JPH01309005A - レーザ反射鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （７）技術分野 この発明は、ＣＯ□レーザやＣＯレーザなどの赤外レー
ザの光を反射するためのレーザ反射鏡に関する。

ＣＯ２レーザは、例えば１０．６μｍの波長の光を発す
る。高出力のレーザを得やすいので、機械加工、医療の
分野で使われる。小出力のものは、赤外用の光ファイバ
によって導波する事ができる。

大出力のＣＯ２レーザ光は、光ファイバを通す事ができ
ない。熱損失が大きいので光ファイバが焼損するからで
ある。

このため、大出力のＣＯ２レーザ光は、ミラーで多重反
射する事により導波する。このために、反射率の高い反
射鏡が必要である。

この反射鏡は、反射率が高いという事の他に、熱伝導率
が高い事、耐熱性に優れる事、化学変化しにくい事など
の特性が要求される。

ＣＯ２レーザの光は、エネルギーが高いので、反射鏡も
強（加熱される。この熱を速やかに除去しなければなら
ない。また、高い温度に耐え、酸化されてはならない。

このため、上述の特性を持つ事が必要である。

ここで反射鏡というのは、平面鏡、凹面鏡、凸面鏡など
全ての形状の鏡を含む。

可視光と赤外光では、波長が違うので、同じ物質でも、
反射率、が違う。可視光用の鏡と赤外光用の鏡とでは、
最適の材料が異なる。

可視光用の鏡として、ガラスに金属を蒸着、メツキした
ものが用いられる。このようなものは、熱伝導性が悪（
、熱衝撃に弱いので、赤外光用に用いる事ができない。

（イ）従来技術 赤外レーザ用反射鏡として、従来用いられてし）るもの
は、 ■　鏡面加工された銅Ｃｕ、モリブデンＭＯ、シリコン
Ｓｉ１アルミニウムＡＩなどの金属単体よりなる鏡。

これらはいずれも、赤外光をよく反射する。

さらに、熱伝導度、耐熱性もよい。モリブデンは耐熱性
では優れるが、加工性は劣る。

銅の反射鏡は、ＣＯ２レーザの１０．６μｍの光に対し
て、９９％以上の反射率を持つ。反射率の点では、最も
優れたものである。また加工性もよく、熱伝導度も高く
、冷却しやすい。

だから、銀単体の反射鏡がＣＯ２レーザ光に対して使わ
れる事も多い。

■　銅を主体として、この上に金Ａｕの薄膜をコートし
た鏡。

銅Ｃｕは上述の優れた点があるが、表面が柔く傷がつき
やすい。また酸化されやすい、という欠点を持つ。

そこで、銅基板の上に金Ａｕの薄膜をコートするのであ
る。これによって酸化を防ぐ事ができる。しかし、傷つ
きやすいという欠点を除く事はできない。

銅以外の金属（Ｍｏ、Ｓｉ、Ａ４）の表面に、Ａｕコー
トするものも考えられるが、その必要性が低いので現実
には存在しない。

■　銅を主体として、この上に０．１〜０５％のコバル
）Ｃｏを含む金Ａｕの薄膜を形成した鏡。

コバル）Ｃｏを金Ａｕに混ぜてＣｏ−Ａｕの合金とし、
これを薄膜材料とする。Ｃｏを入れるのは、表面を硬く
するためである。ｃｏの量が多いと、反射率が低下する
ので望ましくない。

（つ）発明が解決しようとする問題点 反射率、熱伝導度、加工性の点から、銅の反射匁が赤外
レーザ光に最適である。先に述べた、Ｍｏ。

Ｓｉ、Ａｌなどは、反射率、熱伝導度、加工性のいずれ
かに難点があり、最適のものとはいえない。

しかし、銅も柔かくて傷がつきやすい。また表面が酸化
しやすい。傷ついたり、酸化したりすると、赤外光に対
する反射率は著しく低くなり、鏡としての機能を果さな
い。

そこで、銅を主体として、この上に金をコーティングし
たものもある。この場合、銅は反射率に寄与せず、熱の
良導体としての作用があるだけである。金の反射率が高
いので、反射鏡としては優れている。銅を伝わって、熱
が逃げる。高反射率、高熱伝導の性質を持つ。しかし、
金は柔いので、非常に傷つきやすい。

