単結晶シリコン製大口径赤外線非球面レンズの新しい超精密切削法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750090
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 閻 紀旺 北見工業大学, 工学部, 助教授 (40323042)
• Keywords: 超精密切削 / 非球面 / シリコン / 延性モード加工 / 超精密加工 / 光学素子 / レンズ

Research Abstract

近年,暗視野カメラなどの赤外線集光デバイスの応用が増えつつある.それに伴い,単結晶シリコンを基板とした赤外線光学レンズの非球面化が要求されるようになってきている.そのために,数値制御による精密な運動転写加工技術の確立が急務となっている.このような背景で本研究では,ダイヤモンド平バイトによる傾斜切削という新しい延性モード切削法を単結晶シリコン製大口径赤外線非球面レンズの加工に適用することによって,高精度・高能率・低コストの光学部品加工を目指している.
平成13年度では,直線包絡法による非球面切削加工システムの構築および予備実験を行った.平成14年度では,本加工システムを用いて直径125mmの単結晶シリコン製赤外線非球面レンズの加工実験を行った.まず,これまで平面切削の基礎実験によって得られた最適な加工条件を非球面レンズ切削に適用し,形状精度と表面粗さなどの測定と評価を行った.そして大口径レンズを加工する際,切削距離の増加に伴う形状誤差と微視的な表面形態の変化および工具の摩耗を調べ,それらの値を最小限にする加工条件の検討を行った.また,被削材の結晶異方性による切削特性の変化を調べ,切削面の回転中心から放射状に分布した脆性破壊の形成メカニズムを究明した.さらに,数値解析によって,均一な延性切削面を得るための臨界切削条件を予測した.そして実際に切削実験を行い,解析結果を検証しながら単結晶シリコン非球面レンズの適正な加工条件を見出した.

Research Products

• [Publications] J.Yan: "Ductile Regime Turning at Large Tool Feed"Journal of Materials Processing Technology. 121・1-2. 363-372 (2002)
• [Publications] 閻 紀旺: "直線包絡法による単結晶シリコン製大口径非球面レンズの超精密切削"精密工学会誌. 68・4. 561-565 (2002)
• [Publications] J.Yan: "Development of a Novel Ductile-Machining System for Fabricating Axisymmetrical Aspherical Surfaces on Brittle Materials"Key Engineering Materials. 238-239. 43-48 (2003)
• [Publications] Jiwang Yan: "Some Observations on the Wear of Diamond Tools in Ultra-Precision Cutting of Single-Crystal Silicon"Wear. (掲載予定).