JP2002129335A - 蒸着による高アスペクト比ドームの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミサイルおよび航空機における空力特性を向
上させるために使用される、高アスペクト比のドームを
製造するための装置および方法を提供する。また、本発
明の装置および方法は、ナビゲーション、ターゲッティ
ングおよびガイダンスシステムに使用される赤外線セン
サのための透過性ドームも提供する。 【解決手段】 本発明の装置は、マンドレル上に材料を
化学蒸着させ、ドームを形成させるための化学蒸着炉に
おいて使用される。本発明の装置においては、ガス状反
応物のフローがマンドレル上に衝突しないように、該マ
ンドレルが配置される。反応物はマンドレル上に拡散し
て、高アスペクト比のドームを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、蒸着によって、高アスペクト比
の物品を製造するための装置および方法に関する。より
具体的には、本発明は、雄型マンドレル上への蒸着によ
る高アスペクト比の物品を製造するための装置および方
法に関する。種々の材料を提供するために、フリースタ
ンディングバルク形態で（ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ
ｂｕｌｋ ｆｏｒｍ）または基体上の層状のコーティ
ングとして、化学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）が使用されている。
硫化亜鉛の層および物品を提供するＣＶＤ法が、共に譲
渡された米国特許第４９７８５７７号および第５６８６
１９５号、並びにこれらに引用される参考文献中に開示
されている。概して、ＣＶＤ処理によってバルク材料を
提供する従前の方法は固体形状物を提供し、次いで、そ
の表面が最終的な物品の形態に機械加工される。機械加
工を最小限にする「ニアネットシェイプパーツ（ｎｅａ
ｒ−ｎｅｔ ｓｈａｐｅ ｐａｒｔｓ）」を製造するた
めの複製（ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）技術が、Ｇｏｅｌ
ａ ｅｔ ａｌ．、「ＣＶＤ Ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」
ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃ．、１０４７、１９８−２１０ペー
ジ（１９８９）に示唆され、いくつかの結果が開示され
ている。米国特許第４９９７６７８号に開示された、シ
リコンカーバイド物品を製造するための複製プロセス
は、シリコンカーバイドの化学蒸着を開始する前に、研
磨されプレシェイプ（ｐｒｅ−ｓｈａｐｅｄ）された基
体上に、その場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）炭素のコーティン
グをアプライし、基体の表面を複製した物品を形成させ
る。

【０００２】上記参考文献に記載された技術はニアネッ
トシェイプ物品を製造するものであるが、光学表面を最
終的に機械加工する必要なしに、光学部品をはじめとす
る高精度に形作られた物品を提供する、高精度の複製技
術の必要性が継続して存在している。米国特許第４９９
７６７８号に開示された技術は、比較的良好なレプリカ
を提供するが、そこで使用される炭素富化（ｃａｒｂｏ
ｎ ｒｉｃｈ）フィルムはそれぞれの堆積物の製造開始
時に、その場で適用される。この方法は、製造工程を開
始する前にフィルムの寸法を測定または変更する機会を
提供せず、さらに炭素富化フィルムの不均一な成長を可
能にし、その結果、複製物品におけるばらつきが制御で
きなくなる。さらに、レプリカが基体から取り出される
場合に、炭素富化フィルムがレプリカの表面に接着し易
い。これらの特性は、基体の仕上げを複製するこの技術
の能力を限定することとなる。

【０００３】基体の正確な複製および基体からの容易な
取り出しを提供する技術が特に必要とされている。例え
ば、航空機およびミサイルをナビゲーション、ガイダン
スおよびターゲッティングするために使用される赤外セ
ンサーは、透過性の窓またはドームによる、外的要因
（ｅｌｅｍｅｎｔ）からの保護を必要とする。好ましく
は、そのような窓またはドームは、透過の不規則さを回
避しつつ、空力抵抗を最小化するような形態で提供され
る。ミサイルにおいては、好ましい位置はノーズ内であ
る。この位置での球面ドームはかなりの抵抗を生じさ
せ、該抵抗は、引き延ばされた概して円錐形のドームの
使用により、２以上の要因によって低減されることがで
きる。しかし、該ドームの内表面の機械加工が必要とさ
れる場合には、コーンの直径が減少し、またその長さが
延びるにつれて、必要とされる装置の機能が低下するの
で、そのようなドームの製造は困難であるか、または不
可能でさえある。再使用可能なマンドレル上での、その
ようなドームの内表面の高精度の複製は、そのような表
面の機械加工または研磨を必要としないので、製造上の
顕著な利点を提供する。しかし、ＣＶＤで製造された特
定のバルク材料、例えば、硫化亜鉛およびセレン化亜鉛
は、その熱膨張特性およびそれらにとって好ましいマン
ドレル材料の熱膨張特性のために、従前は、曲面を有す
る雄型マンドレルの外表面上に製造されていなかった。
そのような材料が使用され、曲面を有する製品が製造さ
れる代わりに、それらは曲面を有する雌型マンドレルの
内表面上に形成される堆積物として製造され、それゆえ
に、そのような曲面を有する物品の内表面は、それらに
望まれる最終的な形状（ｆｉｇｕｒｅ）および仕上げを
提供するために、かなりの機械加工が要求される。

【０００４】硫化亜鉛およびセレン化亜鉛の成形部品、
例えばドームの製造は、Ｔｅｖｅｒｏｓｋｙ ｅｔ ａ
ｌ．による米国特許第５４５３２３３号に開示されてい
る。この方法においては、材料は、図２に示されるよう
に雌型マンドレル上に堆積される。図２は、複数の雌型
マンドレル３２を有するアイソレーションフィクスチャ
（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｆｉｘｔｕｒｅ）３０の概略図
を示す。反応物３４はガスインジェクター３６から排出
部３８に向かって流れる。各マンドレル３２は、製造さ
れる実際の部品のネガ型の形状を有するように製造され
る。このコンフィグレーションにおいては、ＣＶＤプロ
セスによって、ドームの外表面がニアネットシェイプと
なるように製造される。このコンフィグレーションを成
功させるためには、マンドレルの熱膨張係数は好ましく
は堆積される材料の該係数よりも小さい。雌型のコンフ
ィグレーションは、マンドレルが反応物３４のフローお
よび対流４０中に突き出て、堆積領域中のフローパター
ンに影響することがないので、雄型のコンフィグレーシ
ョンよりも好ましい。該方法はアスペクト比（ＡＲ）＜
０．５のドームを製造するのに非常に有効である。該ア
スペクト比は、縦横比（ｆｉｎｅｎｅｓｓ ｒａｔｉ
ｏ）とも呼ばれており、ドームの直径に対するドームの
長さの比率で定義される。Ｔｈｅ Ｕ．Ｓ．Ａｉｒ Ｆ
ｏｒｃｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｎ Ａｐｒｉｌ２４−２
７，２０００、Ｇｏｅｌａ ｅｔ ａｌ．，による「Ｒ
ｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ Ｓ
ｕｒｆａｃｅｓ ｂｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」３１５ページ、２−３行を参
照。

