JP6840221B2 - 車両用レドーム - Google Patents
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Description
本発明は、特に自動車のフロントグリルの背面に配置されるレーダ装置のための、装飾的なメタリックイメージを呈しつつ、レーダ装置を保護するレドームに関する。
一般に、ミリ波レーダ等の無線送受信機は、車両の接触回避および適応走行制御システム用センサとして用いられてきた。
自動車の前方にある障害物や車間距離を測定するレーダシステム等において、アンテナは、最大限の性能を発揮するため、好ましくは車両前面の中央に設置されていた。レーダアンテナは、自動車のフロントグリル付近に取り付けることができたが、その外観が美的でないため、見えないように隠し、また、気候や気中浮遊汚染物質等の外的環境要素から遮蔽することが好ましかった。
アンテナを保護し、レーダ装置の混信および信号損失を回避するため、電波を透過させることのできるレーダウィンドウをフロントグリルのレーダアンテナが設置される位置に対応する箇所に設けることが提案されてきた。これにより、電波はウィンドウを通り出入できた。しかしながら、レーダウィンドウは、フロントグリルの構成要素が形成する模様の障害となり、グリルの外観を損なった。また、レーダ送受信機のような、車両の不体裁な内部部分がレーダウィンドウを通して見えてしまった。
米国特許第６，３２８，３５８号において、レーダウィンドウとフロントグリル本体を一体化することが提案された。米国特許第６，３２８，３５８号に開示されたレーダウィンドウは、凹凸を設けて形成された複数の樹脂層を積層することにより形成された。この部品は樹脂層間に凹凸を設けて成膜された金属層により、フロントグリルのフィン部材が途切れなくレーダウィンドウを横切り延在しているような印象を与えた。
このようなレーダウィンドウに蒸着される金属として、インジウムが使用された。インジウムを積層部材に蒸着する際、インジウムは均一な膜状態で表面に蒸着させず、ナノメートル規模の島状に蒸着させた。言い換えれば、インジウムの積層部材への蒸着時、積層部材の表面は、インジウムが島状に蒸着された積層部と蒸着されなかった非積層部のナノメートル規模の組み合わせで構成された。
この場合、積層部はナノメートル規模の島状にインジウムが蒸着されているため、電波は非積層部を通り出入でき、積層部材の表面は、見たところ金属光沢を有する部材として認識することができた。
このように蒸着を選択的に行う方法は、インジウムメタルの施工工程を複雑化した。また、積層部同士を極めて近接して形成した場合には、電波は充分に通過しなかった。金属に導電性を与えるためには、熱蒸着のような低濃度蒸着法を使用する必要があった。こうした方法では、積層部材全体に渡って、或いは同一のバッチで製造される部材間で、厚みが均一な蒸着ができるとは限らなかった。スパッタリングのような他の成膜方法では、均一な島状の成膜を可能とするが、スパッタリングでは、高レベルの減衰が発生する金属密度となり、レーダアンテナの前方にレドームを設ける場合にこのシステムは使用できない。
米国特許第６，３２８，３５８号は、金属部分領域にインジウムを蒸着してなる薄い金属層を開示しており、これはレーダ装置のビーム経路となるプラスティックめっき部材の外側から見ることができた。しかしながら、インジウムの光輝性薄膜層が剥離したり、外力によって損傷したり、或いは水分や汚染された空気といった外的環境のストレスによって腐食することのないよう、安定した保護層を形成して、光輝性意匠と、電波透過性能の耐久性に対する信頼性を確保することが必要だった。
これは、以下の理由による。インジウムは、モース硬度スケールの数値が１．２という非常に柔らかい金属材料であること、インジウムが元来金属材料であるため、上記した環境のストレスによって腐食すること、インジウムが元来金属材料であるという事実に基づき、導電性の損失として無線損失が発生するので、必要以上にインジウム薄膜層の厚みを増すことなくインジウムによる光輝性効果のある意匠を得られるような膜厚を確実に確保し、耐久性への信頼性を確保する必要があること、インジウムの融点は、例えば１５６℃と極めて低いので、膜があらかじめ基体表面に形成されている樹脂成型部材にライニング樹脂の二次形成を連続的に行うと、溶融樹脂の熱によってインジウム層が溶融すること。
