5.2.
5.2.1.

伸銅
伸銅品とは

伸銅品とは、銅塊に圧延、押出し、引抜き、鍛造などの熱間または冷間の塑性加工によって造られた銅および銅合金の板、条、管、棒および線の製品の総称である。世界的には製錬によって製造された銅の加工品（半製品 Copper Semis）に含まれる一つの形態である。欧米や中国ではこの銅半製品には伸銅品の他、電線およびワイヤーロッドと銅箔が含まれ、各種統計もこの半製品の分類でなされるケースが多く、日本のように電線、伸銅、銅箔に分けて集計されるものと異なっており、単純な比較ができず注意が必要である。
5.2.2.

伸銅品の歴史(1) 近世の伸銅業
日本の近世以降の伸銅業の歴史については「近代日本の伸銅業」（産業新聞社）に詳しく記載されており、この項目は同著からの抜粋によるものである。
銅は人類がはじめて利用した金属である。それを精錬して不純物を取り除き、用途に応じて加工する技術は青銅器時代からあった。メソポタミアやエジプトでは 5000 年以上も前か
ら、中国では 3500 年前の殷王朝時代から青銅の酒器・食器・武器などがつくられていた。
その製法は、高温で溶かした銅を鋳型に流し込んで冷やし固める鋳造法と、鎚で叩いて延ばす鍛冶（鍛造）法を使い分けていた。
しかし、銅の薄板や細線を鋳造で成形する場合、鋳型中に銅の溶湯が行き届かない場合があり、また、凝固時に割れが生じるなどの技術的制約があった。そのため、時間をかけて板状や線状に叩き延ばすしかなく、長い間手工業的な製法は停滞していた。日本においても近世に至るまでの伸銅は人力による塑性加工であり、手工業の域を脱するのは近世（江戸時代）にまで下る。鋳造法による青銅器の長い歴史に比べると意外と新しい技術である。金属の加工技術は鉄の加工を基本としており、線材は縫い針や釣り針の原料となる線材を鍛造加工によって行う技術の転用であった。近世における伸銅品の用途は銅の線材と板条は船金具、瓦板、風呂釜、銅壺、樋の 5 品目であり、線材では「米とおし」と呼ばれる銅線を縦横に一定間隔で張った篩（千石通し）やかんざしなどがある。当時、伸銅加工業（銅細工人）は主に大阪、京都、江戸などで行われており、例えば寛政年間（1789-1800）に大阪の銅細工人
一覧によれば、32 の細工人が記載されており、「延（平板製造）」「荒（銅板素材など）」「小細工」といった職種で登録されており、上記の 5 品目の他、薬碗などが製造されている記録があるが、これも薄い銅板を槌で叩いて製造していたものとされる。
ここでは大阪での事例をあげるが、上記の各所にて個性豊かな伸銅産業が勃興していた。
104
101

江戸時代の銅板、銅線作りに必要な動力は人力であったが、水車動力を用いることは江戸中期から行われた。そのころの水車動力を用いた産業は主に精米、精麦、製粉、製油などであったが、重工業分野で水車動力が用いられたのは伸銅の他に例はない。水車伸銅は明治以降の近代伸銅の発端と言える。水車伸銅として有名な地域は京都の白川、大阪の枚岡、埼玉の膝折などであるが、明治後期になり電力利用の薬莢用黄銅板生産の量産工場の登場まで、水車伸銅が中心であった。

（出典）MERIJ 作成

図 5-2-2-1

伸銅品（線材）の近世での応用例（出典）北白川小学校創立百周年記念事委員会編「北白川百年の変遷」

図 5-2-2-2

京都白川の伸銅工場分布図

105
102

（出典）近代日本の伸銅業
図 5-2-2-3

江戸時代の浜板式伸線法

江戸時代は木版画が隆盛を極め、松本保居（1786）は腐食銅版画の技術を発展させた人物として日本の美術史に名を残した人物である。版画にマダラが出ないように扁平で表面品質の良い銅板が製造されていた証左とされる。なお、当時の水車製法はロールによる圧延ではなく、金槌を天井から吊り下げて、水車の動力で上下に作動させる「胴搗き」と呼ばれる圧延法であったと考えられる。
（出典）http://www.kasugai.ed.jp/sannoe/%E6%98%94%E3%81%AE%E6%9A%AE%E3%82%89%E3%81%97/komedukuri/kome8/kome.htm

写真 5-2-2-1

千石通し（近世の農具）（出典）神戸市立博物館所蔵

図 5-2-2-4

銅版画「金閣寺」松本保居作

106
103

ロール圧延法としては明治 12 年（1879）に槌田嘉兵衛が創業した「鞍馬黄銅製造所」にて樫の棒に鉄板を巻き付けた圧延ロールを水勢の強い鞍馬川の上流の精米水車を借りて真鍮板を試作したのが最初とされる（日本伸銅協会「伸銅工業史」1967）。
(2) 近代的伸銅業のはじまり
新政府（明治政府）が造幣工場の建設準備を始めたのは、戊辰戦争中の慶応 4 年（1868）
4 月であった。英国人技術者（キンドル他）7 名を雇用し、明治 3 年 12 月に大阪北区天満に現在の造幣局の 2 倍の敷地面積を持つ「造幣寮」が完成した。この造幣施設は当時世界最大であった。当初、金貨・銀貨を鋳造したが、明治 6 年には銅貨鋳造工場が竣工し、銅製錬と銅圧延が開始された。これが国内初の機械制御伸銅工場の誕生であった。この造幣寮には金・銀・銅地金の精錬加工だけでなく、ガス、コークス、硫酸、硝酸、リン酸アンモニウムを製造する付属設備が設けられている。貨幣用材料の圧延と圧穿（板を貨幣の円形に打ちぬくこと）は 金銀貨幣鋳造場の中の伸金局で行われ、イタリア人のナポレオン・マンチニ（Napoleun Mancini）が技術指導していた。最初の設備には径 14 インチの圧延機 2 台と径 11 インチ圧延機四台、クルップ社製仕上げ圧延機 2 台、圧穿機 5 台があった。
当時の銅産業は決定的な貿易矛盾をかかえており、富国強兵路線を突き進んでいくとともに、それは顕在化していった。西洋式の採掘削技術の普及などにより銅鉱山の生産は上向き、 近世から引き続き銅は主要輸出品であったが、軍需品に使われる銅・黄銅板などの伸銅品は国内の伸銅技術が未熟だったため、ほぼ全量を輸入していた。つまり原料を輸出して、加工品は輸入していた。明治初期に銅板を製造していたのは手工業者や、京都や埼玉のごく
一部の水車伸銅業者だけで、それも高圧力の負荷がかかる薬莢や船底板の使用に耐えるもののではなかった。明治維新後に銅座が廃止され、大吹屋といわれた泉谷（住友家）がその拠点を別子銅山（現在の愛媛県新居浜市）に移転した後は、これまで銅事業の中心地であった大阪は衰退の一途をたどった。大阪製銅株式会社が我が国初の民営の伸銅企業として設立されるにあたっては、五代友厚（新政府の外交官から下野して大阪経済の発展に尽くした人物）、広瀬宰平（幕末維新時代の住友家の大番頭）が大きな役割を果たした。大阪製銅の創立願書は明治 13 年（1880）提出されており、製造の目的には「パトロン」（ドイツ語で薬莢の意味）と洋式造船の船底板に使用する黄銅版の製造であった。五代が英国から手配した圧延機は創立前にはすでに到着しており、造幣局の技術支援によって明治 15 年（1882）に操業を開始した。創業直後には黄銅版を月平均 100 トン強生産していた。しかしながら当時の品質は輸入品に劣っており、加工の最終工程までに傷や割れを起こしており、陸軍省
では輸入に頼らざるを得ない状況であった。
その後、大阪を中心に電気分銅（電解製錬による銅）が生まれ、数多くの伸銅企業が林立することになる。近代日本の伸銅業は、幕末・明治前期から各地で叢生した水車伸銅業、明治中期の会社設立ブームと日清戦争の軍需を背景に次々と新設された民間伸銅企業、日露
107104

戦争軍需で地位を固めた住友・古河の財閥系大企業が、それぞれ前時代の形態を残しつつ、軍需に牽引されながら重層的に発展した。そして大正時代の大戦景気は、それら各層の隅々まで資本蓄積の機会をもたらし、構造的な変革を起こす暇を与えないほど急速に膨張していった。現在操業している各社の創業の経緯などは紙面の関係で記載できないが、住友家を例にとってその後の発展を記載する。
国内最大手の住友伸銅場は明治 44 年（1911）に旧大阪製銅の中之島分工場を閉鎖し、大正 2 年（1913）に商号を住友伸銅場から「住友伸銅所」に改めた。そして大戦下の飛躍期を迎えることになるが、それと同時に伸銅から金属総合加工メーカーへの変質が起きていた。
まず住友伸銅所は銅・黄銅管の製造技術を応用して、呉海軍工廠の設備を移して継目無鋼管に着手し、大戦中に盛んに増産・拡張を行った。この鋼管事業を手はじめにニッケル鋼も始め、大正 8 年（1919）には尼崎の岸本製鉄所の事業を譲り受け、住友伸銅所尼崎工場として拠点を増やした。そして大正 15 年（昭和元年、1926）、住友伸銅所は組織を改めて「住友伸銅鋼管株式会社」となる。この大正期に鋼管事業への重点投資の結果、のちに鉄鋼業に比重をおくことになるのである。また、大正 9 年（1920）にはジュラルミンを試作し、翌年から本格生産を開始している。このように住友伸銅所は伸銅だけでなく、鉄鋼、軽金属というあらゆる近代の金属加工業で先鞭をつけた。
そして、昭和 10 年（1935 年）に、住友伸銅鋼管株式会社と住友製鋼所が合併して住友金属工業株式会社が誕生した。その後、昭和 34 年（1959 年）には、住友金属工業株式会社から、伸銅・アルミ部門が分離されて、住友軽金属株式会社が設立された。
5.2.3.

伸銅品の生産、輸出入

伸銅品の生産は高度成長期以降 GDP の成長とリンクする形で増大してきた。1990 年代に年間 120 万トンを記録したのち、徐々に生産量は低下していった。その後 2010 年代に入ってその低下傾向は一旦止まり、年間 80 万トンを維持してきた。現在では、最盛期の 2/3程度に低下している。これは日本だけの現象ではなく、欧米もほぼ同様の推移を示している。
しかしながら 2019 年は速報値ではあるが、年間 75 万 3000 トンと前年比マイナス 8.1%と2 年連続の前年割れを記録した。品種ごとの特殊事情はあるが、米中の貿易戦争などを背景に、エレクトロニクス、自動車などの世界生産の低下と国内の住宅産業などの低調化が主因となっている。かつて伸銅品はドメスティック産業であったが、家電、エレクトロニクス産業をはじめとする中国などへの海外生産が増加する中で、中国の伸銅業の発展の遅れのため、板条製品、銅管などの輸出が増加していった。最盛期には 30 万トン弱が輸出されていた。全品種の平均の 1/5～1/4 が輸出されていた形になる。これに対して輸入量は少なく、日本の生産能力限界とコストダウンの要請から 2000 年代に入って増加した。しかしながら、国内のユーザーの要求品質の厳しさから品種は限定されている。
108105

品種ごとの生産量の推移を図 5-2-3-2 に示す。伸銅品の中で最初に成長したのは黄銅棒である。黄銅棒は給水設備、ガス配管に多く使用され、高度成長期以来の建築産業の成長に伴って 1960 年代から成長をはじめ、1990 年代初頭にピークを迎え、年間 35 万トン弱まで成長し、その後徐々に減少していき、現在は年間 20 万トン程度で維持している。
次に成長して生きたのは黄銅条と銅管である。黄銅条は一般器材を含めて多様な用途に用いられるが、特に自動車ラジエーターのチューブ材に厚さ 0.13mm 程度の材料が使用され、日本の自動車産業の成長とともに生産量が増加していった。1980 年代前半に自動車軽量化とラジエーターのチューブとフィンの接合に高 Pb はんだを使用していたことが決め手となり、日本においてはほぼ全面的に Al 化していき、生産量が減少していった。
銅管の主要用途は家庭用エアコンなどの熱交換器などである。日本のエアコン生産の増加に伴い、生産量を増加していった。2000 年代以降、中国でエアコン生産が開始された。
また、コストダウンのために日本メーカーが中国でのエアコン生産を増加させていった。当時はまだ中国の銅管産業の勃興以前であったため、日本からの銅管の輸出が増加していき、生産量も急速に増加していった。1990 年代後半に年間 25 万トン強でピークを迎えた。このころから中国の銅管メーカーの生産量が増加して行き、中国エアコンメーカーへの供給から始まり、日系のエアコンメーカーの中国製造拠点でも日本製銅管、日本企業の製造拠点の銅管がコスト競争力を失い、その生産量が減少していった。現在は年間約 10 万トンの生産になっている。この間 6 社あった銅管メーカーも現状では 3 社となり、近く 2 社に減少していく。
銅条に分類される銅合金は、半導体リードフレームや自動車用端子材に使用され、純銅や添加成分の少ない銅合金はこれらの品種に比べると遅れて成長していった。本格的な成長は 1970 年代後半からであった。後述する半導体の高集積化と軽薄短小化するパッケージ
ング進化にパッケージ材料としてのリードフレーム材を開発、マーケットの要求品質の高度化に対応した日本の条系伸銅品は国際競争力を高めつつ、順調に成長した。また、その後
日本の自動車メーカーの競争力の強化による世界シェアの向上、生産台数の増加に伴い、自動車用端子材についても、日本の伸銅業はその材料開発力を生かし、日本のワイヤーハーネ
スメーカーの世界シェアの高さにも助けられ生産量を増やしていった。2008 年のリーマン
ショック直前に銅条は生産量のピークを迎えたが、その後も生産量を維持している。現在の品種分類の中では最も生産量が多く、年間 25 万トンを超えている。
りん青銅条の生産量は月産 2～3 千トンで生産量は大きくないものの、スマートフォン
をはじめとするエレクトロニクス製品のコネクター材として重要である。自動車用コネク
ターの端子材はパワー系も多く、端子材の抵抗によってジュール熱を発生するため、端子材にある程度の導電性を要求されるのに対して、スマートフォンはアクチュエーターなどのパワー系がほとんどなく、信号系中心のため材料の導電性をそれほど強く要求されない。また、スマートフォンの軽量・薄型化の要求によって、コネクターの薄型化が強く求められている。その技術動向の中で、コンタクトを薄くするためコネクター材は薄さを強く要求され109106る。また薄いコンタクトでも接触抵抗を小さくするために一定の接圧が必要なため、強度が高く加工性の良いりん青銅が最も多く使用される。また、その厚さも 60～80μm にまでに到達している。このように高性能・高品質の薄肉のりん青銅条は日本製しか使用されてこな
かった。このため、図 5-2-3-4 に示すように伸銅品の中では圧倒的に高い輸出比率を有している。すなわち中国を中心に製造されるスマートフォンに必要なコネクターは中国で製造され、それに必要な端子材としてのりん青銅条は日本からの輸出のみに頼ってきたのが現状である。しかし、日本における板厚の薄いりん青銅条の供給能力には限りがあり、2018
年当時は供給が不足した可能性がある。ここ 1 年くらいの主要な品種の生産推移をみると、ほかの品種に比べりん青銅の減少が著しく、この市場での地殻変動が起きている可能性があり、注視する必要がある。

（出典）日本伸銅協会

図 5-2-3-1

我が国の伸銅品全体の生産量、輸出入量の推移

110
107

（出典）日本伸銅協会

図 5-2-3-2

主要な品種の生産量の推移（出典）日本伸銅協会

図 5-2-3-3

主要な品種のここ 1 年間の生産量の推移（月産）

111
108

（出典）日本伸銅協会

図 5-2-3-4
5.2.4.

