その部品、なぜ曲がった？
「引張強さは十分なはずなのに、使っているうちに曲がってきた」
「計算上は問題ないのに、試作品が変形した」
こういった経験はありませんか。
原因の多くは、「強度」の意味を取り違えていることにあります。
アルミニウムの強度を語るとき、いくつかの異なる指標が登場します。
- 引張強さ
- 耐力
- 伸び
- ヤング率（縦弾性係数）
これらは、それぞれ異なる「強さ」を表しています。
「引張強さが高いから大丈夫」と思っていたら、実は見るべきは「耐力」だった。
「耐力は満たしているのにたわむ」と思ったら、問題は「ヤング率」だった。
この記事では、アルミニウムの強度を正しく理解するための基礎を解説します。
この記事は、アルミニウムの特性について、日本アルミニウム協会の資料およびJIS規格をもとに構成しています。数値には測定条件があるため、設計にあたっては原典をご確認ください。
引張強さ——「壊れる限界」の数値
引張強さ（Tensile Strength）は、材料を引っ張ったときに、破断するまでに耐えられる最大の応力です。
単位は N/mm²（ニュートン毎平方ミリメートル）、または MPa（メガパスカル）。
| 材料 | 引張強さ（N/mm²） | 規格 |
|---|---|---|
| A6063-T5（肉厚12mm以下） | 150以上 | JIS H 4100 |
| A6005C-T5（肉厚6mm以下） | 245以上 | JIS H 4100 |
| A6061-T6（肉厚6mm以下） | 265以上 | JIS H 4100 |
| SS400（一般構造用鋼） | 400〜510 | JIS G 3101 |
※ JISの規定値は、試験箇所の肉厚によって異なります。詳細は規格をご確認ください。
押出用アルミ合金の引張強さは、鉄より低い。これは事実です。
ただし、アルミニウム全体がそうだというわけではありません。同じJIS H 4100に規定される7075-T6は、引張強さ540以上（肉厚6mm以下）。SS400を上回ります。合金によって、まったく違う材料になります。
そして、引張強さは「壊れる限界」の数値であり、設計上の許容応力としてそのまま使うことはありません。
なぜなら、引張強さに達する前に、材料は元に戻らない変形を始めているからです。
耐力——設計者が本当に見るべき数値
耐力（Yield Strength、0.2%耐力）は、材料に永久変形が生じ始める応力です。
「永久変形」とは、力を取り除いても元に戻らない変形のこと。
鉄鋼材料には、応力を上げていくと、ある点で急に伸び始める「降伏点」がはっきり現れます。アルミニウムには、それがありません。どこから塑性変形が始まったのか、グラフを見ても分からない。
そこで、0.2%の永久ひずみが残る応力を、便宜的に「0.2%耐力」と定めています。
| 材料 | 耐力（N/mm²） | 引張強さ（N/mm²） | 規格 |
|---|---|---|---|
| A6063-T5（12mm以下） | 110以上 | 150以上 | JIS H 4100 |
| A6063-T6（3mm以下） | 170以上 | 205以上 | JIS H 4100 |
| A6005C-T5（6mm以下） | 205以上 | 245以上 | JIS H 4100 |
| A6061-T6（6mm以下） | 245以上 | 265以上 | JIS H 4100 |
| SS400（一般構造用鋼） | 245以上 | 400〜510 | JIS G 3101 |
※ JISの規定値は、試験箇所の肉厚によって異なります。詳細は規格をご確認ください。
A6061-T6の耐力245は、一般構造用鋼（SS400）と同じ値です。
引張強さでは265対400〜510と、大きく差がついていました。ところが耐力では、245対245。並びます。
引張強さで比べるか、耐力で比べるかで、材料の位置づけが変わる。
