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精密加工

光学ガラスレンズの性能向上を実現させる硬度・耐摩耗性・熱膨張係数に強い金型の開発

北海道

株式会社太田精器

2020年3月20日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 新超硬素材に対応した精密金型加工技術の開発
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 工作機械
事業化状況 研究中止または停滞中
事業実施年度 平成20年度~平成22年度

プロジェクトの詳細

事業概要

光学系デジタル製品・医療検査機器等の発達と高機能化の背景には、高精度な光学レンズに寄るところで、レンズ精度向上はプレス金型(モールド)精度向上との相関関係にあり、大きな技術課題とも成っている。その精度の向上の為には、ナノレベルの粒径を活用した新素材のもと、超緻密・耐久・耐熱性の強い精密超硬金型材を開発するとともに、国内最高レベルの極めて高精度なガラス非球面レンズ金型の製造開発を行う

開発した技術のポイント

超硬ナノ素材による金型を製作し、高精度のレンズ製作を実現する
・超硬金型製作のための、硬度や破壊靱性・熱膨張係数に優れた最適組成素材(新素材超硬合金)を開発する
・新素材超硬合金の性質・特性を明らかにする
・新素材超硬合金の適切な加工方法を確立する
(新技術)
<新超硬素材によるガラスレンズ金型>
・WC100%焼結に成功
・ラジアル円筒削方法により、高速・高精度の加工を実現
(新技術の特徴)
・現行品に比べ、硬度・耐摩耗性・熱膨張係数や破壊靭性に優れ、平均1.4倍の加工速度での研削条件に耐える新素材
・条件の最適化により、#200の砥石車を利用し、前後送り速度を現行品以上としても、Rmax=1μm以下の面粗度を実現

具体的な成果

・最適組成素材と、焼結方法の確立
‐金属元素や炭化物元素の添加はWC結晶粒の成長や、硬さ、破壊靱性値などの機械的特性の低下を及ぼし、ナノWC単体焼結体の方が、優れた性質を有する
‐放電プラズマ焼結炉にて、φ20の焼結形状を目的とした焼結テストを行い、確立した条件下での焼結体の焼結に成功
・既存品に比べ優れた性能の素材
‐試作のナノ超硬素材は、HV(硬度)2700、破壊靱性5.6Kc、熱膨張係数4.7×10-6/℃と、いずれの性能においても、既存品であるM78を上回った
‐結合材のないWC100%の超硬素材であるにもかかわらず破壊靱性値が伸びており、素材の高いポテンシャルを示した
・最適な加工方法の選定・確立
‐従来型の方法(トラバース円筒研削方法やプランジ円筒研削方法)よりも砥石車への負荷が小さく、加工時間の短縮等の面で優れたラジアル円筒研削方法を採用
‐切込量6μm、前後送り速度140mm/min、#200の砥石車を使用する条件下で、安定的にRmax=1以下の面粗度を達成
・WC100%超硬合金の安定的な焼結
~昇温速度や圧縮応力の条件を調整し、高相対密度(98%以上)で結晶粒が100nmと小さい焼結体の製作に成功~
・レンズ金型以外への応用
~大口径(φ60)のナノ超硬の焼結にも成功したことから、様々な製品への応用が可能に~

知財出願や広報活動等の状況

・出展:日中ものづくり展示会(H23.9)、第15回機械要素技術展(H23.6)
・受賞:第4回ものづくり日本大賞北海道経済産業局長賞、経済産業省「元気なものづくり中小企業300社(H21)」

研究開発成果の利用シーン

高温精製の求められる精密機械器具向けの金型(デジカメ・一眼レフカメラ用等のガラスレンズ金型等)や、硬度の求められる工作機械などに利用

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・H22年度に事業化に成功・要求寸法に対するサンプル制作は可能

製品・サービスのPRポイント

・耐久性向上:新素材は既存超硬の1.5倍の硬度、1/5の粒子径であり結合材が入っていないため、高温硬さ・熱膨張性に優れている
・新製法の実現:WC100%の素材の量産化に成功しているのは自社のみである
・安定供給化:結合材が含まれていないため、粉末混合作業が不要となり、また結合材のレアメタル使用量を削減できる

今後の実用化・事業化の見通し

既に事業化に成功しており、今後は更なる性能の向上と、営業活動の強化のための取組を行う
・サポイン事業終了と同時に、川下企業への試作品提供を開始し、事業としての取組を進めている
・H23年に素材メーカーの材料製造部門を設備・人員ごと買収し、既存顧客だけでなく新規顧客の開拓も容易となっている
・技術面では、WC100%で使用したナノ粉末WCを使用し、抗接力・破壊靭性を高めた超硬合金の開発を行っていく

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社太田精器
事業管理機関 株式会社太田精器
研究等実施機関 国立大学法人北海道大学
独立行政法人国立高等専門学校機構苫小牧工業高等専門学校

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社太田精器
事業内容 非鉄金属・電機部品・機械部品・金属研磨等製造加工業
本社所在地 北海道空知郡奈井江町字茶志内89番地6
ホームページ Http://www.oHtaseiki.co.jp