アルミニウムのロールフォーミングを成功させるには、材料の特性理解が不可欠です。
本記事では、まず1000番台から7000番台まであるアルミ合金の種類と特性を解説。その上で、用途に応じた材料選定の基準や評価方法、さらに加工時に直面するスプリングバックや傷つきやすさといった特有の注意点を詳しく説明し、最後に実際の製作事例を紹介します。
アルミニウムと一口に言っても、金属加工の素材として使用されるアルミニウム（アルミニウム合金）には様々な種類があり、それぞれの金属特性と用途を適切に合致させることが重要です。
アルミニウム合金の中でも「1000」番台のシリーズは、純アルミニウムが99％含有されていることが特徴です。純アルミニウムが成分の大部分をしめるため延性が高く、電気伝導率や熱伝導率に優れている素材となっており、電機業界などで利用されています。
「2000」番台のアルミニウム合金は、主成分として銅とアルミニウムを含んでおり「銅合金」として扱われることもあります。
金属特性として軟鋼に似た性質を有しており、被削性に優れている反面、耐食性が低下してしまうといった点がデメリットです。
アルミニウム合金「3000」番台のシリーズでは、合金元素にマンガンを多く含んでいることが特徴です。これにより成形性に優れている一方、熱処理に適しておらず、汎用合金として中程度の強度を有しています。
「4000」番台のアルミニウム合金シリーズでは、主な合金元素としてシリコンを含有しています。
シリコンの影響によって融点が大きく下げられているため、ワイヤ溶接などに適性があり、建築用途などでも広く活用される素材です。
「5000」番台のアルミニウム合金は、マグネシウムとマンガンを多く含有しているシリーズです。成形性や引張強度に優れている合金であり、耐食性も高い点がメリットとなります。
主な用途としては輸送機器や海洋建築などが挙げられます。
アルミニウム合金の中でも特に汎用性のあるシリーズが「6000」番台です。主要な合金元素としてはマグネシウムとシリコンが配合されており、熱処理が可能で成形性や耐食性にも優れている点が特徴です。
幅広い分野で色々な用途に採用される金属素材となっています。
アルミニウム合金の中でも強度に優れたシリーズが「7000」番台です。
主要な合金元素に亜鉛が採用されており、また銅やクロム、マグネシムといった元素も添加されています。
合金元素の配合比によって厳しい環境でも耐食性や強度に優れた状態を維持できることが強みであり、航空宇宙分野などで広く活用されています。
純アルミニウムを99％以上含有している1000番台を含めて、アルミニウム合金には様々な特性があり、どのアルミニウム合金を使用すべきかはそれぞれの金属的性質と、目的とする製品や用途、また予算などの条件を比較しながら適切に選択しなければなりません。
アルミニウム合金の材料選定では主として、以下のようなポイントが注目されます。
例えば使用する状況に合わせて十分な強度を考えなければならず、同時に使用環境と耐食性のバランスを考えることも必要です。また加工性や成形性は加工品質に影響する上、熱処理や溶接を必要とするか否かといった点も考えなければなりません。
なお、当然ながらコストパフォーマンスについてもしっかりと計算することが肝要です。
アルミニウム合金の機械的性質を評価するためには、引張試験や曲げ試験、塩水噴霧試験など各種試験が行われますが、どのような条件で試験を実施すべきかについてはJIS規格によって定められていることもポイントです。
アルミニウム合金の成形性は素材の柔らかさや強度が影響しますが、その評価方法としては引張試験や曲げ試験、エリクセン試験（密着性試験）などが行われます。
合金板を曲げたり引っ張ったり、あるいは金型でプレスしたりして、その変形度や加工に要した条件を比較します。
アルミニウムは耐食性に優れた金属ですが、銅などを含有することで耐食性が低下する点も無視できません。そのため、特に耐食性が求められる環境や条件でアルミニウム合金を使用する場合、実際に塩水を噴霧して腐食状況を調べたり、実際の環境を再現した状態で腐食状況を確認したりします。また電気化学的な影響を調べることも大切です。
成形性と同時に重要な評価点が疲労強度です。
疲労強度は繰り返しかかる力や変形に対する強度であり、何度も曲げたり重さをかけたりすることで、金属として破断やひび割れが生じる限界値を測定します。試験方法としては回転曲げ疲労試験や軸荷重疲労試験、疲労き裂進展試験などが考えられます。
求めるのは柔軟性？
知名度？複雑断面？
信頼できるロールフォーミング
加工会社を厳選
