(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直なＹ軸を中心に回転する円筒形の研削砥石（２）を有するＥＬＩＤ研削装置（４）と、水平軸Ｘを中心に回転する円筒形のツルーイング砥石（６）を有する回転式ツルーイング装置（８）とからなり、前記研削砥石（２）は、砥粒を有しかつワーク（１）を加工する鉛直外周面（２ａ）と水平下面（２ｂ）を有し、前記回転ツルーイング装置（８）は、研削砥石の外周面と下面をプラズマ放電ツルーイングと機械的ツルーイングにより成形するようになっている、ことを特徴とするマイクロＶ溝加工装置。
【請求項２】
前記研削砥石（２）は、平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒を有するメタルボンドダイヤモンド砥石であり、前記ツルーイング砥石（６）は、ダイヤモンド砥粒を有するメタルボンドダイヤモンド砥石である、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロＶ溝加工装置。
【請求項３】
前記研削砥石（２）とツルーイング砥石（６）間に電圧を印加してプラズマ放電させる放電電圧印加装置（１０）を備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロＶ溝加工装置。
【請求項４】
鉛直なＹ軸を中心に回転する円筒形の研削砥石（２）と水平軸Ｘを中心に回転する円筒形のツルーイング砥石（６）との間に電圧を印加してプラズマ放電により研削砥石の鉛直外周面（２ａ）と水平下面（２ｂ）をツルーイングし、次いで、電圧を印加せずにツルーイング砥石（６）で研削砥石（２）を機械的にツルーイングし、ツルーイングした研削砥石の外周面と下面を電解ドレッシングしながらワーク（１）に接触させてマイクロＶ溝加工を行う、ことを特徴とするマイクロＶ溝加工方法。
【請求項５】
前記プラズマ放電ツルーイングと機械的ツルーイングにより、研削砥石の鉛直外周面（２ａ）と水平下面（２ｂ）のなす先端形状を２０μｍ以下のＲに成形する、ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロＶ溝加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イマージョングレーティングを製造するためのマイクロＶ溝加工装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型の天体望遠鏡において、例えば低温暗黒星雲の中に存在する分子の遷移運動を観測するためには、波長１０μｍ帯で分解能ｒ＝λ／Δλ＝２０万が必要になる。図４は、かかる分解能を有する中間赤外線高分散分光装置（Ｍｉｄ−ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｈｉｇｈ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｐｈ：ＩＲＨＳ）の構成図である。この図に示すように、中間赤外線高分散分光装置（ＩＲＨＳ）は、前置光学系（カメラ）からの赤外線を、コリメータ兼リレー光学系で分光し、これをコリメータ兼カメラで観察するようになっている。また、コリメータ兼リレー光学系は、入射スリット、反射凹面鏡、イマージョングレーティングからなり、特にイマージョングレーティングで反射・分光するようになっている。
【０００３】
図５は、イマージョングレーティング（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇ）の原理図であり、（ａ）は反射型回析格子、（ｂ）は透過型のグリズム、（ｃ）は反射型のイマージョングレーティングの模式図である。この図に示すように、イマージョングレーティングは、光路中を透明媒体で満たされた反射型回析格子であり、その角度分散すなわち光路差ΔＬは媒質の屈折率ｎｓに比例する２ｎｓＬで与えられる。従って、その分解能ｒ＝λ／Δλは、２Ｌ／λ＝２ｄｔａｎθ／λ．．．（１）となる。
