JP2008180770A - 赤外線光学部品および赤外線光学部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コーティング費用を低減するとともに、環境負荷を低減できる赤外線光学部品および赤外線光学部品の製造方法を提供する。
【解決手段】赤外線光学部品１０は、基材１１と、皮膜１２とを備えている。基材１１は、硫化亜鉛を含む。皮膜１２は、基材１１上に形成され、亜鉛を含む酸化物からなる。赤外線光学部品１０の製造方法は、硫化亜鉛を含む基材１１を準備する工程と、酸素が１％以上９８％以下含まれる酸化性雰囲気中で、５００℃以上７５０℃以下の温度範囲で、０．１時間以上３０時間以下の間で、基材を熱処理する工程とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は赤外線光学部品および赤外線光学部品の製造方法に関する。

近年、物体から放射または放散される熱により赤外線を検知する各種の赤外線検出機器の開発が進められている。これらの赤外線検出機器の光学系を構成する赤外線光学部品は、必要な波長帯の赤外線を透過する材料で作成されることが要求されている。

このような赤外線透過材料として、たとえば硫化亜鉛（ＺｎＳ）が挙げられる。ＺｎＳは、屈折率が２．２と高く、たとえば厚み５ｍｍの硫化亜鉛基板の直線透過率は、最大７０％程度を有している。しかし、ＺｎＳは劇物指定であるため、ＺｎＳを赤外線透過光学材料として用いる場合には、指定外物質でＺｎＳを覆う必要がある。

このような赤外線透過材料を被覆した構造として、たとえば、特開昭６４−５６４０１号公報（特許文献１）には、赤外線透過材料表面にダイヤモンド薄膜またはダイヤモンド構造を含むカーボン膜が形成された赤外線透過光学素子が開示されている。また、特開昭５９−１７６７０１号公報（特許文献２）には、赤外光透過体の屈折率の平方根に近い屈折率を有する材料からなる反射防止膜の上に、ダイヤモンド系薄膜を０．０１μｍ〜０．５μｍの厚さでコーティングしてなる反射防止膜が開示されている。また、特開平４−２１７２０２号公報（特許文献３）には、最外層に形成されたダイヤモンド層またはダイヤモンド状炭素層と、その層の内側に隣接させて形成したＧｅ層とを備える多層コート膜を形成した赤外線光学部品が開示されている。また、特開昭６４−１５７０３号公報（特許文献４）には、弗化イットリウムからなる低屈折率層と、Ｇｅ、ＺｎＳ、セレン化亜鉛、またはセレン化砒素からなる高屈折率層との少なくとも２層からなる赤外光用光学薄膜が開示されている。また、特開平８−２７１７０１号公報（特許文献５）には、ＺｎＳ基板と、ＺｎＳ基板上に形成されたＹ₂Ｏ₃層と、Ｙ₂Ｏ₃層上に形成されたＹＦ₃と、ＹＦ₃層上に形成されたＭｇＦ₃とを備えている赤外線透過構造体が開示されている。
特開昭６４−５６４０１号公報 特開昭５９−１７６７０１号公報 特開平４−２１７２０２号公報 特開昭６４−１５７０３号公報 特開平８−２７１７０１号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に開示の構造では、被覆材料にダイヤモンド等を用いているため、コーティングに費用がかかるという問題がある。また、ダイヤモンドのＺｎＳに対する密着力は非常に低いため、ダイヤモンドなどの膜を形成する場合には、ＺｎＳからなる層の上にＧｅなどの下地コートを形成する必要が生じるので、コーティング費用がかかるという問題がある。また、上記特許文献４に開示の赤外線光学部品では、高屈折率層に用いられるセレン化亜鉛およびセレン化砒素は人体に有害であるという問題がある。また、上記特許文献５に開示の赤外線透過構造体では、コーティングを３層するので、コーティングに費用がかかるという問題がある。

本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、本発明の目的は、コーティング費用を低減するとともに、環境負荷を低減できる赤外線光学部品および赤外線光学部品の製造方法を提供することである。

