RaとRzの違い｜計算方法・用途・換算可否・図面指示の考え方

RaとRzは何が違うのか

RaとRzは、いずれも表面粗さを数値で評価する指標です。実務上、代表的に使われる2つで、図面・検査成績書・取引仕様書などで頻繁に登場します。

両者の決定的な違いは、何を数値化しているかにあります。Raは「凹凸の平均的な大きさ」を、Rzは「突出した凹凸の大きさ」を、それぞれ別の計算方法で捉えています。

なお、本記事で示す計算方法・用途・換算可否などは入門理解のために簡略化した整理です。RaやRzの厳密な定義・評価方法は、適用する規格（ISO 4287 / ISO 21920 / ASME B46.1 など）や、評価長さ・基準長さ・カットオフ値の扱いによって異なる場合があります。実務では図面の適用規格・版・取引先基準を確認することが重要です。

RaとRzの計算方法の違い

RaとRzは、いずれも表面粗さを数値化する指標ですが、評価長さ内の凹凸をどう要約するかが異なります。入門理解のための整理として、両者の特徴を表1に並べます。

表1：RaとRzの計算方法の比較

観点	Ra（算術平均粗さ）	Rz（最大高さ粗さ）
計算の考え方	評価長さ内の凹凸の絶対値の平均	評価長さ内の最大山高さと最大谷深さの和（規格により扱い差あり）
捉える情報	全体の平均的な凹凸	突出した山と谷の極値
値の傾向	表面全体の滑らかさを反映	突出した凹凸があれば敏感に反応
局所的な傷の影響	影響が薄まる	影響を強く受ける
同じ表面に対する値の関係	一般にRaよりRzのほうが大きくなりやすい	—

Ra（Arithmetic Mean Roughness、算術平均粗さ） は、評価長さの範囲内における凹凸の絶対値の平均値として説明されます。たとえば、表面波形のうち平均線（中心線）からの距離を、すべて絶対値にして平均したものに相当します。表面全体の滑らかさを総体的に捉えるのに適しています。

Rz（Maximum Height Roughness、最大高さ粗さ） は、評価長さの範囲内における最大山高さと最大谷深さの和として説明されることが多い指標です。1か所でも深い谷や高い山があれば、Rzはそれを敏感に反映します。

なお、Rzの厳密な定義や評価方法は、適用する規格や版、評価長さ・基準長さの扱いによって異なる場合があります。本記事では入門理解のために簡略化して説明しています。

なぜ単純換算できないのか

「Raが0.8μmのとき、Rzはいくつになるか」というように換算したいケースは現場で頻繁にあります。しかし、両者の単純換算式は存在しません。

これは、両者が異なる情報を捉えているためです。全体的に滑らかでも1か所だけ深い谷がある表面は、Raは小さくRzは大きくなります。逆に、均一な微細凹凸が連続する表面は、RaとRzの比率が小さくなります。同じRaであっても、Rzの値は表面の凹凸分布によって幅広く変動します。

経験的な目安として「RzはRaの約4〜10倍」といった換算表が示されることもありますが、これは特定の加工方法・材料・条件における経験則であり、すべての表面に適用できるものではありません。図面指示では、換算表だけに依存せず、必要な指標を直接確認・指示する方が安全側の運用といえます。

用途による使い分け

実務上、RaとRzは用途に応じて使い分けられる傾向があります。下表は「この用途には必ずこの指標」という固定ルールではなく、現場での参照例の整理として捉えてください。最終的な選定は機能要求・適用規格・取引先要求にもとづいて判断されます。

表2：RaとRzの用途による使い分けの例

用途	参照されやすい指標の例	理由として語られる点
摺動面（軸受、シャフト摺動部）	Raが参照されることがある	全体的な滑らかさが摩擦・摩耗に影響
シール部（Oリング座、ガスケット面）	Rzが参照されることがある（Raと併用されることもある）	突出した凹凸が漏れの起点になりやすい
塗装・めっき下地	Raが参照されることがある	表面全体の状態が密着性に影響
疲労強度が問題となる部位	Rzが参照されることがある	局所的な深い谷が応力集中の起点になる
外観・意匠面	Raが参照されることがある（用途に応じて他指標も）	視覚的印象は平均的な凹凸に依存しやすい
接着面	Raが参照されることがある（用途による）	接着強度は全体の表面状態に影響

