航空機用アルミニウム合金の系統化調査
Systematic Survey on the Development of Aluminum Alloys for Aircraft

吉田 英雄 Hideo Yoshida■要旨
戦前の日本のアルミニウム工業は航空機用材料の生産が中心であった。その材料開発の中で世界最強の超々ジュラルミンが発明された。それが零戦主翼に採用されたことで零戦の性能を飛躍的に向上させ、零戦は先の戦争
初期には華々しい成果をあげた。米軍は零戦の秘密を解き明かそうとして、不時着した零戦を調べ、その主翼に
Al-Zn-Mg-Cu系合金の超々ジュラルミンが使用されていることを明らかにし、アルコアに同じような合金を作らせた。これが7075であり、戦後の代表的な航空機用合金となり現在でも使用されている。超々ジュラルミン
が7075の産みの親と言える。アルミニウム発見から超々ジュラルミン開発に至るまでの合金開発に焦点を当てて、日本の航空機用アルミニウム合金開発の系統化調査を行った。そして戦後世界の航空機と材料開発の発展との関係も明らかにした。以下にその要点をまとめる。
第一は、アルミニウムの発見である。アルミニウムは1820年代にエールステッドやヴェーラーにより金属ア
ルミニウムが初めて抽出された。その後1855年にはナポレオン3世に後押しされたドヴィルが量産できる工場を作るところまでになった。1886年米国のホールとフランスのエルーが同時に溶融塩電解法を発明し、大量生産ができるようになり大幅にコストダウンが可能となった。こうして20世紀に入ると台所用品や建築、車などにアルミニウムが多く使用され始めた。
第二は、1906年、ドイツのヴィルムによって、偶然にアルミニウムに銅とマグネシウムを添加した材料を焼入れした後、室温に放置しておくと自然に硬くなる時効硬化現象が発見された。このAl-Cu-Mg系合金はジュラ
ルミンと名づけられた。この材料を飛行船の骨組みの材料に適用したのがツェッペリン伯爵である。ドイツは第一次世界大戦でツェッペリン飛行船をロンドンなどの空爆に利用した。しかしながら、一方で、飛行船より速い
航空機も発達して、飛行機は木製からジュラルミンを用いた全金属製となった。戦争で勝利を収めるには軽量で高速の戦闘機が必要になり、ジュラルミンよりもさらに高強度が求められるようになった。こうした要請のなかで、米国のアルコアはAl-Cu-Mg系の超ジュラルミン24S(2024)を開発した。
第三は、日本海軍は24Sよりもさらに高強度の合金開発を住友に要求した。その結果開発されたのが超々ジュラルミン,ESDである。住友の五十嵐勇らはAl-Zn-Mg-Cu系合金で高強度化を達成したが、問題は応力腐食割れであった。彼らは応力腐食割れの評価法を確立し、微量元素の影響を徹底的に調べた。その結果Cr添加が最も有効であることを明らかにし、開発開始から１年以内に特許を出願した。この合金に注目したのが、三菱で零戦の試作機の設計に当たっていた主任技師の堀越二郎であった。彼は五十嵐からの説明を聞いて、飛行機の重量は30 kg軽くなることがわかり、すぐに海軍に使用許可を願い出て、押出材での使用が認められた。その結果、ESDを主翼の桁材に用いることで零戦の軽量化に成功した。
第四は、第一次世界大戦の頃の日本はアルミニウム板材を大量生産できる機械や設備、人材もなかった。第一次世界大戦で日本はドイツに対して戦勝国であったので、賠償の一環としてドイツの技術を学ぶことができた。
第一次世界大戦も終了すると、アルコアはアルミニウム地金を売るために日本にも進出して住友と共同でアルミニウムの板や押出、鍛造品の製造工場を作ることになった。日本はドイツや米国の技術をベースに製造技術を確立した。しかし、第二次世界大戦までにはアルコアは製造技術をさらに進化させ、連続鋳造技術や熱間圧延でのタンデム圧延技術を完成させ、先の戦争では日米間で大きな技術力の差ができた。
第五に、第二次世界大戦後は日本の航空機の製造や研究が禁止され、多くの航空機関係者は、鉄道車両、自動車、モーターサイクルに移った。鉄道車両の構体のアルミ化が検討され、戦前、研究開発されたAl-Zn-Mg-Cr系の押出材が適用された。応力腐食割れ防止のためにCrが添加されたが、焼入れ感受性が敏感なため冷却速度が遅くなると強度が出にくいのが問題で、五十嵐らの研究を受け継いだ馬場義雄はZrを添加して焼入れ感受性を鈍感にしたAl-Zn-Mg-Zr合金7N01(7204)を世界に先駆けて開発した。さらに馬場により7204のMg量を低減させ押出性を向上させた7003が開発され、新幹線の車両構体を初め自動車のバンパーやトレーラーのコンテナ、
モーターサイクルのリムなどに適用された。

5

■ Abstract

Before World War II, Japan's aluminum industry was mainly focused on the production of aircraft materials. In the process of developing these materials, the world's strongest aluminum alloy was invented. The
use of this material in the main wings of the Zero fighter, named after the Type Zero Carrier-Based Fighter,dramatically improved its performance, helping it achieve spectacular results in the early stages of the
Pacific War. In an attempt to unlock the secrets of the Zero fighter, the U.S. military examined Zero fighter
planes that had been crash-landed and discovered that their main wings were made of an Al-Zn-Mg-Cu
alloy called Extra Super Duralumin (ESD), and had Alcoa produce almost the same alloy. This is 7075 alloy,
which became the typical aircraft alloy after the war and is still used today. It can be said that ESD is theoriginator of 7075. Focusing on the development of alloys from the discovery of aluminum to the development of ESD, we conducted a systematic survey of the development of aluminum alloys for aircraft inJapan. The relationship between the development of materials and aircraft in the postwar period was also
clarified. The main points are summarized below.
The first is the discovery of aluminum. In the 1820s, the first metallic aluminum was extracted by H. C.
Ørsted and F. Wöhler. Then, in 1855, Sainte-Claire Deville, encouraged by Napoleon III, built a plant capable of mass production. In 1886, C.M. Hall in the United States and P. Héroult in France both invented themethod of molten salt electrolysis at about the same time, which enabled mass production and significantly
reduced costs. Thus, in the 20th century, aluminum began to be widely used in kitchenware, construction,cars, etc.
Second, in 1906, A. Wilm in Germany serendipitously discovered the phenomenon of age hardening,which occurred when aluminum with copper and magnesium was quenched and left at room temperature
to harden naturally. This Al-Cu-Mg alloy was named Duralumin. It was Count Zeppelin who applied thismaterial to the framework of airships. In World War I, Germany used Zeppelin airships to bomb London
and other cities. At the same time, however, faster airplanes than airships were developed, and airplanes
went from being made of wood to being made of all-metal with Duralumin. In order to win the war, lighterand faster fighter planes were needed, and the aluminum alloy had to be even stronger than Duralumin.
In response to these demands, the Al-Cu-Mg based alloy, Super Duralumin 24S (2024) was developed byAlcoa in the United States.
Third, the Japanese Navy requested Sumitomo to develop an alloy with even higher strength than 24S.
The result was the development of Extra Super Duralumin (ESD). Isamu Igarashi and his colleagues at
Sumitomo achieved high strength with an Al-Zn-Mg-Cu alloy. However, the problem of stress corrosion
cracking remained. They established an evaluation method for stress corrosion cracking and thoroughly
investigated the effects of trace elements. As a result, they found that addition of Cr was the most effective
countermeasure and applied for a patent within a year of starting the development. This alloy attracted theattention of Jiro Horikoshi, a chief engineer at Mitsubishi who was working on the design of the Zero fighter
prototype. After hearing Igarashi's explanation, he realized that the weight of the plane could be reduced
by 30 kg, and he immediately requested permission from the Navy to use the alloy in extruded materials. As
a result, he succeeded in reducing the weight of the Zero fighter by using ESD as a spar of the main wing.
Fourth, at the time of World War I, Japan did not have the machinery, equipment, or human resources tomass produce aluminum alloy sheets. Since Japan was the victor against Germany in World War I, it wasable to learn German technology as part of the reparations. After World War I ended, Alcoa expanded into
Japan to sell aluminum ingots, and worked with Sumitomo to build a plant to manufacture aluminum sheets,
extrusions, and forgings. Japan's manufacturing technology was based on those of Germany and the United States. However, by the time of World War II, Alcoa had further developed its manufacturing technology,
perfecting continuous casting technology and tandem hot rolling technology, and the Pacific War createda huge technological gap between Japan and the United States.
Fifth, after World War II, Japan was prohibited from manufacturing and researching aircraft, and many
aircraft developers moved on to railroad cars, automobiles, and motorcycles. The use of aluminum for the
body structure of railroad cars was considered, and Al-Zn-Mg-Cr extrusions, which had been researchedand developed before the war, were applied. Cr was added to prevent stress corrosion cracking, but thistime it was difficult to obtain high strength when the cooling rate was slow because of high quench sensitivity. Yoshio Baba, who continued the research of Igarashi, developed Al-Zn-Mg-Zr alloy 7N01 (7204)
with low quench sensitivity by adding Zr, ahead of the rest of the world. In addition, Baba developed 7003,
which has improved extrudability, achieved as a result of reducing the amount of Mg in 7204, and this has
since been used in Shinkansen train bodies, automobile bumpers, trailer containers, and motorcycle rims.

■ Profile吉田 英雄

Hideo Yoshida

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
・1975年
・1975年
・1988年
・1991年
・1996年
・2004年・2007年・2009年・2013年・2015年・2017年
・2020年

京都大学大学院工学研究科修士課程修了
住友軽金属工業株式会社入社
同，技術研究所 金属材料研究部
主任研究員
学位授与 工学博士（京都大学）
同，研究開発センター 第一部長
同，理事 研究開発センター 特別研究員
同，常務執行役員待遇理事
研究開発センター 常務研究員
軽金属学会副会長
研究開発センター顧問 その後合併により株式会社UACJ 技術開発研究所顧問
軽金属学会賞受賞
UACJ退社，超々ジュラルミン研究所設立
軽金属学会名誉会員
日本金属学会フェロー認定■ Contents
1. はじめに… ………………………………………… 386
2. 19 世紀におけるアルミニウムの発見と		製錬技術の確立 … …………………………… 387

3. 20 世紀における急速なアルミニウムの		

地金の生産と市場の形成… …………………… 392

4. ジュラルミンおよび超ジュラルミンの開発… … 401
5. 日本におけるアルミニウム材料の生産… ……… 421
6. 日本のアルミニウム合金の研究開発… ………… 439
7. 超々ジュラルミンの開発… ……………………… 447
8. 堀越二郎と艦上戦闘機…………………………… 461
9. アルコアの 7075 開発と ESD 以降の		

日本の合金開発………………………………… 470

10. 第二次世界大戦後の航空機材料の発展… …… 477
11. おわりに… ………………………………………… 489

1 はじめに

戦前の日本のアルミニウム工業は航空機用材料の生産

ラルミンにケイ素を添加した超ジュラルミンが開発されが中心であった。その材料開発の中で世界に誇る超々た。これに対し、米国ではジュラルミンのマグネシウム量

ジュラルミンが発明された。それが零戦に採用されたこを増やした 24S がアルコアで開発された。これが DC-3とで零戦の性能を飛躍的に向上させ、零戦は先の戦争で最初に使用され、世界各国もこれに倣うようになった。

初期には華々しい成果をあげた。米軍は零戦の秘密をなぜ米国で 24S が開発できたのか、なぜ英独そして日

解き明かそうとして、撃墜や不時着した零戦を調べ、そ本では開発できなかったのかを明らかにする。

の主翼に Al-Zn-Mg-Cu 系合金の超々ジュラルミンが使

日本の海軍も当初、英独に倣ってケイ素を含有した超用されていることを明らかにし、アルコアに同じような合

ジュラルミンの開発を行っていたが、1935 年になって急金を作らせた。これが 7075 であり、戦後の代表的な航遽 24S に切り替えた。そして同時に 24S よりも高強度で空機用合金となり現在でも使用されている。

60 kg/mm2 が得られる合金開発を住友に命じた。住友

この超々ジュラルミンがなぜ日本で発明できたのか、は五十嵐勇を中心に合金開発を進め、一年以内という

欧米よりも研究開発力が遅れているとみなされていたに短期間で結果を出した。合金開発のポイントは強度と加もかかわらず可能となったかをアルミニウムの発見やジュ工性を兼ね備えた成分で、応力腐食割れを生じさせな

ラルミンの開発の歴史に遡って明らかにする。それによっい合金であった。強度と加工性は過去に研究された合て本調査の目的である材料開発の系統化調査ができる

金を組み合わせることでできた。問題は応力腐食割れでと考える。なお戦後の航空機用アルミニウム合金の開発

あるが、このために割れの評価法を明らかにし、負荷応は、日本での航空機開発がないためほとんど欧米によ力と腐食環境の影響を徹底的に調べた。その結果クロるもので、概略だけ述べることにした。

ムを添加することで解決でき、Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Cr 系

アルミニウムは英国人のデービーによってその存在が明らかにされ、それを化学的方法によりエールステッド間で開発できたかその理由を明らかにする。

やヴェーラーによって抽出され、さらにフランス人ドヴィ

この合金に注目したのが三菱の堀越二郎であった。

ルによって量産されるまで約 30 年、しかしドヴィルのア

彼はこの合金を用いれば 30 kg 軽くすることができるとルミニウムは「粘土からの銀」と言われるように非常に試算し、海軍に使用許可を願い出て、海軍も押出材で高価であった。その約 30 年後、米国のホールやフランの使用を許可した。堀越は当時試作していた十二試艦スのエルーにより溶融塩電解法が発明され、アルミニウ

上戦闘機（零戦の試作機）主翼桁に採用し軽量化に成ムが安価に製造でき、広く利用できる金属となった。こ功した。

の安価に製造できた背景を説明する。

386の超々ジュラルミンを開発することができた。なぜ短期

戦後は航空機材がなくなり、それに替わって鉄道車両

高強度合金を追求する中で、ドイツ人のヴィルムは偶然の構体に高強度で押出が容易な Al-Zn-Mg-Zr 合金が開にも、アルミニウムに銅とマグネシウムを添加して、高温か発された。この合金にはクロムに替わってジルコニウム

ら焼入れし、室温で放置すると非常に硬くなる時効硬化が使用されたことである。この開発にも五十嵐の研究を現象を発見した。アルミニウムではこうした現象が Al-Cu-

受け継いだ馬場義雄の独創的な研究が生きている。

Mg 系、Al-Mg-Si 系、Al-Zn-Mg 系合金で生じることが現在、航空機材料は輸入材が８割以上を占めていて国明らかになり、合金開発が促進された。ヴィルムの発見し産材の割合は非常に少ない。航空機材のマーケットが他た Al-Cu-Mg 合金はジュラルミンと命名された。

のアルミニウム製品と比べて非常に小さいために、技術開

この材料に目をつけたのがドイツではツェッペリン伯

発も材料開発もできず、欧米や中国に完全に遅れをとって爵である。彼の開発したツェッペリン飛行船に適用されいるのが現状である。これを打開することが今後の日本にた。硬いジュラルミンがどのように加工されたかを明らかとって重要である。本報告書でもこのための技術方策をにする。ツェッペリン飛行船は第一次世界大戦のロンド提示したが、五十嵐勇や馬場義雄のような高強度材料のン空襲などで活躍したため、各国の軍事関係者は注目

開発のできる人材の育成がまずは必要である。

し、自国で飛行船を作ることを試みた。飛行船とともに戦前の超々ジュラルミンの開発の歴史からその教訓を戦闘機などの飛行機も性能が向上した。特に戦闘機は学び、今後の材料開発に生かし、世界に誇れる最高強

軽量で高速で飛行することが求められために、さらに高度の材料が開発できれば、技術の歴史、その系統化技

強度の超ジュラルミンの開発が要求された。英独ではジュ術を学ぶことに意義があると考える。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

2 19 世紀におけるアルミニウムの発見と製錬技術の確立
2.1 アルミニウムの発見

18 世紀には alum は金属の酸化物と考えられ、英国では alumina と呼ばれた。1808 年英国のデーヴィ（Humphrey Davy）は、明礬（alum）に因んでその

古代エジプトでは、採掘して得られた明礬の一種

金属にアルミアム（alumium）という名を与えた。そ（Alumen）が繊維や皮革の染色に用いる色揚げ・色の後アルミナム（aluminum）に改称、さらにその後留め（媒染）剤、なめし剤として用いられた。また消フ ラ ン ス の ド ヴ ィ ル（Henri Sainte-Claire Deville）

毒性、収斂性があるので止血・殺菌・消臭等の用途にによりアルミニウム（aluminium）と正式に命名されも用いられた 。ミョウバンの利用法についてはプリる 1）。以後、現在でも学術的にはアルミニウムの表記

ニウスの博物誌に詳しく述べられている 2）。フォーブに２種類あり、欧州では aluminium が一般的である

スの「古代の技術史」ではメソポタミアでは明礬石が、米国では aluminum が主に用いられている（注）1）（Alunite）を水で煮ることで明礬を作ることも行われたとある 3）。ベックマンの「西洋事物起原」によれば（注 ）米国では 1828 年の Noah Webster's Diction-

ローマ人が alumen と称していたものは緑礬（鉄の緑ary が aluminum を採用しているが、1890 年代半色硫酸塩）だとのことである 。天然の明礬は地中にばまでは両方が使用されていた。公式には 1925

存在することは稀だからである。彼によれば明礬の製

年 The American Chemical Society が Aluminum

造技術は 12 世紀以降東洋から伝わってシリア、トルを採用したことによる。一方、世界的には The

コに伝播し、15 世紀にはイタリアでは明礬工場が作International Union of Pure and Applied Chem-

られたとある。明礬石からの精製技術が進歩し明礬のistry（IUPAC）が公式に aluminium を採用し、現良質なものを alum と称した。アグリコラの「デ・レ・在は論文でも両方が用いられている 7）。

4）メタリカ」には図 2.1 に示すように 16 世紀当時の明礬の製造法が詳しく書かれている 5），6）。

2.2 化学的還元法
デーヴィは、アルミナ中の金属をヴォルタの電池を使って抽出しようと試みたが成功しなかった。その後
1825 年デンマークのエールステッド（Hans ChristianØrsted）が塩化アルミニウムとカリウムアマルガムから金属アルミニウムを初めて取り出したと言われている。1827 年にはドイツのヴェーラー（Friedrich
Whöler）が塩化アルミニウムとカリウムを反応させてアルミニウムを分離した 1）。1854 年にはフランスのドヴィル（Henri Sainte-Claire Deville）はカリウ
ムに代わって価格の安いナトリウムによって塩化アル
ミニウムを還元しアルミニウムを分離した。この時のアルミニウムの大きさはおはじき玉程度であった。ドヴィルは皇帝ナポレオン三世のあと押しを得て、1856
年、パリ郊外に生産能力 2 トンの工場を作り、これが最初のアルミニウム製錬工場となった 1），8）。
ドヴィルの用いた原料のアルミナはボーキサイトであった。ボーキサイトは 1821 年フランスのレ ･ ボー（Les Baux-de-Provence）（コラム参照）でベルティ

図 2.1 明礬の製造
5）
6）（G. Agricola, DE RE METALLICA, Dover, p.567. より）エ（Pierre Berthier）により発見されボーキサイトと名づけられた。この土地で赤い土が見つかり、鉱物学
航空機用アルミニウム合金の系統化調査387

コラム レ・ボー・ド・プロヴァンス
レ・ボーはフランスのプロバンス地方、アルル（Arles）とアビニョン（Avignon）の中間に位置し、小高い白い岩
山の上にボー一族が支配した城跡（図1）が残っている。筆者はなぜここでボーキサイト（図2）が発見されたのかを確かめたくて、2006年6月ここを訪れた。
（詳細は「レ・ボーを訪ねて」、軽金属、57（2007）、p.389を参照）。な
お余談ではあるが、この城跡は観光地になっていて、松本清張の小説「詩城の旅人」（日本放送出版協会、1989
年）の舞台でもある。
この一帯はアルピーユ山脈の端に位置し、アルプス山脈とピレネー山脈が形成された時の地殻変動で海底から隆起してできた石灰岩の地層である。ボーキサイト鉱床は一般に母岩と成因によりカルスト型ボーキサイト鉱床とラテライト型ボーキサイト鉱床に分類される。カルスト型鉱床は炭酸塩の分解とそれに伴うAl珪酸塩の風化に由来する残留アルミニウムの濃集によって形成されたアルミニウム酸化物鉱床である。レ・ボーのボーキサイトは白亜紀前期あるいはジュラ紀の石灰岩の風化作用によって生成し、鉱床生成後に沈降して海中に没してその上に白亜紀中後期の石灰岩堆積しその後再び隆起して現在に至ったもので、カルスト型ボーキサイト鉱床と言われている。
その主要分布地域は地中海北岸、ジャマイカ、米国である。レ・ボーの鉱床は掘り尽くされている。ラテライト型鉱
床はAl珪酸塩岩から亜熱帯ないし熱帯気候の条件下でラテライト風化作用によって形成され、世界のボーキサイ
トの約90%を占める。北および南西オーストラリア地域、西アフリカ地域（主としてギニア）、南アメリカ（ギアナ楯状地、ブラジル楯状地）、インド地域、東南アジア地域に分布する。
（嶋崎吉彦・岡野武雄：産総研地質総合セン
ター（旧地質調査所），地質ニュース 1964年10月号 No.122, pp.28-39.）

図 2 レ・ボーの観光案内所の入り口に展示されているボーキサイト鉱石 10）

図 1 ボー城の跡，写真上の丸く囲った場所が採掘跡（観光案内書レ・ボーより）者のベルティエに分析を依頼したところ、鉄分が少な

して加熱した図２.2 に示す炉に E から投入して溶融

くて鉄鋼業者を失望させたが、アルミナの成分が多い

させ反応を促進させ、その結果スラグは炉の底に沈降ことが分かった。35 年後これに目をつけたのがドヴィする。レンガ D を取り除くとスラグとアルミニウム

ルであった 。

が坩堝 J に流れ込む方式である 9），10）。

9）

388

ドヴィルの化学的還元法は塩化アルミニウムをナト

彼の作ったアルミニウムの平均の純度は 97% でリウムで還元する方法である。図 2.2 に示すように塩あった。ドヴィルの作ったアルミは 1855 年のパリ万化アルミニウムはアルミナ、塩化ナトリウム、粉砕し博で「粘土から得た銀」（l'argent issu de l'argile, theた石炭を混合し加熱した中に塩素を通して作る。そのsilver from the clay）と呼ばれ、非常に高価なもので後フラックス、ナトリウム、塩化アルミニウムを混合あった。もともと甲冑を軽くしたいとの思いを持って

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. Marchいたナポレオン三世は大のアルミ好きで、特に大切な方法は 1889 年に米国で、エルーの方法は 1888 年フラ

客には金や銀ではなくアルミ製フォークやナイフ、スンス、ベルギー、イギリスなどで特許が取得された。

プーンで接待したとの逸話は有名である。しかしなが彼らの電解炉構造の概略図を図 2.5 に示す 13），14）。最ら、ドヴィルの化学的還元法では、まだまだ高価なナ

近のプリベーク式電解炉の構造の模式図を図 2.6 に示トリウムを用いなければならないことと、不純物の鉄す。彼らの方法は実質的に同じ方法なので、「ホールやケイ素が多くなり、耐食性に乏しいため用途が限ら･ エルー法」と呼ばれている。彼らは同年の生まれで、れるといった問題があった。このため電気化学的に抽発明も同年、亡くなったのも同じ 1914 年で歴史の偶出する方法も試みられたが、大量の電力を必要とした然である。このため二人は Aluminum Twins と呼ばため工業的には実現しなかった。おりしも 1870 年発れた 9）。

電機がベルギーのグラムによって発明され、1878 年には英国で世界最初の水力発電が行われた。

（注）F. F. ジュウェット：1844 年生まれで、イェー

L

ル大学で化学と鉱物学を学び 1870 年卒業、1873E

年から 1875 年、ドイツのゲッチンゲン大学で化学を研究し、アルミニウムの分離に成功したヴェー

R
C

H
D

ラー教授と出会った。1876 年イェール大学総長かBら東京大学で科学を教えるよう推薦され、翌年東JI

京大学の教壇に立った。1880 年、日本を離れ、36
歳でオーバリン大学の化学・鉱物学の教授となった。

図 2.2

ドヴィルの化学的還元法 9），10）

ホールは大学に入学してジュウェットと会い、ヴェー
ラー教授からもらったアルミニウムの小片を見せられ、「アルミの経済的製法を発明したものは人類に恩恵を与えるだけでなく、巨万の富を得ることができ

2.3 溶融塩電解法

るだろう」といわれ、ホールのアルミに対する関心はいっそう深まったとのことである 15）。

1886 年 2 月 23 日、米国の 23 歳のホール（Charles
Martin Hall）（図 2.3 左）は電気分解によるアルミニ
ウムの製造に成功した。彼はオハイオ州オーバリン大学（Oberlin College）で指導教官の F. F. ジュウェット（Frank Fanning Jewett）教授（注）の下でアルミニウムの分離に取り組み、1885 年に大学卒業した後も研究を継続していた 11），12）。彼の方法は氷晶石を溶剤にしてアルミナを溶かし、その溶融塩を電気分解してアルミニウムを還元抽出するという画期的な方法であった。1795 年グリーンランドで発見された氷晶

図 2.3

ホール（左）16）とエルー（右）17）

石は、アルミナの融点（2,050℃）を 1,000℃以上も下げ、

ホール ･ エルー法は従来のドヴィルの化学的還元法

980 ～ 1,000℃で溶融することができ、アルミニウムに比べて大幅にコストを下げることができ、純度もの製造を容易にした。ホールの発明とほぼ同時に、フ99.7% 程度まで向上した 13）。この発明には水力発電、

ランスのエルー（Paul Louis Toussaint Héroult）（図 2.3

そのためのベルギーのグラム（Z.T. Gramme）による右）も同じ方法を見出した。エルーはサント・バルブ

直流発電機の発明とグリーランドで発見された氷晶石学校でドヴィルのアルミニウムの研究のことを学び、が大きく関わっている。アルミナに氷晶石を加えるこ

15 歳のときに彼の有名な論文を読んだ。1885 年相続とで銅の融点と同じくらいの温度まで下げることがでした小さななめし革工場の蒸気機関とダイナモを利用

き、工業的に製造が非常に容易になった。

してさまざまなアルミニウム化合物の電気分解を試みた結果、アルミニウムの分離に成功した

。

8），9）

図 2.4 は ア ル コ ア の 前 身 Pittsburgh Reduction
Company の製錬設備とその電解炉を示す。ホールのエルーはスイス資本とドイツ資本の合弁会社 AIAG を設立し、ライン川上流のスイスのノイハウゼンに工場を作
りライン川瀑布の電力を利用して製錬を始めた。
一方、ホールはピッツバーグで会社を設立し製錬を
航空機用アルミニウム合金の系統化調査389

始めた。当初は火力発電で始めたが、ナイアガラ滝の発電所ができると最初の顧客になった。これがのちのアルコアになる。1888 年にはオーストリアのバイヤー（K.J. Bayer）が、図 2.7 に示すようなボーキサイトを処理してアルミナを得るバイヤー法を発明して、このアルミナがホール・エルー法の原料となった。これはボーキサイトを苛性ソーダに溶かし、アルミン酸ナト
リウム液とし、これを加水分解し水酸化アルミニウムを晶析させ、これを焼成し水分を除去してアルミナを（a）ホールの電解炉製造する方法である。アルミナは明礬石だけでなく、
霞石、礬土頁岩などいろんな鉱石に含まれているが、特にケイ酸が少なく、アルミナが約 50％以上含まれるのがボーキサイトである。

図 2.4 アルコアの前身
Pittsburgh Reduction Company の電解炉 13）

図 2.5

図 2.6

390

国立科学博物館技術の系統化調査報告（b）エルーの電解炉
ホールとエルーの電解炉構造の模式図 14）

最近の電解炉の模式図（プリベーグ式）

Vol.31 2022. Marchボーキサイト( Al 2 O3・ Fe2 O3・ SiO2・ TiO 2 )加水分解
水酸化アルミニウム
Al(OH) 3

クラッシャーK. J. Bayer（オーストリア）

フィルター

1888 年 バイヤー法(湿式法)
ボーキサイトをNaOH 水溶液で高温処理→Al2 O3 分抽 出し
Al(OH) 3として回収 →加熱焼成し、 Al2 O3 を得る

赤泥
焼成

アルカリ溶解アルミン酸ナトリウム(NaAlO 2 )アルミナ(Al 2 O3 )

図 2.7 バイヤー法

参考文献
1） 小林藤次郎：アルミニウムのおはなし , 日本規格協会 ,（1985），5.
2） 中 野定雄ほか：プリニウスの博物誌３, 雄山閣 ,（1986），1343-1482.
3） フ ォーブス：古代の技術史（下１），平田寛ほか監訳 , 朝倉書店 ,（2008），196.

https://fr.wikisource.org/wiki/Les_Merveilles_de_la_science/L%E2%80%99Aluminium（2021.11.28）
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d701_-_Fig._437_%E2%80%94_Four_pour_la_
pr%C3%A9paration_de_l%E2%80%99aluminium.
png（2021.11.28）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査391

3 20 世紀における急速なアルミニウムの地金の生産と市場の形成

したが、二ヶ月後の 1888 年 10 月１日にピッツバーグ・

3.1 アルミニウム工業の形成
３. ３. １

リダクション社（The Pittsburgh Reduction Company）に変更 6）、1907 年には今日のアルコア（Aluminumホール・エルー法によるアルミニウムの生Company of America = ALCOA）に改称した 6）。

産開始
エルーは新しい溶融塩電解法の工業化のため、最（注 1）面白いことにこの会社の最初の名に Aluminum

初は化学的還元法でアルミニウムを製造していたアでなくAluminium が用いられていることで、当時、レ・カマルグ社（Produits Chimiques d’Alais et de la

米国でも両方の綴りが用いられていたことを物

Camargue）の A.R. Pechiney に特許を売ろうとした

語っている。この会社が Aluminum を用いたのは、が断られため、まず 1888 年スイス資本とドイツ資本

印刷屋が同社の或る便箋に Aluminium の i を不注の合弁でアルミニウム・インダストリー社（Aluminium

意で抜かしてしまったが、その印刷屋が倒産してIndustrie A.G. 略称 AIAG、後のスイスアルミニウム）

しまい刷りなおすための 300 ドル支出するよりこを設立し、スイスのノイハウゼン（Neuhausen）に工のまま使おうと決めたからだとの真偽のほどのわ場を建設し、ライン川の瀑布を利用した水力発電でアからぬ逸話が残っている 5）。同社は 300 ドルの支

ルミニウムの生産を始めた。その後、フランスの So-

出さえままならないのが実態だったそうである。

ciété Électrométallurgique Française に実施権を与えグルノーブルの近くのフロージュ（Froges）に 1889
年最初のアルミニウム工場を設立した 1）〜 3）。
エルーの申し出を断った A.R. Pechiney は、フロージュでの生産に危機感を覚え自らの会社を閉め、電解法での生産に変えるため、1897 年フロージュの会社を買収し、1921 年、アレ・フロージュ・カマルグ社
AFC（Compagnie des Produits Chimiques et Électrométallurgique d’ Alais、Froges et Camargue、その後ペシネー社（Pechiney））と名称を変更した 2）。
イギリスでも、1894 年ブリティッシュ・アルミニウム社（British Aluminium Co.、Ltd.）が設立され、エルーの特許を譲り受けてスコットランドのフォイ
ヤーズ（Foyers）で生産を始めた。エルーの特許権の保護のもと、製造会社も 4 社に限定されていた。欧州でのアルミニウム生産量は 1890 年には 150 トンであったのが、
1900 年には 4100 トンまで増大した。図 3.1は 1860 年から 1900 年までのアルミニウム地金価格の変動を示す 4）。アルミニウムの価格もこの 1889 年か

図 3.1 1860 年から 1900 年までのアルミニウム地金の価格 4）（*1GBP=$5、1880-1920）

ら 10 年で 1/10 程度まで低下したことがわかる。溶融塩電解法によりアルミニウム地金の大幅なコストダウンが可能となった。

ドヴィルによれば 1855 年のパリ万博では $90/lb

1901 年エルーの特許が切れると多数の企業が操業（注 2）であったが、その２年後には $27/lb まで下がを開始した。欧州では 1913 年には 11 企業、20 工場

り、1859 年には $17/lb、ホールが発明した年 1886 年に達し、世界生産の 57％を占めるようになった 。

には $8/lb（1886 年 $1 ＝ 2020 年 $29.21）に下がって

1）

一方、ホールは 1888 年 7 月 31 日にピッツバーグでいた。ホールのプロセスで 1889 年には $2/lb、その新会社を設立した。当初、ピッツバーグ・アルミニウ

後量産が進むにつれて 1891 年には $1.50/lb、1893 年

ム 社（Pittsburgh Aluminium Company、 注 1） とには $0.75/lb まで下がった 7）。

5）

392

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

（注 2）現在の価格で比較すると、当時の 1 ドルはスリナム、ギアナなどにも鉱区を拡大して行った。

現 在 の 28.18 ド ル（1855 年 $1 ＝ 2020 年 $28.18）。

北米のアルミニウム生産量は 1900 年の 3,200 トン

過去のドル価値と現在のドルの価値の比較は参考文

から 1913 年には 27,400 トンと急激に増加した。1900

献 8 を参照のこと。

年頃のアルミニウム市場は家庭用器物が 50％、つい$90/lb = $5,586/kg（2021.5.5）、1 lb = 0.454 kg、で鉄鋼脱酸剤が 25％であったが、その後送電線、自$1 = 109.34 円（2021 年 5 月 5 日）とすると 610,773

動車部品、機械部品、容器の蓋などに利用されるよう

円 /kg。現在の金や銀と比較すると、
Au: 7,000 円 /g、になった 1）。

Ag : 100 円 /g の中間。ナポレオン三世の時代アル
ミニウムは「粘土からの銀」と呼ばれた。現在（2021
年 9 月 1 日）のアルミニウム地金の LME（London
Metal Exchange）価格は $2.718/kg（=  299.64 円 /kg）9）（1 ドル = 110.24 円）

3.2 大量生産時代
1925 年当時のアルミニウムの用途として約半分は鋳物用、残り半分は板材、線材、棒材（角、丸）、管1888 年 12 月、日産 6 ポンドの生産であったが、そ材の純アルミニウム製品、粉末、箔、粒状形状の製品の後、さらに新工場を建設して、1900 年には 3,200 トになった。米国ではアルミニウムの消費量の 40％がンにまで増加した。電力は当初火力発電であったが、自動車用製品に用いられた。板製品の用途としては台そ の 後 低 廉 な 水 力 発 電 に 切 り 替 え た。1893 年 ナ イ

所用品、容器、タンク、炊事用品、多様な化学工業用

アガラ・フォールズ電力会社（Niagara Falls Powerの装置、自動車の車体に用いられた。線材としては電Co.）から電力を買っていたが、1896 年にはこの会社

気製品の配線、高圧の送電線用の電線に用いられた。

を買収した。その後、各地の電力会社を買収して生産

鋳物材は砂型、金型、ダイカストで製品が作られ、自を拡大した。続いて 1903 年にニューヨーク州マッセ

動車部品としてクランクケース、オイルパン、ピスト

ナに電解工場を建設し、電力はセントローレンス電力

ン、ハウジング、マニフォールド、車体、小さな部品会社（St. Lawrence Water & Power Co.）と長期契に用いられた。

約を結んだが、1906 年同社を買収した。1910 年には1900 年から 1943 年までの各国のアルミニウム地金

テネシー渓谷一帯の水力発電に着手し、1914 年にはの生産量の推移を表 3.1 に示す 10）。1914 年から 1934

テネシー州に電解工場を完成させた。

年までの世界のアルミニウム地金の生産量と消費量の1899 年 に は ア ル コ ア は カ ナ ダ、 シ ャ ウ ィ ニ ガ ン

推移を図 3.2 に示 す 11）。

（Shawinigan）に製錬工場を建設し、1901 年操業を開始した。この工場の生産はノーザン・アルミニウム社（Northern Aluminium Co.）が行い、1925 年にアルキャン（Aluminium Company of Canada = ALCAN）に

表 3.1

世界のアルミニウム地金の生産量（1900 ～ 1943 年）10）

社名を改称した。アルコアによる独占体制に対する批判が 1920 年代に盛り上がり、同社は政府の勧告を受け入れ、1928 年にカナダにアルミニウム ･ リミテッド（Aluminium Limited Co.、1966 年アルキャン・ア
ルミニウム・リミテッド、Alcan Aluminium Limitedと改称）を設立し、持株を新会社へ移管した。ノーザン・アルミニウム社（ALCAN）はその中核会社となった。ボーキサイトに関しても当初はアルミナを購入していたが、原料の確保が重要となってきた。1889 年
以来ジョージア州でボーキサイトの採掘を行ってきたジョージア・ボーキサイトを買収し、1903 年イリノイ州にアルミナ工場を建設した。続いて 1904 年アー

データは「日本軽金属 20 年史」。
日本の数値は朝鮮、台湾、中国（満州）の合計。

カンソー州のゼネラル・ボーキサイト会社を、1909
年にはレパブリック鉱山会社を買収し、全米のボーキ
サイトの鉱床を独占していった。その後南アメリカの
航空機用アルミニウム合金の系統化調査393

第一次世界大戦はアメリカに膨大な軍需市場を提供
し、アメリカのアルミニウム地金の生産量は 1915 年の 4 万 1,100 トンから、19 年には 5 万 8,300 トンに急増した。大戦終了後、各国は余剰在庫を抱えたため、欧州からアメリカへの輸出が活発となり、アメリカは国内市場の防衛のため関税障壁を設けてアルコアの独占を強化することとなった。またアルコアは 1920 年
代に入ると欧州への進出を図り、ノルウェーの会社に資本参加し、フランス、イタリアの会社を買収した。
さらには欧州諸国のボーキサイト資源や水力発電の買収も行い、各地にアルミニウム加工および製品工場を建設した。このようにして、ボーキサイト鉱山、水力発電所、アルミナ製造工場、電解工場、圧延・鋳物な図 3.2 世界のアルミニウム地金の生産量と消費量の推移（1914 〜 1934）11）

どの加工工場を展開し、アメリカのみならず北米大陸
さらには第一次世界大戦後も海外の鉱山や製錬工場を系列下におき、世界最大のアルミニウム企業へと成長した。このように海外活動の多角化に伴って、国内事
業と海外事業を分離して管理することとなった。1928
年カナダにアルミニウム・リミテッド（Aluminium
Limited、1966 年 Alcan Aluminium Limited と改称）を設立し海外事業をこの会社に移管した。形式的には別会社として分離したが、大株主は共通なので、事実上アルコアの支配下にあった。その後トラスト法により 1950 年完全に分離独立した。1931 年世界恐慌に見舞われアメリカ、カナダの生産量は半減したが、国際カルテルと軍備拡張により、1936 年以降急速に拡大し、北米の生産は 39 年 22 万 3,000 トンに達し、世界全体の三分の一を占めた 1）。
1934 年から 1950 年までの世界のアルミニウム地金の生産量と消費量の推移を図 3.3 に示す

また政府は国防工場公社（Defense Plant Corpora-。第二次世tion）が新施設を自ら建設しそれを航空機メーカーや界大戦の 1943 年の 200 万トン弱がピークであること

アルミニウムメーカーに貸与する制度をつくり、アルがわかる。その需要の大半が航空機用であった。参考

ミニウム関係では DPC が 7 億ドルの資金を投じて、までに 2016 年時点での世界のアルミニウム地金の生

アルミナ工場を 2 工場、電解工場を 9 工場、加工工場

産量は 5,755 万トンに及び、1943 年の 30 倍の生産量

を 25 工場建設し民間業者に委託した。これらの大部である分をアルコアが設計・建設・運営した。1943 年には12）。その内訳は、中国が約 55％を生産し、こ12）

れにロシア、カナダを加えた 3 か国で生産量の約 2/3

83 万 4,800 トンの生産をあげた。
カナダにおいてはアルミニウム・リミテッドが海外

を占める。

394

図 3.3 世界のアルミニウム地金の生産量と消費量の推移（1934 〜 1950）11）

第二次世界大戦による軍需の増大は、図 3.3 に示事業を展開し、その直系のアルキャンがカナダ唯一のすように、アルミニウム産業の飛躍的な発展をもた

アルミニウム企業として発展した。その原動力はカらした。アメリカ政府は一層の設備拡張をするた

ナダ国内の豊富で低廉な水力電源である。1925 年サめ、1926 年以来タバコ包装用アルミニウム箔の生産

グネ川（Saguenay River）に 20 万 kw の水力発電所を行なっていたレイノルズメタル（Reynolds Metalsを建設し、4 マイル先のアーバイダ（Arvida，創立者

Corp.）に融資を行ってアルミニウム製錬事業に進出の Arthur Vining Davis の頭文字をとって命名）に新させ、アルコアの独占が事実上崩壊した。この結果、工場を建設した。その後も発電所の建設や設備の拡張

1943 年アルコアが年産 44 万トン、レイノルズメタルを行い、1943 年には 45 万トンの生産をあげ、世界第が年産 8 万 5,000 トンの能力となった。

２位を占め、カナダはアルミニウムの世界最大の輸出

11）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March国となった。同国の第二次世界大戦下 1940 〜 44 年間

断工数がかかるため（b）のように端面を屋根形状にの生産量のうち、55% はイギリス、32% はアメリカ、した。

7% はそのほか各国に輸出され、自国内の消費は 6%に過ぎなかった。

英国の国立物理学研究所（National Physical Laboratory）のローゼンハイン（W. Rosenhain）が考案しドイツの地金生産は第一次世界大戦前までは、スイた傾斜鋳造法を図 3.6 に示す 16）。写真上は彼の鋳造実ス系の Rheinfelden 製錬所が生産する年間 800 トンに

験室で写真下は傾斜鋳造機である。彼の方式はハンド

過ぎず、14,000 トンにも達していた当時の国内消費は

ルで傾斜させる方法である。図 3.7 はアルコアの鋳造輸入に頼っていた。第一次世界大戦の勃発とともに３工場の鋳塊を製造している様子を示す 17）。傾斜式炉製錬工場を建設し、1917 年国営の VAW（Vereinigte

で溶解したアルミニウム溶湯を板用の角型鋳型に鋳込

Aluminium Werke）を設立し、３製錬所と新たに建んで製造している。

設した３工場を国営及び半国営とした

。軍備拡張

13）

を背景として、1918 年には、14,100 トンであったが、３. ３. ２

連続鋳造技術1925 年、27,200 ト ン、1936 年 70,700 ト ン、1943 年

ドイツや米国ではアルミニウムの生産性を上げるた

203,100 トンと増大し、第二次世界大戦では、アメリカ、

めに、圧延、鍛造、押出用インゴットの大型化が要求

カナダ、に次ぐ世界第３位の生産国になった。日本はされるようになった。従来の金型に鋳込む鋳造方法で1943 年では世界第４位であるが、アメリカの 1/8 では介在物、偏析、キャビティ、シュリンケージ・キャ

ドイツの約半分の生産量であった。

ビティ、柱状晶、パイプ（引け巣）等の鋳造欠陥の発

ドイツは日本と同じくボーキサイトの資源を持って生が問題となったため、新たな鋳造方法の開発が必要いないので、海外、主として欧州各国にボーキサイトになった。特に結晶粒微細化と逆偏析の低減を図るた

原料を求めた 14）。第二次世界大戦前、欧州では主とめには冷却速度を上げることが必要であった。

してフランス、ハンガリー、イタリア、ユーゴスラビ

このため、
図 3.8（a）に示すように厚み 1/8 in.（3mm）ア、ギリシアがボーキサイトを生産していた。第二次の鋼の鋳型に鋳込み、一定速度で水冷する Bucket

世界大戦の始まる 1939 年以前では、ドイツのボーキ

Casting が開発されたが、鋳型に接触したアルミが凝

サイトはハンガリー、ユーゴスラビアからの輸入が多固収縮して隙間が開いて熱伝達が低下する問題があっかったが、第二次世界大戦開始後は、ハンガリー以外

た 18）。これに対し Züblin は図 3.8（b）に示すようなにヴィシー政権下のフランス、枢軸国であったイタリ

鋳造法を発明した。鋳型側面の片側を開けて、移動式

アからの輸入が増えた。ドイツの輸入量は第二次世界の平板で閉じて垂直に下げていき、先に凝固した層の大戦前までは欧州の生産量の半分を占めていたが、大上に順次 1 ～ 2 in. 深さごとに溶湯を注いでいく方法

戦中は欧州のボーキサイト生産量の 7 割にまで増加しである 18），19）。その後これらの方法を改良した方法がた

開発された。図 3.8（c）は Zunckel の開発した方法で、。世界主要企業の発展過程を図 3.4 に示す 。

13）

1）

底台が下方に移動して長尺のビレットができるようになった 20）。

3.3 生産技術の発展
３. ３. １

アルコアも 1930 年頃より従来の鋳鉄の鋳型に鋳込む方法では、インゴットサイズ 121 × 305 × 508 mm

鋳造技術（4.75 × 12 × 20 in.）が限界で、生産性を上げるため（１）傾斜鋳造法にインゴットの大型化が要求された。インゴットを大連続鋳造方式が始まる前はブックモールド方式の角型化すれば皮むき（Scalping）工程での切削量も削減

状、丸状の金型に鋳込んでいた。鋳込みの方法は傾斜できる効果もあった。1930 年、マッセナ（Massena）

鋳造法と言われるもので、鋳型に坩堝から溶湯を、ビー

工場のエノア（W.T. Ennor）によって新しい DC 鋳

ルを注ぐように鋳込んでいく方法で、その鋳込みの原造法が検討された。1934 年、エノアは底面がない鋳

理図と鋳型の形状を図 3.5 に示す型を用い、凝固した殻に直接冷却剤をあてることで。鋳型は当初傾け

15）ておき、注湯とともに立てていく。そこで使用され凝固速度を上げて組織を微細化する方法を考案したていた鋳型は図 3.5（a）に示すような湯道付き鋳型で21）あった。湯道には鉄製金網を使用し、湯口から注がれ

17S や 24S などの硬い合金では冷却中に割れが生じる

た溶湯はこの金網を通過して徐々に底部より鋳型内にことがわかった。工場関係者だけではこの問題が解決流入する。湯道も当初はつけていたが、切断ロスや切できなくなったため、ARL の物理試験部門が共同で。この方法は 2S などの軟らかい合金には適したが、航空機用アルミニウム合金の系統化調査395

図 3.4 世界主要企業の発展過程 1）（1970 年以降は原図に著者追記）

396

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March図 3.7図 3.5板用鋳塊を製造しているアルコアの鋳造工場 17）

傾斜鋳造機の原理図と鋳型形状 15）（a） Bucket（Bag）鋳造法（a）NPL での鋳造実験室（b）NPL の傾斜鋳造機
図 3.6 英国国立物理学研究所 NPL の鋳造実験室と傾斜鋳造機 16）（b） Züblin 鋳造法（c）Zunkel 鋳造法
図 3.8 鋳造法の変遷 18）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査397

取り組むことになり、工場が鋳造速度、水温と水量、秒で圧延する工程であった。熱間圧延に使用された三鋳型に接する金属の温度、合金成分のデータを集積段圧延機を図 3.10 に示す 24）。二段圧延機や四段圧延して、ARL が熱応力解析を進めることで解決できた。

機のように板の圧延方向を変えなくて一方向で圧延が1937 年末までに、DC 鋳造法はアルコア圧延工場の半可能である。二段、三段、四段圧延機の生産速度の比数までに適用され、第二次世界大戦中にはすべての較を図 3.11 に示す 24）。四段圧延機の生産性が高いこ

高強度合金が、まだ多少の割れは含んでいたが、DCとがわかる。

鋳造法で製造されることになった。エノアの鋳造法は1937 年、アルコア冶金研究者の会合で報告され、エノ

３. ３. ４

タンデム圧延技術 23）〜 27）

アは「Daddy of the DC ingot」と呼ばれた 21）。図 3.9 は

図 3.12 に熱間粗 圧延機 23), 24）と熱間タンデム圧延機

1938 年出願の特許に掲載された DC 鋳造法である 22）。

を示す。図 3.12（c）は、 第 二 次 世 界 大 戦中にアメリ
カ政 府の国 防 工 場 公 社 DPC が建 設し、管 理 運 営を

３. ３. ３

圧延技術

アルコアに委託し、戦後はカイザーアルミナム（Kaiser

熱間圧延は生産性を上げるためにできるだけ高速で

Aluminum）に払い下げられたトレントウッド（Trentwood）

行うことが必要である。このためには最適な圧延温度で製造することが重要であるが、粗圧延時の熱間割れを防ぐために熱間開始時は速度を遅くする必要がある。端面割れを防止するために Vertical edging rollが導入された 23)。通常熱間圧延は、粗圧延機と仕上げ圧延機の二つの圧延機で行われる。当時のジュラル
ミンの圧延条件は、二段熱間粗圧延機で 8 in. 厚のスラブを用いて 130 ft/min の速度で 4 in. 厚まで 50 秒、
10 パスで圧延し、その後、三段熱間仕上げ圧延機で450 ft/min の速度で、20 パス、0.280 inch 厚まで 150

図 3.10

図 3.9 アルコアのエノアの DC 鋳造法 21）398

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

３段熱間圧延機と圧延の模式図 24）

図 3.11 二段、三段、四段ロール熱間圧延機の生産速度の比較 24）

（a）熱間四段粗圧延機（c）５スタンドタンデム四段熱間仕上げ圧延機（b）タンデム四段熱間仕上げ圧延機の圧延速度の一例 24）
図 3.12

熱間四段粗圧延機 23), 24) とトレントウッド工場の５スタンドタンデム四段熱間仕上げ圧延機 25）

工場のタンデム圧延機である 25）。通常の熱間圧延は粗圧

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ンドタンデム四段圧延機）で構成されている。表面切削しhistories/pechiney-sa-history/  （2021.9.1）

た鋳塊の両面に純アルミニウムを貼り付け、その鋳塊を加3） T he Aluminum Industry, Aluminum and Its

熱炉に入れて、495-516℃まで加熱し、一定時間後に炉かProduction, edited by J.D. Edwards, F.C. Frary

ら出し、圧延温度 427-454℃まで下げて粗圧延機で圧延and Z. Jeffries, McGraw-Hill Book Company,開始する。幅広の圧延材に対しては、圧延機にターンテー（1930），35.

