JP6889896B2 - Ｆｒｐ製ミラー構造体、ｆｒｐ製ミラー構造体の製造方法、および、望遠鏡 - Google Patents
Ｆｒｐ製ミラー構造体、ｆｒｐ製ミラー構造体の製造方法、および、望遠鏡 Download PDFInfo
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Description
本発明は、ＦＲＰ製ミラー構造体、ＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法、および、望遠鏡に関する。
ＦＲＰ製ミラー構造体が知られている。ＦＲＰ製ミラー構造体は、強度が高く、かつ、軽量である。
関連する技術として、特許文献１（特開平５−８０２１２号公報）には、ＦＲＰ製反射鏡が記載されている。特許文献１に記載のＦＲＰ製反射鏡は、ＦＲＰ板と、当該ＦＲＰ板の一方の表面に形成された平滑なガラス層と、当該ガラス層の表面に形成された反射膜と、前記ＦＲＰ板の他方の面に形成された防湿層とを含む。特許文献１に記載のＦＲＰ製反射鏡では、ＦＲＰ板の表面に防湿層が設けられているため、ＦＲＰ板による湿気の吸収が防止される。そして、ＦＲＰ板による湿気の吸収が防止されるので、ＦＲＰ製反射鏡の膨潤による変形が防止される。
本発明の目的は、吸湿が抑制され、かつ、軽量化されたＦＲＰ製ミラー構造体、ＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法、および、望遠鏡を提供することにある。
この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
以下に、課題を解決するための手段を説明する。
第１の態様におけるＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法は、疎水性ポリマーを母材とするＦＲＰ層を準備する準備工程と、ＦＲＰ層上に、非ＦＲＰ層である中間層を介して、鏡面を備えた鏡面層を配置する配置工程とを具備する。疎水性ポリマーの繰り返し単位は、炭化水素によって構成されている。疎水性ポリマーの繰り返し単位は、炭素原子および水素原子以外の原子が含まれていない。疎水性ポリマーは二重結合を含まない。
第２の態様におけるＦＲＰ製ミラー構造体は、鏡面を備えた鏡面層と、ＦＲＰ層と、非ＦＲＰ層である中間層とを具備する。中間層は、鏡面層とＦＲＰ層との間に配置され、ＦＲＰ層は、疎水性ポリマーを含む。疎水性ポリマーの繰り返し単位は、炭化水素によって構成されている。疎水性ポリマーの繰り返し単位は、炭素原子および水素原子以外の原子が含まれていない。疎水性ポリマーは二重結合を含まない。
第３の態様におけるＦＲＰ製ミラー構造体においては、中間層は、接着剤層である。ＦＲＰ層は、疎水性ポリマーを母材とする疎水性部分と、疎水性部分と接着剤層との間に配置された極性基含有ポリマー層とを含む。
第４の態様におけるＦＲＰ製ミラー構造体においては、極性基含有ポリマー層の厚さは、０．１ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
第５の態様におけるＦＲＰ製ミラー構造体においては、中間層は、研削された表面を有する樹脂層である。
第６の態様における望遠鏡は、上記に記載のＦＲＰ製ミラー構造体が搭載された望遠鏡であって、電磁波検出器を含み、鏡面層で反射された赤外線、可視光、紫外線、または、Ｘ線が、電磁波検出器に導入される。
本発明により、吸湿が抑制され、かつ、軽量化されたＦＲＰ製ミラー構造体、ＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法、および、望遠鏡が提供できる。
以下、実施形態に係るＦＲＰ製ミラー構造体、ミラーの製造方法、および、望遠鏡に関して、添付図面を参照して説明する。なお、添付図面において、同一の機能を有する構成要素には、同一の符号が付与されている。同一の符号が付された構成要素についての繰り返しとなる説明は省略される。
（発明者によって認識された事項）
ＦＲＰ製ミラー構造体において使用される樹脂としては、エポキシ樹脂およびシアネート樹脂が知られている。エポキシ樹脂およびシアネート樹脂は、親水性を有している。換言すれば、エポキシ樹脂、シアネート樹脂には、親水基が多く含まれている。このため、既存のＦＲＰ製ミラー構造体では、親水性樹脂（エポキシ樹脂、シアネート樹脂等）による吸湿または脱湿に伴い、ＦＲＰ製ミラー構造体が変形するおそれがあった。ＦＲＰ製ミラー構造体が変形した場合、鏡面の平滑性を維持することができない。特に、ミラーを、赤外線波長以下の波長の電磁波（電磁波には、光も包含される。）のように短波長の電磁波を反射するために用いる場合には、短波長に対応して、鏡面における高い平滑性が要求される。ミラーを、紫外線波長より短い波長の電磁波（例えば、Ｘ線）を反射するために用いる場合には、鏡面において、非常に高い平滑性が要求される。以上の観点から、赤外線波長以下の波長用のＦＲＰ製ミラー構造体（特に、Ｘ線波長以下の波長用のＦＲＰ製ミラー構造体）は、実用化されていないのが実情である。
ＦＲＰ製ミラー構造体において使用される樹脂としては、エポキシ樹脂およびシアネート樹脂が知られている。エポキシ樹脂およびシアネート樹脂は、親水性を有している。換言すれば、エポキシ樹脂、シアネート樹脂には、親水基が多く含まれている。このため、既存のＦＲＰ製ミラー構造体では、親水性樹脂（エポキシ樹脂、シアネート樹脂等）による吸湿または脱湿に伴い、ＦＲＰ製ミラー構造体が変形するおそれがあった。ＦＲＰ製ミラー構造体が変形した場合、鏡面の平滑性を維持することができない。特に、ミラーを、赤外線波長以下の波長の電磁波（電磁波には、光も包含される。）のように短波長の電磁波を反射するために用いる場合には、短波長に対応して、鏡面における高い平滑性が要求される。ミラーを、紫外線波長より短い波長の電磁波（例えば、Ｘ線）を反射するために用いる場合には、鏡面において、非常に高い平滑性が要求される。以上の観点から、赤外線波長以下の波長用のＦＲＰ製ミラー構造体（特に、Ｘ線波長以下の波長用のＦＲＰ製ミラー構造体）は、実用化されていないのが実情である。
