Invar 36、Kovar、Super Invar: どの合金を選ぶべきか

執筆 Invar Machining editorial team· 更新日 2026年9月26日

Figure: growth of a 1 m bar over a 10 °C rise, from typical room temperature CTE values.

Invar 36とKovarの比較は、1つの問いに帰着します。部品をできるだけ膨張させたくないのか、それともガラスと同じ速さで膨張させたいのか、です。Invar 36とSuper Invarは前者を目的とし、代表的な室温CTEはそれぞれ1.2〜1.6と0.3〜0.6 ppm/°Cです。Kovarは後者を目的とし、ホウケイ酸ガラスとアルミナに合わせて調整された5.0〜5.5 ppm/°Cです。いずれも異常な熱挙動を持つ鉄ニッケルまたは鉄ニッケルコバルト合金であるためひとまとめに扱われますが、互換性はありません。正しい選択は、どちらの役割が必要かを見極めることから始まります。

短い結論

Invar 36: 室温付近での寸法安定性が目的。マウント、ベンチ、治具、計測フレームなど。
Kovar: 電子・真空封止でガラスやアルミナセラミックに膨張を合わせるのが目的で、単独での低膨張を目的としません。
Super Invar: Invar 36でも狭い動作帯域の中で動きすぎる場合で、追加コストと納期が正当化される場合。
Alloy 42: コバルトなしでKovarに似た膨張が必要な場合。主にリードフレームと薄肉部品。

詳細比較

すべての値は室温付近の代表的なハンドブック値です。ミル証明書が確認するのは化学成分であり、使用ロットの実測CTEではありません。この違いはInvar材料証明書で解説しています。Invar規格リファレンスには規格の一覧を掲載しています。

特性	Invar 36	Super Invar	Kovar	Alloy 42
標準組成	Ni 36%、残部Fe	Ni 32%、Co 5%、残部Fe	Ni 29%、Co 17%、残部Fe	Ni 42%、残部Fe
代表的なCTE (ppm/°C)	1.2〜1.6	0.3〜0.6	5.0〜5.5	4.0〜6.0
この値が保たれる範囲	約20〜100°C、それ以上は緩やかに上昇	約20〜90°C、それ以上は急上昇	約30〜200°C、ホウケイ酸ガラスに整合	Kovarと似た範囲
密度 (g/cm3)	8.05	約8.1	8.36	8.12
キュリー温度	約230°C	Invar 36より低く、ミルデータが基準	約435°C	ミルデータが基準
代表的な用途	光学部品マウント、計測フレーム、複合材治具	宇宙用光学部品、レーザー構造部品	ガラス-金属封止、気密パッケージ	リードフレーム、バイメタル、薄肉シール
加工上の注意	粘りがあり加工硬化。粗加工、応力除去、仕上げの順	Invar 36と同様、在庫は少なめ	Invar 36と同様、封止前に焼なましと洗浄	薄肉が多く、治具が平面度を左右
準拠規格	ASTM F1684, UNS K93600	組成指定のみ、共通の単一規格なし	ASTM F15, UNS K94610	ASTM F30, UNS K94100

キュリー温度が重要なのは、低熱膨張がその合金の磁気状態と結びついているためです。部品がキュリー点に近づくにつれ、CTEは通常の鋼に近づいていきます。これがInvar 36が室温付近ではその値を保ち、高温工程では失う理由です。詳しい曲線はInvar 36のCTEと温度の関係で解説しています。

用途別の判断表

以下は代表的な出発点です。最終的な判断は動作温度範囲と許容差で決まり、実際の見積もりは加工会社が決定します。

用途	第一選択	理由	注意点
光学マウントやラボ・計測機器のベンチ	Invar 36	妥当なコストで最も低い膨張、在庫も豊富	応力除去を省略すると材料選定の意味がなくなる
帯域が明確な望遠鏡・宇宙用光学部品	Super Invar	Invar 36の残留膨張を半分以下にできる	帯域が狭く、約90°Cを超えると効果が薄れる
ガラス-金属封止、フィードスルー、気密パッケージ	Kovar	ホウケイ酸ガラスとアルミナに封止範囲全体で追従	安定性のための合金ではなく、マウントには使わない
オートクレーブでサイクルする複合材レイアップ治具	Invar 36	硬化サイクル全体で形状を保ち、大判板材で加工可能	厚板の納期、粗加工後の安定化
半導体ステージや計測フレーム	Invar 36	20〜25°Cで安定し厳しい許容差に対応	20°Cでの検査、クリーンルームでの仕上げ
リードフレーム、薄い打ち抜き・エッチング部品	Alloy 42	Kovarに似た膨張、コバルトなし、薄いストリップで入手可能	平面度は切削工程ではなく治具で決まる
約100Kより低い極低温構造物	Invar 36、要データ確認	CTEは温度が下がるほどさらに低下	室温値ではなく実測データで確認する

