超精密金型を加工するポイントとは?

超精密金型を加工するには、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。当社ではSTAVAXやDH2Fのような金型用材料を用いた超精密金型の加工依頼を多くいただいております。

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。

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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。

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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。

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超精密金型を加工するには、もちろん技術力も重要!

ナノレベルの仕上げが必要となる超精密加工においては、加工条件はもちろんのことですが、加工前後のワーク取り扱い時に注意しなければいけません。
わずかにワークがずれて設置されているだけでも、加工後には大きな形状誤差につながってしまう場合も多々あります。そのため、超精密加工においては加工前後に注意すべきポイントが大きく3つあります。

>>超精密加工において加工前後に注意すべきポイントとは?

>>精密部品加工とは?

 

超精密金型の加工実績をご紹介!

続いて、実際に当社が製作した超精密金型の加工実績をご紹介いたします。

非球面レンズコア(光学)

非球面レンズコア(光学)

こちらは、超精密加工機によって加工された、非球面レンズコアです。材質はSTAVAX製で、表面に無電解Niメッキを使用しています。

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ホログラム光学素子コア(光学)

ホログラム光学素子コア(光学)

こちらは、超精密加工機によって加工された、ホログラム光学素子コアです。材質はSTAVAX製で、表面に無電解Niメッキを使用しています。

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fΘレンズコア(光学)

fΘレンズコア(光学)

こちらは、超精密加工機によって加工された、fΘレンズコアです。材質はSTAVAX製で、表面に無電解Niメッキを使用しています。

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フレネルレンズ

フレネルレンズ

こちらは、超精密加工機によって加工された、フレネルレンズコアを用いて成形した成形品です。フレネルレンズコアの材質はSTAVAX製で、表面に無電解Niメッキを使用しています。

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光学業界用レンズアレイ形状部品

光学業界用レンズアレイ形状部品

こちらは、超精密加機によって加工されたSTAVAX製のレンズアレイ形状の製品駒です。サイズは25×25×25で、表面に無電解Niメッキを使用して製作いたしました。今回のお客様は、微細形状が含まれる製品の重要部分に使用される駒であるため、良品に仕上げることが可能な企業を探していたところ、精密部品加工センター.comにお問い合わせをいただきました。

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精密機器向け 電鋳マスター 部品①

精密機器向け 電鋳マスター 部品①

こちらは、超精密加機によって加工された真鍮製の電鋳マスターの金型駒です。サイズはφ30×25で、精度がRa0.02μmの精密機器向けの精密金型駒です。
今回のお客様は、鏡面を求められるが、手作業で表面を仕上げると、形状が崩れてしまうところ、精密部品加工センター.comにお問い合わせをいただきました。

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精密機器向け 電鋳マスター 部品②

精密機器向け 電鋳マスター 部品②

こちらは、超精密加機によって加工された真鍮製の電鋳マスターの金型駒です。サイズはφ30×25で、精度がRa0.02μmの精密機器向けの精密金型駒です。
今回のお客様は、鏡面を求められるが、手作業で表面を仕上げると、形状が崩れてしまうところ、精密部品加工センター.comにお問い合わせをいただきました。

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光学業界向け リフレクター形状 部品

光学業界向け リフレクター形状 部品

こちらは、超精密加機によって加工されたA7075製のリフレクター形状の金型駒です。サイズは25×25×25で、精度がRa0.05μmの光学部品用の精密金型駒です。今回のお客様は、面を均一に加工することが難しいため、加工可能な企業を探していたところ、精密部品加工センター.comにお問い合わせをいただきました。

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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。超精密金型の設計・製作にお困りの方は、まずはお気軽に当社までご連絡ください。

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