JP2009287827A - 防護用部材、防護ユニットおよび防護体 - Google Patents

Abstract

【課題】 貫通性能の高い銃弾等の飛翔物に対して、防護性能がさらに優れ、しかも軽量の防護用部材およびこれを用いた防護体が望まれている。
【解決手段】 セラミックスからなる本体の受衝面１ａとは反対側の面１ｃの外周部に傾斜面１ｄを有する防護用部材１により、防護用部材１にクラックが進展しにくくなるため、防護用部材１における飛翔物の貫通を阻止する防護性能は損なわれない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軽量で高い機械的特性を有する防護用部材およびこれを用いた防護体に関する。特に、銃弾や砲弾等の飛翔体や鋭利な刃物の貫通を制限して人体，車両，船舶，航空機等を保護するための防護用部材およびこれを用いた防弾チョッキ，防刃チョッキ，防刃盾，防弾機能付きカバン，防弾ヘルメット，防弾板等の防護体に関する。

最近、防護用部材の需要は増加の一途を辿っている。このような防護用部材には、軽量化が要求されるとともに、銃弾や砲弾等によって大きな圧縮応力が加わるため、高い圧縮強度が要求される。軽量で、かつ高い機械的特性を有する材料としては、炭化硼素セラミックスおよび炭化珪素セラミックス等を挙げることができ、これらは実際に銃弾や砲弾等に対する防護用部材の材料として用いられている。

このように、高い圧縮強度を有する防護用部材として、特許文献１では、実質的に球形状若しくは円柱形状の複数個のペレットを、互いに６箇所以上の点若しくは線で接触する状態でプレート上に配設し、各ペレット間の隙間を、上記ペレットよりも硬度の低い充填材で埋めた構造を有する複合防護板が提案されている。

特許文献１に開示されているペレット２１の形状としては、図１０（ａ）に示すような球形状、図１０（ｂ）および（ｃ）に示すような円柱状がある。

ペレット２１の形状を球形状とした場合には、各ペレット２１同士は点接触となる。一方、ペレット２１の形状を実質的に円柱形状とした場合には、各ペレット２１同士は線接触となる。

図１１に示すように、複合防護板を構成するペレット２１は、周囲のペレット２１と６点で接触する状態で配置されている。また、ペレット２１同士の隙間は、ペレット２１よりも低硬度の充填材２２で満たされている。

特許文献２には、ヘルメットの表面層にセラミックスで構成された層を有し、このセラミックス層が、複数のセラミックス片で構成されている防護ヘルメットが提案されている。

図１２は特許文献２に開示されているセラミックス片形状の代表的な例を示す。
特開２００６−１９４４９０号公報 特開平９−１３８０９７号公報

しかしながら、現在、貫通性能の高い銃弾等の飛翔物に対して、防護性能がさらに優れ、しかも軽量の防護用部材およびこれを用いた防護体が望まれている。

本発明の目的は、貫通性能の高い銃弾等の飛翔物に対する防護性能を従来よりも向上させた軽量な防護用部材、防護ユニットおよび防護体を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明の防護用部材は、セラミックスからなる本体の受衝面とは反対側の面の外周部に傾斜面を有することを特徴とする。

また、本発明の防護ユニットは、複数の防護用部材の前記傾斜面が形成されている面どうしが隣り合うように並設したことを特徴とする。

さらに、本発明の防護体は、基体上に防護ユニットを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、防護用部材にクラックが進展しにくくなるため、防護用部材における銃弾等の飛翔物の貫通を阻止する防護性能は損なわれない。

また、防護部材を構成するセラミックスとして比重が小さく、硬度が高いものを採用することで、特に人体を保護するための防弾チョッキ、防弾ヘルメット等に用いると軽量化され、好適である。

また、本発明の防護ユニットによれば、着弾等した防護用部材が隣接する防護用部材に対して傾いたとしても着弾等した防護用部材の裏面側の傾斜面と、隣接する防護用部材の裏面側の傾斜面とは接触しないため、隣接する防護用部材にクラックが進展しにくくなるので、クラックの進展方向に並設する防護用部材にもクラックが進展しにくく、防護性能が高い防護ユニットとすることができる。

さらに、本発明の防護体は、上述したように防護性能の高い防護ユニットを設けたことから、銃弾や砲弾等の飛翔物の貫通を高い確率で減少させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、模式的に示した図面を参照しつつ詳細に説明する。図面において共通の部位を表す場合は同一符号を用いる。

