金属鏡研磨の
  困難点とその対応策


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                     2005.3.26作成,8.29,11.5,'06.1.22,'06.3.3,'14.6.13更新
                             

 

 1.鬆(す)やピンホールのない金属鏡材料の鋳造
      銅・錫の融点はそれぞれ1083℃・232℃と極端な違いがある。
     そのため,溶融した銅へ錫を混入すると錫は蒸発して小さな気
     泡を生じる。このまま鋳造して,鏡面に仕上げると無数の微小
     なピンホールが生じてるため,ピッチ研磨の際にピンホールの
     周囲が漏斗状に掘れて光学面としては使い物にならない状態
     になる。
       対応策 = 鋳型を十分に乾燥させ,鋳造直前に加熱し
              ておく。また二度吹き(銅・錫合金を鋳造して
              一旦インゴットを作成後,もう一度溶かし直す)
              の際に930℃以上の高温にしない。
 2.金属材料の硬さ
      銅70%と錫30%の合金がどうしてこんなに硬いのかと不
     思議に思えるほどの硬さと脆さである。そのため,平面の鏡
     材を凹面にするには、ガラス鏡の5〜10倍の時間がかか
     る。また,鏡材を旋盤で整型する際には極めて僅かずつの
     切削となり,さらに切削屑がボロボロと細粉状になって飛び散
     り旋盤の清掃が非常に大変になる。 
 

