JP5837592B2 - 薄カバーガラスの使用により耐多数回被弾性能が向上した透明装甲 - Google Patents

薄カバーガラスの使用により耐多数回被弾性能が向上した透明装甲 Download PDF

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Description

関連出願の説明
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１０年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６１/３６０２３２号の優先権の恩典を主張する。本明細書はこの仮特許出願の明細書の内容に依存し、仮特許出願明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。
本開示は薄カバーガラスの使用によって向上した耐多数回被弾性能を有する透明装甲に向けられる。透明装甲は、ガラスまたはガラス−セラミックの防弾面層、ガラス、ガラス−セラミックまたはポリマーの１つまたは複数の裏打ち層及び砕片受止め層を有し、防弾面層の前面の薄カバーガラス層をさらに有する。
本開示の主題は、ＤＡＲＰＡ（米国国防高等研究計画局）によって結ばれた契約第ＨＲ００１１−１０−Ｃ−０００５号の下に、米国政府の支援を受けてなされた。米国政府は本開示の主題に一定の権利を有する。
透明装甲（ＴＡ）に対する耐「多数回被弾」要求が紛争における必要性により強まっている。今日の軍事任務において、敵との遭遇はこれまでの「通常」交戦状況のほとんどにおけるより近距離でおこる。したがって、現状を考慮して、ＴＡに対する耐多数回被弾仕様では一般に、ＴＡが受ける銃弾間に、旧来仕様に用いられる１００〜１２０ｍｍの距離よりかなり短い距離が要求される。現在広く用いられている一仕様は、「Ｔ」字の２つの軸に沿う５０ｍｍの銃弾間隔が要求される「Ｔパターン」と称される。仕様の許容限度内にあるためには、試験中の銃弾間隔を２０ｍｍまでも短くすることになり、それでも評定は「有効」レベルである。ガラスベースＴＡに対し、新しいＴパターン仕様を満たすことは全工業界にわたる難題である。
耐多数回被弾要件に加えて、新しいＴＡシステムまたは積層には従来システムまたは積層より軽量であることが要求される。この結果、新しい材料がＴＡ重量の軽減において役割を果たし始めている。これらの新しい材料には、スピネル、ＡＬＯＮ（酸窒化アルミニウム）及びサファイアの透明セラミック、透明ガラス−セラミック及び、ホウケイ酸ガラスのような、その他の高性能ガラスがある。しかし、費用／性能トレードオフにより、これらの材料は一般に、硬い発射体を有効に破壊するかまたは変形させるための防弾プレートとして用いられ、ガラス及び／またはポリマーの層がＴＡ積層の残部を形成し、発射体に打ち勝つために防弾プレートの後に配される。
厳格な耐多数回被弾要件を満たすためには、防弾プレート材料が、初弾だけではなく、全銃弾に対してＴＡの機能の一部であり続けることが不可避である。耐多数回被弾能力への鍵は防弾プレートの完全性を保持することであり、理想的には、衝撃中の損傷の大きさも減じ、したがって多数の衝撃に有効に打ち勝つことを可能にすることである。防弾プレートを覆うガラスのカバーシートまたはカバー層は当然の選択である。プラスチックベースのカバーは軽量であり、維持材料に有効であり得るが、最外層に必要なすり傷耐性が欠けている。従来の知恵では、すり傷及び岩石打撃への耐性を提供するカバーとして感覚的に６ｍｍないし１０ｍｍのガラス層が必要であると製造業者に思わせていたようである。しかし、そのような６ｍｍないし１０ｍｍのカバーガラスはＴＡ積層の重量を増し、また防弾性能を大きく減じ、多層積層全体の性能の有効性を下げることも分かった。考え得る説明は、弱いカバーガラスが、発射体より先に、防弾プレートをプリコンディショニングして弱める、高速で進行する欠陥波の開始点になり得ることである。これは望ましいことではない。したがって、耐スクラッチ性及び耐岩石打撃性を弱めずに耐多数回被弾性を向上させる、有効なカバーが未だに必要とされている。
