JP5307139B2 - 炭化ケイ素のミラーの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭化ケイ素の走査または光学ミラーの製造および加工方法に関する。さらには、本発明は、炭化ケイ素の走査または光学ミラーについて、利用可能な静水圧プレス、焼結、および研磨技術を使用し、前記炭化ケイ素の走査または光学ミラーに代替材料（例えば、ケイ素）を付着または結合させ、その後に前記利用可能な研磨技術を使用して、炭化ケイ素の材料を直接研磨する代わりに前記代替材料を研磨することによって、低コストの製造および高品質の表面仕上げを実現するための方法に関する。
炭化ケイ素の走査または光学ミラーは、例えば、炭化ケイ素粉末を前もってプレスまたは静圧プレスし、次いで加工またはコンピュータ数値制御による加工を加え、その後に処理または焼結を行うことによって製造される。
伝統的な炭化ケイ素の走査または光学ミラーの製造は、いくつかの要因によって制限されている。
第１に、炭化ケイ素はきわめて高い機械的硬度を有する材料であるため、炭化ケイ素粉末を前もってプレスまたは静圧プレスし、次いで加工またはコンピュータ数値制御による加工を加え、その後に処理または焼結を行う場合、走査または光学ミラーとして製造するのに多大な費用と時間を要する。
第２に、炭化ケイ素はきわめて高い機械的硬度を有する材料であるため、工業的に必要とされる平坦度へと研磨するのに多大な費用が生じ、良好な費用対効果で研磨するのが困難である。
第３に、前記炭化ケイ素は、上述のようなきわめて高い機械的硬度を有するため、例えば平面走査または光学ミラーとしての使用のために製造される場合に、研削技術（一般的には、ダイアモンド砥石による研削）を使用したラッピングおよび／または研磨に備えて、最終的に反射面になる表面を可能な限り平坦に製造する必要がある。
第４に、前記研削（一般的には、ダイアモンド砥石による研削）によって達成できる上述の例の平面炭化ケイ素の走査または光学ミラーの平面性は、前記研削技術の位置精度に依存するため、達成される平面性が前記研削技術の位置精度とコスト的に関連する。
第５に、前記炭化ケイ素は、上述のようなきわめて高い機械的硬度を有するため、上述の例の炭化ケイ素の走査または光学ミラーの研磨は、最大で４回もの別々のラッピングおよび／または研磨段階を必要とする可能性があり、研磨材料の摩耗および消費が多くなり、ラッピングおよび／または研磨の時間が長くなる。
第６に、前記炭化ケイ素が特有の表面構造を有するため、ラッピングおよび／または研磨の後で、前記表面構造は、最良でもＲａが３マイクロメートルとなる表面品質しか有さない。
第７に、ラッピングおよび／または研磨の後の前記炭化ケイ素が、最良でもＲａが３マイクロメートルとなる表面品質しか有さないため、その空間効果が、最終的な光学コーティング後の実用において、上述の例の平面炭化ケイ素の走査または光学ミラーの反射性能を制限する。
第８に、ラッピングおよび／または研磨の後の前記炭化ケイ素の表面品質は、光学コーティングの業界において一般的には未知であり定量化されていないため、炭化ケイ素への直接的な光学コーティングを確認するためには、検査、試験、および確認が必要になる可能性があり、前記光学コーティングの化学混合物の変更が必要になる可能性もある。
炭化ケイ素の走査または光学ミラーを製造および加工する方法が提供される。この方法によれば、前記炭化ケイ素の走査または光学ミラーは、加工型または工具を使用して炭化ケイ素の粉末をプレスまたは型押しまたは静水圧プレスし、次いで焼結を行うことによって製造される。ここで、例えばケイ素などの代替材料を前記炭化ケイ素の走査または光学ミラーへ事前に付着させ、あるいは結合させ、その後に、利用可能な研磨技術を使用して、炭化ケイ素材料を直接研磨する代わりに前記代替材料を研磨することによって、前記炭化ケイ素の走査または光学ミラーの高品質な表面仕上げが前記利用可能な研磨技術を使用して達成される。
この方法においては、走査または光学ミラーが設計され、その設計パラメータから型または工具が製造され、この型または工具を用いて炭化ケイ素の粉末をプレスまたは型押しまたは静水圧プレスし、次いで焼結を行うことによって、炭化ケイ素の走査または光学ミラーを形成する。
次いで、前記走査または光学ミラーの反射面となる表面を、研削技術（一般的には、ダイアモンド砥石による研削）を使用して研削し、あるいは一般的に利用可能なラッピングまたは研磨技術を用いてラッピングまたは研磨することができる。その後、材料（例えば、前記反射面となる前記炭化ケイ素の前記表面に結合したケイ素（二酸化ケイ素）、銅、またはアルミニウム）の層を付着させるための付着技術（例えば、高速の酸素燃料熱溶射プロセスまたはＨＶＯＦまたは低温ガス溶射付着技術）によって前記表面をコートし、あるいは、前記表面に適切な基材（例えば、ケイ素）のウエハを結合する。前記材料（例えば、前記反射面となる前記炭化ケイ素の前記表面に付着しまたは結合したケイ素（二酸化ケイ素）、銅、またはアルミニウム）の層をコートし、あるいは前記材料の層を結合すると、次いで、利用可能なラッピングおよび／または研磨技術を使用して前記材料（例えば、ケイ素（二酸化ケイ素）、銅、またはアルミニウム）の層を必要な平坦度までラッピングおよび／または研磨する。前記必要な平坦度まで材料の層を研磨すると、次に、材料（例えば、前記反射面となる表面上のケイ素（二酸化ケイ素）、銅、またはアルミニウム）の層でコートされ、または材料の層が結合した前記炭化ケイ素の走査または光学ミラーをコーティング技術および材料を使用して光学的にコートすることにより、前記反射面となる前記表面を、完成後の炭化ケイ素の走査または光学ミラーの最終的な用途において反射するものとして使用される１つ以上の波長に特有の適切な高反射率を有する光学コーティングによってコートすることができる。
