【図表で解説】表面粗さについて

発行日：2023年5月24日

　表面粗さは面の狀態(tài)を表す指標(biāo)です。機(jī)械加工でできる表面は細(xì)かい凹凸により作られており、この高さで表面の手觸りや外観、機(jī)能が変わります。これを”表面性狀”といいます。

　そして、細(xì)かい凹凸を數(shù)値として表しているのが”表面粗さ”です。表面粗さの數(shù)値は一般的にμmを用い、小さいほど滑らかな面になります。

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　測定機(jī)で表面を測定してみると極端に短かったり、長い波長の形狀があり、様々な凹凸から表面が出來ていることが分かります。測定から得られる曲線のことを”測定斷面曲線”といいます。

　この”測定斷面曲線”からノイズなどの極端に短い波長の形狀を取り除いたものを”斷面曲線”といいます。どのくらい短い波長を取り除くかはカットオフ値λS（ラムダエス）の値で決まります。

λS＝2.5μmなら2.5μm以下の短い波長の形狀は無視した”斷面曲線”が得られます。

　”斷面曲線”に対してもう一つのカットオフ値λCを設(shè)定することで”うねり曲線”と”粗さ曲線“を得る事ができます。

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　うねりとは、反りなどの表面のゆるやか凹凸形狀のことです。”斷面曲線”からλCの値よりも小さな波長の形狀をカットすると”うねり曲線”を取り出すことができます。長すぎる波長の形狀を取り除く場合もあり、その値はカットオフ値λｆで設(shè)定します。

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　表面粗さを評価する場合は、”斷面曲線”からλCの値よりも大きな波長の形狀を取り除いた”粗さ曲線“を用います。

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それぞれの曲線の境は下図のようになります。

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　表面粗さは表面性狀のRaなどのパラメーターの後に數(shù)値を入れる表記になっています。

　面性狀のパラメーターはいくつもありますが切削加工ではRaとRzがよく使われます。

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RaとRzの図面上の表記例

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　算術(shù)平均粗さ（Ra）は粗さ曲線から、その平均線の方向に基準(zhǔn)長さだけ抜き取り、この部分の平均線からの偏差を合計し平均をとった値になります。平均値であり、突発的で少數(shù)の大きい凹凸の影響を非常に小さくできるため、値が安定します。そのため部品全體の表面粗さ指示など頻繁に使われます。

算術(shù)平均粗さ（Ra）のイメージ図

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　最大高さ(Rz)は粗さ曲線から、その平均線の方向に基準(zhǔn)長さだけ抜き取り、凸の最大高さと凹の最大深さを合計したものです。この評価方法では、僅かでも凹凸があると問題になる気密面や摺動面のような箇所に指示される評価方法です。

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最大高さ（Rz）のイメージ図

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　上記の他にも、古い図面では舊JISの仕上げ記號もよく見られます。仕上げ記號は▽を1～4つ並べた記號で、▽の數(shù)が多いほど表面はなめらかになります。

　この仕上げ記號とRa、Rzの値は以下の表のような関係になり、加工の種類の目安にもなります。

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　表の加工種類は目安であり、現(xiàn)在では工作機(jī)械や切削工具の進(jìn)歩によって切削加工でもRa1.6以下で加工する事ができます。特に旋削は機(jī)械加工の中でも表面粗さを出しやすい加工方法で、被削材にもよりますがRa0.8のような表面粗さにすることもできます。

　また、スパロールやバニシングツールなどの金屬の表面を押し均す加工工具を用いることで、切削加工と同時に表面粗さを向上することも可能になってきています。

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　金屬の表面性狀の精度を突き詰めていくと鏡のようにピカピカな鏡面仕上げと呼ばれる表面になり、表面粗さとしてはRz0.05～Rz 0.2になっています。機(jī)械加工では表面粗さを達(dá)成できていたとしても、熱や回転による主軸長の変位や駆動の振動などが影響するので、充分な表面性狀を達(dá)成するには特殊な加工法や設(shè)備が必要になります。よく行われるのは、形狀加工後のバフ研磨などの工程で施す鏡面仕上げですが、やはり難易度の高い加工になります。

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?表面粗さは表面性狀の凹凸の大きさを數(shù)値として表した記號です。

?切削加工ではRa、Rzがよく使われます。また舊JISの▽記號も未だによく見られます。

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