JP3711142B2 - 抗爆発性パッド及びその使用方法 - Google Patents

Description

本出願は、１９９１年１０月２５日付出願の米国特許第０７／７８４，１７０号に基づく優先権を主張するものである。
発明の分野
本発明は、一般に、偶発的な爆発若しくは望ましくない爆発の大きな損害に対して構造物を保護するために用いられる抗爆発性パッドに関する。特に、本発明は、軽量な拡張金網の多重層を含む層状抗爆発性パッドに関する。さらに、本発明は、抗爆発性パッドの抗爆発性特性を引き出すための、かようなパッドの適用方法に関する。
背景
よく知られているように、爆発の使用及び生産は、広範囲で遠大な産業である。数世紀にわたって調査すれば、鉱業及び道路建設業において利用される産業爆破、並びに内燃機関に使用される小爆発の動力化等のように、公知の爆発の有効な適用が、多く開発されている。さらに、ライフル銃、大砲、爆弾等での火薬及び他の爆発物の軍事用途が、よく知られている。
爆発の有用な適用から派生する利益に付随して、炭鉱、燃料タンク場、家屋、自動車、船、大型旅客機等にて、爆発物が偶発的に爆発する際にしばしば生じる大損害を余儀なくされている。同様に、テロリスト又は他の不法目的のために、爆弾が使用されるような事件にも対面している。
偶発的若しくは悪意ある目的のいずれにせよ、爆発物が近くで爆発する際に生じる損害から構造物を保護するための製品及び方法を開発するために、相当な努力が払われている。ある程度、進展はしているが、爆発による人命の損失及び所有物の破壊は容認できない割合でなお継続しており、抗爆発性の製品及び技術を改良する実用的、効果的且つ経済的な方法を見出す努力が熱心に続けられている。
本発明の目的は、顕著に強化された爆発抑制特性を有するパッド材料を提供することにある。
また本発明の別の目的は、爆発性材料の爆発により生じる衝撃波を放散させるために、驚くほど効果的な作用をする極めて軽量な組成物を含有する抗爆発性パッドを構造することにある。
さらに本発明の目的は、爆発した爆弾の爆発力により激しい損傷を受け易い構造物の保護に用いる新規な抗爆発性パッドの使用方法を提供することにある。
他の目的及び利点は詳細な説明により明らかとなるであろう。
発明の概要
本発明は、壁及び他の構造物要素と爆弾との間に、多孔性材料の１層により分離された拡張金網の多重シートからなる軽量パッドを挿入することにより、爆弾の爆発に対して、壁及び他の構造物要素が効果的に保護されるという発見に基づく。拡張金網の存在は、爆発性材料の爆発から生じる衝撃波を効果的に拡散させ且つ放散させるので、激しい爆発にもかかわらず、壁及び他の構造物要素は物理的に一体に維持される、ということが見出されている。
したがって本発明の製品は、拡張金網の第１のシートと、拡張金網の第２のシートと、該第１のシート及び第２のシートを分離する空気透過性材料の内部コア層と、を備える層状抗爆発性パッドである。好ましい実施態様において、該パッドは前方カバー及び後方カバーの間に保持され、拡張金網のシートはマグネシウム合金等のスリット入りのホイルから作られ、一方、内部コアはファイバーグラス、精製綿（コットンバッティング）若しくは拡張金網から形成された小型球体（ミニチュアボール）組立体等の多孔性材料で形成される。
さらに本発明は、爆発の衝撃に対して構造物を保護する方法を含む。該方法は、該構造物及び爆発物の間に、上述の性質を有する層状抗爆発性パッドを挿入する工程を備える。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の抗爆発性パッドの横断面立面図であり、種々の成分層を示す。
図２は、本発明の抗爆発性パッドを任意に変更した横断面立面図であり、種々の追加的な任意の層を含んだ図を示す。
図３は、スリット入りの金属ホイルシートの頂面図であり、該シートは引き延ばされることにより拡張され、本発明に有用な拡張金網を提供する。
図４から図７は、拡張金網の頂面図であり、スリット入りのシートが引き延ばされて拡張金網を形成するまでの変化を示す。
発明の詳細な説明
図面を参照すれば、本発明の基本的な層状抗爆発性パッドが図１に示されている。ここで、パッド１０は拡張金網からなるシート３及び４を含み、該シート３及び４は、空気透過性材料からなる内部コア５により、互いに離隔されている。本発明にとって必須事項ではないけれども、ある目的のために、前方カバー６及び後方カバー７の間に上記パッドを封じ込め、パッドの一体性を維持し、要素のスリップ及びシフトを防ぐことが望ましい。この目的のために、縫い合わせたり、ステープラによりとじ合わせたり、又は他の公知の固着手段により、シーム８及び９にて、前方カバー６及び後方カバー７を一緒に結合することができる。
