JP2807550B2 - 音波形のための窓及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、所望する音波形の通過のための窓、及びよ
り詳しくは、水没される液体作用、たとえば水中作用下
で使用されるような窓に関する。より特定には、本発明
は、ソナー窓、たとえば軍事用物及び市販用物の両者に
おける表面及び浸水可能な船上に使用するためのドーム
に関する。

〔発明の背景〕

音波用窓、たとえば液体環境下で音波形シグナルを透
過し又は受けることに使用するためのソナードームは、
既知である。従来、これらの窓は、金属、たとえば生物
活性物質、たとえば窓の表面の生物汚染を阻止するため
に生物殺生剤を含むゴムにより任意に被覆されている単
一の厚さの鋼から構成されて来た。

典型的には、外面上のそのような窓は、フリー液体、
たとえば海洋、湖又はタンクの本体と直面する。内面上
のそのような窓は、従来、水又は他の液体により充填さ
れたチャンバーを少なくとも一部限定する。窓も通過す
る音波エネルギーの所望する低い変形及び減衰、及び窓
に対する音波エネルギーの衝突を特徴とする角度の所望
する低い変化を生ぜしめる音響的に“鮮明”であるよう
なそのような窓を形状化することに、実質的な努力が払
われて来た。

そのような窓は、一定の所望しない特徴を受けやす
い。たとえば硬質材料、たとえば鋼から製造された窓
は、窓上の水の通過に関連する有意な量の音のノイズを
生成し、そして窓が包含される船に積まれる機械の操作
に関連する振動周波数から生じる有意な量の音のノイズ
を透過することができる。さらに、これらの比較的硬質
の窓は、窓表面上で衝突する音波形エネルギーのために
有意なはね返り又は反射効果を生ぜしめることができ
る。そのようなはね返りは窓を通して透過されるシグナ
ルの実質的な低下をもたらすことができ、そして窓によ
り限定されるチャンバー内からの音波形の透過の間、窓
の内面から反射が生じる場合、エコーの見せかけ又は誤
った決定及び／当は製造がもたらされる。

ドームの加工に使用される鋼又は他の金属に代わる材
料が提案されて来た。繊維強化プラスチック（FRP）
が、適切な窓材料として提案されて来た。そのようなFR
P材料は、鋼よりも高い耐腐蝕性を示すが、しかし一般
的に、音の鮮明度、低下及び反射特徴に関して、鋼と同
じように多くの特徴的困難性を有する。

窓、たとえばソナードームは、約500Hz〜約500KHzの
周波数を有する音エネルギーの透過を必要とされる。こ
れらの周波数は水中において約0.003m〜約3mの波長に相
当し、そしてこの波長は、その波形が伝達される材料に
依存して、いくらかの変動を受ける。金属又は強化プラ
スチックの従来のドームに関して、ドームが加工される
材料の厚さが、ドームを通して透過される音の周波数の
1/2波長、実質的にそれる場合、挿入損失を通しての低
下、すなわち20logPo/Pt（ここでPoは波の入射圧であ
り、そしてPtは透過された圧力である）の低下は、許容
されなくなる。ソナードームは、特定の構造的負荷に耐
えるように構造的に構成されるべきである。この構成
は、構造材料の固有の厚さをもたらす。この厚さが透過
される1/2波長、それる場合、一定の音波形の周波数に
対する効果的な無分別が、その材料の厚さを通して透過
する波形エネルギーの単純な低下をもたらすことができ
る。

本来、ソナードームは、音響的に鮮明な材料の単独使
用から製造されず；時々、音波形エネルギーが船体にお
ける窓又は被覆された開口部を通して透過されることが
所望される。従来のソナードームの性能に影響を及ぼす
同じ束縛がまた、そのような窓の音の性能に影響を及ぼ
すことができる。

ソナードーム及び窓を形成することにおける構造的な
形状は、高い弾性率の材料、すなわち少なくとも約100,
000psi（6,895×10⁵KPa）以上及びより好ましくは約1,0
00,000psi（6,895×10⁶KPa）以上のヤング率を有する材
料から選択された材料に従来、向けられて来た。これら
の材料は、ゼロに近づく特徴を示す破断点伸び率及び所
望する薄い調整可能な窓に使用されるには高過ぎる音の
成長速度特徴を有し、そしてそのような硬く、高い強度
の材料の使用は、そのような材料から形成される“調
整”ソナードーム及び窓をひじょうに困難にする傾向が
あった。ドーム及び窓に付与される構造的負荷と共に取
られるそのようなソナードーム又は窓のための構造体の
材料の性質は、鮮明度、低下及び同様のような性質の調
整のために多くの残存する柔軟性を伴わないソナードー
ムの音の性質を確立する傾向があった。

