JPH08194103A - ２次曲面反射鏡およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】所望の回転２次曲曲面を精度良く有し、反射面
面積の割合の大きな大型反射鏡の実現を容易ならしめる
セグメントとして使用できる新規な２次曲面反射鏡を実
現する。 【構成】回転２次曲面の形状１０Ａを有する耐熱性の型
１０に、開き角：θが１５度を越えない扇形の平板ガラ
ス２０を載置して、型１０と諸共に加熱し、平板ガラス
２０を軟化により型１０の回転２次曲面の形状１０Ａに
倣う形状に変形させ、変形した平板ガラスの所定の面に
反射面を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は２次曲面反射鏡および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】円、楕円、放物線、双曲線等の２次曲線
を対称軸の回りに回転して得られる２次曲面、即ち「回
転２次曲面」は、光学的な反射面の形状として屡々利用
されている。

【０００３】このような、回転２次曲面を反射面形状と
して作成する場合、形状の小さいものの場合は研磨やプ
レス加工を利用した形成方法が可能であるが、例えば、
灯台やサーチライトのような投光器の反射鏡や、太陽炉
等に用いる太陽光集光用の反射鏡にように寸法の大きい
反射鏡の場合には、研磨やプレスによって反射面形状を
形成するのは困難である。

【０００４】このような場合に、反射面を適当な大きさ
（例えば、数１００ｃｍ²程度の面積を持つ大きさ）を
持つセグメントに分け、これらセグメントを作製して反
射面形状に組み合わせることが考えられる。

【０００５】そして、このようなセグメントは型を用い
て作製するのが効率的である。

【０００６】型を用いてのセグメントの製造に適した方
法として、回転２次曲面の形状を有する耐熱性の型に平
板ガラスを載置して型と諸共に加熱し、平板ガラスを軟
化させることにより型の回転２次曲面に倣う形状に変形
させ、変形した平板ガラスの所定の面に反射面を形成す
る方法が考えられる。

【０００７】回転２次曲面の形状が凹曲面である場合、
この面を上記凹曲面の接平面に平行な平面で切断する
と、切り口は楕円形状になる。

【０００８】そこで、型に載置する平板ガラスの形状
を、その周辺部が回転２次曲面に接する楕円形状とする
と、これを軟化させて回転２次曲面の形状に倣わせた場
合に、回転２次曲面の形状を精度良く平板ガラスに写す
ことができる。このように変形したガラスに反射面を形
成したものは反射面のセグメントとして利用できるが、
これを配列して全体の反射面を形成する場合、個々のセ
グメントが楕円形状であるため、セグメント間に無駄な
空間ができ、反射面をなすべき回転２次曲面に対して反
射面の占める割合が小さくなるという問題がある。

【０００９】型に載置する平板ガラスの形状を扇形と
し、得られるセグメントを密接して配列させれば反射面
面積の割合の大きい大型反射鏡を構成できるが、この場
合、平板ガラスを型の持つ回転２次曲面の形状に精度良
く倣わせることが必ずしも容易でないという問題があっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、所望の回転２次曲曲
面を精度良く有し、反射面面積の割合の大きな大型反射
鏡の実現を容易ならしめるセグメントとして使用できる
新規な２次曲面反射鏡およびその製造方法の提供を目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は
「２次曲面反射鏡の製造方法」であって、以下の点を特
徴とする。

【００１２】即ち、この製造方法は基本的には前述の
「回転２次曲面の形状を有する耐熱性の型に平板ガラス
を載置して型と諸共に加熱し、平板ガラスを軟化させる
ことにより型の回転２次曲面の形状に倣う形状に変形さ
せ、変形した平板ガラスの所定の面に反射面を形成す
る」方法であるが、型に載置する平板ガラスの形状が
「開き角が１５度を越えない扇形」である点に特徴があ
る。

【００１３】ここに言う「扇形」は、円形状から、その
中心を通る２直線により切りだされる形状であり、上記
２直線のなす角が「開き角」である。扇形はまた「２つ
の同心円により囲まれた中空円形部分から、その中心を
通る２直線により切り出される形状」をも言う。この場
合も上記２直線のなす角が開き角である。

【００１４】開き角は１５度を越えない角度であるが、
望ましくは５度〜１５度の範囲が良い。

【００１５】「耐熱性の型」は、表面形状として所望の
回転２次曲面の形状を有し、平板ガラスを軟化させる程
度の温度に耐える材質で形成される。

【００１６】請求項２記載の発明は「２次曲面反射鏡の
製造方法」であって、変形工程と、反射面形成工程と、
切りだし工程とを有する。

【００１７】「変形工程」は、凹の回転２次曲面の形状
と、この回転２次曲面の形状に通ずる吸気用孔と有する
耐熱性の型に、上記回転２次曲面の形状と周縁が接する
楕円形状の平板ガラスを載置して上記型と諸共に加熱す
ると共に、上記吸気用孔を通じて平板ガラスと回転２次
曲面の形状との間の空間の吸気を行い、平板ガラスを軟
化により型の回転２次曲面の形状に倣う形状に変形させ
る工程である。

