JP5453651B2 - 軽量装甲および製造方法 - Google Patents
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Description
この特許出願は2006年9月29日に提出された米国仮特許出願連続番号第60/848/498号に対して優先権を主張するものであり、その全体をここに引用により援用する。
1.発明の分野
この発明は一般に装甲に関する。より特定的には、この発明は摩擦材料を装甲として用いることに関する。
弾道装甲は、すべての態様の物をすべての態様の弾道発射体のからの衝撃による損傷から保護するため、構造上および非構造上適用例を含む、多くの形式および多くの適用例において用いられる。そのような適用例には、建物および他の構造物、すべての態様の戦闘用および非戦闘用車両、人員用および他の適用例が含まれる。たとえば、歴史的に見て、戦闘用および非戦闘用構造物ならびに車両はたとえば鉄または高合金鋼から形成される重金属装甲によって防護されていた。より強力で高性能の撤甲発射体が開発されたため、これらの従来の材料からなる装甲は貫通に対してより阻止力を持つようにしなければならなかった。これは、一般的には、装甲の厚みをより大きくし、装甲を衝撃および貫通に対してより阻止力があるようにすることによって達成されたが、これは、一般には、装甲をより重くするという不利な点を有した。既存の装甲の種類の例は、さまざまな軍用規格、たとえば、鍛錬加工された、冷間圧延された鉄および鋼、ならびにさまざまな厚みの他の種類の装甲に対して存在するようなものに見られるだろう。
れらは、同じ箇所を複数回撃たれた場合、貫通を阻止できず、複数の射撃を受けた場合、それらは分解する。この問題に対処すべくさまざまな試みがなされてきており、その1つは、金属層または基材、たとえばセラミックに基づくコアを取囲むTi−6A1−4V層などを有する金属−セラミック積層体または複合装甲の使用である。しかしながら、そのような材料がいくらか改善された属性および性能を与え得る一方で、セラミック部分は、結局は、複数の発射体の衝撃に応じて割れ、したがって、装甲の効果を大きく減ずるかまたはなくす。さらに、セラミックおよび金属−セラミック装甲のコストは、一般に、他の種類の装甲のコストよりも非常に高い。
抵抗)ならびに低減された密度およびその結果重量を有し、等価なまたは改善された耐弾道発射体性および防護性能を提供するようなものに対して、要求されている。
1つの局面において、この発明は装甲物を含み、それは、弾道発射体の貫通を防ぐよう機能する摩擦材料を含む。この摩擦材料は、反復打撃性能を提供し、装甲の表面における1点の衝撃における複数の弾道発射体の貫通を防ぐよう機能する。
図1を参照して、この発明は装甲20の相対的軽量物10を含む。この相対的軽量物10は、矢印によって記号的に表現され示される、比較的軽量物10の表面40に向かって火器、銃砲、発射機から射撃されるかまたは他の態様で発射されてもよい、さまざまな形態の弾道発射体30の衝撃に関連付けられる衝撃関連のまたは他の損傷からの貫通に対する阻止力およびしたがってそれに対する防護を与える。装甲20は摩擦材料50を含み、それは、典型的には、さまざまな特性の中でとりわけ、制御された摺動摩擦および磨耗特性を与えるようにされる、強力で、軽量で、高温、環境的に安定し耐久性がある材料を必要とする、それぞれブレーキライニングおよびクラッチライニングなどのさまざまな制動、クラッチ動作および同様の適用例に対して頻繁に用いられる種類のさまざまな摩擦材料を含む。
擦材料を用いる制動およびクラッチ動作構成部品からも区別される。最後に、制動、クラッチ動作または同様の摩擦制御物および適用例における摩擦対抗面はこの発明の発射体30を構成しはせず、なぜならば、それらは、摩擦材料の厚みを貫通するようには設計されず、むしろ、摩擦材料の表面と摩擦的に係合するよう設計され、たとえそれらが表面を貫通するよう設計されたとしても、弾道発射体のように対抗面には接近しないであろうからである。
