(57)【要約】【課題】内面の表面粗さが小さい、貫通する開口を有する導電性基材から成る光学部品を放電加工で安価に且つ容易に製造する製造方法を提供すること。【解決手段】光学部品を構成する導電性基材に対して工具電極を対向させ、パルス電圧を前記導電性基材と前記工具電極との間に印加して放電させ、且つ前記導電性基材の厚み方向に前記工具電極と前記導電性基材とを相対的に移動することで前記導電性基材に貫通する開口を放電加工により形成し、前記貫通する開口を有する導電性基材から成る光学部品を製造する光学部品の製造方法において、前記導電性基材に貫通孔を形成後、前記導電性基材と前記工具電極との間に印加するパルス電圧の極性を変えることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品を構成する導電性基材に対して工具電極を対向させ、パルス電圧を前記導電性基材と前記工具電極との間に印加して放電させ、且つ前記導電性基材の厚み方向に前記工具電極と前記導電性基材とを相対的に移動することで前記導電性基材に貫通する開口を放電加工により形成し、前記貫通する開口を有する導電性基材から成る光学部品を製造する光学部品の製造方法において、
前記導電性基材に貫通孔を形成後、前記導電性基材と前記工具電極との間に印加するパルス電圧の極性を変えることを特徴とする光学部品の製造方法。
【請求項２】
前記導電性基材に貫通孔を形成する前は、前記工具電極の消耗量が前記導電性基材の除去量よりも小さくなる前記パルス電圧の極性で放電加工を行い、前記導電性基材に貫通孔を形成した後は、前記導電性基材に貫通孔を形成する前とは反対の極性で放電加工を行なうことを特徴とする請求項１記載の光学部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の製造方法によって製造されることを特徴とする光学部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉計等の光学装置に用いられる空間フィルタ等の光学部品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種の光学装置において、通過光束の径や形状を制限するために、空間フィルタ、アパーチャ、マスク等の光学部品が使用されている。これらの光学部品は様々な寸法と形状を持った開口を具えている。
【０００３】
図５は、例えばレーザ光を用いて形状測定を行うフィゾー式干渉計に使用される空間フィルタの断面を示している。この空間フィルタは円板状の導電性基材１から成り、その導電性基材１には、工具電極を用いた放電加工によって開口２が形成されている。
【０００４】
尚、放電加工の特性上、工具電極の挿入側の孔径２ａは抜け側の孔径２ｂよりも大きい。この孔径２ａと２ｂとの差は、主に加工の結果生じる排除しきれない加工屑による二次放電の影響によるものであり、加工条件や加工する開口の径などに依存する。このような放電加工により形成された開口２によって通過光束の径や形状を制限することを目的とする場合、径の小さい方、即ち抜け側の孔径２ｂで通過光束の径が決定されるため、抜け側の孔径２ｂの寸法精度と形状精度は、光学性能上最も重要であり、この寸法精度又は形状精度（例えば真円度）として例えば±２μｍ以下が要求される。
【０００５】
ところで、放電加工で加工された開口の寸法及び形状は工具電極に放電間隙を加算した寸法及び形状に正確に対応するが、加工速度を高めるために放電エネルギーを大きくすると、加工された開口２の内面は一般に放電加工特有の梨地面になり、無視できない表面粗さを持つ。この表面粗さにより形成された開口も理想的な形状に対して誤差を持つ形状となり、開口２の内面の表面粗さが大きいと、アパーチャのような光学素子の光学性能を劣化させてしまう問題があった。
【０００６】
開口２の内面の表面粗さを小さくし、形状精度又は寸法精度を向上するためには、工具電極と導電性基材との極間に与えるエネルギーを小さくすれば良いことが知られている。例えば、図４に示すラザレンコ回路を電源回路とする場合、パルス１つあたりの放電により極間の放電間隙に与えられるエネルギーＥは、Ｅ＝（１／２）ＣＶ２である。（ここで、Ｃはコンデンサ容量、Ｖは印加電圧である。）従って、Ｃを小さくし、又は、Ｖを小さくすることによって極間に与えられる放電エネルギーを小さくできる。極間に与える放電エネルギーを小さくすると、開口の内面の表面粗さは小さくなるものの孔の加工時間は増大する。逆に極間に与えるエネルギーを大きくすれば、孔の加工時間は短くなるものの表面粗さは大きくなる。