なお、ＦＲＰの周囲に、防湿層としての金属箔あるいはガラスを配置することが考えられる。しかし、ＦＲＰの周囲に防湿層を設ける場合には、ＦＲＰ製ミラー構造体の重量が増加する。また、防湿層としてガラスを用いる場合には、鏡面またはＦＲＰの形状に合わせてガラスを加工する必要がある。このため、ＦＲＰ製ミラー構造体の製造コストあるいは製造時間が増加する。更には、ガラスには、割れるリスクがある。
（実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体）
図１を参照して、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体７について説明する。図１は、ＦＲＰ製ミラー構造体７の断面図である。ＦＲＰ製ミラー構造体７は、鏡面１１を備えた鏡面層１０と、ＦＲＰ層２０と、中間層３０とを含む。中間層３０は、鏡面層１０とＦＲＰ層２０との間に配置されている。
図１を参照して、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体７について説明する。図１は、ＦＲＰ製ミラー構造体７の断面図である。ＦＲＰ製ミラー構造体７は、鏡面１１を備えた鏡面層１０と、ＦＲＰ層２０と、中間層３０とを含む。中間層３０は、鏡面層１０とＦＲＰ層２０との間に配置されている。
ＦＲＰ層２０は、繊維強化プラスチック層である。繊維は、例えば、炭素繊維であるが、炭素繊維以外の繊維を用いることも可能である。プラスチックは、マトリックス（換言すれば、母材）として機能する。ＦＲＰ層２０は、疎水性ポリマーをマトリックス（母材）として含む。ＦＲＰ層２０のマトリックスとして、疎水性ポリマーを採用することにより、ＦＲＰ層２０による吸湿が抑制される。
ＦＲＰ層２０は、表面には、繊維の存在に起因して、凹凸が存在する。このため、ＦＲＰ層２０上に、直接、鏡面層１０を積層すると、鏡面１１に凹凸が含まれることとなる。実施形態では、中間層３０が平滑表面を備える。そして、平滑表面上に鏡面層１０が積層される。このため、鏡面１１における凹凸の発生が抑制される。
図１に記載の例では、中間層３０の第１表面（平滑表面）が、鏡面層１０に接し、中間層３０の第２表面が、ＦＲＰ層２０に接触している。中間層３０は、１層であっても、複数層であってもよい。
中間層３０には、平滑表面を備えることと、鏡面層１０およびＦＲＰ層２０に対する良好な接着特性を有することとが要求される。このため、中間層３０および／またはＦＲＰ層２０には、様々な工夫が施されることが好ましい。以下、様々な工夫について、より詳細に説明する。
図２および図３を参照して、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体７について、より詳細に説明する。図２は、ＦＲＰ製ミラー構造体７の断面図である。図３は、ＦＲＰ製ミラー構造体７の鏡面層１０の一例を示す断面図である。
ＦＲＰ製ミラー構造体７は、鏡面１１を備えた鏡面層１０と、ＦＲＰ層２０と、鏡面層１０とＦＲＰ層２０との間に配置される接着剤層３０ａとを備える。接着剤層３０ａは、上述の中間層３０として機能する。
鏡面１１は、光、Ｘ線等の電磁波が入射する側のミラーの表面である。鏡面１１は、平滑な表面である。鏡面１１の表面粗さは、例えば、０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形の面積内で０．８ｎｍ以下の二乗平均平方根表面粗さ（ＲＭＳ表面粗さ）を有する。鏡面層１０は、電磁波を反射する層である。換言すれば、鏡面層１０は、反射層として機能する。鏡面層１０は、例えば、アルミニウム、プラチナ等の金属層である。鏡面層１０は、ＦＲＰ層よりも外側に配置される外層である。
鏡面層１０は、アルミニウム、プラチナ等の金属の単層であってもよいし、多層であってもよい。図３には、多層を有する鏡面層１０の例が示されている。図３に記載の例では、鏡面層１０は、第１材料層１３と第２材料層１５との繰り返し構造を含む。第１材料層１３としてプラチナ層を用い、第２材料層１５として炭素層が用いられてもよい。図３に記載の例では、鏡面層１０は、第１プラチナ層１３−１と、第１炭素層１５−１と、第２プラチナ層１３−２と、第２炭素層１５−２とを含む。多層を有する鏡面層１０は、例えば、高エネルギーの電磁波の反射のために用いることが可能である。図３に記載の例では、各プラチナ層において電磁波が反射される。図３に記載の例では、第１プラチナ層１３−１の厚さと第２プラチナ層１３−２の厚さとが互いに等しく、第１炭素層１５−１の厚さと第２炭素層１５−２の厚さとが互いに等しい。代替的に、第１プラチナ層１３−１の厚さと第２プラチナ層１３−２の厚さとが、互いに異なっていてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、第１炭素層１５−１の厚さと第２炭素層１５−２の厚さとが互いに異なっていてもよい。
図２を参照して、ＦＲＰ層２０は、繊維強化プラスチック層である。ＦＲＰ層２０は、疎水性ポリマーをマトリックス（母材）とする疎水性部分２２と、極性基含有ポリマー層２４とを含む。図２に記載の例では、疎水性部分２２である疎水層と、極性基含有ポリマー層２４との境界が、破線で示されている。
