2015年11月

実務者のためのCAD読本

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】

機械系CAD 講師:山田学

シリーズ記事

1 幾何公差を測定する機器や原理を知ろう

前回は、加工によってカタチが崩れる理屈を理解した。
設計者として幾何公差を図面に記入する際に気になるのが、「この幾何公差って、どうやって測定すればいいの?」っていう問い合わせである。
その際に、「いやー、ちょっと分かりません…」とは言いづらいものである。そこで、設計者として方向性だけでも回答できるよう、第3回では知っておきたい計測機器の基礎知識を解説する。

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

  大きさ・長さ 幾何特性(カタチ) 表面の粗さ
図面指示 寸法(公差)数値 幾何公差値 表面性状の図示記号
定義 形体の実寸法(2点測定による)だけを規制する。 形体の寸法に無関係に、その形体の理論的に正確な形状または姿勢または位置からの偏差を規制する。 対象物の表面、除去加工の要否および表面粗さについて行う。
代表的な計測器 ノギス
マイクロメータ
シリンダゲージ
プラグ/リングゲージなど
定盤、ブロックゲージ
ダイヤルゲージ
真円度測定機
三次元測定機など
表面粗さ測定機

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

左:石製の定盤、右:鋳鉄製の定盤の画像

左:石製の定盤、右:鋳鉄製の定盤

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

等級 0 1 2
平面度(μm) 3.5 7 15

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

ブロックゲージの画像

ブロックゲージ

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

ダイヤルゲージの画像

ダイヤルゲージ