特許 7568422 ワンピース多機能ナノ積層化複合材窓ペイン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】ワンピース多機能ナノ積層化複合材窓ペイン

(51)【国際特許分類】

   B64C 1/14 20060101AFI20241008BHJP

   B60J 1/00 20060101ALI20241008BHJP

   E06B 9/24 20060101ALI20241008BHJP

   B32B 3/08 20060101ALI20241008BHJP

   B32B 9/00 20060101ALI20241008BHJP

   B32B 17/10 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

B64C1/14

B60J1/00 H

E06B9/24 Z

B32B3/08

B32B9/00 A

B32B17/10

【請求項の数】 13

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020081611

(22)【出願日】2020-05-02

(65)【公開番号】P2020203667

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2023-05-02

(31)【優先権主張番号】16/402,034

(32)【優先日】2019-05-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】チェン， ジアンティエン

(72)【発明者】

【氏名】ノードマン， ポール エス．

【審査官】大宮 功次

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０５４５２１０２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２００７－５１６１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１１６１２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００９７０１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２１９９０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００９７５５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００８８４３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５３５１３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｃ １／１４

Ｂ６０Ｊ １／００

Ｅ０６Ｂ ９／２４

Ｂ３２Ｂ ３／０８

Ｂ３２Ｂ ９／００

Ｂ３２Ｂ １７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

保護パネル縁部（２１２、５１２）を備え、電磁効果（EME）、着氷、及び腐食のうち１つ以上に対する耐性を提供し、複数のナノ積層化層を備える保護パネル（２１１、５１１）と、
前記保護パネル（２１１、５１１）上に配置された構造パネル（２１３、５１３）であって、前記保護パネル縁部（２１２、５１２）を越えて延在する構造パネル縁部（２１４、５１４）を備え、２０７MPa（３０ksi）から１３，７９０MPa（２，０００ksi）の引張応力を有し、複数のナノ積層化層を備える、構造パネル（２１３、５１３）と
を備える窓アセンブリ（２１０、５１０）であって、
前記構造パネル（２１３、５１３）が、
底表面保護層（４５０）、
前記底表面保護層（４５０）上に配置された構造層（４３０、４４０）、及び
前記構造層（４３０、４４０）上に配置された透明導電性コーティング層（４２０）を備え、
前記構造層（４３０、４４０）が、
各層がAl ₂ O ₃ 、グラフェン、又はSiO ₂ を含む１以上の第１の構造補強層（４３１）、
前記１以上の第１の構造補強層（４３１）上に配置され、熱可塑性材料を含む構造透明ポリマー層（４３２、４４２）、及び
前記構造透明ポリマー層（４３２、４４２）上に配置され、各層がAl ₂ O ₃ 、グラフェン、又はSiO ₂ を含む１以上の第２の構造補強層（４３３）を備え、
前記窓アセンブリ（２１０、５１０）が、可視光に対して４５％から９９％の透過率を有し、
前記複数のナノ積層化層が、２０ｎｍから１０００ｎｍの厚さを有し、
前記窓アセンブリ（２１０、５１０）が、自立式であり、前記保護パネル縁部（２１２、５１２）を越えて延在する前記構造パネル縁部（２１４、５１４）を使用することにより、枠を必要とせずに前記窓アセンブリ（２１０、５１０）を航空機に取り付けることができるようになっている、窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項2】

前記保護パネル（２１１、５１１）が、０．１２７cm（０．０５インチ）から２．０３cm（０．８０インチ）の厚さを有する、請求項１に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項3】

前記構造パネル（２１３、５１３）が、０．１０２cm（０．０４インチ）から１．５２４cm（０．６０インチ）の厚さを有する、請求項１又は２に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項4】

前記保護パネル縁部（２１２、５１２）が、３０から８０度の角度を有するテーパ付けされた縁部（５１２）を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項5】

前記構造パネル縁部（２１４、５１４）が、１２から９０度の角度を有するテーパ付けされた縁部（５１４）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項6】

エレクトロクロミックガラス又はエレクトロクロミック膜を備えたスマートセンサベースの電子シェード（５９９）を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項7】

前記保護パネル（２１１、５１１）が、
表面バリア層（３３０）、及び
前記表面バリア層（３３０）上に配置された電磁効果（EME）保護層（３２０）を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項8】

前記表面バリア層（３３０）が、
熱可塑性材料を含む表面バリア透明ポリマー層（３３２、３４２、３５２）と、
前記表面バリア透明ポリマー層（３３２、３４２、３５２）上に配置された１以上の表面バリア補強層（３３１、３４１、３５１）であって、それぞれがAl₂O₃又はグラフェンを含み、前記EME保護層（３２０）が上に配置されている、１以上の表面バリア補強層（３３１、３４１、３５１）と
を備える、請求項７に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項9】

前記保護パネル（２１１、５１１）が、０．１２７cm（０．０５インチ）から２．０３cm（０．８０インチ）の厚さを有し、前記構造パネル（２１３、５１３）が、０．１０２cm（０．０４インチ）から１．５２４cm（０．６０インチ）の厚さを有する、請求項７又は８に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項10】