【０００５】０．５以上のＡＲが望まれる場合には、上
記方法が、ＣＶＤプロセスによって硫化亜鉛のドームを
形成させるために使用されることができるが、上記方法
は満足できる品質のドームを生じさせない。これは次の
理由による。（１）ドームのベースに堆積される材料の
厚さが頂点におけるよりも厚く、雌型マンドレルにおけ
る開口の有効直径を低減させる。（２）ベースでのより
厚い堆積が、アイソレーションフィクスチャからの堆積
物の取り出しを困難にする。（３）堆積物の厚さが厚く
なる場合に、ドームの頂点に堆積される材料の品質が悪
くなる。以上のことから、高アスペクト比で高品質の成
形部品を堆積させるより良い方法が望まれている。Ｇｏ
ｅｌａからＣＶＤ社に譲渡された米国特許第６０４２７
５８号は、化学蒸着により、寸法的に高精度の物品を製
造する方法を開示する。該米国特許第６０４２７５８号
は高アスペクト比の物品を製造するのに、雌型マンドレ
ルが好ましいことを開示する（カラム４、ライン１−
２）。該米国特許第６０４２７５８号に開示される様な
比率は、物品の高さ（または長さ）に対する直径の比率
である（カラム４、ライン３−４）。２未満のアスペク
ト比を有する物品が望まれる場合には、雄型マンドレル
が好ましい（カラム４、ライン４−５）。アスペクト比
が直径に対する長さによって決定される場合には、該ア
スペクト比は０．５未満である。しかし、該米国特許第
６０４２７５８号特許は、上述のようなアスペクト比が
０．５より大きいドームの製造に関連する問題を取り扱
っていない。また、該米国特許第６０４２７５８号特許
は、高アスペクト比のドームを得るための蒸着チャンバ
ー内でのマンドレルの配置も開示していない。

【０００６】１９９９年４月５−９日および１９９９年
５月１１−１３日のＯｒｌａｎｄｏ、ＦＬでのＳＰＩＥ
会議で発表された、Ｇｏｅｌａ ｅｔ ａｌ．による文
献「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｆｏｒｍａ
ｌ ＺｎＳ Ｄｏｍｅｓ ｂｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」は、雄型マンドレル
を用いて製造された、ＺｎＳからなる高アスペクト比の
ドームを開示する。該文献はプロセス条件およびマンド
レルを構成する材料を開示するが、該文献は、蒸着チャ
ンバー内でのマンドレルの配置には触れていない。Ｇｏ
ｅｌａ ｅｔａｌ．によるさらに従前の文献である、第
７回ＤＯＤ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｗｉｎ
ｄｏｗ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ａｔ ＡＰＬ、Ｌａｕｒ
ｅｌ、ＭＤ、１９９８年５月５−７日、で開示された
「Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ＺｎＳ Ｏｐｔｉｃｓ」は、雄
型マンドレル上に製造された物品の使用を開示する。該
マンドレル上にＺｎＳを蒸着するためのプロセス条件が
開示されるが、蒸着チャンバー内でのマンドレルの配置
は開示されていない。

【０００７】図３は、衝突するフロー（ｉｍｐｉｎｇｉ
ｎｇ ｆｌｏｗ）による化学蒸着の概略図である。該衝
突するフローの概略図において、雄型および雌型マンド
レルの両方が使用されることができ、該ガスのフローは
ドームの軸線に平行である。ドームの平行な配置は可能
な堆積領域を低減させ、すなわち、堆積チャンバー内
に、より少ない数のマンドレルしか配置できなくなる。
ステージ内に複数のマンドレルを配置することで、堆積
領域を増加させることができる。しかし、これは、反応
物が消耗する効果のために、１のステージから次のステ
ージにわたり、堆積物の厚さをかなり低減させる。厚み
の変動が非常に大きいドームが製造される。また、製造
時間も長くなり、材料の収率も低減する。よって、この
方法はコスト効率が良くない。図３は、２−ステージ衝
突フローコンフィグレーションにおける、蒸着チャンバ
ー４４内でのアイソレーテッドフィクスチャ（ｉｓｏｌ
ａｔｅｄ ｆｉｘｔｕｒｅ）４６の上の雄型マンドレル
４２を示す。ガスフロー４８は複数回曲がりながら、１
のステージから他のステージへ移動しなければならな
い。そのような曲がりは、より速い速度で薬剤を枯渇さ
せ、ステージからステージへの厚さの不均一性を増大さ
せる。よって、高アスペクト比のドームを製造するため
の、向上されたマンドレルの配置を有する方法および装
置の必要性が存在している。

【０００８】マンドレル上での蒸着に関する他の問題
は、マンドレルから物品が取り出されるときの該物品の
クラッキングである。クラック（ｃｒａｃｋ）または割
れ目（ｆｌａｗ）は、化学蒸着の間に、物品中の構造上
の弱点に形成されることができる。そのような割れ目
は、一般的に、マンドレルのベースに形成される、ドー
ムのフランジ部分に沿っている。そのような割れ目は、
マンドレルからドームが取り出される場合に、該ドーム
のクラッキングをもたらす場合がある。堆積された物品
の損失は産業的にコスト高をもたらす場合がある。よっ
て、堆積された物品の望まれないクラッキングを妨げる
方法の必要性も存在している。

【０００９】本発明の第１の目的は、高アスペクト比の
ドームの形成を可能にする装置および方法を提供するこ
とである。本発明の他の目的は、雄型マンドレルを用い
た高アスペクト比のドームを製造する装置および方法を
提供することである。本発明のさらなる目的は、堆積物
がドームのベースにおけるよりも頂点においてより厚
い、高アスペクト比のドームを製造する方法を提供する
ことである。本発明のさらなる目的は、ドームがマンド
レルから取り出されるときに該ドームにクラックが生じ
ないような、高アスペクト比のドームを製造する方法を
提供することである。本発明の他の目的および利点は、
以下の記載および特許請求の範囲の記載により、当業者
に明らかとなるであろう。

【００１０】本発明は、雄型マンドレル上への化学蒸着
による、高アスペクト比のドームを製造する装置および
方法に関する。雄型マンドレルは、製造されるドームの
表面に対してネガ型であるコンフィグレーションを有す
る。マンドレルは、化学蒸着に好適な任意の炉の堆積チ
ャンバー内で、反応物ガスフローが直接に該マンドレル
上に衝突しないように配置される。マンドレルの配置
は、蒸着チャンバー内で、各マンドレルの軸線がガスの
フローに直交する態様である。マンドレルは、ガスフロ
ーが該マンドレル上に衝突しないように、任意の好適な
手段によって蒸着チャンバーに固定されることができ
る。マンドレルをチャンバーに固定する手段の１つは、
アイソレーションフィクスチャによるものである。アイ
ソレーションフィクスチャは、蒸着炉の残りの部分から
もマンドレルを隔離する。本発明の１態様においては、
蒸着チャンバーはアーチエレメント（ａｒｃｈ ｅｌｅ
ｍｅｎｔ）を有しており、該アーチエレメントはマンド
レルを、反応物フロー経路および対流経路に対して末端
位置で保持する。有利なことには、該装置および方法
は、堆積物の厚さがドームのベースにおけるよりもドー
ムの頂点においてより厚いような該ドームを生じさせ
る。ガスフローがマンドレル上に直接に衝突することを
可能にする場合には、ドームの厚さがより大きく変動す
ることが観察される。本発明は、マンドレル上での材料
の品質低下も妨げる。

【００１１】さらに、本発明の装置および方法は、ドー
ムのクラッキングの機会を低減させつつ、マンドレルか
らより容易にドームを取り出すことを可能にする。さら
に、衝突するフローのコンフィグレーションにおけるよ
りも、より少ないガスインジェクター（ｇａｓ ｉｎｊ
ｅｃｔｏｒ）を用いて、より多数のドームを製造するこ
とができる。本発明のマンドレルの配置は、ガスフロー
を妨げることをなくし、それにより、必要とされる反応
物の量およびガスインジェクターを低減させる。本発明
の装置および方法によって、高アスペクト比のものも製
造される。高アスペクト比のドームが非常に望まれる。
ミサイルおよび航空機に使用される高アスペクト比のド
ームは、実質的には薬剤を低減させる。また、高アスペ
クト比のドームがナビゲーション、ターゲッティングお
よびガイダンスシステムのための赤外線センサー上の窓
として使用される場合には、該ドームは、所望の標的領
域の良好なカバレッジを可能にする。本発明により製造
されたドームは、その最終的な形態へのさらなる機械加
工を要求せず、また必要とされる表面の滑らかさまたは
仕上げを提供するための最低限のバフ研磨（ｂｕｆｆｉ
ｎｇ）を必要としても良いし、または必要としなくても
よい。

