(57)【要約】  この装置および方法は、精確さ、繰返し性、および実際の現場使用において形成された防弾性複合材料の期待されるバックフェイスシグニチャの相関の改善を伴って平面パネル防弾性複合材料のバックフェイスシグニチャを評価する。【選択図】図１
2014531582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する装置であって、
ａ）前面を有する変形可能バッキング媒体と、
ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定するスペーサであって、前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置するスペーサと、
ｃ）前記変形可能バッキング媒体の前記前面に隣接した位置に繊維性材料を随意に支持する少なくとも１つの支持体と
を備える装置。
【請求項２】
前記スペーサが、境界、および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を含み、前記変形可能バッキング媒体が、前記空洞を通じて曝される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記スペーサが、平坦な硬質パネルを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記スペーサが、少なくとも約１．２７ｃｍ（１／２インチ）の前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記変形可能バッキング媒体が開放型箱形固定具内に収容され、前記スペーサが少なくとも約１．２７ｃｍ（１／２インチ）の深さを有する内部空洞を有する平面パネルを備え、前記変形可能バッキング媒体が前記空洞を通じて曝され、前記スペーサが前記変形可能バッキング媒体の前面に直接接触して配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記変形可能バッキング媒体が、開いた正面と開いた後面の両方を有する固定具内に収容され、前記固定具の前記開いた後面が、取り外し可能なカバーによって少なくとも一部覆われ、前記取り外し可能なカバーが、補強要素によって前記後面に随意に固定される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料をさらに備え、前記スペーサが、前記繊維性材料と前記変形可能バッキング媒体の間に配置され、前記繊維性材料が、前記スペーサによって前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、間隔をおいて配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの支持体および前記スペーサが、前記変形可能バッキング媒体の前記前面に隣接した位置に繊維性材料を支持し、かつ前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置もする単一の要素を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記スペーサが、境界、および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を備え、前記スペーサが、前記境界内で窪まされた少なくとも１つの空気逃しチャンネルをさらに備え、前記少なくとも１つのチャンネルが、前記境界の少なくとも１つの縁部を通じて延び、前記スペーサと隣接した繊維性材料の境界に設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記スペーサが、複数の空気逃しチャンネルを備え、各チャンネルが、前記境界の外縁と前記境界の内縁の両方を通じて延び、前記境界の前記内縁が、前記スペーサの前記空洞を画定する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する装置であって、
ａ）ＮＩＪ規格０１０１．０６に従った、前面を有する変形可能バッキング媒体であって、開放型固定具に収容される変形可能バッキング媒体と、
ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定し、少なくとも約０．３１７５ｃｍ（１／８インチ）だけ前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置し、境界、および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を備えるスペーサであって、前記変形可能バッキング媒体が、前記空洞を通じて曝され、前記変形可能バッキング媒体の前面に直接接触して配置されるスペーサと、
ｃ）前記変形可能バッキング媒体の前記前面に隣接した位置に繊維性材料を支持する少なくとも１つの支持体と
を備える装置。
【請求項１２】
前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料をさらに備え、前記繊維性材料が、少なくとも１つの支持体によって前記変形可能バッキング媒体の前記前面に隣接した位置に支持され、前記繊維性材料が、前記スペーサによって前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、間隔をおいて配置される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記スペーサが、境界、および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を含み、前記スペーサが、前記境界内で窪まされた少なくとも１つの空気逃しチャンネルをさらに備え、前記少なくとも１つのチャンネルが、前記境界の少なくとも１つの縁部を通じて延び、前記スペーサと隣接した繊維性材料の界面で与えられる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する方法であって、
Ｉ）
ａ）前面を有する変形可能バッキング媒体、
ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定し、前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置するスペーサであって、境界、および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を含み、前記変形可能バッキング媒体が、前記空洞を通じて曝されるスペーサ、および
ｃ）前記変形可能バッキング媒体の前記前面に隣接した位置に繊維性材料を随意に支持する少なくとも１つの支持体
を備える、繊維性材料の前記バックフェイスシグニチャを評価する装置を用意するステップと、
ＩＩ）前記変形可能バッキング媒体に隣接して繊維性材料を配置するステップであって、前記スペーサは、前記繊維性材料と前記変形可能バッキング媒体の間に配置され、前記繊維性材料は、前記スペーサによって前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、間隔をおいて配置されるステップと、
ＩＩＩ）少なくとも１つの弾丸を、前記スペーサの前記内部空洞に対応する位置における前記繊維性材料に衝突するように、前記スペーサの前記内部空洞に対応する標的位置における前記繊維性材料に発砲するステップであって、前記繊維性材料に対する前記弾丸の衝撃が、前記変形可能バッキング媒体中の凹みをもたらすステップと、
ＩＶ）前記変形可能バッキング媒体中の前記凹みの深さを測定するステップと
を含む方法。
【請求項１５】
ステップＩＩＩ）およびＩＶ）が、同様の弾丸を用いて、等しいまたは類似する発砲速度で少なくとも１回繰り返され、前記変形可能バッキング媒体の凹みの平均深さを計算する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年９月６日に出願した同時係属の米国仮出願第６１／５３１，２３３号の利益を主張するものであり、その開示は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、実際の現場使用において形成された防弾性複合材料の期待されるバックフェイスシグニチャに相関して平面パネル防弾性複合材料のバックフェイスシグニチャを評価する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ボディアーマの分野では、防弾性物品に組み立てられるまたは改造される適切な材料がますます増加している。これらの防弾性物品は、特定の脅威に対して胴体および手足を保護するためのソフトボディアーマ、より高いレベルの脅威に対して胴体を保護する成形された硬質の板、および様々な脅威に対して頭部を保護する成形された硬質ヘルメットを含む。