Invar加工: 図面を送る前にバイヤーが知っておくべきこと

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

Figure: the four-stage sequence most precision Invar parts follow. Residual stress is illustrative, not measured.

Invar加工とは、特殊な合金に対する通常のCNC加工です。使用するフライスや旋盤はステンレスを切削するものと同じです。変わるのは工程の順序です。なぜなら、Invarで対価を払っている特性、つまり非常に低い熱膨張率は、切削そのものによって損なわれ、炉による処理で回復するからです。この一点を理解すれば、Invarの見積もりを一行ずつ読み解き、比較可能な価格を得られるRFQを書き、出荷から半年後も許容差内に収まっている部品を受け取ることができます。

Invarとは何か、なぜコストが高いのか

Invar 36は約36%のニッケルを含む鉄合金で、炭素は0.1%未満、マンガンは0.6%未満、ケイ素は0.35%未満に抑えられています。このニッケル含有量では、合金の磁気秩序が室温付近での通常の熱膨張の大部分を打ち消します。その結果、20〜100°Cにおける熱膨張係数(CTE)は約1.2〜1.6 ppm/°Cとなり、炭素鋼の11〜12、6061アルミニウムの23〜24と比べて非常に低くなります。キュリー温度(Invar 36では約230°C)を超えると、この効果は消え、合金は通常のニッケル鋼のように膨張します。Wikipedia のInvarに関する記事にこの物理的背景が説明されています。

1mの棒材を10°C加熱した場合、この差は次のようになります。値は室温での代表的なハンドブック値であり、実際の値はご使用ロットのミル証明書が基準になります。

材料	代表的なCTE (ppm/°C)	1mの棒材が+10°Cで膨張する量
6061アルミニウム	23〜24	0.23 mm
316ステンレス	16〜17	0.16 mm
炭素鋼	11〜12	0.12 mm
チタン	8.6	0.09 mm
Invar 36(焼なまし)	1.2〜1.6	0.012 mm

この最後の行こそが、この合金が選ばれる理由です。光学部品マウント、カーボンファイバー部品用のレイアップ治具、ウェーハステージ部品、計測フレーム、宇宙構造物はいずれもInvarを使用しており、室内やオートクレーブ、軌道上で温度が変化しても部品のサイズを保てるからです。

価格にはニッケルのコストが反映されます。Invarの棒材や板材は304ステンレスの数倍のコストがかかり、厚板は入荷まで数週間かかることもあります。さらに、この合金は鋼よりも切削速度が遅く、少なくとも1回の追加の炉工程が必要です。これは加工会社が見積もりを水増ししているわけではなく、材料そのものの特性です。

どの合金を選ぶべきか

図面に「Invar」と書くだけでは仕様になりません。実際には家族名を共有する4つの合金があり、CTE、使用温度範囲、価格が異なります。以下は代表的な室温値です。実際の値はミル証明書が基準になります。

合金	標準組成	代表的なCTE (ppm/°C)	記載する規格	選ばれる理由
Invar 36	Ni 36%、残部Fe	1.2〜1.6 (20〜100°C)	ASTM F1684, UNS K93600	光学、治具、計測用の標準選択
Super Invar	Ni 32%、Co 5%	0.3〜0.6 (約20〜90°C)	サプライヤーデータシート	Invar 36では安定性が不足する場合
Kovar	Ni 29%、Co 17%	5.0〜5.5 (30〜200°C)	ASTM F15, UNS K94610	ホウケイ酸ガラスとの封止・シール用に整合
Alloy 42	Ni 42%	4.0〜6.0	ASTM F30, UNS K94100	リードフレームや低コストのガラス封止

ほとんどの機械加工部品にはInvar 36が適しています。Super Invarはより低いCTEを得られますが、約90°Cを超えると膨張率が急上昇し、コストも高くなります。Kovarはガラスに膨張率を合わせるために選ばれるのであり、低いことが目的ではありません。詳しい比較はInvar 36、Kovar、Super Invarの比較を参照してください。Invar 36、Super Invar、Kovarの各ページには加工上の注意点があり、規格の数値はInvar規格リファレンスにまとめています。

機械上でのInvarの挙動

機械加工の担当者は、Invar 36を304のようなオーステナイト系ステンレスと比較します。焼なまし材の硬度は約70〜80 HRBで、被削性は304と同じ帯域にあるB1112比40〜50%程度です。粘りがあり、工具が擦れると加工硬化し、長く糸状の切りくずが出ます。熱伝導率が低いため、熱は切削エッジにとどまります。

Invarを上手に加工する加工会社は、おおむね次のことを行っています。

鋭利な超硬またはHSS工具で正のすくい角を持ち、鈍る前に交換する
工具が確実に実際の切りくずを取れるよう安定した送り(超硬フライスで約30〜60 m/min、HSSで15〜25 m/min)
熱と切りくずを排出するための十分な切削油
クランプ応力が解放されると部品が動くため、剛性が高く低応力の治具
上向き削りを使い、コーナーで工具を留めない

