JPS6114603A - カ−ボン繊維強化プラスチツクミラ− - Google Patents

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） 本発明は大型スペースチャンバーのコリメータミラー、
人工衛星の集光用ミラー等に適した。カーボン繊維強化
プラスチック（ＣＦＲＩ））ミラーに関する。

（従来技術） 宇宙環境あるいは地」二において宇宙環境を模擬する実
験室（スペースチャンバー）内で、平行光を集成するパ
ラボラミラーや逆に焦点光を平行光にするコリメータミ
ラーが使われる。またテレビカメラの視界を広げるのに
、平面ミラーや凸面ミラーが使われる。宇宙環境では昼
と夜の温度差が大きく、照光時（昼）にはミラーは１０
０℃近くに達し、暗黒時（夜）には−＝６０℃近くまで
温度が低下する。

ミラーの材質は、一般に軽金属（例えはアルミ合金）や
繊維強化グラスチック（Ｉｉ’　ＲＰ　、例えばＣＦＲ
Ｐ）が考えられ、いずれもミラーの鏡面は金属（例えば
アルミ）を蒸着して形成する。ミラーの材質は軽くて剛
性が大きいのがよい。一般に弾性率ど比重の比を比弾性
率と称１〜．これが大きいほど、薄くてたわみが少なく
、かつ人工衛星のミラーでは釣上は費用の安い、またス
ペースチャンバーのミラーではミラーの吊金具を＠址化
できるミラーができる。

この比弾性率は、金属のアルミ合金、４張力鋼。

チタン合金などが約３．　ＯＯＯｋｇ／ｍｍ２であるの
に対し、　ＣＢ”ｌ’ｌ、Ｔ）では約５．００　（１ｋ
ｇ／＋ｎｍ２であり、ＣＦＲＰの方が有利である。また
温度変化に工ちしてミラーに熱膨張・収縮があると、ミ
ラーの曲率半径あるいは焦点距離が変化して１機能を十
分に発揮できないことになる。一般に金属の熱膨張係数
は。

１、２　Ｘ　１０　’−５ｗｎ＋＋／　ｍ＋＋＋°Ｃ（
高張力鋼）〜２．５×１Ｏ−５ｕｕｕ／　ｗ’ｃ　（ア
ルミ合金）のオーダーであり、宇宙環境の温度範囲でミ
ラーとしての機能を千金にはたせない。一方でＣＦ’Ｒ
Ｐの熱膨張係数は０．０３Ｘ１０　”　ｍｍ／　ｕｕｎ
’ｃ程度と、非常に小さいため、温度変化の影響はほと
んどない。

上記した理由により、宇宙機器用ミラーの材質としては
、金属よりもＣＦＲＰのほうが適している。

しかしミラーの鏡面を形成するのに工夫がいる。

第２図は一般的なＣＦＲＰ凹面ミラーの縦断正面図であ
る。ＣＦＲＰ凹面ミラー１は、ＣＦＲＰ積層品２と鏡面
３からなる。鏡面３は一般に光の反射率が高い金属（例
えばアルミ）を約０１〜１μｍ厚さに蒸着して形成する
。ここで蒸着の厚みが０．１μ「１１未満では、蒸着金
属がＣＦ’ＲＰの表面を完全にカバーできず１反射率が
低下する。また蒸着の厚みが１μｍを越えると９表面は
微視的にみると多孔質となり１反射率が低下することに
なる。

またＣ１−几Ｐ積層品２は、一般にカーボンクロスに熱
硬化性樹脂組成物（例えばエポキシ樹脂組成物）を含浸
して、加熱プレス成型して得られるが。

少なくとも片側が凹面状のＣＦＲＰ積層品にするには、
平板をつくって機械加工で凹面を出すのと。

あらかじめ凹面にマツチした凸面をもつ金型を用いる場
合がある。後者の場合でも、金型の形状精度が不十分で
あったり、高温硬化時の金型の熱膨張があるため、最終
の鏡面精度を成型によって出すことは困難である。熱膨
張率が小さいガラスを精度よく凸面に研摩したガラス凸
面型を用いればよいが、高価であるうえに損傷しやすい
。とくに加熱プレス時に１０　ｋｇ／ｃｍ２程度の面圧
を加えるが。

