(57)【要約】脅威発射体のエネルギーを利用することによって、複合装甲の性能を向上させるための装置、方法、およびシステム。正面部材は、発射体によって衝撃を受ける表面の反対面上に複数の同心溝を含み、溝は、裏当て板内の相補的複数の同心チャネルと嵌合する。衝撃を及ぼす発射体からの力は、正面部材の溝を押圧し、裏当て板のチャネルと係合させる。溝設計は、裏当て板が、正面部材の裏面に圧縮荷重を付与し、発射体貫通開始時に、正面部材が早期に張力で破壊するのを防止する。各同心溝の角度は、溝によって誘発される圧縮荷重が、貫通する発射体からの正面部材の引張荷重に対抗するように個々に選択され、発射体が撃破されるまで、正面部材の構造的完全性を維持する。
2011501800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被弾面と、該被弾面の反対の第２の面であって、複数の溝をさらに備える第２の面とを有する正面部材と、
該正面部材の溝と接合するように構成される、相補的複数の対応チャネルを伴う裏当て板と
を備える、複合装甲。
【請求項２】
前記溝および対応チャネルは、同心性である、請求項１に記載の複合装甲。
【請求項３】
前記裏当て板は、ポリマーを備える、請求項１に記載の複合装甲。
【請求項４】
前記裏当て板は、金属を備える、請求項１に記載の複合装甲。
【請求項５】
前記正面部材上に被弾面を画定するカバー板をさらに備える、請求項１に記載の複合装甲。
【請求項６】
前記被弾面は、ポリマーまたは金属から成る群から選択される、材料を備える、請求項５に記載の複合装甲。
【請求項７】
前記正面部材と裏当て板との間に接着接合をさらに備える、請求項１に記載の複合装甲。
【請求項８】
厚さを備える裏当て板であって、
該裏当て板は、複数の受チャネルを備え、
該複数の受チャネルのそれぞれは、該裏当て板の中心から測定される半径と、深さと、内側表面と、外側表面とを備え、
該受チャネルのうちの少なくとも１つの内側表面のうちの少なくとも１つは、入射角で傾斜された表面を有し、該受チャネルのうちの少なくとも１つの外側表面のうちの少なくとも１つは、入射角で傾斜された表面を有する、裏当て板と、
該裏当て板上に配置される正面部材であって、
該正面部材は、厚さと、前表面と、裏表面とを伴う、本体を備え、
該裏表面は、少なくとも１つの溝を備え、
該少なくとも１つの溝は、該正面部材の中心から測定される半径と、高さと、内側表面と、外側表面とを備え、
該溝のうちの少なくとも１つの内側表面のうちの少なくとも１つは、入射角で傾斜された表面を有し、該溝のうちの少なくとも１つの外側表面のうちの少なくとも１つは、入射角で傾斜された表面を有する、正面部材と
を備える、装甲構造。
【請求項９】
前記正面部材の少なくとも１つの溝は、前記裏当て板の少なくとも１つの受チャネルに対応する、請求項８に記載の装甲構造。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの溝の半径は、前記対応する少なくとも１つの受チャネルの半径未満である、請求項９に記載の装甲構造。
【請求項１１】
前記溝のうちの少なくとも１つの外側表面のうちの少なくとも１つは、前記受チャネルのうちの少なくとも１つの内側表面のうちの少なくとも１つと接触する、請求項９に記載の装甲構造。
【請求項１２】
前記溝のぞれぞれの外側表面の傾斜表面の入射角は、それぞれの溝を受けるように整列された前記受チャネルのそれぞれの内側表面の傾斜表面の入射角と略同一である、請求項８に記載の装甲構造。
【請求項１３】
前記溝および受チャネルは、同心性である、請求項８に記載の装甲構造。
【請求項１４】
前記同心溝および受チャネルのパターンは、円形、楕円形、および多角形のうちのパターンから選択される、請求項１３に記載の装甲構造。
【請求項１５】
前記裏当て板は、ポリマー、金属、またはポリマー−金属複合材料から成る群から選択される材料を備える、請求項８に記載の装甲構造。
【請求項１６】
前記裏当て板は、高強度アルミニウムから成る、請求項１５に記載の装甲構造。
【請求項１７】
前記正面部材の前表面上に配置されるカバー板をさらに備え、該カバー板は、被弾面を画定する、請求項８に記載の装甲構造。
【請求項１８】
前記被弾面は、ポリマーまたは金属から成る群から選択される材料を備える、請求項１７に記載の装甲構造。
【請求項１９】
