JPH04229804A - 新規なモノリシック表面鏡 - Google Patents
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】本発明は、一般に鏡に関し、特に機械的
及び化学的攻撃に抵抗する表面鏡に関する。 【0002】最も市販されている鏡は、銀の薄い層が光
線を反射するようにガラス基板の背面、即ち二次面に付
着された銀メッキガラスの複合構造体から成る二次面鏡
である。銀メッキガラスは、高い可視反射率を有し着色
しないので、一般に望ましい。銀は直接ガラスに十分に
接着しないので、比較的薄い金属プリコートが銀を適用
する前にガラスの面に適用される。銀の層を損傷及び劣
化から保護するために、保護コーティングがその露出面
に加えられる。一般の保護コーティングは銀の層に付着
された銅の層とそれに続く銅の層に塗られた厚い塗料で
ある。銀と塗料層の間に介在した銅の層が銀に対する塗
料の付着を高める。 【0003】二次面銀メッキガラス鏡は「ブラックエッ
ジ」と呼ばれる現象を受け易い。この劣化プロセスは、
鏡の切断縁上の銀が湿気に露出されるとき生じる。この
ことにより化学的腐食が生じ、徐々に内方に進む鏡の「
ブラックエッジ」を発生させる。この劣化プロセスは、
銀鏡が高い湿気環境で用いられるとき一層顕著になる。 【0004】二次面銀鏡を製造する前述の方法は、環境
上の関心を生じさせる。第1の関心亊は、製造プロセス
中の生成される廃棄生成物内に見い出される鉛及び化学
物質である。例えば、環境保護局(EPA)は銀メッキ
プロセスにより残る洗浄水に特に注意を払っている。化
学物質、銀、銅、及びすずを含む洗浄水は、EPAによ
り有害廃棄物として規定されており、EPAはそれに廃
棄に関する制限を課している。問題を複雑にしているの
は、制限が状態によって異なり、また連邦政府、州及び
市の間でさえも異なっていることである。例えば、市の
条例は州や連邦政府のものよりも厳しいのが普通である
。 【0005】バックミラーに用いられる塗料は或る工業
上の要件に合致しなけらばならず、このこともまた環境
問題を生じさせている。例えば、前述のように、銅の基
板が最初に銀に加えられ、保護塗料は銅と組み合わせた
付着性及び性能を持つ必要がある。鏡製造業者が要求す
る付加的要求事項は塗料自体の製造及び銀の劣化を防ぐ
その能力に係わるものである。ますます、多くの製造業
者は、塗料が耐久性があり、銅及び銀に十分付着するこ
とを要求している。かくして、これらのすべての要求事
項を満たす塗料は鉛を含むものである。現在用いられて
いるものと置き換えるために非鉛系塗料を開発する試み
がなされてきた。しかしながら、鉛系製品と均等な非鉛
系塗料の代替品は未だ開発されていない。 【0006】有害な廃棄鉛の多くは、製造した鏡の縁を
研磨するときの製造プロセスの後工程で生じる。実際に
、鏡支持体の部分が十分に研磨される。その結果、極微
量の鉛が研磨水内に発見される。鉛塗料の使用に伴う他
の問題は、鉛の存在に主に起因してスクラップ鏡の有効
なリサイクルが行えないことである。廃棄水処理及び鏡
製造設備の流出物からの鉛、銀及び他の有害な物質を洗
浄する他の手段は、環境問題に対して単なる一時的な解
決案しか提供しない。 【0007】したがって、本発明の主な目的は、機械的
及び化学的攻撃に抵抗する鏡を提供することにある。 【0008】本発明の他の目的は、有害な廃棄物を生成
することなく製造できる鏡を提供することにある。 【0009】 【発明の構成】これらの目的及びその他の目的は、基板
と、基板に付着される金属層と、金属層に付着される、
最終的な保護層によって被覆されてもよい1つ又はそれ
以上の組の低及び高屈折率誘電体層とから成る表面鏡を
提供する本発明によって達成される。金属の反射率は高
−低の屈折率誘電体層によって高められる。保護層は種
々の材料から形成でき、それには二酸化シリコン及び窒
化シリコンがある。さらに、誘電体層は異なった色調を
呈するように変更できる。 【0010】回転する円筒形マグネトロンを用いると、
付着されたフィルムは均一の厚みを有し、耐久性がある
。スパッタリングプロセスでは、基板は加熱されない。 さらに、大規模な作業及び高付着速度が可能である。さ
らに、従来の二次面銀鏡の製造及び廃棄に関連する環境
問題が存在しない。その理由は、有害材料を用いておら
ず、スパッタリングが毒性の廃棄物を含む流出物を放出
する化学プロセスや保護塗料の使用を含まないからであ
る。 【0011】本発明の他の目的、利点及び特徴は、添付
図面を参照して説明する以下の詳細な例から明らかにな
る。 【0012】 【実施例】代表的な二次面銀鏡の構造体が図1に示され
ている。銀の層6がガラス基板の面に被覆されたガラス
基板2から成る複合構造体である。通常はすずから成る
プリコート4が、ガラス基板への銀層の付着を高めるた
めに銀より前にガラス基板の面に付着される。塗料層1
0が鏡を環境からある程度保護するために鏡に被覆され
る。塗料は銀に十分良く付着しないので、薄い銅層8が
銀層に最初に付着され、その後塗料が銅層に被覆される
。 【0013】本発明を用いた新規なモノリシック表面鏡
が図2に示されている。図に示すように、鏡は、背面が
空気に露出された面14と、被覆された面16とを持つ
基板12から成る。基板は、ガラス、プラスチック、金
属、又は木のような硬質の支持体となる任意の適当な材
料から形成される。 【0014】この実施例では、コーティング(被膜)は
3つの層から形成されている。第1に、反射性金属層1
8が面16に付着されている。この金属層は種々の金属
から形成できるが、クロム又はクロム合金が好ましい。 クロムが最少の着色で高い可視反射率を持つので、特に
満足のいくものであることが見い出されている。ニッケ
ル−クロム合金、及びステンレススチールのような鉄−
ニッケル−クロム合金は同様に高い耐久性を持つがわず
かに低い反射率を持つ鏡を作る。アルミニウム及びロジ
ウムはさらに高い反射率を持つが、アルミニウムの層は
