WO2022153588A1 - レドーム - Google Patents

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WO2022153588A1
WO2022153588A1 PCT/JP2021/032275 JP2021032275W WO2022153588A1 WO 2022153588 A1 WO2022153588 A1 WO 2022153588A1 JP 2021032275 W JP2021032275 W JP 2021032275W WO 2022153588 A1 WO2022153588 A1 WO 2022153588A1
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radome
fiber
reinforced plastic
plastic layer
layer
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輝規 宮崎
幸弘 上村
友裕 伊藤
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横浜ゴム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a radome.
  • the material of the redome a material having a low dielectric constant is generally used, and as a material capable of obtaining the lowest dielectric constant, for example, fiber reinforced plastic (FRP) using a cyanate ester resin is used.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • a cyanate ester resin is used.
  • the transmission frequency is widened by forming a radome using a laminated body in which both sides of the core material are covered with a skin layer to form a sandwich structure (see, for example, Patent Document 2 below).
  • the cyanate ester resin has a hard and brittle property, and has a weak adhesive force with the core material, making it difficult to form a sandwich structure. For this reason, there are problems that the yield at the time of manufacturing the radome is deteriorated and the radome after manufacturing is easily damaged.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to improve the quality of a radome using a cyanate ester resin for a skin layer.
  • the redome according to the embodiment of the present invention is a reddome formed of a laminate in which a plurality of skin layers are laminated on the surface of a core material, and the skin layer is a cyanate ester resin.
  • a first fiber reinforced plastic layer containing the fiber material and a second fiber reinforced plastic layer containing the epoxy resin and the fiber material are provided, and the second fiber reinforced plastic layer is provided at a position in contact with the surface of the core material. It is characterized in that a fiber reinforced plastic layer is arranged.
  • the radome according to the embodiment of the present invention is characterized in that the thickness of the second fiber reinforced plastic layer accounts for 50% or less of the total thickness of the skin layer.
  • the skin layers are arranged on both sides of the core material, and the thickness of the skin layers arranged on the respective surfaces is the center frequency of the transmission frequency band of the radome. It is characterized in that it is 1/4 or less of the free space wavelength in.
  • the radome according to the embodiment of the present invention is characterized in that the fiber material contained in the first fiber reinforced plastic layer is glass fiber.
  • the radome according to the embodiment of the present invention is characterized in that the fiber material contained in the first fiber reinforced plastic layer is quartz fiber.
  • the radome according to the embodiment of the present invention is characterized in that the fiber material contained in the first fiber reinforced plastic layer is E glass fiber.
  • the radome according to the embodiment of the present invention is characterized in that the fiber material contained in the first fiber reinforced plastic layer is NE glass fiber.
  • the radome according to the embodiment of the present invention is characterized in that the core material is formed of an organic resin foam or a honeycomb core structure.
  • a first fiber reinforced plastic layer containing a cyanate ester resin as a main component is used for the skin layer of the redome, and an epoxy resin is used as a main component at a position in contact with the surface of the core material.
  • a second fiber reinforced plastic layer was placed.
  • the second fiber-reinforced plastic layer functions as an adhesive layer for adhering the core material and the first fiber-reinforced plastic layer, which is advantageous in achieving both the radio wave transmission performance of the radome and the strength of the radome. ..
  • the thickness of the second fiber reinforced plastic layer is the sum of the thickness of the entire skin layer (the thickness of the first fiber reinforced plastic layer and the thickness of the second fiber reinforced plastic layer). ), The ratio was set to 50% or less. Thereby, the deterioration of the radio wave transmission performance due to the arrangement of the second fiber reinforced plastic layer having a higher dielectric constant than the first fiber reinforced plastic layer can be suppressed within a certain range. According to one embodiment of the present invention, since the thickness of the skin layer is 1/4 or less of the free space wavelength at the center frequency of the transmission frequency band of the radome, the radio wave transmission performance of the radome can be kept good.
  • the fiber material contained in the first fiber-reinforced plastic layer is glass fiber having a low dielectric constant
  • the dielectric constant of the first fiber-reinforced plastic layer is lowered to transmit radio waves of the redome.
  • the fiber material contained in the first fiber reinforced plastic layer is a quartz fiber having a low dielectric constant
  • the dielectric constant of the first fiber reinforced plastic layer is lowered to transmit radio waves of the redome.
  • the fiber material contained in the first fiber reinforced plastic layer is E glass fiber, a radome can be produced at a relatively low cost.
  • the fiber material contained in the first fiber-reinforced plastic layer is NE glass fiber
  • the dielectric constant of the first fiber-reinforced plastic layer is lower than that in the case of using E glass fiber. Therefore, the radio wave transmission performance of the radome can be improved.
  • the core material is formed of an organic resin foam or a honeycomb core structure
  • the second fiber reinforced plastic layer is formed of the core material and the first fiber reinforced. It functions as an adhesive layer that adheres to the plastic layer, and is advantageous in achieving both the radio wave transmission performance of the redome and the strength of the redome.
  • FIG. 1 is an external view of the radome according to the embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view (AA cross-sectional view) of the radome.
  • the curvature of the radome 10 in the extending direction is omitted.
  • the radome 10 is formed into a substantially conical shape, and a radar or the like (not shown) is arranged inside the radome 10 and is arranged, for example, at the tip of an aircraft.
  • the shape of the radome 10 is not limited to a substantially conical shape, and various conventionally known shapes such as a semicircular shape and a polygonal pyramid shape can be adopted.
  • the radome 10 is formed of a laminate in which a plurality of skin layers (first fiber reinforced plastic layer 16 and second fiber reinforced plastic layer 20) are laminated on the surface of the core material 12. ..
