(57)【要約】【課題】宇宙等の温度変化の大きな環境においても、熱変形、熱歪みの小さい、高精度な光学反射鏡用基材、光学反射鏡。また、そのような光学反射鏡用基材の製造方法、光学反射鏡の製造方法。【解決手段】光学反射面２ａを有する金属層２の下地であるＣ／Ｃ基材１において、この基材１は、ＵＤ、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのＣ／Ｃ複合材料からなる層１ｂを備えた。また、Ｃ／Ｃ基材１を、１）Ｃ／Ｃ複合材料からなる母材１ａを形成する。２）母材１ａの表面を覆うように、ＵＤ、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのＣ／Ｃ複合材料からなる表面層１ｂを形成することにより、Ｃ／Ｃ複合材料の積層体で構成される成型体を作製する。３）成型体を、１７００℃から２２００℃の範囲内の温度で熱処理し、黒鉛化させる。という工程を含んで製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学反射鏡の光学反射面を有する金属層の下地である光学反射鏡用基材において、該基材は、一方向繊維、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーン（炭素繊維束）を使用したクロス、のいずれかのカーボン／カーボン複合材料からなる層を備えた光学反射鏡用基材。
【請求項２】
基材の表面は、中心線平均粗さが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光学反射鏡用基材。
【請求項３】
カーボン／カーボン複合材料からなる層における炭素繊維の体積含有率を、３０％から６５％の範囲内としたことを特徴とする請求項１記載の光学反射鏡用基材。
【請求項４】
１）カーボン／カーボン複合材料からなる母材を形成する工程と、
２）上記母材の表面を覆うように、一方向繊維、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのカーボン／カーボン複合材料からなる層を形成することにより、カーボン／カーボン複合材料の積層体で構成される成型体を作製する工程と、
３）上記成型体を、１７００℃から２２００℃の範囲内の温度で熱処理し、黒鉛化させる工程と
を含むことを特徴とする光学反射鏡用基材の製造方法。
【請求項５】
一方向繊維、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのカーボン／カーボン複合材料からなる層を備えた基材と、
該基材表面に形成され、光学反射面を有する金属層と、
を備えた光学反射鏡。
【請求項６】
基材の表面は、中心線平均粗さが５μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の光学反射鏡。
【請求項７】
カーボン／カーボン複合材料からなる層における炭素繊維の体積含有率を３０％から６５％の範囲内としたことを特徴とする請求項５記載の光学反射鏡。
【請求項８】
ａ）カーボン／カーボン複合材料からなる母材を形成する工程と、
ｂ）上記母材の表面を覆うように、一方向繊維、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのカーボン／カーボン複合材料からなる層を形成することにより、カーボン／カーボン複合材料の積層体で構成される成型体を作製する工程と、
ｃ）上記成型体を、１７００℃から２２００℃の範囲内の温度で熱処理し、黒鉛化させることにより、光学反射鏡用基材を作製する工程と、
ｄ）上記光学反射鏡用基材上に金属層を形成し、該金属層の上面を加工することにより該上面を光学反射面とする工程と
を含むことを特徴とする光学反射鏡の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭素繊維強化炭素（カーボン／カーボン）複合材料からなる光学反射鏡用基材と、これを用いて構成された光学反射鏡、光学反射鏡用基材の製造方法、光学反射鏡の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維強化炭素（カーボン／カーボン）複合材料は、これを用いて加工物の形成をする場合に、その加工物が有する線膨張係数を、繊維配向や繊維含有量を調整することにより所望のものとすることができる。例えば、カーボン／カーボン複合材料を光学反射鏡の基材に加工する場合、上述の調整により、基材表面の面内水平方向において、等方性であってかつゼロに近い程度に小さくすることが可能である。このように設計されたカーボン／カーボン複合材料を用いた加工物は、温度変化の比較的大きな環境下であっても熱変形や熱歪みが生じることなく、寸法的に安定しているといえる。