【００１８】「反射面形成工程」は、変形した平板ガラ
スの所定の面に反射面を形成する工程である。

【００１９】「切りだし工程」は、変形した平板ガラス
から、扇形状のガラス板を切り出す工程である。

【００２０】上記反射面形成工程と切りだし工程とは、
どちらの工程を先に行っても良い。また切り出す形状の
「扇形」は、上に説明した２つの形態のいずれも含む
が、開き角は必ずしも１５度より小さい必要はない。勿
論、切りだし工程が行われる段階において、ガラス板は
型の回転２次曲面の形状に倣って曲面化しているので、
切り出す形状の「扇形」は平面形状としての扇形とは異
なるが、「扇形のガラス板を切り出す」という表現の意
味するところは容易に理解されるであろう。

【００２１】なお、型に載置される平板ガラスの「楕円
形状」は、その特殊の場合として、「円形」を含む。

【００２２】この請求項２記載の発明における「耐熱性
の型」は、表面形状として所望の回転２次曲面の形状を
有し、平板ガラスを軟化させる程度の温度に耐える材質
で形成されるが、回転２次曲面の形状に通ずる吸気用孔
を有し、変形工程の際に、回転２次曲面の形状と平板ガ
ラスとの間の空間の吸気を行えるようになっている。

【００２３】上記吸気用孔の、回転２次曲面の形状を持
つ部分における開口は、平板ガラスの変形に影響を与え
ない程度の大きさに設定される。

【００２４】請求項３記載の発明の「２次曲面反射鏡」
は、上記請求項１または２記載の製造方法により製造さ
れた反射鏡である。

【００２５】

【作用】上記のように、この発明の製造方法において
は、所望の回転２次曲面の形状を反射面形状として有
し、全体として扇形の形態を持つ反射鏡が得られる。

【００２６】請求項１記載の発明において、型に載置す
る扇形の平板ガラスは、その開き角が１５度を越える
と、軟化による変形において、型の持つ回転２次曲面の
形状への倣い性が不十分になることが発明者らの研究に
より明らかになった。

【００２７】開き角が１５度より小さい場合、より好ま
しくは開き角が１０度以下である場合、扇形の平板ガラ
スは軟化により、型の持つ回転２次曲面の形状に極めて
良く倣って変形する。開き角の下限には特に制限はない
が、５度、より好ましくは７度程度が好適である。

【００２８】請求項２記載の発明においては、型に載置
される楕円形状の平板ガラスの周辺部が型に接するの
で、平板ガラスと型表面の回転２次曲面の形状との間に
「閉じた空間」が形成される。変形工程において、加熱
と共に、吸気用孔によりこの空間内を吸気することによ
り、平板ガラスに「軟化に依る変形を促進する空気圧」
を均一に作用させることができ、平板ガラスを効率良
く、且つ精度良く、型の表面形状である回転２次曲面に
倣わせることができる。

【００２９】このようにして精度良く回転２次曲面の形
状に変形した平板ガラスから、扇形状のセグメントが切
りだされる。

【００３０】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。

【００３１】図３（ａ）の符号１は、スターリングエン
ジン用の太陽炉用の反射鏡を示している。この反射鏡の
鏡面の光軸を含む断面形状は、図３（ｂ）に示すような
放物線形状である。反射鏡１は寸法が大きいので、全体
を図３（ａ）に示すように同心円状に輪切りにし、個々
の輪切り部分をさらに細かい「セグメント（代表的な一
つを符号１Ａで示す）」に分け、これらセグメントを個
別に作製して全体を組み合わせることにより構成され
る。

【００３２】以下、上記セグメント１Ａを製造する場合
の実施例を説明する。

【００３３】セグメント１Ａは、図３（ｃ）に示す如き
形状を有している。即ち、セグメント１Ａの反射面は、
反射鏡１におけるセグメント１Ａが配備される部分にお
ける凹の放物面（回転２次曲面）形状であり、回転２次
曲面の回転軸に近い側の側縁部１ａ１は、遠い方の側縁
部１ａ２よりも短い。

【００３４】図１は、請求項１記載の発明の１実施例を
説明するための図である。この実施例は、請求項１記載
の発明の製造方法により、上記反射鏡１のセグメント１
Ａを製造する場合の実施例である。

