JPH0263002A

JPH0263002A - レーザ反射鏡

Info

Publication number: JPH0263002A
Application number: JP21556388A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Kyotani; 達也京谷; Fumiaki Higuchi; 文章樋口
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1988-08-30
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1990-03-02

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】（ト）技術分野この発明は、Ｃｏ２レーザ、ＣＯレーザなど赤外レーザ
に用いられるレーザ反射鏡に閃する。

Ｃ０２レーザは、たとえば１０．６μｍの波長の光を発
生する。波長が可視光よりも長いので、可視光用の反射
鏡とは異なる反射鏡が要求される。

また、単に波長が違うだけではなく、ＣＯ２レーザの場
合、大出力の光がでるので、反射鏡は著しく加熱される
。

反射率が高（、耐熱性に優れていることが要求される。

さらに、水冷して使うことも多いが、この場合、有効に
冷却できるためには、熱伝導率が高い、ということが重
要である。

さらに、反射鏡なのであるから、表面についた汚れを落
しやすく、この際に表面に傷がつかない、という事も要
求される。

また、加工しやすいという事も反射鏡材料としては重要
なことである。

（イ）従来技術赤外レーザ用の反°射鏡として、従来、大きくわけて、
ふたつのタイプの反射鏡が用いられている。

（：）鏡面加工された金属を反射鏡基板とするもの。

金属基板としてはＣｕ、Ｍｏが用いられている。

Ｃｕは被加工性、熱伝導性に優れる。赤外レーザ光に対
する理論反射率も９９％以上であって極めて高い。素材
価格も安い。このようなわけで、Ｃｕが最も多く用いら
れている。

Ｃｕは、こういうわけで、鏡面加工されたままの状態で
使われることもある。

しかし、Ｃｕ表面が酸化しやすいので、金Ａｕの薄膜を
、メツキ、イオンプレーティングなどでＣｕの上に形成
し、酸化を防止するようになった反射鏡もある（第２図
（ａ））。

これだけでは強度に乏しいので、Ｃｕ基板の表面にＮｉ
薄膜を形成し、さらに、その上にＡｕの薄膜をつける、
という事も行われる（第２図（ｂ））。

ＭＯを反射鏡材料とするものもある。Ｍｏは硬度が高い
ので、スパッタなどにより汚れが付いても、プーラシで
簡単にこすり落すことができる。

つまり、ＭＯ表面をブラシでこすっても傷がつかない。

そこで、ＭＯの場合は、鏡面加工したものを、そのまま
用いる。Ａｕ、Ｎｉなとの薄膜コーティングしないのが
ふつうである。

金属基板反射鏡を、ここで単純に列挙すると、ＣｕＣｕ　／　ＡｕＣｕ／Ｎｉ／ＡｕＭ。

という事になる。ただし、斜線で区別られた物質は最初
のものが基板を、２番、３番目はその上の薄膜を表わす
もの゛とする。

（１１）鏡面加工されたＳｉやＧｅを反射鏡基板として
用いるもの。

半導体であるＳｉやＧｅ基板の上にＡｕ或はＡｇをつけ
、さらにその上に丁ｈＦ４やＺｎ５ｅなどの誘電体薄膜
を多数層積層したものである。

Ｓｉ、Ｇｅ／Ａｕ、Ａｇ／ＴｈＦ４．Ｚｎ５ｅここで、
Ａｕ　、　Ａｇや誘電体薄膜を付けるのは、赤外光に対
する反射率を高めるためである。第２図（Ｃ）に概略断
面を示す。

（ロ）　発明が解決しようとする問題点（１）に示した
金属基板タイプのものは、Ｃｕ、　Ｍ。

ともにそれぞれ欠点がある。

Ｃｕ反射鏡は硬度が低いため傷つきやすい。使用時に、
表面が汚れると、反射率が落ち、レーザ光の吸収が大き
くなって、発熱が著しくなる。このため汚れはきれいに
拭きとらなければならない。

ガーゼなどでＣｕ反射鏡を拭き、洗浄する必要がある。

このとき表面に傷がつく。また、表面のＡｕ層が剥離す
る。こういうわけで、反射率が低下することがある。

Ｍｏ反射鏡は、硬度が高いので、ガーゼで拭きとり洗浄
しても、傷つける惧れかない。しかし、高価な材料であ
る。このため高価な反射鏡になってしまう。また、ＭＯ
は被加工性が悪い。脆くて硬い。

鏡面・を得るには、研磨仕上げに上らなければならない
。超精密切削加工によって鏡面を得ることができない。

このため、非球面を作るため、超精密切削加工を適用す
ることができない。つまり、被加工性が悪いので、任意
の形状の鏡面を作ることができないのである。

Ｓｉ、Ｇｅの表面にＡｕ　、　Ａｇをつけたタイプのも
のは、ＡｕｌＡｇの上に付けた誘電体薄膜が剥離しやす
い。反射鏡の表面についた汚れを除去しようとすると、
誘電体薄膜も剥がれてしまう。