図１に示すように、本実施形態の防護用部材１，２は、セラミックスからなる板状体の本体を備えた防護用部材１，２であって、板状体の外周部である側面１ｂ，２ｂの裏面（受衝面とは反対側の面）１ｃ，２ｃ側の外周部に傾斜面１ｄ，２ｄが形成されている。受衝面である表面１ａ，２ａにより、銃弾や砲弾等の飛翔物や刃物等による衝撃やその他外部からの衝撃を受けとめることができる。なお、本体の外形は板状体に限定されず、直方体等を含む角柱状でもよい。また、傾斜面は外周部の一部または全てに形成されるようにしてもよい。

このような構成にすることにより、板状体の側面同士を接触させて配置させて防護ユニットとすることができる。これにより、着弾した防護用部材１が隣接する防護用部材２に対して傾いたとしても、着弾した防護用部材１の裏面１ｃ側の側面（傾斜面と隣り合う面）と、隣接する防護用部材２の裏面２ｃ側の側面（傾斜面と隣り合う面）とは接触していないので、隣接する防護用部材２にクラックが進展しにくくなる。これにより、銃弾の貫通を阻止する性能（以下、防護性能という。）はほとんど損なわれない。

このような板状体の大きさは、例えば長さが１０ｍｍ以上４００ｍｍ以下，幅が１０
ｍｍ以上４００ｍｍ以下，厚みが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であって、厚みが長さおよび幅より小さい。そして、板状体の側面１ｂと裏面１ｃとがなす角度αは１３０°以上１４０°以下であることが好適であり、傾斜面１ｄの途中で角度が変わっていても何等差し支えない。また、傾斜面１ｄは板状体の厚みに対して２％以上の高さを有することが好適である。ここで、板状体とは、厚みが長さおよび幅より小さい本体をいうものとする。

また、防護用部材１，２は、その性質上、硬度が高いことが好ましく、人体を保護するために用いられるような場合には、比重が高いことも求められる。

このような観点から、本実施形態の防護用部材１，２に用いられるセラミックスは、炭化珪素または炭化硼素を主成分（以下、それぞれ炭化珪素セラミックス，炭化硼素セラミックスという。）とすることが好適である。

その理由はこれらセラミックスは比重が３．２（炭化珪素セラミックス），２．５（炭化硼素セラミックス）以下と小さいので、人体を保護するための防弾チョッキ、防弾ヘルメット等に用いると軽量化されるからである。また、硬度はビッカース硬度で２３ＧＰａ以上（炭化珪素セラミックス），２８ＧＰａ（炭化硼素セラミックス）以上と高いので、防護性能が高くなるからである。このビッカース硬度については、ＪＩＳ Ｒ １６１０−２００３またはＩＳＯ１４７０５：２０００に準拠して測定すればよい。

ここで、本実施形態における主成分とは、防護用部材１，２を構成する成分のうち、７０質量％以上を占める成分をいう。

また、硬度，剛性および圧縮強度を高くするために、本実施形態の防護用部材１，２に用いられるセラミックスを緻密化することが望ましく、相対密度は９５質量％以上、さらには９９質量％以上とすることが好適である。

図３に示すように、本実施形態の防護用部材１，２に用いられる炭化珪素セラミックスは、炭化珪素を主成分とする主相１１と、少なくとも硼素、珪素および炭素を含有する副相１２とを有してなるとともに、副相１２の全体が主相１１内に存在していることが好適である。

あるいは、本実施形態の防護用部材１，２に用いられる炭化珪素セラミックスは、図４に示すように、炭化珪素を主成分とする主相１１と、少なくとも硼素、珪素および炭素を含有する粒状の副相１２とを有してなるとともに、副相１２は複数の主相１１間に存在していることが好適である。

副相１２とは、少なくとも硼素、珪素および炭素を含有してなり、例えば、これら各元素が単独で存在したり、珪素と硼素が化合してＳｉＢ_４，ＳｉＢ_６等の珪化物や炭化珪素として存在したりするものであり、これらの組成物はＸ線回折法で同定することができる。この副相１２が複数の主相１１にまたがって存在する柱状の相あるいは針状の相であると、熱伝導の担体であるフォノンの動きが大きな制約を受けるが、副相１２が複数の主相１１内に粒状に存在したり、複数の主相１１間に粒状に存在したりしていることから、フォノンの動きがほとんど制約されないため、炭化珪素結晶の有する高い熱伝導性が十分発揮され、銃弾や砲弾等の飛翔体から加えられる衝撃によって発生する局部的な温度上昇が抑制される。その結果、防護用部材１，２の硬度および弾性率の低下を小さくすることができ、飛翔体を破壊する能力を向上させることができる。

