(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス多孔質基体にその少なくとも１面に反射面を形成できる透明石英ガラス層を積層した石英ガラス反射鏡素材において、前記石英ガラス多孔質基体が粗な層と密な層とが交互に連続した層が少なくとも１層存在する基体であり、その粗密な層が透明石英ガラス層に接する位置において該透明石英ガラス層に対して狭角で１０〜９０°の角度を有することを特徴とする石英ガラス反射鏡素材。
【請求項２】
石英ガラス多孔質基体の粗な層の密度が０．１〜１．４ｇ／ｃｍ３、密な層の密度が０．５〜２．２ｇ／ｃｍ３であって、密な層の密度が粗な層の密度より少なくとも０．４ｇ／ｃｍ３大きいことを特徴とする請求項１記載の石英ガラス反射鏡素材。
【請求項３】
石英ガラス多孔質基体が多角形板体又は略円形板体であって、粗密な層が透明石英ガラス層の垂直方向に対して中心対称又は同心円状であることを特徴とする請求項１又は２記載の石英ガラス反射鏡素材。
【請求項４】
石英ガラス多孔質基体が石英ガラス発泡体であることを特徴とする請求項１ないし３記載の石英ガラス反射鏡素材。
【請求項５】
珪素ハロゲン化物を酸水素火炎中で、加水分解して生成したすす状シリカ微粒子を回転する柱状ターゲットの周囲に堆積させ多孔質シリカ母材を形成し、次いで前記多孔質シリカ母材を６００〜１３００℃でアンモニアガス処理を行い、それを１５００〜２０００℃で加熱して粗な層と密な層とが交互に連続した層が少なくとも１層存在する石英ガラス多孔質基体を製造したのち、該石英ガラス多孔質基体を透明石英ガラス板に石英ガラス多孔質基体が透明石英ガラス板に接する位置において透明石英ガラス板に対して狭角で１０〜９０°の角度に加熱接合する石英ガラス反射鏡材料の製造方法において、前記多孔質シリカ母材がその堆積方向に物性値の異なる層を複数層有する多層構造であることを特徴とする石英ガラス反射鏡素材の製造方法。
【請求項６】
多層構造の多孔質シリカ母材を珪素ハロゲン化物の供給量の変動で形成することを特徴とする請求項５記載の石英ガラス反射鏡素材の製造方法。
【請求項７】
多層構造の多孔質シリカ母材を酸水素火炎で間欠的に加熱処理して形成することを特徴とする請求項５記載の石英ガラス反射鏡素材の製造方法。
【請求項８】
多層構造の多孔質シリカ母材が回転するターゲットにすす状シリカ微粒子を角度をもって吹き付け、ターゲットの垂直方向に対して１０〜９０°の方向に物性値が異なる層を少なくとも１層形成することを特徴とする請求項５記載の石英ガラス反射鏡素材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、石英ガラス反射鏡素材及びその製造方法、さらに詳しくは、粗密な層を有する石英多孔質基体と透明石英ガラスとを積層してなる石英ガラス反射鏡素材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、大型の反射望遠鏡やーレーザー等の高エネルギー集束用反射鏡は、熱膨張率の小さいセラミックスやガラス等の素材を研磨して作成されていたが、大型化により重量が増し、その保持装置に変形が起こったり、また自重により鏡面の歪みが発生し光学性能を損ったり、或は反射鏡の姿勢稼働装置が複雑で大きくなり重量増加が起こる等の問題が提起されていた。前記問題を解決するため反射鏡の基体をハニカム構造体とする反射鏡や石英ガラス発泡体を基体とする軽量化反射境が提案された。ところが前記ハニカム構造体を基体とする反射鏡はハニカム部と非ハニカム部での反射面の光学特性を均一に維持するのが難しく、満足できる反射鏡が得られなかった。また、軽量化反射鏡は通常の石英ガラスの１／２〜１／１０の比重を有する石英ガラス発泡体を基体とするため軽量で反射鏡の保持装置や姿勢稼働装置の負担を軽くできるが、石英ガラス発泡体の弾性係数が小いさく変形し易い上に、自重による鏡面の歪みを十分解消できないという欠点を有していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした現状に鑑み、本発明者等は鋭意研究を続けた結果、石英ガラス多孔質基体にその少なくとも１面に反射面を形成できる透明石英ガラス層を積層する石英ガラス反射鏡素材において、石英ガラス多孔質基体を粗な層と密な層とが交互に複数層存在する石英ガラス多孔質基体を使用することで上記問題点のない反射鏡素材が得られることを見出し、本発明を完成したものである。すなわち、
【０００４】
