ミリ波用回折格子の製作:汎用機器による溝加工

Abstract

Although the interference spectroscope has usually been used for spectroscopy of the teraherz region, the development of the dispersion spectroscope has long been expected. This study carried out the tests of fluting process for manufacturing diffraction grating needed for the dispersion spectroscope. A general purpose NC (Numerical Control) milling machine was used for this test. A single crystal diamond bite was chosen for the milling tool. The milling speed was optimized and the performance was compared with other tools. Diamond draws ones attention as a tool material for ultra-high precision machining. Diamond has advantage of small friction coefficient less than 0.1 and the chemical stability at temperature below 600 K. On the other hand, it has the disadvantage in that it is fragile and easily oxidized at the temperature above 900 K. At first, the effects of the milling speed on the surface were studied. It was confirmed that a good surface finish could be obtained at the milling speed higher than 1,000 mm/s. In the subsequent tests the milling speed of 6,000 mm/s was selected. The surfaces state of flutes milled was compared with that the one milled with carbide tips. For the one milled with carbide tips, many scratches were observed on the surface. As a result, the validity of using diamond tool even on general-purpose machines was thus confirmed. In order to investigate the effect when milling to the critical depth of flutes, milling to the critical depth of 250 micrometer was tested. No apparent difference in the surface state was observed when compared with 30 micrometer depth milling. Furthermore, no wear or fracture was observed on the edge of the diamond bites. As mentioned above, a good milling surface was obtained using the diamond bite for a general purpose NC milling machine. It was confirmed that the flute could be milled up to 250 micrometer in depth without any trouble.

テラヘルツ領域の分光では、通常干渉分光器が用いられてきたが、分散型分光器の開発が待ち望まれていた。ここでは、その分散型分光器に必要な回折格子の溝加工テストを行った。加工には、汎用のNC(数値制御)フライス盤を用いた。切削工具としては、単結晶ダイアモンドバイトを選定し、切削速度の選定および他の切削工具との比較を行った。ダイアモンドは、超精密加工用工具素材として注目を浴びている。ダイアモンドは、摩擦係数が0.1以下、600K以下の温度では化学的に安定などの長所をもつ。一方、脆く、900K以上では酸化するなどの欠点を持つ。始めに、切削速度が表面に与える影響を調べた。切削速度毎分1,000mm以上で良好な表面が得られることを確認し、以下のテストでは、切削速度は毎分6,000mmとした。切削表面を、超硬チップを用いて切削したものと比較した。超硬チップでは、溝表面に引っかき傷のようなものを多く観察し、汎用機器でもダイアモンド工具を用いる有効性を確認した。限界切削時の影響を調べるために、限界である250μmの溝の切削を試みた。30μmの溝の切削時と比較し、表面状態にほとんど差が見られなかった。また、ダイアモンドバイトの刃先にも磨耗や欠損は見られなかった。以上のように、本研究では、汎用NCフライス盤でダイアモンドバイトを用いて良好な切削面を得、溝の深さ250μmまで切削可能なことを確認した。