JPS6127503A - 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（ＣＦＲＰ）　　ミラーの製造法に関する
。

（従来技術） 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、平行光を集光するパラ
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けるのに、
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（夜はは一６０℃近。ア温度が低
下する。

ミラーの材質は、一般に軽金属（例えばアルミ合金）や
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ、例えばＣＦＲＰ）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ｉして形成される。ミラーの材質は軽くて剛性が大
きく、かつ湿度変化による寸法変化が小さいのがよ（、
ＣＦＲＰが最も適している。

しかし問題はＣＦＲＰ板に金属蒸着鏡面を形成する方法
である。ミラーとしての機能を十分に発揮するには、ま
ず平面９球面、パラボラ面等の形状の精度が高いことが
必要である。次には９表面の凹凸（あらさ）が小さく９
反射率が高いことが・必要である。この表面の凹凸には
、ミクロな表面あらさと１本発明で問題とする比較的太
きなうねシとがある。ミクロな表面あらさは９表面の反
射率を低下させ、うねシは反射の方向を乱すので問題と
なる。

第２図は従来のＣＦＲＰ積層品の表皮部付近の断面略図
である。ＣＦＲＰ積層品は一般にカーボン繊維の二方向
織クロス１２を積層して熱硬化性樹脂組成物（例えばエ
ポキシ樹脂組成物）を含浸してつくられる。図で１はカ
ーボン繊維のクロス１２を構成するたて糸、２はよこ糸
であシ、３は含浸樹脂である。一般にこのようなＣＦＲ
Ｐ積層品は。

まずカーボン繊維クロスを積層しておき、樹脂組成物を
減圧含浸したのちに、含浸樹脂を加熱硬化してつくる。

硬化温度は一般に１２０〜１６０℃である。ところが硬
化成型後に室温にすると、第２図のように１表面に凹部
４と凸部５ができる。

ここで凸部５の位置は、たて糸ｌとよこ糸２が重なった
部分であシ、その他は凹部４となる。これは樹脂の熱収
縮によっておこシ、たて糸とよこ糸の重な多位置では樹
脂の含有率が小さいので熱収縮が小さいが、他の部分で
は比較的樹脂の含有率が大きいので、熱収縮が大きくて
凹むのである。

このような、大きなうねシのあるＣＦＲ，Ｐ積層品の表
面に、金属を蒸着して鏡面を形成しても、十分に反射方
向性のある鏡面が得られない。そこで第３図に断面略図
を示すように、第２図のＣＦＲＰ積層品の表面を削って
、うねシをのぞいてから９表面にコーティング樹脂層６
をもうけることが考えられる。ここでコーティングする
目的は、ＣＦＲＰ積層品を削っただけの面は９表面にカ
ーボン繊維（直径約７μｍ）がでており、この面に蒸着
しても９表面のあらさのために反射率の高い鏡面ができ
ないからである。

第４図は第３図のＡ部の拡大図である。表面を削ったＣ
ＦＲＰ積層品の表面には、一部露出しているカーボン繊
維７ａ、とれかかっているカーボン繊維７ｂ、あるいは
カーボン繊維が欠落した穴８がアシ、カーボン繊維の直
径に相当する数μｍの凹凸がある。−面に光沢のある鏡
面を得るＫは表面あらさは０．１μｍ以下でなければな
らず、これでは不十分である。そこでコーティング樹脂
６をほどこして９表面あらさを低減するのであるが。

第４図のように、カーボン繊維の露出部は樹脂にぬれに
くいので、これが不可能である。

そこで考えられるのは、第５図に示すように。

まず表面あらさが極めて小さいガラス板（あるいは金属
板）９に、鏡面とする金属１３をあらかじめ蒸着してお
く。このとき、蒸着層をはがし易くするため少量の離型
剤（シリコーン系、ふっ素糸など）をうすくぬっておく
のがよい。次に表面のうねシをのぞいた（例えば軽くサ
ンドペーパーをかける）ＣＦＲＰ積層品を、接着剤１ｏ
でもって接着する。次にガラス板９とＣＦＲＰ積層品を
離型すると、接着剤によって金属蒸着層はＣＦＲＰ積層
品側に転写されて９表面あらさの小さい鏡面をもっＣＦ
ＲＰミラーとすることができる。

