JP2002531804A - 高速発射体に打ち勝つための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高速発射体に打ち勝つための方法と装置を開示する。同じサイズと０．１００インチ（２．５４ｍｍ）以上の厚さを有する複数のディスクを複数の個所でフライス加工する。フライス加工した各個所はディスクの曲率半径とほぼ同じ曲率半径を有する。それから、一行内の各ディスクがその行内の他のディスクと大体直線になり、その列の上の列におけるフライス加工個所に重なり合い、その列の下の列におけるディスクによって重なり合わされたフライス加工個所を有するように、ディスクを一行ずつうろこ状パターンに配置する。それから、うろこ状パターンが接着基板と第２層とを包囲するように、うろこ状パターンを引張り強度の高い可とう性の接着基面に接着し、引張り強度の高い第２層によって覆う。次にこの包囲物を柔軟な身体防護具の裏当てに結合する。ある代替実施形態で、高速発射体に打ち勝つための方法と装置を開示する。繊維を入れたセラミック配合物からなる同サイズの複数のディスクを準備する。一行内の各ディスクがその行内の他のディスクと大体直線になり、隣接行におけるディスクの１セグメントに重なるように、ディスクを一行ずつうろこ状パターンに配列する。それから、うろこ状パターンが接着基板と第２層との間に包囲されるように、うろこ状パターンを引張り強度の高い可とう性の接着基面に接着して、第２の引張り強度の高い層によって重ねる。次にこの包囲物を柔軟な身体防護具の裏当てに結合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の背景） （１）発明の分野 本発明は防護用着用物に関する。より詳細には、本発明は、高速発射体に打ち
勝つように設計された可とう性の身体防護具に関する。

【０００２】 （２）背景 身体防護具の進歩は、防護具を形成する改善された材料の開発に関係すること
が多い。近年、アラミド繊維またはポリエチレン繊維などの引張り強度の高い繊
維から形成された耐弾道材料がこの分野で一般に使用されるようになってきた。
しかしあいにく、柔軟な身体防護具はその進歩した材料によっても、防護具貫通
拳銃の弾丸、鋭い攻撃手段、および円形貫通物に対しても、これらはすべて現在
一般に使用されているものであるが、対抗するのは不十分であることがわかって
いる。

【０００３】 この問題と取り組むために、さまざまな硬金属平板システムが開発された。こ
のようなシステムの１つは、行の内側でディスクがその列の先行ディスクに重な
るとともに、その行の後続の行のディスクにも重なるように、重なる行として配
置された直径１インチ（２５．４ｃｍ）および厚さ０．０３２〜０．０５０イン
チ（０．８２〜１．２７ｍｍ）の多数のチタン製ディスクを使用したものである
。後続行はその先行している行に重なり合い、その後続行によっても重なり合わ
される。次のこのコイン配置は接着剤が含浸されたアラミド織物などの接着基面
に取り付けられる。接着剤が含浸された第２層はコインによって形成された「プ
レート」を包囲するために使用することができる。この包囲されたプレートを生
命器官を覆う従来の柔軟な身体防護具に取り付けることができる。これはすぐれ
た可とう性をもたらし、隠すには十分に薄いものである。

【０００４】 このコインの重なり合いは力を効果的に広げてほとんどの既存の防護具を貫通
する拳銃の弾丸、鋭い攻撃手段、および円形貫通物に打ち勝つが、残念ながらラ
イフルの弾丸はこの平板構造ならびに柔軟な身体防護具をバターを通る熱いナイ
フのように突き破る。したがってライフルの弾丸から防護するために、使用者は
大きい丈夫な板を使用して生命器官を遮蔽することが必要であった。これらの大
きな板は重くて可とう性はなく、一般に使用には不便である。これに加えて、こ
れらは隠した様式で使用することはほとんど不可能である。もっと厚いディスク
によるコイン設計を使用する努力がなされたが、ライフルの弾丸に打ち勝つため
の商業的に実行可能な製品を生み出すことに失敗した。より厚いディスクでは可
とう性が低下し、うまく配置できない。その結果、上述の丈夫な板よりも厚く、
可とう性が同じで、重い平板構造となる。着用者の快適さは身体防護具の製造に
おける主要な関心事でもある。したがって、これらの制限はこのような構造を商
業的製品として非実用的なものにする。

【０００５】 上述の観点から、ライフルの弾丸などの高速発射体に打ち勝つような可とう性
の防護システムを有することが望ましい。

【０００６】 （発明の簡単な概要） 高速発射体に打ち勝つための方法と装置を開示する。サイズが同じで０．１０
０インチ（２．５４ｍｍ）以上の厚さを有する複数のディスクを複数の個所でフ
ライス加工する。フライス加工したそれぞれの個所はディスクの曲率半径とほぼ
同じ曲率半径を有する。一行内の各ディスクはその行の他のディスクと大体直線
になり、その行の上の行のディスクのフライス加工した個所に重なり、さらに、
その行の下の行のディスクが重なるフライス加工個所を有するように、ディスク
を一行ずつうろこ状パターンに配置する。それから、うろこ状パターンが引張り
強度の高い可とう性の接着基板と第２層とに包囲されるように、うろこ状パター
ンを接着基面に接着する。次にこの包囲物を柔軟な身体防護具の裏当てに結合さ
せる。

【０００７】 ある代替実施態様で、高速発射体に打ち勝つための方法と装置を開示する。繊
維を入れたセラミック配合物からなる同サイズの複数のディスクを準備する。一
行内の各ディスクがその行内の他のディスクと大体直線になり、隣接行における
ディスクの１セグメントに重なるように、ディスクを一行ずつうろこ状パターン
に配列する。それから、うろこ状パターンが接着基板と第２層との間に包囲され
るように、うろこ状パターンを引張り強度の高い可とう性の接着基面に接着して
、第２層をそれに重ねる。次にこの包囲物を柔軟な身体防護具の裏当てに結合さ
せる。

