ノギス

キャリパーは、物体または穴の線形寸法、すなわち物体または穴の長さ、幅、厚さ、直径、深さを測定するために使用される機器です。「キャリパー」という単語は、 caliberの訛りから来ています。^{[1] [2] [3]}

多くの種類のノギスは、目盛り、ダイヤル、または電子デジタルディスプレイで測定値を読み取ることができます。一般的には、スライド式バーニヤ目盛りを使用するノギスがこれにあたります。

ノギスの中には、内側または外側を向いたポイントがあり、スケール（測定表示）がないコンパスと同じくらいシンプルなものもあります。ノギスの先端は、測定するポイント全体にぴったり合うように調整され、定規などの別の測定装置に移動している間、その範囲に保たれます。

ノギスは、機械工学、金属加工、林業、木工、科学、医学など多くの分野で使用されています。

Caliper はアメリカ式の綴りで、calliper (二重の「L」) はイギリス式の綴りです。

単一のツールは、caliperまたはcalipersと呼ばれることがあります。calipers は、はさみやメガネのように、複数形のみ(複数形 tantum ) です。

口語では、「バーニヤのペア」または単に「バーニヤ」という語句は、ノギスを指すことがあります。口語的な用法では、これらの語句は、バーニヤ目盛りを含まない他の種類のノギスを指すこともあります。機械工場での使用では、「キャリパー」という用語は、外側のマイクロメーターが技術的にはキャリパーの一種であるにもかかわらず、マイクロメーターと対照的に使用されることがよくあります。この用法では、キャリパーは機器の 形状係数のみを意味します。

最も古いノギスは、イタリア海岸近くのギリシャのジリオの 難破船で発見されました。船の発見は紀元前6世紀のものです。木製の部品にはすでに固定されたあごと可動式のあごが付いていました。^{[4] [5]珍しい発見ではありますが、ノギスはギリシャ人や}ローマ人によって使用され続けました。^{[5] [6]}

紀元9年頃の青銅製ノギスは、中国の新王朝時代には細かい測定に使用されていました。このノギスには「^[a]世建国元年1月1日^[b]桂要日に作られた^[c] 」という銘が刻まれていました。このノギスには「スロットとピン」があり、「インチと10分の1インチの目盛りが付いていました」^{[7] [8]。}

現代のノギスは、ペドロ・ヌネスのノギスを改良してピエール・ヴェルニエによって発明されました。

内側ノギスは物体の内部サイズを測定するために使用されます。

• 画像の上部のノギス (右側) は、取り付け前に手動で調整する必要があります。このタイプのノギスの微調整は、ノギスの脚を手近な表面で軽くたたいて、対象物の上をほぼ通過するようにすることで行います。次に、中央のピボット スクリューの抵抗に逆らって軽く押すと、脚が正しい寸法に広がり、繰り返し測定を確実に行うために必要な一貫した感触が得られます。
• 画像の下部のキャリパーには調整ネジが付いており、工具をワークピースから取り外すことなく慎重に調整できます。

外側ノギスは物体の外側のサイズを測定するために使用されます。

このタイプのノギスには、内側ノギスと同じ観察と技術が適用されます。これらの機器の限界と使用法をある程度理解すれば、これらの機器は高い精度と再現性を提供できます。これらは、非常に長い距離を測定する場合に特に便利です。ノギスを大口径パイプの測定に使用する場合を考えてみましょう。ノギスには、この大口径にまたがる深さ測定能力がなく、同時にパイプの直径の最も外側のポイントまで到達できません。ノギスは高炭素鋼で作られています。

金属加工の分野では、一般にコンパスと呼ばれるディバイダー ノギスが、位置をマークするのに使用されます。先端は、スクライバーとして機能するように鋭く研がれており、一方の脚をセンター パンチまたはプリック パンチによって作成されたくぼみに配置し、もう一方の脚を回転させてワークピースの表面に線を刻み、円弧または円を形成します。

