重い材料に頼らずに、静かに・涼しく — 日産のメタマテリアル、音と熱の2つの物語
クルマの中を静かにしたい。夏の車内を涼しくしたい。どちらも、ずっと前からある願いです。
そして、どちらにも定番のやり方があります。音は重い材料で遮る。熱は日陰をつくって防ぐ。日産自動車は、この2つの定番の外側に出ようとしました。しかも、担当したのは同じ研究者です。
今回読み解くのは、日産の公式リリース3本と技術ページ2ページです。市販車に載っている装備の紹介ではありません。片方は2020年1月のリリースの時点で量産化の前の段階、もう片方は2024年8月のリリースの時点で市販車の色にはなっていません。それでも、この2つを並べると、足りないぶんを材料の量で補うのをやめるという共通の考え方が見えてきます。
先に結論
- 音：日産の技術ページは、面密度が高くなると遮音性能が高くなることを物理法則（質量則）として説明したうえで、同社の音響メタマテリアルは1000Hz以下でこの法則を上回ると書いています。2020年のリリースによれば、重量は従来のゴム板などに比べて約4分の1で同等の遮音効果です
- 熱：放射冷却塗装は、太陽光を跳ね返すだけでなく、すでに帯びた熱を電磁波にして大気に吸収されない波長帯から宇宙へ逃がします。2024年のリリースによれば、開発段階で通常塗料の車両と比較した際に外部表面で最大12度、運転席頭部空間では最大5度の温度低下を確認したとされています
- 人：この2つを担当したのは同じ研究者です（2024年のリリースは主任研究員、2020年のリリースはエンジニアと紹介しています）。ただし塗装はまだ市販車の色ではなく、リリースの時点では商用車の特装架装として採用を検討中と書かれています
重いほどよく遮る、は物理法則として書かれている
まず、これまでのやり方です。日産の技術ページ「軽量な遮音材料（音響メタマテリアル）」は、遮音の常識をこう説明しています。
物理法則(質量則)では面密度が高くなると遮音性能は高くなります。
面密度は、材料1平方メートルあたりの重さです。つまり重い板ほどよく遮る。これは工夫や慣習ではなく、法則として書かれています。だから遮音材は重くなる。2020年1月のリリースにも、当時の実情がそのまま出てきます。
現在、この周波数帯の遮音には、主にゴム板などの重い板材が使われていますが、今回の遮音材は、こうした素材に比べ、重量が約4分の1と軽量でありながら、同等の遮音効果を実現します。
ここで問題になるのが、クルマの都合です。重くすれば静かになる。しかしクルマは軽いほうが燃費も電費も運動性能もよくなる。静かさと軽さが、材料の重さを挟んで正面からぶつかるわけです。同じリリースは、その結果として起きていたことも書いています。
そのため、将来的には、車両重量への影響やコスト面から、これまで遮音材の使用が制限されていた車種にも幅広く活用することが期待されます。
裏を返せば、重さとコストのせいで遮音材を十分に積めない車種があったということです。静かさは、材料の重さを許容できるクルマの特権でした。
ちなみに、高級車がこの問題にどう答えていたかは当サイトの別記事で扱っています。トヨタの75年史が初代セルシオの振動・騒音対策として名前を挙げているのは制振鋼板とプロペラシャフトの製造法で、セルシオ／レクサスLS400 — 社史の同じ項に、鋼板のつなぎ方と販売店の選び方が並んでいるで読み解いたとおり、そこに遮音材の話は出てきません。1980年代の答えは、鋼板そのものを替えることでした。
ハニカムと膜という、単純な形
では日産の音響メタマテリアルは何でできているのか。技術ページの説明は拍子抜けするほど短いものです。
音響メタマテリアルは周期構造であるハニカムと膜で構成される遮音材料です。
2020年のリリースは同じものを「周期的な格子構造とフィルムを組み合わせたシンプルな構造」と表現しています。ハチの巣状の格子に、膜を張る。それだけです。
効き方について、開発を担当したエンジニアの三浦 進はリリース内のインタビューでこう答えています。
音に対してタイミングよく膜が震え、震えることによって音を効率的に跳ね返すというのが特徴です。
音を吸い込むのでも、重さで押し返すのでもなく、膜を音に合わせて震わせて跳ね返す。 技術ページも「ノイズは空気振動の一種で、音響メタマテリアルにあたるとハニカムと膜の振動により跳ね返されます。」と書いています。重さで勝負しないので、軽くできる。
効く範囲については、2つの資料で書き方が違います。混ぜずに並べておきます。
- 2020年1月のリリース：ロードノイズやエンジン音など自動車特有の騒音を「広い周波数帯（500-1200Hz）で効果的に遮る」
- 技術ページ：「音響メタマテリアルは1000Hz以下で、この物理法則(質量則)を上回る遮音性能を発揮します。」