  • the core material 12 is formed of, for example, an organic resin foam. Examples of the organic resin forming the core material 12 (foam) include polymethacrylimide (PMI), polyvinyl chloride (PVC), hard urethane, polyether sulfone (PES), polyimide (PI), and polyethylene terephthalate (PET). Etc. can be used.
  • the core material 12 may be formed of a honeycomb core structure. As the material of the honeycomb core structure forming the core material 12, for example, resin (aramid), glass fiber, wood (balsa) and the like can be used.
  • the skin layers are each made of different types of fiber reinforced plastics.
  • the plurality of skin layers include a first fiber reinforced plastic layer 16 containing a cyanate ester resin and a fiber material, and a second fiber reinforced plastic layer 20 containing an epoxy resin and a fiber material.
  • the first fiber-reinforced plastic layer 16 and the second fiber-reinforced plastic layer 20 are formed by laminating one or more fiber-reinforced plastic prepregs 14 and 18, respectively.
  • the first fiber reinforced plastic layer 16 and the second fiber reinforced plastic layer 20 are formed by laminating three prepregs 14 and 18, respectively.
  • the laminates constituting the radome 10 are, in order from one surface side of the laminate, a first fiber reinforced plastic layer 16, a second fiber reinforced plastic layer 20, a core material 12, a second fiber reinforced plastic layer 20,
  • the first fiber-reinforced plastic layer 16 is laminated in this order and has a structure symmetrical in the thickness direction. That is, in the laminated body constituting the radome 10, a second fiber reinforced plastic layer is arranged at a position in contact with the surface of the core material 12. More specifically, it is assumed that the first fiber reinforced plastic layer 16, the second fiber reinforced plastic layer 20, and the core material 12 have a first surface and a second surface (front surface and back surface), respectively.
  • the core material 12 is arranged at the center of the laminated body, and is arranged so that the first surface of the second fiber reinforced plastic layer 20 is in contact with the first surface and the second surface of the core material 12, respectively. Further, the second surface of the second fiber reinforced plastic layer 20 is arranged so that the first surface of the first fiber reinforced plastic layer 16 is in contact with each other, and the second surface of the first fiber reinforced plastic layer 16 is in contact with the second surface. Surface forms the outer surface of the radome 10.
  • the surface (front surface and back surface) of the core material 12 formed in the shape of the radome 10 is made of an epoxy resin and a fiber material to be the second fiber reinforced plastic layer 20.
  • the prepared prepregs are laminated to a desired thickness, and further, a laminate is formed by laminating the prepregs made of a cyanate resin to be the first fiber reinforced plastic layer 16 and a fiber material on the surface thereof to a desired thickness. Then, heat and pressure are applied to the laminate to bond and cure the radome 10.
  • the dielectric constant of the skin layer can be lowered and the transmittance of radio waves can be improved.
  • the second fiber reinforced plastic layer 20 containing the relatively flexible epoxy resin at a position in contact with the core material 12, the second fiber reinforced plastic layer 20 becomes the core material 12 and the first. It functions as an adhesive layer between the fiber reinforced plastic layer 16 and the radome 10 (adhesive strength of the first fiber reinforced plastic layer 16).
  • the fiber material contained in the first fiber-reinforced plastic layer 16 or the second fiber-reinforced plastic layer 20 is, for example, glass fiber, and examples of the glass fiber include quartz fiber, E glass fiber, and NE glass fiber. It can be used.
  • quartz fibers the dielectric constant of the fiber-reinforced plastic layer can be lowered and the radio wave transmission performance of the radome 10 can be improved.
  • E glass fiber the radome 10 can be produced at a relatively low cost.
  • NE glass fiber the dielectric constant of the fiber reinforced plastic layer can be lowered and the radio wave transmission performance of the radome 10 can be improved as compared with the case of using E glass fiber.
  • FIG. 3 is a graph showing the radio wave transmission characteristics of the radome, in which the vertical axis represents the radio wave transmission loss (dB) and the horizontal axis represents the frequency (GHz). More specifically, FIG. 3 shows a prepreg containing a cyanate ester resin and quartz fibers corresponding to the first fiber-reinforced plastic layer 16 (denoted as “cyanate layer” in the figure) and a second fiber-reinforced plastic layer 20. The results of measuring the transmission loss of each of the reddomes 10 formed by changing the number of layers of the prepreg (denoted as “epoxy layer” in the figure) containing the corresponding epoxy resin and quartz fiber are shown.
  • A is a radome 10 in which 5 layers of cyanate and 1 layer of epoxy are laminated on one side of the core material 12
  • B is a radome 10 in which 4 layers of cyanate and 2 layers of epoxy are laminated on the core material 12 per side
  • C is a core material.
  • D is radome 10 with 6 layers of cyanate per side on core material
  • E is epoxy 6 per side with core material 12.
  • the transmission characteristics of the radome 10 in which the layers are laminated are shown. The stacking order of each layer is the same as that shown in FIG.
  • D and E which are the same materials for all six layers
  • the epoxy layer is laminated so as to be in contact with the core material 12, and the cyanate layer is laminated on the epoxy layer.
  • the thickness of the core material 12 is 6 mm
  • the thickness of the epoxy and cyanate prepregs is 0.19 mm. That is, these A to E are obtained by changing the content ratios of epoxy and cyanate in the radome 10 having the same thickness.
  • the transmission loss of D in which the skin layer is entirely formed of a cyanate layer is the lowest, and the radio wave transmission performance is good.
  • the transmission loss of E in which the skin layer is entirely made of an epoxy layer is the largest, and the radio wave transmission performance is low.
  • the permeation losses are A, B, and C in ascending order of transmission loss, and the permeation loss increases as the proportion of the epoxy layer increases.