ブルがあり、90°
回転し幅出し圧延をする。温度が低下す

4） N.F. Budgen: Aluminium and Its Alloys, Second

るために圧延材を再加熱して次の粗圧延機に移して圧延

Edition, Pitman Publishing Corporation,（1947），を行う 。最初の粗圧延は鋳造組織を壊すことに専念で

22.

26)

き、残りの圧延機は生産性の高い非常に合理的な生産設備となっており、高力系アルミニウム合金の熱間圧延の加工熱処理に最適であると考えられる。従来の圧延機よ

5） C.C. Carr：ALCOA, An American Enterprise,  
Rinehart & Company, Inc.,（1952），25.
6） https://www.alcoa.com/global/en/who-we-are/history（2021.9.1）

り 50 倍もの速度で生産できると言われた 。
27）

粗 圧 延 機 は 可 逆 式 で 5000 馬 力 の DC モ ー タ ー で7） J.H. Donn and L.S. Sewell, Jr.: Aluminum Vol.2.

130 ～ 450 ft/min の圧延速度が出せる四段の熱間粗圧

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延機（8 → 3 in.）がある。その粗圧延機と５スタンド

8） https://westegg.com/inflation/（2021.9.1）

タンデムの仕上げ熱間圧延機の間に同じタイプの四段

9） https://www.bloomberg.co.jp/quote/

中間熱間圧延機（3 → 1 in. 以下）があり、その中間

LMAHDS03:COM（2021.9.1）

圧延機の前に再加熱工程がある。最後に５スタンドタ

10）日本軽金属 20 年史，（1959），514-515.

ンデム四段仕上げ圧延機で 0.100 ～ 0.120 in. まで圧延

11）中 島 崇 行 , 村 津 寿 美 男： ア ル ミ 業 界 , 教 育 社 ,する工程になっている。5 スタンドタンデム圧延機のロール速度、厚み、圧下率を図 3.12（b）に示す。

24）（1976）.
12）https://www.aluminum.or.jp/basic/
worldindustry.html（2021.9.1）
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13）清 水啓：アルミニウム外史（上巻），戦争とアル
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18）A. Zeerleder: The Technology of Light Metals,

40020）DR Patent 678534,（1939），filed 1935, Zunckel

Vol.31 2022. March

d=k-QDAAAAIBAJ&pg=4368,2651394&hl=ja（2021.11.22）

4 ジュラルミンおよび超ジュラルミンの開発
4.1 ジュラルミンの開発とツェッペリン飛行船
４. １. １

時効硬化の発見

ウムと 5％以下の銅を含むアルミニウム合金で、特にCu 4％に Mg 0.25 〜 0.5％を含むアルミニウム合金が効果的」として特許を申請した（DRP204543、1908年 11 月認可）。マグネシウム量 2％以下としたことにドイツのヴィルム（Alfred Wilm、
図 4.1）は 1901 年、

ついては、当時アルミニウムの強度を高めるには 2％

ベルリン近郊のノイバーベルスベルグ Neubabelsberg

以上のマグネシウム添加が必要なことは、マグナリウにある理工学中央研究所（Zentralstelle für wissen-ム（Magnalium）合金に代表されるように既に知られschaftliche-technische Untersuchungen）に招聘され、ており特許も出されていたためである。その後、系統翌年ドイツ兵器弾薬製造会社から真鍮製の薬莢をアル的な実験を行い、「マグネシウムを含むアルミニウム

ミニウム合金で代替するための開発委託を受け研究を合金の熱処理法」として D.R.P.244554（1909 年 3 月開始した。彼は Al-4%Cu 合金を鋼と同じように焼入

20 日申請、1912 年 3 月 9 日認可）の特許を取得した。

れして、引張強さ 152 〜 225 MPa、伸び 5 〜 7％を得

特許請求範囲は「工程の最後に 420℃以上に加熱し、たが、真鍮の代替には及ばなかった。1903 年この熱処

少し成形加工する場合もあるが、常温に放置すること

理法で特許を申請した（DRP170085）。その後研究を続を特徴とするマグネシウムを含むアルミニウム合金のけ、1906 年時効硬化現象を発見した。この発見にまつ処理方法」と書かれている。Wilm は先の２件を含めてわる次のエピソードは有名な話である 1），2）。

４件の特許を米国で取得した 4）。図 4.2 はヴィルムが論文に掲載した Al-3.5％Cu-0.5％Mg 合金の硬さに及ぼす室
温時効時間および焼入れ温度の影響を示す 5）。

図 4.1

アルフレッド・ヴィルム（Alfred Wilm）3）

1906 年 9 月のある土曜日、Al-4％Cu-0.5％Mn 合金に 0.5％Mg を添加した 3 mm 厚みの板材を作成し、520℃の塩浴炉で加熱後焼入れした。ヴィルムは午後の１時頃、退出間際の助手のヤブロンスキ（Jablonski）に硬度の測定を命じて計ったところ、その変化はわずかであった。その続きを翌々日の月曜日に行ったとこ
ろ著しく増加していることに驚いて、測定器をチェッ

図 4.2 Al-3.5％ Cu-0.5％ Mg 合金の硬さに及ぼす
室温時効時間および焼入れ温度の影響 5）

クし実験を繰り返した。その結果、硬さが焼入れ後 2
時間まではほとんど変化せずにそれ以降４日間にわ

４. １. ２

ジュラルミンの工業化

たって増加し、その後一定になることを確認した。ここの材料の製造については、1908 年ドイツ兵器弾の熱処理により、引張強さ 390 MPa、伸び 20 〜 25％

薬製造会社の姉妹会社でデューレン（Düren）にあるが得られた。

デュレナ・メタルベルケ（Dürener Metallwerke A.G.）

1907 年 1 月 11 日、Al-4％Cu 合金をベースに微量でのジュラルミン板の工場試作が行われたが、研究所

マグネシウム添加の影響を調べ、「2％以下のマグネシはこの発明に関心を持たなかった。これは彼が特許を
航空機用アルミニウム合金の系統化調査401

申請した 1909 年、彼を招聘した研究所長が交替した

いるとのことである 6）。Dur が用いられたのはこの合ためで、
ヴィルムの研究は中止となり、ヴィルムはジュ

金が初めてでなく、デュレナ社の開発した多くの合金のラルミンを自分の手で工業化するために研究所と交渉

トレードマークとして” DuranaMetalle” がすでに国際の上、ジュラルミンの特許を彼の名義とし研究所を辞

的にも認知され用いられていたことも関係していた 6）。

めた。幸いにもデュレナ社がヴィルムの特許の使用権

英国のヴィッカース社（Vickers Company、そのを得て、同社技術役員のベック（R. Beck）博士の協後 The Vickers Sons & Maxim Ltd.）は 1909 年、剛力のもとで工業化に成功した性の高い英海軍飛行船 ” メイフライ（Mayfly）
” の建

。

2），6）

1909 年ヴィルムとデュレナ社の間でこの新製品に造を開始した。1910 年、デュレナ社はジュラルミン

対する商品名の相談があり、ヴィルムは当初ドイツ語

を 12.75 トン生産したが、そのうち 10 トンをヴィッ

で硬いという意味の Hart をつけた Hartaluminium をカース社に供給した。しかし、この船は 1911 年 9 月、提案したが、国際市場を考え、フランス語で硬いと試験飛行のため格納庫から移動するときに、操作ミス

いう Dur を用いて Duralumin にした。Duralumin はで真二つに折れてしまった。これはこの合金が「ドイ

地名のデューレン（Düren）あるいは地名を冠したツ製」（注 1）だからとの疑いをもたれたことで、ヴィッ

会社名の Dürener Metallwerke A.G. から来たとも言

カース社は、1911 年、ヴィルムから製造の許諾を得われているが、現在のドイツ人の多くは Düraluminて自らこの合金の生産を開始した 6）。ヴィッカース社（Dürener-Alumin）より Dur-Alumin として理解しては、英国、フランス、スペイン、ポルトガル、イタリ

コラム ヴィルムの生涯
ヴィルムは1869年6月25日ローワーシレジア（Low Silesia）のハイナウ（Haynau）に近いニーダー・シェレンドルフ（Niederschellendorf）で生まれた。父は領地を所有し、母は大きな宝石商の娘であった。1886年 ヴロツワフ（Breslau、現在のポーランドのWroclaw）の王立専門学校（Königliche
Gewerbeschule）に学んだ後、ベルリンにあるシャルロテンブルグ（Charlottenburg）工科大学の化学の聴講生となり、特にウィーレン（Julius Weeren）教授の下で理論的でかつ実践的な講義を受けた。彼はまた王立鋳鉄工場（Königliche Eisengießerei）で初めて冶金学を習得した。さらにカッセルの鉱山局で３ヶ月の実習に参加してバリウム、ストロンチウム、カルシウムの分離法に習熟した。1893年11月1日ゲッ
ティンゲン（Göttingen）大学の助手となった。在籍した研究室はヴェーラー（F.W. Wöhler、1800-1882）
が50年間、研究と教育を行っていた所でその流れを引き継いで研究した。1897年3月からエッセンのゴー
ルドシュミット（Th. Goldschmidt） 社で働き、ゴールドシュミット（Hans Goldschmidt）と一緒に金属
アルミニウムで金属酸化物を還元するテルミット反応（aluminothermy法とも呼ばれる。また、この方法はゴールドシュミットにより発明されたのでゴールドシュミット法とも呼ばれる）を利用して酸化物からCr、 Mn、 Co、 Ni、 Taなどの金属を分離する研究に従事した。
1901年春には、エッセンの会社を辞めて、ノイバーベルスベルグにあるストライベック（Stribeck）教授が所長を務める理工学中央研究所に移った。1902年から、ヴィルムはストライベック教授の厚い信頼を受けてアルミニウム合金の系統的な研究を開始した。1906年、Al-Cu-Mn合金に微量のMgを添加して焼入れすると硬くなることを発見し、特許を取得した。1909年ストライベック教授がエッセンのクルップ（Krupp）社に移るために理工学中央研究所を辞めるまで合金成分や熱処理を研究した。ストライベック
教授の後任の所長は粉末の専門家で高強度アルミニウム合金には関心を持たなかったので、1909年出願の特許については、前述したようにヴィルム本人が特許権者となり研究所を辞した。
ヴィルムの晩年についてはドイツのアルミニウムセンター（Aluminium Zentrale）のハース（M.H.
Haas）博士が1935～40年頃に詳しくまとめている (*)。ハース博士によれば、ヴィルムは第一次世界大戦後
1919年、妻と６人の子供たちとともに鶏を育てることに専念するために生まれ故郷のシレジアの山村に引退した。養鶏でもアルミニウム合金で培ってきた方法で採卵鶏、中でも白色レグホーンを改良して名声を得た。その後1937年8月6日、68歳で亡くなったとのことである。
（*） M.H. Haas: Aluminium, 18(1936), 1936; 17(1935), 502; 22(1940), 497.

402

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. Marchアさらに米国で製造する権利を有した。後述するが、

ン湖近くのコンスタンツの貴族の家に生まれた。彼はメイフライ号の失敗もドイツでのジュラルミンのロー

軍人になるために 1853 年陸軍士官学校に入学した。

ル成形技術にあったようである 。

卒業後、軍人としてアメリカの南北戦争を視察するた

7）めにアメリカに赴き、ミシシッピー川の河畔で偵察用（注 1）当時のドイツの技術は発展途上の新興国との繋留気球に乗ったこと、さらにその後プロイセン・

同じで経済発展が凄まじく、生産量は増大したが、フランス戦争に参加し、フランスは通信手段として有製品の品質面ではまだまだイギリスには劣ってい人気球を使用していたことがわかり飛行船の研究を始たと考えられる。当時のイギリスでは安価な汎用めた。軍隊を１年間休職してチュービンゲン大学に通品で「メイド・イン・ジャーマニー」と言えば、いエンジンについて学んだ。軍務のかたわら飛行船

粗悪輸入品の代名詞であった 8）。しかしながら当の研究を行い、彼の行き着いた飛行船は 20 人が乗れ、時のハイテク部門の電機と化学の両部門や物理や郵便物を運ぶ巨大なものであった。彼の構想を実現す

化学などの自然科学の分野ではドイツは完全に世るために、1890 年ドイツ皇帝ヴィルヘルム 2 世に飛界をリードしていた。

行船構造を進言したが理解されず、自ら飛行船を作るべく 1890 年陸軍少将を退役した 9）。

４. １. ３ツェッペリン（Zeppelin）飛行船 9）（１）ツェッペリン伯爵
ジュラルミンはまず飛行船に用いられた。有名なツェッペ
リン飛 行 船はツェッペリン（Ferdinand Adolf Heinrich
August Graf von Zeppelin）伯爵 9）（図 4.3）によって発明された。ヴィルムやツェッペリンが生きた時代背景をまず述べておく 8）。  
1869 年ヴィルムはプロイセン王国で生まれた。当時のドイツは 1861 年プロイセン王ヴィルヘルム 1 世が即位し、そのもとでプロイセン王国の首相にビスマルクが就任すると、「鉄血政策」によってドイツ統一に努め、鉄血宰相と呼ばれた。彼はプロイセン・オー
ストリア戦争で隣国オーストリアの影響を排除し、北ドイツ連邦をまとめ、さらにプロイセン・フランス戦
争によりバイエルン王国などの南ドイツ諸邦を束ねて

図 4.3

ツェッペリン伯爵 9）（２）軟式飛行船 7），10）

1871 年ドイツ帝国を成立させた。ドイツ帝国成立と飛行船が発明される前には、空気を加熱して浮力をともに初代宰相となり、皇帝の厚い信任のもとで、約得る熱気球で空を飛ぶことがなされた。その後水素が20 年間、帝国の発展とドイツの国際的地位の向上に発見されると水素気球が主流となったが、気球には飛努めた。しかし、1888 年に若きヴィルヘルム２世が行は風まかせで思う方向に飛んで行けないという欠点

即位すると、ビスマルクのドイツ帝国を「守る」政策があった。その後ゴンドラにプロペラを取り付け、手に不満を抱きビスマルクを引退させ親政を開始した。

回しで操縦できる気球ができるようになった。これを彼は「世界政策」を唱えて海軍力増強などで軍備拡張契機にプロペラと原動機をつけ操縦できる飛行船が開し、「守り」から「攻め」の政策に切り替えた結果、発された。その後、蓄電池を用いて電気モーターで駆ベルリン、ビザンチン、バグダードをバグダード鉄道

動する飛行船がフランスで開発された。1884 年シャで結ぶ 3B 政策ではイギリス、フランス、ロシアと対ルル・ルナール（Charles Renard）の全長 50 m、最立して、第一次世界大戦を引き起こすきっかけを作る

大直径 8.5 m、モーター出力 9 馬力の飛行船 “ラ・フことになった。竹中享によれば、この「帝政ドイツのランス（La France）” が時速 24 km を出し、大成功時期に経済規模は 4 倍弱に成長し、ことに工業の伸びをおさめた。しかしながら推進装置の重量が大きいたは 6 倍近くに及んだ。農業国から欧州随一の工業大国めに実用化にならなかった。1885 年、ドイツのカール・へと躍進した。特にヴィルヘルム 2 世の時代はドイツ経ベンツ（Karl Friedrich Benz）とゴットリープ・ダ

済がとりわけ好調な時期だった」とのことである。 。

イムラー（Gottlieb Wilhelm Daimler）が別々に実用

8）ツェッペリンは 1838 年 7 月 8 日ドイツ南部ボーデ

的な４サイクルのガソリン・エンジンの開発に成功し、
航空機用アルミニウム合金の系統化調査

403

これを機に飛行船の実用化は一気に進んだ。しかし、年 12 月特許を申請した。彼は全財産を投じて 1898 年自これまでの飛行船はガス漏れしない柔軟な外皮の中にら飛行船建造会社を自分の生まれ故郷に近いスイスとのガスを満たした軟式飛行船で、高度や温度に応じて膨国境にあるボーデン湖畔のマンツェルに設立した。

張・収縮するために構造的にあまりに大きくすること

ツェッペリンの飛行船の構造は従来のガス嚢に水素ができず、悪天候の気流に耐えることができなかった。

を詰める軟式飛行船ではなく、金属で骨組みを作り、外皮（麻布か木綿布）で覆ってその中に水素ガスを詰（３） 硬式飛行船

めたガス嚢（注 2）を数個並べるといった硬式飛行船

7）ハンガリー生まれのユダヤ人で材木商のダヴィッであった。その理由は（１）船体を金属の骨組みで作ト・ シ ュ ヴ ァ ル ツ（David Schwarz） は、1892 年、

れば、飛行船が大型になっても、また多少ガス嚢がしロシア人研究者が提案した外皮に金属を用いた硬式飛

ぼんでも変形しないこと、（２）水素ガスを数個のガ行船をロシア政府の支援で作ることになった。金属はス嚢に分散して詰めれば、その内の 1 つに穴が開いてカール・ベルグが製造したアルミニウムを使うことにガスが流出しても安全であることであった。船体の骨なったが、残念ながら金属の外皮はガス充満中に壊れ組みは鉄で作るつもりだったが、重くなることが懸念て失敗した。その後、1894 年に彼はプロシアにこのされ、アルミニウムが用いられた。ツェッペリン伯爵

飛行船を提案した。この時はツェッペリンの二つの飛は当時硬い合金と言われていた亜鉛アルミニウム合行船を前後に繋いだ列車型飛行船とのコンペになり、金を採用した。亜鉛アルミニウム合金というのは亜鉛

シュヴァルツのデザインが採用された20％程度含んだ合金のことである 7）。

。シュヴァ7），10）

ルツの飛行船は図 4.4 に示したように全長 47.6 m、直径 12 m の円筒状で片側に円錐をつけた構造でこの中（注 2） 初期の飛行船のガス嚢は気密性の高いことに水素ガスを満たし、ダイムラー 12 馬力エンジンををはじめ、軽く、柔軟で、湿気を吸いにくいこと

載せ、ベルトで 4 個のプロペラを回すことになっていが要求される。一般にその素地は目の細かい木綿

たが 、完成を見ずにシュヴァルツは亡くなった。彼

布で、内面となる側にゴムを薄く塗り、その上にの死後 1897 年 11 月、初飛行したが、ベルトにトラブ

牛の盲腸を切り開いて加工したゴールドビーター

ルが生じ墜落して２号船も失敗した。

ズ・スキンを特殊なニカワで一重または二重に貼7）り、さらにその上に塗料を塗ってガスの漏洩を少なくしたものである。１頭の牛から得られる盲腸の大きさは 700 × 150 mm ～ 1,000 × 250 mm であるから、大型硬式船一隻、例えば 16 個のガス嚢を持った R 101（英国の硬式飛行船）に必要な牛の盲腸は約 15 万頭分とのことである。ガスの漏洩度は 24 時間につき、0.1 〜 1.0   ℓ/m2 といわれた。米国の飛行船では木綿布にゴム・ラテックスやゼラチン・ラテックスを塗ったものが用いられ
図 4.4 シュヴァルツの飛行船 11）た 10）。
1900 年 6 月、全長 128 m、直径 11.65 ｍのツェッペ

404

シュヴァルツとのコンペでは、ツェッペリンのアイ

リン第一号硬式飛行船 LZ1（注 3）が完成した。ツェッ

デアは選定委員会では採用されなかったが、委員からペリン伯爵はジュラルミンに変える 1914 年まではこはツェッペリンの考えに感銘を受け建設的な意見が出の材料を用い続けた。当時のジュラルミンは同じ重さされた。その意見をまとめた陸軍省（War Ministry）のアルミニウムに比べて 2.5 ～ 5 倍の強度を持っていからの手紙には、葉巻状にして外皮で覆い、内部はシュたが、1910 年当時、飛行船の桁に必要な断面形状を

ヴェトラー（J.W. Schwedler）が考案した正多角形の製造することが困難で、当初、ツェッペリンはこのた

リング状肋材（フレーム）を長手方向に一定間隔毎にめ採用を拒否した。図 4.5 はツェッペリン飛行船 LZ1配置しワイヤーで固定した構造にすべきであるとの重の内部構造とボーデン湖上の離陸する LZ1 である。

要な提案があった。ツェッペリンはこの構造が採用さ

LZ1 は正 24 角形の筒状でアルミニウムの骨組みの上れる可能性が高いと判断し硬式飛行船を設計し、1897に羽布を張り、内部に水素ガスを詰めた 17 個のガス

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March行船は 1909 〜 1918 年で 22 隻（SL1 〜 SL22）が建造された。
ドイツは、1914 年までにジュラルミンで部品が製造可能なレベルになり、代替案として考えられていた
マグネシウム合金より優れていたことが証明された 7）ため、この合金は 1914 年、独海軍ツェッペリン飛行
船用に規格登録され、1914 年の LZ26 からジュラル
ミンが使われ、1916 年までに 720 トン生産された 13）。
図 4.6 はフリードリッヒスハーヘンにあるツェッペリ
ン博物館に展示されている飛行船の骨格とそのロール成形工程を示している 7）。メイフライ（Mayfly）号の
図 4.5

ツェッペリン飛行船 LZ1 の内部構造（上）10）とボーデン湖上で初飛行直前の LZ1（下）12）

失敗もジュラルミンのロール成形技術にあったようである。メイフライ号の製造に当たっては、ドイツで基本形状に加工された材料を英国に輸入したが、これ嚢を収納する構造であった。以後、40 年間ツェッ10），12）らの 75％は所定の形状にロール成形ができていない。組みために用いることができなかったといわれている 7）。

立てはフリードリヒスハーフェン（Friedrichshafen）

ジュラルミンが飛行船に採用されるにはロールフォーに近いボーデン湖上に浮かぶ格納庫で行われた。これ

ミングの加工技術も進歩する必要があった。

ペリンの飛行船はこの構造様式を踏襲した

10）には土地を購入する資金の問題もあったが、湖上では飛行船の内部構造を図 4.7 に示す。この図はグラフ・

格納庫を回転させることができ搬出や搬入のときに横ツェッペリン（Graf Zeppelin）L127 の船体の骨格で風を受けにくくすることができるメリットもあった。

ある 13）。ジュラルミンを用いた複雑な骨組みがわかる。

この LZ1 は不幸にも 400 m 上昇し、15 分ほどボーデ

一機あたり約 9 トン使用され、1914 年から 1918 年の

ン湖上を飛び回ったところで、異常が生じ、船体が折間にツェッペリン船 88 隻、シュッテ・ランツ船 20 隻れ曲がり墜落した。この失敗で、「狂人伯爵」とまでが建造された。シュッテ・ランツ飛行船建造会社は木陰口をたたかれたが、それにめげることなく、1905

材とベニア合板と接着剤で接合させた骨組みを持つ硬年 LZ2 を建造した。そのころ皇帝は自国の海軍がイ式船を作ったが、水に弱い構造的な欠陥があったためギリス海軍に遅れを取っていることに懸念を抱き、空主として陸軍で用いられた。1918 年以後のシュッテ・

飛ぶ戦艦ともいえるツェッペリン飛行船に期待をか

ランツ船には、木材に代わってジュラルミン、主としけて国費を投じることを決め、1906 年 LZ3、1908 年てパイプが多用された 10）。表 4.1 は世界の代表的な飛LZ4 が建造された。これらの飛行船の成功とともに行船の仕様と機体に用いられた材料の一覧を示す 7）。

ツェッペリン伯爵は一躍「国民的英雄」となった。
1908 年 9 月、飛行船建造会社の「ツェッペリン飛行船有限会社」をフリードリヒスハーフェンに設立し、翌 1909 年に世界初の旅客を専門とする商業航空会社「ドイツ飛行船運輸株式会社（DELAG）」をフランク
フルトに設立した 10）。
（注 3） LZ はツェッペリン社の機体製造番号（L:Luftshiff、Z: Zepplin）。LZ の番号とは別に、第一次世界大戦中は、陸軍は LZ（ただし生産数を秘匿するために 30 を加えた数字を用いた）、海軍は Lで識別した。これに対し、ライバルのシュッテ・ランツ（Schütte-Lanz）社の飛行船は SL で識別された。ツェッペリン飛行船は 1900 〜 1940 年で130 隻（LZ1 〜 LZ130）が、シュッテ・ランツ飛航空機用アルミニウム合金の系統化調査405

図 4.6 ツェッペリン博物館（フリードリヒスハーフェン）に展示されているツェッペリン飛行船の骨格の一部（上左）とそのロール成形工程（上右）とそのロー
ルおよびリベット接合の治工具（下）（著者撮影）

図 4.7

グラフ・ツェッペリン飛行船 L127 の骨格構造 14）

コラム ドイツにはツェッペリン博物館が四つもある！
ツェッペリンの飛行船にいつからジュラルミンが用いられたかを知りたいと考えていた時に、ドイツには四つのツェッペリン博物館があることを小前ひろみ著「とってもドイツ博物館めぐり」（東京書籍、2000年）で知り、この四つの博物館を訪問することにした。2012年10月に、休暇をもらって家内とドイツに行ったときは、時間の関係で北にある博物館だけは行くことが出来なかった。幸い、2014年6月、ノルウェー、トロンハイムでアルミニウム合金国際会議ICAA14が開催され、講演発表するために参加したが、その帰りにドイツに行く機会ができ、残りの四つ目の北にある博物館を訪問することができた。
2012年10月9日、 鉄道でスイスとの国境にあるボーデン（Bodensee）湖畔にあるフリードリヒスハー
フェン（Friedrichshafen）に向かった。ここに目指す第一のツェッペリン博物館がある。入り口にはツェッペリン飛行船を模したモニュメントがあった。後ろからみると子供の滑り台になっていた。 博物館内部に入ると、骨格の部材の残材（図4.6）やマイバッハのエンジンを搭載したゴンドラとプロペラの残骸が並べられていた。さらに行くと当時の骨格の加工技術（図4.6）や飛行船の実物大の断面や客室が展示されていた。骨格は板のロールフォーミングで成形し、リベットで接合していることがわかった。翌朝
10日、曇りがちで時々小雨が降る天気の中、フリードリヒスハーフェンからメアスブルグ（Meersburg）
までバスで行き、30分ほどで着いた。メアスブルグは湖上に面した古城を中心に観光地となっている。古
城の反対側に第二の博物館はあった。しかしながら、ここは個人が経営する博物館で、個人的に収集した約一万点のコレクションがあるが、筆者の興味を引くものは少なかった。12日シュトゥットガルトから鉄道でフランクフルクフルトに向かい、第三の博物館に行った。フランクフルト空港に近いツェッペリン

406

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

ハイムにある。フランクフルト空港は元々、ツェッペリンがフランクフルトにドイツ飛行船運輸株式会
社（DELAG）を設立したところから始まったといわれる。社員のための住宅地を空港近くの森の中に作り、ツェッペリンハイムと名付けた。閑静な住宅地の中にツェッペリン博物館はあった。
館内は比較的こぢんまりとしていて、展示物もあるが、写真による説明が多いと思った。その中にパイプが展示されていて、ジュラルミンのシームレス管とすれば技術レベルが高く、当時の管の製造技術はどの程度のものだったのかあらためて調べる必要があると思った。また1937年、爆発炎上したHindenburg（LZ129）号の残材も展示されていた。表面は黒くて塗装が火災で焼け残っているように思えた。もし塗装されているとしたら、どのような塗装がいつから施されたかも興味深かった。
最後の第4の博物館、ノルトホルツ・アエロノーティクム（Nordholz Aeronauticum）はブレーメン（Bremen）から約80 ㎞北のノルトホルツ（Nordholz）にある。列車でブレーメンから約1時間の距離である。2014年6月21日、トロンハイムでの国際会議を終えドイツに渡り、翌日21日に、ブレーマーハー
フェン （Bremerhaven）経由でノルトホルツに行った。駅から15分ほど歩いたところに、海軍航空基地があり、アエロノーティクム博物館はその海軍航空基地に隣接していた。博物館入口には、ツェッペリン
伯爵の像が建てられていた。内部には実物大に近い模型も含めて各種の模型や写真が数多く展示されていた。日本でも最近は零戦を展示する博物館も増えてきたが、日本には過去の製品や技術を残して展示するという習慣が少ない。ドイツではツェッペリン飛行船や各種の航空機をはじめとして工業製品に関する博物館が非常に多い。改めて工業技術を大事にする国であることを認識した。
（このコラムはhttps://www.jilm.or.jp/page-essay066、 アルトピア, No.1(2015),17-25.より転載）

a）フリードリヒスハーフェンの博物館

b）ツェッペリンハイムの博物館

図c）ノルトホルツの博物館
各地のツェッペリン博物館正面の風景（著者撮影）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査407

表 4.1
飛行船

408

製造番号、名称

ツェッペリン飛行船の仕様と骨格に使用された材料 7）

国

初飛行

ガス容量

エンジン
メーカー

型式

搭載数

総馬力
hp

長さ
m

直径
m

最高速度
m/s

構造材料

製造
台数

Schwarz

No.2

独

3.11.973,700 Diaimler

P1896

1

12

47.5

7.5 Aluminium

1

Zeppelin

LZ1

独2.7.0011,300 Diaimler

N1899

2

28

128.0

11.7

7.8 Zn-Al Alloy

1

Zeppelin

LZ2

独17.1.06

10,400 Diaimler

H4L

2

160

128.0

11.7

11.0 Zn-Al Alloy2

Zeppelin

LZ4

独20.6.08

15,000 Diaimler

J4

2

210

136.0

13.0

13.5 Zn-Al Alloy2

Zeppelin

LZ6

独25.8.0915,000 Diaimler

J4L

2

230

136.0

13.0

13.5 Zn-Al Alloy

1

Zeppelin

LZ7, Deutchland

独

19.6.10

19,300 Diaimler

J4F

3

360

148.0

14.0

16.7 Zn-Al Alloy

2

VickersNo.1

英22.5.1118,800 Wolseley

2

320

156.0

14.6 （18.8）Duralumin

1

Zeppelin

LZ10, Schwaben

独26.6.1117,800 Maybach

A-Z

3

435

140.0

14.0

21.0 Zn-Al Alloy3

Schütte-Lanz

S.L.1

独

17.10.11

20,500 Diaimler

J8L

2

480

131.0

18.4

19.7 Wood

1

Zeppelin

LZ11, Viktoria-Luise

独14.2.1218,700 Maybach

B-Y

3

450

148.0

14.0

21.0 Zn-Al Alloy2

Zeppelin

LZ14（L1）

独

7.10.1222,470 Maybach

B-Y

3

540

158.0

14.9

21.2 Zn-Al Alloy

6

Zodiac13 Spiess仏

4.13

12,800 Chenu

2

420

113.0

13.5

18.0 Wood

1

Zeppelin

LZ18（L2）

独

9.9.1327,000 Maybach

C-X

4

840

158.0

16.6

21.0 Zn-Al Alloy

1

Zeppelin

LZ21（ZV1）

独

10.11.13

20,870 Maybach

C-X

3

540

148.0

14.9

20.5 Zn-Al Alloy

1

Zeppelin

LZ22（ZV2）

独

8.1.14

22,140 Maybach

C-X

3

540

156.0

14.9

20.0 Zn-Al Alloy2

Schütte-Lanz

S.L.2（S.L.2）

独28.2.1425,000 Maybach

C-X

4

720

144.0

18.2

24.5 Wood

1

Zeppelin

LZ24（L3）

独

11.5.1422,470 Maybach

C-X

3

540

158.0

14.9

23.4 Zn-Al Alloy

12

Zeppelin

LZ26

独14.12.14

25,000 Maybach

C-X

3

540

161.2

16.0

22.5 Duralumin

1

Schütte-Lanz

S.L.3

独

4.2.1532,410 Maybach

C-X

4

840

153.1

19.7

23.5 Wood

3

Zeppelin

LZ36

独

8.3.1524,900 Maybach

C-X

3

540

161.4

16.0

23.6 Duralumin

2

Zeppelin

LZ38

独3.4.1531,900 Maybach

C-X

4

720

163.5

18.7

26.7 Duralumin

22

Schütte-Lanz

S.L.6

独

19.9.15

35,130 Maybach

C-X

4

840

162.1

19.7

25.8 Wood2

Zeppelin

LZ59

独21.12.15

35,800 Maybach

H-S-Lu

4

960

178.5

18.7

26.5 Duralumin

12

Schütte-Lanz

S.L.8

独

30.3.16

35,130 Maybach

H-S-Lu

4

960

174.0

20.1

26.9 Wood

Zeppelin

LZ62

独28.5.1655,000 Maybach

H-S-Lu

6

1440

198.0

23.9

28.7 Duralumin

10/12
17

VickersNo.9

英27.11.16

25,180 Maybach

C-X

4

600

161.5

16.2

20.1 Duralumin

1

Zeppelin

LZ91

独22.2.1755,500 Maybach

H-S-Lu

5

1200

196.5

23.9

27.7 Duralumin

2

Zeppelin

LZ93

独1.4.1755,800 Maybach

H-S-Lu

5

1200

196.5

23.9

28.9 Duralumin

2

Zeppelin

LZ59

独22.5.1755,800 Maybach

H-S-Lu

5

1200

196.5

23.9

29.9 Duralumin

5

Zeppelin

LZ100

独

8.8.1756,000 Maybach

H-S-Lu

5

1200

196.5

23.9

29.9 Duralumin

10

Schütte-Lanz

S.L.20独

10.9.1756,000 Maybach

H-S-Lu

5

1200

198.3

22.9

28.5 Wood3

Vickers

No.23

英19.9.1728,250 Rolls-Royce

Eagle

4

1000

163.1

16.2

23.2 Duralumin

4

Zeppelin

LZ102

独26.9.1768,500 Maybach

H-S-Lu

5

1200

226.5

23.9

28.6 Duralumin

2Admiralty

R27

英29.6.18

28,050 Rolls-Royce

Eagle

4

1200

164.3

16.2

24.6 Duralumin

2

Zeppelin

LZ112

独1.7.1862,200 Maybach

Mb Iva

7

1715

211.1

23.9

36.4 Duralumin

3

Admiralty

R31

英1.8.1843,975 Rolls-Royce

Eagle

6

1800

187.3

20.1

31.8 Wood

2

Admiralty

R33

英6.3.1955,460 Sunbeam

Maori IV

5

1250

196.0

24.0

26.8 Duralumin

2

Zeppelin

LZ120, Bodensee

独20.8.19

20,000 Maybach

Mb Iva

4

980

120.8

18.7

36.8 Duralumin

2

Vickers

R80

英19.7.20

35,680 Maybach

Mb Iva

4

980

162.0

21.3

26.8 Duralumin

1Admiralty

R36

英1.4.2160,030Sunbeam
MaybachCossack
Mb Iva

3
2

1540

205.0

24.0

29.1 Duralumin

1

RAW

R38

英

23.6.2177,600 Sunbeam

Cossack

6

2100

211.8

26.0

29.5 Duralumin

1

NAF

ZR-1, Shenandoah

米

4.9.2360,915 Packard

1A-1551

6

1800

207.3

24.0

28.0 Duralumin

1

Zeppelin

LZ126, Los Angels

独27.8.2470,000 Maybach

VL1

5

2000

200.0

31.9

32.7 Duralumin

1

Zeppelin

LZ127, Graf Zeppelin

独18.9.2875,000 Maybach

VL2

5

2650

236.6

30.5

35.6 Duralumin

1

Metalclad

ZMC-2

米

19.8.295,720 WrightJ-5 Whirlwind

2

440

45.5

16.0

27.7

Duralumin
and Alclad

1
1

RAW

R101

英

14.10.29

141,540 Beardmore

Tornado III

5

2925

222.9

40.0

Duralumin
31.3
and Steel

AGC

R100

英

16.12.29

146,060 Rolls-Royce

Condor IIIB

6

4020

216.1

40.5

36.3 Duralumin

1

Goodyear-Zeppelin

ZRS4, Akron

米25.9.31

193,970 Maybach

VL2

8

4560

239.3

40.5

37.6 Duralumin

2

Zeppelin

LZ129, Hindenburg

独

4.3.36200,000 Diaimler-Bentz

DB 602

4

4200

245.0

41.2

37.5 Duralumin

2

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

コラム 飛行船構体の加工を支えるロールフォーミング技術
一般に板材を曲げ加工で所定の断面形状にする場合、ダイス（金型）に材料と同じ厚みの所定の断面形
状に溝を切って、その溝の中に板材を通すことでその形状に引抜き加工する。一回でその加工をするのが難しい形状の場合には数段階に分けて徐々にその形状に近づけていく。この板製品をプロフィル（左図）と呼び、押出では難しい薄い形状に適用した。これを連続的に行うためにダイスの溝の代わりに右図に示すように二つのロール間でその形状を作り、それをいくつものロールの中を連続的に通すことで所定の形状に加工する。これをロールフォーミング加工と呼んでいる。

プロフィルとその形状（R ≦ 0.5 mm）
図

ロール成形機とロールの形状

プロフィルの形状（左）とロール成形機（右）出典：A. Zeerleder: The Technology of Aluminium and its Light Alloys, Nordemann Publishing Company,（1936），31.

４. １. ４ツェッペリン飛行船と第一次世界大戦

長 189 m、最大直径 24 m）と呼ばれる海軍の L30、第一次世界大戦では、ドイツは、イギリス、フラン

L31、L32、L33 がロンドンを爆撃した 15）。この中のスに対して飛行船を用いた空爆を行った。ロンドンの

L33 は対空砲火と戦闘機の攻撃により北海を越えて帰

初空襲は 1915 年 5 月 31 日の深夜に陸軍の LZ38 によ還するのは不可能と判断し、24 日、エセックス州リトル・り行われた。1915 年から 1918 年の間の襲撃回数は、

ウィグボロー（Little Wigborough）に不時着した。乗員

パリでは 3 回であったが、ロンドンは 51 回に及んだ。

たちは船体の焼却を試みたがかろうじて一部を燃やすこ

ロンドン空襲で最大のものは 1916 年 9 月 2 日の深とができただけだった。図 4.8 はエセックス州で不時着し夜に行われた。この日は一度に陸海軍の飛行船 16 隻焼却された L33 飛行船の残骸である。

がロンドンとその周辺を襲い、460 発以上の爆弾を投イギリスの技術者はその骨格を調査し、後日、英国の飛下した。戦争が長引くにつれて、イギリスも高射砲や行船 R33 および R34 を建設する際の基礎とした 7），15）。米戦闘機で反撃し撃墜される飛行船も増えてきた。9 月

国や日本もツェッペリン飛行船の残骸を入手して、飛23 日は 12 隻が出動し、その中で、Super Zeppelin（全図 4.8 エ セ ッ ク ス 州 リ ト ル・ ウ ィ グ ボ ロ ー で 不 時 着
し 焼 却 さ れ た L33（LZ76） の 残 骸 .（IMPERIAL WAR
MUSEUM PHOTOGRAPH ARCHIVE COLLECTION より）7），15）

図 4.9

波板状ジュラルミンを使用した全金属製旅客機
16）
Junkers F.13（Ⓒ 2006 Andi Szekeres）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

409

行船の製造を始めた。一方で、この飛行船による爆撃

根付近で放電が起こったことから外皮が発火・炎上しを阻止するために戦闘機の性能も向上した。

た、というもので、現在ではこの説が有力になりつつ

ドイツでは、ジュラルミンは飛行船だけでなく航空ある 18）。

機にも採用され、ドイツのユンカース（Junkers）社

この爆発と第二次世界大戦の勃発により飛行船の時は 1917 年に単発複葉攻撃機 J4 に初めてジュラルミン

代は終了する。航空機の速度が向上し飛行船を上回るを使用し、1919 年には波板状ジュラルミンを使用しようになったためで、ナチスによってすべての飛行船

た全金属製旅客機Ｆ .13（図 4.9）は解体され、航空機の機材に転用された 10），17）。

16）も開発している。

なお、ツェッペリン伯爵は 1917 年 3 月肺炎がもとで急逝している。平時であれば国民的英雄として盛大な葬儀が模様されたであろう 10）。

４. １. ６

ジュラルミンに対する英仏の対応

ヴィルムの研究成果は、論文としては Metallurgieに 1911 年発表された。その論文に掲載された時効硬４. １. ５

第一次世界大戦後の飛行船化曲線が前述の図 4.2 である。ジュラルミンの研究

第一次世界大戦後は、飛行船は高高度で航続距離がが発表されると、ヴィルムの論文は同年、ル・シャ

長く、重量物を運べるのが長所（有効塔載量は LZ127

トリエ（Le Chatelier）によりフランスの金属学会誌で 30 トン、LZ129 で 88 トン）で、郵便や旅客輸送

Revue de Métallurgie に、翌年に英国の金属学会誌の手段として活躍する。1929 年、
全長 236.6 m のグラー

Journal of the Institute of Metals にその要約が掲載

フ・ツェッペリン（Graf Zeppelin）（LZ127）号はされた。残念なことに、フランスでは学会や工業界かツェッペリン伯爵の夢であった世界一周を果たす。フ

らの支持を得た研究組織が作られなかった。これに関リードリヒスハーフェンを出発し、シベリアを横断後、して、西村秀雄京都大学教授（1892-1978）は、軽金

日本の霞ヶ浦の海軍基地にも寄航し、次の寄航地ロサ

属時代の随筆・軽合金史（其六）に、「ジュラルミンンジェルスに向かった。

がドイツで生まれたためか、フランスではこの方面に

10）

7）

1933 年ヒトラーが政権に就くと飛行船が対外宣伝に効果抜群と考え、多額の資金援助を与え、さらに大きなヒンデンブルグ（Hindenburg）号（LZ129）を製造し、1936 年完成した。全長 245.0 m、直径 41.2 m、
ガス嚢 16 個、ダイムラー・ベンツ製の 1150 馬力のディーゼルエンジン 4 基を搭載し、船体の断面は正36 角形で、乗員 40 名、乗客 50 名が乗ることができ、その船内は、客室、食堂、ラウンジ、トイレ、シャワールーム等を備え、ラウンジにはアルミ製のピアノまで積み込んだ近代的な設備であった 7），10），17）。五輪のマークを施したヒンデンブルグ号（図 4.10 上）は同年開催されたベルリンオリンピックをはじめ、ナチスの国威発揚に貢献したが、1937 年、ニュージャー
ジー州レイクハースト（Lakehurst）海軍飛行場で着
陸寸前、「ヒンデンブルグ号の悲劇」と呼ばれる爆発・炎上を起こした（図 4.10 下）。この発火の原因は 1997
年に NASA・ケネディ宇宙センターの元水素計画マ
ネジャー、
アディソン・ベインが当時の証言、映像分析、そして実物の外皮の分析により、事故の原因はヒンデ
ンブルク号の船体外皮の酸化鉄・アルミニウム混合塗料（テルミットと同じ成分である）であると発表した。
彼の説は、ヒンデンブルク号の飛行中に蓄積された静電気が、着陸の際に着陸用ロープが下ろされた瞬間に、外皮と鉄骨の間の繋ぎ方に問題があったために十分に電気が逃げず、電位差が生じて右舷側尾翼の前方付け

410

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

図 4.10

機体側面にオリンピックマークを配したヒンデンブルグ号と爆発の惨事 18）

関して 1920 年頃まで余り語るべき学術的な発表はな

レンの鋳鉄工場で製造されてきた。この工場はドい。元来、フランス人は創意に富んだ国民であって、イツで製造販売する独占的な権利を有している。

近代的な発明とか発見に多くの名を残しているが、他

英独のジュラルミン発明の先陣争いに関する論争はの国で既に研究したことなどを、追従することを好まこれ以降も続く。なお、ローゼンハイン自身は、自ないのである分の著書” An introduction to the study of physical」と書いている。

19）

英国は、国立物理学研究所の冶金部長であったロー

metallurgy” の 1914 年発行の初版では、ヴィルムのゼンハイン（W. Rosenhain）らが、1910 年、Al-3％

論文を引用しながら Al-Cu-Mn に 0.5％Mg 添加するこ

Cu-1％Mn 合金が優れた性質を有していることを報告とで、室温で徐々に強度が増加する「奇妙な現象」をしている。ジュラルミンの成分がこの合金に近いの述べているので、ヴィルムの功績は認めていると思わで、この報告書のデータが利用されてジュラルミンがれる。

できたものでドイツの発明ではないとの疑いがかけら

問題は肝腎のプロイセンがヴィルムの優れた研究成れた。こうした中で、1913 年ジュラルミンは英国のヴィッ

果に気がつかずに、英国が先に彼の発見・発明に気がカース社の発明であるかのような記事がでてきて、ヴィつき材料を発注していることである。この原因はヴィ

ルムは、直ちに ” Improvement of aluminium and its

ルムも反論の中で述べていたように、軍事作戦に必要

alloys、and in particular Duralumin、for armament”

な人的・物的資源を準備するプロイセン陸軍省・陸軍と題した記事を書いて反論している。ここにヴィ

大臣が軍の急拡大を望む参謀本部としばしば対立しルムの発明に対する思いが込められているのでその内て、アルミニウムの導入に無関心であったことである。

容を紹介する。

これにはプロイセン／ドイツ軍の保守的で非近代的な

6），20）１） この 10 年間、わが国の軍事当局者（Military

性格と密接に関係した問題があったようである 21）。

Authorities）は、アルミニウムは非常に軽いた
めにアルミニウムを採用しようとしてきた。ところがドイツ軍部（German Military Department）
はアルミニウムの導入に関心をほとんど持たな

ンの開発
（その１）
4.2 超ジュラルミ
欧米各国の状況かった。期待してもしばしば失望することが多い

４. ２. １ 英
 国国立物理学研究所（National

が、軍事の世界ではアルミニウムはその輝きを決Physical Laboratory（NPL））

して失ってはおらず、たゆまない熱意で新しい実験がなされている。

ヴィルムと同様に Al-Cu-Mn 合金を研究していたロ ー ゼ ン ハ イ ン（Walter Rosenhain、1875 － 1934、２）小さな武器の改良や発射速度を増加させるには

図 4.1122））は 1875 年、ベルリンで生まれで、5 才の自ずと弾薬の軽量化が問題となる。非常に重要なときにオーストラリアに移住した。メルボルン大学

ことは、ジュラルミンの存在はわがプロシア陸軍

を卒業後、ケンブリッジ大学のユーイング（J.A. Ew-

省にとって役立つものとなるということである。

ing）教授の下で研究した。1906 年英国テディントン

３）わが軍事当局者はアルミニウムが軍備品に寄与（Teddington）にあった NPL の Metallurgy and Met-するとして、アルミニウムが果たすべき条件を発allurgical Chemistry の初代の部長になり、1931 年まで

表し、わが国の国内産業は問題解決に着手した。
４） ベルリンとカールスルーエ（Karlsruhe）にあるドイツの武器弾薬工場は、主にベルリン近郊のノイバーベルスベルグの理工学研究所を通して仕事を行っていた。1902 年、私はアルミニウムの大気中での耐食性向上とともに機械的性質向上の研究のために、この研究所で正式な職を得た。
５）それゆえ、ジュラルミンの発見はドイツでなされた長年の研究の成果である。それは、1906 年にアルミニウムに他の金属を添加することと、薬莢として使用できるための必要な強度と硬さが得られる熱処
理を組み合わせることによって成功した。
６）
ドイツにおいて、
ジュラルミンはこの数年デュー

図 4.11 英国国立物理学研究所（NPL）の（NPL のご好意により掲載）
ローゼンハイン 22）
航空機用アルミニウム合金の系統化調査411

このポストにいて、アルミニウム合金の発展に大きく貢献

にかけての NPL の研究成果をまとめたものである。

した。特に耐熱合金である Y 合金の発明者として知られている。1934 年 58 歳で亡くなった 23），24）。彼の率いた（１）E 合金部門は、1910 〜 1930 年大きな成果を上げ、その後のローゼンハインの前述の著書（第１版）では、ア

アルミニウム合金の研究に大きな影響を与えた。ここ

ルミニウム合金に関しては Al-Cu と Al-Zn 合金に関では 1921 年 8 月英国機械学会の Eleventh Report to

して状態図があるくらいで少ないが、Al-Zn 系合金

the Alloys Research Committee on Some Alloys ofの状態図についてはかなり詳細に述べている。それ

Aluminium（Light Alloys）（図 4.12）で報告され、そは 1911 年ローゼンハインとアーチバット（S.L. Arch-の後の研究に大きな影響を与えた三つの合金についてbutt）とが J. Inst. Metals に発表したものを引用して述べる 25）。この報告書は第一次世界大戦中から戦後いることによる 26), 27)。その後、彼は第一次世界大戦中から戦後にかけて、Mg や Mn を添加した Al-Cu-Zn
合金に焦点を当てて研究を行い、それを上記の英国機
械学会合金研究委員会への Eleventh Report で報告している 25)。その報告書で Al-20％Zn-2.5％Cu-0.5％Mg0.5 ％ Mn の 組 成 を 有 す る E 合 金（Zinc Duralumin）
は高い強度を示すことを明らかにした。彼らの報告書のデータをもとに合金成分と製造条件と強度の関係を作成したものを表 4.2 に示す 25)。図 4.13 は押出棒の熱間圧延に用いた当時の孔型圧延機（溝付き圧延機）
で あ る 25)。 こ の 孔 型 圧 延 機 で 熱 間 圧 延 し た E 合 金を 400℃で焼入れ後室温にて５日間時効させると 629
MPa の引張強さを示す。この値はこの報告書で最高の強度であると書かれている。アルコアのアーチャー（R.S. Archer）は「この合金の 1 mm（18 Gauge）板
材は引張強さ 87 ksi（600 MPa）、伸び 10％に到達する可能性を秘めていたが、この系の合金は重大な弱点を有していた。まず比重が大きいこと、製造が困難なこと、腐食しやすいこと、引張強さよりかなり小さな応力が負荷され続くと粒界割れ感受性、すなわち応力腐食割れ性

図 4.12 第 11 回アルミニウム合金に関する合金研究委員会報告書標題紙 25）
表 4.2

412

国立科学博物館技術の系統化調査報告が高くなることがある。しかし、この合金の応力腐食割
れは Mn 添加で大きく改善された」と述べている 28）。

Al-Zn 系合金の強度特性（第 11 回合金研究委員会報告書より）25）

Vol.31 2022. March図 4.13

NPL で使用されていた孔型圧延機（溝付き圧延機）。ガスバーナーでロールを予加熱（右）25）（２）Y 合金と Mg2Si の両方の析出硬化が寄与すると考えた 32）。さらこの合金についても同じく Eleventh Report で報告に 1923 年には Al-Cu-Mg 系三元合金状態図を研究し、された。その報告書の中に軽合金の高温強度についアルミニウム固溶体と平衡するのは CuAl2、Al6Mg4Cu、てまとめたものがあり、そこに Y 合金が記載されてAl3Mg2 であることを報告した 33）。Al6Mg4Cu についてはいる 25), 29)。Y 合金というのは試験片番号に付したアル1919 年ドイツのボーゲル（Z. Vogel）がすでに発見してファベットをそのまま用いたもので、特に意味がな

いたが 34）、これを再確認したとのことである 2）。

い。この合金の組成は Al-4％Cu-1.5％Mg-2％Ni である。

なお、Al-Mg2Si 準二元系状態図の研究と Mg2Si をこの合金には後述する 24S と同様にマグネシウムが含むアルミニウム合金の時効については、英国で研究

1.5％添加されていることが興味深い。

され発表されたが、それを実用合金として利用しよう

金型に鋳込んだ材料を 480℃から焼入れして 4 日としたのは、スイスのジュリーニ（Giulini）社で、す間室温時効させた材料の室温強度は 374 MPa、伸びでに 1916 年アルジュール（Aludur）という名称で、は 24％であったが、圧延材では 433 MPa、伸びが 15

焼入れ焼戻しにより析出強化させる合金として特許～ 18％得られることがわかった 。アルコアでもこ（Swiss Patents No.85606）を取得している 2）。

25)の合金を追試したところ、鍛造品を 520℃で 24 時間

Aludur 533：Al-1.3 ％Si-0.7 ％Mg-0.4 ％Fe、 砂 型 鋳

加熱後一週間時効したときの引張強さは 427 MPa、物熱処理後、引張強さ、250 ～ 350 MPa、伸び 8-18％

伸びは 23％、150℃で 16 時間時効すると引張強さは

36），
37）

448 MPa、伸びは 18％を示した 28)。この系の合金はという名称の合金が導電率の高いアルミニウム合金とし260 ～ 370℃での高温強度がジュラルミンや 14S 系超て、特許が成立した。このアルドライは焼入れしてからジュラルミン（後述）より優れているために、英国で線引きをして焼戻しすると強度がさらに向上し導電率もはロールス・ロイス（Rolls-Royce）が RR56（Al-2％

高いので送電線に用いられた 31）。

Cu-0.8％Mg-1.3％Ni-1.3％Fe-0.65％Si-0.08％Ti）としてAldrey: Al-0.55％Si-0.43％Mg

ピストンに実用化した。切削性はすばらしいが、鍛造熱 処理後：引張強さ 300 ～ 340 MPa、耐力 260 ～性は劣るために生産性が悪いのが問題であった 。そ300 MPa、伸び 7 〜 9％ 36），37）

28)

その後スイスの AIAG によってアルドライ（Aldrey）の後 High Duty Alloys, Ltd 社が超ジュラルミンとし
４. ２. ２て鍛造品、板材を製造した。

ドイツ デュレナ社、ゴールドシュミット社（１）デュレナ社の Super-Duralumin（３）Al-Mg-Si 系合金

ドイツのデュレナ社の主任技術者であったマイス

NPL のハンセン（D. Hansen）とゲーラー（Marie L.V.

