JPS62174701A - カ−ボン繊維強化プラスチツクミラ−の製造法 - 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／バーのコリメータミラー、
人工衛生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（以下、ＣＦＲＰとも称する）ミラーの製
造法に関する。

（従来の技術） 宇宙環境あるいは地上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１００
℃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Ｒ（例えばアルミ合金）や
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ、例えばＣＰＲＰ）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。一般に弾性率と比重の比を比弾性率と称し
、これが大きいほど、薄くてたわみが少なく、かつ人工
衛生のミラーでは打上げ費用の安い、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軽量化できるミラ
ーができる。

この比弾性率は、金属のアルミ合金、高張力鋼。

チタン合金などが約３０００に９／−であるのに対し、
ＣＦＲＰでは約５０００ｋｇ／Ｉ！ｌｌ１１ｍでめシ、
ＣＦ几Ｐのほうが有利である。また温度変化に応じてミ
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２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−’　ｍ／ｍｏ”ｃ　（高張力鋼）　
〜ｌ　５　Ｘ　１０−’ｍ／ｍｍ℃（アルミ合金）のオ
ーダーでアシ、宇宙環境の温度範囲でミラーとしての機
能を十分にはたせない。一方でＣＦＲＰ・の熱膨張係数
は０．０３ｘ　１０−５ｍ＋ｎ／ｍｍ℃程度と非常に小
さいため、温度変化の影響は＃１とんどない。

上記の理由により、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。

ＣＦ几Ｐ凹面ミラーは、ＣＦＲＰ積層品と鏡面からなる
。鏡面は一般に光の反射率が高い金属（例えばアルミ）
を蒸着して形成する。

またＣＦＲＰ積層品は、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ＣＦ几Ｐ積層品にするには、
平板をつぐ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
あったシワ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磨したガラス凸
面型を用いればよいが、高価であるうえに損傷しやすい
。特に加熱プレス時に１０ｋｇ／ｃ♂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
にも上述の理由によって、ｊｉｔ終形状を出すには機械
加工が必要である。一般にＣＦＲＰ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。ＣＦＲＰの機械加工においては
２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、研磨面一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。

そこで研磨したＣＦＲＰ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
シ、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υで、これを低減することはできなかっ
た。また厚さ１圓程度に厚くコートした場合は、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。そこで研磨紙で精密研磨した
が。

摩擦熱により瞬間的１局部的に高い熱が発生し。

深い傷が生じた。

また、研磨面とＣＩ＋１几Ｐ積層品とを無溶剤の接着剤
で接着したのち離型させ、ＣＦＲＰ積層品を平滑処理し
た面に金属を蒸着するのは、研磨面から離型するのに離
型剤の塗布が必要であり。

ＣＰＲＰ積層品の平滑処理し丸面に離型剤が付着し残留
するので、この平滑処理した面に金属を蒸着してもきれ
いな鏡面にならなかった。

ｔ７’？、研磨面に蒸着された金属面とＣＦＲＰ積層品
とを無溶剤の接着剤で接着したのち、研磨面と金属蒸着
面との間を離型させてＣＦＲＰ積層品に鏡面を転写させ
るＣＦＲＰミラーの製造法（特願昭５９−１４８２８４
号）があり、この製造法によれば、形状精度がよく、か
つ鏡面の表面あらさが小さく１反射率の高い０ＦＦＬＰ
ミラーを簡便に得ることができる。

しかし、この製造法では金属を蒸着した鏡面を一体に形
成するので、実際に使用するまで雰囲気からの汚染を防
止する必要がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、形状精度が極めてよく、かつ鏡面の表
面あらさが小さく、シかも反射率の高いＣ’Ｆ’ｌＬＰ
ミラーを汚染の少ない環境で容易に得ることにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ＣＦＲ，ＰｆＪｉ層品を平滑処理した面に金
属を蒸着させて鏡面を形成するＣＦＲＰミラ−の製造法
において、研磨面を有する型に無機物を蒸着し、得られ
た無機物蒸着面とＣＦＲ，Ｐ積層品とを無溶剤形の接着
剤で接着したのち、研磨面と無機物蒸着面との間を離型
させ、無機物蒸着面をＣＦ　ＲＰ積層品に転写後、この
平滑処理面に金属を蒸着させて鏡面を形成するＣＦＲＰ
ミラーの製造法に関する。