なお、かかるイマージョングレーティングは、“Ａｎ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ａｎ  Ａｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｐｈ”（ＨＡＮＳ  ＤＥＫＫＥＲ），“Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ａｓｔｒｏｎｏｍｙ”（ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．７，Ｍａｒｃｈ  １９９３）等に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したイマージョングレーティングの材料には、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の赤外線光学素子材料が用いられる。これらの材料は、可視光には不透明だが赤外線に対して透過性があり、かつ屈折率が大きい特徴がある。しかし、かかる材料は、硬くかつ脆い硬脆材料であるため微細なＶ溝加工が非常に困難な問題点があった。
【０００５】
すなわち、図６に示すように、波長１０μｍ帯で分解能が２０万に達するためには、ゲルマニウムやガリウム砒素の格子面に例えば高さ約９０μｍ、幅約２３３μｍの微細なＶ溝を１ｍｍ当たり４本のピッチで精密に加工する必要がある。しかもこのＶ溝の図で垂直面は、金属蒸着により反射面となるため、入射面に対して正確に平行であり、かつ鏡面に仕上げる必要がある。
【０００６】
しかし、従来かかる微細Ｖ溝加工は、例えばレーザーアブレーションによっていた。そのため、対象とする材料がシリコンや石英等の加工が容易な材料に限定され、ゲルマニウムやガリウム砒素等の硬質・脆性材料（硬脆材料）はアブレーションではほとんど加工できなかった。また、レーザーアブレーションでは、溝形状を正確に加工することができず、かつ加工面を鏡面に仕上げることができなかった。そのため、従来は、上述したイマージョングレーティングを硬質・脆性材料で実現することはほとんど不可能だった。
【０００７】
また、レーザーアブレーション以外の例えば砥石を用いた研削加工では、砥石の目詰まりや摩耗のため、正確な溝形状の維持ができず、かつ溝の谷部が円弧となって反射面がほとんど形成できない問題点があった。
【０００８】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ニオブ酸リチウム等の硬脆材料を用いて高い分解能を有するイマージョングレーティングを加工することができるマイクロＶ溝加工装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、鉛直なＹ軸を中心に回転する円筒形の研削砥石（２）を有するＥＬＩＤ研削装置（４）と、水平軸Ｘを中心に回転する円筒形のツルーイング砥石（６）を有する回転式ツルーイング装置（８）とからなり、前記研削砥石（２）は、砥粒を有しかつワーク（１）を加工する鉛直外周面（２ａ）と水平下面（２ｂ）を有し、前記回転ツルーイング装置（８）は、研削砥石の外周面と下面をプラズマ放電ツルーイングと機械的ツルーイングにより成形するようになっている、ことを特徴とするマイクロＶ溝加工装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、鉛直なＹ軸を中心に回転する円筒形の研削砥石（２）と水平軸Ｘを中心に回転する円筒形のツルーイング砥石（６）との間に電圧を印加してプラズマ放電により研削砥石の鉛直外周面（２ａ）と水平下面（２ｂ）をツルーイングし、次いで、電圧を印加せずにツルーイング砥石（６）で研削砥石（２）を機械的にツルーイングし、ツルーイングした研削砥石の外周面と下面を電解ドレッシングしながらワーク（１）に接触させてマイクロＶ溝加工を行う、ことを特徴とするマイクロＶ溝加工方法が提供される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記プラズマ放電ツルーイングと機械的ツルーイングにより、研削砥石の鉛直外周面（２ａ）と水平下面（２ｂ）のなす先端形状を２０μｍ以下のＲに成形する。
【００１２】
上記本発明の装置及び方法によれば、回転ツルーイング装置（８）により、プラズマ放電ツルーイングと機械的ツルーイングを併用して、研削砥石（２）の外周面と下面を成形することにより、研削砥石の鉛直外周面（２ａ）と水平下面（２ｂ）のなす先端形状を２０μｍ以下のＲに成形することができる。従って、このように成形した極微細な砥粒を有する円筒形研削砥石（２）を用いて、研削砥石を電解ドレッシングしながら、この砥石によりワークを研削することにより、砥石の目詰まりなしに鏡面のような極めて優れた加工面を研削加工でき、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ニオブ酸リチウム等の硬脆材料を用いて高い分解能を有するイマージョングレーティングを加工することができる。
