JP2007156264A - 高精度耐熱性ミラー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】母材上に樹脂層、反射膜を順次形成した光学ミラーについて、光学ミラーの母材の熱拡散率α、線膨張係数、縦弾性率、母材表面に積層一体化させる樹脂層の厚さを適正なものにすることにより、高精度なミラー面を得ると同時に、高耐熱性、高信頼性を有するミラー構造と製造方法を提供する。
【解決手段】母材上に樹脂層、反射膜を順次形成した光学ミラーについて、前記母材の熱拡散率α＝λ/（ｃ・ρ）（ｍｍ^２／ｓｅｃ）が、１乃至１７５であり、線膨張係数が１．０×１０^−５乃至５．０×１０^−５であり、樹脂層の厚さが０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍ であり、母材を形成する材料の縦弾性率（Ｅｂ）と樹脂層を形成する材料の縦弾性率（Ｅｐ）の比（Ｅｂ/Ｅｐ）が５乃至１２０であること。 ただし、λ：熱伝導率（Ｗ／ｍｍ・Ｋ） ｃ：比熱（Ｊ／ｇ・Ｋ） ρ：密度（ｇ／ｍｍ^３）
【選択図】図１２

Description

本発明は、高精度でかつ耐熱性のある光学ミラーおよびその製造方法に関するものであり、レーザー方式のデジタル複写機、レーザープリンタやファクシミリ装置のレーザー走査ユニットに用いられる光学ミラー、あるいはフロントプロジェクターやリアプロジェクションＴＶの投射ユニット用光学ミラーに利用できるものである。

レーザー方式のデジタル複写機、レーザープリンタ−やファクシミリ装置等のレーザー走査ユニットには、レーザ−ビームの結像及び各種補正機能を有する長尺形状の光学ミラーや、光路を折り返すための光学ミラーが用いられている。一方、大型かつ薄型のテレビの普及からリアプロジェクションＴＶが注目されるようになったが、その投射ユニットには、ランプ光源からの光を液晶、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の表示素子に集光させたり、スクリーンに投影させるために光学ミラーが用いられている。

レーザー走査ユニットには、レーザーを走査させるためのポリゴンスモーターが用いられている。使用時にはこのモーターの発熱によりユニット内に温度上昇が起こる。また、レーザー走査ユニットの近傍には、用紙にトナーを溶融・定着させるための定着ユニットがあり、この定着ユニットからの熱がレーザー走査ユニットに伝わり、温度上昇が起こる。
一方、プロジェクター用投射ユニットには高輝度の光源が使用されており、光源からの発熱による温度上昇が生じる。そのため、これらの光学ミラーには線膨張係数の高い樹脂素材では、温度変動に対して精度劣化が生じるため、光学性能の維持が難しく、ガラス素材が多用されている。

また、近年では光学性能を向上させるために、上述したレーザー走査ユニットやプロジェクター用投射ユニットに用いられる光学ミラーの光学面には、非球面を導入することが一般的になってきたが、ガラス素材を非球面加工するには加工時間がかかり生産性が悪いため、平面、球面、シリンドリカル面、トロイダル面といった比較的加工が容易な面に限られ、いわゆる自由曲面と呼ばれる複雑形状の面を導入することは難しいのが現状である。それに比べて、樹脂素材の場合には、自由曲面の金型を製作してしまえば、射出成形法等の転写成形により、生産性良く光学ミラーを製造することが可能となる。ただし、上記の樹脂素材では線膨張係数が大きく、レーザー走査ユニットやプロジェクター用投射ユニットに用いられる光学ミラーのように、温度変動が生じる環境下で用いられる場合には適用することができない。

このような問題に対して、線膨張係数の小さいベース部材表面に樹脂部材を積層一体化させることで光学ミラーを作製することが提案されている。その一例が特開２００３−４９２２号公報に記載されており、それは、 複数の反射局面を有する光学素子（光学ミラー）について、温度による光学性能の劣化を防ぎ、成形上の制約を緩和できるようにすることを目的とし、連続的な曲面部を有するベース部材と、このベース部材の曲面部上に樹脂（熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂）により一体形成され、表面にそれぞれ反射面Ｒ１〜Ｒ３となる互いに不連続な複数の曲面を有する樹脂層とを備えた反射光学素子において、ベース部材を上記樹脂層を形成する樹脂よりも線膨張係数が小さな材料（ガラス、金属、セラミック等）によって形成した発明である。

〔従来技術の問題点〕
しかし、レーザー走査ユニットに用いられる光学ミラーの場合には、レーザーを走査させるためのポリゴンスモーターに近い側、つまり光学ミラーのミラー面側の温度が、光学ミラーの背面側の温度より高くなり、ミラー内部で温度差が生じてしまう。
また、プロジェクター用投射ユニットに用いられる光学ミラーの場合にも、高輝度の光源に近い側、つまり光学ミラーのミラー面側の温度が、光学ミラーの背面側の温度より高くなり、ミラー内部で温度差が生じている。

図１に、リアプロジェクションテレビのスクリーン投射用途に用いられる、大型非球面ミラーが示されている。これは型成形された母材１の曲反射面に樹脂層２を積層して曲鏡面を形成し、この曲鏡面に高輝度の反射膜３を積層したものである。このような、光学ミラーを構成する材料の熱拡散率α＝λ／（ｃ・ρ）（ｍｍ^２ ／ｓｅｃ）が小さいと、入射光による加熱のために光学ミラーのミラー面側と背面側の温度差が大きくなる。
ただし、λ：熱伝導率（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）
ｃ：比熱（Ｊ／ｇ・Ｋ）
ρ：密度（ｇ／ｍｍ３）］
そのため、温度が高い光学ミラーのミラー面側の熱膨張量が大きく、背面側の熱膨張量が小さくなるため、図２に示す方向に熱変形が生じて、ミラー面の形状精度が大きく低下してしまう。

