超低アウトガスシリコーンによる高性能レーザーの実現

はじめに

レーザー技術は昨今のデジタル時代における必要不可欠な要素となっていますが、研究・通信・航空宇宙・防衛分野においてレーザーを長期間且つ効果的に活用する為には、レーザー出力の安定性と精度の確保が最重要テーマとなっています。
ある高精度レーザー大手メーカーでは、通信衛星や研究・探査用宇宙船などの宇宙用途向けレーザーの性能安定性及び寿命の改善方法を模索してきています。宇宙船・衛星の運用期間は数年から数十年と長期間にわたるものであり、それらに搭載されるレーザーにも同様以上の長い期間の高い信頼性確保が求められます。この様な状況下で同社では、超低アウトガスシリコーンをレーザー光学部品の接着・固定に用いることで、繊細なレーザー光学系部品の汚染リスクを極限まで軽減することを実践しています。
極端な温度領域幅に加え真空状態という極めて厳しい環境条件の宇宙空間では、一般的な材料設計のシリコーンまたは他の素材の場合、材料中の揮発性成分がアウトガスし、精密なレンズや電子機器などの表面を被覆・汚染し、機能を劣化させる可能性があります。この為、低アウトガスシリコーンは、宇宙探査やその他商業プロジェクトを成功させる為に必要不可欠となっています。
このレーザーメーカーでは、従来より別用途向けにAvantor® NuSil®ブランドの低アウトガスシリコーン接着剤を使用してきていますが、更なるアウトガスリスク軽減を目指し、NuSil技術チームと協力し、超低アウトガスシリコーンの検討を行いました。評価の結果、より純度の高い超低アウトガスシリコーン接着剤の適用により、アウトガス及び膜収縮のリスクが大幅に軽減され、光学レンズ性能が保持されることでレーザーの性能寿命を引き延ばせることが実証されました。
低アウトガスシリコーンと超低アウトガスシリコーンとでは硬化後の部材から放出される低分子揮発物の量が異なりますが、超低アウトガスグレードでは格段に少ない測定結果となります。
NASAは宇宙用途向けの材料に対し、重量ロス（TML）や揮発性再凝集成分量（CVCM）などの厳しい試験標準を設定しています。NuSilは、ASTM E595の規格限界に設定されている TML≦1%、CVCM≦0.1%を満たす低アウトガスグレード材料と、同規格を1桁下回るレベルTML≤0.1%、CVCM≤0.01%を満たす超低アウトガスグレード材料を提供しています。
また、NuSil宇宙グレードシリコーンはAS9100認証済みの品質管理システム、ISO9001適合の生産設備にて製造され、NASA及び欧州宇宙局（ESA）により設定される規格に対して全ロット試験が行われており、高い信頼性が保証されています。
NuSil Advanced Technologiesビジネスディレクター Robert Umland は、「我々は、お客様のご要求を満たし続ける為のシリコーン技術革新に力を注いでおり、その活動に大きな誇りを感じています。宇宙における厳しい環境で長期的な信頼性を発揮する特殊シリコーンの業界リーダーとして、次世代向け超低アウトガスシリコーンを初めとする新たな技術革新を今後も創出し続けていきます。」と述べています。

レーザー性能改善の為のシリコーン改良

レーザー性能の高度化にはレーザーから放出される熱の制御も鍵となる為、熱伝導性シリコーンが適用されるケースが多いですが、熱伝導性シリコーンからのアウトガス抑制もまた重要です。シリコーンポリマー材料からアウトガスが発生すると、レーザー光学系の表面に付着・残留し、レーザー出力や質を低下させる可能性があります。
某レーザーメーカーでは、レーザーのレンズを固定する為の多層接着剤として、NuSil低アウトガスグレード熱伝導性シリコーンを使用しています。この特殊熱伝導性シリコーンは、-120℃から300℃までの温度範囲でも劣化無く安定的な膜物性を保持出来る様に設計されており、また独自の精製プロセスによりアウトガス量も厳格に抑制され、管理されています。
更に、超低アウトガスグレード材料に関しても、同社レーザーシステム上で数年にわたる評価・実験が繰り返され、より厳しいアプリケーション要求を満たす為の材料設計改良・最適化が進められました。NuSil超低アウトガスシリコーンの採用は、同レーザーメーカーが、より大きく、より強力で、より長いオペレーション期間運用される高性能レーザーを開発する上で、デバイス欠陥リスクを抑制し、高信頼性を確保し続ける為に不可欠な要素となりました。同社では現在、レーザー光学系部品の全ての組み立て工程を、超低アウトガスグレード熱伝導性シリコーン接着剤に置き換えています。
Umlandは、「我々の超低アウトガスグレードシリコーン材料は、当社のイノベーションへの取り組み方を示す一例にすぎません。我々は常に既存の基準を超えるシリコーン技術の開発を進めており、進歩し続けるお客様のニーズを満たすソリューションを提供する準備を整えています。」と締め括っています。

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