前記正面部材と前記裏当て板との間に接着接合をさらに備える、請求項８に記載の装甲構造。
【請求項２０】
複数の前記装甲構造をホスト担体上に配置し、それによって、該ホスト担体上に少なくとも部分的防護遮蔽を提供する、請求項８に記載の装甲構造。
【請求項２１】
前記装甲構造は、少なくとも１つの装甲構造が、隣接部分を破壊せずに除去され得る方法でホスト担体上に配置されるように、ホスト担体上に配置される、請求項２０に記載の装甲構造。
【請求項２２】
ホスト担体への発射体を撃破するための装甲防護を提供するための方法であって、
少なくとも１つの裏当て板を形成するステップであって、
該裏当て板は、厚さを有し、複数の受チャネルを備え、
該受チャネルのそれぞれは、深さを有し、内側表面および外側表面を備え、
該受チャネルのうちの少なくとも１つの内側表面のうちの少なくとも１つは、入射角で傾斜された表面を有し、該受チャネルのうちの少なくとも１つの外側表面のうちの少なくとも１つは、入射角で傾斜された表面を有する、ステップと、
少なくとも１つの正面部材を形成するステップであって、
該正面部材は、厚さと、前表面と、裏表面とを伴う本体を有し、
該裏表面は、複数の溝を備え、
該溝のそれぞれは、高さを有し、内側表面および外側表面を備え、
該溝のうちの少なくとも１つの内側表面のうちの少なくとも１つは、入射角で傾斜された表面を有し、該溝のうちの少なくとも１つの外側表面のうちの少なくとも１つは、入射角で傾斜された表面を有する、ステップと、
該ホスト担体上に少なくとも１つの裏当て板を配置するステップと、
該少なくとも１つの裏当て板上に少なくとも１つの正面部材を圧縮するステップであって、
該受チャネルのうちの少なくとも１つの内側表面のうちの少なくとも１つと接触する、該溝のうちの少なくとも１つの外側表面のうちの少なくとも１つの間に結果として生じる力は、該正面部材の本体上に圧縮プレロードをもたらす、ステップと
を包含する、方法。
【請求項２３】
装甲被覆に衝撃を及ぼす入射発射体の運動エネルギーを利用して、ホスト車両の少なくとも一部を覆う該装甲被覆を強化する方法であって、
該ホスト車両上に少なくとも１つの支持チャネルを提供するステップであって、該少なくとも１つの支持チャネルは、少なくとも１つの角度表面を有する、ステップと、
少なくとも１つの支持チャネル上に装甲被覆を配置するステップであって、該装甲被覆の裏面は、少なくとも１つの支持チャネルに嵌入するように適合されている、少なくとも１つの溝を有し、該少なくとも１つの溝は、該対応する支持チャネルの角度表面と略同一の少なくとも１つの角度表面を有し、少なくとも１つのチャネルの少なくとも１つの表面の少なくとも一部は、少なくとも１つの溝の少なくとも１つの表面の少なくとも１つと接触し、それによって、接触表面を形成する、ステップと
を包含し、
該装甲被覆に衝撃を及ぼす該入射発射体の運動エネルギーの少なくとも一部は、衝撃領域において該装甲被覆に伝達され、
該装甲被覆に伝達される該運動エネルギーは、少なくとも該接触表面において、該ホスト車両上の該少なくとも１つの支持チャネルに伝達され、
該接触表面を通して、該ホスト車両上の該少なくとも１つの支持チャネルに伝達される該運動エネルギーの少なくとも一部は、該接触表面に垂直な方向に、該装甲被覆の該少なくとも１つの溝に反射され、
該反射エネルギーは、該入射発射体の方向に垂直な方向に、該装甲被覆の少なくとも一部上に圧縮荷重を誘発し、それによって、該装甲被覆を強化する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮出願第６０／９７５，８３９号（２００７年９月２８日出願、名称「Ａｐｐａｒａｔｕｓ，Ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ  Ａｒｍｏｒ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ」）に関係し、米国特許法第１１９条に基づく利益を主張する。該仮出願は、その全体が、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、装甲構造、システム、および装甲を提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
