金属の比重をやさしく解説：板材の重量即算・軽量化の落とし穴まで
金属の比重（密度）は「重量計算」「軽量化設計」「材料コスト見積」のすべてに直結する基礎数値です。このページは単なる比重一覧ではなく、板材重量の即算フォーム・よく使う寸法の早見表・比重だけで軽量化しようとして失敗する事例を収録した「設計計算ページ」として構成しています。数値を見るだけでなく、手元の材料に当てはめながら使ってください。
① 比重（密度）とは何か
「比重」とは物質の密度を水（4℃）の密度（1.000 g/cm³）と比較した無次元の数値です。工業現場では数値的にほぼ同じなので「比重＝密度（g/cm³）」として扱います。設計で使う基本式は以下のとおりです。
🔢 設計で使う基本式
質量（g）＝ 体積（cm³）× 密度（g/cm³）
体積（cm³）＝ 縦（cm）× 横（cm）× 厚さ（cm） ※ mm入力の場合は÷1000をかける
例：100×200×10 mm の板 → 体積＝ 10×20×1＝200 cm³ → SS400なら 200×7.85＝1,570 g
② 「同じ大きさ」でどれだけ重さが違うか（同体積比較）
100×200×10 mm（体積200 cm³）の板を各材料で作ったとき、質量は以下のように変わります。「アルミは鉄より軽い」という感覚を、具体的な kg 数値で把握してください。
同じ 100×200×10mm の板で、マグネシウム合金（354 g）と銅（1,788 g）では約5倍の差があります。ステンレスと炭素鋼はほぼ同じ比重で、「ステンレスにしたら軽くなる」という期待は数値上は成立しません。
③ 板材・棒材・パイプ 重量即算フォーム
寸法を入れてボタンを押すと、複数材料の質量を一度に計算します。設計段階で「アルミと鉄でどれくらい変わるか」を素早く比べるために使ってください。
🧮 形状タイプを選んで計算
④ よく使う寸法・材料の重量早見表
板材（長さ1000 mm）の質量早見表です。縦列が板厚、横列が材料。単位はすべて kg。
幅 100 mm × 長さ 1000 mm の板（100幅定尺換算）
| 板厚 | Mg AZ31 比重1.77 |
Al A6061 比重2.70 |
Al A2017 比重2.79 |
Ti 64 比重4.43 |
SS400 比重7.85 |
SUS304 比重7.93 |
Cu C1100 比重8.94 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 mm | 0.18 | 0.27 | 0.28 | 0.44 | 0.79 | 0.79 | 0.89 |
| 2 mm | 0.35 | 0.54 | 0.56 | 0.89 | 1.57 | 1.59 | 1.79 |
| 3 mm | 0.53 | 0.81 | 0.84 | 1.33 | 2.36 | 2.38 | 2.68 |
| 5 mm | 0.89 | 1.35 | 1.40 | 2.22 | 3.93 | 3.97 | 4.47 |
| 6 mm | 1.06 | 1.62 | 1.67 | 2.66 | 4.71 | 4.76 | 5.36 |
| 10 mm | 1.77 | 2.70 | 2.79 | 4.43 | 7.85 | 7.93 | 8.94 |
| 12 mm | 2.12 | 3.24 | 3.35 | 5.32 | 9.42 | 9.52 | 10.73 |
| 16 mm | 2.83 | 4.32 | 4.46 | 7.09 | 12.56 | 12.69 | 14.30 |
| 20 mm | 3.54 | 5.40 | 5.58 | 8.86 | 15.70 | 15.86 | 17.88 |
| 25 mm | 4.43 | 6.75 | 6.98 | 11.08 | 19.63 | 19.83 | 22.35 |
幅 300 mm × 長さ 1000 mm の板（300幅定尺換算）
| 板厚 | Mg AZ31 比重1.77 |
Al A6061 比重2.70 |
Al A2017 比重2.79 |
Ti 64 比重4.43 |
SS400 比重7.85 |
SUS304 比重7.93 |
Cu C1100 比重8.94 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 mm | 1.59 | 2.43 | 2.51 | 3.99 | 7.07 | 7.14 | 8.05 |