【００１２】本発明の他の態様は、蒸着されたドームの
マンドレルからの取り出しを助けるエッジ付けされた手
段（ｅｄｇｅｄ ｍｅａｎｓ）である。エッジ付けされ
た手段は、蒸着の間、エッジ付けされた手段の部分がマ
ンドレルのベース部分に接触するようにマンドレルホル
ダーに固定される。有利なことには、エッジ付けされた
手段は、堆積された材料のベース部分にシーム（ｓｅａ
ｍ）を形成することを可能にする。該シームは、ドーム
がクラッキングすることなしに、マンドレルから堆積さ
れたドームを取り出すことを可能にする。好ましくは、
エッジ付けされた手段はリング形状のものであり、装置
のマンドレルホルダーに容易に固定されることができ
る。

【００１３】図１は、化学蒸着のための炉の部分の断面
概略図である。図２は、アイソレーションフィクスチャ
における複数の雌型マンドレルの概略を示す図である。
図３は、雄型マンドレル上にドームを製造するのに使用
される、２−ステージ衝突フローコンフィグレーション
の概略を示す図である。図４は、ガスフローが直接にマ
ンドレル上に衝突しないように、堆積チャンバーの壁上
にマウントされた複数の雄型マンドレルの概略を示す図
である。図５は、ガスがマンドレル上に衝突するのを妨
げるために、アーチエクステンションエレメント（ａｒ
ｃｈ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）を有する
堆積チャンバーの壁上にマウントされた複数の雄型マン
ドレルの概略を示す図である。図６は、アイソレーショ
ンフィクスチャ内での雄型マンドレルの側面図を示す。
図７は、蒸着されたドームをマンドレルから取り出すの
を助けるエッジ付けられたリングを配置した、アイソレ
ーションフィクスチャ内での雄型マンドレルの側面図を
示す。図７（ａ）は、マンドレルのフランジ上に配置さ
れ、マンドレルホルダーに固定されたエッジ付けされた
リングの拡大図を示す。図８は、マンドレル上に材料を
蒸着した後の、エッジ付けされたリングおよび該リング
により形成されたシームの拡大図を示す。図９は、堆積
されたドームのマンドレルからの取り出しを助けるのに
使用される、エッジ付けされたリングの断面図を示す。
図１０は、本発明の方法に従って製造された３つのＺｎ
Ｓドームの斜視図を示す。図１１は、本発明の方法によ
る高アスペクト比のドームを製造するのに使用されるチ
タンマンドレルの断面図を示す。図１２は、ドームの厚
さを示す断面図を含む、チタンマンドレル上に堆積され
た３つのＺｎＳドームの斜視図を示す。

【００１４】前駆物質が反応して所望の物質を生じさ
せ、基体上に堆積物を形成させるように、好適な基体の
存在下で化学的前駆物質を反応させて、化学蒸着された
固形物体が製造される。反応は、所望の厚さの堆積物を
形成させるのに充分な時間の間継続される。所望の厚さ
が堆積された後、反応は停止され、堆積物は基体から取
り出される。本発明は雄型マンドレルを利用し、化学蒸
着によって、好適な材料を該マンドレル上に堆積させる
ことにより、高アスペクト比のドームを形成させる。雄
型マンドレルは所望のドームの形状に対してネガ型のコ
ンフィグレーションを有する。マンドレルのベースはフ
ランジを有し、該フランジはベースの周囲と一緒になっ
ている。マンドレルが蒸着オーブン内の化学蒸着チャン
バー内に配置される場合に、化学反応物のフローが該マ
ンドレルに衝突しないように、該マンドレルはアイソレ
ーションフィクスチャ手段に固定される。好ましくは、
各マンドレルの軸線が堆積チャンバー内の反応物のフロ
ーと直交するように、該マンドレルは配置される。１態
様においては、アイソレーションフィクスチャはバック
サポート（ｂａｃｋ ｓｕｐｐｏｒｔ）手段を有してお
り、該手段はマンドレルのベースに接触し、支持する。
バックサポート手段は、マンドレルホルダー（ｍａｎｄ
ｒｅｌ ｈｏｌｄｅｒ）連結手段によって、マンドレル
ホルダーと結合する。マンドレルホルダーは、マンドレ
ルのフランジで該マンドレルと接触し、該マンドレルを
バックサポート手段に固定する。マンドレルホルダー
は、マンドレルホルダーとバックサポート手段とを蒸着
チャンバーに固定するための、蒸着チャンバー固定手段
と結合する。アイソレーションフィクスチャを堆積チャ
ンバーに連結させる手段は、堆積チャンバーと一体とな
った部分、または該チャンバーに連結されることができ
る分離構造であることができる。アイソレーションフィ
クスチャは、各マンドレルの軸線が反応物のフローから
少なくとも１ｍｍであるように、堆積チャンバー内に配
置される。好ましくは、マンドレルの軸線は、反応物の
フローから約１ｍｍ〜約２０ｍｍである。堆積チャンバ
ーは任意の好適な手段によって炉内に固定されることが
できる。チャンバーは炉内にボルト付けされることがで
きるか、またはチャンバーは炉内にフリーに配置される
ことができる。

【００１５】マンドレルを、反応物のフローが該マンド
レル上に衝突しないような位置に固定することに加え
て、アイソレーションフィクスチャが、マンドレル上に
堆積された材料の堆積チャンバーからの適切な取り出し
を確実にする。堆積の間、堆積チャンバーおよび炉の内
側の大部分が堆積材料によって覆われる。炉および堆積
チャンバーの部分の上の堆積材料に形成されたクラック
が、マンドレル上の堆積材料上へ伸びて続く場合があ
る。アイソレーションフィクスチャは、マンドレル上の
堆積材料を、チャンバーおよび炉の上に堆積された材料
中に形成されるクラックから隔離する。よって、アイソ
レーションフィクスチャはドームの収率を向上させる。

【００１６】図４は、本発明の範囲内の装置の概略図を
示す。図４は、堆積チャンバー５２の２つのサイド（ｓ
ｉｄｅ）に沿って固定された、複数の雄型マンドレル５
４を示す。化学反応物５６はガス形態でソース（図示せ
ず）から、堆積チャンバー内側５８を通って、マンドレ
ル５４に衝突することなく、排出ポート６０に流れる。
反応物を含む対流６２も、マンドレル上に衝突すること
なく、該マンドレルの上方を通過する。蒸着チャンバー
内の化学反応物はマンドレルの表面上に拡散し、ドーム
のベースにおけるよりも、ドームの頂点に向かってより
厚くなるような該ドームを形成する。図５は、本発明の
別の態様を示す。堆積チャンバー６４は、アイソレーシ
ョンフィクスチャ６８に連結されたアーチエレメント６
６を有し、マンドレル７０を反応物のフロー経路７２お
よび対流経路７４の外側に保持する。マンドレル７０は
ボルト７３によってアイソレーションフィクスチャ６８
に固定される。アーチエレメントは任意の好適な方法で
堆積チャンバーに連結される。アーチエレメントはチャ
ンバーと一体となったものであってもよい。図５におけ
るアーチエレメント６６はボルト７１によって堆積チャ
ンバー６４と一緒になっている。アーチエレメントは円
弧のアングル（ａｎｇｌｅ）７６を有し、マンドレルを
堆積チャンバー内での反応物のフローおよび対流から離
れた位置に保持する。円弧のアングル７６は約３０°〜
約１００°の範囲であることができ、好ましくは約４５
°〜約９０°である。

