USA 02精密と専業メーカーの時代

Brown & Sharpe と精密の道具（1833〜1863 年）

Brown & Sharpe の始まりは、1833 年に David Brown と息子の Joseph R. Brown が Providence（プロビデンス、ロードアイランド州）で開いた時計と測定器の小さな店です。20 年近くは動力もない店で、1853 年に Lucian Sharpe（ルシアン・シャープ）が加わって J. R. Brown & Sharpe になったときも、働く人は 14 人でした^[1]。

目盛りを刻む機械とノギス

転機は 1850 年、J. R. Brown が直線の目盛りを自動で刻む分割機を作ったことでした。機械そのものの誤差や摩耗を補正する仕掛けを持ち、1854 年と 1859 年に同じ形の機械を足しています。この機械で目盛りを刻んだノギス（バーニヤキャリパ）を 1851 年に出し、1/1000 インチ（約 0.025mm）まで読めるようにしました^[1]。Roe は、普通の機械工が買える値段で精密に測れる最初の道具だったと書いています。売れ行きは遅く、最初の年は 4 本しか作れませんでしたが、数年で売れるようになりました^[1]。

Sharpe は線材や薄板の番手のばらつきにも目を付け、太さが規則的に変わる番手を考えます。1857 年 2 月に主な真ちゅうメーカー 8 社がこれを採り、のちの American Wire Gauge（AWG）になりました^[1]。1855 年には時計の歯車や割出し板を作るための精密な歯車割出し機も作っています。目盛りの銅の輪は、Brown がワシントンの米国沿岸測量局まで行って刻んでもらったものでした^[1]。測る道具・刻む機械・割り出す機械を自分で持っていたことが、のちの工作機械づくりの土台になります。

万能フライス盤（1862 年）

南北戦争が始まると、Providence Tool Company が Springfield 式のマスケット銃を請け負います。銃の火門に穴をあけるドリルは、工具鋼の線材にねじれた溝を丸やすりで手で削って作っていました。工場長の F. W. Howe（第 1 章の Robbins & Lawrence の設計者）からこの話を聞いた J. R. Brown は、自社のミシン（Willcox & Gibbs）の部品にも同じドリルを使っていたこともあり、新しい機械を考えます^[2][1]。それが万能フライス盤で、1 号機は 1862 年 3 月に Providence Tool Company に売られました。その年のうちに 10 台を売り、12 月には Scientific American 誌が紹介しています^[1][3]。

何が「万能」だったのか。工作物を割出し台（決まった角度ずつ回す台）でつかみ、テーブルの送りねじと割出し台を歯車でつないで、テーブルが進むにつれて工作物をゆっくり回す。さらにテーブルを水平に傾けられるので、ドリルのねじれ溝のようなねじれ削りができます。同じ機械で歯車の歯も、不規則な形も削れました^[2]。土台は 1 つの中空の鋳物で、上下に動くひざ（ニー）にテーブルを載せる作りでした。Rosenberg は、狭い 1 つの問題を解くために作られた機械が、思いもよらない広い用途に広がった最もよい例だとしています^[2]。万能フライス盤の構造と、のちのひざ形フライス盤への流れは第 7 章で扱います。

標準をつくる：ねじ・ゲージ・長さ（1864〜1879 年）

Sellers ねじ（1864 年）

ねじは、工場ごとにピッチも山の形も違うのが普通でした。ナットを切り直す手間がかかり、取り替えの部品も合いません。1864 年 4 月 21 日、Philadelphia（フィラデルフィア）の Franklin Institute の例会で、会長の William Sellers（ウィリアム・セラーズ）が「ねじとナットの方式」を発表します^[4]。山の角度は 60 度、山頂と谷底はピッチの 1/8 の幅で平らに切り落とし、ボルトの頭とナットの幅も式で決める、という案でした^[1]。