銃弾または弾丸を止めることに加えて、アーマは、弾道事象時に着用者へと引っ込むアーマ自体の歪みを制限または最小にすることが望ましいことが知られている。この歪みは、外傷、鈍器外傷、バックフェイス変形、またはバックフェイスシグニチャ（ＢＦＳ）として業界で知られている。ソフトボディアーマの領域では、この物品は、典型的には、使用者の身体に直に載っており、またはとても近くにあり、したがって現場使用で弾道事象時に期待され得るＢＦＳの合理的な近似または予測は、変形可能な油系粘土の平坦なブロックに物品を直に置いて弾丸をこの物品の中に発砲し、次いで粘土ブロック中の結果として生じた穴の深さまたは体積を測定することによって計ることができる。成形硬質アーマの領域では、同じプロトコルが、使用者の身体に直に載っており、またはとても近くにある成形アーマについて現場使用で弾道事象時に期待され得るＢＦＳの合理的な近似または予測を得るために使用できる。
【０００４】
しかし、硬質ヘルメットアーマについてのＢＦＳのそのような近似または予測は、ルールによってヘルメットのアーマ構成要素は使用者の頭部に直にないのでもっとずっと困難である。従来、ヘルメットは、使用者の頭部の大きさおよび形状に対するヘルメット内部の大きさおよび形状により変わる可変のオフセットまたはスタンドオフ距離で設計されている。最小距離は、一般に、ヘルメットの内部に取り付けられた一連のパッドによって設定または定義され、内部のハーネスまたは保持システムは、この距離をさらにもっと増加させ得る。プロトタイプまたは完成したヘルメットのＢＦＳを測定する方法は、実際の最終使用環境中の形成されたヘルメットのＢＦＳを近似するように開発されている。ある受け入れられている技法は、大きい部分が除去された金属製ヘッドの形態から始まる。これらの部分は、粘土で満たされており、この粘土は、人間の頭部の外形の合理的な近似に滑らかにされる。次いで、プロトタイプヘルメットは、この頭部の形態に配置され、試験される。粘土中の穴の深さおよび体積の側手は、ヘルメットが弾丸に遭遇したときに現場使用で期待されるＢＦＳの合理的な近似を与えるはずである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
新素材が開発および評価されるときに、ＢＦＳ試験のために意図された各材料からプロトタイプのヘルメットを製造することは、必ずしもいつも望ましいか、コスト効率が良いか、または賢明であるわけではない。成形平面パネル上で初期検査を行うことがずっと簡単であり、したがって好ましく、これによってより生産し易く、試験中に共に働くのがより容易であり、測定および評価するのがより容易である穴または変形になる。残念なことに、データは、粘土に直に置いた成形平面パネルを用いたＢＦＳの測定は、現場のヘルメットの材料性能の実際のものとは良く相関しないことが示された。本発明は、当技術分野におけるこの問題の解決策を提供し、実際の現場使用において防弾性複合材料の期待されるバックフェイスシグニチャを精確に決定するために成形平面パネル複合材料を試験し、ヘルメットのプロトタイプを生産する現在の必要性から逃れる装置および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する装置であって、
ａ）前面を有する変形可能バッキング媒体と、
ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定するスペーサであって、前記変形可能バッキング媒体の前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置するスペーサと、
ｃ）オプションで、前記変形可能バッキング媒体の前面に隣接した位置に繊維性材料を支持する少なくとも１つの支持体と
を備える装置を提供する。
【０００７】
本発明は、繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する装置であって、
ａ）ＮＩＪ規格０１０１．０６に従った、前面を有する変形可能バッキング媒体であって、開放型固定具に収容される変形可能バッキング媒体と、
ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定し、少なくとも約０．３１７５ｃｍ（１／８インチ）だけ前記変形可能バッキング媒体の前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置し、境界、および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を備えるスペーサであって、前記変形可能バッキング媒体が、前記空洞を通じて曝され、前記スペーサが、変形可能バッキング媒体の前面に直接接触して配置されるスペーサと、
ｃ）前記変形可能バッキング媒体の前面に隣接した位置に繊維性材料を支持する少なくとも１つの支持体と
を備える装置も提供する。
【０００８】
本発明は、
繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する方法であって、
Ｉ）
ａ）前面を有する変形可能バッキング媒体、
ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定し、前記変形可能バッキング媒体の前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置するスペーサであって、境界、および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を含み、前記変形可能バッキング媒体が、空洞を通じて曝されるスペーサ、および
ｃ）オプションで、前記変形可能バッキング媒体の前面に隣接した位置に繊維性材料を支持する少なくとも１つの支持体
を備える繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する装置を用意するステップと、
ＩＩ）前記変形可能バッキング媒体に隣接して繊維性材料を配置するステップであって、前記スペーサは、繊維性材料と前記変形可能バッキング媒体の間に配置され、繊維性材料は、前記スペーサによって前記変形可能バッキング媒体の前面から離して、間隔をおいて配置されるステップと、
ＩＩＩ）少なくとも１つの弾丸が、前記スペーサの内部空洞に対応する位置における繊維性材料に衝突するように、前記スペーサの内部空洞に対応する標的位置における繊維性材料に弾丸を発砲するステップであって、繊維性材料に対する弾丸の衝撃が、変形可能バッキング媒体中の凹みをもたらすステップと、
ＩＶ）変形可能バッキング媒体中の凹みの深さを測定するステップと
を含む方法をさらに提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内部空洞および２つのブラケット支持体を有する平面パネルスペーサの概略正面図である。
【図２】内部空洞を有する平面パネルスペーサを組み込む装置であって、変形可能バッキング媒体を含む開放型固定具がこのスペーサの一方の側にあり、繊維性材料がこのスペーサの別の側にある装置の概略側面図である。
【図３】開放型固定具内の変形可能バッキング媒体を示す図２の装置の概略断面図である。
【図４】内部空洞および２つのブラケット支持体を有すると共に、スペーサの各隅に空気抜きチャンネルをさらに有する平面パネルスペーサの概略正面図である。
【図５】アーマパネルが変形可能バッキング材に直接配置されるＮＩＪ規格０１０１．０６のように従来技術のバックフェイスシグニチャ試験の構成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明によれば、防弾性複合材料の耐貫通性は、国防省試験法規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆの条件に従って防弾性複合材料に対して弾丸（例えば、銃弾）を発砲することによって評価される。弾丸は複合材料に衝突し、バックフェイスシグニチャが本明細書に記載の技法に従って測定される。
【００１１】
バックフェイスシグニチャは、弾丸が貫通するのをアーマが止めてしまったときの銃弾の衝撃によるボディアーマの歪みの深さの尺度であり、アーマの真下の身体が受ける潜在的な鈍的外傷を示す。本明細書に説明されるようにＢＦＳを測定する方法は、ＮＩＪ規格０１０１．０６に記載された標準的な方法の修正形態であると共にその置き換えである。本明細書に参照により組み込まれた他ＮＩＪ規格０１０１．０６は、これと一貫している範囲について、粘土がアーマの後部に直接接触しているところで非貫通弾丸衝撃が変形可能な粘土バッキングに入ったことによる複合材料の物理的変形を伝える方法を特定する。次いで、粘土の歪みの深さが測定されてＢＦＳを決定する。