一態様において本開示は、ガラス、ガラス−セラミックまたはセラミックの防弾面層、ガラス、ガラス−セラミック（ＧＣ）、セラミック（Ｃ）またはポリマー（Ｐ）の、少なくとも１つの防弾面層裏打ち層、裏打ち層の後の少なくとも１つの砕片受止め層、及び、防弾面層に本明細書に説明されるような接着材料を用いて貼り合わされた、薄いカバーガラス層を有し、薄いカバーガラス層が飛来する発射体または破片のいずれによっても衝撃を受ける最初の層である、透明装甲積層に向けられる。一実施形態において、カバーガラスは≦３ｍｍの厚さを有する。別の実施形態において、カバーガラス厚は≦１ｍｍである。また別の実施形態において、曇り止め／曇り取り素子がカバーガラスと防弾面の間に積層される。さらにまた別の実施形態において、カバーガラスを有するＴＡ積層は、太陽熱のほとんどを吸収し、薄いガラス層を介して熱を散逸させるため、薄いカバーガラスの後で、防弾面層の前に、ＩＲ吸収性接着剤層を有する。一実施形態において、カバーガラスを有するＴＡ積層は、カバーガラスと防弾面の間にＩＲ吸収性接着剤層及び曇り止め／曇り取り素子のいずれも有する。
図１は、第１の発射体または銃弾（＃１）の衝撃中に防弾面がどれだけ失われて、発射体または銃弾＃２が「出会う」防弾面がなくなるかを示す、カバーガラスのないＴＡ積層の図である。 図２は、発射体または銃弾＃１の衝撃後に、失われる防弾面がどれだけ減じられ、その結果、発射体＃２の無効化の向上が得られるかを示す、薄いカバーガラスを有するＴＡ積層の図である。 図３は、４つの弾着点によって形成されたＴパターンの略図であり、さらに、Ｔパターン仕様によって要求されるような弾着点間の最大距離を示す。 図４は、ＧＣ防弾面を有し、カバーガラスを有していない、１４インチ×１４インチ（３５５.６ｍｍ×３５５.６ｍｍ）のＴＡ積層の、銃撃＃１，＃２及び＃３後の、前面を示す写真である。このサンプルには、黒矢印で示されるように、銃撃＃４の場所の近傍にＧＣのかなりの喪失がある。 図５は、ＧＣ防弾面を有し、１/１６インチ（１.６ｍｍ）のポリカーボネート（ＰＣ）カバーシートを有する、１２インチ×１４インチ（３０４.８ｍｍ×３５５.６ｍｍ）のＴＡ積層の、銃撃＃１，＃２及び＃３後の、前面を示す写真であり、黒矢印で示されるように、積層は銃撃＃４の場所の近傍でＧＣを保持している。 図６は、ＧＣ防弾面を有し、６ｍｍのカバーガラスを有する、１４インチ×１４インチの積層の、銃撃＃１，＃２及び＃３後の、前面を示す写真であり、黒矢印で示されるように、積層は銃撃＃４の場所の近傍でＧＣを維持している。 図７は、ＧＣ防弾面を有し、０.７ｍｍＥａｇｌｅ（登録商標）ガラス（米国ニューヨーク州コーニング(Corning)のコーニング社(Corning Incorporated）)のカバーガラスを有する、１４インチ×１４インチの積層の、銃撃＃１，＃２及び＃３後の、前面を示す写真であり、黒矢印で示されるように、積層は銃撃＃４の場所の近傍でＧＣを維持している。 図８Ａは、６０〜７０６０ｍｐｈ（９６〜１１２９６ｋｍ/時）の範囲の速度を有する直径３/４インチ（１９.８ｍｍ）の鋼球を用いてシミュレートした岩石打撃における、６ｍｍＢｏｒｏｆｌｏａｔ（登録商標）ガラス（米国ニューヨーク州エルムスフォード(Elmsford)のSchott Glass）の性能を示す写真である。 図８Ｂは、６０〜７０６０ｍｐｈ（９６〜１１２９６ｋｍ/時）の範囲の速度を有する直径３/４インチ（１９.８ｍｍ）の鋼球を用いてシミュレートした岩石打撃における、０.７ｍｍ「Ｅａｇｌｅ」ガラスの性能を示す写真である。 図９は、従来のＴＡ積層のような８〜１０ｍｍのガラス防弾面の後に加熱素子が配されている、略図である。 図１０は、本開示にしたがう、０.７ｍｍ「Ｅａｇｌｅ」ガラスの後に加熱素子が配されている、略図である。 図１１は、本開示にしたがう、０.７ｍｍ「Ｅａｇｌｅ」ガラスの後にＩＲ吸収性接着剤層が配されている、略図である。
