ウォータージェット加工

ウォータージェット加工とは、高圧・高速で噴射した水を使って、対象物を切断したり、対象物に穴を開けたりする加工の総称です。光を使うレーザー加工に対して、水を使うウォータージェット加工の特徴やメリット・デメリットを解説します。

ウォータージェット加工とは

ウォータージェット加工は「ウォーターカッター」とも呼ばれ、高圧・高速で噴射した水（水流）を刃物のように利用して、対象物を切断したり削ったりする加工の総称です。

細い噴射口から超高圧かつ超高速で放出された水は、非常に強固な状態となり、金属や非金属などを切断することが可能となります。極論すると、ダイヤモンドのような硬度を有する素材であっても、十分な出力を有するウォータージェット加工であれば適切に加工することが可能となります。

ウォータージェット加工の種類

ウォータージェット加工には大きく分けて、水のみで切断する加工と、水に研磨剤などを配合して加工する方法の2種類があります。

アクアジェット加工

アクアジェット加工は水だけを利用したウォータージェット加工であり、ウォータージェット加工といえばアクアジェット加工を指すというケースも少なくありません。そのため、ウォータージェット加工として依頼する場合、その加工が本当にアクアジェット加工なのか、それとも研磨剤を含んだ加工なのかきちんと確認することが必要です。

アクアジェット加工は水のみを利用するため素材への負担が少なく、軟質系の素材や衛生面が重要になる食品などに対しても利用することが可能です。

アブレシブジェット加工

アブレシブジェット加工は、水に研磨剤を配合した混合液を噴射して行うウォータージェット加工です。アクアジェット加工では切断加工が難しい素材や対象物であっても加工することが可能であり、特に硬質素材のウォータージェット加工などに適しているとされています。

不純物が含まれているため、研磨剤などが残留しては困る素材については使用できないというデメリットがありますが、航空機や自動車などを製造する業界では幅広く利用されています。

ウォータージェット加工のメリット

幅広い材質を切断できる

ウォータージェット加工の強みの1つが、様々な素材を加工できるという点です。理論上は、水に溶けてしまう素材でなければウォータージェット加工を利用することができます。

水流の出力などを調整することによって金属、非金属、陶器、鉱石、あるいはゴム製品や樹脂製品、食品など色々な素材を加工対象物として選定できるため、多くの業種・業態において利用価値を検討することが可能です。

熱の影響を与えずに加工できる

例えば電動工具や金属カッターなどで対象物を切断する場合、切断加工を行う部分に摩擦や衝突による熱が発生して、対象物や工具・治具へダメージを与えてしまうことも少なくありません。

一方、ウォータージェット加工はそもそも利用するものが水であり、温度上昇を抑えながら切断加工することができます。超高速の水流によって瞬間的に切断するため熱ダメージを避けたい素材の加工に向いています。

薄板を重ね切りできる

複数の薄板など、薄い素材を接着せずとも重ねただけの状態で切断加工することが可能です。金属カッターなどの場合、どうしても複数枚の素材を重ねた状態で切断しようとすると、1層目と2層目、あるいはそれよりさらに下層でズレが生じるといったことを避けられません。

ウォータージェット加工は重ね切りが可能になるため生産効率が向上します。

加工の自由度が高い

ウォータージェット加工は、あらかじめCADなどでデザインしておいたラインに従って加工機が自動的に対象素材を切り出してくれます。そのため、様々な形状の切断加工に適しており、加工の自由度を高めやすいことがポイントです。

切断開始地点についても、水流を噴射する場所をスタート地点に設定できるため、金属板の端から切断を始めるといった必要がありません。

歩留まり・リサイクル率が高い

事前にオートメーション化したウォータージェット加工機で切断や穴あけを行った場合、対象素材となる金属板に対して必要最小限のアプローチで加工を再現することが可能です。上述したように、金属板の端から切断し始めるというルールもないため、素材のロスを防いで歩留まり向上へ貢献できることは見逃せません。

また素材に対するダメージを抑えやすく、非接触加工なので加工機の寿命も延ばすことができます。

環境や作業者にやさしい

アクアジェット加工であれば使用するものが水だけであり、環境への負担を抑えて持続可能な社会の実現に向けた取り組みに合致します。また高熱を発したり特殊な薬品などを使ったりする必要がないため、作業者が近くにいる状態でも肉体的な負担や作業環境の悪化といったリスクを防ぎやすいことはメリットです。

加えて、水を利用するという環境負荷の低い加工法が社会的なイメージアップにもつながります。

ウォータージェット加工のデメリット

水に溶ける材質には適さない

前提として、そもそも水を利用する加工法なので、水に溶けやすい素材の切断や加工に用いることはできません。

切断そのものは行えたとしても、切断面が水の影響でゆがんだり、素材そのものが変形したりする可能性があるでしょう。

レーザー加工よりコストがかかるケースがある

例えば水に加えて研磨剤を利用するアブレシブジェット加工の場合、光だけを使うレーザー加工よりも加工コストが高くなってしまう可能性があります。また、ウォータージェット加工機を設置するためには、加工機に水を供給するシステムや配管なども合わせて設置しなければならず、結果的に導入コストが高額になってしまうこともあるでしょう。

また、多目的で利用できるレーザー加工と比べると、コストパフォーマンスが劣る場合もあります。

レーザー加工と比べると精度が劣る

どれほど水流を細く圧縮して放出したとしても、やはり「点」に対して照射できるレーザー加工と比較すれば加工精度では劣ってしまうことも事実です。

また、素材に対して適正なウォータージェットの出力が再現されていない場合、切断が的確に行われなかったり、切断幅が想定よりも広くなってしまったりといったエラーも考えられます。そのため加工精度を追求するならレーザー加工の方が良いかもしれません。

ウォータージェット加工とレーザー加工の違い・比較

ウォータージェット加工とレーザー加工との違いは、端的に言えば水を使うか光を使うかという点に凝縮されます。

ウォータージェット加工の場合、熱の影響を受けさせたくない素材に使えますが、レーザー加工であれば水に溶ける素材に利用することが可能です。またレーザー加工であれば熱によって素材表面を変色させることが可能ですが、ウォータージェット加工は焦げなどによるプリントはできません。

加工精度についてレーザー加工の方が優れているものの、反射率の高い素材などにもウォータージェット加工であれば利用することが可能です。

ウォータージェット加工とレーザー加工はそれぞれ長所と短所を持っている加工法であり、どちらが優れていると考えるのでなく、それぞれのメリット・デメリットを把握した上で使い分けることが肝要です。

ウォータージェット加工機の導入時における注意点

ウォータージェット加工機を導入するに当たって注意すべきポイントも少なくありません。

設置環境と設置スペース

ウォータージェット加工は水を噴射して素材を加工するため、まず給排水が必要です。つまり水の供給・排出をスムーズに行える場所にしか設置することができません。

また、素材へ水を噴射した際に水滴が飛び跳ねる場合もあり、床面や周囲が水濡れ現金のような場所で利用することもNGです。

加えて十分な水圧を再現するために、小型化にも限界があるため、設置スペースに余裕が必要になります。

導入コスト・ランニングコスト

水を利用するため、水道代などのランニングコストが増加します。また研磨剤のような消耗品を利用する場合のコストも計算すべきでしょう。

もちろんウォータージェット加工機そのものの費用や設置工事費なども発生するため、本当に必要な加工機としてレーザー加工機よりもウォータージェット加工機が必要なのか否か、きっちりと検討することが大切です。