ナー（K.L. Meissner）も 1930 年、英国の金属学会で

Gayler）の両氏は、Al-Mg2Si の準二元系の状態図を講演発表し、論文名 “The Effect of Artificial Ageing

作り、Mg2Si はアルミニウムに固溶するが、これも高upon the Resistance of Super-Duralumin to Corro-

温から低温になるにつれて著しく固溶度が減少すること

sion by Sea-Water”、“The Artificial Ageing of Dura-を上記の Eleventh Report で報告した。1922

lumin and Super-Duralmin” として英国金属学会誌に

年、ゲーラーは Al-CuAl2-Mg2Si の準三元系合金の状

投稿している 38), 39)。論文で Super-Duralumin が出て態図を明らかにし、ジュラルミンの硬化には CuAl2

くるのはこれが最初である 40)，41)。マイスナーの超ジュ25），30），31）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査413

ラルミンは Cu 4％、Mg 0.5％、Si 0.8％、Mn 0.5％、から、その周辺に割れ目が生じて、所謂時期割れの現Al 残分という合金で、ジュラルミンと比較してケイ象を認め、この合金は使用し得ないという結論になっ素が多い。この合金の板材の焼入れ焼戻し後の引張強た。Constructal 8 も同様の現象のためだったのであさは 490 MPa 近くなる。マイスナーは NPL のゲーラー

ろう。使用されないで終わった。」と記している 48）。

らの影響を受けて CuAl2 と Mg2Si の析出を組み合わせると時効硬化すると考えてこの成分を選んだと考え

４. ２. ３ 米国標準局（U.S. Bureau of Standards）

られる。こうした基礎研究をもとに、デュレナ社は米国政府も合金の研究開発を支援するために、1913

超ジュラルミン 681ZB（Al-4.2％Cu-0.9％Mg-0.6％Mn-

年、米国標準局はメリカ（P.D. Merica）を長とする

0.5％Si）とその強度を 10％向上させた DM31（Al-4.2％

非鉄金属研究班を組織し冶金専門家を投入した。彼

Cu-1.2％Mg-1.2％Mn-0.5％Si）と称する超ジュラルミ

はベルリン大学で学位を取得したばかりであった 6）。

ン合金を開発した。西村教授は、もし常温時効を1919 年米国鉱山冶金学会（AIME）の講演会でジュする合金を目標にしたら、もっと変った方向に進んだ

ラルミンに関する報告を行い、1921 年 AIME の会誌

かもしれないと述べている 。

にも発表された 50），51）。その発表内容を西村教授の「随42), 43)40)

筆軽合金史（其三）」から引用して紹介する 52）。Merica（２）ゴールドシュミット社の Sander 合金

らは、Cu 0.04 〜 3.74％、Mg 0 〜 3.5％を含む 16 種のドイツのエッセンにあるゴールドシュミット社（Th.

試料を造塊、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍により 0.8mm

Goldschmidt A.G.）の金属研究所のザンダー（W. Sand-の板を作り、この板を熱処理して引張試験と硬度をer）は 1923 年、1924 年マイスナーと連名で Al-Mg-Si-Zn測定した。478 ～ 525℃から焼入れして 20℃および系合金の状態図と機械的性質を発表している 44），45）。Al-

100℃で時効した。最も強度が高い成分は Cu 3.18％、Zn-Mg 系の状態図は既に 1913 年エーガー（G. Eger）に

Mg 0.46％、Fe 0.34％、Si 0.24％であった。引張強さ

よって発表されていたが

46）
，47）

、サンダーとマイスナーは、が 340 ～ 350 MPa でジュラルミンより強度が低いが、この三元系状態図を再検討し、Al-MgZn2 が擬二元系を

これは Cu が少なく、Mn が含まれないためと考えらつくり、しかも溶解度が温度とともに減少し、475℃でのれた。その他、Cu 3.74％、Mg 1.08％、Fe 0.52％、Si

最大固溶度 28％から室温の 4 〜 5％まで変化することが0.3％という合金を 515℃から焼入れして 125℃で 14わかった。そこで MgZn2 を 4 〜 10％含むアルミニウム

日間時効すると引張強さ 440 MPa、伸び 11％を得て合金をつくって常温時効性を調べた。それらの合金の中いる。この成分はその後開発された超ジュラルミンに近の Al-8％Zn-1.5％Mg-0.2％Si 合金の常温時効特性を表

く、既にジュラルミンを超える材料が示唆されている。

4.3 に示す 45), 48)。
この合金はその後、Mn が添加され人工時効によってさらに強力なものが得られることがわかり、Constructal 8（Al-7％Zn-2.5％Mg-1％Mn-0.2％Si）が開発された 2）。その引張性質は、引張強さ 590 MPa、伸び9 〜 10％である

4.3 超ジュラルミンの開発（その２）アルコアの合金開発
４. ３. １ リ ナイト研究所を吸収してできたアルコアの中央研究所。

48), 49)

表 4.3 Al-Zn-Mg 系合金の焼入れ温度と室温時効特性 45), 48)

米国海軍は第一次世界大戦の開戦とともにドイツの硬式飛行船の開発に異常な興味を示し、アルコアに高強度材料の開発と生産を促した。大戦前のアルコアは
地金生産工程の研究開発に重点を置いていたので、画期的な加工製品の開発や、それを量産化する技術を持っていなかった。また、アルコアの創始者の一人であるホールが中央研究所の創設といった考え方を拒否していたので、材料研究に必要な実験設備はないに等

京都大学西村教授もまた、「昭和 2 年（1927 年）に、
西原清廉氏の卒業論文の実験として、MgZn2 のアル

414

しいかあっても原始的なものであり、実験ができるス
タッフもいない状況だった 53）。

ミニウムに於ける固溶度を調べるとともに、時効硬化

1914 年ホールが亡くなり、生産した地金の販路のを調べて貰ったが、焼入した試料にブリネル硬度計でため新しいアルミニムの市場を開拓する必要性が出て窪みを造ると甚だしいときは直に、或いは時間が経てきた。このため体系的な研究計画を進める中央研究国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

所を設立することとなり、1919 年 Technical Depart-

４. ３. ２

ジュラルミン相当合金 17S の生産。その結果アルコアは当時米1916 年、アルコアは米海軍からドイツが使用して国では最高級の非鉄金属の技術者を抱えていた ACC

いる合金と同等かより高い強度の合金が求められ、（Aluminum Casting Company） の リ ナ イ ト 研 究 所

ツェッペリン飛行船の初期に採用されていた Al-Zn 合（Lynite Laboratories）を手に入れた。リナイト研究

金の棒材で試験していた。同じ頃、海軍のハンサカー所の所長であったジェフリース（Zay Jeffries、
図 4.14、中佐（Commander Jerome Hunsaker）はフランスでコラム参照）

は、研究から得られた知識やノウハ

墜落したツェッペリン飛行船の桁の破片を国立標準局

ウを体系化し文書化すること、そして冶金学的なプロ

NBS とアルコアに送った。NBS に送ったのは海軍がセスを正確に書き記すことで技術者がそれを見れば再ジュラルミンに関して系統的な共同研究をしていたた

現できることが必要であると考えていた 54）。1920 年めである。この調査結果から、素材は Cu、Mg、Mn

リナイト研究所はアルコアの研究部門と合併された。

が添加された薄板であることがわかった 54）。

ment が設立された55), 56)

54）

1930 年には、ニューケンジントンに設立された ARL

1917 年米国はドイツに宣戦布告をしたため、国内（Aluminum Research Laboratories、1950 年代、Alcoa

でも高強度合金を生産できる必要性から海軍はアルコ

Research Laboratories に改称）に統合された

アにヴィルムの特許や高強度合金の製造法に関する技。

54）

術情報を提供した。さらにヴィルムのジュラルミンに関する特許を使用する認可を与えた 54）。この使用は戦争期間限定となっていたが、アルコアのサンダース（R.E. Sander, Jr.）によると第一次世界大戦後も特許を使用する権利をアルコアは得たとのことである 57） 。
しかしながら、当時のアルコアには高強度合金材の圧延や熱処理、板材の成形技術に関する知見がなかったため、所定の平坦度、平滑度、均一な厚さを製造す
る圧延では苦労したが、そこで新たに得た知見がその後のアルコアの発展に繋がった。こうした圧延技術では米国はドイツに完全に遅れをとっていた。また材料の熱処理やその時効硬化の機構ではメリカをはじめと図 4.14 ジェフリース（1888-1965）56）する NBS の支援を受けた。アルコアにとって今後さらに高強度材の開発、製造が自前でできるようにする
ため、中央研究所の設立は喫緊の課題であった。

コラム ジェフリース
ジェフリース（1888-1965）：1888 年サウスダコタで生まれ。1909 年サウスダコタ鉱山技術大学の機械工学を卒業後、クリーブランドのケース応用科学大学（現在 Case Western Reserve 大学）の冶金学インス
トラクターとして採用された。その後クリーブランドでの新技術に関するコンサルタントになり、GE のタングステンランプの事業所やアルミニウム鋳造の ACC で働いた。1918 年ハーバード大学から学位を授与された。1920 年アルコアのコンサルタントになり、1920 年代のアルコアの鋳造や鍛造でのアルミニウム
合金研究を発展させた。その後、政府の多くの委員会で活動し、1945 年には GE の副社長となった。日本
では日本金属学会のジェフリース賞でその名前はよく知られている。昭和 26 年、日本金属学会は博士の業
績と日米間交流の尽力を評価して名誉員に推薦した。その折に 100 ドルの寄贈を受けた学会では、この寄付金を賞金として新進気鋭の研究者、技術者に奨学を主眼とする懸賞論文を募集して、昭和 29 年からジェ
フリース賞が出されるようになった。現在では賞牌がなくなったため終了している（木村尚：ジェフリース博士の志を忘れまい，日本金属学会会報，25(1986), 782.）。
https://www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/jeffries-zay

航空機用アルミニウム合金の系統化調査415

アルコアは試行錯誤しながらも引張強さ 425 MPa、た 53），54）。

耐力 275 MPa 、伸び 22 ％を有するジュラルミン相

1927 年には、リンドバーグ（C.A. Lindbergh）のス

当合金 17S（Cu 4.0％ , Mg 0.5％ , Mn 0.5％）を圧延

ピリッツ・オブ・セントルイス号（図 4.16）による大生産できるようになった。一方、アルコアは海軍の建西洋横断がなされた。この飛行機にはアルコア製のス造する飛行船シェナンドア（Shenandoah）号のため

キン材とエンジンにはアルコア製の鋳物が用いられての 17S 圧延材を供給する義務を負った。1922 年末には、いた。これを契機にオールアルミニウム製の航空機が高強度合金板、年間 25000 トンの生産が可能となり、主役の時代に突入し、アルコアは航空機材のメインサ

17S（注 4）が主役となったプライヤーとしての確固たる地位を築いた 54） 。

。

53）

1923 年秋にアルコアの祝賀行事としてシェナンド

さらに耐食性向上のため、アルコアのディックス

ア号はニューケンジントン工場の上空を飛行した。

（Edgar H. Dix、Jr.）により、17S 板材に高純度アル

しかし、1925 年、この飛行船は嵐の中で三つに割れミニウムを板厚の 2.2 ～ 10％表面に貼り付けたクラッて墜落し、14 名が死亡するという悲劇が生じた（図

ド材が開発された。1928 年に実用化され、アルクラッ

4.15 ）。この事故の情報を受けて、アルコアは飛行船

ド（Alclad）と呼んだ 28），60）。図 4.17 はディックスらの事故は金属が原因で起こしたかどうか確認するための開発したアルクラッド材の断面写真である 28）。皮にすぐに事故現場に向かい、残骸を確認して破壊点が材の純アルミニウムと芯材の間に拡散層が形成されてすべて綺麗で腐食がないことを確かめた。
これに対し、接合されていることがわかる。

58）

国立標準局や MIT 教授から粒界腐食の嫌疑がかけられたため、アルコアの試験部は同業他社に先んじた高（注 4）17S、14S、24S はアルコアの合金名称で、戦性能の試験装置を開発しその嫌疑を晴らすこととなっ後規格が統一され、国際規格では現在それぞれの合金は 2017、2014、2024 と呼称されている。
４. ３. ３ ケ イ素含有超ジュラルミン 14S の合金開発
アルコアがリナイト研究所を吸収することで新合金が誕生した。その最初の成果が、リナイト研究所から来たアーチャー（R.S. Archer）とジェフリーによる
25S、51S、14S の合金開発である。いずれの合金も1919 年から 1920 年にかけて開発され、1921 年 12 月の特許申請、1923 年 10 月特許に登録された 28）。

図 4.15 1925 年 9 月 3 日、オハイオ州コールドウェ
ル郡の麦畑隣に遭難したシェナンドア号 58）。乗船していた 11 人の将校と 31 人の乗客のうち、14 人が死亡、2 人が負傷した。

図 4.16 リンド バーグとスピリットオブセントルイス 号（Smithsonian National Air and Space Museum59））

416

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

図 4.17 17S のクラッド材（Alclad 17S）28）

25S は Al-4.4％Cu-0.8％Si-0.75％Mn 合金で、1921 年

い（注 5）。14S のように高温時効しないと強度が得らには鍛造用合金として生産された。ジュラルミンに比れない合金では、室温時効で曲げ加工してその後高温

べて、Mg を含まないために熱間加工性に優れている

時効処理するという加工上のデメリットがあったが、ことである。このため航空機のプロペラやコネクティ

24S では 17S と同様に室温時効で高強度が得られそのング・ロッドに利用された。さらにこの合金の特徴とまま曲げ加工ができるという大きなメリットがあるの

して焼入れ後、室温時効硬化を示さずに高温時効で硬で、すぐに 17S-T4 に取って代わった。そしてそのク化してジュラルミンと同等の強度が得られることでラッド材 Alclad 24S-T3 は航空機の胴体の材料としてあった。零戦のプロペラもこの合金で製造された。

28）

51S は Al-1.0％Si-0.6％Mg 合金で、熱間や冷間でのいまなお使われているが、その最初の飛行機が DC-3
（図 4.18）62）である。

加工性がよく、鍛造、押出、管などに加工でき、1921
年に商品化され各種の用途に利用された。25S、51S
は薄板では高温時効後で粒界析出を伴うので過酷な腐食環境での使用には注意が必要とされた 28）。
14S は Al-4.4％Cu-0.4％Mg-0.9％Si-0.8％Mn 合金で、ジュラルミンに Si を 0.5％以上添加し高温時効することでジュラルミンより高い強度が得られる。1925 年、
Si 添加したジュラルミンの時効硬化について米国鉱山学会誌 AIME（American Institute of Mining Engineers.）に論文投稿した。西村秀雄京都大学教授（18921978）によれば超ジュラルミン（Super-Duralumin）という名称は 1927 年、米国の機械学会（ASME）のクリーブランドの講演会で、ジェフリースが引張強さ 370 〜 430 MPa の強力なアルミニウム合金ができ、

図 4.18 アルコアの Alclad 24S-T3 を胴体のスキンに用いた DC-3 62）

これを Super-Duralumin という名称で発表したのが最初と言われている 40）。

（注 5）T4 は焼入れ後自然時効させた調質を指すのアルコアは 1928 年 14S を商品化した。焼入れ焼戻に対し、T3 調質では圧延材や押出材を焼入れ後平しで引張強さ 485 MPa 耐力 415 MPa が得られたが、坦あるいは真っ直ぐに矯正あるいは残留応力を最伸びが 13％と低いので、板材としてよりも鍛造品で小限にするために数％の冷間加工をする調質を指多く用いられた 61）。当時、Si を多く含有した超ジュ

し、冷間加工で耐力が上がる。

ラルミンを含ケイ素超ジュラルミンと称していた 。
2）

今ではこの合金は超ジュラルミンと言われることは少DC-3 は DC-2 に 比 し て 定 員 を 5 割 増 と し な が ら、ないが、これが「もう一つの超ジュラルミン」である。

その運航経費は僅か 3％ほどの増に過ぎなかった。それ以前のアメリカ合衆国の航空旅客輸送は旅客運賃収

４. ３. ４ 高 純 度 地 金 を 使 用 し た 超 ジ ュ ラ ル ミ ン
24S の合金開発

入だけでは必要なコストを賄えず、連邦政府の郵便輸送補助金を受けることで何とか成り立っていた。とこ

14S に対し、24S（Cu 4.5％、Mg 1.5％、Mn 0.6％）

ろが DC-3 はその収容力によって自らの運賃収入だけがアルコアによって 1931 年開発された。ジュラルミでコストを賄うことができた。郵便補助金に頼る必要

ンの Mg 量を 1.5％まで増加させたもので、含ケイ素のない「飛ばせば儲かる飛行機」の出現は、航空輸送

超ジュラルミンが人工時効を必要とするのに対し、の発展において画期的なことであった。これはひとえ

24S は室温時効だけでジュラルミンの強度を大きく越に 24S 合金開発によるところが大きい。さらに第二える特徴がある。これを 24S 型超ジュラルミンと称次世界大戦では、連合軍欧州総司令官でありのちにア2）した 。現在では超ジュラルミンというと 24S を指す

メリカ合衆国大統領となったアイゼンハウアー（D.D.

ことが多い。

Eisenhower）は、第二次世界大戦の連合軍勝利に著

24S-T3 は、代表値で引張強さ 485 MPa、耐力 345

しく寄与したのは「ダコタ（Dakota、DC-3 の英国向

MPa、伸び 18％で、17S-T4 は引張強さ 430 MPa、耐け軍用輸送機の名称）とジープとバズーカ砲である」

力 280 MPa、伸び 22％で、17S に比べ耐力が 23 ％高と述べている。ダコタと C-47 スカイトレイン（米軍
航空機用アルミニウム合金の系統化調査

417

輸送機の正式名称）だけで 1945 年までに約 1 万機生

規格ではGrade I : 99.5％、鉄とケイ素のトータルは 0.5％以下産された。

Crade II : 99.0％、鉄とケイ素のトータルは 1.0％以下
４. ３. ５

24S が開発できた背景

Grade III : 98 〜 99％、鉄とケイ素のトータルは 2％以下。

17S や 14S の生産から 24S への生産は、Mg を 1％

不 純 物 とし て は（a）Fe、Si、
  （b）carbides、sul-増加させただけだが、製造がより困難になる。この合

phaides、Cu、Zn、Sn、Na、N、B、Ti、（c）alumina で金を製造するには、溶解、鋳造、圧延技術の進歩がかあるが、alumina は分析すると Al と一緒になってしまう

かせなかったとアルコアのノックス（J.A. Nock, Jr.）

ことが問題であった 69）。米国、英国、ドイツ各国のは述べている 63）。ディックスもまた板材の製造は非規格も不純物量の規定は若干異なるがほぼ似ている。

常に困難であったが、第二次世界大戦中に高速で圧延できるようになったと述べている 64）。押出性も非常（3）精製技術の進歩に悪かったが、同じく第二次世界大戦前の生産設備を

溶融塩を用いた最初の高純化プロセスは 1900 年ア

10 倍にして製造した。これらの技術の進歩に付け加ルコアの電気技師であったフープス（W. Hoopes）にえて、筆者は当時標準的な 99.5％の地金に対しアルコ

よってなされた 68）。フープスの提案は、三層になっアが三層電解法の発明で、1920 年台半ばに比較的純た液体の精製槽を用いるもので、溶けたアルミニウム

度の良い 99.8％の地金を安価に製造できるようになっを陰極としてこれより重い電解浴の上に浮かせ、そのたことも関係しているのではないかと考えている

電解浴の下により重い溶けた合金を陽極として配置す。

65）

るものであった。1919 年頃、フープスはアルコアの（1）ジュラルミンの不純物

研究陣と一緒になって工業的生産法を完成させた。図ティード（P.L. Teed） の 著 書 “Duralumin and Its

4.19 は三層電解精製炉を示す 70）。電解浴は氷晶石、アHeat-Treatment” に掲載されているジュラルミンの分析値

ルミニウムフッ化物、バリウムフッ化物、ナトリウムは Al: 93.94％、Cu: 4.20％、Mg: 0.56％、Mn: 0.69％、Fe:

フッ化物、アルミナで構成されている。1000℃で純ア

0.40％、Si: 0.21％である。英国のジュラルミンの成分規格

ルミニウムが電解浴に浮くためには 80％の氷晶石にでは Cu: 3.5 〜 4.5％、Mg: 0.4 〜 0.7％、Mn: 0.4 〜 0.7％、20％のバリウムフッ化物が必要である。こうして得ら

Fe: 0.7％以下、Si: 0.7％以下、Ti: 0.3％以下、Al: 残であれる平均の純度は 99.8％以上である。実際、多くのメる 。日本の陸海軍航空材料規格では、高力アルミニウ

タルは 99.90％であり、その幾つかは 99.99％の純度のム合金第一種（ジュラルミン相当）の成分はCu: 3.3 〜 4.2％、ものが得られた。フープスは 1924 年 1 月亡くなった。

Mg: 0.3 〜 0.7％、Mn: 0.3 〜 0.7％、Fe: 0.6％以下、
Si: 0.5％

フープスの出願した多くの特許は 1925 年登録されて以下である 67）。何れにしても不純物の許容量が大きいこいる 67）。この頃、高純度地金が工業的に利用できるとがわかる。ジュラルミンの不純物量はアルミニウム段階になってジュラルミン 17S の機械的特性及ぼすやマグネシウムの地金の不純物量に依存する。6.3 で不純物の影響が明らかになったと考えられる。

66）

述べるように、鉄やケイ素が増えると強度や伸びが低下する。したがって強度や伸びの向上には不純物の低減が必要であった。
（2）地金の不純物
アルミニウム地金の純度は製錬の方法に依存する。
世界で初めてアルミニウムの量産を行ったフランスの ドヴィーユ（Sainte-Claire Deville）はナトリウムによる還元法でアルミニウムを製造したが、その純度は 97％程度であった 68）。ホール・エルー法による電解製錬が開発されても純度が 99.7％以上のものができなかった（現在では 99.85％が一般的）。 不純物の多くは電解浴やアルミナ、陽極カーボンに起因している。 グラード（C. Grard）の著書 “Aluminium and
Its Alloys” によれば、1921 年当時のフランスの地金

418

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

図 4.19三層電解精製炉の構造 70）

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Shenandoah_Wreck.jpg  
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N A S M - A 1 9 2 8 0 0 2 1 0 0 0 - N A S M 2 0 1 6 - 0 2 7 4 4   

1040.

420

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5 日本におけるアルミニウム材料の生産
5.1

日本におけるアルミニウムの生産開始1）〜4）

ホールとエルーがアルミニウムの電解精錬法を発明した 1886 年の翌年には、少量のアルミニウムが陸軍

海軍から住友伸銅所にこの調査依頼した経緯は明らかでないが、杉浦は戦後の航空機用軽金属材料に関する座談会で「当時は金属に関する研究機関が少なく、住友伸銅所は一つの独立した金属専門の研究部門を持っていたためではないか」と述べている 7）。

砲兵工廠に輸入され、貴重品扱いで金庫に保管されたようである。その後、軍需用器物として使用されたのは 1894 年からである。当時の陸軍は飯ごう、水筒その他携帯用軍装品にアルミニウムを使用することを決定し、地金を輸入して、東京および大阪砲兵工廠で生産を開始した。住友伸銅場は 1897 年安治川に開設され、翌年、陸軍砲兵工廠から地金を受取り、アルミニ
ウムを圧延して納入した。
この頃、アルミニウムは最初、陸軍がつけた名前
ば ん そで「礬素」と呼ばれていたが、通りが悪いため、新たに銀のように美しく、銀よりも軽い「軽銀」という名前が考案された 5）。明治 30 年代になると民間でもア
ルミニウム什器が製造されるようになり輸入地金は

図 5.1

UACJ に保管されている英国で撃墜された
ツェッペリン飛行船の骨材

1900 年の 100 トンから 1912 年には約 1,000 トンへと

1921 年伸銅所は初めてジュラルミンの工業生産増大した。第一次世界大戦の開始で欧州からの地金のを行い、横須賀海軍工廠において英国ヴィッカース

輸入が中断したが、その間隙を縫ってノーザン・アル（Vickers）社製 SS 式軟式飛行船を国産化するためにミニウム社が日本に進出し、日本の市場はアルキャン

吊り船やそのほかの構造材料として板管棒計 1 トン余の支配下に入った。1920 年には、国内需要の増加とりを受注した。海軍は 1919 年英国ヴィッカース社にともに、大戦で欧州からの輸入が困難となった東南ア

発注した飛行船のゴンドラ（吊船）を木製からジュラジアへの器物輸出が増えて地金消費量が 2,000 トンへ

ルミン製に変えた SS 式１号飛行船は 1921 年完成しと増大した 6）。

たが、２ヶ月後格納庫で試験中に爆発した。このため

1913 年 7 月、住友伸銅所（同年 6 月に伸銅場から設計図と予備部品をもとにして 1922 年国産化を行っ伸銅所と改称）は農商務省技師で金属製品の分析・試た。これを SS 式３号飛行船（図 5.2）と呼んだ 8), 9)。

験に従事していた杉浦稠三を招いて試験係に任じた。

この飛行船もその後全面改修されたが 1924 年空中1916 年には、杉浦は「自身で研究開発しなければ、爆発を起こし、５名が殉職した。ヒンデンブルグ号爆

何時までたっても外国の下位に立たねばならない」、

発の 13 年も前のことである。

しげぞう「工場に研究が専属することによって、官立の試験所

当時のジュラルミン製造技術はきわめて初歩的なもでは出来ないような工場規模の研究が行える」と発案し研究課が設けられた。日本で工場に研究課が設置されたのはこれが最初である 2）。
1916 年末海軍艦政本部、大阪海軍監督官長経由で
図 5.1 に示すような Zeppelin の骨材が住友伸銅所に持ち込まれ、翌年この材料の調査を行ったのが研究課の杉浦であった。その分析結果や英国金属学会誌
JIM の文献をもとに、工場における試作研究を開始し、
ジ ュ ラ ル ミ ン

1919 年工場試作が完了し、「住 友軽 銀」
（ジュラルミンとルビがふられた）と命名された。この住友軽銀の成分は Cu 4％、Mg 0.5％、Mn 1.0％、Al 残である。

図 5.2

日本海軍の SS 式 3 号飛行船 9）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

421

のであったため、海軍は飛行艇を建造するため招聘しこの年の 4 月中島式ブレーゲ（Breguet）型飛行機（中た技術者の中で、ペーガン（T.W. Pagan）を伸銅所

島 B-6 複葉機）の機体構造にはじめて伸銅所製ジュに推薦してきた。彼は英国の国立物理学研究所（NPL：

ラルミンが使われ、「軽銀」号と命名された（図 5.5）

National Physical Laboratory）のローゼンハインに10）〜 12）

師事していて英国のアルミニウム製造技術を把握して全金属製の機体となってからである。

。ジュラルミンの本格的採用は 1930 年以降のいたことによる。1922 年 1 月から 8 ヶ月間、住友伸銅所に嘱託として採用され、鋳造、圧延、押出、抽伸の各部門と波板と形材の製造方法について指導した。
また、
従来造塊方法である「平流し法」（図 5.3）や「縦流し法」から傾斜鋳造法（図 5.4）に改められた。

5.2 ジュラルミン製造技術習得団

1）〜 4）

1922 年、第一次世界大戦が終わり、日本は戦勝国

これによりジュラルミン鋳塊は板用が厚さ 57 mm

としてドイツから賠償の 1 つとして何百台かの飛行機（2.25 in）
、棒用が直径 89 mm（3.5 in）となった。焼を受け取ることになっていたが、「飛行機を得るのは入れにも彼の指導で硝石炉を使用するようになった 。

全くの一時の利得であり、むしろ、その製作技術、例

1）

えば機体の設計とか軽合金の製法を習得する方が国家百年の大計である」とされ、その結果ジュラルミン製造技術習得団が派遣されることになった。1922 年 3 月、ときじ

習得団は、海軍造機大佐石川登喜治（図 5.6、 コラム参照）を団長とし、陸海軍それぞれ若干名と住友伸銅所の技術者 4 名をもって組織された。1922 年４月 20
日出発、7 月下旬デューレン（Düren）に到着し、9月中旬まで、デュレナ・メタルヴェルケ社でジュラルミン製造技術を実習、その後ドイツ、英国の工場を見学して、翌年 2 月 23 日帰国した。デュレナ社では「同図 5.3

社の作業員と同様に勤務して習得した内容を毎週取り平流し法 1), 2)

まとめ、同社提供のジュラルミン製造方法習得書と照合検討の上、疑問点は質問して技術の真髄を習得するように努めた」とのことである。なお、ジュラルミンは同社がヴィルムの特許を工業化したもので、当時、英米仏等の諸国に特許を分譲していた関係から、一行の技術習得に関して住友の名において有償契約の締結が要望され、その結果、陸海軍関係者も形式上は住友派遣員として実習した。なお、ジュラルミン製造技術習
得団とともに金属機体製造技術習得団も渡独している。
ジュラルミン製造技術習得団に関しては、団長の石川登喜治博士が、戦後、日本経済新聞の昭和 33 年 3月 16 日付けに「ジュラルミン秘話」と題して書かれた記事があるので、これを紹介する。
「戦勝国はドイ

図 5.4 住友伸銅所の傾斜鋳造機 1），2）

ツからの戦利品を早いもの勝ちでとりあった。アメリ
カなどはいちはやく、ツェッペリン号二台と飛行機数十台を確保してしまった。日本は出足がおくれて、もらい分というとたいしたものはなかった」そうである。
石川博士によると、「実は日本でほしいのはツェッペ
リン飛行船である。さらに突っ込んでいえば、ツェッ
ペリンの材料であるジュラルミンの秘密なのだ。この合金をどうやって冶金するか。どうやって薄くのばす

図 5.5 中島式ブレゲー型飛行機（1922）

10）

422

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. Marchか。どうやってそれをまげるか等々の秘密なのである」。石川博士には 1915 − 1916 年、
英国のグラスゴー

電信機、発動機（六基）が運ばれてきたという。一方、大学に留学した時に、ドーバーで撃墜されたツェッペ

格納庫は霞ヶ浦に移築され、東京駅が二つ入ってしまリン飛行船のジュラルミンのかけらをひろい、日本にう大きさだといわれた。この格納庫は日本海軍が飛行もちかえったものの、それを作る方法がわからず、そ機の格納に使用していたが、1929 年、Graf Zeppelin

れに近いものは出来るのだが、金属としてずっと性能号が日本に立ち寄った際に一時的にこの飛行船の格納の低いものしかできなかったという苦い経験があっ庫として使用された 8），13）。

た。こういった事情があって、ツェッペリン二台分を作る材料をもらいたいと申し入れた。その結果、デュレナ社に図面の提供、管、板、アングルなどを作ってもらうことに契約がまとまり、現地の工場見回りとして派遣されたとのことである。いよいよ製作が始まると、肝心なところに来ると私たちに見せないようにする。工場内ではノートを出してメモをとってはいけな
いことになっており、すべては目で見ただけの習得でなくてはならなかった。日本ではその工場でやっているのと同じスケジュールでジュラルミンを作る態勢をととのえていて、同じものをつくりつつあった。工場で知りえたことは秘密電報で本国に送り、本国ではその知識にもとづき製作をするといった段取りであった。
まえもって相当研究してかかったが、わからないこともあった。たとえばジュラルミンの板がでこぼこになっているのが一晩経つとピンと平らになる。技師長に質問すると「これは夜になると伸びるんです」といって追及を避けた等々。詳細は記事を読んでいただくとしていろいろな苦労話があったようで、これがその後の製造技術の発展の礎になった。

図 5.6

石川登喜治博士 14）

5.3 住友におけるジュラルミン製造技術の確立（桜島新工場建設）
1）〜4）

1923 年、ペーガンの指導と「ジュラルミン製造技術習得団」によってもたらされた技術を組み合わせ

なお、1921 年、日本も戦利品としてツェッペリン

ることによって、新しい製造設備を起業する計画が飛行船 L37（LZ75）１隻と飛行船格納庫１棟を受け立てられた。溶解には圧風式可傾炉を用い、200 mm

取ることになったが、これを日本に運ぶことは無理と（8 in.）角型鋳塊を傾斜鋳造機にて造塊し、この鋳塊考えたのか、2 年間も格納庫に入れたままにしたためを 1,000 トン竪型水圧機で鍛造後、帯状圧延しようと劣化してしまい、飛行船はその場で解体して、船首部、する製造法である。しかし、この計画は工場移転の尾部、ゴンドラおよび船体の一部、気嚢、計器、無線

議が起こり、1928 年の桜島新工場移転まで持ち越さ

コラム 石川登喜治
1879 年（明治 12 年）に九州の柳川市に生まれ。東京帝国大学を卒業後、海軍佐世保工廠に勤務、その間に英国に留学。1919 年には舶用プロペラの材質、マンガン青銅の研究で帝国学士院賞を受賞。その後、1930 年に海軍造機中将を退き、当時の日本鋳物協会（現：日本鋳造工学会）の初代会長を務めた。住友金属工業の顧問となる。1937 年 1 月、早稲田大学は石川登喜治博士を招聘。早稲田大学教授に就任し、鋳物研究所開設鋳物研究所創立し初代所長となる。鋳造技術は全ての金属製品を作る根底をなすものであるか
ら、
鋳物研究所をわが国の金属工業は勿論、工業全般の進歩に寄与する存在にしたいと考えていた。その後、鍛造・圧延・プレス・押出しなどの塑性加工の実験棟を建設。1946 年 3 月所長辞任。1964 年（昭和 39 年）
6 月 23 日、享年 84 歳で逝去。
（早稲田大学各務記念材料技術研究所のホームページより）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

423

れた。この間、1926 年住友合資会社より分離して住計 16 基が配置され、朝 8 時半から鋳込み開始し午後

友伸銅鋼管株式会社が設立され、アルコアとの提携

3 時半鋳込み終了、炉内清掃し、夜間に 11 トン溶解が 1928 年成立した。アルコアは地金販路拡大のため、する一日一溶解方式であった。鋳型はブックモールド

日本の加工会社との提携を模索しており、1925 年株で、鋳造方法は反射炉より溶湯を取鍋に入れ、60 度

式会社住友電線製造所との提携が成立、この関係から傾斜している鋳型に鋳込み始め、鋳型を徐々に回転さ住友伸銅鋼管もアルコアと提携し、溶解炉とアルミ板

せ垂直になって鋳込みが終了する。この当時の板用鋳専用の圧延工場を建設することとなった。なお、1925

塊寸法は 110 × 280 × 610 mm（4.5 × 11 × 24 in.）
（約

年 ア ル コ ア は カ ナ ダ の 子 会 社 Northern Aluminum

53 kg）であった。

Company を Aluminium Company of Canada、Ltd.
（アルキャン、Alcan）と名称を変更し、1928 年 5 月、カナダ法人のアルミニウム・リミテッド（Aluminium
Limited）として分離、設立したため提携先も海外事業を主とするアルミニウム・リミテッド（アルキャン）に変わった。1930 年、アルミニウム・リミテッドとの合弁で桜島の板工場と八尾の箔工場を母体に住友アルミニウム株式会社（現、東洋アルミニウム）が設立された。
桜島移転に伴い、プロペラ翅素材やクランクシャフ
トなどの大型鍛造品、薄板を板曲げとダイ抽伸で製造するプロフィル品、また鋳造、圧延、押出ならびに抽

図 5.7

Düren 方式（左）と改良方式（右）の鋳型１），2）

伸に関する設備の拡充と新技術の採用が行われた。当時の飛行船などの骨組みに使用されたのはジュラルミ
ン板を曲げ加工しその後ダイス抽伸を数回繰り返して製造するプロフィルである。大量生産になるとロール成形に置き換わった。押出形材の最小肉厚は 3 mmが限度であったため、板からのプロフィルが用いられた。プロフィルは厚さが 0.4 ～ 0.6 mm 程度、長さが4 ～ 5 m である。1939 年頃になると押出最小肉厚は 1.2mm となり、これより薄くする場合には圧延と抽伸で仕上げた。
５. ３. １

鋳造技術

この桜島新工場の鋳造設備は、可傾炉 4 基、坩堝炉

図 5.8

反射炉と傾斜鋳造機の配置１），2）

48 基である。最初は 80 kg 角型鋳塊、直径 140 mmの 40 kg 鋳塊が傾斜鋳造法で鋳込まれたが、1931 年

1928 年、プロペラ翅素材の鍛造が始まり、大型鋳には、鍛造素材用に 280 ～ 330 mm（11 ～ 13 in.）角

塊の必要が生じた。プロペラ翅鍛造用鋳塊はバケツ

型鋳塊（110 ～ 120 kg）が、管用には直径 150 mm の型で、1931 年頃は上部直径 330 mm、下部直径 305

30 kg 鋳塊または直径 230 mm（9 in.）の 50 kg 鋳塊mm、高さ 483 mm、
110 kg で、これが次第に大きくなっが造塊され、逐次大型化に移行した。鋳型も図 5.7 のて、1942 年頃には、上部直径が 600 mm、高さが 800

ように、湯口付き鋳型で湯口から注がれた溶湯は金網

mm、500 kg 鋳塊が用いられている。材質は 25S（Al-を通過して徐々に底部から鋳型内に流入する Düren

4.5％Cu-0.8％Si-0.8％Mn）である。

方式（左）から予め鋳型片面に金網付湯口をつけた方1931 〜 1940 年、鋳型を木炭で加熱後、反射炉から式（右）に改良された。いずれもフィルターとして金注湯し、空タンク内に入れ、鋳型の下部を周囲から放網が用いられている。
溶解炉はアルミニウム・リミテッ

水して冷却し、逐次、放水を鋳型上部に移して凝固さドと協議した結果 9 トン反射炉を初めて採用した。

せる方式を採用しており、水冷鋳型法と称した。問反射炉の前には図 5.8 のように傾斜鋳造機が 4 列、424

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

題は鋳塊の中心に巨大金属間化合物が生じやすいことである。これを改良するために図 5.9 に示すような押え圧延の考え方は、戦後の高靭性高強度合金の開加熱水冷式鋳造法（SKS −Ⅱ式、SKS は Sumitomo

発の中で提唱された中間加工熱処理の考え方の原型とKinzoku Sindosho の略）が開発された。溶湯を入れなるもので、鋳造組織を予備圧延（鍛錬）によって如た鉄製取鍋を木製水槽の中に徐々に降下させ冷却させ何に壊すかということが課題である。他社では押え圧るが、水槽に入るまでをガスバーナーと水スプレーで延の代わりにプレフォージングと称して熱間鍛造が行

冷却速度を調節する方式である。

われた。クラッド材については、鋳塊の両面に所定の厚さに圧延した皮材を被覆し、鉄のバンドで締め付けたあと熱間圧延で圧着したが、その後、鋳造時に皮材を溶着させてからは皮付き鋳塊を用いて前述の工程で熱間圧延された。
冷間圧延では、大板は 910 × 1,830 mm（3 × 6 ft）、
1,220 × 2,440 mm（4 × 8 ft）、1,520 × 3,050 mm（5× 10 ft）ならびに 1,000 × 2,000 mm の 4 種類、小板は 400 × 1,200 mm、500 × 1,200 mm の 2 種類が標準寸法で、大板の最小板厚は 0.5mm、小板は 0.3 mm であった。大板の圧延には二段圧延機 660 × 1,670 mm（26 × 66 in.）が用いられ、6.4 mm（0.25 in.）熱間圧
延板を焼鈍後圧延し、中間焼鈍を施してから途中で2 枚合わせにし、0.8 mm まで圧延した。0.6 mm、0.5

図 5.9

加熱水冷式鋳造法（SKS −Ⅱ式）１），2）

mm 板は 3 枚重ねの圧延である。焼入れ後は冷間スキ
ンパス上がりが主で、引張矯正は必要に応じて行った。
板厚 1.0 ～ 1.5 mm のものはすべてロール矯正である。
小板圧延には、Schmitz 社製 2 基と Farrel 社製 1 基

５. ３. ２

圧延技術

板工場の主要設備は三段熱間圧延機 1 基、大型二段圧延機 10 基、小型二段圧延機 12 基、板引張矯正機 1 基、の小型帯板圧延機を用いた。プロフィル用素板には長さ 5,000 mm に切断後、引張矯正したがコイルで出荷したものもあった。

石炭炉 10 基であった。内、新設したものは幅 100 mm（41935 年ころから、超ジュラルミンが飛行機の外板in）迄圧延可能なクルップ（Krupp）社製三段熱間圧材として量産に入って多忙を極めた。そこで桜島の伸延機、英国ロバートソン（Robertson）社製小幅用圧

銅所に大板を専門とする製板課第二工場が建設され延機、石炭炉はロックウェル（Rockwell）社から購る。1938 年頃から稼働し、主要設備は圧延機 12 基で入した特許に基づいて製作された炉であった。三段熱ある。大板の生産には、熱間圧延機として米国 Mesta

間圧延機（図 3.10）はロール回転を逆回転しなくても社製の三段圧延機（（22、30）× 66 in.）1 基、冷間圧よいので、二段熱間圧延機より効率がよいことが特徴

延 機 に は United Engineering（U.E.） 社 製 の 三 段 圧である。鋳塊はすべて傾斜鋳造法によるものであり、

延機（（20、30）× 66 in.）1 基と二段圧延機（28 × 60

1931 ～ 32 年頃の 60 kg 鋳塊から 80 kg へ、さらに鋳in.）4 基、日立製作所製二段圧延機 2 基（28 × 61 in.、

塊端面が丸型の 70、90 kg、1939 年頃には 120 kg 鋳

28 × 66 in.）、その他 U.E. 社製四段帯板圧延機 1 基有塊が使用された。

していた。製板第一工場で「押え圧延」された熱間圧

熱間圧延の工程は、ジュラルミンの場合、500℃、8 時間の均質化処理を施したのちに、440℃で鋳塊厚
さ 120 mm を 75 mm まで圧延し、その後面削したのちに再加熱し、同じく 440℃で熱間圧延して 6.4 mmまで圧延する工程である。この工程を図 5.10 に示す。
ここで特徴的なことは、鋳塊をまずその厚さの 2/3 程
度までに圧延し、面削で疵を除去後再加熱し、通常の熱間圧延を行う圧延方式である。通常圧延の前の圧延を「押え圧延」と称した 1）。

図 5.10押え圧延法（図内の数値は板厚を示す）１），2）
航空機用アルミニウム合金の系統化調査425

延板を用いて大板が製造された。大板の圧延工程は次5.4 名古屋軽合金製造所の設置

1）〜4）のようであった。
加熱→熱間圧延（0.25 in.）→焼鈍→両耳切断→地取切断→冷間圧延（三段圧延機、3 mm）→地取切
断→焼鈍→傷取り→冷間圧延（1.5 mm）→焼鈍→
二枚合せ圧延→ 0.8 mm →焼入れ→洗浄→スキンパス（→焼戻し）1935 年、住友伸銅鋼管㈱は㈱住友製鋼所と合併し、住友金属工業㈱が設立された。同年におけるアルミニ
ウム合金の生産高は 1,400 トンであったが、後半から
国際情勢の緊迫化による航空戦力の大幅増強の必要か
ら飛行機材料の増産が要求された。1937 年 2 月には熱間圧延での問題点としては、第一に、押え圧延でプロペラ需要激増による鍛造工場拡充計画が立案されは端面割れが多かったが、時折表面割れも発生し、こた。さらに、陸・海軍による 3 回の増産計画により、の場合は両面を 5 〜 6 mm 面削した。第二に、三段

陸軍は 7,418 トン／年、海軍は 4,400 トン／年の目標

圧延機では軽圧減率の加工なのでクロコダイルを発生が立てられ、大阪桜島の伸銅所に飛行機材料専門の製しやすいことや合せ板圧延開始時に上側皮材が剥離し板課第二工場、管棒課第二工場が建設され、1938 〜

飛ぶことがあった。第三に、熱間圧延板のキャンバが1939 年稼動を開始した。1938 年末に、海軍航空本部

不揃いであったため、圧延ごとに冷却水量の調整が必から月産 1364 トンのアルミニウム合金生産の要請が要であった。

あり、既定の増産計画の 3 倍もの要求で、伸銅所には拡張の余裕がなく、新工場の敷地が検討された。新工

５. ３. ３

押出技術・鍛造技術

管・棒・線用としては Krupp 社製 1,000 トンの横型 水 圧 押 出 機 が 1 基 で、1935 年 頃 に シ ュ レ ー マ ン

426

場敷地としては、空襲、天災などの危険も考慮に入れて、各地を物色したが、結局航空機製造の中心地となっている名古屋に決定した。

（Schloemann）社製 2,000 トン 1 基が設置された。前

敷地は、1939 年はじめ、航空機事業を手がけてい者にはコンテナヒータがなく、薪を焚いて暖めた。鋳た愛知時計電機㈱青木鎌太郎社長の斡旋で、名古屋塊は直径 140 mm（5.5 in.）のものが使用された。後市港区千年の水田に、工場付属地として博覧会跡地 4

者は複動型で、コンテナはガスバーナー方式で、鋳塊万余坪を加えた約 19 万坪を入手した。この地域は、は 180 mm（7 in.）のものが使用された。竪型水圧押1937 年、名古屋市長の大岩勇夫が名古屋開港 30 周年、出機はハイドローリック（Hydraulik）社製 600 トン

国際都市としての名古屋をアピールするため名古屋汎2 基が設置され、小径管の素管の押出に使用された。

太平洋平和博覧会（コラム参照）を開催した会場跡地

そのほか、丸棒の熱間圧延と管の熱間マンドレル圧延になっていた。もともとこの会場となった南区熱田前

用に 3 段溝ロール圧延が 3 基、2 段溝ロールが 2 基用新田（現在の名古屋市港区港明・港楽一帯）は、1935

いられた。

年に会場が決定した当時は、港北耕地整理組合が管理

押 出 形 材 に つ い て は、 住 友 は 1924 年 頃、Krupp

する葦の茂る田んぼにすぎない地域であった。大岩に社製 1,000 トン横型水圧押出機を用いて、一辺が 50

は名古屋に自動車産業を誘致して「中京デトロイト」にすmm、肉厚 3 mm 以上のジュラルミン L 型形材の製造る構想があり、その一環として、交通網などインフラ整に成功し、川西機械㈱の水上機のフロートの小骨に使備のため博覧会が開催されたものと考えられる。名古屋用されたのが実用化の最初と言われている。1928 年

汎太平洋平和博覧会（コラム）は 1937 年 3 月 15 日から

安治川から桜島に新工場を移転してからも一基のみで

5 月 31 日まで開催され、入場者数は 480 万人、海外か需要がなかった。当時は大凡の形状を作り圧延と抽伸らの参加は 29 カ国であった 15），16）。

で仕上げたようである。1935 年、シュレーマン社製

1939 年 7 月杉浦稠三を部長として臨時名古屋工場

2,000 トン横型水圧押出機（複動型）が設置され、住建設部が設置され、鋳造、製板、管棒、鍛造を持つ総友の超ジュラルミン SD（24S）が、1936 年、全金属

合的軽合金専門工場の建設にあたった（図 5-11）。同製低翼単葉機の九六式艦上戦闘機に採用されたこと時期に、国家総動員法の公布で伸銅所軽合金関係工場、で、軍用機全盛時代の需要期を迎えることになった。

プロペラ製造所全工場などが陸海軍共同管理工場とな鍛造には、プロペラ翅素材用として 1930 年 6 トン

り、管理官が派遣され、生産または修理の業務に関し、

エアーハンマーが設置された。その後、1,000 トンの陸海軍大臣の指揮監督を受けることになった。1941

竪型水圧機 3 基、スクリュープレス 4 基、3 トンエアー

年 9 月名古屋軽合金製造所が設置された。所長に杉浦ハンマーが 2 基設置された。

稠三、副所長に丸山正男が就任し、五十嵐博士もこの

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. Marchコラム

名古屋汎太平洋平和博覧会

名古屋開港 30 周年、国際都市としての名古屋をアピール（名古屋市長

大岩 勇夫）

1937（昭和 12）年 3 月 15 日− 5 月 31 日
入場者数 480 万人，海外参加 29 カ国

参照 http://underzero.net/html/tz/tz_213_1.htm （2021.11.15）、名古屋都市センター、ニュースレター
Vol.62（2004.12）、名古屋汎太平洋平和博覧会ガイドブック、（財）名古屋都市センター、(2005).

