幾何公差とは？種類や必要性、図面への記載方法をわかりやすく解説

幾何公差について、その基礎的な考え方から、種類、必要性、図面への記載方法までをわかりやすく解説します。
この記事では、幾何公差の必要性を理解し、その基本的な考え方を説明することで、設計意図を正確に伝えるための知識を深めます。

各公差の種類や図面への記載方法も具体的に説明し、総合的な理解を目指します。

幾何公差とは？部品の形状を正確に指示するルール

幾何公差の定義とは、部品の形状、向き、位置などを幾何学的に定義し、その精度を指示するための国際的なルールです。
図面において、寸法だけでは伝えきれない形状の精密な情報を規制します。
具体的には、部品の「形（形状）」、「姿勢（傾きや方向）」、「位置」、「振れ」といった要素を、許容できるばらつきの範囲として指定します。

これにより、大きさを示す寸法公差に加えて、より複雑な形状や部品同士の関係性を正確に指示することが可能になります。
このルールを用いることで、設計者が意図した通りの精度を持つ部品を製作できるようになります。

寸法公差だけでは不十分？幾何公差との役割の違い

寸法公差（サイズ公差）は、部品の長さや直径といった「大きさ」のばらつきを許容する範囲を指示しますが、それだけでは形状の歪みや傾きといった問題を防げません。
例えば、板の厚さが寸法公差内でも、板自体が反っていては製品として機能しない場合があります。
これが、公差と幾何公差の大きな違いであり、幾何公差が必要となる理由です。

普通公差や一般公差のように、特に指示がない場合に適用される公差もありますが、より精密な形状を保証するには不十分です。
幾何公差は、寸法公差が担う「大きさ」の管理に加えて、「形」そのものの精度を保証する役割を持ち、両者を使い分けることで初めて意図した通りの部品が完成します。

図面に幾何公差を指示する4つのメリット

図面に幾何公差を指示することには、単に精密な部品を作る以上のメリットが存在します。
設計者の意図を加工者へ正確に伝え、製品の品質を安定させるだけでなく、製造プロセス全体の効率化にも貢献します。

さらに、国際的な取引においても、共通言語として機能する重要な役割を担っています。
これらのメリットを理解することで、幾何公差の重要性がより明確になります。

設計者の意図が加工者へ正確に伝わる

幾何公差は、設計者が部品に求める機能を、加工者へ曖昧さなく伝えるための基本的な言語として機能します。
例えば、「この面を基準に、穴を正確に垂直に開けてほしい」という意図を、寸法公差だけでは完全に表現できません。
しかし、幾何公差を用いれば、基準となる面（データム）と、それに対する穴の垂直度を数値で明確に指示できます。

これにより、加工者は設計意図を正確に解釈し、求められる精度で部品を製作することが可能となります。
言葉による補足説明や個人の解釈に頼ることなく、図面だけでコミュニケーションが完結するため、認識のズレによる手戻りや不良品の発生を防ぎます。

部品の品質と性能が安定する

幾何公差を用いることで、製品の品質と性能を高いレベルで安定させられます。
部品の形状が許容範囲内に収まっているかを明確に定義するため、誰が加工・測定しても同じ基準で品質を判断できます。
これにより、個々の部品のばらつきが抑えられ、最終製品の性能を均一に保つことが可能です。

また、幾何公差は検査時の測定方法の基準ともなります。
例えば、平面度を指示すれば、その面がどれだけ平らであるべきかが数値で定義され、適切な測定器を用いて客観的な合否判定ができます。
この明確な基準が、安定した品質管理体制の構築につながり、製品全体の信頼性を高めます。

組み立て作業がスムーズに進む

精密な機械は、多数の部品の組み合わせによって成り立っています。
各部品の形状や位置関係が正確でなければ、組み立て時に干渉したり、隙間が大きすぎたりといった問題が発生します。
幾何公差は、複数の部品が組み合わさる部分の形状や位置を厳密に管理するために不可欠です。

例えば、軸と穴のはめ合い部分において、それぞれの部品の同軸度を規制することで、スムーズな挿入と正確な位置決めが実現します。
このように、各部品が設計通りの精度で作られていることが保証されるため、組み立て工程での手戻りや調整作業が大幅に減少し、生産効率の向上に直結します。

国際的な取引でも通用する図面になる

幾何公差は、ISO（国際標準化機構）によって規格化されており、世界共通の図面のルールとして機能します。
これにより、日本国内だけでなく、海外の企業と取引を行う際にも、言語の壁を越えて設計意図を正確に伝えることが可能です。

旧来の日本の図面規格（JIS）もISOに準拠するように改訂が進んでおり、国際標準に沿った図面作成が標準となっています。
この共通のルールがあるおかげで、海外で部品を製造委託したり、海外から部品を調達したりする場合でも、図面上の指示を巡る誤解やトラブルを未然に防ぐことができます。
グローバルなものづくりにおいて、幾何公差は不可欠なコミュニケーションツールです。

【一覧表】幾何公差の全15種類の記号と分類

幾何公差には全部で15種類の記号があり、それぞれが規制する形状や特性に応じて分類されます。
この一覧では、幾何公差の種類とそれぞれの記号、名称、そしてその意味や読み方について解説します。