装甲構造は、車両、建物、および人員に衝撃を及ぼし得る発射体からの防護を提供するために使用され得る。本文脈では、車両とは、地上用車両、船舶、潜水艦、航空機、または宇宙船を含み得る。装甲構造は、多くの場合、装甲システムを備える積層内の構成要素として提供される。複合体の正面部材は、典型的には、衝撃を及ぼす発射体を破壊および浸食するために存在する。正面部材背後の裏当て板または繊維裏地は、正面部材を構造的に支持し、したがって、残留発射体および装甲破片を捕捉する。
【０００４】
装甲構造内で典型的に使用されるセラミックは、圧縮様態で作用する限り、発射体を撃破するために有用な材料である。例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）セラミックの圧縮強度は、３，９００メガパスカル（５６６，０００ｐｓｉ）であるが、引張強度は、わずか３８０メガパスカル（５５，０００ｐｓｉ）である。ほとんどの金属の圧縮強度対引張強度の比率は、約１：１であるが、装甲セラミックの場合、圧縮強度対引張強度の比率は、準静的様態での試験時の１０：１から、弾道衝撃等の動的条件下での試験時の２０：１となる。
【０００５】
装甲は、ホスト車両、建物、または人員にとって、負担を高めつつある。本負担として、重量増加、空間占有率の上昇、および装甲によって課されるコストを含む。本負担増加は、最新発射体の脅威の増大および致死性の増大に比例する。
【０００６】
装甲として使用される最も一般的セラミック材料は、アルミナ酸化物である。近年、アルミナ酸化物よりも軽量のセラミックが、装甲として開発されている。最新のセラミックとして、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、および炭化ホウ素を含むが、それらに限定されない。残念ながら、これらの最新軽量セラミックは、アルミナ酸化物よりも著しく高価である。
【０００７】
より硬度かつより高い破壊靭性を有するセラミック材料は、概して、装甲としてより優れた性能を発揮するという一般的に理解に基づいて、装甲システムの要件を満たすように調整された改良品質等級のセラミック材料を開発するための研究が続けられている。
【０００８】
セラミック装甲材料を硬化するための他の技術として、プレロード状態にセラミックを封入することが挙げられる。プレロードは、通常、金属から成る、圧縮周囲フレームによって提供される。また、フレームは、破壊セラミック装甲を定位置に保持し、発射体が装甲を押し分け、ホスト物体内に貫通するのを防止する。セラミック装甲の封入は、コストのかかる技術であって、研究室からホスト車両へと設計物が移動される際、いくつかの統合課題を抱える。
【０００９】
装甲業界では、「質量効率」と呼ばれる採点システムによって、装甲の性能を測定する。あらゆる発射体は、ある一定量の装甲鋼鉄によって阻止され得る。装甲業界では、性能基準として使用される特定の鋼鉄の合金は、均質圧延装甲（ＲＨＡ）に指定されている。これは、ＵＳ  Ｍｉｌｉｔａｒｙ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ＭＩＬ−ＳＴＤ−１２５６０に定義される仕様の鋼鉄の合金および性質である。Ｅｍで指定される質量効率は、特定の脅威発射体を停止するための候補装甲の単位面積当たりの重量によって除される、同脅威物を停止するために必要とされるＲＨＡの単位面積当たりの重量である。ＲＨＡ装甲は、１のＥｍを有する。いくつかのセラミック装甲積層は、鋼鉄よりも、装甲を貫く（ＡＰ）発射体に対して優れた質量効率を実証し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
重量の制約のため、装甲車両の最大積載量は、典型的には、装甲の増加に伴って減少する。車両最大積載量は、装甲システムが、大幅に改良された性能（より高い質量効率）を伴うように開発され得ない限り、減少の一途を辿る、または車両の全体的重量が増加しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、例えば、装甲構造、システム、および撃破機構の一部として、発射体の運動エネルギーを利用する装甲を提供する方法に関する。
【００１２】
以下に詳細かつ実施例として記載される、本発明の種々の側面および実施形態は、関連分野における背景技術の欠点の一部および新たなニーズに対応する。
【００１３】
