JPH03163501A

JPH03163501A - 軽量構造物及びその製作方法

Info

Publication number: JPH03163501A
Application number: JP2204023A
Authority: JP
Inventors: Jitendra S Goela; ジテンドラ　エス．ゴエラ; Michael Pickering; マイケル　ピッカリング; Raymond L Taylor; レイモンド　エル．テイラー
Original assignee: CVD Inc
Current assignee: CVD Inc
Priority date: 1989-08-03
Filing date: 1990-08-02
Publication date: 1991-07-15
Also published as: CA2019697A1; EP0411910A3; IL94928A0; EP0411910A2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は米国航空宇宙局との契約（契約番号ＮＡＳ　１
−１８４７６）で開発されたものであり、剛性をもつ堅
固な軽量構造物の改良された製作方法、もっと詳細に云
えば既存の蒸着技術を用いる炭化ケイ素又は（及び）シ
リコン軽量構造物の改良された製作方法に関する。この
ような軽量構造物は、光学部品の支持構造物、自動車用
及びスペース用に用途をもつ構造部材、及びスペース用
軽量家具部品として多種多様な用途に実用性を有する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕光学の
分野において、光の検出及びレンジング（ｌｉｇｈｔ　
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤ
ＡＲ）システムは、大気バラメーター例えば微量戒分の
濃度、圧力、温度、及び水蒸気プロフィール、エーロゾ
ル分布、及び風フィールドの多様性を遠隔測定するため
の重要な診断手法として認識されてきた。後方散乱シグ
ナル、示差吸収、及びドップラーシフトのようなＬＩＤ
ＡＲ技術は地球大気の情報を得るために使われてきた。

ＬＩＤＡＲシステムの性能はその受信テレスコープの光
学的構成による。シャトル用ＬＩＤＡＲシステムは、空
間の制約上そのテレスコープの長さが固定されている。

それ故、光学設計者はテレスコープの処理能力を最大に
するよう鏡の特殊な形状及び光学スピードを選定せねば
ならない。受信テレスコープの最も限定的要素は、その
寸法、重さ、製作コスト、及び外界での熱暴露故にその
主鏡である。受信信号は主鏡の面積に直接比例するので
、正確な測定のための適当な信号レベルを得るには、で
きるだけ大きい主鏡を用いることが大切である。

スペース用ＬＩＤＡＲシステムを、地球大気の対流圏に
おける風プロフィルを測定するのに用いる場合、このこ
とは特に重要である。

大鏡（径１．　０　ｍ以上）を製作するのに先行技術で
採用している既存技術はきわめて日数を要する。

極低膨張石英ガラス又はゼロドア（Ｚｅｒｏｄｕｒ）　
、スコットガラステクノロジーズ，インク．．　４００
ヨーク　アビニュー．デュイア，ペンシルバニア州１８
６４２（Ｓｃｈｏｔｔ　Ｇｌａｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．＋４００　ＹｏｒｋＡｖｅｎｕｅ，
Ｄｕｒｙｅａ＋ＰＡ　１８６４２）から市販されている
製品、から大鏡を製作するには数カ月がら数年を要する
。将来スペース用ＬＩＤＡＲシステムが数多く計画され
ている故、近年大型高性能鏡の迅速且つ経済的な生産を
するための技術開発にかなりの注意が払われている。

このように、軽量ハネカムセルを含む径１．２〜３．５
ｍのガラス鏡半加工品を製作するためにスピン鋳造技術
が提案されてきた。この技術は既存の鏡製作法より比較
的迅速に軽量な鏡を製作できるが、しかしこれらの鏡の
重量は多くのスペース向用途にはいまだ許容程度を越え
ている。その上、高融点の炭化ケイ素（ＳｉＣ）　、二
硼化チタン（ＴｉＢｚ）、及び炭化硼素（８４Ｃ）のよ
うな高級セラミックスで大鏡を製作するには、このスピ
ン鋳造技術は不適である。これらの高級セラミックスは
大型軽量光学素子用のガラスとしてすぐれた特性をもっ
ている。

エポキシ及びプラスチックを含む繊維強化複合材料の鋳
造法及び適当な支持体上での膜の弯曲戒形を含む別の技
術も現在開発中である。

剛性をもつ軽量構造物を製作する別の技術が米国特許第
４．７１６，０６４号（ロバート　エイ．ホルゼル（Ｒ
ｏｂｅｒｔ　Ａ．｝１ｏ１ｚｌ）他に付与（１９８７年
１２月２９日））に開示されている。ホルゼル他は補強
材で結合される２個の平行分離型表面輪郭部材の必要性
を強調している。製作すべき部品の外側輪郭をきめる固
体黒鉛円板から製作をはじめる。次いで黒鉛円板にドリ
ルで一連の孔をあけ、プラグを用い、重量比で比べて高
い剛性をもつ化学蒸着材料を多重塗布してこの部品を完
成させる。この製作手順の欠点は時間がかかり、複雑で
それにコストが高いことである。その上、必要な孔あけ
、栓止め及び多重塗布の多くの工程はそれ自体映像の安
定性を制御する上で制約がある。これは、高性能鏡とし
て最高の映像安定化保持が重要であるプロセスの価値を
損ってしまう。その上、間隔を置いた平行表面輪郭部材
間の通路に均一な塗布をすることはむずかしいので、ホ
ルゼル他の技術は比較的薄い構造物に限定されてしまう
。

それ故、寸法のスケールアップが容易であることに加え
て最高の映像安定性保持を達威し同時に製作手法の簡略
化及び製作時間の短縮とコスト削減を可能にすることを
目的とした、剛性をもつ堅固な軽量構造物の改良された
製作方法が要求されている。

