ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2021.2

No.412TODAY

郷土金沢と先端研究かる。これを伝統工芸で実現しているのが、金箔を積層して接合する焼き合わせで、これを使った載金（きりか明星大学連携研究センター 教授ね）は、仏像などの装飾や現代工芸にも用いられている。
東京大学 名誉教授
金は酸化しにくく（それゆえに何千年も不変で貴須賀 唯知
金属と呼ばれる所以である）、表面の有機物や水酸化物などの吸着層を除去すれば、このような直接接合冒頭から私事で恐縮だが、当法人の専務理事・小 が接触だけで実現する。これに対し、一般の金属や紫正樹氏と私は、高校・大学と同級で 50 年来の学友 半導体では、表面にはこのような吸着層に加えて、である。高校は金沢大学教育学部附属高校、自由な より安定な酸化物が形成されている。そこでこれら校風でまた北陸随一の進学校でもあった。の層を除去し、金と同様に金属本来の清浄な表面をその金沢が誇る伝統工芸が金箔である。金沢の金箔 露出させてやれば、その表面同士を接触させるだけ製造は、加賀藩の時代に始まり、途中江戸幕府の金 で、加熱することもなく、その金属や半導体を強固座・銀座での独占のための締付けあったものの、工 に常温で接合することができる。この表面層の除去
程ごとにさまざまな和紙を使って打つという技術と をイオンビームやプラズマの照射などの物理的な方細やかな工程管理から品質を上げ、明治以降生産量 法によって行い、原子レベルで表面を清浄化・活性を伸ばし、今や国内のほぼ 100%が金沢で生産される 化して常温で接合する方法は表面活性化接合（SAB：に至っている。金箔はこのような手作業で 0.1 μ m（マ Surface Activated Bonding) と呼ばれている [2]。
イクロメータ）以下の薄さにまで叩いて薄く延ばさ
図 2 は、30 年前に筆者が提案し、実現した最初のれて出荷される。
常温接合の例で、サファイアとアルミニウムの常温
このような薄い金箔は 2 枚重ねると、自重や静電 接合である。当時は、常温接合の可能性はその原理気のため密着し、再び剥がすことは難しい。金表面に からは理解されても、実際の接合技術として使えるは伝統的な灰汁処理をした箔打紙から出る潤滑性の のか、実質的な強度は大きくないのではないか、と高い金属石鹸成分が付着しているが、200℃以上に加 いうような疑問が呈され、またこの写真も間違えて熱されるとこれらの有機成分は酸化除去され、金同 上下逆さまに掲載されたことから（図右での掲載を士の接合が起きる。実際、この金箔の積層面を透過電 意図していたが、掲載されたのは図左であった）、単The University Of Tokyo
子顕微鏡で観察すると、粒界転位が観察され（図 1）[1]、 にサファイアの上にアルミニウムの試料が乗っかっ原子レベルで金箔同士の接合が起きていることがわ ているだけではないかと揶揄されたものである。
また 20 年程前に、ダイヤモンドとアルミニウムの接合成功がマスコミで放映された際には、マンハッ
タンで宝飾ダイヤを扱っている人から、デザインの制約になっている留め爪を無くしたいのでダイヤと0.1m

図１

金の薄膜を積層したときに界面に観察される粒界転位（透過電子顕微鏡像）[1]

図２ サファイアとアルミニウムを常温接合した最初のサンプル。ピンセットで摘んで持ち上げたところ。実際の強度は引き剥がそうとしても接合面で壊れないくらい強い。図右での掲載を意
Suga Laboratory 2
図していたが、掲載されたのは図左であった。同じ写真であるが、図右のほうがついているように見える。

