

マイクロメータ(/ m aɪ ˈ k r ɒ m ɪ t ər / my- KROM -it -ər [ 1 ])は、マイクロメータねじゲージ(MSG )とも呼ばれ、部品のサイズを正確に測定するための目盛り付きねじを組み込んだ装置です。[ 2 ]ダイヤル、バーニヤ、デジタルキャリパーなどの他の寸法測定器とともに、機械工学、機械加工、計測学、およびほとんどの機械取引で広く使用されています。マイクロメータは通常、キャリパー(フレームで結合された反対側の端)の形をしていますが、常にそうであるとは限りません。スピンドルは非常に正確に機械加工されたねじであり、測定対象物はスピンドルとアンビルの間に配置されます。ラチェットノブまたはシンブルを回すことでスピンドルが移動し、測定対象物がスピンドルとアンビルの両方に軽く触れるまで移動します。
マイクロメータという言葉は、ギリシア語のμικρός (ローマ字表記micros、 文字通り「小さい」)とギリシア語のμέτρον ( ローマ字表記metron、文字通り「測定する」)からできた新古典派の造語です。メリアム・ウェブスター大学辞典によると、[ 3 ]この言葉はフランス語から英語に借用され、英語の文献に初めて登場したのは 1670 年です。当時は、今日私たちが知っているメートルもマイクロメートル(μm) もマイクロメータ (装置) も存在していませんでした。しかし、当時の人々は小さな物や小さな違いを測定できることを大いに必要とし、興味を持っていました。この言葉が今日の意味に具体的に言及していないとしても、この努力に関して造られたことは間違いありません。
ロンドン科学博物館には、「ジェームズ・ワットのマイクロメーターねじ付き測定器(1776年)」が展示されており、同博物館はこれがおそらく初めて作られたねじ式マイクロメーターであると主張しています。この測定器は、対象物を2つの金床の間に置き、細いマイクロメーターねじを使って片方を前進させ、両方が対象物に接触するまで動かすことで、非常に正確に測定することを目的としています。測定対象物と金床間の距離は、2つの目盛りに正確に記録されます。しかし、科学博物館が指摘しているように、この測定器はワットによって1776年頃に作られたものではなく、1876年にサウス・ケンジントンで開催された科学機器特別貸出展示会に展示された可能性があります。[ 4 ]
ヘンリー・モーズリーは19世紀初頭に卓上マイクロメータを製作しました。このマイクロメータは、会社の仕事における測定精度と精密度の最終判断者であったため、スタッフの間では「法官」という揶揄的なあだ名で呼ばれていました。 [ 5 ] 1844年、ホイットワースの工房用マイクロメータの詳細が出版されました。[ 6 ]このマイクロメータは、鋳鉄製の強固なフレームを持ち、その両端には2つの精巧に仕上げられた鋼鉄製の円筒が取り付けられており、ねじの作用によって縦方向に移動していました。円筒の接合部は半球形でした。一方のねじには、10,000分の1インチまで測定できる目盛り付きのホイールが取り付けられていました。彼の目的は、非常に正確な指示を示しながら、工房での乱暴な扱いによって故障しにくい計測機器を、一般の機械工に提供することでした。
手持ち式マイクロメータネジキャリパーの開発は、1848年にパリのジャン・ローラン・パーマーによって初めて記録された。 [ 7 ]そのため、この装置はフランス語でpalmer、スペイン語でtornillo de Palmer(「パーマーネジ」)、イタリア語でcalibro Palmer(「パーマーキャリパー」)と呼ばれることが多い。(これらの言語では、マイクロメータの同義語であるmicromètre、micrómetro、micrometroも使用されている。)マイクロメータキャリパーは、 1867年にブラウン&シャープによって英語圏の国々で一般市場に導入され、 [ 8 ]一般的な機械工場でもこの機器が使用されるようになった。ブラウン&シャープは、いくつかの以前の装置から着想を得ており、その1つがパーマーの設計であった。1888年、エドワード・W・モーリーはマイクロメトリック測定の精度を高め、一連の複雑な実験でその正確さを証明した。
工具室の正確さと精密さの文化は、グリボーバル、トゥーサード、ノース、ホール、ホイットニー、コルトなどの互換性の先駆者たちから始まり、モーズレイ、パーマー、ホイットワース、ブラウン、シャープ、プラット、ホイットニー、リーランド、ヨハンソンなどのリーダーたちを通して引き継がれ、機械時代に成長し、応用科学とテクノロジーを組み合わせる上で重要な部分を占めるようになりました。20 世紀初頭からは、計測科学、化学、物理学 (冶金学、運動学/動力学、品質)の知識がなければ、工具や金型の製造、工作機械の構築、エンジニアリングを真に習得することはもはやできなくなりました。