4つの合金の詳細

Invar 36: どこで使われ、どう加工されるか

Invar 36は、室内やオートクレーブ、軌道上で温度が変わっても部品が形とサイズを保つ必要がある場合の標準的な選択です。光学部品マウント、複合材レイアップ治具、計測フレーム、計測用ベンチは、この合金群の中でこれ以上、妥当なコストで1度あたりの動きをゼロに近づけるものがないため選ばれます。粘りがあり加工硬化しやすいオーステナイト系ステンレスに似た材料として加工され、Invar 36加工パラメータにまとめています。精密部品はInvar機械加工部品の応力除去とInvar 36加工ページで説明する、粗加工・応力除去・仕上げの工程を経ます。

Kovar: なぜ安定性のための合金ではないのか

Kovarは異なる課題を解決するために存在します。温度変化によって接合部が割れないよう、金属をガラスやセラミックに結合させることです。ガラスとアルミナはそれぞれ独自の熱膨張係数を持ち、それらに封止される金属部品は、動作範囲全体でほぼ同じ速度で膨張・収縮する必要があります。そうでなければ、サイクルごとに接合部に応力がかかります。Kovarの組成はホウケイ酸ガラスと94〜96%アルミナセラミックに追従するよう調整されており、これが光学ベンチではなく気密電子パッケージ、フィードスルー、センサーハウジングで使われる理由です。

ガラスやセラミックへの封止を予定する部品は、通常、封止前に焼なましと入念な洗浄が行われます。表面の酸化物や汚染が、合金自体の特性と同じくらい濡れ性や接合品質に影響するためです。これはInvar 36で使う応力除去の工程とは異なる工程上の関心事であり、Kovarを日常的に封止する加工会社は、それに応じた洗浄・焼なましの実務を持っています。詳細はKovarガラス-金属封止部品とKovar加工ページにまとめています。

Super Invar: 低い膨張と狭い帯域

Super Invarは、鉄とニッケルだけでなくコバルトも加えた複雑な組成と引き換えに、Invar 36より低い膨張係数を実現します。トレードオフは、Super Invarが最も低い膨張を保つ温度帯が約20〜90°Cと狭く、それを超えるとCTEが急上昇することです。Invar 36より在庫も少なく、これが納期とコストに影響します。調達面からの解説はInvar在庫の選び方にまとめています。

Super Invarがコストに値するのは、動作温度範囲が明確に定義されており、合金の帯域内に収まる宇宙用光学部品や高精度レーザー構造物です。詳細はInvar光学ベンチと望遠鏡構造物で解説しています。その帯域を外れる場合、Invar 36が同程度の性能をより低いコストで発揮できることがあるため、指定する前に実際の動作温度範囲を確認してください。Super Invar加工ページとInvar 36では不十分な場合でこの判断を解説しています。

Alloy 42の概要

Alloy 42はASTM F30に準拠したニッケル約42%の合金で、コバルトを使わずにKovarに近い膨張範囲を持ち、Kovarのガラス整合特性が決定要因にならないリードフレーム、シール、バイメタル部品で使われます。通常は重い棒材ではなく薄いストリップやシートとして供給されるため、多くのAlloy 42部品はフライス加工の前に打ち抜き、エッチング、またはワイヤーカットされ、薄肉部分では切削工程ではなく治具が達成可能な平面度を決めます。詳細はAlloy 42のリードフレーム加工にまとめています。

機械上で合金間で変わること

切削

4つの合金はいずれも面心立方構造の鉄ニッケル系材料で、オーステナイト系ステンレスのように切削されます。粘りがあり、擦れる工具の下で加工硬化しやすく、送りが軽すぎると工具寿命に影響します。超硬フライスでの代表的な速度30〜60 m/min、正のすくい角、十分な切削油はこの合金群全体に当てはまります。コバルトを含むKovarとSuper Invarは工具にとってやや過酷な傾向があるため、加工会社は帯域の低い側から始めることが多いです。

熱処理

これが本当の違いです。精密なInvar 36またはSuper Invar部品は、粗加工、応力除去、仕上げ、そして最も厳しい部品では1〜2日の低温安定化を経ます。封止用のKovar部品は、封止工程が必要とする表面状態まで焼なまし・洗浄され、マウント用途で重要な応力除去は二次的な位置づけになります。薄肉のAlloy 42は、加工会社に届く前にストリップとして焼なましされていることが多いです。