当時の英国には Whitworth ねじ（55 度で山頂と谷が丸い）がありました。Sellers は、丸い山頂と谷はぴったり合わせにくい、55 度の角度は確かめにくい、その形どおりの刃物を作るのは高くつく、という 3 つの理由でこれを退けます。60 度は作りやすく米国ですでに広く使われていて、平らな山頂は作るのも確かめるのも簡単だ、というのが Sellers の考えでした^[1]。理屈より工場で作れて検査できることを優先した標準です。Franklin Institute の委員会がこれを推し、1868 年に米国政府、1869 年に Pennsylvania 鉄道、1872 年に車両メーカーの団体が採り、1898 年には Zurich の国際会議でねじの標準の形に採られました^[1]。1877 年の American Machinist 誌の創刊号は、米国の標準と英国の Whitworth の 2 つを並べて解説しています^[5]。ねじの種類と今の規格はねじのページにまとめています。

成形フライスとマイクロメータ

1864 年 11 月、J. R. Brown はすくい面だけを研げば形が変わらない成形フライスの特許を取ります^[6][3]。歯の背を、刃の輪郭どおりの曲線で逃がして（二番取りして）あるので、すくい面を研いでも刃先の形は同じまま残ります。それまでの成形の刃物は、切れなくなると焼きなまして刃を切り直し、また焼入れしていました。1880 年の国勢調査の報告は、Brown & Sharpe の成形フライスなら全く同じ刃物をいくつも作れ、研いでも形が変わらないので、互換部品の仕事に大事だと書いています^[7]。最初の狙いは歯車の歯を切ることで、ここから同社のインボリュート歯車の歯切りの体系が育ちます（第 9 章）^[1]。

ねじを使って長さを読むマイクロメータも、この時代に工場の道具になりました。原理は古く、1848 年にはパリの Palmer が「ねじキャリパ」の特許を取っていました。1867 年、Bridgeport Brass 社が、同じはずの 3 つの薄板ゲージがどれも合わないことに困って試作品を持ち込みます。同じ年の 8 月、パリ万博で Palmer のキャリパを見た Brown と Sharpe は、目盛りを読みやすく分ける Palmer の方式を採り、締め付けのつまみと摩耗の調整を足して、1868 年に「ポケット薄板ゲージ」として売り出しました^[1]。「マイクロメータキャリパ」という名前は、1877 年のカタログに載った 1 インチ用のものから使われます^[1]。

Pratt & Whitney と長さの標準

Colt の工場で腕を磨いた F. A. Pratt と Amos Whitney は、1860 年の夏に Hartford で小さな部屋を借り、勤めのかたわら糸巻き機を作り始めます。南北戦争で仕事があふれ、1865 年に今の場所に工場を建て、1869 年に資本金 35 万ドルの The Pratt & Whitney Company になりました^[1]。銃やミシンを作る機械のほか、ねじのゲージや工具も作り、管用ねじのゲージは長く国の標準でした^[1]。

互換の部品を工場どうしでやりとりするには、各社のゲージが同じ「1 インチ」を指していなければなりません。ところが Pratt & Whitney が国内外の標準と自社の基準を比べると、同じ棒が測り方によって長いとも短いとも出て、使える結果になりませんでした。そこで Harvard 大学の W. A. Rogers と同社の G. M. Bond が、ロンドンのヤード原器とパリのメートル原器の信頼できる写しまでさかのぼり、米国沿岸測量局の協力で比べ直す Rogers-Bond コンパレータを作ります。端面を当てて測る方法ではなく、顕微鏡で目盛り線を読む方法を基準にしたのが特徴で、3 年と数千ドルをかけた成果を ASME（米国機械学会）の委員会が認めました^[1]。Brown & Sharpe も、長く頼ってきた Whitworth のプラグとリングのゲージの組み合わせに食い違いを見つけ、1878 年に自社の基準となる測長機を作っています^[1]。

