(57)【要約】【課題】  軽量であり、大きい強度特性を有し、非常に高い高度用の空気より軽量のビークルの開発を可能にする積層構造体を提供する。【解決手段】  積層構造体は、液晶重合体繊維層、この液晶重合体繊維層に固着されたポリイミド層、及び前記ポリイミド層を含有してなるか、液晶重合体繊維層、及びこの液晶重合体繊維層の両側に配置されたポリフッ化ビニリデン（PVDF）層を含有してなる。【選択図】  図２
2004276614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶重合体繊維層、前記液晶重合体繊維層に固着されたポリイミド層、及び前記ポリイミド層に固着されたポリフッ化ビニリデン層を含有することを特徴とする、積層体材料。
【請求項２】
さらに、液晶重合体繊維層とポリイミド層との間、及びポリイミド層とポリフッ化ビニリデン層との間に配置されたポリウレタン接着剤を含む、請求項１記載の積層体材料。
【請求項３】
ポリウレタン接着剤がフッ素化ポリウレタンである、請求項２記載の積層体材料。
【請求項４】
液晶重合体繊維層が、縦糸ストランド及びよこ糸ストランドを有する波形構造体である、請求項２記載の積層体材料。
【請求項５】
積層体の縦糸方向が、少なくとも43.2Kg/cmの引張強さを有する、請求項４記載の積層体材料。
【請求項６】
積層体のよこ糸方向が、少なくとも32.4Kg/cmの引張強さを有する、請求項４記載の積層体材料。
【請求項７】
積層体の全体重量が、0.18Kg/ｍ２未満である、請求項１記載の請求項材料。
【請求項８】
液晶重合体繊維層、及び前記液晶重合体繊維層の両側に配置されたポリフッ化ビニリデン（PVDF）層を含有することを特徴とする、積層体材料。
【請求項９】
層のすべてが相互に加熱結合されている、請求項８記載の積層体材料。
【請求項１０】
接着剤を使用することなく、層のすべてが相互に加熱結合されている、請求項８記載の積層体材料。
【請求項１１】
ハルを包含する空気より軽量のビークルにおいて、前記ハルが、液晶重合体繊維層、前記液晶重合体繊維層に固着されたポリイミド層、及び前記ポリイミド層に固着されたポリフッ化ビニリデン層を含有する少なくともワンピースの積層体材料を包含するものであることを特徴とする、空気より軽量のビークル。
【請求項１２】
積層体材料が、さらに、液晶重合体繊維層とポリイミド層との間、及びポリイミド層とポリフッ化ビニリデン層との間に配置されたポリウレタン接着剤を含むものである、請求項１１記載のビークル。
【請求項１３】
ポリウレタン接着剤がフッ素化ポリウレタンである、請求項１２記載のビークル。
【請求項１４】
液晶重合体繊維層が、縦糸ストランド及びよこ糸ストランドを有する波形構造体であり、積層体の縦糸方向が、少なくとも43.2Kg/cmの引張強さを有し、積層体のよこ糸方向が、少なくとも32.4Kg/cmの引張強さを有する、請求項１３記載のビークル。
【請求項１５】
近接する積層体材料が、その間にギャップを形成し、このギャップを覆うため、少なくとも１のポリフッ化ビニリデンカバーテープを塗布することによって相互に結合されているものである、請求項１４記載のビークル。
【請求項１６】
近接する積層体材料が、その間にギャップを形成し、このギャップを覆うため、少なくとも１の構造テープを塗布することによって相互に結合されており、この構造テープが、第２の液晶重合体繊維層及びこの第２の液晶重合体繊維層に固着された第２のポリイミド層を包含するものである、請求項１４記載のビークル。
【請求項１７】
近接する積層体材料が、その間にギャップを形成し、前記ギャップを積層体材料の外部表面で覆うため、ポリフッ化ビニリデンカバーテープを、及び前記ギャップを前記積層体材料の内部表面で覆うため、構造テープを塗布することによって相互に結合されており、前記構造テープが、第２の液晶重合体繊維層及びこの第２の液晶重合体繊維層に固着された第２のポリイミド層を包含するものである、請求項１４記載のビークル。
【請求項１８】
ハルを包含する空気より軽量のビークルにおいて、前記ハルが、液晶重合体繊維層、及び前記液晶重合体繊維層の両側に配置されたポリフッ化ビニリデン（PVDF）層を包含するものであることを特徴とする、空気より軽量のビークル。
【請求項１９】
層のすべてを相互に加熱結合れている、請求項１８記載のビークル。
【請求項２０】
接着剤を使用することなく、層のすべてが相互に加熱結合されている、請求項１８記載ビークル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、空気より軽量のビークルに係る。詳しくは、本発明は、空気より軽量のビークルにおいて使用される改良された積層構造体を対象とする。特に、本発明は、軽量であり、大きい強度特性を有し、非常に高い高度用の空気より軽量のビークルの開発を可能にする積層構造体を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