〔課題を解決するための手段、作用及び発明の効果〕

本発明の目的は、最高の映像安定性保持で特徴ずけられ
る剛性をもつ堅固な軽量構造物の改良された製作方法を
提供することである。

本発明の別の目的は、剛性をもつ堅固な軽量構造物の製
作を簡単化し、製作．時間を短縮し且つ製作コストを削
減する改良方法を提供することである。

本発明の別の目的は、改良された剛性をもつ堅固な軽量
構造物を提供することである。

本発明の別の目的は、軽量鏡の製作における支持構造物
のような特異な実用性を有する構造物を提供することで
ある．本発明の別の目的は、それぞれのリブが厚みをはるかに
越える長さと高さを有し、複数のセルをもつ構造で組立
てられる複数のリブ及びこのリブ上に蒸着される補強材
料を含んでなる剛性をもつ堅固な軽量構造物を提供する
ことである。

本発明の別の目的は、それぞれのリブが実質的に同じ高
さと厚みであり、その厚みをはるかに越える高さと長さ
をもつ複数のリブから軽量構造物を製作する方法を提供
することであり、その工程は、（ａ｝それぞれのリブが実質的に同し長さである咳リブ
の１番目のセットから該リブの高さに等しい深さをもつ
六角形セルを形成する（ｂ）該六角形セルの最もスペースを置いたコーナー間
の距離と実質的に等しい長さを有する該リブの２番目の
セットのうち、第１、第２及び第３リブの中心に溝を切
り、該リブの第１リブの上面から第１溝を、該リブの該
第２リブの下面から第２溝を、及び該リブの該第３リブ
の上面と下面の両方から第３及び第４溝を切り、該第１
及び第２溝の長さを該リブの高さの半分より長くし、該
第３及び第４リブの長さを該リブの高さの半分より短か
くする（ｃ）該リブの該第１、第２及び第３リブを、それらの
中心でそれぞれ該第１及び第２溝を該第３及び第４．溝
にはめ込んで組合わせる（ｄ）それぞれが正三角形横断
面をもつ６つの領域を有し、それぞれの該領域がセルを
構成する構造物コアを形或するように、六角形セルの最
もスペースを置いたコーナーで結合するために該リブの
うち組合わせた該第１、第２及び第３リブを該六角形セ
ルと相対的な位置決めをする、そして（ｅ）この構造物
コアを蒸着工程にさらし、剛性のある堅固な材料をコア
上に析出し被覆しそれでその材料の一体式構造で該構造
物コアを包み込むことを含んでなる。

本発明の別の目的は、多様な予め定めた形状で製作方法
を提供することである。

本発明の別の目的は、寸法のスケールアップにあたりそ
の方法の適合性で特徴ずけられる剛性をもつ堅固な軽量
構造物の改良された製作方法を提供することである。

これらの及び別の目的を達成するにあたり、本発明に従
って、ＳｉＣ又は（及び）シリコン（Ｓｉ）から軽量構
造物を製作する４つのステップからなる方法が提供され
る。軽量構造物は、その構造物の形状と寸法を規定する
コアであって、この軽量構造物に強度と剛性を与え、且
つ軽量構造物を別の表面材に結合させるために、ＳｉＣ
又はＳｔのような適当な蒸着層で被覆されたコアからな
る。

この軽量構造コアは適当な材料の薄いリブを相容性接着
剤で接着して製作される。コアは適当な形状の多数のハ
ネカムセルからなる。このコア構造物を適当な支持体上
に据えることができ、支持体の表面形状は予め定めるこ
とができる。支持体に剥離剤を塗布することができる。

次いで所望の被覆材料を既存のあるいは別の適当な蒸着
方法でコア構造物上に蒸着させる。このコアが全体に塗
布されていることを保証するために被覆材料を十分な厚
さに蒸着する。このようにして製作した軽量構造物を蒸
着系からはずして支持体から分離する。必要であれば、
この構造物の壁に小さな穴をあけ、コア材料を燃焼し、
エッチングし又は溶融して密閉コア材料を蒸着した被覆
材料から除去することができる。

それ故、４つのステップに従う軽量構造物の製作を以下
に示す。

（ｉ）軽量構造物コアの製作（　ｉｉ　）被覆材料蒸着のために、この軽量構造物コ
アを支持材上に据える（ｉｉｉ）このコアを被覆するために、被覆材料を蒸着
する、そして（　ｉｖ　）支持材からコアをはずす軽量構造物コアは、コア材料としてプラスチックス、セ
ラミックス、カーボン、ガラス、ポリマー等を含んだ金
属又は非金属を用いて製作できる。

良いコア材料の候補の主な要求条件は、蒸着方法及び蒸
着材料の両方に適合しなければならない。

コア材料の薄いリブを作り次にハネカム構造の形状に組
立てる。これらのリブは隅と交点を適当な接着剤で結合
することができる。別の結合方法、例えば溶接、ろう付
、はんだ付も利用できる。

ハネカム構造のそれぞれのセルは円、四角、三角、又は
多角形の形状にできる。軽量構造物は異なるセル形状の
組合せで製作することもできる。

しかし、好ましい構造は意図した用途に対して最大の剛
性をもつ、例えば六角形セルでそれぞれが６つの三角形
セルをもつ六角形セルを含んだ構造物である。

本発明は軽量Ｓｔ／ＳｉＣ鏡の製作に特別な実用性を有
する。それ故、完全な軽量鏡支持体を、ＳｉＣ支持構造
物を鏡の面板に取付けるのに必要な接着剤なしにｌ段法
で直接蒸着室内で製作することができる。

本発明を特徴ずける多くの新規性は、本明細書の一部を
構或する請求項に述べているが、本発明、その構造上の
利点、及びその使用で達威される特定な目的をさらに理
解するために、図面及び本発明の好ましい実施態様を示
す。

第１．２図は黒鉛リブ１２ａ　，　１２ｂ　，　１２ｃ
及び１４ａ〜１４ｆで製作する軽量構造物コア１０を説
明する。同じ長さのリブ１４ａ〜１４ｆが六角形セルを
形成してコア１０が製作される。リブ１２ａ．１２ｂ及
び１２ｃは中心で交差し六角形の６つのコーナーを結合
する。リブ１２ａ．１２ｂ及び１２ｃは六角形を６つの
三角形部分に分割する。リブ１２ａ，１２ｂ及び１２ｃ
は中心溝をもち、第３．４図でさらに詳しく説明するが
、これらリブをその位置で組み合わせる。

