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、定規を当てて読む数字ではありません。触針を面の上で滑らせて輪郭曲線を取り、波長 0.8mm を境目とするフィルタをかけます。そこから長さ 0.8mm の区間を切り出し、その中で輪郭の高さの絶対値を平均した値が Ra です。ポイントは境目の「0.8mm」です。図面のどこにも書かれていないのに、値は決まっています。決めているのは JIS B 0633:2001 の表です。しかも 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ます。この入れ子の構造を、順にほどいていきます。

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」です。日本規格協会の書誌ページで確認できる範囲では、対応国際規格は ISO 4287:1997（IDT）、和文 44 ページです。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」とあります。

JIS B 0601 は 1952 年制定、現行版は 2013 年改正です。測る手順とカットオフ値を決めているのは、別の規格です。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）がそれにあたります。Ra を定義する規格と、Ra を測る前提を決める規格は別々にあります。 図面に現れるのは、前者の記号だけです。

資料には何が書かれているか — Ra 1.6にはカットオフ0.8mmが付いてくる

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。

ここで鍵になるのが、粗さ曲線です。触針が拾うのは、面の細かい凹凸だけではありません。加工機の送りムラ、ワークのたわみ、治具のうねりなど、長い波長のうねりも一緒に拾ってきます。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 です。ミツトヨの解説掛図によると、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」です。2001 年の改正では、短波長側を切る λs も定義されました。λc = 0.8mm のとき λs = 2.5μm、比は 300 です（ミツトヨ掛図が JIS B 0651:2001 の値として掲げる呼び値。

0.8mm を 2.5μm で割った実際の商は 320）。想定される触針先端半径は 2μm です（同掛図の最大 rtip）。※触針形状やこの帯域表を定めているのは JIS B 0651（ISO 3274）で、当サイトは規格票を確認しておらず、これらはミツトヨ掛図の記載によります。要するに Ra 1.6 の測定は、波長 2.5μm から 0.8mm までの帯域だけを「粗さ」とみなした結果です。それより長い波形はうねりとして、短い波形はノイズとして捨てています。

では、そのカットオフ値をどう選ぶのでしょうか。JIS B 0633:2001 が、非周期的な輪郭曲線について Ra の値ごとの表を用意しています。ミツトヨの掛図とキーエンスの測定手順ページは、別々の資料でありながら同じ表を掲げています。

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 です。評価長さは、どの行でも基準長さのちょうど 5 倍です（0.4／1.25／4／12.5／40mm）。Ra 1.6 は 3 行目に入ります。だから λc = 0.8mm、基準長さ 0.8mm、評価長さ 4mm になります。

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ります。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、本文 6.3「評価長さ ln の指示」・6.5「通過帯域及び基準長さの指示」に加え、これを補う参考附属書 F「評価長さ ln」・G「通過帯域及び基準長さ」が並んでいます。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ります。ただし、標準条件と一致する場合は省略してよいことになっています。「Ra 1.6」という短い表記は省略の結果であって、条件が存在しないことを意味しません。

この数字の読みどころ

Ra という数字の弱点は、大きさではなく帯域にあります。

Ra 1.6 と Ra 3.2 は、数直線の上では 2 倍の関係に見えます。ところが JIS B 0633 の表を通すと、話が変わります。前者は λc = 0.8mm・評価長さ 4mm で測ります。後者は 2 ＜ Ra ≦ 10 の区分に入るので、λc = 2.5mm・評価長さ 12.5mm で測ります。うねりとして切り捨てる波長の境目が、3 倍以上ずれます。測る距離も 3 倍以上違います。同じ「Ra」という記号でも、設定の違う測定値が並んでいます。 粗さ指示を「Ra が小さいほど良い面」という一次元の物差しで読むと、この二階建ての構造が見えなくなります。

もうひとつ、Ra は平均であって最大ではありません。基準長さ 0.8mm の区間で高さの絶対値を平均する定義です。だから深い傷が一本走っていても、周囲が平滑なら Ra はあまり動きません。ここに 16%ルールが重なります。ミツトヨの解説によると、パラメータに「max」を付けない上限値指示のときは、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% 以下なら、その面は合格として受け入れられます。

全区間が要求値以下である必要はありません。全区間を要求したいなら「Ramax」のように max を明記します。これが最大値ルールです。「Ra 1.6」という指示は、面のすべての場所が Ra 1.6 以下であることまでは求めていません。 この既定が図面に書かれていない点は、カットオフ値が書かれていないのと同じ省略です。

規格の年代差も、やっかいです。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」へ入れ替わりました。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ます。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、指している量が違います。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措置とみられます。

三角記号（▽▽▽）も同じ事情を抱えています。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ました。複数の解説が「▽▽▽ ≒ Ra 1.6」を挙げますが、対応を Ra 1.6／0.8／0.4 の幅として示す資料もあります。1 対 1 の換算表としては使えません。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、換算ではなく再指定です。

規格の落ち度を責めたいわけではなく、成り立ちの時代の話です。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りました。当時は測定機のフィルタが物理回路（2RC）で決まっていたので、標準条件を一組に固定することには合理性がありました。ズレているのは前提のほうです。今は光学式・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ます。それでも図面の「Ra 1.6」は、いまだに「線を 4mm なぞる」ことを前提とした数字です。

ISO は 2021 年に ISO 21920-2 を出し、ISO 4287・ISO 4288・ISO 1302 を年末に廃止しました。Digital Surf の解説によると、21920 系ではパラメータを評価長さの上で一度だけ算出し、基準長さごとに平均する手続きが原則としてなくなります。同じ輪郭曲線から、違う数字が出る可能性があります。JIS 側では 2022 年に JIS B 0031 の追補1が出ていますが、その中身までは確認できませんでした。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ません。

同じ構造は、他の規格数値にもあります。ボルトの強度区分「10.9」は、特定の試験片形状と引張試験の条件から出た数字です。「IP67」は、水深 1m・30 分という試験条件と切り離せません。Ra 1.6 も、同じように条件と一体の数字です。違うのは、Ra の条件が図面から見えない点です。IP67 の「6」と「7」は記号の中に条件が埋め込まれています。Ra 1.6 の「0.8mm」は、どこにも現れません。

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す。どの面にどの粗さを指示すべきかは扱いません。「この面は Ra 1.6 でよい」という判断は設計の領域なので、当サイトは書きません。測定結果の合否判定、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ご相談ください。

ねじの強度区分を調べたときにも書きましたが、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ちません。表面粗さでは、そのセットの片割れであるカットオフ値 0.8mm と評価長さ 4mm が、図面の上では黙って省略されています。省略されているものを読み戻す。「Ra 1.6」を読むとは、その作業のことです。