表面仕上げ

表面仕上げは、表面テクスチャまたは表面形状とも呼ばれ、表面の性質を、表面の向き、表面粗さ、うねりの 3 つの特性によって定義します。^{[ 1 ]}これは、表面が完全に平坦な理想 (真の平面) からわずかに局所的にずれている状態です。

表面テクスチャは、滑り時の摩擦と転写層の形成を制御する重要な要素の一つです。滑り条件下における表面テクスチャが摩擦と摩耗に及ぼす影響を研究するために、多く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を持つ場合があります。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もあります。

各製造工程（例えば、様々な種類の機械加工）は、表面テクスチャを生成します。通常、得られるテクスチャが実用的であるように、工程は最適化されます。必要に応じて、初期テクスチャを修正するための追加工程が加えられます。後者の工程には、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、またはその他の工程が含まれます。

レイとは、通常、製造方法によって決まる、表面の主要な模様の方向のことです。この用語は、ロープの繊維や撚り線の巻き方向を示すためにも使用されます。^{[ 2 ]}

表面粗さ（一般的には粗さと呼ばれる）は、表面の凹凸の総数を表す尺度です。^{[ 1 ]}エンジニアリングでは、これは通常「表面仕上げ」を意味します。数値が小さいほど凹凸が細かく、表面が滑らかであることを示します。

うねりは、表面粗さよりも間隔の広い表面の不規則性の尺度です。これらの不規則性は通常、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 ]}

表面粗さの測定方法は、接触式と非接触式の2種類があります。接触式では、測定用スタイラスを表面に沿って動かします。これらの測定器は表面粗さ計と呼ばれます。非接触式には、干渉法、共焦点顕微鏡法、焦点変動法、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 規格を使用して規定されます。もう 1 つ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 に置き換えられて廃止されました。^{[ 6 ]}

製造工程における表面仕上げには、多くの要因が影響します。成形加工（金型成形や金属成形など）では、金型の表面仕上げが加工物の表面仕上げを決定します。機械加工では、切削刃の相互作用と被削材の微細構造の両方が最終的な表面仕上げに影響します。

一般的に、表面仕上げが良くなるにつれて、表面の製造コストは増加します。^{[ 7 ]}特定の製造プロセスは通常、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ことを保証するため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修正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、何らかの形で価値を高めることによって正当化されなければなりません。主に、機能の向上または寿命の延長です。他の部品と摺動接触する部品は、粗さが低いほど、より良く機能したり、より長く使用したりできます。美観の向上は、製品の販売性を向上させる場合に価値を高める可能性があります。

具体的な例を挙げると次のようになります。航空機メーカーが部品製造を委託業者に依頼します。部品には、その機能に必要な強度と硬度を備えた特定のグレードの鋼材が指定されます。この鋼材は切削加工が可能ですが、快削鋼ではありません。委託業者は部品をフライス加工することにしました。フライス加工では、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れば（数百個の部品を加工してからインサートを交換するのではなく）、指定された粗さ（例えば、≤ 3.2 μm）を達成できます。フライス加工が十分に行われていれば（適切なインサート、十分な頻度でのインサート交換、きれいなクーラント）、フライス加工後に研削や研磨などの二次加工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費用がかかりますが、研削や研磨にかかる費用（時間と追加の材料）はそれ以上になります。二次加工を省略することで、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って、こうした些細な点が極めて重要な意味を持つようになる。確かに、少し効率の悪い方法（2つの工程）で少し高い価格で部品を製造することも可能だった。しかし、契約を獲得できるのは1社だけなので、わずかな効率の差が競争によって拡大され、企業の繁栄と倒産を分ける大きな違いとなるのだ。 

異なる製造プロセスによって、部品の公差が異なるのと同様に、表面粗さも異なります。一般的に、これら2つの特性は関連しています。寸法精度が高い製造プロセスでは、表面粗さが低いものになります。つまり、寸法公差が狭いプロセスであれば、部品の表面粗さはそれほど大きくないということです。

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。^{[ 7 ]}

• 光沢（光学）