本発明は、軽量でしかも自重に対しても十分な強度を有する石英ガラス反射鏡素材を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、粗な層と密な層が複数層存在する石英ガラス多孔質基体と透明石英ガラスとを積層してなる石英ガラス反射鏡素材を提供することを目的とする。
【０００６】
さらに、本発明は、上記石英ガラス反射鏡素材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、石英ガラス多孔質基体にその少なくとも１面に反射面を形成できる透明石英ガラス層を積層した石英ガラス反射鏡素材において、前記石英ガラス多孔質基体が粗な層と密な層とが交互に少なくとも１層存在する基体であることを特徴とする石英ガラス反射鏡材料及びその製造方法に係る。
【０００８】
本発明の石英ガラス反射鏡素材は、透明石英ガラス層と石英ガラス多孔質基体とが積層した反射鏡材料であって、前記透明石英ガラス層を研磨することで良好な反射面が形成される石英ガラス反射鏡素材である。前記石英ガラス反射鏡素材を構成する石英ガラス多孔質基体は多孔質体から形成され、その多孔質体は見掛け密度が０．１〜１．５ｇ／ｃｍ3で、粗な層と密な層とが複数交互に層状をなして存在し、前記粗な層の密度が０．１〜１．４ｇ／ｃｍ3、密な層の密度が０．４〜２．２ｇ／ｃｍ3で、密な層の密度が粗な層の密度より少なくとも０．４ｇ／ｃｍ3大きい多孔質体であれば良い。特に石英ガラス発泡体が好適である。前記多孔質体の粗密な層は透明石英ガラス層に対して狭角で１０〜９０°の範囲にある。特に９０°が好ましい。前記狭角を有する構造の石英ガラス多孔質体の例を図２（ａ）、（ｂ）に示す。前記狭角が１０〜９０°であることにより石英ガラス多孔質基体の機械的強度が向上し、基体の補強が十分なされ、反射鏡の反射面の歪みが防止できる。
【０００９】
上記石英ガラス多孔質基体が、見掛け密度が０．１ｇ／ｃｍ3以上であることにより透明石英ガラス層を研磨しても石英ガラス多孔質基体が破壊することがない。さらに見掛け密度が１．５ｇ／ｃｍ3以下であることにより軽量化が十分達成できる上に、自重による変形が無視できる程度に少なくてすむ。さらに石英ガラス多孔質基体の粗な層の密度が０．１〜１．４ｇ／ｃｍ3であることにより石英ガラス反射鏡素材全体の軽量化が達成でき、また密な層の密度が０．５〜２．２ｇ／ｃｍ3であって、粗な層の密度より少なくとも０．４ｇ／ｃｍ3大きいことにより前記粗な層を補強し石英ガラス反射鏡素材の自重による変形を防止できる。特に石英ガラス多孔質基体が多数の独立気泡からなる石英ガラス発泡体であると、石英ガラス反射鏡の立体的強度が維持され好ましい。
【００１０】
上記石英ガラス多孔質基体は多角形又は略円形の形状に切り出され板体で使用され、透明石英ガラス板体と接合されるが、前記石英ガラス多孔質基体の粗密な層が同心円状か又は中心対称で配置された構造が好ましい。これにより反射の非対称で起こる局部的な歪みが防止でき精度の高い反射鏡が製造できる。石英ガラス多孔質基体を構成する層が同心円状か又は中心対称の例を図３（ａ）、（ｂ）に示す。
【００１１】
本発明の石英ガラス反射鏡素材７を形成する石英ガラス多孔質基体、特に石英ガラス発泡体は図１（ａ）〜（ｃ）に示す製造方法により製造される。すなわち、珪素ハロゲン化物を酸水素火炎１中で、加水分解して生成した酸化珪素を回転する柱状ターゲット３の周囲に水酸基の量や密度等の物性値が異なるように堆積させ、得られた物性値の異なる多層構造の多孔質シリカ母材２を６００〜１３００℃の高温でアンモニアガス処理し、次いで１５００〜２０００℃で加熱発泡し粗密層４を複数層有する石英ガラス発泡基体５を製造し、それを透明石英ガラス６と融着する製造方法等による。前記多孔質シリカ母材に異なる物性値の層を形成するにはバーナーに供給する原料の流量やバーナーの移動速度を変えたり、またはターゲット上に堆積したすす状シリカ微粒子を直接酸水素火炎で間欠的に加熱することで達成できる。
【００１２】
また、物性値の異なる層を角度をもって形成するには例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示すようにターゲット上に吹き付けるすす状シリカ微粒子の方向に角度をもたせるのが良い。
【００１３】
【実施例】
次に本発明を具体例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００１４】
実施例１
