(57)【要約】  ある構造体は、第１外層と、第１外層の片側に装着されたポリマー繊維複合層を含む。
2014506201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１外層（２２）と、
前記第１外層（２２）の片側に装着されるポリマー繊維複合層（３０）と
を含み、
前記第１外層（２２）は前記ポリマー繊維複合層よりも高い剛性を有する、構造体。
【請求項２】
前記第１外層（２２）は、少なくとも部分的にセラミック材料でできている、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記第１外層（２２）は、少なくとも部分的にガラス材料でできている、請求項１又は２に記載の構造体。
【請求項４】
前記第１外層（２２）と前記ポリマー繊維複合層（３０）は各々、実質的に光学的に透明である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項５】
前記第１外層（２２）とは反対の前記ポリマー繊維複合層（３０）の側面に装着された第２外層（２４）をさらに含み、
前記第２外層（２４）が、前記ポリマー繊維複合層（３０）よりも高い剛性を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項６】
前記第２外層（２４）が、高剛性複合層及びガラス層（２８）のうちの少なくとも一つを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項７】
前記第１外層（２２）と前記ポリマー繊維複合層（３０）との間に装着された中間層（２６）をさらに含み、
前記中間層（２６）が、前記ポリマー繊維複合層よりも高い剛性を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項８】
前記中間層（２６）が、少なくとも一つの高剛性複合層（３２）と少なくとも一つのガラス層（２８）を含む、請求項７に記載の構造体。
【請求項９】
前記第２外層（２４）に装着されたスポール層（３４）
をさらに含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１０】
構造体を製造する方法であって、
セラミック材料及びガラス材料のうちの少なくとも一つから第１外層（２２）を形成するステップと、
マトリックス内に埋め込まれた複数の繊維のポリマー繊維複合層（３０）を形成するステップと、
前記第１外層（２２）の剛性よりも低い剛性を有する前記ポリマー繊維複合層（３０）を供給するステップと、
前記ポリマー繊維複合層（３０）を前記第１外層（２２）に装着するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記ポリマー繊維複合層（３０）よりも高い剛性を有する第２外層（２４）を形成するステップと、
前記第１外層（２２）とは反対の前記ポリマー繊維複合層（３０）の側面に前記第２外層（２４）を装着するステップと
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
高剛性複合層（３２）とガラス層（２８）のうちの少なくとも一つから前記第２外層（２４）を形成するステップ
をさらに含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
マトリックス内に埋め込まれた複数の繊維から高剛性複合層を形成するステップをさらに含み、
前記繊維は、
ガラス繊維、及び
前記ポリマー繊維複合層のポリマー繊維よりも高い剛性を有するポリマー繊維
のうちの少なくとも一つを含む、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ポリマー繊維複合層（３０）よりも高い剛性を有する中間層（２６）を形成するステップと、
前記第１外層（２２）と前記ポリマー繊維複合層との間に前記中間層（２６）を装着するステップと