【０００８】 （発明の詳細な説明） 図１は、本発明の一実施形態における身体防護衣服の切取図である。身体防護
具１０は使用者の胴を覆い、高速発射体から生命に重要な部分を防護するように
設計されている。うろこ状パターンで適切に配置したディスクによって、身体防
護具１０全体は可とう性に保たれて、また高速発射体に対するすぐれた防護を提
供する。従来の技術による１０×１２剛性プレートとは異なって、うろこ状パタ
ーンは身体外形の周りにたわむことができ、したがって著しく快適であり、かつ
容易に隠すことができる。うろこ状パターン１２は一般的に、アラミド繊維また
はポリエチレン繊維などの引張り強度の高い繊維でできた２層の織物１４の間に
挟まれている。織物１４は引裂きおよび切断に耐えることが必要で、分裂を減少
するように設計された弾道級の材料であることが好ましい。この織物１４には接
着剤を含浸させることができるので、織物の接着剤はうろこ状パターン１２を構
成するディスクに接着して、これらの相対位置を維持する。織物１４の１つまた
は複数の追加層をサンドウィッチ状の物に加えることもできる。これについて下
に検討する。

【０００９】 引裂きおよび切断に耐える２層以上の織物層１４の間に挟まれたうろこ状パタ
ーン１２の下にあるのは、従来型の柔軟な身体防護具１６である。高速発射体が
うろこ状パターンの平板とすべての織物層を貫通しても、下にある柔軟な身体防
護具を貫通しないか、または裏面変形が米国の国家司法研究所（ＮＩＪ）によっ
て定義されているように１．７３インチ（４．３９ｃｍ）以上の裏面変形を引き
起こさない場合には、この高速発射体に打ち勝つ。ストラップ１８などの取付け
ストラップが身体防護具１０の前面パネルを身体防護具１０の背面パネルに標準
的な方法で結合する。取付けストラップ１８は、当業界において普通であるどの
ような従来の革紐類にもすることができる。

【００１０】 図２は本発明の一実施形態におけるディスク配置の斜視図である。この場合に
は、複数のディスクが左から右へ配置されている。これに続く各行も左から右へ
配置されている。左から右への方向から右から左への方向へ切り替えることは、
結果的に得られるパターンに弱点を作ってしばしば破損を引き起こすことがわか
っている。図２は、最後のうろこ状パターンの２行の一部のみを示している。各
行内のディスクはほぼ直線を形成する。ディスクは重なり合っているので、各デ
ィスクは配置表面に垂直な線に対して僅かな勾配を有する。さらに、各ディスク
は、中央のフライス加工された個所のフライス加工された円弧を二分する軸に関
して行の中心を通る線が直角にならないように、僅かに回転される。ある実施形
態では、この角度は約６０°である。代表的なディクス５２を、パターン５０の
中で配置される位置の上に持ち上げた状態で示す。ディスク５２は一般的には４
５０ブリネルより高い硬度を有する高硬度材料からなる。多くの適切な材料が存
在する。これには高炭素鋼、ステンレス鋼、鋼合金、および様々なチタン合金も
含まれる。好ましい材料がＭａｒｓ３００（商標）の商標で市販されており、フ
ランスのＣｒｅｕｓｏｔ Ｍａｒｒｅｌの一部門であるＣｒｅｕｓｏｔ−Ｌｏｕ
ｒｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能である。たいていの適切な材料はシー
トで堅いものである。Ｍａｒｓ３００（商標）は一般的に６３０〜６５０ブリネ
ルの硬度を有する。もう１つの適切な材料がアラバマ州バーミングハムのＡｓｔ
ｒａｌｌｏｙによってＢＰ６３３（商標）の商標で販売されている。Ｍａｒｓ３
００（商標）は約０．１６８インチ（４．２７ｍｍ）の厚さを有するシートとし
て販売されている。シートから個々のディスクを切り取らねばならない。これは
使用される材料に応じて、プラズマ切断、レーザ切断、またはウォータ・ジェッ
ト切断によって達成することができる。ここで使用される「切断」（変更されな
い場合）は一般に、ディスクを製造するどの技術をも指す。

【００１１】 ある実施形態では、ディスク５２を従来のレーザ技術を使用してレーザ切断し
、複数のディスクの間で均一の直径と円滑な縁部を保証する。ウォータ・ジェッ
ト切断も使用できるが、これはレーザ切断ほどすぐれているとは思われない。プ
ラズマ切断も可能であるが、同じ縁部の円滑さを達成するには追加のばり取り段
階と円滑化段階を必要とする。切断の後に各ディスク５２をフライス加工し、デ
ィスク５２を３個所で、すなわち左フライス加工個所５４、中央フライス加工個
所５８、および右フライス加工個所５６においてフライス加工する。このフライ
ス加工はどんな順序で実施してもよい。

【００１２】 ある実施形態では、フライス加工された各個所を複数の手順でフライス加工す
る。例えば、左フライス加工個所を最終フライス加工深さのほぼ半分まで凹ませ
る。次に、同じ半分の深さのフライス加工を右フライス加工個所５６において実
施し、続いて中央フライス加工個所５８において実施する。それから第２手順を
実施してフライス加工の深さをほぼその最終深さにまで下げる。次に、最終高速
研磨手順を実施してフライス加工された個所の各々について円滑な仕上げを保証
する。