本明細書において、用語「発射体」及び「銃弾」は互換で用いられ、武器から撃ち出された銃弾または砲弾に加えて、爆発、台風または竜巻中にあり得るような強風、またはその他の原因の結果としてＴＡ積層を打撃することになり得る破片を含むと理解されるべきである。導電層を有するかまたは有していないカバーガラスと加熱素子として用いられるワイアメッシュとの接合を含む、積層相互の接合は、液体、ゲル、ペーストまたはフィルムの形態の接合材料を用いて行われる。一般に接合材料は、液体、ゲル、ペーストまたはフィルムの形態の高分子接着剤である。
また本明細書において、透明装甲（ＴＡ）は、防弾面層、１つないし複数の裏打ち層及び１つないし複数の砕片受止め層を有し、それぞれの層が、接着剤層、例えば接合される表面の少なくとも１つに塗布される液体接着剤、あるいは接合されるべき表面の間に配される接着性ポリマー層間シートの使用により相互に貼り合わせられているかまたは接合されている、いずれの透明装甲積層も意味する。本開示は、飛来するいずれのタイプの発射体（弾丸または砲弾、榴散弾、岩石、等）を受けるであろう最初の層としての、透明な薄い「カバーガラス」、「ガラスカバー」または「カバー」の層の配置を説明するが、用語「防弾面」は本明細書においてガラスカバーの後の（接合中間層を含まない）最初の透明なガラス、ガラス−セラミックまたはポリマーの層について用いられる。ガラスカバーは、アルミノケイ酸ガラス、アルカリアルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノホウケイ酸ガラス及びソーダ石灰ガラスからなる群から選ぶことができるが、これらには限定されない。アルカリ金属イオンを含有するガラスはガラス中のアルカリ金属イオンのより大きな金属イオン、このましくはより大きなアルカリ金属イオンとのイオン交換によって化学的に強化することができる。
本開示は新規な概念及び、透明装甲の耐多数回被弾性能を向上させるための薄ガラスカバーの使用を実証する、実験結果を開示する。厚さが３ｍｍ以下の薄カバーガラスが、飛来する脅威（発射体または破片）に面する最初の層として、多層ＴＡスタックの前面に配される。ＴＡスタックは、透明ガラス−セラミック、透明セラミックまたはその他のタイプのガラス及びセラミックのような、高性能防弾面材料を有することができる。薄ガラスカバーは衝撃事象中に防弾面材料を有効に維持し、よって第１の衝撃領域の近傍における以降の衝撃に一層有効に打ち勝つことを可能にする。一実施形態において、カバー厚は１ｍｍ以下である。カバーガラスは、フュージョンドローガラス、スロットドローガラスまたはフロートガラスとすることができる。限定ではなく例として、カバーガラスは、例えばガラス厚範囲が０.５〜１ｍｍの「Ｅａｇｌｅ」 ＸＧガラス（コーニング社）であるがこれには限定されない、ＬＣＤディスプレイガラスとすることができる。岩石またはその他の破片に対する耐性のような耐低速度衝撃性の向上のために、また防弾面のさらなる保護のためにも、例えば厚さが０.５ｍｍ〜２ｍｍコーニングＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスであるがこれには限定されない、化学強化ガラスを用いることができる。
本明細書に開示されるようなカバーガラスの使用は、用いられる透明装甲に対して多くの利点を与える。これらの利点には、
１．厚いガラスカバーを用いている場合のような、カバー層に発生する欠陥波による防弾面材料の「プリコンディショニング」の多大の軽減、
２．衝撃中の防弾面材料の有効な維持、
３．厚さが５ｍｍ以下のカバーガラスの使用による無視可能な重量増加、
４．無研磨防弾面シートの使用、例えば圧延したままのガラス−セラミックの使用が可能であることによる、コスト低減、
５．優れた耐岩石打撃性能、
６．砂漠環境において有益である、改善された高温性能のための外層ガラス層内における太陽熱の吸収及び散逸への潜在能力、