空気より軽量のビークルは、多くの異なった用途で使用される。公知の用途の１つでは、企業は、空気より軽量のビークル（しばしば、気球と呼ばれる）に、その企業のロゴ又は商標を美しく描き、このビークルを、大きなスポーツイベントの近くで又は大きな都市領域で操作している。このような広告は、効果的に、購買の増大を生ずる。空気より軽量のビークルは、天候の監視又は軍事偵察を目的としても、高高度で使用される。これらの高高度での使用では、ビークルの使用高度が高ければ高いほど、偵察目的では、より広い領域が見られることが知られている。さらに、ビークルがより高い位置にあればあるほで、ビークルを検知及び破壊することがより困難である。
【０００３】
これらの空気より軽量の高高度ビークル用の公知の材料は、これらが、温度変化の限られた範囲にのみ耐えられるため、限定されている。さらに、高高度ビークルは、オゾン劣化、極めて多量の紫外線に対する露出、日周圏において経験される広い温度変化を考慮しての苛酷な膨張及び収縮、及び強力な風及び気象の力に耐え得ることが要求される。そして、軍事活動に使用される空気より軽量のビークルは、高周波探知、レーザー照準脅威等による攻撃を受けがちである。勿論、上記の特性は、軽量であること（ビークルのための有効荷重を増大させることを可能にする）及びビークルを長期間配備することを可能にするガスバリヤー特性を含む、空気より軽量のビークルにとって標準的な所望の特性と組合されることが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、上記の所望の特性をもつ積層体又は布材料を使用する空気より軽量のビークルであって、前記材料又は積層体が、容易に製造又は所望の形状に適合されるものであるようなビークルに関する要求がある。
【０００５】
従って、当分野では、空気より軽量のビークル用の柔軟な積層体に関する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の他の目的（以下の詳細な説明によって、明らかになるであろう）は、液晶重合体繊維層、この液晶重合体繊維層に固着されたポリイミド層及びこのポリイミド層に固着されたポリフッ化ビニリデン層を含有してなる積層体材料によって達成される。
【０００７】
本発明の他の態様は、液晶重合体繊維層及び該液晶重合体繊維層の両側に配置されたポリフッ化ビニリデン（PVDF）層を含有してなる積層体材料によって達成される。
【０００８】
本発明の他の目的は、ハルを包含してなる空気より軽量のビークルにおいて、ハルが、液晶重合体繊維層、この液晶重合体繊維層に固着されたポリイミド層及びこのポリイミド層に固着されたポリフッ化ビニリデン層を含有してなる積層体材料を包含するものであることを特徴とするビークルによって達成される。
【０００９】
本発明のさらに他の態様は、ハルを包含してなる空気より軽量のビークルにおいて、ハルが、液晶重合体繊維層及び該液晶重合体繊維層の両側に配置されたポリフッ化ビニリデン（PVDF）層を含有してなる積層体材料を包含するものであることを特徴とするビークルによって達成される。
【００１０】
本発明のこれらの目的及び他の目的は、存在する従来技術によるものを上回る利点（以下の記載から明らかになるであろう）と共に、以下に述べる及び請求の範囲に記載する改良によって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の目的、技術及び構造が完全に理解されるように、下記の詳細な記載及び図面を参照する。
【００１２】
添付図面、特に図１を参照する。図１には、本発明による空気より軽量のビークルが、参照符号１０で示されていることが認められる。ビークル１０は、空気より軽量のビークルに限定されそうであるが、柔軟な積層構造体を対象とする本発明の技術は、気球、小型飛行船、飛行船又は各種の係留された又は係留されていない物体の如き各種の空気より軽量のビークルに適用されることが理解されるであろう。例えば、本発明は、熱気球、通常のヘリウムバルーン、気象バルーン、帆、パラシュート及びアウトドアの苛酷な環境に耐える際の使用において優秀な特性を提供するために必要とされる各種の用途で使用される。いずれにしても、ビークル１０は、フィンをもたない又は少なくとも１つの安定フィン１４をもつハル１２を包含する。フィンがない場合には、ベクタードファンが使用可能である。ハルに関して、長楕円形状が示されているが、各種の形状（球形、楕円形、放物線形、涙形等）を使用できることが理解されるであろう。ビークル１０は、有効荷重１６（人員、偵察装置、気象監視装置、通信装置等を含む）を保持する。有効荷重のサイズは、ビークルのサイズに応じて変動する。有効荷重は、外部的に（図示のように）、内部的に又はレーダー送信／受信用のように材料と組合わせて保持される。
