単結晶シリコン製大口径赤外線非球面レンズの新しい超精密切削法の開発

单晶硅大口径红外非球面透镜超精密切割新方法开发

• 批准号: 13750090
• 负责人: 閻 紀旺
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kitami Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750090/
• 关键词: 超精密切削; 非球面; シリコン; 延性モード加工; 超精密加工; 光学素子; レンズ; 赤外線光学素子

近年,暗視野カメラなどの赤外線集光デバイスの応用が増えつつある.それに伴い,単結晶シリコンを基板とした赤外線光学レンズの非球面化が要求されるようになってきている.そのために,数値制御による精密な運動転写加工技術の確立が急務となっている.このような背景で本研究では,ダイヤモンド平バイトによる傾斜切削という新しい延性モード切削法を単結晶シリコン製大口径赤外線非球面レンズの加工に適用することによって,高精度・高能率・低コストの光学部品加工を目指している.平成13年度では,直線包絡法による非球面切削加工システムの構築および予備実験を行った.平成14年度では,本加工システムを用いて直径125mmの単結晶シリコン製赤外線非球面レンズの加工実験を行った.まず,これまで平面切削の基礎実験によって得られた最適な加工条件を非球面レンズ切削に適用し,形状精度と表面粗さなどの測定と評価を行った.そして大口径レンズを加工する際,切削距離の増加に伴う形状誤差と微視的な表面形態の変化および工具の摩耗を調べ,それらの値を最小限にする加工条件の検討を行った.また,被削材の結晶異方性による切削特性の変化を調べ,切削面の回転中心から放射状に分布した脆性破壊の形成メカニズムを究明した.さらに,数値解析によって,均一な延性切削面を得るための臨界切削条件を予測した.そして実際に切削実験を行い,解析結果を検証しながら単結晶シリコン非球面レンズの適正な加工条件を見出した.

In recent years, dark field of vision has been increasing. In addition, the crystal structure of the substrate and the infrared optical structure of the aspheric surface are required to be prepared. The establishment of precision motion processing technology is an urgent task. Background: This study aims to provide guidance for machining optical components with high precision, high energy efficiency and low cost by using the new and ductile cutting method, single crystal machining method and large aperture infrared aspheric surface machining method. In 2013, the construction and preparation of aspheric machining system by linear envelope method were carried out. In 2014, the processing of infrared aspheric surfaces with a diameter of 125mm was carried out. For example, the optimum machining conditions for aspheric surface cutting are obtained, and the shape accuracy and surface roughness are determined. When machining large calibers, the increase of cutting distance is accompanied by shape error, the change of surface morphology of Weishi app and the adjustment of tool wear, and the minimum value of machining conditions are discussed. In addition, the crystal anisotropy of the material to be cut is adjusted, and the center of the cutting surface is radially distributed, and the formation of brittle fracture is studied. In this paper, numerical analysis, uniform ductile cutting surface and critical cutting conditions are predicted. During the process of machining, the analytical results show that the optimum machining conditions of the aspheric surface are obtained.

项目成果

J.Yan: "Ductile Regime Turning at Large Tool Feed"Journal of Materials Processing Technology. 121・1-2. 363-372 (2002)

J.Yan：“大进给时的延性车削”材料加工技术杂志121・1-372（2002）。

閻 紀旺: "直線包絡法による単結晶シリコン製大口径非球面レンズの超精密切削"精密工学会誌. 68・4. 561-565 (2002)

严吉旺：“使用线性包络法对单晶硅制成的大直径非球面透镜进行超精密切割”日本精密工程学会杂志68・4（2002）。

J.Yan: "Development of a Novel Ductile-Machining System for Fabricating Axisymmetrical Aspherical Surfaces on Brittle Materials"Key Engineering Materials. 238-239. 43-48 (2003)

J.Yan：“脆性材料轴对称非球面新型延性加工系统的开发”关键工程材料。