表面に傷がつくと、反射率が低下する。この場合、金は
９９．９９％の高純度のものが使われる。

０．１〜０．５％のＣｏを含むＡｕによって薄膜を形成
するものもある。コバルトＣＯを入れるのはＡｕの硬度
を増すためである。

しかし、これとて、Ａｕ薄膜の強度が充分でない。

やはり傷つきやすい、という難点がある。コバルトの量
を増すとＡｕ薄膜の強さが増えるが、そうすると、反射
率が低下してくる。

００　　目　　　　　的 赤外光をよく反射し、熱伝導度が高（、表面に傷がつき
にくく酸化しない赤外用の反射鏡を提供する事が本発明
の目的である。

（６）構　成 本発明のレーザ反射鏡は金属板上に、１〜２０重量％の
Ｃｒを含む金Ａｕの薄膜を形成したものである。

ここで金属基板というのは、銅Ｃｕ、アルミＡ１１モリ
ブデンＭｏ　１シリコンＳｉなどである。この上に金の
薄膜をコーティングするのであるが、金の中に１〜２０
重量％のＣｒを添加したところが新規なのである。

クロムＣｒを加える事により、金薄膜が著しく強化され
る。このため金薄膜は傷つきにくい。化学的、物理的に
金薄膜を強化する、という事がＣｒ添加の目的である。

Ｃｒ添加により耐蝕性も向上する。

金は化学的に安定し、酸化しない物質であるから、金薄
膜に傷がつかなければ酸化、腐蝕の問題はない。しかし
、金は柔く傷つきやすいので、地肌が露出する事がある
。そうなると、露出した部分から腐蝕、酸化が進行する
。

本発明では、ＡｕにＣｒを加えて金薄膜を強くし、傷つ
かないようにしている。傷がつかなければ、酸化、腐蝕
は起こらない。

しかし、Ｃｒを多量に加えると、反射率が低下して、反
射鏡にならない。

反対に、Ｃｒ添加量が少いと、表面の硬度が十分なもの
にならない。

そこで、クロム添加量と、反射率、表面硬度の関係を調
べる必要がある。

第１図は、その測定結果を示すグラフである。

基板は無酸素銅である。この上に、Ｃｒを含む金の薄膜
をイオンブレーティング法によって形成した。ＣｒのＡ
ｕに対する重量％を横軸にとっである。

縦軸は反射率と、ヌープ硬さである。

反射率は１０．６μｍのＣ０２レーザの光に対するもの
である。

ヌープ硬さは、荷重１０ｇ１荷重時間１０ｓｅｃで測定
した。測定点は１０点である。その平均値を示しである
。

反射率は、Ｃｒ０９６、Ａｕ　１００９６の場合最大で
あるが、９９．５％程度である。反射率はＣｒの含有量
が１０重量％まで殆ど変らず９９．５％を維持する。

Ｃｒの含有量が１０重量％を越えると、反射率が低下し
始める。しかし、　Ｃｒが２０重量％でも９９．３５９
６である。

Ｃｒが２０重量％を越えると、反射率の低下は著しくな
る。Ｃｒが２４重量％で９９．２％に低下する。

ヌープ硬さは、表面の硬さを示すものであるが、Ｃｒ　
０９６Ａｕ　１００９＋６の時は７５Ｈｋである。極め
て柔い。

Ｃｒが２ｗｔ％（重量％のこと）のとき１００Ｈｋ＋Ｃ
上る。

僅かなＣｒの添加によって、表面硬度が著しく向上する
。

Ｃｒの含有量が上るに従ってヌープ硬さも増える。

Ｃｒ１０ｗｔ％、Ａｕ　９０　ｗｔ　９７；で１５０　
Ｈｋである。

Ｃｒ　２０　ｖｔｒｔ　％、Ａｕ　８０　ｗｔ　９６で
、２００Ｈｋになる。これよりＣｒを増してもヌープ硬
さはあまり増えない。

Ｃｒ　２４　ｗｔ　％　、Ａｕ　７６　ｗｔ　９６でも
２００Ｈｋである。

反射率があまり低下せず、表面硬さが大きいという範囲
はＣｒのｗｔ％が１〜２０ｗｔ％である事が分る。

ａ）作　用 金属基板の上に１〜２０ｗｔ％のＣｒを含むＡｕの薄膜
をコーティングする。

純金によるコーティングに比べて、表面の硬度が増す。

第１図に示すように、Ａｕ１００ｗｔ％のとき、ヌープ
硬さが７５Ｈｋであるが、Ｃｒを２ｗｔ％混ぜるだけで
１００Ｈｋになり、Ｃｒを１０ｗｔ％混ぜると１５０　
Ｈｋになる。

