JPH01187703A - 反射鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明はレーザー光などの強力な可視光、紫外線もし
くは赤外線を反射するに用いられる反射鏡に関する。

（従来の技術） 従来レーザー光などの強力な光（以下可視光、紫外線お
よび赤外線を光と総称する）を反射して方向をかえる。

集束するあるいは発散するために用いられる反射鏡（以
下平面鏡、凸面鏡、凹面鏡および非球面鏡を反射鏡と総
称する）の材料としては金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（
Ｃｕ　）などの貴金属やその合金、タングステン（す）
やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属やその合金が適
当であることが知られている。これらの材料は熱伝導率
が高く、また特に赤外線領域での光の反射率が高いなど
反射鏡の材料として適切な性質を具備しており、このた
め表面損傷を受けることなく反射することができる光エ
ネルギー密度の限界値（損傷しきい値）が他の材料にく
らべて極めて大きいという利点を有しているからである
。

しかしながら、これらの高い反射率を有する材料といえ
ども入射光を１００％完全に反射するということはあり
えず、かならず入射光のエネルギーの一部分は反射鏡に
吸収され熱となり、反射鏡の温度を上昇させろことにな
る。強力な光を長い時間連続して受ける場合、あるいは
断続的であっても±ｌｉ位時開時間りの光パルスの繰返
し数が多い場合には反射鏡の温度上昇が著しくなる６反
射鏡の温度が上昇すれば材料の熱膨張による変形、それ
による反射光の焦点がずれるなどの不都合が生じ、甚だ
しいときには反射鏡が熱により損傷を受けるにいたる。

反射鏡から熱を逃がす機構としては雰囲気への熱伝達や
輻射などがあるが、特に宇宙空間などの真空中における
反射鏡の使用時には雰囲気への熱伝達は起り得ず、した
がって温度上昇も著しいものとなる恐れが多大である。

（発明が解決しようとする問題点） 前記したように強力な光照射を受けた場合、従来の反射
鏡の温度の上昇は著しく様々な不都合を生ずる。この発
明は強力な光の照射を受けた場合においても温度上昇の
少ない反射鏡を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段および作用）失 本発明者らは真空中などの熱撒敗の悪い条件下において
も温度上昇の少ない反射鏡は反射鏡の光を反射するため
に用いられる面（以下反射面と略称する）以外の表面を
熱放射率のよい状態の物質で構成し、熱を輻射によって
放散させることによ畏 り実現できるとの着想を得た。さらにこの熱ＭｌＩ　ｉ
ｆ＆のために用いる面の満たすべき条件やその材料など
に関し鋭意研究を進めた結果、反射鏡の反射面以外の表
面の部分（以下放射面と略称する）を波長０．４μｓ〜
０．７７ｎｏの可視光領域における反射率が０．７以上
であり、　しかも波長３μＩ１１〜１０ｐの赤外線領域
における放射率が０．７以上である状態の物質で構成す
ることにより強い光の照射下でも反射ｎの温度上昇を著
しく小さくできるとの知見を得、この発明を完成するに
至った。

すなわち、この発明の反射鏡においては放射面が可視光
領域で高い反射率を有すると同時に赤外線領域で高い放
射率を有する状態の物質で構成されることを特徴として
いる。反射面への光の照射により反射鏡にもたらされた
熱は真空中であっても高い放射率を有する放射面から輻
射によってすみやかに放散され反射鏡の温度の大幅な上
昇は防がれる。しかしながらこの放射面の放“対重が可
視光の領域でも高い値であると、地球近傍も含めた太陽
近傍の宇宙空間においては可視光領域にエネルギー分布
の最大領域を持つ太陽放射を受け、そのエネルギーを吸
収するために反射鏡の著しい温度上昇がもたらされるこ
とになる。したがって放射面を構成する物質は赤外線領
域では高い放射率をもつと同時に可視光領域においては
高い反射率すなわち低い放射率をもたなければならない
。熱を輻射によって放散するために放射率としては０．
７未満では熱放散の能率が悪く反射鏡の温度上昇が著し
くなるおそれがあるため放射率０．７以上の状態の物質
で放射面の少なくとも一部分を構成する必要がある。一
般に物質表面の放射率は波長線領域に属するため、この
波長領域における放射率が０．７以上であれば輻射によ
る速やかな熱の放散が行われる。また、太陽放射のエネ
ルギーの大部分は波長０．４〜０．７μｍの可視光領域
であるため。

この光のエネルギーを反射して反射鏡の温度の上昇を防
ぐためにはこの波長領域における反射率が０．７以上で
あることが必要であり、反射率がこれより小さいと太陽
近傍の宇宙空間においては太陽放射のエネルギーを吸収
することにより反射鏡の温度上昇が著しくなるおそれが
ある。

