JP3628257B2

JP3628257B2 - 複合装甲パネル

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Publication number: JP3628257B2
Application number: JP2000541474A
Authority: JP
Inventors: コーヘン，ミカエル
Original assignee: モフェットエツィオン
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: CA2309053A1; KR100529535B1; WO1999050612A1; CA2309053C; JP2002527705A; CN1278324A; KR20010031397A; CN1082655C; TR200001629T2

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、複合装甲パネルに関する。特に、本発明は、ユーザが被服できるような軽量の被弾保護を提供する装甲パネル、および軽量級や重量級の移動機器や車両を、高速の装甲貫創可能な発射弾や破片から保護する装甲パネルに関する。本発明は、パネルの製造方法をも含むものである。
【０００２】
（背景技術）
保護装甲パネルには、４つの重要な懸案要素がある。第１の懸案要素は、重量である。戦車や大型船舶などの重量級でかつ移動式の軍用機器のための保護装甲体が、周知である。そのような装甲体は、一般的に、重量のある爆発的な発射弾からの保護を提供するよう意図された厚層状の特殊鋼から成る。しかしながら、重量級の機器であっても、車両の構成部材への応力を低くするために、装甲の重量を軽減することは効果的である。さらに、そのような装甲は、鋼鉄は１ｍｍにつき７．８ｋｇ／ｍ^２の重量要素が加わるため、数ｍｍ以上の厚さの鋼鉄板によってその性能が左右されるので、自動車、ジープ、軽量ボート、航空機などの軽量車両には不適当である。
【０００３】
軽量車両の装甲は、毎秒７００から１０００メートルの範囲の速度で衝突しても、どのような形式の弾丸の貫創から保護できなければならない。しかしながら、重量制約のため、そのような発射弾に耐えうる標準装甲の重量では、車両の移動性や性能が損なわれるので、１２．７ｍｍおよび１４．５ｍｍなどの大口径の装甲貫創発射弾から軽量車両を保護することは困難である。
【０００４】
第２の懸案要素は、コストである。特に合成繊維に全部が依存するような非常に複雑な装甲構成では、車両の全コストに対してかなりの部分を占めることになり、製造者の利益がなくなる。
【０００５】
第３の懸案要素は、装甲設計におけるコンパクト性である。複数層間の空気の隙間を含む厚い装甲パネルでは、車両の目標サイズが増えてしまう。内側装甲を外装した市販車改造装甲自動車の場合、保護すべきほとんどの外側面において厚いパネルの配備余地などない。
【０００６】
第４の懸案要素は、岩石や転倒などにより起こる機械的衝撃からの損傷を受けやすいセラミック製のプレートが個人装甲や軽量車両装甲に使われていることである。
【０００７】
最新の装甲システムの事例が、アルミニウムの開放ハニカム構造から成る支持プレートを備えた装甲プレート複合体を開示している米国特許第４、８３６、０８４号や、衝撃吸収層を備えた耐砲弾複合装甲を開示している米国特許第４、８６８、０４０号に記載されている。また、米国特許第４、５２９、６４０号には、六角形のハニカム構造のコア部材を備えた空間装甲が開示されている。
【０００８】
その他の装甲プレートパネルも、英国特許第１、０８１、４６４号、第１、３５２、４１８号、第２、２７２、２７２号、米国特許第４、０６１、８１５号などに開示されており、焼結耐火材やセラミック材の利用が記載されている。
【０００９】
セラミック材は、結晶質構造つまりガラス質構造をもつ非金属の無機固体であって、耐熱、耐磨耗、耐圧、高剛性、鉄鋼より軽い重量を含む多くの有益な物理的特性および卓越した化学安定性をもっている。そのような特性は、長きにわたって装甲設計者の注目を集めてきており、今や、個人防御のための３ｍｍ厚から重量級軍用車両のための５０ｍｍ厚の範囲のセラミック製プレートが、そのような目的のため市販されている。
【００１０】
セラミック材の引張強度、弾性強度、耐破壊靱性の弱さを改善するための多くの研究が費やされてきたが、衝突する発射弾の衝撃に対する破壊および／または破砕などの、セラミックプレートやその他の大型部材での利用における主要な欠点がいまだ存在している。
【００１１】