【００１３】
また、前記研削砥石（２）は、平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒を有するメタルボンドダイヤモンド砥石であり、前記ツルーイング砥石（６）は、ダイヤモンド砥粒を有するメタルボンドダイヤモンド砥石である。
この構成により、研削砥石（２）の電解ドレッシングと、ツルーイング砥石（６）のプラズマ放電ツルーイングが可能であり、かつツルーイング砥石（６）による研削砥石（２）の機械的ツルーイングも可能となる。
【００１４】
前記研削砥石（２）とツルーイング砥石（６）間に電圧を印加してプラズマ放電させる放電電圧印加装置（１０）を備える。
所定の電源に研削砥石（２）をプラスにツルーイング砥石（６）をマイナスに接続し、その間でパルス電圧を印加してプラズマ放電させることにより、研削砥石（２）をツルーイング砥石（６）を用いてプラズマ放電ツルーイングすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
近年の科学技術の発展に伴って、超精密加工への要求は飛躍的に高度化しつつあり、この要求を満たす鏡面研削手段として、電解インプロセスドレッシング研削法（Electrolytic In-process Dressing：ＥＬＩＤ研削法）が本願出願人等により開発され、発表されている（理研シンポジウム「鏡面研削の最新技術動向」、平成３年３月５日開催）。
【００１６】
このＥＬＩＤ研削法は、従来の電解研削における電極に代えて導電性砥石を用い、かつこの砥石と隙間（ギャップ）を隔てて対向する電極を設け、砥石と電極との間に導電性液を流しながら砥石と電極との間に電圧を印加し、砥石を電解によりドレッシングしながら、砥石によりワークを研削するものである。すなわち、メタルボンド砥石を陽極、砥石表面にギャップを隔てて対設された電極を陰極とし、研削作業と同時に砥石の電解ドレッシングを行うことにより、研削性能を維持・安定させることのできる研削法である。
【００１７】
このＥＬＩＤ研削法では砥粒を細かくしても電解ドレッシングにより砥粒の目立てにより砥石の目詰まりが生じないので、砥粒を細かくすることにより鏡面のような極めて優れた加工面を研削加工により得ることができる。
【００１８】
図１は、本発明によるマイクロＶ溝加工装置の構成図である。この図に示すように、本発明のマイクロＶ溝加工装置は、ＥＬＩＤ研削装置４と回転式ツルーイング装置８からなる。
【００１９】
ＥＬＩＤ研削装置４は、鉛直なＹ軸を中心に回転する円筒形の研削砥石２を有する。この研削砥石２は、この例では平均粒径１μｍ以下のダイヤモンド砥粒を有する鋳鉄ボンドダイヤモンド砥石である。ＥＬＩＤ研削装置４は、更に、砥石２と隙間（ギャップ）を隔てて対向するＥＬＩＤ電極４ａとＥＬＩＤ電源５を備え、砥石２と電極４ａとの間に導電性液を流しながらその間に電圧を印加し、砥石２を電解によりドレッシングしながら、砥石２をＸ−Ｙ−Ｚ軸に３軸数値制御してワーク１を研削できるようになっている。なお、この図で４ｂは、導電性液を流すノズルである。
【００２０】
回転式ツルーイング装置８は、水平軸Ｘ（図で紙面に直交する）を中心に回転駆動された円筒形のツルーイング砥石６を有する。この例において、ツルーイング砥石６は、ダイヤモンド砥粒を有するブロンズボンドダイヤモンド砥石である。また、研削砥石２とツルーイング砥石６の間に電圧を印加してプラズマ放電させる放電電圧印加装置１０を備えている。放電電圧印加装置１０は、直流電源１０ａ、パルス放電回路１０ｂ及び電流供給ライン１０ｃからなり、微細なマイクロ放電を繰り返して研削砥石２の加工面をプラズマ放電ツルーイングするようになっている。
【００２１】
上述したマイクロＶ溝加工装置を用い、本発明の方法によれば、研削砥石２とツルーイング砥石６との間に放電電圧印加装置１０により電圧を印加してプラズマ放電する。このプラズマ放電により、研削砥石の鉛直外周面２ａと水平下面２ｂをツルーイングできる。次いで、この電圧を印加せずに引き続きツルーイング砥石６で研削砥石２を機械的にツルーイングする。
このように、プラズマ放電ツルーイングと機械的ツルーイングを併用することにより、プラズマ放電ツルーイングでは高速・高能率のツルーイングができ、機械的ツルーイングでは、２０μｍ以下の鋭いＲに成形することができる。
