JP2008506950A - 装甲内のクラック、および破損した部品を検出するための方法とシステム - Google Patents

Abstract

セラミック部品に取り付けられた組込み導電回路を有するセラミック装甲システム。この導電回路は、システムに設けられたコンタクトにおいて、使用者によって利用されうる。セラミック部品内で発生するクラックなどの損傷が、回路を形成している導電物質に広がり、これにより導電回路中に断線が発生するように、回路は配置されている。抵抗計などの電気プローブを使用して、導電回路の抵抗が測定されて、これが、その後予想値と照合される。この結果は、セラミック装甲部品が使用可能な状態にあるかどうかを検出するために使用される。

Description

本発明は、概説すると装甲システムに関し、より詳細には、装甲部片中のクラックおよび他の部品の破損の有無を検出するための方法に関する。

高性能の装甲システムの多くは、現場での通常の使用中に割れたり砕けたりし易いセラミックの部品を含んでいる。クラックは、破壊靭性（fracture toughness）が低いなどのセラミック材料が有する脆弱性故に、容易に生じる。更に、クラックの入った部品は、損傷を受けていない初期の部品と同じ引張強度または圧縮強度を示さない。このため、特にクラックまたは損傷を受けた領域の近くで衝撃を受けると、クラックの入ったセラミックの部品は、その部品が組み込まれている装甲システムの弾道に対する安全性を損なうおそれもある。この問題は、装甲システムなどのシステムに組み込まれているセラミックの部品には、クラックまたは他の損傷を検出するための目視による検査を実施することが実質的に不可能であるという事情によって深刻になる。

セラミック体中のクラック形成を検出するための目視による検査に勝る従来の方法には、"Acoustic Techniques for the Inspection of ballistic Protective Inserts in Personnel Armor," SAMPE Journal, Sept./Oct, 2003, pp. 1-8に記載されているような、Ｘ線または超音波を使用した方法がある。これら技術はいずれも、実験室での条件では有用ではあるが、可搬性に欠けるため、戦場などの「現場」環境では、それほど実用的であるというわけではない。セラミック内のクラックを検出するための他の技術に、碓井に付与された米国特許第５，９６９，５３２号明細書に開示されている、一表面を導電性の液体に浸漬した状態でセラミックの電気的測定を行うというものがある。しかし、この技術は、液体にセラミックを液浸することができない「現場」環境では使用することができない。
このような事情から、セラミックおよび関連するシステムの不良を検出するための利便性の高い方法が求められていることはいうまでもない。

本発明の一態様は、システム内に包含されたセラミック体中のクラックなどの不良を検出するための組込み型の電気回路を有するセラミック装甲システムである。このセラミック装甲システムは、１つ以上のセラミック部片（ceramic piece）を有しうる。このセラミック部片は、繊維強化コンポジットなどの追加の装甲部品に内蔵されるか、またはそこに取り付けられる。好ましくは、各セラミック部片には導電回路が取り付けられており、この導電回路は、当該導電回路の抵抗を測定可能とされ、または、当該導電回路の抵抗を測定するため外部の導体に接続可能とされうる。代表的な実施態様では、セラミック部片は、タイル（または「プレート」）として成形され、広い平らな表面の一方または両方に導電回路が取り付けられている。セラミックにそれに沿って広がるクラックが生じると、そのクラックはそのクラックと干渉する場所で導電回路を断線させるので、その導電回路の抵抗が無限大または「開放」となる。このため、例えば、携帯用手持ち式電気デバイスによって実施した電気的測定を、現場で簡易に実施して、装甲システム中のクラックまたは他の損傷の有無を検査することができる。

本発明の別の態様では、セラミックシステム内の損傷を検出するための方法は、セラミック体（「部品（component）」）と、システムに含まれるこのセラミック体の表面に付着している導電回路とを製造するステップを有する。導電回路は、どのように構成してもよいが、外部の測定装置から利用（access）できるようにされ、また、回路の異なる部分に接続された少なくとも２つのコンタクト(contact：接点)を有する。回路は、電気抵抗器などの部品を有していてもよい。追加のステップにおいて、それぞれに導電回路が取り付けられている１つ以上のセラミックが、ハウジングに取り付けられるか、またはその中に取り付けられる。更なるステップにおいて、導電回路の抵抗を測定できるように、セラミック体に取り付けられた導電回路に接続された２つのコンタクトと接触した状態で、導体が配置される。導体は、抵抗計、電圧測定装置、ＬＥＤ、または取り付けられた導電回路の電気伝導度を測定するために使用することができるその他の装置に接続されてもよい。セラミックがほとんど損傷を受けていないか、またはクラックか導電回路を切断するのに十分な不良がセラミックに存在しているかを確認するために、測定抵抗が予想抵抗と照合される。

