クルマの強さの秘密：降伏点とは？
車を知りたい
先生、降伏点ってどういう意味ですか？材料が壊れちゃう点のことですか？
自動車研究家
いい質問だね！降伏点は材料が壊れる点ではなくて、変形が大きく変わり始める点のことなんだ。例えば、金属の棒を想像して、引っ張っていくと最初はグングッと伸びるよね？でも、ある点を過ぎると、急にズルズルっと伸び始めるんだ。このズルズルってなり始める境目が降伏点だよ。
車を知りたい
なるほど！でも、それって壊れる寸前ってことですよね？
自動車研究家
そうとは限らないんだ。降伏点を過ぎても、またしばらくは力を加えると伸びるんだよ。そして、もっと力を加えると最終的には壊れる。つまり、降伏点は壊れるか壊れないかの境目ではなくて、変形の仕方が変わる境目なんだよ。
降伏点とは。
自動車用語の「降伏点」とは、材料が引っ張られたり圧縮されたりした際に、変形する度合いが加える力に比例しなくなるポイントのことです。例えば、金属の棒を引っ張ると、最初は引っ張る力と伸びる量は比例しますが、ある時点から急に伸びやすくなります。この急激な変化が始まるポイントが降伏点です。その後、さらに力を加えると再び伸びにくくなり、最大の力に達した後に破断します。最初の降伏点は上降伏点、最大の力は下降伏点と呼ばれます。ガラスやセラミックなど、一般的に硬い素材は降伏点付近で破断してしまうこともあります。
降伏点：車のボディが変形する境界線
車を構成する金属素材は、外部からの力に対して、ある程度の変形に耐えることができます。しかし、その力が限界を超えると、元に戻らない永久変形を起こしてしまいます。この限界点となるのが「降伏点」です。
降伏点を理解することは、車の安全性を考える上で非常に重要です。なぜなら、降伏点は車が事故などの衝撃を受けた際に、乗員を守るための空間を確保できるかどうかの指標となるからです。
降伏点が高いほど、強い力にも耐えられる頑丈なボディを持つ車と言えるでしょう。
上降伏点と下降伏点：引っ張り試験で見えてくる
クルマのボディに使われる金属材料は、ただ硬いだけでなく、衝突などの衝撃に耐える強さと、加工のしやすさを兼ね備えている必要があります。この強さと加工しやすさのバランスを理解する上で重要な指標となるのが「降伏点」です。
降伏点とは、材料に力を加えていった時に、力を除いても元に戻らなくなる（塑性変形する）限界点のことを指します。この降伏点は、材料の強度を示す重要な指標となるだけでなく、加工のしやすさにも深く関わってきます。
降伏点には、グラフ上ではっきりと現れる「上降伏点」と「下降伏点」の2種類があります。引っ張り試験を行うと、最初は材料は弾性的に変形し、荷重を取り除けば元の形状に戻ります。しかし、ある荷重を超えると、材料は塑性変形を始め、荷重を取り除いても変形が残ってしまいます。この時の荷重が「上降伏点」です。
その後、荷重をさらに増やしていくと、一度荷重が少し下がり、一定の荷重を保ちながら材料が伸びていきます。この時の荷重が「下降伏点」です。
上降伏点と下降伏点は、材料の性質や状態によって現れ方が異なり、その違いを分析することで、材料の強度や加工特性をより深く理解することができます。
車に使われる金属と降伏点の関係
車に使われる金属材料は、ただ硬いだけではありません。実は、「降伏点」と呼ばれる重要な特性値が深く関わっています。降伏点とは、金属材料に力が加わった際に、力を除いても元に戻らなくなる限界点のことです。
車には、ボディ、フレーム、エンジン部品など、様々な金属部品が使われています。それぞれの部品には、求められる強度や柔軟性が異なります。例えば、車体の骨組みであるフレームには、強い衝撃に耐えられるよう、降伏点の高い高張力鋼板などが使われています。一方、ボディパネルには、加工しやすく、小さな凹みであれば元に戻る程度の、比較的降伏点が低い鋼板が用いられています。
このように、車の設計では、それぞれの部品に求められる特性に合わせて、適切な降伏点を持つ金属材料が選ばれているのです。安全性を確保しながら、軽量化やデザインの自由度を高める上でも、降伏点は重要な要素と言えるでしょう。
安全設計における降伏点の重要性
クルマのボディには、万が一の事故から乗員を守るために、強さと同時に、適切な「しなり」が求められます。この「しなり」を理解する上で重要なのが「降伏点」という概念です。
降伏点とは、材料に力を加えていった時に、元に戻らない変形（塑性変形）が始まる限界点のこと。 クルマのボディ材料にとって、この降伏点は非常に重要な要素となります。
なぜなら、降伏点が高いほど大きな力に耐えられる頑丈なボディになりますが、衝撃吸収力という観点では、必ずしも良いとは言えないからです。
衝突事故の際、ボディが適切にしなることで衝撃を吸収し、乗員へのダメージを軽減します。もし降伏点が高すぎる硬いだけのボディだと、衝撃を吸収しきれず、乗員に大きな衝撃が伝わってしまう可能性があります。
そのため、自動車メーカーは、衝突安全性とボディの強度を両立させるため、シミュレーションや実験を繰り返し、最適な降伏点を持つ材料を選定し、安全な車づくりを行っています。
未来の車と降伏点：素材の進化と安全性
未来の車は、安全性や環境性能の向上に向けて、素材の進化が欠かせません。従来の鉄鋼に代わり、軽量かつ高強度な素材であるアルミニウム合金や炭素繊維強化プラスチック（CFRP）などが注目されています。これらの新素材は、車体の軽量化による燃費向上だけでなく、高い降伏点による衝突安全性向上にも貢献します。
例えば、CFRPは鉄鋼の約4分の1の重さながら、約10倍の強度を持つと言われています。これは、CFRPの降伏点が鉄鋼よりもはるかに高く、強い力を受け ても変形しにくいという特性によるものです。そのため、車体にCFRPを採用することで、万が一の衝突時でも乗員の安全をより効果的に守ることが可能となります。
さらに、素材の進化は、車のデザインの自由度向上にも繋がります。複雑な形状に加工しやすいCFRPは、デザイナーの創造性を刺激し、これまでにない斬新なデザインの車を生み出す可能性を秘めていると言えるでしょう。このように、未来の車は、素材の進化と降伏点の向上により、安全性、環境性能、デザインの全てにおいて、さらなる進化を遂げることが期待されています。