ソナードーム又は窓を通しての通過に対して音波の周
波数を実質的に減じるように調整できるソナードーム又
は窓は、軍事及び市販用分野に実質的に適用され得る。
同様に、それらを通しての音波形シグナルの通過の間、
反射シグナルを減じるように構成された１又は複数の材
料から形成されたドーム又は窓が、実質的に利用され得
る。

同様に、高められた自己制動性質を有するソナードー
ム及び窓のための構造体は、たとえばソナードーム又は
窓にそっての水の通過により又はソナードーム又は窓を
包含する船に積まれている機械及び装置の伝動された振
動により発生せしめられた振動に起因するノイズ及び他
のシグナルを減じることに実質的に使用され得る。

〔発明の要約〕

本発明は、一対の構造的な隔壁がコアーを積層してい
る、所望する音波形の通過のための窓を供給する。前記
隔壁は、ｉ）強化された及び強化されていない熱硬化性
プラスチック及び熱可塑性樹脂;ii）低密度で高弾性率
の金属、金属アロイ及びiii）炭素複合材料から成る群
から選択された材料から形成される。

前記コアーは、約200psi（138KPa）〜約15,000psi（1
0.34×10⁴KPa）の静剪断弾性率及び約600psi（415KPa）
〜約50,000psi（34.475×10⁴KPa）のヤング率を有する
材料から形成される。そのコアー材料は、少なくとも約
３％の破断点伸び率及び約1,200〜約2,000m/秒の透過さ
れる音の周波数のための縦速度成長特徴を有する。隔壁
及びコアーは一緒になって、窓を通して透過される所望
する音波形のために約1/2λ±25％の厚さを限定する。

本発明の適切なソナー窓は、ｉ）強化された及び強化
されていない熱硬化性プラスチック及び熱可塑性樹脂;i
i）低密度で高弾性率の金属及び金属アロイ及びiii）炭
素複合材料から成る群から選択された材料から形成され
る一対の隔壁を供給するこおによって、約0.001m〜約1.
5mの所望するλを有する音波形をその窓を通して通すた
めに製造される。

コアーは、隔壁間に積層され、そして約200psi（138K
Pa）〜約15,000psi（10.34×10⁴KPa）の静剪断弾性率及
び約600psi（415KPa）〜約50,000psi（34.475×10⁴KP
a）のヤング率を有する材料から成る群から選択された
材料から形成される。そのコアー材料は、少なくとも約
３％の破断点伸び率及び約1,200〜約2,000m/秒の透過さ
れる音の周波数のための縦速度成長特徴を有する。

所望には、隔壁及びコアーは一緒になって、透過され
る所望する音波形の厚さの正確に1/2になるようなラミ
ネートとして形状化される。次に、その隔壁及びコアー
のラミネートは、所望する窓の物理的形状、たとえば船
又は潜水艦の船体との所望する一致のための弓そり形の
ドーム又は他の曲線型の形状に形成される。

コアーは好ましくは、所望する物性及び動的性質を有
する、天然又は合成ゴム、他のエラストマー又は注型適
性な充填剤入り又は無充填剤合成ポリマーから形成され
る。隔壁は典型的は、鋼、チタン、アルミニウム、銅、
ニッケル及びそれらのアロイ、繊維強化された熱硬化性
プラスチック又は熱可塑性樹脂又は炭素複合材料から形
成される。

〔発明の最良の態様〕

本発明は、音波形の通過のための窓を供給する。本発
明の窓は、所望する強化された減衰及び自己制動性質を
有する。

本発明の窓10は、第１図に示される。窓10は、隔壁1
2,14及びコアー16から成る。第１図の窓10は断面図で示
され、そして潜水艦又は船に関連する場合の窓様ソナー
弓そり形ドームの代表的な断面である。

窓10は、所望する音のシグナルが透過され又は受け入
れられる開放液体（淡水又は海水）から音波透過又は受
け入れ装置（示されていない）を分離するように形状化
される。そのような弓そり形ドームは、いづれか適切な
又は従来の型、たとえば一般的に楕円形、双曲線形、円
形及び同様の形を有することができる。他方、音波窓10
は船体表面の曲線部分に単純に形成することができ、そ
してそれによって建築物及び他の地上の建築物における
いくつかの窓の設置部に、比較的外観上似ている。本発
明の窓10により取られる特定の物理的な形は、窓の背後
又は窓10により少なくとも部分的に限定される閉鎖容器
内に配置される音波形伝動装置又は受動装置により供給
される特定の音波形伝動／受動機能の関数であろう。