【００１７】図６および７は、図５に示されるものより
もより手の込んだ、アイソレーションフィクスチャに固
定された雄型マンドレルを示す。マンドレルホルダー８
２および１０６は、ボルト８４および９８を有してお
り、マンドレルホルダーバックプレート８６および１０
０を該マンドレルホルダー８２および１０６に固定す
る。マンドレルホルダーバックプレート８６および１０
０は、アイソレーションフィクスチャ内のマンドレルの
ベース８５および１０１を支持する。ボルト８８および
１０２は、マンドレルホルダー８２および１０６を、プ
レート９０および１０４に固定する。ボルト８８および
１０２はマンドレルホルダーフランジ９１および１０３
をそれぞれ貫通する。プレート９０および１０４は、こ
れら堆積チャンバーのそれぞれのサイドに隣接する（図
示せず）。プレート９０および１０４はアイソレーショ
ンフィクスチャとマンドレルを堆積チャンバーに固定す
る。マンドレルホルダー８２および１０６のフランジ９
２および１０８は、マンドレル７８および９６のフラン
ジ９３および１０９と接触し、さらに該マンドレルを該
アイソレーションフィクスチャに固定する。マンドレル
７８の軸線９４およびマンドレル９６の軸線１１０は、
それぞれ、堆積チャンバー内の反応物のフローと直交す
るように配置される。図７は、図６のアイソレーション
フィクスチャに含まれていない追加の構造を示す。図７
は、マンドレルホルダーフランジ１０８に固定され、フ
ランジ１０９と接触している、エッジ付けされたリング
１１２を示す。エッジ付けされたリングは、堆積された
ドームのマンドレルからの取り出しを容易にする。エッ
ジ付けされたリングの構造および機能の詳細は後述され
る。マンドレルを堆積チャンバーに固定する手段は、図
５、６および７に示される装置に限定されるものではな
い。マンドレルは、該マンドレル上にガス反応物が衝突
しない限りは、任意の好適な手段によって、炉の化学蒸
着チャンバー内に配置されることができる。

【００１８】本発明の真空堆積チャンバー炉は真空ハウ
ジング（ｖａｃｕｕｍ ｈｏｕｓｉｎｇ）を有する。ハ
ウジングは複数のサイドから成ることができるか、また
はハウジングは円筒状であることができる。第１の加熱
手段を有するレトルト（ｒｅｔｏｒｔ）が炉のベースに
配置される。レトルトは溶融反応物を保持する。炉のベ
ースはガス反応物および不活性ガスキャリアの両方を堆
積チャンバー内に生じさせるためのガスソースも有す
る。ハウジングのトップは排出ポートを有する覆いを有
する。堆積チャンバーは、堆積チャンバー入口ポートが
レトルトおよびガスソースと流体連絡（ｆｌｕｉｄ ｃ
ｏｎｔａｃｔ）するように炉内に配置される。入口ポー
トの反対側は、炉の排出ポートと連絡した堆積チャンバ
ー排出ポートである。未反応の材料は排出ポートを通っ
てチャンバーの外に出る。

【００１９】本発明の範囲内のものである、ドームの製
造をするための炉が図１に図示される。炉１０は鉛直方
向に伸びた、水冷ステンレス鋼真空チャンバーハウジン
グ１２で囲まれる。亜鉛をはじめとする溶融反応物１５
を含むグラファイトレトルト１４が、抵抗および／また
は放射発熱体をはじめとする第１の加熱手段を伴って、
チャンバー１２のボトム付近に提供される。長方形のア
イソレーションフィクスチャ１６が、その内部がレトル
トと流体連絡した、該レトルト１４の上方に配置され
る。アイソレーションフィクスチャ１６は複数の雄型マ
ンドレルを有し、該各マンドレルは反応物の経路の外に
あり、該各マンドレルの軸線は該経路と直交している
（図示しない）。各マンドレルはボルト１７でアイソレ
ーションフィクスチャにボルト付けされる。図１の態様
におけるアイソレーションフィクスチャ１６は堆積チャ
ンバーとしても機能する。マンドレルを加熱することが
できる第２の加熱手段１８が、その外部の周りに提供さ
れる。ガスインジェクター２０は、硫化水素とはじめと
するガス反応物、および不活性ガスを体積チャンバーの
内側下部に提供する。ハウジング１２のトップにあるガ
ス排出口２２は、操作上は、濾過システム（図示せず）
に連結されて微粒子を除去し、次いで、真空ポンプをは
じめとする真空のソース（図示せず）に、そして最終的
にスクラバー（図示せず）に連結されて、未反応の硫化
水素および任意の他の毒性生成物を除去する。堆積チャ
ンバーの温度は、その外表面でチャンバーに接触した熱
電対２４によって測定される。レトルト内の溶融物質の
温度は２つの熱電対、すなわち、該レトルトの上部の壁
面（溶融物質のレベルより上／付近）に接触した第１の
熱電対２６、および該レトルトの底部の壁面（溶融物質
のレベルより下）に伸びた他方の熱電対２８によって測
定される。

【００２０】操作においては、堆積チャンバーには高温
が適用され、炉内の圧力は低減される。第１の温度にお
いてレトルト１４内で気化された溶融物質は、それらが
アイソレーションフィクスチャ１６に入るように、注入
されたガス反応物およびキャリアガスと混合される。混
合されたガスは堆積チャンバーの内側を通って流れ、チ
ャンバーおよびマンドレルの加熱された内側表面に接触
する。チャンバーおよびマンドレルは第２の温度または
基体温度に加熱され、反応物を反応させ、マンドレル表
面上に堆積させる。キャリアガスおよび任意のガス性ま
たは伴出される反応生成物が、ガス排出口２２でチャン
バーから除かれ、濾過およびスクラビング系を通って処
理される。プロセスを開始した後は、マンドレル上に生
成物が所望の厚さに堆積されるまで該プロセスが続けら
れる。プロセスの所要時間は１５時間より長く、１１０
０時間までかかる場合があり、より多くの場合は１００
〜６００時間かかる。所望の厚さが達成された場合に
は、ガスインジェクター２０からのガスフローが停止さ
れる。第１の加熱手段は弱められ、第２の加熱手段１８
は停止される。炉内の圧力は周囲圧に戻され、チャンバ
ーハウジング１２は解放され、マンドレルが取り出され
る。マンドレル上に堆積されたドームはそこから取り出
され、必要ならば、内側表面上を機械加工し、研磨し
て、所望の寸法のドームを生じさせる。好ましくは、内
表面は約１０〜約２００オングストロームの粗度（ｒｏ
ｕｇｈｎｅｓｓ）に低減される。

【００２１】基体またはマンドレルの製造は本発明のプ
ロセスにおいて重要である。マンドレルは、ＣＶＤプロ
セスの高温および腐食性の環境に耐え得る材料から造ら
れるのが好ましい。マンドレルの材料は、好ましくは、
堆積される物質に対して不活性であり、適切な熱膨張係
数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌｅ
ｘｐａｎｓｉｏｎ；ＣＴＥ）を有しており、耐久性があ
り、必要とされる大きさ、形状、および仕上げまたはイ
ンタレスト（ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の程度で製造されるこ
とができるものである。マンドレルの材料が堆積物と同
じＣＴＥを有する場合には、マンドレルの形状における
ＣＴＥの補正が不要である。レプリカからのマンドレル
の取り出しは、マンドレルのＣＴＥが堆積材料のＣＴＥ
よりもわずかに大きいような、雄型マンドレルを提供す
ることによって助けられる。該マンドレルは縮んで堆積
物から離れる。

