JP4906695B2 - レドーム及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電波機器装置を外部環境から保護するレドーム及びその製造方法に関するものであり、特に、航空機や車両等で使用されるレドーム及びその製造方法に関するものである。
レドームは、受信若しくは送信又は受送信される電波機器の電波を妨げず、且つ電波機器を外部環境から保護するのに必要な構造強度を有していなければならない。このような特性を有する従来のレドームとしては、マトリックス樹脂中に強化繊維を有する複合材料、すなわち、繊維強化プラスチックの単層板を用いたレドームがある。また、マトリックス樹脂中に強化繊維を有する第一の複合材料表皮及び第二の対向する複合材料表皮の間に、発泡体等の低密度誘電体から成るコアを挟み込んだサンドイッチ構造板を用いたレドームもある（例えば、特許文献１参照）。かかるサンドイッチ構造板は、低密度誘電体を挟み込むことにより、構造強度を保持しつつ、全体としての誘電率を低くすることができるため、繊維強化プラスチックの単層板よりも電波の透過性を高めてレドームの特性を向上させることができる。
ここで、強化繊維としては、ガラス繊維が一般的に用いられているが、誘電率をより一層低下させる観点から、ポリエステル−ポリアリレート繊維や超高分子量オレフィン繊維等のような繊維自体の誘電率が低いものを用いることも知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
ここで、強化繊維としては、ガラス繊維が一般的に用いられているが、誘電率をより一層低下させる観点から、ポリエステル−ポリアリレート繊維や超高分子量オレフィン繊維等のような繊維自体の誘電率が低いものを用いることも知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
しかしながら、ガラス繊維を強化繊維とする繊維強化プラスチックを用いた場合には、レドームに要求される剛性を得るために、多量のガラス繊維をマトリックス樹脂に加えなければならない。一般的なガラスの誘電率は４〜７程度である（例えば、電気用途に一般的に使用されるガラス繊維であるＥ−Ｇｌａｓｓの誘電率は６．６である）ため、かかる繊維強化プラスチックでは誘電率を低くすることができず、かかる材料を用いたレドームでは電波の透過性が低下してしまう。
一方、ポリエステル−ポリアリレート繊維や超高分子量オレフィン繊維等のような低誘電率の有機繊維を強化繊維として用いた場合には、誘電率を低くすることができるものの、かかる低誘電率の有機繊維はマトリックス樹脂との密着力が一般に弱いため、かかる有機繊維とマトリックスとの界面が滑り易くなる。その結果、かかる材料を用いたレドームでは、風等の荷重によって曲げ方向の歪が加わると、塑性変形し易くなってしまう。
一方、ポリエステル−ポリアリレート繊維や超高分子量オレフィン繊維等のような低誘電率の有機繊維を強化繊維として用いた場合には、誘電率を低くすることができるものの、かかる低誘電率の有機繊維はマトリックス樹脂との密着力が一般に弱いため、かかる有機繊維とマトリックスとの界面が滑り易くなる。その結果、かかる材料を用いたレドームでは、風等の荷重によって曲げ方向の歪が加わると、塑性変形し易くなってしまう。
また、特許文献１のサンドイッチ構造板の複合材料表皮に強化繊維としてガラスクロスを用いれば、塑性変形を防止することができるものの、コアの誘電率と複合材料表皮の誘電率とが大きく異なるために、電波が複合材料表皮とコアとの間を伝播する際に反射し易く、サイドローブが顕著に多くなって電波の透過性が低下してしまう。
さらに、サンドイッチ構造板を用いるレドームの製造方法では、曲面形状のレドームを形成することは可能であるが、角部を有する形状のレドームを形成することは難しいという加工性の問題がある。具体的には、サンドイッチ構造板を形成する際に、サンドイッチ構造板のコア材を折ったり、複数のコア材をつなぎ合わせると、コア材にクラックや圧縮部分が形成されることによる密度の粗密ができ、その結果、誘電率の特異点となって電波の透過性が低下してしまう。また、サンドイッチ構造板を用いるレドームの製造方法では、第一及び第二の複合材料表皮、並びにコアをそれぞれ別途製造した後、これらを張り合わせることが必要であるため、製造工程が煩雑であるという問題もある。
本発明は、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、電波の透過性及び構造強度に優れ、且つ簡易に製造し得ると共に加工性が良好なレドーム及びその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、サンドイッチ構造板を用いるレドームの製造方法では、曲面形状のレドームを形成することは可能であるが、角部を有する形状のレドームを形成することは難しいという加工性の問題がある。具体的には、サンドイッチ構造板を形成する際に、サンドイッチ構造板のコア材を折ったり、複数のコア材をつなぎ合わせると、コア材にクラックや圧縮部分が形成されることによる密度の粗密ができ、その結果、誘電率の特異点となって電波の透過性が低下してしまう。また、サンドイッチ構造板を用いるレドームの製造方法では、第一及び第二の複合材料表皮、並びにコアをそれぞれ別途製造した後、これらを張り合わせることが必要であるため、製造工程が煩雑であるという問題もある。