これらに特殊な設備は不要です。切削データはInvar 36加工パラメータにまとめています。

フライス加工、旋削、薄肉部品

Invar部品の大部分は板材からフライス加工されます。マウント、フレーム、ベースプレート、治具の面などです。スペーサーやレンズセルのような丸型部品は棒材から旋削します。旋削では、チップブレーカー付きインサートと送りの制御を行わない限り、長い切りくずが部品やチャックに巻き付きます。

薄い板やリングは最も問題が起きやすい部分です。クランプ応力によって変形し、クランプを外すと部品が跳ね返ります。加工会社は真空または低応力治具、両面を交互に加工するパス、応力除去後の最終スキム加工を使います。設計上の壁厚が2 mm未満の場合は、質問される可能性が高いです。Invarの薄肉加工を参照してください。

この合金はバリが出やすく、光学部品では緩んだバリがレンズに付着することがあります。また強磁性であるため、微細な切りくずが部品に付着します。組立が微粒子に敏感な場合は、加工会社にバリ取りと洗浄の方法を確認してください。

良い加工会社がInvarを段階的に加工する理由

切削は表面に残留応力と薄い加工硬化層を残します。ほとんどの合金ではこれは平面度にしか影響しませんが、Invarでは2つの意味を持ちます。

部品は機械から外れた後、時には数日後に緩んで動くことがあります。
冷間加工によって、表面付近の材料のCTEがミル証明書に記載された焼なまし材の値より高くなります。

精密部品の代表的な工程は次のとおりです。

粗加工: 部品を粗加工し、重要な面すべてに均一な仕上げ代(多くの場合0.5〜1 mm)を残します。
応力除去: 炉で処理します。Invar 36の代表的なサイクルは315〜345°Cで1〜2時間保持した後、ゆっくり冷却します。図面または規格が条件を決めます。
仕上げ: 鋭利な工具による軽切削で、表面を再び加工硬化させません。
安定化: 図面が要求する場合に行います。要求精度の高い光学・計測部品では、焼なまし、急冷、低温保持、そして95°C付近での長時間の保持というより完全なサイクルが求められます。
検査: 部品が20°Cに馴染んだ後に行います。

各工程はコストと納期を増やします。部品が熱的に重要でない場合は、1回の応力除去で十分かを加工会社に確認してください。レーザー共振器や基準フレームを製作している場合は、この完全な工程こそが購入の対象です。サイクルの内容と図面への記載方法はInvar機械加工部品の応力除去にまとめています。

期待できる許容差

安定した部品であれば、Invarを定期的に加工する加工会社の多くは、加工した形状に対して±0.01〜0.025 mmを見積もります。応力除去と仕上げ加工後であれば、小さな取付面で0.01 mmの平面度は現実的です。±0.005 mmは追加工程と20°Cでの検査によって可能ですが、CMMの時間とスクラップのリスクというコストが伴います。これらは代表的な数値であり、加工会社の見積もりが基準になります。

厳しい数値を要求するより効果的な2つの方法があります。

重要な箇所にのみ許容差を設定する。 ミラーマウントでは取付面と穴を厳しくする必要がありますが、外形はほとんど関係ありません。
測定温度を明記する。 Invarの動きはごく小さいですが、CMMや治具は動きます。ISO 1は寸法仕様の基準温度を20°Cと定めているため、20°Cに馴染ませた後の検査を依頼してください。

どのGD&T指示がInvarで重要になるか、そのコストはInvar加工の許容差にまとめています。

計算例: 仮想の光学ベンチ

2枚のミラーを取り付け、実験室が18〜24°Cの間で変動する中で間隔を0.005 mm以内に保つ必要がある、仮想の300 mm光学ベンチを例に考えます。この6°Cの変化に対するベンチの膨張は、代表的なCTE値を用いると次のようになります。

材料	代表的なCTE (ppm/°C)	300 mm、6°Cでの膨張量
6061アルミニウム	23	0.041 mm
316ステンレス	16	0.029 mm
Invar 36(焼なまし)	1.4	0.0025 mm
Invar 36(冷間加工表面、参考値)	2.5	0.0045 mm

アルミニウムとステンレスは0.005 mmの許容範囲を大きく超えてしまいます。焼なましされたInvar 36はその半分しか使いません。最後の行がこの工程の重要性を示しています。冷間加工されたまま応力除去されていない部品は、実効的なCTEが高くなり、加工誤差を考慮する前にほぼ全ての許容範囲を使ってしまう可能性があります。2.5 ppm/°Cという数値はあくまで参考値であり、ハンドブックの値ではありませんが、このベンチを発注するバイヤーが、より厳しい加工許容差ではなく応力除去と20°Cでの検査を指定すべき理由を示しています。