シート３及び４に用いられる拡張金属は、特定の態様にて金属ホイルの連続シートにスリットを入れ、次いでスリットを入れられたスリット入りシートを引き延ばすことにより形成され、ホイルの厚みよりもはるかに厚い厚みを有するプリズム形拡張金網に転換される。図面を参照すれば、図３は、本発明に適する断続的なスリットを備える金属ホイルのシートを示す。シートの長さ及び幅は、製造されるべき抗爆発性パッドの大きさに従って、実用的な大きさから選択することができる。
図３において示すように、シート１０は、離隔された線上に断続的なスリット１１を備え、該線は互いに平行であるが、シート１０の長手方向を横切っている。各線上のスリット１１は、スリットの入っていない切片すなわちギャップ１２により離隔されており、各線上のスリット１１は隣接する線上のスリット１１とずれて並置されている。同様に、各線上のギャップ１２は、隣接する線上のギャップ１２とずれて並置されている。複数のスリットの線は、金属ホイルの連続シートの長手方向の縁部１３及び１３Ａと平行に走る。スリット入りの金属ホイルを製造するための装置は、共に係属中の１９９０年１０月２９日付け出願の第０７／６０５，５４０号明細書に詳細に記載されている。
図３に示すように、スリット入りの金属ホイルは、縦方向に引っ張り力をかけられることにより引き延ばされる際に、本発明の図１の要素３及び４として使用可能なプリズム形拡張金網に転換される。引き延ばされている間、ホイルの水平表面は、直立位置まで上昇させられ、はちの巣状構造を採る。この転換は、図４から図７に示されている。引き延ばされる前のスリット入り金属ホイル１０が、図４に示されている。縦方向の引っ張り力が矢印１５の方向にかけられると、スリット１１は開き始め、目１６に転換され、製品は図５に示される外観を呈する。より強い力がかけられることで、スリットはより大きく開かれ、製品は図６に示されるようなはちの巣状のプリズム形状にまで広げられる。さらに力がかけられることで、この構造は、図７に示されるように所望の最終点に到達することができる。図４〜図７に示された転換は、製品の厚みを増加することにより達成され、はちの巣状の製品の最終的な厚みは、各スリットの線同士の間の空げき１４のおよそ２倍の厚みである。
本発明の抗爆発性パッドを使用するにあたって、金属ホイルは非常に薄く、また各線上のスリット及び各線間の空げきは非常に小さいことが望ましい。ゆえに、金網を製作するために用いられるホイルの厚みは、０．０２８〜１．０mmの範囲内にあるべきで、好ましい厚みは０．０２８〜０．２mmである。各スリット１１の長さは１〜２．５cmの範囲であり、スリットが入っていない区域すなわち各スリット間のギャップ１２の長さは２〜６mmの範囲である。結果的に展開される金網にとって望ましい厚みによって、スリットの線を分離する距離１４を変更してもよい。距離１４は本来的には１〜４mmの範囲であり、結果的に展開される金網の厚みは通常は２〜８mmの範囲となる。距離１４として好ましい値は、１mm又は２mmのいずれかである。
金属ホイルに用いられる金属の種類は、薄膜形状に製作されるものであれば、金属あるいは合金の広範囲から選択することができる。本発明の目的のために、数種の相溶性物質とのマグネシウム合金を用いることが望ましい。ゆえに、例えば、アルミニウム、銅、ジルコニウム、亜鉛、ストロンチウム、ラドン（電子）、シリコン、チタニウム、鉄、マンガン、クロム及びこれらの化合物とのマグネシウム合金を用いることが望ましい。上述のような合金は、軽量で、強度があり、弾性があり、熱伝導性を有する等の価値ある特性ばかりでなく、不燃性であるという重要な特性をも有する。特に有用な化合物は、アルミニウムと銅とのマグネシウム合金である。他の好ましい化合物は、ジルコニウムとストロンチウムとのマグネシウム合金である。いくらか寸法を小さくするために、マグネシウムがアルミニウムにより置換された合金も、本発明の実行には有用である。
アルカリ金属の重クロム酸塩又はオレイン酸塩等の爆発物の爆発により引き起こされる火災を防ぐために効果的な材料によって拡張金網が被覆されていれば、さらなる利点が得られる。これらの材料は、加熱されると、濃厚な蒸気を発生し、該蒸気が包み込んだ領域内の構造物材料の着火を防止するべく補助的に作用する。
