JPH03146901A

JPH03146901A - 化学気相蒸着法による軽量セラミック鏡の製作方法

Info

Publication number: JPH03146901A
Application number: JP2265288A
Authority: JP
Inventors: Jitendra S Goela; ジテンドラ　シングー　ゴエラ; Raymond L Taylor; レイモンド　エル．テイラー
Original assignee: CVD Inc
Current assignee: CVD Inc
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1991-06-21
Also published as: CA2022932A1; EP0425116A1; US5071596A; IL95389A0

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、軽量セラミック鏡を製作する方法、より詳
細には化学気相蒸着法による軽量なシリコン／炭化珪素
（Ｓｉ／ＳｉＣ’）鏡の製作方法に関する。

（６）〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕光学素
子の分野において、光の検出及びレンジング（ライダー
（ＬＩＤＡＲ）　：　ｌｉｇｈｔ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
　ａｎｄｒａｎｇｉｎｇ）システムは、大気パラメータ
ー例えば微量成分の濃度、圧力、温度、及び水蒸気プロ
フィーノペエーロゾル分布、及び風フィールドの多様性
を遠隔測定するための重要な診断手法として認識されて
きた。後方散乱シグナル、示差吸収、及びドツプラーシ
フトのようなライダー技術は地球大気の情報を得るため
に使われてきた。

システムの性能はその受信テレスコープの光学的構成に
よる。シャトル用ライダーシステムは、空間の制約上そ
のテレスコープの長さが固定されている。それ故、光学
設計者はテレスコープの処理能力を最大にするよう鏡の
特殊な形状及び光学スピードを選定せねばならない。受
信テレスコープの最も限定的要素は、その寸法、重さ、
製作コスト、及び外界での熱暴露故にその主鏡である。

受信信号は主鏡の面積に直接比例するので、正確な測定
のための適当な信号レベルを得るには、で（７）きるだけ大きい主鏡を用いることが大切である。

スペース用ライダーシステムを、地球大気の対流圏にお
ける風プロフィールを測定するのに用いる場合、このこ
とは特に重要である。

大鏡（径１．０ｍ以上）を製作するのに先行′技術で採
用している既存手法はきわめて日数を要する。

極低膨張石英ガラス又はゼロドア（Ｚｅｒｏｄｕｒ）　
、スコツトガラスチクノロシーズ、インク、、　４００
ヨーク　アビニー−、デュイア、ペンシルバニア州１８
６４２（Ｓｃｈｏｔｔ　Ｇｌａｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｉｅｓ、　Ｉｎｃ、、　４００Ｙｏｒｋ　Ａｖｅｎｕ
ｅ、　Ｄｕｒｙｅａ、　ＰＡ　１８６４２）から市販さ
れている製品、から大鏡を製作するには数ケ月から数年
を要する。将来スペース用ライダーシステムが数多く計
画されている故、近年大型高性能鏡の迅速且つ経済的な
生産をするための技術開発にかなりの注意が払われてい
る。

このように、軽量ハネカムセルを含む径１．２〜３．５
ｍのガラス鏡半加工品を製作するためにスピン鋳造技術
が提案されてきた。この技術は既存の鏡製作法より比較
的迅速に軽量な鏡を製作できる（８〉が、しかしこれらの鏡の重量は多くのスペース向用途に
はいまだ許容程度を越えている。その上、高融点の炭化
ケイ素（ＳｉＣ）　、二硼化チタン（ＴＩ８２）、及び
炭化硼素（８４Ｃ）のような高級セラミックスで大鏡を
製作するには、このスピン鋳造技術は不適である。これ
らの高級セラミックスは大型軽量光学素子用のガラスと
してすぐれた特性をもっている。

エポキシ及びプラスチックを含む繊維強化複合材料の鋳
造法及び適当な支持体上での膜の弯曲成形を含む別の技
術も現在開発中である。

このように、迅速に効率良く且つ経済的に大小サイズの
高性能光学素子を製作する方法を改良する必要性と需要
がある。大型で軽量な光学部品、特に鏡はライダーシス
テム、天体望遠鏡、太陽熱コレクター、高エネルギー粒
子、イオン及びレーザー光線コンセントレータ−及びデ
ィフレクタ−のような多様な宇宙関連装置に必要とされ
る。この発明はこれらの関連する技術にみられる技術上
の間隙をうめるために考案された。

（９〉この発明の目的は、軽量セラミック鏡を迅速に製作する
ための化学気相蒸着法を提供することである。

この発明の別な目的は、Ｓｉ又はＳｉで被覆したＳｉＣ
の面板及びＳｉ又はＳｉＣでできた軽量支持構造物を有
する鏡の製作方法を提供することである。

この発明の別の目的は、下記の工程を含んでなる軽量セ
ラミック鏡を製作する方法を提供することである。

（ａ）製作する鏡に必要である、実形状のネガとなる表
面をマンドレル上に成形し、そしてその表面上にセラミ
ック材料の層を化学気相蒸着して鏡面板を形成し、（ｂ）軽量な支持構造物を成形し、且つこれをマンドレ
ルが付着したままの面板の露出した表面に密着させ、そ
してこの支持構造物にセラミック材料を化学気相蒸着し
て、その支持構造物を包むことで面板への結合を強化し
、そして（ｃ）マンドレルを面板と支持構造物から剥離（１０）したのち、光学的等級のセラミック材料をその面板のそ
の後露出したあるいは前面上に化学気相蒸着して、鏡の
製作を完成する。