反射面は当然反射する光の波長領域において極めて高い
反射率を有していなければならないため通常、金属ある
いはその他の物質の研磨面を用いるかあるいはさらにそ
の面の上に金属を被覆した鏡面を用いるため、これらの
表面には赤外線領域においてもあまり大きな散剤率を期
待することはできない。したがって赤外線領域での放射
率の大きな状態の物質で構成して輻射による熱放散を行
わせる面、すなわち放射面は反射鏡の表面のうち反射面
以外の部分でなければならない。この放射面の面積は反
射鏡からの総輻射量を大きくするためにできるだけ大き
いことが望ましく、かつその面積のうち出来るかぎり大
きな部分を赤外線領域での放射率の大きな状態の物質で
構成することが望ましい。

以上述べたような放射率の特性を持った状態になりうる
物質としては種々のものがあるが、温度が上昇した場合
や宇宙空間などで高いエネルギーの光や粒子の照射を長
時間受けた場合の表面状態の安定性などの観点からはセ
ラミックスが望ましく、Ａｌ２２０．、ＭｇＯもしくは
５ｕｎ２もしくはそれらのうちの二種以上からなる複合
酸化物がそれらの熱放射特性を有しており、放射面を構
成する物質として適している。通常反射鏡の基体は融点
が高く、弾性率が大きく、熱膨張係数の小さな物質が用
いられる。前述のセラミックスはかならずしも以上のす
べての条件を満たしているとはいえず、そのため別の物
質を反射鏡の基体として用い、その基体の表面の一部分
を前述のセラミックスで被覆して表面の熱放射特性を所
望のものとして放射面とする必要がある。この被覆層の
厚さは１８１以上５００ｐ未満であることが望ましい。

　１μｓ未満であると損耗により基体が表面に露出しや
すいためであり、また５００ｐ以上であるとこれらのセ
ラミックスの熱伝導はあまりよくないため熱の放散がわ
るくなるためである。このセラミックスによる被覆の方
法としては種々のものがあるが、プラズマスプレィ法に
よる溶射が１反射鏡の基体の温度を著しく上昇せしめる
ことなく施工しうるこ４、安定で熱放射特性のすぐれた
表面が得られることなどの点から望ましい方法である。

プラズマスプレィ法により溶射された溶射層の表面をさ
らにレーザービームにより瞬間的に溶融凝固せしめると
、溶射層の表面がなめらかになり可視光領域の反射率を
向上させるために有効である。

（実施例） 実施例１ 粉末焼結法によって製造されたモリブデンＭＯの鍛造材
から直径３５ＩＩＩ１１．厚さ３ｆｆＩ１１の円盤を切
削加工により製作した０円盤の両面を研磨仕上げによっ
て鏡面とした後、片方の面および側面を径約１＋＋ａの
ＡＱ２０３粒子を用いてサンドブラストを行って粗面化
した。ざらに粗面化しなかった方の面を再度仕上げ研磨
を行った。この鏡面研磨を行った方の面を以下において
は反射面と称することにする。

次に反射面でない方の而および側面（この両者をあわせ
て以下においては放射面と称することとする）に重量比
で１０％の５ｉｎ２の粉末を混合したＡｌ２２０゜粉末
（粒径２０μｓ）を大気中においてアルゴンプラズマを
用いて溶射し、厚さ２０声の溶射層を形成した。次いで
得られた放射面に放射層を被覆したＭｏ円盤を２　Ｘ　
１０””Ｔｏｒｒの真空中で１１５０℃−１時間の熱処
理を行って溶射層を安定化するとともに赤外線領域での
放射率を向上させた。熱処理後のプラズマ溶射層の波長
３７ｍ−１０４の領域（以下赤外線領域と略称する）に
おける放射率は室温において０．７９〜０．８５であり
波長０．４−〜０．７−の領域（以下可視光領域と略称
する）における反射率は０．８０〜０．８８であった。

反射面の赤外線領域における放射率は室温において０．
０３〜０．０９であり、可視光領域での反射率は０．８
９〜０．９２であった。なお、このＭ。

円盤の側面の一部にはプラズマ溶射時にマスクを置いて
溶射層をつけない部分を作っておいた。この部分にプラ
ズマ溶射、熱処理後に線径０．２ｍｍのアロメルークロ
メル熱電対の接点をスポットウェルドにより溶接した。

