両面反射鏡及びその製造方法
【課題】本発明は、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、軽量化を図ることができる両面反射鏡及びその製造方法を得ることを目的とするものである。
【解決手段】前面に第1の反射鏡面2、背面に第1の軽量化加工部11aが設けられた第1の反射鏡部材11と、前面に第2の反射鏡面3、背面に第2の軽量化加工部12aが設けられた第2の反射鏡部材12とを、2つのC/C成形体10から作製する。そして、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせ、真空中で第1及び第2の反射鏡部材11,12に熔融金属シリコンを含浸、反応させ、C/CをC/SiC化することにより、第1及び第2の反射鏡部材11,12を接合し一体化する。
【解決手段】前面に第1の反射鏡面2、背面に第1の軽量化加工部11aが設けられた第1の反射鏡部材11と、前面に第2の反射鏡面3、背面に第2の軽量化加工部12aが設けられた第2の反射鏡部材12とを、2つのC/C成形体10から作製する。そして、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせ、真空中で第1及び第2の反射鏡部材11,12に熔融金属シリコンを含浸、反応させ、C/CをC/SiC化することにより、第1及び第2の反射鏡部材11,12を接合し一体化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば宇宙望遠鏡や赤外線シーカー等に使用される反射光学系の両面反射鏡及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
宇宙望遠鏡や赤外線シーカーでは、複数枚の反射鏡を組み合わせた反射光学系が使用される。このような反射光学系では、複数の反射鏡の位置を正確に合わせ、かつロケットの打ち上げ時の振動等の環境条件に耐えられるように、反射鏡を固定部に強固に固定する必要がある。このため、構成される反射鏡の枚数が増えるに従って、位置合わせのための調整に必要な時間が長くなり、また固定用の部品の点数が増え、重量が増加するなどの問題がある。
【0003】
これに対して、従来の宇宙用の反射光学系では、両面に反射鏡が形成された両面反射鏡を光学系の中に使用することにより、部品点数の削減が図られている(例えば、特許文献1参照)。また、このような両面反射鏡としては、母材に発泡石英を用いたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。さらに、宇宙用の軽量な両面反射鏡の鏡面母料として、炭化珪素を分散粒子とする粒子分散シリコン材料が用いたものが知られている(例えば、特許文献3参照)。
【0004】
【特許文献1】特開平10−213747号公報
【特許文献2】特開平8−152507号公報
【特許文献3】特開2004−317647号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のような両面反射鏡を軽量化するためには、母材を中空化する方法が有効である。しかし、従来の発泡石英や粒子分散シリコン材料を母材に使用する両面反射鏡では、母材の両面に反射鏡が形成されるため、母材の内部をくり抜くのは困難である。このため、両面反射鏡の中空化のためには、片面ずつ作成した反射鏡を、最後に接着剤によって貼り付けたり、ねじ等によって機械的に結合したりして一体化する必要がある。
【0006】
このような一体化の方法のうち、接着剤による方法では、接着強度を保つために十分な接着面積を確保する必要があるため、軽量化に限界があった。また、吸湿による変形が生じるため、光学性能が変化してしまう。さらに、接着剤の物性に応じて耐熱性に限界があった。一方、ねじ等によって機械的に結合する方法では、機械的結合部を形成する必要があるとともにねじ等が必要となり、軽量化に限界があった。
【0007】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、軽量化を図ることができる両面反射鏡及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係る両面反射鏡は、第1の反射鏡面と、第1の反射鏡面の背面側に位置する第2の反射鏡面と、第1及び第2の反射鏡面との間に位置する空洞部とが設けられている反射鏡本体を備え、反射鏡本体の母材として、炭素繊維強化炭化珪素複合材料が使用されている。
【発明の効果】
【0009】
この発明の両面反射鏡は、反射鏡本体の母材として炭素繊維強化炭化珪素複合材料が使用されているので、炭素繊維強化炭素複合材料を母材とする2つの反射鏡部材を、それらの炭素繊維強化炭素複合材料を炭素繊維強化炭化珪素複合材料化することで一体化することができ、従って、接着剤やねじ等を用いずに2つの反射鏡部材を一体化することができ、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、空洞部を設けて軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による両面反射鏡を示す斜視図、図2は図1の両面反射鏡のA−A’線の位置(厚みdの中央部)でのXY平面における断面図、図3は図2の両面反射鏡のB−B’線に沿う断面図である。
