블록게이지 사용법

1. 블록게이지의 역사


18세기 초 스웨덴의 학자 크리스토퍼 포렘(Christpher Polhem)이 로드모양의 단도기

를 만들고 철강업의 신경지를 개척했다 (그림 1.1)


그림 1.1 
그림 1.2 
그 후 1890년에 같은 스웨덴의 무기 공장의 할머・에르스톰(Hjgalmer Ellstrom)이

양단면이 평행한 라이플총 검사용 게이지를 완성하였다(그림 1.2).

C.E요한슨(C.E. Johanson)은 「작은 게이지를 다수 만들어, 이것을 조합하여 필요한 

게이지를 만들고 싶다」고 하는 생각을 근거로 1908년경 1mm~201mm까지 1㎛ 단위로 

조합가능한 것을 만들었다. 이것은 Rectangular형(요한슨형)블록게이지라고 불려지

고 있다. 1917년에는 미국 표준국(N.B.S)의 호크(William E.Hoke)는 정방형단면으로 

중앙에 구멍을 뚫은 블록게이지를 만들었고, 손쉽고 사용하기 좋은 블록게이지로써 

미국에서 사용되고 있다. 이것은 스퀘어 형(호크형)블록게이지(그림 1.3)로 불리며, 

일본에서는 1982년에 미쓰도요가 생산을 시작하였다.


그림 1.3
2. 블록게이지란


내구성이 있는 재료로 만들고, 장방형단면으로 평행한 두개의 측정면이 있고, 그 측

정면은 다른 블록게이지 또는 기준평면과 잘 밀착하는 성질을 가진 길이 표준이다.

실용적인 표준으로서 현재 기계공업에 널리 사용되고 있다.

JIS B 7506-1997에서는 호칭치수0.5mm이상 1000mm이하의 장방형 단면을 가진 등급이 

K급, 0급, 1급 및 2급의 블록게이지에 대하여 규정하고 있다.

2.1 블록게이지의 치수(l)

블록게이지의 치수는 측정면상의 점에서 다른 측정면에 밀착시킨 동일 재료, 동일표

면상태의 기준평면까지의 거리(l)이다.(그림 2.1 참조)

주(1) 블록게이지의 치수는 밀착할 때 생기는 밀착 층의 두께를 포함한다.


그림 2.1 블록게이지의 치수
2.2 블록게이지의 중앙치수(lc)

블록게이지의 측정면의 중심에서의  치수(2) (그림 2.2참조).

주(2) 블록게이지의 중앙치수는 그 측정면이 평행하지 않을 때 두개의 측정면에 대하

여 lc와 lc1 이 있다. 이 규격으로 규정된 정도의 범위에서 lc와 lc1 과의 차는 사실

상 문제가 되지 않는다.(그림 2.3 b)참조


그림 2.3 블록게이지의 중앙치수
a) 중앙치수
b) 두개의 측정면에 대한 중앙치수


2.3 임의위치에서 치수의 호칭치수에서의 치수편차

임의의 위치에서의 치수 l 의 호칭치수 ln에서의 치수편차l-ln.

비고 : 호칭치수에서 최대치수편차 (ed)는 lmax-ln 또는 ln-lmin이다.

   (그림 2.4) 참조


(그림 2.4)  블록게이지의 치수편차
비고 te : 호칭치수에서의 치수공차.


2.4 블록게이지의 치수편차폭(V)

블록게이지의 최대치수 lmax와 최소치수lmin의 차.

비고 : 중앙치수에서의 편차 f0와 fu 의 합과 같다(그림 2.5).

2.5 측정면의 평면도(fd))

측정면상의 모든 점을 그 사이로 둔 두개의 평행평면간의 최소거리로 나타낸다(그림 

2.5 및 JIS B 0021 참조)


그림 2.5 측정면의 평면도
2.6 밀착

블록게이지의 측정면이 다른 블록게이지의 측정면 또는 그것과 동등한 면과 분자력 

등에 의해 결합한다.

2.7 명칭

블록게이지의 각부의 명칭은 (그림 2.6)에 따른다.


그림 2.6 블록게이지의 각부명칭
2.8 등급

블록게이지는 정도에 따라서 K급,0급,1급 및 2급의 4등급이 있다. K급은 광파 간섭측

정법으로 교정하고, 다른 등급의 블록게이지의 교정에 이용하며, 항상 교정증명서와 

함께 사용한다. 0급,1급 및 2급은 비교측정법에 따라서 교정한다.