この円盤を図に示されるように巻きつけた銅管１中に液
体窒素を流して温度を低温に保った真空槽２中に溶融石
英製ナイフェツジ１２を用いてセットした。この真空槽
は内面を黒色に塗装し、光を入射するための二つのガラ
ス窓３および４を有し、一方のガラス窓の内側には液体
窒素を中に流した鋼管によって低温に保、たれた黒色に
塗装した光を遮断するための可動シャッター５をそなえ
ているものである。真空槽をｌｏ−４Ｔｏｒｒより良い
真空度に排気した後ガラス窓４よりＭｏ円盤の放射面側
を水銀キセノンランプ６により照射した。この光照射の
強さはＭｏの放射面の位置で０．１３Ｗ／ａＪであった
。熱電対７によりＭｏ円盤の温度を測定し、温度が平衡
した時点の温度を読取った。

水銀キセノンランプＭｏ円盤を照射しつつ、ガラス窓３
を通してカーボンアーク灯８の光をレンズ９で集光しＭ
ｏ円盤の反射面を照射し、熱電対７により測定したＭｏ
円盤の温度が３９５℃になった時にシャッター５および
シャッター１０でカーボンアーク灯の光を遮断し、以後
のＭｏ円盤の温度変化を熱電対７で測定し記録計１１で
記録し、カーボンアーク灯の光を遮断した時点から測っ
て１００秒後の温度降下を読取った。読取った温度など
を表に示す。

実施例２ 実施例１と同様にして製造し、放射面にプラズマ溶射を
おこなったＭｏ円盤を熱処理を行わずに炭酸ガスレーザ
ーよって溶射層表面に溶融処理を行った。溶融された溶
射層表面の赤外線領域における放射率は０．７７〜０．
８３、可視光領域における反射率は０．８５〜０．８９
であった。また、反射面の赤外線領域における放射率は
０．０５〜０．１２、可視光領域における反射率は０．
８８〜０．９１であった。

得られた円盤を実施例１と同様の光照射試験装置中に置
き、実施例１と同じ光照射試験をおこなった。その試験
の結果を表に示す。

比較例１ 実施例１と同様のＭｏ円盤の両面を研磨により鏡面とし
た後、２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒの真空中で１１５０℃
−１時間の熱処理を行った。得られた鏡面の赤外線領域
における放射率は０．０４〜０．１１．可視光領域にお
ける反射率は０．８９〜０．９２であった。

このＭｏ円盤を実施例１と同じ光照射試験装置に取付け
、光照射試験を行った。その結果を表に示す。

比較例２ 比較例１と同様にしてＭｏ円盤の片側にセラミックスを
溶射して放射面を形成した。ただし、この比較例におい
ては溶射用セラミックス原料と−して重量比で５０％の
ＡＱ２０．粉末を混合したチタン酸化物Ｔｉｅ２の粉末
（粒径２５μｓ）を用い、溶射後に２×１０””　Ｔｏ
ｒｒの真空中で１４５０℃−１時間の熱処理を行った。

得られた円盤の放射面の赤外線領域における放射率は０
．８２〜０．８８、可視光領域の反射率は０．１９〜０
．２４であり、反射面の赤外線領域における放射率は０
．０４〜ｏ、ｉｏ、可視光領域の反射率は０．８８〜０
．９２であった。このＭｏ円盤を実施例１と同じ光照射
試験装置に取付け、光照射試験を行った。

その結果を表に示す。

表 〔発明の効果〕 この発明によれば熱伝達の悪い真空中においても、強い
光照射を受けても温度の上昇が少なく。

また太陽光の照射を受けても温度上昇の少ない反射鏡を
得ることができ、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の効果を示すための光照射試験装置の
断面図である。 １・・・銅管、　　　　　２・・・真空槽３．４・・・
ガラス窓、　　５・・・シャッター６・・・水銀キセノ
ンランプ光 ７・・・熱電対、　　　　　８・・・カーボンアーク灯
光９・・・集光レンズ、　　１０・・・シャッター１１
・・・記録計、　　　　１２・・・ナイフェツジ＋ｓ−
，１１ｇｌへ口 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　松山光之

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光を反射するための反射面以外の表面の全部もし
   くは一部分が波長０．４μｍ〜０．７μｍの可視光領域
   における反射率が０．７以上であり、同時に波長３μｍ
   〜１０μｍの赤外線領域における放射率が０．７以上で
   ある状態の物質から成っていることを特徴とする反射鏡
   。
2. （２）光を反射する反射面以外の表面の全部もしくは一
   部分が酸化アルミニウム（Ａｌ＿２Ｏ＿３）、酸化マグ
   ネシウム（ＭｇＯ）もしくは酸化シリコン（ＳｉＯ＿２
   ）もしくはそれらのうちの二種以上から成る複合酸化物
   から成っていることを特徴とする請求項１記載の反射鏡
   。