なぜ許容範囲と適合性の概念があるのですか?
すべての製品は、どんなに精密な装置を使用し、どんなに努力しても、寸法や形状が理論上の数値要件を完全に満たすことはできません。 これが理想と現実のギャップ！
では、部品の互換性要件を満たすにはどうすればよいでしょうか? つまり、同じ仕様の部品またはコンポーネントのバッチのいずれか 1 つを選択したり、追加の変更を加えたりすることなく、指定された性能要件を満たすことができます。 これには、製造部品の寸法が許容公差範囲内にある必要があります。
01
公差に関する用語
部品を加工する際には、工作機械の精度、工具の磨耗、測定誤差などの影響により、部品の寸法を完全に正確に加工することは不可能です。 互換性を確保するには、部品寸法の加工誤差を一定の範囲に抑え、寸法変動量を規定する必要があります。
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1) 基本サイズ
寸法は、部品の強度と構造要件に基づいて設計中に決定されます。
2) 実寸
実測による寸法です。
3) 極端なサイズ
許容されるサイズの変動には 2 つの制限があります。 基本サイズに基づいて決定されます。 2 つの制限値のうち大きい方を最大制限サイズと呼びます。 小さい方のサイズを最小制限サイズと呼びます。
4) 寸法偏差（偏差といいます）
基本サイズから特定のサイズを減算することによって得られる代数的な差。 寸法の偏差には次のようなものがあります。
上限偏差=最大制限サイズ - 基本サイズ
下限偏差=最小制限サイズ - 基本サイズ
上限偏差と下限偏差は総称して限界偏差と呼ばれ、上限偏差と下限偏差は正、負、またはゼロになります。
国家規格では、ホールの上位偏差コードは ES、下位偏差コードは EI と規定されています。 シャフトの上側偏差コードはes、シャフトの下側偏差コードはeiです。
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▲公差帯図
5）寸法許容差（公差といいます）
寸法の変動は許容されます。
寸法公差=最大制限サイズ - 最小制限サイズ
=上限偏差 - 下限偏差
最大制限サイズは常に最小制限サイズより大きいため、つまり、上限偏差は常に下限偏差より大きいため、寸法公差は正の値でなければなりません。
6) ゼロライン、PRゾーン、トレランスゾーンの図
ゼロラインは、公差帯図における偏差を求めるための基準となる線、すなわち偏差ゼロラインである。 通常、ゼロラインは基本サイズを表します。 ゼロラインの左端に「0」、「+」、「-」をマークします。 ゼロラインより上の偏差は正です。 ゼロラインより下の偏差は負です。 許容範囲は、上限と下限の偏差を表す 2 本の直線で囲まれた領域です。 公差ゾーンの幅と位置は、公差ゾーンを構成する 2 つの要素です。
7) 標準公差と標準公差等級
標準公差は、公差ゾーンのサイズを決定するために国家規格にリストされている公差です。 標準公差レベルは、寸法の精度を決定するレベルです。 標準公差はIT01、IT0、IT1～IT18の2つの0レベルに分かれており、標準公差を表します。 アラビア数字は標準公差レベルを表します。 このうち、IT01 レベルが最も高く、順番にレベルが低くなり、IT18 レベルが最も低くなります。 特定の基本サイズでは、標準公差レベルが高くなるほど、標準公差値が小さくなり、サイズの精度が高くなります。
8) 基本偏差
ゼロライン位置に対する公差ゾーンの上限または下限の偏差を決定するために使用されます。 一般にゼロラインに近い偏差を指します。 許容範囲がゼロラインより上にある場合、基本偏差は下側の偏差となります。 許容範囲がゼロ線よりも下にある場合、基本偏差は上部偏差となります。
実際のニーズに応じて、国家規格では、次の図に示すように、穴とシャフトの 28 種類の基本偏差が規定されています。 穴とシャフトの基本的な偏差値は、関連する表から見つけることができます。
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▲基礎偏差値シリーズ
上の図からわかるように:
1) 基本偏差コードはラテン文字で表され、大文字は基本偏差コードを表し、小文字は軸の基本偏差コードを表します。 図の基本偏差は公差ゾーンのサイズのみを表すため、公差ゾーンの一端は開口部として描かれています。
2) この偏差は下位偏差が A ～ H、上位偏差が J ～ ZC であり、JS の上位偏差は +IT/2、下位偏差は -IT/2 となります。
