JP2017032793A - ミラー支持構造、ミラー構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーの面精度劣化を回避できるミラー支持構造、ミラー構造体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ミラー支持構造（２０）は、ミラー（１０）を複数支点で支持する複数の支持ロッド（１００）を有し、複数の支持ロッドの各々に各支持ロッドを分割可能な分離可能接合部（１０４）を有する。支持ロッドが一方の端部にミラーを接着するための接着パッド（１０１）を、他方の端部に固定部（１０７）を有し、接着パッドと固定部との間に分離可能接合部が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明はミラーを高精度で支持するミラー支持構造、ミラー構造体およびその製造方法に関する。

人工衛星等に搭載する光学式望遠鏡に使用されるミラーでは、その反射面に高い精度が要求される反面、軽量化の要求により反射面の板厚を、ミラーの剛性が許す限り、薄くする必要がある。このような高精度ミラーには、例えば１０^−７乗台の線膨張係数(Coefficient of Thermal Expansion; CTE)を有するガラスが用いられる。

また、特許文献１には、このようなミラーを支持する構造として、温度変化等による外部からの歪のミラー波面への影響を小さくするためにミラーをシンプルに６点で支持し、各支持脚に歪の伝達を抑制するための軸受機構を採用した鏡支持構造が開示されている。このような支持構造に高精度ミラーを固定するためのガラス取付面には、CTEが１ppm/℃以下のスーパーインバー材(ニッケル合金)が用いられる。

ミラーと支持構造の接着については、適用部位がミラーと支持構造をつなぐ荷重パス部であり、ひとたび接着の剥がれが生じると波面の性能劣化のみでなく、ミラー部の全損に至るため、接着剤は高強度で高い信頼性が要求される。このような高強度が要求される構造接着剤としては、一般にエポキシ系接着剤が用いられる。

特開２０１４−０１０３３２号公報

しかしながら、エポキシ系接着剤は熱により硬化して接着強度が高まる特性を有するため、ガラスと支持構造との間の接着剤が発熱して硬化すると何らかの歪が残留する。この残留歪は軽量化したミラーの波面に現れ、ミラーの面精度を劣化させることは避けられない。この残留歪による面精度の劣化を除去するには、接着後にミラーを研削あるいは研磨する必要があるが、支持構造に接着されたミラーでは精度よく研削、研磨することが困難である。

そこで、本発明の目的は、ミラーの面精度劣化を回避できるミラー支持構造、ミラー構造体およびその製造方法を提供することにある。

本発明によるミラー支持構造は、ミラーを複数支点で支持する複数の支持ロッドを有し、前記複数の支持ロッドの各々に各支持ロッドを分割可能な分離可能接合部を設けたことを特徴とする。
本発明によるミラー構造体は、上記ミラー支持構造とミラーとからなり、ミラー支持構造がミラーの底面を前記複数の支持ロッドにより支持することを特徴とする。
本発明によるミラー構造体の製造方法は、上記ミラー支持構造とミラーとからなるミラー構造体の製造方法であって、ミラーをミラー支持構造に接着固定し、複数の支持ロッドの分離可能接合部を分離してミラーと接着固定されたミラー支持構造の部分とからなるミラー半構造体を取り外し、ミラー半構造体のミラーの波面を加工し、加工後のミラー半構造体を分離可能接合部により分離された複数の支持ロッドと再接合する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ミラーと支持構造を接着した後でミラーの加工が可能となり、ミラーの面精度劣化を回避できる。

図１は本発明の実施形態によるミラー支持構造を採用するミラー構造体の一例を示す斜視図である。 図２は図１に示すミラー構造体の支持する側から見た平面図である。 図３は図１に示すミラー構造体の側面図である。 図４は本発明の一実施形態によるミラー支持構造の分離可能支持ロッドの構成を示す斜視図である。 図５は図４に示す分離可能支持ロッドの分離した状態を示す側面図である。 図６は図５に示す分離可能支持ロッドのＡ−Ａ断面図である。 図７は本発明の一実施例によるミラー支持構造である逆バイポッド式支持構造を示す斜視図である。 図８は本実施例によるミラー支持構造を用いたミラー構造体の組み立て工程の一例を示す模式的説明図である。 図９は本発明の他の実施例によるミラー支持構造を採用するミラー構造体の概略的側面図である。 図１０は上述したミラー支持構造を適用する光学式望遠鏡の一構成例を示す模式図である。

