最大実体寸法から離れた差分を、
幾何公差値に追加することができる
今回のシリーズでは、最大実体公差方式（MMC：Maximum Material Condition）を解説します。図面に明示されていなくても実際に部品が満たすべき「実効領域」という考え方を軸に、幾何公差をさらにステップアップさせ、コストダウンに寄与するための最大実体公差方式の考え方と図面のルールを整理していきます。第2回目のこの記事では、最大実体公差方式の定義、記号「〇M（まるエム）」の記入法、従来の幾何公差指示に加えて最大実体公差を指示した場合の記入法と解釈などを解説します。
目次
1.最大実体公差方式（JIS B 0023）
例えば2つのフランジのボルト穴とそれらを締め付けるボルトとのように、取り付ける形体のそれぞれが最大実体寸法（例えば、最大許容限界寸法の軸及び最小許容限界寸法の穴）であり、かつ、それらの幾何偏差（例えば、位置偏差）も最大であるときに、組立隙間は最小になります。
組み付けられた形体の実寸法がそれらの最大実体寸法から最も離れ（例えば、最小許容限界寸法の軸及び最大許容限界寸法の穴）、かつ、それらの幾何偏差（例えば、位置偏差）がゼロのときに、組立隙間は最大になります。
部品の組立は互いにはめ合わされる形体の実寸法と実際の幾何偏差との間の関係に依存することから、はまり合う部品の実寸法が両許容限界寸法内で、それらの最大実体寸法にない場合には、指示した幾何公差を増加させても組立に支障をきたすことはないという考えが最大実体公差方式です。
2. 記号〇M（まるエム）の記入法
ISO（JIS）に準拠する図面は特に指定しない限り「独立の原則」が適用されます。一部の寸法に最大実体公差方式を適用する場合に、幾何公差の数値に続けて、場合によっては公差記入枠内のデータム記号に続けて○M（まるエム）を記入します。このMは、MMR（Maximum Material Requirement）の頭文字で、最大実体公差方式という意味です。注）本シリーズの記事では、Mを丸で囲った記号のことを○M（まるエム）と表現します。
公差記入枠内の幾何公差値に続けて記入した場合の表示例を示します（図2-1）。
対象形体がサイズ形体であり、かつ最大実体寸法から離れた差分だけ幾何公差値に追加できるという意味です。
図2-1 幾何公差対象形体への最大実体公差の指示例
公差記入枠内のデータム記号に続けた場合の表示例を示します（図2-2）。
データム形体がサイズ形体であり、かつ最大実体寸法から離れた差分だけデータムをずらしてもよいという意味です。
図2-2 データムへの最大実体公差の指示例
3. 実効状態の意味を知る
最大実体公差方式では図示したサイズ公差は絶対に守らなければいけません。サイズが最大実体寸法から離れたときに限って、その差分を幾何公差に追加できるというものです。
最大実体公差方式は実効状態を確認することから始めると理解しやすくなります。
実効状態（VC：Virtual Condition）とは、「図面指示によってその形体に許容される完全形状の限界であり、この状態は、最大実体寸法と幾何公差との総合効果によって生じる」と定義されます。
つまり実効状態は最大実体寸法に幾何公差分を加えた完全状態の領域となります。
例えば、２部品を手で軽く挿入できる程度のはめあい構造を考える際、多くの設計者は、サイズ公差だけに着目して、必ず互いの寸法が干渉しないよう最悪状態でもゼロゼロの関係から隙間が広がる方向に公差を設定します。
しかし幾何公差の存在を忘れるわけにはいきません。幾何公差を含めて隙間ばめを保証する場合、次のポイントに注意して設計しなければいけません。
- はめあいの最悪条件となる最大実体寸法を確認する。
- 幾何特性の最大ばらつきを想定する。
この２項目を組み合わせることが実効状態を検討することを意味し、実効状態の寸法を実効寸法といいます。
4. はめあい構造に一般的な幾何公差値を指示した場合の考え方
実効寸法の求め方を直角度の事例を使って以下に説明します。
まずは2部品の互いにはめあう構造の設計意図から確認しましょう（図2-3）。
図2-3 2部品のはめあい構造（隙間ばめ）
部品①の密着面と軸部の直角度、部品②の密着面と穴部の直角度が大きく崩れると、はめあった際に密着面に隙間があくことになります（図2-4）。
図2-4 それぞれの直角度が崩れた場合の組立状態
1）部品①の実効寸法の確認
部品②との密着面である台座の上面をデータムとし、台座の上にある軸の中心線に直角度φ0.1mmを指示します（図2-5）。
図2-5 直角度指示だけの図面（部品①の軸の場合）
部品①の軸の実効寸法は、最大実体寸法に幾何偏差を加えることによって求めることができます（図2-6）。