本発明は、軽量装甲防護を提供するための装置、方法、およびシステムを含む。好ましい実施形態では、本発明は、一体型圧縮誘発裏当て板と、互いに相互作用し、例えば、入射発射体を撃破するために正面部材として組み込まれるセラミックまたはガラス構成要素内の引張破壊を遅延させるように構成され得る、正面部材とを含む。
【００１４】
本発明は、例えば、その後面からの正面部材の引張応力を制御するように意図された設計を含み、故に、撃破機構が、入射発射体のエネルギーを吸収するように作用する時間を延ばす。
【００１５】
本明細書に開示される本発明は、いくつかの構造的実施形態において記載される。本発明のそのような実施形態の１つでは、正面部材は、好ましい実施形態では、裏当て板内の相補的複数の受チャネルと嵌合する、表面の反対面上の複数の溝を特徴とする。溝およびチャネルは、同心性、すなわち、共通中心を共有し得る。
【００１６】
発射体による衝撃の際、発射体からの力は、好ましい実施形態では、正面部材の溝の外側表面を押圧し、裏当て板の受チャネルの内側表面と係合させ得る。溝および対応チャネルは、好ましくは、裏当て板が、正面部材の裏面に圧縮荷重を付与し、それによって、発射体貫通開始時に、発射体が早期に張力破壊するのを防止するように、固有にに設計される。正面部材溝の好ましい実施形態によると、各溝の角度は、溝誘発圧縮荷重が貫通する発射体によって誘発される引張荷重と対抗するように個々に選択される。故に、発射体が撃破されるまで、装甲材料の構造的完全性が維持される。
【００１７】
本発明の実施形態の裏当て板は、正面部材に圧縮応力を誘発するための手段として機能し得る。例えば、溝および対応するチャネル含むことによるこれらの誘発された圧縮応力は、典型的には、セラミック装甲材料の破壊につながり得る引張応力を相殺する。発射体の力が正面部材の前面に与えられると、正面部材の裏面上の溝は、対応する裏当て板のチャネル内に強制され、溝が対応チャネル内に強制されると、角度チャネル壁が、溝および正面部材に圧縮力を付与する。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態のさらなる特徴は、裏当て板として、ホスト構造を使用することである。これは、例えば、装甲の正面部材の裏面と嵌合するように、ホスト表面の外部に溝またはチャネルを製造するステップを含み得る。ホストとは、例えば、航空機、船舶、宇宙船、ヒトまたは動物によって装着される衣類、あるいは建物を含み得るが、また、他の物体を含み得る。本実施形態の効果は、ホストの構造的要素として、裏当て板を相乗的に使用し、故に、装甲の寄生的負担を低減し、全体的システムの質量効率をさらに向上させることである。
【００１９】
本発明の記載される好ましい実施形態のさらなる特徴によると、本発明の有限要素モデルは、同心溝が、正面部材内の内部亀裂を生じさせる反射衝撃波を効果的に崩壊させることが可能であることを示す。しかしながら、非同心溝を含む設計が使用され得、ある実施形態では、好ましい。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態のさらなる特徴によると、同心溝は、正面部材と裏当て板との間の接着表面を大幅に増加させ、故に、道路外の装甲戦闘車両に対する環境的特性で動作する際の正面部材の耐久性と、固定の緩みに対するその抵抗性を向上させる。
【００２１】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、溝およびチャネル表面の入射角は、例えば、内溝集合から外溝集合の各溝−チャネル接合面における表面角度が、正面部材の裏面上で達成される総圧縮量に比例して増加するように、最適化され得る。溝と対応チャネルの角度および空間は、フランス人科学者Ａｕｇｕｓｔｉｎ  Ｆｒｅｓｎｅｌによって定義される、平面レンズを通した光の制御のプロファイルに略類似すると考えられ得る。しかしながら、圧縮荷重を最適化するための表面の入射角の決定は、フレネルレンズの焦点距離を単に計算するのとは異なる。フレネルレンズのレンズ部分は、例えば、球面弧または共通中心を中心とする弧の一部である。レンズ部分は、共通平面に折り畳まれ、薄く、コンパクトな光学素子を提供する。本発明は、フレネル球面部分の「構造的」利点を利用して、正面部材および裏当て板がともに接着された一連のドームとして対応させ、正面部材の各ドーム部分は、裏当て板のドーム部分へ発射体荷重の一部を伝達し得る。発射体によって正面部材上に入射荷重を生じると、正面部材のドーム部分は、裏当て板のドーム部材に対して収縮し、正面部材の裏面は、入射発射体の荷重に直角の方向に、圧縮状態となる。当然ながら、フレネルレンズ設計内で使用される球面弧および一連のドームは、装甲の設計に必須ではなく、傾斜面や、例えば、傾斜あるいは平坦面、および／または放物線等の他の表面形状が使用され、フレネル様構造が生成され得ることを理解されたい。
