タフピッチ銅とは
タフピッチ銅とは、銅の含有量が99.90%以上の合金です。
JIS (日本産業規格) ではC1100という規格番号で規定されています。一般的に電気伝導性が高く、熱伝導性も優れています。一般的な銅と比較して比重が軽く耐食性も高いため、電気配線や機械部品、建築材料など様々な分野で使用されている材料です。
さらに加工性も優れており、板、棒、管など、様々な形状に加工できます。多様な用途に対応できる優れた性能を持つ銅合金であり、広く利用されている材料の1つです。
タフピッチ銅の使用用途
タフピッチ銅の使用用途は下記の通りです。
1. 電気・電子部品
高い導電性と可塑性を持ち、電気・電子部品の製造に広く使用されています。例えば、コイル、トランス、コネクター、配線、プリント基板などが挙げられます。ト
ランス (英: transformer) とは、電磁誘導の原理を利用して、電圧や電流を変換するための電気部品です。プリント基板 (英: printed circuit board, PCB) とは、電気回路を構成するための基盤となる板状の部品です。一般的には、ガラス繊維強化樹脂やポリイミド樹脂などの基板に、銅箔を薄く張り付け、その上に導電性のパターンを印刷して作られます。
2. 建築材料
美しさと耐久性から建築材料としても使用されます。例えばドアノブ、手すり、シンク、浴槽、天井や壁の装飾などが挙げられます。
3. 熱伝導性材料
熱が伝わりやすい材料です。例えば熱交換器、放熱板、冷却器などで利用されます。
4. その他の用途
自動車部品、船舶部品、加工機械、医療機器などが挙げられます。
タフピッチ銅の性質
タフピッチ銅の主な性質は下記の通りです。
1. 導電性
タフピッチ銅が導電性が高い理由は、銅自体が電気伝導性に優れているためです。銅は電気抵抗率が非常に低い金属の1つであり、金属の中でも高い電気伝導性を持ちます。
高純度の銅をベースにした合金であるため、銅自体が持つ高い導電性能をより引き出せる材料です。また、微細な結晶粒子を持ち、電子が結晶粒子同士を移動する際に障害となる隙間が少ないため導電性が高くなります。さらに、熱処理によって結晶粒子を均一に形成できるため、導電性が向上します。熱処理によって、微細な結晶粒子同士が近接して存在するため、電子の移動に妨げが生じにくく、導電性が高くなります。
2. 加工性
タフピッチ銅が加工しやすい理由は、微細な結晶粒子が均一に分布して良好な可鍛性と可延性があるためです。また、低い強度と高い塑性を持っているため変形しやすく、形状を保持しやすいことや、熱が伝わりやすい特性により加工時に発生する熱が均一に逃げやすく温度上昇が抑えられることなども挙げられます。
可鍛性とは、金属が加工される際に鍛造や圧延などの力によって変形しやすい性質のことです。可延性とは、金属が引っ張られたり伸ばされたりすることによって変形しやすい性質のことです。塑性とは、金属が圧力や力によって変形し、新しい形状を維持できる性質のことを指します。つまり、金属が変形する際に元の形状を保持せず、新たな形状に維持できる能力を表します。
3. 耐食性
タフピッチ銅は高純度の銅をベースにした合金であり、銅自体が持つ耐食性が特徴です。銅は一般的に、多くの酸化物や水酸化物に対して安定しており、さらに銅表面に形成される酸化被膜により、腐食を防げる材料です。また、結晶粒子が微細で均一であるため、材料内部での組織構造が安定し耐食性を高められます。特殊な熱処理により結晶粒子を均一に保てるため、熱処理後は耐食性が高くなります。
4. 熱伝導性
タフピッチ銅は結晶粒子が微細で均一であるため、熱が伝わりやすい材料です。銅自体、熱を効率的に伝導する性質を持っています。銅原子が密に詰まっているため、原子間の距離が短く、熱エネルギーが伝達されやすいためです。
銅自体が持つ熱の伝わりやすさに加え、特殊な製造方法により微細な結晶粒子を形成します。材料内部で熱がスムーズに伝わります。また、結晶粒子の均一性が高いため、熱の伝わりやすさが一様に保たれ、材料全体での熱が伝わりやすい点が特徴です。
5. 耐食性が優れている
高純度の銅をベースにした合金であり、腐食に強い優れた耐食性を持っている材料です。また、特殊な熱処理により均一な結晶粒子構造を持ち、さらに耐食性を高められます。さらに、微生物に対する抗菌性があるため耐食性に優れた材料として使用されます。
6. 抗菌性
銅特有の抗菌性を持ち、多くの細菌やウイルスを殺菌できる材料です。この抗菌性は、表面の銅イオンによる作用で、細胞膜や酵素を損傷させ発揮されます。純度が高く結晶粒子が均一であるため、一般的な銅と比較して抗菌性能が高いです。医療機器や食品加工装置など、衛生管理が求められる分野に適します。
タフピッチ銅のその他情報
1. タフピッチ銅の代替品
タフピッチ銅の代替品として、銅ニッケル合金や銀めっき銅などがあります。これらの材料も高い導電性や耐食性を持っていますが、加工性や熱の伝わり方などの特性が異なるため、用途に応じ適した材料の選定が不可欠です。
2. タフピッチ銅と無酸素銅との違い
タフピッチ銅と無酸素銅は、含まれる酸素量や製造方法の違いから、特性や用途が異なります。タフピッチ銅は、約0.02〜0.05%の酸素を含んでおり、製造工程における脱酸処理の簡略化が可能です。コストパフォーマンスの高い導電材料として広く使用されます。
無酸素銅は酸素含有量が0.001%以下と純度の高い銅です。酸素をほぼ含まないため、加工時の割れや高温環境での酸化を抑えられます。高い信頼性が求められる電子部品や精密機器に適します。
3. タフピッチ銅の溶接方法
タフピッチ銅の溶接は、水素脆化や熱伝導の高さが課題となるため、適切な溶接方法の選定が必要です。主な溶接方法を下記で説明します。
- TIG溶接
アルゴンガスで酸化を防ぎ溶接する方法です。精密な処理が可能ですが、接合維持が難しいです。 - レーザー溶接
強いレーザー光で狭い範囲を一瞬で溶かし接合します。熱による影響を抑えながら高精度な接合が可能です。 - 電子ビーム溶接
真空中で電子を高速でぶつけて材料を溶かし、接合する方法です。 - ロウ付け
母材を溶かさずに金属のロウを流し込んで接着する方法です。細かい部品の接合に適します。 - 抵抗溶接
電流による発熱で局所的に接合できますが、銅は低抵抗のため高電流が必要です。 - FSW
摩擦熱で材料を軟化させ強固に接合可能です。