JP3144752B2 - ダイヤモンド膜の研磨方法 - Google Patents
ダイヤモンド膜の研磨方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド膜の研磨
法に関し、特に、光学素子および光学素子成形用型など
の、あらゆる形状の基材上に成膜されたダイヤモンド膜
を研磨する際、高度な形状精度を保ち、かつ、表面の平
滑化を、光学的に満足する範囲で達成するようにしたダ
イヤモンド膜の研磨方法に関する。
法に関し、特に、光学素子および光学素子成形用型など
の、あらゆる形状の基材上に成膜されたダイヤモンド膜
を研磨する際、高度な形状精度を保ち、かつ、表面の平
滑化を、光学的に満足する範囲で達成するようにしたダ
イヤモンド膜の研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のダイヤモンド膜の研磨方法には、
鋳鉄板を用いるスカイフ法や、非酸化性雰囲気中、また
は、活性酸素もしくは水素の雰囲気中で加熱した鉄系金
属板にダイヤモンドを摺り合わせる方法、または、粉末
状の流動性金属にダイヤモンドを摺り合わせる方法など
が採用されている。
鋳鉄板を用いるスカイフ法や、非酸化性雰囲気中、また
は、活性酸素もしくは水素の雰囲気中で加熱した鉄系金
属板にダイヤモンドを摺り合わせる方法、または、粉末
状の流動性金属にダイヤモンドを摺り合わせる方法など
が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、こ
れらの技術では、ダイヤモンド膜の表面の凹凸を平滑に
することはできるものの、その形状精度に関しては、平
面研磨面について辛うじて確保できる程度であり、高精
度な非球面、球面、トーリック面などを創成することは
不可能であった。
れらの技術では、ダイヤモンド膜の表面の凹凸を平滑に
することはできるものの、その形状精度に関しては、平
面研磨面について辛うじて確保できる程度であり、高精
度な非球面、球面、トーリック面などを創成することは
不可能であった。
【０００４】本発明者は、金属とダイヤモンドとの化学
反応が、温度により大きく異なることに着目した。即
ち、高温下における金属とダイヤモンドとの化学反応に
よる平滑化加工では、温度、加工圧力、摺動速度、金属
材質、雰囲気の加工因子の中で、温度の影響が最も大き
く、温度を変化させることによるダイヤモンドの除去量
の変化が他の因子を変えるよりも重大な影響を与えるこ
とに着目したのである。
反応が、温度により大きく異なることに着目した。即
ち、高温下における金属とダイヤモンドとの化学反応に
よる平滑化加工では、温度、加工圧力、摺動速度、金属
材質、雰囲気の加工因子の中で、温度の影響が最も大き
く、温度を変化させることによるダイヤモンドの除去量
の変化が他の因子を変えるよりも重大な影響を与えるこ
とに着目したのである。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、上記事情に基づいてなされた
もので、加工中に温度を積極的に変えることでダイヤモ
ンドの除去量を制御することで、また、加工部分、即
ち、金属とダイヤモンドとの接触部分を小さくして、そ
の部分を移動させ、また、その部分の温度を変化させな
がら、両者を摺動させることにより、ダイヤモンド平滑
面を高精度の所望形状にすることができるダイヤモンド
膜の研磨方法を提供しようとするものである。
もので、加工中に温度を積極的に変えることでダイヤモ
ンドの除去量を制御することで、また、加工部分、即
ち、金属とダイヤモンドとの接触部分を小さくして、そ
の部分を移動させ、また、その部分の温度を変化させな
がら、両者を摺動させることにより、ダイヤモンド平滑
面を高精度の所望形状にすることができるダイヤモンド
膜の研磨方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
高温において金属との化学反応により、研磨対象である
ダイヤモンドの球面、非球面あるいはトーリック面を平
滑化するダイヤモンド膜の研磨方法において、ダイヤモ
ンドの前記球面、非球面あるいはトーリック面の総加工
面積より小さい接触部分にて、金属とダイヤモンドと
の、前記球面、非球面あるいはトーリック面における前
記接触部分の温度を、７００℃〜１０００℃の範囲で連
続的に変化させ、かつ、前記接触部分の、ダイヤモンド
上の作用時間を、前記接触部分のダイヤモンド上の位置
に応じて連続的に変化させながら、両者を相対的に摺動
させて研磨するのである。
高温において金属との化学反応により、研磨対象である
ダイヤモンドの球面、非球面あるいはトーリック面を平
滑化するダイヤモンド膜の研磨方法において、ダイヤモ
