(57)【要約】【課題】リブ構造体の成形が容易であり、コストを削減することができる軽量化ミラー及びその製造方法を得ることを目的とする。【解決手段】炭素、または炭素と炭化ケイ素の混合材料を主成分とする素地母材に圧縮成形を施して板状の第１炭素素地部材１８ａを得る第１素地母材成形工程と、第１炭素素地部材１８ａの厚さ方向に穴方向が一致する複数の凹穴５を第１炭素素地部材１８ａに切削により形成して炭素素地成形体１９を得る切削加工工程と、炭素素地成形体１９に溶融したシリコン２１を含浸させ、炭素素地成形体１９の炭素とシリコン２１とを反応焼結させてリブ構造体３Ａを得る反応焼結工程と、ガラス材料からなるミラー機能部１０Ａを、反射面を外方に向けてリブ構造体３Ａの一面に接合する接合工程と、を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素、または炭素と炭化ケイ素の混合材料を主成分とする素地母材に圧縮成形を施して板状の第１炭素素地部材を得る第１素地母材成形工程と、
上記第１炭素素地部材の厚さ方向に穴方向が一致する複数のリブ構造穴を該第１炭素素地部材に切削により形成して炭素素地成形体を得る切削加工工程と、
上記炭素素地成形体に溶融したシリコンを含浸させ、該炭素素地成形体の炭素と該シリコンとを反応焼結させてリブ構造体を得る反応焼結工程と、
ガラス材料からなるミラー機能部を、反射面を外方に向けて上記リブ構造体の一面に接合する接合工程と、
を備えることを特徴とする軽量化ミラーの製造方法。
【請求項２】
上記反応焼結工程に先立って、上記第１炭素素地部材または上記炭素素地成形体に黒鉛化処理を施すことを特徴とする請求項１記載の軽量化ミラーの製造方法。
【請求項３】
炭素、または炭素と炭化ケイ素の混合材料を主成分とする素地母材に圧縮成形を施して板状の第２炭素素地部材を得る第２素地母材成形工程と、
上記切削加工工程後に上記リブ構造穴の開口を塞口するように上記第２炭素素地部材を上記炭素素地成形体に接合する炭素素地体接合工程と、を有し、
上記反応焼結工程では、上記炭素素地成形体とともに上記第２炭素素地部材に溶融したシリコンを含浸させて上記炭素素地成形体及び上記第２炭素素地部材のそれぞれの炭素と該シリコンとを反応焼結させ、上記リブ構造体に一体化された第１補強部材を作製することを特徴とする請求項１記載の軽量化ミラーの製造方法。
【請求項４】
上記反応焼結工程に先立って、上記切削加工工程前の第１炭素素地部材及び第２炭素素地母材に、または上記第１素地成形体と上記第２炭素素地部材との接合体に黒鉛化処理を施すことを特徴とする請求項３記載の軽量化ミラーの製造方法。
【請求項５】
穴方向を厚さ方向とするリブ構造穴がリブ部を介して隣接するように複数形成された炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体と、
反射面を外方に向けて上記リブ構造体の厚み方向の一面に接合され、炭化ケイ素と同一または略同等の線膨張係数を有するガラス材料からなるミラー機能部と、
を備えることを特徴とする軽量化ミラー。
【請求項６】
上記ミラー機能部は複数のミラー分割体に分割されていることを特徴とする請求項５記載の軽量化ミラー。
【請求項７】
上記リブ構造穴が上記リブ構造体の厚み方向の両面に開口するように形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６記載の軽量化ミラー。
【請求項８】
上記リブ構造穴が上記リブ構造体の厚み方向の他面に開口するように形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６記載の軽量化ミラー。
【請求項９】
上記リブ構造体と同じ材料からなる第１補強部材が、上記リブ構造体の厚み方向の他面に接合されていることを特徴とする請求項７または請求項８記載の軽量化ミラー。
【請求項１０】
上記リブ構造穴が上記リブ構造体の厚み方向の一面に開口するように形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６記載の軽量化ミラー。
【請求項１１】
上記ミラー機能部と同じ材料からなる第２補強部材が上記第１補強部材の露出面に接合されていることを特徴とする請求項９に記載の軽量化ミラー。
【請求項１２】
上記ミラー機能部と同じ材料からなる第２補強部材が上記リブ構造体の厚み方向の他面に接合されていることを特徴とする請求項７、請求項８、及び請求項１０のいずれか１項に記載の軽量化ミラー。
【請求項１３】
切り込みが上記ミラー機能部の他面に形成されていることを特徴とする請求項５乃至請求項１２のいずれか１項に記載の軽量化ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、人工衛星等の移動体に搭載される望遠鏡や光学センサなどに使用される軽量化ミラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の軽量化ミラーは、板状のガラス材料からなり、一方の表面を研磨して鏡面と成し、他方の表面には複数の凹穴からなるコアを形成してなるミラー構成体と、ガラス材料と同一または略同等の線膨張係数を有する材料からなり、ミラー構成体のコア側表面に取り付けられてミラー構成体を補強する板状のバックプレートとを具備している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８２０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の軽量化ミラーのミラー構成体の成形方法について、特許文献１には具体的に記載されていないが、ガラス材料からなる平板に切削加工を施してミラー構成体を成形するのが一般的である。このとき、ガラス材料は非常に硬いので、ミラー構成体の加工が難しく、加工時間が長くかかるために、従来の軽量化ミラーのコストが増大していた。
【０００５】