【０００３】
光学反射用基材にカーボン／カーボン複合材料を用いた光学反射鏡は、カーボン／カーボン複合材料からなる基材上に中間層を介して、例えばＡｌ等の好適な金属からなる表面層を被覆し、この表面層の表面を加工して鏡面化させて構成したものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、カーボン／カーボン複合材料からなるミラー用基材（基材）と、その上を覆うように形成された中間材と、更にその上を覆う鏡面形成材（表面層）、また鏡面（光学反射面）とで構成された光学ミラー（光学反射鏡）について開示されている。中間材はＭｏ、Ｗ、Ｎｂ等からなり、４０〜１００μｍ程度の厚さを有する。また、鏡面形成材はＡｌ合金、Ｃｕ合金等からなり、数百μｍ程度の厚さを有する。
【０００４】
カーボン／カーボン複合材料を用いて光学反射鏡用基材を形成すると、通常その基材の表面には凹凸やボイドが多数形成されてしまい、機械加工しても表面粗度を向上させることが難しいため、鏡面を形成するための金属層を設ける際に厚くしなければならない。これは、表面層が薄いと、表面粗度の悪い基材表面の影響を受け、表面層を高い精度で鏡面化することができないからである。
【０００５】
一方、金属層が厚いと、温度変化が大きな環境下では、基材の熱変形、熱歪みを避けることができず、そのため光学反射鏡の鏡面精度を維持することが難しい。したがって、特許文献１の光学反射鏡は、中間材を設けることにより基材の表面の凹凸やボイドの影響を少なくして、光学反射鏡用基材と金属層とを高強度に接合させ、表面層を薄く形成できるようにしたものである。
【０００６】
次に、特許文献１の光学反射鏡の作製方法について説明する。
まず、ミラー用基材の表面にプラズマ溶射またはレーザー溶射等の方法により、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ等からなる中間材を被覆する。中間材の厚さは、４０μｍ〜１００μｍの範囲であり、好ましくは５０μｍ〜６０μｍ程度である。次に、中間材の表面にＡｌ合金やＣｕ合金等の鏡面形成材からなる金属層を、好適な方法で数百μｍ程度被覆形成する。その後、金属層に好適な方法により超精密加工を施して鏡面（光学反射面）を形成し、光学反射鏡が完成する。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６２−２２９２０１号公報（１−３頁、第一図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光学反射鏡用基材、および光学反射鏡は、以上のように構成されていたため、以下に示すような課題があった。
従来のカーボン／カーボン複合材料を用いた光学反射鏡用基材は、熱変形等による金属層の変形が基材により抑制される程度に、金属層を薄く形成することができる。しかし、光学反射鏡全体の厚さは数百μｍ程度であるため、例えば宇宙環境等の、±１００℃を超えるような温度変化の激しい環境下では、金属層の変形、ひび割れや剥離等が生じるのを避けることができない。これは、基材の熱膨張係数は０〜−１ｐｐｍ／Ｋ程度、また、一般的に鏡面形成材として用いられる金属層の熱膨張係数は１０〜２０ｐｐｍ／Ｋ程度であり、熱膨張係数に大きな差があることによると考えられる。
【０００９】
しかし、これらのおそれを避けるために金属層を薄く形成すると、基材表面の凹凸やボイドの影響を多く受けて、基材の上側に形成する金属層の厚みむらが大きくなる。このため、温度変化が大きな環境では、光学反射面において、光学反射面の面外方向で歪みが生じるおそれがあった。
したがって、従来の光学反射鏡用基材は、金属層を設けるのに適した表面粗度を得ることが難しいという課題があった。
また、従来の光学反射鏡は、温度変化が非常に大きな環境下において光学反射面の変形や表面粗度の低下が生じ、光学反射鏡の精度を維持することが難しいという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、カーボン／カーボン複合材料を用いても金属層を設けるのに適した表面粗度を有する基材を得ることを目的とする。また、基材表面の粗さの影響を受けずに表面を薄く形成することが可能であって、宇宙空間等の温度変化の大きな環境下においても高い精度を維持できる光学反射鏡を得ることを目的とする。また、そのような基材の製造方法、光学反射鏡の製造方法を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光学反射鏡は、光学反射面を有する金属層の下地である光学反射鏡用基材において、この基材は、ＵＤ（Ｕｎｉ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：一方向繊維）、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーン（炭素繊維束）を使用したクロス、のいずれかのカーボン／カーボン複合材料からなる層を備えたものである。
