(57)【要約】【課題】高反射率、高レーザ耐力及び高耐環境性を有し、さらに材料コストの低減が可能なレーザ用反射ミラーを提供する。【解決手段】レーザビームを反射する高反射率金属層４を、ミラー基材１上に設けられ高反射率金属層４を主に構成する第１金属層である膜厚２００nmのＡｇ層２と、Ａｇ層２上に設けられた膜厚３０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満の第２金属層であるＡｕ層３から構成した。Ａｕ層３の下層にＡｇ層２が存在することによりＡｕ層のみの場合よりも高反射率が得られ、また、ミラー基材１であるＣｕのＡｕ層３への拡散をＡｇ層２により抑制すると共に、Ａｕ層３がＡｇ層２を保護するためＡｇ層２の自然酸化や硫化反応を抑制することができる。さらに、Ａｕ層３は従来よりも薄い膜厚で良いことから、材料コストの大幅な低減が可能となり、上記課題が解決できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー基材と、このミラー基材上に設けられたレーザビームを反射する高反射率金属層を備えたレーザ用反射ミラーであって、前記高反射率金属層は、前記ミラー基材上に設けられ前記高反射率金属層を主に構成する第１金属層と、前記第１金属層上に設けられ前記第１金属層を保護する第２金属層を含み、前記第２金属層として膜厚３０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満の金（Ａｕ）層を用いたことを特徴とするレーザ用反射ミラー。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ用反射ミラーであって、前記第１金属層として銀（Ａｇ）層を用いたことを特徴とするレーザ用反射ミラー。
【請求項３】
請求項１記載のレーザ用反射ミラーであって、前記ミラー基材と前記第１金属層との間に緩衝層を設けたことを特徴とするレーザ用反射ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを反射するためのレーザ用反射ミラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光は指向性が高く、単位面積あたりに入射するエネルギー量が大きい上、切断、溶接用等の加工用レーザは高出力であり、加工用レーザの光路変更に使用されるレーザ用反射ミラーにおいては、わずかな光吸収が問題となる。このため、レーザ用反射ミラーには、高反射率、高レーザ耐力が要求される。
【０００３】
従来のレーザ用反射ミラーにおいては、高反射率、高レーザ耐力を有する材料として、銅（Ｃｕ）からなるミラー基材上に、高反射率金属層である金（Ａｕ）層を形成していた。しかし、上記のような従来構造では、高温環境下や長時間、高出力での使用によって、ミラー基材であるＣｕがＡｕ表面に拡散し、表面酸化を生じ、反射率低下を引き起こすという問題があり、高耐環境性が課題であった。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１では、Ｃｕからなるミラー基材上にレーザビームを反射する高反射率金属コーティング層としてＡｕコーティング層を５００ｎｍ（５０００Å）の厚さで設け、このＡｕコーティング層の表面上にＡｌ２Ｏ３などの誘電体コーティング層を設けると共に、Ａｕコーティング層の裏面側に拡散係数の小さなタングステンコーティング層を設けたレーザ用反射ミラーが提示されている。
【特許文献１】特開平３−７１９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来のレーザ用反射ミラーにおいては、高温環境下や長時間、高出力での使用によりミラー基材であるＣｕがＡｕ層に拡散することを考慮し、Ａｕ層を十分な厚さ、例えば膜厚５００ｎｍ程度に形成する必要があり、Ａｕは高価であるため材料コストが高いという問題点があった。
【０００６】
また、上記特許文献１では、タングステンコーティング層はＡｕコーティング層へのミラー基材の拡散防止層として働き、誘電体コーティング層はＡｕコーティング層の酸化を防止し、反射率を改善している。しかしながら、この特許文献１でも高反射率金属コーティング層として膜厚５００ｎｍ程度のＡｕ層を用いており、材料コストの低減効果は得られていない。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、高反射率、高レーザ耐力及び高耐環境性を有し、さらに材料コストの低減が可能なレーザ用反射ミラーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるレーザ用反射ミラーは、ミラー基材と、このミラー基材上に設けられたレーザビームを反射する高反射率金属層を備えたレーザ用反射ミラーであって、高反射率金属層は、ミラー基材上に設けられ高反射率金属層を主に構成する第１金属層と、第１金属層上に設けられ第１金属層を保護する第２金属層を含み、第２金属層として膜厚３０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満の金（Ａｕ）層を用いたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ミラー基材上に、高反射率金属層を主に構成する第１金属層と、第１金属層を保護する第２金属層からなる高反射率金属層を備え、第２金属層として膜厚３０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満の金（Ａｕ）層を用いたので、Ａｕ層により第１金属層を保護するとともに、ミラー基材を構成する材料のＡｕ層への拡散を第１金属層により抑制できるため、高反射率、高レーザ耐力及び高耐環境性を有し、且つ安価なレーザ用反射ミラーが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ用反射ミラーの構成を示す断面図である。