疎水性部分２２は、繊維とマトリックス（母材）とを含む。マトリックスは、例えば、熱可塑性樹脂である。また、マトリックスは、疎水性ポリマーである。疎水性部分２２における吸湿は小さい。その結果、疎水性部分２２の変形（例えば、膨張、収縮等）が抑制され、鏡面１１の平滑性が維持される。
疎水性ポリマーは、例えば、ポリマーの繰り返し単位が、炭化水素で構成されている。すなわち、ポリマーの繰り返し単位に、炭素原子および水素原子以外の原子が含まれていない。
疎水性ポリマーには、原子間の二重結合が含まれていないことが好ましい。二重結合が含まれていない場合には、二重結合の開裂による組成変化が生じない。また、二重結合が含まれていない場合には、意図せぬ酸化により、疎水性ポリマーに親水基が導入されるリスクが小さくなる。
疎水性ポリマーの例として、ポリオレフィンが挙げられる。ポリオレフィンは、ここでは、二重結合を有する鎖状炭化水素単量体を重合して得られる単独重合体、または、二重結合を有する鎖状炭化水素単量体と、二重結合を有する他の鎖状炭化水素単量体との共重合体を意味する。ポリオレフィンの具体例としては、ポリメチルペンテン、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。ポリメチルペンテンは、吸湿性が低いのに加えて、耐熱性が高いため、好適な材料の１つである。
極性基含有ポリマー層２４は、疎水性部分２２よりも親水性が高く、極性基を含有するポリマー層である。極性基は、例えば、孤立電子対を含む官能基である。孤立電子対を含む官能基としては、例えば、酸素を含む官能基（ヒドロキシ基等）、窒素を含む官能基（アミノ基等）が例示される。なお、極性基含有ポリマー層２４の厚さは、吸湿を抑制する観点から、出来るだけ薄い方が好ましい。極性基含有ポリマー層２４の厚さは、例えば、０．１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。極性基含有ポリマー層２４の厚さは、例えば、ＦＲＰ層２０の厚さの１／１００以下、より好ましくは、１／５００以下である。なお、ＦＲＰ層２０の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。また、ＦＲＰ層２０の裏面に、構造強化のためのリブを設けてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、ＦＲＰ層２０の裏面に、芯材層、および、他のＦＲＰ層を配置したサンドイッチ構造が構造材として採用されてもよい。
なお、極性基含有ポリマー層２４は、薄層である。極性基含有ポリマー層２４の厚さは、例えば、ＦＲＰ層中の単繊維の直径よりも小さい。
極性基含有ポリマー層２４は、ＦＲＰ層２０の表面が改質された層（すなわち、ＦＲＰ層の表面改質層）であってもよい。より具体的には、極性基含有ポリマー層２４は、ＦＲＰ層２０を構成する疎水性ポリマーの表面を、プラズマ処理、または、紫外線処理することによって形成されてもよい。疎水性ポリマーの表面をプラズマ処理、または、紫外線処理することによって、例えば、疎水性ポリマー中のＣ−Ｈ結合中に（換言すれば、炭素原子と水素原子との間に）、酸素原子あるいは窒素原子を導入することが可能である。この場合、結果として、疎水性ポリマー中の水素原子が、極性基によって置換されることとなる。疎水性ポリマーの表面を表面処理することによって、極性基含有ポリマー層２４を形成する場合には、極性基含有ポリマー層２４中のポリマーの主鎖の基本骨格と、疎水性部分２２中のポリマーの主鎖の基本骨格とを概ね一致させることが可能である。
ＦＲＰ層２０が疎水性ポリマーのみで構成される場合には、ＦＲＰ層２０と接着剤層３０ａとの間の親和性（接着性）が低い。例えば、疎水性ポリマーであるポリオレフィンは、離型材として用いられていることから把握されるように、接着剤層３０ａとの親和性が低い。このため、ＦＲＰ層２０と接着剤層３０ａとの間の剥離のリスクが高い。これに対し、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体７は、極性基含有ポリマー層２４を含む。このため、ＦＲＰ層２０（極性基含有ポリマー層２４）と接着剤層３０ａとの間の親和性（接着性）を高くすることが可能である。実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体７では、ＦＲＰ層と接着剤層との間の親和性を高めるために、疎水性ポリマーの表面に、敢えて、吸湿性を有する極性基含有ポリマー層が設けられている。しかし、極性基含有ポリマー層の厚さは薄いため、吸湿による悪影響は、最小限にとどまる。
図２を参照して、接着剤層３０ａは、鏡面層１０と、ＦＲＰ層２０（極性基含有ポリマー層２４）とを接着する層である。すなわち、接着剤層３０ａの一方側の面は、鏡面層１０の裏面（鏡面１１とは反対側の面）に接着し、接着剤層３０ａの他方側の面は、極性基含有ポリマー層２４に接着している。接着剤層３０ａは、例えば、エポキシ系（エポキシ樹脂）の接着剤、または、ビニルエステル系（ビニルエステル樹脂）の接着剤を含む。なお、ＦＲＰ製ミラー構造体７を人工衛星に搭載する場合には、接着剤としては、アウトガス特性が、要求値を満たす接着剤が選択される。
接着剤層３０ａは、例えば、常温で硬化する常温硬化接着剤層、または、低温（本明細書では、低温は、「摂氏７０度以下」を意味する。）で硬化する低温硬化接着剤層であってもよい。摂氏７０度以下、より好ましくは、摂氏５０度以下、更により好ましくは、摂氏３０度以下で硬化する接着剤層を用いる場合、ＦＲＰ層２０と鏡面層１０との接着に際し、接着剤層３０ａおよびＦＲＰ層２０を過度に加熱する必要がない。このため、接着工程におけるＦＲＰ層２０の変形（例えば、膨張、収縮等）が抑制される。その結果、鏡面１１の平滑性が維持される。なお、接着剤層３０ａの厚さは、例えば、５０μｍ以下、より好ましくは、２０μｍ以下である。
