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ゲージブロック（ゲージブロック、ヨハンソンゲージ、スリップゲージ、またはジョーブロックとも呼ばれる）は、精密な長さを計測するためのシステムです。個々のゲージブロックは、特定の厚さに精密に研磨された金属またはセラミック製のブロックです。ゲージブロックは、さまざまな標準長さのブロックがセットで販売されています。使用時には、ブロックを積み重ねて目的の長さ（または高さ）を作ります。
ゲージブロックは、1896年にスウェーデンの機械工カール・エドヴァルド・ヨハンソンによって発明されました。[ 1 ]マイクロメーター、サインバー、キャリパー、ダイヤルインジケーター（検査目的で使用される場合）など、機械工場 で使用される測定機器の校正基準として使用されます。ゲージブロックは、産業界で使用される長さ標準化の主要な手段です。[ 1 ]
ゲージブロックの重要な特徴は、寸法誤差を極めて少なくして接合できることです。ブロックは、ねじりと呼ばれる摺動プロセスによって接合され、その超平坦な表面同士が密着します。少数のゲージブロックを使用することで、広い範囲で正確な長さを測定できます。30個のブロックから3個ずつ選択して使用することで、3.000mmから3.999mmまでの1000通りの長さを 0.001mm 刻み（または0.3000インチから0.3999インチまで0.0001 インチ刻み）で測定できます。
ゲージブロックは、対向する2つの面が精密に平らに平行に研磨され、正確な距離だけ離れた金属またはセラミックのブロックです。標準グレードのブロックは硬化鋼合金で作られていますが、校正グレードのブロックは、より硬く摩耗が少ないため、タングステンカーバイド（WC）、クロムカーバイド（CrC）、またはセラミック（SiO2ベース）で作られることがよくあります。[ 2 ] ゲージブロックは、さまざまな長さのブロックのセットと追加の摩耗ブロックで提供され、それらを積み重ねることでさまざまな標準長さを構成できます。各ブロックの長さは、刻印されている公称長さよりも実際にはわずかに短くなっています。これは、刻印された長さには、通常の使用時に隣接するブロック面を分離する潤滑剤の膜であるリングフィルムの長さが含まれているためです。リングフィルムの厚さは約25ナノメートル（0.98μin ）です。[ 3 ]ゲージの公称長さは、干渉長としても知られています。[ 4 ]
使用時には、ゲージブロックをセットから取り外し、保護コーティング（ワセリンまたはオイル）を拭き取り、必要な寸法になるようにまとめて積み重ねます。ゲージブロックは20 ℃（68 °F）で正確に校正されており、測定時にはこの温度に保つ必要があります。これにより、熱膨張の影響を軽減できます。ゲージブロックが使用中に損傷しないように保護するため、可能な限り、タングステンカーバイドなどのより硬い物質で作られた摩耗ブロックを、積み重ねた両端に配置します。
機械工や工具職人は、サイズ誤差の蓄積を避けるため、できるだけ少ないブロックで構成されるスタックを使用しようとします。たとえば、合計が 0.638 で 2 つのブロック (0.500 ブロックと 0.138 ブロックを合わせたもの) で構成されるスタックは、合計が 0.638 で 4 つのブロック (たとえば、0.200、0.149、0.151、および 0.138 をすべて合わせたもの) で構成されるスタックよりも好ましいです。各ブロックのサイズ公差は数百万分の 1 インチであるため、それらを積み重ねると累積的な不確かさ () が生じます。ただし、複数のブロックによる積み重ね誤差は、最も要求の厳しい用途を除いて、通常は無視できます。忙しい工場では、一部のブロックは他の場所で使用されているため、その時点で利用可能なブロックからスタックを作成します。通常、数百万分の 1 インチの差は検出できず、その文脈では問題になりません。極めて高い精度が求められる状況は稀であり、追加費用が必要となる（例えば、より多くのブロックセットや、より高品質のブロックなど）。
絞り込みとは、2 つのブロックを互いにスライドさせて、それらの面を接着させるプロセスです。ゲージ ブロックは超平坦な表面のため、絞り込むと互いにしっかりと接着します。適切に絞り込まれたブロックは、300 N (67 lbf)の引っ張りに耐えることができます。[ 5 ]このメカニズムは、次の組み合わせです。[ 4 ] [ 5 ]
最後の 2 つの情報源が最も重要であると考えられています。[ 4 ]ブロックの摩擦に関する実験では、絞りによる鋼表面からの酸化皮膜の除去が絞り作用において重要な役割を果たしていることも示唆されています。[ 7 ]
磁力は一切関係ありませんが、ユーザーにとってはブロック同士がくっつく感覚は、冷蔵庫の弱いマグネットがくっつくような感じがします。ただし、マグネットとは異なり、このくっつきはブロックが完全に結合している間だけ持続します。マグネットのように、目に見える隙間があってもブロック同士が引き合うことはありません。