より軟質であり、クロムより耐腐食性が低く、またロジ
ウムは一般の市販用途に対しては使用できないほど高価
である。金属コーティングの厚みは400乃至650オ
ングストロームの範囲内であり、好ましくは、400乃
至600オングストロームの範囲内である。コーティン
グ内の次の2つの層は、最初が低屈折率の誘電体層20
であり、次が高屈折率誘電体層22である。本発明で、
「低」屈折率とは1.65以下の範囲内であり、「高」
屈折率とは2.0以上の範囲内である。550nmの波
長における種々の材料の屈折率をカッコで以下に示す。 この好ましい実施例では、二酸化シリコン(1.46)
が低屈折率誘電体材料として特に満足のいくものである
ことが見い出せれており、二酸化チタン(2.25乃至
2.6)が高屈折率誘電体材料として満足のいくもので
あることが見い出されている。やはり利用できる他の誘
電体材料には、酸化アルミニウム(1.65)、酸化タ
ンタル(2.1乃至2.2)、酸化すず(2.0)及び
酸化亜鉛(2.0)がある。低屈折率誘電体層の厚みは
、600乃至1200オングストロームの範囲であり、
一層好ましくは615乃至920オングストロームの範
囲である。高屈折率誘電体層の厚みは400乃至650
オングストロームの範囲であり、一層好ましくは、41
5乃至625オングストロームの範囲である。 【0015】低及び高屈折率誘電体層の使用は金属層の
反射率を増大させる。例えば、約65パーセントの可視
光を反射するクロムは、図2に示す実施例によって、約
84パーセントの可視光を反射するまでに増進される。 増進の程度は低屈折率に対する高屈折率の比rによって
決まる。1.35又はそれ以上の比が、図2の実施例が
クロム層の反射率を450乃至590nmの波長に対し
て75%又はそれ以上とし、かつ77%又はそれ以上の
総合可視反射率を与えるので、好ましい。1.5又はそ
れ以上の比は、図2の実施例がクロムの反射率を430
乃至700nmの波長に対して76%又はそれ以上に高
め、80%又はそれ以上の総合可視反射率を与えるので
、一層好ましい。反射率は、さらに別の低及び高屈折率
の層によってさらに高められるが、高められる領域の幅
は減少する。 【0016】従来の二次面銀鏡では、光は厚いガラスを
通して透過され、銀層から反射され、その後、再び厚い
ガラスを透過される。このことにより、目的物が鏡に近
接して置かれると、容易に見られる二重像が形成される
。本発明の表面鏡又は一次鏡は、光が基板を通して透過
されずかつ光が透過される誘電体層が従来の鏡のガラス
と比べて極めて薄いので、二重像の問題をなくしている
。 【0017】従来の鏡では、ガラスは環境から軟質の銀
層を保護するのに役立つ。本発明の表面鏡では、反射率
を高める薄い誘電体層が、また、保護コーティングとし
て役立つ。 【0018】耐久性を増大させるために、付加的な誘電
体層を付着してもよい。図3に示すように、この好まし
い実施例は、金属層26が被覆された基板24と、高屈
折率誘電体層28と、最後の保護コーティング32から
成る。保護コーティングは多数の材料から形成でき、こ
れらの材料には、二酸化シリコン又は窒化シリコンがあ
る。また利用できる他の材料としては前述の低屈折率誘
電体材料がある。最後の保護層の厚みは300乃至14
00オングストロームの範囲である。 【0019】前述の実施例において、保護層を含めない
と、各実施例は、例えば二酸化チタンの次に二酸化シリ
コンがくるような一組の交互に配置された高及び低屈折
率の誘電体層のみから成る。しかしながら、一組又はそ
れ以上の組の高及び低屈折率層も使用できる。例えば、
図4は、2組の高及び低屈折率層から成る本発明の実施
例を示す。詳細にいうと、金属層36が基板34に被覆
されている。金属層の上には低屈折率誘電体層38が付
着されており、次に高屈折率誘電体層40が付着され、
次に第2の低屈折率誘電体層42が付着され、最後に第
2の高屈折率誘電体層44が付着されている。保護層4
6は機械的及び化学的攻撃に付加的な抵抗を与える。第
1の高及び低屈折率誘電体層及び保護層の厚みは、前述
したものに匹敵しうるが、第2の低屈折率層の厚みは、
好ましくは、745乃至1110オングストロームの間
にあり、第2の高屈折率層の厚みは、好ましくは、42
5乃至640オングストロームの間にある。 【0020】前述のように、交互の高及び低の屈折率誘
電体材料の層の数を増大させると、鏡の反射率が増大す
る効果がある。例えば、クロムは約65%の可視放射線
を反射する。図2又は図3に示すように、単一の組の高
−低屈折率の層を用いる発明は、効率的にクロムの反射
率を約84%に高める。さらに、図4に示すように、2
組の交互の高及び低の屈折率層を用いる発明はクロムの
反射率を約93%に増大させる。 【0021】最後に、図5は本発明の他の実施例を示す
。この実施例では、誘電体材料の層が基板と金属層の間
に配置されている。詳細にいうと、基板48上には、最
初に二酸化シリコンのような誘電体材料50が付着され
、その後金属層52がそれに付着されている。低屈折率
誘電体層54が金属層52を被覆し、次いで高屈折率誘
電体層56が付着されている。最後に、保護層58が付
着されてもよい。基板と金属の間の誘電体層の厚みは約
300乃至1000オングストロームの範囲内である。 この実施例では、基板と金属層の間の誘電体層はフィル
ムの硬さを改良している。 【0022】誘電体層の厚み及び(又は)誘電体材料の
選択を変化することにより、着色した表面鏡を形成する
ことができる。 【0023】前述のコーティングは回転する円筒形マグ
ネトロンでDC反応性スパッタリングにより準備される
。マグネトロン反応性スパッタリング技術は誘電体フィ
ルムを付着するのに特に有効である。熱酸化及びLPC
VD(低圧化学蒸着)のような金属誘電体層を付着する
他の技術もあるが、これらの方法は遅い付着速度の弊害
がある。さらに、RFプレーナマグネトロンスパッタリ
