機械設計でこんな経験ありませんか？
「図面通りに作ったのに、なぜか歪んでいる…」
実はこれ
設計ミスではなく“ひずみの影響”
であることが非常に多いです。
特に現場で問題になるのは
製造工程で発生するひずみです。
この記事では
機械設計で押さえておくべき「ひずみの原因5選」
を、現場目線でわかりやすく解説します。
機械設計におけるひずみの原因5選
① 加工歪み（加工によって発生するひずみ）
切削や曲げといった加工を行うと、
見た目には分かりにくいですが材料の中では大きな変化が起きています。
これが加工歪みです。
■ 加工歪みとは？
加工によって内部バランスが崩れ、部品が変形する現象
一見まっすぐ・平らに見えても、加工後に
といったトラブルが発生します。
■ なぜ起きる？
材料の中にはもともと
見えない応力（残留応力）
が存在しています。
そこに対して
といった加工を加えると
内部の応力バランスが一気に崩れる
結果として
“解放された力”によって変形する
これが加工歪みの正体です。
■ よくある具体例
現場では非常によく見られます。
特に薄物・長尺・非対称形状は歪みが出やすいです。
■ ポイント（ここ重要）
加工した瞬間から変形は始まっている
つまり
ということも珍しくありません。
「最後に歪んだ」のではなく、最初から歪んでいる
という意識が重要です。
■ 対策（設計・現場でできること）
加工歪みは完全にはゼロにできませんが、抑えることは可能です。
① 対称加工を意識する
偏った加工を避ける
② 荒加工 → 仕上げ加工
一気に仕上げない
- まず大まかに削る（荒加工）
- 応力を解放させる
- 最後に仕上げる
歪みを“先に出しておく”イメージ
③ 固定方法の見直し
チャックやクランプの影響も大きい
固定＝すでに力を加えている状態
■ 設計者が意識すべきこと
加工歪みは“現場任せ”ではダメ
設計段階で
を考えておくことで歪みにくい設計ができる
② 熱処理歪み（熱によって発生するひずみ）
焼入れ・焼戻しなどの熱処理で発生するひずみ
機械部品の強度を上げるために欠かせない熱処理ですが、
同時に “精度を狂わせる原因”にもなる非常に厄介な現象です。
■ 熱処理歪みとは？
加熱と冷却によって材料が変形する現象
加工直後は問題なかった部品でも
といったトラブルが発生します。
■ なぜ起きる？
主な原因は大きく2つです。
① 体積変化
材料は
します。
このとき、内部で均一に変化しないため、歪みが発生します。
② 冷却ムラ
焼入れでは特に急冷（水・油）を行いますが
この差によって引っ張り合いが発生
結果として、反り・ねじれが起きる
■ よくある具体例
現場でよく起きるトラブルです。
- 焼入れ後にプレートが反る
- 寸法がわずかに狂う
- シャフトの真円度が崩れる
特に、精度が必要な部品ほど影響が大きい
■ 対策（設計・現場でできること）
① 歪みを見越した設計
最初から変形を想定する
- 多少大きめに作る
- 変形方向を予測する
② 仕上げ加工を後工程にする
熱処理後に最終寸法を出す
これが基本フロー
③ 熱処理条件の最適化
現場との連携が重要
工程で歪みをコントロールする
■ 設計者が意識すべきこと
熱処理歪みは避けられない
だからこそ「どう抑えるか」が設計の腕
- 材質選定
- 形状設計
- 加工順序
すべてが影響する
「熱処理歪みは“後で狂う”最も怖い変形」
③ 溶接歪み（溶接による熱で発生するひずみ）
溶接時の熱によって発生するひずみ
溶接は部品同士を強固に接合できる便利な方法ですが、
その反面、高い確率で歪みが発生する工程でもあります。
特にフレームや構造物では、精度不良の大きな原因になります。
■ 溶接歪みとは？
溶接時の加熱と冷却によって発生する変形
溶接後に
といった現象が起きます。
■ なぜ起きる？
溶接では局所的に非常に高温になる（数千℃）
その後、急激に冷える
このとき材料は
しますが、溶接部だけが大きく収縮する。
結果として、周囲を引っ張りながら変形する。
これが溶接歪みの正体です。
■ よくある具体例
現場で頻発するトラブルです。
特に、長尺・薄板・非対称構造は歪みやすいです。
■ 特徴（ここ重要）
溶接した方向に引っ張られる
つまり
“収縮＝引っ張り”をイメージすると理解しやすい
■ 対策（設計・現場でできること）
① 溶接後に仕上げ加工を行う
精度が必要な箇所は後加工で整える
「溶接で歪む前提」で仕上げるのが現実的
② 溶接順序を工夫する
一気に溶接しない
歪みを分散させるイメージ
③ 仮付けで固定する
本溶接前に形状を固定
“動かない状態”を作ることが重要
■ 設計者が意識すべきこと
溶接歪みは施工だけの問題ではない
設計段階で
- 溶接位置
- 構造バランス
- 板厚
を考えることで歪みにくい構造にできる。
設計＋現場の連携が重要
④ 温度ひずみ（温度変化による変形）
使用環境の温度変化によって発生するひずみ
機械は常に一定の温度で使われるとは限りません。
こうした温度変化によって