前記表面バリア層（３３０、３４０、３５０）が、
２０から２０００nmの厚さを有する前記表面バリア透明ポリマー層（３３２、３４２、３５２）と、
２０から２０００nmの厚さを有する前記１以上の表面バリア補強層（３３１、３４１、３５１）と、
５０から２０，０００nmの厚さを有する前記EME保護層（３２０）とを備える、請求項８に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項11】

前記底表面保護層（４５０）が、
２００から５０，０００nmの厚さを有する底表面補強層（４５２）と、
２０から１０００nmの厚さを有する底表面透明ポリマー層（４５１）とを備え、
前記構造層（４３０、４４０）が、
２０から１０００nmの厚さを有する１以上の第１の構造補強層（４３１）と、
２０から１０００nmの厚さを有する構造透明ポリマー層（４３２、４４２）と、
２０から１０００nmの厚さを有する１以上の第２の構造補強層（４３３）とを備え、
前記透明導電性コーティング層（４２０）が、２０から１０００nmの厚さを有する、請求項７から１０のいずれか一項に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項12】

前記EME保護層（３２０）が、カーボンナノチューブ又はインジウムスズ酸化物（ITO）とグラフェンを含む、請求項７から１１のいずれか一項に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【請求項13】

前記熱可塑性材料が、ポリスチレン（PS）、ポリエーテルイミド（PEI）、又はそれらの混合物である、請求項７から１２のいずれか一項に記載の窓アセンブリ（２１０、５１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001] 本開示は、広くは、窓アセンブリに関し、特に、枠なし構造窓アセンブリ向けの方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

[0002] 輸送体又は構造体用の窓アセンブリは、通常、枠内に取り付けられたガラス、プラスチック、又は複合材料から作製された窓を含む。枠は、窓を支持し、内部に窓が設置される輸送体又は構造体内の切り欠き（cutout）を補強する。例えば、航空機窓アセンブリは、概して、金属枠内に取り付けられたアクリル製の２つのペイン（pane）から形成された窓を含む。窓は、航空機外板内の切り欠きの中にフィットし、金属枠が、胴体を形成している航空機外板に機械的に取り付けられる。枠は、アクリルの窓の代わりに枠によって構造的な負荷が生じることを保証する。図１は、窓アセンブリ１１０の拡大された断面図を含む航空機１００を描いている。窓アセンブリ１１０は、両方ともアクリルから形成された内側窓１２０と外側窓１２５から構成される。内側窓１２０と外側窓１２５は、枠１３０に取り付けられ且つ枠１３０によって支持される。枠１３０は、複数のファスナ１８５によって、航空機１００の航空機外板１９０に取り付けられる。

【0003】

[0003] しかし、枠を含む窓アセンブリは、幾つかの制限を有する。切り欠きは、例えば航空機外板内の局所的な応力を高め得る。そして、アクリルの窓と金属枠との間の材料特性のミスマッチは、切り欠きで局所的な応力を生成し得る。枠は、窓アセンブリに対する構造的な支持を提供する一方で、重量も追加し、窓のサイズを限定する。

【0004】

[0004] 航空機の用途に対して特に、アクリルの窓は理想的なものではない。というのも、アクリルは、熱伝導率が低く且つ強度が低いからである。結果として、窓のサイズは概して小さく、乗客の体験に影響を与える。そして、アクリルの窓は、導電性ではないので、窓及び枠に更なる電磁効果（EME）の解決策を加える必要がある。

【発明の概要】

【0005】

[0005] 本教示によれば、窓アセンブリが提供される。窓アセンブリは、保護パネル縁部を備えた保護パネル、及び保護パネル上に配置された構造パネルを含む。構造パネルは、保護パネル縁部を越えて延在する構造パネル縁部を備える。構造パネルは、約３０ksiから約２，０００ksiの引張応力を有し、窓アセンブリは、可視光に対して約４５％から約９９％の透過率を有する。

【0006】

[0006] 本教示によれば、別の窓アセンブリが提供される。窓アセンブリは、表面バリア層、及び、表面バリア層上に配置された電磁効果（EME）保護コーティングを備えた、保護パネルを含む。窓アセンブリは、保護パネル上に配置された構造パネルを更に含む。構造パネルは、底表面保護層、底表面保護層上に配置された構造層、及び構造層上に配置された透明導電性コーティング層を備える。窓アセンブリは、可視光に対して約４５％から約９９％の透過率を有する。

