(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工工具として、すくい角が−２０〜２０度、逃げ角が５〜１０度に設定され、かつ切刃エッジが０．５〜２μｍの幅で面取りされている単結晶ダイヤモンドバイトを用い、そのバイトの送りを反復させて粗加工から仕上げ加工までを１本のバイトで実施し、粗加工での切込み量は５〜１０μｍ、仕上げ加工での切込み量は１〜５μｍとし、さらに、その１本のバイトで２個以上の結晶材料を同一加工プログラムに基いて連続的に加工することを特徴とする、レーザ用光学部品に使用するＺｎＳｅ結晶材料の超精密切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、結晶材料の超精密切削加工方法、特に、レーザ用光学部品として用いられるＺｎＳｅレンズなどの表面加工を、高精度、高品質に低コストで行うための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工装置に用いるＺｎＳｅのレンズ等は、３５度〜４５度の負のすくい角を有する単結晶ダイヤモンドバイトを用いて表面を超精密切削加工（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｉｎｔ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｔｕｒｎｉｎｇ，  通称ＳＰＤＴ加工）する方法で作られている。
【０００３】
ＳＰＤＴ加工は、非球面加工が可能で加工時間も短く、また、多品質対応、高精度確保などの点で研磨加工よりも優れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＰＤＴ加工に用いられる従来の単結晶ダイヤモンドバイトは、図３に示すように、切刃２の刃先が非常に鋭利になっている。この鋭利な刃先は、単結晶ダイヤモンド１自体が小さくて脆いこともあって欠損し易く、バイトの寿命が短い。従って、このようなバイトを用いる従来法では、加工面積の大きい大径部品の加工が困難である。また、粗加工→中仕上げ（これは必要に応じて行われる）→仕上げの各段階でバイト交換を必要とし、工具費、交換時間（１〜２時間／回）が多くなって加工費が嵩む。
【０００５】
また、刃先保護のために１回の切込み量を大きくできず、１μｍ以下の微小切込みによる切削を繰り返すことになるので、加工時間が長くなるほか、加工現象も不安定になる。加工現象が安定していないと表面粗さが粗くなり、くもりも発生して部品の光学特性が悪くなる。レーザ加工装置は、光学部品の特性によって性能が左右されるので、高精度、高品質の光学部品を必要とし、この点において従来のＳＰＤＴ加工は適性に欠けるものであった。
【０００６】
この発明は、ＺｎＳｅ等のＳＰＤＴ加工における前述の諸問題を解消することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、加工工具として、すくい角が−２０〜２０度、逃げ角が５〜１０度に設定され、かつ切刃エッジが０．５〜２μｍの幅で面取りされている単結晶ダイヤモンドバイトを用いる。また、そのバイトの送りを反復させて粗加工から仕上げ加工までを１本のバイトで実施する。さらに、粗加工での切込み量は５〜１０μｍ、仕上加工での切込み量は１〜５μｍとし、さらに、その１本のバイトで２個以上の結晶材料を同一加工プログラムに基いて連続的に加工する。
【０００８】
かかる加工方法を用いて作られるＺｎＳｅ光学部品は、くもり、スクラッチが無く、表面粗さも２〜３ｎｍＲａにすることができる。
【０００９】
また、この高精度、高品質ＺｎＳｅ光学部品を反射鏡や集光レンズとして用いたレーザ加工装置は、集光スポット径を可及的に小さくして焦点位置でのレーザ光のエネルギー密度を高めることができ、加工の高速化、加工品質の向上が図れる。
【００１０】
【作用】
この発明では、単結晶ダイヤモンドバイトの刃先を面取りして刃先の欠損を抑制する。また、刃先の面取り幅を０．５〜２μｍとすることで刃先の鋭利さも維持し、バイトの長寿命化と切味の良さを両立させる。
【００１１】
また、切刃のすくい角を−２０度以上、２０度以下として切屑の排出を円滑化し、併せて刃先の強度を高める。
【００１２】
さらに、逃げ角を５〜１０°とすることで、創成された加工面に適度のプレッシャを与えながら加工面とバイト逃げ面の接触を円滑化し、加工面の仕上りを良くする。
【００１３】
以上の工夫で、切込みを大きくした加工、１本のバイトによる加工量の増加が可能になる。
【００１４】
そこで、粗加工→（中仕上げ→）仕上げを１本のバイトでバイト交換なしで実施し、各段階での段取り（バイト交換、諸調整）の時間を大幅に削減する。
【００１５】
また、粗加工での切込み量を５μｍ以上と大きくして加工時間を短縮し、一方、仕上げ加工では切込み量を１〜５μｍにして高品質な仕上り精度の確保と加工時間の短縮を実現する。
【００１６】
さらに、１本のバイトで２個以上の結晶材料を連続加工することで、バイト交換、調整、加工プログラム再作成などの時間短縮のほか、精密に制御された環境の保持（加工現象変動要因の排除）、バイト品質の個体差による影響の排除、人的ミスの排除、加工装置の負担軽減を図る。
【００１７】
かかる方法で加工されたＺｎＳｅ光学部品は、表面に欠陥（スクラッチ、くもりなど）が無く、高品質であり、平面、球面、非球面と云った様々な表面形状を用いて実現される機能が高まる。
【００１８】
