JPH05119207A - 軽量反射鏡基体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)整理番号 ＰＹＡ３０８ 【要約】 【構成】見掛け密度0.1〜１ｇ／cm³のを有する石英ガラ
ス又は高珪酸ガラスの多孔性発泡体層の上面に透明無気
泡の石英ガラス又は高珪酸ガラス反射鏡板を、また下面
に石英ガラス又は高珪酸ガラス板をそれぞれ硬化性シリ
コ−ン接着剤で接合し、その周側面を気密にシ−ルする
軽量反射鏡基体の製造法。 【効果】本発明の方法によって得られる軽量反射鏡は、
大型のものでも軽量で優れた操作性を有し、実用的に極
めて望ましい。また、従来の反射鏡用基体に比べてはる
かに低コストで提供されるから高い工業的価値を有す
る。

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、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重量が極めて大きくな
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ったり、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】このような大型化に伴い、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，変形などのために鏡面うねり等が変化し、その変化
が反射鏡の性能を低下させるので、そのような現象を伴
わない熱膨張変化の小さい石英ガラスや高珪酸ガラスが
反射鏡用素材として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、基体を可及的に軽減し操作性を向
上させることが要求される。かか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
支持強度と軽量化を達成する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、構成が複雑で製作が容
易でなく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が著しく低く、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、このような反射鏡素材は、製作の際
に支持格子である管素材の有効高さを厳密に一定にする
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、小板片等の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
ある。

【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−クが形成される独立気泡含有率の高い多孔質体は、
あらゆる方向への圧縮強度が一層優れている。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し、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】本発明の方法に用いられる見掛け密度0.1
〜１ｇ／cm³を有する石英ガラス質又は高珪酸ガラス質
の多孔性発泡体層は、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アンモニ
アと加熱下に反応させ、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製造すること
ができ、主として独立気泡から成る発泡体が効果的に得
られる。

【００１４】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方法によっても製造する
ことができる。これらの加熱発泡体の製造においては、
適切な径の気泡及び見掛け密度0.1〜１ｇ／cm³の石英ガ
ラス質製又は高珪酸ガラス質製多孔性発泡体を形成させ
ると共に、加熱過剰による連通気泡の形成を防止するよ
うに加熱発泡条件が選択される。

【００１５】上記多孔性発泡体層は、その反射鏡用基体
としての強度と軽量操作性を満足させるためには、見掛
け密度0.1〜１ｇ／cm³の範囲が好ましく、見掛け密度が
0.1ｇ／cm³未満では、反射鏡用基体としての虚度が不充
分となり、また、１ｇ／cm³を超えると、軽量化が不足
し、反射鏡操作性が低下するので好ましくない。

【００１６】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間に、またその
多孔性発泡体層の下側の面と石英ガラス又は高珪酸ガラ
スの板の上面との間にそれぞれを硬化性シリコ−ン接着
剤を塗布，介在させ、そのような接合状態を保持して、
例えば、約100〜400℃の温度に30〜100分間程度加熱す
ることにより、強固な耐熱性接着構造体が得られる。

【００１７】この一体化方法によれば、反射鏡板と多孔
性発泡体層が変形することのない比較的低い温度で、多
孔性発泡体層と反射鏡板及び底板とが相互に強固に接合
し、軽量反射鏡に容易に形成される。この接合において
は、上記接合操作から明らかなように、多孔質体の面と
接合される板の接合面は、実質的に全面にわたって接触
するような面形状に予め形成される。

【００１８】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し、
高精度の反射鏡を作り出すことができなくなるので好ま
しくない。また、他方の面に溶融一体化される底板は、
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がない石英ガラス
又は高珪酸ガラス質製の板材であることが重要である。

【００１９】本発明の方法においては、上記のようにし
て両板を発泡体層に一体に接合した後、その積層体の周
側面に全面にわたってシ−ル層が形成される。そのシ−
ル層の形成に先立って、全周側面は、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平滑仕上げされること
が好ましい。次いで、周側面全面に耐熱性を有する硬化
性シリコ−ン樹脂を塗布し硬化させてシ−ル層を形成さ
せるか、石英ガラスの薄い板体を周側面に加熱溶着さ
せ、その際耐熱性接着剤を用いて石英ガラスシ−ル層を
形成させることができる。

【００２０】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。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の形成が困難になるものと
思われる。

【００２１】本発明の方法において、積層体の接合一体
化に用いられる耐熱性シリコ−ン接着剤は、室温硬化
性、好ましくは熱硬化性であることが重要であって、例
えば、300〜400℃の温度に充分な耐性を有するシリコ−
ン系樹脂である。そのようなシリコ−ン系接着剤として
は、一分子内に２個以上のシラノ−ル基ＳｉＯＨを有す
るシリコ−ン樹脂が代表的に挙げれらる。

【００２２】周側面が気密シ−ルされた積層体は、上側
の透明無気泡反射鏡面形成用板の表面が、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、次いで、その面に、例えばア
ルミニウムや銀等の反射鏡用金属膜が蒸着その他の知ら
れた手段によって形成され、軽量大型反射鏡に仕上げら
れる。

【００２３】

【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、優れた反射鏡精度と高い操作性が保証
され、その産業上の実用的価値は極めて高い。

【００２４】

【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。

【００２５】この多孔性円盤の前面に、直径350mm，厚
さ0.5mmの透明で無気泡の反射鏡用石英ガラス円板を、
またその後面(下面)に、後板として直径500mm，厚さ0.5
mmの石英ガラス円板を接合し、各接合面に耐熱性シラノ
−ル系シリコ−ン樹脂接着剤層を介して、その接合状態
に保ったまゝ約 300℃の温度に約１時間加熱して接着剤
を硬化させ、各部剤を接着一体化させた。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均一に接着一体化している
ので、不均一接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、また反射面に、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。

【００２６】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。

【００２７】

【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。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。

Claims (1)

【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
   ラス質又は高珪酸ガラス質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
   をそれぞれ硬化性シリコ−ン接着剤で接合一体化すると
   共に、その周側面を気密にシ−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。