前者は遮音が効く帯域、後者は質量則を上回る帯域の話で、そもそも述べていることが違います。どちらか一方を両方の意味で使うことはできません。
なお技術ページは、この材料を「遮音材料の性能トレンドを大きく超える特性を持つ、軽量な遮音材料」と紹介し、「これにより音響メタマテリアルを通過するノイズを効果的に減らし、電動車の静粛性向上にも貢献します。」と結んでいます。電動車を名指ししているのは技術ページのほうです。
なぜ日産だったのか — 音が消えたら、ゴーだけが残った
この技術の出発点は、意外なところにあります。リリースによれば、日産は2008年頃、当時すでに電磁波領域で高感度アンテナなどに活用されていたメタマテリアルの技術に着目し、それ以降、同技術の音響波への応用を目指して研究開発を行ってきたとされています。電波の世界の道具を、音の世界に持ち込んだわけです。
では、なぜその必要に気づけたのか。インタビューでの三浦の答えが、この記事でいちばん面白いところかもしれません。
日産はEVのトップランナーです。2010年に初代リーフを出し、お客さまから色々な声を伺ってきました。そこから、静かさが快適な移動空間につながるということを理解しました。
そして、長年の課題を問われた答えがこれです。
自動車特有の「ゴー」というロードノイズです。EVによってエンジン音がなくなり、残るロードノイズをいかに消すかということが長年の課題でした。
静かにするほど、それまで聞こえていなかった音が問題になる。 エンジンという大きな音源が消えた結果、タイヤと路面が出す「ゴー」が前に出てきた。だから遮音材が要る。しかしEVは電池が重いので、これ以上重くしたくない。電動化が、静かさと軽さのぶつかり合いをきつくしたという順序です。
同じ問題に日産が別のやり方で答えた例が、当サイトのなぜ日産のエンジンはタイヤを回さないのか？EVから生まれたe-POWER、逆転の発想の物語にあります。こちらはエンジンの音を道路の音に紛れさせる制御の話で、材料ではなく回し方で答えています。
同じ人が、次は熱に向かった
2024年8月のリリースは、放射冷却塗装の実証実験を公開したものです。そこに、こう書かれています。
本塗装を開発した、総合研究所で先端材料・プロセス研究を担当する主任研究員の三浦 進は、ポピュラー・サイエンス誌の2020年「Best of What‘s New Award in the auto category」を受賞した「音響メタマテリアル」の開発も担当しており、より効率的に車内の静粛性を向上させる方法を長年研究してきました。
音響メタマテリアルの担当者が、そのまま塗装をやっている。そして、この人の動機は快適さだけではありません。三浦はリリースの中でこう述べています。
私の夢は、エネルギーを消費せずにより涼しい車を作り出すことです。特に電気自動車（EV）において重要となる夏のエアコンの使用によるバッテリーの負荷を、大きく軽減できる可能性があります。
音の話は、EVで静かになったらロードノイズが残った、という筋でした。熱の話は、EVで夏のエアコンがバッテリーの負荷になる、という筋です。入り口は静けさと涼しさで別々に見えて、資料の中では同じEVのエネルギーの話につながっています。 2024年のリリースの1文目も、この塗装を「夏場の直射日光による車室内温度の過度な上昇を防ぐことで、エアコン使用時のエネルギー消費を減らし、燃費や電費の向上に貢献する」ものだと説明しています。
日産のリリースは、メタマテリアルを次のように定義しています。
電磁波、振動、音などの性質に対し自然界では通常見られない特性を持つ人工物質
電磁波、振動、音。もともと1つの言葉が3つの領域にまたがっていて、日産はそのうち音を先に、熱をあとから取りに行ったという形です。同じリリースは今回の塗装について「今回は「熱のメタマテリアル」として、晴れた冬の夜間から早朝にかけて起こる放射冷却と同じ現象を人工的に引き起こします。」と書いています。
跳ね返すだけでなく、すでに入った熱を宇宙へ捨てる
放射冷却という言葉自体は、冬の朝に霜が降りる現象でおなじみです。地面が持っている熱が、電磁波になって空へ逃げていく。塗装でそれを起こす、というのがこの技術です。
技術ページは、普通の塗装との違いをこう説明しています。
通常、塗装は太陽光が当たると、塗料を構成する高分子が振動し、熱を帯びます。
一方、本塗装の塗料は、一般的な遮熱塗料に含まれている「太陽光を強く反射する粒子」だけでなく、「熱を電磁波として放射する粒子」を含んでいます。
ここが大事なところです。一般的な遮熱塗料に入っているのは、太陽光を強く反射する粒子のほう。この塗装はそれに加えて、すでに持っている熱を電磁波にして外へ出す粒子を含んでいます。技術ページは「この電磁波は大気に吸収されず、宇宙まで届き熱エネルギーを放出します。」と書いています。