軽量で柔軟性のある被服装甲具も、銃器からの発射弾やその破片に対する個人防御のため何十年にもわたって利用されてきた。そのような形式の装甲具の例が、米国特許第４、０９０、００５号に記載されている。その被服は、例えば、数百メートルの距離から発射された低エネルギーの発射弾に対しては一定の効果があるが、至近距離からの高速の発射弾に対する被服者の保護は無理であり、特に、装甲貫創可能な発射弾に対しては全く防御できない。そのような防御を可能にしても、被服装甲具の重量および／またはコストが上がって使用が躊躇されることになる。さらに、そのような装甲被服の周知の問題として、発射弾を停止させたとしても、衝撃が人体のわずかな場所に集中し、弾丸のエネルギーを吸収する必要があるため、被服のへこみによる人体への損傷という結果となる。
【００１２】
従来のセラミック製装甲に共通する問題として、停止しようが貫創しようが、第１番目の発射弾による装甲構造へのダメージがある。そのダメージにより装甲パネルが弱められるため、第１弾の数センチ以内に着弾する続く発射弾の貫創を許すことになる。
【００１３】
（発明の開示）
それゆえ、本発明の目的は、従来のセラミック製装甲の欠点を解消し、第１の実施例のように、小口径の銃器の発射弾に対して効果的であり、かつ、約９ｌｂｓ／ｆｔ^２に等価である４５ｋｇ／ｍ^２を越えない重量程度の軽量性をもつ嵩の低い装甲パネルを提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、通常の小口径の銃器の発射弾はもとより、５．５６ｍｍから３０ｍｍまでの全範囲の装甲貫創発射弾に対して効果的であり、かつ、例えば、２５ｍｍから３０ｍｍの口径の発射弾に対応した本発明の重量級装甲においても、１８５ｋｇ／ｍ^２を越えない重量程度の軽量性をもつ装甲パネルを提供することにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、パネルの同じ区域に着弾する複数の装甲貫創発射弾を停止させるのに特に効果的な装甲パネルを提供することにある。
【００１６】
上記の目的を達成するためには、ペレットが複数の隣接列に接合できるよう、固化材によりパネルに直接に接合され固定された、単一の内側層状の高密度セラミックペレットから成り、前記ペレットはＡｌ_２０_３を少なくとも９３％内包し比重が少なくとも２．５であって、大部分のペレットのそれぞれが、少なくとも３ｍｍ長の少なくとも１本の軸をもち、前記固化材により隣接列の単一内側層形状に接合されており、かつ、それぞれのペレットが少なくとも４個の隣接ペレットと接合しており、前記固化材とプレートとが弾性をもつことを特徴とする、高速の装甲貫創可能な発射弾から運動エネルギーを吸収し散逸させる複合装甲プレートを提供する。
【００１７】
本発明の好ましい実施例では、前述のように説明した複合装甲プレートを提供し、前記大部分のペレットのそれぞれが、長さがおよそ６〜１９ｍｍの範囲の少なくとも１本の軸をもち、前記固化材により隣接列の単一内側層に接合されており、かつ、前記大部分のペレットのそれぞれが、少なくとも４個の隣接ペレットに直接に接触しており、前記プレートの全重量が４５ｋｇ／ｍ^２を越えない。
【００１８】
本発明のさらなる好ましい実施例では、前述のように説明した複合装甲プレートを提供し、前記大部分のペレットのそれぞれが、長さがおよそ２０から４０ｍｍの範囲の少なくとも１本の軸をもち、前記プレートの重量が１８５ｋｇ／ｍ^２を越えない。
【００１９】
本発明のさらなる好ましい実施例では、前記大部分のペレットのそれぞれが、少なくとも６個の隣接ペレットに直接に接触している。
【００２０】
前記固化材は、アルミニウム、エポキシ、熱可塑性重合体、熱硬化性プラスチックなどの、使われる厚さに硬化したときに弾性を保持できる適切な素材であって、プレートの曲率を、破損することなく、本体表面を含む保護すべき曲面に整合させることができ、同時に、衝突する発射弾へのプレートの弾性反応作用が、衝突点での隣接ペレット間での接触力を増加させることができる。
【００２１】
フランス国特許第２、７１１、７８２号には、セラミック材で補強された鋼鉄製パネルが記載されているが、パネルの鋼鉄に弾性がなく剛性であるため、その厚さのためパネルに不必要な重量を追加するような厚さが８〜９ｍｍ程度の鋼鉄を使用しないかぎり、パネルは装甲貫創発射弾を偏向させる能力をもたない。
【００２２】
本発明の好ましい実施例で利用する素材の弾性は、一定の範囲で、発射弾が同時に複数のペレットに衝突する確率を増加させる作用をするので、本発明のパネルの停止能力の効率を上げることができる。
【００２３】
本発明のさらにまた別の好ましい実施例では、高速の装甲貫創可能な発射弾を変形させ破砕させるための、前述のように説明した複合装甲プレートの外側衝撃受容パネルと、その破片から残留運動エネルギーを吸収する弾性材製の第２パネルで構成された、前記外側パネルに隣接した内側パネルとから成る多層装甲パネルを提供する。前記弾性材は、コストや重量の観点から選定して、アルミニウムや編込テキスタイル材などの適切な素材で作成できる。
