シャーリングマシン（）は、平板状の金属材料をせん断加工によって直線状に切断するための板金加工機械である。
概要 鋼板、ステンレス鋼、アルミニウムなどの平板状の金属材料を所定の寸法に切断するための機械である。切断された材料は、プレスブレーキによる曲げ加工、溶接、組立などの後工程に供給される。板金製品の材料取り、筐体やカバーなどの部品製造、機械部品や建築関連部材の加工など、さまざまな板金加工で利用されている。
シャーリング加工の原理は、はさみによる切断と同様であり、上下の刃によって材料にせん断力を加えて切断する。
一般的な機械では、機械のテーブル上に材料を置き、上刃を下降させて固定された下刃との間で材料をせん断する。切断する位置はバックゲージなどの位置決め装置によって設定する。加工可能な板厚や切断長さは機械の仕様によって異なり、薄板を対象とする小型機から、厚板や長尺材に対応する大型機まで存在する。
構造 シャーリングマシンは、主としてフレーム、テーブル、上刃、下刃、ラム、板押さえ、駆動装置および位置決め装置などから構成される。
上刃と下刃 上刃と下刃は一対の切断刃として機能する。一般的な構造では、下刃をテーブル側に配置し、上刃をラムに取り付けて移動させる。上刃と下刃の間に材料を配置し、両刃の相対運動によって材料をせん断する。
刃の間隔はクリアランスと呼ばれ、切断品質に大きく影響する（詳細は後述）。
ラム ラムは上刃を保持して移動する可動部である。駆動装置によってラムを下降させることで上刃を材料に押し付け、下刃との間でせん断を行う。切断後はラムを復帰させ、次の切断に備える。
ラムやフレームには切断時に大きな荷重が作用するため、十分な剛性が必要となる。また、ラムとテーブルの位置関係はブレードクリアランスにも影響するため、機械構造の剛性や案内機構が切断精度に関係する。
板押さえ 板押さえは、切断時に材料が移動したり浮き上がったりするのを防ぐための装置である。切断前に材料をテーブルへ押し付け、所定の位置を保持する。
板押さえには油圧式などがあり、複数の位置で材料を押さえることで、切断時の材料の移動や変形を抑制する。
バックゲージ バックゲージは、材料を所定の位置に位置決めするための装置である。材料をバックゲージに突き当てることで、刃物に対する材料の位置を決め、切断寸法を設定する。
NC装置を備えた機械では、バックゲージの位置を数値制御によって設定し、複数の切断寸法に対応することができる。
せん断加工の原理 シャーリングマシンによるせん断加工では、上刃と下刃の間に材料を配置し、刃によって材料に局所的なせん断力を加える。刃が材料へ食い込むと材料は塑性変形し、さらに刃が移動することでせん断面が形成され、最終的に材料が分離する。
切断面には、材料が刃に押し込まれることによって生じるだれ、平滑なせん断面、破断面およびバリなどが形成される。これらの割合や大きさは、クリアランス、材料の板厚、材質などによって変化する。
クリアランス クリアランスは、上刃と下刃との間のすきまである。適切なクリアランスを設定することで、切断面の品質を確保し、刃物に過大な負荷がかかることを防ぐ。
クリアランスが小さすぎる場合は刃にかかる負荷が増加し、極端な場合には二次せん断面が生じる。一方、クリアランスが大きすぎる場合は破断面、だれやバリが大きくなる。そのため、材料の板厚やせん断抵抗などに応じて適切なクリアランスを設定する必要がある。
シャー角 シャー角（レーキ角）は、上刃を材料の面に対して傾斜させる角度である。上刃を傾斜させることで、刃が材料に接触する範囲を小さくし、一度に必要となるせん断力を低減できる。
シャー角を大きくすると必要な切断力を抑えられる一方、角度を大きくしすぎると材料に反り、ねじれ、曲がりなどの変形が生じやすくなる。そのため、材料や加工条件に応じて適切なシャー角を設定する必要がある。
駆動方式 シャーリングマシンのラムを駆動する方式には、機械式、油圧式などがある。
機械式 機械式は、電動機の回転運動をクランク、偏心機構、リンク機構などの機械的な伝達機構によってラムの運動に変換する方式である。機械的な機構によって上刃を移動させ、下刃との間で材料をせん断する。
機械式では、駆動源の回転運動を機械的に伝達するため、機構そのものによってラムの運動が決定される。クラッチやブレーキを備えた構造では、それらを用いて駆動力の伝達と停止を制御する。
油圧式 油圧式は、油圧ポンプによって発生させた作動油の圧力を油圧シリンダーに送り、その力によってラムを駆動する方式である。油圧シリンダーの動作を制御することで、上刃の下降、切断および復帰を行う。
油圧式では、油圧によって比較的大きな力を発生させることができる。また、油圧回路を制御することによってラムの動作を調整できる。一方、油圧ポンプ、シリンダー、バルブ、配管などの油圧機器を必要とするため、作動油を含む油圧系統の保守が必要となる。
種類 シャーリングマシンは、ラムや上刃の運動方式によって、ギロチン式、スイング式などに分類される。
ギロチン式 ギロチン式は、上刃を上下方向に移動させて材料をせん断する方式である。上刃と下刃の間に材料を配置し、上刃を下降させて切断する。
上刃の運動を直線的に制御することから、刃の案内機構やフレームの剛性が切断精度に影響する。
スイング式 スイング式は、上刃を円弧状の軌跡で移動させて材料をせん断する方式である。上刃を保持するラムなどを支点の周囲で回動させることで、上刃と下刃の間でせん断を行う。
ギロチン式とは上刃の運動軌跡が異なるため、機械構造や刃物の動作、材料に作用する力の分布などにも違いがある。
NC・自動化 シャーリングマシンでは、バックゲージなどの位置決め装置を数値制御（NC）によって制御し、切断寸法の設定を自動化することができる。加工する寸法を数値として設定することで、材料の位置決めを繰り返し行うことが可能となる。
自動化された設備では、材料の搬送、位置決め、切断、切断後の材料の搬出や集積などを機械的に行うこともある。これにより、連続した切断作業における作業者の負担を軽減し、生産工程の自動化を図ることができる。
安全 シャーリングマシンでは、上刃と下刃の間に手などが挟まれる危険や、切断された材料の鋭利な端部による切創の危険がある。このため、機械の構造に応じた安全防護装置や作業手順が必要となる。
日本鍛圧機械工業会は、日本国内で使用されるプレート切断用シャーリングマシンを対象とした安全に関する手引きを作成している。
関連項目 板金加工 せん断 プレスブレーキ 工作機械
脚注
外部リンク 日本鍛圧機械工業会