本発明の製造法は、Ｍ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。

本発明の研磨面の材料としては、ガラスあるいはクロム
、チタン等の金属などを研磨したものが用いられる。

無機物蒸着面をＣＦ几Ｐ積層品に転写する際に研磨面の
材料として、ガラスを用い、ガラスを上側にして、ガラ
スを通して接着剤の分布を観察し。

その分布を制御して転写を行えば、接着剤の分布の不均
一に起因するボイドの発生を防ぐことができるので好ま
しい。

研磨法には、特に制限はないが研磨はできるだけ精密に
することが好ましい。

研磨面に無機物が蒸着されるが、蒸着は公知の方法９条
件等によって行われ、蒸着方法２条件等には特に制限は
ない。無機物としては、接着剤および金属と接着性がよ
いものが好ましく、この例としては酸化ケイ素などがあ
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系接着剤などがある。

ＣＦＲＰ積層品は、カーボンクロス等のカーボン繊維基
材を積層し、金型に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、あ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、精密に研磨した凸面型４に無機物を蒸
着して平滑な無機物蒸着面３を設けた。本発明において
、ＣＦＲ，Ｐミラーの鏡面と力るのは、凸面型４に接し
ているほうの蒸着面である。鏡面の形状精度ならびに表
面あらさは、凸面型４の凹面のそれが写しとられるので
、この凸面型はガラスを研磨してつくるのが望ましいが
。

金属であってもよい。無機物蒸着面を凸面型４からはが
れやすくするために、凸面型に薄く離型剤（例えばシリ
コーン系、ふっ素糸）を塗布してから金属を蒸着するこ
とが望ましい。

次に、無機物を蒸着した面３の表面に接着剤５を塗布し
て、これに凹面状のＣＦＲＰ積層品２をのせて、接着剤
５を硬化させる。その後ＫＣＦＲＰ積層品２を凸面型４
よシ引離すと、無機物を蒸着した面３はＣＰＲＰ積層品
２に転写され、平滑処理した面を有するＣ　Ｐ　ＲＰ積
層品７が得られる（第２図参照）。この平滑処理した面
を有するＣＦ几Ｐ積層品７に金属６を蒸着するとＣＦＲ
Ｐミラー１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。ま九ＣＦ几Ｐ凹面の表面あらさけ、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ＫＣＦＲＰ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。

ＣＦ’ＲＰ積層品の平滑処理した面に蒸着される金属は
９反射率が最も高いアルミが望ましく、クロム、ニッケ
ル、銀などでもよい。いずれも表面となる蒸着面は、緻
密にできて９表面あらさが極めて小さく、逆ＫＣＦ’几
Ｐ積層品のほうの面は無機物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
１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９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０．５μｍ以下
のものが好ましい。

本発明の製造法において、研磨面に対してＣＦＲＰ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）の織布もしくは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。

（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 次のようにして平滑処理面をガラス凸面レンズからＣＦ
ＲＰに転写、さらに、金属蒸着して本発明のＣＦＲＰミ
ラーを得た。

直径３０ａｎ、焦点距離７ｍ、厚さ約１．５ｃｍ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
パ社製ＱＺ−１３３を塗布し、ふきとり跡がほとんどみ
えなくなるまで、布でふきとった。

この面に一酸化ケイ素を２．　ＯＸ　１０−’　Ｔｏｒ
ｒの真空中、室温で１．０μｍ厚さに蒸着した。蒸着速
度は約２０Ｘ／秒とした。

ＣＦ’ＲＰ積層品は、平織カーボンクロス（東し。

トレカナ６３４３）を４．５枚／柵の密度で積層し。

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１６０℃
、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
１面圧約１０ｋｇ／ａｍ”を加えて、中央部の厚さが約
１０ａｎｏになるように、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０．１０　ｍであった。

ＣＦＲＰの凹面はす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磨した。

このＣＦＲＰ凹面を１３０℃にしておき、その中央部に
直径が約２０ｃｍとなる量で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ＣＹ２Ｏ
５１００部、酸無水物硬化剤ＨＹ−９０４１００部、ア
ミン系硬化促進剤ＤＹ−０６３２部を配合）を流し込み
、この上から１３０℃に予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９の重＃）ヲか
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、蒸着面はＣＦＲＰに転写され、平
滑処理した面が得られた。この面に純アルミを２．　Ｏ
Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒの真空中、室温で１．０μｍ厚
さに蒸着した。蒸着速度は、厚さ０．５　μｍｔテハ約
８０Ａ／秒Ｃ，以後ハ約２　ｏＸ／秒とした。

このようにして得られた鏡面の反射は極めてよく９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太きなうねシが目視された。そこ
で触針式の表面粗さ測定器（東京精密社製のＳＵＲＦＣ
ＯＭ）で、うねりを測定した。第３図に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。

カーボンクロスは、使用糸が３０００本のカーボン繊維
からな９．平織の糸密度は、たて糸、よこ糸ともに１０
柵轟たり５本である。第３図で、カーボンクロス８は、
たて糸９とよこ糸１０からなる。うねりは、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Ｍ１
１に沿って測定した。