次いで、このように成形した鋭い砥石先端形状の研削砥石の外周面と下面を電解ドレッシングしながらワーク１に接触させてマイクロＶ溝加工を行う。
【００２２】
上述した本発明の装置及び方法によれば、回転ツルーイング装置８により、プラズマ放電ツルーイングと機械的ツルーイングを併用して、研削砥石２の外周面と下面を成形することにより、研削砥石の鉛直外周面２ａと水平下面２ｂのなす先端形状を２０μｍ以下のＲに成形することができる。従って、このように成形した極微細な砥粒を有する円筒形研削砥石２を用いて、研削砥石を電解ドレッシングしながら、この砥石によりワークを研削することにより、砥石の目詰まりなしに鏡面のような極めて優れた加工面を研削加工でき、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ニオブ酸リチウム等の硬脆材料を用いて高い分解能を有するイマージョングレーティングを加工することができる。
【００２３】
【実施例】
図２は、本発明の実施例による形状測定結果である。この実施例では、研削砥石に砥粒粒度＃２００００（平均粒径約０．８μｍ）のダイヤモンド砥粒を用いて、ゲルマニウムイマージョングレーティングを加工した。
図２は加工後の断面形状（図６のＡ部）の計測結果である。この図から研削砥石の鉛直外周面２ａと水平下面２ｂのなす角度が正確に９０°に加工されており、かつその底部のＲが約２０μｍとなっていることがわかる。また、加工面の面粗さは鏡面に近い優れたものであった。従って、このゲルマニウムイマージョングレーティングは底部のＲが若干大きく（０に近いほど良い）、その分、反射効率は低下するが、図４に示した中間赤外線高分散分光装置に適用できることが確認できた。
【００２４】
図３は、本発明の実施例による砥粒粒度と溝谷部のＲとの関係図である。この図において、（Ａ）はワーク材料がゲルマニウム（Ｇｅ）、（Ｂ）はガリウム砒素（ＧａＡｓ）、（Ｃ）は超硬合金の場合である。また各図において、横軸は研削砥石の砥粒粒度、縦軸は、加工底部のＲ（μｍ）である。
図３の各図から、研削砥石の砥粒粒度を大きくするほど、加工底部のＲを小さくすることができ、ゲルマニウム、ガリウム砒素、超硬合金のいずれの場合でも、砥粒粒度＃２００００（平均粒径約０．８μｍ）の場合に、約１５μｍの加工底部のＲを達成できることが確認できた。従って、更に平均粒径の極微細な砥粒を有する研削砥石を用いることにより、加工底部のＲを更に小さくでき、かつ加工面の面粗さを更に優れたものにすることができることが予測できる。
【００２５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで主種に変更できることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明のマイクロＶ溝加工装置及び方法は、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ニオブ酸リチウム等の硬脆材料を用いて高い分解能を有するイマージョングレーティングを加工することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクロＶ溝加工装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例による形状測定結果である。
【図３】本発明の実施例による砥粒粒度と溝谷部のＲとの関係図である。
【図４】中間赤外線高分散分光装置の構成図である。
【図５】イマージョングレーティングの原理図である。
【図６】イマージョングレーティングの形状図である。
【符号の説明】
１  ワーク、２  研削砥石、２ａ  鉛直外周面、２ｂ  水平下面、
４  ＥＬＩＤ研削装置、４ａ  ＥＬＩＤ電極、４ｂ  ノズル、
５  ＥＬＩＤ電源、６  ツルーイング砥石、８  回転式ツルーイング装置、
１０  放電電圧印加装置、１０ａ  直流電源、１０ｂ  パルス放電回路、
１０ｃ  電流供給ライン
【図１】
0004558881.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004558881.tif 000006
【図６】
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