【0011】
図において、反射鏡本体1には、第1の反射鏡面2と、第1の反射鏡面2の背面側に位置する第2の反射鏡面3と、第1及び第2の反射鏡面2,3間に位置する複数の空洞部4とが設けられている。この例では、第1の反射鏡面2の曲率半径がR=1000mm、第2の反射鏡面3の曲率半径がR=2000mmである。空洞部4は、反射鏡本体1の周方向に並べて配置されている。また、反射鏡本体1の中央部には、光路を確保するための光路孔5が設けられている。
【0012】
反射鏡本体1は、互いに対向する中空円板状の第1及び第2の円板部1a,1bと、内径側端部で第1及び第2の円板部1a,1b間に位置する円筒状の内周リブ1cと、外径側端部で第1及び第2の円板部1a,1b間に位置する外周リブ1dと、第1及び第2の円板部1a,1b間に放射状に配置された複数の放射状リブ1eとを有する一体構造である。
【0013】
第1の反射鏡面2は、第1の円板部1aに設けられている。第2の反射鏡面2は、第2の円板部1bに設けられている。空洞部4と光路孔5との間は、内周リブ1cにより仕切られている。隣接する空洞部4間は、放射状リブ1eにより仕切られている。外周リブ1dには、空洞部4を反射鏡本体1外と連通する複数の開口1fが設けられている。
【0014】
反射鏡本体1の母材としては、炭素繊維強化炭化珪素(C/SiC)複合材料が使用されている。この例では、反射鏡本体1は、C/SiC複合材料のみにより構成されている。
【0015】
次に、上記の両面反射鏡の製造方法について説明する。図4は図1の両面反射鏡の製造方法を斜視図とともに示す工程図である。図1の両面反射鏡を製造する場合、まず短繊維である炭素繊維をバインダー混濁水中で撹拌し、均等に分散させる(ステップS1)。なお、ここではバインダーとしてセルロースバインダーを使用した。
【0016】
続いて、バインダー混濁水の水分を真空ポンプで減圧除去した後、堆積した繊維の塊を金型に移し、加圧して所定の形状(ここでは円板状)に成形する(ステップS2)。この後、成形された繊維の塊を金型から取り出し、乾燥炉内で90℃48時間以上の条件で加熱乾燥させる(ステップS3)。これにより、炭素繊維とバインダーとからなる炭素繊維成形体が作製される。
【0017】
次に、この炭素繊維成形体にピッチ(またはフェノール樹脂でもよい)を含浸させ(ステップS4)、真空中あるいはアルゴン、窒素などの不活性ガスによる不活性雰囲気中で約1000℃に加熱し、含浸剤成分を炭化させて炭素繊維強化炭素(以下、C/Cと称する)複合材料にする。この後、不活性雰囲気中2000℃で熱処理してC/C複合材料を黒鉛化させる(ステップS5)。これにより、黒鉛化した円板状のC/C成形体10が作製される。
【0018】
この後、C/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す(ステップS6)。具体的には、C/C成形体10の前面に、所望の曲率半径(ここではR=1000mm)を有する球面状(凹面)となるように研削加工を施す。また、C/C成形体10の背面には、リブ1c〜1eに対応する部分を残して軽量化(切削)加工を施す。さらに、C/C成形体10の中央部には、光路孔5となる円形の孔を設ける。これにより、前面に第1の反射鏡面2、背面に第1の軽量化加工部11aが設けられた第1の反射鏡部材11が作製される。
【0019】
また、上記と同様の手順で別のC/C成形体10を作製し、そのC/C成形体10から第1の反射鏡部材11と同様の手順で第2の反射鏡部材12を作製する。このとき、第2の反射鏡部材12の前面には、曲率半径R=2000mmの第2の反射鏡面3を設ける。また、第2の反射鏡部材12の背面には、第1の軽量化加工部11aと同様の第2の軽量化加工部12aを設ける。
【0020】
そして、このようにして得られた第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせる(ステップS7)。この後、真空中で第1及び第2の反射鏡部材11,12に熔融金属シリコンを含浸、反応させ、C/CをC/SiC化することにより、第1及び第2の反射鏡部材11,12を接合し一体化する(ステップS8)。このとき、第1及び第2の反射鏡部材11,12の界面では、含浸されたシリコンの一部が炭素と反応し炭化珪素に変化し、これにより第1及び第2の反射鏡部材11,12が強固に一体化される。
【0021】
最後に、第1及び第2の反射鏡面2,3に片面ずつ仕上げの研削加工及び鏡面研磨加工を施す(ステップS9、S10)。これにより、C/SiC成形体である図1の反射鏡本体1が作製される。
【0022】
このような両面反射鏡では、反射鏡本体1の母材としてC/SiC複合材料が使用されているので、C/C複合材料を母材とする2つの反射鏡部材11,12を、それらのC/CをC/SiC化することで一体化することができ、従って、接着剤やねじ等を用いずに2つの反射鏡部材11,12を一体化することができ、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、空洞部4を設けて軽量化を図ることができる。
【0023】
また、一体化された反射鏡本体1の両面に反射鏡面2,3が形成されているので、宇宙望遠鏡や赤外線シーカー等に適用する場合に光学部品の数を減らすことができるとともに、2つの反射鏡を用いる場合に比べて、光学系を薄型化することもできる。