航空機用アルミニウム合金の系統化調査427

図 5.11 名古屋軽合金製造所の外観と平面図 2）

ときに研究部長となった。1942 年 2 月名古屋軽合金

ミーブロックをおくなどして、1941 年 6 月、長さ 1,200

製造所も陸海軍共同管理工場となった。この工場は、mm、約 400 kg の鋳塊を製造する SKS − V 式と呼ぶ

当時伸銅所で開発中であった連続鋳造法による大型鋳鋳造法を完成させた（図 5.12）。

塊を用いることを前提としたストリップ方式圧延の製

1942 年には、反射炉の前に深さ 5m 余のピットを作り、其の中にダミーブロック付き降下装置を据え板工場を目標とした。
1943 年に入ってから工場の整備が急速に進み、反付け、鋳型を設置し、二つの取鍋で交互に鋳型の中射炉 30 基、わが国最初の連続鋳造設備、可逆式二段に樋を通じて溶湯を流しこんで、最大 1,400 kg、厚熱間圧延機ならびに四段冷間圧延機、大型押出形材生さ 220 mm、幅 600 及び 800 mm、長さ 4,000 mm 程

産用 3,600 トン横型水圧押出機、プロペラ翅素材生産

度のものが造塊された。実際の圧延には 400 kg、600

用の 4,000 トン竪型水圧機、35,000 kg-m エアーハンkg 鋳塊が用いられたので、一本のスラブから３枚取

マー等を設備した総合軽合金工場となり、その生産量

りまたは２枚取りされた。当初、VLW 社（Vereinigte

は最盛期には月産 4,000 トンであった。なお、鋳物関

Leichtmetallwerke GmbH）の技術導入で製造する予係は 1943 年名古屋軽合金製造所鳴海支所と伸銅所豊定であったが、古河電工が先に交渉していたため技術

橋製作所、伸銅所堅田製作所が設置され、そちらに移管された。鋳造、圧延、管棒、形材、鍛造の技術の進歩を紹介する。
５. ４. １

鋳造技術

製板技術の発展に伴い、ストリップ方式で圧延を行うためには、高品質でかつ大型鋳塊の必要性が生じてきた。1936 年春頃の外国雑誌に、「これからは連続鋳造法に向かわねばならぬ」という二三行の記事があり、これに着目したのが佐藤新治である。1937 年彼は「物事すべて根本は素質である。素質のないものでも努力すれば上手の域に達するが、努力だけでは名人になれない・・・、しかして、素質のよい鋳塊を作るには連続鋳造法以外にない」という趣旨の報告書を当時の製造部長である丸山五男に提出し、許可を得て実験を開始した。その後、建設中の名古屋軽合金製造所
は米国の United Engineering 社のストリップ方式圧延設備を導入することとなり、製板用角型大型鋳塊を必要としたため、大型鋳塊連続鋳造技術の完成が必須となった。これを担当した鹿子木立郎は銅製鋳型を用
い、鋳型内面に塗油し、溶湯注入の工夫や底板にダ

428

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

図 5.12 板材用スラブの連続鋳造用鋳型およびノズル部 1），2）

導入はできなくなった（コラム参照）。このため鹿子〜 1.2 mm 、幅 1,250 mm 以下である。超々ジュラル

木は 1937 年のドイツの Aluminium 誌に掲載された

ミン ESD と ESDC は従来の圧延方式であった。

連続鋳造法に関する記事や VLW 社のイタリア特許を参考に、大型鋳塊の製造の実験を行い、鋳型、形状、

可 逆 式 二 段 熱 間 圧 延 で の 超 ジ ュ ラ ル ミ ン 合せ 板
（SDC）の圧延工程は次のようである。

鋳込み法、冷却法、亀裂防止、異常結晶粒や発汗の防止に独自の技術を確立し３件の特許を取得し、1942
年名古屋軽合金製造所にて量産化した。連続鋳造法の確立は製板工場のストリップ方式圧延設備の生産性向上に大きく貢献した。この連続鋳造法ではジュラル

400kg スラブ→押え圧延（厚さ 135 mm × 幅 850mm）→面削（片面 10 mm）→洗浄→皮板付け→
加熱→熱間圧延（厚さ 6 mm × 幅 1,100 mm）→
両耳切断（幅 1,050 mm）

ミン、超ジュラルミンだけで、超々ジュラルミンは鋳込んで放置すると割れるといった問題があり、Züblin

傾斜鋳造法による鋳塊の熱間圧延には、日立製作所

法（SKS- Ⅵ式）が適用された。Züblin 法は鋳型の一製二段圧延機（30 × 70 in.）2 基、冷間圧延には U.E. 製

方の縁を解放しておき、そこから水平な樋で溶湯を流三段圧延機（（31, 21）× 72 in.）1 基、ならびに U.E. 製

し込み、鋳型を降下させていくと同時に縁の解放され二段圧延機（（32, 36）×（66 〜 96）in.）7 基が用いた部分を逐次塞いでいく方式である（図 5.13）。

られた。小幅コイルの冷間圧延には、Schmitz 社製（500Züblin 法による ESD 板用鋳塊は、厚さ 120 mm ×× 800 mm）2 基、Farrel 社 製（20 × 32 in.）1 基 の幅 400 mm ×長さ 600 mm（約 80 kg）程度のもので二段可逆式圧延機があり、そのコイル単重は 50 〜 60

あった。

kg であった。その他、マグネシウム合金圧延用に日立製作所製二段圧延機（36 × 130 in.）4 基、復水器
管板用ネーバル黄銅板熱間圧延用に日立製作所製二段圧延機（36 × 130 in.）1 基が据え付けられていた。
焼入れには硝石炉を使用し、大板はつり下げ方式であるが、小板の場合には寸法によってコイル（最終単図 5.13５. ４. ２

棒用ビレットの Züblin 鋳造法 1），2）

圧延技術

名古屋軽合金製造所の熱間圧延では連続鋳造法による大型鋳塊をストリップ方式で圧延する、当時としては世界でも極めて新しい試みで圧延が行われた。この方式では幅 1000 mm 板用スラブを U.E. 社製可逆式二段圧延機（図 5.14 上）で厚さ 6 mm まで熱間圧延後、コイルアップする。焼鈍後、冷間粗圧延は U.E. 社製
２スタンドタンデム四段冷間圧延機（図 5.14 下）で
３パス通板し、中間焼鈍を入れて、その後シングルのU.E. 社製４段冷間圧延機で圧減率 50％の仕上圧延を行い、板厚 0.5 ならびに 0.6 mm とした。ストリップ方式で圧延した板はジュラルミン（D2）、超ジュラルミンとその合せ板（SD、SDC）の３種類で、板厚は 0.4

図 5.14 住友の圧延機（上：二段熱間圧延機、下：２タンデム４段冷間圧延機）2）
航空機用アルミニウム合金の系統化調査429

重 40 〜 50 kg）のまま焼入れしたこともあった。

５. ４. ４

鍛造技術

現在行われているストリップ方式の圧延技術の基礎

設備の大型化、大型クランクプレスの採用、鍛造ロー

は、小幅圧延から始まり、連続鋳造法の開発と相俟っル、アプセッタの使用、黒皮を残す鍛造、製型工場のて、1942 年以降、名古屋軽合金製造所によって完成

設置を基本に工場ができた。4,000 トン竪型水圧機 2された。1944 年における伸銅所製板課第二工場のア

基、1,000 トン横型水圧機（アプセッタ）1 基、Beche

ルミニウム合金生産量は 500 〜 600 トン / 月、名古社製 35,000 kg-m カウンタブローハンマ 1 基、鍛造ロー

屋軽合金製造所製板工場は最盛期には 2,000 トン / 月

ル 1 基が設置された。小型鍛造品専用にはピストン用ス（内、ストリップ方式が 1,500 トン / 月）である。

クリュープレス 4 基、1トン及び 3 トンエアーハンマ各 1
基設置、その後米国 National 社製 1,500 トンクランクプ

５. ４. ３

押出技術

レス 2 基、国産の 700 トン３基、200 トン 2 基クランク

管棒生産用に 1941 年、主要設備として、横型水圧押出機 8 基、竪型水圧押出機および竪型水圧機 1 基、プレスが増設された。図 5.16 は UACJ に保管されている航空機用プロペラ用の鍛造金型である。

プロペラ翅素材用の圧延溝ロール 3 基、鎖式抽伸機
17 基、20 トン及び 300 トン引張り矯正機各 1 基、リーラ矯正機が設置された。いずれの工場でも、ビレットの直径は 5”、7”、9”、10” で、傾斜鋳造法で製造され、名古屋では連続鋳造法も併用された。焼入れは硝石炉が用いられた。生産量は伸銅所（桜島）、名古屋でいずれも管棒が 300 トン / 月であった。
押出形材生産用に横型水圧押出機が 7 基設置された。その後増設され、計 11 基となった。ESD は 2,000トン級以上の押出機で生産され、最小肉厚は 4 mmとしたが、主に 6 mm 以上の肉厚であった。押出速度は SD が 2 〜 2.5 m/min、ESD が 1 〜 1.5 m/min であった。図 5.15 は名古屋軽合金製造所に設置された

図 5.16 UACJ に保管されている
航空機用プロペラの鍛造金型

3,600 トン横型水圧押出機である。 ESD 大型形材の押出に用いられた。
当時の押出形材生産上の問題は、押出材尾部の結晶
粒粗大化、押出性が形状寸法に依存すること、押出材
尾部のまくれ込みであった。押出形材の矯正方法は、引張り矯正、叩き矯正、プレス矯正、ツイスタによる

5.5 製錬技術の導入、電力事業とアルミニウム製錬
17）

5.5.1

日本における輸入地金、住友と古河の対応捩り矯正である。矯正は傷取りと同様、非常に手数がわが国におけるアルミニウム市場の形成は軍需品にかかり、人海戦術であった。生産量は桜島と名古屋で始まったことはすでに述べたが、1894 年陸軍はアルそれぞれ 700 トン / 月であった。名古屋では ESD のミニウム地金を輸入して東京および大阪の砲兵工廠で生産が 500 トン / 月であった。

飯ごう、水筒そのほかの携帯用軍需品を生産することを決めた。輸入地金は 1987 年安治川に開設された
住友伸銅場にて圧延され、アルミニウム板として工廠に納入された。その後民間でもアルミニウム什器が製造されるようになり、1900 年に約 100 トンに達した輸入地金は 1912 年には約 1,000 トンへと増大した。第一次世界大戦の開始によって、フランス、スイス、イギリスからの地金輸入は中断したが、その間隙を縫って、アルコアの子会社の Northern Aluminum
Company（アルキャンの前身）が日本に進出し、以来、わが国のアルミニウム市場はアルキャンの支配下

図 5.15 3,600 トン横型水圧押出機

430

国立科学博物館技術の系統化調査報告2）

Vol.31 2022. Marchに入った。1920 年には地金消費量は約 2,000 トンに拡コラム 古河電工のVLWからの技術導入 −「ベルリンからの手紙」より−
古河電工は 1937 年 9 月の工場事業管理令に基づいて、日光と大阪の工場が陸海軍の管理を受けるようになった。特に古河は陸軍からの要請で航空機用アルミニウム合金の大量生産のための新工場の建設が必要になった。新工場建設にあったっては外国の最新の技術導入することが不可欠であった。1938 年 VLWから技術提携の話があり、鋳塊を作る技術では VLW が優れていると判断し、1939 年 8 月古河と VLW は契約を結び、溶解鋳造、圧延、鍛造、押出、研究に関して技術導入を行い、技術習得のために三ヵ年で技術者を三回派遣することとなった。派遣されたのは松尾敏彦、川村知、北島正元の三名で、1941 年 5 月シベリア経由でドイツに向かった。6 月にベルリンに着いたが、12 日後、ドイツはソ連に対し宣戦布告をした。7 月にハノーバーに着き、空襲の最中 VLW での研修、VLW の連続水冷鋳造法などの技術習得を行なった。11 月にハノーバーを引き上げたが、日米開戦の危機ですぐに帰国することは難しくなった。購入機械類や技術資料は潜水艦で日本に運ばれた。1942 年 9 月、帰国手続きをとったが、ソ連を通過するビザが取れず翌年まで持ち越された。1943 年の春、技術資料や駐在員との連絡で日光では連続水冷鋳造設備を作り上げた。その結果、24S はできたが ESD は良品ができなかった。
1943 年 10 月ようやくソ連通過ビザがおりたが、一社 2 名までということで北島にはビザは発給されなかった。一人残された北島はベルリンの空襲の中、肺をやられて闘病生活となり、陸軍の計らいでドイツ陸軍傷痍軍人療養所に入った。戦況が悪化し 1945
年 1 月にはスイスの結核療養所に移ったが、9 月 18 日 39 歳で客死した。これらの経緯について、北島正元の長男である北島正和が執筆した「ベルリンからの手紙、第二次世界大戦、大空襲下の一技術者」が 2005 年中央公論事業出版から出版されている。（図：北島の手紙が本の表紙になっている）
北島正和：ベルリンからの手紙、第二次大戦、大空襲下の一技術者、中央公論事業出版、（2005）．より

大した 6）。
古河電工は 1908 年の日光電気精銅所の完成と同時

5.5.2

国産地金の開発に製線も開始し、アルミニウム線にも関心を示し、国産地金に関しては、1916 年日本軽銀㈱が年産 200

1911 年、高橋本枝（コラム）を欧州に派遣してアルトンの電解工場を名古屋に建設したのがわが国最初のミニウム送電線の調査に当たらせた。

アルミニウム製錬企業である。この計画は知多半島の1919 年、 古 河 合 名 は British Aluminium Ltd と ア

白粘土を原料として苛性ソーダで処理してアルミナをルミニウム・ワイヤー・バーの独占販売権と技術導入製造し電解するという方式であった。しかし原料が不契約を結び、鋼芯アルミニウムの製造を始めた。これに適でコスト的に合わず一年で閉鎖された。その後、同対抗して住友電線もアルコアからの技術導入により 1925

社の経営は藤田組（同和鉱業）に委ねられ、名古屋工

年生産を開始した。住友はアルコアからの原料であった場で研究を続け、1918 年長野県大町に電解工場を建が、古河は競争上、原料を廉価に入手する必要があっ設した。この工場は藤田組系列の明治水力電気の 3 万た。また古河は住友のジュラルミン製造に刺激されて、kw の電源開発に対応したものであったが、第一次世

鳥羽安行技師を東大の航空研究所に派遣し研究させた。

界大戦後の不況で挫折した 6）。1921 年軍部は航空機

1926 年陸軍航空本部からジュラルミンの試作命令を受を中心とする軍需の拡大に対応させるために軍需工業

け、1928 年には陸軍は日光電気精銅所をジュラルミン板研究奨励金を交付してアルミニウム製錬の企業化を促の製造指定工場とする決定を行った

進した。この政府助成を得て、日本軽銀大町工場で工。

18）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

431

業化試験が再開されるとともに、政府機関である東京物を作る。抽出残渣は苛性ソーダで処理してアルミン

工業試験所でもアルミナの製造研究が進められた。

酸ナトリウム液を作り、これを炭酸ガスで分解して水
酸化アルミニウムを析出させ、焼成してアルミナとす（１）明礬からの製錬－昭和電工、住友化学

6），18）〜 21）る。母液の炭酸ナトリウム液は苛性化して工程に循環

1931 年 9 月の国際連盟脱退以降、アルミニウム地させるというものである。しかし、その後ボーキサイ

金の輸入に不安があり、当時、日本の統治下にあった

トのほうが回収率のよいことがわかったため 1937 年

朝鮮の明礬石や満州の礬土頁岩を用いて地金を国産化

ボーキサイトに切り替わった。

する機運が急速に高まった。浅田明礬製造所の浅田

浅田は日本沃度を諦め、1931 年住友合資会社へ事平蔵の発明した明礬石によるアルミナ製造法の特許業化を申し入れ、浅田の持つ朝鮮、玉埋山明礬石（注）は 1930 年成立し、浅田は日本沃度（その後 1934 年日の鉱区権移転と共に事業化する契約が成立した。住友

本電工、1939 年昭和電工）と朝鮮の明礬石を用いて、が契約したのは、肥料の原料としての硫酸カリも副産1932 年昭和肥料の川崎工場内に試験工場を作り試験物として採れるということにも注目したからである。

をした。

住友の肥料関係は 1913 年、住友総本店の直営事業と

ヨ ー ド

お く め

浅田法は酸法の一つで、明礬石を焙焼し、硫酸を添して新居浜で肥料製造所が設置され、1925 年、㈱住加すると溶液は硫酸礬土（硫酸アルミニウム）となっ

友肥料製造所として独立、1934 年商号を住友化学工て、珪酸および鉄は残渣中に残り、分離ろ過すると粗業株式会社に変更した。

明礬が得られる。さらに加圧分解して硫酸カリと硫酸

住友化学は、浅田法で製造を試みたが、装置が硫酸礬土が得られ、焙焼後に水で抽出して水酸化アルミニウで腐食され、耐酸性の装置にする適当な材料もなくてムが得られる方法である。しかし、その後、浅田法で浅田法では順調に操業できないため、同社で開発したはなく東京工業試験所の田中弘博士の特許を採用し 6）、

住友法によって明礬石からアルミナ製造を行い、1934

1934 年日本電工は横浜にアルミナ工場、大町に電解工

年、年産 1,500 トンの製錬能力を有する住友アルミニ場を建設し、アルミニウム製錬の企業化に成功した

22）。

ウム製錬㈱を発足させた。住友法は、明礬石を酸およ

田中法は明礬石を焙焼分解し、アンモニア水で処理しびアルカリで処理する方法で、明礬石を粉砕して焙焼てその含有する硫酸分を硫安、カリウム分を硫酸カリしさらに粉砕し硫酸を添加して粗明礬と硫酸礬土に分ウムとし抽出液を蒸発させ、硫酸カリウム硫安の混合離する。硫酸礬土をアンモニアで中和すると水酸化ア

コラム 高峰譲吉のアルミニウム精錬事業
1917 年、ジアスターゼの発見で有名な高峰譲吉（1854-1922）も、高峰の生誕地・高岡には、古くから銅加工の技術があり、富山湾に面する良港を有するこの地（富山県）でアルミ工業を起こせばその技術が生きると考え、アルコアと日本の共同出資で企業を設立し、アルコアの技術を導入してアルミニウム製錬の計画をたてた。そして大量の電気が必要なアルミ工業を起こすには、無尽蔵とも言える水資源の利用が最適であると考え、1917 年から黒部川の調査に乗り出した。1919（大正 8）年 12 月、三共本社内に東洋アルミナム株式会社を設立し、まず黒部川の電源開発に着手した。1921（大正 10）年、東洋アルミナムは黒部鉄道株式会社を設立し、鉄道建設に着手した。宇奈月を電源開発の基地とし、同時に温泉地として発展させれば、一般客の取り込みも可能になり、鉄道事業の運営、電源開発と地域開発が同時に行なえると考えた。
しかし、第一次世界大戦後の経済不況の中、1922（大正 11）年 7 月に高峰博士が亡くなると、東洋アルミ
ナムによる電源開発事業は縮小し、同年、東洋アルミナムはアルミ製造事業を断念した。高峰博士とともに代表を務めていた塩原又策は、会社の全株式を日本電力に譲渡し、東洋アルミナムの社長には日本電力の山岡順太郎が就任し、電力事業は日本電力（現在は関西電力）に引き継がれた。アルミ精錬事業は、1934 年、「日本沃度」という会社を経て「日本電工」が初めて生産に成功した。一方アルミ加工産業では「三協アルミ」と「立山アルミ」（現在は合併して三協立山株式会社）が、1960 年に竹平政太郎・栄次兄弟によって創業され、本社を高岡に置いている。
（http://www.npo-takamine.org/works/05.html）

432

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

コラム

アルミナの製造法、アルカリ法と酸法

アルミナは両性化合物でアルカリにも酸にも溶けるので、アルミナ製法にはアルカリ法と酸法がある。
アルカリ法は水に溶解しているアルミン酸ソーダにアルミナを結合させるためにアルカリ（苛性ソーダ、
炭酸ソーダ）で原鉱石を処理する。この処理によって鉄、ケイ素、チタンなどの不純物は赤泥となって分離され、アルミン酸ソーダから水酸化アルミニウムを分離する。アルカリ法では鉄やチタンの分離は比較的容易であるが、ケイ素はアルカリに容易に溶解するからアルカリ法においてはできるだけケイ素の少な
い原鉱石を使用することが望ましい。アルカリ法の基になっているのはバイヤー法で現在も広く利用されている。オーストリアの化学者 K.J. Bayer は、第一に、アルミン酸ソーダ溶液での自発的に分解析出が生じることと水酸化アルミニウムを添加するとこの析出が促進されること、第二に、ボーキサイト中に含まれるアルミナは、オートクレーブ中でアルミン酸溶液の分解後の母液を用いて、アルカリ溶液に溶解することを発見した。これらの発見でバイヤー法を完成させた。バイヤー法の工程を図左に示す。アルカリ法
では上述の湿式法以外に乾式法がある。この方法では原鉱石をアルカリ土類金属塩またはアルカリ金属塩（炭酸ソーダ、炭酸カルシウムなど炭酸塩）と共に回転炉で加熱乾燥するか、アーク炉で固体アルミン酸塩を得るために溶融させる。アルミン酸塩は水またはソーダ溶液によって抽出するとアルミン酸ソーダ溶液が得られ、これを分解させて水酸化アルミニウムを得る。
一方、酸法では原鉱石を無機酸（硫酸、塩酸、硝酸）で処理すると硫酸アルミニウムまたは三塩化アル
ミニウムなどになり、それを分解して水酸化アルミニウムを得る。酸法では鉄及びチタンの酸化物は多少溶解するが、ケイ素はほとんど溶解しない。酸溶液からの鉄の除去はかなり難しいので鉄の含有量の少ない原鉱石を使用することが望ましい。また装置が耐酸性のものであることが必要である。図右は酸法の一種である浅田法を示す。( 森永卓一：アルミニウム製錬、日刊工業新聞社、(1968).)

図Bayer 法（左）と浅田法（右）の製造工程

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

433

ルミニウムが得られ、これを苛性ソーダに溶解してア礬土頁岩の高品質鉱と低品質鉱では製造方法が異な

ルミン酸ソーダにする。沈殿槽で水酸化アルミニウム

り、 高 品 質 鉱（Al2O3：50 ％、SiO2：20 ％、Fe2O3：を析出させると、珪酸および鉄は残渣中に残る。アン10％）では珪酸が少ないので、アルカリ法でかつ乾モニアで中和して水酸化アルミニウムをろ過した後の式 が、 低 品 位 鉱（Al2O3：20 ～ 40 ％、SiO2：40 ％、ろ液から硫安カリおよび硫安が得られる方法である。

Fe2O3：3％）では珪酸が多いので酸法がよいと判断さ

結局、住友化学も明礬からのアルミナの回収は技術面れた。満鉄ではすでに量の多い低品質鉱から硫酸にてでもコスト面でもうまくいかず、また不純物が多くアルミナを製造する小規模実験がなされていた。これ

ジュラルミンには使えないとのことで、住友も 1938

は明礬石からのアルミナ製造法の応用で、礬土頁岩を

年ボーキサイトに切換えた。

焼いて脱水した後、硫酸に溶かすと硫酸礬土の水溶液ができる。これにアンモニアを加え、アンモニウム明（注）玉埋山の明礬石の成分、Al2O3：24 ～ 33％、礬の結晶を作り、さらにアンモニアを作用させると水SiO2：14 ～ 15％、SO2：22 ～ 33％、Fe2O3：0.5 ～

酸化アルミニウムが結晶として取り出される。これを15％、K2O：6 ～ 8％、H2O：9 ～ 10％

焼いて脱水してアルミナとする方法で、電解が容易で

22）

純度が高いアルミナが得られた。
（２）礬 土頁岩からの製錬－日満アルミ、満洲軽金属

ばんどけつがん礬 土頁岩とは、1924 年煙台（中国東北地方の鞍山から理研法の特許の使用する権利を得て、日満アルミと瀋陽の中間に位置する）にある煙台炭鉱で耐火粘土

ニウムには礬土頁岩を供給する契約を結んだ。1934の調査中に発見された。粘土の中には微細なダイアス

年には奉天（現在の瀋陽）に近い撫順に試験工場がでポア結晶を極めて多く含むことが確認され、当時の地きた。電力は撫順炭鉱発電所から供給を受けた。満鉄質調査所長村上鈑蔵博士によって「礬土頁岩」と命名

中央研究所の内野正夫技師は、高温塩素ガスの取扱い、された。礬土頁岩にはアルミナ分が多いため、ボー溶融させたアルミナの粉砕、アルミナの電解の困難さ

キサイトの供給が途絶えた場合のことを考えて礬土頁に悩まされた。最後のアルミナの電解問題は酸法で岩をアルミニウムの原料にすることが国策として検討作ったアルミナを加えると反応が進みうまくいくことされた。礬土頁岩は白味を帯びた茶褐色の岩石であるがわかり、礬土頁岩からアルミナができることが実証

が、ボーキサイトに比べ風化の度合いが小さいためかされた 24）。その後フランスの製錬工場を見学してゼー珪石が多い。ボーキサイトは珪酸分が少なく 5％以下

タベルグ方式で製錬することを決めた。内野らは「満であるが、礬土頁岩は少なくても 10％、多いものは

州軽金属法」を完成させ、1936 年 11 月満洲軽金属製

40％もあり、苛性ソーダで処理しても珪酸分が溶け出造株式会社を設立させ、年産 4,000 トンの工場を撫順してしまう難点があり、ボーキサイトから製造するバに建設し、1938 年操業を開始した。

イヤー法に比べてこれらの不純物を取り除く工程が増「満州軽金属法」は第一段階が鉱石から礬酸石灰（アえ採算がとれるかどうかが問題であった。

ルミン酸カルシウム）を製造する工程で、焙焼炉で礬

23）

理化学研究所は満州の礬土頁岩を用いて乾式アルミ

土頁岩と石灰石を焼いて、水分や有機物を除去し、アーナ製造法を開発した。1933 年この方式を採用した日ク炉で溶融させ、コークスと鉄を添加する。還元反応

満アルミニウム㈱が設立され、富山県の東岩瀬町に工で珪素鉄が形成され沈殿する。上澄み液から礬酸石灰場を建設した。同工場は年産 3,000 トンの規模で 1935を取り出す。第二段階は礬酸石灰から精製アルミナを

年操業を開始した。理化学研究所で研究された方法は製造する工程である。溶解槽で礬酸石灰に炭酸ソーダ

鈴木庸生博士の「鈴木式乾式法」と呼ばれるもので、を加えるとアルミン酸ソーダが生成し、これを洗浄

礬土頁岩を電気炉でコークスと一緒に高温で溶融さシックナーでろ過し、その後、脱珪酸処理を行う。上せ、珪酸、酸化鉄、酸化チタンを還元させて、溶融し澄み液は精製槽を通して沈殿槽に導かれ、炭酸ガスをた「珪素チタン鉄」と「アルミナ」を比重差で分離させ、吹き込むと水酸化アルミニウムが沈殿する。脱水処理

分離したアルミナに塩素ガスを通じて不純物を除去す

後ロータリーキルンで焙焼するとさらさらのアルミナる方法であるができる。第三段階は精製アルミナから金属アルミニ。日満アルミニウムは 1943 年昭19）〜 21）

和電工に買収され、同社の富山工場となった。
一方、満鉄中央研究所にても礬土頁岩

23）

からアル

ミナを抽出する研究開発がなされ、彼らの研究では、

434

しかしながら、満鉄は関東軍からの強い要請で理研の鈴木式乾式法で取り組み始めた。日満アルミニウム

23）〜 26）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

ウムを取り出す電解工程である。その工業化を満洲軽金属が行い、日本独自開発の技術としてアルミニウムの製錬に成功した 25）〜 27）。

イトによるバイヤー法アルミナ生産のための日本ア
5.5.3

国産地金からの撤退、ビンタン島ボーキサイ

ルミニウムを設立し、台湾高雄にアルミナ工場、電解

トからの製錬工場を建設した。新会社には三井、三菱、古河、台

古河は地金確保のため、1926 年、アルミニウム産

湾電力などが出資した。年産 6,000 トン規模で生産を業の育成を目的として、アルミニウム製錬工業関係６開始した。一方、住友は 1934 年独自に住友アルミニ社（三井鉱山、三菱鉱業、住友鉱山、藤田鉱業、古河

ウム精錬を設立した。1938 年ビリトンとの契約は日鉱業、大成化学）による「アルミニウム工業促進協

蘭商事が窓口になり、ビンタン島ボーキサイト（Al2O3：

議会」を結成した。その後の金融恐慌で解消したが、55 ～ 56％、SiO2：3 ～ 4％、Fe2O3：9 ～ 11％）18） は1930 年「アルミニウム製造事業諮問委員会」として日本アルミニウム以外に日本曹達や住友アルミニウ

復活、その間、古河電工の主催する「三社アルミニウ

ム精錬にも販売された。1941 年の太平洋戦争と共にム協議会」（古河電気工業、東海電極、大成化学）が古河鉱業が軍から委託され鉱山運営に当たった。

中心となって政府にアルミニウム事業への支援を要1935 年、三井、三菱、古河の共同出資で設立され請した。委員会と並行して３社が中心になった日本ア

た日本アルミニウムは、ビンタン島のボーキサイト

ルミニウム・シンジケートが設立された。

を原料としてわが国最初のバイヤー法による会社と古河の高橋本枝は欧米からの帰国後も朝鮮、中国、なった。日本電工、住友化学も 1937 年頃からコスト

東南アジアのアルミニウム鉱石の調査を続け、中国や的に有利なボーキサイト原料に転換した。1936 年に朝鮮の有力な明礬石鉱床を確認したが、アルミナの経は日本曹達、満州軽金属の二社が、1937 年には東北

済的な生産には欧米と同様ボーキサイトを原料とす

振興アルミニウムがアルミニウム製錬に進出した。

ることが不可欠であると確信し、マレー半島ジョホー

朝鮮窒素は計画したものの、操業まで行かないうち

ル一帯、リオ群島バタム、ビンタン島の調査結果に基に終戦となった。アルミニウム製錬工業創始期におづき、採掘願いを提出したが採掘権はすでにビリトける各社の状況を表 5.1 にまとめる 28), 29)。

ン社などが有していて蘭印当局によって却下された。

1939 年古河電工と東京電灯との共同出資で日本軽1928 年 Billiton 社と交渉して開発に際しては古河に優金属㈱が設立され、地金生産は年産能力 5.4 万トン

先権を与えることを確認させ、1934 年日本向けに一を有するわが国最大のアルミニム製錬会社ができた。

手販売契約が日本アルミニウム・シンジケートと締結

1933 年から 1945 年までの日本のアルミニウム生産量された。日本アルミニウム・シンジケートは台湾電力

を表 5.2 にまとめる 28) 29)。終戦時にはわが国の地金生などと電力を契約し、1935 年、ビンタン島ボーキサ

産能力は年間、内地 13 万トン、外地（朝鮮、台湾）5.4

表 5.1

アルミニウム製錬工業創始期における製錬会社の状況 28），29）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査435

表 5.2

戦前の日本におけるアルミニウム生産量 28), 29)

万トンの規模に達し、米国、カナダ、ドイツに次いで世界第 4 位を占めた 6）。その需要は軍需に極めて偏っていた。
日本の製錬、圧延関係のアルミニウム企業の戦前・戦後の発展過程を図 5.17 に纏める。

436

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

437

1920

1910

1920

'11神戸製鋼所設立

1940

1950

1960

1970

1980

'70三菱アルミニウムに改称
1990
6）

住友軽金属

2010

三菱化成

神戸製鋼

日本軽金属

2020

三菱アルミニウム'21三菱マテリアル
缶、圧延をAGMに売却'95大安工場新設（アルミ鋳鍛品）

2000

昭和電工

古河電工

UACJ

日本製鐵

'21缶、圧延をAGMに売却
アポロ・グローバル
マネジメント(AGM)'14アルミ製錬
事業撤退'00住軽日軽エンジ
ニアリング設立
'00合併

古河スカイ
'09日本製箔吸収

昭和アルミニウム

'01合併

'03合併

東洋アルミニウム'81直江津工場全面停止'62三菱レイノルズアルミニウム設立'66化成直江津設立'76三菱軽金属設立

住友金属'12新日本製鐵と合併

住友化学

アルミ圧延メーカー'11東日本大震災

図 5.17 日本の製錬、圧延関係のアルミニウム企業の戦前・戦後の発展過程 （1970 以降は原図に著者追記）

1930'50三菱化成設立'39長府工場新設（アルミ圧延品）'69真岡工場新設（アルミ圧延品）'58日軽アルミと改称 '74吸収合併'78吸収合併'65板圧延部門分離
日軽圧延'75新日軽(→'10 LIXIL に譲渡)

'57昭和アルミニウムと改称'86製錬全面停止

2020'08リーマンショック

2010'93古河アルミを吸収合併 '13合併'95阪神淡路大震災

スカイアルミニウム

古河アルミ'79住軽アルミ箔設立'82解散

昭和電工、カイザーアルミ、八幡製鉄の合弁'64スカイアルミ設立'59古河アルミ設立'76住友アルミニウム製錬設立
'86解散

2000

'91バブル経済崩壊

1990'73住軽アルミニウム設立'59住友軽金属工業設立

非鉄部門を分離'50日本アルミを系列化'37名古屋工場新設（アルミ鋳鍛品）'34特殊軽合金設立

古河電工と東京電燈の出資で設立

1980'64 東京オリンピック '73オイルショック'39日本軽金属設立 '52アルキャンと資本提携'35日本電気工業と改称'39昭和電工設立'43合併'33日満アルミニウム設立'26日本沃土設立'20古河電工設立'03那須アルミニウム製造所設立'35住友金属工業設立

'49合併

1970

'60日米安保条約 '70大阪万博

1960'41太平洋戦争 '50朝鮮戦争'34住友化学に改称'26住友伸銅鋼管に改称'05高田アルミニウム製造所設立

1950'34住友アルミニウム製錬設立'23関東大震災 '31満洲事変'13住友伸銅所設立'05古河鉱業設立

1940'29世界恐慌 '37日中戦争 '45ポツダム宣言

1930'13住友肥料製造所設立'14日露戦争'97住友伸銅場設立

1910

参考文献

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Vol.31 2022. March

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6 日本のアルミニウム合金の研究開発
本章では京都大学の西村秀雄教授と住友金属の研究を紹介する。住友金属の五十嵐勇は西村と同じ 1892す 4）〜 7）。時効硬化の研究では多くの日本人研究者も活躍していることがわかる。

年の生まれで、同じ京都大学の出身であるが、西村は工学部で五十嵐は理学部出身という違いがある。

６. １. ２

京都大学教授西村秀雄の状態図の研究、S相の発見

西村秀雄の状態図の6.1 京都大学教授
研究、S相の発見
６. １. １

時効析出の研究

ここでは Al-Cu-Mg 合金の研究に関して、主として京都大学の西村の研究を紹介する。
京都大学の西村（図 6.1 左）は、1925 年頃、銅マグ
ネシウムを含んだ合金を調べようとして、状態図の研公表されたジュラルミンの研究は、1921 年（大正究を始めたが、その頃まだ日本にマグネシウムはでき

10 年）9 月に本多光太郎のもとで研究を行っていた今ておらず純粋なものが手に入るのが困難な状況で研野清兵衛博士の発表が最初である。11 月には、究は中断したことを述べている 8）。この当時「ヂュラ

海軍航空技術廠の大谷文太郎が学士会館で軽合金といルミンの時効の原因は（NPL のゲーラーの研究で）、う名称を用いて発表した。軽合金という名称が使われ

Al2Cu と Mg2Si という化合物の析出に関係したものと3）

たのはこれが最初である 。NPL が 1921 年 8 月英国考えられていた。硬化の機構はとにかく、この化合物

機械学会で E 合金や Y 合金、Al-Mg-Si 合金を報告しがアルミニウムに固溶していたものが時効によって析たのとほぼ同時期である。住友の杉浦が発表したのは出する過程に硬化が生じる、と信じられていた。し海軍との秘密保持の関係で 1925 年になってからであかし、実際 Al2Cu のみを含むアルミニウム銅合金も、る。西村秀雄および大日方一司の論文に掲載された時

Mg2Si のみを含むアルミニウム合金も、どれも焼入れ

効硬化研究の発展史に若干追記した年表を表6.1 に示して常温では時効をあまりしない。Mg2Si を含む合金

表6.1
年
1906
〜 1911
1919

研究者
Wilm
Merica, Waltenberg & Scott

1921
1921

Jeffries & Archer
Rosenhain, Archbutt, Hanson& Gayler

1922

今野清兵衛

1925

杉浦稠三

1928

後藤正治

1929

Gayler & Preston

1930

本多光太郎，小久保定次郎

1926～ 1930
1930
1931

Schmid & Wassermann

1935

Wassermann & J. Weert

1936〜 1937
1936
1936

西村秀雄

1937
1938

五十嵐勇
Preston1938〜 1939Guinier

MeissnerHengstenberg & Wassermann

鳥羽安行
Fink & Smith1）〜 3）

時効析出研究の歴史（西村、大日方の表に追記）4）〜 7）

主要研究事項ジュラルミン時効硬化現象の発見。

文献
Metallurgie, 8（1911），225

ジュラルミンの時効現象は Alに対する Al2Cuの固溶度変化に起 Sci. Pap. Bur. Stand., No.347（1919），AIME（1919），
913.
因し，硬化の原因は Al2Cuの析出による。
辷り干渉説の提唱。
Chem. Met. Eng., 24（1921），1057.
Al-Al2Cu-Mg2Si擬三元系状態図を決定。ジュラルミンの時効硬 Eleventh Report of Alloy Research Committee, J. Inst.
化には Al2Cuと Mg2Siの固溶度の変化が寄与しているとした。 Mech. Eng. London, 26（1921），321. J. Inst. Metals,
29（1923），491.
ジュラルミンの時効硬化は析出前の特殊な中間状態（β）に起因 東北帝大理科報告，11（1922），269.
する。
金属の研究 , 2（1925），13.
X線により結晶格子に変化がないことを指摘。
時効硬化を固溶体内部の変化と考えた。
デュラルミンの研究並びに単一固溶体合金の健淬及低温度軟化による硬化効果に就て化合物を作るべき原子の変位によって格子に歪みが生じ，これ 航空研究所彙報，39（1927）， 271. 合金学 （1929），
が硬化の原因。
267.
化合物の析出に基づく格子歪みによって硬化。格子歪みを精密 J. Inst. Metals, 41（1929），191.
X線法により推定。
ジュラルミンの時効硬化は過飽和固溶体中における溶質原子の 金属の研究，7（1930），343.
移動のため格子に歪みを生じるのが原因。
東北帝大理科報告 , 24
（1930），365.
時効中 X線的には何らの変化を認められないゆえに析出説を否 Naturwiss., 14（1926），980.
定。
Metallwirtsch., 7（1928），1329; 9（1930），421.
含ケイ素超ジュラルミンの研究発表。
J. Inst. Metals, 44（1930），204.
ジュラルミンの時効中における反射線の幅の広がりを測定。溶 Z. Metallkunde., 23（1931），114.
質原子が過飽和固溶体内の一部に集合する結果と推定。
（1935），605.
Al-Cu合金の人工時効中に，Al2Cuの析出に先立ち中間相（正方 Metallwirtsch, 14晶）の出現することを発見。
Al-Cu-Mg三元状態図の決定。ジュラルミンの時効硬化は主と 日本鉱業会誌，52（1936），381.
して S化合物の Alに対する溶解度の変化に起因する。
日本金属学会誌，1（1937），8, 59, 262.
24S型超ジュラルミンの時効及ぼす Siの影響の発表。
古河電工，（1936），B号，1.
（1936），284.
Debye-Scherrer写真において中間相の干渉線を認め，平衡相 AIME, Met. Div., 122
Al2Cuのθ相に対し，この新相をθ’と名づけた。
Al-Cu-Mg合金の Cu，Mg量を変えて強度分布を明らかにした。 住友金属工業，研究報告，第 2巻，第 10号（1937），991.
200℃で現れる中間相は母相の {001}面に平行な平板状の外形 G.D. Preston: Phil. Mag. 26（1938），855.
をとることを明らかにした。
Nature, 142（1938），570.
Al-Cu合金単結晶に単色 X線を照射することで時効初期の
Al-Cu合金溶質原子の集合体を発見。
X線小角散乱法を用い時効初期の Al-Cu合金で，溶質原子の集 Nature, 142（1938），569.
合体を発見。
J. Inst. Metals, 6（1939），177.
初期の時効変化は GPゾーンの形成で，高温の弱い硬化は中間相の析出であることを明らかにした。

航空機用アルミニウム合金の系統化調査439

図 6.1

京都大学教授西村秀雄と彼の著書などは全く硬化を示さないのである。これが両方の化

図 6.2

Al-Cu-Mg 系三元状態図 11），14）合物を含んだ時に、どうして常温で硬化が著しいのか
不思議でならなかった。アルミニウム、
マグネシウム、研究（第１報）」13）を立て続けに発表している。1941

銅の三元系合金になると、どうしてジュラルミンのよ

年にはこれらの研究成果も入れて、「アルミニウム及うに常温時効が進むのか、この疑問に答えるような研其合金」（図 6.1 右）14）を上梓している。この本は、ア

究はなかった」9） ので、1934 年頃、状態図の研究を

ルミニウムの歴史から製錬、各種アルミニウム合金の再開した。「その結果 Al と平衡すべき三元化合物に S

状態図と性質、鋳造から加工（表面処理、溶接）まで、と名称を与え、その固溶度が 24S の時効の原因をな

基礎からわかりやすく書いている。これだけ全般にわすことを提唱した」と述べている

たり、一人で執筆していて、アルミニウムに関して幅。

10）

西村は日本金属学会誌第 1 巻第 1 号（1937）に「Al

広い関心があったと推察される。この関心の広さは随11）を主成分とせる Al-Cu-Mg- 系合金の状態図に就て」 、

筆「軽合金史」にも反映されている。この本では一章

同第 2 号に「Al を主成分とせる Al-Cu-Mg- 系合金のを割いて「ヂュラルミン及超ヂュラルミン」について

時効硬化に就て」 、同第７号に「超ヂュラルミンの解説している。図 6.2 は西村教授の研究によってでき

12）

コラム

西村秀雄

1892 年京都市に生まれる。1918 年 7 月京都帝国大学採鉱冶金学科卒業、
三菱鉱業研究所に勤務後、約 2 ヵ
年で母校に戻り、講師、助教授を経て 1930 年京都帝国大学教授に昇進、工学研究所長、工学部長を歴任する。1955 年退官し、京都大学名誉教授となる。この間、金属材料学および金属加工学の講義および研究を担当する。退官後も財団法人応用科学研究所長として人材の育成に尽力された。1962 年日本金属学会賞、1963 年本多記念賞を受賞、1970 年日本学士院会員に選出、1968 年勲二等旭日重光章が授与され、1978 年に 86 歳で逝去された。村上陽太郎教授によると「絵や書をよくされ、平素はご多忙でゆっくり絵を描かれる時間的余裕もないが、たまの日曜日にとか夏休みなど暇を作ってはお書きになる。絵をご覧になるこ
ともお好きであるので、展覧会等には研究室全部をつれて頂いて、先生からお得意のご説明を伺い、一向に知識のないわれわれにも楽しめる機会に恵まれた」とのことである。古河電工におられた田中道夫氏によると「先生がパリーに御留学中一日お宅を訪問しますと、部屋中絵であり、冶金の学者の部屋のようではありませんでした」といわれるくらい絵画や書にも造詣の深い文化人でもあった。「軽金属時代」の「軽合金史」にも自らのスケッチを掲載していた。晩年には都会の喧騒を避け、小豆島に自ら設計した「碧水居」
を訪ねては随筆などの執筆、書画などの創作をした。今回参考にした「軽金属時代」に発表した膨大な「随筆軽合金史」等々は単行本として出版される予定だったが、「軽金属時代」の廃刊によって実現しなかったとのことで残念なことである。アルミニウムのみならず金属組織学、金属加工学が学問として確立し始めた頃の議論が今でも貴重で参考になる。是非、学会が中心になって復刻して欲しいものである。

440

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. Marchた Al-Cu-Mg 系三元状態図である。Cu:Mg の量比を６. ２. ２

世界の動向調査

変えた実験を行い、Al 固溶体から Al2Cu および S 化

田邊博士は 1933 年 8 月から 1934 年 4 月にかけて、

合物の析出する区域の合金では常温時効による硬化の松田博士も 1935 年 10 月から 1936 年 4 月欧米に相次割合が大きく、Cu 量 4％を標準とすると Mg 量 0.5 〜

いで出張し航空機用アルミニウム合金や銅合金の調査

1.0％を含む合金の常温時効硬化の割合が高く、Mg 量を行った。この背景としては、アルミニウム合金ではが 1.5 〜 2.5％程度を含む合金では時効硬化によって各国で航空機用の超ジュラルミンやピストン用合金の硬度が最高値に到達することを明らかにした。S 相

開発がしのぎを削っていたことによるものと思われを見出し Al-Cu-Mg 系合金の時効析出現象を解明したる。住友金属工業・研究報告に掲載された田邊博士のことは西村教授の大きな業績であり、日本の金属学の報告、「欧米に於ける航空機用非鉄合金に就て」16）でレベルの高さを示したものである。西村秀雄の京都のは、当時の状況を「ご承知の如く世界は其の何れの国文人墨客としての一面をコラムに示すたるを問わずナショナリズムの波澎湃として其岸を洗

14）

。

15）

ほうはい

ひ、工場見学は極めて困難で、航空機に関して殊に甚
なかんづく

6.2 住友の超ジュラルミン開発
６. ２. １

陸軍・海軍との共同研究しい。就中ドイツに於てはゲーリングが航空相として極度の秘密主義を採り航空研究所の見学すら思ふに任せぬ」とある。こうした状況の中、精力的に欧米を視察してきた。

住友伸銅所では日本で初めて工場に研究課を新設しドイツに於ける軽合金については、「之は独りドイた杉浦稠三を継いで、ジュラルミンや伸銅などの研究

ツのみではないが、航空機用強力鍛錬アルミニウム合を行ってきたのが、松田 孜 博士である。さらに松田

金としては依然としてヂュラルミンが斯界の王座をす

博士の後を受けて田邊友次郎博士、その後に五十嵐勇

べっていない。併しながら、引張強さ 45 kg/mm2（440博士が登場してくる。当時、ジュラルミンは引張強さMPa）以上、出来得べくんば 50 kg/mm2（490 MPa）

42 〜 45 kg/mm2（410 〜 440 MPa）程度で、この強以上のものを得んとする即ち超ヂュラルミンの研究が度レベルを超える合金は合金系に拘らずどれも超ジュ盛んである」16） と。デュレナ社では従来の超ジュララルミンと呼ばれた。日本においても、1931、32 年

ルミン 681ZB（Al-4.2％Cu-0.9％Mg-0.6％ Mn-0.5％Si）

頃になると飛行機の性能向上につれて、材料の比強度とその強度 10％向上させた DM31（Al-4.2％Cu-1.2％の向上が要求された。

Mg-1.2％Mn-0.5％Si）と称する超ジュラルミン合金を

つとむ

1933 年 10 月の陸軍航空本部技術部（立川）への出

開発している。米国に於ける軽合金では、アルコアの張報告（松田、研究報告 No.2270，1933.10）や研究報開発に係わるもので、「現今最も注目すべきは 24ST

告「超 Duralumin 見本提出ニ至ルマデノ二・三ノ試

及び 24SRT である。その組成は Al-4.2％Cu-1.5％Mg-

験」（五十嵐、中田、研究報告 No.2363，1933.12）を0.6％Mn で、これらのクラッド材もある」と報告している。

みると、この当時、二種類の「超」ジュラルミンが記

英国では RR56 や RR59 のピストン材を調査している。

されている。五十嵐博士らの社内報告では第一種超表 6.2 は欧米各国の超強力鍛錬合金一覧を示す 16）。

ジュラルミンとして、Al-4.2％Cu-0.70％Mg-0.65％Mn0.65％Si-0.45％Fe 合金が、第二種超ジュラルミンとし

６. ２. ３

米国 24S の情報と調査て、Al-6.0％Mg-4.0％Zn-0.45％Mn-0.15％Si-0.36％Fe 合1933 年頃には米国の 24S 合金の情報が入ってくる

金の試験結果が報告されている。前者の第一種超ジュと、住友は海軍航空本部からの「御注意」もあり、9ラルミンは含ケイ素超ジュラルミンで、後者の第二種

月 に Alcoa 製 の 24SRT 材 を 注 文 し て、12 月 に は 入

超ジュラルミンは Al-Mg-Zn 系合金である。後者の合手 し す ぐ に 確 性 調 査 を 行 っ て い る。12 月 の「 米 国

金は海軍技術研究所の五百旗頭中佐の指示によるもの

製” 24SRT” 板である（「五百旗頭式超 Duralumin 製作に関して海軍

告 No.2381，1933.12）では、成分に関して、Al-3.98％

技術研究所へ出張報告」，五十嵐，研究報告 No.2167，

Cu-1.59％Mg-0.46％Mn-0.16％Si-0.22％Fe で、「注意す1933.8.7）。この五百旗頭中佐の下に、二年後超々ジュべき点は、普通のジュラルミンに比し、① Mg の量