インジウム膜はメタリック色を示すため、エンブレム等の膜に適しているが、剥離し易く、また、耐久性や耐摩耗性を欠くという問題がある。また、インジウム膜は、元来金属であるため、腐食する可能性がある。それゆえ、二酸化珪素を含むセラミック膜を積層すると耐久性が改善し、膜や塗装を保護することができる。しかしながら、二酸化珪素を含むセラミック膜は無色であるため、例えば、メタリック色の外観を得ることはできない。
本願と同一の出願人による国際公開２０１２／０６６４１７は、無線透過性樹脂からなる基板と、前記基板の近位面に設けられた複数の半金属又は半金属の合金（珪素、ゲルマニウム）層を含む装飾層と、前記装飾層を覆う無線透過性樹脂とを備え、前記装飾層を覆う樹脂は装飾インクのオーバーレイを含んでなる、装飾的レドームを開示している。しかしながら、実際のところ、この装飾インクのオーバーレイは、高浮き彫りの部品や寸法の大きい部品には適していないことが明らかになっている。
そこで、本発明の目的は、これらの弱点を克服して以下に開示する利点を提供することにある。
本発明の車両用レドームは、無線透過性樹脂で形成され、近位面と遠位面を有する基板と、前記近位面に形成されており、前記近位面の表面に積層された半金属又は半金属合金を含む装飾層と、前記装飾層を部分的に覆う第１の無線透過性樹脂層を備え、第１の無線透過性樹脂に覆われていない装飾層の領域を含め、第１の無線透過性樹脂層を完全に覆う第２の無線透過性樹脂層をも備えることを特徴とする。
好ましくは、前記第２の無線透過性樹脂層は前記第１の無線透過性樹脂層上にオーバーモールドされている。
有利には、前記第２の無線透過性樹脂層が前記第１の無線透過性樹脂層の一部のみを覆っている。
前記の半金属或いは合金における半金属を、珪素、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモンおよび／又はテルルから選択する点に注目すべきである。
実施可能な態様として、装飾層は少なくとも１つの酸化物をも含み得る。
本発明はまた、前述の特徴を有するレドームを備え、前記レドームを内部に配置するフロントグリルアセンブリを備え、さらに前記レドームの背面に位置合わせされて配置されたレーダアンテナを備えた車両に関する。
本発明のレドームには、下記の利点がある。
・インクオーバーレイが適切でないあるいは使用できない形状、例えば、高浮き彫りの部品や寸法の大きい部品に装飾的レドームを施すことができる。
・第１および第２の樹脂層とも同一の材料で形成するため、特性が同一であり、調整が極めて簡単で、レドームを通過するレーダ波の減衰は最小限となる。
・両樹脂層の材料が同一のものであるため、両者を接合するために窪みやキャビティを用いる必要がない。というのは、両者の接合は化学的なもので非常に強固であるためである。
まず、本願明細書および添付された特許請求の範囲において、用語「半金属」は次の化合物を指す。すなわち、珪素、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモンおよび／又はテルルのいずれかである。
レドームは、マイクロ波アンテナを覆って、アンテナを雨、氷、風および他の環境条件から保護し、また、アンテナを見えないように隠すために設けられる。重要な条件は、レドームがレーダや電波を透過させること、信号を減衰および／又は歪ませても最少にとどめることである。
本発明は、レドームに、１以上の酸化物を含み得る半金属又は半金属合金を使用することと関連する。本発明では、レドーム装飾層として、例えば、酸化物と結合するゲルマニウム或いは珪素といった、電気抵抗の高い、すなわち２０℃で１Ωの半金属を用いる。
ゲルマニウムの融点は、９３８.２５℃（珪素は１４１４℃）と高く、その沸点は２８３３℃（珪素は３２６５℃）であるため、インジウムの場合に適用されるような熱蒸着法を用いて成膜することはできない。とはいえ、このことは有利である。
本発明においては、物理蒸着（ＰＶＤ）又は化学蒸着（ＣＶＤ）といった方法が、半金属と酸化物の層をベース層或いは基体からなる基板上に成膜するのに用いられ得る。これらの技術の蒸着方法によれば、装飾層の均一性が確保される。
