表面仕上げ

表面仕上げは、表面テクスチャまたは表面トポグラフィーとも呼ばれ、レイ、表面粗さ、波状性の3つの特性によって定義される表面の性質です。^{[1]表面が完全に}平らな理想（真の平面） からの小さな局所的な偏差で構成されます。

表面テクスチャは、滑り時の摩擦と移動層の形成を制御する重要な要素の 1 つです。滑り条件下での表面テクスチャが摩擦と摩耗に与える影響を研究するために、かなりの努力がなされてきました。表面テクスチャは等方性または異方性です。表面テクスチャによっては、滑り時にスティックスリップ摩擦現象が観察されることがあります。

各製造プロセス(さまざまな種類の機械加工など) により、表面テクスチャが生成されます。通常、プロセスは、結果として得られるテクスチャが使用可能であることを確認するために最適化されます。必要に応じて、最初のテクスチャを変更するために追加のプロセスが追加されます。後者のプロセスには、研削 (研磨切削)、研磨、ラッピング、研磨ブラスト、ホーニング、放電加工(EDM)、フライス加工、リソグラフィー、工業用エッチング/化学フライス加工、レーザーテクスチャリング、またはその他のプロセスがあります。

撚りとは、主に表面の模様の方向のことで、通常は製造方法によって決まります。また、ロープの繊維や撚り糸の巻き方向を表すためにも使用されます。^[2]

表面粗さは、一般的には粗さと略され、表面の凹凸の総間隔の尺度です。^[1]工学では、これは通常「表面仕上げ」を意味します。数値が低いほど凹凸が細かくなり、表面が滑らかになります。

波状度は、表面粗さよりも間隔が大きい表面の凹凸の尺度です。これらの凹凸は通常、機械加工中の反り、振動、またはたわみによって発生します。^[1]

表面仕上げは、接触法と非接触法の 2 つの方法で測定できます。接触法では、測定スタイラスを表面に沿って動かします。このような機器は、プロファイロメータと呼ばれます。非接触法には、干渉法、共焦点顕微鏡法、焦点変化法、構造化光法、電気容量法、電子顕微鏡法、原子間力顕微鏡法、写真測量法などがあります。

米国では、表面仕上げは通常、ASME Y14.36M規格を使用して指定されます。他の一般的な規格は国際標準化機構（ISO）1302：2002ですが、これはISO 21920-1：2021に取って代わられました。^[3]

製造における表面仕上げには多くの要因が関係します。成形や金属成形などの成形プロセスでは、金型の表面仕上げによってワークピースの表面仕上げが決まります。機械加工では、切削刃の相互作用と切削される材料の微細構造の両方が最終的な表面仕上げに影響します。^[要出典]

一般的に、表面仕上げが向上すると、表面の製造コストは増加します。^[4]通常、製造プロセスは、結果として得られるテクスチャが部品の意図された用途に使用できるように十分に最適化されています。必要に応じて、最初のテクスチャを変更するために追加のプロセスが追加されます。この追加プロセスの費用は、主に機能の向上または寿命の延長など、何らかの方法で付加価値を付けることで正当化される必要があります。他の部品と滑り接触する部品は、粗さが低いと、よりよく機能したり、より長く持続したりする可能性があります。美観の向上は、製品の販売可能性を向上させる場合、付加価値をもたらす可能性があります。

実際の例は次のようになります。航空機メーカーがベンダーと契約して部品を製造します。部品の機能に十分な強度と硬度があるため、特定のグレードの鋼が部品に指定されています。鋼は切削可能ですが、切削性はありません。ベンダーは部品をフライス加工することにしました。加工者がエンドミルに高品質のインサートを使用し、20 個の部品ごとにインサートを交換する限り (インサートを交換する前に何百も切削するのではなく)、フライス加工で指定された粗さ (たとえば、≤ 3.2 μm) を実現できます。フライス加工が十分に適切に行われている限り (正しいインサート、十分頻繁なインサート交換、クリーンなクーラント)、フライス加工後に 2 番目の操作 (研削や研磨など) を追加する必要はありません。インサートとクーラントにはコストがかかりますが、研削や研磨にかかるコスト (より多くの時間と追加の材料) はそれ以上にコストがかかります。2 番目の操作を省くことで単位コストが下がり、価格も下がります。ベンダー間の競争により、こうした細部の重要性は些細なものから極めて重要なものへと高まります。確かに、少し効率の悪い方法 (2 つの作業) で、少し高い価格で部品を製造することは可能でしたが、契約を獲得できるのは 1 つのベンダーだけなので、わずかな効率の違いが競争によって拡大され、企業の繁栄と廃業の大きな違いになります。

異なる製造プロセスによってさまざまな許容差で部品が製造されるのと同様に、粗さも異なります。通常、これら 2 つの特性は関連しています。寸法精度の高い製造プロセスでは、粗さの低い表面が作成されます。言い換えると、プロセスで狭い寸法許容差で部品を製造できる場合、部品の粗さはそれほど大きくありません。

表面仕上げパラメータは抽象的であるため、エンジニアは通常、異なる製造方法を使用して作成されたさまざまな表面粗さを持つツールを使用します。^[4]

• 光沢（光学）

• デガーモ、E. ポール; ブラック、J. T.; コーサー、ロナルド A. (2003)、製造における材料とプロセス(第 9 版)、Wiley、ISBN 0-471-65653-4。