本発明における赤外線光学部品は、基材と皮膜とを備えている。基材は、硫化亜鉛を含む。皮膜は、基材上に形成され、亜鉛を含む酸化物からなる。

本発明における赤外線光学部品によれば、硫化亜鉛を酸化性雰囲気中で熱処理することにより形成される亜鉛を含む酸化物からなる皮膜を備えているので、基材のコーティング費用を低減できる。また、劇物指定のＺｎＳを毒性の無い亜鉛の酸化物で覆うことにより、環境負荷を低減できる。よって、コーティング費用を低減するとともに、環境負荷を低減できる赤外線光学部品となる。

上記赤外線光学部品において好ましくは、皮膜の厚みは２０μｍ以下である。これにより、皮膜による赤外線透過率の低下を防止できるとともに、コーティング費用をより低減できる。

上記赤外線光学部品において好ましくは、皮膜は、前記基材のすべての外表面を覆っている。これにより、劇物指定のＺｎＳが最表面に露出することを防止できる。そのため、劇物指定を外すことができる赤外線光学部品を得られる。

上記赤外線光学部品において好ましくは、皮膜の表面粗さＲａは５０ｎｍ以下である。これにより、赤外線透過率の低下をより防止できる。

上記赤外線光学部品において好ましくは、皮膜上に形成され、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素（ダイヤモンドライクカーボン：Ｄｉａｍｏｎｄｏ−ｌｉｋｅ−ｃａｒｂｏｎ）の少なくとも一方からなる膜をさらに備える。ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素からなる膜は、ＺｎＳに対する密着力は非常に低い一方、亜鉛の酸化物との密着力はＺｎＳと比較すると高い。そのため、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素の少なくとも一方からなる膜をコーティングする場合であっても、その層の下に形成される下地コートが不要となるので、コーティング費用を低減できる。

上記赤外線光学部品において好ましくは、１０μｍの波長での赤外線透過率は６０％以上である。これにより、赤外線透過光学材料としての性能を維持できる。

上記赤外線光学部品において好ましくは、皮膜の表面強度は、基材の表面強度よりも０．５Ｎ以上高い。これにより、赤外線透過率の低下を防止できるとともに、表面強度を向上できる。そのため、表面において皮膜の剥離や傷などが発生しにくく、過酷な環境下での使用が可能となる。

本発明の赤外線光学部品の製造方法は、上記赤外線光学部品の製造方法であって、硫化亜鉛を含む基材を準備する工程と、酸素が１％以上９８％以下含まれる酸化性雰囲気中で、５００℃以上７５０℃以下の温度範囲で、０．１時間以上３０時間以下の間で、基材を熱処理する工程とを備える。

本発明の赤外線光学部品の製造方法によれば、熱処理する工程により、酸素を取り込んだ皮膜を形成できる。このようにして形成される亜鉛を含む酸化物からなる皮膜は人体に無害のものであり、無害の皮膜を劇物指定のＺｎＳ上に形成するので、環境負荷を低減できる。また、上記条件で熱処理することにより容易に皮膜を形成できるので、コーティング費用を低減できる。

本発明の赤外線光学部品によれば、基材上に亜鉛の酸化物からなる皮膜を備えているので、コーティング費用を低減するとともに、環境負荷を低減できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態および実施例を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付してその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における赤外線光学部品を示す概略断面図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１における赤外線光学部品を説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態１における赤外線光学部品１０は、基材１１と、皮膜１２とを備えている。基材１１は、硫化亜鉛を含む。皮膜１２は、基材１１上に形成され、亜鉛を含む酸化物からなる。

詳細には、基材１１は、たとえば、ＺｎＳを主成分とし、残部が不可避的不純物からなる。ここで主成分とは、ＺｎＳの割合が９９．５質量％以上であることを意味し、好ましくはＺｎＳの割合は９９．８質量％以上である。また、基材１１は、たとえば、ＺｎＳを含み、残部が添加材および不可避的不純物からなる。

皮膜１２は、基材１１上に形成され、亜鉛を含む酸化物からなる。亜鉛を含む酸化物とは、たとえば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＺｎＯ₂、またはＺｎ₂Ｏなどを含む。

