(57)【要約】【課題】高速飛翔体を破壊可能であるとともに、破砕により生じた小片や衝撃応力波が裏面側に抜けてしまうことを確実に阻止することができ、かつ、軽量で簡便に製造可能な、保護具の構成材料として極めて有用な衝撃吸収部材を提供する。【解決手段】炭化ホウ素を６０質量％以上含有するセラミックスからなる厚さ０．１〜５０ｍｍの複数の第１のシート状部材５と、隣接する第１のシート状部材５の間に配置され、隣接する第１のシート状部材５の対向する接合面どうしを接合する接合層と、を有するセラミックス接合体１５を備え、接合層が、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む接合材からなり、第１のシート状部材５と接合層の界面に複数の空隙が形成されている衝撃吸収部材５０である。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ホウ素を６０質量％以上含有するセラミックスからなる厚さ０．１〜５０ｍｍの複数の第１のシート状部材と、
隣接する前記第１のシート状部材の間に配置され、隣接する前記第１のシート状部材の対向する接合面どうしを接合する接合層と、を有するセラミックス接合体を備え、
前記接合層が、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む接合材からなり、
前記第１のシート状部材と前記接合層の界面に複数の空隙が形成されている衝撃吸収部材。
【請求項２】
前記第１のシート状部材の前記接合面は、前記複数の空隙において前記接合層と接触しない非接触領域を含み、
前記第１のシート状部材のそれぞれの前記接合面に占める、前記非接触領域の面積割合が６〜６０％である請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
２〜１０００枚の前記第１のシート状部材が、その厚み方向に積層して配置される請求項１又は２に記載の衝撃吸収部材。
【請求項４】
前記セラミックス接合体の表面側から裏面側に向かって、前記第１のシート状部材の厚みが段階的に増大する請求項３に記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】
前記セラミックス接合体が、前記第１のシート状部材に前記接合層を介して積層して配置される、炭化ケイ素、ムライト、又はアルミナからなる一以上の第２のシート状部材をさらに有する請求項３又は４に記載の衝撃吸収部材。
【請求項６】
前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである請求項１〜５のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項７】
前記セラミックス接合体の裏面側に配置される、破損時に生じた破片を受け止める受容層をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材の製造方法であって、
複数の前記第１のシート状部材を、前記接合材を介して厚み方向に積層して積層体を得る工程と、
得られた前記積層体を６００〜１６００℃の温度で加熱して前記セラミックス接合体を形成する工程と、を有し、
下記（１）及び（２）の少なくともいずれかの条件を満たす衝撃吸収部材の製造方法。
（１）前記第１のシート状部材の前記接合面の最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）が、５μｍ以上である。
（２）前記積層体を、積層方向に３０ｋＰａ以下の圧力で加圧しながら加熱する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスからなる部材を接合した接合体を主な構成材料とする衝撃吸収部材及びその製造方法に関する。より詳しくは、軽量でありながら、極めて高硬度及び高強度であるといった特徴を具備するとともに、高速飛翔体等の有するエネルギーを高効率で吸収する機能を有する、保護具等の構成材料として極めて有用な衝撃吸収部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミックスを主な構成材料とする衝撃エネルギーの吸収性等に優れた部材について多くの提案がなされている。例えば、特許文献１には、炭化ホウ素を主成分とするセラミックスからなる受衝部と、窒化ケイ素を主成分とするセラミックスからなる基部と、を樹脂からなる結合層で結合した防護部材が記載されている。また、特許文献２には、部分安定化ジルコニア製のシートと、炭化ホウ素やムライト等からなるシートとを積層し、エポキシ樹脂等で接合した衝撃吸収部材が記載されている。
【０００３】
一方、衝撃吸収部材に限らず、セラミックス等の材料からなる部材を積層することにより、高機能な構造材料が得られることが知られている。例えば、特許文献３には、セラミックス又は焼結合金からなる基材、セラミックスからなる中間層、及びその熱膨張係数が基材の熱膨張率よりも小さいセラミックスからなる最外層を有する、熱衝撃に強い切削工具として有用な積層焼結体が記載されている。なお、基材や最外層を構成するセラミックスとして、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、及び炭化ケイ素等を適宜組み合わせることが記載されている。
【０００４】
また、特許文献４には、金属、アルミナ等のセラミックス、及びサーメットを含む、苛酷な条件で使用される切削工具として有用な積層構造焼結体が記載されている。さらに、特許文献５には、多孔質窒化ケイ素の層と、緻密質窒化ケイ素の層とを積層した積層構造を有する、衝撃力、応力、或いは歪みに対して許容性が大きい窒化ケイ素焼結体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７５２０８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１０２１７号公報
【特許文献３】特開平４−３１９４３５号公報
【特許文献４】特開平７−１３７１９９号公報
【特許文献５】特開平９−１６９５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の従来技術のいずれにおいても、異なった特性を示す材料や、同じ材質であっても気孔率等の特性が異なる材料を組み合わせることにより、目的とする機能を発現させようとしている。すなわち、従来、それぞれ固有の特性を有する複数の材料を選択して組み合わせることで、目的とする特性を有する部材を得ようとしていた。しかしながら、製造工程が複雑となってコスト面で不利になる、或いは工業上実用化の妨げとなる可能性がある。例えば、特許文献１に記載の防護部材は、例えば炭化ホウ素のみで構成される部材よりも重く、さらには強度の面においても課題がある。また、特許文献２に記載の衝撃吸収部材は、炭化ホウ素のみで構成される部材より重くなってしまうといった問題がある。
【０００７】
さらに、特許文献３に記載の積層焼結体は、衝撃吸収部材としては重く、しかも加圧しながら焼成するといった条件下で製造されることから、大型化が困難である。また、特許文献４に記載の積層構造焼結体は、シリコンの化学反応熱を用いて製造されるので、温度制御等が困難であるとともに、やはり大型化が困難である。また、特許文献５に記載の窒化ケイ素焼結体は、コスト面及び大型化の点で課題を有しているとともに、材料の安定供給する上でも課題がある。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、高速飛翔体を破壊可能であるとともに、破砕されたことにより生じた小片の有するエネルギーを最小化することや衝撃応力波が裏面側に抜けてしまうことを確実に阻止することができ、かつ、軽量で簡便に製造可能な、保護具の構成材料として極めて有用な衝撃吸収部材、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、（ｉ）セラミックスからなる所定の厚さの複数の第１のシート状部材を、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む接合材を用いて接合すること、並びに（ｉｉ）第１のシート状部材と接合層の界面に複数の空隙を形成することによって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、以下に示す衝撃吸収部材が提供される。
［１］炭化ホウ素を６０質量％以上含有するセラミックスからなる厚さ０．１〜５０ｍｍの複数の第１のシート状部材と、隣接する前記第１のシート状部材の間に配置され、隣接する前記第１のシート状部材の対向する接合面どうしを接合する接合層と、を有するセラミックス接合体を備え、前記接合層が、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む接合材からなり、前記第１のシート状部材と前記接合層の界面に複数の空隙が形成されている衝撃吸収部材。
［２］前記第１のシート状部材の前記接合面は、前記複数の空隙において前記接合層と接触しない非接触領域を含み、前記第１のシート状部材のそれぞれの前記接合面に占める、前記非接触領域の面積割合が６〜６０％である前記［１］に記載の衝撃吸収部材。