万能研削盤と自動盤

焼入れした部品は削れないので、砥石で仕上げます。Brown & Sharpe は 1860 年代のはじめから、ミシンの針棒などを仕上げるために旋盤を改造した研削旋盤を使い、1865 年ごろからは外にも売りました^[1][2]。1868 年から何年もかけて、研削のために一から考えた万能研削盤をまとめ、1876 年の Philadelphia の建国百年博覧会に出します。Rosenberg はこれを今の重研削の研削盤の直接の先祖としています^[1][2]。特許は Brown の死後、1877 年に遺族に与えられました^[12][8]。

Colt の出身の C. M. Spencer は、ミシンの糸巻きを削る機械から思いつき、ねじを自動で削る自動のタレット旋盤を作ります。板を付け替えられるカムの円筒が刃物の順番と送りを決める仕組みで、Rosenberg はこれが今の自動旋盤すべての元になったとしています。いちばん大事なカムの円筒は、特許の弁理士が見落として特許から漏れていました^[1][2]。1873 年 9 月に成立した特許（米国特許 143,306）は、チャックを回し続けたままねじを切る仕組みと、材料の送りの自動化が中身です^[9]。

こうした機械は、ほかの国の兵器工場にも出ていきます。Pratt & Whitney は 1870 年代にプロイセンの Spandau・Erfurt・Danzig の兵器工場に Mauser 銃を作る機械を納め、1875 年のプロイセン政府の礼状は、職人の腕から大きく自由になり、賃金が半分になったと書いています^[7][1]。ドイツ側から見た米国式の広がりはドイツ工作機械アーカイブで扱います。

1877 年、業界誌が生まれる。この年 11 月、機械工・技術者・鋳物工・ボイラ工・模型工・鍛冶工のための月刊誌 American Machinist が New York で創刊されます。創刊号の最初の記事は Pratt & Whitney が作る万能チャック、3 ページ目はねじの標準の解説でした^[5]。新しい機械と工夫が誌面で全国に知られるようになり、Roe の 1916 年の本も、一部はこの雑誌に載った記事がもとです^[1]。

専業メーカーと中西部の工作機械（1880〜1899 年）

Roe によれば、1880 年より前の米国の工作機械づくりは、ほとんどが Allegheny 山脈の東でした。Ohio や Indiana で作られた機械は東の写しで、質も高くありませんでした^[1]。1880 年代に入ると、Cleveland・Cincinnati・Hamilton に工作機械のメーカーが生まれ、10 年で東のメーカーと競うようになります。Rosenberg は、1880 年からの 30 年は、フライス盤やタレット旋盤ほどの新しい機械は少ないかわりに、特定の用途に絞った機械が爆発的に増えた時代だとまとめています^[2]。

Warner & Swasey と Cleveland

Pratt & Whitney で職長を務めた Worcester R. Warner（ウォーナー）と Ambrose Swasey（スウェイジー）は、1880 年ごろに独立し、まず Chicago で始めて、腕のいい職人が集まらないので翌年 Cleveland に移ります。最初の注文はタレット旋盤 12 台で、以後ずっとタレット旋盤を作りました^[1][11]。同社は Lick 天文台の 36 インチ望遠鏡の架台も作り、精密な機械の作り手として名を上げます。Roe は、中西部で初めて東の一流と比べられる仕事をしたのが Warner & Swasey だったと書いています^[1]。Cleveland では、多軸の自動盤も生まれました。Pratt & Whitney 出身の Hakewessel と Henn が 1895 年に Hartford の屋根裏で自転車の部品を作るために 5 軸の自動盤を作り、1902 年に Cleveland へ移って National-Acme になります^[1]。