【0007】

本教示によれば、枠なしナノ積層化窓アセンブリを作製するための方法が提供される。該方法は、Al₂O₃の１以上の層、グラフェン（graphene）の１以上の層、又はAl₂O₃とグラフェンの１以上の層を備えた、第１の補強層を堆積させ、次いで、熱可塑性材料を含む第１の透明ポリマー層を、第１の補強層上に堆積させることによって、底表面保護層を形成することを含む。該方法は更に、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、SiO₂の１以上の層、又はそれらの組み合わせを備えた、第２の補強層を堆積させ、次いで、熱可塑性材料を含む第２の透明ポリマー層を第２の補強層上に堆積させ、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、又はAl₂O₃とグラフェンの１以上の層を備えた、第３の補強層を、第２の透明ポリマー層上に堆積させることによって、底表面保護層上に配置された構造層を形成することを含む。該方法は更に、ITOとグラフェンのうちの１以上を含む透明導電性コーティング層を、第３の補強層上に形成することを含む。該方法は更に、熱可塑性材料を含む第３の透明ポリマー層を、透明導電性コーティング層上に堆積させ、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、又はAl₂O₃とグラフェンの１以上の層を備えた、第４の補強層を、第３の透明ポリマー層上に堆積させることによって、表面バリア層を透明導電性コーティング層上に形成することを含む。該方法は更に、電磁効果コーティングを第４の補強層上に堆積させることを含む。

【0008】

[0007] 先述の一般的な記載と後述の詳細な記載の両方は、例示及び説明のためだけのものであり、特許請求される開示を限定しようとするものではないことは、理解されるべきである。

【0009】

[0008] 本明細書に組み込まれ、且つ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示を例示しており、説明部分と共に、本開示の原理を説明する役割を果たしている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】[0009] 航空機内に取り付けられた従来の窓アセンブリ、及び従来の窓アセンブリの拡大された断面図を概略的に描く。

【図2】[0010] 本教示による、ナノ積層化窓を概略的に描く。

【図3】[0011] 本教示による、保護パネルを形成する複数のナノ積層化層を概略的に描く。

【図4】[0012] 本教示による、構造パネルを形成する複数のナノ積層化層を概略的に描く。

【図5】[0013] 本教示による、ナノ積層化窓の断面図を概略的に描く。

【図6】[0014] 本教示による、ナノ積層化窓アセンブリを作製するための方法を描くフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

[0015] 次に、その実施例が添付図面で示されているところの本開示の例示的な実施態様を、詳細に参照することになる。可能なときは何時でも、同じ又は類似する部分を指すために、図面全体を通して同じ参照番号が使用される。後述の説明では、本開示の一部分を形成する添付図面を参照する。これらの添付図面は、本開示が実施され得る、特定の例示的な実施態様を説明するために示されている。これらの実施態様は、当業者が本開示を実施することができるよう十分詳細に記載されており、他の実施態様が利用可能であること、本開示の精神及び範囲から逸脱せずに変更を加え得ることが理解されるであろう。したがって、以下の説明は単なる例示にすぎない。

【0012】

[0016] 現在、窓アセンブリは、枠内に取り付けられた透明窓を含む。枠は、窓アセンブリ向けの構造的な支持を提供する一方で、重量も追加し、窓のサイズを限定する。ガラス、プラスチック、又は複合材の窓材料は、概して、強度が低く、氷の蓄積を防止しEMEに対する保護を提供するための更なるコーティングも必要とし得る。本開示の実施態様は、枠なしに、例えば輸送体、装備、又は構造体に直接取り付けられ得る、ワンピース構造窓の必要性に対処する。

【0013】

[0017] 開示されるナノ積層化窓アセンブリは、自立式であり、したがって、支持用の枠を必要としない。航空機などの特定の用途では、ナノ積層化窓の自立式の特性のおかげで、航空機外板に直接取り付けて、構造的な支持及び負荷を支える能力を提供することができる。枠を必要としないので、開示されるナノ積層化窓は、低減された重量でより大きな窓面積を提供することもできる。そして、ワンピース多機能設計は、耐衝撃保護、氷の蓄積防止、及びEME保護のうちの１以上を提供することができる。

【0014】

[0018] 本明細書で使用される際に、「ナノ積層体」及び「ナノ積層化」という用語は、約２０nmから約１，０００nmの範囲内の厚さを有する材料の交互層によって形成された複合材料を指す。本開示の窓アセンブリ内でナノ積層化層を使用することによって、厚さ、組成、等方性剛性（isotropic stiffness）、及び強度のうちの１以上を含む、窓アセンブリの特定の特性を調整することができる。

【0015】

[0019] 図２は、本教示による、窓アセンブリ２１０を描いている。窓アセンブリ２１０は、航空機の窓に関して説明されるが、本開示の窓アセンブリは、非限定的に、輸送体、装備、及び建造物、並びに他の構造体を含む、他の目的向けに使用されてよいことを、当業者は理解するだろう。窓アセンブリ２１０のワンピースの設計は、保護パネル２１１及び構造パネル２１３を含む。構造パネル２１３は、窓アセンブリ２１０向けの構造的な支持及び耐衝撃保護を提供する。更に、窓アセンブリ２１０は、枠を使用することなしに取り付けることが可能である。保護パネル２１１は、電磁効果（EME）、着氷、引っかき傷、及び腐食のうちの１以上に対する耐性を提供する。構造パネル２１３は、保護パネル２１１上に配置され、保護パネル２１１に取り付けられる。保護パネル２１１と構造パネル２１３の両方は、複数のナノ積層化層から形成される。構造パネル２１３は、保護パネル２１１より大きいので、構造パネル縁部２１４は、保護パネル縁部２１２を越えて延在する。以下で更に説明されるように、保護パネル縁部２１２を越えて延在する構造パネル２１３の一部分は、枠を必要とすることなしに、例えば胴体を形成する航空機外板に、窓アセンブリ２１０を取り付けるために使用することができる。保護パネル２１１は、切り欠きを満たし、例えば航空機の胴体の外側と面一になるようにサイズ決定される。保護パネル２１１は、航空機の胴体を貫通する視野を提供し、空力抵抗を抑制し、EME、氷、及び腐食からの表面保護を提供する。構造パネル２１３は、窓アセンブリ２１０に負荷を支える能力を提供し、例えば胴体を形成する航空機外板に窓アセンブリ２１０を取り付けるための場所を提供する。