主要の品種のここ数年の生産量、輸出入の推移

伸銅品の種類と特性(1) 銅全般

表 5-2-4-1 銅の物理的・機械的特性

銅の物理的、機械的特性を表 5-2-4-1 に示

特性

数値

比重

8.89 - 8.96 g/cm3

融点1083 ℃

線膨張率16.8 - 17.2 10-6/K

電気伝導度

35 - 58 m/（Ωmm2）

熱伝導度

240 - 386 W/（mK）

縦弾性係数

100 - 130 kN/mm2

引張強さ

200 - 360 N/mm2

耐力

100 -250 N/mm2を図 5-2-4-1 に示す。また、このような特性を

破断伸び

2 -45 %

利用した主な用途を表 5-2-4-2 に示す。

ブリネル硬さ55- 110 kg/mm2

比熱0.38 - 0.45 J/（gK）

電気比抵抗

30 - 17 x 10-3 μΩm

す。表中の数値に範囲があるのは、塑性加工
や熱処理による変動である。銅は他の金属にない優れた特性を有している。銀を除くと最も高い電気伝導性と熱伝導性を有していることが最大の特徴である。また、金属の中で金を除くと唯一の「色」を有している。耐食性に優れ、はんだ付けなどの接合性にも優れており、高い信頼性が保証できる。伸銅品の特徴（出典）日本伸銅協会 伸銅品データブック Ver.2

112
109

伸銅品の主要な特性について、以下に要点を示す。
【電気伝導性】
銅は銀に次いで電気伝導性が高い。このため電気伝導性の指標として、比抵抗という物理特性以上に銅の電気伝導性を基準にした導電率という単位を用いることが多い。1913 年ころの市販の純銅の電気伝導度の平均値を 100%とする導電率（%IACS：International
Annealed Copper Standard）が世界標準として利用される。この標準では 20℃における比抵抗が 17.241×10-3μΩm のときの導電率が 100%となる。因みに通常の無酸素銅の焼鈍材の導電率は約 103%IACS 程度である。なお、実用合金の高純度アルミニウムの導電率は約61%IACS である。

（出典）日本伸銅協会 伸銅品の基礎知識

図 5-2-4-1

伸銅品の特徴完全な結晶格子中の自由電子は損失なしに移動できるが、結晶格子の乱れは伝導電子を散乱させて電気抵抗の原因となる。純金属や希薄合金では、全比抵抗 ρ は ρ=ρT+ρI で示される。ρT は格子振動から生ずる熱的な項で、ρI は不純物原子や原子空孔、格子間原子、転位、結晶粒界などの格子欠陥などからくる項で温度に無関係である。純銅はその高導電性を利用して使用されるが、強度が低く、合金化によってある程度導電性を犠牲にして強度を得る
ことが多い。図 5-2-4-2 に Cu に種々の合金元素を添加した場合の室温における電気抵抗の変化を示す。添加元素の違いによって電気抵抗変化に大きな差が存在する。これが合金選定の指針となるが、Cu に固溶する元素、析出する元素、金属間化合物として析出する元素などさまざまな要因によって導電性の低下に差が認められる。また、純銅の製造方法によって
113
110

は酸素の残留レベルが変化すると合金元素の電気抵抗への影響も変わってくる。すなわち
Cu より酸化性の高い不純物元素は添加元素が酸化物として懸濁することになるケースもあり、電気抵抗に及ぼす影響は大きく変化し、取り扱いに注意が必要である。
表 5-2-4-2

銅の特性を利用した用途拡大方向

銅の特性

用途

合金
低濃度耐熱合金

電気用材料、耐熱・高導電性
電気伝導度が大きい

アルミナ分散強化銅
高強度・高電気伝導性
時効効果性合金

熱伝導性が良いラジエーター用、太陽熱利用

低濃度耐熱合金、（接合性が良い）（ヒートパイプ）、住宅用、建築用

純銅系薄肉条、管ばね、端子、半導体リードフレーム、
強度が高い

高強度合金
機械部品

耐食性に優れる

熱交換器用（管）、化学プロセス装置

きれいな色調用、潰瘍化発揚、建築用切削性に優れる

ガス、水道金具用

高切削性黄銅合金

熱弾性マルテンサイト

形状記憶、超弾性

形状記憶合金、制振合金

耐食性合金（出典）日本伸銅協会 伸銅品データブック Ver.2【熱伝導性】
室温における金属では、電気伝導性の良いものは
常に熱伝導性が良い。熱は自由電子とフォノン（格子振動）によって運ばれるが、金属では熱の移動は自由電子によって起こるからであり、銅の熱伝導性の良いのはこのためである。固溶度の大きな合金は熱伝導性が低下する。これは固溶状態にある原子が電子とフォノンの双方を散乱し、平均自由行程を減少するためである。
【強度、ばね性】
銅は様々な強化機構すなわち固溶強化、加工強
化、析出強化、粒子分散強化、繊維複合強化によって種々の強度に強化できる。高強度ばね材としては（出典）日本伸銅協会 伸銅品データブック

Cu-Be 系、Cu-Ti 系、Cu-Ni-Mn 系、中強度ばね材

図 5-2-4-2 Cu に種々の合金元素をとしてはりん青銅、Cu-Ni-Si 系などがあり、低コス

添加した場合の室温におけるトばね材では黄銅などが使用されている。後述する

電気抵抗の変化

114
111

が 1980 年代からの半導体パッケージング革命（挿入型→表面実装、多ピン化、薄型PKG）において日米の伸銅業界が半導体用リードフレーム材の開発競争を繰り広げ、2000
年くらいまでに 80 種以上の新合金を開発した。また、エレクトロニクス用、自動車用端子
コネクター材の高性能化合金開発競争は 2000 年代以降現在に至るまで日本企業を中心に行われている。（この項については 5.2.6.参照）【耐食性、色調】
銅および銅合金は、大気、天然水としての淡水や海水に対する耐食性に優れている。このため銅は実用上耐食材料として位置づけられている。また、銅は金以外の金属で唯一「色」を持っている。銅色と書いて「あかがねいろ」と読み、純銅は淡赤桃色であり、合金元素を加えていくと連続的に色調が変化し、建築用材料や種々の器物に使用される。銅に亜鉛を添加した黄銅系の材料は亜鉛 10-20%でいわゆる「丹色」で淡い橙黄色を呈し、30%以上で黄金色となる。特に欧州などでは建築用の屋根材や壁材として使用されるケースが多い。また、「緑青」と呼ばれる塩基性炭酸銅や塩基性塩化銅などの銅塩の化合物は鮮やかな緑青色を呈しており建築素材として欠かせない素材となっている。なお、緑青は昭和後期まで毒性があると考えられてきたが 1962 年に東京大学医学部豊川行平教授をはじめ、1981 年の厚生省（当時）国立衛生試験所の戸部満寿夫氏らの研究によって緑青は毒性がないという結論が出ている。銅および銅合金の耐食性は表面に形成される皮膜に依存するため、流動条件下では皮膜が剥離したり形成されなかったりするために耐食性が急速に低下するケースがある。
この現象はエロージョン・コロージョン（erosion corrosion）と呼ばれ、冷却管や給水配管などに見られる。また、黄銅などの一部の銅合金には引張応力と腐食環境が同時に作用すると応力腐食割れ（stress corrosion cracking）を起こすことがある。

（出典）左上：Bloomberg 新欧州本社
METAL ARCHITECT KIKUKAWA HP（出典）右上：ビール醸造用仕込み窯
https://wandsmagazine.jp/archives/632（出典）左下：曹洞宗大本山 總持寺（神奈川県）

写真 5-2-4-1

銅の色調を利用した建築物、器物例
115
112

【展延性、塑性加工性】
銅系材料は面心立方構造のため、辷（すべ）り系が多く、展延性に富み、圧延、伸線、絞り曲げ加工などの加工が容易で箔のような極薄まで加工できる。展延性の王者は金であり、伝統工芸の金箔は槌打ち法（たたき出し）で何と 0.065μm という薄さまで展延が可能である。銅はそこまでの展延性はな
いものの、工業レベルでの圧延銅箔では 9μm くら（出典）新光電気工業 HP

いまでは製品化しており、一部では開発品として6μm の製品も存在する（JX 金属 HP）。このよう

写真 5-2-4-2に材料を加工する際における塑性加工性の良さは

プレス加工による半導体リードフレーム

当然のことながら、材料を使用する際の塑性加工性の良さにつながり、さまざまな微細な部品に成型することを可能にしている。板条でいえ
ば半導体リードフレーム材ではインナーリード部のピッチ最小 150μm に達し、スタンピン
グ加工によって 125μm の板厚の材料をリード幅 80μm、間隙 70μm でリードの回転（ころび）なく加工できている。アスペクト比は 0.64 であり、スタンピングの限界がアスペクト比 1～0.8 であるとされてきたが、それを大きく上回る精度で加工できることも良好な塑性
加工性の一端を示すものである。また、スマートフォンに使用されるコネクターのコンタク
ト（端子）にはりん青銅条が使用されるケースが多い。
スマートフォンの厚さを小さくし、バッテリー用のスペースを最大化するために使用されるコネクターは軽薄短小が極限まで進んでいる。コンタクトには 6080μmt の箔に近いりん青銅条が用いられ、複雑な形状に曲げ加工を施されている。これもりん青銅条が高強度・高ばね性と曲げ加工性を両立することが可能なた（出典）https://minne.com/items/554024

写真 5-2-4-3 切削加工によるめである。

時計のムーブメント【切削性】
Pb 入り黄銅は被削性が良く、切削仕上げ面および打ち抜きは面もきれいに仕上がり、工具寿命も長く、精密計器や時計などの部品（ムーブメントなど）に多く用いられる。また、
建築用素材としては水道管、ガス管の継ぎ手には Pb 入り黄銅棒が使用され、現地における切削加工も容易であり大量に使用されている。この Pb による切削性の改善効果は著しく、
最近は Bi や Si による代替材が開発され実用化されているが、時計のムーブメントなどの微細な部品ではまだ完全には代替されていないのが現実である。

116
113

【めっき性、はんだ付け性】
銅および銅合金はその電気伝導性の高さを利用しているケースが多く、コネクターなどの端子・コンタクトでははんだ付けなどの永久接続ではなく、接触による導通を利用する場合が多い。これは部品の交換など複数回程度の接合部の抜き差しや、スマートフォンや PCのタクティルスイッチのように数百万回にのぼる接触を必要とする場合もある。銅は導電性には優れるものの、大気中では表面に酸化銅や亜酸化銅などの酸化物を形成し、接触抵抗が著しく大きくなる場合があり、接触抵抗を微小にするために貴金属や Sn などの表面処理をするケースが多い。純銅や希薄銅合金は成分的には純度が高く、均質であることからめっき加工性は良好である。一部の析出系では表面に固溶しない元素が表出している場合があり、あらかじめ下地処理をするケースもある。表 5-2-4-3 に代表的なめっきの種類と用途を示す。
【磁性がない】ほとんどの伸銅品は磁性がなく、電気計器の部品に多く用いられる。また、ホール素子のような半導体では材料の磁性が半導体の誤動作を起こすケースがあり、銅合金の中でもFe 成分を含まない完全に非磁性な材料が用いられるケースが多い。
【抗菌作用】
水などに溶出した微量の銅イオンにはクリフトポリジウムなどの細菌類の動きを抑制す
る効果が知られている。種々の環境に置かれた銅表面では、レジオネラ菌や病原性大腸菌などの殺菌効果が顕著に認められている。また、最近世界的な流行となった新型コロナウィル
スも銅板上での寿命が短くなるといった知見が得られている。
表 5-2-4-3めっきの種類

めっきの種類と用途
用

途

銅めっき

電気・電子部品や装飾用銀めっきやニッケルめっきのストライク等の下地めっき

ニッケルめっき

金めっきの光沢下地めっき、銀めっきのストライク下地めっき、クロムめっきの下地めっき

クロムめっき装飾仕上げめっき、 印刷用銅板の耐磨耗用硬質めっき

錫めっき

食器・家庭用雑貨の防錆めっき 、 カメラ・電子部品 等の機能めっき、電線の防錆・機能めっき

はんだめっき電気・電子部品の防錆光沢めっき、はんだ付け性向 上等の機能光沢めっき

貴金属めっき時計・ブローチ等の装身具や、食器・家具・仏具・ （金・銀・ロジウム）
神具等の装飾めっき、電子部品等の機能めっき

合金めっき

ニッケル並びに金めっきにコバルトを添加して合金化しためっきで、機能めっきが主.はんだめっきは錫-鉛の合金はんだめっき（出典）日本伸銅協会 現場で生かす金属材料シリーズ 銅・銅合金

117
114

(2) 合金の種類
合金の種類を表 5-2-4-4 に示す。（JIS 規格に規定されていないが、実際に生産されている合金を含んでいる）
合金の種類を表す記号は CDA（Copper Development Association）の合金番号を参考にして第 1 位に伸銅品を表す C の記号、その次に 4 桁の数字で表す合金番号で示される。例
えば 70%Cu-30%Zn の 7/3 黄銅は C2600 と表わされる。なお、CDA の合金番号は C+5 桁の数字で例えば C26000 と表わす。
(3) 純銅
純銅系電気用材料として最も広く使用されているのは、酸素を 0.03~0.05%含むタフピッ
チ銅（Electrolytic Tough Pitch Copper, ETP,
低減した無酸素銅（Oxygen Free Copper,

C1100） と、酸素および不純物を大幅にOFC, C1020）である。これらの純銅の特徴と用途を表 5-2-4-5 に示す。過去においては電気銅地金をシャフト炉によって溶製するか、反射炉で電気銅地金とスクラップ溶製して、炉内に過剰な空気を送って酸性雰囲気にして水素含有量の少ない溶銅にし、生松丸太を投入して脱酸（ポーリング処理）することが一般的であった。現在はシャフト炉などを用いて不活性ガス雰囲気などの中で、無酸素銅溶湯を溶製し、酸素を吹き込んで酸素量を調整してタフピッチ銅を製造するケースが多い。
無酸素銅はかつて真空チャンバーの中で電気銅を溶製して、溶存酸素量を低減して製造することが多かったが、真空チャンバーの中での溶製では鋳塊のサイズも数百 kg レベルで小型であり、高コストでアウトガスの極小さが要求される真空用途などの特殊用途にしか使用されていなかった。その後 1970 年代には米国 AMAX 社（American Metal Climax Inc
Copper Division）が OFHC（Oxygen-free high thermal conductivity copper）という商品
名で一般商用の無酸素銅を上市し、その後日本においても雰囲気溶解鋳造による無酸素銅（OFC：Oxygen-free copper）が開発され、一般に使用されるようになった。
タフピッチ銅はその熱伝導性の良さから、エアコンなどの熱交換器に管材として使用されることが多い。この場合さまざまな管材部品をガス溶接することが多く、タフピッチ銅ではガス成分の水素が高温の溶融部や熱影響部に侵入し、粒界などで含有する酸素と反応し、水蒸気を生成し、常温に冷える間に粒界や粒内に気泡やその連続体を生成し、極めてもろくなったり、ガス漏れの欠陥を発生させる。これを防止するために溶湯をリンで脱酸し、銅中に P が 0.02%程度残留するりん脱酸銅ではこの水素脆化は発生せず、溶接を多用する熱交換器などの管材として現在汎用されている。ただし、りん脱酸銅は導電率が 80%IACS 程度に低下するため、導電用途にはほとんど用いられない。りん脱酸銅は管材として使用されているが、最近のさまざまなニーズに対応するため、合金の開発や無酸素銅の利用など新しい
118
115

動きがある。これについては銅管の項で詳述する。

分類
純銅

非析出硬化型（固溶硬化型）
高
銅
合
金
析出硬化型

黄銅

青銅
特殊青銅
銅ニッケル合金

表 5-2-4-4 合金の分類と名称
合金系統
合金名称
Cu
無酸素銅（OFC）、タフピッチ銅、脱酸銅
Cu-Sn 系合金
すず入り銅
Cu-Ag 系合金
銀入り銅
Cu-Te 系合金
テルル銅
Cu-Si 系合金
ケイ素（シリコン）銅Cu-Mn 系合金
マンガン銅
Cu-Be-Co 系合金
ベリリウム銅Cu-Ti 系合金
チタン銅
Cu-Ni-Si 系合金
コルソン道
Cu-Cr 系合金
クロム銅
Cu-Zr 系合金
ジルコニウム銅
Cu-Cr-Zr 系合金
クロムジルコニウム銅
Cu-Fe 系合金
鉄入り銅
Cu-Zn 系合金
雷管用銅、丹藤、7/3 黄銅、65/35 黄銅、6/4 黄銅
Cu-Zn-Pb 系銅
快削黄銅
Cu-Zn-Bi 系銅
鉛レス・カドミウムレス快削黄銅
Cu-Zn-Si 系銅
鉛レス・カドミウムレス快削黄銅
Cu-Zh-Sn 系銅
ネーバル黄銅、アドミラルティ黄銅
Cu-Zn-Al 系銅
アルミニウム黄銅
Cu-Zn-Mn-Al-Fe 系銅
高力黄銅
Cu-Sn 系合金
すず青銅
Cu-Sn-P 系合金
りん青銅、快削りん青銅
Cu-Al-Fe-Mn-Ni 系合金
アルミニウム青銅
Cu-Si 系合金
シリコン青銅Cu-Ni 系合金
白銅、キュプロニッケル
Cu-Ni-Zn 系合金
洋白、快削洋白（出典）日本伸銅協会 伸銅品データブック

119
116

表 5-2-4-5

各種純銅の特徴と用途

化学成分（%）
品種

形状

Cu

特徴

用途

その他
電気用、建築用、化学工業用、

タフピッチ銅

電気・熱の伝導性に

TPC

優れ、絞り 加工性、

（C1100）

耐食性、耐候性が良

ガスケット、器物、自動車用部
品、機械部品、電気部品、小ねじ、くぎ、金網

りん脱酸銅
PDC

板条管

99.90

棒線

以上

（C1201）P

電気の伝導性がやや0.004-

劣るほかはタフピッ0.015

チ銅の特性をもつ

風呂釜、湯沸器、ガスケッ

電気の導電性がややト、冷蔵庫、建築用、化学工劣るほか はタフピッ

業用、熱交換器、給水・給湯

チ銅の特性をもち、用、ガス管、溶接用、小ね

りん脱酸銅

P

PDC

0.015-（C1220）0.040

さらに溶接性が良く、 じ、くぎ、金網
水素ぜい化をおこさない

無酸素銅

電気・熱の伝導性、展

OFC

板条管

99.96

（C1010、

棒線

以上

C1020）-

延性にすぐれ、溶接

電気用、化学工業用、熱交換性、耐食性、耐候性が器、給水・給湯

良い（出典）日本伸銅協会 伸銅品データブック

純銅系ことに無酸素銅における技術開発は現在でも進んでいる。その一例を示す。大電力送信管やマイクロ波管の陽極には高純度無酸素銅が使用されてきた。その材料に要求される特性は、①電気・熱伝導度が高く、気密性が高い。②吸蔵ガスが少な
く、あるいは吸蔵ガスの放出が容易である。③高温で変形せず、常温で加工性が良いことなどである。
TFT 液晶の 11 世代（11G）対応以降の製造設備に（出典）日本溶接協会

代表される超高真空系造設備には高純度の無酸素銅が必要とされている。電子管用無酸素銅 C1011 は、純銅の中でも最高の導電性と熱伝導性を誇り、高性

図 5-2-4-3

タフピッチ銅の水素脆化組織

能な電子部品や光海底ケーブルの遮蔽材などのさまざまな用途としても使用されている。
最近、雰囲気溶解鋳造設備にてこの C1011 の規格を満たす無酸素銅が商用化され、無酸素
銅の中で最高規格に規定された電子管用無酸素銅「C1011」の認証（JIS H 3510）を取得し120
117