Cincinnati：専業の町

Cincinnati では、英国 Leeds 生まれの William Lodge（ウィリアム・ロッジ）が 1880 年 1 月 1 日に William Barker と 1,000 ドルで工場を始めました。10 年で資産は 40 万ドルになり、同じ町の腕のいい職人が次々に独立します。1886 年に相手が Charles Davis に替わって Lodge & Davis になると、Lodge は自分たちは旋盤に絞り、形削り盤や刃物台などは独立したばかりの仲間の工場に注文しました。これが互いに競合しない小さな専業メーカーを育てます^[1]。Lodge は 1892 年に Davis と別れ、その 1 年後に Murray Shipley と Lodge & Shipley を作りました^[1]。1889 年には英国 Coventry の Alfred Herbert から最初の輸出の注文を取っています^[1]。

同じころ、Frederick Holz（ホルツ）はねじとタップを台所で作り始め、タップの溝を削るために木の台のフライス盤を自作しました。それを見た客がフライス盤を注文し、1889 年に The Cincinnati Milling Machine Company が生まれます^[1]。1900 年の国勢調査では、Cincinnati に工作機械の工場が 30 あり、生産額は 337 万ドルあまり。7 つは旋盤だけ、2 つは平削り盤だけ、2 つはフライス盤だけ、5 つはボール盤だけ、3 つは形削り盤だけを作っていました^[2]。1 つの機種に絞って量を作る、という作り方そのものが互換方式の応用でした。

Jones & Lamson と Hartness、Landis

第 1 章の Robbins & Lawrence の流れをくむ Jones & Lamson は、1889 年に Vermont 州 Springfield に移り、James Hartness（ハートネス）を迎えます。Hartness は手を広げていた会社をタレット旋盤に絞り、刃物台を低く平らにした平タレット旋盤を考えました^[1][2]。特許は 1891 年 1 月に出願し、8 月に成立しています（米国特許 457,967）^[14]。同社からは、歯車形削り盤の Fellows（1896 年）、多軸自動盤の Gridley、チャック研削盤の Bryant が独立し、小さな Springfield は工作機械の町になります^[1]。研削盤では、Pennsylvania 州の Landis 兄弟が 1890 年に会社を作り、Brown & Sharpe の小さな研削盤を使ううちに自社の研削盤を考えました^[1]。1897 年には工場が火事で焼けたあと、資本金 10 万ドルの Landis Tool Company として組織し直しています^[18]。立て旋盤（立て中ぐり盤）は、E. P. Bullard が 1883 年に最初の機械を設計しています^[1]（第 10 章）。

自転車が工作機械を変えた。Rosenberg は、1880 年からの機械の改良に、自転車と、のちの自動車が大きな役割を果たしたと書いています。自転車には、軽さ、焼入れした精密な部品、むだのない動力の伝え方と摩擦の少なさが要りました。その答えを探すなかで、玉軸受の研削、薄い管の加工、プレスなどの技術が磨かれ、ほかの産業でも使えるようになりました^[2]。多軸自動盤の Acme も、もとは自転車の部品を作るための機械でした^[1]。

高速度鋼・重研削・電動機（1892〜1914 年）

Taylor と高速度鋼

F. W. Taylor（フレデリック・テイラー）は、時間研究で知られる前に、刃物の研究者でした。1880 年に Philadelphia の Midvale 製鋼所（会長は William Sellers）で金属の切削の実験を始め、26 年と 20 万ドル以上をかけます^[1][11]。1898 年から Bethlehem 製鋼所で Maunsel White と組み、タングステンとクロムを増やして、それまでよりずっと高い温度で焼入れする方法を見つけました。これが高速度鋼（Taylor-White 法）です。1900 年のパリ万博では、急いで旋盤と駆動の電動機と軟鋼の材料を運び込み、切込み 3/16 インチ（約 4.8mm）・送り 1/16 インチ（約 1.6mm）・毎分 120 フィート（約 37m）で、刃先が赤くなっても削り続けてみせました^[11]。

