid
increase in wear. The results indicate that the wear level
after 10,000 km of driving was equal to that seen for the
fresh oil.
4. Confirmation of Fuel-saving Effect
Table 3 shows the properties of the 0W-8 oil and
API SN 0W-16 oil that were examined and evaluated.
Figure 5 presents the results of motoring tests that wereconducted to calculate the fuel ef ficiency improvement
obtained under the WLTC mode (Japan’s domestic
version) using Nissan’s MR20DD gasoline engine. At anengine speed of 650 rpm, there was no difference in thetorque levels, but torque decreased as the engine speed
rose. This presumably indicates that torque was improvedby the reduction of churning resistance due to the reduced
oil viscosity.
Based on the reduced torque values, the effect on
improving fuel ef ficiency 6) under the WLTC mode wascalculated and the results are shown in Fig. 6. The 0W-8 oilthat satisfies the issue of the NOACK test requirement forvolatility of no more than 15% at 250°C can be expected to
improve fuel efficiency by 0.57% over the API SN 0W-16 oil.

の方々に厚く御礼の意を表します。
5. Conclusion
7．参

考

文

献

1）T. Sagawa et al.：Development of Low Viscosity API
SN 0W-16 Fuel-Saving Engine Oil Considering Chain
Wear Performance、SAE Technical Paper No. 2017-010881（2017）．
2）SAE規格、Engine Oil Viscosity Classification、SAE J300
（2015）．
3）JASO 規格、材料・表面処理、自動車用ガソリン機関
潤滑油、自動車技術会、JASO M364（2019）．
4）鎌田 久 美 子：GTL 基 油の動向、潤 滑 経 済、No. 634、
pp. 19-23、（2018）．

The 0W-8 fuel-saving engine oil provides anti-wear
performance equal to that of the current oil while satisfying
the volatility standard of the JASO GLV-1 specificationthat requires volatility of no more than 15% in the NOACK
test at 250°C. That was accomplished by adopting the
GTL base oil while lowering the viscosity in line with theformulation study described here.
This 0W-8 fuel-saving oil showed a fuel efficiency
improvement ef fect of 0.57% under the WLTC modecompared with the API SN 0W-16 oil when measured
by the motoring fuel ef ficiency test procedure specified
in JASO M 365. It has been adopted beginning with the
new Dayz.
6. Acknowledgments
The authors would like to sincerely thank Shell
Lubricants Japan K.K. for their invaluable cooperation inconnection with the development of the 0W-8 fuel-saving
oil as well as everyone else involved in this project.
7. References

図ｰ 6 WLTC モードでの燃費改善効果
Fig. 6 Fuel efficiency improvement results under
WLTC mode

1) T. Sagawa et al., Development of Low Viscosity API SN
0W-16 Fuel-Saving Engine Oil Considering Chain Wear
Per formance, SAE Technical Paper No. 2017-01-0881(2017).
2) SAE Standards, Engine Oil Viscosity Classification,
SAE J300 (2015).
3) JASO Standards, Material and sur face treatment,
Automobile gasoline engine oils, No. m366-19e, JSAE
(2019).
4) K. Kamata, Technical Trends of GTL Base Oil, Journalof Economic Maintenance Tribology, No. 634, pp. 19-23

No. 85（2019−10）42Development of 0W-8 Low Viscosity Engine Oil for Fuel Efficiency Improvement5）R. H. Clark et al.：Future fuels and lubricant base oils
from Shell Gas to Liquids (GTL) technology、SAE
Technical Paper No. 2005-01-2191（2005）．
6）JASO 規格、材料・表面処理、自動車用ガソリン機関
潤滑油−モータリング燃費試験方法、自動車技術会、
JASO M365（2019）．

(2018).
5) R. H. Clark et al., Future fuels and lubricant base oils
from Shell Gas to Liquids (GTL) technology, SAE
Technical Paper No. 2005-01-2191 (2005).
6) JASO Standards, Material and sur face treatment,
Automobile gasoline engine oils - Motored fuel economy
test procedure, No. m365-19e, JSAE (2019).

■著者／ Author（s）■

43

仲 野 誠 一Seiichi Nakano

佐 川 琢 円
Takumaru Sagawa

奥 田 紗知子
Sachiko Okuda

川 村 諭 史Satoshi Kawamura

吉 田 敬 介Keisuke Yoshida

斎

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

藤 弘 樹
Hiroki Saito

小 池 裕 介
Yusuke Koike

技術紹介／ New Technology

軽自動車向け新型パワートレインの開発
Development of a Brand-new Powertrain for Japanese Mini-vehicles
小

山

良

浩*

洋**

Hiroshi Isaji

平

三

野

智

久****

嶋

峻

黒

木

真***

Makoto Kuroki

平****

宮

川

育**

Tomohisa Hirano

Shumpei Mishima

Akira Miyagawa

川

坂

鈴

岬

芳

秀***

Yoshihide Kawasaki

抄

伊佐治

Yoshihiro Oyama

井

雄

紀***

Yuuki Sakai

木

淳

也**

Junya Suzuki

日本の軽自動車は、独自の規格に基づきながら環境性能・経済性において高い性能が求められる。この要求に応えるべく、日産自動車として初の軽自動用に特化したパワートレインを開発した。本稿
では、その新パワートレインの概要と達成した性能を紹介する。

録

Japanese mini-vehicles are based on a unique standard, but customers’ requirements for
Summary
environmental friendliness and economy are at high levels among Japanese competitors. We developed
a new powertrain specifically for Japanese mini-vehicles for the first time. This article describes this new
powertrain, its key breakthrough technologies and how downsizing, weight reductions, quietness anddrivability have been achieved and demonstrated.

Key words : Power Unit, Power Transmission, gasoline engine, continuously variabletransmission (CVT), mechanism

1．は

じ

め

に

日本の軽自動車は、独自の規格に基づきながら環境性
能・経済性において高い性能が求められ、「限られた空間
での居住性技術」「排気量 660cc の中での動力性能と燃費の両立」「運転支援の先進技術の投入」といった更なる技
術革新が求められている。また、軽自動車のシェアは、国内新車販売のうち約 40% を占めており、日本の自動車産業を支える重要な商品である。
この要求や役割に応えるべく、日産自動車として初の軽自動車用に特化したパワートレインを開発し、小型化・軽量化を実現しながら、高い動力性能、音振性能、燃費性能を達成した。本稿では、新パワートレインの概要と達成した性能を紹介する。
2．開発コンセプト

2.1 新型軽車両の開発コンセプト
新型軽自動車「デイズ」の開発にあたり、軽自動車の規格という厳しい制約がある中でも、お客様が求める全ての期待値に高い次元で応えることを目指した。

1. Introduction
Japanese mini-vehicles are required to provide
high levels of environmental performance and economy
while being based on unique specifications. There areneeds for fur ther technological innovation, such asmeasures for providing roomy comfort in a limited interior
space, attainment of both power per formance and fueleconomy with an engine displacement of 660 cc, andprovision of advanced technologies for driver assistance. In
addition, mini-vehicles are key products supporting Japan’s
automotive industr y, with a market share accounting for
approximately 40% of domestic new car sales.
To meet these requirements and fulfill this role,
Nissan developed its first-ever powertrain specifically foruse on mini-vehicles. This new powertrain provides highpower performance, low noise, vibration and harshness(NVH) and excellent fuel economy in a downsized,
lightweight package. This ar ticle outlines the new
power train and describes the per formance levels it
achieves.
2. Development Concepts
2.1 Development concept of new mini-vehiclemodel
In developing the new generation of the Dayz mini-* パワートレイン・EV プロジェクト部／ Powertrain and EV Project Department ** 株式会社日産オートモーティブテクノロジー／
Nissan Automotive Technology Co., Ltd *** エンジン＆ドライブトレイン技術開発部／ Engine and Drivetrain Engineering Department**** パワートレイン・EV 性能開発部／ Powertrain and EV Performance Engineering Department
No. 85（2019−10）44Development of a Brand-new Powertrain for Japanese Mini-vehicles

具体的には下記 5 点について、前型車から改良を行うものとした。
（1）広い室内空間の実現（2）加速性能の向上（3）静粛性の向上（4）燃費向上（5）先進安全装備の実装
新型デイズの開発コンセプトを実現するための大きな取り組みとして、プラットフォームの刷新を図り、図 1に示す新エンジン、無段変速機（Continuously Variable
Transmission：以降 CVTと記載）、及び S-HYBRID シス
テムを採用した。

2.2 軽自動車用パワートレインの開発コンセプト
軽自動車特有の規格を満足しつつ、新型デイズの開発
コンセプトを実現するため、軽自動車用パワートレインの開発の狙いは、これまで登録車用エンジン・CVT 開発で培った技術 1）-6）を搭載した上で、下記性能の向上を図るものとした。
（1）軽自動車専用設計による小型化・軽量化により新型デイズに要求される搭載要件の織込み（2）エンジンの出力向上、最適ギヤ比の選定、トルクコン
バータの流体性能向上による加速性能向上の実現（3）パワートレイン全体の高剛性化による小型登録車並の静粛性の実現、エンジン音は低回転でうならず、高回転までリニアで雑味のないエンジン音質の実現（4）新エンジン、新 CVT のメカニカルフリクション削減、
S-HYBRID システムとの協調制御による燃費性能の向上3．構造と主要諸元
新型パワートレインは各構成部品を軽自動車専用に設計することで軽自動車に求められる性能を達成しながら、

図ｰ 1

45

軽自動車向け新型パワートレインの外観図
Fig. 1 Appearance of new powertrain

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

vehicle, the aim was to meet all of customers’ expectations
at the highest possible levels within the severe restrictions
imposed by the mini-vehicle standard. Specifically, thefollowing five aspects were improved over the previous
model.
(1) Attainment of greater interior roominess(2) Improvement of acceleration performance(3) Improvement of quietness(4) Improvement of fuel economy(5) Provision of advanced safety features
The platform was completely reformed as oneof the major efforts to make the development concept of
the new Dayz a reality. Figure 1 shows the new engine,
continuously variable transmission (CVT) and S-HYBRID
system that were adopted for the new powertrain.
2.2 Development concept of a mini-vehicle
powertrain
The development aim set for the mini-vehicle
power train was to improve the per formance attributes
noted below by installing technologies 1)-6) accumulated
to date through the development of engines and CVTs
for registered vehicles. That was intended to achieve
the development concept defined for the new Dayz while
complying with the unique Japanese mini-vehicle standard.
(1) To embody all the installation conditions required of
the new Dayz by executing a dedicated mini-vehicle
design to downsize and lighten the vehicle.
(2) To improve acceleration per formance by enhancing
engine power, selecting optimal gear ratios and improving
the hydrodynamic performance of the torque converter.
(3) To achieve quietness on a par with small registeredvehicles by increasing the overall stif fness of thepower train and to obtain pure, clear engine soundquality with linearity to the high speed range andwithout any low speed groaning.
(4) To reduce the mechanical friction of the new engine
and new CVT and to improve fuel economy throughcollaborative control with the S-HYBRID system.
3. Structure and Main Specifications
The constituent parts of the new powertrain were
designed specifically for a mini-vehicle, enabling size
and weight reductions while obtaining the performance
demanded of mini-vehicles.
(1) Engine
The main specifications of the engine arelisted in Table 1 and its appearance is shown in Fig. 2. A
naturally aspirated (NA) version and a turbocharged (TC)version of the engine were prepared for the new Dayz. The
fundamental qualities of the engine, including thermal
efficiency, pumping loss and mechanical friction loss, were
thoroughly improved in order to balance higher power
per for mance and fuel economy with lower exhaustemissions. Among the measures adopted for that purpose
were a long stroke specification (SD ratio = 1.14:1), higher
compression ratio (12.0:1), various measures to reduce

軽自動車向け新型パワートレインの開発

小型化・軽量化を図ることができた。
（1）エンジン
エンジンの主要諸元を表 1 に、外観を図 2 に示す。新型
デイズは自然吸気（NA）エンジンと過給（TC）エンジンを用意している。動力性能と燃費性能の向上や排出ガス低減を高次元でバランスさせるために、熱効率、ポンピン
グロス、メカニカルフリクションロスなどのエンジンの素
質の改善を徹底的に行った。そのために、ロングストロー
ク化（SD 比 1.14）、高圧縮比化（12.0）、各種のメカニカル
フリクション低減アイテム、デュアルインジェクタシステ
ムや水冷 4 層積層タイプのコアを用いたクルード EGR シ
7）ステムなどを採用した。

（2）CVT
新型 CVT の主要諸元を表 2 に、外観図を図 3 に示す。
新型 CVT は各構成部品を軽自動車専用に設計することで小型化・軽量化を図ることができた。また、前型車に搭載している CVT に対して、副変速機の無い構造を採用した。
その際、プーリ軸間は前型 CVT から変更せず、高い燃費
性能・動力性能を実現できる軽自動車の使われ方にマッチングしたレシオカバレッジを確保した。
また、発進加速性能、音振性能を向上させる目的で、トルクコンバータの流体性能を見直し、トルク容量、トルク
8）9）比、ダンパ特性を改良した。

mechanical friction, a dual injector system and a cooled
exhaust gas recirculation (EGR) system with a watercooled 4-layer core.7)(2) CVTThe main specifications of the new CVT arelisted in Table 2 and its appearance is shown in Fig. 3.
The constituent par ts of the new CVT were designed
specifically for a mini-vehicle, making it possible to reduce
their size and weight. Compared with the CVT mounted
on the previous model, the configuration adopted does nothave an auxiliar y transmission. In this regard, the ratio
coverage was designed to match the way in which minivehicles are driven so as to deliver high levels of fueleconomy and power performance without changing thecenter distance between the pulley shafts from that of theprevious CVT.
The hydrodynamic per formance of the torqueconver ter was also reviewed and the torque capacity,
torque ratio and turbine characteristics were improved forthe purpose of enhancing launch acceleration performanceand NVH performance.8)9)(3) S-HYBRID system (12-volt mild hybrid system)
The main specifications of the motor and batter y
are listed in Table 3. The auxiliar y batter y of the new
S-HYBRID system has been changed to a lithium-ion
battery from the lead-acid battery of the S-HYBRID systemused on the Serena.10) This change increases the energy

表ｰ 1 NA/Turbocharger エンジン仕様
Table 1 NA/turbocharged engine specifications

表ｰ 2 新型 CVT の仕様
Table 2 CVT specifications

図ｰ 2 新型エンジンの外観図
Fig. 2 Appearance of new engine

図ｰ 3 新型 CVT の外観図
Fig. 3 Appearance of new CVT

No. 85（2019−10）46

Development of a Brand-new Powertrain for Japanese Mini-vehicles（3）S-HYBRID システム（12V マイルドハイブリッドシス
テム）
モ ー タ と バ ッ テ リ の 主 要 諸 元 を 表 3 に 示 す。 新 型
S-HYBRIDシステムはセレナ S-HYBRIDシステム 10）に対しregeneration capacity and expands the engine assist range.
The new system is thus lighter and smaller for use on theDayz mini-vehicle, which contributes to improving fueleconomy.

て、サブバッテリを鉛バッテリからリチウムイオンバッテ

4. Technologies for Improving Vehicle Performance

リに変更することで回生量の増大およびエンジンアシスト

This section describes the principal technologies
adopted for the power train to achieve the development
concept of the new Dayz and outlines the resulting vehicle
performance improvements.

領域の拡大を実現し、軽自動車用に小型・軽量で燃費改善に貢献できるシステムとした。
4．車両性能向上の技術
新型デイズの開発コンセプトを実現するためにパワート
レインで採用した主要な技術、向上した車両性能を以下に紹介する。

4.1 新型デイズの搭載要件対応
軽自動車規格の中で広い室内空間の実現するために、
図 4 に示すとおり、フロントオーバーハングを 65 mm 短縮
し前型車からキャビン長を拡大した。一方でフードの高さは、同等としている。衝突安全性を向上させるため、図 5に示すとおり、エンジンルーム内に衝突部材を追加することとした。また、S-HYBRID システムの採用に伴い、エンジンサイドマウントにモータを配置するなど、新型パワー
トレインは全長、上下左右方向に限られた空間に搭載する必要があった。
本開発においては、パワートレインを軽自動車用に特化することで、各要素部品形状を小型化するとともに、車両
プラットフォームの新規開発と同時並行で進められる開発環境であったことから、車両・パワートレイン双方のアプローチより全体で最適なパッケージングを追求することができ、本搭載要件の対応が可能となった。
一方で、エンジルームが縮小した場合、エンジンルーム
内熱環境の悪化（冷却性能）が主な課題となる。そのため、本開発ではパワートレイン冷却水回路の改良に加えて、エンジンルーム内の熱環境を向上させるため、車両走行時

4.1 Compatibility with installation conditions of the
new Dayz
As shown in Fig. 4, the fr ont over hang was
shortened by 65 mm to enlarge the cabin length over thatof the previous model in order to obtain a roomier interior
within the mini-vehicle standard. Meanwhile, the heightof the hood remains the same. As shown in Fig. 5, an addon member was added to the engine compar tment for
absorbing impact energy to improve collision safety
performance. With the adoption of the S-HYBRID system,
the motor and other par ts are positioned on the engine
side mount. The new power train had to be mounted
within the limited space allowed in the longitudinal,
vertical and lateral directions.
Developing the new power train specifically formini-vehicles allowed the shapes of constituent parts to
be downsized. In addition, the vehicle platform was newly
developed and the development environment enabledactivities to be carried out simultaneously in parallel.
That allowed trade-offs to be resolved quickly and made iteasy to achieve optimal solutions for the entire vehicle.
Accordingly, the overall optimal package was pursued
from both vehicle and powertrain approaches, making it
possible to meet the vehicle installation conditions.
A major issue that occurs when the engine
compartment is shortened is that it worsens the thermal
environment inside the compar tment with respect tocooling performance. Therefore, the coolant flow passagesof the new power train were improved in this project. In
addition, computational fluid dynamics (CFD) software
was used to simulate the optimum air flow so that windに、パワートレインに効率よく走行風が流れるように
CFD（computational fluid dynamics analysis）を駆使し、最適な風流れをシュミレーションした上で部品形状へ反映

表ｰ 3 S-HYBRID システムの仕様
Table 3 S-HYBRID system specifications

図ｰ 4 フロントオーバハングの変更内容
Fig. 4 Enlarged interiorroominess

47

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

図ｰ 5エンジンルーム内の衝突部材
Fig. 5 Collision safety
performance軽自動車向け新型パワートレインの開発させた。以上の取り組みの結果、エンジンルーム内の各部品に発生する温度を許容温度以下に抑えることができ、かつ十分な冷却性能を確保することができた。

4.2 動力性能向上技術（1）加速性能の向上
図 6 に今回開発した NA エンジン搭載モデルの加速 G 波形を前型車との比較の形で示す。NA モデルはアクセル踏

produced by vehicle movement would flow ef ficiently
around the power train in order to improve the thermal
environment in the engine compartment during vehicle
operation. The results were then reflected in part shapes.
Thanks to the foregoing measures, the temperature that
occurs in each par t in the engine compar tment is kept
below the allowable temperature level and suf ficientcooling performance is thus assured.

