JPS63303301A

JPS63303301A - 炭素繊維強化炭素製ミラ−

Info

Publication number: JPS63303301A
Application number: JP13934087A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kagawa; 豊香川; Makoto Utsunomiya; 真宇都宮; Mitsuyuki Imaizumi; 今泉　三之; Toshio Ono; 利夫小野; Hisayo Shimodaira; 下平　久代
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1988-12-09

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〕この発明は炭素繊維強化炭素製ミラーに関するものであ
る。

（従来の技術）従来のミラーとしては、カラス、スデンレス。

銅アルミニウム等を用いたものか一般的てあフだ。カラ
スに金を陸着したりモリブテンを蒸着したミラーは、表
面粗さの極めて小さい、光反射率の高い鏡面を有してい
る。また、スデンレス。

銅、アルミニウム等の金属を研磨して鏡面としたミラー
は、ガラスミラーはどの鏡ｍはｉｊＩられないか、熱伝
導性に優れており、比較曲部ｒＰ−な工程でＩＦらねる
ことから広くＴ業師に用いられている（特開昭６０−８
９５４１号公報参照）。また、繊維強化プラスチックス
を基板とし、その表面に金属被覆を設けたものも、軽１
１であるために］二業的に用いられている（特開昭６１
−２７５０４−３公報参照）。

ところで、最近では、レーザの反射鏡や科学衛星等に搭
載するミラーとして、従来のミラーに増してより高Ｍｆ
＋’ｅなものか要求されている。これらの用途に用いら
れるミラーは、軽量であることはもちろん、ミラーとし
ての弾＋ｆ：率、強度、破壊靭性なとの機械的特Ｈに優
れるとともに、外部温度の変化に対しても寸法安定性か
良いというような熱的時ｆｌｉに優れていることが必要
である。

このようなミラーとしては、繊維ガラスセラミック複合
材とガラスミラー表面材とからなる積層構造ミラーブラ
ンクがすてに提案されている（特開昭６１−１１２４：
間公報参照）。

（発明か解決しようとする間■点）ところか、従来のミラーは、ガラスミラーの場合、軽ｈ
↓、耐熱性に優れてはいるものの弾性率か小さく、また
、破壊靭性が小さいために割れやすく、信ｆｌ＋Ｉ［に
欠けるという欠点を有している。

金属を用いたミラーは、ｔ７ｊいためにミラーを可動部
分に用いることか難しく、また、科学衛星に搭載するも
のては重いために打にげ費用がかさむという問題があっ
た。さらに、熱肛張率が大きく熱に対１−る中法安定性
に欠けるという避は難い欠点を有している。

繊維強化プラスチックスな基板とするミラーは、軽量で
あるという大きな利点を有するが、ミラー表面の硬さか
不１＝分てあったり、また、ミラーに要求される表面結
反を得ることか難しい欠点があった。さらに、熱的特性
に関しては、耐熱性に劣るとともに熱伝導率が小さいと
いう欠点があった。

ｙＡ維カラスセラミック複合材とガラスミラー表面材か
らなる間層構造ミラーブランクは、上記欠点を改良しよ
うとするものであるか、なお厳しい＋１能が要求される
用途には、より高性能、軽量なミラーが要求されている
。

この発明は、ト述した従来のミラーの欠点を解消するた
めになされたもので、軽［１１で、弾性率、強度、破壊
靭性等の機械的特性に優れ、かつ、低熱膨張、高熱伝導
性等の熱的特性に優れるとともに、耐熱＋１を兼ね備え
た炭素繊維強化炭素製ミラーを提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段）この発明に係る炭素繊維強化炭素製ミラーは、軽！ｔ１
で”５１１性率、強度、破壊靭ＰＬに優れるとともに、
低熱膨張かつ高熱伝導の炭素ｉａ維強化炭素を基板とし
て用い、その表面（月面または両面）にガラスミラー表
面材料を結合させて、これに十分な表面平滑性を与える
とともに、ガラスミラー表面材料の表面に金属被覆層を
設けたものである。

