【9割が知らない】アルミニウムのさまざまな加工方法｜歴史や特徴も紹介

アルミニウムはその軽量性と強度で知られる金属ですが、加工には特有の課題が伴います。

この記事では、アルミニウムの基本特性から始まり、実用的な加工技術まで、初心者からプロの技術者までが直面する問題に対する解答を提供します。

「アルミニウム 加工」というキーワードで情報を求めるあなたの悩みを解決するため、当社が実際に取り組んできたアルミニウムの加工法とその効果的な対策を詳細に説明します。

読むことで、アルミニウム加工の難しさを乗り越え、より高品質な製品を効率良く生産する方法を身につけることができます。

この知識を活用することで、作業の効率化とコスト削減が実現し、最終的にはビジネスの競争力を強化する手助けとなるでしょう。

この記事の監修者

藤原　弘一

1986年（有）藤原鉄工所（現フラスコ）入社、1992年代表取締役就任。
時代のニーズに適合した最新鋭設備と長年蓄積した職人技的加工技術を融合させ、顧客の信頼を築いた会社。

保有資格：司法書士、行政書士、宅地建物取引主任者、2級小型船舶、4級無線技士

アルミニウムとは

アルミニウムはボーキサイトから製造される軽量で耐食性が高く、強度のある金属です。

加工のしやすさと熱伝導性、電気伝導性の良さから、銅や銀に代わる素材としても利用できます。

多くの優れた特性を有することから、交通機器のコンポーネント、医療機器、建築材料など、広範囲にわたって活用されています。

しかし、純粋なアルミニウムは比較的傷がつきやすいというデメリットがあります。

そのため、銅やマグネシウムなど他の金属を混ぜて作る合金の形でよく使用されます。

アルミニウム合金は、混合される金属の種類によって性質が変わり、それぞれ異なる用途や製品に適しています。

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アルミニウムの歴史

アルミニウムの発見は比較的新しく、200年前の出来事です。

その存在が確認されたのは、自然界において天然の金属として見つかることがなく、多くの化合物の形で地球の岩石や土中に分布していたため、発見が遅れました。

1807年にはイギリスの著名な電気化学者、ハンフリー・デービーによって、電気分解により明ばん石からアルミニウムが分離され、彼によってアルミアムと名付けられたことが記録されています。

