シャー切断力 計算ツール｜板厚・材質・刃角度から必要トン数を即算出

シャー切断力の計算式

基本式(スクエア刃)

F(kN) = 板厚 t × 切断長 L × せん断強度 τ ÷ 1000

スクエア刃(刃の傾きがない平行刃)では、切断面積(t×L)全体に同時にせん断力が作用します。板厚6mm×長さ1500mm×せん断強度340N/mm²=3,060kN(=312トン)が必要という計算になります。

斜め刃(レーキ刃・ギロチンシャー)

F(kN) = 板厚 × 切断長 × せん断強度 × 低減係数(0.5-0.8) ÷ 1000

実際のギロチンシャーは、刃を1-3度傾けた「レーキ刃」を採用し、切断進行方向に沿って徐々にせん断していく方式(はさみ・鋏と同じ原理)。これにより、瞬時に全長を切断するのではなく順次切断となるため、必要ピーク切断力が50-80%に低減します。本ツールは標準的な2度レーキで係数0.7を初期値として設定しています。

せん断強度と引張強度の関係

τ(せん断強度) ≒ 0.6-0.8 × σ(引張強度)

材料のせん断強度は、引張強度の60-80%程度が経験則的な換算値です。SS400(引張400-510N/mm²)ならせん断強度340N/mm²、SUS304(引張520N/mm²以上)ならせん断強度520N/mm²など、材料規格の引張強度から概算できます。

切断エネルギーの推定

切断エネルギー E(J) ≒ F(N) × 板厚 t(m) × 0.5

切断エネルギーはピーク力×貫入距離の1/2で概算可能。モーター容量・フライホイールエネルギー設計の基礎値になります。

材質別 せん断強度早見表

材料規格(JIS G/H/E)の引張強度から算出したせん断強度目安です。実測値は熱処理・厚さ・圧延方向で±10-15%変動します。

レーキ角(斜め刃)と切断力低減

ギロチンシャーの刃は上下いずれか(通常は上刃)を1-4度傾けて取り付けられ、切断進行方向に沿って順次せん断する構造です。この傾斜角(レーキ角 rake angle)を大きくすると、必要切断力は低減しますが、切断面のねじれ・曲がりが増加します。

レーキ角を大きくすると切断力低減で機械小型化が可能ですが、切断品質(直線度・平面度)が悪化。曲げ・溶接前の下工程材では品質重視で1-2度、鋼板販売店の定尺カットでは2-3度が多く採用されます。

機械容量別 対応板厚早見表(SS400・切断長基準)

日本のシャー機メーカー(アマダ・小池酸素工業・コマツ産機・アイダエンジニアリング等)の標準機種ラインナップを参考にした対応表です。実際の選定は各社カタログ値と余裕係数(1.5-2.0倍)を確認してください。

シャー機の種類と特徴

切断品質・バリ・刃寿命

切断面の3ゾーン

シャー切断された断面は、上部に「だれ」、中央に「せん断面(光沢面)」、下部に「破断面(粗面)」の3ゾーンが発生します。板厚の1/3程度が光沢せん断面、残り2/3が破断面が理想的で、品質判定の目安になります。

バリの発生要因と対策

• 刃間クリアランス過大 ― 上下刃の隙間は板厚の5-15%が標準。5%未満はバリ最小だが刃寿命短、15%超はバリ増大
• 刃摩耗 ― 刃先が丸くなるとバリ発生。定期研磨(数千切断ごと)が必要
• 材質の粘性 ― SUS・銅・アルミは粘りが強くバリ発生しやすい

刃寿命の目安

他切断工法との使い分け

板金工場では「一次切断=シャー、二次加工(形状切断)=レーザー・プラズマ」という工程分業が定石。定尺板からブランク素材への一次切り出しはシャーで超高速に、続く形状加工はレーザー/プラズマで対応するのが最も生産性が高い運用です。

