ジュラルミンから超々ジュラルミンまで― 合金開発の歴史と今後の課題 ―
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ジュラルミンと聞いてジュラルミン製鞄や銀色に輝く飛行

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戦前の航空機用アルミニウム合金開発の歴史(1)(3)
欧米のジュラルミンと超ジュラルミン開発

機を想像される方もおられよう．しかし正確にどんな金属だ

1906年ドイツのヴィルム(A. Wilm)が Mg を添加した Al

と答えられる方は少ないと思う．世の中にはジュラルミンとCuMg 合金を焼入れ後室温に保持すると時効硬化を示すこ

アルミニウムの区別もついていない方も多い．金属材料の専とを発見し， 1909 年これをジュラルミンと命名して工業化門家であれば，時効析出型合金の代表例としてジュラルミン

された．この材料がドイツのツェッペリン飛行船に採用さがあり Al と Cu が添加されているくらいは講義で教わった

れ，第一次世界大戦でドイツがロンドンを空爆するのに大いと思うが，Mg が添加されていることは知らない場合が多い．

に利用された．これに刺激を受けた各国の軍事関係者はこぞMg が添加されることがいかに重要であるかをきちんと理解ってジュラルミンを用いた飛行船を作り始めた．一方で，研することは意外と難しいと思う．まずは本論に入る前にジュ

究者にはジュラルミンより高強度アルミニウム合金の開発をラルミンから超ジュラルミン，超々ジュラルミンまでの合金望むようになった．各国の研究者はこれに応え，ジュラルミ

開発の歴史および航空機との関係を概括する．そして，これンに Si を添加した合金を研究するようになり，ジュラルミ

らの合金がなぜ開発できたのかを明らかにし，今後さらに検ンより高強度の超ジュラルミンが開発された．ここでなぜ討すべき課題を述べる．最後に，今後日本が超々ジュラルミ

Si が添加されたのかには非常に興味深い歴史がある．表

ンを超える高強度合金を開発する上での問題点を明らかにに本稿で述べる合金の成分，機械的性質をまとめる(4)(5)．

し，合金開発の展望を述べる．

アメリカでは 1916 年海軍がツェッペリン飛行船の残骸を入手して，アルミニウム製錬事業で規模を拡大したアルコアにジュラルミンと同等のアルコア合金17S(現在では2017)を

表1

代表的な合金の成分と板材の機械的性質(4)(5)．

超々ジュラルミン研究所代表(元株式会社 UACJ 技術開発研究所)(yoshida
esdlab＠hotmail.com)
From Duralumin to Extra Super Duralumin ―History of alloy development and future challenges―; Hideo Yoshida(ESD Laboratory,
Nagoya)Keywords: duralumin, super duralumin, extra super duralumin, 2024, 7075, Zeppelin airship, zero fighter
2021年 3 月26日受理[doi:10.2320/materia.60.391]

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製造させて，海軍の飛行船を建造した．一方，アルコアはそ「ジュラルミン製造技術習得団」を派遣し，鋳造，圧延，押れまでの製錬一辺倒の研究体制を改め，新地金の拡販のため

出，鍛造の技術を学び，1930年にはアルコア(後にアルキャに当時アメリカ最高の非鉄金属研究者を抱えていたリナイトン)と技術提携して大阪の桜島に新工場を建設した．

研究所からジェフリース( Z. Jeffries ，日本では日本金属学

合金開発においても 1932 年頃から超ジュラルミンの研究

会のジェフリース賞で有名な研究者)を招き合金開発を行なを本格的に開始した．陸海軍と共同で欧米の研究をベースにった．その結果，Si 添加の超ジュラルミン14S(2014)と呼ば開発を進め， Si を含んだ超ジュラルミンを開発したが，れる合金を開発した．しかし，この合金は高温時効を必須と1935 年春，なぜか急遽アメリカの 24S に切り替わった．こしたため，高強度は得られるが伸びが低下し，曲げ加工を必の24S は当時海軍が開発していた九六式艦上戦闘機に採用さ須とする航空機の外板や骨格に容易に適用できないという問れた．24S の引張強さは 45～50 kg/mm2(441～490 MPa)で題が生じた．ここで1931年新たに発明されたのが24S(2024)

あったが，海軍はこれに満足せずに 60 kg / mm2 ( 588 MPa )である．この合金は焼入れして室温時効で高強度が得られ，以上の引張強さを持つ合金を開発するよう住友に命じた．

