JP5095506B2 - 強化積層板 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両などの窓用強化透視材や、警察官などの用いる防御用楯などに使用される強化積層板に関する。

軽量で耐衝撃性能に優れる強化積層板として、図６Ａに示すように、ポリカーボネート板７とアクリル板８とを水平方向に沿わせた姿勢で上下方向へ多層状に積層し一体状に結合させたものが提案されている（例えば特許文献１）。

この強化積層板は、ポリカーボネート板７が弾性変形と塑性変形により衝撃を吸収するように機能し、一方、アクリル板８が脆性破砕により衝撃を吸収するほか飛行体を変形させて衝撃を吸収させるように機能して防御性能を発揮するもの。この強化積層板においては、例えば図６Ｂに示すようにポリカーボネート板７やアクリル板８の厚さ又は数を増大させることで防御能力を任意に増大させることが可能である。

なお、複数種類の樹脂材料層を厚さ方向に対し傾斜させて積層させる技術は特許文献２に開示されている。この文献によれば、積層角度を０度から４度として、各層の端面を出現させて縞模様的とし、表面特性を複数積層した樹脂の特性を併せ持ったものとするものが知られている。
特開２００１−３５５９９９号公報 特開平９−８５８４７号公報（第２頁の段落番号００１０、図２）

特許文献１などに開示された従来の積層板は、ガラスを主材料としたものと較べると、飛行体の運動エネルギーを消失させるための単位質量当たり防御能力が向上するが、ポリカーボネート板７とアクリル板８とを厚さ方向に直交する方向に沿わせる構造であることが単位質量当たりの防御能力を制限するものとなるのであり、またポリカーボネート板７又はアクリル板８の厚さや数を増やして防御能力を増大させるとき、重量が不可避的に増大するなどの問題がある。

本発明は、これらの問題点を解消することのできる強化積層板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は中間層と、該中間層の上下各表面に一体状に被着された被覆層とを備えた積層板であって、前記中間層は外部からの運動エネルギーを主に自身の弾性変形や塑性変形により吸収する第１樹脂材料層と、前記運動エネルギーを主に自身の脆性破砕により吸収する第２樹脂材料層とを交互に積み重ねた層であって、互いの重ね合わせた境界面は、前記被覆層の面に対して傾斜されており、かつ中間層の表面に出現する第１樹脂材料層と第２樹脂材料層の端面は前記被覆層により被覆されていることを特徴とする。

飛行体が垂直に入射すると、強化積層板に与えられる衝撃エネルギーが最大となるが、本発明によれば、中間層は第１樹脂材料層と第２樹脂材料層との境界面が傾斜させた状態となっているため、被覆層に対して垂直に進入した飛行体であっても、境界面においては入射角が垂直ではなくなり、衝突した飛行体を第１樹脂材料層の境界面の弾性により方向を変更させ、中間層に留めるように作用する。

この結果、強化積層板の厚さを増大させないでも、即ち積層板の重量を増大させないでも、その防御能力を増大させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
図１Ａ及びＢは本発明の実施の形態に係る２種類の強化積層板の断面図である。これら強化積層板１００Ａ、１００Ｂのそれぞれは、水平な中間層１と、該中間層１の上下各表面に一体状に被着された被覆層２、２とを備えている。

上記中間層１は飛行体が衝突したときの運動エネルギーを主に自身の弾性変形や塑性変形により吸収する第１樹脂材料層３と、前記運動エネルギーを主に、自身の脆性破砕と前記飛行体の塑性変形とにより吸収する第２樹脂材料層４とを上下方向に対し一定角度θ１だけ傾斜させた状態で水平方向へ交互に配列すると共に接着剤により一体状となっている。また上記被覆層２のそれぞれは第１樹脂材料層３と同質の樹脂材料で形成されている。各被覆層２及び第１樹脂材料層３はポリカーボネートで形成し、第２樹脂材料層４はアクリルで形成するのがよい。

