インジケーター（距離増幅装置）

科学、技術、製造（機械加工、製作、積層造形など）のさまざまな場面で、インジケーターとは、小さな距離や角度を正確に測定し、それを増幅してより明確にするために使用されるさまざまな機器のいずれかです。この名前は、小さな距離の存在や正確な量（たとえば、2 つの平面間の小さな高低差、2 つの円筒間のわずかな同心性の欠如、またはその他の小さな物理的偏差）など、 肉眼では識別できないものをユーザーに示すという概念に由来しています。

ダイヤル インジケーターと呼ばれる古典的な機械式バージョンは、時計の針が付いた時計の文字盤に似たダイヤル表示を提供します。針は、プローブの先端からゼロ設定までの距離を表す、ダイヤル上の円形スケールの目盛りを指します。機械式ダイヤル インジケーターの内部機構は、機械式腕時計の精密な時計機構に似ており、時間を読み取るための振り子脱進機の代わりに、ラックとピニオンギアを使用してプローブの位置を読み取ります。インジケーター プローブ シャフトの側面には、ラック ギアを提供する歯が切られています。プローブが移動すると、ラック ギアがピニオン ギアを回転させて、インジケーターの「時計」針を回転させます。スプリングはギア機構にプリロードをかけ、読み取り時のバックラッシュ エラーを最小限に抑えます。ギア形状の正確な品質とベアリングの自由度によって、達成される測定の繰り返し精度が決まります。機構は必然的に繊細であるため、腕時計が頑丈にされるのと同様に、機械工具の金属加工作業などの 過酷な用途で確実に機能するには、頑丈なフレームワーク構造が必要です。

その他のタイプのインジケータには、片持ち式ポインタを備えた機械式デバイスや、デジタル ディスプレイを備えた電子式デバイスがあります。電子式バージョンでは、光学式または静電容量式の格子を使用して、プローブの位置の微細なステップを検出します。

インジケーターは、機械加工部品の検査工程で許容誤差の変動をチェックしたり、実験室条件下でビームやリングのたわみを測定したり、その他多くの小さな測定値を記録または表示する必要がある状況で使用できます。ダイヤル インジケーターは通常、0.25 mm ～ 300 mm (0.015 インチ ～ 12.0 インチ) の範囲を測定し、目盛りは 0.001 mm ～ 0.01 mm (メートル法) または 0.00005インチ ～0.001 インチ(ヤードポンド法/慣用法) です。

インジケーターには、ダイヤルゲージ、クロック、プローブインジケーター、ポインター、テストインジケーター、ダイヤルテストインジケーター、ドロップインジケーター、プランジャーインジケーターなど、 種類や目的に応じてさまざまな名前が使用されています。

ダイヤルインジケータにはいくつかの変数があります。

• アナログとデジタル/電子表示（ほとんどはアナログ）
• ダイヤルのサイズ。通常は、American Gauge Design Specifications (AGD) と呼ばれます。

• 正確さ
• 旅行範囲
• ダイヤル回転数
• ダイヤルスタイル: バランス型 (例: -15 ～ 0 ～ +15) または連続型 (例: 0 ～ 30)
• 目盛りのスタイル: 正の数 (時計回り) または負の数 (反時計回り)
• 主針の回転数を表示する回転カウンター。

指示計は、本質的に相対的な測定のみを提供します。ただし、適切な基準 (たとえば、ゲージ ブロック) が使用されている場合、基準に対して定期的に再校正することで、指示計は絶対的な測定と実質的に同等になることがよくあります。ただし、ユーザーは指示計を適切に使用する方法を知っておく必要があり、状況によっては、コサイン誤差 (後述) などの要因により、測定値が絶対的ではなく相対的になる場合があることを理解する必要があります。

