JPS62180301A - 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】 ９　　　　に真　朋　〃）含１　鯛４　プシ　丁；６　
日日〔発明の技術分野〕 この発明はレーザ光などの可視光、紫外線もしくは赤外
線を反射するに用いられる反射鏡に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来レーザ光などの強力な光（以下可視光、紫外線およ
び赤外線を光と総称する。）を反射する反射鏡（以下、
平面鏡、凸面鏡、凹面鏡および非球面鏡を反射鏡と総称
する）の材料としてＷ、Ｗを含有する合金、Ｍｏおよび
Ｍｏを含有する合金かく、弾性係数が高く且つ特に赤外
線領域での光の反射率が高いなど反射鏡の材料として適
切な性質を具備しており、このため表面損傷を受けるこ
となく、受けることができる光エネルギー密度の限界値
（しきい値）が他の金属にくらべて非常に高いという利
点を有している。

一方１反射鏡はその製作にあたって機械加工などにより
表面を精度よく反射鏡の形状に削り出すために、またそ
の形状を使用中に維持するためにもある程度の厚さが必
要であり、さらに光の照射を営けたとき、反射せずに吸
収する一部の光エネルギーを内部に拡散して表面の温度
上昇をふせぐため−ある程度の厚さが必要である。Ｗは
比重力８Δ １９．３、Ｍｏは比重が１０．２と大きく、またこれら
を含有する合金も同様に比重が大きいためある程度の厚
さのＷ、Ｗを含有する合金、　ＭｏもしくはＭ。

を含有する合金から成る反射鏡は重量が非常に大きくな
ってしまうという欠点を有している。反射鏡の重量が大
きくなるとそれを支持するための枠や全体の光学系を構
成する構造体にかかる荷重が大きくなりそれらを強化し
なければならなくなる。

また反射鏡の空中や宇宙空間での使用に除しては、それ
を地上より使用する空間まで運搬するロケットなどへの
負担が大きくなってしまう。これらのことがらＷ、Ｗを
含有する合金、ＭｏもしくはＭ。

を含有する合金と同等の反射特性を有し、且つ重量のよ
り小さい反射鏡が要望されていた。

〔発明の目的〕

金、ＭｏもしくはＭｏ含有する合金から成る反射鏡の欠
点を改頁したもので、反射特性がすぐれ且つ軽量の反射
鏡を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者らは光反射鏡の材料として、Ｗ、Ｗを含有する
合金、ＭｏもしくはＭｏを含有する合金が適しているが
、その重量が大きくなりすぎるとの欠点を有することか
ら、光を反射する表面層のみをＷ、Ｗを含有する合金、
ＭｏもしくはＭｉｏを含有する合金で構成し、基体を軽
量の材料で構成すればより軽量の反射鏡が得られるとい
う着想を得た。

さらにこの基体として用い得る材料に関し鋭意研究を進
めた結果、基体の具備すべき条件としては高い耐熱性、
ＷもしくはＭｏに近似した低い熱膨張係数、高９熱伝導
率および低い比重であることが判った。そこで、セラミ
ックス繊維を含有した銅又は銅合金を基体として用いれ
ば上記特性を溝足し、Ｗ＠Ｍｏもしくはこれらを含有す
る合金との接合性もよく優れた軽量の反射鏡が得られる
との知見得、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の反射鏡は表面の光反射層がＷ。

Ｗを含有する合金、　ＭｏもしくはＭｏを含有する合金
から成り、基体はセラミックス繊維を含有した銅又は銅
合金からなりその両者を接合してなることを特徴とする
ものである。

本発明の反射鏡の表面の光反射層はＷ、Ｗを含有する合
金％ＭｏもしくはＭＯを含有する合金から成りその厚さ
は２５羅以上、１０ＩＩＩ以下であるととが必要である
。表面層の厚さが２５μｍ未溝で６ると表面層の仕上研
摩を行う時に表面層が削り取られ基体が表面に露出する
おそれがあり、基体の表面４１Ｉｉざや接合面でのフィ
ラー又は反応層の影響が表面層に出るおそれがあるため
である。また厚さがＩＱＩＩＩＩを越えるとｔｇｃが大
きくなりすぎるためである。基体としてはセラミックス
繊維を含有したｑ４又は調合を用いる。そのセラミック
ス繊維としては炭素繊維、ボロン繊維、炭化けい素繊維
、アルミナ繊維等の長繊維や短繊維もしくはウィスカが
好適である。この様な複合材料は銅又は銅合金と含有す
る繊維との長所を合せ持つことである。