本実施の形態におけるレーザ用反射ミラー５は、鏡面仕上げされた銅（Ｃｕ）から成るミラー基材１の上に、レーザビームを反射する高反射率金属層４を備えたものであり、高反射率金属層４は、ミラー基材１上に設けられ高反射率金属層４を主に構成する第１金属層２と、この第１金属層２上に設けられ、第１金属層２を保護する第２金属層３から構成されている。
【００１１】
本実施の形態では、第１金属層２として、膜厚２００ｎｍの銀（Ａｇ）層が用いられる。Ａｇ層２は、例えば真空蒸着により形成することができ、反射率の観点からは膜厚５０ｎｍ以上であれば良く、膜欠陥、膜損傷の恐れを考慮してやや厚めの２００ｎｍが選択される。なお、真空蒸着材料としては、純度９９．９９％以上の高純度Ａｇを用いた。
【００１２】
また、第２金属層３として、膜厚３０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満の金（Ａｕ）層３が用いられる。Ａｕ層３は、例えば真空蒸着により形成することができ、反射率の観点からは膜厚３０ｎｍ以上であれば良く、コストの観点から２００ｎｍ未満であることが望ましく、好ましくは３０ｎｍ〜５０ｎｍが選択される。なお、真空蒸着材料としては、純度９９．９９％以上の高純度Ａｕを用いた。
【００１３】
本実施の形態では、第２金属層であるＡｕ層３とミラー基材１との間に、高反射率金属層４を主に構成する第１金属層であるＡｇ層２が存在する。このため、ミラー基材１を構成する材料（本実施の形態ではＣｕ）のＡｕ層３への拡散は発生しない。よって、Ａｕ層３の膜厚を従来よりも薄くすることが可能となり、反射率の観点から３０ｎｍ以上であればよい。また、Ａｕ層３の一部が何らかの理由で消失したとしても、下地にＡｇ層２が存在するため、直ちに反射率低下は生じない。
【００１４】
図２は、高反射率金属層４を構成するＡｕ層３の波長１０．６μｍのレーザ光に対する最適膜厚を求めた実験結果を示している。図中、横軸はＡｕ膜厚(ｎｍ）、縦軸は反射率（％）を示し、白い四角(□)は、Ｓｉ基板上に所定膜厚のＡｕ層のみを形成した場合（Ａｕ／Ｓｉ）、黒い四角（■）は、Ｓｉ基板上に膜厚２００ｎｍのＡｇ層を形成したものをベース基板とし、さらにその上に所定膜厚のＡｕ層を形成した場合（Ａｕ／Ａｇ／Ｓｉ）のデータをそれぞれ示している。ここでは、Ａｕ層、Ａｇ層共に真空蒸着により形成した。なお、波長１０．６μｍのレーザ光に対する反射率は、Ｓｉ基板のみの場合は３４．８％、Ｓｉ基板上に２００ｎｍのＡｇ層を形成した場合は９９．９％であった。
【００１５】
また、図３は、この実験で反射率を測定する際に用いた反射率測定器の構成を示している。測定対象であるレーザ用反射ミラー５０は、前述のＳｉ基板上に所定膜厚のＡｕ層を形成したもの（Ａｕ／Ｓｉ）と、Ｓｉ基板上に膜厚２００ｎｍのＡｇ層を形成したものをベース基板とし、さらにその上に所定膜厚のＡｕ層を形成したもの（Ａｕ／Ａｇ／Ｓｉ）である。光源１０には波長１０．６μｍ、出力１００ＷのＣＯ2レーザを用い、ビームスプリッター１１にて数Ｗレベルに光量を調整し、パワーメータ１３にてレーザ用反射ミラー５０の反射光量を測定した。ダンパー１２は、ビームスプリッター１１にて反射されたレーザ光１５を受けるために設けられている。また、レーザ用反射ミラー５０をレーザ光１５の光路からはずした時の光源１０の光量を出力測定用パワーメータ１４にて測定し、レーザ用反射ミラー５０の反射率はパワーメータ１３と出力測定用パワーメータ１４の比より求めた。
【００１６】
図２より、Ａｕ層は、反射率の観点では膜厚３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度で波長１０．６μｍのレーザ光に対する反射膜として使用可能であることが分かる。Ａｕ／Ａｇ／Ｓｉの場合（■）、最表層のＡｕ層が１５ｎｍでは反射率が９９．３％とやや低いが、Ａｇ層が下層にないＡｕ／Ｓｉの場合(□)と比較すると約０．７％反射率が向上しており、下地Ａｇ層によるＡｕ層の反射率向上効果が明らかである。
【００１７】
さらに、Ａｕ／Ａｇ／Ｓｉの場合（■）、最表層のＡｕ層が膜厚３０ｎｍのときは反射率が９９．９％であり、Ａｇ層のみの場合と同等の反射率を示すことが分かる。Ａｕ層が膜厚３０ｎｍ以下の薄いときに反射率が低くなっているのは、Ａｕが、一般的に真空蒸着による膜形成の初期段階に認められる島状構造を呈しており、その結果、Ａｕ粒子による散乱が生じているためであると推定される。一方、Ａｕ層が膜厚３０ｎｍ以上になると反射率が向上するのは、Ａｕが島状構造から平面状態となり、下地Ａｇ層全面を覆うようになるためであると考えられる。
