(57)【要約】【課題】鏡面精度の更なる高精度化を実現するための反射面の形成方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態の方法は、樹脂を含有する基材層の表面に、プラズマ溶射によりアンカー層を形成するプラズマ溶射工程と、  前記アンカー層の表面に、コールドスプレー法により反射層を形成するコールドスプレー工程と、を備える、反射面の形成方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を含有する基材層の表面に、プラズマ溶射によりアンカー層を形成するプラズマ溶射工程と、
前記アンカー層の表面に、コールドスプレー法により反射層を形成するコールドスプレー工程と、
を備える、反射面の形成方法。
【請求項２】
前記コールドスプレー工程は、
第１の粒子噴射速度を有する第１のコールドスプレー工程と、
第２の粒子噴射速度を有し、第１のコールドスプレー工程に続いて行う第２のコールドスプレー工程と、を含み、
前記第２の粒子噴射速度が前記第１の粒子噴射速度よりも高い、請求項１に記載の形成方法。
【請求項３】
前記プラズマ溶射工程の前段階において、前記基材層の表面にアンダーコート層を形成する工程をさらに備え、
前記アンカー層は、前記基材層上に形成された当該アンダーコート層の表面にプラズマ溶射により形成される、請求項１又は２に記載の形成方法。
【請求項４】
前記アンダーコート層は、酸化物セラミックスと熱硬化性樹脂とを含む、請求項３に記載の形成方法。
【請求項５】
反射面を有する反射部材であって、
樹脂を含む基材層と、
前記基材層の表面上に配置されたアンカー層と、
前記アンカー層の表面上に配置された反射層と、
を備え、
前記反射層が少なくとも２つの層を含み、前記少なくとも２つの層は、前記反射面側の層の第１の緻密度が前記基材層側の層の第２の緻密度よりも高い、反射部材。
【請求項６】
前記基材層と前記アンカー層との間に配置されたアンダーコート層をさらに備える、請求項５記載の反射部材。
【請求項７】
請求項５又は６記載の反射部材を備える、テラヘルツ波観測用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射面の形成方法、反射部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射部材は、ドアミラーやカーブミラーなどの交通・車両用途から、人工衛星搭載用反射鏡アンテナなど幅広い分野で用いられている。例えば人工衛星搭載用反射鏡アンテナなどに使用される場合、反射部材の鏡面精度の更なる高精度化が求められている。
【０００３】
特許文献１には、コアの両面に、炭素繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)からなるインナスキン及びアウタスキンを接合し一体化されたサンドイッチ構造のパネルを用いた衛星搭載用アンテナリフレクタが開示されている。
反射面の形成方法としては、従来から、ＣＦＲＰ表皮の上に直接アルミニウムを真空蒸着する製造工程が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９８２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、例えば真空蒸着によりＣＦＲＰにアルミニウムの反射面を形成する方法は、低温の熱サイクルによるＣＦＲＰスキンのトランスバースクラックの影響を受けやすく、また、薄いアルミニウムの蒸着層にＣＦＲＰの最外皮の繊維方向と一致する複数のクラックが容易に誘発してしまうという問題がある。
【０００６】
また、プラズマ溶射により金属の反射面を形成する場合には、衝突する材料粒子が半溶融して積層されることにより、成膜後の皮膜にマイクロポーラスが残留する場合がある。このため、プラズマ溶射を用いた場合には研磨による反射面の粗さ改善に限界がある。
【０００７】
そこで、本発明は、鏡面精度の更なる高精度化を実現するための反射面の形成方法、反射部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下の（１）〜（７）を提供する。
（１）樹脂を含有する基材層の表面に、プラズマ溶射によりアンカー層を形成するプラズマ溶射工程と、前記アンカー層の表面に、コールドスプレー法により反射層を形成するコールドスプレー工程と、を備える、反射面の形成方法。
