JP3025391B2 - 光学機器用定盤 - Google Patents

光学機器用定盤

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JP3025391B2
JP3025391B2 JP5144359A JP14435993A JP3025391B2 JP 3025391 B2 JP3025391 B2 JP 3025391B2 JP 5144359 A JP5144359 A JP 5144359A JP 14435993 A JP14435993 A JP 14435993A JP 3025391 B2 JP3025391 B2 JP 3025391B2
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良雄 松本
三郎 松原
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日石三菱株式会社
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学機器用定盤に関する
ものであり、特に熱硬化性樹脂を炭素繊維に含浸させて
成形した炭素繊維補強複合材(CFRP板)を用いた光
学機器用定盤に関する。
【0002】
【従来の技術】光学機器用定盤は、各種光学機器を固定
し、寸法測定や光、レザー光、X線等の機器類を設計、
調整するのに使用されるものであり、高剛性であること
はもとより、高い寸法精度が要求される。
【0003】従来この要求性能のために厚い石質材料、
金属材料、アルミニウム材料やアルミニウム製ハニカム
材料等が使用されてきている。
【0004】しかしながら石質材料、金属材料、アルミ
ニウム材料等ではその重量が重く、またアルミニウム製
ハニカム材料は重量ではある程度は改善されるもののま
だ十分とはいえない。さらに、これらの材料は温度変化
によって熱膨張、熱収縮することが避けられず、近年の
ように高い精度が要求される機器類に使用する定盤とし
ては大きな問題である。
【0005】このように光学系アライメント、計測等の
分野において基準となる定盤の存在は必要不可欠であ
る。この定盤には形状変化や室温の変化と共に熱変形を
起こすことなく、長時間安定していることが必要であ
る。
【0006】しかしながら、上述したように従来の定盤
においては、これら要求特性を満足するものではな
い。。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の課題を解決すべくなされたもので、軽量、高剛性
で、しかも熱膨張、熱収縮が少なく高精度の光学機器用
定盤を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決する方法について鋭意検討を重ねた結果、樹
脂、特に熱硬化性樹脂を高弾性炭素繊維に含浸させて成
形した炭素繊維補強複合材(CFRP板)を用いること
によって、上記課題を解決した光学機器用定盤が得られ
るとの知見を得、本発明を完成するに至った。
【0009】すなわち本発明は、繊維の繊維方向熱膨張
率がマイナスである炭素繊維を積層して得られる炭素繊
維補強複合材で、かつ面方向の炭素繊維補強複合材とし
ての熱膨張率が−1×10-6〜3×10-6/℃の範囲内
であることを特徴とする光学機器用定盤を提供するもの
である。
【0010】図1は、本発明に係る光学機器用定盤(光
学ベース台)に各光学機器を設置した部分切り欠き上面
図である。
【0011】レーザー光学系用の光学ベース台として
は、上面のうねり、粗度等は余り問題とならないが、軽
量、高剛性で、しかも熱膨張、熱収縮が少なく長時間変
化を起こさず、高精度であることが必要である。
【0012】そのために、本発明では、光学ベース台本
体1は、繊維の繊維方向熱膨張率がマイナスである炭素
繊維を積層して得られる炭素繊維補強複合材であること
が必要で、しかも面方向の炭素繊維補強複合材としての
熱膨張率が−1×10-6〜3×10-6/℃の範囲内であ
ることが要求され、好ましくは−1×10-6〜1×10
-6/℃であり、かつ光学用定盤としては0に近いほうが
