JPH04323601A - 軽量反射鏡基体の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、天体観測やビ
−ム集光あるいは宇宙産業等に用いられる反射鏡の製造
方法に関し、特に、軽量で高い反射鏡操作性を有し、し
かも優れた構造体強度と光学的特性を有する反射鏡基体
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、天体用反射鏡や高エネルギ−ビ−
ム等の光学的な集光に用いられる反射鏡は、例えば、石
英ガラスや高珪酸がラス等を素材とする無気泡反射鏡板
の表面に、光学的な反射層として、アルミニウム等の金
属蒸着膜を形成させ、これを操作用支持台に支持させて
自由に回転操作される。このような反射鏡用基体は、反
射面の温度や内力的な状況変化に影響されない精度保持
が要求される。このような反射鏡は、これまで直径が５
〜２０ｃｍ程度の小型のものが主流であったが、近年、
高い集光率を得るために直径が３０ｃｍ〜１ｍあるいは
それ以上の大型のものが要求されるようになり、実用化
されるようになった。しかし、このような大型のものは
極めて大きな重量となるので、その反射鏡の支持角度等
の支持姿勢の変化によって自重による変形が起こり易く
、鏡面にうねり現象が生じて反射鏡の光学的性能を低下
させるなどの問題があった。

【０００３】このように大型化に伴って、集光ビ−ムの
輻射や環境温度の変化による反射鏡基体の微妙な体積変
化や変形のために鏡面うねり等が変化し、その変化がそ
の反射鏡の性能を低下させるので、反射鏡用素材として
熱膨張変化の小さい石英ガラスや高珪酸ガラスが使用さ
れるようになった。しかし、これらのガラス類は、反射
鏡基体を重くし反射鏡の操作性を低下させるので、操作
性を向上させるためには、その基体を可及的に軽減する
ことが要求される。実用的要求に沿って、特に、大型反
射鏡板の支持部材に関し、その充分な支持強度を保有し
、しかも軽量化を達成するための多くの提案がなされた
。

【０００４】例えば、特公昭６３−５７７６１号公報に
は、天体用軽量反射鏡素材として透明反射鏡板（前板）
と後板との間に、数列の管から成る石英ガラス等の支持
格子を有し、その管列の各管が、隣接する列の２個の管
と接触線又は接触帯を有するように互い違いにされ、そ
の接触線等の領域内における管の壁の厚さが壁の残部に
比べて減少され、更に管が接触線等に沿って相互に溶接
されている特殊な管構造のものが開示されている。しか
し、かかる特殊構成の天体反射鏡素材は、構成が複雑だ
けでなく製作が厄介で工業的に著しく不利である。また
、かかる反射鏡素材は、反射鏡の面方向の強度は著しく
低く、一体化された反射鏡板の曲面研磨に対して満足し
得る支持部材とはいえない。

【０００５】更に、この反射鏡素材は、製作の際に支持
格子である管素材の有効高さを厳密な意味で一定にする
ことが難しく、そのため張り合わせた透明反射鏡板に管
素材の不均一な凹凸が歪として残り、後日、鏡面うねり
などの経時変化を引き起こすため、反射鏡の性能低下の
大きな要因となっている。また、支持格子は、その構造
上、鏡面を重力に対して水平にした時と垂直にした時で
は、自重に対する剛性が変わって鏡面の姿勢により面精
度に微妙な変化が現われるため、姿勢の可動が必要な操
作性を要する用途には使用し難い。

【０００６】また、特公昭６１−２６０４１号公報の技
術は、軽量鏡に関し、特に、石英ガラス類の前板と後板
との間に、これらの板に動かないように連結された石英
ガラス類でつくられた支持格子が融着一体化された天体
用軽量鏡を記載している。この支持格子は、石英ガラス
類の板状部材及び（又は）管状部材が支持用の板の上に
置かれて、それぞれ２個の部材の間に残っている空間の
中に、粒状体、小管片、小粒子、小板片又はこれらの混
合物から成る焼結されるべき物質が充てんされ、この配
置が、黒鉛リングによって一緒に保持され、次いでこれ
らが炉内において非酸化性雰囲気下に焼結温度に加熱さ
れ、そのように形成された支持格子が前板と後板に動か
ないように加熱融着によって連結されることも開示され
ている。