（２）前記コールドスプレー工程は、第１の粒子噴射速度を有する第１のコールドスプレー工程と、第２の粒子噴射速度を有する第２のコールドスプレー工程と、を含み、前記第２の粒子噴射速度が前記第１の粒子噴射速度よりも高い、（１）に記載の形成方法。
（３）前記プラズマ溶射工程の前段階において、前記基材層の表面にアンダーコート層を形成する工程をさらに備え、前記アンカー層は、当該アンダーコート層の表面にプラズマ溶射により形成される、（１）又は（２）に記載の形成方法。
（４）前記アンダーコート層は、酸化物セラミックスと熱硬化性樹脂とを含む、（３）に記載の形成方法。
（５）反射面を有する反射部材であって、樹脂を含む基材層と、前記基材層の表面上に配置されたアンカー層と、前記アンカー層の表面上に配置された反射層と、を備え、前記反射層が少なくとも２つの層を含み、前記少なくとも２つの層は、反射面側の層の第１の緻密度が基材層側の層の第２の緻密度よりも高い、反射部材。
（６）前記基材層と前記アンカー層との間に配置されたアンダーコート層をさらに備える、（５）記載の反射部材。
（７）（５）または（６）記載の反射部材を備える、テラヘルツ波観測用アンテナ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鏡面精度の更なる高精度化を実現するための反射面の形成方法、反射部材を提供することができる。
【００１０】
特に、例えば宇宙観測に使用する電磁波を反射するためには、アンテナの反射面の粗さ精度を電磁波の波長の１／１５〜１／２０程度以下に抑える必要があり、従来の方法では、周波数で約１００ＧＨｚのミリ波帯までが限界であるが、本発明によりサブミリ波帯（テラＨｚ帯）の周波数の電磁波を反射可能なアンテナを提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る反射面を形成する方法の各工程を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る反射部材の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施例の反射部材の断面の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面も参照して本発明の実施の一形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１３】
まず、本実施形態の反射面の形成方法について説明する。図１は、本実施形態に係る反射面を形成する方法の工程を示している。また、図２は本実施形態の形成方法によって形成される反射部材の概略断面図である。
【００１４】
図２に示すように、本実施形態の反射部材１００は、樹脂を含む基材層１０と、基材層１０の表面上に配置されたアンカー層３０と、アンカー層３０の表面上に配置された反射層４０と、を備える。なお、以下に示す本実施形態の反射部材１００においては、樹脂を含有する基材層１０の表面にアンダーコート層２０が形成されている。
【００１５】
アンダーコート層２０の形成は、アンダーコート剤を基材（基材層１０）となるスキン材の表面上に吹き付け、乾燥させることによって行われる（図１の工程Ｓ１０）。
【００１６】
本実施形態の基材層１０は、ＣＦＲＰ製のハニカム構造としたコアの両面に、フィルム状接着剤によってＣＦＲＰ製のスキン材を接着したものを用いている。このスキン材は反射面の基材となる。なお、ＣＦＲＰ以外の樹脂をスキン材として使用することも可能である。
【００１７】
アンダーコート剤は、樹脂を含有する基材層１０の表面にアンダーコート層２０を形成することができる成分を含有するものであれば特に制限されないが、例えば無機物と有機物との混合物を用いてもよい。一例として、酸化物セラミックスと熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂など）を混合して得られるアンダーコート剤を用いてもよい。酸化物セラミックスとエポキシ樹脂とを含有するアンダーコート剤を用いることによって、強度や耐剥離性などをより向上することが可能となる。
【００１８】