洗浄とハンドリング

いずれも室温で強磁性を示すため、微細な切りくずが部品や治具に付着します。封止用のKovarは酸化物や油脂のない表面が必要なため、最終洗浄が工程上の一手順になります。光学用のInvar 36は化学的清浄さよりも微粒子管理が重要です。RFQには必要な方をお知らせください。

計算例: 10°Cの変化に対する仮想の200 mmスペーサー

校正時と使用時の間で10°Cの変化を経験する計測器内の、長さ許容差±0.005 mmを持つ仮想の200 mmスペーサーを例に考えます。膨張量は長さ×CTE×温度変化です。値は代表的かつ例示的なものです。

合金	代表的なCTE (ppm/°C)	10°Cでの膨張量 (mm)	±0.005 mm以内か
Super Invar	0.45	0.0009	余裕を持って収まる
Invar 36	1.4	0.0028	収まる
Alloy 42	5.0	0.010	収まらない
Kovar	5.2	0.010	収まらない
304ステンレス	16.5	0.033	収まらない

Invar 36は許容差のおよそ半分を残して収まり、応力除去後に20°Cで測定すればこれで十分な場合が多いです。Super Invarはさらに0.002 mmの余裕を生みますが、それが長い納期に値するかは、治具、測定の不確かさ、周辺部品の安定性といった残りの予算次第です。KovarとAlloy 42はこの用途には合いませんが、それがまさに要点です。両者は計測器の別の端にあるガラス封止の候補であり、このスペーサーの候補ではありません。ベンチ全体での同様の計算はInvar光学ベンチの計算例で解説しています。

コストと納期の違い

材料コストはおおむねニッケルとコバルトの含有量、そして在庫サイズの一般性に比例します。Invar 36は3つの中で棒材・板材の一般サイズが最も広く在庫されています。Kovarは電子パッケージング用途での取扱量が多いため僅差で続き、Super Invarは最も入手が限られ、標準サイズ以外では納期が長くなることがよくあります。Alloy 42はストリップとしては一般的ですが棒材としては稀です。これらの差は小さな部品では大きな問題になりませんが、大型構造物や特殊な厚さを必要とするプログラムでは積み重なります。詳細はInvar 36部品のコストが高い理由にまとめています。

図面とRFQでの指定方法

「Invar」という単語だけに頼るのではなく、合金と準拠規格を記載してください。Invar 36はUNS K93600とともにASTM F1684、KovarはUNS K94610とともにASTM F15、Alloy 42はUNS K94100とともにASTM F30、Super Invarは標準組成と必要なCTE帯で指定します。許容差にどの合金が必要か確信がない場合は、機能、動作温度範囲、ガラスやセラミックへの封止が必要かどうかを、Invar RFQに記載すべき内容にまとめた形で伝えてください。そうすることで、自分で規格を推測するより早く有用な提案を得られます。図面をRFQフォームからお送りいただければ、貴社の部品が必要とする合金の経験がある加工会社を紹介します。

よくある質問

KovarはInvarのような低熱膨張合金ですか?

同じ意味では違います。Kovarの熱膨張はホウケイ酸ガラスやアルミナセラミックへの封止に合わせて設計されており、できるだけ低くすることが目的ではありません。代表的なCTEは約5.0〜5.5 ppm/°Cで、Invar 36の1.2〜1.6より数倍高くなります。

ガラス封止でInvar 36をKovarの代わりに使えますか?

通常、封止の再設計なしには使えません。Kovarは接合するガラスやセラミックに膨張が追従するように選ばれています。Invar 36は一般的な封止ガラスに対して膨張しすぎず、逆に熱サイクルで封止を保護するのではなく割ってしまうことがあります。

Super InvarはInvar 36に対してどのくらいのコストをかける価値がありますか?

Invar 36の膨張がわずかであっても、それでも許容差を超えて部品が動く場合で、動作温度がSuper Invarの設計帯域に近い場合に価値があります。その帯域を外れるとSuper Invarの優位性は縮小するため、指定する前に実際の動作温度範囲を確認する価値があります。

3つの合金は加工方法が異なりますか?

機械上ではほとんど変わりません。いずれも粘りのある加工硬化しやすい鉄ニッケル合金で、鋭利な超硬工具と十分な切削油で似た速度・送りで加工します。違いは熱処理の工程、Kovarの封止前の洗浄、Super Invarの在庫サイズにあります。

参照した資料

記事内の数値は参考となる代表値です。実際の材料ロットの証明書と、貴社の形状に対する加工会社の見積もりが正式な基準になります。

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