ングは多大の電力需要のために大規模の工業用途には予
想できないものである。最後に、大規模作業用の従来の
「湿潤、浸漬及び乾燥」方法は高純度の精密な、均一な
フィルム厚みを必要とする用途には適してない。基板を
二酸化シリコン及び窒化シリコンのような誘電体材料で
被覆する方法の説明は、発明者ウヲルフ等によって19
89年11月8日に出願した特許出願第07/433,
690号に見い出されるので、参照されたい。 【0024】金属層は、従来のプレーナマグネトロンで
付着できるが、回転する円筒形マグネトロンで容易に付
着される。 【0025】本発明の表面鏡の製造で使用される材料は
毒性がない。特に、誘電体材料は不活性であり、健康上
の危険を生じさせない。従来の二次面鏡で用いられる金
属銀及び鉛含系塗料が全く用いられない。さらに、回転
する円筒形マグナトロンを用いる製造プロセスは従来の
鏡の製造者が反論しなければならなかった毒性の副産物
を発生させない。 【0026】 【実験結果】本発明に従った鏡が製造され、機械的及び
光学的特性について試験された。 【0027】フィルムは、初期には、本出願人の一部門
であるエアコ コーティング テクノロジーによっ
て製造された研究寸法のインライン円筒形マグネトロン
で付着された。同一結果が、ほぼ同一のプロセス条件の
下でエアコによって製造された大きな円筒形マグネトロ
ン(シーマグ モデル 3000 カソード)で
後に複製された。さらに、本発明の方法のより洗練され
た適用がモデル3000で可能である。研究用被覆器は
16インチ(40cm)幅までの基板を製造でき、一方
大きな被覆器は1m幅までの基板を製造できる。研究用
被覆器は通常約3kwの電力で作動し、一方モデル30
00は通常30乃至40kwの電力で作動する。試験は
、研究用及びモデル3000が同一の品質のフィルムを
製造することを示した。両方の装置は作動前に10−6
トルの範囲の基準圧力を達成する非トラップ式拡散ポン
プを使用した。アルゴンが不活性ガスとして用いられ、
酸素が反応ガスとして用いられた。ガスの部分圧力は酸
素モードから金属モードへの遷移によって決められた。 実験は実際上遷移付近で行われた。スパッタリングガス
の圧力及び流量は従来装置によって制御された。 【0028】加える電力は異なったターゲット材料に対
して変えられたが、大部分に対して小さい寸法のプレー
ナマグネトロンで得られる最大値に匹敵した。各スパッ
タリング源は、必要に応じて、電圧、電流又は電力を自
動的に維持する設備を持つ適当な直流電力源に接続され
た。 【0029】純粋なシリコンの導電率が低く、このため
直流でのスパッタリングに適さないので、シリコンター
ゲットには2乃至4%の範囲の少量のアルミニウムが含
浸された。ターゲットはプラズマスプレーで準備された
。 【0030】本発明に従って付着されたフィルムはアル
ミニウム及びシリコンと反応ガスとの反応生成物を含む
。反応ガスが酸素であったとき、付着コーティングはア
ルミニウムと酸化シリコンの混合物を含んでいた。これ
らの組成のすべては比較的硬質で強力なバリヤとして働
くアモルファスフィルムを形成する。しかしながら、フ
ィルム内のアルミニウムの量は所望のシリコン系混合フ
ィルムの形成を邪魔しない。実験過程で、2つのシリコ
ン混合フィルムが混合物の組成を決定するために独立の
RBS(ラザフォード後方散乱)サンプリングのために
試験に出された。酸化シリコンは36%Si/64%O
と測定され、これはSiO2 の理論的な1:2の比に
近いものである。 【0031】ターゲットは不活性ガスを用いて調整され
、次いで、プロセスガスが所望の部分圧力が達成される
まで加えられた。プロセスは、プロセスが安定化するま
で、その点で操作された。基板が次にコート領域に導入
され、フィルムが加えられた。用いられた基板は代表的
なソーダ石灰ガラスであった。 【0032】表1、2及び3が3つのクロム表面鏡の製
造のプロセスデータを説明している。圧力のミクロンの
単位(μ)は0.133Paに等しい。( オ) はオ
ングストロームである。 【0033】
表 1 厚み SCCM
SCCM 電圧 電力 電流
圧力 回数 基板速度層 (オ) O
2 Ar (V) (KW)
(A) (μ) 通過 (in/
min) Cr 547 −− 3
0 702 6.0 8.42
1.24 1 87.5
SiO2 779 42 22
380−550 4.0 8.0
1.60 3 19.0 TiO2
488 28 20 720−7
60 7.2 9.98−9.28 2.60
4 15.7 【0034】この表面
鏡の耐久性がテーバ摩耗試験機で測定された。鏡は8.
65のテーバスコアを達成した。 鏡はまたミル仕様テープ試験機を通された。550nm
で測定された二酸化シリコン層及び二酸化チタン層の屈
折率はそれぞれ1.46及び2.45であった。可視ス
プクトルにわたる総合反射率は84%と測定された。 【0035】
表 2 厚み SCCM
SCCM 電圧 電力 電流
圧力 回数 基板速度層 (オ) O
2 Ar (V) (KW)
(A) (μ) 通過 (in/
min) Cr 549 −− 3
0 699 6.0 8.46
1.26 1 87.5
SiO2 785 42 22
370−600 4.0 8.1
1.70 3 18.9 TiO2
488 28 20 720−7
60 7.2 10.0−9.4 2.46
4 15.7 テーバスコア:8.6 総合反射率:81.7% 【0036】
表 3 厚み SCCM
SCCM 電圧 電力 電流
圧力 回数 基板速度層 (オ) O
2 Ar (V) (KW)
(A) (μ) 通過 (in/
min) Cr 499.9 −− 3
0 702 6.0 8.40
1.26 1 85.4
SiO2 766.6 42 22
390−630 4.0 9.81−6.2
1.70 3 18.3 TiO2
518.4 28 20 756−7
20 7.2 10.0−9.38 2.47
10 15.7 SiO2 927.
