JP6853066B2 - Reflector member - Google Patents
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Description
本開示は、セラミック構造体および反射鏡部材に関する。 The present disclosure relates to ceramic structures and reflector members.
反射鏡部材を備えるキセノンランプ(放電ランプ)は、反射鏡部材により強力な光を発生させることができる。そして、反射鏡部材を構成する基体としては、アルミニウム等の金属またはセラミックス等が用いられている。また、基体の上には、被覆層が位置している。 A xenon lamp (discharge lamp) including a reflector member can generate strong light by the reflector member. As the substrate constituting the reflector member, a metal such as aluminum or ceramics is used. Further, a coating layer is located on the substrate.
このような構成の反射鏡部材として、特許文献1では、反射鏡部材後方への光漏れを防止するために、セラミックスからなる基体の内面に釉薬処理がなされた反射鏡部材が提案されている。 As a reflector member having such a configuration, Patent Document 1 proposes a reflector member in which the inner surface of a substrate made of ceramics is glazed in order to prevent light from leaking to the rear of the reflector member.
今般において反射鏡部材には、長期間にわたる使用に耐え得るべく、繰り返される反射鏡部材による光の反射によって、基体から被覆層が剥がれにくいことが求められている。 Nowadays, a reflecting mirror member is required to have a coating layer that is hard to be peeled off from a substrate due to repeated reflection of light by the reflecting mirror member so that it can withstand use for a long period of time.
本開示は、このような要求を満たすべく案出されたものであり、基体と被覆層との密着力に優れたセラミック構造体および反射鏡部材を提供する。 The present disclosure has been devised to satisfy such a requirement, and provides a ceramic structure and a reflector member having excellent adhesion between a substrate and a coating layer.
本開示の反射鏡部材は、酸化アルミニウム質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスからなり、凹曲面を有する基体と、前記凹曲面の上に位置する被覆層と、該被覆層の上に位置する反射層を備えている。そして、前記被覆層は、該被覆層を構成する全成分100質量%のうち60質量%以上含む酸化珪素と、バリウムおよびカリウムを含む。また、前記被覆層は、前記基体に近い部分を第1領域、該第1領域よりも前記基体から遠い部分を第2領域としたとき、前記第1領域は、前記第2領域よりも前記バリウムおよび前記カリウムを多く含む部分を有している。
Reflector member of the present disclosure, Ri Do from an aluminum oxide ceramic or aluminum nitride ceramics, and the substrate that have a concave surface, a coating layer located on the concave surface is located on the said coating layer It has a reflective layer. The coating layer contains silicon oxide containing 60% by mass or more of 100% by mass of all the components constituting the coating layer, and barium and potassium. Further, when the portion of the coating layer closer to the substrate is the first region and the portion farther from the substrate than the first region is the second region, the first region is the barium rather than the second region. And has a portion containing a large amount of potassium.
本開示の反射鏡部材は、基体と被覆層との密着力が高い。その結果、本開示の反射鏡部材は、光の反射を繰り返したとしても、長期間にわたって使用することができる。
The reflector member of the present disclosure has a high adhesion between the substrate and the coating layer. As a result, the reflector member of the present disclosure can be used for a long period of time even if the reflection of light is repeated.
以下、本開示のセラミック構造体の一実施形態として反射鏡部材について、図面を参照して説明する。図1は、反射鏡部材を備える反射鏡の一例を示す概略の断面図であり、(b)は(a)のA部の拡大図である。 Hereinafter, a reflector member as an embodiment of the ceramic structure of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a reflector provided with a reflector member, and FIG. 1B is an enlarged view of a portion A of FIG. 1A.