よい。繊維の繊維方向熱膨張率がプラスである炭素繊維
を積層した場合には、マトリックスの熱膨張率がプラス
であるため複合材としての繊維方向の熱膨張率が大きく
なり、温度変化による定盤の膨張または収縮が大きくな
り目的に合致しなくなる。また、面方向の炭素繊維補強
複合材としての熱膨張率が上記範囲から外れた場合に
は、温度変化により定盤の膨張または収縮が影響して、
精密な測定が困難となり、同様に好ましくない。
【0013】このような炭素繊維強化複合材に用いられ
るは強化繊維としては、繊維の繊維方向熱膨張率がマイ
ナスである炭素繊維を一方向に引き揃えたもの、もしく
は上記炭素繊維の平織、綾織または朱子織等の織物が用
いられる。さらに、具体的には、炭素繊維としては、線
熱膨張係数(繊維方向熱膨張率)が−0.5×10−6
〜−1.8×10−6/℃、好ましくは−1.0×10
−6〜−1.6×10−6/℃であれば特に限定されな
い。
【0014】このような炭素繊維は、例えばピッチ系炭
素繊維、特に弾性率が40t/mm以上の炭素繊維が
挙げられる。但し、線膨張係数が上記範囲内であれば、
PAN系炭素繊維も用いることができる。
【0015】一方、マトリックスとなるプラスチックは
熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂
としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、ポリイソシアネート樹脂等を主成分とす
る樹脂が挙げられる。また、熱可塑性樹脂としては、ポ
リカーボネイト樹脂、PEEK樹脂、PPS樹脂、ナイ
ロン(PA)、PI、PEI等およびこれらを主成分と
するポリマーアロイが挙げられる。
【0016】上記炭素繊維と熱硬化性樹脂または熱可塑
性樹脂とを組み合わせて用い、剛性および熱膨張率は炭
素繊維の弾性率、炭素繊維の角度(+90°〜0°〜−
90°の範囲)および炭素繊維の体積含有率(70〜4
0容量%の範囲)等を組み合わせて設計する。
【0017】定盤平面上の縦、横、斜めのいずれの方向
にも熱膨張率が小さいことが望ましく、このような場合
には炭素繊維方向は疑似等方が最適である。また、長尺
なオプチカルベンチ等の長手方向のみ熱膨張率が小さけ
れば良い場合には、高さ方向、幅方向では必ずしも熱膨
張率が小さくなくてもよい。この場合には長手方向(0
゜方向)に炭素繊維量をより多く配置し、高さ方向、幅
方向はより少ない量の炭素繊維および/または黒鉛繊維
でよい。
【0018】また、必ずしも一方向プリプレグに限ら
ず、前記炭素繊維であれば、織物、マット、ペーパー等
を目的の特性を失わない範囲で用いることが可能であ
る。一方、炭素繊維補強複合材の剛性を高めるために
は、本発明の定盤は、2枚の炭素繊維補強複合材の間に
ハニカム材を接着することが望ましい。ハニカム材とし
ては、アルミニウム、アラミド繊維、ペーパー等を組み
合わせたものであり、特にアルミニウムハニカムが好ま
しく用いられる。
【0019】さらに、本発明の定盤では、炭素繊維補強
複合材の上面に、予め光学機器を固定するネジ穴を設け
てもよい。また、この定盤には、炭素繊維補強複合材に
金属系強磁性粉と樹脂とからなる板を上面に貼着した
り、複合材間に間挿してもよい。このことによつて、磁
力で金属製光学機器を磁力固定することができる。金属
系強磁性粉としては、磁石につく粉体なら特に制限され
ず何でもよい。例えば鉄、コバルト、フェライト等の強
磁性金属もしくは合金、強磁性金属化合物等が挙げられ
る。
【0020】また、定盤の最上表面、最下表面やハニカ
ム材との接着面には、炭素繊維織物プリプレグを配する
ことが望ましい。この理由は、最上表面に炭素繊維織物
プリプレグを配することにより、美装性が向上し、また
表面研磨がし易く、平滑面とすることができるからであ
る。また、最下表面に炭素繊維織物プリプレグを配する
のは、金具等を釘、ネジで穴明けして固定する場合、一
方向繊維ではほつれて固定できないためである。ハニカ
ム材との接着面に炭素繊維織物プリプレグを配するのは
接着性を向上させるためである。
【0021】図1に示される本発明の光学ベース台本体
1は、上面部にヘリサポート式タップ(ネジ穴)2が多