〔課題を解決するための手段、作用、及び発明の効果〕

この発明のこれら及び別な目的を達成するために、セラ
ミック鏡及び特に軽量３ｉ／ＳｉＣ鏡を製作する化学蒸
着法を提供する。この方法は化学蒸着の３工程を含む。

すなわち、鏡面板を作るために、一方の面は平らで他の
面の形状を所望の形状に予備成形した対照的な表面をも
つマンドレルの使用を含む第１工程；軽量支持構造物を
面板の露出している表面に完全に密着させこれを蒸着し
て、それによって一体式構造物を形成する第２工程；そ
して光学的等級材料、好ましくはＳｉの層を面板の反対
側でその後露出したあるいは前面上に蒸着する第３工程
を含む。この鏡の形状と仕上げはこのＳｉ層で加工する
。

化学蒸着法において、原子／分子は支持体の表（１１）面で反応して固体を形成する。その結果、原子規模での
再現が可能である。良好な再現を実現するためには、２
つの重要な問題を解決せねばならないｇすなわち適当な
マンドレルの選定とマンドレルの剥離である。良好なマ
ンドレル材料は次の基準を満足せねばならない。

（１）熱膨張係数（ｃＴＥ）が蒸着される物質と調和す
ること（２）高温、低圧及び腐蝕蒸着環境に耐えること（３）反応停、生成物及び蒸着される物質に対し不活性
であることＳｉＣを蒸着するために使用するマンドレル材料は黒鉛
、モリブデン（Ｍｏ）　、タングステン（Ｗ）、サファ
イア及びＳｉＣである。ＳｉＣ蒸着においてしばしば反
応系に含塩素化合物を使用するために、ＭＯ及びＷで作
るマンドレルは最初エツチングされる。しかし−旦Ｓｉ
Ｃの薄層が蒸着するとエツチングは止まり、これらの材
料はマンドレル材料としてきわめて良好に作用する。よ
くみがいたサフ（１２〉ァイア及びＳｉＣ固体上のＳｉＣ蒸着は再現の度合がき
わめて良い。しかし、ＳｉＣマンドレルの離型には適当
な塗料が必要である。高密度黒鉛マンドレルはニアネッ
トシェーブの再現、すなわち所望形状の１０ｈｍ以内の
再現を提供する。

マンドレルと支持体のきれいな剥離、すなわちＳｉＣ蒸
着層をマンドレルから分離するためには次の条件を満足
せねばならない。

（１）　　ＳｉＣ蒸着層がマンドレルに付着しないこと
、そして（２）蒸着が所望の表面上に選択的におこること最初の問題は、よくみがいたマンドレル（サファイア〉
を用いるかあるいは黒鉛、Ｍｏ　ＳＷ及びＳｉＣ製マン
ドレル上に非晶質炭素のような適当な材料を塗布するこ
とで解決できる。蒸着の選択性に関して云えば、蒸着が
マンドレルの縁や背面上でおこらないことを保証せねば
ならない。マンドレル及び蒸着層の熱膨張係数を全操作
温度範囲で正確に調和させることはむずかしいので、マ
ント（１３〉レルの背面上の蒸着層は冷却時に必らず応力を生む。こ
れらの応力は蒸着層又は（及び）マンドレル内の亀裂や
ゆがみの一因となる。ゲータ（Ｇｏｅｌａ）他による米
国特許出願第０７　／４０３．９５７号明細書（１９８
９年）に開示されている内容をここで参照すれば、Ｓｉ
Ｃ蒸着層を黒鉛マンドレルから取外すのに、黒鉛マンド
レルの外周を包む軟質フレキシブル黒鉛ガスケットを用
いることができる。冷却時にこのガスケットは黒鉛に対
するＳｉＣのわずかな動きを許容するＳｉＣと黒鉛間の
緩衝材として働く。

またゲーラ他による米国特許出願第３８９．２４８号明
細書（１９８９）に開示されている内容をここで参照す
れば、まず厚さ約０．０２０インチ（０，５ｍｍ）の黒
鉛リブから黒鉛“エラグクレート”コアを作ってＳｉＣ
軽量支持構造物とする。このコアは基本形状として６個
の内部三角形セルをもった六角形セルから成る。この構
造物の壁には流れ穴がある。これらの穴は構造物の重量
を減らし、より均一な蒸着を提供するための反応イ本の
分散通路となりそして壁の両側のＳｉＣ蒸着層をつない
でリベットの役（１４〉目をし、この構造物をより堅固で且つ剛性をもたせるた
めのものである。この軽量構造物をＳｉＣ面板の裏面上
に据え次いでＳｉＣで蒸着する。しかしこのＳｉＣ蒸着
層で軽量構造物がＳｉＣ面板に強力に接着するように、
ＳｉＣ蒸着に先立ってＳｉＣ面板の裏面を適当に処理す
る。この方法によって接着剤を使わずに一体式軽量Ｓｉ
Ｃ構造物を製作することができる。

