{
    "slug": "thermal-expansion-coefficients",
    "title": "CNC材料の線膨張係数（CTE）",
    "description": "22のCNC材料のCTE（µm/m·°C）と各値の対象温度範囲、さらに差がはめあいと検査に与える影響の計算例。温度差による伸び量の見積もりに使える。",
    "lang": "ja",
    "tables": [
        {
            "caption": "材料別・温度範囲別の線膨張係数（CTE）",
            "columns": [
                "材料（規格）",
                "CTE (µm/m·°C)",
                "温度範囲",
                "工学的意味",
                "出典"
            ],
            "rows": [
                {
                    "材料（規格）": "Aluminum 1060 (commercially pure)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "23.6",
                    "温度範囲": "20–100 °C",
                    "工学的意味": "常用CNC金属で最大のCTE。ブスバーとヒートシンクの設計では膨張隙間を確保する必要があります",
                    "出典": "ASM Handbook Vol. 2 via matmake.com"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Aluminum 6061-T6",
                    "CTE (µm/m·°C)": "23.6",
                    "温度範囲": "20–100 °C",
                    "工学的意味": "最も多く加工されるアルミ合金。CTEは調質に依存しません（O、T4、T6、T651のいずれも23.6）",
                    "出典": "ASM Handbook Vol. 2, 10th ed.; MIL-HDBK-5J"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Aluminum 6061-T6",
                    "CTE (µm/m·°C)": "24.6",
                    "温度範囲": "20–200 °C",
                    "工学的意味": "高温側の平均は約4%上昇。150 °C超では温度範囲固有のCTEを使用してください",
                    "出典": "MIL-HDBK-5J; ASM Handbook Vol. 2"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Aluminum 7075-T6",
                    "CTE (µm/m·°C)": "23.6",
                    "温度範囲": "20–100 °C",
                    "工学的意味": "航空宇宙グレード。耐力は6061の二倍でもCTEは同一 — 異種合金混在の治具設計を単純化します",
                    "出典": "matmake.com; arcuscnc.com"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Copper C11000 (ETP)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "17.0",
                    "温度範囲": "20–100 °C",
                    "工学的意味": "ブスバー・接続端子材料。アルミニウム（23.6）とのCTE差が、バイメタルラグの接合部疲労を招きます",
                    "出典": "fabdigit.com (C11000-O properties)"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Copper C11000 (ETP)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "17.0",
                    "温度範囲": "20–300 °C",
                    "工学的意味": "広い範囲にわたる平均CTE。メーカーデータシート値",
                    "出典": "jtcopper.com C11000 datasheet"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Brass C36000 (free-cutting)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "20.5",
                    "温度範囲": "20–100 °C (approx.)",
                    "工学的意味": "被削性が最大の銅合金。CTEは銅とアルミニウムの中間 — アルミハウジングに真鍮を挿入する設計で重要です",
                    "出典": "mechcodex.com C36000 thermal table"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "11.6",
                    "温度範囲": "0–100 °C",
                    "工学的意味": "軸・歯車の基準鋼材。CTEはアルミの約半分 — アル・鋼ボルト締結部ではΔT = 100 °Cで100 mmあたり0.12 mmの差が生じます",
                    "出典": "theworldmaterial.com AISI 1045 physical properties"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "12.3",
                    "温度範囲": "0–200 °C",
                    "工学的意味": "高温側の平均値。温度範囲とともに上昇します",
                    "出典": "theworldmaterial.com AISI 1045"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Alloy steel AISI 4140 (normalized)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "12.3",
                    "温度範囲": "20–100 °C",
                    "工学的意味": "高強度の軸・車軸鋼。CTEは1045と近似 — 熱応力計算では相互に置換可能です",
                    "出典": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Stainless steel 304/304L",
                    "CTE (µm/m·°C)": "17.3",
                    "温度範囲": "0–100 °C",
                    "工学的意味": "オーステナイト系ステンレスは炭素鋼より約44%多く膨張します。熱交換器の管・管板接合で重要です",
                    "出典": "jnalloys.com CTE comparison table"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Stainless steel 316/316L",
                    "CTE (µm/m·°C)": "15.9",
                    "温度範囲": "0–100 °C",
                    "工学的意味": "類似のオーステナイト組織ながら304より低いCTE（モリブデン添加）。海洋配管の膨張設計で好まれます",
                    "出典": "jnalloys.com CTE comparison table"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Stainless steel 17-4PH (H900)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "10.8",
                    "温度範囲": "0–100 °C",
                    "工学的意味": "マルテンサイト系PH鋼。ステンレス鋼種の中で炭素鋼に最も近いCTE — 鋼構造と組み合わさる精密航空宇宙継手に理想です",
                    "出典": "xometry.com; alloy-materials.com (20–100 °C)"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "8.6",
                    "温度範囲": "20–100 °C",
                    "工学的意味": "常用構造金属で最小のCTE。航空宇宙のハイブリッド接合でCFRP（0–2）と好適に組み合わさります",
                    "出典": "arcuscnc.com CTE comparison"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "8.8",
                    "温度範囲": "20–100 °C (approx.)",
                    "工学的意味": "別の公表値。差は測定不確かさ（±2%）の範囲内です",