【００２４】
本発明のさらにまた別の好ましい実施例では、高速の装甲貫創可能な発射弾を変形させ破砕させるための、前述のように説明した複合装甲プレートの外側衝撃受容パネルと、前記発射弾の残留破片を非対称変形させ、その破片から残留運動エネルギーを吸収する靱性のある編込テキスタイルの第２パネルから成る、前記外側パネルに隣接した内側層とから成り、前記多層装甲パネルが、連続して発射された３つの発射弾をそのパネルの三角形区域で止めれるよう構成されており、前記三角形区域の高さが前記ペレットの軸長のほぼ３倍であることを特徴とする多層装甲パネルを提供する。
【００２５】
米国特許第５、３６１、６７８号などに記述されているように、アルミニウム合金マトリクス構造中に分布された球形のセラミック製ボールを含む複合装甲プレートは、従来技術で周知である。しかしながら、そのような従来の複合装甲プレートは、１つまたはそれ以上の重大な欠点をもっており、製造が困難になり、金属製発射弾を偏向させる目的には全く適していない。つまり、前記特許に記載された装甲プレートでは、セラミック製ボールがセラミック粒子を含む結合剤で被膜されており、被膜の厚さが０．７６と１．５の範囲であり、プレートの製造の際、溶解マトリクス材を注入するときの熱衝撃によるダメージからセラミック製のコア部を保護支援できるようになっている。しかしながら、被膜により、ボールの硬いセラミック製コア部が分離してしまい、弾丸またはその他の発射弾からの衝撃に対してボール間で伝播すなわち分配されるエネルギーのモーメントを低下させる作用をする。このため、かつ被膜の素材がセラミック製のコア部の素材よりも内在的な堅固性が劣るため、前記特許に記載されたプレートの停止能力は、重量は同じでも、硬いセラミック製のペレットが隣接ペレットと直接に接触しているような本発明によるプレートほど良いとはいえない。
【００２６】
ＭｃＤｏｕｇａｌらの米国特許第３、７０５、５５８号には、セラミック製ボールの層を含む軽量装甲プレートが開示されている。セラミック製ボールは、互いに接触しているが、溶解金属の注入のための小さな隙間を残している。その１つの実施例では、セラミック製ボールがステンレス鋼製網スクリーン内に収容されており、別の実施例では、ポリ硫化物接着剤でニッケル被膜のアルミナ球形体をアルミニウム合金プレートに接着することにより、複合装甲が製造されている。
【００２７】
ＭｃＤｏｕｇａｌらの特許に記載された複合装甲プレートは、セラミック製球形体が、溶解金属との接触から発生する熱衝撃により損傷を受けるため、製造が困難である。また、セラミック製球形体は、球形体間の相互隙間に溶解金属を注型中に移動してしまう場合がある。
【００２８】
そのような移動を最小限にするため、Ｈｕｅｔの米国特許第４、５３４、２６６号と第４、９４５、８１４号は、溶解金属の注型中にセラミック挿入体を収容するための網状の相互リンク金属シェルを提示している。金属が固化した後、金属シェルは複合装甲になる。しかしながら、そのような網状の相互リンク金属シェルは、装甲パネルの総重量を増加させ、その停止能力を低下させる。
【００２９】
また、ＭｃＤｏｕｇａｌによると、アレー状のセラミック製ボールをピラミッド形態にて接触するよう配置させており、その構成のせいで、装甲パネルの総重量が増加し、衝突時の玉突き現象により停止能力も低下することにも注意してほしい。
【００３０】
米国特許第３、５２３、０５７号と第５、１３４、７２５号にも、セラミック製ボールから成る装甲パネルが記述されているが、パネルに弾性があり、衝突の力自体がパネルに弾性を発生させ、衝突されたセラミック製ボールに隣接するセラミック製ボールの支持効果を低下させるため、その弾性により衝突時の停止強さが低下してしまう。さらに、米国特許第５、１３４、７２５号の教示では、少なくとも２つの重畳層状に形成された複数のガラス材またはセラミック材の構成本体をもつ装甲プレートに制限されており、その構成は、ＭｃＤｏｕｇａｌの特許（第３、７０５、５５８号）に表示されているのと同じである。さらに、その特許の図３と図４に図示されているように、第１層のペレットは同じ層のペレットには接触しておらず、隣接する層のペレットにだけ接触している。
【００３１】
それから明らかなように、従来例の発明のいずれもが、下記で説明するような、ペレットで構成されるパネルが比較的に軽量であるにも関わらず、装甲貫創可能な１４．５ｍｍ口径の発射弾の貫創を阻止するという、互いに接触しているセラミック製ペレットの単一層の驚くべき予期しない停止能力について教示も指摘もされていない。
【００３２】