第１図は、このように構成された炭素繊維強化炭素製ミ
ラーの代表例をｔＪ＜す縦断図である。１は炭素繊維強
化炭素の基板で、その片面にはガラスミラー表面材料２
か結合されている。３は、このガラスミラー表面材料２
の表面に設けられた金属被覆層である。

基板１を構成する炭素繊維強化炭素は、一般に、ＰＡＮ
系、ピッチ系、レーヨン系の炭素繊維のうち少なくとも
２種類を同時に炭素マトリックスと複合化させたもので
ある。この際、炭素繊維は連続状または織物状としたも
のが用いられる。炭素ｍ組節化炭素は、樹脂含浸炭化法
、ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｃｐ
ｏｓｉｌ、１ｏｎ）やＣＶＩ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｒ　Ｉｎｆｉｌｔｒａｔ、１ｏｎ）法等の周知の方
法で製造されるものが用いられる。

炭素ｗａ維組節炭素中ての炭素繊維は、０”１０°のよ
うに一方向に配列されているものても支障ないか、炭素
繊維強化炭素の異方性を出来る限り少なくするために、
少なくと６２方向に配列されていることか好ましい。こ
の場合、炭素繊維の炭素マトリックス中で交互に配列さ
れていることか特に好ましく、例えば、基本的には炭素
ｍＭ＃は０°／９０°、０°／±４５°／９ｏ°及び０
°／±６０°からなる群より選ばれる−っの配向をとる
ように積層さねていることが特に好ましい。また、ニー
次元またはＥ次元状に織られた炭素織物を用いることも
炭素繊維強化炭素の異方性を解消するのにイＦ効てあり
、このような状態の繊維を用いた炭素繊維強化炭素の基
板も用いられる。

ガラスミラー表面材料２の厚さは、最小３μｍから最大
は基板１の厚さの１１５以下に設定される。ガラスミラ
ー表面材料２の厚さが３μｍ以トでは炭素繊維強化炭素
の基板１トに出た炭素繊維の突起を完全に覆うことが不
可能となり、ガラスミラー表面材料２に霊水される１−
分な表面平滑刊を得ることか出来なくなり、また、その
厚さか基板１の厚さの１１５を越えると、ガラスミラー
表面材料２の熱膨づ長生、熱伝導率か炭素繊維強化炭素
製ミラーの特性に及ぼす影響が大きくなり、炭素繊維強
化炭素の持つ優れた熱的特性を利用しにくくなる。また
、炭素繊維強化炭素とガラスミラー表面材料の間に熱膨
張係数の差があるため、温度変化（−１５０℃〜３００
　’Ｃ）の繰り返しによって基板１とガラスミラー表面
材料２との間で剥離を生しやずいのて、ガラスミラー表
面材料２の厚さは、３μｍから基板１の１１５の厚さの
範囲に設定される。

好ましいガラスミラー表１ｍ材料としては、熱膨張係数
が−１．５〜６８　ｘ　１０−’／”Ｃの範囲にあるガ
ラスである。特に好ましいガラスどしては、低熱膨張の
チクン珪酸カラス（例えば、米国ＣｏｒｎｉｎｇＧｌａ
ｓｓ　Ｗｏｒｋｓ、コート番シ；７９７１）、石英カラ
ス（例えば、米国ＣｏｒｎｉｎｇＧｌａｓｓ　Ｗｏｒｋ
ｓ。

コート番号７９４０）などがある。また、ほう王Ｆ酸ガ
ラス（例えば、米国（：ｏｒｎｉｎｇＧｌａｓｓ　Ｗｏ
ｒｋｓ。

コード番号７７４０．７７６０，７７２０゜７９４１な
と）、アルミノ珪酸ガラス（例えば、米国Ｃｏｒｎｉｎ
ｇＧｌａｓｑ　Ｗｏｒｋｓ、コ−１ｑ番号１７２０゜１
７２３．０３１７なと）も用いられる３、さらに、石英
カラスとほうｆ１酸ガラスとアルミノ珪酸ガラスを混合
１７だものを用いても良い。