本発明を自動車に適用する場合の装飾レドームは、樹脂からなるベース層或いは基体と、ベース層或いは基体の表面上に光輝性装飾層を有する成形レドームであり、前記装飾層は、１以上の酸化物と結合可能な、ゲルマニウム、ホウ素、珪素、ヒ素、アンチモン又はテルルといった半金属および／又は半金属合金からなる。
半金属および／又は半金属合金、および酸化物でなる層を用いることにより、無線透過性が、インジウム層や欧州特許出願公報１５６０２８８ Ａ２で提案されている錫等の他の金属と比較して数桁規模で改善される。
インジウムや錫のような金属は伝導性が高く、通常に用いられる蒸着方法による厚みのばらつきとあいまって、レーダウィンドウは個々に、製造の最終段階でレーダビームの透過性を試験する必要があった。このため、レドームの製造コストが格段に増加した。
ここで、図面を詳細に参照するが、図面全体を通じて同様の番号は同様の構成要素を指すのに使用されており、図１に示されるように、参照番号１０は全体を通して、自動車１４のグリルアセンブリ１２内に設けられるよう構成された、本発明により構築され、本発明を具現している装飾レドームを指す。
車両１４の内部、装飾レドーム１０の背面にこれと位置合わせされて、レーダアンテナ１６が配置されている。
図２は、レドーム１０の断面図であって、本発明のレーダアンテナのビーム経路を示す。好ましくは、近位面と遠位面を有する層或いは基体１８からなる基板は、無線送信損失の小さい透明又は不透明な樹脂、或いは誘導損失の小さい樹脂で成形される。近位面の表面には、少なくとも１つの酸化物をも含み得る半金属および／又は半金属合金を含む、光輝性装飾層２０を有する。
本発明によれば、装飾層２０は均一な厚みを有する。車両用エンブレム等の装飾は、ベース層或いは基体１８の近位面を凹凸のある表面形状に形成して設けられる。
本発明の装飾レドーム１０は、さらに、装飾層２０を覆う第１の不透明樹脂層２２を含んでよい。前記第１の透過性樹脂層２２は開口部を有し、その開口部を通して基体１８の近位面上に積層された装飾層２０が見える。
本発明では、装飾的レドーム１０は、第１の無線透過性樹脂層２２を完全に覆う第２の透明無線透過性樹脂層２１をも備える。
レドームの形状によっては、前記第２の無線透過性樹脂層２１は前記第１の無線透過性樹脂層２２上にオーバーモールドしてもよいし、前記第１の無線透過性樹脂層２２を前記第２の無線透過性樹脂層２１上にオーバーモールドしてもよい。無線透過性層２２は、基体１８の近位面に積層された装飾層２０を部分的にカバーするだけでよく、無線透過性樹脂２１が、装飾層２０の無線透過性樹脂２２でカバーされない部分を含め、完全に無線透過性樹脂２２を覆う。
基体２０を樹脂層２１および２２が覆うことにより、完成体をミリメートル波の半波長に容易に適合させることができ、その結果、レーダ波の減衰は低下する。
樹脂層２１および２２と同様、ベース層或いは基体１８は、無線透過損失が低く、誘電特性の優れた材料で構成されている。例えば、比誘電率Ｅ'および誘電損失ｔａｎδは、誘電特性を示す。
前述のように、レーダアンテナ１６は自動車１４に搭載され、フロントグリルアセンブリ１２の背面に配置されている。装飾的レドーム１０は、自動車メーカーの光輝性メタリック色のエンブレムや特殊な装飾を含むものであって、フロントグリルアセンブリ１２内部に配置されている。
図２を参照すると、レーダ装置１６のミリメートル波２３は、レドーム１０を通って前方へ放射され、対象物２６からの反射波２４は、レドーム１０を通ってレーダ装置１６に戻ることがわかる。
装飾層２０は、半金属および／又は半金属合金と少なくとも１の酸化物でなる複数の層、或いは半金属と半金属合金の交互の層で形成してよい。各層は、１−５００ナノメートルオーダーの厚みを有し、より好ましくは、総厚みが、本発明の目的の達成において、かつメタリック色効果を得るために最も効率がよいと考えられる１０−１００ナノメーターオーダーである。
さらに、装飾層は、１の半金属および／又は半金属合金と少なくとも１の酸化物の交互の層と、別の半金属層を含んでよい。
このように、本発明の種々の態様、特徴および検討事項を達成し、かつ実使用条件を満たすのに十分適合した、自動車用装飾的レドームが提供されることは明らかとなろう。