炭化ケイ素粉末が事前にプレスまたは事前に静水圧プレスされ、次いで、例えばコンピュータ数値制御による加工によって加工された後に、処理または焼結される場合と比較して、炭化ケイ素の粉末が加工された型または工具を使用してプレスまたは型押しあるいは静水圧プレスされ、次いで、例えば焼結される場合には、炭化ケイ素が走査または光学ミラーとして非常に安価かつ高速に製造される点で有利である。
前記材料（例えば、前記反射面となる炭化ケイ素の表面に結合したケイ素（二酸化ケイ素）、銅、またはアルミニウム）の層は、追加の層材料（例えば、ケイ素）を前記表面に有しない未加工の炭化ケイ素材料と比べ、ラッピングおよび／または研磨が非常に容易であるため、このラッピングおよび／または研磨がより高速かつより安価である点で有利である。
前記材料（例えば、前記反射面となる前記炭化ケイ素の表面に付着しまたは結合したケイ素（二酸化ケイ素）、銅、またはアルミニウム）の層は、付着または結合による材料の追加の層を前記表面に有しない未加工の炭化ケイ素の材料と比較して、かなり微細な構造である。したがって、この材料（例えば、ケイ素（二酸化ケイ素）、銅、またはアルミニウム）の層が、ラッピングおよび／または研磨の後において、より微細な表面粗さおよび／またはより微細な表面品質をもたらし、完成後の炭化ケイ素の走査または光学ミラーの最終的な用途において反射するものとして使用される１つ以上の波長に特有の適切な高反射率を有する光学コーティングでコートした場合に、実用における反射の空間効果を大幅に少なくすることができる点で有利である。
材料の追加の層を前記表面に有さない未加工の炭化ケイ素材料が、通常は光学コーティング業界にとって既知かつ定量化された材料（例えば、ケイ素）の層ではないのに対し、前記材料（例えば、前記反射面となる前記炭化ケイ素の表面に結合したケイ素（二酸化ケイ素）、銅、またはアルミニウム）の層は、光学コーティング業界にとって既知かつ定量化された材料であるため、完成後の炭化ケイ素の走査または光学ミラーは、その最終的な用途において反射するものとして使用される１つ以上の波長に特有の適切な高反射率を持つ光学コーティングに対して、既知かつ定量化された結合を有する点で有利である。
本発明によれば、炭化ケイ素の走査または光学ミラーの製造に係る従来の制限を解消することができる。
図１の製造プロセスのフロー図に示すように、炭化ケイ素の粉末（１）は、加工された型または工具を使用してプレスまたは型押しあるいは静水圧プレス（２）され、走査または光学ミラーの形状および構造が形成される。次いで、このように形成されたものは、この実施の形態においては焼結（３）され、フェース面となる表面を有する炭化ケイ素の走査または光学ミラーがもたらされる。次に、前記走査または光学ミラーのフェース面を、研削技術（一般的には、ダイアモンド砥石による研削）を使用して研削し、あるいは一般的に利用可能なラッピングおよび／または研磨技術を使用してラッピングおよび／または研磨（図示せず）する。
研削技術（一般的には、ダイアモンド砥石による研削）を使用して研削され、あるいは一般的に利用可能なラッピングおよび／または研磨技術を使用してラッピングまたは研磨されたフェース面である表面を有する炭化ケイ素の走査または光学ミラーは、付着または結合プロセス（４）に進む。この実施の形態において、付着または結合プロセスでは、前記走査または光学ミラーのフェース面に代替材料（この実施の形態においては、ケイ素）の層を適切な厚さで付着または結合するために、高速の酸素燃料熱溶射プロセス、ＨＶＯＦ、低温ガス溶射、またはウエハーボンディングを行う。
次に、材料（この実施の形態においては、ケイ素）の層が適切な厚さで付着または結合したフェース面である表面を有する炭化ケイ素の走査または光学ミラーは、研磨プロセス段階（５）へと進む。この研磨プロセスでは、前記走査または光学ミラーのフェース面に付着または結合した前記適切な厚さの材料（この実施の形態においては、ケイ素）の層をラッピングおよび／または研磨することによって、必要とされる表面品質および／または粗さおよび／または平坦度を達成する。
材料（この実施の形態では、ケイ素）の層を適切な厚さで付着または結合し、この付着または結合した材料（この実施の形態においては、ケイ素）をラッピングおよび／または研磨することによって前記必要とされる表面品質および／または粗さおよび／または平坦度が実現されるように、付着または結合した前記適切な厚さの材料（この実施の形態においては、ケイ素）の層をラッピングおよび／または研磨することによってさらに研磨されたフェース面たる表面を有する炭化ケイ素の走査または光学ミラーは、光学コーティングプロセス段階（６）へ進む。この光学コーティングプロセス段階（６）では、前記研磨された表面が、光学コーティングの後に、完成後の炭化ケイ素の走査または光学ミラーがその最終的な用途において反射するものとして使用される１つ以上の波長に対して特有の適切な高反射率を持つ光学コーティングを有する反射面となるように、コーティング技術および材料を用いて前記研磨された表面をコートする。