それゆえ、本発明の新規の装甲は、互いに堅固に突き合わせ状態で単一層内に保持された硬いセラミック製ペレット間の衝突する発射弾を補足することができる。ペレットが比較的適当なサイズであるため、第１番目の発射弾により起こるダメージが局所的となり、セラミック製ペレットの場合のように隣接区域に拡がらない。
【００３３】
本発明による新規のアプローチの長所は、例えば、個人防御のためや、５．５６ｍｍ、７．６２ｍｍ、９ｍｍ口径の発射弾の攻撃に対処するためには小さなサイズのペレットを使い、１４．５ｍｍ、２５ｍｍ、あるいは、３０ｍｍ口径の装甲貫創可能な発射弾による攻撃に対処するために大きなサイズのペレットを使うなど、異なる攻撃に対処できるよう設計された異なるパネルの製造が可能になることである。
【００３４】
それゆえ、本発明によるパネルにおいて利用するには、直径が９．５ｍｍで高さが９．５ｍｍと１１．６ｍｍの間の筒状ペレット、および、直径が１２．７ｍｍで高さが９．５ｍｍと１１．６ｍｍの間の筒状ペレットが、５．５６ｍｍから９ｍｍまでの発射弾に対処するのにより適していることが判明した。
【００３５】
同様に、下記で説明するように、直径が１９ｍｍで高さが２２ｍｍと２６ｍｍの間の筒状ペレットが、１４．５ｍｍ口径の装甲貫創可能な発射弾に対処するのにより好適であった。
【００３６】
さらに重量級装甲車両用としては、本発明による多層装甲パネルで使えば、直径が３８ｍｍで高さが３２ｍｍと４５ｍｍの間のペレットが、２０ｍｍ、２５ｍｍ、さらに３０ｍｍ口径もの発射弾に対処するのにより適していることが判明した。
【００３７】
前記アレー状ペレットに衝突する発射弾は、次のような３つのうちの１つの状態にある。
【００３８】
１．中央衝突
この衝突では、ペレットの全容積が発射弾を停止させるのに関与するため、エネルギー集中動作でペレット全体を破砕しないかぎり貫創できない。使われるペレットは、球形か、断面が六角形の準球形のいずれかで、堅固なマトリクス状に保持される場合、その形状のほうが、長方形よりも破砕に対する抵抗性の点でわずかに良好であることが判明した。
【００３９】
２．側面衝突
この衝突では、発射弾が片側へ反れるため、発射弾の先端だけでなく前面の大きな部分に接触するので、発射弾を停止させるのが容易になる。発射弾は側面に反れて、貫創するにはより大きな孔が必要となるため、装甲により発射弾のエネルギーが吸収できる。
【００４０】
３．谷間衝突
発射弾は、普通は３個のペレットの側面の中間で、それら全部が停止に関与するため、補足されてしまう。ペレットにかかる高圧側力は、固体マトリクス内に保持された隣接するペレットの抵抗を受けるため、貫創を防ぐことができる１４．５ｍｍ口径のＢ−３２発射弾を使ったこの衝突モードのためのテストでは、そのような結果が実際に得られることが原則確認できた。
【００４１】
本発明の研究開発の最中に、プレート状複合注型の用意が必要となり、中央層にセラミック製ペレットを詰めて、ペレットをアルミニウム充填により完全に埋め込んだ。その溶解金属を使ったとき、ペレットにより溶解金属が冷えてしまい、かつ、注型操作によりペレットの密な配列が乱れてしまった。前述したように、この問題はＭｃＤｏｕｇａｌの米国特許第３、７０５、５５８号で指摘されている。この問題を解決しようとする試みが、Ｈｕｅｔの米国特許第４、５３４、２６６号と第４、９４５、８１４号で行われ、さらに、Ｒｏｏｐｃｈａｎｄらの米国特許第５、３６１、６７８号では、溶解金属を金型に注入する前に、結合剤とセラミック粒子でセラミック製本体を被膜する方法が提示されている。
【００４２】
本発明のさらにまた別の目的は、最終パネルに不必要で余分な成分を加えることなく、本文に記載の複合装甲パネルを製造する方法を提供することである。
【００４３】
本発明による、前述のように説明した複合装甲プレートを製造する方法は、その２つの主表面の間の距離が前記ペレットの高さの約１．１倍から１．４倍である、１つの底面、２つの主表面、２つの副側面、１つの開口上面をもつ金型を提供し、前記底面からほぼ開口上面まで、前記２つの副表面間のほぼ全距離に沿って延びた複数のペレットの重畳列を形成するため、前記金型に前記ペレットを挿入し、前記金型に注入される固化材の溶解点より高い少なくとも１００℃の温度まで、前記金型とペレットを暫時加熱し、前記溶解固化材を前記金型に注入してその金型を充満させ、前記溶解固化材を固化させ、前記金型から複合装甲プレートを取り出す各工程を含む。
【００４４】
さらにまた、本発明による、複合装甲プレートを製造する別の方法は、その２つの主表面の間の距離が前記ペレットの高さの約１．１倍から１．４倍である、１つの底面、２つの主表面、２つの副側面、１つの開口上面をもつ金型を提供し、前記底面からほぼ開口上面まで、前記２つの副側面間のほぼ全距離に沿って延びた複数のペレットの重畳列を形成するため、前記金型に前記ペレットを挿入し、液状エポキシ樹脂を前記金型に注入してその金型を充満させ、前記エポキシ樹脂を固化させ、前記金型から複合装甲プレートを取り出す各工程を含む。