  • the difference in transmission loss from D in which the skin layer is entirely formed of the cyanate layer is about 0.01 dB, which can be said to be sufficiently practical.
  • FIG. 4 is also a graph showing the radio wave transmission characteristics of the radome, where the vertical axis shows the radio wave transmission loss (dB) and the horizontal axis shows the frequency (GHz).
  • A is a radome 10 in which two layers of cyanate per side and one layer of epoxy are laminated on the core material 12
  • B is a radome 10 in which three layers of cyanate per side are laminated on the core material
  • C is a core material.
  • the transmission characteristics of the radome 10 in which three layers of epoxy are laminated on one side with respect to 12 are shown.
  • the thickness of the core material 12 is 6 mm, and the thickness of the epoxy and cyanate prepregs is both 0.19 mm. That is, these A to C are obtained by changing the content ratios of epoxy and cyanate in the radome 10 having the same thickness.
  • the transmission loss of B in which the skin layer is entirely formed of a cyanate layer is the lowest, and the radio wave transmission performance is good. Further, the transmission loss of C in which the skin layer is entirely formed of an epoxy layer is the highest, and the radio wave transmission performance is inferior. On the other hand, A of the cyanate 2 layer and the epoxy 1 layer maintains better permeation performance as compared with C, although the permeation loss is larger than that of B.
  • the thickness of the epoxy layer in the skin layer does not exceed the thickness of the cyanate layer, which is a low dielectric constant layer. That is, it is preferable that the thickness of the second fiber reinforced plastic layer 20, which is the epoxy layer, accounts for 50% or less of the total thickness of the skin layer.
  • the thickness of the radome 10 is determined by the radio wave transmission performance required for the radome 10. Specifically, the thickness of the skin layer of the radome 10 (the sum of the thickness of the first fiber reinforced plastic layer 16 which is a cyanate layer and the thickness of the second fiber reinforced plastic layer 20 which is an epoxy layer) is set to the radome. It is necessary to make it 1/4 or less of the free space wavelength in the central frequency of the transmission frequency band required for 10. Therefore, in the present embodiment, the thickness of the skin layer (the sum of the thickness of the first fiber reinforced plastic layer 16 which is the cyanate layer and the thickness of the second fiber reinforced plastic layer 20 which is the epoxy layer) is set to the redome.
  • the skin layers are arranged on both sides (front surface and back surface) of the core material 12, and the thicknesses of the skin layers arranged on the respective surfaces are free spaces at the center frequency of the transmission frequency band of the radome 10. It should be 1/4 or less of the wavelength.
  • FIG. 5 is a table showing the peel test results of the laminated body in which the skin layer is laminated on the core material.
  • the peel test was carried out according to the standard (ASTM D1781) of the American Society for Testing and Materials as follows.
  • the specimen 30 as shown in FIG. 6 was formed.
  • the specimen 30 was laminated on the core material 32, the first skin layer 34 laminated on one surface (test surface) of the core material 32, and the other surface (non-test surface) of the core material 32. It is a laminated body including a second skin layer 36.
  • the core material 32 is made of a foam of polyether sulfone (PES).
  • the first skin layer 34 and the second skin layer 36 are formed of a prepreg containing an epoxy resin and quartz fibers.
  • prepregs to be skin layers 34 and 36 are laminated on the front surface and the back surface of the core material 32, respectively, and cured by applying heat and pressure, and then the laminated body is brought into a desired size. It is formed by cutting (cutting in the width direction in the present embodiment). Since the purpose of this test is to measure the adhesive strength between the core material and the epoxy layer, the lamination of the cyanate layer was omitted.
  • the thickness of the core material 32 is 6 mm, the thickness of the first skin layer 34 is 1.9 mm, and the thickness of the second skin layer 36 is 0.38 mm.
  • the length of the core material 32 in the longitudinal direction (arrow L direction in FIG. 6) is 255.0 mm, and the length in the width direction (arrow W direction in FIG. 6) is about 76.2 mm (0.1 mm as described later).
  • the second skin layer 36 is also formed to have the same size as the core material 32.
  • the length of the first skin layer 34 in the width direction is about 76.2 mm, which is the same as that of the core material 32, but the length in the longitudinal direction is 305.0 mm, and the core material 32 is stretched from both ends in the longitudinal direction.
  • a surplus portion 38 to be put out is formed.
  • the surplus portion 38 is sandwiched between the drum portions 42 of the test apparatus 40 (see FIG. 7) described later, and is formed to peel off the first skin layer 34 from the core material 32.
  • each of the specimens 30 was 76.21 mm for the specimen 1, 76.22 mm for the specimen 2, 76.26 mm for the specimen 3, and 76.26 mm for the specimen 4, which are average values.
  • 76.24 mm and the standard deviation was 0.02.
  • FIG. 7 shows the configuration of the test device 40.
  • the test device 40 includes a drum portion 42 and a fixing portion 44.
  • the drum portion 42 and the fixing portion 44 are supported by a frame (not shown), and are arranged at positions separated by a predetermined distance at the start of measurement.
  • the drum portion 42 has a cylindrical shape, and is rotated about the axis O by a drive mechanism (not shown) and at the same time linearly moved so as to approach the fixed portion 44.
  • the drum portion 42 is provided with a holding plate 420 along the axial direction of the cylinder on the outer peripheral surface thereof. The holding plate 420 sandwiches one of the surplus portions 38 of the specimen 30.
  • the fixing portion 44 is fixed so as not to be movable during the measurement, and also sandwiches the other surplus portion 38 side of the specimen 30.
  • the drum portion 42 rotates while sandwiching the first skin layer 34 and moves in the direction of the fixing portion 44, so that the first skin layer 34 is peeled from the core material 32.