【０００７】しかし、この方法は、適切な形状の板状部
材や管状部材を予め多数作成し、並列配置した所定空間
に焼結物質を充てんしたり、あるいは焼結物質を充てん
した補強管状部材を適宜配置して前板と後板とを融着し
なければならない厄介な操作と労力及び時間を必要とす
るので工業的には採用し難い。また、この管状部材を用
いる方法は軽量化が不充分で、管状支持部材が融着した
反射鏡用前板の箇所が歪を形成するため平坦研磨が困難
となり、光学的精度が損なわれるという致命的な問題が
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、操作性に優れ、反射鏡面が温度変化などにより歪を
発生することのない実用的に望ましい軽量反射鏡基体を
提供することにある。また他の課題は、反射鏡板の支持
部材として軽量且つ反射鏡板支持方向と直交する方向に
も優れた３次元的強度を有する実用性の高い発泡性多孔
質支持部材を提供することにある。更に他の課題は、そ
のような軽量化された反射鏡基体の工業的に有利な製造
方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、明細書の前記
特許請求の範囲の特に請求項１に記載の構成要件から成
る軽量反射鏡基体の製造方法を要旨とするものである。

【００１０】反射鏡は、光、例えば、太陽光やレ−ザ光
線等を集めたり散乱させたりする、特に天体用，宇宙産
業用として有用な反射鏡であって、その他レ−ザ−光の
集光や太陽熱の利用にも使用し得るもので、その鏡面を
形成する酸化珪素透明無気泡板の反射面は利用目的に応
じた曲面に形成される。また、その面には利用しようと
する光の種類に応じて適切な金属の膜が形成される。い
ずれの利用方法においても、反射鏡には光学的に高い反
射精度と容易な操作性が要求される。従って、その反射
面は、温度変化に対して実質的に変形しない素材で構成
させることが重要で、可及的高純度の高珪酸がラスや石
英ガラスから成る実質的に気泡を含まない透明板が用い
られる。

【００１１】本発明の方法においては、そのような反射
鏡板を支持する部材として、好ましくは、９９重量％以
上の酸化珪素から成る石英ガラス質又は高珪酸ガラス質
で、その見掛け密度が０．１〜１ｇ／ｃｍ３を有する円
盤状多孔性発泡体が用いられる。該多孔性発泡体の見掛
け密度が０．１ｇ／ｃｍ３未満では、反射鏡板を支える
支持強度が弱く、また１ｇ／ｃｍ３を超えると軽量化が
不充分となり、自重による変形傾向が増大すると共に満
足すべき操作性も得られない。

【００１２】このような発泡体は、主として独立気泡で
構成させることが好ましく、３次元的格子構造のネット
ワ−クが形成される高い独立気泡を含有率の多孔質体は
、あらゆる方向への一層高い圧縮強度が得られる。かか
る多孔性発泡体は、反射鏡用板を全面にわたって均一に
支持するから、研摩における反射鏡用板表面に加わる押
圧力に対して優れた抵抗性を有するだけでなく、面に平
行な方向への優れた抵抗強度を与えるので反射鏡用板の
保持部材として極めて望ましい。

【００１３】そのような発泡体は、例えば、酸化珪素か
ら成る水酸基含有石英ガラスの粉末をアンモニア雰囲気
中で加熱反応させこれを所望形状に成形し焼結するか、
成形焼結したものをアンモニア雰囲気中で加熱反応させ
てアンモニア化した焼結体をつくり、次いで、該焼結体
を、例えば、電気炉中で１５００〜１８００℃の温度に
加熱溶融し、その際ガラスから離脱するガスにより主と
して独立気泡から成る発泡体を効果的に得ることができ
る。また、所定温度で反応昇華する粉末をシリカ粉末に
混入して加熱融着することによっても製造することがで
きる。 この加熱発泡体の製造においては、適切な径の気泡を形
成させると共に、加熱過剰による連通気泡の形成を防止
するように発泡条件が選択される。

【００１４】このようにして製造された多孔性発泡体は
、反射鏡の大きさや形状に応じて所望の形状、例えば円
盤や四角形の板体に適宜カットされ、その一方の面に反
射鏡用の透明無気泡石英ガラス又は高珪酸ガラスの板が
、また他方の面には後板としてそれほど高い純度が要求
されない石英ガラス又は高珪酸ガラスの板が融着一体化
される。この一体化操作においては、該多孔性発泡体層
の上側の面と反射鏡用円板の裏面との接合面間に、該多
孔性発泡体の軟化点より低い軟化点を有するシリカ粉末
を全面に薄くひろげ、例えば、１ｍｍ程度の層を全面に
わたって形成させ、これを介して接合状態に保持して上
記シリカ粉体の軟化点以上の温度に約１〜４時間程度加
熱することにより効果的に融着一体化させることができ
る。