本発明の好ましい実施態様では、これらリブはすべて約
０．　５　ｍｍの厚さを有する。さらにリブはすべて長
さと高さの厚さに対する高い比率で特徴ずけられる。す
なわち、それぞれのリブの長さと高さはその厚さをかな
り越える。

第１．２図、第５．６図及び第８，９図に説明する本発
明の実施態様において、すべてのリブは縁を形成する少
なくとも２つの隣接面を有し、その縁のすべては、第２
図に示す下部の縁１４ｇ，１４ｈ及び１４ｉを含めて単
一平面内に位置している。

リブ１２ａ，１２ｂ及び１２ｃをその中心で互に組合わ
すことができるように、例えば第３図に示すように２つ
のリブ１２ａ及び１２ｂにリブの高さの半分よりわずか
に長い一つの横方向溝１２ｄをつける。第４図に示すよ
うに第３のリブ１２ｃの中心にそのリブの高さの半分よ
り短かい向い合った横方向溝１２ｅ及び１２ｆをつける
。リブ１２ａ〜１２ｃの集戒体は、リブ１２ａ及び１２
ｂの溝１２ｄをリブ１２ｃの高さの半分より短かい向い
合った横方向溝１２ｅ及び１２ｆと組合わせるように配
置して作る。リブ１４ａ〜１４ｆを、構造物１０の外境
界面の輪郭を定める、すなわち六角形を完戊するように
位置決めをする。

黒鉛リブ１２ａ−１２ｃ及び１４ａ　〜１４ｆは黒鉛セ
メントで結合できる。黒鉛は大部分の蒸着手法に適合す
るので良好なコア材料である。その上異なる熱膨張係数
をもった種々の黒鉛が利用できる。蒸着させる被覆材料
とよく調和する熱膨張率を有する特殊な黒鉛を選定する
ことができる。黒鉛の欠点は脆いことである。それ故、
０．　５　ｍｍより薄い黒鉛リブで軽量構造物コアを製
作する場合には問題が生じる。黒鉛リブの厚さを０．　
５　ｍｍより薄くすることはできるが、しかし空気中で
リブの燃焼がおこる。別の剛性をもつ堅固な材料、例え
ばＳｉ，ＳｉＣｓタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）等も極薄壁軽量構造物コアを製作するのに使用でき
る。

適当な蒸着材料を蒸着させるために軽量構造物コアを蒸
着システムに据えることは、その軽量構造物をどんな用
途に用いるのかによる。ただ単に軽量構造物コアがどち
らの端にも板又は支持体を必要としない場合には、この
軽量構造物コアを第２図に示すようにリブの縁を黒鉛ボ
ールの先端にかみ合わせて支持体ｌ８に付けた黒鉛ポー
ル１６ａ〜１６ｆ上に据えることができる。被覆材の蒸
着が完成したのち、切断してこの構造物をポールから分
離し軽量構造物を得る。

蒸着材料の板が軽量構造物の一方の端に必要な場合には
、第５，６図に示すように、この軽量構造物コアＩＯを
モールド剥離物質２２で塗布した支持体２０にゆるく接
着させるか又は置いてもよい。有機溶剤中の黒鉛粒子の
懸濁液はモールド剥離塗料として使用できる。この場合
、蒸着は軽量構造物コア１０の壁面ばかりでなくその底
面にも生じる。

蒸着操作の終了により、生戒した蒸着材料からなる底板
２４付の軽量構造物を支持体２０から分離する。

第７図に本方法で製作したＳｉＣで完全に包んだ黒鉛軽
量構造物２６の斜視図を示す。

軽量Ｓｉ又はＳｉＣ鏡の製作のような用途には、軽量構
造物を製作すると同時に所望の材料でできた面板に軽量
構造物を接着してもよい。このような場合、第８，９図
に示すように軽量構造物コア１０を３０に示すような流
れ接着によって面板２８に接着しそして蒸着操作をおこ
なう。面板の材料ｉま、蒸着材料の付着性を保証するた
めに蒸着方法に適合しなければならない。第ＩＯ図は本
方法を使用して製作したＳｉＣ面板に接着したＳｉＣで
包んだ黒鉛軽量構造物を示す。

軽量構造物コアを包むために、現在使用している蒸着方
法を用いて、適当な被覆材料を蒸着することができる。

これらの方法には物理蒸着、スパッター、化学蒸着及び
その変形（プラズマ補助蒸着、低圧蒸着、レーザー補助
蒸着、金属有機蒸着等）、蒸発及びイオンピーム埋没を
含む。蒸着できる物質は金属及び非金属（プラスチンク
ス、セラミックス、ガラス、ボリマー等）を含む。

第１１図に化学蒸着装置３２の略図を示し、これは本発
明に従ってＳｉＣ及びＳｉ軽量構造物を製作するのに使
用できる。この装置３２は水平実験炉３４、特に電気加
熱３相リンドバーグ（Ｌｉｎｄｂｅｒｇ）炉、反応系供
給システム３６、及び排出システム３８を含む。

実質的にゾーン２と共に延びる反応室又は蒸着室４２を
含む酸化アルξニウム（Ａ　Ｉ！．，０３）でできた長
管４０を炉３４と組合わせる。ゾーン２を発熱体４４で
加熱し、一方ゾーン１及び３を個々に組合わせた発熱体
４６及び４８でそれぞれ加熱する。耐火レンガのブロッ
ク５０及び５２をそれぞれゾーン１及び３と組合わせる
領域にある管４０の外側に配置する。