  • the test apparatus 40 measures the load applied to the drum portion 42 and the like at this time, and calculates the peel strength of the specimen 30.
  • the peel strength T is calculated using the following formula (1).
  • T is the peel strength (kg ⁇ cm / 7.62 cm)
  • R0 spring steel is attached to the drum portion 42.
  • the outer flange radius to be fixed Ri: the inner drum radius around which the first skin layer 34 to be peeled is wrapped
  • Fp is the average peel load (kg) from the peeling length of the specimen 30 to 25.4 mm to 152.4 mm.
  • F0 is the average peel load (kg) from the peeling length of the first skin layer 34 to 25.4 mm to 152.4 mm
  • W is the width (mm) of the specimen 30.
  • Fp is a load that takes into account the mass of the drum portion 42, and the load of the sample that is not adhered at F0 is acquired and F0 is subtracted from Fp so that the value is not affected by the mass of the drum portion 42. ..
  • the crosshead speed (pulling speed) which is the moving speed of the drum portion 42, is set to 25.4 ⁇ 0.25 mm / min.
  • the peel loads (N / m) of the specimens 1 to 4 are 31592, 32577, 34298, 35956, respectively, and the average value is 33606 (standard deviation 1924), which is sufficient strength. You can see that it is doing.
  • cyanate resin prepreg a prepreg containing a cyanate resin and quartz fibers
  • the body has only enough adhesive strength to be peeled off by hand, and the test using the device as shown in FIG. 7 does not give appropriate results.
  • the first fiber reinforced plastic layer 16 containing a cyanate ester resin as a main component is used for the skin layer, and the position where the first fiber reinforced plastic layer 16 is in contact with the surface of the core material 12 is used.
  • a second fiber reinforced plastic layer 20 containing an epoxy resin as a main component was arranged.
  • the second fiber-reinforced plastic layer 20 functions as an adhesive layer for adhering the core material 12 and the first fiber-reinforced plastic layer 16, so that the radio wave transmission performance of the radome 10 and the strength of the radome can be achieved at the same time. It becomes advantageous in.
  • the thickness of the second fiber reinforced plastic layer 20 is the thickness of the entire skin layer (the thickness of the first fiber reinforced plastic layer 16 and the thickness of the second fiber reinforced plastic layer 20).
  • the ratio to the sum) was set to 50% or less.
  • the deterioration of the radio wave transmission performance due to the arrangement of the second fiber reinforced plastic layer 20 having a higher dielectric constant than the first fiber reinforced plastic layer 16 can be suppressed within a certain range.
  • the radio wave transmission performance of the radome 10 can be kept good.