【００４５】
同様に、前記エポキシ樹脂は、流し込む代わりに、周知の方法により水平式金型内に配列されたペレット上に噴霧して注型しても構わない。
【００４６】
理解されるように、本発明の複合装甲パネルを製造する際、ペレットの両側を完全に固化材で覆ってしまう必要はなく、形成されたパネルの外側表面に接触していても、あるいは、そこから膨らんでいても構わない。
【００４７】
重量重視の装甲被服を含む本発明のさらなる実施例も、下記に説明している。
【００４８】
本発明を以下に、より理解しやすいよう、下記の関連図面を参照にした好ましい実施例を使って詳細に説明する。
【００４９】
詳細な図面参照による説明にあたって、説明の事項は、本発明の好ましい実施例の説明する目的や例として示すものであって、本発明の原則や概念の最も効果的で理解しやすい記述を提供することを意図するものであることを理解されたい。この点において、本発明の基本的理解に必要な事項以上のことを、本発明の構成を詳細に説明しようとする意図はなく、図面を伴った説明から、本発明のいくつもの形態が実際に実施できることは、当業者にとっては明白となるであろう。
【００５０】
（発明を実施するための最良の形態）
図１には、高速の発射弾１２から運動エネルギーを吸収して散逸させる複合装甲プレート１０が図示されている。パネル１４は固化材１６で形成されており、高密度のセラミック製ペレット１８の内側層をもつ。パネルの外側面は、固化材１６で形成されており、ペレット１８はそれに埋め込まれている。固化材１６の特性は、装甲の利用目的に応じた重量、性能、経済性を考慮して選定する。
【００５１】
陸上車両や海上船舶の装甲は、少なくとも８０％のアルミニウムを内包する注型金属合金を使って適切に製造される。適切な合金には、引張力が３５、０００ｋｇ／ｉｎ^２（５，４００Ｋｇ／ｃｍ^２）で高く、かつ、伸び率が９％の延性が高い、アルミニウム工業会番号Ｎｏ．５３５．０がある。また、別の適当な合金として、シリコンを５％含んだＢ４４３．０種でもよい。それら合金は、薄い形状の注型が容易であるので、その機械加工性が悪くとも、本発明の適用例ではあまり関係ない。エポキシやその他のプラスチック剤やポリマー剤、特にファイバー補強されたものも同様に望ましい。
【００５２】
ペレット１８は、少なくとも９３％のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を内包し、モース硬度が９の堅さをもつ。大きさに関しては、大部分のペレットは、その長軸が３〜４０ｍｍ程度の範囲であり、個人装甲具や軽量車両用としては、好ましくは６〜１９ｍｍであり、大口径装甲貫創発射弾から軽量式や重量式の移動機器や車両を保護するためには、２０〜３０ｍｍ程度であるのが好ましい。
【００５３】
図１に示すパネルは、説明を目的として、少なくとも１つの凸状端面をもつ筒状ペレット１８ａと、平坦筒状ペレット１８ｂと、球形ペレット１８ｃの混成体である。対称性の観点において、本発明者が行ったテストから、最も効果的なペレット形状は、少なくとも１つの凸状端面をもつ筒状ペレット１８ａである。セラミック製ペレットは、典型的にはタンブリング研磨機などの様々な形式のサイズ減少用研磨器で研磨剤として使われているものであり、常識的な値段で市販されている。
【００５４】
完成パネル１４では、ペレット１８は固化された溶解剤１６により重畳列２０の単一層状に接合されている。大部分のペレット１８のそれぞれが、少なくとも４個の隣接ペレットに直接接合している。
【００５５】
その作用において、パネル１４は、前述したように３つのモード（中央衝突、側面衝突、谷間衝突）のうちの１つで飛んできた発射断１２を止めるよう作用する。
【００５６】
図２には、別の形状例のペレット１８ｄが図示されており、１つの凸状面２２をもつ規則的幾何学プリズム形状のペレットである。
【００５７】
図３に示すのは、線Ａ−Ａにおける断面２４が円形のペレット１８ｅである。ペレットは、衛星形状であって、市販されている。
【００５８】
図４は、多層式装甲パネル２６を示す。以下の図面の説明において、同じ構成部品を示すのに同じ番号を使う。複合装甲材の外側衝撃パネル２８も、上記の図１で説明したパネル１４と構造が同じである。パネル２８は、衝突する高速発射弾１２を変形し破砕する作用をする。個人防御のための軽量装甲は、好ましくは、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、エポシキなどの丈夫で硬い熱可塑性樹脂を使って作成される。
【００５９】
内側パネル層３０は、外側パネル２８に隣接して、それに好適に接着されている。内側パネル３０は、例えば、多層状の「Ｋｅｖｌａｒ」（商標）や商品名が「Ｆａｍａｓｔｏｎ」などの弾性材で形成されている。別の実施例として、内側層パネル３０は、多層のポリアミド網体で構成できる。