室４０内の蒸着領域５４を、開放箱の４つの面及びじゃ
ま板５８からなるマンドレル５６と組合せる。室４２内
の圧力は圧力計６０で示される。

被覆材料を蒸着させるために軽量構造物コア１０をじゃ
まＦｉ５８上に接着するなどで据えることが好ましい。

このような据え付けは、軽量構造物コアの各セル間の蒸
着不均一性を最小限度にするという理由からである。

反応系供給システム３６は、加圧下のアルゴン（Ａｒ）
源を含むタンク６０、メチルクロロシラン（ｃｌ：＋Ｓ
ｉＣ　ｌ　３）又はトリクロロシラン（ＳｉＨＣ　ｅ　
：ｌ）を含みバルブ６４ａ及び６４ｂで制御してタンク
６０からのアルゴンを気泡化させる気泡タンク６２、及
び水素（Ｈ２）源（示してない）を含む。蒸着させるＳ
ｉＣ及びＳｉ材料を、ＣＬＳｉＣ　ｌ　３　又ハＳｉｌ
ｌＣ　ｌ　：＋をそれぞれＨ２と反応させて製造する。

別のシラン及び炭化水素源がＳｉＣ及びＳｉを形或する
ために使用できる。これらの両材料を、以下の表１に示
すように蒸着温度及び反応器圧力の広い範囲で製造して
いる。

表１　公称化学蒸着プロセスパラメーター蒸着室４２に
送入してもよい。このインジエクターを水で冷却するこ
とができる。これはインジェクター内の蒸着を防止し、
及び反応系の温度を低くしてガス相での分解又は核形成
を最小にするためである。

蒸着厚みは化学蒸着プロセスパラメーター及び蒸着時間
を変えて制御される。材料の十分な厚さが析出したのち
、蒸着操作を止めて残留応力で軽量構造物のクラッキン
グ及び変形がおこらないようにきわめてゆっくり冷却す
る。

第１１図に示す排出システム３８は真空ポンプ６４、ス
クラバー６６、ガスフィルター６８及び油フィルター７
０を含む。この排出システム３８は、蒸着操作の間反応
室４２で発生するガス状反応生戒物を排気するためのも
のである。

前述したように、黒鉛コアを除去することは任意である
。蒸着材料が完全にコア材料を包むので、コア材料を除
去する必要はない。周知のように、コア材料の存在が軽
量構造物の性能を損わないようなコア材料を選定するこ
とができる。コア材料の候補としては、黒鉛、Ｓｉ、ガ
ラス、石英及び種々の金属がある。

軽量構造物の製作に蒸着法を使用する場合、この軽量構
造物中のガス流れは第２図の矢印で示すように拡散で支
配される淀みであることに注目すベきである。これは淀
み流れの悪い効果が最大になりがちなセルの深さにそっ
て不均一な蒸着を生じる傾向がある。淀み流れとは、の
ろい流れすなわち運動がきわめて少ない流れを意味する
。

本発明に従って、第６，７及び９図に示すように、軽量
構造物コア１０の壁に、特に隣接するセルの壁に穴１４
ｊをあけることで、このような淀み流れを最小にするこ
とができる。こうすれば第６．９図の矢印で示すように
ガス流れが生じ軽量構造物の強度を改善する。穴１４ｊ
の好ましい位置は軽量構造物コアの底部近くの壁に、す
なわち第６図に示すように支持体２０に隣接した位置、
また第９図に示すように面板２８に隣接した位置である
。

本発明を以下の例によって更に詳細に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。

〔実施例］（実施例１）第７図に示すＳｉＣ収納形黒鉛軽量構造物を、第１１図
に示す蒸着装置及び表１に示すプロセスパラメーターを
用いて前述した方法で製作した。軽量構造物コアは厚さ
約０．５ｍ、長さ３．２５ｃｍ及び高さ２．　５　ｃｍ
の黒鉛リブで作った。蒸着厚さは約０．７６ｍｍであっ
た。製造した軽量構造物はきわめて強度があり変形しに
くかった。構造物には明白な応力又は割れはなかった。

（実施例２）面板の裏面に一つのセル形ＳｉＣ構造物を製作すること
で、軽量支持構造物を製作する化学蒸着技術を実証した
。まず第８．９図に示す６つの内部三角形セルをもつ外
部六角形セルからなる黒鉛コアを厚さ約０．５鵬の黒鉛
リブで作った。この六角形セルの各面は長さ３。２５ｃ
ｍ及び高さ２．５０ｃｍであった。この黒鉛コアをＳｉ
Ｃ面板の裏面に据え、次いでＳｉＣで被覆した。この方
法は接着剤を使用することなく一体式軽量ＳｉＣ構造物
を製造した。構造物中の残留応力を除くために、化学蒸
着ＳｉＣよりも大きい熱膨張係数をもつ等級の黒鉛を用
いた。

最終光学的数値の製作を可能にするため、ニアネットシ
エープＳｉＣ面板上に厚さ約０．５−のＳｉ本発明に従
って、大型で軽量支持構造物をもつ曲面ＳｆＣ鏡の製作
に前述の手順を拡張することができる。

平面鏡の支持構造物として用いる構造物コアを製作する
場合、前述したように、リブの集或体は、すべてのリブ
が縁を形或する少なくとも２つの隣接する表面を有し、
縁の全部は単一平面内にある。

それ故、リブの集戒体で形成する複数のセルの隣接する
縁の部分はすべて同一の平面内にある。曲面鏡の支持構
造物として用いる構造物コアを製作する場合には、リブ
で形成する構造物のセルの隣接す、る縁の部分は一つの
曲面上に位置する。

曲面鏡の製作は、所望の曲面の光学的製作及び軽量構造
物を黒鉛コアで製作し集成することの理由でさらに複雑
になる。他の点は曲面鏡及び平面鏡の製作とも同様であ
る。

軽量ＳｉＣ支持構造物を基準化する場合、まず黒鉛コア
を基準化する。黒鉛リブの厚みは同一に保つので、大型
黒鉛構造物コアを集戒するには十分な注意が払われる。

第１２　．　１３図は、本発明に従って大型軽量構造物
コアのそれぞれ平面図及び側面図を示す。本発明の４番
目の実施態様を構戒する軽量構造物コア７２は、第７．
１０図に示す平面鏡とは区別される軽量Ｓｉ／ＳｉＣ曲
面鏡の支持構造物として特別な実用性を有する。軽量構
造物コア７２の製作のために、ここに２つの方法が開示
されている。

