幾何公差を測定する機器や原理を知ろう【世界で戦えるGLOBALエンジニアになるための製図技術 5th STEP／第3回】

製図と計測の関係

第1回の「独立の原則」で説明したように、寸法は2点間の直線距離を測定するものであり、幾何特性を計測することができない。そのため、幾何公差を測定する際には、寸法を計測するためのツールであるノギスやマイクロメータを使うことができない。

表1に示すように、幾何特性は定盤やブロックゲージを基準として使用しながら、ダイヤルゲージや三次元測定機を使って計測する。専用機である真円度測定機も複数の幾何特性を測定できることが特徴である。

表1 製図と計測の関係

さて、皆さんは測定環境の室温は何度が妥当か知っているだろうか？
地球上の物質は必ず、温度が上がると膨張し、温度が下がると収縮する。従って、温度によって寸法や形状は変化してしまうのである。
世界的に測定環境の温度は20℃と決められている。
つまり幾何公差を測定する際は、夏でもエアコンがガンガン掛かった肌寒いくらいの部屋で測定されるものと覚えておこう。

それでは、代表的な計測器の特徴をみていこう。

定盤

・・・形状測定の基準となるもの（図1）

定盤には石製の定盤（磁石が付かない）と鋳鉄製の定盤（磁石が付く）の2種類がある。

図1

計測の基準となる定盤といえども、残念ながら平面度ゼロに仕上げることは不可能である。JISでは、表2のように、等級ごとに平面度を規定している。

表2 250×250mmの部分面積における定盤の平面度

ブロックゲージ

・・・平行や高さの基準となるもの（図2）

ブロックゲージは、高い精度の平面度と平行度を持ち、かつ2面間の寸法精度を保つよう仕上げられた直方体で、セラミックスなど硬くて磨耗しにくく、熱膨張の影響の少ない材料によって製作される。

図2

ダイヤルゲージ

・・・平行や高さを比較測定するもの（図3）

ダイヤルゲージはハイトゲージ台の先端に取り付け、ブロックゲージなどを基準として、それとの差を比較計測したり、平行度や直角度、回転振れなどを確認したりするのに使用する。

図3

真円度測定機

・・・真直度、真円度、円筒度、平行度、直角度、同軸度、円周振れ、全振れを測定するもの（図4）

真円度測定機は、回転テーブルを持ったものが一般的で、スタイラス（接触子）を測定対象部品に接触させることでさまざまな幾何特性を測定するものである。

図4

三次元測定機（接触式）

・・・自由曲面を含め、全ての幾何特性を測定するもの（図5）

接触式の三次元測定機は、熱膨張の影響の少ないルビーやセラミックス製で球体のスタイラス（図6）を持ち、測定対象物を点、あるいは線として測定をし、三次元上の座標値を検出する（図7）。

図5

接触式三次元測定機の測定原理

接触式三次元測定機のスタイラスが接触した座標から形状を演算する。

表3 接触式三次元測定機の原理

表3では、測定するための最低必要点数を列記したが、それ以上の点を測定する場合、それら全ての点を通過する形状は、真の形状からカタチが崩れてしまう（図8-a）。
このような場合、一般的に「最小二乗法」を使用する。
円を例にすると、各測定点の径方向の偏差の二乗和が最小となる平均円を求める方法である（図8-b）。

図8

計測方法の原理をイメージできるだけでも、正しく幾何公差を使いこなすことができると確信する。

幾何公差を使ううえでみそになるのがデータムである。多くの設計者が正しいデータムの記入法を理解せずに図面を描いている。次回は正しいデータムの使い方と記入法を解説するとしよう。