そこで従来は、寸法精度又は真円度が高い孔を短時間で加工する為に、先ず極間に与えるエネルギーを大きくして、表面粗さは大きいが、加工時間が短い下孔加工を行い、その後、極間に与えるエネルギーを小さくして、開口の内面の表面粗さを小さくする仕上げ加工を行う、２段階の工程が必要であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に放電間隙は極間に与えるエネルギーの大きさに比例する為に、従来のような加工方法では、極間のエネルギーが大きい下孔加工時の放電間隙が極間のエネルギーが小さい仕上げ加工時の放電間隙よりも大きく、下孔加工時に用いた工具電極をそのまま用いたのではエネルギーの小さい仕上げ加工時に放電を起こすことができなかった。その為に、例えば一つの開口を加工する為に、下孔加工用の工具電極と、下孔加工用よりも径が少し大きい仕上げ加工用の工具電極との、少なくとも２種類の工具電極が必要であり、工具電極の製作コストが高額になる問題があった。又、開口加工の工程に、下孔加工工程と仕上げ加工工程との少なくとも２つの工程が必要になる為に、加工時間が長くなり、加工コストが高くなる問題があった。更に又、下孔加工工程と仕上げ加工工程との異なる工程を行なう為に、異なる工具電極に交換する為の段取り時間が新たに必要となり、加工コストが高くなる問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題を解決するために為されたものであり、内面の表面粗さが小さい、貫通する開口を有する導電性基材から成る安価な光学部品、及びこの光学部品を低い製造コストで且つ容易に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
以上の課題を解決する為に、本発明の第一の態様は、光学部品を構成する導電性基材に対して工具電極を対向させ、パルス電圧を前記導電性基材と前記工具電極との間に印加して放電させ、且つ前記導電性基材の厚み方向に前記工具電極と前記導電性基材とを相対的に移動することで前記導電性基材に貫通する開口を放電加工により形成し、前記貫通する開口を有する導電性基材から成る光学部品を製造する光学部品の製造方法において、
前記導電性基材に貫通孔を形成後、前記導電性基材と前記工具電極との間に印加するパルス電圧の極性を変えるものである。
【００１０】
本発明の第二の態様は、第一の態様の光学部品の製造方法であって、前記導電性基材に貫通孔を形成する前は、前記工具電極の消耗量が前記導電性基材の除去量よりも小さくなる前記パルス電圧の極性で放電加工を行い、前記導電性基材に貫通孔を形成した後は、前記導電性基材に貫通孔を形成する前とは反対の極性で放電加工を行なうものである。
【００１１】
本発明の第三の態様は、第一の態様又は第二の態様の光学部品の製造方法によって製造される光学部品である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［第一実施形態］
図１は本実施形態の光学部品の製造方法を説明する図であり、光学部品として直径が２０μｍの円形開口を有する板厚１０μｍ外径１０ｍｍの円形導電性基材から成る空間フィルタを製造する例である。図１にて、１は導電性基材、２は加工された開口、４は放電加工途中の下孔、３は円柱状の工具電極である。図１（ａ）は、加工開始時であって下孔加工開始時の円柱状工具電極３と導電性基材１との位置関係ならびに極性関係を示す図、図１（ｂ）は、下孔加工終了時の円柱状工具電極３と導電性基材１との位置関係ならびに極性関係を示す図、図１（ｃ）は、仕上げ加工開始時の円柱状工具電極３と導電性基材１との位置関係ならびに極性関係を示す図、図１（ｄ）は、仕上げ加工終了時の円柱状工具電極３と導電性基材１との位置関係ならびに極性関係を示す図である。
【００１３】
以下図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を参照しながら本実施形態の光学部品の製造方法を手順を追って説明する。
（ａ）先ず円柱状工具電極３の先端を導電性基材１に所定間隙５にまで近付け、円柱状工具電極３より導電性基材１の消耗速度が速い極性に電圧方向を設定し、電圧を印加する。本実施形態では、円柱状工具電極３の極性を負、導電性基材１の極性を正とする所謂正極性で電圧を印加した。放電加工時には所定エネルギーのパルス電圧を極間に印加しつつ、且つ導電性材料１に対し円柱状工具電極３を穴開け方向に送りながら下孔加工を行なう。…図１（ａ）
（ｂ）（ａ）の条件で下孔加工を続け、導電性基材１に下孔４を貫通させる。この時点で、円柱状工具電極３の先端が導電性基材１の下面から若干飛び出した位置関係にある。…図１（ｂ）