本発明の窓10において、隔壁12,14は、適切な又は従
来の構造材料から形成される。この材料は、強化された
又は強化されていない熱硬化性プラスチック又は熱可塑
性樹脂であり得る。これらの隔壁12,14は、他方、高密
度で、高い弾性率の金属又は金属アロイから形成され得
る。他方、隔壁12,14は炭素複合材料から形成され得
る。

隔壁12,14の構成のための特定の材料の選択は、得ら
れる窓10に必要とされる構造的な適合性及び音の鮮明度
の性質並びに使用される特定の隔壁材料に関連する音の
ゆがみからの解放の機能であろう。

適合した強化プラスチック及び特に、いわゆる繊維強
化プラスチック（FRP）が、本発明の実施において好ま
しい。フィルター強化は、ガラスビーズ又は球体、炭素
粒状物、炭素又はグラファイト繊維及び他の適切な又は
従来の充填剤材料を包含することができる。最とも好ま
しくは、ガラス繊維強化プラスチックが、本発明の実施
に使用される。

そのような強化プラスチックは当業界において良く知
られており、そして適切な又は従来のそのような繊維強
化プラスチックが使用され得る。単位重量当たりの比較
的高い強度は、しばしば、熱硬化性樹脂、たとえばエポ
キシ又はフランを用いて製造されたFRPプラスチックに
関連し、そしてこれらの熱硬化性FRPプラスチックが本
発明の実施において好ましい。しかしながら、熱可塑性
材料、たとえばポリエーテルエーテル（PEEK ）の開発
により、本発明の構造体の形成にますます利用すること
ができることが予測される。本発明の実施に利用される
他の熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、
塩化ビニル、塩素化塩化ビニル、アクリロニトリル−ブ
タジエンスチレンコポリマー、ポリビニリジンフリオリ
ド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート及
び他の適切な又は従来の熱可塑性樹脂を包含する。

他方、隔壁12,14は、金属から形成され得る。その金
属は好ましくは、低密度で、比較的高い弾性率の金属又
は金属アロイである。鋼、チタン、アルミニウム、銅、
ステンレス鋼、マグネシウム、ビリリウム、ニッケル及
び適切なこれらの金属のアロイが、本発明の実施におい
て特に好ましい。低密度とは、一般的に、約9g/cm³又は
それ以下の密度を意味する。高い弾性率とは、一般的
に、少なくとも約５×10⁶psi（34.475×10⁶KPa）の弾性
率を意味する。

さらに、隔壁12,14は、炭素複合材料から形成され得
る。その炭素は、グラファイト又は非配向性（基本）炭
素形で存在することができ、そしてその複合材料は適切
な又は従来の良く知られた態様で形成され得る。１つの
複合材料形は、プレプレグされた炭素織物をレイアップ
することにより開発され；そして他の複合材料形は、繊
維−樹脂ブレンドを用いることによって開発される。続
いて、両者とも、炭素を製造するために焼かれる。良く
知られている方法及び技法、たとえば炭素蒸気浸透又は
樹脂含浸法での高密度化が、そのような炭素複合材料構
造体を強化し、そして圧縮するために用いられ得る。

本発明の隔壁12,14を製造するために選択される材料
は、水没される環境下での操作に関連する窓10に対する
予測される応力及び歪を、使用される隔壁の厚さで支持
するために十分の剪断剛性を有すべきである。

コアー16は、約200psi（1,380KPa）〜約15,000psi（1
03,500KPa）の静剪断弾性率及び約600psi（4,140KPa）
〜約50,000psi（344,750KPa）のヤング率を有する材料
から形成される。そのコアー材料は、少なくとも約３％
の破断点伸び率及び約1,200〜約2,000m/秒の、窓10を通
して透過される音波形のための縦速度成長特徴を有す
る。

用語静剪断弾性率とは、剪断における弱弾性率又は剪
断応力に対する材料の耐性の基準を意味し、半径で示さ
れる変形の得られる角度により割り算された剪断応力に
等しい。静剪断弾性率はまた、剛性係数、剛性率又は剪
断応力として知られている。