【００１３】 一般的にディスク５２の半径は１／２〜２インチ（１．２７〜５．０８ｃｍ）
である。半径が長くなると可とう性を低下させるが製造費も低下させる。現在の
好ましい実施形態では１インチ（２．５４ｃｍ）の半径が採用されている。材料
に応じて、厚さが０．０８０〜０．１８７インチ（２．０３〜４．７５ｍｍ）間
にあるディスクを使用することができる。フライス加工された各個所の曲率半径
はディスク５２の半径と大体同じである。したがって、ディスク５２が１インチ
（２．５４ｃｍ）の半径を有する場合には、各フライス加工個所、すなわち左フ
ライス加工個所５４、中央フライス加工個所５８、および右フライス加工個所５
６も１インチ（２．５４ｃｍ）の曲率半径を有する。フライス加工の深さは、厚
さ０．１００〜０．１８７インチ（２．５４〜４．７５ｍｍ）間にあるディスク
については一般的に０．０４０〜０．０８０インチ（１．０２〜２．０３ｍｍ）
である。

【００１４】 各フライス加工個所は「フライス加工距離」を有する。フライス加工距離は、
ここではディスクの縁部５２とフライス加工個所５４、５６、５８の頂点との間
の垂直距離として使用されるものと定義される。ある実施形態では、右と左のフ
ライス加工個所５４、５６は半径１インチ（２．５４ｃｍ）のディスクにおいて
０．５４０インチ（１．３７ｃｍ）の同じフライス加工距離を有する。中央フラ
イス加工個所は半径１インチ（２．５４ｃｍ）のディスクにおいて０．５０イン
チ（１．２７ｃｍ）のフライス加工距離を有する。うろこ状に配置されたときに
、このように配置された３枚のディスクが円弧６０を画定し、この円弧の中に追
加のディスクを置くことができることが重要である。特に、円弧６０の中に着座
されたディスクは、これによって右と左のフライス加工個所が覆われているディ
スクのフライス加工縁部６２と接触するだけである。これはフライス加工の深さ
によって異なる。ある実施形態では、フライス加工縁部６２はフライス加工表面
に正確に垂直な面に対して僅かな傾斜を有する。これによって弾道事象中のディ
スクの割れが減少し、フライス加工設備における摩耗が減少する。

【００１５】 ある実施形態ではすべてのディスクはディスク５２と同一であるが、これは端
縁部に沿って多くのフライス加工個所を有する結果となる（例えば、左から右へ
の配置を使用する場合には右縁と底部、または反対に右から左への配置を使用す
る場合には左縁と底部）。これらの小片は共にきちんとぴったり合い、重なるデ
ィスクの間に重大なギャップはない。図示されたパターンの重なり合いは隣接デ
ィスクへの高速発射体命中の力を効果的に拡散させ、これによって貫通と背面変
形を防止することがわかった。ディスクが別のディスクによって重ね合わされて
いないフライス加工個所を有する縁部は、防護具によって与えられる「防護帯」
の外側にあると考えられる。

【００１６】 さらに、パターンにおいて各ディスクに僅かな傾斜があるので、垂直の命中は
非常にあり得ないことで、エネルギーの一部分は偏向によって吸収されることに
なる。最終的に、弾道事象中にディスク材料の硬度は発射体の先端を広げるかま
たは鈍らせて、さらに発射体の貫通能力を低下させる。特に、防護帯が胴部また
はその他の生命区域に順応するように、どのような形状にも配置することができ
る。

【００１７】 ある代替実施形態では、すべてのフライス加工個所に全厚のディスクが確実に
重なるように、少ないフライス加工個所を有する特殊な仕上げディスクを使用す
ることができる。例えば、ディスクの最下行のみをフライス加工して、例えば（
左から右への配置について）右フライス加工個所のみを有する最下行において隣
接ディスクの重なり合いを可能にし、最下行におけるディスクに重なる他のディ
スクはないので、これは最下行において薄い個所を回避することになる。

【００１８】 図３は接着基面８０に結合されたディスク５２のうろこ状パターンを示す。先
に検討したように、接着基面８０は接着剤を含浸したポリエチレン繊維またはア
ラミド繊維の織物にすることもできる。適当な織物としては例えば、ニュージャ
ージー州ＭｏｒｒｉｓｔｏｗｎのＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌによる商標ＳＰＥＣ
ＴＲＡ（登録商標）で販売されている織物、ジョージア州Ｂｌａｃｋｌａｗｎの
Ａｋｚｏ−ＮｏｂｅｌによるＴＷＡＲＯＮ（登録商標）微細繊維、オランダのＤ
ＳＭによる商標ＤＹＮＥＥＭＡで販売されているＳＢ３１およびＳＢ２、日本東
京の東洋紡によって商標ＺＹＬＯＮ（登録商標）で販売されているＰＢＯ、テネ
シー州ＣｈａｔｔａｎｏｏｇａのＥ．Ｉ．Ｄｕｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ
＆ ＣｏｍｐａｎｙによるＫＥＶＬＡＲ（登録商標）またはＰＲＯＴＥＲＡ（
登録商標）がある。その他の適当な織物も当業者には思い起されよう。

【００１９】 適当な接着基面の中には、はく離紙によって覆われた積極的な接着コーティン
グと共に使用可能なものもある。積極的であることに加えて、いったん硬化した
接着剤が可とう性のままであって弾道事象中にディスクと接着基面との分離を減
らす。望みのサイズの接着基面を切り、はく離紙をはぎ取って接着表面を露出さ
せる。それからディスクを接着表面上に直接配置すると、接着表面はディスクを
互いの位置関係で保持する。接着基面は可とう性でありディスクはそれらの交差
部の周りに屈曲するので、組み合わせたユニットは可とう性である。代替案とし
て、パターンを配置して接着基板を上部に接着することもできる。