実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体では、鏡面の形状を維持するための構造材として、ＦＲＰ層が用いられている。このため、ＦＲＰ製ミラー構造体の軽量化が可能となる。また、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体では、ＦＲＰ層の大部分が、疎水性ポリマーを母材とする疎水性部分である。このため、ＦＲＰ層における吸湿が効果的に抑制される。また、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体では、疎水性部分と接着剤層との間に配置された極性基含有ポリマー層を含む。このため、鏡面を有する鏡面層とＦＲＰ層とが、接着剤層を介して、強力に結合される。また、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体は、吸湿に伴う変形が小さい。このため、鏡面の平滑性が維持される。その結果、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体を、赤外線波長以下の電磁波（例えば、赤外線、可視光、紫外線、Ｘ線）の反射用に用いることが可能となる。また、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体を、紫外線波長より短い波長の電磁波（例えば、Ｘ線）の反射用に用いることが可能となる。
実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体では、吸湿が効果的に抑制されるため、ＦＲＰ層を覆う防湿層を省略することが可能である。しかし、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体に関し、必要に応じて、ＦＲＰ層を覆う防湿層を採用しても構わない。
（ＦＲＰ製ミラー構造体の変形例）
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体７の変形例について説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、変形例におけるＦＲＰ製ミラー構造体の断面図である。図４Ａに記載の例では、樹脂層３０ｂが、中間層３０として機能する。樹脂層３０ｂは、繊維を含まない非ＦＲＰ層である。樹脂層３０ｂの材質は、例えば、ＦＲＰ層２０のマトリックス（母材）と同じ材質である。樹脂層３０ｂの材質は、例えば、熱可塑性樹脂である。樹脂層３０ｂ（例えば、樹脂フィルム）をＦＲＰ層２０に接合するに際しては、まず、樹脂層３０ｂをＦＲＰ層２０上に配置する。次に、樹脂層３０ｂ（または、樹脂層３０ｂおよびＦＲＰ層２０）を加熱しつつ、樹脂層３０ｂをＦＲＰ層２０に圧着する。代替的に、ＦＲＰ層２０を作製するための複数のプリプレグ層の上に樹脂層３０ｂを配置し、複数のプリプレグ層と樹脂層３０ｂとを加熱しつつ圧着することにより、ＦＲＰ層２０と樹脂層３０ｂとが一体化された積層体が作製されてもよい。
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体７の変形例について説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、変形例におけるＦＲＰ製ミラー構造体の断面図である。図４Ａに記載の例では、樹脂層３０ｂが、中間層３０として機能する。樹脂層３０ｂは、繊維を含まない非ＦＲＰ層である。樹脂層３０ｂの材質は、例えば、ＦＲＰ層２０のマトリックス（母材）と同じ材質である。樹脂層３０ｂの材質は、例えば、熱可塑性樹脂である。樹脂層３０ｂ（例えば、樹脂フィルム）をＦＲＰ層２０に接合するに際しては、まず、樹脂層３０ｂをＦＲＰ層２０上に配置する。次に、樹脂層３０ｂ（または、樹脂層３０ｂおよびＦＲＰ層２０）を加熱しつつ、樹脂層３０ｂをＦＲＰ層２０に圧着する。代替的に、ＦＲＰ層２０を作製するための複数のプリプレグ層の上に樹脂層３０ｂを配置し、複数のプリプレグ層と樹脂層３０ｂとを加熱しつつ圧着することにより、ＦＲＰ層２０と樹脂層３０ｂとが一体化された積層体が作製されてもよい。
なお、樹脂層３０ｂの材質が、疎水性ポリマーである場合、樹脂層３０ｂと鏡面層１０との間の接着性が弱い可能性がある。この場合、図４Ｂに示されるように、樹脂層３０ｂの表面を改質し、樹脂層３０ｂが、極性基含有ポリマー層３４を含むようにしてもよい。極性基含有ポリマー層３４は、例えば、樹脂層３０ｂの表面を表面改質処理（例えば、プラズマ処理、または、紫外線処理）することによって形成されてもよい。極性基含有ポリマー層３４は、樹脂層３０ｂにおいて表面改質がされていない部分よりも、親水性が高い。極性基含有ポリマー層３４と鏡面層１０との間の接着性は相対的に強いため、樹脂層３０ｂと鏡面層１０とが、極性基含有ポリマー層３４を介して、強固に接着される。
なお、ＦＲＰ層２０の表面に凹凸が存在することに起因して、樹脂層３０ｂの表面に凹凸が存在する可能性がある。この場合、鏡面層１０を積層する前に、樹脂層３０ｂの表面３０ｂ−１を研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）することが好ましい。すなわち、樹脂層３０ｂの表面３０ｂ−１は、研削された表面であることが好ましい。図４Ｂに記載の例では、研削は、表面改質処理の前に実行されてもよい。研削によって、樹脂層３０ｂの表面は、０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形の面積内で０．８ｎｍ以下の二乗平均平方根表面粗さ（ＲＭＳ表面粗さ）とされてもよい。