【００１２】
この発明に係る光学反射鏡用基材の製造方法は、１）カーボン／カーボン複合材料からなる母材を形成する工程と、２）母材の表面を覆うように、ＵＤ、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのカーボン／カーボン複合材料からなる層を形成することにより、カーボン／カーボン複合材料の積層体で構成される成型体を作製する工程と、３）成型体を、１７００℃から２２００℃の範囲内の温度で熱処理し、黒鉛化させる工程とを含むようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る光学反射鏡は、一方向繊維、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのカーボン／カーボン複合材料からなる層を備えた基材と、この基材表面に形成され、光学反射面を有する金属層とを備えたものである。
【００１４】
この発明に係る光学反射鏡の製造方法は、ａ）カーボン／カーボン複合材料からなる母材を形成する工程と、ｂ）母材の表面を覆うように、ＵＤ、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのカーボン／カーボン複合材料からなる層を形成することにより、カーボン／カーボン複合材料の積層体で構成される成型体を作製する工程と、ｃ）成型体を、１７００℃から２２００℃の範囲内の温度で熱処理し、黒鉛化させることにより、光学反射鏡用基材を作製する工程と、ｄ）光学反射鏡用基材上に金属層を形成し、金属層の上面を加工することにより上面を光学反射面とする工程とを含むようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。実施の形態１から実施の形態３においては、この発明の光学反射鏡用基材と、光学反射鏡について説明する。また、実施の形態４においては、この発明の光学反射用基材の製造方法と、同様に光学反射鏡の製造方法について説明をする。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光学反射鏡用基材および光学反射鏡の説明図であり、図１（ａ）は光学反射鏡用基材１の概略的な断面図、図１（ｂ）は光学反射鏡１０の概略的な断面図である。なお、断面を示すハッチングは一部を除き省略してある。
光学反射鏡用基材（以下、Ｃ／Ｃ（Ｃａｒｂｏｎ／Ｃａｒｂｏｎ：カーボン／カーボン、炭素繊維強化炭素）基材ともいう。）１は、ここでは母材１ａと、その上側に設けられた表面層（Ｃ／Ｃ複合材料からなる層）１ｂとの、それぞれ異なった性質を持つＣ／Ｃ複合材料からなる二つの層で構成されている。このＣ／Ｃ基材１に、このＣ／Ｃ基材１表面を覆うように金属層２を形成したものが光学反射鏡１０である。金属層２は、光学反射面２ａを有する。
【００１６】
表面層２ｂは、ＵＤ（Ｕｎｉ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：一方向繊維）、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーン（炭素繊維束）を使用したクロス、のいずれかのＣ／Ｃ複合材料からなる層である。これらうちの一つの材料を用いた表面層２ｂは、非常に目の細かい繊維素材からなっている。このため、母材１ａの表面が粗く、凹凸やボイドが多数存在しても、その上に形成する表面層１ｂにより凹凸やボイドが埋められ、基材１表面は良好な表面粗度を得ることができる。
【００１７】
ここでいうペーパーとは、炭素繊維をばらばらに分散させ、和紙のように薄く製紙させた材料のことをいう。また、ペーパーのうち、比較的厚みのあるものは一般的にマットと呼ばれる場合もあるが、この厚みのあるマットを用いても良い。
また、フィラメント数１０００以下のヤーンを用いて炭素繊維のクロスに製織した場合、一般的にＣ／Ｃ複合材料として用いられるフィラメント数３０００〜１２０００の範囲内のヤーンを用いて炭素繊維のクロスに製織した場合と比較して、非常に目の細かいクロスが得られる。
【００１８】
