目指すは2400枚 刃の耐久性上げるための模索

ホットナイフ分離装置は形としては完成したものの、当時はまだ100枚程度のパネルを処理しただけで刃こぼれしてしまうなど、実用化にはほど遠い状況でした。プロジェクトが掲げていた目標は、分解処理にかかるコストを5円/W（ワット）以下にすること。さらにエヌ・ピー・シーは自社目標として3円/Wという高いハードルを設定しました。

コストを下げるために重要なのが、刃の耐久性です。目標を達成するためには、刃を1回交換するまでに2400枚のパネルを処理できる耐久性が求められていました。

この装置の改良を任されたのが、当時製造装置の開発を担当していた松本健司さんです。松本さんは刃の最適な材質や形状を探るため、さまざまな材料で試作と評価を繰り返しました。

写真6 装置関連事業部 副事業部長 開発部長 松本健司さん

松本さん：鋼や合金などいろいろな材質を試したのですが、なかなか枚数が伸びなかったので非常に悩ましかったです。100枚が200枚、200枚が300枚になるぐらいだったので、正直2400枚は厳しいと思っていました。装置がガラスを処理するとき、最初はシャーッと小気味のいい音がするんです。でも、枚数を重ねて刃が痛んでくるとだんだん「ガガガガ」と低い音がするようになってきて、そろそろ寿命か…と。

転機となったのは、定期的に開かれるNEDO成果報告会での、「超硬合金を使ってはどうか」という専門家からの助言でした。硬度の高い超硬合金を用いることで処理枚数が飛躍的に向上したのです。

写真7 超硬合金を使った刃

松本さん：報告会で勧めてもらった超硬合金を試したところ、それまで400～500枚だったのが一気に1200枚ぐらいまで伸びたんです。そのときに「これは目標達成できるんじゃないか」と、ちょっと道筋が見えた気がしましたね。

松本さんは超硬合金に狙いを定め、さらに詳細な材質の検討を進めていきました。しかし、金属粒子の大きさやじん性（粘り）、耐摩耗性（摩耗のしにくさ）など、すべての性質で優れた材質はありません。どの性能を優先すべきか材料メーカーや刃物メーカーと議論し、シミュレーションを重ねた結果、摩耗が少なく、チッピング（欠け）も抑えられる、最適な材質にたどり着きました。

また、材質と合わせて刃先の形状も模索。刃先を薄く鋭くすればEVAの剃り残しは減る一方で欠けやすくなり、厚くすると強度は増すものの剃り残しが増えてしまいます。最適なバランスを見つけるために、刃先の角度を細かく変えながらテストを繰り返し、検討を進めました。

そして、実に4年にも及ぶ試行錯誤の末、目標を上回り、刃を1回交換するまでの処理枚数2500枚を達成したのです。

ガラスを割らず いかにEVAを除去するか

リサイクル資源としてガラスの価値を高めるためには、分離後のガラスにEVAがほぼ残らない状態にすることが求められていました。ガラスメーカーが原料として受け入れる際の基準は、「2メートルの高さから落としたとき、割れた破片が名刺サイズ以下になること」。ガラスにEVAが残っていると割れにくくなるため、この基準を満たすにはEVAを限りなく薄く除去する必要がありました。そのため、ガラスに残るEVAの厚さを0.1mm以下に抑えることが目標として設定されました。

しかし、EVAをきれいに取り除こうとして力をかけすぎると、今度はガラスが割れてしまいます。特に難しいのが、最初に刃を入れる、パネルの端の部分です。

矢内さん：パネルの角を狙って刃を入れることは非常に難しく、どうしても端の部分が残ってしまいます。最初はそれでも強引に端から刃を入れていたのですが、バックシートで覆われているパネルの裏面から、かなり強い力で刃を押し当てるので、慎重に刃を入れないとガラスが割れてしまいます。

図6 前切り込みの仕組み（イメージ）

この課題を解決するために導入したのが、「前切り込み」という仕組みです。まずパネルの数センチ内側から外側に向かって刃を当て、端の部分のEVA/セルだけを先に分離します。その後、分離した部分に、逆向きに刃を当てて残りを除去することで、ガラスを割ることなく、端まで確実に除去できるようになりました。

前切り込みによって端の部分のセルの除去ができるようになったものの、パネル全体のEVAをより薄く、かつ安定して除去するためには限界がありました。

図7 2枚刃イメージ（資料提供：株式会社エヌ・ピー・シー ※一部NEDO加工）

そこで開発されたのが2枚刃機構です。刃を二重にしてEVAを段階的に削り取ることで、ガラスへの負荷を抑えながら、目標としていたEVA残膜厚（残ったEVAの厚さ）0.1mm以下を達成することができました。