７．カバーガラスと防弾面層の間の加熱素子の配置による、高められた、曇り取り、着氷防止及び曇り止めの効率、
がある。
本明細書に説明される例及びサンプルにおいては、ガラス−セラミックを防弾面材料として用いた。透明セラミック材料または高性能ガラス材料のような他の防弾面材料を用いても同様の結果が得られたであろう。例及びサンプルに用いたＴＡ積層は、ＧＣ防弾面層、１つないし複数の中間層または裏打ち層、及び砕片受止め層を有し、カバー層（ガラスまたはポリマー）を有しているかあるかまたは有していない。これらの層は高分子着剤シートまたは高分子接着剤液とすることができる高分子接着剤を用いて相互に接合した。
防弾面の役割及び代表的構成
強い防弾面材料は一般に優れた、硬度及び靱性のような、機械的特性を有する。例えば、コーニング社の９６６５ガラス−セラミック（ＧＣ）はフロートガラスより〜５０％高い硬度を有する。高硬度は発射体を破壊するかまたは変形させて貫通をおこりにくくするに役立つ。この理由のため、硬い材料は、防弾面としてはたらくであろう、ＴＡスタックの前面に配されるべきである。２９５０フィート/秒（〜９００ｍ/秒）のＶ５０が得られる代表的構成は、
１０ｍｍＧＣ／１５.９ｍｍＢｏｒｏｆｌｏａｔ／６.４ｍｍＢｏｒｏｆｌｏａｔ／
１２．７ｍｍＰＣ
である。このスタックは１８.８ポンド/平方フィート(約９４ｋｇ/ｍ２)の面密度（ＡＤ）を有し、積層の作製において、ガラスがフロートプロセスで溶融スズに接触していた側である、Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ層の「スズ」側が飛来する脅威に面する。ＧＣ層及びガラス層は市販の接着剤、例えばＤｅｅｒｆｉｅｌｄ４７００またはＨｕｎｔｓｍａｎ３９９のような１５ミル（３８０μｍ）ポリウレタン（ＰＵ）接着剤を用いて積層した。以下の実験に示されるように、ＧＣ層はスタックの前面になければならない。１５.９ｍｍＢｏｒｏｆｌｏａｔ層がスタックの前面に配されて防弾面としてはたらき、ＧＣ層がその後でスタックの内側に配されていれば、得られるスタック（積層）のＶ５０は〜２６５０フィート/秒（８０７.７ｍ/秒）になり、これはＧＣ層が防弾面層である場合に比較して３００フィート/秒（９１.４ｍ/秒）小さい。
Ｖ５０及び耐多数回被弾性へのカバーガラスの効果
ＧＣ層がスタック内に嵌め込まれているかまたは埋め込まれている場合にＧＣ性能が大きく減じられる機構についての正確な説明は現時点では知られていない。考え得る説明の１つは、ステファン・ブレス(Stephan Bless)等，「ガラス内の欠陥波(Failure Waves in Glass)」，Journal of the American Ceramic Society，第７５巻、第４号，ｐ.１００２〜１１０４に論じられているような、「欠陥波」に基づく。ブレス等は、ガラス材料の防弾面にかかる衝撃事象が、透明装甲の用途において関心がある代表的な発射体速度で衝突する発射体より高速度でかつ発射体に先行して進む「欠陥波」を、生じさせることを観察した。欠陥波の後方には、引張強度の全喪失及び剪断強度のかなりの低下がある。事実上、欠陥波は発射体の経路において材料を破砕し、したがって発射体は弱化した材料と交接するであろう。ガラス−セラミックが、発射体が最初に交接する材料であれば、相互作用は発射体と「無損傷」のガラス−セラミック間でおこるであろう。弱いガラスカバーは「欠陥波」にプリコンディショニングする時間を与え、よってガラス−セラミックを弱化する。これが正しいとすれば、カバーガラスの厚さは重要な役割を果たし得る。カバーが厚くなるほど、より大きな損傷を与える「欠陥波」が形成され、欠陥波が面するガラスセラミックを欠陥波が弱化する時間が長くなり得、また、その逆も言える。
