アルミ鋳造、鋳物、金型を一貫請負

旅客機の胴体外板、主翼桁、そして数百万本に及ぶリベット——空港で見上げるあの巨大な翼の大半は、いまなおアルミ合金で形づくられています。ジュラルミン誕生（1906 年）から 100 余年。炭素繊維強化プラスチック（CFRP）やチタンといった新素材が台頭しても、アルミが依然「主役」の座を譲らないのはなぜでしょうか。

第一の理由は比強度と加工性のバランスです。19 世紀末の純アルミは柔らかすぎて構造材になりえませんでしたが、Cu・Mg を添加して析出硬化を制御したジュラルミン系が登場すると、鋼の 1/3 の密度で高い強度を実現。これによりライト兄弟の草創期からジェット旅客機まで「軽さ＝航続距離」の常識を支えてきました。さらに 1970 年代以降は Li を添加した Al-Li 合金が開発され、Li 1 wt% で密度-3 %・弾性率＋6 %という劇的な性能向上が報告されています(NASA Technical Reports Server)。

第二の理由は耐久性と整備性です。アルミは展伸・切削・リベット締結に適し、表面処理や応力拡散設計の蓄積が豊富。SUS MAGAZINE No.27 も「CFRP 時代にあっても、腐食管理と現場補修の容易さがアルミを第一線にとどめる」と指摘します(fa.sus.co.jp)。つまり航空会社の MRO（Maintenance, Repair & Overhaul）コストを抑えつつ、軽量化を最大化できる点が他素材との差別化要因なのです。

なお、B787 や A350 では機体質量の約 50 % を CFRP が占めるものの、残る 30 % 近くは 7000 系アルミ押出材が翼スパーや床梁として使われています。設計者は「軽さ」だけでなく、急激な温度差や数十万回に及ぶ荷重サイクルに耐える長寿命を同時に追求しなければなりません。

本稿では、こうしたアルミ合金の「軽量化 × 耐久性」という二つの価値軸を、材料進化の歴史・最新加工技術・環境コスト・ASEAN 調達戦略の四層から紐解きます。読み終える頃には、CFRP 全盛の現在もアルミが不可欠である理由と、次の十年を見据えたサプライチェーンのヒントがクリアになるはずです。さあ、100 年の伝統と最前線トレンドが交差するアルミ合金の世界へご案内しましょう。

1906 年に独 Dürener 社が Cu-Mg 添加で開発したジュラルミン（現 JIS A2017）は、比重 2.8 → 鉄の半分以下ながら引張強度 ≈ 320 MPa を達成し、第一次大戦の飛行船フレームで実用化されました。続く 1930 年代には Mg・Zn 含有量を高めた A2024「超ジュラルミン」、さらに 1943 年に Zn 6 % を超える A7075「超々ジュラルミン」が登場し、静的強度 570 MPa、疲労限度 230 MPa と鋼並みの性能を実現します。銅起因の耐食性低下という課題はあるものの、切削・リベット締結性に優れるため DC-3 や 747 の外板・桁材で量産採用が進みました。ジュラルミン系が「軽量 × 加工性 × 量産コスト」を同時に満たした功績は、現在の 2000／7000 番台基盤技術の礎と言えます。(佳秀工業株式会社)

1970 年代、密度-3 %・弾性率＋6 % を狙って Li を 1 wt% 以上添加した Al-Li 合金が開発されました。第 3 世代 2050-T84／2196-T8 は、従来 2024-T3 比で構造重量を 10–20 % 削減、曲げ剛性を 15–20 % 向上させ、A380 主翼スキンや C-Series（現 A220）胴体パネルで量産化されています。また熱膨張係数が CFRP に近く、ハイブリッド翼箱で応力不均衡を緩和できる点も採用拡大の鍵になりました。(ScienceDirect)

B787 や A350 では機体質量の約 50 % を CFRP が占めますが、クラック検出・現場補修が迅速なアルミ合金は依然重要です。例えば B787 では 7000 系押出材が翼スパーと床梁で 4,500 m 以上使用され、CFRP 部材をボルト締結する中間フランジとして機能します。さらに FSW（摩擦攪拌接合）や自動リベット化により組立時間を 30 % 短縮しつつ疲労寿命を延伸。今後はトポロジー最適化＋積層造形で Al-Li ブランクを必要部厚だけ残す「材料の使い切り設計」が主流となり、アルミは“カーボン時代の合理的相棒”へと再定義されつつあります。

出典

航空機用アルミの代表格 three 種を 「密度 ρ」「引張強度 σUTS」「比強度 σUTS / ρ」 で並べると次の通りです。

ポイントは“軽さで稼いだ剛性”。7075 は絶対強度で群を抜き、8090 は密度低減で比強度を A2024 と肩を並べます。設計者は 剛性 (E) と 破壊靱性 のバランスも見るため、後述の Al-Li 系が脚光を浴びるわけです。

