定盤

定盤は、精密検査、マーキング（レイアウト）、およびツールのセットアップ用の主要な水平基準面として使用される、頑丈で平らなプレートです。 ^[1]定盤は、ワークピースのすべての測定の基準としてよく使用されるため、1つの主要表面は、グレード0のプレートの場合、2960 mmあたり11.5 μmまたは0.0115 mm未満の許容差で非常に平坦に仕上げられています。^{[2]定盤は製造業で一般的なツールであり、}座標測定機、精密光学アセンブリ、またはその他の高精度科学および産業用機械などの機械の統合構造要素となるように、取り付けポイントが取り付けられていることがよくあります。プレートは通常、正方形または長方形ですが、任意の形状に切断できます。

一部の計測機器の精度を表すために、AA、A、B、ワークショップ グレードなど、さまざまなグレードが使用されています。ワークショップ グレードは最も精度が低いですが、すべてのグレードの定盤は高い平坦度が保たれています。

定盤は、欠け、反り、または摩耗が発生していないことを確認するために定期的に校正する必要があります。よくある問題は、特定の領域が摩耗することです。たとえば、1 か所でツールを頻繁に使用すること (高さゲージなど) によって発生する摩耗により、表面が不均一になり、プレートの全体的な精度が低下します。研磨粉塵が存在すると、この現象が大幅に加速される可能性があります。ツールやワークピースを定盤に落とすと、損傷が発生することもあります。また、切りくずやその他の破片が除去されていない場合にも損傷が発生する可能性があります。これにより、誤った測定が発生します。プレートの損傷は、プレートのグレードに応じて特殊な技術と機器を必要とする再表面処理によってのみ修正できます。

ほとんどの機械式精密機器とは異なり、定盤の精度はより正確な基準から得られるわけではありません。代わりに、「ゲージの自動生成」の原理を適用することで精度を生み出します。このプロセスでは、ほぼ平坦な 3 つの表面を、間に着色剤を挟んで 2 つずつ手でこすり合わせ、高い部分を手で削ることで、徐々に正確な平坦さに仕上げていきます。安定した相互共役な表面形状は平面だけなので、この削り取りによって平坦度の誤差はすべて除去されます。

高精度定盤の重要性は、1800年頃にヘンリー・モーズレーによって初めて認識されました。彼は、鋳鉄製の定盤を削って平らにしたり、一対の定盤の間に青い印をこすりつけて欠陥を目立たせたり、凹面と凸面のペアが合わないようにして平らさを保証するために定盤を3枚一組で作業したりするシステムを考案しました。^[3]

1803年生まれのジョセフ・ウィットワースは、1825年からモーズレイの弟子だったが、1833年に自分の会社を立ち上げた時には辞めていた。彼は1840年にイギリス機械学会にこの工程を論文「金属の真の平面または表面の作製について」で説明した。これは、1856年にグラスゴーで開催されたイギリス機械学会の創立総会で会長演説した際に語ったものである。^{[4] [5]} 1840年の論文とモーズレイでの過去の仕事から、一部の著述家は表面板削り技術の考案者はモーズレイではなくウィットワースであると主張するようになった。^[6]

第二次世界大戦前は、定盤の標準的な材料は金属でしたが、さまざまな国の戦争活動により、金属の入手が困難になりました。オハイオ州デイトンの記念碑兼金属店のオーナー (Wallace Herman) は、発明好きな従業員の Donald V. Porter とともに、定盤に金属の代わりに花崗岩を使い始めました。今日でも、ほとんどの定盤は黒色花崗岩 (より正確には黒色輝緑岩)で作られており、より耐摩耗性の高い定盤は石英含有花崗岩で作られています。石英はより硬い石なので、これらの花崗岩定盤の石英含有量によって定盤の耐摩耗性が向上します。黒色花崗岩は、その優れた剛性、優れた振動減衰性、および改善された機械加工性のため、機械の土台、花崗岩アクセサリ、およびカスタム アプリケーションで主に使用されています。石英含有花崗岩（通常はピンク、白、または灰色）は、黒色花崗岩ほど硬くないため、表面プレートに使用される種類の材料と同等の耐荷重能力を提供するために、黒色花崗岩よりも厚く作られることが多いです。

花崗岩定盤が損傷すると、通常は欠けが生じますが、平面全体の精度には影響しません。欠けたとしても、別の平らな面が欠けた定盤の損傷していない部分に接触する可能性がありますが、鋳鉄定盤が損傷すると、周囲の材料が作業面より上に持ち上がり、検査対象物が定盤と平行でなくなることがよくあります。