１．実施形態の概要
本発明の実施形態によるミラー支持構造は複数の支持ロッドからなり、各支持ロッドに両端の間で分離可能な接合部が設けられている。より詳しくは、各支持ロッドは、一端にミラーを固着させる接着部、他端にベース構造体に固定される固定部をそれぞれ有し、接着部と固定部との間に分離可能接合部を有する。好ましくは、ミラーを固着させる接着部に近い側に分離可能接合部が設けられる。このように、支持ロッドを分離可能にすることで、支持構造に接着された後のミラーを支持構造の分離可能接合部から取り外して鏡面の研削、研磨を実行することが可能となる。これにより、ミラーに支持構造を接着した際の残留歪の影響を除去することができる。

さらに望ましくは、各支持ロッドの分離可能接合部に精度の再現性を確保する手段が設けられる。高精度のミラーを実現するためには、支持構造の取付位置と、ミラーの面内位置、ミラーの高さおよびミラーの傾きと、が高い精度で要求される。したがって、分離可能接合部で再度接合する際に精度の再現性を確保する必要があり、そのために、分離可能接合部のフランジにリーマーボルト、接合部に印籠などの精度確保手段を設けることが望ましい。以下、本発明の実施形態および実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。

２．ミラー構造体
図１〜図３に例示するように、本発明の一実施形態によるミラー支持構造を適用可能なミラー構造体は、ミラー１０が３つの逆バイポッド式支持構造１１〜１３による６点で支持された構成を有する。ミラー１０は、たとえば高精度の波面が要求される平面鏡、凹面鏡等であるが、そのほか、精度が要求される光学部材であってもよい。逆バイポッド式支持構造１１〜１３の各々は、後述するように分離可能なミラー支持構造を有するものとする。

図２に典型的に示されるように、逆バイポッド式支持構造１１〜１３は、ミラー１０の底面の中心の周りに互いに１２０°の角度で配置され、各逆バイポッド式支持構造の２本の支持ロッド、計６本の支持ロッドがミラー１０に接着され支持する。各逆バイポッド式支持構造の２本の支持ロッドのジョイント部は、図３に示されるように、ベース構造体１４上に固定される。各逆バイポッド式支持構造の各支持ロッドは分離可能な構成を有し、ミラー１０の接着部をそのまま残して、ミラー１０およびそれに接着した支持構造の一部をミラー構造体から取り外すことができる。以下、分離可能支持ロッドの構成について詳細に説明する。

３．分離可能支持ロッド
図４に例示するように、本実施形態によるミラー支持構造における分離可能支持ロッド１００は、ミラー１０に接着する接着パッド１０１とベース構造体１４に固定する固定部１０７との間に、接続部１０２、可撓接合部１０３、分離可能接合部１０４、接続ロッド１０５および可撓接合部１０６を順に設けた構成を有する。２つの可撓接合部１０３および１０６は、支持ロッド１００の両端近くにそれぞれ設けることが望ましい。さらに、分離可能接合部１０４は、可撓接合部１０３と接続ロッド１０５との間に設けられ、特に接着パッド側に近い位置、ここでは可撓接合部１０３の直下に設けられる。接着パッド側に近い位置で分離可能にすることにより、接着後のミラー加工が容易になる。

接続パッド１０１は円形状を有し、ミラー１０のガラス底面に接着剤により接着され、一度接着されると分離しない。上述したように、接着剤の硬化後にミラー１０のガラスに歪が残留するが、後述するように分離可能接合部１０４以下を取り外してミラー１０を加工調整することができる。

接続部１０２は、接着パッド１０１に直交する平面上で接着パッド１０１の直径方向に伸びた形状を有し、支持ロッド１００と、その長手方向と所定角度を成す接着パッド１０１とを連絡する。

可撓接合部１０３および１０６の各々は、直交する２つの可撓プレートが縦続した構成を有し、支持ロッド１００の長手方向と直交する２軸方向に弾性的に湾曲可能である。このような可撓接合部１０３および１０６を設けることで、支持ロッド１００の長手方向と直交する２軸方向の変位を吸収し、支持ロッド１００が軸力のみを受けることができることで、ベース構造体１４に生じる歪によるミラー１０の面変形を抑制している。

ミラー側の可撓接合部１０３の一方の端部は接続部１０２に、他方の端部は分離可能接合部１０４の一方の接合部に接続されている。さらに分離可能接合部１０４の他方の接合部は接続ロッド１０５を通してベース側の可撓接合部１０６の一方の端部に接続され、可撓接合部１０６の他方の端部が固定部１０７に接続されている。

図５に例示するように、分離可能接合部１０４は、可撓接合部１０３に接続したフランジ２０１と、接続ロッド１０５に接続したフランジ２０２とが分離可能に構成されている。フランジ２０１の中心部には円形の突出部２０３が設けられ、フランジ２０２の中心部には突出部２０３を受け入れる円形の受け口２０４が設けられている。フランジ２０１および２０２は、突出部２０３と受け口２０４とを合わせて契合させることで印籠による組立再現性を確保している。さらに、次に述べるようにフランジ２０１および２０２をねじ止めすることで、高精度の着脱可能性を実現する。