【００２２】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、多くの場合、従来技術において必要とされた封入フレームは、装甲構造の外周から省略され得る。裏当て板との相互作用を通して、正面部材を圧縮する本新しい機構を考慮すると、装甲構造は、例えば、封入された装甲のフレーム特性の寄生的負担を伴わずに、車両の表面上に連続的被覆を提供するように、ともに効率的に入れ子にすることが可能である。
【００２３】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、正面部材の圧縮プレロードは、例えば、脅威発射体による衝撃に先立って、達成され得る。本任意のプレロードを達成する方法の１つは、正面部材と裏当て板との間の接着剤が硬化する間、裏当て板に向かう方向に、正面部材に圧力を加えることによるものである。また、鋼鉄フレーム内のセラミック装甲にプレロードを付与する従来技術の方法が、単独で、または上述のプレロード圧力加力方法と組み合わせて、本発明の実施形態で使用され得る。提供される圧縮の大きさは、その規模が発射体の圧力からの荷重に比例するため、封入されたセラミック装甲よりも著しく大きくなり得る。静的条件下では、歯状体上で発射体圧力によって生成されるような圧縮荷重は、セラミックを破壊する可能性がある。また、動的衝撃条件下では、発射体は、互いに重なる一連の引張応力を誘発し得る。圧縮および引張応力は、溝上の適切な接触角度を選択することによって、相殺され得る。正面部材上の圧縮プレロードは、概して、発射体からの荷重および溝の角度に比例する。分析において、圧縮プレロードは、貫通過程の間、比較的一定であることが示されている。しかしながら、誘発される引張荷重は、時間依存性であって、重なった一連のヘルツ接触応力、面（膜および曲げ）応力、衝撃波誘発応力、および静水圧応力（粉砕された正面部材に埋まった発射体から）である。
【００２４】
本発明の記載される実施形態のさらなる特徴によると、本発明は、特定のセラミックまたはガラスに限定されず、本明細書の議論は、本発明をセラミックまたはガラスの使用に限定するように解釈されるべきではない。他の同等材料が、その周知または発見された材料特性に基づいて、選択され得る。
【００２５】
本発明は、例えば、従来の積層または封入セラミックの性能を大幅に改良するが、セラミックの用途に限定されない。あるセラミックは、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、および炭化ホウ素を含むが、それらに限定されない。当然ながら、性能が向上するほど、セラミックは、優れた性能を発揮するが、また、より高価にもなる。本発明は、アルミナ酸化物等の安価な材料を使用して、改良結果を達成し、したがって、ある実施形態では、本安価な材料が、究極性能ではなく、コストの理由から、好ましい場合がある。
【００２６】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、正面部材および裏当て板の厚さが、重量および／またはコストを最小限にするように最適化されると、発射体が撃破された後の裏当て板のたわみが最小となる。発射体は、本発明に従って構成されたセラミックによって、ほとんど完全に撃破され得る。本発明の種々の実施形態は、弾道衝撃の際の外殻のたわみが最小限にされなければならない、身体用装甲または車両に好適である。
【００２７】
本発明の記載される実施形態のさらなる特徴によると、カバー板の追加は、正面部材上に環境的カバーを提供する。また、カバーは、発射体に対する貫通抵抗を向上させ、故に、質量効率をさらに増加させ得る。本特徴は、本明細書に記載される他の特徴と同様に、任意である。
【００２８】
本発明の記載される実施形態のさらなる特徴によると、発射体によるタイルの損傷または破壊は、衝撃を受けるタイルに限定され得る。隣接タイルは、最小限に影響を受け得、損傷は、現場で修復可能である。