そのかかり方に不均一があると、ガラス型が割れること
もあろう。

そのため凸面金型が用いられるが、その場合にも−１−
述の理由によって、最終形状を出すには機械加工が必要
である。一般にＣＰ　Ｒ，ｌ）の基材であるカーボンク
ロスのカーボン繊維は、直径が約７μｍである。Ｃｌｉ
’　ＩｌＬ　Ｐの機械加工においては１表面からカーボ
ン繊維と樹脂をむしり取るようなかたちになり、研摩面
でもミクロにみると数μｍの凹凸がある。この面に金属
蒸着しても光沢のある反射率の高い鏡面は得られない。

そこで研摩したＣＦＦｔＰ面に樹脂をコートして。

カーボン繊維の直径相当の凹凸を消すことを試みたが、
繊維が出ている部分はコートする樹脂をはじく性質があ
り、厚さ１００μｍ程度までの樹脂コートでは表面の凹
凸が増すばかりで、これを低減することはできなかった
。また厚さ１ｍ程度に厚くコートシた場合は、凹面ミラ
ーの中央部と周辺部に厚みのむらができて、全体の形状
精度が不合格となった。

（発明の目的） 本発明は、形状精度が極めてよく、かつ鏡面の表面あら
さが小さくて反射率の高いＣＦ’ＲＰミラーを提供する
ことを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、研摩面に金属を蒸着し、この表面に無溶剤形
の接着剤を塗布して、ＣＦＲＰ積層品を接着したのち、
研摩面と金属蒸着面の間を離型させて、ＣＦＲＰ積層品
に鏡面を転写させるＣＦ几Ｐミラーの製造法に関する。

本発明の製造法は、鏡面が平面、凹面および凸面のミラ
ーのいずれにも適用される。

本発明の研摩面の材料としては、ガラスあるいはクロム
、チタン等の金属などを研摩したものが６一 用いられる。研摩法には、特に制限はないが研摩はでき
るだけ精密にすることが好ましい。

研摩面に金属が蒸着されるが、蒸着方法１条件等には制
限はなく、蒸着は、既に公知の方法９条件等によって行
なわれる。

本発明においては、気泡の発生を防ぐために無溶剤形の
接着剤が用いられ、この例としては、エポキシ樹脂系接
着剤、不飽和ポリエステル糸接着剤などがある。

ＣＦＲＰ積階品は、カーボンクロス等のカーボン繊維基
羽を積層し、金型／入れてプレスした状態でエポキシ樹
脂組成物等の熱硬化性樹脂組成物を減圧含浸し加熱硬化
したもの、おるいはあらかじめカーボンクロス等のカー
ボン繊維基材にエポキシ樹脂組成物等の熱硬化性樹脂組
成物を含浸して半硬化状にしたプリプレグシートを積層
して、金型で加熱プレス成型したものなどが用いられる
。

第１図は９本発明の製造法の一例を示す縦断正面図であ
る。図において、精密に研摩した凸面型４に金属蒸着し
て鏡面３をもうけておく。本発明において、ＣＦＲＰミ
ラーの鏡面となるのは、凸面型４に接しているほうの蒸
着面である。したがって蒸着面の厚さは１μｍを越える
厚さにしても差支えない。また鏡面の形状精度ならびに
表面あらさけ、凸面型４の凸面のそれが写しとられるの
で。

この凸面型はガラスを研摩してつくるのが望ましいが、
金属であってもよい。金属蒸着面を凸面型４からはがれ
易くするために、凸面型に薄く離型剤（例えばシリコー
ン系、ふつ素糸）を塗布してから金属を蒸着することが
望ましい。