以下、フィラメント数１０００以下のヤーンを用いて炭素繊維のクロスに製織した場合のクロスの目の大きさを「細かい」ものとし、それ以外のフィラメント数のヤーンを用いて炭素繊維のクロスに製織した場合のクロスの目の大きさを、「大まか」なものとする。
【００１９】
金属層２の材料は、例えばニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等の好適なものとする。Ｃ／Ｃからなる基材１の表面層１ｂに、例えばメッキや蒸着などの好適な方法で金属層２を被覆し、その表面を研削加工により鏡面加工して光学反射面２ａを形成する。また、熱膨張係数がマイナスのＣ／Ｃ基材１に金属層２が被覆されるため、光学反射鏡における熱膨張係数がゼロに近づき、熱変形や熱歪みのおそれの少ない、高い精度を有する光学反射鏡１０が得られる。
【００２０】
以上のように、この発明の実施の形態１の光学反射鏡のＣ／Ｃ基材１によれば、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかを用いた、表面層１ｂを備えている。このため、上述のいずれかの材料を用いた表面層１ｂは、非常に目が細かく、表面にボイドはほとんどみられないか、僅かに存在してもそれらは十分に無視できるほど極めて小さいものである。また、繊維クロス材で通常生じ易い繊維の屈曲による凹凸も少なく、平滑性に優れるため、機械研削性が良好で、鏡面用基材として十分な表面粗度を有するＣ／Ｃ基材１に仕上げることが可能であるという効果が得られる。
【００２１】
また、この発明の実施の形態１の光学反射鏡の基材１によれば、母材１ａおよび表面層１ｂはそれぞれ性質の異なるＣ／Ｃ複合材料からなるため、基材１の形成過程において、母材１ａおよび表面層１ｂは、各々に用意されたプリプレグを同時に積層して形成することができる。したがって、一度のプロセスで基材１を成形することができるという効果が得られる。
【００２２】
また、この発明の実施の形態１の光学反射鏡１０によれば、表面粗度が顕著に改善された基材１の表面に金属層２を形成しているため、十分に薄い金属層２を有する光学反射鏡を得ることができる。したがって、宇宙空間等の温度変化のある環境下でも、熱変形、熱歪みのおそれが少ない、高精度な光学反射鏡１０を得ることができるという効果が得られる。
【００２３】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について便宜的に図１を用いて説明する。
ここでは、光学反射鏡用基材１においてＣ／Ｃ基材１の表面を、中心線平均粗さ（Ｒ（ａ）；以下、粗度ともいう。）が５μｍ以下であるものとした。
【００２４】
これは、下地のＣ／Ｃ基材１の表面層１ｂの中心線平均粗さＲ（ａ）が５μｍ以下となるように調整することにより、高精度な光学反射鏡１０を得ることができるのを、実験により見出したためである。表面層１ｂの中心線平均粗さが５μｍを超える場合でも、反射鏡用基材として実用不可能ではないが、５μｍ以下の場合と比較して表面が粗いため、表面層１ｂ上に形成する金属層２の厚さにばらつきが生じてしまう。したがって、Ｃ／Ｃ基材１が受ける温度変化と、厚さ方向での熱変形量に差が生じ、５μｍ以下に調整されたものと比べて光学反射鏡としての精度が低下する。
【００２５】
一方、表面層１ｂの中心線平均粗さＲ（ａ）が５μｍ以下である場合、表面層１ｂ上に形成する金属層２の厚さを１０μｍ程度まで薄く形成しても、熱変形や熱歪み等の影響を受けることなく、精度の高いＣ／Ｃ基材１を得ることができた。また、そのようなＣ／Ｃ基材１を下地に用いることにより、表面層１ｂ上に形成する金属層２の厚さを１０μｍ程度まで薄く形成しても、熱変形や熱歪み等の影響を受けることなく、精度の高い光学反射鏡１０を得ることができる。
その他の構成要素については実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００２６】
以上のように、この発明の実施の形態２の光学反射鏡用基材１によれば、表面層１ｂを備えているため、実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この発明の実施の形態２の光学反射鏡の基材１によれば、Ｃ／Ｃ基材１の表面層１ｂの中心線平均粗さを５μｍ以下としたので、表面層１ｂの表面粗度がより向上し、よって光学反射鏡を製造するときに、表面層１ｂ上に形成する金属層２の厚さを１０μｍ程度まで薄く形成しても、熱変形や熱歪み等の影響を受けることがなく、光学反射鏡の精度を維持することができるという効果が得られる。
【００２７】
また、この発明の実施の形態２の光学反射鏡１０によれば、表面粗度が顕著に改善されたＣ／Ｃ基材１の表面に金属層２を形成するため、十分に薄い金属層２を有する光学反射鏡１０を得ることができる。したがって、宇宙空間等の温度変化のある環境下でも、熱変形、熱歪みのおそれが少ない、高精度な光学反射鏡１０を得ることができるという効果が得られる。