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、リブ構造体の成形が容易であり、コストを削減することができる軽量化ミラー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】
【０００６】
この発明による軽量化ミラーの製造法は、炭素、または炭素と炭化ケイ素の混合材料を主成分とする素地母材に圧縮成形を施して板状の第１炭素素地部材を得る第１素地母材成形工程と、第１炭素素地部材の厚さ方向に穴方向が一致する複数のリブ構造穴を第１炭素素地部材に切削により形成して炭素素地成形体を得る切削加工工程と、炭素素地成形体に溶融したシリコンを含浸させ、炭素素地成形体の炭素とシリコンとを反応焼結させてリブ構造体を得る反応焼結工程と、ガラス材料からなるミラー機能部を、反射面を外方に向けてリブ構造体の一面に接合する接合工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の軽量化ミラーの製造方法によれば、第１炭素素地部材に切削加工を施した炭素素地成形体の炭素にシリコンを反応焼結させることにより、剛性を有するリブ構造体を得ている。従って、リブ構造体を所定の形状に成形するための切削加工に要する時間を大幅に短縮でき、これに伴い、軽量化ミラーの製造コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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に係る軽量化ミラーの前面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る軽量化ミラーの背面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る軽量化ミラーの製造方法を説明する図である。
【０００９】
図１〜図３において、軽量化ミラー１Ａは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とする材料からなるリブ構造体３Ａにより構成されたミラー母材構造部２Ａ、及びガラス材料からなる第１ミラー体１１ａにより構成され、ミラー母材構造部２Ａの一面に接合されたミラー機能部１０Ａを有している。
リブ構造体３Ａは、第１貫通孔４が同軸に形成された所定の厚さの円盤形状をなし、その厚み方向の一面（以下、単に一面とする）は、外周縁部から中央部に向かうにつれて厚み方向の他面（以下、単に、他面とする）に漸次接近するように傾斜する回転放物面で構成されている。さらに、リブ構造体３Ａの厚さ方向を穴の延在方向（穴方向）とする複数のリブ構造穴としての凹穴５が、リブ構造体３Ａの他面に開口するようにリブ部６ａを介して隣接するように複数形成されている。また、リブ構造体３Ａの他面側は、軸芯と直交する平坦面上に配置されている。なお、リブ構造体３Ａの外周壁７に隣接する凹穴５は、当該外周壁７とリブ部６ａとにより区画されている。
【００１０】
そして、リブ構造体３Ａの外周壁７に隣接せず、リブ部６ａのみで区画される凹穴５の開口形状は正三角形に形成されている。また、リブ構造体３Ａの外周壁７に隣接し、外周壁７及びリブ部６ａにより区画される凹穴５の開口は、互いの間の角度が６０度をなすように連結されたリブ部６ａのそれぞれの壁面と、当該壁面の連結部と反対側の端部が連結される外周壁７の部位の間の曲面に囲まれた形状となっている。
ここで、リブ構造体３Ａの主成分である炭化ケイ素は、１０−６（１／Ｋ）オーダのゼロに近い線膨張係数を有する材料であり、リブ構造体３Ａの温度変化による熱変形は非常に小さいものである。
【００１１】
また、ミラー機能部１０Ａを構成する第１ミラー体１１ａは、第２貫通孔１２が同軸に形成された円盤形状をなしている。このとき、第１ミラー体１１ａは、リブ構造体３Ａの一面側の湾曲形状に一致する曲率を有するように湾曲されている。また、第１ミラー体１１ａの一面側は研磨されて反射面（鏡面）を構成している。そして、第１ミラー体１１ａは、反射面を外方に向けてリブ構造体３Ａの厚み方向の一面に接合されている。
【００１２】
第１ミラー体１１ａの材料には、炭化ケイ素と同一、または略同等の線膨張係数を有するガラス材料が用いられている。例えばクリアセラム-Ｚ(株式会社オハラの登録商標)などの極低膨張ガラスセラミックス材料や、ＳｉＯ２-ＴｉＯ２系組成の極低膨張アモルファスガラス材料等である。これらの材料の線膨張係数は、１０−６（１／Ｋ）オーダよりさらにゼロに近い材料であり、第１ミラー体１１ａの温度変化による熱変形は、リブ構造体３Ａと同様に非常に小さいものである。
【００１３】
ここで、一般に線膨張係数の異なる材料を接合して使用する場合、線膨張係数の違いから、温度変化によってそれぞれの材料に熱応力が生じる。しかし、第１ミラー体１１ａとリブ構造体３Ａの線膨張係数は、同一または略同等である。したがって、第１ミラー体１１ａは、脆性材料のガラス材料で構成されているものの、第１ミラー体１１ａに発生する熱応力は非常に小さく、熱応力によって第１ミラー体１１ａが破損することはない。
【００１４】
上記のように構成された軽量化ミラー１Ａは、凹穴５が所定の壁厚を有するリブ部６ａを介して隣接するように複数形成されているので、軽量化ミラー１Ａの剛性の確保と軽量化が実現されている。このとき、リブ構造体３Ａの主な材料である炭化ケイ素は、ガラス材料よりも剛性が高く、かつ、軽い素材である。従って、軽量化ミラー１Ａによれば、ガラス材料のみで構成される従来の軽量化ミラーよりも、さらなる高剛性化及び軽量化を図ることができる。
【００１５】
次いで、軽量化ミラー１Ａの製造方法について説明する。
軽量化ミラー１Ａの製造方法は、ミラー母材構造部製造工程と、接合工程とを有する。
まず、ミラー母材構造部製造工程について図４を参照しつつ説明する。
ミラー母材構造部製造工程は、第１素地母材成形工程、第１黒鉛化処理工程、切削加工工程、及び反応焼結工程を有している。