本明細書に使用されるヤング率とは、張力に相当する
得られる応力に対する材料に適用される単純な引張応力
の割合を意味する。ヤング率はまた、弾性率がまた、弾
性係数、弾性モジュラス又は弾性率モジュラスとしても
知られている材料のための弾性率の基準でもある。

コアー16は、好ましくは、窓が含浸される液体媒体の
速度成長にひじょうに近いか又は低い、コアー16を通し
て通過される音波形のための縦速度成長特徴を有する。
例示されるように、媒体液体が水である場合、その縦速
度成長は好ましくは約1,200〜2,000m/秒である。

典型的には、コアーは天然又は合成ゴム又は他のエラ
ストマーから形成されるが、しかし注型適性な充填剤入
り又は無充填剤合成ポリマーからも形成され得る。本発
明の使用に適切な合成ゴムは、スチレン−ブタジエン及
びアクリロニトリル基材のゴムを包含し、後者はニトリ
ルゴムとして当業界において通常知られている。塩素化
ゴム、たとえばNEOPRENE も、コアー16の形成に利用さ
れる。本発明の実施に使用される他のエラストマーは、
ポリウレタン、ポリブタジエン及びアクリル−コポリマ
ーゴム並びにEPDMS（エチレンプロピレン基材のポリマ
ー）を包含する。“ゴム”とは、適切な又は従来の技法
に従って製造される加硫化又は架橋ゴムを意味する。
“エラストマー”とは、外形又は形状変形力の除去に基
づいて少なくとも一部、以前の外形又は形状に回復する
能力を有する材料を意味する。

注型適性ポリマーは、適切な又は従来の材料を用いて
充填され得る。示されるように、カーボンブラック又は
ガラス繊維が充填剤として使用され得る。本発明の実施
の使用に適切な注型適性充填剤入り又は無充填剤合成ポ
リマーは、ポリウレタン及びいわゆる反応性液体ポリマ
ー、たとえばHYCAR としてB.F.Goodrich Companyから
入手できるポリマーを包含する。

コアー16を形成する本発明の実施に使用されるゴム及
びエラストマーは、充填剤を含むことができる。この充
填剤は、エラストマー又はゴム100重量部当たり０〜約5
0重量部の量で存在し、そして一般的に、エラストマー
又はゴム100重量部当たり約15〜40重量部の量で存在す
る。充填剤は、粒状物、たとえばカーボンブラック、ガ
ラス微小球体又は微小ビーズであり、又は繊維のような
添加物、たとえば鉱物、ポリエステル、ポリオレフィ
ン、ポリアラミド、ポリアミド及びポリビニル、たとえ
ばポリビニルアルコール（1mm/6デニール）であり得
る。天然ゴム100重量部当たりカーボンブラック40重量
部で天然ゴムへの市販のカーボンブラック、KETJEN の
使用は、2,400psiのヤング率を有するコアー16を製造す
る。同じ天然ゴムへのKETJENブラック20重量部の使用は
（また、1mm/6デニールのポリビニルアルコール20重量
部も使用され得る）、8,000（5.516×10⁴KPa）〜12,000
（8.274×10⁴KPa）psiのヤング率を有するコアー材料16
を製造する。コアー16を形成するのに使用されるゴム又
はエラストマーのためには、いづれかの適切な又は従来
の充填材料が使用され得るが、得られるコアー16に所望
される音波形のための縦速度成長特徴を付与する特定の
充填材料が選択され、そしてそれによって、所望する弾
性率、静剪断弾性率及びヤング率を有するいづれかのコ
アー16が得られる。

他の適切な又は従来の材料が、静剪断弾性率、ヤング
率、破断点伸び率及びここに示される基準を満たす材料
を通しての音波形のための縦速度成長特徴に関する制限
を提供するコアー16を形成するために使用され得ること
が理解されるべきである。

好ましくは、コアー材料は、約3,000psi（20,685KP
a）〜約15,000psi（103,433KPa）の静剪断弾性率、約1,
000psi（68,950KPa）〜約50,000psi（344,750KPa）のヤ
ング率及び少なくとも約６％の破断点伸び率を有する。

好ましくは、その材料はまた、窓が使用される温度範
囲において透過される周波数範囲にわたって少なくとも
0.05又はそれ以上の損失正接又は動的損失率を有する。
この損失正接は、材料のため弾性率に対する粘性モジュ
ラスの比である。粘性モジュラスとは、回復されず又は
保存されず、そして動応力下でのみ観察される変形力に
比例するモジュラスを意味する。