【0016】

[0020] 窓として機能するために、窓アセンブリ２１０は、可視光に対して約４５％から約９９％の透過率を有するように透明である。任意選択的に、窓アセンブリ２１０は、可視光に対して、約５５％から約９８％、又は約６５％から約９５％の透過率を有してよい。窓アセンブリ２１０の形状は、概して、多角形状又は角が丸められた多角形状である。その場合、丸められた角は、約０．２５インチ以上の等半径円弧ｒｃを有する。窓アセンブリ２１０の形状は、約５インチ以上の半径Ｒを有する凸形状から無限の半径を有する本質的に平坦な形状までの範囲内にあってもよい。これによって、窓アセンブリ２１０は、例えば湾曲を有する航空機の胴体又は湾曲を有さない装備／構造体と面一に取り付けることができる。

【0017】

[0021] 図３で示されているように、保護パネル２１１は、表面バリア層３３０、及び電磁効果（EME）保護層３２０を含んでよい。EME保護層３２０は、約５０nmから約２０，０００nmの厚さを有し、カーボンナノチューブ又はインジウムスズ酸化物（ITO）とグラフェンから形成されている。EME保護層３２０は、表面バリア層３３０上に配置されている。

【0018】

[0022] 表面バリア層３３０は、表面バリア補強層３３１を含む、複数のナノ積層化層から形成されている。表面バリア補強層３３１は、Al₂O₃又はグラフェンから形成され、約５００nmから約５０，０００nmの厚さを有する。表面バリア補強層３３１は、腐食保護用の防湿バリアとして働き、衝撃、引っかき傷、及び焼き切れ（burn thorough）からの保護を提供する。表面バリア補強層３３１は、表面バリア透明ポリマー層３３２上に配置されている。表面バリア透明ポリマー層３３２は、約２０nmから約２，０００nmの厚さを有し、非限定的に、ポリスチレン（PS）、ポリエーテルイミド（PEI）、及びそれらの混合物を含む、華氏約１２０度から華氏約７５０度のガラス転移温度Ｔｇを有する高温熱可塑性材料から形成されている。

【0019】

[0023] 保護パネル２１１は、任意選択的に、図３で示されているように、表面バリア層３３０と類似した厚さ及び組成を有する、１以上の更なる表面バリア層を含んでよい。更なる１以上の表面バリア層は、腐食、引っかき傷、衝撃、及び焼き切れ（burn through）に対抗する、フェールセーフ層として働くことができる。図３で描かれているように、保護パネル２１１は、２以上の表面バリア層、例えば表面バリア層３４０と表面バリア層３５０を含んでよい。表面バリア層３４０は、Al₂O₃又はグラフェンから形成され且つ約５００nmから約５０，０００nmの厚さを有する、表面バリア補強層３４１を含んでよい。表面バリア補強層３４１は、表面バリア透明ポリマー層３４２上に配置されてよく、約２０nmから約２，０００nmの厚さを有してよく、非限定的に、ポリスチレン（PS）、ポリエーテルイミド（PEI）、及びそれらの混合物を含む、高温熱可塑性材料から形成されてよい。同様に、表面バリア層３５０は、Al₂O₃又はグラフェンから形成された表面バリア補強層３５１を含んでよく、約５００nmから約５０，０００nmの厚さを有してよい。表面バリア補強層３５１は、表面バリア透明ポリマー層３５２上に配置されてよく、約２０nmから約２，０００nmの厚さを有してよく、非限定的に、ポリスチレン（PS）、ポリエーテルイミド（PEI）、及びそれらの混合物を含む、高温熱可塑性材料から形成されてよい。保護パネル２１１は更に、任意選択的に、更なる表面バリア補強層又は表面バリア透明ポリマー層を含んでよい。

【0020】

[0024] 保護パネル２１１は、約０．０５から約０．８インチの厚さを有し、EME、着氷、及び腐食のうちの１以上に対する耐性を提供する。窓アセンブリ２１０が航空機内で使用されるときに、保護パネル２１１は、航空機の外側の広げられた視野を提供するようにサイズ決定されてよく、空力抵抗を抑制するために胴体の外側と面一に取り付けられてよい。

