精密加工
溝幅100μmレベルの超微細金型を超平滑化するガスクラスターイオンビーム装置
東京都
株式会社菊池製作所ものづくりメカトロ研究所
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 | GCIBを用いた超精密金型加工法の開発 |
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基盤技術分野 | 精密加工 |
対象となる産業分野 | 光学機器 |
事業化状況 | 研究実施中 |
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
金型技術は、様々な分野で大量にかつ安価に製品を作り出す為に欠く事の出来ない技術であり、日本の得意とする分野であったが、近年技術流出が激しく、海外から追い上げられている現状がある。本提案は、高難度化する金型加工技術に新しい手法を取り込もうとするものであり、従来、手仕上げを行っていた金型の超平滑仕上げを半導体産業で培ったガスクラスターイオンビーム技術を展開し、超平滑な加工技術を開発しようとするものである
開発した技術のポイント
ガスクラスターイオンビーム(GCIB)技術による金型の超平滑加工技術の開発
・金型加工用GCIB装置の開発
→加速電圧20keV時ビーム電流50μA以上
・金型に対するGCIB照射技術の開発
→溝幅100μmレベルの金型の内側面をRa=10nmレベルに仕上げ
(新技術)
・数千原子のクラスターイオンによりナノレベルの加工が可能
・ビーム加工により微細領域の加工が可能
・熟練技術が不要
・コンピューター制御による自動化、再現性の向上
具体的な成果
・金型加工用GCIB装置の開発
‐金型加工用GCIB装置を試作・評価し、目標の性能を達成していることを確認
‐加速電圧20keV時ビーム電流100μA以上
‐到達真空度5×10-5Pa、加工作業時の真空度7.3×10-3Pa
・加工ステージと制御ソフトを開発
‐粗調整用3軸ステージと任意角度を自在に与える6軸モーションベースを製作。また制御ソフトを開発
‐動作は並進動作3軸と回転動作3軸について評価。目標値を達成
・GCIB照射により、表面粗さRa=10nmレベルを実現
‐射出成形金型材・プレス金型材として一般的なNAK鋼やSKD鋼に対して表面粗さRa10nmレベルを達成するGCIBの照射条件を見出す
‐溝幅100~150μm、深さ6mmのサンプルにGCIBを照射、溝加工面の粗さをRa13~15nmレベルにまで改善
研究開発成果の利用シーン
携帯電話や光学用プラスチック非球面レンズなど高い平滑度を要求される超微細な射出成形金型・プレス金型等の表面平滑化仕上げを行う産業機械
実用化・事業化の状況
事業化状況の詳細
・H25年度の実用化に向け、補完研究を継続
・試作加工機、加工サンプルあり(有償)
製品・サービスのPRポイント
・新方式の実現:GCIB技術による金属材料平滑化仕上げへの適用例はほとんど存在していない
・複雑形状化:微細形状をもつ金型の表面処理など、現在の手仕上げでは加工不可能な微細な部位でも、GCIB技術により表面加工が可能であることを実証
今後の実用化・事業化の見通し
H25年度の実用化を目指し、さまざまな条件下での照射実験を継続
・現在、照射用試作機にて各種素材に対するGCIB技術の照射データを積み上げており、取得したデータから効果とコスト両面で装置の改善を行う
・H25年を目標に実用化を目指し、実用化後は受託加工をメインとした販路を想定
・装置販売については現在検討中
プロジェクトの実施体制
主たる研究等実施機関 | 株式会社菊池製作所ものづくりメカトロ研究所 |
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事業管理機関 | 株式会社菊池製作所 |
研究等実施機関 | 株式会社菊池製作所 公立大学法人兵庫県立大学 |
参考情報
主たる研究等実施機関 企業情報
企業名 | 株式会社菊池製作所ものづくりメカトロ研究所 |
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本社所在地 | 東京都八王子市美山町2161-12ものづくりメカトロ研究所 |
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