四角形、六角形及び三角形のような異なる支持構造物セ
ルの幾何学そして０．２５〜３．５の範囲にあるセルの
アスペクト比（セル高さと内接円の径の比〉の研究から
、下記の条件を満足するときに均一な良いセルが得られ
ることがわかっている。

（１）化学気相蒸着のガス流れが支持構造物上に突き当
たり、そして（２）流れ穴が支持構造物の底部近くにあること化学気相蒸着の別の結論は、面板近くで最も薄いＳｉＣ
被膜となるよう支持構造物の壁にテーパーをつけること
である。これは構造物の剛性を増すの（１５）で同じ重さであっても構造物にとっては有利である。し
かし、ＳｉＣの最少被膜がこの構造物のすべての部位に
必要である。好ましい軽量構造物を得るためには、セル
のアスペクト比は１．５を越えてはならないことがわか
っている。

ニアネットシェープＳｉＣ面板上へのシリコン蒸着を最
終光学的形状の加工ができるようにおこなう。Ｓｉの光
学的加工は周知の技術であり、形状精度が波長の１７１
０で粗さ精度が１０人ＲＭＳは容易に達成できる。化学
気相蒸着によるＳｉ　は化学気相蒸着したＳｉＣにきわ
めて良く接着する。ボリシングし、ラッピングしそして
カーボンスプレーを１〜２回塗布した荒れたＳｉＣサン
プル上に３１が満足に化学気相蒸着されるので、強力な
５ｉ−ＳｉＣ結合を得る上でＳｉＣ表面の調製はさほど
重要でないことを示している。その上この２層材料が光
学的加工、−１４０〜１０００℃の温度範囲での熱サイ
クル及び４点曲げ試験による応力を受けても、このＳｉ
被膜は亀裂、離層あるいは剥離をしない。これらの結果
から５ｉ−ＳｉＣ結合はきわめて強力であ（１６）って化学物質の性質をもつことを示している。

ＳｉＣ面板上のＳｉ被膜の厚さは、通常、平面板の場合
の数ミクロンから曲面板の場合の数百ミクロンの範囲で
ある。再現する表面の現場処理はＳｉ蒸着を実施する前
におこなう。Ｓｉ被膜は鏡の前面にのみ必要であるから
、他のすヴての面をフレキシブル黒鉛で覆う。ガス流れ
が再現する表面に直接あたるようにＳｉＣ面板を据える
。このような配置でさらに均一なＳ１被膜とすることが
できる。

化学気相蒸着法の第１工程では、支持体又はマンドレル
を黒鉛あるいは別の適当な材料例えばＳｉＣ，モリブデ
ン（ＭＯ）、タングステン（Ｗ）又はサファイアで製作
する。所望の鏡の実形状のネガとなる表面をマンドレル
の一方の面に加工する。

このマンドレルを高い公差精度で研磨し、マンドレルを
ＳｉＣ、Ｍｏ又はＷで作る場合はコロイド状黒鉛の懸濁
液のような離型塗料を塗布する。必要であればこのよう
な研磨及び塗布をしたのち、マンドレルを化学蒸着反応
器に適当に据える。反応（１７）器内でマンドレルを約１３００℃の温度に加熱し、比率
１：４のメチルトリクロロシラン（ｃＨｓＳｔＣ１ｓ、
以下ＭＴＳと表わす〉及び水素（Ｈ２）を通してマンド
レルの上に蒸着しあらかじめ定めた厚みのＳｉＣ層とす
る。このＳｉＣ層をＳｉ／ＳｉＣ鏡の面板とする。

次いでマンドレル及びそれに付着しているＳｉＣ面板を
反応器から取出し、この面板をマンドレルから取外すこ
となく蒸着面をきれいにする。マンドレルはこの清掃作
業の間ＳｉＣ面板を適当に支持することになるが、通常
面板はその表面に比して薄いのでこのような支持は望ま
しいものである。

米国特許出願第３８９．２４８号明細書に開示されてい
る、六角形セル、ハネカムコア、支持構造物を厚さ約０
．５　ｍ＋ｎの黒鉛リブで作り、次いでこれを面板の裏
面、すなわちマンドレルとは反対の面に結合する。

化学気相蒸着法の第２工程では、黒鉛マンドレル、Ｓｉ
Ｃ面板及び黒鉛軽量コアからなる集成体を化学気相蒸着
反応器に据えモしてＳｉＣの層をこの（１８〉黒鉛コア構造物上に蒸着する。この蒸着で黒鉛コア構造
物をすべて包みこみまたこの構造物とＳｉＣ面板との結
合を強化する。

集成体を化学気相蒸着反応器から取出したのち、マンド
レルをＳｉＣ面板から剥離すれば面板上にマンドレル表
面を再現した形状ができる。高密度黒鉛マンドレル上に
蒸着する場合は、この再現した形状精度は１００ハ以内
であり、サファイア及びＳｉＣマンドレルでは数ミクロ
ン以内である。