【００２０】 図４に示すように、次のステップは、この接着剤で被覆された可とう性接着基
面のもう１つの層を手で配置した複数のコインの上に置いて、各コインが旋回し
て隣接コインから離れても各コインの実際の位置はそれが配置された同じ個所に
大体留まるように、パネルが屈曲したときに変化しない柔軟な位置にこれらのコ
インを確保することである。うろこ状パターンを包囲するために使用されるこの
第２接着織物層はさらに支持力を与え、これによってディスクがずれて身体防護
具が不良になるという危険性を少なくする。

【００２１】 ＮＩＪは様々な脅威のレベルを定義している。レベル３の脅威は、２７００〜
２８００フィート／秒（８２３〜８５３ｍ／秒）で飛ぶフル・メタル・ジャケッ
ト７．６２×５１ミリ１５０グレインの弾丸である。上に開示された発明はレベ
ル３およびこれ以下のすべての脅威にうち勝つことがわかっている。さまざまな
性能基準を達成するために、接着剤を被覆した可とう性基面材料の追加層を複数
の層として任意の比率で何れかの側に加えてもよい（すなわちプレートの一方の
側に他方の側よりも多くの基面層を有することは、本発明の範囲内および企画内
にある）。ある状況においては、弾道事象中にコインが僅かに動けるようにする
という利益が得られるが、他の状況では、コインができるだけ適所に確保される
ように残されることが望ましい。

【００２２】 本発明のある代替実施形態では、「乾式」高引張り強度可とう性接着基面を準
備する。次いでこれを可とう性結合剤、例えばシリコン・エラストマ樹脂で塗布
する。それからディスクを上述のように配置する。結合剤を硬化させてディスク
の相対位置を柔軟に維持することができる。同様に塗布された層を使用してプレ
ートを反対側から挟むことができる。可とう性の結合剤を有する１枚の層を使用
するが外面層は前述のはぎ取り接着式であることも、本発明の範囲と企画の中に
含まれる。ここで使用する「接着剤含浸接着基面」とは、接着剤が適所に付けら
れているか、または上述のように後で塗布されている市販のものであっても、片
側に接着剤が配置されている適当な可とう性の高引張り強度材料を指す。

【００２３】 さらにもう１つの実施形態では、接着剤含浸接着基面を上述のいずれかの方法
で作製し、（差し挟む）層は非接着性で、単にプレートの周辺で下にある接着基
面に結合するだけである。これによれば、接着層の間に差し挟むことに較べてデ
ィスクの保持は多少劣ることになる。したがって、この構成は多くの命中には耐
えられず、周辺の周りで取り付けられた前面層は主として破片遮蔽物としての役
目をする。

【００２４】 図５は、本発明の第２代替実施形態におけるディスクの斜視図である。この実
施形態では、平坦なディスクを正規の方式で準備して、次に中央フライス加工個
所の円弧を二等分する軸の周りに僅かに曲げる。この曲げは、防護具によって防
護される区域の寸法と曲率に応じて一般的には水平面から２°〜１５°の範囲に
ある。例えば２インチ（５．０８ｃｍ）の半径を有する大きなディスクを僅かな
湾曲物として使用すると、ディスクを身体の輪郭によりよく合わせることができ
るので、この実施形態は最適である。さらに大きなディスクは組立品全体の可と
う性を低下させるので、大きなディスクを有するものが望ましい。したがって快
適性の観点から、身体の輪郭と動きに順応するために曲げられたディスクを有す
ることが望ましい。半径が１インチ（２．５４ｃｍ）またはそれ以下のディスク
のためには、このような曲げは不必要で望ましくないと思われる。図６は、図５
の実施形態におけるディスクの断面図である。

【００２５】 図７は、本発明の代替実施形態におけるディスクの斜視図である。この実施形
態では上述したようなディスクを準備する。フライス加工の後で、配置の前に、
プレスを使用してディスクを裏側から凹状にすると、これによってディスクはフ
ライス加工された表面の方向に凸状になる。図８は図７の実施形態におけるディ
スクの断面図である。この図では凹面がはっきり示されている。このディスク設
計は平面ディスクよりもすぐれた偏向特性を有し、さらにある着用者のために快
適さを改善することもできる。

【００２６】 図９は、本発明の一実施形態において着用された場合の身体防護衣の前面図で
ある。身体防護具１１０は使用者の胴部を覆っており、高速発射体から生命区域
を防護するように設計されている。身体防護具におけるフラップ１２０が着用者
の身体の周りに延びて、着用者の側部の防護をする。ある実施形態では、身体防
護具は着用者の一区分例えば胴部の周りを包み、包囲周辺の形でほぼ均一な防護
具による防護を提供する。

【００２７】 図１０は、身体防護衣の一実施形態の切取前面図である。ディスク１５２はう
ろこ状パターンで配置されて、身体防護具が着用された生命区域を覆っている。
従来技術の１０×１２剛性プレートとは異なり、うろこ状パターン身体輪郭の周
りに屈曲することができ、したがって著しく快適さが増し、またさらに容易に隠
すことができる。各ディスク１５２は高硬度材料で作られている。ある実施形態
では、各ディスクは、その中心において最大厚さを有し、１つまたは複数の下向
きに傾斜した表面区分を設けることによって外縁部に向かって厚さが小さくなる
ように形状化された円盤である。ある実施形態では、円盤状に形状化されたディ
スクの厚さは、中心から外縁部に向かって均一に下向きに傾く傾斜で減少する。
もう１つの実施形態では、円盤形状は内部周囲を有し、この内部でディスクは均
一な厚さであり、ディスクの内部周囲と周縁部との間で均一に下向きに傾斜して
いる。

【００２８】 一般的に、縁部の厚さは中心の厚さのほぼ半分である。それなりに、うろこ状
パターンで配置されると、ディスクは金属プレートまたは既存のコイン配置より
も６０％程度高い可とう性を可能にする回転能力を備える。鋼またはその他の高
硬度金属と比較して軽い多くの適当なセラミック材料が存在する。