第１素地母材成形工程では、図４の（ａ）に示されるように、炭素繊維の粉末とバインダの粉末を混合した素地母材としての炭素母材１５をリブ構造体３Ａの形状に対応する金型１６ａの中に加圧状態に充填する。これにより、炭素母材１５は圧縮成形されて、切削加工が可能な板状の第１炭素素地部材１８ａとなる。なお、バインダは例えば、フェノール樹脂などからなるものを用いることができる。
【００１６】
次いで、第１黒鉛化処理工程では、第１炭素素地部材１８ａにコールタールピッチを含浸させ、その後、図４の（ｂ）に示されるように、不活性気体が充満された炉１７内に、第１炭素素地部材１８ａとコールタールピッチとの混合材料が充填された金型１６ａを移動する。そして、炉１７内の温度を２０００度以上に上昇させ、所定時間経過したのちに温度を下げる。これにより、バインダが炭素化され、金型１６ａ内の材料は、炭素以外の不純物がほぼ除去されて黒鉛となる。
以下の説明では、バインダで結合された第１炭素素地部材１８ａの黒鉛化処理後に得られた固形体を新たに第１炭素素地部材１８ａとして説明する。
【００１７】
次いで、切削加工工程では、第１炭素素地部材１８ａを金型１６ａから取り出す。さらに、図４の（ｃ）に示されるように、第１炭素素地部材１８ａにＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）マシン２０を用いて複数の凹穴５を切削加工により形成する。第１炭素素地部材１８ａに凹穴５を形成したものを炭素素地成形体１９とする。
【００１８】
次いで、反応焼結工程では、図４の（ｄ）に示されるように、炉１７内に炭素素地成形体１９を配置し、さらに、シリコン（Ｓｉ）２１を炭素素地成形体１９上に配置する。そして、炉１７内の温度を１６００度以上に上昇させ、所定時間経過したのちに炉１７内の温度を下げる。これにより、融解したシリコン２１が、炭素素地成形体１９の内部に含浸し、炭素素地成形体１９の炭素とシリコン２１とが反応して炭化ケイ素となる。即ち、図４の（ｅ）に示されるように、炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体３Ａが得られる。
【００１９】
リブ構造体３Ａは主に炭化ケイ素で構成されるものの、反応焼結工程後において溶融したシリコン２１の一部が炭素素地成形体１９の炭素と反応せずに単体で残っていたり、炭素がシリコン２１と反応せずに単体で残っていたりしている。このとき、リブ構造体３Ａの容積の少なくとも８０％程度が、炭化ケイ素で構成されていれば、リブ構造体３Ａは十分な剛性を有する。
【００２０】
次いで、接合工程について説明する。
図示しないが、接合工程では、予め、反射面が研磨加工により一面側に構成され、かつ、第２貫通孔１２が同軸に形成された第１ミラー体１１ａを用意する。そして、リブ構造体３Ａの一面にペースト化したガラスフリットを塗布し、第１ミラー体１１ａの一面を外方に向け、他面とリブ構造体３Ａの一面とがガラスフリットを介して対面するように炉内に配置する。このとき、リブ構造体３Ａの第１貫通孔４及び第１ミラー体１１ａの第２貫通孔１２を対応させている。
【００２１】
そして、炉内の温度をガラスフリットの融点以上に上昇させ、所定時間経過させたのちに炉内の温度を下げる。これにより、一旦融解したガラスフリットが凝固するので、リブ構造体３Ａと第１ミラー体１１ａとが一体化され、図１〜図３に示される軽量化ミラー１Ａが得られる。
なお、ガラスフリットの融点は、第１ミラー体１１ａやリブ構造体３Ａの融点より余裕をもって低い温度である。
【００２２】
ここで、第１ミラー体１１ａ（ミラー機能部１０Ａ）をリブ構造体３Ａ（ミラー母材構造部２Ａ）と別体に用意する理由について説明する。
仮に、リブ構造体３Ａの一面側に反射面を構成しようとする場合、鏡面は、反応焼結工程後に、リブ構造体３Ａの一面側を研磨して形成する必要がある。しかし、上述したように、リブ構造体３Ａは、ガラス材料よりさらに剛性の高い材料で構成されている。したがって、リブ構造体３Ａの一面を研磨して鏡面を構成するよりも、第１ミラー体１１ａを研磨して鏡面を構成する方が鏡面を構成するための時間を短縮できる。このため、第１ミラー体１１ａをリブ構造体３Ａと別体に用意している。
【００２３】
軽量化ミラー１Ａの製造方法によれば、切削の容易な第１炭素素地部材１８ａに切削加工を施した炭素素地成形体１９の炭素にシリコンを反応焼結させて剛性を有するリブ構造体３Ａを得ている。従って、リブ構造体３Ａを所定の形状に成形するための切削加工に要する時間を大幅に短縮できる。これにより、軽量化ミラー１Ａを大型化しても、短期間に軽量化ミラー１Ａを製造できる。また、切削加工に要する時間の大幅な削減に伴って、軽量化ミラー１Ａの製造コストを削減できる。
【００２４】
なお、この実施の形態１では、凹穴５の主な開口形状は正三角形に形成するものとして説明したが、凹穴５は、正三角形の開口形状に形成するものに限定されない。例えば、凹穴５の開口形状は、正三角形の他の三角形、四角形、及び六角形などの他の多角形や、曲線で構成されるものなどでもよい。ただし、凹穴５の開口形状を六角形とすることで、リブ構造体３Ａの剛性は、他の凹穴の開口形状のものより高くなる。
また、凹穴５の開口形状は統一するものに限定されず、三角形や四角形の開口形状を有する凹穴５をリブ構造体３Ａに形成するものでもよい。
【００２５】
また、第１黒鉛化処理工程は、切削加工工程の前に行うものとして説明したが、切削加工工程後の反応焼結工程前に炭素素地成形体１９に対して行うものでもよい。さらに、第１黒鉛化処理工程が行われていなくても、反応焼結工程で、炭素素地成形体１９内の炭素以外の不純物が、炭素とシリコンとの反応を阻害せず、反応焼結工程で得られたリブ構造体３Ａが、炭化ケイ素を主成分とする高い剛性を有するものであれば、特に第１黒鉛化処理工程は行う必要はない。
【００２６】
