JP2016502633A - 複合防弾性レドーム壁およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

複合レドーム壁構造（１０）は防弾特性およびレーダー透過特性の両方を示し、防弾性内部中実無空隙コア（１２）と、コアを挟み込む外部反射防止（ＡＲ）表面層（１４−１、１４−２）とを含む。防弾性コア（１２）は、テープおよび／または繊維から形成され、角度が偏向された一方向性ポリエチレン単層の圧縮スタックであり得る。フェースシート（１６−１、１６−２）および／または１つまたは複数のインピーダンス整合層は任意選択で、コアをＡＲ表面層に結合するように、そして／あるいはレーダーシステムに関連する伝送および受信の周波数に対してレドーム壁構造を選択的に調整するように、防弾性コア（１２）と、外部ＡＲ層（１４−１、１４−２）の一方（または両方）との間に配置され得る。

Description

発明の詳細な説明

本明細書中に開示される実施形態は、レーダーアンテナで構成されるレーダーシステムにおいて役立つように使用され得るレドームに関する。本明細書に開示されるレドームの実施形態は防弾（ａｎｔｉｂａｌｌｉｓｔｉｃ）特性および電磁伝送特性の両方を有し、従って、弾道脅威にさらされ得るレーダーシステム、例えば、種々の戦闘車両、船舶および航空機に搭載されるレーダーシステムなどにおける使用に対して特定の実用性を見出す。

レドームは、レーダーシステム、すなわちレーダーアンテナを含むシステムのための電磁カバーであり、例えば風、雨、雹などに対してシステムを遮断するなど、システムを環境要素および脅威から保護するために使用される。レドームの重要な必要条件は、レドームがレドームを通過するレーダー波に実質的に悪影響を与えないことであるが、反射したレーダー波がレドームを通って中に戻り、レーダーアンテナによって受信される場合にも悪影響を与えないことである。従って、レドームは、原則として、２つの主要な性質、すなわち環境要素に対する十分な構造的完全性および耐久性と、適切な電磁透過性（すなわち、レドームを通るレーダー波の満足できる伝送効率を提供する適切な電磁性能）とを有さなければならない。

レドームの電磁性能は、通常、ある方向にレドームを通過するレーダー波の反射、歪みおよび減衰を最小限にするレドームの能力によって測定される。伝送効率はレーダー波に対するレドームの見かけの透過性に類似しており、システム上にレドームカバーを使用しない場合に測定されるレーダーの伝送電力の百分率として表される。レドームは電磁デバイスであると考えることができるので、レドームを調整することによって伝送効率を最適化することができる。レドームの調整は、レドーム壁の厚さおよびその組成を含むいくつかの因子に従って管理される。例えば、決定された誘電率および損失正接（これらはそれぞれ、レーダーシステムによって伝送または受信される波の周波数の関数である）を有する材料を注意深く選択することによって、レドームを調整することができる。不完全に調整されたレドームは、レーダー波を種々の方向に減衰、散乱、および反射させ、レーダーシグナルの品質に悪影響を与えるであろう。

十分に機能することが分かっている従来の既知のレドーム壁構造は、Ａ−サンドイッチ型構成と呼ばれる。Ａ−サンドイッチ型レドーム壁は、通常エポキシ／ガラス繊維積層体を含有するフェーシングによって囲まれた発泡コア、例えばハニカムまたは気泡含有コアを含有する複合パネルを含有する。サンドイッチ型構成全体（コアおよびフェーシング）の厚さは、ほぼ入射角のレーダー波のおよそ４分の１波長の厚さである。Ａ−サンドイッチ型レドーム壁は、例えば、欧州特許第０３５９５０４号明細書、欧州特許第０４７０２７１号明細書、英国特許第６３３，９４３号明細書、英国特許第８２１，２５０号明細書、英国特許第８５１，９２３号明細書、米国特許第２，６５９，８８４号明細書、米国特許第４，９８０，６９６号明細書、米国特許第５，３２３，１７０号明細書、米国特許第５，６６２，２９３号明細書、米国特許第６，０２８，５６５号明細書、米国特許第６，１０７，９７６号明細書、および米国特許出願公開第２００４／０１１３３０５号明細書によって開示されている。

これらの従来の既知のＡ−サンドイッチ型構成は適切な電磁透過性を示し、一般的な環境脅威からレーダーシステムを遮蔽するための十分な構造的完全性を提供するが、これらは防弾保護を提供しない。当然ながら、レーダーシステムを用いる種々の戦闘車両（例えば、歩兵車両（ｉｎｆａｎｔｒｙ ｖｅｈｉｃｌｅ）、有人および無人航空機、および海軍艦艇）が反対勢力からの弾道脅威に潜在的にさらされることは自明である。従って、適切な電磁透過特性だけでなく適切な防弾特性も有するレドーム壁構造を提供することができれば非常に有利であろう。本明細書に開示される実施形態はこのような改善を提供するために行われる。

一般に、本明細書に開示される複合レドーム壁構造は、防弾性内部中実無空隙コアと、コアを挟み込む外部反射防止（ＡＲ）表面層とを含む。特定の実施形態によると、防弾性コアは、以下により詳細に説明されるように、角度が偏向された一方向性ポリオレフィン（例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレン、特に超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ））単層の圧縮スタックを含む。防弾性コアと、外部ＡＲ層の一方（または両方）との間に、コアをＡＲ表面層に結合するように、そして／あるいはレーダーシステムに関連する伝送および受信の周波数に対してレドーム壁構造を選択的に調整するように、フェースシートおよび／または１つまたは複数のインピーダンス整合層が任意選択で配置されてもよい。