【００１５】シリカ粉体の軟化点が該支持部材の軟化点
と同等かそれ以上では、加熱一体化において多孔質支持
部材が軟化溶融し、独立気泡が破裂したり基体表面が変
形するなどの望ましくない現象が生ずるので不都合であ
る。一般に、ゾルゲル法又は熱化学気相法により得られ
たものは比較的融点が低いので、その粉砕物が上記シリ
カ粉体として好適に使用できる。また、このシリカ粉体
は、微細なほど均質な融着結合層を形成するので好まし
く、例えば、粒径が１０μｍ以下のものが実用上極めて
望ましい。この一体化方法によれば、融着接合面積が大
幅に増大し、反射鏡用板が発泡体層に一層安定に固定さ
れる。この接合においては、反射鏡用板の裏面と接合さ
れる多孔質体の面とが実質的に全面にわたって接触する
ような同一面形状に予め形成される。

【００１６】発泡体層の一方の面に融着一体化される反
射鏡用板は、高度に高純度の石英ガラス又は高珪酸ガラ
ス質のものであって、実質的に気泡を含有しない透明板
である。それは微細な気泡があっても反射板に歪やゆが
み等の望ましくない状態をもたらすので高精度の反射鏡
を作り出すことができなくなるからである。また、他方
の面に溶融一体化される板は、反射鏡板のような高純度
と透明性は必要ではなく、多少、気泡を含んでいても透
明性が損なわれていても差し支えないが、石英ガラス又
は高珪酸ガラス質製の板材であることが重要である。

【００１７】本発明の方法においては、両板が発泡体層
に一体に接合された積層体は、次にその周側面が全周に
わたって気密にシ−ルされるが、その気密シ−ルに先立
って好ましくは、周側面、特に発泡体層の全側面が平滑
仕上げ処理される。その平滑仕上げ処理は、気密シ−ル
膜が適切に形成されるように仕上げればよく、通常知ら
れた、例えば、グラインダ−による平滑研磨あるいは水
素酸素燃焼炎等のファイアによる焼仕上等の方法によっ
て行うことができる。

【００１８】次に、その平滑仕上げされた周側面が気密
にシ−ルされる。その気密シ−ル用のシ−ル剤としては
、例えば、室温硬化性又は加熱硬化性のシリコ−ン系ゴ
ムシ−リング剤が好都合に用いられる。このシ−リング
剤による被覆は、チュ−ブから押出しながらコ−ティン
グすることによって簡易に行うことができる。この気密
シ−ルは、必ずしも高い気密性を必要とするものではな
いが、続く反射鏡板表面の精密平滑研磨において高度の
平坦研磨仕上げを得るのに重要であることが見出された
。すなわち、シ−ルがない場合には、精密研磨によって
満足し得る平坦面が得られなかったのである。その理由
は明確ではないが、恐らく水性研磨において、基体の多
孔性発泡体層や上下板との各界面への無視し得る微粉状
研磨剤や水の侵入によって表面の精密研磨に微妙な影響
を与え、その結果、蒸着アルミニウム金属や銀の光学的
に優れた反射膜を形成させることができないものと推定
される。

【００１９】周側面が気密シ−ルされた積層体は、次い
で、反射鏡用金属膜が蒸着形成される反射鏡板の表面が
精密研磨に供される。その研摩は、例えば、水性研磨剤
を用いて、通常知られた精密研磨法により平面あるいは
所定の曲面に高度に精密研磨され、本発明の軽量反射鏡
基体に仕上げられる。

【００２０】本発明方法によって製造された軽量反射鏡
用基体を添付図面により説明する。図１は、本発明の方
法によって製造された矩形の軽量反射鏡用基体の一例の
斜視図であって、理解を容易にするために、その周側面
の気密シ−ル層を部分的にめくった状態に示してある。 図において、石英ガラス質製板状多孔性発泡体層１の一
方の面に透明無気泡の高純度石英ガラス製の反射鏡用板
２が、また該発泡体層の他方の面に石英ガラス製の板３
が融着一体化され、次いでその一体化された積層体の周
側面には全面にわたってシリコ−ン系ゴムシ−リング剤
層４が気密シ−ルされ、上記透明無気泡板の表面２’は
精密研磨されて、光学的に優れた反射鏡用平坦研摩面が
形成されている。

