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ここでは熱膨張と寸法変化について説明します。
精密機械の設計においては避けて通れない重要な課題であり、一般機械の設計においても
思わぬ落とし穴になる課題です。
実際のものづくりの現場においての熱による寸法変化は使用環境の把握からはじまりまが、
多数の起因要素が絡み合っていることが多いため課題は限りなくあると言えるでしょう。
また、測定時においても加工環境と測定環境、更には測定機器の違いによる寸法差なども
留意しなければなりません。
ここでは、様々な材質の基本的な熱膨張による寸法変化を紹介します。
【熱膨張】
熱膨張とは温度の上昇によって物体の長さが変化することを言います。
長さの変化は各材質がもっている固有の熱膨張係数に比例します。
【補足】_____________________＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
熱膨張係数とは1m当たり1℃温度上昇するとαμm伸びる係数を言います。
例えば、鉄の熱膨張係数αは11.7です。これは1℃温度が上昇すると1m当たり
11.7μm(=0.0117mm)伸びる(寸法変化する)と言うことです。
↓
鉄の場合、1mあたり温度1℃上昇で11.7ﾐｸﾛﾝの寸法変化が発生します。
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【主な熱膨張係数α】単位：(x10-6/℃)
①金属系
材種名 熱膨張係数
・金 14.2
・アルミニウム 23
・鉄 11.7
・銅 16.6
②合金系
材種名 熱膨張係数
・黄銅 18～23
・ステンテス鋼 17～18
・鋳鉄 10～12
・超硬合金 5～6
③プラスチック系
材種名 熱膨張係数
・ＰＣ樹脂 70～80
・ＡＢＳ樹脂 80～110
・ＰＯＭ樹脂 100
・ＰＰホモポリマー 170
・ＰＥ樹脂 130～150
・ナイロン 80
・ＰＥＴ樹脂 70
④セラミック系
・ＡＬ2Ｏ3 8～9
・ＺｒＯ2 8.7～11
・ダイヤモンド 3.1
⑤その他
・ガラス 9
・コンクリート 7～13
【熱膨張による変化量△Ｌ】
△Ｌ=Ｌ x α x △Ｔ
但し、Ｌ：材料の長さ α：熱膨張係数 △Ｔ：温度差
＜概略図＞
【計算例】
①材質がアルミニウム、長さ200mm、温度上昇が20℃の場合の寸法変化量は？
△L=L x α x △T
=200*10-3*23*20
=92 (μm)
=0.092 (mm)
②材質がＰＯＭ樹脂、長さ200mm、温度上昇20℃の場合の寸法変化量は？
△L=L x α x △T
=200*10-3*100*20
=400 (μm)
=0.4 (mm)
以上
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