5 42 22 385−635
4.0 9.8−6.2 1.70 3
15.1 TiO2 532.3 2
8 20 715−760 7.2
9.42−9.9 2.40 10
15.3 この実施例の鏡は「青」の薄い着色を呈した
。 【0037】表3で示す5層設計のクロム表面鏡の5つ
の代表的なサンプルが以下に記載の手順に従って耐久性
に対して試験され、この結果が従来の二次面銀鏡の試験
詳細と比較された。 【0038】塩霧 従来の鏡は、95°Fの温度の2
0%の塩化ナトリウムにおいて最大300時間この試験
に合格した。表面鏡は300時間の目標値に合格し、結
果は良好であった。 【0039】湿度 従来の鏡は140°Fにおける1
00%の相対湿度に65時間耐えることができる。表面
鏡は600時間100°Fにおける100%の相対湿度
に対する試験に合格した。 【0040】テーバ摩耗 二次面鏡としては第1面が
ガラスであるので、従来の鏡に対しては摩耗仕様がない
。 摩耗に対する抵抗に対して本発明の表面鏡を試験する際
、500グラム荷重を持ったCS−10Fホイールを用
いるテーバ試験機において150回転が用いられた。 反射率の変化は2%以下であった。 【0041】5つのサンプルを3つの腐食試験手順を受
けさせる前後に、光学特性がすべてのフィルムに対して
測定された。(1)総合反射率、(2)透過率及び(3
)着色における平均値の変化が表4に示されている。 【0042】
表 4光学パラメータ
湿度 塩
テーバ%反射率 (フィルム側) .1 ± .7
−.1 ± .4 −1.7 ±
.20 (着色値a)* .1 ±
.2 −.1 ± .1
.01 ± .01 (着色値b)* −
.3 ± .5 .3 ± 1.
3 − .80 ± .20 %透過率
−−−
−−− .09 ± .07
*(研究所ハンタ値) 【0043】フィルム側の総合反射率はイルミナントD
−65光源を用いるステクトロガードで測定された。 【0044】表1で示すような3層設計のクロム表面鏡
の5つの代表的なサンプルが湿度試験(100°F、9
8%相対湿度、600時間)、塩霧試験(95°F、2
0%塩化ナトリウム、300時間)及びテーバ摩耗試験
(300回転、CS−10Fホイール、500グラム荷
重)について試験を行った。さらにサンプルはFeCl
3 酸試験を受けさせた。表5は(1)総合反射率及び
(2)着色の平均値の変化を示す。 【0045】
表 5光学パラメータ
湿度 塩
テーバ FeCl3 %反射率 (フィルム側) .7 ± .27
.4 ± .28 2.7 ± .6
8 .2 ± .23 (着色値a)* .
3 ± .06 .1 ± .04
.01 ± .05 .0 ± .02 (
着色値b)* −1.3 ± .69 1.1
± 1.02 2.2 ± .30 .
4 ± .16*(研究所ハンタ値) 【0046】図6は、従来の二次面銀鏡及びアンエンハ
ーンストクロム金属のパーセント反射率と比較して、可
視スペクトルにわたる放射線の波長に対して測定された
表1の条件の下で製造された本発明のクロム表面鏡のパ
ーセント反射率の比較グラフである。 【0047】本発明をその好ましい実施例に関連して説
明したが、本発明は特許請求の範囲内で保護されるべき
であると理解すべきである。
及び化学的攻撃に抵抗する表面鏡に関する。 【0002】最も市販されている鏡は、銀の薄い層が光
線を反射するようにガラス基板の背面、即ち二次面に付
着された銀メッキガラスの複合構造体から成る二次面鏡
である。銀メッキガラスは、高い可視反射率を有し着色
しないので、一般に望ましい。銀は直接ガラスに十分に
接着しないので、比較的薄い金属プリコートが銀を適用
する前にガラスの面に適用される。銀の層を損傷及び劣
化から保護するために、保護コーティングがその露出面
に加えられる。一般の保護コーティングは銀の層に付着
された銅の層とそれに続く銅の層に塗られた厚い塗料で
ある。銀と塗料層の間に介在した銅の層が銀に対する塗
料の付着を高める。 【0003】二次面銀メッキガラス鏡は「ブラックエッ
ジ」と呼ばれる現象を受け易い。この劣化プロセスは、
鏡の切断縁上の銀が湿気に露出されるとき生じる。この
ことにより化学的腐食が生じ、徐々に内方に進む鏡の「
ブラックエッジ」を発生させる。この劣化プロセスは、
銀鏡が高い湿気環境で用いられるとき一層顕著になる。 【0004】二次面銀鏡を製造する前述の方法は、環境
上の関心を生じさせる。第1の関心亊は、製造プロセス
中の生成される廃棄生成物内に見い出される鉛及び化学
物質である。例えば、環境保護局(EPA)は銀メッキ
プロセスにより残る洗浄水に特に注意を払っている。化
学物質、銀、銅、及びすずを含む洗浄水は、EPAによ
り有害廃棄物として規定されており、EPAはそれに廃
棄に関する制限を課している。問題を複雑にしているの
は、制限が状態によって異なり、また連邦政府、州及び
市の間でさえも異なっていることである。例えば、市の
条例は州や連邦政府のものよりも厳しいのが普通である
。 【0005】バックミラーに用いられる塗料は或る工業
上の要件に合致しなけらばならず、このこともまた環境
問題を生じさせている。例えば、前述のように、銅の基
板が最初に銀に加えられ、保護塗料は銅と組み合わせた
付着性及び性能を持つ必要がある。鏡製造業者が要求す
る付加的要求事項は塗料自体の製造及び銀の劣化を防ぐ
その能力に係わるものである。ますます、多くの製造業
者は、塗料が耐久性があり、銅及び銀に十分付着するこ
とを要求している。かくして、これらのすべての要求事
項を満たす塗料は鉛を含むものである。現在用いられて
いるものと置き換えるために非鉛系塗料を開発する試み