さらに、C/SiC複合材料は、衛星用の反射鏡材料として優れた特性を有している。
【0024】
さらにまた、上記のような両面反射鏡の製造方法では、C/C複合材料が母材として使用されている第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせ、溶融されたシリコンを第1及び第2の反射鏡部材11,12に含浸させ、C/CをC/SiC化することで第1及び第2の反射鏡部材11,12を一体化するので、接着剤やねじ等を用いずに2つの反射鏡部材11,12を一体化することができ、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、空洞部4を設けて軽量化を図ることができる。
【0025】
さらに、C/C複合材料は、機械加工性に優れ、機械的強度が高いので、軽量化のための機械加工時に、加工時間が短時間で済むとともに、円板部1a,1bやリブ1c〜1eの薄肉化を図ることができる。
【0026】
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2による両面反射鏡の外観は図1と同様である。また、図5は実施の形態2による両面反射鏡の断面図であり、図2と同様の断面に相当する。さらに、図6は図5の両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図であり、図5のC−C'線、D−D’線に沿う断面に相当する。
【0027】
この実施の形態2では、黒鉛化したC/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す際(図4のステップS6)、第1の反射鏡部材11の背面に位置決め部としての複数の凸部13を設ける。また、第2の反射鏡部材12の背面には、凸部13が嵌合される位置決め部としての複数の凹部14を設ける。これらの凸部13及び凹部14は、放射状リブ1eに設けられている。他の構成及び製造方法は、実施の形態1と同様である。
【0028】
このような両面反射鏡の製造方法では、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面に、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせる際に位置決めをするための凸部13及び凹部14を設けたので、第1及び第2の反射鏡部材11,12を組み合わせる際に、両者の位置合わせを短時間で精密に行うことができる。
【0029】
実施の形態3.
次に、図7はこの発明の実施の形態3による両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図であり、図5のC−C'線、D−D’線に沿う断面に相当する。実施の形態2では、第1の反射鏡部材11に凸部13を設け、第2の反射鏡部材12に凹部14を設けたが、実施の形態3では、第1の反射鏡部材11に凸部13及び凹部14の両方を設け、第2の反射鏡部材12にも凸部13及び凹部14の両方を設けた。他の構成及び製造方法は、実施の形態2と同様である。
【0030】
このような製造方法によっても、第1及び第2の反射鏡部材11,12を組み合わせる際に、両者の位置合わせを短時間で精密に行うことができる。
【0031】
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4について説明する。実施の形態4による両面反射鏡の外観は図1と同様である。また、図8は実施の形態4による両面反射鏡の断面図であり、図2と同様の断面に相当する。さらに、図9は図8の両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図であり、図8のE−E'線、F−F’線に沿う断面に相当する。
【0032】
この実施の形態4では、黒鉛化したC/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す際(図4のステップS6)、第1の反射鏡部材11の背面に位置決め部としての複数の凸部15を設ける。また、第2の反射鏡部材12の背面には、凸部15が嵌合される位置決め部としての複数の凹部16を設ける。これらの凸部15及び凹部16は、外周リブ1dに設けられている。他の構成及び製造方法は、実施の形態1と同様である。
【0033】
このような両面反射鏡の製造方法では、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面に、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせる際に位置決めをするための凸部15及び凹部16を設けたので、第1及び第2の反射鏡部材11,12を組み合わせる際に、両者の位置合わせを短時間で精密に行うことができる。
【0034】
なお、実施の形態4では、第1の反射鏡部材11に凸部15を設け、第2の反射鏡部材12に凹部16を設けたが、第1の反射鏡部材11に凸部15及び凹部16の両方を設け、第2の反射鏡部材12にも凸部15及び凹部16の両方を設けてもよい。
また、実施の形態4と実施の形態2,3とを組み合わせて実施してもよい。
【0035】
実施の形態5.