内部コア層５は、ファイバーグラス、精製綿（コットンバッティング）又は他の同様な不織物質等の適当な空気透過性材料であれば、何でもよい。該層５の内部コア材料として特に適当な材料は、拡張金網から形成された球体組立体である。かような球体は、小さなだ円体で形成されるときに最も効果的である。だ円体は、拡張金網シート（図３〜図７に示されるような）を小さな切片に切断し、次いでだ円形状に機械的に形成することにより、製造される。だ円体は、一般に２０〜３０mmの短径と、３０〜４５mmの長径と、を有する。だ円体を製作する装置は、同時係属中の１９９０年１０月２９日付出願の第０７／６０５，５４０号明細書に詳細に記載されている。
内部コア層５は、好ましくは１〜６インチの厚みを有する。この厚みより薄いと、保護が縮小され、この厚みより厚いと、効果的ではあるが、たいていの条件下で実用的でないかさ高さを追加することになる。
ある使用にとって、前方カバー６及び後方カバー７の使用により、層３、４及び５が一緒に、凝集性パッド内に結合されることが望ましく、該カバー６及び７をシーム８及び９にて固着することができる。後方カバー７としては、適当な材料であれば、いかなる材料を用いてもよい。しかしながら、前方カバー６は、金属膜若しくは繊維膜等の空気透過性材料から作られていることが必要である。該空気透過性の前方カバー６により、爆弾の爆発の衝撃波及び熱波を拡張金網の層３及び４に到達させ、衝撃波及び熱波が保護されるべき構造物に到達する前に、該層が衝撃波及び熱波を拡散及び放散させることができる。前方カバー６が堅い非透過性材料であれば、爆発による衝撃波は、該非透過性表面に対して完全な減衰されない力を発揮し、保護パッドのみならず保護されるべき構造物をも破壊するであろう。したがって、指摘されるように、前方カバーは空気透過性であり、さらに、爆発力が生ずる方向に面する位置に定置されることが必要である。
本発明は、単一なコア層により分離されている２つだけの拡張金網の層の使用に限定されるものではない。より大きな爆発を含む幾つかの適用のために、多孔性材料のコアにより分離された３層又は４層の金網を用いることが有利である。さらに、ある環境においては、単一の層内で互いにつながっている金網の２枚以上のシートを用いることも有用である。
図２は、本発明の実施例を示す。ここで、拡張金網の二重層が、パッドの前面に隣接して用いられており、だ円形の充てん材料の層により分離された追加の金網層が、前方二重層の背後に積層される。金網の余分の層及び離隔材料が、爆発に対する強化された保護を提供する。図２を参照すれば、強化された層状抗爆発性パッド１７は、拡張金網により作られた層１８、１９、２０及び２１を含み、該層は上述のタイプのだ円体組立体の内部コア２２、２３及び２４により互いに分離されている。前方層１８は、拡張金網の二重層からなる。該パッド１７は、前方カバー２５及び後方カバー２６の間に収容されており、該カバー２５及び２６は、シーム２７等の縫い合わせ、ステープラによるとじ合わせ、又は他の公知の固着手段により結合されている。図１の実施例と組み合わせることで、明らかに示されるように、前方カバー２５は空気透過性であり、爆発の衝撃波が進行してくる方向に面して位置されることが必要である。コア２２、２３及び２４がだ円体の形状で示されており、これが好ましい形状ではあるが、コア材料はファイバーグラス、精製綿又は他の同様な不織性物質等の適当な空気透過性材料であればよいことが理解されるであろう。単一パッドは、ある目的のために、種々のコア層内に異なるコア材料を有して作られてもよく、例えば、コア２２がだ円体であり、残りのコア層がファイバーグラスであるパッドであってもよい。
上述の性質の層状パッドは、爆発の破壊力に対する非凡な保護を提供する。保護されるべき構造物の全重量に対する拡張金網の割合は、非常に小さい（すなわち０．０５〜１％の間）けれども、拡張金網の特別なはちの巣状の構成及び熱伝導性により、近接した範囲での爆弾爆発による衝撃波及び熱効果を効果的に減衰させる。ゆえに、例えば、本発明の抗爆発性パッドで被覆されたコンクリートブロック壁は、１ポンドＴＮＴ爆弾が壁の前方５インチにて爆発しても何らの損傷をも受けない。ところが、パッドで被覆されていなければ、この壁は跡形もなく破壊される。