をさらに含む、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して複合物に関し、より具体的には、弾道性能を改善するために繊維強化複合物を使用することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在周知の透明な装甲板は、ガラス、セラミック又はガラスーセラミックからなる外層又は被攻撃面を含む様々な材料の積層薄板からなる。外層又は被攻撃面は、発射体からの衝撃を受けるように構成されている。装甲板の弾道性能を改善する試みとして、メーカーは被攻撃面の裏面に材料を追加することができる。例えば、被攻撃面の強度を増すために、メーカーは硬いモノリシック薄板又はガラス等の材料層を被攻撃面の裏当て材として被攻撃面の裏面に加える場合がある。
【０００３】
残念なことに、被攻撃面のガラス及びセラミック材料の密度が比較的高く、被攻撃面の裏当て材として加えられたモノリシックガラス材料の密度が比較的高いために、モノリシック材料の層を被攻撃面に加えると、比較的重い装甲板になってしまう。さらに、被攻撃面にモノリシック材料を加えることによる装甲板の弾道性能の改善は比較的小さい。
【０００４】
メーカーはまた、セラミック製の被攻撃面の裏面に硬いモノリシックポリカーボネート材料の一又は複数の層を加えて、装甲板の弾道性能を改善する場合がある。残念なことに、ポリカーボネート材料は被攻撃面の変形に対して最小限の抗力しか持っていない。加えて、装甲板に効果的な弾道性能をもたらすのに必要なセラミック製の被攻撃面の厚さが比較的大きいために、被攻撃面にポリカーボネート製の裏当て材を加えると、比較的重い装甲板になってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、当技術分野において、最小限の重量で弾道性能が改善された装甲板等の構造体が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
装甲板に関わる上述の必要は、第１外層と、一又は複数のポリマー繊維複合層を有する構造体を提供する本発明によって特に対処され軽減される。第１外層は被攻撃面として機能し、セラミック及び／又はガラス材料で形成される。一又は複数のポリマー繊維複合層は第１外層の片側に装着され、第１外層の剛性よりも低い剛性を有する。
【０００７】
また、セラミック及び／又はガラス材料からなる第１外層と、第１外層に装着されるサンドイッチ方式の硬化構造体を備える透明の装甲板も開示されている。硬化構造体は、ポリマー繊維複合層によって分かれている中間層と第２外層を備える。中間層は第１外層に装着される。ポリマー繊維複合層は中間層に装着され、マトリックス内に組み込まれた複数のポリマー繊維を含む。第２外層は、中間層とは反対のポリマー繊維複合層の側面に装着される。中間層と第２外層の厚みはそれぞれ、ポリマー繊維複合層の厚みよりも小さい。加えて、中間層及び第２外層はそれぞれ、ポリマー繊維複合層よりも高い剛性を有する。一実施形態では、第１外層、中間層、ポリマー繊維複合層、及び第２外層はそれぞれ実質的に光学的に透明である。
【０００８】
また、セラミック及び／又はガラス材料から第１外層を形成するステップと、マトリックス内に埋め込まれた複数の繊維からポリマー繊維複合層を形成するステップを含む構造体を製造する方法が開示されている。ポリマー繊維複合層の剛性は第１外層の剛性よりも低い。この方法には、ポリマー繊維複合層を第１外層に装着することが含まれる。
【０００９】
別の実施形態では、透明な装甲板を製造する方法が開示されている。この方法には、実質的に光学的に透明なセラミック及び／又はガラス材料から第１外層を形成することが含まれる。この方法にはさらに、第１外層に装着される実質的に光学的に透明な硬化構造体を形成することが含まれる。硬化構造体は、マトリックス内に埋め込まれた複数のポリマー繊維からポリマー繊維複合層を形成することによって製造される。中間層はガラス層から形成される、又は中間層は高剛性複合層として形成される。この方法にはさらに、一又は複数のガラス層から第２外層を形成する、又は第２外層を高剛性複合層として形成することが含まれる。中間層及び第２外層はそれぞれ、ポリマー繊維複合層の剛性よりも高い剛性を有する。この方法には、中間層と第２外層をポリマー繊維複合層の反対側に装着して、サンドイッチ方式の硬化構造体を形成することが含まれる。硬化構造体は、中間層と第１外層の間の接触面において第１外層に装着される。
【００１０】
説明してきた特徴、機能および利点は、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成可能であり、または、以下の説明および図面を参照してさらなる詳細が理解可能であるさらに他の実施形態において組み合わされてもよい。
