超精密加工の研究者が挑む河内長野の「爪楊枝」製造｜三村秀和

爪楊枝を研究する

私の専門は超精密加工です。金属加工をメインに、切ったり、削ったり、磨いたりという研究をしてきました。その加工対象を木材に広げて、爪楊枝の研究を始めました。先端研と大阪府河内長野市が締結した連携協定に基づく取り組みで、河内長野市は私の地元という縁から協力することになりました。

爪楊枝は河内長野市の地場産業です。私が小学生の頃は国内シェア90％以上を誇っていましたが、現在流通しているもののほとんどは中国産です。木材加工を科学することで、町おこしにつながればと思っています。

現在使われている爪楊枝製造機は、40～50年前に作られたもの。まずは製造機を再現しようと、寸法取りをし、現在入手できる部品を使って作成中で、今年度内に完成予定です。からくり装置のようなものなのですが、よく考えて作られていることがわかります。1つのモーターで工場のラインのように自動で流していき、端を尖らせたり、持ち手に溝を入れたりして大量に生産します。再現したものを基に最新のセンサーや工具を使って改良していけば、新しいことができるのではと考えています。

木材加工についても勉強中です。金属は基本的に均質的で硬く熱が出るため、冷却水や切削液を掛けながら加工しますが、木材は濡らしてはダメ。発火にも気を付けなくてはいけません。また、木目が段差のようになっているので、年輪に沿って垂直に切る必要があります。針葉樹、広葉樹など木材の種類によっても加工方法や条件が違ってきます。

一般的な爪楊枝には木目がない白樺が使われていますが、産業的には日本に多い杉など他の木材で作りたいと考えています。ゴムのような弾性があって折れにくく、先端は潰れにくい……。加工技術を工夫することで、そんな爪楊枝を作れればと考えています。まだ誰も取り組んでいない研究です。

精度をとことん追求する

本業の原子レベルの超精密加工では、精度をどんどん高める研究をしてきました。機械設計から製品製造まで全工程を研究し、X線望遠鏡、X線顕微鏡、X線ミラーを作っています。世界の多くの放射光施設で私たちが開発したミラーが使われています。2024年に米航空宇宙局（NASA）が打ち上げた太陽観測用ロケット「FOXSI」にも搭載されました。

爪楊枝の精度はせいぜいサブミクロンぐらいですが、それ以上の精度で物質表面を平滑化するには、原子レベルで自然に物質を除去する必要があります。そこで、「EEM」や「WAPOP」という化学反応を使った加工法を使っています※。加工物表面で化学反応を起こすことで、原子が1個ずつ自然に剝がれるイメージです。連続的に取っていくと原子オーダーの加工ができ、それを広い範囲で制御すると、ナノメートルオーダーで形が整った面ができます。

精度の世界は限りなく、どこまでもいける。そこに魅せられています。精度を高めると細胞が高精度に見えるなど他の分野にも貢献できます。ものづくりの精度にとことんこだわった研究をしていきたいです。そして、他の加工分野の研究者と一緒に、切る、削る、磨くといった加工そのものの原理を探求する。木材加工も含めてです。その応用の一つが爪楊枝です。

EEM＝Elastic Emission Machining。WAPOP＝WAter Polishing with Organic Polymer plate