1

金属の直接接合はできないかという話があった。そ 産地で、品質も日本最高であった。当時の火薬といの後検討を続けたが、結果的には、表面活性化のた うのは、黒色火薬であり、化学的には硝酸カリウムめのイオン衝撃や中間層によって僅かに色がついて （煙硝、硝石などと称されていた）に木炭・硫黄を混しまうため、そのままで宝飾用途としては難しいと ぜたものである。金沢城（今は搦手門（裏門）の石いう結論になり、その研究自体は中断している。
川門が残るのみである）は、山側から張り出した小ただ CVD（Chemical Vapor Deposition；化学気相 立野台地の先端に位置する兼六園の先の深い堀を境成長法）ダイヤモンド薄膜の研究開発が進み、6 イン にした高台にあり、外堀につながる犀川・浅野川にチウエハサイズ（約 15cm 径）のダイヤモンド薄膜 挿まれ、要害としては最良であるが、水の便は極端も入手可能な時代となった。現在、5G（第 5 世代移 に悪い。そのため犀川上流から辰巳用水を引き、兼動通信）基地局や衛星通信システム、自動運転シス 六園から城内にサイフォンの原理で水を供給していテム向けなど、パワーデバイスの小型化・高出力化・ た。その辰巳用水の通り路にあった村が土清水であ高効率化が求められている。しかしそれとともにデ る。その土清水に用水を利用した水車小屋を立て、バイスの発熱量が増大して、これが安定動作や信頼 煙硝と木炭、硫黄を突き混ぜて大量の火薬を調合す性向上のネックとなっている。この問題解決の切り る火薬製造所が建てられたのである。土清水をさら札として、絶縁体で熱伝導が最も高い材料であるダ に山の方へ辿ると金沢の奥座敷ともいわれる湯涌温イヤモンドを放熱基板として使い、パワーデバイス 泉へ突き当たる。その奥を更に遡ると、小矢部川上用半導体を低熱抵抗で接合することが考えられる。 流から庄川沿いの道を経て、富山の五箇山に出る。
ただ、これまでダイヤモンドと GaN（窒化ガリウム） 五箇山は合掌造りで現在、世界遺産に指定されていなどの半導体の直接接合技術がなく、それはアイデア るが、実は、江戸時代煙硝の国内最大の産地であった。にとどまっていた。しかし、表面活性化接合によれ 煙硝を作るのに必要な水、養蚕による糞や土があり、ば、これらの材料も常温で直接接合することが可能で 外部との交流を遮断して秘密を守りやすいという利ある。実際、昨年、ダイヤモンドと GaN の接合界面 便もあったと考えられている。ここで作られた煙硝で世界最小の界面熱抵抗が実証されたことから [3]、そ が土清水の煙硝蔵に運ばれていたのである。の実現への期待は一気に高まっている。また常温接実家には高校までしかおらず、その地の歴史的位置合が従来の接合手法に比較し優位な点として、熱膨 づけには考えも至らなかった私には、思いがけない張の違う異種材料を接合することも問題なく可能で 情報であった。複雑な工程の上に成り立ち、科学的あることがあげられる。現在、携帯電話には各国の 分析も十分には及ばない伝統工芸や古典技術は、原周波数で動作を保証するため表面弾性波（SAW）フィ 理を辿れば行き着くところは同じであっても長い時ルタが多數内蔵されているが、その多くは常温接合 間をかけて最適化を行なってきた結果がいつしか経によって製造されている。
験として積み重なっている。今、先端技術と呼ばれただ、これら先端技術におけるウエハ材料、すなわ ているものは、実はかなり単純な原理に基づき、だち、ダイヤモンド、GaN、SAW 用ニオブ酸リチウム からこそ再現性が確保され工業的に広く使われる技（LiNbO3）などの材料開発における中国の追い上げは 術でもある。しかし一方で、時間をかけて醸成する著しい。また先端接合技術の研究開発や製造プロセ 研究プロセスを経てこそ、他の追従を許さない唯一スへの投資意欲も高く、日本で始まった表面活性化 無二の技術に成熟させることができるのであろう。
接合においても、日本の先行メリットはすでに小さ いまだに先端研究を標榜し、もがいている私も、望くなっていると感じている。
郷の念とともに少し反省を込めて、これまでの研究再び、私事に戻るが、金沢の父が去る 11 月に他界 を振り返ることができそうである。
した。遺された PC の中に金沢大学を定年退職した頃（なおこの小文を亡き父 須賀操平に捧げる。）の 30 年ほど前に行なったらしい講演原稿を見つけ 文献た。本来の専門ではなかったはずだが、加賀藩と黒 [1] T. Schober & R. W. Balluffi, Dislocation sub-boundary arrays in oriented
thin- film bicrystals of gold, The Philosophical Magazine: A Journal of色火薬に関するものであった [4]。金沢の実家は、市Theoretical Experimental and Applied,(1969) pp. 511-518.
[2] 須賀唯知：表面活性化による常温接合とそのメカニズム、応用物理、内はずれの土清水というところにある。清水は湧清
89 巻 9 号 2020 年 p. 498-508.
水が多いところに見られる地名ということで「しょ [3] F. Mu, R. He, T. Suga: Room temperature GaN-diamond bonding for highpower GaN-on-diamond devices, Scripta Materialia 150 (2018) 148–151.
うず」と読まれる地も多い。土清水は、金沢ではさ [4] 須賀操平：加賀藩における火薬の歴史 - 土清水村の塩硝庫 -、(1992)
金沢女子大学紀要第 6 巻８頁
らになまって「つっちょうず」と発音されているが、著者：須賀 唯知（すが ただとも）
今では地元でも読めるひとは少なくなっている。
略歴 明星大学教授、東京大学名誉教授。1979 年東京大学大学院修士課程修了。マックスプランク金属研究所研究員、東京大学助教授を経て土清水は、実は、加賀藩の火薬製造所と火薬庫（煙 1993 年より東京大学教授、2019 年定年退職、同 4 月より現職。常温接硝蔵）があったところだという。加賀藩は江戸初期 合技術を提案、実装やエコデザインに関する産学連携にも尽力している。
連絡先 〒 191-8506 東京都日野市程久保 2 丁目 1-1 明星大学連携研究から明治維新まで 250 年あまり日本最大の火薬の生 センター E-mail: suga@gakushikai.jp
JRCM NEWS No.412