（実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体の第１適用例）
図５Ａおよび図５Ｂを参照して、ＦＲＰ製ミラー構造体７の第１適用例について説明する。図５Ａは、ＦＲＰ製ミラー構造体７の適用例を示す機能ブロック図である。図５Ｂは、図５Ａに示された望遠鏡２の光学系３の一部を模式的に示す一部切欠き図である。
図５Ａおよび図５Ｂを参照して、ＦＲＰ製ミラー構造体７の第１適用例について説明する。図５Ａは、ＦＲＰ製ミラー構造体７の適用例を示す機能ブロック図である。図５Ｂは、図５Ａに示された望遠鏡２の光学系３の一部を模式的に示す一部切欠き図である。
ＦＲＰ製ミラー構造体７は、例えば、望遠鏡等の電磁波検出機器（電磁波観測機器）の光学系３において用いられるミラー構造体である。なお、本明細書において、「光学系」は、電磁波を検出部に導く機構を意味する。図５Ａには、ＦＲＰ製ミラー構造体７を含む望遠鏡２が、人工衛星１に搭載されている例が示されている。
図５Ｂを参照して、望遠鏡２の光学系３は、ＦＲＰ製ミラー構造体７と、検出器４とを備える。図５Ｂに記載の例では、ＦＲＰ製ミラー構造体７は、２つの鏡面、すなわち、第１鏡面１１−１と、第２鏡面１１−２とを備えている。しかし、鏡面の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。図５Ｂに記載の例では、第１鏡面１１−１は、回転放物面であり、第２鏡面１１−２は、回転双曲面である。回転放物面は、中心軸回りに、放物線を仮想的に回転させることにより得られる曲面であり、回転双曲面は、中心軸回りに、双曲線を仮想的に回転させることにより得られる曲面である。図５Ｂに記載の例では、望遠鏡２に入射した電磁波（例えば、Ｘ線）が、第１鏡面１１−１で反射され、第１鏡面１１−１で反射された電磁波が、さらに、第２鏡面１１−２で反射され、第２鏡面１１−２で反射された電磁波が検出器４に導入される。検出器４は、電磁波（例えば、Ｘ線）を検出する検出器である。
（実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体の第２適用例）
図５Ｃを参照して、ＦＲＰ製ミラー構造体７の第２適用例について説明する。図５Ｃは、望遠鏡等の電磁波検出機器の光学系３の一部を模式的に示す図である。
図５Ｃを参照して、ＦＲＰ製ミラー構造体７の第２適用例について説明する。図５Ｃは、望遠鏡等の電磁波検出機器の光学系３の一部を模式的に示す図である。
図５Ｃを参照して、光学系３は、ＦＲＰ製ミラー構造体７と、第２ミラー構造体８と、検出器４とを備える。図５Ｃに記載の例では、ＦＲＰ製ミラー構造体７は、第２ミラー構造体８の鏡面９に対向配置される鏡面１１を備えている。図５Ｃに記載の例では、鏡面１１は、曲線を中心軸であるＸ軸まわりに仮想的に回転することによって得られる回転対称面である。図５Ｃに記載の例では、電磁波検出機器に入射した電磁波（例えば、赤外線、可視光、紫外線等）が、鏡面１１で反射され、鏡面１１で反射された電磁波が、さらに、第２ミラー構造体８の鏡面９で反射され、鏡面９で反射された電磁波が検出器４に導入される。検出器４は、電磁波（例えば、赤外線、可視光、紫外線等）を検出する検出器である。なお、図５Ｃに記載の例では、ＦＲＰ製ミラー構造体７の中央部には、電磁波が通過可能な孔７０が設けられている。
図５Ｃに記載の光学系３は、望遠鏡に搭載されてもよい。また、光学系３を含む望遠鏡が人工衛星に搭載されてもよい。
実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体が、望遠鏡に搭載される場合、望遠鏡が軽量化される。また、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体は、湿気を吸収しにくいため、ＦＲＰ製ミラー構造体の鏡面の平滑性が維持される。このため、望遠鏡における電磁波の検出精度が維持される。さらに、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体を含む望遠鏡が人工衛星に搭載される場合、人工衛星の重量が軽減される。このため、人工衛星の打ち上げコストが低減される。さらに、人工衛星に搭載された望遠鏡のメンテナンスは、困難な場合が多い。しかし、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体は、高強度であるとともに、湿気吸収に伴う変形のリスクが小さい。このため、ＦＲＰ製ミラー構造体（および望遠鏡）のメンテナンスを行う必要がないか、あるいは、メンテナンス負担が軽減される。
（実施形態のＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法）
図６を参照して、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体７の製造方法の概要について説明する。まず、第１に、疎水性ポリマーを母材とするＦＲＰ層２０が準備される。第２に、ＦＲＰ層２０上に、非ＦＲＰ層である中間層３０を介して、鏡面１１を備えた鏡面層１０が配置される。なお、中間層３０と鏡面層１０との接合は、中間層３０とＦＲＰ層２０との接合よりも前であってもよいし、後であってもよい。
図６を参照して、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体７の製造方法の概要について説明する。まず、第１に、疎水性ポリマーを母材とするＦＲＰ層２０が準備される。第２に、ＦＲＰ層２０上に、非ＦＲＰ層である中間層３０を介して、鏡面１１を備えた鏡面層１０が配置される。なお、中間層３０と鏡面層１０との接合は、中間層３０とＦＲＰ層２０との接合よりも前であってもよいし、後であってもよい。