本発明の更に別の態様による、損傷の有無を調べるために現場試験可能なセラミックシステムは、１つ以上のセラミック部片を収容する手段を有する。その収容手段は、他の材料、例えば、金属、補強コンポジットまたはポリマー布から形成されうる。システムは、更に、システム内に収容されたセラミック部片に取り付けられた損傷通知手段を有する。損傷通知手段は、ワイヤ、スクリーン印刷されたインクパターン、リソグラフィ回路、またはセラミック部片に取り付け可能な他の電気的なパターンを有してもよい。また、システムには、損傷通知手段にアクセスするためのアクセス手段も含まれる。一部の実施形態では、このアクセス手段は、それぞれが損傷通知手段に取り付けられ、様々な電気測定装置によって接触可能な（probable）一対のコンタクトパッドを有する。別の実施態様では、アクセス手段は、標準的な電気プローブを受け容れるように構成された密閉型のコネクタを有する。

図１ａは、本発明の代表的な実施形態による、不良検出のために使用される組込み型電気回路１０２を有するセラミック装甲システム１００の特徴を示す模式図である。このシステムに包含されるセラミック体１０４（「部品」とも呼ばれる）を有する装甲部片は、どのような形状であってもよい。好ましい実施形態では、セラミック部品は、タイル等の平坦な物体の大きさ形状（proportions）とされる。代表的な実施形態では、セラミック部品は、実質的にセラミック材料からなる。別の実施形態では、セラミック部品は、公知の組成と微細構造を有するセラミックコンポジットとされうる。好ましい実施形態では、セラミック部品は、装甲システム内に収容され、弾道衝撃に対する保護として作用するように設計されている。回路１０２は、部品の表面に付着するようにして部品１０４に固定されている。例えば、回路１０２は、部品１０４の表面に塗布された導電性インクにより形成されうる。

回路１０２のレイアウトでは、導電路１０２は、幅が狭いものの、部品１０４の相当の部分を電気的にカバーするようになっている。「相当の部分を電気的にカバーする」との文言は、セラミック表面の広い面積のうち、回路１０２の一部が接触していない領域が存在しないことを指すものとする。図１ａに示すように、「Ａ」よりも寸法の大きな正方形の領域は、いずれかの点において回路１０２に接触する。このため、図１ｂに示すように、図示した寸法を有する線状のクラック１０６は、その向きがランダムであるとしても、回路１０２がそこに固定されたセラミックの領域とどこかで高確率で交わる。

セラミック１０４内でクラック１０６が発生すると、このクラックはセラミックの厚さ全体にわたって広がりうる。セラミック１０４の「厚さ」とは、図１ｃに示すような短い長さ（τ）であると定義する。図１ｃは、セラミック部品１０４の、図１ｂのＢ−Ｂ’における断面を示す模式図である。好ましい実施形態では、導体１０２に対応する位置でセラミックの厚さにわたってクラック１０６が広がった場合に導体１０２の断線が起こるように、回路１０２は、引張強度の小さな材料により作られる。このため、セラミックの厚さにわたって延び、且つその長さがあるしきい値を超えるクラックは、回路に到達して、回路１０２を断線させる可能性が高い。回路１０２が断線すると、回路１０２の電気抵抗が大きく変わり、回路１０２に対して電気的測定を行うと、セラミック部品１０４が損傷しているということが示される。

図１ｂに示すように、回路１０２は、部品１０４中に形成されたクラック１０６の一部と交わらない可能性もある。クラックの長さと向きによっては、クラックが、回路１０２と接触しない領域内に存在している可能性もある。しかし、本発明の各種実施形態では、所望の寸法を超えるクラックを検出できるよう、図１ｄに示すように、回路１１２を、より広い領域をカバーする適切なパターンで配置するようにしてもよい。システム１１０は、セラミック１１４と回路１１２を有する。回路１１２は、この例では全てのクラック１０６と交わっている。このため、システム１１０は、セラミックのクラックが回路１１２と交わると断線する電気回路を組み込むことによって、セラミック部品の機能に害を及ぼしうる損傷の有無を使用者に知らせる確実な手段を、保護装甲部片として提供する。また、回路１１２は抵抗器１０８を有している。これは、図８を参照して以下に詳述するように、セラミックの損傷の有無の検出を更に支援する。

図２は、本発明の別の実施形態による、組込み型の不良検査装置を備えたセラミック装甲システム２００の詳細を更に示す模式図である。回路２０２の一端は、パッド２０６，２０８によって終端している。パッド２０６，２０８の幅（size）は回路２０２の「ワイヤ」の幅よりも非常に大きく、このパッドに電気プローブまたは同様の装置を接触させて回路の抵抗を測定する場合における利便性の高い手段となる。回路２０２とパッド２０６，２０８は、当業者に公知の適切な任意の方法によって製造することができる。例えば、回路２０２は、パターニングした導電性インクまたはペーストを使用して形成することができる。別の実施形態では、回路２０２は、金属パッドにおいて終端している金属ワイヤを有していてもよい。