がなされてきた。しかしながら、鉛系製品と均等な非鉛
系塗料の代替品は未だ開発されていない。 【0006】有害な廃棄鉛の多くは、製造した鏡の縁を
研磨するときの製造プロセスの後工程で生じる。実際に
、鏡支持体の部分が十分に研磨される。その結果、極微
量の鉛が研磨水内に発見される。鉛塗料の使用に伴う他
の問題は、鉛の存在に主に起因してスクラップ鏡の有効
なリサイクルが行えないことである。廃棄水処理及び鏡
製造設備の流出物からの鉛、銀及び他の有害な物質を洗
浄する他の手段は、環境問題に対して単なる一時的な解
決案しか提供しない。 【0007】したがって、本発明の主な目的は、機械的
及び化学的攻撃に抵抗する鏡を提供することにある。 【0008】本発明の他の目的は、有害な廃棄物を生成
することなく製造できる鏡を提供することにある。 【0009】 【発明の構成】これらの目的及びその他の目的は、基板
と、基板に付着される金属層と、金属層に付着される、
最終的な保護層によって被覆されてもよい1つ又はそれ
以上の組の低及び高屈折率誘電体層とから成る表面鏡を
提供する本発明によって達成される。金属の反射率は高
−低の屈折率誘電体層によって高められる。保護層は種
々の材料から形成でき、それには二酸化シリコン及び窒
化シリコンがある。さらに、誘電体層は異なった色調を
呈するように変更できる。 【0010】回転する円筒形マグネトロンを用いると、
付着されたフィルムは均一の厚みを有し、耐久性がある
。スパッタリングプロセスでは、基板は加熱されない。 さらに、大規模な作業及び高付着速度が可能である。さ
らに、従来の二次面銀鏡の製造及び廃棄に関連する環境
問題が存在しない。その理由は、有害材料を用いておら
ず、スパッタリングが毒性の廃棄物を含む流出物を放出
する化学プロセスや保護塗料の使用を含まないからであ
る。 【0011】本発明の他の目的、利点及び特徴は、添付
図面を参照して説明する以下の詳細な例から明らかにな
る。 【0012】 【実施例】代表的な二次面銀鏡の構造体が図1に示され
ている。銀の層6がガラス基板の面に被覆されたガラス
基板2から成る複合構造体である。通常はすずから成る
プリコート4が、ガラス基板への銀層の付着を高めるた
めに銀より前にガラス基板の面に付着される。塗料層1
0が鏡を環境からある程度保護するために鏡に被覆され
る。塗料は銀に十分良く付着しないので、薄い銅層8が
銀層に最初に付着され、その後塗料が銅層に被覆される
。 【0013】本発明を用いた新規なモノリシック表面鏡
が図2に示されている。図に示すように、鏡は、背面が
空気に露出された面14と、被覆された面16とを持つ
基板12から成る。基板は、ガラス、プラスチック、金
属、又は木のような硬質の支持体となる任意の適当な材
料から形成される。 【0014】この実施例では、コーティング(被膜)は
3つの層から形成されている。第1に、反射性金属層1
8が面16に付着されている。この金属層は種々の金属
から形成できるが、クロム又はクロム合金が好ましい。 クロムが最少の着色で高い可視反射率を持つので、特に
満足のいくものであることが見い出されている。ニッケ
ル−クロム合金、及びステンレススチールのような鉄−
ニッケル−クロム合金は同様に高い耐久性を持つがわず
かに低い反射率を持つ鏡を作る。アルミニウム及びロジ
ウムはさらに高い反射率を持つが、アルミニウムの層は
より軟質であり、クロムより耐腐食性が低く、またロジ
ウムは一般の市販用途に対しては使用できないほど高価
である。金属コーティングの厚みは400乃至650オ
ングストロームの範囲内であり、好ましくは、400乃
至600オングストロームの範囲内である。コーティン
グ内の次の2つの層は、最初が低屈折率の誘電体層20
であり、次が高屈折率誘電体層22である。本発明で、
「低」屈折率とは1.65以下の範囲内であり、「高」
屈折率とは2.0以上の範囲内である。550nmの波
長における種々の材料の屈折率をカッコで以下に示す。 この好ましい実施例では、二酸化シリコン(1.46)
が低屈折率誘電体材料として特に満足のいくものである
ことが見い出せれており、二酸化チタン(2.25乃至
2.6)が高屈折率誘電体材料として満足のいくもので
あることが見い出されている。やはり利用できる他の誘
電体材料には、酸化アルミニウム(1.65)、酸化タ
ンタル(2.1乃至2.2)、酸化すず(2.0)及び
酸化亜鉛(2.0)がある。低屈折率誘電体層の厚みは
、600乃至1200オングストロームの範囲であり、
一層好ましくは615乃至920オングストロームの範
囲である。高屈折率誘電体層の厚みは400乃至650
オングストロームの範囲であり、一層好ましくは、41
5乃至625オングストロームの範囲である。 【0015】低及び高屈折率誘電体層の使用は金属層の
反射率を増大させる。例えば、約65パーセントの可視
光を反射するクロムは、図2に示す実施例によって、約
84パーセントの可視光を反射するまでに増進される。 増進の程度は低屈折率に対する高屈折率の比rによって
決まる。1.35又はそれ以上の比が、図2の実施例が
クロム層の反射率を450乃至590nmの波長に対し
て75%又はそれ以上とし、かつ77%又はそれ以上の
総合可視反射率を与えるので、好ましい。1.5又はそ
れ以上の比は、図2の実施例がクロムの反射率を430
乃至700nmの波長に対して76%又はそれ以上に高
め、80%又はそれ以上の総合可視反射率を与えるので
、一層好ましい。反射率は、さらに別の低及び高屈折率
の層によってさらに高められるが、高められる領域の幅
は減少する。 【0016】従来の二次面銀鏡では、光は厚いガラスを
通して透過され、銀層から反射され、その後、再び厚い
