JP2013244621A

JP2013244621A - レドームの製造方法及びレドーム

Info

Publication number: JP2013244621A
Application number: JP2012118128A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Tsukidate; 隆二月舘
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-12-09

Abstract

【課題】レドームの誘電体材料に利用されるセラミックスは、耐熱温度８００℃以上の耐熱性能を有しているが、脆性材料であることから肉厚を薄くするには加工上の限界がある。例えば薄いレドーム形状に加工すること自体が難しく、また、薄くレドーム形状に加工したセラミックスとセラミックスの間に発泡コアやハニカムコアを設けてサンドイッチ構造とすることも難しい。広帯域に対応したセラミックスレドームの製造ができないという課題があった。
【解決手段】セラミック材を焼成する前のセラミックの粉を固める（成形）段階で、広帯域レドームとして必要とされる形状、例えば電波を透過させる部位を薄肉とし空力荷重に耐えられるようにレドームの内側に格子状のリブを設けた形状となるように成形する。
【選択図】図１

Description

この発明は、飛しょう体用アンテナを保護するレドームに関するものである。

所定の目標に向けて電波誘導にて飛しょうする飛しょう体の先端部には、目標を検知するためのレーダ用アンテナが備えられている。飛しょう体の先端部は空力荷重や空力加熱を受けやすい部位であるため、アンテナを空力荷重や空力加熱から保護するためのレドームを設ける。レドームはレーダ用アンテナが送受信する電波を透過するが、透過する電波の帯域を広帯域化するために、薄肉の誘電体材料を積層してなる多層構造のレドームが知られている。誘電体材料としては、アルミナやコージライト、ヒューズドシリカ焼結体などのセラミックスや複合材料であるＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化プラスチック）材などが用いられている。

特開２００５−２３０９７２号公報

飛しょう体は数秒間という短い時間で超音速や極超音速などに達して飛しょうするものが多い。レドームは飛しょう体の部位の中で最も熱的環境が厳しい部位の一つであり、大きな空力荷重と大きな空力加熱・熱衝撃を受けることになり、耐熱性・耐熱衝撃性が求められ、高い耐熱強度を有する材料を選択する必要があった。このことから耐熱温度８００℃以上の誘電体材料であるセラミクスをレドーム材料とすることが一般的である。

また、レドームは電波を透過する必要があるため、誘電体であるセラミックスや複合材料（ＦＲＰ）を用いるのが一般的である。
現在、レドームを広帯域の周波数に対応させるため、複合材料（ＦＲＰ）を用いた多層のサンドイッチ構造が主流となっているが、有機材料を用いた複合材料（ＦＲＰ）の耐熱温度はせいぜい２００℃（最も耐熱性のある材料でも３００℃）程度であり、空力加熱が厳しい高速飛しょう体では材料の軟化や熱分解を起こすなど耐熱性に課題があり、高速飛しょう体には適用できないという問題があった。

レドームの誘電体材料に利用されるセラミックスは、耐熱温度８００℃以上の耐熱性能を有しているが、脆性材料であることから肉厚を薄くするには加工上の限界があり、例えば薄いレドーム形状に加工すること自体が難しく、また、薄くレドーム形状に加工したセラミックスとセラミックスの間に発泡コアやハニカムコアを設けてサンドイッチ構造とすることも難しく、実質的に製造ができないという問題もあった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、電波を透過させるレドームの肉厚を薄くし、かつ空力荷重に耐えられるような構造のセラミックレドームを容易に製造可能な製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係るレドームの製造方法は、レドームの金属型の表面にブロックを固定した中子と前記中子の外側に配置したラバーとの隙間にセラミックスの粉を充填した後、加圧して成形体を成形する成形工程と、成形後に前記金属型に固定した前記ブロックの固定を外す工程と、その後、前記成形体から前記中子と前記ラバーを取り外す脱型工程と、前記中子と前記ラバーを取り外した前記成形体から、さらに前記ブロックを取り外す工程とを備える。

この発明によれば、広帯域な周波数の電波に対応でき、かつ空力荷重に耐えられるセラミックレドームを容易に製造することができる。

本発明の実施の形態１に係る飛しょう体用広帯域レドームの構造図である。本発明の実施の形態１に係る飛しょう体用広帯域レドームの製造方法の手順（（ａ）〜（ｃ））を示す図である。本発明の実施の形態１に係る飛しょう体用広帯域レドームの製造方法の手順（（ｄ）、（ｅ））を示す図である。本発明の実施の形態１に係る飛しょう体用広帯域レドームの製造方法の手順（（ｆ）、（ｇ））を示す図である。本発明の実施の形態２に係るレドームの製造方法に使用するブロックの形状とその取付方法を説明する図である。本発明の実施の形態３に係る飛しょう体用広帯域レドームの製造方法の手順（（ａ）、（ｂ））を示す図である。本発明の実施の形態３に係る飛しょう体用広帯域レドームの製造方法の手順（（ｃ）、（ｄ））を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施形態１による飛しょう体用広帯域レドーム１（以下、広帯域レドームという）の構造を示す断面図である。
実施の形態１に係る広帯域レドーム１は、幅の広い周波数の電波を透過する必要があることから広帯域レドーム１の電波を透過する透過部２のセラミックスの厚さを極力薄くし、また、空力荷重３に対して強度的に耐える必要があることから広帯域レドーム１の内側に格子状のリブ４（図１（ｂ）参照）を設けた構造を有する。
広帯域レドーム１の先端には熱衝撃やレインエロージョンを軽減するために金属チップ５を取り付けていることが一般的であるが、条件によっては無くてもよい。また、広帯域レドーム１には飛しょう体本体６に固定するために通常ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化プラスチック）製のリング７が取り付けられている場合が多く、それ以外の構造でもよい。