3) a ～ h 軸の基本偏差が上偏差、j ～ zc が下偏差、js の上下偏差はそれぞれ +IT/2T、-IT/2 となります。 穴と軸の別の偏差は、基本偏差と標準公差から計算できます。
02
コーディネートに関する用語
機械の組み立てにおいて、基本寸法が同じで組み合わされた穴と軸の公差範囲の関係をはめあいといいます。 穴と軸の実寸が異なるため、組立後に「隙間」や「干渉」が生じる場合があります。 穴と軸のはめあいにおいて、穴のサイズから軸のサイズを引いた代数差が正の値の場合は隙間、負の値の場合はしめしろとなります。
(1) 連携の種類
はめあいは、ギャップや干渉の違いに応じて 3 つのカテゴリに分類されます。
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1) すきまばめ
穴の公差ゾーンはシャフトの PR ゾーンの上にあります。 上の図 A に示すように、シャフトに一致する穴のペアはギャップ (最小ギャップ ゼロを含む) を持ってはめ合いになります。
2) しまりばめ
穴の公差域はシャフトの公差域よりも下にあります。 上の図 b に示すように、シャフトと一致する穴のペアはすべて、しめしろ (ゼロの最小クリアランスを含む) を伴うはめあいです。
3) 過剰協力
穴の公差域はシャフトの公差域と重なっています。 いずれかの穴のペアがシャフトと一致する場合、上の図 c に示すように、隙間または締り嵌めが存在する可能性があります。
(2) 連携ベンチマークシステム
国家規格では、次の図に示すように 2 つのベンチマーク システムが規定されています。
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▲2つのベンチマークシステム
1) 基本的な穴システム
図aに示すように、特定の基本偏差を持つ穴の公差ゾーンと基本偏差を持つシャフトの公差ゾーンはマッチング システムを構成します。 つまり、同じ基本寸法のはめあいでは、穴の公差域の位置は固定されており、シャフトの公差域の位置を変更することで異なるはめあいが得られます。 基準穴から作られる穴を基準穴といいます。 国家規格では、基準穴の下位偏差はゼロであると規定されており、「H」は基準穴の基本偏差コードです。
2) 基本的なシャフトシステム
図bに示すように、特定の基本偏差を持つシャフトの公差ゾーンと、異なる基本偏差を持つ穴の公差ゾーンは、さまざまなはめあいのシステムを構成します。 つまり、同じ基本寸法のはめあいにおいて、シャフトの公差域位置は固定されており、穴の公差域位置を変えることで異なるはめあいが得られます。 ベースシャフトに開けられた穴はベーススリーブと呼ばれます。 国家規格では、ベースシャフトの上部偏差はゼロであると規定されており、「h」はベースシャフトの基本偏差コードです。
それは、基本的な偏差系列グラフから見ることができます。
基本穴方式は軸に合わせた基準穴H、すきまばめ用にa～h（全11種類）を使用します。 j～n（計5種類）は主にオーバーフィッティングに使用されます。 (n、p、r はオーバーフィッティングである可能性があります)、または締まりばめである可能性があります)。 p～zc（全12種類）は主にしまりばめに使用されます。
基本的な軸系では、データム軸 h が穴に適合します。 すきまばめにはA～H（計11種類）を使用。 J～N（計5種類）は主にオーバーフィッティングに使用されます。 (N、P、R はオーバーフィットまたは締まりばめの可能性があります)。 P～ZC（全12種類）は主にしまりばめに使用されます。
03
形状公差
形状許容差とは、単一の実際のフィーチャーの形状で許容される変動の合計量を指します。 形状公差は形状公差ゾーンで表されます。 形状公差ゾーンには、公差ゾーンの形状、方向、位置、サイズの 4 つの要素が含まれます。 形状公差項目には、真直度、平面度、真円度、円筒度、線形、面形などの6項目があります。
1) 真直度
真直度とは、部品上の直線要素の実際の形状が理想的な直線を維持している状態を指します。 これが一般に真直度と呼ばれるものです。 真直度公差は、理想的な直線からの実際の線の最大許容誤差です。 つまり、図面上で与えられるものは、実際の線処理誤差の許容変動範囲を制限するために使用される。
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▲パターン例 1: 指定された平面内で、距離が 0.1mm の 2 本の平行な直線の間の領域に公差範囲が存在する必要があります。
