스크랩 측정공구 사용법-마이크로미터1

[빛돌이/이광명]

1. 마이크로미터의 역사

1939년 가스코인(영국)은 측정기에 나사를 이용했던 데 반해 1819년경 제임스 와트

(James Wat)는 그림 1.1과 같은 형상이면서 구조는 뒤에 설명될 JIS의 마이크로미터 

용어 설명과 거의 일치하는 측정기를 만들었다. 다른 점은 “슬리브와 싱글을 갖춘” 

대신에 “제1, 제2 눈금판을 갖춘”것이라고 할 수 있다. 그 구조는 그림 1.2와 같다.


그림 1.1 와트의 마이크로미터 개략도

그림 1.2 와트의 마이크로미터 단면도

이것은 스핀들에 직접 연결된 제1 눈금판으로 세밀한 부분을 읽고, 스핀들의 회전을 

웜 기어로 감속한 후 표시되어 있는 제2 눈금판으로 대략적인 곳을 판독한 것이다.

이것을 자세히 보면 지금의 것과 상당한 차이가 있음을 알 수 있다.

황동판으로 된 U자형 프레임 한쪽에 원통 측정면이 있는 앤빌이 고정되어 있고,

다른 쪽에 미끄러지며 움직이는 측정 헤드가 달려있다. 이 측정 헤드는 1인치당 

18산의 나사로 이송되며 측정 범위는 1인치(25.4mm)이다. 나사는 1/100회전까지

(눈금은 1/18인치) 제1 눈금판으로 판독하고, 나사와 맞물리는 웜 기어에 붙어 있는 

지침은 제2 눈금판 상의 나사가 몇 회전 했는지 나타내는 구조로 되어 있다. 

이 마이크로미터는 현재 런던의 과학 박물관에 전시되어 있다.

제임스 와트는 증기 기관을 발명하여 이것을 상품화한 것으로 유명하며, 이 증기 

기관이 제1차산업 혁명의 계기가 되었다는 사실도 잘 알려져 있다.

그가 마이크로미터를 서둘러 발명하게 된 것은 증기 기관의 피스톤과 실린더의 

간극을 일정하게 유지하기 위해서였다고 한다. 처음에는 피스톤과 실린더의 간극이 

6팬스짜리 은화 두께나 되어 새어나오는 증기를 낡은 헝겊이나 가죽 등으로 막았지만 

효과적이지 못했다고 한다.

1800년에 들어선지 얼마 되지 않아 영국의 헨리 마우즐레이는 “Lord Channcellor"

라는 이름의 벤치 마이크로미터를 만들었다. 이것은 측정 범위가 비교적 크고 

0.1인치씩 눈금이 있으며(아마 이송 나사의 피치는 0.1inch-25.4mm로 회전수를 

표시한 것이라 생각됨) 판독 다이얼은 눈금 간격이 0.001인치였던 것으로 전해진다.

현재 사용되고 있는 것과 같은 형태의 마이크로미터는 1848년에 프랑스인인 진 파마

(Palmer)가 제작한 것이 최초라고 한다.

이 무렵 미국에서는 강판 두께를 측정하기 위해 지시가 안정적인 측정기가 요구되고 

있었다. 미국의 조셉 R 브라운과 르시안 샤프(Brown & Sharpe) 등 두 사람은 1867년 

파리에서 열린 박람회에 출품된 파마식 마이크로미터(그림 1.3)를 보고 다양하게 

시험한 결과 대단히 실용성이 높았기 때문에 이에 대한 특허 사용권을 얻어 

귀국한 후 “포켓형 강판 측정구”로서 이것을 제조, 판매하게 되었다고 전해진다.

이것이 미국에서 최초로 제조된 실용적인 마이크로미터이다.(1867년)


그림 1.3 파마식 마이크로미터

그 후 나사가 외부로 노출되던 것이 내부에 수납되는 등 여러 가지 개량이 

이루어지고 차츰 많이 사용되었는데 상품으로 인정된 것은 1882년 미국 철도국의 

기계 관계자들이 모여 회의를 한 자리에서 와이어 직경의 표준으로 애용되던 번선

게이지 대신 마이크로미터를 표준으로 사용하기로 결의한 것을 계기로 보급에 점점 

박차를 가하게 되었다.그 후 많은 제조사들이 디자인을 개량하였고 다양한 응용 

제품이 만들어져 오늘에 이르게 된 것이다.


2. 마이크로미터의 원리

마이크로미터는 어떤 길이의 변화를 나사의 회전각과 직경으로 확대한다. 