［３］２〜１０００枚の前記第１のシート状部材が、その厚み方向に積層して配置される前記［１］又は［２］に記載の衝撃吸収部材。
［４］前記セラミックス接合体の表面側から裏面側に向かって、前記第１のシート状部材の厚みが段階的に増大する前記［３］に記載の衝撃吸収部材。
［５］前記セラミックス接合体が、前記第１のシート状部材に前記接合層を介して積層して配置される、炭化ケイ素、ムライト、又はアルミナからなる一以上の第２のシート状部材をさらに有する前記［３］又は［４］に記載の衝撃吸収部材。
［６］前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである前記［１］〜［５］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
［７］前記セラミックス接合体の裏面側に配置される、破損時に生じた破片を受け止める受容層をさらに備える前記［１］〜［６］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
【００１１】
また、本発明によれば、以下に示す衝撃吸収部材の製造方法が提供される。
［８］前記［１］〜［７］のいずれかに記載の衝撃吸収部材の製造方法であって、複数の前記第１のシート状部材を、前記接合材を介して厚み方向に積層して積層体を得る工程と、得られた前記積層体を６００〜１６００℃の温度で加熱して前記セラミックス接合体を形成する工程と、を有し、下記（１）及び（２）の少なくともいずれかの条件を満たす衝撃吸収部材の製造方法。
（１）前記第１のシート状部材の前記接合面の最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）が、５μｍ以上である。
（２）前記積層体を、積層方向に３０ｋＰａ以下の圧力で加圧しながら加熱する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の衝撃吸収部材は、薄くて軽量の板状部材でありながら、衝突した高速飛翔体の運動エネルギーを十分に吸収することができる。さらに、衝突した高速飛翔体を破壊可能であるとともに、破砕されたことにより生じた小片の有するエネルギーを最小化することや衝撃波が裏面側（背後）に抜けてしまうことを確実に阻止することができる。しかも、簡便に製造することができるので、経済的にも優れている。特に、炭化ホウ素を含むセラミックスからなるシート状部材（板状部材）の厚みと積層枚数を適切に組み合わせることで、前述の特許文献１及び２に記載の部材に比して高速飛翔体の運動エネルギー吸収能が高く、かつ、高速飛翔体が衝突した際に最表面が割れにくい、より機能性に優れた衝撃吸収部材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の衝撃吸収部材の一実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す衝撃吸収部材の一部拡大図である。
【図２】本発明の衝撃吸収部材の他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図３】本発明の衝撃吸収部材のさらに他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図４】接合界面における空隙の一例を模式的に示す部分断面図である。
【図５】接合界面における空隙の他の例を模式的に示す部分断面図である。
【図６】接合界面における空隙のさらに他の例を模式的に示す部分断面図である。
【図７】第１のシート状部材の接合面における非接触領域と接触領域を模式的に示す斜視図である。
【図８】６ｋＰａの圧力で接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図９】３５ｋＰａの圧力で接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１０】接合面の最大高さＲｚが０．１μｍの第１のシート状部材を用いて得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１１】接合面の最大高さＲｚが６．０μｍの第１のシート状部材を用いて得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１２Ａ】７２時間加熱して接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１２Ｂ】図１２Ａを拡大した顕微鏡写真である。
【図１３Ａ】２時間加熱して接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１３Ｂ】図１３Ａを拡大した顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための好ましい形態を例に挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。従来の技術においては、単に、軽量化、高強度化、及び高硬度化の観点から、衝撃吸収部材の構成材料として炭化ホウ素を選択していた。これに対し、本発明者らは、軽量性を維持しながら保護具としての優れた機能を発揮することができる部材とするためには、高速飛翔体の運動エネルギーを効率的に吸収するとともに、高速飛翔体の衝突時に発生する破砕片による、衝撃吸収部材の内側に存在する人や車両等への損傷を確実に軽減できるようにすることが重要であるとの認識をもつに至った。そして、本発明者らは、かかる認識から、衝撃吸収部材の構成材料としての炭化ホウ素について種々の検討を行った。
【００１５】
その結果、炭化ホウ素を主成分とするセラミックスからなるシート状（薄い板状）部材を複数枚積層し、特定の金属で低温接合して得られる接合体は、接合していない同一厚みの板（非接合体）と比較して、衝撃吸収能が顕著に異なることを見出した。かかる接合体は、静的には非接合体とほぼ同一の機械的特性を示すものであった。しかしながら、この接合体は、高速飛翔体との衝突時に高速飛翔体を破壊できると同時に、微細に破壊されることで、高速飛翔体の運動エネルギーを高効率に吸収することができる。また、表面が微細に破壊されるため、衝撃波の広がりを抑制し、高速飛翔体が衝突した面の形状を維持しやすくなる。
【００１６】
さらに、本発明の衝撃吸収部材は、シート状部材と接合材からなる接合層との界面に複数の空隙が形成されている。このため、衝突した高速飛翔体を破壊できると同時に、衝撃吸収部材中を通過する衝撃波の進展を、空隙を内在させたセラミックス接合体の内部に存在する高い応力場により阻害すると考えられる。さらに、本発明者らは、検討の結果、シート状部材を薄くするとともに積層枚数を増加することで、高速飛翔体の運動エネルギーをより効率的に表面エネルギーに変換可能であることを見出した。
【００１７】
炭化ホウ素は、衝撃吸収部材の構成材料として従来用いられている。しかしながら、炭化ホウ素は極めて高価な材料であることから、極めて高い運動エネルギーを有する高速飛翔体が衝突しうる状況下でのみ使用されてきた。これに対して、本発明の衝撃吸収部材は、炭化ホウ素を含有する複数のシート状部材を接合したセラミックス接合体の厚みを薄くすることが可能である。このため、軽量化が可能であるとともに、低コスト化に大いに寄与しうる。すなわち、軽量化の結果、使用中の移動や搬送時のエネルギー消費を低減することができる。このため、人体や車両等への負担を低減することができる。さらに、シート状部材を薄くできるので、焼成工程等の時間を短縮することが可能である。また、表面に凸凹面を形成する場合であってもコスト面で極めて有利であるので、従来の衝撃吸収部材に比して製造コストが低く、その実用価値が極めて高い。したがって、本発明の衝撃吸収部材は、高速飛翔体が衝突しうる状況下だけでなく、様々な技術分野において採用されることが期待される。
【００１８】
図１Ａは、本発明の衝撃吸収部材の一実施形態を模式的に示す部分断面図である。また、図１Ｂは、図１Ａに示す衝撃吸収部材の一部拡大図である。図１Ａ及び１Ｂに示すように、本実施形態の衝撃吸収部材５０は、セラミックスからなる複数の第１のシート状部材５と、隣接する第１のシート状部材の間に配置される接合層６５と、を有するセラミックス接合体１５を備える。第１のシート状部材５は、その厚み方向に積層して配置されている。接合層６５は、隣接する第１のシート状部材５の対向する接合面５ａ，５ｂどうしを接合している。第１のシート状部材５の構成材料であるセラミックスは、炭化ホウ素を６０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上含有する。炭化ホウ素を含有するセラミックスで形成した第１のシート状部材を積層することで、極めて優れた衝撃吸収性を得ることができる。なお、セラミックスに含有される炭化ホウ素の割合の上限値は特に限定されないが、１００質量％であることが最も好ましい。
【００１９】