複合レドーム壁構造は、通常、２〜４０ＧＨｚの周波数において９０％以上の電磁伝送効率を示すであろう。従って、特定の実施形態によると、２〜４０ＧＨｚの周波数範囲にわたって０．５ｄＢ以下の伝送損失が生じるであろう。

上述のようなレーダー透過性に加えて、本明細書に開示される実施形態に従うレドーム壁構造は、防弾特性、特に国立司法省研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｊｕｓｔｉｃｅ）（ＮＩＪ）標準レベルＩＩＩの防弾特性を示すであろう。これらの防弾特性は、約２８００ｆｐｓ（約８４７．０ｍ／ｓ）のＶ５０および約３．３７×１０^３〜約３．５２×１０^３ジュールの間の運動エネルギーを有する７．６２ｍｍ、１５０グレイン（９．６グラム）のフルメタルジャケット（ＦＭＪ）発射体に対する保護がレドーム壁構造によって与えられることを保証する。

いくつかの好ましい実施形態は、角度が偏向された一方向性ポリエチレン単層の圧縮スタックで構成される防弾性コアを含むであろう。角度が偏向された一方向性ポリエチレン単層のスタックは、一方向性ポリエチレンテープ、特に超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）から形成されるテープの形態であり得る。

いくつかの実施形態に従う反射防止（ＡＲ）外部表面層はサブ波長表面（ＳＷＳ）構造であり、例えば、Ｘバンド周波数（８〜１８ＧＨｚ）に適した凹型レリーフ構造を示すようにマイクロマシニング加工された（例えば、レーザーによる）ポリプロピレンフィルムで構成されるＳＷＳ構造である。

その他の機能層が防弾性コアとＡＲ表面層との間に介在されてもよい。例えば、強化樹脂マトリックス（例えば、シアン酸エステル樹脂、またはエポキシ樹脂など）で構成される少なくとも１つのフェース層が、コアと、ＡＲ表面層のそれぞれ（または各々）との間に介在され得る。このようなフェース層における樹脂マトリックスの補強は、ガラス、黒鉛、炭素などの、繊維、メッシュ、微粒子または他の形態の構造補強充填剤を含み得る。いくつかの好ましい実施形態は、ガラス強化シアン酸エステル樹脂マトリックスから形成されたフェース層を含むであろう。

レドーム壁構造は、レーダーシステムに関連するレーダーアンテナを保護するためにレドームの一部として形成される場合、任意の形状で提供され得る。従って、壁構造は平坦であっても湾曲していてもよい。通常、レドームおよびその関連壁の構造は凸状に湾曲されるであろう。

本発明のこれらおよび他の態様は、現在好ましいその例示的な実施形態の以下の詳細な説明について注意深く検討した後でより明らかになるであろう。

本発明の実施形態に従うレドーム壁構造の断面斜視図である。 図１のレドーム壁構造において使用される反射防止（ＡＲ）層をより詳細に示す。 図１のレドーム壁構造において使用される反射防止（ＡＲ）層をより詳細に示す。 以下の実施例１に従って実施される、本発明の実施形態に従うレドーム壁構造および他の比較レドーム壁構造の伝送損失（ｄＢ）対周波数（ＧＨｚ）のプロットである。 従来の非防弾性レドームハニカム複合壁構造および図２に示される本発明に従う実施形態の防弾性レドーム壁構造の、周波数（ＧＨｚ）対入射角（度）の伝送損失（ｄＢ）プロットである。 従来の非防弾性レドームハニカム複合壁構造および図２に示される本発明に従う実施形態の防弾性レドーム壁構造の、周波数（ＧＨｚ）対入射角（度）の伝送損失（ｄＢ）プロットである。 以下の実施例２に従って実施される、本発明の実施形態に従うレドーム壁構造および他の比較レドーム壁構造の、伝送損失（ｄＢ）対周波数（ＧＨｚ）のプロットである。 以下の実施例２に従って実施される、本発明の実施形態に従うレドーム壁構造および他の比較レドーム壁構造の、伝送電力パーセント（％）対周波数（ＧＨｚ）のプロットである。

本明細書に開示される複合レドーム壁構造は、防弾特性およびレーダー透過特性の両方を示す。従って、レドーム壁構造は、レーダーアンテナを保護するレドーム（例えば、通常はドーム形の構造）を形成するのに役立つように使用され得る。レドームは平坦でまたはオジー形（ｏｇｉｖａｌ）などであってもよいが、通常ドーム形が好ましい。レドームは、航空機、車両、航海船舶、および地上施設において見られる。

既に言及した通り、本明細書に開示される複合レドーム壁構造は、一般に、防弾性内部中実無空隙コアと、コアを挟み込む外部表面層とを含むであろう。防弾性コアと、外部ＡＲ表面層の一方（または両方）との間に、コアのＡＲ表面層への結合を増強するように、そして／あるいはレーダーシステムに関連する伝送および受信の周波数に対してレドーム壁構造を選択的に調整するように、１つまたは複数の他の機能層が任意選択で配置され得る。

防弾性コアは、最も好ましくは、互いにある角度で交差して重ねて圧縮された、複数の一方向に配向したポリマー単層を有する中実無空隙高分子材料（例えば、ポリエチレンおよび／またはポリプロピレンから選択されるポリオレフィン）である。いくつかの好ましい実施形態によると、単層のそれぞれは超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）で構成され、本質的に接着性樹脂を含まない。