ンドの前記球面、非球面あるいはトーリック面の総加工
面積より小さい接触部分にて、金属とダイヤモンドと
の、前記球面、非球面あるいはトーリック面における前
記接触部分の温度を、７００℃〜１０００℃の範囲で連
続的に変化させ、かつ、前記接触部分の、ダイヤモンド
上の作用時間を、前記接触部分のダイヤモンド上の位置
に応じて連続的に変化させながら、両者を相対的に摺動
させて研磨するのである。
【０００７】この場合、前記接触部分（加工ポイント）
の温度を制御するための加熱手段と冷却手段とを用いる
のが、本発明の実施の形態として好ましい。
の温度を制御するための加熱手段と冷却手段とを用いる
のが、本発明の実施の形態として好ましい。
【０００８】
（実施例１）次に、本発明を図面を参照しながら具体的
に説明する。特に、この実施例１では、本発明の研磨方
法をＣＶＤダイヤモンド膜の平坦化加工に適用した場合
について説明する。ここでは、図１２のフローチャート
に示す温度（加熱、冷却）、作用時間（送り速度、各軸
の回転数）、加工位置などの正確な制御を、集中制御シ
ステムを用いて行う。
に説明する。特に、この実施例１では、本発明の研磨方
法をＣＶＤダイヤモンド膜の平坦化加工に適用した場合
について説明する。ここでは、図１２のフローチャート
に示す温度（加熱、冷却）、作用時間（送り速度、各軸
の回転数）、加工位置などの正確な制御を、集中制御シ
ステムを用いて行う。
【０００９】ここでの各加工因子とダイヤモンド膜除去
量との関係は、以下の通りである。即ち、図７に示すよ
うな、平面が円盤形状のＳｉＣ基材１１上に、マイクロ
波プラズマＣＶＤ法により、ダイヤモンド膜１２を、例
えば、膜厚＝７μｍに形成し、このサンプルを回転台上
に載せる。更に、回転可能な球形状の金属（Ｆｅ、Ｎ
ｉ）製工具を、任意の圧力、例えば、全圧１００ｇで、
ダイヤモンド膜に接触させて、任意の速度、例えば、２
０ｍｍ／秒で摺動できるように設定する。また、金属と
ダイヤモンドとの接触部分を、任意の温度範囲、例え
ば、７５０℃〜９００℃に調節、設定できるようによう
に、加熱手段（ヒーター）を配置するとともに、加工系
全体を真空または不活性ガス雰囲気にて操作できるよう
に、チャンバーで覆っている。
量との関係は、以下の通りである。即ち、図７に示すよ
うな、平面が円盤形状のＳｉＣ基材１１上に、マイクロ
波プラズマＣＶＤ法により、ダイヤモンド膜１２を、例
えば、膜厚＝７μｍに形成し、このサンプルを回転台上
に載せる。更に、回転可能な球形状の金属（Ｆｅ、Ｎ
ｉ）製工具を、任意の圧力、例えば、全圧１００ｇで、
ダイヤモンド膜に接触させて、任意の速度、例えば、２
０ｍｍ／秒で摺動できるように設定する。また、金属と
ダイヤモンドとの接触部分を、任意の温度範囲、例え
ば、７５０℃〜９００℃に調節、設定できるようによう
に、加熱手段（ヒーター）を配置するとともに、加工系
全体を真空または不活性ガス雰囲気にて操作できるよう
に、チャンバーで覆っている。
【００１０】この装置を用いて、加工温度、加工圧力、
摺動速度、工具材質を、それぞれ、変化させた時のダイ
ヤの除去量の変化を求める実験を行った。その実験条件
は、表１に示す。
摺動速度、工具材質を、それぞれ、変化させた時のダイ
ヤの除去量の変化を求める実験を行った。その実験条件
は、表１に示す。
【００１１】
【表１】 この実験方法では、図２に示すように、ダイヤモンド膜
のサンプルの回転中心から１０ｍｍだけ離れたポイント
に、前記金属製工具を、その回転中心がダイヤモンド膜
のサンプルの回転の接線上で、かつ、加工面に対して、
高さ方向に３０°に設定した角度で、接触させ、偏摩耗
防止のため、３ｒｐｍで回転させた。また、上記のＮ
ｏ．１〜Ｎｏ．４の実験の共通条件として、加工時間を
２０分、加工雰囲気をＮ2 、酸素濃度を１．６ｐｐｍ以
下とした。そして、ダイヤモンド膜上に残された工具の
加工跡の形状を測定して、ダイヤモンド膜の除去の深さ
を求めた。本実験の結果を図３、４、５にそれぞれ示
す。これらの結果より、ダイヤモンドの熱化学反応によ
る加工には、温度の影響が最も大きいことが確認され
た。
のサンプルの回転中心から１０ｍｍだけ離れたポイント
に、前記金属製工具を、その回転中心がダイヤモンド膜
のサンプルの回転の接線上で、かつ、加工面に対して、
高さ方向に３０°に設定した角度で、接触させ、偏摩耗
防止のため、３ｒｐｍで回転させた。また、上記のＮ
ｏ．１〜Ｎｏ．４の実験の共通条件として、加工時間を
２０分、加工雰囲気をＮ2 、酸素濃度を１．６ｐｐｍ以
下とした。そして、ダイヤモンド膜上に残された工具の
加工跡の形状を測定して、ダイヤモンド膜の除去の深さ
を求めた。本実験の結果を図３、４、５にそれぞれ示
す。これらの結果より、ダイヤモンドの熱化学反応によ
る加工には、温度の影響が最も大きいことが確認され
