重量が重要なとき、設計者はアルミニウムに手を伸ばします。その判断の根拠となる数値が密度です。純アルミニウムで2.70 g/cm³、鋼は7.85 g/cm³、銅は8.96 g/cm³。同じ部品なら鋼のおよそ3分の1ですが、それは部品がそのように設計されている場合に限ります。アルミニウムの剛性もまた、鋼の約3分の1だからです。
アルミニウムの密度は？
純アルミニウムの密度は室温で2.70 g/cm³（2,700 kg/m³、0.098 lb/in³）です。商業用合金は添加元素に応じて約2.63〜2.85 g/cm³の範囲にあり、5052は2.68、6061は2.70、3003は2.73、7075は2.81です。部品の重量は、体積（cm³）に密度を掛けて求めます。6061の1,000 cm³のブランクは2.70 kg、同じブランクを鋼で作れば7.85 kgです。密度は温度や調質でわずかに変化しますが、部品重量や梱包明細、運賃計算に影響するほどではありません。
図面で見かける合金の密度
| 材料 | 密度（g/cm³） | kg/m³ | 鋼との比較 |
|---|---|---|---|
| アルミニウム1050（純アルミ） | 2.70 | 2,700 | 34% |
| アルミニウム3003 | 2.73 | 2,730 | 35% |
| アルミニウム5052 | 2.68 | 2,680 | 34% |
| アルミニウム6061 | 2.70 | 2,700 | 34% |
| アルミニウム6082 | 2.70 | 2,700 | 34% |
| アルミニウム7075 | 2.81 | 2,810 | 36% |
| 鋼（軟鋼、DC01） | 7.85 | 7,850 | 100% |
| ステンレス304 | 8.00 | 8,000 | 102% |
| 銅 C11000 | 8.96 | 8,960 | 114% |
| 黄銅（CuZn37） | 8.44 | 8,440 | 108% |
密度を部品重量に換算する
重量は体積に密度を掛けたものです。プレス加工や絞り加工の部品では、体積は完成形状ではなくブランクから決まります。板厚に展開面積を掛け、切除されるスクラップを差し引いたものです。だからこそ材料歩留まりと重量は同じ議論になります。平板の部品なら簡単な算術ですが、絞りハウジングはブランクから計算する価値があります。壁は薄くなり、フランジは厚くなるため、完成部品の重量はブランクとまったく同じにはならないからです。図面がまだゲージで書かれている場合は板厚とゲージの換算をご覧ください。
アルミニウムの密度がもたらすもの、もたらさないもの
- 重量：あり — 同じ体積で質量は3分の1。輸送機器、携帯機器、繰り返し持ち上げるものにとって決定的です。
- 剛性：なし — ヤング率は鋼の約3分の1であるため、たわみで決まる部品は板厚を増やすかリブが必要になり、重量優位は小さくなります。
- 輸送と梱包 — 軽い部品は輸送費が安く、航空輸送するプログラムではその差は実際の金額になります。
- 熱的挙動 — アルミニウムは鋼より熱伝導が良く、膨張も大きくなります。センサーを温度管理するハウジングでは、どちらも重要です。
- キログラム単価 — アルミニウムは鋼より高価です。したがって削減効果は、材料価格ではなく重量、耐食性、あるいは工程から生み出す必要があります。
よく使う換算
| 単位 | アルミニウム | 鋼 |
|---|---|---|
| g/cm³ | 2.70 | 7.85 |
| kg/m³ | 2,700 | 7,850 |
| lb/in³ | 0.098 | 0.284 |
| lb/ft³ | 169 | 490 |
| 板厚1 mmのときのkg/m² | 2.70 | 7.85 |
重要ポイント
概算の重量計算ではアルミニウム合金に2.70 g/cm³を使い、図面に合金が明記されている場合は5052なら2.68、7075なら2.81を使ってください。絞り加工品は完成品ではなくブランクから計算し、鋼の3分の1の重量は鋼の3分の1の剛性を伴うことを忘れないでください。
よくあるご質問
アルミニウムの密度はkg/m3でいくらですか？
純アルミニウムは2,700 kg/m³です。商業用合金は約2,630〜2,850 kg/m³の範囲です。
アルミニウムは鋼より軽いですか？
はい、体積あたりでは。2.70 g/cm³に対し軟鋼は7.85 g/cm³で、同一の中実断面なら重量は約3分の1です。剛性で決まる部品は、アルミニウムの剛性も低いため、理想的な比率より重くなる場合があります。
6061アルミニウムの密度は？
2.70 g/cm³で、重量計算上は純アルミニウムと実質同じです。
アルミ部品の重量はどう計算しますか？
体積（cm³）に、純アルミまたは6061なら2.70を、図面に記載された合金の密度を掛けます。板物の部品はブランク面積に板厚を掛けるところから始めます。