図ｰ 6 NA エンジン動力性能の比較
Fig. 6 Comparison of dynamic performance (NA engine)

4.2 Technologies for improving power performance(1) Improvement of acceleration performance
Figure 6 shows the acceleration (G) cur ve of the
newly developed model equipped with the NA engine incomparison with that of the previous model. The NA
engine-equipped model improves acceleration responsewhen the accelerator pedal is depressed and also the G
peak. It also sustains a high G level during acceleration,
thereby providing powerful acceleration performance.
The NA engine improves torque over the entire
engine speed range. In the low to medium speed range of1000-5000 rpm in par ticular, the NA engine improves
torque by 6 Nm (12%) on average while the TC engine
improves torque by 8 Nm (9%) on average over theprevious engine.
The gear ratios of the CVT were optimized andthe hydrodynamic performance of the torque converter
was improved. Low gear ratios were determined to obtain
the desired acceleration G from the vehicle specifications
and engine output. Figure 7 shows the hydrodynamic
performance of the torque converter that contributes tostanding-star t acceleration per formance. Specifications
were adopted that improve the torque ratio and torquecapacity coefficient.
(2) Improvement of driveability
Driveability of the Dayz mini-vehicle wasconstr ucted by using the shift design technology
accumulated for registered vehicles, taking into accountthe restricted output standard of mini-vehicles. As shownin Fig. 8, in low throttle situations such as when driving
in town, the shift lines are designed to deliver quiet,smooth, fuel-ef ficient operation; the vehicle speed rises

図ｰ 7 トルクコンバータ性能比較
Fig. 7 Torque convertor performance

図ｰ 8 D-STEP 変速の概要
Fig. 8 D-Step shift schedule

み込み時の G 及び G ピークを向上しつつ、加速中も高い Gを持続させた結果、力強い加速性能を実現することができている。
エンジンにおいては、全域回転域でトルクを向上し、特に 1000 〜 5000rpm の低中速回転域では、NA エンジンで平均 +6Nm（+12%）、TC エンジンで平均 +8Nm（+9%）の性能向上を実現した。
CVT においては、ギヤ比の最適化、トルクコンバータ
流体性能を向上させた。ギヤ比は、車両諸元、エンジン出力から得たい加速 G を実現するためにローギヤ比を定めた。また、停止から出足の加速性能に寄与するトルクコン
バータの流体性能は図 7 に示すとおり、トルク比・容量係数を向上させた仕様を採用した。
（2）運転性能の向上
軽自動車の出力規制の規格を考慮しつつ、登録車で培っNo. 85（2019−10）48

Development of a Brand-new Powertrain for Japanese Mini-vehicles

た変速設計技術で、軽自動車としての運転性能を構築した。
図 8 に示すとおり、街中走行などのアクセルをあまり踏まないシーンでは、エンジン出力の向上および CVT 本来の無段変速により、エンジン回転の上昇を抑え車速が上がり、また燃費の良い静かで滑らかな走りになるよう変速線を設定した。一方、高速道路での ETC 通過後や本線合流などの加速意図の強いアクセルを深く踏み込むシーンにおいては、CVT がまるでギヤがあるかのようにステップ変
速し、エンジン回転と車速が一体となって上昇するように変速するD-STEP制御 4）-6）を採用した。これにより、図9に示すとおり、加速しながらエンジン音が変化していくリズ
ミカルで心地よい爽快感が味わるドライビングフィーリングを実現した。また、エンジン回転が高車速時に一定回転に留まらず、車室内音の低下に寄与している。
D-STEP 制御を軽自動車に採用するにあたり、エンジンの出力には軽自動車の規制があるため、背反として登坂
路、車両重量が大きく、補機負荷が高いシーンが重なる
場合、ステップ変速した直後に加速度が一旦落ち込む息
継ぎ感が発生し、本来求める運転性能を得られない懸念があった。
そこで、D-STEP 制御によるシフトアップ直後に駆動力が不足し、加速停滞感が発生するシーンが懸念される場
合、D-STEP 制御を行わない制御を開発した。本制御は、
車両走行状態をモニタして車両加速 G を演算し、D-STEP
制御によるシフトアップ後の予測加速 G を演算する。この予測加速 G が基準値以下となる場合は、D-STEP 制御による変速を不可と判断し、無段変速を継続する制御である。
この D-STEP 作動可否判定制御により、あらゆるシーンにおいてスムーズな走行感を得ることが可能となった。

while the increase in engine speed is suppressed, thanks
to the improved engine output and the CVT’s intrinsic
seamless shifting. In contrast, in high throttle situations
where the driver strongly desires to accelerate such as
after passing through an electronic toll collection (ETC)
gate on an expressway or when merging with throughtraf fic, the CVT shifts in a step-like manner as if it had
gears. Dynamic Step (D-Step) shift control4)-6) was adopted
to shift the CVT so that the engine speed and vehicle speed
rise in unison. As shown in Fig. 9, this enables drivers toenjoy an exhilarating driving feeling in which the engine
sound changes in a pleasing, rhythmical manner as thevehicle accelerates. In addition, the engine speed does notremain constant in the high vehicle speed range, which
contributes to reducing the interior noise level.
In adopting D-Step control on a mini-vehicle, there
was concern that the driveability originally desired might
not be obtained because of a contradiction due to therestricted engine output of mini-vehicles. In situations
where an uphill grade, a heavy vehicle weight and a highauxiliary load overlap, a feeling of engine hesitation mightoccur with a momentary decline in acceleration right aftera step-like shift.
Therefore, a control procedure was developed
whereby D-Step control is not per formed in situations
where a feeling of sluggish acceleration might occur owing
to insufficient driving force immediately after an upshift
executed by D-Step. This control procedure monitors
the vehicle’s operating state and calculates the vehicle’s
acceleration G, i.e., it predicts the acceleration G available
after an upshift per formed by D-Step. If the predictedacceleration G is below a certain reference value, it judgesthat an upshift by D-Step is impossible and controls the
CVT so as to continue step-less shifting. This control
procedure for judging and controlling whether D-Step canbe actuated or not makes it possible to obtain a feeling ofsmooth driving performance in a wide variety of situations.

4.3 音振性能向上
図 10 に示すとおり、加速時の騒音レベルは、小型登録車並を実現することができた。また、雑味のないクリアな
エンジン音を実現するため、音質向上技術を新エンジンに採用した。

図ｰ 9 D-STEP の効果
Fig. 9 D-Step effect

49

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

4.3 Improvement of NVH performance
As shown in Fig. 10, the new model achieves anoise level during acceleration equal to that of a small
registered vehicle. Technologies for improving the soundquality were adopted for the new engine to provide a pure,
clear engine sound.

図ｰ 10 加速時のエンジンノイズ
Fig. 10 Quietness performance during acceleration

軽自動車向け新型パワートレインの開発（1）パワープラント振動低減
騒音レベルに影響するパワープラント共振によるマウント振動を低減するためにエンジンとCVT の締結剛性を大幅に向上させた。また、エンジンの主運動本体構造系部
品を高剛性化することでエンジン振動、ノイズの低減を図った。今回開発したパワートレインに採用した技術は下記 5 点である（図 11）。
（a）エンジンとCVT の断面剛性変化の縮小化（b）エンジンとCVT のドッキングボルトの最適配置（c）エンジンシリンダヘッドとトランスミッションケース
を連結する剛性部材の追加（d）クランクシャフト最適化設計（e）エンジン本体構造系軽量高剛性設計（a）（b）（c）の採用により、現行のパワープラント曲げ
固有値を従来技術比で 1.5 倍向上させ、図 12 に示すとおり
マウントの振動レベルを大きく低減することができた。一方で、エンジンとCVT の締結剛性を上げた場合の相反する事象として質量増加が課題となる。そのため、上記で述
べた（a）
（b）
（c）の技術を織り込む際には、パワープラ
ント曲げ固有値の解析を行い、その固有値向上に寄与が高いエンジンとCVT の合わせ面上方部の剛性を高め、寄与の低い合わせ面の下方部は軽量化を図ることで、高剛性と軽量化を両立する最適形状にすることが可能となった。また、上記（c）の剛性部材は、配管や TC エンジン
部品の固定部材としても機能を有するようにし、部品点数(1) Reduction of powerplant vibration
Coupling stiffness between the engine and the CVT
was markedly improved to reduce mount vibration inducedby powerplant resonance that affects the noise level. Engine
vibration and noise were also reduced by increasing thestiffness of the parts composing the main moving structuresof the engine. The following five technical measures wereadopted for the newly developed powertrain (Fig. 11).
(a) Reduction of changes in cross-sectional stiffness of theengine and CVT(b) Optimized positioning of the bolts connecting theengine and CVT(c) Addition of a stiffness member connecting the engine
cylinder head and the transmission case(d) Crankshaft design optimization(e) Lightweight, high-stiffness design of engine structuralparts
The adoption of measures (a), (b) and (c) raised
the natural bending frequency by 1.5 times over that of
the existing powerplant with the previous technologies.
As a result, the mount vibration level was substantiallyreduced as shown in Fig. 12. On the other hand, increasing
the coupling stiffness of the engine and CVT gives rise toa conflicting issue of an increase in mass. For that reason,a simulation was conducted of the powerplant’s natural
bending frequency when measures (a), (b) and (c) noted
above were incorporated. The stiffness of the upper portionof the engine-CVT interface, which contributes greatly to
improving the natural bending frequency, was increased,
whereas the weight of the lower portion of the interface
that makes a small contribution was reduced. In this way,
the optimal shape was obtained that both increases thestiffness and reduces the weight. The addition of a stiffness
member as measure (c) above also functions to secure thepiping and TC engine parts, thereby serving to reduce theparts count and the mass. The adoption of the structuresdescribed here enabled a mass reduction of 1.5 kg fromthat for the previous technologies while also reducing themount vibration level.
In addition, as shown in Fig. 13, adoption of aforged crankshaft and optimization of the crank web shape
as measure (d) reduced NVH and friction as a result of

図ｰ 11 曲げ固有値改善の方策内容
Fig. 11 Measures for improving natural bending frequency

図ｰ 12 振動レベルの低減効果
Fig. 12 Effect of improving natural bending frequency

図ｰ 13 クランクシャフトの最適形状化
Fig. 13 Optimization of crankshaft shape
No. 85（2019−10）50Development of a Brand-new Powertrain for Japanese Mini-vehiclesの低減や質量低減を図った。上記構造の採用により、マウントの振動レベルを低減しつつ、従来技術より質量を1.5kg 削減することが可能となった。
加えて（d）は図 13 に示すとおり、クランク鍛造化、及びクランクウェブ形状の最適化を行うことで、音振とフリクション（細軸化）、重量との両立を実現した。
（e）は図 14 に示すとおり、エンジン本体構造は従来の板厚及びリブによる剛性設計から重量効率の高い、コーン
形状及び曲面形状を採用することで、音振と重量の両立を図った。
（2）エンジンノイズの音質向上「雑味のないクリアな音質」を実現するために吸気音響
等長システムを採用した。各吸気ポート長さを等長化することで、図 15 に示すとおり、エンジンの基音・倍音成分を強調したクリアなサウンドを実現できた。

4.4 燃費性能向上技術
表 4、 表 5 に 今 回 開 発 し た NA モ デ ル とTC モ デ ル のJC08 モード燃費値を、それぞれ前型車との比較の形で示す。前型車に対して燃費性能は大幅に向上し、2020 年度
燃費基準を達成するともに、市場汎用性を追求した実用7）
燃費においても大幅に向上している。

（1）エンジン
最良燃費率の向上、良消費率の向上、メカニカルフリク
ションの低減を実施した。採用した技術の詳細は、以降の記事「軽自動車向け新型ガソリンエンジンの開発」を参照されたい。

図ｰ 14 エンジン本体構造の高剛性化
Fig. 14 High stiffness of engine structure

thinning the crankshaft while also reducing the weight at
the same time.
As shown in Fig. 14, the engine str ucture waschanged from a stiffness design based on the plate thickness
and ribs to one with high weight ef ficiency by adopting
cone and curved shapes. As a result, measure (e) achieved
both NVH performance and a weight reduction.
(2) Improvement of engine sound quality
A system of acoustically tuned, equal-length intake
manifold runners was adopted to achieve pure, clear engine
sound quality. By making all the intake manifold runners
the same length, clear sound quality was obtained thatemphasizes the engine’s keynote sound and harmonics, as
shown in Fig. 15.
4.4 Technologies for improving fuel economy
Tables 4 and 5 respectively show the fuel economy
achieved by the new model equipped with the NA engine
and the TC engine in comparison with the corresponding
versions of the previous model under Japan’s JC08 test
mode. Fuel economy has been markedly improved overthe previous model. The fuel economy standard set for
fiscal 2020 has been achieved along with a substantial
improvement in practical fuel economy under the typicalconditions of real-world driving.7)(1) Engine
The new engine improves the best fuelconsumption rate, expands the region of an excellent
fuel consumption rate and reduces mechanical friction.
The details of the technologies adopted in this regard are
explained in a subsequent ar ticle entitled “Brand-new
Small Gasoline Engine for a New Mini-vehicle.”(2) CVT
Mechanical friction under steady-state operation
was reduced and the control procedure during transient
operation was also improved. As a result, the ability to
trace the targeted gear ratio was improved so that theengine can operate in a speed range of good ef ficiency.
Measures taken to reduce mechanical losses include theapplication of ball bearings for supporting the pulleys andgear shafts, optimization of the pressure receiving areaand pressure settings of the pulley system, and adoption

表ｰ 4 NA モデルの燃費比較（JC08）
Table 4 Comparison of fuel economy (NA engine)

表ｰ 5 TC モデルの燃費比較（JC08）
Table 5 Comparison of fuel economy (TC engine)
図ｰ 15 吸気音響等長システムによるエンジン音の効果
Fig. 15 Clear sound obtained with same length intake
manifold runners

51

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）軽自動車向け新型パワートレインの開発（2）CVT
定常的なメカニカルフリクションの低減を行い、過渡においても制御の改良により、エンジン回転が効率のよい回転になるよう目標変速比への追従性向上を図った。メカニ
カルロス低減としては、プーリとギヤ軸支持部のボールベ
アリング化、プーリーシステム受圧面積・油圧設定値の最適化、高効率のベルトの採用を行った。また撹拌（かくはん）抵抗を低減するため、ケース内側の構造や、バッフル
プレート配置、ストレーナ吸い口を最適化し、オイルレベ
8）ルを最適設計した。

（3）S-HYBRID システムによる燃費向上
本システムはサブバッテリをリチウムイオンバッテリへ変更した。これにより、回生量は鉛バッテリのセレナに対して約 2 倍となりエネルギを無駄なく回生することが可能となった。その結果、発電負荷低減に加えて、エンジンア
シストに供試する電力の増加を可能とし、アシスト時間を約 10 倍へ延長することができた。回生量の増大とエンジ
ンアシストの拡大により、燃料消費量の削減を実現した。
一方で、回生量の過剰な増加は、アクセル操作やブレー
キ操作を煩雑にし、実用燃費の悪化を招くことが懸念される。そのため、市場モデルを使ったシミュレーションを行
い、自然な減速の実現ならびにブレーキ操作量を低減できる回生量を設定した。
（4）エンジンとCVT のマッチング技術
燃費向上としてエンジンとCVT が協調した技術を多数採用したが、ここでは今回初採用したフルコーストストップ制御（以降 Full C/S と記載）について述べる。
Full C/S とは、図 16 に示すとおり、車両がブレーキ減速から停止するシーンにおいて、減速中のエンジン燃料噴
射を停止し、一定の車速まで減速した時にエンジンが燃料噴射を復帰させることなくエンジンをそのまま停止させる制御である。新型デイズではこの新たな制御を採用した。
本制御を採用するにあたり、下記技術課題に対して取り組んだ内容を述べる。

図ｰ 16 Full C/S のタイムチャート
Fig. 16 Full S-SC operational time chartof a high-efficiency belt. In addition, churning resistance
was reduced by optimizing the interior structure of thecase, baf fle plate position and the strainer suction por t
and by designing the optimal fluid level.8)(3) Fuel economy improvement obtained with S-HYBRID
systemThe auxiliar y batter y of this system was changed
to a lithium-ion batter y, which increases the energy
regeneration capacity by approximately twofold over thatof the lead-acid battery of the system used on the Serena.
This makes it possible to regenerate electrical power
without wasting any kinetic energy. As a result, in addition
to reducing the power generation load, it also increases
the amount of electrical power that can be provided forengine assist. The assist time has been extended byapproximately tenfold over the previous system. The
increased regeneration capacity and expanded engine
assist have the ef fect of reducing the amount of fuelconsumed.
There was concern that an excessive increase in
the regeneration capacity would complicate operation of
the accelerator pedal and brake pedal, causing practicalfuel economy to worsen. Therefore, a model that reflectedcustomers’ actual driving patterns was used to conductsimulations in order to set the regeneration capacity so
as to allow natural vehicle deceleration and reduce thefrequency of depressing the brake pedal.
(4) Engine-CVT matching procedures
Many procedures were adopted for collaborative
control of the engine and CVT for improving fuel economy.
This section describes the full star t-stop coasting (FullS-SC) control that was adopted for the first time.
As shown in Fig. 16, Full S-SC control suspends
fuel injection to the engine during deceleration insituations where a vehicle is decelerated by braking to acomplete stop. This control shuts off the engine without
resuming fuel injection when the vehicle decelerates toa cer tain specified speed. This new control system isfeatured on the new Dayz.
The following are the details of technical issues
that had to be addressed in order to adopt this control
system.
(a) Variator shift speed for returning to low gear side when
activating Full S-SC control
The new CVT is not fitted with an electric oil pumpfrom the standpoint of size and weight reductions, so the
only power source for producing CVT pressure is theengine output. Suspending engine output stops the supplyof pressure inside the CVT, thus stopping the shifting
action of the variator. Consequently, if Full S-SC control isactuated in a condition where the variator gear ratio has
not fully returned to the low gear side, the vehicle must be
re-accelerated in a state with the variator gear ratio on
the high gear side. There was concern that the resulting
driving force would not be sufficient for accelerating thevehicle. To resolve that contradiction, consider that an
attempt is made to shift the variator quickly to the low gear
No. 85（2019−10）52

Development of a Brand-new Powertrain for Japanese Mini-vehicles（a）Full C/S 作動時のバリエータのロー戻り変速
新型 CVT では小型・軽量化の観点から、電動オイルポンプを搭載しておらず、CVT 油圧を発生させる動力源はエンジン出力のみである。エンジン出力が停止するとCVT 内の油圧供給が止まり、バリエータの変速は止まる。
そのため、バリエータ変速比が十分にローギヤ側まで戻れていない状態で Full C/S を行った場合、再発進時にバリエータ変速比がハイギア側の状態から発進することとな
り、駆動力不足が懸念される。また、その背反を解消する
ために Full C/S 制御を作動させる前にロー側に早く変速させようとすると減速中に乗員の体が前のめりになるような G 変化（引き込まれ感）を生じ、運転性上問題となる。
そのため動力性能、運転性能、燃費性能の両立を図りつつ CVT オイルポンプの吐出量、変速線、バリエータ油
圧諸元を決定した上で、Full C/S の作動条件として、エン
ジン停止前のバリエータ変速比、エンジン停止前のロー戻り変速速度に上限を設定した。
（b）アイドリングストップ、コーストストップからのエンジン再始動時の協調
アイドリングストップまたはコーストストップ状態からの再発進時は、タイムラグが少なくスムーズでショックの無い発進性能が求められる。新型 CVT は、エンジン停止
状態では CVT の前進クラッチが解放状態になる。そのため、再発進時前進クラッチの締結は、ショックが発生せず、かつ短時間で締結し駆動力を伝達する必要がある。
一方、CVT の前進クラッチが解放状態で再始動するため、エンジン回転が吹け上がりやすくなる。エンジン回転の吹け上がりが大きい場合、回転を同期させ CVT 前進ク
ラッチを締結するまで、ある一定の時間が必要となり、結果として発進時のタイムラグが大きくなる。回転同期の時間を短縮するためにはエンジン再始動時の回転吹け上がりを抑制する必要があるが、過度な抑制は発進に必要な余裕駆動力を損ねることにつながる。したがって、発進時のタイムラグとショックを成立させるために再始動時のエン
ジン回転プロフィールを最適化する必要があった。
これを解決するために、CVT 制御では前進クラッチの状態（締結または解放）を回転センサから読み取り、前進クラッチが解放状態の場合は点火時期リタード制御を作動し、過度なエンジン回転吹け上がりを抑えるようにエンジ
ンとCVTとの間で協調する制御を織り込んだ。
また、CVT 本体においては、エンジン再始動時の CVT
油圧の立ち上がりを早期化するため、油圧室内のリークを抑制することを目的として、プーリ油圧室のシールリング
を Dリング、低リークタイプとし、コントロールバルブとケースの回路間にフラッパ弁を配置することで、CVT 油
8）
圧の立ち上がりの早期化を実現した。

以上の取り込みの結果、アイドリングストップまたはコーストストップ状態からの再発進時において、タイムラ

53

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）side before Full S-SC control is actuated. This would resultin a driveability issue by causing a G change (pull-down
feeling) that would make occupants’ bodies fall for ward
during deceleration.
Therefore, the discharge rate of the CVT oil pump,shift lines and variator pressure specifications were
determined so as to achieve an optimum balance among
power per formance, driveability and fuel economy. On
that basis, upper limits were defined for the actuation
conditions of Full S-SC with respect to the variator gear
ratio and the shift speed for returning to the low gear side
before the engine is shut off.
(b) Collaboration for restarting the engine from start-stopor coasting start-stop states
Smooth, shock-free acceleration performance withlittle time lag is required when re-accelerating from a startstop or a start-stop coasting state. The for ward clutch of
the new CVT is disengaged while the engine is shut off.
Accordingly, at the time of re-acceleration the for ward
clutch must be engaged quickly and without any shock inorder to transmit driving force.
On the other hand, engine speed flare is apt tooccur when the engine is restarted with the forward clutch
disengaged. In the case of large engine speed flare, acer tain amount of time is needed to synchronize therotational speeds and engage the CVT for ward clutch.
Consequently, the time lag until vehicle launch becomes
longer. In order to shor ten the speed synchronization
time, engine speed flare must be suppressed when theengine is restarted. However, excessive suppression would
detract from the extra driving force needed to launch thevehicle. Therefore, it was necessary to optimize the engine
speed profile at the time of restar t in order to obtain an
acceptable time lag and minimal shock for vehicle launch.
In order to resolve these issues, a procedure
for collaboration between the engine and the CVT wasincorporated in the CVT control system. With this control
procedure, the engaged or disengaged state of the forward
clutch is detected by a rotation sensor. If the for ward
clutch is disengaged, ignition timing retard control isactivated to suppress excessive engine speed flare.
Moreover, measures were applied to the CVT itself
to quicken the rise of the CVT pressure at the time theengine is restarted. For the purpose of preventing leakage
in the pulley pressure chambers, a D-ring was adopted as
the sealing ring for the primar y pulley pressure chamber
and a low-leakage type of seal was adopted for the secondary
pulley pressure chamber. A flapper valve is positioned in
the hydraulic circuit between the control valve and thecase. These measures enable the CVT pressure to rise
faster.8)
As a result of adopting the measures described
here, the time lag for re-acceleration from a start-stop ora start-stop coasting state was shortened by 0.15 s fromthat of the previous model. A smooth launch feeling was
also achieved.