ガラスを透過される。このことにより、目的物が鏡に近
接して置かれると、容易に見られる二重像が形成される
。本発明の表面鏡又は一次鏡は、光が基板を通して透過
されずかつ光が透過される誘電体層が従来の鏡のガラス
と比べて極めて薄いので、二重像の問題をなくしている
。 【0017】従来の鏡では、ガラスは環境から軟質の銀
層を保護するのに役立つ。本発明の表面鏡では、反射率
を高める薄い誘電体層が、また、保護コーティングとし
て役立つ。 【0018】耐久性を増大させるために、付加的な誘電
体層を付着してもよい。図3に示すように、この好まし
い実施例は、金属層26が被覆された基板24と、高屈
折率誘電体層28と、最後の保護コーティング32から
成る。保護コーティングは多数の材料から形成でき、こ
れらの材料には、二酸化シリコン又は窒化シリコンがあ
る。また利用できる他の材料としては前述の低屈折率誘
電体材料がある。最後の保護層の厚みは300乃至14
00オングストロームの範囲である。 【0019】前述の実施例において、保護層を含めない
と、各実施例は、例えば二酸化チタンの次に二酸化シリ
コンがくるような一組の交互に配置された高及び低屈折
率の誘電体層のみから成る。しかしながら、一組又はそ
れ以上の組の高及び低屈折率層も使用できる。例えば、
図4は、2組の高及び低屈折率層から成る本発明の実施
例を示す。詳細にいうと、金属層36が基板34に被覆
されている。金属層の上には低屈折率誘電体層38が付
着されており、次に高屈折率誘電体層40が付着され、
次に第2の低屈折率誘電体層42が付着され、最後に第
2の高屈折率誘電体層44が付着されている。保護層4
6は機械的及び化学的攻撃に付加的な抵抗を与える。第
1の高及び低屈折率誘電体層及び保護層の厚みは、前述
したものに匹敵しうるが、第2の低屈折率層の厚みは、
好ましくは、745乃至1110オングストロームの間
にあり、第2の高屈折率層の厚みは、好ましくは、42
5乃至640オングストロームの間にある。 【0020】前述のように、交互の高及び低の屈折率誘
電体材料の層の数を増大させると、鏡の反射率が増大す
る効果がある。例えば、クロムは約65%の可視放射線
を反射する。図2又は図3に示すように、単一の組の高
−低屈折率の層を用いる発明は、効率的にクロムの反射
率を約84%に高める。さらに、図4に示すように、2
組の交互の高及び低の屈折率層を用いる発明はクロムの
反射率を約93%に増大させる。 【0021】最後に、図5は本発明の他の実施例を示す
。この実施例では、誘電体材料の層が基板と金属層の間
に配置されている。詳細にいうと、基板48上には、最
初に二酸化シリコンのような誘電体材料50が付着され
、その後金属層52がそれに付着されている。低屈折率
誘電体層54が金属層52を被覆し、次いで高屈折率誘
電体層56が付着されている。最後に、保護層58が付
着されてもよい。基板と金属の間の誘電体層の厚みは約
300乃至1000オングストロームの範囲内である。 この実施例では、基板と金属層の間の誘電体層はフィル
ムの硬さを改良している。 【0022】誘電体層の厚み及び(又は)誘電体材料の
選択を変化することにより、着色した表面鏡を形成する
ことができる。 【0023】前述のコーティングは回転する円筒形マグ
ネトロンでDC反応性スパッタリングにより準備される
。マグネトロン反応性スパッタリング技術は誘電体フィ
ルムを付着するのに特に有効である。熱酸化及びLPC
VD(低圧化学蒸着)のような金属誘電体層を付着する
他の技術もあるが、これらの方法は遅い付着速度の弊害
がある。さらに、RFプレーナマグネトロンスパッタリ
ングは多大の電力需要のために大規模の工業用途には予
想できないものである。最後に、大規模作業用の従来の
「湿潤、浸漬及び乾燥」方法は高純度の精密な、均一な
フィルム厚みを必要とする用途には適してない。基板を
二酸化シリコン及び窒化シリコンのような誘電体材料で
被覆する方法の説明は、発明者ウヲルフ等によって19
89年11月8日に出願した特許出願第07/433,
690号に見い出されるので、参照されたい。 【0024】金属層は、従来のプレーナマグネトロンで
付着できるが、回転する円筒形マグネトロンで容易に付
着される。 【0025】本発明の表面鏡の製造で使用される材料は
毒性がない。特に、誘電体材料は不活性であり、健康上
の危険を生じさせない。従来の二次面鏡で用いられる金
属銀及び鉛含系塗料が全く用いられない。さらに、回転
する円筒形マグナトロンを用いる製造プロセスは従来の
鏡の製造者が反論しなければならなかった毒性の副産物
を発生させない。 【0026】 【実験結果】本発明に従った鏡が製造され、機械的及び
光学的特性について試験された。 【0027】フィルムは、初期には、本出願人の一部門
であるエアコ コーティング テクノロジーによっ
て製造された研究寸法のインライン円筒形マグネトロン
で付着された。同一結果が、ほぼ同一のプロセス条件の
下でエアコによって製造された大きな円筒形マグネトロ
ン(シーマグ モデル 3000 カソード)で
後に複製された。さらに、本発明の方法のより洗練され
た適用がモデル3000で可能である。研究用被覆器は
16インチ(40cm)幅までの基板を製造でき、一方
大きな被覆器は1m幅までの基板を製造できる。研究用
被覆器は通常約3kwの電力で作動し、一方モデル30
00は通常30乃至40kwの電力で作動する。試験は
、研究用及びモデル3000が同一の品質のフィルムを
製造することを示した。両方の装置は作動前に10−6
トルの範囲の基準圧力を達成する非トラップ式拡散ポン
プを使用した。アルゴンが不活性ガスとして用いられ、
酸素が反応ガスとして用いられた。ガスの部分圧力は酸