図３は、セラミック部品３０２、裏張り３０４およびカバー３０６を有するセラミック装甲システム３００の断面を示す模式図である。本発明の代表的な実施形態では、裏張り３０４（「バッキングプレート」とも呼ばれる）は繊維強化複合材料を含み、代表的な実施形態では、カバー３０６はナイロンまたは同様の繊維から形成される布材料である。システム３００では、導電パッド３０８は、セラミック３０２の上面から延び、部品３０２と裏張り３０４の側面に沿って続いて、側面コンタクトを形成している。このようにして、セラミックの上部を露出させることなく、点Ｄで測定を実施することができる。好ましくは、パッド３０８は金属箔である。代表的な実施形態では、着脱可能な検査ステッカー３１０が、パッド３０８の一部の上に存在するカバー３０６に設けた開口部の上に配置される。エラストマーシール３１２にカバー３０６と接続パッド３０８とを接合させ、それにより装甲材料を周囲環境から保護するのが好ましい。

ここで図１ａと図３を参照すると、本発明の好ましい実施態様では、回路１０２等の回路は、セラミック１０４の裏面に取り付けられる。すなわち、回路１０２は、裏張りに取り付けられたセラミックの内側面（「裏面」）、例えば、図３に示す表面３１６に存在している。回路１０２等の回路は、セラミックの裏面に配置された場合、環境劣化から実質的に保護される。別の実施形態では、回路１０２等の回路は、例えば、図３の表面３１４などのセラミックの前面に取り付けられる。後者のように構成した場合の利点は、セラミックが接着か、他の方法によってバッキングプレート（例えばプレート３０４）に取り付けられた後でも、回路をセラミックに取り付けることができるという点にある。それにより、回路が、セラミックとバッキングプレートの接着乃至加工の際に生じうる高温などの加工条件に曝されることがなくなる。これは、回路を製造する際に選択することのできる材料の選択肢を潜在的に広げる可能性がある。別の実施形態では、システムに冗長性を持たせるために、クラック検出回路をセラミックの両面に取り付けるか、または１つ以上の回路をセラミックの表面と裏面の一方または両方に取り付ける。

図４に示す本発明の別の実施態様では、システム４００は一体化された電気的なコネクタ４０２を有する。好ましくは、コネクタ４０２は、システム４００の端において一体化されている。コネクタ４０２は、例えば、セラミック４０４を覆っているカバー４０６の下に配置されてもよい。コネクタ４０２は、公知の電気プローブに結合するのに簡便ないくつかの形状の１つに構成されうる。好ましくは、コネクタ４０２は、システム４００に組み込まれた回路（図示せず）の２つの端と接触しており、且つ外側に向かって延びる２つの接点を含んでおり、プローブをコネクタ４０２に接続することによって回路の抵抗を測定できるようにする。キャップ４０８は、必ずしも必要ではないが、不使用時のコネクタ４０２に被せることができる。コネクタ４０２は、カバー４０６の開口部（図示せず）を介して簡単に利用することができる。

図５に示す本発明の代表的な実施形態における、セラミック装甲の不良の「現場」での検出のための手順にはステップ５００が含まれる。このステップにおいて、セラミック装甲システム内に収容されるセラミック部品が製造される。セラミックは、このセラミックに取り付けられる電気回路を適用するために特別に製造してもよい。好ましい実施形態では、セラミック部品は、従来の装甲システムを変更することなく、本発明以外の場合にも（otherwise）使用することができる従来の部品である。

ステップ５０２において、セラミック部品の少なくとも１つの表面に導電回路が配される。「配される」との文言は、回路がセラミック部品に付着するようにして製造されることを意味する。本質的にプレート状のセラミック部品の場合、回路はプレートの「上部」または「底部」に配されうる。

導電回路がセラミック部品に適用された後、セラミック部品は、そのセラミック部品を、例えばセラミック装甲システムの一部として収容するように設計されたシステムに組み込まれうる。システムへの組込みでは、まず、セラミック部品に裏張りを取り付け、セラミック部品をカバー内に収容するステップが更に行われてもよい。必ずしも必要ではないステップ５０４では、導電性の回路が取り付けられたセラミック部品のための裏張りがシステムに追加される。裏張りは、公知の材料と構造を有するセラミック装甲システムで使用される繊維強化コンポジットを含んでいてもよい。上述したように、セラミックの裏張りへの載置は、電気回路をセラミックに取り付ける前でも後でも実施することができる。換言すれば、本発明の各種実施形態では、ステップ５０２の実施は、ステップ５０４の一部分あるいは全てを実施する前でも後でもよい。ステップ５０４において実施されうる公知の手順の例に、バッキングプレート材料として使用される繊維強化コンポジットの加熱プレスがある。

必ずしも必要ではないステップ５０６において、セラミック部品に取り付けられた電気回路の予備電気試験の測定が実施される。これは、システム内への組み付けが完全に行われる前のセラミック（例えば、裏張りに取り付けられたセラミック／回路に外側カバーが被せられる前のセラミック）に対して行う、不良部品の検出を可能にするスクリーニングの手法を提供するものである。システムにバッキングプレートが導入される前に、セラミック部品に電気回路が取り付けられる場合には、システムにバッキングプレートが組み込まれる前、後、あるいは前と後に、ステップ５０６を実施してもよい。