【００２２】ほとんどの適用についてのマンドレルの材
料は、複製される堆積物と同じ材料である。理想的な材
料のマンドレル上へのそのような堆積物は、該マンドレ
ルから取り出されるのが困難であるか、または不可能で
ある。リリースコーティング（ｒｅｌｅａｓｅ ｃｏａ
ｔｉｎｇ）がマンドレルに適用され、該コーティングは
堆積物をマンドレルから容易に取り出すことを可能にす
る。リリースコーティングは、好ましくは、（ａ）ＣＶ
Ｄプロセスの高温および腐食性の環境に耐え、（ｂ）マ
ンドレルの形状および仕上げを変更することができる応
力が最小限であり、（ｃ）複製されるマンドレル表面を
完全に覆い、ピンホールがなく、（ｄ）下に位置するマ
ンドレル表面の形状および仕上げを実質的に維持するこ
とができ、さらに（ｅ）複製された物品よりもマンドレ
ルに対してより強く結合するものである。これらの特性
の最も良い組み合わせは、マンドレル／堆積材料とは、
周期表の異なる族から選択される少なくとも１種の元素
から形成されるコーティング物質中に見出される。例え
ば、マンドレルおよび複製物品が、周期表の第２族およ
び第６族からの元素の化合物である硫化亜鉛で製造され
る場合には、コーティング特性の好ましい組み合わせ、
特にリリース特性が認められるのは、第２族および第６
族とは異なる周期表の族から選択される元素を少なくと
も１種有する材料である。金属類および酸化物類が、リ
リースコーティング材料としての使用に特に好適である
と考えられている。リリースコーティングは、複製され
るべき表面を転化させる、薄いコーティングとして適用
される。該コーティングは約２０ミクロンまでの厚さで
あることができ、好ましくは、約１５００〜約３５００
オングストロームの厚さである。コーティングを貫通す
るピンホールを避けるように用いられることに注意すべ
きである。該コーティングを２層で適用することは、コ
ーティングを貫通するピンホールの潜在性を低減させ
る。数種類のコーティング、特に、金属コーティングの
機能は、被覆されたマンドレルをアニーリングすること
によって向上されることができる。

【００２３】本発明を実行するためのマンドレルに好適
な材料としては、アルミナコートされた（ａｌｕｍｉｎ
ａ ｃｏａｔｅｄ）硫化亜鉛、タンタル、チタン、白
金、酸化アルミニウム（アルミナおよびサファイアの両
方）、セレン化亜鉛、グラファイト等が挙げられるがこ
れらに限定されるものではない。好ましいマンドレルの
材料は、アルミナとＺｎＳ、タンタルとチタン、および
アルミナとチタンの合金である。タンタルは、硫化亜鉛
堆積物の場合に使用するリリースコーティング材料でも
ある。硫化亜鉛の場合に使用する、種々のマンドレルお
よびコーティング材料は、セレン化亜鉛およびシリコン
カーバイドの高精度の複製のためにも機能する。本発明
のプロセスにおいて使用されるマンドレルは、高程度の
仕上げとなるまで研磨されることができ、高精度のレプ
リカを製造するために再使用されることができ、それに
より、要求される形状および仕上げの物品を提供するた
めに必要な機械加工を顕著に低減させる。グラファイト
は、ニアネットシェイプ物品の製造のための好適な基体
材料であるが、比較的ポーラスであり、高程度の形状お
よび仕上げとなるまで研磨されることができない。この
特性は、レプリカ表面上の汚染物質を残すという性質に
加えて、グラファイトを、ニアネットシェイプまたはよ
り粗い（ｃｏａｒｓｅｒ）物品の製造に適用するのを制
限する。マンドレルの表面平滑度は、使用される材料に
応じて、約４〜約１００オングストロームＲＭＳの範囲
であることができる。例えば、タンタルマンドレル上の
表面平滑度は約５〜６オングストロームＲＭＳの範囲で
あり、ＺｎＳは約２４〜４１オングストロームＲＭＳで
あり、チタンは約３３〜９０オングストロームＲＭＳで
ある。

【００２４】本発明の他の態様は、堆積されたドームの
マンドレルからの取り出しを助けるためのエッジ付けさ
れた手段である。該エッジ付けされた手段は、蒸着の前
に、マンドレルのフランジ上に配置される。材料がマン
ドレル上に堆積されるにつれて、マンドレルのフランジ
と接触した該エッジ付けされた手段が材料で覆われる。
堆積された材料内で、該エッジ付けされた手段のエッジ
に沿って、シームが形成される。シームは、ドームが破
壊されることなく、マンドレルから容易に除去されるこ
とができるように、ドームのフランジに沿った割れ目
（ｆｒａｃｔｕｒｅ）のラインを生じさせる。エッジ付
けされた手段は、ドームのフランジ内にシームを生じさ
せる限りは、任意の好適な形状であることができる。好
ましくは、エッジ付けされた手段は、マンドレルのフラ
ンジ上に位置するためのベース（ｂａｓｅ）を有するリ
ングである。該ベースは、ナイフ様（ｋｎｉｆｅ−ｌｉ
ｋｅ）エッジを有するトップでサイドターミネーティン
グ（ｓｉｄｅ ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ）と接触してい
る。

【００２５】図７は、エッジ付けされた手段が追加され
ていることを除いて、図６におけるものと同じアイソレ
ーションフィクスチャ上のマンドレルを示す。エッジ付
けされた手段はリング１１２の形状であり、マンドレル
９６のフランジ１０９上に配置され、マンドレルホルダ
ーフランジ１０８と接触することによって側面で固定さ
れている。図７（ａ）は、マンドレル９６のフランジ１
０９に固定された、エッジ付けされたリング１１２の拡
大図を示す。該リングのナイフ様エッジ１１６は上方で
あってフランジ１０９の反対側を向いている。図８に示
されるように、堆積材料１２２がマンドレル９６の表面
を覆う場合に、該堆積材料内で、ナイフ様エッジ１１６
において、シーム１２４が形成される。有利なことに、
エッジ１１６によって堆積物１２２内に形成されたシー
ム１２４は、ドームがマンドレル９６から取り出される
場合に、クラッキングからドームを保護する。