安全規則とJIS規格

労働安全衛生法プレス機械等安全規則

シャー機は労働安全衛生法上「プレス機械」に該当し、以下の安全対策が義務付けられています。

• 両手操作式起動装置(危険区域から手を離した状態でしか動作しない)
• 安全ブロック・光電式安全装置(作業者接近時の緊急停止)
• 特定機械等(プレス機械)の定期自主検査(月次・年次)
• プレス機械作業主任者(3日以上の教育修了)による作業指揮
• 油圧・電気の遮断ロックアウト・タグアウト

関連JIS規格

• JIS B 6406 ― シャー(機械プレス)の主要諸元・試験方法
• JIS B 4632 ― 手動シャー・電気式携帯シャー
• JIS B 0113 ― プレス加工用語(せん断・打抜き・曲げ等)
• JIS B 9704 ― 光電式安全装置
• ISO 12100 ― 機械類の安全性・リスクアセスメント(国際規格)

業界・工程別の使い方

よくある間違い・注意点

• スクエア刃と斜め刃を混同 — カタログ「切断能力6mm」の多くはSS400+標準レーキ刃前提。スクエア刃で計算すると必要容量は40-100%増となり、機械選定ミスの主要原因。
• SS400以外の材質でカタログ値そのまま — SUS304はSS400の約1.5倍のせん断力が必要。「SS400 6mm対応」機は「SUS304 4mm程度」までとなり、材質換算を怠ると刃損傷・機械故障。
• 容量ぎりぎりの運用 — 定格容量100%運用は刃寿命を極端に短縮し、機械寿命も低下。1.5倍余裕での機械選定が実務基準。
• 刃間クリアランスの放置 — 板厚変更時にクリアランス調整を怠ると、バリ増大・切断面品質低下・刃損傷が発生。板厚の5-15%を維持。
• 安全装置の無効化 — 光電式安全装置・両手操作をバイパスして生産性を上げようとする違法改造は、労働安全衛生法違反+重大事故時に刑事責任。プレス機械類の安全教育・作業主任者選任は必須。
• 切断面の反り(キャンバー)を無視 — 斜め刃で切断された鋼板は必ずねじれ・反りが発生。後工程で溶接・曲げする場合は矯正工程を挟む必要あり。
• 厚板をシャーで無理切断 — 20mm超の厚板は反り・端面品質・機械負荷から、ガス切断・プラズマ・ウォータージェットが適切。シャー無理使用は機械寿命を著しく縮める。

参考文献・公的資料

切断能力計算・安全規則・設備選定に必要な一次資料を整理しました。

• 日本産業標準調査会(JISC) ― JIS規格の公式索引。JIS B 6406(シャー)、JIS B 4632、JIS B 0113などを検索・閲覧できます。
• 厚生労働省 労働安全衛生法・プレス機械等安全規則 ― プレス機械(シャーを含む)の安全対策・定期自主検査・作業主任者選任の公式解説。
• 中央労働災害防止協会(中災防) ― プレス機械作業主任者技能講習の実施団体。テキスト・災害事例集を発行。
• 日本鉄鋼連盟 ― 鋼材の物性データ(引張強度・降伏点・伸び率)の一次資料。JIS G規格の解説資料。
• 日本溶接協会 ― 溶接構造用鋼材(SM材)の物性・使用基準。
• 日本塑性加工学会 ― せん断加工の学術論文・研究報告。刃間クリアランス・切断面品質の研究データ。
• 日本機械工業連合会 ― 板金機械・プレス機械の業界統計・技術動向。
• アマダ(AMADA) 板金機械カタログ ― 国内最大手板金機械メーカーの機種別能力表。設備選定の一次情報。
• コマツ産機 プレス・シャー機 ― 大型シャー・プレス機のメーカー資料。
• ISO 12100 機械類の安全性 ― 機械安全設計の国際規格。日本のJIS B 9700に対応。

よくある質問(FAQ)

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