真円度とは何か？

JIS B0621-1984における真円度

定義と表現

日本工業規格（JIS）B0621-1984では、真円度は "円形体の幾何学的円からのずれ "と定義されている。この規格は、機械工学における円形部品の品質と機能を保証するために重要な真円度を正確に表現する方法を提供しています。

表現方法

JIS B0621-1984における真円度の表記は以下の通りである：

• 幾何学的な円:円形ボディ（Cと表記）の真円度を評価する場合、ボディは概念的に2つの同心円に挟まれている。
• 最小間隔:この2つの同心円の最小間隔を測定する。
• 半径の違い:この間隔は、2つの円の半径の差（f）で表される。
• 測定単位:真円度はミリメートル（mm）またはマイクロメートル（μm）で数値化される。

回転部品における重要性

回転部品の場合、その真円の形状を評価することは、適切な機能と寿命を確保するために非常に重要です。当面の関心事は、真円からの許容偏差である真円度公差を決定することです。この評価は次のことから始まります：

真円度公差

• 定義:真円度公差は、理想的な円形形状からの許容偏差を指定します。
• 測定技術:真円度の評価には、三次元測定機（CMM）、真円度試験機、プロフィロメーターなど、さまざまな測定技術が用いられる。
• パフォーマンスへの影響:真円度公差を満たす部品を確保することは、振動を減らし、摩耗を最小限に抑え、機械のスムーズな動作を確保するために不可欠です。

真円度公差を理解する

真円度許容差の定義

真円度公差は、円形度公差とも呼ばれ、幾何学的寸法公差（GD&T）仕様の一つで、円筒形または球形の部品の断面平面における真円からの許容偏差を定義する。この公差は、同じ断面の半径差tの2つの同心円の間の領域である。この公差領域は、部品が定義された範囲内で一貫した円形を維持することを保証する。

真円度公差の可視化

円筒形部品の断面を想像してください。真円度の許容範囲は、2つの同心円の間の領域として描かれます。これらの円の半径差tは、理想的な円形からの許容される偏差を表します。部品の実際の円周上のどの点でも、真円度公差の要件を満たすためには、このゾーン内に収まっていなければなりません。

真円度と円筒度の公差問題の原因

真円度や円筒度に偏差が生じ、機械加工部品の精度や機能に影響を与える要因はいくつかあります。以下に一般的な原因を示します：

1. 加工機械の振動:機械加工中の振動は、部品の真円度や円筒度の不規則性につながることがあります。これは多くの場合、不安定な機械設定や外乱によるものです。
2. 回転部品の劣化:加工機の回転部品の磨耗や損傷は、真円度や円筒度の低下を招きます。精度を維持するためには、定期的なメンテナンスと消耗部品の適時交換が重要です。
3. 中央の穴の形状が悪い:ワークピースの中心穴の形状が完全でないと、その後の加工工程で真円度や円筒度に狂いが生じる可能性がある。
4. 前加工による変形:センターレス研削盤を使用する場合、以前の加工段階での変形が最終製品の真円度や円筒度に影響することがあります。適切な取り扱いと中間チェックを確実に行うことで、この問題を軽減することができる。
5. 不適切な保持具または保持方法:不適切な固定具や保持方法は、ワークを歪ませ、真円度や円筒度の偏差につながる。精度を維持するためには、適切な固定具とクランプ技術を使用することが不可欠です。
6. 工具の摩耗と振動:切削工具の磨耗や不適切な取り付けは、切削時の振動とともに真円度不良の原因となります。精度を確保するためには、振動対策とともに、定期的な工具の点検と交換が必要です。
7. 熱処理による変形:熱処理工程は熱変形を引き起こし、完成部品の真円度や円筒度に影響を与えることがある。熱処理パラメータを制御し、適切な冷却を行うことで、このような変形を最小限に抑えることができます。

丸みの評価

真円度の評価にはいくつかの方法があり、それぞれに独自の特徴と利点があります。どの方法を使用するかは、通常、ワークピースの特定の要件に基づいて選択されます。

簡単な測定方法

例えば、こんな感じだ：

直径法

真円度は、マイクロメーターなどの工具を使って直接測定することができる。この方法はシンプルで簡単に行える。しかし、三角形や五角形の等しい直径の円を評価する場合、真円でないものを真円として測定してしまい、誤った結果になりやすい。