【００２９】 本発明のある実施形態の円盤形状に固有のテーパー設計は、ディスクの表面を
非平面化し、傾斜を与えて均一な平坦表面と比べて弾道衝撃を偏向させる。これ
に関して、セラミック複合材料を、同様なテーパーをもつ円盤形を製造するため
に旋盤または工作機械のいずれかで加工しなければならない金属ディスクよりも
容易で安価に、焼結および／または成形して均質の弾道級円盤形状にすることが
できる。しかしながら、円盤形の金属ディスクは本発明の範囲と企画の中に含ま
れる。ディスクをうろこ状パターンに適切に配置することによって、身体防護具
１１０全体は柔軟のままであり、また高速発射体に対するすぐれた防護も提供す
る。

【００３０】 これに加えて、高速発射体に対する従来技術の防護と比べてセラミック複合材
料がより軽量でより可とう性であることは、着用者によるより大きな可動性と運
動範囲を可能にする。例えば、弾道級の硬度と破壊じん性を有するうろこ状セラ
ミック・ディスクからなる身体防護チョッキは、着用者の一区分、例えば胴部の
周り全体を包んで着用者の周りを３６０度までディスクによる保護を延ばすこと
ができる。より軽いセラミック材料はまた、従来技術の身体防護具に典型的な高
硬度の金属コインまたは金属プレートの著しい負浮力を回避する。これによって
従来技術の身体防護具が適さなかった分野における登攀または水泳での使用がで
きるようになる。

【００３１】 この実施形態では、うろこ状パターンに配置するためにディスクを左から右に
配置する。連続する各行とも左から右に配置する。左から右への方向から右から
左への方向へ切り替えることは、結果的に得られるパターンに弱点を作ってしば
しば破損を引き起こすことがわかっている。各行内のディスクはほぼ直線を形成
する。ディスクは重なり合っているので、各ディスクは配置表面に垂直な線に対
して僅かに傾いた勾配で存在する。ある実施形態では、ディスクのこの僅かな勾
配はディスクの傾斜した円盤形状を補足して衝撃偏向の確率を高める。

【００３２】 ディスクを左から右へ最上部から最下部まで配置して一対の接着層の間に挟み
込んだ後、パターン全体を組み立てて身体防護具とするために反転する。脅威の
大部分が下向きの弾道で到達することがわかっている。したがって、防護具を身
に着けたときに各ディスク行がその下の行に重なることが望ましい。しかしなが
ら、代わりの順序で例えば右から左へ最下部から最上部へディスクを配置するこ
とも、本発明の範囲と企画の中に含まれる。組立中にうろこ状パターンを反転し
て各行がその上の行に重なるように身体防護具を連結することも企画される。

【００３３】 多くの可能なセラミック複合材料が、ディスク用の高硬度材料として適当であ
ることがわかっている。これらの材料として、英国ＢｅｄｆｏｒｓｈｉｒｅのＭ
ｏｒｇａｎ Ｍａｔｒｏｃ，Ｌｔｄ．によって商標ＳＩＮＴＯＸ（登録商標）Ｆ
ＡおよびＤＥＲＡＮＯＸ（登録商標）で販売されている繊維入りセラミックが挙
げられる。特に、約８８重量％のアルミナと約１２重量％の変態強化ジルコニア
（ＴＴＺ）からなるジルコニア強化アルミナ酸化物セラミック複合材料のための
ＳＩＮＴＯＸ（登録商標）ＦＡアルミナ酸化物セラミックおよびＤＵＲＡＮＯＸ
（登録商標）Ｄ９９５Ｌは適当なセラミック複合材料であることが証明されてい
る。

【００３４】 アルミナを基材とする複合材料は好ましいが、他の基材を使用して、チタン酸
バリウム、チタン酸ストロンチウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸マグネ
シウム、炭化珪素、炭化ホウ素を含むセラミック複合材料を形成することもでき
る。指摘したように、これらの潜在的セラミック基材は酸化物セラミックに限定
されるものではなく、混合された酸化物、非酸化物、ケイ酸塩、ならびにＭＩＣ
ＡＴＨＥＲＭ（登録商標）セラミックも含まれる（後者は英国Ｂｅｄｆｏｒｓｈ
ｉｒｅのＭｏｒｇａｎ Ｍａｔｒｏｃ，Ｌｔｄ．によって販売されている無機熱
可塑性寺領の商標である）。

【００３５】 適当とされるセラミック複合材料は比較的高い硬度と破壊じん性を有する。一
般的にはこのような材料は、防護具について国家司法研究所（ＮＩＪ）によって
定義されたレベル３の弾道事象に耐えるために、少なくとも約１２ＧＰａの硬度
と少なくとも３．５ＭＰａｍ^1/2の破壊じん性を有する。レベル３の脅威は、２
７００〜２８００フィート／秒（８２３〜８５３ｍ／秒）で飛ぶフル・メタル・
ジャケット７．６２×５１ミリ１５０グレインの弾丸である。結局、硬度と破壊
じん性のレベルは使用されるセラミック複合材料のタイプによって異なる。アル
ミナ基材を使用する本発明の例示的な実施形態では、アルミナのために最低の破
壊じん性は３．８ＭＰａｍ^1/2であり、ジルコニア強化アルミナについては４．
５ＭＰａｍ^1/2である。アルミナの硬度は１２〜１５ＧＰａの適切な範囲内にあ
り、ジルコニア強化アルミナについては、硬度は少なくとも約１５ＧＰａである
。