伸びも高いので17S から24S に置き換わった．この24S はジ

1935 年 8 月五十嵐勇が中心になって，新合金の開発を始ュラルミンの成分の Mg を0.5から1.5にしただけで，なめ， 1936 年 6 月には新合金を開発し特許を申請した．このぜこのような合金がジュラルミンができてからすぐにできな合金を超々ジュラルミン ESD(Extra Super Duralumin)と名かったのかについては非常に不思議であった．もちろんジュ

付けた．国策とはいえ，欧米でもできていなかった高強度合

ラルミンの時効硬化機構を理解するのに時間がかかるとして金開発が日本でなぜ一年以内の短期間でなし得たかが筆者にも 20 年も要するだろうかというのが率直な疑問である．そは大きな疑問であった．この合金開発を聞きつけて零戦主翼れもなぜイギリスやドイツではなく，アメリカでできたのでに採用したのが三菱の堀越二郎であった．当時零戦の試作あろうか，ここに問題を解く鍵がありそうである．

機，十二試艦上戦闘機でグラム単位の軽量化を図っていた堀


航空機の発達越は，超々ジュラルミンを主翼の桁に用いると 30 kg は軽くなると試算し，海軍に至急使用したいと申し出て許可された．

第一次世界大戦では，飛行機は高高度を飛行する飛行船に以上がジュラルミンから超々ジュラルミン開発までの歴史は及ばなかったが，飛行船に対抗するために飛行機の開発がと零戦に搭載されるまでの経緯である．この超々ジュラルミ

急ピッチで進んだ．ドイツでは 1919 年ユンカースが波板状

ンは不時着した零戦からその正体が明らかになり，米軍はア

ジュラルミンを機体に用いた全金属製旅客機を開発した．さルコアにそれと同等の合金 7075 を作らせた．この合金こそらにこれは片持ち式低翼単葉機という非常に先進的な機体で戦後の航空機材料の代表的な合金となり，現在はそれを改良あった．しかしながら世界的に本格的な全金属製になるのはした合金が開発されている．こうした事情から日本では

1930 年代である．それまでは木製と金属製の混合構造で，7075 およびその派生した合金も超々ジュラルミンと呼ばれ複葉機が主流であった．飛行機は飛行船に比べて大量には運ることが多い．

べないが，速度が速いのが利点であった．
アルコアが開発した 24S が最初に使用されたのは 1935 年
初飛行の全金属製双発の民間旅客機 DC3 である．DC2 に比して定員を 5 割増としながら，その運航経費は僅か 3ほどの増に過ぎなかった．
「飛ばせば儲かる飛行機」の出現は，

.

合金開発ができた背景と今後の研究課題(1)(3)

ジュラルミン

時効硬化現象の発見と工業化

航空輸送の発展において画期的なことであった．これはひと

ドイツのヴィルムは 1901 年，ベルリン近郊のノイバーベ

えに24S 開発によるところが大きかった．さらに第二次世界ルスベルクにある理工学中央研究所に招聘され，翌年ドイツ大戦では，軍用輸送機(米軍 C 47 スカイトレイン，英軍ダ

兵器弾薬製造会社から真鍮製の薬莢を Al 合金で代替するたコタ)としても活躍し1945年までに約 1 万機生産された．アめの開発委託を受け研究を開始した．彼は Al4Cu 合金を

ルコアは耐食性を向上させるために，芯材の17S や24S に純鋼 と 同 じ よ う に 焼 入 れ し て ， 引 張 強 さ 15.5 ～ 23 kg / mm2

アルミニウム板を表層に貼り合わせたクラッド技術によりア(152～225 MPa)，伸び 5～7を得たが，真鍮の代替には及ルクラッド材を開発した．このアルクラッド材は航空機外板ばなかった．その後研究を続け， 1906 年室温で放置するとに用いられた．

硬くなる時効硬化現象を発見した．Al4Cu0.6Mn 合金



日本における合金開発と航空機に0.5Mg を添加した 3 mm 厚みの板材を作成し，520°
Cの塩浴炉で加熱後焼入れした(6)．その結果，硬さが焼入れ後 2

日本においても海軍がドイツの飛行船に関心を持っていて，

時間まではほとんど変化せずにそれ以降 4 日間にわたって

1916 年イギリスで墜落したツェッペリン飛行船の残骸を日増加し，その後一定になることを確認した．この熱処理によ本に持ち込み，住友に分析させジュラルミンと同じものを作り，引張強さ 40 kg/mm2 (390 MPa)，伸び20～25が得ららせた．しかし日本には当時アルミニウム板を工業生産する