ラルミンを五十嵐勇博士と一緒に開発することになるの非常に大なること、② Si の量の小なること、③ Fe

北原五郎技手がいた。

の量の小なること、④ 各板の成分よく一致せること、

い

お

き

べ

試験成績（第１報）」（松田、研究報等で、Mg は焼入状態における引張強さ、降伏点を増し、伸びをも増加する性質を有する点より特にその量
航空機用アルミニウム合金の系統化調査

441

表6.2
Cu
独
独

DM31-1（*1）
DM31-2（*2）
681ZB-1(*1)

3.5-4.5
3.66

Mn

Mg

Fe

Si

0.9-1.5
1.17

0.9-1.5
1.38

0.29

0.2-0.9
0.65

4.2

0.6

0.9

4.2

0.6

1.5

24ST
（*1）
24SRT
（*2）

米

C17ST

4

仏

Avial

1.5-3.5

英

DTD252
Duralmin F

3.5-4.7

RR56

1.5-3.02(*1)-1, ST：焼入れ時効

0.5
0.5-1.5
0.4-1.5
0.51.51.3

0.5

1.25
0.5

0.4-1.5<0.7

0.7-1.5

0.4-1.0
0.8

0.8-1.5
1.35

<1.0
0.6

<0.2
0.08

耐力
MPa

引張強さ
MPa

伸び
%

310-390450-51016-10

390-410270-330490-510410-450

12-10
18-12

350-370

450-470

12-10

290
360

450
470

20
13

Cr

0.5

0.25-1.0

340-380

430-480

14-8

0.5-1.0290-370430-530

20-10

340

>430
430-49020-10

380-420(*2)-2, SRT：焼入れ時効＋常温加工を増加したるもの・・・」と記している。24SRT 材

軍は Cu: 3.5 〜 4.5％、Mg: 0.4 〜 1.0％、Mn: 0.4 〜 1.0％、は従来の超ジュラルミンよりも、Mg 量が多く、Si 量

Si: 0.4 〜 1.0％、Fe：0.6％以下で、陸軍は Cu: 4.0 〜 4.5％、の少ないことが特徴であった。入手した材料は引張

Mg: 1.0％以下、Mn: 1.0％以下、Si: 1.0％以下、Fe：0.7％

強さ 48 kg/mm （470 MPa）
、耐力 40 kg/mm （390以下である。クラッド材の被覆合金は、海軍、陸軍とMPa）、伸び 16％であるが、反復屈曲回数がかなり小もに同じで、Mn: 1.0 〜 2.0％、Mg: 0.4 〜 1.0％、Cu:

さいことが指摘されている。これは焼入れ後常温圧延

0.25％以下、Si: 0.3％以下、Fe: 0.6％以下である。ちを行うことで耐力が上昇したことによるものと考えらなみに、米国の 24S はこの報告書によると Cu: 3.6 〜

れた。

4.7％、Mg: 1.25 〜 1.75％、Mn: 0.3 〜 0.9％である。

2

６. ２. ４2ケイ素含有超ジュラルミン合金

６. ２. ５

24S への方向転換

アルコアの 24S を調査したにもかかわらず、1934

しかしながら、1935 年 5 月頃からの社内の報告書

年当時の研究報告書を見る限り、住友では、ドイツを見ると、T3 および T3C 合金の試験結果が報告されの 681ZB や DM31 合金と同様に焼入れ焼戻しするケ

るようになる。「従来、SD 及 SDC 板ニ代ワッテ、コ

イ素含有超ジュラルミンが研究開発の対象であり、前ノ数ヶ月以前カラ、新配合ノ T3（従来、SD ヨリ Mg

述の第一種超ジュラルミンを SD（Al-4.2％Cu-0.75％

多シ）並ニ之ノ中味トスル T3C 板ノ製造ガ開始セラ

Mg-0.7 ％Mn -0.7 ％Si）
、 ま た SA1（Al-1.2 ％Mn-0.8 ％レタ」とある（「T3 及 T3C 板ニ就テ（第１報）」（東尾，Cu）を被覆した合わせ板を SDC と称して、これらの研究報告 No.3200，1935.6）。住友軽金属の年表と符合合金を社内で制定したばかりで、これらの合金の評価する。T3 合金押出材の成分は Al-4.14％Cu-1.36％Mg-

を専ら行っていた。制定された時期は明確でないが、0.68％Mn-0.14％Si-0.28％Fe（武富，研究報告 No.3202，

SDC の名称が社内の研究報告書で初めて使われたの1935.6）で、まさに 24S 合金である。

が 1934 年 9 月 8 日の報告書からである。1934 年 8 月

この頃から、住友は超ジュラルミンに関して、大き31 日海軍航空廠にて、SDC 研究会が開催されている

く舵を切ることとなる。当時、松田孜研究部長のもとが、ここでの議論も前述の含ケイ素超ジュラルミン

で副長をしていた田邊友次郎博士は 7 月 31 日付けのSDC、45 kg/mm （440 MPa）ジュラルミン板材の特研究報告「所謂「超デュラルミン」ヲ截ル」（研究報

性評価と各種形状での強度試験結果についてであった

告 No.3306, 1935.7.31）で次のように総括して今後の

2

442

Ti

681ZB-2(*2)

米

英

Ni

欧米の超強力鍛錬合金一覧 16）（「SDC 研究会概況」（8 月 31 日海軍航空廠、研究報告

方向を述べている。

No.2731，
1934.9.18）。1935 年 2 月付けの研究報告（松田，「１）超デュラルミンには、大別して、Al-Cu-Mg 系、研究報告 No.2965，1935.2）をみると、「超ヂュラルミ

Al-Zn 系、Al-Mg 系があるが、薄板の工業生産可能な

ン及超ヂュラルミンクラッドノ規格ハ板ニ就テハ、サ

ものは Al-Cu-Mg 系に限られている。

キニ海、陸軍相次イデ制定発布セラレ、陸軍ニ就テハ、

２）現行の SD 合金（筆者注：含ケイ素超ジュラルミ

最近更ニ、管及棒ノ規格発布セラレ、超ヂュラルミンンのこと）は焼入れ焼戻しを行うが殆ど完璧に近い。

クラッドノ規格モ亦近ク発布ノ筈デアル。
・・・参考

Cu、Mg をさらに増加すれば、多少靭性は犠牲となるトシテ米国の 24S 系合金ノ規格モ知ラレ居ル丈ケ収が、より高い強度が得られる。

録シタ」とあり、SD、SDC 規格制定の動向が書かれ

３）米国の 24S は 99.8％のような高純度地金が相当ている。成分規格をみると、海軍と陸軍で異なり、海自由に使える国柄で発達したものである。大勢ならば

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March致し方ないが、日本がこれを採用するのには疑問を持

14S 系が T6 で使用するために、24S-T3 に比べて伸びつ。米国でも 24S は高価すぎて、一般材として最近が比べて小さくなることや粒界腐食性が劣るといった

SD 合金そっくりの 27S（Al-4.5％Cu-0.8％Mg-0.8％Si）

性能面での問題があった。しかしながら住友が容易にを採用したではないか。

24S 系に踏み切れなかったのは、当時、国策として国

４）そうは言っても、Mg 量を 1.5％まで上げたこと

産アルミニウムを使うことが前提とされていたが、当はアルコアの努力に深甚なる敬意を表せざるを得な

時日本に併合されていた満州の礬土頁岩や朝鮮半島のい。かのデュレナ社もデュラルミンの Mg 量の範囲を明礬石から製錬した国産アルミニウム地金には不純物

0.2-0.7％から 0.2-2.0％と上げている。世界の大勢に我が多い問題もあった 18），19）。1935 年、台湾の高雄に日等は盲目であってはならぬ。将来、高級超デュラルミ

本アルミニウムのアルミナ、電解工場が設立され、オンは Si フリー、Fe フリーの字義通り、Al-Cu-Mg 合

ランダ領ビンタン島からのボーキサイトが入手でき金によって支配さるべきは確信にて疑わざる処。

るようなって、不純物の問題は解消された。しかし、

５）我等は、我国は、徒に 24S に心酔せず、欧州各1940 年 5 月にオランダがボーキサイトの禁輸措置を国の事例を参照し、我国独自の立場を、今しばらくと講じたことも引き金となって、日本軍の仏印進駐となるべきではあるまいか。99.8％地金の輸入が途絶えた

り先の戦争に突入したと言われている 19），20）。

暁はどうするか、深く思わざるべからず。
６）Al-Zn 系、E 合金（ 筆 者 注：英国 Rosenhain が 開発、Al-20 ％Zn-2.5 ％Cu-0.5 ％Mg-0.5 ％Mn）
、Scleron（Al-12％Zn-3％Cu-0.5％Mg-0.6％Mn-(0〜0.1)％Li 系）、
Constructal 8（Al-7％Zn-2.5％Mg-1％Mn-0.2％Si 系）17）

6.3 五十嵐勇の24Sの研究
６. ３. １

24S 型超ジュラルミンに関する研究など圧延が困難として、すでに過去の遺物となってい五十嵐博士は、1937 年、住友金属工業・研究報告

るが、再認識して合金開発すべきではないか。五十嵐に「超デュラルミン “SD” 及超デュラルクラッド “SDC”

君発見の Al-Zn-Li 系は何とか完成させたいものであに就て」を報告している 21）。社内の研究報告書を見る。Al-Mg 系も地金純度が上がると可能性はあるので、ると、研究自体は 1935 年頃行われている。丁度、住注目を忘れるべからず。
」

友が超ジュラルミンとして 24S に舵を切った頃であ

この直後に、五十嵐勇博士の超々ジュラルミンの研る。五十嵐博士は 99.8％地金を使用し、Mn 量は 0.6％

究開発開始の意思を示した 8 月 10 日付けの「強力軽と固定して、Cu 量、2.4 ～ 5％、Mg 量を 0.5 ～ 3.8％

合 金 の 探 求（No.1）」（ 研 究 報 告 No.33326, 1935.8.10）と変化させ、505 ～ 515℃から水焼入れ後 7 日間時効がでてくる。

したときの強度マップを図 6.3 に示す 14), 21), 22)。この図

14S 系超ジュラルミンから 24S に転換した背景には、焼戻しが必要とのことでコストが高くなることや、から、Cu、4.1 ～ 4.7％、Mg、1.2 〜 1.8％で引張強さ
50 kg/mm2 が得られることがわかる。
しかしながら残念なことに、西村教授、五十嵐博士などの研究はいずれもアルコアの 24S が発表された後のことである。

5

Cu 4
%

不純物の Fe の影響も明らかにされた。田邊博士の

49-50
kg/mm242-44
kg/mm2

もとで超ジュラルミンを研究していた中田兵次は「時局の進展と共に資源の節約が益重要な問題となって

47-48
kg/mm2くる」として 24S に対する鉄の影響を検討した 23）。

46kg/mm2

3

99.8％のアルミニウム地金を用いて鉄量を 0.2 〜 1.2％、45kg/mm2

0.2％ごとに変化させた鋳塊を圧延により 1 mm 板にして、475 〜 505℃で１時間加熱し室温時効させた材

2

料の引張強さと伸びを図 6.4 に示す。鉄が増えること

1

2

Mg%

3

で引張強さも伸びも低下することがわかる。鉄が増加することで Al-Cu-Fe 系の晶出物や析出物が増加して、銅の濃度低下の原因となる。これらの化合物は溶体化

図 6.3 ジュラルミン系合金の引張強さに及ぼす銅、
マグネシウム添加量の影響 14）21）22）

処理では分解せずに残存し伸びの低下の原因ともなっている。
航空機用アルミニウム合金の系統化調査443

AI-4.2%Cu-1.5%Mg-0.6%Mn-0.10%Si
Aging at room temperature

485℃

460

495℃

440

505℃

!"#$

#4%&'

480

600

45.0

500

40.0

400

35.0

300

30.0

200

25.0

100

20.0

475℃

!

500

*+,!

420
400
380

0

0.2

0.4

26

0.6
!"

0.8

1

AI-4.2%Cu-1.5%Mg-0.6%Mn-0.10%Si
Aging at room temperature

24

1.2

1.4

0

0

0.5

1

1.5

*+,!
-!

15.0

475℃
485℃

22

495℃

20

505℃

図 6.5 24S 超ジュラルミンの引張特性に及ぼす
不純物 Si 量の影響 14），24）

18
16の超々ジュラルミンの開発に大いに役立っていると考

14
12

えられる。
0

0.2

0.4

0.6
!"

0.8

1

1.2

1.4

図 6.4 24S 超ジュラルミンの強度特性に及ぼす
不純物 Fe 量の影響 23）

また、超々ジュラルミン開発の決め手となったクロム添加も住友では各種合金系ですでに試みられていた。1926 年 10 月 12 日の研究報告「Al-Cu-Cr 合金に就て」で、田邊博士は Al-(4 〜 6)％ Cu にクロムを 0.5

Si の影響については図 6.5 に示す 24）。図 6.5 は西村～ 1％添加し、焼入れままでは差はないが、焼戻しすの著書に掲載された古河電工の鳥羽安行のデータ 14）

ることで強度が向上することを報告している。その後、

24）をもとに成した図で、500℃、30 分加熱後焼入れし、1932 年 10 月、田邊博士の上司の松田博士も研究報告

7 日後の引張特性である。Si が多く含まれると常温時

No.1842「特殊『ヂュラルミン』ノ研究（第１報）」及び

効後の引張強さも伸びも低くなる。超ジュラルミンに

12 月の研究報告 No.1935 第２報で、各種微量元素を 1％

Si が多く含まれると、Mg2Si を形成するため S 化合以下で添加し、その強度を比較し、クロムは 0.6％まで物を形成する Mg 量が減少し時効硬化が阻害されてくは多少強度を増加させるが、多すぎると有害であることる。S 化合物は今日では Al2CuMg と表記されている。

を述べている。1933 年 3 月の研究報告 No.2019 第３報
では耐食性を調査して、ジュラルミンの耐食性を著しく改

６. ３. ２

クロム添加 24S の開発

五十嵐博士（図 6.6）は、入社当時はシルミンなど

善することはないが、クロムが 0.91％添加されると腐食による強度低下が少なかったと述べている。

の Al-Si、Al-Si-Zn や Al-Si-Cu 系の鋳物材やザンダー

五十嵐博士も 1933 年 7 月研究報告 No.2136 で、5.5％（Sander）合金、E 合金系の Al-20％Zn-3％Cu 材へのMg 合金に銅、クロム、コバルト、バナジウム、タン

0 〜 2.0％ Mg 添加の影響を調査している。その後、グステン、モリブデンを添加し、強度と耐食性を比較

銅合金、鋳物用及び鍛錬用マグネシウム合金やその耐して、銅添加は耐食性を劣化させ、クロム添加は最も食性に関する一連の研究も行っている。社内研究報告
書を見ると、Al-Cu-Mg-Ni-Fe 系 Y 合金などのピストン用鋳物合金、ジュラルミン、Al-Cu-Si 系のラウタル（Lautal）合金、Al-Mg-Si 系のアルジュール（Aludur）
合金、Al-Zn-Mg 系のザンダー合金、Al-Mg-Mn 系合金の 3S、4S、SA3（Al-1.2％Mn-0.55％Mg）、
Al（5 〜 7）％
Mg 系ヒドロナリウム（Hydronalium）合金、クラッ
ド材などの各種アルミニウム合金の機械的性質や耐食性を一通り調査、研究している。1937 年発行の共著「軽金属及軽合金最近の進歩」（工業図書株式会社）には、これらの研究結果も一部取り入れ、「耐食性アル
ミニウム合金」の章を執筆している 25）。このような入社して 10 年間くらいの幅広い合金の研究がその後444

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

図 6.6

五十嵐勇博士（1892-1986）a）SDC 材圧延ままb）SDC 材焼入れ焼戻し 510℃/1 h WQ → 170℃/22hc）24S クラールクラッド材圧延ままd）24S クラールクラッド材焼入れ 495℃/6h WQ

図 6.7 SDC 材 (SD と SA3 のクラッド材 )*) 1 mm 板の圧延ままと焼入れ焼戻し後、24S のクラールクラッド材 1 mm 板の圧延ままと焼入れ後の断面ミクロ組織。SDC では皮材と心材の境界が溶体化処理で銅の拡散層が形成されるため不明瞭になるが、クラールクラッド材では 6 時間の溶体化処理でも明瞭で、銅の拡散がほとんど生じていないことがわかる。
*）
SD: Al-4.2％Cu-0.75％Mg-0.7％Mn-0.7％Si、SA3: Al-1.5％Mn-0.55％Mg、（東尾：研究報告「米国式に作った Alclad 及 SA3-clad（SDC）に就て」（ 1934 年 12 月、No.2852）より）耐食性でやや悪い結果がでたが、これは Al-Cr 系の化良いと報告している。
超々ジュラルミンの開発を開始した直後の 1935 年

合物が多いためであろうと結論付けている。これらの10 月 18 日の研究報告 No.3455「T3C 板の新 Clad 材」

試験結果をもとに、1935 年 12 月には心材の 24S にクで、五十嵐博士は溶体化処理時に心材の 24S の銅がロム 0.13％、皮材にクロム 0.23％添加した新 SDC 材

クラッド材の皮材（純アルミニウム）に拡散して耐食を開発した。

性を阻害し強度や伸びを低下させるとして、皮材へ銅が拡散しにくくするためにクロムを約 0.3％添加した
皮材（Al-Cr 合金）を開発した。これを「クラールクラッ

参考文献

ド（Cralclad）」と称した

1） 今野清兵衛 : 東北帝大理科報告 , 11（1922），
  269.

。住友は、すでにアル22），26）

コアの純アルミニウムよりも強度や耐食性に優れた皮

2） 今野清兵衛 : 金属の研究 , 2（1925），13.

材 SA3（Al-1.2％ Mn-0.55％ Mg 合金）を開発してい

3） 軽金属工業発達史（其の一），航空機用軽金属材

たが、クラールクラッドではこの SA3 よりも銅の26）料について , 第一回軽金属座談会記録 , 軽金属 , 6

拡散が少ない結果を得ている。図 6.7 は焼入れでの溶（1953），103.

体化処理に銅が皮材に拡散する様子を示した断面ミク4） 幸田成康：時効硬化研究の歩み , 合金の析出 , 幸

ロ組織である。SA3 では 1 時間の溶体化処理で皮材

田成康監修 , 丸善 ,（1972），1.

と心材の境界が不明瞭になるが、クラールクラッド材

5） 幸田成康：金属学への招待 , アグネ技術センター ,では 6 時間の処理でも明瞭で銅がほとんど拡散してい（1998），135.

ないことがわかる。クラールクラッド材の銅の皮材へ

6） 西村秀雄：日本金属学会誌 , 1（1937），59.

の拡散量は、板厚にもよるが SDC 材に比べて約 1/20

7） 大日方一司：日本金属学会誌 , 3（1939），81.

～ 1/5 程度であった。

8） 西村秀雄：随筆・軽合金史（其 15），軽金属時代、

そ う じ1935 年 11 月 5 日の堀慥 爾の研究報告 No.3480「Cr入超ジュラルミン板」では、超ジュラルミン 24S にクロムを 0.55％添加した合金の強度、耐食性を調査し、No.186（1950），2.
9） 西村秀雄：随筆・軽合金史（第 23 回），軽金属時
代、No.194（1950），17.
航空機用アルミニウム合金の系統化調査

445

10）螺秀雄：続・軽合金史（第六回），軽金属時代、

20）藤井非三四：「レアメタル」の太平洋戦争 , 学研
パブリッシング ,（2013）.

No.227（1953），22.
11）西村秀雄：日本金属学会誌 , 1（1937），8-18.

21）五十嵐勇：住友金属・研究報告 , 第 2 巻 , 第 10 号

12）西村秀雄：日本金属学会誌 , 1（1937），59-71.

（1937），991.

13）西村秀雄：日本金属学会誌 , 1（1937），262-270.

22）五十嵐勇：航空機用材としての軽合金の研究（学14）西 村 秀 雄： ア ル ミ ニ ウ ム 及 其 合 金 , 共 立 社 ,位論文），大阪帝国大学（1939），37.
23）中 田 兵 次： 住 友 金 属・ 研 究 報 告 , Vol.4, No.4

（1941），23115）村上陽太郎：西村秀雄先生退官功績記念会記事 ,（1941），329-334.
24）鳥羽安行：古河電工 ,（1936），B 号、1.

軽金属 , No.16（1955），15.
16）田邊友次郎：住友金属・研究報告 , 第 2 巻第 2 号

25）五十嵐勇：軽金属及軽合金最近の進歩 , 工業図書株式会社 ,（1937），182-197.

（1934），147-159.
17）A. von Zeerleder: The Technology of Aluminium
and Its Light Alloys, Nordemann Publishing26）五十嵐勇：住友金属・研究報告 , 第 2 巻 , 第 10 号
（1937），991-1020．

Company,  Amsterdan,（1936），26.
18）グループ 38：アルミニウム製錬史の断片 , カロス（注）Duralumin の日本語表記は、戦前はヂュラルミン、
デュラルミンと著者や文献によって異なったが、戦出版 ,（1995），8.
19）秋津裕哉：わが国のアルミニウム製錬史にみる企業経営上の諸問題 , 建築資料研究社 ,（1995），59.

後はジュラルミンに統一された。論文名、引用は著者の表記に従った。

コラム 五十嵐勇超々ジュラルミンの発明は五十嵐勇の主導によってなされたものである。この五十嵐の経歴と研究のバックグラウンドを振り返っておきたい。
五十嵐勇（1892-1986）の生家は、現在の玉名市溝上にある浄土真宗大谷派東光明寺で、父、善立（第11 世住職）と母、ミキの三男四女の長男として 1892 年 1 月 15 日出生した。東光明寺は現在、五十嵐の末
弟秀雄（第 12 世住職）の長男で、勇とは甥にあたる五十嵐聖が第 13 世住職となっている。五十嵐は 1913
年広島高等師範学校卒業後、台湾の中学で教鞭を執った後 1919 年京都帝国大学に入学、1922 年同大学理学部物理学科を卒業後、30 歳で住友合資会社に入社し、同伸銅所に勤務した。同年 5 月より翌年 7 月まで、住友家が本多光太郎の発明した KS 鋼や研究所設立を支援した関係からか、東北帝国大学金属材料研究所に留学し、所長の本多に師事した。金属材料研究所は、1922 年その前身の鉄鋼研究所が研究対象を鉄と鋼だけでなく銅合金や軽合金などにも拡げるために改称されたものである。1924 年には月刊誌「金属の研究」が発刊され、その第一巻には五十嵐の「焼入合金の時効に就て」や松田の「青銅、アルミニウム青
銅及び真鍮の変態に就て」の論文が掲載されている。住友金属からも多くの研究者が派遣された。1935 年
超々ジュラルミンの開発に取り組み、1936 年にはその合金特許を出願した。1939 年、「航空機用材としての軽合金の研究」で大阪帝国大学より工学博士を授与された。1941 年名古屋製造所研究部長、1943 年住友金属工業株式会社金属研究所長兼伸銅所研究部長、金属研究所は伸銅所と名古屋軽合金製造所の研究技術部門を横断的に統括するために 1943 年設立、1945 年技師長兼名古屋製造部技術部長を歴任し、1946 年退社した。その後、東北帝国大学に講師として招聘され、翌年工学部教授、1951 年秋田大学鉱山学部教授を兼務、1958 年岩手大学教授、1962 年定年により退職、住友軽金属工業株式会社研究顧問、1970 年同顧問を退く。この間、1968 年勲三等旭日中授章、1974 年公益財団法人本多記念会の本多記念賞が授与された。
博士は熊本市島崎で余生をおくり、1986 年 3 月 7 日他界した。享年 94 歳であった。

446

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March7 超々ジュラルミンの開発
7.1

海軍からの要請による研究開発と五十嵐勇の開始宣言

はたして、それが何物であるかは本年中頃には自然とわかって来る。が、周囲の時勢は其余裕を許さない。
命を受けて、ここに強力軽合金の探求をはじめる。幸1935 年 8 月 10 日付けの住友金属社内（以下、社内

なる哉、時に北原五郎君（コラム参照）の来援あり。

のと記す）の研究報告 No.33326、五十嵐「強力軽合君は先に海軍技術研究所にありて、松山博士と共に金の探求（No.1）」（図 7.1）がある。これが超々ジュ

超ヂュラルミンの発見あり（（抗張）力 54 〜 58 kg/

ラルミン開発の第一報である。ちょうど住友が 24S

mm2（530 〜 570 MPa）、伸び 20 〜 12％）。五百旗頭の生産を始めた年である。五十嵐博士は 43 歳で、彼博士と共に、所謂、技研式超ヂュラルミンの発明があの上司は彼より 3 歳若い田邊博士である。その第一章る。其途の先達である」。

はしがきに五十嵐博士はこう述べている。
「最近、日
本電工 75 kg/mm2 軽合金の声が高い。

図 7.1

い

お

き

べ

ここで日本電工（のちの昭和電工）の 75 kg/mm2（740 MPa）軽合金（トム Thom 合金）とは、京都大超々ジュラルミンの研究開始宣言の研究報告書、「強力軽合金の探求（No.1）」の表紙と概要

コラム 北原五郎
北原五郎氏（1892-1971）は秋田鉱山専門学校（秋田大学鉱山学部の前身）卒業後、海軍技術研究所に入所。
20 数年勤務後、1935 年住友伸銅鋼管㈱入社。名古屋工場誕生とともに研究課長として名古屋に移り、1945
年堅田鋳物製作所研究部長となった。22 歳年下で、同時期に入社した住友軽金属元常務取締役深井誠吉氏
は、「当社が世界に誇る強力合金 ESD の発明開発について五十嵐博士の片腕として、もっと端的にいえは、
五十嵐、北原両雄の名コンビがあったからこそ ESD は誕生したと思います」。さらに「北原さんの人柄を語ることは後輩の私には不可能ですが、非常に善良でまた性急な人でした。私もよく聴きましたが『俺は兎に角実験するのだ、考えるのはその後だ。余り考えたり参考文献を調べると迷いが出る』といった調子でいわゆる『手が早くて』しかも実験が上手で、広範囲にわたる実験をする人でした。五十嵐さんがアイデアを出し北原さんがそれを実験する、というこの組合せは誠に絶妙であったと思います」。「研究とか開発には、明晰な頭脳と立派な指導者は欠くことのできぬ要素でありますが、もう一つスピードが必要だと思います。どんな優秀な発明も他に先んじられては影が薄くなります。ESD のような大きな仕事が極く短時日の間に完成されたのは北原さんの『迅速なる手』が大きな要因であったかも知れません」と述べている（深井誠吉、「北原五郎氏の逝去を悼む」1））

航空機用アルミニウム合金の系統化調査447

学教授西村秀雄の言葉を借りると、「トム合金は喧伝さが進んで居ったかこの点は知りませんけれど。共研究れたが、海外までそのニュースが伝わってドイツなどで指令を出した覚えがあります。それより前に陸軍としも問題となった。しかし応力割れの問題が解決されてなては、このトム合金の仮規定を採用しました。海軍とかったので、実用にならなかった。しかし、トム合金がしては時期割れ防止の解決研究なきトムは採用出来ぬ

ESD の誕生の動機を造ったことは明白であるから、日本として住友の研究を待ち、この研究結果を航空廠の川火工株式会社（日本電工系、現在の日本冶金）松永陽

村君と相談研究会を度々開いて検討してあれを採用し之助氏が昭和 10 年 12 月 13 日に（特許）申請したアルミた。採用する時は実に悲壮な決意を持って採用した。

ニウム合金を茲に紹介したい。これは Mg 3 〜 6％、Zn

但し、その採用する時分には板はいかん、まず押出形

6 〜 14％、Fe 0.1 〜 0.5％、Si 0.1 〜 0.7％、Mn 0.1 〜

材を特に採用しました。華厳の滝から飛んだようなつ

1.5％、Ti 0.1 〜 0.5％、Ni 1 〜 5％を含むアルミニウム合

もりであった。そして規格に制定して ESD を初めて金で、熱処理すると引張強さ 80 kg/mm （780 MPa）に

世の中にだしたのである」と回想している。

2

なるといふ」合金で、「唯、時期割れに関して注意の払

柳田邦男の「零式戦闘機」（文芸春秋社）4） では、

われていなかったことは、その記述から知ることは出来

この開発研究を命じたのは、海軍航空廠発動機部員で

2）るが、惜しいことであった」 。

材料研究者担当の川村宏矣機関中佐とのこと。この本

トム合金に関しては、海軍も相当気にしていて、松の中で、「当時すでに 45 キロ超ジュラルミンが開発さ永陽之助が海軍大学で講演をした後、当時海軍航空本

れていましたが、将来戦闘機を飛躍させるには、同じ部の材料主務者であった大谷文太郎は上層部から呼びように軽く、しかももっと強力な、一平方ミリメートつけられ、こういう良い材料があるのに何をしている

ル当たり五十キロから六十キロ位の張力にまで耐えらのかと言われたことがある 3）。これに対し大谷は「これるような軽合金が欲しいということになりまして

れはすでにザンダーが 10 年前に発表したものである。

ね。それで住友金属に対し、海軍航空廠として、研究

これがシーズンクラックを何とか解決して実用に供し開発を要請したのですよ」と川村は述べている。残念たいと思って、すでに住友に指令しております」と回ながら、戦後すぐに焼却されたのか、これに関する公答した。「住友としてはこの指令の前にどの程度研究

式記録は現在のところ見つかっていない。

5）

コラム 五十嵐勇博士の随想「研究室の片隅から」「軽金属」誌の「研究室の片隅から」という五十嵐博士の随想に、超々ジュラルミンの開発を始めた頃の話が掲載されている。その一部を紹介する。
「前々号から先輩諸賢の華やかな御話、勇ましい思い出興味深く拝見していた。ところが此度は僕に軽金属工業の回顧を書くようにとのことだが、研究室の片隅にジメジメと一生をおくった僕にはそれ等と逆な想い出のみに過ぎない。だが然し谷があっての山で皆が山ならば山はなくなる。勇ましい御話の引立役にジメジメした回顧も一つ位あってもよかろう。

いじ

僕は学校を卒業以来会社の研究室でずっと軽金属を弄つていた。はじめはアルミニウムという事だったが丁度日本に於けるアルミ合金の勃興期で先輩諸賢が皆アルミに手をつけられるので大変気楽にボヤボヤしていることが出来た。
やがてマグネシウムを取扱わねばならぬ時代が来た。僕はその方の手伝をする事になった。マグネシウム
は取扱にくいので誰も手を出さぬ。不精な僕も止むを得ずいろんな実験をやらねばならなかつた。」「先輩が夫々立身出世されると馬鹿な我輩も止むを得ず研究の凡てを見ねばならぬことになった。丁度その頃デュラルミンは板につき SD（筆者注、超ジュラルミン）、SDC（筆者注、SD に皮材として SA3（Al-1.2％
Mn-0.55％ Mg 合金）をクラッドした合わせ板）も工業化出来てやれやれと思っているとトム合金と云うものが華やかに宣伝された。第一次大戦当時英国には E 合金というのがある。其の後独乙に Sander 合金と云うのがある。別にめずらしい合金ではないが時期割れがあるので使いものにならぬ。学業成績は優秀でも Load がかけられない秀才見たようなものである。とはいつても世間はうるさいし。止むを得ず吾々は使いものにするようにしようではないかと相談した。」

448

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

7.2 高強度で加工性に優れた合金の探求
７. ２. １

各種合金の研究最大にして熱処理効果最大なる点」7）を見いだすことで合金探索が行われたとある。この点が工業的には非常に重要な視点である。
それぞれの合金成分は、

かくして、先人たちの研究をベースに軽合金の探求

D：Al-4％Cu-1.5％Mg-0.5％Mn、が 開 始 さ れ た。Al-Zn-Cu 系 E 合 金、Al-Zn-Mg 系 ザ

S：Al-8％Zn-1.5％Mg-0.5％Mn、ンダー合金、Al-Cu-Si 系ラウタル（Lautal）合金、海E：Al-20％Zn-2.5％Cu-0.5％Mg-0.5％Mn

軍技術研究所の Al-10％ MgZn2 系の松山合金、Al-6％である。まず「D-S-E 三元系の全系に渡る金型鋳物

Mg-3.5 ％Zn 系 の 五 百 旗 頭 合 金、 住 友 伸 銅 所 の Al-を鋳造し 400ºC、450ºC、500ºC に各 4 時間保ち投水

8.5％Zn-1.5％Mg-1.5％Mn 系の松田合金などのデータ

し 7 日間時効し後其ブリネル硬度を測定し、尚此等ををベースに、まずは強度と加工性から合金系の予備検

150ºC に 24 時間焼戻を行ひ再び其硬度を測定し、次討がなされた。これはかつて圧延加工で大いに苦しんに 300ºC に５時間焼鈍し炉冷して三度其硬度を測定だことによるものであろう。興味深いことに Al-Zn-

した」。D、S、E 合金の比率を変えて実験した詳細な

Mg-Li も検討された。ここで E 合金というのは、英データ（時効後と炉冷後の硬さ）を表 7.2 に示す。

国国立物理学研究所のローゼンハインらの開発合金で次に「焼鈍した硬度を基礎とし之と焼入焼戻によりその組成は Al-20％Zn-2.5％Cu-0.5％Mg-0.5％Mn、亜得られた硬度とを比較して其硬化率（注：硬化率＝（最鉛を 20％まで含み Zinc Duralumin として知られてい高硬度‐焼鈍硬度）÷焼鈍硬度）を求める。此硬化率た。圧延材の強度は 1.04 mm 板を 400ºC で焼入れ後、の大なる事は最高硬度の高き割合に焼鈍状態に於いて時効したときの引張強さ 62.7 kg/mm2（615 MPa）、

軟らかき材質なる事を示すものなるが故に加工等も容

耐力 48.7 kg/mm2（478 MPa）、
伸び 11％であった（研易に出来得る筈である」との確信に基づいての事であ究報告 No.3326, 1935.8.10）。

る。この結果、No.57、No.61 が硬く、「其成分は亜鉛

しかしながら、亜鉛が高い合金は引張強さに比べて十分小さい応力でも長時間の負荷で割れを生じる時期
割れ（応力腐食割れ）が問題であった。腐食雰囲気で割れは促進されたが、Mn 添加で結晶粒が伸長して割れの感受性は低下したと報告されている。超々ジュラ
ルミン合金開発の合金選定の経緯を示す研究報告書の一覧を表 7.1 に示す 6）。

8 及 10％、銅 2.5％前後である」として、三つの合金が選定されたとある 8) 〜 10)。
・Al-10％Zn-1.5％Mg-2.5％Cu-0.5％Mn-0.01％Ti（ESD
No.1 合金）
・Al-8％Zn-1.5％Mg-2％Cu-0.5％Mn-0.01％Ti    
（ESD
No.2 合金）
・Al-8％Zn-1.5％Mg-2.5％Cu-0.5％Mn-0.01％Ti
これらの合金の板、棒、押出形材、管について各

7. ２. ２

超々ジュラルミンの候補材の選定

種の特性を調査し、「新強力軽合金 E.S.D は耐力 36

最終的には Sander の Al-MgZn2 系合金、超ジュラ〜 65 kg/mm2（350 〜 640 MPa）、引張強さ 58 〜 70

ルミンの A-Cu-Mg 系合金、そして英国のローゼンハ

kg/mm2（570 〜 690 MPa）、伸び 8 〜 20％、硬度 150

インの E 合金をベースに成分が検討された。学位論〜 200 を有し、現在使用されつつある軽合金に比して文には、「第一のもの（S）は Mg-Zn、第二のもの（D）

著しく優秀なる機械的性質を有し航空機構成材料としは Cu-Mg、第三のもの（E）は Cu-Zn-Mg を主成分とて画期的な新材料と思われる。然るに、本合金は或るするアルミニウム合金である。Zn、Mg および Cu は

特殊な状態の下に於て時刻の経過に従って亀裂を生ず

Ag を除いては、Al と最も多く固溶体を作り、またるが如き致命的な欠陥を有する。独逸の Sander 合金

その温度による溶解度の変化も最も多いものである。

及び英の E 合金が優秀なる機械的性質を有するにか従って最強力にして最熱処理効果大なる実用合金（Ag

かわらず実用化されざる所以のものは、主として此のの如き貴金属の添加は工業用合金としては面白くな種の欠陥あるによる」8）（学位論文より）として時期

い）は此の系にあることが想像される。航空機構成材

割れの対策の検討に入る。

料としては強度の大なる事は勿論必要であるが薄板及社内の研究報告で E.S.D. 合金の名称が表題に出てび型材に製作可能という事がその強力材料を生かし使くるのは、研究報告 No.3854「超強力軽合金の研究用する上にかく可らざる必要条件である。従って先づ（第 10-5）、E.S.D. 合金の「クラッド」材の機械的性質」

此の S、D、及び E、の三元系に於いて焼鈍状態に於（1936.6.30）からである。多分この頃、合金の方向性

いて最も軟く熱処理状態に於いて最も強い、即加工性が決まったことによるものと考えられる。E.S.D. の各
航空機用アルミニウム合金の系統化調査449

表 7.1
報告書番号

超々ジュラルミン関係の研究報告書一覧 6）

表題

作成年月日

No.3326

強力軽合金の探求（No.1）

1935.8.10

No.3363

超高力軽合金の研究（其 2）1935.8.29

No.3379

強力軽合金の探求（第 3報）

1935.9No.3385

超強力軽合金の研究（其 4）1935.9.10

No.3427

強力軽合金の探求（第 5報）

1935.10

超強力軽合金の研究（其 6）、1935.11.5
新軽合金数種の引張強さ試験
超強力軽合金の研究（其 7）、No.23及 24合金の熱処理と機械
1935.12.17
的性質との関係

No.3479
No.3538

No.3586

超強力軽合金の研究（其 8）、D（Duralumin）- S（Sander’ s
1936.2.4
alloy）- E（Ealloy）三元合金に就て

No.3719

超強力軽合金の研究（其 9）、
60 kgデュラルミンの機械的性質に就て1936.4.25

No.3800

超強力軽合金の研究（其 10）、
60 kgデュラルミン押出棒の機械的性質に就て1936.6.2

No.3810

超強力軽合金の研究（其 10の 2）60kgデュラルミンの機械的性
1936.6.8
質に就て

No.3851

超強力軽合金の研究（其 10の 3）超強力軽合金の性質に及ぼす1936.6.26
他元素の影響No.3852

超強力軽合金の研究（其 10の 4）超強力軽合金の加工性に就て 1936.6.26

No.3854

超強力軽合金の研究（其 10の 5）E.S.D.合金のクラッド材の機
1936.6.30
械的性質No.3859

超強力軽合金の研究（其 10の 6）E.S.D.軽合金の熱処理

1936.7.4

No.3865

超強力軽合金の研究（其 10の 7）E.S.D.合金の耐海水性

1936.7.6

No.3892

超強力軽合金の研究（其 10の 8）E.S.D.合金の焼鈍温度

1936.7.18

概要
探索の開始宣言
ラウタル（Al-4％Cu-2％Si-0.5％Mg）系合金及ぼす MgZn2の効
果を調査
E（Al-20％Zn-2.5％Cu-0.5％Mg-0.5％Mn）合金系の強度に及ぼす成分の影響調査（Al6Mg4Cu）系合金の時効硬化
Al（Al3Zn6Mg7）系および Al性並びに焼戻硬化を報告
E合金系の性能評価（Al 3Zn 6Mg 7）
ラウタル＋（Al 3Zn 6Mg 7）8〜 10％添加材、Al＋
10〜 14％添加材の 1 mm板の引張試験
前報の合金の最適な熱処理条件の検討
D（Al-4％Cu-1.5％Mg-0.5％Mn）、
S（Al-8％Zn-1.5％Mg-0.5％Mn）、
E（Al-20％Zn-2.5％Cu-0.5％Mg-0.5％Mn）合金の配合比率を変えて「Al-Cu-Zn-Mg四元系合金には相当優秀なものが有りはしないかと云ふ仮想の許」に研究
其 8の結果に基づき、四種類の合金
Al-9.6％Zn-1.2％Mg-2.0％Cu-0.5％Mn、Al-10％Zn-1.3％Mg-2.5％Cu-0.5％Mn、Al-6.5％Zn-3.0％Mg-0.5％Mn、Al-7.5％Zn-3.5％Mg-0.5％Mnが優秀であるとして、1 mm板を試作して機械的性質を調査
Al-10％Zn-1.5％Mg-2.5％Cu-0.5％Mn、Al-9.0％Zn-2.0％Mg -1.0％Cu -0.5％Mn合金の 30 mm径押出棒を試作して引張強さを調査。焼入焼戻後は耐力 60 kg/mm2以
上、引張強さ 65 kg/mm2以上、伸び 8％以上を示す。押出頭部と尾部では尾部が硬くて強度が著しく高い
圧延板と形材について機械的性質を調査。板材の引張強さ 60
kg/mm2、耐力 50〜 52 kg/mm2、伸び 10〜 15％、形材は棒材と同等
Al-10％Zn-1.3％Mg-2.5％Cu-0.5％Mn合金と Al-8％Zn-3％Mg0.5％Mn合金に Ni、Fe、Cr、Ca、Ti、V等の元素を添加し機械的性質と耐海水性を調査。「Cr（少量）、Ca、V及び Tiの各添加元素は基定合金の性質を低下させることなく、而もその耐食性を改善する効果あり」
T415（ESD: Al-10.1％ Zn-1.61％ Mg-2.3％ Cu-0.52％ Mn0.28％Fe-0.18％Si）、T418（トム合金 : Al-9.33％Zn-2.0％Mg1.0％Cu-0.53％Mn-0.28％Fe-0.21％Si）の圧延材の屈曲試験
による曲げ加工性を比較
Cr入りアルミニウム皮材をクラッドした E.S.D.合金を試作。密着性は良好。 加熱による拡散性は長時間になると著しくなるが、規定時間内では考慮するまでもない程度
最適な焼入温度と焼戻時間を決定
試験方法として腐食液に浸漬後に腐食減量測定と引張強さ測定で評価。裸材では耐海水性は良好でなく、結晶間腐食が生じた。
Cr入りクラッド材は著しく改善した。
最適焼鈍温度と時間を調査

表 7.2 D 合金、S 合金、E 合金の配合比率と強度および硬化率（加工性）の関係（五十嵐博士の学位論文）8）〜 10）
Alloy
Number
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65

450

D
S
E
Zn
Mg
Cu
Mn
（%） （%） （%） （%） （%） （%） （%）
80
60
40
20
80
60
40
20
0
0
0
0
80
10
10
60
20
20
40
30
30
20
40
40
100
0
0

20
40
60
80
0
0
0
0
80
60
40
20
10
80
10
20
60
20
30
40
30
40
20
40
0
100
0

0
0
0
0
20
40
60
80
20
40
60
80
10
10
80
20
20
60
30
30
40
40
40
20
0
0
100

1.6
3.2
4.8
6.4
4
8
12
16
10.4
12.8
15.2
17.6
2.8
8.4
16.8
5.6
8.8
13.6
8.4
9.2
10.4
11.2
9.6
7.2
0
8
20

国立科学博物館技術の系統化調査報告

1.5
1.5
1.5
1.5
1.3
1.1
0.9
0.7
1.3
1.1
0.9
0.7
1.4
1.4
0.7
1.3
1.3
0.9
1.2
1.2
1.1
1.1
1.1
1.3
1.5
1.5
0.5

3.2
2.4
1.6
0.8
3.7
3.4
3.1
2.8
0.5
1
1.5
2
3.45
0.65
2.4
2.9
1.3
2.3
2.35
1.95
2.2
1.8
2.6
2.1
4
0
2.5

0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5

400℃ /4h WQ
450℃ /4h WQ
500℃ /4h WQ
300℃ /5h
WQ
RT/7days 150℃ /24h RT/7days 150℃ /24h RT/7days 150℃ /24h
94.2
93.0
116.0
109.0
107.0
113.0
52.8
96.8
99.2
110.0
106.2
96.4
105.0
63.0
102.0
132.4
109.0
131.2
95.0
126.4
56.2
114.0
140.0
101.0
137.4
95.0
147.2
62.6
105.8
104.0
121.0
118.0
108.0
120.0
59.8
120.0
138.8
130.0
153.2
107.4
145.8
83.6
130.0
154.6
140.2
161.2
120.0
147.2
83.0
153.0
156.4
143.0
153.2
114.0
131.2
95.4
116.0
147.2
125.2
158.0
110.0
156.0
76.4
134.8
162.7
140.2
161.2
127 6
158.0
63.6
134.8
158.0
140.0
151.6
130.0
144.4
94.8
147.2
161.2
141.6
159.6
118.0
138.8
95.4
102.0
97.6
113.0
116.0
108.0
113.0
57.4
119.0
151.6
110.0
147.2
109.0
159.6
73.0
153.0
165.8
150.0
153.2
119.0
131.2
97.6
109.0
119.0
115.0
130.0
117.0
132.4
77.6
117.0
150.0
122.0
154.8
109.0
153.2
67.6
145.8
161.2
144.4
164.2
127.6
145.8
86.6
126.4
156 4
125.2
161.2
109.0
123.0
65.0
124.0
154.8
128.8
169.4
120.0
159.6
73.6
131.2
156.4
115.0
150.0
115.0
145.8
74.0
127.6
153.2
131.2
161.2
103.0
140.2
75.6
122.0
150.0
130.0
167.6
118.0
151.6
67.6
113.0
115 0
116.0
162.7
116.0
148.6
71.2
94.2
93.6
113.0
105.0
113.0
117.0
53.6
108.2
136.0
112.0
143.0
111.0
148.6
73.8
158.0
161.0
145.8
144.4
124.0
124.0
89.8

Vol.31 2022. March

Hardenability
（%）
120
75
136
136
102
74
94
64
107
89
67
69
102
116
116
74
129
137
148
129
112
113
148
128
118
101
79

アルファベットの後ろにピリオドがある表現になっている。この名称に決まった背景については研究報告には特に記述がない。深井誠吉によると超々ジュラの差はあるもいずれも割れる。
ii） 割れは静的外力を受けた場合よりも衝撃外力を受けた場合が遥かに甚だしい。

ルミンを ESD（Extra-Super-Duralumin）と名付けたiii） 割れ疵は常に結晶境界線に沿っておる。また故のは住友金属専務取締役で伸銅所所長の古田俊之助で意に破壊せし処も同様に概ね境界線に沿って割1936 年 5 〜 6 月頃とのことであるが、住友軽金属年れる傾向にある。これは結晶の大きさに密接な表では、「1937 年、研究の基礎となった E 合金、S 合金、関係があると思う。

D 合金（超ジュラルミン）の頭文字をとって ESD とiv） 焼入時効せるものは刻印法及び圧搾法では本試験の期間内では疵を生じないが屈曲法では割れる。

命名した」11）とある。

v） Al-Zn 二元合金では Zn20％を含有するものが、
７. ２. ３

トム合金

その焼入れ時効せるもの 300ºC 焼鈍せるものが興味深いことに、1936 年の 5、9、11 月の住友金属

割れを生じ、焼入焼戻せるもの圧延せるものはの社内の研究報告では、「アルミニウム軽合金界に一起こらない。勿論 20％以下のものはいずれの大センセーショナルを投げた」引張強さ 75 kg/mm

状態においても疵を生せず（屈曲法）。

2と称する日本電工製のトム合金板材、棒材、鍛造丸棒を入手して性能の確性調査を行っている。西村教vi） 本 合金は「デュラルミン」で「リベッチング」
せるも割れを生じない。

授が先に述べたように如何にこのニュースの衝撃がvii）本 現象は本系軽合金の本質的特性が所謂 Sea-

大きかったかを物語るものである。研究報告 No.3738

son Cracking に類似せる物と考えるのが妥当「Thom Alloy に就いて」（1936.5.5）で、この入手しである。

たトム合金板材の組成は Al-9.05％Zn-2.15％Mg-0.9％（３）本系合金の割れの現象は焼入及び焼戻温度のCu-0.49％Mn-0.22％Fe-0.27％Si で引張強さは 61.7 kg/

適当なる調節により、緩和する事を得、例えば

mm （605 MPa）
、耐力 43.2 kg/mm （424 MPa）、伸E.S.D. 合金の 430ºC 焼入 100ºC 焼戻せるものはびは 13％であった。この合金は「60 kg デュラルミン」

刻印法及び圧搾法で割れを生じない。然し屈曲と成分、機械的性質ともによく類似す」と報告書には法によれば時間の長短はあるが焼入時硬せんもコメントが付記されている。この「60 kg デュラルミのでさえも割れを生ずるに到る。即ち焼入及びン」とは E.S.D. のことであろう。

焼戻温度の調節では割れを完全に防止する事は

2

2

できない。

7.3 時期割れ（応力腐食割れ）の評価方法の確立
７. ３. １

時期割れの発生の詳細な観察

さて、ここからが五十嵐、北原のコンビが本領を発（４）本系合金の割れの現象はその金相学的組成上
Al-Zn 系合金に於けるγ相（注、最近の状態図ではα相）の存否に影響するところ多いという仮説にもとづき下記五種合金につき試験した。
Al-8％Zn-1.5％Mg-2.5％Cu-0.5％Mn（製鈑失

揮した時期割れ対策である。1936 年 8 月 20 日の社内

敗）、の研究報告 No.3939「E.S.D. 新合金の「割れ」に就い

Al-8％Zn-1.5％Mg-2％Cu-0.5％Mn、

て
（第一報）
」
がそれである。
この研究報告の概要を少々

Al-7.5％Zn-3％Mg-0.5％Mn、長いが重要なので引用する。執筆者はその筆跡からしAl-7.0％Zn-3％Mg-0.5％Mn、て北原氏によるものと思われる。
「E.S.D 軽合金の残留内部応力の下に於ける割れを発生する特殊現象を調査し且つ現象の防止対策に就き

Al-6.5％Zn-3％Mg-0.5％Mn
１）銅の小量の添加は割れを緩和する作用があるら
しい。

考究した。

２）銅を含有せざる三種は Cu 入に比して著しい（１）割れの試験方法としては下記三方法を使用した。

３）之 等合金中 Al-8％Zn-1.5％Mg-2.5％Cu-0.5％Mn

１．刻印法

２．圧搾法

３．屈曲法

（２）
i） 銅を含むと否とに係らず本系合金は残留内部応力合金がもっとも良質で割れを生じ難く、他のものは焼入時効せるものも割れたるも、之は割れず而もその抗張性は E.S.D. と伯仲である。

の下に於いて自然に割れる傾向性を有す。勿論こ４）Al-8％Zn-1.5％Mg-2.5％Cu-0.5％Mn 及び E.S.D

れはその成分又は状態の如何によりて多少の緩急

合金の割れに及ぼす焼戻温度の effect は 125ºC
航空機用アルミニウム合金の系統化調査

451

最悪でそれより高くも低くも順次良好となる傾（２）圧搾法向を有す。

エリキセン試験機により最大深度をそのエリキセン５）Al-8％Zn-1.5％Mg-2.5％Cu-0.5％Mn 合金は実用値とし、種々の深度に圧搾し放置せるに深度の甚だし

上下記（図略）程度の屈曲には十分堪え得るもきものは十数時間後に早くも割れを生じた。圧搾度ののと考えた。

少なきものは数日後更に少なきものは数ヵ月後を経過（５） 本系合金並びに Al-4％Zn-3％Mg-(1〜 2)％Cu-

するも割れを生じない。

0.5％Mn 合金は之に Ti0.1％内外の添加によりて（３）屈曲法（湾曲法）

著しく割れの減少を阻止し屈曲法実施後五日後

幅 25 mm、長さ 180 mm の試片を図 7.3 に示すよ

経過するも猶割れず、先本問題を解決せらるる

うに両端を以って湾曲し略ぼ両端より 15 mm 内外ののではないかと思わる。然し予断は許されない。

所でその間隔を色々に変えて銅線にて束ね室内に放置

機械的性質は E.S.D. に伯仲す。
」とあり、まずして割れの発生を調査した。試験結果はその間隔が零は簡便な試験方法で時期割れの実験結果をよくのものは言い換えれば全く密着せるものは僅々数十分

観察していることがわかる。

にして割れを生じ、その距離を次第に遠ざくるに従って割れるまでの経過時間は大となり、或る距離以上に

７. ３. ２

時期割れの評価方法：応力負荷方法

達すると殆ど割れを生じない。換言すれば湾曲試料片実験方法を更に詳しく見てみよう。実験方法は日本の頂部に於ける屈曲半径の大さに比例して割れるまで

金属学会誌や住友金属・研究報告に報告されているのの経過時間は増減する。即ち割れは一定以上の応力をでこれをもとに紹介する。時期割れの評価方法は「元必要とする。」9), 10)

来時期割れと称せらるる現象は銅合金就中真鍮に特有なものとして一般には好く知られて居る。これに関する研究論文は内外通じて沢山にある。軽合金に於いても亜鉛の多くを含むアルミ合金の時期割れを起こす傾向のある事は相当古くから言われて居るものの研究文献に至っては内外国を通じて全然皆無と言っても差し支えないであろう」9), 10) ということで、実験・評価方
法の確立から始まる。図 7.2 に試験方法を示す。
「（１）刻印法試料の表面に 7 mm 角大きさの英字又は数字の鏨を持って刻印し亀裂の生ずる状況を検するに図に示す
様に概ね文字の角立てる部分に早きは刻印後数時間にして割れを生じた。

図 7.3 屈曲試験による応力腐食割れの評価（1936.8.20 の研究報告 No.3939）

そのほかに、管の扁平試験や「時期割れの発生は複合応力の引張応力に依り、圧縮応力に依りては絶対的に起こらないと言われ、又は以上の諸実験に於ける割れが常に引張応力の働く側に限られて起る事実に照らしても明らかなことである」として引張試験が行われた。「引張応力と時期割れを生ずる迄の経過時間との（a）刻印法関係曲線に依れば時期割れは応力の小なるに従って起り（b）圧搾法（エリクセン試験）

難くなり、而も曲線の傾向から判断して大約 15 kg/mm2以下の応力では割れは起り得ないのではないかと思われる」として時期割れの生じる応力に関して閾値の存在を示唆している。

（c）屈曲（湾曲）法（曲げ試験）

図 7.2452

各種の応力腐食割れの評価方法

国立科学博物館技術の系統化調査報告

9）
，10）

Vol.31 2022. March

７. ３. ３

腐食環境

「時期割れは結晶粒界に沿うこと及び合金の引張強さよりも遥かに小なる応力でさえも割れを生ずること如し。Al、R（残）、Cu 2％、MgZn2 11 〜 12％、Mnの実験的事実から考えて応力が時期割れに対する充分

0.5％、Cr 0.3％、Cu、Cr、Mn の添加量に関しては更にして満足なる条件とは考えられない。また金属の内2に研究を要す。機械的性質は引張強さ 55 kg/mm（540

部的変化に依るが如き本質的な例証も認められない。

MPa）、耐力 45 kg/mm2（440 MPa）、伸び 8％以上」さすれば応力と外部的要因との合成作用によるものとある。図 7.4 は学位論文に掲載された時期割れに及と考えざるを得ない」ということで試験環境の影響をぼす添加元素の影響を示す 8）。クロムが 0.17％添加さ検討した。真鍮の時期割れは純粋な空気中や Ni メッ

れた合金はこの実験範囲内では時期割れを示さないこキを施した場合には生じないとのことで、大気中のいとがわかる。

かなる要素がもっとも影響があるものかを確かめるた
めに、大気中、乾燥空気、酸素、窒素、水素、真空中で湾曲法により試験した。この結果、水蒸気中に於ける場合がもっとも激烈で大気中での約十分の一で割れた。なお特に顕著なことは大気中では 30 分内外で割れを生じるものが真空中では割れを生じないことであった。次に、結晶粒界に沿って割れることから、結晶間腐食性を有する水溶液も割れを促進すると考え、各種水溶液で試験した所、食塩水及び塩酸水溶液中
でその効果が甚だしいことが判明した。さらに真鍮や鋼は半田付け時に応力を負荷しながら行なうと容易に亀裂を生じることから、80ºC の低融点金属（PbSn、BiCd）の溶液に浸すと 1 〜 2 分で割れた。これも時

図 7.4

Al-Zn-Mg 系合金の時期割れに及ぼすクロム添加の影響 8）

期割れの一種とみなしてもよいと考えた。外部的要素

ほぼ成分も固まり、いよいよ工業的試作の段階に入をなくするために合わせ板で試験した所全く時期割れる。研究報告 No.4241「E.S.D. 軽合金の研究、E.S.D.-を生じなかったと報告している。

No.2 試 作 品の二 三 性 能に就いて」（1937.2.22）では、E.S.D.No.2（Al-8%Zn-1.5%Mg-2%Cu-0.5%Mn）とE.S.D.