【００２６】図９は、ナイフエッジ１１６を有するリン
グ１１２の断面を示し、該リングは壁１２８、トップ１
２６およびベース１２７を有する。ナイフエッジ１１６
は、リング１１２の全体のトップ１２６を囲む。該エッ
ジ付けされた手段の大きさおよび直径は、使用されるマ
ンドレルおよびマンドレルホルダーの大きさに応じて変
化することができる。リングの直径は、約５０〜約１０
０ｃｍの範囲であることができる。リングの厚さは約
０．１〜約５ｍｍの範囲であることができる。リング表
面については、ナイフエッジのアングルは約３０〜約９
０°であることができる。エッジ付けされた手段は、化
学蒸着の条件に適合する、任意の好適な材料から製造さ
れることができる。そのような材料の例としては、タン
タル、チタン、白金、アルミニウム、ステンレス鋼等が
挙げられる。好ましくは、エッジ付けされた手段はタン
タルまたはチタンから成る。本発明の方法は、約０．１
以上のアスペクト比のドームを生じさせる。好ましく
は、アスペクト比は０．５より大きい。アスペクト比
（ＡＲ）はドームの直径に対するドームの長さの比率と
して定義される。上述のように、堆積チャンバー内での
ガス状反応物のフローは、雄型マンドレルの軸線に対し
て直交するように流れ、該マンドレル上にドームを形成
する。本発明の範囲内のドームを得るためには、ガス状
反応物のフローはマンドレル上に衝突することができな
い。ガス状反応物は、ドームの厚さがベースにおけるよ
りも頂点に向かって大きくなるように、マンドレルの表
面上に拡散する。ドームの厚さは、ドーム頂点におい
て、約０．７５ｃｍ〜約２．５ｃｍの範囲の厚さであ
る。最も薄いところである、ドームのベースでは、約
０．５ｃｍ〜約１．２５ｃｍである。そのようなドーム
の構造は、マンドレルからドームを取り出す場合に、よ
り壊れにくい。よって、より耐久性のあるドームが製造
され、ドームの製造効率が向上する。好ましいＣＶＤ材
料、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅおよびＳｉＣは、リリー
スコーティングがその上に適用された雄型マンドレル上
に堆積される。窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ダイア
モンドおよびケイ素をはじめとする、他の好適な堆積材
料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

【００２７】本発明の方法の反応条件としては、約５０
０〜約１５００℃の炉の温度を使用する。溶融金属を含
むレトルトの温度範囲は約５００〜約１０００℃であ
る。炉の圧力の範囲は約１０〜約８０トルである。ガス
反応物の流速は約５ｓｌｐｍ〜約８０ｓｌｐｍの範囲で
ある。具体的な条件は、使用される反応物に応じて上述
の範囲で変化する。本発明を実行するのに使用される反
応物はガス状の形態であり、炉および堆積チャンバー内
の条件はガスを生じさせるような条件である。さらに、
ガス状反応物類は一緒に反応し、不活性ガス媒体中で堆
積チャンバーを通って移送される。任意の好適な不活性
ガスが本発明を実行するのに使用されることができる。
好適なガスとしては、アルゴン、ヘリウム、クリプト
ン、キセノンなどが挙げられるがこれらに限定されるも
のではない。例えば、ＺｎＳドームを製造するための具
体的な条件は、炉の温度が約６７０℃〜７４０℃の範囲
である。炉内の圧力は約１０〜約６０トルであることが
でき、Ｚｎ蒸気を生じさせるレトルトの温度は、約６０
０〜約６５０℃である。硫黄のソースは好ましくは硫化
水素ガスであり、不活性ガスとして、好ましくはアルゴ
ンが使用される。堆積が完了した後、堆積物はマンドレ
ルから取り出され、フリースタンディングドームを生じ
させる。ドームは、その内表面を機械研磨され、所望の
寸法に仕上げられたドームを製造することができる。

【００２８】実施例１ 約０．８のアスペクト比を有するニアネットシェイプＺ
ｎＳドームが、本発明の装置および方法を使用して製造
された。該ＺｎＳは、以下のＣＶＤプロセスを用いて、
マンドレル上に堆積された。高アスペクト比ＺｎＳドー
ムを製造するために使用された真空炉は図１に示され
る。真空炉は、グラファイト発熱体を用いて抵抗によっ
て加熱される、水冷円筒形ステンレス鋼チャンバーから
構成された。炉の底部には亜鉛が入れられたグラファイ
トレトルトが配置された。該レトルトは約６００〜６５
０℃の温度に加熱され、約１０トルの圧力で、亜鉛の蒸
気を生じさせた。亜鉛の蒸気はキャリアガスとしてのア
ルゴンを用いて堆積領域に運ばれた。硫化水素が、中心
部にあるインジェクターによって堆積領域に導入され
た。６つの雄型マンドレル上に拡散することにより、硫
化亜鉛が堆積された。該マンドレルは、その軸線が反応
物のフローと直交するように配置された。反応物のフロ
ーはマンドレル上に衝突しなかった。３つのマンドレル
はチタンで造られており、他の３つはグラファイトから
造られた。高アスペクト比のドームを形成するための該
マンドレルは、図６および７に示される様に、チャンバ
ーの内壁上にマウントされた。３つのグラファイトマン
ドレルの全てが、チタンリングなしで図６のようにマウ
ントされた。チタンマンドレルの１つは、図７に示され
るようにチタンリングと共にマウントされ、他の２つは
図６のようにマウントされた。真空炉における堆積領域
を最大化するので、直方体の堆積チャンバーが使用され
た。ドーム状製造物の直径がチャンバーの幅の狭いサイ
ドの幅より小さかったので、マンドレルは、該直方体の
チャンバーの幅の狭いサイドにマウントされた。そうで
なければ、該マンドレルは、該チャンバーの幅の広いサ
イドにマウントされたであろう。

【００２９】堆積プロセス中の炉の温度は約６９０℃で
あった。硫化水素／Ｚｎのモル比は約０．７７５であっ
た。硫化水素の流速は約９．３ｓｌｐｍであった。アル
ゴンの流速は運転時間の２５％については約６０ｓｌｐ
ｍで、運転時間の次の２５％においては、一次的（線形
的）に約２０ｓｌｐｍまで低下され、次いで運転時間の
残りにおいて、流速は一定に維持された。ＺｎＳの堆積
は約１８９時間後に終了された。蒸着が終了した後、ド
ームの品質が検査された。チタンマンドレル上に堆積さ
れた３つのドームは、それぞれのマンドレルから、クラ
ックを生じることなく取り出された。チタンリングを有
するマンドレル上に蒸着されたドームは、容易にフィク
スチャから取り出された。これに対して、リングのない
フィクスチャ上に堆積されたドームは取り出すのが困難
であった。よって、フィクスチャ上でのリング構造物の
使用は、方法を改良させるものである。図１０は３つの
チタンマンドレル上に製造されたドームを示す写真の白
黒コピーである。堆積されたＺｎＳ表面が認められる。
これらのドームの内表面はニアネットシェイプである。
ドームは内表面が機械加工され、研磨され、所望の寸法
の仕上げられたドームを生じさせた。グラファイトマン
ドレル上の３つのドームにはクラックが発生していた。
該クラッキングは、グラファイトとＺｎＳの間での熱膨
張の不適合による応力によって生じたものである。

【００３０】実施例２ 本発明の化学蒸着法が使用され、直径約５．４ｃｍで長
さ約４．４ｃｍ〜直径約１７．３０ｃｍで長さ約１４．
０６ｃｍのＺｎＳドームを製造した。チタンマンドレル
が使用され、ＺｎＳドームを製造した。図１１は、使用
されたチタンマンドレル１３８の概略図を示す。該ドー
ムの内表面はニアネット表面で製造されたので、該マン
ドレル１４０の外表面は、該ドームの内表面に近似して
いるがわずかに小さく製造された。そのような構造は、
該ドームの表面の機械加工および研磨を可能にする。該
ドームの内側寸法は、直径約１６．２６ｃｍで、長さ約
１３．９２ｃｍであった。チタンマンドレルは、重量を
低減させるための中空スペース１４２を有していた。堆
積領域内のグラファイト製アイソレーションフィクスチ
ャ上にマウントするために、支持柱１４８の中心に、ね
じ穴１４４が提供された。支持柱１４８はマンドレルの
頂点１５０と一致していた。小さなフランジ１５２がマ
ンドレルのベースに提供され、曲面から平面へのドーム
輪郭の滑らかな移行を可能にした。

