Invar加工の許容差: 加工会社が実現できる範囲とそのコスト

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

Invarだからといってすべての形状を±0.005 mmにする図面は、必要以上のコストがかかることが多く、すべての形状を緩めた図面は、Invarを使う目的そのものを果たせない部品になるリスクがあります。Invar 36を定期的に加工する加工会社は、安定した部品であれば±0.01〜0.025 mmを日常的に実現し、いくつかの形状ではさらに厳しくすることも可能ですが、追加の作業が必要です。どの形状にその作業を投じる価値があるか、そして図面にどう記載するかが差を生みます。

現実的な許容差

粗加工、応力除去、仕上げを経た良好に加工されたInvar 36またはSuper Invar部品では、重要な形状に対して加工会社は一般的に±0.01〜0.025 mmを見積もります。特定の、十分に支持された形状であれば、特に安定化サイクルの後にさらに厳しい許容差も実現可能ですが、コストと検査時間が増加します。薄肉やシートで使われることが多いAlloy 42とKovarは、切削工程よりも治具や平面度が達成可能な精度を左右するため、通常は±0.025 mm程度と保守的に許容差を設定します。

以下の表はInvar 36における形状別の代表的な達成値と、それに必要な追加作業を示しています。これらは代表値であり規格ではありません。実際の形状に対する見積もりは加工会社が決定します。

形状の種類	代表的な達成可能許容差	必要な作業	代表的なコストへの影響
全長・全幅(一般)	±0.05〜0.1 mm	1回の段取り、通常の作業	基準
リーマまたは中ぐり加工された穴径	±0.01〜0.02 mm	応力除去後の仕上げパス	わずかな増加
基準からの穴位置	±0.01〜0.025 mm	1回の段取りで仕上げ、CMM確認	中程度の増加
100 mm未満の取付面の平面度	0.005〜0.01 mm	応力除去後の仕上げスキム、馴染ませ、20°CでのCMM	中程度の増加
300 mmを超える面の平面度	0.01〜0.03 mm	完全な工程、低応力治具、部品ごとのCMM	大きな増加
2面間の平行度	0.01〜0.02 mm	両面とも応力除去後に仕上げ、可能な限り同一段取り	中程度の増加
2 mm未満の薄肉厚さ	±0.025〜0.05 mm	真空または低応力治具、交互のパス	大きな増加、スクラップリスクあり
追加パスを要する小形状	±0.005 mm	追加パス、馴染ませ、部品ごとのCMM、スクラップ余裕	±0.025 mmの場合の2〜3倍

合金にかかわらず、薄肉部品や深いポケット、治具の支点から離れた形状は、短くしっかり支持されたボスよりも許容差が緩くなります。同じ表のコスト面はInvar 36部品のコストが高い理由で解説しています。

20°Cでの検査とISO 1

Invarの本来の目的は温度による寸法変化を極力抑えることですが、「ごくわずか」は「ゼロ」ではありません。ISO 1は幾何学的製品仕様の基準温度を20°Cと定めており、これは図面上のすべての寸法が既定で20°Cにおける寸法であることを意味します。24°Cの現場で測定された部品は、わずかですが確実に膨張しています。Invar部品自体の膨張はごくわずかですが、CMMの目盛りや鋼製治具、アルミニウム製の嵌合部品はそうではなく、数ミクロン単位の形状ではその差が許容範囲全体に相当することがあります。

バイヤーにとって重要な3点は次のとおりです。

• 馴染ませ時間を確認する。 精密なInvarの検査報告書には、測定温度と、測定前に部品が室内に置かれていた時間が記載されているべきです。数キログラムの部品では数時間が一般的です。
• CMMの設置場所を確認する。 20°C付近に管理された室内のCMMであれば、貴社の受入検査と比較できる数値が得られます。現場のCMMでは、厳しい形状では比較できません。
• 自社の検査が別の場所で行われる場合は伝える。 部品が異なる気候の場所に届き、そこで測定される場合は、両方の数値を照合できるよう温度を報告書に記載する必要があります。

良い報告書の内容と依頼方法はInvar CMM検査報告書にまとめています。馴染ませ、基準温度などの用語の定義は用語集にあります。

Invarで重要になるGD&T指示

ほとんどの図面ではASME Y14.5に基づく幾何学的許容差が、Invar部品で最も注意が必要な部分です。次の3つの指示は、Invar機械加工部品の応力除去で説明した応力除去の工程と直接関係します。

• 平面度。 取付面や基準面では、炉のサイクル中に部品の形が微妙に変化するため、意味のある厳しさの平面度は応力除去後の仕上げスキムによって生み出し、馴染ませた後に確認する必要があります。粗加工後に測定した平面度は、出荷される部品について何も示しません。
• 位置。 位置決め穴やダウエル穴の位置は、基準面をすでに仕上げた状態で、応力除去後にすべての穴を1回の段取りで仕上げることで保たれます。図面の基準系が実際の治具の方法と一致しているか、加工会社に確認してください。
• 平行度と直角度。 両面が同じ段取りで仕上げられる場合が最もコストを抑えられます。2つの基準面を別々の段取りにする図面はコストが上がり、精度も低くなります。

避けるべきことが2つあります。何も接触しない外面に厳しいプロファイル許容差を設定しないこと。「すべての面を0.005以内で平坦に」のような一般的な注記でGD&T指示を代替しないことです。加工会社はその数値をすべての面に適用するか無視するかのどちらかになり、いずれも望ましくありません。形状、基準、数値を個別に指示してください。