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▲パターン例2：公差値の前にφを付け、公差範囲は直径0.08mmの円筒面の範囲内となります。
2) 平面度
平坦度は、部品の平面要素の実際の形状と、理想的な平面を維持する状態を指します。 これは一般に平坦性と呼ばれるものです。 平坦度公差は、平坦な表面から実際の表面までの最大許容誤差です。 つまり、実際の表面加工誤差の許容変動範囲を制限するために図面上に与えられているのである。
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▲パターン例: 公差ゾーンは、0.08mm 離れた 2 つの平行平面の間の領域です。
3) 真円度
真円度は、部品上の円の要素の、中心から等距離にある実際の形状を指します。 それは一般に真円度と呼ばれます。 真円度公差は、同じ断面上の理想的な円と実際の円の最大許容誤差です。 つまり、実際の円の加工誤差の許容変動範囲を制限するために図面上に与えられるものである。
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▲パターン例: 公差ゾーンは同じ法線断面上にある必要があり、半径の差は公差値 0.03mm の 2 つの同心円の間の領域です。
4) 円筒度
円筒度は、部品の円筒面輪郭上のすべての点がその軸から等距離にあることを意味します。 円筒度公差は、実際の円筒面から理想的な円筒面までの最大許容誤差です。 つまり、図面上の記載内容は、実際の円筒面の加工誤差の許容変動範囲を制限するものである。
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▲パターン例:半径差0.1mmの2つの同軸円筒面間の領域が公差域となります。
5) ラインプロファイル
ライン プロファイルとは、あらゆる形状の曲線が部品の特定の平面上で理想的な形状を維持している状態を指します。 ライン プロファイル許容差は、非円形曲線の実際の輪郭の許容可能な変動を指します。 つまり、図面上で与えられるものは、実際の曲線加工誤差の許容変動範囲を制限するために使用される。
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▲パターン例: 公差ゾーンは、直径 0.04mm の一連の円を囲む 2 本の包絡線の間の領域です。 円の中心は、理論的に正しい幾何学的形状の線上にあります。
6) 表面輪郭
表面輪郭とは、部品上の任意の形状の表面が理想的な形状を維持している状態を指します。 表面輪郭公差とは、非円形表面の実際の輪郭線と、理想的な輪郭表面からの許容変動を指します。 つまり、図面上に記載されている内容は、実際の表面加工誤差の変動範囲を制限するために使用されるものである。
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▲パターン例: 公差ゾーンは、直径 0.02mm の一連のボールを取り囲む 2 本の包絡線の間にあります。 ボールの中心は、理論的には理論的に正しい幾何学的形状の表面上に位置する必要があります。
04
位置公差
位置許容差とは、関連する実際のフィーチャの位置におけるデータムから許容される変動の合計量を指します。
(1) 方向公差
方向許容差とは、関連する実際の要素によってデータムの方向に許容される変更の合計量を指します。 この種類の公差には、平行度、直角度、傾きの 3 つの項目が含まれます。
1) 平行度
一般に平行度として知られる平行度は、部品上で測定される実際の要素がデータムから等距離にあることを示します。 平行度公差は、測定要素の実際の方向とデータムに平行な理想的な方向との間の最大許容変動です。
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▲作図例：公差値の前に記号φを付けると、基準平行径φ0.03mmの円筒面内が公差域となります。
2) 垂直性
一般に 2 つの要素間の直交度として知られる直角度は、部品上の測定要素がデータム要素に対して正確な 90 度の角度を維持していることを示します。 垂直度許容値は、測定されるフィーチャの実際の方向と、データムに垂直な理想的な方向との間で許容される変動の最大量です。