７. ３. ４

時期割れに及ぼす合金元素の影響

No.2+Cr0.3 について工場試作し、E.S.D.No.2+Cr0.3 は

前節の 1936 年 8 月作成の第 1 報に引き続き、板厚

引張強さ 58 〜 60 kg/mm2（570 〜 590 MPa）
、耐力 480.5 mm 板を製作し屈曲曲げによる時期割れの研究が〜 52 kg/mm2（470 〜 510 MPa）
、伸び 10 〜 16％で所なされた。表 7.3 に時期割れに対する合金元素の影響定の規格（引張強さ 53 kg/mm2（520 MPa）以上、耐に関する社内の研究報告書の一覧を示す 。同年 12

力 45 kg/mm2（440 MPa）以上、伸び 8％以上）を満月作成の第 11 報（No.4144）の最後に総括として、「今、足し、180º 曲げ試験で半径 3tと良好、耐破壊性でも二ヶ超強力軽合金（E.S.D.）の化学成分を仮定すれば次の月以上経過しても割れないで極めて優良であると結論づけ

6）

表7.3

時期割れに対する合金元素の影響 6）

報告書番号No.3939

表題
E.S.D.新合金の「割れ」に就いて
（第一報）

作成年月日
1936.8.20

No.3988

E.S.D.合金の Crackingに就いて（第二報）

1936.9.19

No.4017No.4030
No.4047

E.S.D.合金の Crackingに就いて（第三報）
E.S.D.合金の Crackingに就いて（第四報）
E.S.D.合金の Crackingに就いて（第五報）

1936.9.30
1936.10.12
1936.10.23

No.4092

E.S.D.合金の Crackingに就いて（第六報）

1936.11.18

No.4099

E.S.D.合金の Crackingに就いて（第七報）

1936.11.27

No.4112

E.S.D.合金の Crackingに就いて（第八報）

1936.12.1

No.4113

E.S.D.合金の Crackingに就いて（第九報）

1936.12.2

No.4121

E.S.D.合金の Crackingに就いて（第十報）

1936.12.5

No.4144
No.4244

E.S.D.合金の Crackingに就いて（第十一報）
E.S.D.合金の Crackingに就いて（第十二報）

1936.12.21
1937.2.24

内容
E.S.D軽合金の残留内部応力の下に於ける割れを発生する特殊現象を調査し且つ現象の防止対策に就き考究
低亜鉛 E.S.D.（Al-4％Zn-3％Mg-1or2％Cu）
合金、E.S.D. No.2（Al-8％
Zn-1.5％Mg-2％Cu-0.5％Mn）合金の焼入、焼入焼戻検討で実用性あり
E.S.D. No.2使用に耐え得る。Ti、Moで置き割れ防止可能
Mn1.2、1.5％ 添加、結晶粒の発達、破壊性阻止。Li入り合金も調査
E.S.D. No.1
（Al-10％Zn-1.5％Mg-2.5％Cu）、Mn 1.2％以上で耐破壊
性顕著
E.S.D. No.2に Mo 0.5〜 1.67％添加。Mo 1％以下の添加で耐破壊性
著しく緩和
E.S.D. No.1（Al-10％ Zn-1.5％ Mg-2.5％ Cu-0.5％ Mn）に Mo、Cr、
Co、Ti、Cu、Mg、Be添加。引張強さは Co添加が、耐破壊性は Cr添加が優秀。Moは No.2ほどでない。Mn 1.5％は多過ぎ
E.S.D. No.2系にMn 0.5、Mo 0.3、Cr 0.3、Ti 0.1とMo 0.3、Cr 0.3、
Ti 0.1添加。耐破壊性良好。
E.S.D. No.1、E.S.D. No.2ベースに Mn、Crの単独添加、複合添加の影響調査。No.2系優秀
E.S.D. No.1の ZnCuMgベースに Ni添加 . 引張強さ増加するが、耐破壊性は効果なしE.S.D. No.1系に Ag、Ca、Si、Snを添加したが、耐破壊性は改善できず
E.S.D. No.2系の耐破壊性に及ぼすCu、Zn、Cr、Bi、Sbの影響。Cr 0.1〜 0.35％内では変化少ない。Sb、Biの耐破壊性に対する効果少ない

航空機用アルミニウム合金の系統化調査453

ている。これ以降の E.S.D.No.2 合金に関しては 0.2 〜 0.3％

き鍛錬用軽合金を得んとするにある」。1935 〜 1937

Cr が添加されている。ほぼ 2 月の時点で ESD の合金成

年かけて五十嵐博士により出願された表 7.4 に示すよ分は Al-8%Zn-1.5%Mg-2%Cu-0.5%Mn-0.25%Cr となった

うに Al-Zn-Mg 系に関する合金特許は 5 件で、それもと考えられる。

Cr に関するもの 2 件のみである。それらの特許は関その後の研究報告 No.4352「超強力軽合金 E.S.D.-No2

連のあるものも含めて出願順に表に示す 6）。

に就いて、E.S.D.-No.2 クラッド材の性能」（1937.4.27）では、皮材に Al-2.5%Zn-0.5%Cr を用いたクラッド材の性能調査を行っている。引張強さは 55 kg/mm2（540 MPa），
耐力 49 kg/mm2（480 MPa）
，伸び 10％で裸材に匹敵し，耐破壊性，耐食性は良好との結果であった。このクラッド材に就いては 5 月の時点で特許申請中との事であった。

7.4 特許出願と論文発表
７. ４. １

特許

ESD に関する基本特許は、「鍛錬用強力軽合金」として、1936 年 6 月 9 日に出願されている。公告は 1939 年
10 月 24 日、特許としては第 135036 号としては 1940 年 2
月 28 日成立。発明者は五十嵐勇と北原五郎で、特許権者は住友金属工業株式会社である。この特許の第一ペー
ジを図 7.5 に示す。
「発明の性質及び目的の要領」「本発明は亜鉛 3 乃至 20％、
「マグネシウム」1 乃至10％、銅１乃至 3％、「クローム」0.1 乃至 2％を含み「マンガン」0.1 乃至 2％を含み、又は含まず残部「アルミニウム」より成ることを特徴とする鍛錬用強力軽合金に係り其の目的とする処は強力にして時期割性無

図 7.5

超々ジュラルミンの特許 12）

5）

コラム 「割れるやつなら大いに割って見よう！」

時期割れに関してを五十嵐博士は次のように語っている。
「割れるやつなら大いに割つて見ようと云うので最も時期割れの甚だしいのを作つてそのよつて来る原因をつかもうとつとめた。種々の気体の中、液体の中、真空中、等で割らして見た。その結果から此の種の時期割れは水分による結晶粒界の局部腐蝕が重大なる原因をなすことがわかつた。そこで腐るものに腐るなとは無理な話だから腐りたければ大いに腐らしてやろう。それも局部腐蝕などケチな事云わずに全面腐らすようにもって行こう。それには全面に析出する Mn を増して 1.2％にもつて行けば全面腐蝕になり
時期割れはなくなる。処が大物鋳塊では Mn 化合物が大きく発達して物にならぬ。そこで Mn を減じて Crで補うことにした。そしてその limit が ESD の Mn、Cr の成分になつた。他の成分は量産の目的で最も加工し易い点をとつた。量産を考えないならば 80 kg/mm2 程度は出せる。かくて ESD は出来上つたが素人
はおそろしいもので“完全に時期割れはないか”等と詰問されたものである。吾々の見解からすればデュラルミンでも時期割れをおこさせることが出来るのであつて絶対に割れないなどといい切ることは出来ない。実用上差支えないと答える以外に道はない。大事なことは実用の限度と量産と力とのかねあいである。
それらは見る人の心にまかせおくよりしかたがない。そして少し成分をいじれば注文通りのものがつくれ
る」と。

454

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March表7.4

Al-Zn-Mg 系合金に関する特許 6）

特許

名称114321

硬度高き「アルミニウム」軽合金

五十嵐

発明者

出願 1935.4.5
公告 1935.10.25
特許 1936.2.4

出願・公告・特許

Zn 5〜 25％、Mg 5％以下、Li 3％以下

明細135036

鍛錬用強力軽合金

五十嵐北原

出願 1936.6.9
公告 1939.10.24
特許 1940.2.28

Zn 3〜 20％、Mg 1〜 20％、Cu 1〜 3％、Cr 0.1〜
2％、
（Mn 0.1-2％）時期割れなし

133183

強力軽合金

五十嵐
北原

出願 1936.9.9
公告 1939.8.12
特許 1939.11.13

Zn 4〜 20％、Cu 1〜 3％、Mg 1〜 3％、Ti 0.01〜
0.5％、Mn 1.2〜 3％145112「アルミニウム」軽合金

五十嵐
北原
小崎

出願 1936.9.19
公告 1941.4.30
特許 1941.8.22

CuAl2 0.5〜 10％、Mg2Si 0.5〜 5％、MgZn2 2〜
20％、Mn 1.2〜 2.0、Cr 0.1〜 0.5％、Ti 0.1〜 0.5、
Mo 0.1〜 2％結晶粒粗大化防止

133193

硬度高き「アルミニウム」軽合金

五十嵐北原

出願 1936.10.15
公告 1939.8.12
特許 1939.11.13（114321号の追加発明）
Zn 5〜 25％、Mg 1〜 5％、Li 3％以下、Cu 3％以下、
補足（ブリネル硬度 150以上）

155806

亜鉛を含む強力「アルミニウム」
合金合せ板

小兒

出願 1939.10.14
公告 1942.12.26
特許 1943.4.2

Znを含む Al 合金に Zn 0.5〜 1.5、Mn 0〜 2％を含む合金を被覆材とする合せ板、耐食性

161892

鍛錬用強力軽合金

北原
小玉

出願 1942.5.29
特許 1944.2.19

Zn 3〜 20％、Mg 1〜 10％、Cu 1〜 3％、Cr 0.1〜 2％、Bi
0.01〜 0.2％、（Mn 0.1〜 2％）、時期割れなしを目的

なお、この ESD 関連特許に関しては 1938 年頃からに「新強力軽合金の研究」（其 4 〜 6）14）〜 16） を、其

米国、英国、ドイツ、フランス、イタリアに特許出願

2 は少し遅れて 1939 年 5 月に「新強力軽合金の研究している。米国特許 2166495（出願1938.6.20、特許（其 2）、超々デュラルミン” ESD” 及び其のクラッド

1939.7.18）
では Zn 4 〜 20％、Mg 1 〜 2％、Cu 1 〜 3％、材” ESDC” に就て」17）で、次いで、1939 年 9 月に「高Mn 0.1 〜 1.5％、Cr 0.05 〜 1.0％、Ca 0.01 〜 0.2％を力 Al 合金の時期割れと其防止に就て」10）が報告され必須成分とし、加工性や特性を向上させるために Moている。其 2 では ESD（ピリオドはなくなっている）

0.01 〜 0.2％、Ti 0.01 〜 0.5％、Fe、Si を 1％以下としを Extra-Super-Duralmin と呼び、ESD とそのクラッている。米国特許ではなぜ Mg の請求範囲を狭め、Ca

ド 材 ESDC（Extra-Super-Duralclad） の 皮 材 の 成 分を必須成分としたのかはよくわからない。

が明らかにされており、このためか、（其 2）の発表

ここで興味深いことは ESD の特許「鍛錬用強力軽時期が遅らされていると考えられる。

合金」の出願が 1936.6.9 であることだ。この時点でど「鉄と鋼」18）や日本金属学会誌 9）に、住友金属・研こまで Cr による時期割れ改善の問題を把握していた究報告で報告された内容とほぼ同じものが報告されかが不明である。Cr を添加した合金について言及している。さらに 1939 年 9 月号の日本航空宇宙学会誌

た報告書は研究報告 No.3851「超強力軽合金の研究（第にも五十嵐と北原の論文「超々ヂュラルミン ESD 及十の三）、超強力軽合金の性質に及ぼす他元素の影響」

び ESDC に就て」19） が掲載されている。ESD の成分（1936.6.26）まで見当たらない。それも時期割れのが明らかにされたのは、ESD の基本特許である特許ための試験ではない。時期割れに及ぼす Cr 添加の135036 が公告として公開された時期と重なっている

影 響 に つ い て は、 研 究 報 告 No.4099「E.S.D. 合 金 のことがわかる。米軍やアルコアは果たしてこれらの論

Cracking に就いて（第七報）」（1936.11.27）の報告書

文に目を通していたかどうかである。

が最初と思われる。

五十嵐博士は以上の研究論文と、これまでに発表し勿論、実験結果と報告書執筆では現在でも数ヶ月のてきたジュラルミン、超ジュラルミン、4.5 〜 8％ Mg

タイムラグのある場合もあるので、実験結果はもっとを含む Hydronalium などの耐食性合金、3S や 4S な

早く出ていただろうと推定されるが、多分、ESD 合

どの Al-Mn 系合金、ジュラルミン系プロペラ用鍛造金の制定の 6 月頃には、簡便な方法での時期割れの評

品、鋲材、マグネシウム合金の防食性についてまとめ、価結果は出ていて、この結果に基づいて特許が出願さ1939 年 4 月学位論文（図 7.6）として大阪帝国大学工れたものと考えられる。

学部に提出し工学博士が授与された。

７. ４. ２

論文発表と学位授与

論文に関しては、五十嵐と北原連名で、1937 年 2 月
住友金属・研究報告「新強力軽合金の研究（其 1）」13）を発表している。
（其 3）がなくて、1938 年 3 〜 10 月
航空機用アルミニウム合金の系統化調査455

来ない筈がない。必ず物にするという執念で事に当たれば、自然が、これでもか、これでもかと呼び掛けてくれるものだ。この自然の呼び掛けを聞く耳をもたねばならない」とよく言われていた。
（６）優れた協力者
ESD は工場生産技術者の協力なしでは、工業製品としては恐らく開花しなかったであろう。当時の生産技術は、製造部長の丸山五男の献身的な協力に負うところが多かったと五十嵐博士は述懐している。

7.6 五十嵐勇語録

図 7.6 五十嵐博士の学位記（五十嵐 聖様のご好意により撮影）（１）経歴
まず五十嵐は、生家が浄土真宗大谷派（本山：東本

7.5 なぜESDは短期間で開発できたのか？

願寺）に属し、東光明寺（注）で長男として出生した

住友軽金属の元専務取締役で技術研究所長であった

反映されているように思われる。

ひがしこうみょうじ

こと、これは五十嵐のものの考え方、生き方に大きく

寺井士郎博士は ESD が開発できた要因を次の六点にまとめている 20）。

（注）東本願寺（大谷派）の光明寺という意味。近（１）具体的なニーズ

くに西光明寺もある。現在の玉名市溝上に承応３1935 年当時は、準戦時下であり、列国より優位な年（1654 年）開基。現在は五十嵐勇の末弟秀雄の

軍事力、特に優秀な戦闘機の開発それに伴う機体構造

長男である五十嵐聖が第 13 世住職である。五十嵐

材としての高力アルミニウム合金の強度向上に対する勇は三男四女の長男として出生。勇は先妻いきと軍の要求は切実であった。引張強さ 60 kg/mm 級のの間に一男三女を儲けた。先妻は 1929 年、33 歳

新強力軽合金の開発が海軍航空本部より要求された。

で早世し、後妻シズ江を迎えた。晩年は熊本市島（２）非凡なる発想

崎で余生をおくった。長男の全は秋田大学鉱山学

2

たもつ

応力腐食割れの解決の難しさから、リスクの少ない部講師として研究をされ、1960 年頃には「軽金属」

Al-Cu-Mg 系合金を選択せずに、強度的には Al-Zn-にも勇と連名で論文を執筆していたが、2003 年他

Mg 系合金に勝る合金なしと考え、応力腐食割れ防止界した。詳細は筆者の「超々ジュラルミンの発明者、によって実用化せんとした積極的発想と、アルミニウ

五十嵐勇博士の生家を訪ねて」21）を参照のこと。

ム合金の応力腐食割れが局部的な結晶粒界での割れであることに着目し、むしろ全面的に腐食させることで京都大学に入る前に広島高等師範学校を卒業後、八割れを防止しようとした、逆転の発想は非凡である。

代中学・台湾中学で教鞭をとり、再び 1919 年京都大（３）的確な実験対象

学理学部物理学科に入学した。なぜ教師を辞めて理学

実験対象として、D 合金、S 合金、E 合金を選定し、部物理学科に入学したのか、最初から金属を研究する

それぞれの配合比率と強度マップの関係から的確な合つもりであったのかどうかわからないが、住友軽金属

金を選択したことと、粒内に全面に析出させて全面腐

技報 15 周年記念号（1975 年）に寄せた巻頭言 22） で食させる微量添加元素の選択が的確であったこと。

述べているように「大自然の理法」を身につけたいと（４）系統的な実験の気持ちはあったようだ。当時の物理学はアインシュ

応力腐食割れ防止について金属組織、環境、応力、タインの相対性理論や光量子仮説の発表、量子論から

成分及び熱処理に関し系統的な実験を短期間に実施

量子力学の確立に向けて大きく変化を遂げていく段階

し、Mn および Cr の微量添加が有効であるとの結論

で、自然に対する価値観も変わっていく激動の時代でを得て、合金特許を取得した。

はなかったかと思う。日本では長岡半太郎や本多光太（５）創造に対する執念郎が活躍していた頃である。７年ほど後にノーベル賞

五十嵐博士は、「研究室で出来たものが、工場で出

456

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. Marchを受賞した湯川秀樹や朝永振一郎が理学部物理学科に

23）

コラム 「ものをよく見よ！」

時期割れの対策に関しては「逆転の発想」ということで寺井博士が紹介されたが、同じく元社長で技術研究所長の佐藤史郎博士はセレンディピィティの観点から次のように述べている。
「五十嵐博士から、我々研究に当たる物に対して、最も心すべきこととして対象を徹底的に観察することの重要性を説かれた。
“ものをよく見よ。理屈（理論）は後からつけたらよい。もし誰かがつけてくれるな
らばそれでよい。とにかく、ものをよく見よ”」と。
「応力腐食割れに関しては「光学顕微鏡で応力腐食割れの組織を観察すると、結晶粒界が割れている。応力腐食割れに析出物が関与していることは明白である。
そこで、応力腐食割れを徹底的に観察しようという魂胆もあった。これらの合金の試験片の応力腐食割れ試験を実施した結果、意外なことに応力腐食割れが著しく改善（抑制）されている合金があった。その添加元素が Cr であり、Cr 添加が組織を微細化し、析出物の析出形態を粒界析出型から粒内均一析出型へ変えていた」ことを見いだして ESD の発明に繋げた。すなわち、入念な光学顕微鏡観察と柔軟な洞察—セレンディ
ピティと言うに十分値する―により達成されたものであることは疑う余地がない」と述べている。

入学している。
五十嵐博士の求めた「大自然の理法」は、
万物は流転するといった古代ギリシアのヘラクレイト
スの考え方や仏教の「縁起の理法」とも相通ずるとこ（２）研究方法
五十嵐博士から直接指導を受けた元常務取締役深井誠
吉博士との対談では次のように次のように語っている 24）。

ろがあるように思われる。住友軽金属技報の巻頭言では次のように書かれている。

「今度は考え方を全く変えて、どのように割れるか「すべてのものは時とともに永遠に流れてやまない。

を研究することにした。そこで、いろいろ研究して、人間はその流れに節をつくり、句切りをつける。昔は一番割れやすいものを作った。普通なら時期割れは１

男子生れて 15 年たては元服のお祝いをした。一人前

カ月から２年ほどの間に起るが、曲げて 5 〜 10 分での男と認められる。今でいえは成人式である。これも割れるのができた。割れは結晶粒界で起こる。ここがひとつの句切りである。句切りができれは、そこを元と腐って割れるので、酸、アルカリにつけて腐らせてみして新たに出発せねばならぬ。独立独歩、ヘビが出るか、

たらもっと割れやすくなると思った。ところがより割ジャが出るか、大黒様がころげ出ぬとはかぎらぬ。

れるはずなのが割れない。人間の考えがいかに馬鹿な

世の中は非常な速度で変わりつつある。その変化を追っていてはいつまでたっても追いつかぬ。15 年のものであるか、これで明らかである。頭から割れるはずだと思い込んでいたものが割れない。

経験実績、これが大きな宝である。その中にいろんな

そこで別れの原因を調べてみると、空気中でも割れ鍵が含まれている。鍵は小さい。その小さい鍵を押せるので、その因子を調べるために、酸素、窒素、いろば大きな扉が開く。

いろやってみたが、一番影響するのは水蒸気。次に調リンゴや柿は熟すれば落ちる。それは当り前のこと

べねばならないのは、金属それ自体が、割れるかといである。どんな当り前の小さなことでもすべて大自然うことですな。そこで真空中で調べた。普通なら 4 〜の理法に従って動いている。その小さいできごとの中5 分で割れるのが１日たっても、２日たっても割れなに大自然の理法を見る目を養わねばなるまい。一木一い。それでわかった。つまり水蒸気があると割れる。

草ことごとく大自然の理法のあらわれである。

純アルミで割れないのはわかっている。そこで酸、ア

人間 15 才ともなれは若い血潮のあふれでるときである。『皆んなついて来い』と雄たけびをあげてもよ

ルカリにつけると全面が腐るので割れなくなる。ここで問題が決ってくるわけですな。

かろう。大衆とともに、ナポレオンはフランス国民と結局、結晶粒界と同じ速度で全面を腐らせる。全面

ともにウォーターローで戦って一敗血にまみれた。だが平均して腐るためには微細な析出物を全面に作る。

が、フランス国民は今なお健在である。

そうすると全面の腐り方と結晶粒界の腐り方の歩調が理屈でなく、実績をもとに立ちあがろう。雄たけびをそろう。こうすれば割れない。結局１ミリ腐るのに、あげよう。それを我々皆んな拍手をしてたたえよう」 と。

何年もかかるから、金属の腐食が進む前に、飛行機の22）

方が駄目になる。研究はこれで終り。後は何を何％、
航空機用アルミニウム合金の系統化調査457

何を何％と実験すればすぐできる。それから先は、ア

金属の技術を体得しなくてはいかん。学校を出たと、メリカ流にサーッとやればよい。
」と。

よその会社で優秀だったとかいって、偉そうなことをいっていても駄目。また単に表向きだけ「ああ、そうか」

昭和 28 年卒業の奥田彰氏は東北大学金属工学科創と頭の中を素通りしただけでは駄目。学校の講義なら

立 75 周年記念誌（2000 年、p.124）で、五十嵐博士のそれでいいが、物はとても作れない。だからまずその思い出を次のように語っている。
「事実、事実が大切

企業の技術を体得する。これが第一です。次に、少ななんだ！」。
「いろいろ理屈は言わないこと。質問は出くとも４〜５年やって、ここが割れたとか、ここが切るだろうが、何故なんて、分かりもしない理屈は言われたとか、ここがどうなったとか、その技術自身に附ないこと。こうやったら、こうなったとだけ言えばいい属して起こるいろんな問題をしつかり把握することでのだ」これが、卒業論文発表前日の先生からの訓示だっす。それで始めて技術が体得されたといえる。ここでたそうであり、その年の春の学会発表当日も同じ注意をやっと技術者の卵が生まれるわけですな。ここまできいただいたとのことである。いかにも五十嵐先生らしいて始めて、さっきお話したような建築の共同研究会等話である」。
「残念だったことは、超々ジュラルミンの体験ができた際に、それをどのように応用していくかとい談は一回も聞かれなかったことである。お聞きしても、くう市場の開拓ができます。」

わえたタバコを唾液でクチャクチャさせながら、ただ笑っ

２）基礎研究については、ていただけかもしれないが、何しろ、自慢話は聞いたこ「技術を体得してやっているうちにわからないとことがない。
」と、五十嵐博士は大変謙虚な方だったと飯ろが生まれてくる。それを解明するために基礎研究が

島嘉明元岩手大学教授は、「超々ジュラルミンと五十嵐勇」

必要となってくる。だから基礎研究といっても常に企の中で付け加えている。

業と関連のあるものです。そして、そうした基礎研究

同様に「総て物事は徹底すること、徹底すれば新事を徹底させることによって、思いがけない結果がでて実を見出すことができる、真理は理屈ではない、実験くる。これが本当の創造であり、新しいアイディア、の結果が真理である」（深井誠吉氏、五十嵐博士への新しい商品の生まれてくるゆえんです。

25）

弔辞より）とまで言い切っている。

今までできたものをよそに使うとか、よそと一緒にするとかいうことに創造はあり得ません。疑問を当り

住友軽金属に顧問として戻って来られた頃につい前だと見過すようでは困ります。どうしてだ、どうして、当時、研究部軽合金研究室にいた高島章氏は次のてこうなんだ、と徹底的に突込んでいかなくては駄目ように語っている。

です。できるか、できないかわからないけれど、とに「日常は顧問室で研究報告書を丹念に見ておられてかく徹底させる。そこからだけ新しいものが生まれることと思うが、ある日ちょっと来てくれとのこと。今のです。」

まで直接お話などしたことのない先生にお叱りでもあ３）人づくりについてるのかと思い、直立不動で先生の前に立った。
『多く「それは人によって違う。最近人づくりの話がよくのレポートを見ているが、君の報告書が一番面白い』

出ますが、近頃の教育のように、なるべく広く常識を

まさかどこが面白いのかななどと失礼なことは聞け養えというのは、一面ではいいが、壁にぶつかったとず、『はあ』とだけ言ったら、次に『最近の学会誌はきは駄目ですね。彼等は徹底させることを知らない。

あまり面白くないな。屁理屈が多すぎる。前（軽金属

アメリカ式の技術屋ならどんどん生まれますが、ぶつ学会の前身である軽金属研究会のことか？）の方が面かった壁をぶち抜いてゆくだけの徹底した知識を持っ白かった』

た人は生まれない。ではどういうふうに教育するかと博士の持論の『理屈は結果に対しての討論で、もっいうと、教育で人がつくれると思うことが間違いなんと現象というか過程をよく観て、これはと思うことはで、本質的な問題ですな。
（笑声）」「その辺のところ

すぐやれ』と言いたかったのだと思う。博士との話はは非常に難しいですな。一般には、今のようにアメリ

禅問答のようでもあった。
（」軽金属、60(2010), 475.）

カ式の研究所を考えて、そこで働く人をつくるということならいけますな。しかし、その人がぶつかった壁（３）企業での研究のあり方を切り開くことができるかというと、私はそれを望む

五十嵐博士と深井博士の対談

458

では、

24）

方が間違っていると思う。」「テーマが大事だとか、そ１）企業での研究のあり方についてのテーマは誰が選ぶかとか、結局そのテーマが与えら「技術者は第一にその企業、住友軽金属なら住友軽れた人は、馬車馬のように走れということですな。そ国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. Marchこでテーマを出す人、それは技師長です。
」
アメリカ式というのは、超々ジュラルミンの開発でそのあとがきでは、どのように読むべきかの心構えが書かれている。科学技術に関する五十嵐博士の思いは住友では 7 〜 8 人でしていた研究を海軍研究所とアが込められている。

ルコアでは 600 人でやっていたということを意識して「これからアルミニウムの仕事にはいろうという新の発言かと思われる。

人にアルミニウムとはどんなものかを知ってもらうた
めに、アルミニウムの常識を書いてみた。理屈めいた（４）著書より五十嵐博士は生前に一冊の著書を執筆されている。
図 7.7 に示す鉄鋼新聞社発行の「アルミニウム技術入ことはできるだけ簡素化した。また実用に必要な細々としたデェタも 2、3 例を示すにとどめた。科学でもなく、技術でもない、常識である。

門」26） である。現在でも十分通用する入門書で、必科学技術振興が叫ばれている。科学は自由な発想の要にして最小限の事柄について書かれている。ところ

下で何の牽制も受けないときにのみ、のびのびと発展

どころ実際に経験していないとわからないようなことする。その前によこたわる第一の障壁は官僚化でありを簡潔に書き、ハッと気がつかされることが多い。こ

第二の障壁は大衆化である。技術は科学を基礎としなの本の前書きでは執筆の動機について語っている。

がらもプロゼクトが与えられて官僚化し、できた結果「万物は生成流転する。瞬時もとどまることを知らは大衆化してその効果を増す。呉越同舟ともいうべきない。アルミニウムについても広範な新しい業績が山渾沌たるなかに常識という鵺みたようなものをほり込のように集められつつある。集りつつある新しい業績

んではどちらからも叩かれるであろう。だが文句なし

によって新しい理論が組立てられ、ふるいものと代りに読んでみていただきたい。『アルミニウムができるつつある。日に月に、しかも急速に。

まで』はスッとよめる。『アルミニウムの性質』はす

ぬえ

戦後家庭の台所で黒い鉄は白いアルミニウムに代っこしでもややこしいと思った場所はとばしてもよかろた。金と思った万年筆のキャップはアルミニウムだっう。『アルミニウムの合金』はアルミニウム合金そのた。ダラリの帯の金糸銀糸もアルミニウムと聞いて驚ものの大要である。『アルミニウムの加工』はそれぞいた。ビルの外壁はアルミニウムのカーテンウォール

れ自分の行く道だけでよかろう。そうすれば数時間でとなった。時速 250km の新幹線の電車は全アルミニ

済むはずである。ズブの素人はそれで大要がわかる。

ウムで計画されつつある。このときに当ってアルミニ

専門家はおかしな点に気がつかれるはずである。どう

ウムとはどんなものかを書いてみよう。難かしい理屈

か凝の目でその点を睨みかえしていただきたい。そこ

や細かい数値は専門家におまかせして、ここではアルには大穴がまちかまえて新しい飛躍を待望している。

ミニウムの常識を、そして常識さえあれば必要に応じそこに発展があり進歩があり流転してとどまるところて情報センターは最新の数値を引きだしてくれることを知らないであろう。」にもなろう。僅かの暇で読めるような素人の常識、だ
れでもよめばわかる常識、しかもそれは今日の常識で戦後については、深井誠吉博士が日本金属学会誌であって、新しい事実はたえずこの常識を覆しつつ進歩「名誉員の近況」の中で次のように書かれている 27）。

するであろう。
」「終戦直後の昭和 22 年暮、扶桑金属工業株式会社（占領軍の指令により住友金属工業は数年間社名を変更した）を停年退職された五十嵐先生は東北大学工学部、秋田大学鉱山、岩手大学工学部教授として数多くの俊秀を育てられた。」「一応形は顧問ということで研究、技術全般について、敗戦日本を救うものは若人であり、その若人を指導、数育するのが自分の使命であるとの御信念に基づくものであろうか。とくに若い技
術陣の指導をお願いしているが、現職のときでもいわゆる指示とか指導はお嫌いな五十嵐先生は例の調子で悠々閑と構えられ、正に大人の風格がある。他人には寛容、自己にはきわめて厳しい御性格は昔も今も変らず、朝 9 時から夕方 4 時までキチンと勤務されている。

図 7.7

五十嵐博士の著書、アルミニウム技術入門

もともと外国語に堪能な五十嵐先生は内外の文献、図
航空機用アルミニウム合金の系統化調査459

図 7.8 五十嵐語録 28)

書、あるいは社内の研究報告などは隅々まで精読されて、要点はメモされ、それを五十嵐流に分析、整理される。したがつてときどき部屋へ伺って無駄話をしているときでも鋭い閃きを感じ思わずハッとさせられたり、また自分の文献調査が間に合わないときには五十嵐さんのものを利用させていただくが、別に嫌な顔もされない。よき時代、明治に生を享けられた五十嵐先生が、いま最大の関心を持っておられるのは日本の将来というか．文化国家日本が世界の強豪を相手に堂々と太刀打ちするにはどうするか、科学技術の振興も人作りも量の問題ではなくて質の問題である。さらに一歩を進めると良質のものの協調だ、と考えておられる

9） 五十嵐勇，北原五郎：日本金属学会誌，3（1939），
66-76.
10）五十嵐勇，北原五郎：住友金属・研究報告第 3 巻 ,第 6 号（1939 年 9 月），531-552.
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株式会社，（1989）.
12）特許第 135036 号、五十嵐勇、北原五郎、昭和 15
年 2 月 28 日 .
13）五十嵐勇，北原五郎：住友金属・研究報告，第 2 巻，
第 9 号（1937），883-899．
14）五十嵐勇，北原五郎：住友金属・研究報告，第 3 巻，
第 1 号（1938），1-17.
15）五十嵐勇，北原五郎：住友金属・研究報告，第 3 巻，

ようだ。
」

第 3 号（1938），232-246.
（5）五十嵐語録

16）五十嵐勇，北原五郎：住友金属・研究報告，第 3 巻，元副社長、技術研究所長であった永田公二博士は、以上の五十嵐博士が語った中から、いくつか選んで五十嵐語録（図 7.8）なるものを紹介している 28）。

第 3 号（1938），247-256.
17）五十嵐勇，北原五郎：住友金属・研究報告，第 3 巻，
第 6 号（1939），455-474.
18）五 十嵐勇，北原五郎：鉄と鋼，23（1937），447-

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46019）五十嵐勇，北原五郎：日本航空学会誌，53（1939），

Vol.31 2022. March

28）永田公二：軽金属，60（2010），192-201．

8 堀越二郎と艦上戦闘機
宮崎駿のアニメ「風立ちぬ」が描いていた飛行機 1）

闘機であった。先進的な低翼単葉機ではあったが、主は、零戦ではなく、そこに至るまでの七試艦上戦闘機

翼は全金属製ではなく金属骨格に麻布を張った羽布張（七試艦戦、図 8. １a）） 、「七試」は昭和 7 年度に海りという中途半端な構造であった 3）。当時まだジュラ軍が試作発注したことを示す）や九試単座戦闘機（九ルミンの大きな押出形材が容易に入手できなかったた

試単戦、図 8. １b）） ）である。九試単線の成功でめ、主桁は重量的に有利なジュラルミンの押出形材で九六式艦上戦闘機（図 8. １c）2）（「九六式」は 1936 年はなく、薄板の重ね合わせでリベット留めとなり、片（皇紀 2596 年）度に海軍が制式採用したことを示す）、

持ち式主翼に十分な強度を与えようとして必要以上の十二試艦上戦闘機を経て零式艦上戦闘機（1940 年（皇厚さとなった 4），5）。また大直径の主車輪を支える旧式

紀 2600 年）制式採用。末尾の零をとって「零式」と構造の脚柱とそれを覆うスパッツも見るからに空気抵した）へと繋がる。

抗の大きなものとなった。堀越は、「胴体は不恰好で、

2）

2）

どうひいき目に見ても全体がどことなく調和がとれていなかった」4）として、この試作機を「鈍重なアヒル」
とか「醜いアヒルの子」と自嘲した 3）〜 5）。この試作機は分厚い主翼、太く無骨な胴体、太い主脚といった空力的に不利な構造のため、目標とされた 350 km/h の速度に達せず、また墜落事故も起こして失敗作となった。
a） 七試艦上戦闘機b）九試単座戦闘機

図 8.2 堀越二郎（1947 年撮影）
（国立科学博物館 鈴木一義より提供）

8.2 九試単座戦闘機と九六式艦上戦闘機に用いられた二つの超ジュラルミン
図 8.1c）九六式艦上戦闘機
堀越二郎の設計した戦闘機 2）

8.1 七試艦上戦闘機とジュラルミンの利用

８. ２. １

九試単座戦闘機と九六式艦上戦闘機

三菱も中島（中島飛行機）も七試艦戦ではともに不合格となったため、1934 年（昭和 9 年）あらためて試作機が発注されたのが九試単戦である。七試艦戦の苦い失敗の反省から、堀越は当時の最新の技術をこの1932 年（昭和 7 年）試作発注された七試艦戦は、

九試単戦に全面的に取り入れた 3）〜 6）。分厚い金属骨

三菱（1920 年三菱内燃機製造→ 1921 年三菱内燃機

格羽布張りの主翼は押出形材でできた主桁を持つ全金→ 1928 年三菱航空機→ 1934 年三菱重工業と社名が変属製の薄翼に置き換えられ、主脚も小さな直径の車輪

更、以下三菱と記す）の堀越二郎（注、図 8.2）が設と単支柱を組み合わせて細くまとめ直され、逆ガル形

計主務者として初めて手がけた金属構造を持つ単葉戦式の主翼とし主脚を短くして重量を軽減した。また細航空機用アルミニウム合金の系統化調査461

コラム 堀越二郎
1903 年 6 月 22 日、群馬県藤岡市に生まれる。1924 年東京帝国大学工学部航空学科に入学。1927 年東大航空学科第五期生の 9 人の一人として卒業し、同年三菱内燃機株式会社に入社。1929 ～ 1930 年、欧米視察。
ドイツのユンカース社、アメリカのカーチス社にて機体技術を研究。1932 年、七試艦上戦闘機の設計主務者に抜擢される。七試艦上戦闘機は失敗に終わったが、その大胆な挑戦は低迷していた三菱に技術的飛躍をもたらし、1934 年、再び九試単座戦闘機の設計主務者に任じられた。制式採用された九六式艦上戦闘機
は海軍の期待をも上回る高性能を実現して傑作機となり、1937 年、十二試艦上戦闘機の設計主務者となり、零式艦上戦闘機を開発した。その後、1940 年、十四試局地戦闘機（雷電）、
1942 年、十七試艦上戦闘機（烈風）の設計主務者となった。1944 年 12 月、病に倒れ、約半年静養。1945 年三菱重工業参事。1963 年、新三菱重工業参与で退職。1964-1965 年、東京大学宇宙航空研究所講師。1965 年東京大学工学博士授与。1965-69 年、防衛大学教授。1972-73 年日本大学理工学部、生産工学部教授。1973 年勳三等旭日中綬章。1982 年 1 月 11日逝去。享年 78 歳。

部に至るまで流線形化を図り，表面の空気抵抗を抑えミンとし、かつ桁フランジに厚い押出形材を採用するるため皿頭にした沈頭鋲を初めて採用した。エンジンことができたからである」3），6）と書いているが、厚いも軽量で大馬力を発揮する中島製「寿」五型として、押出形材がどのような合金であるのかは明瞭に書いて最大速度 450 km/h を出すことが出来た 3）〜 6）。このいない。

九試単戦は 1936 年 11 月制式採用され、九六式艦上戦

ただ、十二試艦戦での超々ジュラルミンの採用時に、

闘機（九六式艦戦）となった。九六式艦戦と九試単戦

堀越は「主桁の上下縁材とウェブ板だけに ESD 材

は必ずしも同じではなく、主翼の逆ガルは航空母艦でを使ったとしても、従来の SD 材に比して、十二試艦の着艦の際、安定性を失う危険があるため通常の楕円戦で 300 kg（原文ママ、30 kg の間違いか）の重量節

翼に、胴体も細長いため無線電話装置などの搭載が困減が可能であった」7）と書いており、九試艦戦で用い難で太く再設計された。主脚も胴体に対応して太目のられたのは SD、すなわち超ジュラルミンであること

固定脚となったが推測される。

。九六式艦戦の性能は「世界の水4），6）

準に追いついた。あるいは追い越した」との高い評価

柳田邦男は、「零式戦闘機」（文春文庫）の中で次のを得た 4）。この九六式艦戦の成功が次の十二試艦戦（零ように書いている。堀越の言葉として、「七試のとき戦の試作機）の開発に繋がった。

にはなかった桁フランジ用の押出形材もできるようになったし、強度の大きい新しいジュラルミンも開発さ

８. ２. ２ 九試単座戦闘機に使用された超ジュラルミン

れたというから、今度は金属張りの薄翼を作れると思

前述のアニメの中に L 字型の押出形材が出てきて、う。これは大事なことなので、自分で住友金属まで行っ「軽いな、ジュラルミンの押し出し材とはぜいたくなて調べてくるつもりだ」8）（p.164）と言って、実際にものだ・・・」と宮崎は語らせている（図 8.3）1）。こ

大阪の住友金属まで出張しているとのこと。「堀越がの九試単戦の主翼桁材に用いられた押出形材に関し

いま九試単戦に使おうとしている新しいジュラルミン

て、堀越は「翼厚を薄くできたのは、外板をジュラルとは、一平方ミリ当たり 45 キログラムまでの張力に耐えられる、強度の大きな軽合金で、「45 キロ超ジュラルミン」あるいは「SDH」と呼ばれていた。」8）（p.166）と書かれている（筆者注：SDH とは焼入れ後室温時効硬化させた SD のこと）。この記述が間違いないとしたら、あのアニメに登場してくる押出形材はジュラ
ルミンではなく、超ジュラルミン、一般的にはよく知られている 24S（2024）合金ということになる。
ところが問題はそう簡単ではない。住友軽金属（住

図 8.3

462

アニメ「風立ちぬ」の中のジュラルミン押出形材

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March1）

友金属からアルミと伸銅部門が昭和 34 年（1959 年）

に分離してできた）の年表平成元年版（p.60）には「松SA3（Al-1.5%Mn-0.55%Mg）合金で、アルコアの 24SC

田（筆者注：研究部長兼製造所副所長）は、再び 24Sより高強度の合わせ板となった 10), 11)。1935 年、シュレー系の工業化の研究に移り、昭和 10 年（1935 年）4 月

マン（Schleomann）社製 2,000 トン横型水圧押出機（複ころ、それに成功、のちに 24S 系のものを超ジュラ動型）が設置され、SD の形材が量産できるようになった。

ルミンと呼ぶようになった」 とある。九試計画が海住友の超ジュラルミン SD（24S）は 1936 年制定の全金軍航空本部から通知されたのは昭和 9 年（1934 年）2

属製低翼単葉機の九六式艦上戦闘機に採用され、軍用

月はじめで、基本設計がまとまったのは 3 月後半との機全盛時代の需要期を迎えた 12), 13)。

9）こと 7）、設計開始からわずかに 10 ヶ月後の 1935 年 1
月に１号機が完成している 5）。この１号機に 24S 系超8.3 十二試艦上戦闘機と零式艦上戦闘機と超々ジュラルミンの利用

ジュラルミンが用いられているとしたら、少なくとも半年から一年前には工場試作なり製造技術が完成していないと実機には適用できないと考えられる。また海８. ３. １ 十二試艦上戦闘機

軍の軍用機であるので、海軍の材料規格制定も必要である。

1937 年 10 月 6 日、三菱重工業名古屋航空機製作所の堀越二郎は課長からカナまじりの和文タイプで打た1934 年当時の社内の研究報告書を見る限り、住友れた一通の書類を受け取った。それは、「十二試艦上では、ドイツの 681ZB や DM31 合金と同様に焼入れ戦闘機計画要求書」であった。
「十二試」とは昭和 12

焼戻しする含ケイ素超ジュラルミンが研究開発の対年試作発令、艦上戦闘機とは航空母艦上から発着する

象であり、SD（Al-4.2%Cu-0.75%Mg-0.7%Mn-0.7%Si）、

戦闘機のことである。堀越は「この要求書は、当時のまた SA1（Al-1.2%Mn-0.8%Cu）を被覆した合わせ板

航空界の常識ではとても考えられないことを要求してを SDC と称して、これらの合金を社内で制定したばいた。もし、こんな戦闘機がほんとうに実現するのな

かりで、これらの合金の評価を専ら行っていた。しら、それはたしかに、世界のレベルをはるかに抜く戦

たがって、1934 年に試作された九試単戦主桁に使用闘機になるだろう」3）と述べている。その要求書は表された押出形材は上記の含けい素超ジュラルミン SD

8. １に示すような内容である 3）。この十二試艦上戦闘（Al-4.2%Cu-0.75%Mg-0.7%Mn-0.7%Si）と推定される。

機はのちに太平洋戦争前半、空の王者として君臨した

しかしながら、1935 年 5 月頃からの社内の研究報「零戦」の試作段階の呼び名であった。

告書を見ると、T3 および T3C 合金（T3、T3C は住友の合金名称）の試験結果が報告されるようになる。

このような要求が出てきた背景には、当時、日華事

T3 押 出 材 の 成 分 は Al-4.14%Cu-1.36%Mg-0.68%Mn-

変での戦闘機の護衛なしで裸同然の出動した日本海軍

0.14%Si-0.28%Fe で、まさに 24S 合金である。この頃か自慢の新鋭攻撃機が、予想に反して迎え撃つ敵の戦闘

ら、住友は超ジュラルミンに関して、大きく舵を切ること機にばたばたと落とされる事態が起ったためである。

となる。24S 型超ジュラルミン T3 は SD、その合わせ板

そこで大型機を落とすために 20 ミリ機銃を持ち、同T3C は SDC と称されるようになった。SDC の皮材は時に、攻撃機を護衛までして敵地まで長距離を往復し、

