テストインジケータ｜面振れ・段差・平行度を高精度測定

テストインジケータ

テストインジケータは、てこ式の微小変位比較測定器であり、工作物や治具の振れ、平面度、直角度、平行度などの幾何公差を素早く評価するために用いる。プランジャを軸方向に押すダイヤルゲージに対し、テコ機構のスタイラス（触針）を斜め方向に軽く接触させるため、接触力が小さく薄物や精密部品の測定に適する。一般に測定範囲は±0.2〜±0.8 mm程度、目量は0.01 mmから0.002 mm級が多い。表示は目盛環と指針でアナログ表示するが、読み取りは相対比較（基準からのズレ量）を基本とする。

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構造と作動原理

スタイラス先端の球が被測定面に触れ、微小回転が支点（ピボット）を介して歯車・てこ比機構に伝わり、指針が角度として拡大表示する。軸受は宝石軸受を用いることが多く、摺動抵抗とヒステリシスを低減する。復帰ばねは軽く設計され、測定子の追従性を高める。構造上、接触方向とスタイラス角度により指示値が真値から外れる「コサイン誤差」が生じうるため、設置角度の管理が重要である。

種類と主要仕様

  • 測定範囲：±0.2/±0.4/±0.8 mmなど。広範囲型はてこ比を下げ、感度と直線性の折衷を図る。
  • 目量（最小目盛）：0.01/0.005/0.002 mmなど。高分解能ほど許容姿勢と環境管理が厳しくなる。
  • 取付け：φ8 mmステム、3/8″ステム、三方ダブテール溝でマグネットベースやアームに固定する。
  • スタイラス：超硬球やルビー球を用い、先端径は1〜3 mm程度が標準。延長子・曲げ子の交換が可能な機種もある。
  • 目盛仕様：左右±目盛、もしくは片側累進。外輪（ベゼル）回転でゼロ合わせを行う。

代表的な用途

  • 回転部品の振れ（TIR）測定や芯出し：チャック把持後、外周や端面を走査し最大値−最小値を読む。
  • 治具・ワークの平行出し・直角出し：定盤上でブロックを基準に走査して偏差を読む。
  • 段差・高さ差の比較測定：基準面に対し目標寸法との差を直読する。
  • 機械のセッティング：工作機械のテーブル・バイスの据え付け状態確認。

設置と取付けの要点

支持には高剛性のマグネットベースやアームを用い、ベース脚は清浄な定盤面に置く。ステムやダブテールクランプで締結し、測定中に姿勢が変化しないよう各関節を十分に締める。スタイラスは被測定面に対し所定の角度（メーカー校正角度の例：12°付近）に設定し、接触は「軽く一定」に保つ。アプローチ方向は測定中にレバーが逆転しないようにする。

スタイラス角度とコサイン誤差

真の変位をΔ、スタイラス角度をθとすると、指示値は概ね s＝Δ×cosθ となる。例えばθ＝20°ではcos20°≒0.9397で、約6.0％小さく指示される。Δ＝0.10 mmなのに s≒0.094 mm と読み、−0.006 mmの過小評価となる。θを小さくし、メーカー推奨角に合わせることで誤差を低減できる。小角度では 1−cosθ≒θ²/2（rad）で近似され、許容角度の見積りに有用である。

測定の基本手順

  1. 基準面（定盤）と治具（例：Vブロック）を清掃・設置する。
  2. テストインジケータを取り付け、スタイラス角度を合わせる。
  3. 被測定箇所に軽く当て、1〜2目盛分プリトラベル（予圧）を与える。
  4. ベゼルを回してゼロ合わせする。
  5. 走査して最大値・最小値を読み、TIRや偏差を記録する。

精度管理と校正

精度維持には、定期的にゲージブロックやマスターリング、直定規で直線性・繰返し精度・ゼロ戻りを点検する。温湿度や振動の管理、スタイラス球の摩耗点検、軸受のガタ・固着の有無確認が必要である。JIS/ISOの関連規格に準拠した検査記録を残し、指示誤差とヒステリシスを把握しておくと良い。

よくある誤りと対策

  • 薄物・柔らかい部品を押し込み過ぎる：接触力を下げ、支点を近づけるか、球径を大きくする。
  • 逆転（バックラッシ）で指示が乱れる：常に同一方向から接触・走査し、予圧を一定にする。
  • ベースのたわみ・滑り：剛性の高いマグネットベースと短いアームで支持する。
  • 角度ずれによるコサイン誤差：治具で角度を管理し、走査前に試し読みで補正する。

表記・読み取りのポイント

指示の読みは相対値が基本で、平面度・平行度では領域の最大変化量、振れではTIRを採用する。目盛は0-0型（左右対称）や0-100型（片側累進）があり、図面公差に合わせた読み替えを行う。数値の記録は mm 単位で統一し、ゼロ基準と測定姿勢（角度・方向）を併記する。

スタイラス先端材と先端径

超硬球は耐摩耗・普及性に優れ、ルビー球は付着物が少なくアルミや銅材での傷付きを抑えやすい。先端径は面粗さやエッジ形状に応じて選択する。微細溝や角部の読みでは小径が有利だが、局所荷重が上がるため表面損傷に注意する。粗い鋳肌やスケール面は、軽い研磨や面取りで安定した追従性を得やすい。

関連する測定・段取り工具

段取りにはマグネットベースとVブロック、基準出しには定盤やケガキ定盤が有効である。用途によりスクライバーによる基準線引きと併用し、工作物の基準化→比較測定の順に進めると効率がよい。機械加工・組立の現場では、テストインジケータとダイヤルゲージを使い分け、対象や許容誤差に応じて最適なセットアップを選定する。