【００３５】図１（ａ）において、符号１０は耐熱性の
型を示している。型１０は、珪藻土による耐火レンガで
形成されている。即ち、珪藻土を直径：３０ｃｍ〜１０
０ｃｍ程度、厚さ：７０ｍｍ程度の円板形状に形成し、
その片面に所望の回転２次曲面（この実施例の場合、図
３の反射鏡１のセグメント１Ａの部分の放物面形状）の
形状を適宜の切削方法で形成したのち、７００〜８００
度Ｃの温度に加熱して乾燥させて型１０が形成される。

【００３６】図１（ａ）において、符号１０Ａは「回転
２次曲面の形状（放物面形状）」を示す。この回転２次
曲面の形状１０Ａの形成された部分に「扇形」の平板ガ
ラス２０が載置される。

【００３７】平板ガラス２０は、図１（ｂ）に示すよう
に「扇形」であり、その開き角：θは１５度を越えない
角度、好ましくは５〜１５度の範囲で適宜に設定して良
い。開き角が５〜１５度という小さい範囲では、扇形は
図のように「短冊形」に近い形状となっている。

【００３８】また平板ガラス２０の厚さは、平板ガラス
２０の平面的な大きさの寸法に比して十分薄い厚さ、例
えば２〜４ｍｍ程度が好適である。

【００３９】図１（ａ）に示すように、平板ガラス２０
を載置した状態（平板ガラス２０は、その対称軸が回転
２次曲面の軸を含む面内に位置するように載置される）
で、型１０と平板ガラス２０とを諸共に加熱する。

【００４０】加熱により平板ガラス２０の温度が「ガラ
スの軟化点」に達すると、平板ガラス２０は軟化して重
力の作用により変形し、最終的にはガラス片側の全面
が、型１０に形成された回転２次曲面の形状１０Ａに密
接し、回転２次曲面に倣った状態となる。

【００４１】この状態で冷却すれば、図１（ｃ）に示す
ように、回転２次曲面の形状１０Ａに従う表面形状を持
つガラス板２０Ａ（平板ガラス２０が変形したもの）が
得られる。このガラス板２０Ａの一方の面（回転２次曲
面に密接した側の面もしくは、その反対側の面）に反射
面を「反射膜の蒸着」等により形成すれば、所望のセグ
メント１Ａ（図３参照）が得られる。

【００４２】反射面を、ガラス板２０Ａの「回転２次曲
面に密接した側の面」に形成する場合には、型の表面粗
さのため、ガラス面も粗い状態になっているので、適当
に研磨する。

【００４３】また「回転２次曲面に接しない側の面」に
反射面を形成する場合には、表面は滑らかであるので研
磨せずに直接に反射面を形成してもよい。しかしこの場
合には、ガラス板の厚みにより形成される反射面の形状
は、厳密には、型の有する回転２次曲面と同一にはなら
ない。このような場合には、必要に応じて、ガラス板の
厚さを考慮し、型の側の回転２次曲面の形状を、作製す
るべき反射面の曲面の形状よりも若干大きく形成してお
けばよい。

【００４４】上に説明した例で、扇形の平板ガラスは、
図１（ｂ）に示すように「２つの同心円により囲まれた
中空円形部分から、その中心を通る２直線により切り出
された」形状であるが、図１（ｄ）に示すような「円形
状から、その中心を通る２直線により切りだされた」形
状の平板ガラス２１を用いても良い。この場合は、例え
ば、放物面形状を持つ反射鏡の「対称軸近傍のセグメン
ト」を作製するのに適している。

【００４５】また、図１（ｂ）に示すような「短冊形に
近い扇形」を用いる場合、同図に示す扇形両側部の長
さ：ｌに対し、扇形中央部の幅が「約ｌ／２」であるよ
うな形状にすると、型の持つ回転２次曲面の形状への倣
い性が極めて良いことが発明者らの研究により明らかと
なった。

【００４６】図２に示す実施例は、図３（ｃ）のセグメ
ント１Ａを、請求項２記載の発明の製造方法で製造する
場合の実施例である。

【００４７】図２（ａ）に示す耐火性の型３０は、凹の
回転２次曲面の形状３１（この実施例の場合、図３の反
射鏡１のセグメント１Ａの部分の放物面形状）を形成さ
れ、この回転２次曲面の形状３１に通ずる吸気用孔３３
とを有する。

【００４８】図２（ｂ）に示す楕円形状のガラス平板４
０は、平面的な大きさに比して十分薄い厚さ（例えば２
〜４ｍｍ程度が好適である）を有し、その周辺部が型３
０の回転２次曲面の形状３１と接触するように形成され
ている。