例えば、一方向に繊維を配列した複合材の強度σ。は σ。＝σ１・ｖｒ＋σ、ｎ（１−Ｖｒ）　　　・・・・
・・・・・（１）と表現できる。ここにおいて、繊維の
強度をσ１、繊維の破断歪におけるマトリックスの強度
をσ。、繊維の体積含有比をｖｒとする。（１１式にお
いて、銅−炭素繊維複合材を例にとると、σ、＝２００
に９／賦Ｖｒ＝Ｏ，Ｓ、σ、、＝４．２に９／−である
故、複合材の強度σ。は１ｏ２１ｃｙ／−となる。この
ように複合材強度においては、繊維強度の占める役割が
圧倒的に大きく、マトリックスは単に各繊維へ応力を伝
える伝達媒質の役割を果たすにすぎない。

従って、こＧような複合材は、マトリックスの融点直下
付近まで強健劣化が少なく耐熱性がある。

一方、電気および熱伝導性においては、マトリックス本
来の性質が有効に利用される。たとえば銅−５０体積（
Ｖｏｌ）％炭素繊維複合材の場合、仮りに炭素繊維の熱
伝導率が零としても、銅マトリックスの熱伝導率１００
　ＬＩＪを半分にした５０チの熱伝導率を有することに
なる。実際上は炭素繊維の熱伝導率は零でないので、複
合材の熱伝導率は５０チ以上となる。

他方、複合材の熱膨張係数にαは と表現できる。

ここにおいて、Ｋｒおよびもは繊維およびマトリックス
の熱膨張係数、Ｅｒおよび堀はヤング率である。複合材
の熱膨張係数は、繊維の熱膨張係数とその含有率によっ
て大きく影響を受けることＶＣなる。

周知のように炭素繊維の熱膨張係数は小さく且つ密度が
小さいため、炭素繊維を含有した銅又は銅合金は高熱伝
導、低熱膨張および耐熱性を有し反射鏡の基体として最
も適していることが判る。

反射層の基体は三次元的な等方性を必ずしも必要として
いないが、少なくともその平面上は熱膨張等の性質が等
方向である方が望ましり。即ち、表面反射層と基体との
界面で上記の特性が均一でなければ界面上に局部的歪が
発生し、反射性能を劣化させる怖れがあるからである。

従って機織を網状°に配列して積層したり、一方向に配
列したものを直角又は±６０’、４５°等角度をもたせ
て積層したり、スパイラル状に配列したり、短繊維又は
ウィスカを二次元上にランダムに配列させて積層したり
等の方法によって基体を成形するのが１唖しい。

これらの表面反射層と基体となるセラミックス繊維を含
有した鋼又は銅合金とを接合する方法としては拡散接合
法、ロク付法、スパッター法、蒸１着法、化学蒸着法な
どがある。これを大別すればあらかじめＷ、Ｗを含有す
る合金、　ＭｏもしくはＭＯを含有する合金を製造、成
をした後、これを上記基体に接合する拡散接合法および
ロウ付法と上記基体上にＷ、Ｗを含有する合金、Ｍｏも
しくはＭ。