ての態様の構成要素を含んでもよく、それらは、装甲20としてのそれらの唯一の機能提供として弾道発射体30からの防護を提供しなければならない、ある構造または機構の一体的要素であってそれらの機能に関わる一体的要素である構成要素、または非構造的であるかもしくは他の機構の要素ではなく、それらの機能に関係しない要素である構成要素を含む。たとえば、物10は、弾道防護を与える一方で同時にある構造において支持または設計機能を供する壁または天井パネルのような装甲された構造上パネルを含んでもよく、または単に弾道防護を提供し他の構造上もしくは設計目的または機能は有さないパネルとして機能してもよい。非限定的な例として、物10は、さまざまな種類の建造物の壁205、屋根210、天井215、扉220、枠225、シャッタ230、窓235、ダクト240および他の部分に対するパネルを含むさまざまな種類の構造物200およびその構成要素において用いられるすべての態様、形状およびサイズの構造上パネル(図9)、ならびに橋、トンネル、フェンス、柱、標識、装飾的部材などのさまざまな構成要素および他の要素(図示せず)を含んでもよい。さらなる非限定的な例として、物10は:自動車、トラック、バス、重機および他の陸上用車両または設備;ボート、船、潜水艦、荷船、ホバークラフトおよび他の水上/水中用船舶;航空機、ヘリコプター、グライダー、遠隔操作飛行体(ROV)、ミサイル、宇宙船および他の空中もしくは宇宙飛行体または他の種類の飛行体;タンク、装甲された人員運搬車、自己推進型砲、自己推進型ロケットおよびミサイル発射車両、タンク、固定型もしくは可動型砲、ロケットランチャー、砲架、砲台または他の形式の軍用設備または装備を含む、車両、船舶、飛行体または戦用装備のための装甲またはそれらの装甲された構成要素として用いられるすべての態様の物に対する装甲20を含んでもよい。物10は、ベスト、シャツ、コート、パンツ、脛当て、前腕当て、肘当て、首当て、靴下、靴、ブーツなどの履物類、頭部用品、ヘルメット、顔面シールドおよび他の衣類または装備などの、すべての態様の防弾もしくは弾丸阻止衣類または装備、ならびに携帯式もしくは遠隔配置される障壁またはバリケードを含む、人身防護物もしくは人身防護物のための挿入物または取付物の形式で、装甲20を含んでもよい。これらは、この発明の範囲内で可能な装甲20のさまざまな物10の適用例のいくつかの単なる例示である。
維持するように乾式壁、合板、配向性ストランドボード、鋼または他の金属シートおよび同様の建築材料と接合されるよう相補的な厚みを有するシートに形成されてもよく、または任意の所望される特注の厚みに形成されてもよいと考えられる。別の同様の例として、装甲20の物10は、さまざまな幅および長さの1″および2″の厚みの「ボード」など、またはさまざまな壁部厚み、外径および長さの導管またはパイプを含む円筒形状の、他の標準的な建築材の形式に形成されてもよく、または建造物に用いられるすべての態様の周知の囲い、ハウジング、パネルおよび他の物の形状に形成されてもよい。さらに別の例としては、装甲20の物10は、タイル(たとえば床、壁部および天井タイル)、レンガ、ブロックまたは他の基礎建築要素の形式を有してもよい。レンガ、ブロックおよびタイルの場合には、標準的な英語表記およびメートル法のサイズを含む任意のサイズを利用してもよい。このように、これらの要素を基材または格子パターンにおいて準備することによってより大きな領域をカバーすることができる。さらに、複数層の装甲20を用いて物10の全体的な厚みを増大させてもよい。図5に示される例では、建物の形式での物10は、その外部表面に、装甲20の上張りを、屋根に適用されるシート110、および格子パターンで外部壁に適用されるタイル120の形式で適用されている。図6A−図6Dに示されるように、装甲20は、タイルまたはシートなどとして、または格子もしくは同様のパターンで適用され、複数の部品がそれらの縁部に沿って当接するように接触して置かれるとき、タイル、シートなどの縁部は、直線経路、特に、装甲20の表面に直交する経路を、弾道発射体30の可能性のある衝突に関してその厚みを通して有することを避けるように、近接する部品が互いに重なるように、端部形状を有することが好ましいと考えられる。ジョイントにおいて材料の厚みを通るそのような直線経路の形成を避けるすべての態様の、面取りされた、テーパされたほぞ孔およびほぞ、さねはぎ、ラップジョイントならびに他の構成を利用してもよい。しかしながら、突合せ継手の使用もこの発明の範囲内であり、または空間を置かれた構成でさえもある。
には、幅よりも3倍以上長い。一般的に、繊維質支持構造54は、用いられる繊維の種類および他の要因によって、摩擦材料50の10〜50重量%を含む。
