次世代高性能硬Ｘ線非球面望遠鏡の超平滑面創成

为下一代高性能硬X射线非球面望远镜创建超光滑表面

基本信息

批准号：
13F03056
负责人：
難波義治
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Chubu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

欧米の協力の下に日本が2015年度に打上げる硬Ｘ線望遠鏡と軟Ｘ線望遠鏡を搭載したＸ線天文衛星ASTRO-Hの開発は終了し、現在は打ち上げ前の種々のテストを行っている。高性能な硬Ｘ線望遠鏡を開発するには現状の円錐近似の反射鏡ではなく、正確な回転放物面と回転双曲面からなる反射鏡が必須であり、軽量化のためには超精密な非球面金型からレプリカ法で非球面反射鏡基板を製作する方法がベストである。従来は前加工のし易さからアルミニウム合金を超精密ダイヤモンド切削し、それに無電解ニッケルを成膜し、ダイヤモンド切削と研磨で非球面金型を製作する方法と合成石英を研削・研磨して非球面金型を製作する方法を研究開発して来た。しかし、日米欧の経済状態から次世代の硬Ｘ線望遠鏡にはより安価に非球面金型を製作する技術の開発が急務となった。特に、合成石英の非球面研磨では所用の形状を創成するのに年単位の時間が必要であった。そこで、本年度は、前加工が極めて容易なグラファイトを金型材料として採用し、非球面切削後に炭化珪素を化学気相成長させ、その表面をこの研究で開発したShape Adaptive Grinding (SAG)工具で研削する方法を見出した。この工具は研究室内で極めて容易に製作でき、工具寿命も10時間以上あり、表面粗さ0.4nm Ra以下の面を従来法に比べ１～2桁高能率な10～100mm3/minの除去速度で加工できることを見出した。液晶用ガラスをＸ線反射鏡基板として使う場合に使用できる非球面金型をこのSAG研削のみで製作できることが判明し、次世代の高性能硬Ｘ線非球面望遠鏡の新しい製作法として注目を浴びている。この研究により研究分担者は国際生産工学アカデミー(CIRP)より2015年8月にTaylor Medalを受賞することになった。

随着西方国家的合作，X射线天文卫星Astro-H的发展配备了日本将于2015年推出的硬且柔软的X射线望远镜，目前正在发布之前进行各种测试。为了开发高性能硬性X射线望远镜，由精确的旋转抛物线和旋转双曲线组成的反射器是必不可少的，而不是当前锥体评估的反射器，并且为了减轻重量，一种使用replica方法来制造非球形反射器底物的方法是最好的方法。过去，由于易于预处理，该方法已经进行了研究并开发了一种切割铝合金超精确钻石，将电镍沉积在其上，并通过切割和抛光钻石制造非球模并生产合成石英以产生近场霉菌的方法。但是，由于日本，美国和欧洲的经济状况，迫切需要开发技术来制造非球面模具，以廉价的成本用于下一代硬X射线望远镜。特别是，合成石英的非球面抛光需要每年的时间才能创建所需的形状。因此，今年，我们发现了一种使用石墨的方法，该方法非常易于预处理，作为霉菌材料，在无球切割后，碳化硅是通过化学蒸气沉积化学生长的，并用形状适应性磨削（SAG）工具在这项研究中开发的形状自适应磨削（SAG）。该工具可以非常容易在实验室中制造，具有超过10个小时的工具寿命，并且发现表面粗糙度为0.4 nm或更少的表面可以以10至100 mm3/min的去除速度处理，比传统方法高1到2级。已经发现，可以单独使用SAG磨削来制造液晶玻璃作为X射线反射镜底物时可以使用的非球模型，并且吸引了人们的注意，作为制造下一代高性能硬性X射线X射线超球望远镜的新方法。该研究合作伙伴于2015年8月被国际工业工程学院（CIRP）授予泰勒奖章。