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測定工具の基礎講座
ものづくりの現場において欠かせない存在、「測定工具」。
測定工具にはさまざまな種類があり、それぞれに特徴があります。
本連載では、各測定工具の使い方や寸法の読み取り方に関して、実際の写真や図を通してご紹介していきます。
第1章 ノギス

1-3 デジタルノギスとダイヤルノギス

写真1:デジタルノギスの表示

写真1:デジタルノギスの表示

第1章で述べたように、0.01mmまで読み取れるデジタルノギスも、メーカー保証は±0.2mmです。この理由が理解できれば、ノギスによる寸法測定の誤差の原因を緩和させるような使い方ができるようになり、デジタルノギスの0.01mmの高い分解能を生かせるようになります。

写真2-1:ノギスのスライダ部分の傾きとアッベの原理

写真2-1:ノギスのスライダ部分の傾きとアッベの原理

ドイツの科学者アッベは、寸法測定のメモリの位置と、測定子(ノギスの場合はジョーで挟んでいる位置)が一直線上になければならないことを発見しました。これをアッベの原理と言います。

写真2を見てください。ノギスの場合、測定したいものはジョーで挟んでいますが、メモリはメインスケールについているので、どんなに工夫しても測るところとメモリが一直線上に並ぶことはありません。二つのジョーで挟んで測定できるので現場ではとても便利なのですが、残念ながら数学的には誤差が大きく出る測定機なのです。第二章で繰り返し強調したように、親指でジョーを押しすぎると誤差が大きくなります。

ジョーで挟んでいる位置から離れた位置のメインスケールにスライダが乗っていますね。このように動く部分には必ず隙間があります。この隙間が問題です。押す力が大きいとこの隙間分だけ傾き、正しい寸法が表示できません。デジタルノギスでも同じことが起きます。

ガタがない場合でもスライダーを押しすぎると、メインスケールとジョーで構成するコの字型の構造が歪んで変形し、ガタがある場合と同じように誤差となります。

ノギスは、いくら読み取りの分解能を高くしても、スライダのガタや変形によって測定精度が制限される。アッベの原理とは違う構造である。これが測定精度を±0.2mmとしている理由です。

ここまで説明すれば、勘の良いかたはお気づきですね。スライダ側のジョーの扱い方を工夫することによって測定精度を上げることができます。

写真3:デジタルノギス

写真3:デジタルノギス

写真4:ダイヤルノギス

写真4:ダイヤルノギス

実際に測定するときに、ジョーを押し当てる力の入れ具合が適切であれば、ガタの影響もなく、弾性変形の影響もない測定が可能となり、写真3のようにデジタルノギスの分解能0.01mmがそのまま測定精度として使えるようになります。

このことは、ダイヤルノギスでも同じです。写真4のように、ダイヤルノギスはダイヤルのメモリがアナログなのでさらに細かいところまで読み込む達人がいます。自分のノギスとして管理し、微妙な力加減や当て方を会得すれば、メーカー保証以上の能力を発揮してくれるのがノギスという測定工具です。

「測定」は「再現性」があって初めて意味をもちます。誰がいつ測定しても同じ値になることを再現性といいます。

しかし、これまで説明してきたように、ノギスは安価に高精度な寸法の測定ができる便利な測定工具ですが、構造上誤差が出やすく、 バーニアスケールの読みも人による差が出やすいという欠点があります。つまり再現性が悪いのです。

そのためにメーカーでさえ0.05mmまで読み取れるのに±0.2mmの精度しか保証しないのです。それではどうしたらよいか。ノギスの持っている欠点を少しでも解消するため、スライダを押して測定物をはさむ力を必要最小限とするなどのノギス測定のノウハウを獲得する以外に道はないのでしょうか?みなさん、大丈夫ですよ。それは「何回も繰り返し測りなおす」ことでよいのです。

最低3回測って同じ寸法になればOK。もし図るたびに違っていれば、正しく測定できていません。3回測って同じ値になれば安心。

その場ですぐに読み取れるので、3回測るのに大して時間はかかりません。最初は慎重に、納得がいくまで測るようにすることをお勧めします。

写真5:測れないものがある

写真5:測れないものがある

ノギスはちょうど人の手の大きさに合った便利な寸法測定の工具ですが、測れないものもあります。これは、測った数値の信頼性と言うよりは測るものの形状や特性に原因があるのです。  写真5を見てください。これらはノギスでは測れないもの・・・もう少し広い意味で、寸法を測定できないものの代表です。

例えば円錐の外径はどこで測ったらよいでしょう。曲がった金属板のような凸凹したものや輪ゴムのような不定形の物など、測るといってもどことどこの寸法を測ったらよいかわかりません。 「寸法測定」の「定義」は、「どこからどこまでの距離」です。「どこから」がはっきりしなければ測定しても意味がないことになります。同様に、測定しようとジョーで挟むと変形するようなゴム製品や薄肉パイプなどはやはり測定不能です。

執筆:株式会社日本中性子光学 河合 利秀

『測定工具の基礎講座』の目次

第1章 ノギス

第2章 マイクロメータ

第3章 ダイヤルゲージ

第4章 定盤

第5章 ブロックゲージ

第6章 水準器

第7章 基準器

第8章 トルクなどの力を測る

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