本発明は、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、電波の透過性及び構造強度に優れ、且つ簡易に製造し得ると共に加工性が良好なレドーム及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、上記のような課題を解決すべく鋭意研究した結果、オレフィン織布及びガラスクロスにマトリックス樹脂を含浸して一体化させることで、オレフィン織布の低誘電率を反映させつつ、レドーム材料内における誘電率の変化を低減することができ、また、外部環境側からレドームに加わる曲げ方向に対する荷重に対して最も歪が大きいレドーム内部側にガラスクロスを配置することで、ガラスクロスとマトリックス樹脂とが水素結合を容易に形成して構造強度を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、オレフィン織布及びガラスクロスにマトリックス樹脂を含浸して一体化され、且つ前記ガラスクロスが、前記オレフィン織布よりもレドーム内部側及びレドーム外部側の両方に配置されていることを特徴とするレドームである。
また、本発明は、ガラスクロスの上にオレフィン織布及びガラスクロスを順次積層して型内に配置した後、前記型内を真空状態にしつつ、マトリックス樹脂を前記型内に注入して硬化させることを特徴とするレドームの製造方法である。
すなわち、本発明は、オレフィン織布及びガラスクロスにマトリックス樹脂を含浸して一体化され、且つ前記ガラスクロスが、前記オレフィン織布よりもレドーム内部側及びレドーム外部側の両方に配置されていることを特徴とするレドームである。
また、本発明は、ガラスクロスの上にオレフィン織布及びガラスクロスを順次積層して型内に配置した後、前記型内を真空状態にしつつ、マトリックス樹脂を前記型内に注入して硬化させることを特徴とするレドームの製造方法である。
本発明によれば、電波の透過性及び構造強度に優れ、且つ簡易に製造し得ると共に加工性が良好なレドーム及びその製造方法を提供することができる。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態によるレドームを説明するための図である。図１において、レドーム１は、台座２に固定用ネジ４で固定され、また、レドーム１の内部にはアンテナを含む電波機器３が設置されている。
レドーム１は、外部環境（例えば、風、太陽光、雨及び海水等の自然環境、外部からの衝撃、並びに埃）から電波機器３を保護するためのものであり、外部とアンテナとの間で電波が受送信される時には、レドーム１を電波が透過する。ここで、レドーム１の形状は任意であるが、電波機器３が可動する場合にはレドーム１と電波機器３とが干渉しないようにする必要がある。また、レドーム１は、アンテナ中心部からレドーム１までの距離が、アンテナの電波出力方向に対して出来るだけ等距離で、且つレドーム１に対して垂直に電波が入射するように配置される。
図１は、本実施の形態によるレドームを説明するための図である。図１において、レドーム１は、台座２に固定用ネジ４で固定され、また、レドーム１の内部にはアンテナを含む電波機器３が設置されている。
レドーム１は、外部環境（例えば、風、太陽光、雨及び海水等の自然環境、外部からの衝撃、並びに埃）から電波機器３を保護するためのものであり、外部とアンテナとの間で電波が受送信される時には、レドーム１を電波が透過する。ここで、レドーム１の形状は任意であるが、電波機器３が可動する場合にはレドーム１と電波機器３とが干渉しないようにする必要がある。また、レドーム１は、アンテナ中心部からレドーム１までの距離が、アンテナの電波出力方向に対して出来るだけ等距離で、且つレドーム１に対して垂直に電波が入射するように配置される。
レドーム１を電波が透過するようにするためには、レドーム１に用いる材料を誘電体にすればよいが、遠方まで電波を到達させると共に微弱電波を受信するためには、電波の透過損失が少ない材料を用いなければならない。そこで、レドーム１に用いる材料の誘電率を低くして空気の誘電率に近づけることにより、反射による損失を少なくする方法がある。また、レドーム１に用いる材料として誘電体損の少ない材料を使用するか、又はレドーム１の厚さを薄くすることにより、レドーム１の熱損を少なくする方法もある。なお、レドーム１の厚さを薄くする場合には、レドーム１に用いる材料の剛性を高めることも必要となる。
図２は、本実施の形態によるレドーム１の一部分についての拡大断面図である。図２において、レドーム１は、オレフィン織布５及びガラスクロス６にマトリックス樹脂７を含浸して一体化されたものから構成されている。そして、ガラスクロス６は、オレフィン織布５よりもレドーム内部側に配置されている。ここで、レドーム内部側とは、電波機器３が設置されているレドーム１の内部空間と接する側のことを意味する。
また、オレフィン織布５にマトリックス樹脂７が含浸された部分はオレフィン織布含有領域層８を形成し、ガラスクロス６にマトリックス樹脂７が含浸された部分はガラスクロス含有領域層９を形成している。ただし、一つのマトリックス樹脂７を用いて一体化させているため、オレフィン織布含有領域層８及びガラスクロス含有領域層９それぞれの境界は明瞭ではない。