を含有する合金層を真空蒸着、スパッター、化学蒸着法
などにより成長せしめる方法とになる。前者の方法では
あらかじめＷ、Ｗを含有する合金。

ＭｏもしくはＭｏを含有する合金の板材を製造しておく
必要がある。その板材の製造方法としては焼結法と溶解
法の二方法がある。焼結法ではＷ粉末もしくはＭｏ粉末
と、もし必要ならば添加する合金元素粉末とを所定の割
合に配合、混合し、成型した後不活性雰囲気（真空を含
む）もしくは還元性雰囲気下で高温で焼結して焼結体を
製造する。焼結体は熱間で加工するか、高温で静水圧成
形処理を施して留度を上げ、空隙を少なくした後、切削
加工、放電加工、研削加工、研磨加工などの方法によっ
て所望の表面層の形状に加工を行なう。溶解法において
は通常は焼結法と同様にして焼結体を製造するが、その
焼結体を溶解原料として、アーク溶解、電子ビーム溶解
、プラズマ電子ビーム溶解などの手段により溶解し、溶
解インゴットを製造する。得られたインゴットをもし必
要ならば熱間で加工をした後切削加工、放電加工、研削
加工、研磨加工などの方法によって所望の表面層の形状
に加工を行なう。その焼結法と溶解法との比較すると焼
結法では加工を行なっても酸化物を主体とする介在物お
よび微細な空隙の存在が避けられず、研磨した表面にそ
れらの欠陥が現れ、光の反射率を下げることになる。溶
解法によって製造された材料ではそのようなおそれが少
ないため、表面層の材料は溶解法によって製造すること
がより望ましい。

あらかじめ成型された板材を表面層として基体に接合す
る方法としてはロウ付法および拡散接合法がある。ロウ
付法は活性金属入り銀ロウ、Ｔｌ系ロウ、　Ｚｒ系ロウ
などを用いて接合する方法であり、比較的低温で接合を
行うこともできるが、ロウ付部の耐熱温度が低いこと、
界面にロウ材が介在するので熱伝達が阻害されるなどの
短所がある。

一方拡散接合法は表面層および基体を接触せしめ、荷重
を加えながら高温で熱処理を行ない表面層および基体の
間に相互に拡散をおこさしめ接合する徴を有する。

セラミックス繊維を含有した銅又は銅合金からなる基体
上にＷ、Ｗを含有する合金、ＭｏもしくはＭｏを含有す
る合金層を成長せしめる方法としては真空蒸着法、スパ
ッター法、化学蒸着法などがあり、合金層を成長せしめ
るｒζはスパッター法が適する。この方法ではまず焼結
法などにより合金のスパッターターゲットを製造し、そ
のターゲットをあらかじめの研磨仕上げをした上記基体
とを低圧の不活性ガス中で相対せしめ両者の間に直流電
圧をかけてスパッターから前記基体上に合金層を成長せ
しめる。

表面層ｔ−ＷもしくはＭｏを含有する合金で構成する場
合には、ＷもしくはＭｏに添加する合金元素量ＩＩ′ｉ
ＷもしくはＭｏの熱伝導率や熱膨張係数を大巾には変化
せしめない程度に限定される。代表的な添加元素として
はＷに対してはＲｅ　ｅＭｏ　ｇ　Ｚｒ　＊　Ｒｕなど
があり、Ｍｏに対してはＷ　ｅ　Ｔｉ、Ｚｒ　、Ｒｅ　
＋Ｒｕ　ｓなどがある。

特にＲｕの添加はＷに対して’１：、ＭＯに対してもそ
の強さを増加せしめ、硬さを増加せしめて表面を傷つき
雌くさせ、耐食性を改善せしめて腐食による反射率の経
時変化を少なくさせることができる。

このＷ−Ｒｕ合金のＲｕ含有量は５〜４５重ｉｓに限定
される。Ｒｕ含有量が５重量％未満であるとＲｕによる
耐食性改善の効果が見られず、一方Ｒｕ含有量が４５重
量％より多くなると熱伝導特性が著しく低下し実用に供
することが出来ないものである。

さらにとのＲｕの含有量は２０．６〜２８．６重量％が
好ましく、４？に好ましくは２７．０重ｔ％である。Ｍ
。

−Ｒｕ合金の場合はＲｕ含有量は５〜７５１ｔ％に限定
される。Ｒｕ含有量が５重量％未満であるとＲｕによる
耐食性改善の効果が見られず、一方Ｒｕが７５チより多
くなると脆化が著しくなりまた熱伝導特性が著しく低下
し実用に供することが出来ないものである。さらにその
Ｒｕの含有量は３３〜４４重量％が好ましく、特に好ま
しくは３８．７重量％である。