弾性率とは、ある特定の形の歪のインクレメントに対
するある特定の形の応力のインクレメントの割合を意味
し、またそれは弾性率係数としても知られている。

これらの弾性率及び粘性モジュラスは、この後、動的
弾性率として言及される。

これらの好ましい静的及び動的性質を有するコアー16
の使用は、従来のソナー窓と固有のノイズシグナルとの
干渉を減じるように機能することができる増強された臨
界制動性を有する窓を製造する。

そのようなノイズは、そのような窓を使用する船に積
まれている機械装置の作動から生じる透過音波形により
窓10内に確立される振動により生ぜしめられ得る。他
方、流体（これを通して窓は、その窓が関連するいづれ
かの船の動きの間、移動する）の流れ型は、窓10を通し
ての音波形シグナルの透過及び受理に対して有害である
周波数で音波形の発生を引き起こすことができる窓10の
構造体に振動モードを生ぜしめることができる。たとえ
ばFRPにより形成された古い窓は約0.5％の典型的な臨界
減衰率を示すが、第１図に断面図で示され、そして本発
明に従って製造された窓10、たとえば窓様ドームは典型
的には、２％〜３％の臨界減衰率を示す。

本発明のもう一つの好ましい態様が第２図に示され
る。第２図においては、第１図と同じ構造部分が参照番
号で示されている。第２図に関しては、隔壁12,14及び
コアー16を有する窓10が示されている。コアー16と接触
しない表面上の隔壁は、合成又は天然ゴム又は他のエラ
ストマーの被膜又は層18,20により被覆される。被膜
は、約1/16インチ（0.16cm）〜約１インチ（2.54cm）の
厚さを有する。エラストマーは好ましくは、層18,20上
での生物汚染の形成を阻止するために形状化された適切
な又は従来の生物学的活性剤を含む。従来の生物汚染阻
止化合物は、良く知られている。層18,20を形成するた
めに使用される適切な合成ゴムは、NOFOUL としてB.F.
Goodrich Companyから入手される。

第１及び第２図の態様においては、隔壁12,14がコア
ー16に積層されている。コアー16及び隔壁12,14を形成
する材料に依存して、積層固定化は、接着技法又はポリ
マー架橋技法、たとえば加硫化又は他の化学的架橋を用
いて達成され得る。コアー16と隔壁12,14との間に積層
結合を形成するための特定の技法は、典型的には、隔壁
12,14及びコアー16を形成する特定の材料の化学的性質
の観点から選択される。隔壁12,14及びコアー16は、透
過される音波形の変形及びシグナル減衰を回避するため
に隔壁とコアーとの界面を横ぎっての音波透過のために
積層接触して存在することが重要である。同様に、被覆
又は層18,20は、接着、加硫、他の架橋技法又は他の適
切な又は従来の技法を用いて隔壁12,14に適用される。
そのような技法は、当業界において既知である。

第１又は２図のいづれかに示されるような窓の厚さ
は、窓が作用に耐えるべきである構造的な歪及び応力の
機能及び発信又は受信のために窓10を通して通過される
音波形の波数又は波長の機能である。１つの隔壁12の外
側の表面から他の隔壁14の外側の表面まで測定される窓
は、その窓を通過する音波形の波長の約1/2±25％の音
の厚さのものであることが所望される。より好ましく
は、この音の厚さはλ±15％である。コアー16は、所望
する1/2−波の厚さを付与するために厚さを調節され得
る。コアーの厚さの調節はまた、コアーを透過される音
波形を特徴とする所望する高められた又は減じられた縦
速度成長を有するコアーを形成するために特定の材料の
適切な選択を通して助けられ得る。典型的には、低い縦
速度成長特徴を有するコアー材料は、より高められた波
形の縦速度成長特徴を有するコアー材料よりも一層薄く
製造され得る。

1/2−波の厚さに対する本発明の窓10における隔壁及
びコアーの組合された音の厚さの調整効果が、第３図に
示されている。第３図は、周波数（Hz）の関数としての
減衰損失（デシベル）の代表的なグラフである。曲線22
及び24は、同一の隔壁の厚さ及び材料から形成された窓
10の音の効能を示す。曲線24は、約２のファクターで、
曲線22により示されるコアーよりも薄いコアー16を有す
る窓10を示す。