抗爆発性パッドは、クギ、ステープル、接着剤等により、構造物の表面に容易に付着させることができる。適切な場合には、本発明は、爆発に対する構造物の保護のために、広範囲な適用性を有する。家屋及び商業用建築物への適用は、燃料タンク又は他の爆発性材料が配置されているガレージ、暖房炉室、又は他の領域等の壁を被覆することも含む。自動車においては、エンジンルームと乗員乗車区画との間の防火壁を抗爆発性パッドによって被覆してもよい。テロリスト対策として、航空機の荷物室の壁を本発明の製品で容易に被覆し、爆弾の衝撃及び振動をけん制し且つ抑制し、飛行機の制御装置や他の生命維持構造要素の損傷を防ぐ。爆弾の爆発のリスクを受けやすい警官や消防隊員に用いられるために、該材料は歩行シールドに繊維化されてもよい。
本発明を説明するために、特別な実施例を記載するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲により限定されるものである。
実施例１
長さ６フィート、高さ６フィート、厚さ６インチの壁がコンクリートブロックで構築され、地上に置かれた６インチの流し込まれたコンクリート土台上に静止している。この壁の前表面全体は、図１に示される構成を有するパッドで被覆されている。
パッドの２つの層に用いられた拡張金網は、０．２５％Ｓｉ、０．３％Ｆｅ、０．０１％Ｃｕ、０．０１％Ｍｎ、１０％Ａｌ、０．０１％Ｚｎ、０．１％Ｔｉ及び残余がＭｇからなる合金で作られている。金属ホイルは、厚さが０．１mmであり、展開した形態での金網の厚さは２mmである。内部コアは、厚さが２インチのファイバーグラス層である。パッド材料は、４ミクロンメッシュの金属膜からなる前方カバー及び後方カバーを有する。
プラスチック容器内のＴＮＴ（トリニトロトルエン）１ポンド爆弾を被覆された壁の表面から５インチ離れた地面に置いて、爆発させた。激しい衝撃にもかかわらず、壁は無傷のままであり、何らの損傷の形跡も示さなかった。抗爆発性パッドの前面には、わずかに傷跡が認められたに過ぎなかった。
この後、パッドを壁から取り除き、第２のプラスチック容器内のＴＮＴ１ポンド爆弾を壁から５インチ離れた地面に置いて、爆発させた。壁は跡形もなく破壊された。
実施例２
実施例１の同じ寸法、同じ材料及び同じ構成を有する壁が構築された。この壁を図２に示す構成を有する抗爆発性パッドで被覆した。
パッドに用いられる拡張金網は、０．２５％Ｓｉ、０．３％Ｆｅ、０．０１％Ｃｕ、０．０１％Ｍｎ、１０％Ａｌ、０．０１％Ｚｎ、０．１％Ｔｉ及び残余がＭｇからなる合金で作られている。金属ホイルは、厚さが０．１mmであり、展開した形態での金網の厚さは２mmであった。金属ホイルをオレイン酸塩組成物で被覆した。各内部コアは、拡張金網の層と同じ材料から作られただ円体の厚さが１インチの組立体である。パッド材料は、４ミクロンメッシュの金属膜から作られた前方カバー及び後方カバーを有する。
金属シェル内のＴＮＴ（トリニトロトルエン）２ポンド爆弾を壁表面から５インチ離れた地面に置き、爆発させた。激しい衝撃にもかかわらず、壁は無傷のままであり、損傷若しくは燃焼の形跡も示さなかった。抗爆発性パッドの前面には、わずかに傷跡が認められたに過ぎなかった。
本発明の好ましい実施例を上記に詳細に記載したが、本発明の精神から逸脱しない限りにおいて、当業者により変形がなされてもよいことが理解されるであろう。

Claims (24)

1. 爆発に面するための空気透過性の前方カバーであって、周辺縁部を有する前記前方カバーと、
   前記前方カバーと並置された拡張金網の第１のシート、該第１のシートから離隔している拡張金網の第２のシート、及び、該第１のシートと該第２のシートとの中間の空気透過性材料からなるコア、を備えたパッドと、
   前記第２のシートと並置され、前記前方カバーの前記周辺縁部に対して結合された周辺縁部を有する後方カバーであって、前記空気透過性の前方カバー及び前記後方カバーは前記パッドを封じ込める、前記後方カバーと、備え、
   前記空気透過性の前方カバーは、爆発物からの衝撃波が前記空気透過性の前方カバーを通過し、前記パッドに到達することを許容して、前記パッドが前記衝撃波を拡散させ且つ放散させることを許容することを特徴とする、
   前記衝撃波を受け止め、且つ、放散させるための層状の抗爆発性パッド構造。
2. 前記拡張金網の第１シートがマグネシウム合金ホイルから作られていることを特徴とする請求項１の抗爆発性パッド構造。
