タフピッチ銅(C1100)とは、電気銅を溶解するときに酸素を0.02〜0.05%程度あえて残して精製した、銅99.90%以上の純銅です。導電率は約100%IACSで、配電盤・変圧器のブスバー(母線)で最も広く使われている標準材です。この記事では、C1100の成分と物性値、弱点である水素脆化(すいそぜいか)の避け方、りん脱酸銅C1220・無酸素銅C1020との使い分けを、図面指示まで含めて整理します。

タフピッチ銅
C1100
純銅
導電率
100%IACS
水素脆化
銅ブスバー
材料選定

タフピッチ銅(C1100)とは何か

タフピッチ銅(C1100、TPC:Tough-Pitch Copper)とは、銅の含有率99.90%以上、酸素を0.02〜0.05%程度含む純銅で、導電率が約100%IACSに達する材料です。溶解・精製の工程で酸素を意図的に残すのが最大の特徴で、この酸素が硫黄などの不純物を酸化物として閉じ込め、通電を妨げにくい形に変えます。

純度では無酸素銅C1020が上ですが、残した酸素が不純物を無害化するため、C1100は数値上の純度が低くてもほぼ100%IACSの導電率を確保できます。ここがC1100がブスバーの標準材であり続けている理由です。ブスバーそのものの役割はブスバーとはのページも参照してください。

C1100の物性値はどれくらいか

C1100の代表的な物性は、導電率約100%IACS、体積抵抗率約1.72×10^-8Ω・m(20℃)、熱伝導率約390W/(m・K)、密度約8.9g/cm³、融点約1,083℃です。焼鈍材(O材)は引張強さ200〜250MPa程度、伸び30%以上、硬さHB40〜50程度が目安で、加工硬化させた1/2H・H材は強度が上がり伸びが小さくなります。

たとえば板厚5mm×幅40mm(断面積200mm²)のC1100を1m使う場合、20℃での直流抵抗は
1.72×10^-8×1÷(200×10^-6)= 約8.6×10^-5Ω = 約86μΩ/m となります。ここに1,000Aを流すと電圧降下は約86mV/m、発熱は約86W/mです。板厚と幅を決める段階で発熱量まで見積もれます。

C1100の抵抗は温度でどれだけ増えるか

銅の抵抗は温度に比例して増え、抵抗温度係数は約0.0039/Kです。20℃基準で導体温度が90℃になると抵抗は約1.28倍、発熱量も約1.28倍になります。常温の抵抗値だけで損失を計算すると、運転温度では3割近く増えるという見落としが起きます。

要点:20℃→90℃で抵抗・発熱はおよそ1.3倍。常温値のままの計算は楽観側に外れる

なぜブスバーの標準材はC1100なのか

C1100がブスバーの標準材なのは、「導電率がほぼ最高水準(約100%IACS)」「平角材として広く流通し入手しやすい」「展延性が高く曲げ・穴あけに向く」の3点が同時に成り立つからです。無酸素銅C1020は導電率がわずかに高いものの、通常の配電・受変電用途で得られる差は小さく、材料コストと納期の面でC1100が選ばれます。

板厚が増えるほど曲げの反力・スプリングバックやバリ処理は難しくなります。当社で扱う板厚・形状の範囲は加工技術のページにまとめています。

C1100の弱点は何か(水素脆化・酸化・軟化)

C1100の最大の弱点は水素脆化です。約600℃以上の還元性(水素を含む)雰囲気で加熱すると、内部の酸化銅Cu₂Oが水素と反応して水蒸気になり、結晶粒界で膨張して微細な割れを生じます。そのため溶接やろう付けなど高温で水素にさらされる接合には制限があります。ブスバー接続にボルト締結が一般的なのは、施工性だけでなくこの材料特性も理由の一つです。

 C1100の内部       高温+水素雰囲気        結果
 ┌──────────┐      ┌──────────────┐    ┌──────────────┐
 │ 銅 + Cu2O│ ──→ │ Cu2O + H2    │ ─→ │ 粒界に水蒸気 │
 │ (酸素残留)│      │  → Cu + H2O │    │ → 微細な割れ │
 └──────────┘      └──────────────┘    └──────────────┘
   ※おおむね600℃以上・還元性雰囲気で顕著
  

酸化・変色は「見た目」だけの問題ではない

銅は大気中で酸化被膜をつくり、時間とともに褐色〜暗色に変わります。導体性能がすぐ落ちるわけではありませんが、ボルト締結面に酸化被膜や汚れがあると接触抵抗が増え、局所的な発熱の原因になります。締結面の清浄化や、錫・ニッケル・銀めっきによる保護が有効です。選び方は銅ブスバーへのめっきを参照してください。

加工硬化は熱で失われる

圧延で硬くした1/2H・H材は、概ね200℃前後から軟化が始まるとされます(進み方は加工度や保持時間で変わります)。粉体塗装の焼付けは一般に180〜200℃程度で行われるため、硬質材の強度を厳密に当てにする設計では、運転温度とめっき・塗装の焼付け温度の両方を確認しておくと安全です。

要点:C1100は「高温+水素」に弱い。締結面の酸化と、硬質材の軟化にも注意する。

C1100・C1220・C1020はどう使い分けるか

使い分けの基準は単純です。通電性能とコストを優先するならC1100、溶接・ろう付けをするならりん脱酸銅C1220、水素脆化を避けたい高信頼用途なら無酸素銅C1020です。ブスバーの実質的な標準はC1100です。

要点:「接合方法 → 材質 → 質別 → 表面処理」の順で決めると手戻りが出にくい。

図面と発注でC1100を指定するときの注意点

図面には「C1100」だけでなく、質別・板厚と幅・寸法公差・曲げ指示・表面処理までを書いてください。材質記号だけだと質別の解釈違いで曲げ精度やスプリングバック量が変わり、初回から寸法が合わない原因になります。

よくあるご質問