• 製造プロセスにおける一貫性と正確性をチェックする品質環境。
• 生産開始前に、工場の現場で機械の初期セットアップや調整を行います。
• 精密工具の製造工程において工具メーカー（金型メーカーなど）が行う作業。
• 金属工学のワークショップでは、典型的な用途は、旋盤のワークピースを 4 つのジョー チャックでセンタリングすることです。ダイヤル インジケータは、ワークピースの振れ(ワークピースの回転対称軸とスピンドルの回転軸の間のずれ) を示すために使用され、最終的には、チャック ジョーの小さな調整を使用して、振れを適切に小さい範囲に減らすことを目指します。
• 製造業以外で正確な測定値を記録する必要がある分野（例：物理学）
• 自動車のディスクブレーキに新しいローターを取り付けるときに、横方向の振れをチェックします。横方向の振れ (ディスク面とシャ​​フト軸の垂直性の欠如。変形、またはより一般的にはハブの取り付け面の適切な清掃不足によって発生します。この振れにより、ブレーキペダルの脈動、ブレーキをかけた際の車両の振動が発生し、ディスクの不均一な摩耗を引き起こす可能性があります。横方向の振れは、不均一なトルク、スタッドの損傷、またはハブとローター間のバリや錆によって発生する可能性があります。この変動はダイヤルインジケータでテストでき、ほとんどの場合、ハブとディスクの両方の許容誤差が互いに打ち消される傾向があるように、ディスクを別の位置に再取り付けすることで変動を多かれ少なかれキャンセルできます。振れを減らすには、ディスクを取り付けて指定されたトルクの半分のトルクをかけます (応力を分散するホイールがないため)。次に、ダイヤルインジケータをブレーキ面に当ててダイヤル面を中央に置き、ディスクを手でゆっくり回転させて最大偏差を記録します。最大振れがマニュアルで指定された最大許容振れ内であれば、ディスクを取り付けてかまいません。その位置でのみ可能ですが、技術者が横方向の振れを全体的に最小限に抑えたい場合は、他の位置を試すことができます。振れが過度に大きくなると、指定された許容値を超えるとディスクが急速に損傷する可能性があります (通常は最大 0.004 インチ (0.10 mm) ですが、ほとんどのディスクは最適な位置に取り付けると 0.002 インチ (0.05 mm) 以下になります)。

プローブ インジケータは、通常、目盛り付きのダイヤルと針で構成されており、時計仕掛け(時計という用語の由来)で駆動されて細かい増分を記録し、さらに小さな時計の文字盤と針がメイン ダイヤルの針の回転数を記録します。ダイヤルには細かい目盛りが付いているため、正確な測定が可能です。バネ仕掛けのプローブ (またはプランジャー) は、インジケータ本体から引っ込んだり伸ばしたりして、テスト対象物に対して 垂直に移動します。

ダイヤル面は任意の位置に回転できます。これは、ダイヤル面をユーザーの方に向けるだけでなく、ゼロ点を設定するためにも使用されます。また、制限インジケータを組み込むための手段もあります (右の画像でそれぞれ 90 と 10 の位置にある 2 つの金属タブ)。これらの制限タブは、ダイヤル面の周囲を任意の必要な位置に回転できます。インジケータのプローブを簡単に引き込めるようにするレバー アームが用意されている場合もあります。

インジケーターの取り付けには、いくつかの方法があります。多くのインジケーターには、バックプレートの一部として、ボルト用の穴が付いた取り付けラグがあります。または、コレットまたは特殊なクランプを使用して、プランジャーをガイドする円筒形のステムでデバイスを保持することもできます。これは、厚さゲージやコンパレータなど、インジケーターを主要コンポーネントとして統合するように設計されたツールで一般的に使用される方法です。ステムの一般的な外径は 3/8 インチと 8 mm ですが、他の直径のものもあります。いくつかのメーカーが提供している別のオプションは、ダイヤル テスト インジケーターのマウントと互換性のあるダブテール マウントです。

ダイヤル テスト インジケータは、レバー アーム テスト インジケータまたはフィンガー インジケータとも呼ばれ、標準のダイヤル インジケータよりも測定範囲が狭くなっています。テスト インジケータはアームのたわみを測定します。プローブは引っ込まず、ヒンジ ポイントを中心に円弧を描いてスイングします。レバーは長さまたはボールの直径と交換でき、プローブ タイプの本体が届かない狭い溝や小さな穴でも測定できます。表示されているモデルは双方向ですが、一部のタイプでは、反対方向に測定できるようにサイド レバーで切り替える必要がある場合があります。