ている（出典：古河電気工業プレスリリース 2017.3.22）。この酸素量は、JIS 規格で規定されている≦0.001%より低い 0.0002%であり、かつ、水素含有量もほとんどないため水素脆化を起こす懸念もなく、ロウ付やさまざまなガス溶接などで高い接続信頼性を確保できる。また、ガス放出が極めて少ないため、高真空用途にも最適な材料である。また、極めて高純度のため残留抵抗比（RRR）は≧350（特級≧500）を示し、ASTM-F68 規格の最高グレード Grade1 に対応している。このため、超電導ケーブルの安定化材や加速器用電子管の部材など、極低温で高性能を要求される用途にも好適である。
自動車の PHV や EV 化の進展で駆動用モーターの採用が進み、パワーモ
ジュールの需要増に伴い、その電力の変換・制御を行うパワー半導体デバイスの搭載が進む。この半導体チップを載せる絶縁基板の多くは窒化アルミニウム（AlN 基板）や窒化ケイ素（Si3N4基板）が使われ、無酸素銅条は回路形
成と放熱の目的で接合される。その際、比較的高温（約 750～800℃）で熱処理（出典）日立金属ネオマテリアル HPされるため、無酸素銅条の結晶粒が粗大

http://www.hitachi-metals-

化し、次工程の検査精度が低下すること

neomaterial.co.jp/product/gni/02.htmlがある。めっき後の外観が悪化するなど

写真 5-2-4-4

各種電子管用無酸素銅の課題がある。この用途には耐熱性の高い無酸素銅条が望まれている。添加元素使用せず組織制御によって耐熱性を改善している所に特徴がある。

（出典）古河電工時報 No.137 2019.2

図 5-2-4-4(出典)古河電工時報 No.137 2019.2

図 5-2-4-5

パワーモジュール

部材への無酸素銅の用途例

耐熱無酸素銅の加熱による結晶粒変化
121118

(4) 純銅系希薄銅合金
表 5-2-4-6
純銅は導電性が最も高い

耐熱無酸素銅の組成例っている。重電用各種ロータ

Cu
Pb
Zn
Bi

C1011
≧99.99≦0.001≦0.0001≦0.001

分析例≧99.99<0.0001<0.0001<0.0001

ーバーのように大電流を流

Cd≦0.0001<0.0001

す場合、ジュール熱などで加Hg≦0.0001
O≦0.001P≦0.0003S≦0.0018Se≦0.001Te≦0.001H
NS（単位：%）<0.0001<0.0003<0.0002<0.0004<0.0001<0.0001<0.0002

材料で各種の導電用途に使用されるが、不純物をほとん
ど含まないため、耐熱性に劣熱され、純銅では軟化してしまう。そのため、純銅の持つ導電性をできるだけ損なうことなく、耐熱性や強度を向上させた純銅系希薄合金が使用される。表 5-2-4-4 では

C1020≧99.96

NS(出典)古河電工プレスリリース

固溶型、析出型に分類しているが、現在大量に使用されているいくつかの合金について簡単に紹介する。
純銅に元素を微量添加した際の導電率と耐熱性に及ぼす影響を図 5-2-4-6、図 5-2-4-7に示す。添加する元素によって導電率の変化率は大きく異なるが、溶銅中に酸素が存在する
タフピッチ銅（TPC）ベースでは、添加元素によっては分析的には銅中に存在するも、酸化物となって分散する場合もあり、不純物としての影響に大きな差が存在するので注意が必要である。純銅に不純物元素を添加するとほとんどの元素は純銅の再結晶温度を上昇させる。特にジルコニウム（Zr）、クロム（Cr）、銀（Ag）、錫（Sn）などはその効果が大きく、積極的にこれらの元素を添加してわずかに導電性を犠牲にして、耐熱性を要求される用途に使用される純銅系合金を作る。
【銀入り銅】
電気機器の大容量化、高速化に伴い、これに用いられる導電材料はその寸法精度、導電率、
機械的特性において高度なものが要求された。電気機器の温度上昇も大きくなり、純銅ではでは軟化温度が低いため、長時間高温で使用すると常温での機械的特性を失うことになり、重大な故障の危険にさらされる機会が増加した。銀入り銅は純銅に銀を 0.08～0.25%添加した材料であり、導電率をほとんど下げることなく耐熱性、機械的特性、特に耐クリープ特性を改善している。最高使用温度は約 300℃である。
【すず入り銅】C1441
C1441（錫入り銅）には板材としての規格があり、導電性、熱伝導性、耐熱性、展延性に122
119

優れた高銅合金である。半導体用リードフレーム、配線機器、その他電気電子部品や湯沸器などに使われる。1980 年代までは自動車用ラジエーターは銅製であり、チューブ材には黄銅系合金、フィン材には錫入り銅が使用されていた。Sn の含有率は 0.10～0.20%である。
Sn 量が増えると導電性（約 90%IACS）は下がるが、耐熱性は向上する。使用限界の温度は300℃である。
【鉄入り銅】C1921、KFC（神戸製鋼所の商標）
鉄入り銅（KFC） は、神戸製鋼所が開発したすず入り銅より耐熱性に優れる銅合金で、銅に微量の鉄、燐を添加して、マトリックス中に Fe2P の微細な化合物を形成させた析出硬化型の銅合金である。導電率は 90%IACS であり、軟化開始温度は 400℃以上で、すず入り
銅よりも耐熱性が高い。Fe2P の析出によってマトリックス中の Fe、P 量を極小にして高い導電率を得ることができるため、Fe：P を 2：1 にする必要があり、Fe リッチ、P リッチに偏すると導電率が低下する場合がある。用途としては、トランジスタ用リードフレーム、
LED 用リードフレーム、IGBT 用ヒートシンク、ヒートスプレッダ、BGA 用放熱板、放熱用内部フレームなどで、ディスクリート系のリードフレーム材としては現在も中心的な材料であり、日本だけでなく、韓国、中国でも大量に製造されている。

上：無酸素銅ベース、下：TPC ベース(出典)J.S.Smart A.A.Smith Jr.Trans.AIME 143（1941）272 他

図 5-2-4-10

純銅の導電率に及ぼす不純物元素の影響
123
120

（出典）神戸製鋼所 HP（出典）日本銅センター 銅と技術⑥No5（1970）

図 5-2-4-7

図 5-2-4-8

純銅の再結晶温度上昇に及ぼす不純物元素含有量の影響

鉄入り銅（C1921）の耐熱性【ジルコニウム銅】
ジルコニウムを 0.05~0.2%添加したもので、析出強化型の合金である。時効処理を施すことにより高い導電性を示し、軟化温度も約 500°C と導電材料としては最も高い。図 5-2-49、図 5-2-4-10 にジルコニウム銅の引張強さと導電率に及ぼす時効温度の影響を示す。極微量の添加で純銅の導電性をあまり犠牲にせずに強度、耐熱性を改善することができる。製造
上は高純度の無酸素銅にジルコニウムを添加することは言うまでもない。
【クロム銅】
クロム銅とは、銅にクロムを 0.4～1.2%添加した、焼入れ・焼戻しによる析出硬化型の銅合金である。高温でも耐摩擦性が大きい。耐熱性、導電性、熱伝導性、耐食性に優れている。
自動車及び宇宙船のステンシルプレートおよび接触溶接ステンレス鋼、シール溶接機の電
極材、高電圧スイッチ溶接材料及び回路ブレーカ材料、連続晶析装置に使用される最高の高強度、高導電率及び高融点材料に広く使用されている。Cu-Cr 合金は共晶温度で（1076℃）
での Cr の固溶度は 0.89at%であり、Cu-Zr 合金に比べ固溶度が大きく、析出温度域での析出量が多い。このため純銅系の合金の中では析出硬化量が大きいことが特徴であり、最近の高性能純銅系合金の改良のベース材料として多くの研究開発が行われている。

124
121

（出典）M.J.Saarivirta Trans.AIME 2108（1960）205
図 5-2-4-9

Cu-Zr 合金の引張

図 5-2-4-10

強さに及ぼす時効温度の影響

Cu-Zr 合金の導電率に及ぼす雄時効温度の影響【純銅系合金の各種特性】
かつて自動車ラジエーターに黄銅系のチューブ材と純銅系フィン
材（C1441：Cu-0.15Sn）が用いられた頃、米国フロリダ州や日本では沖縄などの亜熱帯海洋性気候地
域と北米、北ヨーロッパなどの融雪塩散布地域において異常腐食が経験されている。これは通常環境の 10～100 倍の腐食速度を有して（出典）特開 2019-104909

図 5-2-4-11

おり、海水中の塩や融雪剤に含ま

Cu-Cr 系状態図れる塩と適度な乾湿の繰り返しによって発生する問題であり、例えば沖縄を走るタクシーなどでは 1 回目の車検で圧縮水によって洗浄するとラジエーターのフィンがごっそり落下するなどの重大な問題が発生していた。Cu-1%Zn 系合金やフィン材表面に Zn めっきを施し、拡散によって表層部に Zn リッチ層を形成することによって改善したケースがある。その際に希薄銅合金について網羅的125122

な評価をしている（図 5-24-12）。銅の持つ導電性とコストを重視すると当時の結論としては Cu-Zn 系が選択されたが、コストを度外視すると Cu-Y 系が最も優れた耐食性と導電率のバランスを示してしている。従来から海洋用途で抜群の耐食性をしてした
キュプロニッケル（Cu-10～30%Ni）は純銅系の 10

導電率％IACS（出典）古河電工時報 vol.77（1986）17

倍以上の耐食性を示す。
また、エアコンなどの熱図 5-2-4-12

Cu への各種元素添加による塩害腐食改善効果

交換器用のりん脱酸銅が「蟻の巣状」の腐食で大きな問題が最近発生している。この件については「銅管」に関する項（5.2.6.）に詳述する。
(5) 黄銅
黄銅は伸銅品の歴史に記述したように、青銅に比べると比較的新しい合金であるが、優れた展延性、加工性、黄金にも似た美しい色調などの特性から、日本においては江戸時代から多方面に用いられてきている。自動車用ワイヤーハーネスの端子などに使用され、さまざまな改善がなされてきている。
黄銅は Cu-Zn 系の合金であり、図 5-2-4-13 に示す状態図の通り、Cu 中への Zn の固溶
度は大きく、実用上 Cu63%程度まで α 単相合金として利用できる。その色調と特性から
Cu95%から 60%まで様々な成分の合金が用いられる。Cu 中の Zn 量が増加すると導電率が低下し、強度が増す。6/4 黄銅（Cu60%-Zn）などの合金は α+β の 2 相合金であり延性は低下するものの、強度が大きくなり、黄銅棒などに用いられる。黄銅系材料は Cu80%までは
丹銅、70%以下を黄銅と呼称する。黄銅は真鍮（しんちゅう）とも呼ばれる。

126
123

（出典）FactSage 7.2 - List of Stored Phase Diagrams（6100）
http://www.crct.polymtl.ca/fact/phase_diagram.php?file=Cu-Zn.jpg&dir=SGsold

図 5-2-4-13

Cu-Zn 系の平衡状態図

表 5-2-4-7 のように黄銅（丹銅）はその特性が良いことと、安価な Zn を大量に含有するため純銅に比べて地金コストが安いこともあり、古くからさまざまな用途に用いられている。欧米では建築用素材として多く用いられる他、コインや鉄砲、大砲の薬莢としての需要が大量にある。その他、各種実用品やなどにも使用されるが、日本において最も重要な用途
は自動車ワイヤーハーネスのメス端子材である。同用途では、精密な曲げ加工性を要求され、曲げたあとのスプリングバックを一定にすることによって、端子の接圧をコントロールするため、不純物レベルをコントロールし、最終の圧延加工前の焼鈍において結晶粒径をコントロールするなど精密な成分制御と製造条件の制御を施しており、品質レベルも最新の開発合金に劣らないものがある。ただし、最近の自動車のボンネット内ではエンジンの発熱やEV におけるモーターへの高電流などの影響で温度環境が厳しさを増しており、耐熱温度が150～180℃となってきている。発熱部分に近いほど耐熱性の高い材料が要求され、後述のコルソン系などの析出硬化型合金に代替されているが、キャビン内などでは未だに黄銅（C2600 など）が主力として使用されている。また、ワイヤーハーネスによって接続されるエレクトロニクスなどの機器・部品（補器）のオス端子部には伝統的に板厚 0.64mm の黄銅（C2600 など）オスタブが使用されている。特殊な用途として黄銅の美しさ、塑性加工
性の良さから金管楽器がある。図 5-2-4-14 のように黄銅板を金管楽器の展開図状に切断し、
127124

2 つ折りにしてロウ接し、その後、塑性加工を繰り返していわゆるラッパ形状に成型する。
このように黄銅は銅合金の中では最も安価で適度な強度と加工性の良さなどから広く使用されているが、黄銅特有の弱点がある。それが脱亜鉛腐食と応力腐食割れである。以下に使用上注意が必要なこの特性について記述する。
表 5-2-4-7

黄銅の特徴と用途（出典）日本伸銅協会 伸銅品の基礎知識(出典)菊川工業 https://www.kikukawa.com/metal-

sample-catalog/bronze/
写真 5-2-4-5

Cu-Zn 系の色調見本

128
125

（出典）日本伸銅協会 伸銅品の基礎知識

写真 5-2-4-6

黄銅の用途 金管楽器

（出典）日本伸銅協会 伸銅品の基礎知識

図 5-2-4-14

金管楽器の製造方法（出典）日本伸銅協会 伸銅品の基礎知識

図 5-2-4-15

その他の黄銅の用途

129
126

(出典)https://seibisi.net/wireharness/

図 5-2-4-16

自動車ワイヤーハーネス用
メス端子【脱亜鉛腐食】
脱亜鉛腐食は、合金中の亜鉛が優先的に溶解し、銅成分のみが母材に残存する脱成分腐食の一種である。亜鉛成分が 10% 以下の黄銅では、脱亜鉛腐食はほとんど起こらない。淡水環境下で使用される黄銅材料は、亜鉛含有量が 30%から 40%の範囲のものが大部分である。
さらにその中には、α+β の 2 相から成る快削黄銅棒や鍛造用黄銅棒もあり、脱亜鉛腐食感受性が高く工業的には課題となっている。かつては発電施設の復水器に黄銅系の管材が用いられ、脱亜鉛腐食が大問題となっており、これを防止するためにヒ素（As）などを微量添加した耐脱亜鉛性黄銅が使用されており、その後の黄銅系の脱亜鉛腐食問題への対策として
As、P などを添加する対策がとられている。例えば 1970 年代の自動車のラジエーターチュ
ーブは厚さ 0.13mm の黄銅条をはんだ付けによって管状に成型して使用していた。外部の塩害環境からの腐食と内側の冷却水による脱亜鉛腐食で水漏れを起こす事例が多発していた。毒性の高い As の代わりにリン（P）を数百 ppm 添加することによって脱亜鉛腐食を防止することに成功した。
脱亜鉛腐食形態は、大別すると、ほぼ均一に合金内部へ浸食してゆく層状型と、局部的に浸食してゆく栓状型がある。α+β 黄銅では、β 相のみが選択脱亜鉛する形態と、α・β 両相ともに脱亜鉛する形態の 2 種類がある。これらの脱亜鉛腐食のいずれが起こるかは、黄銅
材質や腐食環境によって支配される。図 5-2-4-17 に代表的な脱亜鉛腐食形態事例を示す。

(出典)https://tt-tech.jimdo.com/5

図 5-2-4-17

黄銅性蛇口の脱亜鉛腐食事例
130127淡水環境下における黄銅の脱亜鉛腐食は、淡水中におけるさまざまな水質・成分、例えば硬度、塩化物イオン濃度、pH、溶存炭酸ガス濃度、重炭酸塩濃度及び温度等によって強く影響を受ける。一般に、硬度、pH および重炭酸塩濃度が低いほど、また塩化物イオン濃度、遊離炭酸濃度および温度が高い水質ほど脱亜鉛腐食を起こしやすい。ヨーロッパ諸国のように硬水系、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムあるいは硫酸カルシウムなどを多く含む水質では、黄銅表面にスケールが沈析し、強固な保護皮膜を形成するため脱亜鉛腐食は起こりにくいとされる。一方、我が国のように軟水系に属する淡水では脱亜鉛腐食が起こりやすい。
一般的には pH が低く、重炭酸塩濃度に対して塩化物濃度の高い温水で脱亜鉛腐食の発生傾向が強いとされ、また、pH が低く遊離炭酸濃度の高い冷水に脱亜鉛腐食の発生が顕著であるという報告がある。このように複数の因子が重なり組み合わさった水質で脱亜鉛腐食が発生するようである。脱亜鉛腐食に対して As、P などの添加が大きな防止効果がある。しかし、α 単相では効果があるものの、α+β 複相の β 相には効果がないということが定説であったが、近年は複相の快削黄銅の脱亜鉛防止が報告されている。
【応力腐食割れ：Stress Corrosion Cracking SCC】
銅合金の中でも黄銅は引張応力とある種の腐食媒との共存下で応力腐食割れを生じやすい。特にアンモニア雰囲気中では多くの銅合金が応力腐食割れを発生する。図 5-2-4-18 に黄銅の応力腐食割れの事例を、図 5-2-4-19 にアンモニア雰囲気中での各種二元合金の応力
腐食割れ感受性を示す。

(出典)キッツメタルワークス HP
https://www.kitzmetalworks.
com/basics_scc.html
図 5-2-4-18

応力腐食割れを起こしたフレアナット

割れはアンモニア単独では生じず、水と酸化剤の共存が必要である。実用環境においてアンモニアが検出されることは極めて希であり、割れをもたらす環境については明らかでないことが多い。使用経験から硫化物汚染海水、淡水、水蒸気・高温水、大気環境などのもとでの発生が報告されている。極めて希な環境であるが、ラジエーターのヘッダープレートの黄銅板が O リング（ゴム）下での脱亜鉛腐食を起点としての応力腐食割れを起こした事例など、腐食性雰囲気と思いにくい環境下でも応力腐食割れを生じることもある。Thompson
らは C2600（Cu-30%Zn）の応力腐食割れ感受性に対する金属学的因子の網羅的検討を行っており、第三元素として 36 種類の影響を検討しており、As、Ba、Ca、Ce、Na、Mg、P、
131128

Si の抑制効果を見出している（出典：D.H.Thompson Mater Res. And Std. 1 （1961） 108他）。筆者も自動車ラジエーターコアプレート材の検討の中で P、Si の共存がアンモニア環
境での応力腐食割れ感受性の著しい低下を経験している。