다시 말하면 임의의 길이 즉 피치 길이에 상당하는 높이의 직각 삼각형을, 임의이 

직경을 가진 원기둥에 감은 형태에서 삼각형 빗변의 행정으로 치환하여 확대하고 

그 확대한 길이에 눈금을 표시하여 미세한 길이의 변화를 판독하는 측정기이다.


그림 2.1 표준 외측 마이크로미터

그림 2.2 마이크로미터의 원리

그림 2.2에 나타난 것처럼 스핀들이 각도 α만큼 회전했을 때 측정면이 a에서 b까지

X의 거리 만큼 이동한 것으로 가정하면 p 의 만큼 이동한 것이 되고, 이 때 눈금의 

반지름을 r이라고 하면 눈금면의 이동 거리는 r·α가 된다. 또한 눈금면이 1회전 

하면 나사는 1피치 이동하므로 다음과 같은 관계가 성립된다.        ∴   ------- ①

X : 축방향의 이동량(mm)
p : 나사의 피치(mm)
α : 나사 회전각(radian)
r : 눈금면 반지름(mm)

일반 마이크로미터는 나사 피치가 0.5mm이고 눈금면은 50등분한 것이 이용된다. 

즉 1 눈금은 0.01mm의 변이량을 나타낸다.

①식에 p=0.5mm, 을 대입하면

눈금 간격은 X=0.5mm×=0.01mm가 된다.


3. 마이크로미터의 구조 및 각부의 명칭

그림 3.1은 외측 마이크로미터, 그림 3.2는 내측 마이크로미터, 그림 3.3은 

마이크로미터 헤드를 나타낸 것이다.


그림 3.1 외측 마이크로미터의 구조 및 각부의 명칭

외측 마이크로미터란 “반원형 또는 U자형 프레임 한쪽에 측정면이 있는 앤빌을 

고정하고 이 측정면의 수직 방향으로 이동하는 스핀들에 앤빌의 측정면과 마주보는 

평행한 측정면이 있으며, 스핀들의 이동량에 대응하는 눈금이 있는 슬리브 및 딤빌을 

갖추고 있어서 "양 측정면 사이의 거리를 판독하여 외측 치수를 잴 수 있는 측정기”

를 가리킨다. 또 현재는 기계식 또는 전자식 디지털 표시로 측정치를 판독하는 

형태로 된 것도 있다.


그림 3.2 봉형 내측 마이크로미터

봉형 내측 마이크로미터란 “동체 한쪽에 구형 측정면의 조정 앤빌을 고정하고 다른 

축 방향으로 이동하는 스핀들에 고정 측정면과 마주보는 구형 측정면의 앤빌이 

있으며, 스핀들의 이동량에 대응하는 눈금이 있는 슬리브 및 딤블을 갖추고 있어서 

양 측정면 사이의 거리를 판독하여 내측 치수를 잴 수 있는 측정기”를 가리킨다.


그림 3.3 마이크로미터 헤드

마이크로미터 헤드란 “축선 방향으로 이동하는 스핀들의 이동량을 슬리브 및 딤블의 

눈금에 따라 판독할 수 있는 측정기로 부착부를 갖춘 것”을 가리킨다.또한 내측 

마이크로미터 및 마이크로미터 헤드도 외측 마이크로미터와 마찬가지로 기계식 또는 

전자식의 디지털 표시가 가능한 타입이 있다.

각 마이크로미터 그 원리와 구조는 어느 정도 다른 부분을 제외하고는 거의 유사하다.

외측 마이크로미터는 그림 3.1과 같이 프레임, 스핀들, 앤빌, 이너 슬리브, 슬리브, 

래칫, 클램프등의 주요 부품으로 만들어 진다.

프레임은 전체를 지탱하는 본체이고 이 프레임에 암나사를 지시하는 이너 슬리브단이 

맞물려 있다. 또한 그 반대쪽에는 고정된 측정면으로 앤빌이 설치되어 있다.

스핀들은 나사부와 안내부, 측정면으로 나뉘어 있다. 나사부는 이너 슬리브의 암나사

와 맞물려 스핀들의 측정면을 조금씩 좌우로 움직이는 기능을 한다. 안내부는 

이너 슬리브의 안내면과 맞물려 스핀들이 축 방향으로 이동하기 위한 지지대가 된다. 

측정면은 스핀들의 이동에 따라 앤빌의 측정면과의 거리를 바꾸고 양 측정면 사이에 

측정물을 끼워 넣어 측정자 역할을 한다.

