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精密加工

鉄ベース新素材金型により精密ガラス光学部品の低コスト・複雑形状創成を実現

岐阜県

株式会社東海エンジニアリングサービス

2020年3月23日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 鉄をベースとした新素材での微細精密ガラス金型加工方法及び高温ガラスプレスに適した材料への改質に関する研究
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 自動車、ロボット、情報通信、電池、半導体、工作機械、エレクトロニクス、光学機器
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)
キーワード ガラス、レンズ、ナノマテリアル、表面処理、コーティング
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成21年度~平成21年度

プロジェクトの詳細

事業概要

自動車の安全走行のための車載レンズや赤外用レンズ、または情報通信機器に使用される薄型化・軽量化に対応したDOEレンズを安価に大量に作成するためには、切削可能な硬度を有しながら、なおかつ成形時(高温時)で硬度の低下や脆化のない新しい材料の適用が必要である。そこで、ナノマテリアル技術をベースにした新素材をベースに、適切なコーティングや硬度調整技術を開発することでこの課題を解決する

開発した技術のポイント
光学素子用ナノメタル製超精密金型

ナノメタル工具鋼のガラスモールドプレス金型材料としての実用化
・ナノメタル工具鋼の金型材料としての特性の向上→400℃以下での窒化を実現
・可視光用DOE金型、赤外用DOE金型を想定した切削技術確立→段差1μm程度の可視光用DOEの形状を創成
・ナノメタル工具鋼型のモールド成形→金型形状を正確に転写する成形条件の決定とサンプルレンズの作成
(新技術)
<ナノメタル工具鋼の金型>
・DOE形状等微細形状加工により、楕円振動切削等の技術を用いて加工が可能
・高い膨張係数を持つため、冷却時に金型が大きく収縮し、問題なく離型する
・鉄系で易切削のため、原料コスト・加工エネルギーを節約可能

具体的な成果
半球ドーム形状高精度レンズ成形品

・400℃以下での窒化を実現
-ナノメタル工具鋼の特性を表面処理により向上させるため、制御性に優れた高密度プラズマ窒化装置を開発
-この装置を用いて低温窒化を実施、低温(400℃)で窒化できることを確認
-耐熱性改善のためのCrNコーティングや、金型離型性改善のためのDLCコーティングの適正条件についても明らかにした
・段差1程度の微細DOE金型の加工を実現
-ナノメタル工具鋼の切削加工技術に関して、楕円振動切削では実用的な加工条件が得られなかったため、バインダレスCBN工具を用いて検討を実施
-工具の先端形状や切削条件の適正化を検討し、段差1程度の微細DOE金型の加工を実現
・金型形状を正確に転写したレンズサンプルを作成
-ナノメタル工具鋼の高温モールド成形技術について、適正条件を求めるため、シミュレーションによる検討と実験による検証を実施
-モールドプレス成形によるDOEサンプルレンズの試作を行い、微細精密形状を正確に転写できることを確認通常の金型では成形できない半球ドーム形状の高精度レンズ成形が、本技術(新しいナノ鉄とその改質)では可能

知財出願や広報活動等の状況

論文:T.aizawa,‘MiCro-PatterningontodiamondlikeCarboncoatingviaRF-dcoxygenplasmaetching’,Proc.5thseatycconference(2011,数μmの段差をもった光学素子用超精密金型ナノメタル工具鋼のガラスモールドプレス金型材料としての実用化February,Hanoi).、T.aizawa,T.Fukuda,‘PrecisepatterningontodlccoatingviahighdensityoxygenPlasmaetching’,ProC.ICTP-2011(2011,september,aachen)(inPress).

研究開発成果の利用シーン

高温精密成形が必要なガラス光学素子成形で、金型として従来のセラミックス系材料に変わる鉄系素材を適用し、低コスト化(加工時間短縮)と複雑形状創成を実現

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・H22年度に実用化に成功、事業化は停滞中
・小型ガラス光学素子成形用金型のサンプルあり(有償)

提携可能な製品・サービス内容

素材・部品製造、試験・分析・評価、共同研究・共同開発、技術ライセンス、技術コンサルティング

製品・サービスのPRポイント

・低コスト化:高硬度セラミックスの旋盤加工が可能であるため、構造部形状加工時間の大幅な短縮(半減)を実現
・複雑形状化:従来創成できなかった数μレベルの段差形状加工が可能

今後の実用化・事業化の見通し

ユーザー企業からの評価を受けて、改良を実施
・現在、本事業で開発した新しいプラズマ改質技術を、他の材料に応用するための研究を実施
・また今後、ナノ鉄の大型サンプルを随時提供してもらい、ユーザーから指摘のあった「大型化した際の信頼性試験」に取り組む
・事業化については、アドバイザー企業に随時進捗を報告し、試作品の評価を聞いている

実用化・事業化にあたっての課題

客先要望(ニーズ)変化があり、この技術をベースに赤外光学系に応用していく技術確立が課題であったが、現在その技術整備を遂行中。

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 三津江金型株式会社 代表取締役社長(三津江友幸)、研究員(石川格将、梅本和弘、横山尚夫)
事業管理機関 一般財団法人大阪科学技術センター ニューマテリアルセンター(金子輝雄、井出正裕、森知佐子)
研究等実施機関 学校法人芝浦工業大学 デザイン工学部 教授(相澤龍彦)
アドバイザー 日立金属(中津英司)、ソニー(大瀬憲寛)、日本電気硝子(佐藤史雄)、KIIS(三原孝夫)

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社東海エンジニアリングサービス(法人番号:9200001008253)
事業内容 ガラス製品用金型の設計・製作、超精密光学素子用金型の設計製作、ガラス製非球面レンズの製造
社員数 16 名
生産拠点 本社、京都支社、岐阜工場
本社所在地 〒504-0852 岐阜県各務原市蘇原古市場町1-18
ホームページ http://tes2001.com/company/
連絡先窓口 代表取締役社長 福田達也
メールアドレス t-fukuda@tes2001.com
電話番号 075-963-6307