(57)【要約】      （修正有）【課題】基体と被覆層との密着力に優れたセラミック構造体及び反射鏡用部材の提供。【解決手段】酸化アルミニウム質セラミックス又は窒化アルミニウム質セラミックスからなる基体３と、基体３の少なくとも一部に接して位置する被覆層４とを有し、被覆層４は、被覆層４を構成する全成分１００質量％のうち６０質量％以上含む酸化珪素と、バリウム及びカリウムを含み、亦、被覆層４は、基体３に近い部分を第１領域４ａ、第１領域４ａよりも基体３から遠い部分を第２領域４ｂとしたとき、第１領域４ａは、第２領域４ｂよりも前記バリウムおよび前記カリウムを多く含む部分を有しているセラミック構造体及び該セラミック構造体からなる反射鏡用部材。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニウム質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスからなる基体と、
該基体の少なくとも一部に接して位置する被覆層とを有し、
該被覆層は、該被覆層を構成する全成分１００質量％のうち６０質量％以上含む酸化珪素と、バリウムおよびカリウムを含み、
前記被覆層は、前記基体に近い部分を第１領域、該第１領域よりも前記基体から遠い部分を第２領域としたとき、
前記第１領域は、前記第２領域よりも前記バリウムおよび前記カリウムを多く含む部分を有している、セラミック構造体。
【請求項２】
前記第１領域は、前記基体と前記被覆層との界面に沿って、前記第２領域よりも前記バリウムおよび前記カリウムを多く含む部分の層状部を有する、請求項１に記載のセラミック構造体。
【請求項３】
前記第１領域は、前記基体と前記被覆層との界面から前記第２領域に向かって延びる、前記第２領域よりも前記バリウムおよび前記カリウムを多く含む部分の柱状部を有する、請求項１または請求項２に記載のセラミック構造体。
【請求項４】
前記柱状部が複数存在し、アスペクト比３以上が５０％以上を占める、請求項３に記載のセラミック構造体。
【請求項５】
前記柱状部が複数存在し、前記界面と前記柱状体とのなす角度の７０°〜１１０°の範囲の占有率が５０％以上である、請求項３または請求項４に記載のセラミック構造体。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセラミック構造体における前記基体が凹曲面を有し、
該凹曲面に前記被覆層を有し、
さらに、該被覆層の上に位置する反射層を備える、反射鏡部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、セラミック構造体および反射鏡部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射鏡部材を備えるキセノンランプ（放電ランプ）は、反射鏡部材により強力な光を発生させることができる。そして、反射鏡部材を構成する基体としては、アルミニウム等の金属またはセラミックス等が用いられている。また、基体の上には、被覆層が位置している。
【０００３】
このような構成の反射鏡部材として、特許文献１では、反射鏡部材後方への光漏れを防止するために、セラミックスからなる基体の内面に釉薬処理がなされた反射鏡部材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８８６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
今般において反射鏡部材には、長期間にわたる使用に耐え得るべく、繰り返される反射鏡部材による光の反射によって、基体から被覆層が剥がれにくいことが求められている。
【０００６】
本開示は、このような要求を満たすべく案出されたものであり、基体と被覆層との密着力に優れたセラミック構造体および反射鏡部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のセラミック構造体は、酸化アルミニウム質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスからなる基体と、該基体の少なくとも一部に接して位置する被覆層とを有する。そして、該被覆層は、該被覆層を構成する全成分１００質量％のうち６０質量％以上含む酸化珪素と、バリウムおよびカリウムを含む。また、前記被覆層は、前記基体に近い部分を第１領域、該第１領域よりも前記基体から遠い部分を第２領域としたとき、前記第１領域は、前記第２領域よりも前記バリウムおよび前記カリウムを多く含む部分を有している。
【０００８】
本開示の反射鏡部材は、上記セラミック構造体における前記基体が凹曲面を有し、該凹曲面に前記被覆層を有し、さらに、該被覆層の上に位置する反射層を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示のセラミック構造体は、基体と被覆層との密着力が高い。
【００１０】
