弊社はスーパーインバーの切削加工において数多くの実績を持っています。
熱膨張が非常に低いという特性を持つスーパーインバーですが、難削材と呼ばれ、高精度で加工するためには工具選定、切削条件など確かなノウハウが必要です。
スーパーインバーとは
スーパーインバーの元となる「インバー」には「Invar（不変）」という意味があり、熱膨張が非常に低く、熱の影響をほとんど受けない特性を持った合金です。熱膨張係数は鉄の1/10程度で、成分としては鉄63.5%、ニッケル36.5%、マンガン0.7%、炭素0.2%未満で構成されています。
スーパーインバーは、このインバーをさらに発展させた合金のことで、鉄63.5%、ニッケル31.5%、コバルト5%、微量元素としてマンガンと炭素が含まれているのが特徴です。スーパーインバーの熱膨張係数は鉄のおよそ1/100以下で、インバーよりもさらに優れた特性を持ちます。
また、スーパーインバーと並ぶ低膨張金属にはイリジウム、タンタル、タングステンなどがありますが、いずれも非常に高価であり、金属材料としてコスト面・性能面のバランスがとれたスーパーインバーは、製品使用において理想的かつ現実的な素材と言えます。
スーパーインバーの特性
スーパーインバーは熱膨張率が極めて小さいという特性を持ち、「超不変鉄」「超不変鋼」「スーパーアンバー」ともよばれています。温度による形状変化が少ないため、製品の寸法公差が厳しい場合や、使用環境による装置のブレを最小限に抑えたい場合など、様々な用途で重宝する素材です。
一方で、スーパーインバーはニッケルを30％以上含んでいるため、一般構造材に比べると柔らかく、機械的強度はそれほど強いとは言えません。また、250℃以上の超高温下においてはバランスが崩れてしまい、低膨張率の特性は失われてしまいます。
このようにスーパーインバーは常温からある程度の高温においては非常に熱膨張率が低く、些細な温度変化から生じる寸法誤差も許されない超精密機械などにはうってつけの素材です。見方を変えればスーパーインバーは一定の温度範囲においては非常に安定した素材であり、厳しい温度管理の必要がない金属とも言えるでしょう。
スーパーインバーの欠点
スーパーインバーの欠点は加工が難しいことです。スーパーインバーは柔らかく、展延性にも優れているため、変形によるリスクは非常に少ないと言えます。
しかし一方で、ニッケル特有の粘り気があること、熱伝導率が低いこと、工具材料との親和性が高いことなど、難削材と呼ばれる要因をいくつも持っています。
そのため、切削時には他の金属材料と同様の方法で加工すると、切り屑の巻きつき、工具の摩耗・破損などを引き起こし、加工コストも大幅に上昇してしまいます。
このようにスーパーインバーの切削加工には確かな技術とノウハウが必要であり、実績を豊富に積んだ加工メーカーでなければ困難を要します。
スーパーインバーの利用用途
スーパーインバーは熱膨張率が非常に低く、特に常温付近での特性に優れています。そのため、わずかな温度変化による形状誤差も許されない超精密機械などに使用されています。
代表例としては工作機械、光学機器、測定機器などが挙げられ、半導体露光装置では基礎にも使用されています。半導体はマイクロメートルからナノメートルと言った超精密レベルでの制御が求められる分野で、温度変化による誤差を徹底的に排除しなくてはなりません。
また、スーパーインバーは熱膨張率の高い金属と組み合わせることでサーモスタットとしても利用されています。原理としては熱膨張率の異なる2種類以上の金属・合金を溶着し温度を上昇させると、熱膨張率の高い金属のほうがよく伸び、熱膨張率の低い金属のほうへ曲がるというもので「バイメタル」と呼ばれています。
このようにスーパーインバーはさまざまな産業に応用されており、その用途は近年も広がり続けています。
スーパーインバーの加工性質
スーパーインバーは一般的には難削材に分類されます。機械的強度はそれほど高くありませんが、ニッケルを多く含むことから特有の粘り気があり、熱伝導率も低いため加工は困難と言えます。
またスーパーインバーは工具との親和性が高く、加工箇所が熱を持つと切り屑や素材そのものが工具と溶着しやすくなります。そのため、一般的な工具で切削するとすぐに工具摩耗・破損を引き起こし、加工精度も低下してしまいます。
従って高精度でスーパーインバーを加工するためには、工具選定や切削条件など、長年の加工経験によって蓄積された技術・ノウハウが欠かせません。
弊社はスーパーインバーをはじめとする難削材の加工において、数多くの実績を持っています。スーパーインバーの切削加工はぜひ弊社にお任せください。