Ｖ５０への薄ガラスカバーの影響を定量化するため、０.７ｍｍ「Ｅａｇｌｅ」ガラスカバーを上に論じた代表的構成におけるＧＣの（飛来する発射体の方向において）前方に配した。「Ｅａｇｌｅ」ガラスをＧＣに取り付けるため、１５ミル(３８０μｍ)ＰＵ接着剤を用いた。カバーガラス及び追加のＰＵ接着剤は標的にいくらかの重量、〜０.５ポンド/平方フィート(約０.２５ｋｇ/ｍ２)、を付加したが、Ｖ５０には〜７０フィート/秒(２１.３ｍ/秒)の低下が見られた。これは有意な低下ではなく、その使用を正当化するためには耐多数回非弾性への恩恵がＶ５０のこの低下を上回らなければならない。対照的に、６ｍｍ厚ソーダ石灰カバーガラスが用いられた場合、面積密度は３.１ポンド/平方フィート（約１５．５ｋｇ/ｍ２）増加し、Ｖ５０の同じく〜７０フィート/秒（２１.３ｍ/秒）の低下が観測された。したがって、０.７ｍｍ「Ｅａｇｌｅ」ガラスまたは６.０ｍｍＢｏｒｏｆｌｏａｔガラスのカバーを有するＴＡシステムはいずれも耐多数回被弾能力を達成したが、後者のやり方（Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ）はかなり低い重量効率（すなわち、面積密度のかなり大きな増大）でこれを達成している。
耐多数回被弾性への薄ガラスカバーの効果の議論は、特に「Ｔパターン」試験手順で用いられる場合に本開示を完全に理解するために必要である。「Ｔパターン」は図３に示され、図３において、＃１，＃２，＃３及び＃４は標的に対してこの順序で発射された銃弾１〜４を表し、参照数字１５０で表される円で例示されるような、円は銃弾１〜４に対する標的円であり、参照数字１５２は幅方向の辺を示し、参照数字１５６は長さ方向の辺を示し、長さは２つの主辺寸法の大きい方であり、幅は２つの主辺寸法の小さい方である。参照数字１５４は長さに対する中心線を示し、参照数字１５８は幅に対する中心線を示す。銃弾＃１及び＃２は幅中心線１５８の上下にある円に向けられる。図示されるように、銃弾＃１と＃２に対する円の間隔は５０ｍｍであり、銃弾＃１及び＃２に対する円と幅中心線の間隔は２５ｍｍである。図３において、銃弾＃３及び＃４の円は銃弾＃１及び＃２の円の右にあり、銃弾＃３及び＃４に対する標的円の中心は幅中心線上にあり、５０ｍｍ隔てられている。図示されるように、銃弾＃１（または＃２）の円の中心と銃弾＃３の円の中心の間の水平距離は１２５ｍｍである。同じく図示されるように、銃弾＃１（または＃２）の円の中心と銃弾＃４の円の中心の間の水平距離は１７５ｍｍである。
Ｔパターン試験は、４つの銃弾が貫通せずにＴＡサンプルによって止められなければならないことを要求する。上に示したように、銃弾＃１及び＃２は５０ｍｍ隔てられ、銃弾＃３及び＃４も互いに対して同じだけ隔てられる。銃弾に対する典型的な破壊パターンは発射体のタイプ及び速度に依存して半径５０〜１００ｍｍの園内に拡がる。銃弾＃１及び＃２をＴパターンの第１のセットとし、銃弾＃３及び＃４をＴパターンの第２のセットとして見れば、最もシビアな問題は銃弾＃２及び、特に、銃弾＃４にともなう。これらの銃弾のそれぞれは直近の銃弾によって既に弱化された領域に当たる。カバーガラスの目的は、銃弾＃２及び＃４がガラス−セラミックと、ガラス−セラミックがある程度破壊された材料であっても、確実に交接するように、防弾面損傷を局限し、ガラス−セラミック材料を維持することである。
図１及び２は、Ｔパターン試験実施時に防弾面材料が維持されることの重要性を示す。図１は、防弾面層２００，１つないし複数の裏打ち層２１０及び砕片受止め層２２０を有するＴＡ積層を示す。発射体＃１が防弾面２００を衝撃すると、材料がはじき飛ばされて、図１の右側に示されるように、「クレーター」すなわち苛酷に損傷された領域２１１が形成され得る。発射体＃２が「クレーター」内を衝撃すると、発射体＃２は量が少なくなった防弾面層２００の材料または裏打ち層２１０の材料に当たることができ、この結果、ＴＡはさらにひどく弱化するであろう。次の発射体＃３及び＃４が図３に示されるように離れた距離を衝撃すると、結果はＴＡシステムの破壊あるいは、ＴＡを通した視界が極めて損なわれるかまたは不可能であるような、極度の損傷になり得る。