アルミニウムの実用的な抽出方法は1825年、デンマークの物理学者エルステッドによって開発されました。

彼は塩化アルミニウムを用いて金属アルミニウムを初めて抽出し、これがアルミニウムの商業的生産の基礎を築きました。

このように、アルミニウムの歴史と発展は科学と技術の進歩に大きく寄与しており、今日では様々な産業で広く使用される重要な素材となっています。

アルミニウムの特徴

アルミニウムの特徴は以下のとおりです。

• 軽量
• サビにくい
• 加工が容易
• 高強度
• リサイクル性に優れている
• 高い電気伝導性
• 高い熱伝導性
• 毒性がない

順番に解説します。

【特徴①】軽量

アルミニウムはその軽量性により多くの産業で重宝されています。

20℃での比重はわずか2.7g/cm^3で、これは鉄や銅の約1/3にあたります。

この特性を活かし、自動車、鉄道、航空機、船舶などの輸送機器を含む多種多様な製品の部品や外装を製造する際に、重量を削減し性能の向上を図れます。

軽量化は、特にエネルギー効率の改善や性能の最適化を目指す分野での需要が高く、アルミニウムの使用はこれらの目標を達成するための重要な手段となっています。

【特徴②】サビにくい

アルミニウムが鉄に次いで広範囲にわたって使用される主要な金属である理由の1つは、その顕著な耐食性にあります。

アルミニウムの表面は自然に酸化し、わずか0.2ミクロンの厚さの保護酸化膜を形成します。

この膜がアルミニウムを腐食から守り、長期間にわたり製品の耐久性を保つために役立ちます。

特に、純度が高いアルミニウムは不純物が少なく、この耐食性がさらに強化されます。

このため、アルミニウムは建築材料、自動車部品、電子機器など、耐久性が求められる多くのアプリケーションで重宝されています。

【特徴③】加工が容易

アルミニウムの加工性の良さは、その用途の多様性を大きく広げています。

特に、アルミニウムは容易に塑性加工ができ、必要に応じた様々な形状に成形することが可能です。

圧延加工を用いると、わずか数マイクロメートルの薄さのアルミニウム箔を製造できます。

また、押出加工では、より複雑な断面形状を持つプロファイルを自由にデザインできます。

このようなアルミニウムの柔軟性は、パッケージング、建築、自動車産業など、幅広い分野での使用を促進しています。

【特徴④】高強度

純粋なアルミニウムはそのままでは強度が限られています。しかし、以下のような元素を加えて合金化すると、物理的特性を大幅に強化できます。

• 銅
• マンガン
• シリコン
• マグネシウム
• 亜鉛

更に、適切な塑性加工や熱処理を施すことで、アルミニウム合金の強度は70MPaから600MPaの範囲にまで高めることが可能です。

このような幅広い強度範囲により、特定の用途に最適なアルミニウム材料を選択できるようになります。

ただし、アルミニウムの縦弾性係数（ヤング率）は鉄の約1/3に留まるため、同じ負荷を受けた場合、鉄よりも3倍の変形が生じることに注意が必要です。

この特性は、設計や用途選定において重要な考慮点となります。

【特徴⑤】リサイクル性に優れている

アルミニウムの低い融点（660℃）は、鉄（1534℃）や銅（1083℃）と比較して顕著です。

この特性がアルミニウムスクラップの再生とリサイクルを効率的かつエネルギー効率の良いプロセスにしています。

アルミニウムの再生には、新規に金属を製造する場合のわずか3%のエネルギーしか必要としません。

これにより、アルミニウムは環境にやさしいサステナブルな材料としての価値が高まっています。

日本国内での飲料缶のリサイクル率は90%を超えています。

当社グループはこの分野で独自のアルミニウム缶リサイクルシステムを運営し、資源の効率的な活用と廃棄物削減に積極的に貢献しています。

【特徴⑥】高い電気伝導性

アルミニウムはそのコストパフォーマンスに優れた導電性能で知られています。

銅に比べて電気伝導率は約60%となりますが、軽量性（比重が銅の約1/3）を活かすことで、同じ重さの銅線と比較して約2倍の電流を扱えます。

この優れた特性から、アルミニウムは高電圧送電線材料として広く採用されています。

今後もエネルギーとエレクトロニクス産業の成長に伴い、その需要はさらに増加すると予測されています。

アルミニウムの経済性と効率性は、持続可能なエネルギーインフラストラクチャーの構築に不可欠な要素です。

【特徴⑦】高い熱伝導性

アルミニウムはその卓越した熱伝導性で知られており、鉄の約3倍の熱伝導率を持っています。

この高い熱伝導性を活かして、アルミニウムは迅速な熱の移動と冷却を実現するために、冷暖房システム、自動車のエンジンパーツ、様々な熱交換器、さらには飲料缶の製造に至るまで幅広いアプリケーションで使用されています。