本方法は、適切なスペーサを用いて複合材料を粘土から隔て、それによって好ましくはバックフェイス変形の大部分が空隙空間の内側にある。実際のヘルメットまたはボディアーマの衝撃の状況では、バックフェイス変形は、最小になる、または使用者の頭部または身体に接触しないはずである。実験室の試験環境では、ある最小量の凹みが粘土に触れてＢＦＳの最も精確な測定を実現することが最も望ましい。これは、弾道衝撃の後にはある程度の複合材料が後退するのが典型的であるためであり、したがって布地の変形だけの測定は、いくらかの誤差を取り込むことになる。本システムは、そのような誤差をなくす。本システムは、最小の粘土の接触でＢＦＳの評価を達成もする。粘土の障害は試験が繰り返されるときに続くＢＦＳの測定値の精度に悪影響を及ぼし得るので、最小の粘土の接触が望ましい。例えば、粘土バッキング材表面に直接接触した平坦なアーマパネルを用いる現在のＢＦＳ試験では、高速弾丸の運動エネルギは、アーマパネルへ伝えられ、次いでこのエネルギは、衝撃波として粘土ブロック全体にわたって送られる。この衝撃波は粘土を乱し、典型的には、粘土をその保持固定具から一部膨れ出させる。これは測定値の精度に影響を与え、膨れた粘土の表面は、粘土の前面を固定具の開いた面と同一平面に設定するようにこすり落とされなければならないので粘土の余分な取扱いも必要とする。この方法は、最小の粘土の障害だけでＢＦＳ測定を可能にする。これは、ＢＦＳ試験の精確な繰返しを容易にし、測定誤差を減少させるまたは完全になくす、改善されたＢＦＳ測定の発砲ごとの一貫性を実現する。
【００１２】
図２は、本発明の装置の概略側面図である。図３は、開放型固定具内の変形可能バッキング媒体を示す同じ装置の断面図を示す。図示の通り、図２および図３の装置は、変形可能バッキング媒体３４を含む固定具３０を備える。好ましくは、固定具３０は、鋼鉄などの硬質金属から製造される中空の箱状の形状を有する。固定具３０は本明細書では任意であるが、媒体３４の保持手段として好ましい。固定具３０が存在しないとき、変形可能バッキング媒体３４は、独立して立つブロックとして利用することができる。独立して立つブロックが使用されるとき、後部支持のいくつかの形態が、好ましい。例えば、変形可能バッキング媒体３４の独立して立つブロックは、壁または他の平坦な支持構造に対して配置することができる。図示の通り、固定具３０は、正面３６および後面４２を有する。本発明の方法によれば、正面３６は、弾道試験のために選択された繊維性複合材料の試料に接触することを可能にするために変形可能バッキング媒体３４の露出を考慮して必ず開いている。バックフェイスシグニチャ試験が、Ｖ５０試験などの耐弾道貫通性試験中に、閉じた後面も有するが開いた後面を有する固定具を用いて行われることは、当業界で慣例的である。したがって、本発明の好ましい実施形態では、図２および図３に示されるように、後面４２は、取り外し可能なカバー４４によってＢＦＳ試験のために閉じられることが好ましい。取り外し可能なカバー４４は、限定するものではないが、合板またはアルミニウム板などの適切な金属板を含む任意の適切な材料から製造することができる。厚い木材または合板は、ＮＩＪ規格０１０１．０６の仕様の通り慣例であり、本明細書において好ましい。カバー４４を製造するために使用される材料は、限定であることが意図されない。取り外し可能なカバー４４は、１つまたは複数のベルトまたはストラップなどの１つまたは複数の補強要素（図示せず）によって前記後面４２に随意に固定することができる。そのような補強要素の使用は、従来から当業界で知られており、同様に、繊維性材料３２をスペーサ１０に固定する際に固定または補助のために使用することができると共に、スペーサ１０をバッキング媒体３４に固定する際に固定または補助のために使用することができる。そのような補強要素の使用は、繊維性材料３２の裏面と変形可能バッキング媒体３４の前面の間の空間の距離が、スペーサ１０の深さ２２と等しいまたはほぼ等しいことを確実にすることが好ましい。補強ストラップを用いて変形可能バッキング媒体の表面に直接接触して繊維性材料を固定する従来技術の構成の一例が、図５に示されている。同様のストラップの使用は、今述べたように本明細書において好ましい。
【００１３】