【００１８】
以上の結果より、本発明者らは、１０．６μｍのレーザ光に対し、Ａｕ（＞３０nm）／Ａｇ（２００ｎｍ）の構成にて、レーザ用の高反射ミラーとして適用可能であることを見出した。このような構成にすることによって、以下のような利点が得られる。すなわち、本発明時においてＡｕ価格とＡｇ価格には、各々、約２７００円／ｇ、約６０円／ｇと、およそ４５倍の価格差が存在する。このため、例えば、前記特許文献１に開示された膜厚５００ｎｍのＡｕ層を用いたものと比較すると、本実施の形態におけるレーザ用反射ミラー４の材料費は約１／１５になる。
【００１９】
また、前述のように、ＡｇはＡｕよりも安価であり反射率の点でも優れているが、自然酸化や硫化反応が起こりやすく、材料としての安定性に問題がある。一方、Ａｕは熱力学的観点から通常の環境下（ＰＨ9以下）では自然酸化が進展することはなく安定な物質である（例えば、http://matsci.uah.edu/courseware/mts501/reports/sschwitalla.htmlに記載されたSuzanne.C.Schwitalla"Whyis Au Found in Nature in the Matallic Form and not as an Oxide"参照）。
【００２０】
このため、Ａｕ層３でＡｇ層２表面を覆い、保護することにより、Ａｇ層２の自然酸化や硫化反応を抑制することができ、レーザ用反射ミラーとしての耐環境性が向上する。さらに、Ａｕ層３の下層にＡｇ層２を設けることにより、Ａｕ層３のみの場合よりも高い反射率が得られる（図２参照）。このように、本実施の形態によれば、高反射率金属層４をＡｇ層２とＡｕ層３から構成することにより、それぞれを単独で用いた場合よりも優れた特性を示す相乗効果が得られる。
【００２１】
なお、Ａｇ層表面に形成される保護層として、ＹＡＧレーザ等に対しては、Ａｌ２Ｏ３のような透過性材料を用いる構成も知られているが、透過性材料の膜中をレーザ光が透過することから膜中でのレーザ光の吸収が生じ、膜の温度上昇などの様々な問題が生じ易い。一方、本実施の形態に示すように、ＣＯ2レーザに対し、Ａｕ層３をＡｇ層２の保護層として用いる場合、レーザ光はＡｕの電子分極により反射されるため、Ａｕ層３内部を光が透過することはなく、温度上昇等の問題を生じ難いという利点がある。なお、Ａｌ２Ｏ３は１０．６μｍの光を吸収する（膜厚１μmの時、吸収係数αが＞１０３ｃｍ−１となる）ため、ＣＯ2レーザに対しては使用することはできない。
【００２２】
以上のように、本実施の形態によれば、Ｃｕからなるミラー基材１上に、レーザビームを反射する高反射率金属層４を備えたレーザ用反射ミラー５において、高反射率金属層４を、ミラー基材１上に設けられ高反射率金属層４を主に構成する第１金属層である膜厚２００nmのＡｇ層２と、Ａｇ層２上に設けられた膜厚３０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満の第２金属層であるＡｕ層３から構成したので、Ａｕ層３の下層にＡｇ層２が存在することによりＡｕ層のみの場合よりも高反射率が得られ、また、ミラー基材１であるＣｕのＡｕ層３への拡散をＡｇ層２により抑制すると共に、Ａｕ層３がＡｇ層２を保護するためＡｇ層２の自然酸化や硫化反応を抑制することができる。さらに、Ａｕ層３は従来よりも薄い膜厚で良いことから、材料コストの大幅な低減が可能となる。よって、高反射率、高レーザ耐力及び高耐環境性を有し、且つ安価なレーザ用反射ミラーが得られる。
【００２３】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２におけるレーザ用反射ミラーの構成を示す断面図である。本実施の形態におけるレーザ用反射ミラー５ａは、鏡面仕上げされたＣｕから成るミラー基材１の上に、第１金属層であるＡｇ層２と、Ａｇ層２上に設けられた第２金属層であるＡｕ層３からなる高反射金属層４を備えている点では上記実施の形態１と同様である。本実施の形態では、さらに、Ｃｕから成るミラー基材１とＡｇ層２との間に、例えば、Ｃｒからなる緩衝層６を設けたものである。
【００２４】
本実施の形態によれば、Ｃｕから成るミラー基材１とＡｇ層２との間にＣｒからなる緩衝層６を設けることにより、ミラー基材１に対するＡｇ層２の密着性が向上するとともに、ミラー基材１を構成する材料（Ｃｕ）のＡｇ層２及びＡｕ層３への熱拡散を防止することができ、実施の形態１と同様の効果に加え、さらにレーザ用反射ミラー６の信頼性の向上及び長寿命化が図られる。
【００２５】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３におけるレーザ用反射ミラーの構成を示す断面図である。本実施の形態におけるレーザ用反射ミラー５ｂは、鏡面仕上げされた銅（Ｃｕ）から成るミラー基材１の上に、第１金属層であるＡｇ層２と、Ａｇ層２上に設けられた第２金属層であるＡｕ層３からなる高反射金属層４を備えている点では上記実施の形態１と同様である。本実施の形態では、さらに、Ａｕ層３上に透過性表面保護層７を設けたものである。ＣＯ2レーザ用の透過性表面保護層７としては、例えば、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化イッテルビウム（ＹｂＦ３）を用いることができるが、照射光に対して透過性の材料であれば特に限定されるものではない。