れた．ヴィルムの論文に掲載された Al 3.5  Cu 0.5  Mg

技術がなかった．日本は第一次世界大戦で戦勝国であったた

合金の時効硬化曲線を図に示す(7)(8)．この論文にはマンガ

め，その賠償として住友も陸海軍と共同で 1922 年ドイツにンについての記述はなかった．




特

集

Mg 合金ではなぜ 4 日くらいで大きな強度が得られたかである．これに対して，里らは第一原理計算の結果 Cu と Mg の引力作用が強いために微細なナノクラスターや GP ゾーンが形成され強度が上がるとしているが(9)，化学結合性や相安定性からの検討も必要と考える．
焼入れに関しても，焼入れ凍結空孔が時効硬化に大きな役割を果たし，水焼入れをすることで凍結空孔が増え時効硬化が促進されるとされてきた(8)．しかし筆者らが研究してきたAl Zn Mg 合金では炉冷のようにゆっくりと冷却しても水冷材と同様に室温時効硬化し高温時効で水冷材とほぼ同等な強度が得られた(10)．このことは 50年以上前に筆者の上司だった馬場義雄によって指摘されていた(11)．こうした結果か
ら原子空孔論での焼入れ凍結空孔や空孔集合体，その二次欠陥などが果たして時効硬化に寄与しているのかが疑問である．
Al Cu Mg 合金で徐冷により強度が低下するのは，冷却中に安定相の S 相などが析出し過飽和な固溶原子が減少するからである(12) ．一方， Al Zn Mg 合金において炉冷で高い強度が得られたのは，固溶限が大きく炉冷しても結晶粒界にわずかに安定相が析出するのみで，結晶粒内では冷却後も大半の溶質原子は水冷材と同様に過飽和で非平衡な固溶状態にあったからで，時効処理により水冷材とほぼ同等の強度が得られた(10)．時効硬化にとって重要なのは非平衡状態にあ図1

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(7)(8)．

る溶質原子とその固溶量である．この合金は350～410°
Cで 2時間の軟化処理である程度析出した後の炉冷でも，過飽和な固溶量があれば時効硬化を示す(13) ． AlZn Mg 合金の時効硬化は従来の時効硬化論では説明が難しいと考えている．

1907年 1 月11日，「2以下の Mg と 5以下の Cu を含む
Al 合金で，特に Cu 4 に Mg 0.25～ 0.5 を含む Al 合金が効果的」として特許を申請した( DRP204543 ， 1908 年 11 月
認可)．その後 2 件の関連特許を申請した．
この材料の製造については， 1908 年ドイツ兵器弾薬製造

二つの超ジュラルミン



低純度地金から生まれた超ジュラルミン

ジュラルミンがなぜ室温で時効硬化するかは大きな謎であった．これに応えたのが，イギリスでアルミニウム材料を研会社の姉妹会社でデューレン(D äuren)にあるデュレナ・メタ

究 し て い た 国 立 物 理 学 研 究 所 の ロ ー ゼ ン ハ イ ン ( W.

ルヴェルケ社でのジュラルミン板の工場試作が行われたが，

Rosenhain )らのグループである．第一次世界大戦中に研究

当時の研究所長はこの発明に関心を持たなかった．ヴィルム

していた内容を 1921 年 8 月の機械学会の大会で発表した．

はジュラルミンを自分の手で工業化するために研究所と交渉

彼らの研究グループの一人，ゲイラー( M.L.V. Gayler )はの上，ジュラルミンの特許を彼の名義とし研究所を辞めた．

AlMgSi 系の時効硬化を調べた結果をもとに，AlCuMg

幸いにもデュレナ社がヴィルムの特許の使用権を得て，同社の室温時効硬化も Mg Si 系の析出が関与していると発表し技術役員のベック(R. Beck)博士の協力のもとで工業化に成た．これは当時の地金の純度が悪く，Fe や Si の不純物が多功した．

く含まれていたからである．彼女の発表に刺激を受けた欧米

1909 年ヴィルムとデュレナ社の間でこの新製品に対する商品名の相談があり，ヴィルムは当初ドイツ語で硬いを意味の研究者は AlCuMg 系に対して Si を多く添加した合金を研究あるいは開発した．