曲線24は薄いコアー16のために低いシグナルにより測
定される卓越した効能特徴を示すが、しかし驚くべきこ
とには、その薄いコアーは、低い周波数でそのような低
下に対して十分に作用しない。従って、窓10を横ぎって
の特定の周波数の正確な透過が所望される場合、隔壁及
びコアーの組合せの厚さ及び材料が、所望する低いシグ
ナル低下を付与するために選択され、そして調整され得
る。曲線24により示される窓10は、曲線22により示され
る窓よりも曲げの点から剛質でないことを注目すること
が重要である。

第４図は、周波数（Hz）の関数としてプロットされた
シグナル低下の代表的なグラフである。その曲線26は、
１−1/4インチの均質ガラス強化プラスチック（GPR）か
ら形成された窓のシグナル低下効能特徴を示す。ガラス
強化プラスチックの形成に使用されるポリマー結合剤
は、121℃で硬化するエポキシであった。逆に言えば、
曲線28は、曲線26により示される窓と同じガラス強化ポ
リマーにより形成されたガラス強化ポリマー隔壁12,14
〔但し、それぞれの隔壁12,14は0.5インチ（1.27cm）の
厚さであり、そして天然ゴムから形成されるコアーは2.
5インチ（6.35cm）の厚さである〕を有する本発明の窓
構造体のためのシグナル低下を示す。

曲線28により示される性能は、1/2−波周波数30で局
部的な最小のシグナル低下を示し、そして1/4−波周波
数32で局部的な最大のシグナル低下を示す。逆に言え
ば、曲線26により示されるような従来のGRP窓は、周波
数の関数として着実に上昇するシグナル低下を示す。他
の従来の窓と同様に、曲線26により示されるGRP窓は、
本発明の窓と違って、有意に“調整”することができな
い。

第２図に示されるような被膜層18,20の存在又は不在
は、本発明の窓10の性能に実質的に影響を及ぼすように
思われない。本発明の窓の音的な性能は、隔壁12,14の
個々の厚さ及びコアー16の厚さ及び他の物理的パラメー
ターにより確立されるように思われ、そしてこれらの要
素12,14,16を形成するために選択される材料に関連する
縦速度成長特徴により有意に影響される。隔壁12,14及
びコアー16を通してのいづれかの透過損失の大きさは、
隔壁12,14及びコア16の密度、厚さ及び縦速度成長特徴
により及びコアーの縦の動的損失率により主に調整され
る。この縦の動的損失率は、コアーを形成するために選
択される材料に固有であり、そして特に所望する縦の動
的損失率を有する材料の損失は実験及び誤差の問題であ
る。ニトリルゴム及び合成ブタジエン基材のゴム並びに
天然ゴムは、本発明の実施に使用される場合、特に興味
ある縦の動的損失率を有する。コアー16の材料における
所望する構造及び音の性質は、典型的には対立して存在
し、本発明の窓10の形状化における構造特性は、隔壁の
厚さ、引張弾性率及び圧縮弾性率及びコアーの厚さ及び
剪断弾性率により調整される。

例 １ 第２図の窓10を、121℃硬化性エポキシによりプレプ
レグされたガラス繊維からそれぞれ1/4インチ（0.630c
m）の厚さの隔壁12,14を形成することによって製造し
た。コアーを、天然ゴムから２−1/2インチ（6.35cm）
の厚さで形成した。被覆層18,20を、B.F.GoodrichのNOF
OULゴムから１−1/4インチ（3.18cm）の厚さで形成し
た。音の透過鮮明度試験及び音の透過損失試験を行なう
場合、この例１で形成される構造体は、第５図において
曲線50として示される曲線を付与した。比較のために、
１−1/4インチの厚さのGRP（3.175cm）の性能が曲線52
とにプロットされ、そして1/2インチ（1.27cm）の鋼の
性能が曲線54としてプロットされた。第５図において、
横軸は周波数（Hz）をプロットし、そして縦軸は損失
（デシベル）をプロットする。性能は、５フィート×５
フィート（1.52m）のパネルに対して21.6℃で決定され
る。次に、例１で製造された構造体を複製し、そしてこ
こで隔壁は、エポキシガラス〔但し、5/8インチ（1.27c
m）の厚さ〕及びNOFOUL〔1/2インチ（1.27cm）の厚さ〕
から形成された。損失試験にゆだねられる場合、この第
２構造体の性能は、曲線56により特徴づけられる。比較
のために、2.1インチの厚さのGRP（5.334cm）の性能が
曲線58により示され、そして5/8インチ（1.59cm）の鋼
の性能が曲線60により示される。試験条件及びパネルの
大きさは、変えられなかった。

