エンジニアリング許容範囲

工学的許容差と は、以下の許容される変動限度のことです。

1. 物理的な次元;
2. 材料、製造物、システム、またはサービスの測定値または物理的特性。
3. その他の測定値（温度、湿度など）
4. 工学および安全においては、橋の下のトラック、列車、船、トンネル内の列車などの物理的な距離または空間（許容範囲）（構造限界および荷重限界を参照）。
5. 機械工学では、ボルトとナットの間や穴などの空間。

寸法、特性、または条件には、システム、機械、構造などの機能に大きな影響を与えることなく、ある程度の変動がある場合があります。許容範囲を超える変動 (たとえば、温度が高すぎる、または低すぎる) は、非準拠、不合格、または許容範囲を超えていると言われます。

主な関心事は、他の要因やプロセスの結果に影響を与えずに許容範囲をどの程度にできるかを判断することです。これは、科学的原理、エンジニアリングの知識、および専門的な経験を利用して行うことができます。実験調査は、許容範囲の影響を調査するのに非常に役立ちます。実験計画、正式なエンジニアリング評価などです。

仕様書に適切な工学許容値が記載されているからといって、それだけでそれらの許容値への準拠が達成されるというわけではありません。実際の製品の製造 (またはシステムの運用) には、入力と出力の何らかの固有の変動が伴います。測定誤差と統計的不確実性も、すべての測定に存在します。正規分布では、測定値の裾が、プロセス平均からのプラスマイナス 3 標準偏差をはるかに超える範囲に広がることがあります。片方 (または両方) の裾のかなりの部分が、指定された許容値を超える場合があります。

システム、材料、製品のプロセス能力は、指定されたエンジニアリング許容値と互換性がある必要があります。プロセス制御が実施されている必要があり、総合品質管理などの効果的な品質管理システムによって、実際の生産を望ましい許容値内に維持する必要があります。プロセス能力指数は、許容値と実際の測定された生産との関係を示すために使用されます。

許容範囲の選択は、意図された統計的サンプリング計画と、許容品質レベルなどのその特性によっても影響を受けます。これは、許容範囲を非常に厳格にする必要があるか (100% 適合性に対する高い信頼性)、または許容範囲外のわずかな割合が許容される場合があるかという問題に関係します。

田口玄一氏らは、従来の両側公差はフットボールの試合における「ゴールポスト」に似ていると示唆しています。つまり、その公差内のすべてのデータは同等に受け入れられることを意味します。代替案としては、最良の製品は、正確に目標通りの測定値を持つということです。設計パラメータの目標値からの偏差または変動の関数である損失が増加します。目標からの偏差が大きいほど、損失が大きくなります。これは、田口損失関数または品質損失関数として説明され、慣性公差と呼ばれる代替システムの重要な原理です。

サヴォワ大学のM.ピレットと同僚^{[1]が実施した研究開発作業により、業界固有の採用が実現しました。 [2]}最近、フランス規格NFX 04-008が発行されたことで、製造業界でのさらなる検討が可能になりました。

寸法公差は、機械工学におけるフィットと関連がありますが、異なります。フィットとは、2 つの部品間の設計上のクリアランスまたは干渉のことです。許容差は、製造目的で部品に割り当てられ、許容可能なビルドの境界となります。寸法を公称値に正確に保持できる機械はないため、許容可能な程度のばらつきがある必要があります。部品が製造されても寸法が許容差外である場合、設計意図に従って使用できる部品ではありません。許容差はどの寸法にも適用できます。よく使用される用語は次のとおりです。

基本サイズ

シャフト (またはボルト) と穴の公称直径。これは通常、両方のコンポーネントで同じです。

低い偏差

最小可能なコンポーネント サイズと基本サイズの差。

上限偏差

最大可能コンポーネント サイズと基本サイズの差。

根本的な逸脱

コンポーネントと基本サイズ間のサイズの最小差。

これは、シャフトの上限偏差と穴の下限偏差と同じです。^{[3]基本偏差がゼロより大きい場合、ボルトは常に基本サイズよりも小さくなり、穴は常に広くなります。基本偏差は}許容差ではなく、許容差 の一種です。