表 8.1

十二試艦上戦闘機計画要求書 3）

項目

用

要求内容

途

掩護
（えんご）戦闘機として、敵の戦闘機よりもすぐれた空戦性能をそなえ、迎撃戦闘機として、敵の攻撃機をとらえ。撃滅できるもの。

大 き さ

全幅、つまり主翼のはしからはしまでの長さが 12メートル以内。

最大速度

高度 4,000 ｍで時速 500 km/h

上 昇 力

高度 3,000mまで 3分 30秒以内で上昇できること

航 続 力

機体内に備え付けられたタンクの燃料だけで、高度 3,000mを全馬力で飛んだ場合、1.2時間ないし 1.5
時間。
増設燃料タンクをつけた過荷重状態で、同じく1.5時間ないし 2.0時間。
ふつうの巡航速度で飛んだ場合、6時間ないし 8時間。

離 陸 滑
走 距 離

航空母艦上から発進できるようにするため、向かい風秒速 12mのとき70m以下。
（無風ならこの 2.5倍内外）

空戦性能

九六式艦上戦闘機 2号 1型に劣らないこと。

機

銃

20ミリ機銃２挺。7.7ミリ機銃 2挺。

無 線 機

ふつうの無線機のほかに、電波によって帰りの方向を正確にさぐりあてる無線帰投方位測定器を積むこと。

エンジン

三菱瑞星 13型（高度 3,600 ｍで最高 875馬力）か、三菱金星 46型（高度 4,200 ｍで最高速度 1,070馬力）を使用のこと。

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

463

しかも、そこで待ち構えている敵の戦闘機に打ち勝つ

こで、住友金属に問い合わせると、担当者が直接私に空戦能力をもたせたいという要求が出てきた 。

説明しながら、実物を見せたいという返事がきた。早3）

当時、三菱の設計主務者の堀越は、この機体の設計

速、大阪の住友の工場に飛んでいって、五十嵐博士との問題点を四つに整理していた。第一にエンジンの決小関技師から『60 kg/mm2 の強度があることについ定。第二にプロペラの選択、第三に重量軽減対策、第ては、住友として責任を持って保証できます。海軍の四に空力設計、つまり機体の空気抵抗を少なくし、同材料規格にはまだ採用されていませんが、時期割れの時に理想的な安定性、操縦性を実現することであると。

問題は、押出形材に関する限りすでに技術的には解決第一のエンジンは重量の軽い三菱製「瑞星」を使うこしています』6），14） との説明を聞き、実物を見せてもとに決め（その後、試作三号機より馬力の大きい中島らっているうちに、私は、これは使えるぞ、と判断し製「栄一二型」に換装）、第二のプロペラは新式の定た。そして、この新材料を使用するにあたって、注意

回転プロペラの使用することになっていた。なお、こしなければならない点をよく聞いてきた。私は、さしのプロペラに関して、ジュラルミン翅の鍛造からプロあたり、主翼の桁だけに押出形材を使うとして、大まペラの製作まで住友金属が関わった。第四の空力設計

かに重量を計算してみると、30 kg は軽くなることがは、胴体の形状、主翼の断面と面積、翼端の形状、尾わかった。そこで、会社からこの新しい金属の使用を

翼の大きさと形状などを検討し、最適な形状を決めて航空本部に願い出た。すると、航空本部でもすでにこいった。空気抵抗を減らすために、引き込み脚や沈頭の金属に注目しており、許可する一歩手前まで来てい鋲が採用された。

たとのことだった。海軍側はむしろ願い出を喜んで、最大の難関は第三の重量軽減対策であった。このた

この新材料の使用を認めてくれた」3），6），8），14）。  

め一律であった安全率の見直しや、グラム単位での重この ESD を押出材に限定したことは、最近発刊さ量軽減のために、「肉落とし」と称して、強度に関係れた杉田親美著「三菱海軍戦闘機設計の真実」（曽根のないところをくりぬくことも行われた。重量の軽減

嘉年技師の秘蔵レポート）の中の曽根技師の打合せ記には、このほか、どのような材料を使うかということ録にも記述がある 15）。曽根技師は堀越技師を補佐しもおおいに関係がある。

た技術者で戦後三菱自動車の社長になった。昭和 13

特に、内部構造で最も重要な主翼の桁についても、

年 7 月 16 日、三菱が左右主翼の結合金具を ESD の鍛可能な限り軽くてしかも強い材料を使いたかった。前

造品で成形できないかと住友金属に相談に行った時のの九六式艦戦のときは 45 キロ超ジュラルミン（SDH）

記録である。住友は「ESD の簡単なる形状の鍛造はが開発され、その押出形材が生産されていたので、翼可能なるもひび割れ発生の怖れあり、十分注意を要す。

は、機体がさらに大きくなるため、重量増加が避けら押出材なれば強度上最も有利にして、ひび割れ等の懸れない。九六式艦戦では桁を薄くでき重量軽減に大い念もなし。押出より機械加工後、曲げ作業にて仕上げに役立った超ジュラルミンであるが、十二試艦戦ではる方法が一番無難と考えらる」とある。ここの「ひび押出形材を分厚くしなければならずその結果重量増加

割れ」は時期割れ（応力腐食割れ）と考えられるが、につながり、桁の部分が分厚くなると翼も厚くせざる

鍛造品の場合、焼入れで再結晶組織になると強度低下をえなくなり、いっそう悪くなると考えられた。

が生じ、時期割れが生じやすくなるからである。
図 8.4 は零戦主翼の図版と主桁の断面図である 16），17）。

８. ３. ２

超々ジュラルミンとの出会い

従来のジュラルミンを更に改良したものか、あるいれた 2 本の主翼主桁である。図右に示すように上下のは、別のもっとすぐれた軽い金属はないだろうかを堀フランジと垂直の壁板ウェブで構成されるがフランジ越が考えていたところに次のような住友の ESD とのには T 字型の ESD 押出材が用いられた。ウェブには出会いがあった。

時期割れ対策のために ESD の板に Al-Zn-Cr 合金をク

「ある日、会社の材料購入を担当している木村技師

ラッドした ESDC が用いたとされるが、実際にはあが、堀越氏の机にぶらりとやってきて、次のような話まり使用されずに 24S のクラッド材 SDC が使用されをしていった。
『堀越さん、いま住友で非常に強い新た。これは ESD の DC 鋳造が困難で生産性が悪かっ

しい合金ができかかっているらしいですよ』と。話にたことが原因と考えられる 18）。

よれば、従来のジュラルミンの成分を少し変えて、強度の高い材料を開発し、試験的に生産に入れる段階だという。私はこの話におおいに興味をそそられた。そ464

前・後桁縁材とあるのが、超々ジュラルミンが採用さ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March図 8.4８. ３. ３

零戦主翼とその図版および主桁前桁の断面図 16），17）

十二試艦上戦闘機の試作

シャープコーナーになっているため耐用時間が予想よ

かくして、堀越の言によれば、「千篇一律的な安全

りかなり短いことが明らかとなった。枕頭鋲も今回の率の規定を洗い直して、新たな合理性のうえに設計方事故と関係がないことが明らかとなった。他に先駆け針を立てるという冒険的方法にはじまって、超々ジュて採用した超々ジュラルミンに濃厚な疑いをかけられラルミンの採用という、日本の航空機史上画期的な

たが、「シロ」ということで落着したが、切り欠き疲事件にいたるまであらゆる手段を研究し取り入れ」 て、

労強度の低下はそれ以降のコーナーの形状変更となっ1939 年 3 月試作第一号機が完成した。試作機は数個

た 8）。

3）

の部分に分解され梱包されて、3 月 23 日午後 7 時過この事故の原因は昇降舵マスバランスの横揺れ振動

ぎに、牛車 2 台に分載されて、名古屋市の南はずれ、が繰り返し起り、次第にマスバランスの腕に疲労破壊

港区大江町の工場を出発、名古屋市内を夜のうちに通が生じてマスバランスが脱落して、その後尾部でフラッ

過し、小牧、犬山を経て、まる一日がかりで、約 48

タが起り、空中分解したとの結論に達した。図 8.5 に示

km はなれた岐阜県各務原飛行場の片隅に或る三菱のすようにマスバランスとは、舵がフラッタを起こさないよ

格納庫に着いた。初飛行は 4 月１日で、ほぼ満足のうにするためにつけられた一種の錘である 3），19）。低速のいく結果も得たが、問題点も明らかとなった。その飛行機ではいらないが、高速になればなるほど気流に後、特に設計要件の見直しをすることにより操縦応

よって舵が振動を起こしやすくなるため、九六艦上戦

答性の面で画期的な進歩を遂げた。1940 年 4 月末ま闘機あたりからつけられるようになったものである。

でに十二試艦戦を前線に送ろうとしていた矢先、3 月

フラッタというのは、飛行機が速度を増すと、主翼や

11 日、十二試の 2 号機が横須賀で空中分解して、パ尾翼あるいは補助翼や昇降舵、方向舵などが、旗が風イロットが殉職したとの連絡があり、この原因解明がにはためくような振動を起こす現象である 3），7）。この

緊急に必要になった。3 月 16 日、検討会が開催され、フラッタ問題は前述の杉田の著書の曽根技師の出張記

機体強度研究の主任である空技廠飛行機部山名正夫技録にも掲載されている 15）。また最近発刊の安藤隆幸

師が、十二試艦戦で始めて採用した超々ジュラルミ
ン ESD の主翼桁の疲労強度に疑わしい点があることと、外板打ち付けのための沈頭鋲が外板にしわが寄るほど強い力が加わったときに、抜けるおそれがあるのではないかといって、主翼が単なる衝撃で折れたのか、
ESD の時期割れか金属疲労によるひびが入って飛行中に折れたのか実験中であると述べた 8）。
3 月 18 日の空技廠の事故調査委員会で、折れていた主翼桁の破断面を観察した結果、心配されていた
超々ジュラルミンの時期割れの現象は起っていなかったことが確認されたこと、さらに疲労試験も行なった
ところ、空中分解となるような疲労破壊も起っていなかったこと、ただし桁の削り落とし部分は、段付の図 8.5 昇降舵のマスバランスとマスバランスが欠落したときの振れ 19），20）

航空機用アルミニウム合金の系統化調査465

表 8.2

九六式艦上戦闘機と零式艦上戦闘機の性能比較（日本海軍制式機大鑑より）22）
九六式四号艦上戦闘機

零式艦上戦闘機二一型

最 大 速 度

432 km/h（高度 3,160 m）

533 km/h（高度 4,550 m）

上力

3,000 m/3分 35秒

6,000 m/7分 27秒

航 続 距 離1,120〜 1,652 km

2,222〜（増槽使用）3,502 km

7.7 mm機銃× 2、30 kg 爆弾× 2

20 mm機銃× 2、7.7 mm 機銃× 2
60 kg爆弾× 2または 30 kg 爆弾× 3

翼 面 荷 重106.6 kg/m2

107 kg/m2

主翼桁材質

超ジュラルミン（45 kg/mm ）超々ジュラルミン（60 kg/mm2）

エ ン ジ ン「寿」680馬力（3,000 m）「栄」一二型 950馬力（4,200 m）

昇

武

装

2

著「零戦の振動」でも材料力学的な観点から詳しく解の問題は、民間同士に於ける場合とは違い、開発を担説されている。空技廠の川村宏矣中佐も「主翼の破当した会社に対して適当な額の報償を支払い、海軍が面が材木を折ったような破面なので、飛行機の落ちた原指定した製造を受け持つ会社にいっさいの技術資料と因は ESD のシーズンクラック（時期割れ）ではないかと技術援助を与えること」3） で決着がついた。第 67 号

随分突っ込んで調査した」と述べている 21）。

機以降は、艦上での取り扱いやすいように、左右の翼

20）

堀越はこうした殉職も伴いながら、十二試艦上戦闘

端を折り曲げられるようにした零式艦上戦闘機二一型機の改修を続けた。1940 年 7 月、海軍は制式化前であっに変更された。その後、主翼翼端の折りたたみ機構をたが長距離飛行が可能な 10 数機の十二試艦上戦闘機

廃止し、高高度では回転数を高い方に切り替えができを中国大陸に配備し、実戦使用しながら現地で改修作る二速過給器付きの中島製「栄二一型」エンジンに替業を行い、7 月末、十二試艦戦は零式一号艦上戦闘機

えた零戦三二型となった。

の名称で制式採用された。 9 月の重慶への侵攻では、
13 機の零戦で 27 機の中国空軍機を全機撃墜するという大きな戦果を上げた。表 8.2 に九六式艦上戦闘機と零式艦上戦闘機の性能の比較を示す。

22）8.5 堀越二郎と零戦零戦もまた、軍の要求に非常に合致した航空機で戦争の初期での戦果はめざましいものがあり、戦後も零8.4 零式艦上戦闘機

戦伝説として称賛されている。しかしながら、その負の側面も見ておく必要があるであろう。当時の軍の考1940 年 7 月末、十二試艦戦は制式機として採用され、え方もあってか、初期には防弾に対しては考慮がなさ

その年が日本紀元 2600 年であったところから、そのれていなかったので「開戦前からの熟練した優秀なパ

末尾の零をとって、「零式一号艦上戦闘機」と名付けイロットを何百人も失う」3）結果となった。防弾がなられた。
「零戦」とは「零式艦上戦闘機」の略称である。

いために軽量化が徹底できたという側面も否定できな「ゼロ戦」というのは外国のパイロットから「ゼロ・ファ

いが、堀越も防弾に関して「零戦の最初の計画要求に、イター（Zero Fighter）」「ジーク（Zeke）、」と呼ばれ、

一行たりとも触れられていなかった」3）といっている。

外国の評判などから戦後生まれた零戦の愛称といわれさらに日本軍の「始めから終わりまで零戦に頼らざるているが、実際は「れいせん」、「ぜろせん」どちらのを得ない事態を招いた」技術政策のまずさに対し、米呼び方も使用されていたようである。

23）

型式は、1942 年の夏に最初の数字が機体の変更を、
二つ目の数字がエンジンの変更を表す呼び名となり、二一型（図 8.6 24））は二つ目の機体に一つ目のエンジンを搭載していることを意味する 23）。海軍航空本部
は大陸での零戦の目覚ましい活躍でその性能の優秀さを認め、中島飛行機にも零戦を生産させる事を決めた。
これは、三菱の量産能力に対し、当時最新鋭だった新設の中島飛行機小泉製作所がアメリカ流のオートメー
ション生産ラインを整え、その量産能力が高く評価されたためである466。こういう場合、「製造権や特許権

23）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

図 8.6 零式艦上戦闘機二一型（A6M2b）24）
野原茂：「零戦の系譜図」, 枻出版社 ,（2006），16 より転載

国海軍は零戦から制空権を奪うべく技術開発力を集中産方式を航空機の生産に導入しようとしたフォード社

して、零戦の二倍近い馬力のエンジンを積んだ新型戦との提携に負うところが少なくなかった。実際、爆撃闘機 F6F を開発した。堀越は質的にも量的にも圧倒

機 B-24 の生産では、他の航空機メーカーが 1 日 1 機

的な F6F から「雨のような銃弾を浴びせられ、われの生産能力に対し、Ford 社は 24 時間体制によって１

われが丹精をこめて作り上げた零戦は、つぎつぎに遠時間１機で B-24 を生産したと言われている 26）。またい南方の紺碧の海に散っていった」3）と語っているが、自動車メーカーは主として航空機の部品やエンジン

ここにはわが子を無残にも亡くしていくような心境がの製造にあたっていた。図 8.7 は第二次世界大戦中に表れているように思える。零戦が特攻隊の飛行機とし製造された参戦諸国の航空機生産数の推移を示す 27）。

て利用されることを知ったときは、「なぜ零戦がこの1944 年で比較すると米国は日本の約４倍である。日

ような使い方をされなければならないのか」、「戦争の米間の比較を軍用機のカテゴリーごとに分けたのが表

ためとはいえ、ほんとうになすべきことをなしていれ8.3 である 28）。単発の小型機では米国は日本の約 3 倍

ば、あるいは特攻隊というような非常な手段に訴えなの生産力を持ち、輸送機や大型（四発）爆撃機にいたっ

くてもよかったのではないか」 と語っている。

ては、日本は圧倒的に少なかったというのが航空機生

3）

産数から見た先の戦争であった。

8.6 第二次世界大戦での日米の航空戦力比較
第一次世界大戦で航空機が戦争遂行にとりはるかに重要であることが認められたが、欧州で戦争が勃発した 1939 年における軍用機の生産数を比較すると、米国 で は 2,141 機 で、 日 本 の 4,467 機、 ド イ ツ の 8,295
機よりはるかに少なかった。1940 年春のドイツの奇襲攻撃でドイツ空軍の優れていることがわかり、ルー
ズベルト大統領は年間 5 万機の航空機を生産する声

図 8.7

第二次世界大戦参戦諸国の航空機生産数 27）

明を発した。生産を推進するために国防助言委員会（National Defense Advisory Commision） に 自 動 車
メーカー GM の社長 W.S. Kundsen を任命し、生産に責任をもたすことになった 25）。
この計画には巨額の生産設備を要するが、航空機各社の資金では不足するために、復興金融公社 RFC（Reconstruction Finance Corporation） の 子 会 社 として国防工場公社 DPC（Defense Plant Corporation）
設置の制度が作られた。この制度により軍が自ら工場施設を建設しそれを航空機会社に運営させるようになり、資金問題は一応解決した。新工場の建設、航空機の生産が急増したのは 1941 年真珠湾攻撃以後であった。 大 統 領 は 1942 年 6 万 機 の 生 産 を、1943 年 に は12 万 5000 機の生産目標を掲げた。当初、自動車メー
カーの量産体制を利用すれば短期間に大量の航空機が生産可能であると考えられていたが、航空機と自動車
では部品数も大きく違い、航空機では絶えず設計変更があり、これに対応するには従来の自動車メーカーのシステムをそのまま持ち込むことは困難であることがわかった。その後、直線的生産組織の整備、組立の大部分の下請化、労働者訓練、権限の分散等による生産能力の大幅増加がなされ、このような技術進歩には量
航空機用アルミニウム合金の系統化調査467

表 8.3

第二次世界大戦で製造されたカテゴリー別軍用機生産量（機数）の日米の比較 28）

戦闘機

九六式艦上戦闘機

980

F4F「ワイルドキャット」

九七式戦闘機

3,396

P-39「エアラコブラ」

9,558

零式艦上戦闘機

10,425

P-40「ウォーホーク」

16,802

一式戦闘機「隼」

5,751

P-38「ライトニング」

9,924

二式戦闘機「鍾馗」

1,225

F4U「コルセア」

12,571

二式陸上偵察機470

P-51「マスタング」

15,586

三式戦闘機「飛燕」

2,783

P-47「サンダーボルト」

15,634四式戦闘機「疾風」

3,488

F6F「ヘルキャット」

5,200

局地戦闘機「雷電」

470

P-61「ブラックウィドウ」

740

局地戦闘機「紫電」「紫電改」

1,413

P-63「キングコブラ」

3,305

五式戦闘機

396

局地戦闘機「月光」
日本軍合計

単発攻撃機

双発攻撃機

四発爆撃機

計

米軍合計

97,381

205

SB2C「ヘルダイバー」

7,140

九六式艦上爆撃機

428

SBD「ドーントレス」

5,936

九七式艦上攻撃機

1,149

TBD「デバステーター」

250

九七式軽爆撃機686

TBF「アベンジャー」

9,837

A-31/35「ベンジャンス」

1,931

九八式軽爆撃機

854
1,492

九九式襲撃機

1,472

艦上爆撃機「彗星」

2,157

艦上攻撃機「天山」

1,266

艦上攻撃機「流星」

117

日本軍合計

9,826

米軍合計

25,094

九六式陸上攻撃機

1,048

A-20「ハボック」

7,385

九七式重爆撃機

2,064

167F「メリーランド」

290

一式陸上攻撃機

2,416

B-25「ミッチェル」

10,000

九九式双発軽爆撃機

1,977

B-26「マローダー」

5,157

百式重爆撃機「呑龍」

819「バルチモア」

1,575

二式戦闘機「屠龍」

1,691

A-26「インベーダー」

2,466

四式重爆撃機「飛龍」

698

陸上爆撃機「銀河」

1,002

日本軍合計

11,715

九七式飛行艇

217

二式飛行艇

167

384

米軍合計

26,873

B-17「フライングフォートレス」

12,731

B-24「リベレーター」

19,203

B-29「スーパーフォートレス」

3,970

米軍合計

35,904

零式輸送機

487

C-47「スカイトレイン」

10,048

九七式輸送機351

C-45「エクスペディター」

4,500

一〇〇式輸送機

507

C-56「ロードスター」

625

一式貨物輸送機

121

C-46「コマンドウ」

3,140

C-54「スカイマスター」

1,164

日本軍合計

1,466

米軍合計

19,477

日本軍合計

54,658

米軍合計

204,7294） 堀越二郎と零戦：歴史群像８月号別冊，学研パブ1） 宮崎駿：アニメージュ・コミック・スペシャル「風立ちぬ」上，下巻，徳間書店（2013）.
2） 日本航空機総集（第一巻）三菱篇，改訂新版，出リッシング ,（2013）.
5） 古峰文三：堀越二郎，零戦への道，丸，8 月号別冊，潮書房光人社，（2013），81.
6） 堀越二郎，奥宮正武：零戦，航空戦史シリーズ，

版協同社（1981），22.
3） 堀越二郎：零戦，その誕生と栄光の記録，カッパ・ブックス，光文社，（1970），角川文庫，角川書店，

朝日ソノラマ，（1982），学研 M 文庫，学研パブリッ
シング，（2013）．
7） 堀越二郎：零戦の遺産，光人社 NF 文庫，（1995）.

（2012）.
国立科学博物館技術の系統化調査報告

3,1267

九九式艦上爆撃機

参考文献

468

470

九六式艦上攻撃機

日本軍合計

輸送機

8,061

Vol.31 2022. March

8） 柳田邦男：零式戦闘機，文春文庫，（1980）.
9） 住友軽金属年表，平成元年版，住友軽金属工業株
式会社，（1989）.
10）吉田英雄：住友軽金属技報，54（2013），264.

20）安 藤隆幸：零戦の振動，機体振動とエンジン・
プロペラ振動のメカニズム，オリンピア印刷，（2019），42.
21）軽金属工業発達史（其の一），航空機用軽金属材

11）吉田英雄：軽金属，65（2015），627-637.

料について，第一回軽金属座談会記録，軽金属，

12）竹内勝治：アルミニウム合金展伸材－その誕生か

6（1953），103-137.

ら半世紀－，軽金属溶接構造協会，（1986）.
13）竹内勝治：技術の歩み，非売品，住友軽金属工業
株式会社，（1995）.

22）秋本実：日本海軍制式機大鑑，別冊航空情報 , 酣
燈社，(2000).
23）零戦のしくみ，新星出版社，(2011).

14）吉村昭：零式戦闘機（新潮文庫），新潮社，（1978）.

24）野原茂：零戦の系譜図，枻文庫，（2008），16.

15）杉田親美著「三菱海軍戦闘機設計の真実」（曽根25）宇野博二：http://www.gakushuin.ac.jp/

嘉年技師の秘蔵レポート）.
16）大 隈真：航空機，機体構造材料の変遷・展望，
軽金属学会第 75 回秋期大会，超々ジュラルミ

univ/eco/gakkai/pdf_files/keizai_ronsyuu/
contents/1003/1003-25uno.pdf
26）B-24（航空機）：

https://ja.wikipedia.org/wiki/ン（ESD）開発 50 周年記念特別講演集 ,（1988），

B-24_%28%E8%88%AA%E7%A9%BA%E6%A9%

34.

9F%29

17）野原茂：零戦−零式艦上戦闘機−，
グリーンアロー
出版社，（2003），127, 129.
18）馬場義雄：軽金属，39（1989），378-395.

27）石 津朋之、ウイリアムソン・マーレー：21 世紀のエアー・パワー、日本の安全保障を考える、芙蓉書房出版、（2006），94-130.

19）J iro Horikoshi: Eagles of Mitsubishi – The28）安藤英彌，伊吹龍太郎，嶋田久典，谷井成章：軍story of the Zero Fighter − , University of

用機パーフェクト Book，第二次大戦までの名機

Washington Press,（1981），91, translated from508，コスミック出版，（2009）．

Zerosen published in Japanese in 1970, by
Kappa books, Kobunsha Co., Ltd.

航空機用アルミニウム合金の系統化調査469

9 アルコアの 7075 開発と ESD 以降の日本の合金開発
9.1 アルコアの7075開発
９. １. １９. １. ２

五十嵐勇と GHQ

住友軽金属常務取締役、研究部長であった畑栄一は米海軍の無傷の零戦の回収

住友軽金属技報の中で、次のように書いている。
「戦後、

1942 年 6 月のミッドウェー海戦と同時に行われた75S の inventor に会いたいという目的で、米軍の将

アリューシャン作戦で、アメリカは対空砲火で被弾し校が名古屋工場に現れたことがあった。五十嵐博士はてエンジンオイルが噴出してアクタン島に不時着した

すでに東北大学に去られたあとであった。アメリカは

ほとんど無傷の零戦一機（零式艦上戦闘機二一型）を捕獲された零戦に ESD の使用されていることを知り手に入れ、零戦の弱点をつかむことに成功した 。図 9.1

75S をつくったとの噂は聞いていたが、米軍が五十嵐に不時着した零戦とその搬出作業を示す。それま

博士を 75S の発明者として正式に認めていることは、でにも「アメリカは、真珠湾攻撃以来、落ちた零戦のその時初めて知った」6）とのことである。米軍は撃墜

切れはしを寄せ集めてまでも、謎の飛行機と言われるされた零戦の材料を分析し、それに基づいて 75S を零戦の秘密を解き明かそうとしていた」 。そこで「真開発したことを裏付ける貴重な証言である。

1）

2），3）

4）

珠湾攻撃の際に撃墜された機体も数機分回収されてお東北大学名誉教授大平五郎は東北大学金属工学科創り、まずそれらの分析が進められた。機体の構造や材

立 75 周年記念誌（2000 年、p.112）で次のように語っ

質については詳細なデータが取られた。米軍を驚かせている。
「五十嵐教授着任後のある日、アメリカの海たのは主翼に使われた ESD の強度の高さであった。

軍研究所の高級技師とアルコア研究所の人が突然やっ

それは当時、日本の航空機開発技術に対して「欧米にてきた。ESD のことについて質問があり、名古屋の数年は遅れている」と考えていたアメリカの陸海軍や住友金属に伺ったら此処に居るというので仙台まで来5）

航空機産業関係者の目を覚まさせる一因となった」 。

たという。そして、教授にすぐにアメリカに来ないか

アメリカ軍は早速、アルコアにこの合金と同等な合金という。先生の返事は唯一つ、『負けた国のものが勝っを作らせた。これが戦後の代表的な航空機用アルミニ

た国へ行って何かいいことがあるか。断る』。その結ウム合金 7075 の誕生となった。しかし、アルコアは

果は毎月 1 〜 2 回、ときには 3 回必ず 2 〜 3 人の技術

現在もなお日本の ESD に基づいて開発したとは公式者が訪ねてきた。ほぼ 2 年は続いたと思う。先生は自には言っていない。このことが国際会議の航空機用ア分のやった仕事だけにこの次は多分これを聞きに来る

ルミニウム合金開発の歴史の講演では、米国の著名なだろうと話していたが、大体その予想通りになってい教授が日本の ESD についてはスルーする一因になったのには敬服した。住友では 7 〜 8 人でしていた研究ている。

を海軍研究所とアルコアでは 600 人でやっていたという」7）。

a）不時着した零戦b）零戦の搬出作業

図 9.1 アリューシャン列島アクタン島に不時着し横転した零戦 2）とその搬出作業 3）

470

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March五十嵐博士の上司で研究部長も務めた田邊友次郎

Mo 0.01 〜 0.2％、Ti 0.01 〜 0.5％、Fe、Si を 1％以下

は「戦争の末期某米機の或重要部品の巨大な鍛造品がとしている。米国特許ではなぜ Mg の請求範囲を狭め、Al-Zn-Mg-Cu 系合金である事を知ったが、ESD より

Ca を必須成分としたのかはよくわからない。

も Zn 少なく、Mg 多く、確か Cr の含入はなかった。

表 9.1 のアルコアの 75S の Zn と Mg の成分を住友

思へば是が 75S 或は其の初期のものであったらしい。

の ESD と比較すると、Zn は ESD のほぼ下限以下、敗戦後 Alcan のカタログに依り、75S の如何なるもの

Mg は上限以上と ESD の成分を外しているのがわかなりやを知り、更に Materials & Methods 誌（June、る。これは偶然なのか意図されたものか。アルコアも1949）によって其詳細を知り得た。Reynolds の R303

同時期に Al-Zn-Mg-Cu 合金の強度特性を調べていたも同種類のものであろう。全く同系統であって其性能ので、偶然の可能性もあるが、75S の成分を決める段も大同小異であり、合せ板の表皮も落ちつく所に結着

階で日本の文献で新合金を調べた可能性が高いと筆者しているのは愉快である。私共はクロム添加によっては考えている。アルコアの研究者 Dix が 1949 年に発時期割れを防止したが 75S に於いても恐らく然りで表した論文 14）の表の中に 75S の比較として ESD の成あろう」8）と述べている。

分が出てくるが、その引用文献として 1939 年 9 月号の日本航空宇宙学会誌に掲載された五十嵐と北原の論

９. １. ３住友の ESD とアルコアの 75S

文「超々ジュラルミン ESD 及び ESDC に就て」があ

住友の ESD とアルコアの 75S 合金の成分比較を現る 15）。この論文に ESD およびクラッド材 ESDC の成在の AA の国際規格も併せて表 9.1 に示す 8）〜 10）。Mn

分、機械的性質、応力腐食割れ性について全て書かれは現在では不純物元素扱いであるが、この当時、Mnている。同様な内容は住友金属・研究報告 16） にも書は ESD、75S ともに必須成分として扱われている。アル

かれている。米国特許が登録された段階である。アル

コアの特許で応力腐食割れに最も重要な Cr 添加の合金

コアも日本の文献を丁寧にフォローすれば ESD と同が特許としてでてくるのは米国特許 2,240,940

等のものが作れたことがわかる。しかし、アルコアが

で、そ

11）

75S を開発したと発表したのは 1943 年のことである。

の請求項は次のようである。
１）Zn 4〜6％、Mg 0.75〜2.5％、Cu 0.1〜2％、Mn

それ以前にクロムを添加した Al-Zn-Mg-Cu 系合金は0.1 〜1％に、少なくともTi 0.02-0.25％、B 0.005〜

見当たらない。アルコアは多分、1942 年零戦が捕獲

0.1％、Zr 0.01〜0.15％、Mo 0.02〜0.25％、W 0.02

され米軍に指摘されるまでは日本の文献は調べていな〜0.2％、Co 0.02〜0.2％、Cr 0.05〜0.5％、V 0.02

かったと考えられる。

〜0.2％を 1 種類以上添加２）Zn 4〜6％、Mg 0.75〜2.5％、Cu 0.1〜2％、Mn

９. １. ４ 住友金属・田邊友次郎の 75S に対する評価

0.1〜1％、Cr 0.05〜0.5％、Ti 0.02〜0.25％、

田邊友次郎は、「今両者の優劣を詳細に比較し難い

３）Zn 4〜6％、Mg 0.75〜2.5％、Cu 0.1〜2％、Mn 0.1

が、75S の 5.5%Zn、ESD の 8%Zn は種々の点で前者〜1％、Ti 0.02〜0.25％に有利になるは否み難く、我国で主として実用した押第二項がほぼ 7075 合金に相当するが、実施例と出形 材は規格として引張強さ 58 kg/mm2（570 MPa）

して Cr を添加した合金はなかった。ちなみに住友

2以上を呼号したものであったが、75S の 54 kg/mm（530の 日 本 国 特 許 13503612） で は Zn 3 〜 20 ％、Mg 1 〜MPa）でも実用上何等差支えないであろう。ここら当た10％、Cu 1 〜 3％、Cr 0.1 〜 2％、Mn は 0.1 〜 2％添りに徒に強力を求める我国の通弊をみる。参考までに

加あるいは添加せずとなっている。これが米国特許

アルコアの 75S の性能表を表 9.2 にしめす。我国では

2,166,495

では、Zn 4 〜 20%、Mg 1 〜 2%、Cu 1 〜

合せ板はほとんど実用されなかったが、米国では必ず3％、Mn 0.1 〜 1.5％、Cr 0.05 〜 1.0％、Ca 0.01 〜 0.2％や相当に使われていると思ふが、其実態を知りたいもを必須成分とし、加工性や特性を向上させるためにのである。尚又米国では 0.3 mm の板も規定されてい

13）

表 9.1

住友 ESD とアルコア 75S の成分比較（mass%）8）〜 10）

Zn

Mg

Cu

Mn

Cr

Fe

Si

住友 ESD

6.0〜 9.0

1.2〜 1.8

1.5〜 2.5

0.3〜 1.0

0.1〜 0.4

0.6

0.6

Ti

住友 ESD皮材

0.5〜 3.0

—

0.2

—

0.1〜 0.4

0.5

0.5

Alcoa 75S

5.1〜 6.1

2.1〜 2.9

1.2〜 2.0

0.1〜 0.30

0.15〜 0.40

0.7

0.5

0.2

Alcoa 75S皮材

0.75〜 1.25

0.10

0.10

0.10

—

—

—

—

AA70755.1〜 6.1

2.1〜 2.9

1.2〜 2.00.30

0.18〜 0.28

0.50

0.40

AA7072皮材

0.8〜 1.3

0.10

0.10

0.10

0.70

航空機用アルミニウム合金の系統化調査471

表 9.2 アルコア社の 75S 合金性能表（Materials and Methods、June 1949）8）

るが、私共は之を 0.5 mm に止めた、組成及製造方法の差異はあるが、彼に一日の長があろう」

8）

田邊博士は続けて「航空機工業禁止の現時日本ではこの種優秀合金は恐らく活用の道はなかろうけれど、兎に角斯界の歴史に些少なりと足跡を残し得た事を五十ESD の組成は、現在でも鋳造での鋳塊割れや押出

嵐博士ら舊同僚諸君等と共に喜びたい。尤も、ESD とでの押出性など生産性で非常に問題が多く、当時の技

いえども全然新しいものではなく、独の Sander 合金、術でよくこれだけ生産できたものと感心させられる。

英の E 合金等先哲の業績を再検討し、E-S-D 系を組織

米国は鋳造性や圧延性、押出性などの生産性を重視的に開拓して生まれたものであるが、少なくとも其耐時したのか、あるいは応力腐食割れを考慮したためか、期割れ性増進のためクロム添加の如きは、五十嵐、北原Zn 量を ESD より大幅に減らしている。また薄板の圧両氏の前人未踏の偉業なることを付記して置く」8）と田邊延についても、米国から導入した圧延機であったが米氏は結んでいる。戦後の航空機用高強度アルミニウム

国の圧延技術はさらに進んでいて、この生産技術面で合金開発では ESD の成分と同じ高 Zn 化の方向に開の日本の技術は相当遅れていたといわざるを得ない。

発が進んでいる。

当時の空技廠からの無理難題な高強度の要求に応えながら成分を決めていかざるを得ない状況がよくわかるが、この要求がなければ世界に誇る材料もできなかったであろう。これは何時の時代も変わらない。

９. １. ５

アルコアの ESD に対する対応

1930 年以来、応力腐食割れについて研究を続け、アルコアの材料開発で中心的役割を果たしたＥ .H.
Dix は “Alcoa 75S, after many years of research,472

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. Marchwas put into commercial production for alclad sheet

とんど同じであった）とあり、この新合金はすぐに

and extrusions in1943 and later for nonclad sheet,

機体の設計に反映され、7075-T6 板は B-29 スーパー

wire, rod and bar, and forgings.”

フォートレス（Superfortress）後期モデルの主翼上17）と述べている。

同じく、米国特許 2,240,940 の発明者でもあり 7075

部のスキン材やストリンガー材として用いられたと書の開発に関係したアルコアの J.A. Nock, Jr. は、M.B.W.

かれている 22）。アルコアの研究者が零戦について記

Graham らの著書 “R&D for Industry, A Century of

述したのはこれが初めてではないかと推察されるが、Technical Innovation at Alcoa”

で次のように紹決して日本の ESD のプライオリティを認めているわ

介 さ れ て い る。 “Ultimately, Joseph Nock, working

けではない。それまでのアルコアの研究者も、7075

with small DC ingots cast on the premises at Alcoa

はアルコアの長年の研究の成果だといって、日本のResearch Laboratories, solved the problem empiri-

ESD のプライオリティを認めてこなかった。発明とcally, demonstrating that small amounts of chromi-

いうのは、大概同じ時期に同じような研究をしている

um added to Al-Zn-Mg-Cu composition yielded re-ので結果的に同じ結論に達することはホールやエルー

sistance to SCC that had long been sought.”。 そのの発明をみても理解できる。しかしながらどのようなNock は、“This alloy is the culmination of a number

研究をしてアルコアが 7075 を開発したのか公表されof years’ intensive work.”

たデータはほとんどないのが実情である。

18）と述べ、これはその後の

19）

1949 年 ASM の単行本でも “Years of extensive lab-

このように、歴代のアルコアの材料研究者が日本のoratory investigation, including painstaking studies

ESD について敢えて触れてこなかったためか、2008

of susceptibility to stress corrosion cracking, finally

年ドイツのアーヘンで開催されたアルミニウム合金国

terminated in the selection of the alloy composition

際会議 ICAA11 の最初の基調講演、ヴァージニア大designated 75S.” 20） 述べていて、75S の成分を決めた

学の E.A. Starke, Jr 教授の “Precipitation Hardening:のは自分たちの研究の成果だと述べている。

From Alfred Wilm to the Present” の講演で、Al-Zn-

ア ル コ ア の 物 理 冶 金 部 門 の リ ー ダ ー だ っ た H.Y.

Mg-Cu の開発の歴史が語られたが、彼の示したパワー

Hunsicker もまた然りで、“Continuing alloy develop-

ポイントの図の中には全く ESD が入っていないこと

ment efforts led to the discovery that the additionに、東京工業大学里教授や小職も含めて日本から来たof a small amount of chromium greatly reduced the

参加者は驚いた。同時に配布された本の中には “Thesensitivity to stress corrosion.”

early alloys were susceptible to stress-corrosion

21）と述べている。

cracking but later examination of small addition, of
1960 〜 1980 年代、アルコアの航空機材料開発の中first Mn and then Cr, proved that alloys containing

心的役割を果たしたステイリー（J.T. Staley）は 1989

0.2 to 0.35% Cr had high resistance to stress-cor-

年、Al-Zn-Mg-Cu 合金について、アルコアは 1940 年

rosion. In 1940 Sumitomo developed an Al-Zn-Mg

7076（Al-7.5Zn-1.6Mg-0.7Cu-0.6Mn）を鍛造用合金とalloy for the Mitsubishi A6M2（Zero）airframe. The

して開発しプロペラ・ブレードに用いた。1938 年まchemical composition of the Sumitomo alloy was

でにラボでは板での応力腐食割れの問題は解決できたvery similar to the Al-Zn-Mg alloy 7075 developed

ので、X74S（Al-5.2Zn-2.1Mg-1.5Cu-0.4Mn）を主翼のby Alcoa and introduced in 1943.” 23）と書かれている

一部に用いたが、この合金板材はフィールド試験で、にも係らず。ここでも住友の発明のプライオリティに時効材を加工して用いると応力腐食割れに敏感になる

ついては直接触れていない。

ことが判明した。このため、高融点の微量添加元素の

しかしながら、技術史が専門のスクラベック（Q.R.

影響を調べ、クロムを 0.2 から 0.35％含む合金が応力

Skrabec）は最近の著書で   “Aluminum in America”

腐食割れに強いことがわかった。強度も少し向上させで “Most of the Japanese aircraft were built on theirて耐応力腐食割れ性にも良好な、今日良く知られていtop-secret equivalent of 75S（7075）aluminum alloy

る 7075-T6 を 1943 年開発したと述べている

developed by Sumitomo Metal Industries in 1936,。

22）

その記述の後に、“Interestingly, chemical analysis

ahead of ALCOA's research. ALCOA was probablyof sheet from a downed Japanese Zero fighter air-

aided by the capture of a Japanese Zero early in thecraft disclosed that the composition was almost thewar.” と記述している 24）。住友の ESD がアルコアのsame as that of 7075.”（興味深いことに、墜落した零開発よりも前にできたことを明確に書いている。米国

戦からの板を化学分析した結果 7075 合金の成分とほも徐々に変化してきているように思われる。
航空機用アルミニウム合金の系統化調査473

引 張 強 さ は 50 〜 54 kg/mm2（490 〜 530 MPa）、 伸

9.2 超々ジュラルミン以降の合金開発
その他の超々ジュラルミン

びは 12 〜 15％、超ジュラルミン SD の規格値を十分

９. ２. １ 軍官学共同研究による HD 合金と ND 合金

その速度を数倍にしても差支えないことを知った。こ（1）HD 合金れは予期しなかった一つの発見であった。当時、押出満足していた。この時、西村教授は「押出が容易で、HD 合金と次項で述べる ND 合金については、西村

形材の製造が航空機製造の一つの隘路となっていた。

教授が「随筆軽合金史」（第 34、35、38 回）に詳しく

急に押出機を製造することは困難であったから、若し書いているので、それを紹介する

押出性能の良い材料があったならば、それだけ製造能。

25）〜 27）

1941 年 11 月下旬、本多光太郎教授などが主宰者と力が増すことになる訳であるから、注目すべき発見でして、陸軍が後援で日本学術振興会の航空機に関するあった」と述べている 26）。押出性能に関しては、神総合研究をするための特別委員会の準備会合が東京の戸製鋼でも実験をし、超ジュラルミンの２倍程度の速如水会館で開かれた。第３小委員会として強力軽合金度が得られた。この合金は HD ということに話が陸に関する研究部会が企画され、本多博士が委員長とし軍からの提案でまとまった。これは本多博士が委員長て、大学側から東北大大日向一司教授、早稲田大学石であった関係で H のイニシャルを取ったものである。

川登喜治教授、京都大学西村秀雄教授、製造業者は住こうして HD（Honda's Duralumin）という合金が生

友金属、古河電工、神戸製鋼の三社であった。陸軍がまれた。化学成分は表 9.3 に示す 28）。この合金は、戦後、主宰したため海軍からは協力がなかったとのことであ

三元合金として新幹線や二輪車などに適用され大きくる。第一回の会合は 1942 年 4 月、初空襲の最中開催発展することとなる。

された。西村教授は、「研究方針を定めることになり、（2）ND 合金

どうするかと云って別に案がなかったから、銅を用いないで超ジュラルミンの代用になるような合金を造っ

先の戦争も終わりに近づくにつれて、アルミニウてはどうかと提案した。銅は軽合金に使用される量は

ム新地金が不足して、航空機の解体屑やそのほかの返さほど多くないが、しかし我国の銅資源は必ずしも豊り材（再生塊）を使用する率が多くなり、Fe、Si、Zn

富とは云えない、少しでも節減が出来るなら時局に役などの不純物の混入が増してきて、航空機に不可欠立つではないかという考えであった」と述べているの品質の良い超ジュラルミン SD の生産が困難になっ25）。その結果、Al-Zn-Mg 系合金を取り上げることとてきた。そこで、上記の不純物の許容は範囲を拡げ、なった。超ジュラルミンと同等の強度で、焼入れしてSD に匹敵する機械的性質を有する材料の開発が要望

常温で時効硬化を示すような材料をこの系統の合金でされ軍官民で開発した合金が ND である 27）。

造ることが出来るか検討した。まず成分の目標を定め

ND は Nippon Duralumin という意味である。その三社が試作してそれを検討することから始めた。

成分を表 9.3 に示す。機械的性質は焼入れ後常温時

住友金属から Zn 6％、Mg 2％、Mn 0.8％、Cr 0.25％

効で引張強さ 44 kg/mm2（430 MPa）以上、耐力 32を目標として造られた板は引張強さ 45 kg/mm2（440kg/mm2（310 MPa）以上、伸び 10％以上である。西MPa）、伸び 18％を示し、超ジュラルミンの規格値

村教授は、結果的には「アルコアで 14S として既に（引張強さ 43 kg/mm （420 MPa）以上、伸び 14％

使用されていたものを多少変えたものに過ぎず、25S以上）を満たしたが、焼鈍材は規格値以上となり加にマグネシウムを加えたものになった。ND と称した材料

工性に問題があったので、「もうこの研究はこれで打は軽合金としては止むを得ない事情から造られたものでち切って新しい方向に向かうことにしようかと考えたあって、進歩した材料とは云えない」
が、ND の研究から「ケが、折角研究を始めたのであるから、鍛造材とか押出

イ素が 0.8％も含まれていても焼入れ時効材の機械的性

形材を造ってみてはということになって、その試作を質が SD のように低下することもなく、また鉄も時効を阻することにした」 。古河電工での Al-6%Zn-2%Mg-

止しない理由は不明のまま残っていて」、学術的な問題

0.75%Mn-0.35%Cr 押出材の試作結果は非常に良好で、を提供してくれたので、無駄な研究ではなかったと述べ

226）

表 9.3 HD（Honda's Duralumin）と ND（Nippon Duralumin）の化学成分（mass％）28）

474

Zn

Mg

Cu

Mn

Cr

Fe

Si

Al

HD

5～ 5.8

1.5〜 1.8<0.8

0.3〜 0.8

0.1〜 0.4

<0.6

<0.5

残

ND

<1.0

0.6〜 1.2

4.0〜 4.8

0.6〜 1.0－<0.8

0.3〜 1.0

残国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March表 9.4NSD と超々ジュラルミン ESD の化学成分（mass％）29）

Zn

Mg

Cu

Mn

Cr

Fe

Si

Al

規格 *1）

7.0〜 9.0

1.2〜 1.8

0.8〜 1.7

0.3〜 1.0

0.1〜 0.4

<0.6

<0.6

残

NSD

8.5

1.6

1.1

0.45

0.2

（<0.6）（<0.45）

88.15

ESD

8

1.5

2

0.45

0.2

（<0.6）（<0.5）

87.8*1) 航空機規格 7222、チ 263

太平洋戦争以後、航空機材料の生産は急を告げ、陸ている 27）。

軍ならびに海軍の各航空本部から、ESD の特許の実９. ２. ２ ESD の 押 出 性 向 上、Al-Zn-Mg-Cu 系
NSD

施権を㈱神戸製鋼所と古河電気工業㈱へ委譲する要請があり、住友はこれを許諾した。1943 年、㈱神戸製

住友でも超々ジュラルミン ESD の押出速度が 1 〜

鋼所は、当社にアルミニウム合金に関する技術指導を

1.5 m/ 分で超ジュラルミンの押出速度 2 〜 2.5 m/ 分

要請し、その内容は溶解・鋳造・装置・図面・工場実と比べて約半分であった。このため、ESD の生産性

習・特許を含むすべてであったが、住友は承諾して技を上げるのが急務となっていた。
「強度は ESD より術指導等が名古屋軽合金製造所で行なわれた 28）。

多少低下しても、押出速度の高いものを」という発想で 1943 年開発されたのが NSD である 28), 29)。N は
Nagoya の N からつけた。ESD の銅量 2％を 1.1％に

参考文献

減らし、Mg 量を少し増すと 3 m/ 分の速度が得られ

1） ジ ム・リアドン：古賀一飛曹の零戦 , 枻出版社 ,たが、強度が出ないとの問題がでた。これは不純物のけい素量の増加に起因したことがわかり亜鉛量を増やして実用化した。NSD の成分を ESD と比較して表 9.4に示す。NSD は 1944 年の航空機規格 7222, チ 263

29）（1993）.
2） https://commons.wikimedia.org/wiki/
File:AkutanZero1.jpg
3） https://commons.wikimedia.org/wiki/
File:Akutan_Zero_shipped.jpg

として制定された。

4） 堀越二郎、零戦
９. ２. ３ その他の超々ジュラルミン
幸田教授によれば「同じ頃、東京大学航空研究所石田四郎教授らによって、通称航研超々ジュラルミンがその誕生と栄光の記録 , 角川文庫 , 角川書店 ,（2012），206.
5） お ちあい熊一：零戦激闘伝説

謎 101, 学研パブ

リッシング ,（2009），138.

発明され、また古河電気工業株式会社において SSD

6） 畑

なる超々ジュラルミンが発明された。前者は Sn 添加7） 飯島嘉明：金属 , 76（2006），1132.

により、後者は Zr 添加によって応力腐食感受性を防8） 田 邊友次郎：軽合金雑筆 −追想と見透− , 軽金

止したものである。しかし、ESD ほど効果的でなかったためか、実用にはならなかった」 とある。
30)

石田教授らの特許は、五十嵐らより約 2 年遅れて出願されている。成分は Zn 6.0 〜 10.0％、Mg 1.0 〜
3.0％、Cu 1.5 〜 4.5％、Mn 0.5 〜1.5％、Sn 0.1〜1.0％、Si 0.8％以下、Fe 0.8％以下である 。古河電工の特許
31）

栄一：住友軽金属技報 , 29（1988），91.

属時代 , 186（1950），5.
9） 五 十 嵐 勇、 北 原 五 郎： 住 友 金 属・ 研 究 報 告 , 3（1939），455-474.
10）AA: Aluminum standard and data（TheAluminum Association）.
11）US Patent 2,240,940. Aluminum Alloy, J.A. Nock,

は成分は Zn 4 〜 10％ , Mg 0.5 〜 3％ , Cu 0.5 〜 4％ ,Jr., ALCOA, Application Sept. 28, 1940. Patented

Mn 0.1 〜 1.5％ , Si 0.4 〜 1％ , Zr 0.05 〜 1％である 32）。

May 6, 1941.

特に，ケイ素とジルコニウムの作用により時期割れが防止されたとある。 最近の航空機用アルミニウム合12）日 本 国 特 許 135036 鍛 錬 用 強 力 軽 合 金 , 出 願1936.6.9, 特許 1940.2.28.