さらに、外部環境はレドーム外部表面１０と接しており、電波機器３が設置された内部空間はレドーム内部表面１１と接している。なお、図２では、オレフィン織布５及びガラスクロス６は各一枚ずつ記載しているが、オレフィン織布５とガラスクロス６との位置関係を充足する限り、複数枚ずつ使用してもよい。
このレドーム１において、アンテナからの電波はレドーム１に対して垂直に入射するため、電波の主な透過方向はレドーム１の厚み方向となる。
また、オレフィン織布５にマトリックス樹脂７が含浸された部分はオレフィン織布含有領域層８を形成し、ガラスクロス６にマトリックス樹脂７が含浸された部分はガラスクロス含有領域層９を形成している。ただし、一つのマトリックス樹脂７を用いて一体化させているため、オレフィン織布含有領域層８及びガラスクロス含有領域層９それぞれの境界は明瞭ではない。
さらに、外部環境はレドーム外部表面１０と接しており、電波機器３が設置された内部空間はレドーム内部表面１１と接している。なお、図２では、オレフィン織布５及びガラスクロス６は各一枚ずつ記載しているが、オレフィン織布５とガラスクロス６との位置関係を充足する限り、複数枚ずつ使用してもよい。
このレドーム１において、アンテナからの電波はレドーム１に対して垂直に入射するため、電波の主な透過方向はレドーム１の厚み方向となる。
風等により外部環境側からレドーム１の厚み方向に荷重が加わった場合、図３に示すように、レドーム１は厚み方向に歪み、レドーム外部表面１０付近では面方向の圧縮歪が大きくなり、レドーム内部表面１１付近では面方向の伸び歪が大きくなる。
ここで、オレフィン織布５とマトリックス樹脂７との界面の模式図を図４に示す。オレフィン織布５は、その最表面の分子構造がＣ−Ｈ以外の官能基をほとんど有しておらず、極性基を有していないため、低誘電率となる。しかし、オレフィン織布５は、その最表面の分子構造がＣ−Ｈ以外の官能基をほとんど有していないため、マトリックス樹脂７との間で化学結合や水素結合が生じず、これらの結合に比べて非常に弱い力であるファンデルワールス力がマトリックス樹脂７との間の主な密着力となる。そのため、オレフィン織布５とマトリックス樹脂７との界面に応力が発生すると、すべりが容易に生じてしまい、オレフィン織布５に応力が伝達されない。また、コロナ放電加工等の表面処理をオレフィン織布５に行うことにより、最表面の分子構造を改質することは可能であるが、密着力が十分でない。その結果、マトリックス樹脂７が破壊され、塑性変形が起こる。特に、低誘電率化のためにマトリックス樹脂７に対するオレフィン織布５の体積分率を高くした場合や、圧縮方向に荷重がかかった場合に塑性変形が起こり易い。
ここで、オレフィン織布５とマトリックス樹脂７との界面の模式図を図４に示す。オレフィン織布５は、その最表面の分子構造がＣ−Ｈ以外の官能基をほとんど有しておらず、極性基を有していないため、低誘電率となる。しかし、オレフィン織布５は、その最表面の分子構造がＣ−Ｈ以外の官能基をほとんど有していないため、マトリックス樹脂７との間で化学結合や水素結合が生じず、これらの結合に比べて非常に弱い力であるファンデルワールス力がマトリックス樹脂７との間の主な密着力となる。そのため、オレフィン織布５とマトリックス樹脂７との界面に応力が発生すると、すべりが容易に生じてしまい、オレフィン織布５に応力が伝達されない。また、コロナ放電加工等の表面処理をオレフィン織布５に行うことにより、最表面の分子構造を改質することは可能であるが、密着力が十分でない。その結果、マトリックス樹脂７が破壊され、塑性変形が起こる。特に、低誘電率化のためにマトリックス樹脂７に対するオレフィン織布５の体積分率を高くした場合や、圧縮方向に荷重がかかった場合に塑性変形が起こり易い。
次に、ガラスクロス６とマトリックス樹脂７との界面の模式図を図５に示す。ガラスクロス６は、その最表面の分子構造が水酸基等の極性基を多数有しているため、マトリックス樹脂７の水酸基等の極性基との間で水素結合１２が容易且つ高密度に形成される。そのため、ガラスクロス６とマトリックス樹脂７との界面に応力が発生しても、ガラスクロス６とマトリックス樹脂７との密着力が十分高いため、ガラスクロス６に応力が十分に伝達され、塑性変形が起こり難い。
本実施の形態のレドーム１では、面方向の伸び歪が最も大きいレドーム内部側（すなわち、レドーム内部表面１１付近）にガラスクロス６を配置してガラスクロス含有領域層９を形成しているので、外部環境側からレドーム１の厚み方向に荷重が加わった場合であっても、ガラスクロス６に応力が十分に伝達され、塑性変形が容易に起こり難い。
本実施の形態のレドーム１では、面方向の伸び歪が最も大きいレドーム内部側（すなわち、レドーム内部表面１１付近）にガラスクロス６を配置してガラスクロス含有領域層９を形成しているので、外部環境側からレドーム１の厚み方向に荷重が加わった場合であっても、ガラスクロス６に応力が十分に伝達され、塑性変形が容易に起こり難い。
一方、レドーム１の誘電率は、低誘電率の材料を用いることによって低減することができるが、低誘電率の材料が配置される厚み方向の位置によって、レドーム１の誘電率の低減効果が変化することはない。そのため、低誘電率の材料であるオレフィン織布５を、ガラスクロス６よりもレドーム外部側に配置することにより、レドーム１の誘電率を低減し、電波の透過性を向上させることができる。
なお、本実施の形態では、面方向の伸び歪が最も大きいレドーム内部側にガラスクロス６を配置してガラスクロス含有領域層９を形成することにより、塑性変形を起こり難くしているため、ガラスクロス６よりもレドーム外部側にオレフィン織布５を配置しても、レドーム１の構造強度が十分確保される。