【００２１】

【作用】本発明の方法による軽量反射鏡用基体は基体自
体が軽量で、その反射鏡石英ガラス板を安定に支持する
多孔性発泡体層が充分な３次元的強度を有し、反射鏡表
面が優れた平坦研磨面に形成されるので、大型反射鏡と
して優れた光学的精度と高い操作性が得られる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明を具体例により更に詳細に説明
する。 実施例　　１ 四塩化珪素を酸水素火炎バ−ナ−に供給して得火炎加水
分解させて石英ガラスす−と体を造り、これに１０００
℃の温度でアンモニアガスを２時間反応させたのち、ア
ンモニア雰囲気ガスを追い出し、１６００℃の温度に加
熱して発泡させ、見掛け密度が、約０．３ｇ／ｃｍ３の
石英ガラス多孔性発泡体を得た。この発泡体をカットし
て、直径３５０ｍｍ，厚さ２５ｍｍの円盤を作成した。

【００２３】この多孔性円盤の前面に、直径３５０ｍｍ
，厚さ０．５ｍｍの透明で無気泡の石英ガラス円板を載
せ、その間に融着剤としてシリカ微粉末を全面に薄く敷
いて、約１３００℃の温度で加熱融着させた。その際、
多孔性円盤の下側面に直径５００ｍｍ，厚さ０．５ｍｍ
の石英ガラス円板を後板として同様に融着剤としてシリ
カ微粉末を薄く敷き、これらを接触状態に保持して加熱
溶融し、同時に一体化させた。このようにして得られた
構造体は、多孔性発泡体層と無気泡透明石英ガラス板と
が全面にわたって溶着一体化しているので、不均一溶着
により石英ガラス板に歪が発生し光反射特性を低下させ
る不利がなく、また面に、例えば、研磨する際の押圧等
の応力が加わっても変形したり、あるいは破損する恐れ
がなく、軽量反射鏡基体として充分な強度を有するもの
であった。

【００２４】次に、この構造体の周側面に露出している
発泡体層の表面を全周にわたりグラインダ−で平滑に研
削，研磨し、室温硬化型シリコ−ンゴム系シ−リング剤
で周側面を全面的に被覆し、気密シ−ル層を形成させた
。このように周側面を気密シ−ルした構造体の透明無気
泡石英ガラス板の表面を水性研磨液を用いて精密研磨し
、この面について光学的干渉縞により面の平坦度を調べ
たところ、干渉縞は平行で、面全体が極めて高度な平坦
度を有することが確認された。この精密研磨面は、例え
ば、これにアルミニウム蒸着膜を形成させることにより
優れたレ−ザ光等の反射面を提供する。従って、このよ
うに精密研磨された構造体は、従来知られた軽量反射鏡
に比べて、はるかに光学的特性の優れた軽量反射鏡基体
として極めて望ましいものであった。

【００２５】

【発明の効果】本発明の方法によれば、従来知られた大
型反射鏡用基体に比べて、軽量で且つ多孔質支持体の３
次元的押圧強度に優れ、金属蒸着によって光学的に高い
精度の反射鏡を提供する。また、その軽量反射鏡は、大
型のものでも優れた操作性を有し、特に、天体用大型反
射鏡としての実用的価値は極めて高い望ましいものであ
る。更に、本発明の方法によって得られる基体は、従来
の同様な反射鏡用基体のそれに比べてはるかに低コスト
で提供されるから、工業的に著しく有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法により製造された軽量反射鏡用基
体の一例の周側面の気密シ−ル層を部分的に剥いだ状態
で示す斜視図である。

【符合の説明】

１・・・石英ガラス質製板状多孔性発泡体層２・・・透
明無気泡の高純度石英ガラス製の反射鏡用板２’・・・
透明無気泡板の表面 ３・・・石英ガラス製の板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】見掛け密度０．１〜１ｇ／ｃｍ３を有する
   石英ガラス質製又は高珪酸ガラス質製の多孔性発泡体層
   の一方の面に透明無気泡の石英ガラス又は高珪酸ガラス
   の反射鏡用板を、また他方の面に石英ガラス又は高珪酸
   ガラスの板を融着一体化し、次いで該一体化された積層
   体の周側面を全面にわたって気密シ−ルした後、前記透
   明無気泡板の表面を精密研磨することを特徴とする軽量
   反射鏡基体の製造方法。
2. 【請求項２】上記気密シ−ルが、シリコ−ン系ゴムシ−
   リング剤のコ−ティングによって提供される請求項１記
   載の製造方法。
3. 【請求項３】上記気密シ−ルに先立って、周側面全周に
   わたって発泡体層の面を平滑仕上げすることを特徴とす
   る請求項１記載の製造方法。