  • the radome 10 if the fiber material contained in the first fiber reinforced plastic layer 16 is a quartz fiber having a low dielectric constant, the dielectric constant of the first fiber reinforced plastic layer 16 is lowered to transmit radio waves of the radome 10. Performance can be improved. Further, in the radome 10, if the fiber material contained in the first fiber reinforced plastic layer 16 is E glass fiber, the radome 10 can be produced at a relatively low cost. Further, in the radome 10, if the fiber material contained in the first fiber-reinforced plastic layer 16 is NE glass fiber, the dielectric constant of the first fiber-reinforced plastic layer 16 is lower than that in the case of using E glass fiber. Therefore, the radio wave transmission performance of the radome 10 can be improved.
  • the plurality of skin layers are the first fiber reinforced plastic layer 16 and the second fiber reinforced plastic layer 20, but the present invention is not limited to this, and three or more types of fiber reinforced plastic layers are used. May be provided. In that case, a fiber reinforced plastic layer containing an epoxy resin and a fiber material (second fiber reinforced plastic layer 20 in the present embodiment) is arranged at a position in contact with the core material 12, and another fiber reinforced plastic layer is arranged. Laminate the plastic layers.

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Abstract

シアネートエステル樹脂をスキン層に用いたレドームの品質を向上する。　レドーム１０は、コア材１２の表面に複数のスキン層を積層した積層体で形成されている。複数のスキン層は、シアネートエステル樹脂と繊維素材とを含有する第１の繊維強化プラスチック層２０と、エポキシ樹脂と繊維素材とを含有する第２の繊維強化プラスチック層１６とを備え、コア材１２の表面と接する位置には、第２の繊維強化プラスチック層１６が配置されている。第２の繊維強化プラスチック層１６の厚さがスキン層全体の厚さに占める割合は５０％以下であることが好ましい。

Description

レドーム
　本発明は、レドームに関する。
　従来、レドームの電波透過率を向上させるために、材料面および構造面における各種の考案がなされている。
　レドームの材料としては、一般に誘電率の低い素材が用いられており、最も低誘電率を得られる素材として、例えばシアネートエステル樹脂を使用した繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　：ＦＲＰ）が用いられている（例えば下記特許文献１参照）。
　また、レドームの構造としては、コア材の両面をスキン層で覆ってサンドイッチ構造とした積層体を用いてレドームを形成することにより、透過周波数を広帯域化している（例えば下記特許文献２参照）。
特開２０１９－０５６０４０号公報 特開２０１７－０７９４４８号公報
　しかしながら、シアネートエステル樹脂は硬く脆い性質を有しており、コア材との接着力が弱くサンドイッチ構造が形成しづらい。このため、レドームを製造する際の歩留まりが悪化したり、製造後のレドームが破損しやすいといった課題がある。
　本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、シアネートエステル樹脂をスキン層に用いたレドームの品質を向上することにある。
　上述の目的を達成するため、本発明の一実施形態にかかるレドームは、コア材の表面に複数のスキン層を積層した積層体で形成されたレドームであって、前記スキン層は、シアネートエステル樹脂と繊維素材とを含有する第１の繊維強化プラスチック層と、エポキシ樹脂と繊維素材とを含有する第２の繊維強化プラスチック層とを備え、前記コア材の表面と接する位置には、前記第２の繊維強化プラスチック層が配置されている、ことを特徴とする。
　本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記第２の繊維強化プラスチック層の厚さが前記スキン層全体の厚さに占める割合が５０％以下である、ことを特徴とする。
　本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記スキン層は、前記コア材の両面に配置され、それぞれの表面に配置される前記スキン層の厚さはそれぞれ、前記レドームの透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の１／４以下である、ことを特徴とする。
　本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、ガラス繊維である、ことを特徴とする。
　本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、クオーツ繊維である、ことを特徴とする。
　本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、Ｅガラス繊維である、ことを特徴とする。
　本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、ＮＥガラス繊維である、ことを特徴とする。
　本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記コア材は、有機樹脂の発泡体、または、ハニカムコア構造体で形成されている、ことを特徴とする。
　本発明の一実施形態によれば、レドームのスキン層にシアネートエステル樹脂を主成分とする第１の繊維強化プラスチック層を用いるとともに、コア材の表面と接する位置にはエポキシ樹脂を主成分とする第２の繊維強化プラスチック層を配置した。これにより、第２の繊維強化プラスチック層が、コア材と第１の繊維強化プラスチック層とを接着する接着層として機能し、レドームの電波透過性能とレドームの強度とを両立する上で有利となる。
　本発明の一実施形態によれば、第２の繊維強化プラスチック層の厚さがスキン層全体の厚さ（第１の繊維強化プラスチック層の厚さと第２の繊維強化プラスチック層の厚さとの和）に占める割合を５０％以下とした。これにより、第１の繊維強化プラスチック層と比較して誘電率が高い第２の繊維強化プラスチック層を配置することによる電波透過性能の低下を一定範囲に抑えることができる。