また、本実施の形態のドレーム１では、強化繊維としてオレフィン織布５及びガラスクロス６を用いると共に一つのマトリックス樹脂７で一体化させることにより各領域層の境界を明瞭にしていないので、電波の反射（サイドローブ）を抑制し、電波の透過性を向上させることができる。
なお、本実施の形態では、面方向の伸び歪が最も大きいレドーム内部側にガラスクロス６を配置してガラスクロス含有領域層９を形成することにより、塑性変形を起こり難くしているため、ガラスクロス６よりもレドーム外部側にオレフィン織布５を配置しても、レドーム１の構造強度が十分確保される。
また、本実施の形態のドレーム１では、強化繊維としてオレフィン織布５及びガラスクロス６を用いると共に一つのマトリックス樹脂７で一体化させることにより各領域層の境界を明瞭にしていないので、電波の反射（サイドローブ）を抑制し、電波の透過性を向上させることができる。
本実施の形態で用いられるオレフィン織布５としては、特に限定されることはなく、当該技術分野において公知のものを使用することができる。
オレフィン織布５の比誘電率は、低いほど望ましいが、ガラス繊維よりも低い比誘電率、具体的には４以下であることが好ましい。かかる比誘電率が４を超えると、オレフィン織布５を用いることによる所望の効果（誘電率の低減効果）が得られないことがある。また、オレフィン織布５は、引張方向の強度を保つことができると共にマトリックス樹脂７の含浸が容易であるという理由から、長繊維を用いた織布が好ましい。さらに、マトリックス樹脂７との密着性を向上させる観点から、コロナ放電加工等のような表面処理をオレフィン織布５の表面に施してもよい。
好ましいオレフィン織布５としては、超高分子量ポリエチレン繊維からなる織布である。この織布であれば、その優れた引張強度及び弾性率をレドーム１の特性に反映させることができる。超高分子量ポリエチレン繊維としては、例えば、東洋紡績株式会社から市販されているダイニーマー（比誘電率：２．２、分子量４００万）を用いることができる。
オレフィン織布５の比誘電率は、低いほど望ましいが、ガラス繊維よりも低い比誘電率、具体的には４以下であることが好ましい。かかる比誘電率が４を超えると、オレフィン織布５を用いることによる所望の効果（誘電率の低減効果）が得られないことがある。また、オレフィン織布５は、引張方向の強度を保つことができると共にマトリックス樹脂７の含浸が容易であるという理由から、長繊維を用いた織布が好ましい。さらに、マトリックス樹脂７との密着性を向上させる観点から、コロナ放電加工等のような表面処理をオレフィン織布５の表面に施してもよい。
好ましいオレフィン織布５としては、超高分子量ポリエチレン繊維からなる織布である。この織布であれば、その優れた引張強度及び弾性率をレドーム１の特性に反映させることができる。超高分子量ポリエチレン繊維としては、例えば、東洋紡績株式会社から市販されているダイニーマー（比誘電率：２．２、分子量４００万）を用いることができる。
本実施の形態のレドーム１では、オレフィン織布５にマトリックス樹脂７が含浸された部分はオレフィン織布含有領域層８を形成するが、かかるオレフィン織布含有領域層８の厚さは、レドーム１内での対象電波の反射を防止する観点から、対象電波の１／２０以下であることが好ましい。かかる厚さが、対象電波の１／２０を超えると、レドーム１内で対象電波の反射が起こることがある。ここで、対象電波としては、特に限定されることはなく、数ＧＨｚから４０ＧＨｚの高周波領域を含む広域帯の電波であることができる。
また、本実施の形態のレドーム１では、対象電波が通過する部分と通過しない部分とに分け、対象電波が通過する部分では電気的特性を優先するように設計すると共に、対象電波が通過しない部分では機械的特性を優先するように設計することができる。具体的には、対象電波が透過しない部分には、オレフィン織布５が配置されない、すなわち、オレフィン織布含有領域層８がないように設計することができる。これは、対象電波が透過しない部分では誘電率を低減させる必要がないと共に、オレフィン織布含有領域層８がないとレドーム１の設計尤度や引張強度及び弾性率が高くなり、レドーム１の構造強度を部分的に高くすることができるからである。
また、対象電波が透過しない部分には、加工性を高める観点から、オレフィン織布５の代わりにガラスクロス６を配置することもできる。さらに、耐座屈性を高める観点から、対象電波が透過しない部分を対象電波が透過する部分に比べて厚くすることもできる。
また、対象電波が透過しない部分には、加工性を高める観点から、オレフィン織布５の代わりにガラスクロス６を配置することもできる。さらに、耐座屈性を高める観点から、対象電波が透過しない部分を対象電波が透過する部分に比べて厚くすることもできる。
本実施の形態で用いられるガラスクロス６としては、特に限定されることはなく、当該技術分野において公知のものを使用することができる。
ガラスクロス６の例としては、低誘電特性ガラスクロスであるＮＥ−Ｇｌａｓｓ（日東紡績株式会社製、比誘電率：４．７）を用いたクロスを挙げることができる。また、ガラス繊維は一般的に水酸基を多数有しており、且つマトリックス樹脂７との密着性を向上させるためにカップリング剤処理等の表面処理も容易であるので、Ｅ−Ｇｌａｓｓ、Ｄ−Ｇｌａｓｓ及びＴ−Ｇｌａｓｓ等の他のガラス繊維を用いたクロスも使用することができる。