部品は知らないうちに伸びたり縮んだりしています。
これが「温度ひずみ」です。
■ 温度ひずみとは？
温度変化による材料の伸び縮みで発生する変形
目に見えないレベルでも
といった問題につながります。
■ なぜ起きる？
材料はすべて温度によって膨張・収縮する性質（熱膨張）を持っています。
例えば
この変化は小さく見えても
長さが長いほど影響が大きくなる
さらに重要なのが材質ごとに伸び方が違うという点です。
■ よくある具体例
現場では見落とされがちですが、意外と多いトラブルです。
特にアルミや樹脂と鉄の組み合わせなどは要注意です。
■ ポイント（ここ重要）
材質ごとに伸び方が違う
例えば
- 鉄 → 伸びにくい
- アルミ → よく伸びる
同じ温度変化でも、変形量に差が出るため
引っ張り合い → 歪み発生につながります。
■ 対策（設計でできること）
① クリアランスを設ける
伸びても干渉しない設計
“動ける余裕”を持たせる
② 同一材質で構成する
できるだけ材料を揃える
シンプルだけど効果大
③ 温度条件を設計に反映する
使用環境を想定する
机上ではなく実環境で考える
■ 設計者が意識すべきこと
温度ひずみは“あとから効いてくる”
- 試作では問題なし
- 実運用でズレる
このパターンが多い
だからこそ、最初から温度を設計条件に入れることが重要
「温度ひずみは“見えないズレ”を生む」
⑤ 残留応力の解放（内部応力によるひずみ）
材料内部に溜まっていた応力が解放されて発生するひずみ
一見すると何も問題なさそうな材料でも、実は内部には
見えない力（残留応力）が潜んでいます。
そしてこれが、あるきっかけで一気に解放され、変形として現れる
これが「残留応力の解放によるひずみ」です。
■ 残留応力とは？
材料内部に蓄えられた“見えない力”
発生原因はさまざまで
などによって、内部に応力が残った状態になります。
■ なぜ起きる？
材料内部では応力のバランスがギリギリで保たれている状態です。
そこに対して
といった変化を加えるとバランスが崩れる
結果として
内部の力が一気に解放されて変形する
■ よくある具体例
現場で「なぜ？」となる典型パターンです。
“後から変形する”のが最大の特徴
■ 特徴（ここ重要）
予測しにくい
設計者泣かせのひずみ
■ 対策（設計・現場でできること）
① 応力除去焼鈍
加熱して内部応力をリセット
- 加工前・加工途中で実施
- 歪みの発生を抑える
② 加工順序の工夫
応力を一気に解放しない
- 粗加工 → 仕上げ
- 対称加工
③ 加工条件の最適化
切削熱の影響を考慮する
- 切削速度・送り量の調整
- 適切な刃物選定
- クーラントの最適化
■ 設計者が意識すべきこと
残留応力は“ゼロにできない”
だからこそ
「いつ解放されるか」を考えることが重要
タイミングを読むのが設計力
設計で重要な考え方｜ひずみは“作り方”で決まる
機械設計でひずみトラブルが起きたとき
「設計が悪かったのか？」
と考えがちですが、実はそうとは限りません。
多くの場合、原因は“製造工程”にあります。
ひずみは製造工程で決まる
設計だけでは防げない
部品は図面通りに作られるわけですが、その過程で
といった工程を通ります。
これらの工程で
必ず応力が発生・変化するため、ひずみが生まれる
つまり
「どう作るか」で結果が変わる
図面だけでは不十分
図面はあくまで“理想の形”
図面には
- 寸法
- 公差
- 材質
は書かれていますが
「どう作るか」は書かれていないことが多い
そのため、現場の工程次第で
といった問題が発生します。
図面だけ見ていても防げないのがひずみ
現場を知らないと防げない
設計者こそ工程を理解する必要がある
例えば
- この形状は削りで作る？
- 先に熱処理する？後にする？
- 溶接はどこに入る？
これを知らないと“歪む設計”になる
逆に、工程を理解していれば
- 歪みにくい形状にする
- 加工順序を考慮する
- 精度出しの方法を決める
トラブルを未然に防げる
対策の基本
■ 「どの工程で歪むか？」を考える
設計時に
- 加工で歪む？
- 熱処理で狂う？
- 溶接で引っ張られる？
発生タイミングを予測する
■ 具体的な考え方
- 歪む前提で寸法を持たせる
- 後加工で精度を出す
- 工程を分けて応力を逃がす
“歪みを制御する設計”が重要
■ 設計者のレベル差が出るポイント
初心者
➡ 図面通りに考える
中級者
➡ 強度まで考える
上級者
➡ 工程とひずみまで考える
ここで大きく差がつきます
「ひずみは“作り方”で決まる」
まとめ
機械設計におけるひずみの原因は
▶ 加工歪み
▶ 熱処理歪み
▶ 溶接歪み
▶ 温度ひずみ
▶ 残留応力の解放
といった
製造・環境による影響が大きいのが特徴です。
重要なのは、ひずみは設計だけでなく“工程全体”で考えることです。
これを理解することで
精度の高い設計・トラブルの少ない製品づくりが可能になります。
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