JPH08240704A - 強化された熱安定性を有するプラスティックミラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、プラスティックのような低熱伝導
率で高熱膨張係数の材料で形成され、しかも加熱された
状態で安定なミラーを得ることを目的とする。 【解決手段】 前部表面および後部表面を有する基体
と、基体のミラー面を与えるために基体の前部表面を被
覆する高反射性で低放射性の反射層と、基体の後部表面
を被覆する低放射性反射層とを具備し、後部表面の低放
射性反射層は基体の非均一な加熱を減少または阻止する
ために基体の後部表面により吸収される熱エネルギ量を
減少させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモールドされたプラ
スティック基体を有する廉価で軽量なミラーを含んだミ
ラーの製造、特に熱変化における圧力および熱放射に対
する露出におけるこのようなミラーの熱安定と耐湾曲性
の増加に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明を使用するミラーは特に７乃至１
４ミクロンの範囲の赤外線波長で使用されることができ
る。

【０００３】正確なミラーは高い正確性を維持するため
平面、球形またはその他の外形のような特定のミラー形
状を必要とする。必要とされる正確度は応用に応じて変
化する。現在のミラーでは０．１乃至２０波長のＨｅＮ
ｅ光（λ＝．６３２８ミクロン）の正確性が典型的であ
る。有効的にミラー上に入射するエネルギを使用するた
めに実際上、最大の程度で反射されなければならない。
ミラー被覆はこの目的で使用される。反射に対する要求
は典型的に応用および波長領域に応じて８５乃至９９％
まで変化する。放射性は多くて１反射率であるのでこれ
らの被覆は定義により低い放射性を有する。吸収と放射
は関連するので、低い反射性（被覆のない）表面は高い
放射性を有し、それ故、入射エネルギの高い吸収率を有
する。この吸収の減少は本発明の基礎である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】後部表面（ミラーでは
ない）上の吸収された放射エネルギは非均一な加熱によ
り生じる熱勾配を発生することができ、ガラスまたはモ
ールドプラスティックのミラー基体の高反射性（被覆さ
れていない）後部表面と、ミラー基体の前部表面上の低
放射性反射被覆により吸収されるエネルギにおいて不一
致を生じる。

【０００５】非均一な加熱は、ミラー基体を変形し、ま
たは寸法安定性の損失を生じ、従ってミラー形状と反射
光を歪ませる熱勾配を起こす。この効果はガラスを含む
ミラー基体で生じるが、特にモールドされたプラスティ
ックミラー基体で顕著であり、それはほとんどのプラス
ティックで固有であるように、低い熱伝導性と高い熱膨
張係数（ＣＴＥ）と関連する熱問題に特に敏感であるた
めである。それ故、モールドされたプラスティックミラ
ー基体は廉価で軽量なガラスミラー基体の代用物を提供
するが、これは熱勾配により生じる変形と歪みに対して
より影響を受けやすく、そのため特に熱生成または放射
エネルギ状態で使用される正確なミラーで使用するには
不適切である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラスまたは
モールドプラスティックであるミラー基体の前部（ミラ
ー）表面上に１次的な反射性／低放射性被覆を与えるた
めミラー基体の後部表面へ低放射性反射被覆を施すこと
によって放射熱負荷の存在でより熱的に安定なミラーを
与えるという発見に基づいている。

【０００７】基体の前面上に１次的反射ミラー被覆を形
成するように提供されるとき同一または異なった反射組
成である後面被覆は、典型的に表面に入射した放射の８
５．５％乃至９８．５％を反射する。このエネルギは後
部表面により大きく吸収されるので、後部表面の加熱が
生じる。被覆によるこのエネルギの反射は後部表面の加
熱を減少し、基体の高放射性の被覆されていない後部表
面と被覆されたミラー面の低放射表面により吸収される
エネルギの不一致により基体で生じる通常の非均一加熱
の発生を防ぐ。このような不一致は通常基体の前部表面
および後部表面の非均一な加熱を生じ、平面ミラーまた
は特別な形状のミラーの両者の場合に基体およびミラー
特性の正確さを変形し歪ませる熱勾配を発生する。