【００１１】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、全体を通して同等の部品に同等の数字が与えられる図面を参照することで、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】セラミック及び／又はガラス製の第１外層と、ガラス製の第２外層からなり、ポリマー繊維複合層を含み且つ第１及び第２外層との間に位置決めされたコアを含む一実施形態の実質的に光学的に透明な構造体又は装甲板の斜視図である。
【図２】図１の線２に沿って切り取った図１の構造体の概略側面図であり、第１及び第２外層との間に配置されたポリマー繊維複合層を有し、第２外層が高剛性複合層を含む構造体の一実施形態を示す。
【図３】第２外層が一又は複数のガラス製のモノリシック層を含む一実施形態の、図１の構造体を示す概略側面図である。
【図４】第１外層と第２外層との間に配置されたポリマー繊維複合層を示す、図１の構造体の分解斜視図である。
【図５】クロスプライ構造に配置された繊維の層を示す、図４の構造体のポリマー繊維複合層の分解斜視図である。
【図６】図４のポリマー繊維複合層の一部を示す拡大斜視図である。
【図７】一実施形態の繊維の断面を示す、図６の線７に沿って切り取ったポリマー繊維複合層の拡大断面図である。
【図８】第２外層と中間層との間に挟まれ、硬化構造体を形成するポリマー繊維複合層を示す、一実施形態の構造体の概略側面図である。
【図９】第２外層と中間層との間に挟まれ、第１外層に装着される硬化構造体を形成するポリマー繊維複合層を示す、図８の構造体の分解斜視図である。
【図１０】構造体を製造する方法の一実施形態に含まれる一又は複数の工程を含むフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の好適な種々の実施形態を示す目的で示された図面を参照すると、図１には実質的に光学的に透明な装甲板１２として構成された構造体１０が示される。構造体１０は、おおむね平面構成を有するパネルとして示される。しかしながら、構造体１０は、任意の数の様々な異なるサイズ、形状及び構成で提供されており、平面を有する実質的に平面なパネルに限定されない。例えば複合品には、複合曲率面及び／又は平面が含まれる。
【００１４】
構造体１０は、セラミック及び／又はガラス材料からなり、構造体１０の被攻撃面１４を含む第１外層２２を含む。第１外層２２は、図１に示す実施形態においてポリマー繊維複合層３０によって裏面強化される。この点において、本発明では、任意の複合層に有機繊維を使用し、有機繊維にポリマー繊維を含むことができると考える。構造体１０はさらに、第１外層２２とは反対のポリマー繊維複合層３０の側面に装着され、構造体１０の裏面１６を備える第２外層２４を含む。しかしながら、第１外層２２は第１外層２２と第２外層２４との間の層の代替配置によって裏面強化される。    
【００１５】
例えば、構造体１０は図８に示すように、硬化構造体２０によって裏面強化された第１外層２２を備え、硬化構造体２０はポリマー繊維複合層３０によって分離される中間層２６と第２外層２４を含む。またさらに、構造体１０は、第１外層２２に装着される代替中間層２６とポリマー繊維複合層３０を有する第１外層２２を含み、第２外層２４は後に説明するように構造体１０の裏面１６に装着される。
【００１６】
また図１を参照する。第１外層２２は好ましくは比較的高硬度である材料からなる。例えば、第１外層２２は、セラミック及び／又はガラスのモノリシック層として提供される少なくとも部分的にセラミック及び／又はガラス材料で形成される。一実施形態では、第１外層２２は例えば、セラミック、ガラス、又はＲＯＢＡＸＴＭガラス−セラミック材料等のセラミック及びガラスの組み合わせからできている。しかしながら、第１外層２２は、好ましくは剛性の、また好ましくは比較的高硬度の様々な代替材料で形成される。第１外層２２は、弾道用途において被攻撃面１４として機能するように構成され、これにより、第１外層２２が発射体によって衝撃を受けるように構成される。
【００１７】