【００２９】
本発明の実施形態のさらなる特徴によると、装甲構造は、予期される脅威に応じて、または製品改良の結果として、取り外され、アップグレードまたは変更に適合するように構成され得る。装甲は、例えば、正面部材、カバー、および裏当てを有する、単一の一体型タイルとして構成可能である。車両への組み込みに好適な典型的実施形態では、裏当ての外形は、正面部材と同一であり得る。一体型裏当てシステムを伴う正面部材は、既存車両表面上にタイル張り（例えば、接着される、あるいは別様に均一または選択的に添着される）され、装甲防護の向上を提供し得る、内蔵型または組立済みパッケージを提示し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を成す添付の図面は、図中の本発明の原理を説明するが、それに限定されない役割を果たす説明と併せて、本発明の例示的実施形態を示す。
【図１】図１は、本発明の実施形態の断面である。
【図２】図２は、本発明の実施形態の六角形正面部材の３次元斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態の六角形裏当て板の３次元斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態の六角形正面部材の３次元斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態の溝の断面である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、本明細書に記載される特定の方法論、複合物、材料、製造技術、使用、および用途に限定されず、これらは、変化し得ることを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明する目的のためだけに使用され、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。本明細書および添付の請求項で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別様に文脈が明示的に指示しない限り、複数形の参照を含むことに留意されたい。故に、例えば、ある「要素」の参照は、１つ以上の要素の参照であって、当業者に周知のその同等物を含む。同様に、別の実施例の場合、「ステップ」または「手段」の参照は、１つ以上のステップまたは手段の参照であって、サブステップまたは補助的手段を含み得る。使用される全接続詞は、可能な最も包括的意味で理解されたい。故に、単語「または」は、別様に文脈が明示的に必要としない限り、論理上の「排他的論理和」の定義ではなく、論理上の「論理和」の定義を有するものと理解されたい。また、本明細書に記載される構造は、そのような構造の機能的同等物を参照するものと理解されたい。近似を表現するように解釈され得る専門用語は、別様に文脈が明示的に指示しない限り、そのように理解されたい。
【００３２】
別様に定義されない限り、本明細書で使用される全技術および科学用語は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるものと同一意味を有する。好ましい方法、技術、デバイス、および材料が記載されるが、記載されるものと類似または同等の任意の方法、技術、デバイス、あるいは材料が、本発明の実践もしくは試験で使用され得る。また、本明細書に記載される構造は、そのような構造の機能的同等物を参照するものと理解されたい。
【００３３】
図１では、一実施形態による、一体型装甲構造１００の断面が提示される。一体型装甲構造１００は、２つの主要構成要素（正面部材１３０および裏当て板１２０）を有することが分かる。裏当て板１２０の前面は、複数の受チャネル１２１を含む一方、正面部材１３０の裏面は、前記受チャネルに対応する複数の溝１３１を含む。正面部材１３０の溝１３１の外側表面１３２は、裏当て板１２０の対応受チャネル１２１の内側表面１２２により掛かっていることが分かる。各溝の高さは、好ましくは、溝がチャネル底面１２４に接触しない（すなわち、底面に達しない）ように、対応受チャネルの深さ未満である。各溝は、溝底１３４において、正面部材１３０の裏面に添着される。任意のカバー板１４０が、例えば、正面部材１３０の前面上に配置され得る。本実施形態では、カバー板１４０は、正面部材１３０に衝撃が及ぶ前に、発射体１９０によって、最初に衝撃を受け得る。カバー板１４０を有することによって、全体的装甲構造の強度を向上させるが、また、装甲構造構成要素のうちの１つ以上を弱化させる場合がある、湿気または火等の環境的条件から、装甲構造を密閉する目的を果たし得る。ある実施形態では、カバー板および／または正面部材の外側表面は、発射体の入射の力が向けられ得るように、凸状または凹状に丸くされるか、あるいは角度付けられ得る。