また、防護用部材１，２は、隣り合う副相１２間の距離ｄによってもその熱伝導性は影響を受ける。つまり、距離ｄが短いとフォノンの動きは制約を受けやすく、距離ｄが長いとフォノンの動きは制約を受けにくくなる。

このような観点から、本実施形態の防護用部材１，２では、隣り合う副相１２間の距離ｄを３μｍ以上とすることが好ましく、距離ｄをこの範囲にすることで、フォノンの動きはさらに制約を受けにくくなる。

副相１２が主相１１内に存在する状態や副相１２が複数の主相１１間に存在する状態は、防護用部材１，２の断面を研磨して鏡面にし、この鏡面を透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用い、倍率を５００〜１００００倍にして観察すればよい。

ここで、副相１２は硼素、珪素および炭素以外の不可避不純物であるＮａ，Ｍｇ，Ｆｅ，ＡｌおよびＣａが含まれていても何等差し支えないが、機械的特性を維持するという観点から防護用部材１００質量％に対し、これら不可避不純物はその合計が１質量％以下であることが好適である。

また、防護用部材１，２の熱伝導性や耐衝撃性は、副相１２の形状、即ちアスペクト比の影響を受けやすい。図３（ｂ），図４（ｂ）は１つの副相１２を模式的に示した図であり、副相１２のアスペクト比とは短軸ａに対する長軸ｂに対する比率であり、この比率が小さくなるほど、フォノンの動きが制約されにくくなるため、防護用部材１，２の熱伝導性、耐衝撃性とも向上する。

ここで、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、副相１２の外接円の直径を長軸ｂとし、長軸ｂの中点で直交するとともに副相１２の輪郭との交点を結ぶ直線を短軸ａとする。

本実施形態の防護用部材１，２では、炭化珪素セラミックスにおける副相１２は粒状であり、アスペクト比を２．５以下（０を除く）とすることが好適であり、アスペクト比がこの範囲では防護用部材１，２の熱伝導性、耐衝撃性とも向上させることができる。

ここで、副相１２のアスペクト比は、防護用部材の断面を研磨して鏡面にし、この鏡面を、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用い、倍率５００〜１００００倍の画像より求めることができる。

また、上述したように副相１２は、少なくとも硼素、珪素および炭素を含有してなるが、副相中の珪素や炭素は、詳細を後述するように、本発明の防護用部材の製造方法において、炭化珪素粉末に炭化硼素粉末等を添加、混合して得られる原料粉末を成形、焼成して得られるものであるため、炭化珪素セラミックスでは副相１２として存在するものである。特に、本実施形態の防護用部材１，２では副相１２に含まれる硼素が重要な作用を成し、防護用部材１，２の機械的特性や熱伝導性に影響を及ぼす。本実施形態の防護用部材１，２が炭化珪素セラミックスであるとき、硼素はその含有量を炭化珪素セラミックス１００質量％に対し、０．１質量％以上０．５質量％とすることが好適であり、含有量をこの範囲にすることで、高い機械的特性と熱伝導性を兼ね備えた防護用部材とすることができる。

硼素の含有量は、蛍光Ｘ線分析法やＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分析法を用いて測定することができる。

また、炭化珪素セラミックスの熱伝導率は、防護用部材１，２の熱伝導性および耐熱衝撃性に影響を及ぼす。つまり、熱伝導率が高いと炭化珪素セラミックスの熱伝導性、耐熱衝撃性とも高いため、飛翔体の衝撃が防護用部材１，２に加えられても、クラックは発生しにくい。

このような観点から、本実施形態の防護用部材１，２が、炭化珪素セラミックスであるとき、その熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好適である。熱伝導率がこの範囲にあると、飛翔体の衝撃が防護用部材１，２に加えられても、クラックは発生しにくい。さらに、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好適である。

また、本実施形態の防護用部材１，２に炭化硼素セラミックスが用いられる場合、炭化硼素セラミックス中にグラファイトおよび炭化珪素を含有させると、防護用部材の要求特性である圧縮強度を高くすることができるので、好適である。

