(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る衝撃吸収部材。
【請求項２】
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に記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
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２又は３に記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】
前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである請求項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１〜５のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【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、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る衝撃吸収部材。
［２］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］に記載の衝撃吸収部材。
［３］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、第１のシート状部材の厚みが段階的に増大する前記［２］に記載の衝撃吸収部材。
［４］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［２］又は［３］に記載の衝撃吸収部材。
［５］前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである前記［１］〜［４］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
［６］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］〜［５］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
【発明の効果】
【００１１】
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】
【００１２】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。なお、本発明の衝撃吸収部材は、複数枚のシート状部材を特定の金属を含む接合材で接合することにより、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、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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（特願２０１０−２５３２３６号参照）。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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変局されるとともに、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
本発明の衝撃吸収部材を構成するセラミックス接合体は、例えば、第１のシート状部材部材どうしを接合させる部分に、アルミニウム等の金属を含む接合材を介在させる。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。この状態で保持して、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６００〜１５００℃の温度で加熱すれば、セラミックス接合体を得ることができる。
【００３０】
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６００〜１，２００℃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６００〜１５００℃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。
【００３１】
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。
【００３２】
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が浸透している。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。
【実施例】
【００３３】
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
（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。
【００３６】
（実施例１）
厚さ０．１ｍｍの第１のシート状部材１００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、１００℃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。
【００３７】
（実施例２〜５、比較例１）
第１のシート状部材の厚みと枚数を表１に示すようにしたこと以外は、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、比較例１）を得た。
【００３８】
（比較例２）
アルミニウム製フィルムを用いて接合していない、厚さ１０ｍｍの第１のシート状部材を衝撃吸収部材（比較例２）とした。
【００３９】
（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に示す。
【００４０】
2014111510.tif 000003
【００４１】
（評価）
表１に示すように、第１のシート状部材が薄いほど、コーン上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１〜５、比較例２）。ただし、比較例１の衝撃吸収部材（第１のシート状部材の厚み＝０．０５ｍｍ）は、第１のシート状部材どうしの接合面がはがれたように損傷してしまったために、損傷体積と小片の平均径を測定することが不可能であった。また、接合していない厚さ１０ｍｍの第１のシート状部材のみからなる比較例２の衝撃吸収部材は、大きな欠片が後方に飛散してしまい、損傷体積が大きいことが分かった。なお、比較例２の衝撃吸収部材では、飛翔体が衝突した面に縦横無尽に亀裂が生じたのに対し、厚さ０．１ｍｍの第１のシート状部材を１００枚積層して得た実施例１の衝撃吸収部材では、縦横無尽の亀裂はほとんど観察されなかった。
【００４２】
（実施例６）
厚さ５ｍｍの第１のシート状部材２０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、１００℃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６）とした。
【００４３】
（実施例７〜９）
第１のシート状部材の厚みと枚数を表２に示すようにしたこと以外は、前述の実施例６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７〜９）を得た。
【００４４】
（比較例３）
アルミニウム製フィルムを用いて接合していない、厚さ１００ｍｍの第１のシート状部材を衝撃吸収部材（比較例３）とした。
【００４５】
（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６〜９、比較例３）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に示す。
【００４６】
2014111510.tif 000004
【００４７】
（評価）
表２に示すように、比較例３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６〜９の衝撃吸収部材では、第１のシート状部材の積層枚数が多く、かつ、第１のシート状部材が薄いほど、発生した亀裂が少なく、その間隔も広くなる傾向にあることが明らかである。
【００４８】
（実施例１０）
実施例３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１０）を作製した。
【００４９】
（比較例４）
比較例２で用いた厚さ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４）を作製した。
【００５０】
（評価）
実施例１０及び比較例４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４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１０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。
【００５１】
（実施例１１）
厚さ０．５ｍｍ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の第１のシート状部材５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、１００℃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２に示すような層構成の衝撃吸収部材（実施例１１）を作製した。
【００５２】
（評価）
実施例１１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の変化は認められなかった。
【００５３】
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】
【００５４】
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】
【００５５】
５，１０，２０：第１のシート状部材
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：接合層
７０：受容層
【図１Ａ】
2014111510.tif 000005
【図１Ｂ】
2014111510.tif 000006
【図２】
2014111510.tif 000007
【図３】
2014111510.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月19日(2012.6.19)
【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、アルミニウムを含む接合材からなる衝撃吸収部材。
【請求項２】
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に記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
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２又は３に記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】
前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである請求項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１〜５のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、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、アルミニウムを含む接合材を用いて接合することによって、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。
【手続補正３】
【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、アルミニウムを含む接合材からなる衝撃吸収部材。
［２］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］に記載の衝撃吸収部材。
［３］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、第１のシート状部材の厚みが段階的に増大する前記［２］に記載の衝撃吸収部材。
［４］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［２］又は［３］に記載の衝撃吸収部材。
［５］前記接合層の厚さが０．００１〜１ｍｍである前記［１］〜［４］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
［６］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］〜［５］のいずれかに記載の衝撃吸収部材。