これらは一般的な傾向であり、特定の指標が「常に最良」というものではありません。実際の選定は、要求機能・規格・取引先要求にもとづいて判断されます。また、重要部位ではRaとRzを併記して、両面で品質を担保する運用も見られます。

図面指示の考え方

RaとRzを図面で指示する際に配慮される一般的なポイントを整理します。

指標の選択：どちらを指示するか、または両方を指示するかを、用途と要求機能から決めます。

評価長さ・基準長さ・カットオフ値の明示：表面粗さの測定結果は、これらのパラメータに依存します。とくに重要部位では、これらを図面で明確にすることが望まれます。

加工方向の指定：必要に応じて、評価する方向（加工目に対する平行・直角）を指定します。

適用規格の整合：ISO 4287、ISO 21920、ASME B46.1、JIS B 0601 など、適用される規格は産業・地域・年代によって異なります。図面と検査成績書で規格が整合していることが前提となります。

測定条件の整合：触針式・光学式など測定方法によって結果が変わるため、社内・取引先で測定条件を統一しておくことが望まれます。

具体的な指示値は、本記事では取り上げません。指示値は材料・加工方法・機能要求・コスト要求・後工程など多くの要素によって変わり、一般化が難しい領域です。社内基準・JIS・ISO等の規格・取引先要求にもとづいた決定が前提となります。

規格の改定と移行に関する注意

表面粗さに関する規格は、改定・移行が行われています。たとえば、ISO 4287 は表面性状の評価指標の伝統的な規格として広く参照されてきましたが、近年は ISO 21920 シリーズも参照されるようになっており、既存図面と新規図面で適用規格が混在する場合があります。日本ではJIS B 0601 が対応規格として運用されています。米国規格として ASME B46.1 もあります。

既存の図面では、旧規格にもとづく指示が残っていることもあります。新規図面では新規格、既存図面では旧規格、というような混在が生じる場面では、適用規格・版・取引先基準を確認することが重要です。また、規格の改定により、指標の定義・評価方法・記号などが変わる場合があるため、解釈に注意が必要です。

本サイトでは特定の規格適用や数値基準の推奨は行いません。具体的な判断は、適用規格・社内基準・取引先要求にもとづいて行ってください。

立場別の整理

RaとRzに関わる立場ごとに、重視するポイントが異なります。

設計者 にとっては、機能要求から逆算してRaとRzのどちらを指示するか、または両方を指示するかを判断することが中心となります。過剰な指示は加工コストに直結するため、必要十分な指示が望まれます。

生産技術担当 にとっては、要求された粗さを達成するための加工方法・装置・砥粒の選定、工程設計、品質安定化が中心となります。RaとRzでは加工難度や測定の手間が異なる場合があり、工程設計に影響します。

現場担当 にとっては、表面粗さを達成するための加工条件、工具選定、加工後の確認が中心となります。RaとRzの違いを理解した上で、どの工程段階でどう確認するかが品質安定化の鍵となります。

品質管理担当 にとっては、表面粗さの測定方法・条件の標準化、不適合品の判定、測定機器の校正が主な関心となります。RaとRzは測定条件によって結果が変わるため、検査条件の統一が重要です。

まとめ

RaとRzは、表面粗さの代表的な評価指標ですが、計算方法も捉える情報も異なります。同じ表面でも値が異なり、単純な換算はできません。用途に応じて使い分け、図面指示では指標・評価長さ・適用規格を明確にすることが基本となります。

加えて、表面性状に関する規格は改定・移行が進んでおり、既存図面と新規図面で適用規格が異なる場合があります。本サイトでは具体的な数値基準・規格適用の推奨は行わず、一般的な考え方の整理を中心に扱います。実際の判断は、設計者・加工会社・専門家への確認を前提としてください。