００　　目　　　　　　　的 ■）赤外光に対して反射率が高く、２）熱伝導性に優れ、３）被加工性に富み、４）表面に傷がつきにくく、５）比較的安価である、赤外レーザ用反射鏡を提供することが本発明の目的であ
る。

（３）構　成本発明のレーザ反射鏡は、鏡面加工されたＣｕ又はＡＪ
或はＣｕ合金、Ａ／金合金基板とし、その表面に０．１
〜２０μｍのＷ薄膜を形成したものである。

第１図（ａ）、（ｂ）に本発明のレーザ反射鏡の概略断
面を示す。これは、平行表面をもつように単純化して描
いているが、平行表面以外の形状である事もある。球面
鏡とすることもある。

Ｗは、イオンプレーティング法により薄膜として形成す
ることができる。

基板は表面に表われないが鏡面加工する。これは、Ｗ薄
膜の表面が平滑になるようにして、反射率を実効的に高
めるためである。

ａ）作　用基板にＡｌ又はＡ１合金、Ｃｕ又はＣｕ合金を使うので
、（１）被加工性が良い。

任意の形状の反射鏡に加工することができる。

研磨によって鏡面加工が可能なのはもちろんである。さ
らに、超精密旋盤により、放物面など非球面の鏡面加工
が可能である。

（２）材料が安価である。

（３）熱伝導性に優れている。

レーザ反射鏡として使用する場合、水冷によって冷却す
るが、水冷効果が最も高い。大出力のレーザ光照射によ
る反射鏡の温度上昇を水冷によって、小さい範囲に抑制
することができる。

温度上昇が少ないので、熱膨張による形状変化が非常に
少ない。このため、レーザビームのモードが極めて安定
になる。

（４）　　Ｍｏにくらべて軽量である。

Ｍｏ　ノ比重は１０．２２　、Ｃｕ　（ｉ’）比重は８
．７６　、Ａｌの比重は２．７である。特にＡｌを基板
とするものは著しく軽量にできる。

軽量であると、反射鏡の取付は取り外しの作業性が向上
する。

ＮＣ装置などにより、レーザ３次元、２次元加工機に装
着した際、軽いため慣性力が少なくなる。このためサー
ボ制御が容易になる。位置制御性が向上し、サーボ制御
の駆動系も小型化することができる。

（５）基板を鏡面加工しているので、その上につけたＷ
薄膜が非常に平滑になる。このため、散乱による反射ロ
スが極めて小さい。

以上は、基板に鏡面加工したＣｕ、Ｃｕ合金、ＡｌｌＡ
ｌ合金を使う事によるものである。次にＷ薄膜を付けた
事による特長を述べる。

（６）Ｗ薄膜をつけているので、表面がＭＯ基板と同程
度に硬くなる。ビッカース硬度で２５０である。

反射鏡として使用している時、スパッタやミストの焼き
つきにより表面が汚れる事がある。

このような汚れを、トリクレン、アルコールなどの溶剤
の中で、拭き取り洗浄したり、ナイロンブラシなどで、
スパッタなどの汚れを除去できる。

このようにしても、Ｗ薄膜のため表面に傷がつかない。

（７）Ｗの融点は高い。約３３６０℃である。反射鏡と
して使用している際、スパッタや異物付着により、反射
率が低下し、異物が焼き付き、蒸発を起こしても、Ｗ表
面は溶けない。耐熱性に優れている。

このように優れた特長がある。Ｗ薄膜の厚さを０．１μ
ｍ以上にするのは、表面硬度をＭＯと同程度にするため
である。２０μｍ以下にするのは、イオンプレーティン
グなどによるＷ薄膜形成のコストを過大にしないためで
ある。