【００２８】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について便宜的に図１を用いて説明をする。
実施の形態３は、光学反射鏡用基材１における炭素繊維の体積含有率を３０％から６５％の範囲内であると規定したものである。その理由は、上述の炭素繊維の含有率が３０％未満の場合はＣ／Ｃ基材１を形成する前の段階の成型体において等方性が得にくいとともに、曲げ強度が不足することが実験により確かめられたためである。ここでいう成型体とは、実施の形態４で後述するが、プリプレグを積層すること等により形成された、基材１の原形であり、この成型体を熱処理することにより成型体が黒鉛化し、所望の基材１が形成される。
【００２９】
一方、炭素繊維の含有率が６５％を超える場合は、Ｃ／Ｃ基材１の成型体のマトリックスの体積が不足して層間せん断強度が低下し、上述の熱処理において割れが生じ易くなることが実験により確かめられた。
その他の構成要素については実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００３０】
以上のように、この発明の実施の形態３の光学反射鏡用基材１によれば、表面層１ｂを備えているため、実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この発明の実施の形態３の光学反射鏡用基材１によれば、炭素繊維の体積含有率を３０％から６５％の範囲内としたので、Ｃ／Ｃ基材１を形成する前の段階の成型体における等方性が得られ、曲げ強度や層間せん断強度が不足することもなく、Ｃ／Ｃ基材１の状態を更に良好なものとすることができるという効果が得られる。
【００３１】
また、この発明の実施の形態３の光学反射鏡によれば、実施の形態３の光学反射鏡用基材を下地として用いているので、表面層１ｂ上に形成する金属層２の厚さを１０μｍ程度まで薄く形成しても、熱変形や熱歪み等の影響を受けることなく、精度の高い光学反射鏡を得ることができる。
【００３２】
実施の形態４．
次に、実施の形態４の光学反射鏡用基材の製造方法、および光学反射鏡の製造方法について、便宜的に図１を用いて説明をする。
１．Ｃ／Ｃ基材（光学反射鏡用基材）１の製造方法
１）Ｃ／Ｃ複合材料からなる母材１ａを形成する。
２）母材１ａの表面を覆うように、ＵＤ、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのＣ／Ｃ複合材料からなる表面層１ｂを形成することにより、Ｃ／Ｃ複合材料の積層体で構成される成型体を作製する。
３）成型体を、１７００℃から２２００℃の範囲内の温度で熱処理し、黒鉛化させる。
【００３３】
２．光学反射鏡１０の製造方法
ａ）Ｃ／Ｃ複合材料からなる母材１ａを形成する。
ｂ）母材１ａの表面を覆うように、ＵＤ、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのＣ／Ｃ複合材料からなる表面層１ｂを形成することにより、Ｃ／Ｃ複合材料の積層体で構成される成型体を作製する。
ｃ）成型体を、１７００℃から２２００℃の範囲内の温度で熱処理し、黒鉛化させることにより、Ｃ／Ｃ基材１を作製する。
ｄ）Ｃ／Ｃ基材１上に金属層２を形成し、金属層２の上面を加工することにより光学反射面２ａを形成する。
【００３４】
ここで、Ｃ／Ｃ基材１の製造方法における３）工程と、光学反射鏡１０の製造方法におけるｃ）工程で、熱処理の温度を１７００℃から２２００℃の範囲内としたのは、１７００℃未満の温度では黒鉛化が充分に進まず、また２２００℃を超えるような高温で処理した場合は繊維が脆化してＣ／Ｃ基材１としての機械的特性が低下するためである。従って、光学反射鏡用Ｃ／Ｃ基材１として適した機械的および熱的特性を得るためには、上述の温度で黒鉛化のための熱処理が行われることが望ましいことがわかった。
【００３５】
次に、実施例１〜実施例４について説明する。いずれも、光学反射鏡用基材１の表面層１ｂのＣ／Ｃ複合材料の種類を変え、それぞれにおいて光学反射鏡１０の試作品１〜４まで製造し、その特性を比較した。
【００３６】
実施例１：表面層として、フィラメント数１０００以下のヤーンを使用した場合
Ｃ／Ｃ基材１の試作品１を、以下の手順に従って作製した。
まず、２種類の平織り炭素繊維製のクロス、すなわち強化繊維としてトレカＴ３００（東レ製）の６０００本のフィラメントを使用した平織りクロス（目付け３１７ｇ／ｍ２）と、トレカＴ３００の１０００本のフィラメントを使用した平織りクロス（目付け１１９ｇ／ｍ２）を用い、合成樹脂にはフェノール樹脂を用いた。各炭素繊維クロスにフェノール樹脂を含浸させプリプレグを作製した。このときの樹脂付着量は、重量比率で３６％から４４％の範囲である。