第１のシート状部材５の厚さは０．１〜５０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍである。第１のシート状部材の厚さが０．１ｍｍ未満であると、薄すぎるために製造上実用性に欠ける場合がある。一方、第１のシート状部材の厚さが５０ｍｍ超であると、衝撃吸収性が低下してしまう。
【００２０】
セラミックス接合体を構成する第１のシート状部材の枚数は複数であれば特に限定されないが、通常、２〜１０００枚、好ましくは５〜５０枚である。第１のシート状部材の積層枚数が少なすぎると、積層することによって得られる効果が不十分になる場合がある。一方、第１のシート状部材の積層枚数が多すぎると、効果が頭打ちになるとともに、得られるセラミックス接合体が重くなり、保護具としての取り扱い性が低下する傾向にある。
【００２１】
第１のシート状部材５を構成するセラミックスに含まれる炭化ホウ素は、高硬度であるとともに低比重である。このため、高速飛翔体が衝突する最表面に配置された第１のシート状部材５は、炭化ホウ素の特性によって衝突した高速飛翔体を破壊することができる。また、複数枚の第１のシート状部材を積層して接合したセラミックス接合体１５は、炭化ホウ素の機械的特性を示すとともに、接合界面において高い応力場を有している。このため、高速飛翔体が衝突した際には、第１のシート状部材５が微細に破壊されることにより高速飛翔体の運動エネルギーを吸収する。なお、炭化ホウ素からなる第１のシート状部材の相対密度は、８９％以上の緻密質であることが好ましい。前述の通り、炭化ホウ素を主成分とするセラミックスからなる複数枚の第１のシート状部材を積層して接合したセラミックス接合体は、その内部に高い応力場を有する。この応力場は、セラミックス接合体の内部を通過する高速飛翔体の衝突時の衝撃波を偏向させる。これにより、本発明の衝撃吸収部材の内側への衝撃は格段に緩和される。
【００２２】
接合層６５は接合材によって形成されている。本発明においては、強度や比重及び工程の簡便性等を勘案し、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む接合材によって接合層を形成する。また、本実施形態の衝撃吸収部材５０を構成するセラミックス接合体１５の抗折強度は、好ましくは１００ＭＰａ以上である。なお、本明細書における「抗折強度」は、４点曲げ法により測定した、接合部分を含むセラミックス接合体の物性値を意味する。
【００２３】
接合層６５の厚さは、０．００１〜１ｍｍであることが好ましく、０．００５〜０．１ｍｍであることがさらに好ましく、０．０１〜０．０５ｍｍであることが好ましい。なお、接合層の厚さは、使用する接合材の量（厚み）を変えることで調整することができる。接合層の厚さが０．００１ｍｍ未満であると、接合強度が不十分になる場合がある。一方、接合層の厚さが１ｍｍ超であると、金属の量が過多となってセラミックスが浮き上がることにより接合強度が不十分になる場合がある。
【００２４】
炭化ホウ素は、軽量であるとともに破壊靭性値が低いので、衝撃が加わるとより微細に砕け散る。このため、炭化ホウ素は、本発明の衝撃吸収部材を構成するための材料として好適である。なお、本発明者らは、炭化ホウ素を経済的に作製する技術を既に開発している（国際公開第２００８／１５３１７７号参照）。この技術を利用すれば、シート状の部材に限らず、炭化ホウ素からなる様々な形状の部材をより安価に提供することができる。さらに、本発明者らは、炭化ホウ素からなる部材を接合する、工業的に資する技術を既に開発している（特開２０１２−０７２０４４号公報参照）。この技術を利用すれば、より広範囲な衝撃吸収部材への応用が期待される。
【００２５】
図４は、接合界面における空隙の一例を模式的に示す部分断面図である。図４に示すように、本発明の衝撃吸収部材を構成するセラミックス接合体の第１のシート状部材６と接合層６６の界面には、複数の空隙８０が形成されている。高速飛翔体の衝突時に発生した衝撃波は、これら複数の空隙８０で効果的に偏向され、セラミックス接合体の表面（衝突面）側から裏面側へと直線的に伝達するのが抑制される。これにより、本発明の衝撃吸収部材の内側への衝撃は格段に緩和されることになる。
【００２６】
また、図５に示すように、複数の空隙８２は、第１のシート状部材７の対向する接合面１００どうしを接合する接合層６７を貫通するように形成されていてもよい。さらには図６に示すように、接合層６８側ではなく、第１のシート状部材８の接合面１００の凹みに複数の空隙８４が形成されていてもよい。
【００２７】
第１のシート状部材と接合層の界面に存在する複数の空隙は、隣接する第１のシート状部材どうしが完全に密着することなく接合したことによって形成される、いわゆる接合欠陥に相当する。すなわち、本発明の衝撃吸収部材は、第１のシート状部材の接合状態を適切に制御し、接合欠陥である複数の空隙を任意に形成することによって、高速飛翔体の衝突時に発生する衝撃波の伝達を制御している。
【００２８】
図７に示すように、第１のシート状部材３５の接合面１００は、複数の空隙において接合層と接触しない非接触領域９０と、接合層と接触する接触領域９５とを含んでいる。そして、第１のシート状部材３５のそれぞれの接合面１００に占める、非接触領域９０の面積割合は、６〜６０％であることが好ましく、６〜５５％であることがさらに好ましく、６〜４０％であることが特に好ましい。接合面に占める非接触領域の面積割合が６％未満であると、第１のシート状部材と接合層の界面に形成される空隙の量（容積）が少なすぎるため、高速飛翔体の衝突時に発生した衝撃波を偏向させる効果が低下する場合がある。一方、接合面に占める非接触領域の面積割合が６０％超であると、空隙の量（容積）が多すぎるため、隣接する第１のシート状部材どうしの接合強度が低下してしまい、セラミックス接合体の抗折強度が低下する場合がある。
【００２９】
本発明の衝撃吸収部材においては、セラミックス接合体が、第１のシート状部材に接合層を介して積層して配置される一以上の第２のシート状部材をさらに有することが好ましい。この第２のシート状部材を構成する材料としては、炭化ケイ素、ムライト、及びアルミナなどのセラミックスを挙げることができる。これらのセラミックスからなる第２のシート状部材を、第１のシート状部材と組み合わせてセラミックス接合体を構成すると、第２のシート状部材の内側（人体や車両等）への衝撃をさらに緩和することができるので、保護具の構成部材としてより有用である。上記のセラミックスからなる第２のシート状部材は、高速飛翔体の運動エネルギーを表面エネルギーに変換する能力が高いためである。
【００３０】
図２は、本発明の衝撃吸収部材の他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。図２に示す実施形態の衝撃吸収部材５５は、複数の第１のシート状部材５が接合層（図示せず）を介して接合されたセラミックス接合体１５と、このセラミックス接合体１５の裏面側に配置される、第３のシート状部材３０及び第４のシート状部材４０からなる受容層とを備えている。このような受容層をセラミックス接合体の背面側に設けることで、セラミックス接合体の破損により生じた破片をより確実に受け止めて背面側により貫通しにくくすることが可能となる。なお、図２においては、第３のシート状部材３０及び第４のシート状部材４０からなる受容層７０を配置した状態を示しているが、受容層７０は第３のシート状部材のみで構成してもよく、第４のシート状部材のみで構成してもよい。
【００３１】
第３のシート状部材３０を構成する材料としては、アラミド系繊維などの高強度繊維を挙げることができる。また、第４のシート状部材４０を構成する材料としては、アルミニウムやマグネシウムのような比重の小さい金属を挙げることができる。第３のシート状部材や第４のシート状部材を構成するこれらの材料は、板形状で提供されていることが多く、低コストであることからも好ましい材料である。なお、金属などで構成された第４のシート状部材は、保護対象となる人や車両等に対向する、最表面から最も離れた側（背面側）に配置するとよい。
【００３２】
図３は、本発明の衝撃吸収部材のさらに他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。図３に示す実施形態の衝撃吸収部材６０は、セラミックス接合体２５と、このセラミックス接合体２５の裏面側に配置される、受容層となる第３のシート状部材３０及び第４のシート状部材４０とを備えている。そして、このセラミックス接合体２５は、その表面側から裏面側に向かって第１のシート状部材１０，２０の厚みが段階的に増大するように構成されている。このように、シート状部材１０，２０の厚みを表面側から裏面側に向かって段階的に増大させる（厚くする）ことにより、内在する応力場に分布が生ずることになる。このため、高速飛翔体の衝突時に発生した衝撃波の進展方向が偏曲されるとともに、セラミックス接合体の破損により生じたセラミックス小片のサイズが制御されて背面側への飛散がより効果的に防止される。
【００３３】