次に、図10はこの発明の実施の形態5による両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図であり、図8のE−E'線、F−F’線に沿う断面に相当する。
【0036】
この実施の形態5では、黒鉛化したC/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す際(図4のステップS6)、第1の反射鏡部材11の背面に位置決め部としての複数の凸部17を設ける。また、第2の反射鏡部材12の背面には、凸部17が嵌合される位置決め部としての複数の凹部18を設ける。これらの凸部17及び凹部18は、周方向に互いに間隔をおいて内周リブ1cに設けられている。他の構成及び製造方法は、実施の形態1と同様である。
【0037】
このような両面反射鏡の製造方法では、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面に、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせる際に位置決めをするための凸部17及び凹部18を設けたので、第1及び第2の反射鏡部材11,12を組み合わせる際に、両者の位置合わせを短時間で精密に行うことができる。
【0038】
なお、実施の形態5では、第1の反射鏡部材11に凸部17を設け、第2の反射鏡部材12に凹部18を設けたが、第1の反射鏡部材11に凸部17及び凹部18の両方を設け、第2の反射鏡部材12にも凸部17及び凹部18の両方を設けてもよい。
また、実施の形態5と実施の形態2,3及び実施の形態4の少なくともいずれか一方とを組み合わせて実施してもよい。
【0039】
実施の形態6.
次に、図11はこの発明の実施の形態6による両面反射鏡を示す斜視図、図12は図11の両面反射鏡のG−G’線の位置(厚みdの中央部)でのXY平面における断面図、図13は図12の両面反射鏡のH−H’線に沿う断面図である。
【0040】
この実施の形態6は、光路孔5が設けられてない点で実施の形態1と異なっている。このため、第1の円板部1aの背面と第2の円板部1bの背面とは、それらの中央部で一体化されている。
【0041】
このような両面反射鏡を製造する場合、黒鉛化したC/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す際(図4のステップS6)、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面の中央部に、互いに接合される接合部が設けられる。他の構成及び製造方法は実施の形態1と同様である。
【0042】
このような両面反射鏡及びその製造方法によっても、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、空洞部4を設けて軽量化を図ることができる。
【0043】
なお、実施の形態6に示したような両面反射鏡の製造方法において、実施の形態2〜5に示したような位置決め部を設けてもよい。
また、リブ1c〜1eの配置や反射鏡面2,3の曲率半径は、実施の形態1〜6に限定されるものではない。
さらに、凸部13,15,17や凹部14,16,18を設ける場合、それらの数や形状は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】この発明の実施の形態1による両面反射鏡を示す斜視図である。
【図2】図1の両面反射鏡のA−A’線の位置でのXY平面における断面図である。
【図3】図2の両面反射鏡のB−B’線に沿う断面図である。
【図4】図1の両面反射鏡の製造方法を斜視図とともに示す工程図である。
【図5】この発明の実施の形態2による両面反射鏡の断面図である。
【図6】図5の両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図である。
【図7】この発明の実施の形態3による両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図である。
【図8】この発明の実施の形態4による両面反射鏡の断面図である。
【図9】図8の両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図である。
【図10】この発明の実施の形態5による両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図である。
【図11】この発明の実施の形態6による両面反射鏡を示す斜視図である。
【図12】図11の両面反射鏡のG−G’線の位置でのXY平面における断面図である。
【図13】図12の両面反射鏡のH−H’線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【0045】
1 反射鏡本体、2 第1の反射鏡面、3 第2の反射鏡面、4 空洞部、11 第1の反射鏡部材、12 第2の反射鏡部材、13,15,17 凸部(位置決め部)、14,16,18 凹部(位置決め部)。
【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば宇宙望遠鏡や赤外線シーカー等に使用される反射光学系の両面反射鏡及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
宇宙望遠鏡や赤外線シーカーでは、複数枚の反射鏡を組み合わせた反射光学系が使用される。このような反射光学系では、複数の反射鏡の位置を正確に合わせ、かつロケットの打ち上げ時の振動等の環境条件に耐えられるように、反射鏡を固定部に強固に固定する必要がある。このため、構成される反射鏡の枚数が増えるに従って、位置合わせのための調整に必要な時間が長くなり、また固定用の部品の点数が増え、重量が増加するなどの問題がある。