(出典)D.H.Thompson and
A.W.Tracy Trans SIME 185（1949）110

図 5-2-4-19

アンモニア雰囲

気中での各種 2 元合金の応力腐食割れ感受性

応力腐食割れの機構は多数提案されてきたが、使用環境との関係で割れの形態は異なり同一の機構では説明できない。淡水や汚染海水中に使用したアルミニウム黄銅では孔食とその底部の粒界腐食を起点として拉内割れへと進展するものもある。アンモニア雰囲気中
でのりん脱酸銅や高温高圧水中で Cu-A1、Cu-Zn-A1、Cu-Ni 合金に生じる割れはほとんど起点らしきものがなく粒界選択腐食から始まって、それが加速され粒界割れへと進展している。Mattson は pH の異なる硫酸銅アンモニウム溶液中において応力腐食割れ試験を行い、図 5-2-4-20 のように破断時間が溶液の pH によって著しく異なること、割れの通路もpH によって異なることを示した。pH7.1~7.3 で最も割れやすいこと、pH5.7~7.7 では粒界割れを、これ以外の pH 域では粒内割れを生じることを示した。この結果を pH-電位図および試験片の表面状況と対比して、最も割れの生じやすい pH 域は酸化被膜の形成されやすい領域であることを明らかにし、応力腐食割れにおいて表面皮膜の重要性を指摘している。

(出典)E.Mattson Electrochemica Acta
3（1961）279

図 5-2-4-20 硫酸銅アンモニア溶液
中における銅 pH-電位図と黄銅の応力腐食割れ感受性132
129

（出典）古河電工時報 No.79p.93
図 5-2-4-21

各種銅合金の応力腐食割れ感受性(6) 快削黄銅
快削黄銅は、強度や展延性が適度で扱いやすい黄銅に鉛を加えることで被削性を高めた合金である。被削性とは削りやすさのことであり、快削黄銅は「快削」の名の通り切削加工
しやすいのが特徴である。小さい力でも切削可能なうえ、切り屑も微細で簡単に切り離すことができるため、繊細な加工が必要な歯車やねじの素材に用いられる。また、高い殺菌効果を持つことからドアノブなどにも使われている。表 5-2-4-8 に快削黄銅の JIS 規格を示す
が、成分範囲が広く規定されており、成分既定の上下限では材料特性が大きく異なり、製造メーカーでは個別の仕様を定めている。メーカーの Web サイトに掲載されている一部のデータを転載したものが表 5-2-4-9 である。建築用水道、ガス配管の接続部品の多くは快削黄
銅棒を切削加工したものであり（写真 5-2-4-7）、時計の各種ムーブメントは快削黄銅条をプレス加工と切削加工によって仕上げられたものである（図 5-2-4-22）。
表 5-2-4-8
合金番号
C3601
C3602
C3603
C3604

快削黄銅（C3601、C3602、C3603、C3604）の JIS 規格の成分
化学成分
Cu
59.0～63.0
57.0～61.0%

Pb
1.8～3.7

Fe
0.30 以下
0.50 以下
0.35 以下
0.50 以下

Fe＋Sn
0.50 以下
1.2 以下0.6 以下
1.2 以下Zn
残部（出典）JIS H3250 2010

133
130

表 5-2-4-9
メーカー

記号

成分
内容

仕様
A材
（LCd） ﾃﾞｰﾀ例
大木伸銅
仕様
SA 材
（LCd） ﾃﾞｰﾀ例
NB5N
仕様
(N 材）
（LCd） ﾃﾞｰﾀ例
NB5S
仕様
（S 材）
サンエツ （LCd） ﾃﾞｰﾀ例
金属
NB5T
仕様
(SS 材）(LCd） ﾃﾞｰﾀ例
仕様
A44P(LCd） ﾃﾞｰﾀ例

代表的メーカーの快削黄銅規格
化 学 成 分
Cu
Pb
Fe
Fe＋Sn
%
%
%
%
59
3.1
≦0.3
≦0.7
59.3
3.1
0.10
0.36
58
3.3
≦0.3
≦0.7
57.9
3.3
0.10
0.34
59.5
3
－
－

59.55

3.07

0.12

0.38

58.2

3

－

－

58.40

3.17

0.12

0.40

57.2

3.6

－

－

57.32

3.33

0.10

0.36

58.4
58.44

3
3.12

－
0.20

－
0.50

Zn
%
残部
残部
残部

残部

残部
残部

Cd
ppm
< 75
8
< 75
9
< 60
8
< 60
23
< 60
7
< 60
11

（出典）各社 HP(出典)http://www.bs-m.co.jp/

写真 5-2-4-7

快削黄銅を用いた各種切削部品（出典）https://www.inouewatch.com/
category/trivia-parts

図 5-2-4-22

自動巻き時計の部品

134131

これらの快削黄銅棒は銅の含有量を変化させることによって金属組織を変化させ、各々特徴を持たせる一例が図 5-2-2-23 であり、Cu57.5%と59.5%では組織が大きく変化する。
Cu 量が多くなると α 相が増加する。快削黄銅の切削性に及ぼす要因は化学成分であり、組織、結晶粒度、機械的特性、製造方法、熱処理条件などがあるが、その大部分を占めるのがPb の添加量と分布である。Pb の添加によって切削抵抗が減少し、切り粉(出典)日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術.535

が細かくなる。特に精密切削では長

図 5-2-4-23

快削黄銅の金属組織

い切り粉が工具に巻き付き、しばしば製造が止まるケースもあり、適度な Pb 添加が必須である。RoHS 規制など Pb の使用を禁ずる方向にあるが、Pb フリーでは快削黄銅の切削性の改善が必ずしも十分でなく、期間限定とされているが Pb の使用がヨーロッパでも認められている。また、切削界面では発熱によって Pb が溶融しており、切削金具の表面に潤滑効果があり、工具摩耗も小さくなり、部品の生産性も高まるとされる。近年、日本においては Pb フリー快削黄銅が開発されているが黄銅棒の項で詳述する。
(7) りん青銅
りん青銅（Phosphor Bronze）は、Cu に Sn を加え、P で脱酸した三元合金で、Sn の量を多くするにつれて、また、加工率を高くするにつれて強度が高くなる加工硬化型銅合金ばね材料である。
りん青銅の主な特性はばね性に優れている、強度が高い、曲げ・絞り加工性がよい、電気伝導度が高い（Sn 量が少ない場合）、耐摩耗性がよい、応力腐食割れを起こさない、非磁性である、はんだ付けがしやすい、めっきしやすい、化学的腐食に強いなどで非鉄金属バネ用素材としての優れた特性を備えている。製造技術については別項で説明するが、一般の材料
がインゴット鋳造、熱間圧延を経て製造されるが、ことに Sn 含有量の多いりん青銅は一般に横型連続鋳造、冷間圧延によって製造される。なお、一部の欧州のメーカーでは 8%Sn を含むりん青銅でも熱間圧延が可能としているが、熱間圧延割れを起こしやすく、一般には鋳造組織のまま冷間圧延を施し、冷間圧延の前後のいずれかでソーキングし、組織の均一化を行う。高加工率の冷間加工後に再結晶させるときれいな α 単相の組織となる（図 5-2-4-24）。
りん青銅に関する JIS 規格を表 5-2-4-10、りん青銅の各種特性を図 5-2-2-26 に示す。固135132

溶硬化型銅合金に共通であるが、添加元素量が増えるほど強度は増す。同様に加工硬化率が増すほど強度が大きくなり、加工硬化する。加工硬化するほど伸びが小さくなり、曲げなどの加工性が劣化する。材料の選定にあたっては、被加工材にどの程度の加工を施すかと必要なバネ性のバランスから組成と加工度を選定することになる。黄銅系と異なり、Sn の単価
は Cu より高く、より高強度の高 Sn りん青銅はより高価となるため、上記の特性上の必要性と許される材料コストの関係から材料が選ばれていく。

（出典）http://www.factsage.cn/fact/documentation/binary/Cu-

Sn.jpg
図 5-2-4-24

Cu-Sn 系の平衡状態図

表 5-2-4-10 に示すようにりん青銅は高いバネ性を生かして様々な用途に用いられるが、その中で最も重要な用途はコネクターである。スマートフォンと自動車に使用されているコネクターを図 5-2-2-27~28 に示したが、数多くの部品を機器の中で接続させるためにコネクターが使用されている。

136
133

（出典)日刊工業新聞社 西畑三樹男他「りん青銅の基礎と応用」
図 5-2-4-25

りん青銅の組織（鋳造→均質化処理→冷間圧延→再結晶）

表 5-2-4-10

りん青銅の特徴と用途（出典）日本伸銅協会 伸銅品の基礎知識

137
134

左上：加工硬化特性、右上：バネ限界値と引張強さ、左下：伸びと最小曲げ半径の関係（出典）日刊工業新聞社 西畑三樹男他「りん青銅の基礎と応用」

図 5-2-4-26

りん青銅の各種特性(出典)MERIJ「伸銅品のユーザー市場」2016.4(原典)JEITA RCA-5202A 電子機器用コネクターの安全アプリケーションガイド

図 5-2-4-27

スマートフォンに使用されるコネクターの例

138
135

真空管時代、トランジスタ時代は電子機器も単純であり、部品をマザーボードの上にハンダ付けなどで装着していたが、1980 年代の IBM のパソコン（PC）ではマザーボードの上に SIM ソケット（一種のコネクター）を装着し、ドーターボードにメモリーやその他の部
品を組み込んで挿入する方式が発明された。ドーターボードを交換することによってグレードを上げたり、修理を容易にできるようにしたことが基盤実装の革命とも云えるもので、コネクターを介してさまざまな機能を持つ部品やドーターボードの組み合わせで電子機器の設計が容易になった。現在のスマートフォンにも極めて小さいコネクターが十数個搭載されている。自動車もかつての機械部品の集合体から電子機器の集合体（ECU：Electronics
Control Unit）に変化してきており、自動車特有のワイヤーハーネスによって結び付けられており、多くのコネクターが使用される。このため世界の電子部品（半導体を除く）の出荷金額を見るとコネクターはコンデンサーに次いで第 2 位、約 14%のシェアを有する。コネクターそのものには固有の機能がなく、ただ接続するという機能にもかかわらずシェアは低下していない（図 5-2-4-29）。
コネクターは加工部品の寸法精度の向上と信頼性の観点から、精度が高く、信頼性のある品質特性が求められている。
a) プレス加工部品の形状安定化
・板幅方向、長手方向の厚さ精度
・機械的性質のロット内、ロット間の均一性
・スリット加工品質となる曲がり幅公差、カール・スリット加工前素材の残留ひずみの除去、分散・スリット加工ひずみの軽減b) プレス加工の生産性
・継ぎ目なしコイル単重の大型化
・スリット加工品質
・梱包積載コイルの巻き方向の指定、カール方向の指定c) 接触圧（保持力の確保）と均一性 板幅方向、長手方向の厚さ精度
・接触部の支点の表面最大応力値 （maximum outer fibre bending stress） と適正な
ばね限界値
・ヤング率
d) 経時変化・応力緩和特性（stress relaxation）
・めっきの密着性、耐熱剥離性
・耐食性（corrosion resistance）

139
136

(出典)MERIJ「伸銅品のユーザー市場」2016.4(原典)JEITA RCA-5202A 電子機器用コネクターの安全アプリケーションガイド

図 5-2-4-28

自動車に使用されるコネクターの例(出典)MERIJ「伸銅品のユーザー市場」2016.4

図 5-2-4-29

世界の電子部品出荷額におけるコネクターの位置づけ

140
137

(8) 洋白
洋白は Cu、Zn と Ni から構成される合金である。その割合は用途の合わせてさまざまに調整されるものの、これらの元素のうち銅の含有率は 50%を超えている。洋銀（ようぎん）、ニッケルシルバー（英： Nickel Silver）、ジャーマンシルバー（英： German Silver）などの別名を持つが、実際には銀が含まれているわけではない。美しい銀白色の色調をもち、光沢が非常に美しい銅合金で、機械的特性、展延性、深絞り性がよく、耐食性、耐変色性に優れているため､古くから装飾品を始め洋食器、楽器に用いられており、今日では水晶発振子ケース、トランジスタキャップ、ボリウム用摺動片、エレクトロニクス機器、計測機器用スイッチやコネクターなどの電子部材などさまざまな分野に使用されている。日本において 2000 年以来、発行されている五百円硬貨は、Cu72%、Zn20%、Ni8%の合金であり、一種の洋白であるが、貨幣の世界ではこの合金をニッケル黄銅と称し、造幣局もこれを材質の正式名称としている。
さらに環境問題等から、今後益々伸銅品のめっきレス化が進展し、優れた特性をもつ洋白が好適材になってゆく

表 5-2-4-12

三菱伸銅の洋白の代表成分（wt%）
呼称

Cu

Ni

Zn

NS2

64

17.5

残部

NS3

62

14

残部

NS4

65

10

残部

NS5

69

12

残部

産が盛んであるが、いまだに品質の点で信頼性が低く、導

NS7

65

15

残部

電用途でない単なるケースは中国製、導電用途には日本製

NSS

56

17.5

残部

という使い分けが中国で行われている（2010 年代後半）。

NSL

70

6

残部

ものと予測される。
洋白の JIS で規定されている成分を表 5-2-4-11 に示す。また、洋白はメーカーごとに製造している成分が異なるようで、三菱伸銅の HP に掲載されている洋白の成分を
表 5-2-4-12 に例示する。水晶発振子の洋白は中国での生（出典）三菱伸銅 HP

表 5-2-4-11
合金記号
C7351
C7451
C7521
C7541

洋白の成分
化学成分(wt%)

Cu
70.0
～75.0
63.0
～67.0
62.0
～66.0
60.0
～64.0

Pb
0.1
以下
0.1
以下
0.1
以下
0.1
以下

Fe
0.25
以下
0.25
以下
0.25
以下
0.25
以下

Zn

Mn

残部

0～0.50残部

0～0.50残部

0～0.50残部

0～0.50

Ni
16.5～
19.5
8.5～
11.0
16.5～
19.5
12.5～
15.5

（出典）JIS H3110

141
138

(9) ベリリウム銅
ベリリウム銅は Cu に 0.5~3%のベリリウム（Be）を加えた合金で、一般に Co を微量添
加（約 0.3%）する。800~850℃で溶体化した材料を 315℃で 2 時間程度時効処理を施すことによって析出硬化し、銅をベースにした合金の中で最高の強度（引張強さ～1400MPa）
誇る。C1720 は Be を約 2%含むが、原子量が小さいため at%では 10%近くを含み、析出量としては他の合金系に比べて圧倒的に多い。強度が高く、降伏応力が最も高い銅合金であり、コネクターの端子（コンタクト）を小さくすることが可能である。コンタクトを小さくする
ためには、板厚の薄い材料が必要であり、降伏応力が大きくないと大きな変位と接触圧力が得られない。また、複雑な曲げを行うことも多く、加工時に割れなどの欠陥を発生させない
ため、最も理想的にはベリリウム銅を過飽和固溶体の状態で曲げ加工などの塑性加工を行い、部品成型後に時効処理を行うことが多い。古くからこういった使い方を C1720 などでは行ってきたが、過飽和固溶体を時効硬化すると寸法変化が生ずる、特に圧延方向に対する方向によって寸法変化に差が大きく、部品の最終形状から寸法変化を予測して時効前の塑
性加工寸法を決定する必要があり、設計上は極めて難度が高い。コネクターメーカーのコン
タクト設計者の熟練度が低くなるケースも多く、この寸法変化しない材料への要求が高くなり、ミルハードン材が開発された。素材を提供する工場であらかじめ時効処理をして強度を高めておく方法である。逆にこの方法で最高強度を実現すると曲げ加工性が著しく低下するために、オーバーエージ（やや高温での時効処理）やアンダーエージによって強度と加工性をバランスすることになる。Be の少ない低ベリではほとんどミルハードン材として提供される。また、ベリリウム銅は時効後の導電率は 20%IACS 程後にまで回復し、C5210（8%Sn のりん青銅 12%IACS）、Cu-Ti（数%IACS）に比べて高い電機・熱伝導性を持つこともコンタクト材料として傑出した特性を有している。
表 5-2-4-13種

ベリリウム銅の種類と特性、用途

類

参
記

合金

考

号

形状

名

称

特性・特色および用途例

記号
C1700

C1720

板

C1700P

耐食性がよく、時効硬化処理前は展延性に富み、条

C1700R

時効硬化処理後は耐疲労性、導電性が増加する。

板

C1720P条

C1720R

ばね用ベリ

ミルハードン材を除き、時効硬化処理は成形加工リウム銅後に行う。高性能ばね、継電器用ばね、電気機器
用ばね、マイクロスイッチ、ダイヤフラム、ベロ
ー、ヒューズクリップ、コネクタ、ソケット等。
（出典）JIS H3130

142
139

ベリリウム銅の弱点の一つは高価格であるこ

表 5-2-4-14

ベリリウム銅の組成とである。Be は酸化性の高い元素で、大気中での溶解鋳造は不可能である。そのため、真空溶解
鋳造や不活性ガス中での雰囲気溶解鋳造が必要である。そのためか現行の製造では鋳塊サイズ
が小さく、コストの点で不利となっている。また、溶体者処理温度は 800℃前後でそれほどの高温炉は不必要であるが、板厚が薄い製品が多く、（出典）JIS H3130

時効処理をコイル状で行う場合、強度が高すぎるため整直が難しくなり、時効処理を走間焼鈍で行う場合もあり、条速が 1m/分と時間がかかるケースも有りコストアップの要因となっている。このため、コネクターの低価格化の動きの中でベリリウム銅代替へのニーズが長年高まっている。
表 5-2-4-15

ベリリウム銅条の機械的・電気的特性(出典)マテリオン社 HP（https://materion.jp/-/media/files/japanese/filea-c.pdf?la=ja-jp&hash=2563948D999529B77910B8EAEEDBC49C2830D4EC）

