최근 천문 분야나 차재용 HUD(Head-Up Display) 등에서, 집광 및 투영 광학계 부품으로서 자유곡면 형상을 갖는 정밀한 렌즈나 미러의 수요가 확대되고 있다. 동사는 다이아몬드 바이트를 이용한 초정밀 절삭 중, 특히 대형 가공이 주 특기로서 지금까지 수많은 초정밀 광학 부품과 그 금형을 제조해 왔다.
자유곡면 형상이란 구면이나 회전 대칭 비구면과는 달리, 단순한 수식으로 나타낼 수 없는 복잡하고 비회전 대칭인 곡면이다. 이러한 이유로 초정밀 부품이 되면 그 가공이나 측정은 매우 난이도가 높고, 수년 전까지 실용화된 제품은 f-θ 렌즈 정도로 그 크기는 겨우 손바닥 사이즈였다. 그 이상 큰 자유곡면이나 트릭/트로이달면, 축을 벗어난 포물면경 등은 ø700mm 이내의 축을 벗어난 위치에서 회전시켜, XZ의 2축에서 가공 가능한 회전 대칭 비구면으로 정의된 것이 대부분이었다.
왜냐하면 에어 베어링 주축과 고강성 베어링을 조합시켜 1nm 이하의 지령값으로 움직이는 초정밀 선반의 최대 가공 사이즈가 ø700mm이고, 이 사이즈 내에서 돌릴 수 있는 것은 최대한 돌리고 2축 제어로 가공하는 방법이 스탠다드였기 때문이다. 동사도 이 장치를 이용하여 A5 사이즈(210×180mm), 무게 10kg 정도의 투영계 미러 금형 등을 가공한 실적도 있으며, 이 방법이라면 1μm 이하의 형상 정도(윤곽 정도)와 Ra 10nm 이하의 표면조도라는 초정밀 가공을 비교적 간단하게 할 수 있다. 더구나 종래의 가공 기술로 자유곡면 형상을 제조하면 가공 시간이 매우 길어지는 것도 보급을 방해하고 있었다. 고가의 초정밀 선반을 장시간 독점하여 이용할 필요가 있어 제조 코스트가 맞지 않았기 때문이다.
이 글은 일간공업신문사 형기술지에 실린 (주)크리스탈광학의 키리노 오키하루 기술개발부장이 저술한 내용이다.
본 기사는 일본 일간공업신문사가 발행하는 ＜형기술＞지와의 저작권 협정에 의거하여 제공받은 자료입니다.
