(57)【要約】【課題】製造効率およびブレーズ面の精度の点で有利なブレーズ型回折格子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明のブレーズ型回折格子を製造する方法は、第２方向における第１の位置で第１切刃１４ａおよび第２切刃１４ｂを有するバイト１２と被加工物１３とを相対的に第１方向に移動させることにより被加工物１３を切削して第１切刃１４ａおよび第２切刃１４ｂによってそれぞれ形成された第１面および第２面を有する第１の溝を形成する第１工程と、第１工程の後に、第１の位置から第２方向に沿って格子ピッチだけ離れた第２の位置でバイト１２と被加工物１３とを相対的に第２方向に移動させることにより被加工物１３を切削して第２の溝を形成する第２工程と、第２工程の後に、第１の位置と第２の位置との間の第３の位置で、バイト１２の第１切刃１４ａを第１面に対して傾け、バイト１２と被加工物１３とを相対的に第１方向に移動させることにより第１面を切削して第１切刃１４ａによって第１の溝のブレーズ面２’を形成する第３工程と、を含む。【選択図】図８
2015013354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の溝が前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列されたブレーズ型回折格子を製造する方法であって、
前記第２方向における第１の位置で第１切刃および第２切刃を有するバイトと被加工物とを相対的に前記第１方向に移動させることにより前記被加工物を切削して前記第１切刃および前記第２切刃によってそれぞれ形成された第１面および第２面を有する第１の溝を形成する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記第１の位置から前記第２方向に沿って格子ピッチだけ離れた第２の位置で前記バイトと前記被加工物とを相対的に前記第２方向に移動させることにより前記被加工物を切削して第２の溝を形成する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記第１の位置と前記第２の位置との間の第３の位置で、前記バイトの前記第１切刃を前記第１面に対して傾け、前記バイトと前記被加工物とを相対的に前記第１方向に移動させることにより前記第１面を切削して前記第１切刃によって前記第１の溝のブレーズ面を形成する第３工程と、
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第３工程は、前記第２工程の直後に行われる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ブレーズ面および前記第２面で形成される前記溝の開き角は、９０度未満である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第３工程において前記バイトを第２方向に傾けて前記第１の溝のブレーズ面を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１方向と前記第２方向とを含む平面に垂直な方向に対する前記第１切刃の角度を、前記第３工程で前記第１工程よりも大きくすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の溝が前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列された、ブレーズ型回折格子を製造するための型を製造する方法であって、
前記第２方向における第１の位置で第１切刃および第２切刃を有するバイトと被加工物とを相対的に前記第１方向に移動させることにより前記被加工物を切削して前記第１切刃および前記第２切刃によってそれぞれ形成された第１面および第２面を有する第１の溝を形成する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記第１の位置から前記第２方向に沿って格子ピッチだけ離れた第２の位置で前記バイトと前記被加工物とを相対的に前記第１方向に移動させることにより前記被加工物を切削して第２の溝を形成する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記第１の位置と前記第２の位置との間の第３の位置で、前記バイトの前記第１切刃を前記第１面に対して傾け、前記バイトと前記被加工物とを相対的に前記第１方向に移動させることにより前記第１面を切削して、前記第１の溝に前記ブレーズ型回折格子のブレーズ面に対応する面を前記第１切刃によって形成する第３工程と、
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法により製造されることを特徴とするブレーズ型回折格子。
【請求項８】
請求項６に記載の方法により製造されることを特徴とするブレーズ型回折格子を製造するための型。
【請求項９】