グラファイトおよび炭化珪素は、炭化硼素セラミックスの焼成工程における焼結助剤として作用する。グラファイトは炭化硼素粒子の異常な粒成長を抑制して、炭化硼素セラミックスの緻密化を進行させ、炭化珪素は焼成工程における蒸発、凝縮機構により炭化硼素粒子を強固に結合させるので、炭化硼素セラミックスの圧縮強度を高くすることができる。特に、炭化珪素の粉末はα型炭化珪素の粉末であることが好適であり、α型炭化珪素の粉末を用いることにより、焼成中α型炭化珪素は板状に成長してα型炭化珪素結晶粒子となる。炭化硼素セラミックスに微小なクラックが入ったとしても、板状に成長したα型炭化珪素結晶粒子の存在により、クラックは進展しにくくなる。

図５はグラファイトの結晶構造を模式的に示すものであり、グラファイトが整然とした配向を示す構造である場合、グラファイト結晶粒子内の細孔が減少するため、圧縮強度を高くすることができる。

本実施形態の防護用部材１，２をなす炭化硼素セラミックスでは、グラファイトはＸ線回折法を用いた測定による、（００２）面からの半値幅を０．３°以下（０°を除く）とすることが好適である。また、グラファイトの結晶構造は、図５（ａ）に示す構造となり、さらに圧縮強度を始めとする機械的特性、例えば曲げ強度，ヤング率，硬度等を高くすることができる。

図６は、本発明の防護用部材をなす炭化硼素セラミックスのＸ線回折チャートの例である。図６に示すように、（００２）面からの回折ピークは、ピーク（ｐ）として表される。ここで、（００２）面の半値幅とは、このピーク（ｐ）の半値における回折角（２θ）の幅をいう。この幅を０．３°以下（０°を除く）とすることで、グラファイトの結晶構造は図４（ａ）に示す構造となり、グラファイト結晶粒子内の細孔が減少する結果、圧縮強度を高くすることができる。特に、グラファイトの結晶構造は、２Ｈグラファイトと呼ばれる六方晶系であって、ＪＣＰＤＳカード＃４１−１４８７で示される結晶構造であることが好適である。

また、グラファイトは炭化硼素セラミックス１００質量％に対して、１質量％以上１０質量％以下、炭化珪素は炭化硼素セラミックス１００質量％に対して０．５質量％以上５質量％以下で含むことが好ましい。これにより、焼成中の硼素（Ｂ）や炭素（Ｃ）の原子が移動しやすくなり、十分に緻密化する結果、防護用部材の要求特性のひとつである圧縮強度を高くすることができる。

炭化硼素セラミックス中のグラファイト、炭化珪素の同定については、例えばＣｕＫα線を用いたＸ線回折法で同定することができる。また、グラファイトの定量分析はリートベルト法を用いたＸ線回折を用いて行なうことができる。

具体的には、まず、予め検量線を作成する。すなわち、グラファイト粉末と炭化硼素粉末との混合粉末を準備する。組成比を変えた混合粉末に対して、グラファイトの（００２）面に帰属するＸ線回折ピークの面積Ｉ（Ｃ）と炭化硼素（Ｂ_４Ｃ）の（０２１）面に帰属するＸ線回折ピークの面積Ｉ（Ｂ_４Ｃ）の比Ｉ（Ｃ）／Ｉ（Ｂ_４Ｃ）を求め、グラフにプロットした後、最小二乗法を用いて直線からなる検量線を作成する。図７は、グラファイト粉末と炭化硼素粉末との混合粉末より得られる検量線図の一例である。

次に、この検量線を用いて、炭化硼素セラミックスにおけるグラファイトの含有量を決定する。すなわち、炭化硼素セラミックスにＸ線を照射して得られる比Ｉ（Ｃ）／Ｉ（Ｂ_４Ｃ）を求め、検量線から、炭化硼素セラミックス中のグラファイトの含有量を測定することができる。

さらに、炭化珪素の定量分析は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析法を用いて測定することができる。具体的には、ＩＣＰ発光分析法によってＳｉの含有量を測定し、Ｓｉの全てがＳｉＣとなっているとみなして、ＳｉＣに換算し、その換算量を炭化珪素の含有量とすることができる。