また、ミラー母材構造部製造工程は、上記のものに限定されるものではない。上記説明では、第１素地母材成形工程で、炭素繊維粉末にバインダを加えた炭素母材１５を圧縮成形して第１炭素素地部材１８ａを得るものとして説明した。しかし、第１炭素素地部材１８ａは、第１素地母材成形工程において、炭素繊維粉末に予め炭化ケイ素粉末を混ぜた素地母材を冷間等方プレスなどの方法で圧縮成形して得るものでもよい。予め炭素繊維粉末に炭化ケイ素粉末を混ぜた場合でも、反応焼結工程によりシリコンを炭素素地成形体内に含浸させて炭素素地成形体の炭素とシリコンを反応させれば、剛性を有するリブ構造体が得られる。
【００２７】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る軽量化ミラーの断面図である。
図５において、軽量化ミラー１Ｂのミラー母材構成部２Ｂを構成するリブ構造体３Ｂは、第１貫通孔４が同軸に形成された所定の厚さの円盤形状をなしている。そして、凹穴５がリブ構造体３Ｂの一面に開口するようにリブ部６ｂを介して隣接するように複数形成されている。そして、リブ構造体３Ｂの他面は、軸芯と直交する平坦面となっている。また、凹穴５を区画するリブ部６ｂの高さは、外周壁７側に配置されたリブ部６ｂから、リブ構造体３Ｂの中心側に配置されるリブ部６ｂに向かって徐々に低くなっている。このとき、リブ部６ｂは、それぞれの端面が、リブ構造体３Ｂの軸芯を軸とする回転放物面に接するように成形されている。
【００２８】
また、第１ミラー体１１ａは、凹穴５の開口を塞口するようにリブ構造体３Ｂに接合されている。
軽量化ミラー１Ｂの他の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００２９】
軽量化ミラー１Ｂは、その一面側の壁が第１ミラー体１１ａで構成され、他面側の壁がリブ構造体３Ｂの底壁で構成されている。第１ミラー体１１ａの線膨張係数とリブ構造体３Ｂの線膨張係数は略同等であるので、他面に凹穴５の開口が露出する軽量化ミラー１Ａに比べれば、軽量化ミラー１Ｂは、その一面側と他面側の線膨張係数が対称に近づく。
従って、軽量化ミラー１Ｂによれば、周囲の温度が変化した場合に、一面側と他面側が同様に収縮するので、軽量化ミラー１Ａによる効果に加え、第１ミラー体１１ａに負荷される熱応力の影響を極力抑えることができるという効果が得られる。つまり、第１ミラー体１１ａの破損リスクを低減できるという効果が得られる。
【００３０】
また、軽量化ミラー１Ｂの製造方法の接合工程では、図示しないが、リブ部６ｂにおける凹穴５の開口側の端面にガラスフリットを塗布し、第１ミラー体１１ａとリブ構造体３Ｂとがガラスフリットを介して対面するように炉内に配置している。
そして、炉内の温度をガラスフリットの融点以上に上昇させ、所定時間経過させたのちに炉内の温度を下げる。これにより、一旦融解したガラスフリットが凝固するので、リブ構造体３Ｂと第１ミラー体１１ａとが一体化され、図５に示される軽量化ミラー１Ｂが得られる。
軽量化ミラー１Ｂの他の製造方法は上記実施の形態１と同様である。
【００３１】
この実施の形態２によれば、炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体３Ｂを、実施の形態１と同様に、切削の容易な第１炭素素地部材１８ａに切削加工を施したものにシリコンを拡散させることにより得ているので、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３２】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る軽量化ミラーの断面図である。
図６において、軽量化ミラー１Ｃのミラー構母材造部２Ｃを構成するリブ構造体３Ｃには、リブ構造穴としての母材貫通穴８ａがリブ構造体３Ｃの両面に開口するように形成されている。このとき、母材貫通穴８ａの両端の開口形状は正三角形となっている。そして、隣接する母材貫通穴８ａが所定の壁厚を有するリブ部６ｃにより区画されている。
軽量化ミラー１Ｃの他の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００３３】
上記のように構成された軽量化ミラー１Ｃは、母材貫通穴８ａが所定の壁厚を有するリブ部６ｃで区画されるようにリブ構造体３Ｃに形成されているので、軽量化ミラー１Ｃの剛性の確保と軽量化が実現されている。このとき、リブ構造体３Ｃの主な材料は、炭化ケイ素であるので、軽量化ミラー１Ｃによれば、軽量化ミラー１Ａと同様に、ガラス材料のみで構成される従来の軽量化ミラーよりも、さらなる高剛性化及び軽量化を図ることができる。
【００３４】
軽量化ミラー１Ｃの製造方法は、軽量化ミラー１Ａの製造方法において、切削加工工程で、凹穴５を形成するのに代え、母材貫通穴８ａを形成している。
軽量化ミラー１Ｃの他の製造方法は、上記実施の形態１と同様である。
【００３５】
軽量化ミラー１Ｃの製造方法によれば、炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体３Ｃを、実施の形態１と同様に、切削の容易な第１炭素素地部材１８ａに切削加工を施した炭素素地成形体１９にシリコンを拡散させることにより得ている。従って、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３６】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係る軽量化ミラーの断面図、図８はこの発明の実施の形態４に係る軽量化ミラーの製造方法を説明する図である。
【００３７】
図７において、軽量化ミラー１Ｄのミラー母材構造部２Ｄは、リブ構造体３Ａ、リブ構造体３Ａに同軸に一体化された第１補強部材２２により構成されている。そして、第１補強部材２２は、リブ構造体３Ａと同じ材料からなり、リブ構造体３Ａの他面に接合されている。このとき、第１補強部材２２は、凹穴５のそれぞれを塞口するようにリブ構造体３Ａのリブ部６ａの端面に接合されている。また、第１補強部材２２の露出面が、ミラー母材構造部２Ｄの他面を構成し、当該露出面は軸芯と直交する平坦面で構成されている。さらに、第３貫通孔２３が第１貫通穴に対応するように第１補強部材２２に形成されている。
