スーパーインバーの加工方法と注意点｜熱膨張対策や高精度加工のコツも解説

「スーパーインバーってどんな金属なの？」

「加工が難しいって聞いたけど、どう対策すればいいの？」

こういった疑問に答える記事です。

この記事でわかること

• スーパーインバーの特徴と熱膨張の仕組み
• スーパーインバーが使われる代表的な用途
• 加工で失敗しないための具体的な対処法

スーパーインバーは、温度変化に対する寸法変化が極めて小さい合金です。

航空機や半導体装置などの精密分野で使われており、信頼性の高い素材として選ばれています。

ただし、加工が難しい素材でもあります。工具の摩耗や歪みの発生など、設計通りの仕上がりにするには、素材特性を踏まえた工夫が必要です。

高精度な部品製造に関わっている方なら、「熱変形や仕上がり誤差は避けたい」と思いますよね？

この記事を読むことで、スーパーインバーを使った部品設計や加工での失敗リスクを減らし、信頼性の高い製品づくりに近づけます。

設計や製造の現場で困らないために、ぜひ最後まで読んでみてください。

この記事の監修者

藤原　弘一

1986年（有）藤原鉄工所（現フラスコ）入社、1992年代表取締役就任。
時代のニーズに適合した最新鋭設備と長年蓄積した職人技的加工技術を融合させ、顧客の信頼を築いた会社。

保有資格：司法書士、行政書士、宅地建物取引主任者、2級小型船舶、4級無線技士

スーパーインバーとは？

スーパーインバーとは、鉄とニッケルを主成分とした特殊合金であり、熱による膨張が非常に小さいという特性を持っています。

その理由は、ニッケルを約36％含有することにより、常温付近での熱膨張係数を極限まで抑えているからです。この特性により、精密機器などの温度変化に弱い部品に使用されています。

例えば、スーパーインバーは以下のような分野で使われています。

• 宇宙・航空分野のセンサー部品
• 天文観測装置の鏡筒や支持構造
• 半導体製造装置の微細調整部品
• 光学系レンズを固定する金属枠

上記のように、温度によるわずかな変化も許されない環境下で採用されていることからも、スーパーインバーの性能が信頼されていることがわかります。

スーパーインバーは、寸法精度や温度安定性が要求される製品に適した素材です。熱膨張の影響を抑えたい設計では、積極的に活用しましょう。

スーパーインバーの基本特性

スーパーインバーは、熱膨張が極めて小さいという特徴を持つ金属材料です。

温度変化による寸法変化を極限まで抑えたい場面で使用されます。

なぜなら、スーパーインバーはニッケルと鉄を主成分とする合金で、常温付近において熱膨張係数を最小化するように設計されているためです。熱による膨張が少ないことは、寸法安定性を求められる高精度な部品にとって欠かせない性能です。

具体的には、スーパーインバーの熱膨張係数は、20℃〜100℃の範囲で0.6×10⁻⁶/K前後という非常に小さな値です。

これは一般的なステンレス鋼（SUS304）の17×10⁻⁶/Kと比較すると、およそ1/28の膨張しか起こらないことを意味します。また、以下のような用途で使われることが多くあります。

• 半導体製造装置の構造部品
• 航空機や人工衛星のセンサー周辺部品
• 光学機器のレンズ支持構造
• 精密測定器の基準部材

熱膨張が少ないだけでなく、磁性の影響を受けにくくするために成分比が最適化されており、磁気安定性にも優れています。

まとめると、スーパーインバーは熱膨張係数の小ささと高い寸法安定性を兼ね備えており、微細な誤差が許されない精密分野で非常に重宝されている材料です。

スーパーインバーの主な用途例

スーパーインバーは、温度変化による寸法変化が極めて小さいという特性から、精密さが求められる分野で使用されます。

特に、微細なズレや膨張が製品の品質や性能に直結する用途で活用されています。

熱膨張係数がきわめて小さいことで、わずかな温度変化でも部品の寸法がほとんど変わらないという特性があります。そのため、機械や装置の安定稼働を支える材料として重宝されています。

以下に、スーパーインバーが活用されている具体的な用途例を挙げます。

• 光通信装置のフェルール部品
• 航空機や人工衛星の構造材
• 半導体製造装置のステージ部品
• 液晶パネルの製造用マスク枠
• 超精密測定機器の構成パーツ
• 医療用X線CT装置の支持構造部材