ところで接着剤１０は、内部に気泡を残さないように、
無溶剤形の熱硬化性樹脂組成物（例えばエポキシ樹脂組
成物）が使われる。この構造の場合、樹脂の硬化温度（
室温以上）では、うねシのない鏡面が得られるが宇宙環
境で遭遇する低温（約−６０℃）では、やはシうねシが
現れることを見出された。第６図は上記の方法で金属蒸
着層１ｓｔ、転写した〇ＦＲ，Ｐ積層品の表皮部付近の
断面略図であシ、室温で接着剤を硬化して転写し、低温
に冷却した状態を示す。ここで基体となるＣＦＲＰ積層
品の部分に、低温になると凸部５と凹部６とができ、つ
まりうねりが現われ表面の金属蒸着層。

１３にまでうねシがでて、鏡面にうねシが生じることに
なる。

（発明の目的） 本発明は、研摩面に金属を蒸着し、この蒸着面に無溶剤
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、ＣＰＲＰ積層
品に鏡面を転写させてＣＦＲＰミラーを製造する場合に
、鏡面のうねシの小さいＣＦＲＰミラーの製造法を提供
することを目的とするものである。

（発明の構成） 才努り、よ。

６研摩面に金属を蒸着し、この蒸着面に無溶剤形の接着
剤を塗布して、金属蒸着面側の表皮部を一方向織カーボ
ンクロスとした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。

該ＣＦＲＰ積層品に鏡面を転写させるＣＦＲＰミラーの
製造法に関する。

たて糸とよと糸とがほぼ等しい糸太さと糸密度で構成さ
れた平織、朱子織、あるいは綾織のカーボンクロスでは
、たて糸とよこ糸が交叉する部分は凸になシ、たて糸同
士あるいはよこ糸同士の間は凹になる。表面の凹凸（う
ねり）に影響を与えるのは、最も表面のカーボンクロス
であシ９本発明では、金属蒸着面側の表皮部をたて糸に
比べてよこ糸が極めて少ない、いわゆる一方向織カーボ
ンクロスとしたＣＦＲＰ積層品を用いてたて糸とよこ糸
の重なシを少なくして鏡面のうねシを低減するのである
。

本発明において用いられる一方向織カーボンクロスは既
に公知の材料である。また＝方向織カーーボンクロスは
、ＣＦＲＰ積層品の金属蒸着面側の少なくとも表皮部に
用いればよい。

第１図は本発明に用いられるＣＦ几Ｐ積層品の表皮部付
近の断面略図である。一般に最外層には一方向織カーボ
ンクロスｌｌａとｌｌｂを９０°の角度で直交させて配
する。これによシ、全体的な方向性が均等になる。１ａ
はたて糸、２ａはよと糸である。

一方向織カーボンクロスとしては、一般にたて糸はカー
ボン糸で構成し、よこ糸はカーボン糸。

ガラス糸、あるいは有機繊維の糸であってもよい。

たて糸は繊維本数を多くシ、これに対して、よこ糸は繊
維本数を少なくシ、かつたて糸に比べて。

よこ糸の糸密度を少なくして、織物の全面積に対して、
たて糸とよこ糸の交叉する部分の面積が少ないのが好ま
しい。構成的には、すだれのように。

たて糸がばらばらにならぬように、必要最小限のよと糸
を配するのがよい。

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９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系接着剤などがある。

ＣＦＲＰ＆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
。

本発明の製造法の一例を説明する。

精密に研摩した型に金属を蒸着して鏡面とし。

ＣＦＲＰミラーの鏡面となるのは、型に接しているはう
の蒸着面である。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、型の面のそれが写しとられるので、この型はガ
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。金属蒸着面を型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、鏡面の表面に接着剤を塗布して、これに表皮部を
一方向織カーボンクロスとしたＣＦＲＰ積層品をのせて
、接着剤を硬化させる。その後にＣＦＲＰ積層品を型よ
シ引離すと、鏡面はＣＦＲＰ積層品に転写され、ＣＦＲ
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。

