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キャリパーまたはキャリパーは、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、または深さを測定するために使用される器具です。キャリパーという言葉は、 caliberが変化した形に由来します。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
多くの種類のノギスは、目盛り付きスケール、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る。よく連想されるのは、スライド式バーニアスケールを使用するノギスである。
ノギスの中には、内向きまたは外向きの針を備えたコンパスのように単純なものもあり、目盛り（測定表示）は付いていません。ノギスの先端を測定対象の点に合うように調整し、その間隔を維持したまま、定規などの別の測定器具に移動させたり、直接ワークピースに当てたりします。
Caliperはアメリカ英語の綴りで、calliper（「L」が2つ）はイギリス英語の綴りです。
単一の工具は、 caliperまたはcalipersと呼ばれることがあります。calipers は、scissorsやglassesのように、複数形のみ( plurale tantum ) の形です。
口語では、「バーニアのペア」または単に「バーニア」という表現は、バーニアキャリパーを指す場合があります。より広い意味での口語表現では、これらの表現はバーニア目盛のない他の種類のキャリパーを指す場合もあります。機械工場では、「キャリパー」という用語は、外側マイクロメーターも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比して使われることがよくあります。この場合、キャリパーは測定器の形状のみを意味します。
最古のノギスは、イタリア沿岸近くのギリシャのジリオ号の難破船で発見された。この船の発見は紀元前6世紀のものである。木製のノギスにはすでに固定された顎と可動する顎が備わっていた。[ 4 ] [ 5 ]ノギスは発見例は少ないものの、ギリシャ人やローマ人によって使用され続けた。[ 5 ] [ 6 ]
西暦9年に作られた青銅製のノギスは、中国の新王朝時代に微細な測定に使用されました。ノギスには「石建国元年1月1日[ a ]貴佑日に作られた」という銘文が刻まれています。ノギスには「溝とピン」があり、「インチと10分の1インチ単位で目盛りが付けられている」とのことです。[ 7 ] [ 8 ]
現代のノギスは、ペドロ・ヌネスのノニウスを改良したものとして、ピエール・ヴェルニエによって発明された。
内径測定器は、物体の内部寸法を測定するために使用されます。
外側ノギスは、物体の外寸を測定するために使用されます。
このタイプのノギスにも、内径ノギスと同様の観察と測定方法が適用されます。ノギスの限界と使用方法を理解していれば、高い精度と再現性を実現できます。特に、非常に長い距離を測定する場合に有効です。例えば、大径パイプの測定にノギスを使用する場合を考えてみてください。ノギスには、この大径パイプをまたいで、同時にパイプの直径の最外端まで届くだけの深さ測定能力がありません。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、コンパスとも呼ばれるディバイダーキャリパーが位置をマークするために使用されます。先端はケガキ針として機能するように研がれており、一方の脚をセンターポンチまたはプリックポンチで作られたくぼみに差し込み、もう一方の脚を回転させてワークピースの表面に線を引くことで、円弧または円を形成します。
その名の由来となった用途は、任意の幅のワークピースを等幅のセクションに分割することです。ツールを一方の端からもう一方の端まで、ある点から次の点へと回転させて「歩かせ」、反対側の端に到達させ、その「歩かせ」が終点に直接当たるまで点間の間隔を調整することで、測定することなく等幅の分割を簡単にマークすることができます。
ディバイダーキャリパーは、地図上の2点間の距離を測定するためにも使用されます。キャリパーの両端を、距離を測定する2点に合わせます。キャリパーの開口部は、別の定規で測定して実際の距離に変換するか、地図上に描かれた縮尺で直接測定します。海図では、距離は地図の両側に表示されている緯度目盛りで測定されることがよくあります。例えば、経度子午線などの大円に沿った1分角は、およそ1海里または1852メートルです。
ディバイダーは医療分野でも使用されています。ECG（またはEKG）キャリパーは心電図上の距離を転写し、適切な目盛りと組み合わせることで心拍数を測定できます。ポケットサイズのキャリパー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 ]
左図に示すようなオッドレッグキャリパー、ハー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、一般的に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。曲がった脚をワークピースの端に沿って動かし、ケガキ針で所定の距離に印を付けることで、端に平行な線を引くことができます。
左の図において、最上部のキャリパーは、曲がった脚部にわずかな段差があり、縁にしっかりと固定できるようになっています。下部のキャリパーにはこの段差はありませんが、摩耗に応じて調整可能な交換式スクライバーを備えており、過度に摩耗した場合は交換することも可能です。
ラベルの付いた部分は
図中のノギスは、メートル目盛で約2.475cm （ 主目盛から読み取った2.4cmに、副目盛から読み取った約0.075cmを加えた 値）の主値を示しています。
ノギスには「ゼロ点誤差」があることがよくあります。これは、ノギスの ジョーを閉じた状態でも、0.000 cm と正確に読み取れないことを意味します。ゼロ点誤差は、必ず測定値から差し引く必要があります。このノギスのゼロ点誤差が 0.013 cm だと仮定すると、長さの測定値は 2.462 cm になります 。