このように少量のＣｒを金に添加する事により、金薄膜
を硬くする事ができる。この結果傷のつきにくい反射面
を作る事ができる。

Ｃｒを添加すると、反射率が減るが、Ｃｒが１０ｗｔ％
までは、殆ど変化がない。Ｃｒが２０　ｗｔ％になると
、反射率は少し減る。

しかし、Ｃｕの添加を１〜２０ｗｔ９６とすれば、高反
射率で、高硬度の薄膜とする事ができる。

表面に傷がつかなければ、金は化学的に安定した物質で
あるので、腐蝕しない。酸化もしない。

金属基板が銅Ｃｕである場合、これは化学的には弱い物
質で、腐蝕酸化されやすいが、Ｃｒを含む金薄膜で覆わ
れる事によ怜、化学的に安定となる。

金属基板がＣｕ１°Ｓｔ、Ａ１％Ｍｏのいずれであって
も本発明を適用できる。しかし、基板がＣｕである場合
に、本発明の利点が最も顕著に現われる。

さらに％Ｃｕ基板の上にＮｉ薄膜を付け、この上に本発
明のＡｕ−Ｃｒ薄膜を形成するようにしてもよい。

（ホ）実施例 無酸素銅基板を、単°結晶ダイヤモンドバイトで超精密
切削加工した反射鏡基板について、本発明を適用した。

鏡面加工されたこの銅基板上に、１０ｗｔ９６のＣｒを
含むＡｕの薄膜をイオンブレーティング法によって　゛
形成した。膜厚は１μｍである。

イオンブレーティングの条件は以下の通りである。

０真空度　Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ ○イオン化電圧　　　　　５２Ｖ Ｏ基板バイアス電圧　　　　１．１ｋＶＯ蒸着速度　　
　２０人／就 Ｏ原料は、Ａｕ−Ｃｒ（１０％）合金を準備しこれを原
料として使用した。

このようなイオンブレーティングシーよってＡｕ−Ｃｒ
層をＣｕの表面に形成した。この反射鏡についてヌープ
硬さを測定したところ１５０Ｈｋであった。

無酸素銅を超精密切削加工しただけのもののスープ硬さ
が７５Ｈｋである事に比べ、十分に硬い膜であることが
分る。

次に、アルコールを含ませたガーゼを用いた拭取り試験
を行なった。

切削加工のみの無酸素銅反射鏡では、表面にヘアライン
状の傷がついた。

ところがＡｕ−Ｃｒ薄膜で覆った反射鏡では全く傷つか
なかった。表面硬さが十分である事が分る。

耐蝕性を調べるため、反射鏡表面を指で触れ、室温空気
中に放置する実験を行なった。

切削加工したＣｕの反射鏡は、２４時間で指紋跡に錆を
生じた。ところがＣｕＯ上にＡｕ−Ｃｒ薄膜を被覆した
反射鏡では表面に全く錆を生じない。１ケ月放置した後
も、錆を生じなかった。耐蝕性も十分である事が分る。

Ｃ）効　果 本発明のレーザ反射鏡は、Ｃｒを含むＡｕの薄膜で金属
基板を覆っているから、十分な硬さの表面を持つ反射鏡
が得られる。

表面を擦っても傷がつかない。メンテナンス時に傷が発
生しない。これに原因する反射率の低下が防止できる。

反射鏡の寿命が長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超精密切削加工した銅基板の上に０〜２４％の
Ｃｒを含むＡｕの薄膜をイオンブレーティング法によっ
て形成（膜厚１μｍ）した時の、Ｃｒの含有量と反射率
、ヌープ硬度の測定値を示すグラフ。 発明者　京谷達也 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 赤外レーザ用の反射鏡であつて、鏡面加工されたＣｕ、
   Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｏ或はＣｕの上にＮｉ薄膜を付けたもの
   の上に、１〜２０重量％のＣｒを含むＡｕの薄膜を形成
   した事を特徴とするレーザ反射鏡。