図１Ｂに示す強化積層板１００Ｂについてさらに詳細に説明すると、中間層１は水平な２つの層である上層１Ａ及び下層１Ｂからなり、上層１Ａは第１樹脂材料層３と第２樹脂材料層４とを上下方向に対し左右一側へ一定角度θ１だけ傾斜させた状態で水平方向へ交互に配列してあり、下層１Ｂは第１樹脂材料層３と第２樹脂材料層４とを上層の場合の反対側へ一定角度θ１だけ傾斜させた状態で水平方向へ交互に配列してあり、さらに上層１Ａの１樹脂材料層３及び第２樹脂材料４と、下層１Ｂの１樹脂材料層３及び第２樹脂材料４とを接着剤により一体状に結合している。

次に図１Ａに示す強化積層板１００Ａの具体的な製造例について図２を参照して説明する。図２は該製造例を示す説明図である。

図２Ａに示すように、水平な支持平面５上に、支持平面５に対し略、３０度〜６０度の範囲内の一定角度θ１に傾斜された傾斜面６ａを具備した治具６を固定させる。

一方では、厚さａ１が略、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲内の一定大きさとなされた帯状のポリカーボネート板７を多数、用意すると共に、厚さａ２が略、４ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の一定大きさとなされた帯状のアクリル板８を多数、用意する。

次にポリカーボネート板７とアクリル板８とを支持平面５上に交互に搬入して治具６の傾斜面６ａにこれと平行に立て掛けることにより、これらポリカーボネート板７とアクリル板８とが密接した傾斜状態で水平方向へ交互に配列されてなる交互配列状態とする。

この交互配列状態が必要な長さに達したとき、この交互配列状態の周囲に透明な接着剤９を供給してポリカーボネート板７とアクリル板８との密接箇所に透明な接着剤９を含浸させ硬化させる。このさい、接着剤９は熱硬化型、光硬化型又は反応型の何れであってもよい。これによりポリカーボネート板７とアクリル板８とを重ね合わさせた境界面が傾斜し、交互配列状態が一体状に結合された一体状交互配列体１０が形成される。

次に図２Ｂに示すように、一体状交互配列体１０の上面の凹凸を研削して水平な平坦面１０ａとする。これを、支持面５上で反転し、この反転状態での上面を先と同様に研削して、図２Ｃに示すような水平な平坦面１０ｂとする。

そして最後に、図２Ｅに示すように一体状交互配列体１０Ｂの上面と下面のそれぞれに、平面視形状が一体状交互配列体１０Ｂと同一で厚さが２ｍｍ〜６ｍｍのポリカーボネート板１１を透明な接着剤１２で一体状に結合させる。

次に図１Ｂに示す強化積層板１００Ｂの具体的な製造例について図３を参照して説明する。図３は該製造例を示す説明図である。

図２Ａに示す帯状のポリカーボネート板７と帯状のアクリル板８のそれぞれの巾を先の場合の半分にして、先の第２の一体状交互配列体１０Ｂを得る場合と同様な製造工程を経ることにより、厚さが４ｍｍ〜８ｍｍである図３Ａに示すような一体状交互配列体１０Ｃを２つ形成する。

次に図３Ｂに示すように、２つの一体状交互配列体１０Ｃ、１０Ｃを、ポリカーボネート板７及びアクリル板８の傾斜方向が逆向きとなるように対向させると共に、透明な接着剤１３で一体状に結合させる。これにより、上下方向が透明となされた一体状交互配列体１０Ｄが形成される。

この一体状交互配列体１０Ｄにおいて、上層の一体状交互配列体のポリカーボネート板７及びアクリル板８と、下層の一体状交互配列体のポリカーボネート板７及びアクリル板８とを図３Ｂに示すように正確な一線状に合致させてもよいし、或いは図３Ｃに示すように水平方向へずれた状態に合致させても差し支えない。