本発明の窓は、広い範囲の音の周波数を調節するため
に、隔壁12,14及びコアー16の厚さ及び材料の選択によ
り“調整”され得る。この選択は本来、開始点で、一定
の試験及び誤差力を必要とする。少なくとも約500Hz〜
約50KHzの周波数の音波形は、驚くべき鮮明度、及び減
衰及び変形のなさを伴うことができ、そして窓10に所望
する構造強度を提供する。

本明細書に示されるように、従来の窓構造材料よりも
低い静的及び動的弾性率を有するコアー材料を有する本
発明のラミネート構造体は、窓が使用される流体を通し
ての窓の通過により又は窓を運ぶ船に起因する伝達され
た構造的振動によりしばしば引き起こされる振動の存在
下で、ラミネート層12,14,16の動的減結合を可能にす
る。この減結合は、窓のこの“使用”相に対応する発散
されたノイズを実質的に減じる傾向がある。さらに、使
用振動の不存下で、窓は“硬質”に存続し、すなわち動
的に減結合されたまま存続し、そしてそれによって構造
的に“固まった”まま存続する。この減結合は、約1KHz
〜約20KHzの周波数の範囲で特に有効である。

本発明の好ましい態様を詳細に示し、そして記載した
が、種々の修飾が、特許請求の範囲内で行なわれ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って製造された音響窓の一部の断
面図であり、 第２図は、本発明に従って製造された音響窓の一部の断
面図であり、 第３図は、窓を通して透過される波形の周波数の関数と
しての音波形窓構造体の音透過性能特性のグラフであ
り、 第４図は、周波数の関数としての音波形シグナルの透過
損失又は減衰のグラフであり、そして 第５図は、周波数の関数としてプロットされる透過損失
としての種々のドーム形状の音透過性能のグラフであ
る。 図中の参照番号の説明:12,14……隔壁、16……コア。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョナサン マーチン ゴールデン アメリカ合衆国，オハイオ 44313，ア クロン，スミス ロード 2357 (56)参考文献 特開 平１−135628（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−197183（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−254387（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−290580（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−190480（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 1/72 - 1/82 G01S 5/18 - 5/30 G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 B32B 5/08 B29C 39/10