【0021】

[0025] 図４で示されているように、構造パネル２１３は、透明導電性コーティング（TCC）層４２０、構造層４３０、及び底表面保護層４５０を含んでよい。構造パネル２１３は、複数のナノ積層化層から形成され、約０．０４インチから約０．６インチの厚さを有する。

【0022】

[0026] TCC層４２０は、約５０nmから約１０，０００nmの厚さを有し、EME保護を提供するために、カーボンナノチューブ又はITOとグラフェンから形成されてよい。TCC層４２０は、構造層４３０上に配置されている。

【0023】

[0027] 構造層４３０は、複数のナノ積層化層から形成され、１以上の第１の構造補強層４３１を含む。その場合、各第１の構造補強層は、約２０nmから約１，０００nmの厚さを有する。１以上の第１の構造補強層４３１は、約２０nmから約１，０００nmの厚さを有する、構造透明ポリマー層４３２上に配置されている。構造透明ポリマー層４３２は、１以上の第２の構造補強層４３３上に配置されている。その場合、各第２の構造補強層は、約２０nmから約１，０００nmの厚さを有する。第１の構造補強層４３１及び第２の構造補強層４３３は、Al₂O₃、SiO₂、又はグラフェンから形成されてよい。構造透明ポリマー層４３２は、非限定的に、ポリスチレン（PS）及びポリエーテルイミド（PEI）を含む、高温熱可塑性材料から形成されてよい。高温熱可塑性材料は、少なくとも華氏１２０度以上のガラス転移温度を有してよい。

【0024】

[0028] 構造パネル２１３は、任意選択的に、１以上の更なる構造層を含んでよい。例えば、構造パネル２１３は、図４で示されているように、構造層４４０などの２以上の構造層を含んでよい。構造層４４０は、ｉ）それぞれが、約２０nmから約１，０００nmの厚さを有し、Al₂O₃若しくはグラフェン又はSiO₂から形成された、１以上の第１の構造補強層４４１、ｉｉ）約２０nmから約１，０００nmの厚さを有し、非限定的にポリスチレン（PS）及びポリエーテルイミド（PEI）を含む、高温熱可塑性材料から形成された、構造透明ポリマー層４４２、及びｉｉｉ）それぞれが、約２０nmから約１，０００nmの厚さを有し、Al₂O₃、SiO₂、又はグラフェンから形成された、１以上の第２の構造補強層４４３を含んでよい。

【0025】

[0029] 構造パネル２１３は更に、複数のナノ積層化層から形成された底表面保護層４５０を更に含む。底表面保護層４５０は、非限定的に、ポリスチレン（PS）及びポリエーテルイミド（PEI）を含む、高温熱可塑性材料から形成された、底表面透明ポリマー層４５１であって、約２０nmから約１，０００nmの厚さを有する、底表面透明ポリマー層４５１を含む。底表面透明ポリマー層４５１は、底表面補強層４５２上に配置されている。底表面補強層４５２は、Al₂O₃又はグラフェンから形成され、約２０nmから約１，０００nmの厚さを有してよい。

【0026】

[0030] 窓アセンブリ２１０が、輸送体、装備、又は構造体に取り付けられたときに、構造パネル２１３は負荷を支える。したがって、構造パネル２１３は、約３３％から約９０％の体積分率のAl₂O₃及び／若しくはグラフェン、又は少なくとも約５％から約３０％の体積分率のAl₂O₃を伴ったSiO₂を含んでよい。構造パネル２１３は、約３０ksiから約２，０００ksiの引張強度、約５０ksi以上の支圧強度、約３msiから約３０msiの弾性率、及び／又は摂氏約１００度以上のガラス転移温度（Ｔｇ）を有してよい。構造パネル２１３の引張強度は、例えばASTM-D3039を使用して測定されてよく、支圧強度は、例えばASTM-D5961を使用して測定されてよい。材料の特性のミスマッチを最小化するために、構造パネル２１３は、約５から約２０ppm in／in／°Fの熱膨張率を有してよい。構造パネル２１３は、約１０ksiから約２００ksiのミーゼス応力（von Mises stress）を有してよい。ミーゼス応力は、例えば、ダッソーシステムズ（Dassault Systemes）（ロードアイランド州ジョンストン）から購入可能なAbaqus FEAソフトウェアを使用して特定されてよい。

【0027】

[0031] 図５は、本開示の教示による、航空機内に取り付けられた窓アセンブリ５１０の断面図を描いている。窓アセンブリ５１０は、保護パネル５１１及び構造パネル５１３を含む。窓アセンブリ５１０は、例えば構造パネル５１３を航空機外板５９０に取り付けるための１以上のファスナ５８５及び／又は接着剤を使用して、枠の使用なしに、例えば胴体を形成する航空機外板５９０に取り付けられる。構造パネルは、約１２から約９０度の角度を有するテーパ付けされた縁部５１４を含んでよい。テーパ付けされた縁部５１４は、構造パネル５１３の縁部及びその近傍における局所的な応力を最小化する。保護パネル５１１は、航空機外板５９０内の切り欠きの中にフィットするようにサイズ決定されてよい。更に、保護パネル５１１は、約３０から約８０度の角度を有するテーパ付けされた縁部５１２を含んでよい。テーパ付けされた縁部５１２によって、窓アセンブリ５１０が、航空機外板５９０に取り付けられ、航空機外板５９０をしっかりと密封することが可能になる。航空機外板５９０が、湾曲した表面を有するので、窓アセンブリ５１０は、航空機外板５９０に合致するように、凸形状及び曲率半径Ｒを有してよい。保護パネル５１１と構造パネル５１３の両方は、少なくとも０．２５インチの等半径円弧ｒｃによって接続された複数の縁部を有する多角形状を有する。枠なしに航空機外板５９０に取り付けられることを可能にするために、縁部５１２から縁部５１４までの距離５１９は、０．３７５インチ以上であってよい。