本実施の形態のレドーム１では、ガラスクロス６にマトリックス樹脂が含浸された部分はガラスクロス含有領域層９を形成するが、かかるガラスクロス含有領域層９の厚さは、レドーム１内での対象電波の反射を防止する観点から、対象電波の１／２０以下であることが好ましい。かかる厚さが、対象電波の１／２０を超えると、レドーム１内で対象電波の反射が起こることがある。
ガラスクロス６の例としては、低誘電特性ガラスクロスであるＮＥ−Ｇｌａｓｓ（日東紡績株式会社製、比誘電率：４．７）を用いたクロスを挙げることができる。また、ガラス繊維は一般的に水酸基を多数有しており、且つマトリックス樹脂７との密着性を向上させるためにカップリング剤処理等の表面処理も容易であるので、Ｅ−Ｇｌａｓｓ、Ｄ−Ｇｌａｓｓ及びＴ−Ｇｌａｓｓ等の他のガラス繊維を用いたクロスも使用することができる。
本実施の形態のレドーム１では、ガラスクロス６にマトリックス樹脂が含浸された部分はガラスクロス含有領域層９を形成するが、かかるガラスクロス含有領域層９の厚さは、レドーム１内での対象電波の反射を防止する観点から、対象電波の１／２０以下であることが好ましい。かかる厚さが、対象電波の１／２０を超えると、レドーム１内で対象電波の反射が起こることがある。
本実施の形態で用いられるマトリックス樹脂７としては、特に限定されることはなく、当該技術分野において公知のものを使用することができる。
マトリックス樹脂７は、レドーム１の製造性を考慮すると、未硬化の状態で含浸性を確保し得る液状熱硬化性樹脂が好ましい。また、硬化後に水酸基を高密度に有し、水素結合を容易に形成するものか、又はガラスクロス６にカップリング剤処理を行った場合にはカップリング剤と化学結合する官能基を有するものが好ましい。
このようなマトリックス樹脂７の例としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及びシリコーン樹脂等を挙げることができる。
マトリックス樹脂７の硬化剤としては、特に限定されることはなく、当該技術分野において公知のものを使用することができる。かかる硬化剤としては、有機化酸化物や酸無水物等が挙げられる。
また、硬化剤の配合量も、特に限定されることはなく、使用するマトリックス樹脂７及び硬化剤の種類にあわせて適宜設定すればよい。
マトリックス樹脂７は、レドーム１の製造性を考慮すると、未硬化の状態で含浸性を確保し得る液状熱硬化性樹脂が好ましい。また、硬化後に水酸基を高密度に有し、水素結合を容易に形成するものか、又はガラスクロス６にカップリング剤処理を行った場合にはカップリング剤と化学結合する官能基を有するものが好ましい。
このようなマトリックス樹脂７の例としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及びシリコーン樹脂等を挙げることができる。
マトリックス樹脂７の硬化剤としては、特に限定されることはなく、当該技術分野において公知のものを使用することができる。かかる硬化剤としては、有機化酸化物や酸無水物等が挙げられる。
また、硬化剤の配合量も、特に限定されることはなく、使用するマトリックス樹脂７及び硬化剤の種類にあわせて適宜設定すればよい。
このような構成を有する本実施の形態のレドーム１は、電波の透過性及び構造強度にも優れているので、同様の特性が要求されるフィドームにおいても、かかるレドーム１の構成を適用することができる。
次に、本実施の形態におけるレドーム１の製造方法について説明する。
特許文献１のレドームの製造方法は、第一及び第二の複合材料表皮とコアとをそれぞれ別途製造し、それらを張り合わせることにより行われるため、製造工程が煩雑であると共に加工性の問題もあるのに対し、本実施の形態におけるレドーム１の製造方法は、製造工程が簡易で、且つ加工性にも優れる一般的な繊維強化プラスチックの成形方法に類似した方法で行われる。
具体的には、本実施の形態におけるレドーム１は、オレフィン織布５及びガラスクロス６を積層して型内に配置した後、前記型内を真空状態にしつつ、マトリックス樹脂７を前記型内に注入して硬化させることにより製造することができる。
ここで、型は、レドーム１の内部形状が転写された内型、及びレドーム１の外部形状が転写された外型のいずれを用いてもよく、また、レドーム１の全体形状が転写された型を用いることも可能である。内型を用いる場合には内型にガラスクロス６を配置した後、その上にオレフィン織布５を積層させればよく、外型を用いる場合には外型にオレフィン織布５を配置した後、その上にガラスクロス６を積層させればよい。
特許文献１のレドームの製造方法は、第一及び第二の複合材料表皮とコアとをそれぞれ別途製造し、それらを張り合わせることにより行われるため、製造工程が煩雑であると共に加工性の問題もあるのに対し、本実施の形態におけるレドーム１の製造方法は、製造工程が簡易で、且つ加工性にも優れる一般的な繊維強化プラスチックの成形方法に類似した方法で行われる。
具体的には、本実施の形態におけるレドーム１は、オレフィン織布５及びガラスクロス６を積層して型内に配置した後、前記型内を真空状態にしつつ、マトリックス樹脂７を前記型内に注入して硬化させることにより製造することができる。