例えば、光ファイバーの接続部に使われるフェルール部品は、数ミクロン単位で芯を合わせる必要があります。スーパーインバーを使用することで、屋外や高温環境でも位置ズレを防ぎ、信号の安定性を保つことができます。

他にも、人工衛星では数百℃の温度変化が起こるため、熱膨張の少ない構造材としてスーパーインバーが採用されます。寸法が安定していることで、長期間にわたって安定した軌道制御やセンサー動作が可能となります。

このように、スーパーインバーは高精度が求められる分野で非常に有効な材料です。わずかな寸法誤差も許されない製品開発において、その存在は欠かせません。

スーパーインバー加工が難しい理由とは？

スーパーインバーは精密用途に適した素材ですが、加工面では課題が多くあります。切削性の悪さと熱影響による寸法変化が主な要因です。

切削加工が難しい素材特性

スーパーインバーは、ニッケルを約30％含む鉄合金です。

この構成により、切削加工時に独特の難しさがあります。まず、加工硬化が起こりやすいため、工具が素材に食い込まず、切りくずがうまく排出されません。さらに、熱伝導率が低く、切削熱が工具側に集中しやすいため、工具の摩耗が早く進みます。

例えば、超硬工具を使用しても、一般的な炭素鋼と比較して寿命が半分以下に下がる場合があります。切削条件が厳しく、送り速度や切削深さも制限されるため、加工時間が長くなりやすいです。

このように、スーパーインバーは素材自体の性質が加工の難しさを引き起こします。適切な工具選定と条件設定が欠かせません。

寸法精度への厳しい要求と熱膨張の影響

スーパーインバーが使われる製品は、ナノメートル単位の精度が求められるケースもあります。

そのため、加工後のわずかな寸法誤差も不良の原因になります。

さらに、素材の膨張係数が小さいとはいえ、加工中に発生する熱の影響を無視することはできません。

例えば、エンドミル加工で断続切削を行った場合、工具やワークに熱が集中し、寸法が数ミクロン変わることがあります。冷却が不十分だと、仕上がり後の寸法が図面公差を超えてしまうリスクがあります。

温度管理や段階加工、応力除去処理を適切に行う必要があります。高精度な加工ほど、温度変化への配慮が結果を左右します。加工精度と熱管理はセットで考えましょう。

スーパーインバーの加工方法とポイント

スーパーインバーは熱膨張が極めて小さい素材でありながら、加工硬化しやすく変形も起こりやすい合金です。そのため、適切な工具選定や熱処理が欠かせません。工程ごとの工夫が品質を左右します。

切削加工のコツと適した工具

スーパーインバーを切削加工する場合は、工具の摩耗と寸法精度の管理が課題になります。加工硬化が進みやすいため、切削熱や切込み量に注意が必要です。

熱伝導率が低いため、切削熱が工具側に集中します。これにより工具の摩耗が早く進行します。対策としては、耐熱性の高い超硬工具やセラミック工具の使用が効果的です。また、低速での加工と切削油の十分な供給により、工具寿命を延ばしながら仕上げ精度を安定させることが可能です。

例えば、直径10mmのスーパーインバー丸棒をエンドミルで加工する場合、回転数は1000rpm以下に設定し、切り込みは0.2mm以下とします。切削油はミスト状ではなくフラッディング式で供給します。荒加工では2回に分け、仕上げ面に熱を加えないよう冷却を重視します。

切削加工では工具材質と条件設定が品質に直結します。加工硬化を防ぎながら寸法精度を保つには、工程設計の見直しも必要です。

放電加工・ワイヤーカットの活用

寸法精度が高く複雑な形状が求められる場合には、放電加工やワイヤーカットが有効です。

接触のない加工方法であるため、加工時に発生する物理的ストレスを避けられます。

スーパーインバーは加工硬化を起こしやすいため、切削ではどうしても変形や反りが発生することがあります。放電加工では電気エネルギーを使って表面を溶融させて除去するため、形状精度の高い部品に適しています。

例えば、厚み5mmのスーパーインバー板材に微細な長方形スリット（幅0.3mm）を加工する場合、ワイヤーカットを使えば±2μmの精度で仕上げることが可能です。切削でこの精度を出そうとすると、変形対策や仕上げ工程が増え、工程数が膨らみます。