これらのインジケータは、実際には角度変位を測定しており、線形変位を測定していません。線形距離は、相関変数に基づいて角度変位と相関しています。動きの原因が指に対して垂直である場合、線形変位の誤差は、ダイヤルの表示範囲内で許容できるほど小さくなります。ただし、この原因が理想的な 90° から 10° もずれると、この誤差が顕著になり始めます。^[1]これはコサイン誤差と呼ばれます。インジケータは動きのコサインのみを記録しているのに対し、ユーザーはおそらく純粋な動きのベクトルに関心があるからです。コサイン誤差については、以下で詳しく説明します。

テストインジケーターの接触点には、ほとんどの場合、直径 1、2、または 3 mm の標準球形先端が付いています。多くは鋼 (合金工具鋼またはHSS ) 製ですが、高級モデルは耐摩耗性を高めるために炭化物 (タングステンカーバイドなど) 製です。用途に応じて、ルビー (耐摩耗性が高い) やテフロンまたは PVC (ワークピースを傷つけないようにするため) など、接触点に使用できるその他の材料もあります。これらはより高価で、OEM オプションとして常に利用できるとは限りませんが、要求される用途では非常に役立ちます。

現代のダイヤル テスト インジケータは、通常、一体型ステム (画像の右側) またはインジケータ本体のダブテールをつかむ特殊なクランプを使用して取り付けられます。一部の計器では、特殊なホルダーが使用される場合があります。

現代のギア付きダイヤル機構が登場する以前は、単一のレバーまたはレバーシステムを使用したテストインジケータが一般的でした。これらのデバイスの範囲と精度は、現代のダイヤルタイプのユニットよりも一般的に劣っており、範囲は10/1000インチから30/1000インチ、精度は1/1000インチが一般的でした。一般的なシングルレバーテストインジケータの1つはStarrett（No. 64）であり、増幅のためにレバーシステムを使用するものは、Starrett（No. 564）^[2]やLufkin（No. 199A）^[3]などの会社や、Ideal Tool Co.などの小規模な会社によって製造されていました。レバーテストインジケータとしてもプランジャータイプとしても使用できるデバイスもKochによって製造されました。^[4]

電子機器の登場により、一部の表示器では時計の文字盤がデジタル ディスプレイ (通常はLCD ) に置き換えられ、時計機構はリニア エンコーダーに置き換えられました。デジタル表示器には、それ以前のアナログ表示器に比べていくつかの利点があります。デジタル表示器の多くのモデルは、RS-232やUSBなどのインターフェイスを介して、データを電子的に記録してコンピューターに送信できます。これにより、コンピューターが測定結果を表形式のデータセット(データベース テーブルやスプレッドシートなど) に記録し、それらを解釈 (統計分析を実行) できるため、統計的プロセス制御 (SPC) が容易になります。これにより、長い数字の列を手動で記録する必要がなくなり、オペレーターがエラー (桁の入れ替わりなど) を起こすリスクが軽減されるだけでなく、時間のかかるデータ記録およびコピー作業から人間が解放されるため、プロセスの生産性が大幅に向上します。もう 1 つの利点は、ボタンを押すだけでメートル法とインチ法を切り替えることができるため、電卓や Web ブラウザーに入力して結果を記録するという 別の単位変換手順が不要になることです。

ドロップ インジケータでは、プローブの先端は通常、用途に応じてさまざまな形状やサイズに交換できます。先端は通常、#4-48 または M2.5 のねじ山で取り付けられます。点接触を実現するために、球形の先端がよく使用されます。必要に応じて、円筒形や平らな先端も使用されます。針形の先端を使用すると、先端を小さな穴やスロットに入れることができます。アクセサリの先端セットは別売りで安価に販売されているため、先端セットのないインジケータでも新しいセットで補強できます。