必ずしも必要ではないステップ５０８において、セラミックおよび裏張り部品を封入するために、ナイロン布などのカバーが取り付けられる。好ましくは、カバーは少なくとも１つのプローブを電気回路に接触させるための開口部を少なくとも１つ有する。本発明の代表的な実施形態では、カバーの外面には、回路に接触すべき位置、例えばコンタクトパッド３０８の位置を示すようにマークが付けられている。このため、オペレータは、電気プローブを配すべき位置を知覚できるため、セラミック装甲システムを過度に荒らすことなく、その後の電気的測定を実施することができる。必ずしもそうする必要はないが、ステップ５０８における操作が、ステップ５０４に組み込まれていてもよい。

ステップ５１０において、使用者は、セラミック装甲システムに取り付けられた１つ以上の電気回路に接続されたコンタクトに、測定装置に接続された電気プローブを接触させることによって、システムの「現場」試験を実施する。プローブは、カバーに設けられた特別に設計された開口部から、布カバーに設けた孔から、あるいはカバーで覆わないセラミック部品に対して、接触させうる。現場試験は、セラミック装甲システムが完全に組み立てられた後、必ずしもその限りではないがセラミック装甲システムがその使用のために実戦配備された後に実施される。測定された回路の抵抗が予想値に一致する場合、その値が記録され、セラミック装甲システムは、クラックおよびその他それに類する損傷に関しては使用可能な状態にあると判断される。回路が予想値を示さない場合には、下に詳述するように、測定値の性質によっては、セラミックがクラックを有しており、もし可能であれば交換を要すると判断されうる。その後、装甲システムは、例えば、一時的または恒久的に使用できないようにされる。

図６は、本発明の代表的な実施形態によるステップ５０２の詳細を示している。図１ｃも参照すると、ステップ６００において、セラミック体の表面（例えば表面１０８）に導電物質（図示せず）が配される。

ステップ６０２において、図１ａに示した回路１０２のパターンのようなパターンを形成するために、導電物質がパターニングされる。例えば、パターニングは、フォトリソグラフィ、光蒸着およびスクリーン印刷のような公知の方法によって行うことができる。別の実施形態では、セラミック表面に適用される金属ワイヤのパターニングでは、所定のレイアウトに従ってセラミック表面にワイヤを配置して、ボンディングすることができる。

必ずしも必要ではない６０４において、セラミックに配置された導電回路の材料が熱処理される。これは、例えば、導電物質の前駆体から揮発性成分を除去するため、および／または回路の伝導率を改善するために役立な場合がある。

図７は、本発明の代表的な実施形態によるステップ５０８の詳細を示している。任意選択のステップ７００において、セラミック装甲システムの以前の測定に関する情報が、記載（note）および／または記録される。この情報は、測定に使用する接触点の近くで、セラミック装甲システムに取り付けられた点検ステッカーに含まれるようにすることができる。この情報には、測定日、抵抗値および短いコメントを含めてもよい。

ステップ７０２において、使用者は、電気測定装置（手持ち式抵抗計など）に接続された電気プローブを導電回路に接触させる。この接触は、例えば、プローブをコンタクトパッドに置くか、または、公知の電気プローブを受け容れるように構成された少なくとも１つのコネクタ内にプローブを配することによって行うことができる。測定は、測定装置を「抵抗」モードにセットすることによって実施され、このモードは、測定中の回路の電気抵抗（例えば直流抵抗）を示す。

ステップ７０４において、測定中のセラミック装甲回路の抵抗値に関連する情報が記録される。測定に関連する情報の例に、抵抗値、測定日、前回測定時の抵抗値、およびコメントがある。代表的な実施形態では、抵抗測定の情報は、システムに取り付けられる新しい点検ステッカーに記録される。点検ステッカーは、例えば、回路接触点を覆うための、図３の部品３１０として構成されうる。別の実施形態では、ステッカーは、カバーの外面の、カバーの下に存在する回路接触点の近くに配置されうる。

必ずしも必要ではないステップ７０６において、新しい点検ステッカーが以前の点検ステッカーの代わりに配置され、それが可能なように以前の点検ステッカーが廃棄される。例えば、コンタクト３０８で測定が実施されるたびに、ステッカー３１０は更新され、新たなステッカーに置き換えられるようにすることができる。しかし、装甲測定の履歴を容易に追跡できるように、更新されたステッカーに、以前の点検ステッカーに記録されていた情報が含まれていてもよい。

ステップ７０８において、装甲システムが適切な状態にあるかどうかを検出するために、評価基準に従って電気回路の測定値がチェックされる。比較の対象となる評価基準には、それらが利用可能であれば、前に測定した抵抗値および／または予想抵抗値が含まれうる。

手順はステップ７１０に移動し、基準が満たされている場合には、ステップ７１２において、測定された回路に関連するセラミック部品が使用可能な状態にあるとマーク（mark）される。その後、装甲システムは必要に応じて現場作業に戻される。