次に、！ｉｃ面３の表面に接着剤５を塗布して、これに
凹面状のＣ１；’ＲＰ積層品２をのせて、接着剤５を硬
化させる。その後にＣＦＲＰ積層品２を凸面型４より引
離すと、鏡面３はＣＦＲＰ積層品２に転写され、ｃｐＲ
ｐミラーが得られる。ここで接着剤は内部に気泡ができ
ると、鏡面に気泡のあとがでるので、無溶剤形の接着剤
が用いられる。またＣＦＲＰ凹面の表面あらさは、その
凹みには接着剤がうまるので、加工したま・まの状態で
よく、むしろ接着剤５との接着をよくするには、サンド
ベーパー（例えばす６００）であらしたほうがよい。

さらにＣＦＲＰ凹面の形状精度としては、精密凸型との
形状不整を接着剤の厚さでカバーできるので。

多少の誤差は許容される。

また鏡面３となる蒸着される金属は１反射率が最も高い
アルミが望ましく、クロム、ニッケル。

銀かとでもよい。いずれも精密凸型に面する蒸着面は、
ち密にできて、転写後には表面あらさは極めて小さい。

逆に接着させる方の面は接着剤との接着がよくなるよう
に、多孔質で凹凸があるほうがよい。このような蒸着面
は９例えばアルミをかなりの高速（２０〜１００Ｘ／秒
程度）で厚く（１〜３μｍ程度）蒸着すると得られる。

本発明において金属蒸着面に塗布される無溶剤形の接着
剤の硬化は室温付近で行なうのが望ましい。また接着剤
には粒径の小さい無機質粉（例えば、酸化チタン、酸化
鉄１石英、アルミナ）を充填して、硬化物の熱膨張係数
を小さくすることが好ましい。無機質粉は、鏡面の反射
率の点から平均直径が０．５ｍμ以下のものが好ましい
。

９一 本発明の製造法において、研摩面に対してＣＦ’ｒ′Ｌ
Ｐ面の形状精度が悪い場合には９部分的に接着剤が厚く
なる。この場合には、接着剤単独で用いるのでなく、無
機繊維（例えばガラス繊維）もしくは有機繊維（例えば
ポリエステル）の織布もしくけ不織布またはマイカの微
小片を抄造した集成マイカシートに含浸して挿入しても
よい。

ここでとくに集成マイカシートを用いると、マイカ小片
がＣＦＲＰのカーボンクロスの織目の影響を弱める作用
をし、鏡面のうねりが低減される。

（実施例） 本発明の詳細な説明する。部とあるのは重量部である。

実施例１ 次のようにして鏡面をガラス凸面レンズからＣＦ　Ｒ，
Ｐに転写してＣＦＲＰ　ミラーを得た。直径３０（至）
、焦点距離７ｍ、、厚さ約１．５　ｃｍのガラス凸面レ
ンズを用い、凸面にはシリコーン系離型剤（チバ社製Ｑ
Ｚ−１３）を塗布し、ふきとシ跡がほとんどみえなくな
るまで、布でふきとった。鏡面は純アルミを１．５　Ｘ
　］　Ｂ０”　Ｔｏｒｒの真空中、室温で、２０μｍ厚
さに蒸着した。蒸着速度は、厚さ０．５μｍまでは約２
ｏＸ／秒で、以後は約８０Ｘ／秒とした。

ＣＦＲＰ積層品は、平織カーボンクロス（東し。

トレカナ６３４３）を４．５枚／ｍの密度で積層し。

脂環式エポキシ樹脂組成物（ＵＣＣ社製の脂環式エポキ
シ樹脂ＥＲＬ４２２１，１００部、ヘキサハイドロ無水
フタル酸９０部、ベンジルジメチルアミン１部を配合）
を、７０℃、　０．　ＯＩ　Ｔｏｒｒで減圧含浸したの
ち、大気圧下で１２０℃、３時間。