【００３７】
次に、目付け３１７ｇ／ｍ２のクロスに樹脂を含浸して作製したプリプレグシート８枚を擬似等方的に積層（繊維配向が０°、９０°、±４５°）し、さらにその上に、目付け１１９ｇ／ｍ２のクロスに樹脂を含浸して作製したプリプレグシート４枚を擬似等方的に積層（繊維配向が０°、９０°、±４５°）した。そして、これら合計１２枚のプリプレグシートを同時に金型にセットしたのち、プレスで加熱、加圧してＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ：炭素繊維強化プラスチック）成型体を得た。
【００３８】
このときの成型条件は、温度１８０℃、加熱時間３時間、成型圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２（４．９×１０５Ｐａ）である。得られたＣＦＲＰ成型体における炭素繊維の体積含有率は約５５％であった。
なお、上述した擬似等方積層とは、完全ではないが、擬似的に等方性になるように縦糸と横糸の繊維を上記のような角度に配列・積層させる積層方法である。このように積層することにより、方向による特性差がほぼ解消され、熱膨張係数や機械的特性が等方性を示すようになる。
【００３９】
ＣＦＲＰ成型体を焼成用のカーボン治具に挟み、不活性雰囲気中で８００℃まで昇温して黒鉛化させ、Ｃ／Ｃ化させた。その後、得られたＣ／Ｃ焼成体中のボイドを埋める（比重を高める）ため、ピッチを含浸、黒鉛化焼成する工程を２回繰り返した。ここでピッチの代わりに合成樹脂を使用してもよい。
次に、焼成用黒鉛製治具にＣ／Ｃ焼成体を挟んで固定し、不活性雰囲気中で２０００℃まで昇温して黒鉛化処理を行った。
【００４０】
続いて、黒鉛化されたＣ／Ｃ焼成体を機械研削して所定の反射面形状に加工し、Ｃ／Ｃ加工体の反射面形状に加工された面を超精密加工機で、表面を平滑に仕上げた。平滑にされた面に、電解メッキ法によりニッケル被覆層を所定の厚さ被覆させた。ニッケル被覆層の平均厚さは約２０μｍであった。
最後に、金属メッキ面を研削加工により厚さ１０μｍまで削り込み、さらに超精密加工機で鏡面に仕上げ、試作品１（光学反射鏡）を作製した。
【００４１】
試作品１の主要特性を下記に示す。
・完成品（光学反射鏡）の室温下での熱膨張係数：  ０．０５  ｐｐｍ／Ｋ
・メッキ前のＣ／Ｃ基材の室温下での熱膨張係数：  −０．１５  ｐｐｍ／Ｋ
・メッキ前、研削加工後のＣ／Ｃ表面の表面粗度（中心線平均粗さ）：  １．５μｍ
この発明の効果を確認するために、以下のような比較実験も行った。
【００４２】
実施例１の比較例
表面層１ｂを設けず、母材１ａのみから構成されるＣ／Ｃ基材１の試作品を実施例１と同様な工程で製造し、これを機械加工、表面研削し、表面にニッケルメッキ処理を行った。この比較用Ｃ／Ｃ基材試作品について、表面加工後の表面粗さを測定した結果、中心線平均粗さは１５μｍであった。また、クロスの織り目の隙間がボイドとして残っているのも確認され、その深さは最大で、０．３ｍｍであった。そしてメッキ処理後も表面に多数のピットが残り、鏡面仕上げが不可能であった。
【００４３】
実施例２：表面層としてＵＤ材を使用した場合
Ｃ／Ｃ基材の試作品を以下の手順に従って作製した。トレカＴ３００の６０００本のフィラメントを使用した平織りクロス（目付け３１７ｇ／ｍ２）と、トレカＴ３００の３０００本のフィラメントを使用した一方向材（以下ＵＤ材と記載する；目付け８０ｇ／ｍ２）を用い、合成樹脂にはフェノール樹脂を用いた。炭素繊維クロスにフェノール樹脂を含浸させプリプレグを作製した。このときの樹脂付着量は、重量比率で３６％から４４％の範囲である。
【００４４】
次に、目付け３１７ｇ／ｍ２のクロスに樹脂を含浸して作製したプリプレグシート８枚を擬似等方的に積層（繊維配向が０°、９０°、±４５°）し、さらにその上に、ＵＤ材に樹脂を含浸して作製したプリプレグシート８枚を擬似等方的に積層（繊維配向が０°、９０°、±４５°）した。そして合計１６枚のプリプレグシートを同時に金型にセットしたのち、プレスで加熱、加圧してＣＦＲＰ成型体を得た。このときの、成型条件は、温度１８０℃、加熱時間３時間、成型圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２（４．９×１０５Ｐａ）である。得られた成型体における炭素繊維の体積含有率は約５５％であった。
【００４５】