基準が満たされていない場合、手順はステップ７１４に移動する。ステップ７１４において、使用者は、セラミック装甲の潜在的な故障を記録し（note）、部品またはシステムを更に詳しく評価するか、部品を交換するか、廃棄するか、いずれの処理が必要であるか判断する。

図８ａ〜８ｇは、本発明の追加の実施形態による、セラミック装甲システムの使い方示している。図８ａにおいて、システム８００は、端部８０６、８０８を持った回路８０２を有する。図示した例では、設計上の回路の抵抗は、約０．１Ωであると予想される。回路８０２の亀裂を引き起こすクラック８１１により、電気測定装置が、非常に高い抵抗（通常は＞１０^６Ω）または「開放」を記録し、それにより、セラミックに損傷があることを通知する。

図８ｂでは、回路８０２には、回路８０２中に意図せずに含まれることになった導電性の不良物８１４を有する。例えば、処理中に、導体の異物部分が、回路を有するセラミックの表面に入り込むことがある。のようなことは、導電物質の除去が不完全でること、または導電物質がない状態で設計されたセラミック表面の領域に意図せずに導電物質が配置されたことが原因となって生じうる。更に、回路がセラミック部品の裏面に存在する好ましい実施形態では、裏張りがセラミックに取り付けられた後では、残った導電物質の異物が存在していても目視によって検出することができない。不良８１４の位置によっては、地点８０６、８１４、８０８の間に短絡が生じる。この短絡の測定抵抗は、損傷を受けていない回路８０２の回路の総抵抗の数分の１の値となり、おそらく約０．０３Ωであると思われる。しかし、回路の予想総抵抗値がわずか約０．１Ωであるため、かつこのような測定を実施するために用いる代表的な抵抗計の測定誤差（measurement uncertainty）が、この差異よりも大きいこともあるため、使用者の測定システム８１０は、測定値と予想値のこの差の原因を、回路の問題が原因となっていたと検出しない可能性もある。したがって、このような測定を記録した後に、使用者が、システムが適切な使用可能な状態にあると誤解してしまう可能性がある。クラック８１１が図示した位置に存在している場合、回路８０２の切断された箇所は短絡点の先であるため、その存在は検出されない。このため、システム８１０は、クラックまたはそれに類する損傷があっても、抵抗の測定が明らかに正常であることによって検出されない「偽陰性」の結果を得やすい。

本発明の代表的な実施形態では、偽陰性の測定の問題を低減させるため、導電回路に抵抗器を追加する。図８ｃに示した代表的な実施形態では、システム８２０は、残りの回路８２２と直列に配置された抵抗器８１２を有する。好ましくは、抵抗器８１２の抵抗は、回路８２２の残りによって与えられる直列抵抗（「残りの回路の抵抗」）よりも実質的に高い。好ましい実施形態では、例えば、残りの回路の抵抗が約０．１〜１．０Ωの範囲の場合、抵抗器８１２の抵抗は約１０Ω以上である。残りの回路の抵抗が、例えば、約１０Ωの場合、抵抗器８１２の好ましい抵抗範囲は、約５０Ω以上に相当する。抵抗器８１２などの抵抗器は、一般に安定しており、抵抗値が再現性を有するため、回路８２２に抵抗器８１２を追加することにより、適切に機能するセラミック部品についての予想される回路の抵抗を、周知の安定した抵抗器の値に近い値に「固定する」ことができ、それにより回路の抵抗を測定しようとしている使用者の助けとなる。

図８ｃにおいて、システム８２０は、回路８０２を有する。抵抗器８１２は、端８０６、８０８間の回路の距離の約１／４の位置に配置されている。ここに示した例では、抵抗器８１２の抵抗は１０Ωである。したがって、残りの回路の抵抗をも含めた回路８２２の予想総抵抗値は、約１０．１Ωである。このため、図に示した位置に存在する不良８１４が存在する場合、測定される抵抗値は、予想抵抗値よりも非常に低く（この例では約０．０３Ω）なる。このため、使用者は、導電性の不良物が存在するという警告を受け、適宜な処置を取ることができる。例えば、この場合も使用者は、短絡点８１４の先で回路８０２と交わるクラック８１６、８１８が存在するということを直接には知ることができないものの、短絡が存在し、したがって、システム８２０のそのクラックは未だ検出されていないかもしれないという事実を使用者は知ることができる。そのため、システム８２０を使用不可とすることができる。

図８ｄは、図８ｃと同様に、抵抗器８１２を有する回路８２２を備えたシステム８３０を示している。この場合、導電性の不良物８１４は、抵抗器８１２を含んだ短絡を形成するような位置に存在している。このため、点８０６、８０８間で抵抗測定を実施する使用者は約１０．０６Ωの測定値を得、この値は、予想値の１０．１Ωに非常に近い。したがって、このような測定が行われると、システム８３０が使用可能であると示す別の偽陰性の判断が行われる可能性が高い。この場合、図に示す位置にあるクラック８１６、８１８の存在は、依然として検出されることはない。

