現場の品質管理

公差計算とは?累積公差の最悪値法と二乗和平方根(RSS)の違いを計算例で図解

公差計算のアイキャッチ。精密なブロックを積み重ねてノギスで測る様子の写真風の絵に「公差計算とは?」「最悪値法とRSSの違い」の文字

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公差計算とは、部品を積み重ねたり組み合わせたりしたときに、全体の寸法がどれだけばらつくか(累積公差)を見積もる計算です。2つの方法の計算はすき間の計算例、使い分けは使い分けの節にあります。

結論|まず30秒でわかる答え

全部の部品が同時に公差の端になると考えて公差をそのまま足す「最悪値法(互換性の方法)」と、ばらつきが独立で正規分布に従うとして公差を二乗して足し平方根をとる「二乗和平方根(RSS・不完全互換性の方法)」の2つがあります。部品が多いほど、RSS の合成公差は最悪値法より小さくなります。

公差計算の2つの方法:最悪値法と二乗和平方根

最悪値法(互換性の方法)二乗和平方根(RSS)
合成公差の式t₁+t₂+…+tₙ√(t₁²+t₂²+…+tₙ²)
考え方全部が同時に公差の端になる全部が同時に端になることはまれ
前提なし(どの組合せでも成り立つ)独立・正規分布・平均が公差の中心
向いている場面少量生産、不良が重大な製品管理された工程の量産品
設計への影響部品の公差が厳しくなり、加工の費用が上がりやすい部品の公差を広げられる。ただし組立不良がわずかに残る

寸法を足すときも引くときも、公差は足します。たとえば「ケースの内側の寸法 − 部品の合計」のすき間は、引き算でも、ばらつきは両方の分だけ大きくなります。

たとえると

最悪値法は「全員が同時に寝坊した日」の遅れを見積もる方法です。そんな日はめったにありませんが、絶対に遅れてはいけない行事なら、その日に備えます。RSS は「何人かは寝坊しても、何人かは早く来る」という、ふだんのばらつきで見積もる方法です。

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公差計算の例:すき間が0を下回るか

長さ 10±0.1mm・20±0.2mm・30±0.2mm の3つのブロックを、内側の寸法が 60.5±0.1mm のケースに並べて入れる例で計算します(数値は説明のための例です)。

STEP 1

すき間の基準の寸法:60.5−(10+20+30)=0.5mm

STEP 2

最悪値法:0.1+0.2+0.2+0.1=0.6 → すき間は 0.5±0.6mm。最小 −0.1mm で、入らないものが出るおそれ

STEP 3

二乗和平方根:√(0.1²+0.2²+0.2²+0.1²)=√0.10≒0.32 → すき間は 0.5±0.32mm。最小 約0.18mm

公式
すき間の公差(RSS)=√(0.1²+0.2²+0.2²+0.1²)=√0.10≒0.316mm
方法すき間の公差すき間の最小判断
最悪値法±0.6mm−0.1mm入らない組合せがありうる
二乗和平方根約±0.32mm約0.18mm公差を±3σとみなせば、ほとんど入る
POINT

各公差を ±3σ とみなすと、すき間の σ は 0.316÷3≒0.105mm です。すき間が0を下回るのは平均から 0.5÷0.105≒4.7σ 離れたところで、正規分布ならおよそ100万個に1個の割合です。ただし、これは「平均が公差の中心にあり、正規分布に従う」という前提での見積もりです。

逆に、全体の公差から部品の公差を割り当てるときも同じです。全体 50±0.15mm を5つの同じ部品で作るなら、最悪値法では 0.15÷5=±0.03mm、二乗和平方根では 0.15÷√5≒±0.067mm になり、部品の公差を約2.2倍(√5倍)に広げられます。

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最悪値法と二乗和平方根の使い分け

場面向く方法理由
少量生産・試作最悪値法ばらつきの分布がわからない
不良が重大な部品(安全に関わる)最悪値法わずかな組立不良も許されない
管理された量産工程二乗和平方根全部が同時に端になる確率は小さい
平均がずれやすい工程最悪値法、または係数で安全側にRSS は小さく見積もりすぎる
STEP 1

RSS を使う前に、各部品の寸法が工程能力の点で管理されているか(Cpk)を確かめる

STEP 2

平均が公差の中心からずれていないか、部品の数が少なすぎないかを見る

STEP 3

判断に迷う寸法は、最悪値法と RSS の両方で計算して比べる

注意|ここで間違えやすい

RSS は統計の前提に立った見積もりです。前提が崩れると、計算より多くの組立不良が出ます。社内の設計基準がある場合は、それに従ってください。

公差計算でよくある間違い

よくある間違い正しい考え方
引き算の寸法は公差も引く引き算でも公差は足す(ばらつきは増える)
どんなときも RSS を使う独立・正規分布・平均が中心のときだけ
RSS で公差をそのまま足してから√二乗してから足して√
片側の公差と両側の公差を混ぜる±の半分の幅にそろえて計算する

よくある質問

Q. 公差計算とは?

A. 部品を組み合わせたときの全体の寸法のばらつき(累積公差)を見積もる計算です。最悪値法と二乗和平方根の2つがあります。

Q. 最悪値法とは?

A. 全部の部品が同時に公差の端になると考え、公差をそのまま足す方法です。互換性の方法ともいいます。

Q. 二乗和平方根(RSS)とは?

A. 各公差を二乗して足し、平方根をとる方法です。ばらつきが独立で正規分布に従うことが前提です。

Q. なぜ二乗して足すの?

A. 独立なばらつきは分散(σ²)が足し算になるからです。公差を同じ倍数のσとみなすと、合成公差は√Σt²になります。

Q. どちらを使えばいい?

A. 少量生産や不良が重大な部品は最悪値法、工程が管理された量産品は二乗和平方根が向いています。

この記事の要点
  • 公差計算は、組み合わせた寸法のばらつき(累積公差)の見積もり
  • 最悪値法は公差をそのまま足す(互換性の方法)
  • 二乗和平方根は √(t₁²+t₂²+…)、分散の加法性が根拠
  • 引き算の寸法でも公差は足す
  • RSS は独立・正規分布・平均が中心のときに使う
参考にした資料

計算例の数値は説明のための例です。実際の設計では、社内の設計基準と、部品の工程能力のデータで確かめてください。

この記事の理解を深める本と道具
おすすめの道具

寸法を測るなら、読み間違いの少ないデジタルノギスが扱いやすいです。ミツトヨのデジタルノギス(ABSデジマチックキャリパ)CD-15AXです。測定範囲は0〜150mm、最小表示量は0.01mmで、電源を入れるたびのゼロ合わせが要りません。

おすすめの本

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S
シラス
電験三種・QC検定1級 / メーカーでパワエレ設計・品質保証 実務10年

メーカーで回路設計と生産技術(品質改善)に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。

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