슬리브는 이너 슬리브 바깥쪽에 끼워져 있고, 나사 피치에 상당하는 눈금과 딤블의 

분할 눈금을 읽기 위한 기선이 새겨져 있다. 그리고 영점 조정을 쉽게 하기 위해 

이너 슬리브 주변을 일정한 강도로 회전 조정이 가능하도록 되어 있다.

딤블은 스핀들에 고정되어 스핀들의 회전과 함께 회전하며, 원 가장자리에는 

스핀들을 쉽게 회전시키기 위해 롤렛(knurl)이 달려 있다. 그리고 원주 외의 

단면에는 스핀들 이동량에 상당하는 분할 눈금이 있다.

랫칫 스톱의 경우 보통형은 스핀들 끝에 붙어 있고 스핀들의 측정면이 측정물의 

눈금과 접촉하여 치수를 판독할때에 일정한 측정력을 가하기 위한 가압 장치로 보통 

스핀들과 탭이 내장되어 있다.

클랩프는 프레임의 스핀들 안내부에 부착되어 있고, 크게 레버식과 링식 등 2종류가 

있다.

레버식은 레버를 회전하여 캠 형태로 깎인 로드가 스핀들을 누르거나 느슨하게 하여 

스핀들의 회전을 고정하는 구조로 되어 있다. 링식은 링을 회전시켜 스핀들을 

전체적으로 조이는 구조로 되어 있다.


4. 각종 마이크로미터의 종류 및 용도

4.1 판독 방법에 따른 분류

마이크로미터를 판독 하는 방법에 따라 분류하면 다음과 같다.

(1) 기계식 마이크로미터(눈금으로 판독)

(2) 카운터 마이크로미터(기계식 카운터와 눈금으로 판독)

(3) 디지털 마이크로미터(전자식 카운터로 디지털 판독)

4.1.1 기계식 마이크로미터(눈금으로 판독)

표준 외측 마이크로미터란 일반적으로 최대 측정기이 500mm이하/눈금 간격 

0.01mm인 것을 말한다. 그러나 실제로는 최대 측정길이가 500mm를 넘는 것도 많이 

사용되고 있으며 이들 대형 마이크로미터를 포함하여 표준 외측 마이크로미터로 

봐도 좋을 것이다.

4.1.1.1 판독 방법

표준 외측 마이크로미터의 눈금을 읽는 방법은 다음과 같다. 

(그림 4.1, 그림 4.2, 그림 4.3)

먼저 슬리브의 눈금을 판독하고 그 다음 딤블의 눈금을 판독한 후 더한다. 슬리브의 

눈금을 읽을 때 0.5mm를 잘못 읽지 않도록 주의 한다.

슬리브를 기점 조정하여 돌릴 때 뽑는 방향으로 힘을 가하여 움직이면 0.5mm 오차의 

원인이 되는 경우가 있다.


그림 4.1 마이크로미터 읽는 방법

그림 4.2 슬리브와 기선 폭과              그림 4.3 0.001mm 를 읽는 방법에 대한 설명도딤블 눈금선 폭의 관계  

0.001mm까지 판독하는 방법은 슬리브의 기선폭과 딤블의 눈금선 폭과의 관계를 

이용하는 것이다. 그림 4.2에서

D : 딤블의 눈금면 직경

N : 딤블의 눈금 분할 개수

이라고 할 때 딤블의 눈금 간격 E는 다음 계산식으로 나타낼 수 있다.

이제 D, N, d의 설정치수를

D=∅14.7mm

N=50

d=0.2~0.18mm

로 하면 눈금 선의 폭에 대응하는 스핀들 이동량은 ∆P는

∆P=()×()
   
  =()×()
   
  =0.002mm

이것을 이용하여 그림 4.3과 같이 판독할 수 있다.

4.1.1.2 0.001mm 판독 마이크로미터

표준 마이크로미터의 눈금 간격은 0.01mm이지만 슬리브에 버니어를 붙이거나 

또는 특별한 구조로 만들어 0.001mm를 판독할 수 있는 마이크로미터이다.

4.1.1.3 버니어 부탁 외측 마이크로미터

최소 판독치를 0.001mm로 하기 위해 표준 마이크로미터의 슬리브 기선 윗부분에 

버니어 눈금을 표시하여 딤블의 눈금선과 일치하는 위치에서 0.001mm를 판독하는 

것이다. (그림 4.4)


그림 4.4 버니어 부착 마이크로미터 읽는 방법

슬리브를 읽은 값        6.