また、図３に示すように、ベース部材（母材１）表面に積層一体化させる樹脂部材（樹脂層２）の厚さが大きすぎると、樹脂部材は熱拡散率αが小さいため、光学ミラーのミラー面（反射膜３）側と背面側の温度差が大きくなり、熱変形量が大きくなり、ミラー面の形状精度が大きく低下してしまう。
逆に、図４に示すように、ベース部材（母材１）表面に積層一体化させた樹脂部材（樹脂層２）の厚さが小さすぎると、ベース部材表面の微小凹凸（金属を射出成形やダイキャスト成形した際に生じる表面の粗さ、プラスチックに含有させた高熱伝導性フィラーや繊維などによる表面の粗さ）を、樹脂部材により吸収して改善して平滑な面にすることができず、ミラー面の形状精度、表面粗さが低い光学ミラーとなってしまう。

また、図５に示すように、ベース部材（母材１）の線膨張係数と樹脂部材（樹脂層２）の線膨張係数の差が非常に大きい場合（ベース部材の線膨張係数≪樹脂部材の線膨張係数）、光学ミラーの樹脂部材の熱膨張量がベース部材と比較して大きくなるため、樹脂部材とベース部材との界面で剥離してしまう。そのため、ベース部材の線膨張係数が余りに小さい光学ミラーは、適切ではない。

さらに、図６に示すように、ベース部材（母材１）表面に樹脂部材（樹脂層２）を積層一体化させ作製した光学ミラーの、ベース部材の剛性（縦弾性率）が低くて樹脂部材の剛性（縦弾性率）に近い場合には、熱変形量が大きくなり、光学ミラーのミラー面の形状精度が大きく低下してしまう。
逆に、図７に示すように、ベース部材（母材１）の剛性（縦弾性率）が高くて樹脂部材（樹脂層２）との剛性（縦弾性率）の差が非常に大きい場合（樹脂部材の剛性≪ベース部材の剛性）、光学ミラーの樹脂部材（樹脂層２）がベース部材に対して大きく熱変形しようとするが、ベース部材（母材１）は樹脂部材（樹脂層２）の熱変形を阻止する方向に作用するので、樹脂部材とベース部材との界面で剥離してしまう。そのため、ベース部材の剛性（縦弾性率）が余り大きすぎるのも問題である。

以上のことから明らかなように、ベース部材（母材１）を線膨張係数が小さな材料で形成するだけでは不充分であり、したがって、高精度で耐熱性の高い光学ミラーを確実に得ることができない。
特開２００３−４９２２号公報

そこで、この発明は、母材と、当該母材上に設けた樹脂層と、当該樹脂層の上に設けた反射膜とにより形成されている光学ミラーについて、上記問題を解消することを目的とし、光学ミラーの母材の熱拡散率α、線膨張係数、縦弾性率、母材表面に積層一体化させる樹脂層の厚さを適正なものにすることによって、高精度なミラー面が得られると同時に、高い耐熱性を持った、信頼性の高い光学ミラーの構造を工夫し、その製造方法を工夫することをその課題とするものである。

上記課題を解決するための手段は次のとおりである。
（Ａ）母材と、当該母材上に設けた樹脂層と、当該樹脂層上に設けた反射膜とにより形成されている光学ミラーについて、
（イ）前記母材の熱拡散率α＝λ/（ｃ・ρ）（ｍｍ^２／ｓｅｃ）が、１乃至１７５であり、
（ロ）線膨張係数が１．０×１０^−５乃至５．０×１０^−５であり、
（ハ）樹脂層の厚さが０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍであり、
（ニ）母材を形成する材料の縦弾性率（Ｅｂ）と樹脂層を形成する材料の縦弾性率（Ｅｐ）の比（Ｅｂ/Ｅｐ）が５乃至１２０であること。
ただし、λ：熱伝導率（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）
ｃ：比熱（Ｊ／ｇ・Ｋ）
ρ：密度（ｇ／ｍｍ^３）

（１）上記母材について
そして、上記母材は、金属もしくはそれらの合金により形成することができ（請求項２に対応）、特に、アルミニウムもしくはその合金により形成することができる（請求項５に対応）。
また、上記母材は、高熱伝導性フィラーおよび金属を含有している樹脂により成形することができ（請求項３に対応）、さらに、マグネシウムもしくはその合金により形成することができる（請求項４に対応）。

〔製造方法〕
上記母材は、高熱伝導性フィラーおよび金属を含有している樹脂により成形されたもの、あるいは、マグネシウムもしくはその合金により形成されたものであるときは、これを射出成形法により製造することができ（請求項６に対応）、また、アルミニウムもしくはその合金により形成されたものであるときはダイキャスト法によって製造することができる（請求項７に対応）。

（２）上記樹脂層について
上記樹脂層は、紫外線硬化性樹脂により形成することができ（請求項８に対応）、また、熱硬化性樹脂により形成することができ（請求項９に対応）、さらに、熱可塑性樹脂により形成することができる（請求項１０に対応）。