数埋め込んである。この光学ベース台本体上面に光学部
品、光源ランプ、ミラー干渉板、グレイテイング格子
(回析格子)、受光器等の各種光学機器を配置し、これ
をヘリサポート式タップ2で固定している。
【0022】図1において、光学ベース台本体1上面に
は、光源ランプレーザー光HeNe6328Åを光源ラ
ンプとしている。レーザー光源発振器3より発光された
光ビームb1は光径0.5〜1.0mmφの光が発振さ
れている。
【0023】この光ビームb1は光エキスパンダービー
ムレンズ4により光ビームを光径約30mmφ近くに大
きくし、また集光する。
【0024】光ビームエキスパンダービームレンズ4で
集光された光はスリット5に入り、さらに光は広がりな
がら凹面鏡6により反射された光ビームb2が平行束と
なる。
【0025】この光ビームb2は分散型グレイテイング
格子7に照射されて分散型グレイテイング格子7により
光が分散され、光ビームはさらに平行光である光ビーム
b3となり、凹面反射鏡8に照射され、さらに平行面鏡
9によりスリット10の出口に光ビームが射出されるよ
うになっている。スリット10より射出された光ビーム
はサンプル11に照射される。
【0026】スリット10からの光ビームは正確にサン
プル11に照射されなければならない。スリット10の
光ビームはサンプル11に対して左右に移動してはなら
ない。この光移動は室温の変化による影響が大きい。
【0027】すなわち、一般光学ベース台本体の上面
は、従来、金属板、アルミニウム板等が使用されてお
り、これらは熱による変動があるため光学系の光照射位
置が変動するものと考えられる。この問題を解決するた
めに、従来は20℃に温度コントロールされた空調室内
で測定されており、このため設備、消費電力エネルギー
は多大なものであった。
【0028】図1は分光照射系であるが、スリット10
より照射された光はサンプル11に照射、受光される
が、常温(18〜35℃)において光学系は絶えず熱膨
張による変化は避けられず、その都度調整しなければな
らなかった。これに対して本発明は、上記材料からなる
ので、熱膨張等が小さく、温度調整による変化は不要で
ある。
【0029】図2は、図1におけるスリット10より照
射された照射光ビーム図である。図1の分散型グレイテ
イング格子7より分光された光ビーム6328Åがセン
ター中心で、その他6327Å、6326Å、6329
Å、6330Åと分散されている。
【0030】この分散された6328Åの光ビームが、
温度の変化によりセンターより左6326Åまたは右6
330Åの方向に移動してしまうとサンプルに対して正
確な光ビームを送ることができず、正確なデーターは得
られない。
【0031】例えば、従来の鉄製定盤では、室温の変化
により通常3〜10Åの変動は避けられないが、本発明
ではこのような変動がなく調整が不要である。
【0032】本発明でいう光学機器用定盤とは、光、レ
ザー光、X線等の機器類を取り付けて寸法測定、調整、
組立をするために通常使用される定盤のほかに、ホログ
ラフィ干渉計、マイケルソン干渉計、トワイマン・グリ
ーン干渉計、フィーゾ干渉計、マッハ・ツエンダー干渉
計、シュリーレン干渉計、その他レザー顕微鏡等レザー
使用機器類や光学システムのベースあるいはこれらに関
連して使用される防振台の天板等が含まれる。
【0033】すなわち、本発明の光学機器用定盤は、光
学ベース台に加えて光学実験台、立体ベースプレート、
着磁タップ、長尺測定用、自動システムのベース、防振
付きベースプレート、システムブラケット、図3に示さ
れるようなI板等を包含するものである。また宇宙産業
分野に用いられるベース台としても適用可能である。
【0034】
【実施例】以下、実施例を示し、さらに本発明を詳細に
説明する。
【0035】実施例1 一方向炭素繊維プリプレグ(日本石油株製E4025E
−15、厚み0.12mm、炭素繊維の弾性率40×1
3kg/cm2、炭素繊維体積含有率60%)の24枚
を[0°/±45°/90°]3Sの疑似等方に積層し、
厚み約3mm×幅400mm×長さ400mmの寸法で
面圧力7kg/cm2、130℃、60minの硬化条