（ｃ）極間に供給する電圧パルスのエネルギーは（ａ）で設定した条件のままで、導電性基材１より円柱状工具電極３の消耗速度が速い極性に電圧方向を設定し、電圧を印加する。本実施形態では、円柱状工具電極３の極性を正、導電性基材１の極性を負とする逆極性（負極性）に極性を反転して放電加工を行なった。放電加工中、極間にパルス電圧を印加しつつ、且つ、円柱状工具電極３を（ａ）、（ｂ）に於けるのと同じ穴開け方向に更に送り込みながら下孔４の内面加工を行なう。…図１（ｃ）
（ｄ）（ｃ）の条件で下孔４の内面加工を続け、下孔４の内面の径方向の凹凸が充分に除去され、放電が生じなくなる位置まで円柱状工具電極３を送り込んだ後、印加電圧をオフとする。この時点で開口２が形成されている。…図１（ｄ）
以上（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）工程の後、円柱状工具電極３を開口２から引き戻して加工を終了し、開口２を具える導電性基材１から成る光学部品が作製される。
【００１４】
本実施形態の光学部品の製造方法の製造対象の光学部品の導電性基材１に用いる材質は導電性があれば特に限定されないが、金属材料が好ましく、アルミ合金やステンレス等の腐食しにくい材料が特に好ましい。
【００１５】
本実施形態の光学部品の製造方法に適した光学部品の基材１の板厚（即ち開口の深さ）は、好ましくは５μｍ以上、１０ｍｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以上、１ｍｍ以下である。
【００１６】
本実施形態の光学部品の製造方法に適した光学部品の開口２の径は、好ましくは２μｍ以上、１ｍｍ以下である。
【００１７】
本実施形態の光学部品の製造方法に用いる工具電極３の材料としては放電加工時の工具電極の加熱によって変形することが少なく、又、単位加工量当たりの工具の消耗量、即ち消耗度が低い耐熱材料が好ましく、タングステンや炭化タングステンが好ましい。
【００１８】
本実施形態の光学部品の製造方法に用いる工具電極３の直径は所望の開口径から放電間隙を差し引いた直径に予め成形されている。ここで、前述のように、放電加工の特性上、開口２の挿入側の孔径は抜け側の孔径よりも大きいので、開口２で通過光束の径を制限する場合、抜け側の孔径を開口径とする。
【００１９】
本実施形態及び第二実施形態の光学部品の製造方法の放電加工は図４に示されるような電源回路を用いて行なわれる。
【００２０】
図４に於いて、１は導電性基材、１０は加工槽、９は加工液である絶縁油、１１は直流電源、７は抵抗値Ｒの電気抵抗、８は容量Ｃのコンデンサである。本図には工具電極として本実施形態に用いる円柱状工具電極３が示されているが、第二実施形態ではこれを針状工具電極６に置き換えれば良い。
【００２１】
先ず直流電源１１から電流が供給されると、電流は電気抵抗７を経由してコンデンサ８を充電し、コンデンサ８の極間電圧を上昇させる。コンデンサ８が容量一杯の、Ｅ＝（１／２）ＣＶ２の電気エネルギーを蓄積すると、工具電極３と導電性基材１との極間の距離が最短である間隙５で加工液９が絶縁破壊して放電が始まり、エネルギーＥは放電エネルギとなって間隙５に放出される。放電エネルギーは導電性基材１の表面を加熱することにより除去加工を行なう。エネルギーが放出されてしまうと放電は直ちに終了し、間隙５での絶縁が回復するので、再び次の充電が始まる。このようにして充電と放電を繰り返しながら、工具電極３を穴開け方向に送り込むことにより孔開け加工が進行する。
【００２２】
尚、図４は正極性での接続関係を示しているが、これを負極性にするためには、直流電源１１の極性をスイッチング素子で反転させれば良い。
【００２３】
又、本実施形態及び第二実施形態の光学部品の製造方法の放電加工には図４に示されるようなコンデンサ回路以外にスイッチングトランジスタ等を用いたトランジスタ回路、等を用いることができ、回路の種類は特に限定されない。
【００２４】
本実施形態の光学部品の製造方法の光学部品の導電性基材１の形状や寸法は特に限定されるものではなく、どのような形状、どのような寸法であろうと本実施形態を好ましく適用することが出来る。
【００２５】
本実施形態の光学部品の製造方法は、手順（ａ）、（ｂ）に於いては正極性のパルス電圧を印加して加工し、手順（ｃ）、（ｄ）に於いては負極性モードで、即ち、負極性のパルス電圧を印加して加工する。
【００２６】
本実施形態の光学部品の製造方法では、加工中に正極性から負極性に切り換えて表面粗さの小さい放電加工をおこなうようにしているので、放電加工の途中で放電エネルギーを変える必要がない。故に、放電間隙５を一定に保ったままにしても放電が停止することはない。