する Hart をつけた Hartaluminium を提案したが，国際市場

アルコアも同様に1928年 Si を0.9添加した14S という超を考えフランス語で硬いという Dur を用いてジュラルミン

ジュラルミンを発表した．これらの合金の室温時効硬化はジ(Duralumin)にした．ジュラルミンは1914年，独海軍ツェッュラルミンと同等で，むしろ AlMgSi 合金と同じく高温時

ペリン飛行船用に規格登録され， 1914 年のツェッペリン飛効で硬度が高くなる特徴がある．その後 Al Cu Mg 合金の行船 LZ 26から使われた．

室温時効硬化は，Si を少なくした高純度 Al を使った実験でも認められるようになり， Si が時効硬化の原因ではないこMg 添加および焼入れの役割とが明らかとなった．14S は成形で伸びを必要とする航空機

ジュラルミンの発明で重要なのは， Al Cu 合金では大し外板には適さなかったが，高温時効した押出材や鍛造品で使た室温時効硬化が得られないのが， Mg を添加した Al Cu 

用できることがわかり現在も2014として活用されている．

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

高純度地金から生まれた超ジュラルミン



五十嵐の Cr 添加超ジュラルミン

アルコアは世界に先駆けて1920年代前半に高純度 Al を作

日本においても朝鮮の明礬石や満州の礬土頁岩を製錬してる精錬技術，三層電解法を確立し，99.8以上の純度を有すできた不純物の多い国産地金を使うことを前提として，欧米る地金の製造を工業化した．高純度地金を用いた実験の結果，と同様な Si 入りの超ジュラルミンを開発していたが，不純Al Cu Mg 合金の室温時効硬化を高めるには Si ではなく，物の少ない地金が生産できるボーキサイトをビンタン島から

むしろ Mg をジュラルミンの0.5から1.5に増やすことで安定的に入手できる見込みが立って，海軍はアルコアと同じ

さらに高くなることが明らかとなった．アルコアは 1931 年

24S に切り替えたと考えられる．図は24S の生産を開始しこの合金を超ジュラルミン24S として実用化した．この合金

た1935年に五十嵐が調べた結果で，99.8地金を用いた Al

が今日まで航空機の外板として利用されている 2024 であCu Mg 系合金の引張強さに及ぼす Cu, Mg 添加量の影響をる．現在では超ジュラルミンというと 2024 を指すことが多示す(18) ．最適な合金成分はほぼ 24S の成分になっているこい．

とがわかる．こうした結果についてアルコアは 1920 年代後

しかしながら，次節で述べるが，五十嵐らが調べたよう

半にはわかっていたのではないかと推測している．

に，世界の研究者がジュラルミンの合金成分近傍に最適な解

五十嵐は超々ジュラルミンの研究開発と同時に24S の特性があることをもっと早く調べなかったのかが不思議である．

を調べて，さらに Cr を添加して耐食性を向上させる試験をこの原因として，ジュラルミンに不純物の Fe や Si が多く行なっていた．そして特にクラッド材の皮材に Cr を添加す

含まれると Cu や Mg と結合して， AlFeCu 系， Mg2Si 系の

ると芯材の Cu の皮材への拡散が防止できることを見出して粗大な化合物が形成され，溶体化処理でも容易に溶け込まずいた．なぜなら当時，溶体化処理時に皮材に Cu が粒界拡散

Cu や Mg の固溶度を低下させるために強度が向上しなかっするとクラッド材の耐食性が低下することが問題となっていたことが大きな原因と考えている．さらに Mg の増加で鋳たからである．これらの試験結果をもとに， 1935 年 12 月に造や圧延が困難という技術的な制約もあり躊躇したことも考は心材の 24S に Cr0.13 ，皮材に Cr0.23 添加した超ジュえられる．

ラルミンクラッド材を開発した． Cr 添加は粒界拡散を抑制

強度を向上させているのは Al Cu Mg 系の S 相であるとする効果があることも明らかとなった(19)(20)．こうした研究の見解を出したのが状態図を研究していた京都大学教授の西は現在でも問題となっている24S 板材の腐食対策にも利用で村秀雄であった．図はアルコアの研究者フィンク( W.L.