軸部の実効寸法＝最大実体寸法（φ29.9）+幾何偏差（φ0.1）＝φ30.0
図2-6 部品①の軸部の実効状態から実効寸法を求める
図2-6は円筒部を側面から見たイメージになりますが、円筒部を上から見た図でも確認してみましょう（図2-7）。
図2-7 部品①の軸の実効寸法の成り立ち
隙間ばめを想定する場合、部品①の軸の条件が最も悪い寸法は軸径が太くなる最大実体寸法φ29.9です。
部品①の軸が最大実体寸法φ29.9で形体ができた場合に加えて、直角度の崩れ（φ0.1）を許す範囲内であればどこに形体が存在してもよいので、最大外径領域（φ30.0）が実効寸法であることがわかりました。
2）部品②の実効寸法の確認
部品①との密着面である面をデータムとし、穴の中心線に直角度φ0.1mmを指示します（図2-8）。
図2-8 直角度指示だけの図面（部品②の場合）
部品②の実効寸法は、最大実体寸法から幾何偏差を引くことによって求めることができます（図2-9）。
穴部の実効寸法＝最大実体寸法（φ30.1）－幾何偏差（φ0.1）＝φ30.0
図2-9 部品②の実効状態から実効寸法を求める
図2-9は穴の側面から見たイメージになりますが、穴を上から見た図でも確認してみましょう（図2-10）。
図2-10 部品②の軸の実効寸法の成り立ち
隙間ばめを想定する場合、部品②の穴の条件が最も悪い寸法は穴径が細くなる最大実体寸法です。
部品②の穴の最大実体寸法φ30.1で形体ができた場合を想定し、幾何特性の崩れを許す範囲内であればどこに形体が存在してもよいので、最小外径領域（φ30.0）が実効寸法であることがわかりました。
実効寸法の計算時のポイント
実効寸法を計算する際、下記の関係に注意しましょう。
・軸などの凸形状の場合は、最大実体寸法+幾何公差（足し算）
・穴などの凹形状の場合は、最大実体寸法-幾何公差（引き算）
5. はめあい構造に最大実体公差方式を指示した場合の考え方
従来の幾何公差指示に加えて最大実体公差を指示した場合の記入法と解釈を説明します。
1）部品①への最大実体寸法の適用と解釈
軸の直角度φ0.1mmに続けて○Mを追加しました。これによって軸の直径のみ最大実体公差方式が適用されることになります（図2-11）。
図2-11 部品①の軸部に最大実体公差を指示した図面
最大実体公差の目的は相手部品にはめあうという機能を満足させることです。したがって、部品①の直径が小さめにできるほど、組み合わせ時の隙間マージン（余裕）が増えることになります（図2-12）
図2-12 最小実体寸法時のマージン
最小実体寸法（φ29.8）で部品ができ、かつ幾何公差分最大（φ0.1）で傾いた場合を考えると、部品が占有する領域はφ29.8+φ0.1＝φ29.9となります。このφ29.9は実効寸法（φ30.0）よりφ0.1だけ小さいため、マージン分を幾何公差に追加してもはめあいには問題が生じないことがわかります（図2-13）。
図2-13 部品①の軸の最大実体公差方式の考え方
2）部品②への最大実体寸法の適用と解釈
穴の直角度φ0.1mmに続けて○Mを追加しました。これによって、穴の直径のみ最大実体公差方式が適用されることになります（図2-14）。
図2-14 部品②の穴に最大実体公差を指示した図面
ここで、最小実体寸法（φ30.2）で部品ができ、かつ幾何公差分最大（φ0.1）で傾いた場合を考えると、部品が占有する領域はφ30.2－φ0.1＝φ30.1となります。このφ30.1は実効寸法（φ30.0）よりφ0.1だけ大きいため、その分が組立上のマージンになります（図2-15）。
図2-15 最小実体寸法時のマージン
部品①と同様に、最大実体寸法から離れた差分だけをボーナス公差として幾何公差に追加することができます（図2-16）。
図2-16 部品②の穴の最大実体公差方式の考え方
最大実体公差方式のポイント
・幾何公差指示の有無にかかわらず、図面に指示したサイズ公差値は必ず守る。
・最大実体寸法のときは、図面に指示した幾何公差値を適用する。
・最大実体寸法から離れた差分は、幾何公差値を広げることができる。
まとめ
寸法ばらつきによるはめあい時の隙間マージンを有効に使えないかと考えられたものが最大実体公差方式で、アメリカでは“ボーナス公差”と呼ばれます。
加工ばらつきによって検査時にギリギリ不良品になっていた部品を救済できる可能性があります。はめあうという機能だけを考えるなら、常に最大実体公差方式を適用した方が、歩留まり（生産数における良品の割合）がよくなり、その結果コストダウンにつながることがわかったと思います。
次回は、最大実体寸法と幾何公差値の関係をビジュアル的に考えることができる動的公差線図について解説します。