変形可能バッキング媒体３４は、最も好ましくは、ＮＩＪ規格０１０１．０６のＢＦＳ試験の条件によって特定されるように非硬化オイル系造形粘土の均質なブロックを含むまたはそれからなる。ＮＩＪ規格０１０１．０６は、この粘土をＲｏｍａ  Ｐｌａｓｔｉｌｉｎａ  Ｎｏ．１オイル系造形粘土として特定するが、任意の適切な代替品が代わりに使用されてもよい。Ｓｃｕｌｐｔｕｒｅ  Ｈｏｕｓｅ，  Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｓｋｉｌｌｍａｎ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙから市販されているＲｏｍａ  Ｐｌａｓｔｉｌｉｎａ  Ｎｏ．１は、水の代わりにワックスを含有し、したがって使用後に柔軟なままであり、繰り返して再使用することができるため好ましい。他の製造業者から市販の等価の粘土も受け入れられる。ＮＩＪ規格０１０１．０６の仕様によれば、Ｒｏｍａ  Ｐｌａｓｔｉｌｉｎａ  Ｎｏ．１の粘土は、厚さが約１３．９７ｃｍ（５．５インチ）であり、この同じ厚さが、ＢＦＳ試験中の変形可能バッキング媒体３４に好ましい。
【００１４】
バッキング媒体３４は、前面３８を有し、この前面３８は、精確で一貫した凹みの深さの測定を確実にするように滑らかで平坦であることが好ましい。バッキング媒体３４は、隙間が混じっていないものとすべきでもある。好ましくは、バッキング媒体３４は、固定具３０内に完全に含まれ、それによって前面３８は平面であり、固定具３０の正面３６と完全に同一平面になっており、すなわち、ＮＩＪ  ０１０１．０６によって同様に要求されるように、固定具の縁部によって画定された基準表面の面と同一平面であるべきである。バッキング媒体３４は、ＮＩＪ  ０１０１．０６によって要求されるように調整および実証もされるべきである。
【００１５】
スペーサ１０は、変形可能バッキング媒体３４の前面３８に隣接して配置される。スペーサ１０は、最も好ましくは媒体３４の平らな前面３８に直接接触している。スペーサ１０は、その厚さによって、前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間３４を画定し、繊維性材料３２から離して変形可能バッキング媒体３４の前面３８を間隔をおいて配置し、媒体３４がスペーサ１０に直に隣接して配置されるようになっている。図１に見られるように、好ましくは、繊維性材料３２は、最も優れた精度および繰返し性で繊維性材料３２のバックフェイスシグニチャ試験を行うためにスペーサ１０に直接接触して配置される。繊維性材料３２は、弾道貫通試験またはバックフェイスシグニチャ試験が望まれる任意の材料または複合材料とすることができる。繊維性材料３２の組成も構造も本明細書中おいて限定であることは意図されない。
【００１６】
図１に示されるように、好ましくは、スペーサ１０は、内部空洞１２を有する要素を備え、この内部空洞１２を通じて変形可能バッキング媒体３４が露出される。本明細書に説明されるように、空洞１２を通じての変形可能バッキング媒体３４の露出は、スペーサ１０の物理的な部分が、洞１２の領域内で繊維性材料３２とバッキング媒体３４の間に位置しないことを意味する。これは、弾丸の衝突による繊維性材料３２のバックフェイス変形が、適切な条件下で、すなわち繊維性材料３２のバックフェイス変形が空洞１２の深さ全体を通過して、バッキング媒体３４に圧入するのに十分幅広いときに、バッキング媒体３４内に窪みをもたらすことを可能にする。
【００１７】
図１〜図４に示されるように、好ましいスペーサ１０は平坦であり、バッキング媒体３４の前面３８に対して平らに置かれるのに適している平坦な裏面を有する好ましくは長方形または正方形のパネル構造である。好ましいスペーサ１０は、それぞれスペーサ１０の長さおよび幅を定める外側縁部１８および２０を有する。好ましいスペーサ１０の内部空洞１２は、内縁１４および１６によって画定される。内縁１４および１６の寸法ならびに外側縁部１８および２０の寸法は変わる可能性があるが、装置が意図されたように働くことを可能にしなければならず、すなわち、スペーサ１０は、弾丸の衝突前に繊維性材料３２がバッキング媒体３４に直接接触するのを阻まなければならず、一方、前記空洞１２を貫通するのに十分な空洞１２の領域内の繊維性材料３２の変形を可能にし、バッキング媒体３４の前面３８に弾丸の衝突の後にだけ繊維性の媒体３２によって接触させられ、それによって前記接触の結果としてバッキング媒体３４中の測定可能な窪みまたはバッキング媒体３４の測定可能な変形を引き起こさせる。
【００１８】