基板１とガラスミラー表面材料２の結合は、基板１とガ
ラスミラー表面材料２を禎層したものを真空あるいは窒
素、アルゴンなどの非酸化＋′ＩＳ″囲気中て、ガラス
ミラー表面材料の粘度が１０４ボイス、すなわち作業点
以下の温度て行わわる。この際、基板１とガラスミラー
表面材料２の間に１分な結合か得られるように前月−力
を加えるなとの方法かとられる。このような結合はホッ
トプレスなと通常周知の方法で行われる。また、この発
明による炭素繊維強化炭素製ミラーでは、有機もしくは
無機系の接着材料を用いてもよい。

金属被覆層３には、金、アルミニウム、モリブデン、銅
またはこわらの金属を主成分とする各種合金か用いられ
ても良い。これらの金属は、化学メッキ、物理的蒸着法
等周知の方法でガラスミラー表面材料の表面に被覆され
る。金属被覆層のＪ「＾さは、０．５ｍｍｍｍトート−
ることか好ましく、厚さが０．５ｍｍを越えると、ガラ
スミラー表面材料２との間の熱膨張率のｙ−により、使
用中に剥訓を７＋−シやすく、また、均一に被覆するこ
とも技術的に困難となる。

金属被覆層は、ガラスミラー表面材料２の全面に被覆さ
れる。また、ガラスミラー表面材料２の表面の全面がミ
ラーとして利用されない場合には、必要とされる部分に
金属被覆層２を設ければ良い。この際、金属被覆層の面
積かガラスミラー表面材料２の表面積の５０％以下では
、炭素繊維強化炭素製ミラーの寸法や重量に対するミラ
ーとしての効率か低下するのて、金属被覆層３としては
ガラスミラー表面材料２の表面積の５０％以上あること
が好ましい。

金属被覆層３は、更に、５ｉ０２、八１２０３　、７＋
０．、などの保護膜でコーチインクされることが好まし
い。このコーディングは蒸着法など周知の方法で行われ
、金属被覆層３が傷や変質により劣化するのを防止する
ためのものである。

なお、ミラー面はきＬ面でも曲面であってもよい。

（作用）この発明によれば、炭素繊維強化炭素の優れた機械的特
性と熱的特性か反映したミラーを得ることかできる。す
なわち、軽量なミラーか得られることは勿論、弾＋′［
率、強度、破壊靭性等の機械的特性に優れ、したがって
、こわれにくいミラーを得ることかできる。また、熱的
膨張率か小さく、熱伝導率が大きい等の熱的特性に優れ
、したかつて、寸法変化の少ない高精度のミラーを得る
ことかてきる。

（実施例）以下、この発明の一実施例を説明する。

炭素マトリックス中にｌｌ′ｌ径７μｍの炭素繊維を、
［０°１０°］　ｎ、［０°／９０°］８、［０°／±
４５°／９０°　］４、　［０°／±６０°］　、　、
　ｆｆ−次元織物構造、および−二次元織物構造となる
ように配列した炭素繊維強化炭素をＣＶＤ法により作製
した。その後、さらに２８００℃〜３０００℃にて炭素
マトリックスの黒鉛化を４ｉ＝〕だ。このとき、炭素マ
トリックス中の炭素繊維の体積率は２０〜６５％とした
。このようにして密度１．６〜１　、９６　ｇ／ｃｍ３
の炭素繊維強化炭素のＪ、を板をＩＢ＋だ。

ついで、この炭素繊維強化炭素の基板の表面に、熱膨張
率か０．５Ｘ　１０−’／”Ｃのチタン珪酸カラスを真
空中でホットプレス法により結合させ、さらに、このチ
タン珪酸ガラスの表面にＡｕを２０〜２００人スパッタ
法により蒸着し、炭素繊維強化炭素製ミラーを得た。

このようにして得られた炭素繊維強化炭素製ミラーにつ
いて、比弾性率、熱伝導率、熱膨張係数を測定した。第
２〜４図はそれらの測定結果を示す。すなわち、第２図
は比弾性率を、第３図は熱伝導率を、第４図は１−記ミ
ラー表面に垂直な方向の熱膨張係数をそれぞれ示したも
のである。