単層を形成するＵＨＭＷＰＥは、米国特許第７，９９３，７１５号明細書および米国特許第８，１２８，７７８号明細書（参照によって完全に本明細書に援用される）に開示されるように、テープの形態であり得る。好ましくは、コアを形成するために使用されるテープは、少なくとも２ｍｍ、より好ましくは少なくとも５ｍｍ、最も好ましくは少なくとも１０ｍｍの幅を有する。実用性によって限定されるだけであるが、テープは、最大でも４００ｍｍ、または時には最大でも３００ｍｍ、または時には最大でも２００ｍｍの幅を有し得る。

テープは、５〜２００ｇ／ｍ^２の間、時には８〜１２０ｇ／ｍ^２の間、または時には１０〜８０ｇ／ｍ^２の間の面密度を有し得る。テープの面密度は、テープから都合よく切断された表面を秤量することによって決定することができる。テープは、最大でも１２０μｍ、時には最大でも５０μｍ、そして時には５〜２９μｍの間の平均厚さを有し得る。平均厚さは、例えば、テープの異なる断面において顕微鏡を使用し、結果の平均をとることによって測定することができる。

テープの製造において使用され得る適切なポリオレフィンは、特に、エチレンおよびプロピレンのホモポリマーおよびコポリマーであり、少量の１つまたは複数の他のポリマー、特に他のアルケン−１−ポリマーを含有していてもよい。

ポリオレフィンとして線状ポリエチレン（ＰＥ）を選択すると、特に良好な結果が得られる。線状ポリエチレンは、本明細書では、１００個のＣ原子につき１個未満の側鎖、好ましくは３００個のＣ原子につき１個未満の側鎖を有するポリエチレンを意味すると理解され、側鎖または分枝は、通常、少なくとも１０個のＣ原子を含有する。側鎖は、例えば欧州特許第０２６９１５１号明細書において言及されるように、２ｍｍ厚の圧縮成形フィルムにおけるＦＴＩＲによって適切に測定され得る。線状ポリエチレンはさらに、プロペン、ブテン、ペンテン、４−メチルペンテン、オクテンなどの共重合可能な１つまたは複数の他のアルケンを最大５ｍｏｌ％まで含有し得る。好ましくは、線状ポリエチレンは高いモル質量を有し、少なくとも４ｄｌ／ｇ、より好ましくは少なくとも８ｄｌ／ｇの固有粘度（ＩＶ、１３５℃のデカリン中の溶液において決定される場合）を有する。このようなポリエチレンは、超高モル質量ポリエチレンとも呼ばれる。固有粘度は、ＭｎおよびＭｗのような実際のモル質量パラメータよりも容易に決定することができる分子量の尺度である。ＩＶとＭｗとの間にはいくつかの経験的な関係が存在するが、このような関係は、分子量分布に大きく依存する。式Ｍｗ＝５．３７×１０^４［ＩＶ］１．３７（欧州特許出願公開第０５０４９５４Ａ１号明細書を参照）に基づくと、４または８ｄｌ／ｇのＩＶは、それぞれ、約３６０または９３０ｋｇ／ｍｏｌのＭｗに相当するであろう。

またテープは、高分子粉末を無端ベルトの組み合わせの間に提供し、高分子粉末をその融点（融解温度とも呼ばれる）よりも低い温度で圧縮成形し、得られた圧縮成形ポリマーを圧延した後、延伸することによって調製され得る。このようなプロセスは、例えば、参照によって本明細書中に援用される欧州特許出願公開第０７３３４６０Ａ２号明細書に記載されている。また圧縮成形は、ポリマー粉末を搬送中に無端ベルトの間に一時的に保持することによって実行され得る。これは例えば、無端ベルトと接続した加圧プラテンおよび／またはローラーを提供することによって行うことができる。好ましくは、ＵＨＭＷＰＥはこのプロセスで使用され、固体状態で延伸可能であることが必要である。

テープを形成するための別の好ましいプロセスは、ポリマーを押出機に供給し、その融点よりも高い温度でテープを押出し、押出されたポリマーテープを延伸することを含む。好ましくは、ポリエチレンテープはゲルプロセスによって調製される。適切なゲル紡糸プロセスは、例えば、英国特許出願公開第Ａ−２０４２４１４号明細書、英国特許出願公開第Ａ−２０５１６６７号明細書、欧州特許出願公開第０２０５９６０Ａ号明細書および国際公開第０１／７３１７３Ａ１号パンフレット、および「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｂｒｅ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，Ｅｄ．Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｗｏｏｄｈｅａｄ Ｐｕｂｌ．Ｌｔｄ（１９９４），ＩＳＢＮ１８５５７３１８２７に記載されている。このようなプロセスは、スリット押出ダイを用いることにより、テープを製造するように容易に変更することができる。要するに、ゲル紡糸プロセスは、高固有粘度のポリオレフィンの溶液を調製し、溶液を溶解温度よりも高い温度でテープに押出し、ゲル化温度よりも低い温度にテープを冷却することにより、テープを少なくとも部分的にゲル化させ、溶媒を少なくとも部分的に除去する前、最中、および／または後にテープを延伸することを含む。