【００２６】
本実施の形態によれば、Ａｕ層３上に透過性表面保護層７を設けることにより、照射光の一部が透過性表面保護層７に吸収されるが、Ａｕ層３を保護することができ、実施の形態１と同様の効果に加え、さらにレーザ用反射ミラー８の信頼性の向上及び長寿命化が図られる。なお、本実施の形態は、レーザ光の吸収があまり問題とならない、例えば、計測機器用として特に有効である。
【００２７】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４におけるレーザ用反射ミラーの構成を示す断面図である。本実施の形態におけるレーザ用反射ミラー５ｃは、上記実施の形態２と実施の形態３を組み合わせたものである。すなわち、鏡面仕上げされたＣｕから成るミラー基材１の上に、Ｃｒからなる緩衝層６、第１金属層であるＡｇ層２と第２金属層であるＡｕ層３からなる高反射率金属層４、及び透過性表面保護層７を設けたものである。
【００２８】
本実施の形態によれば、Ｃｕからなるミラー基材１とＡｇ層２との間にＣｒからなる緩衝層６を設けることにより、ミラー基材１に対するＡｇ層２の密着性が向上するとともに、ミラー基材１を構成するＣｕのＡｇ層２及びＡｕ層３への熱拡散を防止する効果がある。また、Ａｕ層３上に透過性表面保護層７を設けることにより、Ａｕ層３を保護することができ、実施の形態１と同様の効果に加え、さらにレーザ用反射ミラー９の信頼性の向上及び長寿命化が図られる。なお、本実施の形態は、レーザ光の吸収があまり問題とならない、例えば、計測機器用として特に有効である。
【００２９】
なお、上記実施の形態１〜４では、Ｃｕからなるミラー基材１を用いたが、ミラー基材１を構成する材料はＣｕに限られるものではなく、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体材料や、ガラス、アルミナ等のセラミックス、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉなど、表面が鏡面仕上げされたものであれば使用可能である。また、第１金属層２としてＡｇ層を用いたが、第１金属層２はこれに限られるものではなく、Ａｕ以外の金属、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌなどを使用することができる。また、Ａｇ層の膜厚として２００ｎｍの場合を示したが、Ａｇ層の膜厚はこれに限られるものではない。
【００３０】
さらに、Ａｇ層、Ａｕ層の形成方法として真空蒸着を用いたが、その他の薄膜形成方法、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等種々の方法を用いることができる。また、透過性表面保護層７としてＹＦ、ＹｂＦを例示したが、透過性表面保護層７としては照射レーザ光を透過するものであれば特に制限はなく、ＣＯ2レーザに対しては、ＣｅＯ2、ＭｇＦ2等が、ＹＡＧレーザやエキシマレーザに対してはこれらの他、Ａｌ2Ｏ３、ＳｉＯ2等が適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、加工用レーザ機器や計測機器に組み込まれるレーザ用反射ミラーに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ用反射ミラーの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるレーザ用反射ミラーを構成する反射膜の波長１０．６μｍのレーザ光に対する反射率を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１において反射率を測定する際に用いた反射率測定器の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるレーザ用反射ミラーの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３におけるレーザ用反射ミラーの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４におけるレーザ用反射ミラーの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ミラー基材、２  第１金属層（Ａｇ層）、３  第２金属層（Ａｕ層）、
４  高反射率金属層、５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５０  レーザ用反射ミラー、６  緩衝層、
７  透過性表面保護層、１０  光源、１１  ビームスプリッター、１２  ダンパー、
１３、パワーメータ、１４  出力測定用パワーメータ、１５  光路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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