国際公差等級

これは、コンポーネントと基本サイズ (下記参照) 間のサイズの最大差を標準化した測定値です。

たとえば、公称直径 10 mmのシャフトを穴内に滑りばめする場合、シャフトの許容範囲は 9.964 ～ 10 mm (つまり、基本偏差はゼロだが、下限偏差は 0.036 mm) に指定され、穴の許容範囲は 10.04 ～ 10.076 mm (基本偏差 0.04 mm、上限偏差 0.076 mm) に指定されます。これにより、0.04 mm (最大シャフトと最小の穴の組み合わせ、最大実体条件(MMC)) から 0.112 mm (最小シャフトと最大穴の組み合わせ、最小実体条件(LMC )) の間のクリアランスばめが提供されます。この場合、シャフトと穴の両方の許容範囲のサイズが同じ (0.036 mm) になるように選択されます。つまり、両方のコンポーネントの国際公差等級は同じになりますが、一般的にはそうである必要はありません。  

他の許容差が指定されていない場合、機械加工業界では以下の標準許容差が使用されます：^{[4] [5]}

機械部品を設計する場合、国際公差等級と呼ばれる標準化された公差のシステムがよく使用されます。標準 (サイズ) 公差は、穴とシャフトの 2 つのカテゴリに分けられます。これらは、文字 (穴の場合は大文字、シャフトの場合は小文字) と数字でラベル付けされています。例: H7 (穴、タップ穴、またはナット) および h7 (シャフトまたはボルト)。H7/h6 は、ぴったり合う非常に一般的な標準公差です。公差は、穴 H7 の場合、穴を基本寸法よりわずかに大きくする必要があることを意味します (この場合、ISO フィットの場合は 10+0.015−0 で、基本寸法より最大 0.015 mm 大きく、0 mm 小さくすることができます)。実際の増減量は基本寸法によって異なります。同じサイズのシャフトの場合、h6 は 10+0−0.009 を意味します。つまり、シャフトは基本寸法より 0.009 mm 小さく、0 mm 大きくなる可能性があります。この標準公差の方法は、限界値と適合値とも呼ばれ、ISO 286-1:2010 (ISO カタログへのリンク) に記載されています。

以下の表は、国際公差 (IT) 等級とこれらの等級の一般的な用途をまとめたものです。

統計的干渉による適合の分析も非常に有用です。これは、部品が適切に適合する頻度 (または確率) を示します。

電気仕様では、公称値 100 Ω (オーム) の抵抗器が要求される場合もありますが、許容範囲として「±1%」などの値も指定されます。これは、99～101 Ω の範囲の値を持つ抵抗器であればどれでも許容されることを意味します。重要なコンポーネントの場合、実際の抵抗が、指定された温度範囲内、指定された寿命期間などにおいて許容範囲内にとどまらなければならないと指定されることがあります。  

市販されている標準タイプの抵抗器やコンデンサ、および一部の小型インダクタには、値と許容差を示すために色付きの帯が付いていることがよくあります。非標準値の高精度部品には、数値情報が印刷されている場合があります。

許容差が低いということは、新品のとき、通常の動作条件および室温において、コンポーネントに指定された値からの偏差が小さいことを意味します。許容差が大きいということは、コンポーネントの可能な値の範囲が広いことを意味します。

これらの用語は混同されることが多いですが、違いが維持される場合もあります。「許容差 (工学)」§「許容差と公差という工学概念の混同」を参照してください。

土木工学において、クリアランスは、鉄道車両や路面電車の場合、積載限界と建築限界との差、または車両の大きさと扉の幅/高さ、高架の幅/高さ、またはトンネルの直径との差、船舶の場合、橋の下の空気の通風、閘門の幅、またはトンネルの直径を指します。さらに、水路の深喫水と川底または海底との差もあります。

• Pyzdek, T、「品質エンジニアリング ハンドブック」、2003 年、ISBN 0-8247-4614-7 
• ゴッドフリー、AB、「ジュランの品質ハンドブック」、1999 年、ISBN 0-0703-4003-X 
• ASTM D4356 一貫した試験方法の許容範囲を確立するための標準的方法

• 公差エンジニアリング設計限界と適合
• フィットのオンライン計算
• ISO 穴とシャフトの許容差/制限ページのインデックス