Ｓｉ　はＳｉＣより比較的研磨しやすいので、Ｓ１被覆
をこの鏡面板にほどこす。黒鉛をマンドレル材料として
用いる場合、ＳｉＣ上のＳｉ被膜は特に好ましい。

Ｓｉ被覆をほどこすために、化学気相蒸着法の第３工程
として、再現したＳｉＣ面板及び付着しているＳｉＣ被
覆黒鉛コア構造物を反応器に据える。

反応器を約１０００℃に加熱し、比率１：５のトリクロ
ロシラン（ＳｔＨＣＣ、以下ＴＳと表わす〉及びＨ２を
蒸着域に通す。十分な厚みのＳｉを蒸着したのちＳｉ／
ＳｉＣ鏡支持体を反応器から取出す。最（１９〉後にニアネットシェープ鏡を所望の形状精度及び粗さ精
度のレベルに光学的加工をする。

この発明に従って、Ｓｉ及びＳｉＣ／Ｓｉ（面板がＳｉ
Ｃで軽量構造物がＳｉ）の軽量鏡を製作するために、こ
こで述べた化学気相蒸着法を改良することができる。

またこの発明に従かう化学気相蒸着法の製作技術はきわ
めて一般性があることは理解できよう。

この技術を別のセラミック材料で鏡を製作するのに使う
ことができる。制約のない例として、Ｔｉ８２及びＢ、
Ｃのような高級セラミック材料はＳｉＣに匹敵する鏡用
途としての物理的、機械的そして光学的性質をもってい
る。この発明に従い化学気相蒸着法を用いてこれらの材
料でできる鏡を製作することができる。それ故、これら
の材料の特有な性質を特徴とする特定な用途のためには
、ＳｉＣをこれらの材料のどれかと容易に置換えること
ができる。

この発明の数々の新規な特徴をこの明細書の一部をなす
特許請求の範囲で詳細に指摘している。

（２０）この発明とその作動上の利益と、実施することによって
達成される目的とを十分に理解するためには、この発明
の好ましい実施態様を例示しである添付図面並びに記事
を参照すべきである。

第１図は、この発明に従って軽量ＳｉＣＳｉＣ鏡を製作
するために用いることができる化学気相蒸着反応器又は
装置１０を概略示している。装置１０は最高温度を１５
００℃にできる３つの領域からなるリンドバーグ（ｌｉ
ｎｄｂｅｒｇ）炉を含む。装置１０はさらに反応系供給
装置１４及び排気装置１６を含む。

酸化アルミニウム（Ａ１２０゜〉の長管１８が、１つ又
はそれ以上の反復するマンドレル２２を据えることがで
きる蒸着室２０を含む炉１２と組合わさる。図に示すよ
うに蒸着室２０では、同時に４つの黒鉛マンドレル２２
の蒸着をおこなうことができる。それ故、蒸着室２０で
はガスの流れを導くマンドレル２１、互い違いのバッフ
ルとじゃま板２３　、３６がそれぞれシリーズ配置にな
っている。

長管１８は実質的に炉１２のゾーン１〜３と共存してい
る。ゾーン２を発熱体２４で加熱する。ゾーン（２１）１．３はそれぞれマニホールド及び排気ゾーンを含み、
個別に組合わせた発熱体２６　、２８で加熱する。

マニホールド（示してない）をゾーン１とゾーン２の境
に据える。熱電対３０　、３２でマンドレル２２の温度
測定をおこなう。圧力計３３は蒸着室２０内の圧力を指
示する。

図に示してないが、マンドレル２２の温度を制御するた
めに発熱体２４の電圧印加を調節する温度コントローラ
ーを備えることができる。同様に、発熱体２６の電圧印
加を調節するマニホールド温度コントローラー及び発熱
体２８の電圧印加を調節する排気温度コントローラーを
備えることができる。

反復するマンドレル２２を据える蒸着ゾーン３４を蒸着
室２０内に位置決めする。各マンドレル２２は開放箱で
ある４つの面からなる。蒸着室２０には各マンドレル２
２毎にじゃま板３６がある。ステンレス鋼でできたイン
ジェクター３８がマニホールドから蒸着ゾーン３４に延
びている。耐火レンガのブロック４０　、４２をそれぞ
れゾーン１．３と組合わさるように長管１８の外側に置
く。

（２２）反応系供給装置１４は、浸漬管付のＭＴＳ（室温で液体
である）等含んだ気泡シリンダー４４、加圧下のアルゴ
ン（Ａｒ）源であるタンク４６、加圧下の水素（Ｈ２）
源であるタンク（示してない）、そして浸漬管付のＴＳ
を含んだ気泡シリンダー４８を含む。

アルゴンは流路５０を通って浸漬管付気泡シリンダー４
４に流れる。流量計とコントローラー５２を流路５０に
つなぎ気泡シリンダー４４へのアルゴン流量を制御する
。反応４ＭＴＳを運ぶアルゴン気泡は、流路５４　、５
６　、５８を通って装置１０の蒸着室２０内にあるマニ
ホールドから延びるインジェクター３８へ流れる。水素
は流路６０　、５８を通って水素源（示してない）から
インジェクター３８へ流れる。