どのような測定においても、測定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、主読み取り値とゼロ点読み取り値は、バーニアスケールの最小間隔の幅（0.0025 cm）に対応する長さの半分をプラスマイナスした範囲内に収まります。これらは「絶対」誤差であり、絶対誤差は加算されるため、長さの読み取り値は、バーニアスケールの最小間隔の全幅（0.005 cm）に対応する長さをプラスマイナスした範囲 内に収まります。測定に系統誤差が影響しないと仮定すると（機器が完全に機能すると仮定すると）、完全な測定値は 2.462 cm ± 0.005 cmとなります。
バーニアキャリパー、ダイヤルキャリパー、デジタルキャリパーは、測定距離を高精度かつ正確に直接読み取ります。機能的には同一ですが、測定結果の読み取り方法が異なります。これらのキャリパーは、固定されたジョーを備えた目盛り付きスケールと、目盛りに沿ってスライドするポインター付きの別のジョーで構成されています。ジョー間の距離は、3種類それぞれ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することで読み取り精度を高めることができます。これは単純な目盛り付きノギスですが、バーニア目盛りを追加することでより正確な補間が可能になり、これが一般的な方法となっています。これがバーニアノギスです。
ノギス、ダイヤルキャリパー、デジタルキャリパーは、内径（右図の最上部のジョーを使用）、外径（下側のジョーを使用）、そして多くの場合、可動ヘッドに取り付けられ本体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。このプローブは細長く、他の測定ツールでは測定が難しい深い溝にも入り込むことができます。
バーニアスケールには、スケールの下部にメートル法の目盛り、上部にインチの 目盛りが付いている場合もあれば、インチを使用する国ではその逆の場合もあります。業界で一般的に使用されているバーニアキャリパーは、0.01 mm (10マイクロメートル )、つまり 1 インチの 1000 分の 1 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 ]
使いこなすのに多少の練習が必要なバーニア機構の代わりに、ダイヤルキャリパーはシンプルなダイヤルでミリメートルまたはインチの最後の小数点以下の値を読み取る。
この計測器では、小型で精密なラックアンドピニオン機構が円形ダイヤル上のポインターを駆動し、バーニア目盛を読む必要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加算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つの物体のサイズの差を測定すること、または基準となる物体を使用してダイヤルを設定し、その後、基準となる物体に対する後続の物体のサイズのプラスマイナスの差を直接読み取ることができること）を可能にします。
ダイヤルキャリパーのスライドは通常、小さなレバーやネジを使って設定位置で固定できます。これにより、部品の寸法を簡単に合否判定できます。
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、ミリメートルとインチ（分数または小数）の単位を切り替えることができます。すべてのデジタルノギスは、スライド上の任意の位置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分測定が可能です。デジタルノギスには「読み取りホールド」機能が搭載されている場合があり、ディスプレイが見づらい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、レバーまたはネジでロックできます。
一般的な150 mm (6インチ)のステンレス鋼製デジタルノギスの定格精度は ± 0.02 mm ( 0.001インチ)、分解能は 0.01 mm (0.0005インチ) です。[ 11 ]同じ技術はより長いノギスにも使用されますが、精度は100～200 mm (4～8インチ) の測定では ± 0.03 mm (0.001インチ) に、 200～300 mm (8～10インチ)の測定では± 0.04 mm (0.0015インチ) に低下します。[ 12 ]
多くのデジタルノギスには、容量式リニアエンコーダが内蔵されています。安価なモデルでは、スライド式ディスプレイのプリント基板上に56枚の細いエミッタプレートと1枚の長いレシーバプレートがエッチングされており、これらは長い「ステータ」基板上のT字型プレートの繰り返しパターンと交差します。「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ます。ステータ内の各「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整列せず、干渉パターンを形成します。[ 15 ]スライダーが移動すると、これらの可変容量は繰り返し線形的に変化します。スライダーの回路は、スライドしながら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分解能を実現します。[ 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 (見た目は同じだが、周期の 1/8 だけ位相がずれている) が送信され、[ 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単一のレシーバ プレートを通して読み取られる。[ 18 ] 1983 年のドイツ特許 DE3340782C2 (図を参照) にその動作が記載されていると言われている。[ 19 ]
他のデジタルノギスには誘導型リニアエンコーダが搭載されており、冷却液などの汚染物質が存在する場合でも安定した性能を発揮します。[ 20 ]また、磁気型リニアエンコーダが使用されているデジタルノギスもあります。