3. 정도


3.1 일반

블록게이지는 그 등급의 요구사항에 적합하지 않으면 안 된다.

예측된 교정의 불확도는 치수공차 및 허용치수편차를 포함한 것으로 그 허용한계값

의 안쪽에 있어서 고려한다(ISO/JIS 14253-1 참조)

정도의 요구사항은 측면부터 측정하여 최대 0.8mm의 주변부분을 제외한 측정면에 

적용된다. 이 주변부분의 표면은 측정면보다 낮아야 한다.

3.2 측정면의 밀착성

블록게이지의 큰 특징은 밀착에 의해 임의의 치수를 얻을 수 있다는 것이다. 밀착의 

원인을 ISO는 분자력이라고 정의하고 있다. 밀착력은 사용하는 액체에 따라서도 다르

지만, 일반적으로 윤활유(GREASE)․ 와세린(VASELINE)과 같은 것이 많이 이용된다. 

손가락의 기름 등도 유효하나 땀이 있으면 녹의 원인이 되므로 장시간의 밀착으로 

바람직하지 않으므로 주의를 요한다.

밀착오차는 0.01㎛이하로 알고 있지만, 측정면의 돌기 등의 영향을 받으므로 주의를 

요한다. 하나의 치수를 조합하는데 몇가지의 조합방법이 있으나 특히 정밀한 치수를 

필요로 하는 경우에는 2-3가지의 조합을 하여 그 평균값을 채용하는 것이 바람직하

다.

3.6 열팽창계수

비교측정의 기준기인 블록게이지의 열팽창계수는 사용자가 기계공업의 주체이므로 

강(鋼)에 가까운 열팽창계수의 재료를 사용하고 있는 곳이 많다. JIS B 7506에서는 

강블록게이지의 열팽창계수를 (11.5±1.0)×10-6/℃라고 한다. 강 블록게이지의 열팽

창계수는 martensite 조직과 잔류austenite의 비에 의해 결정되고,0.3×10-6/℃정도

이다. 또한 강제 K급 블록게이지 및 강 이외의 재료로 만들어진 모든 블록게이지에

는 열팽창계수가 명기되어 있다.


4. 블록게이지의 설정             


(1) 조합수

최근에는 유저(USER)가 사용목적에 따라서 조합의 매수를 자유롭게 선정할 수 있도

록 종류를 풍부하게 준비하고 있다. 조합의 내용은 메이커 카다로그나 JIS를 참고로 

하는 것이 좋다.

선정의 기준은 3~4매 이내에서 필요치수를 구성할 것을 기준으로 한다. 1mm 베이스

(1.001mm와 같은)를 2mm베이스(2.001mm와 같은)로 바꿔놓은 블록게이지도 판매되고 

있다. 얇은 블록게이지는 밀착작업 등으로 취급하기 어려운 점이 있고 이러한 것들

을 고려한 블록게이지라고 말할 수 있다.

(2) 등급

블록게이지의 정도는 JIS에 의해 규정되고 있다. 등급의 선정의 기준으로는 일반적으

로 표7과 같이 나눌 수 있다.

JIS에 따르면 K급 및 0급으로는 치수검사표를 첨부하게 되어 있고, 중앙치수가 기록

되어 있다. 측정면의 중앙부분을 사용하여 그 오차를 보정하면, 낮은 등급일지라도 

높은 등급의 블록게이지와 같은 정도로 사용할 수가 있다. 그러나 낮은 등급의 블록

게이지는 치수편차가 크고, 밀착의 매수가 많아지면 오차가 커지는 경우가 있으므로 

3~4매 정도로 한정하는 것이 좋다. 미쓰도요의 치수검사표는 2급 세트까지 첨부되어 

있다. 


5. 블록게이지의 취급에 필요한 용구    


블록게이지의 사용 전 준비, 또는 사용 후의 손질을 위해서 다음과 같은 용구를 사용

하면 편리하다.

(1) 종이

방청유, 오염 등을 닦아 내기 위해 사용한다. 면포 등을 사용하였으나, 잔털이 일어

나지 않는 렌즈페이퍼 등이 편리하다.