（３）上記反射膜について
上記反射膜は、銀により形成することができる（請求項１３に対応）。

母材と、母材上に設けた樹脂層と、樹脂層の上に設けた反射膜により形成されている光学ミラーであって、
（１）母材を形成する材料の熱拡散率が１（ｍｍ^２／ｓｅｃ）以上、好ましくは１０（ｍｍ^２／ｓｅｃ）乃至１７５（ｍｍ^２／ｓｅｃ）、線膨張係数が１．０×１０^−５ 乃至５．０×１０^−５、好ましくは３．０×１０^−５以下であり、
（２）樹脂層の厚さが０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍ、好ましくは０．１０ｍｍ以下であり、
（３）母材を形成する材料の縦弾性係数（Ｅｂ）と樹脂層を形成する材料の縦弾性率（Ｅｐ）の比（Ｅｂ／Ｅｐ）が５以上、好ましくは２０乃至１２０であることによって、高精度な反射面を有し、かつ、高い耐熱性を持った、信頼性の高い光学ミラーを得ることができる。

すなわち、母材を形成する材料の熱拡散率が１（ｍｍ^２／ｓｅｃ）以上、好ましくは１０（ｍｍ^２／ｓｅｃ）乃至１７５（ｍｍ^２／ｓｅｃ）、線膨張係数が１．０×１０−^５以上乃至５．０×１０−^５、好ましくは３．０×１０−^５以下であることにより、光学ミラーのミラー面側と背面側との温度差が小さくなり、温度差により生じる熱変形を低減する作用と、ベース部材（母材１）と樹脂部材（樹脂層２）の界面で剥離が生じるのを防ぐ作用がある。
また、樹脂層の厚さが０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍ、好ましくは０．１０ｍｍ以下であることにより、ベース部材（母材１）表面の小さな凹凸、粗さを、吸収・改善して平滑なミラー面にすることができる作用と、樹脂層の厚さが大きすぎるため、光学ミラーのミラー面側と背面側との温度差が大きくなることにより生じる熱変形を小さくする作用がある。
さらに、母材を形成する材料の縦弾性係数（Ｅｂ）と樹脂層を形成する材料の縦弾性係数（Ｅｐ）の比（Ｅｂ／Ｅｐ）が５以上、好ましくは２０乃至１２０であることにより、ベース部材の剛性（縦弾性率）が低くて、樹脂部材（樹脂層２）の剛性（縦弾性率）に近い場合に生じる熱変形を小さくする作用と、ベース部材（母材１）の剛性（縦弾性率）が高すぎて、樹脂部材（樹脂層２）と剛性（縦弾性率）の差が非常に大きい場合に生じるベース部材（母材１）と樹脂部材（樹脂層２）の界面で剥離が生じるのを防ぐ作用がある。
その結果、高精度な反射面を有し、高い耐熱性を持った、信頼性の高い光学ミラーが得られる。
なお、母材を形成する材料の熱拡散率が１（ｍｍ^２／ｓｅｃ）未満では、光学ミラーのミラー面側と背面側との温度差が大きくなり、温度差により生じる熱変形が１０μｍ以上と大きくなってしまう。他方、熱拡散率が１７５（ｍｍ^２／ｓｅｃ）を示す物質は銀（Ａｇ）であり、これより熱拡散率が大きい物質は、今のところ現存していない。
また、ベース部材（母材１）の線膨張係数が１．０×１０−^５未満では、樹脂部材（樹脂層２）の熱膨張量とベース部材（母材１）の熱膨張量の差が大きくなるため、ベース部材（母材１）と樹脂部材（樹脂層２）と樹脂層の界面で剥離が生じてしまう。他方、５．０×１０−^５より大きいと、光学ミラーのミラー面側と背面側との温度差により生じる熱変形が非常に大きくなってしまい、上記効果を生じない。
また、樹脂層の厚さが０．０１ｍｍ未満では、ベース部材（母材１）表面の小さな凹凸、粗さを樹脂部材（樹脂層２）により、吸収・改善して平滑なミラー面にすることができない。他方、０．３０ｍｍより大きいと、樹脂層の厚さが大きすぎるため、光学ミラーのミラー面側と背面側との温度差が大きくなり熱変形が大きくなってしまい、上記効果を生じない。

次いで、図面を参照しつつ実施例を説明し、この実施例の説明を通して発明を詳細に説明する。

図２４に示されるような、リアプロジェクションテレビのスクリーン投射用途に用いられる大型非球面ミラーに適用した例について述べる。
図１に、大型非球面ミラーＭの構成が示されており、母材１の上に樹脂層２、反射膜３が積層されている。本実施例の構成は次のとおりである。

（１）母材１について
母材１はマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）であり、その熱拡散率 α、線膨張係数βは次のとおりである。
（a）熱拡散率 α＝λ／（ｃ・ρ）＝３０（ｍｍ^２／ｓｅｃ）
ただし、熱伝導率 λ：５．６１×１０^−２（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）
比熱 ｃ：９．７８×１０^−１（Ｊ／ｇ・Ｋ）
密度 ρ：１．８２×１０^−３（ｇ／ｍｍ^３）
マグネシウム合金は射出成形法（チクソモールディング法）で成形可能であるから、生産性が良く、低コストかつ、熱拡散率が大きい母材を得られる。

図８に、熱拡散率αと熱変形量の関係を検討した結果を示す。熱拡散率（横軸）が小さい（５以下）と熱変形量（縦軸）が急激に大きくなる。従来、母材として用いられてきたガラス（ＢＫ７）は、線膨張係数βは約９．０×１０^−６（／℃）と小さいが、熱拡散率αは約５．０×１０^−１（ｍｍ^２／ｓｅｃ）と小さいため、熱変形量は大きくなっている。
この実施例１は、母材に熱拡散率αが約３０であるマグネシウム合金を用いているため、熱変形量は非常に小さくなる。
(b)線膨張係数βは２．７×１０^−５（／℃）
線膨張係数βは、１．０×１０^−５ 乃至５．０×１０^−５の範囲にある。