【００６０】
作用において、内側パネル３０は、発射弾１２の残留破片３２の非対称変形を起こし、それら破片を図４に示す区域３４内に偏向させて圧縮することにより破片の残留運動エネルギーを吸収する。ここで、区域３４は、発射弾の断面積よりもずっと大きいため、内側パネル３０の内側３６にかかる圧力を削減することができることに注意してほしい。この要素は、個人防御装甲具では重要である。
【００６１】
図５に図示されているのは、図１で説明した複合装甲材１０を製造するのに使う成形金型３８である。製造には、下記のような設定温度工程が、使用される。
【００６２】
工程Ａ
金型３８は、１つの底面４０、２つの主表面４２、２つの副側面４４、１つの開口上面４６をもち、それら２つの主表面間の距離は、ペレット１８の長軸の１．２倍から１．８倍である。例えば、８ｍｍペレット利用の場合、主表面間の距離は１０ｍｍとなる。
【００６３】
工程Ｂ
ペレット１８を金型３８に挿入して、底面４０からほぼ開口上面４６まで、副側面４４間のほぼ全距離に沿って延びた複数のペレット１８の重畳列２０を形成する。
【００６４】
工程Ｃ
金型３８とそれに充填されたペレット１８とを、最初は約１００℃の温度まで暫時加熱し、さらに、金型３８に注入される固化材の溶解点よりも高い、少なくとも１００℃の温度に加熱する。例えば、アルミニウムの溶解点はほぼ５４０℃であって、内部にセラミック製ペレットが充填された金型をほぼ６４０℃まで加熱する必要がある。使う合金によって異なるが、８５０℃の温度までの金型の加熱が好適であることが判明した。
【００６５】
工程Ｄ
アルミニウムＣ４４３．２ＡＳＴＨＢ８５やＧＢＤ−ＡｌＳｉ_９Ｃｕ_２などの溶解固化材１６を、金型３８に注入してそれを充満させる。アルミニウムの標準的な注入温度範囲は、８３０〜９００℃である。ポリカーボネートの場合、２５０〜３５０℃である。好ましくは、溶解固化材１６を注入するさいに空気の排出を容易にするため、金型３８の表面に、複数の空気孔４８を設けるのがよい。注入の際、溶解固化材により付加される静水圧や流体圧のせいでペレット１８はわずかだが再配列される。
【００６６】
工程Ｅ
溶解固化材１６を、固化させる。
【００６７】
工程Ｆ
複合装甲材１０を、金型３８から取り出す。
【００６８】
下記の製造方法の別の実施例では、熱硬化性マトリクス構造を形成するのにエポキシ樹脂を使う。周知のように、エポキシ樹脂は室温で固化し、化学的に硬化するので、その硬化処理を加熱により加速させることも可能である。エポキシ樹脂の装甲は、航空機での利用も可能である。降伏強さやヤング率は、ファイバー補強によりどちらも改善できる。
【００６９】
工程Ａ
１つの底面４０、２つの主表面４２、２つの副側面４４、１つの開口上面４６をもち、それら２つの主表面４２間の距離は、ペレット１８の長軸の１．２倍から１．８倍である金型３８を提供する。
【００７０】
工程Ｂ
ペレット１８を金型３８に挿入して、底面４０からほぼ開口上面４６まで、副側面４４間のほぼ全距離に沿って延びた複数のペレット１８の重畳列２０を形成する。
【００７１】
工程Ｃ
液状エポキシ樹脂を、金型３８に注入してそれを充満させる。
【００７２】
工程Ｄ
液状エポキシ樹脂を、固化させる。
【００７３】
工程Ｅ
複合装甲材を、金型３８から取り出す。
【００７４】
図６には、高速の発射弾から運動エネルギーを吸収して散逸させるための複合装甲プレート５０を図示している。
【００７５】
プレートには、エポキシなどの固化剤５４によりパネル形状に接合し保持した複数の高密度セラミック本体５２の単一内側層が備わっている。本体５２は、複数の隣接列状に配列されており、プレートの端に沿ったペレット５２’は４個の隣接するペレットに直接に接触しており、内側のペレット５２”は６個の隣接するペレットに直接に接触している。ペレット５２の長軸ＡＡは、互いにほぼ平行に、プレート表面５６に垂直に延びている。
【００７６】
図７ａと７ｂに示すのは、それぞれフランスのＡ．Ｒ．Ｅ．Ｓ．でテストされた、本発明による２つのプレート上の衝撃点間の距離のパターンと測定値である。
【００７７】
各プレートのサイズは、２５×３０ｃｍであって、少なくとも１つの凸状面をもつほぼ筒状形状の複数のペレットを内包し、ペレットの直径は約１２．７ｍｍで、凸状面を含むペレットの高さは約１１ｍｍであり、ペレットはエポキシ樹脂で複数の隣接列状に接合されており、図７ａのプレートは、「Ｄｙｎｅｅｍａ」（商標）製で１２ｍｍ厚の内側バックアップ層を備えており、図７ｂのプレートは、「Ｄｙｎｅｅｍａ」（商標）製で１０ｍｍ厚の内側バックアップ層を備えている。１番目の多層装甲パネルの重量は３８．６ｋｇ／ｍ^２で、２番目の多層装甲パネルの重量は３３．６ｋｇ／ｍ^２である。