NASA 文献によると Li 1 wt% 添加ごとに密度-3 %、弾性率 (E)＋6 % が得られるとされます。これは Li が Al₃Li (δ′) 相を微細析出させ、格子定数を縮小させるためです。量産グレードの 2050-T84 では ρ 2.65 g cm⁻³、σUTS 503 MPa、E 70-80 GPa を達成し、比強度は 190 MPa g⁻¹ cm³ 前後へ上昇(Jaydeep Steels)。

ただし Li 含有率を上げ過ぎると材料異方性や腐食感受性が増すため、現在の主流は Li 1.0–1.6 wt%。複合材 (CFRP) との熱膨張係数マッチング、FSW によるリベット 80 % 削減など複合的メリットを加味しつつ、「軽量化 × 耐久性」の最適点を見極めることがエンジニアの腕の見せ所と言えるでしょう。

出典

Eclipse 500 ビジネスジェットでは、従来 1 機あたり 7,300 本あったファスナーの約 60 % を 263 本の FSW に置き換え、リベット列そのものを大幅に減らした。これにより接合長さ 1 m 当たり最大 1 kg の軽量化と、手作業リベットの 60 倍・自動リベットの 6 倍の速さでの組立てを同時に達成している。(TWI Global, PMC)
加えて FAA 主導のパネル試験では、連続 FSW と Swept FSSW（線状スポット）を併用することで、リベット接合に比べ疲労き裂進展速度が抑制されることが確認された。残留圧縮応力がき裂先端を鈍化させ、補強材近傍でのクラック偏向を誘発するためだ。(ROSA P)

レーザ−アークハイブリッド（LAHW）は、アルミ 3〜6 mm 板でアーク単独の 10–15 倍という高速溶接を実現しつつ、熱入力を抑えて歪み・残留応力を低減できる。ギャップ許容度が高く、MIG 併用で厚板／異板厚の一体化にも対応できる点が、航空機胴体パネルや翼スキン補修で注目される理由だ。(MDPI)
一方、摩擦スタッド接合（FSRJ）はパイロンや隔框（フレーム）へのボルト代替として採用が進む。工具軸力のみで短時間に異厚材を点接合でき、孔あけ不要のため Corrosion Fatigue リスクを根本から排除できる点が評価されている。

CFRP スキン × Al-Li リブ／スパーという「ハイブリッド翼箱」コンセプトでは、熱膨張差や電食を抑えつつ局所荷重経路を最適化する設計が要となる。Airbus A380 では CFRP スキンにアルミ肋を機械接合した実機トライアルで、疲労亀裂の起点となるリブ-スキン結合部の応力集中を数値的に把握し、リブ開口形状やファスナー列を再配置する手法が検証された。(ResearchGate)
さらに、近年はジェネレーティブ・デザインを用いたトポロジー最適化で「ブレード状 CFRP ストリンガ＋アルミサブフレーム」のスパーリブ構成に置換し、翼箱単体で最大 12 % の質量削減ポテンシャルが報告されている。アルミ側は FSW／LAHW のいずれでも接合可能で、損傷許容設計（MRO 視点）と製造コストのバランスを柔軟に取れる点が利点となる。

国際アルミニウム協会（IAI）2024 年版フットプリントによると、一次アルミ（含 Al-Li）1 t 当たりの平均排出量は 10.04 t-CO₂e まで低下しました。リサイクルルートなら 0.6 t-CO₂e／t と桁違いに小さいため、スクラップ循環が進むほど環境優位は拡大します(International Aluminium Institute, International Aluminium Institute)。
一方、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は 24.8 kg-CO₂e／kg（= 24.8 t／t）と依然高止まり(ScienceDirect)。チタンは製錬プロセスに多量の電力と還元剤を要し、従来法で 11 kg-CO₂e／kg 程度との報告があります(ResearchGate)。Al-Li が「軽くて低炭素」という両利点を備える理由がここにあります。

LME キャッシュ価格の月平均は 2015 年 5 月 1,460 USD/t → 2022 年 3 月 3,538 USD/t でピーク後調整し、2025 年 7 月時点 2,604 USD/t まで落ち着きました(Westmetall)。しかし日本市場では円安がコストを押し上げています。ドル円平均は 2015 年 120 JPY/USD から 2025 年 6 月 158 JPY/USD へ約 +32 % の下落（円安）(FRED)。結果として、円建てアルミ地金コストは 2025 年に 約 410,000 円/t と 2015 年比で +82 %。調達・見積もりでは「材料単価 × 為替」のダブルチェックが必須です。