ＣＦＲＰ成型体を焼成用のカーボン治具に挟み、不活性雰囲気中で８００℃まで昇温して黒鉛化させ、Ｃ／Ｃ化させた。その後、得られたＣ／Ｃ焼成体中のボイドを埋める（比重を高める）ため、ピッチを含浸、黒鉛化焼成する工程を２回繰り返した。ここでピッチの代わりに合成樹脂を使用してもよい。
次に、焼成用黒鉛製治具にＣ／Ｃ焼成体を挟んで固定し、不活性雰囲気中で２０００℃まで昇温して黒鉛化処理を行った。
【００４６】
続いて、黒鉛化されたＣ／Ｃ焼成体を機械研削して所定の反射面形状に加工し、Ｃ／Ｃ加工体の反射面形状に加工された面を超精密加工機で、表面を平滑に仕上げた。平滑にされた面に、電解メッキ法によりニッケル被覆層を所定の厚さ被覆させた。ニッケル被覆層の平均厚さは約２０μｍであった。
最後に、金属メッキ面を研削加工により厚さ１０μｍまで削り込み、更に超精密加工機で鏡面に仕上げ、試作品２を作製した。
【００４７】
試作品２の主要特性を下記に示す。
・完成品（反射鏡）の室温下での熱膨張係数：  ０．０４  ｐｐｍ／Ｋ
・メッキ前のＣ／Ｃ基材の室温下での熱膨張係数：  −０．１６  ｐｐｍ／Ｋ
・メッキ前、研削加工後のＣ／Ｃ表面の表面粗度（中心線平均粗さ）：  ０．７μｍ
【００４８】
実施例３：表面層としてペーパー（マット）を使用した場合
Ｃ／Ｃ基材の試作品を以下の手順に従って作製した。トレカＴ３００の６０００本のフィラメントを使用した平織りクロス（目付け３１７ｇ／ｍ２）と、トレカＴ３００で作られたペーパー（またはマット；目付け５０ｇ／ｍ２）を用い、合成樹脂にはフェノール樹脂を用いた。炭素繊維クロスにフェノール樹脂を含浸させプリプレグを作製した。このときの樹脂付着量は、重量比率で３６％から４４％の範囲である。
【００４９】
次に、目付け３１７ｇ／ｍ２のクロスに樹脂を含浸して作製したプリプレグシート８枚を擬似等方的に積層（繊維配向が０°、９０°、±４５°）し、さらにその上に、ペーパーに樹脂を含浸して作製したプリプレグシート８枚を、繊維の配向性が均一に成るように積層（ペーパーのロール方向を縦、横、４５°と交互に積層）した。そして合計１６枚を同時に金型にセットしたのち、プレスで加熱、加圧してＣＦＲＰ成型体を得た。このときの、成型条件は、温度１８０℃、加熱時間３時間、成型圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２（９．８×１０５Ｐａ）である。得られた成型体における炭素繊維の体積含有率は約５５％であった。
【００５０】
ＣＦＲＰ成型体を焼成用のカーボン治具に挟み、不活性雰囲気中で８００℃まで昇温して黒鉛化させ、Ｃ／Ｃ化させた。その後、得られたＣ／Ｃ焼成体中のボイドを埋める（比重を高める）ため、ピッチを含浸、黒鉛化焼成する工程を２回繰り返した。ここでピッチの代わりに合成樹脂を使用してもよい。
次に、焼成用黒鉛製治具にＣ／Ｃ焼成体を挟んで固定し、不活性雰囲気中で２０００℃まで昇温して黒鉛化処理を行った。
【００５１】
続いて、黒鉛化されたＣ／Ｃ焼成体を機械研削して所定の反射面形状に加工し、Ｃ／Ｃ加工体の反射面形状に加工された面を超精密加工機で、表面を平滑に仕上げた。平滑にされた面に、電解メッキ法によりニッケル被覆層を所定の厚さ被覆させた。ニッケル被覆層の平均厚さは約２０μｍであった。
最後に、金属メッキ面を研削加工により厚さ１０μｍまで削り込み、更に超精密加工機で鏡面に仕上げ、試作品３を作製した。
【００５２】
試作品３の主要特性を下記に示す。
・完成品（反射鏡）の室温下での熱膨張係数：  ０．０６  ｐｐｍ／Ｋ
・メッキ前のＣ／Ｃ基材の室温下での熱膨張係数：  −０．１２  ｐｐｍ／Ｋ
・メッキ前、研削加工後のＣ／Ｃ表面の表面粗度（中心線平均粗さ）：  ０．９μｍ
【００５３】
実施例４：表面層としてカーボンフェルト材（フェルト）を使用した場合
Ｃ／Ｃ基材の試作品を以下の手順に従って作製した。トレカＴ３００の６０００本のフィラメントを使用した平織りクロス（目付け３１７ｇ／ｍ２）と、カーボンフェルト（厚さ２ｍｍ、目付け２６５ｇ／ｍ２）を用い、合成樹脂にはフェノール樹脂を用いた。炭素繊維クロスにフェノール樹脂を含浸させプリプレグを作製した。このときの樹脂付着量は、重量比率で３６％から４４％の範囲である。
【００５４】
次に、目付け３１７ｇ／ｍ２のクロスに樹脂を含浸して作製したプリプレグシート８枚を擬似等方的に積層（繊維配向が０°、９０°、±４５°）し、さらにその上に、カーボンフェルトに樹脂を含浸したプリプレグシート１枚を積層した。そして合計９枚のプリプレグシートを同時に金型にセットしたのち、プレスで加熱、加圧してＣＦＲＰ成型体を得た。このときの、成型条件は、温度１８０℃、加熱時間３時間、成型圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ２（１．４７×１０６Ｐａ）である。得られた成型体における炭素繊維の体積含有率は約５５％であった。