アルゴンは流路６２を通って浸漬管付気泡シリンダー４
８へ流れる。流量計とコントローラー６４を流路６２に
つなぎ気泡シリンダー４８へのアルゴン流量を制御する
。反応体ＴＳを運ぶアルゴン気泡は流路６６　、５６　
、５８を通ってインジェクター３８へ流れる。

その上、アルゴンは流路６８　、５６　、５８を含むバ
ス（２３〉を通ってインジェクター３８へ流れる。このパスは気泡
シリンダー４４　、４８のバイパスである。ここを流れ
る流量を流路６８につなぐ流量計とコントローラー７０
で制御する。

排気装置１６は、炉１２から排気ゾーンへの流路７６に
つなぐ一対のガスフィルター７２　、７４を含む。流路
７８はフィルター７２．．７４の出側を真空ポンプ８０
とその付属オイルフィルター８２につなぐ。真空ポンプ
８０の出側を流路８４でスクラバー８６につなぐ。流路
８８をスクラバー８６の出側につなぎスクラバーガスを
大気に放散する。

化学気相蒸着装置ｌＯの操作において、ガスを蒸着室２
０に導き、そこでガスは長管１８の壁又は蒸着室２０に
据えたマンドレル２２あるいは別の支持体の表面で反応
し固体蒸着層あるいは被膜を形成する。

蒸着室２０に据えたマンドレル２２上でＳｉＣの蒸着を
おこなうた絋に、ＭＴＳ　、Ｈ２及びＡｒをインジェク
ター３８を通して蒸着室２０に導く。ＭＴＳは室温又は
常温で液体であるから、アルゴンをＭＴＳ液体中で泡立
てそしてアルゴンが液体上方の（２４〉ＭＴＳ蒸気をインジェクター３８に運ぶ。蒸着室２０で
未反応のガスは真空ポンプ８０で排気し、フィルター７
２　、７４で集じんしそしてガススクラバー８６で洗じ
ょうしてから大気に放散する。

この方法によって、ＳｉＣの厚い蒸着層（０，２５イン
チ（０，６３ｃｍ＞以上）を作ることができる。主要な
ＳｉＣ蒸着条件は、マンドレル又は支持体温度　　　１３００℃蒸着圧力　
　　　　　　　　　　２００　Ｔｏｒｒガスの分圧　　
Ａｒ　　　　　　　　（ｉ３　ＴｏｒｒＨ２１０２Ｔｏ
ｒｒＭＴ　Ｓ　　　　　　　３０　Ｔｏｒｒ蒸着室２０内で
マンドレル２２又は別の支持体上に８１を蒸着するため
には、ＴＳ、Ｈ２及びＡｒをインジェクター３８を通し
て蒸着室に導く。ＭＴＳと同様に、ＴＳは室温で液体で
ある。ＡｒをＴＳ液体中で泡立てそしてアルゴンが液体
上のＴＳ蒸気をインジェクター３８に運ぶ。蒸着室２ｏ
で未反応のガスは真空ポンプ８０で排気し、フィルター
７２゜７４で集じんしそしてガススクラバー８６で洗し
ょう（２５）して大気に放散する。

主要なＳｉ蒸着条件は、マンドレル又は支持体温度　９５０〜ｂ蒸着室圧力　　
　　　　　　　５（１−２５０Ｔｏｒｒガスの分圧　　
Ａｒ６０ＴｏｒｒＨ２１１０ＴｏｒｒＴ　Ｓ　　　　　　　　３０　Ｔｏｒｒ第２〜９図は軽
量ＳｉＣＳＭｏ鏡を製作するためのこの発明の化学気相
蒸着方法のフローチャートを一体として示す。これらの
鏡は、ＳｉＣの面板とその上に化学気相蒸着したＳｌの
被膜及びＳｉＣの軽量支持構造物からなる。

第２図に示すように、まずマンドレル９０を製作する。

予備形状表面９２をこのマンドレル９０の一方の面上に
底形する。予備形状表面は所望の鏡の実形状のネガであ
る。マンドレル９０を高度の公差で研磨する。マンドレ
ル９０を黒鉛、ＳｉＣＳＭｏ又はＷで作る場合、マンド
レルにコロイド状黒鉛のような離型塗料を塗布する。マ
ンドレル９０をサファイアで作る場合は、このような離
型塗料は必要で（２６）ない。

次いで第３図に示すように、マンドレル９０を化学気相
蒸着反応器９６に据える。説明の目的のために第３．５
．７図にはこの反応器を非常に簡略化した形で示しであ
る。したがって、反応器９６は単一マンドレルだけを収
容するに適したサイズで、反応体を導く入口１００及び
排反忘物と反応ガスを排気する出口１０２を含む蒸着室
９８だけからなるように示しである。