さらに１６０９Ｃ，５時間かけて硬化して得た。片側は
凸面金型を当て、もう片側には平板金型を当てて９面圧
約１０ｋｇ／ｃｍ”を加えて、中央部の厚さが約１０ａ
ｕｎに々るように、上記のカーボンクロスは４５枚を積
層した。凸面金型とガラス凸面レンズの形状公差は最大
０．１０ｍであった。

ＣＰＲＰの凹面は≠６００のサンドペーパーで。

成型面の光沢がみえなくなる程度に軽く研摩した。

このＣＦ　Ｒ，Ｐ凹面を１３０℃にしておき、その中央
部に接着剤のエポキシ樹脂組成物（チバ社製のビスフェ
ノール形エポキシ樹脂ＣＹ２ｏｓ、１００部、酸無水物
硬化剤ＨＹ−９０５，１００部、アミン系硬化促進剤Ｄ
Ｙ−０６３，２部を配合）を。

直径約１０ｃｍまで流し込み、この上から１３０℃に余
熱したガラス凸面レンズを、鏡面を下にしてのせ、レン
ズの上に５に９０重りをかけて、中央部のエポキシ樹脂
を広げて押出し、そのまま１３０℃で１２時間おいて硬
化した。硬化後に室温にして離型させたところ、鏡面は
ＣＦＲＰに転写していた。

ところで鏡面の反射は極めてよく１表面あらさは十分に
小さいことを確認できたが、カーボンクロスの織目に対
応する大きなうねりが目視された。

そこで触針式の表面粗さ測定器（東京精密社製のＳｔＪ
ＲＦＣＯＭ　）で、うねりを測定した。第３図にＣＰＲ
Ｐ表面のカーボンクロスの織目と、鏡面のうねりの測定
結果の対応を示す。カーボンクロスは。

使用糸が３０００本のカーボン繊維からなり、平織の糸
密度は、たて糸、よこ糸ともに１０ｍｍ当り５本である
。第３図で、カーボンクロス６は、たて糸７とよこ糸８
からなる。うねシは、たて、よこともに同様にでている
が、ここでは、うねりの測定線９に沿って測定した。

第３図のＡ１が室温におけるうねりの測定結果である。

うねシのピッチは、ｆＣ，て糸７のピッチと同じであシ
、糸の中心が最も凸で、糸と糸の間が最も凹である。そ
の高さは約１．５μｍである。次に、このものを高温に
すると、目視観測したうねりが次第に小さくなり、接着
剤の硬化温度である１３０℃では、はとんどうねシがな
くなることを見出した。

宇宙環境におかれるＣＦＲＰミラーは約１００℃〜−６
０℃の温度範囲で使われ、この中間の温度は２０℃、つ
まシはぼ室温である。そこで接着剤の硬化を室温付近で
行なえば、硬化温度において。

うねりがほぼ０となシ、それからの温度変化は比較的幅
が狭いので、うねシも生じにくいと考えられる。

実施例２ １３一 実施例１において、接着剤のみを室温硬化形のエポキシ
樹脂組成物（シェル社製のビスフェノール形エポキシ樹
脂ＥＰ−８０７，１００部に、加電化製の変性ジアミノ
ジフェニルメタンＥＨ−５５１，５０部を配合）に変え
て実施した。ガラス凸面レンズとＣＦＲＰは５０℃に余
熱しておき。

７に９の重シをのせて接着剤を広げて押出したのち。

３０℃で１２時間おいて硬化した。このようＫして形成
したＣＦ几Ｐミラーの鏡面のうねシを実施例１と同様に
して測定したのが第４図のＢｌ、Ｂ２゜Ｂ３である。Ｂ
１は３０℃で測定したもので、うねシは０である。Ｂ２
は一６０℃において、またＢ３は１００℃で測定したも
ので、凸凹の高さは。