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▲イラスト：公差域の前に記号φを付けると、公差域はデータム径0.1mmの円筒面に垂直になります。
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▲凡例: 公差ゾーンは、0.08mm 離れており、基準線に垂直な 2 つの平行な平面の間に配置する必要があります。
3) 傾き
傾斜とは、部品上の 2 つの要素の相対方向間の任意の角度が維持される正しい状態を指します。 傾斜公差は、測定対象のフィーチャの実際の向きと、データムに対する任意の角度における理想的な向きとの間で許容される変動の最大量です。
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▲図: 測定軸の公差ゾーンは、公差値が 0.08mm、基準面 A との理論上の角度が 60 度である 2 つの平行な平面の間の領域です。
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▲イラスト：公差値の前に記号φを追加すると、公差域は直径0.1mmの円筒面内に位置する必要があります。 公差ゾーンは、データム A に垂直な平面 B に平行で、データム A に対して理論的に正しい角度 60 度である必要があります。
(2) 位置決め公差
位置決め公差は、データムに対する関連する実際のフィーチャーの位置で許容される変動の合計量です。 このタイプの公差には、位置、同軸度、対称性の 3 つの項目が含まれます。
1) 所在地
位置とは、部品上の点、線、面、その他の要素の理想的な位置に対する精度を指します。 位置許容差は、測定要素の理想的な位置に対する実際の位置の最大許容変動です。
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▲イラスト：公差範囲の前にSφのマークを付けた場合、公差範囲はボールの直径0.3mmの内側の領域となります。 ボール公差ゾーンの中心点の位置は、データム A、B、C に対する理論的に正しいサイズです。
2) 同軸度
一般に同軸度として知られる同軸度は、部品上の測定軸が基準軸に対して同じ直線上にあることを示します。 同軸度許容差は、基準軸に対する測定される実際の軸の許容変動です。
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▲同軸度公差の凡例：公差値をマークした場合、公差域は直径0.08mmの円筒間の領域となります。 円形公差ゾーンの軸はデータムと一致します。
3) 対称性
対称性とは、部品上の 2 つの対称的な中心要素が同じ中心面に留まる状態を指します。 対称許容値は、理想的な対称面からの実際のフィーチャの対称中心面 (または中心線、軸) の許容変動です。
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▲ 凡例: 公差ゾーンは、0.08 mm の距離にあり、データム中心面または中心線に対して対称に配置された 2 つの平行な平面または直線の間の領域です。
(3) 振れ許容差
振れ公差は、特定の検出方法に基づいて与えられる公差項目です。 振れ公差は円周振れと総振れに分けられます。
1) サークルジャンプ
円振れとは、部品の回転面が、限られた測定面内でデータム軸に対して固定位置を維持することを意味します。 円周振れ公差は、測定される実際の要素が軸方向の移動なしに基準軸の周りを完全に回転する場合に、限られた測定範囲内で許容される最大の変動です。
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▲ 凡例 1: 公差ゾーンは、任意の測定面に垂直で、半径の差が 0.1 mm で、円の中心が同じ基準軸上にある 2 つの同心円の間の領域です。
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▲ 凡例 2: 公差域は、メスシリンダー表面上の、データムと同軸の任意の半径位置における距離 0.1mm の 2 つの円の間の領域です。
2) フルビート
総振れとは、部品が基準軸の周りを連続的に回転するときの測定面全体に沿った振れを指します。 総振れ許容値は、インジケーターがその理想的な輪郭に対して移動する間に、測定される実際の要素がデータム軸の周りを連続的に回転するときに許容される振れの最大量です。