素モードから金属モードへの遷移によって決められた。 実験は実際上遷移付近で行われた。スパッタリングガス
の圧力及び流量は従来装置によって制御された。 【0028】加える電力は異なったターゲット材料に対
して変えられたが、大部分に対して小さい寸法のプレー
ナマグネトロンで得られる最大値に匹敵した。各スパッ
タリング源は、必要に応じて、電圧、電流又は電力を自
動的に維持する設備を持つ適当な直流電力源に接続され
た。 【0029】純粋なシリコンの導電率が低く、このため
直流でのスパッタリングに適さないので、シリコンター
ゲットには2乃至4%の範囲の少量のアルミニウムが含
浸された。ターゲットはプラズマスプレーで準備された
。 【0030】本発明に従って付着されたフィルムはアル
ミニウム及びシリコンと反応ガスとの反応生成物を含む
。反応ガスが酸素であったとき、付着コーティングはア
ルミニウムと酸化シリコンの混合物を含んでいた。これ
らの組成のすべては比較的硬質で強力なバリヤとして働
くアモルファスフィルムを形成する。しかしながら、フ
ィルム内のアルミニウムの量は所望のシリコン系混合フ
ィルムの形成を邪魔しない。実験過程で、2つのシリコ
ン混合フィルムが混合物の組成を決定するために独立の
RBS(ラザフォード後方散乱)サンプリングのために
試験に出された。酸化シリコンは36%Si/64%O
と測定され、これはSiO2 の理論的な1:2の比に
近いものである。 【0031】ターゲットは不活性ガスを用いて調整され
、次いで、プロセスガスが所望の部分圧力が達成される
まで加えられた。プロセスは、プロセスが安定化するま
で、その点で操作された。基板が次にコート領域に導入
され、フィルムが加えられた。用いられた基板は代表的
なソーダ石灰ガラスであった。 【0032】表1、2及び3が3つのクロム表面鏡の製
造のプロセスデータを説明している。圧力のミクロンの
単位(μ)は0.133Paに等しい。( オ) はオ
ングストロームである。 【0033】
表 1 厚み SCCM
SCCM 電圧 電力 電流
圧力 回数 基板速度層 (オ) O
2 Ar (V) (KW)
(A) (μ) 通過 (in/
min) Cr 547 −− 3
0 702 6.0 8.42
1.24 1 87.5
SiO2 779 42 22
380−550 4.0 8.0
1.60 3 19.0 TiO2
488 28 20 720−7
60 7.2 9.98−9.28 2.60
4 15.7 【0034】この表面
鏡の耐久性がテーバ摩耗試験機で測定された。鏡は8.
65のテーバスコアを達成した。 鏡はまたミル仕様テープ試験機を通された。550nm
で測定された二酸化シリコン層及び二酸化チタン層の屈
折率はそれぞれ1.46及び2.45であった。可視ス
プクトルにわたる総合反射率は84%と測定された。 【0035】
表 2 厚み SCCM
SCCM 電圧 電力 電流
圧力 回数 基板速度層 (オ) O
2 Ar (V) (KW)
(A) (μ) 通過 (in/
min) Cr 549 −− 3
0 699 6.0 8.46
1.26 1 87.5
SiO2 785 42 22
370−600 4.0 8.1
1.70 3 18.9 TiO2
488 28 20 720−7
60 7.2 10.0−9.4 2.46
4 15.7 テーバスコア:8.6 総合反射率:81.7% 【0036】
表 3 厚み SCCM
SCCM 電圧 電力 電流
圧力 回数 基板速度層 (オ) O
2 Ar (V) (KW)
(A) (μ) 通過 (in/
min) Cr 499.9 −− 3
0 702 6.0 8.40
1.26 1 85.4
SiO2 766.6 42 22
390−630 4.0 9.81−6.2
1.70 3 18.3 TiO2
518.4 28 20 756−7
20 7.2 10.0−9.38 2.47
10 15.7 SiO2 927.
5 42 22 385−635
4.0 9.8−6.2 1.70 3
15.1 TiO2 532.3 2
8 20 715−760 7.2
9.42−9.9 2.40 10
15.3 この実施例の鏡は「青」の薄い着色を呈した
。 【0037】表3で示す5層設計のクロム表面鏡の5つ
の代表的なサンプルが以下に記載の手順に従って耐久性
に対して試験され、この結果が従来の二次面銀鏡の試験
詳細と比較された。 【0038】塩霧 従来の鏡は、95°Fの温度の2
0%の塩化ナトリウムにおいて最大300時間この試験
に合格した。表面鏡は300時間の目標値に合格し、結
果は良好であった。 【0039】湿度 従来の鏡は140°Fにおける1
00%の相対湿度に65時間耐えることができる。表面
鏡は600時間100°Fにおける100%の相対湿度
に対する試験に合格した。 【0040】テーバ摩耗 二次面鏡としては第1面が
ガラスであるので、従来の鏡に対しては摩耗仕様がない
。 摩耗に対する抵抗に対して本発明の表面鏡を試験する際
、500グラム荷重を持ったCS−10Fホイールを用
いるテーバ試験機において150回転が用いられた。 反射率の変化は2%以下であった。 【0041】5つのサンプルを3つの腐食試験手順を受
けさせる前後に、光学特性がすべてのフィルムに対して
測定された。(1)総合反射率、(2)透過率及び(3
)着色における平均値の変化が表4に示されている。 【0042】
表 4光学パラメータ
湿度 塩
テーバ%反射率 (フィルム側) .1 ± .7
−.1 ± .4 −1.7 ±
.20 (着色値a)* .1 ±
.2 −.1 ± .1
.01 ± .01 (着色値b)* −
.3 ± .5 .3 ± 1.