この特性は、効率的な熱管理が求められる多くの工業製品や装置において、アルミニウムを理想的な材料選択肢の一つにしています。

【特徴⑧】毒性がない

アルミニウムはその非毒性の特性により、安全に取り取り扱える金属です。

地球の地殻に豊富に存在し、自然界の土壌、植物、海水、そして大気中にも普遍的に見られます。

人体に摂取された場合でも、アルミニウムの約99％が体外に排出されるため、人間の健康に対する害はほとんどありません。

これまでにアルミニウムに起因する健康問題の報告はほとんどなく、日常生活で接触する可能性のある製品や部品の素材として、アルミニウムは広く利用されています。

このような特性から、アルミニウムは環境にやさしく、人間にとって安全な材料としての地位を確立しています。

アルミニウムの加工方法

アルミニウムの加工方法は以下のとおりです。

• 切断加工
• 曲げ加工
• 穴あけ加工
• 溶接加工
• アルマイト
• 絞り加工
• 鏡面切削加工

順番に解説します。

切断加工

機械切断は、シャーリングマシン、丸ノコ、バンドソー、ジグソーなどの専用工具を使用して行われます。

特に、NC（数値制御）ソーを使用することで、大規模な板材の切断だけでなく、円形や特殊な形状のカットも正確に行うことが可能です。

このような切断技術の進歩により、製造業ではより複雑で精密な部品の生産が可能になりました。

曲げ加工

ベンディング（曲げ加工）は、アルミニウムを特定の形状に曲げたり、折り曲げたりする工程を指します。

この加工は、ローラーや専用のベンディングマシンを使用し、アルミに圧力を加えて行われます。

この技術は、製品や部品の形状を構築するだけでなく、端部を丸めることで安全性を高めたり、特定の角度で折り曲げて製品の強度を向上させたりする目的でも使用されます。

この加工法により、機能性と美観を兼ね備えたアルミニウム製品の製造が可能となります。

穴あけ加工

穴あけ加工は、ドリルを使用して金属材料から余分な部分を削り取る工程です。

この際、アルミニウムの特性上、溶着に注意が必要になります。

適切なドリルの回転速度を維持し、必要に応じて切削油を使用することが重要です。

加工の精度を高めるためには、直接穴あけを行う前にセンターポンチを使用して加工位置を明確にし、小さな穴を先に開けておくことが望ましいです。

これにより、工具のずれや加工ミスを防ぎ、より正確な穴あけが可能になります。

溶接加工

アルミニウム表面は自然に生成される酸化膜で保護されており、この膜の融点は約2,000℃と非常に高いです。

しかし、アルミニウム自体の融点は約600℃と比較的低く、この特性により加工時には特に注意が必要です。

加えて、アルミニウムの熱伝導率が高いため、加熱すると素材全体の温度が素早く上昇し、加工時に不具合が生じやすくなります。

このようなアルミニウムの特性を理解し、適切な加工方法を選択することが、製品の品質保持に重要です。

アルマイト

アルミニウム表面に人工的に厚い酸化膜を形成する加工技術をアルマイト処理と呼びます。

この処理により、アルミニウムは耐食性が向上し、硬度が高まり、熱伝導率が低下するなど、多くの利点を得られます。

しかし、アルミニウム合金、特にダイカスト製品にこの処理を施すことは技術的に困難が伴います。

アルマイト処理で望ましい酸化膜を形成できない場合、代替策としてめっき処理など他の表面処理方法を検討することが必要です。

絞り加工

絞り加工はアルミニウムの優れた伸展性を利用した加工法で、深絞りやへら絞りなど複数の技術が含まれます。

深絞り加工では、材料をダイス上に配置し、ポンチを使用して材料をダイスの穴に押し込んで形成します。

この方法は、深底の容器などを効率的に製造するのに適しており、飲料缶や調理器具の製造をはじめ、多様な工業製品の成形に広く応用されています。

鏡面切削加工

アルミニウム製品の表面をダイヤモンドカットなどの高精度工具で加工することで、鏡面のような高反射性の表面を実現することが可能です。

この精密な切削加工により、表面の微細な凹凸が減少し、滑らかで寸法精度の高い製品を製造できます。

鏡面加工を施されたアルミニウム製品には、コンピューター用磁気ディスク、複写機の感光ドラム、レーザープリンターのポリゴンミラーなどがあり、これらの製品はその精度と品質により高く評価されています。