そして最後に図３Ｄ、Ｅに示すように、上記一体状交互配列体１０Ｄの上面と下面のそれぞれに先の場合と同様に、平面視形状が一体状交互配列体１０Ｄと同一で厚さが略、２ｍｍ〜６ｍｍの範囲内の一定値となされたポリカーボネート板１１を透明な接着剤１２で一体状に結合させる。

図２Ｅ及び図３Ｄ、Ｅに示すそれぞれの積層板１００Ａ、１００Ｂの各部と図１中の各部との対応関係を示すと、一体状交互配列体１０Ｂ，１０Ｄは中間層１に対応し、一体状交互配列体１０Ｂ，１０Ｄを形成したポリカーボネート板７は第１樹脂材料層３に対応し、一体状交互配列体１０Ｂ，１０Ｄを形成したアクリル板８は第２樹脂材料層４に対応し、さらに一体状交互配列体１０Ｂ，１０Ｄの上面と下面に結合されたポリカーボネート板１１は被覆層２に対応する。

また上側の一体状交互配列体１０Ｃは上層１Ａに、そして下側の一体状交互配列体１０Ｃは下層１Ｂに対応している。

次に上記強化積層板１００Ａと強化積層板に向かって来る飛行体との関係について図４を参照して説明する。図４は該関係を示す説明図である。
飛行体ｂ１は強化積層板１００Ａの被覆層２に直交する矢印方向ｃ１へ進行して衝突するときに強化積層板１００Ａに対し最も大きな貫通力を呈することから、ここでは飛行体ｂ１は矢印方向ｃ１へ進行するものとする。

この飛行体ｂ１が強化積層板１００Ａの一方側の被覆層２に衝突すると、被覆層２は主に、飛行体ｂ１が衝突した箇所近傍の自身の弾性変形及び塑性変形により飛行体ｂ１の運動エネルギーを吸収する。

次に飛行体ｂ１が被覆層２を貫通して中間層１に到達すると、第１樹脂材料層３の境界面３ａが強化積層板１００Ａの厚さ方向（以後、全体厚さ方向という。）に対し傾斜しているため、飛行体ｂ１は境界面３ａと直交する方向に対し境界面３ａの傾斜に対応した角度（これが飛行体ｂ１の入射角である。）θ２だけ傾斜した方向から進入して境界面３ａに衝突する。このとき境界面３ａはこのように衝突した飛行体ｂ１を受け止めると同時に境界面３ａの弾性作用により飛行体ｂ１の進行方向を矢印方向ｃ２へ変更させるように仕向ける。第２樹脂材料層４が破砕されることにより、飛行体ｂ１の運動エネルギーは吸収される。一方、飛行体ｂ１は各層との衝突により先端部を扁平状に塑性変形されるため貫通力はさらに減じられる。これにより飛行体ｂ１を中間層１内に留める。

上記した中間層１などによっても飛行体ｂ１の運動エネルギーが十分に減殺されることなく飛行体ｂ１が反対側の被覆層２に達したときには、この被覆層２は先端部の変形された飛行体ｂ１に対し自身の広い範囲の弾性変形及び塑性変形により大きな抵抗力を付与し飛行体ｂ１の運動エネルギーを効果的に吸収する。

図４において、飛行体ｂ１が点線で示す矢印方向ｄ１（θ３）上を経て強化積層板１００Ａに進入した場合は、第１樹脂材料３に対する飛行体の入射角θ２が９０度又はこれに近い大きさになる。飛行体ｂ１が第１樹脂材料層３の中心線上を経て進入しても、第１樹脂材料層３の厚さが２ｍｍ〜４ｍｍである一方で、飛行体ｂ１の直径は４ｍｍ以上あるのが一般的であるためとし、飛行体ｂ１は必ず第２樹脂材料４に衝突してその運動エネルギーを第２樹脂材料４の破砕などにより減殺される。また反対側の被覆層２に対する飛行体ｂ１の入射角θ３よりさらに大きいと、強化積層板１００Ａの全体的弾性変形などにより飛行体ｂ１を弾き返す可能性が高まる。