蒸着室９８では、マンドレル９０を約１３００℃に加熱
し、１：４の比にあるＭＴＳとＨ２の混合物を導いてマ
ンドレル上に前もって決めた厚さのＳｉＣの蒸着層１０
４をつける。このＳｉＣ蒸着層がＳｉＣＳｉＣ鏡の面板
となる。次いでこのＳｉＣ面板１０・４を付けたマンド
レル９０を蒸着室９８から取り出しそして面板１０４を
マンドレル９０から剥離することなく蒸着面１０６を洗
じょうする。通常、面板１０４はその表面積に比して薄
いので、マンドレル９０は洗しよう操作の間適当な支持
体となる。

次に約０．５　ｍｍ厚の黒鉛リブから製作した六角形（
２７）セルでハニカムコアからなる支持構造物１０８を、第４
図に示すようにこの面板１０４の裏面に据えそして接合
する。

次いでマンドレル９０、ＳｉＣ面板１０４及び軽量コア
支持構造物１０８を反応器９６の蒸着室９８に据えて、
第５図に示すようにＳｉＣの層１’ｌＯをこの支持構造
物の上に蒸着する。このＳｉＣ層は軽量黒鉛コア支持構
造物１０８を完全に包みそしてこの支持構造物１０８の
ＳｉＣ面板１０４への結合を強化する。

次に第６図に示すように、マンドレル９０をＳｉＣ面板
１０４から剥離して面板１０４上に再現した形状１１２
を得る。この再現した形状は、高密度黒鉛マンドレル上
に蒸着した場合は１０〇−以内で、サファイア又はＳｉ
Ｃマンドレルでは数ミクロン以内である。

Ｓｉ　はＳｉＣより比較的容易に研磨できるので、第７
図に示すように鏡面板１０４にＳｉを被覆するのが好ま
しい。黒鉛をマンドレルの材料として使う場合には、Ｓ
ｉＣ上のＳｉ被覆は特に好ましい。

Ｓｉ被覆をするために、第７図に示すように反応（２８
）器９６を約１０００℃に加熱しモして１：５の比率にあ
るＴＳとＨ２の混合物を蒸着室９８に通す。十分な厚み
のＳｉ層１１４を蒸着したあと、Ｓｉ／ＳｉＣ鏡面板１
０４を反応器９６から取出す。反応器９６から取出した
Ｓｉ／ＳｉＣ面板１０４を第８図に示す。

この方法の最終工程では、鏡１０４を光学的に所望レベ
ルの形状精度及び粗さ粗度に加工する。仕上げた鏡１０
４の斜視図を第９図に示す。

上述の方法を軽量Ｓ１及びＳｉＣ／Ｓｉ（面板がＳｉＣ
で軽量支持構造物がＳｉ）鏡を製作するのに拡張できる
。第１０図は、上述の方法で製作した公称径７、５　ｃ
ｍの平面ＳｉＣＳｉＣ鏡１１６の斜視図である。この鏡
を形状精度が波長０．６３２８−の１７５より良く又粗
さ精度が５人ＲＭＳ以下に研磨した。第１０図の支持構
造物１０８に示した流れ穴１１８は、以前説明したよう
に、鏡１１６の重さを減らし、反応体が流れる通路とな
りそしてＳｉＣ蒸着層の両側を結合するためのものであ
る。これらの穴は本質的にリベットとして働きそして非
常に堅固で剛性のある軽量構造物ができる。化学気相蒸
着の別の結果は、面（２９〉板から離れるにつれてＳｉＣ被膜を厚くするようにセル
の壁にテーパーを付けることである。このテーパー付け
は重さを増すことなく鏡の剛性を増すのに有益である。

第１１　、１２図は平面Ｓ１鏡１２０及び曲面ＳｉＣＳ
ｉＣ鏡１２２のそれぞれ斜視図である。第１１図の鏡は
上記の手順で製作し、形状精度が波長０．６３２８＃ｌ
のλ／２で粗さ精度が５人ＲＭＳ以下に研磨したもので
ある。曲面鏡１２２は曲率半径が１７．５ｃｍで面板の
厚みが１．５〜５．　Ｏｎ＋ｍの範囲である。

ここで述べた化学気相蒸着法はきわめて一般性がある。

それ故ＳｉやＳｉＣ以外の材料の鏡もこの方法で製作す
ることができる。ＴｉＢ２やＢ、Ｃのような高級セラミ
ック材料は、ＳｉＣに匹敵できる鏡用途としての物理的
、機械的そして光学的性質をもっている。これらの材料
は化学気相蒸着法で製作することができる。この関連に
おいて、エイ、ジェイ、カプト−（Ａ、　Ｊ、　Ｃａｐ
ｕｔｏ）他がジャーナルオブ　ザ　エレクトロケミカル
　ソサイアティ（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ（１９３
５））（３０〉に、またケイ、ニハラ（Ｋ、　Ｎ１ｈａｒａ）がセラミ
ックブレティン（ｃｅｒａｍｉｃ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ（
１９８４））に提供した記事を参照することができる。

