ウォータージェット切断は、超高圧に圧縮された水を小径ノズルから噴射することで素材を切断する加工方法です。この技術は1960年代に研究が始まり、1970年代初期にアメリカで最初の切断装置が開発されました。日本では1980年代から使用されるようになり、現在では様々な産業分野で活用されています。
ウォータージェット加工の最大の特徴は、水の噴射力のみで加工を行うため、熱による影響がほとんどないことです。従来の熱的加工方法（レーザー加工、プラズマ切断など）では、加工時の熱により素材が変形したり、変質したりする問題がありましたが、ウォータージェット切断ではそのような心配がありません。
加工に使用される水圧は300～600MPaにも達し、これは大気圧の数千倍に相当します。この超高圧の水がφ0.1mm程度の小径ノズルから噴射されると、そのスピードは音速の約3倍にも達し、強力な加工エネルギーを生み出します。
ウォータージェット切断は、大きく分けて2種類の方式があります。
水のみを使用して切断を行う方式です。主にウレタン、木材、樹脂などの比較的柔らかい素材の切断に適しています。食品加工や医療業界など、清潔さが求められる分野でも広く利用されています。
水に研磨剤（アブレシブ）を混ぜて切断する方式です。研磨剤は高圧水の負圧で吸引され、ノズルから混合液として噴射されます。金属やチタン、セラミックなどの硬い素材や難加工材の切断に適しています。
ウォータージェット加工機は、主に以下の3つの装置で構成されています：
NC制御により、3次元加工や5軸制御による複雑な形状の加工も可能です。水圧を調整することで、切断だけでなくバリ取りや研磨、洗浄など様々な加工に応用できる柔軟性も持ち合わせています。
従来の熱的加工方法（レーザー加工、プラズマ切断、ガス切断など）とウォータージェット切断を比較すると、以下のような違いがあります。
熱的影響の有無
熱的加工では、加工時の高温により素材に様々な影響を与えます。具体的には以下のような問題が発生します：
一方、ウォータージェット切断では水の噴射力のみで加工するため、これらの問題がほとんど発生しません。特に熱に弱い素材や精密な加工が必要な場合に大きなメリットとなります。
加工可能な素材の範囲
熱的加工は、素材の種類によって適用できるかどうかが大きく変わります。例えば、可燃性の高い素材や熱に弱い素材は加工が困難です。
ウォータージェット切断は、金属、樹脂、木材、ガラス、ゴム、複合材料など、ほとんどの素材に対応可能です。水圧の調整により、柔らかいフィルムから硬い金属まで、薄いものから厚いものまで幅広く加工できます。
環境面での違い
熱的加工では、加工時に有害なガスや煙、粉塵が発生する場合があります。また、切削油などの使用も必要になることがあります。
ウォータージェット切断は、水と天然石の研磨剤のみを使用するため、環境負荷が少なく、クリーンな加工方法と言えます。
加工精度と仕上がり
熱的加工では、熱による変形や歪みにより、精密な加工が難しい場合があります。また、熱影響部が残るため、切断面の品質に影響を与えることがあります。
ウォータージェット切断では、熱による変形がないため、細長い形状や切断面同士が密接した複雑な形状の加工も可能です。また、切断面の品質も高く、後処理が少なくて済む場合が多いです。
ウォータージェット切断の大きな特徴の一つは、非常に幅広い素材に対応できることです。以下に、ウォータージェット切断で加工可能な主な素材と、その特徴を紹介します。
金属材料
金属材料の場合、アブレシブウォータージェット加工が用いられます。厚さは素材によって異なりますが、一般的に300mm以上の極厚材まで切断可能です。特に、ハイマンガン鋼のような熱で硬化する素材は、ウォータージェット切断が最適な加工方法となります。
非金属材料
非金属材料の場合、素材の硬さによって純水式またはアブレシブ式が選択されます。特に、CFRPなどの複合材料は、熱による層間剥離や繊維の損傷を避けるためにウォータージェット切断が適しています。
厚さの対応範囲
ウォータージェット切断は、薄板から厚板まで幅広く対応可能です。一般的な対応厚さは以下の通りです：
ただし、極端に薄い素材（紙薄板や薄板ガラスなど）は、水流の衝撃で割れたり歪んだりする可能性があるため、注意が必要です。
ウォータージェット切断は、その特性から様々な産業分野で活用されています。以下に、代表的な応用事例を紹介します。
自動車産業
自動車産業では、ボディパネルやバンパー、内装部品などの切断に利用されています。特に、以下のような用途で活躍しています：
自動車の軽量化が進む中、CFRPなどの複合材料の使用が増えていますが、これらは熱的加工では層間剥離などの問題が生じやすいため、ウォータージェット切断が適しています。
航空宇宙産業
航空宇宙産業では、高精度かつ高品質な部品製造が求められます：
航空機部品は厳しい品質基準が要求されるため、熱影響のないウォータージェット切断が重宝されています。
電子・精密機器産業
電子・精密機器産業では、小型で精密な部品の製造に利用されています：
熱影響がないため、精密電子部品の製造に適しています。
建築・インテリア産業
建築やインテリア分野では、装飾的な要素を持つ部材の製造に活用されています：
複雑な形状や曲線を精密に切断できるため、デザイン性の高い建材やインテリア製品の製造に適しています。
特殊用途
その他、以下のような特殊な用途でも活用されています：
特に救助活動では、火花が発生しないため可燃性ガスがある環境でも安全に使用できる点が評価されています。
ウォータージェット切断は多くの利点を持つ加工方法ですが、万能ではありません。導入を検討する際には、以下のような限界や注意点を理解しておくことが重要です。
切断できない、または切断が困難な素材
すべての素材がウォータージェット切断に適しているわけではありません。以下のような素材は切断が困難または不適切な場合があります：
加工精度の限界
ウォータージェット切断は高精度な加工が可能ですが、以下のような限界があります：
導入・運用コスト
ウォータージェット切断機の導入には、以下のようなコストが発生します：
特に高圧ポンプやノズルは定期的なメンテナンスが必要で、ランニングコストが他の加工方法と比較して高くなる場合があります。
環境面での考慮事項
環境にやさしい加工方法ではありますが、以下のような点に注意が必要です：
加工時間
素材や厚さによっては、レーザー加工などの熱的加工方法と比較して加工速度が遅くなる場合があります。特に厚い金属材料の切断では、加工時間が長くなることを考慮する必要があります。
その他の注意点
これらの限界や注意点を理解した上で、他の加工方法と比較検討し、最適な加工方法を選択することが重要です。ウォータージェット切断は万能ではありませんが、その特性を理解して適切に活用することで、従来の熱的加工では難しかった加工を実現することができます。
加工方法の選択は、素材の特性、要求される精度、コスト、生産量など様々な要素を考慮して行う必要があります。ウォータージェット切断と他の主要な加工方法を比較し、それぞれの特徴と適した用途を理解しましょう。
ウォータージェット切断と熱的加工方法の比較
以下の表は、ウォータージェット切断とレーザー加工、プラズマ切断などの熱的加工方法の主な特徴を比較したものです。
| 比較項目 | ウォータージェット切断 | レーザー加工 |
|---|