Microsoft PowerPoint - 育成試験_伊藤光学_配布資料_ ppt

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なおたておか
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1 伊藤光学工業株式会社 Itoh Optical Industrial Co., Ltd. 科学技術コーディネート事業育成試験真空アーク蒸着を用いた赤外透過レンズ用金型保護膜の開発代表機関協力支援機関研究開発機関伊藤光学工業株式会社シムオプチカル株式会社国立大学法人豊橋技術科学大学発表者神谷雅男 1

2 会社紹介伊藤光学工業 ( 株 ): 眼鏡レンズ製造事業, コンタクトレンズ製造事業, 光学薄膜部品製造事業本社 ( 蒲郡市 ) 豊川工場グループ企業シムオプチカル ( 株 ) 東海精密工業 ( 株 ) ( 株 ) ティーエスエル ( 株 ) 伊藤オプチカル : 光学機器用レンズ, 高精度大口径非球面ガラスモールドレンズガラスモールド用金型 : 金型事業, 樹脂成形事業, 光学レンズ産業機器用光学部品製造事業 : 眼鏡レンズ卸事業 : 眼鏡レンズ小売業シムオプチカル ( 豊川工場内 ) と東海精密工業 2

3 1. 研究開発の背景発表内容 1.1 光学ガラスレンズ産業 1.2 ガラスレンズモールドプレス 2. 研究開発成果 2.1 研究開発の目的と課題 2.2 技術シーズフィルタードアーク蒸着装置とDLC 膜 2.3 研究開発成果 DLC 膜形成と膜質評価モールドプレス評価 3. 今後の取り組み 4. まとめ 3

4 可視光線透過レンズ光学ガラスレンズ産業映像機器暗視カメラ分析機器赤外線透過レンズ撮像機器光ディスク機器放射温度計 γ 線 (m) X 線紫外線近赤外線中間赤外線遠赤外線超遠赤外線約 ( m) 赤外光学機器可視光線赤外線 4 マイクロ波 ( 億円 ) 監視カメラ 2008 年 2009 年 2013 年車載カメラプレスリリース光学デバイス関連世界市場の調査, 2009, 富士経済グループ

5 自動車用夜間暗視装置の方式別特徴暗視カメラの特徴方式近赤外線型遠赤外線型原理近赤外光を投射物体の反射光を映像化物体の熱を検知温度差を映像化映像の特徴可視化距離使用環境近赤外線の投射が必要自然な映像を表示外部光 ( ヘッドライト等 ) の影響有ロービーム~ハイビームの距離 (40~250 m 程度 ) 悪天候 ( 雨霧雪など ) では, 映像劣化発熱体を映像化熱源を強調表示生体 ( 人間動物 ) の映像化に最適ハイビームの2 倍 (400~500 m 程度 ) 悪天候 ( 雨霧雪など ) では, 映像劣化比較的, 歩行者などの視認が可能自研センターニュース 2002 年 11 月号より 5

6 近赤外線 ~ 遠赤外線近赤外線 ~ 遠赤外線可視 ~ 遠赤外線紫外線 ~ 遠赤外線紫外線 ~ 遠赤外線可視 ~ 遠赤外線近赤外線 ~ 遠赤外線赤外レンズ材料材料透過光線光学特性 ( 参考値 ) 製造方法用途例ゲルマニウムシリコンセレン化亜鉛フッ化カルシウムフッ化バリウム硫化亜鉛カルコゲナイドガラス A: 4.0 (10.6 m) B: 0.03 (10.6 m) A: 3.42 (5 m) B: 0.01 (3 m) A: 2.4 (10.6 m) B: (10.6 m) A: 1.4 (5 m) B: (2.9 m) A: 1.47 (10 m) B: (6 m) A: 2.2 (10.6 m) B: 0.20 (10.6 m) A: 2.6 (10 m) B: 0.01 (10 m) A: 屈折率,B: 吸収係数 ( ) 内 : 波長組成ゲルマニウム, アンチモン, カルコゲン元素 ( セレン, テルル ) など 6 研削, 研磨, 切削研削, 研磨, 切削焼結モールド成形モールドプレス成形研削, 研磨, 切削遠赤外線カメラ, 放射温度計人体検知センサ, ガス分析器, 中 ~ 遠赤外線カメラ遠赤外線カメラ, 放射温度計,CO 2 レーザー放射温度計, ガス分析器放射温度計, ガス分析器遠赤外線カメラ, 放射温度計中 ~ 遠赤外線カメラ, ガス分析器