図８ｅは、本発明の別の代表的な実施形態に配置されたシステム８４０を示す模式図である。このシステムは、回路の電気的測定中における偽陰性の発生を最小化するように配置された抵抗器８１２を有する回路８３２を備えている。抵抗器８１２は、端部８２８と８２６の間、回路の電気径路のほぼ中間地点に位置している。このため、短絡を生じさせる導電性の不良物があればそれがどこにあっても、抵抗器８１２が回路から除外される。このため、使用者は、回路８３２のどの位置に短絡不良（例えば図８ｅに示す不良８１４）が存在しても、その存在を知ることができる可能性が高い。このため、システム８４０は、偶発的な短絡不良を検出することを保証する方法を使用者に提供する。抵抗器８１２は短絡された回路の中には含まれないため、約１０Ωの予想回路の抵抗の測定結果を得た使用者は、その測定結果が、セラミックのクラックが短絡の外に存在しているためその存在が検出されないという偽陰性を示すものではないということを保証される。

システム８４０は、使用者が偽陰性の結果を見落となさいよう保証するが、このシステムは短絡不良（存在する場合）の位置に関する情報を使用者に容易に提供することができるものではない。図８ｅに示す例では、導電性の不良物８１４による短絡は、セラミック８２４の角の抵抗器８１２の近くに存在する。このため、使用者は、約０．１Ω（残りの回路の抵抗の和）の抵抗の測定結果を得る。しかし、仮に、不良物８１４が、端部８２６、８２８のすぐ上の点Ｅ−Ｅ'に存在している場合には、記録される抵抗は、正確に測定可能であるとすれば、約０．０１Ωになると考えられる。したがって、使用者は、上述の２つの場合を区別できない可能性がある。後者の場合、セラミックの内に存在するクラックを検出不可能な状態になる可能性があるため、使用者はそのシステムの使用を避けるのが賢明であると思われる。しかし、前者の場合には、図８ｅに示すように、システムは、回路のほぼどの地点に存在するクラックであってもそれを検出することが可能である。しかし、少なくとも、回路がセラミック部品および裏張りの接合面に設けられる場合、システム８４０内の短絡を測定した使用者は、短絡の位置を確実に確認する方法を有さないことになる。そのために、システム８４０は「偽陽性」となったため、使用を避けなければならない可能性が高い。「偽陽性」との用語は、導電性の不良物によって、システムが不良品であることを使用者が警告されることを意味し、図８ｅの場合のように、クラック検出が完全に可能であるとしても、クラック検出の信頼性が高いと考えるべきではない。

図８ｆは、本発明の好ましい実施形態に従って配置されたシステム８５０を示す模式図である。このシステムは、回路全体に複数の抵抗器を有する回路８４２を備える。例えば、抵抗器８１２の抵抗は、それぞれ約１０Ωである。図に示すように、システム８５０は、回路全体にわたり、間隔を置いて設けられた７つの抵抗器を有する。導電性の不良物のない初期の回路は、ほぼ７０．１Ωの抵抗を示す。回路８４２の利点は、短絡を生じさせている不良の位置に関する位置情報を使用者に提供するように、回路内に設けられた抵抗器が配置されているという点にある。図８ｆに示す例では、残りの回路の抵抗を無視すると、導電性の不良物８１４が存在する回路の抵抗の測定値は約６０Ωとなる。この値は、端部８３６、８３８と導電性の不良物８１４による短絡によって作られた回路の中に存在し、その回路にもはや含まれなくなった抵抗器を除いた６つの抵抗器８１２によるものである。６０Ωという抵抗値によって、図８ｆにＦで示す領域内に導電性の不良物が存在していることがわかることは、当業者に明らかであろう。同様に、導電性の不良物８１４が図８ｇに示す場所に存在する場合には、回路の抵抗の測定値は約３０Ωとなる。後者の場合、測定された３０Ωという値を得るには、抵抗器８１２の４つが回路から除外され、３つの抵抗器が回路の短絡より内側の部分に存在する必要があるため、使用者は、不良がＧに示す領域内に存在していることを、高い信頼性で保証される。回路に更に抵抗器を追加することによって、短絡を起こしている潜在的な不良の位置の範囲を更に狭めることができることは、当業者に更に明らかであろう。

図９は、本発明の更に別の実施形態によるセラミック装甲システムの部品を示す模式図である。システム９００には、セラミック部品９０４に取り付けられた、抵抗器９０６をその一部に有する電気回路９０２に加えて、湿気センサが、回路９０２と接触するように設けられている。湿気センサは、さまざまな公知の湿気センサのうちの１つでよい。このセンサは、例えば、湿気に曝されると、抵抗が管理された方法で変化する導電材料により作られている。代表的な実施形態では、回路９０２の設計および製造時の抵抗は、湿気センサの抵抗約２０Ωを入れて、約５０Ωである。センサ９０８の抵抗は、相当量の湿気に曝されると約５０Ωに増大しうる。このため、約８０Ωの総回路の抵抗の測定値を得た現場の使用者は、システム９００が不必要な湿気に曝されたと適切に結論付けることができ、適宜処置をとることができる。