딤블을 읽은 값           .21

버니어 눈금을 읽은 값    .003  ) +
-----------------------------------------
읽은 값                 6.213mm

4.1.2 카운터 마이크로미터(기계식 카운터와 눈금으로 판독)

전술한 기계식 마이크로미터로 둥근 막대의 직경이나 판 두께를 측정할 경우 

그 측정치는 아날로그로 표시된다. 측정자는 측정치를 눈금으로 판독하여 아날로그 

값에서 디지털 값으로 변환한다. 또한 0.5mm 단위는 이너 슬리브의 눈금선을 

기준으로 판독하는데 0.5mm를 잘못 읽는 경우가 의외로 많다.

이와 같은 눈금을 판독하는 데 따른 부담을 덜기 위해 측정기 내부에 아날로그 

값에서 디지털 값으로 변환하는 장치를 갖춘 마이크로미터가 실용화 되고 있다.

마이크로미터에 기계식 카운터를 내장하여 0.01mm 단위까지 디지털 표시를 한 것이 

그림 4.5의 카운터 마이크로미터이다.

카운터 마이크로미터는 스핀들의 회전량을 1/50회전 단위로 세는 카운터를 내장하고 

있으므로 외측 마이크로미터뿐만 아니라 깊이 마이크로미터나 마이크로미터 헤드에도 

응용되어 상품화 되고 있다. 


그림 4.5 카운터 마이크로미터

그림 4.6 카운터 깊이 마이크로미터

4.1.3 디지털 마이크로미터

로터리 엔코더 내장 디지털 마이크로미터는 정전 용량식으로 검출한 신호를 

전기적으로 분할하여 0.001mm 단위까지 디지털로 표시하며, 표준 외측 

마이크로미터를 비롯한 각종 마이크로미터가 상품화 되어 있다. 

기계식 마이크로미터, 카운터 마이크로미터와 비교하여 0.001mm 단위까지 확실하게 

판독하여 측정할 수 있다는 점이 큰 이점이다.

또한 최근 몇 년간의 고령화를 배경으로 한 액정 표시부의 대형 문자화, 또는 제조 

현장에서 사용할 수 있도록 방진, 방수 기능을 갖춰 내환경성을 향상시킨 상품이 

실용화 되어 있다.

그리고 저소비 전류를 통해 절대 원점을 갖는 완전형인 1㎛판독 ABS센서를 탑재한 

퀵 마이크로를 상품화 하였다. 퀵 마이크로는 기존의 나사식 디지털화로부터 한걸음 

진화한 스핀들의 이동이 빨라 능률이 높고 지시 안정성이 뛰어난 혁신적인 디지털 

마이크로미터이다.


그림 4.9 출력부 부착 디지메틱 마이크로미터

그림 4.10 표시부 확대도

4.1.4 나사 마이크로미터나사 

마이크로미터는 주로 삼각 나사의 유효 직경 측정에 이용되는데 각, 사다리꼴, 

볼 나사등도 측정단을 특별 주문 제작하면 측정이 가능한 경우가 있다.

나사를 측정할 때 대상이 되는 치수 제원으로는 다음 5가지가 있다.

A. 외경 B. 골지름 C. 유효 직경 D.나사산 각도 E. 피치

이들 제원은 서로 영향을 주어 수나사와 암나사의 결합 강도를 결정하거나 이송 

정밀도를 결정한다. 따라서 나사 치수를 관리할 때 상기 5가지 요소에 대해 측정할 

필요가 있는데 많은 경우 나사산의 각도 오차는 공작용 절삭 공구의 치수 관리나 

설치 관리 정도에 따라 결정되며 피치 오차는 공작 기계에 따라 결정되는 경우가 

많다. 유효 직경을 측정하는 마이크로미터를 일반적으로 나사 마이크로미터라고 

부른다.

4.1.5 기어 마이크로미터

기어는 기계 구성 요소에서 가장 중요한 것 중 하나이다. 따라서 기어 측정도 매우 

빈번하게 이루어진다.

기어는 “서로 올바르게 맞물리면서 그 중심 거리를 바꾸지 않고 각 기어가 일정한 

축 위에서 회전한다. 이 때 피치 원 상의 주변 속도는 등속이다.”라는 조건을 

만족하는 올바른 기어가 필요하므로 여러 가지 기어의 요소를 측정하여 검사한다.


그림 4.12 기어 마이크로미터

그림 4.13 디지털 기어 마이크로미터

4.1.6 강판 마이크로미터

이 마이크로미터는 제강소 등에서 만들어진 잉곳(Ingot)을 열간 또는 냉간 압연을 

통해 얇은 강판으로 가공하는 도중 두께를 체크하거나, 최종 압연 후의 두께 

측정용으로 사용되는 것이다. 피측정물의 폭이 넓기 때문에 프레임 내부가 

깊어지는 것이 특징이다. 따라서 강판 끝 부분뿐만 아니라 중앙에 가까운 부분도 

측정할 수 있다.