また、本実施形態の防護用部材１は、その防護性能が傾斜面１ｄ，２ｄの性状によって異なるので、図２に示すように、傾斜面１ｄ、２ｄが凸曲面状であることが好適である。この理由は、着弾した防護用部材１が隣接する防護用部材２に対して傾いたとしても、隣接する防護用部材２に対する衝撃は緩和され、隣接する防護用部材２にクラックがさらに進展しにくくなるので、防護性能がより向上するからである。傾斜面１ｄの曲率半径Ｒは、例えば６００ｍｍ以下であることが好適であり、傾斜面１ｄ，２ｄの途中で曲率半径Ｒが変化していても何等差し支えない。

また、本実施形態の防護用部材１，２は、その防護性能が板状体の表面１ａ，２ａの性状によって異なり、表面１ａ，２ａが凸曲面状であることが好適である。この理由は、表面１ａ，２ａが凸曲面状であると、銃弾や砲弾の飛翔方向と表面１ａ，２ａの法線とが一致する確率が大幅に減少し、その結果、銃弾や砲弾は表面１ａ，２ａを滑るように着弾するので、その破壊エネルギーが吸収または散逸されるからである。このような表面１ａ，２ａの曲率半径は、例えば、６００ｍｍであることが好適である。

ここで、上述した防護用部材１，２は、その性能から２種類に分類され、内部に爆発物質を含み、銃弾や砲弾等の飛翔体が着弾したときにその爆発物質が起爆して対抗する反応性防護用部材と、銃弾や砲弾等の飛翔体が着弾してもその貫通を阻止する受動性防護用部材とがあり、特に受動性防護用部材として用いることが好適である。

図８，９に示す本実施形態の防護ユニット１０は、本実施形態の防護用部材１，２，３，・・・が、側面同士（あるいは傾斜面同士）が隣り合うように並設している。このような構造にすると、着弾した防護用部材１が隣接する防護用部材２に対して傾いたとしても着弾した防護用部材１の裏面１ｃの稜線と、隣接する防護用部材２の裏面２ｃの稜線とは接触しないため、隣接する防護用部材２にクラックが進展しにくくなるので、クラックの進展方向に並設する防護用部材３にもクラックが進展しにくく、防護性能が高い防護ユニット１０とすることができる。

図８および図９に示すように、防護ユニット１０は、それぞれ図１および図２に示す防護用部材１，２を用いたものであるが、図１および図２に示す防護用部材１，２が混ざって、防護ユニット１０を構成してもよい。

また、図８および図９に示すように、防護ユニット１０は、防護用部材１，２，３・・・のすべてが炭化珪素セラミックスまたは炭化硼素セラミックスから構成されていても、あるいは炭化珪素セラミックスからなる防護用部材と炭化硼素セラミックスからなる防護用部材とが混ざって構成されていてもよい。

また、互いに隣り合う防護用部材１，２間、２，３間、・・・に接着材が介在していても好適である。この理由は、接着剤による緩衝層が形成されて、隣接する防護用部材にクラックがさらに進展しにくくなるので、防護性能がより高い防護ユニット１０とすることができるからである。このような緩衝層は、例えば、厚みが１μｍ以上５０μｍ以下であり、シアノアクリレート系樹脂，エポキシ樹脂，フェノール樹脂，ポリウレタン樹脂，アクリル樹脂，酢酸ビニル樹脂，塩化ビニル樹脂およびユリア樹脂の少なくともいずれか１種から形成するとよい。

また、本実施形態の防護ユニット１０は、板状体の厚みに対する傾斜面１ｄ，２ｄ，・・・が形成されていない側面１ｂ，２ｂ，・・・の高さの比率によって、防護ユニット１０の性能が異なる。この高さの比率が低いと、銃弾や砲弾が防護用部材１，２間に着弾すると貫通するおそれが発生するが、その比率が高いと、隣接する防護用部材にクラックが進展するおそれが発生する。

このような観点から、本実施形態の防護ユニット１０は、板状体の厚みに対する傾斜面１ｄ，２ｄ，・・・が形成されていない側面１ｂ，２ｂの高さが１．２％以上２０％以下であることが好適であり、この範囲であると、銃弾や砲弾が防護用部材１，２間に着弾しても貫通するおそれや隣接する防護用部材にクラックが進展するおそれを低くすることができる。

本発明の防護体は、上述したように防護性能の高い防護ユニットを設けたことから、銃弾や砲弾等の貫通を高い確率で減少させることができる。

このような防護体は、例えば、防護ユニットを適当な基体上に固定する等により、防弾チョッキ，防刃チョッキ，防刃盾，防弾機能付きカバン，防弾ヘルメットあるいは防弾板等として用いることができる。