ここで、型は、レドーム１の内部形状が転写された内型、及びレドーム１の外部形状が転写された外型のいずれを用いてもよく、また、レドーム１の全体形状が転写された型を用いることも可能である。内型を用いる場合には内型にガラスクロス６を配置した後、その上にオレフィン織布５を積層させればよく、外型を用いる場合には外型にオレフィン織布５を配置した後、その上にガラスクロス６を積層させればよい。
例えば、内型を用いる場合には、所定数のガラスクロス６を内型に配置し、その上に所定数のオレフィン織布５を積層させる。ここで、内型には、必要に応じて離型フィルムを貼ってもよい。
次に、ガラスクロス６及びオレフィン織布５を離型フィルムで覆い、離型フィルムの周縁部分と内型との間を、気密性を保つことができるようにシールした後、離型フィルムと内型との間の空間を真空状態にしつつ、内型に予め形成しておいた樹脂注入口から未硬化で液状のマトリックス樹脂７を注入し、ガラスクロス６及びオレフィン織布５にマトリックス樹脂７を含浸させる。ここで、マトリックス樹脂７の含浸速度が遅い場合には、マトリックス樹脂７の排出口を内型に予め形成しておき、当該排出口から脱気することにより、含浸速度を高めることができる。
次に、所定の時間、加熱することでマトリックス樹脂７を硬化させ、内型からレドーム１を脱型する。なお、脱型した後、さらに加熱することで硬化を十分なものとすることもできる。ここで、加熱時間及び加熱温度としては、特に限定されることはなく、製造するレドーム１の大きさや、使用するマトリックス樹脂の種類等にあわせて適宜設定すればよい。
次に、ガラスクロス６及びオレフィン織布５を離型フィルムで覆い、離型フィルムの周縁部分と内型との間を、気密性を保つことができるようにシールした後、離型フィルムと内型との間の空間を真空状態にしつつ、内型に予め形成しておいた樹脂注入口から未硬化で液状のマトリックス樹脂７を注入し、ガラスクロス６及びオレフィン織布５にマトリックス樹脂７を含浸させる。ここで、マトリックス樹脂７の含浸速度が遅い場合には、マトリックス樹脂７の排出口を内型に予め形成しておき、当該排出口から脱気することにより、含浸速度を高めることができる。
次に、所定の時間、加熱することでマトリックス樹脂７を硬化させ、内型からレドーム１を脱型する。なお、脱型した後、さらに加熱することで硬化を十分なものとすることもできる。ここで、加熱時間及び加熱温度としては、特に限定されることはなく、製造するレドーム１の大きさや、使用するマトリックス樹脂の種類等にあわせて適宜設定すればよい。
外型を用いる場合には、所定数のオレフィン織布５を外型に配置し、その上に所定数のガラスクロス６を積層させること以外は、上記の内型を用いた場合と同様に行うことにより、レドーム１を製造することができる。
レドーム１の全体形状が転写された型を用いる場合には、オレフィン織布５がレドーム１の外部側及びガラスクロス６がレドーム１の内部側となるように、所定数のオレフィン織布５及びガラスクロス６を型内に配置すること以外は上記の場合と同様に行うことにより、レドーム１を製造することができる。なお、この型を用いる場合には、マトリックス樹脂７の含浸速度を高めるために圧力を加えてもよい。
レドーム１の全体形状が転写された型を用いる場合には、オレフィン織布５がレドーム１の外部側及びガラスクロス６がレドーム１の内部側となるように、所定数のオレフィン織布５及びガラスクロス６を型内に配置すること以外は上記の場合と同様に行うことにより、レドーム１を製造することができる。なお、この型を用いる場合には、マトリックス樹脂７の含浸速度を高めるために圧力を加えてもよい。
このような製造方法であれば、対象電波が通過する部分と通過しない部分とを異なる構成にする場合に、当該構成にあわせてオレフィン織布５及びガラスクロス６を配置したり、当該構成にあわせて作製した型を使用したりすることで、生産性が大きく低下することなく、所望の構造を有するレドーム１を製造することができる。
上記のようにして製造されたレドーム１には、台座２に固定用ネジ等で固定するために、穴あけ加工等を適宜施すことができる。
上記のようにして製造されたレドーム１には、台座２に固定用ネジ等で固定するために、穴あけ加工等を適宜施すことができる。
実施の形態２．
図６は、本実施の形態によるレドーム１の一部分についての拡大断面図である。本実施の形態のレドーム１は、実施の形態１のレドーム１と主要部分は同一であるため、実施の形態１のレドーム１と異なる部分についてのみ説明する。図６において、レドーム１は、オレフィン織布５及びガラスクロス６にマトリックス樹脂７を含浸して一体化されたものから構成されている。そして、二枚のガラスクロス６は、レドーム内部側及びレドーム外部側にそれぞれ配置されており、その二枚のガラスクロス６の間にオレフィン織布５が配置されている。また、オレフィン織布５にマトリックス樹脂７が含浸された部分はオレフィン織布含有領域層８を形成し、ガラスクロス６にマトリックス樹脂７が含浸された部分はガラスクロス含有領域層９を形成している。さらに、外部環境はレドーム外部表面１０と接しており、電波機器３が設置された内部空間はレドーム内部表面１１と接している。なお、図６では、一枚のオレフィン織布５及び二枚のガラスクロス６を使用しているが、オレフィン織布５とガラスクロス６との位置関係を充足する限り、複数枚ずつ使用してもよい。