図６に例示するように、フランジ２０１および２０２には、ねじ止め手段３０１〜３０３がフランジ周辺に等角度で設けられ、そのうち直径の両端に位置する２つのねじ止め手段３０２および３０３はリーマーボルトを使用する。リーマーボルトはボルトを通す穴にリーマー穴加工を行いボルト径の公差が厳しく管理されるので、リーマーボルトを採用することで組立再現性を確保することができる。なお、組立再現性については、精度良く再組立ができないと、初期組立と再組立時との間で微小な差異が生じ、その差異が残留歪として残ることでミラー面の精度を悪化させるので、重要である。

このように、分離可能接合部１０４に印籠とリーマーボルト、あるいは、印籠またはリーマーボルトを採用することで、高精度の波面精度が要求されるミラーの支持構造において、支持構造の組み立て再現性を確保することが可能となる。なお、組み立て再現性の確保手段としては種々の手段を利用することができ、印籠およびリーマーボルトだけでなく、位置決めピン等を用いることもできる。

なお、上述した分離可能支持ロッド１００は一つの分離可能接合部１０４を有し、支持ロッドを二分割することが可能であるが、たとえば、図４において接続ロッド１０５と可撓接合部１０６との間にも同様の分離可能接合部を設けることで、三分割することも可能である。なお、支持ロッドを三分割すると支持構造の組立が容易となる利点がある。

４．一実施例（逆バイポッド式支持構造）
図７に示すように、本発明の一実施例による支持構造は、上述した分離可能支持ロッド１００を２本用いて、Ｖ字に接続することで分離可能な逆バイポッド式支持構造２０を構成することができる。ミラー１０は、図１〜図３で例示したように、３つの逆バイポッド式支持構造２０により６点支持される。

各逆バイポッド式支持構造２０は一対の分離可能支持ロッド１００が固定部１０７で共通に接続された構成を有する。一方の分離可能支持ロッドは、図４および図５で説明したように、ミラー１０に接着する接着パッド１０１ａとベース構造体１４に固定する固定部１０７との間に、接続部１０２ａ、可撓接合部１０３ａ、分離可能接合部１０４ａ、接続ロッド１０５ａおよび可撓接合部１０６ａを順に設けた構成を有する。他方の分離可能支持ロッドも同様に、接着パッド１０１ｂと固定部１０７との間に、接続部１０２ｂ、可撓接合部１０３ｂ、分離可能接合部１０４ｂ、接続ロッド１０５ｂおよび可撓接合部１０６ｂを順に設けた構成を有する。

各逆バイポッド式支持構造２０は、図５および図６で述べたように、分離可能接合部１０４ａおよび１０４ｂで分離可能である。すなわち、各逆バイポッド式支持構造２０において、接着パッド１０１ａおよび１０１ｂ、接続部１０２ａおよび１０２ｂ、可撓接合部１０３ａおよび１０３ｂを底面に固着したミラー１０（ミラー半構造体）を、接続ロッド１０５ａおよび１０５ｂ、可撓接合部１０６ａおよび１０６ｂ、固定部１０７から分離することができる。

５．ミラー構造体の組立工程
図８（Ａ）において、粗研削・研磨したミラー１０の底面に３つの逆バイポッド式支持構造２０を接着剤で接着してミラー構造体を組み立てる。接着剤が硬化してミラー構造体が安定すると、図８（Ｂ）に示すように、各逆バイポッド式支持構造２０の分離可能接合部１０４を分離し、接着パッド１０１、接続部１０２および可撓接合部１０３が固定されたミラー１０の半構造体を取り外す。

続いて、図８（Ｃ）に示すように、取り外されたミラー半構造体を加工台に載せ、ミラー１０の本研削・研磨を行う。上述したように、ミラー１０には接着剤の硬化過程で歪が残留するので、この残留歪の影響を除去するための研削・研磨を行う。上述したように、ミラー１０の半構造体は、その底面に接着パッド１０１、接続部１０２および可撓接合部１０３が固定されて突出しているだけであるから、これらの部分を収容する凹部を設けた加工台を用意すればよい。

こうして残留歪の影響を除去されたミラー１０の半構造体は、図８（Ｄ）に示すように、元の逆バイポッド式支持構造の残留脚部分に接続することで、残留歪の影響を除去したミラー構造体を組み立てることができる。ミラー半構造体の再組み立ては、図５および図６で説明したように、再現性を確保することが可能となる。

上述したように、本実施形態によるミラー支持構造では、ミラー１０を支持構造に接着した後、ミラー１０の波面を研削・研磨することができ、接着に伴うミラー面の劣化を回避することができる。