各タイプのマイクロメータキャリパーには、特定の測定作業に合わせて専用のアンビルとスピンドルチップを取り付けることができます。例えば、アンビルの形状は、ねじ山の形状、V字型ブロックの形状、または大きなディスクの形状などがあります。

マイクロメータは、ねじを用いて、直接測定するには小さすぎる小さな距離[ 9 ]を、目盛りから読み取れるほどの大きなねじの回転量に変換します。マイクロメータの精度は、設計の中核を成すねじ山の精度に由来します。場合によっては、差動ねじが用いられます。マイクロメータの基本的な動作原理は次のとおりです。
例えば、ねじのリードが1mmで、外径(ここでは外径)が10mmの場合、ねじの円周は10π、つまり約31.4mmになります。したがって、軸方向の移動1mmは、円周方向の移動31.4mmに増幅(拡大)されます。この増幅により、2つの類似した測定対象物の大きさのわずかな差が、マイクロメータのシンブルの位置の大きな差と相関関係を持つようになります。一部のマイクロメータでは、差動ねじ調整器を用いてシンブルを1本のねじで調整できるよりもはるかに小さな増分で動かすことで、さらに高い精度が得られます。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
古典的なアナログ式マイクロメータでは、シンブルの位置はシンブルとスリーブの目盛りから直接読み取られます(各部の名称については次のセクションを参照)。バーニヤ目盛りが付いていることが多く、これにより最小目盛りの何分の一かの単位で位置を読み取ることができます。デジタル式マイクロメータでは、電子式表示器によって長さが本体のLCDディスプレイにデジタル表示されます。また、車のオドメーターのように数字が「ロールオーバー」する機械式デジタル式も存在します。

マイクロメータは次のものから構成されます。
マイクロメータは高精度の計測機器です。適切に使用するには、その動作自体を理解するだけでなく、測定対象物の性質、そして計測機器と測定対象物との間の力学特性も理解する必要があります。説明を簡潔にするため、以下の図および本文では、特に断りのない限り、変形や測定対象物の長さの定義に関する問題は無視できるものとしています。

ヤードポンド法および米国慣用法の測定システム用に目盛りが付けられたマイクロメータのスピンドルには、1 インチあたり 40 個のねじ山があるため、スピンドルを 1 回転させると、軸方向に 0.025 インチ (1 ÷ 40 = 0.025) 移動します。これは、スリーブ上の隣接する目盛り間の距離に等しくなります。シンブルの 25 目盛りにより、0.025 インチはさらに細分化されるため、シンブルを 1 目盛り回転させると、スピンドルは軸方向に 0.001 インチ (0.025 ÷ 25 = 0.001) 移動します。したがって、読み取り値は、スリーブの目盛り上に見える目盛りの数に 25 (各目盛りが表す1000 分の 1 インチの数) を掛け、さらに、スリーブ上の軸方向のゼロ線と一致するシンブル上の目盛りの数を足すことで得られます。その結果が、1000 分の 1 インチ単位で表された直径になります。袖の4番目の小目盛りの下に1、2、3などの数字が表示され、10000分の1を表すため、簡単に読み取ることができます。
シンブルをねじ込み、スリーブの目盛り2と3つの追加目盛りが見えるようにし(画像参照)、シンブルの目盛り1がスリーブの軸線と一致するとします。その場合、読み値は0.2000 + 0.075 + 0.001、つまり0.276インチとなります。