【００７８】
第１パネルは、高低差のない１３ｍの距離から、それぞれ８３１．１ｍ／秒、８４５．７ｍ／秒、８８５．８ｍ／秒の増加速度で発射された連続した３発の７．６２×５１ＰＰＩ発射弾で被弾したものである。
【００７９】
３発の発射弾のいずれも、各辺がわずかに５ｃｍの三角形の区域にあって、パネルを貫創していない。
【００８０】
第２パネルには、高低差のない１３ｍの距離から、それぞれ７８３．７ｍ／秒、８００．２ｍ／秒、７６０．５ｍ／秒、７８８．４ｍ／秒の速度で連続に発射された４発の７．６２×５１ＰＰＩ発射弾が着弾している。
【００８１】
４発の発射弾のいずれもパネルを貫創しておらず、発射弾１から３は互いに３ｃｍ以内に着弾しており、発射弾４はパネルの側端から７ｃｍ以内に着弾して、損傷を与えていない。
【００８２】
それらテストでは、本発明の複合装甲プレートの高い多衝撃特性が示されている。
【００８３】
表１は、図４で説明したアルミニウムマトリクス構造の多層パネルに関するテスト結果のコピーであって、少なくとも１つの凸状面をもつほぼ筒状の複数のペレットを有し、各ペレットの直径は約９．５ｍｍで、凸状面を含むペレットの高さも約９．５ｍｍであり、ペレットはアルミニウムにより複数の隣接列状に接合されており、プレートは「Ｆａｍａｓｔｏｎ」（商標）製の内側バックアップ層を備えている。多層装甲パネルの総重量は、３４．３ｋｇ／ｍ^２である。個人被服装甲具としての限定利用できるほど軽量な多層装甲パネルに、ＡＫ−４７攻撃ライフルから至近距離で３発の装甲貫創可能弾丸を発射した。その結果は、本発明に従って製造されたパネルの効果を証明するものであった。
【００８４】
【表１】

表２は、プレートにおける被弾抵抗性に関するテスト結果のコピーであって、パネルは少なくとも１つの凸状面をもつほぼ筒状の複数のペレットを有し、各ペレットの直径は約１９ｍｍで、凸状面を含むペレットの高さは約２３ｍｍであり、ペレットはエポキシ樹脂により複数の隣接列状に接合されており、プレートは「Ｄｙｎｅｅｍａ」（商標）製の２４ｍｍ厚の内側バックアップ層を備えている。多層装甲パネルの総重量は、８０．９ｌｂｓ（３６．７Ｋｇ）にすぎない。
【００８５】
表２に示されているように、１発目と２発目のテスト発射で使われた銃器は、平均弾速度が早くなるよう１４．５ｍｍ口径の装甲貫創可能Ｂ−３２発射弾であって、同じように本発明による２４×２４インチ（６０×６０ｃｍ）角のパネルに向けて発射した残りのテストでの弾丸は、高速の２０ｍｍ破砕ＳＴＭ発射弾である。１４．５ｍｍ口径の装甲貫創可能な発射弾の１発目の弾速度は３３０３フィート／秒（９９１ｍ／秒）であり、２発目は３３９１フィート／秒（１０１７ｍ／秒）で続き、以後、２発の２０ｍｍ破砕ＳＴＭ発射弾をそれぞれ平均弾速度が４３３３フィート／秒（１３００ｍ／秒）と４４３７フィート／秒（１３３１ｍ／秒）で発射し、その４発目の弾丸だけが、前の３発には耐えたパネルに貫創した。
【００８６】
【表２】

表３は、プレートにおける被弾抵抗性に関するテスト結果のコピーであって、パネルは少なくとも１つの凸状面をもつほぼ筒状の複数のペレットを有し、各ペレットの直径は約１９ｍｍで、凸状面を含むペレットの高さは約２３ｍｍであり、ペレットはエポキシ樹脂により複数の隣接列状に接合されており、プレートは「Ｄｙｎｅｅｍａ」（商標）製の１７ｍｍ厚の内側バックアップ層とさらに６．３５ｍｍ厚のアルミニウム製のバックアップ層を備えている。多層装甲パネルの総重量は、わずか７８．３ｌｂｓ（３５．５Ｋｇ）である。
【００８７】
表３に示されているように、１発目のテスト発射で使われた銃器は、高速の２０ｍｍ口径破砕ＳＴＭ発射弾であって、同じように本発明による２４．５×２４．５インチ（６２×６２ｃｍ）角のパネルに向けて発射した残りの弾丸は、平均弾速度が早くなるような１４．５ｍｍ口径の装甲貫創可能Ｂ−３２発射弾である。１発目の２０ｍｍ口径破砕発射弾の速度は４０９８フィート／秒（１２２９ｍ／秒）であり、その後、７発の１４．５ｍｍ口径の装甲貫創可能Ｂ−３２発射弾を平均弾速度が２７６４フィート／秒（８２９ｍ／秒）から３３２８フィート／秒（９９８ｍ／秒）で連続して発射した。明らかなように、前の７発には耐えたパネルに貫創したのは、平均弾速が３３２８フィート／秒（９９８ｍ／秒）の８発目の装甲貫創可能Ｂ−３２発射弾だけである。
【表３】

本発明は上記で説明した実施例の詳細内容に限定されるものではなく、かつ、本発明は、その精神や基本的属性から逸脱することなく別の特定の形態で実施できることは、当業者には明白であろう。それゆえ、上記実施例はあらゆる点で説明のためのものであってそれらに限定されるものではなく、本発明の範囲は上記の説明ではなく、付随する請求項により定義されるものであって、それら請求項と同等の意味や範囲内における変更もその範疇で包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装甲パネルの好ましい実施例の分解斜視図である。