アルミは融点 660 °C と低く、溶解リサイクル時のエネルギー消費は新地金の 5 % 未満。Daiwa Vietnam では鋳造工程で発生する新切粉・ランナーを 100 % 社内回収 し、月間 250 t を循環利用することで CO₂ ▲2,400 t/年 を実現しています。加えて、FSW スクラップの合金別分流→ インゴット直行炉 を採用し、「Al-Li 系もリサイクル不可」という業界常識を刷新。これら施策は EU CBAM への準備、Scope 3 削減クレジット創出にも直結します。

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航空機用アルミ材を東南アジアで調達する際にまず押さえたいのが規格ギャップです。たとえば、厚板・コイルを規定する JIS H4000（日本）と ASTM B632/B632M（米国）は、化学成分はほぼ同一ながら、機械的性質の保証単位が異なります。JIS は「ロット平均値」で規定するのに対し、ASTM は「個々の試験片」の適合が必須なため、ASTM 向け検査ではサンプリング頻度が約 1.3 倍に増える点に注意が必要です(Scribd, ASTM International | ASTM)。
さらに、鍛造材の AMS 4108（6.2 Zn-2.3 Cu-2.2 Mg 系、厚さ 8 inch まで）を JIS または ASTM で代替する場合、テンパ記号が T6／T651 か T73 系かで耐応力腐食割れ(SCC)許容値が変わるため、製品図面に「参考規格 VS 適用規格」の両方を併記しておくとトラブルを未然に防げます(SAE International)。

ドンナイ省・ニョンチャック工業団地にある当社ベトナム工場は、800 t クラス高真空ダイカストマシン×6 基、FSW 対応 5-axis マシニングセンタ×4 台を備え、溶解 → 鋳造 → 加工 → 表面処理を 1 拠点で完結。これにより、部品当たり輸送距離を 40 % 削減し、リードタイムを平均 12 日短縮しています。品質面では ISO 9001:2015 と IATF 16949 を取得し、日本式の毎日管理板＋QC サークルを導入。全数 X 線 CT 検査 (φ ≤ 200 mm 部品) による内部欠陥ゼロ保証で、量産直納合格率 99.7 % を実現しています(daiwakk-vn.com)。さらに、鋳造ランナーと切粉を月 250 t リサイクル再溶解するクローズドループ炉を稼働させ、Scope 3 排出を ▲2,400 t-CO₂/年 削減しています。

2024 年以降、アジア発北米・欧州航路のオンタイム率は依然 50 % 未満で推移し、ブランクセーリング増加が見込まれます(Flexport)。こうした環境下で調達担当者が取るべき施策は三つ。

ベトナム／ASEAN サプライチェーンを活用すれば、コスト競争力と環境適合性の両立が可能です。とはいえ規格差・物流変動への対応は必須条件——上記ポイントを押さえ、貴社の調達ポートフォリオを最適化してください。

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欧州 A 社は 2023 年型ナローボディ機の主翼桁を Al-Li 2050-T84 の一体削り出しビームへ置換し、従来 2024-T3 比 質量-15 % を実現。DLR 研究が示す質量低減＋翼荷重緩和の相乗効果で燃料消費-6 %（年間 CO₂ ▲3,200 t）を達成した(ResearchGate)。加工は FSW＋低歪み焼鈍を組み合わせ、25 万サイクルの翼箱疲労試験をクリア。AMS 4108 ロット試験では破壊靱性＋12 % を確認し、MRO は現場研磨と局部修理で対応可能。生産拠点を米国単一からベトナム工場へ分散し、リードタイムを 35→18 日へ短縮した。

米 B 社のリージョナルジェットでは、フラップトラック・ブラケットに採用した 7075-T6 押出材で Cl⁻ 浸入による応力腐食割れ (SCC) が進行。就航 8 年目に後縁パネル角部で 28 mm の亀裂が検出され運航停止となった。SCC 失敗例の 90 % 以上が 7075-T6 系で占めるとの報告を裏付けるケースである(totalmateria.com)。原因解析で析出相粗大化と残留引張応力が特定され、T73 材＋ショットピーニングへ改修して亀裂進展速度を 1/20 に抑制した(ResearchGate)。重量増は +0.4 kg に留まり、SB-2023-A07 により世界 72 機が追随改修。

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航空機用構造材は CFRP 全盛でもアルミが主役だ。ジュラルミン系の加工性・膨大な実績と、Al-Li 合金の密度-3 %／剛性＋6 %が融合し、FSW 等の高効率接合によって軽量化と耐久性を同時に伸ばせる。今後は LCA とリサイクル率が調達指標となり、ベトナム一貫ラインに代表される ASEAN のハイブリッド設計・循環ループが競争力を決める。