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JRCM REPORT

アルミニウム VISION2050 について

（一社）日本アルミニウム協会

専務理事

田端 祥久

（一社）日本アルミニウム協会では、「アルミニウムVISION2050」（以下「アルミ VISION」という。）を策定し、(3) CO2 の削減の見込み
CO2 の削減の見込みについては、先行して、「アルミニ昨年（2020 年）9 月、公表しました。本稿では、アルミ VISION の訴求点を紹介します。アルミ VISION の本ウム圧延業界の温暖化対策長期ビジョン」として公表している（2020 年 3 月）。*2 日本で使用されるアルミ展伸文は、当協会のホームページでご覧ください。*1
1. アルミ VISION の訴求点

材に係る CO2 負荷の削減という趣旨で、アルミ地金の製造段階における CO2 の削減も考慮に入れる内容とした。
展伸材の製造工程において循環アルミ（再生地金）の投(1) 全体コンセプト
アルミの 2050 年の人入量を増やし新地金の投入量を減らすことによって、アルミ展伸材の製造に係る CO2 の合計排出量の削減が可能

類社会への貢献を構想する上でのキーワードは、次のものとした。

であるとの考えに基づくものである。
2050 年の「地金製造段階を含む展伸材製造時の CO2排出量」の削減の見込みとして、対応可能な対策を踏ま「アルミニウムは生まれ変われます」

えた上で、2017 年比で次のとおり設定した。
【シナリオ①】（圧延業における削減努力）：44％削減このコンセプトを表現した図 1 のポスター
を 作 成 し、 東 京 及 び 大阪の地下鉄の主要駅に
図 1 アルミの循環性能を掲示を行った（2020 年訴求するポスター
12 月）。
(2) リサイクル（循環）の目標
国内のアルミ関連製品の生産量（2019 年）3,448 千トンに対し、投入された新地金は 52％の 1,807 千トンである。すなわち、48％はリサイクル由来の循環アルミ（再生地金）である。
アルミ全体のリサイクル率が高いのは、アルミ鋳造材のほぼ 100％が循環アルミで製造されるためである。一方、展伸材での循環アルミの使用比率は低い水準（10％程度）に留まっており、今後の課題は、展伸材で循環ア