3 − .80 ± .20 %透過率
−−−
−−− .09 ± .07
*(研究所ハンタ値) 【0043】フィルム側の総合反射率はイルミナントD
−65光源を用いるステクトロガードで測定された。 【0044】表1で示すような3層設計のクロム表面鏡
の5つの代表的なサンプルが湿度試験(100°F、9
8%相対湿度、600時間)、塩霧試験(95°F、2
0%塩化ナトリウム、300時間)及びテーバ摩耗試験
(300回転、CS−10Fホイール、500グラム荷
重)について試験を行った。さらにサンプルはFeCl
3 酸試験を受けさせた。表5は(1)総合反射率及び
(2)着色の平均値の変化を示す。 【0045】
表 5光学パラメータ
湿度 塩
テーバ FeCl3 %反射率 (フィルム側) .7 ± .27
.4 ± .28 2.7 ± .6
8 .2 ± .23 (着色値a)* .
3 ± .06 .1 ± .04
.01 ± .05 .0 ± .02 (
着色値b)* −1.3 ± .69 1.1
± 1.02 2.2 ± .30 .
4 ± .16*(研究所ハンタ値) 【0046】図6は、従来の二次面銀鏡及びアンエンハ
ーンストクロム金属のパーセント反射率と比較して、可
視スペクトルにわたる放射線の波長に対して測定された
表1の条件の下で製造された本発明のクロム表面鏡のパ
ーセント反射率の比較グラフである。 【0047】本発明をその好ましい実施例に関連して説
明したが、本発明は特許請求の範囲内で保護されるべき
であると理解すべきである。
【図1】図1は、従来の二次面銀鏡の断面図である。
【図2】図2は、本発明に従って製造された表面鏡の断
面図である。
面図である。
【図3】図3は、本発明に従って製造された表面鏡の断
面図である。
面図である。
【図4】図4は、本発明に従って製造された表面鏡の断
面図である。
面図である。
【図5】図5は、本発明に従って製造された表面鏡の断
面図である。
面図である。
【図6】図6は、可視スペクトルにわたる放射線の波長
に対して測定された(1)本発明のクロム表面鏡、(2
)アンエンハーンストクロム及び(3)従来の二次面銀
鏡のパーセント反射率のグラフである。
に対して測定された(1)本発明のクロム表面鏡、(2
)アンエンハーンストクロム及び(3)従来の二次面銀
鏡のパーセント反射率のグラフである。
12 基板
18 反射性金属層
20 低屈折率誘電体層
22 高屈折率誘電体層
Claims (14)
- 【請求項1】 表面鏡において、基板と、金属層と、
第1誘電体層と、第2誘電体層と、を有することを特徴
とする表面鏡。 - 【請求項2】 請求項1記載の表面鏡において、保護
層をさらに有することを特徴とする表面鏡。 - 【請求項3】 請求項2記載の表面鏡において、第3
誘電体層及び第4誘電体層をさらに有することを特徴と
する表面鏡。 - 【請求項4】 表面鏡において、第1誘電体層と、金
属層と、第2誘電体層と、第3誘電体層と、保護層と、
を有することを特徴とする表面鏡。 - 【請求項5】 請求項1、2、3又は4のいずれか1
つに記載の表面鏡にいおて、誘電体層の各々が酸化金属
から成ることを特徴とする表面鏡。 - 【請求項6】 請求項1、2、3又は4のいずれか1
つに記載の表面鏡において、誘電体層の各々が酸化チタ
ン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、
酸化すず及び酸化亜鉛から成る群から選択された1つ又
はそれ以上の起酸化金属から成ることを特徴とする表面
鏡。 - 【請求項7】 請求項2、3、又は4のいずれか1つ
に記載の表面鏡において、保護層が窒化シリコン、酸化
シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化すず
及び酸化亜鉛から成る群から選択された誘電体材料であ
ることを特徴とする表面鏡。 - 【請求項8】 請求項2、3、又は4のいずれか1つ
に記載の表面鏡において、保護層の厚みが約300乃至
1400オングストロームの範囲にあることを特徴とす
る表面鏡。 - 【請求項9】 請求項1、2、3又は4のいずれか1
つに記載の表面鏡において、金属層はクロム、ニッケル
−クロム合金、ステンレススチール、アルミニウム、ロ
ジウムから成る群から選択されることを特徴とする表面
鏡。 - 【請求項10】 請求項1、2、3又は4のいずれか
1つに記載の表面鏡において、金属層の厚みは約400
乃至650オングストロームの範囲内であることを特徴
とする表面鏡。 - 【請求項11】 請求項1又は2のいずれか1つに記
載の表面鏡において、第1誘電体層の厚みは約600乃
至1200オングストロームの範囲内にあり、第2誘電
体層の厚みは約400乃至650オングストロームの範
囲内にあることを特徴とする表面鏡。 - 【請求項12】 請求項3記載の表面鏡において、第
1及び第3誘電体層の厚みは約600乃至1200オン
グストロームであり、第2及び第4誘電体層の厚みは約
400乃至650オングストロームであることを特徴と
する表面鏡。 - 【請求項13】 請求項4記載の表面鏡において、第
1及び第2誘電体層の厚みは約600乃至1200オン
グストロームであり、第3誘電体層の厚みは400乃至
650オングストロームであることを特徴とする表面鏡
。 - 【請求項14】 請求項1、2、3又は4のいずれか
1つに記載の表面鏡において、基板はガラス、プラスチ
ック、金属及び木から成る群から選択されることを特徴
とする表面鏡。
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AU (1) | AU7524091A (ja) |
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