【0003】
これに対して、従来の宇宙用の反射光学系では、両面に反射鏡が形成された両面反射鏡を光学系の中に使用することにより、部品点数の削減が図られている(例えば、特許文献1参照)。また、このような両面反射鏡としては、母材に発泡石英を用いたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。さらに、宇宙用の軽量な両面反射鏡の鏡面母料として、炭化珪素を分散粒子とする粒子分散シリコン材料が用いたものが知られている(例えば、特許文献3参照)。
【0004】
【特許文献1】特開平10−213747号公報
【特許文献2】特開平8−152507号公報
【特許文献3】特開2004−317647号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のような両面反射鏡を軽量化するためには、母材を中空化する方法が有効である。しかし、従来の発泡石英や粒子分散シリコン材料を母材に使用する両面反射鏡では、母材の両面に反射鏡が形成されるため、母材の内部をくり抜くのは困難である。このため、両面反射鏡の中空化のためには、片面ずつ作成した反射鏡を、最後に接着剤によって貼り付けたり、ねじ等によって機械的に結合したりして一体化する必要がある。
【0006】
このような一体化の方法のうち、接着剤による方法では、接着強度を保つために十分な接着面積を確保する必要があるため、軽量化に限界があった。また、吸湿による変形が生じるため、光学性能が変化してしまう。さらに、接着剤の物性に応じて耐熱性に限界があった。一方、ねじ等によって機械的に結合する方法では、機械的結合部を形成する必要があるとともにねじ等が必要となり、軽量化に限界があった。
【0007】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、軽量化を図ることができる両面反射鏡及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係る両面反射鏡は、第1の反射鏡面と、第1の反射鏡面の背面側に位置する第2の反射鏡面と、第1及び第2の反射鏡面との間に位置する空洞部とが設けられている反射鏡本体を備え、反射鏡本体の母材として、炭素繊維強化炭化珪素複合材料が使用されている。
【発明の効果】
【0009】
この発明の両面反射鏡は、反射鏡本体の母材として炭素繊維強化炭化珪素複合材料が使用されているので、炭素繊維強化炭素複合材料を母材とする2つの反射鏡部材を、それらの炭素繊維強化炭素複合材料を炭素繊維強化炭化珪素複合材料化することで一体化することができ、従って、接着剤やねじ等を用いずに2つの反射鏡部材を一体化することができ、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、空洞部を設けて軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による両面反射鏡を示す斜視図、図2は図1の両面反射鏡のA−A’線の位置(厚みdの中央部)でのXY平面における断面図、図3は図2の両面反射鏡のB−B’線に沿う断面図である。
【0011】
図において、反射鏡本体1には、第1の反射鏡面2と、第1の反射鏡面2の背面側に位置する第2の反射鏡面3と、第1及び第2の反射鏡面2,3間に位置する複数の空洞部4とが設けられている。この例では、第1の反射鏡面2の曲率半径がR=1000mm、第2の反射鏡面3の曲率半径がR=2000mmである。空洞部4は、反射鏡本体1の周方向に並べて配置されている。また、反射鏡本体1の中央部には、光路を確保するための光路孔5が設けられている。
【0012】
反射鏡本体1は、互いに対向する中空円板状の第1及び第2の円板部1a,1bと、内径側端部で第1及び第2の円板部1a,1b間に位置する円筒状の内周リブ1cと、外径側端部で第1及び第2の円板部1a,1b間に位置する外周リブ1dと、第1及び第2の円板部1a,1b間に放射状に配置された複数の放射状リブ1eとを有する一体構造である。
【0013】
第1の反射鏡面2は、第1の円板部1aに設けられている。第2の反射鏡面2は、第2の円板部1bに設けられている。空洞部4と光路孔5との間は、内周リブ1cにより仕切られている。隣接する空洞部4間は、放射状リブ1eにより仕切られている。外周リブ1dには、空洞部4を反射鏡本体1外と連通する複数の開口1fが設けられている。
【0014】
反射鏡本体1の母材としては、炭素繊維強化炭化珪素(C/SiC)複合材料が使用されている。この例では、反射鏡本体1は、C/SiC複合材料のみにより構成されている。
【0015】
次に、上記の両面反射鏡の製造方法について説明する。図4は図1の両面反射鏡の製造方法を斜視図とともに示す工程図である。図1の両面反射鏡を製造する場合、まず短繊維である炭素繊維をバインダー混濁水中で撹拌し、均等に分散させる(ステップS1)。なお、ここではバインダーとしてセルロースバインダーを使用した。
【0016】
続いて、バインダー混濁水の水分を真空ポンプで減圧除去した後、堆積した繊維の塊を金型に移し、加圧して所定の形状(ここでは円板状)に成形する(ステップS2)。この後、成形された繊維の塊を金型から取り出し、乾燥炉内で90℃48時間以上の条件で加熱乾燥させる(ステップS3)。これにより、炭素繊維とバインダーとからなる炭素繊維成形体が作製される。
【0017】