図1に示す反射鏡1は、金属からなる台座10の上に、凹曲面を有する基体3が位置する。また、台座10の一部には、キセノンガスを供給するための管状体13が位置している。さらに、台座10の他の一部には、陽極11が位置している。陽極11は、基体3の貫通孔を介して内部空間17に露出するように位置する。また、陽極11は、タングステンからなり、台座10にろう付けされている。また、基体3と台座10とは下部リング12にてろう付けされている。陽極11の上部には、アーク放電する距離を保って、タングステンからなる陰極14が位置している。なお、陽極11の先端は平坦に、陰極14の先端は鋭角状である。陰極14は、モリブデンからなる支持用リング15を介して、モリブデンからなる支持板16に支持されている。また、支持版16の上部には、円盤状のサファイヤからなる透光性部材7が位置している。支持板16および透光性部材7は、取り付け金具8にろう付けされている。取り付け金具8および基体3は、金属からなる上部リング9によってろう付けされることにより固定されている。なお、内部空間17は、キセノンガス、水銀蒸気またはメタルハライド等の高圧ガスが封入される空間である。
In the reflector 1 shown in FIG. 1, a
本開示のセラミック構造体2は、酸化アルミニウム質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスからなる基体3と、基体3の表面の少なくとも一部に位置する被覆層4とを有する。そして、被覆層4は、被覆層4を構成する全成分100質量%のうち60質量%以上含む酸化珪素と、バリウムおよびカリウムを含む。また、被覆層4は、基体3に近い部分を第1領域4a、第1領域4aよりも基体3から遠い部分を第2領域4bとしたとき、第1領域4aは、第2領域4bよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分を有している。
The
そして、セラミック構造体2における被覆層4の上に反射層6を備えたものが反射鏡部材である。反射層6は、可視光線を反射する銀、銀合金等からなるものや、可視光線を反射して赤外線を放射する、弗化マグネシウム(MgF2)、酸化チタン(TiO2)等からなるものである。反射層6の厚みは、例えば、1μm程度である。
The reflecting mirror member includes the reflecting layer 6 on the covering
図2(a)は、図1に示すセラミック構造体の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真であり、(b)は(a)におけるBのエネルギー分散形X線分析装置(EDS)による測定結果を示すチャートであり、(c)は(a)におけるCのEDSによる測定結果を示すチャートである。なお、上記断面とは、研磨面であり、チャートにおける縦軸は、電子線を照射した際に発生する元素特有の特性X線の強度を示している。 FIG. 2 (a) is a photograph of a cross section of the ceramic structure shown in FIG. 1 taken with a scanning electron microscope, and FIG. 2 (b) is measurement by the energy dispersive X-ray analyzer (EDS) of B in (a). It is a chart which shows the result, (c) is the chart which shows the measurement result by EDS of C in (a). The cross section is a polished surface, and the vertical axis in the chart shows the intensity of characteristic X-rays peculiar to an element generated when an electron beam is irradiated.
図2に示すように、本開示のセラミック構造体2における被覆層4の第1領域4aは、第2領域4bよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分5(以下、単に部分5と記載する。)を有している。このような構成を満たす本開示のセラミック構造体2は、基体3と被覆層4とが高い密着力を有する。このように高い密着力を有するのは、基体3に含まれるアルミニウムが、被覆層4の形成時において、バリウムおよびカリウムと共有結合を図ろうと第1領域4a側に拡散してくるからではないかと考えられる。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態における第1領域4aおよび第2領域4bとは、図2に示すような断面にお
いて、被覆層4の厚みを2分するものである。なお、被覆層4の厚みは、例えば、20μm以上100μm以下である。
The
被覆層4は、酸化珪素、バリウム、カリウム以外に、カルシウム、アルミニウムおよびナトリウム等を含んでいてもよい。
The
また、第1領域4aは、基体3と第1領域4aとの界面に沿って、部分5の層状部5aを有するものであってもよい。このような構成を満たすときには、基体3と被覆層4とが剥離しにくくなり、基体3と被覆層4とがさらに高い密着力を有する。
Further, the
また、第1領域4aは、基体3および被覆層4との界面から第2領域4bに向かって延びる、部分5の柱状部5bを有するものであってもよい。このような構成を満たすときには、さらに、基体3と被覆層4とが高い密着力を有する。なお、ここで柱状部5bとは、アスペクト比(長径/短径)が2以上であることをいう。また、柱状部5bが結晶化しているときには、被覆層4内に生じたクラックの進展を抑制できるため、密着力の低下が小さくなる。
Further, the
さらに、柱状部5bが複数存在し、アスペクト比3以上が50%以上を占めるものであってもよい。このような構成を満たすときには、さらに、基体3と被覆層4とが高い密着力を有する。
Further, a plurality of
柱状部5bが複数存在し、基体3と第1領域4aとの界面と柱状部5bとのなす角度の70°〜110°の範囲の占有率が50%以上であってもよい。このような構成を満たすときには、高圧ガスによる圧力が第2領域4b側から掛かり、基体3で反射、散乱した応力は柱状部5bで分散して、緩和されやすくなるため、被覆層4内における残留応力を抑制することができる。それゆえ、基体3と被覆層4とは、剥離しにくくなる。
A plurality of
次に、測定方法等について説明する。 Next, the measurement method and the like will be described.