7 削研磨法モールドプレス法Itoh Optical Industrial Co., Ltd. ガラス材料ガラスレンズ製造法研削研磨芯取り第一研削第二研削洗浄研第一研磨洗浄第二研磨完成東芝機械ホームページより抜粋 FUJINONホームページより抜粋レンズ曲面形成研削研磨に比べ, 1 工程単純 2 工程時間短縮 3 複雑形状に対応製造コストが安価ガラス材料プレス成形芯取り完成 7

8 ガラスレンズモールドプレス金型保護膜 ( 離型膜 ) セット加熱プレス冷却取出しガラスレンズガラス材料 ( プリフォーム材 ) 金型モールドプレス機の開発金型の高精度研削研磨技術の開発モールドプレス法の開発のポイントモールドプレス用ガラス材料の開発金型材料の開発金型保護膜の開発カーボン系膜 (DLC 膜 ), 金属系膜 8

9 研究開発の目的と課題フィルタードアーク蒸着装置を用いた赤外透過レンズ用金型保護膜の成膜技術開発問題点赤外透過レンズ成形においてモールドプレス成形で金型保護膜の耐久性が得られていない開発課題赤外透過レンズ金型保護膜の開発 1 DLC 膜形成プロセスの確立 2 モールドプレス試験技術シーズ豊橋技術科学大学滝川教授開発フィルタードアーク蒸着装置とその成膜技術 9

10 T 字状フィルタードアーク蒸着装置 (T-FAD) T 字状フィルタードアーク蒸着装置特許第号 (2006 年 ) レンズ金型には採用不可陰極材料 : 特に, 黒鉛陰極ダイヤモンドライクカーボン膜 (Diamond-like carbon; DLC) 導電性金属 (Ti, Cr, Alなど ) ノーマル法 (unfiltered) 10 T-FAD Super droplet-reduction 真空アーク蒸着真空中のアーク放電プラズマを利用蒸発源は真空アーク放電の陰極陰極蒸発源の近傍に陽極を配置陰極および近傍へ磁界を印加陰極点 ( 蒸発点 ) を制御高イオン化率高イオンエネルギー

11 プラズマ発生の様相 (c) (b) (b) T-duct (front) Droplet Cathode spot (a) (a) Cathode surface Droplet (c) T-duct exit (Tilt angle) Plasma Droplet 11

12 ダイヤモンドライクカーボン (DLC) 水素フリー DLC スーハー DLC 真空アーク ta-c,a-c, ta-c:h, a-c:h 構造 : アモルファス ( 長距離秩序がなく, 結晶粒界を持たない ) sp 2 結合と sp 3 結合が混在スパッタ a-c, a-c:h sp 3 多 sp 2 多ダイヤモンド (sp 3 ) 12 グラファイト (sp 2 ) プラズマCVD, イオン化蒸着 a-c:h 水素含有 DLC

13 成膜プロセス基板にあわせたプロセス金型材料無電解ニッケルメッキ /SUS 系材, 超硬合金 (WC, タングステンカーバイド ) 基板バイアス基板温度雰囲気ガス金型基板洗浄基板を装置内へ搬入目的の成膜にはアーク電流磁界制御成膜圧力研磨超音波洗浄蒸気洗浄基板前処理 DLC 成膜基板表面の調整異物 ( ダスト等 ) 除去有機物除去表面粗さ基板表面のクリーニング酸化層除去 Ar-RF プラズマ処理イオンガンエッチング表面粗さの増大は成膜プロセスパラメータ把握基板の取り出し 13

基板前処理 Ar プラズマエッチング処理エッチング深さ表面粗さ ( 処理後 - 処理前 ) 140 4 エッチング深さ (nm) 120 100 80 60 40 20 Ni メッキ WC 表面粗さ ΔRa (nm) 3 2 1 Ni

14 基板前処理 Ar プラズマエッチング処理エッチング深さ表面粗さ ( 処理後 - 処理前 ) エッチング深さ (nm) Ni メッキ WC 表面粗さ ΔRa (nm) Ni メッキ WC 処理時間 (min) 処理時間 (min) エッチング無エッチング有エッチングによって, 酸化層除去と金型材料に応じた表面粗さの増大させない基板前処理が必要! 14

DLC 膜形成プロセス 15 D G カーボンアークプラズマの様相 Intensity (arb.unit) 10 5-1000 V Int.