| 5 mm | 2.66 | 4.05 | 4.19 | 6.65 | 11.78 | 11.90 | 13.41 |
| 6 mm | 3.19 | 4.86 | 5.02 | 7.97 | 14.13 | 14.27 | 16.09 |
| 10 mm | 5.31 | 8.10 | 8.37 | 13.29 | 23.55 | 23.79 | 26.82 |
| 16 mm | 8.50 | 12.96 | 13.39 | 21.26 | 37.68 | 38.06 | 42.91 |
| 20 mm | 10.62 | 16.20 | 16.74 | 26.58 | 47.10 | 47.58 | 53.64 |
⑤ 比重だけで軽量化しようとして失敗する例
「比重が小さい材料に換えれば軽くなる」は正しいですが、「同じ性能を維持しながら軽くなる」かどうかは別の話です。比重だけを見た材料選定で設計が迷走するパターンを3つ示します。
⚠️ 失敗例①：鋼板をアルミに置き換えたら剛性が足りなかった
状況t＝3mm の SS400 ブラケットを A6061（同厚）に置き換えて軽量化を狙った。質量は 1/3 以下になったが、組み付け後に撓みが大きく機能しなかった。
原因アルミのヤング率（縦弾性係数）は約 69 GPa で、鋼（約 206 GPa）の 1/3 しかない。板厚を同じにすると剛性は 1/3 に下がる。質量は比重の比（≒1/3）で減るが、剛性も同じ比率で下がるため「軽くなったが曲がる」が起きる。
正解剛性を維持するなら板厚を √3 ≈ 1.73 倍（3mm→5.2mm 程度）に増やす必要がある。それでも質量は約 0.58 倍（ほぼ半分）になるが、「同厚で軽くなる」は成立しない。
⚠️ 失敗例②：強度が足りず肉厚を増やしたら重くなった
状況引張荷重を受ける部品を SS400（引張強さ 400 MPa）から A6061-T6（275 MPa）に変更して軽量化しようとした。断面積を強度比で増やしたら、最終的にほぼ同重量になった。
原因引張強さの比は 275/400≈0.69。断面積を 1/0.69≈1.45 倍にする必要があり、質量はアルミの比重比（2.70/7.85≈0.344）×断面積増大（1.45）≈0.499 倍にしかならない。しかも A6061-T6 はコスト高。高強度アルミ合金（A7075-T6、引張強さ 503 MPa 以上）を使えば別だが調達・加工コストが跳ね上がる。
教訓軽量化効果を正しく見積もるには「比強度＝引張強さ÷密度」で比較する。比強度が同等か上回る材料に換えてはじめて「同性能で軽くなる」が成立する。
⚠️ 失敗例③：アルミに換えたら熱膨張で締結が緩んだ
状況ポンプのブラケット（鋼製）をアルミに変更。軽量化は達成したが、温度サイクル運転後にボルトの緩みが頻発した。
原因アルミの線膨張係数は約 23×10⁻⁶/K、鋼は約 12×10⁻⁶/K でほぼ 2 倍の差がある。異種材料の締結部では温度変化ごとに相対変位が生じ、ボルトの軸力が抜ける。
教訓軽量化設計で材料を変える際は、比重・強度だけでなく「ヤング率」「線膨張係数」「耐食性（異種金属腐食）」もあわせて確認する必要がある。
🔑 「比重だけで軽量化」を避けるための3つの確認
- 比強度で比較する：引張強さ÷密度が大きいほど、同強度で軽くできる
- 剛性（ヤング率）を確認する：アルミは鋼の 1/3。板厚を増やして補う場合、軽量化効果が縮小する
- 熱・腐食の相性を確認する：膨張係数差・異種金属腐食は温度サイクル後に顕在化する
⑥ 比強度で金属を見直す（レーダーチャート）
代表材料の比強度・物性比較表
| 材料 | 比重 | 引張強さ（MPa） | 比強度 （MPa·cm³/g） | ヤング率（GPa） | 線膨張係数（×10⁻⁶/K） |
|---|---|---|---|---|---|
| SS400（炭素鋼） | 7.85 | 400〜510 | ≈57 | 206 | 12 |
| SCM440 調質 | 7.85 | 980〜1180 | ≈140 | 206 | 12 |
| SUS304 | 7.93 | 520〜720 | ≈77 | 193 | 17 |
| A6061-T6（アルミ） | 2.70 | 275〜310 | ≈107 | 69 | 23 |
| A7075-T6（超ジュラルミン） | 2.81 | 503〜572 | ≈196 | 72 | 23 |
| Ti-6Al-4V（64チタン） | 4.43 | 900〜1000 | ≈220 | 114 | 9 |
| AZ31B（マグネシウム） | 1.77 | 260 | ≈147 | 45 | 26 |