【００４９】図２（ｃ）は、型３０の凹の回転２次曲面
の形状３１の部分に、平板ガラス４０を、回転２次曲面
の形状３１と「周縁が接する」ように載置した状態を示
し、（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ’断面の状態を示してい
る。

【００５０】型３０は、吸引用のパイプ５１を有する保
持治具５０に固定的に保持され、パイプ５１は吸引ポン
プ（図示されず）に連結されている。

【００５１】図２（ｄ）の状態で、平板ガラス４０を型
３０と諸共に加熱すると共に、図示されない吸引ポンプ
を動作させて、吸気用孔３３を通じて「平板ガラス４０
と２次曲面の形状３１との間の空間」の吸気を行う。

【００５２】加熱により平板ガラス４０の温度がガラス
軟化点に達すると、平板ガラス４０は軟化し、重力の作
用と吸引ポンプによる吸引により、平板ガラス４０の型
３０側に発生する負圧の作用により速やかに変形し、最
終的には、ガラス片面の全面が、型３０の表面に密接し
て回転２次曲面の形状３１に倣った状態になる。

【００５３】この状態で冷却すれば、図２（ｅ）に示す
ように、変形により、回転２次曲面の形状３１に倣った
表面形状を持つ周縁部楕円形状のガラス板４０Ａ（平板
ガラス４０が変形したもの）が得られる。

【００５４】このガラス板４０Ａの一方の面（回転２次
曲面に密接した側の面もしくは、その反対側の面）に反
射面を反射膜の蒸着等により形成し、図２（ｅ）に「破
線で示す扇形状」のガラス板を切り出せば、図２（ｆ）
に示すように所望のセグメント１Ａが得られる。

【００５５】反射面を、ガラス板４０Ａの「回転２次曲
面に密接した側の面」に形成する場合には、型の表面粗
さのため、ガラス面も粗い状態になっているので、適当
に研磨する。

【００５６】また「回転２次曲面に接しない側の面」に
反射面を形成する場合には、表面は滑らかであるので研
磨せずに直接に反射面を形成してもよい。しかしこの場
合には、ガラス板の厚みにより形成される反射面の形状
は、厳密には、型の有する回転２次曲面と同一にはなら
ない。このような場合には、必要に応じ、ガラス板の厚
さを考慮して、型３０の側の回転２次曲面の形状３１
を、作製するべき反射面の曲面の形状よりも若干大きく
形成しておけばよい。

【００５７】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な２次曲面反射鏡およびその製造方法を提供でき
る。

【００５８】この発明の２次曲面反射鏡は、その形状
が、回転２次曲面を鏡面形状とする大型の反射鏡を分割
したセグメント形状を有しているから、これらを組み合
わせて大型の反射鏡を構成するとき、大型の反射鏡の反
射面を極めて稠密に構成でき、鏡面の利用効率の良い大
型反射鏡を容易に製造することが可能になる。

【００５９】また請求項１記載の発明では、型に載置さ
れる平板ガラスが扇形で、しかも開き角が１５度を越え
ないので、極めて精度良く上記反射鏡のセグメントを製
造できる。

【００６０】請求項２記載の発明では、平板ガラスを変
形させるときに、負圧による空気圧を有効に利用できる
ので、２次曲面反射鏡の製造効率が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。

【図２】請求項２記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。

【図３】実施例で製造しようとする２次曲面反射鏡の１
例を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ 耐火性の型 １０Ａ 型１０に形成された回転２次曲面の形状 ２０ 扇形の平板ガラス θ 扇形の平板ガラス２０の開き角

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転２次曲面の形状を有する耐熱性の型
   に、開き角が１５度を越えない扇形の平板ガラスを載置
   して上記型と諸共に加熱し、上記平板ガラスを軟化によ
   り型の回転２次曲面の形状に倣う形状に変形させ、 変形した平板ガラスの所定の面に反射面を形成すること
   を特徴とする２次曲面反射鏡の製造方法。
2. 【請求項２】凹の回転２次曲面の形状と、この回転２次
   曲面の形状に通ずる吸気用孔とを有する耐熱性の型に、
   上記回転２次曲面の形状と周縁が接する楕円形状の平板
   ガラスを載置して上記型と諸共に加熱すると共に、上記
   吸気用孔を通じて上記平板ガラスと回転２次曲面の形状
   との間の空間の吸気を行い、上記平板ガラスを軟化によ
   り型の回転２次曲面の形状に倣う形状に変形させる変形
   工程と、 変形した平板ガラスの所定の面に反射面を形成する反射
   面形成工程と、 変形した平板ガラスから、扇形状のガラス板を切り出す
   切りだし工程とを有することを特徴とする２次曲面反射
   鏡の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の製造方法により製
   造される２次曲面反射鏡。