た。
【００１２】次に、球面形状のダイヤモンド膜の表面平
坦化加工について述べる。ここでは、図６に示すよう
な、凹球面形状である成形面を持った光学素子成形用型
母材６１におけるＣＶＤダイヤ膜６２の温度を変化させ
て、熱化学反応による加工を行うのである。型母材の形
状は、曲率半径Ｒ＝４０ｍｍの凹面、口径＝２０ｍｍ
で、その材質は超硬合金である。そして、球面部分に、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、ダイヤモンド膜を
被覆した。この膜厚は、成膜の効率、および、膜の内部
応力の増加による、超硬合金型母材との密着力の低下な
どを考慮して、５０μｍ以下が良いと考えられるが、更
に、好ましい値として、１０μｍ以下を選択した。ここ
で選択した型の膜厚は、中心部が４μｍ、周辺部が７μ
ｍで、不均一な厚さになっている。
坦化加工について述べる。ここでは、図６に示すよう
な、凹球面形状である成形面を持った光学素子成形用型
母材６１におけるＣＶＤダイヤ膜６２の温度を変化させ
て、熱化学反応による加工を行うのである。型母材の形
状は、曲率半径Ｒ＝４０ｍｍの凹面、口径＝２０ｍｍ
で、その材質は超硬合金である。そして、球面部分に、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、ダイヤモンド膜を
被覆した。この膜厚は、成膜の効率、および、膜の内部
応力の増加による、超硬合金型母材との密着力の低下な
どを考慮して、５０μｍ以下が良いと考えられるが、更
に、好ましい値として、１０μｍ以下を選択した。ここ
で選択した型の膜厚は、中心部が４μｍ、周辺部が７μ
ｍで、不均一な厚さになっている。
【００１３】この型母材を図１に示す加工装置に組み込
み、１μｍの均一な厚さに加工するには、先ず、図１に
おいて、回転軸７１を回転機構２１に、回転軸７４を歯
車機構２５を介して回転機構２４に接続し、更に、回転
軸７４を移動機構２３に接続しておいて、回転軸７１に
型母材７２を取り付ける。
み、１μｍの均一な厚さに加工するには、先ず、図１に
おいて、回転軸７１を回転機構２１に、回転軸７４を歯
車機構２５を介して回転機構２４に接続し、更に、回転
軸７４を移動機構２３に接続しておいて、回転軸７１に
型母材７２を取り付ける。
【００１４】そして、直径＝５ｍｍの金属製加工具７３
を、移動可能な回転軸７４の先端に取り付け、工具の接
触部分を、任意の一定加圧力、例えば、全圧１００ｇを
保った状態で、集中制御装置（図示せず）により制御す
ることで、移動機構２３を稼働し、所望の速度で、型７
２のダイヤモンド面上で移動するのである。
を、移動可能な回転軸７４の先端に取り付け、工具の接
触部分を、任意の一定加圧力、例えば、全圧１００ｇを
保った状態で、集中制御装置（図示せず）により制御す
ることで、移動機構２３を稼働し、所望の速度で、型７
２のダイヤモンド面上で移動するのである。
【００１５】この場合、加工部分（接触部分）は、ヒー
ター７５により、任意の温度、例えば８５０℃に制御さ
れる。そして、前記集中制御装置により、加工温度、圧
力、各部分の作用時間、摺動速度が所望の値に制御され
る。これらの加工系全体は、チャンバー７６の中にあ
り、酸素濃度が１．６ｐｐｍ以下の真空および不活性ガ
ス雰囲気において制御される。
ター７５により、任意の温度、例えば８５０℃に制御さ
れる。そして、前記集中制御装置により、加工温度、圧
力、各部分の作用時間、摺動速度が所望の値に制御され
る。これらの加工系全体は、チャンバー７６の中にあ
り、酸素濃度が１．６ｐｐｍ以下の真空および不活性ガ
ス雰囲気において制御される。
【００１６】今回は、３×１０-3Ｔｏｒｒの真空雰囲気
で、加工工具に純鉄を用い、回転軸７１および７４を回
転させ、加工部分の摺動速度が２０ｍｍ／秒になるよう
に制御した。また、接触圧力を１００ｇに保った状態
で、型母材の中心から周辺に向って各部分での作用時間
が一定になるような速度で、加工ポイントを移動した。
そして、加工ポイントが中心部分から周辺部分にかけ
て、加工部分の温度を８５０℃から９００℃に連続的に
変化させた。
で、加工工具に純鉄を用い、回転軸７１および７４を回
転させ、加工部分の摺動速度が２０ｍｍ／秒になるよう
に制御した。また、接触圧力を１００ｇに保った状態
で、型母材の中心から周辺に向って各部分での作用時間
が一定になるような速度で、加工ポイントを移動した。
そして、加工ポイントが中心部分から周辺部分にかけ
て、加工部分の温度を８５０℃から９００℃に連続的に
変化させた。
【００１７】この時のダイヤモンド膜の除去の深さは、
中心部分で３μｍ、周辺部分では６μｍであり、不均一
な膜厚で形成されていたダイヤ膜が、本実験の加工によ