【００３１】図５は、大きなＺｎＳドームを製造したＣ
ＶＤ堆積領域の概略図を示す。堆積チャンバー６４は、
アーチエクステンションエレメント６６を用いてサイド
上に伸ばされた。グラファイト製アイソレーションフィ
クスチャ６８が、ボルト７１を用いて、アーチエクステ
ンションエレメント６６に取り付けられた。それぞれの
マンドレル７０はグラファイト製アイソレーションフィ
クスチャ６８上に、ボルト７３を用いてマウントされ
た。上述の実施例１において使用された、エッジ付けさ
れた形のリングは使用されなかった。アーチエクステン
ションエレメント６６は、マンドレルを、堆積ガスの直
接のフロー７２および対流のフロー７４の外に保持し
た。そのような装置は、ガスのフローがマンドレルの表
面上に衝突するのを妨げた。堆積材料は、拡散によって
マンドレル上に堆積し、ＺｎＳのドームを形成した。該
ドームは、そのベースにおけるよりも頂点に向かってよ
り厚かった。プロセスの条件は、ＺｎＳの堆積が１９０
時間行われたことを除いて、蒸気実施例１に開示された
のと同じであった。マンドレルからのドームの取り出し
を助けるためのチタンリングが使用されなかったので、
１つのドームにクラックが生じていた。他の製造された
ドームは、そのベースにチタンリングを用いた。図１２
は、製造された３つのドームの写真であり、マンドレル
から取り出すときにクラックが生じたドームを含む。ワ
ンピースのものとして得られた２つのドームは機械加工
され、研磨されて、要求される寸法のドームを生じさせ
た。ＺｎＳドームは、アスペクト比約０．８、ドーム直
径約１７．３０ｃｍ×約１４．０６ｃｍを有していた。
第３のドームは真ん中で割れており、該ドームは、本発
明の方法により製造されるものが、ベースの厚さに比べ
て上方のドーム領域がより厚いことを示す。上述の実施
例は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を限定
するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、化学蒸着のための炉の部分の断面概
略図である。

【図２】 図２は、アイソレーションフィクスチャにお
ける複数の雌型マンドレルの概略を示す図である。

【図３】 図３は、雄型マンドレル上にドームを製造す
るのに使用される、２−ステージ衝突フローコンフィグ
レーションの概略を示す図である。

【図４】 図４は、ガスフローが直接にマンドレル上に
衝突しないように、堆積チャンバーの壁上にマウントさ
れた複数の雄型マンドレルの概略を示す図である。

【図５】 図５は、ガスがマンドレル上に衝突するのを
妨げるために、アーチエクステンションエレメントを有
する堆積チャンバーの壁上にマウントされた複数の雄型
マンドレルの概略を示す図である。

【図６】 図６は、アイソレーションフィクスチャ内で
の雄型マンドレルの側面図を示す。

【図７】 図７は、蒸着されたドームをマンドレルから
取り出すのを助けるエッジ付けられたリングを配置し
た、アイソレーションフィクスチャ内での雄型マンドレ
ルの側面図を示す。図７（ａ）は、マンドレルのフラン
ジ上に配置され、マンドレルホルダーに固定されたエッ
ジ付けされたリングの拡大図を示す。

【図８】 図８は、マンドレル上に材料を蒸着した後
の、エッジ付けされたリングおよび該リングにより形成
されたシームの拡大図を示す。

【図９】 図９は、堆積されたドームのマンドレルから
の取り出しを助けるのに使用される、エッジ付けされた
リングの断面図を示す。

【図１０】 図１０は、本発明の方法に従って製造され
た３つのＺｎＳドームの斜視図を示す。

【図１１】 図１１は、本発明の方法による高アスペク
ト比のドームを製造するのに使用されるチタンマンドレ
ルの断面図を示す。

【図１２】 図１２は、ドームの厚さを示す断面図を含
む、チタンマンドレル上に堆積された３つのＺｎＳドー
ムの斜視図を示す。

【符号の説明】

１０ 炉 １２ チャンバーハウジング １４ レトルト １５ 溶融反応物 １６ アイソレーションフィクスチャ １７ ボルト １８ 第２の加熱手段 ２０ ガスインジェクター ２２ ガス排出口 ２４ 熱電対 ２６ 第１の熱電対 ２８ 他方の熱電対 ３０ アイソレーションフィクスチャ ３２ 雌型マンドレル ３４ 反応物 ３６ ガスインジェクター ３８ 排出部 ４０ 対流 ４２ 雄型マンドレル ４４ 蒸着チャンバー ４６ アイソレーテッドフィクスチャ ４８ ガスフロー ５２ 堆積チャンバー ５４ 雄型マンドレル ５６ 化学反応物 ５８ 堆積チャンバー内側 ６０ 排出ポート ６２ 対流 ６４ 堆積チャンバー ６６ アーチエレメント ６８ アイソレーションフィクスチャ ７０ マンドレル ７１ ボルト ７２ 反応物のフロー経路 ７３ ボルト ７４ 対流経路 ７６ アングル ７８、９６ マンドレル ８２、１０６ マンドレルホルダー ８４、９８ ボルト ８５、１０１ マンドレルのベース ８６、１００ マンドレルホルダーバックプレート ８８、１０２ ボルト ９０、１０４ プレート ９１、１０３ マンドレルホルダーフランジ ９２、１０８ マンドレルホルダーフランジ ９３、１０９ マンドレルのフランジ ９４、１１０ 軸線 １１２ エッジ付けされたリング １１６ ナイフ様エッジ １２２ 堆積材料 １２４ シーム １２６ トップ １２７ ベース １２８ 壁 １３８ チタンマンドレル １４０ マンドレル １４２ 中空スペース １４４ ねじ穴 １４８ 支持柱 １５０ 頂点 １５２ 小さなフランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596156668 455 Ｆｏｒｅｓｔ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｍａ ｒｌｂｏｒｏｕｇｈ，ＭＡ 01752 Ｕ. Ｓ．Ａ (72)発明者 ズラトコ・サリベゴビック アメリカ合衆国ルイジアナ州70563，ニュ ー・イベリア，ル・ベル・ビラ・2108 Ｆターム(参考） 4K030 BA01 BA17 BA18 BA35 BA37 BA50 CA11 EA03 JA01 JA09 JA10 KA23