形成されるアンダーコート層２０の平均厚さ（膜厚）は、１００μｍ以上あればよく、一例として約１２０μｍとすることができる。なお、膜厚の測定は、他の層も含め、断面観察用の試料を作成して、この断面を研磨した面を金属顕微鏡等で撮影して測定することができる。
【００１９】
次に、本実施形態においては、アンダーコート層２０の表面に、プラズマ溶射によりアンカー層３０を形成するプラズマ溶射工程が行われる（図１の工程Ｓ２０）。
プラズマ溶射工程は、例えばアルミニウムなどの粒子を加熱して半溶融の状態とし、これをアンダーコート層２０上に吹きつけてアンカー層３０（プラズマ溶射層）を積層させる工程である。
【００２０】
アンカー層３０を形成するための粒子成分としては、特に限定されず、例えば種々の金属粒子を使用することが可能であるが、後述する反射層との親和性、加工性の良さといった観点から、アルミニウム粒子を用いることが好ましい。
【００２１】
形成するアンカー層３０の厚さ（膜厚の平均）は、後述するコールドスプレー法における粒子の超高速衝突により樹脂を含有する基材側がブラストされてしまうことを抑制するためには、１４０μｍ以上の膜厚のアンカー層３０を形成することが好ましい。
【００２２】
アンカー層３０の表面に、コールドスプレー法により反射層４０を形成するコールドスプレー工程が行われる（図１の工程Ｓ３０及びＳ４０）。
【００２３】
コールドスプレー法は、成膜材料粒子を不活性ガスと共に超音速でアンカー層３０の表面に衝突させて成膜する方法である。コールドスプレー法においては、超音速でアンカー層３０の表面に衝突した材料粒子は塑性変形して固相接合して皮膜が形成される。なお、コールドスプレー法という技術用語を用いない場合であっても、方法として実質的に上記記載内容と差がない場合にはコールドスプレー法とみなすことができる。
【００２４】
コールドスプレー法は、第１の粒子噴射速度を有する第１のコールドスプレー工程（Ｓ３０）と、第２の粒子噴射速度を有する第２のコールドスプレー工程（Ｓ４０）と、を含み、第２の粒子噴射速度が第１の粒子噴射速度よりも高いことが好ましい。最初から粒子噴射速度の速い条件（強条件）でコールドスプレー工程を実行すると、高速粒子の衝突によりアンカー層３０（プラズマ溶射層）が剥離してしまう恐れがある。そのため、強条件でコールドスプレー工程を実行する前段階として、粒子噴射速度の遅い条件（弱条件）でコールドスプレー工程を実行することが好ましい。弱条件のコールドスプレー法で成膜すると、アンカー層３０の剥離は大幅に減少する傾向にある。
第１のコールドスプレー工程における第１の粒子噴射速度は、例えば５５０ｍ／秒以下であってもよく、例えば５００ｍ／秒以下であってもよい。第２のコールドスプレー工程における第２の粒子噴射速度は、例えば５５０ｍ／秒以上であってもよく、例えば６００ｍ／秒以上であってもよい。第１の粒子噴射速度および第２の粒子噴射速度は、粒子速度を実測してもよく、作動ガスやガス圧力、距離などから算出した予測値でもよい。
【００２５】
反射層４０を形成する粒子は、反射特性を発揮する成分であれば特に限定されず、例えば種々の反射性を有する金属粒子を使用することが可能である。金属粒子としては例えば、アルミニウム粒子を用いることが好ましい。
【００２６】
形成される反射層４０は、第１のコールドスプレー工程（Ｓ３０）によって形成される第１反射層４０Ａと第２のコールドスプレー工程（Ｓ４０）によって形成される第２反射層４０Ｂとを含む。第１反射層４０Ａの厚さは、例えば約３０μｍとすることが好ましく、第２反射層４０Ｂの厚さは、例えば約２７０μｍとすることが好ましい。
【００２７】
反射層４０を形成するコールドスプレー工程後に、切削工程や研磨工程を行うことも好ましい。これにより反射部材の鏡面性をより向上させることができる。ここで、切削工程や研磨工程は、第２反射層４０Ｂに対して施されることが好ましい。
【００２８】
なお、スキン材（基材層）の表面にプラズマ溶射層（アンカー層）を剥離しにくく形成するためには、本実施形態のように基材層とアンカー層との間にアンダーコート剤を介在させることが好ましいが、必ずしも必要不可欠というものではない。アンダーコート層を設けずに、樹脂を含有する基材層の表面に、直接プラズマ溶射によりアンカー層を形成する実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２９】