きる可能性がある．今日的視点からの見直しが必要であろう．

Fink)らの高純度 Al を用いた時の Al4Cu 合金の室温での時効強度に及ぼす Mg 添加量の影響を示す(14)(15)． Mg の添加量が増えるに従い，強度が向上しかつ時効速度が速くなる

超々ジュラルミン(1)(3)

超々ジュラルミン合金の選定

ことがわかるが，前述のジュラルミンと同様，なぜ Mg の住友が超ジュラルミンとして 24S の製造を始めた 1935 年

添加量を増やすほど強度が高くなり時効速度が速くなるかがに，海軍が要求した 60 kg / mm2 ( 588 MPa )以上の合金開発疑問である．材料の強度は一般には原子の結合状態や構造がを始めた五十嵐勇は，社内の研究報告 No. 3326 「強力軽合関係していると考えられるが，時効析出に関して化学結合か金の探求，No. 1」(1935.8.10)を書き，研究開始宣言を行な

らの研究は少ない．最近，山本悟らは原子価，電気陰性度やった．そこで探求の方向として，イギリスのローゼンハイン

価電子の空席に注目した化学結合論で金属の材料強度や原子の E 合金(Al20Zn2.5Cu0.5Mg0.5Mn)，ドイツの拡散が説明できることを提案している(16)(17)．時効硬化に関してもこうした化学結合からのアプローチが必要になってきていると考える．

図2




高純度 Al4CuMg 合金の室温時効硬化(耐力)に及ぼす Mg 添加量の影響(14)(15)．

図3Al Cu Mg 系合金の引張強さに及ぼす Cu ， Mg 添加量の影響(18)．

特集

のザンダー( W. Sander )のザンダー合金( Al 8  Zn 1.5 

頃，住友は駆逐艦の復水器用黄銅管にて時期割れが生じてそMg0.5Mn 系)，さらに AlZnMg 系合金に及ぼす第 4 元の対策に苦労した経緯があり，そこでの評価法が役に立った素(Cu, Si, Fe, Ni, Mn, Sn, Cr, Co, Mo, W), Li が添加されたと言われている(21) ．こうした評価試験の結果，図に示す

AlZnMgLi 合金の検討を始めたことを述べている．

ように応力腐食割れに対し Cr 添加が非常に優れていること

新合金の開発では， 1936 年 2 月の報告書に E 合金，ザンがわかった(22)．1937年 2 月の時点で ESD の合金成分は Al

「Al
ダー合金(S)，超ジュラルミン(D)の配合比率を変えて，

8 Zn1.5Mg2Cu0.5 Mn0.25Cr となり，板材のCu Zn Mg 四元合金に相当優秀なものがないかという仮想工場試作の結果，引張強さは 570 ～ 590 MPa ，耐力は 470 ～の許」に系統的な実験を行い，強度と加工性を基準に合金成

510 MPa，伸びは10～16が得られた．

分を決めたとある．加工性は(最大硬度－焼鈍硬度)÷焼鈍硬度から求め，大きいものほど加工性が良いと考えた．加工性

は工業的に製造が可能かどうかの判断となる．その結果，3

興味深いことに特許は 1936 年 6 月 9 日には「鍛練用強力種類の合金を選定し，板材，押出材で機械的性質を評価し軽合金」として出願されていることである．時期割れを防ぐ

た．同年 6 月には上記合金を ESD 合金と名付け， Ni,

Fe,

ことで Cr 添加が書かれている．研究報告書を見る限りはCr, Ca, Ti, V などの元素を添加し，機械的性質と耐海水性を1936 年 6 月には主要な合金成分がほぼ決まり，耐海水性を調査した．さらに 24S と同様に Cr 添加した皮材をクラッド調べただけで時期割れの評価はなかった．しかし24S クラッ

Cr 添加の役割した ESD 合金を試作し，密着性良好，加熱による銅の拡散性は規定時間内では問題なしと結論づけている． 7 月にはCr 入りクラッド材を腐食液に浸漬後腐食減量を測定し，裸材と比較し著しく改善することを報告している．


応力腐食割れの評価方法の確立

1936 年 8 月から翌年 1937 年 2 月までの社内の研究報告では ESD 合金の応力腐食割れに関する系統的な実験を行なった結果をまとめている．応力腐食割れはイギリスの E 合金
やドイツのザンダー合金でも問題となり，実用化できなかった原因でもあった．当時，応力腐食割れは時期割れと呼ばれ，その原因も不明で評価法も確立されていなかった．五十嵐らはまずその評価法の確立から入った．その中の一つ，U
字曲げ試験を示した報告書を図に示す．幸い， 1928 年