軽量化ミラー１Ｄの他の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００３８】
上記のように構成された軽量化ミラー１Ｄによれば、第１補強部材２２が、凹穴５のそれぞれを塞口するようにリブ構造体３Ａのリブ部６ａの端面に接合されているので、ミラー母材構造部２Ｄの剛性を一層高めることができるという効果が得られる。
また、軽量化ミラー１Ｄは、その一面側の壁が第１ミラー体１１ａ及びリブ構造体３Ａの底壁で構成され、他面側の壁が第１補強部材２２で構成されている。第１ミラー体１１ａの線膨張係数とリブ構造体３Ａ及び第１補強部材２２の線膨張係数が略同等であるので、他面に凹穴５の開口が露出する軽量化ミラー１Ａに比べれば、軽量化ミラー１Ｄは、その一面側と他面側とで、線膨張係数が対称に近づく。
従って、軽量化ミラー１Ｄでは、周囲の温度が変化した場合に一面側と他面側が同様に収縮するので、軽量化ミラー１Ａによる効果に加え、第１ミラー体１１ａに負荷される熱応力の影響を極力抑えることができるという効果が得られる。つまり、第１ミラー体１１ａの破損リスクを低減できるという効果が得られる。
【００３９】
次いで、軽量化ミラー１Ｄの製造方法について説明する。
軽量化ミラー１Ｄの製造方法は、ミラー母材構造部製造工程、及び接合工程を有している。
まず、ミラー母材構造部製造工程について図８を参照しつつ説明する。
軽量化ミラー１Ｄのミラー母材構造部製造工程は、第１素地母材成形工程、第２炭素素地母材成形工程、第１黒鉛化処理工程、第２黒鉛化処理工程、切削加工工程、炭素素地体接合工程、及び反応焼結工程を有している。
【００４０】
第１素地母材成形工程は、上記軽量化ミラー１Ａの製造方法の第１素地母材成形工程と同様である。そして、第２素地母材成形工程を第１素地母材成形工程と同時に進行する。つまり、図８の（ａ）に示されるように、リブ構造体３Ａ、及び第１補強部材２２のそれぞれの形状に対応する別個の金型１６ａ，１６ｂのそれぞれに、炭素繊維の粉末とバインダの粉末を混合した炭素母材１５を加圧状態に充填する。これにより、炭素母材１５は圧縮成形されて、金型１６ａ，１６ｂ内で、それぞれ切削加工が可能な板状の第１炭素素地部材１８ａ及び第２炭素素地部材１８ｂとなる。
【００４１】
また、第１黒鉛化処理工程は、上記軽量化ミラー１Ａの製造方法の第１黒鉛化処理工程と同様である。そして、第２黒鉛化処理工程を第１黒鉛化処理工程と同時に進行する。つまり、図８の（ｂ）に示されるように、金型１６ａ，１６ｂのそれぞれに詰められた第１炭素素地部材１８ａ及び第２炭素素地部材１８ｂを実施の形態１と同様に黒鉛化する。
【００４２】
次いで、切削加工工程では、図８の（ｃ）に示されるように、実施の形態１と同様に第１炭素素地部材１８ａに凹穴５を切削加工により形成することにより炭素素地成形体１９を得ている。なお、第２炭素素地部材１８ｂに切削加工は施さない。
【００４３】
次いで、炭素素地体接合工程では、図８の（ｄ）に示されるように、炭素素地成形体１９の凹穴５の開口のそれぞれを塞口するように、第２炭素素地部材１８ｂを炭素素地成形体１９に接着する。ここで、接合された炭素素地成形体１９と第２炭素素地部材１８ｂとの一体品を炭素素地接合体２５とする。
【００４４】
そして、反応焼結工程では、図８の（ｅ）に示されるように、炭素素地接合体２５を炉１７内に配置する。そして、炭素素地接合体２５上にシリコン２１を乗せる。そして、炉１７内の温度をシリコン２１の融点以上に上昇させた後、所定時間経過したら炉１７内の温度を下げる。これにより、融解したシリコン２１が、炭素素地接合体２５の内部に拡散し、炭素素地接合体２５の炭素とシリコン２１とが反応して炭化ケイ素となる。つまり、図８の（ｆ）に示されるように炭素素地成形体１９及び第２炭素素地部材１８ｂのそれぞれが、炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体３Ａ及び第１補強部材２２となり、リブ構造体３Ａと第１補強部材２２とが一体化されたミラー母材構造部２Ｄが得られる。
なお、接合工程は実施の形態１と同様であり、接合工程を実施することにより軽量化ミラー１Ｄが得られる。
【００４５】
この実施の形態４によれば、炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体３Ａを、実施の形態１と同様に得ている。さらに、炭素素地体接合工程で、炭素素地成形体１９の凹穴５の開口のそれぞれを塞口するように、第２炭素素地部材１８ｂを炭素素地成形体１９に接着して炭素素地接合体２５を得ている。さらに、反応焼結工程で炭素素地接合体２５にシリコンを拡散させることにより、それぞれ炭化ケイ素を主成分とする第１補強部材２２及びリブ構造体３Ａが一体化されたミラー母材構造部２Ｄを得ている。これにより、実施の形態１の軽量化ミラー１Ａの製造方法の効果に加えて、ミラー母材構造部２Ｄの剛性を一層高めることができるという効果が得られる。
【００４６】
なお、この実施の形態４では、第１補強部材２２は、リブ構造体３Ａの他面に接合するものとして説明したが、軽量化ミラー１Ｃのリブ構造体３Ｃの他面に第１補強部材２２を接合して得た軽量化ミラーでも、軽量化ミラー１Ｄと同様の効果が得られる。
【００４７】
また、第１素地母材成形工程と第２素地母材成形工程は同時進行するものとして説明したが、第１素地母材成形工程と第２素地母材成形工程は別々に行うものでもよい。
また、第１黒鉛化処理工程と第２黒鉛化処理工程は同時進行するものとして説明したが、第１黒鉛化処理工程と第２黒鉛化処理工程は別々に行うものでもよい。
【００４８】
