超硬金型・工具の冨士ダイスの微細・超精密加工と素材開発 | CPO向け光電融合コネクタに挑戦 

微細加工×超精密加工 
時代のニーズに応じた技術開発が強み 

「数年前まで、精密と微細は異なるジャンルの加工でした。精密であればあまり小さいものは難しい、一方で微細であれば高精度は難しいという認識。ですがここ２～３年ほど前からは、超精密且つ微細が求められています。今では両輪でやらなくては対応できないというフェーズに入っています」――そう語るのは、冨士ダイス株式会社　先端加工開発部長の清水氏だ。 

超硬製金型・耐摩耗工具の国内トップメーカである冨士ダイスは創業70年を超える老舗企業だ。超硬合金を用いた耐摩耗工具や金型部品の分野においては、日本ではほぼ一強とも言える。その技術力の秘密は、素材開発から加工までオーダーメイドで一貫対応することで蓄積された技術開発力にある。 

冨士ダイスの精密加工は、30年ほど前から半導体製造に用いられる超硬製精密ガイドレールや、超硬製の測定原器の製造を手掛けたことに始まる。長さ約500mm、摺動面の真直度0.2ミクロンという精度を誇るガイドレールは、現在でも安定的に製造できるのは冨士ダイスが世界唯一であるという自負がある。測定原器はガラス製が多いが、作業者が取り扱う際にデリケートさが求められるという理由から超硬製のニーズが高まり製造を開始。平面度は50 nm以下、直角度1秒（1″）以下という高精度を実現している。超精密加工機の組立の際に用いられる基準器であるからこそ、非常に高い精度を求められる製品だ。いずれも職人による手作業のラッピングによって仕上げられる。 

光学分野でも、専用のバインダレス超硬合金で作れられる冨士ダイスのガラスレンズ成形用金型は、大手カメラメーカから選ばれ続けている。 

微細加工分野においても、10年ほど以前から医療や検査に使用されるマイクロ流路や、半導体・光学分野で用いられるマイクロレンズアレイ金型の実績を積んでいる。同社では製品開発時から顧客と共に仕様を作り上げ、試作から量産まで対応してきたのだ。 

「当社において加工と測定はセットであり、設備も一緒に導入していくという考えのもと、ハイエンドな測定機器を取り揃えています。品質の保証ができるものでないと、自信を持ってお客様にお届けできません」と清水氏。こうした微細・精密に対する信念こそが、同社の技術力を支えているのだ。 

AIデータセンタ需要を追い風に、CPOへ挑戦 
素材と加工の両輪で挑む次世代光通信 

AIの進化、拡大により、世界中でデータセンタの需要が爆増している。AIデータセンタではGPU間などでやり取りするデータ量が急増しており、電気配線による伝送の消費電力や発熱が課題だ。その解決策として、光通信を半導体チップの近くまで取り込む「光電融合」が注目されている。光電融合とは、電子回路による演算処理と光による高速データ伝送を組み合わせ、通信の高速化と低消費電力化を図る技術だ。コネクタは従来以上に高密度かつ高精度に接続することが求められる。そこで必要となっているのが、超精密で微細な加工技術というわけだ。 

冨士ダイスでは従来のコネクタの高精度化に加え、CPO（Co-package Optics）向け光電融合コネクタ金型に挑戦している。光ファイバーから半導体素子へダイレクトに光を入力するため、光を曲げて、光を集めるという機構が必要となる。コネクタの技術だけでなく光学素子の要素も求められているのだ。現時点では業界内でもCPO用コネクタの方式は未確立の状態であり、大手企業からの仕様や要求を受けながら各社ベンチマークの状況だという。冨士ダイスでも複数形状を試作対応するなど、今後の動向に注目が集まっている。 

金型ができても、成型できなくては意味がない。マイクロ流路金型による成型で発生したクラックを解決するために開発されたのが高熱膨張合金 TR05だ。金型とガラスの熱膨張係数の差によって冷却・離型時にガラスが金型に食いついてしまうことを防ぐため、金型の熱膨張係数をガラスに近付けるという冨士ダイスの素材開発技術力が発揮された新素材なのだ。 

「データセンタの需要は今後さらに大きくなると考えられます。冨士ダイスとしては、次世代光通信コネクタを新しい柱にしたいと考えています。但し、コネクタ用金型は微細且つ超精密加工は勿論のこと、光を制御する光学鏡面ができなければ性能を発揮できません。光学鏡面を出すために何回も加工試験を行いました」と清水氏は語る。 

冨士ダイスでは技術開発をよりスピード感を持って行えるよう、2023年に東京本社にあった開発部をより製造現場に近い郡山へ移し、先端加工開発部として新設。この高熱膨張合金 TR05も材料開発部門と先端加工開発部が共同で開発したものだという。金型の離型問題を材質からアプローチすることで解決するという全く新しいこの技術は、素材と加工技術の両面で数々の賞を受賞。多くの注目を集めている。この技術はもちろんレンズアレイへの応用も可能だ。CPOなど超精密且つ微細の領域にもTR05の優位性が発揮されると期待している。 

素材開発力と技術開発力で時代ごとの課題を解決 
タングステン・コバルト9割削減の新素材も 

工具を取り巻く環境は変化している。特に昨今注目を集めているのが、タングステンやコバルトなどのレアメタルの供給問題だ。超硬合金の主原料となるタングステンは、産出国の偏在など地政学的なリスクを背景に供給不安が課題となっている。そこで冨士ダイスでは、切削工具のリサイクル体制を整えるだけでなく、タングステンとコバルトの使用量を9割削減した新素材「サステロイ STN30」を開発。もともとは 回転工具などの重量物において超硬工具は使いづらいため、鋼と同程度の重量で超硬合金に近い硬さを目指して開発されたものだが、タングステン調達難を背景に複数分野で引き合いが増えているという。超硬合金に近い耐摩耗性を実現しながらも、一般的な超硬合金より高い耐食性を持つなど性能面でも優れている。 

冨士ダイス株式会社は、線引ダイスから始まったメーカだ。日本でアルミ缶が製造されるようになると、製缶工具を製造したことが技術的なブレイクスルーとなり、高精度な加工技術に取り組み始めた。デジタルカメラの需要が増えるとガラスレンズ成形用金型を開発するなど、時代時代に求められる技術を提供し続けてきた。技術開発力と素材開発力を合わせ持つ冨士ダイス。その「素材×加工」が切り拓く新たな可能性に、今後も注目したい。