軽自動車向け新型パワートレインの開発

グが 前型車より0.15 秒短 縮でき、かつスムーズな発 進

5. Conclusion

フィーリングを得ることができた。

In addition to adopting the technologies
accumulated to date in developing powertrain systems forregistered vehicles, the following technologies were newly
developed specifically for this mini-vehicle powertrain to
improve vehicle performance.
(1) Mountability and weight reduction
Downsizing the engine and the CVT enabled theengine compartment to be shortened for creating a roomiercabin and it also contributed to improving collision safety.
Downsizing also had the effect of reducing the powertrain
weight by 5 kg compared with that of the previous powertrain.
(2) Power performance
The new engine improves torque over the entire
engine speed range compared with the previous engine,
and the gear ratios of the CVT were selected to match thevehicle and engine characteristics. As a result, powerfulacceleration per formance is achieved in response todepression of the accelerator pedal. Both the G rise curveand G peak have been improved and a high G level is alsosustained during acceleration.
D-Step shift control has been adopted for the
first time on a mini-vehicle to enable drivers to enjoy
an exhilarating driving feeling with the engine soundchanging in a pleasing rhythmical manner as the vehicle
accelerates.
(3) NVH performance
The natural bending frequency of the powerplant
was improved and mount vibration was suppressed toachieve a noise level during acceleration on a par withthat of small registered vehicles. That was accomplishedby increasing the stiffness of the engine proper and also
by improving the coupling stiffness between the engine
and the CVT while simultaneously reducing the weightof the interface. In addition, measures were adopted for
improving the sound quality of the engine to obtain a pure,
clear engine sound.
(4) Fuel economy
Friction of both the engine and the CVT was
reduced and procedures were adopted for collaborative
control of the engine, CVT and S-HYBRID system. As
a result, the new power train enhances practical fueleconomy over that of the previous powertrain, contributing
to an improvement in fuel economy of approximately 15%
under Japan’s JC08 test mode.
Finally, the authors would like to sincerely thankmany people at Aichi Machine Industr y Co., Ltd. and
JATCO Ltd for their invaluable cooperation with thedevelopment of this new mini-vehicle powertrain.

5．ま

と

め

これまでの登録車用パワートレインの開発にて培った技術に加えて、軽自動車用パワートレインとして新たに下記技術開発を行い採用することで、車両性能の向上を可能とした。
（1）搭載性能・軽量化
エンジンとCVT の小型化により、エンジンルームが縮小でき、広い室内空間の実現、衝突安全性の向上に貢献した。また小型化により、前型パワートレインに対して5kg の軽量化を実現した（2）動力性能
前型エンジンに対して全回転域でトルク向上を実現し、車両・エンジン特性にあわせた CVT のギヤ比選定により、アクセル踏み込み時の立ち上がりG 及び G ピークを向上しつつ、加速中も高い G を持続させ力強い加速性能を実現できた。
また軽自動車として初の D-STEP 制御を採用し、加速しながらエンジン音が変化していくリズミカルで心地よい爽
快感が味わるドライビングフィーリングを実現した。
（3）音振性能
エンジン本体の剛性、エンジンとCVT の締結剛性を軽量化と両立して向上させることにより、パワープラント曲げ固有値を向上しマウント振動を抑制することで、小型登録車並の加速時の騒音レベルを実現した。またエンジンの音質向上技術を採用し、クリアな雑味のないエンジン音を実現した。
（4）燃費性能
エンジンとCVT のフリクション低減、ならびにエンジ
ン、CVT、S-HYBRID システムの協調制御の採用により、前型パワートレインに対して実用燃費を向上させ、モード
燃費として約 15％（JC08 モード）の車両燃費向上に寄与した。
末筆ながら、本軽自動車用新パワートレインの開発におきましては愛知機械工業株式会社、ジヤトコ株式会社の
多くの方々に多大なるご協力を頂きました。ここに深く御礼申し上げます。
6．参

考

文

献

6. References
1）森嶌信人ほか：デュアルインジェクターシステムを採用した HR 改良エンジンの開発、自動車技術会 学術講
演会前刷集、No. 110-10、pp. 11-14（2010）．
2）伊佐治洋ほか：直噴ミラーサイクル採用の新型 I3 1.2L
スーパーチャージャガソリンエンジン、自動車技術会

1) N. Morishima et al., Development of HR improvement
engine which adopted Dual Injector System, Proc. of
JSAE, No. 110-10, pp. 11-14 (2010).
2) H. Isaji et al., Development of new I3 1.2L Supercharged
Gasoline Engine, Proc. of JSAE, No. 140-11, pp. 1-4

No. 85（2019−10）54Development of a Brand-new Powertrain for Japanese Mini-vehicles

学術講演会前刷集、No. 140-11、pp. 1-4（2011）．
3）松井義典ほか：新型高効率 4 気筒 1.6L 直噴ガソリンター
ボエンジンの開発、自動車技術会 学術講演会前刷集、No. 91-14、pp. 1-6（2014）．
4）中野晴久ほか：新世代ワイドレシオカバレッジ小型
CVT の開発、自動車技術会 シンポジムテキスト、No.
06-15、pp. 34-37（2015）．
5）齋藤一美ほか：ディーゼルエンジン車適用 CVT 開発、
自動車技術会 シンポジムテキスト、No. 03-14、pp. 49-53（2014）．
6）塩見淳ほか：環境に配慮した次世代 2.0 〜 3.5L クラス
FF 車用 CVT の紹介、自動車技術会 学術講演会前刷集、No. 26-12、pp. 5-8（2012）．
7）伊佐治洋ほか：新型軽自動用ガソリンエンジンの開発、自動車技術会 学術講演会講演予稿集、No. 85-19、pp.
1-6（2019）.
8）国久美樹子ほか：軽自動車向け新型 CVT の開発、自動車 技 術 会 学 術 講 演 会 講 演 予 稿 集、No. 60-19、pp. 1-4（2019）．
9）小山良浩ほか：新型軽自動車用ベルト式 CVT の開発、(2011).
3) Y. Matsui et al., Development of the new high efficient
4-cylinder 1.6L Direct Injection Gasoline turbocharged
Engine, Proc. of JSAE, No. 91-14, pp. 1-6 (2014).
4) H. Nakano et al., Development of New-generation
Eco-friendly CVT for Small Vehicles, Text of JSAE
Symposium, No. 06-15, pp. 34-37 (2015).
5) K. Saito et al., Development of CVT for diesel engine
vehicle, Text of JSAE Symposium, No. 03-14, pp. 49-53(2014).
6) J. Shiomi et al., Next-generation Eco-friendly CVT for
2.0-3.5L-class FWD-vehicle, Proc. of JSAE, No. 26-12,
pp. 5-8 (2012).
7) H. Isaji et al., Brand New Small Gasoline Engine for
New Kei-Car, Proc. of JSAE, No. 85-19, pp. 1-6 (2019).
8) M. Kunihisa et al., Development of a New Generation
CVT for Mini-Vehicles, Proc. of JSAE, No. 60-19, pp. 1-4(2019).
9) Y. Oyama et al., Development of Brand New Belt TypeCVT for Japan Kei-Car, Proc. of JSAE, No. 60-19, pp. 1-6(2019).
10) T. Watanabe et al., Development of Serena S-HYBRIDSystem, Nissan Technical Review, No. 72, pp. 37-41(2013).

自動車技術会 学術講演会講演予稿集、No. 60-19、pp.
1-6（2019）．
10）渡邊剛史ほか：新型セレナ搭載 S-HYBRID システムの開発、日産技報、No. 72、pp. 37-41（2013）．

■著者／ Author（s）■

55

小 山 良 浩
Yoshihiro Oyama

伊佐治
洋
Hiroshi Isaji

黒 木真
Makoto Kuroki

平 野 智 久Tomohisa Hirano

宮 川育
Akira Miyagawa

川 岬 芳 秀Yoshihide Kawasaki

坂 井 雄 紀Yuuki Sakai

鈴 木 淳 也Junya Suzuki

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

三 嶋 峻 平Shumpei Mishima

技術紹介／ New Technology

軽自動車向け新型ガソリンエンジンの開発
Brand-new Small Gasoline Engine for a New Mini-vehicle
伊佐治

洋*

森

Hiroshi Isaji

嶌

信

人**

Nobuto Morishima

新

井

俊

哉*

Toshiya Arai

櫻

庭

健

一*

Kenichi Sakuraba

軽自動車は日本市場向けの小型車であり、お客様からの明確な要求である高い環境性能、競録
争力のあるコストを満たした設計がなされている。今回、日産はこれらの要求にこたえるべく、アライアン
スエンジンシリーズのモジュール開発を基本とした、新しい 660cc ガソリンエンジンを開発した。高性能を達成するために、小径ボアとしてロングストローク化、インテーク及びエキゾーストポート、そして燃焼室形状の最適化による、エンジンの基本構造の開発を行った。また、デュアルインジェクタシステム、クール
ド EGR システムを採用し、出力・燃費・排気性能向上を実現した。本稿では新型エンジン開発の詳細、出力・燃費・排気性能向上を実現した、ブレークスルー技術について紹介する。

抄

Mini-vehicles are a unique vehicle segment in the Japanese market designed to meet
Summary
specific customer requirements for high environmental standards and competitive cost. Nissan
developed a new 660cc gasoline engine to meet these specifications, based on modular development ofan Alliance engine series. The initial focus was to develop the basic construction of the engine by
optimizing the small bore-long stroke, intake and exhaust ports and combustion chamber shape toachieve high per formance levels. To attain higher power, better fuel ef ficiency and low exhaustemissions, we combined a dual injector system and a cooled EGR system. This ar ticle details thedevelopment of this new engine, including the key breakthrough technologies adopted to achieve highpower, good fuel economy and low exhaust emissions.

Key words : Power Unit, heat engine, spark ignition engine, turbocharger, dual injection

1．は

じ

め

に

私たち日産自動車は、登録車用エンジン開発のノウハウを織り込み、日産として初めて開発を行った軽自動車用のガソリンエンジンを開発した。この新型エンジンは、1.0Lを上限とする登録車用エンジンシリーズの基本骨格を踏襲しながらも、軽自動車専用エンジンとして完全新規設計を行い、動力性能と実用燃費性能を向上し、かつ排出ガ

1. Introduction
At Nissan, we drew upon the know-how gained indeveloping engines for registered vehicles to develop a
new gasoline engine specifically for use on the first minivehicle that was developed in-house. This new engine wascompletely designed anew as a dedicated mini-vehicle
engine, while also inheriting the basic framework ofa registered vehicle engine series that has an upperdisplacement limit of 1.0L. That was done to improve

スの低減を図った。本稿では、その技術内容について紹介する。

表ｰ 1 NA/Turbocharger エンジン仕様
Table 1 NA/turbocharged engine specifications

2．エンジン開発の狙い
エンジンの主要諸元を表 1 に、外観を図 1 に示す。動力
性能と燃費性能向上、排出ガス低減を高次元でバランスさせるために、熱効率、ポンピングロス、メカニカルフリ
クションロスなどのエンジンの素質の改善を徹底的に行った。そのために、ロングストローク化（SD 比 1.14）、高圧
縮比化（12.0）、各種のメカニカルフリクション低減アイテ* 株式会社日産オートモーティブテクノロジー／ Nissan Automotive Technology Co., Ltd ** 愛知機械工業株式会社／ Aichi Machine
Industry Co., Ltd.
No. 85（2019−10）56

Brand-new Small Gasoline Engine for a New Mini-vehicle

ム、デュアルインジェクタシステムや水冷 4 層積層タイプのコアを用いたクールド EGR（Exhaust Gas Recirculation）
システムなどを採用している。

power performance and practical fuel economy and also
to reduce exhaust emissions. This ar ticle describes thetechnical details of the new engine.
2. Engine Development Aim

2.1 エンジン出力性能の向上
図 2 に自然吸気（Natural Aspirated、以下 NA）エンジンと、図 3 に過給（Turbocharged、以下 TC）エンジンの出力・トルクカーブを、前型エンジンとの比較の形で示す。
全回転域でトルクを向上することができたが、特に 1000
〜 5000rpm の 低 中 速 回 転 域 で は、NA エ ン ジ ン で 平 均+6Nm（+12%）、TC エンジンで平均 +8Nm（+9%）の性能向上を実現した。

図ｰ 1 エンジン概要
Fig. 1 Engine appearance

The main specifications of the new engine are
given in Table 1, and its appearance is shown in Fig. 1.
Thorough improvements were made to the fundamental
qualities of the engine, including thermal ef ficiency,
pumping loss, mechanical friction loss and other aspects.
That was done to balance improved power performanceand fuel economy with reduced exhaust emissions at
the highest possible level. Among the technical features
adopted for that purpose are a long stroke specification(bore/stroke (SD)) ratio = 1.14:1), a higher compression
ratio (12.0:1), various measures to reduce mechanicalfriction, a dual injector system, and a cooled exhaust gas
recirculation (EGR) system with a water-cooled 4-layer
laminated core.
2.1 Improvement of engine power output
performance
Figures 2 and 3 show the torque and power output
cur ves of the naturally aspirated (NA) and turbocharged(TC) versions of the new engine in comparison with thoseof an existing engine, respectively. Torque has been
improved over the entire engine speed range. In the low to
medium speed range between 1000 and 5000 rpm inparticular, the NA engine improves torque by an averageof 6 Nm (12%) and the TC engine by an average of 8 Nm
(9%) over the existing engine.
2.2 Fuel economy improvement
Figur es 4 and 5 map the brake specific fuelconsumption (BSFC) rate of the NA engine and the TC
engine, respectively. In addition to improving the best fuelconsumption rate itself, the region of an excellent fuelconsumption rate has been enlarged. As a result, underJapan’s JC08 test mode, the NA engine contributes to a
9% improvement in fuel economy over the existing engine
and the TC engine to a 7% improvement.

図ｰ 2 トルク・出力性能カーブの比較（NA エンジン）
Fig. 2 Comparison of torque and power output curves(NA engine)

3. Key Technical Features for Per for mance
improvement
Table 2 lists the main technical features adopted to
improve power performance and fuel economy as describedin the previous section and to reduce exhaust emissions.

図ｰ 3 トルク・出力性能カーブの比較（TC エンジン）
Fig. 3 Comparison of torque and power output curves(TC engine)

57

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

3.1 Thermal efficiency improvement
3.1.1 Higher compression ratio
Increasing the compression ratio to improve thermal
ef ficiency would cause knock resistance to deteriorate.
Accordingly, some techniques for suppressing knock must
be adopted in tandem with a higher compression ratio inorder to improve performance in the high load region. For
this engine, a long stroke specification (SD ratio = 1.14:1),
stronger gas flow and a duel injector system, which will be軽自動車向け新型ガソリンエンジンの開発

2.2 燃費性能の向上
図 4、図 5 に今回開発した NA 及び TC エンジンの燃費率
マップを示す。最良燃費率の向上に加え、良燃費率の領域を広げることができた結果、JC08 モードにおいて、前型エンジンに対して NA エンジンで +9%、TC エンジンで+7% の燃費向上に貢献することができた。
3．性能向上をもたらす要素技術
前述の動力性能と燃費性能の向上、及び排出ガス低減を図るために採用した技術を表 2 に示す。

3.1 熱効率の向上
3.1.1 高圧縮比化
熱効率向上のために高圧縮比化すると耐ノック性が悪化する。そのため高負荷領域での性能向上を行うためにはノック抑制技術が高圧縮比化とセットで必要となる。本エンジンでは、ロングストローク化（SD 比 1.14）、後述する
ガス流動強化やデュアルインジェクタシステムの採用によ

explained later, were adopted to improve knock resistance.
Other measures adopted to improve knock resistanceincluded piston-cooling oil jets, cooling ribs with a heatsink structure, and a top piston ring with higher thermal
conductivity. The combined ef fect on improving knock
resistance was equal to a crank angle of approximately
5 deg. A compression ratio of 12.0:1 was adopted for the
NA engine, the same as that of the existing engine. The
improved knock resistance thus works to increase engine
torque and to improve thermal efficiency in the high load
region.
3.1.2 Stronger gas flow
Strengthening the gas flow improves knock resistanceowing to the faster combustion velocity, enhances combustion
stability, and reduces pumping losses on account of ahigher EGR rate, among other effects that contribute toimproving engine torque and fuel economy. Retarding theignition timing to the allowable combustion limit is aimed
at reducing exhaust emissions by quickening catalyst lightoff as a result of raising the exhaust gas temperature at acold engine start. Because combustion stability is improved,
the ignition timing can be retarded further, which has alarger effect on raising the catalyst temperature. To obtainthe maximum effects possible, the intake port was newly
designed to strengthen the gas flow in combination withthe long stroke. As a result, a high tumble ratio was attained
while maintaining the same level of air flow resistance asthat of the existing engine (Fig. 6).
3.1.3 Adoption of a dual injector system
The new engine features a duel injector system that
Nissan was the first in the world to apply to a massproduced engine. 1) Ordinarily, fueling systems use one
injector to supply fuel to one cylinder. This system uses
two injectors per cylinder for the purpose of improving
combustion (Fig. 7).
表ｰ 2 主な採用技術
Table 2 Main technical features

図ｰ 4 燃費率（NA エンジン）
Fig. 4 Fuel consumption rate (NA engine)

図ｰ 5 燃費率（TC エンジン）
Fig. 5 Fuel consumption rate (TC engine)

No. 85（2019−10）58Brand-new Small Gasoline Engine for a New Mini-vehicle

る耐ノック性の向上に加え、ピストン冷却のためのオイル
ジェット、ヒートシンク構造による冷却リブ、高熱伝導性
トップリングなどの耐ノックアイテムを採用することにより、約 5deg のノック改善効果を得た。NA エンジンでは前型エンジンと同じ圧縮比 12.0 を採用した上で、このノック改善効果によりエンジントルクの向上や高負荷域の熱効率向上を実現している。

3.1.2 ガス流動強化
ガス流動の強化は、燃焼速度を速められることによるノック改善の効果や、燃焼安定性が向上し EGR 率を高められることによるポンピングロス低減の効果など、エンジ
ントルクや燃費の向上に寄与する。また、冷機始動後には点火時期を燃焼限界まで遅角し排気温度を上げ触媒の早期活性による排出ガス低減を狙うが、燃焼安定性が向上することでより点火時期を遅角することができ、触媒昇温効果が大きくなる。これらの効果を最大限に得るために、
ロングストローク化との組み合わせで、ガス流動を強化す
る吸気ポートを新たに設計した。これにより、前型エンジン並の通気抵抗を維持した上で、高タンブル比を実現することができた（図 6）。

3.1.3 デュアルインジェクタシステムの採用
弊社が量産エンジンで世界初採用したデュアルイン
ジェクタシステム 1）は、通常は 1 シリンダあたり1 本のインジェクタで燃料を供給するが、本システムは燃焼改善のために、1 シリンダあたり2 本のインジェクタを採用するシステムである（図 7）。
デュアルインジェクタシステムに使用しているインジェ
クタの主要諸元を表 3 に示す。デュアルインジェクタは、
1 本あたりの静的流量低減によりインジェクタ本体をスリム化した結果、噴霧点を吸気バルブに近づけることができ、吸気ポートへの燃料の付着量を増加させることなく広The main specifications of the injector used in thisdual injector system are given in Table 3. The injector bodywas made slimmer by reducing the static flow rate per
injector, with the result that the spray point can be broughtcloser to the intake valve. This facilitates a wide-angle
spray and better spray atomization without increasing
the amount of fuel adhering to the intake port wall. The
injector was newly developed specifically for this engine asa third-generation device for the dual injector system. The
injector is an 8-hole device that produces a highly dispersed
spray with an outstanding wall wetting characteristic (i.e.,amount of fuel adhering to the port wall and combustion
chamber wall). A high spray dispersion concept was adopted
in contrast to the existing type that concentrated the fuelspray around the intake valve in order to avoid spray
impingement on the por t wall. This concept disperses
the fuel spray by introducing air into the spray from theclearance directly below the injector nozzle (Figs. 8 and 9).
Previously, a thick fuel film occur red when the spray
impinged on the wall, but now a broad, thin fuel film forms
that also promotes better evaporation, which reduces thearea of wall flow (Figs. 10 and 11). The dual injector system
has various effects on improving the fundamental qualitiesof the engine.
3.1.4 Adoption of a cooled EGR system
The NA engine is equipped with a cooled external
EGR system with a water-cooled 4-layer laminated core(Fig. 12). Cooled EGR and the continuously variable valve
timing control (CVTC) adopted on the intake side facilitate
concurrent use of internal EGR. This reduces pumping
losses in the low load region and contributes to enhancing
thermal efficiency in the high load region by improving
knock resistance as a result of lowering the mixture
temperature by cooling the EGR gas. Figure 13 shows a
map of the external EGR rate for the NA engine. Basedon the known ef fects of the stronger gas flow and dual
injector system on improving combustion1) as described

角な噴射と、噴霧の微粒化が可能となる。本エンジンのイ
ンジェクタは、デュアルインジェクタ用の第 3 世代として新規に専用開発した。インジェクタ本体は、新規開発の

図ｰ 7

デュアルインジェクタシステム
Fig. 7 Dual injector system

表ｰ 3 インジェクタ仕様
Table 3 Injector specifications (TC engine)

図ｰ 6 通気抵抗とタンブル比の関係
Fig. 6 Relationship between flow coefficient and tumble ratio

59

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）軽自動車向け新型ガソリンエンジンの開発

ウェット（ポートかつ燃焼室への燃料付着量）特性に優れた高分散噴霧を実現する 8 孔タイプを採用した。ポート壁
面への噴霧衝突を避けるために、吸気バルブ周りに集中的に噴射する従来のコンセプトに対し、高拡散化コンセプトとした。これは、インジェクタのノズル直下の噴霧の隙間
から空気を導入して、噴霧を分散させるコンセプトである

above, EGR is applied over a wide engine speed range andalso at a maximum rate of 25% that is approximately
two times greater than that of the existing engine. The
EGR gas cooling effect is shown in Fig. 14. Thanks to theadoption of a water-cooled 4-layer laminated core, the EGR
gas cooling ef fect is around 200°C in the high load andhigh speed region where the EGR flow rate is large.