図３に示す衝撃吸収部材６０の表面側（第１のシート状部材１０が配置された側）に高速飛翔体が衝突した場合を想定する。この場合、第１のシート状部材１０に衝突した高速飛翔体が破壊されるとともに、第１のシート状部材１０を構成する炭化ホウ素を含むセラミックスが微細に破壊される。このため、高速飛翔体の運動エネルギーが効率的に吸収される。また、減衰した衝撃波によって、第１のシート状部材１０の背面側に配置された、より厚い第１のシート状部材２０が破損して大きな破片が形成される。これにより、高速飛翔体の運動エネルギーがほぼ完全に吸収されることになる。そして、セラミックス接合体２５の破損により発生した破片は、セラミックス接合体２５の背面側に配置された受容層７０である第３のシート状部材３０と第４のシート状部材４０に吸収され、背面側には貫通しない。なお、セラミックス接合体２５を、その表面側から裏面側に向かって第１のシート状部材１０，２０の厚みが段階的に増大するように構成することで、セラミックス接合体２５の厚みをより薄くすることが可能となり、衝撃吸収部材６０を従来の同等以上の機能を維持しつつ格段に軽量化することができる。
【００３４】
なお、前述の通り、図１Ａに示す衝撃吸収部材５０を構成する第１のシート状部材５は、その厚み方向に積層して配置されている。ただし、本発明においては、複数の第１のシート状部材は厚み方向に積層して配置されることに限定されず、例えば、横方向に並べて配置されてもよい。複数の第１のシート状部材が横方向に並べて配置される場合、接合層は隣接する第１のシート状部材の端面（狭幅端面）間に配置され、隣接する前記第１のシート状部材どうしを接合する。このように構成することで、本発明の衝撃吸収部材の形状を屈曲形状にすることが可能となる。このため、例えば、人の肩や肘などの屈曲形状に合わせて成形された衝撃吸収部材を容易に得ることができる。
【００３５】
次に、本発明の衝撃吸収部材の製造方法について説明する。本発明の衝撃吸収部材の製造方法は、複数の第１のシート状部材を、接合材を介して厚み方向に積層して積層体を得る工程（積層工程）と、得られた積層体を加熱してセラミックス接合体を形成する工程（接合工程）と、を有する。
【００３６】
積層工程では、第１のシート状部材どうしを接合させる部分（接合面）に、アルミニウム等の金属を含む接合材を配置する。接合材の厚みは、概ね１ｍｍ以下となるように所定の箇所に配置すればよい。また、接合材は、例えば、箔、ペースト、及び蒸着層のいずれかの状態で配置すればよい。このようにして、接合材を介して複数枚の第１のシート状部材を厚み方向に積層して積層体を得る。
【００３７】
接合工程では、上記積層工程により得られた積層体を、真空条件下、不活性雰囲気下、又は大気中、少なくとも接合させる部分を６００〜１６００℃の温度で加熱する。なお、第１のシート状部材と接合層の界面に複数の空隙を形成するには、以下に示す（ｉ）〜（ｉｖ）の少なくもいずれかの方法を用いればよい。
（ｉ）その積層方向に３０ｋＰａ以下、好ましくは２０ｋＰａ以下の圧力で積層体を加圧した状態で加熱する。特に好ましくは、自重を除き、積層体に圧力を負荷することなく（加圧せずに）加熱する。
（ｉｉ）複数の貫通孔及び／又は凹部が形成された金属箔、好ましくは穴あけ加工された金属箔を接合材として用いる。
（ｉｉｉ）接合面に凹凸が形成された、好ましくは接合面の最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）が５．０μｍ以上である第１のシート状部材を用いる。
（ｉｖ）加熱時間を長時間、好ましくは１５時間以上とする。
【００３８】
なお、（１）真空条件下で加熱する場合には、少なくとも接合させる部分を６００〜１５００℃の温度で加熱するとよい。また、（２）不活性雰囲気下で加熱する場合には、少なくとも接合させる部分を６００〜１６００℃の温度で加熱するとよい。さらに、（３）大気中で加熱する場合には、少なくとも接合させる部分を６００℃以上８００℃よりも低い温度で加熱するとよい。積層体を上記の条件下で加熱することにより、セラミックス接合体を得ることができる。なお、得られたセラミックス接合体をそのまま衝撃吸収部材として用いてもよいし、第２のシート状部材や受容層等を適宜配置して衝撃吸収部材を構成してもよい。
【００３９】
図８は、６ｋＰａの圧力で接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。また、図９は、３５ｋＰａの圧力で接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。図８に示すように、その積層方向に比較的低い圧力を負荷した状態で積層体を加熱して接合すると、第１のシート状部材（炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ））と接合層の界面に複数の空隙が形成される。これに対して、図９に示すように、その積層方向に高い圧力を負荷した状態で積層体を加熱して接合すると、第１のシート状部材（炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ））と接合層の界面に空隙が形成されず、隣接する第１のシート状部材どうしが完全に密着する。
【００４０】
図１０は、接合面の最大高さＲｚが０．１μｍの第１のシート状部材を用いて得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。また、図１１は、接合面の最大高さＲｚが６．０μｍの第１のシート状部材を用いて得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。図１０に示すように、積層面に凹凸を有する第１のシート状部材を用いると、第１のシート状部材（炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ））と接合層の界面に複数の空隙が形成される。これに対して、図１１に示すように、積層面の凹凸が十分に小さい第１のシート状部材を用いると、第１のシート状部材（炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ））と接合層の界面に空隙が形成されず、隣接する第１のシート状部材どうしがほぼ完全に密着する。
【００４１】
図１２Ａは、７２時間加熱して接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真であり、図１２Ｂは、図１２Ａを拡大した顕微鏡写真である。また、図１３Ａは、２時間加熱して接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真であり、図１３Ｂは、図１３Ａを拡大した顕微鏡写真である。図１２Ａ及び１２Ｂに示すように、積層体を長時間加熱して接合すると、第１のシート状部材（炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ））と接合層の界面に複数の空隙が形成される。これに対して、図１３Ａ及び１３Ｂに示すように、積層体を短時間加熱して接合すると、第１のシート状部材（炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ））と接合層の界面に空隙が形成されず、隣接する第１のシート状部材どうしが完全に密着する。
【００４２】
アルミニウムは炭化ホウ素との濡れ性が良好であるので、容易に接合面に均一にいきわたらせることができると考えられる。また、アルミニウムは、炭化ホウ素と様々な化合物を形成し、アルミニウムホウ化物、アルミニウムと炭素とホウ素の化合物を形成する。このため、第１のシート状部材どうしの間にアルミニウムを９０質量％以上含有する接合材を介在させ、この状態を保持しながら、アルミニウムの融点以上の温度で加熱すると、アルミニウムが接合面に均一な状態でいきわたり、炭化ホウ素とアルミニウムが反応して、これらが混在する接合層が形成されると考えられる。すなわち、接合層においては、アルミニウムが単体で存在するのではなく、ホウ化アルミニウムや炭ホウ化アルミニウム等が生成され、これらが混在した状態になる結果、この接合層を介して第１のシート状部材どうしが強固に接合される。このため、炭化ホウ素のみからなるセラミックスの強度にほぼ近い１００ＭＰａ以上という接合強度を示す、従来の技術では到底得られなかったセラミックス接合体が得られるものと推測される。
【００４３】
上記のようにして形成される接合層中には、金属アルミニウム；Ａｌ3ＢＣ、Ａｌ3Ｂ48Ｃ2、ＡｌＢ12Ｃ2、Ａｌ8Ｂ4Ｃ7、Ａｌ2Ｂ51Ｃ8、ＡｌＢ40Ｃ4、及びＡｌＢ24Ｃ4で示されるいずれかの炭化ホウ化アルミニウム；ＡｌＢ2、ＡｌＢ10、及びＡｌＢ12で示されるいずれかのホウ化アルミニウム；のいずれかが存在する。そして、上記のようにして得られるセラミックス接合体は、例えば、その接合層において第１のシート状部材の表面に亀裂及び／又は気孔が存在しており、これらの亀裂や気孔の内部に接合材は密着箇所において浸透している。このため、亀裂や気孔の内部に浸透した接合材のアンカー効果によって、隣接する第１のシート状部材どうしが強固に一体化されている。
【００４４】
