三菱マテリアルの高性能無酸素銅　無酸素銅とは何か？異形条とは何か？

この記事で分かること

三菱マテリアルの高性能無酸素銅

　三菱マテリアルが新たに開発した高性能無酸素銅「MOFC-HR」（Heat Resistance）の新製品は、その「異形条」（いけいじょう）タイプが主な特徴です。

　https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00768245?gnr_footer=0084830

　この新製品は、世界最高水準の強度と耐熱性を維持しつつ、特に電気自動車（EV）やデータセンター、AI、次世代エネルギーなどの分野で、大電流・高放熱が求められる電気機器部材に最適な材料としています。

無酸素銅とは何か

　無酸素銅（Oxygen-Free Copper: OFC）とは、極めて酸素の含有量が少ない高純度な銅のことです。純銅の一種であり、銅が持つ優れた特性を最大限に引き出した材料として、主に電気・電子部品分野で利用されています。

---

1. 定義（高純度）

• 純度: JIS規格では、純度99.96%以上（C1020）またはそれ以上（電子管用C1011は99.99%以上）の純銅と規定されています。
• 酸素含有量: 名前の通り酸素をほとんど含まず、残存酸素量は0.001%〜0.005%（10～50ppm）以下と極めて微量です。

2. 主なメリット（優れた特性）

　酸素や不純物が少ないため、銅本来の優れた特性が発揮されます。

• 最高の導電性・熱伝導性:
  • 不純物が電気や熱の流れを妨げにくいため、純銅の中で最も高い電気伝導率と熱伝導率を誇ります。
• 水素脆化を起こさない:
  • これが他の純銅（タフピッチ銅など）との最大の違いです。タフピッチ銅は微量の酸素（酸化銅）を含むため、高温の水素雰囲気下で熱せられると、酸化銅が還元されて水蒸気となり、銅内部に空洞（ブローホール）を作って脆くなる水素脆化を起こします。
  • 無酸素銅は酸素をほとんど含まないため、溶接、ロウ付け、熱間加工など、高温処理が必要な用途で安心して使用できます。
• 優れた加工性:
  • 純度が高く柔らかいため、展延性（伸びやすさ）に優れ、複雑な曲げ加工や絞り加工が容易です。

---

タフピッチ銅との違い

　純銅として最も一般的に流通しているタフピッチ銅（C1100）との主な違いは、酸素含有量と水素脆化の有無です。

特性	無酸素銅（C1020）	タフピッチ銅（C1100）
純度	99.96%以上	99.90%以上
酸素含有量	極めて少ない (0.001%〜0.005%以下)	微量に含む (0.02%〜0.05%程度)
水素脆化	起こさない (高温処理可能)	起こす (高温処理不向き)
導電性/熱伝導性	極めて高い	高い（無酸素銅とほぼ同等）
強度	やや劣る	無酸素銅よりやや高い

---

主な用途

　水素脆化の心配がなく、高い導電性と熱伝導性、そして加工性を兼ね備えているため、以下のような分野で使用されます。

• 電気・電子部品: 高導電性が求められるコネクタ、端子、リードフレーム、バスバー（大電流配線材）
• 熱関連部品: 高性能な熱交換器、放熱板
• 特殊用途: 水素脆化を避ける必要がある溶接・ロウ付け部品、ガス放出を嫌う真空機器部品（電子管、半導体製造装置）

---

水素脆化とは何か

　水素脆化（すいそぜいか、Hydrogen Embrittlement）とは、金属材料が水素を取り込むことによって、本来持っている粘り強さ（靭性や延性）が低下し、もろくなって破壊されやすくなる現象のことです。

　特に高強度鋼や、タフピッチ銅などの金属で問題になります。

---

水素脆化のメカニズム

　銅での水素脆化現象は、以下のようなでメカニズムで

• 発生源: 高温（約600℃以上）の水素雰囲気下での加熱（溶接、熱処理、ロウ付けなど）。
• メカニズム:
  • タフピッチ銅には、製造工程で取り込まれた微量の酸素が酸化銅（Cu2Oとして内部に含まれています。
  • 高温下で外部から水素が侵入すると、以下の化学反応が起こります。（Cu2O + H2 →　２Cu + H2O(水蒸気)
  • この反応で生成された水蒸気は、金属内部の空洞（結晶粒界など）に閉じ込められ、非常に高い内圧を発生させます。
  • この内圧が銅材の内部を押し広げ、微細な割れ（ブローホール）を発生させることで、材料の強度が極端に低下し脆くなります。

---

対策

• 無酸素銅（OFC）の使用: 最初にご説明したように、あらかじめ酸素をほとんど含まない無酸素銅を使用することで、水蒸気生成のメカニズム自体を根本的に防ぎます。

　タフピッチ銅が溶接や熱処理に向かないと言われるのは、この水素脆化を起こすリスクがあるためです。

異形条とは何か

　「異形条」とは、金属の板や帯（ストリップ/条）において、幅方向で断面の厚さや形状が一定ではない、特殊な形に加工された材料のことです。

　通常、金属の条材はどこを切っても同じ四角い断面をしていますが、異形条は断面が段差状になっていたり、凸型・凹型になっていたりします。

---

異形条の構造と機能

　最も一般的な異形条の形状は、厚い部分（厚部）と薄い部分（薄部）からなる「段付き条（マルチゲージストリップ）」です。この特殊な形状が、電子部品の性能向上や製造コスト削減に大きく貢献します。

部位	主な機能（電子部品の場合）	必要とされる特性
厚部	放熱部、剛性が必要な部分、大電流が流れる部分	高い導電率・熱伝導率、高い剛性
薄部	リード部、接点部、複雑な加工が必要な部分	優れたプレス加工性、バネ特性

異形条を使う最大のメリット

　異形条の最大のメリットは、一つの部品内で複数の機能を持たせ、部品の製造工程を簡略化できる点にあります。

1. 部品の一体製造によるコスト削減
   • リードフレーム（半導体部品）など、厚さが異なる複数の機能が必要な部品を、従来のように別々に作って溶接・接合する工程が不要になり、同一素材で一体的にプレス成形できます。
   • これにより、組み立て工数や製造管理工数が大幅に削減されます。
2. 材料ロスの低減
   • 切削加工やプレス加工では、不要な部分を削ったり打ち抜いたりするため、材料のロスが発生します。
   • 異形条は、あらかじめ製品の最終断面に近い形状で圧延・加工されるため、材料ロス（歩留まり）が最小限に抑えられ、特に大量生産で大きなコストダウンにつながります。
3. 高性能化と小型・軽量化
   • 必要な部分にのみ厚みを持たせて剛性や熱特性を確保し、それ以外の部分を薄くできるため、少ない材料で高い性能を維持したまま、部品の小型化・軽量化に貢献します。

---

主な用途

　高性能な銅合金や、ご質問にあった三菱マテリアルの「MOFC-HR」などの異形条は、主に以下のような大電流・高密度化が進む分野で採用されています。

• 半導体: パワートランジスタやLED用のリードフレーム
• 自動車（EV）: 高圧端子、パワーモジュール部材、バスバー
• 電子機器: 各種コネクタ、端子、リレー部材