上記の強化積層板１００Ａにおいて第２樹脂材料層４は、飛行体の運動エネルギーを吸収する過程で粉砕する。このとき、中間層表面に出現している第２樹脂材料層４の端部から破砕した樹脂が飛び出そうとするが、被覆層２によりこれを押し止め、強化積層板１００Ａの外に破砕した第２樹脂材料が飛散するのを抑止する。

次に図５４を参照して強化積層板１００Ｂと飛行体b１との関係に言及する。図５は該関係を示す説明図である。

強化積層板１００Ｂは、中間層１が２つの層である上層１Ａ及び下層１Ｂからなり、上層１Ａは第１樹脂材料層３と第２樹脂材料層４とを上下方向に対し左右一側へ傾斜させた状態で水平方向へ交互に配列し、下層１Ｂは第１樹脂材料層３と第２樹脂材料層４とを上下方向に対し上層１Ａの反対側へ傾斜させた状態で水平方向へ交互に配列してあるため、上層１Ａを点線で示す矢印方向ｄ２（入射角θ４）から進入した飛行体b１は、下層１Ｂの境界面３ａと直交する方向に対し境界面３ａの傾斜に対応した入射角θ５だけ傾斜した方向から進入して境界面３ａに衝突する。このとき境界面３ａは飛行体b１を矢印方向ｃ３へ変更するように作用して全体厚さ方向と直交した方向へ移動させる。これにより飛行体b１は進入方向（厚さ方向）の運動エネルギーを減殺され強化積層板１００Ｂに対する貫通力を減じられる。ここにおいて、強化積層板１００Ｂの上層１Ａ、１Ｂの傾斜角度は異なるものであって、同じものであっても良い。また、上層１Ａ、１Ｂとの間で、互いに接着し合う第１樹脂材料層３と第２樹脂材料層４の端面が同一樹脂材料同士である必要も無いし、逆に同じでも良い。

上記各実施例においては、各被覆層は第１樹脂材料層による一層構成であるが、中間層の第２樹脂材料層が飛散しないように被覆する目的を達成する範囲においては複数層により構成されるものでも良い。また、この場合、両面の被覆層２は同一の層構成としなくてもよいことは明らかである。

本実施例に係る２種類の強化積層板の断面図である。 一種類の上記強化積層板の製造例を示す説明図である。 他の一種類の上記強化積層板の製造例を示す説明図である。 上記一種類の強化積層板と飛行体との関係を示す説明図である。 上記他の一種類の強化積層板と飛行体との関係を示す説明図である。 従来の強化積層板を示す断面図である。

符号の説明

１ 中間層
１Ａ 上層
１Ｂ 下層
２ 被覆層
３ 第１樹脂材料層
４ 第２樹脂材料層
ｂ１ 飛行体

Claims (5)

1. 中間層と、該中間層の上下各表面に一体状に被着された被覆層とを備えた積層板であって、前記中間層は外部からの運動エネルギーを主に自身の弾性変形や塑性変形により吸収する第１樹脂材料層と、前記運動エネルギーを主に自身の脆性破砕により吸収する第２樹脂材料層とを交互に積み重ねた層であって、互いを重ね合わせた境界面は、前記被覆層の面に対して傾斜されており、かつ中間層の表面に出現する第１樹脂材料層と第２樹脂材料層の端面は前記被覆層により被覆されていることを特徴とする強化積層板。
2. 前記傾斜角度が、上下方向に対し略、３０度〜６０度の範囲内の大きさであることを特徴とする請求項１記載の強化積層板。
3. 前記被覆層は第１樹脂材料層と同質の樹脂材料の層を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の強化積層板。
4. 前記第１樹脂材料層がポリカーボネートで形成され、前記第２樹脂材料層がアクリルで形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の強化積層板。
   
5. 前記中間層は、前記境界面が第１の傾斜角度である層と、前記境界面が第２の傾斜角度である層を有し、前記第１と第２の傾斜角度は、被覆層の表面の垂線に対して互いに反対側の傾斜であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の強化積層板。