（２）樹脂層２について
樹脂層２は紫外線硬化性樹脂（アクリル系樹脂）であり、母材１の上に、紫外線硬化性樹脂による樹脂層２が形成されている。紫外線硬化性樹脂として、アクリル系樹脂をベースにして耐熱性を向上させたものを用いている。樹脂層２の厚さは、０．１ｍｍであり、０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍの範囲内にある。

図９に、光学ミラーの母材１の上に設けた樹脂層２の種々の厚さ（０．１ｍｍ乃至０．
５ｍｍでの５種類）と樹脂温度の関係を示す。樹脂層２の厚さを大きくするにつれて、光学ミラーの反射面側の樹脂温度が上昇している。母材１の部分に熱拡散率αの大きいマグネシウム合金を用いているため、母材内部の厚さ方向位置による温度差はほとんどない。
図１０に、樹脂層２の厚さと、光学ミラー表裏の温度差により生じる熱変形量の関係を示す。樹脂層２の厚さが大きくなるにつれて、光学ミラーに生じる熱変形量は大きくなることが示されている。樹脂層の厚さは０．１ｍｍとなっているため、熱変形量は小さく抑えることができる。

（３）反射膜３について
反射膜３は反射層３ａ（Ａｇ）および保護層３ｂ（ＳｉＯ^２）によるものであり、樹脂層２の上に、反射層３ａであるＡｇ、さらに反射層３ａの上に保護層３ｂであるＳｉＯ^２の薄膜を形成させている。反射層３ａにＡｇを用いているため、他の金属薄膜と比較して光線反射率が大きく、光源の発熱による光学ミラーの温度上昇を、低減することができる。また、反射層３ａの上には、保護膜３ｂが設けられているので、キズなどがつきにくい。

図１１に、母材１を形成する材料の縦弾性率（Ｅｂ）と、樹脂層２を形成する材料の縦弾性率（Ｅｐ）との縦弾性比（Ｅｂ／Ｅｐ）と、熱変形量の関係を示す。縦弾性率比（Ｅｂ／Ｅｐ）が小さくなる、つまり、樹脂層２を形成する材料の縦弾性係数Ｅｐに、母材１を形成する材料の縦弾性係数Ｅｂが近づくにつれて、大幅に熱変形量が大きくなる。
母材１を形成するマグネシウム合金の縦弾性率（Ｅｂ）は４．６×１０^＋３（ｋｇ／ｍｍ^２）、樹脂層２を形成する紫外線硬化性樹脂の縦弾性率（Ｅｐ）は２．０×１０^＋２（ｋｇ／ｍｍ^２）であり、縦弾性率比（Ｅｂ/Ｅｐ）は約２３となり、熱変形量は非常に小さくなる。

大型非球面ミラーは、図２に示すように光学エンジンから入射光を反射する。この際、リアプロジェクションテレビの光源（超高圧水銀ランプなど）は、高熱を発するため、光学ミラーの反射面側の温度が上昇し、熱膨張量が大きくなる。一方、光学ミラーの背面側の温度上昇は小さいため、熱膨張量は小さい。その結果、図２に示す方向に変形もしくは母材１と樹脂層２との界面で剥離を生じ、高精度で耐熱性の高い光学ミラーを得ることはできない。
しかし、母材１の熱拡散率αが１以上、好ましくは１０乃至１７５、線膨張係数βが１．０×１０^−５ 乃至５．０×１０^−５、好ましくは３×１０^−５以下、樹脂層２の厚さが０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ以下、母材１を形成する材料の縦弾性率（Ｅｂ）と樹脂層２を形成する材料の縦弾性率（Ｅｐ）の縦弾性率比（Ｅｂ／Ｅｐ）が５以上、好ましくは２０乃至１２０のの光学ミラーは、非常に高精度で耐熱性のある特性を有している。
なお、上記の好ましい範囲にすることにより、ミラー面の熱変形量を３μm以内にすることができる。

図１２に、実施例１の光学ミラーの設計値との差（熱変形量）を示しているが、図示のとおり、設計値との差は非常に小さい。このことから、実施例１の光学ミラーは高精度で耐熱性が高いことが明らかである。ちなみに、図１３に、従来のガラス（ＢＫ７）を用いた光学ミラーの設計値との差を示しているが、その設計値との差（熱変形量）は大きく、ミラー面の形状精度が低い。すなわち、この従来の光学ミラーは耐熱性が低いことが明らかである。

〔製造方法〕
次に、図１に示されるような光学ミラーの製造方法について述べる。
（１）母材１の形成
図１４に、マグネシウム合金の母材を形成する方法である、チクソモールディング法を示している。チクソモールディング法は、樹脂を用いた射出成形法とほぼ同様な工程で、マグネシウム合金製の母材１を得ることができる。成形工程は、溶融状態に加熱したマグネシウム合金を、スクリューで金型内に射出充填して冷却することにより、欲する形状の母材１を成形することができる。チクソモールディング法は、射出成形と同様に、生産性が良く、低コストで母材を作成することができる。

（２）樹脂層の形成
図１５に、母材１の上に樹脂層を形成する方法を示しており、これは母材１に紫外線硬化性樹脂を用いて樹脂層２を形成させる方法を用いている。紫外線硬化性樹脂として、アクリル系樹脂をベースにして、耐熱性を向上させたものを用いている。
まず、母材１と透明型Ｄ（樹脂製またはガラス製）の間に、液体状の紫外線硬化性樹脂を注入する。その後、加圧しながら、透明型Ｄ側から紫外線を照射する。これによって紫外線硬化性樹脂は、重合して硬化し、樹脂層２が形成される。