り、図８に示すように、球面全体に１μｍの均一な厚さ
のダイヤ膜２へと研磨できた。加工後のダイヤモンド膜
の表面粗さは、中心近傍でＲMAX ＝２０ｎｍ以下、周辺
近傍でＲMAX ＝５０ｎｍ、面形状はニュートン：Ｎ＝±
０．５本以下であった。 ここで、前記加工後のダイヤ
モンド膜の周辺近傍の表面粗さが良くない理由として、
高温下では、雰囲気中に微量に含まれる酸素、その他の
ガスにより、ダイヤモンド表面が僅かに侵食されるため
と考えられる。この周辺近傍部分に、８５０℃、摺動速
度２０ｍｍ／秒の加工を約２０分間したところ、周辺近
傍の表面粗さがＲMAX ＝２０ｎｍ以下に改善されて、面
形状はニュートン：Ｎ＝±０．５本以下であった。ここ
で、表面粗さＲMAX ＝２０ｎｍ以下の型で成形された光
学素子は、表面の曇り欠陥や、成形時の融着欠陥も無
く、十分に実用に耐えるので、光学素子成形用型の表面
粗さとして十分満足である。また、本実験の総加工時間
は、約１５時間であった。 （比較例）前記実験例と同様の条件で、加工時の温度を
一定の８５０℃に保持して、球面形状のダイヤモンド膜
の研磨加工を行ったところ、表面粗さは、中心近傍、周
辺近傍ともに、ＲMAX ＝２０ｎｍ以下であったが、面形
状は周辺部分でニュートンＮ＝約１０本のクセを持って
いた。これは、加工時の温度を一定にしたため、ダイヤ
モンド膜の除去の厚さが、中心部と周辺部とで、同一の
３μｍになり、成膜後のダイヤモンド膜厚の不均一な状
態が改善されず、中心と周辺との膜厚差３μｍが、その
まま残留したことによる。なお、図９で、符号９２は、
不均一な厚みに研磨されたダイヤモンド膜である。 （実施例２）ここでは、図１０に示すような非球面形状
の母材上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により形成さ
れたダイヤモンド膜を研磨する際、その温度を変化させ
る熱化学反応加工によって、平坦化が達成される。本実
験で用いた型母材の形状は、略凹面、中心から口径＝１
０ｍｍまでの曲率半径がＲ＝２０ｍｍ、口径１０ｍｍか
ら口径２０ｍｍまでの領域が非球面形状である。
中心部分で３μｍ、周辺部分では６μｍであり、不均一
な膜厚で形成されていたダイヤ膜が、本実験の加工によ
り、図８に示すように、球面全体に１μｍの均一な厚さ
のダイヤ膜２へと研磨できた。加工後のダイヤモンド膜
の表面粗さは、中心近傍でＲMAX ＝２０ｎｍ以下、周辺
近傍でＲMAX ＝５０ｎｍ、面形状はニュートン：Ｎ＝±
０．５本以下であった。 ここで、前記加工後のダイヤ
モンド膜の周辺近傍の表面粗さが良くない理由として、
高温下では、雰囲気中に微量に含まれる酸素、その他の
ガスにより、ダイヤモンド表面が僅かに侵食されるため
と考えられる。この周辺近傍部分に、８５０℃、摺動速
度２０ｍｍ／秒の加工を約２０分間したところ、周辺近
傍の表面粗さがＲMAX ＝２０ｎｍ以下に改善されて、面
形状はニュートン：Ｎ＝±０．５本以下であった。ここ
で、表面粗さＲMAX ＝２０ｎｍ以下の型で成形された光
学素子は、表面の曇り欠陥や、成形時の融着欠陥も無
く、十分に実用に耐えるので、光学素子成形用型の表面
粗さとして十分満足である。また、本実験の総加工時間
は、約１５時間であった。 （比較例）前記実験例と同様の条件で、加工時の温度を
一定の８５０℃に保持して、球面形状のダイヤモンド膜
の研磨加工を行ったところ、表面粗さは、中心近傍、周
辺近傍ともに、ＲMAX ＝２０ｎｍ以下であったが、面形
状は周辺部分でニュートンＮ＝約１０本のクセを持って
いた。これは、加工時の温度を一定にしたため、ダイヤ
モンド膜の除去の厚さが、中心部と周辺部とで、同一の
３μｍになり、成膜後のダイヤモンド膜厚の不均一な状
態が改善されず、中心と周辺との膜厚差３μｍが、その
まま残留したことによる。なお、図９で、符号９２は、
不均一な厚みに研磨されたダイヤモンド膜である。 （実施例２）ここでは、図１０に示すような非球面形状
の母材上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により形成さ
れたダイヤモンド膜を研磨する際、その温度を変化させ
る熱化学反応加工によって、平坦化が達成される。本実
験で用いた型母材の形状は、略凹面、中心から口径＝１
０ｍｍまでの曲率半径がＲ＝２０ｍｍ、口径１０ｍｍか
ら口径２０ｍｍまでの領域が非球面形状である。
【００１８】この型母材上に形成したダイヤモンド膜の
形状を、非球面形状測定器で計測したところ、周辺部は
中心部より約２μｍ厚く形成されており、中心で約５μ
ｍ、周辺で約７μｍであった。そこで、前記実施例と同
様の装置を用いて、次に示す条件で、第１次の加工を行
った。
形状を、非球面形状測定器で計測したところ、周辺部は
中心部より約２μｍ厚く形成されており、中心で約５μ