また、第１黒鉛化処理工程と第２黒鉛化処理工程は、切削加工工程の前に行うものとして説明したが、反応焼結工程前に炭素素地接合体２５に対して行うものでもよい。さらに、第１黒鉛化処理工程及び第２黒鉛化処理工程が行われていなくても、反応焼結工程で、炭素素地接合体２５内の炭素以外の不純物が、炭素とシリコンとの反応を阻害せず、反応焼結工程で得られたミラー母材構造部２Ｄが、炭化ケイ素を主成分とする高い剛性を有するものであれば、特に第１黒鉛化処理工程及び第２黒鉛化処理工程は行う必要はない。
【００４９】
また、炭素素地体接合工程で、炭素素地成形体１９の凹穴５の開口のそれぞれを塞口するように、第２炭素素地部材１８ｂを炭素素地成形体１９に接着して炭素素地接合体２５を得るものとして説明した。しかし、炭素素地体接合工程は、第２炭素素地部材１８ｂにも凹穴５を形成した他の炭素素地成形体を形成し、炭素素地成形体１９及び他の炭素素地成形体のそれぞれの凹穴５の開口側端面間を接着して炭素素地接合体を得るものでもよい。
【００５０】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係る軽量化ミラーの断面図である。
図９において、軽量化ミラー１Ｅは、ミラー機能部１０Ａ（第１ミラー体１１ａ）と同じ材料で構成され、リブ構造体３Ａの他面に接合された第２補強部材としてのガラスプレート２６を備えている。
ガラスプレート２６は、第１貫通孔４及び第２貫通孔１２と同じ直径の第４貫通孔２７が同軸に形成された円盤形状をなしている。そして、ガラスプレート２６は、第４貫通孔２７を第１貫通孔４に対応させてリブ構造体３Ａに同軸に接合されている。
軽量化ミラー１Ｅの他の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００５１】
軽量化ミラー１Ｅは、その一面側の壁が第１ミラー体１１ａ及びリブ構造体３Ａの底壁で構成され、他面側の壁が第１ミラー体１１ａと同じ材料のガラスプレート２６により構成されている。第１ミラー体１１ａ及びガラスプレート２６の線膨張係数とリブ構造体３Ａの線膨張係数は略同等であるので、他面に凹穴５の開口が露出する軽量化ミラー１Ａに比べれば、軽量化ミラー１Ｅは、その一面側と他面側とで、線膨張係数が対称に近づく。
従って、軽量化ミラー１Ｅによれば、周囲の温度が変化した場合に、一面側及び他面側が同様に伸縮するので、軽量化ミラー１Ａによる効果に加え、第１ミラー体１１ａに負荷される熱応力の影響を極力抑えることができるという効果が得られる。つまり、第１ミラー体１１ａの破損リスクを低減できる。
【００５２】
なお、この実施の形態５では、リブ構造体３Ａの他面にガラスプレート２６を接合するものとして説明したが、ガラスプレート２６を、リブ構造体３Ｂ，３Ｃの第１ミラー体１１ａの取り付け面と反対側の面（他面）に接合したり、ミラー母材構造部２Ｄの第１補強部材２２の露出面側に接合したりしたものでも、第１ミラー体１１ａに負荷される熱応力の影響を極力抑える効果が得られる。
【００５３】
次いで、軽量化ミラー１Ｅの製造方法について説明する。
軽量化ミラー１Ｅの製造方法の接合工程では、図示しないが、リブ構造体３Ａの一面及びリブ部の端面（リブ構造体３Ａの他面）にペースト化したガラスフリットを塗布し、第１ミラー体１１ａの他面、及びガラスプレート２６の一面をそれぞれリブ構造体３Ａの一面及び他面に合わせて炉内に配置している。そして、炉内の温度をガラスフリットの融点以上に上昇させ、所定時間経過させたのちに炉内の温度を下げる。これにより、一旦融解したガラスフリットが凝固するので、リブ構造体３Ａと第１ミラー体１１ａ並びにガラスプレート２６とが一体化され、図９に示される軽量化ミラー１Ｅが得られる。
軽量化ミラー１Ｅの他の製造方法は、上記実施の形態１と同様である。
【００５４】
この実施の形態５によれば、炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体３Ａを、軽量化ミラー１Ａの製造方法と同様に得ている。従って、軽量化ミラー１Ｅの製造方法によれば、軽量化ミラー１Ａの製造方法と同様の効果が得られる。
【００５５】
実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６に係る軽量化ミラーの正面図である。
図１０において、軽量化ミラー１Ｆのミラー機能部１０Ｂが、第１ミラー体１１ａと同じ材料からなり、それぞれミラー分割体としての複数の第２ミラー体１１ｂにより形成されている。第２ミラー体１１ｂのそれぞれは、正三角形の平板形状であり、その一面は研磨されて反射面を構成している。
そして、第２ミラー体１１ｂは、反射面を外方に向けてリブ構造体３Ａの厚み方向の一面にほぼ隙間なく、かつ、規則正しく配置された状態で、リブ構造体３Ａに接合されている。
なお、軽量化ミラー１Ｆの他の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００５６】
軽量化ミラー１Ｆのミラー機能部１０Ｂは、複数の第２ミラー体１１ｂで構成されている。従って、軽量化ミラー１Ａのようにミラー機能部１０Ａを一つの部材で構成する第１ミラー体１１ａに比べ、第２ミラー体１１ｂは、成形や、反射面を構成するための研磨加工などがしやすい。また、製造過程で、第２ミラー体１１ｂの一つが破損しても、容易に交換できる。これにより、軽量化ミラー１Ｆでは、軽量化ミラー１Ａの効果に加え、製品歩留りが上がるので製造コストを抑えることができる効果も得られる。
【００５７】
また、第２ミラー体１１ｂとリブ構造体３Ａの線膨張係数は略等しいが、リブ構造体３Ａを大きくした場合には、軽量化ミラー１Ｆの周囲温度が変動すると、リブ構造体３Ａとミラー機能部１０Ｂの歪み量に差が生じる。しかし、ミラー機能部１０Ｂが、分割された複数の第２ミラー体１１ｂにより構成されているので、隣接する第２ミラー体１１ｂの間に、第２ミラー体１１ｂの個々に発生する熱応力を吸収させることができる。
従って、軽量化ミラー１Ｆによれば、軽量化ミラー１Ａによる効果に加え、ミラー機能部１０Ｂの破損するリスクを低減できるという効果が得られる。
【００５８】