一方、銅、銀、及び金は融点以上で加熱すると、炭化ホウ素と濡れ性が良好であるため、容易に接合面に均一にいきわたらせることができると考えられる。また、銅、銀、及び金は、炭化ホウ素やホウ素との反応性に乏しく、炭化ホウ素やホウ素と接触した状態で加熱した場合であっても、高温まで銅、銀、及び金の状態で安定して存在する。このため、高温に加熱すると、接合層において第１のシート状部材の表面に存在する亀裂及び／又は気孔の内部に銅、銀、及び金が浸透することによりアンカー効果が働く。これにより、隣接する第１のシート状部材どうしが強固に一体化されている。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「％」は、特に断らない限り質量基準である。
【００４６】
（第１のシート状部材の作製）
市販の炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）粉末を９ｃｍ角の金型に充填し、２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加圧した後、１０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で静水圧プレスを行い、焼成・加工後の厚みが０．１〜５０ｍｍとなるような炭化ホウ素成形体を得た。なお、炭化ホウ素粉末としては、平均粒度０．８μｍ、純度９９．５％（酸素含有量１．２％、及び窒素含有量０．２％を除く）のものを用いた。得られた炭化ホウ素成形体を、アルミニウムとシリコンを配置した焼成炉内に入れ、常圧下、アルゴン（Ａｒ）ガスを流しながら２２００℃で４時間保持して焼成し、焼成体を得た。ダイヤモンド砥石を用いて厚み０．１〜５０ｍｍ及び接合面の最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）が１．０〜６．０μｍとなるように得られた焼成体をそれぞれ研削加工して、炭化ホウ素からなる７ｃｍ角の第１のシート状部材を得た。得られた第１のシート状部材は、いずれも相対密度が９５％以上の極めて緻密なものであった。
【００４７】
（受容層の準備）
市販の芳香族アラミド系樹脂からなるアラミド系繊維（ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）：登録商標、デュポン社製）で構成された厚さ１ｍｍのシートを複数枚積層しエポキシ樹脂で一体化して、厚さ３ｍｍ、７ｃｍ角の第３のシート状部材を用意した。また、厚さ４ｍｍ、７ｃｍ角のアルミニウム製金属板を用意して、これを第４のシート状部材とした。
【００４８】
（空隙の有無の確認）
以下に示す構成の水浸超音波画像化装置を使用し、焦点型超音波探触子を水平面で走査して反射波幅を画像化することによって、第１のシート状部材と接合層の界面に複数の空隙が形成されていることを確認した。
・低ひずみ大振幅バースト波送受信器（商品名「ＲＩＴＥＣ  ＲＰＲ−４０００」（ＲＩＴＥＣ社製）、送信周波数：０．３〜２０ＭＨｚ、バースト波サイクル数：１〜２５６、最大励起電圧：１８００Ｖp-p、最大受信増幅率：９９ｄＢ）
・７軸スキャナー
・画像化ソフトウエア（商品名「ＦｌｅｘＳｃａｎ」（Ｉｎｓｉｇｈｔ社製））
・同期ユニット
・多段切替ハイパスフィルタ
・焦点型超音波探触子
【００４９】
（非接触領域の面積割合の測定方法）
画像処理ソフトウエア（商品名「ＦｌｅｘＳｃａｎ」（Ｉｎｓｉｇｈｔ社製））を使用し、上述の「空隙の有無の確認」に記載の方法に従って得られた超音波反射波画像から、非接触領域と接触領域を２値化処理により分離した。そして、下記式（１）に従って、第１のシート状部材の接合面に占める、非接触領域の面積割合を算出した。
第１のシート状部材の接合面に占める、非接触領域の面積割合（％）
＝（非接触領域の面積／第１のシート状部材の接合面の面積）×１００・・・（１）
【００５０】
（実施例１）
厚さ１ｍｍで接合面の最大高さＲｚが２．０μｍの７ｃｍ角の第１のシート状部材１０枚を、直径４ｍｍφの穴を２５個あけた厚さ１０μｍの７ｃｍ角のアルミニウム製フィルム（純度：９９％）を介在させて積層し、積層体を得た。得られた積層体を真空中、積層方向に３５ｋＰａ加圧しながら１０００℃で２時間加熱し、第１のシート状部材を接合して厚さ１０ｍｍのセラミックス接合体を得た。得られたセラミックス接合体を衝撃吸収部材（実施例１）とした。得られた衝撃吸収部材の第１のシート状部材と接合層の界面には、複数の空隙が形成されていた。また、非接触領域の面積割合は６％であった。
【００５１】
（実施例２〜１１、比較例１、３〜５）
表１−１に示す第１のシート状部材及び接合材を用いるとともに、表１−１に示す接合条件で接合したこと以外は、前述の実施例１と同様にしてセラミックス接合体である衝撃吸収部材（実施例２〜１１、比較例１、３〜５）を得た。得られた衝撃吸収部材における空隙の有無及び非接触領域の面積割合を表１−２に示す。
【００５２】
（比較例２）
接合材を用いなかったこと以外は、前述の実施例１と同様にしてセラミックス積層体である衝撃吸収部材（比較例２）を得た。得られた衝撃吸収部材における空隙の有無及び非接触領域の面積割合を表１−２に示す。
【００５３】
（衝撃破壊試験（１））
圧縮ガスの圧力を飛翔体に伝達させ、発射管内を通過した飛翔体を試料に衝突させる方式のガス加速装置を使用して衝撃破壊試験を行った。なお、飛翔体としては、直径４ｍｍφのベアリング鋼を用いた。また、試料（衝撃吸収部材）にほぼ音速で飛翔体を衝突及び貫通させ、損傷体積（ｃｍ3）及び生じた小片の平均径（ｍｍ）を測定した。結果を表１−２に示す。
【００５４】
2014055081.tif 000003
【００５５】
2014055081.tif 000004
【００５６】
（評価）
表１−２に示すように、比較例１及び３〜５の衝撃吸収部材では、飛翔体が衝突した面に放射状に亀裂が生じた。これに対して、第１のシート状部材と接合層の界面に複数の空隙が形成されている実施例１〜６の衝撃吸収部材では、放射状の亀裂はほとんど観察されなかった。また、非接触領域の面積割合が大きいほど、コーン状に破壊した箇所の損傷体積が小さく、破壊により生じた小片の平均径が小さくなった（実施例１〜４、比較例１）。また、第１のシート状部材と接合層の界面に複数の空隙が形成されている実施例１０では、非接触領域の面積割合が４％と小さいため、損傷体積及び小片の平均径が実施例１〜４よりも大きくなった。しかし、実施例１０の衝撃吸収部材の損傷体積及び小片の平均径は、比較例１の衝撃吸収部材の損傷体積及び小片の平均径よりも小さいことから、実用上は何ら問題ない。一方、実施例１１では、損傷体積は小さくなったが、最前面での損傷が実施例１〜４及び実施例１０よりも大きく、小片の平均径はやや大きくなる傾向にあった。しかし、実施例１１の衝撃吸収部材であっても、損傷体積と小片の平均径から、実用上は何ら問題ない。なお、比較例２の衝撃吸収部材（接合材を用いない）については、第１のシート状部材の最前面が大破し、特異な破壊挙動を示したため、損傷体積及び小片の平均径を測定することができなかった。実施例１と比較して、実施例５では積層枚数を１０倍とし、実施例６では積層枚数を１／５倍としているが、損傷体積及び小片の平均径を見ると、いずれも実用可能であることが分かる。また、実施例７、８及び９の衝撃吸収部材は、接合材の材質をそれぞれＣｕ、Ａｇ及びＡｕにしているが、接合材の材質をＡｌにした場合と同様に実用可能であった。
【００５７】
（実施例１２）
厚さ１０ｍｍで接合面の最大高さＲｚが２．０μｍの第１のシート状部材１０枚を、直径４ｍｍφの穴を２５個あけた厚さ１０μｍのアルミニウム製フィルム（純度：９９％）を介在させて積層し、積層体を得た。得られた積層体を真空中、積層方向に３５ｋＰａ加圧しながら１０００℃で２時間加熱し、第１のシート状部材を接合して厚さ１００ｍｍのセラミックス接合体を得た。得られたセラミックス接合体を衝撃吸収部材（実施例１２）とした。得られた衝撃吸収部材の第１のシート状部材と接合層の界面には、複数の空隙が形成されていた。また、非接触領域の面積割合は６％であった。
【００５８】
（実施例１３〜２２、比較例６、８〜１０）
表２−１に示す第１のシート状部材及び接合材を用いるとともに、表２−１に示す接合条件で接合したこと以外は、前述の実施例１２と同様にしてセラミックス接合体である衝撃吸収部材（実施例１３〜２２、比較例６、８〜１０）を得た。得られた衝撃吸収部材における空隙の有無及び非接触領域の面積割合を表２−２に示す。
【００５９】
（比較例７）
接合材を用いなかったこと以外は、前述の実施例１２と同様にしてセラミックス積層体である衝撃吸収部材（比較例７）を得た。得られた衝撃吸収部材における空隙の有無及び非接触領域の面積割合を表２−２に示す。
【００６０】
（衝撃破壊試験（２））
音速の約３倍の速度で試料（衝撃吸収部材）に飛翔体を衝突させたこと以外は、前述の「衝撃破壊試験（１）」と同様の手順で破壊試験を行った。なお、いずれの衝撃吸収部材（実施例１２〜２２、比較例６〜１０）の場合も飛翔体は貫通しなかったため、飛翔体が衝突した面を目視観察して「亀裂の程度」及び「亀裂の間隔」を評価した。結果を表２−２に示す。
【００６１】
2014055081.tif 000005
【００６２】
2014055081.tif 000006
【００６３】
（評価）