図７乃至図１２を参照して、実施形態におけるＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法についてより詳細に説明する。図７は、ＦＲＰ製ミラー構造体７の製造方法を示すフローチャートである。
第１ステップＳ１において、疎水性ポリマーを母材とするＦＲＰ層２０が準備される。ＦＲＰ層２０は、繊維と母材（マトリックス）とを含む。ＦＲＰ層２０は、プレス成型やオートクレーブ成形によって準備されてもよい。なお、図８に示されるように、ＦＲＰ層２０の形成に際しては、型材１００を用いることが可能である。型材１００の表面１０１の形状は、作製すべきＦＲＰ製ミラー構造体の鏡面１１の形状と一致している。なお、本明細書において「一致」には、「概ね一致」が包含される。成形前のＦＲＰ層２０を型材１００の表面１０１上に載置した状態で、加熱することにより、鏡面１１の形状と一致する第１表面２１を有するＦＲＰ層２０が形成される。
なお、鏡面１１の形状は、曲面形状であってもよい。鏡面１１の形状は、例えば、曲線を中心軸回りに仮想的に回転させることにより得られる曲面の形状、回転放物面形状、回転双曲面形状、回転放物面の一部分に対応する形状、回転双曲面の一部分に対応する形状等である。鏡面１１の形状を曲面形状にする場合には、型材１００の表面１０１の形状は、鏡面１１の曲面形状に一致する形状に設定される。
第２ステップＳ２において、ＦＲＰ層２０の第１表面層に極性基が導入される。その結果、ＦＲＰ層２０に極性基含有ポリマー層２４が形成される。極性基含有ポリマー層２４を形成する工程は、ＦＲＰ層２０の表面を表面処理することにより、ＦＲＰ層２０の第１表面層に極性基を導入することを含んでいてもよい。表面処理は、例えば、プラズマ照射処理、紫外線照射処理等である。
図９に、ＦＲＰ層２０の第１表面層に極性基を導入する工程の一例が示されている。図９に記載の例では、第１表面２１に向けて、プラズマまたは紫外線が照射される。第１表面２１に向けて、酸素プラズマあるいは窒素プラズマを照射する場合には、第１表面層に、酸素原子または窒素原子が導入される。その結果、第１表面層が、極性基含有ポリマー層２４となる。代替的に、大気雰囲気下、窒素雰囲気下、あるいは、酸素雰囲気下において、第１表面２１に向けて、不活性ガスプラズマが照射されてもよい。この場合にも、第１表面層に、酸素原子または窒素原子が導入される。その結果、第１表面層が、極性基含有ポリマー層２４となる。代替的に、大気雰囲気下、窒素雰囲気下、あるいは、酸素雰囲気下において、第１表面２１に向けて、紫外線が照射されてもよい。この場合にも、第１表面層に、酸素原子または窒素原子が導入される。その結果、第１表面層が、極性基含有ポリマー層２４となる。なお、上述の例では、ＦＲＰ層２０の第１表面層に酸素原子または窒素原子が導入されているが、ＦＲＰ層２０の第１表面層に導入される原子は、酸素原子または窒素原子以外の原子であってもよい。ＦＲＰ層２０の第１表面層に導入される原子は、例えば、炭素よりも電気陰性度が大きな任意の原子である。
第３ステップＳ３において、鏡面１１を備えた鏡面層１０が、接着剤層３０ａを介して、極性基含有ポリマー層２４上に配置される。
例えば、第３ステップＳ３において、鏡面１１を備えた鏡面層１０と、極性基含有ポリマー層２４とが、接着剤層３０ａを介して接着されることにより、鏡面１１を備えた鏡面層１０が、接着剤層３０ａを介して、極性基含有ポリマー層２４上に配置されてもよい。この場合、まず、図１０に示されるように、鏡面層１０の裏面（鏡面１１とは反対側の面）および／または極性基含有ポリマー層２４の第１表面２１に、接着剤が適用される。図１０に記載の例では、鏡面層１０の裏面（鏡面１１とは反対側の面）に、接着剤が適用され、その結果、接着剤層３０ａが形成されている。接着剤の適用は、接着剤を適用すべき表面に接着剤をスプレーすることにより実行されてもよい。
次に、鏡面層１０の裏面と、接着剤層３０ａの一方側の面とが接触し、かつ、接着剤層３０ａの他方側の面と、第１表面２１とが接触するように、鏡面層１０とＦＲＰ層２０とが、互いに近づくように相対移動される。図１１には、相対移動後の状態が模式的に示されている。図１０および図１１に記載の例では、基板２００上に鏡面層１０が載置された状態にて、上述の相対移動が実行される。続いて、接着剤層３０ａが硬化されることにより、鏡面層１０とＦＲＰ層２０とが、接着剤層３０ａを介して、互いに接着する。なお、接着剤層３０ａの硬化は、常温環境下、または、低温環境下（摂氏７０度以下の環境下）で実行されることが好ましい。
接着剤層３０ａの硬化後に、ＦＲＰ層２０を、基板２００から離れる方向に移動させると、鏡面層１０は、基板２００上の位置からＦＲＰ層２０上の位置に移動する（換言すれば、鏡面層１０は、ＦＲＰ層上に転写される）。以上の工程により、ＦＲＰ製ミラー構造体７を製造することができる。
なお、上述の例では、基板上の層を、接着剤を用いて別の部材に転写する方法（具体的には、基板２００上の鏡面層１０を、接着剤層３０ａを用いてＦＲＰ層２０に転写する方法）、すなわち、レプリカ法を用いて、鏡面層１０と極性基含有ポリマー層２４との間の接着が実行されている。レプリカ法では、基板２００の平滑表面２０１を利用することにより、直接表面加工が困難な薄層（鏡面層１０）に鏡面１１を形成することが可能である。図１２には、基板２００の平滑表面２０１を利用することにより、鏡面層１０に鏡面１１を形成する工程の一例が示されている。レプリカ法を用いる場合、鏡面層１０に鏡面１１を形成する工程は、上述の第３ステップＳ３よりも前に実行される。図１２に記載の例では、基板２００の平滑表面２０１上に、金属材料（蒸着素材）を蒸着することにより、鏡面層１０に鏡面１１が形成される。基板２００は、例えば、ガラス基板である。また、金属材料は、例えば、プラチナ、アルミニウム、金、銀等である。