図６は、本実施の形態によるレドーム１の一部分についての拡大断面図である。本実施の形態のレドーム１は、実施の形態１のレドーム１と主要部分は同一であるため、実施の形態１のレドーム１と異なる部分についてのみ説明する。図６において、レドーム１は、オレフィン織布５及びガラスクロス６にマトリックス樹脂７を含浸して一体化されたものから構成されている。そして、二枚のガラスクロス６は、レドーム内部側及びレドーム外部側にそれぞれ配置されており、その二枚のガラスクロス６の間にオレフィン織布５が配置されている。また、オレフィン織布５にマトリックス樹脂７が含浸された部分はオレフィン織布含有領域層８を形成し、ガラスクロス６にマトリックス樹脂７が含浸された部分はガラスクロス含有領域層９を形成している。さらに、外部環境はレドーム外部表面１０と接しており、電波機器３が設置された内部空間はレドーム内部表面１１と接している。なお、図６では、一枚のオレフィン織布５及び二枚のガラスクロス６を使用しているが、オレフィン織布５とガラスクロス６との位置関係を充足する限り、複数枚ずつ使用してもよい。
このような構成を有するレドーム１は、風等により外部環境側からレドーム１の厚み方向に荷重が加わった場合に、レドーム外部表面１０付近における面方向の圧縮歪を抑制することができるため、レドーム１の構造強度をより一層高めることができる。また、レドーム内部側から厚み方向に荷重が加わった場合にも、塑性変形を起こり難くし、レドーム１の構造強度が保持される。
本実施の形態におけるレドーム１において、レドーム外部側のガラスクロス含有領域層９におけるガラスクロス６の体積含有率は、レドーム内部側のガラスクロス含有領域層９におけるガラスクロス６の体積含有率よりも小さいことが好ましい。かかる構成とすることにより、座屈を抑制すると共に、誘電率を低減することができる。
本実施の形態におけるレドーム１において、レドーム外部側のガラスクロス含有領域層９におけるガラスクロス６の体積含有率は、レドーム内部側のガラスクロス含有領域層９におけるガラスクロス６の体積含有率よりも小さいことが好ましい。かかる構成とすることにより、座屈を抑制すると共に、誘電率を低減することができる。
次に、本実施の形態におけるレドーム１の製造方法について説明する。
本実施の形態におけるレドーム１は、オレフィン織布５及びガラスクロス６を積層して型内に配置した後、前記型内を真空状態にしつつ、マトリックス樹脂７を前記型内に注入して硬化させることにより製造することができる。例えば、所定数のガラスクロス６を内型に配置し、その上に所定数のオレフィン織布５及びガラスクロス６を順次積層させること以外は、実施の形態１のレドーム１の製造方法と同様である。
本実施の形態におけるレドーム１は、オレフィン織布５及びガラスクロス６を積層して型内に配置した後、前記型内を真空状態にしつつ、マトリックス樹脂７を前記型内に注入して硬化させることにより製造することができる。例えば、所定数のガラスクロス６を内型に配置し、その上に所定数のオレフィン織布５及びガラスクロス６を順次積層させること以外は、実施の形態１のレドーム１の製造方法と同様である。
以下、実施例により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
［実施例１］
ＮＥ−Ｇｌａｓｓ（ガラスクロス、厚さ：０．１６ｍｍ）を内型に配置し、その上に超高分子量ポリエチレン繊維を用いた織布（オレフィン織布、厚さ：０．６３ｍｍ）を積層させた。次に、これらを離型フィルムで覆い、離型フィルムの周縁部分と内型との間を、気密性を保つことができるようにシールした後、離型フィルムと内型との間の空間を真空状態にしつつ、内型に予め形成しておいた樹脂注入口からビニルエステル樹脂（マトリックス樹脂、リポキシＲ７０７０、昭和高分子株式会社製）と硬化剤（有機過酸化物、パーメックＮ、日本油脂株式会社製）との混合物を注入して含浸させた。ここで、硬化剤は、ビニルエステル樹脂１００重量部に対して１重量部用いた。次に、１２０分間、１００℃で加熱することでビニルエステル樹脂を硬化させた後、内型から脱型してレドームを得た。このようにして得られたレドームでは、オレフィン織布含有領域層におけるオレフィン織布の体積含有率が５５％、ガラスクロス含有領域層におけるガラスクロスの体積含有率が３５％、レドームの厚さが０．９２ｍｍであった。
［実施例１］
ＮＥ−Ｇｌａｓｓ（ガラスクロス、厚さ：０．１６ｍｍ）を内型に配置し、その上に超高分子量ポリエチレン繊維を用いた織布（オレフィン織布、厚さ：０．６３ｍｍ）を積層させた。次に、これらを離型フィルムで覆い、離型フィルムの周縁部分と内型との間を、気密性を保つことができるようにシールした後、離型フィルムと内型との間の空間を真空状態にしつつ、内型に予め形成しておいた樹脂注入口からビニルエステル樹脂（マトリックス樹脂、リポキシＲ７０７０、昭和高分子株式会社製）と硬化剤（有機過酸化物、パーメックＮ、日本油脂株式会社製）との混合物を注入して含浸させた。ここで、硬化剤は、ビニルエステル樹脂１００重量部に対して１重量部用いた。次に、１２０分間、１００℃で加熱することでビニルエステル樹脂を硬化させた後、内型から脱型してレドームを得た。このようにして得られたレドームでは、オレフィン織布含有領域層におけるオレフィン織布の体積含有率が５５％、ガラスクロス含有領域層におけるガラスクロスの体積含有率が３５％、レドームの厚さが０．９２ｍｍであった。
［比較例１］
超高分子量ポリエチレン繊維を用いた織布のみを２枚積層して内型に配置したこと以外は、実施例１と同様にしてレドームを得た。このようにして得られたレドームは、当該オレフィン織布の体積含有率が５５％、厚さが０．９４ｍｍであった。