空洞１２の深さと等しいスペーサ１０の深さ２２は、かなり重要である。縁部１４、１６、１８および２０と同様に、スペーサ１０の深さ２２は、変わり得るが、本発明の最も好ましい実施形態では、スペーサ１０の深さは、実際のヘルメット物品内のヘルメットシェルと人間の頭部の間の典型的な間隔の適切な近似を与えるために好ましくは１２．７ｍｍ（１／２インチ）以下であり、これは従来の詰め物、または従来のサスペンション／制限システムを含む。好ましくは、スペーサ１０の深さ２２は、約２．１２７ｍｍ（約１／１２インチ）から約２５．４ｍｍ（１インチ）までであり、より好ましくは、約３．１７５ｍｍ（１／８インチ）から約１２．７ｍｍ（１／２インチ）までであり、いっそうさらに好ましくは、約６．３５ｍｍ（１／４インチ）から約１２．７ｍｍ（１／２インチ）までである。最も好ましくは、スペーサ１０の深さは、１２．７ｍｍ（１／２インチ）である。上述のように、スペーサ１０は、変形可能バッキング媒体３４に隣接した空間を画定し、バッキング媒体３４の前面から離して、繊維性材料３２を間隔をおいて配置する。したがって、図２および図３に示されるように、繊維性材料３２が、スペーサ１０に隣接して配置されると共にスペーサ１０に直接接触しているとき、繊維性材料３２の裏面と変形可能バッキング媒体３４の前面の間の空間の距離は、スペーサ１０の深さ２２と等しいまたはほぼ等しい。
【００１９】
スペーサ１０は、任意の適切な材料から製造することができる。好ましくは、スペーサ１０は、木材、プラスチック、または多目的アルミニウム材などの硬質金属材料から製造される。硬質多目的アルミニウムは、比較的安価、比較的軽量、および任意の所望の形状に切断し形成するのが比較的簡単であるので好ましい。スペーサ１０は、何らかの役立つ規則的または不規則の形状に製造することができるが、図１および図４に示されるように、同様に形成された空洞を有する長方形または正方形の形状が好ましい。
【００２０】
図２および図３に示されるように、変形可能バッキング媒体３４の前面に隣接した位置にスペーサ１０に直接接触して繊維性材料３２を支持するために、繊維性材料３２は、１つまたは複数のブラケットなどの少なくとも１つの支持体２４によって所定の位置に支持および／または保持されることが好ましい。図１および図４は、２つのブラケット支持体２４を備える好ましい実施形態を示しており、一方は、繊維性材料３２の底を支持するように配置され、他方は繊維性材料３２の側部を支持するように配置され、これは繊維性材料３２が従来の正方形または長方形の形状に製造されるときに最も役立つ。図１および図４に見られるように、参照符号２６は、ブラケットを支持する底から空洞１２の縁部１４までの距離を表す。参照符号２８は、ブラケットを支持する側部から空洞１２の縁部１６までの距離を表す。これらの距離は、限定であることが意図されない。組み込まれるとき、１つまたは複数の支持体２４は、スペーサ１０の一体要素として製造することもでき、またはスペーサ１０に別個に取り付けられる要素であってもよい。最も好ましくは、それらは、一体要素ではなくスペーサに取り付けられる。
【００２１】
前述のように、スペーサ１０は、ベルトまたはストラップなどの補強要素を用いてバッキング媒体３４の前面３８に固定することができる。代替の好ましい実施形態では、スペーサ１０は、ワイヤ、ひも、またはロープ、好ましくはワイヤなどの吊り下げ器具（図示せず）によってバッキング媒体３４に隣接したそのような位置に保持または吊り下げすることができる。本実施形態では、吊り下げ器具は、取り付け要素４０によってスペーサ１０に取り付けることができる。取り付け要素４０は、ねじまたは任意の適切な代替物であってもよい。取り付け要素のタイプは、限定であることが意図されない。好ましくは、吊り下げ器具は、フック４８によって固定具３０に接続または引っ掛けられ、それによってスペーサ１０を固定具３０に取り付ける。本発明の好ましい実施形態では、スペーサ１０は、ベルトまたはストラップのような補強要素を用いて固定具３０に吊り下げられるかつバッキング媒体３４に固定される。
【００２２】
