試作人基礎講座

本日は表面粗さについて解説していきます！
基本知識となることを順に紹介していきますので、是非ご覧ください♪

表面粗さとは

表面粗さとは、加工したワークの表面の粗さを評価するための指標です。

加工したワークの表面は間隔の異なる起伏があります。
この起伏が大きいものを「うねり」と呼び、微小なものは「表面粗さ」と呼びます。

表面粗さは、専用の測定機器を用いて断面曲線のデータを取得します。
断面曲線から凹凸の大きさで分離し、大きな波長をうねり曲線、小さな波長を粗さ曲線として評価します。
うねりと粗さの分離は、【JIS B 0633】の規格で定められた基準長さを用います。

表面粗さ測定の必要性

表面粗さは、製品同士が接触するときなどの、摩擦力や気密性に影響を及ぼします。
例えば軸と軸受けは、部品の表面粗さにより、接触面の摩擦力に違いが出てきます。
金型と成形品のはがしやすさにおいても、表面粗さにより違いがあります。

また、製品の表面粗さが小さいものほど光沢が出るようになるなど、製品の品質にも影響が出てきます。

これらのように表面粗さは、機能性や品質の評価を行うための値として多く利用されています。

表面粗さのパラメータの種類

表面粗さのパラメータは、主に算術平均粗さのRaと、最大高さ粗さのRzが用いられています。

Ra

Raは、【JIS B 0601：2013】で「算術平均粗さ」と呼ばれる、高さ方向のパラメータを表します。
【ISO 25178】では、Saと表記されています。

粗さ曲線とその平均値の直線で囲まれる面積を、長方形に平滑化したときの高さで平均化した値を取るため、全体的な面の評価に採用されています。

算術平均粗さは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さLだけを抜き取り、抜き取り部分の平均線の方向にx軸を、縦倍率の方向にy軸を取り、粗さ曲線をy=f(x)で表したとき、求められた値をμmの単位で表したものが算術平均粗さになります。

Rz

Rzは、【JIS B 0601：2013】で「最大高さ粗さ」と呼ばれる、高さ方向のパラメータで、粗さ曲線の最大値と最小値の差をμmの単位で表したもののことです。
【ISO 25178】では、Szと表記されています。

最大高さ粗さは、測定の仕組み上、高い山と低い谷のある箇所だと、最大高さ粗さの値が大きくなるため、部分的な傷などのチェックに採用されています。

Rzは、2001年よりも前のJIS規格だと「十点平均粗さ」という別のパラメータを表していたので、図面に表記されていた場合は、間違いのないよう注意してみる必要があります。
また、最大高さ粗さは、旧JIS規格の場合、RmaxやRyといったパラメータで表記されていました。

測定方法の種類

接触式

接触式は、先端の大きさが半径数μm程度のダイヤモンド製触針(スタイラス)でワークの表面をなぞり、断面形状のデータを測定します。
接触式は、従来から主流となる表面粗さの測定方法で、技術の蓄積も豊富にあります。

接触式の主な特徴は以下の通りです。
・明瞭な形状波形が得られます
・長い距離の測定が可能
・測定力により試料の表面に傷がついてしまう
・粘着性のある試料は測定できない
・触針の先端のサイズにより、小さい溝は測定できない

非接触式

非接触式は、触針の代わりに光などを使って表面粗さを測定する方式です。
共焦点方式や白色干渉方式など、原理の違いにより、様々な測定方式があります。

非接触式は二次元の表面粗さだけでなく、三次元の表面形状の測定に対応したものが多数あります。
その場合は、高さ・平面度・平面プロファイルなどの様々な測定が可能です。

非接触式の主な特徴は以下の通りです。
・試料の表面を傷つけない
・接触式と比べて微小な凹凸を測定できる
・測定時間が短い
・測定できる試料が限定される

加工方法と記号

表面粗さ記号は、加工方法や節目方向を指定できます。
節目方向とは、加工でできる筋の方向を意味します。

主な加工記号の例は以下の表の通りです。

加工方法	記号	参考
旋削 外丸削り	L	Turning(Lathe Turning)
面削り	LFC	Facing
中ぐり	B	Boring
平削り	P	Planing
フライス削り	M	Milling
平フライス削り	MP	Plain Milling
リーマ仕上げ	DR	Reaming

上記で挙げたもの以外にも、多くの加工方法の記号があります。

節目方向の記号については、以下の表を参考にしてみてください。

記号	意味
＝	加工による刃物の節目方向が記号を記入した図の投影面に平行 例：形削り面
⊥	加工による刃物の節目の方向が記号を記入した図の投影面に直角 例：形削り面(横から見る状態)、旋削、円筒研削面
X	加工による刃物の節目の方向が記号を記入した図の投影面に斜めで2方向に公差 例：ホーニング仕上げ面
M	加工による刃物の節目が多方向に交差又は無方向 例：ラップ仕上げ面、超仕上げ面、横送りをかけた正面フライスまたはエンドミル削り面
C	加工による刃物の節目が記号を記入した面の中心に対して、ほぼ同心円状 例：面削り面
R	加工による刃物の節目が記号を記入した面の中心に対して、ほぼ放射状

こちらの記事はMitsuri Media様の記事を参照しております。

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