【００２７】
また、下孔加工時には、放電間隙５間の放電エネルギーが工具電極３側よりも導電性基材１側に集中する正極性で放電加工を行なうので、工具電極３の消耗量が少ない状態で導電性基材１の除去速度も速く行なわれ、速やかに下孔４を貫通させることができる。その後は、工具電極３の消耗量が多くて導電性基材１の除去量が少ない負極性で放電加工を行なうことにより、開口２の内面を表面粗さが小さい良好な面にすることが出来る。
【００２８】
本実施形態の光学部品の製造方法によれば、下孔加工と仕上げ加工のそれぞれに専用の工具電極を用意する必要がなく、１個の開口を加工する為に１個の工具電極を用意すれば良いので、工具電極の製作コストを従来よりも半減できる。又、下孔加工から仕上げ加工までを途中極性を変えるだけで容易に連続して加工することができるので、工具電極交換の作業時間が不要となり、尚且つ、開口の内面の表面粗さも良好な光学部品を提供することが可能になる。
【００２９】
図３は上述の方法で製造された本実施形態の光学部品（空間フィルタ）を示す図である。本実施形態の光学部品は貫通された開口２を有する導電性基材１から成る。本実施形態の光学部品は開口２が１つの工具電極を用いて連続的に加工されているので安価であり、且つ負極性で仕上げ加工されているので、開口２の内面の表面粗さが小さい為に形状精度と寸法精度が高い。
［第二実施形態］
本実施形態の光学部品の製造方法は、特に径が数μｍ以下の微小開口を有する導電性基材から成る光学部品に適した製造方法である。
【００３０】
図２は本実施形態の光学部品の製造方法を説明する図であり、光学部品として径が３μｍの円形開口を有する板厚１０μｍ、外径１０ｍｍの円形基材から成る空間フィルタを製造する例である。図２にて、１は導電性基材、２は加工された開口、４は放電加工途中の下孔、６は針状の工具電極である。図２（ａ）は、加工開始時であって下孔加工開始時の針状工具電極６と導電性基材１との位置関係ならびに極性関係を示す図、図２（ｂ）は、下孔加工終了時の針状工具電極６と導電性基材１との位置関係ならびに極性関係を示す図、図２（ｃ）は、仕上げ加工開始時の針状工具電極６と導電性基材１との位置関係ならびに極性関係を示す図、図２（ｄ）は、仕上げ加工終了時の針状工具電極６と導電性基材１との位置関係ならびに極性関係を示す図である。
【００３１】
以下図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を参照しながら本実施形態の光学部品の製造方法を手順を追って説明する。
（ａ）先ず針状工具電極６の先端と導電性基材１の間隙５を所定間隔にし、工具電極３の極性を負、導電性基材１の極性を正とする所謂正極性で、所定エネルギーのパルス電圧を極間に印加して放電を開始し、導電性材料１に対し工具電極６を穴開け方向に送りながら下孔加工を行なう。ここで、極間に与える所定エネルギーは放電が発生しうる最小限の大きさに設定する。この理由は本実施例では加工する開口の径が３μｍと極めて小さく、加工速度よりも表面粗さを小さくすることが優先されるからである。…図２（ａ）
（ｂ）（ａ）の条件で下孔加工を続け、導電性基材１に下孔４を貫通させる。この時点で、針状工具電極６の先端が導電性基材１の下面から若干飛び出した位置関係にあり、加工される下孔４の径は所望の開口径よりも若干小さい。…図２（ｂ）を参照のこと
（ｃ）極間に供給する電圧パルスのエネルギーは（ａ）で設定した条件のままで、針状工具電極６の極性を正、導電性基材１の極性を負とする逆極性（負極性）に極性を反転後、極間にパルス電圧を印加しつつ、且つ、針状工具電極６を（ａ）、（ｂ）に於けるのと同じ穴開け方向に更に送り込みながら下孔４の内面加工を行なう。針状工具電極６は径にテーパがついているので、送り込むにつれて下孔４の径は拡がる。…図２（ｃ）を参照のこと
（ｄ）（ｃ）の条件で下孔の内面加工を続け、下孔４の径が所望の径１１に達する位置まで針状工具電極６を送り込んだ後、印加電圧をオフとする。この時点で所望の径の開口２が形成されている。…図２（ｄ）
以上（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）工程の後、針状工具電極６を開口２から引き戻して加工を終了し、所望の径の開口２を具える導電性基材１から成る光学部品が作製される。
【００３２】
本実施形態の光学部品の製造方法の製造対象の光学部品の導電性基材１に用いる材質は導電性があれば特に限定されないが、金属材料が好ましく、アルミ合金やステンレス等の腐食しにくい材料が特に好ましい。
【００３３】