６．他の実施例（バイポッド式支持構造）
図９に示すように、本発明の他の実施例による支持構造は、上述した分離可能支持ロッド１００を２本用いて、逆Ｖ字に接続することで分離可能なバイポッド式支持構造３０を構成することができる。バイポッド式支持構造３０は、ミラー１０に接着するパッド４０１に固定された２本の分離可能支持ロッドからなり、各分離可能支持ロッドにはベース構造体１４に固定される固定部４０２が設けられている。本実施例では、３組のバイポッド式支持構造３０がミラー１０を３点支持し、ベース構造体１４に６点で固定される。３組のバイポッド式支持構造３０は、図１〜図３と同様に、ミラー１０の底面の中心の周りに互いに１２０°の角度で配置される。

各バイポッド式支持構造３０の各支持ロッドは、図４〜図６において説明した支持ロッド１００の上下が反転した構成を有し、各支持ロッドが分割可能な分離可能接合部１０４ａおよび１０４ｂにより分離可能である。

７．適用例
上述した本実施例によるミラー支持構造は、大型光学式望遠鏡のミラーの支持構造に適用される。たとえば、図１０に例示される光学式望遠鏡１において、大型ミラー２の支持構造に適用可能である。

なお、本発明によるミラー支持構造は、高精度の波面が要求されるミラー（平面鏡や凹面鏡）の支持や、軽量化の要求の強い宇宙用のミラーの支持に適用可能である。本実施例の適用により、ミラー１０と支持構造２０との間の接着による波面劣化の影響を低減させるためにミラー反射面のフェース厚を厚くする必要がないため、ミラー波面の性能向上および軽量化の効果が期待できる。また、本実施例によるミラー支持構造は、宇宙空間で使用される大型光学式望遠鏡のミラーの支持に利用するだけでなく、地上で使用する高精度のミラーの支持にも有効である。

本発明は、高精度が要求される大型光学式望遠鏡のミラーなどの支持に利用可能である。

１０ ミラー
１１〜１３、２０ 逆バイポッド式支持構造
１４ ミラー構造体
１００ 分離可能支持ロッド
１０１ 接着パッド
１０２ 接続部
１０３ 可撓接合部
１０４ 分離可能接合部
１０５ 接続ロッド
１０６ 可撓接合部
１０７ 固定部
２０１、２０２ フランジ
２０３ 突出部
２０４ 受け口
３０１ ねじ
３０２，３０３ リーマーボルト

Claims (10)

1. ミラーを複数支点で支持する複数の支持ロッドを有し、前記複数の支持ロッドの各々に各支持ロッドを分割可能な分離可能接合部を設けたことを特徴とするミラー支持構造。
2. 前記支持ロッドが一方の端部に前記ミラーを接着するための接着パッドを、他方の端部に固定部を有し、前記接着パッドと前記固定部との間に前記分離可能接合部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のミラー支持構造。
3. 前記分離可能接合部の少なくとも一方の側に可撓接合部が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のミラー支持構造。
4. 前記分離可能接合部が組み立て時の精度再現性を確保するための手段を有することを特徴とする請求項１−３のいずれか一項に記載のミラー支持構造。
5. ２本の前記支持ロッドからなるバイポッド構造を３組設け、前記ミラーの中心の周りに均等に配置されることを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載のミラー支持構造。
6. 前記３組のバイポッド構造は、各バイポッド構造が前記２本の支持ロッドを逆Ｖ字状に構成し、６点で前記ミラーを支持し、３点でベースに結合されることを特徴とする請求項５に記載のミラー支持構造。
7. 前記３組のバイポッド構造は、各バイポッド構造が前記２本の支持ロッドをＶ字状に構成し、３点で前記ミラーを支持し、６点でベースに結合されることを特徴とする請求項５に記載のミラー支持構造。
8. 前記３組のバイポッド構造が前記ミラーの中心の周りに均等に配置され、前記ミラーの底面と所定の角度をなして接着することを特徴とする請求項５−７のいずれか１項に記載のミラー支持構造。
9. 請求項１−８のいずれか一項に記載のミラー支持構造と前記ミラーとからなり、前記ミラー支持構造が前記ミラーの底面を前記複数の支持ロッドにより支持することを特徴とするミラー構造体。
10. 請求項１−８のいずれか一項に記載のミラー支持構造と前記ミラーとからなるミラー構造体の製造方法であって、
    前記ミラーを前記ミラー支持構造に接着固定し、
    前記複数の支持ロッドの分離可能接合部を分離して、前記ミラーと接着固定された前記ミラー支持構造の部分とからなるミラー半構造体を取り外し、
    前記ミラー半構造体の前記ミラーの波面を加工し、
    加工後の前記ミラー半構造体を前記分離可能接合部により前記分離された複数の支持ロッドと再接合する、
    ことを特徴とするミラー構造体の製造方法。

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