143
140

（出典）日本ガイシ HP（出典）日本ガイシ HP

図 5-2-4-30

図 5-2-4-31

Cu-Be 平衡状態図

ベリリウム銅の時効硬化曲線（保持時間：2h）(10) チタン銅
チタン銅は Cu に Ti を添加した高強度銅合金である。ベリリウム銅合金に匹敵する強度、曲げ加工性を有するベリリウム代替合金の一つである。耐応力緩和特性においては、銅合金中最も高い性能を有しており、200℃の環境でも使用可能である。ただし、導電率は13%IACS で C5210 程度の低さであることが唯一の弱点である。パソコンや携帯電話等の電子機器の主にコネクター端子、バッテリー端子、バーンインソケット等の用途で使用がされている。なお、日本においては JX 金属が主として製造しており、JIS 規格合金の他、各種特性を改善した材料が発表されている。
表 5-2-4-16

チタン銅の特性、用途
参

合金記号

形状

記

名
板

考

号
称

C1990P

特性・特色および用途例
時効硬化型合金鋼のミルハードン材で、展延性・耐食性・耐磨耗性・耐疲労特性がよく、特

C1990

条

C1990R

ばね用に応力緩和特性・耐熱性に優れた高性能ばね

チタン銅材である。電子・通信・情報・電機・計測器などのスイッチ、コネクター、ジャック、リレーなど。
（出典）JX 金属 HP

144
141

表 5-2-4-17
合金記号

チタン銅の代表特性

合金成分（%）

特

性

Ti

Fe

EC (%IACS)

TS (Mpa)

C1990

3

-

13

980

C1990HP

3

-

13

980

C1990HC

3

-

20

(950)

3.2

0.2

10-13

970

NKT322
GIGAALLOY※TS は EH 材の仕様の中央値（出典）JIS H3130(11) コルソン合金（コルソン銅）
米国 Corson 氏の古い特許以来、Cu-X-Si（Cu-シリサイド）系の析出挙動や共存元素の影
響など広く研究されている。また、古くから Cu-Ni-Si 三元系のコルソン合金は高強度・高導電材料として電気・機械用途に実用化されてきた。半導体用リードフレーム材としての応用も比較的初期から検討され、非熱処理型合金として実用化された。
1980 年代以降に開発された主要のコルソン合金を表 5-2-4-18 に示す。C7025、C7035 と後述の C19400 は米国 Olin Brass 社の最盛期に発明され、いずれも半導体リードフレーム、
コネクターの主力材料として使用されている合金である。Olin Brass によれば C7025 は、interconnect 設計者の材料ニーズの高まりを満たすために開発された高性能合金であり、欧米、日本、中国の各社にライセンス契約をしている。C7025 は高強度中導電リードフレーム材でスタンピング性が高く、超多ピンのリードフレーム材として知的財産権の有効期限が切れ、現在も多用されている。
C7035 はコルソン合金の C7025 の Ni の
一部を Co によって代替した合金である。CuNi-Si 系のコルソン合金は Ni-Si の析出物によって析出硬化を狙った合金であるが、析出
温度域での Ni、Si の固溶度が大きく、強度を極大とする適正な時効温度域での固溶度が高く、導電率が 40%IACS 程度と限界が大きい。コルソン合金とはもともとシリサイドの析出硬化合金であり、Ni の一部を Co に置
き換えることで固溶度を小さくし、導電率の（出典）まてりあ第 51 号第 2 号（2012）p.73

図 5-2-4-32 C7035 の透過電子顕微鏡

高めた合金である。また、DOWA によれば、組織制御により圧延材板面に Cube 方位を集145142

積させ、結晶粒内の双晶が多く存在し、粒界エネルギーがほぼゼロである粒界の存在が対応
力緩和特性を向上している。図 5-2-4-32 に C7035 の透過電子顕微鏡像を示すが、材料中に10nm 以下の球状析出物が観察されている。
また、C64710、C64730 は神戸製鋼所が 1980 年代に開発したコルソン合金であり、リードフレーム材として一世を風靡した。これらの合金は非熱処理型（オーバーエージング）で製造され、強度はやや低いものの、この合金系では導電率が最大となるような合金設計がなされている。
コルソン合金については最近の自動車用コネクターの端子材などの要求に応じて日本の伸銅各社が多くの材料開発を行っており、これについては項を改めて報告する。
表 5-2-4-18

主要なコルソン合金

合金成分(%)
Ni

Co

Si

Mg

0.65

0.15

特性
Sn

EC

TS

(％IACS)

(Mpa)

45

785

TM04S

50

800

TM04

0.3

55

550

H

Zn

質別

C7025

3.0

C7035

1.5

C647103.2

0.7

C64730

3.2

0.7

1.25

0.3

35

600

H

C64760

1.8

0.4

0.1

1.1

44

650

H

C64780

2.5

0.55

0.2

1.0

40

775

H

1.1

0.6

（出典）C7025：JX 金属 HP、C7035：DOWA HP、C64710～C64780：神戸製鋼所 HP(12)Cu-2.3Fe（C19400）

これまで紹介してきた各種の合金系は極めて古くからある古典的な合金の他は第 2 次大戦以前に主として米国
Corson 氏などによって発明された合金である。Cu-2.3%Fe 系の C194 は米国
Olin 社が 1964 年に開発した戦後初めての基本合金系である。当初は電気器具用に開発されたとも云われているが、適度な導電率（約 65%IACS）と強度を有しており、初期からのライセンス戦略も（出典）http://www.cfa-metal.jp/tech02.html

図 5-2-4-33

あり、日本の複数の伸銅メーカーがライ

Cu-Fe 系の平衡状態図

センス生産を行ってきた。半導体がディスクリート系から DIP（Dual Inline Package）な146
143

どに代わってきて以来、半導体用リードフレーム材のスタンダード材料として現在も主要な材料として使用されている。また、欧米では自動車用の端子材としてエンジンルーム内な
どの高温雰囲気中で導電率の高さからパワー系の端子材にも多用されている。図 5-2-4-33の平衡状態図からもわかるように、1000℃での固溶量が 2.6wt%、900℃での固溶料は1.4wt%と、Fe を完全に過飽和固溶体とすることが工業的には難しいため、純粋な析出硬化型合金とすることは意外と難しく、非熱処理型の合金として使用されてきた。また、過剰なFe が粗大な析出物を形成しても、リードフレーム材のエッチングにおいても優先的に溶解するため有害とはなりにくい。

（出典）Olin Brass 社 HP

図 5-2-4-34

Olin Brass 社 C194 技術資料
147
144

この合金は半導体リードフレーム材などとして全世界で生産・使用されている歴史に残る合金であり、図 5-2-4-34 に Olin Brass 社の技術資料を示す。
C194 を線材として整合歪を有する γ-Fe の析出物を微細に析出させる改良を施す開発事例が報告されており（古河電工時報 No.111 P.139）、数 nm の球状析出物を均一に分散させており、PGA（Pin Grid Array）パッケージのピン材として従来の Kovar（Fe-26%Ni-17%Co）や 42 合金（Fe-42%Ni）を代替する応用に成功している。導電率は 65%IACS で引張強さ
は H 材で 455～520MPa で導電性はコバールの 10 倍となり、パソコンの MPU などの 400
ピンを超える多ピンパッケージに使用され、高集積化のニーズに伴い、熱放散性や動作速度の向上の面から優れた特性を示している。

（出典）古河電工時報 No.111

図 5-2-4-35（出典）古河電工時報 No.111

C194 ワイヤーの TEM 像

図 5-2-4-36

主な銅系線材の特性

日本を中心とした合金開発は 1980 年代の半導体パッケージの革新以来、連綿と続いており、各種の新合金が開発されている。しかしながら Cu-Fe 系の C194 以来、全く新規の合金系の発明ではなく、既存の合金系の改良・発展であるが、半導体パッケージ、エレクトロ
ニクス用コネクター、自動車ワイヤーハーネス用端子材など電子条の領域でユーザー市場の技術進歩に対応し続けている。これらについては項を改めて紹介する。
この項の最後に多岐にわたる銅合金の電気電子部品、機械部品用途のまとめを表 5-2-419、表 5-2-4-20 に示す。

148
145

表 5-2-4-19

伸銅品の電気・電子部品用途のまとめ（出典）日本伸銅協会 現場で生かす金属材料シリーズ 銅・銅合金

149
146

表 5-2-4-20

伸銅品の機械部品用途のまとめ（出典）日本伸銅協会 現場で生かす金属材料シリーズ 銅・銅合金

150
147

5.2.5.

伸銅品の製造方法

伸銅品の製品の形態は板、条（含む圧延銅箔）、棒、線、管であり、基本的な製造工程は溶解鋳造によって鋳塊を製造し、熱間または冷間圧延と焼鈍を繰り返して措定の寸法と、質別に仕上げる。
凝固組織は一般に非平衡状態で冷却されるために、本来平衡状態では α 単相の材料でも、非平衡状態で製出される複相状態であることが多く、不均一であるため、熱間圧延の前処理にあたる均質化処理や冷間加工のみで製造されるりん青銅などは鋳塊または粗圧延後に均質化処理を施されるケースがほとんどである。
加工方法は製品の形態によって異なるが、本質的には同様であるため、紙面の制限上「条」の製造工程について説明し、その他の形状の製品については形状固有の製造法に限って説明する。条の製造の中でも溶解鋳造、圧延、熱処理について説明する。
5.2.5.1.

銅および合金条の製造方法

図 5-2-5-1 に銅および銅合金の製造方法の概略を示す。

（出典）日本伸銅協会 講習会資料

図 5-2-5-1

銅および銅合金条の製造工程の概略

151
148

(1) 溶解鋳造
熱源を燃焼によるタイプの溶解炉の燃料は固体（木炭、石炭、コークス）、液体（重油、
灯油）、気体（天然学、都市ガス）があり、炉の形態にはるつぼ炉、反射炉、シャフト炉がある。熱源が電気である電気炉には加熱コイル、インダクター内に置かれた被加熱物に誘導電流を流し、ジュール熱による加熱を行う誘導加熱方式が一般的である。炉の構造からるつぼ型炉（コアレス炉）と溝型炉があり、その他ではアーク炉や抵抗加熱炉がある。この中では工業的にはシャフト炉とコアレス炉、溝型誘導路が最も重要であり、この 3 タイプについて説明する。
表 5-2-5-1
熱源

名

称

シャフト炉
石化
燃料

溶解炉一覧

るつぼ炉
反射炉

誘導炉
（るつぼ
型、溝型）
電気
アーク炉
抵抗加熱炉

特

徴

大量生産、電線および量産伸銅品用、連続鋳造設備との連結。*
円筒型で上部から原料装入、下部より溶銅。熱効率 50%。
銅合金鋳物用、ガス燃焼方式が多い。
熱効率は 10~20%。1 回の溶解量は 100 ~ 400 kg。
屑処理用、酸化製錬などで不純物を浮上分離。250~400 t。松丸太で還元。熱効率は 20%程度、排熱回収装置を付けると 30%。
交流の電磁誘導（IH：induction heating）
るつぼ型:熱効率 20~30%、少量多品種溶解に適す（リン青銅、青銅、特殊黄銅など）。真空炉もこのタイプが多い。
溝 型：30~60t、主に無酸素銅の溶解、保持。熱効率 60%と高い。
通常、休転時も溶銅を保持。
二つの電極間にアークを発生させ加熱。溶解時間が早い。
黄銅、青銅、白銅の 5t 程度の溶解。
抵抗発熱体を熱源。間接的に加熱。適用温度が 1,300°C までと低い。実験室規模で熱効率は低い。
（出典）日本伸銅協会 現場で生かす金属材料シリーズ 銅・銅合金【シャフト炉】
シャフト炉は炉体形状が円筒竪型であることから一般的にシャフト炉とよばれている。
従来の純銅の溶解には、反射炉により酸化精錬を行い電気銅の不純物を除去する必要があったが、電気銅の不純物含有量が大幅に低減され除去の必要がなくなった。エネルギー効率と生産性も良好である。シャフト炉は図 5-2-5-1 に示すように円筒状の炉の底部の周りにガスバーナーを 配置した構造となっており、溶解能力が大きいため、現在、多くの伸銅メーカーが採用している。シャフト炉の構成は、炉本体、原料装入装置、とい、保持炉となっている。原料は上部装入口より装入され、下部のバーナーにより、還元性燃焼ガスの熱で溶解される。溶湯は 1,200°C 程度でシャフト炉からといを通り、途中の冷却および酸化を防ぐ
152
149

ように加熱されながら保持炉に流れ込み、溶湯の温度を一定に調節するために一時的に蓄えられる。
シャフト炉の主な機能は純銅の無酸化溶解である。装入材を炉内に均一に投入すること
で、材料に付着した有機物や硫酸塩などは上部での予熱段階で熱分解で揮発除去される。また、ガスバーナーの空燃比を制御することで炉内の雰囲気を還元性に維持し、溶湯が酸素を吸収することを防止できる。その一方で、銅中の酸素の還元や不純物金属の除去はほとんど期待できない。また、その構造上、 溶湯の攪拌や成分の平均化は困難であることから、合金系の溶解は行われない。シャフト炉による希薄合金の溶解鋳造は可能であり、溶湯の流路中での合金元素の添加となる。

（出典）日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994

図 5-2-5-2

シャフト炉の構造と連続鋳造システム【誘導加熱式るつぼ炉（コアレス炉）】
高周波（または中周波）炉の原理は、一般の商用周波数電源をサイリスタインバータなどで溶解に適した低周波電源に変換し、それを加熱コイルに導いて材料に渦電流（二次誘導電流）を発生させる。その過電流によって生じるジュール熱で材料を加熱溶解するものである。溶湯内には誘導電流と磁場が同時に存在するため、炉の中心に流れが生じ溶湯の表面が盛り上がる。この現象は、周波数が低いほど顕著にあらわれる。るつぼ型炉の特徴点を下記に示す。
・溶解する地金の材質や形状の制約を受けず、安価な材料を使用できる。
・合金成分の調整が可能であり、あらかじめ必要とした成分の溶湯が得られる。
・電磁攪拌作用が大きいため、特に均一な合金組成の溶湯と鋳塊が得られる。
・溶解時に投入電力や時間を調整することにより、溶湯温度と溶解時間を自由に制御でき、操業の自由度が高い。
153
150

・材料自体が発熱して溶けるので、溶解損失が小さく、溶解歩留りが高い。
・品種の切り替えが容易であり、間欠・連続いずれの操業にも対応可能である。
・操業が簡単でエネルギーコストも低く、経済的である。
図 5-2-5-3 にるつぼ炉の構造の一例を示す。 炉体は、漏洩磁束による炉体構造物の加熱防止や炉体強化と効率向上のため、ケイ素鋼板による積層鉄芯と、漏洩磁束防止のための磁気シールド板をもった溶接鋼板構造をとっている。また、るつぼ炉の内張りは一般的に耐火物のスタンピングによって構築されている。すなわちレンガのような一定の形状をもたない不定形耐火物を使用し、十分に緻密な耐火層を形成させて溶湯の浸透を防いでいる。一般的には、Al203 を 85%以上含むアルミナ系乾式スタンプ材が多く選択されている。
しかし、耐火材の厚みは炉容量などにもよるが 80~150 mm 程度と薄く、また操業も間欠で行われることが多く、加熱冷却が繰り返されるという過酷な条件下で使用されるためその寿命は短い。

（出典）日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994

図 5-2-5-3

誘導加熱式るつぼ炉の構造【誘導加熱式溝形炉（チャンネル炉）】
溝形誘導炉は変圧器の鉄心を形成する一次コイルとその外周に一巻きの溶湯で形成される二次溝（チャンネル）からなり、チャンネルは周囲を耐火物で囲まれ鉄箱内に収められている。二次溝内の溶湯は閉回路を形成し、一次コイルの数倍の大電流が誘導され、ジュール熱によって自己発熱する。この熱が滞留、伝導などの作用によって炉本体の溶湯に伝わり溶解、消音、保温がなされる。コアレス炉に比べて以下の有利な点があり、特に大量生産に向いている。
・加熱が溶湯の循環によって行われ、厳密な温度管理が可能で、金属の偏析の小さな良154
151

好な鋳塊が得られる。
・有鉄心炉であるため電気効率がよく消費電力が小さく経済的である。
・大型炉が容易に制作でき、鋳造プロセスを含めた自動化が容易であり、生産の合理化が可能。
一方不利な点は以下の通りである。
・インダクターを取り囲む耐火物の構造が複雑である。
・常に溶湯を残す必要があり、電気効率は非常に高いが、操業度が低いと総合効率は低下する。
・溶湯が残存するため、品種に切り替えで特殊な添加元素を投入した後、添加元素が炉壁中に吸収される場合、その溶出のため品種の切替で多くの捨て湯で歩留まりが低下する場合がある。

（出典）日本伸銅協会、銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994 p.27.28

図 5-2-5-4溝形誘導路の原理と溝形低周波誘導炉の基本構造

一般に伸銅業者は各種銅合金を製造する場合、溝形誘導炉とコアレス炉を組み合わせて合金を作り分けることが一般的である。
【鋳造】
鋳造とは、材料を融点よりも高い温度に加熱し液体にしたあと型に流し込み、冷やして目的の形状に固める加工方法である。鋳造に使用する型のことを鋳型といい、鋳造でできた製品のことを鋳物または鋳塊という。鋳造製品を総称して鋳塊（インゴット）と呼び、断面形状により丸断面の製品をビレット、角断面の製品をケークと呼んでいる。
鋳造機は表 5-2-5-2 のように分類される。一般的に伸銅品では連続鋳造が主流である。

155
152

表 5-2-5-2鋳造機の一覧

（出典）日本伸銅協会 現場で生かす金属材料シリーズ 銅・銅合金

ビレット、ケークはそれぞれ後工程の熱間押出、
熱間圧延の供試材であり、大きな断面積を有している。これに対してりん青銅などの素材は横型の連続鋳造方式を採用し、板厚 20～30mm 程度の鋳塊を保持炉の底部に直接水冷モールドを配置して、水平方向に鋳塊を引き出す方法で製造するケースもある。熱間加工の難しい洋白やりん青銅はこの方式によって鋳造を行っている。

（出典）金属材料、Vol.9 No.6 p.37

図 5-2-5-5

連続直冷竪型鋳造機の冷却系

156
153

（出典）日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994 p.67

図 5-2-5-6

水平（横型）連続鋳造機の配置図（Krupp 社の例）

縦型連続鋳造機は重力方向に沿った鋳造方式であることから鋳型内の凝固殻（シェル）にかかる静水圧が水平方向で均等になりやすく鋳型内面と鋳塊表面の密着性が向上し均一な抜熱が得られる利点がある。
5.2.5.2.