一般的なメートル法マイクロメータのスピンドルには1ミリメートルあたり2本のねじ山があり、スピンドルは1回転で0.5ミリメートル移動します。スリーブの縦線には、1ミリメートルの目盛りと0.5ミリメートルの細目盛りが刻まれています。シンブルには50個の目盛りがあり、それぞれ0.01ミリメートル(1ミリメートルの100分の1)の目盛りです。したがって、測定値は、スリーブの目盛りに見えるミリメートルの目盛りの数と、スリーブの軸線と一致するシンブルの目盛りを足したものになります。
図に示すように、シンブルをねじ込み、スリーブの目盛り5と、さらに0.5の目盛りが見える状態だとします。スリーブの軸線から読み取る値は、シンブルの目盛り28にほぼ達します。最良の推定値は27.9目盛りです。この場合、読み取る値は5.00(正確値)+ 0.5(正確値)+ 0.279(推定値)= 5.779 mm(推定値)となります。最後の桁は「推定小数点以下」なので、5.780 mmと5.778 mmはどちらも妥当な値ですが、前者は5.78 mmと表記することはできません。有効数字の規則により、機器の実際の精度の10分の1の精度を表すものとみなされてしまいます。ただし、測定対象の性質によっては、機器の精度よりも低い有効数字に結果を丸める必要がある場合が多いことに注意してください。