（３）反射膜３の形成
図１６に、樹脂層２の上に反射膜３を形成する真空蒸着法を示している。この方法では真空炉内で蒸着源（Ａｇ）１０を加熱、蒸発させて、樹脂層２の上に堆積させ、反射層３ａを形成させ、その後、反射層３ａ上に保護層３ｂであるＳｉＯ_２の薄膜を形成させている。

図２５に示されるような、複写機、プリンター等のレーザー走査ユニットに用いられるｆθミラーに適用した実施例２を説明する。
図１７に、ｆθミラーの構成を示す。母材１１の上に樹脂層１２、反射膜１３が設けられている。本実施例の構成は次のとおりである。

（１） 母材１１について
母材１１はＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）に、熱伝導率の高いカーボンや金属を混入させた樹脂で、熱拡散率α、線膨張係数βは次のとおりである。
（a)熱拡散率 α＝λ/（ｃ・ρ）＝１．８（ｍｍ２／ｓｅｃ）
ただし、熱伝導率 λ：２．８５×１０^−３（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）、
比熱 ｃ：７．２７×１０^−１（Ｊ／ｇ・Ｋ）、
密度 ρ：２．２０×１０^−３（ｇ／ｍｍ^３）
母材１１の材質が樹脂のため、通常の射出成形法で成形可能であり、生産性が高く、低コストかつ、熱拡散率αが１以上の母材を得ることができる。また、射出成形法のため、成形品の寸法精度が高い。
(b)線膨張係数β＝１．２×１０^−５（／℃）。
これは１．０×１０^−５乃至５．０×１０^−５の範囲内に入っている。

（２）樹脂層１２
樹脂層１２は熱硬化性樹脂（エポキシ系樹脂）製であり、母材１１の上に形成されている。熱硬化性樹脂として、エポキシ系の樹脂で、耐熱性が高いグレードのものを用いている。樹脂層１２の厚さは、０．０５ｍｍであり、これは０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍの範囲内に入っている。

（３）反射膜１３（反射層（Ａｌ製）および保護層（ＭｇＦ_２製））
樹脂層１２の上に、反射層１３ａであるＡｌ、さらに反射層の上に保護層１３ｂであるＭｇＦ_２の薄膜を形成させている。反射層１３ａの上に保護膜１３ｂが設けられているので、キズなどがつきにくい。
母材１１を形成するＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）の縦弾性率（Ｅｂ）は１．６×１０^＋３（ｋｇ／ｍｍ^２）であり、また、樹脂層１２を形成する紫外線硬化性樹脂の縦弾性率（Ｅｐ）は２．０×１０^＋２（ｋｇ／ｍｍ^２）である。したがって、縦弾性率比（Ｅｂ/Ｅｐ）は約８であり、熱変形量は小さい。
図１８に、本実施例の光学ミラーの設計値との差を示す。この光学ミラーの設計値との差は小さく、高精度で耐熱性が高い。

〔製造方法〕
次に、図１７に示されるような光学ミラーの製造方法を、母材の形成、樹脂層の形成、反射層の形成の順で説明する。
（１）母材１１の形成
通常の射出成形法で成形可能であり、生産性が良く、低コストで、母材１１を得ることができる。成形工程は、溶融状態に加熱した樹脂を、スクリューで金型内に射出充填して冷却することにより、欲する形状の母材１１を得ることができる。また、射出成形法のため、成形品の寸法精度が良い母材を得ることができる。

（２）樹脂層１２の形成
図１９に、母材１１上に樹脂層１２を形成する方法を示す。母材１１に熱硬化性樹脂を用いて、樹脂層１２を形成させる方法を用いている。熱硬化性樹脂として、エポキシ系の樹脂で耐熱性の高いものを用いている。まず、母材１１と温度制御手段（ヒータ、加熱流体など）Ｄａにより昇温された金型Ｄ１との間に、液体状の熱硬化性樹脂を注入する。その後、金型Ｄ１で加圧しながら、熱硬化性樹脂の温度を上昇させる。熱硬化性樹脂は、温度上昇により重合、硬化して、樹脂層１２が形成される。

（３）反射膜１３の形成
図２０に、樹脂層１２上に反射膜１３を形成させる真空蒸着法を示す。真空炉内で蒸着源（Ａｌ）１０を加熱、蒸発させて、樹脂層１２上に堆積させ、反射層１３ａを形成させる。その後、同様にして反射層１３ａに保護層（ＭｇＦ_２）の薄膜を形成させる。

実施例２と同様に、図２５に示されるような、複写機、プリンター等のレーザー走査ユニットに用いられるｆθミラーに適用した実施例３について説明する。
ｆθミラーの構成は図２０に示すものと違いはなく、母材１１の上に樹脂層１２、反射膜１３が設けられている。本実施例の構成は次のとおりである。

（１）母材１１について
母材１１はアルミニウム合金製であり、その熱拡散率α、線膨張率βは次のとおりである。
（ａ）熱拡散率 α＝λ／（ｃ・ρ）＝５７（ｍｍ^２／ｓｅｃ）
ただし、熱伝導率 λ：１．３８×１０^−１（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）
比熱 ｃ：８．９６×１０^−１（Ｊ／ｇ・Ｋ）
密度 ρ：２．７０×１０^−３（ｇ／ｍｍ^３）
この母材１１はその材質がアルミニウム合金のため、アルミダイキャスト法で成形可能であり、生産性が高く、低コストかつ、熱拡散率αが非常に大きい。
（ｂ）線膨張係数βは２．３８×１０^−５（／℃）であり、１．０×１０^−５乃至５．０×１０^−５の範囲内にある。