【００３４】
裏当て板の剪断強度は、正面部材の剪断強度に類似またはそれ以上であって、正面部材がその最大限の潜在能力を果たし、それによって、可能な最軽量装甲システムを達成することが保証されることが好ましいが、必須ではない。また、各溝底１３４とチャネル底面１２４での交角は、局所応力集中係数を最小限にするように、最大達成可能半径に丸く（面取り）されることが好ましいが、必須ではない。
【００３５】
例えば、図２に示されるように、正面部材２１７は、上方に向けられた裏面を伴って示される。溝２１６は、本実施形態では、円形に示され、六角形セラミックタイル２１８内に直接製造される。タイル２１８は、実施例として、六角形で示されるが、特殊形状に限定されない。溝２１６は、丸い構成に限定されない。
【００３６】
別の実施形態に示されるように、例えば、図３では、上方に向けられた前面を伴って示される裏当て板３２０は、六角形外周を有するセラミックタイルに形成される。複数の受チャネル３２１は、板内に形成される（この場合、同心円形）。裏当て板３２０は、実施例として、六角形で示されるが、任意の特殊形状に限定されない。同様に、受チャネル３２１は、丸い構成に限定されない。
【００３７】
図４では、別の正面部材４３０は、上に向けられた裏面を伴って示され、六角形外周を有するセラミックタイルから形成される。複数の溝４３１は、本実施形態では、円形に示され、板内に直接製造される。正面部材４３０は、実施例として、六角形で示されるが、任意の特殊形状に限定されない。溝４３１は、丸い構成に限定されない。
【００３８】
図５は、本発明の実施形態を示し、正面部材５３０上の溝の外側表面５３３の角度は、裏当て板５２０上の対応チャネルの内側表面５２２の角度と略同一である。これらの２つの表面は、「接合表面」と称される場合がある。接合表面の角度が、装甲構造の中心から外周に増加すると、最適条件が達成されると予想される。図５の実施形態に示されるように、θ１は、θ２よりも大きく、順に、θ２は、θ３よりも大き。溝の外側表面およびチャネルの対応内側表面の角度は、好ましくは、接触せず、「非接合表面」と称される。非接合表面は、好ましくは、接合表面の角度に垂直であって、接合表面背後の支持材料を最大限に活かす（それによって、装甲の強度を向上させる）が、用途に応じて、程度の差があり得る。
【００３９】
接合表面の角度は、好ましくは、５度乃至２０度の範囲であるが、他の角度を使用して、装甲のために使用される材料のある特性ならびに所定の脅威物に適合させ得る。また、表面角度は、溝当たり１乃至５度の任意の率で増加し、溝が、中心から広がり得る。入射角の増加率は、例えば、溝間の距離、溝の数（好ましくは、装甲構造当たり４乃至５）、正面部材、カバー板、および裏当て板のために使用される材料の強度特性、ならびに撃破されるべき発射体の所定の強度、密度、および速度に依存し得る。接合表面および非接合表面の角度の決定は、フレネルレンズの焦点距離の決定の際に使用される計算、および溝の数（ピッチ）に関連し得るが、決して、それらに限定されない。
【００４０】
本発明のある実施形態の試験およびモデル化では、装甲システム内に導入される発射体の撃破をもたらし、発射体の速度をゼロまで完全に減少させた。正面部材は、発射体によって、最終的に破壊されたが、支持裏当ては、たわみがほとんどなく、貫通しなかった。
【００４１】
正面部材の実施形態の裏面の溝は、発射体によって衝撃を受けることが予想される装甲板内の損傷領域を限定し、また、隣接装甲板を損傷から防護する。全体的効果は、例えば、多重打撃の可能性を向上させることである。
【００４２】
故に、本発明は、車両、建物、および人員に衝撃を及ぼす発射体からの防護をもたらすための軽量装甲を提供する。発射体として、銃弾、榴散弾、散弾、破片、爆発装置、爆発型発射体、または宇宙船の場合、隕石を含み得るが、それらに限定されない。同様に、爆発装置としては、パイプ爆弾、手榴弾、および簡易爆発物（ＩＥＤ）を含み得るが、それらに限定されない。