これらの記号は「形状公差」「姿勢公差」「位置公差」「振れ公差」の4つの大きなグループに分けられ、それぞれが異なる幾何学的特性を規制します。

単独で形状を規制する「形状公差」

形状公差は、データム（基準）を必要とせず、対象となる形体そのものが持つべき形状の正確さを規制します。
このグループには「真直度」「平面度」「真円度」「円筒度」の4種類が含まれます。
真直度は線がどれだけ真っ直ぐか、平面度は面がどれだけ平らかを規制します。
真円度は円がどれだけ真円に近いか、円筒度は円筒の表面がどれだけ正確な円筒であるかを規制するものです。

例えば、シャフトの直径が寸法公差内であっても、真円度が低いと回転時に振動の原因となります。
このように、形状公差は部品単体の基本的な「形」そのものの精度を保証するために用いられます。

基準に対する傾きを規制する「姿勢公sa差」

姿勢公差は、データム（基準）となる直線や平面に対して、対象となる形体がどのような姿勢であるべきかを規制します。
この公差は、部品同士の相対的な傾きを管理するために重要です。
具体的には、「平行度」「直角度」「傾斜度」の3種類があります。

平行度は、基準となる面や直線に対して、対象がどれだけ平行であるかを指示します。
例えば、2つの面を正確に平行に保ちたい場合に使われます。
直角度は基準に対して90度、傾斜度は指定された任意の角度を維持することを求めます。
水平方向の基準面に対して、別の面が正確に90度でなければならない場合などに直角度が用いられます。

基準に対する位置を規制する「位置公差」

位置公差は、データム（基準）に対して、対象となる形体がどれだけ正確な位置にあるべきかを規制するものです。
部品の正しい取り付けや組み立てに不可欠な公差グループです。
この位置公差には「位置度」「同軸度（同心度）」「対称度」の3種類が含まれます。

位置度は、基準からの理論的に正確な寸法に対して、穴や溝の中心などがどれだけズレてよいかを規制します。
同軸度は、2つの円筒の軸（中心線）がどれだけ一致しているべきかを示します。
対称度は、基準となる中心平面に対して、対象となる形体がどれだけ対称な位置にあるべきかを規制する際に使用されます。

回転させた際のブレを規制する「振れ公差」

振れ公差は、部品をデータム（基準）となる軸周りに回転させたときの、表面のブレの大きさを規制します。
主にシャフトやギアなどの回転部品に対して用いられる重要な公差です。
この振れ公差には「円周振れ」と「全振れ」の2種類があります。
円周振れは、部品を回転させた際に、測定する任意の一点の円周上でのブレを規制します。

一方、全振れは、円周方向だけでなく軸方向にも測定範囲を動かし、対象となる表面全体のブレを規制する、より厳しい公差です。
これらの振れ公差を適切に指示することで、回転部品の振動や騒音を抑制し、機械全体の性能を安定させることが可能になります。

幾何公差を図面に正しく記入するための基本ルール

幾何公差を正しく機能させるには、図面への正確な表記が不可欠です。
その使い方には定められたルールがあり、公差を適用したい対象の範囲を矢印で示し、公差の種類と数値を記入枠に設定します。

この基本ルールには、公差を記入する枠の書き方や、寸法の基準となるデータムの設定方法などが含まれます。
これらの表記方法を理解することで、設計意図が明確に伝わる図面を作成できます。

公差の種類と数値を記入する「公差記入枠」

公差記入枠は、幾何公差を指示するための基本的な表記方法です。
この枠は通常2つ以上の区画に分かれており、左側の区画に幾何公差の種類を示す記号を、右側の区画に公差域の大きさを示す数値（例：0.1）を記入します。
単位は通常ミリメートル（mm）ですが、図面内に明記されます。
数値の後には、最大実体公差（Ⓜ）や最小実体公差（Ⓛ）などの記号が付加されることもあります。

この枠から引き出し線と矢印を用いて、公差を適用したい形体を直接指示します。
なお、はめあい公差で使われるg6、p6、h7といった記号や、表面粗さを示すRa、NC旋盤などの加工方法とは異なる指示系統であるため、混同しない注意が必要です。

寸法の基準となる「データム」の示し方

データムとは、幾何公差を適用する際の測定の基準となる点、直線、または平面のことです。
姿勢公差や位置公差など、他の形体との関係性を規制する公差では、このデータムの指定が必須となります。
データムは、三角の記号と引き出し線で基準となる形体を指示し、四角い枠で囲んだアルファベット（A,B,C…）で示します。

複数のデータムを基準とする場合は、加工や測定の拘束順序を示すために優先順位を設けます。
公差記入枠内で、左から順に優先度の高いデータムを記載します。
例えば「A|B|C」とあれば、Aが第一優先、Bが第二優先となります。
この優先順位を正しく設定することが、部品の機能を保証する上で極めて重要です。

まとめ

この記事では、幾何公差の基本的な考え方から、寸法公差との違い、その必要性、そして全15種類の記号と図面への記載方法についてまとめて解説しました。
幾何公差は、部品の大きさだけでなく、形状、姿勢、位置といった幾何学的な特性を正確に指示するための国際的なルールです。

これを正しく活用することで、設計者の意図が加工者へ正確に伝わり、製品の品質安定や組み立て効率の向上につながります。
図面という共通言語を通じて、グローバルなものづくりにおいても円滑なコミュニケーションを可能にします。
ここで解説した基礎知識を土台とし、より複雑な図面の読解や設計に役立ててください。