大気に吸収されないとはどういうことかは、2021年11月のリリースに具体的な数字で出てきます。素材を開発したラディクール社の技術について、日産はこう説明しています。
物体からの電磁波放射を、大気にほとんど吸収されることのない領域である｢大気の窓｣と呼ばれる波長帯（8μm～13μm）に集約させ、地球の熱を宇宙空間へ放出させることのできる技術です。
大気には、赤外線を通しやすい波長の帯があります。そこに狙って熱を放り出せば、空気に邪魔されずに宇宙まで抜ける。熱の逃がし先が、まわりの空気ではなく宇宙になるわけです。日陰と違うのは、日陰がこれ以上入れないための手段なのに対し、こちらはすでに入った分を出す手段だというところです。ただし、この2つは置き換えの関係ではありません。日産が同じ放射冷却の技術を最初に商品にしたのは、あとで見るとおりサンシェードやカバーという日陰をつくる道具のほうでした。
効果として公表されている数字は、開発段階での比較として示されたものです。
開発段階において、この塗料を塗装した車両と通常塗料を塗装した車両を比較した際には、外部表面で最大12度、運転席頭部空間では最大5度の温度低下を確認しました。
いずれも最大値であり、条件として書かれているのは、開発段階であること、通常塗料を塗装した車両との比較であることだけです。外気温や日射量の条件、測定回数は、このリリースには書かれていません。なお同じ数字を、技術ページのほうは「通常塗装と本塗装を比較する実証実験においては、ボディパネル表面において最大12℃、運転席頭部空間において最大5℃の温度低下を確認しました。」と書いており、2つの資料で位置づけの書き方が違います。どちらか一方の言い方に寄せずに、両方を並べておきます。
なお、駐車中の車内温度が実際どのくらいまで上がるのか、そしてサンシェードが何に効いて何に効かないのかは、JAFの実測をもとにサンシェードは何に効くのか — JAFの実測が示す車内温度とダッシュボードの差で扱っています。あわせて読むと、5度という数字の意味が測りやすくなります。
クルマに塗るには、建築用のままでは無理だった
ここからがトレードオフの話です。放射冷却塗料そのものは、すでに世の中にあります。リリースはこう書いています。
メタマテリアルの技術を利用した放射冷却塗料は建築用途には使用されていますが、建築用塗装は自動車用塗装と比較すると塗膜が非常に厚く、ローラーで塗布することを前提としており、自動車の塗装に必要であるクリアトップコートの使用も想定されていません。
建物の壁とクルマのボディでは、塗り方の前提が違います。厚さ、塗る道具、上に載せる透明な層。この3つが全部合わない。だから日産はエアスプレーでの塗布、クリアトップコートとの親和性、自社の品質基準といった条件への対応に取り組んだ、と書かれています。
約3年の開発期間において、三浦をはじめとした研究者が総合研究所で100以上のサンプルを作製し、一般的な自動車塗装に用いられるエアスプレーでの塗装に成功しました。
膜の厚さについても数字が出ています。リリースによれば、同等の冷却性能を確保しつつ、開発当初の120マイクロメートル（0.12ミリメートル）から大幅な薄膜化に成功した、とされています。厚いほうがよく効くはずの機能を、薄くしながら保つのがこの開発の勝負どころだった、と読めます。
実証実験の場所と車両も具体的です。
この塗装の効果と耐久性を検証するために日産は、羽田空港において2023年11月から1年間の実証実験を実施しています。
塗られたのは、ANAエアポートサービスが空港で日常的に使用しているNV100クリッパーバンだとリリースに書かれています。高級車ではなく、炎天下の空港で毎日働く軽バンが試験の舞台でした。
まだ、市販車の色にはなっていない
ここは誤解されやすいので、はっきり書いておきます。2024年8月のリリースの時点で、この塗装は市販車の塗装色として売られてはいません。
現在、トラックや救急車など炎天下においての走行が多い商用車への特装架装としての採用を検討しており、商品化に向けてさらなる薄膜化に取り組んでいます。
音響メタマテリアルのほうも、2020年のリリースは「量産化が実現すれば」という条件つきで価格競争力に触れており、その時点で量産が始まっていたわけではありません。どちらも、まだ製品より手前の段階の話です。
いっぽう、放射冷却の素材自体はすでに買える形になっています。2021年11月、日産は放射冷却素材のラディクールを純正アクセサリーに採用し、サンシェード、カーサイドタープ、ハーフボディカバーの販売を開始しました（対象は当初「キックス」向けで、順次拡大するとリリースに書かれています）。日産はこれを、自動車メーカーとして初めての採用だと説明しています。