1) 展伸材製造時の CO2 排出量の最小化（従来の省エネ努力の深掘り）
2) アルミの高度な資源循環の実現（循環アルミ（再生地金）を最大限に用いる）【シナリオ②】（①に加え新地金製錬の革新に期待）：68 ～ 78％削減
アルミの製錬技術の革新により、新地金の CO2 原単位が低減されることに期待する。

ルミの使用を拡大することである。
こうしたことを踏まえて、今後のアルミ展伸材における循環アルミの比率について、次の目標を掲げることとした。
2030 年：30％、 2050 年：50％
この目標に到達するためのロードマップとして、次を掲げた。

図 3 アルミニウム展伸材におけるCO₂ 排出の長期的な削減の方向

・スクラップは、アルミニウムの純度が低いものほど量が多い。
・現状では、スクラップのアルミニウムの純度が高いアルミ缶は循環利用されている。展伸材全体では循環使用率は10%程度。

(4) アルミに関する研究開発の方向
2020 年度に改訂した「アルミニウム技術戦略ロード

・行動目標1 ： 社会システム的対応で、循環使用率10%を超える水準を段階的に実現する。
・行動目標２ ： スクラップ選別の技術革新等により、2030年までに、循環使用率30%を目指す。
・行動目標３ ： 循環に関する技術革新の完遂により、2050年までに、循環使用率50%を目指す。

高←ス
クラップのアルミ
ニウ
ムの純度→低マップ」に基づき、アルミに期待される役割を果たしていくうえで、特に重要となる技術の内容と、そのキーワースクラップのアルミニウムの純度と循環可能な量との関係（矢印の水準までの利用を目指す）【循環使用率10%+α】＊社会システム的対応により実現

ドとして、次のとおり掲げた。
①アルミの循環（再生）に関する技術革新
キーワード：「アルミニウムは生まれ変われます」【循環使用率３０％】＊スクラップ選別の技術革新等により実現＊部分的に水平循環システムを構築＊2030年までに達成【循環使用率５０％】＊循環に関する技術革新の完遂により実現＊水平循環システムを確立＊2050年までに達成

アルミニウムの純度が低いものほどスクラップ量は多い②アルミの金属組織の設計に関する技術革新
キーワード：「アルミニウムは実は強いんです」、「アルミニウムは熱を余さず伝えます」③アルミの接合に関する技術革新
キーワード：「アルミニウムは他材料と上手に協調します」

スクラップ数量

図 2 アルミ展伸材における循環使用率の向上の道筋

JRCM NEWS No.412

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(5) アルミ需要の見通しや気付きが数多くあった。そのうち、自動車のアルミ化

個別需要分野の動向から、2050 年までのアルミの国内需要の見通しの試算を行った。
需要分野としては、自動車、建設、飲料缶について、による燃費の向上はどれほどかについて紹介したい。
自動車１台当りのアルミ使用量が、既述の見通しのとお り、2019 年 の 172kg/ 台 か ら 2050 年 に 288kg/ 台

重点的に精査した。また、ロボット、移動通信（5G 等）、蓄電池、半導体製造装置、熱交換器における新規需要のへと増加すると、標準的な自動車の重量（1,359kg）は、71kg 軽量化される。この軽量化によって、自動車の生顕在化にも注力した。
試算の結果では、2050 年のアルミの国内需要は、6,020 千トンとなり、2019 - 2050 年の伸び率（年率）は 1.2％となった。