ダイヤル テスト インジケータの先端は直線的に突き出すのではなく、円弧を描いてスイングし、通常は球状の先端を持っています。この形状により点接触が実現し、先端が円弧を描いて動くときに一貫した測定が可能になります (測定面とのボール接触角度に関係なく、ボール表面から中心点までのオフセット距離が一定であるため)。市販されている球の直径はいくつかありますが、標準サイズは 1 mm、2 mm、3 mm です。

ボール（球）自体の利点（接触角が無関係であること）は先ほど述べたとおりですが、レバー全体の接触角は重要です。ほとんどの DTI では、測定が本当に正確であるためには、つまりダイヤルの読み取り値がコサイン誤差なしで真の先端移動距離を反映するためには、接触角が測定対象の表面と平行（0°、180°）でなければなりません。言い換えれば、先端の移動経路は、測定対象のベクトルと一致している必要があります。そうでない場合は、ベクトルのコサインのみが測定されます（コサイン誤差と呼ばれる誤差が発生します）。このような場合でもインジケーターは役立ちますが、正確な測定（測定が単なる比較ではなく絶対的なもの）を実現するには、オフセット（乗数または補正係数）を適用する必要があります。 （この事実はレバーと部品の間の角度に当てはまり、レバーとDTI本体の間の角度には当てはまりません。 ^[5]ほとんどのDTIではこの角度は調整可能です。）同じ原理がCMMタッチトリガープローブ（TTP）にも採用されており、機械は（正しく使用した場合）アプローチベクトルと表面ベクトルの差を考慮してボールオフセット補正を調整します。

一部の DTI (Interapid ラインやその競合製品など) には、12° の先端角度 (レバーと測定対象の表面の間) がゼロ コサイン エラーに対応する角度となるように、組み込みの許容範囲が設けられています。これは、ボールがインジケータ本体から離れているため、ユニットが表面を通過できるという実用性があるため、ユーザーにとって非常に便利です。

DTI のチップの交換は、ドロップ インジケーターのチップの交換ほど簡単ではありません。これは、チップがレバーであるため、その長さがインジケーター内部の時計仕掛けと正確に一致しているため、その先端の動きの円弧の長さは、ダイヤルの針を動かすギアに対して既知の比率を持っているためです。したがって、より長いまたはより短いチップを追加するには、正確な距離の読み取り値を得るために、ダイヤルの読み取り値に補正係数を掛ける必要があります。DTI チップは、多くの場合、交換用にねじ山が切られており (ドロップ インジケーター チップのように)、スパナを受け入れる小さな平面があります。ただし、上記の長さの重要性のため、ユーザーが交換できるチップの交換は、インジケーターに元々付属していたチップのみに限定されます。通常、DTI には、小さなボール チップや大きなボール チップなど、いくつかのチップのみが付属しています。

ダイヤルの読み取りが絶対的ではなく相対的にのみ使用されている場合、上記の考慮事項 (コサイン誤差またはレバーの長さ誤差) はどちらも重要ではありません。ただし、相対的と絶対的を混同するタイプのエラーを回避するには、計器自体ではなく、ユーザーの知識と注意が必要です。そのため、DTI の修理業者は、たとえ比較使用のみに完全に適していても、正確な絶対測定を提供できない DTI の精度を認定しません。このような DTI は、比較使用のみに認定 (およびラベル付け) できますが、ユーザー エラーのリスクが伴うため、機械工場のゲージ校正規則では、「比較使用のみ」のラベルを要求するか (ユーザーが理解して従うことができると信頼できる場合)、インジケータの使用を停止することを要求します (そうでない場合)。

• 指示計図、ピストンエンジンで測定された圧力-容積図
• 計測学 – 測定とその応用の科学

• スターレットカタログNo.31B。マサチューセッツ州アソル：LSスターレット社。2007年。
• 「Mahr Inc. ゲージング ヒント」。プロビデンス、ロードアイランド州: Mahr Inc.

• 実用的な金属および木工アプリケーション
• シミュレーター - 0.01mm 目盛りのミリメートル単位のダイヤルインジケータ