製造したテープの延伸（好ましくは、一軸延伸）は、当該技術分野において知られている手段によって実行され得る。このような手段は、適切な延伸装置における押出伸長および引張伸長を含む。機械的強度および硬さの増大を達成するために、延伸は多段階で実行され得る。好ましい超高分子量ポリエチレンテープの場合、延伸は通常、いくつかの延伸ステップにおいて一軸で実行される。第１の延伸ステップは、例えば、３の伸長係数で延伸することを含み得る。ポリオレフィンがＵＨＭＷＰＥである場合、好ましくは複数の延伸プロセスが使用され、テープは、１２０℃までの延伸温度では９の係数、１４０℃までの延伸温度では２５の伸長係数、そして１５０℃までおよびそれ以上の延伸温度では５０の伸長係数で伸長される。上昇する温度における複数の延伸によって、約５０以上の伸長係数を得ることができる。この結果、高強度のテープが得られ、超高分子量ポリエチレンのテープでは、１．２ＧＰａ〜３ＧＰａの強度範囲が容易に達成され得る。

得られた延伸テープはそのままの状態で使用されてもよいし、その所望の幅に切断されるか、あるいは延伸方向に沿って引裂かれてもよい。ＵＨＭＷＰＥテープの場合、面密度は、好ましくは、５０ｇ／ｍ^２未満、より好ましくは、２９ｇ／ｍ^２または２５ｇ／ｍ^２未満である。好ましくは、テープは、少なくとも０．３ＧＰａ、より好ましくは少なくとも０．５ＧＰａ、さらにより好ましくは少なくとも１ＧＰａ、最も好ましくは少なくとも１．５ＧＰａの引張強さを有する。

複数のポリオレフィンテープは単層を形成し、各単層は次にコアを形成するために、テープの一方向延伸に関して偏向されて他の隣接の単層と積み重ねられ得る。テープは重なり合うか、あるいは縁が当接した状態で並んで位置し得る。いくつかの実施形態によると、それぞれの単層のテープは、例えば国際公開第２００６／０７５９６１号パンフレット（その内容は参照によって本明細書中に援用される）に記載されるように製織されてもよい。この関連で、織物層はテープ様の経糸および緯糸から作ることができ、これには、テープ様の経糸を供給して、杼口形成および布地の巻取りを補助するステップと、前記経糸によって形成される杼口内にテープ様の緯糸を挿入するステップと、挿入したテープ様の緯糸をファブリック・フェル（ｆａｂｒｉｃ−ｆｅｌｌ）に置くステップと、生じた織物層を巻き取るステップとが含まれ、テープ様の緯糸を挿入するステップは、クランピングを用いて緯糸テープを本質的に平らな状態に把持し、杼口を通して引き出すことを含む。挿入した緯糸テープは、好ましくは、ファブリック・フェル位置に置かれる前に所定の位置でその供給源から切断される。テープを製織する際、特別に設計された製織要素が製織プロセスにおいて使用される。特に適切な製織要素は、米国特許第６，４５０，２０８号明細書（その内容も、参照によって本出願中に援用される）に記載される。好ましい織物構造は、平織、バスケット織、サテン織およびクローフット（ｃｒｏｗ−ｆｏｏｔ）織である。平織が最も好ましい。

好ましくは、プライの層の緯糸方向は、隣接プライの層の緯糸方向とある角度をなしている。角度は約９０°である。

別の実施形態では、テープの層は、一方向に配列された一連のテープ、すなわち共通の方向に沿って走るテープを含有する。テープはその長さに沿って部分的に重なり合っていてもよいが、その長さに沿って縁が当接していてもよい。重なり合う場合には、重複領域は幅が約５μｍ〜約４０ｍｍの間であり得る。好ましくは、プライの層内のテープの共通の方向は、隣接プライの層のテープの共通の方向とある角度をなしている。隣接する単層間のバイアス角は約２０〜約１６０°の間、時には約７０〜約１２０°の間、さらに時には約９０°の角度であり得る。

テープは次に、ポリエチレンの融点温度よりも低い温度、好ましくは１１０〜１５０℃の温度、そして１０〜１００Ｎ／ｃｍ^２の圧力下で圧縮され得る。得られた単層は次に、他の単層と共にスタックに組み立てられる。

好ましくは接着性樹脂または材料を含まない、偏向して重ねられた単層のスタックは次に、高圧および高温において防弾性コアを形成するのに十分な時間圧縮され得る。いくつかの実施形態によると、コアは、互いにある角度で圧縮された７０〜２８０の間のポリエチレン単層を含有し得る。

単層のスタックは、ＵＨＭＷＰＥの融点よりも低い温度で圧縮され得る。通常、単層のスタックの圧縮は、実質的に一定の圧力で約９０〜約１５０℃の間、時には約１１５℃〜約１３０℃の間の圧縮温度で達成され得る（任意選択で、７０℃よりも低い温度に冷却される）。圧縮温度とは、単層の圧縮スタックの半分の厚さにおける温度を意味する。１００〜１８０バールの間、時には１２〜１６０バールの間の圧縮圧力が、約４０〜約１８０分の間の圧縮時間で使用され得る。

例えば、米国特許第５，７６６，７２５号明細書および米国特許第７，５２７，８５４号明細書および米国特許出願公開第２０１０／００６４４０４号明細書（それぞれの全内容は、参照によって本明細書中に明確に援用される）においてより完全に開示されるように、防弾性コアは、付加的または代替的に、一方向（ＵＤ）配向繊維を含有する単層を含み得る。防弾性コア内の繊維は、３．５〜４．５ＧＰａの間の引張強さを有し得る。繊維は、好ましくは、３．６〜４．３ＧＰａの間、より好ましくは３．７〜４．１ＧＰａの間、または最も好ましくは３．７５〜４．０ＧＰａの間の引張強さを有する。例えば、英国特許出願公開第２０４２４１４Ａ号明細書または国際公開第０１／７３１７３号パンフレット（参照によって本明細書中に援用される）に記載されるようなゲル紡糸プロセスによって調製されたポリエチレンフィラメントからなる高性能ポリエチレン繊維または高延伸ポリエチレン繊維が使用されるのがさらにより好ましい。これらの繊維の利点は非常に高い引張強さを軽量と組み合わせて有することであり、従ってこれらは、特に、軽量耐弾性（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）物品での使用に非常に適している。