尚、特に赤外領域の反射性能を向上させるため１１Ｃｓ
　ＡｕｅＡｇｓＣｕの薄膜をスパッター等によって形成
しても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、表面反射層が損傷しきい値の高い且つ
反射率の優れたＷ、Ｗ合金、　Ｍｏ又はＭ０合金からな
り、しかも基体が熱伝導の大きな且つ軽量及び低熱膨張
のセラミック繊維を含有する銅又は銅合金から構成され
ているため、軽量で反射性能の良い反射鏡と云える。

〔発明の実施例〕

以下において実施例を掲げ、本発明の態様を更に詳しく
説明する。

〔実施例１〕 粉末燃結法によって製造したＭｏ焼結体（不純物として
、Ｃ：５重ｌｌｐｐｍ　、　Ｏ：　６５重量ｐｐｍ含有
）を熱間鍛造および圧延によって加工し、厚さ１．２鰭
の板材を製造した。この板材より機械加工によって直径
３０鰭の円板を切り出し、この表面の片側（反射面とな
る側）をアルミナ砥石にて研削を行なった・ 一方基体は次の様に作製した。

粒径４　μｍ　（Ｄ　Ｚｒ粉と２／＃ｍの銅（Ｃｕ）粉
に３チメチルセルローズ水溶液を加え、市販のらいかい
機で混合攪拌し、泥状（スラリ状）にした。らいかい機
は、鉢と杵の相対的な回転運動によって混合、攪拌を行
う機械である。他方、線通９μｍｌｃ約０．２μｍ　Ｏ
Ｃｕめっきを施したＣ繊維を５〜１０朋長さに記Ｚｒ粉
、　Ｃｕ粉、Ｃ繊維からなるスラリを攪拌し、その後水
素ガス中で温度８００℃、圧力３　Ｑ　Ｏｋｇ／ｍｄの
条件でホットプレスし％　４５Ｖｏ１％Ｃｕ−１０Ｖｏ
ｌ＊Ｚｒ−４５Ｖｏｌ＊Ｃ複合材を作製した。

作製した４　５Ｖｏｌ　Ｔｏ　Ｃｕ−１０Ｖｏｌ　％Ｚ
ｒ−４５Ｖｏｌ　Ｔ。

Ｃ複合材から２０φＸ５を試験片を採取し、熱膨張測定
に供した。熱膨張測定は窒素雰囲気中、５℃／ｍｉｎの
昇温速度で室温から８００℃までの温度範囲で試料を加
熱、冷却し、その時の熱膨張係数を測定した。その結果
、Ｃ繊維をランダム配列した４５Ｖｏ１％Ｃｕ−１０Ｖ
ｏ１％Ｚｒ−４５Ｖｏ１％Ｃ複合材の室温から３００℃
における線熱膨張係数は４．５　Ｘ　１０−６／℃であ
りた。又熱伝導率は純銅の２４％であった上記複合材か
ら厚さ１４龍の板を切り出し基体とした。前述のＭｏ板
と上記の基体を重ね合せ、その間にアモルファスＮｉロ
ー材を重ね合せ真空中にて０．５　／７の荷重を加え７
５０°Ｃで３時間の熱処理を行って両者を接合した。接
合後Ｍｏ表面を５ｉ０２を用いた液中ボリッシャーによ
り仕上研磨を行ない平面反射鏡を得た。得られた反射鏡
の厚さは１５ｒＲＩＩ＋でろね、反射面の表面粗さはｒ
ｍｓ　（ルート・ミーン・スクエア）でＩＱＩＮ１以下
であった。この反射鏡の重量を測定し、次いでＣＯ２レ
ーザーの波長１０．６μｍの光を反射鏡の表面に対して
直角に入射せしめ、反射鏡の温度上昇を測定することに
より反射鏡の反射率をｍ１１ｊ定した。また、この反射
鏡の表面の耐食性を評価するため、９０℃−気圧相対湿
度９０％の空気中に５００時間放置し、その後に再び反
射率を測定した。それらの測定結果を表に示す。

〔実施例２〕 粉末焼結法によって製法したＷ焼結体（不純物として、
Ｃ：　６　ｔＪｌｐｐｍ　、　Ｏ：　２０重量ｐｐｍ含
有）を熱間鍛造および圧延によって加工し、厚さ１．１
間の板材を製造した。この板材より放電加工によって直
径３０間の円板を切り出し、この表面の片側（反射面と
なる側）をアルミナ砥石およびボラゾン砥石にて研削を
行なった。