このような構造の広帯域レドーム１は、先に述べたように、セラミックスが脆性材料であることから製造が難しいという問題があった。以下、本発明に係るレドームの製造方法について説明する。

図２〜図４は、実施の形態１に係る広帯域レドーム１の製造方法の手順を示す図である。
基本は、中子８の主構造となる金属型９と外側のラバー（ゴム型）１０の隙間１１にセラミックスの粉１２を充填した後に外側から加圧するＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）成形方法（あるいは、ラバープレス方法）による製造方法である。

ＳＴＥＰ１.（図２（ａ）、（ｂ）参照）
ＳＴＥＰ１では、広帯域レドーム１の内側に格子状のリブ４が成形されるように、中子８となる金属型９の表面側にブロック１３をねじ１４にて固定する。
なお、リブ４の形状は電波透過性と構造設計などにより決まる形状であり、リブ４は当該設計に合わせて何種類かのブロック１３を準備しておく必要がある。

ＳＴＥＰ２.（図２（ｃ）参照）
中子８の内側にＣＩＰ製造時に加圧された水が入らないように当て板１５をねじ１６で固定する。
続いて中子８にラバー（ゴム型）１０を被せ、隙間１１にセラミックスの粉１２を均一となるように充填する。

ＳＴＥＰ３.（図２（ｃ）参照）
前述のＳＴＥＰ２で示した中子８とラバー（ゴム型）１０の隙間１１にセラミックスの粉１２を充填された状態で、ＣＩＰ装置に投入して加圧する。ＣＩＰ装置にて所望の加圧工程が終わった段階でＣＩＰ装置から取り出す。

ＳＴＥＰ４.（図３（ｄ）参照）
中子８からねじ１６にて取り付けられた当て板１５をねじ１６と共に取り外す。次にブロック１３を固定しているねじ１４をブロック１３が動いてリブ４の形状が崩れないようにゆっくりと取り外す。

ＳＴＥＰ５.（図３（ｅ）参照）
ラバー（ゴム型）１０を金属型９から取外し、続いてセラミックスの粉１２が加圧されて出来上がった成形体１８を形が崩れないようにゆっくりと取り外す（いわゆる脱型）。

ＳＴＥＰ６.（図４（ｆ）参照）
成形体１８に埋め込まれた状態でブロック１３が付いているので、ゆっくりと取外す。成形体１８からブロック１３が取外し容易になるようにブロック１３の側面に若干の傾斜を設けておくこともある。

ＳＴＥＰ７.（図４（ｇ）参照）
前述ＳＴＥＰ６で示した成形体１８を焼成炉などの装置で過熱することで、セラミック製の広帯域レドーム１の焼成体（素材）１９が得られる。この後、研削砥石などを用いて焼成体１９を研削加工して所望の寸法に仕上げる。その後、金属チップ５やリング７などを取り付ける工程となるが本発明の範囲ではないので省略する。

このように、本実施の形態のレドームの製造方法によれば、前述のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ７の製造方法を取ることにより、肉厚を薄くする加工に限界がある脆性材料であるセラミックスを用いて、電波を透過する透過部２の厚さを極力薄くし、また、空力荷重３に対して強度的に耐えるため広帯域レドーム１の内側に格子状のリブ４を設けた構造を容易に製造することができる。

なお、本実施の形態では、中子８となる金属型９の表面側にブロック１３をねじ１４にて固定するようにしたが、固定手段はねじに限ったものではなく、ピンやブロックを把持する把持機構など、中子の内側からブロックを固定し、取り外し可能な手段であれば他の方法であっても構わない。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る広帯域レドーム１の製造方法の手順の一部を示す図である。図５（ａ）は、ブロック２０を金属型９の内側からねじ１４とインサート２１を介して金属型９の表面に固定した状態を示した図である。図５（ｂ）は、ブロック２０を金属型９の表面に固定する前の部品の配置関係を示した図である。
基本的な製造方法は実施の形態１と同様であるが、実施の形態２では、ブロック２０の形状と取付方法について変更を加えて成形体１８の形が崩れないように改善した。以下では、実施の形態１からの変更部分のみについて説明する。

