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寸法精度とは、3Dプリンター出力や切削加工などの製作物における長さ・直径・厚み・キー溝幅などの指定寸法の正確さです。部品が機械に組み込まれ、適切に動作をするには、寸法精度が非常に重要です。本記事では、この寸法精度とその検査方法について詳しく解説します。

寸法精度の規格

寸法精度は、JIS規格 [JIS B 0405 (1991)] で以下の表のように指定されています。

この許容差を、一般公差(普通公差)といい、それぞれ精級・中級・粗級・極粗級という公差等級に区別されます。公差等級は、精級が高精度なもの、中級が金属部品、粗級・極粗級が樹脂部品で使われます。

公差指定の重要性

公差の指定は、部品が正常に機能するためにとても重要です。
例えば、外径Φ25の軸用の軸受を設計する際、内径Φ25に+0.1というように大きめに公差を指定する必要があります。公差指示がない場合、JISの一般公差に収まるように加工されるため、内径がΦ24.98になる可能性があり、外径Φ25の軸が入らないという問題が起きます。

この問題を防ぎ、適切な寸法精度を出すためには、公差指定を正しく行う必要があります。

寸法精度を検査する理由

図面通りの加工になっているかの確認

製造者は、加工した製品が図面通りに作られているかを保証する義務があります。そのため、図面通りの寸法かを検査する必要があります。また、寸法検査をすることで不良品の流出を防ぎ、品質の保証ができます。

品質の向上

製造者は、常に品質を向上させる必要があります。寸法検査をすることで品質を維持し、万が一不良品があった場合にも早期の発見ができます。また、不良品を分析し、原因を特定することで、改善に繋がります。

検査の手段と道具

寸法の検査方法には、ノギスやマイクロメーターなどの測定工具を使用する方法と、画像測定機や3次元測定器などの検査機器を使用する方法があります。

測定工具を使用する方法

測定工具を使用した検査方法は、人が測定するため、検査員の習熟度によって差が出やすい傾向があります。一方で、手軽に測定ができるため、検査に時間がかかりません。ここでは、代表的な検査工具をご紹介します。

ノギス

ノギスは、長さを測定する測定工具です。検査では、基本的にこの道具を使用します。0.01mmまで測定することができますが、測定精度として保証しているのは±0.2です。ノギスは、測定子と目盛りが一直線でないと正確な値が出ないという「アッベの原理」の影響で、精級の公差等級では対応が難しくなります。その場合は、マイクロメーターという測定工具を用いて、寸法を検査します。

測定ゲージ

測定ゲージとは、あらかじめ寸法が保証されている検査器具で、Rケージ・ピンゲージ・栓ゲージ・ネジゲージなどがあります。測定ゲージの特徴は、ノギスやマイクロメーターで測定できない深い穴径などといった箇所を、簡単にかつ精度よく検査ができるという点です。また、測定ゲージ自体に精度があるため、検査員の習熟度に影響されず、正確に検査ができます。

丸みを測定するRゲージ。　　　　　

ネジゲージ(市販ネジ)。

検査機器を使用する方法

検査機器を使用する方法は、機械が測定するため検査員の習熟度に影響されず、より高精度な検査ができます。一方で、正確に測定をするために、測定物のセットや、検査条件を整える必要があるため、検査に時間を要します。
代表的な検査機器として、画像測定機と3次元測定機をご紹介します。

画像測定機

主に、穴間距離や角度、P.C.Dの測定などに使用します。また、ノギスやゲージでは測定ができない、ゴムなどの柔らかい材質や複雑な構造(歯車など)を正確に測定できます。機械に入るサイズに制限があるという点と、高さは検査できないためZ軸に関する寸法測定の精度が出にくいという点に注意が必要です。

3次元測定機

主に、形状の正確さを表す幾何公差や、ロボット部品など複雑な形状のものを検査します。また、ミクロン単位の精度が出るので、H7公差の穴径といった厳しい公差の実寸値を検査することができます。

まとめ：寸法精度の検査が、高い品質につながる

3Dプリンター出力や切削加工の製作物は、正確な寸法であることが品質において重要です。その品質を守るため、ノギスなどの測定工具や画像測定機といった検査機器を使用して、寸法や形状を検査します。また、製作物が正常に機能するために、公差の設定など寸法についての規格も重要です。

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DDD FACTORYでは、測定工具や高精度の検査機器を活用し、製作物の検査を行っております。

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