超精密加工品を製作するポイントとは?

超精密加工品を設計・製作するには、設備力が重要!

近年、特に光学分野において需要が高まっているのが超精密金型です。
一般的な超精密金型のひとつの特徴としては、ナノレベルの表面粗さを持ち合わせた金型であることがあげられます。
仕上げ精度がナノレベルになることで、より高精度な光学レンズを製作することができるようになります。

つまり、仕上げ精度をナノレベルとすることが超精密金型の製作をする上でのポイントになりますが、そのために最も重要となるのが設備力です。
ここでは、仕上げ精度がナノレベルとなる超精密金型を製作する上で欠かすことのできない3つの設備力について解説していきます。

1.マシニングセンタや放電加工機等の精密加工機

超精密金型を製作する上で重要となる設備としては、マシニングセンタや5軸加工機、精密放電加工機等の、ナノレベルには満たないものの精密加工が可能である加工機です。

これらの機械では、ナノレベルの加工精度がありませんが、マイクロレベルの寸法公差まで仕上げることはできます。
このマイクロレベルの精度を出すための加工スピードが、超精密金型を製作する上ではポイントとなります。
超精密加工機は、ナノレベルの表面性状を出すための加工は得意としていますが、量産加工や粗加工は得意としていません。
そのため、超精密加工機で超精密金型をゼロから製作するのは、非常に非効率であり、工具の摩耗も激しくなります。

そのため、まず汎用機械や精密加工機によって超精密金型の大雑把な形状を加工します。
この粗加工工程をいかに効率良くすることができる工作機械を取り揃えているかが、超精密金型を製作する上の隠れたポイントとなります。
超精密加工機を保有していることはもちろんのこと、その1つグレードが下となる加工機をどれだけ保有しているかで、超精密金型を製作することができるメーカーかどうかを判断することもできるのです。

2.超精密加工用の加工機

超精密金型を実際に製作するのが、超精密加工機です。
超精密加工機と言われる機械は、旋盤やマシニングセンタ、エンドミルなどの接触加工機がほとんどです。
これは、放電加工機やレーザー加工機ではナノレベルの表面性状が出しづらいためであり、そのため機械的に操作しやすく仕上げ精度がコントロールしやすい接触加工が用いられています。

超精密加工機の肝となるのが、スケール制御や軸送り等の機構部分です。
超精密加工機と言われる工作機械のほとんどがリニアスケールを用いており、これによって1~0.1nmレベルでステージ操作をすることができます。

この機構部分は非常に繊細であるため、機械の操作はもちろんのことですが、工作機械の周りの設備も充実させる必要があります。
振動対策のために部屋のベースを整えたり、温度による誤差を減らすために恒温室で管理するなど、わずかな異常をなくすことが超精密加工機を操作する上では重要となります。

3.ナノレベルの測定も可能な検査設備

超精密金型を製作する上で最も重要となるのが、品質保証をする検査設備です。
ナノレベルの加工は、100μmほどの太さである人の髪の毛の、約1~10万分の1のスケールの加工です。
そのため、加工後の検査をする3次元形状をナノレベルで測定できる検査装置が必要となります。
実際に超精密金型をお客様に納品する上でも、品質保証をすることができなければ超精密金型を製作できるとは言えません。
超精密金型を製作する上では、超精密検査が可能な測定装置の存在が実は最も大切なのです。

超精密金型の設計・製作はお任せください!

精密部品加工センター.comを運営する株式会社長津製作所では、精密部品を中心とした様々な部品加工を行っております。
また、ホログラム光学素子用金型などの超精密金型の設計・製作実績も多数ございます。
さらに当社では、産学連携のもと数十本の論文製作にも関与をしており、大学や研究機関と協力しながら超精密金型に関する加工技術の開発にも取り組んでおります。
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