の構成要素を、それら構成要素に対する定量的な範囲とともに一般的に記載している。しかしながら、すべてではないとしても、たいていの摩擦材料50は、ここにその全体を引用により援用する以下の米国特許3,856,120;3,998,573;4,119,591;4,145,223;4,178,278;4,182,437;4,193,956;4,218,361;4,219,452;4,226,758;4,313,869;4,352,750;4,388,423;4,432,922;4,461,643;4,476,256;4,487,729;4,537,823;4,605,595;4,617,165;4,656,203;4,772,950;4,775,705;4,792,361;4,994,506;5,083,650;5,132,065;5,145,888;5,190,991;5,279,777;5,325,941;5,339,931;5,344,854;5,383,963;5,515,950;5,516,816;5,520,866;5,535,860;5,576,358;5,676,577;5,817,411;5,861,203;5,889,080;5,889,082;5,891,933;5,919,837;5,971,113;6,013,146;6,022,502;6,051,646;6,080,230;6,107,386;6,110,991;6,140,388;6,167,992;6,190,761;6,220,405;6,228,815;6,260,674;6,265,356;6,284,815;6,298,957;6,316,083;6,474,453;6,475,614;6,502,674;6,579,920;6,612,415;6,630,416;6,632,857;6,670,408;6,863,968に述べられる摩擦材料の組成を含む、装甲20の物10を形成することに対して有用と考えられる。
D638)、Gogan硬度(ASTM J379)、摩擦係数(SAE J661)および磨耗特性(SAE J661)を含む。摩擦材料50の密度は一般的には約1.85〜2.5g/cm3の範囲にあり、典型的には、摩擦構成要素の理論上密度の約90%またはそれ以上である。摩擦材料の抗折力は一般的には約2500〜12,000psiの範囲にある。測定されるとおりの引張り強さは一般的には約300〜1000psiの範囲にあり、弾性係数は約0.8〜1.4×106psiの範囲にある。GoganCスケール硬度は一般には約5〜50Gogan Cの範囲にある。摩擦係数は一般には約0.20〜0.70であり、摩擦試験後の材料の典型的な磨耗測定値は約5〜20%の範囲にある。
0は、最初の構成要素を実質的に均質なプレポリマー混合物に混合し、次いで、そのプレポリマー混合物の高密度な完成品への変換を、たとえば、重合反応を完了させることにより、たとえば以下に記載されるように熱および圧力を用いて熱硬化性樹脂を重合することにより行なう方法によって形成されてもよい。
を有する装甲20の物を製造する。しかしながら、要件摩擦材料特性は、さらに、他の化学的、物理的および機械的特性の任意の組合せを含んでもよい。化学的特性は、重合反応、化学抵抗特性などの度合および性質を含んでもよい。物理的特性は、形態学的特性、たとえば重合された基材内における構成要素の均質性、位置または分離などを含んでもよい。機械的特性は、周知のおよび標準的な機械的試験方法論を用いて測定されてもよい、機械的強度、弾道衝撃抵抗を含む衝撃抵抗、または他の標準的な機械的特性を含んでもよい。成形520および重合530は別個に行なわれてもよく、または代替的に、成形/重合ステップ535として同時に行なわれてもよい。
表面に適用することによって、プレポリマー摩擦材料混合物502を受けるようにされるかまたはそのように機能するようにされてもよい。この装甲されるべき物60′の導入は、プレポリマー摩擦材料502が装甲されるべき物60′の表面上に直接形成されるかまたは重合されるように行なわれる。これは、物60′の表面を部分的または全体的に被覆することを含んでもよい。たとえば、図3を参照して、摩擦材料50は、装甲20として、装甲されるべき物60′を包み込んでもよい。代替的に、摩擦材料は、装甲として、たとえば、すべての態様の平坦な、湾曲したまたは形状化されたパネルを含むパネルを含む物60′の裏張り層または外装層として摩擦材料を加える場合におけるように、装甲されるべき物60′の表面のわずか一部72を被覆してもよい。
