CNC材料の線膨張係数

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。

材料別・温度範囲別の線膨張係数（CTE）

材料（規格）	CTE (µm/m·°C)	温度範囲	工学的意味	出典
Aluminum 1060 (commercially pure)	23.6	20–100 °C	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	ASM Handbook Vol. 2 via matmake.com
Aluminum 6061-T6	23.6	20–100 °C	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）	ASM Handbook Vol. 2, 10th ed.; MIL-HDBK-5J
Aluminum 6061-T6	24.6	20–200 °C	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	MIL-HDBK-5J; ASM Handbook Vol. 2
Aluminum 7075-T6	23.6	20–100 °C	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	matmake.com; arcuscnc.com
Copper C11000 (ETP)	17.0	20–100 °C	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	fabdigit.com (C11000-O properties)
Copper C11000 (ETP)	17.0	20–300 °C	広い範囲にわたる平均CTE。メーカーデータシート値	jtcopper.com C11000 datasheet
Brass C36000 (free-cutting)	20.5	20–100 °C (approx.)	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	mechcodex.com C36000 thermal table
Carbon steel AISI 1045 (annealed)	11.6	0–100 °C	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	theworldmaterial.com AISI 1045 physical properties
Carbon steel AISI 1045 (annealed)	12.3	0–200 °C	高温側の平均値。温度範囲とともに上昇します	theworldmaterial.com AISI 1045
Alloy steel AISI 4140 (normalized)	12.3	20–100 °C	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	ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com
Stainless steel 304/304L	17.3	0–100 °C	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	jnalloys.com CTE comparison table
Stainless steel 316/316L	15.9	0–100 °C	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	jnalloys.com CTE comparison table
Stainless steel 17-4PH (H900)	10.8	0–100 °C	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	xometry.com; alloy-materials.com (20–100 °C)
Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)	8.6	20–100 °C	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	arcuscnc.com CTE comparison
Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)	8.8	20–100 °C (approx.)	別の公表値。差は測定不確かさ（±2%）の範囲内です	mechcodex.com Ti-6Al-4V properties
Tool steel P20 (pre-hardened, 28–32 HRC)	11.7	20–100 °C	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	ASM Handbook Vol. 1; firstmold.com (P20 context)
Tool steel H13 (hot-work, 44–52 HRC)	12.0	20–200 °C	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	ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com
Delrin / POM (acetal homopolymer)	110	23–60 °C	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	firstmold.com; DuPont Delrin 500P datasheet
Nylon 6/6 (unfilled, dry-as-molded)	80	23–60 °C	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	DuPont Zytel 101L datasheet; ASM Handbook Vol. 21
PEEK (unfilled, e.g. Victrex 450G)	47	23–100 °C	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	makerstage.com (citing Victrex); criterionprecision.com (45–55)
PEEK (30% glass-filled, GF30)	27	23–100 °C	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	makerstage.com PEEK grade comparison (Victrex)
ABS (general purpose, unfilled)	90	23–60 °C	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	firstmold.com; Cycolac/Terlux datasheets

この表の読み方。 出典が食い違う場合は両方の行を記載しています（Ti-6Al-4Vは8.6と8.8）。温度範囲は公表値のままで一つの帯域に正規化していません — 実際の温度範囲をカバーするCTE行を常に使用してください。

差が寸法問題になるとき

実務に基づく五つの計算例。いずれも上の表の値を用いた ΔL = α × L × ΔT の計算です。CTEが異なる材料を精密組立で互換扱いできない理由を示します。

ケース	計算	結果	設計上の対応
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	ΔL(Al) = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50	0.236 mm vs 0.116 mm — 0.120 mm differential	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。
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	(12.0 − 1.0) × 10⁻⁶ × 300 × 80	0.264 mm relative slip per cycle	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。
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	ΔL(POM) = 110 × 10⁻⁶ × 25 × 60; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 25 × 60	0.165 mm vs 0.017 mm — 0.148 mm of interference lost (−0.098 mm, i.e. clearance)	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。
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）	23.6 × 10⁻⁶ × 500 × 10	0.118 mm — reads 500.000 mm at 30 °C, 499.882 mm at 20 °C	±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。
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	12.0 × 10⁻⁶ × 100 × 60; 11.7 × 10⁻⁶ × 100 × 60	0.072 mm vs 0.070 mm — clearance grows only 0.002 mm	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。