軽量化ミラー１Ｆの製造方法の接合工程では、図示しないが、複数の第２ミラー体１１ｂをペースト状のガラスフリットを塗布したリブ構造体３Ａの一面に配列して炉内配置している。そして、炉内の温度をガラスフリットの融点以上の温度まで上昇させて所定時間経過させた後、炉内の温度を下げる。これにより、一旦融解したガラスフリットが凝固するので、リブ構造体３Ａと第２ミラー体１１ｂとが一体化され、図１０に示される軽量化ミラー１Ｆが得られる。
軽量化ミラー１Ｆの他の製造方法は、上記実施の形態１と同様である。
【００５９】
この実施の形態６によれば、炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体３Ａを、実施の形態１と同様に得ている。従って、軽量化ミラー１Ｆの製造方法によれば、軽量化ミラー１Ａの製造方法と同様の効果が得られる。
【００６０】
なお、上記実施の形態６では、第２ミラー体１１ｂのそれぞれの外形は正三角形であるものとして説明したが、第２ミラー体１１ｂの外形は正三角形であるものに限定されず、他の多角形や、外形に曲線を有するものなどでもよい。また、単一の外形形状の第２ミラー体１１ｂによりミラー機能部１０Ｂを構成するものに限定されず、複数の外形形状からなる第２ミラー体によりミラー機能部１０Ｂを構成するものでもよい。
【００６１】
実施の形態７．
図１１はこの発明の実施の形態７に係る軽量化ミラーの正面図、図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視断面図、図１３は図１１のＡ部拡大図である。
【００６２】
図１１〜図１３において、軽量化ミラー１Ｇのミラー母材構造部２Ｅを構成するリブ構造体３Ｄには、リブ構造穴としての母材貫通穴８ｂがリブ構造体３Ｄの両面に開口するように、リブ部６ｄを介して隣接するように形成されている。このとき、母材貫通穴８ｂの開口形状は、正六角形になっている。
また、ミラー機能部１０Ｃが、一面に反射面を有するミラー分割体としての複数の第３ミラー体１１ｃにより構成されている。第３ミラー体１１ｃのそれぞれは、母材貫通穴８ｂの開口形状よりやや大きな正六角形の外形を有する平板であり、その一面は研磨されて反射面を構成している。より具体的には、第３ミラー体１１ｃの各辺の長さは、リブ部６ｄの壁厚の半分の長さだけ、母材貫通穴８ｂの各辺の長さより長くなっている。
【００６３】
そして、第３ミラー体１１ｃのそれぞれが、リブ構造体３Ｄの一面側の開口の一つ一つの開口を塞口するように、反射面（一面）を外方に向けて、リブ構造体３Ｄの一面にほぼ隙間なく、かつ、規則正しく配置されている。このとき、第３ミラー体１１ｃのそれぞれは、各外縁部からリブ部６ｄの壁厚の半分の長さの領域が、リブ部６ｄの一端面に支持されるようにリブ構造体３Ｄに接合されている。
軽量化ミラー１Ｇの他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００６４】
軽量化ミラー１Ｇのミラー機能部１０Ｃは、分割された複数の第３ミラー体１１ｃにより構成されている。従って、軽量化ミラー１Ｇによれば、軽量化ミラー１Ａの効果に加え、軽量化ミラー１Ｆと同様に、製品歩留りが向上するので製造コストを抑え、かつ、ミラー機能部１０Ｃの損傷リスクを低減できるという効果が得られる。
【００６５】
軽量化ミラー１Ｇの製造方法は、軽量化ミラー１Ａの製造方法において、切削加工工程で、凹穴５を形成するのに代え、母材貫通穴８ｂを形成している。
また、軽量化ミラー１Ｇの製造方法の接合工程では、図示しないが、ペースト状のガラスフリットをリブ部６ｄの端面に塗布し、第３ミラー体１１ｃのそれぞれが、リブ部６ｄの端面に支持されるように配列したものを炉内に配置している。そして、炉内の温度をガラスフリットの融点以上の温度まで上昇させ、所定時間経過させたのちに炉内の温度を下げる。これにより、一旦融解したガラスフリットが凝固するので、リブ構造体３Ｄと第３ミラー体１１ｃとが一体化され、図１１〜図１３に示される軽量化ミラー１Ｇが得られる。
なお、軽量化ミラー１Ｇの他の製造方法は上記実施の形態１と同様である。
【００６６】
この実施の形態７では、炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体３Ｄを、実施の形態１と同様に得ている。従って、軽量化ミラー１Ｇの製造方法によれば、軽量化ミラー１Ａの製造方法と同様の効果が得られる。
【００６７】
この実施の形態７では、第３ミラー体１１ｃのそれぞれが、リブ構造体３Ｄの一面側の開口の一つ一つの開口を塞口するように、かつ、各外縁部からリブ部６ｄの壁厚の半分の長さの領域が、リブ部６ｄの一端面に支持されるようにリブ構造体３Ｄに接合されるものとして説明した。しかし、例えば、母材貫通孔の開口形状が正三角形の場合などは、隣接する２つの母材貫通孔の外形で構成される四角形に対応する形状の第３ミラー体を準備し、当該の外縁部が、隣接する母材貫通孔を区画するリブ部の端面に支持されるようにしてリブ構造体と第３ミラー体とを接合してもよい。つまり、リブ構造体の母材貫通孔（または凹穴）の開口を有する側に第３ミラー体１１ｃを接合する場合、第３ミラー体１１ｃは、その外縁部が、リブ部の端面に支持されるようにリブ構造体に接合されていれば、一つ一つの母材貫通孔の開口する必要もないし、その外形も母材貫通孔の開口形状に一致させる必要もない。
【００６８】
実施の形態８．
図１４はこの発明の実施の形態８に係る軽量化ミラーの断面図、図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図、図１６は図１５のＢ部拡大図である。
【００６９】
図１４〜図１６において、軽量化ミラー１Ｈのミラー機能部１０Ｄは、円盤状の第４ミラー体１１ｄにより構成され、その一面側は研磨されて反射面となっている。そして、複数の切り込み群２８が第４ミラー体１１ｄの他面（リブ構造体３Ａとの接合面）に形成されている。
【００７０】