設計において重要なのは、引張強さではなく耐力です。
製品が使用中に受ける応力は、原則としてこの耐力を超えないように設計します。
耐力を超えると、部品は変形し、元に戻らない。たとえ破断していなくても、製品としての機能は失われます。
もうひとつ、表から読み取れることがあります。
A6063-T6（耐力170）は、A6005C-T5（耐力205）より低い。
質別がT6でも、合金が違えば強度は逆転します。「T6だから強い」とは言えません。
■ コラム：プロレスラーの「強さ」で考える
強度の種類を、プロレスラーの強さに例えてみましょう。
引張強さ = パワー
どれだけ重いものを持ち上げられるか。
限界を超えたら、筋肉が断裂する。 これが「破断」。耐力 = 打たれ強さ・構えの限界
どこまでダメージを受けても、元の姿勢に戻れるか。
これを超えると、体勢が崩れたまま戻らない。 これが「永久変形」。伸び = 粘り
最後まで諦めずに戦い続ける力。
伸びがないレスラーは、一発で倒れる（脆性破壊）。
粘りがあれば、ダメージを受けながらも持ちこたえる。ヤング率 = 体幹の硬さ
押されたときに、どれだけブレないか。
体幹が弱いと、同じ力でも大きくよろける（たわむ）。
「強い」と一言で言っても、何が強いのかは場面によります。
パワーだけあっても、打たれ弱ければ試合に勝てない。
体幹がしっかりしていても、粘りがなければ逆転できない。アルミニウムも同じです。
用途に応じて、どの「強さ」が必要かを見極める。
それが、強度設計の出発点です。
伸び——「粘り強さ」の指標
伸び（Elongation）は、材料が破断するまでにどれだけ伸びるかを示す数値です。
単位はパーセント（%）。
押出材で比べると、こうなります。
| 合金・質別 | 伸び（%） | 引張強さ（N/mm²） |
|---|---|---|
| A1070-H112 | 規定なし | 55以上 |
| A3003-H112 | 22以上 | 95以上 |
| A6063-T5（12mm以下） | 8以上 | 150以上 |
| A6063-T6（3mm以下） | 8以上 | 205以上 |
| A6005C-T5（6mm以下） | 8以上 | 245以上 |
| A6061-T6（6mm以下） | 8以上 | 265以上 |
| A7075-T6（6mm以下） | 7以上 | 540以上 |
（JIS H 4100。伸びはA50mm。肉厚区分により規定値が異なります）
表を上から下へ見ると、傾向が読み取れます。
純アルミ系の1070は、引張強さ55以上。柔らかく、伸びの規定すらありません。
3003は、引張強さ95以上で、伸び22%以上。
押出用の6000系は、引張強さ150〜265に対して、伸び8%以上。
最高強度クラスの7075-T6は、引張強さ540以上に対して、伸び7%以上。
強度が上がると、伸びは小さくなる。
押出用の6000系は、その中で強度と伸びのバランスが取れた領域にあります。
伸びが大きいと何が良いのか
- 衝撃を吸収する
- 急な力がかかっても、すぐには破断しない
- 変形しながらエネルギーを吸収する
- 加工しやすい
- 曲げ加工、深絞り加工がしやすい
- 割れにくい
- 安全側に壊れる
- 破断の前に変形という「予兆」がある
- 突然パキッと割れる（脆性破壊）を避けられる
伸びが小さいとどうなるか
高強度のアルミ合金は、一般的に伸びが小さくなる傾向があります。
強度を追求するあまり、伸びが極端に低い材料を選ぶと、 予期せぬ衝撃で脆性的に破壊するリスクがあります。
強度と伸びはトレードオフの関係。
用途に応じたバランスが重要です。
ヤング率——「たわみやすさ」の指標
ヤング率（縦弾性係数）は、材料の「剛性」を示す数値です。
力をかけたときに、どれだけ変形しにくいか。
| 材料 | ヤング率（GPa） |
|---|---|