むしろ接着剤との接着をよくするには、サンドペーパー
（例えば÷６００）であらした＃１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。

また鏡面となる蒸着される金属は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け極めて小さい。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〜ｘｏｏＡ／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０．５ｍμ以下のものが好ましい
。

本発明の製造法において、研摩面に対してＣＦＲＰ面の
形状精度が悪い場合には１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。

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、鏡面のうねシが低減される。

（発明の効果） 本発明の製造法によって得られるＣＦＲＰミ２−は、Ｃ
ＦＲＰ積層品に転写した鏡面に低温でも表面のうねりが
ほとんど発生せず、広範囲の温度にわたって、ミラーと
しての十分な機能をはたすことができる。

（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。

金属蒸着層の転写の方法は、実施例、比較例について共
通にした。すなわち、厚さ６　Ｎｎ（太き・さ約２０　
ｃｍ角）のガラス板の表面にシリコーン系離型剤（チバ
社製、ＱＺ−１３）を塗布し、ふきとυ跡が疎とんどみ
えなくなるまで、布でふき取った。鏡面となる金属蒸着
層は、純アルミを１．５×１　’０−５Ｔｏｒｒの真空
中、室温で２；０μｒｒｌ）厚すニ蒸着した。厚さ０．
５μｍまでは約２ｏＡｉ秒の蒸着速度、それ以後は約８
０Ｘ／秒の蒸着速度とした。

接着剤として室温硬化形のエポキシ樹脂組成物（シェル
社製、ＢＰ−８１５，１００部に、無電化、ＥＨ−５５
１．５０部を配合）を用いた。ガラス板とＣＦＲＰ積層
品は５０℃に予熱しておき。

ガラス板の金属蒸着層の上に接着剤をたらし。

ＣＦＲＰ積層品（大きさ約１５ｃｍ角）をのせて、５ｋ
ｇの重シをのせて接着剤を広げて余分なものを押出した
のち、３０℃で１２時間おいて硬化した。

ここで５０℃に予熱しておくのは、接着剤の粘度を下け
て広がり易くするためである。その後、ガラス板とＣＦ
ＲＰ積層品を離型すると、金属蒸着層は接着剤によって
ＣＦＲＰ積層品の表面に転写され。

反射率の高い光沢のある鏡面となった。

この鏡面のうねシを、触針式の表面あらさ測定器（東京
精密、ＳＵＲＦＣＯＭ）で測定した。なお、ＣＦＲＰ積
層品の表面は全てす６００のサンドペーパーで、成型時
にできたうねシが消えるまで研摩してから接着した。

（比較例） 比較例のＣＰＲＰ積層品は、平織カーボンクロス（東し
社製、トレカナ６３４３）を４．５枚／ｍｍの密度で１
０ｍｍ厚に積層し、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、０１　Ｔｏｒｒ下で減圧含浸したのち、大気圧下で
１２０℃、３時間、さらに１６０’Ｃ，５時間かけて硬
化して得た。

第８図には、比較例のＣＦＲＰ積層品に転写した鏡面の
うねシを一６０℃で測定した結果を、最外層のカーボン
クロスの織目との関連で示す。よこ糸２に沿ってのＢ線
上のうねシと、たて糸ｌに沿ってのＣ線上のうねシを図
中に示しである。いずれの場合にも、たて糸とよこ糸が
交叉する部分は凸となシ、糸の間は凹となる。うねりは
規則的であシ、そのピッチはカーボン糸の打込み幅に等
しく、凹凸の高さは約０．７５μｍである。この程度の
うねシであっても反射方向性を乱すことになる。

（実施例） 最外層のカーボンクロスを１枚だけ一方向織のカーボン
クロス（東し、トレカナ６３０２）にしり以外は比較例
と同一の材料を用い、同一の条件でＣＦＲＰ積層品を成
型した。この一方向織クロスは。