価格、仕上げ、納期

Invarの見積もりの大部分は5つの項目、材料、切削時間、熱処理、20°Cでの検査、証明書に集約されます。1〜10個の小ロットではプログラミングと段取りが支配的です。100個を超える規模では材料とサイクル時間が支配的になります。応力除去は炉1回分単位で課金されることが多いため、1回の炉入れで10個加工しても1個の場合とほとんど費用は変わりません。各項目の変動要因と、それを下げる図面変更についてはInvar 36部品の価格が高い理由にまとめています。

Invar 36は湿気の中でステンレスよりも低合金鋼に近い速度でわずかに錆びるため、多くの部品は管理された室内でそのまま使用されます。防食が必要な場合は無電解ニッケルめっきが一般的ですが、めっき自体にも膨張特性があるため薄く抑えます。機械加工後の仕上げはRa 0.8〜1.6 µm程度が標準です。真空環境やクリーンルームで使用する場合は、RFQにその旨を記載してください。

Invar部品はステンレスよりも時間がかかると考えてください。材料の発注が必要な場合があり、応力除去には炉での処理が加わり、検査は20°Cになるまで待つ必要があります。小規模な精密ロットでは数週間かかることが一般的です。

RFQに記載すべきこと

明確なRFQは、水増しされた見積もりではなく本当の見積もりを得るために役立ちます。次の内容を含めてください。

合金と規格。 Invar 36はASTM F1684、KovarはASTM F15、Alloy 42はASTM F30、Super Invarは指定のデータシートに基づきます。
熱処理。 粗加工と仕上げの間の応力除去、完全な安定化サイクル、または「加工会社の判断に委ねる」のいずれかです。
動作温度範囲。 部品を組み立てる場所と使用する場所です。
重要な寸法。 サイズを保つ必要がある形状を明示し、他は緩めます。
検査温度。 許容差が約±0.02 mm未満の場合は、馴染ませた後の20°Cでの検査です。
必要な証明書。 ミル証明書は標準です。使用ロットの実測CTEデータは追加費用がかかります。
数量とスケジュール。 リピート発注の可能性も含めてください。

RFQ図面チェックリストで各項目を詳しく解説しています。図面をRFQフォームからこれらの注記とともに送付すれば、見積もりを行う各加工会社が同じ部品を対象に見積もることになります。

加工会社の見極め方

多くの加工会社がInvarに対応可能と回答しますが、最近実際に加工した経験があり、近くで応力除去を手配できる加工会社は限られます。加工会社と話す際は、次を確認してください。

過去1年間にどの低熱膨張合金を、どのようなサイズで加工したか
応力除去がどこで行われ(自社か指定の熱処理業者か)、サイクルがどのように記録されているか
炉に入れる前にどれだけの仕上げ代を残し、仕上げ時にどのように部品を治具に固定するか
平面度と位置をどのように測定し、CMMの部屋が20°Cに管理されているか

具体的に答えられる加工会社は、実際にその作業を行った経験があります。一般論でしか答えられない加工会社は、貴社の部品で学んでいる最中です。より詳しい質問はInvar加工会社の見つけ方にまとめています。

これは、当社がRFQを紹介する際に行う確認事項でもあります。図面を1件お送りいただければ、この合金を加工でき、部品に必要な工程に対応できる最大3社の加工会社を選定します。各社が直接見積もりを提示します。

よくある質問

Invarは加工が難しい材料ですか?

硬さの意味では難しくありません。焼なましされたInvar 36の硬度は70〜80 HRB程度です。粘りがあり、オーステナイト系ステンレスのように加工硬化します。加工会社は鋭利で正のすくい角を持つ工具、安定した送りと十分な切削油を使い、工具を表面にこすり付けないようにします。

加工によってInvarの熱膨張率は変わりますか?

変わることがあります。表面付近の冷間加工と残留応力によって、Invar 36の熱膨張率は焼なまし材の値より高くなり、時間とともに部品が動くことがあります。粗加工後の応力除去でおおむね焼なまし材の挙動に戻るため、加工会社は粗加工、応力除去、仕上げの順に工程を組みます。

加工会社はInvar 36でどの程度の許容差を実現できますか?

安定して十分に支持された部品であれば、±0.01〜0.025 mmが一般的な範囲です。小さな形状であれば追加工程と20°Cでの検査によってさらに厳しくすることも可能ですが、コストが上がるため、図面に反映する前に加工会社に確認してください。

Invarは磁性を持ちますか?

はい。Invar 36は室温で強磁性を示し、キュリー温度は約230°Cです。用途が磁性に敏感な場合は、材料を発注する前に加工会社と貴社で確認できるよう、RFQにその旨を明記してください。

図面にはどの規格を記載すべきですか?

Invar 36の場合はASTM F1684とUNS番号(通常K93600)を記載してください。KovarはASTM F15、UNS K94610です。Alloy 42はASTM F30、UNS K94100です。Super Invarは通常、サプライヤーのデータシートに基づいて調達します。「Invar」という単語だけでは加工会社が推測するしかありません。

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。

この部品の見積もりが必要ですか?

図面をお送りください。Invarを加工できる最大3社の加工会社を紹介し、24営業時間以内に返信します。

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