【０００８】

【発明の実施の形態】正確なミラーは高価な科学的測定
と観察装置の部品として市場で使用されるための廉価な
光学系システムで使用され、その正確性はこのような装
置により与えられる結果に対して必須である。正確な形
状のこのようなミラーは平面、凸面または凹面であって
もモールドされたプラスティック組成の基体から生成さ
れることができるが、基体が材料の貧弱な熱安定特性に
より使用期間中に変形または歪むならばこのような正確
さは失敗である。

【０００９】プラスティック組成物から注入モールドさ
れた現在のミラー基体の主要な熱特性は熱膨張係数（Ｃ
ＴＥ）である。低熱膨張係数は広い温度範囲にわたって
その性能を維持することができる光学系構造を生成す
る。低い熱膨張を達成する目的に基づいて、プラスティ
ック基体の所望な膨張係数は０．４乃至１．５×１０^-5
ｉｎ／ｉｎ°Ｆである。

【００１０】熱伝導性はまた、基体材料の熱安定性で重
要な役目を行う。熱伝導係数が大きい程、基体の温度は
均一であり、それ故、成長が均一化する。理論上、熱変
化による基体の均一な成長は（焦点距離の対応する変化
と視野の反対の変化を除いて）光学系性能の減少を起こ
さない。熱効果による均一化成長を達成するため、光学
系システム全体は同一材料から作られることが好まし
い。熱伝導性はプラスティックの伝導熱が非常に低いた
め重要な問題であることに注意する。通常プラスティッ
ク材料はアルミニウムに比較して１５乃至１００倍低い
熱伝導係数を有する。低い膨張係数の必要性は全てプラ
スティック材料の低い熱伝導性により非常に重要なもの
にされる。ミラーの所望な熱伝導度は外部の金属被覆ま
たは材料に対する付加物を使用することにより達成され
る。このような付加物はモールド前に充填材料としてプ
ラスティック組成物に付加される。

【００１１】充填材料は主にモールドされたプラスティ
ック基体に強度を付加するために使用される。さらに、
熱膨張係数は通常充填材料の付加により減少される。充
填材料はまた耐発焔性、潤滑性、導電性、柔軟性のよう
な他の多数の特性を強化するために使用される。炭素お
よびガラスファイバの２つは最も普通の充填材料であ
る。黒鉛、セルロース、ミネラルおよび金属等の他の充
填材料も使用されるが、ガラスビードは滑らかな表面特
性にとって好ましい。充填材料は通常、材料がモールド
に注入されることができる速度と共に、使用されるモー
ルド処理の選択肢である。

【００１２】本発明は前部表面と後部表面との間の温度
差の生成を実質的に阻止または減少するためにミラーの
前部表面および後部表面の放射特性を平衡または近似さ
せることによってミラーの熱安定を改良し、このような
温度差または温度勾配はミラー基体を変形させるかまた
はミラーの正確さを破壊する形状の僅かな変化を与える
ことができる。

【００１３】ガラス基体は前部表面および後部表面が異
なった温度に加熱されるときこのような変化を受ける
が、アクリル酸、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポ
リエーテルイミド、硫化ポリプロピレンまたは他のプラ
スティックモールド組成物のようなモールドされた透明
な重合体の基体はプラスティック材料が通常ガラスより
も低い熱伝導性と高い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するの
で、このような変化をより受けやすい。従って、プラス
ティック基体の後部表面で吸収された熱は局部化された
ままであり、前部（ミラー）表面の形状の変化を発生す
ることができる前部表面に関して後部表面の熱膨張を生
じさせる。