表２−２に示すように、比較例６及び７の衝撃吸収部材では、多くの亀裂が発生していたとともに、亀裂の間隔も狭かった。これに対して、実施例１２〜１７の衝撃吸収部材では、非接触領域の面積割合が６％以上５５％以下では発生した亀裂は少なく、その間隔も広くなる傾向にあるのに対して、実施例２１の非接触領域の面積割合が４％では、やや亀裂の程度が多く、その間隔もやや狭くなったが、実用上、使用可能であった。しかし、比較例６の非接触領域の面積割合が０％では、発生した亀裂は多く、その間隔も狭くなる傾向にあった。また、実施例２２の非接触領域の面積割合が６６％では、やや亀裂の程度が多く、その間隔もやや狭くなったが、実用上、使用可能であった。しかし、比較例７の非接触領域の面積割合が１００％では、第１のシート状部材の最前面が大破し、特異な破壊挙動を示し、発生した亀裂は非常に多く、その間隔も非常に狭くなった。実施例１８〜２０では、それぞれ、接合材に銅、銀及び、金を用いて、非接触領域の面積が２４％の試料に対して、衝撃破壊試験（２）を実施したところ、接合材にアルミニウムを用いた場合と同様に発生した亀裂は少なく、その間隔も広くなる傾向にあった。比較例８〜１０では、接合材に銅、銀及び、金を用いて非接触領域の面積が０％の試料に対して、発生した亀裂は多く、その間隔も狭くなる傾向にあった。
【００６４】
（実施例２３）
厚さ１ｍｍで接合面の最大高さＲｚが２μｍの第１のシート状部材１０枚を、厚さ１０μｍのアルミニウム製フィルム（純度：９９％）を介在させて積層し、積層体を得た。得られた積層体を真空中、積層方向に加圧することなく１０００℃で２時間加熱し、第１のシート状部材を接合して厚さ１０ｍｍのセラミックス接合体を得た。得られたセラミックス接合体を衝撃吸収部材（実施例２３）とした。得られた衝撃吸収部材の第１のシート状部材と接合層の界面には、複数の空隙が形成されていた。また、非接触領域の面積割合は４０％であった。
【００６５】
（実施例２４〜２８、比較例１１）
表３−１に示す第１のシート状部材及び接合材を用いるとともに、表３−１に示す接合条件で接合したこと以外は、前述の実施例２３と同様にしてセラミックス接合体である衝撃吸収部材（実施例２４〜２８、比較例１１）を得た。得られた衝撃吸収部材における空隙の有無及び非接触領域の面積割合を表３−２に示す。
【００６６】
2014055081.tif 000007
【００６７】
2014055081.tif 000008
【００６８】
（評価）
表３−２に示すように、比較例１１の衝撃吸収部材では、飛翔体が衝突した面に放射状に亀裂が生じた。これに対して、第１のシート状部材と接合層の界面に複数の空隙が形成されている実施例２３〜２６の衝撃吸収部材では、放射状の亀裂はほとんど観察されなかった。なお、実施例２３と実施例２４を比較すると、接合時に負荷する圧力を下げることによって、非接触領域の面積割合が増大することが分かる。また、実施例２５、実施例２６、及び比較例１１を比較すると、第１のシート状部材の接合面の最大高さＲｚを大きくすることによって、非接触領域の面積割合が増大することが分かる。さらに、実施例２７、実施例２８、及び比較例１１を比較すると、加熱時間をより長くすることによって、非接触領域の面積割合が増大することが分かる。
【００６９】
（実施例２９）
実施例２で作製したセラミックス接合体（厚さ１０ｍｍ）、アラミド系繊維からなるシートを積層し、エポキシ樹脂で一体化したシート（厚さ１０ｍｍ）、及びアルミニウム製金属板（厚さ１０ｍｍ）をこの順に積層して、図１Ｂに示すような層構成の衝撃吸収部材（実施例２９）を作製した。
【００７０】
（比較例１２）
厚さ１０ｍｍの第１のシート状部材、アラミド系繊維からなるシートを積層し、エポキシ樹脂で一体化したシート（厚さ１０ｍｍ）、及びアルミニウム製金属板（厚さ１０ｍｍ）をこの順に積層して衝撃吸収部材（比較例１２）を作製した。
【００７１】
（評価）
実施例２９及び比較例１２の衝撃吸収部材について、前述の「衝撃破壊試験（１）」を行った。その結果、飛翔体は、いずれの衝撃吸収部材の表面で破壊された。しかし、衝撃吸収部材の裏面（アルミニウム製金属板）は異なった状況であった。比較例１２の衝撃吸収部材では、アルミニウム製金属板に直径２ｍｍほどの穴が形成された。これに対して、実施例２９の衝撃吸収部材では、アルミニウム製金属板に外観上の変化は認められなかった。
【００７２】
（実施例３０）
厚さ０．５ｍｍで接合面の最大高さＲｚが１．７μｍの第１のシート状部材４枚を、厚さ１０μｍのアルミニウム製フィルム（純度：９９％）を介在させて積層した。さらに、厚さ１ｍｍで接合面の最大高さＲｚが１．７μｍの第１のシート状部材５枚を、厚さ１０μｍの８ｍｍφ ２５個の穴が存在するアルミニウム製フィルム（純度：９９％）を介在させて積層し、積層体を得た。得られた積層体を真空中、積層方向に３５kＰａで加圧し、１０００℃で２時間加熱し、第１のシート状部材を接合して厚さ７ｍｍのセラミックス接合体を得た。得られたセラミックス接合体、アラミド系繊維からなるシートを積層し、エポキシ樹脂で一体化したシート（厚さ１０ｍｍ）、及びアルミニウム製金属板（厚さ１０ｍｍ）をこの順に積層して、図３に示すような層構成の衝撃吸収部材（実施例３０）を作製した。得られた衝撃吸収部材の第１のシート状部材と接合層の界面には、複数の空隙が形成されていた。また、非接触領域の面積割合は２４％であった。
【００７３】
（評価）
実施例３０の衝撃吸収部材について、前述の「衝撃破壊試験（１）」を行った。その結果、飛翔体は衝撃吸収部材の表面で破壊されたとともに、アルミニウム製金属板に外観上変化は認められなかった。
【００７４】
以上の結果から、より薄い第１のシート状部材をより多く接合して得られる、第１のシート状部材と接合層の界面に複数の空隙が形成されたセラミックス接合体を用いることで、より高い衝撃吸収性を示すことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の衝撃吸収部材は、従来品と同等以上の高い衝撃吸収性を示すとともに、その厚みを薄くすることができるので、従来品に比して軽量であり、保護具の形成材料として好適である。本発明の衝撃吸収部材の活用例としては、種々の高速飛翔体から人体や車両等へ及ぼすことのある衝撃を、確実に、かつ、人体や車両等への負担を抑制した形で緩和することのできる種々の製品、或いは高速で可動するロボットアーム等の保護部材などを挙げることができる。
【符号の説明】
【００７６】
５，６，７，８，１０，２０，３５：第１のシート状部材
５ａ，５ｂ，１００：接合面
１５，２５：セラミックス接合体
３０：第３のシート状部材
４０：第４のシート状部材
５０，５５，６０：衝撃吸収部材
６５，６６，６７，６８：接合層
７０：受容層
８０，８２，８４：空隙
９０：非接触領域
９５：接触領域
【図１Ａ】
2014055081.tif 000009
【図１Ｂ】
2014055081.tif 000010
【図２】
2014055081.tif 000011
【図３】
2014055081.tif 000012
【図４】
2014055081.tif 000013
【図５】
2014055081.tif 000014
【図６】
2014055081.tif 000015
【図７】
2014055081.tif 000016
【図８】
2014055081.tif 000017
【図９】
2014055081.tif 000018
【図１０】
2014055081.tif 000019
【図１１】
2014055081.tif 000020
【図１２Ａ】
2014055081.tif 000021
【図１２Ｂ】
2014055081.tif 000022
【図１３Ａ】
2014055081.tif 000023
【図１３Ｂ】
2014055081.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月27日(2012.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ホウ素を６０質量％以上含有するセラミックスからなる厚さ０．１〜５０ｍｍの、その厚み方向に積層して配置される複数の第１のシート状部材（但し、前記第１のシート状部材の数が２である場合を除く）と、
隣接する前記第１のシート状部材の間に配置され、隣接する前記第１のシート状部材の対向する接合面どうしを接合する接合層と、を有するセラミックス接合体を備え、
前記接合層が、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む接合材からなり、
前記第１のシート状部材と前記接合層の界面に複数の空隙が形成されており、
高速飛翔体の衝突時の衝撃から保護するための保護具として用いられる衝撃吸収部材。
【請求項２】
５〜１０００枚の前記第１のシート状部材が、その厚み方向に積層して配置される請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
前記第１のシート状部材の前記接合面は、前記複数の空隙において前記接合層と接触しない非接触領域を含み、
前記第１のシート状部材のそれぞれの前記接合面に占める、前記非接触領域の面積割合が６〜６０％である請求項１又は２に記載の衝撃吸収部材。
【請求項４】
前記セラミックス接合体の表面側から裏面側に向かって、前記第１のシート状部材の厚みが段階的に増大する請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】