また図１を参照する。第２外層２４は、マトリックス５４（図４）に組み込まれる複数のガラス繊維５６（図４）を含む高剛性複合層３２でできている。あるいは、第２外層２４は一又は複数のガラス層又は薄板からなる。各ガラス層２８は、ガラス製のモノリシック薄板として形成され、ポリマー繊維複合層３０に装着される。第２外層２４は、後に詳しく説明するように、少なくとも部分的に例えば超高密度のポリエチレン等の高強度及び／又は高剛性ポリマー材料でできており、マトリックス５４内部に組み込まれるガラス繊維５６からなる高剛性複合層３２として形成することもできる。
【００１８】
図１に示す実施形態では、構造体１０は、第２外層２４と第１外層２２との間に挟まれたポリマー繊維複合層３０を含む。ポリマー繊維複合層３０は、少なくとも部分的にマトリックス５４（図４）に組み込まれた複数のポリマー繊維５６（図４）でできている。第２外層２４は、ポリマー繊維複合層３０よりも高い剛性を有する。同様に、第１外層２２は、ポリマー繊維複合層３０よりも高い剛性を有する。
【００１９】
また図１を参照する。一実施形態においては、第１外層２２、ポリマー繊維複合層３０、及び第２外層２４が組み合わさって、トータルで硬化構造体２０を形成し、硬化構造体２０により第１外層２２の全体的な剛性が上がり、構造体１０の弾道性能が改善される。ポリマー繊維複合層３０は、サンドイッチ方式の硬化構造体２０のコア材料として機能する。さらに具体的には、ポリマー繊維複合層２０のコアは、サンドイッチ方式の硬化構造体２０の表面薄板を間隔をあけて配置するためのスペーサの役割を果たし、表面薄板は第１外層２２と第２外層２４を含む。
【００２０】
ポリマー繊維複合層３０のポリマー繊維５６（図４）は、発射体がポリマー繊維複合層３０（図２〜３）を通る際に比較的長時間、比較的長い移動距離において減速されるように、ポリマー繊維５６が破壊される前に高変形又は高歪みを起こす。ポリマー繊維複合層３０の変形期間又は持続時間が延びることによる正味効果は、ポリマー繊維複合層３０の繊維５６によって吸収される発射体の運動エネルギー量が増加することにより、発射体が構造体１０を貫通する前に減速し、停止することである。
【００２１】
さらに図１を見てみると、第１外層２２は、硬化構造体２０のおかげで、第１外層２２が単独で作用するよりも本質的に比較的高い剛性を有する。ポリマー繊維複合層３０により、第１外層２２及び第２外層２４が相互に間隔を置いて配置され、構造体１０の曲げ剛性が高められる。これについて、ポリマー繊維複合層３０はサンドイッチ方式の硬化構造体２０のコアとして機能し、第１外層２２と第２外層２４との間に伝送されるせん断力に抵抗することにより、第１外層２２の曲げに対する抗力が向上する。
【００２２】
特に、第１外層２２と第２外層２４はそれぞれ、ポリマー繊維複合層３０の剛性よりも高い剛性を有する。さらに、一実施形態では、第２外層２４の断面はポリマー繊維複合層３０よりも薄くなっている。これについて、第２外層２４の厚さ及び剛性は、第１外層２２が破壊される時にポリマー繊維複合層３０の破壊モードが所望のものとなるように調整される、又は適合される。さらに具体的には、一実施形態において、構造体１０は、第２外層２４が破壊される時に、繊維の破壊（つまり繊維の破損）が起きる前に、ポリマー繊維複合層３０が比較的高い歪みで変形することができ、これにより、発射体がポリマー繊維複合層３０を通過する時に、繊維によって吸収される発射体の運動エネルギー量が最大限になるように構成される。
【００２３】
図２を参照する。図２は、図１の構造体１０の側面図であり、第１外層２２と、ポリマー繊維複合層３０と、第２外層２４の配置を示す。上述したように、第１外層２２がポリマー繊維複合層３０よりも高い剛性を有することが好ましい。第１外層２２の剛性は、初期の弾道荷重において発射体の滞留時間を延ばすために比較的高いことが好ましい。第１外層２２の高い局所硬度により、発射体の最前部が変形する一方で、発射体の残りの部分が動き続けるために、発射体の断面積の拡大又はキノコ型の膨張が起こり、最初の衝撃の滞留時間も延びる。
【００２４】
これについて、第１外層２２の局所硬度は、ポリマー繊維複合層３０に硬化状態の比較的高い硬度のマトリックス５４（図４）を供給することによって、高められる。第１外層２２の局所硬度を高めることによって、発射体の最前部の断面積の変形及び／又は拡大が増加する又は増大する。発射体の断面積の拡大により、発射体の最初の弾道荷重に反応する第１外層２２の面積が増加する。さらに、発射体の断面積の拡大により、第１外層２２が破壊される時にポリマー繊維複合層３０の、より大きい部分を巻き込みやすくなる。衝撃事象の際に、ポリマー繊維複合層３０の繊維５６（図４）をより多く巻き込むことによって、発射体をより効率的に減速させることができる。