困ったのは機械の側でした。Rosenberg は、高速度鋼で速く削れるようになっても、炭素鋼の刃物に合わせて作られた機械は力にも速さにも耐えられず、構造・伝動・操作の部分をすべて作り直すことになったと書いています。20 世紀の最初の 10 年で、旋盤のベッドと往復台は重くなり、送りの機構は強くなり、段車は幅の広いベルト用になりました。大きな旋盤の脚は短くなってついになくなり、ベッドが床まで下がります^[2]。Roe も、高速度鋼で切削速度が 2〜2.5 倍になり、この 15 年で工作機械が大きく設計し直されたとまとめています^[1]。Cincinnati Milling Machine の重切削向けの「High Power」フライス盤（1907〜08 年）は、その代表です^[3]。Taylor は 1906 年に ASME で「On the Art of Cutting Metals」を発表し、切削速度・送り・刃の形・冷却と刃物の寿命の関係をまとめました^[2]。

電動機で 1 台ずつ動かす

それまでの工場では、天井を通る長い線軸（ラインシャフト）を蒸気機関や水車で回し、ベルトで 1 台ずつに力を配っていました。電動機で工作機械を動かす使い方は 1892 年ごろに始まり、Taylor も 1894 年から実験に電動機を使っています。1895 年には Philadelphia の Baldwin 機関車工場が、車輪を削る旋盤を 1 台ずつの電動機で動かし、天井の線軸を外して重い品物を運ぶクレーンを付けました^[11]。機械の配置をベルトの都合でなく仕事の流れで決められるようになったことが、次の時代（第 3 章）の流れ作業の工場につながります。

Norton と重研削

研削は長い間、旋盤で仕上げた上をうすく磨く「仕上げのまた仕上げ」でした。Brown & Sharpe で研削盤を担当した Charles H. Norton（チャールズ・ノートン）は、重くて強い機械に幅の広い大きな砥石を付け、工作物を送らずに砥石を押し込み（プランジ研削）、機械の精度で寸法を出せば、旋盤の仕上げ削りを省いて研削で一気に仕上げられると考えます。1897 年の社内の会議でこの案を出すと笑われ、Norton は会社を去りました^[8][11]。1900 年、砥石の会社 Norton Emery Wheel の出資で Norton Grinding Company ができ、最初の機械は直径 24 インチ・幅 2 インチの砥石を使う 18×96 インチの円筒研削盤でした^[1][8]。1903 年には、旋削・やすり・磨きで 5 時間かかっていた自動車のクランク軸を 15 分で仕上げ、1905 年には Norton と Landis が自動車会社に研削盤を納め始めます^[11][8]。

重研削を支えたのが人造の砥粒です。1891 年に E. G. Acheson が炭化けい素（カーボランダム）を見つけ、1897 年には C. B. Jacobs が人造アルミナを開発しました。人造アルミナは Norton が「アランダム」の名で 1901 年から Niagara Falls で作り、1906 年ごろまでに天然のエメリーやコランダムに取って代わります^[8]。なお、砥石の Norton Company を作った F. B. Norton と、研削盤の Charles H. Norton は親戚ではありません^[1]。研削盤の仕組みの移り変わりは第 8 章で扱います。

1914 年の姿

1914 年の国勢調査では、米国の工作機械の工場は 409、生産額は 3,144 万ドルあまりでした。同じ年に American Machinist 誌は、工具なども含めた 570 の工場の地図を載せています。Ohio が 117、Massachusetts が 98、Connecticut が 66 で、30 年前には Buffalo より西にほとんどなかった工場が、いまは半分以上が西にありました^[2][1]。Roe はこの年、工作機械の基本の形はもう定まり、これからは速い回転と重い切削、治具の工夫、熟練工なしで動く自動機の時代になると見ています。そしてヨーロッパの戦争の注文が、米国の工作機械メーカーを世界の首位に押し上げつつありました^[1]。

現場で何に効くか。この時代に決まったものは、今の工場の基本です。60 度のねじ、1/1000 を読むノギスとマイクロメータ、研いでも形の変わらない成形フライス、割出し台とねじれ削り、カムで動く自動盤、プランジ研削、人造の砥粒、そして「刃物の材料が変わると機械の剛性と馬力を作り直す」という関係。のちに超硬や CBN が出てきたときも、同じことがくり返されます。