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所望する音波形の通過のための窓であっ
   て： ｉ）強化された及び強化されていない熱硬化性プラスチ
   ック及び熱可塑性樹脂;ii）低密度で高弾性率の金属、
   金属アロイ及びiii）炭素複合材料から成る群から選択
   された材料から形成された一対の隔壁； 前記隔壁間に積層されたコアー、ここで前記コアーは、
   約200〜約15,000psiの静剪断弾性率、約600〜約50,000p
   siのヤング率、少なくとも約３％の破断点伸び率及び約
   1,200〜約2,000m/秒の音波形のための縦速度成長特徴を
   有する材料から形成され； 所望する音波形のために1/2λ±25％の厚さを一緒に限
   定する前記隔壁及びコアーを含んで成る窓。
2. 【請求項２】前記音波形が少なくとも約0.001m〜約1.5m
   のλを有する請求項１記載の窓。
3. 【請求項３】前記コアー材料を、天然及び合成ゴム、エ
   ラストマー及び注型適性な充填剤入り及び無充填剤合成
   ポリマーから成る群から選択する請求項１記載の窓。
4. 【請求項４】前記コアー材料が、約3,000〜約15,000psi
   の静剪断弾性率、約10,000〜約50,000psiのヤング率及
   び少なくとも約６％の破断点伸び率を有する請求項３記
   載の窓。
5. 【請求項５】前記窓がドームの構造形状を有する請求項
   ４記載の窓。
6. 【請求項６】水環境下で少なくとも約0.001〜約1.5mの
   λを有する所望する音波形の通過のための窓であって： 一対の隔壁間に積層されたコアーから構成されるサンド
   イッチを含んで成り、ここで隔壁は、 ｉ）強化された及び強化されていない熱硬化性プラスチ
   ック及び熱可塑性樹脂;ii）鋼、アルミニウム、チタ
   ン、ステンレス鋼、銅、ニッケル、ベリリウム、マグネ
   シウム及びそれらのアロイから成る群から選択される低
   密度で高弾性率の金属及びiii）炭素複合材料から成る
   群から選択された材料から形成され；コアーは、約200
   〜約15,000psiの静剪断弾性率、約600〜約50,000psiの
   ヤング率、少なくとも約５％の破断点伸び率及び約1,20
   0〜約2,000m/秒の所望する音波形のための縦度成長特徴
   を有する材料から形成され；前記サンドイッチが所望す
   る音波形のために約1/2λ±25％の厚さを限定し；前記
   コアー材料が天然及び合成ゴム、エラストマー及び注型
   適性な充填剤入り及び無充填剤合成ポリマーから成る群
   から選択されることを特徴とする窓。
7. 【請求項７】前記コアー材料が、約3,000〜約15,000psi
   の静剪断弾性率、約10,000〜約50,000psiのヤング率及
   び少なくとも約６％の破断点伸び率を有する請求項６記
   載の窓。
8. 【請求項８】前記コアーを、天然ゴム、スチレン−ブタ
   ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、塩素
   化ゴム、注型適性ポリウレタン及び注型反応性液体ポリ
   マーから成る群から選択された材料から形成する請求項
   ７記載の窓。
9. 【請求項９】前記コアー材料が、鉱物、ポリエステル、
   ポリオレフィン、ポリアラミド、ガラス、ポリビニル及
   びポリアミド繊維並びに炭素粒状物及び微小球体から成
   る群から選択された充填剤により充填される請求項８記
   載の窓。
10. 【請求項１０】前記窓がドームの構造形状を有する請求
    項６記載の窓。
11. 【請求項１１】前記窓がドームの形状を有する請求項８
    記載の窓。
12. 【請求項１２】前記コアーに積層される隔壁表面の反対
    側の隔壁の少なくとも１つの表面が、天然ゴム、スチレ
    ン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴ
    ム及び塩素化ゴムから成る群から選択された材料の有効
    な厚さにより被覆され、前記被覆の厚さを構成するゴム
    が、窓の生物汚染を抑制するのに十分な量で、生物学的
    活性剤を含む請求項６記載の窓。
13. 【請求項１３】前記コアーに積層される隔壁表面の反対
    側の隔壁の少なくとも１つの表面が、天然ゴム、スチレ
    ン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴ
    ム及び塩素化ゴムから成る群から選択された材料の有効
    な厚さにより被覆され、前記被覆の厚さを構成するゴム
    が、窓の生物汚染を抑制するのに十分な量で、生物学的
    活性剤を含む請求項６記載の窓。
14. 【請求項１４】液体中への窓の含浸の間、少なくとも約
    0.001〜約1.5mの所望するλを有する所望する音波形の
    通過のための窓の製造方法であって： 一対の隔壁間に積層されたコアーから構成されるサンド
    イッチを供給し、ここで隔壁は、ｉ）強化された及び強
    化されていない熱硬化性プラスチック及び熱可塑性樹
    脂;ii）鋼、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、
    銅、ニッケル、ベリリウム、マグネシウム及びそれらの
    アロイから成る群から選択される低密度で高弾性率の金
    属及びiii）炭素複合材料から成る群から選択された材
    料から形成され；コアーは、約200〜約15,000psiの静剪
    断弾性率、約600〜約50,000psiのヤング率、少なくとも
    約５％の破断点伸び率及び約1,200〜約2,000m/秒の所望
    する音波形のための縦速度成長特徴を有する材料から形
    成され；前記サンドイッチが所望する音波形のために約
    1/2λ±25％の厚さを限定し；前記コアー材料が天然及
    び合成ゴム、エラストマー及び注型適性な充填剤入り及
    び無充填剤合成ポリマーから成る群から選択され； 前記隔壁及びコアーを、所望する波形のために1/2λ±2
    5％の厚さでのラミネートとして形状化し；そして 前記隔壁及びコアーラミネートを所望する物理的形状に
    形成する段階を含んで成る方法。
15. 【請求項１５】前記コアー材料を、約3,000〜約15,000p
    siの静剪断弾性率、約10,000〜約50,000psiのヤング率
    及び少なくとも約６％の破断点伸び率を有するように選
    択する請求項14記載の方法。
16. 【請求項１６】前記コアー材料を、天然ゴム、スチレン
    −ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴ
    ム、塩素化ゴム、注型適性ポリウレタン及び注型反応性
    液体ポリマーから成る群から選択する請求項15記載の方
    法。
17. 【請求項１７】前記ラミネートの厚さを、1/2λ±15％
    であるように形状化する請求項14記載の方法。
18. 【請求項１８】前記隔壁及びコアーラミネートをソナー
    ドームに形成する段階を含んで成る請求項14記載の方
    法。
19. 【請求項１９】前記ドームを、約1KHz〜20KHzの周波数
    を有する波動の存在下で力学的に減結合するように形状
    化する請求項１〜13のいづれか１項記載のドーム。