ここは面白いところです。3つとも、日陰や覆いをつくる道具そのものです。リリースの説明も「日産が新たに発売するアクセサリーは、本技術を採用したラディクールを使用することで、一般的な製品に比べタープ内や車室内の気温上昇を抑制することが特長です。」で、日陰をやめたのではなく日陰に放射冷却を載せた形になっています。日産は同じリリースで、この技術を「ゼロエネルギーで物体を冷却する世界初の「放射冷却メタマテリアル技術」」と説明しています（技術そのものの開発元はラディクール社です）。塗装は、そこから3年かけて掛けるものから、塗るものへ持っていこうとしている段階だと読めます。
日産の公式資料から読める時系列
- 2008年頃：電磁波領域で使われていたメタマテリアルに着目し、音響波への応用を目指す（2020年リリース）
- 2010年：初代リーフ発売。静かさが快適な移動空間につながると理解した、と三浦が語る（同）
- 2018年：ラディクール社との共同開発の可能性を探り始める（2024年リリース）
- 2019年：フィルムによる冷却効果を確認（同）
- 2020年1月：音響メタマテリアルをCES 2020に出展すると発表（2020年リリース）
- 2021年10月：総合研究所がラディクール社と自動車用放射冷却部品の共同開発契約を締結（2021年リリース）
- 2021年11月：ラディクールを使った純正アクセサリー3種を発売（同）
- 2021年：塗装の共同開発を開始（2024年リリース）
- 2023年11月：羽田空港で1年間の実証実験を開始（同）
- 2024年8月：自動車用自己放射冷却塗装の実証実験を公開（同）
音のほうは2008年頃から2020年の発表まで約12年。熱のほうは2018年の検討開始から2024年の実証公開まで6年。時間のかかり方も含めて、公式資料から追えるのはここまでです。
まとめ
- 音：日産の技術ページは、面密度が高くなると遮音性能が高くなることを物理法則（質量則）として説明し、音響メタマテリアルは1000Hz以下でそれを上回ると書いている。2020年のリリースでは、ゴム板などに比べて重量が約4分の1で同等の遮音効果。構造はハニカムと膜で、音に合わせて膜が震えて跳ね返す
- 熱：放射冷却塗装は、太陽光を反射する粒子に加えて、熱を電磁波として放射する粒子を含む。狙う波長帯は大気にほとんど吸収されない8μm～13μmで、逃がし先は空気ではなく宇宙。実証では外部表面で最大12度、運転席頭部空間では最大5度の低下
- 人：どちらも同じ研究者が担当し（2024年のリリースは主任研究員、2020年のリリースはエンジニアと紹介）、出発点は2008年頃の電磁波のメタマテリアル。ただし塗装は市販車の色ではなく、リリースの時点で商用車の特装架装として検討中。音響メタマテリアルも「量産化が実現すれば」の段階
2つに共通しているのは、足りないぶんを材料の量で補うのをやめたことです。音は重い板材のかわりにハニカムと膜で跳ね返し、熱は反射だけに頼らず宇宙へ捨てる。ただし熱のほうは、日陰をつくる道具を置き換えたわけではありません。日産は同じ技術をまず日陰をつくる道具に載せ、次に車体そのものの塗装へ移そうとしているという順序です。
そして、どちらもまだ完成していません。塗装は薄くしている途中で、遮音材は量産化がこれからです。面白いのは結果ではなく、静けさと涼しさという別々に見える悩みが、資料の中では同じ電動車のエネルギーの話につながっていることのほうかもしれません。
この記事が扱っていないこと
- 市販車での採用状況：本記事が参照した日産の公式リリース3本と技術ページ2ページには、放射冷却塗装を市販車の塗装色として設定したという記述はありません。音響メタマテリアルについても、どの車種に搭載されたかの記述はありません。最新の状況は日産の公式サイトでご確認ください
- 他社の同種技術：参照した資料は日産のものだけです。遮音材や遮熱技術について他社がどう取り組んでいるかは、これらの資料には書かれていません
- 価格・重量の具体値：遮音材の「約4分の1」は重量比であり、実際の重さやコストの金額は資料に書かれていません。塗装の薄膜化後の膜厚も、リリースには数字が示されていません
- 測定条件：12度・5度はいずれも最大値で、外気温・日射量・測定回数といった条件はリリースに記載がありません
本記事は、日産自動車のニュースリリース3本（2020年1月6日「日産自動車、新しい遮音材「音響メタマテリアル」をCES 2020に出展」、2021年11月2日「日産自動車、放射冷却素材Radi-Coolを採用した純正アクセサリーを発売」、2024年8月6日「日産自動車、自動車用自己放射冷却塗装の実証実験を公開」）と、同社イノベーションサイトの技術ページ2本（「軽量な遮音材料（音響メタマテリアル）」「日産放射冷却塗装技術」）をもとに構成しています。引用はすべて原文どおりです。2つの技術を並べて、足りないぶんを材料の量で補うのをやめたという共通点として整理したのは当サイトです。