より接着、硬化または重合されるべき表面に適用されてもよいと考えられる。さらに、積層が効果的であるかもしれないのは、摩擦材料50が異方性特性を呈する場合(たとえば形成ステップがプレポリマー摩擦材料の繊維または他の構成要素を重合中においてある特定の好ましい方向または配向に配向付ける傾向がある場合)、たとえばその形態学的または機械的属性に関する異方性を呈して、そのような特性を所望される適用例に対して考慮に入れるよう積層を形成することによってこれらの特性を増幅または減衰する場合であろうとも考えられる。たとえば、異方性の効果を増幅することが所望される場合、さまざまな層がある特定の方向または配向において整列された異方性特性を有するように積層体の層を積上げることが望ましいかもしれない。異方性を減衰することが所望される場合には、異方性が意図的に整列しないように層を積上げることが望ましいかもしれず、それは、低減された異方性特性または挙動を伴う全体的な摩擦材料を製造する傾向となる。
の異なる口径および重量を有する発射体30を試験した。各試験中、試験片は、0.75インチの合板からなる目標台の上に位置決めされ、接着剤で試験台の面に固定されることにより、試験片は、射撃を行なうよう用いられる銃に面するようにされていた。試験の結果は合格/不合格に基づいて評価され、試験の合格に対する基準は、1)試験片の厚みを通過する発射体の貫通がないこと、および2)試験片はその全体的な構造上の全一性を無傷で維持すること、であった。構造上の全一性によって、表面の割れ、スパリングおよび融除は許容され、「合格」をなすが、試験片の厚みを通って試験片の断片を実際にまたは実質的に切断するのに十分である割れは「不合格」をなす、と意味される。結果を以下の表1に報告する。
。試験片は25〜30GCのGogan Cスケール硬度を有した。各試験片は、所与の口径および発射体構成(つまり弾丸直径、材料、構築および重量)ならびに21フィートの距離からの試験片内への速度の14発の弾薬を発射することによる多数の弾道発射試験を受けた。多数の異なる口径および重量を有する発射体を試験した。各試験中、試験片は、0.75インチの合板からなる目標台の上に位置決めされ、接着剤で試験台の面に固定されることにより、試験片は、射撃を行なうよう用いられる銃に面するようにされていた。試験の結果は合格/不合格に基づいて評価され、基準は上記のとおりであった。結果を以下の表2に報告する。
物が当業者には明らかとなり得、それらはこの発明の範囲内に入る。したがって、この発明に与えられる法的保護の範囲は以下の特許請求の範囲を考察することによってのみ判断され得る。
Claims (10)
- 弾道発射体の貫通を防ぐよう働く摩擦材料を含む装甲物であって、摩擦材料を含む裏張りまたは外装の少なくとも1つをさらに含み、
前記摩擦材料物は:
フェノール樹脂を含む樹脂結合剤;
ガラス繊維を含む繊維質支持構造;
摩擦改質剤システム;および
硫酸バリウム、炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、雲母、アルカリ金属チタン酸塩、バーミキュライト、三酸化モリブデン、カシュー粉末、ゴム粉末およびクレーからなる群から選択される少なくとも硫酸バリウムを含む充填材を含む磨耗システムからなる組成物を含む、装甲物。 - 前記少なくとも1つの裏張りまたは外装は非摩擦材料を含む、請求項1に記載の装甲物。
- 前記裏張りは金属を含む、請求項2に記載の装甲物。
- 前記裏張りは非金属を含む、請求項2に記載の装甲物。
- 前記摩擦材料および前記裏張りを互いに対して取付けるための手段をさらに含む、請求項1に記載の装甲物。
- 前記取付のための手段は接合機構および接合材料のうちの少なくとも1つを含む、請求項5に記載の装甲物。
- 前記樹脂結合剤は架橋されたポリマーを含む、請求項1に記載の装甲物。
- 前記架橋されたポリマーは少なくとも1つの熱硬化性ポリマーである、請求項7に記載の装甲物。
- 前記架橋されたポリマーは少なくとも1つの熱可塑性ポリマーである、請求項7に記載の装甲物。
- 前記摩擦改質システムは、グラファイト、金属硫化物、カシューシェル、ゴム、金属、金属酸化物、金属炭化物、および金属ケイ酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの摩擦改質剤を含む、請求項1に記載の装甲物。
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