【００３６】 ある例では、使用されるセラミックを強化金属酸化物などの強化剤を追加して
補足することもできる。ある実施形態ではＴＴＺをアルミナ基材に加える。金属
酸化物を含むことは結果的に得られるセラミック複合材料の強度を増し、弾道事
象中のインパクトによるディスクの分裂に抵抗する。アルミナを基材とするセラ
ミック複合材料については、適当な弾道級セラミックのためのＴＴＺ重量パーセ
ント範囲は０．０５％〜２０％である。ある実施形態では、アルミナ基材に対す
るＴＴＺの重量パーセントは複合材料の約１２％である。

【００３７】 複数のセラミックを当技術分野では周知の方法で混合する。ディスクを形成す
るための焼結方法と射出成形を含む成形方法は当技術分野では周知である。ある
実施形態では、ディスクを射出成形によって形成してから望みの形状にプレスす
る。いったん形成すると、ある一定の実施形態のディスクを封じ込め包装材料で
包囲する。この材料はディスクに大きな集結性を与え、ディスクの破壊じん性を
高め、この結果、分裂することなく弾道発射体の衝撃を吸収するディスクの能力
を強化する。ある実施形態では、この包装材料は接着基面によって接着されたガ
ラス繊維包装材料である。適当なガラス繊維材料としては、イリノイ州Ｓｕｍｍ
ｉｔのＯｗｅｎｓ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒｇｌａｓ Ｔｅｃｈｏｌｏｇｙ
，Ｉｎｃ．から市販されているＥガラスおよびＳ−２ガラスがある。適当な接着
剤には改質されたエポキシ樹脂もある。閉じ込め包装材料とエポキシ樹脂の基面
は、オートクレーブ処理またはその他の当技術分野では周知の方法によってディ
スクに付着させることができる。強度、凝集、および構造的集結性もディスク表
面に接着基面の上に層状にするかまたは交差付着させたアラミド繊維で貼り合せ
ることによって与えられる。

【００３８】 一般的に、ディスク１５２は１／２インチ〜１インチ（１．２７〜２．５４ｃ
ｍ）の半径を有する。より長い半径は可とう性を低下させるが製造費を安くする
。現在の一実施形態では１インチ（２．５４ｃｍ）の半径が採用されている。各
ディスクでは厚さがテーパーを有し、（厚さが最大である）ディスクの中央部分
と（厚さが最小である）ディスクの縁部の間で厚さが変化する。最大厚さおよび
最小厚さは、防御すべき弾道脅威のレベルに応じて変化する。例えば高速のライ
フル弾道脅威に打ち勝つためには、中央の最大厚さ３／８インチ（９．５ｍｍ）
から縁部の最小厚さ３／２０インチ（３．８ｍｍ）までのテーパーが使用できる
。低速のライフル脅威（または高速の拳銃脅威）は１／８インチ（３．１８ｍｍ
）〜１／１０インチ（２．５４ｍｍ）の厚さだけが必要である。ある実施形態で
は、円盤形状のディスクは約１／４インチ（６．３５ｍｍ）の中央厚さと１／８
インチ（３．１８ｍｍ）の縁部厚さを有する。

【００３９】 うろこ状に重ねておかれたパターンの重なり合いは隣接ディスクへの高速発射
体命中の力を効果的に拡散させ、これによって貫通と背面変形を防止することが
わかった。これに加えて、うろこ状パターンにおいて重なる各ディスクに僅かな
傾斜があるので、垂直の命中は非常にあり得ないことで、エネルギーの一部分は
偏向によって吸収されることになる。円盤の実施形態では、非平面の傾斜表面を
形成する厚さのテーパーは、垂直の打撃を並外れてありないものにする。

【００４０】 図１１は、接着基面に結合されたうろこ状ディスク１５２のパターンを示す。
先に検討したように、接着基面は接着剤を含浸したポリエチレン繊維またはアラ
ミド繊維の織物である。上に検討した同じ織物がセラミック円盤とともに使用す
るのに適当である。接着基面上の配置も類似したものである。

【００４１】 図１２はディスクの斜視図である。この実施形態ではディスクは厚さが変化し
、中央における厚さ１／４インチ（６．３５ｍｍ）から周縁部における厚さ１／
８インチ（３．１８ｍｍ）まで均一な傾斜のテーパーを有している。うろこ状パ
ターンにおいて、隣接するディスクの縁部は重なり合って、複数の層を有する厚
さの大きな区域を作り出す。通常、このパターンはディスクの中央または最厚領
域では重なり合っていない。したがって、ディスク・パターンのいずれかの一点
に当たる発射体は単一ディスクにおける最厚領域の近くか、または複数層のディ
スクにおける単一ディスクの最厚領域と少なくとも同じで、さらにこれより厚い
と思われる個所のいずれかに衝撃を与える。さらに、変化する厚さの領域間にお
ける円盤形状の傾斜はあらゆる垂直弾道衝撃を弱化させる。

【００４２】 図１３は、封じ込め包装材料を付着した後のディスクの斜視図である。上述の
ように、この包装材料は、改質されたエポキシ樹脂にすることもできる基面に接
着されたガラス繊維またはアラミド繊維であってもよい。包装材料は高い破壊じ
ん性と硬度を付与し、弾道事象によるディスクの破損と分裂を減らす。

【００４３】 図１４は、円盤形状ディスクの断面図である。上述のように接着剤の層１２２
と封じ込め包装材料の層１２４がはっきり示されている。

【００４４】 図１５は、本発明の代替実施形態におけるディスクの斜視図である。この実施
形態ではディスクの形成はほぼ上述の通りであり、周辺部の傾斜のみが変わって
いる。中央から縁部に向かって厚さが変化するが、テーパー部の傾斜は均一では
なく、ドーム形状を有するより明白な隆起中央部を残す。これは周辺縁部からド
ーム状中央部へ延びる表面区域をほぼ平面状に残す。この実施形態によって、デ
ィスクはより大きな重なり合った表面区域を有することができ、発射体がディス
クの複数層に遭遇する表面区域を増す。しかしながら、ほぼ平面の領域は垂直打
撃の確率を増加させる。ドーム状ディスクを上述と類似の方式で配置して、レベ
ル３の脅威に打ち勝つことができる身体防護具に組み立てることができる。