【００１３】
ビークル１０は、多数の所望の特性を有するエンクロージング材料にて構成される。一般に、これらの所望の特性は、高強度、軽量（有効荷重のサイズの増大を可能にする）、及び極端な温度及び圧力の変化に耐え得る可能性である。これらの広い温度及び圧力の変化に鑑み、材料は、多くの条件に柔軟であることが要求される。また、積層体材料はオゾン及び紫外線に対して抵抗性であり、必要なガス透過性を有することが望ましい。材料は、目標検知を回避することができ、弾丸等によって生ずる引裂きに対して抵抗性でなければならない。積層体材料が高高度能力を有していることが望ましい。ここに示す構造体は、ビークル１０が2,100ｍ（70,000ft)までの高度で操作されることを可能にするものと考えられる。
【００１４】
図２において最も良好に理解されるように、本発明による積層体材料は、一般的に、符号２０で示される。材料２０は、ハル１２内に、空気より軽量のガス状物質（例えば、ヘリウム等）を収容又は保持する内部表面２２を有する。材料２０は、さらに、内部表面２２と対向する外部表面２４を有する。好適な積層体材料２０の構成を一般的に記載し、材料の各層が提供する各種の特性を詳細に検討する。
【００１５】
液晶重合体繊維ヤーン層２６が内部表面２２を形成する。好適な具体例では、層２６は、Vectran（商標名）又は同等の材料でなる。層２６とポリイミド層３０との間に接着剤層２８を設ける。ポリイミド層３０の主な目的は、ヘリウム等を保持するためのガスバリヤーとして機能すること及びレーザー照準威嚇を散逸させることにある。層３０の上に接着剤層３２を塗布し、その上に、主にオゾン及び紫外線からの保護を目的とするポリフッ化ビニリデン（PVDF）層３４を接着する。層３４も外部表面２４を形成する。
【００１６】
液晶重合体繊維層２６は、主に、その強度特性のため積層体に含まれる。この層は、布材料にかなり似た縦糸及びよこ糸ストランドを有する波形織物である。液晶重合体繊維ヤーンは、強くかつ軽量である点で有利である。実際、好適な具体例では、層２６の縦糸方向は、少なくとも43.2Kg/cm（240 lbs/in）の引張強さを有し、よこ糸方向は、少なくとも32.4Kg/cm（180 lbs/in）の引張強さを有する。液晶重合体繊維材料は、優れた耐クリープ性及び屈曲疲れ抵抗性も有する。波形パターンは、積層体の全体重量を低減することを目的とし、弾丸又は他の発射体が積層体に穴をあける場合にも、破断をストップさせるために断続的なギャップを提供する。
【００１７】
ポリイミドフィルム層３０は、好ましくは、Kapton（商標名）又は同等の材料で構成される。ポリイミド層３０は、優れたバイアスモジュラスを提供し、また、好適な空気より軽量の物質（例えば、ヘリウム）をハル構造体内に保持するための優れたガスバリヤー材料である。ポリイミドフィルムは、レーザー照準威嚇に対する対抗抑止力として機能するために、優れた誘電率をも提供する。換言すれば、ポリイミド物質は、衝突するレーザー光線を機能的に拡散し、これによって、照準情報は照準化装置に戻されない。残念なことには、ポリイミド物質は、紫外線の存在下では、容易に破断する。この欠陥を補うため、積層体２０の外部表面２４をポリフッ化ビニリデン層３４で形成する。PVDF物質は、優れた紫外線及びオゾンに対する保護を提供し、レーザー脅威のKapton層への伝達を可能にする。PVDF層は、ビークルの熱管理を増大させ、赤外線識別特性を低減させる。換言すれば、PVDF物質の温度は周囲温度よって変動し、周囲とビークル１０との間のいかなる変動も検知することは困難である。PVDF物質は、低い吸光係数及び高い反射率を有しており、このため、ビークルをどのような感知可能な距離からも観察することが困難である。
【００１８】
これら層形成材料２６、３０及び３４は、互いに、接着剤層２８及び３２（好適な具体例では、ポリウレタン接着剤である）によって結合される。これらの接着剤物質は取扱がかなり容易であり、簡単に製造されることが知られている。特に、好適なポリウレタン物質は、フッ素化ポリウレタンであり、この物質は、低温においてフレキシビリティーを保持し、また、疎水性であり、従って、外部表面２４を透過する水分の吸収を不可能にするように撥水性である。フッ素化ポリウレタン接着剤は、日中の操作の間に、高高度において材料が受ける高温度に耐えることもできる。接着剤物質は、層を互いに結合し、他の層３０及び３４において存在し得るピンホール又はギャップを埋める。
【００１９】