【0028】

[0032] 窓アセンブリ５１０は、任意選択的に、窓アセンブリ５１０を貫通して航空機の内装に到達する光の量を低減させるために、電子シェード５９９、例えばスマート（すなわち、コンピュータで制御された）センサベースの電子シェードを含んでよい。電子シェード５９９は、窓アセンブリ５１０の内側５１５に堆積されたエレクトロクロミックガラス層、又は窓アセンブリ５１０の内側５１５に取り付けられた自己粘着性エレクトロクロミック膜から作製されてよい。電子シェード５９９は、例えば、太陽光の量を低減させるために透明から濃紺又は灰色に変化することによって、窓アセンブリ５１０を貫通して入って来る太陽光の量を低減させ又は増加させるための、スマート光センサ５１６によって制御されてよい。

【0029】

[0033] 複数のナノ積層化層を堆積させることによって窓アセンブリ５１０を形成するための方法６００が、図６で示されている。複数のナノ積層化層のそれぞれは、非限定的に、物理蒸着（PVD）、化学蒸着（CVD）、パルスレーザー蒸着（PLD）、及び／又は真空噴霧（vacuum spraying）を含む、真空蒸着プロセスを使用して堆積されてよい。

【0030】

[0034] 構造パネル、例えば図２及び図３で示されている構造パネル２１３又は図５で示されている構造パネル５１３は、底表面保護層、１以上の構造層、及び透明導電性コーティング（TCC）層を形成するために、複数のナノ積層化層を堆積させることによって形成されてよい。

【0031】

[0035] 方法６００の６１０では、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、又はAl₂O₃とグラフェンの１以上の層を備えた、第１の補強層を堆積させることによって、底表面保護層が形成される。方法６００の６２０では、次いで、熱可塑性材料を含む第１の透明ポリマー層が、第１の補強層上に堆積される。

【0032】

[0036] 方法６００の６３０では、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、SiO₂の１以上の層、又はそれらの組み合わせを備えた、第２の補強層を、底表面保護層上に堆積させることによって、１以上の構造層が底表面保護層上に形成されてよい。方法６００の６４０では、熱可塑性材料を含む第２の透明ポリマー層が、第２の補強層上に堆積されてよい。方法６００の６５０では、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、又はAl₂O₃とグラフェンの１以上の層を備えた、第３の補強層が、第２の透明ポリマー層上に堆積されてよい。図６で示されているように、方法６００の６３０から６５０を繰り返すことによって、更なる構造層が形成されてよい。

【0033】

[0037] 方法６００の６６０では、第３の補強層上のITOとグラフェンのうちの１以上を含む透明導電性層が、第３の補強層上に形成される。

【0034】

[0038] 次いで、保護パネル、例えば図２及び図３で示されている保護パネル２１１又は図５で示されている保護パネル５１１が、構造パネル上に形成されてよい。

【0035】

[0039] 方法６００の６７０では、熱可塑性材料を含む第３の透明ポリマー層を、透明導電性コーティング層上に堆積させることによって、表面バリア層が形成される。方法６００の６８０では、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、又はAl₂O₃とグラフェンの１以上の層を備えた、第４の補強層が、第３の透明ポリマー層上に堆積される。方法６００の６７０から６８０を繰り返すことによって、更なる表面バリア層が形成されてよい。

【0036】

[0040] 方法６００の６９０で示されているように、電磁効果コーティングを第４の補強層上に堆積させることによって、保護パネルが完成する。

【0037】

[0041] 方法６００を使用するワンピース多機能窓アセンブリ５１０の製造は、保護パネルを形成した後で構造パネルを形成することによって完了し得ることが、当業者によって理解されるだろう。言い換えると、方法６００の６７０から６９０は、方法６００の６３０から６６０が実行される前に実行されてよい。更に、構造パネル及び／又は保護パネルの製造は、断片的なやり方（piecemeal manner）であってよい。言い換えると、幾つかの層の第１の群が堆積されてよく、それとは別に幾つかの層の第２の群が堆積されてよい。次いで、層の第１の群は、層の第２の群に接合されてよい。例えば、層の第１の群を含む第１の構造層は、図６で示されている方法６００の６３０から６５０を実行することによって形成されてよい。次いで、それとは別に、層の第２の群を含む第２の構造層が、方法６００の６３０から６５０を実行することによって形成されてよい。次いで、第１の構造層と第２の構造層が共に接合されて、構造パネル、例えば図５で示されている構造パネル５１３の一部分を形成してよい。接合は、例えば、構造パネル及び／又は保護パネルを形成する透明熱可塑性材料と比較して、同様な透過率及び同様な又はそれより高いガラス転移温度Ｔｇを有する糊（glue）を使用することができる。

