表面粗さ計
表面粗さ計は、加工面の微細な凹凸（プロファイル）を数値化し、機械要素の機能・寿命・外観品質を評価するための計測機である。接触式のスタイラスで表面をなぞる方式と、レーザや白色干渉などを用いる非接触式が主流であり、得られたプロファイルから各種指標を算出して規格（JIS・ISO）に基づき判定する。適切なカットオフやフィルタ、測定長さの設定、プローブ先端半径や測定力の選定、校正とトレーサビリティの維持が測定の信頼性を左右する。
測定指標（Ra・Rz・Rq・Rsk・Rku）
- Ra（算術平均粗さ）：最も一般的な平均粗さで、全評価長の絶対偏差の平均値を示す。
- Rz（十点平均粗さなどの代表値）：山と谷の代表的な高さ差を反映し、外観やピークの突出に敏感である。
- Rq（二乗平均平方根粗さ）：エネルギ的な平均をとるため、尖鋭なピークに対してRaより敏感である。
- Rsk（歪度）・Rku（尖度）：分布の非対称性や尖り具合を示し、潤滑性やシール性の予測に有用である。
- Rmr（マテリアル比）やベアリングエリア曲線：接触支持性の評価に用い、摩耗や初期なじみの見通しを与える。
測定原理：接触式と非接触式
接触式は、先端半径が一般に2〜5μmのダイヤモンドスタイラスを一定測定力（例0.75mN前後）で走査し、垂直変位を電気信号に変換してプロファイルを得る方式である。非接触式は、レーザ共焦点、白色干渉、光切断などの光学技術を用い、脆弱面や軟質材料でも表面を傷つけずに高速・広域測定ができる。接触式は形状追従性と規格適合性に優れ、非接触式は高速・面（3D）測定に利点があるため、ワーク材質・形状・目的に応じて選択する。
測定条件：カットオフ・フィルタ・評価長さ
粗さ評価では、うねり（低周波成分）と粗さ（高周波成分）を分離するために、規格化されたカットオフ長λc（例0.08/0.25/0.8/2.5mmなど）とガウシアンフィルタを用いる。評価長さは通常、λcの5倍とし、安定した統計を得る。測定速度（例0.5〜1mm/s）や方向（加工目と直交）が結果に影響するため、規格（JIS B 0601、ISO 4287/4288）の条件に整合させることが重要である。
プローブ仕様と測定力のトレードオフ
スタイラス先端が小さいほど微細形状の追従性は高まるが、先端摩耗やノイズ感度が増す。測定力も、強すぎれば軟質材料で塑性変形を生じ、弱すぎれば接触安定性を損なう。表面粗さ計の仕様選定では、材料（鋼、アルミ、樹脂など）、表面処理（めっき、コーティング）、期待するRaレンジ（例0.02〜3.2μm）を踏まえ、先端半径・測定力・アンプレンジを整合させる。
機種構成：ポータブル・卓上・CNC
- ポータブル型：現場で素早くRaやRzを確認できる一体型。治具と組合せて姿勢再現性を高める。
- 卓上型：駆動ユニットと高剛性コラム、基準平板を備え、位置決めと再現性に優れる。スキッド/スキッドレス両対応がある。
- CNC/自動測定：多点やラインの自動測定、SPC連携、合否判定の自動化により工程内検査へ展開しやすい。
校正とトレーサビリティ
表面粗さ計は、粗さ標準片（標準RaやRzが付与されたアーティファクト）で感度と線形性を定期確認する。駆動直進性、スタイラスの先端形状、変位センサの直線性、フィルタ特性が総合性能を決めるため、校正周期の管理と国家計量標準へのトレーサビリティ確保が不可欠である。標準片の清浄・保管、温湿度管理、接触圧の再現が精度維持に直結する。
測定手順とワーク準備
- 清浄化：切粉・油膜・粉塵を除去し、誤検出や滑走を防ぐ。
- 固定と位置決め：治具で姿勢を安定化し、加工目と直交方向に走査する。
- 条件設定：λc、評価長さ、速度、フィルタ種別を規格・図面に合わせる。
- 複数回測定：位置をずらして複数本取り、平均とばらつきを把握する。
- 記録：条件・環境・治具情報をレポートに明記し、再現性を担保する。
誤差要因と不確かさ
主な要因は、振動・温度ドリフト、スタイラス摩耗、ワークの傾き（レベリング不足）、端部効果、極端な傾斜面での追従限界、表面皮膜の損傷、非等方性表面の方向依存などである。うねり除去が不十分だとRa/Rzが過大になることがあり、逆に過度なフィルタリングは機能上重要なピーク群を失わせる。総合不確かさは、機器特性、環境、手順、統計処理を含めて評価する。
データ解析とレポート出力
プロファイルとパワースペクトルの併用で、加工プロセス固有の周波数成分を同定できる。ベアリングエリア曲線とRkファミリ（Rk/Rpk/Rvk）はなじみ特性や潤滑保持性の評価に有効である。レポートは、Ra・Rz・Rq・Rsk等の値、条件（λc、評価長さ、速度）、測定方向、サンプル数、図面許容値、合否判定を含め、CSVやPDFで保存しSPCに連携する。
用途と選定のポイント
- 切削・研削・ホーニング：シール面・摺動面での初期摩耗や漏れに直結するため、Rk系とRmrの併用が有効。
- ラップ・ポリッシュ：Raが極小領域では、Rqや散乱光ベースの非接触評価と併用して判断する。
- コーティング・めっき：前処理粗さが密着性を左右する。非接触式で前後比較を高速化する。
- 樹脂・軟質材：低測定力・鋭利すぎない先端半径の選択が表面損傷の回避に有効。
関連規格の例
2D粗さはJIS B 0601およびISO 4287（用語・パラメータ）、ISO 4288（規定条件・評価手順）に基づく。機能パラメータはISO 13565（Rkファミリ）が参照される。面粗さ（3D）評価ではISO 25178によりSa・Sq・Skなどが定義され、非接触式のエリア測定と親和性が高い。図面ではRaだけでなく、測定方向、カットオフ、評価長、許容範囲の明記が望ましい。
導入・運用の実務
表面粗さ計の導入では、対象部品のRaレンジ、想定スループット、工程内/最終検査の別、必要な自動化度、ソフトウェアのSPC連携、保全・校正体制を総合的に検討する。運用では、標準片での日常点検、プローブ摩耗の監視、治具の姿勢再現性向上、測定条件の版管理、教育訓練による測定者間差の低減が品質保証を支える。