第１２図に示すように、軽量構造物コア７２は、等しい
長さの６つのリブから製作され、リブと等しい深さをも
つ大型六角形セルが円形面板７４の裏面をほとんど覆う
ように６つのリブが据えられる。

中心で交差する３つの大きなリブがこの六角形の６つの
隅を結合する。これらのリブは六角形を６つの等しい三
角形の部分に分割する。これらの大きなリブに、第３，
４図に示すリブ１２ａ，１２ｂ及び１２ｃと同様に、互
いに組合わせるための中心溝をつける。

さらに詳細に説明すれば、軽量構造物コア７２を製作す
る場合、すべて同じ長さをもつリブの１番ットで構戒す
る３つのリブの中心を互いに結合する。次に、六角形の
内部に形成される６つの三角形領域は、等辺横断面の小
さいセルを形成するリブの３番目のセットで充たして内
部領域を完威す名ように互いに結合する。そして六角形
の外側の領域は、面板７４の円形面積をできるだけ覆う
ようにリフ゛の４番目のセットでふさぐ。

第１２　．　１３図に示す軽量構造物コア７２の集或体
の詳細は、集戒の好ましい方法に従って第１４〜３０図
に記述されている。第１２図に示すように、リブ７６７
Ｂ　．　８０　．　８２及び８４は平行で等間隔の関係
に配置される。リブ７６〜８４は、それぞれ第１４〜１
８図に示すようにすべて異なる長さをもち、上部に等間
隔の溝８６ａをつける。第１４〜１７図に示すように、
リブ７６〜８２のそれぞれは上部に２つの間をあけた切
欠きを含む。リブ７８〜８４のそれぞれは２組あり、第
１２図にはそれぞれの２組目のものに（′）をつけて示
した。第１２図に示すように、それぞれのケースで２組
のうち１組は大きな六角形の上半分に配置し、そして他
の組は下半分に配置している。したがってリブ８４は上
半分に、リブ８４′は下半分に位置している。

第１２図に示す平行にかつ等間隔で位置するリブ８Ｂ　
，　９０　．　９２　．　９４及び９６は、第１９〜２
３図に示すようにすべて異なる長さをもちそしてそれぞ
れ下部に等間隔の溝９８ａをつけ、リブ８８及び９４は
上部に２つの切欠き９８ｂをもつ。溝を切欠きの中につ
ける場合は、リブは３つの部分からなる。それ故、第１
９図に示すようにリブ８８は３つの部分８８　．　８８
’及び８８″で構成する。同様に、第２２図に示すよう
にリブ９４は３つの部分９４．９４’及び９４″で構戒
する。

リブ９０〜９６のそれぞれは２組あり、２組目のものに
（′）をつけて示した。したがって、２つのリブ９６及
び９６′は大きな六角形の両側に配置される。

さらに、第１２図に示す平行にかつ等間隔で配置するリ
ブ１００，　１０２，　１０４，　１０６及び１０８は
、第２４〜２８図に示すようにすべて異なる長さをもち
そしてそれぞれ上部に等間隔の溝１１０ａをつけ、下部
に等間隔の溝１１０ｂをつけ、リブ１００及び１０６の
上部に２つの切欠き１１２をもつ。リブ１０２〜１０８
のそれぞれは２組あり、２番目のものに（′）をつけて
示した。

第１２図に示すように、大きい六角形の外側の領域は、
１２個のリブ１ｌ４（又は１１６）及び６個のリブ１１
Ｂでうめることができる。第２９図に示すリブｌ１４．
１１６及び第３０図に示すリブ１１８は溝を切らない。

説明の都合上、第１３図にこれらのクロージャーセグメ
ント１１４．　１１６及び１１Ｂを示してない。

このように軽量支持構造物コア７２を集成するには合計
４５ピースが必要である。リブには流れ穴１２０をつけ
、各セルはこの穴をもつ。

本発明に従って、大型軽量構造物コアを２番目の方法で
集戒することができる。第３１　．　３２図に示すこの
方法によれば、軽量構造物コア７２′を集成する場合、
３つの中心リブ１２２．　１２４及び１２６をまずその
中心で結合する．これらｌつのリブ１２２は第３３図に
示すように上部の中心に１つの溝をもち、別のリブ１２
４は第３４図に示すように下部の中心に１つの溝をもち
、さらに３番目のリブ１２６は第３５図に示すように２
つの溝、すなわち下部の中心に１つ及び上部の中心に１
つの溝をもつ。さらに、６つのリブ１２８．　１３０，
　１３２，　１３４，　１３６及び１３８は第３６図に
示すようにすべて同じ寸法であり、大きな六角形を完成
するためにリブ１２２．　１２４及び１２６と組合わせ
る。

次いで六角形内に形成した大きな三角形は小さな三角形
セルでうめる。例えば、第３７図に示すようにリブ１４
０，　１４２及び１４４を組合わせる。それぞれのリブ
１４０．　１４２及び１４４は上部溝と下部溝をもち、
これらはセルの長さの間隔を置いて並べる。

次に同じ長さのリブ１４６．　１４８及び１５０を三角
形の中心に組合わせ縁を接着する。この組合わせは前述
したと同じ方法でおこなうことができる。すなわち、第
３８図に示すように１つのリブ１４６は下部に１つの溝
を、他のリブ１４８は上部に１つの溝を、そして３番目
のリブ１５０は２つの溝、１つは上部に１つは下部につ
けることができる。次いで第３９図に示すようにリブ１
５０及びリブ１５２と１５４を組合わせて縁を接着する
。最後に第３９図に示すようにリブ１４８と１５４、及
びリブ１５６を組合わせ三角形を完成する。まずすべて
の６つの三角形、次いで大きい六角形がすべてうめられ
ると、第４０〜４２図及び第３１図に示すように６つの
外側の類似モジュールがクロージャーセグメント１５８
，　１６０，　１６２を用いてうめる。説明の都合上こ
のクロージャーセグメントは第３２図に示してない。