| アルミニウム | 68.3 |
| 鉄（熱間圧延材） | 192 |
| 銅（硬質） | 117 |
（日本アルミニウム協会『アルミニウムとは』）
アルミニウムのヤング率は、鉄の約1/3。
これは、同じ形状・同じ力をかけた場合、アルミニウムは鉄の約3倍たわむということです。
そして、ヤング率は合金で変わりません。
引張強さは、1070の55から7075-T6の540まで、10倍近い開きがあります。ところがヤング率は、どの合金でもほぼ68〜71 GPa。
合金設計で強度は上げられる。しかし、たわみにくさは上げられない。
ここが、強度とヤング率の決定的な違いです。
「軽いから薄くできる」は危険
比重の記事でも触れましたが、アルミニウムは鉄の約1/3の重さ。
しかし、ヤング率も約1/3。
「軽いから、同じ形状で鉄をアルミに置き換えれば軽量化できる」と単純に考えると、たわみの問題が発生します。
剛性が必要な部品では、形状の工夫が必須。
- 断面積を大きくする
- 中空構造にする
- リブ（補強の骨）を入れる
押出形材は、これらの工夫を一体成形できる製法です。
■ コラム：飛行機の窓は、なぜ丸いのか
1950年代、世界初のジェット旅客機「デ・ハビランド・コメット」が相次いで墜落しました。
原因は、金属疲労でした。
飛行機は、上空で与圧と減圧を繰り返します。その度に、機体には力がかかっています。
一回一回の力は、破断に至る値ではない。しかし、何千回、何万回と繰り返されるうちに、開口部の隅から亀裂が入り、機体が空中分解した。
これが疲労破壊です。
事故調査で焦点となったのは、開口部の隅に生じる応力集中でした。角があると、そこに応力が集まる。
この事故以降、旅客機の開口部は、角に大きな丸みをつける設計が徹底されました。
強度の問題は、命に関わる。
「引張強さを満たしているから大丈夫」ではない。繰り返しの力、応力集中、形状の影響——これらを総合的に考えることが、設計者の責任です。
疲労強度については、別記事「アルミニウムの疲労強度と設計上の注意点」で詳しく解説しています。
合金と質別で強度は大きく変わる
同じ「アルミニウム」でも、合金の種類と熱処理（質別）によって強度は大きく異なります。
同じ合金でも、質別が変われば
| 合金・質別 | 引張強さ（N/mm²） | 耐力（N/mm²） |
|---|---|---|
| A6063-T1（12mm以下） | 120以上 | 60以上 |
| A6063-T4（25mm以下） | 130以上 | 65以上 |
| A6063-T5（12mm以下） | 150以上 | 110以上 |
| A6063-T6（3mm以下） | 205以上 | 170以上 |
（JIS H 4100 表4）
同じ6063でも、T1とT6では耐力が2.8倍違います。
合金が変われば
| 合金・質別 | 引張強さ（N/mm²） | 耐力（N/mm²） |
|---|---|---|
| A1070-H112 | 55以上 | 15以上 |
| A3003-H112 | 95以上 | 35以上 |
| A6063-T5（12mm以下） | 150以上 | 110以上 |
| A6005C-T5（6mm以下） | 245以上 | 205以上 |
| A6061-T6（6mm以下） | 265以上 | 245以上 |
| A7075-T6（6mm以下） | 540以上 | 480以上 |
（JIS H 4100 表3・表4）
純アルミ系の1070と、7075-T6では、耐力が32倍違います。
T5とT6の違い
- T5：高温加工から冷却後、人工時効硬化処理したもの
- T6：溶体化処理後、人工時効硬化処理したもの
同じ合金なら、T6のほうが高強度になります。
ただし、合金をまたぐと逆転します。 A6063-T6（耐力170）は、A6005C-T5（耐力205）より低い。
質別だけを見ても、強度は分かりません。
