可視赤外線観測装置技術ワークショップ 2012年2月22日～23日 国立天文台 三鷹キャンパス

セグメント鏡の研削加工所 仁志
株式会社ナノオプトニクス・エナジー

岡山3 8m新技術望遠鏡計画
岡山3.8m新技術望遠鏡計画• 国立天文台岡山観測所内に設置する、分割鏡方式の3.8m望遠鏡• 京都大、国立天文台、名古屋大、ナノオプトの4者
京都大 国立天文台 名古屋大 ナノオプトの4者の連携で建設• 技術開発- セグメント鏡の製作- セグメント鏡の制御- 軽量架台セグメント鏡• 内周6枚、外周12枚の計18枚で主鏡を構成• 1 mサイズの非軸対称非球面
内周セグメント- 近似球面R = 10080.5 mm (19 mm 凹)
非球面量：-00.04
04 ~ +00.0505 mm- 非球面量：~ 1m

外周セグメント- 近似球面R = 10251.1 mm (16 mm 凹)- 非球面量：-0.10
非球面量 0 10 ~ +0+0.1010 mm• 材質：クリアセラム -z HS• 形状誤差 < 0.15 m p-v、表面粗さ < 10 nm p-v

セグメント鏡の製作方法• TMT（Keckと同じ手法）?? m1 m

数10 m
球面研削

SMP< 0.1 mIBF

SMP: Stressed Mirror Polishing
IBF: Ion Beam Figuring• E
E-ELT（GTCと同じ手法）
ELT（GTCと同じ手法）
250 m

10 m
非球面研削

1 m
研磨

< 0.1 mIBF

セグメント鏡の製作方法• TMT（Keckと同じ手法）
?? m

1 m

数10 m
球面研削

SMP< 0.1 mIBF

SMP: Stressed Mirror Polishing
IBF: Ion Beam Figuring• EE-ELT（GTCと同じ手法）
ELT（GTCと同じ手法）
250 m

10 m
非球面研削

1 m
研磨

< 0.1 mIBF

超精密研削を用いた製作方法• 超精密研削を用いて、非球面研削での精度を1 m
以下とし、研磨時間を削減する• 縁だれを3 mm幅まで許容することでmm幅まで許容することで、IBF工程を削IBF工程を削除（TMT、E-ELTは、縁だれ幅 < 0.5 mm）< 1 m1000 m
非球面研削< 0.1 m
研磨

超精密研削に必要なもの• 研削による形状精度を10 mから<から 1 mとするとするには以下の4つが必要
1. 高精度な加工機
2. 切れ味の良い砥石
3. 加工機の特性を考慮した加工プログラム
4 治具
4.

超精密研削に必要なもの• 研削による形状精度を10 mから<から 1 mとするとするには以下の4つが必要
1. 高精度な加工機
2. 切れ味の良い砥石
3. 加工機の特性を考慮した加工プログラム
4 治具
4.

超精密研削に必要なもの• 研削による形状精度を10 mから<から 1 mとするとするには以下の4つが必要
1. 高精度な加工機
2. 切れ味の良い砥石
3. 加工機の特性を考慮した加工プログラム
4 治具
4.

超精密研削加工機
4軸同期制御可能
位置決め精度：10 nm

ワークスペース：1300 mm

TMTセグメントも加工
グ ン も加できる左右軸 真直度• 砥石軸に取り付けたレーザー変位計（Keyence砥石軸に取り付けたレ ザ 変位計（Keyence
LT-9010M）で平面原器（650mm）を測定
0.5m• 真直度～0.15m、再現性～50nm• 前後軸・上下軸もほぼ同程度
前後軸 上 軸も ぼ 程度

上下軸 ス置テップ応答• 100 nmステップ
1m• 50 nmステップ
0 5m
0.5m

超精密研削に必要なもの• 研削による形状精度を10 mから<から 1 mとするとするには以下の4つが必要
1. 高精度な加工機
2. 切れ味の良い砥石
3. 加工機の特性を考慮した加工プログラム
4 治具
4.

温度環境の変化• 0.5℃の温度差で、治具は15温度、治具
m変形変- これに自重変形、温度ムラ、研削盤との固定の影響が加わる• 変形量の予想が困難
1300 mm
治具T = 0.5 ℃

140 mm15 m

裏面形状の影響
等圧支持• 治具の平面がでたとしてもも．．．
• セグメント裏面が治具にならならってしまい、表面がしま
表面が変形• 直置きだと、三面の精密研削が必要

セグメント

治具

直置き

研削加工

等圧支持

ばね方式治具• 等圧支持をばねで実現
等 支持をばね 実現• 固定点3点+ばね支持24点（27点等荷重）

セグメント固定点

ばね

ばね固定点

ばね方式治具• 温度環境変化の影響をほとんど受けない• 裏面の影響を受けない• 加工変形シミュレーションの結果を砥石の加工軌跡に反映する必要あり
補正なし

補正あり

変形理想形状ばね方式治具• 研削抵抗により変形をシミュレーション
単位力の集中荷重をかけた時の作用点での変形量
0 m
固定点

7500点を解析
1 m

加工変形補正2• #2,400砥石で補正加工• 補正前（研削抵抗 = 6 kgf）
1 m

加工変形補正3• #2,400砥石で補正加工• 補正後（形状誤差 ~ 1 m）
1 m仕上げ研磨等高線の間隔：100 nm

等高線の間隔：100 nm-900 ~ 400 nm-300 ~ 300 nm• 大部分
大部分の領域は形状誤差
領域 形状誤 < 100 nm pp-v
• 工具径と同程度のスケールのリップル ~ 200 nm p-v

Backup Slides目標と今後の課題• 製作日数を23日から10日に短縮• SSDの評価、縁だれ・縁上がりの対策
1000 m< 1 m

< 0.1 m

非球面研削

ダミー設置

現状9日

2日

12日

計23日

目標

4日

なし

6日

計10日

加工条件・砥石の最適化

ダミーを使用しない研磨法の確立

単位除去形状・工具軌跡の最適化研磨

ダミ 硝材を使用した研磨
ダミー硝材を使用した研磨

ダミー硝材（BK7製）• 段差：5～8 m
セグメント鏡（クリアセラム製）（ダミ が低い）（ダミーが低い）• 隙間：～0.5 mm• 支持剛性：0.3支持剛性 0 3 m/kgf/ f

超精密研削に必要なもの• 研削による形状精度を10 mから<から 1 mとするとするには以下の4つが必要
1. 高精度な加工機
2. 切れ味の良い砥石
3. 加工機の特性を考慮した加工プログラム
4 治具
4.

砥石の軌跡• 4つの軌跡が考えられる
4 の軌跡が考えられる

砥石の軌跡• 4つの軌跡が考えられる
4 の軌跡が考えられる• 不安定な前後軸を使用しない
左右送りロータリー研削を採用

砥石の軌跡• 渦巻き方式

非球面量- 加工半径を徐々に小さくする- 左右軸を単調減少- 1回転で上下軸を微動
1回転 上下軸を微動- 加工高さを徐々に低くする- 上下軸を単調減少- 1回転で左右軸を微動

100 mm• 等高線方式
100 mm

(mm)
+0.05
+0.04
+0 03
+0.03
+0.02
+0.01
0.00
-0.01
0 01
-0.02
-0.03
-0.04

砥石の軌跡• 渦巻き方式

渦巻き方式- 1回転で上下軸を微動
1回転• 等高線方式- 1回転で左右軸を微動
テーブル回転中心

等高線方式

1回転