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のサイド、単一のベースおよび単一
   のトップを有する蒸着チャンバーであって、該ベースは
   反応物ソースからの化学反応物のフローを受け取るため
   の反応物ポートを有し、該トップは未反応の反応物を除
   くための排出ポートを有し、該蒸着チャンバー内での該
   化学反応物のフローが少なくとも１つの雄型マンドレル
   に衝突しないように、該少なくとも１つの雄型マンドレ
   ルが、該蒸着チャンバーの複数のサイドの１つに結合さ
   れている、前記蒸着チャンバーを含む化学蒸着されたド
   ームの製造装置。
2. 【請求項２】 装置を操作する間、少なくとも１つのマ
   ンドレルの軸線が反応物のフローと直交するように、該
   少なくとも１つのマンドレルが蒸着チャンバーの複数の
   サイド上に配置されている、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 少なくとも１つのマンドレルを該マンド
   レルの底部で囲む、エッジ付けされたリングをさらに含
   み、該エッジ付けされたリングが、化学堆積後に該マン
   ドレル上に堆積されたドームを取り出すのを助ける、請
   求項１記載の装置。
4. 【請求項４】 アイソレーションフィクスチャをさらに
   含み、該アイソレーションフィクスチャは、蒸着チャン
   バーの操作の間、反応物のフローをマンドレル上に衝突
   させないように、該少なくとも１つのマンドレルを蒸着
   チャンバーの複数のサイドの１つのサイド上で支持し、
   該アイソレーションフィクスチャは堆積チャンバー結合
   手段によって該１つのサイドに固定され、さらに該少な
   くとも１つのマンドレルはアイソレーションフィクスチ
   ャ結合手段によってアイソレーションフィクスチャに固
   定される請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 アイソレーションフィクスチャ結合手段
   が、マンドレルを該アイソレーションフィクスチャに接
   合させるボルトである請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 アイソレーションフィクスチャがマンド
   レルを蒸着チャンバー内であって化学反応物流路の外に
   配置するように、堆積チャンバー結合手段がアーチ構造
   を有する請求項４記載の装置。
7. 【請求項７】 アーチが約３０°〜約１００°の角度の
   円弧を有する請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 少なくとも１つのマンドレルを蒸着チャ
   ンバーの１つのサイドに固定するアイソレーションフィ
   クスチャであって、該アイソレーションフィクスチャは
   該マンドレルの底部に隣接する支持手段、該マンドレル
   のフランジ上の第１の点に隣接する第１のマンドレルホ
   ルダー、該フランジは該マンドレルの底部を取り囲み、
   該第１のマンドレルホルダーの反対側にあって該フラン
   ジの第２の点に隣接する第２のマンドレルホルダーを有
   し、該第１のマンドレルホルダーは第１のベースプレー
   ト結合手段によってベースプレートの第１の端部に接合
   し、該第２のマンドレルホルダーは第２のベースプレー
   ト結合手段によってベースプレートの第２の端部に接合
   し、該第１のマンドレルホルダーは、第１のベースプレ
   ート結合手段の末端で、第１の堆積チャンバー結合手段
   によって蒸着チャンバーに接合され、該第２のマンドレ
   ルホルダーは、第２のベースプレート結合手段の末端
   で、第２の堆積チャンバー結合手段によって蒸着チャン
   バーに接合され、該マンドレルを蒸着チャンバーの１つ
   のサイドに固定する、前記アイソレーションフィクスチ
   ャをさらに含む請求項１記載の装置。
9. 【請求項９】 第１および第２のマンドレルホルダー
   が、これらそれぞれのマンドレルホルダーと接触する第
   １および第２のマンドレルホルダーフランジを有し、該
   マンドレルホルダーフランジが該マンドレルのフランジ
   の第１の点および第２の点のそれぞれで接触し、マンド
   レルを支持手段に固定する、請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 第１のマンドレルホルダーフランジお
    よび第２のマンドレルホルダーフランジに固定され、マ
    ンドレルのフランジの周囲部に存在するエッジ付けされ
    た手段であって、該エッジ付けされた手段は該マンドレ
    ル上に堆積された堆積物質にシームを形成させ、該マン
    ドレルからの堆積されたドームの取り出しを助ける、前
    記エッジ付けされた手段を有する請求項８記載の装置。
11. 【請求項１１】 エッジ付けされた手段が、壁と連続し
    た支持ベースを有し、エッジを有するトップで末端形成
    されたリングである請求項１０記載の装置。
12. 【請求項１２】 エッジが、約３０〜約９０°の角度を
    有するナイフエッジである請求項１１記載の装置。
13. 【請求項１３】 リングが約５０ｃｍ〜約１００ｃｍの
    直径を有する請求項１１記載の装置。
14. 【請求項１４】 壁の厚さが約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの
    範囲である請求項１１記載の装置。
15. 【請求項１５】 エッジ付けされた手段がチタン、タン
    タル、アルミニウム、ステンレス鋼または白金からなる
    請求項１１記載の装置。
16. 【請求項１６】 複数のサイド、単一のベースおよび単
    一のトップを有する蒸着チャンバーであって、該ベース
    は反応物ソースからの化学反応物のフローを受け取るた
    めの反応物ポートを有し、該トップは未反応の反応物を
    除くための排出ポートを有し、複数の雄型マンドレルが
    アイソレーションフィクスチャによって該蒸着チャンバ
    ーの複数のサイドに結合されており、該アイソレーショ
    ンフィクスチャが、反応物のフローが該マンドレルに衝
    突しないように該マンドレルを蒸着チャンバー内に配置
    させている、前記蒸着チャンバーを含む化学蒸着ドーム
    の製造装置。
17. 【請求項１７】 蒸着チャンバーを内包する円筒状のハ
    ウジングであって、該円筒状のハウジングはベースおよ
    びトップを有し、該ベースは、隣接して反応物加熱手段
    を有する反応物ソースを包含し、該ハウジングのトップ
    は該蒸着チャンバーの排出ポートと流体連絡し、チャン
    バー加熱手段が該円筒状のハウジングに隣接して存在
    し、蒸着チャンバーおよび複数のマンドレルを加熱す
    る、前記円筒状のハウジングをさらに含む請求項１６記
    載の装置。
18. 【請求項１８】 反応物ソースが、溶融金属を維持する
    ためのレトルト、およびガス状反応物および不活性ガス
    を提供するためのガスインジェクタ手段を含む請求項１
    ７記載の装置。
19. 【請求項１９】 （ａ）少なくとも１つの雄型マンドレ
    ルを化学蒸着チャンバー内に提供し、反応物のフローお
    よび対流が該蒸着チャンバー内で該マンドレルに衝突し
    ないように、該少なくとも１つの雄型マンドレルが該堆
    積チャンバー内に配置され、（ｂ）反応物のソースから
    ガスとして反応物を生じさせ、（ｃ）該ガス状反応物を
    該堆積チャンバーに通し、該ガス状反応物のフローが該
    マンドレルに衝突しないように該ガスを通過させ、さら
    に（ｄ）該ガス状反応物を、拡散によって該少なくとも
    １つのマンドレル上に堆積させ、アスペクト比が０．１
    より大きい少なくとも１つのドームを形成させることを
    含む高アスペクト比のドームを製造する方法。
20. 【請求項２０】 少なくとも１つの雄型マンドレルが、
    該マンドレルの軸線がガス状反応物のフローと直交する
    ように堆積チャンバー内に配置される、請求項１９記載
    の方法。
21. 【請求項２１】 マンドレルの軸線がガス状反応物のフ
    ローから少なくとも約１ｍｍである請求項２０記載の方
    法。
22. 【請求項２２】 マンドレル上に堆積され、ドームを形
    成する物質がＺｎＳ、ＺｎＳｅまたはＳｉＣを含む請求
    項１９記載の方法。
23. 【請求項２３】 マンドレルがチタン、タンタル、白
    金、酸化アルミニウム、ＺｎＳｅ、アルミナ／ＺｎＳ、
    タンタル／チタンまたはアルミナ／チタンからなる請求
    項１９記載の方法。
24. 【請求項２４】 マンドレルからのドームの取り出しを
    助ける物質で、該マンドレルをコーティングする工程を
    さらに含む請求項１９記載の方法。
25. 【請求項２５】 コーティングが約１５００〜約３５０
    ０オングストロームの厚さである請求項２４記載の方
    法。
26. 【請求項２６】 コーティングが、チタン、タンタル、
    白金またはケイ素の金属酸化物を含む請求項２４記載の
    方法。
27. 【請求項２７】 反応物が約５００℃〜約１５００℃の
    温度である請求項１９記載の方法。
28. 【請求項２８】 堆積チャンバーが約１０〜約８０トル
    の圧力である請求項１９記載の方法。
29. 【請求項２９】 マンドレルから堆積されたドームを取
    り外した後に、該ドームの内側を研磨して表面粗さを約
    １０〜約２００オングストロームに低減させる工程をさ
    らに含む、請求項１９記載の方法。
30. 【請求項３０】 アスペクト比が０．５より大きい請求
    項１９記載の方法。