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ウオータージェット
ウオータージェット(WJ)は高圧ポンプで加圧した水をノズルから噴射させることで発生する高速高圧噴流だ。噴流を対象物に衝突させることで、表面処理、はつり、各種材料の切断・穴開け、洗浄、バリ取り、切りくず除去などさまざまな用途で使われ、産業分野で広く活躍している。近年では食品加工における使用も増えている。WJは今後もさまざまな面で進化が求められる。
〝超音速〟で精密加工
複合材・複雑形状を自在に仕上げ
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複合材や複雑形状なワークを高精度で加工できる
WJは約300メガ―約650メガパスカルの高水圧噴流を、直径約0・1ミリー約1ミリメートルの細さで噴出する。その流速は超音速で、最高マッハ4に達するほどだ。薄い材料から約300ミリメートルの材料まで加工できる。WJは金属やコンクリート、ガラス、樹脂、セラミックス、ゴム、布、紙、食品、複合材など、あらゆる材料の加工に使用される。
加工対象物(ワーク)とノズルが非接触なため自由度の高い切断ができ、任意の点から切断を始められるので切り抜き加工が容易にできるのも特徴だ。また水で加工するため発熱せず、ワークに熱影響を与えない。複合材や複雑形状なワークを高精度で加工できる。
さらに薬剤を使わないため環境に優しく、有毒ガスが発生することもない。粉じんの飛散もないため、作業員は安全な環境で作業できる。
WJは大きく二つに分けられる。水のみで行う加工はピュアWJなどと呼ばれており、ゴムや発泡材、不織布などの軟質材料の加工に向き、食品加工にも用いられる。水にガーネットなどの研磨材(アブレシブ)を混ぜて加工するアブレシブWJは、金属やガラスなどの硬質材料の加工に向いている。
さまざまな分野で活躍するWJだが、特に航空機部品向けなどのチタンや炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の加工に使われることが増えている。また洗浄や道路工事での鉄筋コンクリートの切断などでも多く利用されている。
ケーキやすしなどの食品加工においては、以前はただまっすぐ切るだけだったが、近年は繊細な曲線による複雑なデザインカットの需要が高まっている。食品製造現場で使われるWJ加工機は洗いやすさや、機械操作に慣れていない人でも直感的に扱いやすい操作盤などが求められ、メーカーはこれに応えている。
米山製作所は各種素材の切断・穴開けをはじめ、特殊樹脂の日本産業規格(JIS)準拠試験片の作成や、断面評価用カットなどを担う。WJは素材機能にダメージを与えないため、素材の内部を正確に計測する必要がある断面構造検査に適するとして活用している。
WJ加工機はノズル制御技術の進化などが求められている。また環境対応のため、加工に使われた水を再利用するための試験を行っているメーカーもある。今後も研究開発や製品開発が期待される。
導入事例/日ポリ化工 小樽工場
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日ポリ化工小樽工場で活躍する「マッハ300」。導入により加工時間、加工精度が格段に向上した
日ポリ化工の小樽工場(北海道小樽市)は、ホテルやマンション向けの壁材パネルと呼ばれる浴室壁材を中心に生産する。フロージャパンのWJシリーズ「Mach(マッハ)300」を2023年6月に導入し、生産効率と高精度加工を両立している。
同工場では1日当たり最大10室分の浴室壁材を製造する。年間で1500室分以上の生産が求められる。また電気スイッチやタオル掛けハンガーなどを取り付けるため、多くの穿孔(せんこう)加工が必要となる。
こうした中、以前は熟練工による手作業や、中国製のWJで加工を行っており、特に職人の熟練技術に頼っていた。1時間当たり25カ所の穴開けが限度に近いと言われているが、同工場のベテラン職人は30カ所の穴を開けていた。
硬度の高いセラミックスや磁器、天然石(御影石や大理石)などの素材に、ドリルで穴を開ける作業は労力を伴う工程となることから、22年に中国製のWJを導入。しかし機械的トラブルや部品交換にかかる時間的要因で、実質的な稼働時間は短かったという。
さらに熟練工の引退が重なり、マッハ300を導入。「加工時間、加工精度ともに格段に向上した。当事者である私たちが驚いたくらいだった」と、日ポリ加工の小樽工場UB製造部大黒嘉昭課長は振り返る。
一体型スチール構造による高レベルな切断は、1時間当たり60カ所の穴開けを実現した。さらにコンピューター利用設計・製造(CAD/CAM)ベースのアプリケーションソフトウエア「FlowXpert」搭載で、高精度な穴開けができる。
大黒課長は「交換部品は発注してから2日で届く」と、迅速でていねいなアフターサービスに満足する。こうしたことから、数年以内にマッハ300と同等のWJを1台追加導入し、2台体制でのフル稼働を視野に入れる。
「在庫を備えるような体制にしたい」(大黒課長)と意気込み、人、時間、コストの全てにおいて高いパフォーマンスを目指す。
【企業情報】
▽事業内容=繊維強化プラスチック(FRP)成形加工、住宅設備機器の製造・販売
▽社長=中塚信二郎氏(なかつか・しんじろう)
▽電話=0743・87・2200
▽資本金=4000万円
▽従業員=224人(2023年1月時点)
▽創業=1962年8月