ｍ、周辺で約７μｍであった。そこで、前記実施例と同
様の装置を用いて、次に示す条件で、第１次の加工を行
った。
【００１９】即ち、加工雰囲気を３×１０-3Ｔｏｒｒの
真空にして、加工工具に純鉄を用い、回転軸７１および
７４を回転させ、加工部分の摺動速度が２０ｍｍ／秒に
なるように制御した。また、接触圧力を１００ｇに保っ
た状態で型母材の中心から周辺に向って、各部分での滞
留時間が一定になるような速度で、加工ポイントを移動
した。そして、加工ポイントが中心部分から周辺部分に
かけて、加工部分の温度を８５０℃から８７０℃に連続
的に変化させた。
真空にして、加工工具に純鉄を用い、回転軸７１および
７４を回転させ、加工部分の摺動速度が２０ｍｍ／秒に
なるように制御した。また、接触圧力を１００ｇに保っ
た状態で型母材の中心から周辺に向って、各部分での滞
留時間が一定になるような速度で、加工ポイントを移動
した。そして、加工ポイントが中心部分から周辺部分に
かけて、加工部分の温度を８５０℃から８７０℃に連続
的に変化させた。
【００２０】この時のダイヤモンド膜の除去の深さは、
中心部分で約３μｍ、周辺部分では約５μｍであり、加
工後の面形状は、図１１に示すように、所望形状に対し
て、口径１０ｍｍから２０ｍｍの間で、連続的に０〜
１．５μｍ程、オーバーしていた（口径１５ｍｍの部分
で１．５μｍオーバー）。また、ここまでの加工時間は
約１２時間であった。
中心部分で約３μｍ、周辺部分では約５μｍであり、加
工後の面形状は、図１１に示すように、所望形状に対し
て、口径１０ｍｍから２０ｍｍの間で、連続的に０〜
１．５μｍ程、オーバーしていた（口径１５ｍｍの部分
で１．５μｍオーバー）。また、ここまでの加工時間は
約１２時間であった。
【００２１】次に、前記オーバー部分の修正方法につい
て述べる。このサンプルを、前記加工装置で、口径１０
ｍｍから２０ｍｍの部分にかけて、前記実施例と同様の
形状の純鉄製加工具を、その摺動速度が２０ｍｍ／秒に
なるように制御しながら、各部分の作用時間を同一にす
るような移動を行う。なお、この際の加工圧力は、一定
の１００ｇである。更に、加工部分の形状に対応して、
加工温度を変化させた。つまり、除去の必要ない口径１
０ｍｍと２０ｍｍの部分は７００℃であり、１．５μｍ
の除去が必要な口径１５ｍｍの部分は８３０℃になるよ
うに、連続的に変化させたのである。
て述べる。このサンプルを、前記加工装置で、口径１０
ｍｍから２０ｍｍの部分にかけて、前記実施例と同様の
形状の純鉄製加工具を、その摺動速度が２０ｍｍ／秒に
なるように制御しながら、各部分の作用時間を同一にす
るような移動を行う。なお、この際の加工圧力は、一定
の１００ｇである。更に、加工部分の形状に対応して、
加工温度を変化させた。つまり、除去の必要ない口径１
０ｍｍと２０ｍｍの部分は７００℃であり、１．５μｍ
の除去が必要な口径１５ｍｍの部分は８３０℃になるよ
うに、連続的に変化させたのである。
【００２２】また、この際に温度の微妙な制御を可能に
するため、図１において符号７７にて示すパイプから、
流量制御装置（図示せず）で制御された窒素ガスを、加
工部分に導入した。この修正加工に要した時間は約３時
間であった。
するため、図１において符号７７にて示すパイプから、
流量制御装置（図示せず）で制御された窒素ガスを、加
工部分に導入した。この修正加工に要した時間は約３時
間であった。
【００２３】加工後の表面粗さは、中心近傍、周辺近傍
ともに、ＲMAX ＝２０ｎｍ以下であった。また、非球面
形状は、所望形状からのずれが０．１μｍ以下であっ
た。 （実施例３）次に、図１３に示すような凸球面形状の光
学素子成形用の型母材１３１を用い、その上のＣＶＤダ
イヤモンド膜１３２の温度を変化させるながらの熱化学
反応によって加工する場合を説明する。型母材形状は、
曲率半径Ｒ＝４０ｍｍの凸面、口径２０ｍｍで、材質は
超硬合金である。そして、球面部分にマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を被覆した。膜厚は、
実施例１と同様の理由で、１０μｍ以下のものを選択し
た。ここで選択した型の膜厚は、中心部が７μｍ、周辺
部が４μｍで、不均一な厚さになっている。
ともに、ＲMAX ＝２０ｎｍ以下であった。また、非球面
形状は、所望形状からのずれが０．１μｍ以下であっ
た。 （実施例３）次に、図１３に示すような凸球面形状の光
学素子成形用の型母材１３１を用い、その上のＣＶＤダ
イヤモンド膜１３２の温度を変化させるながらの熱化学
反応によって加工する場合を説明する。型母材形状は、
曲率半径Ｒ＝４０ｍｍの凸面、口径２０ｍｍで、材質は