前記セラミックス接合体が、前記第１のシート状部材に前記接合層を介して積層して配置される、炭化ケイ素、ムライト、又はアルミナからなる一以上の第２のシート状部材をさらに有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項６】
前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである請求項１〜５のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項７】
前記セラミックス接合体の裏面側に配置される、破損時に生じた破片を受け止める受容層をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材の製造方法であって、
複数の前記第１のシート状部材を、前記接合材を介して厚み方向に積層して積層体を得る工程と、
得られた前記積層体を６００〜１６００℃の温度で加熱して前記セラミックス接合体を形成する工程と、を有し、
下記（１）及び（２）の少なくともいずれかの条件を満たす衝撃吸収部材の製造方法。
（１）前記第１のシート状部材の前記接合面の最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）が、５μｍ以上である。
（２）前記積層体を、積層方向に３０ｋＰａ以下の圧力で加圧しながら加熱する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
すなわち、本発明によれば、以下に示す衝撃吸収部材が提供される。
［１］炭化ホウ素を６０質量％以上含有するセラミックスからなる厚さ０．１〜５０ｍｍの、その厚み方向に積層して配置される複数の第１のシート状部材（但し、前記第１のシート状部材の数が２である場合を除く）と、隣接する前記第１のシート状部材の間に配置され、隣接する前記第１のシート状部材の対向する接合面どうしを接合する接合層と、を有するセラミックス接合体を備え、前記接合層が、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む接合材からなり、前記第１のシート状部材と前記接合層の界面に複数の空隙が形成されており、高速飛翔体の衝突時の衝撃から保護するための保護具として用いられる衝撃吸収部材。
［２］５〜１０００枚の前記第１のシート状部材が、その厚み方向に積層して配置される前記［１］に記載の衝撃吸収部材。
［３］前記第１のシート状部材の前記接合面は、前記複数の空隙において前記接合層と接触しない非接触領域を含み、前記第１のシート状部材のそれぞれの前記接合面に占める、前記非接触領域の面積割合が６〜６０％である前記［１］又は［２］に記載の衝撃吸収部材。
［４］前記セラミックス接合体の表面側から裏面側に向かって、前記第１のシート状部材の厚みが段階的に増大する前記［１］〜［３］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
［５］前記セラミックス接合体が、前記第１のシート状部材に前記接合層を介して積層して配置される、炭化ケイ素、ムライト、又はアルミナからなる一以上の第２のシート状部材をさらに有する前記［１］〜［４］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
［６］前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである前記［１］〜［５］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
［７］前記セラミックス接合体の裏面側に配置される、破損時に生じた破片を受け止める受容層をさらに備える前記［１］〜［６］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の衝撃吸収部材の一実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す衝撃吸収部材の一部拡大図である。
【図２】本発明の衝撃吸収部材の他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図３】本発明の衝撃吸収部材のさらに他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図４】接合界面における空隙の一例を模式的に示す部分断面図である。
【図５】接合界面における空隙の他の例を模式的に示す部分断面図である。
【図６】接合界面における空隙のさらに他の例を模式的に示す部分断面図である。
【図７】第１のシート状部材の接合面における非接触領域と接触領域を模式的に示す斜視図である。
【図８】６ｋＰａの圧力で接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図９】３５ｋＰａの圧力で接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１０】接合面の最大高さＲｚが６．０μｍの第１のシート状部材を用いて得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１１】接合面の最大高さＲｚが０．１μｍの第１のシート状部材を用いて得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１２Ａ】７２時間加熱して接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１２Ｂ】図１２Ａを拡大した顕微鏡写真である。
【図１３Ａ】２時間加熱して接合して得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。
【図１３Ｂ】図１３Ａを拡大した顕微鏡写真である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
図１０は、接合面の最大高さＲｚが６．０μｍの第１のシート状部材を用いて得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。また、図１１は、接合面の最大高さＲｚが０．１μｍの第１のシート状部材を用いて得たセラミックス接合体の界面構造を示す顕微鏡写真である。図１０に示すように、積層面に凹凸を有する第１のシート状部材を用いると、第１のシート状部材（炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ））と接合層の界面に複数の空隙が形成される。これに対して、図１１に示すように、積層面の凹凸が十分に小さい第１のシート状部材を用いると、第１のシート状部材（炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ））と接合層の界面に空隙が形成されず、隣接する第１のシート状部材どうしがほぼ完全に密着する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
（実施例２〜５、７〜１１、参考例６、比較例１、３〜５）
表１−１に示す第１のシート状部材及び接合材を用いるとともに、表１−１に示す接合条件で接合したこと以外は、前述の実施例１と同様にしてセラミックス接合体である衝撃吸収部材（実施例２〜５、７〜１１、参考例６、比較例１、３〜５）を得た。得られた衝撃吸収部材における空隙の有無及び非接触領域の面積割合を表１−２に示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
2014055081.tif 000025
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
2014055081.tif 000026
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
（評価）
表１−２に示すように、比較例１及び３〜５の衝撃吸収部材では、飛翔体が衝突した面に放射状に亀裂が生じた。これに対して、第１のシート状部材と接合層の界面に複数の空隙が形成されている実施例１〜５及び参考例６の衝撃吸収部材では、放射状の亀裂はほとんど観察されなかった。また、非接触領域の面積割合が大きいほど、コーン状に破壊した箇所の損傷体積が小さく、破壊により生じた小片の平均径が小さくなった（実施例１〜４、比較例１）。また、第１のシート状部材と接合層の界面に複数の空隙が形成されている実施例１０では、非接触領域の面積割合が４％と小さいため、損傷体積及び小片の平均径が実施例１〜４よりも大きくなった。しかし、実施例１０の衝撃吸収部材の損傷体積及び小片の平均径は、比較例１の衝撃吸収部材の損傷体積及び小片の平均径よりも小さいことから、実用上は何ら問題ない。一方、実施例１１では、損傷体積は小さくなったが、最前面での損傷が実施例１〜４及び実施例１０よりも大きく、小片の平均径はやや大きくなる傾向にあった。しかし、実施例１１の衝撃吸収部材であっても、損傷体積と小片の平均径から、実用上は何ら問題ない。なお、比較例２の衝撃吸収部材（接合材を用いない）については、第１のシート状部材の最前面が大破し、特異な破壊挙動を示したため、損傷体積及び小片の平均径を測定することができなかった。実施例１と比較して、実施例５では積層枚数を１０倍とし、参考例６では積層枚数を１／５倍としているが、損傷体積及び小片の平均径を見ると、いずれも実用可能であることが分かる。また、実施例７、８及び９の衝撃吸収部材は、接合材の材質をそれぞれＣｕ、Ａｇ及びＡｕにしているが、接合材の材質をＡｌにした場合と同様に実用可能であった。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