次に、この炭素繊維成形体にピッチ(またはフェノール樹脂でもよい)を含浸させ(ステップS4)、真空中あるいはアルゴン、窒素などの不活性ガスによる不活性雰囲気中で約1000℃に加熱し、含浸剤成分を炭化させて炭素繊維強化炭素(以下、C/Cと称する)複合材料にする。この後、不活性雰囲気中2000℃で熱処理してC/C複合材料を黒鉛化させる(ステップS5)。これにより、黒鉛化した円板状のC/C成形体10が作製される。
【0018】
この後、C/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す(ステップS6)。具体的には、C/C成形体10の前面に、所望の曲率半径(ここではR=1000mm)を有する球面状(凹面)となるように研削加工を施す。また、C/C成形体10の背面には、リブ1c〜1eに対応する部分を残して軽量化(切削)加工を施す。さらに、C/C成形体10の中央部には、光路孔5となる円形の孔を設ける。これにより、前面に第1の反射鏡面2、背面に第1の軽量化加工部11aが設けられた第1の反射鏡部材11が作製される。
【0019】
また、上記と同様の手順で別のC/C成形体10を作製し、そのC/C成形体10から第1の反射鏡部材11と同様の手順で第2の反射鏡部材12を作製する。このとき、第2の反射鏡部材12の前面には、曲率半径R=2000mmの第2の反射鏡面3を設ける。また、第2の反射鏡部材12の背面には、第1の軽量化加工部11aと同様の第2の軽量化加工部12aを設ける。
【0020】
そして、このようにして得られた第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせる(ステップS7)。この後、真空中で第1及び第2の反射鏡部材11,12に熔融金属シリコンを含浸、反応させ、C/CをC/SiC化することにより、第1及び第2の反射鏡部材11,12を接合し一体化する(ステップS8)。このとき、第1及び第2の反射鏡部材11,12の界面では、含浸されたシリコンの一部が炭素と反応し炭化珪素に変化し、これにより第1及び第2の反射鏡部材11,12が強固に一体化される。
【0021】
最後に、第1及び第2の反射鏡面2,3に片面ずつ仕上げの研削加工及び鏡面研磨加工を施す(ステップS9、S10)。これにより、C/SiC成形体である図1の反射鏡本体1が作製される。
【0022】
このような両面反射鏡では、反射鏡本体1の母材としてC/SiC複合材料が使用されているので、C/C複合材料を母材とする2つの反射鏡部材11,12を、それらのC/CをC/SiC化することで一体化することができ、従って、接着剤やねじ等を用いずに2つの反射鏡部材11,12を一体化することができ、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、空洞部4を設けて軽量化を図ることができる。
【0023】
また、一体化された反射鏡本体1の両面に反射鏡面2,3が形成されているので、宇宙望遠鏡や赤外線シーカー等に適用する場合に光学部品の数を減らすことができるとともに、2つの反射鏡を用いる場合に比べて、光学系を薄型化することもできる。
さらに、C/SiC複合材料は、衛星用の反射鏡材料として優れた特性を有している。
【0024】
さらにまた、上記のような両面反射鏡の製造方法では、C/C複合材料が母材として使用されている第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせ、溶融されたシリコンを第1及び第2の反射鏡部材11,12に含浸させ、C/CをC/SiC化することで第1及び第2の反射鏡部材11,12を一体化するので、接着剤やねじ等を用いずに2つの反射鏡部材11,12を一体化することができ、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、空洞部4を設けて軽量化を図ることができる。
【0025】
さらに、C/C複合材料は、機械加工性に優れ、機械的強度が高いので、軽量化のための機械加工時に、加工時間が短時間で済むとともに、円板部1a,1bやリブ1c〜1eの薄肉化を図ることができる。
【0026】
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2による両面反射鏡の外観は図1と同様である。また、図5は実施の形態2による両面反射鏡の断面図であり、図2と同様の断面に相当する。さらに、図6は図5の両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図であり、図5のC−C'線、D−D’線に沿う断面に相当する。
【0027】
この実施の形態2では、黒鉛化したC/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す際(図4のステップS6)、第1の反射鏡部材11の背面に位置決め部としての複数の凸部13を設ける。また、第2の反射鏡部材12の背面には、凸部13が嵌合される位置決め部としての複数の凹部14を設ける。これらの凸部13及び凹部14は、放射状リブ1eに設けられている。他の構成及び製造方法は、実施の形態1と同様である。
【0028】
このような両面反射鏡の製造方法では、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面に、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせる際に位置決めをするための凸部13及び凹部14を設けたので、第1及び第2の反射鏡部材11,12を組み合わせる際に、両者の位置合わせを短時間で精密に行うことができる。
【0029】
実施の形態3.