(2) 세정액

방청유나 오염 등을 제거하는데 사용한다. 휘발성이 좋고, 수분이나 얼룩을 남기지 

않는 것을 골라 사용한다. 일반적으로는 용제가 이용되나, 안전위생 등을 고려하여 

선택하지 않으면 안 된다.

(3) 블로어 브러시

설정면에 먼지 등을 불어 내는 것으로 사진용의 블로어 브러시가 편리하다. 브러쉬

의 끝부분은 때때로 중성세제로 세정해 두면 좋다.

(4) 핀셋

작은 블록게이지를 닦을 때 사용한다. 맨손으로 잡을 경우에는 깨끗이 닦기 곤란하

다.

(5) 장갑

면제의 장갑으로 큰 블록게이지를 취급할 때 사용한다. 방청, 열팽창의 대책으로

유효하다.

(6) 방청유

액체 방청유, PASTE 상의 방청유 등이 있다. 방청유 중에는 산화를 일으키는 것이 

있어 메이커에서 추천하는 방청유를 사용하는 것이 좋다. 방청유를 밀착유로 할 경우

도 많지만 방청유에 의해 고체윤활유제가 들어가서 밀착에 부적절한 경우가 있다. 

PASTE상의 방청유는 중기/장기의 방청에 이용한다.

기화성 방청지는 개방한 상태로는 성분이 기화하여 효과가 없어지기 쉬우므로 과신

은 금물이다.

(7) 옵티칼 플랫

측정면의 돌기나 평면도의 체크에 사용한다. 크기는 ø60 정도가 적당하다.

(8) 돌기제거용 저석

측정면의 돌기의 제거에 이용한다. 블록게이지는 HRC64이상의 경도를 가지고 있으나 

난폭한 취급(특히 블록게이지끼리 부딪히는 일)으로 쉽게 흠이 남기 쉽다.

일반적으로 저석의 재질로는 종래부터 천연의 알칸사스 저석(Hard Arkansas Stone)

이 사용되고 있다. 저석을 WA#3000정도의 랩제로 랩을 하고 평면이 나있는 것을 사용

한다. 사용할 때 랩제는 완전히 제거하여야 한다. 천연의 알칸사스 저석은 자원의 

고갈과 함께 입수가 어렵고 그 품질도 편차가 있다. 최근, 세라믹스제의 저석 등도 

시장에 돌고 있으나 천연의 알칸사스 저석의 성능을 능가하는 돌기 제거 효과가 

좋은 것도 있다.


6. 취급상의 주의(돌기 제거)            


측정면의 돌기는 알칸사스 저석 등으로 제거한다. 측정면・저석면을 함께 용제로 

깨끗하게 닦아 먼지 등의 이물질이 없는 것을 확인한다. 블록게이지를 저석 위에 

놓고 가벼운 힘을 가하여 가만히 왕복운동을 한다. 10~20회 정도에서 중단하고, 옵티

컬플랫으로 점검하여 돌기가 없어질 때까지 반복한다. 저석으로 제거 가능한 돌기의 

크기는 한도가 있으므로 큰 돌기의 경우에는 새로운 블록게이지를 보충하는 편이

쉬운 경우도 있다. 얇은 블록게이지는 휘기 쉬우므로 고무판으로 누르는 편이 작업하

기 쉽다.


그림 6.1 돌기 제거의 방법
7. 밀착 방법

7.1 밀착방법

치수를 조합하기 위해 몇 가지의 방법이 있으나 다음 사항을 고려하는 것이 좋다.

(1) 조합 매수를 가능한 작게 한다.

(2) 가능하면 두꺼운 블록게이지를 선택한다.

(3) 치수는 끝자리부터 선택하는 것이 좋다.

예 7.1 밀착할 블록게이지를 고르는 방법

☆☆ 소요치수 35.745mm의 경우 ☆☆
조합의 예①                                 조합의 예②
1.005mm + 1.24mm + 16.5mm + 17.0mm          1.005mm + 1.24mm + 15.5mm +18.0mm  


◆ 밀착의 순서 

(1) 블록게이지를 깨끗하게 한다.

(2) 돌기물이 없는 것을 확인한다.

(3) 측정면에 극히 약간의 기름기를 주어 균일하게 편다. 극히 미량이 좋다.

(4) 두꺼운 블록게이지는 측정면끼리 직교시켜 겹친다. 얇은 블록게이지는 긴 방향으

로 한 끝부분을 맞춘다.