【００４３】
具体的には、本発明は、ホスト担体上に完全または部分的防護遮蔽を提供可能である。任意の所与のホスト設置時、本発明の構成または構造は、所望の防護レベル、局所ホスト構造の組成、あるいは脅威発射体の予測される攻撃角度に応じて、変化し得る。
【００４４】
本発明は、本明細書の例証および図面に記載される詳細に限定されない。正面部材厚、カバー厚、および裏当て厚は、所定の脅威物を撃破するように最適化され得る。図２のタイルの例証される形状は、六角形として例示されるが、本発明は、例えば、ファセットの数を限定しない。
【００４５】
歯状体（例えば、溝およびチャネル表面）等の正面部材および裏当て板の幾何学形状特徴の形状、これらの歯状体の深さ、および歯状体の数は、予測される発射体荷重、正面部材のために選択される材料の種類、ならびに裏当て板の材料を最適化するように選択されるべきである。歯状体が短いほど、より構造的に頑強となる傾向にあるが、より厳しい製造許容誤差を必要とするが分かっている。例えば、溝底およびチャネルの底面に十分な半径を提供することは、一実施例として、本発明の少なくとも１つの実施形態の構造的能力を向上させるための優れた技術的手法である。
【００４６】
溝のパターンは、タイルの用途、および可能性として、ホスト担体の特定の表面形状に応じて、円形、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、または他の多角形の同心パターンであり得る。本開示の目的における「同心性」とは、共通中心を伴う任意の形状を意味すると理解し、円形のまたは丸い要素に限定されない。加えて、本発明の他の実施形態は、非同心パターンを利用し得る。同様に、装甲構造の形状は、上述の幾何学形状のいずれかをとり得る。
【００４７】
正面部材を裏当て板に保持するために含まれ得る接着剤は、任意である。本発明の実施形態は、カバー板が、接着剤の必要性なく、正面部材を定位置に保持する構成を含み得る。または、鋼鉄フレームが、外周において、正面部材および裏当て板をともに保持し得る。他の実施形態は、１つ以上のボルトによって接続される、正面部材および裏当て板を有する。
【００４８】
裏当て板の材料は、例えば、金属またはポリマーから成り得る。分析では、高強度アルミニウムは、重量効果的解決策を提供することを示している。異なる材料がホスト車両構造のために選択される場合、本発明の最適実施形態は、正面部材が、独立した裏当て板に搭載され、裏当て板は、順に、ホスト車両に取り付けられ得る。
【００４９】
また、装甲防護を提供する方法が、提供される。例えば、正面部材の裏面への圧縮プレロードは、裏当て板と接触する溝の角度を選択することによって、材料に対して調整され得る。また、正面部材の裏面上の溝外形は、発射体衝撃によって生じる衝撃波を崩壊させ、その発展的構築を防止する。初期発射体衝撃およびその後の発射体衝撃の際の正面部材内の圧縮プレロードは、隣接タイルの履歴または物理的損傷状態から独立であるように適合される。種々の溝パターンを提供することは、セラミック様特性（引張強度に対して高圧縮比）を実証する、高硬度表面として使用される全材料の性能を向上させる。
【００５０】
身体用装甲等の人員を防護するために適合される本発明の実施形態は、人体に固有の外部サブ構造が存在しないため、裏当て板を含む可能性がある。本発明の利点を利用可能な防弾チョッキ内の装甲積層を保持するためには、多くの仕組みが存在する。
【００５１】
本発明は、いくつかの実施形態として、本明細書に記載された。その意図される精神および範囲から逸脱することなく、その種々の実施形態における本発明によって向上されるセラミックの性能を包含し得る、多くの代替例および変形例が存在することは明白である。上述の実施形態は、例示にすぎない。当業者は、本開示の範囲内であることが意図される、本明細書に具体的に記載される実施形態からの変形例を認識するであろう。したがって、本発明は、以下の請求項によってのみ制限される。故に、本発明は、添付の請求項およびそれらの同等物の範囲内にあることを条件として、本発明の修正例をカバーすることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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