上記の説明では、セラミックに取り付けられた導電回路を完全に断線させるだけの亀裂をセラミックに生じるに足りるほどに十分に長いクラックがセラミックに生じた場合に重点を置いたが、顕微鏡的な亀裂が回路を不完全に断線させ、ある程度の電気伝導度が残っている場合も予想される。その場合、使用者が測定により得る回路の抵抗値は、予想される初期の値を上回っているが、回路が完全に断線したことを示す程は高くはないものである可能性がある。このことは、初期のまたは顕微鏡的なクラック形成やそれに類する損傷について使用者に警告するのに役立ちうる。したがって、本発明の各種実施形態は、セラミック装甲部品内の広範囲にわたる不良の可能性について使用者に警告する情報を提供することができる。

例示ならびに説明のため、本発明の好ましい実施形態を上記に開示した。あらゆる形態を網羅したり、本発明を開示したそのままの形態に限定するものではない。上記の開示を鑑みれば、当業者にとって、本明細書に記載した実施形態の多くの変形例および変更例が明らかとなろう。本発明の範囲は、本明細書に添付の特許請求の範囲ならびにその均等物によってのみ定義される。例えば、プレート状のセラミック部品を有する本発明の実施形態について記載したが、円筒、立方体などの他の部品の幾何学形状や形状が考えられる。

更に、本発明の代表的な実施形態を記載する際に、本明細書では、本発明の方法および／または工程を、特定順序の一連のステップによって記載した。しかし、その方法または工程が、記載した特定のステップの順序に依存しない限り、その方法または工程は、ここに記載した特定のステップの順序に限定されるべきではない。当業者が理解するように、ステップの順序の変更も可能である。したがって、本明細書に記載した特定のステップの順序は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。更に、本発明の方法および／または工程を対象とした特許項は、ステップの実行を、記載どおりの順序に限定されるべきではなく、本発明の趣旨ならびに範囲から逸脱することなくその順序を変更してもよいことを当業者は容易に理解できる。

本発明の代表的な実施形態による、クラック検出のための組込み型回路を有する装甲システムを示す模式図である。 図１ａのクラック検出のための組込み型回路を有する装甲システム中のクラック形成を示す模式図である。 図１ｂに示すセラミック部品の断面を示す模式図である。 本発明の別の代表的な実施形態による、クラック検出のための組込み型回路を有する装甲システムを示す模式図である。 本発明の別の実施形態による、組込み型の不良検査装置を備えたセラミック装甲システムの詳細を示す模式図である。 本発明の更に別の代表的な実施形態による、セラミック装甲システムとコンタクトをとるための側面コンタクトの詳細を示す模式図である。 本発明の代表的な実施形態による、セラミック装甲システムとコンタクトをとるための一体化されたコネクタの詳細を示す模式図である。 本発明の代表的な実施形態による、セラミック装甲の不良の「現場」での検出のための代表的なステップを示す図である。 図５に示す手順の追加の詳細を示す図である。 図５の手順の更に詳細を示す図である。 本発明の代表的な実施形態による、セラミック装甲内のクラック検出のための回路を示す模式図である。 図８ａの回路の測定に対する、導電性の不良物の影響を示す模式図である。 本発明の別の実施形態に従って配置された回路の測定に対する、クラックと導電性の不良物が同時に存在することの影響を示す模式図である。 図８ｃの回路に実施される測定に対する、導電性の不良物の位置の変化の影響を示す模式図である。 本発明の別の代表的な実施形態に従って配置された回路の測定に対する、導電性の不良物の影響を示す模式図である。 本発明の更に別の代表的な実施形態に従って配置された回路の測定に対する、導電性の不良物の位置の影響を示す模式図である。 本発明の更に別の代表的な実施形態に従って配置された回路の測定に対する、導電性の不良物の位置の影響を示す模式図である。 本発明の更に別の実施形態によるセラミック装甲システムの部品を示す模式図である。

Claims (27)