【００４５】 図１６は、図６に示す代替実施形態の側面図である。

【００４６】 上述の明細書では、本発明を特定の実施形態に関連して説明した。しかし添付
の特許請求の範囲に規定するように、本発明のさらに広い精神と範囲から逸脱す
ることなく、さまざまな修正および変更を本発明に対して実施できることは明ら
かである。したがって、明細書および図面を限定的な意味ではなく例証的な意味
と見なすべきである。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によっ
てのみ限定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態における身体防護衣服の切取図である。

【図２】 本発明の一実施形態におけるディスク配置の斜視図である。

【図３】 接着基板に接着されたうろこ状パターンの線図である。

【図４】 接着基板と追加層との間にうろこ状パターンを包囲している線図である。

【図５】 本発明の一代替実施形態におけるディスクの斜視図である。

【図６】 図５の実施形態におけるディスクの断面図である。

【図７】 本発明の第２代替実施形態におけるディスクの斜視図である。

【図８】 図７の実施形態におけるディスクの断面図である。

【図９】 身体防護具の一実施形態の正面図である。

【図１０】 身体防護具の一実施形態の切取図である。

【図１１】 身体防護具の一実施形態の切取断面図である。

【図１２】 あるディスク実施形態の斜視図である。

【図１３】 エポキシ改質樹脂とＥガラス・コーティングを備えた図４のディスク実施形態
の斜視図である。

【図１４】 コーティングを示す図５のディスク実施形態の断面図である。

【図１５】 あるディスク実施形態の斜視図である。

【図１６】 あるディスク実施形態の断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ 【要約の続き】 スクを一行ずつうろこ状パターンに配列する。それか ら、うろこ状パターンが接着基板と第２層との間に包囲 されるように、うろこ状パターンを引張り強度の高い可 とう性の接着基面に接着して、第２の引張り強度の高い 層によって重ねる。次にこの包囲物を柔軟な身体防護具 の裏当てに結合する。