どの形状に最も厳しい許容差が必要か

Invarで厳しい許容差を設定する価値があるのは、位置合わせ、嵌合、光路長を左右する形状です。

• 光学部品、センサー、治具の位置を決める取付面
• ダウエル、ベアリング、キネマティック要素を位置決めする穴の径と位置
• 下流の組立で使用する基準面の平面度
• Invarを選ぶ理由そのものである、2つの取付形状間の距離

嵌合や機能に影響しない外形、非接触エッジ、リリーフカットなどの形状は、±0.1 mmのような標準的な機械加工許容差で性能に影響しません。材料がInvarだからという理由だけでこれらを厳しくすると、機能上の利点なく検査時間だけが増えます。

計算例: 温度範囲からCTEを求める

許容差と材料選定は、同じ判断を異なる角度から見たものです。2つのプローブを位置決めする仮想の250 mm計測治具を例に考えます。プローブ間隔は合計0.004 mm以内に保つ必要があり、実験室は20±5°Cに管理されています。設計者は予算を分割します。熱による膨張に0.002 mm、加工と組立に0.002 mmです。

熱側の予算から、材料に必要なCTEが決まります。

必要なCTE = 許容される膨張量 ÷ (長さ × 温度変化) = 0.002 mm ÷ (250 mm × 5°C) = 1.6 ppm/°C

以下の表は代表的な材料がこの基準をどの程度満たすかを示します。CTE値は室温での代表的なハンドブック値です。実際の値はミル証明書が基準になります。

材料	代表的なCTE (ppm/°C)	250 mm、5°Cでの膨張量	0.002 mmの予算内か
6061アルミニウム	23	0.029 mm	いいえ
316ステンレス	16	0.020 mm	いいえ
チタン	8.6	0.011 mm	いいえ
Kovar	5.2	0.0065 mm	いいえ
Invar 36(焼なまし)	1.2〜1.6	0.0015〜0.0020 mm	ぎりぎり満たす
Super Invar	0.3〜0.6	0.0004〜0.0008 mm	余裕を持って満たす

焼なましされたInvar 36は、上限側でぎりぎりこの範囲に収まります。これは図面に2つの結果をもたらします。まず、間隔に対する0.002 mmの加工予算は現実的なものであり、応力除去後に仕上げ、20°Cで測定する2つのプローブ穴に対する位置許容差として指示すべきです。次に、応力除去は必須です。冷間加工された表面は実効的なCTEが高くなり、熱による膨張が予算を超えてしまう可能性があるためです。実験室の範囲が20±10°Cに広がった場合、必要なCTEは0.8 ppm/°Cまで下がり、治具はSuper Invarへの変更が必要になるか、予算自体を見直す必要があります。この判断はInvar 36では不十分な場合、温度依存性そのものはInvar 36のCTEと温度の関係で解説しています。

組立における許容差の積み上げ

Invar部品が異なる材料のハウジングやブラケットと嵌合する場合、組立全体の許容差の積み上げは、個々の部品の許容差だけでなくCTEの差も考慮する必要があります。Invar部品単体の位置許容差が厳しくても、嵌合するアルミニウム部品が23 ppm/°Cで膨張する場合、温度範囲全体での位置合わせは保証されません。100 mmのボルトパターンと10°Cの変化で、アルミニウムは0.023 mm動き、Invarは約0.0014 mmしか動かないため、接合部は0.02 mmの相対的な動きを許容する必要があり、そうでなければボルトがInvar部品に荷重をかけて変形させます。これは設計レベルの判断ですが、Invar部品のどの形状を最も厳しく制御すべきか、長穴やフレクシャーの方が適しているかに影響するため、早い段階で加工会社と相談する価値があります。この不整合は、荷重下での接合部がクリープするため、長期的な寸法安定性にも関係します。

図面の許容差設定の実践的な手順

1. 嵌合、位置合わせ、光学性能を左右する2〜3の形状を特定し、そこに厳しい許容差を設定する
2. 他はすべて±0.1 mmのような一般的な機械加工許容差にする
3. 厳しい要求は一般的な注記ではなく、基準を伴うGD&T指示として記載する
4. 許容差が約±0.02 mm未満の場合は、図面またはRFQに馴染ませ後の20°Cという測定温度を記載する
5. 粗加工と仕上げの間に応力除去を指定し、部品が動かなくなった後で厳しい形状を切削する
6. 図面を確定する前に、貴社の形状で何が実現できるか加工会社に確認する。Invarの経験がある加工会社は、図面上では気づきにくい難しい形状を指摘してくれることが多いです

RFQに記載すべきこと

同じ図面を見積もる2社でも、一方がすべての形状を標準許容差と仮定し、もう一方がすべての寸法を重要と仮定すると、大きく異なる数値になります。RFQには次を含めてください。

• 合金と規格。例: Invar 36、ASTM F1684準拠
• 重要な形状とその許容差、基準系
• 他すべてに適用する一般許容差
• 熱処理: 粗加工と仕上げの間の応力除去、または完全な安定化
• 検査温度と、重要形状について部品ごとの報告書が必要か
• 動作温度範囲。許容差と合金が整合しているか加工会社が確認できるようにする

これらの点を明記した図面をRFQフォームからお送りください。ご依頼をマッチングする加工会社は、確定前に貴社の形状でその許容差が現実的か、価格にどう影響するかをお伝えできます。

よくある質問

参照した資料

• ASTM F1684, Standard Specification for Iron-Nickel and Iron-Nickel-Cobalt Alloys for Low Thermal Expansion Applications
• Wikipedia, Thermal expansion

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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