図面の「Ra 1.6」は何を測った数字か──JIS B 0601とカットオフ値0.8mm

図面の隅にある「Ra 1.6」は、面の上に定規を当てて出てくる数字ではない。触針を面の上で滑らせて得た輪郭曲線に、波長 0.8mm を境目とするフィルタをかけ、そこから長さ 0.8mm の区間を切り出し、その区間内で輪郭の高さの絶対値を平均した値である。そして「0.8mm」という境目は、図面のどこにも書かれていない。書かれていないのに決まっている。決めているのは JIS B 0633:2001 の表であり、Ra 1.6 という値そのものが、その表を引くための入力になっている。この記事は、その循環めいた構造を追う。

日本規格協会の書誌ページで確認できる範囲では、Ra を定義しているのは JIS B 0601:2013「製品の幾何特性仕様（GPS）－表面性状：輪郭曲線方式－用語，定義及び表面性状パラメータ」で、対応国際規格は ISO 4287:1997（IDT）、和文 44 ページ。同協会が公開している規格票のプレビュー PDF の奥付には「制定：昭和 27.5.21／改正：平成 25.3.21」とある。つまり JIS B 0601 は 1952 年制定で、現行版は 2013 年改正である。一方、測る手順とカットオフ値を決めているのは別の規格で、JIS B 0633:2001「表面性状評価の方式及び手順」（ISO 4288:1996、IDT、和文 16 ページ）が担当する。Ra を定義する規格と、Ra を測るときの前提を決める規格は、別々に存在する。 図面には前者の記号しか現れない。

資料には何が書かれているか

JIS B 0601:2013 書誌情報／ミツトヨ「表面粗さの基礎知識」｜資料の記述（要旨）

Ra（算術平均粗さ）は、基準長さにおける輪郭曲線の高さ Z(x) の絶対値の平均として定義される。基準長さは、粗さ曲線を切り出す長さであり、粗さ曲線そのものはカットオフ値 λc の高域フィルタによって断面曲線から長波長成分（うねり）を取り除いて得られる。

ここで効いてくるのが、粗さ曲線という中間生成物である。触針が拾うのは、面の細かい凹凸だけではない。加工機の送りムラ、ワークのたわみ、治具のうねり——長い波長のうねりも一緒に拾ってくる。この長波長成分をどこで切り捨てるかを決めるのが、カットオフ値 λc である。ミツトヨの解説掛図によれば、粗さ曲線は「断面曲線にカットオフ値 λc の高域フィルタを適用して長波長成分を遮断して得た輪郭曲線」であり、さらに 2001 年の改正で短波長側を切る λs も定義された。λc = 0.8mm のとき λs = 2.5μm、比は 300（規格表に示された呼び値。実際の商は320）、想定される触針先端半径は 2μm。つまり Ra 1.6 の測定とは、波長 2.5μm から 0.8mm までの帯域だけを「粗さ」とみなした結果である。それより長い波形はうねりとして捨て、それより短い波形はノイズとして捨てている。

そのカットオフ値をどう選ぶか。JIS B 0633:2001 が、非周期的な輪郭曲線について Ra の値ごとの表を持っている。ミツトヨの掛図とキーエンスの測定手順ページは、独立した資料でありながら同じ表を掲げている。0.006 ＜ Ra ≦ 0.02 なら基準長さ 0.08mm、0.02 ＜ Ra ≦ 0.1 なら 0.25mm、0.1 ＜ Ra ≦ 2 なら 0.8mm、2 ＜ Ra ≦ 10 なら 2.5mm、10 ＜ Ra ≦ 80 なら 8mm。そして評価長さは、いずれの行でも基準長さのちょうど 5 倍になっている（0.4／1.25／4／12.5／40mm）。Ra 1.6 は 3 行目に落ちる。だから λc = 0.8mm、基準長さ 0.8mm、評価長さ 4mm。

図面に何も書かなくてよい理由は、図示方法の側の規格にある。JIS B 0031:2003「表面性状の図示方法」（ISO 1302:2002）のプレビュー PDF の目次には、附属書 F「評価長さ ln」、附属書 G「通過帯域及び基準長さ」が並んでいる。図示記号には本来、通過帯域・基準長さ・評価長さ・判定ルールを書き込む欄があるのだが、標準条件と一致する場合は省略してよい。「Ra 1.6」という短い表記は、省略の結果であって、条件が存在しないという意味ではない。