超硬合金である。そして、球面部分にマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を被覆した。膜厚は、
実施例１と同様の理由で、１０μｍ以下のものを選択し
た。ここで選択した型の膜厚は、中心部が７μｍ、周辺
部が４μｍで、不均一な厚さになっている。
【００２４】この型母材を図１に示す加工装置に組み込
み、１μｍの均一な厚さに加工する方法を以下に述べ
る。加工条件は実施例１と同様であり、３×１０-3Ｔｏ
ｒｒの真空雰囲気で、加工具に純鉄を用い、回転軸７１
および７４を回転させ、加工部分の摺動速度が２０ｍｍ
／秒になるように制御した。また、接触圧力を１００ｇ
に保った状態で、型母材の中心から周辺に向って、各部
分での作用時間が一定になるような速度で、加工ポイン
トを移動した。
み、１μｍの均一な厚さに加工する方法を以下に述べ
る。加工条件は実施例１と同様であり、３×１０-3Ｔｏ
ｒｒの真空雰囲気で、加工具に純鉄を用い、回転軸７１
および７４を回転させ、加工部分の摺動速度が２０ｍｍ
／秒になるように制御した。また、接触圧力を１００ｇ
に保った状態で、型母材の中心から周辺に向って、各部
分での作用時間が一定になるような速度で、加工ポイン
トを移動した。
【００２５】今回は、ダイヤモンド膜厚が周辺部より中
心部の方が厚いので、加工ポイントが中心部分から周辺
部分にかけて温度が下がるように、９００℃から８５０
℃に連続的に変化させた。この時のダイヤモンド膜の除
去の深さは、中心部分で６μｍ、周辺部分では３μｍで
あり、不均一な膜厚で形成されていたダイヤモンド膜
が、本実験の加工により、図１４に示すように球面全体
に１μｍの均一な厚さのダイヤモンド膜１４２に研磨で
きた。
心部の方が厚いので、加工ポイントが中心部分から周辺
部分にかけて温度が下がるように、９００℃から８５０
℃に連続的に変化させた。この時のダイヤモンド膜の除
去の深さは、中心部分で６μｍ、周辺部分では３μｍで
あり、不均一な膜厚で形成されていたダイヤモンド膜
が、本実験の加工により、図１４に示すように球面全体
に１μｍの均一な厚さのダイヤモンド膜１４２に研磨で
きた。
【００２６】加工後のダイヤモンド膜の表面粗さは、中
心近傍でＲMAX ＝５０ｎｍ以下、周辺近傍でＲMAX ＝２
０ｎｍ以下、面形状はニュートン：Ｎ＝±０．５本以下
であった。ここで、中心近傍の表面粗さの良くない部分
に、８５０℃、摺動速度２０ｍｍ／秒の加工を約２０分
間したところ、実施例１と同様な理由により、中心近傍
の表面粗さは、ＲMAX ＝２０ｎｍ以下に改善されて、面
形状はニュートン：Ｎ＝±０．５本以下であった。ま
た、本実験の総加工時間は約１５時間であった。 （実施例４）次に、実施例３と同一形状のサンプル（図
１３参照）のＣＶＤダイヤモンド膜１３２の各部分での
作用時間を変化させた、熱化学反応による加工例を述べ
る。この型母材を図１に示す加工装置に組み込み、１μ
ｍの均一な厚さに加工する際の加工条件は、実施例１と
ほぼ同様で、３×１０-3Ｔｏｒｒの真空雰囲気で、加工
具に直径５ｍｍの純鉄を用い、回転軸７１および７４を
回転させ、加工部分の摺動速度が２０ｍｍ／秒になるよ
うに制御し、また、接触圧力を１００ｇに保った状態で
型母材の中心から周辺に向って、各加工部分の温度を一
定の８５０℃に保った状態で、加工ポイントを移動し
た。
心近傍でＲMAX ＝５０ｎｍ以下、周辺近傍でＲMAX ＝２
０ｎｍ以下、面形状はニュートン：Ｎ＝±０．５本以下
であった。ここで、中心近傍の表面粗さの良くない部分
に、８５０℃、摺動速度２０ｍｍ／秒の加工を約２０分
間したところ、実施例１と同様な理由により、中心近傍
の表面粗さは、ＲMAX ＝２０ｎｍ以下に改善されて、面
形状はニュートン：Ｎ＝±０．５本以下であった。ま
た、本実験の総加工時間は約１５時間であった。 （実施例４）次に、実施例３と同一形状のサンプル（図
１３参照）のＣＶＤダイヤモンド膜１３２の各部分での
作用時間を変化させた、熱化学反応による加工例を述べ
る。この型母材を図１に示す加工装置に組み込み、１μ
ｍの均一な厚さに加工する際の加工条件は、実施例１と
ほぼ同様で、３×１０-3Ｔｏｒｒの真空雰囲気で、加工
具に直径５ｍｍの純鉄を用い、回転軸７１および７４を
回転させ、加工部分の摺動速度が２０ｍｍ／秒になるよ
うに制御し、また、接触圧力を１００ｇに保った状態で
型母材の中心から周辺に向って、各加工部分の温度を一
定の８５０℃に保った状態で、加工ポイントを移動し
た。
【００２７】今回のサンプルでは、ダイヤモンド膜が、
周辺部（４μｍ）より中心部（７μｍ）の方が厚いの
で、加工ポイントの作用時間を、中心部分が周辺部分の
２倍になるように、具体的には、ダイヤモンド膜上のあ
る１ポイントが、周辺部分では工具下の加工点を、約３
８０回、また、中心部分では約７６０回、通過するよう