これらの材料の特有な性質を特徴とする特定な用途のた
めには、ＳｉＣをこれらの材料と容易に置き換えること
ができる。

径１．０ｍ及びそれ以上の寸法範囲にあるセラミック鏡
を製作するために、化学気相蒸着法をスケールアップで
きることは理解されよう。大型鏡はそれと組み合わせる
大型化学気相蒸着室を必要とすることを除いて、化学気
相蒸着法をスケールアップするに際し物理的な制約はな
い。

第１図に示すように、複数のマンドレルを単一化学気相
蒸着装置にシリーズで据えることができる。それ故、複
数の鏡あるいは別な支持体を同時に製作することができ
る。上述したように化学気相蒸着法を用いて完全な軽量
鏡支持体を製作するには３回の化学気相蒸着が必要であ
る。理想的には、これら３回の化学気相蒸着を約６週間
で完了することができ、それによって１つの化学気相蒸
着炉から２〜３週間で数個の鏡を作れる。大型鏡（３１
〉はそれに対応する大型化学気相蒸着炉が必要であるから
、この時間規模と鏡のサイズとは割合に無関係である。

化学気相蒸着炉を追加して使用すれば、これら鏡の生産
量をさらに増すことができる。

これは製作に数ケ月から数年を要すガラス鏡の製作とは
対照的である。

それ故、軽量セラミック鏡、特にＳｉ又はＳｌで被覆し
たＳｉＣのいずれかの面板と、Ｓｉ又はＳｉＣのどちら
かの軽量支持構造物をもつ鏡の迅速な製作のための化学
気相蒸着法をこの発明は提供した。この方法は化学気相
蒸着の３工程を含み、それらは鏡面板を作る第１工程、
この面板と蒸着して一体化する軽量構造物を成形する第
２工程、そして光学的等級材料例えばＳｉの蒸着層を面
板の前面上に生ぜしめる最終工程である。鏡の形状と仕
上げをこの後者の材料Ｓｉ　にて加工する。

この発明の詳細な説明によって、この発明の修正をこの
発明の精神に反することなく実行できることは当業者に
よって認識されよう。それ故、この発明の範囲は記述し
た特定な実施態様に制約さ（３２）れるものではない。この発明の範囲はこの明細書の一部
をなす特許請求の範囲によって限定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は軽量Ｓ、　ｉ　／　Ｓ　ｉ　Ｃ鏡の製作におい
てこの発明の方法が適用できる化学気相蒸着装置の略図
、第２図は予備形状で離型剤を塗布した表面をもつ黒鉛
マンドレルの断面図、第３図はＳｉＣ化学蒸着するため
の第２図のマンドレルを据えた化学気相蒸着室の略図、
第４図は第３図の化学気相蒸着室から取り出したＳｉＣ
被覆しその後軽量黒鉛支持構造物をその上にのせた黒鉛
マンドレルの断面図、第５図はＳｉＣ被覆黒鉛マンドレ
ルとＳｉＣを化学蒸着するためにそれに取付けた第４図
の軽量黒鉛支持構造物を据えた第３図の化学気相蒸着室
の略図、第６図は第５図の化学気相蒸着室から取り出し
た黒鉛マンドレルを剥離して再現したＳｉＣ表面をもつ
ＳｉＣで被覆した黒鉛軽量構造物の断面図、第７図は再
現した表面上にＳｉを化学気相蒸着するために黒鉛軽量
構造物を据えた第３，５図の化学気相蒸着室の略図、第
８図は第７図の化学気相蒸着（３３〉室から取り出した再現した表面にＳｉ被覆した黒鉛軽量
構造物の略図、第９図は仕上げた軽量Ｓｉ／ＳｉＣ鏡及
び一体となる支持構造物の斜視図、第１０図は平面Ｓｉ
／ＳｉＣ鏡及び一体となる外面六角形の支持構造物及び
支持構造物の詳細を示す斜視図、第１１図は平面Ｓｌ鏡
及び一体をなす支持構造物、第１２図は曲面Ｓｉ／Ｓｉ
Ｃ鏡及び一体をなす支持構造物の斜視図である。１０・・・化学気相蒸着装置、１２・・・リンドバーグ炉、　１４・・・反応系供給装
置、１６・・・排気装置、　　　　１８・・・長管、２
０・・・蒸着室、２２・・・マンドレル、２３　、３６
・・・じゃま板、　　２４　、２６　、２８・・・発熱
体、３４・・・蒸着ゾーン、４４・・・浸漬管材ＭＴＳ気泡シリンダー４６・・・ア
ルゴンタンク、４８・・・浸漬管付ＴＳ気泡シリンダー７２　、７４・
・・ガスフィルター、８０・・・真空ポンプ、　　　８６・・・スクラバー９
０・・・マンドレル、（３４〉９６・・・化学気相蒸着反応器、９８・・・蒸着室、　　　　　１０４・・・鏡面板、１
０８・・・支持構造物。