　本発明の一実施形態によれば、スキン層の厚さがレドームの透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の１／４以下なので、レドームの電波透過性能を良好に保つことができる。
　本発明の一実施形態によれば、第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材が誘電率の低いガラス繊維なので、第１の繊維強化プラスチック層の誘電率を低くしてレドームの電波透過性能を向上させることができる。
　本発明の一実施形態によれば、第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材が誘電率の低いクオーツ繊維なので、第１の繊維強化プラスチック層の誘電率を低くしてレドームの電波透過性能を向上させることができる。
　本発明の一実施形態によれば、第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材がＥガラス繊維なので、比較的安価にレドームを作成することができる。
　本発明の一実施形態によれば、第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材がＮＥガラス繊維なので、Ｅガラス繊維を用いる場合と比較して第１の繊維強化プラスチック層の誘電率を低くしてレドームの電波透過性能を向上させることができる。
　本発明の一実施形態によれば、コア材は、有機樹脂の発泡体、または、ハニカムコア構造体で形成されているので、第２の繊維強化プラスチック層が、コア材と第１の繊維強化プラスチック層とを接着する接着層として機能し、レドームの電波透過性能とレドームの強度とを両立する上で有利となる。
実施の形態にかかるレドームの外観図である。 レドームの拡大断面図である。 レドームの電波透過特性を示すグラフである。 レドームの電波透過特性を示すグラフである。 コア材にスキン層を積層した積層体のピール試験結果を示す表である。 試験に用いた積層体の構成を示す図である。 試験装置の構成を示す図である。
　以下に添付図面を参照して、本発明にかかるレドームの好適な実施の形態を詳細に説明する。
　図１は、実施の形態にかかるレドームの外観図であり、図２はレドームの拡大断面図（Ａ－Ａ断面図）である。なお、図２ではレドーム１０の延在方向における曲率を省略している。
　図１に示すように、レドーム１０は略円錐形状に成形されており、その内部に図示しないレーダー等が配置され、例えば航空機の先端部に配置される。なお、レドーム１０の形状は、略円錐形状に限らず、半円型や多角錐形状など従来公知の様々な形状を採用可能である。
　図２に示すように、レドーム１０は、コア材１２の表面に複数のスキン層（第１の繊維強化プラスチック層１６および第２の繊維強化プラスチック層２０）を積層した積層体で形成されている。
　コア材１２は、例えば有機樹脂の発泡体で形成されている。コア材１２（発泡体）を形成する有機樹脂としては、例えばポリメタクリルイミド（ＰＭＩ）、ポリビニール（ＰＶＣ）、硬質ウレタン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等を用いることができる。
　また、コア材１２は、ハニカムコア構造体で形成されていてもよい。コア材１２を形成するハニカムコア構造体の材料としては、例えば樹脂（アラミド）、ガラス繊維、木材（バルサ）などを用いることができる。
　複数のスキン層は、それぞれ異なる種類の繊維強化プラスチックで形成されている。本実施の形態では、複数のスキン層は、シアネートエステル樹脂と繊維素材とを含有する第１の繊維強化プラスチック層１６と、エポキシ樹脂と繊維素材とを含有する第２の繊維強化プラスチック層２０とを備える。
　第１の繊維強化プラスチック層１６および第２の繊維強化プラスチック層２０はそれぞれ、繊維強化プラスチックのプリプレグ１４，１８を単数または複数枚積層して形成されている。図２の例では、第１の繊維強化プラスチック層１６および第２の繊維強化プラスチック層２０は、それぞれ３枚のプリプレグ１４，１８を積層して形成されている。
　レドーム１０を構成する積層体は、積層体の一方の表面側から順に、第１の繊維強化プラスチック層１６、第２の繊維強化プラスチック層２０、コア材１２、第２の繊維強化プラスチック層２０、第１の繊維強化プラスチック層１６の順に積層され、厚さ方向に対称な構造を有する。すなわち、レドーム１０を構成する積層体において、コア材１２の表面と接する位置には、第２の繊維強化プラスチック層が配置されている。
　より詳細には、第１の繊維強化プラスチック層１６、第２の繊維強化プラスチック層２０およびコア材１２がそれぞれ第１の面および第２の面（おもて面および裏面）を有するものとすると、積層体の中心にコア材１２が配置され、コア材１２の第１の面および第２の面にそれぞれ第２の繊維強化プラスチック層２０の第１の面が接するように配置される。また、第２の繊維強化プラスチック層２０の第２の面には、第１の繊維強化プラスチック層１６の第１の面がそれぞれ接するように配置され、第１の繊維強化プラスチック層１６の第２の面がレドーム１０の外面を形成する。
　レドーム１０を製造する際には、レドーム１０の形状に形成したコア材１２の表面（おもて面および裏面）に、第２の繊維強化プラスチック層２０となるエポキシ樹脂と繊維素材とを材料としたプリプレグを所望の厚さ分積層し、更にその表面に第１の繊維強化プラスチック層１６となるシアネート樹脂と繊維素材とを材料としたプリプレグを所望の厚さ分積層した積層体を形成する。そして、当該積層体に対して熱および圧力を加えて接着および硬化させてレドーム１０とする。
　低誘電率材料であるシアネートエステル樹脂を含有する第１の繊維強化プラスチック層１６を設けることによって、スキン層の誘電率を低くし、電波の透過率を向上させることができる。また、比較的可撓性の高いエポキシ樹脂を含有する第２の繊維強化プラスチック層２０をコア材１２と接する位置に配置することによって、第２の繊維強化プラスチック層２０がコア材１２と第１の繊維強化プラスチック層１６との間の接着層として機能し、レドーム１０の強度（第１の繊維強化プラスチック層１６の接着強度）を向上させることができる。
　なお、第１の繊維強化プラスチック層１６または第２の繊維強化プラスチック層２０に含有される繊維素材は、例えば、ガラス繊維であり、ガラス繊維として、クオーツ繊維、Ｅガラス繊維、ＮＥガラス繊維などが使用可能である。クオーツ繊維を用いることによって、当該繊維強化プラスチック層の誘電率を低くしてレドーム１０の電波透過性能を向上させることができる。また、Ｅガラス繊維を用いることによって、比較的安価にレドーム１０を作成することができる。また、ＮＥガラス繊維を用いることによってＥガラス繊維を用いるよりも当該繊維強化プラスチック層の誘電率を低くしてレドーム１０の電波透過性能を向上させることができる。
　ここで、第２の繊維強化プラスチック層２０の厚さがスキン層全体の厚さ（第１の繊維強化プラスチック層１６と第２の繊維強化プラスチック層２０の厚さとの和）に占める割合は５０％以下とするのが好ましい。
　図３は、レドームの電波透過特性を示すグラフであり、縦軸は電波の透過損失（ｄＢ）、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。