筆者はこう読んだ

Ra という数字の弱点は、大きさではなく帯域にある。

Ra 1.6 と Ra 3.2 は、数直線の上では 2 倍の関係に見える。しかし JIS B 0633 の表を通すと、前者は λc = 0.8mm・評価長さ 4mm で測られ、後者は 2 ＜ Ra ≦ 10 の区分に入るので λc = 2.5mm・評価長さ 12.5mm で測られる。うねりとして切り捨てられる波長の境目が、3 倍以上ずれる。測る距離も 3 倍以上違う。同じ「Ra」という記号で、違う設定の測定値が並んでいる。 図面の粗さ指示を「Ra が小さいほど良い面」という一次元の尺度として読むと、この二階建ての構造が見えなくなる。

もうひとつ、Ra は平均であって最大ではない。基準長さ 0.8mm の区間で高さの絶対値を平均する定義だから、深い傷が一本走っていても、周囲が平滑なら Ra は動きにくい。ここに 16%ルールが重なる。ミツトヨの解説によれば、パラメータに「max」を付けない上限値指示のとき、評価長さから切り出した基準長さごとの値のうち、要求値を超えるものが 16% 以下であれば、その面は要求を満たしたものとして受け入れられる。全区間が要求値以下である必要はない。全区間を要求するなら「Ramax」のように max を明記する——それが最大値ルールである。「Ra 1.6」という指示は、面のすべての場所が Ra 1.6 以下であることを要求してはいない。 この既定が図面に書かれていないことは、カットオフ値が書かれていないことと同じ構造の省略である。

規格の年代差は、さらに厄介な形で残っている。2001 年の改正で、記号 Rz の中身が「十点平均粗さ」から「最大高さ粗さ」へ入れ替わった。大阪産業技術研究所のページも、ミツトヨの規格解説も、同じ注意を書いている。図面の Rz が旧規格に基づくのか現行規格に基づくのかで、指している量が違う。JIS B 0601:2013 の目次に附属書 JA「十点平均粗さ」が残っているのは、この移行を吸収するための処置に見える。三角記号（▽▽▽）も同じ地層にある。1952 年の制定当時から使われ、1990 年代に数値表記へ置き換えられたが、複数の解説が「▽▽▽ ≒ Ra 1.6」を挙げる一方、対応を Ra 1.6／0.8／0.4 の幅として示す資料もある。1 対 1 の換算表ではない。古い図面をそのまま新記号へ機械的に置き換える作業は、実は換算ではなく再指定である。

規格が悪いのではない。JIS B 0601 の骨格は 1952 年、Ra の帯域分離の考え方は触針式測定機の時代に固まった。当時は、測定機が持てるフィルタが物理回路（2RC）で決まっており、標準条件を一組に固定することには合理性があった。ズレているのは前提のほうである。光学式・共焦点・白色干渉といった非接触の測定機が普及し、面全体を一度に取り込めるようになった今も、図面の「Ra 1.6」は依然として「線を 4mm なぞる」ことを前提とした数字である。ISO は 2021 年に ISO 21920-2 を出し、ISO 4287・ISO 4288・ISO 1302 を年末に廃止した。Digital Surf の解説によれば、21920 系ではパラメータが評価長さの上で一度だけ算出され、基準長さごとの平均という手続きが原則として消える。同じ輪郭曲線から、違う数字が出る可能性がある。JIS 側では 2022 年に JIS B 0031 の追補1が出ているが、その中身までは確認できなかった。JIS B 0601 が ISO 21920 系へ移行するかどうかも、今回は確認できていない。

同じ構造は他の規格数値にもある。ボルトの強度区分「10.9」が特定の試験片形状と引張試験の条件から出た数字であるのと同じで、「IP67」が水深 1m・30 分という試験条件と切り離せないのと同じで、Ra 1.6 も条件と一体の数字である。違いがあるとすれば、Ra の条件は図面から見えないという点だ。IP67 の「6」と「7」は記号の中に条件が埋め込まれているが、Ra 1.6 の「0.8mm」はどこにも現れない。

あなたの条件ならこう読み替える

この記事は、その数字がどんな条件のもとで定義されているかを説明するものであって、どの面にどの粗さを指示すべきかを述べるものではない。「この面は Ra 1.6 でよい」という判断は設計の領域であり、当サイトは書かない。測定結果の合否判定や、測定機の校正、指示の妥当性については、社内の測定管理部門、公設試験研究機関、計測機器メーカーの技術部門など、資格と設備を持つ側へ。

ねじの強度区分を調べたときにも同じことを書いたが、規格が定める数字は「その数字が生まれた試験の条件」とセットでしか意味を持たない。表面粗さの場合、そのセットの片割れ——カットオフ値 0.8mm と評価長さ 4mm——が、図面の上では黙って省略されている。省略されているものを読み戻すこと。それが「Ra 1.6」を読むということだと、筆者は考える。