一方基体は次の様に作製した。

３チメチルセルローズ水溶液中に粒径４μｍのＺｒ粉と
粒径２μｍ　ｃｏ　Ｃｕ粉を混合し、攪拌してスラリ状
にした。このスラリ中にＣｕ丸棒に巻き付けたＣ繊維を
浸漬した。Ｃｕ丸棒の直径は３ｍｔｔｒ、Ｃ繊維の線径
は９μｍとした。Ｃ繊維およびＣｕ丸棒は、Ｃ繊維を巻
き付けている途中の過程でも前述スラリ中に数回浸漬し
た。スラリ中より取出し、乾燥させた後、黒鉛製鋳凰内
に配置し、以後は実施例１と同様水素雰囲気中８００℃
でホットプレスし、Ｃ繊維をスパイラル状に配列した４
　３　ｖｏ１％Ｃｕ−１０ｖｏ１％Ｚｒ　　４７ｖ０１
％Ｃ繊維複合材る作製した。この複合材の熱膨張係数を
複合材製造例１と同様の方法で測定した。室＠〜３００
℃における線熱膨張係数は２．６Ｘ１０　　／”Ｏでめ
っ九。

上記複合材から厚さ１４１ＩＩの板を切り出し基体とし
た。このＷ板と基体とを重ね合せその間Ｔｉ−８，５Ｓ
ｉ０−材を挿入し０．５　ｋｇ／Ｃｄ　ｌ／）荷重を加
え、７５０℃５時間の熱処理を行なって両者を接合した
接合後Ｗ板表面を５ｉ０２を用いた液中ボリッシャによ
り仕上研摩を行ない平面反射鏡を行った。得られた反射
鏡の厚さは１５龍であり１反射面の表面粗さはｒｎｕｓ
で１０朋ｍ以下であった。この反射鏡について実施例１
におけると同様の試；倹を行った。それらの結果を表に
示す。

〔実施例３〕 粉末焼結法によって製造したＭｏ焼結体（Ｃ：６００Ｔ
σｔｐｐｍ　、　ｏ　：　ｓｏ、１量ｐｐｍ含有）を消
耗電極として真空アーク溶解によりＭｏアーク溶解イン
ゴット（Ｃ２８０ｉ量ｐｐｍ　、　０４　’ｉｆｔ　ｐ
ｐｍ含有）を製造した。このインゴットから熱間鍛造お
よび温間圧延により厚さ１．２朋の板材を製造した。こ
のＭｏ板材と実施例１で用いたものと同じ、炭素繊維を
含有した銅合金板を実施例１で述べた方法によって接合
し、型摩し、反射鏡を得た。得られた反射鏡は厚さ１５
朋であり、反射面の表面粗さはｒｍｓで１０朋ｍ以下で
あった。この反射鏡について実施例１におけるのと同じ
試験を行った。それらの試験結果を表に示す。

〔実施例４〕 実施例ｒにおいて用いたものと同じ炭素繊維を含有した
銅合金板（１５ｆｌ）の表面をアルミナ砥石にて研磨し
、これを基体とし、５Ｘ１０−２ＴｏｒｒのＡｒ雰囲気
中で粉末焼結法によって製造されたＭ。

５５重量％Ｒｕ４５重量慢の組成から成るターゲットを
用い基体上にスパッターによりＭｏ　−Ｒｕ合金層を厚
さ約Ｑ、ｌ　＋ｕ″！ｌで成長させた。ついでこのＭｏ
　−Ｒｕ合金層の表面を５ｉ０２を含む液中ボリッシャ
ーで仕上げ表面粗さｒｍｓｌＯｎｍ以下の鏡面とした。

反射鏡の厚さは１５朋、表面層の組成はＸ線分析によれ
ばＲｕ３９．７重量悌残部ＭＯであった。この反射鏡に
ついて実施例１と同様にして反射率の測定および耐食性
試験を実施した。それらの試験結果を表に示す。