請求項８に記載の型を用いて製造されることを特徴とするブレーズ型回折格子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーズ型回折格子の製造方法およびそのための型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、ブレーズ型回折格子１は、非対称な三角形の溝形状を有し、光７が入射するブレーズ面２’とそれに隣接するカウンタ面３とを含んでおり、ブレーズ面２’とカウンタ面３とは格子平面４に対し所定の角度で傾斜している。上記のようなブレーズ型回折格子においては特定の次数に集中した回折効率が求められる。高回折効率を実現するためにはブレーズ面２’の形状が平坦であり、凹凸や粗さ等が小さいことが求められる。一方、ブレーズ面２’の平坦度は切削体積に大きく影響を受ける。１回の切削加工における切削体積が大きいと、図２に示されるように、ブレーズ面２’にかえり（ばり）、面粗さが発生する。
【０００３】
そのため、一つの溝を形成する際、被加工物に与えるストレスを小さくするために、浅い切削加工を何回も繰り返す溝加工方法が採られている。特許文献１には、被加工物に二等辺三角形状の溝を６回の切削加工によって溝の縁部にかえりが発生することを抑制した溝加工方法が開示されている。当該方法では、溝の形成位置から一側に偏った位置での切削加工と溝の形成位置から他側に偏った位置での切削加工とを２回ずつ、そして最後に、溝の形成位置で仕上げ加工を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３３９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ブレーズ型回折格子を１つ製造するためには、例えば、数万個の溝を形成することを必要とすることがある。従って、１つの溝を形成するために浅い切削加工を何度も繰り返す従来技術では、溝加工に要する時間が長すぎるため製造効率が低下する。また、特許文献１に記載の方法では、隣接する格子のブレーズ面に切削バイトが触れてしまい、隣接する格子のブレーズ面上にかえりの発生や面粗さが生じることがある。
【０００６】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、例えば、製造効率及びブレーズ面の精度の点で有利なブレーズ型回折格子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の溝が第１方向に直交する第２方向に沿って配列されたブレーズ型回折格子を製造する方法であって、第２方向における第１の位置で第１切刃および第２切刃を有するバイトと被加工物とを相対的に第１方向に移動させることにより被加工物を切削して第１切刃および第２切刃によってそれぞれ形成された第１面および第２面を有する第１の溝を形成する第１工程と、第１工程の後に、第１の位置から第２方向に沿って格子ピッチだけ離れた第２の位置でバイトと被加工物とを相対的に第２方向に移動させることにより被加工物を切削して第２の溝を形成する第２工程と、第２工程の後に、第１の位置と第２の位置との間の第３の位置で、バイトの第１切刃を第１面に対して傾け、バイトと被加工物とを相対的に第１方向に移動させることにより第１面を切削して第１切刃によって第１の溝のブレーズ面を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、製造効率及びブレーズ面の精度の点で有利なブレーズ型回折格子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ブレーズ型回折格子の断面図。
【図２】従来の溝加工方法を示す図。
【図３】本発明で用いられる切削加工機の概略図。
【図４】本発明の溝加工方法における被加工物および切削バイトの断面図。
【図５】本発明の溝加工方法における溝加工動作を示す図。
【図６】本発明の溝加工方法を説明する図。
【図７】本発明の溝加工方法におけるバイト移動順序を示す図。
【図８】本発明の溝加工方法におけるバイトの相対位置関係を示す図。
【図９】本発明の溝加工方法で形成された溝加工品を型として使用する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
【００１２】
本発明を説明するために、溝加工によってブレーズ型回折格子を製造する実施形態を示す。ブレーズ型回折格子を製造するために使用される切削加工機は数十ｎｍオーダーで切込みを指令できるような位置制御可能な高精度加工機であり、工具は先端がシャープで高精度な加工転写性が得られるダイヤモンドバイト（バイト）を用いる。また被加工物の材質はダイヤモンドバイトでの切削性が良いとされる銅系、アルミ系や無電解ニッケル系に類するものを選択する。
【００１３】