皮膜１２の厚みは２０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以下であることがもっとも好ましい。厚みを２０μｍ以下とすることによって、基材１１の赤外線透過率の低下を防止できるとともに、形成する皮膜１２の厚みが小さいため、熱処理費用を低減できる。厚みを５μｍ以下とすることによって、基材１１の赤外線透過率の低下をより防止できるとともに、熱処理費用をより低減できる。厚みを０．５μｍ以下とすることによって、基材１１の赤外線透過率の低下をより一層防止できるとともに、熱処理費用をより一層低減できる。

皮膜１２の表面粗さＲａは５０ｎｍ以下であることが好ましく、４０ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以下がもっとも好ましい。表面粗さＲａを５０ｎｍ以下とすることによって、赤外線透過率に及ぼす影響は非常に軽微となる。表面粗さＲａを４０ｎｍ以下とすることによって、赤外線透過率の低下を防止できる。表面粗さＲａを２０ｎｍ以下とすることによって、赤外線透過率の低下をより防止できる。なお、「表面粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠して測定される値である。

図１では、基材１１において使用する側の面である一方面のみを覆っているが、基材１１の他方面をさらに覆っていることが好ましく、基材１１の側面を含めた外表面のすべてを覆っていることがもっとも好ましい。すなわち、皮膜１２は、基材１１のすべての外表面を覆っていることが好ましい。

赤外線光学部品１０の１０μｍの波長での赤外線透過率は６０％以上であることが好ましく、６５．０％以上であることがより好ましい。赤外線透過率を６０％以上とすることによって、皮膜１２による低下を防止して、種々の用途に使うことができる。６５．０％以上とすることによって、さらに多用途に使うことができる。

赤外線光学部品１０の表面強度は、基材１１の表面強度よりも０．５Ｎ以上向上することが好ましく、３．５Ｎ以上向上することがより好ましい。０．５Ｎ以上とすることによって、皮膜１２の剥離や傷などが発生しにくく、過酷な環境下での使用が可能となる。３．５Ｎ以上とすることによって、過酷な環境下での使用がより可能となる。なお、表面強度とは、基材表面を触針を用いて０Ｎから５０Ｎ／ｍｉｎの加圧速度で荷重を負荷しながら走査し、基材表面の酸化膜が剥離したときの荷重の値である。また、基材単体の場合には、基材表面の組織が破壊され、結晶粒子が脱落したときの荷重の値である。

次に、図１および図２を参照して、赤外線光学部品１０の製造方法について説明する。なお、図２は、本発明の実施の形態１における赤外線光学部品の製造方法を示すフローチャートである。

図２に示すように、まず、硫化亜鉛を含む基材１１を準備する工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）では、たとえば平均粒径１〜２μｍ、純度９８％以上のＺｎＳ粉末を準備して、非酸化性雰囲気中９００〜１０００℃の温度範囲内にて１５０〜８００ｋｇ／ｃｍ²の圧力下で、熱間圧縮成形する。熱間圧縮成形を行なうと、多結晶ＺｎＳ焼結体および不可避的不純物からなる基材を得られる。これにより、原料粉末中の不純物成分が蒸発されやすくなり、良好な透光性の多結晶ＺｎＳ焼結体および不可避的不純物からなる基材１１を得られる。なお、基材１１は、添加材をさらに含んでいてもよい。

ＺｎＳ粉末の平均粒径（Ｆｅｓｓ法）を２μｍ以下とすることによって、可視光透過率の調整が容易になるとともに、焼結が均一に進んで気泡の残留が減少して、目的とする赤外線透過率を得ることができる。平均粒径を１μｍ以上とすることによって、製造が容易となり、コストが低減できる。また、純度を９８％以上とすることによって、添加剤を用いない場合であっても、９９．９質量％以上のＺｎＳからなる基材１１を得られるからである。

非酸化性雰囲気としては、真空またはアルゴンなどの不活性ガス、またはこれらの組み合わせが好ましい。なお、真空度としては、通常のロータリーポンプで得られる１０^-2Ｔｏｒｒ以上とすることが好ましい。

温度を９００℃以上とすることによって、焼結が十分に進んで、必要な赤外線透過率を得ることができる。１０００℃以下とすることによって、ＺｎＳ焼結体の結晶粒径が小さくなり、焼結体の機械的強度の低下を防止できる。

圧力を１５０ｋｇ／ｃｍ²以上とすることによって、焼結が十分に進んで、必要な赤外線透過率を得ることができる。８００ｋｇ／ｃｍ²以下とすることによって、気孔の残留が過少となることを防止して、必要な可視光遮光性が得られる。