実施の形態２に係るブロック２０は、金属型９の内側からねじ１４とインサート２１を介して金属型９の表面に固定するものである。
ブロック２０にはインサート２１の側面２２と精度良くはめ合う形状の溝２３が設けられ、また、金属型９にもインサート２１の側面２２と精度良くはめ合う形状の穴２４が設けられている。この構造により、ねじ１４の取付及び取外し時の回転がブロック２０に影響しないようになっている。
なお、金属型９に設けた穴２４を用いたはめ合い形状の代わりにインサート２１の側面２５とはめ合う座ぐり側面２６を設けてもよい。

このように実施の形態２に係るレドームの製造方法では、ブロック２０を固定しているねじ１４の回転によりブロック２０が動くことがなくなり、セラミックスの粉１２を加圧して成形したリブ４の形状を崩すことがなくなるという効果を奏する。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る広帯域レドーム１の製造方法の手順の一部を示す図である。実施の形態３では、ブロック２０の取付方法について変更を加えて成形体１８の形が崩れないように改善した。基本的な製造方法（ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ７）は実施の形態１及び２と同様であり、以下では工程の変更部分（ＳＴＥＰ１’〜ＳＴＥＰ４ ’）のみについて説明する。

ＳＴＥＰ１’.（図６（ａ）参照）
実施の形態３では、実施形態２と同様に、中子８はブロック２０を金属型９の内側からねじ１４とインサート２１を介して表面に固定して組み立てる。

ＳＴＥＰ２’.（図６（ｂ）参照）
中子８にラバー（ゴム型）１０を被せ、隙間１１にセラミックスの粉１２を均一となるように充填する。その後、ねじ１４を取外す。

ＳＴＥＰ３’.（図７（ｃ）参照）
全てのねじ１４を取外した後、中子８の内側に水圧に耐え得る水袋２７を入れ、当て板１５をねじ１６で固定する。
続いて水袋２７に水２８を注入し更に加圧した状態を保つ。なお、水袋２７に入れて加圧するものは水２８以外の液体、気体などでもよい。中子８とラバー（ゴム型）１０の隙間１１にセラミックスの粉１２を充填された状態で、ＣＩＰ装置に投入して加圧する。ＣＩＰ装置にて所望の加圧工程が終わった段階でＣＩＰ装置から取り出す。水袋２７から水２８を排水し、続いて中子８からねじ１６にて取り付けられた当て板１５と水袋２７を取り外す。

ＳＴＥＰ４’.（図７（ｄ）参照）
続いてインサート２１をゆっくり中子８から引き抜く。
この後、実施の形態１で説明したＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７の工程を実行する。

このように、本実施の形態のレドームの製造方法によれば、ねじ１４の取外しに生じる僅かな回転する力がインサート２１及びブロック２０に影響しないため、セラミックスの粉１２を加圧して成形したリブ４の形状を崩すことがなくなるという効果を奏する。
なお、ラバー（ゴム型）１０を金属型９から取外すいわゆる脱型工程以降は実施の形態１のときと同様である。

１飛しょう体用広帯域レドーム、２透過部、３空力荷重、４リブ、５金属チップ、６飛しょう体本体、７リング、８中子、９金属型、１０ラバー（ゴム型）、１１隙間、１２セラミックスの粉、１３ブロック、１４ねじ、１５当て板、１６ねじ、１７隙間、１８成形体、１９焼成体、２０ブロック、２１インサート、２２側面、２３溝、２４穴、２５側面、２６座ぐり側面、２７水袋、２８水。

Claims

レドームの金属型の表面にブロックを固定した中子と前記中子の外側に配置したラバーとの隙間にセラミックスの粉を充填した後、加圧して成形体を成形する成形工程と、
成形後に、前記金属型に固定した前記ブロックの固定を外す工程と、
その後に、前記成形体から前記中子と前記ラバーを取り外す脱型工程と、
前記中子と前記ラバーを取り外した前記成形体から、さらに前記ブロックを取り外す工程と、
を備えたレドームの製造方法。
前記ブロックは、ねじにより前記金属型の内側から金属型に固定されることを特徴とする請求項１記載のレドームの製造方法。
前記ブロックは、前記ブロックと嵌めあいのインサートを介してねじにより固定されることを特徴とする請求項２記載のレドームの製造方法。
レドームの金属型の表面に、前記金属型の内側から嵌めあいのインサートを介してブロックを固定した中子と前記中子の外側に配置したラバーとの隙間にセラミックスの粉を充填する工程と、
充填後に前記金属型の表面に固定した前記ブロックの固定を外す工程と、
前記インサートを押圧して前記ブロックを前記金属型の表面に固定する工程と、
充填された前記セラミックの粉を加圧して成形体を成形する成形工程と、
成形後に前記インサートを取り外し、さらに前記成形体から前記中子と前記ラバーを取り外す脱型工程と、
前記中子と前記ラバーを取り外した前記成形体から、前記ブロックを取り外す工程と、
を備えたレドームの製造方法。
水袋を前記中子の内側に挿入して前記インサートを押圧することにより、前記ブロックを前記金属型の表面に固定することを特徴とする請求項４記載のレドームの製造方法。
請求項１乃至５のいずれかにより製造された格子状のリブを内側に設けたレ
ドーム。