【図２】ペレットの実施例の斜視図である。
【図３】ペレットの実施例の斜視図である。
【図４】装甲パネルの２層式の実施例の断面図である。
【図５】パネル製造方法において使用する金型の説明図である。
【図６】本体間の隙間を注型剤で充填する、パネルの一部の斜視図である。
【図７】本発明によるパネルの発射弾衝撃アレー構造の図である。

Claims

高速の装甲貫創可能な発射弾から運動エネルギーを吸収し散逸させる複合装甲プレートであって、ペレットが複数の重畳列を形成するように結合しかつ大部分のペレットのそれぞれが少なくとも４個の隣接ペレットと接合するように、固化材によりパネルに直接に接合され固定された高密度セラミックペレットの単一内側層を含み、前記ペレットはＡｌ_２０_３を少なくとも９３％内包し比重が少なくとも２．５であって、大部分のペレットのそれぞれが３から１９ｍｍの長さの長軸をもち、前記固化材とプレートとが弾性を有し、さらに前記プレートの重量が４５ｋｇ／ｍ^２を越えないことを特徴とする複合装甲プレート。
前記大部分のペレットのそれぞれが、６から１９ｍｍの長さの長軸をもつことを特徴とする請求項１記載の複合装甲プレート。
前記ペレットが、少なくとも１つの凸状曲面をもつ規則的幾何学形状であることを特徴とする請求項１記載の複合装甲プレート。
前記ペレットが、少なくとも１つの円形断面をもつことを特徴とする請求項１記載の複合装甲プレート。
前記ペレットが、丸い端の筒形、平らな端の筒形あるいは球形であることを特徴とする請求項１記載の複合装甲プレート。
前記ペレットが、少なくとも９のモース硬度の堅さをもつことを特徴とする請求項１記載の複合装甲プレート。
前記固化材が、少なくとも８０％のアルミニウムを内包することを特徴とする請求項１記載の複合装甲プレート。
前記固化材が、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の複合装甲プレート。
前記固化材が、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の複合装甲プレート。
多層装甲パネルであって、
高速の装甲貫創可能な発射弾を変形させ破砕させるための、請求項１記載の複合装甲プレートの外側衝撃受容層と、
前記発射弾の残留破片を非対称変形させその破片から残留運動エネルギーを吸収するための、靱性のある編込テキスタイル材を含む、前記外側層に隣接した内側層とから成り、
該多層装甲パネルが、連続して発射された３つの弾丸をそのパネルの各辺が５ｃｍの三角形区域で止めることができることを特徴とする多層装甲パネル。
前記第２パネルが、「Ｋｅｖｌａｒ」（商標）で作成されていることを特徴とする請求項１０記載の多層装甲パネル。
前記内側層が、ポリアミド網体の多層を含むことを特徴とする請求項１０記載の多層装甲パネル。
請求項１記載の複合装甲プレートを製造する方法であって、
１つの底面、２つの主表面、２つの副側面、１つの開口上面をもち、該２つの主表面の間の距離がペレットの長軸の約１．２倍から１．８倍である金型を提供し、
前記底面からほぼ開口上面まで、前記２つの副表面間のほぼ全距離に沿って延びた複数のペレットの重畳列を形成するように、前記金型に前記ペレットを挿入し、
前記金型に注入される固化材の溶解点より高い少なくとも１００℃の温度まで、前記金型とペレットを暫時加熱し、
前記溶解固化材を前記金型に注入してその金型を充満させ、
前記溶解固化材を固化させ、
前記金型から複合装甲プレートを取り出す各工程を含む複合装甲プレートの製造方法。
前記溶解固化材が、少なくとも８０％のアルミニウムを内包する注型合金を含み、前記金型が少なくとも８５０℃の温度まで加熱されることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
前記金型の表面が、それに前記溶解固化材を注入する際に、空気の排出を容易にするための複数の空気孔を設けていることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
請求項１記載の複合装甲プレートを製造する方法であって、
１つの底面、２つの主表面、２つの副側面、１つの開口上面をもち、該２つの主表面の間の距離がペレットの長軸の約１．２倍から１．８倍である金型を提供し、
前記底面からほぼ開口上面まで、前記２つの副側面間のほぼ全距離に沿って延びた複数のペレットの重畳列を形成するように、前記金型に前記ペレットを挿入し、
液状エポキシ樹脂を前記金型に注入してその金型を充満させ、
前記エポキシ樹脂を固化させ、
前記金型から複合装甲プレートを取り出す各工程を含む複合装甲プレートの製造方法。