⛩日本とのつながり

この時代のアメリカの工作機械は、明治の終わりから大正にかけて、日本の工作機械づくりの手本になりました。国産アーカイブの章で確かめた出来事を、米国側の会社と合わせて並べます。

• 1897 年 Cincinnati の万能フライス盤で歯切り：日本で機械を使って歯車の歯を切った最初は、米 Cincinnati 社の 2 番万能フライス盤と成形フライスで 1 溝ずつ削ったこととされます。万能フライス盤と成形フライスは、どちらもこの章で生まれた道具です（国産アーカイブ第 4 章）^[23]。
• 1903〜1905 年 フランシスと池貝の米式旋盤：東京高等工業学校が 1903 年に米国人の Charles A. Francis（フランシス）を実地の指導教員に招き、1905 年に池貝がその仕様書にもとづく米式旋盤の量産を始めました。それまでの日本の旋盤は主に英式でした（国産アーカイブ第 1 章）^[21]。
• 1906 年 熊本高等工業学校の米国製旋盤：熊本大学に残る米国製の旋盤などの工作機械は、いまも動く状態で国の重要文化財・機械遺産になっています^[22]。
• 1916〜1923 年 大隈と Brown & Sharpe・Pratt & Whitney・Norton：大隈は 1916 年の KE 形旋盤に Brown & Sharpe から買った親ねじを使い、1919 年には陸軍工廠から支給された Pratt & Whitney の旋盤の図面で OP 形旋盤を作りました。研削盤では 1918 年に Norton の万能工具研削盤を手本に GA-1 形を、1923 年ごろに Brown & Sharpe の No.13 にならって GA-2 形を作っています（国産アーカイブ第 3 章）^[24]。

米国の精密な道具と専業メーカーの機械は、日本の工場にとって「買って使う」ものであると同時に、「写して学ぶ」ものでした。大正から昭和のはじめの日本のフライス盤が Cincinnati 形を手本にした流れは、国産アーカイブ第 2 章で扱っています。

よくある質問

Sellers ねじと Whitworth ねじは何が違いますか？

Sellers ねじ（1864 年、のちの米国標準ねじ）は山の角度が 60 度で、山頂と谷底を平らに切り落とします。英国の Whitworth ねじは 55 度で、山頂と谷が丸い形です。Sellers は、平らな山と 60 度のほうが刃物を作りやすく、検査もしやすいとして 60 度を選びました。60 度の山はのちのユニファイねじやメートルねじにも引き継がれています。

Brown & Sharpe の万能フライス盤は、何が「万能」だったのですか？

割出し台とテーブルの送りを歯車でつなぎ、テーブルを傾けられるようにして、ドリルのねじれ溝のような「ねじれ削り」ができたことです。同じ機械で歯車の歯や不規則な形も削れました。1862 年 3 月に 1 号機が売られ、上下に動くひざ（ニー）にテーブルを載せる作りは、のちのひざ形フライス盤の元になりました。

高速度鋼が出て、工作機械の何が変わりましたか？

刃物が赤くなるほどの温度でも切れるようになり、切削速度が 2〜2.5 倍になりました。そのぶん機械には大きな力と速さが要るので、ベッドや往復台は重く、送りの機構は強く、ベルトは幅広くなり、電動機で 1 台ずつ動かす方式も広がりました。刃物の材料が変わると機械を作り直す、という関係はこのとき始まりました。

Norton Company と Norton Grinding Company は同じ会社ですか？

別の会社です。Norton Company（もとは Norton Emery Wheel Company）は F. B. Norton が始めた砥石の会社、Norton Grinding Company は 1900 年に Charles H. Norton が研削盤を作るために作った会社です。Roe は、2 人の Norton は親戚ではないと書いています。