理解されるように、ハル１２及びフィン１４は、代表的には、ワンピースの積層体材料２０では形成されない。従って、積層体材料のすべての特性をなお提供しつつ、材料のストリップ又はパターンは互いに接合される。これに関して、図３を参照する。この図は、符号４０によって一般的に示される突合せ接合配置を示す。２つの所定長さの積層体材料２０をサイドバイサイド配置する際に、この接合４０を利用する。２つの積層体材料の間にギャップ（符号４２で示す）を設ける。突合せ接合４０の外部表面上に、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）カバーテープ４４を配置する。このテープは、近接する積層体２０の外部表面でギャップをシールする。近接する積層体の内部表面２２は、構造テープ（符号４６で示される）によってシールされる。構造テープ４６は、接着剤層（好適な具体例ではポリウレタン接着剤である）４８を含む。接着剤層４８の下側には、液晶重合体ヤーン（例えば、Vectran又は同等の材料）層５０を配置し、他の接着剤層５２によってポリイミド層５４に結合させる。最後に、接着剤層５６をポリイミド層５４の反対側に配置して、構造テープ及び全体の構造体を、必要に応じて、ハルの内部構造部材に固着させる。突合せ接合４０は、相互に協力する各種の層の望ましいすべての特性をもつ連続シームを提供するように、積層体材料２０の有利な特性を合体させる。特に、PVDFカバーテープ４４は結合し、PVDF積層体材料３４の外部表面の特性のすべてを提供する。同様に、構造テープは４６は、層２６及び３０の強度及びガス透過特性を提供する。特に、構造テープ４６は、積層体２０の同じ材料と近接する液晶重合体ヤーン物質５０を包含する。また、ポリイミド層５４は、層３０においても見られるレーザー脅威保護特性及びガス透過特性を提供する。
【００２０】
次に、図４を参照すると、本発明による他の材料構造体が、一般的に、符号６０で示されていることが認められる。この構造体は、外側PVDF層６４及び内側PVDF層６６の間に挟まれた液晶重合体（例えば、Vectran又は同等の材料）層６２を包含する。この具体例は、前述の具体例の利点及び属性のほとんどすべてを提供し、ポリウレタン接着剤物質に関する必要性を排除する。材料は、３つの層を１対の加熱ローラーの間で引き出す「ニップロール法」にて、相互に固着される。ローラーによって発揮される組合された熱及び圧力は、PVDF層６４,６６を、これらの間に挟まれた液晶重合体層６２と共に、相互に融解させる。別法では、液晶重合体層を、押出成形機を介して引出し、層６２を、その両側をPVDF物質にて包囲してもよい。このように、接着剤が存在しないため、材料６０は重量がさらに軽く、材料６０の製造がより簡単になる。また、必要とされるシームも、必要に応じて、押出成形機及び材料６０の内部表面において同様の材料を加熱結合することによって形成される。
【００２１】
上記記載に基づき、本発明の積層体材料の利点は直ちに明らかである。特に、本発明の構造体は、ビークル１０によって運ばれると有効荷重の量を増大させるために軽量の構造体を提供すると共に、空気より軽量のビークルの最大高度の達成を可能にする大きい強度及び軽量特性を提供する。事実、好適な積層体又は材料は、0.18Kg/ｍ2（５オンス/yd2）の重さである。材料の組合わせが、空気より軽量のガスを保持するために優れた透過性を提供し、また、赤外線又はレーザータイプの検知装置によって発生する脅威に対する必要な抑止力を提供する。本発明は、材料がフレキシブルであり、−100〜＋６０℃の範囲の幅広い温度変動に耐えることができる点で有利である。従って、開示した構造及び積層体材料を相互に接合又は結合するための方法は、空気より軽量のビークルで使用される積層体材料の分野における明らかな改良である。
【００２２】
このように、本発明の目的は、上記の構造及び使用方法によって満足されている。この明細書では、最良の形態及び好適な具体例のみを提示し、詳細に説明したが、本発明は、これらに又はこれらによって制限されないことが理解されなければならない。従って、本発明の真の精神及び範囲の認識に関しては、請求の範囲を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による空気より軽量のビークル示す図である。
【図２】本発明による積層体材料の断面図である。
【図３】近接する積層体材料を相互に結合する突合せ接合配置の断面図である。
【図４】本発明による他の具体例の構造体を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  ビークル
１２  ハル
２０  積層体材料
２２  内部表面
２４  外部表面
２６  液晶重合体繊維ヤーン層
２８，３２  接着剤層
３０  ポリイミド層
３４  ポリフッ化ビニリデン
４０  突合せ接合配置
４４  カバーテープ
４６  構造テープ
５０  液晶重合体ヤーン層
５４  ポリイミド層
６０  機械構造体
６２  液晶重合体層
６４  外側PVDF層
６６  内側PVDF層
【図１】
2004276614.tif 000003
【図２】
2004276614.tif 000004
【図３】
2004276614.tif 000005
【図４】
2004276614.tif 000006