絞り出すプロセスは4つのステップから成ります。[ 4 ]
使用後、ブロックは腐食を防ぐために再油またはグリースが塗布されます。特定のゲージブロックの絞り能力は、絞りやすさ。公式には「外部手段がない状態で、2つの表面が互いにしっかりと接着する能力」と定義されています。絞りやすさの最小条件は、表面仕上げが1マイクロインチ（0.025μm）AA以上、平坦度が少なくとも5μインチ（0.13μm）。 [ 4 ]
絞りやすさを測定するための正式なテストがあります。まず、標準プロセスを使用してブロックを絞り用に準備します。次に、ブロックを適度な圧力をかけながら、 2インチ (51 mm) の基準グレード ( 1 μin [0.025 μm]の平面度) の石英光学フラット上をスライドさせます。次に、ゲージブロックの底面を (光学フラットを通して) 油や色がないか観察します。連邦規格 0.5、1、2 および ISO 規格 K、00、0 の場合、ゲージブロックの下に油や色が見えないはずです。連邦規格 3 および ISO 規格 1、2 の場合、表面積の 20% 以下に油や色が見えるはずです。このテストは、0.1インチ (2.5 mm)より薄いゲージブロックでは、緩和状態では平坦にならない傾向があるため、実施が困難です。[ 4 ]
写真に写っている付属品は、ゲージブロックセットの用途を広げるためのホルダーとツール一式です。これらは、基準点、ケガキ針、そして外側または内側のキャリパージョーのように機能する様々な形状のブロックとともに、大きなブロックをしっかりと固定する手段を提供します。円錐形の先端を持つものは、穴の中心間距離の測定を容易にします。外側のキャリパージョー付属品を備えたゲージブロックのスタックをすべて固定すれば、素早く組み立てられるカスタムサイズの合否判定ゲージとして機能します。
表面を傷つけない特殊なゲージブロックストーンを使用して、傷やバリを取り除き、絞りやすさを維持します。[ 4 ]
ゲージブロックを絞り出す準備には、2つの絞りパッドが使用されます。1つ目はオイルパッドで、ブロックに薄いオイル層を塗布します。2つ目はドライパッドで、オイルパッドを使用した後にブロックから余分なオイルを取り除きます。[ 4 ]
ゲージブロックは、用途に応じてさまざまなグレードで入手可能です。[ 8 ]等級の基準は、寸法の公差の厳しさです。したがって、グレードが高いほど公差が厳しくなり、精度と確度が高くなります。さまざまな等級規格には、JIS B 7506-1997 (日本)/DIN 861-1980 (ドイツ)、ASME (米国)、BS 4311: Part 1: 1993 (英国) などがあります。同じグレード内でも、材料の厚さが増すにつれて公差は変化します。
より新しい等級区分には、（米国連邦規格 GGG-G-15C）が含まれます。
また、ANSI/ASME B89.1.9Mでは、公称寸法からの絶対偏差と平行度限界の両方を等級判定基準として定義しています。一般的に、等級は旧米国連邦規格等級に相当し、以下のようになります。
ANSI/ASME規格は、ISO 3650に規定されているのと同様の理念に基づいています。各等級およびブロックサイズごとの許容差に関する詳細については、下記のNISTの参照資料をご覧ください。また、「商用ゲージブロックの許容差」（長さは校正済み厚さを指します）のE-4ページもご参照ください。
ゲージブロックは通常、硬化合金工具鋼、セラミック、または超硬合金（タングステンカーバイドやタンタルカーバイドなど）で作られています。多くの場合、超硬合金の硬度はビッカース硬度 1500です。ロングシリーズブロックは、2枚のスリップを固定するための穴が開いた断面（35 × 9 mm）を持つ高品質鋼で作られています 。これらは炭素鋼でも入手可能です。鋼ブロックは焼き入れと焼き戻しが行われます。硬度は、使用中のゲージの摩耗速度を遅くするため重要です（ピン、ねじプラグ、リングなどの他の種類のゲージも焼き入れされるのはこのためです）。ブロックのサイズへの切断は、研削とラッピングによって行われます。通常、メッキやその他のコーティングは行われません。ブロックはごく少量の油で保管され、乾燥した温度管理された環境で保管および使用されます。メッキやコーティングのない鋼ゲージブロックは、錆びることなく何十年も使用できます。
ゲージブロックセット、別名「ジョーブロック」は、スウェーデンの発明家カール・エドヴァルド・ヨハンソンによって開発されました。[ 9 ]ヨハンソンは1888年にスウェーデンのエシルストゥーナにある国営兵器廠カール・グスタフス・スタッズ・ゲヴァールスファクトリ（カール・グスタフの町のライフル工場）で兵器検査官として雇用されました。彼は当時カール・グスタフでライセンス生産されていたレミントンライフルの部品を測定するための高価な工具に関心を持っていました。1894年にスウェーデンがモーゼルカービンの改良型を採用したとき、ヨハンソンはカール・グスタフでのライセンス生産（数年後に開始）に備えてモーゼルの測定方法を研究する機会に非常に興奮しました。しかし、ドイツのオーバーンドルフ・アム・ネッカーにあるモーゼル工場への訪問は失望に終わりました。帰りの電車の中で、彼はその問題について考え、あらゆる長さを構成できるようなブロックのセットというアイデアを思いついた。