アルミニウム合金を加工する際のポイント

アルミニウム合金を加工する際のポイントは以下のとおりです。

• 切削速度は高速で行う
• 切れ刃のすくい角が大きい工具を選ぶ
• クーラントを使う
• 切削条件を設定する

順番に解説します。

【ポイント①】切削速度は高速で行う

アルミニウム合金の加工においては、一般的に高速切削が行われます。

この素材は熱伝導率が高く、切削熱が素早く散逸しやすい特性を持っています。

しかし、加工時に過度な熱が発生すると、工具の刃先に材料が溶着してしまうリスクがあります。

そのような兆候が見られた場合は、切削速度を適宜調整して下げることが重要です。

【ポイント②】切れ刃のすくい角が大きい工具を選ぶ

アルミニウム合金の加工時には、低い切削抵抗を提供する鋭いエッジの工具が最適です。

加工中の熱の増加や工具への材料の付着を避けるためには、高いリリーフ角を持つ工具の選択が推奨されます。

アルミニウム合金は、切削時に長いチップが発生しやすく、これが仕上がり面を損傷する原因となり得るため、チップの排出性能が高い工具の使用が望まれます。

【ポイント③】クーラントを使う

アルミニウム合金の加工では、通常、液体を使用しない乾式加工が採用されます。

しかし、高速での加工は熱の発生を増加させるため、時には工具の冷却を目的としてクーラントの使用が推奨される場合もあります。

クーラントを使用する際には、アルミニウム加工専用のものを選ぶことが重要です。

これは、適切でないクーラントが化学反応を引き起こし、加工面の品質に悪影響を及ぼす可能性があるためです。

【ポイント④】切削条件を設定する

多くのアルミニウム合金は加工が容易で、切削作業に最適な特性を持っていますが、中には加工が困難なタイプも存在します。

たとえば、純度の高いアルミニウム（1000系列）は粘性が高く、切削作業には不向きです。

また、4000系列や6000系列の中には、シリコン含量が高いものがあり、これらは結晶シリコンの硬さにより工具の摩耗を早めるため、加工が難しい材料として扱う必要があります。

このような材料の荒加工には、高い送り速度を設定するなど、特別な切削条件の適用が求められます。

アルミニウムの加工が難しいといわれている理由

アルミニウムの加工が難しいといわれている理由は以下のとおりです。

• アルミニウムが伸びやすい
• アルミニウムが熱で溶けやすいから

順番に解説します。

【理由①】アルミニウムが伸びやすい

アルミニウムは、他の金属に比べて延性が高く、伸展性に富む特性を持つため、切削時にはバリが生じやすいという課題があります。

加工のしやすさという点では、アルミの柔らかさが利点となる一方で、精密なアルミ加工を行う場合には、この特性が高い技術的難易度を引き起こします。

【理由②】アルミニウムが熱で溶けやすいから

アルミニウムは、約600℃の比較的低い融点を持ち、そのため他の金属よりも熱によって溶解しやすい性質があります。

この特性により、切削加工中に材料が溶けて工具の刃先に付着し、意図しない「構成刃先」を形成しやすくなります。

これは、表面仕上げの品質を低下させ、工具の寿命を短縮させる原因となります。

そのため、アルミ加工においては溶解を防ぐための対策が必要不可欠です。加えて、アルミの溶接作業にも注意が必要です。

アルミ表面には酸化膜が形成されており、アルミ自体の融点は低いものの、この酸化膜の融点は約2,000℃と非常に高いため、溶接前に除去する必要があります。

また、アルミの高い熱伝導率は、加熱時の変形を大きくし、溶接作業を困難にします。

これらの点は、アルミニウムの加工と溶接を技術的に挑戦的な作業にしています。

【種類別】アルミニウムの種類

アルミニウムの種類は以下のとおりです。

• 1000系アルミニウム（純アルミニウム）
• 2000系アルミニウム（Al - Cu 系合金）
• 3000系アルミニウム（Al - Mn 系合金）
• 4000系アルミニウム（Al - Si 系合金）
• 5000系アルミニウム（Al - Mg 系合金）
• 6000系（Al - Mg - Si 系合金）
• 7000系（Al - Zn - Mg 系合金）

順番に解説します。

1000系アルミニウム（純アルミニウム）

• 主な合金：1050（純度99.5%）、1100、1200（純度99.0%以上）
• 特性：加工性、耐食性、溶接性、そして電気及び熱の伝導性に優れる。
• 用途：反射板、装飾品、各種容器、送配電材、放熱材として使用。

 2000系アルミニウム（Al - Cu 系合金）

• 代表合金：ジュラルミンとして知られる2017や2024合金。
• 特性：機械的性質と切削性に優れ、しかし腐食環境下では保護が必要。
• 用途：航空機材、輸送機器、機械部品、その他構造用材料。

3000系アルミニウム（Al - Mn 系合金）

• 代表合金：3003、3004（後者はMgも含む）。
• 特性：純アルミニウムの耐食性を保ちつつ、強度を高める。
• 用途：アルミ缶、日用品、住宅外装材料。

4000系アルミニウム（Al - Si 系合金）

• 代表合金：4043合金（Si4.5～6%）、4032合金（Si11～13.5%）。
• 特性：融点が低く、特に4032は耐摩耗性に優れる。
• 用途：溶加材、ろう材、建築用パネル、鍛造ピストン。