       対応策 = 鏡を上向きの状態に置き、鏡径の1/3ほどの円形の鉄材を用いて部分研磨を行うと手研磨で
             も早く凹面にすることができる。
              主鏡鏡径の1/3程度の鋼鉄材による部分研磨が効果的である。今回はCNC旋盤であらかじめ
             曲率つけておく加工を御願いしたので,荒擂り作業が省けて非常に楽であった。
 3.傷(スリーク)
      ガラス鏡の場合に比べて,仕上げ擂りやピッチ研磨で傷(スリーク)を生じやすい。
       対応策 = 研磨運動中に研磨材が鏡材周辺へこぼれでて、研磨面上の研磨材が少なくなったら、直ちに
             濃い研磨材を多めに補給する。この方法によると,研磨時間が短縮できる二次的な効果があった。
             ただし、鏡盤中央部の密着を悪くする傾向があり最良の方法とはいえない。
              研磨運動をゆっくりと行い,傷ができたらやり直すしかないようだ。
 4.ピッチ研磨時の焦点距離の短縮
      金属鏡ではピッチ研磨の際に非常に抵抗感の大きな摩擦があって,ガラス鏡よりも早く研磨が進行する。2003
     年の試作時のピッチ研磨では焦点距離が6cmも短縮した。この原因としては鋳造時の冷却速度が速かったため
     に鏡材の外周と中心部での硬さに変化があった可能性を考えているが,詳細は不明のままである。
      2004年に高岡市で鋳造された鏡材では鋳造後鋳型を徐令して、翌日鋳型を開いたためなのか、ピッチ研磨時
     の焦点距離の短縮はほとんど見られなかった。
       対応策 = 材料の鋳造時には急冷を避ける。さらにピッチ研磨に反転研磨を取り入れる。
 5.金属光沢と光学面の精度  ('05.8.29 更新)
    (1)従来方式の研磨
 =  ガラス鏡同様のピッチ研磨を行った場合,酸化セリウムでは金属光沢が得られな
      い。旧来の研磨法のベンガラ(第2酸化鉄)では金属光沢が得られるが,研磨に時間をかけてしまうと乱反射
      的な不規則面となる。また,金属光沢に鈍さが残り、反射率が低い。'05年2月現在で反射率は未測定である。
       困難点 = 磨き上がって金属光沢が得られた時点で整型も終了していれば、微少なレモンピール状の不
             規則面は僅少であるので、研磨終了時に整形も終了していることを理想とする。しかしこれは理想
             論で非常に困難であった。そこである程度良い面で仕上がらなければ砂擂りへ戻り,再研磨する。
             このことを根気よく繰り返した。
              '05年寄贈の金属鏡では,A・B2面の鏡材を交互に研磨することでより良い面精度の金属鏡の
             作成に努め,延べ15回の研磨を行った。しかし精度のよい光学面と良好な光沢面の両立は困難
             だった。従来の研磨方法ではきれいな金属光沢と同時に良好な光学面を得ることの両立は極めて
             困難だと分かった。
    (2)近代的研磨法 = シリコンウエハーのような結晶の研磨に使用されているフジミインコーポレーテッド社の
      COMPOL80というコロイダルシリカを研磨剤として使用し,同社製のSURFINという多孔質のウレタンパッドを
      使用して再度の研磨を試みた。COMPOL 80は研磨時間が長く,結果的には微細なレモンピール状の不規則
      面が生じて,不成功に終わった。SURFINとベンガラでは研磨時間が短縮するが結果は同じであった。
       ただし,SURFINによる研磨は鏡端の研磨が遅れる傾向が強いが,ピッチ盤のように温度変化の影響がな
      いのでより扱いやすい。
    (3)ダイヤモンドペーストの使用 = 長浜市立長浜城歴史博物館年報第8号('01年3月)の「長浜城歴史博物館
       所蔵の反射望遠鏡の調査および復元模型の製作」によると,国友一貫斎の反射望遠鏡のレプリカ作成にあ
       たって中村和幸氏(日本特殊光機製作所)がダイヤモンドペーストで磨き上げたと報告している。
        ドイツSCANDIA社日本総代理店のフリッチュ・ジャパン(株)が販売している DIAMANT PASTE の粒径1.25
       μmのものを、同社の研磨パフFINAPLANに塗布して研磨した。FINAPLANによる研磨はものすごく抵抗が強
       いため、非常に大きな力で研磨せざるを得ず,大変な重労働となった。
        結果はかなり良好だが,砂目状のものが多数残り金属光沢はやや良という程度ながら,今までになくクリア
       ーである。天候の安定を待って'05年11月はじめ火星と土星を観察した結果,コントラストは前回(紅殻使用)と
       比較して飛躍的に向上し,分解能も良くなった。気流が静まった瞬間にはカシニの間げきも確認できる。
     ☆ '06年1月に粒径7μmのダイヤモンドペーストとINITIA-Xという研磨パフを使用したところ,1時間ほどの研磨
       で鏡の周囲数mmを除いて非常に良い金属光沢面が得られた。ダイヤモンドペーストの粒径や研磨法を工夫
       すれば良好な金属鏡を研磨可能と判断できた。ただし7μmではレモンピール状の欠陥が現れて,星像のコ
       ントラストを著しく悪化させ1.25μmのダイヤモンドペーストでの研磨時に比べて分解能も低下してしまった。
     ☆  '06年3月はじめ,粒径2.5μmのダイアモンドペーストとFINAPLANを使用して研磨したところ結果は非常に
       良好であった。なお,FINAPLANでは鏡面の修整がほぼ不可能で,鏡面の精度およびレモンピール等の欠陥
       は最終の仕上げ擂りの良否で決定してしまうらしいことも判明した。このことから逆に,鏡径の1/3程度の盤
       を使用した上向きの部分研磨で不規則面を作る心配が少ないことと研磨時の大きな抵抗力を削減できること
       が分かった。
         問題点ほか = ダイヤモンドペーストが金属鏡研磨になぜ有効なのかは今は不明である。また,ダイ
                   ヤモンド粉末が宝石の研磨剤として古くから使用されてはいたが,果たしてハーシェル
                   は金属鏡の研磨に高価なダイヤモンド粉末を使用したのであろうか。

     

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日本ハーシェル協会    7ftハーシェル鏡の複製(1)

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