窒素導入有り窒素導入無し基板バイアスを変化させた時の DLC 膜のラマンスペクトル ( 測定レーザ波長 :532 nm) 他元素添加 DLC 膜の形成

15 DLC 膜形成プロセス 15 D G カーボンアークプラズマの様相 Intensity (arb.unit) V Int. x5-500 V -200 V -100 V a-c ta-c Raman shift (cm -1 ) 窒素導入有り窒素導入無し基板バイアスを変化させた時の DLC 膜のラマンスペクトル ( 測定レーザ波長 :532 nm) 他元素添加 DLC 膜の形成 (DLC:N) 各金型材料 ( ニッケルメッキ加工材, 超硬合金 ) に DLC 膜を成膜ニッケルメッキ加工材には, 中間層 ( 金属系膜, 他元素添加 DLC 膜 ) 導入を検討 15

16 DLC 膜の耐熱性評価加熱試験条件雰囲気 : 窒素加熱温度 : 350 加熱時間 : 24 時間 ta-c ラマンスペクトルの変化がほぼ見られない a-c,a-c:h D バンドが表れ始め, グラファイト化が進む Intensity (arb. unit) 20 加熱前 D G 加熱後水素含有 DLC (a-c:h) アモルファスカーボン (a-c) Raman shift (cm -1 ) スーパー DLC (ta-c) ( 測定レーザ波長 :532 nm) 16

17 モールドプレス試験超硬合金金型ニッケルメッキ金型赤外透過レンズ用 DLC 成膜金型 ( 試作品 ) モールドプレス赤外透過レンズ ( 試作品 ) 超硬合金金型ニッケルメッキ金型モールドプレス実用性を確認充分な耐久性が得られなかった ( 膜剥離の発生 ) 17

18 製造販売体制 ( 伊藤光学グループ ) 今後の取り組み伊藤光学工業金型成膜光学薄膜加工シムオプチカルモールドプレス成形赤外ガラスレンズ成膜金型販売東海精密工業金型設計金型研削研磨販売先製品赤外撮像映像機器メーカー, 分析機器メーカー, 赤外ガラスレンズメーカー赤外撮像映像機器, 分析機器, 車載機器など 18

19 まとめ DLC 膜形成プロセス金型材料へ基板前処理の最適化,DLC 膜形成プロセスの検討各金型材料へ DLC 膜を形成モールドプレス試験モールドプレス条件を最適化し, 各素材の DLC 膜付金型を試験 DLC 膜付金型の実用性を確認ニッケルメッキ加工材では, 耐久性は得られなかった今後の取り組み DLC 膜付金型成形品のメーカー評価を得て, 更なる試験を重ね, DLC 膜の耐久性や成形品の品質評価ニッケルメッキ加工材には,DLC 膜の中間層や金属系離型膜の再検討金型成膜に適した量産向け成膜装置の開発 19

Microsoft PowerPoint - FADandDLCモールドプレス＠日本板硝子材料工学助成会 _v01_for web.pptx

Microsoft PowerPoint - FADandDLCモールドプレス＠日本板硝子材料工学助成会 _v01_for web.pptx Plasma and Nanomaterials Div. Solar Energy Conversion Div. カーボン ( 炭素 ) の結合フィルタードアーク蒸着装置とガラスモールドプレス離型用 DLC 膜の開発カルビン (sp 混成軌道の一次元構造 ) ダイヤモンド (sp 3 混成軌道の三次元構造 ) C C C C C C C C 大学院電気電子情報工学系教授たきかわひろふみ