現代のデジタルノギスは、繰り返し測定を迅速化し、人的ミスを回避し、デジタルレコーダー、スプレッドシート、統計的プロセス管理プログラム、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への直接データ入力を可能にするために、シリアルデータ出力機能を備えています。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ースデバイスは、自作または購入が可能です。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。
目盛り付きネジを用いて測定するキャリパー（スライド式ではないもの）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ます。この記事では、他の種類のキャリパーを指す場合、マイクロメータとは区別して「キャリパー」という用語が用いられることがあります。
上記各タイプのキャリパーには、それぞれ長所と短所がある。
ノギスは頑丈で精度が長持ちし、冷却液にも強く、磁場の影響を受けず、耐衝撃性にも優れています。センチメートル目盛とインチ目盛の両方を備えているものもあります。しかし、ノギスの目盛りを読むには視力が良いか、拡大鏡が必要で、遠くからやや不自然な角度からでは読みにくい場合があります。また、最後の桁を読み間違えやすいという欠点もあります。製造現場では、一日中ノギスを読み取るのはミスが発生しやすく、作業員にとって煩わしい作業です。
ダイヤルキャリパーは、特に揺らしながら針の動きを観察することで正確な中心を見つける場合、比較的読み取りやすい。比較のために任意の位置をゼロに設定できる。しかし、衝撃による損傷を受けやすく、ギアに汚れが入り込みやすいため、精度に問題が生じる可能性がある。
デジタルノギスは、センチメートルとインチの単位系を簡単に切り替えることができます。どの位置でも簡単にゼロに設定でき、どちらの方向にもフルカウントが可能です。また、「ホールド」キーを使用するか、ディスプレイをゼロに設定してジョーを閉じることで、ディスプレイが完全に隠れていても測定できます。この場合、正しい測定値が表示されますが、値はマイナスになります。ただし、機械的にも電子的にも壊れやすい場合があります。また、ほとんどの機種は電池が必要で、冷却液に対する耐性も高くありません。さらに、耐衝撃性もそれほど高くなく、汚れにも弱いという欠点があります。
ノギスは0.01 mm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150 mm (6インチ) のノギスで約±0.02 mmまたは0.001インチ より良くなく、より長いノギスではさらに悪くなります。[ 28 ]
目的の寸法を測定するには、ノギスを対象物に正しく当てなければなりません。例えば、板の厚さを測定する場合、ノギスは対象物に対して直角に当てる必要があります。円形または不規則な形状の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。
ノギスを用いた測定の精度は、操作者の技量に大きく左右されます。ノギスの種類に関わらず、測定対象物にノギスのジョーをしっかりと接触させる必要があります。対象物とノギスはどちらもある程度弾性があるため、加える力の量が測定値に影響します。一定の力でしっかりと接触させるのが正しい方法です。力が強すぎると対象物と工具が変形し、測定値が小さくなります。逆に力が弱すぎると接触が不十分になり、測定値が大きくなりすぎます。これは、機械的な利点をもたらすホイールを備えたノギスでは特に問題となります。特にデジタルノギス、調整不良のノギス、またはビームの品質が低いノギスでは、この問題が顕著になります。
単純なノギスは目盛りが付いていないため、測定値をスケールと比較する必要があります。目盛りがノギスに内蔵されているか否かにかかわらず、アナログ式のノギス（バーニア式とダイヤル式）はすべて、最高の精度を得るためには良好な視力が必要です。この点において、デジタルノギスは優れています。
校正済みのノギスは、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ているときは、当然ゼロを示すはずです。示さない場合は、再校正または修理が必要です。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強い衝撃や偶発的な損傷があると、ゼロがずれるほど大きな影響が出る可能性があります。[ 29 ]デジタルノギスには、素早く再校正するためのゼロ設定ボタンがあります。
バーニアキャリパー、ダイヤルキャリパー、デジタルキャリパーは、その用途を拡張するアクセサリーと組み合わせて使用できます。例えば、深さゲージとして使用できるベースや、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、あらゆるキャリパー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ー（Starrett Mul-T-AnvilやMitutoyo Uni-Mikeなど）と同様に、外部キャリパー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キャリパーを使用する方法は、「実際の読み取り値 = 主尺 + ノギス − (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とき、または互いに接触しているときに、0.00 mm での校正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 から正の値にずれていることを意味します。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 から負の値にずれていることを意味します 。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、アッベ誤差の影響を受ける。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する。[ 30 ]
西暦9年の日付入り要約版。