3. 前記拡張金網の第２シートがマグネシウム合金ホイルから作られていることを特徴とする請求項１の抗爆発性パッド構造。
4. 前記マグネシウム合金ホイルが、約０．０２８〜０．５mmの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項２の抗爆発性パッド構造。
5. 前記マグネシウム合金ホイルが、約０．０２８〜０．５mmの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項３の抗爆発性パッド構造。
6. 前記拡張金網の第１シート及び第２シートが夫々、展開した形態にて約２〜８mmの厚みを有することを特徴とする請求項1の抗爆発性パッド構造。
7. 前記コアが、ファイバーグラスを備えることを特徴とする請求項１の抗爆発性パッド構造。
8. 前記コアが、精製綿を備えることを特徴とする請求項１の抗爆発性パッド構造。
9. 前記コアが、拡張金網から形成された球体組立体を備えることを特徴とする請求項１の抗爆発性パッド構造。
10. 前記前方カバーが、織布膜を備えることを特徴とする請求項１の抗爆発性パッド構造。
11. 前記抗爆発性パッド構造は構造物と前記爆発物との間に配置され、前記空気透過性の前方カバーが該爆発物に面していることを特徴とする請求項１の抗爆発性パッド構造。
12. 爆発に面するための空気透過性の前方カバーであって、周辺縁部を有する前記前方カバーと、
    前記前方カバーと並置されて対向する第１及び第２の拡張金網のシートを含み、前記前方カバーと並置されている前方抗爆性層、該前方抗爆性層から離隔され、拡張金網の第３のシートを含む後方抗爆性層、及び、該前方抗爆性層と該後方抗爆性層との中間の空気透過性材料からなるコア、を備えたパッドと、
    前記後方抗爆性層と並置され、前記前方カバーの前記周辺縁部に対して結合された周辺縁部を有する後方カバーであって、前記空気透過性の前方カバー及び前記後方カバーは前記パッドを封じ込める、前記後方カバーと、備え、
    前記空気透過性の前方カバーは、爆発物からの衝撃波が前記空気透過性の前方カバーを通過し、前記パッドに到達することを許容して、前記パッドが前記衝撃波を拡散させ且つ放散させることを許容することを特徴とする、
    前記衝撃波を受け止め、且つ、放散させるための層状の抗爆発性パッド構造。
13. 前記拡張金網の第１のシートがマグネシウム合金ホイルから作られていることを特徴とする請求項１２の抗爆発性パッド構造。
14. 前記拡張金網の第２のシートがマグネシウム合金ホイルから作られていることを特徴とする請求項１２の抗爆発性パッド構造。
15. 前記拡張金網の第３のシートがマグネシウム合金ホイルから作られていることを特徴とする請求項１２の抗爆発性パッド構造。
16. 前記マグネシウム合金ホイルが、約０．０２８〜０．５mmの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１３の抗爆発性パッド構造。
17. 前記マグネシウム合金ホイルが、約０．０２８〜０．５mmの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１４の抗爆発性パッド構造。
18. 前記マグネシウム合金ホイルが、約０．０２８〜０．５mmの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１５の抗爆発性パッド構造。
19. 前記拡張金網の第１のシート，第２のシート，及び第３のシートが、展開した形態にて約２〜８mmの厚みを有することを特徴とする請求項１２の抗爆発性パッド構造。
20. 前記コアが、ファイバーグラスを備えることを特徴とする請求項１２の抗爆発性パッド構造。
21. 前記コアが、精製綿を備えることを特徴とする請求項１２の抗爆発性パッド構造。
22. 前記コアが、拡張金網材料から形成された球体組立体を備えることを特徴とする請求項１２の抗爆発性パッド構造。
23. 前記前方カバーが、織布膜を備えることを特徴とする請求項１２の抗爆発性パッド構造。
24. 前記抗爆発性パッド構造は構造物と前記爆発物との間に配置され、前記空気透過性の前方カバーが該爆発物に面していることを特徴とする請求項１２の抗爆発性パッド構造。

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