以下の表２に示すように、この２番目の方法を用いて軽
量構造物コア７２を集゜戒するには、全部で１１７個の
リブ又はピースが必要である。各ピースの所望の数量を
表に示した。

表２ −剥０ほ一　一数遣一　一の■目一１２２　　　　　　　１　　　　　　３３１２４　　　
　　　　１　　　　　　３４１２６　　　　　　　１　
　　　　　３５１２８・・・１３８６３６１４０・・・１４４　　　　１８　　　　　　３７１４
６・・・１５０　　　　１８　　　　　　３８１５２・
・・１５６　　　　１８　　　　　　３９１５８　　　
　　　１２　　　　　　４０１６０　−　　　　　２４
　　　　　　４１１６２　　　　　　１８　　　　　　
４２第１〜１０図に示す軽量構造物コア１０のリブは、
そのリブの下部の縁はすべて同一平面内に位置するのに
対して、それぞれ第１３　．　３３図に示すように軽量
構造物コア７２及び７２′のリブの下部の縁は曲ってい
るので、この縁のすべての部分は同一平面上には位置し
ない。すでに記述したように、第１〜１０図の構造物は
平面鏡又は別な平面メンバーの支持構造物を製作するの
に適当であり、第１２〜４２図の構造物は曲面を有する
鏡又は別のメンバーを製作するのに用いることができる
。このことは、本発明の軽量構造物コアが種々の構戒で
製作できる適合性を示している。

第４３図は、鏡面板及びその支持構造物上にＳｉＣ及び
Ｓｉを蒸着するのに使用できる化学蒸着システム１６４
を示す。このシステム１６４は、竪形黒鉛管１６８を含
む炉１６６、管１６８を囲む電気発熱体１７０、３つの
マンドレル１７２．　１７４及び１７６、さらに３つの
じゃま板１７８，　１８０及び１８２を含む。

このマンドレル１７２，　１７４及び１７６はシリーズ
に配置し、熱膨張係数が化学蒸着された．ＳｉＣより大
きい高密度黒鉛で製作する。各黒鉛マンドレル１７２，
　１７４及び１７６は４つの黒鉛支柱でささえ、この支
柱を順々にそれぞれの黒鉛じゃま板１７８，　１８０及
び１８２に取付ける。

各じゃま板は円形黒鉛管１６８で支持され、この黒鉛管
は蒸着域を取り囲みそしてしゃま板を黒鉛発熱体１７０
から隔離する。

反応系ＣＨ．ＳｉＣ　ｌ．及びＨ２は、管１６８の底ぶ
た１８６に据えた４つの水冷インジエクタ−１８４から
管１６８の下部に送入される。

蒸着効果を上げそして３つのマンドレルを化学蒸着炉に
設置するために、最初のマンドレル１７６をインジエク
タ−１８４の近くに配置する。インジェクターが最初の
マンドレル上にグロースマーク（ｇｒｏｗｔｈ　ｍａｒ
ｋ）をつけないように、黒鉛マニホールド１８８を用い
、このマニホールドがインジエクター流れを鈍らせて反
応系が大きな中央の穴から均一に流れるようにした。こ
の配置はすべてのマンドレル１７２，　１７４及び１７
６上でさらに均一な蒸着を与える。

ＣｔｈＳｉＣ　ｌ　３は常温で液体であり、２０’Ｃで
約１４０ｍｍＨｇの蒸気圧をもつ。これは２つのＣｔｈ
ＳｉＣ　ｌ　３タンク（図示してない）からアルゴンを
泡立てて蒸着域に送る。２つのタンクからの（：ｌ３Ｓ
ｉＣ　ｌ　３の流れは４つに分割して４つのインジエク
ターを通す。

ＣＨ３ＳｉＣ　ｆ　ｓタンクの圧力と温度及びアルゴン
流量は、均一な蒸着を得るために両方のタンクに対して
同一に保つ。

（実施例３）化学蒸着による鏡製作技術愁小型水平実験炉から４０ｃ
ｍ径鏡の製作ができるパイロットプラント規模の炉にス
ケールア・ノブした。４０ｃｍ径鏡を設計した。設備の
顕著な特徴を表３に示す。

鏡の設計諸元ＩｎｃｈＯ．０２００．０Ｂ８０．１０８表３：４０ｃｍ径Ｓｔ／ＳｉＣＳｉクー・・ドＳｉＣＳｉクラッド厚さＳｉＣ面板厚さ面板金厚さ』銭軽ｌ構遺粗壁厚さセル高さセル長さ流量穴径穴中心の縁からの距離正三角形セル数セルアスベクト比０．０６４１．２８１．９７０．２７５０．４０９６．０１．３Ｃｍ．０．０５０．２２０．２７０．１６３３．２５５．０００．７０ｌ．０２９６．０１．３釘ＺＣ■≧泣マンドレル径　　　　　１６．０　　　４０．４８曲率
半径　　　　　　　３９．３７　　１００．０鏡全厚さ
　　　　　　　　１．３８８　　　３．５２中心深さ　
　　　　　　　０．８２　　　２．０９鏡の設計は、研
磨荷重−１ｐｓｉ、ピーク／バレーインターセルたわみ
−〇．０２５　ｔｎｎサポート間（距離２５ｃｍ）　ピ
ーク／バレー自重重力ひずみ−０．０２５ｎ、及び最小
固有振動数２５Ｈｚである。鏡の重さは２．９４ｋｇで
あり、これは約１９ｋｇ／ｒｒｆの重さ仕様に合致する
。

ＳｉＣ支持構造物を基準化するためには、まず黒鉛コア
を基準化する。軽量構造物は全部で９６の三角形セルを
含む１６の六角形セルからなる。このセルのアスペクト
比、セルの深さと刻んだ円の径との比、は各三角形セル
で１．３である。

