2級ブロックゲージで工具を校正すると、マイクロメータの誤差が最大0.2μm膨らんで検査結果がアウトになる。
ブロックゲージは、JIS B7506:2004(ISO 3650:1998をベースに改正)によって規定された長さ測定の標準器です。適用範囲は呼び寸法0.5mm以上1000mm以下で、等級はK級・0級・1級・2級の4段階が定められています。
等級が高いほど寸法許容差(te)が小さく、精度が厳しくなります。つまり、数字が小さいほど精度は上がります。これが基本です。
具体的な寸法許容差(呼び寸法10mm以下の場合)を以下の表で整理しました。
| 等級 | 目的 | 用途 | 寸法許容差 te(±μm) ※呼び寸法10mm以下 |
測定面の平面度(μm) |
|---|---|---|---|---|
| K級 | 参照用(キャリブレーション) | 他等級ブロックゲージの校正、学術研究 | ±0.20 | 0.05 |
| 0級 | 標準用・校正用 | 工業用ブロックゲージの校正、品質管理室 | ±0.12 | 0.10 |
| 1級 | 検査用 | 機械部品・工具の検査、現場用測定器の点検 | ±0.20 | 0.15 |
| 2級 | 工作用 | ゲージ製作、測定器の感度調整、ケガキ作業 | ±0.45 | 0.25 |
「K級の寸法許容差が0級より大きい」と感じた方もいるかもしれません。意外ですね。これは、K級がte(寸法許容差)よりもtv(寸法許容差幅=面内のバラツキ)の管理に優れており、光波干渉測定法で校正されることが前提のためです。K級は寸法検査表に実測値を記載して補正使用する設計になっており、単純に「許容差が小さいから一番精度が高い」という見方が正確ではない点は覚えておいてください。
JISではK級と0級には「寸法検査表」、1級と2級には「等級検査表」の添付が義務づけられています。この違いも重要な知識です。
なお、旧JIS(JIS B7506:1997)からJIS B7506:2004への改正では規格値の数値変更はありませんでした。変わったのは主に用語の表現です。例えば「寸法偏差」が「寸法差」に、「許容寸法偏差」が「寸法許容差幅」に改められています。現場で古い文献を参照する際には用語の対応関係を確認することをおすすめします。
参考:JIS B 7506:2004 ブロックゲージ 全文(kikakurui.com)
https://kikakurui.com/b7/B7506-2004-01.html
等級の選び方を間違えると、測定結果の信頼性そのものが揺らぎます。「現場にあるブロックゲージで何でも校正できる」という感覚は危険です。
現場で最もよく見かけるのは2級(工作用)です。JISの分類でも2級の用途は「ゲージ製作・測定器の感度調整」とされており、精密な校正のベース基準には適しません。2級の寸法許容差は呼び寸法10mm以下で±0.45μmとなっており、1級(±0.20μm)の2倍以上のブレが許容されています。
つまり2級です。
では、どの等級を何の目的で使うべきか。実務での判断基準を整理すると次のようになります。
校正用には0級以上が原則です。
現場でよくある誤解として「マイクロメータの校正にいつも手元の2級ブロックゲージを使っている」というケースがあります。しかし2級の誤差範囲内でマイクロメータを調整しても、その結果は「2級ブロックゲージの誤差を含んだ校正」にしかなりません。ISO9001やIATF16949の審査でこの点を指摘されるケースも報告されています。
参考:ブロックゲージの等級と材質の選び方|akiaki-off-time.com
https://akiaki-off-time.com/archives/140
JIS B7506:2004では、材質は「鋼またはこれと同等な耐摩耗性のある材料」と規定されています。鋼の他にセラミック(ジルコニア系)、超硬合金などが使われます。材質の選択は等級とは独立した要素ですが、現場での使い勝手に大きく影響します。
主な比較を以下にまとめます。
| 比較項目 | 鋼製 | セラミック製 |
|---|---|---|
| 価格 | 安価 | 鋼の1.5〜2倍程度 |
| 耐錆性 | 錆びやすい(指紋で一晩で錆びることも) | 錆びない |
| 耐摩耗性 | 傷・カエリが出やすい | 非常に硬く傷がつきにくい |
| 熱膨張係数 | 鋼と同等(11.5±1.0)×10⁻⁶ K⁻¹ | 鋼の約1/3(温度変化に強い) |
| 磁気・鉄粉 | 磁化・鉄粉付着のリスクあり | 付着なし |
| 防錆処理 | 使用後に防錆油の塗布が必須 | 不要 |
鋼製ブロックゲージは素手で触れただけで、指の皮脂(酸)によって錆が始まります。これは現場あるあるです。セラミック製は錆びません。多湿環境の現場では特に、セラミック製を選ぶメリットが大きくなります。