単層を形成するＵＤ繊維は、予備形成シートの取扱いおよび製造中に単層の構造が保持されるように、繊維の全体または一部を包囲し得るマトリックス材料によって結合されていてもよい。マトリックス材料は、例えば、繊維の単層間のフィルムとして、一方向に位置合わせされた繊維間の横断方向結合ストリップとしてまたは横断方向繊維（一方向性繊維に関して横断方向）として、あるいは繊維をマトリックス材料に含侵および／または包埋させることによって、種々の形態および方法で適用することができる。

剛性コアの厚さは、防弾特性を有するという条件で異なり得る。本明細書で使用される場合、「防弾特性」という用語は、２８００ｆｐｓのＶ５０を有する７．６２ｍｍ、１５０グレインのフルメタルジャケット（ＦＭＪ）発射体に対して、物品が国立司法省研究所（ＮＩＪ）標準レベルＩＩＩの保護を達成することを意味する。一般に、コアの厚さは約１０ｍｍから約６０ｍｍまで異なり、時には約１５ｍｍ〜約４０ｍｍの間であり得る。コアのいくつかの実施形態は約２５ｍｍ（＋／−約０．５ｍｍ）の厚さを有するであろう。

上記のような防弾性コアは、好ましくは、一対の外部反射防止（ＡＲ）表面層の間に挟み込まれる。ＡＲ表面層は、所望のレーダー透過性を達成するための材料のコーティングまたはフィルムであり得る。いくつかの実施形態によると、ＡＲ表面層は、Ｘバンド（８〜１８ＧＨｚ）周波数に適したサブ波長構造（ＳＷＳ）である。

「サブ波長構造」（「ＳＷＳ」と略される）という用語は、入射放射線の波長よりも小さいサイズの表面レリーフ格子を有する材料の層を指すことが意図される。反射防止層は、例えば、Ｍｉｒｏｔｚｎｉｋ ｅｔ ａｌ，「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｍｏｔｈｅｙｅ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．５８，Ｎｏ．９，２０１０年９月、およびＭｉｒｏｔｚｎｉｋ ｅｔ ａｌ，「Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＭｏｔｈーＥｙｅ Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒａｃｅｓ ａｔ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ」，Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５２，Ｎｏ．３，２０１０年３月（それぞれの全内容は、参照によって本明細書中に明確に援用される）に記載される技術に従って形成され得る。

特定の実施形態によると、複合レドーム壁構造の外部ＳＷＳ層は、約２〜約１０ｍｍの間、時には約４〜約６ｍｍの間の厚さを有するマイクロマシニング加工された（例えば、レーザーによる）ポリプロピレンフィルムから形成されるであろう。約４．５〜約５ｍｍの間の厚さを有するポリプロピレンフィルムは、特定の実施形態に従って使用することができる。

ポリプロピレンフィルムは、上側の略円筒形凹部と、凹部に関して同軸的に配置された下側の略円筒形開口部とからなる高密度の複数の凹型レリーフ構造を達成するように、レーザー加工され得る。上側凹部の平均深さおよび直径はそれぞれ約４．０〜約６．０ｍｍの間の範囲であり得る。好ましくは、Ｋバンド周波数の場合、上側凹部の平均深さおよび直径はそれぞれ、通常、約４．６４ｍｍおよび５．１６ｍｍであろう。下側開口部の平均深さおよび直径はそれぞれ、通常、約２．５〜約３．０ｍｍの間、および約４．５〜約５．０ｍｍの間であろう。Ｋバンド周波数の場合、下側開口部の平均深さおよび直径はそれぞれ、通常、約４．８８ｍｍおよび約２．７８ｍｍであろう。凹型レリーフ構造は、高密度の複数のオフセット行および列に対称的に配置され、隣接する凹型レリーフ構造の中心は、約５．０〜約７．０ｍｍの間、通常約６．０ｍｍだけ互いに離間されている。

モスアイ（Ｍｏｔｈ−ｅｙｅ）表面は外側に突出することもできるし、あるいは内側に反転した凹部であってもよい。好ましくは、本明細書に開示される実施形態の場合、モスアイ表面は、内側に反転された凹部である。本質的に、モスアイ表面は、特に空気（ε ａｉｒ≒１．０）からレドームの外層へ移動する電磁シグナルの伝送効率を増大させる実効誘電率（ε）を生じる。これは、誘電特性および厚さが特に調整されたフィルムの積み重ねられた層によって達成することもできる。この技術は幅広い材料と共に使用することができるが、インバースモスアイ技術のＳＷＳ構造と共に架橋ポリスチレンマイクロ波プラスチック（ＲＥＸＯＬＩＴＥ（登録商標）ポリスチレン）を使用するのが現在好ましい。満足できるように使用され得る別の材料は、３．０〜１５の範囲の誘電率を有する低損失プラスチックストック（例えば、ＥＣＣＯＳＴＯＣＫ（登録商標）ＨｉＫ材料）である。モスアイ表面は、当業者によく知られている技術に従って、構造の所望の周波数応答により決定される仕様通りにＣＮＣ機によって製作され得る。

防弾性コアと外部ＡＲ表面層との間に、コアのＡＲ表面層への結合を増強するように、そして／あるいはレドーム壁構造と所望のレーダー周波数範囲とのインピーダンスを整合させるように、付加的な層が使用されてもよい。