【００２５】
図２をさらに参照する。図２は、第２外層２４を、ポリマー繊維複合層３０（図９）の配置と同様に、マトリックス５４（図９）内に埋め込まれた繊維５６（図９）を有する高剛性複合層３２として示す図である。しかしながら、上述したように、第２外層２４の高剛性複合層３２の実施形態は、ポリマー繊維複合層３０よりも高い剛性を有することが好ましい。同様に、図３の実施形態では、第２外層２４のガラス層２８の実施形態は、ポリマー繊維複合層３０よりも高い剛性を有することが好ましい。第２外層２４のガラス層２８の実施形態は、ポリマー繊維複合層３０よりも高い剛性を有するガラスを少なくとも部分的に含む材料の一又は複数の薄板又は層を含む。
【００２６】
第２外層２４は、第１外層２２及びポリマー繊維複合層３０と協働して、弾道衝撃に対して第１外層２２が最初に容易に曲がらないようにする。サンドイッチ方式の構成は通常、単位質量当たりの剛性がモノリシック材料よりも高く、これにより、第１外層２２、第２外層２４、及びポリマー繊維複合層３０がまとまって形成された硬化構造体２０の比剛性（つまり、構造体１０の密度で割った構造体１０の剛性）は、第２外層２４のモノリシックの厚さが達することができるよりも高くなるため、有利である。図２に示すサンドイッチ方式の構造によって得られるさらなる利点は、構造体１０の比密度がモノリシック構造の構造体１０の比密度よりも低いことである。例えば、従来の特定の装甲板１２は、ポリマー繊維５６（図４）の複合構造と比べて通常、比較的高い密度のガラス又はセラミックのモノリシックの厚さからなる。その一方で、本明細書に開示される構造体１０は、より軽い重量でより向上した弾道性能を提供する。
【００２７】
図４を参照する。図４は、図１〜３に示す構造体１０の実施形態の分解斜視図である。図４に示すように、第１外層２２及び第２外層２４とポリマー繊維複合層３０はまとまって硬化構造体２０を形成し、この硬化構造体２０により、第１外層２２の全体剛性が高まる。図に示すポリマー繊維複合層３０は、マトリックス５４の材料内に埋め込まれた複数の繊維５６を含む。第２外層２４は一般的な形式で示されており、上述したように、高剛性複合層３２、又はガラスのモノリシック層又は層７０（図５）の組み合わせからなる。第２外層２４の高剛性複合層３２の実施形態は、マトリックス５４内に埋め込まれた複数の繊維５６を含む複合層アセンブリ５０として構成される。同様に、ポリマー繊維複合層３０は、複合層アセンブリ５０として構成される。
【００２８】
図５を参照する。図５は、複合層アセンブリ５０の分解図であり、ストリップとして形成され、マトリックス５４内の一又は複数の層７０に配置される複数の繊維５６を示す。各層７０の繊維５６は、互いに実質的に平行に示されているが、繊維５６は所定の層７０内で相互に対して任意の方向に配向していてよい。さらに、図５は、隣接する層７０の繊維５６の向きに対して垂直に配向している繊維５６を示し、図５の複合層アセンブリ５０は、層７０のクロスプライ構成を表すものである。しかしながら、所定の層７０の繊維５６は、隣接する層７０の繊維５６に対して任意の角度に配向している。例えば、一つの層７０の繊維５６は隣接する層７０の繊維５６に対して平行に、又は隣接する層７０の繊維５６に対して任意の非垂直の角度（例：１５°、２２．５°、４５°、６０°、７５°等）に配向する。
【００２９】
図６を参照する。図６は、図４の複合層アセンブリ５０の拡大斜視図であり、異なる層７０の繊維５６の相対的な配向を示すものである。図６の複合層アセンブリ５０には３つの層７０を示したが、任意の数の層７０を供給することができる。繊維５６は、繊維軸６８に沿って層７０の中を所定の方向に縦に延びている。複合層アセンブリ５０は、図２及び３に示すように、第２外層２４と第１外層２２の接合接触部に設置されるアセンブリ面５２を含む。
【００３０】
図７を参照する。図７は、図６の線７に沿って切り取った複合層アセンブリ５０の実施形態の断面図であり、層７０の繊維５６の配置を示すものである。上述したように、複合層アセンブリ５０はポリマー繊維複合層３０の一配置を表したものである。加えて、複合層アセンブリ５０は、第２外層２４が高剛性複合層３２の構成に構成された時の、第２外層２４の繊維５６の配置を表すものである。複合層アセンブリ５０の繊維５６は、光が湾曲面を通過した時に起こる光の屈曲又は屈折を最小限に抑えるために比較的平坦な又は実質的に平面の繊維５６面を有する細長い断面形状を有することが好ましい。