その名の通り、任意の幅のワークピースを均等な幅のセクションに分割するときに使用します。ツールを一方の端からもう一方の端まで「移動」させ、一方の端からもう一方の端に到達するまで 1 つのポイントから次のポイントまで回転させ、次にポイント間のギャップを調整して「移動」が直接終了するポイントで終了するようにすると、測定することなく均等な分割を簡単にマークできます。

ディバイダー ノギスは、地図上の 2 点間の距離を測定するのにも使用されます。ノギスの両端を、距離を測定する 2 点に当てます。次に、ノギスの開口部を別の定規で測定して実際の距離に変換するか、地図上に描かれた目盛りで直接測定します。海図では、距離は地図の側面に表示されている緯度目盛りで測定されることが多く、任意の大円(たとえば任意の経度子午線)に沿った1分の弧は、約 1海里(1852メートル)に相当します。

医療分野でも分周器が使用されています。ECG（またはEKG）ノギスは心電図上の距離を転送します。適切なスケールと組み合わせることで、心拍数を決定することができます。ポケットノギスバージョンは、心臓専門医のロバート・A・マッキンによって発明されました。^{[9] [検証失敗]}

左の写真にあるように、オッドレッグ キャリパー、ヘルマフロダイト キャリパー、またはオッドレッグ ジェニーは、通常、ワークピースの端から一定の距離に線を引くために使用されます。曲がった脚を使用してワークピースの端に沿って移動し、スクライバーが所定の距離にマークを付けることで、端と平行な線が確実に引かれます。

左の図では、一番上のキャリパーは、曲がった脚にわずかな肩があり、エッジにしっかりと固定できます。下のキャリパーにはこの機能はありませんが、交換可能なスクライバーがあり、摩耗に合わせて調整でき、摩耗がひどい場合は交換できます。

ラベルの付いた部分は

図のノギスは、メートル法の目盛りで約 2.475 cm の主要な読み取り値を示しています (メイン スケールから読み取った 2.4 cm にバーニヤ スケールから約 0.075 cm を加えた値)。

ノギスには「ゼロ点誤差」があることがよくあります。つまり、ジョーが閉じているときにノギスが 0.000 cm と読み取らないということです。ゼロ点誤差は常に、主な読み取り値から差し引く必要があります。これらのノギスのゼロ点誤差が 0.013 cm であると仮定します。この場合、長さの読み取り値は 2.462 cm になります。

どのような測定でも、測定の誤差を報告することは重要です。目視による補間の可能性を無視すると、主要な読み取り値とゼロ ポイントの読み取り値は両方とも、バーニヤ目盛りの最小間隔の幅 (0.0025 cm) に対応する長さのプラス/マイナス半分の範囲内になります。これらは「絶対」誤差であり、絶対誤差が加算されるため、長さの読み取り値はバーニヤ目盛りの最小間隔の全幅(0.005 cm) に対応する長さのプラス/マイナス範囲内になります。体系的な要因が測定に影響しないと仮定すると (機器は完璧に機能)、完全な測定結果は 2.462 cm ± 0.005 cm になります。

バーニヤ、ダイヤル、デジタルノギスは、測定された距離を高精度かつ精密に直接読み取ります。これらは機能的には同じですが、結果の読み取り方法が異なります。これらのノギスは、固定されたジョーを備えた校正済みスケールと、スケールに沿ってスライドするポインターを備えた別のジョーで構成されています。ジョー間の距離は、3 つのタイプごとに異なる方法で読み取られます。

最も簡単な方法は、目盛り上のポインターの位置を直接読み取ることです。ポインターが 2 つの目盛りの間にある場合、ユーザーは頭の中で補間して読み取りの精度を向上させることができます。これは単純に校正されたノギスですが、バーニヤ目盛りを追加するとより正確な補間が可能になり、一般的に行われています。これがバーニヤ ノギスです。