防弾性コアおよびフェースシート間の接着は、好ましくは、熱可塑性接着剤の使用により達成される。特に好ましいのは、ＭＡＡ酸基がナトリウムイオンによって部分的に中和されているエチレン／メタクリル酸（Ｅ／ＭＡＡ）コポリマーなどのアイオノマーグレードの熱可塑性樹脂である。このような目的のために、１つの現在好ましい樹脂はＳＵＲＬＹＮ（登録商標）８１５０ナトリウムアイオノマー熱可塑性樹脂である。

防弾性コアおよびフェースシートの表面結合は、プラズマおよび／またはコロナ処理技術によって達成することもできる。

使用され得る１つのこのような付加的な層は、ＡＲ層と防弾性コアの間に介在する強化樹脂マトリックス層から形成されるフェースシートである。シアン酸エステル樹脂および／またはエポキシ樹脂などの樹脂マトリックスは、このような目的のために使用され得る。シアン酸エステル樹脂は望ましい電気的および熱的特性を有すると、当該技術分野で知られている。シアン酸エステル樹脂は、例えば、参照によって本明細書中に含まれる米国特許第３，５５３，２４４号明細書に記載されている。これらの樹脂の硬化は、特に、米国特許第４，３３０，６５８号明細書、米国特許第４，３３０，６６９号明細書、米国特許第４，７８５，０７５号明細書および米国特許第４，５２８，３６６号明細書に記載されるものなどの触媒の存在下での加熱によって影響を受ける。本明細書では、例えば米国特許第４，１１０，３６４号明細書、米国特許第４，１５７，３６０号明細書、米国特許第４，９８３，６８３号明細書、米国特許第４，９０２，７５２号明細書および米国特許第４，３７１，６８９号明細書に開示されるもののように、シアン酸エステル樹脂のブレンドもシアン酸エステル樹脂であると理解される。

好ましくは、シアン酸エステル樹脂は、シアン酸エステルおよび臭素化エポキシ、またはポリ（フェニレンエーテル）（ＰＰＥ）、シアン酸エステルおよび臭素化エポキシのブレンドについて記載する日本特許第０５３３９３４２号公報および米国特許第４，４９６，６９５号明細書に開示されるものなどの難燃性シアン酸エステル樹脂である。より好ましくは、シアン酸エステル樹脂は、米国特許第４，０９７，４５５号明細書および米国特許第４，７８２，１７８号明細書に開示されるような臭素化シアン酸エステルの難燃性ブレンド、または米国特許第４，７８２，１１６号明細書および米国特許第４，６６５，１５４号明細書に記載されるようなシアン酸エステルとビス（４−ビニルベンジルエーテル）または臭素化ビスフェノールとのブレンドである。日本特許第０８２５３５８２号公報に開示されるようなシアン酸エステルと臭素化ポリ（フェニレンエーテル）、ポリカーボネートまたはペンタブロモベンジルアクリラートとのブレンドも本発明における利用に適している。

フェース層の樹脂マトリックスを形成する際に使用される適切なエポキシ樹脂は、例えば、コーティング配合物の全重量を基準として約２０重量％〜約９５重量％の量のエポキシモノマーまたは樹脂を含むものであり得る。いくつかの実施形態は、硬化性コーティング配合物中に約３０重量％〜約７０重量％のエポキシモノマーを含むであろう。シェル ケミカル カンパニー（Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ），Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘ．からのＥＰＯＮ樹脂、例えば、ＥＰＯＮ樹脂１００１Ｆ、１００２Ｆ、１００７Ｆおよび１００９Ｆ、ならびに２０００シリーズ粉末ＥＰＯＮ樹脂、例えばＥＰＯＮ樹脂２００２、２００３、２００４および２００５を含むエポキシ樹脂が使用され得る。エポキシモノマーまたは樹脂は、高架橋密度、約３以上の官能性、および２５０未満のエポキシ当量を有し得る。本発明の実施形態に従って使用され得る例示的なエポキシには、ダウ ケミカル カンパニー（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）（Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈ．）エポキシノボラック樹脂Ｄ．Ｅ．Ｎ．４３１、Ｄ．Ｅ．Ｎ．４３８およびＤ．Ｅ．Ｎ．４３９が含まれる。

また、エポキシ成分の約１重量％〜約１０重量％の量でエポキシ樹脂の硬化剤が添加されてもよい。硬化剤は触媒または反応物、例えば反応物ジシアンジアミドであり得る。コーティング配合物の重量を基準として約１重量％〜約５０重量％のエポキシ溶媒がコーティング配合物中に含まれてもよい。エポキシモノマーまたは樹脂を液化するか、あるいはその粘度を調整するためにエポキシ溶媒を添加することができ、トリエチルホスファートおよびエチレングリコールが好ましい。本発明のいくつかの実施形態によると別個のエポキシ溶媒は必要とされないこともあり、この場合、エポキシは室温で液体であるか、あるいはコーティング配合物のフッ素化モノマーまたは界面活性剤成分がエポキシの溶媒の役割を果たす。

本発明の特定の実施形態に従うフェースシートは、好ましくは、最大でも６．０、時には最大でも５．０、さらに時には最大でも４．０の誘電率（ε）を示すであろう。いくつかの実施形態によると、フェースシートは誘電率を示すであろう。好ましくは、フェースシートの前記誘電率（ε）は、約２．０〜約４．０の間、時には３．０〜３．７５の間であろう。約３．５〜約３．７の間の誘電率（ε）を有するガラス強化シアン酸エステル樹脂から形成されるフェースシートは有利に使用され得る。