用途に応じた合金・質別の選定が、強度設計の出発点になります。
強度に影響する3つの要因
アルミ押出材の強度は、材料だけで決まるわけではありません。
1. 断面形状
同じ材料でも、断面形状によって実際の強度性能は大きく変わります。
肉厚の急激な変化
- 厚い部分と薄い部分が隣接すると、応力が集中しやすい
- 応力集中は破壊の起点になる
中空構造・リブ構造
- 材料を効率的に配置し、軽量化と剛性を両立
- 押出形材の強み
角部のR（丸み）
- ピン角は応力集中の原因
- 適切なRで応力を分散
押出方向と負荷方向
- 押出材は長手方向に金属組織が揃う（異方性）
- 主たる負荷方向を考慮した設計が重要
そして、JISの規定値そのものが、肉厚で変わります。
A6063-T5は、肉厚12mm以下で引張強さ150以上、耐力110以上。12mmを超え25mm以下では、145以上、105以上。
厚くすれば強くなる、というものではありません。
2. 熱処理
6000系などの熱処理型合金は、熱処理の条件で強度が決まります。
- 溶体化温度と時間
- 冷却速度
- 時効温度と時間
これらが適切でないと、JIS規格の強度が出ない場合もあります。
3. 溶接の影響
アルミニウムを溶接すると、熱影響部（HAZ）の強度が低下します。
特にT6処理材は、溶接後に強度が大幅に落ちることがある。
JIS H 4100の合金表には、6061について「熱処理型の耐食性合金。時効によってかなり高い耐力値が得られるが、溶接性が劣る」と記されています。一方、6005Cは「押出加工性、焼入れ性も優れる。耐食性もよく、溶接も可能」。
溶接が必要な部品では、この強度低下を考慮した設計が必要です。
疲労強度について
繰り返し荷重を受ける部品では、疲労強度（疲れ強さ）が重要になります。
コラムで紹介したコメット号の事故のように、一回一回の力が破断に至らなくても、繰り返されるうちに破壊に至ることがあります。
疲労強度については、別記事「アルミニウムの疲労強度と設計上の注意点」で詳しく解説しています。
硬さについて
硬さ（Hardness）は、表面の傷つきにくさを示す指標です。
JIS H 4100では、6063のT5について、引張試験と硬さ試験のいずれかで判定してよいと規定しています。硬さはHV5で58以上（試験箇所の肉厚0.8mm以上）。
一般的に、強度が高いアルミ合金は硬さも高くなる傾向があります。
ただし、硬さと強度は必ずしも比例しません。
硬さと表面の傷つきやすさについては、別記事「アルミニウムの傷つきやすさと対策」で詳しく解説しています。
まとめ
- 引張強さ：破断する限界の応力。設計の許容値には使わない
- 耐力：永久変形が始まる応力。設計上、この値を超えないようにする
- 伸び：粘り強さ。衝撃吸収性、加工性に関係
- ヤング率：剛性。アルミは鉄の1/3で、同じ形状なら3倍たわむ。
- 合金では変わらない合金・質別で強度は大きく変わる：耐力で1070の15から7075-T6の480まで、32倍の幅がある
- A6061-T6の耐力245は、SS400と同値：引張強さで比べるか、耐力で比べるかで、材料の位置づけが変わる
- 断面形状、熱処理、溶接も強度に影響
強度を正しく理解する
アルミニウムの強度は、単純に「強い」「弱い」で語れるものではありません。
引張強さ、耐力、伸び、ヤング率——それぞれが異なる「強さ」を示しています。
そして、合金選定、断面設計、熱処理、溶接といった要因が、最終的な強度性能を左右する。
「耐力の範囲内で使う」
「ヤング率を考慮して形状を工夫する」
この2点を押さえることが、アルミニウムの強度を活かした設計の基本です。
関係する特性
参考文献
- JIS H 4100 アルミニウム及びアルミニウム合金の押出形材
- JIS G 3101 一般構造用圧延鋼材
- 一般社団法人 日本アルミニウム協会『アルミニウムとは』（2018年4月）