非接触加工を活用すれば、寸法精度や熱影響の管理が容易になり、品質の安定にもつながります。工程選定では、部品形状と求められる公差を基に加工方法を決定しましょう。

熱処理と応力除去の重要性

スーパーインバーの加工では、熱処理と応力除去が精度維持において非常に重要です。

加工中に内部応力が蓄積されると、時間経過や環境変化により歪みや変形が発生します。

スーパーインバーは熱膨張が小さい一方で、加工応力の影響を受けやすい性質があります。精密部品として使用するには、加工の前後に焼鈍処理（アニーリング）を実施し、内部応力を除去することが必要です。特に中間工程で応力除去を挟むことで、最終形状の寸法安定性を確保しやすくなります。

例えば、長さ100mmのフラットバーを両端から切削し、中心を薄く仕上げる場合、最初の粗加工後に650℃×2時間の焼鈍処理を入れると、後工程での反りが1/3に抑えられます。

寸法精度を保つには、切削条件だけでなく、素材内部の安定性にも目を向けましょう。焼鈍のタイミングと回数が、加工後の精度維持に直結します。

よくある質問（FAQ）

スーパーインバーの加工や取り扱いに関して、実際に寄せられる質問を中心に、技術的な観点からわかりやすく回答します。

スーパーインバーとインバーの違いは？

結論として、スーパーインバーはインバーよりも熱膨張係数がさらに小さいという特徴があります。

どちらもニッケルと鉄を主成分とした低熱膨張合金ですが、使用目的によって使い分けられています。

インバーは約36％のニッケルを含み、常温周辺での寸法安定性に優れます。一方、スーパーインバーはニッケル比率が約31％に調整されており、20〜100℃の範囲でも寸法変化がほとんど起こりません。温度変化が激しい環境で使用する精密機器にはスーパーインバーの方が適しています。

用途の違いを明確にした上で、加工材料を選定することが加工精度や製品品質に直結します。

スーパーインバーは溶接できますか？

スーパーインバーは溶接が可能ですが、注意すべき点が多くあります。

溶接部に熱が加わることで、素材の熱膨張特性が変化しやすいため、適切な管理が必要です。

溶接方法としては、TIG溶接やレーザー溶接が選ばれます。ただし、溶接後の応力除去や焼鈍処理を行わないと、熱による膨張係数の変化や歪みが生じ、寸法安定性が損なわれます。特に高精度が求められる製品では、溶接ではなく機械接合を選択することもあります。

精密性を維持したい場合は、溶接条件の検証や試作テストを前提に進めることが推奨されます。

加工中の歪みはどのように対処すべき？

スーパーインバーは加工時に内部応力が残りやすく、歪みの原因となるため、対策が必要です。

加工精度を保つには、加工条件の最適化と応力除去処理を組み合わせることが効果的です。

例えば、粗加工と仕上げ加工の間に自然時効または中間焼鈍を挟むことで、応力の偏りを減らせます。また、ワークの固定方法やクランプ力も歪みに影響するため、治具設計にも工夫が必要です。板材加工では、片面だけ削ると反りやすいため、交互に削る方法が使われます。

加工中の変形を抑えるためには、材料選定から加工フロー全体を見直す姿勢が重要です。

まとめ

最後に、スーパーインバーに関する重要なポイントをまとめます。

• スーパーインバーは熱膨張がきわめて小さい特殊合金で、寸法精度が要求される製品に最適
• 主に光通信装置、人工衛星、半導体製造装置など高精度な分野で使用されている
• 加工は難しく、切削加工では工具摩耗や加工硬化への対策が必須
• 寸法安定性を保つためには、焼鈍処理や応力除去などの工程管理が欠かせない
• 放電加工やワイヤーカットを活用することで、変形リスクを減らし高精度を確保できる

スーパーインバーは、精密な製品を設計・製造するうえで非常に信頼できる素材です。熱膨張による寸法変化を極限まで抑えたいと考えているなら、スーパーインバーの活用を検討しましょう。

加工の難しさに不安がある場合は、スーパーインバーに対応した加工実績を持つ業者への相談がおすすめです。経験豊富な専門業者と連携することで、設計通りの高精度な製品を実現できます。今すぐ相談をはじめてみましょう。

株式会社フラスコでは、昭和48年の創業依頼、一般産業用機械部品の設計・製作・組立をはじめ、チタンやタングステン、ジルコニウムなどの金属加工を行なってきました。

時代にニーズに合わせ、最新鋭の設備と創業から約40年間培った、難削加工を可能とする職人の加工技術で様々な製品を生み出しています。

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