金は焼入れ感受性等の理由からクロム添加からジルコ

13）U S Patent 2,166,495. Aluminum Alloy, Isamu

ニウム添加を基本とする合金に代わってきたが，このIgarashi and Goro Kitahara, Sumitomo Kinzoku-

特許はその走りとも言えよう。これに関して，古河ス

Kogyo Kabishiki Kaisha,   Application   June. 20,

カイ（現 UACJ）の小山克己博士は「当時は十分な

1938, Patented July 18, 1939.

組織制御ができなかったためか，実用化にはいたらなかった」と記している。

33）

14）E.H. Dix, Jr.: 24th Campbell Memorial Lecture,
Transactions of the ASM. 42（1950），1057-1127.
航空機用アルミニウム合金の系統化調査475

15）五十嵐勇、北原五郎：日本航空学会誌 , 53（1939），

Alfred Wilm to the Present, Aluminium Alloys,

982-996.
16）五十嵐勇 , 北原五郎：住友金属・研究報告 , 第 3 巻 ,Their Physical and Mechanical Properties,（ICAA11 in Aachen）Vol.1 Edited by J. Hirsch,

第 6 号（1939），455-474.
17）E .H. Dix, Jr.: Aluminum Alloys-1940 to 1950,
Metal Progress,（1950），484.

B.S. Skrotzki and G. Gottstein、DGM, WileyVCH,（2008），3.

18）M.B.W. Graham： R&D for Industry, A Century24）Q.R. Skrabec: Aluminum in America, A History,of Technical Innovation at Alcoa, Cambridge

McFarland & Company, Inc., Publishers,（2017），

University Press,（1990）
，263．

142.

19）J.A. Nock, Jr.: 75S-Alcoa’ s New High-Strength
Aluminum Alloy, Metals and Alloys,（1944），

25）西村秀雄：随筆・軽合金史（第 34 回），軽金属時
代 , No.205（1951），6.
26）西村秀雄：随筆・軽合金史（第 35 回）
，軽金属時

922.
20）J.A. Nock, Jr.: Commercial Wrought AluminumAlloys, Physical Metallurgy of Aluminum Alloys,

代 ,  No.206（1951），2.
27）西村秀雄：随筆・軽合金史（第 38 回），軽金属時
代 , No.209（1951），11.

ASM,（1949），167.
21）H .Y. Hunsicker: History of Precipitation
Hardening, The Sorby Centennial Symposium28）竹内勝治：技術の歩み , 非売品 , 住友軽金属工業
株式会社 ,（1995）.

on the History of Metallurgy, ed. by C.S. Smith,29）竹内勝治：アルミニウム合金展伸材－その誕生か

Gordon and Breach Science Publishers,（1963），

ら半世紀－ , 軽金属溶接構造協会 ,（1986）.
30) 幸田成康：合金の析出、幸田成康監修、丸善、(1972), 1.

271.
22）J .T. Staley: History of Wrought- AluminumA l l oy D ev elop men t , Alu min u m Allo ys –Contemporary Research and Applications,
Edited by A.K. Vasudevann and R.D. Doherty,
Treatise on Materials Science and Technology,
Vol.31, Academic Press, Inc.,（1989）
，3.

476

23）E.A. Starke, Jr: Precipitation Hardening: From

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

31）特許第 137117 号（出願 1938.4.15、公告 1939.8.
19, 特許 1940.7.1）
32）特許第 147525 号（出願 1938.11.25，公告 1941.9.
30，特許 1942.1.12）
33）小山克己：Furukawa-Sky Review, 6（2010），7.

10 第二次世界大戦後の航空機材料の発展

戦災により南北のドームと屋根・内装を焼失した。戦10.1 戦後の状況

後、3 階建の駅舎を 2 階建て駅舎に復興した。最近行
われた「保存・復原工事」では、鹿島建設が中心とな

敗戦とともにアルミニウム製錬は軍需産業であった

り、外観を創建時の姿に忠実に再現するのはもちろ

ため、連合軍によって生産停止を指令され、製錬 設んのこと、さらに未来へ継承するため、鉄骨煉瓦造の備をカリ肥料、石灰窒素などの生産に転用して細々と下に地下躯体を新設し、巨大地震にも耐えうる建築と経営をはかる事態に追い込まれた。一方、加工 企業するため、「免震工法」で施工した。修復前後の東京は戦時中抑制されていた家庭用品の需要が顕在化し、駅とその天井ドームを図 10.1 と図 10.2 に示す。この

異常なブームを迎えた。加工企業の多くは航空機を解戦後復興させた駅舎天井の内面（図 10.1）には、図体したアルミニウム合金屑を原料として、鍋・釜をは

10.3 に示すようにアルミ製リベットで接合された 0.8

じめとした家庭用器物の生産を再開した。しかし、こmm 厚みの航空機用ジュラルミン板とトタン板が塗装

れらの製品は耐食性の悪いジュラルミン系合金屑を原を施して使用されていた。この板の成分分析値は Al-料とした粗悪品であったため、アルミニウム製器物は4.2%Cu-0.43%Mg-0.79%Si-0.74%Fe-0.80%Zn と 鉄 や 亜

腐食しやすいという誤った印象を与え、その後の製品

鉛などの不純物が非常に多いことがわかる。このジュ開発に大きな悪影響を与えた 1）。

ラルミン板は戦争中に製造されたもので、終戦近くな

戦後復興とジュラルミンの関係は、東京駅にも見られる 2），3）。東京駅丸の内駅舎は、1945 年（昭和 20 年）、

るとスクラップを多く用いていたことを裏付けるものである。

図 10.1 修復前の東京駅とその天井ドーム

図 10.2 修復後の東京駅とその天井ドーム（左：国立科学博物館、室谷周良、右：同左、亀井修

提供）
航空機用アルミニウム合金の系統化調査477

図 10.3 修復前の天井ドーム

図 10.4 世界の新地金生産量と日本の総需要（日本アルミニウム協会）4）

アルミニウムの需要は、第二次世界大戦中では需要

Al-5.4Zn-2.0Mg-0.55Mn-0.25Cr）は戦後、日本では三の大半を航空機用が占めていたが、戦後は大幅に縮小

元合金として航空機以外の鉄道車両、自動車、モーター

し、図 10.4 に示すように、まず家庭用器物、日用品

サイクルに使用されて大きく発展した。戦後の三元合の需要が急激に伸び、続いて自動車、車両、機械など金の開発においても日本の材料研究者が大きく関わっの分野に新需要を開拓した。その後、サッシ、ドア、ていた。

カーテンウォールなどの建築部門、自動車、トラック、
トレーラー、鉄道車両、船舶などの輸送機関、テレビ、
電気洗濯機などの電機通信機器、電力の送電線、包装
容器などの一般民需市場が急激に拡大した 。
4）

１０. ２. １

鉄道車両

日本の鉄道車両の車体にアルミニウム合金が用いられたのは、1945 年、終戦直後の物資不足から航空機のジュラルミンが転用されたのが最初であったが、腐戦後の構造材料開発の流れ、航空機から
10.2 鉄道車両、自動車、モーターサイクルへ

478

食が激しく改造された。本格的な鉄道車両への採用は、1962 年にデビューした山陽電鉄 2000 形電車に始まる。
山陽電鉄 2000 形電車に代表される第１世代では、当

戦後、GHQ により航空禁止令が布告され、航空機

初、鋼製車体の外板の置換えに始まったが、その後、の研究開発、製造は禁止されていたため、戦争中、航台枠に溶接性の劣る 6061 合金を用いたため、ブロッ

空機に携わっていた研究者や技術者の多くは鉄道車

クごとに溶接され、ブロック相互はリベットで結合さ両、自動車やモーターサイクル開発に移っていった。先れた車体となった。日本では接合に関しては、戦前はの戦争中に研究開発された超々ジュラルミンから Cu を

溶接技術の未熟さもありリベット接合が主体であった

抜いた Al-Zn-Mg 系の HD 合金（ホンダ・ジュラルミン、が、戦後は、第二次世界大戦中に米国で高純度ガス生

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

産ができるようになった結果、アルゴンアーク溶接法

7003 合金（代表値：Al-6Zn-0.75Mg-0.15Zr）として国が研究され、TIG、MIG 法が開発された。このこと

際登録された 15）〜 17）。この合金により広幅の大型形材

で Al-Zn-Mg 系合金の溶接が可能になった 5）。

の製作が可能となった。一方、1969 年には四日市市

1961 年ごろ欧 州では AlZnMg1、AlZnMg2 や Uni-に圧延業界が共同出資の軽金属押出開発（KOK）がdur などの Al-Zn-Mg 系合金が溶接後、室温放置で著設立され、わが国最大の 9,500 トン押出機が設置されしく強度が回復することが注目され、車両、橋梁などた。最大幅 520 mm の形材が押出可能となり、新幹の大型構築物に利用され始めた。少し遅れてアルキャ

線車両軒桁に 7003 合金広幅大型形材が採用された。

ン 7004 やアルコアの 7005 などが登場して来た 。ここれが図 10.5（b）に示す第 2.5 世代といわれた車両

れらの欧米の合金は日本の HD 合金と同様に Mn、Cr

構体と図 10.6（b）に示す 200 系新幹線である。そのが添加されているのが特徴であった。しかし Cr が多

後床板、側構などに大量に使用された。 この 7003 合

く添加されると鋳造時に粗大な Cr 系化合物が発生し製金は、図 10.7 に示すように鉄道車両はもとより、コ品の靭性を低下させる恐れがあった。このため住友軽

ンテナー、バンおよびトレーラー等の強度メンバー、金属の馬場義雄らは微量の Zr を添加することで Cr 添

また中空押出も可能でオートバイや自転車のリム、自加量を減らし粗大な Cr 系化合物の発生を抑制した

動車のバンパーなどにも広く利用された。

6）

。

7），8）

Zr 添加は耐応力腐食割れ性や溶接割れにも効果のあるアルミ合金製車両は鋼製車両に比べてイニシャルコ

ことを見出し 1961 年末に特許出願した。しかしこのストが高いため、さらに押出性、溶接性、耐食性に優合金を工場で試作すると焼入れ感受性が敏感で、押出れた合金が求められていた。欧州では Al-Mg-Si 系の後の冷却速度が遅い場合は高温時効後の強度がでにく

6005A が開発され、車両に使われていた。この合金

いことが明らかとなった 9）。馬場らは Cr 系化合物界

は、Mn ＋ Cr を 0.12 〜 0.5％含むが、添加量や押出条面で冷却中に時効硬化に寄与する Zn や Mg が析出し件次第では結晶粒が粗大化したり、Mg と Si の量比て強度低下を引き起こすことを明らかにして、Cr を

如何では、靭性が劣ったり、溶接でミクロフィシャな添加しない新合金を開発し、1965 年 2 月特許申請しどの割れが発生しやすいことがわかった。各社は成分た。
「Zn 3 〜 8％、Mg 0.5 〜 3％、Zr 0.05 〜 0.3％、等の最適化を図り、1980 年、それらを集約して JIS

Mn 0.1 〜 0.5％、そして Zr の効果を出すために 400℃

6N01 合金が制定された 18）。この合金は薄肉で中空の以上で鋳塊の熱処理を行うこと」を特徴としている。

押出形材が製造可能で、構体がすべて押出形材で構成

なお溶接割れ感受性も少なくなることも認められていされるようになった。これが第 3 世代の車両構体（図る。その後、欧米の Al-Zn-Mg 系合金も必須成分とし10.5（c））と 300 系新幹線（図 10.6（c））である。強て Zr 0.1 〜 0.2％添加されるようになった 7），8）。ここ

度が必要とされる台枠の枕はり・横はり等についてはでも超々ジュラルミンと同様、日本人研究者の先見性

7N01 が依然として使用された。1990 年代に入ってかが示されたといえよう。

らは、次世代車両構体といわれる中空トラス断面押出10）形材によるダブル・スキンタイプの構体構造が主流とこの合金は押出後も空冷で高強度が得られ、冷却になり、さらに枕はりや横はりも 6N01 合金に置き換え

よる歪も少なくて生産性がよいため国内各社も開発し、られている（図 10.5（d）と 700 系新幹線、図 10.6（d））。

1970 年 JIS A7N01（2005 年に国際登録され、AA7204

また新技術として、ろう付けハニカムパネル 19）や摩擦攪

と呼称、代表値：Al-4.5Zn-1.5Mg-0.45Mn-0.15Zr）が制

拌接合（FSW）20）も利用されるようになった。

定された。さらに馬場らは肉厚方向での応力腐食割れ抑制に対しては、0.15％前後の微量の Cu 添加が有効で

１０. ２. ２

モーターサイクル、スポーツ用品

あることを明らかにした 11），12）。第 2 世代の車両（構体

モーターサイクルも航空機に次いでアルミニウムの使用を図 10.5（a）、京都地下鉄 10 系を図 10.6（a）に示す）

量の多い輸送機器で、オフロードレーサーではアルミニ

では、7N01 合金が骨組み、外板はもとより台枠も含

ウム材料は重量の約 3 割を占めているといわれている。

めた全溶接構造のアルミニウム合金製車体となった。

モーターサイクルは軽量高性能化へのニーズが高く、早骨組み、台枠の張りに押出形材が多用され、従来の鋼くからアルミニウム部品の採用には積極的であり、シリン

製車体の重量に比較して 1/2 以下となった

ダーヘッド・ケースなどエンジンの外郭となる部品は当初。

13）

A7N01 の Mg 量を減らし、Zn 量を増加させて、さよりアルミ合金で設計されてきた。

らに押出性を高めた合金も、1967 年馬場らによって1980 年ごろより、スポーツ車において軽量化とデ開発され、その後 AA（Aluminum Association）にザインニーズが高まり、ホイール、フレーム、スイン
航空機用アルミニウム合金の系統化調査479

図 10.5 アルミ製鉄道車両構体の変遷 13）（a）第 2 世代（京都地下鉄 10 系）（b）第 2.5 世代（新幹線 200 系）（c）第 3 世代（新幹線 300 系）（d）次世代（新幹線 700 系）

図 10.6 アルミ製車両の代表例 14）480

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

海上コンテナ

トレーラー

車両

リム

ハウジング

テニスラケット

図 10.7 7003 合金の適用例 16）

グアーム、ラジエータなどアルミ化が進んだ。比較的

溶体化処理時の結晶粒粗大化はその後の表面研磨、早かったのはホイールで、スポークホイールのリムに

アルマイト処理した後の外観品質に影響を及ぼすた

Al-Zn-Mg 系合金 7003 合金が用いられ始めた。これ

め、押出材の組織制御も重要な課題であった。一般には高強度で溶接性が良好なためである。通常軟化処理

高力合金押出材は強度、靭性、耐応力腐食割れ等の観材（O 材）で曲げ加工後、フラッシュバット溶接を行点から Mn 、Cr、Zr などが微量添加されるため繊維い、その後スポーク穴用に張出し加工を行ってから焼状組織を有するが、押出表層はダイスとのせん断加工

入れをする。最近では、銅が多く添加された Al-Zn-を受け再結晶組織となりやすい。溶体化処理で再結晶

Mg-Cu 系合金も用いられている。図 10.8（a）は高強

組織は厚くなるが、この後の研磨、アルマイト加工で度 7000 系押出材が用いられているモーターサイクル

再結晶組織と繊維状組織が混在すると、光沢の違いでの部位を示す斑が生じるため、外観上どちらかの組織に制御する必。

18）

コラム 馬場義雄
馬場義雄は 1935 年生まれ、1958 年京都大学工学部冶金学科を卒業、西村秀雄の研究室を受け継いだ村上陽太郎研究室の出身で、チタンの研究開発に従事したくて住友金属に入社したとのこと。入社の翌年、住友軽金属が独立するとともに第一期生となり、アルミニウム合金の研究開発に取り組んだ。
1969 年、京都大学から工学博士を授与される。1972 年、住友軽金属工業（株）
主任研究員。筆者が入社時（1975 年）は主任研究員で、Al-Zn-Mg 系三元合金の溶接部の応力腐食割れの研究のテーマが、その後、Al-Zn-Mg-（Cu）系
合金の機械的性質、応力腐食割れに及ぼす Zr 添加の影響の研究テーマが与えられた。1985 年、同社取締役、1992 年、豊橋技術科学大学客員教授兼任（3 年間）、1999 年、同社専務取締役退任し顧問。1974 年、「新しい Al-Zn-Mg
系三元合金の研究開発」で第 9 回小山田記念賞受賞、1978 年、第 36 回日本
金属学会功績賞（金属材料部門）受賞、1980 年、「焼入れ性の優れた溶接構

馬場義雄博士(1935-2012)

造用強力 Al-Zn-Mg 系合金の製造法」で全国発明表彰、1996 年、「航空機テー
パー・ストリンカー用高力アルミニウム合金板材およびその加工技術の開発」
で第 9 回中日産業技術賞受賞、2000 年、第 3 回軽金属学会賞受賞。2012 年惜
しくも 77 歳で逝去。

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

481

フロントフォーク
フレーム

アウターチューブ：アルミ合金

ホイールリムインナーチューブ：高張力鋼

スイングアーム（a）モーターサイクルへの車両用合金の適用
図 10.8（b）フロントフォークへの
航空機用合金の適用（c）硬式野球用バットへの
航空機用合金の適用

モーターサイクル、スポーツ用品への鉄道車両用および航空機用合金の適用（UACJ のカタログから )要がある。フレームのメインパイプ部やスイングアー

きる与圧室が実用化され、空気の乱れの少ない高空をムのアーム部には 7N01、7003 押出形材が用いられ、高速で飛ぶことができるようになった。1945 年にはヘッドパイプやブラケット部の鋳造品や鍛造品と溶接ロッキード社の L-049 がワシントン D.C.- パリ便からで接合された。また一部のプレス成形では溶接性の良就航した。1947 年には乗客 50-100 名のダグラス DC-6

好な 5083 合金板材が採用された。

が初飛行した。1950 年代にはプロペラ機の 2 倍近い

フロントフォークは車体とフロントタイヤを繋ぐサ

速度が出せるジェット旅客機が登場した。1957 年、スぺンションで、操舵と緩衝および懸架の役割があ

巡航速度 973 km/ 時、乗客 140 〜 200 名で、従来のり、衝撃を吸収するため二重管で構成され、インナープロペラ 4 発機の 2 倍の速度と 2 倍の搭載量を有するチューブには高張力鋼が、アウターチューブにはア

画期的な 4 発ジェット旅客機、ボーイング 707 が初

ルミニウム合金鋳物材が用いられてきた。1990 年頃、飛行した。ダグラス社もこれに対抗して 1958 年 4 発

モトクロスなどのオフロードレーサーでは ジャンプ

ジェット旅客機 DC-8 が初飛行した。

着地時に大きな衝撃力が加わるため、鋳物材よりも高1960 年代に入り、旅客機の大衆化時代に入った。

強度高靭性合金が必要とされ、航空機用 Al-Zn-Mg-Cu

ボーイング社は 1963 年、中・短距離路線向けに、巡系合金が注目された。この中でも、Zr 添加合金は、間航速度 964 km/ 時、乗客数最大 189 名、本格的３発接押出後の表層結晶粒粗大化を抑制でき、また焼入れ

ジェット旅客機のボーイング 727 を、1967 年には乗感受性が鈍感になるため、水冷に替わりポリアルキレン

客 100-120 名クラスの双発小型リージョナルジェット

グリコールを用いた縦型焼入れ炉を用いることで不均一機ボーイング 737 を登場させた。ボーイング 737 はそな残留応力を低減できた。現在ではアルミニウム合金での後エアバス社の A320 に対抗するために拡張されて最も高強度高靭性材料が、フロントフォークのアウ

乗客 200 名に増やしてベストセラー機になった。1969

21）

ターチューブに実用化されている（図 10.8（b）） 。

年、長距離路線向けに、巡航速度 910 km/ 時、乗客

戦前の航空機用材料開発の伝統がモーターサイクル用

350-594 名、4 発ジェット機ボーイング 747 ジャンボ材料の開発に生きている例といえよう。なお、製管のジェットが登場した。客室内に 2 本の通路を持つ最初

技術は高校の硬式野球バットにも活かされている。春のワイドボディ機であり、慣性誘導装置等の最新鋭

夏の甲子園の高校野球大会で用いられている硬式野球の機器を搭載していた。1970 年には、巡航速度 876

バットの半数以上は UACJ の高強度 Al-Zn-Mg-Cu 系

km/ 時、乗客 206-380 名、エンジンは 2 基が主翼に、合金の押出で製造されたものである。アルミニウム製

1 基が垂直安定板の中間に備えた米ダグラス社製の 3野球バットの例を図 10.8（c）に示す。

発ワイドボディ機、DC-10（後継機 MD-11）と、巡航
速度マッハ 0.85、乗客 255-326 名、DC-10 と同時期に

10.3
１０. ３. １

482

戦後の世界の民間航空機開発と材料開発の動向

同様な条件で設計されたロッキード社の 3 発ワイドボ
ディ機、L-1011 トライスターが登場してきた。
1972 年には、巡航速度 875 km/ 時、乗客 200-300 名、

世界の民間航空機開発の動向

ヨーロッパ域内を乗客 300 名乗せて飛ぶことを想定し戦後，輸送機は軍事用よりも民間旅客機としての利て設計された双発ワイドボディ機、エアバス A300 が用が高まった。それまで旅客機は酸素マスクの必要な初飛行した。エアバス社はその後 1987 年、巡航速度

い低空を飛んでいたが、高空でも快適な環境を提供で840 km/ 時、乗客 107 〜 220 名、小型ナローボディ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

の最新鋭の技術を投入したハイテク旅客機、エアバス

表 10.1

A320 シリーズを出し、この A320 シリーズが大成功

初飛行を収めることで、エアバス社がボーイング社と並ぶ 21903

Wright Brothers

Al-Cu casting

1919

Junkers F13

2017-T4

1935

DC-3

2024 -T3

1939

Zero Fighter

ESD-T6

際共同体制で開発・製造して、1982 年中距離用に中1945

B-29D (B-50)

7075 -T6型機ボーイング 767 が、1994 年長距離用に大型機ボー

1957

Boeing 707

7178-T651

イング 777 が初飛行した。2009 年には中・長距離用

1970

DC -107075-T7351

1970

L-10117075 -T7651

1981

Boeing 757, 767

2324 -T39, 7150 -T651

1994

Boeing 777

7055-T7751, 2524-T3

2003

Boeing 777-300ER 2324-T39 TypeII (2624-T39)

大旅客機メーカーの 1 つに成長することになった。
ボーイング社は 1980 年以降、日本、イタリアと国の中型双発機のボーイング 787 が初飛行した。787 の機体には従来のアルミニウム合金に替わりに約 50％の炭素繊維複合材料が使用され、軽量化を図った。一方、エアバス社は、中距離用に双発のエアバス A330

航空機とそれに用いられた新合金 23)(*)
航空機

合金・調質

（＊）Warren のデータに一部補足した。

及び長距離用に４発のエアバス A340 を開発し、1990
年代初期に運航が開始された。1989 年からエアバスていない。

はボーイング 747 に対抗できる大型機体の実現に向け

図 10.9 は耐力と破壊靭性の関係を示している 23）。

て作業を開始し、2000 年 A380 として開発に入った。

一般に耐力をあげると破壊靭性は低下する反比例の関2005 年初飛行し、2007 年納入された。定員は 3 クラ

係にあるが、戦後この反比例の関係が右肩上がりにス 525 名、モノクラス 853 名で、座席数はファースなっている。これは不純物の制御や加工熱処理法によト・ビジネス・エコノミーの 3 クラスからなる標準座

り組織制御することで材料の靭性を向上させてきたこ

席仕様で B747-400 の約 1.3 倍である。さらに「787 ととによる。図 10.10 はボーイング 777 の各部位に使用同等以上の性能の機体を、より安価で容易に開発する」

されている代表的な合金を示す 24）。図 10.11 に欧米のとした新しい世代の中型双発機を開発することを目的

航空機用合金開発の流れを示す 25）。表 10.2 に AA（Theとして、A350 が出てきたが、その後 2006 年再設計

Aluminum Association）に登録された航空機用合金され A350XWB が開発され、2013 年初飛行となった。

を示す 26）。高純度地金を用いて破壊靭性や疲労き裂

787 と同様に炭素繊維複合材料を 53％使用する機体に進展速度を向上させていることが特徴的である。7000

なった。この間、ロッキード社は民間航空機から撤退

系合金では亜鉛が 7 ～ 10％程度まで添加された合金

し、マクドネル・ダグラス社はボーイングに吸収され、現在は中・大型機はボーイング社とエアバス社の二強となっている。
１０. ３. ２

世界の航空機用材料開発の動向 22）

表 10.1 は航空機用アルミニウム合金の開発の歴史とそれが最初に適用された航空機の関係である 23）。
Warren のデータに一部補足している。超々ジュラル
ミン ESD 合金をベースにアルコアが開発した 7075 は
朝鮮戦争時に活躍した B-29D（B-50）に使用された。
この表にある 7150、7055 は 7075 の Zn、Mg、Cu の図 10.9

航空機用アルミニウム合金開発の
高強度高靭性化の流れ 23）

成分量を変え不純物を低減させることで強度や靭性を向上させ、Al-Zn-Mg 系合金と同様に微量添加元素のCr を Zr に置き換えることで焼入れ感受性や耐応力腐
食割れを向上させた合金である。これらの合金開発は戦後のアルコアの研究開発の成果であるが、基本的には ESD がベースになっているとも言えよう。2000
系合金に関しては 2324、2524 があるが、延性、靭性、
疲労亀裂進展特性を改善するために 2024 の地金純度を高純度化したもので、基本的な成分は 2024 と変わっ

図 10.10

ボーイング 777 に使用されている航空機用
アルミニウム合金 24）
航空機用アルミニウム合金の系統化調査483

図 10.11 航空機の部位と開発されたアルミニウム合金の関係、黒枠はアルコア、太枠（赤枠）はアルキャン（現コンステリウム）J.D. Bryant, Alcoa Aluminum : Rolled Product, March 18, 2015. に追記 25)

表 10.2
No. Date
By
2013 2003 JAPAN2014 1954 USA2017 1954 USA
2024 1954 USA
2124 1970 USA
2424 1994 USA
2524 1995 USA
2624 2009 USA
2025 1954 USA
2026 1996 USA
2027 2001 FRANCE
2056 2003 FRANCE
2219 1954 USA
2519 1985 USA
2618 1954 USA
7010
7136
7037
7040
7140
7049
7149
7249
7349
7449
7050
7150
7055
7255
7056
7068
7075
7175
7475
7085

1975 UK
2004 USA
2006 GERMANY
1996 FRANCE
2005 FRANCE
1968 USA1975 USA1982 USA1994 FRANCE
1994 FRANCE
1971 USA1978 USA
1991 USA2009 USA
2004 FRANCE
1996 USA1954 USA1957 USA
1969 USA
2002 USASi
0.6-1.0
0.50-1.2
0.20-0.8
0.50
0.20
0.10
0.06
0.08
0.50-1.2
0.05
0.12
0.10
0.20
0.25
0.10-0.25

Fe
0.40
0.7
0.70
0.50
0.30
0.12
0.12
0.08
1.0
0.07
0.15
0.12
0.30
0.30
0.9-1.3

0.12
0.12
0.10
0.10
0.10
0.25
0.15
0.10
0.12
0.12
0.12
0.12
0.10
0.06
0.10
0.12
0.40
0.15
0.10
0.06

0.15
0.15
0.10
0.13
0.13
0.35
0.20
0.12
0.15
0.15
0.15
0.15
0.15
0.09
0.12
0.15
0.50
0.20
0.12
0.08

ESD 1936 JAPAN484

AA に登録されている航空機用アルミニウム合金の成分 (mass％ ) 26)

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Cu
Mn
Mg
Cr
1.5-2.0
0.25
0.8-1.2 0.04-0.35
3.9-5.0 0.40-1.2 0.20-0.8
0.10
3.5-4.5 0.40-1.0 0.40-0.8
0.10
3.8-4.9 0.30-0.9
1.2-1.8
0.10
3.8-4.9 0.30-0.9
1.2-1.8
0.10
3.8-4.4 0.30-0.6
1.2-1.6
4.0-4.5 0.45-0.7
1.2-1.6
0.05
3.8-4.3 0.45-0.7
1.2-1.6
0.05
3.9-5.0 0.40-1.2
0.05
0.10
3.6-4.3 0.30-0.8
1.0-1.6
3.9-4.9 0.50-1.2
1.0-1.5
3.3-4.3 0.10-0.50
0.6-1.4
5.8-6.8 0.20-0.40
0.02
5.3-6.4 0.10-0.50 0.05-0.40
1.9-2.7
1.3-1.8

Zn
Zr
Ti
0.25
0.15
0.25 0.20 Zr+Ti
0.15
0.25
0.15
0.25 0.20 Zr+Ti
0.15
0.25 0.20 Zr+Ti
0.15
0.20
0.10
0.15
0.10
0.15
0.10
0.25
0.15
0.10 0.05-0.25
0.06
0.20 0.05-0.15
0.08
0.40-0.8
0.10 0.10-0.25 0.02-0.10 0.05-0.15 V
0.10 0.10-0.25 0.02-0.10 0.05-0.15 V
0.10
0.04-0.10
0.9-1.2 Ni

1.5-2.0
1.9-2.5
0.6-1.1
1.5-2.3
1.3-2.3
1.2-1.9
1.2-1.9
1.3-1.9
1.4-2.1
1.4-2.1
2.0-2.6
1.9-2.5
2.0-2.6
2.0-2.6
1.2-1.9
1.6-2.4
1.2-2.0
1.2-2.0
1.2-1.9
1.3-2.0

0.10
0.05
0.50
0.04
0.04
0.20
0.20
0.10
0.20
0.20
0.10
0.10
0.05
0.05
0.20
0.10
0.30
0.10
0.06
0.04

2.1-2.6
0.05
1.8-2.5
0.05
1.3-2.1
0.04
1.7-2.4
0.04
1.5-2.4
0.04
2.0-2.9 0.10-0.22
2.0-2.9 0.10-0.22
2.0-2.4 0.12-0.18
1.8-2.7 0.10-0.22
1.8-2.7
1.9-2.6
0.04
2.0-2.7
0.04
1.8-2.3
0.04
1.8-2.3
0.04
1.5-2.3
2.2-3.0
0.05
2.1-2.9 0.18-0.28
2.1-2.9 0.18-0.28
1.9-2.6 0.18-0.25
1.2-1.8
0.04

5.7-6.7 0.10-0.16
8.4-9.4 0.10-0.20
7.8-9.0 0.06-0.25
5.7-6.7 0.05-0.12
6.2-7.0 0.05-0.12
7.2-8.2
7.2-8.2
7.5-8.2
7.5-8.7 0.25 Zr+Ti
7.5-8.7 0.25 Zr+Ti
5.7-6.7 0.08-0.15
5.9-6.9 0.08-0.15
7.6-8.4 0.08-0.25
7.6-8.4 0.08-0.15
8.5-9.7 0.05-0.15
7.3-8.3 0.05-0.15
5.1-6.1 0.25 Zr+Ti
5.1-6.1
5.2-6.2
7.0-8.0 0.08-0.15

1.5-2.5

0.3-1.0

1.2-1.8

6.0-9.0

Vol.31 2022. March

0.1-0.4

0.06
0.10
0.10
0.06
0.06
0.10
0.10
0.06
0.06
0.06
0.06
0.06
0.08
0.10
0.20
0.10
0.06
0.06

が多くなっていることである。日本で戦前発明され零とが重要である。

戦に採用された超々ジュラルミン ESD の亜鉛が 6 ～日本の航空機開発では、海外で生産している Honda

9％であったので、世界はようやく超々ジュラルミン

Jet を除けば、量は少ないが川崎重工が中心になり防のレベルまできたともいえよう。

衛省むけの対潜哨戒機 P-1、輸送機 C-2（図 10.13）を開発した。また現在開発中の三菱の国産リージョナ

10.4

ル ジ ェ ッ ト 機 MRJ（ 現 在 SpaceJet と 名 称 変 更、 図

戦後日本での航空機産業と航空機材料の研究開発

10.14）があるが、後者は現在コロナ禍で中断している。

航空機産業は朝鮮戦争特需で国内の航空機産業は

戦前の日本は航空機大国で材料開発も熱心に行われ復 活した。 その結果、1956 年、通産 省は国産 民間航て来た。その蓄積があったからこそ戦後日本のアルミ

空機計画を策定し、1959 年官民共同の日本航空機製造

ニウム産業の発展もあった。残念ながら戦後の航空機（NAMC）が設立され双発ターボプロップ旅客機 YS-11

産業は規模が小さく、材料も安価な輸入材に頼らざる（図 10.12）が開発された。この YS-11 も海外でのセールを得ない状況である。その分、鉄道車両、自動車、モースでは非常に苦戦しており、事業収支では悪化し 1971 年

ターサイクル、建材、サッシ、飲料缶、空調器、印刷板、それ以外に現在計画されている機体はない。

に YS-11 を 182 機で打ち切った。YS-11 は国内外の民間旅客機だけでなく、航空自衛隊などの軍用機や海上保
安庁や国土交通省などの官庁でも使用された。
その後は、米国のボーイング社のボーイング 767、777、787 機体の一部を生産することで成長してきた。

a）P-1

図 10.12 戦後初の国産旅客機 YS-11（青木勝 撮影提供）

しかし残念なことに、現在の日本では航空機産業が欧米に比べて規模が圧倒的に小さく、ボーイング社の機体の製造を請け負うことがメインで、日本のアルミニウム産業もまた缶材や自動車材に比べて航空機材の量が圧倒的に少なく、生産設備に投資ができず生産コ
ストも高くなってくる。このため航空機材は海外の安価な輸入品が多く、国産品は量が少なく 1 〜 2 割程度

図 10.13b）C-2
対潜哨戒機 P-127）と 輸送機 C-228）である。日本での航空機材の研究は、あくまでもボーイング社の材料認定取得で、新材料開発には至らないのが現状である。日本のアルミニウム材料研究者にとって残念なことは、航空機材は缶材や自動車材に比べて市場規模が小さすぎて実用化研究があまりできていないことである。高強度合金開発およびその製造技術に関しては完全に欧米に遅れていると言わざるを得ない。マーケットのないところには研究開発も製造技
術も育たないのである。航空機産業を活性化させるこ

図 10.14 三菱航空機の SpaceJet（三菱航空機（株）提供）
航空機用アルミニウム合金の系統化調査

485

箔といった分野で需要を大きく伸ばした。ユーザーのラルミンの歴史を知っていれば可能な目標であると要求に対してきめ細かいアルミニウム材料を開発し提考えている。問題は図 10.9 からもわかるように高強供することで、ユーザーとともに世界に通用するアル度にすると靭性や延性が低下することである。この原

ミニウム製品を作り上げて世界市場で需要を伸びして因は図 10.17（a）に示す鋳造組織にあり、高濃度の成来た。

分の偏析や化合物が粒界に残存して圧延熱処理後（図戦後日本の航空機用材料開発では外国ができなかった板材を用いたテーパーロールドストリンガー材（縦10.17（b））もその結晶粒界に残存してしまうことによると考えている 35），36）。

通し材、図 10.15）の開発を行いボーイング 767 等にこれを解決するには鋳造組織に巨大歪みを付加するこ搭載された 29）〜 32）。さらに鉄道車両と同様な中空押とで結晶粒界を剪断により破壊することである。金武教出が可能で 2024 と同程度の強度が得られる 2013 を開授らは基礎研究の結果、温間圧縮ねじり加工法が有効

発し、AA 国際合金登録や航空宇宙機器の開発、及びであることを明らかにした。この加工法を連続化して工製造に不可欠の金属材料データ集 MMPDS（Metallic

業化するための手段の一つとして、リナシメタリ（http://

Materials Properties Development and Standardi-

rinascimetalli.co.jp/12.html）の中村克昭九州工大教授。産業界にとって航空機材のが発明したクレオ（CREO）という熱間ねじり加工装置

ような高度な技術を要する材料を製造できるというこがある。図 10.18 にその原理図を示す 34）。これは我が国とは、その会社の技術に対する信頼の証でもある。

独自の技術である。このような革新的な技術と相俟ってzation）に登録された

33）

新合金は開発できるものと考えている 37）。

図 10.16 高強度アルミニウム合金開発の歴史と今後の目標
図 10.15 テーパーロール加工したストリンガーを用いたボーイング 767 の胴体 31），32）

10.5 今後の航空機材料の展望
このままでは欧米や中国との高強度アルミニウム合金の開発競争からも取り残されるとの思いから、欧米の Al-Li 合金の比強度に対抗すべく、図 10.16 に示すように従来の 7000 系合金の靭性を保ちつつ従来合金の引張強さを 25％アップした 700 MPa 以上にする高靭性高比強度合金を開発すること目的として、名古屋大学の金武直幸教授らと一緒に 2013 年国家プロジェ
クト「高強度・高靭性を有する革新的アルミニウム合金の開発」を始めた 34）。これが完成すれば世界に先駆けた超・超々ジュラルミンの開発となる。超々ジュ486

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

RD

A

200μm

C

B

（a）鋳造時に生成する化合物（b）熱間圧延後の化合物の分散状況

図 10.17 7150 合金の鋳造時に生成する化合物（a）と化合物が圧延後に粒界に分散した状況（b）36）

図 10.18 熱間ねじり加工装置クレオの原理図 34），37）

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Shinkansen_300_series_F4.jpg

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E3％ 83％ 95％ E3％ 82％ A1％ E3％ 82％ A4％
E3％ 83％ AB:JMSDF_P-1_（4）.jpg

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File:Kawasaki_C-2_％ E2％ 80％ 9878-1206_206％
E2％ 80％ 99_（33981020348）.jpg
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March 18, 2015. に加筆

488

Composition Limits for Wrought Aluminum andVol.31 2022. March37）吉田英雄：超々ジュラルミンと零戦 , 昭栄社印刷所 ,（2020）.

11 おわりに筆者はこの 10 年間ほど先輩たちが開発してきた超々ジュラルミンの歴史を調べてきた。このきっかけとなったのは、2008 年アーヘンで開催されたアルミニウム合金国際会議 ICAA11 での米国の著名な教授

現在でも十分学ぶ価値のあることで、技術を後世に伝える意味でも重要である。
この報告書の「はじめに」で掲げていた疑問に対しては次のようにまとめることができる。

の講演であった。講演はアルミニウム材料の時効硬化

第一に、アルミニウムが安価にできたのは、ホール・の歴史についての基調講演であった。当然、超々ジュエルー法では水力発電を利用することで大量に製造すラルミンについても講演されるであろうと思い聴講しることに成功したからである。この水力発電というクていたが、彼の時効硬化を利用した航空機用アルミニ

リーンなエネルギーを利用してアルミニウムが製錬でウム合金開発に関するスライドには，日本の超々ジュ

きることは現在の環境問題からも重要である。また硬ラルミンに関する記述が全くなく完全に無視されていいジュラルミンを製造したり、飛行船や航空機で利用た。もちろん彼の講演の概要集にはアルコアの 7075

できるためには鋳造・圧延等の製造技術、ロールフォー

合金によく似た住友の合金があり零戦に採用されたとミングなどの加工技術の進歩も不可欠であった。

の記述があるので教授は全く知らないわけではない。

第二に、アルコアが超ジュラルミン 24S を開発でき、しかしながら日本のアルミニウム材料研究者にはよく英独や日本ができなかった背景には、アルコアのアル知られている超々ジュラルミンではあるが，海外では

ミニウムの高純度化技術がある。ジュラルミンの高強無視されるか，あるいはほとんど知られていないこと

度化にとって不純物元素である鉄やケイ素は強度や延がわかった。これは本文でも明らかにしたようにア性を低下させる原因である。アルコアは三層電解法を

ルコアの研究者のプライドが関係していると考えてい1920 年中頃までに完成させ、高純度地金を量産できる。長年、航空機材料を研究してきた筆者は先輩たちたことが 24S の開発につながった。この不純物はどの研究に敬意を表する意味でも、海外に超々ジュラルのような原料を使用するかという問題と深く関わってミンの歴史を発信し続けたいと考えている。

いる。ボーキサイトを使用することで他の鉱石に比べ超々ジュラルミンは住友軽金属（現在 UACJ）に入て不純物量を減らすことができた。戦争ではボーキサ社した我々にとってはアイデンティティみたいなもの

イトの資源をいかに確保するかが材料開発にとって重であり、入社して先輩たちがその業績を教えてくれる。

要であるかが明らかとなった。これは早くから製錬のしかし、詳細はどの程度知っているか怪しかった。幸

研究に関わっていないとできない問題であった。

い、住友軽金属の図書室には戦前からの世界各国の学第三に、超々ジュラルミンが短期間で開発できた理術誌、学術本などと同様に手書きの研究報告書が系統

由は、五十嵐も含め先輩研究者がクロムを添加する

的に保管されている。これらの資料以外にも竹内勝治

研究を超々ジュラルミン開発の前に行っていたこと、博士が当時の製造技術の状況を詳しくまとめて本にし五十嵐はまた 24S クラッド材の耐食性向上研究でクている。残念ながら彼は材料技術者ではないので、合ロムを添加し、その有効性を確認していたことが関係

金開発の状況については詳しくはない。そこで先輩た

していると考えている。こうした幅広い知見と経験をちがそうしたように図書室の奥深いところに分け入っ

もとに、応力腐食割れにも効果的だとの感触を持ってて当時の手書きの報告書などをコピーして読んだ。ま

研究を進めていたものと思われる。そうでなければ 1たこれらの報告書以外に当時の住友金属では、社外向

年以内に成果を出せるような問題ではないと考える。

けの製本された「住友金属・研究報告」という研究論

もちろん彼の研究方法も関係はしているが。

文誌も発刊されていた。系統的にこれらの報告書を読み解くと、短期間で開発できた謎も解けてきた。

最後に、今後の航空機材料開発の展望であるが、残念ながら日本での独自の航空機開発の計画は、三菱のいずれにしても当時の研究者たち、それと研究を指MRJ（SpaceJet に改称）がコロナ禍で凍結された現導してきた先輩たちに感謝したい。研究成果を不十分

在他にないと言える。しかし今後回復し、復活する可でも記録として必ず残す、そして重要な成果は特許取

能性も十分ある。航空機は最先端の技術の集約であり、得する。その後、会社の雑誌や学会に論文として投稿

航空機材料もまたしかりである。航空宇宙を目指さなし、学位の必要な研究者は学位を取得するというシス

い限り、日本の新たな発展はないと言える。航空機材

テムを自然に作り上げていたことに。このシステムはの研究には国の支援が必要である。そのための研究課
航空機用アルミニウム合金の系統化調査489

題も明らかにしてきたが、これを担える人材の確保、育成が企業も含めて最も重要になっている。
謝辞
本 執 筆 に あ た り、 筆 者 を 推 薦 い た だ い た UACJ
R&D センターの前所長渋江和久様には大変感謝申し上げます。また超々ジュラルミンに関わる重要科学技
術資料の保管に関して快くお引き受けいただいた平野清一所長、兒島洋一副所長に篤く御礼申し上げます。
また、製造技術の歴史については元住友軽金属技術
研究所、技術調査役竹内勝治博士の「技術の歩み」を、
戦前の軽合金史については博士が集録された西村秀雄著「随筆・軽合金史」、「続軽合金史」など貴重な技術資料を参照させて頂きました。改めて感謝申し上げます。

490

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March

航空機用アルミニウム合金開発の系統図

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

491

1850

1900

1910

世界の状況

1920

1930

●世界恐慌

●第１次世界大戦

破片を入手

ツェッペリンツェッペリン 飛行船LZ1

1945

1945

●第２次世界大戦

硬式飛行船の時代

軟式飛行船の時代

ジファール
蒸気機関飛行船

1940

ナチス、飛行船の廃止

Hindenburg号

Shenandoah号

ライト兄弟
WrightFlyer

ジェット
プロペ

ジェット機

飛行機の時代（プロペラ機）
全金属製機体ダグラス

DC-3

リンドバーグSpirit of St. Louis

世界の航空機開発

ボーイング

B

世界の軍用機Junkers F.13(独)C-47Skytrain,Dakota

Messerschmitt Spitﬁre（英）Bf 109E（独）Grumman F3F

B29（米）

Grumman F4F Grumman F6F複葉から単葉へ

日本の軍用機

七試艦上戦闘機

日本の航空機開発

九六式艦上戦闘機

九試単座戦闘機堀越二郎
零戦の設計者

零戦

川崎航空機
中島飛行機

S-S式飛行船
25S

合金開発

ホール エルー
アルミニウム製錬技術開発溶融塩電解法Al-Cu合金

Mg無添加

Y合金 Ni添加

耐熱合金 Al-Cu-Mg-Ni合金
RR56

ジュラルミン (Al-Cu-Mg)

ドイツ
ヴィルム
時効硬化 ジュラルミン
現象の発見
発明 アルコア

Si増加

400MPa
17S開発

飛燕

隼

18S B18S

18S B18S
17S

Mg増加

超ジュラルミン(Al-Cu-Mg)

450MPa 24S開発
14S開発

24S

Cr 添加

超々ジュラルミン
住友金属 (Al-Zn-Mg-Cu)

住友伸銅所

ESD開発
600MPa五十嵐勇
ESDの発明者

ツェッペリン飛行船の骨材不時着した零戦
アルコア7S開発
550MPa

HD 合
アルコア
高純度化技術
三層電解法

空白の７

航空禁止

HD

Honda Duralumin
450MPa
Cuを抜く
1850

492

国立科学博物館技術の系統化調査報告

1900

1910

Vol.31 2022. March

1920

1930

1940

1945

航空機以

用途展開
1945

1945

1945

1950

次世界大戦

1960

1970

1980

●朝鮮戦争

1990

2010

2020

●リーマンショック●オイルショック

ロケットの時代

飛行船の廃止スペースシャトル
外部燃料タンク

SaturnV

ジェット戦闘機
プロペラ機

ェット機

2000

H-IIA

ジェット機の時代（民間航空機）

L-049

ローキード
ローキード
民間航空機から撤退

L-1011
マグドネルと合併

3

DC-6

DC-8

マグドネル・ダグラス

DC-10 (MD-11)

ボーイングに吸収

B29D (B-50)

707

727

737

747

767

ボーイング

787

777

Skytrain,Dakota

B29（米）A300

A380

A320 A330 A340

A350XWB

エアバス

Concorde（英仏）

rumman F6F

プロペラ飛行機

艦上戦闘機

エンブラエルボンバルディア
CRJ買収

日本・ジェット飛行機の時代（民間航空機）

三菱重工
零戦

MU-2

SpaceJet

MU-300

P-1

YS-11
飛燕

HONDA
HondaJet

C-2

8S B18S

18S B18S

g)

アルコア
UACJ

2519

耐熱合金、高強度化（Ag添加、Li添加,、繊維強化複合材料、急冷凝固粉末冶金合金）
2618

17S

2017

24S

2024

ルミン
-Cu)

富士重工

溶接構造用(Al-Cu系）、高強度化2219

2017( Al-Cu-Mg系）、特に進展なし
アルコア

2024(Al-Cu-Mg系）
高強度高靭性化、高純度化
2324

2624

2524

7075(Al-Zn-Mg-Cu系）高強度高靭性化、高純度化、高Zn化、Zr添加
75S

不時着した零戦
アルコア7S開発
550MPa

7075

7178

7050

1945

用途展開
1945

1950

2195

2050

CFRP

東レ

7204,7003(AI-Zn-Mg系)、押出性向上、高強度化

UACJ

高強度高靭性合金の研究(Al-Zn-Mg-Cu系)

航空禁止令：
航空機以外へのアルコア
コンステリウム

AI-Li、高靭性化、高剛性化

2090

Zr添加 7204 7003

空白の７年間onda Duralumin
450MPa
Cuを抜く

アルコア

7055

7150

Zr添加

AA規格制定HD 合金、溶接技術の進歩

HD

川崎重工

フレーム

国プロ

フロントフォーク

ホイールリム

馬場義雄
Zrの添加
1960

スイングアーム

1970

1980

1990

2000

2010

2020

航空機用アルミニウム合金の系統化調査

493

航空機用アルミニウム合金の系統化調査番

産業技術史資料 所在確認

名称

製作年

製造社

所在地

選定理由

ツェッペリン飛1910 年代

ツェッペ

UACJ,

愛知県名古屋市

ジュラルミンを用いたツェッペリン飛

リン飛行

R&D

港区千年 3-1-12行船の骨材で、英国で墜落した飛行船

船

センター

号

1

行船の骨材

の残材を海軍が日本に持ち帰り、住友に調査依頼した材料。日本が航空機用
アルミニウム合金の研究開発およびその製造を始める契機となった材料で、先の戦争でその戦禍をまぬがれて保管されてきた貴重な歴史遺産である。

2

零戦用プロペラ

1940~1945

の鍛造金型

住友金属

UACJ

愛知県名古屋市

ジュラルミン系素材を用いた零戦向け

工業株式

正門中庭

港区千年 3-1-12プロペラの鍛造金型。現在、当時のア会社

ルミニウムの製造技術を示すものはほとんど残っていないが、この金型は形状からも明らかなように戦闘機のプロ
ペラの製造を示す貴重な歴史遺産である。

3超々ジュラルミ

1920-1945

住友伸銅

UACJ,

愛知県名古屋市

ジュラルミンから超々ジュラルミンま

ン開発時の

所、住友

R&D

港区千年 3-1-12

での当時の手書きの研究報告書。この

研究報告書

金属

センター

研究報告書を系統的に読み解くことで、世界最高強度の超々ジュラルミン
が開発された経緯とその実験結果が記録された第一級の資料で貴重な歴史遺産である。ここに書かれたデータを元に超々ジュラルミンが開発された。

4海中から引き揚1995 年 91940 年

UACJ,

愛知県名古屋市

当時の超々ジュラルミンの残材は残さ

げた零戦

月頃調査

代

R&D

港区千年 3-1-12

れていないが、実際に海中から引き揚（52 型）の残材

センター

げた零戦の部品を調査することで、当時零戦に使用された材料の成分および性能を明らかにすることができた。その結果、主翼桁に使用された超々ジュ
ラルミンは Al-8.0Zn-1.6Mg-1.4Cu0.35Mn-0.16Cr で、強度は引張強さ 670
MPa, 耐力 591 MPa、伸び 12%で、現在使用されている最高強度のアルミニ
ウム合金と同等であることが確認できた。耐応力腐食割れ性も同等であった。それを示す唯一の貴重なサンプルである。その調査結果は UACJ の研究
報告に残されている。

494

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.31 2022. March