図１とは対照的に、図２に示されるように防弾面層２００の前に薄カバーガラス２３０が配されていると、発射体＃１の衝撃は図２の右側に示されるようにかなり小さい「クレーター」すなわち損傷領域２１２を形成する。次の発射体＃３及び＃４が図３に示されるように離れた距離を衝撃すると、ＴＡシステムは損傷に耐えて貫通させず、少なくともある程度の視界も残るであろう。いかなる特定の理論にも束縛されずに、接着剤を用い防弾面に接合された場合、厚さが≦３ｍｍの薄カバーガラスの使用は、発射体がカバーガラスに当たった場合に投射体のエネルギーを散逸させるに役立ついくらかの曲りを示し、よって「欠陥波」の強度を減じ、ＴＡ積層への「欠陥波」の影響を小さくするような、ある程度の可撓性を有する表面を提供すると考えられる。
図４〜７は、カバーガラスが無いＴＡ積層（１例）及びカバーガラスを有するＴＡ積層（３例）の比較である。比較は、左から右に、銃弾＃１，＃２及び＃３を受けた後のサンプルについてなされている。銃弾＃４は右図上の矢印の先端で示される場所を標的にしている。積層は、
図４：ＧＣ防弾面を有し、カバーガラスをもたないＴＡ、
図５：ＧＣ防弾面及び１/１６インチ（〜１.６ｍｍ）（ポリカーボネート）カバーガラスを有するＴＡ、
図６：ＧＣ防弾面及び６ｍｍソーダ石灰カバーガラスを有するＴＡ、
図７：ＧＣ防弾面及び０.７ｍｍ「Ｅａｇｌｅ」ガラスカバーガラスを有するＴＡ、
である。図４〜７の写真から、ＧＣ防弾面へのカバーの付加の利点は極めて顕著である。耐すり傷性または重量を全く考慮しなければ。ＰＣ（ポリカーボネート）カバーが、その好ましいコスト上の利点のため、望ましい。しかし、ＴＡ要件（仕様）に耐すり傷性を加えると、プラスチックベース材料は容易にすり減るという事実により、いかなるプラスチックベースカバー材料も除外される。したがって、ガラスが選ばれる材料となる。薄カバーガラス（＜３ｍｍ）を選択するか、比較的厚いカバーガラス（＞６ｍｍ）を選択するかでは、軽量及び有害な弾道衝撃の軽減を考慮して、薄カバーガラス（これらの例においては＜１ｍｍカバーガラス）が選ばれた。
薄ガラスカバーを有利にするその他の要件
カバーガラスの選択に当たって考慮されるべきその他の付随的な要件がある。例えば、
岩石打撃：
ＴＡ使用中に遭遇する岩石打撃は、ＴＡのエンドユーザが新しい防弾面構成を採用するであろうより前に、解析及び考察されなければならない。一見して、≦３ｍｍガラス層、特に≦１ｍｍガラス層は、低速大質量の岩石打撃に抗するほど強くはないと思われる。しかし、実際はそうではないことがわかる。０.７ｍｍ「Ｅａｇｌｅ」ガラスカバーの性能を示す図８Ｂを、６ｍｍＢｏｒｏｆｌｏａｔガラスカバーの性能を示す図８Ａと比較すると、〜６０〜７０マイル/時（９６〜１１２ｋｍ/時）の範囲の速度で飛来する直径３/４インチ（〜１９ｍｍ）の鋼球に抗する際に、いずれのガラスも球によって亀裂が入っているが、「Ｅａｇｌｅ」ガラスカバーでは損傷域がかなり小さく、視界への影響が最小限であることが示された。「Ｅａｇｌｅ」ガラスと比較すると、６ｍｍガラスカバーはより広い損傷域を示した。例えば市販の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス（コーニング社）があるがこれには限定されない、化学強化ガラスの使用は、鋼球試験において「Ｅａｇｌｅ」ガラスより良好な性能を提供し得る。圧縮応力及び層深さが大きくなるほど、耐すり傷性が高くなる。薄ガラスの熱強化も鋼球試験における性能を向上させることができる。
耐摩耗性：