図4

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図5

AlZnMg 合金の応力腐食割れに及ぼす Cr 添加の影響(22)．

曲げ試験による応力腐食割れ評価．



ド材の結果や簡便な評価試験で Cr が応力腐食割れ抑制に効合わせは最強である．

果的だとの結果を得ていたのではないかと推測される．その第五に，製造現場の協力である．実用化するには製造の協力

後の研究は，系統的な試験でさらに優れた合金がないかを探なしでは達成できない．お互いの信頼関係が重要で，製造も求するようなものであったと考えている．

また研究の要請に応えて，連続鋳造技術，圧延加工性向上，

応力腐食割れは粒界で生じる粒界割れである．特に室温時圧延速度向上などの製造技術が進歩していく．

効させた T4 材や最高強度を示す T6 材で生じやすい．応力
腐食割れ防止のために Cr や最近では Zr が添加されるが，これらの元素が添加されると溶体化処理後も小角粒界を有す.

戦後の航空機用アルミニウム材料と超々ジュラル
ミンを超える材料開発の課題(3)(23)(26)る亜結晶粒界が発達しやすい．小角粒界は大角粒界に対してPFZ(Precipitate Free Zone)の幅が狭くなり，粒界析出が少

戦後， GHQ により航空禁止令が布告され，航空機の研究

なくなる． PFZ は粒内に比べて溶質原子の少ない領域で電開発，製造は禁止されていたため，戦争中，航空機に携わっ位差が生じやすく，粒界腐食の原因となりやすい． Cr はていた研究者や技術者の多くは鉄道車両，自動車やモーター

PFZ の幅を狭くすることで局部腐食である粒界腐食を抑制

サイクル開発に移っていった．

していると考えられる．かつて五十嵐は「局部腐食などケチ

鉄道車両の分野では，押出性，溶接性に優れた Al Zn 

なことを言わずに，全面腐らせよう」として腐食の起点としMg 系合金が車両に利用できることがわかり，新幹線車両なて Cr 添加したと言っていたが，この仮説も現在の知見で考どに利用された．この合金は戦前，超々ジュラルミンの押出えるならば， Cr 添加で腐食の程度は別として，PFZ 生成を性を向上させるため，陸軍の後援で，産学共同で開発された

抑制して組織を全面均一化して局部腐食を抑制できたというAlZnMg 系合金である HD 合金(本多光太郎の名前にちな意味では当たっていたのかもしれない．応力腐食割れは Cr

んでホンダ・ジュラルミンと呼ばれた)の流れを汲んでいる．

添加で大幅に低減できただけで完璧に防止できたわけではな

しかし， Cr が添加されていると焼入れ性が劣るため，住い．最近では水素が関与しているとも言われているが，応力

友軽金属の馬場義雄らはそれに代わって，空冷でも焼きが入

腐食割れとの関連は明らかではない．応力腐食割れに及ぼする焼入れ性の良い Zr 添加合金を世界に先駆けて開発し，Cr の役割についてはまだまだ検討すべき課題が多い．

1970 年 7N01 (現 7204 )が制定された．さらに 7204 の Mg 量を減らし， Zn 量を増加させて，さらに押出性を高めた合金

短期間で開発できた要因

7003 が 開 発 さ れ ， 日 本 で 最 初 の AA ( Aluminum Associa-

なぜ一年以内の短期間のうちに世界に先駆けて世界最高のtion )国際登録合金となった．この合金により広幅の大型形

Al 合金が開発できたのかということである．以下の要因が材の製作が可能となった．この 7003 は，新幹線の車両はも考えられる．

とより，コンテナー，バンおよびトレーラー等の強度メンバ

第一に，海軍からのニーズ，目標値が明確であったこと．

ー，また中空押出も可能でオートバイや自転車のリム，自動第二に，強度を達成するには，図 3 からわかるように超ジ車のバンパーなどにも広く利用された(27)．この合金開発もュラルミンの延長上では難しく，さらに高強度が得るために

超々ジュラルミンと同様，世界に先駆けて行われた独創的なは E 合金やザンダー合金のように Zn の添加が必須だと考え研究である．この Zr 添加は航空機用アルミニウム合金にもていたこと，これは Zn の固溶度が大きいことが関係してい適用され，最近のほとんどの7000系合金には Zr が添加される．その意味で E, S, D の合金をベースにそれらの配合比率ている．