これらの数値の使い方

ここでのCTEはµm/(m·°C)で、10⁻⁶/Kまたはppm/°Cに相当します。用途に合う温度範囲の行を選んでください — 同一合金でも範囲により平均値が異なります（6061： 20–100 °Cで23.6、20–200 °Cで24.6）。
熱処理はアルミニウムのCTEを変えません： 6061はどの調質（O、T4、T6、T651）でも23.6 µm/m·°Cです。実効値を動かすのは温度範囲だけです。
出典が食い違う場合は両方の値を残しています： Ti-6Al-4Vは8.6と8.8 µm/m·°Cで、典型的な測定不確かさ（±2%）内の開きです。304ステンレスでは17.3を使用します — ある計算機表が示す10.8は17-4PHの値の入力ミスです。
プラスチックのCTEは充填剤・結晶性・水分に強く依存します。ナイロン6/6の行は成形のまま（ドライ、80）。相対湿度50%の平衡では実効寸法変化が熱項に約0.2%上乗せされます。
検査の落とし穴：部品は切削熱で膨張し、CMM上で収縮します。40 °Cで切削した300 mmの6061部品は20 °Cに達するまでに0.14 mm収縮します — 熱のなじみの後に測定するか、変位を公差に織り込んでください。

よくある質問

200 mmのアルミ6061丸棒は20 °Cから60 °Cまででどれだけ伸びますか？
約0.19 mm。ΔL = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 40 = 0.189 mm。

CNC加工後にアルミ部品の寸法が小さく測れるのはなぜですか？
切削熱による熱収縮です。40 °Cで切削した300 mmの6061部品は20 °Cまでに0.14 mm収縮します（23.6 × 10⁻⁶ × 300 × 20）。最終測定前に部品を20 °Cに均熱してください。

アルミニウムとSUS304ステンレス鋼のCTE差はどれだけですか？
6.3 µm/m·°C（23.6対17.3）。ΔT = 50 °Cでの100 mmあたり0.032 mmの差動変位です。

80 °C用途でデルリンブッシングを鋼ハウジングに圧入できますか？
締め代だけでは不可能です。POMのCTE（110）は鋼（11.6）の9.5倍： 25 mm径で20 °Cの締め代0.05 mmは50 °C前後でクリアランスになります。機械的な保持を使うか、ガラス入りPEEK（CTE 27）へ変更してください。

精密治具に最も熱膨張の小さい金属はどれですか？
チタンTi-6Al-4Vの8.6 µm/m·°C — いずれの常用鋼（11.6–12.3）より低く、アルミニウム（23.6）の半分以下です。超低膨張構造にはインバー（FeNi36）の1.2 µm/m·°Cという極端な選択肢がありますが、コストは10–20倍かかります。

1 mの鋼梁は40 °Cの上昇でどれだけ伸びますか？
炭素鋼1045では約0.46 mm（11.6 × 10⁻⁶ × 1000 × 40 = 0.464 mm）。304ステンレスでは0.69 mm — 長い構造に伸縮継手が必要な理由です。

熱処理（T6とT4の違い）はアルミ6061のCTEを変えますか？
変わりません。CTEはどの調質（O、T4、T6、T651）でも23.6 µm/m·°Cです。値を決めるのはアルミの結晶格子であって析出物の量ではありません。実効値を変えるのは温度範囲だけです。

体温域の医療機器でのPEEKのCTEはどれを使うべきですか？
47 µm/m·°C（非強化、23–100 °C範囲）を使用します。ΔT = 17 °C（20 → 37 °C）では50 mm部品の伸びはわずか0.040 mm — 20 °Cで測定すれば典型的な加工公差±0.025 mmの範囲内です。

規格および出典

ASM Handbook Vol. 2（第10版、1990年）— アルミ合金のCTE値と調質非依存性
MIL-HDBK-5J（米国防総省、2003年）— 6061の温度依存CTE（20–100/200/300/400 °C）
ASM Handbook Vol. 1 — AISI 4140 = 12.3、P20 = 11.7、H13 = 12.0 µm/m·°C
DuPont Delrin 500PおよびZytel 101Lデータシート — POM 110 µm/m·°C（23–60 °C）、ナイロン6/6 80 µm/m·°C（成形のまま）
Victrex PEEKデータ（makerstage.com経由）— 非強化47、GF30 27 µm/m·°C。criterionprecision.comは45–55
jnalloys.comのCTE比較 — 304/304L = 17.3、316/316L = 15.9 µm/m·K（0–100 °C）
xometry.comおよびalloy-materials.com — 17-4PH = 10.8 µm/m·°C（20–100 °C）
arcuscnc.com — Ti-6Al-4V = 8.6。matmake.com（ASMデータ）— アルミ合金表。mechcodex.com — C36000 = 20.5、Ti-6Al-4V = 8.8
theworldmaterial.com — AISI 1045 = 11.6（0–100 °C）と12.3（0–200 °C）。fabdigit.com — C11000 = 17（20–100 °C）。jtcopper.com — C11000 = 17.0（20–300 °C）
出典が矛盾する場合は両方の行を記載し、食い違いは使用上の注意に記録しています