                    "出典": "mechcodex.com Ti-6Al-4V properties"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Tool steel P20 (pre-hardened, 28–32 HRC)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "11.7",
                    "温度範囲": "20–100 °C",
                    "工学的意味": "金型枠鋼材。熱サイクル中の射出金型での熱応力割れを避けるため、CTEはインサート鋼と一致させる必要があります",
                    "出典": "ASM Handbook Vol. 1; firstmold.com (P20 context)"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Tool steel H13 (hot-work, 44–52 HRC)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "12.0",
                    "温度範囲": "20–200 °C",
                    "工学的意味": "ダイカスト・鍛造型鋼材。表面温度500–650 °Cで使用するため、高温域のCTEがダイインサートのはめあいに影響します",
                    "出典": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Delrin / POM (acetal homopolymer)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "110",
                    "温度範囲": "23–60 °C",
                    "工学的意味": "鋼の約5倍。温度上昇とともに樹脂・金属の圧入は緩みます — 締め代は最高使用温度で設計してください",
                    "出典": "firstmold.com; DuPont Delrin 500P datasheet"
                },
                {
                    "材料（規格）": "Nylon 6/6 (unfilled, dry-as-molded)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "80",
                    "温度範囲": "23–60 °C",
                    "工学的意味": "吸湿により熱項に加えて吸湿膨張が加わります。相対湿度50%で実効寸法変化は約0.2%増加します",
                    "出典": "DuPont Zytel 101L datasheet; ASM Handbook Vol. 21"
                },
                {
                    "材料（規格）": "PEEK (unfilled, e.g. Victrex 450G)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "47",
                    "温度範囲": "23–100 °C",
                    "工学的意味": "非強化エンプラで最小のCTE。高温ではアルミニウムに近づきます — 熱サイクル環境での金属代替に実用可能です",
                    "出典": "makerstage.com (citing Victrex); criterionprecision.com (45–55)"
                },
                {
                    "材料（規格）": "PEEK (30% glass-filled, GF30)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "27",
                    "温度範囲": "23–100 °C",
                    "工学的意味": "ガラス強化によりCTEは約43%低減。熱サイクル下の寸法安定性が重要な場合に選択されます",
                    "出典": "makerstage.com PEEK grade comparison (Victrex)"
                },
                {
                    "材料（規格）": "ABS (general purpose, unfilled)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "90",
                    "温度範囲": "23–60 °C",
                    "工学的意味": "高いCTEは精密組立での使用を制限します。クリアランスに余裕のある民生用エンクロージャでは許容範囲です",
                    "出典": "firstmold.com; Cycolac/Terlux datasheets"
                }
            ]
        },
        {
            "caption": "差が寸法問題になるとき",
            "columns": [
                "ケース",
                "計算",
                "結果",
                "設計上の対応"
            ],
            "rows": [
                {
                    "ケース": "6061-T6ハウジング（CTE 23.6）を1045鋼ベース（CTE 11.6）にボルト締結。ボルトピッチ200 mm、ΔT = 50 °C",
                    "計算": "ΔL(Al) = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50",
                    "結果": "0.236 mm vs 0.116 mm — 0.120 mm differential",
                    "設計上の対応": "ボルトクリアランスが0.1 mmしかないとΔT = 50 °Cで締結部が固着します。スリット穴、0.3 mm以上のクリアランス、または弾性ワッシャーを使用。精密治具ではアルミ同士か鋼同士の組み合わせにしてください。"
                },
                {
                    "ケース": "鋼構造（CTE 12.0）をCFRPパネル（繊維方向のCTE約1.0）に直接ボルト締結。スパン300 mm、ΔT = 80 °C",
                    "計算": "(12.0 − 1.0) × 10⁻⁶ × 300 × 80",
                    "結果": "0.264 mm relative slip per cycle",
                    "設計上の対応": "Ti-6Al-4Vインサート（CTE 8.6）は両側の不一致を7.6 µm/m·°Cに抑え、差動変位を約30%低減します — 複合材接合の航空宇宙設計でチタン継手が主流である理由です。"
                },
                {
                    "ケース": "デルリンブッシング（CTE 110）を鋼ハウジング（CTE 11.6）に圧入： 外径25 mm、20 °Cで締め代0.05 mm、使用温度80 °C",
                    "計算": "ΔL(POM) = 110 × 10⁻⁶ × 25 × 60; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 25 × 60",
                    "結果": "0.165 mm vs 0.017 mm — 0.148 mm of interference lost (−0.098 mm, i.e. clearance)",
                    "設計上の対応": "圧入は80 °Cですべりはめあいになります。締め代は最高使用温度で計算するか、POMを機械的に保持（スナップリング、ローレット加工）するか、PEEK（CTE 47）またはガラス入りPEEK（CTE 27）に変更してください。"
                },
                {
                    "ケース": "30 °Cの工場温度で加工した500 mmの6061部品を20 °Cで検査（ISO 1の基準温度）",
                    "計算": "23.6 × 10⁻⁶ × 500 × 10",
                    "結果": "0.118 mm — reads 500.000 mm at 30 °C, 499.882 mm at 20 °C",
                    "設計上の対応": "±0.05 mmの仕事ではこの誤差は公差帯の2.4倍に達します。最終検査前に部品を20 °C ± 1 °Cに均熱するか、工程内補正を適用してください。"
                },
                {
                    "ケース": "P20モールドベース（CTE 11.7）にH13コアインサート（CTE 12.0）。インサート直径100 mm、ΔT = 60 °C、設計クリアランス0.02 mm",
                    "計算": "12.0 × 10⁻⁶ × 100 × 60; 11.7 × 10⁻⁶ × 100 × 60",
                    "結果": "0.072 mm vs 0.070 mm — clearance grows only 0.002 mm",
                    "設計上の対応": "P20とH13は熱的に適合します（差0.3 µm/m·°C）。同じΔTでもP20に対するベリリウム銅インサート（CTE 16.6）はクリアランスを0.029 mm失います — BeCuインサートは膨張代を見込んで設計してください。"
                }
            ]
        }
    ]
}