（２）樹脂層１２について
樹脂層１２は熱可塑性樹脂製であり、母材１１上に熱可塑性樹脂により形成されている。熱可塑性樹脂としてポリカーボネートを用いている。樹脂層１２の厚さは、０．０５ｍｍであり、０．０１乃至０．３０ｍｍの範囲内にある。

（３）反射膜１３について
反射膜１３は反射層（Ａｌ）および保護層（ＭｇＦ_２）によるものであり、樹脂層１２の上に、反射層１３ａであるＡｌが、さらに反射層１３ａ上に保護層１３ｂであるＭｇＦ_２の薄膜がある。反射層１３ａ上に保護膜１３ｂが設けられていることにより、反射層１３にキズなどがつきにくい。
母材１１を形成するアルミニウム合金の縦弾性率（Ｅｂ）は７．０×１０^＋３（ｋｇ／ｍｍ^２）、樹脂層を形成する熱可塑性樹脂の縦弾性率（Ｅｐ）は２．５×１０^＋２（ｋｇ／ｍｍ^２）である。したがって、縦弾性率比（Ｅｂ/Ｅｐ）は約２８であり、熱変形量が小さい。
本実施例３の光学ミラーはその設計値との差（熱変形量）は、非常に小さく、高精度で耐熱性が高い。

〔製造方法〕
次に、実施例３の光学ミラーの製造方法を説明する。
（１）母材の形成
図２１に、アルミニウム合金の母材を形成する方法である、アルミダイキャスト法を示す。アルミダイキャスト法は、溶融状態に加熱したアルミニウム合金を、プランジャー５１で金型Ｄ４（固定金型Ｄ４ａ、可動金型Ｄ４ｂによる射出成形金型）のキャビティ５２に射出充填し、その後、冷却、硬化させ、金型Ｄ４を開き、インジェクションピン５３でキャビティ５２から成型品を突き出して取り出す成形方法であり、欲する形状の母材を高精度で成形することができる。アルミダイキャスト法によれば、射出成形と同様に、母材１１を高生産性、低コストで生産することができる。

（２）樹脂層１２および反射膜１３の形成
図２２に、母材１１の上に樹脂層および反射膜を形成する方法を示している。これは、反射膜（反射層のＡｌと保護層のＭｇＦ_２）を蒸着してある熱可塑性樹脂（ポリカーボネート）製樹脂シート２０を用いて、樹脂層１２と反射膜１３を同時に母材１１に形成させる方法である。母材１１の上に配置した樹脂シート２０（反射膜が蒸着してある熱可塑性樹脂シート）を、温度制御機構（赤外線ヒータなど）３０を用いて加熱する。その後に、金型（上）Ｄ２を下降させて、樹脂シート２０を金型（下）Ｄ２に押し付ける。樹脂シート２０が母材１１と密着するまで加圧することにより、母材１１に樹脂層１２と反射膜１３が同時に形成される。この方法により、非常に低コストで光学ミラーを製造することができる。

実施例２と同様に、図２５に示されるような、複写機、プリンター等のレーザー走査ユニットに用いられるｆθミラーに適用した実施例４を説明する。
この実施例４は、図１７に示すような母材１１の凹面に樹脂層１２、反射膜１３が積層された光学ミラーであり、その構成は次の通りである。
（１）母材１１について
母材はＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）に、熱伝導率の高いカーボンや金属を混入させた樹脂製である。そして、その熱拡散率α、線膨張係数βは次のとおりである。
(a)熱拡散率 α＝λ／（ｃ・ρ）＝１．８（ｍｍ^２／ｓｅｃ）
ただし、熱伝導率 λ：２．８５×１０^−３（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）
比熱 ｃ：７．２７×１０^−１（Ｊ／ｇ・Ｋ）
密度 ρ：２．２０×１０^−３（ｇ／ｍｍ^３）
（ｂ）線膨張係数βは１．２×１０^−５（／℃）であり、１．０×１０^−５ 乃至５．０×１０^−５の範囲内にある。

（２）樹脂層１２について
樹脂層１２は熱可塑性樹脂であり、母材１１の上に、熱可塑性樹脂による樹脂層１２が形成されている。この熱可塑性樹脂としてポリカーボネートを用いている。樹脂層１２の厚さは、０．１ｍｍであり、０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍの範囲内にある。

（３）反射膜１３について
反射膜１３は反射層（Ａｇ）および保護層（ＳｉＯ_２）によるものであり、樹脂層の上に、反射層であるＡｇの薄膜を、さらに反射層の上に保護層であるＳｉＯ_２の薄膜を形成している。反射層にＡｇを用いているため、他の金属薄膜と比較して光線反射率が大きく、光源からの発熱による光学ミラーの温度上昇を低減することができ、また、反射膜１３の反射層の上に保護膜が設けられていることにより、キズなどがつきにくい。
母材１１を形成するＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）の縦弾性率（Ｅｂ）は１．６×１０^＋３（ｋｇ／ｍｍ^２）、樹脂層を形成する熱可塑性樹脂（ポリカーボネ−ト）の縦弾性率（Ｅｐ）は２．５×１０^＋２（ｋｇ／ｍｍ^２）であるから、縦弾性率比（Ｅｂ/Ｅｐ）は約６．４である。
本実施例４の光学ミラーの設計値との差（熱変形量）は小さく、高精度で耐熱性が高い。