また、本発明の防護体は、本実施形態の防護ユニット１０がその裏面でポリエチレン繊維、アラミド繊維およびカーボン繊維を含む繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の少なくともいずれか１種と接していることが好適である。ポリエチレン繊維、アラミド繊維およびカーボン繊維は結節強さが高いため、銃弾や砲弾の破壊エネルギーを吸収または散逸させることができるともに、着弾時に飛散するセラミックスの破片による２次災害を減少させることができる。

ここで、本発明の防護用部材の一例として、板状体が炭化珪素セラミックスである場合の製造方法について説明する。

第１に、炭化珪素粉末に水，分散剤および炭化硼素粉末，フェノール樹脂等の焼結助剤を加え、ボールミルで混合，粉砕してスラリー化し、このスラリーにバインダを添加，混合した後、噴霧乾燥して炭化珪素を主成分とする顆粒（以下、炭化珪素質顆粒という。）を準備する。

炭化珪素セラミックスに対する硼素の含有量は、添加する炭化硼素粉末の影響を受け、炭化珪素セラミックス１００質量％に対し、硼素の含有量を０．１質量％以上０．５質量％以下とするには、炭化硼素粉末の含有量を炭化珪素粉末に対して、０．１２質量％以上０．６４質量％以下とすればよい。

第２に、炭化珪素質顆粒を所定の成形型に充填し、公知の成形方法、例えば乾式加圧成形法または等方加圧成形法を用いて、相対密度４５〜７０％の所望の形状とする。銃弾や砲弾等の飛翔体の貫通をさらに十分に制限できる構造を有する防護用部材を作製するためには、焼成後に受衝面となる面を凸状曲面とすることが好適である。

第３に、窒素雰囲気中、１０〜４０時間で昇温し、４５０〜６５０℃で２〜１０時間保持後、自然冷却して脱脂する。

第４に、たとえば、不活性ガスの雰囲気中、温度１８００〜２２００℃で、１〜１０時間保持することで炭化珪素セラミックスを得ることができ、さらに、温度１８００〜２２００℃で加圧力を２０〜５０ＭＰａとして、ホットプレスをしてもよい。

このようにして得られた炭化珪素セラミックスの側面の裏面側綾部に研削，研磨等を施すことにより傾斜面が形成され、本発明の防護用部材を得ることができる。

上述した製造方法により、防護用部材１，２を構成するセラミックスが炭化珪素セラミックスである本発明の防護用部材を得ることができる。

ここで、本発明の防護用部材の一例として、板状体が炭化硼素セラミックスである場合の製造方法について説明する。

第１に、平均粒径（Ｄ_５０）が０．５〜２μｍである炭化硼素質粉末を準備する。準備する炭化硼素質粉末は、硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）のモル比（Ｂ／Ｃ比）つまり化学量論比が４の粉末すなわち炭化硼素（Ｂ_４Ｃ）の組成からなる粒子で構成される粉末の他に、モル比（Ｂ／Ｃ比）が３．５以上４未満、またはモル比（Ｂ／Ｃ比）が４よりも大きく１０以下の範囲の粉末、例えばＢ_１３Ｃ_２等の混入した粉末、あるいは炭素、硼酸、無水硼酸、鉄、アルミニウムおよび珪素から選択される１種以上などが混入した粉末であってもよい。

これらの粉末を用いた場合、焼結助剤としてグラファイト粉末および炭化珪素質粉末をこれら粉末に添加することで、焼成中、機械的圧力を印加しなくても、焼結させることができる。炭化硼素粉末は、平均粒径０．５〜２μｍの微細な粉末であることが望ましいが、平均粒径が例えば２０μｍ程度と大きな粒径の粉末や、この粉末を予備粉砕した炭化硼素粉末も使用可能である。ここで、予備粉砕は、粉砕メディアを使用しないジェットミル等による粉砕が、不純物の混入を少なくするために好ましい。

ここで、グラファイトが炭化硼素セラミックスに対して、１質量％以上１０質量％以下、炭化珪素が炭化硼素セラミックスに対して、０．５質量％以上５質量％以下含むようにするには、グラファイト粉末を上記粉末合計に対し、１質量％以上１０質量％以下、炭化珪素粉末を上記粉末合計に対し、０．５質量％以上５質量％以下とすればよい。