本開示の反射鏡部材は、光の反射を繰り返したとしても、長期間にわたって使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示のセラミック構造体からなる反射鏡部材を備える反射鏡の一例を示す、（ａ）は概略の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。
【図２】（ａ）は、図１に示すセラミック構造体の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢのエネルギー分散形Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）による測定結果を示すチャートであり、（ｃ）は（ａ）におけるＣのＥＤＳによる測定結果を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示のセラミック構造体の一実施形態として反射鏡部材について、図面を参照して説明する。図１は、反射鏡部材を備える反射鏡の一例を示す概略の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。
【００１３】
図１に示す反射鏡１は、金属からなる台座１０の上に、凹曲面を有する基体３が位置する。また、台座１０の一部には、キセノンガスを供給するための管状体１３が位置している。さらに、台座１０の他の一部には、陽極１１が位置している。陽極１１は、基体３の貫通孔を介して内部空間１７に露出するように位置する。また、陽極１１は、タングステンからなり、台座１０にろう付けされている。また、基体３と台座１０とは下部リング１２にてろう付けされている。陽極１１の上部には、アーク放電する距離を保って、タングステンからなる陰極１４が位置している。なお、陽極１１の先端は平坦に、陰極１４の先端は鋭角状である。陰極１４は、モリブデンからなる支持用リング１５を介して、モリブデンからなる支持板１６に支持されている。また、支持版１６の上部には、円盤状のサファイヤからなる透光性部材７が位置している。支持板１６および透光性部材７は、取り付け金具８にろう付けされている。取り付け金具８および基体３は、金属からなる上部リング９によってろう付けされることにより固定されている。なお、内部空間１７は、キセノンガス、水銀蒸気またはメタルハライド等の高圧ガスが封入される空間である。
【００１４】
本開示のセラミック構造体２は、酸化アルミニウム質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスからなる基体３と、基体３の表面の少なくとも一部に位置する被覆層４とを有する。そして、被覆層４は、被覆層４を構成する全成分１００質量％のうち６０質量％以上含む酸化珪素と、バリウムおよびカリウムを含む。また、被覆層４は、基体３に近い部分を第１領域４ａ、第１領域４ａよりも基体３から遠い部分を第２領域４ｂとしたとき、第１領域４ａは、第２領域４ｂよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分を有している。
【００１５】
そして、セラミック構造体２における被覆層４の上に反射層６を備えたものが反射鏡部材である。反射層６は、可視光線を反射する銀、銀合金等からなるものや、可視光線を反射して赤外線を放射する、弗化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなるものである。反射層６の厚みは、例えば、１μｍ程度である。
【００１６】
図２（ａ）は、図１に示すセラミック構造体の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢのエネルギー分散形Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）による測定結果を示すチャートであり、（ｃ）は（ａ）におけるＣのＥＤＳによる測定結果を示すチャートである。なお、上記断面とは、研磨面であり、チャートにおける縦軸は、電子線を照射した際に発生する元素特有の特性Ｘ線の強度を示している。
【００１７】
図２に示すように、本開示のセラミック構造体２における被覆層４の第１領域４ａは、第２領域４ｂよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分５（以下、単に部分５と記載する。）を有している。このような構成を満たす本開示のセラミック構造体２は、基体３と被覆層４とが高い密着力を有する。このように高い密着力を有するのは、基体３に含まれるアルミニウムが、被覆層４の形成時において、バリウムおよびカリウムと共有結合を図ろうと第１領域４ａ側に拡散してくるからではないかと考えられる。
【００１８】
本実施形態における第１領域４ａおよび第２領域４ｂとは、図２に示すような断面にお
いて、被覆層４の厚みを２分するものである。なお、被覆層４の厚みは、例えば、２０μｍ以上１００μｍ以下である。
【００１９】