エポキシ樹脂の誘電率および誘電損失は、同軸プローブを用いて電磁雑音のない部屋内に配置された電磁伝送線によりルーチン的に測定することができる。好ましくは、強化フェースシートの誘電損失は最大でも０．０２５、より好ましくは最大でも０．０００１である。好ましくは、前記誘電率は０．０００１〜０．０００５の間である。

フェースシートは、単一または複数のプライフィルム、スクリム、繊維、ドット、パッチなどの形態であり得る。好ましくは、フェースシート層は、スクリム、より好ましくはフィルムの形態である。通常、フェースシート層は、本発明の材料により含有される複数のプライを圧密化するするプロセスの間に後で硬化される、未硬化または部分硬化された樹脂組成物として、防弾性コアのそれぞれのフェース表面上に直接適用される。フェースシートは外部ＡＲ表面層のそれぞれと、防弾性コアとの間に介在してもよいし、任意選択で、１つのコア表面と、対応する隣接ＡＲ表面層との間に介在するだけであってもよい。

フェースシートを形成する樹脂マトリックスは、最も好ましくは、適切な繊維または微粒子充填材により強化される。従って、フェースシートの樹脂マトリックスは、繊維または微粒子のガラス、黒鉛および／または炭素材料を含み得る。好ましいのは、ガラス繊維、例えばＳガラスまたはＥガラス繊維である。

外部ＡＲ表面層および任意選択のインピーダンス整合層は、従来の任意の手段によって防弾性コアに組み立てられる。このように組み立てられたレドーム壁プレフォームの種々の層は次に、好ましくは、ＤＳＣで決定されるポリオレフィンの融解温度（Ｔｍ）よりも低い温度で圧力をかけられることによって圧密化され得る。有用な圧力は、少なくとも５０バール、時には少なくとも７５バール、またある時には少なくとも１００バールの圧力を含む。圧密化の温度は、Ｔｍよりも１０℃低い温度〜Ｔｍの間、時にはＴｍよりも５℃低い温度〜Ｔｍよりも２℃低い温度の間であり得る。使用される温度は、シアン酸エステル樹脂の硬化温度よりも高温でなければならない。ＵＨＭＷＰＥテープが使用される場合の適切な温度は１２０℃〜１５０℃の間、より好ましくは１３０℃〜１４０℃の間である。

フェースシートの防弾性コアへの接着は、フェースシートが適用されるコアの表面にコロナ処理および／またはプラズマ処理を行うことによって増強され得る。

本発明は、特許請求の範囲に記載される特徴の全ての可能な組み合わせに関することが注目される。説明において記載される特徴がさらに組み合わせられ得る。

さらに、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の要素の存在を排除しないことが注目される。しかしながら、特定の構成要素を含む製品に対する説明が、これらの構成要素からなる製品も開示することも理解されるべきである。同様に、特定のステップを含むプロセスに対する説明が、これらのステップからなるプロセスも開示することも理解されるべきである。

本発明は、以下の実施例（これらに限定されない）によりさらに解明されるであろう。

［実施例］
［実施例１］
添付の図１は、本発明の実施形態に従うレドーム壁構造１０の略断面斜視図である。図１に示されるレドーム壁構造１０は、各外部ＡＲ表面層１４−１、１４−２の間に挟み込まれた上記の圧密化ＵＨＭＷＰＥ単層から形成される防弾性コア１２を含む。図示される実施形態のＡＲ表面層１４−１、１４−２は、ＳＷＳ構造化された架橋ポリスチレンマイクロ波プラスチック（ＲＥＸＯＬＩＴＥ（登録商標）１４２２ポリスチレン）から形成される。ＡＲ表面層１４−１、１４−２はモスアイ表面であり、すなわち各表面層１４−１、１４−２は、凹部形態のマイクロマシニング加工されたサブ波長表面（ＳＷＳ）構造を含み、その代表のいくつかは、それぞれ参照番号１４−１ａ、１４−２ａで識別される。

Ｓガラス強化シアン酸エステル材料の各シングルプライフェースシート１６−１、１６−２はそれぞれ、防弾性コア１２と、ＡＲ表面層のそれぞれ１４−１、１４−２との間に介在される。

防弾性コア１２は約２５．４ｍｍの厚さを有し、ＡＲ表面層１４−１、１４−２はそれぞれ約９．５２５ｍｍの厚さであった。シングルプライフェースシート１６−１、１６−２は、約１１ミル（約０．２７９ｍｍ）の厚さであった。

ＡＲ表面層１４−１、１４−２は、図２Ａおよび２Ｂに示されるように構造化した。これに関して、ＡＲ表面層１４−１が例として図２Ａおよび２Ｂに示されているが、ＡＲ表面層１４−２も同様に構成されると理解される。特に、ＳＷＳ構造１４−１ａのそれぞれは、上側略円筒形凹部１４−１ｂおよび略円筒形開口部１４−１ｃを含む凹部形態であった。上側略円筒形凹部１４−１ｂの直径および深さ寸法（Ｄ_１およびｄ_２）はそれぞれ、約５．１９５ｍｍおよび約４．６４０ｍｍであった。下側開口部１４−１ｃの直径および深さ寸法Ｄ_３およびｄ_４はそれぞれ、約２．７７８ｍｍおよび約４．８８５ｍｍであった。隣接するＳＷＳ構造１４−１ａは、約６．００ｍｍの距離Ｄ_５だけ離間させた。図１Ａに示されるように、ＳＷＳ構造１４−１ａは、構造１４−１ａのそれぞれと列になるように位置合わせし、隣接の列の構造１４−１ａに関して離間距離Ｄ_５の半分だけオフセットさせた。