図３に、本実施形態で使用する切削加工機１１とバイト１２と被加工物１３の配置の概略を示す。切削加工機１１は、門型をした高剛性構造を有し、外部の振動等に強く、非常に高精度な分解能で位置制御可能な超精密の切削に適した仕様となっている。この切削加工機１１では、Ｚ方向（上下方向）にスライドできる（移動する）構造体にバイト１２を取付け、Ｘ方向（左右方向）とＹ方向（前後方向）とにスライドできる（移動する）テーブル上に被加工物１３を取付ける。
【００１４】
バイト１２は、図４に示すとおり、多角形の溝断面形状を転写する第１切刃１４ａおよび第２切刃１４ｂを有する。第１切刃１４ａと第２切刃１４ｂの先端がなす角度１５は形成すべき溝の開き角８（例えば８５°）よりもやや小さく、第１および第２切刃１４ａ，１４ｂの先端がなす形状は拡大したレンジで見た際に丸みは極力少ない方がよい。溝の開き角は、９０度未満とすることが望ましい。第１および第２切刃１４ａ，１４ｂの稜線の直線精度は双方とも先端部で非常に高い精度となっている。反射型の回折格子を溝加工で形成する場合、溝の壁面の仕上がりが非常に重要である。
【００１５】
図５に示すように、バイト１２と被加工物１３とが対向する位置でＺ方向への切込み量（例えば、深さ方向へ３μｍ）となるようにバイト１２を被加工物側に下ろす。そして、その状態で切削加工機１１の直進制御機構を用いて、バイト１２と被加工物１３とを例えばＹ方向に相対移動させることによりバイト１２の切刃の形状を被加工物１３へと切削転写する加工を行う。このとき実際に移動するのはバイト側であっても良いし被加工物側であっても良い。切削加工の際にはオイルミストをバイト１２のすくい面の裏側から噴射させ加工熱を除去しながら切り屑を潤滑に流し、切削におけるバイト転写状態を良好に保つようにしている。
【００１６】
バイト１２を用いて被加工物１３を切削して１つの溝を形成する方法を、図６を用いて説明する。本実施形態においては、被加工物１３の切削時にバイト１２を−Ｘ方向に移動させて第１の位置に位置決めする。その後、第１の位置でバイト１２を＋Ｙ方向に所定の長さ、例えば５５ｍｍだけ直線的に移動することで第１面２ｂおよび第２面３ｂを有する５５ｍｍの長さの１つの溝（第１の溝）を形成する。第２面３ｂは溝のカウンタ面を構成するが、後述するように、第１面２ｂはブレーズ面を構成しない。図６（ａ）は、第１の溝を形成する前の被加工物１３を示しており、第１の溝の形成位置より＋Ｘ方向にはそれまでの切削加工により形成されたブレーズ面２’ａおよび第２面（カウンタ面）３ａを有する溝が連続して配置されている。本実施形態では、Ｙ方向が溝が延びる第１方向であり、Ｘ方向が複数の溝が配列される第１方向に直交する第２方向である。
【００１７】
図６（ｂ）を用いて、第１の溝を形成する際の第１段階の切削加工（第１工程）について説明する。この第１段階の切削加工は、その前々回の切削加工（隣接格子に対する第１段階の切削加工）に対して、−Ｘ方向に格子ピッチ、例えば１０μｍだけ離れた第１の位置にバイト１２を移動させて行われる。その際に、第１切刃１４ａが格子平面４に対して垂直な方向から所定の角度θ１（例えば２０°）傾斜するようにＸ−Ｚ平面上でのバイト１２の回転角が設定される。ここで格子平面４は、第１方向と第２方向を含む平面である。このバイト角度を保持し、第２切刃１４ｂが断面上での溝の幅に対して所望の幅を得られるようにＺ方向のバイト切り込み深さを決定する。第２切刃１４ｂで切り出された面は、カウンタ面３となる。
【００１８】
図６（ｃ）を用いて、第１の溝を形成するための第２段階の切削加工（第３工程）について説明する。この第２段階の切削加工では、第１の位置に対してバイト１２を＋Ｘ方向に、例えば９．５μｍ離れた第３の位置で被加工物１３に対し、第１段階の切削時のバイト切り込み深さに対し、−Ｚ方向に、例えば０．５μｍの深さで、＋Ｙ方向に沿って切削加工を行う。また、第３の位置でＸ−Ｙ平面上でのバイト１２の回転角は、格子平面４に対して垂直な方向から、第１段階の切削時の角度θ１よりも大きい所定の角度θ２（例えば、２４°）傾斜するように設定される。格子平面に垂直な方向に対する第１切刃の傾斜角度を大きくする。この第２段階の切削加工において、第１切刃１４ａを用いて切り出された面は、ブレーズ面２ａ’となる。また、この第２段階の切削加工において、第２切刃１４ｂは、第１段階の切削加工で形成された第２の溝の第２面（カウンタ面）３ａと、＋Ｘ方向に隣接する溝のブレーズ面とで形成される溝の頂点には接触させない。したがって、この第２段階の切削加工において、先に形成された＋Ｘ方向に隣接する溝のブレーズ面（不図示）はストレスを受けず、図２に示すようなブレーズ面に生じるかえり（ばり）９や面粗さが発生することを回避できる。当然のことながら上述した格子ピッチ、バイト１２の回転角は実施形態の一例であり、変更が可能である。
【００１９】
