銅の熱伝導率は？W/m・Kの数値と温度依存性・合金との比較も解説

金属材料を選定するうえで、熱伝導率は非常に重要な指標のひとつです。

特に銅（Cu）は、その優れた熱伝導性から放熱部品や電子機器、配管など幅広い分野で活用されています。

しかし、「銅の熱伝導率が具体的にどのくらいなのか」「温度によって変化するのか」「合金にするとどう変わるのか」といった疑問を持つ方も多いのではないでしょうか。

本記事では、銅の熱伝導率はW/m・Kの数値と温度依存性・合金との比較についてわかりやすく解説していきます。

設計・製造・研究に携わる方はもちろん、材料選定で悩んでいる方にもぜひ参考にしていただきたい内容です。

銅の熱伝導率は約390～400 W/m・Kで金属トップクラスの性能を誇る

それではまず、銅の熱伝導率の基本的な数値と、その位置づけについて解説していきます。

銅の熱伝導率は常温（約25℃）において、およそ390～400 W/m・Kとされています。

この数値は、金属材料のなかでも銀（約420 W/m・K）に次ぐ高い値であり、実用的な観点からは銅がもっとも熱伝導性の高い金属と評価されることも少なくありません。

銀はコストが高く大量に使用しにくいため、熱伝導性と経済性のバランスに優れた銅が産業界で広く採用されています。

熱伝導率とは、材料が熱をどれだけ効率よく伝えられるかを示す物性値です。

単位はW/m・K（ワット毎メートル毎ケルビン）で表され、この値が大きいほど熱を素早く伝える材料ということになります。

たとえばステンレス鋼の熱伝導率は約15～20 W/m・Kであり、銅との差は実に20倍以上にも及びます。

この圧倒的な差が、放熱フィンやヒートシンク、ヒートパイプ、電気配線など熱管理が求められる部品に銅が多用される理由のひとつといえるでしょう。

また、銅は熱伝導率が高いだけでなく、電気伝導率においても銀に次ぐ高さを持っています。

熱と電気の両方を効率よく伝えるという特性は、エレクトロニクス分野での活用において非常に大きな強みとなっています。

材料選定の際には、単に数値を比較するだけでなく、用途・コスト・加工性も含めて総合的に判断することが重要です。

銅の熱伝導率は温度によって変化する！温度依存性を詳しく確認

続いては、銅の熱伝導率の温度依存性を確認していきます。

多くの方が「銅の熱伝導率は一定の値」と思いがちですが、実際には温度によって熱伝導率は変化します。

これは銅に限らず、多くの金属に共通する特性です。

低温域での銅の熱伝導率

銅の熱伝導率は、常温よりも低い温度帯において大きく変化します。

極低温（たとえば液体窒素温度の約-196℃や液体ヘリウム温度の約-269℃付近）では、純銅の熱伝導率は常温よりも著しく高くなる場合があります。

これは、低温になるほど格子振動（フォノン散乱）が小さくなり、電子が熱を運びやすくなるためです。

超電導技術や低温実験装置の設計において、この特性は非常に重要な意味を持つでしょう。

常温域での銅の熱伝導率

一般的に工業用途で最も参照される常温（約20～25℃）における銅の熱伝導率は、約390～400 W/m・Kとされています。

この数値は純銅（無酸素銅や電気銅など）を基準としており、不純物の混入量によって多少の差が生じます。

設計計算では一般的に「400 W/m・K」や「390 W/m・K」が参照値として用いられることが多いです。

高温域での銅の熱伝導率

温度が上昇するにつれ、銅の熱伝導率はやや低下していく傾向があります。

これは、温度上昇によって格子振動が活発になり、電子の移動が妨げられやすくなるためです。

たとえば200℃では約380 W/m・K程度、400℃では約370 W/m・K程度まで低下するとされています。

ただし、この低下幅はアルミニウムや鉄と比較すると比較的緩やかであり、高温域においても銅の熱伝導性は依然として高い水準を維持します。

温度	銅の熱伝導率（目安）
-200℃（極低温）	約700 W/m・K以上（純度・条件による）
0℃	約400 W/m・K
25℃（常温）	約390～400 W/m・K
200℃	約380 W/m・K
400℃	約370 W/m・K
600℃	約350 W/m・K前後

このように、銅は温度が上がるほど熱伝導率がわずかに下がりますが、その変化量は他の金属と比べて小さいため、幅広い温度環境で安定した熱管理が可能な材料といえるでしょう。