（図 8、図 9）。これにより、従来は壁面衝突時に、厚い液膜が発生していたが、広く薄い液膜となり蒸発の促進が可能となり、壁面付着面積が低減した（図 10、図 11）。デュ
アルインジェクタシステムは、エンジンの素質の向上に様々な効果をもたらしている。

3.1.4 クールド EGR システムの採用
NA エンジンには、水冷 4 層積層タイプのクールド EGR（外部 EGR）システムを採用した（図 12）。クールド EGRと吸気側に採用した CVTC（可変バルブタイミングコント

3.2 Reduction of mechanical friction
The main measures adopted for reducing
mechanical friction are shown in Fig. 15. A hydrogen-freediamond-like carbon (DLC) surface treatment is applied
to the valve lifters and the top piston ring and oil ring.
Additionally, sliding parts like the camshaft and crankshaft
are machined to a mirror finish to improve their surface
roughness. Moreover, an ultra-low viscosity 0W-8 engine
oil was newly developed and adopted for the NA engine,
while 0W-16 oil is used in the TC engine. The adoption of

ロール）による内部 EGR を併用することで、低負荷域ではポンピングロスを低減し、高負荷域では EGR ガスの冷却による混合気温度の低下に伴ってノッキングが改善し、熱効率の向上に寄与する。図 13 に EGR 率マップを示す。
前述までのガス流動強化やデュアルインジェクタシステムの既知の効果である燃焼改善効果 1）により、EGR は広範

図ｰ 10 壁流解析
Fig. 10 Results of wall flow simulation

図ｰ 8 噴霧コンセプトの比較
Fig. 8 Comparison of spray concepts

図ｰ 11 壁流解析
Fig. 11 Comparison of wall flow

図ｰ 9 高分散噴霧コンセプト
Fig. 9 High dispersion spray concept

図ｰ 12 クールド EGR システム（NA エンジン）
Fig. 12 Cooled EGR system (NA engine)

No. 85（2019−10）60

Brand-new Small Gasoline Engine for a New Mini-vehicle

囲に、かつ前型エンジンの約 2 倍の最大 25% をかけることができた。また、図 14 に EGR クーラの冷却効果を示す。
水冷 4 層積層タイプのコアの採用により、EGR ガス冷却はEGR 流量の大きい高負荷域や高回転域で 200℃前後の効果を得ている。

3.2 メカニカルフリクション低減
メカニカルフリクション低減のために採用した主な技術を図 15 に示す。バルブリフタやトップリング及びオイル
リングに水素フリー DLC（Diamond Like Carbon）の表
面処理を採用し、しゅう動部はカムシャフト、クランクシャフトの面粗度を向上する鏡面加工を追加した。更にNA エンジンには超低粘度 0W-8 エンジン油を新規に開発して採用した（TC は 0W-16 エンジン油）。これらの技術により、前型エンジンに対して約 20% のフリクション低減を行うことができた（図 16）。

3.3 排出ガス低減技術
一段と厳しくなる排気規制に対応するために、触媒性能に頼らない排出ガス低減技術を採用した。主な技術は、

図ｰ 13 外部 EGR マップ（NA エンジン）
Fig. 13 External EGR map (NA engine)

図ｰ 14 EGR ガス冷却効果
Fig. 14 EGR gas cooling effect

61

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

these measures has reduced mechanical friction in the newengine by approximately 20% compared with that of theexisting engine (Fig. 16).
3.3 Technologies for reducing exhaust emissions
Technologies for reducing exhaust emissions
without relying on catalyst performance were adopted tocomply with the further tightening of exhaust emissions
regulations. The main technology used for this purposeis the dual injector system for improving fuel economy.
Reduction of wall flow due to better fuel atomizationand the reduced quantity of injected fuel contribute tomarkedly suppressing hydrocarbon (HC) emissions at
a cold engine start (Fig. 17). In addition, the adoption ofa cylinder head with an integrated exhaust manifold
shortens the distance to the catalyst and reduces the heatmass, which contributes to raising the catalyst temperature
faster for earlier catalyst light-off (Fig. 18). The adoption oftechnologies incorporating these measures enables boththe NA engine and the TC engine to comply with Japan’s
latest emissions regulations enforced in 2018 for operation
under the worldwide harmonized light-duty vehicles test
cycle (WLTC). It will be noted that in the future the NA
engine is capable of reaching the 2018 – 75% level bychanging only the catalyst specifications (Fig. 19).

図ｰ 15 フリクション低減アイテム
Fig. 15 Friction reduction measures

図ｰ 16 フリクション低減アイテムによる効果
Fig. 16 Effect of friction reduction measures軽自動車向け新型ガソリンエンジンの開発

燃費向上技術でもあるデュアルインジェクタシステムであり、燃料の霧化改善による壁流低減、燃料噴射量低減に
より、冷機始動時の HC（炭化水素）排出量の大幅抑制に寄与する（図 17）。また、シリンダヘッド一体型排気ポートを採用することで触媒までの距離の短縮と、ヒートマスを低減することができ、触媒昇温を早め、触媒の早期活

3.4 Technical measures for improving engine output
The technical measures adopted for improving engine
output are shown in Fig. 20. In addition to the improvementof knock resistance, stronger gas flow and reduction of
mechanical friction, the intake manifold and intake duct
were tuned to increase the intake air volume, which also
contributes to improving engine performance.

性に寄与する（図 18）。これらを含む技術の採用により、NA 及び TC エンジンともに新排気規制である平成 30 年規制（WLTC モード）への対応を可能とした。なお、NA エ
ンジンは将来的には平成 30 年 ‑75% レベルまで触媒仕様の変更のみで対応可能である（図 19）。

3.4 エンジン出力向上技術
出力向上の技術的な要素を図 20 に示す。前述のノック改善、ガス流動強化、メカニカルフリクション低減に加え、3.5 Improvement of NVH performance
The new engine inherits the basic framework of theexisting engine for registered vehicles (Table 4), and thestif fness of the power train, including the continuously
variable transmission (CVT), was further increased. That
improved the quietness of the engine, which is a majornoise source. In addition, the sound quality of the engine
was also improved by making the length of all the intake
ports isometric. At the vehicle level, sound-isolating andインテークマニホールドと吸気ダクトのチューニングによる吸入空気量増加によって性能向上を実現している。

3.5 音振性能の向上
本エンジンは、登録車用エンジンの基本骨格を踏襲し（表 4）、変速機（CVT）含めたパワートレインとして高剛性化を行うことで、音源であるエンジンの静粛性の向上に加え、各吸気ポート長の等長化によるエンジンの音質も向上した。車両としては遮音、吸音材を効率的に配置することで、登録車並の静粛性を実現した。

図ｰ 17

冷機始動時の HC 排出量（WLTC モード）
Fig. 17 WLTC cold start emissions

図ｰ 19

冷機始動時の排出ガス量（NA エンジン、WLTC モード）
Fig. 19 Emissions (NA engine, WLTC cold start)

図ｰ 20 トルク向上アイテム（NA エンジン）
Fig. 20 Torque improvement measures (NA engine)
表ｰ 4 シリンダーブロック、クランクシャフトの仕様
Table 4 Cylinder block and crankshaft specifications

図ｰ 18 シリンダヘッド一体型排気ポート
Fig. 18 Cylinder head with integrated exhaust manifold

No. 85（2019−10）62Brand-new Small Gasoline Engine for a New Mini-vehicle

4．ま

と

め

新開発の NA 及び TC エンジンは、これまでの登録車用エンジン開発で培ってきた、動力性能、実用燃費性能向
上、排出ガス低減技術を採用することで、軽自動車用エンジンに求められる性能を達成した。
（1）ロングストローク化をはじめとする熱効率の改善、メ
カニカルフリクション低減により、JC08 モードにおいて、前型エンジンに対して NA エンジンで +9%、TC エンジンで +7% の燃費向上と、全回転域でトルク向上を達成した。
（2）熱効率の改善は、2010 年に世界で初めて量産エンジンに採用したデュアルインジェクタシステムの磨き上げを中心とし、水冷 4 層積層タイプのコアを用いたクー
ルド EGR シ ス テ ム、ピ ストン 冷 却 の た め の オ イル
ジェット、ヒートシンク構造による冷却リブ、高熱伝導性トップリングなどの耐ノックアイテムの採用、及び各部品の最適設計により実現した。
（3）メカニカルフリクションの低減は、NA エンジン用として超低粘度 0W-8 エンジン油を新規開発して採用し、これにバルブリフタやトップリング及びオイルリングに水素フリー DLC などを組み合わせることで、前型エンジンに対して約 20% のフリクション低減を実現した。
（4）排出ガスの低減としては、触媒性能に頼らない排出ガス低減技術であるデュアルインジェクタシステムと、
シリンダヘッド一体型排気ポートの採用により、NA及び TC エンジンともに新排気規制である平成 30 年規制（WLTC モード）への対応を実現した。
（5）NVH（noise, vibration, harshness）は、パワートレイ
ンとして高剛性化を行い、音源であるエンジンの静粛性の向上に加えてエンジンの音質も向上し、車両として登録車並の静粛性を実現した。
最後に、本エンジンの開発、製品化に多大なるご協力を頂いた社内外すべての関係者の皆様に深く感謝申し上
げます。
5．参

考

文

献

1）森嶌信人ほか：デュアルインジェクターシステムを採用した HR 改良エンジンの開発、自動車技術会 学術講
演会前刷集、No. 110-10、pp. 11-14（2010）．
2）伊佐治洋ほか：直噴ミラーサイクル採用の新型 I3 1.2L
スーパーチャージャガソリンエンジン、自動車技術会
学術講演会前刷集、No. 140-11、pp. 1-4（2011）．
3）松井義典ほか：新型高効率 4 気筒 1.6L 直噴ガソリンター
ボエンジンの開発、自動車技術会 学術講演会前刷集、No. 91-14、pp. 1-6（2014）．

63

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

sound-absorbing materials are efficiently placed to achieve
quietness on a par with that of registered vehicles.
4. Conclusion
The NA and TC versions of the newly developed
engine incorporate the power performance, practical fueleconomy improvement and exhaust emission reduction
technologies that Nissan has developed to date forregistered vehicles. As a result, the new engine delivers
the performance demanded of a mini-vehicle engine.
(1) The NA engine improves fuel economy under Japan’s
JC08 test mode by 9% over the existing engine and the
TC engine does the same by 7%, and torque has been
improved over the entire engine speed range. This
per formance was achieved by improving thermal
efficiency, especially with the long stroke specification,and by reducing mechanical friction.
(2) Thermal efficiency was improved principally by further
refining the dual injector system that Nissan was thefirst to apply to a mass-produced engine in 2010. Also
contributing to this improvement are optimized parts
designs and various measures for improving knock
resistance, including a cooled EGR system with a watercooled 4-layer laminated core, piston-cooling oil jets,
cooling ribs with a heat sink structure, and a top piston
ring with higher thermal conductivity.
(3) Mechanical friction was reduced by newly developing
and adopting an ultra-low viscosity 0W-8 engine oil for
the NA engine. That was combined with a hydrogenfree DLC coating on the valve lifters and top piston
ring and oil ring. These and other measures work to
reduce friction by approximately 20% from the levelof the existing engine.
(4) Exhaust emissions were reduced by adopting the dual
injector system and a cylinder head with an integrated
exhaust manifold, which are two reduction technologies
that do not depend on catalyst performance. As a result,both the NA and TC engines comply with Japan’s latest
exhaust emission regulations enforced in 2018 for
operation under the WLTC mode.
(5) Noise, vibration and harshness (NVH) per formance
was secured by increasing the stif fness of thepowertrain to improve the quietness of the engine thatis a major noise source. In addition, the sound qualityof the engine was also improved to achieve vehicle
quietness on a par with that of registered vehicles.
Finally, the authors would like to sincerely thankever yone involved inside and outside the company for
their valuable cooperation with the development andcommercialization of this new engine.
5. References
1) N. Morishima et al., Development of HR improvement
engine which adopted Dual Injector System, Proc. of
JSAE, No. 110-10, pp. 11-14 (2010).
2) H. Isaji et al., Development of new I3 1.2L Supercharged
Gasoline Engine, Proc. of JSAE, No. 140-11, pp. 1-4

軽自動車向け新型ガソリンエンジンの開発(2011).
3) Y. Matsui et al., Development of The new high efficient
4-cylinder 1.6L Direct Injection Gasoline turbocharged
Engine, Proc. of JSAE, No. 91-14, pp. 1-6 (2014).

■著者／ Author（s）■

伊佐治
洋
Hiroshi Isaji

森 嶌 信 人Nobuto Morishima

新 井 俊 哉
Toshiya Arai

櫻 庭 健 一Kenichi Sakuraba
No. 85（2019−10）

64

新車紹介／ New Model

新型デイズ商品概要
Product Overview of the New Dayz
伊

藤

潔*

Kiyoshi Itoh

抄

本

島

圭奈子*

Kanako Motojima

中

野

健二郎*

Kenjiro Nakano

新型デイズは、国内最大である軽自動車市場において、日本事業を支える柱の一つとして位録置づけられている。今回 2 代目となる新型デイズは、「プロパイロット」を軽自動車として初採用したほか、パワートレインを一新し、動力性能を大きく向上した。また快適な空間や便利収納など、クルマの基礎を一から見直し、使い勝手の良さも追及している。本稿では新型デイズの商品概要を説明する。

The all-new Dayz is in the kei mini-vehicle segment, the largest sector of the Japanese
Summary
car market. It is targeted at contributing to Nissan’s business in Japan as one of the company’s mainstay
models. This all-new 2nd-generation Dayz is the first Nissan mini-vehicle model to feature thecompany’s ProPILOT driving technology. A new power train improves dynamic per formance
significantly. In addition, as a result of a thorough review of automotive basics from scratch, the Dayz
also provides improved ease of use, including comfortable interior space and useful storage places.
This article presents a product overview of the new Dayz.

Key words : Automotive General, new car, Dayz

1．は

じ

め

に

初代デイズは「日産のすべてを、軽に」というキャッチ
コピーの通り、日産が商品企画・開発・デザインの段階から初めて携わった軽自動車であり、「スタイリッシュなデザイン」「上質な室内空間」「先進技術に守られた安全性と視界のよさ」などの強みをあわせもった、ベストバラン
スなハイトワゴンタイプの軽自動車として価値を提供してきた。その結果、初本格参入にも関わらず、年間 6 万台超を販売し、他の軽自動車専業ブランドに負けないブランドとして成長している。

1. Introduction
The first-generation Dayz was the first mini-vehicle
that Nissan was involved with from the product planning,
design and development stages, as epitomized by theadver tising slogan—“a mini-vehicle embodying allof Nissan’s know-how and technologies.” It provided
significant value as a tall wagon-type mini-vehicle, optimallybalanced with a combination of outstanding features
including a stylish design, high-quality interior, safety
protected by advanced technologies and excellent visibility.
As a result, the first-generation model recorded annual
sales in excess of 60,000 units, despite being Nissan’s first

一方で、国内の軽自動車の競争環境は、税制優遇のみ
ならず、限られた排気量での加速性能と燃費の向上、登録車にもまだ普及していないような先進装備の搭載などの革新の継続により、需要が増加している。市場成長が停滞する中で、2018 年には国内新車販売に占める軽自動車の割合は 40％近くに達している。
これに伴い、日産はこの国内最大市場に向け魅力ある商品の開発に力を入れているが、この市場は「限られた空間
での居住性技術」、「660cc での加速性能と実用燃費の両立」「お手頃価格の先進技術の投入」といった厳しい制約の中での更なる知恵や工夫が求められる。
* 商品企画部／ Product Planning Department

65

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

図ｰ 1 新型デイズ
Fig. 1 All-new Dayz

新型デイズ商品概要

このような厳しい環境に対して、2 世代目となる新型デイズは、クルマの基礎を一から見直し 技術の日産 として商品力の向上を図り、より幅広いカスタマを獲得すための基幹ブランドとしての役割を持つ（図 1）。
2．商品コンセプト
新型デイズの開発にあたり、毎日が「ぱっ」と明るくな
り、お出かけしたくなる軽自動車というコンセプトを設定した。また軽自動車の規格という厳しい制約がある中でも、お客様が求める全ての期待値に高い次元で応えることを目指した。
そのうえで、新型デイズは日産が掲げる技術コミュニケーション「ニッサンインテリジェントモビリティ」の三つの柱である「知能化」「電動化」「つながるクルマ」に関係する技術を、お手頃価格で提供するモデルと位置づけている（図 2）。
3．アピールポイント

3.1 デザイン
新型デイズは「洗練された」「存在感のある」方向性を表現しつつ、V モーショングリルに代表される日産ブランドの一貫性も表現している。またスタンダードタイプに加full-fledged entr y into the mini-vehicle market. The Dayz
has grown to be a brand that is never bested by otherspecialized mini-vehicle brands.
The competitive environment surrounding minivehicles in the Japanese market has seen increased demandowing to continuous innovation, in addition to tax breaks.
This has included improvement of acceleration performanceand fuel economy with limited engine displacement as wellas the provision of advanced equipment features that are
still not commonly found on registered vehicles. Amid
stagnant market growth, the share of mini-vehicles among
domestic new car sales in 2018 reached nearly 40%.
In this regard, Nissan has been emphasizing thedevelopment of attractive products for this largest segmentof the Japanese car market. This market segment demands
the exercise of further wisdom and ingenuity within severe
limitations, including provision comfort technologies in
the limited interior space, attainment of both acceleration
per formance and practical fuel economy with a 660-cc
engine, and application of advanced technologies at areasonable price.
To meet these rigorous market requirements,
the all-new second-generation Dayz under went athoroughgoing review of automotive basics from scratch,and Nissan’s vaunted technologies were utilized to enhance
the car’s product appeal. The role expected of the newDayz as a core Nissan brand is to secure a wider range ofcustomers (Fig. 1).