準備する工程（Ｓ１０）では、基材１１の表面の表面粗さＲａを３０ｎｍ以下にする工程を含むことが好ましい。基材１１の表面粗さＲａは、２０ｎｍ以下にすることがより好ましい。表面粗さＲａを３０ｎｍ以下にするために、たとえば研磨などを行なう。

次に、基材１１を酸素が１％以上９８％以下含まれる酸化性雰囲気中で、５００℃以上７５０℃以下の温度範囲で、０．１時間以上３０時間以下の間で、熱処理する工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）により、基材１１を構成するＺｎＳが酸素を取り込んで亜鉛を含む酸化物からなる皮膜１２を形成できる。

熱処理を行なう温度は、５００℃以上７５０℃以下であり、５５０℃以上７００℃以下が好ましく、５８０℃以上６３０℃以下がより好ましい。５００℃以上とすることによって、基材１１の材質であるＺｎＳの表面を酸化してなる皮膜１２の形成速度を向上できる。５５０℃以上とすることによって、皮膜１２の形成速度をより向上できる。５８０℃以上とすることによって、皮膜１２の形成速度をより一層向上できる。一方、７５０℃以下とすることによって、基材１１の材質であるＺｎＳが昇華することを防止できる。７００℃以下とすることによって、基材１１の材質であるＺｎＳが昇華することをより防止できる。６３０℃以下とすることによって、基材１１の材質であるＺｎＳが昇華することをより一層防止できる。

熱処理を行なう時間は、０．１時間以上３０時間以下であり、０．５時間以上１０時間以下が好ましく、０．８時間以上１．２時間以下がより好ましい。０．１時間以上とすることによって、皮膜１２を容易に形成できる。０．５時間以上とすることによって、所望の膜厚の皮膜１２を容易に形成できる。０．８時間以上とすることによって、所望の膜厚の皮膜１２をより容易に形成できる。３０時間以下とすることによって、皮膜１２の形成に時間をかけすぎないのでコーティング費用の低減を図ることができ、ＺｎＳの昇華も抑制できる。１０時間以下とすることによって、コーティング費用のさらなる低減を図ることができ、ＺｎＳの昇華もさらに抑制できる。１．２時間以下とすることによって、コーティング費用のさらに一層の低減を図ることができ、ＺｎＳの昇華もさらに一層抑制できる。

なお、熱処理を行なう工程（Ｓ２０）では、５５０℃以上７００℃以下の温度範囲で、０．５時間以上１０時間以下の時間範囲で熱処理を行なうことが好ましく、６００℃で、１時間熱処理を行なうことがより好ましい。

また、熱処理を行なう雰囲気は、酸化性雰囲気であれば特に限定されず、たとえば大気中であってもよい。なお、酸素性雰囲気とは、酸素濃度が１％以上９８％以下である雰囲気を規定し、酸素濃度が大気中と同じであることがより好ましい。このような雰囲気を得るために、たとえば熱処理を行なう加熱炉などにおいて、内部の一部を真空引きし、酸素ガスを投入する置換などを行ってもよい。

熱処理を行なう工程（Ｓ２０）では、皮膜１２の厚みが２０μｍとなるような条件で行なうことが好ましい。また、皮膜１２の表面粗さＲａは５０ｎｍ以下となるように、研磨等を行なうことが好ましい。

上記工程（Ｓ１０，Ｓ２０）を実施することによって、図１に示す赤外線光学部品１０を得ることができる。赤外線光学部品１０は、１０μｍの波長での透過率が６０％以上の優れた特性を有している。また、表面強度は、基材１１の表面強度よりも０．５Ｎ以上高くなっている。なお、準備する工程（Ｓ１０）で準備された基材１１が添加材を含んでいても、ＺｎＳからなる基材１１と同様に皮膜１２を形成できる。