を変えた中に答えがあるだろうと予測したことである．この

航空機の分野では，YS11以外には日本独自の航空機開発

ためにはそれぞれの合金の特徴をよく把握していないと開発がほとんどないために，日本で開発された航空機用合金はできない．五十嵐は超々ジュラルミンの研究の前に Al 合金

2024 合金に代替する合金として開発された 2013 以外にはな

全般，さらに Cu 合金や Mg 合金について強度や耐食性など

いと言わざるを得ない状況である(28)．

幅広く研究をしていたことが大きな助けになったと考える．

表は航空機用アルミニウム合金の開発の歴史とそれが最第三に，応力腐食割れに対して，その評価方法を早く確立し初に適用された航空機である(29) ． 7150, 7055 は 7075 の Zn,て割れが生じる条件を探し出さしたこと，そしてその結果ク

Mg, Cu の成分量を変え不純物を低減させることで強度や靭ロム添加が有効であることをいち早く見出したことである．

性を向上させ，微量添加元素の Cr を Zr に置き換えること

彼は研究に対して，いつも「未熟な理論を絶対だと考える

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．

な．疑問が生じたとき，どうしてだ，どうしてこうなるのか

その結果引張強さ 650 MPa のレベルまでの合金ができてきと繰り返し，徹底的に調べなくては駄目だ．思った結果と矛た．これらの合金開発は戦後のアルコアなどの研究開発の成盾した事実が示されたときのみ進歩があり，発展がある」と果であるが，基本的には ESD がベースになっているとも言の姿勢で臨んだ．

えよう．

第四に，実験の巧みな北原五郎の存在があったことである．

2000 系合金に関しては 2324, 2524 があるが，これらは延五十嵐の実験はほとんど北原が行ってきた．実験結果を俯瞰

性，靭性，疲労亀裂進展特性を改善するために 2024 の地金でき方針を立てる研究者と優れた実験ができる研究者の組み純度を高純度化したもので，基本的な成分は 2024 と変わっ

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特

集

表2

航空機とそれに用いられた新合金(29)．

図6

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(29)(30)．

ていない．図は耐力と破壊靭性の関係を示している(29)(30)．一般に耐力をあげると破壊靭性は低下する反比例の関係にあるが，戦後この反比例の関係が右肩上がりになっていることがわかる．これは不純物の制御や加工熱処理法により組織制御することで材料の靭性を向上させてきたことによる．最近の7000系合金では Zn が 7～10程度まで添加された合金が多くなっていて，超々ジュラルミンの Zn が 6～

図7

高強度高靭性合金開発の歴史と今後の目標．

9であったので，合金成分で言えば世界はようやく超々ジュラルミンのレベルまできたともいえよう．
今 後 の 材 料 開 発 は 既 存 材 料 の 性 能 向 上 ， Al Li 合 金 やとがわかり，何かしら記録に残しておきたいということでこ

CFRP 炭素繊維複合材料の採用が考えられ，コストや性能の 10 年間ほど軽金属その他の雑誌に執筆し，最近そのまとからそれぞれの材料の棲み分けができてくると考えられる．

めとして「超々ジュラルミンと零戦｣(3)という本にまとめる

既存材料の性能向上では，超々ジュラルミンの性能向上はまことができた．本稿で述べたことの詳細はこの本を読んでいだまだ可能性はあると考えている．かつて五十嵐は，80 kg/

ただければお分かりいただけると思っている．歴史は調べれmm2 ( 785 MPa )は出すことができると言っていた．これをば調べるほど疑問が出てくるが，うまくジグソーパズルがは阻んでいるのが靭性，延性である．図からもわかるように高まり納得することもある．学問的には先人たちを悩まし続け強度にすると靭性や延性が低下することである．この原因のた応力腐食割れはなぜ生じるのかという最大の問題は，まだ一つに鋳造組織があり，高濃度の成分の偏析や化合物が粒界十分解決してはいないと考えている．Cr や Zr 添加と過時効に残存して圧延熱処理後もその結晶粒界に残存してしまうこ

熱処理で実用的には問題ないレベルまできたが，全く大丈夫とによると考えている．これを解決するには鋳造組織に巨大とは言い切れないところが悩ましい問題である．また時効硬歪みを付加することで結晶粒界を剪断により破壊することで化に関しても従来の原子空孔論では説明のつかない現象も出ある．名古屋大学名誉教授の金武直幸らは基礎研究の結果，てきている．時効硬化論を発展させて超々ジュラルミンを超温間圧縮ねじり加工法が有効であることを明らかにした．こえる新合金を開発できれば世界のレベルを大きく超えて行く

こにヒントがあると考えている．次世代の研究者には図にであろう．

示すように靭性，延性，応力腐食割れ性に優れた引張強さ
700～750 MPa の合金開発に挑戦して世界をリードすること

文

献を期待する．

.