Claims (41)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速発射体に打ち勝つ身体防護具を作る方法であって、 高硬度材料のシートを準備すること、 ある半径を有するディスクを切断すること、および ディスクの曲率半径に等しい曲率半径を各々が有する複数の個所でディスクを
   フライス加工すること を含む方法。
2. 【請求項２】 シートが約４５０ブリネルより高い硬度を有し、１つのディ
   スクの半径は約１／２インチ（１．２７ｃｍ）〜約２インチ（５．０８ｃｍ）の
   範囲にある請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 切断とフライス加工を複数回繰り返して複数のフライス加工
   ディスクを製造すること、 複数のフライス加工ディスクをうろこ状パターンに配置すること、および 引張り強度の高い接着基面をうろこ状パターンの第１側部に接着すること をさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 うろこ状パターンにおいて、各フライス加工個所が上に重な
   るディスクの全厚部分によってほぼ完全に覆われるように、多数内の１つの第１
   ディスクが多数内の３枚の追加ディスクによって、各フライス加工個所に１枚ず
   つ重ね合わされた請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 材料シートの厚さが約０．１００〜０．１８７インチ（２．
   ５４〜４．７５ｍｍ）間にある請求項２に記載の方法。
6. 【請求項６】 うろこ状パターンを、接着基面と可とう性の高引張り強度を
   有する材料の第２層との間に包み込むこと、および 接着基面とうろこ状パターンとを柔軟な身体防護具に結合すること をさらに含む請求項３に記載の方法。
7. 【請求項７】 ディスクを１つのフライス加工個所のフライス加工円弧を横
   切る軸の周りに曲げること をさらに含む請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】 ディスクをプレスして、フライス加工個所を含む表面に向か
   って凸状にすること をさらに含む請求項１に記載の方法。
9. 【請求項９】 配置することが、 中央フライス加工個所を二等分する軸が列の中央軸と９０°の角度にならない
   ように、複数ディスクのサブセットを第１方向からほぼ直線の行に置き、各ディ
   スクを僅かに回転させること、および 第１方向から次の重なる行を置くこと を含む請求項３に記載の方法。
10. 【請求項１０】 ある硬度の材料でできた第１ディスクを含む装置であって
    、このディスクはある半径とある厚さを有し、ディスクは複数の位置でフライス
    加工され、各フライス加工個所はディスクの半径とほぼ等しい曲率半径を有し、
    各特定のフライス加工個所はフライス加工円弧の頂部からディスク縁部までのフ
    ライス加工距離を有する 装置。
11. 【請求項１１】 硬度が４５０ブリネルより高く、半径が０．５〜２インチ
    （１２．７〜５０．８ｍｍ）の範囲にあって、厚さが０．１００〜０．１８７イ
    ンチ（２．５４〜４．７５ｍｍ）間にある請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 ディスクの半径は約１インチ（２５．４ｍｍ）であり、右
    と左のフライス加工個所のフライス加工距離は約０．５４インチ（１３．７ｃｍ
    ）であり、中央フライス加工個所のフライス加工距離は約０．５０インチ（１２
    ．７ｃｍ）である請求項１０に記載の装置。
13. 【請求項１３】 寸法が第１ディスクとほぼ同じである複数の追加ディスク
    と、 ディスクをうろこ状パターンに接着する引裂きおよび切断に耐える接着基面と
    をさらに含む請求項１０に記載の装置。
14. 【請求項１４】 複数のフライス加工個所は、右フライス加工個所、左フラ
    イス加工個所、および中央フライス加工個所を含み、うろこ状パターンは、第１
    ディスクが右フライス加工個所と左フライス加工個所において第２ディスクと第
    ３ディスクによってそれぞれ重ね合わされ、第２ディスクの左フライス加工個所
    と第３ディスクの右フライス加工個所は第１ディスクの中央フライス加工個所と
    共に１つの円弧を画定し、この円弧の中に第４ディスクが置かれ、第４ディスク
    は第１ディスクの中央フライス加工個所、第２ディスクの左フライス加工個所、
    および第３ディスクの右フライス加工個所に重なる請求項１３に記載の装置。
15. 【請求項１５】 接着基面に結合された柔軟な身体防護具裏当てをさらに含
    む請求項９に記載の装置。
16. 【請求項１６】 ２７００〜２８００フィート／秒（８２３〜８５３ｍ／秒
    ）で飛ぶフル・メタル・ジャケット７．６２×５１ミリ１５０グレインの弾丸が
    柔軟な身体防護具裏当てを貫通せず、これによって生ずる背面の変形は１．７３
    インチ（４．３９ｃｍ）以下である請求項１３に記載の装置。
17. 【請求項１７】 ディスクが１つのフライス加工円弧を横切る軸の周りに曲
    げられている請求項１０に記載の装置。
18. 【請求項１８】 ディスクがフライス加工個所を含む表面の方向に凸状であ
    る請求項１０に記載の装置。
19. 【請求項１９】 複数サブセットの第１サブセットが第１行に配置され、第
    １サブセットの連続する各ディスクは第１サブセットの先行するディスクのフラ
    イス加工個所に重なり合い、複数サブセットの第２サブセットは第２行に配置さ
    れ、この第２行は第１行に重なり、サブセットの連続する各ディスクは第２サブ
    セットのフライス加工個所と先行するディスクとに重なり、第１行と第２行は両
    方とも同じ方向から出ている請求項１３に記載の装置。
20. 【請求項２０】 身体防護具において使用される円盤形状のディスクを含む
    装置であって、ディスクはある半径と、半径の一部分と同延の第１傾斜表面と、
    ある厚さとを有する装置。
21. 【請求項２１】 ディスクがセラミック材料から構成される請求項２０に記
    載の装置。
22. 【請求項２２】 ディスクの第１傾斜表面が、半径の一部分と同延のディス
    クの中央からほぼ下向きの傾斜を有する請求項２０に記載の装置。
23. 【請求項２３】 繊維入りの複合セラミック材料がアルミナを含み、少なく
    とも１２ＧＰａの硬度と少なくとも３．８ＭＰａ-ｍ^1/2の破壊じん性とを有する
    請求項２０に記載の装置。
24. 【請求項２４】 ディスクがさらに、アルミナと強化金属酸化物の複合材料
    を含む繊維入りセラミックから構成される請求項２０に記載の装置。
25. 【請求項２５】 強化金属酸化物が変態強化ジルコニアである請求項２４に
    記載の装置。
26. 【請求項２６】 変態強化ジルコニアがディスクの約１２重量％である請求
    項２５に記載の装置。
27. 【請求項２７】 ディスクがさらに、第１傾斜表面に結合された封じ込め包
    装材料を含む請求項２０に記載の装置。
28. 【請求項２８】 封じ込め包装材料が、 接着基面コート、および 接着基面の上に重なるガラス繊維材料 を含む請求項２７に記載の装置。
29. 【請求項２９】 封じ込め包装材料が、 接着基面コート、および 接着基面の上に重なるアラミド繊維 を含む請求項２７に記載の装置。
30. 【請求項３０】 うろこ状パターンで配置された、寸法が第１ディスクとほ
    ぼ同じである複数の追加ディスク、および ディスクをうろこ状パターンに接着する引裂きおよび切断に耐える接着基面 をさらに含む請求項２０に記載の装置。
31. 【請求項３１】 うろこ状パターンが複数のほぼ直線のディスク列を含む請
    求項３０に記載の装置。
32. 【請求項３２】 接着基面に結合された柔軟な身体防護具裏当てをさらに含
    む請求項３１に記載の装置。
33. 【請求項３３】 うろこ状パターンが１８０度以上の円弧で着用者を防護す
    るように着用者の周りに装置が延剤する請求項３２に記載の装置。
34. 【請求項３４】 レベル３の弾道事象に耐える請求項３２に記載の装置。
35. 【請求項３５】 ある半径と、半径の一部分と同延の同心ドームと、ドーム
    の周辺を取り囲むほぼ平坦な表面とを有する、身体防護具において使用されるデ
    ィスク。
36. 【請求項３６】 高速発射体に打ち勝つための身体防護具を作るための方法
    であって、 傾斜した表面を有する複数のセラミック・ディスクを準備すること、 複数のディスクを配置表面上にうろこ状パターンに配置すること、および うろこ状パターンの第１側に高引張り強度の接着基面を接着すること を含む方法。
37. 【請求項３７】 配置することが、 複数ディスクのサブセットを、第１水平方向からほぼ直線の水平行に置くこと
    、および 第１方向からる次の重なるほぼ直線の水平行を置くこと を含む請求項１７に記載の方法。
38. 【請求項３８】 うろこ状パターンが、 各ディスクが配置表面によって画定される水平平面から傾くように、各ディス
    クを次のディスクの上に重ね合わせること を含む請求項３６に記載の方法。
39. 【請求項３９】 ディスクの表面を封じ込め包装材料によって包囲するステ
    ップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
40. 【請求項４０】 ガラス繊維オーバーレイをディスクの表面に接着するステ
    ップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
41. 【請求項４１】 アラミド繊維オーバーレイをディスクの表面に接着するス
    テップをさらに含む請求項３６に記載の方法。