以上説明したように、本発明の実施の形態１における赤外線光学部品１０によれば、硫化亜鉛を含む基材１１と、基材１１上に形成され、亜鉛を含む酸化物からなる皮膜１２とを備えている。赤外線光学部品１０は、硫化亜鉛を含む基材１１を準備する工程（Ｓ１０）と、酸素が１％以上９８％以下含まれる酸化性雰囲気中で、５００℃以上７５０℃以下の温度範囲で、０．１時間以上３０時間以下の間で、基材１１を熱処理する工程（Ｓ２０）とを実施することにより製造される。熱処理する工程（Ｓ２０）により、基材１１を構成するＺｎＳが酸素を取り込んで亜鉛を含む酸化物からなる皮膜１２を安価に形成できる。亜鉛を含む酸化物からなる皮膜１２は、劇物指定のＺｎＳの表面上に形成される人体に無害のものであるので、環境負荷を低減できる。また、基材１１上に皮膜１２を形成することによって、劇物指定の基材１１を用いても、劇物指定を外すことのできる赤外線光学部品１０を得ることができる。よって、赤外線光学部品１０は、コーティング費用を低減するとともに、環境負荷を低減できる。

（実施の形態２）
図３を参照して、本発明の実施の形態２における赤外線光学部品について説明する。実施の形態２における赤外線光学部品２０は、図３に示すように、皮膜１２上に形成され、ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボンの少なくとも一方からなる膜２１をさらに備えている。なお、図３は、本発明の実施の形態２における赤外線光学部品を示す概略断面図である。

図３に示すように、実施の形態２における赤外線光学部品２０は、基材１１と、基材１１上に形成された皮膜１２と、皮膜１２上に形成された膜２１とを備えている。基材１１および皮膜１２は、実施の形態１と同様であるのでその説明は繰り返さない。

膜２１は、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素（ダイヤモンドライクカーボン）の少なくとも一方からなる。ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボンは、表面硬度がヌープ硬度で２０００以上であり、化学的に安定で、可視から赤外の使用波長帯に合わせて、最適の膜厚を選択することができる。

膜２１と皮膜１２との密着強度は０．５Ｎ以上であることが好ましく、２Ｎ以上であることがより好ましい。０．５Ｎ以上とすることによって、膜２１が皮膜１２から剥離しにくいため、過酷な環境下での使用が可能となる。２Ｎ以上とすることによって、膜２１が皮膜１２からより剥離しにくくなる。なお、密着強度とは、基材１１表面に貼付したテープ試験片を、基材１１に対して垂直方向に５０Ｎ／ｍｉｎの引っ張り荷重を負荷し、皮膜１２がはく離した時の荷重を密着強度と規定する。

膜２１の厚みは、０．０１μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であることがより好ましい。この範囲内の厚みとすることによって、反射防止効果を得ることができ、１０ｎｍの波長での赤外線透過率を向上できる。

次に、実施の形態２における赤外線光学部品２０の製造方法について説明する。赤外線光学部品２０の製造方法は、基本的には実施の形態１における赤外線光学部品１０の製造方法と同様であるが、膜２１を形成する工程をさらに備えている点においてのみ異なる。

まず、基材１１を準備する工程（Ｓ１０）を実施する。次に、熱処理を行なう工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ１０，Ｓ２０）は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。

次に、皮膜１２上にダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素の少なくとも一方からなる膜２１を形成する工程を実施する。この工程では、膜２１は、任意の成膜方法により行なうことができる。たとえば、膜２１は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法により形成することができる。

以上の工程（Ｓ１０，Ｓ２０）を実施することにより、図３に示す赤外線光学部品２０を製造することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態２における赤外線光学部品２０によれば、皮膜１２上に形成され、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素の少なくとも一方からなる膜２１をさらに備えている。ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボンからなる膜２１は、ＺｎＳに対する密着力と比較して、亜鉛の酸化物との密着力が高い。そのため、ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボンの少なくとも一方からなる膜２１は、膜２１と密着性のよい材質からなる下地コートなしに、皮膜１２上に形成できる。そのため、コーティング費用を低減して、優れた特性の膜２１を備えることができる。