先に形成されたブレーズ面に対してストレスを与えないように、第２切刃１４ｂを＋Ｘ方向に隣接する溝の第１段階の切削加工で形成された第２面３ｂと、＋Ｘ方向に隣接する溝のブレーズ面とで形成される溝の頂点６に接触させずに第２段階の切削加工を行う。そのため、本発明の方法で形成されるブレーズ面は、かえりのない平坦なものとなる。したがって、先に形成した溝と第２段階の切削加工時のバイトとの位置関係が非常に重要である。このバイトの位置決め精度は加工機の精度に依存するが、溝加工の本数が多数になる場合は全体の加工時間が１週間を越える場合もあり、温度などの環境変動による誤差が無視できない。第１の位置で第１の溝を形成するための第１段階の切削加工（第１工程）を行い、次いで、第１の位置から格子ピッチだけ離れた第２の位置で第２の溝を形成するための第１段階の切削加工（第２工程）を行う。この第２の溝を形成するための第１段階の切削加工を行った直後に、第１の位置と第２の位置との間の第３の位置で第１の溝を形成するための第２段階の切削加工（第３工程）を行うことが平坦なブレーズ面を得ることに有効なことを見出した。第１段階および第２段階の切削加工プロセスを−Ｘ方向に所定の回数、例えば、３３５００回繰り返すことによりブレーズ型回折格子あるいは回折格子製造用の型が製造される。本発明の方法で作製されたブレーズ型回折格子のブレーズ面におけるかえり（ばり）や面粗さの量は従来の方法で作製されたものより小さい。さらに、１つの溝を形成するために切削加工を２回しか要していないので、特許文献１に記載の従来技術に比して、平坦なブレーズ面を有するブレーズ型回折格子あるいはそのための型を効率よく製造することができる。
【００２０】
図７に、切削加工を単一のバイトで繰り返す場合のバイト１２の位置の動きを示す。この図において溝形成の進行方向は右から左で、まずＳ１で、第１の位置で第１段階の切削加工を行って第１の溝のカウンタ面を形成する。続いてＳ２で、格子ピッチだけ進行方向（−Ｘ方向）にバイト１２をずらし第２の位置で第１段階の切削加工を行って第２の溝のカウンタ面を形成する。その後、Ｓ３で、格子ピッチより少ない量だけバイト１２をＸ方向に戻した位置（第３の位置）で、第１段階のバイト１２の角度よりもバイト１２を進行方向に傾け、第２段階の切削加工を行って第１の溝のブレーズ面を形成する。そして第２の溝のブレーズ面を形成する前に、Ｓ４で、バイト１２の角度を第１段階の切削加工時の角度に戻し、第２の位置より格子ピッチ１つ分進んだ位置で第１段階の切削加工を行って第３の溝のカウンタ面を形成する。Ｓ５で、第２の溝に対するブレーズ面を形成するための第２段階の切削加工、Ｓ６で、第４の溝のカウンタ面を形成するための第１段階の切削加工、Ｓ７で第３の溝のブレーズ面を形成するための第２段階の切削加工を行う。以後、順次このようなステップを繰り返して多数の溝を形成する。
【００２１】
図８は、格子ピッチに準じた第１段階の切削加工の位置と第２段階の切削加工の位置との相対的な関係を説明した図である。Ｓ１の（ｎ−１）番目の溝のカウンタ面を形成するための第１段階の切削加工の位置Ｐｎ−１（第１の位置）と、Ｓ２のｎ番目の溝のカウンタ面を形成するための第１段階の切削加工の位置Ｐｎ（第２の位置）との間隔が格子ピッチｄである。（ｎ−１）番目の溝のブレーズ面を形成するための第２段階の切削加工の位置Ｓｎ（第３の位置）は、位置Ｐｎ−１（第１の位置）と位置Ｐｎ（第２の位置）との間に位置する。そして、Ｓ３で行う、第２段階の切削加工時には、第１段階の切削加工の際のバイト１２の角度θ１よりも大きな角度θ２となるよう、バイト１２をバイト１２の進行方向に傾ける。
【００２２】
このような方法により製造される高精度なブレーズ面を有する溝で構成されるブレーズ型回折格子は、紫外帯域の光源であるエキシマレーザの波長選択素子として用いられる。
【００２３】
図９に本実施形態に記載された切削加工により形成された回折格子を型として使用して、ブレーズ型回折格子を製造する方法について説明する。図９に示すように、切削加工により形成された型９１にエポキシ樹脂を充填し、樹脂を支える基材９３を重ねた後にエポキシ樹脂を硬化させることで硬化したエポキシ樹脂層９２は基材９３に密着する。この後、図９のように、基材９３を型９１から引き離すことで、型９１の格子形状は樹脂層９２に転写され、エポキシ樹脂からなるブレーズ型回折格子９２が得られる。型９１のブレーズ面に対応する面は、かえり（ばり）がなく平坦であるから、型９１を用いて製造されたブレーズ型回折格子９２のブレーズ面は平坦である。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
２’    ブレーズ面
３      カウンタ面
１２    ダイヤモンドバイト
１３    被加工物
１４ａ  バイト稜線第１切刃
１４ｂ  バイト稜線第２切刃
【図１】
2015013354.tif 000003
【図２】
2015013354.tif 000004
【図３】
2015013354.tif 000005
【図４】
2015013354.tif 000006
【図５】
2015013354.tif 000007
【図６】
2015013354.tif 000008
【図７】
2015013354.tif 000009
【図８】
2015013354.tif 000010
【図９】
2015013354.tif 000011