測定結果から明らかなように、実施例のミラーは機械的
特性と熱的特性において優れていることが判る。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、基板となる炭素繊維
強化炭素の優れた弾性率、強度、破壊靭性などの機械的
特性と低熱膨張、高熱伝導性などの熱的特性を利用てき
るので、軽量で機械的特竹と熱的時＋Ｉ］に優れ、した
かって、レーザの反射鏡や科学術１１！に搭載するのに
−１分な特性を有し、これらの用途に最適なミラーを得
ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の炭素繊維強化炭素製ミラーの代表例
を示す縦断面図、第２図はこの発明の実７ｉｈ例による
炭素繊維強化炭素製ミラーの比弾性率を示すクラ７、第
３図は同し〈実施例による炭素繊維強化炭素製ミラーの
熱伝導率を示すクラ７、第４図は同し〈実施例による炭
素繊維強化炭素製ミラーのミラー面に小直な方向の熱膨
張係数を示すクラ７である。１は炭素繊維強化炭素の基板、２はガラスミラー表面材
料、３は金属被覆層である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素繊維強化炭素の基板と、その表面に結合した
ガラスミラー表面材料と、その表面に設けた金属被覆層
とからなる炭素繊維強化炭素製ミラー。
（２）ガラスミラー表面材料は、その熱膨張係数が−１
．５〜６８×１０＾−＾７／℃の範囲であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の炭素繊維強化炭素
製ミラー。
（３）ガラスミラー表面材料は、低熱膨張のチタン珪酸
ガラスからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第２項に記載の炭素繊維強化炭素製ミラー。
（４）ガラスミラー表面材料は、石英ガラスからなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
載の炭素繊維強化炭素製ミラー。
（５）ガラスミラー表面材料は、高珪酸ガラス、アルミ
ノ珪酸ガラス、ほう珪酸ガラスまたはこれらの混合物か
らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項に記載の炭素繊維強化炭素製ミラー。
（６）炭素繊維強化炭素は、ＰＡＮ系、ピッチ系、レー
ヨン系の炭素繊維のうち少なくとも１種類が同時に炭素
マトリックスと複合化されていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の炭素
繊維強化炭素製ミラー。
（７）炭素繊維強化炭素は、炭素繊維が炭素マトリック
ス中で少なくとも２方向に配列されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記
載の炭素繊維強化炭素製ミラー。
（８）炭素繊維強化炭素は、二次元または三次元に織ら
れた炭素繊維が用いられていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の炭素繊
維強化炭素製ミラー。
（９）炭素繊維強化炭素は、炭素繊維が０°／０°、０
°／９０°、０°／±４５°／９０°及び０°／±６０
°からなる群より選ばれる一つの配向をとるように積層
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
し第８項のいずれかに記載の炭素繊維強化炭素製ミラー
。
（１０）炭素繊維強化炭素の基板とガラスミラー表面材
料は、真空または非酸化性雰囲気でガラスの作業点以下
の温度で結合可能な加圧力を加え、直接結合されること
を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項のいず
れかに記載の炭素繊維強化炭素製ミラー。
（１１）炭素繊維強化炭素基板とガラスミラー表面材料
は、有機もしくは無機系の接着材を用いて結合されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項のい
ずれかに記載の炭素繊維強化炭素製ミラー。
（１２）金属被覆層は、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕまたは
これらを主成分とする合金属であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれかに記載の
炭素繊維強化炭素製ミラー。
（１３）金属被覆層は、ガラスミラー表面材料の表面に
表面積にして少なくとも５０％以上設けられていること
を特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の炭素繊維
強化炭素製ミラー。
（１４）金属被覆層は、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、
ＴｉＯ＿２などの保護膜でコーティングされていること
を特徴とする特許請求の範囲第１２項または第１３項に
記載の炭素繊維強化炭素製ミラー。
（１５）ミラー面が曲面であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項ないし第１４項のいずれかに記載の炭素
繊維強化炭素製ミラー。