お わ

り

に

日本では超々ジュラルミンに関して，零戦に使われた合金ということでアルミニウムの関係者にはそれなりに知られていると思っていた．しかし海外ではあまり知られていないこ

ま て り あ 第60巻 第 7 号(2021)
Materia Japan( 1 ) 吉田英雄軽金属，65(2015), 508516, 590598, 627
637, 66(2016), 26
38, 97106, 136149.
( 2 ) 吉田英雄まてりあ，57(2018), 263270.
( 3 ) 吉田英雄超々ジュラルミンと零戦，昭栄社印刷所，(2020).
( 4 ) 日本アルミニウム協会編アルミニウムハンドブック，改訂 7版，(2007).
( 5 ) Aluminum, properties and physical metallurgy edited by J. E.
Hatch, ASM, (1984).

( 6 ) M. H. Haas: Aluminium, 17(1935), 502509.
( 7 ) A. Wilm: Metallurgie, 8(1911), 225.
( 8 ) 幸田成康監修合金の析出，丸善，(1972), 95.
( 9 ) 里達雄まてりあ，56(2017), 338345.
(10) 吉田英雄，渡辺威郎，八太秀周軽金属，67(2017), 4148.
(11) 馬場義雄日本金属学会誌，31(1967), 910915.
( 12 ) 鈴木太一，八太秀周，吉田英雄軽金属， 68 ( 2018 ) , 333 
338.
(13) 松田眞一，吉田英雄軽金属，44(1994), 400405.
(14) W. L. Fink, D. W. Smith and L. A. Willey: Age Hardening ofMetals, ASM, (1940), 3155.
(15) W. A. Anderson: Precipitation from Solid Solution, ASM,
(1959), 150207.
( 16 ) 山本 悟，塙 健三これからの材料学―同時の価電子数と価電子の空席数―，ミューズ・コーポレーション，(2019).
( 17 ) 竹田真帆人，田邊晃生，塙 健三，山本 悟合金論の歴史と論理，ミューズ・コーポレーション，(2007).
(18) 五十嵐勇住友金属工業・研究報告，2(1937), 9911020.
(19) 吉田英雄軽金属，66(2016), 2638.
(20) 五十嵐勇住友金属工業・研究報告，2(1937), 12801294.
(21) 佐藤史郎私信．
(22) 五十嵐勇航空機用材としての軽合金の研究，学位論文(大阪帝国大学)，(1939), 37.
(23) 吉田英雄住友軽金属技報，46(2005), 99116.
(24) 吉田英雄住友軽金属技報，54(2013), 264326.
(25) 吉田英雄軽金属，65(2015), 432440.

(26) 吉田英雄軽金属，65(2015), 441454.
(27) 馬場義雄，吉田英雄住友軽金属技報，18(1977), 6879.
(28) 吉田英雄住友軽金属技報，54(2013), 250
263.
(29) A. S. Warren: Proceedings of ICAA9, Edited by J. F. Nie et al.,
IMEA(2004), 2431.
(30) B. Smith: Advanced Materials & Processes, Sep. (2003), 41
44.
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吉田英雄

1975年 京都大学大学院工学研究科冶金学専攻
修士課程修了，住友軽金属工業株式会社入社
1991年 学位授与 京都大学工学博士
2007年 同社，常務執行役員待遇理事
研究開発センター 常務研究員
2009年 軽金属学会副会長
2013年 株式会社 UACJ 技術開発研究所顧問
2017年 同社退社，超々ジュラルミン研究所設立
2020年 日本金属学会フェロー認定◎自動車，航空機，鉄道車両，自動車などの輸送機用構造材料を中心に材料開発に従事．航空機ストリンガ
ー材，超塑性材料や自動車ボディシートなどの板材，
オートバイのフロントフォーク，鉄道車両構体などの押出材，サスペンションアームなどの鍛造材の開発に携わった．現在は超々ジュラルミン( ESD )開発の歴史の発信と最新のアルミニウム材料の情報収集および普及活動を行っている．
https://esdlab.jimdo.com/★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

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