板条の製造方法

板条の製造方法の概略を図 5-2-5-1 に示す。板条の素材となるインゴット（ケーク）は通常 200～300mmt×600～1200mmw×数 mL 程度のサイズを有しており、熱間圧延の前段階
で材料の特性と合金設計によって異なるが 800～1000℃で数時間加熱され、熱間圧延機で数パス～十数パスで 10mmt の板厚に圧延される。熱間圧延は高温で行われるため、変形抵抗が小さく、1 パスでの圧下量を大きくとれる。またこのことによって高温で固溶体を形成していた状態が短時間の高温における加工と急冷によって過飽和固溶体のまま常温に冷却される。その後、冷間圧延と焼鈍の繰り返しによって製品サイズに圧延される。また、熱間圧延が困難な洋白やりん青銅は 20～30mmt の薄型の鋳塊を冷間圧延と均質化処理、焼鈍の繰り返しによって製品サイズに製造される。
高温での均質化処理は大気中で加熱されるため、表面に分厚い酸化膜が生成する。これは熱間圧延などの工程の後に切削加工（面削、ミーリング）によって酸化物を除去する。
(1) 材料設計の基礎
汎用的な銅および銅合金は材料設計上 2 種類に分類される。一つは純銅、黄銅、りん青
銅などの固溶硬化型合金であり、最終圧延（仕上げ圧延）前の再結晶処理（生地焼鈍）における結晶粒径と仕上げ圧延における冷間加工率とその後のひずみ取り焼鈍（仕上げ焼鈍）の157
154

組み合わせによって所定の強度、伸びを決定する。仕上げ圧延の加工率が大きいと強度が高くなり、伸び（延性）が低下する。材料のその後の加工と求められる特性によって強度と延性のバランスの異なった材料が製出される。
固溶硬化型合金は塑性加工（圧延や引き抜き）によって加工硬化し、強度が増加し延性が低下する。その実例を図 5-2-5-7 に示す。製品板厚における質別（強度、延性のグレード）に合わせて仕上圧延の加工率を決め、逆算して再結晶処理（焼鈍）の板厚を決定する。
表 5-2-5-3 に C2600（70%Cu-Zn：7/3 黄銅）代表的な質別の例を示す。規定されている
機械的特性の項目はその質別によっては曲げ加工性や硬さ試験もあるが、ここでは引張試
験の項目に絞っている。実際には製品の厚さによって規格値がわずかに異なっているが、ここでは比較的厚い材料の特性を示している。このデータはあくまで JIS 規格であり、実際の日本の伸銅業でははるかに厳しい特性の管理幅で製造している。例えば C2600H 材の引張強さは 410~540MPa で管理幅としては 130MPa あるが、この範囲で特性が変動していると、部品加工した際の寸法精度やばね性（接触圧力）などがユーザーのニーズに合わない。
このため実質的には管理幅としては規格の 1/2 から 1/3 程度の狭い幅で製造している。これを実現するために黄銅のような比較的スクラップを多用する材用ですら、不純物成分のコ
ントロールが重要で、生地焼鈍の際の結晶粒度の制御を厳密に行っている。
また、りん青銅などばね材として製造する場合、最終圧延の後に再結晶温度より低い温度での低温焼鈍を行うことがある。歪取り焼鈍と呼ぶが、この処理によって残留応力が除去されるとともに、ばね限界値や応力緩和特性が向上する。
Cu-Be 系、Cu-Ti 系、Cu-Ni-Si 系、Cu-Cr 系などの析出硬化型合金は温度におけるそれぞれの合金系の固溶度の差を利用して高度な強度、導電性の特性を得ている。固溶硬化型合金ではその添加成分によって一義的に導電性が決定される
ため、選択する合金系によって導電性が決まってしまうのに対して、析出硬化型合金では製造工
程、条件の設定によって強度、導電性、延性のバ
ランスを設計可能である。Cu-Cr の共晶温度付
近では Cu 中に Cr が 0.89at%固溶するのに対して、常温ではほとんど固溶しない。この性質を利用し、1000℃近い高温で Cu 中に Cr を固溶させ、特殊な水冷などにより急速冷却を行って高温での固溶状態を常温に持ちきたす。これを溶体化処理と呼び、非平衡状態で過剰に Cr が Cu 中に溶け込んだ状態の過飽和固溶体を生成する。この過
158155（出典）MERIJ

図 5-2-5-7

C2680（65/35 黄銅）の加工硬化曲線

飽和固溶体を任意の冷間加工を施し、300～600℃の温度域で熱処理（時効処理）を行い、その温度に平行な状態まで溶質成分を析出させる。これによって導電率が上昇し、強度が高くなる。

焼鈍軟化特性

焼鈍軟化特性に及ぼす冷間加工率の影響（出典）C.R.パレット他、材料科学２-材料の強度特性 培風館（1980）p.109

図 5-2-5-8

焼鈍軟化特性

表 5-2-5-3

C2600（70%Cu-Zn）の代表的な質別
引張試験

合金

引張強さ

伸び

MPa

%

O

275～

40～

1/4H

325～41035～

1/2H375～44028～

H

410～540－EH

520～620－SH

570～670

－

ESH

620～

－

質別

番号

C2600

（出典）JIS H3100（出典）西畑三樹男他、りん青銅の基礎と応用、
日刊工業新聞社（1997）p.76

図 5-2-5-9

Sn3%りん青銅のビッカース

硬さに及ぼす低温焼鈍条件の影響
159
156

（出典）C.R.パレット他、材料科学
２-材料の強度特性
培風館（1980）p.118

図 5-2-5-10

時効温度（T）の

析出硬化特性への影響

図 5-2-5-10 に析出挙動に及ぼす時効温度の影響を示す。時効温度が高いほど拡散速度の関係で析出が早くなり、時効温度が低いほど析出が遅くなる。しかし一般に析出成分の固溶
度は温度が低いほど小さいため、析出量のピーク（強度のピーク）は高くなる。この時効曲線において強度の極大値をピーク時効と呼び、それより短い時間（または低い温度）での時
効をアンダーエージ、より長い時間（または高い温度）での時効をオーバーエージと呼ぶ。
Cu-Be のように約 10at%の析出量を持つ材料を素材の段階でピーク時効すると用途にもよるが強度が高くなりすぎて、部品加工に堪えないケースがあり、ミルハードン材ではあえて最高強度を出さないアンダーエージやオーバーエージ領域の熱処理をして特性のバランスを高めることがある。
(2) 圧延加工
圧延加工は、回転する 2 個または複数のロール間に材料を通して塑性変形させ、目的の板厚形状に加工する方法である。圧延機は構造や板形状の制御機構、用途などでさまざまに分類されるが、最も基本的なロール段数で圧延機の特徴を示す。その主だったものを説明する。
2 段圧延機：最も単純な構造で、ワークロール（材料に直接せして加工するロール）径が大きく、熱間圧延機、調質圧延機に使用される。
4 段ロール：バックアップロール、ワークロールの組み合わせで使用され、熱間圧延機、粗圧延機、冷間仕上げ圧延機などに用いられる。
6 段圧延機：バックアップロールとワークロールの間に中間ロールを組み込み、中間ロールをシフトさせ材料のエッジドロップを軽減し、圧延材の形状制御を可能にしたタイプと材料を薄く圧延するためにワークロール径を小さくし、板幅方向のロールのたわみを 2 個のバックアップロールで防止したタイプの 2 種類がある。前者は粗圧延機として使用されるケースが多く、後者は広く熱間圧延機、冷間圧延機として使用される。

160
157

12 段圧延機：比較的新しく開発実用化された圧延機である。近年優れた形状制御機構が装備され、小径のワークロールを用いた高速化が実現され、板厚制御、形状制御に優れた仕上げ圧延機として使用される。
20 段圧延機：12 段圧延機の外側にもう一組のバッ
クアップロールが配置されたもので、12 段圧延機よりもさらに小径のワークロールによって箔に近い薄板の圧延を可能にしている。仕上圧延などの冷間圧延委使用される。

（出典）日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994、p.132

図 5-2-5-11

ロール配置による圧延機の分類(3) 熱処理
材料設計の基礎で述べたように、銅をはじめとする金属材料は塑性加工をすることによって材料は硬化し、薄い板条を製造するために途中で加熱処理を行い、材料を再結晶させて軟質材に戻して加工を続ける必要がある。また、熱処理には結晶粒度を一定に制御したり、溶質成分を固溶させる溶体化処理、析出をさせる時効処理などさまざまな目的で実施される。材料の特性を制御する最も重要な工程の一つである。図 5-2-5-12 にタフピッチ銅と黄銅の焼鈍軟化特性を示す。タフピッチ銅は 200℃前後で、黄銅は 300℃前後で再結晶する。

（出典）日本伸銅協会、銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994、p.224,225

図 5-2-5-12

タフピッチ銅、Cu-63.67%Zn 黄銅の焼鈍軟化特性

161
158

再結晶後の挙動が材料によって異なる。タフピッチ銅（純銅系）は再結晶温度以上の焼鈍温度が高くなっても結晶粒径が急
激には大きくならず、強度の低下も著しくない（800℃以上は別）。これに比べて黄銅系ではより高温で熱処理をすると結晶粒の粗大化が進みやすく、焼鈍温
度が高くなると材料強度が低下（出典）日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術する。この現象はその後の圧延改訂版、1994、p.256

でも影響が残り、圧延加工材の図 5-2-5-13

特性の変動の原因の一つとなる。

純銅の再結晶曲線

ましてや時効処理や溶体化処理における広い意味での温度管理は極めて重要である。
図 5-2-5-13 に純銅の再結晶曲線（結晶粒）を示す。純銅などの固溶硬化型合金では黄銅のような温度感受性の高い再結晶挙動をするものもあるが、一般的に熱活性過程で温度と時間の組み合わせで同一の状態を製出することが可能である。すなわち、低温長時間と高温
短時間は基本的に同様な効果を発揮する。そこで、熱処理の方法も低温長時間系と高温短時間系の 2 種類について概説する。ただし、熱活性過程に従うのは固溶硬化型合金のみであり、析出硬化型合金では異なる挙動を示し、その挙動ゆえに最適な製造が可能となる。

【バッチ式焼鈍炉】
バッチ式焼鈍炉にはベル型炉、ポット型炉、箱型炉などがある。図 5-2-5-14～15 にベル型炉と熱サイクルの一例を示す。ベル型炉はインナーカ
バーを使用した間接加熱が一般的であり、真空ま
たは雰囲気ガスを導入することにより光輝焼鈍が可能である。熱源は燃料燃焼式と電熱式がある。
ベル炉による熱処理は 1 サイクルの熱処理時間は十数時間を要することが一般的であり、複数のコ
イルを重ねて配置して処理を行うことにより、生産性の向上が図られている。また、大型コイルあるいは多段積みの焼鈍ではコイルの外周部と内部
あるいは上段と下段で熱履歴に差ができやすく、
162
159

左：インナーカバー、右：加熱炉本体（出典）サーマル HP

図 5-2-5-14

ベル型炉外観製品の品質がバラツキやすい欠点がある。このような欠点を改善するためにも強力なファンで雰囲気を撹拌して温度の均一化を図り、より長時間の加熱で熱履歴をキャンセルする
ような工夫がなされている。なお、析出硬化型合金の時効処理は原則としてバッチ式を採用せざるを得ないため、熱履歴の均質化は製品の性能を一定にするために極めて重要である。ベリリウム銅のミルハードン材の時効処理をコイル状でバッチ式焼鈍を行うと、いわゆる巻き癖が付き、その後のレベラーでの整直が不可能な場合もあり、連続式の熱処理炉で速度を落として時効処理する場合もある。

（出典）日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994、p.258

図 5-2-5-15

ベル型炉の熱サイクル一例【連続式焼鈍炉】
連続焼鈍方式は固溶硬化型合金の場合、再結晶挙動が熱活性過程ゆえにバッチ式熱処理と本質的には等価である。条製品の製造において、脱脂、焼鈍、 酸洗、防錆など、一連の工程を一度に行える連続焼鈍炉（AP ライン：Annealing and Pickling Line）が普及してきている。また、完全な不活性雰囲気中または弱還元性雰囲気中での連続焼鈍では材料
表面が酸化されないために酸洗処理が不要の場合もある。酸洗後に表面をバフなどで研磨することも多いが、表層に加工変形層が生成して表面特性に悪影響することもあるので、用途によって使い分ける必要がある。連続焼鈍炉は、コイル状の条材をほどきながら、比較的高温の加熱室内を 短時間で通過させて熱処理を行う炉であり、条の全長にわたって
同一の熱履歴が得られ、また、処理時間が短く生産性が高いなどの特徴がある。
連続焼鈍炉の加熱室には、横型と縦型がある。熱源はラジアントチューブを用いた間接加熱方式とプロパン、ブタンなどを燃料とする直火型がある。縦型は、高い建屋と強固な架台構造からイニシャルコストが 高くなりやすい。横型焼鈍炉の模式図を図 5-2-5-16 に
示す。

163
160

また、連続焼鈍は、熱処理の目的に応じ、急冷設備を付与した溶体化処理炉や張力制御を強化したテンションアニール炉として使用される場合もある。

（出典）日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994

図 5-2-5-16 連続焼鈍酸洗ライン

5.2.5.3.

その他の形状（線、棒、管）の製造方法

電線の原料となる銅のワイヤーロッドは単一の品種を大量に製造するため、連続鋳造圧延方式で製造されるが、伸銅品の多種類の品種の線、棒、管を製造する時には円筒状のビレットを熱間押出によって素材を作り、その後圧延（溝形）、伸線（引き抜き加工）と焼鈍を繰り返して製品を製造する。エアコン用などの銅管（リン脱酸銅管）については日本
においては伝統的にビレットの押出方式を採用しているが、中国ではオートクンプ社が開発した Cast & Roll 方式で素材を製造している。この方式では以前は品質的に問題があったようであるが、現在の中国メーカーでは技術改良しており、品質上も問題がないとされている。この方式は鋳塊と押し出し材の先後端を切断する必要がなく、素管段階で十数%歩留まりが良く、コスト競争力に優れている。この項では押出、銅管の溝成型加工について説明する。
(1) 押出押出法は棒および線の製造工程では一般的な熱間加工法として採用されている。加熱した素材をコンテナに装入して圧縮力を加えることにより、ダイスを通して材料を流出させる加工法で、断面形状が一定の長い製品を作ることができる。また、最終製品の断面形状
及び寸法を考慮して、それに合ったダイスを使用することにより、種々の断面形状、寸法の製品に加工することができる。
164
161

銅・銅合金の棒あるいは線を製造する場合の押出法には、直接（前方）押出、間接（後方）押出、静水圧押出、ガラス潤滑押出および連続押出などがあり、製品の形状、寸法、材質などにより、それに適した方法が採用される。代表例として、直接押出法のイメージ
を図 5-2-5-17 に示す。直接押出は、棒あるいは線の加工法としては最も一般的な方法で、ステムの進行方向と同じ方向に材料が押出される。ダイスは直角ダイスが多く用いられるが、直角ダイスを使用するとコンテナ内面とダイスの合わさった角にデッドメタルが形成され、素材の酸化された表面層が押出材の内部に巻き込まれ、製品の内部欠陥になることがある。この酸化層巻き込みに対しては、防止策としてコンテナ内径よりも 2~4mm 小さ
めの加圧板（ダミーブロック）で素材の表皮を残して押出す、いわゆるシェル押出が採用されている。管の押出ではビレットの一端をステムにて加圧後、マンドレルによりビレッ
トに孔を開け、ステムを前進させる。ステム先端には、押盤が配置されており、ダイスとマンドレルの間隙より管が押出される（図 5-2-5-18）。押出後、コンテナ内に残されたシェルとデッドメタルの部分を、コンテナ内に抜き盤を通して取り除く。押出された素管は、出側において、ただちに冷却され、結晶粒径の粗大化を防ぐ。

（出典）日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎（出典）日本伸銅協会 現場で生かすと工業技術 改訂版、1994

図 5-2-5-17

金属材料シリーズ 銅・銅合金

図 5-2-5-18

直接押出法の断面イメージ

管の直接押出法(2) 内面溝付け加工
エアコンなどのヒートポンプ機器の伝熱管には、内面溝付管が使用されており、近年は、溝形状の改善による高性能化が著しい。内面溝付管製造前の銅管は、焼鈍し軟化させる。溝成形工程は、（出典）日本伸銅協会 現場で生かす保持プラグへ回転自在に取付けた溝付プ
ラグを原管内に入れ、ダイスで保持プラ

金属材料シリーズ 銅・銅合金

図 5-2-5-19
165
162

内面溝着け加工イメージ

グを所定位置に固定しておき、溝付プラグ部の管外側から複数個のボールを高速回転させながら押し付け、銅管を連続的に引き抜くことで原管内面に溝が連続的に加工される。転造部材（ボール、ロールなど）による回転成形加工であることから、この加工法を転造加工とよぶ。最先端の内面溝付け管は外径が 4mm 程度に小さくなっており、典三加工速度の向上が困難であるが、顧客からの低コスト要求からさまざまな技術改良が進んでいる。
熱交換器の性能向上に大きな寄与をするため、さらに細い内面溝付け管のニーズは高いが、この転造加工の加工速度アップが律速している。
5.2.6.