【００１４】現在のミラー基体の後部表面に施された低
い放射性の被覆は、前面またはミラー面に施された低い
放射性の反射被覆と同一組成にすることができ、所望な
らば同一方法で同時に施されることができる。代りに、
所望ならば被覆は全体的に異なった廉価の被覆であって
もよい。現在のミラー基体の後部および前面の両者の典
型的に好ましい低放射性の反射被覆は一般的な金属ミラ
ー被覆である。付加的な特別の強化層または保護被覆層
によるアルミニウムおよびクロム等の、多数の適切な被
覆材料が存在する。金属被覆は高い熱伝導性を有し、被
覆表面全体にわたって熱が均一になるように均等化す
る。また通常の薄い金属ミラー被覆は、蒸着プロセスに
より与えられるような高い反射特性を有し、赤外線熱エ
ネルギを含むそこに導かれた放射の約８５．０％乃至９
８．５％を反射し、従って熱エネルギを含む放射の約
１．５％から１５％が反射表面を通過して基体の後部表
面を加熱するように吸収されるに過ぎない。

【００１５】低い放射性の被覆は、好ましくは真空付着
チャンバ内に基体を支持し、アルミニウム等の金属の蒸
気へ両者の表面を露出することによりガラスまたはプラ
スティック基体の両表面に同時に施される。代りに、金
属被覆はスパッタリング、浸潰、スプレーまたは他のプ
ロセスのような他の一般的な金属被覆プロセスにより施
される。基体の前部表面および後部表面に施された低放
射性被覆は同一組成であること、または同一の低い放射
特性を有することは必須ではない。しかしこのような同
一性は最高温の安定性を生むので好ましい。経済的理由
で、後部表面被覆は、実質上背面被覆がないものよりも
低い放射性を与える限り前部ミラー被覆よりもより廉価
な組成であり、より廉価なプロセスにより行われること
もできる。前述したように、背面被覆が前面被覆と丁度
同一の放射性であるならば最大の熱安定が得られるが、
基体の後部表面の放射を減少する任意の背面被覆は、特
に低い熱伝導率と高い熱膨張特性を有するプラスティッ
ク基体の場合にミラーの熱安定を増加する。

【００１６】前述の説明は本発明の単なる例示であるこ
とが理解できよう。種々の代替および変形が本発明の技
術的範囲を逸脱することなく当業者により実施されるこ
とができる。従って、そのような代替、変更、変形は特
許請求の範囲内に記載された本発明の技術的範囲に含ま
れるべきものである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱負荷の存在における熱安定性と寸法安
   定性の低下に対する耐久性が改善されたミラーにおい
   て、 前部表面および後部表面を有する基体と、基体のミラー
   面を与えるために基体の前部表面を被覆する高反射性で
   低放射性の反射層と、基体の後部表面を被覆する低放射
   性反射層とを具備し、後者の層は基体の非均一な加熱を
   減少または阻止するために基体の後部表面により吸収さ
   れる熱エネルギ量を減少させることを特徴とするミラ
   ー。
2. 【請求項２】 基体の前部表面と後部表面に施される反
   射層が類似している低い放射性特性を有する請求項１記
   載のミラー。
3. 【請求項３】 前記反射層が同一の組成である請求項１
   または２記載のミラー。
4. 【請求項４】 前記反射層が蒸着金属層を具備する請求
   項１乃至３のいずれか１項記載のミラー。
5. 【請求項５】 前記基体が低い熱膨張係数を有する重合
   体組成物でモールドされている請求項１乃至４のいずれ
   か１項記載のミラー。
6. 【請求項６】 前記重合体組成物がアクリル酸、ポリカ
   ーボネート、スチレン、ポリエーテルイミド、ポリプロ
   ピレンスルフォンポリマーからなるグル−プから選択さ
   れたポリマーで構成されている請求項５記載のミラー。
7. 【請求項７】 前記重合体組成物が基体の熱膨張係数を
   減少する充填材料を含んでいる請求項５または６記載の
   ミラー。