被覆層４は、酸化珪素、バリウム、カリウム以外に、カルシウム、アルミニウムおよびナトリウム等を含んでいてもよい。
【００２０】
また、第１領域４ａは、基体３と第１領域４ａとの界面に沿って、部分５の層状部５ａを有するものであってもよい。このような構成を満たすときには、基体３と被覆層４とが剥離しにくくなり、基体３と被覆層４とがさらに高い密着力を有する。
【００２１】
また、第１領域４ａは、基体３および被覆層４との界面から第２領域４ｂに向かって延びる、部分５の柱状部５ｂを有するものであってもよい。このような構成を満たすときには、さらに、基体３と被覆層４とが高い密着力を有する。なお、ここで柱状部５ｂとは、アスペクト比（長径／短径）が２以上であることをいう。また、柱状部５ｂが結晶化しているときには、被覆層４内に生じたクラックの進展を抑制できるため、密着力の低下が小さくなる。
【００２２】
さらに、柱状部５ｂが複数存在し、アスペクト比３以上が５０％以上を占めるものであってもよい。このような構成を満たすときには、さらに、基体３と被覆層４とが高い密着力を有する。
【００２３】
柱状部５ｂが複数存在し、基体３と第１領域４ａとの界面と柱状部５ｂとのなす角度の７０°〜１１０°の範囲の占有率が５０％以上であってもよい。このような構成を満たすときには、高圧ガスによる圧力が第２領域４ｂ側から掛かり、基体３で反射、散乱した応力は柱状部５ｂで分散して、緩和されやすくなるため、被覆層４内における残留応力を抑制することができる。それゆえ、基体３と被覆層４とは、剥離しにくくなる。
【００２４】
次に、測定方法等について説明する。
【００２５】
基体３の材質については、まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値よりＪＣＰＤＳカードを用いて同定を行なう。次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）または蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、含有成分の定量分析を行なう。上記同定により酸化アルミニウムの存在が確認され、ＩＣＰまたはＸＲＦで測定したＡｌの含有量から酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に換算した含有量が８０質量％以上であれば、酸化アルミニウム質セラミックスである。また、上記同定により窒化アルミニウムの存在が確認され、ＩＣＰまたはＸＲＦで測定したＡｌの含有量から窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に換算した含有量が８０質量％以上であれば、窒化アルミニウム質セラミックスである。
【００２６】
なお、基体３が酸化アルミニウム質セラミックスであるとき、珪素の酸化物、カルシウムの酸化物およびマグネシウムの酸化物を含んでいてもよい。また、基体３が窒化アルミニウム質セラミックスであるとき、希土類元素（イットリウム、イッテルビウムおよびエルビウム等）の酸化物を含んでいてもよい。これらは焼結助剤として用いられるものであり、基体３における含有量は、ＩＣＰやＸＲＦを用いて測定し、酸化物に換算することにより求めることができる。
【００２７】
次に、被覆層４に含まれる成分および含有量は、ＥＤＳを用いて確認することができる。また、第１領域４ａおよび第２領域４ｂにおける、バリウムおよびカリウムの比較にあたっては、被覆層４の厚みを２分し、基体３に近い方を第１領域４ａ、基体３から遠い方を第２領域４ｂとし、第１領域４ａにおけるバリウムの含有量およびカリウムの含有量と第２領域４ｂにおけるバリウムの含有量およびカリウムの含有量とを比較すればよい。なお、図２（ｂ）、（ｃ）に示すようなチャートにおいて、強度値で比較してもよい。
【００２８】
また、層状部５ａの存在の有無については、例えば、第１領域４ａにおける、基体３および被覆層４との界面に近い部分について、ＥＤＳによる測定を複数行ない、第２領域４ｂよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分が続いているか否かで確認することができる。具体的には、３０μｍ毎に測定し、５点続けば層状部５ａが有るとみなしてよい。なお、第２領域４ｂよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分がある場合には、図２（ａ）に示すように、色調差によって確認できる場合もある。
【００２９】
次に、柱状部５ｂの存在の有無については、図２（ａ）に示すセラミック構造体の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真で確認することができる。また、アスペクト比３以上が５０％以上を占めるか否かについては、上記写真を用いて、アスペクト比が２以上である柱状部５ｂを数え、次に、アスペクト比が３以上である柱状部５ｂを数え、比率を算出すればよい。