図１Ａおよび１Ｂに示されるＡＲ表面層１４−１、１４−２を有する図１の複合レドーム壁構造を、無響室内で約１０ＧＨｚ〜約４０ＧＨｚの間の周波数の垂直入射放射線にさらした。放射線伝送損失（ｄＢ）を周波数に対してプロットし、ハニカムコアを含有する従来のＡ−サンドイッチ型構成のレドーム壁構造と比較した。さらに、図１の構造を、外部ＡＲ表面層が存在しない状態でも試験した。結果は図２において見られる。

図示されるように、本発明の実施形態は、対象となる周波数、すなわち２６〜４０ＧＨｚの周波数を通して、０．５ｄＢ未満の伝送損失を達成した。さらに、本発明に従う実施形態の放射線伝送損失特性は、対象となる２６〜４０ＧＨｚの周波数範囲にわたって、ハニカムコアを有する従来技術の従来のＡ−サンドイッチ型レドーム壁構成と同等であった。

図３Ａおよび３Ｂは、ハニカムコアを有する従来技術の従来のＡ−サンドイッチ型レドーム壁構成と比較して、様々な放射線入射角における図１に従うレドーム壁構造の伝送損失（ｄＢ）を示す。図示されるように、いずれのレドーム壁構造も、対象となる２６〜４０ＧＨｚの周波数範囲にわたって、伝送損失がやや同等であることを示す。

［実施例２］
図１Ａおよび１Ｂに示されるＡＲ表面層１４−１、１４−２を有する図１の複合レドーム壁構造を、無響室内で約４ＧＨｚ〜約４０ＧＨｚの間の周波数の垂直入射放射線にさらすことによって、実施例１を繰り返した。結果は、添付の図４および５に示される。

図４および５に示されるように、８〜１８ＧＨｚのＸバンド周波数にわたって、複合レドーム壁構造は、０．２ｄＢ未満の伝送損失および９５％よりも大きい伝送電力パーセントを示した。

本発明は、最も実際的で好ましい実施形態であると現在考えられるものに関して説明されたが、本発明が開示される実施形態に限定されず、反対に、その趣旨および範囲内に含まれる種々の修正および等価の配列を包含することが意図されることは理解されるべきである。

Claims (21)

1. 防弾性中実無空隙内部コアと、前記コアを挟み込む反射防止（ＡＲ）外部表面層とを含む複合レドーム壁構造。
2. ２〜４０ＧＨｚの周波数において９０％以上の電磁伝送効率を示す、請求項１に記載の複合レドーム壁構造。
3. 国立司法省研究所（ＮＩＪ）標準レベルＩＩＩの防弾特性を示す、請求項２に記載の複合レドーム壁構造。
4. 前記防弾性コアが、角度が偏向された一方向性ポリエチレン単層の圧縮スタックを含む、請求項１に記載の複合レドーム壁構造。
5. 前記角度が偏向された一方向性ポリエチレン単層のスタックが、一方向性ポリエチレンテープまたは繊維を含む、請求項２に記載の複合レドーム壁構造。
6. 前記ポリエチレンテープが超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）からなる、請求項３に記載の複合レドーム壁構造。
7. 前記反射防止外部表面層がサブ波長表面（ＳＷＳ）構造である、請求項１に記載の複合レドーム壁構造。
8. 前記ＳＷＳ構造が架橋ポリスチレンフィルムを含む、請求項７に記載の複合レドーム壁構造。
9. 前記架橋ポリスチレンフィルムが約２〜約１０ｍｍの間の厚さを有する、請求項８に記載の複合レドーム壁構造。
10. 前記架橋ポリスチレンフィルムが凹型レリーフ構造を示すようにマイクロマシニング加工される、請求項９に記載の複合レドーム壁構造。
11. 前記凹型レリーフ構造の隣接する構造の中心が互いに約６．０ｍｍ離間されている、請求項１０に記載の複合レドーム壁構造。
12. 前記コアと、前記ＡＲ表面層のそれぞれとの間に介在する強化樹脂マトリックスで構成される少なくとも１つのフェースシート層をさらに含む、請求項１に記載の複合レドーム壁構造。
13. 前記コアと、前記ＡＲ表面層の各々との間に介在する強化樹脂マトリックス層を含む、請求項１２に記載の複合レドーム壁構造。
14. 前記樹脂マトリックスフェース層が繊維または微粒子補強充填材を含む、請求項１３に記載の複合レドーム壁構造。
15. 前記補強材が少なくともガラス、黒鉛および炭素から１つ選択されるものである、請求項１４に記載の複合レドーム壁構造。
16. セラミックまたは高分子材料で構成される少なくとも１つのインピーダンス整合層をさらに含む、請求項１に記載の複合レドーム壁構造。
17. 請求項１に記載のレドーム壁構造を含むレドーム。
18. 請求項１７に記載のレドームを含むレーダーシステム。
19. 複合レドーム壁構造を製造する方法であって、防弾性中実無空隙内部コアを反射防止（ＡＲ）外部表面層の間に挟み込むステップを含む方法。
20. 複合レドーム壁構造を得るために十分な時間、高温および高圧下で、前記コアおよび前記ＡＲ表面層を圧密化するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記コアおよび前記ＡＲ表面層を圧密化するするステップが、１２０℃〜１５０℃の間の温度および少なくとも５０バールの圧力で実行される、請求項２０に記載の方法。

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