図２に示すように、炭化ケイ素の走査ミラー（７）は、この実施の形態の前記走査ミラーのフェース面である表面（８）を備えて製造される。
図３に示すように、この実施の形態では、前記フェース面である表面を備えている炭化ケイ素走査ミラー（７）において、付着材料（１０）を前記炭化ケイ素の走査ミラー（７）の表面へ向かわせるための付着プロセス設備（９）（例えば、高速の酸素燃料熱溶射プロセス、ＨＶＯＦまたは低温ガス溶射）を使用して、前記走査ミラー（７）のフェース面に対し代替材料の層（１１）を適切な厚さで付着させる。
図４に示すように、この実施の形態では、前記フェース面である表面を備えている炭化ケイ素のミラー（７）において、前記走査ミラー（７）の表面には、代替材料の層（１１）が適切な厚さで付着されており、この表面は、ラッピングおよび／または研磨技術を用いた研磨に備える。
図５に示すように、この実施の形態では、前記フェース面である表面を有するとともにこの表面に材料の層（１１）が適切な厚さで付着または結合した炭化ケイ素のミラー（７）において、前記炭化ケイ素のミラー（７）は、前記表面（１１）が容認できる品質、粗さ、および／または平坦度となるように、前記ラッピングおよび／または研磨技術を使用して研磨される。次いで、このラッピング済みおよび／または研磨済みの適切な厚さの材料の層（１１）を有する前記表面は、この実施の形態の完成後の炭化ケイ素の走査ミラーの最終的な用途において反射するものとして使用される１つ以上の波長に対し特有の適切な高反射率を持つ光学コーティング（１２）で光学的にコートされる。
Claims (10)
- 炭化ケイ素のミラーの製造方法であって、
加工された型または工具を使用して炭化ケイ素の粉末をプレスまたは型押しあるいは静水圧プレスして、走査または光学ミラーの形状および構造を形成する工程と、
次いで、焼結を行って、前記走査または光学ミラーのフェース面となる表面を形成する工程と、
次いで、前記走査または光学ミラーのフェース面に対する熱溶射プロセスによって、前記表面に対して適切な厚さのケイ素材料、銅材料、またはアルミニウム材料の層をコートまたは結合する工程と、
次いで、所望の表面品質および／または粗さおよび／または平坦度を達成するためにラッピングおよび／または研磨する工程と、
次いで、完成後の炭化ケイ素の走査または光学ミラーの最終的な用途において反射するものとして使用される１つ以上の波長に対し特有の適切な高反射率を有する光学コーティングによって反射面となる前記フェース面をコートするために、コーティング技術および材料を使用して光学的なコートを施す工程とを含む製造方法。 - 炭化ケイ素の走査または光学ミラーに付着または結合する適切な厚さの材料の層は、二酸化ケイ素である請求項１に記載の製造方法。
- 炭化ケイ素の走査または光学ミラーに付着または結合する適切な厚さの材料の層は、銅である請求項１に記載の製造方法。
- 炭化ケイ素の走査または光学ミラーに付着または結合する適切な厚さの材料の層は、アルミニウムである請求項１に記載の製造方法。
- 炭化ケイ素の走査または光学ミラーに付着する適切な厚さの材料の層は、高速の酸素燃料熱溶射プロセスまたはＨＶＯＦを使用して実現される請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法。
- 炭化ケイ素の走査または光学ミラーに付着する適切な厚さの材料の層は、コールドスプレー法(Cold(Gas)Spray) を使用して実現される請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法。
- 炭化ケイ素の走査ミラーに付着する適切な厚さの材料の層は、減圧プラズマ溶射熱溶射プロセス（a low pressure plasma spraying thermal spray process）またはＬＰＰＳを使用して実現される請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法。
- 炭化ケイ素の走査または光学ミラーに付着する適切な厚さの材料の層は、高速空気−燃料溶射熱溶射プロセス（high velocity air-fuel spray thermal process）またはＨＶＡＦを使用して実現される請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法。
- 適切な厚さの材料の層は、炭化ケイ素の走査または光学ミラーに結合された適切な基材のウエハである請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法。
- 炭化ケイ素のミラーは、非走査または静止ミラーである請求項１〜９の何れか１項に記載の製造方法。
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