バーニヤ、ダイヤル、デジタル ノギスは、内部寸法 (右図の最上部のジョーを使用)、外部寸法 (図の下側のジョーを使用)、および多くの場合、可動ヘッドに取り付けられ、本体の中央に沿ってスライドするプローブを使用して深さを測定できます。このプローブは細く、他の測定ツールでは難しい深い溝にも入り込むことができます。

バーニヤ目盛りには、目盛りの下部にメートル法の測定値、上部にインチ法の測定値が含まれる場合があり、インチを使用する国ではその逆の場合もあります。産業界で一般的に使用されているバーニヤノギスは、0.01 mm (10マイクロメートル)、つまり1000分の1インチの精度を提供します。最大1828 mm (72 インチ) まで測定できるサイズがあります。^[10]

• ノギスで測定する
• 
  外部距離の測定
• 
  内部距離の測定
• 
  深さプローブで段差や穴の深さを測定する
• 
  ノギスの上部で段差の幅を測る

• ノギスによるマーキング
• 
  くちばしの鋭い側面で線を削って、端から一定の距離または測定された距離をマークする
• 
  鉛筆で印を付けて、エッジからの設定距離または測定距離をマークします。可動部分の上部をステップの側面に当てます。すべてのノギスにこのオプションがあるわけではありません。

使用に多少の練習を要するバーニヤ機構を使用する代わりに、ダイヤル式キャリパーは、単純なダイヤルでミリメートルまたはインチの最終の小数を読み取ります。

この機器では、小型で精密なラックとピニオンが円形のダイヤル上のポインターを駆動し、バーニヤ目盛りを読むことなく直接読み取ることができます。通常、ポインターは 1 インチ、10 分の 1 インチ、または 1 ミリメートルごとに 1 回転します。この測定値は、スライドから読み取った大まかな整数インチまたはセンチメートルに追加する必要があります。ダイヤルは通常、ポインターの下で回転できるように配置されており、「差分」測定 (2 つのオブジェクト間のサイズの差を測定する、またはマスター オブジェクトを使用してダイヤルを設定し、その後、マスター オブジェクトに対する後続のオブジェクトのサイズのプラスまたはマイナスの変動を直接読み取ることができる) が可能です。

ダイヤル キャリパーのスライドは、通常、小さなレバーまたはネジを使用して設定でロックできます。これにより、部品のサイズの合否を簡単にチェックできます。

デジタル ノギスは、ラック アンド ピニオンではなく、リニア エンコーダを使用します。液晶ディスプレイに測定値が表示され、多くの場合、単位をミリメートルと分数または小数インチの間で切り替えることができます。すべてのデジタル ノギスは、スライドの任意のポイントでディスプレイをゼロに設定できるため、ダイヤル ノギスと同様の差動測定が可能です。デジタル ノギスには「読み取りホールド」機能が含まれている場合があり、ディスプレイが見えない不便な場所でも使用後に寸法を読み取ることができます。アナログ ノギスと同様に、多くのデジタル ノギスのスライドは、レバーまたはネジを使用してロックできます。

通常の150mm（6 インチ）のステンレス鋼製デジタルノギスは、定格精度が0.02mm（0.001インチ）で、分解能は0.01mm（0.0005インチ）です。^[11]同じ技術がより長いノギスにも使用されていますが、精度は100～200mm（4～8インチ）の測定では0.03mm（0.001インチ）、200～300mm（8～12インチ）の測定では0.04mm（0.0015インチ）に低下します。^[12]