化学蒸着製造技術を所望の規模に基準化するためには以
下の内容を含む。

（ａ）材質の基準化Ｓｔ及びＳｉＣ材料を実験炉で製造した最適化学蒸着の
プロセス条件はパイロットプラント規模の炉に基準化し
た。この暮璋化丈＝フは以下のパラメーター、（１）蒸
着速度（２）実験炉で用いた蒸着構威と幾何学に相似な
蒸着構ｅ．（３）蒸着温度、及び（４）炉圧力を不変に
しておこなった。その上化学蒸着の無次元プロセスパラ
メーターは同一とし、そして重要な基準化則を発見した
。これらの法則によって、反応系流量、モル比、及びイ
ンジェクター径を固定した。この基準化則はパイロット
プラント炉で３２ｃｍＸ９０ｃｍ及び０．６３ＣｍのＳ
ｔ及びＳｉＣ板を製作して実証された。この材料の重要
な物理的、光学的、機械的、及び熱的性質を実験材料に
相当するものと比較して、同一であることがわかった。

（ｂ）化学蒸着による鏡製作技術の基準化これは曲げて
作る面板の基準化を含む。

基準化した黒鉛コアをＳｉＣ面板の裏面に据え、パイロ
ットプラント規模の炉でＳｉＣ被覆した。被覆ののち、
このＳｉＣ面板を黒鉛マンドレルから取外して面板の正
面を化学蒸着したＳｉで被覆した。

かように本発明に従って、類のない軽量構造物及び簡略
化し、製作時間を短縮し且つ製作コストを低減すること
ができる改良した方法を提供した。

提供する構造物は一体式でＳｉＣ又はＳｉのような蒸着
材料で構戒される。この構造物は、軽量ではにこの構造
物は多様な予め定めた形状の製作、規模のスケールアッ
プに対して驚くべき適合性をもち、及び鏡の支持構造物
を含む多種多様な用途に実用性をもつことで特徴ずけら
れる。

【図面の簡単な説明】第１，２図は、本発明の最初の実施態様に従って被覆材
料の蒸着のために据えた軽量構造物コアのそれぞれ平面
図及び正面図である。第３図は、第１．２図の軽量構造物コアの交差し及び組
み合う３つのリブのうち２つの詳細図である。第４図は、第１．２図の軽量構造物コアの交差し及び組
み合うリブの３番目のリブの詳細図である。第５．６図は、本発明の２番目の実施態様に従って被覆
材料の蒸着のために据えた軽量構造物コアのそれぞれ平
面図及び正面図である。第７図は、第５．６図に示したように据えた軽量構造物
コアを用いて製造した化学蒸着ＳｉＣ軽量構造物の斜視
図である。第８．９図は、本発明の３番目の実施態様に従って被覆
材料の蒸着のために据えた軽量構造物コアのそれぞれ平
面図及び正面図である。第１０図は、第８，９図に示したように据えた軽量構造
物コアを用いて製造したＳｉＣ面板に接着した化学蒸着
で製作したＳｉＣ軽量構造物の斜視図である。第１１図は、第１〜１０図に説明したようにＳｉＣ及び
Ｓｉ軽量構造物を製作するのに用いることができる化学
蒸着装置の略図である。第１２　．　１３図は、一体式の軽量Ｓｉ／ＳｉＣ鏡面
板及びその支持構造物を化学蒸着で形成する上で実用性
を有する、寸法をスケールアップした軽量支持構造物コ
ア集或体のそれぞれ平面図及び側面図である。第１４〜３０図は、最初の及び好ましい方法に従う支持
構造物コア集或体に使うリブの形状を説明する側面図で
ある。第３１　．　３２図は、一体式の軽量Ｓｉ／ＳｉＣ鏡面
板及びその支持構造物を化学蒸着で形成する上で実用性
を有する、寸法をスケールアップした軽量支持構造物コ
ア集戒体で、第２の方法による軽量支持構造物コアの集
戒体の平面図及び側面図である。第３３〜４２図は、集戒体の第２の方法に従って第３１
　．　３２図の支持構造物コア集或体に使うリブの形状
を説明する側面図である。第４３図は、第１２　．　１３　，　３３　．　３４図
に示した鏡面板及び支持構造物上にＳｉＣ及びＳｉを析
出させるのに用いることができる化学蒸着炉の略図であ
る。１０・・・軽量構造物コア、　２０・・・支持体、２６
・・・ＳｉＣ蒸着軽量構造物、３２・・・化学蒸着装置、　　３４・・・水平実験炉、
３６・・・反応系供給システム、３８・・・排出システム、　　４ｏ・・・長管、７２・
・・軽量構造物コア、１６４・・・化学蒸着システム。