〔製造方法〕
次に、実施例４の光学ミラーの製造方法について説明する。
（１）母材１１および樹脂層１２の形成
図２３に、母材１１および樹脂層１２を同じ工程で並行して形成する方法を示す。この方法は、水平回転軸Ｓを中心にして上下一対の成形キャビティを備えた金型を用いるものであり、金型Ｄ３を縦に回転させながら、母材１１の成形と樹脂層１２との同時成形を繰り返し行うものである。
すなわち、金型Ｄ３は軸方向に分離される割型であり、その下方の成形キャビティでの母材１１の成形と上方のキャビティに既に成形されている母材への樹脂層１２の成形とを同時に行い（図２３（ａ））、型Ｄ３を軸方向に開いて（図２３（ｂ））「母材＋樹脂層」の中間製品Ｐを取り出し（図２３（ｃ））、その後、金型Ｄ３を水平回転軸Ｓを中心にして１８０度縦方向に回転させて、再び図（ａ）の行程に移る。

母材１１の成形は溶融状態に加熱したＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）に、熱伝導率の高いカーボンや金属を混入させた樹脂を射出成形して行われ、樹脂層１２の成形は母材成形後の次のショットでポリカーボネ−トを射出成形することにより行われる。
以上のように、連続的に母材１１および樹脂層１２が形成されるので、非常に生産性が高く、低コストで、「母材と樹脂層」とによる中間製品Ｐを製造することができる。また、射出成形法によるものであるから、寸法精度が高い母材および樹脂層を得ることができるのも大きなメリットである。

（２）反射膜１３の形成
真空炉内で蒸着材料（Ａｇ）を加熱、蒸発させて、樹脂層の上に堆積させ、反射層を形成し、その後、反射層と同様に、保護層であるＳｉＯ_２の薄膜を形成する（図２０参照）。

実施例２と同様に、図２５に示されるような、複写機、プリンター等のレーザー走査ユニットに用いられるｆθミラーに適用した実施例５について説明する。
実施例５のｆθミラー構成は基本的には図１７のそれと特に違いはなく、母材１１の上に樹脂層１２、反射膜１３を積層しているものであり、その詳細は次のとおりである。
（１）母材１１について
母材は銀製であり、その熱拡散率α、線膨張係数βは次のとおりである。
（ａ）熱拡散率 α＝λ／（ｃ・ρ）＝１７５（ｍｍ^２／ｓｅｃ）
ただし、熱伝導率 λ：４．３０×１０^−１（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）
比熱 ｃ：２．３７×１０^−１（Ｊ／ｇ・Ｋ）
密度 ρ：１．０５×１０^−２（ｇ／ｍｍ^３）
（ｂ）線膨張係数：１．９×１０−５（／℃）
線膨張係数は、１．０×１０−５乃至５×１０^−５の範囲内にある。

（２）樹脂層について
樹脂層１２は紫外線硬化性樹脂（アクリル系樹脂）であり、母材１１の上に形成されている。紫外線硬化性樹脂として、アクリル系樹脂をベースにして、耐熱性を向上させたものを用いている。樹脂層１２の厚さは、０．１ｍｍであり、０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍ以下の範囲内にある。

（３）反射膜１３について
反射膜１３は反射層（Ａｇ）と保護層（ＳｉＯ_２）によるものであり、樹脂層１２の上に、反射層１３ａであるＡｇ、さらに反射層の上に保護層１３ｂであるＳｉＯ_２の薄膜が形成されている。反射層にＡｇを用いているため、他の金属薄膜と比較して光線反射率が大きく、光源からの発熱による光学ミラーの温度上昇を低減することができる。また、反射層１３ａの上には、保護膜１３ｂが設けられているので、キズなどがつきにくい。
母材１１を形成する銀の縦弾性率（Ｅｂ）は１．０×１０＋４（ｋｇ／ｍｍ^２）、樹脂層１２を形成する紫外線硬化性樹脂の縦弾性率（Ｅｐ）は２．０×１０^＋２（ｋｇ／ｍｍ^２）である。したがって、縦弾性率比（Ｅｂ／Ｅｐ）は約５０であり、熱変形量は非常に小さくなっている。
本実施例４の光学ミラーは熱拡散率の最も良い銀を母材としているため、設計値との差が非常に小さく、高精度で耐熱性が高い。

〔製造方法〕
次に、実施例５の光学ミラーの製造方法を説明する。
（１）母材１１の形成について
銀で母材１１を形成する方法はアルミ合金と同様に、ダイキャスト法を用いる。ダイキャスト法は、溶融状態に加熱した銀をプランジャーで金型内に射出充填し、冷却、硬化させて、所定形状の母材を成形する方法である。

（２）樹脂層１２の形成について
母材１１に紫外線硬化性樹脂を用いて樹脂層１２を形成させる方法を用いており、紫外線硬化性樹脂として、アクリル系樹脂をベースにして、耐熱性を向上させたものを用いている。
まず、母材１１と透明型（樹脂製またはガラス製）Ｄの間に（図１５参照。ただし、光学ミラーの基本形状は異なる）、液体状の紫外線硬化性樹脂を注入する。その後、加圧しながら、透明型Ｄ側から紫外線を照射する。紫外線硬化性樹脂は、紫外線により重合、硬化して、樹脂層が形成される。

（３）反射膜１３の形成について
真空炉内で蒸着材料（Ａｇ）を加熱、蒸発させて、樹脂層の上に堆積させ、反射層を形成させる（図２０参照）。その後、反射層と同様にして、保護層であるＳｉＯ_２の薄膜を形成させている。
以上のような光学ミラーの製造方法によって、高精度かつ高耐熱性で信頼性の高い光学ミラーが作成される。