多くのデジタルノギスには、静電容量式リニアエンコーダが組み込まれています。安価な中国製モデルには、スライドディスプレイのプリント基板にエッチングされた 56 枚の狭いエミッタプレートと 1 枚の長いレシーバプレートがあり、これらは長い方の「ステータ」基板の T 字型プレートの繰り返しパターンと交差しています。「T」プレートの上部はレシーバプレートと交差し、各「T」の垂直バーはエミッタプレートと交差しています。ステータの各「T」のピッチは、各エミッタプレートのピッチの 8 倍よりわずかに小さいため、交差する容量領域は完全に揃っているわけではなく、干渉パターンを形成します。^[15]スライダーが移動すると、これらの可変容量が繰り返し線形に変化します。スライダーの回路は、スライドするときにこれらの繰り返しをカウントし、容量の線形補間を使用してより細かい解像度を実現します。^[16]あるモデルでは、8つの周期的なパルス幅変調電圧信号（同じに見えますが、周期の1/8だけ位相がずれています）を送信し、[ 17 ]それぞれ^が7つのエミッタプレートに接続され、結果として得られるアナログ信号が1つの受信プレートを介して読み取られます。[ ^18] 1983年のドイツ特許DE3340782C2（図を参照）は、その仕組みを説明していると言われています。^[19]

他のデジタルノギスには誘導型リニアエンコーダーが搭載されており、冷却剤などの汚染物質があっても堅牢な性能を発揮します。^[20]磁気式リニアエンコーダーは、他のデジタルノギスでも使用されています。^[要出典]

最近のデジタル ノギスは、繰り返し測定を迅速化し、人為的エラーを回避し、デジタル レコーダー、スプレッドシート、統計的プロセス制御プログラム、またはパーソナル コンピュータ上の同様のソフトウェアに直接データを入力できるように、シリアルデータ出力を提供しています。RS -232、ユニバーサル シリアル バス、またはワイヤレスに基づくインターフェイス デバイスを作成または購入できます。シリアル デジタル出力はメーカーによって異なりますが、一般的なオプションは次のとおりです。

• ミツトヨのデジマチックインターフェース。これは最も有名なブランドインターフェースです。フォーマットは13ニブルとして配列された52ビットです。^{[21] [22] [23]}
• Sylvacインターフェース。これは安価な非ブランドノギスによく使われるプロトコルです。フォーマットは24ビット90kHz同期です。^{[24] [25]}
• スターレット^[26]
• ブラウン＆シャープ^[26]
• 連邦政府
• テサ^[26]
• アルディ。フォーマットは7BCD桁です。^[25]
• Mahr（デジマチック、RS232C、ワイヤレスFMラジオ、赤外線、USB）^[27]

スライドではなく、測定に目盛り付きのネジを使用するノギスは、外部マイクロメータ キャリパー ゲージ、マイクロメータ キャリパー、または単にマイクロメータと呼ばれること が多いです 。(この記事では、他のタイプを指すノギスという用語は、マイクロメータと対照的に使用されることがあります。)

上記の各タイプのキャリパーには、それぞれ長所と短所があります。

ノギスは頑丈で精度が長持ちし、冷却剤耐性があり、磁場の影響を受けず、衝撃にも強いです。センチメートルとインチの両方の目盛りが付いている場合があります。ただし、ノギスを読むには視力が良いか拡大鏡が必要で、遠くからや不自然な角度からは読みにくい場合があります。最後の桁を読み間違えることは比較的簡単です。生産環境では、ノギスを一日中読み続けると間違いが起きやすく、作業員にとって煩わしいものです。

ダイヤル ノギスは、特に揺らして針の動きを観察して正確な中心を探すときに、比較的読み取りやすいです。比較のために任意のポイントで 0 に設定できます。通常、衝撃による損傷を受けやすいです。また、ギアに汚れが入りやすく、精度の問題を引き起こす可能性があります。

デジタル ノギスは、センチメートル システムとインチ システムを簡単に切り替えることができます。どちらの方向にもフル カウントで任意のポイントを簡単にゼロに設定でき、ディスプレイが完全に隠れている場合でも、「ホールド」キーを使用するか、ディスプレイをゼロにしてジョーを閉じることで、正しい測定値 (ただしマイナス) を表示して測定できます。デジタル ノギスは機械的および電子的に壊れやすい場合があります。また、ほとんどのノギスは電池を必要とし、冷却剤にあまり耐性がありません。また、耐衝撃性は中程度で、汚れに弱い場合があります。

