手当（エンジニアリング）

エンジニアリングと機械加工において、許容差とは、正確な寸法と公称または理論上の寸法の間、または中間段階の寸法と意図された最終寸法の間の計画された偏差です。統一された抽象概念は、ある程度の差があれば、補償または干渉の既知の要因が許容されるというものです。たとえば、後続の機械加工を完了するために必要なため、余分な金属の領域が残される場合があります。一般的なケースを以下に示します。許容差は理想からの計画された偏差であり、予期されるが計画外の偏差を考慮に入れた 許容差とは対照的です。

許容差とは、基本的に一緒に動作するコンポーネント間のサイズの差のことです。組み立てられた部品間の許容差は非常に重要です。たとえば、車の車軸はベアリングで支えられなければ地面に落ちてしまいます。車軸とベアリングの間に隙間がなければ摩擦が多くなり、車を動かすのが難しくなります。隙間が大きすぎると、車軸がベアリング内で飛び跳ねてしまいます。車軸がガタガタせずにスムーズに簡単に回転するように、車軸とベアリング間の許容差を正しく設定することが重要です。

• 将来の切断、研削、または熱処理操作後の予測可能な寸法変化を考慮して、外側の寸法 (バーの長さなど) を意図的に大きめに切断したり、内側の寸法 (穴の直径など) を意図的に小さめに切断したりすることがあります。例:
  • ピンの外径は、その後のピンの熱処理によって 0.0005 インチ (0.013 mm) 収縮することが分かっているため、0.0005 インチ (0.013 mm) 大きめに研磨されることがあります。
  • 後続のリーミングで除去される材料を考慮して、穴は 0.012 インチ (0.30 mm) 小さく開けられる場合があります。
• 干渉嵌め（プレスフィット）を可能にするために、外側の寸法（鉄道車両の車軸の直径など）を意図的に大きめにカットしたり、内側の寸法（鉄道車両のホイールハブの直径など）を意図的に小さめにカットしたりすることがあります。
• 後で表面を機械加工する必要がある場合、部品を意図的に大きめに鋳造することがあります。これにより、鋳造プロセスで残る粗さが除去され、滑らかな機械加工面が生成されます。この加工許容差は、たとえば 1 mm ですが、部品のサイズと鋳造プロセスの精度によって異なります。
• チェーンセグメントは、耐用年数（約 20 年）の終わりに、腐食したチェーンが最小破断強度を満たすために必要な最小直径を超えるように、サイズが大きめに作られている場合があります。これは腐食余裕と呼ばれ、酸化、浸食、摩耗、微生物の影響による腐食によって失われた鋼分子を考慮した値です。

多くの場合、許容度と許容度という用語は不正確に使用され、エンジニアリングの文脈では不適切に交換されます。これは、両方の単語が一般に、許可、つまり許容範囲の制限という抽象的な概念に関係しているためです。ただし、エンジニアリングでは、以下で説明するように、別々の意味が適用されます。

• 許容差とは、公称寸法または理論寸法からの予期せぬ逸脱が許容される限界のことです。したがって、上限と下限の 2 つの許容差によって、実際の寸法が許容範囲内に収まる範囲が定義されます。

対照的に、

• 許容差とは、公称寸法または理論寸法からの計画的な偏差である。言い換えれば、それは嵌合部品の最大材料条件間の意図された差である。 ^[1]

許容差の概念の一例として、機械のシャフトの直径が正確に 10 mm であることが挙げられます。10 mm は公称寸法です。機械を設計するエンジニアは、実際には、最終的な直径を生み出す研削操作によって、ある程度の小さいながらも避けられないランダム誤差が生じる可能性があることを認識しています。そのため、エンジニアは許容差を ±0.01 mm (プラスマイナス 0.01 mm) に指定します。

研削盤のオペレーターが実際の直径が 9.99 mm から 10.01 mm の間のシャフトを製造できる限り、そのシャフトは許容されます。プロセスで予測可能な誤差と簡単に回避できる誤差、回避できない誤差 (または回避は可能だがコストがかかりすぎる)、および実際に許容できる誤差を把握するには、かなりの判断力、知性、および経験が必要です。

許容差の概念の例は、このシャフトが入らなければならない穴に関連して示すことができます。上記のシャフトが、同じ許容差で 10 mm の穴に自由に入ることは確実ではないことは明らかです。実際のシャフト直径が 9.99 mm で、実際の穴直径が 10.01 mm の場合は、入る可能性がありますが、逆に実際のシャフト直径が 10.01 mm で、実際の穴直径が 9.99 mm の場合は、入らなくなります。

シャフトと穴の間に十分なクリアランスが確保されるように、許容差を考慮して、指定された寸法に意図的に余裕を持たせます。穴の直径は、製造許容差 ±0.01 mm (プラスマイナス 0.01 mm) で 10.03 mm と指定される場合があります。これは、許容される最小の穴の直径が 10.02 mm で、許容される最大のシャフトの直径が 10.01 mm であり、0.01 mm の余裕があることを意味します。穴とシャフトの最小クリアランスは0.01 mm になります。これは、シャフトと穴の両方が最大の材料状態にあるときに発生します。