基体3の材質については、まず、X線回折装置(XRD)を用いて測定し、得られた2θ(2θは、回折角度である。)の値よりJCPDSカードを用いて同定を行なう。次に、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析装置(ICP)または蛍光X線分析装置(XRF)を用いて、含有成分の定量分析を行なう。上記同定により酸化アルミニウムの存在が確認され、ICPまたはXRFで測定したAlの含有量から酸化アルミニウム(Al2O3)に換算した含有量が80質量%以上であれば、酸化アルミニウム質セラミックスである。また、上記同定により窒化アルミニウムの存在が確認され、ICPまたはXRFで測定したAlの含有量から窒化アルミニウム(AlN)に換算した含有量が80質量%以上であれば、窒化アルミニウム質セラミックスである。
The material of the
なお、基体3が酸化アルミニウム質セラミックスであるとき、珪素の酸化物、カルシウムの酸化物およびマグネシウムの酸化物を含んでいてもよい。また、基体3が窒化アルミニウム質セラミックスであるとき、希土類元素(イットリウム、イッテルビウムおよびエルビウム等)の酸化物を含んでいてもよい。これらは焼結助剤として用いられるものであり、基体3における含有量は、ICPやXRFを用いて測定し、酸化物に換算することにより求めることができる。
When the
次に、被覆層4に含まれる成分および含有量は、EDSを用いて確認することができる。また、第1領域4aおよび第2領域4bにおける、バリウムおよびカリウムの比較にあたっては、被覆層4の厚みを2分し、基体3に近い方を第1領域4a、基体3から遠い方を第2領域4bとし、第1領域4aにおけるバリウムの含有量およびカリウムの含有量と第2領域4bにおけるバリウムの含有量およびカリウムの含有量とを比較すればよい。なお、図2(b)、(c)に示すようなチャートにおいて、強度値で比較してもよい。
Next, the components and contents contained in the
また、層状部5aの存在の有無については、例えば、第1領域4aにおける、基体3および被覆層4との界面に近い部分について、EDSによる測定を複数行ない、第2領域4bよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分が続いているか否かで確認することができる。具体的には、30μm毎に測定し、5点続けば層状部5aが有るとみなしてよい。なお、第2領域4bよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分がある場合には、図2(a)に示すように、色調差によって確認できる場合もある。
Regarding the presence or absence of the layered
次に、柱状部5bの存在の有無については、図2(a)に示すセラミック構造体の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真で確認することができる。また、アスペクト比3以上が50%以上を占めるか否かについては、上記写真を用いて、アスペクト比が2以上である柱状部5bを数え、次に、アスペクト比が3以上である柱状部5bを数え、比率を算出すればよい。
Next, the presence or absence of the
さらに、基体3と第1領域4aとの界面と柱状部5bとのなす角度の70°〜110°の範囲の占有率が50%以上であるか否かについては、上記写真を用いて、各柱状部5bの角度を求め、70°〜110°の範囲の占有率を求めればよい。
Further, whether or not the occupancy of the angle formed by the interface between the
また、被覆層4または反射層6の表面の算術平均粗さRaが、0.2μm以上0.6μm以下であれば、光の乱反射を低減することができる。
Further, when the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the
ここで、被覆層4または反射層6の表面の算術平均粗さRaを求めるには、CNC表面粗さ・輪郭形状測定機((株)ミツトヨ製)を用い、以下の条件で測定すればよい。
Here, in order to obtain the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the
・装置名 :サーフテストエクストリーム
・型番 :SV−3000CNC
・規格 OLDMIX
・評価曲線種別 R
・基準長さ 0.8mm
・区間数 5
・カットオフ(λc) 0.8mm
・フィルタ種別 Gaussian
・評価長さ 4.0mm、
・助走 0.4mm
・後走 0.4mm
・スムース接続 OFF
・パラメータ計算時の平均補正 OFF
次に、本実施形態のセラミック構造体および反射鏡部材の製造方法の一例を説明する。
・ Device name: Surftest Extreme ・ Model number: SV-3000CNC
・ Standard OLDMIX
・ Evaluation curve type R
・ Standard length 0.8mm
・ Number of
・ Cutoff (λc) 0.8mm
-Filter type Gaussian
・ Evaluation length 4.0 mm,