切り込み群２８のそれぞれは、互いに所定の間隔をあけて所定の方向に延在する複数の第１切り込み２８ａと、互いに所定の間隔をあけ、かつ、第１切り込みのそれぞれに直交するように延在する複数の第２切り込み２８ｂにより構成されている。
第１切り込み２８ａのそれぞれ及び第２切り込み２８ｂのそれぞれは、第４ミラー体１１ｄの外周縁部の２点間を接続するように形成されている。また、第１切り込み２８ａのそれぞれは、深さ方向を第４ミラー体１１ｄの厚さ方向に一致させて形成されている。このとき、第１切り込み２８ａのそれぞれは、図１６に示されるように、深さ方向に垂直な断面における面積が第４ミラー体１１ｄの他面側ほど大きくなる口開き状に形成されている。図示しないが、第２切り込み２８ｂのそれぞれも、第１切り込み２８ｂと同様の口開き状に形成されている。
【００７１】
そして、第４ミラー体１１ｄは、その他面をリブ構造体３Ａの一面に合わせてリブ構造体３Ａに接合されている。
軽量化ミラー１Ｈの他の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００７２】
上記のように構成された軽量化ミラー１Ｈによれば、切り込み群２８が第４ミラー体１１ｄの他面に形成されている。これにより、第４ミラー体１１ｄの線膨張係数とリブ構造体３Ａの線膨張係数の僅かな相違から、仮にリブ構造体３Ａの歪み量と第４ミラー体１１ｄの歪み量に差が生じた場合でも、第４ミラー体１１ｄへの熱応力が切り込み群２８によって吸収される。従って、実施の形態１の効果に加えて、第４ミラー体１１ｄが破損することを未然に防止することができるとういう効果が得られる。
また、軽量化ミラー１Ｈの製造方法は上記実施の形態１と同様である。つまり、炭化ケイ素を主成分とするリブ構造体３Ａを、実施の形態１と同様に得ている。従って、軽量化ミラー１Ｈの製造方法によれば、軽量化ミラー１Ａの製造方法と同様の効果が得られる。
【００７３】
この実施の形態８では、第４ミラー体１１ｄの他面に、所定の方向に延在する複数の第１切り込み２８ａ、及び複数の第１切り込み２８ａの延在方向に直交する複数の第２切り込み２８ｂからなる切り込み群２８が形成されるものとして説明した。さらに、第１切り込み２８ａ、及び第２切り込み２８ｂのそれぞれが、第４ミラー体１１ｄの外周縁部の２点間を接続するように形成されるものとして説明した。しかし、切り込み群２８は、複数の第１切り込み、及び複数の第２切り込みにより構成されるものに限定されない。切り込み群２８は、所定の角度で交差するように複数の切り込みを形成してもよいし、所定の長さの切り込みを第４ミラー体１１ｄの他面に離散して形成するものでもよい。
【００７４】
さらに、切り込み群２８は、ミラー機能１Ｂを構成する第２ミラー体１１ｂのそれぞれの他面、及びミラー機能部１Ｃを構成する第３ミラー体１１ｃのそれぞれの他面に構成されても、第２ミラー体１１ｂ及び第３ミラー体１１ｃの破損防止の効果がえられる。
【００７５】
なお、上記実施の形態２，４及び５において、軽量化ミラー１Ｂ，1Ｄ，１Ｅのそれぞれは、リブ構造穴としての凹穴５の開口が、それぞれ第１ミラー体１１ａ、第１補強部材２２、及びガラスプレート２６により塞口されるものとして説明した。このような構成の軽量化ミラー１Ｂ，１Ｄ，１Ｅを、当該軽量化ミラー１Ｂ，１Ｄ，１Ｅの製造時と異なる気圧の環境下で使用する場合には、小穴を凹穴５の内外を連通するように、ミラー母材構造部２Ｂ，２Ｄのミラー機能部１０Ａの接合面と反対側に形成しておくことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る軽量化ミラーの前面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る軽量化ミラーの背面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る軽量化ミラーの製造方法を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る軽量化ミラーの断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る軽量化ミラーの断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る軽量化ミラーの断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る軽量化ミラーの製造方法を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る軽量化ミラーの断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係る軽量化ミラーの正面図である。
【図１１】この発明の実施の形態７に係る軽量化ミラーの正面図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視断面図である。
【図１３】図１１のＡ部拡大図である。
【図１４】この発明の実施の形態８に係る軽量化ミラーの断面図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図である。
【図１６】図１５のＢ部拡大図である。
【符号の説明】
【００７７】
１Ａ〜１Ｈ  軽量化ミラー、３Ａ〜３Ｄ  リブ構造体、５  凹穴（リブ構造穴）、８ａ，８ｂ  母材貫通穴（リブ構造穴）、１０Ａ〜１０Ｄ  ミラー機能部、１１ｂ  第２ミラー体（ミラー分割体）、１１ｃ  第３ミラー体（ミラー分割体）、１８ａ  第１炭素素地母材、１８ｂ  第２炭素素地部材、１９  炭素素地成形体、２１  シリコン、２２  第１補強部材、２６  ガラスプレート（第２補強部材）、２８ａ，２８ｂ  切り込み。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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