（実施形態のＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法の変形例）
図１３乃至図１６を参照して、実施形態のＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法の変形例について説明する。変形例における第１ステップＳ１および第２ステップＳ２は、上述の第１ステップＳ１および第２ステップＳ２と、それぞれ、同様である。よって、繰り返しとなる説明は省略する。
図１３乃至図１６を参照して、実施形態のＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法の変形例について説明する。変形例における第１ステップＳ１および第２ステップＳ２は、上述の第１ステップＳ１および第２ステップＳ２と、それぞれ、同様である。よって、繰り返しとなる説明は省略する。
第３ステップＳ３において、鏡面１１を備えた鏡面層１０が、接着剤層３０ａを介して、極性基含有ポリマー層２４上に配置される。変形例における第３ステップＳ３では、まず、ステップＳ３−１において、ＦＲＰ層２０の極性基含有ポリマー層２４上に、接着剤層３０ａが配置される。次に、ステップＳ３−２において、接着剤層３０ａの上に、鏡面層１０を堆積させることにより、鏡面１１を備えた鏡面層１０が、接着剤層３０ａを介して、極性基含有ポリマー層２４上に配置される。
図１４乃至図１６を参照して、第３ステップＳ３についてより詳細に説明する。ステップＳ３−１では、まず、ＦＲＰ層２０の極性基含有ポリマー層２４上に、接着剤層３０ａが配置される。図１４に記載の例では、ＦＲＰ層２０の極性基含有ポリマー層２４を、接着剤３００（例えば、接着剤３００のゲル溶液）に接触させることにより、ＦＲＰ層２０の極性基含有ポリマー層２４上に、接着剤が配置される。接着剤は、例えば、エポキシ系の接着剤、ビニルエステル系の接着剤等である。なお、図１４において、ＦＲＰ層２０の形状は、平板形状であるが、ＦＲＰ層２０の形状は、図９に例示されるように、曲板形状であってもよい。
次に、ＦＲＰ層２０の極性基含有ポリマー層２４に接触する接着剤３００が硬化される。接着剤３００の硬化は、常温環境下、または、低温環境下で実行されることが好ましい。
続いて、極性基含有ポリマー層２４に接着した接着剤３００を精密に研削加工（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）することにより、平滑表面３０１を有する接着剤層３０ａが形成される。図１５における一点鎖線は、切削加工により形成される接着剤層３０ａおよび平滑表面３０１を示す。
ステップＳ３−２では、接着剤層３０ａの上に、鏡面層１０が堆積される。図１６に示されるように、接着剤層３０ａへの鏡面層１０の堆積は、接着剤層３０ａの平滑表面３０１上に、金属材料（蒸着素材）を蒸着することにより、実行されてもよい。また、金属材料は、例えば、プラチナ、アルミニウム、金、銀等である。
変形例におけるＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法では、鏡面層１０を形成するための型材（例えば、図１２に記載の基板２００のような型材）が不要である。また、変形例におけるＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法では、接着剤層３０ａの表面を平滑表面３０１とすることにより、鏡面層１０を堆積した後の鏡面１１が平滑面となる。
（実施形態のＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法の第２変形例）
図１７乃至図１８を参照して、実施形態のＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法の第２変形例について説明する。図１７は、ＦＲＰ製ミラー構造体７の製造方法を示すフローチャートである。図１８は、ＦＲＰ層２０と樹脂層３０ｂとが積層された状態を示す図である。
図１７乃至図１８を参照して、実施形態のＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法の第２変形例について説明する。図１７は、ＦＲＰ製ミラー構造体７の製造方法を示すフローチャートである。図１８は、ＦＲＰ層２０と樹脂層３０ｂとが積層された状態を示す図である。
第１ステップＳ１０１において、疎水性ポリマーを母材とするＦＲＰ層２０が準備される。ＦＲＰ層２０は、繊維と母材（マトリックス）とを含む。
第２ステップＳ１０２において、ＦＲＰ層２０上に非ＦＲＰ層である樹脂層３０ｂ（中間層）が配置される。樹脂層３０ｂは、例えば、繊維を含まない樹脂フィルムである。なお、第２ステップＳ１０２は、第１ステップＳ１０１と同時に実行されてもよい。換言すれば、ＦＲＰ層２０を作製するための複数のプリプレグ層の上に樹脂層３０ｂが配置され、複数のプリプレグ層と樹脂層３０ｂとを加熱しつつ圧着することにより、ＦＲＰ層２０と樹脂層３０ｂとが一体化された積層体が準備されてもよい。図１８は、第２ステップＳ１０２の実行後の状態を示す図である。