また、Ｗ膜が厚いと、反射率、熱伝導度が低下するので
望ましくない。こういうわけで、Ｗ薄膜の厚みは０．１
〜２０μｍとする。

（→　実施例Ｉ（Ａｌ基板）Ａｌを基板とするレーザ反射鏡を次の工程で作り、次の
ような状態で使用し、特性の変化を調べた。

（１１９９，９８９６純度のＡｌを用いて、直径４０朋
、焦点距離１５０＋ｕｔＱ軸はずし放物面鏡を５ＰＤＴ
加工にて切削した。

Ｒａ　＝　０．０７　μｍ　、面積度λ／２０（λ＝　
１０．６　μｍ　）とした。

（２）　　つぎに、純度９９．９９９６のＷベレットを
原料として、イオンプレーティングにより、膜厚５μｍ
のＷ薄膜をＡｌ基板の上に形成した。

この時、Ｃ０２レーザ光に対する反射率は９８．２％、
ビッカース硬度は３０５であった。

（３）完成した放物面鏡を、出力５　ｋＷのＣＯ２レー
ザ加工機の加工ヘッドに取りつけた。これを、鉄系材料
の切断ラインで使用した。

（４）　　使用するうちに、スパッタや、工場雰囲気中
のミストの焼きつきが反射鏡の上に生じた。

（５）　　このような汚れを除くため、ナイロンブラシ
により水中で反射鏡の表面を擦った。スパッタやミスト
の付着はほぼ完全に除去することができた。

（６）洗浄後、面精度、反射率を測った。

面精度はλ／２０、反射率は９８，２％であった。

これらの値は製品初期値から全く変化がない。

つまり、表面に傷がついていないということである。

（７）　　加工ヘッドが移動する２次元ＮＧ制御ＧＯ２
Ｌ／−ザ加工機に、本発明のＡＪ基板放物面鏡をとりつ
けた。加工ヘッドの移動速度に対するＮＧ指令位置の追
随性を測定した。速さが３　ｍ　／　ｓｅｃの場合追随
距離誤差は±０．１朋であった。軽い反射鏡であるので
追随性がよいという事が分る。

（２）実施例［（Ｃｕ基板）Ｃｕを基板とするレーザ反射鏡を次の工程で作り、次の
ような状態で使用し、特性を調べた。

（１）　　無酸素銅（０ＦＨＣ）を用いて、直径４０ｍ
ｒｔｔ、焦点距離１５０龍の軸はずし放物面鏡を５ＰＤ
Ｔ加工によって切削した。Ｒａ　＝　０．０８μｍ１面
精度λ／２０とした（λ＝１０．６μｍ）。

（２）　　純度９９９９％のＷペレットを原料として、
膜厚５μｍのＷ薄膜を、Ｃｕ基板の上に、イオンプレー
ティングにより形成した。

こうしてできた反射鏡の、Ｃ０２レーザ光に対する反射
率は９８．２９６、ビッカース硬度は３０５であった。

（３）完成した放物面鏡を、出力５　ｋＷのＣＯ２レー
ザ加工機の加工ヘッドに取付けた。これを鉄系材料の切
断ラインで使用した。

（４）使用しているうちに、スパッタヤニ場雰囲気中の
ミストの焼きつきが反射鏡の上に生じた。

（５）汚れを除くために、ナイロンブラシにより、水中
で反射鏡表面を擦った。

スパツタヤミストの付着はほぼ完全に除去することがで
きた。

（６）洗浄後、面精度と反射率とを再び測定した。

面精度はλ／２０、反射率は９８．２％であった。これ
らの値は製品初期値と全く同一である。つまり、汚れを
ブラシで除去することにより表面に傷がつかないという
ことである。こうして、何度も洗浄できることが分る。

（ト）効　果本発明のレーザ反射鏡は、（１）低価格であり、（２）反射鏡使用時における汚れに対する洗浄性にも優
れ、（３）反射率も高＜（９８，２％）、（４）熱伝導度も高く、水冷しやすい。

このような特性を持つ。Ｃ０２レーザ、ＣＯレーザなど
赤外レーザ用のレーザ反射鏡として利用すると、極めて
効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ反射鏡の縦断面図。（ａ）はＡｌ基板のもの、（ロ）はＣｕ基板のものを示
す。第２図は縦来例に係るレーザ反射鏡の縦断面図。（ａ）
はＣｕ、　Ａｌ基板にＡｕ薄膜をつけたもの。（ロ）はＣｕ、　Ａ７基板にＮｉ下地をつけて金Ａｕ薄
膜をつけたもの。（Ｃ）はＳＬ、　Ｇｅ基板上に、Ａｕ
又はＡｇをコートし、さらに誘電体多層膜を形成したも
の。発　　明　　者　　　京　　　谷　　　達　　　也樋　
　　口　　　文　　　章

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ａｌ又はＡｌ合金、或はＣｕ又はＣｕ合金を基板
とし、この上にＷの薄膜が形成されている事を特徴とす
るレーザ反射鏡。
（２）基板が鏡面加工されている事を特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載のレーザ反射鏡。
（３）鏡面加工法が超精密切削法であることを特徴とす
る特許請求の範囲第（２）項記載のレーザ反射鏡。
（４）Ｗ薄膜の形成方法としてイオンプレーティングを
用いる事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項又は第
（２）項或は第（３）項記載のレーザ反射鏡。
（５）Ｗ薄膜の厚さが０．１μｍ〜２０μｍであること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項〜第（４）項の
いずれかに記載のレーザ反射鏡。