【００５５】
ＣＦＲＰ成型体を焼成用のカーボン治具に挟み、不活性雰囲気中で８００℃まで昇温して黒鉛化させ、Ｃ／Ｃ化させた。その後、得られたＣ／Ｃ焼成体中のボイドを埋める（比重を上げる）ため、ピッチを含浸、黒鉛化焼成する工程を２回繰り返した。ここでピッチの代わりに合成樹脂を使用してもよい。
【００５６】
次に、焼成用黒鉛製治具にＣ／Ｃ焼成体を挟んで固定し、不活性雰囲気中で２０００℃まで昇温して黒鉛化処理を行った。
続いて、黒鉛化されたＣ／Ｃ焼成体を機械研削して所定の反射面形状に加工し、Ｃ／Ｃ加工体の反射面形状に加工された面を超精密加工機で、表面を平滑に仕上げた。平滑にされた面に、電解メッキ法によりニッケル被覆層を所定の厚さ被覆させた。ニッケル被覆層の平均厚さは約２０μｍであった。
最後に、金属メッキ面を研削加工により厚さ１０μｍまで削り込み、更に超精密加工機で鏡面に仕上げ、試作品４を作製した。
【００５７】
試作品４の主要特性を下記に示す。
・完成品（反射鏡）の室温下での熱膨張係数：  ０．０７  ｐｐｍ／Ｋ
・メッキ前のＣ／Ｃ基材の室温下での熱膨張係数：  −０．１２  ｐｐｍ／Ｋ
・メッキ前、研削加工後のＣ／Ｃ表面の表面粗度（中心線平均粗さ）：  １．１μｍ
上記の各実施例において、ニッケル（Ｎｉ）メッキの代わりに、金（Ａｕ），銀（Ａｇ）などの金属メッキを行った場合も、ニッケル（Ｎｉ）メッキの場合と同様に、光学反射鏡用として優れた特性、効果が得られた。
【００５８】
以上のように、実施例１〜実施例４において、この発明による実施の形態１〜実施の形態３のＣ／Ｃ基材１およびこれを用いた光学反射鏡１０を、この発明によるＣ／Ｃ基材の製造方法、および光学反射鏡の製造方法に沿って製造したところ、いずれも優れた特性を有する光学反射鏡を得ることが確認された。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＵＤ、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのＣ／Ｃ複合材料からなる層を備えるように光学反射鏡用基材を構成したので、機械研削性が良好で、鏡面用基材として十分な表面粗度を有する光学反射鏡用基材が得られる効果がある。
【００６０】
この発明によれば、１）Ｃ／Ｃ複合材料からなる母材を形成する工程と、２）母材の表面を覆うように、ＵＤ、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのＣ／Ｃ複合材料からなる層を形成することにより、Ｃ／Ｃ複合材料の積層体で構成される成型体を作製する工程と、３）成型体を、１７００℃から２２００℃の範囲内の温度で熱処理し、黒鉛化させる工程とを含んで、光学反射鏡用基材の製造方法を構成したので、鏡面用基材として十分な表面粗度を有する光学反射鏡用基材を製造することができるという効果がある。
【００６１】
この発明によれば、一方向繊維、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのカーボン／カーボン複合材料からなる層を備えた基材と、この基材表面に形成され、光学反射面を有する金属層とを備えるように光学反射鏡を構成したので、温度変化の大きな環境においても、熱変形、熱歪みが小さく、高い精度を維持できる光学反射鏡が得られる効果がある。
【００６２】
この発明によれば、ａ）Ｃ／Ｃ複合材料からなる母材を形成する工程と、ｂ）母材の表面を覆うように、ＵＤ、フェルト、ペーパー、またはフィラメント数１０００以下のヤーンを使用したクロス、のいずれかのＣ／Ｃ複合材料からなる層を形成することにより、Ｃ／Ｃ複合材料の積層体で構成される成型体を作製する工程と、ｃ）成型体を、１７００℃から２２００℃の範囲内の温度で熱処理し、黒鉛化させることにより、光学反射鏡用基材を作製する工程と、ｄ）光学反射鏡用基材上に金属層を形成し、金属層の上面を加工することにより上面を光学反射面とする工程とを含むように光学反射鏡の製造方法を構成したので、温度変化の大きな環境においても、熱変形、熱歪みが小さく、高い精度を維持できる光学反射鏡を製造できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による光学反射鏡用Ｃ／Ｃ基材および光学反射鏡の構造を説明する図である。
【符号の説明】
１  Ｃ／Ｃ基材（光学反射鏡用基材）、１ａ  母材、１ｂ  表面層（Ｃ／Ｃ複合材料からなる層）、２  金属層、２ａ  光学反射面、１０  光学反射鏡。
【図１】
2005031253.tif 000003