| CFRP（参考・炭素繊維） | 1.6 | 600〜1500 | ≈600 | 70〜140 | 2〜4 |
Ti-6Al-4V の比強度（≈220）は SS400（≈57）の約4倍。同強度の部品をチタンで作れば体積は増えるが質量は大幅に減る。ただし材料費・加工費が大きく増大する点とのトレードオフ。
⑦ 主要金属の比重一覧（全体）
| 金属名 | 元素記号 | 比重（g/cm³） | 融点（℃） | 主な用途 |
|---|---|---|---|---|
| リチウム | Li | 0.53 | 181 | 電池材料・最軽量金属 |
| マグネシウム | Mg | 1.74 | 650 | 軽量構造材・自動車部品 |
| アルミニウム | Al | 2.70 | 660 | 航空機・建材・飲料缶 |
| チタン | Ti | 4.51 | 1668 | 航空宇宙・医療・化学プラント |
| クロム | Cr | 7.19 | 1907 | ステンレス鋼・めっき |
| 亜鉛 | Zn | 7.13 | 420 | 溶融亜鉛めっき・ダイカスト |
| 鉄 | Fe | 7.87 | 1538 | 構造材・機械部品 |
| 炭素鋼（SS400等） | — | 7.75〜7.90 | — | 汎用構造材 |
| ステンレス（SUS304） | — | 7.93〜7.98 | — | 耐食・食品・医療 |
| コバルト | Co | 8.90 | 1495 | 超硬合金結合相・高温材料 |
| ニッケル | Ni | 8.91 | 1455 | 合金鋼・超合金・めっき |
| 銅 | Cu | 8.96 | 1085 | 電気配線・熱交換器 |
| モリブデン | Mo | 10.28 | 2623 | 耐熱鋼添加元素 |
| 銀 | Ag | 10.49 | 962 | 電気接点・装飾・貴金属 |
| 鉛 | Pb | 11.34 | 327 | バッテリー・放射線遮蔽 |
| パラジウム | Pd | 12.02 | 1555 | 触媒・燃料電池 |
| タングステン | W | 19.25 | 3422 | 超硬工具・放射線遮蔽 |
| 金 | Au | 19.32 | 1064 | 電気接点・装飾・資産 |
| プラチナ | Pt | 21.45 | 1768 | 触媒・宝飾・実験器具 |
| イリジウム | Ir | 22.65 | 2446 | 化学プラント・国際度量衡 |
| 超硬合金（WC-Co） | — | 13.0〜15.0 | — | 切削工具・金型インサート |
⑧ JIS・規格での密度公称値
| 規格 | 対象材料 | 密度規定値（g/cm³） | 規格番号 |
|---|---|---|---|
| JIS H 4000 | アルミニウム板・条・棒 | 2.70（純Al） | JIS H 4000 |
| JIS H 4600 | チタン板・棒 | 4.51（純Ti）/ 4.43（Ti-6Al-4V） | JIS H 4600 |
| JIS G 4051 | 機械構造用炭素鋼 | 7.85 | JIS G 4051 |
| JIS G 4303 | ステンレス鋼棒（SUS304） | 7.93 | JIS G 4303 |
| JIS H 3100 | 銅・銅合金板（純銅） | 8.94 | JIS H 3100 |
⑨ 軽量化設計チェックリスト
✅ 材料置換前に確認する項目
- 比強度（引張強さ÷密度）は置換後も同等以上か
- ヤング率（剛性）の低下を板厚・形状で補う設計になっているか
- 線膨張係数差による締結部の緩み・シール不良を検討したか
- 異種金属腐食（ガルバニック腐食）のリスクを確認したか
- 加工コスト・調達コスト込みで経済的に成立するか
- 溶接・表面処理の制約を確認したか（アルミは溶接方法が変わる等）
まとめ
金属の比重：設計に使うための3つのポイント
- 質量計算は「体積（cm³）×比重」の一式だけ。板材の即算は上の計算フォームか早見表で素早く確認できる。
- 同体積で比較すると、マグネシウムと銅では約5倍の質量差がある。ステンレスと炭素鋼はほぼ同じ比重なので、「SUSにしたら軽くなる」は成立しない。
- 比重だけで軽量化すると、剛性不足・強度不足・熱膨張による締結不良の3つの落とし穴にはまりやすい。比強度・ヤング率・膨張係数をセットで確認する習慣をつける。
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