5000系アルミニウム（Al - Mg 系合金）

• 代表合金：5052合金（Mg2.2～2.8%）。
• 特性：耐食性と強度が優れている。
• 用途：海水環境下の構造材、輸送機器、橋梁部材。

6000系（Al - Mg - Si 系合金）

• 代表合金：6061、6063合金。
• 特性：一般的な強度と優れた押出加工性。
• 用途：建築用サッシ、一般構造材。

7000系（Al - Zn - Mg 系合金）

• 代表合金：7075合金（超ジュラルミン）、7003、7N01合金。
• 特性：非常に高い強度を持ち、熱処理で更に強化可能。
• 用途：航空機部品、スポーツ用具、新幹線の車両構造材。

アルミニウムの用途

アルミニウムはその優れた特性から、非常に広範な用途で利用されています。以下は、アルミニウムの主な用途についての概観です。

• 輸送業界
• 建築材料
• パッケージング
• 電気関連
• 消費財
• 工業

順番に解説します。

輸送業界

自動車: 軽量で強度があるため、燃費の向上に貢献する自動車のボディパーツ、エンジン部品、ホイールなどに使用されます。

航空機: アルミニウムの高い強度と軽量性は、航空機の構造材料として理想的であり、航空機のフレーム、翼、内装部品に広く利用されています。

鉄道: 新幹線を含む多くの高速列車の車体にもアルミニウムが用いられており、重量軽減が求められる鉄道車両の製造に不可欠です。

建築材料

建築ファサード（外壁）: 耐候性と美観のため、ビルや住宅の外壁材や屋根材として使用されます。

窓枠やドア: 断熱性と耐久性を持つ窓枠やドアに使用され、様々な建築スタイルに適応します。

パッケージング

飲料缶: アルミニウムはリサイクルが容易で、飲料缶としての利用が非常に一般的です。

食品包装: 軽量で耐腐食性があるため、食品の長期保存に適した包装材料としても使用されます。

電気関連

電線: 電気伝導性が銅に次いで高く、軽量であるため、送電線として広く利用されています。

熱交換器: 熱伝導性が高いため、エアコンや冷蔵庫などの熱交換器にも使われています。

消費財

家庭用品: 調理器具（鍋やフライパンなど）、家具、スポーツ用品（自転車フレームやキャンプ用品）など、日常生活で広く使われています。

工業

機械部品: 加工性が良いため、精密な機械部品や工具にも適しています。

プロトタイピング: 軽量で加工しやすい特性を活かして、プロトタイプの製作にも利用されます。

アルミニウムはその独特な性質を生かして、持続可能な開発目標の達成にも寄与する重要な材料です。再利用可能で、多様な産業でその価値が認められているため、今後も多岐にわたる分野での使用が拡大していくことが期待されます。

まとめ【アルミニウムは目的に合わせて加工方法を選びましょう】

今アルミニウムはその軽量性と強度、加工の容易さで知られ、多くの業界で重宝されています。しかし、アルミニウム加工には特有の課題も存在します。この記事では、アルミニウム加工の基本から応用技術までを網羅し、実際の工場での事例と併せてその解決策を提示します。さらに、正しい加工方法を学ぶことで生産効率の向上やコスト削減が可能になるため、工業生産に携わる皆様にとって必読の内容です。

アルミニウム加工の重要ポイント

• 切断加工：NC（数値制御）ソーなどを使用して精密に行う。
• 曲げ加工:：ベンディングマシンを用いて正確な形状を実現。
• 穴あけ加工：高い精度が要求され、ドリルの選定と条件設定が重要。
• 溶接加工：高い熱伝導率と酸化膜の影響に注意が必要。
• 表面処理：アルマイト処理により耐食性と硬度を向上させる。

アルミニウム加工の技術を習得することで、製品の品質向上、コスト削減、生産性の向上が期待できます。この記事を通じて、それらの実現可能な方法と具体的な技術を学び、日々の製造業務に役立ててください。

株式会社フラスコでは、昭和48年の創業依頼、一般産業用機械部品の設計・製作・組立をはじめ、アルミニウム・チタンやタングステン、ジルコニウムなどの金属加工を行なってきました。

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