〔実施例５〕 平均粒径５μｍｃＤＷ粉末７２．５重ｆ％および平均粒
径２〜３μｍのＲｕ粉末２７．５重量％から成る粉末を
混合し、２ｔｏｎ／ｍの加圧力でプレス成型１麦、水累
算囲気中にて、２２５０°Ｃで２時間の焼結を行ない密
度９４％の焼結体を得た。この焼結体を溶解原料として
、電、子ビーム溶解炉を用いて５　Ｘ　１０−５Ｔｏｒ
ｒの真空中にて内径６０朋の水倹銅をつぼ中で溶解を行
ない、径６０朋のＷ−Ｒｕ合金の廖解インゴットを製造
した。このインゴットを熱間鍛造によって板材に加工し
た。その板材をＸ空中で２２００’Ｏ−２時間の熱処理
を行った。板材の組成はＲｕ２６．８重、！ｉチ伐部Ｗ
であった。この板材を研削加工して厚さを１．１１１！
ＩＩとし、放電加工により直径３９　Ｉ’ｌｌの円板を
切り出した。このＷ−Ｒｕ合金板材と実施例２で用いた
と同様の炭素繊維含有鋼合金板とを間に厚さ４０μｍの
活性金属入り銀ロウ箔（組成Ｔｉ　２．０重量％、Ｃｕ
２７．５重量％残部Ａｇ　）をはさみ０、１　ｋｇ／ｃ
ｒｌの荷重をかけ、真空中にて７５０’０５分間の熱処
理を行って両者を接合した。この接合材のｖＶ−Ｒｕ合
金側をアルミナ砥石およびボラゾル砥石により研削５ｉ
０２を用いた液中ボリッシャーにより仕上研磨を行ない
反射鏡とした。この表面の粗さはｒｍｓｌＯｎｍ以下で
あった。またこの反射鏡の厚ざは１５朋であった。この
反射鏡について実施例１におけると同じ試験を行った。

それらの試験結果を表に示す。

〔比較例１〕 粉末焼結、鍛造法によって積造された厚き１５．２順の
純Ｗ板（Ｃ６重量ＰＰｍ５０２０重量ｐｐｍを含有）か
ら放電加工により直径３Ｑｍｍの円板を切り出し。

その表面をアルミナ砥石およびボラゾン砥石にて研削加
工を行った後、仕上研磨を５ｉ０２を用いた液中ボリッ
シャーにて行ない平面反射鏡を得た。

得られた反射鏡の厚さは１５１１１であり表面粗さはｒ
ｍｓ１０１ｙ１１以下であった。この反射鏡について実
施例１と同様の試験を行なった。それらの試験結果を表
に示す。

〔比較例２〕 粉末焼結、鍛造によって製造された厚さ１５．３龍の純
Ｍｏ板（Ｃ５重ｔｐｐｍ、ｏｓｓ重ｔ　ｐｐｍ含有）か
ら直径３９ＩＩ＋の円板を切り出し、その表面を切削に
より鏡面とした後、５ｉ０２を用いた液中ボリッシャー
にて仕上研磨を行ない平面反射鏡を得た。

得られた反射鏡の厚さは１５１Ｒｍであり表面の粗さＨ
ｒｍｓｌＯｎｍ以下であった。この反射鏡について実施
例１と同様の試瑣を行なった。それらの試験結果を表に
示す。

以上実施例から明らかなように本発明の反射鏡は光の反
射性能に優れ且つ軽量であると云える。

以下余白 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　竹花憲佑

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス繊維を含有した銅又は銅合金の基体
   にＷ、Ｍｏ又はこれらの合金から成る表面反射層を接合
   したことを特徴とする反射鏡。
2. （２）表面反射層が溶融法によって製造されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の反射鏡。
3. （３）表面反射層が真空蒸着、化学蒸着もしくはスパッ
   ター法により基体上に成長せしめられたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の反射鏡。
4. （４）表面反射層がＲｕ５〜４５重量％残部がＷおよび
   附随的不純物から成る合金から成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の反射鏡。
5. （５）表面反射層がＲｕ５〜７５重量％残部がＭｏおよ
   び附随的不純物から成る合金から成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の反射鏡。