に制御して、中心部分から周辺部分にかけて、連続的に
作用時間を減少するように加工した。
周辺部（４μｍ）より中心部（７μｍ）の方が厚いの
で、加工ポイントの作用時間を、中心部分が周辺部分の
２倍になるように、具体的には、ダイヤモンド膜上のあ
る１ポイントが、周辺部分では工具下の加工点を、約３
８０回、また、中心部分では約７６０回、通過するよう
に制御して、中心部分から周辺部分にかけて、連続的に
作用時間を減少するように加工した。
【００２８】この時のダイヤモンド膜の除去の深さは、
中心部分で６μｍ、周辺部分では３μｍであり、不均一
な膜厚で形成されていたダイヤ膜が、本実験の加工によ
り、図１４に示すように、球面全体に１μｍの均一な厚
さのダイヤモンド膜１４２に研磨できた。加工後のダイ
ヤモンド膜の表面粗さは、中心近傍、周辺近傍ともに、
ＲMAX ＝２０ｎｍ以下、面形状はニュートン：Ｎ＝±
０．５本以下であった。なお、本実験の総加工時間は約
２３時間であった。
中心部分で６μｍ、周辺部分では３μｍであり、不均一
な膜厚で形成されていたダイヤ膜が、本実験の加工によ
り、図１４に示すように、球面全体に１μｍの均一な厚
さのダイヤモンド膜１４２に研磨できた。加工後のダイ
ヤモンド膜の表面粗さは、中心近傍、周辺近傍ともに、
ＲMAX ＝２０ｎｍ以下、面形状はニュートン：Ｎ＝±
０．５本以下であった。なお、本実験の総加工時間は約
２３時間であった。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、ＣＶＤ
ダイヤ膜の熱化学反応を利用して、研磨加工の際に、温
度もしくは作用時間を連続的に変化させ、更には、総加
工面積よりも金属との接触面積を小さくすることによっ
て、表面粗さ、形状精度ともに光学的要求精度を満足す
るダイヤモンド膜の研磨を可能にしたのである。
ダイヤ膜の熱化学反応を利用して、研磨加工の際に、温
度もしくは作用時間を連続的に変化させ、更には、総加
工面積よりも金属との接触面積を小さくすることによっ
て、表面粗さ、形状精度ともに光学的要求精度を満足す
るダイヤモンド膜の研磨を可能にしたのである。
【図１】本発明のダイヤモンド膜の研磨方法を実行する
装置の一例を示す概略構成図である。
装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】加工実験における工具とダイヤ膜との位置関係
を示す平面および側面の模式図である。
を示す平面および側面の模式図である。
【図３】加工温度、工具材質と加工深さの関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図４】加工圧力と加工深さの関係を示すグラフであ
る。
る。
【図５】摺動速度と加工深さの関係を示す実験より得ら
れたグラフである。
れたグラフである。
【図６】光学素子成形用型材の模式図である。
【図７】本発明に係る実験用サンプルの模式図である。
【図８】光学素子成形用型材の模式図である。
【図９】光学素子成形用型材の模式図である。
【図１０】光学素子成形用型材の模式図である。
【図１１】実施例２における第１次加工後のダイヤモン
ド膜のサンプルの断面形状を示す概略側断面図である。
ド膜のサンプルの断面形状を示す概略側断面図である。
【図１２】集中制御システムの概略構成図である。
【図１３】光学素子成形用型材の模式図である。
【図１４】光学素子成形用型材の模式図である。
１１ 基材 １２ ＣＶＤダイヤモンド膜 ２１、２４ 回転機構 ２３ 移動機構 ６１、８１、９１、１０１、１３１、１４１ 型母材 ６２、８２、９２、１０２、１３２、１４２ ＣＶＤ
ダイヤモンド膜 ７１ ワーク回転軸 ７２ 被加工サンプル ７３ 金属製加工具 ７４ 工具回転軸 ７５ 加工部分加熱手段（ヒーター） ７６ チャンバー ７７ 温度調整用ガス導入パイプ １１１ 型母材 １１２、１１３ ダイヤモンド膜 １１４ 所望形状 １１５ １０ｍｍ部分 １１６ １５ｍｍ部分 １１７ ２０ｍｍ部分 １１８ 所望形状からのずれ量
ダイヤモンド膜 ７１ ワーク回転軸 ７２ 被加工サンプル ７３ 金属製加工具 ７４ 工具回転軸 ７５ 加工部分加熱手段（ヒーター） ７６ チャンバー ７７ 温度調整用ガス導入パイプ １１１ 型母材 １１２、１１３ ダイヤモンド膜 １１４ 所望形状 １１５ １０ｍｍ部分 １１６ １５ｍｍ部分 １１７ ２０ｍｍ部分 １１８ 所望形状からのずれ量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24B 1/00,13/00 C30B 29/04,33/00
Claims (2)
- 【請求項１】 高温において金属との化学反応により、
研磨対象であるダイヤモンドの球面、非球面あるいはト