【００３０】
さらに、基体３と第１領域４ａとの界面と柱状部５ｂとのなす角度の７０°〜１１０°の範囲の占有率が５０％以上であるか否かについては、上記写真を用いて、各柱状部５ｂの角度を求め、７０°〜１１０°の範囲の占有率を求めればよい。
【００３１】
また、被覆層４または反射層６の表面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍ以上０．６μｍ以下であれば、光の乱反射を低減することができる。
【００３２】
ここで、被覆層４または反射層６の表面の算術平均粗さＲａを求めるには、ＣＮＣ表面粗さ・輪郭形状測定機（(株)ミツトヨ製）を用い、以下の条件で測定すればよい。
【００３３】
・装置名    ：サーフテストエクストリーム
・型番      ：ＳＶ−３０００ＣＮＣ
・規格  ＯＬＤＭＩＸ
・評価曲線種別  Ｒ
・基準長さ  ０．８ｍｍ
・区間数    ５
・カットオフ(λｃ)  ０．８ｍｍ
・フィルタ種別    Ｇａｕｓｓｉａｎ
・評価長さ    ４．０ｍｍ、
・助走    ０．４ｍｍ
・後走    ０．４ｍｍ
・スムース接続    ＯＦＦ
・パラメータ計算時の平均補正    ＯＦＦ
次に、本実施形態のセラミック構造体および反射鏡部材の製造方法の一例を説明する。  
【００３４】
炭酸バリウム、カオリン、石灰、溶融シリカおよび長石の各粉末を準備する。上記粉末の合計１００質量％における各粉末の比率は、炭酸バリウムを５質量％以上９質量％以下、カオリンを１０質量％以上１６質量％以下、石灰を１０質量％以上１６質量％以下、溶融シリカを２７質量％以上３５質量％以下、残部を長石とする。バリウム源は炭酸バリウムであり、カリウム源はカオリンおよび長石である。
【００３５】
そして、上記粉末を水およびバインダーとともにポットミルに投入した後、混合、粉砕してペーストを得る。
【００３６】
酸化アルミニウム質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックスの表面に刷毛塗り、スプレー塗布等によってペーストを塗布し、保持する温度を１３５０℃以上１４５０℃以下、保持する時間を２時間以上４時間以下として熱処理することで本実施形態のセラミック構造体を得ることができる。なお、バリウムおよびカリウムが、第２領域よりも第１領域の側により多く含まれるようにするには、１０００℃までの降温速度を１８０℃／時間以上５５０℃／時間以下とすればよい。
【００３７】
また、層状部を存在させるには、前述したペーストを第１ペーストとしたとき、前述した範囲内において、炭酸バリウムおよびカオリンの量を増やしたこと以外は、第１ペーストと同様の方法により、第２ペーストを作製し、第２ペーストを塗布した後に、第１ペーストを塗布すればよい。
【００３８】
さらに、柱状部を存在させるには、熱処理における１０００℃までの降温速度を２００℃／時間以上５００℃／時間以下とすればよい。また、アスペクト比が３以上である柱状部を個数比率で半数以上得るには、降温速度を２５０℃／時間以上５００℃／時間以下とすればよい。また、基体と第１領域との界面と柱状部とのなす角度の７０°〜１１０°の範囲の占有率を５０％以上とするには、降温速度を３５０℃／時間以上５００℃／時間以下とすればよい。
【００３９】
なお、上記いずれの場合においても、１０００℃以降の降温速度は１８０℃／時間未満とすればよい。
【００４０】
そして、本実施形態の反射鏡部材を得るには、反射層として銀、銀合金等からなる反射膜を被覆層上に形成する場合には、真空蒸着法を用いればよい。また、反射層として弗化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなる多重干渉膜を被覆層上に形成する場合には、真空蒸着法あるいは化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いればよい。
【００４１】
上述した製造方法によって得られたセラミック構造体は、基体と被覆層との密着力が高い。また、本実施形態の反射鏡部材は、基体と被覆層との密着力が高いことから、光の反射を繰り返したとしても、長期間にわたって使用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    反射鏡
２    セラミック構造体（反射鏡部材）
３    基体
４    被覆層
４ａ  第１領域
４ｂ  第２領域
５    第２領域４ｂよりもバリウムおよびカリウムを多く含む部分
５ａ  層状部
５ｂ  柱状部
６    反射膜
７    透光性部材
８    取り付け金具
９    上部リング
１０  台座
１１  陽極
１２  下部リング
１３  管状体
１４  陰極
１５  支持用リング
１６  支持板
１７  内部空間
【図１】
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【図２】
2018140909.tif 000004