JP6995030B2

JP6995030B2 - ミラー

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Publication number: JP6995030B2
Application number: JP2018161680A
Authority: JP
Inventors: 安浩中堀; 裕紀西; 佐典白桃
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2038-08-30
Also published as: JP2020034757A

Description

本開示は、ミラーに関する。

天体望遠鏡等は、観測対象の光を反射するためのミラーを備えている。

例えば、特許文献１には、天体望遠鏡用ミラーとして、光を反射するための表面粗さがＲａで１０ｎｍ以下の反射面を備えた低熱膨張セラミックスからなるミラー部材と、前記ミラー部材の反射面に設けられた所定の反射膜と、を有するものが開示されている。

特開２００５－２３４３４４号公報

近年では、天体望遠鏡等の天体観測に用いられるミラーには、高倍率の視野による天体観測を行うために、大型化が求められている。ここで、求められるミラーの大きさは、例えば、１ｍ以上であり、このような大型ミラーを一体的に作製することは非常に困難である。

さらに、このような一体物の大型ミラーは、天体望遠鏡等に取り付ける際等に破損すれば、破損した箇所が一部であったとしても、ミラー全体を交換する必要があった。

本開示は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、大型化を実現できるとともに、一部破損が生じた際に、破損箇所のみを交換することができるミラーを提供することを目的とする。

本開示のミラーは、第１面と、該第１面に交わる第２面とを有する部材を複数備える。そして、それぞれにおける前記部材の前記第２面同士が接触し、それぞれの前記部材における前記第１面の集合による反射面を有する。

本開示のミラーは、大型化を実現できるとともに、一部破損が生じた際に、破損箇所のみを交換することができる。

本開示のミラーの一例を模式的に示した斜視図である。本開示のミラーにおける部材の一例を模式的に示した斜視図である。本開示のミラーの他の例の組み立て方を模式的に示した斜視図である。本開示のミラーの他の例を模式的に示した斜視図である。図４に示すミラーの組み立て方を模式的に示した斜視図である。

本開示のミラーについて、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。

本開示のミラー１０は、図１に示すように、第１面１と、第１面１に交わる第２面２とを有する部材３を複数備える。そして、それぞれにおける部材３の第２面２同士が接触し、それぞれの部材３における第１面１の集合による反射面４を有する。

ここで、図１では、部材３が、部材３ａおよび部材３ｂの２個である例を示しているが、これに限定されるものではなく、部材３の個数は２個以上であればよい。また、図１では、部材３の第１面１の形状が、半円である例を示しているが、これに限定されるものではなく、三角形、矩形、扇形等の任意の形状であっても構わない。

また、それぞれにおける部材３の第２面２同士が接触するとは、図１に示すように、隣り合う部材３ａおよび部材３ｂにおいて、部材３ａの第２面２ａと部材３ｂの第２面２ｂとが互いに接触していることを意味する。

また、それぞれの部材３における第１面１の集合による反射面４とは、図１に示すように、部材３ａの第１面１ａと部材３ｂの第１面１ｂとで構成される面のことである。なお、図１では、反射面４の形状が、円形である例を示しているが、これに限定されるものではなく、多角形、矩形、環状等の任意の形状であっても構わない。

このように、本開示のミラー１０は、複数の部材３で構成されていることで、ミラー１０の大型化が容易である。さらに、図１に示す例では、部材３ａおよび部材３ｂが別部材であり、一体物ではないことから、例えば、部材３ａに破損が生じた際、その破損が生じた部材３ａのみを取り外して交換することができる。このように、本開示のミラー１０は、大型化を実現できるとともに、一部破損が生じた際に、破損箇所のみを交換することができる。

また、本開示のミラー１０において、第２面２における接触面は、粗さ曲線から求められる算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下であるとともに、単位長さ当たりの平面度が５μｍ以下であってもよい。ここで、接触面とは、第２面２のうち、他の第２面２と接触している部分のことである。

また、算術平均粗さＲａとは、ＪＩＳＢ０６０１（２０１３）に規定された値のことを言う。また、単位長さ当たりの平面度とは、ＪＩＳＢ０６２１（１９８４）に規定された値であり、平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさである。

このような構成を満足するならば、隣り合う部材３の第２面２同士の接触が良好となり、隣り合う部材３の第１面１同士の隙間が減ることから、各部材３の第１面１の集合により構成される反射面４の面精度が向上する。

ここで、本開示のミラー１０の第２面２の接触面における算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ
Ｂ０６０１（２０１３）に準拠して測定することにより求めることができる。なお、測定条件としては、例えば、測定長さを５ｍｍ以上、カットオフ値を０．８ｍｍとし、触針の走査速度を１．０ｍｍ／秒に設定すればよい。そして、接触面において、少なくとも５ヵ所以上測定し、その平均値を求めればよい。