また、アンダーコート剤の吹き付け以外に、塗布によってアンダーコート層を形成してもよく、スクリーンプリント法など適宜公知の形成方法を用いてもよい。
【実施例】
【００３０】
図３は、一実施例の反射部材の断面の拡大写真である。また、下の表は、弱条件のコールドスプレーと強条件のコールドスプレーの各条件を示した表である。弱条件では、作動ガスとして窒素ガス（Ｎ2）を使用し、強条件ではヘリウムガス（Ｈｅ）を使用した。ガスの温度はいずれも４００℃である。ガス圧力は、弱条件では３ＭＰａ、強条件では２ＭＰａとした。スプレー距離、すなわち噴射口から皮膜形成対象表面までの距離はいずれも３０ｍｍとした。また、弱条件での粒子の噴射速度は秒速５００ｍ、強条件での粒子の噴射速度は秒速６００ｍと、ガス圧力等から予測値として算出された。
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【００３１】
図３において、符号１１０は基材層、符号１２０は基材層１１０の表面上に配置されたアンダーコート層、符号１３０はアンダーコート層１２０の上に配置されたアンカー層、符号１４０Ａはコールドスプレー法（弱条件）により形成されたアルミニウム反射層、符号１４０Ｂはコールドスプレー法（強条件）により形成されたアルミニウム反射層である。
【００３２】
こうして得られた表面のアルミニウム反射層１４０Ｂには、図３に示すようにマイクロポーラスあるいはボイドはほとんど含まれていない。すなわち、非常に緻密に形成された膜であることが分かる。実際に、アルミニウム層１４０Ａについてアルミニウムの純度を測定した結果、９５％という値が得られた。これを言い換えると、マイクロポーラスあるいはボイドが５％程度ということである。これでも十分に緻密な膜であると言えるが、この上に成形されたアルミニウム反射層１４０Ｂはこれよりもさらに緻密な膜となっている。
【００３３】
なお、本実施形態では、コールドスプレー工程を、弱条件と強条件の二つの工程に分けて実行した。ただし、プラズマ溶射工程２０のあとに単一のコールドスプレー工程を実行する方法も、本発明の技術的範囲に含まれる。また、コールドスプレー工程を３工程以上設けることもできる。その場合は、下の層よりも上の層の緻密度が高いことが望ましい。
【００３４】
以上の工程１０〜４０によって得られた図３に示す各層の寸法の測定値は以下の表１のようになった。
【表１】
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【００３５】
次に、強条件のコールドスプレー工程で得られたアルミニウム反射層について、マシニングセンタを用いて切削加工を行った（図１の工程Ｓ５０）。切削量は、切削がコールドスプレー層１４０Ｂに留まるように、１００〜１２０μｍとした。さらに、切削した表面に対して、鏡面研磨を行った（図１の工程Ｓ６０）。研磨方法は、一例として、フェルトボブハンドラップとすることができる。
【００３６】
切削後及び研磨後に、反射面の表面粗さを測定した。次の表２はその結果を示している。
【表２】
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【００３７】
この結果から分かるように、切削加工後の反射面は、サブミリ波帯（テラＨｚ帯）の電磁波を反射するのに十分な表面粗さが得られる。したがって、宇宙観測用として電磁波の反射に使用するアンテナであれば、切削加工するだけで十分である。一方、地上用途として光を反射するミラーとして使用する場合には、さらに研磨加工を加えてより表面粗さをさらに小さくすることが望ましい。
【００３８】
本発明に係る反射装置は、宇宙観測のようのアンテナや、地上用途のミラーなどに適用でき、また、本発明の方法は、このようなアンテナやミラーなどの反射装置の製造に使用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１１０  基材材
２０，１２０  アンダーとコート層
３０，１３０  アルミニウム層（プラズマ溶射層）
４０Ａ，１４０Ａ  アルミニウム層（弱条件のコールドスプレー層）
４０Ｂ，１４０Ｂ  アルミニウム層（強条件のコールドスプレー層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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