【００３１】
さらに図７を参照する。繊維５６の全体的に細長い断面形状は、繊維の幅６６の繊維の厚さ６４に対する比率として定義される比較的高いアスペクト比を有することが好ましい。一実施形態では、アスペクト比は約３〜５００の間で変化するが、繊維５６の断面は任意の値の任意のアスペクト比を有することができる。一実施形態では、繊維の厚さ６４は、約５〜５０００ミクロン（０．０００２〜０．２０インチ）の範囲である。しかしながら、繊維５６は限定することなく、任意の繊維の厚さ６４で供給される。さらに、図に示す繊維５６は全体的に細長い断面形状を有するが、繊維５６は任意の様々な代替断面形状において供給される。例えば、繊維５６は正方形、三角形、又は他の断面形状に形成することができる。
【００３２】
図７を参照する。図７において、繊維５６は実質的に平面の繊維５６面を含み、この繊維５６面は、複合層アセンブリ５０のアセンブリ面５２に対して実質的に平行に配向していることが好ましい。しかしながら、繊維５６はマトリックス５４内に埋め込まれており、繊維５６面はアセンブリ面５２に対して非平行の配向を含むいかなる向きにも配置される。図においては実質的に平面であるが、繊維５６の繊維５６面は若干湾曲しており、若干の凹面、若干の凸面、又はクラウン型の面を含み、実質的に平面である、又は平坦なプロファイルを有するように必ずしも厳密に限定されない。またさらに、繊維５６面は、繊維５６の上部表面５８及び下部表面６０等の一又は複数の特徴（図示せず）を含む。図では互いに接触しない状態に配置されているが、繊維５６を、例えば繊維５６の側端部６２に沿って相互に接触している状態で配置することができる。繊維５６の上部表面５８及び下部表面６０は、隣接する層７０の繊維５６の上部表面５８及び下部表面６０に接触した状態で配置することもできる。
【００３３】
マトリックス５４と繊維５６は、様々な材料のうちの任意の材料でできていてよい。例えば、ポリマー繊維複合層３０（図１〜３）、マトリックス５４（図５〜７）及びポリマー繊維５６（図４及び９）は、アクリル、フッ化炭素、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、及びポリエーテルイミドのうちの少なくとも一つの熱可塑性材料からできていてよい。加えて、マトリックス５４及び／又はポリマー繊維５６は、ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ、及びシルセスキオキサンのうちの少なくとも一つからなる熱硬化性材料でできていてよい。またさらに、繊維５６及び／又はマトリックス５４は、非限定的に炭素、炭化ケイ素、及びボロンを含む無機材料でできていてよい。繊維５６及び／又はマトリックス５４は、Ｅガラス（アルミニウム−ホウケイ酸塩ガラス）、Ｓガラス（アルミニウムケイ酸塩ガラス）、純シリカ、ホウケイ酸塩ガラス及び／又は光学ガラスを含むガラスでできていてもよい。第２外層２４の高剛性複合層３２の実施形態については、繊維５６はガラス繊維５６を含む。しかしながら、高剛性複合層３２の繊維５６は、高強度及び／又は高剛性ポリマー材料、例えばＳＰＥＣＴＲＡＴＭ又はＤＹＮＥＥＭＡＴＭブランドの高密度ポリエチレン等の超高密度ポリエチレン等を含む。高剛性複合層３２は、代替組成の比較的強度が高い及び／又は高い剛性の繊維５６を含み、これにより、第２外層２４はポリマー繊維複合層３０の剛性に比べて高い剛性が得られる。
【００３４】
図８及び９を参照する。図８及び９は、硬化構造体２０がポリマー繊維複合層３０によって分離される中間層２６と第２外層２４を含む構造体１０の実施形態を示す図である。硬化構造体２０は第１外層２２に装着され、第１外層２２の剛性を全体的に高める。中間層２６は第１外層２２とポリマー繊維複合層３０との間に装着される。中間層２６の剛性はポリマー繊維複合層３０の剛性よりも高いことが好ましい。同様に、第２外層２４の剛性はポリマー繊維複合層３０の剛性よりも高いことが好ましい。
【００３５】