また、本開示のミラー１０の第２面２の接触面における単位長さ当たりの平面度は、ＪＩＳＢ０６２１（１９８４）に準拠し、市販の３次元測定機を用いて、第２面２の接触面において、約５ｍｍ毎の間隔を空けて数十箇所以上測定することで算出すればよい。

また、本開示のミラー１０おける部材３は、図２に示すように、第１面１の反対から第１面１に向かって窪んだ凹部５を有していてもよい。ここで、凹部５とは、図２において
、点線で囲まれた領域である。また、言い換えるならば、図２に示す例では、凹部５とは、第１面１を有する上壁と、上壁に続く、第２面２を有する側壁とに囲まれた領域である。

そして、このような構成を満足するならば、ミラー１０に必要な機械的強度を有しながら、軽量化することができ、ミラー１０を大型化しても、ミラー１０の重量増加を抑制することができる。これにより、本開示のミラー１０は、小型衛星等に搭載する宇宙望遠鏡のミラーとして適したものとなる。

また、本開示のミラー１０において、隣り合う部材３は、それぞれの第２面２における接触面に開口する第１貫通孔６を有し、それぞれの第１貫通孔６を連通する第１締結部材７により係合されていてもよい。

具体的には、図３に示す例で説明すると、部材３ｃは、第２面２ｃにおける接触面に開口する第１貫通孔６ａ、６ｂを有している。また、部材３ｄは、第２面２ｄにおける接触面に開口する第１貫通孔６ｃ、６ｄを有している。そして、部材３ｃの第１貫通孔６ａと部材３ｄの第１貫通孔６ｃとが連通し、部材３ｃの第１貫通孔６ｂと部材３ｄの第１貫通孔６ｄとが連通するように、部材３ｃと部材３ｄとを接触させる。そして、連通した第１貫通孔６ａ、６ｃに第１締結部材７ａを挿入し、連通した第１貫通孔６ｂ、６ｄに第１締結部材７ｂを挿入し、部材３ｃと部材３ｄとを係合させる。

ここで、図３では、各部材３が２個の第１貫通孔６を有する例を示しているが、これに限定されるものではなく、隣り合う部材３同士が安定して固定される個数であれば、第１貫通孔６は何個でも構わない。また、第１締結部材７とは、隣り合う部材３同士を係合できるものであればよく、例えば、ボルト、ナット等のことである。

そして、このような構成を満足するならば、本開示のミラー１０は、隣り合う部材３同士は強固に固定されていながらも、部材３に破損が生じた場合には、その破損が生じた部材３のみを容易に取り外して交換することができる。

また、本開示のミラー１０において、隣り合う部材３は、それぞれ第１面１の反対から第１面１に向かう穴部８を有し、隣り合う部材３に跨る大きさであり、第２貫通孔９を有する板状体１１を介して、第２貫通孔９および穴部８に挿入される第２締結部材１２により係合されていてもよい。

具体的な構成を、図４および図５を用いて説明する。なお、図４には、６個の部材３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊで構成されるミラー１０ｃを示しているが、このうち部材３ｆと部材３ｇとの組み合わせで具体的な構成を説明する。まず、図５に示すように、部材３ｆは、第１面１ｆに向かう穴部８を下面１３ｆに有している。同様に、部材３ｇは、第１面１ｇに向かう穴部８を下面１３ｇに有している。そして、板状体１１は、部材３ｆおよび部材３ｇの各穴部８に対応する第２貫通孔９を有しており、それぞれの穴部８と第２貫通孔９とが連通するように、部材３ｆおよび部材３ｇに接している。そして、それぞれの連通した第２貫通孔９および穴部８に挿入された第２締結部材１２により、板状体１１と部材３ｆおよび部材３ｇとを係合させる。

ここで、各部材３の穴部８の個数は、板状体１１と部材３とが安定して固定される個数であれば何個でも構わない。また、第２締結部材１２とは、第１締結部材７と同じく、例えば、ボルト、ナット等のことである。

そして、このような構成を満足するならば、天体望遠鏡等にミラー１０を取り付ける際
に振動等が加わっても、隣り合う部材３の第１面１同士の高さがずれるおそれが減るため、各部材３の第１面１の集合により構成される反射面４の面精度が向上する。

また、本開示のミラー１０において、複数の部材３の少なくとも１つは、図５に示すように、凹部５における、第１面１に垂直に交わる方向の距離である厚みが、反射面４の中央から離れる方向に段階的に薄くなっていてもよい。このような構成を満足するならば、反射面４の中央に近づく方向に段階的に薄くなる場合に比べて、ミラー１０としての機械的強度が高く、かつ、ミラー１０を軽量化することができる。

なお、ミラー１０を構成する全ての部材３が上記構成であれば、ミラー１０を大型化しても、ミラー１０の重量増加をより抑制することができることは言うまでもない。

また、本開示のミラー１０における部材３は、セラミックスからなっていてもよい。ここで、セラミックスとは、コージェライト質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックスまたはムライト質セラミックス等である。