特定の分野や用途においては、一般的に推奨されるアルミニウム合金が定められていることもあるでしょう。
アルミニウム（アルミ）は軽量で柔らかく、一見すると加工しやすい金属素材に思えますが、一方で扱い方を誤れば壊れやすく傷つきやすいといった加工難易度が高い素材でもあります。
「伸び」とは金属素材が引っ張られて伸びることで硬化して成形性が良くなる現象ですが、鉄やステンレスのように均等な伸び（一様伸び）が発生する素材に対して、アルミニウムでは伸びが一様とならない「局部（点）伸び」という現象が発生する点に要注意です。
これにより、アルミニウムをロールフォーミングする際にはそれぞれのロールによって曲げる方向や角度などを調整する必要があり、適切な条件設定を行えないとロールフォーミング加工中に割れてしまうリスクが高まります。
アルミニウムは鉄やステンレスなどと比べると柔らかく曲げやすい金属素材です。一方、靱性が低く、圧力をかけられると割れたりクラックが生じたりしやすいといったデメリットもあります。
そのため、ロールフォーミング加工を行う際には素材にかかる圧力を計算しながら、加工速度や曲げ角度といったものを適切に調整することが必要です。
スプリングバックとは、金属素材へ加工圧力を加えて変形させても、再び元の形状に戻ってしまう現象です。縮めたバネが元の長さに戻る動きにちなんでスプリングバックと呼ばれます。
アルミニウムは柔らかくて曲げやすい反面、弾性が高くてスプリングバックが起こりやすい素材です。そのため、ロールフォーミング加工によって変形させたとしても、ロールを通り終えた後でスプリングバックが発生し、想定していた曲げ角度や形状とは仕上がりで差違が生じてしまうかも知れません。
そのためアルミニウムのロールフォーミング加工では、あらかじめスプリングバックを想定した上でロールセッティングや圧力値などを計算する必要があります。
アルミニウムは柔らかい素材のため、表面に傷がつきやすいことも問題です。
ロールフォーミング加工では複数のロールにアルミ板を通して加工成型していきますが、その過程でロールと接触して素材表面に細かな傷が生じやすくなります。
そのため、アルミニウムを金属加工した場合はその後に表面を仕上げる加工を行わなければなりません。
アルミニウムの表面加工を行おうとした場合、アルミ素材の表面を覆っている薄い酸化被膜について配慮することも必要です。
自然発生的に生成されている酸化被膜は素材品質の均一化を妨げやすく、アルミの耐食性や防食性、外観などを整えるための表面加工ではあらかじめ酸化被膜について処理しなければなりません。
スパンドレル形状に成形加工を行った事例
建物の天井や外壁に設置する金属化粧板として、アルミ薄板をロールフォーミング加工でスパンドレル形状に成型加工した事例です。素材にはあらかじめ電解研磨とアルマイト処理がされているため、加工後の表面処理が不要となっています。
神戸製鋼所では自動車の側面衝突エネルギー吸収補強材（ドアビーム）をロールフォーミング加工によって製造しており、アルミニウムに亜鉛とマグネシウムを添加したドアビーム用のアルミ合金の独自開発も行っています。
森村金属株式会社はスパンドレルの機能性と外観性を両立させるため、カラーアルミを利用したスパンドレル製品を製造しています。また、アルミニウム板に塩ビ製シートを貼り合わせたポリ塩化ビニル被覆金属を採用した商品も展開しています。
アルミニウムのロールフォーミングには、材料選定と加工技術の両面での深い理解が求められます。アルミニウム合金は純アルミ系の1000番台から高強度の7000番台まで多様であり、強度、耐食性、成形性などが大きく異なります。そのため、まず船舶、航空、建築といった用途に合わせて最適な合金を選定することが重要です。
さらに、実際の加工時にはアルミニウム特有の課題に直面します。鉄鋼とは異なり「局部伸び」しやすく割れやすい点、弾性が高く「スプリングバック（跳ね返り）」が起きやすい点、そして硬度が低く「傷つきやすい」点です。これらの問題を回避し、高精度なロールフォーミングを実現するには、材料特性を熟知した上で、ロールの設計や圧力、速度を精密に調整するノウハウが不可欠となります。
細かい寸法管理が必要なロールフォーミング加工。加工会社を選ぶには、技術力の高さと品質管理体制に注目することが大切です。そこで品質管理体制を外部審査によって証明された国際規格ISO9001を取得する加工会社の中から、発注したい製品ごとに特徴的な加工会社をご紹介します。
高強度が要求される
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