Claims

【特許請求の範囲】

１．（ａ）製作する鏡に必要である、実形状のネガとな
る表面をマンドレル上に成形し、そして該表面上にセラ
ミック材料の層を化学気相蒸着して鏡面板を形成し、（ｂ）軽量な支持構造物を成形し、且つこれをマンドレ
ルが付着したままの面板の露出した表面に密着させ、そ
して支持構造物にセラミック材料を化学気相蒸着して該
支持構造物を包むことで面板への結合を強化し、そして（ｃ）マンドレルを面板と支持構造物から剥離したのち
、光学的等級のセラミック材料を該面板のその後露出し
たあるいは前面上に化学気相蒸着して、鏡の製作を完成
する工程を含んでなる軽量セラミック鏡を製作する方法。
２．上記の工程（ａ）で、マンドレル上に化学気相蒸着
するセラミック材料の熱膨張係数と実質的に調和する熱
膨張係数を有する材料で該マンドレルを作り、そしてマ
ンドレルが化学気相蒸着の高温、低圧及び腐蝕環境に耐
えうることを特徴とする請求項１記載の方法。
３．高度に研磨する鏡に必要である、実表面のネガとな
る表面をもつ該マンドレルをサファイアで作る請求項２
記載の方法。
４．上記の工程（ａ）で、該マンドレルの表面上に蒸着
するセラミック材料が炭化珪素であり、工程（ｂ）で、
該支持構造物に蒸着するセラミック材料が炭化珪素であ
り、そして工程（ｃ）で、該面板の前面上に蒸着する光学的等級セ
ラミック材料がシリコンである請求項３記載の方法。
５．上記の工程（ａ）で、該マンドレル表面上に蒸着す
るセラミック材料が炭化珪素であり、工程（ｂ）で、該
支持構造物に蒸着するセラミック材料がシリコンであり
、そして工程（ｃ）で、該面板の前面上に蒸着する光学的等級セ
ラミック材料がシリコンである請求項３記載の方法。
６．上記の工程のうち工程（ｃ）で面板からのマンドレ
ル剥離を容易にするために、工程（ａ）で該鏡に必要で
ある実表面のネガとなる表面に離型剤を塗布する請求項
２記載の方法。
７．該マンドレルの表面を高度に研磨し、そして上記の
工程（ａ）で塗布する離型剤が非晶質炭素である請求項
６記載の方法。
８．上記の工程（ａ）で、該マンドレルの表面上に蒸着
するセラミック材料が炭化珪素であり、工程（ｂ）で、
該支持構造物に蒸着するセラミック材料が炭化珪素であ
り、そして工程（ｃ）で、該面板の前面上に蒸着する光学的等級セ
ラミック材料がシリコンである請求項７記載の方法。
９．該マンドレルを黒鉛で作る請求項８記載の方法。
１０．該マンドレルを炭化珪素で作る請求項８記載の方
法。
１１．該マンドレルをモリブデンで作る請求項８記載の
方法。
１２．該マンドレルをタングステンで作る請求項８記載
の方法。
１３．上記の工程（ａ）で、該マンドレルの表面上に蒸
着するセラミック材料がシリコンであり、工程（ｂ）で
、該支持構造物に蒸着するセラミック材料がシリコンで
あり、そして工程（ｃ）で、該面板の前面上に蒸着する光学的等級セ
ラミック材料がシリコンである請求項７記載の方法。
１４．該マンドレルを黒鉛で作る請求項１３記載の方法
。
１５．該マンドレルを炭化珪素で作る請求項１３記載の
方法。
１６．該マンドレルをモリブデンで作る請求項１３記載
の方法。
１７．該マンドレルをタングステンで作る請求項１３記
載の方法。
１８．上記の工程（ａ）で、該マンドレルの表面上に蒸
着するセラミック材料が二硼化チタンであり、工程（ｂ）で、該支持構造物に蒸着するセラミック材料
が二硼化チタンであり、そして工程（ｃ）で、該面板の前面上に蒸着する光学的等級セ
ラミック材料がシリコンである請求項２記載の方法。
１９．上記の工程（ａ）で、該マンドレルの表面上に蒸
着するセラミック材料が炭化硼素であり、工程（ｂ）で
、該支持構造物に蒸着するセラミック材料が炭化硼素で
あり、工程（ｃ）で、該面板の前面上に蒸着する光学的等級セ
ラミック材料がシリコンである請求項２記載の方法。
２０．（ａ）製作する鏡に必要である、実形状のネガと
なる表面をそれぞれ複数のマンドレル上に成形し、各マ
ンドレルを同じ化学気相蒸着室に据え、そして各表面上
に同時に化学気相蒸着して複数の鏡面板を形成し、（ｂ）各鏡面板にそれぞれ軽量な支持構造物を成形し且
つこれらをマンドレルが付着したままの各鏡面板の露出
した表面に密着させ、複数のマンドレルと支持構造物を
それぞれ同じ化学気相蒸着室に据え、そしてセラミック
材料を各支持構造物に同時に化学気相蒸着して各支持構
造物を包むことで個々の面板への結合を強化し、そして（ｃ）各マンドレルを結合した面板と支持構造物から剥
離したのち、この複数の結合した面板と支持構造物を同
じ化学気相蒸着室に据え、そして光学的等級のセラミッ
ク材料を複数の面板のその後露出した表面上にそれぞれ
化学気相蒸着して複数の鏡の製作を完成する工程を含んでなる、複数の軽量セラミック鏡を同時に製
作する方法。