中間層２６（図８〜９）は、第２外層２４について上述した実施形態と同様に構成することができ、中間層２６は、モノリシック構造の高剛性複合層３２（図８〜９）又はガラス層２８（図８）を含む。あるいは、中間層２６は、ポリマー繊維複合層３０よりも高い剛性を単独で、又はトータルで有するモノリシックガラスの複数の薄板を含む。同様に、第１外層２２と第２外層２４の剛性が上述したように、ポリマー繊維複合層３０の剛性よりも高いことが好ましい。
【００３６】
図９を参照する。図９は、図８の構造体１０の構成の分解斜視図であり、高剛性複合層３２として構成される第２外層２４と中間層２６を示す。上述したように、高剛性複合層３２は、ポリマー繊維複合層３０の構造と同様に、マトリックス５４内に埋め込まれた複数の繊維５６を含むが、高剛性複合層３０はポリマー繊維複合層３０よりも高い剛性を有するように構成される。図８及び９から分かるように、中間層２６と第２外層２４の厚さは、ポリマー繊維複合層３０の厚さに対して薄くなっている。構造体１０の構成のうちの任意の一つは、第２外層２４の暴露面に装着されたスポール層３４を含む。スポール層３４は比較的薄い断面に形成され、弾道事象の際に発射体又は構造体１０の破片を捕獲するように構成されている。
【００３７】
図８及び９に示す実施形態の構造体１０は、単一の中間層２６及びポリマー繊維複合層３０を有するが、構造体１０は交互に配置された複数の中間層２６及びポリマー繊維複合層３０を含むことができる。これについては、構造体１０は、第１外層２２で始まる一連の層７０（図６）を含み、繰り返し交互に配置された任意の数の一連の中間層２６とポリマー繊維複合層３０を有し、繰り返し交互に配置された任意の数の一連の中間層２６とポリマー繊維複合層３０は任意に、構造体１０の裏面１６において第２外層２４で終わっている。
【００３８】
さらに、交互に配置された一連の中間層２６（図９）のうちの任意の一つは、交互に連続するように配置されている複数の中間層２６を含み、各中間層２６は、例えば他の中間層２６の機械特性とは異なる機械特性を有する。同様に、交互に配置されたポリマー繊維複合層３０のうちの任意の一つは、他のポリマー繊維複合層３０の機械特性とは異なる別の特性を有する複数のポリマー繊維複合層３０を含む。これについては、交互に配置された中間層２６及びポリマー繊維複合層３０からなる構造体１０に対して、各中間層２６の特性が変化して、構造体１０に望ましい破壊モードが付与される。例えば、非限定的に剛性、強度及び破壊歪みを含む特性が中間層２６の中で変化して、構造体１０の望ましい破壊モードが得られる。これについては、本発明において、強度及び歪み等の特性は、動的特性及び／又は準静的特性の観点からのものであることに注目すべきである。特性はまた、ポリマー繊維複合層３０の中でも変化して、構造体１０の望ましい破壊モードが得られる。上記したように、交互に配置された一連の中間層２６及びポリマー繊維複合層３０のうちの一又は複数の中間層２６は、モノリシックガラス及び／又は高剛性複合層３２からなる。
【００３９】
非限定的な実施形態では、構造体１０は、裏面１６（図９）に隣接する構造体１０の剛性に対して、被攻撃面１４（図９）に隣接する構造体１０の剛性が比較的高くなるように構成される。さらに、構造体１０は、被攻撃面１４から裏面１６へ向かう方向に沿って剛性が徐々に低くなるように構成される。構造体１０の一実施形態において、硬化構造体２０（図９）は、裏面１６において第２外層２４で終わる、交互に配置された一連の中間層２６及びポリマー繊維複合層３０を含み、被攻撃面１４に隣接して位置決めされる中間層２６の剛性は、裏面１６に隣接して位置決めされる中間層２６の剛性よりも高い。一実施形態では、被攻撃面１４に隣接して位置決めされるポリマー繊維複合層３０は、高い剛性を得るために、例えばＳＰＥＣＴＲＡＴＭ又はＤＹＮＥＥＭＡＴＭブランドの高密度ポリエチレン等の超高密度ポリエチレンからなる繊維５６を含む。対照的に、裏面１６に隣接して位置決めされるポリマー繊維複合層３０は、被攻撃面１４に隣接して位置決めされるポリマー繊維複合層３０の繊維５６よりも低い強度及び／又は剛性を有するナイロン又は他の繊維材料からなる繊維５６を含む。これに関して、中間層２６とポリマー繊維複合層３０は、構造体１０の中間層２６とポリマー繊維複合層３０の位置の関数として望ましい剛性度を得るために、繊維５６材料とマトリックス５４材料の任意の組み合わせを含む。
【００４０】