スリーポイント・メソッド

3点法は、[Vブロック＋マイクロメーター／メーター＋ベンチ]で真円度データを得ることができます。

しかし、3点法では、選択された支持点における接線の違いや、基準点の中心を決定することが困難なため、誤った測定が行われる可能性がある。さらに、測定対象物の回転に伴う上下動により、測定中に誤差が生じることもある。

関連規格に基づく測定方法

例えば、こんな感じだ：

半径法

半径法は、ワークを1サイクル回転させた後の最大半径と最小半径の差で真円度を評価する方法です。図に示すように、測定結果はワークの水平動作の影響も受けやすい。

トレランスゾーンは、同じセクション上の2つの同心円の間にある。

セントラル方式

中心法に比べ、半径法はより精密な測定が必要な場合に多く使用される。真円度検出のデータは基準円に依存します。テスト円の評価方法が異なると、基準円の中心位置が異なることになり、測定された円形形状の軸方向の位置に影響を与えます。

• 最小二乗円 LSC

真円度を求めるには、測定した輪郭を円に当てはめ、円からの輪郭データの偏差の二乗和を最小化する。そして、輪郭と円の最大偏差（最も高い山値から最も低い谷値まで）の差として真円度を定義する。

ΔZ_q=Rmax-Rmin、LSCによる真円度を表す記号

• 最小面積円 MZC

半径方向の差を最小化するために、測定した輪郭の周囲に2つの同心円を配置する。丸みの値は、2つの円の半径方向の間隔として定義される。

ΔZ_z=Rmax-Rmin , MZCを通して真円度を表す記号

• 最小外接円 MCC

まず、測定した輪郭を囲む最小の円を作成する。次に、輪郭と円の間の最大偏差として真円度を定義する。この方法は、シャフトやロッドなどの評価によく使われます。

ΔZ_c=Rmax-Rmin , MCCによる真円度のシンボル。

• 最大内接円 MIC

測定した輪郭を囲むことができる最大の円を作成する。次に、輪郭と円の間の最大偏差として真円度を定義する。

ΔZ_i=Rmax-Rmin 、MICによる真円度を示す記号。

真円度を評価する場合、得られた輪郭は通常、不要なノイズの影響を低減または除去するためにフィルタリングされる。

フィルタの輪郭測定への影響

フィルタリングの方法と設定されたフィルタリングカットオフ値（UPR：1回転あたりの変動）は、特定の測定要件によって異なる場合があります。下図は、フィルター設定による測定輪郭への様々な影響を示しています。

フィルターなし：

ローパスフィルター：

バンドパスフィルター：

評価者として、この数字から何が読み取れるだろうか？

測定チャートの分析

図：測定結果のチャート

1UPR コンポーネント

1 UPR：フィルタリング後、1つの波だけが保持される：

1UPR成分は、測定器の回転軸に対するワークの偏心を示します。

波形の振幅は、そのレベルの調整によって決まる。

2UPR コンポーネント

2UPRのコンポーネントが示す可能性がある：

測定器のレベル調整が不十分；

工作機械へのワークの取り付けが不適切で、ワークの形状が形成されないために生じる円形振れ；

ICエンジンのピストンなど、ワークの形状が楕円形である。

3~5UPR コンポーネント

を示すかもしれない：

測定器の保持チャックの締めすぎによる変形。

加工用工作機械の固定チャックから取り外す際の応力解放による緩和変形。

5~15 UPRコンポーネント

通常、加工方法やワークピースの製造プロセスにおけるアンバランスな要因を指す。

UPR コンポーネント 15 (以上)

15 (またはそれ以上) の UPR 状態は、通常、工具のびびり、機械の振動、クーラントの移動効果、材料の不均一性などの独自の原因によって引き起こされます。

真円度を評価する主なパラメータ

最後に、真円度を測るためにどのような道具や測定器があるのか見てみよう。

真円度を評価するための一般的なツール／機器

マイクロメーター：

真円度測定器：

三次元測定機：

スペースには限りがあるので、メッセージを残して、取り上げられなかった事柄を批判することも歓迎する。

結論

この記事を読んで、丸みについてより深く理解していただけただろうか。また、何かご質問がありましたら、以下にコメントをお寄せください。