設計段階では使用温度帯に応じた熱伝導率の値を参照することが、精度の高い熱設計につながります。

銅合金の熱伝導率はどう変わる？主要合金との比較一覧

続いては、銅合金の熱伝導率について確認していきます。

純銅に他の元素を加えて作られる銅合金は、強度・耐食性・加工性の向上を目的として広く使用されています。

しかしながら、合金化によって熱伝導率は純銅よりも大きく低下するという点には注意が必要です。

黄銅（真鍮）の熱伝導率

黄銅（真鍮）は銅と亜鉛の合金で、加工性が高く身近な素材として知られています。

代表的な黄銅（C2600、約70%Cu-30%Zn）の熱伝導率は約100～130 W/m・K程度です。

純銅と比べると3分の1以下の値であり、熱伝導が求められる用途では純銅には及ばないことがわかります。

一方で加工のしやすさや見た目の美しさから、装飾品や機械部品として広く使われています。

リン青銅・ベリリウム銅の熱伝導率

リン青銅は銅にスズとリンを加えた合金で、バネ性や耐摩耗性に優れています。

その熱伝導率は約50～80 W/m・K程度であり、純銅の5分の1以下まで低下します。

ベリリウム銅（BeCu）は、銅合金のなかでも特に高強度・高硬度を誇る材料です。

熱伝導率は約100～200 W/m・K程度とリン青銅よりは高めですが、純銅には及ばない水準です。

ベリリウム銅は精密ばねや電気接点など、高い強度と導電性・熱伝導性を同時に求める部品に活用されています。

クロム銅・無酸素銅の熱伝導率

クロム銅（クロムジルコニウム銅など）は、少量のクロムやジルコニウムを添加することで強度を高めた銅合金です。

熱伝導率は約300～350 W/m・K程度であり、合金の中では純銅に近い高い値を維持しています。

溶接電極や放熱部品など、強度と熱伝導率の両立が求められる部品に多く採用されています。

一方、無酸素銅（OFC）は純度を極限まで高めた銅であり、熱伝導率は約395～400 W/m・Kと通常の電気銅とほぼ同等か若干高い値を示します。

音響機器や半導体製造装置など、品質・純度が特に重視される分野で使用されています。

材料名	主な組成	熱伝導率（目安）
純銅（電気銅）	Cu≧99.9%	約390～400 W/m・K
無酸素銅（OFC）	Cu≧99.99%	約395～400 W/m・K
クロム銅	Cu-Cr（-Zr）	約300～350 W/m・K
ベリリウム銅	Cu-Be	約100～200 W/m・K
黄銅（真鍮）	Cu-Zn	約100～130 W/m・K
リン青銅	Cu-Sn-P	約50～80 W/m・K

銅の熱伝導率が活きる実用場面と材料選定のポイント

続いては、銅の高い熱伝導率が実際にどのような場面で活用されているか、そして材料選定のポイントについて確認していきます。

銅の熱伝導率の高さは、現代のあらゆる産業において非常に重要な役割を担っています。

電子機器・半導体の放熱設計での活用

スマートフォン・パソコン・サーバーなどの電子機器では、CPUやパワー半導体の発熱を効率よく逃がすことが設計上の大きな課題です。

この放熱設計において、銅製のヒートシンクやヒートパイプ、放熱シートが広く使用されています。

アルミニウムも放熱材料として使われますが、熱伝導率が銅の約半分程度であるため、特に高性能・高発熱な用途では銅が選ばれることが多いです。

近年の高性能GPUや電気自動車（EV）のパワーモジュールなど、より大きな熱量をコンパクトに処理する需要が高まるにつれ、銅の重要性はさらに増しているといえるでしょう。

配管・熱交換器での銅の役割

空調設備や給湯システム、工業用熱交換器においても銅は欠かせない材料です。

冷媒管や熱交換チューブに銅が使われるのは、高い熱伝導率によって媒体間の熱移動が効率よく行われるためです。

また、銅は耐食性・抗菌性にも優れており、水回りの用途でも長期間にわたって安定した性能を発揮します。

給水管や医療施設の配管に銅が採用されている背景には、熱伝導性だけでなくこうした多面的な特性があります。

材料選定における熱伝導率の考え方

熱伝導率は材料選定の重要な指標ですが、それだけを見て判断するのは危険です。

実際の設計では以下の点を総合的に検討することが求められます。

銅は熱伝導率・電気伝導率・耐食性・加工性のバランスが非常に高い水準でまとまっている材料です。

一方で重量（比重約8.9）やコストの面でアルミニウムに劣る場面もあります。

用途と要求性能を明確にしたうえで、純銅・銅合金・代替材料を比較検討することが、高品質な設計への近道といえるでしょう。

まとめ

本記事では、銅の熱伝導率はW/m・Kの数値と温度依存性・合金との比較について詳しく解説しました。

銅の熱伝導率は常温で約390～400 W/m・Kであり、実用金属のなかで最高水準の熱伝導性を誇ります。

温度依存性については、低温で高く・高温でやや低下する傾向があるものの、その変化幅は比較的小さく安定しています。

合金化によって熱伝導率は大きく変化し、黄銅やリン青銅では純銅の5分の1以下になる場合もあります。

一方でクロム銅や無酸素銅は純銅に近い熱伝導率を持ち、強度との両立が求められる場面で有用です。

電子機器の放熱設計・配管・熱交換器など、銅の高い熱伝導率が活きる場面は非常に多岐にわたります。

材料選定の際は熱伝導率だけでなく、強度・耐食性・コスト・加工性も合わせて検討することで、より最適な設計が実現できるでしょう。

本記事が材料選定や熱設計の参考になれば幸いです。