伸銅品のトピックス(1) 銅管の高性能化
モントリオール議定書などによるフロン冷媒の規制により、エアコンの冷媒代替フロン材に変わり、さらに地球規模での環境問題の高まりから、自然冷媒が注目されるところとなっている。CO2 を冷媒としたヒートポンプ式給湯機 「エコキュート」が 2001 年に市場に投入され、市場が急拡大している。さらに銅価の高騰には激しいものがあり、耐圧性能の高い高強度銅管が必要となっている。このような背景の中で、高強度銅管が開発されてきた。管を高強度化、高耐熱化することにより、冷媒の高圧化に伴う厚肉化を不要にし、さらに薄肉化することが可能となる。合計でも 1 パーセントに満たない微量な添加元素により付加価値を高めている。管の製造や熱交換器の加工の点でも、りん脱酸銅管とほぼ同様な取扱いができるため、従来の製造工程での使用が可能である。ことにろう付け後の耐
圧強度は析出硬化、固溶硬化に加えて結晶粒の粗大化の抑制によるものである。ただし、今後の課題としては用途が広がるにつれリサイクル品が従来の脱酸銅に混入した場合、焼鈍後の特性変動を引き起こす危険性である。
表 5-2-6-1

代表的な高強度銅管の組成（コベルコマテリアル銅管）（出典）神戸製鋼技報 Vol.58 No.3（2008）p.74

166
163

（出典）神戸製鋼技報 Vol.58 No.3
（2008）p.75

図 5-2-6-1

ろう付け後の破壊強度(2) 銅管の蟻の巣状腐食と対策
一般的に銅管は耐食性に優れているが、需要の拡大とともに一部の厳しい環境下で腐食の問題がクローズアップされている。高耐食性の銅管として、主に給水・給湯用で発生する孔食に対して良好な耐食性をもたせた銅合金管や、有機酸系腐食促進物質により発生する蟻の巣状腐食に対する新しい材料が開発されている。蟻の巣状腐食とは銅管表面の微小な腐食孔から蟻の巣状に進行する腐食のことで、蟻酸や酢酸などの有機酸を腐食媒として発生する。主な発生場所はアルミフィンとの接合部近くの隙間で、腐食媒は熱交組み立て
時の加工油ろう付けフラックス、建屋内のホルムアルデヒドなどが加水分解した有機酸である。いくつかの改善への提案がなされており、無酸素銅や添加する P 量を最適化することによって粒界を進行する腐食から層状腐食に形態変化させ、厚さ方向への進行を抑えて耐食性を向上しているものと思われる。

左：通常のりん脱酸銅管、右：“DANT”（蟻の巣状腐食対策材）（出典）NJT 銅管 HP（https://www.njt-copper.com/pdf/njt_DANT.pdf）
図 5-2-6-2

蟻の巣状腐食の断面組織(3) 快削黄銅の Pb フリー化
これまでの黄銅棒は最大 4%近くの Pb を添加することによって切削性を向上させていた。しかし、Pb は環境負荷物質であり、黄銅棒でも Pb フリー化の要求が強くなされている。日本の快削黄銅棒メーカーはこの難題に挑戦し、2 つの系統の代替材料の開発に成功
167
164

し、世界各地の黄銅棒メーカーにライセンス供与を行っている。自動車部品では、ELV 指
令対応、高強度、切削性、優れた耐摩耗性を重視した用途に使用される。電気電子部品では、RoHS 指令対応、高強度、切削性を重視した用途に、水栓部品では、NSF 認定可能、Ni 規制対応、Pb 規制対応、鍛造性・鋳造性・切削性を重視した用途に使用されている。
代表的な Pb フリー黄銅の金属組織と切削形態を図 5-2-6-3 に示す。
表 5-2-6-2
合金番号Pb フリー黄銅の化学成分
化学成分 wt%

Cu

Pb

Bi

Si

Zn

C6801

57.0~64.0￣0.01

0.5~4.0

ー

残

C6802

57.0~64.0

001~0.10

0.5~4.0

ー

残

C6932

74.0~78.0

~0.10

ー

2.7~3.4

残C3601

59.0~63.0

1.8~3.7

ー

ー

残

C3603

57.0~61.0

1.8~3.7

ー

ー

残

C3605

56.0~60.0

3.5~4.5

ーー残（出典）JIS H3250(出典)三菱伸銅 HP（http://www.mitsubishi-shindoh.com/ja/products/material/ecobrass.html）

図 5-2-6-3

代表的な Pb フリー黄銅の金属組織と切削状況

168
165

(4)

日本の電子条の発展

半導体リードフレーム材の開発

戦後の日本の伸銅業は戦前に米国で開発された合金や古くからある純銅、黄銅、りん青
銅などの合金に限られており、電気用途など線・棒材などが中心であり、日本の板条も電気用途が中心であった。そもそもエレクトロニクスは戦後に始まったものである。戦後の最も古い合金開発は、それまで耐熱純銅合金としてカドミウム銅が使用されていたが、Cdの毒性のため使用が困難になり、Cu-0.15%Sn 合金が開発されたことである。エレクトロ
ニクス用材料（電子条）の開発はトランジスターの開発、半導体の発明と進歩に付随して行われたものであり、特に 1980 年代以降の表面実装型半導体パッケージの発明と進歩に
より日本の半導体産業が世界を席巻し、半導体パッケージングと材料において、日本メー
カーが世界をリードしていたことが最大の要因と言える。
全ては 1947 年のショックレーのトランジスターの発明から始まった。その後、1958 年にキルビー特許と今日の集積回路技術の祖先はロバート・ノイスによるプレーナー特許（1959）が半導体の起点である。

(出典)大山 2008 年銅学会発表資料

図 5-2-6-4

ショックレーによるトランジスターの発明とキルビー特許の基になった半導体集積回路

トランジスターの基になる真空管はパッケージングという意味ではガラス容器（パッケージ：内部保護機能）の中に真空を作り出し、空間に電子を放出して機能を発揮していた。トランジスター（個別半導体）は固体内で電気信号の全てを制御するため本来パッケージは不要であったが、トランジスターサイズが小さく、取り扱いのためパッケージが生
169
166

き残った。トランジスターのサ
イズはあまりに小さく、当時の電気回路の大きさに合わずパッ
ケージによってファンアウトする必要があった。開発の初期は金属のキャップがつくキャンタ
イプであった。信号・電気エネルギーIn/Out は純銅系の線材で行っ(出典)大山 2008 年銅学会発表資料

図 5-2-6-5 真空管とトランジスター（個別半導体）ていた。しかし、比較的初期からプラスチックパッケージが出現した。これによってトランジスターの生産性、コストパ
フォーマンスは著しく改善された。
このトランジスターに C14410（Cu-0.15Sn-P）が日本における最初のリードフレーム材として開発された。続いて C19210（Cu-0.1Fe-0.03P）、C15100（Cu-0.1Zr：米国
Olin）が開発された。これらは導電率 90%IACS レベルであり、強度よりも放熱性と耐熱性を重視した材料であり、3 種の材料は現在も個別半導体とバイポーラ IC で多用されている。
個別半導体は単一の機能を持っているが、半導体の中に複数の機能を集積化する発明がなされた。これによって従来の個別半導体のパッケージでは対応することができず、集積度アップのための導出入本数（リード数：信号、電源、グランド）の増大が必要となった。半導体専用のパッケージ開発が 1964 年米国フェアチャイルド社によってなされた。
スルーホールデバイスの DIP（ディップ：Dual Inline Package）である。パッケージとしての特徴はリードフレームがチップの保持と外部への導出入することで、ワイヤーボン
ディングによってチップとリードフレームを電気的接続し、プラスチックパッケージ（樹脂封止）され、外部リードがプリント基板上のスルーホールにはんだ付けされるものである。

(出典)大山 2008 年銅学会発表資料

図 5-2-6-6

DIP（Dual Inline Package）とスルーホール
170
167

スルーホールデバイスのリードフレーム材料はアウターリードピッチ：2.54mm でリー
ド幅、厚さが大きく材料の代表的板厚は 0.254mm（10mil）で比較的軟質材料が使用可能であった。スルーホール実装でははんだ接続の信頼性が高いことも特徴である。このパッ
ケージに支配的に使用されたのは C19400（Cu-2.3Fe-Zn-P：米国 Olin）である。ただし、リードフレーム材として当時製造していたのは日本の伸銅メーカーだけであった。引
張強さは 300～550MPa、導電率は 65%IACS である。この材料は DIP 時代から現在まで
ほとんどのパッケージで使用されており、半導体リードフレーム材としては最もメジャーな材料である。
DIP のピン数は最大でも 64 ピンである。リードピッチが 2.54 mm で大きく、これ以上ピン数を増やすことができない。1980 年代後半，ムーアの法則に則り半導体の高集積化が進行し、必要なピン数はこの限界を超えて進んだ。MPU（Micro Processor Unit）やASIC（Application Specific Integrated Circuit、特定用途向け集積回路）などのロジック
デバイスなどパッケージは微細化、多ピン化の要求が強まっていった。また、基板実装の小型・高密化が進みパッケージの小型薄型化が進行した。DIP ではピン数や小型化の限界に達し、また、スルーホール実装ではプリント基板の片面しか使用できず、小型化のために両面を使うニーズが高まり、日米で表面実装型パッケージ（SMD：Surface Mount
Device）の開発が進んだ。さらに従来は半導体チップの性能が半導体の性能を一義的に決めてきたが、パッケージングによって半導体チップの性能を低下させることすらあり、
キーテクノロジー化した。表面実装タイプは開発の過程でアウターリードの形状に J ベン
ドとガルウィングの 2 つのタイプでリードが 2 方向と 4 方向のタイプが開発された。
SOP（Small Outline Package：ピン数 16～48）はガルウィング状のリードが 2 方向に出ている比較的ピン数の少ないパッケージであるが、DIP の半分のリード間隔であり、パッケージが小型化している。現在は主として民生用機器や OA 機器など幅広く使用されている。PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）は J ベンドタイプの 4 方向リードを持つ。QFP（Quad Flat Package）より少し前に開発され、プリント基板の専有面積が比較的小さく済んだので多用されたが、近年ではより小さなパッケージと微細な外部接続ピンを持つ電子部品が一般化したため、むしろ占有面積が大きいとされ、限定的な使用に留まった。結果として L リード（ガルウィング）が主流となった。その欠点はリードが変形しやすいことであるが、利点は実装後の検査が容易であり、リードピッチの縮小化による多ピン化の可能性が高かったからである。
4 方向リードとしては QFP が主流になった。また、自動車のエレクトロニクス化の進展の中で、多くの ECU（Electro Control Unit）が数多く使用されるようになったが、自動車の振動などの過酷な力学的環境の中でガルウィングの柔軟性が力学的ストレスを緩和するため、優先的に使用されるようになった。また、リード 1 ピン当たりのコストが後述の BGA などのエリアアレイより低廉であり続けたことが 208 ピン以下のパッケージとし
171
168

て QFP が実用上の中心となっている。QFP は 314 ピンクラスまで開発されたが、それ以上の多ピンパッケージでは BGA（Ball Grid Array）と呼ばれるエリアアレイが出現した。1990 年代は:ASIC がパッケージ技術を牽引した。小ピンタイプのエリアアレイでは
CSP（Chip Size Package）が開発された。これらのエリアアレイはリードフレームを使用しないパッケージであり、リードフレームを使用した多ピン化競争は事実上 208 ピン
QFP で終了した。その後、QFN（Quad Flat Non-Lead）が開発された。このパッケージはリードフレームを使用し、パッケージの最終段階でモールド樹脂とアウターリードをダイシング（切断）し、底面に露出したリード部を基板上でリフローはんだ付けを行って接合する。リードフレームを使用する廉価さと極めて小さいパッケージのため、1 枚のリードフレームから製造されるパッケージの個数が QFP の数十倍以上であり、次第に CSP を代替していくことになる。現在はパッケージとしては BGA などのエリアアレイ（リードフレームを使用しないパッケージ）と SOP、QFN、QFP に収斂している。

(出典)大山 2008 年銅学会発表資料

図 5-2-6-7

PLCC、SOP、QFP の形状(出典) 大山 2008 年銅学会発表資料（出典）アピックヤマダ HP

図 5-2-6-9

http://www.apicyamada.co.jp/
skill/main03.html

図 5-2-6-8

ガルウィングと J ベンド

形状（SMD のリード形状）

172
169

BGA(左）と QFN（右）図 5-2-6-10

2000 年代前半までの電子機器のトレンド(出典）森島 技術士 2007.4 p.8(出典)大山 2008 年銅学会発表資料

図 5-2-6-11

1980～2000 年代の半導体パッケージの進化
173
170

(出典) 富士キメラ総研より MERIJ 作成

図 5-2-6-12

半導体パッケージ市場の傾向と予測

小ピンタイプのパッケージはサイズとコストの関係で SOP から QFN に移行しつつあり、QFP は減少傾向ではあるものの一定の位置づけを保っていくものと思われる（図 5-26-12）。
SMD（Surface Mount Device：面実装デバイス）タイプのパッケージの出現によりリードフレーム材に多くの困難な課題が課されるようになって行った。図 5-2-6-13 に半導体の製造工程とリードフレーム材に対する要求特性を示す。これまでのあらゆる伸銅品の使用とは一線を画す複雑かつ長い製造工程を経て半導体がパッケージングされるが、それぞれの工程でリードフレーム材に要求される特性はさまざまなものがあり、一般的な規格の範囲を超えるさまざまな評価技術の開発が最初に必要であった（表 5-2-6-1～2）。また、半導体の使用期間全体における要求特性もこれに加わっている。従来の銅合金は強度、伸び（延性）導電率の基本特性で評価されてきたが、半導体リードフレーム材料はリードフレーム材のライフ全領域における必要特性によって評価される必要があり、便宜上、パッケージ設計に必要な一義的特性を一次特性、リードフレーム製造に関わる特性（プレス、エッチング）
を成形性、パッケージング、実装工程に関わる特性とデバイスのライフサイクルにわたる信頼性に関わる特性を二次特性と呼んで区別している。
極めて高い信頼性が要求される半導体産業では、新しいパッケージとパッケージング材
料の導入には極めて慎重であり、信頼性評価組織を形成して新しい材料の評価を行った。業界では認定活動、認定試験と呼ばれ、実験室レベルでの評価から半導体を試作して 2～3 に及ぶ信頼性試験を行い、伸銅業界から提案される新材料を評価し、採用していった。当時、日本の半導体産業が世界の大半のシェアを占め、SMD パッケージの開発の中心であった。
日本の全ての半導体メーカーがそれぞれ独自に認定活動を行っていき、結果としてパッケ
174
171

ージのデファクトスタンダードが決定し、それが米国をはじめとする世界に広がっていった。また同時に日本のパッケージング材料産業がこれを支える状況であり、リードフレーム
産業が半導体メーカーをサポートしてリードフレーム材料選定を行っていった。業態を超えて技術の中心になったのはプレスフレームの新光電気工業株式会社とエッチングフレー
ムの大日本印刷株式会社であった。
この間、日本中心に全世界で 70 種類を越える材料開発がなされた(図 5-2-6-15）。日本の伸銅業界始まって以来の新合金開発競争が繰り広げられた。その後、新合金の開発はコネク
ター用材料に移行して行くが、日本メーカーの開発力は世界の伸銅業界の中でも突出したものになって行った。
SOP は DRAM、フラッシュメモリー、民生用機器用などを中心に発展していったが、ここで採用された材料は Cu-Fe 系の C19400 と C50710（Cu-2Sn-0.2Ni-P）であった。特に後者は加工性の良さなど、りん青銅系の固溶合金の特徴を有し、4%Sn のりん青銅並みの強度（TS=550MPa）を実現しながら、導電率 30%IACS を確保する好適な材料であった。
PLCC ではリードピッチも大きく、J ベンドでパッケージ樹脂にリード先端が固定されるために、強度をそれほど必要されず、C151（Cu-0.1%Zr）が優位に立った。しかし PLCC
はそれほど伸びず、QFN などに代替されていった。
QFP は 1990 年代のロジック用半導体の主流パッケージであり、TQFP（Thin Quad Flat
Package）を含めて 100～208 ピンが用いられた。QFP のアウターリードピッチは 0.5mm、インナーリードピッチは 170～130μm でリード間距離は 60～80μm、ステッチボンディン
グエリアの幅は 70～90μm であり、その表面に 10μm 程度の欠陥が存在するとステッチボ
ンディング欠陥に結び付く可能性があり、表面性状に対する品質要求は極めて厳しいものであった。加工上の要求から QFP での代表板厚は 0.125～0.15mm であり、スタンピング，
エッチングという 2 種類のリードフレーム製造方法によって製造される。C194 はこの QFPにおいても重要なリードフレーム材として主役の地位を占めている。そのほかこの超微細加工に対応する 2 種類の材料が認定され、現在も主役の座を占めている。
高導電・高放熱系リードフレーム材として C18040（Cu-0.3%Cr-0.25%Sn-0.2%Zn）が極めて優れたエッチング特性で認定されている。Cu-Cr 系の析出硬化型合金で導電率75%IACS、強度 570MPA の特性を有し、介在物を極限にまで低下させた材料である。エッチング用途においては支配的とされる。高強度系リードフレーム材としては C70250 (Cu3.2%Ni-0.7%Si-0.15%Mg 米国 Olin：導電率 53%IACS、強度 680MPa）と C74730 （Cu3.2%Ni-0.7%Si-1.25%Sn-Zn：導電率 35%IACS、強度 640MPa）がプレス性に優れた QFP用材料として使用されている。いずれも Ni-Si 系の析出硬化を利用した材料であり、後者は不足しがちな導電性を改善するため、過時効側条件によって導電性を確保している。
Ni2Si のサブミクロンの析出物がスタンイングの際の延性破壊の起点となるため、スタンピ
175
172