1. セラミックの不良の検出装置が組込まれたシステムであって、
   前記システム内に収容された１つ以上のセラミック部品と、
   電気的測定を行えるようにされた１つ以上の導電回路であり、前記セラミック部品の少なくとも１つにおける少なくとも１つの第１表面にその少なくとも１つが取り付けられるものと、
   複数のコンタクトであり、そのうちの少なくとも２つが、前記１つ以上の導電回路における抵抗を測定するための装置を利用できるようにして各導電回路に接続されているものと、
   を備えたシステム。
2. 前記セラミック部品はセラミックコンポジットを含む、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記セラミック部品に取り付けられた裏張りを更に有する、
   請求項１に記載のシステム。
4. 前記１つ以上の導電回路内に組み込まれた少なくとも１つの抵抗器を更に有する、
   請求項１に記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つの抵抗器の抵抗は、それが含まれる導電回路の残りの部分の抵抗よりも著しく高くされている、
   請求項４に記載のシステム。
6. 前記導電回路のうちの少なくとも１つは、導電性の不良物のある位置についての位置情報を提示できるように配置された複数の抵抗器を有する、
   請求項４に記載のシステム。
7. 前記複数のコンタクトは、前記少なくとも１つの第１表面に配置されたコンタクトパッドを有する、
   請求項１に記載のシステム。
8. 前記複数のコンタクトは、電気プローブを受け容れるようにして一体化されたコネクタを有する、
   請求項１に記載のシステム。
9. 前記複数のコンタクトは、側面コンタクトを有し、前記側面コンタクトの各々は、セラミック部品の側面に少なくともその一部が配置されており、これにより、前記少なくとも１つの第１表面に配置された前記導電回路を、前記側面コンタクトに配置されたプローブを用いて測定できるようになっている、
   請求項１に記載のシステム。
10. 前記１つ以上の導電回路は、セラミック部品の裏面に取り付けられている、
    請求項１に記載の回路。
11. 前記１つ以上の導電回路は、セラミック部品の前面に取り付けられている、
    請求項１に記載の回路。
12. 前記セラミック部品は、前面に取り付けられた少なくとも１つの導電回路を有し、裏面に取り付けられた少なくとも１つの導電回路を更に有する、
    請求項１に記載の回路。
13. 複数の導電回路が前記第１表面に取り付けられている、
    請求項１に記載の回路。
14. 前記少なくとも１つの導電回路に取り付けられた水分検出器を更に有する、
    請求項１に記載のシステム。
15. セラミック部品を保護するものとされ、且つ前記１つ以上の導電回路が取り付けられている１つ以上のカバーを更に有しており、各カバーは前記１つ以上の導電回路の電気的測定を実施できるようにされている、
    請求項１に記載のシステム。
16. セラミック部品中の不良を検出する方法であって、
    前記セラミック部品の表面に１つ以上の導電回路を配するステップと、
    前記セラミック部品を収容するように設計されたセラミック装甲システムに前記セラミック部品を組み込むステップと、
    前記セラミック部品に取り付けられた前記１つ以上の導電回路の電気伝導度を測定することによって、そのセラミック部品を現場試験するステップと、を有する、
    方法。
17. 前記セラミック部品を組込むステップは、
    前記セラミック部品に裏張りを貼るステップと、
    裏張りが貼られた前記セラミック部品をカバー内に収容するステップと、
    を有する請求項１６に記載の方法。
18. １つ以上の導電回路を配するステップは、
    前記セラミック部品の表面に導電物質を配するステップと、
    前記導電物質をパターニングするステップと、
    を有する請求項１６に記載の方法。
19. 前記セラミックの前記表面に前記導電物質を配した後に、前記セラミックを熱処理するステップを更に有する、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記セラミック装甲システム内に前記部品を完全に組み付ける前に、取り付けられた導電回路を有する前記セラミック部品に予備電気試験を実施するステップを更に有する、
    請求項１８に記載の方法。
21. 前記セラミック部品を現場試験するステップは、
    前記セラミック装甲システムの以前の測定に関する情報を記載し、記録するステップと、
    電気測定装置に接続された電気プローブを導電回路に接触させるステップと、
    測定対象の前記導電回路の抵抗値に関連する情報を記録するステップと、
    評価基準に従って前記導電回路の測定値をチェックするステップと、
    を更に有する、
    請求項１６に記載の方法。
22. 前記導電回路の以前の測定に関連する点検ステッカーを廃棄するステップと、
    前記現場試験の測定に関する情報を含む新しい点検ステッカーを前記セラミック装甲システムに貼るステップと、を更に有する、
    請求項２１に記載の方法。
23. 前記評価基準を満たしている場合、前記現場試験に関連する前記セラミック部品は使用可能であるとしてマークされる、
    請求項２１に記載の方法。
24. 前記評価基準を満たしていない場合、前記現場試験に関連する前記セラミック部品は不良品であるとしてマークされる、
    請求項２１に記載の方法。
25. 不良のセラミック部品を判定するための現場試験に適合するようにされたセラミック装甲システムであって、
    弾道衝撃保護手段と、
    前記セラミック装甲システム内に前記弾道衝撃保護手段を収容する手段と、
    前記弾道衝撃保護手段内に損傷が存在することを信号によって通知する手段と、
    前記セラミック装甲システム内で生成される損傷の信号にアクセスするための手段と、
    を有するセラミック装甲システム。
26. 損傷を信号によって通知する前記手段は、前記弾道衝撃保護手段に取り付けられている、
    請求項２５に記載のセラミック装甲システム。
27. 使用者が、損傷の信号にアクセスするための前記手段に、導電電気プローブを使用して接触するようにされているとともに、前記電気プローブを使用して測定される抵抗は、前記弾道衝撃保護手段内の損傷の有無を検出するために使用されるようになっている、
    請求項２５に記載のセラミック装甲システム。

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