(5) 가볍게 밀어 가면 흡착하게 되므로 힘을 가하면서 천천히 면끼리 맞춘다. 균일

한 힘을 가하는 것이 중요하다. 얇은 블록게이지를 한번 블록게이지로 바르게 밀착시

키고, 그 위에 얇은 블록게이지를 바르게 밀착시킨다. 마지막으로 휨 방지용으로써 

두꺼운 블록게이지를 가볍게 떼어내면서 밀착작업을 종료한다.


그림 7.2 밀착의 순서
7.2. 장방형 블록게이지의 받침대  

장방형 블록게이지를 밀착시키는 것은 극히 어렵고, 밀착의 어긋남에 의해 측정면에 

흠집을 내는 원인도 된다. 또 홀더 등으로 전체를 꽉 조일 때와 압축변형도 큰 트러

블의 원인이 되지 않을 수 없다. JIS에서는 측정면에 가깝게 보조용 구멍(그림 15)

를 설계하는 것을 추천하고 있고 이를 위해 보조구도 준비하고 있다. 미쓰도요에서

는 100mm를 넘는 블록게이지에는 모두 구멍을 뚫어 두었다. 더욱이 여러 가지 용도

로 폭넓게 응용할 수 있도록 각종 악세사리도 준비하고 있다.


그림 15 보조용 구멍
8. 블록게이지에 미치는 오차의 제요인

8.1 온도의 영향

길이가 정밀한 측정에 있어 측정시의 온도 영향을 생각해볼 필요가 있다. 일반적으

로 온도와 길이의 관계는 다음 식에서 보여주는 대로이다.

ℓt = ℓ20×{1+α(t-20)}

ℓt : t℃일 때 게이지의 길이

ℓ20 : t20℃일 때의 게이지의 길이

α : 면팽장계수

t : 측정시의 게이지의 온도

그림 8.1에는 100mm의 블록게이지를 손으로 쥐었을 때의 변화가 기록되어 있다. 

이 그림에서도 알 수 있듯이 취급의 방법에 따라서 여러 가지 달라지므로, 실험적으

로 구해두는 것이 필요하다. 온도를 고르게 하는 것은 열전도성이 좋은 것 , 열용량

이 큰 것을 이용하는 것이 좋다. 비교측정에 있어서 피측정물과 블록게이지의 열팽창

계수가 다를 경우, 쌍방이 20℃일 때에 측정하지 않으면 안 된다. 열팽창계수가 

같은 경우에는 쌍방의 온도만 다르면 20℃와 다른 온도에서 측정해도 좋다.


그림 8.1 취급에 있어 열의 영향
8.2 자중에 의한 탄성변형

(1) 횡으로 지지한 경우

블록게이지를 횡으로 지지한 경우에는 자체무게에 의해 휘어짐이 발생한다. 지지하

는 위치에 따라서 그 휘어짐 양도 다르므로 주의를 요한다. 블록게이지이 경우에는 

양 측면이 거의 평행하게 되는 에어리 점에서 지지하는 것이 좋다.

(블록게이지에는 지지점이 지시되어 있다.)


그림 8.1 에어리 점에 의한 지지
에어리 점으로 지지할 때 줄어드는 량 △ℓ은 다음 식으로 표시된다.

L : 블록게이지의 치수

W : 단위길이 당 중량E : 종탄성계수

I : 단면 2차 모멘트(MOMENT)

(2) 수직으로 세운 경우

블록 게이지를 수직으로 세운 경우에 자중에 의한 축소량 △ℓ은 다음 식으로 표시된

다.

   △ℓ = L7×W2

          2×E

  L : 블록게이지의 치수

  M : 단위길이 당 중량

  E : 종탄성계수

(3) 외력에 의한 탄성변형

블록게이지의 악세사리를 사용할 경우에는 홀더를 겸용하는 경우가 많다.

홀더는 나사로 체결하는 구조로 되어 있으므로 강한 너무 강하게 체결하면 오차가 

생긴다.

   축소량 △ℓ은 다음 식으로 표시된다.

   △ℓ = L×P

         E×S

P : 체결하는 힘

S : 단면적

250mm의 블록게이지를 244.2N(30kgf)의 힘으로 체결하면 1.2㎛이 수축한다. 또 100mm

의 블록게이지가 3㎛이나 줄어든 예도 있다. 그러므로 장방형은 보조용 구멍을 뚫어 

사용하는 것이 좋다.