第３図のＡＩは室温におけるうねりの測定結果を示すも
のである。うねりのピッチは、たて糸９のピッチと同じ
であり、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１．５μＩｎ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
ねり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
まりほぼ室温である。そこで接着剤の硬化を室温付近で
行えば、使用温度において。

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

実施例２ 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ＢＰ−８０７１００部に、旭電化製の変性ジアミノジ
フェニルメタンＥＨ−５５１５０部を配合）に変え、他
は同様にして実施した。ガラス凸面レンズとＣＦＲＰは
５０℃に予熱しておき、７ｋｇ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
。このようにして形成したＣＦＲＰ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３図のＢｌ、
Ｂ２．Ｂ３である。Ｂ１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、凹凸の高さは、いずれも約
０．７μｍであり、前述の１３０℃硬化の場合の室温に
おける値より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 直径３０ｃｍ、焦点距離３ｍ、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ＱＺ−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。

この面に一酸化ケイ素を２．　ＯＸ　１０”　Ｔｏｒｒ
の真空中、室温で１．０μｍ厚さに蒸着した。蒸着速度
は約２０Ａ／秒とした。

実施例１と同様に成形したＣＦＲＰの凹面はす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
軽く研磨した。このＣＦ　ＲＰ凹面の中央部に直径が２
０ｃｍとなる量で接着剤のエポキシ樹脂（チバ社製エポ
キシ樹脂ＣＹ２２５１００部、変性酸無水物硬化剤ＨＹ
２２５　８０部を配合）を流し込み、この上にガラス凸
面レンズを一酸化ケイ素蒸着面を下側にして載せ中央部
の接着剤を広げガラス凸面レンズを通して、接着剤界面
を目視しながら接着剤界面に空気を巻き込まないよう注
意した。次に、１３０℃で１２時間おいて硬化した。硬
化後室温にして離型させたところ、蒸着面はＣＦＲＰに
転写され、平滑な面が得られ、気泡の巻き込みはなかっ
た。この面に純アルミを２．　ＯＸ　１０−’　Ｔｏｒ
ｒの真空中、室温で１．０μｍ厚さに蒸着した。蒸着速
度は、厚さ０．５μｍまでは約８０＾／秒で、以後は約
２０＾／秒とした。

このようにして得られた鏡面の反射は極めてよく２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うねりの状態は実施例１と同じで
あった。

比較例１ 実施例１において一酸化ケイ素の蒸着のみを行わず、他
は同様に実施した。

接着剤が硬化後に室温にして離型させたところ。

蒸着面はＣＦＲＰにはきれいに転写されず、離型剤のく
もシが不均一に見られた。この面に純アルミを蒸着させ
たがその蒸着表面はきれいでなく離型剤のくもり模様が
そのまま浮き出し、光沢のある反射率の高い鏡面は得ら
れなかった。

（発明の効果） 本発明によれば、形状精度が良好で、鏡面の表面粗さが
小さく、かつ反射率の高いＣＦＲＰミラーを汚染されに
くい環境で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は９本発明に用いられるＣ　Ｐ　Ｒ，Ｐ積層品の
平滑処理を表わす断面略図、第２図は２本発明のＣＦＦ
ＬＰミラーを表わす断面略図、第３図は。 ＣＦＲＰ表面のカーボンクロスの織目とこれに対応する
鏡面のうねりの測定結果を示す略図である。 符号の説明 ｌ・・・ＣＦＲＰ凹面ミラー２・・・ＣＦ’ＲＰ積層品
３・・・無機物蒸着した面　　４・・・凸面型５・・・
接着面　　　　　　　６・・・金属蒸着した鏡面７・・
・平滑処理した面を有するＣＦＲ，Ｐ積層品８・・・カ
ーボンクロス　　　９・・・タテ糸１０・・・よこ糸　
　　　　　１１・・・うねシの測定機＋＋＼ 代理人　弁理士　若　林　邦　彦　　　・１／θ索喫 、ｆｆＪＢ　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、カーボン繊維強化プラスチツク積層品を平滑処理し
   た面に金属を蒸着させて鏡面を形成するカーボン繊維強
   化プラスチツクミラーの製造法において、研磨面を有す
   る型に無機物を蒸着し、得られた無機物蒸着面とカーボ
   ン繊維強化プラスチツク積層品とを無溶剤形の接着剤で
   接着したのち、研磨面と無機物蒸着面との間を離型させ
   、無機物蒸着面をカーボン繊維強化プラスチツク積層品
   に転写後、この平滑処理面に金属を蒸着させて鏡面を形
   成することを特徴とするカーボン繊維強化プラスチツク
   ミラーの製造法。