一部のマイクロメータには、通常の目盛りに加えて、スリーブにバーニヤ目盛りが付いています。これにより、メートル法マイクロメータでは0.001ミリメートル、インチ法マイクロメータでは0.0001インチの精度で測定できます。
これらのマイクロメータの追加桁は、スリーブバーニヤ目盛上の線とシンブル上の線が正確に一致することから始まります。この一致するバーニヤ目盛の番号が、追加桁を表します。
したがって、このタイプのメートル法マイクロメータの読み取り値は、通常のマイクロメータと同様に、ミリメートルの整数部の数(ある場合)と 100 分の 1 ミリメートルの数、およびスリーブ バーニヤ スケール上の一致するバーニヤ線によって示される 1000 分の 1 ミリメートルの数です。
例えば、5.783ミリメートルという測定値を得るには、スリーブで5.5ミリメートルを読み取り、それにシンブルで測定した0.28ミリメートルを加算します。次に、バーニヤを使って0.003ミリメートルを読み取ります(画像参照)。
インチマイクロメータも同様の方法で読み取ります。
注:0.01ミリメートル = 0.000393インチ、0.002ミリメートル = 0.000078インチ(7800万分の1)、または0.0001インチ = 0.00254ミリメートルです。したがって、メートル法マイクロメータは、同等のインチ単位マイクロメータよりも測定単位が小さくなります。通常のインチ単位マイクロメータの最小目盛は0.001インチですが、バーニヤ式は0.0001インチ(0.00254mm)まで目盛が細かくなります。バーニヤなしでメートル法またはインチ法のマイクロメータを使用する場合、目盛間を視覚的に補間することで、目盛付きマイクロメータよりも小さい値を読み取ることができます。
ほとんどのマイクロメータでは、小さなピンスパナを使ってスリーブをバレルに対して回転させ、ゼロ線をシンブルの目盛りに対して再調整します。スリーブには通常、スパナのピンを差し込むための小さな穴が開いています。この校正手順により、ゼロエラー(マイクロメータのジョーが閉じているときにゼロ以外の値を示す)を解消できます。
標準的な1インチマイクロメータは、0.001インチの読み取り目盛と±0.0001インチの定格精度を備えています[ 15 ](機械工用語では「10分の1」)。正確な測定を行うには、測定器と測定対象物は両方とも室温である必要があります。汚れ、作業者の技能不足、そして測定器の誤用(または乱用)が主な誤差の原因となります[ 16 ] 。
マイクロメータの精度は、ゲージブロック、[ 17 ]、ロッド、または長さが正確に分かっている類似の標準器を測定することで確認されます。ゲージブロックの長さが0.75000±0.00005インチ(「750±50百万分の1」、つまり「750000±10分の0」)であることが分かっている場合、マイクロメータの測定値は0.7500インチになるはずです。マイクロメータの測定値が0.7503インチの場合、校正がずれています。校正においては、清潔さと低いながらも安定したトルクが特に重要です。10分の1(つまり10000分の1インチ)、または100分の1ミリメートルが「重要」であり、それぞれが重要です。ほんの少しの汚れや、少しの締めすぎで、機器の正確な読み取りが困難になります。解決策は、単に誠実さ、つまり清掃、忍耐、十分な注意と配慮、そして繰り返し測定を行うことです (優れた再現性により、校正者は自分の技術が正しく機能していることを確信できます)。
校正では通常、測定範囲に沿って3~5点で誤差を確認します。ゼロに調整できるのは1点だけです。マイクロメータの状態が良好であれば、すべての点がゼロに非常に近いため、測定範囲全体にわたって実質的に「-on」の読み取り値を示し、どの点でも目立った誤差は見られません。一方、摩耗したマイクロメータ(またはそもそも粗悪な製造だったマイクロメータ)では、スリーブを調整することで「測定範囲の上下に誤差を追う」、つまり測定範囲上の様々な点に誤差を上下に移動させることはできますが、すべての点から誤差を一度に 除去することはできません。
校正には、先端の状態(平坦性と平行性)、ラチェット、スケールの直線性も含まれます。[ 18 ]平坦性と平行性は通常、光学フラットと呼ばれるゲージで測定されます。光学フラットは、平面で平行な面を持つように極めて正確に研磨されたガラスまたはプラスチックのディスクで、マイクロメーターのアンビルとスピンドルがこれに当たったときに光の帯を数えることができ、幾何学的な不正確さの量を明らかにすることができます。
民間の機械工場、特に特定の作業カテゴリ(軍事または民間航空宇宙、原子力産業、医療など)を行う工場は、さまざまな標準化団体(ISO、ANSI、ASME、[ 19 ] ASTM、SAE、AIA、米国軍など)によって、マイクロメータやその他のゲージを定期的に(多くの場合は毎年)校正すること、各ゲージにID番号と校正有効期限を記載したラベルを貼付すること、すべてのゲージをID番号で記録すること、および特定の測定にどのゲージが使用されたかを検査報告書に明記することが義務付けられています。
校正は必ずしも計量研究所で行う必要はありません。マイクロメータは、少なくとも最も基本的かつ重要な方法(包括的ではないにしても)であれば、いつでも現場で校正できます。それは、高品質のゲージブロックを測定し、それに合わせて調整することです。毎年校正され、有効期限内であるゲージであっても、毎日使用する場合は、1~2ヶ月に1回この方法で点検する必要があります。通常、調整は不要で、問題ないという結果が出ます。
ゲージブロック自体の精度は、国際メートル原器などのマスター標準器への比較連鎖を通じて追跡可能です。この金属棒は、国際キログラム原器と同様に、世界の主要な計量標準研究所の一つであるフランスの国際度量衡局本部で管理された条件下で保管されています。これらのマスター標準器には、極めて高精度な地域版( NISTなど、各国の国立研究所に保管)があり、計量機器が比較連鎖を形成しています。現在、メートルの定義は光の波長に基づいているため、国際メートル原器はかつてほど不可欠ではありません。しかし、このようなマスターゲージは、計量機器の校正と認証において依然として重要です。「NISTトレーサブル」と記載されている機器は、マスターゲージとの比較、およびマスターゲージと他のゲージとの比較が、NIST研究所の機器への文書連鎖を通じて追跡可能であることを意味します。このレベルのトレーサビリティを維持するにはある程度の費用がかかるため、NISTトレーサブル機器はNISTトレーサブルでない機器よりも高価です。しかし、最高レベルの品質管理を必要とするアプリケーションでは、そのコストは必須です。
ゼロ調整と試験を経て誤差が判明したマイクロメータは、更なる調整によって精度を回復できる可能性があります。誤差の原因がマイクロメータの部品の形状や寸法の摩耗にある場合、この方法では精度を回復できません。修理(研磨、ラッピング、部品交換など)が必要となります。標準的な機器の場合、実際には、修理よりも新品を購入する方が簡単で迅速であり、多くの場合、費用もそれほど変わりません。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) マイクロメータの一般情報{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク)ITTC – 推奨手順: マイクロメータの校正に関する作業手順書のサンプル。