（実施例１３〜１６、１８〜２２、参考例１７、比較例６、８〜１０）
表２−１に示す第１のシート状部材及び接合材を用いるとともに、表２−１に示す接合条件で接合したこと以外は、前述の実施例１２と同様にしてセラミックス接合体である衝撃吸収部材（実施例１３〜１６、１８〜２２、参考例１７、比較例６、８〜１０）を得た。得られた衝撃吸収部材における空隙の有無及び非接触領域の面積割合を表２−２に示す。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
（衝撃破壊試験（２））
音速の約３倍の速度で試料（衝撃吸収部材）に飛翔体を衝突させたこと以外は、前述の「衝撃破壊試験（１）」と同様の手順で破壊試験を行った。なお、いずれの衝撃吸収部材（実施例１２〜１６、１８〜２２、参考例１７、比較例６〜１０）の場合も飛翔体は貫通しなかったため、飛翔体が衝突した面を目視観察して「亀裂の程度」及び「亀裂の間隔」を評価した。結果を表２−２に示す。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
2014055081.tif 000027
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
2014055081.tif 000028
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
（評価）
表２−２に示すように、比較例６及び７の衝撃吸収部材では、多くの亀裂が発生していたとともに、亀裂の間隔も狭かった。これに対して、実施例１２〜１６及び参考例１７の衝撃吸収部材では、非接触領域の面積割合が６％以上５５％以下では発生した亀裂は少なく、その間隔も広くなる傾向にあるのに対して、実施例２１の非接触領域の面積割合が４％では、やや亀裂の程度が多く、その間隔もやや狭くなったが、実用上、使用可能であった。しかし、比較例６の非接触領域の面積割合が０％では、発生した亀裂は多く、その間隔も狭くなる傾向にあった。また、実施例２２の非接触領域の面積割合が６６％では、やや亀裂の程度が多く、その間隔もやや狭くなったが、実用上、使用可能であった。しかし、比較例７の非接触領域の面積割合が１００％では、第１のシート状部材の最前面が大破し、特異な破壊挙動を示し、発生した亀裂は非常に多く、その間隔も非常に狭くなった。実施例１８〜２０では、それぞれ、接合材に銅、銀及び、金を用いて、非接触領域の面積が２４％の試料に対して、衝撃破壊試験（２）を実施したところ、接合材にアルミニウムを用いた場合と同様に発生した亀裂は少なく、その間隔も広くなる傾向にあった。比較例８〜１０では、接合材に銅、銀及び、金を用いて非接触領域の面積が０％の試料に対して、発生した亀裂は多く、その間隔も狭くなる傾向にあった。
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ホウ素を６０質量％以上含有するセラミックスからなる厚さ０．１〜５０ｍｍの、その厚み方向に積層して配置される複数の第１のシート状部材（但し、前記第１のシート状部材の数が２である場合を除く）と、
隣接する前記第１のシート状部材の間に配置され、隣接する前記第１のシート状部材の対向する接合面どうしを接合する接合層と、を有するセラミックス接合体を備え、
前記接合層が、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む接合材からなり、
前記第１のシート状部材と前記接合層の界面に複数の空隙が形成されており、
前記第１のシート状部材の前記接合面は、前記複数の空隙において前記接合層と接触しない非接触領域を含むとともに、前記第１のシート状部材のそれぞれの前記接合面に占める、前記非接触領域の面積割合が４〜６６％であり、
高速飛翔体の衝突時の衝撃から保護するための保護具として用いられる衝撃吸収部材。
【請求項２】
５〜１０００枚の前記第１のシート状部材が、その厚み方向に積層して配置される請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
前記第１のシート状部材のそれぞれの前記接合面に占める、前記非接触領域の面積割合が６〜６０％である請求項１又は２に記載の衝撃吸収部材。
【請求項４】
前記セラミックス接合体の表面側から裏面側に向かって、前記第１のシート状部材の厚みが段階的に増大する請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】
前記セラミックス接合体が、前記第１のシート状部材に前記接合層を介して積層して配置される、炭化ケイ素、ムライト、又はアルミナからなる一以上の第２のシート状部材をさらに有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項６】
前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである請求項１〜５のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項７】
前記セラミックス接合体の裏面側に配置される、破損時に生じた破片を受け止める受容層をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材の製造方法であって、
複数の前記第１のシート状部材を、前記接合材を介して厚み方向に積層して積層体を得る工程と、
得られた前記積層体を６００〜１６００℃の温度で加熱して前記セラミックス接合体を形成する工程と、を有し、
下記（１）及び（２）の少なくともいずれかの条件を満たす衝撃吸収部材の製造方法。
（１）前記第１のシート状部材の前記接合面の最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）が、５μｍ以上である。
（２）前記積層体を、積層方向に３０ｋＰａ以下の圧力で加圧しながら加熱する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
すなわち、本発明によれば、以下に示す衝撃吸収部材が提供される。
［１］炭化ホウ素を６０質量％以上含有するセラミックスからなる厚さ０．１〜５０ｍｍの、その厚み方向に積層して配置される複数の第１のシート状部材（但し、前記第１のシート状部材の数が２である場合を除く）と、隣接する前記第１のシート状部材の間に配置され、隣接する前記第１のシート状部材の対向する接合面どうしを接合する接合層と、を有するセラミックス接合体を備え、前記接合層が、アルミニウム、銅、銀、及び金からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む接合材からなり、前記第１のシート状部材と前記接合層の界面に複数の空隙が形成されており、前記第１のシート状部材の前記接合面は、前記複数の空隙において前記接合層と接触しない非接触領域を含むとともに、前記第１のシート状部材のそれぞれの前記接合面に占める、前記非接触領域の面積割合が４〜６６％であり、高速飛翔体の衝突時の衝撃から保護するための保護具として用いられる衝撃吸収部材。
［２］５〜１０００枚の前記第１のシート状部材が、その厚み方向に積層して配置される前記［１］に記載の衝撃吸収部材。
［３］前記第１のシート状部材のそれぞれの前記接合面に占める、前記非接触領域の面積割合が６〜６０％である前記［１］又は［２］に記載の衝撃吸収部材。
［４］前記セラミックス接合体の表面側から裏面側に向かって、前記第１のシート状部材の厚みが段階的に増大する前記［１］〜［３］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
［５］前記セラミックス接合体が、前記第１のシート状部材に前記接合層を介して積層して配置される、炭化ケイ素、ムライト、又はアルミナからなる一以上の第２のシート状部材をさらに有する前記［１］〜［４］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
［６］前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである前記［１］〜［５］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
［７］前記セラミックス接合体の裏面側に配置される、破損時に生じた破片を受け止める受容層をさらに備える前記［１］〜［６］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。