シェーパー
シェーパーは、往復運動するラムに取り付けた単刃工具で平面・溝・段差などを切削する工作機械である。日本語では「形削り盤」とも呼ばれ、工具が直線往復して前進行程で切削、戻り行程は空走となるのが特徴である。構造が簡潔で段取りが容易なため、冶具製作や修理、少量多品種の加工現場で現在も活用される。工具は旋盤用バイトに類似し、刃先角やすくい角の最適化により鋼材から鋳鉄、非鉄金属まで対応できる。加工面は直線基準に強く、面取りや角出し、キー溝や燕尾溝などの加工にも適する。
構造と作動原理
シェーパーの主要部は、往復運動を与えるラム、工具を保持するツールヘッド（ツールポストとクラッパー）、工作物を保持するテーブル（バイスやT溝を備える）、および駆動・送り機構で構成される。クランク・スロットリンク機構やWhitworth機構により「クイックリターン」を実現し、切削行程より復帰行程を短くして非切削時間を圧縮する。クラッパーは戻りで刃を自動に逃がし、摩耗とビビリを抑制する。
加工できる形状と用途
シェーパーは、直線往復の特性を活かし、平面の基準出し、段付き面、キー溝、T溝、角溝、内外の角部合わせ、燕尾溝などに適する。段取り自由度が高く、特注冶具や補修部品、治工具の座面仕上げなど、小ロット・多様形状の現場に強みを持つ。一方で能率面では連続切削のフライス盤に劣るため、工程設計では仕上げや基準面創成、狭小部の直線切り起こしなどに位置づけると有効である。
- 平面仕上げ（座面・当たり面）
- キー溝・角溝・T溝の成形
- 燕尾溝や段差の直線加工
- 外周の直線基準出し・角出し
切削条件の考え方
切削速度は前進行程の実切削で規定する。一般に v = (L*N)/1000 [m/min] とし、Lは切削行程長[mm]、Nは毎分ストローク数[1/min]である。送りはテーブルのクロス送りや縦送りで「mm/ストローク」で設定し、切込み（深さ）は段階的に与える。行程端は工具の乗り越し（オーバーラン）を数mm確保し、衝突や端面欠けを防ぐ。クイックリターン比は能率に寄与するが、過大な加減速は振動を招くため、工作物の剛性と把持条件に合わせてNを整える。
行程設定とクイックリターン
行程は必要長さ+オーバーランで最小化し、ガイド摩耗と無駄時間を抑える。クイックリターン機構は復帰短縮に有効だが、前進等速性の崩れは面品位に影響するため、刃先Rや送り量を調整して条痕の均一化を図る。
工具と刃先幾何
シェーパーの工具はHSSや超硬ろう付けバイトを用いる。被削材に応じてすくい角・逃げ角・横逃げ角を設定し、刃先Rで面粗さと切削抵抗をバランスさせる。クラッパーの角度は前進で安定、復帰で自動に跳ね上がる程度に調整する。鋼ではやや小さめのすくい角、鋳鉄では負～小正のすくい角が一般的で、非鉄は大きめのすくい角が有効である。切削液は発熱と溶着低減に有効だが、条痕の洗い流しも兼ねて適量を供給する。
精度と面粗さ
平面度・平行度はラム案内の直進性、テーブルの直角度、バイスの食いつき、工具突出量に影響される。面粗さは送り量、刃先R、振動、材質に依存する。仕上げでは送りを小さく、刃先を軽く面取りし、微小Rを付与する。ガイドのガタはジブ調整で除き、テーブル上の切粉は頻繁に除去して条痕発生を抑える。段取り後は試し削りで垂直・直角の微調整を行う。
工程設計上のポイント
フライス加工前の基準面創成や、砥石が届きにくい狭小直線、段差の直線合わせにシェーパーを配置すると治具精度が安定する。量産ラインでは時間当たりMRRで不利なため、試作・治工具工程の要所に限定して投入し、基準面を確実に作って後工程の加工余裕を最小化するのが定石である。
安全と段取り
バイスは十分な口金高さで把持し、必要に応じ当て板・ブロックで支持する。工具突出は最短に保ち、行程端のリミットを必ず確認する。運転中はテーブル上に手を入れず、切粉はブラシで除去する。工作物の突き出し部やバイト先端にはガードを設け、ストローク数変更時は停止確認後に操作する。
- クランプの二重確認と当て板併用
- 突出最短・干渉チェック・行程試運転
- 切粉の飛散対策と保護具着用
他方式との位置づけ
シェーパーは工具が水平往復し、垂直往復で内径やキー溝を行うスロッター、工作物が往復するプレーナ、連続回転で能率の高いフライス盤と機構が異なる。直線基準の確実さ、段取り簡便性、狭小部の直線切り起こしに強い一方、高能率切削や曲面加工は不得手である。この特性理解が工程配置の鍵となる。
保守・調整
ラム摺動面やリンク、ギヤ、送りねじへ定期給油し、ジブの締め付けは熱変位を見ながら微調整する。バックラッシュは送り終点で片当てを取り、定期的にねじ・ナットの磨耗を点検する。テーブルの水平・直角はダイヤルゲージや精密直角定規で確認し、必要に応じてスクレープで修正する。
代表的な仕様項目
シェーパーのカタログでは、ストローク長[mm]、テーブル寸法、ストローク数範囲[spm]、最大切込み、クロス・垂直送り量、主電動機出力[kW]、機械質量などが比較指標となる。用途に応じ、行程調整のしやすさ、バイスやT溝の配置、送り微調整の分解能、段取り周辺のアクセス性も重要である。