熱膨張の違いも無視できません。JIS規格では鋼製の熱膨張係数を(11.5±1.0)×10⁻⁶ K⁻¹と定めています。セラミックは鋼の約1/3程度なので、温度変動が大きい現場ではセラミックの方が安定した測定が得られます。ただし、鋼製の測定器(マイクロメータなど)をセラミックブロックゲージで校正する場合は、熱膨張係数が異なるため、必ず20℃の環境で測定するか、熱膨張補正計算が必要です。これが条件です。
新潟精機が独自に開発した「K0級(超硬ブロックゲージ)」という規格外の高精度品も存在します。0級の寸法許容差とK級の寸法許容差幅を両立させたもので、JIS規格を超えた精度を保証しています。超高精度加工を行う現場でのニーズに応えた製品です。
参考:ゲージブロックの基礎知識(ミツトヨ)
https://www.mitutoyo.co.jp/about-metrology/knowledge/gauge-blocks/
どれだけ高精度な等級のブロックゲージを用意しても、使い方が間違っていれば等級の意味がなくなります。そこが難しいところです。
最も見落とされがちな要因が「温度」です。JIS B7506では測定の標準状態を20℃と規定しています。これは世界共通の長さ測定の基準温度です。一般的な鋼材の熱膨張係数は11.7×10⁻⁶K⁻¹ですから、長さ100mmの鋼製品では温度差が5℃あると、おおよそ6μmの測定誤差が生じます。
1μmは1mmの千分の1です。髪の毛の太さが約60〜80μmですから、6μmは髪の毛の約10分の1に相当する変化量。この数字が機械部品の合否判定を左右することがあります。
現場での温度管理に関して守るべきポイントをまとめます。
測定前の「温度慣らし」は最低でも数分は必要です。
素手での作業が必要なリンギング(密着)の際は、なるべく素早く済ませ、リンギング後はすぐに定盤に置いて温度が安定するまで待つのがベストプラクティスです。準備ができたら作業に取りかかる、というシンプルな手順を守るだけで測定精度は大きく変わります。
参考:測定工具の基礎講座 第5章 ブロックゲージとは(MonotaRO)
https://www.monotaro.com/note/readingseries/sokuteikougukisokouza/0501/
ブロックゲージは「精度の親分」として現場の測定精度を支えていますが、それ自体も定期的な校正(精度の確認・保証)が必要です。しかも、校正に使う上位のブロックゲージが正確でなければ、下位の測定器を正しく校正することもできなくなります。これをトレーサビリティと呼び、JIS B7506でも「国家標準へのトレーサビリティの確保」が明記されています。
トレーサビリティの連鎖は「産総研(NMIJ)→JCSS登録校正機関→K級ブロックゲージ→0級ブロックゲージ→現場の測定器」という階層構造になっています。各段階で校正の不確かさが積み上がっていくため、なるべく上位の機関が校正した基準器を保有することが品質保証の観点から重要です。
実務での校正周期の目安は以下のとおりです。
| 測定器 | 一般的な校正周期 | 備考 |
|---|---|---|
| ブロックゲージ(0級・基準用) | 2〜3年 | 基準器なので比較的長め。使用頻度が高い場合は短縮 |
| ブロックゲージ(1〜2級・現場用) | 1〜2年 | 使用環境や摩耗状況に応じて調整 |
| ノギス | 1年 | 使用頻度が高い場合は半年 |
| マイクロメータ | 1年 | 精度要求の高い製品では短縮 |
三輪測範製作所の事例では、JIS0級/103個セットの校正をメーカーに3年ごとに委託しているとしています。実際の工場での運用に参考になる数字です。
ISO9001やIATF16949の審査では「校正周期の根拠」が問われることがあります。単に「1年に1回やっています」では不十分で、「なぜその周期なのか」という理由の裏付けが必要です。校正結果が毎回合格で安定していれば周期を延ばす根拠になり、不合格が続くなら短縮が求められます。実績ベースで周期を見直すことが原則です。
また、JIS B7506はK級と0級のブロックゲージに「寸法検査表(実測値が記載された書類)」の添付を求めています。この書類は校正証明書の一部として保管し、いつでも提示できる状態にしておく必要があります。1級・2級には「等級検査表(等級の適合を示す書類)」が添付されますが、0級以上と異なり個別の実測値は記載されません。書類の種類が違うということですね。
ISO9001の7.1.5.2(測定のトレーサビリティ)の要求事項においても、測定機器の校正について「国際または国家計量標準にトレーサブルであること」「校正状態と次回校正予定日が識別できること」が求められています。ブロックゲージに校正ラベルを貼付し、次回校正期日を明示しておくことは、審査対応だけでなく現場の品質管理にとっても基本的な取り組みです。
参考:JIS B 7506:2004 ブロックゲージ、ミツトヨ「JIS B 7506:2004年版について」
https://www.mitutoyo.co.jp/about-metrology/standard/introduction_02/
十分な情報が集まりました。記事を作成します。