え、より上質なデザインであるハイウェイスタータイプを

2. Product Concept

設定している。

The development concept defined for the new Dayz
was to create a mini-vehicle that will suddenly brighten
up everyday life and inspire a desire to go out. The aim wasto respond to customers’ every expectation at the highest
dimension within the severe restrictions imposed by themini-vehicle specification.
In addition, the new Dayz is positioned as a modelthat provides Intelligent Power (electrification), Intelligent
Driving (intelligence) and Intelligent Integration (vehicle
connectivity) at an affordable price (Fig. 2). These are thethree pillars of Nissan Intelligent Mobility that Nissan
has proposed as a technological initiative.

エクステリアは、安心感を与える厚いフロント、安定感のあるシルエット、ロングホイールベースのグッドスタン
スにより、信頼感のあるプロポーションを表現したデザイ

図ｰ 2 ニッサンインテリジェントモビリティ三つの柱
Fig. 2 Three pillars of Nissan Intelligent Mobility

図ｰ 3 Ｖモーションシェイプグリル
Fig. 3 V-motion shaped grille

3. Appealing Features
3.1 Design
The new Dayz’s design expresses consistency
with the Nissan brand as represented by the V-motion
shaped grille, while also embodying the themes of refined
stylishness and impressive sense of presence. In addition
to the standard model, a Highway Star model is alsoavailable featuring a premium-quality design.
The exterior design has evolved to expr ess
confidence-inspiring body proportions thanks to the thickfront end that projects a feeling of stability, the stablelooking silhouette and the excellent stance formed by thelong wheelbase. The front-end design is executed with afresh, highly crafted impression created by the jewel-like
No. 85（2019−10）66

Product Overview of the New Dayz

ンに進化させている。フロントデザインは、先進感を強調したフロントコンビランプと日産ブランド共通のデザインモチーフである V モーションシェイプに加え、ジュエルラ
イクなカットを施したグリルにより、フレッシュで作りこまれた印象に仕立てている（図 3）。
ハイウェイスターモデルにおいては、シャープなアウ
ターレンズ形状を際立たせるインナーデザインの LED
ヘッドランプ（図 4）、新デザインのアルミホイールの採用
により、上質な仕上がりを実現した。登録車からのダウン
サイザをも満足させるクオリティである。
インテリアは、水平かつ奥行きのある断面で使い勝手とルーミネスを両立し、快適な室内空間を実現した。具体的には、フローティングしながら気持ちよくワイドに伸びた
インストルメントパネルと、すっきりとしたＡピラー周り
により、運転時の安心感に加え、気持ちよさもアップした（図 5）。
初代から好評である静電タッチパネル式のオートエアコ
ンをより進化させ、表示部とスイッチを一体化し直感的なオペレーションを実現する。使いやすさと美しさを両立したデザインとした（図 6）。
またボディーカラーは、華やかで楽しさにあふれる 4 種類の 2トーンカラーを含めた合計 17 種類の充実のバリエー
ションにより、幅広い軽自動車のカラーニーズに応えた。

3.2 新設計のパワートレイン
新型デイズは、パワートレインを一新した。新型エンジンと新型 CVT により、動力性能を大きく向上させた。さ図ｰ 4

3.2 Newly designed powertrain
The new Dayz is equipped with a completely new
power train. Power per formance has been markedly
improved by adopting a new engine and a new CVT. In
addition, the application of a smart, simple hybrid system

7 眼マルチレフタイプ LED ヘッドランプ
Fig. 4 7-multi-reflector LED headlamp

図ｰ 5 インテリア前席部
Fig. 5 Front interior67

cut given to the grille, in addition to the front combination
lamps that emphasize an advanced feeling and the V-motion
shape, a design motif common to Nissan brand vehicles(Fig. 3).
The Highway Star model adopts LED headlamps
with an inner design that highlights the distinctive outerlens shape (Fig. 4) and newly designed aluminum wheels.
These features impart an impression of superior qualitythat will satisfy even downsizers from registered vehicles.
The interior design, composed of horizontal sections
with a look of depth, creates a comfortable interior space,providing both convenience and roominess. Specifically, thebroadly expansive instrument panel with its pleasantly
floating impression and the clean execution around the
A-pillars also enhance the feeling of comfort, in addition
to providing a sense of security while driving (Fig. 5).
A highly popular feature on the first-generation
Dayz has been the automatic air-conditioner withelectrostatic touch panel controls. It has now fur therevolved as a result of integrating the display and control
switches for intuitive operation. The design combines easeof use with a beautiful appearance (Fig. 6).
The new Dayz is available in a total of 17 bodycolors, including four types of two-tone color combinations
overflowing with a sensation of bright colorfulness and fun.
These improved and expanded color variations are intended
to meet a wide range of mini-vehicle body color needs.

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

図ｰ 6

静電タッチパネル式オートエアコン
Fig. 6 Electrostatic touch panel

新型デイズ商品概要

らに、スマートシンプルハイブリッドシステムなどの採用で、高いレベルの実用燃費も実現させている。
新型エンジンは、低速から高速まで全域で前型モデルを上回るトルクを実現する。信号待ちからの走り出しや、幹線道路への合流も、ストレスなくスムースに行える。また新型 CVT は、低フリクションベルトの採用などにより、前型モデルに対し燃費性能を 5％向上させ、伸びのある加速を感じられる軽自動車初の「D ステップ」機能も追加した。アクセルペダルを深く踏み込んだときに、無段階に変速させるのではなく、ギアがあるかのようにステップ変速をしながらリズミカルな加速が味わえるため、エンジン本
来が持っている加速の気持ちよさを体感できる（図 7）。
またスマートシンプルハイブリッドでは、日産登録車が二つの鉛バッテリを搭載しているのに対し、新型デイズは一方を新設計のリチウムイオンバッテリに変更した。その結果、一回りサイズが小さいモータで、日産登録車と同等の出力を実現する。回生エネルギが 2 倍、モータによるエ
ンジンアシストの時間は最長 30 秒、アイドリングストップの時間も10% アップし、エネルギを無駄なく回収して利用することが可能となった（表 1）。

3.3 技術の日産が誇る先進技術
新型デイズは、セレナから搭載を開始し好評の「プロパ図ｰ 7 D ステップのイメージ図
Fig. 7 D-Step concept

and other improvements also achieves a high level ofpractical fuel economy.
The new engine produces more torque than that ofthe previous model over the entire speed range from low tohigh speed. This enables smooth, stress-free acceleration
after stopping for traffic lights or when merging with traffic
on a trunk highway. The new CVT adopts a low-friction belt
and other measures that improve fuel economy by 5% overthat of the previous model. It also incorporates Dynamic
Step (D-Step) Shift Control for the first time in a minivehicle to deliver a feeling of strong, sustained acceleration.
When the accelerator pedal is depressed deeply, drivers
can enjoy rhythmical acceleration as the CVT shifts in a
step-like manner as if there were gears, instead of shifting
seamlessly. This enables customers to experience directly
the pleasing acceleration per formance inherent to theengine (Fig. 7).
The smart, simple hybrid system fitted on the newDayz has been changed to a newly designed lithium-ion
battery in contrast to the two lead-acid batteries mountedon Nissan registered vehicles. As a result, the one size
smaller motor provides power equal to that of the registeredvehicles. The new system doubles the amount of energy
regenerated, enables engine assist by the motor for a
maximum of 30 sec. and also increases idling shutdown
time by 10%. It allows energy to be recovered and reused
without any waste (Table 1).
3.3 Proudly presenting advanced technologies
showing Nissan’s engineering excellence
Nissan’s highly popular ProPILOT, which was firstmounted on the Serena, is available on the new Dayz as afactory-installed option. This system enables the following
driving behavior:
Automatically maintains a suitable distance to the vehicle
ahead according to the vehicle speed.
Controls steering to keep the car near the center of its
lane.
Provides braking control to keep the car stationary while
stopped for driving ease in low-speed situations such ascongested traffic.
Nissan has adopted this same system for the first time
on a mini-vehicle ahead of other manufacturers to make表ｰ 1 電動パワートレインの性能比較
Table 1 Comparison of electric powertrain performance

図ｰ 8 プロパイロットシステム
Fig. 8 ProPILOT system
No. 85（2019−10）68Product Overview of the New Dayz

イロット」をメーカオプションとして設定している。本技術により、車速に応じて先行車との適切な車間距離を維持しながらの走行
車線中央付近を走行するようにステアリングを制御
渋滞などの低速走行にも対応し、停止中もブレーキ制御により停止状態を保持

図ｰ 9long drives a more comfortable and familiar experience tocustomers (Fig. 8).
The new Dayz is the first Nissan mini-vehicle
to be equipped with Intelligent Around View Monitor
incorporating a moving object detection function andIntelligent Lane Inter vention for assistance in preventing
lane departure. The former system detects and informs thedriver of moving objects, including pedestrians, around

新型デイズの採用された予防安全技術
Fig. 9 Active safety technologies

図ｰ 10 ゼログラビティシート
Fig. 10 Zero Gravity Seat

69

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

新型デイズ商品概要

が可能となる。他社に先駆け、軽自動車で同様のシステムを初めて採用し、ロングドライブをもっと身近で快適なものとすることができる（図 8）。
またクルマの周囲の移動物（歩行者など）を検知して知らせるインテリジェントアラウンドビューモニタ（移動the vehicle. The latter system issues a war ning if thevehicle is about to leave its lane and also generates force
momentarily in the direction to return the vehicle to its
lane. These technologies are aimed at creating a vehicle
that will not be struck, giving the new Dayz a high level ofsafety performance (Fig. 9).

物検知機能付）や、車線からクルマが逸脱しそうになると警報と共に車線内に戻す方向に短時間力を発生させてドライバの操作を支援するインテリジェント LI（車線逸脱防止支援システム）を日産の軽自動車に初めて搭載する。
ぶつからないクルマを目ざして、新型デイズは多くの運転支援システムを搭載し、高い安全性能を実現した（図 9）。

3.4 車内の最適な気配り空間
新型デイズはプラットフォームを刷新し、軽自動車の限
りあるスペースを最大限に生かし、更なる快適性を実現した。運転席の足元（ニールーム）に加え、後席ニールーム
は前型モデル比で 30％近く拡大し、ラゲッジスペースの荷室長は 50％以上向上している。
すでに上級セダンのティアナやスカイラインで好評のゼ
ログラビティシート（スパイナルサポート機能付きシート）
を日産の軽自動車で初めて採用する。腰から背中にかけての広範囲を連続的に支持することで柔らかさと疲れにくさを両立し、長時間走行における腰の疲労感を 30％、背骨の負担をさらに軽減できるようになった（図 10）。
また新型デイズは「不快な振動」や「車内の静かさ」
に対しても更なる向上を実施した。振動を吸収するショックアブソーバのサイズアップや日産登録車にも使われている高応答バルブの採用、更にエンジンマウントを液体タイ
プとすることで、不快な振動を低減させた。加えて、ひとクラス上の小型登録車並の静かさを実現するため、エンジ
ン音を小さくすると共に吸音材や遮音材を効果的に配置して、車内に侵入するエンジン音やタイヤの音を低減した。
インストルメントパネル周りには合計 7 ヶ所の収納を設定し、ティッシュボックスや携帯電話などはもちろん、お客様の多種多様な物を車内に置きたいというニーズに対応
できる気配り設計を行った。

3.4 Interior space designed with optimal consideration
The new Dayz provides further enhanced comfort asa result of adopting a new platform and making maximum
use of the limited space in a mini-vehicle. In addition toincreasing knee room in the driver’s seat, rear-seat knee
room has been expanded by nearly 30% over that of theprevious model. The luggage compar tment length wasincreased by over 50% to provide greater luggage space.
The new Dayz is the first Nissan mini-vehicle toadopt Zero Gravity Seats with a spinal support function.
As a popular feature on Nissan’s upper grade sedans likethe Teana and the Skyline, these seats provide continuous
support over a wide area from the lower to the upper back,combining both softness and anti-fatigue properties. On
long drives the feeling of lower back fatigue is reduced by
30% and the burden on the spine is further lightened (Fig.
10).
The new Dayz has also been further improved withregard to unpleasant vibration and interior quietness. Shockabsorbers for absorbing vibration have been increased insize and now incorporate a high-response valve that is also
used on Nissan’s registered vehicles. In addition, engine
mounts have been changed to the fluid-filled type. These
measures noticeably reduce unpleasant vibration. Moreover,to achieve interior quietness on a par with that of small
registered vehicles, which are one class higher than theDayz, the engine operates more quietly and engine noise
and tire noise entering the interior have been reduced asa result of ef fective placement of sound-absorbing andsoundproofing materials.
A total of seven storage places are provided aroundthe instrument panel as a thoughtful design response tocustomers’ need to keep various things in the interior whendriving, including, of course, a tissue box, cell phone andother personal items.
4. Conclusion

4．お

わ

り

に

新型デイズは、軽自動車という厳しい規格制約があるか
らこそ、開発、デザインなどを含めた全関係者の知恵と工夫が凝縮さており、この日本市場向けならではの気配り設計により、多くのお客様に訴求できるふさわしい商品に仕上がったと確信している。
最後に、この新型デイズの開発、デザイン、生産、マー
ケティング、販売、そして商品企画に携わっていただいた
全ての皆様に、深く感謝と御礼を申し上げます。

The new Dayz concentrates the wisdom andingenuity of ever yone involved in this project, beginningwith the design and development people, for the very reason
that it is subject to severe specification restrictions as amini-vehicle. By executing the design in consideration of
the special characteristics of the Japanese market, we areconfident that the Dayz has been finished into a productthat will appeal to many customers.
Finally, the authors would like to profoundly
thank ever yone involved in the product planning, design,development, production, marketing and sales of the newDayz.

No. 85（2019−10）70Product Overview of the New Dayz

■著者／ Author（s）■

伊 藤潔
Kiyoshi Itoh71

本 島 圭奈子
Kanako Motojima

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

中 野 健二郎
Kenjiro Nakano

新車紹介／ New Model

新型シルフィ／セントラ商品概要
Product Overview of the New Sylphy/Sentra
豊

福

諒*

Makoto Toyofuku

抄

寺

本

広

樹*

Hiroki Teramoto

新型シルフィ／セントラは日産ブランドの中核をなすグローバルモデルのセダンとして、主録に中国と北米向けに開発された。本モデルは新規開発プラットフォームと大幅に改良されたパワートレインを採用し、クラスベストレベルの動性能を、シルフィ／セントラの伝統である低燃費、DQR（Qurability、
Quality、Reliability）、広い室内空間を損なうことなく達成した。本稿では、新型シルフィ／セントラの商品概要を紹介する。

The new Sylphy/Sentra was developed mainly for the Chinese and U.S. markets as a
Summary
global sedan and a key model in Nissan’s global product lineup. This latest generation adapts a newplatform and a fur ther evolved engine to achieve class-leading driving per formance based on the
Sylphy/Sentra’s heritage of excellence, high fuel economy, durability, quality, reliability and roominess.
This article present an overview of the new Nissan Sylphy/Sentra.

Key words : Automotive General, new model, Sylphy, Sentra

1．は

じ

め

に

シルフィ／セントラは、60 か国以上のお客様にご愛顧されており、今回の新型モデルにも大きな期待が掛けられている。
新型モデルの開発にあたり、以下 3 点をベースに検討がスタートした。
（1）中国市場におけるシルフィは、2006 年の投入以降、本モデルで 3 世代目となる。2 世代は 20 万台／年もの台数を販売しており好調である。
（2）北米市場におけるセントラは、本モデルライフ中に 40周年を迎える長寿モデルである。
（3）近年グローバルに SUV セグメントが台頭してきているが、中国、北米においてコンパクトセダンは未だ大きな台数規模のあるセグメントであり、今後も安定した需要が望める。

1. Introduction
The Sylphy/Sentra has been favored by customers
in over 60 countries worldwide, and there are strong
expectations that this new model will also be accepted
equally well. In developing this new model, the following
three points were the basis for the start of our activities.
(1) In the Chinese market, the new model will be the third
generation since the Sylphy was first launched there in2006. The second-generation model was highly popular,
registering sales of 200,000 units per year.
(2) In the U.S., the Sentra has been a long-selling modelthat will obser ve its 40th anniversar y on that market
during the life span of this new model.
(3) The SUV segment has come to the forefront in recent
years, but the compact sedan segment still accounts fora large sales volume in China and the U.S. Demand is
expected to remain stable in this segment in the coming
years as well.
2. Product Concept

2．商品コンセプト
新型シルフィ／セントラは中国での発売を皮切りに、北米と他地域へ順次展開される。中国では 20 代後半のファミリ層を、北米は 20 代後半の独身男性をターゲットカス
タマに設定し、〝Exhilarating Breakthrough″をコンセプ

The new Sylphy/Sentra will go on sale first in
China and sales will subsequently be launched in turn in
the U.S. and other markets. Target customers in China arefamilies in their late 20s, whereas single men in their late
20s are the target in the U.S. The new model was developedaround the concept of an “exhilarating breakthrough.”
To make the product concept a reality, the new* 商品企画部／ Product Planning Department
No. 85（2019−10）72

Product Overview of the New Sylphy/Sentra

トとし、開発を進めてきた。
コンセプトを実現するために三つのモデルプロミス（低燃費、広く快適な室内空間、品質・信頼性・耐久性）に加え、四つの魅力（デザイン、操縦安定・乗り心地・静粛性、予防安全、インフォテイメント）を付加し、競争力の高いモデルに仕立て上げた。
3．モデルプロミス

3.1 低燃費
新型シルフィ／セントラは軽量化された新プラット
フォームの採用、エンジンとCVT の世代進化による高効率化、空気抵抗を考え抜いたボディ形状などの採用によりトップレベルの低燃費を実現した。
エンジンは、中国向けは 1.6L（HR16DE）を第 3 世代へ進化させ、燃費はもちろんのこと、出力、トルクも向上させ競争力を高めた。CVTも、世代進化によりリニアでス
ムースな加速を実現し、燃費向上だけでなく走りの気持ち
良さも改善を図った。
空力性能については、風をきれいに流すために細部にまでこだわり抜き、スタイリッシュさも維持しつつ、造形美と機能美を両立することによりCD 値を GT-R 同等の 0.26とし、低燃費に貢献している。

3.2 広く快適な車内空間
全幅を 55m 広げることにより、ワイドかつダイナミック

model embodies three promises in the form of (1) excellent
fuel economy, (2) comfortable interior roominess, and (3)quality, reliability and durability. Added to these are fourareas of attractive attributes represented by (1) design,(2) handling, stability, ride comfor t and quietness, (3)active safety features, and (4) infotainment. All of thesequalities combine to give the new model a high level ofcompetiveness.
3. Model Promises
3.1 Excellent fuel economy
T h e n e w S y l p h y / S e n t r a i s b u i l t o n a n e w,
lightweight platform. The engine and CVT achieve higher
efficiency due to generational evolution, and the body form
gives thorough consideration to aerodynamic drag. Theseand other measures achieve one of highest levels of fueleconomy in this class.
The engine adopted for the Chinese market is thethird generation of the 1.6L HR16DE with enhanced
competitiveness due to improved power and torque levels,
not to mention outstanding fuel economy. Thanks togenerational evolution, the CVT delivers smooth, linear
acceleration for greater driving pleasure in addition to
improving fuel economy.
Careful attention was paid to fine design details
to ensure that air flows around the car cleanly for good
aerodynamic per formance. While remaining stylish,
the exterior design combines both formative beautyand functional beauty to achieve a drag coef ficient of
0.26, which is equal to the C D of the Nissan GT-R andcontributes to excellent fuel economy.

なエクステリアデザインを実現しただけでなく、クラス
トップレベルのカップルディスタンスを確保し、上級セグ
メント並の広くて快適な空間を実現している。また、前型モデルで好評であった後席ニールームも、クラストップレ
ベルの広さを確保している。

3.3 Japanese DNA である品質・信頼性・耐久性
信頼性、耐久性は当たり前性能として、新型シルフィ／
セントラにおいても継続し開発を進めてきた。また、品質という観点では感性品質（Perceived Quality）にもフォー
カスし、素材の向上やパーティングラインの最適化など機
能美と造形美の両方を追求した。
4．アピールポイント
新型シルフィ／セントラはモデルプロミスに加え、以下四つの新しい魅力を付加することのより、ワンランク上のモデルを求めるお客様にも満足いただける商品となっている。

4.1 デザイン
車としてお客様に一番初めに印象づけられるエクステリ
アデザインは、このモデルの企画として最も力を入れたポ

73

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

3.2

Comfortable interior roominess
A wide, dynamic exterior design was executed byincreasing the overall vehicle width by 55 mm. This also
secured class-leading hip-point couple distance, creating
comfor table roominess equal to that of a higher classvehicle segment. In addition, class-leading rear-seat knee
room is also provided, which was already highly acclaimedon the previous model.