・ Run-up 0.4mm
・ Back run 0.4mm
・ Smooth connection OFF
・ Average correction OFF when calculating parameters
Next, an example of a method for manufacturing the ceramic structure and the reflector member of the present embodiment will be described.
炭酸バリウム、カオリン、石灰、溶融シリカおよび長石の各粉末を準備する。上記粉末の合計100質量%における各粉末の比率は、炭酸バリウムを5質量%以上9質量%以下、カオリンを10質量%以上16質量%以下、石灰を10質量%以上16質量%以下、溶融シリカを27質量%以上35質量%以下、残部を長石とする。バリウム源は炭酸バリウムであり、カリウム源はカオリンおよび長石である。 Prepare barium carbonate, kaolin, lime, fused silica and feldspar powders. The ratio of each powder in the total 100% by mass of the above powders was 5% by mass or more and 9% by mass or less for barium carbonate, 10% by mass or more and 16% by mass or less for kaolin, 10% by mass or more and 16% by mass or less for lime, and molten silica. Is 27% by mass or more and 35% by mass or less, and the balance is feldspar. The barium source is barium carbonate, and the potassium sources are kaolin and feldspar.
そして、上記粉末を水およびバインダーとともにポットミルに投入した後、混合、粉砕してペーストを得る。 Then, the powder is put into a pot mill together with water and a binder, and then mixed and pulverized to obtain a paste.
酸化アルミニウム質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスの表面に刷毛塗り、スプレー塗布等によってペーストを塗布し、保持する温度を1350℃以上1450℃以下、保持する時間を2時間以上4時間以下として熱処理することで本実施形態のセラミック構造体を得ることができる。なお、バリウムおよびカリウムが、第2領域よりも第1領域の側により多く含まれるようにするには、1000℃までの降温速度を180℃/時間以上550℃/時間以下とすればよい。 By applying a paste to the surface of aluminum oxide ceramics or aluminum nitride ceramics by brush coating, spray coating, etc., and heat-treating with a holding temperature of 1350 ° C or higher and 1450 ° C or lower and a holding time of 2 hours or more and 4 hours or less. The ceramic structure of the present embodiment can be obtained. In order to allow more barium and potassium to be contained on the side of the first region than in the second region, the temperature lowering rate up to 1000 ° C. may be 180 ° C./hour or more and 550 ° C./hour or less.
また、層状部を存在させるには、前述したペーストを第1ペーストとしたとき、前述した範囲内において、炭酸バリウムおよびカオリンの量を増やしたこと以外は、第1ペーストと同様の方法により、第2ペーストを作製し、第2ペーストを塗布した後に、第1ペーストを塗布すればよい。 Further, in order to make the layered portion exist, when the above-mentioned paste is used as the first paste, the method is the same as that of the first paste except that the amounts of barium carbonate and kaolin are increased within the above-mentioned range. Two pastes may be prepared, the second paste may be applied, and then the first paste may be applied.