これらの光学ミラーを、図２４に示すようなプロジェクターの投射ユニットの投射用大型非球面ミラーに用いることによって、温度変化による光学性能の劣化がなく、高反射（高輝度）かつ結像性能の良い、プロジェクターを実現できる。
また、図２５に示すような複写機、レーザープリンタ−やファクシミリ装置等のレーザー走査ユニットの非球面ミラーに用いることによって、温度変化による光学性能の劣化がなくかつ結像性能が良く、ドット位置ずれ等のないレーザープリンターやファクシミリ装置を実現できる。

尚、本発明は、上述したプロジェクターの投射ユニットやレーザー走査ユニットに適用される光学ミラーだけでなく、例えばランプリフレクター、アンテナ用ミラー等のその他の光学ミラーへの適用が可能であるのは言うまでもない。。

は、従来技術の説明用断面図である。 は、従来技術の説明用断面図である。 は、従来技術の説明用断面図である。 は、従来技術の説明用断面図である。 は、従来技術の説明用断面図である。 は、従来技術の説明用断面図である。 は、従来技術の説明用断面図である。 は、ガラス製母材による光学ミラーの熱拡散率と熱変形量の相関を示す図である。 は、光学ミラーの樹脂層の厚さと樹脂温度分布との関係を示す図である。 は、樹脂層厚さと、光学ミラー表裏の温度差により生じる熱変形量の関係を示す図である。 は、母材１（実施例１の母材）を形成する材料の縦弾性率（Ｅｂ）と、樹脂層２を形成する材料の縦弾性率（Ｅｐ）との縦弾性比（Ｅｂ／Ｅｐ）と、熱変形量の関係を示す図である。 は、実施例１の光学ミラーの設計値との差を示す図である。 は、従来のガラス（ＢＫ７）を用いた光学ミラーの設計値との差を示す図である。 は、マグネシウム合金の母材を形成する、チクソモールディング法による射出成形装置を模式的に示す断面図である。 は、母材１上に樹脂層２を形成する方法の説明用断面図である。 は、樹脂層２上に反射層３を形成する方法の説明用断面図である。 は、実施例２のfθミラーの断面図である。 は、実施例２のｆθミラーの設計値との差（熱変形量）を示す図である。 は、母材１１（実施例２の母材）に樹脂層１２を形成する方法の説明用断面図である。 は、実施例２の樹脂層１２上に反射膜１３を形成する真空蒸着法を模式的に示す断面図である。 は、実施例３の母材形成装置の断面図である。 は、実施例３の母材１１上に樹脂層を形成する方法の説明用断面図である。 は、実施例４の母材１１及び樹脂層を同じ工程で形成する方法の説明用断面図である。 は、大型非球面ミラーを用いたリアプロジェクションテレビのスクリーン投射装置を模式的に示す断面図である。 は、ｆθミラーを用いた複写機、プリンター等のレーザー走査ユニットの模式的に示す断面図である。

符号の説明

１，１１： 母材
２，１２：樹脂層
３，１３：反射膜
１０：蒸着源
２０：樹脂シート
３０：赤外線ヒータ
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４：金型

Claims (15)

1. 母材と、当該母材上に設けた樹脂層と、当該樹脂層上に設けた反射膜とにより形成されている光学ミラーであって、
   前記母材の熱拡散率α＝λ/（ｃ・ρ）（ｍｍ^２／ｓｅｃ）が、１乃至１７５であって、線膨張係数が１．０×１０^−５ 乃至５．０×１０^−５、樹脂層の厚さが０．０１ｍｍ乃至０．３０ｍｍであり、前記母材を形成する材料の縦弾性率（Ｅｂ）と樹脂層を形成する材料の縦弾性率（Ｅｐ）の比（Ｅｂ/Ｅｐ）が５乃至１２０であることを特徴とする光学ミラー。
   ただし、λ：熱伝導率（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）
   ｃ：比熱（Ｊ／ｇ・Ｋ）
   ρ：密度（ｇ／ｍｍ^３）
2. 前記母材が、金属もしくはそれらの合金により形成されていることを特徴とする請求項１の光学ミラー。
3. 前記母材が、高熱伝導性フィラーおよび金属を含有している樹脂により成形されていることを特徴とする請求項１の光学ミラー。
4. 前記母材が、マグネシウムもしくはその合金により形成されていることを特徴とする請求項２の光学ミラー。
5. 前記母材が、アルミニウムもしくはその合金により形成されていることを特徴とする請求項２の光学ミラー。
6. 前記母材が、射出成形法により製造されることを特徴とする請求項３又は請求項４の光学ミラー用の光学ミラー製造方法。
7. 前記母材が、ダイキャスト法により製造されることを特徴とする請求項５の光学ミラー用の光学ミラー製造方法。
8. 前記樹脂層が、紫外線硬化性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１の光学ミラー。
9. 前記樹脂層が、熱硬化性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１の光学ミラー。
10. 前記樹脂層が、熱可塑性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１の光学ミラー。
11. 前記樹脂層を、シート状の紫外線硬化樹脂、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂により製造することを特徴とする請求項８，請求項９，又は請求項１０の光学ミラー用光学ミラー製造方法。
12. 前記樹脂層および反射膜が、金属薄膜もしくは誘電体多層膜を有しているシート状の紫外線硬化樹脂、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂により製造することを特徴とする請求項８，請求項９，又は請求項１０の光学ミラー用光学ミラー製造方法。
13. 前記反射膜が、銀により形成されていることを特徴とする請求項１の光学ミラー。
14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の光学ミラーを用いたことを特徴とするレーザー走査ユニット。
15. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の光学ミラーを用いたことを特徴とするプロジェクター用投射ユニット。

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