【0038】

[0042] ワンピース多機能窓アセンブリ５１０を形成するために方法６００を使用することによって、層の数、互いに対する層の配置、層の組成、及び層の厚さが制御可能になる。これによって、特定の用途や環境に対して調整され得る、等方性剛性及び強度並びに欠陥の低減を含む、改善された特性がもたらされ得る。更に、方法６００を使用して、所望の寸法の正味形状（net-shape）又は正味形状に近い窓アセンブリを形成することができるので、事前のトリミング又は事後のトリミングが必要ない。

【0039】

[0043] 更に、本開示は、以下の条項による実施例を含む。
条項１．
保護パネル縁部を備えた保護パネルと、前記保護パネル上に配置された構造パネルであって、前記保護パネル縁部を越えて延在する構造パネル縁部を備え、約３０ksiから約２，０００ksiの引張応力を有する、構造パネルとを備え、可視光に対して約４５％から約９９％の透過率を有する、窓アセンブリ。
条項２．
前記窓アセンブリの形状が、約５インチ以上の半径Ｒを有する凸状であるか、又は本質的に平坦である、条項１に記載の窓アセンブリ。
条項３．
前記構造パネルが、約５０ksi以上の支圧強度、約３msiから約３０msiの弾性率、華氏約１００度以上のガラス転移温度（Ｔｇ）、及び約５から約２０ppm／in／in／°Fの熱膨張率、のうちの１以上を有する、条項１又は２の窓アセンブリ。
条項４．
前記保護パネルが、電磁効果、着氷、及び腐食のうちの１以上に対する耐性を提供する、条項１から３のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項５．
前記保護パネルが、航空機外板の切り欠き内にフィットするようにサイズ決定され、前記保護パネル縁部を超えて延在する構造パネルの一部分が、０．３７５インチ以上の距離を有し、前記航空機外板に直接取り付けられるように構成されている、条項１から４のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項６．
前記保護パネルが、複数のナノ積層化層を備え、約０．０５から約０．８０インチの厚さを有する、条項１から５のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項７．
前記構造パネルが、複数のナノ積層化層を備え、約０．０４から約０．６０インチの厚さを有する、条項１から６のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項８．
前記保護パネル縁部が、約３０から約８０度の角度を有するテーパ付けされた縁部を備える、条項１から７のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項９．
前記構造パネル縁部が、約１２から約９０度の角度を有するテーパ付けされた縁部を備える、条項１から８のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項１０．
エレクトロクロミックガラス又はエレクトロクロミック膜を備えたスマートセンサベースの電子シェードを更に備える、条項１から９のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項１１．
前記窓アセンブリが、自立式であり、枠を必要としない、条項１から１０のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項１２．
表面バリア層、及び前記表面バリア層上に配置された電磁効果（EME）保護層を備えた、保護パネルと、前記保護パネル上に配置された構造パネルであって、底表面保護層、前記底表面保護層上に配置された構造層、及び前記構造層上に配置された透明導電性コーティング層を備えた、構造パネルとを備え、可視光に対して約４５％から約９９％の透過率を有する、窓アセンブリ。
条項１３．
前記表面バリア層が、熱可塑性材料を含む表面バリア透明ポリマー層と、前記表面バリア透明ポリマー層上に配置された１以上の表面バリア補強層であって、それぞれがAl₂O₃又はグラフェンを含み、前記EME保護層が上に配置されている、１以上の表面バリア補強層とを備える、条項１２に記載の窓アセンブリ。
条項１４．
前記底表面保護層が、Al₂O₃又はグラフェンを含む底表面補強層と、熱可塑性材料を含み且つ前記底表面補強層上に配置された底表面透明ポリマー層とを備える、条項１２又は１３に記載の窓アセンブリ。
条項１５．
前記構造層が、１以上の第１の構造補強層であって、それぞれがAl₂O₃、グラフェン、又はSiO₂を含む、１以上の第１の構造補強層と、前記１以上の第１の構造補強層上に配置された、熱可塑性材料を含む構造透明ポリマー層と、前記構造透明ポリマー層上に配置された１以上の第２の構造補強層であって、それぞれがAl₂O₃、グラフェン、又はSiO₂を含む、１以上の第２の構造補強層とを備える、条項１４に記載の窓アセンブリ。
条項１６．
前記保護パネルが、約０．０５から約０．８０インチの厚さを有し、前記構造パネルが、約０．０４から約０．６０インチの厚さを有する、条項１２から１５のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項１７．
前記表面バリア層が、約２０から約２０００nmの厚さを有する表面バリア透明ポリマー層と、約２０から約２０００nmの厚さを有する１以上の表面バリア補強層と、約５０から約２０，０００nmの厚さを有する前記EME保護層とを備える、条項１２から１６のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項１８．
前記底表面保護層が、約２００から約５０，０００nmの厚さを有する底表面補強層と、約２０から約１０００nmの厚さを有する底表面透明ポリマー層とを備え、前記構造層が、約２０から約１０００nmの厚さを有する１以上の第１の構造補強層と、約２０から約１０００nmの厚さを有する構造透明ポリマー層と、約２０から約１０００nmの厚さを有する１以上の第２の構造補強層とを備え、前記透明導電性コーティング層が、約２０から約１０００nmの厚さを有する、条項１２から１７のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項１９．
前記保護パネルが、２以上の表面バリア層を更に備える、条項１２から１８のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項２０．
前記構造パネルが、２以上の構造層を更に備える、条項１２から１９のいずれか一項に記載の窓アセンブリ。
条項２１．
枠なしナノ積層化窓アセンブリを作製するための方法であって、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、又はAl₂O₃とグラフェンの１以上の層を備えた、第１の補強層を堆積させ、熱可塑性材料を含む第１の透明ポリマー層を、前記第１の補強層上に堆積させることによって、底表面保護層を形成することと、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、SiO₂の１以上の層、又はそれらの組み合わせを備えた、第２の補強層を堆積させ、熱可塑性材料を含む第２の透明ポリマー層を、前記第２の補強層上に堆積させ、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、又はAl₂O₃とグラフェンの１以上の層を備えた、第３の補強層を、前記第２の透明ポリマー層上に堆積させることによって、前記底表面保護層上に配置された構造層を形成することと、ITOとグラフェンのうちの１以上を含む透明導電性コーティング層を、前記第３の補強層上に形成することを含む、方法。
条項２２．
熱可塑性材料を含む第３の透明ポリマー層を、前記透明導電性コーティング層上に堆積させ、Al₂O₃の１以上の層、グラフェンの１以上の層、又はAl₂O₃とグラフェンの１以上の層を備えた、第４の補強層を、前記第３の透明ポリマー層上に堆積させ、電磁効果コーティングを前記第４の補強層上に堆積させることによって、表面バリア層を前記透明導電性コーティング層上に形成することを更に含む、条項２１に記載の方法。