また、炭化硼素セラミックスに含まれるグラファイトがＸ線回折法を用いた測定による（００２）面からの半値幅を０．３°以下（ただし、０°を除く）とするには、（００２）面からの半値幅が０．３４°以下（０°を除く）であるグラファイト粉末を用いればよい。グラファイト粉末の半値幅が広いと、グラファイト粉末の結晶性が低く、半値幅が狭いと、グラファイト粉末の結晶性が高いことを意味する。結晶性の高いグラファイト粉末を得るには、炭素からグラファイト化する工程で、炭素原子の移動できる距離を制限すればよく、具体的にはこの工程中、炭素を配向制御すればよい。このようなグラファイト粉末として、例えば高配向熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ）粉末を用いればよい。

焼結助剤は、グラファイト粉末、炭化珪素粉末以外に焼結を促進させるために硼化ジルコニウム、硼化チタン、硼化クロム、酸化ジルコニウムおよび酸化イットリウムの少なくともいずれか１種を添加してもよい。

第２に、準備した炭化硼素粉末，焼結助剤を回転ミル，振動ミルまたはビーズミル等のミルに投入し、水，アセトン，２−プロパノールのうち少なくともいずれか１種とともに湿式混合し、スラリーを作製する。粉砕用メディアは、表面にイミド樹脂を被覆したメディアまたは窒化硼素，炭化珪素，窒化珪素，酸化ジルコニウムもしくは酸化アルミニウム等の各種セラミックスからなるメディアを使用することができるが、不純物として混入の影響の少ない材質である窒化硼素セラミックスからなるメディア、または表面にイミド樹脂を被覆したメディアが好ましい。また、得られるスラリーの粘度を下げる目的で粉砕前に分散剤を添加してもよい。

第３に、得られたスラリーを乾燥して炭化硼素を主成分とする顆粒（以下、炭化硼素質顆粒という。）を作製する。この乾燥の前に、スラリーを粒度２００メッシュよりも小さいメッシュに通して粗大な不純物やゴミを除去し、さらに磁力を用いた除鉄機で除鉄するなどの方法で、鉄およびその化合物を除去することが好ましい。また、スラリーにパラフィンワックスやポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ），ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）またはアクリル系樹脂などのバインダーを、スラリー中の粉末１００質量部に対して１〜１０質量部添加、混合することが、後述する成形工程において、成形体のクラックや割れ等の発生を抑制できるので好ましい。スラリーの乾燥方法としては、スラリーを容器に入れて加熱、乾燥させてもよいし、スプレードライヤー等を用いた噴霧乾燥法により乾燥させても良く、または他の方法で乾燥させても何ら問題ない。

第４に、温度５００〜９００℃で窒素雰囲気中または真空雰囲気中でバインダーを脱脂する。

第５に、焼成炉として黒鉛製の抵抗発熱体により加熱する焼成炉を用い、この焼成炉中に脱脂体を配置する。好ましくは、脱脂体全体を囲うことのできる焼成用容器中（以下、これらを焼成用治具と記す。）に載置する。これは、焼成炉内の雰囲気中等から脱脂体に付着する可能性のある異物（例えば黒鉛製発熱体や炭素製断熱材から飛散する炭素片や、焼成炉中に組み込まれている他の無機材質製の断熱材の小片等）の付着を減少させるためであり、さらには成形体からの揮発成分の飛散を減少させるためである。焼成用治具の材質は黒鉛質のものが望ましく、炭化珪素質またはこれらの複合物などの材質としてもよく、さらには脱脂体全体を焼成用治具で囲うことが好ましい。

第６に、焼成用治具に載置した脱脂体を焼成炉内に配置し、アルゴンガス中，ヘリウムガス中または真空中で、１８００℃以上２０００℃未満の温度域で１０分〜１０時間保持（前記第１の工程）した後、２０００℃以上２３５０℃以下の温度で１０分〜２０時間保持（前記第２の工程）して、相対密度９０％以上に緻密化させる。昇温速度は１〜３０℃／分が好ましい。ここで、上記第１、第２の工程でいう保持とは、所定の温度範囲内に滞在した時間の合計を意味し、例えば一定温度で保持する時間や、昇温時間、降温時間が保持時間に含まれる。ここで、２０００℃以上で保持する場合には炭化硼素、添加物成分の分解が生じるので、アルゴンガスまたはヘリウムガス中で保持することが望ましい。