さらに、柱状部を存在させるには、熱処理における1000℃までの降温速度を200℃/時間以上500℃/時間以下とすればよい。また、アスペクト比が3以上である柱状部を個数比率で半数以上得るには、降温速度を250℃/時間以上500℃/時間以下とすればよい。また、基体と第1領域との界面と柱状部とのなす角度の70°〜110°の範囲の占有率を50%以上とするには、降温速度を350℃/時間以上500℃/時間以下とすればよい。 Further, in order to make the columnar portion exist, the temperature lowering rate up to 1000 ° C. in the heat treatment may be set to 200 ° C./hour or more and 500 ° C./hour or less. Further, in order to obtain more than half of the columnar portions having an aspect ratio of 3 or more in terms of the number ratio, the temperature lowering rate may be 250 ° C./hour or more and 500 ° C./hour or less. Further, in order to occupy 50% or more of the angle formed by the interface between the substrate and the first region and the columnar portion in the range of 70 ° to 110 °, the temperature lowering rate is 350 ° C./hour or more and 500 ° C./hour or less. And it is sufficient.
なお、上記いずれの場合においても、1000℃以降の降温速度は180℃/時間未満とすればよい。 In any of the above cases, the temperature lowering rate after 1000 ° C. may be less than 180 ° C./hour.
そして、本実施形態の反射鏡部材を得るには、反射層として銀、銀合金等からなる反射膜を被覆層上に形成する場合には、真空蒸着法を用いればよい。また、反射層として弗化マグネシウム(MgF2)、酸化チタン(TiO2)等からなる多重干渉膜を被覆層上に形成する場合には、真空蒸着法あるいは化学気相成長法(CVD)を用いればよい。 Then, in order to obtain the reflector member of the present embodiment, a vacuum vapor deposition method may be used when a reflective film made of silver, a silver alloy or the like is formed on the coating layer as the reflective layer. Further, when forming a multiple interference film made of magnesium fluoride (MgF 2 ), titanium oxide (TiO 2 ) or the like as a reflective layer on the coating layer, a vacuum vapor deposition method or a chemical vapor deposition method (CVD) is used. Just do it.
上述した製造方法によって得られたセラミック構造体は、基体と被覆層との密着力が高い。また、本実施形態の反射鏡部材は、基体と被覆層との密着力が高いことから、光の反射を繰り返したとしても、長期間にわたって使用することができる。 The ceramic structure obtained by the above-mentioned manufacturing method has a high adhesion between the substrate and the coating layer. Further, since the reflector member of the present embodiment has a high adhesion between the substrate and the coating layer, it can be used for a long period of time even if light reflection is repeated.
1 反射鏡
2 セラミック構造体(反射鏡部材)
3 基体
4 被覆層
4a 第1領域
4b 第2領域
5 第2領域4bよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分
5a 層状部
5b 柱状部
6 反射膜
7 透光性部材
8 取り付け金具
9 上部リング
10 台座
11 陽極
12 下部リング
13 管状体
14 陰極
15 支持用リング
16 支持板
17 内部空間
3
Claims (5)
前記被覆層は、該被覆層を構成する全成分100質量%のうち60質量%以上含む酸化珪素と、バリウムおよびカリウムを含み、
前記被覆層は、前記基体に近い部分を第1領域、該第1領域よりも前記基体から遠い部分を第2領域としたとき、
前記第1領域は、前記第2領域よりも前記バリウムおよび前記カリウムを多く含む部分を有している、反射鏡部材。 Ri Do from an aluminum oxide ceramic or aluminum nitride ceramics, and includes a substrate that having a concave surface, and a covering layer located above the concave surface, a reflective layer located on top of the coating layer,
The coating layer contains silicon oxide containing 60% by mass or more of 100% by mass of all the components constituting the coating layer, and barium and potassium.
When the portion of the coating layer close to the substrate is the first region and the portion farther from the substrate than the first region is the second region,
The first region is a reflector member having a portion containing more barium and potassium than the second region.
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