このように、部材３は、セラミックスで構成されていることで、機械的強度が高く、かつ、耐熱性が高い。特に、部材３が、セラミックスの中でもコージェライト質セラミックスからなるならば、他のセラミックに比べてコージェライト質セラミックスは低比重であることから、部材３がより軽量化が図れる。さらに、コージェライト質セラミックスは、熱膨張率が低く、温度変化による変形が少ないことから、温度変化が激しい環境下での信頼性が高くなる。

ここで、コージェライト質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）を８０質量％以上含有するものである。そして、部材３の材質は、以下の方法により確認することができる。まず、ＣｕのＫα線を用いたＸ線回折装置（ＸＲＤ）により、２θ＝８～１００°（２θは、回折角度である。）の範囲でＸ線回折測定を行ない、リートベルト解析プログラムＲＩＥＴＡＮを用いて求めたコージェライトの含有量が８０質量％以上であればコージェライト質セラミックスである。

以下、本開示のミラー１０の製造方法について説明する。なお、以下の説明においては、部材３および板状体１１がコージェライト質セラミックスからなる場合を例に挙げて説明する。

まず、炭酸マグネシウム粉末、酸化アルミニウム粉末および酸化珪素粉末を所定の割合となるように調合した混合粉末を仮焼合成して得られる合成コージェライト粉末を準備する。次に、この合成コージェライト粉末と焼結助剤粉末とを所定の割合で秤量し、１次原料とする。次に、この１次原料粉末を湿式混合した後、所定量のバインダを添加し、スラリーを得る。

次に、このスラリーを噴霧造粒装置（スプレードライヤー）を用いて噴霧し、造粒することにより顆粒を得る。そして、得られた顆粒を用いて静水圧プレス成形（ラバープレス）または粉末プレス成形にて成形し、任意の形状となるように切削加工を施した成形体を得る。次に、この成形体を、焼成炉にて大気雰囲気中１３００℃以上１４５０℃以下の最高温度で焼成することにより焼結体を得る。その後、必要に応じて、研削加工や研磨加工を焼結体に施すことで、第１面１および第２面２を有する、任意形状の部材３を得る。ここで、研削加工や研磨加工により、部材３の第２面２における接触面を、算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下であるとともに、単位長さ当たりの平面度が５μｍ以下であるように
したり、部材３に第１貫通孔６や穴部８を形成してもよい。また、第２貫通孔９を有する板状体１１は、上述した部材３と同様の製造方法で作製すればよい。

そして、得られた部材３および板状体１１を、市販の第１締結部材７や第２締結部材１２を用いてそれぞれ係合することで、本開示のミラー１０を得る。

なお、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

１：第１面
２：第２面
３：部材
４：反射面
５：凹部
６：第１貫通孔
７：第１締結部材
８：穴部
９：第２貫通孔
１０：ミラー
１１：板状体
１２：第２締結部材

Claims

第１面と、該第１面に交わる第２面とを有する部材を複数備え、
それぞれにおける前記部材の前記第２面同士が接触し、
それぞれの前記部材における前記第１面の集合による反射面を有し、
前記部材は、
前記第１面の反対から前記第１面に向かって窪んだ凹部と、
隣り合うそれぞれの前記第２面における接触面に開口する第１貫通孔と、
前記第１面の反対から前記第１面に向かう穴部と、を有し、
隣り合う前記部材は、
それぞれの該第１貫通孔を連通する第１締結部材と、隣り合う前記部材に跨る大きさであり、第２貫通孔を有する板状体を介して、前記第２貫通孔および前記穴部に挿入される第２締結部材と、により係合されている
ミラー。
第１面と、該第１面に交わる第２面とを有する部材を複数備え、
それぞれにおける前記部材の前記第２面同士が接触し、
それぞれの前記部材における前記第１面の集合による反射面を有し、
前記部材は、
前記第１面の反対から前記第１面に向かって窪んだ凹部を有し、
前記部材の少なくとも１つは、
前記凹部における、前記第１面に垂直に交わる方向の距離である厚みが、前記反射面の
中央から離れる方向に段階的に薄くなっている
ミラー。
隣り合う前記部材は、
それぞれの前記第２面における接触面に開口する第１貫通孔を有し、
それぞれの該第１貫通孔を連通する第１締結部材により係合されている請求項２に記載のミラー。
隣り合う前記部材は、
それぞれ前記第１面の反対から前記第１面に向かう穴部を有し、
隣り合う前記部材に跨る大きさであり、第２貫通孔を有する板状体を介して、
前記第２貫通孔および前記穴部に挿入される第２締結部材により係合されている請求項２または請求項３に記載のミラー。
前記第２面における接触面は、粗さ曲線から求められる算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下であるとともに、単位長さ当たりの平面度が５μｍ以下である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のミラー。
前記部材は、セラミックスからなる請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のミラー。