また、緻密化をより促進するために、開気孔率が５％以下となった段階で、さらに高圧のガスで加圧してもよい。この加圧方法としては、高圧ＧＰＳ（Gas Pressure Sintering）法や熱間等方加圧（ＨＩＰ：hot isostatic press）法により、ガス圧１〜３００ＭＰａで加圧する方法を用いることが好ましく、これによって相対密度を特に９５％以上に高めることができる。また、必要に応じてホットプレス法やＳＰＳ（Spark Plasma Sintering）法のように機械的圧力を印加する方法で焼結しても構わない。

そして、得られた炭化硼素セラミックスの側面の裏面側綾部に研削，研磨等を施すことにより傾斜面が形成され、本発明の防護用部材を得ることができる。

上述した製造方法により、防護用部材１，２を構成するセラミックスが炭化硼素セラミックスである本発明の防護用部材を得ることができる。

また、本発明の防護ユニットは、上述の方法で得られた防護用部材１，２，・・・をその側面どうしが隣り合うように並設して、互いに隣り合う防護用部材１，２，３を例えばシアノアクリレート系樹脂，エポキシ樹脂，フェノール樹脂，ポリウレタン樹脂，アクリル樹脂，酢酸ビニル樹脂，塩化ビニル樹脂およびユリア樹脂等が含まれる接着剤で接合させることにより、得ることができる。

さらに、本発明の防護体は、基体（例えば、ポリエチレン繊維、アラミド繊維およびカーボン繊維を含む繊維強化プラスチック（ＦＲＰ））上に複数配置して、例えば、ウレタン系接着剤により固定することにより得られ、銃弾や砲弾等の貫通を高い確率で減少させることができる。

本発明の防護用部材の一実施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は防護用部材の斜視図であり、（ｂ）はＡ部の拡大図である。 本発明の防護用部材の他の実施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は防護用部材の斜視図であり、（ｂ）はＢ部の拡大図である。示す斜視図である。 本発明の防護用部材に用いられる、一実施形態である炭化珪素セラミックスの結晶構造を示す図であり、（ａ）はその結晶構造を模式的に表した図であり、（ｂ）は炭化珪素セラミックスに含まれる１つの副相を模式的に示した図である。 本発明の防護用部材に用いられる、他の実施形態である炭化珪素セラミックスの結晶構造を示す図であり、（ａ）はその結晶構造を模式的に表した図であり、（ｂ）は炭化珪素セラミックスに含まれる１つの副相を模式的に示した図である。 グラファイトの結晶構造を模式的に示す図である。 本発明の防護用部材をなす炭化硼素セラミックスのＸ線回折チャートの一例である。 グラファイト粉末と炭化硼素粉末との混合粉末より得られる検量線図の一例である。 本発明の防護ユニットの一実施形態を示す斜視図である。 本発明の防護ユニットの他の実施形態を示す斜視図である。 従来のペレットの斜視図である。 従来の複合防護板を構成する複数のペレットのセッティング状態を、飛散物の衝突を受ける受衝面側からみた平面図である。 （ａ）は、ヘルメットの外形にフィットする形状に湾曲した曲板状の防護用部材を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す形状を分割した斜視図である。

符号の説明

１，２，３：防護用部材
１０：防護ユニット
１１：主相
１２：副相

Claims (9)

1. セラミックスからなる本体の受衝面とは反対側の面の外周部に傾斜面を有することを特徴とする防護用部材。
2. 前記本体が板状体であることを特徴とする請求項１に記載の防護用部材。
3. 前記セラミックスは炭化珪素または炭化硼素を主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載の防護用部材。
4. 前記傾斜面は凸曲面状をなすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の防護用部材。
5. 前記本体の表面は凸曲面状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の防護用部材。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の防護用部材の複数を、これら防護用部材の前記傾斜面が形成されている面どうしが隣り合うように並設したことを特徴とする防護ユニット。
7. 互いに隣接する防護用部材との間に接着材が介在していることを特徴とする請求項６に記載の防護ユニット。
8. 前記板状体の厚みに対する前記傾斜面と隣り合う側面の高さの比率が１．２％以上２０％以下であることを特徴とする請求項６また７に記載の防護ユニット。
9. 基体上に請求項６乃至８のいずれかに記載の防護ユニットを設けたことを特徴とする防護体。

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