本実施形態の光学部品の製造方法に適した光学部品の導電性基材１の板厚（即ち開口の深さ）は、好ましくは５μｍ以上、１０ｍｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以上、１ｍｍ以下である。
【００３４】
本実施形態の光学部品の製造方法に適した光学部品の開口２の径は、好ましくは２μｍ以上、１ｍｍ以下である。
【００３５】
本実施形態の光学部品の製造方法に用いる工具電極６の材料としては放電加工時の工具電極の加熱によって変形することが少なく、又、単位加工量当たりの工具の消耗量、即ち消耗度が低い耐熱材料が好ましく、タングステンや炭化タングステンが好ましい。
【００３６】
本実施形態の光学部品の製造方法の放電加工は図４に示されるような電源回路を用いて行なわれる。その動作については既に第一実施形態の欄で説明したのでここでは説明を省略する。
【００３７】
本実施形態の光学部品の製造方法では、第一実施形態の場合と同様な効果を有し、更に、小径の孔加工に対しても適用可能となる。
【００３８】
特に、開口径が数μｍのオーダという小径の開口を加工する為には、工具電極の径を開口の径から放電間隙（例えば１μｍ）の２倍を減じた極めて小径の工具電極を用いる必要があるが、この極度に細い工具電極をタングステンや炭化タングステンを用いて円柱形状に成形することは、工具電極の曲がりや折損、等の問題の為に困難である。又、円柱状の工具電極を正確な径に加工することも困難である。
【００３９】
本実施形態の光学部品の製造方法で用いる工具電極６は先端のみをテーパ状にして針状に尖らせているので、数μｍ以下の径の開口を加工する場合に於いても工具電極の曲がりや折損の問題は少ない。又、加工電極６の先端をテーパ状にしていて、加工される開口の径を工具電極の送り量を加減することによって調整することができるので、工具電極を予め特に正確な径に調整しておく必要もない。
【００４０】
更に又、本実施形態の光学部品の製造方法では、手順（ａ）、（ｂ）に於いて正極性で放電加工が行なわれながらも放電エネルギーを最小にして加工することができるので、加工された下孔の内面は正極性で達成可能な最良、即ち最小の表面粗さになっている。従って、仕上げ加工に於いて少ない除去量で表面粗さを所望の大きさにすることができるので、加工時間を低減し、又工具電極の消耗量を低減することができる。
【００４１】
以上第一、第二実施形態を空間フィルタを例に説明したが、本発明はこの空間フィルタ以外に、アパーチャ、マスク、等の通過光束の径や形状を正確に制限する機能を有する光学部品に適用することが出来る。又、本発明は光学部品が有する開口の数には制限がない。
【００４２】
ところで以上の実施形態では、下孔加工時には工具電極３又６を負、導電性基材１を正とした正極性で放電加工を行い、その後に工具電極３又は６を正、導電性基材１を負にして孔の表面粗さを小さくさせたが、放電加工の条件によっては、
工具電極３又は６を正、導電性基材１を負にした極性で、工具電極３、６の消耗速度に比べて導電性基材１の加工速度が大きくなる場合がある。その場合には、下孔加工時に工具電極３又は６を正、導電性基材１を負にした極性で放電加工を行い、その後、工具電極３又は６を負、導電性基材１を正にした極性で放電加工するようにして、加工孔の内面の表面粗さを小さくしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の光学部品の製造方法によれば、内面の表面粗さが小さい開口を有する導電性基材から成る光学部品を一つの工具電極で製造することができるので、製造コストが低い。又、本発明の光学部品は、この光学部品が有する開口の表面粗さが小さく、且つ安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態の光学部品の製造方法の手順を示す。
【図２】第二実施形態の光学部品の製造方法の手順を示す。
【図３】第一又は第二実施形態の光学部品（空間フィルタ）を示す。
【図４】第一、第二実施形態の光学部品の製造法に用いる電源回路の一例のラザレンコ回路を示す。
【図５】放電加工で加工された開口を有する光学部品（空間フィルタ）を示す。
【符号の説明】
１    導電性基材
２    開口
３    工具電極（円柱状）
４    下孔
５    放電間隙又は間隙
６    工具電極（針状）
７    電気抵抗
８    コンデンサ
９    加工液（絶縁油）
１０  加工槽
１１  直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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