第３ステップＳ１０３において、樹脂層３０ｂの表面が研削される。なお、第２ステップＳ１０２の実行後に、樹脂層３０ｂの表面が十分に平滑である場合には、研削工程は、省略されてもよい。また、第３ステップＳ１０３の前に、または、第３ステップＳ１０３の後に、樹脂層３０ｂの表面が改質されて、樹脂層３０ｂに、極性基含有ポリマー層３４（図４Ｂを参照）が形成されてもよい。極性基含有ポリマー層３４の厚さは、例えば、０．１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
第４ステップＳ１０４において、樹脂層３０ｂ上に（または、樹脂層３０ｂに含まれる極性基含有ポリマー層３４上に）、鏡面層１０が積層される。積層は、例えば、蒸着によって行われる。以上の工程により、図４Ａまたは図４Ｂに示されるようなＦＲＰ製ミラー構造体７を製造することができる。
（疎水性の程度について）
疎水性ポリマーの疎水性の程度は、水の接触角θを測定することにより求めることができる。実施形態において、ポリマー（ＦＲＰ層２０）における水の接触角θが、８０度以上、より好ましくは、９０度以上である時には、当該ポリマーは、疎水性ポリマーと定義されてもよい。換言すれば、実施形態における疎水性ポリマー（ＦＲＰ層２０）における水の接触角は、例えば、８０度以上、より好ましくは、９０度以上である。他方、実施形態における極性基含有ポリマー層２４、３４における水の接触角は、例えば、８０度より小さく、より好ましくは、５０度より小さい。また、接触角は、ゴニオメーター、顕微鏡等で直接測定されてもよいし、ビデオカメラ等で撮影後、画像解析ソフトによる解析により算出されてもよい。
疎水性ポリマーの疎水性の程度は、水の接触角θを測定することにより求めることができる。実施形態において、ポリマー（ＦＲＰ層２０）における水の接触角θが、８０度以上、より好ましくは、９０度以上である時には、当該ポリマーは、疎水性ポリマーと定義されてもよい。換言すれば、実施形態における疎水性ポリマー（ＦＲＰ層２０）における水の接触角は、例えば、８０度以上、より好ましくは、９０度以上である。他方、実施形態における極性基含有ポリマー層２４、３４における水の接触角は、例えば、８０度より小さく、より好ましくは、５０度より小さい。また、接触角は、ゴニオメーター、顕微鏡等で直接測定されてもよいし、ビデオカメラ等で撮影後、画像解析ソフトによる解析により算出されてもよい。
本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態又は変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態又は変形例にも適用可能である。
１ ：人工衛星
２ ：望遠鏡
３ ：光学系
４ ：検出器
７ ：ＦＲＰ製ミラー構造体
８ ：第２ミラー構造体
９ ：鏡面
１０ ：鏡面層
１１ ：鏡面
１１−１ ：第１鏡面
１１−２ ：第２鏡面
１３ ：第１材料層
１３−１ ：第１プラチナ層
１３−２ ：第２プラチナ層
１５ ：第２材料層
１５−１ ：第１炭素層
１５−２ ：第２炭素層
２０ ：ＦＲＰ層
２１ ：第１表面
２２ ：疎水性部分
２４ ：極性基含有ポリマー層
３０ ：中間層
３０ａ ：接着剤層
３０ｂ ：樹脂層
３０ｂ−１：研削された表面
３４ ：極性基含有ポリマー層
７０ ：孔
１００ ：型材
１０１ ：表面
２００ ：基板
２０１ ：平滑表面
３００ ：接着剤
３０１ ：平滑表面
２ ：望遠鏡
３ ：光学系
４ ：検出器
７ ：ＦＲＰ製ミラー構造体
８ ：第２ミラー構造体
９ ：鏡面
１０ ：鏡面層
１１ ：鏡面
１１−１ ：第１鏡面
１１−２ ：第２鏡面
１３ ：第１材料層
１３−１ ：第１プラチナ層
１３−２ ：第２プラチナ層
１５ ：第２材料層
１５−１ ：第１炭素層
１５−２ ：第２炭素層
２０ ：ＦＲＰ層
２１ ：第１表面
２２ ：疎水性部分
２４ ：極性基含有ポリマー層
３０ ：中間層
３０ａ ：接着剤層
３０ｂ ：樹脂層
３０ｂ−１：研削された表面
３４ ：極性基含有ポリマー層
７０ ：孔
１００ ：型材
１０１ ：表面
２００ ：基板
２０１ ：平滑表面
３００ ：接着剤
３０１ ：平滑表面
Claims (6)
- 疎水性ポリマーを母材とするＦＲＰ層を準備する準備工程と、
前記ＦＲＰ層上に、非ＦＲＰ層である中間層を介して、鏡面を備えた鏡面層を配置する配置工程と
を具備し、
前記疎水性ポリマーの繰り返し単位は、炭化水素によって構成されており、
前記疎水性ポリマーの繰り返し単位は、炭素原子および水素原子以外の原子が含まれておらず、
前記疎水性ポリマーは二重結合を含まない
ＦＲＰ製ミラー構造体の製造方法。 - 鏡面を備えた鏡面層と、
ＦＲＰ層と、
非ＦＲＰ層である中間層と
を具備し、
前記中間層は、前記鏡面層と前記ＦＲＰ層との間に配置され、
前記ＦＲＰ層は、疎水性ポリマーを含み、
疎水性ポリマーの繰り返し単位は、炭化水素によって構成されており、
前記疎水性ポリマーの繰り返し単位は、炭素原子および水素原子以外の原子が含まれておらず、
前記疎水性ポリマーは二重結合を含まない
ＦＲＰ製ミラー構造体。 - 前記中間層は、接着剤層であり、
前記ＦＲＰ層は、
前記疎水性ポリマーを母材とする疎水性部分と、
前記疎水性部分と前記接着剤層との間に配置された極性基含有ポリマー層と
を含む
請求項２に記載のＦＲＰ製ミラー構造体。 - 前記極性基含有ポリマー層の厚さは、０．１ｎｍ以上３００ｎｍ以下である
請求項３に記載のＦＲＰ製ミラー構造体。 - 前記中間層は、研削された表面を有する樹脂層である
請求項２に記載のＦＲＰ製ミラー構造体。 - 請求項２乃至５のいずれか一項に記載のＦＲＰ製ミラー構造体が搭載された望遠鏡であって、
電磁波検出器を含み、
前記鏡面層で反射された赤外線、可視光、紫外線、または、Ｘ線が、前記電磁波検出器に導入される
望遠鏡。
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