강판 마이크로미터에는 U자형인 것과 눈금판이 분어 있는 것이 있다.


그림 4.14 U자형 강판 마이크로미터 

그림 4.15 U자형 강판 디지털 마이크로미터

그림 4.16 눈금판 부착 마이크로미터

4.1.7 관두께 마이크로미터

이 마이크로미터는 파이프의 두께 또는 한쪽이 좁아 표준 마이크로미터의 앤빌부를 

사용할 수 없는 경우 등에 사용하는 마이크로미터이며 다음과 같은 종류가있다.

(1) 편 구면 마이크로미터

(2) 양 구면 마이크로미터

(3) 막대 구면 마이크로미터


그림 4.17 편 구면 마이크로미터

그림 4.18 양 구면 마이크로미터

그림 4.19 막대 구면 마이크로미터

4.1.8 스플라인 마이크로미터

이 마이크로미터는 스핀들 및 앤빌의 형상이 표준 마이크로미터에 비해 측정면 

부분의 직경이 가는 것으로 스플라인 샤프트 홈 직경이나 표준 마이크로미터는 

측정할 수 없는 좁은 부분의 측정용으로 사용된다. 그림 4.23은 그 외관을 나타낸 

것이다. 표준 측정면은 ∅3mm×10mm 이다. 사양은 표준 마이크로미터에 준하지만 

0~100mm 정도가 많이 사용된다.


그림 4.20 스플라인 마이크로미터

4.1.9 포인트 마이크로미터

스핀들 및 앤빌의 측정면 선단이 뽀족한 외측 마이크로미터이며, 그림 4.24는 

그 외관을 나타낸 것이다. 드릴의 웹 두께나 암나사의 골지름을 측정할 때 이용된다.

측정면의 선단 각도는 보통 15“, 30”의 2종류가 있고 표준적인 선단 형상은 

R0.3mm 이다.

이 마이크로미터에서 주의해야 하는 것은 양 측정 선단의 엇물림이다. 이 엇물림은 

작게 되어 있어도 0이 아니므로 기준점을 조정할 경우에는 이미 알고 있는 치수의 

블록 게이지를 끼우고 하는 것이 좋다. 또한 선단을 보호하기 위해 측정력도 

표준보다 작게 되어 있다.


그림 4.21 포인트 마이크로미터

4.1.10 V 홈(홀수 홈) 마이크로미터

표준 외측 마이크로미터로는 측정이 불가능한 홀수 홈이 있는 탭이나 리머 등의 

외경을 직접 읽거나 환산표를 통해 판독할 수 있는 마이크로미터이다.

또한 1침법으로 탭의 유효 직경을 측정할 수 있으며 V 홈 마이크로미터에는 다음 

2가지 종류가 있다.

(1) 3개 홈 마이크로미터

(2) 5개 홈 마이크로미터


그림 4.22 3개 홈 마이크로미터

그림 4.23 5개 홈 마이크로미터

4.1.11 페이퍼 마이크로미터

직진식 외측 마이크로미터와 구조는 동일하지만 측정력의 집중을 피하기 위해 양측 

정면을 디스크(원판)형으로 만들어 면적을 넓힌 것으로 외관은 그림 4.24과 같다. 

측정면의 크기는 ∅14.3mm이다. (단면적 160㎟)

구조가 비슷한 것에 직진식 이두께 마이크로미터가 있다. 

(측정면의 넓이 : ∅20mm[릴리프 8mm])


그림 4.24 페이퍼 마이크로미터

4.1.12 블레이드 마이크로미터

측정면의 형상이 칼 모양으로 되어 있으므로 홈 형태로 된 것이나 좁은 장소도 측정

할 수 있는 마이크로미터이다. 


그림 4.25 직진식 블레이드 마이크로미터

4.1.12 캔 심(Can Seam) 마이크로미터

이것은 캔을 제조할 때 필요한 캔 가장자리의 폭과 높이를 측정하기 위한 전용 

마이크로미터이다.

구조는 표준 외측 마이크로미터와 같고, 마이크로미터 헤드와 몸체로 구성되어 

있으며 몸체 선단부에 높이를 측정하기 위한 뎁스 바가 장착되어 있다.

그림 4.26은 외관, 그림 4.27은 사용예를 나타낸 것이다.


그림 4.26 캔 심(Can Seam) 마이크로미터