　より詳細には図３は、第１の繊維強化プラスチック層１６に対応するシアネートエステル樹脂およびクオーツ繊維を含有するプリプレグ（図中「シアネート層」と表記）と、第２の繊維強化プラスチック層２０に対応するエポキシ樹脂およびクオーツ繊維を含有するプリプレグ（図中「エポキシ層」と表記）との積層枚数を変えて形成したレドーム１０のそれぞれの透過損失を測定した結果を示す。
　Ａはコア材１２に対して片面当たりシアネート５層、エポキシ１層を積層したレドーム１０、Ｂはコア材１２に対して片面当たりシアネート４層、エポキシ２層を積層したレドーム１０、Ｃはコア材１２に対して片面当たりシアネート３層、エポキシ３層を積層したレドーム１０、Ｄはコア材１２に対して片面当たりシアネート６層を積層したレドーム１０、Ｅはコア材１２に対して片面当たりエポキシ６層を積層したレドーム１０の透過特性を示す。各層の積層順は、６層全て同素材であるＤ、Ｅを除き、図２に示したものと同様にコア材１２に接するようにエポキシ層を積層し、その上にシアネート層を積層している。
　なお、コア材１２の厚さは６ｍｍ、エポキシおよびシアネートのプリプレグの厚さは共に０．１９ｍｍである。
　すなわち、これらＡ～Ｅは、同じ厚さのレドーム１０においてエポキシおよびシアネートの含有割合を変化させたものである。
　各レドーム１０の透過損失を比較すると、スキン層を全てシアネート層で形成したＤの透過損失が最も低く、電波の透過性能が良好である。一方、スキン層を全てエポキシ層で形成したＥの透過損失が最も大きく、電波の透過性能が低くなっている。シアネート層とエポキシ層とを設けたものについては、透過損失が低い順にＡ、Ｂ、Ｃとなり、エポキシ層の割合が多くなるほど透過損失が大きくなっていく。一方で、エポキシ層の割合が最も大きい（５０％）Ｃについても、スキン層を全てシアネート層で形成したＤとの透過損失の差は０．０１ｄＢ程度であり、十分実用的であるといえる。
　図４も、レドームの電波透過特性を示すグラフであり、縦軸は電波の透過損失（ｄＢ）、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。
　図４において、Ａはコア材１２に対して片面当たりシアネート２層、エポキシ１層を積層したレドーム１０、Ｂはコア材１２に対して片面当たりシアネート３層を積層したレドーム１０、Ｃはコア材１２に対して片面当たりエポキシ３層を積層したレドーム１０の透過特性を示す。
　なお、図４においても、コア材１２の厚さは６ｍｍ、エポキシおよびシアネートのプリプレグの厚さは共に０．１９ｍｍである。
　すなわち、これらＡ～Ｃは、同じ厚さのレドーム１０においてエポキシおよびシアネートの含有割合を変化させたものである。
　各レドーム１０の透過損失を比較すると、スキン層を全てシアネート層で形成したＢの透過損失が最も低く、電波の透過性能が良好である。また、スキン層を全てエポキシ層で形成したＣの透過損失が最も高く、電波の透過性能は劣っている。一方、シアネート２層、エポキシ１層のＡは、Ｂより透過損失が大きいもののＣと比較して良好な透過性能を保っている。
　このように、エポキシ層を設けることによってコア材１２とスキン層との間の接着力は向上するものの、スキン層におけるエポキシ層の割合が多くなるほどレドーム１０の透過性能が悪化することになる。よって、スキン層におけるエポキシ層の厚さが、低誘電率層であるシアネート層の厚さを上回らない程度にするのが好ましい。すなわち、エポキシ層である第２の繊維強化プラスチック層２０の厚さがスキン層全体の厚さに占める割合を５０％以下とするのが好ましい。
　また、レドーム１０の厚さは、レドーム１０に要求される電波透過性能によって決定される。具体的には、レドーム１０のスキン層の厚さ（シアネート層である第１の繊維強化プラスチック層１６の厚さとエポキシ層である第２の繊維強化プラスチック層２０の厚さとの和）を、レドーム１０に要求される透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の１／４以下とする必要がある。
　よって、本実施の形態では、スキン層の厚さ（シアネート層である第１の繊維強化プラスチック層１６の厚さとエポキシ層である第２の繊維強化プラスチック層２０の厚さとの和）を、レドーム１０に要求される透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の１／４以下とする。
　すなわち、スキン層は、コア材１２の両面（おもて面および裏面）に配置され、それぞれの表面に配置されるスキン層の厚さはそれぞれ、レドーム１０の透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の１／４以下とする。
　図５は、コア材にスキン層を積層した積層体のピール試験結果を示す表である。
　ピール試験は、米国試験材料協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の規格（ＡＳＴＭ　Ｄ１７８１）に沿って、以下のように行った。
　まず、図６に示すような供試品３０を形成した。
　供試品３０は、コア材３２と、コア材３２の一方の表面（試験面）に積層された第１のスキン層３４と、コア材３２の他方の表面（非試験面）に積層された第２のスキン層３６とを備えた積層体である。
　コア材３２は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）の発泡体で形成されている。第１のスキン層３４および第２のスキン層３６は、エポキシ樹脂とクオーツ繊維とを含有するプリプレグで形成されている。供試品３０は、コア材３２のおもて面および裏面にそれぞれスキン層３４、３６となるプリプレグを積層し、熱および圧力を加えて硬化させた後、当該積層体を所望の大きさに切断（本実施の形態では幅方向に切断）することによって形成される。なお本試験は、コア材とエポキシ層との間の接着強度を測定することを目的としているため、シアネート層の積層は省略した。
　コア材３２の厚さは６ｍｍ、第１のスキン層３４の厚さは１．９ｍｍ、第２のスキン層３６の厚さは０．３８ｍｍである。また、コア材３２の長手方向（図６中矢印Ｌ方向）の長さは２５５．０ｍｍ、幅方向（図６中矢印Ｗ方向）の長さは約７６．２ｍｍ（後述するように０．１ｍｍ未満のバラつきがある）であり、第２のスキン層３６もコア材３２と同じ大きさに形成されている。一方、第１のスキン層３４の幅方向の長さはコア材３２と同じ約７６．２ｍｍであるが、長手方向の長さは３０５．０ｍｍであり、コア材３２の長手方向の両端から張り出す余剰部３８が形成されている。余剰部３８は、後述する試験装置４０（図７参照）のドラム部４２に挟持され、第１のスキン層３４をコア材３２から剥離するために形成されている。
　図５に示すように、本実施の形態では４枚の供試品３０（供試品１～４）を作成した。それぞれの供試品３０の幅は、供試品１が７６．２１ｍｍ、供試品２が７６．２２ｍｍ、供試品３が７６．２６ｍｍ、供試品４が７６．２６ｍｍであり、平均値は７６．２４ｍｍ、標準偏差は０．０２であった。
　つぎに、供試品３０を試験装置にセットし、測定パラメータを適宜設定した上で測定を行う。
　図７に試験装置４０の構成を示す。試験装置４０は、ドラム部４２と、固定部４４とを備える。ドラム部４２と固定部４４とは、図示しないフレームに支持されており、測定開始時には所定距離離れた位置に配置される。ドラム部４２は、円筒形状を呈し、図示しない駆動機構によって軸Ｏを中心に回転すると同時に固定部４４に近づくように直線移動される。ドラム部４２は、その外周面に円筒の軸方向に沿った抑え板４２０を備える。抑え板４２０は、供試品３０の一方の余剰部３８を挟持する。固定部４４は、測定中は移動不能に固定されるとともに、供試品３０の他方の余剰部３８側を挟持する。