件でオートクレーブ(芦田製作所株製)で加圧加熱成形
し、炭素繊維補強複合材板を得た。
【0036】この炭素繊維補強複合材板を厚み60mm
×幅400mm×長さ400mmでコアサイズ3/1
6″の市販アルミニウムハニカム(昭和飛行機株製AL
3/16−5052−.002)の上下に、市販のエポ
キシ樹脂系構造用シート状接着剤(商品名:ハイゾール
9248、0.13mm)を用い減圧度約−760mm
Hg、130℃、60minの硬化条件でオートクレー
ブ中で加熱接着した。
【0037】その上面の炭素繊維補強複合材板に、ドリ
ルで7.8mmの下穴をあけ、光学部品取付けプレート
(オプテック株製A2−4およびA2−6)固定用のネ
ジ径6Mのインサート(日本ドライブイット株製スパロ
ーSP−M6−9,2、黄銅)を50mmの等間隔で3
6箇所にプレス圧入し、予め塗布しておいたエポキシ樹
脂系構造用ペースト状接着剤(住友3M株製スコッチウ
エルドXA−7416)で120℃、40minの硬化
条件でオーブン内で加熱接着固定し、低熱膨張率(0.
6×10-6/℃ )の光学機器用定盤を作製した。
【0038】このようにして得られた炭素繊維補強複合
材(CFRP)定盤の特性(剛性、厚み、重量、熱膨張
係数)をFe定盤、Al定盤の特性と共に表1に示す。
【0039】
【表1】
【0040】実施例2 一方向炭素繊維プリプレグ(日本石油株製E5025E
−15、厚み0.12mm、炭素繊維の弾性率50×1
3kg/cm2、炭素繊維体積含有率60%)の24枚
を[0°/±45°/90°]3Sの疑似等方に積層し、
厚み約3mm×幅400mm×長さ400mmの寸法で
面圧力7kg/cm2、130℃、60minの硬化条
件でオートクレーブ(芦田製作所株製)で加圧加熱成形
し、炭素繊維強化複合材板を得た。
【0041】この炭素繊維強化複合材板をアルミハニカ
ムと接着する時、上面を約80メッシュの鉄粉(キシダ
化学株製80mesh)85wt%含んだ特殊エポキシ
樹脂で減圧度約−760mmHg、130℃、60mi
nの硬化条件でオーブン内で加熱接着し、光学部品取り
付け用マグネットスタンド(オプテック株製C2−5
0、C2−80)を使用可能な熱膨張率(0.4×10
-6/℃ )の光学用定盤を作製した。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学機器
用定盤は、高弾性の炭素繊維を用いているので、軽量、
高剛性で、しかも熱膨張、熱収縮が少ないため精度も高
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光学機器用定盤(光学ベース台)に
各光学系機器を設置した状態を示す部分切り欠き上面
図。
【図2】 図1におけるスリットより照射された照射光
ビーム図。
【図3】 本発明の定盤(I板)の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
1:定盤(光学ベース台本体)、2:ネジ穴(ヘリサポ
ート式タップ)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 7/00 G02B 21/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維の繊維方向熱膨張率がマイナスであ
    る炭素繊維を積層して得られる炭素繊維補強複合材で、
    かつ面方向の炭素繊維補強複合材としての熱膨張率が−
    1×10-6〜3×10-6/℃であることを特徴とする光
    学機器用定盤。
  2. 【請求項2】 前記炭素繊維補強複合材の2枚の間にハ
    ニカム材を接着する請求項1に記載の光学機器用定盤。
  3. 【請求項3】 前記炭素繊維補強複合材に予め光学機器
    を固定するネジ穴が設けられている請求項1または2に
    記載の光学機器用定盤。
  4. 【請求項4】 前記炭素繊維補強複合材に金属系強磁性
    粉と樹脂とからなる板を貼着または間挿する請求項1ま
    たは2に記載の光学機器用定盤。
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