涯走行時 CO2 排出量は約 6％削減される。この数字の試算方法について、少し解説したい。
①自動車の燃費の改善

需要分野別の需要見通しのグラフを図 4 に掲げる。

・軽量化と燃費改善の効果との関係は、100kg の軽量化
で 1km/L の燃費改善のような言われ方をするが、定式化されたものとしては次のものがある。*3y = -0.0106x + 30.266 （x：車両重量 kg、y：燃費 km/L）
・この式に当てはめると、71kg の軽量化により、燃費は0.75km/L 改善する。
・自動車の生涯走行距離を 152,854km とすると、生涯走行時CO2 排出量は2.05トン減少する（34.7トン→32.6トン）。
②アルミの材料としての CO2 負荷・アルミ新地金の製造に伴う CO2 負荷（kg-CO2/kg）は、9.24 とされ、鉄の 2.25 よりも大きい。このため、鉄の代わりにアルミを使用することによって、材料に係
図 4 主な需要分野毎のアルミニウム需要量の実績と見通し
る CO2 負荷は増加する。
・上記の 2050 年のアルミの使用量の場合、自動車 1 台
目を引くのは、輸送用機械分野の著しい需要増加であ当たりの材料に係る CO2 負荷は 0.48 トン増加する。
る。2019 年 と 2050 年 を 比 較 す る と、1,729 → 2,870 ・このため、走行時 CO2 排出量の減少の一部は減殺され、千トンと 1.7 倍に増加するとの見通しとなっている。特差し引き、自動車のアルミ化による CO2 排出減少量は、に自動車については、軽量化の要請がある中で、アルミ1.57 トン (2.05-0.48) と試算される。の強度、成形性、接合性等の課題が技術革新によって更③アルミ循環の効果による CO2 の削減に改善されることに伴い、アルミの自動車への適用領域 ・循環アルミの CO2 負荷は、アルミ新地金の 1/30 程度が拡大していくことを前提としている。自動車１台当りの 0.309 である。のアルミ使用量は、現状（2019 年）では 172kg である ・自動車用のアルミ展伸材は、現在は新地金から製造さが、2050 年には 288kg と見込み、2019 年の 1.7 倍のれているが、循環アルミを展伸材に使用する技術が進規模となるとした。品種別には、板材（除熱交）で 5.4 倍、展しつつある。
押出材（除熱交）で 4.1 倍、鋳造材で 1.3 倍に増加する ・自動車用のアルミ展伸材の 50％が循環アルミによってとの見通しとなっている（熱交向けは横ばい）。
製造されると仮定した場合、アルミ使用による自動車輸送用機械の陰に隠れる感はあるが、建設分野の需要1 台当たりの材料に係る CO2 負荷の増加は、既使用分が 719 → 940 千トンと 1.3 倍に増加するとの見通しとのアルミ材に関する CO2 負荷の低減も考慮すると、ゼなっていることにも注目したい。住宅着工件数の減少とサッシの樹脂化によって、アルミサッシの需要は減少するものの、接合等の製作技術の革新、アルミに適した構ロ（むしろ減少する）と試算される。
・この結果、②の試算で減殺された分が復元し、自動車のアルミ化による CO2 排出減少量の試算値は、2.08 ト

造設計の開発が進められるとの前提で、建築構造部材としてのアルミの採用が拡大すると見込んでいる。

ンとなる。これは自動車の生涯走行時 CO2 排出量の約6％に相当する。
（文献）*1 アルミニウム VISION2050
https://www.aluminum.or.jp/vision2050/*2 アルミニウム圧延業界の温暖化対策長期ビジョン（2020 年 3 月）
https://www.aluminum.or.jp/sys_img/files/1585205691_0.pdf*3 国土交通省資料よりフコク生命作成、「自動車の軽量化の動向」
https://www.fukoku-life.co.jp/economy/report/download/report28_12.pdf

2. 自動車のアルミ化による燃費の向上はどれほどか
アルミ VISION 策定の過程で従来何となく定性的に語られていたことの定量化（試算）を行ったり、文献を確認したりすることを通じて、改めて明らかになったこと

The Japan Research and Development Center for Metals

発 行発行人発行所JRCM NEWS ／第 412 号

2021 年 2 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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