次に、図7はこの発明の実施の形態3による両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図であり、図5のC−C'線、D−D’線に沿う断面に相当する。実施の形態2では、第1の反射鏡部材11に凸部13を設け、第2の反射鏡部材12に凹部14を設けたが、実施の形態3では、第1の反射鏡部材11に凸部13及び凹部14の両方を設け、第2の反射鏡部材12にも凸部13及び凹部14の両方を設けた。他の構成及び製造方法は、実施の形態2と同様である。
【0030】
このような製造方法によっても、第1及び第2の反射鏡部材11,12を組み合わせる際に、両者の位置合わせを短時間で精密に行うことができる。
【0031】
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4について説明する。実施の形態4による両面反射鏡の外観は図1と同様である。また、図8は実施の形態4による両面反射鏡の断面図であり、図2と同様の断面に相当する。さらに、図9は図8の両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図であり、図8のE−E'線、F−F’線に沿う断面に相当する。
【0032】
この実施の形態4では、黒鉛化したC/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す際(図4のステップS6)、第1の反射鏡部材11の背面に位置決め部としての複数の凸部15を設ける。また、第2の反射鏡部材12の背面には、凸部15が嵌合される位置決め部としての複数の凹部16を設ける。これらの凸部15及び凹部16は、外周リブ1dに設けられている。他の構成及び製造方法は、実施の形態1と同様である。
【0033】
このような両面反射鏡の製造方法では、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面に、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせる際に位置決めをするための凸部15及び凹部16を設けたので、第1及び第2の反射鏡部材11,12を組み合わせる際に、両者の位置合わせを短時間で精密に行うことができる。
【0034】
なお、実施の形態4では、第1の反射鏡部材11に凸部15を設け、第2の反射鏡部材12に凹部16を設けたが、第1の反射鏡部材11に凸部15及び凹部16の両方を設け、第2の反射鏡部材12にも凸部15及び凹部16の両方を設けてもよい。
また、実施の形態4と実施の形態2,3とを組み合わせて実施してもよい。
【0035】
実施の形態5.
次に、図10はこの発明の実施の形態5による両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図であり、図8のE−E'線、F−F’線に沿う断面に相当する。
【0036】
この実施の形態5では、黒鉛化したC/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す際(図4のステップS6)、第1の反射鏡部材11の背面に位置決め部としての複数の凸部17を設ける。また、第2の反射鏡部材12の背面には、凸部17が嵌合される位置決め部としての複数の凹部18を設ける。これらの凸部17及び凹部18は、周方向に互いに間隔をおいて内周リブ1cに設けられている。他の構成及び製造方法は、実施の形態1と同様である。
【0037】
このような両面反射鏡の製造方法では、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面に、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面同士を組み合わせる際に位置決めをするための凸部17及び凹部18を設けたので、第1及び第2の反射鏡部材11,12を組み合わせる際に、両者の位置合わせを短時間で精密に行うことができる。
【0038】
なお、実施の形態5では、第1の反射鏡部材11に凸部17を設け、第2の反射鏡部材12に凹部18を設けたが、第1の反射鏡部材11に凸部17及び凹部18の両方を設け、第2の反射鏡部材12にも凸部17及び凹部18の両方を設けてもよい。
また、実施の形態5と実施の形態2,3及び実施の形態4の少なくともいずれか一方とを組み合わせて実施してもよい。
【0039】
実施の形態6.