Claims

【特許請求の範囲】

１．複数のリブであって、それぞれがその厚さをはるか
に越える長さ及び高さをもち、該リブは端を有し、該リ
ブのうち少なくともいくつかは該端の中間にある１つ又
はそれ以上の溝を有し、その溝は複数のセルを含む構造
物コアを形成するためのものであり、該リブをその溝で
交差させそして組合わせる関係に配置しそして集成する
ことができる複数のリブと、且つ該構造物コアを被覆し
又これを一体式構造物に囲む補剛補強材料であって、該
構造物コア上に蒸着する材料を含む該補剛補強材料とを
含んでなる剛性をもつ堅固な軽量構造物。
２．蒸着する該材料の該構造物コア上への均一な分散を
容易にするために、該リブの少なくともいくつかに流れ
穴を含む請求項１記載の構造物。
３．該リブで形成する該構造物コアの該セルが壁と深さ
をもち、該構造物コア上に蒸着する該材料は拡散で析出
し、淀み流れはセルの深さにそって析出する該材料の不
均一さを生じる傾向があり、該壁はそこに穴を有し、該
穴が該蒸着する材料の淀み流れを最小にするように働き
これによって該セルの壁にそって析出する材料の均一さ
を改良する請求項１記載の構造物。
４．該穴を、淀み流れの傾向が最大になる比較的深い該
セルの壁に配置し、そして該補剛補強材料を該穴の内側
に析出させ、隣接するセルの壁を結合し、これにより前
記軽量構造物の強度を改良する請求項３記載の構造物。
５．該リブで形成する構造物コアのセルの隣接する縁の
部分が同一平面内にある請求項１記載の構造物。
６．集成した場合、該リブのすべては、１つの縁を形成
する隣接する表面を少なくとも２つもち、その縁のすべ
ての部分は実質的に単一平面内にあり、それによって該
構造物コア内に形成する該複数のセルは相接する縁の部
分を有しそれらが同一平面内にある請求項１記載の構造
物。
７．集成した場合、該リブで形成する該コアの複数のセ
ルの隣接する縁の部分が予め定めた形状の表面上にある
請求項１記載の構造物。
８．蒸着する該材料の該構造物コア上への均一な分散を
容易にするために、該リブの少なくともいくつかに流れ
穴をもち、該リブが約０．０２０インチ（０．５ｍｍ）
の厚さの黒鉛であり、該補剛補強材料が該構造物コア上
に化学蒸着するＳｉＣであり、該構造物コアの複数のセ
ルが壁、深さ、及び相接する縁部分をもち、さらに蒸着
する該材料の該構造物コア上への均一な分散を容易にす
るために、該セルの少なくともいくつかの壁に流れ穴を
もち、そして該セルの相接する縁の部分が予め定めた形
状の表面上に位置する請求項１記載の構造物。
９．予め定めた形状の該表面と接する該リブの隣接する
縁で該リブを該支持体上で横断的に交差させそして組合
わせる関係に配置する予め定めた形状の表面を有する支
持体と、及び予め定めた形状の該表面を被覆し又該一体
式構造物として囲む該蒸着補剛補強材料とを含む請求項
１記載の構造物。
１０．該支持体の表面が鏡の面板の表面であり、析出し
た材料のこの面板に対する付着性及びそれによって該コ
アの面板に対する付着性を保証するために、面板の材料
がそこに析出する補剛補強材料と適合する請求項９記載
の構造物。
１１．それぞれのリブが実質的に同じ高さと厚みであり
、その厚みをはるかに越える高さと長さをもつ複数のリ
ブから軽量構造物を製作する方法であって、（ａ）それぞれのリブが実質的に同じ長さである該リブ
の１番目のセットから該リブの高さに等しい深さをもつ
六角形セルを形成する（ｂ）該六角形セルの最もスペースを置いたコーナー間
の距離と実質的に等しい長さを有する該リブの２番目の
セットのうち、第１、第２及び第３リブの中心に溝を切
り、該リブの第１リブの上部から第１溝を、該リブの該
第２リブの下部から第２溝を、及び該リブの該第３リブ
の上部と下部の両方から第３及び第４溝を切り、該第１
及び第２溝の長さを該リブの高さの半分より長くし、該
第３及び第４リブの長さを該リブの高さの半分より短か
くする（ｃ）該リブの該第１、第２及び第３リブを、それらの
中心でそれぞれ該第１及び第２溝を該第３及び第４溝に
はめ込んで組合わせる（ｄ）それぞれが正三角形横断面をもつ６つの領域を有
し、それぞれの該領域がセルを構成する構造物コアを形
成するように、六角形セルの最もスペースを置いたコー
ナーで結合するために、該リブのうち組合わせた該第１
、第２及び第３リブを該六角形セルと相対的な位置決め
をする、そして（ｅ）この構造物コアを蒸着工程にさらし、補剛補強材
料をコア上に析出し被覆しそれでその材料の一体式構造
で該構造物コアを包み込む工程を含んでなる複数のリブ
から軽量構造物を製作する方法。
１２．該リブからなる３番目のセットの複数のリブを、
リブの該２番目のセットの該第１、第２及び第３リブで
のそれぞれの両側に等間隔でかつ平行となるように配置
し、該２番目のセットの該第１、第２及び第３リブのそ
れぞれの側で組合わせる該３番目のセットのすべてのリ
ブは異なる長さをもち、そして該２番目のセットの該第
１、第２及び第３リブの適当に位置決めした溝と交差さ
せ組合わせることができるような交差の位置に合わせ、
その長さにそって適当に位置決めした溝を含むことによ
り該構造物コアの該６つのセルのそれぞれに複数のコア
を供給するさらに付け加えた工程（ｆ）を前記工程（ｄ
）と（ｅ）の間に含める請求項１１記載の方法。
１３．前記工程（ｆ）において、リブの該３番目のセッ
トが、リブの該２番目のセットのそれぞれ該第１、第２
及び第３リブのそれぞれの側に等間隔で且つ平行関係に
位置する４つのリブからなり、それによって１６のセル
からなる１６の正三角形が正三角形横断面の６つのセル
のそれぞれにできる請求項１２記載の方法。
１４．正三角形横断面の該６つのセルのそれぞれのクロ
ージャーを形成する該リブの４番目のセットであって、
リブの該４番目のセットは、この構造物コアの外面周囲
の横断面を６つの側をもつ六角形から１８の側をもつ多
角形に変えるために、組合わせるリブの３番目のセット
の端に接続する、３つのリブを含むリブの４番目のセッ
トを提供する工程（ｇ）を工程（ｆ）のあとにさらに含
める請求項１３記載の方法。
１５．該リブを作る材料が黒鉛であり及び構造物コアに
蒸着する材料がＳｉＣである請求項１４記載の方法。
１６．正三角形横断面の６つのセルを、この構造物コア
の内側領域を完成するように互いに結合した正三角形横
断面の小さいセルで満たすさらに付け加えた工程（ｈ）
を工程（ｄ）及び（ｅ）の間に含める請求項１１記載の
方法。
１７．該リブの該２番目のセットの該第１、第２及び第
３リブを円形支持体上に据えるさらに付け加えた工程（
ｉ）を工程（ａ）及び（ｂ）の間に含め、さらにこの円
形支持体の面積の大部分を覆うようにこの構造物コアの
外側領域をふさぐさらに付け加えた工程（ｊ）を工程（
ｂ）のあとに含める請求項１６記載の方法。