どんなパネルにも対応 解体装置ならではの苦労

エヌ・ピー・シーは、実用化に向け、“誰にでも使いやすい装置”の実現を目指していました。しかし、パネルの解体装置の開発には、これまで手がけてきた製造装置とは異なる特有の難しさがありました。

写真8 松本さん

 松本さん：製造装置の場合は流す材料が決まっているので、それにあわせて機械を設計すればいいのですが、解体装置の場合はそもそもどんなパネルが来るか分かりません。パネルの厚さや大きさがメーカーによって違いますし、外に設置されているので汚れていたり変形していたりするものもあります。そういった多種多様な状態のパネルにすべて対応できるような機械にするのはとても大変でした。

松本さんが目指したのは、さまざまな状態のパネルに合わせて毎回細かな設定を変える必要の無い、どんなパネルでもボタン一つで処理できる装置です。

図8 位置制御の仕組み（イメージ）

まず取り組んだのは、厚さの違うパネルへの対応です。当初は、刃を決められた高さに当てる「位置制御」を採用していましたが、パネルが厚い場合はガラスが割れてしまい、逆に薄い場合はEVAが取り切れないという問題がありました。

そこで、ガラスの厚みをセンサーで計測し、その厚みに応じて刃の到達位置を自動で調整する仕組みを導入。しかし、パネルが汚れていると、センサーが正しく反応しないことがあったのです。

図9 トルク制御の仕組み（イメージ）

松本さんは制御の仕方を見直し、刃の当て方を「トルク制御」に変更しました。刃がガラスに当たった際の抵抗に応じてかける力を調整する仕組みです。こうすることで、パネルの厚みが異なっても安定して処理できるようになりました。

問題はパネルの厚さの違いだけではありませんでした。小さなパネルだとガラスが割れやすく、大きなパネルだと両端にEVAが残りやすいなど、大きさによって仕上がりにばらつきが出てしまったのです。

松本さん：同じ力をかけても、面積が小さい方がかかる圧力が強くなります。さらに、刃のわずかなたわみも仕上がりに差が出る要因のひとつでした。

そこで、刃にトルクをかけた後に少しだけ位置を下げるという調整を加えるとともに、刃を支えるホルダーを補強。

図10 ローラーとブロックでの圧力のかかり方の違い（イメージ）

さらに上部のローラーを平らな形状のものに変更することで、刃の圧力が一点に集中してガラスが割れるのを防ぐことができるようにしました。

松本さん：センサーを増やせば、さまざまな違いに対応できたのかもしれませんが、汚れたパネルを処理する過程で壊れやすい。それでは利用者にとって使いにくいので、なるべく簡単に使えて、後から問題が出ないような装置にすることを目指していました。開発を進める中で想定を超える状態のパネルがどんどん出てきたので、それに対応するかたちで装置の改良を重ねていきました。

実用機導入 国内だけでなく海外にも

刃の耐久性の向上、EVAの除去精度、ガラスの割れ対策―こうした地道な改良を積み重ね、2018年にはついにNEDOプロジェクトの目標である分解処理コスト5円/Wを大幅に超える、2.23円/Wを実現しました。

そして、解体装置ならではの課題をひとつひとつ乗り越え、どんなパネルでもボタン一つで処理できる装置が誕生したのです。

写真9 アルミフレーム除去装置

エヌ・ピー・シーは、ホットナイフ分離装置の開発と並行して、電線を束ねたジャンクションボックスや、パネルの周囲を補強するために取り付けられているアルミフレームを、自動で除去することができる装置も開発。

写真10 ホットナイフ分離装置実用初号機（資料提供：株式会社エヌ・ピー・シー ※一部NEDO加工）

そして、2017年には最初の実用機が完成しました。本機では、パネルを破砕することなく、ガラスを割らずに分離することで資源価値のある部材をそのままの形で回収できるため、廃棄物はほぼゼロに抑えることができます。　

エヌ・ピー・シーは、2019年から自社でも使用済みパネルの受け入れを開始。ホットナイフ分離装置を使って分離したガラスやセル内部の金属、アルミフレームなどのリサイクル率は95％以上に達しており、回収した部材のほとんどを再資源化することができています。

写真11 フランスで導入されているホットナイフ分離装置（資料提供：株式会社エヌ・ピー・シー）

2025年6月までに国内で12台が導入されたほか、フランスやチェコなど海外でも導入が進み、パネルリサイクル先進国のフランスでは、分離したガラスがすでに板ガラスの原料として活用されています。