次に、図11はこの発明の実施の形態6による両面反射鏡を示す斜視図、図12は図11の両面反射鏡のG−G’線の位置(厚みdの中央部)でのXY平面における断面図、図13は図12の両面反射鏡のH−H’線に沿う断面図である。
【0040】
この実施の形態6は、光路孔5が設けられてない点で実施の形態1と異なっている。このため、第1の円板部1aの背面と第2の円板部1bの背面とは、それらの中央部で一体化されている。
【0041】
このような両面反射鏡を製造する場合、黒鉛化したC/C成形体10の前面及び背面に機械加工を施す際(図4のステップS6)、第1及び第2の反射鏡部材11,12の背面の中央部に、互いに接合される接合部が設けられる。他の構成及び製造方法は実施の形態1と同様である。
【0042】
このような両面反射鏡及びその製造方法によっても、光学性能の変化や耐熱性の低下を防止しつつ、空洞部4を設けて軽量化を図ることができる。
【0043】
なお、実施の形態6に示したような両面反射鏡の製造方法において、実施の形態2〜5に示したような位置決め部を設けてもよい。
また、リブ1c〜1eの配置や反射鏡面2,3の曲率半径は、実施の形態1〜6に限定されるものではない。
さらに、凸部13,15,17や凹部14,16,18を設ける場合、それらの数や形状は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】この発明の実施の形態1による両面反射鏡を示す斜視図である。
【図2】図1の両面反射鏡のA−A’線の位置でのXY平面における断面図である。
【図3】図2の両面反射鏡のB−B’線に沿う断面図である。
【図4】図1の両面反射鏡の製造方法を斜視図とともに示す工程図である。
【図5】この発明の実施の形態2による両面反射鏡の断面図である。
【図6】図5の両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図である。
【図7】この発明の実施の形態3による両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図である。
【図8】この発明の実施の形態4による両面反射鏡の断面図である。
【図9】図8の両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図である。
【図10】この発明の実施の形態5による両面反射鏡の一体化前の状態を示す断面図である。
【図11】この発明の実施の形態6による両面反射鏡を示す斜視図である。
【図12】図11の両面反射鏡のG−G’線の位置でのXY平面における断面図である。
【図13】図12の両面反射鏡のH−H’線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【0045】
1 反射鏡本体、2 第1の反射鏡面、3 第2の反射鏡面、4 空洞部、11 第1の反射鏡部材、12 第2の反射鏡部材、13,15,17 凸部(位置決め部)、14,16,18 凹部(位置決め部)。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の反射鏡面と、上記第1の反射鏡面の背面側に位置する第2の反射鏡面と、上記第1及び第2の反射鏡面との間に位置する空洞部とが設けられている反射鏡本体を備え、
上記反射鏡本体の母材として、炭素繊維強化炭化珪素複合材料が使用されていることを特徴とする両面反射鏡。
【請求項2】
前面に反射鏡面が設けられ、背面に軽量化加工部が設けられており、炭素繊維強化炭素複合材料が母材として使用されている第1及び第2の反射鏡部材の背面同士を組み合わせる工程、及び
溶融されたシリコンを上記第1及び第2の反射鏡部材に含浸させ、炭素繊維強化炭素複合材料を炭素繊維強化炭化珪素複合材料とすることにより、上記第1及び第2の反射鏡部材を一体化する工程
を含むことを特徴とする両面反射鏡の製造方法。
【請求項3】
上記第1及び第2の反射鏡部材の背面に、上記第1及び第2の反射鏡部材の背面同士を組み合わせる際に位置決めをするための位置決め部を設ける工程
をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の両面反射鏡の製造方法。
【請求項4】
上記位置決め部は、上記第1及び第2の反射鏡部材の一方に設けられた凹部と、他方に設けられ上記凹部に嵌合される凸部とを含むことを特徴とする請求項3記載の両面反射鏡の製造方法。
【請求項1】
第1の反射鏡面と、上記第1の反射鏡面の背面側に位置する第2の反射鏡面と、上記第1及び第2の反射鏡面との間に位置する空洞部とが設けられている反射鏡本体を備え、
上記反射鏡本体の母材として、炭素繊維強化炭化珪素複合材料が使用されていることを特徴とする両面反射鏡。
【請求項2】
前面に反射鏡面が設けられ、背面に軽量化加工部が設けられており、炭素繊維強化炭素複合材料が母材として使用されている第1及び第2の反射鏡部材の背面同士を組み合わせる工程、及び
溶融されたシリコンを上記第1及び第2の反射鏡部材に含浸させ、炭素繊維強化炭素複合材料を炭素繊維強化炭化珪素複合材料とすることにより、上記第1及び第2の反射鏡部材を一体化する工程
を含むことを特徴とする両面反射鏡の製造方法。
【請求項3】
上記第1及び第2の反射鏡部材の背面に、上記第1及び第2の反射鏡部材の背面同士を組み合わせる際に位置決めをするための位置決め部を設ける工程
をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の両面反射鏡の製造方法。
【請求項4】
上記位置決め部は、上記第1及び第2の反射鏡部材の一方に設けられた凹部と、他方に設けられ上記凹部に嵌合される凸部とを含むことを特徴とする請求項3記載の両面反射鏡の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2010−66291(P2010−66291A)
【公開日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−229734(P2008−229734)
【出願日】平成20年9月8日(2008.9.8)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年9月8日(2008.9.8)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】
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