基板の近位面上の装飾の実施可能で非限定的な例は、珪素およびゲルマニウムを含む複数の半金属層であり、下記の元素が蒸着した複数の酸化物蒸着層である。前記の元素とは、チタニウム（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ジルコニウム（Ｚｎ）、ニオビウム（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｉ）、珪素（Ｓｉ）、ガリウム（Ｇａ）或いはアルミニウム（Ａｌ）である。
以下の層の組み合わせがさらに好ましく、適切である。すなわち、二酸化チタン（ＴｉＯ２）と二酸化珪素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）と二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）と二酸化珪素（ＳｉＯ２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）と二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）と二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）と酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）と二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）と二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）と二酸化珪素（ＳｉＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）と二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）である。
本発明については種々の実施態様が可能であり、ここに示された例示的な実施態様においては発明の精神から逸脱しない種々の変更ができるので、ここに記載され、また添付の図面に示された一切は、例示的なもので限定的な意味はないものとして解釈されると理解すべきである。
Claims (5)
- 無線透過性樹脂で形成され、近位面と遠位面を有する基板（１８）と、
前記近位面に形成されており、該近位面の表面に積層された半金属又は半金属合金を含む装飾層（２０）と、
該装飾層（２０）を部分的に覆う第１の無線透過性樹脂層（２２）とを備え、
該第１の無線透過性樹脂層（２２）に覆われていない前記装飾層（２０）の領域を含め、前記第１の無線透過性樹脂層（２２）を完全に覆う第２の無線透過性樹脂層（２１）をも備えており、
前記第２の無線透過性樹脂層（２１）が、前記第１の無線透過性樹脂層（２２）上にオーバーモールドされているか、或いはその逆にオーバーモールドされており、
前記第１の無線透過性樹脂層（２２）と前記第２の無線透過性樹脂層（２１）とは互いに同一の材料で形成されており、
前記第１の無線透過性樹脂層（２２）は不透明であり、
前記第２の無線透過性樹脂層（２１）は透明である、ことを特徴とする車両用レドーム（１０）。 - 前記第１の無線透過性樹脂層（２２）が前記装飾層（２０）の一部のみを覆っている、請求項１に記載の車両用レドーム（１０）。
- 前記半金属又は前記合金における半金属は、珪素、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモンおよび／又はテルルから選択される、請求項１に記載の車両用レドーム（１０）。
- 前記装飾層（２２）は少なくとも１の酸化物をも含む、先の請求項のいずれかに記載の車両用レドーム（１０）。
- 先の請求項のいずれかに記載のレドーム（１０）を備えた車両であって、フロントグリルアセンブリ（１２）を備え、前記レドーム（１０）が前記フロントグリルアセンブリ（１２）の内部に配置され、さらに、前記レドーム（１０）の背面に位置合わせされて配置されたレーダアンテナ（１６）を備えた車両（１４）。
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