ング性が良好となる。その反面エッチング加工においては粗大な析出物がエッチング液に溶解せずスマットの発生が問題となることがある。Olin 社の知的財産権戦略により C7025
は世界各国の伸銅メーカーによって製造が可能となっており、現在は QFP には C194、
C18040、C7025 が主として使用されている。
超多ピンパッケージが BGA のエリアアレイに移行し、QFP の最多ピン数も 208 ピンで止まったため、リードフレームに要求される特性は飽和していった。材料開発も事実上ストップした。QFN の開発によって、ダイシング性（砥石による切断特性）に対する要求が出てきたが、これまで開発された高導電性材料によって克服され、新たなニーズは顕在化せず
リードフレームを使用するパッケージの技術進歩は鈍化した。QFP の一部や QFN ではパ
ッケージの薄さを追求するために、IC チップを搭載するエリア（アイパッド）の厚さをエッチングによって半分程度に溶解する（ハーフエッチ）ケースが多用されるようになった。
エッチング品質を上げるためにテンションレベラーによって材料をデッドフラットにすることによって板厚方向の細部応力に不均一性が生じ、ハーフエッチした際にアイパッドが湾曲してしまい、IC チップが接着できない問題が発生した。先に記述した表面の欠陥レス、エッチング材のデッドフラット性、ハーフエッチング特性など従来の銅合金板条にはなかった超高級品質の実現は実質日本の伸銅メーカーにしかできない状況が続き、現在に至っている。
多種類の合金開発が行われ、半導体メーカーの認定活動がなされ、半導体パッケージが主として SOP、QFN、QFP に集約されていく過程で、リードフレーム材料も個別半導体用を含めて約 10 種類程度の材料に収斂している(図 5-2-6-16）。
これらのリードフレーム材料の開発競争は主として米国
Olin 社と日本メーカーによってなされてきた。欧州の伸銅業も一部には高品質を誇るメーカ(出典)大山 2008 年銅学会発表資料

ーもあったが、1980 年代からの

図 5-2-6-13

パッケージ開発競争が日米の半リードフレーム材に対する要求特性

半導体の製造工程と導体メーカーで行われたため、開発競争には参入できない状況であった。C194、C151、C7025 は米国メーカー（Olin）の発明であり、C14410、C19210、 C50710、 C18040、 C74730 は日本メーカーの発明である。しかしながら 1980 年代既に Olin はリードフレーム材市場に参入しておらず、これら
176
173

の材料は全て日本勢が提供するところとなった。現在、寸法仕様の緩やかな SOP はリード
フレームそのものも中国を中心に台湾系、米国系、中国系のリードフレームメーカーの独壇場化しており、日本のリードフレームメーカーはもはや価格競争力を失っている。同様に、
リードフレーム材料も韓国系、中国系のメーカーが提供可能となっており、日本メーカーの出番は少ない。しかしながら、板厚 0.125mm の多ピン QFP 用材料、同 0.2 mm の QFN 用
材料はまだ（2018 年段階）中国のメーカーはその品質を満たすことができておらず、日本のリードフレームメーカーの中国の製造拠点でも日本からの輸入品によって製造されている。銅条などの貿易統計が板厚 0.15 mm 以下は「箔」としてカウントされているため、日本からの輸出量は明確ではないが、かなりの量が中国などに輸出されている。
表 5-2-6-1

リードフレーム材用銅合金の材料特性と評価技術 1(出典)日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994

177
174

表 5-2-6-2

リードフレーム材用銅合金の材料特性と評価技術 2(出典)日本伸銅協会、銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994(出典)日本伸銅協会 伸銅品の基礎知識

図 5-2-6-14

リードフレーム材料の設計指針
178
175

(出典)日本伸銅協会 銅および銅合金の基礎と工業技術 改訂版、1994

図 5-2-6-15

1970～80 年代に開発されたリードフレーム材(出典)大山 2008 年銅学会発表資料

図 5-2-6-16

現在の主要なリードフレーム用銅合金

179
176

2000 年以降、我が国の銅合金条市場での合金開発はエレクト
ロニクス用、車載用コネクターの端子材に移ってきている。ス
マートフォンの生産の約 90%が中国で生産され、これに使用されるコネクターも中国で生産され、中国をはじめとする世界のコネクターメーカーが中国生産を行っていることから、材料の供給先が中国をはじめとする
東・東南アジアに集中している。

(出典)2019.9 中国国際銅業フォーラム

また、日本の自動車産業も世界の（チチハル）での発表資料30%程度の最大のシェアを持ち、

図 5-2-6-17

世界各国で生産を行なっている。

2019 年までに発表されているコネクター・端子用銅合金

コネクターの小型軽量化の強い要求と高信頼性の観点から、コネクター・端子材への要求も極めて強くなり、同時に低コスト化が求められている。この領域の開発は現在進行形であるため本項では深く触れないが、現状、やはり日本のメーカーが盛んに各種の合金開発を行っている。ここでも最近は米国（Olin）、欧州（Wieland）のアクティビティは明確ではない。2019 年までに発表されている開発合金を図 5-2-6-17 に示す。スマートフォンに使用されるコネクター材はりん青銅が中心であり、60～80μm の板厚の高品質な材料を中国メーカーが次第に製造できるようになってきたという観測もあり、日本勢の競争環境はさらに厳しさを増している。車載用コネ
クター・端子材も日本の自動車メーカーのニーズに対応して高性能化してきているが、欧米、中国の自動車メーカーのニーズがそれほど高まっている感はなく、独 Wieland 社などのス
タンダード材料戦略との競合で優勢を保っていくことは必ずしも簡単なことではない。
（本項の出典：大山 2008 年銅学会発表資料、2019.9 中国国際銅業フォーラム（チチハル）での発表資料）

180
177

5.2.7.
(1)

伸銅品に関する主な法規（国内）、規格等（国内、海外）
国内法

伸銅品に関する主な国内法規は表 5-2-7-1 の１. 法規（国内）に記載した産業標準化法で、その改正の背景、目的、要点について以下に記述する。
①

産業標準化法（旧工業標準化法）

・改正の背景と目的
産業標準化法は日本における標準化活動の基盤法で、鉱工業製品全般に及ぶ国家規格を制定格している。
近年、第四次産業革命が進行する中、自動走行、スマートマニュファクチャリング等、業種を超えた国際標準化が進み、その対象やプロセスが変化しつつある。工業標準化法は 2019
年、こうした変革に迅速に対応するため産業標準化法として改正された。
・改正の要点
産業標準化法の主な改正要点は以下の 4 項目である。
1)

JIS の対象拡大・名称変更
・標準化の対象にデータ、サービス、経営管理を追加した。
・JIS の名称について、日本工業規格を日本産業規格に変更した。

2) JIS 制定等の迅速化
・JIS 制定の手続きについて、専門知識等を有する民間機関を認定し、同機関が作成した JIS 案を審議会の審議を待たずに制定するスキームを追加した。
3) 罰則の強化（JIS マークの信頼性確保）
・昨今の一部素材メーカーによる品質データ不正による JIS マーク認証取消し事案を踏まえ、当該企業に対する罰金刑の上限を旧法の 100 万円を 1 億円に引き上げた。
4) 国際標準化の促進
・国、国立研究機関、大学、事業者等は産業標準化および国際標準化を制定する際、それらの活動に対して努力する旨の規定を新設した。

181
178

(2)

規格等（国内、海外）伸銅品に関する主な規格等は表 5-2-7-1 の 2. 規格等のとおりで、以下、①国内、②国際についてそれらの概要を記述する。
① 国内
・日本産業規格（JIS、旧日本工業規格）
日本産業規格（JIS）は産業標準化法旧工業標準化法を 2019 年改正）に基づき、認定標準作成機関の申し出または日本産業標準調査会（JISC）の答申を受けて、経済産業大臣が制定する国家規格である。国の登録認証機関よりその適合性の認証を受けた認証事業者は
JIS マークを表示する。伸銅品は JIS 規格リスト H に規定され、その機械的性質、試験方
法、形状、等級を定められている。
・日本伸銅協会（JBMA/JCMA）技術標準
日本伸銅協会は JIS 規格の補完を目的に団体規格として技術標準を制定している。その名称は日本伸銅協会と全国伸銅工業組合が統合する前の旧日本伸銅協会（JBMA）と統合後の新日本伸銅協会（JCMA）に分かれているが、内容自体は新旧組織名を冠とした技術標準として併記されている。
（表 5-2-7-1 の（注）参照）。両技術標準は伸銅品の品質の保持、試
験方法の統一、用語の適正化を規定している。
・防衛省規格（NDS）
防衛省は JIS に定められていない場合の装備品等の標準化を必要とする際、JIS に準じた要求事項、試験方法等として防衛省規格（NDS）を制定している。伸銅品等（薬莢用黄銅）は NDS 目録の非鉄金属部門（H）に規定されている。
②

海外・ASTM 規格ASTM 規格は、世界最大規模の標準化団体である ASTM International が工業材料や試験方法に関する約 1 万 2,000 種類以上の規格を制定している。その制定には世界各国から3 万人以上の専門家が参加していることから、ASTM 規格は民間・非営利団体による任意規
182
179

格ではあるが、世界各国で法規制等の基準の一つとされ、国際的に広く通用している。非鉄
金属、導線、冶金等は B に分類されている。
・英国規格協会（BSI）
英国規格協会は 1901 年、工学標準化委員会として設立された世界最古の国家規格協会で、素材、鉄道、造船、航空機、コンピュータなど全ての分野における製品、サービス、品質、安全性に関する規格等を制定している。BSI 規格は技術および資材の改良などの標準化および単一化を目的としている。
・中国標準化管理員会（SAC）
中国は中華人民共和国標準化法に基づき国家、業界、地方、企業の 4 分類の技術標準規格を規定している。これらの内、中国標準化管理員会（SAC）は国家規格に関し、全国規模で統一が必要な技術条件を制定し、コード番号を GB（中国語の「国標」表記 Guó Biāo の略）として定めている。また、SAC は業界規格について、全国範囲において政府部門での統一を必要とする技術仕様を国家規格の補充として定め、国家規格が公布されると、業界規格は廃止される。
・ドイツ規格協会（DIN）
ドイツ規格協会は国家規格として DIN を制定（日本の JIS に相当）し、同規格はドイツ
国内の他、国際的にも広く参照されている。
・フランス規格協会（AFNOR）
フランス規格協会はフランスの国内標準化機関であるとともに国際標準化機関を兼ねている。AFNOR は規格の開発、販売、普及を行うとともに、協会メンバーのネットワークを通じた国際標準化活動や認証活動を実施している。
・韓国技術標準化機構（KATS）
韓国は全ての標準化分野を韓国技術標準化機構規格（KATS）として制定するともに国際標準化機構（ISO）等の国際標準化にも対応している。

183
180

［追記］
国際標準化機構（ISO：International Organization for Standardization）は電気を除いた産業分野の製品の国際規格を統一している国際機関で、日本は日本産業標準調査会が加入している。ISO は銅および銅合金に関し、材料、地金および形銅、展伸材、鋳物、加工・処理方法の 5 分野の規格を規定している。
ISO に設置されている専門委員会（TC）の内、銅および銅合金分野は TC26 で、その下部組織に化学分
析、伸銅品、銅鋳物および銅地金・形銅の 4 分科会を設けている。日本は 1973 年より TC26 に参加している。
日本伸銅協会は 1980 年代以降、GATT（関税貿易一般協定、現 WTO：世界貿易機関）に基づき認証制
度等の非関税障壁撤廃および国際規格と JIS 規格との整合性に取り組み、1989 年には「伸銅品 JIS と対応
ISO 規格との整合性調査報告書」を作成した。
政府は 1995 年、規制緩和推進計画および緊急円高経済対策による国際規格整合化推進計画を発動し、1996 年、伸銅品製品規格全てについて、国際規格を付属書として取り入れた。しかし、2000 年に ISO の
TC26 において、伸銅品に関する各国の意見をまとめることができなかったため国際規格が全て廃止されたことに伴い、JIS 規格から ISO と JIS の整合化付属書が削除され、現在まで同様な状態が続いている。

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表 5-2-7-1
1. 法規（国内）改正年

伸銅品に関する主な法規（国内）および規格等（国内、国際）改正の背景・目的

改

正

の

要

点

1) JIS の対象拡大・名称変更
・標準化の対象にデータ、サービス、経営管理を追加。
日本における標準化活動の基盤法で、鉱工業製品全般に及ぶ国家規格を制定している。近年、第四次産業革命が進行する中、自動走
1-1 産業標準化法(旧工業標準化法)

2019

行、スマートマニュファクチャリング等、業種を超えた国際標準化が進み、標準化の対象
やプロセスが変化しつつある。こうした変革に迅速に対応するため旧工業標準化法を産業

・JIS の名称について日本工業規格を日本産業規格に変更。
2) JIS 制定等の迅速化
・JIS 制定の手続きについて、専門知識等を有する民間機関を認定し、同機関が作成した JIS 案を審議会の審議を待たずに制定するスキームを追加。
3) 罰則の強化（JIS マークの信頼性確保）
・一部素材メーカーによる品質データ不正による JIS マーク認証取消し事案を踏まえ、当該企業に対する罰金刑の上限を旧法の 100 万円を 1 億円に引き上げ。
4) 国際標準化の促進

標準化法に改正した。

・国、国立研究機関、大学、事業者等は産業標準化および国際標準化を制定する際、それらの活動に対して努力する旨の規定
を新設。
2．規格等
2-1 国内

英

文 等 組

織 名

日

本 名

主

な 内 容

JIS は産業標準化法（旧工業標準化法を 2019 年改正）に基づき、認定標準作成機関の申し出または日本産業標準調査会（JISC）の答申を受けて、経済産業大臣が制定する国家規格。国の登録認証機関よりその適合性の認証を受けた認証事業者は JIS マークを表示する。伸銅品は JIS 規格リ
2-1-1 JISC

Japanese Industrial Standards Committee

日本産業標準調査会

スト H に規定され、その機械的性質、試験方法、形状、等級を定めている。
伸銅品用語は ISO に基づき JIS 規格に規定され、その技術的内容を変更されること
伸銅品用なく作成されている。適用範囲は伸銅品の種類、加工、熱処理、品質、性能、試験な語

どに関連する用語とその定義を規定。
ISO に規定されていない項目については JIS として追加。

JBMA および JCBA 技術標準は JIS 規格の補完を目的に旧日本伸銅協会および新日本伸銅協会（注2-1-2 JBMA 技術標準
JCBA 技術標準（注）JBMA：THE JAPAN BRASS MAKERS ASSOCIATION（旧日本伸銅協会）
JCBA：JAPAN COPPER and BRASS ASSOCIATION（現日本伸銅協会）

日本伸銅協会技術標準参照）が制定した団体規格で、伸銅品の品質の保持、試験方法の統一、用語の適正化を規定。標準項目は総則、原材料、製品、試験・検査、分析、加工方法・器具、作業標準などで定められている。

2-1-3 NDS

National Defense Standard

2-2 国際

（組織名）

防衛省規格
日

NDS は JIS に定められていない場合の装備品等の標準化を必要とする際、JIS に準じた要求事項、試験方法などを制定。NDS 目録の非鉄金属部門（H）では伸銅品等（薬莢用黄銅）が規定。

本 名

主

な

内

容

ASTM 規格は、世界最大規模の標準化団体である ASTM International が工業材料や試験方法に関2-2-1 ASTM 規格

American Society for Testing and Materials
International

する約 1 万 2,000 種類以上の規格を制定。その制定には世界各国から 3 万人以上の専門家が参ASTM インターナショナル

加していることから、ASTM 規格は民間・非営利団体による任意規格ではあるが、世界各国で法規制等の基準の一つとされ、国際的に広く通用している。非鉄金属、導線、冶金等は B に分類。

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184

BSI は 1901 年に英国で工学標準化委員会として設立された世界最古の国家規格協会で、素材、鉄
2-2-2 BSI 規格

British Standards Institution

英国規格協会道、造船、航空機、コンピュータなど全ての分野における製品、サービス、品質、安全性を制定している。BSI 規格は技術および資材の改良などの標準化および単一化を目的としている。
中国の技術標準規格は中華人民共和国標準化法に基づき、国家、業界、地方、企業に分類。これ
らの内、中国標準化管理員会（SAC）は国家規格に関し、全国規模で統一が必要な技術条件を制定

2-2-3 SAC 規格

Standardization Administration of China

中国標準化管理員会

し、
コード番号を GB（中国語の「国標」表記 Guó Biāo の略）としている。また、SAC は業界規格について、全国範囲において政府部門での統一を必要とする技術仕様を国家規格の補充として定め、国家規格が公布されると、同業界規格は廃止される。

2-2-4 DIN 規格

Deutsches Institut für Normung

ドイツ規格協会

DIN はドイツ規格協会が制定する国家規格で、日本の JIS に相当。ドイツ国内の他、国際的にも広く参照されている。
AFNOR はフランスの国内標準化機関であり、かつ国際標準化機関を兼ねている。AFNOR は規格の2-2-5 AFNOR 規格

French Standardization Association

フランス規格協会

開発、販売、普及を行うとともに、協会メンバーのネットワークを通じた国際標準化活動や認証活動を実施。

2-2-6 KATS 規格

Korean Agency for Technology and Standards

韓国技術標準化機構

KATS は韓国の国家標準化機関として全ての標準化分野を制定するともに国際標準化機構（ISO）
等の国際標準化にも対応。

（注）表中の 2-1-2：旧日本伸銅協会と旧全国伸銅工業組合（1953 年、中小企業団体の組織に関する法律に基づき設立された中小規模の伸銅メーカーで構成された工業組合）は 2001 年、新生日本伸銅協会として統合された。その際、団体の英文表
記名は旧 JBMA：THE JAPAN BRASS MAKERS ASSOCIATION から新 JCBA：JAPAN COPPER and BRASS ASSOCIATION に改称された。日本伸銅協会技術標準は統合以前の 1979 年に制定され、旧 JBMA を冠とした「JBMA 技術標準」として一般的に広まっていた経緯を踏まえ、統合後もその名称が継承された。ただし、統合以降、新たに制定された技術標準については JCBA を冠とした表記に変更されている。
（出典）日本伸銅協会「銅―21 世紀へ向けてー日本伸銅協会五十年史」（1998 年 5 月）、
「銅の未来をみつめてー日本伸銅協会六十年史」（2008 年 5 月）、
「70th Anniversary 日本伸銅協会 70 周年記念誌」（2018 年 5 月）、
経済産業省 HP、各国の各項目の WEB サイト等

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