また、このＺｎＳｅ光学部品を用いたレーザ加工装置は、光学部品の高い品質と優れた光学特性により、性能及び信頼性が向上する。特に、消耗した光学部品の交換に伴う加工特性の変化が生じない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に、この発明で用いる単結晶ダイヤモンドバイトの刃先形状を示す。図の１は単結晶ダイヤモンド、２はこのダイヤモンドに付された切刃、３は切刃のエッジを除去する面取り部、４はすくい面、５は逃げ面、６は単結晶ダイヤモンド１を支持する台金である。台金６は必要に応じて設けられる。
【００２０】
図１（ａ）のＲは切刃部のノーズ半径、図１（ｂ）のαはすくい角、βは逃げ角、Ｗは刃先の面取り幅であり、ここではＲ＝１．５ｍｍ、α＝０°、β＝７°、Ｗ＝０．８μｍに設定してある。
【００２１】
図２の８は、ホルダ７の先端に図１の刃先形状をもつ単結晶ダイヤモンド１を止着して構成されるバイトである。この発明では、この単結晶ダイヤモンドバイト８を送りかけて回転している結晶材料Ａに切込ませ、材料の外径部から中心部までのバイト送りを反復させ、粗加工時と仕上げ時の切込み量を変えて粗加工から仕上げ加工までを同じ１本のバイトで行う。
【００２２】
また、同じバイトを用いて条件を変えずに複数個の結晶材料を加工する。以下に、その加工の具体例を挙げる。
【００２３】
−実施例１−
直径５０ｍｍ、板厚５ｍｍのＺｎＳｅ多結晶体（ＣＶＤ材）を５個準備し、これを、前述のノーズ半径Ｒ＝１．５ｍｍ、すくい角α＝０°、逃げ角β＝７°、刃先面取り幅Ｗ＝０．８μｍの単結晶ダイヤモンドバイトで加工した。使用したバイトは１本である。ＺｎＳｅ多結晶体は、１個目の仕上げが完了したら２個目の未加工品と入れ替えて１個目と同じ加工プログラムに基いて同一条件で仕上げまでを行い、これを繰り返す方法で行った。
加工条件は以下の通りとした。
加工面形状：平面
加工条件
粗加工：回転数２０００ｒｐｍ  、送り５ｍｍ／ｍｉｎ  、切込み１０μｍ
中仕上げ：〃      〃      、〃  ２．５  ｍｍ／ｍｉｎ  、〃      ５μｍ
仕上げ：  〃      〃      、〃      〃      、〃    １μｍ
上の加工で得られた加工面の性状は以下の通りであった。
表面粗さ：２〜３ｎｍＲａ
仕上り：くもり、スクラッチともに無し
面精度：０．５μｍ以下                                            。
【００２４】
−実施例２−
実施例１で用いた単結晶ダイヤモンドバイトを交換せずに引き続いて使用し、直径５０ｍｍ、厚さ４ｍｍ、焦点距離１２７ｍｍの非球面ＺｎＳｅレンズの加工を行った。この加工は、実施例１で片面の平面加工を行ったＺｎＳｅ多結晶体について行い、その多結晶体の他面を凸非球面に加工してレンズに仕上げたものである。加工条件は、実施例１と同じにした。
この加工で得られた凸非球面は、
表面粗さ：２〜３ｎｍＲａ
面精度：０．５μｍ以下
波面収差：１μｍ以下
であり、反対側の平面と同様、非常に品質が良かった。
【００２５】
また、この実施例１、２の加工を経て得られた非球面ＺｎＳｅレンズは、レーザ光の集光試験で集光スポット径がほぼ回析限界まで小さくなることが確認された。
【００２６】
−実施例３−
仕上げの切込み量を１．５μｍに変え、他は実施例１と同一条件にして実施例１で加工したものと同じＺｎＳｅ多結晶体を１本のバイト（仕様は実施例１のものと同じ）で  個加工したところ、実施例１とほぼ同じ結果が得られた。また、仕上げの切込み量を３μｍ及び５μｍにしたときの結果もほぼ同じであった。
【００２７】
なお、この発明はＺｎＳｅ以外の光学部品用結晶体の加工にも有効である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたこの発明の方法によれば、使用するバイトの改善によりバイトの寿命が延びる。例えば、ＺｎＳｅレンズのＳＰＤＴ加工では、従来バイト使用時の加工可能枚数がバイト１本当り１枚であったのに対し、この発明では１本のバイトで１０枚以上のレンズを加工でき、１０倍以上の寿命を示した。
【００２９】
また、バイトを改善して粗加工での切込み量を大きくしたことと、加工手順を改善して段取り変え等を減らしたことにより加工時間も大巾に短縮される。
【００３０】
さらに、刃先強化のための面取り幅の制限、加工面に無理なくプレッシャを与えられる逃げ角の設定、１本のバイトによる複数個の結晶材料の連続加工により、加工面の高精度化、高品質化も実現され、加工の信頼性が向上する。
【００３１】
このほか、工具費の削減、加工時間の削減により、加工費も下がる。
【００３２】
また、この発明の方法で加工されたＺｎＳｅ光学部品は、光学特性に優れ、レーザ加工装置等の性能、信頼性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）この発明の方法で用いる単結晶ダイヤモンドバイトの刃先形状を示す平面図
（ｂ）同上のバイトの刃先の側面図
【図２】ＺｎＳｅ多結晶体のＳＰＤＴ加工法を示す図
【図３】従来法で用いていた多結晶ダイヤモンドバイトの刃先の側面図
【符号の説明】
１  単結晶ダイヤモンド
２  切刃
３  面取り部
４  すくい面
５  逃げ面
６  台金
７  ホルダ
８  単結晶ダイヤモンドバイト
Ｒ  ノーズ半径
α  すくい角
β  逃げ角
Ｗ  刃先の面取り幅
Ａ  結晶材料
【図１】
0003544601.tif 000002
【図２】
0003544601.tif 000003
【図３】
0003544601.tif 000004