3.3 Japanese DNA in terms of quality, reliability
and durability
The new Sylphy/Sentra was developed to continue
the taken-for-granted per formance of reliability anddurability. With regard to quality, focus was also put on
perceived quality, which was pursued in terms of both
functional beauty and formative beauty. This included
improving the materials used and optimizing par tinglines, among other aspects.
4. Appealing Features
In addition to the model promises incorporated
in the new Sylphy/Sentra, the following four areas of
attractive attributes were newly emphasized to createa product that will also satisfy customers who usuallypurchase vehicles ranked one level higher.

新型シルフィ／セントラ商品概要

イントである。新型シルフィ／セントラは「力強く自信に満ちあれる（Vigor /Confidence）」と「鋭敏で躍動感のある（Lean/Dynamic）」をキーワードにデザインした。具
体的には、タイヤの大径化とともに低重心を感じさせるプ
ロポーション、力強く踏ん張る姿を想起させるワイドスタ
ンスによってそれらを表現している（図 1）。そして、日産
ブランド車共通のデザインアスペクトもふんだんに織り込んだ。アルティマに続き新型シルフィ／セントラもNissan
Vmotion 2.0 Concept をベースにしており、前型モデルから全高を 45mm 下げ、全幅を 55mm 広げ、低重心でダイナミックなエクステリアを実現している。更にサイド
ビューで際立つフローティングルーフも相まって、日産ブ
ランドらしさを引き立てている。
インテリアデザインのキーワードは「考えぬかれた構造
体（Smart structure）」である。新型シルフィ／セントラ
はアルティマ同様に「グライディングウィング」デザイン
による薄く伸びやかなインストルメントパネルを採用し、開放感のある空間を創り上げた（図 2）。また、高級家具などでも使われるダイヤモンドパターンのキルティングを施したタン内装や各加飾などの細かな部分にもこだわり抜
くことにより、外装のみならず内装においてもワンランク
上の質感を実現した。

図ｰ 1 新型シルフィ 外観
Fig. 1 All-new Sylphy

図ｰ 2 新型シルフィ 内装
Fig. 2 Tan leather interior trim

4.1 Design
The exterior design was the aspect that wasemphasized most in planning the new model because it
gives customers their first impression of a vehicle. The
design of the new Sylphy/Sentra was executed aroundthe key themes of “vigor and confidence” and “lean anddynamic.” Specifically, these ideas are expressed by thelarger diameter tires, body proportions indicating a low
center of gravity, and the wide, firm stance suggestiveof a powerful form (Fig. 1). The design also abundantly
embodies the design elements common to Nissan brandvehicles. Following upon the Altima, the new Sylphy/
Sentra is also based on Nissan’s V-motion 2.0 Concept.
Compared with the previous model, the overall height was
reduced by 45 mm and the overall width was increased by
55 mm to create a dynamic-looking exterior with a low
center of gravity. Together with the prominent floating roof
in side view, the design highlights the signature featuresof the Nissan brand.
The key theme of the interior design is “smar t
structure,” representing well thought out functionality.
Like the Altima, the new Sylphy/Sentra adopts Nissan’s“gliding wing” instr ument panel design with its thin,
expansive look that imparts an open, spacious feeling (Fig.
2). The tan interior trim features seats covered with adiamond-cut quilting pattern used on high-class furniture,for example, and meticulous attention was paid to thesmallest details of the interior decoration. As a result, theperceived quality of both the interior trim and exterior
trim is that of a vehicle ranked one class higher.
4.2 Handling, stability, ride comfort and quietness
The various structures of the body, suspension,
steering system and other parts were reviewed, and theirstiffness was increased along with optimally placing soundabsorbing and insulating materials. As a result, top-level
per formance is provided in terms of handling, stability,
ride comfort and quietness, which are key aspects buyers
consider at the time of purchase. This succeeds in further
enhancing the vehicle’s overall excellent quality.
Other features adopted on the new model toenhance ride comfor t, handling and stability include
Nissan’s Intelligent Engine Brake, Intelligent Trace
Control and Intelligent Ride Control.
Intelligent Engine Brake automatically controls
engine braking when cornering or decelerating, thereby
adjusting the driver’s depression of the brake pedal andlessening the frequency of switching the foot from theaccelerator to the brake pedal. As a result, the systemprovides greater driving ease by reducing driver fatigue(Fig. 3).
Intelligent Trace Control applies braking control
at each of the four wheels individually according to thedriving conditions when cornering on a winding road or on
expressway entrance/exit ramps. This system smooths thevehicle’s motions and simultaneously heightens its
response, thus providing stable cornering performance
No. 85（2019−10）74

Product Overview of the New Sylphy/Sentra

4.2 操縦安定性・乗り心地・静粛性
車体、サスペンション、ステアリングなどあらゆる構造を見直し、高剛性化や吸遮音材の最適化などを行った結果、購入時のポイントである操縦安定性、乗り心地、静粛性についてクラストップレベルの性能を確保し、車としての質感を更に引き上げることに成功している。
また、新型では操縦安定性、乗り心地の向上アイテムとして、「インテリジェントエンジンブレーキ」「インテリジェントトレースコントロール」「インテリジェントライドコ
ントロール」を採用した。
インテリジェントエンジンブレーキはコーナや減速時にエンジンブレーキを自動的に制御することにより、ドライ
バのブレーキペダルの踏み加減の調整や、アクセルからブレーキへの踏みかえ頻度を減らすことができる。結果としてドライバの疲労を軽減することになり、イージードライ
ブをサポートする（図 3）。
インテリジェントトレースコントロールは、ワインディ
ング路や高速道路の出入り口といったコーナにおいて、走行状況に応じて4輪それぞれのブレーキを制御することで、車両の動きをなめらかにし、同時に応答性を高めることにより、安心感の高いコーナリングを実現する。コーナの出口では走行ラインのトレース性をサポートすることにより、車両が外側に膨らむのを抑えて走行することが可能とthat gives drivers greater peace of mind. By assisting thedriver in tracing the driving trajector y when exiting acorner, the system suppresses the vehicle’s outward sway
so that it follows the steered line. This enables drivers tonavigate corners confidently for more enjoyable driving(Fig. 4).
Intelligent Ride Control suppresses uncomfortable
movement of the vehicle body by suitably controllingbraking, thereby improving ride comfort and stability on
rough and other uneven road surfaces (Fig. 5).
4.3 Active safety
Customers’ priorities and expectations have been
rising in recent years regarding active safety features.
The new Sylphy/Sentra also embodies active safety
performance that customers will find satisfying.
Among the active safety technologies provided
are Automatic Emergency Braking (AEB), Blind Spot
Warning (BSW), Rear Cross Traf fic Aler t (RCTA) andRear Automatic Emergency Braking (RR-AEB). Following
upon the Altima, active safety features have been further
improved and expanded on this new C-segment Sylphy/
Sentra. (The technologies available differ depending on
the trim grade and destination market.)Moreover, development work has been under way
that also takes into consideration the China Insurance
Automotive Safety Index (C-IASI), a new safety assessment

なり、ドライバが楽しく自信をもって運転することができる（図 4）。
インテリジェントライドコントロールでは、ブレーキを制御することで、上屋の不快な動きを抑制し、凸凹（でこぼこ）道などでの乗り心地と安定感の向上を実現する（図5）。

4.3 予防安全新型シルフィ／セントラでは近年お客様の重視度、期待値共に高まっている予防安全性能についても、満足いた
だける性能に仕上げている。
実現する技術として、「オートマチックエマージェン
シーブレーキ（AEB）」「後側方車両検知警報（BSW）」「後退時車両検知警報（RCTA）」「リヤオートマチックブレー
キ（RR-AEB）」などの予防安全装備を、アルティマに続図ｰ 4インテリジェントトレースコントロールのイメージ図
Fig. 4 Concept of Intelligent Trace Control

図ｰ 5インテリジェントライドコントロールのイメージ図
Fig. 5 Concept of Intelligent Ride Control

きC セグメントの本モデルにおいても充実させた。
（グ

図ｰ 3 インテリジェントエンジンブレーキのイメージ図
Fig. 3 Concept of Intelligent Engine Brake

75

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

新型シルフィ／セントラ商品概要

system that was initiated in China in 2018. The work being
done is in anticipation of this trend.

レード、仕向け地により搭載技術は異なる。
）
また、中国においては 2018 年より新たに開始された安全評価制度 C-IASI（中国保険汽車安全指数）を視野にいる。更に Android AutoTM 、Apple CarPlayTM の標準装備

4.4 Infotainment
Like the Altima, the new Sylphy/Sentra comes with
a 7-inch Advanced Drive-Assist Display and an 8-inch
center color display as features to support everyday driving.
In addition, Android Auto™ and Apple CarPlay™ areprovided as standard equipment for seamless smartphone
connectivity. The adoption of USB Type-C ports enables
recharging of batteries without a conversion adapter, thus
combining both convenience and comfort in a strong selling
point.

によるシームレスなスマートフォン接続、USB Type-C の

5. Conclusion

れた開発にも取り組んでおり、トレンドを見越した開発を行っている。

4.4 インフォテイメント
アルティマ同様の 7 インチのアドバンスドライブアシス
トディスプレイ、8 インチのセンターカラーディスプレイ
を採用することにより、日々のドライビングをサポートす採用による変換アダプタ無しでの充電を可能とし、利便性

This article has presented an over view of the newgeneration of the Sylphy/Sentra, focusing mainly on its
appealing product features. With further strong attributes
added on top of its significant model promises, we areconfident that it will be a key model for energizing thesedan market.
Finally, the authors would like to sincerely thankever yone involved with the design, engineering, quality
assurance, manufacturing, marketing and sales of the new
Sylphy/Sentra for their tremendous ef for ts made forthis new model.

と快適性の両方を兼ね備えて、大きな強みとなっている。
5．お

わ

り

に

以上、本稿では新型シルフィ／セントラの概要として、
商品アピールポイントを中心に紹介した。モデルプロミスの上に更なる強みを付加し、セダン市場を活性化するキーモデルとなることを確信している。
末筆ながら、新型シルフィ／セントラの開発・デザイン・
品質・生産・M&S で本モデルに携わり、ご尽力をいただ
いたすべての皆様に深く御礼申し上げます。

■著者／ Author（s）■

豊 福諒
Makoto Toyofuku

寺 本 広 樹Hiroki Teramoto
No. 85（2019−10）76

新車紹介／ New Model

新型ヴァーサ商品概要
Product Overview of the New Versa
上

總

直

人*

Naoto Kazusa

抄

初代ヴァーサは広い居住性を有するモデルとして、B セダンセグメントにおいてグローバル
録に成功を収めた。多くの国で販売台数 No. 1 を記録し、日産ブランドのラインナップの中で中核をなすモデルとなっている。新型ヴァーサは 2 世代目として、主に北米向けに開発された。本モデルは、ワイド & ローな
プロポーションと最新の日産ブランドのデザインアスペクトを採用することにより、エネルギッシュなスタ
イリングを表現している。また燃費を犠牲にすることなく、動力性能の向上を実現した。本稿では、新型ヴァーサの商品概要を紹介する。

The first-generation Nissan Versa has been globally successful as a B-segment sedan
Summary
with interior roominess. It has been the No. 1 top-selling model in many countries and also serves as an
essential model in the Nissan lineup. The all-new Versa was developed as the second generation of thisseries mainly for the U.S. market. This model is an energetic-looking sedan designed with low and wide
proportions and the latest signature design elements of the Nissan brand. This second generation
provides high dynamic performance without compromising fuel economy. This article presents an
overview of the new Versa.

Key words : Automotive General, new model, Versa, Almera

1．は

じ

め

に

近年、SUV セグメントの成長が目覚ましく、セダンセ
グメントは縮小傾向にあるものの、メキシコでは引き続き
最も販売台数の多いセグメントであり、いまだ競合他社が切磋琢磨している。その中で、初代ヴァーサは 2011 年の発売以降、米国とメキシコにおいてセグメント販売台数
No. 1を記録し、累計で 300 万台以上を売り上げ、エント
リセダンとして 108 か国以上のお客様に愛用されている。
2．商品コンセプト

1. Introduction
The SUV segment has grown remarkably in recent
years while the sedan segment has tended to contract. Yet
the latter segment continues to have the largest sales
volume in Mexico, and rival automakers are still competing
vigorously in this segment. Against this backdrop, the firstgeneration Versa has continued to record the No. 1 sales
volume in its segment in the U.S. and Mexico since it was
first launched there in 2011. It has a cumulative sales
volume of more than three million units and is favored bycustomers in over 108 countries worldwide as an entr ylevel sedan.
2. Product Concept

新型ヴァーサは、米国市場においては自主性を重んじる、シンプルな志向を持った若い女性を、メキシコ市場ではエネルギッシュで活動的な若い男性をターゲットとした。このように、異なる国やお客様をカバーするグローバ
ルエントリセダンとしての役割を実現するために、 Lively
and energetic sedan providing confidence expressing
his/her own sense をコンセプトとし、開発を進めてきた。
一方で、異なる市場ニーズに合わせて動性能や装備を変えることで、商品競争力を高めるアプローチを取っている。多くのお客様にとって、日産ブランドに初めて触れる* 商品企画部／ Product Planning Department

77

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

In the U.S. market the new Versa is targeted atyoung women who value their independence and areinclined toward a simple life style, whereas the target in
Mexico is energetic, active young men. In order to fulfill
its role as a global entr y-level sedan and accommodate
diverse customers in dif ferent countries, the new Versa
was developed around the concept of a “lively, energetic
sedan providing confidence and expressing customers’
individual sensibilities.” Meanwhile, the approach adopted
to heighten product competitiveness is to meet differing
market needs by var ying the dynamic performance andequipment features. It was assumed that the Versa may well

新型ヴァーサ商品概要

モデルとなることを想定し、日産ブランド愛好者を増やすために、印象的なデザイン、高品質感、使い勝手の良い機能、クラストップクラスの居住性と燃費に加え、信頼性と自信を持てる走りを提供する王道のセダンの実現を目指した。
3．アピールポイント

3.1 デザインと居住性の両立
ヴァーサの個性および日産ブランドをお客様に伝える要素として、デザインは重要である。初代ヴァーサが確立した広い居住性と、ワクワクする走りを想起させる印象的なデザインの両立は、本モデルの絶対条件として様々なアイデアが出され、議論が交わされた。
エクステリアデザインは、よりエネルギッシュで刺激的なイメージを提供すべく、前型モデルに対して、全高を55mm 下げ、全幅は 20mm 広げ、ワイド & ローなプロポー
ションを実現している。さらに、お客様に日産ブランドア
イデンティティを感じてもらうために、数多くの日産ブランドのデザインアスペクトを採用している。例えば、ダイ
ナミックに仕上げた V モーショングリル、ブーメラン型のシグネチャを配した LED ヘッドランプ、スリムピラーのフローティングルーフが、日産ブランドへのエントリモデ
ルとしてのヴァーサをより引き立てている（図 1）。
インテリアデザインにおいては、こちらも日産ブランドのデザインアスペクトである「グライディングウィング」
デザインのインストルメントパネルを採用した。薄く水平に広がるセンターコンソールとインストルメントパネルにより、ワイド & ローなエクステリアと協調性を保ちつつ、開放感のある室内を演出している。トリムに使用する素材にも高品質を追求し、お客様が心地よく室内で過ごせる空間を提供している（図 2）。
一方で、居住性においても妥協することなく、運転席の足元幅は 550mm を確保し、クラストップの広さを実現している。また、後席においても600mm のニールームおよび 23mm のヘッドルームを確保し、ワイド & ローなプロ
ポーションと十分な居住性を両立させている。

図ｰ 1 新型ヴァーサ 外観
Fig. 1 New Versa exterior

be the first Nissan brand car that many customers comein contact with. Accordingly, in order to expand the fanbase of the Nissan brand, the aim was to create a classic
sedan that owners could drive reliably and confidently, in
addition to having an impressive design, high perceived
quality, numerous convenience features and class-leading
roomy comfort and fuel economy.
3. Appealing Features
3.1 Impressive design combined with roomy comfort
The design is a key element for conveying tocustomers the Versa’s unique character and the Nissanbrand. An absolute condition defined for the new model
was to combine an impressive design suggestive of an
exciting driving experience with roomy comfort, which wasestablished by the first-generation Versa. To accomplish
that, many different ideas were put forward and discussed.
The overall height was lowered by 55 mm and theoverall width was widened by 20 mm to create wide andlow proportions so that the exterior design would projecta more energetic and stimulating image than the firstgeneration model. In addition, signature design elementsof the Nissan brand were abundantly adopted to enable
customers to readily perceive the Nissan brand identity.
For example, these include the dynamic-looking V-motion
grille, signature boomerang-shaped LED headlamps, andthe floating roof with slim pillars. These features further
accentuate the Versa’s exterior design as an entr y-level
model to the Nissan brand (Fig. 1).
The interior design also incorporates manysignature design elements of the Nissan brand, such as
the “gliding wing” motif adopted for the instrument panel.
The thin, horizontally expansive center console and the
instr ument panel create an open, air y interior while
maintaining harmony with the wide and low exterior. The
materials used for the interior trim also pursue premium
quality so as to provide a pleasing cabin space where
customers can spend time comfortably (Fig. 2).
Assurance of roomy comfor t did not allow any
compromises either. The driver’s seat area provides space
550 mm wide for the feet, which is the widest in this class.
The rear seats have 600 mm of knee room and 23 mm ofhead room, thereby ensuring ample roomy comfort within
the wide and low proportions.

図ｰ 2 新型ヴァーサ 内装
Fig. 2 New Versa interior
No. 85（2019−10）78

Product Overview of the New Versa

3.2 使い勝手の良いインフォテイメント
車の装備が多機能化する反面、運転中であっても安全に情報を確認し、簡単かつ直感的に操作できることは重要である。新型ヴァーサのメータには 7 インチのカラーディ
スプレイを採用し、運転に関わる情報をわかりやすく表示する。また 4 方向に操作可能なステアリングスイッチで、より素早く簡単な操作や切り替えができ、運転中の視線移
動やディストラクションを最小にしている。
7 インチのセンターカラーディスプレイについても、新世代のインフォテイメントシステム、Android AutoTM とApple CarPlayTM を装備することで、特にお客様の感度が高いスマートフォン協調に対応している。

3.3 信頼できる走り
我々がターゲットとしたお客様は、様々なシーンで運転することが想定される。街中では渋滞も激しく、頻繁にス
トップ & ゴーを繰り返すため、クィックなレスポンスが要求される。また、一部地域では道路環境が悪く、高い安定性が求められる。そのような中で、新型ヴァーサは「一度乗ったら、二度と他車に乗れない」とお客様に感じてもらうことを目指した。
北米市場向けエンジンには、HR16DE 第 3 世代を採用している。第2世代に対して、出力を13%、トルクも7% アッ
プさせている一方で、燃費も5.5% 向上させている。結果
として、セグメントトップクラスの加速と燃費性能の両立を達成した。
ハンドリング性能としては、リヤサスペンションやステ
アリングシステム、車体剛性を向上させることで、安定した コ ー ナ リ ン グ 性 能 を 実 現 し た。 ま た EPS（ElectricPower Steering）に Active return control を採用し、シーンに応じてステアリングフィールを変えている。駐車や渋滞シーンでは軽くストレスのないステアリングフィール
を、高速シーンではより安心感のあるステアリングフィー
ルを提供している。さらに、上述の技術によって、うねり
路などにおいて、収まりの良いフラットな走行を可能としている。
静粛性については、インシュレータの構造やカーペットの厚みを最適化することで、特にエンジン音の伝達を抑え、加速シーンにおける静粛性を向上させている。また、サスペンションやホイールの剛性を高めることで、ロードノイズを減らし、セグメントトップクラスの静粛性を実現している。

3.4 予防安全装備の充実
日産ブランドとして推し進めている安全戦略セーフ
ティ・シールドを実現する技術として、駐車時の安全をサポートする「アラウンドビューモニタ（AVM）」をはじめ、「オートマチックエマージェンシーブレーキ（AEB）
」
、
「後

79

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

3.2 Convenient infotainment features
As onboard equipment continues to diversify infunction, it is essential for drivers to be able to confirm
information safely while driving and operate the equipment
simply and intuitively. The new Versa is equipped with
a 7-inch color display that shows information related todriving in an easy-to-understand format. In addition,
steering wheel switches operate in four directions, enabling
quicker, simpler operations and changes so as to minimize
eye movement and distractions while driving.
The 7-inch center color display incorporates a newgeneration infotainment system with Android Auto™ andApple CarPlay™ as smartphone-compatible features that
customers especially desire.
3.3 Reliable driving performance
It is envisioned that the target customers of the
new Versa will be driving in a wide variety of situations.
Quick vehicle response is required in frequently repeatedstop-and-go driving during heavy traf fic congestion in
urban driving. High stability is also required in someregions where the road environment is poor. Amid thesedriving circumstances, the aim was to have customers feelthat once they drove the new Versa, they would neverdrive another car again.
Models for the U.S. market are equipped with thethird generation of the HR16DE engine, which produces
13% more power and 7% more torque than the second
generation, while also improving fuel economy by 5.5%. This
results in both segment-leading acceleration performanceand fuel economy.
The stif fness of the rear suspension, steeringsystem and body was improved for better handling in termsof stable cornering performance. The electric power steering(EPS) system adopts active return-to-center control thatvaries the steering feel according to the driving situation.
It provides a light, stress-free steering feel when parking
and in congested traffic and a highly stable steering feel inhigh-speed driving. Moreover, the technologies mentioned
here suppress vehicle motions quickly on undulating roadsurfaces to provide a flat ride.
Quietness was improved by optimizing the structureof the insulators and carpet thickness, especially to suppress
the transmission of engine noise. These measures provide
a quieter interior in acceleration situations. Road noise
has also been reduced by increasing the stiffness of thesuspension and wheels, thereby achieving segment-leading
quietness.
3.4 Improvement of active safety equipment
Following upon the Altima and Sylphy, the active
safety features of the new B-segment Versa have also been
improved and expanded. Many advanced safety technologies
have been adopted to achieve Nissan’s safety strategy
called Safety Shield, including Around View Monitor(AVM), Automatic Emergency Braking (AEB), Blind Spot
Warning (BSW), Rear Cross Traf fic Aler t (RCTA) and新型ヴァーサ商品概要

側 方 車 両 検 知 警 報（BSW）」、「後退時車両検知警報（RCTA）」や「リヤオートマチックブレーキ（RR-AEB）」などの予防安全装備を、アルティマ、シルフィに続き B セ

Rear Automatic Emergency Braking (RR-AEB), among
others. (The available technologies var y depending on
the trim grade and market destination.)