［比較例２］
ＮＥ−Ｇｌａｓｓのみを１４枚積層して内型に配置したこと以外は、実施例１と同様にしてレドームを得た。このようにして得られたレドームは、当該ガラスクロスの体積含有率が３５％、厚さが１．１３ｍｍであった。
超高分子量ポリエチレン繊維を用いた織布のみを２枚積層して内型に配置したこと以外は、実施例１と同様にしてレドームを得た。このようにして得られたレドームは、当該オレフィン織布の体積含有率が５５％、厚さが０．９４ｍｍであった。
［比較例２］
ＮＥ−Ｇｌａｓｓのみを１４枚積層して内型に配置したこと以外は、実施例１と同様にしてレドームを得た。このようにして得られたレドームは、当該ガラスクロスの体積含有率が３５％、厚さが１．１３ｍｍであった。
実施例１、比較例１及び２のレドームについて、１０ＧＨｚにおける比誘電率及び誘電正接を空洞共振器摂動法にて測定し、曲げ方向の弾性率を動的機械分析装置にて測定し、さらに、１０ＧＨｚ電波の透過損失を、対向させた二つのホーンレフの間にレドームを配置しネットワークアナライザーで電波透過量を観察することにより測定した。これらの測定の結果を表１に示す。
表１の結果からわかるように、実施例１のレドームの比誘電率、誘電正接、及び１０ＧＨｚ電波の透過損失の値は、比較例２のレドームの各値と比べて小さく、比較例１の各値と同程度であった。よって、実施例１のレドームは、比較例１と同程度の誘電率であり、電波の透過性が良好であることがわかる。
次に、実施例１、比較例１及び２のレドームについて、塑性変形の度合を評価した。かかる評価は、作製したレドームを平板状に切断し、支点間距離２０ｍｍの３点曲げ試験装置に設置した後、荷重５Ｎで１時間負荷を加え、さらに荷重を０Ｎとした時の変形量の経時変化を測定した。その結果を図７に示す。
図７に示されるように、比較例１のレドームは、荷重が負荷された場合に変形量が大きかったのに対し、実施例１のレドームは、比較例２のレドームと同様に、荷重が負荷されても変形量は少なかった。よって、実施例１のレドームは、塑性変形が起こり難く、構造強度に優れていることがわかる。
よって、実施例１のレドームは、比較例１及び２のレドームに比べて電波の透過性及び構造強度が優れているといえる。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、電波の透過性及び構造強度に優れ、且つ簡易に製造し得ると共に加工性が良好なレドーム及びその製造方法を提供することができる。
図７に示されるように、比較例１のレドームは、荷重が負荷された場合に変形量が大きかったのに対し、実施例１のレドームは、比較例２のレドームと同様に、荷重が負荷されても変形量は少なかった。よって、実施例１のレドームは、塑性変形が起こり難く、構造強度に優れていることがわかる。
よって、実施例１のレドームは、比較例１及び２のレドームに比べて電波の透過性及び構造強度が優れているといえる。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、電波の透過性及び構造強度に優れ、且つ簡易に製造し得ると共に加工性が良好なレドーム及びその製造方法を提供することができる。
１ レドーム、２ 台座、３ 電波機器、４ 固定用ネジ、５ オレフィン織布、６ ガラスクロス、７ マトリックス樹脂、８ オレフィン織布含有領域層、９ ガラスクロス含有領域層、１０ レドーム外部表面、１１ レドーム内部表面、１２ 水素結合。
Claims (7)
- オレフィン織布及びガラスクロスにマトリックス樹脂を含浸して一体化され、且つ前記ガラスクロスが、前記オレフィン織布よりもレドーム内部側及びレドーム外部側の両方に配置されていることを特徴とするレドーム。
- 前記レドーム外部側のガラスクロス含有領域層における前記ガラスクロスの体積含有率が、前記レドーム内部側のガラスクロス含有領域層における前記ガラスクロスの体積含有率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のレドーム。
- オレフィン織布含有領域層及びガラスクロス含有領域層の厚さが、対象電波の波長の１／２０以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレドーム。
- 対象電波が透過しない部分にはオレフィン織布含有領域層がないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレドーム。
- 前記オレフィン織布が、超高分子量ポリエチレン繊維からなる織布であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレドーム。
- 前記マトリックス樹脂が、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂又はシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレドーム。
- ガラスクロスの上にオレフィン織布及びガラスクロスを順次積層して型内に配置した後、前記型内を真空状態にしつつ、マトリックス樹脂を前記型内に注入して硬化させることを特徴とするレドームの製造方法。
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