ーリック面を平滑化するダイヤモンド膜の研磨方法にお
いて、ダイヤモンドの前記球面、非球面あるいはトーリ
ック面の総加工面積より小さい接触部分にて、金属とダ
イヤモンドとの、前記球面、非球面あるいはトーリック
面における前記接触部分の温度を、７００℃〜１０００
℃の範囲で連続的に変化させ、かつ、前記接触部分の、
ダイヤモンド上の作用時間を、前記接触部分のダイヤモ
ンド上の位置に応じて連続的に変化させながら、両者を
相対的に摺動させて研磨することを特徴とするダイヤモ
ンド膜の研磨方法。 - 【請求項２】 前記接触部分の温度を制御するための加
熱手段と冷却手段とを用いることを特徴とする請求項１
に記載のダイヤモンド膜の研磨方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10938994A JP3144752B2 (ja) | 1994-05-24 | 1994-05-24 | ダイヤモンド膜の研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10938994A JP3144752B2 (ja) | 1994-05-24 | 1994-05-24 | ダイヤモンド膜の研磨方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07314299A JPH07314299A (ja) | 1995-12-05 |
| JP3144752B2 true JP3144752B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=14509004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10938994A Expired - Fee Related JP3144752B2 (ja) | 1994-05-24 | 1994-05-24 | ダイヤモンド膜の研磨方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3144752B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102785145A (zh) * | 2012-08-16 | 2012-11-21 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于控制腐蚀的气囊式研抛装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007075919A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Pentax Corp | 滞留時間制御型研磨機における滞留時間の調整方法 |
| JP5817116B2 (ja) | 2010-02-03 | 2015-11-18 | 東洋製罐株式会社 | ダイヤモンド表面の研磨方法 |
| CN103282157B (zh) * | 2010-12-28 | 2016-05-18 | 东洋制罐集团控股株式会社 | 金刚石表面的研磨方法 |
| FR2987771B1 (fr) * | 2012-03-07 | 2014-04-25 | Essilor Int | Procede de polissage d'une surface optique au moyen d'un outil de polissage |
| JP6004204B2 (ja) * | 2014-09-12 | 2016-10-05 | 伊藤 幸男 | 三次元ワークの手磨き研削研磨盤と研削研磨方法 |
-
1994
- 1994-05-24 JP JP10938994A patent/JP3144752B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102785145A (zh) * | 2012-08-16 | 2012-11-21 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于控制腐蚀的气囊式研抛装置 |
| CN102785145B (zh) * | 2012-08-16 | 2015-07-29 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于控制腐蚀的气囊式研抛装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07314299A (ja) | 1995-12-05 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |