JPH04335301A - 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、天体観測やビ−ム集光
あるいは宇宙産業等に有用な反射鏡の製造方法に関し、
特に、軽量で操作性に優れ、しかも高度の構造体強度と
光学的特性を有する反射鏡基体の製造方法に関する。

【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
英ガラスや高珪酸ガ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。そのような現実的要求に沿って、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平坦面あるいは曲面の研
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して反射鏡の性能を低下させ
る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（反射鏡
板）と後板との間に、石英ガラス類でつくられた支持格
子が動かないように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填され、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中で焼結温度に加熱され、このよう
に形成された支持格子を前板と後板に動かないように加
熱融着させて強固に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
るので工業的には著しく不利である。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、反射鏡面が温度変化などにより歪を発生したり自重
により変形しない操作性の優れた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、鏡面研
磨その他の加工や取扱いにも汚染されることのない実質
的気密にシ−ルされた実用的に極めて有用な反射鏡基体
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
特許請求の範囲の請求項１に記載の構成要件から成る軽
量な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、太陽光やビ−ム等
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反射鏡であって、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
に応じて平坦面又は所定の曲面に形成される。更に、そ
の面には、利用しようとする光の種類に適切な金属の蒸
着膜が形成される。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、反射板とし
て可及的高純度の高珪酸がラスや石英ガラスから成る気
泡を含まない透明な板が用いられる。

【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、自重によって変形する傾向が増大すると
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、そのような独立気泡によっ
て形成される３次元的格子構造のネットワ−クを有する
多孔質体は、あらゆる方向への一層高い圧縮強度が保証
される。かかる多孔性発泡体は、反射鏡用板を全面にわ
たって均一に支持されるから、研磨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、面に平行な方向にも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
中で加熱下にアンモニア化反応させ、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ガラス焼結体を
つくり、次いで該焼結体を、例えば、１５００〜１８０
０℃の温度に加熱溶融し、ガラスからガスを発生させる
ことにより容易に製造される。その際、溶融ガラス内に
発生するガス気泡の破裂を防止することにより、主とし
て独立気泡から成る発泡体が効果的に得される。またガ
ラスの溶融温度で反応，昇華する粉末成分をシリカ粉末
に混入して加熱融着することによっても発泡体を製造す
ることができるが、この製造においては、適切な所望径
の気泡の形成を確保し、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純度の高くな
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
泡体層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、可及的高純度の石英ガラス又は高珪酸ガラ
ス質から成り、且つ実質的に気泡を含有しない透明な板
体である。この反射板には微細な気泡が含まれていても
反射面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ので気
泡の含有は好ましくない。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、温度変化に実質的に影響のない
石英ガラス又は高珪酸ガラス質製の板体であることが重
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のち、その積層体の周側面に石英ガ
ラス又は高珪酸ガラスのシ−ル層が融着形成される。こ
のシ−ル層は、必ずしも完全気密性であることを必要と
しないが、そのシ−ル層の形成に先立って、周側面、特
に発泡体層の全側面を平滑仕上げすることが好ましい。 その平滑仕上げ処理は、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、平滑仕上げされた積層体周側面への
石英ガラス又は高珪酸ガラスのシ−ル層の融着形成は、
シ−ルされる面にそれらガラスの粉末を付着させ、これ
を加熱溶融させてガラスシ−ル層を形成させてもよいが
、周側面の幅と長さに対応するガラスの板を燃焼炎によ
り周側面に順次融着一体化することが実用的である。 このようなガラスシ−ル層を形成させた反射鏡基体は、
例えば水性研磨剤による鏡面研磨において、微粉状の水
性研磨剤による基体への側面からの汚染が実質的完全に
防止できるばかりでなく、反射鏡基体の物理的強度を大
幅に向上させ、精密研磨された鏡面を長期間安定に保つ
ことができる。

【００１９】このように周側面がガラスシ−ルされた積
層体の透明反射鏡用板の表面は、上記したように、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精密研磨され、その研磨面
に反射鏡用の金属、例えば、アルミニウムや銀等の金属
薄膜が蒸着その他の手段によって形成され、軽量大型反
射鏡に仕上げられる。なお、鏡面への金属薄膜形成時に
高温に曝されて、基体内部の気体の膨張による周側シ−
ル層の破損が懸念される場合には、その周側面に一個あ
るいは複数個の小さな通孔を設けておくことが望ましい
。

【００２０】本発明の方法を添付図面により更に詳細に
説明する。図１は、本発明の方法によって製造された円
盤状の軽量大型反射鏡用基体の一例の部分切欠き斜視図
である。図において、石英ガラス質製円盤状多孔性発泡
体層１の一方の面に透明で無気泡の高純度石英ガラス製
の反射鏡用板２が、また他方の面に半透明の石英ガラス
製の板３が融着一体化され、次いでその一体化された積
層体の周側面に石英ガラスの細長い板４が一端から順次
融着一体化されてシ−ル層が形成される。このようにし
て得られた本発明の軽量且つ大型の反射鏡用基体は、そ
の鏡面が精密研磨されてフラットな高精度の反射鏡面２
’に形成され、更にその研磨面に金属蒸着等により光沢
反射膜が形成されて、光学的に優れた反射鏡が提供され
る。

【００２１】

【作用】本発明の方法により、反射鏡面に安定で光学的
面精度の優れた平坦あるいは曲面鏡が形成される軽量基
体が効果的に提供される。また、本発明の方法によって
得られる大型反射鏡は、軽量にもかかわらず優れた構造
体強度を有し、長期にわたってその高精度鏡面が安定に
保持されるので、操作性の良さと共に産業上の利用性は
すこぶる高い。

【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−に供給して火炎加水分
解させて石英ガラスス−ト体を造り、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３ｍｍ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３５０ｍｍ，厚さ３ｍｍ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融着一体
化させ積層体を得た。次いで、厚さ１ｍｍで３０ｍｍ×
１１００ｍｍの細長い石英ガラス板を酸素水素バ−ナ−
で積層体の周側面に融着一体化し、シ−ル層を形成させ
た。

【００２４】このようにして得られた大型反射鏡基体の
透明無気泡石英ガラス板のフラット表面を水性研磨液を
用いて精密研磨仕上げした。この面について光学的干渉
縞による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
。この精密研磨面に、更に、アルミニウムの薄い膜を蒸
着させることによりレ−ザ光用等に好適に使用される高
精度のフラット反射面が得られた。蒸着膜が形成された
大型反射鏡は、従来知られた軽量反射鏡に比べて、はる
かに軽量且つ光学的特性の優れた極めて望ましいもので
あった。

【００２５】

【発明の効果】本発明の方法により得られる多孔性発泡
体層を石英ガラス板で取り囲んで形成された大型反射鏡
基体は、その多孔性発泡体層が無気泡透明石英ガラス反
射鏡板と、これと対向する後板とが全面にわたって溶着
一体化されると共に周側面のガラスシ−ル層が溶融一体
化されているので、軽量で優れた操作性を有するにも関
わらず極めて高い構造強度を有し、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破損する等の恐
れがなく、また石英ガラス反射鏡板に歪が発生して光反
射特性を低下させる不都合もないので、高い実用的価値
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の方法によって製造した円盤状
の軽量大型反射鏡用基体の一例の部分切欠き斜視図であ
る。

【符合の説明】

１・・・石英ガラス質製円盤状多孔性発泡体層２・・・
透明無気泡の高純度石英ガラス製の反射鏡用板２’・・
・２の精密研磨表面 ３・・・石英ガラス製の板 ４・・・石英ガラスシ−ル層

Claims (2)

【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たのち、その周側面に石英ガ
   ラス又は高珪酸ガラスのシ−ル層を融着形成させること
   を特徴とする反射鏡基体の製造方法。
2. 【請求項２】上記シ−ル層の融着を、長尺の該ガラス板
   体を融着一体化する請求項１記載の製造方法。