［実施例］
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、実施の形態１における赤外線光学部品１０の製造方法に基づいて、赤外線光学部品１０を製造した。具体的には、まず、硫化亜鉛を含む基材を準備する工程（Ｓ１０）を実施した。この工程（Ｓ１０）では、原料粉末として純度９９．８％でＦｅｓｓ法による平均粒径が１．２μｍ、のＺｎＳ粉末を準備した。そして、そのＺｎＳ粉末をグラファイト製の熱間圧縮成形型に充填した。焼結雰囲気は、真空度１０^-2Ｔｏｒｒの雰囲気で昇温して９００℃で窒素ガスを導入し、温度９５０℃で、圧力３５ＭＰａで、時間１ｈｒで行なった。そして、得られた基材の表面をバフ研磨して、表面粗さＲａを８．５ｎｍとした。これにより、表面粗さＲａが８．５ｎｍのＺｎＳを主成分（９９．８％）とし、残部が不可避的不純物からなる基材を準備した。

次に、酸素が１％以上９８％以下含まれる酸化性雰囲気中で、５００℃以上７５０℃以下の温度範囲で、０．１時間以上３０時間以下の間で、基材を熱処理する工程（Ｓ２０）を実施した。この工程（Ｓ２０）では、準備した基材をアルミナの坩堝に配置して、５００℃で１ｈｒ、大気中で熱処理を行なった。これにより、基材と、基材上に０．１μｍの膜厚の皮膜とを備える実施例１における赤外線光学部品を製造した。

（実施例２）
実施例２の赤外線光学部品は、基本的には実施例１の赤外線光学部品と同様であるが、熱処理を行なう工程（Ｓ２０）において６００℃で１時間熱処理を行なった点においてのみ異なる。これにより、基材と、基材上に０．５μｍの膜厚の皮膜とを備える実施例２における赤外線光学部品を製造した。

（実施例３）
実施例３の赤外線光学部品は、基本的には実施例１と同様であるが、熱処理を行なう工程（Ｓ２０）において６００℃で１０時間熱処理を行なった点においてのみ異なる。これにより、基材と、基材上に５μｍの膜厚の皮膜とを備える実施例３における赤外線光学部品を製造した。

（実施例４）
実施例４における赤外線光学部品は、基本的には実施例１と同様であるが，熱処理を行なう工程（Ｓ２０）において６１５℃で３０時間熱処理を行なった点においてのみ異なる。これにより、基材と、基材上に２０μｍの膜厚の皮膜とを備える実施例４における赤外線光学部品を製造した。

（実施例５）
実施例５における赤外線光学部品は、基本的には実施例１と同様であるが、熱処理を行なう工程（Ｓ２０）において７００℃で１時間熱処理を行なった点においてのみ異なる。これにより、基材と、基材上に１５μｍの膜厚の皮膜とを備える実施例５における赤外線光学部品を製造した。

（実施例６）
実施例６における赤外線光学部品は、基本的には実施例１と同様であるが，熱処理を行なう工程（Ｓ２０）において７５０℃で０．１時間熱処理を行なった点においてのみ異なる。これにより、基材と、基材上に２μｍの膜厚の皮膜とを備える実施例６における赤外線光学部品を製造した。

（実施例７）
実施例７における赤外線光学部品は、基本的には実施例１と同様であるが，熱処理を行なう工程（Ｓ２０）において６００℃で酸素濃度１％で１５時間熱処理を行なった点においてのみ異なる。これにより、基材と、基材上に０．２μｍの膜厚の皮膜とを備える実施例７における赤外線光学部品を製造した。

（実施例８）
実施例８における赤外線光学部品は、基本的には実施例１と同様であるが，熱処理を行なう工程（Ｓ２０）において６００℃で酸素濃度９８％で０．１時間熱処理を行なった点においてのみ異なる。これにより、基材と、基材上に０．６μｍの膜厚の皮膜とを備える実施例８における赤外線光学部品を製造した。

（比較例１）
比較例１における赤外線光学部品は、基本的には実施例１と同様であるが、熱処理を行なう工程（Ｓ２０）を実施しなかった点においてのみ異なる。これにより、表面粗さＲａが８．５ｎｍのＺｎＳを主成分（９９．８％）とし、残部が不可避的不純物からなる基材からなる赤外線光学部品を製造した。

（比較例２）
比較例２における赤外線光学部品は、基本的には実施例１と同様であるが、熱処理を行なう工程（Ｓ２０）において４９０℃で０．０５時間熱処理を行った点のみ異なる。これにより、基材と、基材上に０．０１μｍの膜厚の皮膜とを備える比較例２における赤外線光学部品を製造した。