いずれも約０．７μｍであり、前述の１３０℃硬化の場
合の室温における値よシも小さくなっている。

Ｂ２とＢ３では凹凸の位置が逆になっている。

実施例３ 実施例２の室温硬化形エポキシ樹脂組成物に。

平均直径０，２μｍの酸化チタン微粉末（帝国化工製、
◆２００）を４０重量％充填した接着剤を用いた。但し
、この場合は接着剤の粘度が高いので。

ガラス凸面レンズとＣＦＲＰは６０℃に余熱しておき９
重りＦｉ１５ｋｇとした。硬化はやはシ３０℃で１２時
間行なった。

この鏡面の一６０℃における表面のうねシを実施例１と
同様にして測定し、その結果を第４図の０２に示す。凹
凸は約０．５μｍであり、無機質粉を元填しない接着剤
を用いた場合のＢ２（約０．７μｍ）よりも、うねシは
幾分低減される。

実施例４ 軟質無焼成集成マイカシート（平均直径が０．４閣、平
均厚さが３μｍのマイカ片を、バインダーを使わずに抄
造して得た。厚さ０．１０ｍｍ、平均密度１．５　ｋｇ
／ａｎ’のシート）に実施例２の室温硬化形ニボキシ樹
脂組成物を塗布含浸して、５０℃に余熱しておいたガラ
ス凸面レンズとＣＦＲＰの間にはさみ、１０に９の重り
をのせて余分の樹脂を押出したのち、３０℃で１２時間
かけて硬化した。

このようにして得たＣＦ’ＲＰ　ミラーの鏡面のうねり
を、−６０℃において実施例１と同様にして測定したの
が第４図のＢ２である。うねりの凹凸は約０．３μｍで
あり、Ｂ２の約０．７μｍに比べて半分以下に低減され
ている。

（発明の効果） 本発明の製造法によれば、金属が蒸着される面の形状精
度と表面わらさ精度は不十分であっても。

接着層の厚みが局所的に変化して、最終的には正確な鏡
面を有するＣＦＲＰミラーを得ることができる。すなわ
ち、形状精度が良いために焦点のずれがなく、また表面
あらさが十分に小さいために反射率が高い鏡面を有する
ミラーが得られ、さらに。

温度変化によって生ずる鏡面のうねりを低減でき。

光の散乱を少なくして１反射率を高いまま維持できるミ
ラーを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造法の一例を示す縦断面図。 第２図は従来の製造法によるＣＦＲＰミラーの縦断正面
図、第３図および第４図は、ＣＦＲＰ表面のカーボンク
ロスの織目と、鏡面のうねりの測定結果の対応を示す図
である。 符号の説明 １・・・ＣＦＲＰ凹面ミラー　　２・・・ＣＦＲＰ積層
品３・・・鏡面　　　　　　　　４・・・凸面型５・・
・接着剤　　　　　　　６・・・カーボンクロス７・・
・たて糸　　　　　　　８・・・よこ糸９・・・うねり
の測定線 竿　１　口 ′ｊ４２０ 第３図 第４（２） ７０πＵル 手゛続補正書（自発） 昭和　５０年　ｌＯメ）Ｉ＋１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、研摩面に金属を蒸着し、この表面に無溶剤形の接着
   剤を塗布して、カーボン繊維強化プラスチック積層品を
   接着したのち、研摩面と金属蒸着面の間を離型させて、
   カーボン繊維強化プラスチック積層品に鏡面を転写させ
   ることを特徴とするカーボン繊維強化プラスチックミラ
   ーの製造法。 ２、無溶剤形の接着剤の硬化を室温付近で行なう特許請
   求の範囲第１項記載のカーボン繊維強化プラスチックの
   製造法。 ３、無溶剤形の接着剤が平均直径が０．５μｍ以下の無
   機質粉を充填した接着剤である特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のカーボン繊維強化プラスチックミラー
   の製造法。 ４、無溶剤形の接着剤を集成マイカシートまたは無機繊
   維もしくは有機繊維の不織布もしくは織布に含浸して、
   これを金属蒸着面とカーボン繊維強化プラスチックの間
   に挿入する特許請求の範囲第１項記載のカーボン繊維強
   化プラスチックミラーの製造法。