耐弾道衝撃性能を低下させ、視界低下をおこさせ得る、摩耗への耐性はＴＡに対する別の望ましい要件である。ポリマー及びソーダ石灰ガラスは、例えば吹き付ける砂による、磨耗を受け易い。「Ｅａｇｌｅ」ガラス及び「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスはいずれもソーダ石灰ガラスを凌駕し、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスはこれらの３つのガラスの内で最高の性能を示す。ソーダ石灰ガラスを化学的に強化することはできるが、ソーダ石灰ガラスにおけるイオン交換の深さ及び程度はいずれも「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスで可能なイオン交換の深さ及び程度よりもかなり小さく、よって化学的強化ソーダ石灰ガラスの耐磨耗性能は低いであろう。
着氷防止、曇り止め及び曇り取り：
着氷防止、曇り止め及び曇り取りの効率は、図９に示されるように、導電性透明被覆またはワイアグリッドの加熱素子をカバーガラスの後に配して、カバーガラスを通して熱を（接合されていない）外表面に伝導させると、大きく向上させることができる。接合材料、例えばポリウレタンは、カバーガラスを導電性被覆によって防弾面に接合するため、カバーガラスの導電性被覆側に施すことができる。加熱素子としてワイアメッシュが用いられる場合、接合材料は、カバーガラス、ワイアメッシュ及び防弾面を相互に接合するために用いることもできる。接合材料は、技術上知られているように、液体、ゲル、ペーストまたはフィルムの形態とすることができる。接合フィルムが用いられる場合、接合プロセツ中、接合フィルム内に埋めこまれた薄い加熱ワイアメッシュにより、フィルムが軟化されて、カバーガラスを防弾面に接合するであろう。
図９に示されるように、加熱素子２５０は防弾面層２００と、後にポリマー砕片受止め層２２０，例えばＰＣが続く、複数の裏打ちガラス層２１０の第１層の間に配される。図９に示されるような６〜１０ｍｍの代表的なＴＡ第１層厚に比較して、０.７ｍｍのカバーガラスの厚さは〜１/１０であり、これは熱質量及び熱伝導の観点から加熱効率を高めるはずである。図１０は、加熱素子２５０が薄ガラスカバー２３０と、後に、この例では単裏打ちガラス層２１０，図９の裏打ちガラス層の厚さとほぼ等しい、選ばれた厚さを有し、裏打ちガラス層を置き換える、（単層として示される）１つないし複数の裏打ちアクリル層２４０及び砕片受止め層２２０が続く、防弾面層２００の間に配される、本開示の一実施形態を示す。耐多数回被弾性能を向上されるための薄カバーガラス２３０の使用により、裏打ちガラス層の内のいくつかの、（１つないし複数の）ほぼ等しい厚さの裏打ちポリマー層による置き換えが可能になり、この結果かなりの重量節減が得られる。総厚が６２ｍｍの、図９に示されるような「標準」総ガラスＴＡは２８ポンド/平方フィート（約１４０ｋｇ/ｍ２）の面積密度を有するであろうが、薄カバーガラス及び（１つないし複数の）ポリマー層による裏打ちガラス層にある程度の置き換えを用いる、図１０に示される解決策は、２５％の重量低減である、〜２１ポンド/平方フィート（約１０５ｋｇ/ｍ２）の面積密度を有するであろう。
太陽加熱：
太陽加熱は、太陽光スペクトル内のＩＲを吸収するＴＡ積層間の中間接着剤層によって生じる、ＴＡに対する既知の問題である。接着剤で囲まれた厚ガラスでは熱散逸が非効率的になり、接着剤層を過剰に加熱することになり、続いて、ＴＡ性能を弱めることになる。薄ガラスカバーが防弾面層の前に配されると、薄カバーガラスの後の接着剤層がＩＲ光のほとんどを吸収し、生じた熱を、薄ガラス層を介して散逸させることができる。この方策は、砂漠環境で遭遇するような、苛酷な太陽負荷の下でのＴＡ性能を高めるに役立ち得るであろう。防弾面層、裏打ち層及び砕片受止め層を接合する接着剤の加熱及び層間接合の弛みからの保護に加えて、薄カバーガラスを防弾面層に接合するために用いられる接着剤は、例えば車輌に加わるであろう、熱負荷を低減する。これは続いて、例えば救急車または装甲人員運搬車においてなされなければならない、いずれの冷房に対する所要電力も低減するであろう。図１１に示されるように、吸収性接着剤２６０がカバーガラス層２３０と防弾面層２００の間に用いられ、カバーガラス層２３０を防弾面層２００に接合する。