それまでにも、やすり掛け用ゲージや合否ゲージなど、作業現場で使用するために工具室で個別に特注製作されるゲージの使用が増加してきた長い歴史があった。しかし、ヨハンソンが構想したような、さまざまな長さに調整するために組み合わせることができる超精密ゲージブロックは、これまで存在しなかった。
ヨハンソンは帰宅後、妻のシンガーミシンを研削・ラッピングマシンに改造した。ライフル工場の研削盤では精度が不十分だったため、彼はこの精密作業を自宅で行うことを好んだ。妻のマルガレータは、最初の試作を手伝った。ヨハンソンがカール・グスタフでこの装置を実演すると、雇用主は彼がアイデアを発展させるための時間とリソースを提供した。ヨハンソンは1901年5月2日に最初のスウェーデン特許、SE特許番号17017「精密測定用ゲージブロックセット」を取得した。ヨハンソンは1917年3月16日にスウェーデンの会社CE Johansson AB（「CEJ」としても知られる）を設立した。
ヨハンソンは長年アメリカに滞在し、生涯で大西洋を22回横断した。アメリカで最初のCEJゲージブロックセットは、 1908年頃にキャデラック自動車会社のヘンリー・M・リーランドに販売された。アメリカで最初のゲージブロックセットの製造工場は、1919年にニューヨーク州ダッチェス郡ポキプシーに設立された。第一次世界大戦後の不況と1920年から21年の恐慌の経済環境は会社にとってあまり良い結果にはならなかったため、1923年にフォードモーター社のヘンリー・フォードに手紙を書き、会社を救うために協力することを提案した。ヘンリー・フォードは興味を示し、1923年11月18日にミシガン州ディアボーンでヘンリー・フォードの下で働き始めた。 Hounshell (1984) は Althin (1948) やさまざまなアーカイブ一次資料を引用して、「ヘンリー・フォードは1923 年にスウェーデンの C. E. Johansson の有名なゲージ製造事業を買収し、すぐにディアボーンの研究所施設に移転した。1923 年から 1927 年にかけて、Johansson 部門はフォードの工具室や、それを購入できるあらゆるメーカーに「Jo-blocks」を供給した。また、生産で使用されるフォードの「合格」ゲージと「不合格」ゲージ、その他の精密生産装置も製造した。」[ 10 ]
20世紀初頭、米国インチは事実上次のように定義されました。25.400 0508 mm (基準温度68 °F [20 °C ]の場合) および英国インチ 25.399 977 mm (基準温度62 °F [17 °C] )。[ 11 ] 1912 年に Johansson がインチサイズのゲージブロックの製造を開始したとき、Johansson の妥協は、公称サイズが 25.399 977 mm のゲージブロックを製造することでした。 25.4 mm、基準温度は20 °C (68 °F)で、公式定義の 2 つに対して数 ppm 以内の精度です。ヨハンソンのブロックは非常に人気があったため、彼のブロックは国際的に製造業者の事実上の標準となり、[ 11 ] [ 12 ]他のゲージブロック製造業者は、ヨハンソンの定義に従って、彼のブロックと同等に設計されたブロックを製造しました。[ 13 ]
1930年、英国規格協会は正確に1インチを25.4 mm。アメリカ規格協会は1933年にこれに倣った。1935年までに、16か国の産業界が「工業用インチ」として知られるようになったこの規格を採用し、[ 14 ] [ 15 ]事実上、ヨハンソンの実用的な変換比率の選択を支持した。[ 11 ]
1936年、72歳になったヨハンソンは、引退してスウェーデンに帰国する時期だと感じた。彼の死後間もない1943年、彼はスウェーデン王立工学アカデミーから大金メダルを授与された。
1948年、ブラウン＆シャープは フォード・モーター社からC. E. ヨハンソンブランドの権利を購入し[ 16 ] 、 C. E. ヨハンソンとブラウン＆シャープのロゴが入ったブロックが製造されました。C. E. ヨハンソンとフォードのロゴが入ったブロックは、今日でも使用されているのを見かけます。
ゲージブロックと同様に、これらは精密研磨された円筒形の棒で、穴の直径を測定するためのプラグゲージとして、または合否ゲージなどの部品として使用されます。
これらは、ローラーベアリングやボールベアリング、金型製作などに使用される個々のローラーまたはボールのセットとして供給されます。校正用ボールは、接触角計、CNC工作機械、および同様の機器の校正に使用できます。