酸水素火炎バーナーに酸素０．４Ｎｍ3／ｈ、水素１．８Ｎｍ3／ｈ及び酸素０．２Ｎｍ3／ｈをキャリアガスとする気体四塩化珪素１５００ｇ／ｈを供給しすす状シリカ微粒子を形成し、それをアルミナを主体とする直径８０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円柱状ターゲットに吹き付け、堆積させた。前記円柱状ターゲットは回転しており、バーナーはターゲットの軸方向に往復運動し堆積幅は１５０ｍｍである。前記バーナーへの四塩化珪素気体の供給は５分毎に１分間の停止があり、その間酸水素火炎のみの放射が行なわれた。その結果、直径２８０ｍｍ、幅１８０ｍｍの多孔質シリカ母材３がえられた。前記多孔質シリカ母材をターゲットから抜き出し、幅２０ｍｍ、直径２８０ｍｍの輪切り片に複数個カットした。その１つについて観察したところ輪切り片の垂直面に同心円状に粗密な層が形成されていた。
【００１５】
上記多孔質シリカ母材の複数の輪切り片を電気炉内に入れ、アンモニアガス０．１Ｎｍ3／ｈで１２００℃の温度で３時間処理して発泡体前駆体を形成した。前記発泡体前駆体を窒素置換雰囲気中で１７００℃に３０分間加熱保持し発泡したところ、同心円状に、粗密な発泡層を有する外径４８０ｍｍ、厚み２８ｍｍで中央にφ５０ｍｍの貫通孔のある石英ガラス発泡体が得られた。前記石英ガラス発泡体４を外径４８０ｍｍ、中央穴径５０ｍｍ、厚み４ｍｍの透明石英ガラス円輪板と、電気炉内においてカーボン型中でプレスしながら１６００℃で１時間融着を行ない、外径４８０ｍｍ、中央穴径５０ｍｍ、厚み３０ｍｍの石英ガラス反射鏡素材を製造した。前記石英ガラス反射鏡素材の１つをダイヤモンドカッターで切断し、断面を観察したところ、中心の穴から交互に同心円状に密度の異なる発泡層が観察された。前記層の密な層及び粗な層について密度及び層厚を測定したところ、密な層の密度は０．８ｇ／ｃｍ3でその層厚は２〜３ｍｍであり、また粗な層の密度は０．２ｇ／ｃｍ3でその層厚が１０〜１４ｍｍであった。
【００１６】
比較例
酸水素火炎バーナーに酸素０．４Ｎｍ3／ｈ、水素１．８Ｎｍ3／ｈ及び酸素０．２Ｎｍ3／ｈをキャリアガスとする気体四塩化珪素１５００ｇ／ｈを供給しすす状シリカ微粒子粉末を製造した。前記粉末を電気炉中でアンモニアガス０．１Ｎｍ3／ｈのガス流雰囲気と１２００℃で３時間接触したのち、カーボン型中で窒素置換雰囲気で１７００℃に３０分間保持した。見掛け密度０．３ｇ／ｃｍ3で、中央にφ５０ｍｍの穴のある外径４８０ｍｍ、厚み２８ｍｍの均一な石英ガラス発泡体が得られた。前記石英ガラス発泡体を外径４８０ｍｍ、中央穴径５０ｍｍ、厚み２８ｍｍの透明石英ガラス円輪板と、電気炉内においてカーボン型中でプレスしながら１６００℃で１時間融着処理を行ない、外径４８０ｍｍ、中央穴径５０ｍｍ、厚み３０ｍｍの石英ガラス反射鏡素材を形成した。前記石英ガラス反射鏡素材の１つをダイヤモンドカッターで切断し、断面を観察したところ、粗な層がなく、密度が均一であった。
【００１７】
〈石英ガラス反射鏡材料の評価〉
上記実施例１及び比較例１で得られた石英ガラス反射鏡素材の反射面を研磨して反射鏡を形成し、それを３８０ｍｍの中心間距離をもつφ２０ｍｍの平行に配置された丸棒の上に設置し、鏡面変位の状況を光干渉計で測定した。その結果、実施例１で得られた反射鏡は比較例１で得られた反射鏡に比べ自重による歪み（変位）が、約１／２であった。その歪みは比較例１では、平行な丸棒に沿って強くみられたが、実施例１の反射面には局部的な歪みがほとんどみられなかった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の石英ガラス反射鏡素材は、それを構成する石英ガラス多孔質基体の強度が大きいところから、大型反射鏡を作成しても自重による変形がほとんどみられない。前記石英ガラス反射鏡素材は、粗密な層を複数層有する石英ガラス多孔質基体を透明石英ガラスに熱融着するといった簡便な手段で製造でき工業的にも有用な素材である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、石英ガラス反射鏡素材を製造する概略図を示す。
【図２】図２は、石英ガラス反射鏡素材の狭角の例を示す。
【図３】図３は、石英ガラス多孔質基体の形状の例を示し、（ａ）は同心円状を（ｂ）は中心対称の例を示す。
【図４】図４は、各種ターゲット上にすす状シリカ微粒子を吹き付けて多孔質シリカ母材を製造する概略図を示す。
【符号の説明】
１  酸水素火炎バーナー
２  多孔質シリカ母材
３  ターゲット
４  粗密は層
５  石英ガラス多孔質基体
６  透明石英ガラス層
７  石英ガラス反射鏡素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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