【0040】

[0044] １以上の実施形態に関連して本明細書の教示を例示してきたが、付随する特許請求の主旨及び範囲から逸脱しなければ、実施例に変更及び／又は改変がなされ得る。例えば、プロセスを一連の作用又はイベントとして説明しているが、本書の教示はかかる作用又はイベントの順序により限定されるわけではないことが、理解されよう。一部の作用は、本明細書に記載のものとは異なる順序で、且つ／又は本明細書に記載のもの以外の作用若しくはイベントと同時に生じ得る。例えば、該方法のステップは、第１、第２、第３などとして説明されたが、これらの用語は、互いに関する相対的な順序を指すのみであり、例えば、第１は第２の後に生じる。また、本明細書の教示の１以上の態様又は実施態様に従って方法を実装するために、全てのプロセス段階が必要になるわけではないこともある。構造的構成要素及び／若しくは処理段階が追加され得ること、又は既存の構造的構成要素及び／若しくは処理段階が除去若しくは改変され得ることが認識されよう。更に、本明細書に示された作用のうちの１以上は、１以上の別の作用及び／又はフェーズにおいて実施されることもある。更に、「含む（including／includes）」、「有する（having／has）」、「伴う（with）」という語、又はこれらの後の変化形は、本明細書と特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、「備える（comprising）」という語と同様の意味で、包括的であることが意図されている。「～の少なくとも１つ、～のうちの少なくとも１つ（at least one of）」という表現は、列挙されたアイテムのうちの一又は複数が選択されうることを意味するために、使用される。本明細書で使用される際に、例えば、Ａ及びＢなどの項目の列挙に関する「～の１以上、～のうちの１以上」という用語は、Ａだけ、Ｂだけ、又はＡとＢを意味する。「～のうちの少なくとも１つ」という用語は、挙げられた項目のうちの１以上が選択され得ることを意味するために使用される。更に、本明細書の説明及び特許請求の範囲において、２つの材料に関連して使用される「上に（on）」という語（一方が他方の「上に」ある、など）は、材料間に少なくともいくらかの接触があることを意味するのに対し、「上方に（over）」は、複数の材料が近接しているが、１以上の更なる介在材料を伴う可能性があることにより、接触は可能だが必須ではないことを意味する。「上に」と「上方に」のいずれも、本明細書で使用される場合、何らかの方向性を示唆するものではない。「約（about）」という語は、例示している実行形態にプロセス又は構造上の不適合が生じない限り、列挙された値に何らかの変更を加え得ることを示している。最後に、「例示的な（exemplary）」は、記述が、理想的であることを示唆するよりはむしろ、一例として使用されていることを示すものである。本明細書の検討及び本明細書の開示の実践により、当業者には、本明細書の教示の他の実行形態も自明となろう。本明細書及び例は例示にすぎないと見なされることが意図されており、本書の教示の真の範囲及び主旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】