ノギスは0.01mmまたは0.0005インチの分解能で読み取ることができますが、精度は150mm（6インチ）のノギスでは約±0.02mmまたは0.001インチより良くなく、それより長いノギスではさらに悪くなります。^[28]

必要な測定を行うには、ノギスを部品に正しく当てる必要があります。たとえば、プレートの厚さを測定する場合、ノギスを部品に対して直角に保持する必要があります。丸い物体や不規則な物体を正確に測定するには、ある程度の練習が必要になる場合があります。

ノギスを使用した測定の精度は、オペレーターのスキルに大きく依存します。タイプに関係なく、ノギスのジョーは測定対象の部品に押し付けられる必要があります。部品とノギスはどちらも常にある程度弾性があるため、使用される力の量によって表示が変わります。一貫してしっかりと接触するのが正しい方法です。力が強すぎると部品とツールが歪んで表示が不足し、力が弱すぎると接触が不十分になり、表示が過剰になります。これは、機械的な利点をもたらすホイールを組み込んだノギスでは大きな問題です。これは特に、デジタルノギス、調整されていないノギス、またはビームの品質が悪いノギスの場合に当てはまります。

シンプルなノギスは校正されていないため、測定値をスケールと比較する必要があります。スケールがノギスの一部であるかどうかに関係なく、すべてのアナログ ノギス (バーニヤ ノギスとダイヤル ノギス) では、最高の精度を得るために良好な視力が必要です。デジタル ノギスは、この点で有利です。

校正されたノギスは、取り扱いを誤るとゼロが失われることがあります。ノギスのジョーが完全に閉じられている場合、もちろんゼロを示すはずです。そうでない場合は、再校正または修理する必要があります。ノギスは簡単に校正が失われることはありませんが、ノギスのジョーの測定面に鋭い衝撃や偶発的な損傷があると、ゼロがずれるほど重大な場合があります。^[29]デジタルノギスには、再校正を迅速に行うためのゼロ設定ボタンがあります。

バーニヤ、ダイヤル、デジタル ノギスは、アクセサリを使用することで、その有用性を高めることができます。たとえば、深さゲージとしての有用性を高めるベースや、穴の中心間距離を測定できるジョー アタッチメントなどがあります。1970 年代以降、ノギスの背面にある可動ジョーを巧みに改造することで、ユニバーサル マイクロメータ (Starrett Mul-T-Anvil や Mitutoyo Uni-Mike など) と同様に、外部ノギス測定に加えて、段差や深さの測定も可能になりました。

ゼロ誤差のあるノギスまたはバーニヤ目盛りを使用する方法は、「実際の読み取り値 = メイン目盛り + バーニヤ目盛り - (ゼロ誤差)」という式を使用することです。ゼロ誤差は、ジョーが完全に閉じているか、または互いに接触しているときに、0.00 mm でのキャリブレーションに影響を与える衝撃によって発生する可能性があります。正のゼロ誤差とは、ノギスのジョーがちょうど閉じているときに、読み取り値が実際の読み取り値 0.00 mm から正の読み取り値離れていることを指します。読み取り値が 0.10 mm の場合、ゼロ誤差は +0.10 mm と呼ばれます。負のゼロ誤差とは、ノギスのジョーがちょうど閉じているときに、読み取り値が実際の読み取り値 0.00 mm から負の読み取り値離れていることを指します。読み取り値が -0.08 mm の場合、ゼロ誤差は -0.08 mm と呼ばれます。

測定軸が測定対象物からずれているノギスは、製造公差によりジョーが垂直でない場合、アッベ誤差が発生します。ゼロ誤差とは異なり、アッベ誤差の量はオフセットに依存します。 ^[30]

• クルージングロッド
• ダイヤルインジケータ
• レンズクロック
• ペーススティック

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• デジタルノギスの RS-232 インターフェース設計の詳細