図示されるように、防弾面層２００の後に、単裏打ちガラス層２１０，図９の裏打ちガラス層の厚さにほぼ等しい、選ばれた厚さを有し、裏打ちガラス層を置き換える、（単層として示される）１つないし複数の裏打ちアクリル層２４０及び砕片受止め層２２０が続く。図１１に示される実施形態は図１０の実施形態と同様に２１ポンド/平方フィート（約１０５ｋｇ/ｍ２）の面積密度を有し、標準の総ガラスＴＡシステムの２８ポンド/平方フィート（約１４０ｋｇ/ｍ２）に対する重量節減はやはり２５％である。別の実施形態において、カバーガラス層２３０はガラスの一方の側に加熱、曇り止め及び曇り取りのための導電素子を有し、接着剤はカバーガラスの導電素子側を防弾面に接合する。また別の実施形態において、加熱、曇り止め及び曇り取りのための素子はワイアメッシュ素子であり、接着剤は、カバーガラス、ワイアメッシュ素子及び防弾面を接合する。
限られた数の実施形態に関して本発明を説明したが、本開示の恩恵を有する当業者には、本明細書に開示される本発明の範囲を逸脱しないその他の実施形態が案出されることが当然であろう。したがって、本発明の範囲は添付される特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
１５０ 標的円
２００ 防弾面層
２１０ 裏打ちガラス層
２２０ 砕片受止め層
２３０ カバーガラス層
２４０ 裏打ちアクリル層
２５０ 加熱素子
２６０ ＩＲ吸収性接着剤

Claims (9)

  1. 透明装甲積層において、防弾面層、少なくとも１つの砕片受止め層及び、前記防弾面層と前記少なくとも１つの砕片受止め層との間の、少なくとも１つの裏打ち層を有し、それらの層の全てが接着態様で相互に接合されており、
    前記防弾面層に接着態様で接合された、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲の厚さを有する、カバーガラス層、をさらに有し
    前記防弾面層はガラスおよびガラス−セラミックからなる群より選択されたものであり、
    前記裏打ち層はガラスからなり、
    前記砕片受止め層はポリマーからなり、
    前記カバーガラス層はフュージョンドローガラスからなる、
    透明装甲積層。
  2. 前記カバーガラス層が≦１ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１記載の透明装甲積層。
  3. 前記カバーガラス層のガラスが、アルミノケイ酸ガラス、アルカリアルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノホウケイ酸ガラス及びソーダ石灰ガラスからなる群から選ばれたものであることを特徴とする請求項１または２記載の透明装甲積層。
  4. 前記カバーガラス層のガラスが、化学強化ガラスであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の透明装甲積層。
  5. 前記カバーガラス層と前記防弾面層の間に加熱素子を有することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の透明装甲積層。
  6. 前記加熱素子が前記カバーガラス層の一方の側上の導電層であり、前記導電層側が前記防弾面層に接合されていることを特徴とする請求項５記載の透明装甲積層。
  7. 前記カバーガラス層の前記導電層側が、ＩＲ吸収性接着剤により、前記防弾面層に接着態様で接合されることを特徴とする請求項６記載の透明装甲積層。
  8. 前記加熱素子が前記カバーガラス層及び前記防弾面層に接着態様で接合されたワイアグリッドであることを特徴とする請求項５記載の透明装甲積層。
  9. 前記ワイアグリッドがＩＲ吸収性接着剤によって接着態様で接合されていることを特徴とする請求項８記載の透明装甲積層。
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