図１０を参照する。図１０は、図１〜９に示すのと同様の構造体１０の製造方法に含まれる一又は複数の工程を示すフロー図である。図１０のステップ１０２は、実質的に光学的に透明な第１外層２２又は被攻撃面１４を形成することを含む。上述したように、第１外層２２は少なくとも部分的にガラス材料、セラミック材料、又はガラス−セラミック材料で形成されることが好ましく、各々比較的高い硬度を有することが好ましい。一実施形態では、第１外層２２はモノリシックガラス等のガラスを含む。しかしながら、第１外層２２は実質的に光学的に透明であることが好ましく、比較的高い硬度及び比較的高い剛性を有することが好ましい他の材料を含むことができる。
【００４１】
図１０の方法のステップ１０４は、弾道事象に対して最初に第１外層２２が容易に曲がらないようにするために、第１外層２２に装着して構造体１０の弾道性能を向上させる硬化構造体２０（図２）を形成することを含む。硬化構造体２０は、実質的に光学的に透明であるように構成される。しかしながら、本発明では、硬化構造体２０を不透明な材料又は不透明な材料と透明な材料を組み合わせて製造することも考えられる。またさらに、本発明では、硬化構造体２０を実質的に透明なレベルから実質的に不透明であるレベルまで任意の透明度の範囲を有する材料から製造することも考えられる。
【００４２】
図１０の方法のステップ１０６は、図４〜７に示し、上述したのと同様に、マトリックス５４内に埋め込まれた複数のポリマー繊維５６からポリマー繊維複合層３０を形成することを含む。同様に、ステップ１０８は、図４〜７に示し、上述したのと同様に、高剛性複合層３２として中間層２６を形成することを含む。あるいは、中間層２６は少なくとも部分的にモノリシックガラスで形成することができ、中間層２６は、ポリマー繊維複合層３０よりも高い剛性を有することが好ましいモノリシックガラスの一又は複数の薄板又は層７０（図６〜７）を含むことができる。
【００４３】
図１０の方法のステップ１１０は、高剛性複合層３２（図８〜９）から第２外層２４を形成する、又は一又は複数のモノリシックガラスの薄板からなる一又は複数のガラス層２８として形成することを含む。第２外層２４及び中間層２６を高剛性複合層３２として製造した時に、繊維５６は、ポリマー繊維複合層３０の剛性と比べて比較的高い剛性度が得られるように選択される。
【００４４】
図１０の方法のステップ１１２は、ポリマー繊維複合層３０を、図５に示し上述したのと同様に、複合層アセンブリ５０として形成することを含む。ポリマー繊維複合層３０（図２〜３）は、マトリックス５４（図４）内に埋め込まれたポリマー繊維５６（図４）を含む。繊維５６及びマトリックス５４は、実質的に光学的に透明であることが好ましい。ポリマー繊維複合層３０のマトリックス５４は、比較的高いレベルの硬度を得て、第１外層２２の局所硬度を向上させるように選択される。上述したように、比較的高い局所硬度により、初期の弾道荷重に対する第１外層２２の抗力が向上し、初期衝撃の際の発射体の変形及び拡大（例：マッシュルーム型に膨張）がより大きくなる。
【００４５】
図１０の方法のステップ１１４は、中間層２６と第２外層２４をポリマー繊維複合層３０の反対側に装着することによって、硬化構造体２０（図９）を形成することを含む。中間層２６及び第２外層２４は、好適な接着剤を使用してポリマー繊維複合層３０に接着される。接着材は実質的に光学的に透明であることが好ましい。あるいは、硬化構造体２０は、中間層２６と第２外層２４をポリマー繊維複合層３０とともに同時硬化させることによって形成される。
【００４６】
図１０の方法のステップ１１６は、接着することによって、又はそうでなければ硬化構造体２０の中間層２６を第１外層２２に取り付けることによって、硬化構造体２０（図９）を第１外層２２に装着することを含む。弾道事象の際に、保持しない限り構造体１０から放出される破片を保持する仕組みを得るために、上述したように、スポール層３４を第２外層２４の暴露面に任意に含めることができる。
【００４７】
本開示のさらなる修正及び改良が当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に記載及び例示した部分の具体的な組み合わせは、本発明の特定の実施形態を表しているに過ぎず、本発明の精神及び範囲に含まれる代替実施形態又はデバイスを制限するものではない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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