たて糸が３０００本のカーボン繊維からなるカーボン糸
で、よこ糸は２０４本のガラス繊維からなるガラス糸で
できている。

比較例で用いたカーボンクロス（トレカ≠６３４３）は
、たて糸、よこ糸がともに３０００本のカーボン繊維か
らなるカーボン糸で、糸密度がともに５本／ｃ１ｎの平
織である。実施例のカーボンクロスは。

糸密度はともに９本／ｃｍの朱子織タイプであるが。

よこ糸の繊維本数が極めて少なく、一方向織クロスと称
されている。

第１図には実施例のＣＦＲＰ板に転写した鏡面のうねシ
を一６０℃で測定した結果を、最外層の一方向織カーボ
ンクロスの織目との関連で示す。図でたて糸１ａはカー
ボン糸で、よこ糸２ａはガラス糸である。よこ糸に沿う
方向のうねりは、Ｂ線上でも、よこ糸のある位置のＢ′
線上でもほぼ同じであシ、凹凸は約０．２５μｍである
。これは比較例の場合の１／３である。また、たて糸に
沿う方向のＣ線上のうねりは約０．１５μｍでさらに小
さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は９本発明の実施例で用いたＣＦＲＰ積層品の表
皮部付近の断面略図、第２図は、従来のＣＦＲＰ積層品
の表皮部付近の断面略図、第３図は。 表面にコーティング樹脂層をもうけ九〇ＦＲＰ積層品の
表皮部付近の略図、第４図は、第３図のＡ部の拡大図、
第５図は９表面に金属蒸着層を転写し−たＣＰＲＰ積層
品の略図、第６図は、それから得られたミラーの表皮部
付近の断面略図、第７図は。 比較例のＣＦＲＰ積層品に転写した鏡面のうねシ・の測
定結果を最外層のカーボンクロスの織目との関連で示す
図および第８図は、実施例によるＣＦ几Ｐ積層品に転写
した鏡面のうねり測定結果を最外層のカーボンクロスの
織目との関連で示す図である。 符号の説明 １、ｌａ・・・たて糸　　　２，２ａ・・・よこ糸３・
・・含浸樹脂　　　　４・・・凹部５・・・凸部　　　
　　　　６・・・コーティング樹脂７．７ａ、７ｂ・・
・カーボン繊維 ８・・・カーボン繊維欠落穴９・・・ガラス板１０・・
・接着剤 １１ａ、ｌｌｂ・・・一方向織クロス １２・・・二方向線クロス　１３・・・蒸着金属子１０ ’ＪＪｚ図 第４（２） Ｌ 箒７図 ￥−２の 手続補正書（自発） 昭和５９年１０月　３８ １、事件の表示 昭和５９年特許願第１４８２４７号 ２、発明の名称 カーボン繊維強化プラスチックミラーの製造法３、補正
をする者 事件とのＩｌ！Ｉ係　　　　　特許出願人名　称　（４
４５１日立化成工業株式会社４、代　理　人 ５、補正の対象 ２）本願明細書第７頁第１〜４行に［研摩面に金属を蒸
着し、この蒸着面に無溶剤形の接着剤を塗布して、金属
蒸着面側の表皮部を一方向織カーボンクロスとし九〇Ｆ
ＲＰ積層品を接着したのち、」とあるのを「研摩面に蒸
着された金属面と、金属蒸着面側の表皮部を一方向織カ
ーボンクロスとしたＣＦＲＰ積層品とを無溶剤形の接着
剤で接着したのち、」と訂正します。 ３）同第１０頁末行に［場合によっては、接着剤はＣＦ
ＲＰ積層品に塗布してもよい。」を加入します。 以上 別紙 特許請求の範囲 剤で接着し九のち、研摩面と金属蒸着面の間を離型させ
て、該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４Ｉ微とするカーボン繊維強化プラスチ
ックミラーの製造法。 手続補正書（自発） ／／　　　３゜ 昭和５９年４　月例　日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、研摩面に金属を蒸着し、この蒸着面に無溶剤形の接
   着剤を塗布して、金属蒸着面側の表皮部を一方向織カー
   ボンクロスとした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
   、該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。