グメントの本モデルにおいても充実させた。
（グレード、

4. Conclusion

仕向け地により搭載技術は異なる。
）

This article has presented an over view of the new
Versa, focusing in par ticular on its appealing productfeatures. The new Versa is distinguished by its wide andlow propor tions and signature design elements of the
Nissan brand, which combine to project a lively andenergetic image. It features a comfortable, roomy interior,a highly convenient infotainment system, confidenceinspiring driving per formance combined with excellent
fuel economy, and improved and expanded advanced safety
equipment. By providing all of these features at affordable
prices, we hope to expand the Nissan fan base as much as
possible worldwide.
Finally, the author would like to sincerely thankever yone involved in the design, engineering, quality
assurance, manufacturing, marketing and sales of the new
Versa for their tremendous ef for ts made for this newmodel.

4．お

わ

り

に

以上、本稿では新型ヴァーサの概要として、商品アピー
ルポイントを中心に紹介した。新型ヴァーサはエネルギッ
シュな印象を与えるワイド & ローなプロポーションと日産ブランドのデザインアスペクト、広い居住性、使い勝手のよいインフォテイメント、信頼できる走りと燃費性能の両立、先進安全装備の拡充を実現し、手ごろな価格でお客様に提供することで、世界中にひとりでも多くの日産愛好者が増えることを期待している。
末筆ながら、新型ヴァーサの開発・デザイン・品質・生産・M&S で本モデルに携わり、ご尽力を頂いたすべての皆様に深く御礼申し上げます。

■著者／ Author（s）■

上 總 直 人
Naoto Kazusa
No. 85（2019−10）80Introduction of Patents

特

許

紹

介

Introduction of Patents
当社の登録特許のうち、重要課題をブレークスルーすることにより会社への大きな貢献をもたらした特許、その中でも特に軽量化・省燃費を支える材料技術に採用されている特許計 4 件を紹介する。
The four patents presented here pertain to materials technologies that have been adopted
especially to support weight reductions and fuel economy improvement. Among the patents
registered to Nissan, these four patents have contributed substantially to the company byachieving breakthroughs in key issues.

※発明者の所属は 2019 年 9 月現在
Inventors' affiliations are as of September 2019

1．車両用メンバ部材（図 1、図 2）
出願：2006 年 9 月 6 日 特願 2006-241847 号
登録：2009 年 5 月 1 日 特願 4301269 号
名称：車両用メンバ部材
発明者：統合 CAE・PLM 部

武田 力紀

1.1 発明の狙い
車両用メンバ部材としてのフロントサイドメンバは、その後方のエクステンションメンバにつながる部分が滑らかに傾斜する屈曲部となっており、直線部分の側面の高さ方
向略中央部には長さ方向に連続してビードが形成され曲げ剛性が高められている。
しかし、エクステンションメンバにつながる屈曲部は大きな曲げモーメントが作用するにもかかわらずビードが形成されていなかったために曲げ剛性が十分ではなく、断面耐力向上のために板厚の増大や補強部材の追加が必要となり車体質量が増加していた。

1.2 発明の構成
本発明は、フロントサイドメンバの前部から屈曲部の終点部にわたって、側面の高さ方向略中央部に連続する補強用のビードを形成したため、屈曲部の断面耐力が向上し、衝突荷重の入力に対して屈曲部を含めたフロントサイドメ
ンバ全体の曲げ剛性を高めることができ、もって、フロン
トサイドメンバの薄肉化を可能とし、車体質量を軽減できる。

1.3 活用実績
K13 型マーチ、E12 型ノートなどの V プラットフォーム
車に採用されている。

81

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

1. Vehicle Front Side Member (Figs. 1 & 2)
Patent application date: September 6, 2006
Japanese patent application No.: 2006-241847
Registration date: May 1, 2009
Japanese patent No.: 4301269
Title: Vehicle front side member
Inventor:
Riki Takeda, Integrated CAE and PLM Department
1.1 Aim of invention
A vehicle front side member has a bend that slantssmoothly toward the extension member connected after
it. Consecutive beads are formed lengthwise on the side
face of its straight section approximately in the center inthe height direction to increase bending stiffness.
However, even though a large bending moment
acts on the bend leading to the extension member, it was
not provided with beads and lacked suf ficient bending
stiffness. In order to improve cross-sectional strength, it
was necessary to increase the plate thickness of the front
side member or add a reinforcement member, which
increased the vehicle mass.
1.2 Composition of invention
This invention per tains to the formation ofconsecutive r einfor cement beads on the side faceapproximately in the center in the height direction fromthe front of the front side member to the end point of thebend. This improves the cross-sectional strength of thebend and increases the bending stif fness of the entire
front side member, including the bend, against collisionload inputs. For that reason, the plate thickness of thefront side member can be reduced, which lightens the
body mass.
1.3 Status of use
This invention has been adopted on V-platfor m

特1.4 発明者の想い
当時、私が車体設計者として K13（現行マーチ）開発を担当していたときに、本特許の検討をしていました。K13
開発初期は小型車の燃費競争が激化し、各自動車メーカが対応策を世の中に次々と出す時代であり、K13もK12（前型車）に対し大幅な燃費向上が求められていました。燃費向上の対策として軽量化が求められ、超ハイテン化やアルミニウムへの材料置換が主流の技術となり始めていた頃でした。一方で K13 は日本と欧州だけでなく、インドやブラジルなどの新興国への販売を計画したため、K12 に対して大幅なコスト低減が同時に求められました。車体も大幅な軽量化とコスト削減が急務となっており、ホワイトボディ
は車両全体に占める重量比率が高いことから、特に軽量化は重要な課題でした。
このような背景から、本特許考案に至るまで、強い味方となったのが、コンピュータシミュレーション技術でした。
1990 年代までは、試作車実験が主流でしたが、2000 年代に入ってから新しい新車開発プロセス（V3P）が立ち上がり、それに伴って衝突や音振、強度耐久などの試作車実験は、コンピュータシミュレーションに置き換わっていきました。このシミュレーション技術を活用することで、複数のフロントサイドメンバ形状を考案し、トライアンドエ
ラー計算を繰り返し、形状をつくり上げることが出来ました。また、再度シミュレーションでビードの配置を最適化することで、板厚を薄くしたにもかかわらず、強度を維持するビード配置を実現することが出来ました。
近年は効率化が求められる時代となりましたが、他社に負けない技術を持つことが、良い車を出すベースとなり、日々技術を磨くことが改めて大事だと実感しました。この様な経験を生かし、今後も新車開発に携わっていきたいと考えています。

図ｰ 1 車体全体図
Fig. 1 Overall view of vehicle body

許

紹

介

vehicles such as the March (K13) and the Note (E12),
among others.
1.4 Inventor’s thoughts
At the time when I undertook a study of this patented
invention, I was responsible for the body design of thecurrent March (K13). In the initial development stageof the K13, fuel economy competition among small cars
was greatly intensifying. It was a time when vehicle
manufacturers were bringing out one measure after
another to improve fuel economy. The K13 had to achieve
substantially better fuel economy than the previous K12model. Weight reductions were necessary as one measure
for improving fuel economy. Around that time, material
substitution to advanced high strength steel and aluminum
was starting to become the mainstream technology for that
purpose. Meanwhile, it was planned to sell the K13 not onlyin Japan and Europe, but also in emerging markets like
India and Brazil. That made it necessary to simultaneously
reduce the cost from that of the previous model. Reducing
the weight and cost of the body substantially thus became
an urgent issue. Reducing the weight of the body-in-white
was an especially crucial issue because it accounts for alarge portion of the total vehicle weight.
Against that backdrop, computer simulation
technology was a strong ally in the process that led tothe concept of this invention. Until the 1990s, prototype
vehicle testing was the mainstream approach, but after
entering the 2000s a new vehicle development process waslaunched called Value-up Innovation in Product, Process
and Program (V-3P). Together with that development,
computer simulation replaced prototype vehicle testingwith regard to collision per formance, noise, strength,
durability and other parameters. The use of simulation
technology made it possible to consider multiple front
side member shapes, and the desired shape was obtained
though repeated trial-and-error calculations. In addition,
the arrangement of the beads was optimized by conducting
a further simulation. That made it possible to define theoptimal bead layout for maintaining strength even though
the plate thickness was reduced.
In recent years, ef ficiency has become the

図ｰ 2 フロントサイドメンバ全体図
Fig. 2 Overall view of front side member

No. 85（2019−10）82Introduction of Patents

2．レシプロ式内燃機関のピストンクランク機構（図 3、図 4）
出願：2000 年 12 月 26日 特願 2000-394168 号
登録：2011 年 1 月 7 日 特願 4654514 号
名称：レシプロ式内燃機関のピストンクランク機構

requirement of the age. The basis for creating excellent
vehicles is to possess technologies that are superior
to those of other companies. I strongly feel anew theimpor tance of continually burnishing our technologies.
I want to draw upon the experience gained with thisinvention as I continue to be involved in developing new
vehicles in the future.

発明者：ｴﾝｼﾞﾝ & ﾄﾞﾗｲﾌﾞﾄﾚｲﾝ技術開発部 日吉 亮介
退職

牛嶋 研史

退職

青山 俊一

退職

藤本 博也

2.1 発明の狙い
圧縮比を変化させることのできる VC ターボは、クラン
クシャフトに支持されるロアリンクと、ロアリンクをピストンに連結するアッパリンク、ロアリンクを機関本体に連結するコントロールリンク、の三つのリンクを備えている。
これら三つのリンクの姿勢を変化させ、これによりピスト
ンの上死点位置を変えて圧縮比を変化させる。
アッパリンク、コントロールリンク、クランクシャフト

2. Piston-crank Mechanism for Reciprocating
Internal Combustion Engine (Figs. 3 & 4)
Patent application date: December 26, 2000
Japanese patent application No.: 2000-394168
Registration date: January 7, 2011
Japanese patent No.: 4654514
Title: Piston-crank mechanism for reciprocating internal
combustion engine
Inventor:
Ryousuke Hiyoshi, Engine and Drivetrain Engineering
Department
Kenshi Ushijima, Retired employee
Shunichi Aoyama, Retired employee
Hiroya Fujimoto, Retired employeeのクランクピンから大きな力を受けるロアリンクは、クランクピンを両側から挟んで嵌（かん）合させるピン孔を設けた二つの部材を、高強度ボルトで締結して成り立っている。この高強度ボルトの締結力は極めて高く、ロアリンクの二つの部材の合わせ面において、ボルト周辺では面圧が高くなる一方、ボルトから離れた外周部では面圧が不十分となり、外周部の合わせ面が開きやすい、という課題があった。
本発明は、合わせ面における面圧をボルト周囲で低減させ、合わせ面の外周部に面圧を集中させることで、合わ
せ面の開きを防止することを目的としている。

2.2 発明の構成
ロアリンクは、クランクピンが嵌合するピン孔を有し、このピン孔の直径方向に沿った切断面によって二つの部材に分割され、両部材がピン孔の両側にそれぞれ配置されたボルトによって互いに締結されており、二つの部材の合わせ面において、少なくとも一方の部材に凹部を形成し、

2.1

Aim of invention
The VC-Turbo engine that can var y the compression
ratio is fitted with three links: a lower link supported by
the crankshaft, an upper link that connects the lower linkto the piston, and a control link that connects the lower
link to the engine proper. Changing the orientation ofthese three links changes the top-dead-center position of
the piston, which varies the compression ratio.
The lower link receives large forces from the upper
link, control link and the crank pin of the crankshaft. The
two pieces forming the lower link sandwich the crank
pin on both sides and are provided with mating pin holes
for fastening them together by means of high strength
bolts. The tightening torque of the high strength bolts isextremely high. The contact pressure around the bolts
is high at the mating faces of the two par ts forming thelower link. The issue here was that the contact pressurein the perimeter area some distance from the bolts wasinsufficient, so the mating faces tended to separate there.
The purpose of this invention is to prevent the
separation of the mating faces by reducing the contactpressure around the bolts and concentrating the contactpressure in the perimeter area.
2.2

図ｰ 3 従来クランク機構とマルチリンク機構
Fig. 3 Conventional crank mechanism and new multilink
mechanism83

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

Composition of invention
The lower link has pin holes for fitting the crankpin. The link is divided into two parts along a cut surface
running in the direction of the pin hole diameter. The twopieces are fastened together by bolts positioned on bothsides of the pin holes. A concavity is formed in at least oneof the mating faces of the two pieces. High strength bolts
pass through the concavity. As a result, the perimeterarea outside the concavity becomes the actual mating特

この凹部を高強度ボルトが貫通するようにした。これにより、凹部以外の外周部が実質的な合わせ面となり、外周部の面圧を高くして、合わせ面の開きを防止することができ
る。

許

紹

介

face. This raises the contact pressure of the perimeter
area, thus preventing the mating faces from separating.
2.3

Status of use
This invention has been adopted on the INFINITIQX50 and the Altima (L34).

2.3 活用実績
INFINITI QX50、L34 型アルティマに採用されている。

2.4 発明者の想い
本特許は、可変圧縮比（VCR）エンジンのマルチリンク式主運動部品の一つであるロアリンクの合わせ面形状に関するもので、2000 年に SR20DE エンジンをベースとした
VCR エンジン初号機の研究開発時に考案したものです。
マルチリンク機構の特性上、ロアリンクには従来エンジンに対して約 2 倍ものクランクピン荷重が作用するため、軸受面圧低減のためにロアリンクのクランク軸方向寸法を大きくする必要がありましたが、その結果、ボルトから離れた合わせ面の周辺で面圧が不足するという問題が生じたことが本特許考案の背景です。ロアリンクの設計に当たっては、リンクの大型化につながるボルトの本数増大やサイズアップは避けたい、慣性力低減のためできるだけ軽量化
したい、音振性能向上のためロアリンク重心をクランクピ
ン中心に近づけたい、という複数の要求がありました。そこで考えたのが、ロアリンク上側合わせ面のボルト貫通部に凹部を設けるというものです。これにより、合わせ面の口開きを抑制すると同時に、ロアリンクの軽量化と重量バ
ランスの改善効果も得ることができました。初号機の時点
ではまだ機能・耐久性に多くの課題を抱えており、VCR
エンジンの量産実現までにはその後 16 年以上に渡って継続的に改良が加えられていく必要がありました。特に、ロアリンクについては 2 号機以降の設計者によりリンクジオ
メトリ、ボルト締結構造、軸受構造に根本的な改良が加えられたことが量産実現の鍵となりましたが、本特許もその後強度課題の解決にも有効であることがわかったため量産採用されることになり、世界初量産型 VCR エンジン、
VC ターボ実現の一役を担うことができたことをうれしく
思います。

2.4

Inventor’s thoughts
This invention pertains to the mating face geometr yof the lower link that is one of the principal moving partsof the multi-link mechanism of the variable compression
ratio (VCR) engine. It was devised in 2000 at the time
R&D work was under way on the first prototype unit of the
VCR engine based on the SR20DE engine. Because of thecharacteristics of the multi-link mechanism, the crank
pin load acting on the lower link would be approximately
double that of the connecting rods in a conventional
engine. Therefore, in order to reduce the bearing surfacepressure, the dimension of the lower link in the crankshaft
direction had to be increased. As a result, the sur facepressure on the mating faces away from the bolts would
be insuf ficient. The need to resolve this issue was the
motivation behind the concept of this invention. There
were numerous requirements with regard to the designof the lower link. It was desired to avoid increasing thenumber or size of the bolts because of a larger lower link.
It was also desired to lighten the weight as much as
possible so as to reduce iner tia. Another desire was toposition the center of gravity of the lower link close to thecenter of the crank pin for improving noise and vibration
performance.
Accordingly, what was conceived was to provide aconcavity in the lower link’s upper mating face in the area
where the bolts passed through. That would prevent
separation of the mating faces and simultaneously lighten
the weight of the lower link and improve its weightbalance. At the time of the first prototype unit many issues
still remained unresolved including functionality anddurability questions. It was necessar y to continuously
improve this invention over more than 16 subsequent
years until the VCR engine was ready for mass production.
With regard to the lower link in particular, the key aspects
facilitating mass production were the fundamental
improvements the designers made to the lower linkgeometr y, bolt tightening str ucture and the bearing
str ucture beginning with the second prototype unit.
Subsequently, because it was found that this invention was
also effective for resolving a strength issue, it was adopted
for the mass production engine. I am ver y happy that it
played a role in making the VC-Turbo, the world’s firstmass producible VCR engine, a reality.
3. Chain and Timing Chain Drive System (Figs. 5 & 6)

図ｰ 4 ロアリンク形状（左）とその断面（右）Fig. 4 (left) Lower link geometry and (right) cross section

Patent application date: August 11, 2006
Japanese patent application No.: 2006-220328
Registration date: February 17, 2012
No. 85（2019−10）84Introduction of Patents

3．チェーンおよびタイミングチェーンドライブシステム（図 5、図 6）
出願：2006 年 8 月11日 特願 2006-220328 号
登録：2012 年 2 月17 日 特願 4923840 号
名称：チェーン、およびチェーンドライブシステム
発明者：材料技術部

樋口毅

ｴﾝｼﾞﾝ & ﾄﾞﾗｲﾌﾞﾄﾚｲﾝ技術開発部 田村 雅之
退職

馬渕

豊

退職

加納

眞

3.1 発明の狙い
タイミングチェーンドライブシステムでは、走行中におけるチェーンの振動、横振れを防止するためのチェーンガイドが設けられ、そのチェーンガイドに対してチェーンは
潤滑油環境下で接触ししゅう動する。この場合、チェーンを構成するリンクプレートとガイド機構との間のしゅう動
抵抗が、チェーン駆動時の機械損失となる。
本発明は、チェーンのリンクプレート端面の形状および表面粗さを最適にすることにより、リンクプレートとガイド機構との間のしゅう動抵抗を低減し、駆動損失を大幅に軽減できるようにした。

3.2 発明の構成
本発明のチェーンは、相互に連結される複数のリンクプ
レートのしゅう動面に、しゅう動方向と同じ方向に沿ってJapanese patent No.: 4923840
Title: Chain and chain drive system
Inventor:
Tsuyoshi Higuchi, Materials Engineering Department
Masayuki Tamura, Engine and Drivetrain Engineering
Department
Yutaka Mabuchi, Retired employee
Makoto Kano, Retired employee
3.1 Aim of invention
The timing chain drive system is fitted with a chain
guide to prevent chain vibration and lateral deflection
during vehicle operation. The chain slides in contact withthe chain guide in a lubricating oil environment. In thiscase, sliding friction between the chain link plates andthe guide mechanism becomes a mechanical loss when
the chain is driven.
This invention makes it possible to substantiallyreduce the drive loss by reducing the sliding friction
between the link plates and the guide mechanism as aresult of optimizing the end face geometr y and sur faceroughness of the chain link plates.
3.2 Composition of invention
The chain of this invention has a concavity inthe groove shape, formed in the same direction in which
the chain slides, in the sliding sur face of the multiple
interconnected link plates. By providing a raised corner
positioned at both ends of the concavity, the groove depth
there is set at 1/1000-1/20 of the thickness of the linkplates.