　ドラム部４２が第１のスキン層３４を挟持しながら回転し、固定部４４方向に移動することによって、第１のスキン層３４がコア材３２から剥離される。試験装置４０は、この時ドラム部４２等にかかる荷重を測定して供試品３０のピール強度を算出する。
　具体的には、下記式（１）を用いてピール強度Ｔを算出する。
　下記式（１）において、Ｔはピール強度（ｋｇ・ｃｍ／７．６２ｃｍ）、Ｒはトルクアーム長さ（Ｒ＝Ｒ０－Ｒｉ＝１２．７（ｍｍ）、Ｒ０：ドラム部４２にばね鋼が固定される外側フランジ半径、Ｒｉ：ピールされる第１のスキン層３４が巻き付く内側ドラム半径）、Ｆｐは供試品３０の剥離長さ２５．４ｍｍ～１５２．４ｍｍまでの平均ピール荷重（ｋｇ）、Ｆ０は第１のスキン層３４の剥離長さ２５．４ｍｍ～１５２．４ｍｍまでの平均ピール荷重（ｋｇ）、Ｗは供試品３０の幅（ｍｍ）である。Ｆｐはドラム部４２の質量を加味した荷重であり、Ｆ０で接着していない供試品の荷重を取得して、ＦｐからＦ０を差し引くことによってドラム部４２の質量の影響のない値にしている。
　なお、本実施の形態では、ドラム部４２の移動速度であるクロスヘッドスピード（引き上げ速度）を２５．４±０．２５ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
　Ｔ＝［Ｒ×（Ｆｐ－Ｆ０）］÷Ｗ　・・・（１）
　図５に示すように、供試品１～４のピール荷重（Ｎ／ｍ）はそれぞれ、３１５９２、３２５７７、３４２９８、３５９５６であり、平均値は３３６０６（標準偏差１９２４）となり、十分な強度を有していることがわかる。
　なお、比較例としてシアネート樹脂とクオーツ繊維とを含有するプリプレグ（以下「シアネート樹脂プリプレグ」という）をコア材に積層した積層体のピール試験を行うことも考えられるが、シアネート樹脂プリプレグを用いた積層体では手ではがせる程度の接着力しかなく、図７に示すような装置を用いた試験では適切な結果が得られないため行っていない。
　以上説明したように、実施の形態にかかるレドーム１０によれば、スキン層にシアネートエステル樹脂を主成分とする第１の繊維強化プラスチック層１６を用いるとともに、コア材１２の表面と接する位置にはエポキシ樹脂を主成分とする第２の繊維強化プラスチック層２０を配置した。これにより、第２の繊維強化プラスチック層２０が、コア材１２と第１の繊維強化プラスチック層１６とを接着する接着層として機能し、レドーム１０の電波透過性能とレドームの強度とを両立する上で有利となる。
　また、レドーム１０によれば、第２の繊維強化プラスチック層２０の厚さがスキン層全体の厚さ（第１の繊維強化プラスチック層１６の厚さと第２の繊維強化プラスチック層２０の厚さとの和）に占める割合を５０％以下とした。これにより、第１の繊維強化プラスチック層１６と比較して誘電率が高い第２の繊維強化プラスチック層２０を配置することによる電波透過性能の低下を一定範囲に抑えることができる。
　また、レドーム１０によれば、スキン層の厚さがレドーム１０の透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の１／４以下なので、レドーム１０の電波透過性能を良好に保つことができる。
　また、レドーム１０において、第１の繊維強化プラスチック層１６が含有する繊維素材を誘電率の低いクオーツ繊維とすれば、第１の繊維強化プラスチック層１６の誘電率を低くしてレドーム１０の電波透過性能を向上させることができる。
　また、レドーム１０において、第１の繊維強化プラスチック層１６が含有する繊維素材をＥガラス繊維とすれば、比較的安価にレドーム１０を作成することができる。
　また、レドーム１０において、第１の繊維強化プラスチック層１６が含有する繊維素材がＮＥガラス繊維とすれば、Ｅガラス繊維を用いる場合と比較して第１の繊維強化プラスチック層１６の誘電率を低くしてレドーム１０の電波透過性能を向上させることができる。
　なお、本実施の形態では、複数のスキン層が第１の繊維強化プラスチック層１６および第２の繊維強化プラスチック層２０であるものとしたが、これに限らず、３種類以上の繊維強化プラスチック層を設けてもよい。その場合、エポキシ樹脂と繊維素材とを含有する繊維強化プラスチック層（本実施の形態における第２の繊維強化プラスチック層２０）をコア材１２と接する位置に配置し、これに対して他の繊維強化プラスチック層を積層する。
　１０　レドーム
　１２　コア材
　１４，１８　プリプレグ
　１６　第１の繊維強化プラスチック層
　２０　第２の繊維強化プラスチック層
　３０　供試品
　３２　コア材
　３４　第１のスキン層
　３６　第２のスキン層
　３８　余剰部
　４０　試験装置
　４２　ドラム部
　４４　固定部

Claims (8)

  1. 　コア材の表面に複数のスキン層を積層した積層体で形成されたレドームであって、
    　前記スキン層は、シアネートエステル樹脂と繊維素材とを含有する第１の繊維強化プラスチック層と、エポキシ樹脂と繊維素材とを含有する第２の繊維強化プラスチック層とを備え、
    　前記コア材の表面と接する位置には、前記第２の繊維強化プラスチック層が配置されている、
    　ことを特徴とするレドーム。
  2. 　前記第２の繊維強化プラスチック層の厚さが前記スキン層全体の厚さに占める割合が５０％以下である、
    　ことを特徴とする請求項１記載のレドーム。
  3. 　前記スキン層は、前記コア材の両面に配置され、
    　それぞれの表面に配置される前記スキン層の厚さはそれぞれ、前記レドームの透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の１／４以下である、
    　ことを特徴とする請求項１または２記載のレドーム。
  4. 　前記第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、ガラス繊維である、
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のレドーム。
  5. 　前記第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、クオーツ繊維である、
    　ことを特徴とする請求項４記載のレドーム。
  6. 　前記第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、Ｅガラス繊維である、
    　ことを特徴とする請求項４記載のレドーム。
  7. 　前記第１の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、ＮＥガラス繊維である、
    　ことを特徴とする請求項４記載のレドーム。
  8. 　前記コア材は、有機樹脂の発泡体、または、ハニカムコア構造体で形成されている、
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のレドーム。
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