（評価方法）
実施例１〜８および比較例１および２の赤外線光学部品について１０μｍの波長での赤外線透過率、表面強度、および表面粗さＲａを測定した。赤外線透過率は、赤外分光測定装置（日本分光社製の「フーリエ変換赤外分光光度計」）により測定した。表面強度は、基材表面を触針を用いて０Ｎより序々に荷重を負荷しながら走査し、基材表面の酸化膜が剥離した荷重を表面強度として測定した。表面粗さＲａは、赤外線光学部品における皮膜の最表面を、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠して測定した。その結果を表１に示す。

また、実施例２、３、５、および比較例２の赤外線光学部品について、最表面の元素分析を行なった。具体的には、ＥＳＣＡ（ＵＬＶＡＣ−ＰＨＩ社製の「Ｘ線光電子分光分析機」）を用いて、赤外線光学部品の皮膜上の最表面に存在する元素の割合を測定した。その結果を表２に示す。

（測定結果）
表１に示すように、実施例１〜８における赤外線光学部品は、熱処理を行なう工程（Ｓ２０）を実施することによって、所定の厚みの皮膜を形成できた。また、実施例１〜８における赤外線光学部品の１０μｍの波長での赤外線透過率は、６０％以上であり、皮膜を形成していない比較例１における赤外線光学部品の高い赤外線透過率をほぼ維持できた。また、実施例１〜８における赤外線光学部品の表面強度は、基材のみを備える比較例１の基材の表面強度より０．５Ｎ以上向上したことがわかった。また、実施例１〜８における赤外線光学部品の表面粗さＲａは、５０ｎｍ以下となり、比較例１および２の基材の表面粗さＲａをほぼ維持できた。

また、表２に示すように、実施例２、３、および５の赤外線光学部品の表面には、亜鉛の酸化物を構成するＺｎおよびＯと、基材最表面の不可避的不純物であるＣのみが存在していたことがわかった。また、Ｓなどの原子が存在していなかったことから、熱処理を行なう工程（Ｓ２０）により、皮膜が基材の外表面を覆っていたことが確認できた。また、比較例２における赤外線光学部品の表面には、Ｓ原子が検出され、表面の一部に劇物指定の硫化亜鉛が残存していることが確認された。

以上説明したように、実施例によれば、基材を熱処理して亜鉛の酸化物からなる皮膜を形成することにより、コーティング費用を低減するとともに、環境負荷を低減できる赤外線光学部品を得られることが確認できた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

コーティング費用を低減するとともに、環境負荷を低減できる赤外線光学部品を製造できるので、赤外線センサー、赤外線画像処理装置、および赤外レーザ等の赤外光学系に用いられる光学部品などに好適に用いることができる。

本発明の実施の形態１における赤外線光学部品を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１における赤外線光学部品の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における赤外線光学部品を示す概略断面図である。

符号の説明

１０，２０ 赤外線光学部品、１１ 基材、１２ 皮膜、２１ 膜。

Claims (8)

1. 硫化亜鉛を含む基材と、
   前記基材上に形成され、亜鉛を含む酸化物からなる皮膜とを備える、赤外線光学部品。
2. 前記皮膜の厚みは２０μｍ以下である、請求項１に記載の赤外線光学部品。
3. 前記皮膜は、前記基材のすべての外表面を覆っている、請求項１または２に記載の赤外線光学部品。
4. 前記皮膜の表面粗さＲａは５０ｎｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線光学部品。
5. 前記皮膜上に形成され、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素の少なくとも一方からなる膜をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線光学部品。
6. １０μｍの波長での赤外線透過率は６０％以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の赤外線光学部品。
7. 表面強度は、前記基材の表面強度よりも０．５Ｎ以上高い、請求項１〜６のいずれかに記載の赤外線光学部品。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の赤外線光学部品の製造方法であって、
   硫化亜鉛を含む基材を準備する工程と、
   酸素が１％以上９８％以下含まれる酸化性雰囲気中で、５００℃以上７５０℃以下の温度範囲で、０．１時間以上３０時間以下の間で、前記基材を熱処理する工程とを備える、赤外線光学部品の製造方法。

Images