形成された溝形状の凹部を有する。そして、この凹部の両3.3 Status of use
This invention has been adopted on the March, Note,
Tiida, Serena, X-Trail and Titan, among other models.

図ｰ 5 チェーンの構造としゅう動面
Fig. 5 Chain structure and sliding surface

85

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

3.4 Inventor’s thoughts
Friction losses occur ring at engine sliding par ts
have now been reduced to less than 10% of overall losses.
However, among engines of two or three generations
earlier, there were many that had much larger friction
losses. It was not unusual for some engines to have large
fiction losses that were nearly twice that of engines today.
At Nissan, we under took ef for ts to reduce the sur faceroughness of all par ts with sliding sur faces in order toreduce mechanical friction losses. Even though it was
found that the timing chain drive system accounted for
only a slight several percent of an engine’s overall friction
losses, it was still one par t that was the target for
improvement. Many development engineers recognizedlong ago that it was dif ficult for lubricating oil to reachthe timing chain drive system, and many patents relating
to various types of lubrication mechanisms were proposed.
However, there were almost no examples of improvementsthat pertained to the chain itself, especially to the sliding
sur faces. It was easy to imagine that smoothing the
sur faces would be ef fective. However, confirming that特端に位置する盛り上がり角部を設けることで、凹部の溝深さをリンクプレートの厚さに対して 1 ／ 1000 〜 1 ／ 20 に設定した。

3.3 活用実績
マーチ、ノート、ティーダ、セレナ、エクストレイル、
タイタンなどに採用されている。

3.4 発明者の想い
エンジンしゅう動部の摩擦損失は、今でこそ全体の損
失の 10% 以下まで縮小してきているが、2 〜 3 世代前のエンジンではもっと摩擦の大きなエンジンも多く、現在に比べて 2 倍近く摩擦が大きいものも珍しくなかった。当社では、機械摩擦損失低減に向けて、しゅう動部となるすべての部品の面粗さを小さくしていく取り組みの最中で、タイ
ミングチェーンドライブシステムはエンジン全体の中ではわずか数％しか分担のない部位にもかかわらず、同様に改善の対象としていた。この部品は、古くから潤滑油が届きにくい部位として多くの開発者に認知され、さまざまな潤
滑機構に関する特許が提案されていたが、部品そのもの、
特にしゅう動部の改善例はほとんどなく、平滑化の効果は

許

紹

介

effect caused a great deal of trouble for the company thatmachines the chain and for the supplier that provides it.
Initially, the end faces of the plates composing
the chain were simply polished to a near mirror surface
condition, although we did not think that action alone had
any especially high novelty. However, upon investigation,
we found that the cross section of the stamped plates hada slight concavity in the flat center part much like a groove
through which lubricating oil could flow. The discover yof that concavity was not a mere coincidence. It was theresult of a thoroughgoing investigation based on theevaluation findings for parts finished to a similar level ofsurface roughness, which revealed that some displayedlarge friction while others showed low friction. Anotherfactor that suppor ted this discover y was the spread of
measuring instr uments capable of easily measuring
3-dimensional shapes that could not be detected withprevious surface roughness testers. Both machining andmeasuring technologies are advancing with every passing
year. I look for ward to the possibility that some small
improvement in an existing technology might result in
a new measuring technique that will lead to a similarsignificant discovery in the future.
4. Piston Rings (Fig. 7)

容易に想像できたものの、確認のために加工メーカさんにも、サプライヤさんにも多くのご面倒をおかけした。
当初チェーンを構成するプレートの端面は、単に鏡面に近い状態まで磨いたもの、というだけのもので特段新規性の高い行為とは思っていなかった。しかし調べてみるもの
で、プレスで打ち抜いた断面の平たん部中央がわずかに凹み、潤滑油を通す溝のようになっていることがわかった。この凹形状の発見は、全く偶然ではなく、同じような粗さに仕上げた部品に、摩擦の大きいものと小さいものがある、という評価結果に基づいた詳細な調査の賜（たまもの）でもあった。また、3 次元形状を容易に測れる測定器の普及も、従来の粗さ測定器では気づくことのできない発見を後押ししたと言える。加工技術も測定技術も年々進化しており、ちょっとした従来技術の改善が、新たな測定技
術によって大きな発見となる可能性に、今後も期待した

Patent application date: March 4, 2008
Japanese patent application No.: 2008-53078
Registration date: October 30, 2015
Japanese patent No.: 5828575
Title: Piston rings
Inventor:
Takaaki Kondo, Materials Engineering Department
Junpei Ogawa, Japan EV Business Depar tment
Tomonori Miyazawa, Product Quality Design
Technology Evolution Department
Toyoki Iguchi, Powertrain and EV Energy System
Engineering Department
Takuma Suzuki, Power train and EV Advanced
Engineering Department
Takeshi Makita, External
Katsuaki Ogawa, External
Takahiro Okazaki, Externalい。

図ｰ 6 しゅう動面のしゅう動方向と凹形状
Fig. 6 Concave shape in the sliding surface in the sliding
direction

4.1 Aim of invention
The main functions of piston rings in inter nal
combustion engines are to seal in combustion gases and tocontrol engine oil consumption. As a means of improving
fuel economy in recent years, it has been desired to raise
the engine compression ratio, but that would create ahigher temperature environment in the combustion
chamber. In that case, there is a need for piston ringmaterials with good thermal conductivity for lowering
the combustion chamber temperature by transferring theheat input to the piston to the bore and with good heat
resistance for withstanding use in a high-temperatureenvironment.
No. 85（2019−10）86Introduction of Patents

This invention pertains to the provision of piston rings
possessing outstanding thermal conductivity and heat
resistance.

4．ピストンリング（図 7）
出願：2008 年 3 月 4 日 特願 2008-53078 号
登録：2015 年 10 月 30 日 特願 5828575 号
名称：ピストンリング
発明者：材料技術部

近藤 隆明

日本 EV 事業部

小川 隼平

製品品質設計技術革新部

宮澤 智則

パワートレイン・EVエネルギーシステム開発部
井口 豊樹
パワートレイン・EV 先行技術開発部
鈴木 琢磨
社外

牧田

剛

社外

小川 勝明

社外

岡崎 孝弘

4.1 発明の狙い
内燃機関用ピストンリングが持つべき機能として、ガスシール機能とオイルコントロール機能が挙げられる。近年、燃費を向上させるために、エンジンの圧縮比を上げる
ことが求められており、燃焼室内はより高温の環境になる。この場合、ピストンリング材には、ピストンへの入熱をボアへ逃がし燃焼室温度を下げる熱伝導性と、高温環境下での使用に耐えるための耐熱へたり性が求められる。
本発明は、優れた熱伝導性と耐熱へたり性を備えるピストンリングを提供することにある。

4.2 発明の構成
本発明のピストンリングは、炭素（C）、ケイ素（Si）、
マンガン（Mn）、リン（P）、クロム（Cr）の含有量がそれぞれ、C：0.25 〜 0.90%、Si：0.10% 以上 0.40% 以下、Mn：0.60〜1.50%、P：0.01〜 0.05%、Cr：0.50 〜 2.00% である調質鋼からなる。そして、以下パラメータを持つことを特徴とする。すなわち、8.8Si＋1.6Mn＋1.7Cr が 9.0以下、36C＋4.2Si＋3.8Mn＋4.5Cr が 14.0 以上、かつ焼入れ焼戻し後の硬さ4.2 Composition of invention
The piston rings of this invention are made oftempered steel having a composition of 0.25-0.90 % carbon(C), 0.10% or more – 40% or less silicon (S), 0.60-1.50%
manganese (Mn), 0.01-0.05% phosphorus (P) and 0.502.00% chromium (Cr). In addition, it is characterized ashaving the following parameters, namely, one having avalue of 9.0 or less based on the contents of 8.8 Si + 1.6 Mn+ 1.7 Cr and one having a value of 14.0 or more based on
the contents of 36 C + 4.2 Si + 3.8 Mn + 4.5 Cr. Hardness
after tempering and quenching is 32 HRC or higher andthermal conductivity is 36 W/m · K or more.
4.3 Status of use
This invention has been adopted on the F15 series
Juke (turbocharged specification), L34 series Altima, V37
series Skyline, E52 series Elgrand and D23 series NP300
Navara, among others.
4.4 Inventor’s thoughts
Raising the compression ratio for improving fueleconomy gives rise to knocking. Accordingly, the key toimproving fuel economy with this approach lies in how
to suppress knocking, i.e., how to dissipate heat aroundthe combustion chamber. Of the waste heat around the
combustion chamber, attention was focused on the fact thatmost of the heat input to the piston flows to the cylinder
bore through the piston rings. Therefore, it was decided
to narrow the focus of our study to the piston rings.
Although the scope was decided, we did not know inwhich direction to proceed with our development work. We
began by var ying the piston ring shapes and materials inorder to make clear what sort of conditions would produce
effective results. In a basic study, it was obser ved that theuse of materials with high thermal conductivity clearly
had an ef fect on suppressing knocking. However, thematerials that were examined initially all weakened

が 32HRC 以上、熱伝導率が 36W/m・K 以上である。

4.3 活用実績
F15 型ジューク（ターボ仕様）、L34 型アルティマ、V37
型スカイライン、E52 型エルグランド、D23 型 NP300 ナバラなどに採用されている。

4.4 発明者の想い
燃費改善のために圧縮比を上げるとノッキングが発生するため、いかにノッキングを抑制するか、つまりは燃焼
室周辺の熱をいかに逃がすかが燃費向上の鍵になります。
燃焼室周辺の排熱の中で、ピストンで受けた熱の大部分がピストンリングを介してシリンダーボアに流れる点に着目し、

87

NISSAN TECHNICAL REVIEW No. 85（2019−10）

図ｰ 7 ピストン周辺部と拡大図
Fig. 7 Piston and periphery and enlarged view

特ピストンリングに絞った検討を進めることとしました。
スコープは定まったものの、当初は開発の方向性がわからず、まずは形状、材料を様々に変えて、どういう条件であれば効果が出るのかを明確にする作業から始まりました。基礎検討で熱伝導率の高い材料を使うことにより明確なノッキング抑制効果が現れることがわかったのですが、
当初検討対象とした材料はことごとく高温環境下でへたってしまい、ピストンリングの最も大切な機能であるガス
シール性を確保できませんでした。
高熱伝導率と耐熱へたり性、この相反する機能を両立させる材料の模索には長い時間がかかりました。最終的には鉄系の材料に絞り、Si、Cr に加え、C、Mn などの複数の添加元素の最適な配合を粘り強く分析・検討を重ね、なんとか開発目標を満足する組成範囲を見出すことができました。当該組成で試作したピストンリングでエンジン試験を行い、結果 OK の報告を受け取った時の達成感は今でも鮮明に思い出すことができます。
開発は苦労しましたが、本技術はこれまでに多くのエンジンに採用されており、全世界のお客様に自分の技術をお届けできたことは、まさにエンジニアリング冥利に尽きると思っています。
最後に、本発明の中で多大なるご協力をいただきまし

許

紹

介

under a high-temperature environment, so they wereunable to seal in combustion gases, which is one of themost critical functions of piston rings.
A long time was spent searching for a material capableof satisfying the conflicting functional requirements forhigh thermal conductivity and heat resistance. Finally,
the focus was narrowed to ferrous materials to which we
added Si and Cr and sought the optimal formulation ofmultiple additive elements including C and Mn, among
others. Through persistent and repeated analyses andstudies, we somehow found the composition range forsatisfying the development targets. Prototype piston rings
were manufactured using that composition and subjected
to engine tests. Even now I distinctly remember the feelingof accomplishment that I felt when we received the reportthat the test results were satisfactory.
Although it was a struggle to develop the piston rings,
this technology has been adopted for many engines to date.
Being able to provide this technology we developed tocustomers around the world makes me feel truly fortunate
to be an engineer.
Finally, I would like to thank ever yone involved
for their tremendous cooperation with this invention,
especially the people at Nippon Piston Ring Co., Ltd., ourco-applicants, for their assistance in manufacturing andtesting many prototypes.

た関係者の皆様、特に、多くの試作、試験を実施いただ
いた共願先の日本ピストンリング株式会社の皆様にこの場を借りて御礼申し上げます。

No. 85（2019−10）

88

編

集

後

記

今回の特集はおよそ 5 年ぶりとなる「軽量化・省燃費を支える材料技術」の特集です。CO2 排出量削減のためにパワートレインの電動化が進んできており、それとともにバッテリやインバータ、モータなどの電動化要素技術の開発が活発に行われています。そんななかでも、日産の大半の車種に搭載される内燃機関の低燃費化や、基礎体力ともいえる車両の軽量化に手を抜くわけには行きません。
このような背景のもと、今回の特集で取り上げる材料技術は決して派手なものではありませんが、これまで積み上げてきた材料技術を基盤としてさらに磨きをかけたものです。材料技術には、特定のパワートレインや車種によらず、幅広く水平展開ができるという特徴があります。車体鋼板の高張力化やエンジン油の低粘度化に代表されるベース材料のレベルアップは、まさに日産車全体の性能の底上げに貢献するものです。
VC ターボやカーボンルーフはシステムや部品としては新規なものですが、それらを支えているのは長年にわたって培ってきた金属材料の高強度化や高分子材料の車体適用にかかわる基盤技術です。これらの技術は、金属材料と高分子材料で構成されるバッテリや電動パワートレインの高性能化にも貢献の幅を広げています。
全てのクルマの部品は材料でできています。本特集にて取り上げた最新の材料技術をご理解いただくとともに、今後の進展にご期待いただければと思います。
̶ 日産技報編集委員・坂 元 宏 規 ̶2019 年度日産技報編集委員会
委 員 長
坂

元

宏

規

先端材料・プロセス研究所

副委員長
平

工

河

本

桂

二

パワートレイン・EV 計画部

楠

川

博

隆

エンジン＆ドライブトレイン技術開発部

小野山

泰

一

パワートレイン・EV 技術開発本部

潔

技

術

企

画

部

春

仁

研

究

企

画

部

村

智

弘

モビリティ＆ AI 研究所

長谷川

哲

男

グローバル技術渉外部

高
良

三

森

パワートレイン・EV 技術開発本部

山
委

木

員
天

田

正

秀

商

部

八

角

恭

介

車両生産技術統括部

佐

藤

正

晴

Inﬁniti 製 品 開 発 部

井

口

栄

二

パワートレイン技術企画部

細

井

秀

俊

Nissan 第三製品開発部

達朗

Inﬁniti 製 品 開 発 部

森

品

企

画

大

石

賢

治

コネクティドカー＆サービス開発部

事 務 局

大

西

孝

一

カスタマーパフォーマンス＆車両実験部

柳

井

達

美

研

究

企

画

部

名

取

奏

統合ＣＡＥ・ＰＬＭ部

細

谷

裕

美

研

究

企

画

部

日 産 技 報 第 85 号
© 禁無断転載
発

行

発行・編集人発行所

2019 年 10 月
日産技報編集委員会
日産自動車株式会社 総合研究所 研究企画部
神奈川県厚木市森の里青山 1 番 1 号〒 243- 0123

印

刷

所

相互印刷株式会社
東京都江東区森下 3 − 13 − 5

Editorial Postscript
It was roughly ﬁve years ago that we last created a special feature focusing on materials technologies for vehicle
weight reduction and fuel economy improvement, which is the theme of this issueʼs special feature. Since then,progress has been made in powertrain electriﬁcation for reducing carbon dioxide (CO2) emissions, along with vigorous
eﬀorts to develop key electriﬁcation technologies such as for the battery, inverter, motor and other components. Amidthese developments, we cannot very well be negligent about improving the fuel economy of internal combustion
engines that are installed on the majority of Nissanʼs vehicles or about reducing the vehicle weight that is afundamental aspect of automotive engineering.
Against this backdrop, the materials technologies described in this special feature are definitely not conspicuous.
Rather, they are things based on the fundamental materials technologies we have accumulated over the years andhave further reﬁned. Materials technologies are characterized by being widely deployable horizontally across productlines without being dependent on any special powertrain or vehicle model. Improving basic materials, as typified byincreasing the tensile strength of body sheet metal or lowering engine oil viscosity, truly contributes to enhancing theoverall performance of our vehicles.
The VC-Turbo and carbon fiber roof represent a new engine system and a body part, but they are supported byfundamental technologies that we have honed over many years to improve the strength of metal materials and to
apply polymer materials to the auto body. The scope of the contributions of these technologies is expanding to include
performance enhancement of electric powertrains and batteries that are composed of metal and polymer materials.
All vehicle parts are made of materials. We hope that this special feature will give readers a better understandingof the latest material technologies described here and will foster expectations of further progress in the coming years.
Hiroki Sakamoto
Member of the Nissan Technical Review Editorial Committee

FY2019 Nissan Technical Review Editorial Committee
Chairman
Hiroki SAKAMOTO
Advanced Materials and Processing Laboratory
Vice-chairman
Ryozo HIRAKU
Powertrain and EV Engineering Division
Members
Masahide AMADA
Product Planning Department
Masaharu SATOU
Inﬁniti Product Development Department
Hidetoshi HOSOI
Nissan Product Development Department No. 3
Tatsuro MORI
Inﬁniti Product Development Department
Kenji OHISHI
Connected Car and Services Engineering Department
Koichi ONISHI
Customer Performance and Vehicle Test Engineering Department
Sou NATORI
Integrated CAE and PLM Department
Keiji KAWAMOTO
Powertrain and EV Planning Department

Hirotaka KUSUKAWA
Engine and Drivetrain Engineering Department
Taiichi ONOYAMAPowertrain and EV Engineering Division
Kiyoshi TAKAGITechnology Planning Department
Haruhito MORI
Research Planning Department
Tomohiro YAMAMURA
Mobility and AI Laboratory
Tetsuo HASEGAWA
Global Technical Aﬀairs Department
Kyosuke HAKKAKU
Vehicle Production Engineering Control Department
Eiji IGUCHIPowertrain Planning Department

Organizer
Tatsumi YANAI
Research Planning Department
Hiromi HOSOYA
Research Planning Department

Nissan Technical Review 85
October, 2019
Publisher Nissan Technical Review（Editor） Editorial Committee
Distributor Research Planning Department
Nissan Reseach Center
NISSAN MOTOR CO., LTD.
1-1, Morinosatoaoyama, Atsugi-shi
Kanagawa, 243- 0123, Japan

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MOTOR CO., LTD.
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表紙コンセプト／ Cover Design Concept
自動車の根幹をなす材料は、直接、お客様の目に留まることは少なく、どちらかと言うと縁の下の力持ちであった。我々も、それを是として敢えて前面に立つことを躊躇（ちゅうちょ）
してきた感がある。本表紙の作成に当たっては、
その立ち位置を刷新するという意味も込
めて、本来主役である自動車を敢えてシルエットとし、それを支える材料をメインに据えることで、材料が今後の自動車革新の先頭に立って貢献していく、という強い意志を表しました。
自動車にとって百年に一度の革新と言われる時代に、材料技術として何ができるのか、
これからも考え抜いていく所存であり、
叱咤（しった）激励いただければ幸いである。
The materials technologies that form the basis of automotive engineering
have seldom attracted the direct attention of customers, rather materials havedischarged their functions out of sight in the background. There is a feeling that
we ourselves have been hesitant to highlight the role of materials so prominently,
thinking that a modest presence is proper. In creating this cover design, I
deliberately depicted the silhouette of a vehicle, though ordinarily it would be
the principal focus, and positioned materials that support vehicles as the main
center of attention. That was done with the intention of radically changing the
traditional position of materials by conveying a strong impression that materials
will be at the forefront in contributing to vehicle innovations in the coming years.
In this present age when it is said that vehicles are undergoing innovations
which occur once in a hundred years, we will continue to contemplate thoroughly
what materials technologies could be contributed. I hope that this cover design
may provide strong encouragement toward that end.

福井孝之

Takayuki Fukui
材料技術部
Materials Engineering
Department