花崗岩は本質的に安定しており、非磁性で、振動減衰特性に優れ、錆びません。

1961 年 8 月 3 日、連邦仕様 GGG-P-463B が発行され、精密位置決めレイアウトおよび検査作業で使用する火成岩 (花崗岩) 定盤の要件を米国慣用単位で提供しました。これには、新規認証、現場での再認証、および再表面処理後の再認証が含まれていました。GGG-P-463B は後に改訂され、1973 年 9 月 12 日に GGG-P-463C として再発行され、定盤の製造および商取引に共通の言語と分類用語を提供しました。1977 年 6 月 15 日、メートル単位での要件を含めるために連邦仕様の修正が発行されました。

GGG-P-463C は発行以来、アメリカの産業界で広く使用されてきたが、政府は産業界の進歩に追いつくための新たな改訂版を発行しなかった。アメリカ機械学会 (ASME) は、現代の技術に合わせて連邦仕様を改訂する委員会を設立することを決定した。最も注目すべきは、現在受け入れられている定義を含むより完全な用語集が追加され、規格の現在のユーザーに馴染みやすい新しい形式が使用されたことである。ASME はまた、1973 年以来大幅に発展してきたトレーサビリティや測定不確かさなどの現代の概念を組み込むために更新が必要であることを認識した。2013 年 6 月、ASME は連邦仕様 GGG-P-463C をアメリカ国家規格 (ANS) ASME B89.3.7 – 2013 Granite Surface Plates に置き換えた。^[7] ISO 規格では、花崗岩定盤の ISO8512-2 を定義しているが、現在使用されているのは 1990 年まで遡るようだ。^[8]

第二次世界大戦以前は、ほぼすべての定盤はリブ付き鋳鉄で作られており、リブは、堅固な構造による重量を増やさずに剛性を高めるために使用されていました。鋳鉄は、時間の経過とともにプレートがねじれたり歪んだりする可能性を減らすために、金属のストレスを軽減するために熟成されました。

鋳鉄定盤は現在、一定の精度を達成するために花崗岩定盤を研磨するためのツールとして生産現場で頻繁に使用されています。この金属は、大きな平らな表面全体に研磨媒体を浸透させることができます。

鋳鉄は機械工場での人気が低下しているにもかかわらず、実験室の計量専門家、機械製造業者、ゲージメーカー、および平坦度の測定を必要とするその他の高精度産業では、マスター表面（定盤とは異なる用途）の材料として依然として最も人気があります。適切に鋳造された鋳鉄は、花崗岩やセラミックよりも寸法的および幾何学的に経時的に安定しており、^{[9] より}高い平坦度に加工しやすく、他のマスター標準の作成に役立つより優れた支持面を提供します。これらの特殊な定盤は、使用する会社によって3枚セットで製造されるため、プレートは定期的に検証および改良することができ、ホイットワース3プレート法などによっても行われるため、再調整に出す必要はありません。鋳鉄は安定性が高いものの、熱膨張があるため、許容誤差の大きい生産用途での通常の定盤として使用するには適していません。対照的に、マスター表面の性質と用途により、材料の選択に関係なく、すでに温度を制御するための高価な手段が必要であり、鋳鉄が好まれるようになります。

鋳鉄は花崗岩とは異なり、非常に均一な光学特性を持ち、ガラスやセラミックとは異なり光の浸透深度が非常に小さいため、特定の光学用途に適しています。^[10]

ガラスは代替材料であり、第二次世界大戦中に材料と製造能力が不足していたときに使用されました。ガラスは適切に研磨することができ、ねずみ鋳鉄を使用する場合に問題となる バリを発生させるのではなく、欠けるという利点があります。

定盤は、定規、直定規、ゲージブロック、正弦バー、正弦プレート、ダイヤルインジケータ、平行線、角度プレート、高さゲージなどの付属品と組み合わせて使用​​します。

適切な平坦性を維持し、長期間にわたって測定精度を確保するには、花崗岩定盤の校正を定期的に実行する必要があります。校正の間隔は、定盤が置かれている環境によって異なります。必要に応じて、測定値をグレード ガイドライン内に収めるために、ラッピングまたは再表面処理が行われます。この手順には、不要な材料をすべて取り除くために研磨ペーストで表面を研磨することが含まれます。花崗岩定盤の校正には、クリーニングと軽い研磨も含まれます。

• ロルト、LTC ( 1986 ) [1965]。仕事のためのツール。HMSO。ISBN 0112904335。

• リード、デビッド T. (1991)。ツール設計の基礎(第 3 版)。ディアボーン、ミシガン州: 製造技術者協会。ISBN 0-87263-412-4。

• ウィキメディア・コモンズの表面プレートに関連するメディア
• ウィットワース製の定盤2枚
• 「花崗岩表面プレート」。LS Starrett Company 。 2012年1月27日閲覧。
• 「よくある質問」。LS Starrett Company。2007年 2 月 15 日閲覧。