加えて、スペーサ１０に対して繊維性材料３２をきつく保持することが望まれるが。そのようなものは潜在的に空気が繊維性材料３２のパネルとスペーサ１０の表面の間に捕捉させられ得ることが分かっている。これは、複数のデータ点を収集するために単一の繊維性材料３２が複数回使用されることが好ましいが、適切な逃し道を持たない捕捉された空気が、弾丸が材料３２に衝突するときに繊維性材料３２に損傷を与え得る、または繊維性材料３２のバックフェイス変形の形状／深さに影響を及ぼし得るので問題がある。これは、結果の信頼性に影響を及ぼす可能性があり、および／または繊維性材料３２の再使用を妨げる可能性がある。図４に示されるように、この問題は、スペーサ１０の境界内で窪まされた１つまたは複数の空気逃しチャンネル４６を備えるようにスペーサ１０を製造することによって対処することができる。１つまたは複数の空気逃しチャンネル４６は、スペーサ１０と隣接した繊維性材料３２との界面に位置し、好ましくは、スペーサ１０の境界の隅または外側縁部１８および／または２０の少なくとも１つを通じて内部空洞１２の縁部または隅から延びる。最も好ましくは、スペーサ１０は、複数の空気逃しチャンネル４６を備え、各チャンネル４６は、前記スペーサ１０の境界の外縁または隅を通じて延びると共に、前記スペーサ１０の境界の内縁または隅を通じて延び、前記スペーサ１０の前記内縁は、スペーサ１０の空洞１２を画定する。
【００２３】
図５には、バックフェイスシグニチャ試験のための従来技術の従来の構成が示される。弾丸は、バッキング材の固定具から距離Ａに配置される試験用の武器から発砲される。開始トリガおよび停止トリガ１および２は、試験用の武器とバッキング材の固定具の間に位置し、この開始トリガおよび停止トリガ１および２は、アーマの試験パネルに発砲された弾丸の速度を測定するために用いられる。図５中の飛行線によって示されるように、発砲された弾丸は、まず、開始トリガ１および２を通過し、それによってクロノグラフ１に信号を送信し、次いで停止トリガ１および２を通過し、それによってクロノグラフ２に信号を送信する。これらの信号からのデータは、弾丸速度を計算するために使用される。図５に示されるような距離Ａ、ＢおよびＣは、様々なタイプのアーマについてのＮＩＪ規格０１０１．０６によって規定される。タイプＩ、ＩＩ、ＩＩ−ＡおよびＩＩＩ−Ａのアーマについては、Ａは５ｍであり、タイプＩＩＩおよびＩＶのアーマについては、Ａは１．５ｍである。タイプＩ、ＩＩ、ＩＩ−ＡおよびＩＩＩ−Ａのアーマについては、Ｂは最低２ｍでなければならず、タイプＩＩＩおよびＩＶのアーマについては、Ｂは最低１．２ｍでなければならない。全てのアーマのタイプについて、Ｃは約１．５ｍである。これらの特定された距離は、規格化されたＮＩＪの要求であり、例示のためにのみ本明細書に示される。本発明のバックフェイスシグニチャ試験の構成は、繊維性材料３２とバッキング材３４の間のスペーサ１０の存在を除いて、この従来技術の構成と同じであることが好ましい。図５の従来技術の構成は、アーマの試験パネルをバッキング材に直接接触して配置することを必要とする。
【００２４】
本発明の好ましい試験プロトコルによれば、バッキング媒体３４は、固定具なしで粘土の独立して立つブロックとしてバッキング媒体３４を利用するのではなく固定具３０内に保持される。固定具３０は、当業者に理解されるように、所望の高さまで組立体を上げるスタンドによって支持することができ、このスタンドに固定される。スペーサ１０は、取り付けねじ４０によってスペーサ１０に取り付けられるワイヤを介して固定具３０に取り付けられる。繊維性材料３２は、スペーサ１０を固定具３０に取り付ける前または後にスペーサ１０に配置することができ、そこでは繊維性材料３２は、本明細書に説明されるように、スペーサ１０が繊維性材料３２と変形可能バッキング媒体３４の間に位置するように変形可能バッキング媒体３４に隣接して配置される。次いで、最も好ましくは、繊維性材料３２およびスペーサ１０は、図５に示された補強ストラップに似ている２つの調整可能なストラップを用いて固定具３０に固定される。この調整可能なストラップは、空洞１２の前に位置する繊維性材料３２の領域内ではない任意の位置で繊維性材料３２の前部に接触して配置することができる。
【００２５】
システムの全ての要素が所定の位置になると、試験者は、スペーサ１０の内部空洞１２に対応する標的位置における繊維性材料１２に少なくとも１つの弾丸の発砲を始めることができ、弾丸は、繊維性材料３２に前記スペーサ１０の内部空洞１２に対応する位置で衝突するようになっている。空洞１２の深さ２２を通じて延び、変形可能な媒体３４の前面３８に接触するのに十分である繊維性材料３２の変形を引き起こす弾丸の任意の衝突によって、測定可能な凹みすなわち窪みを変形可能バッキング媒体３４にもたらす。次いで、バッキング媒体３４中のこの凹みの深さは、よく知られた技法を用いて測定され、凹みの深さは、材料のバックフェイスシグニチャを表す。これらの弾丸を発砲するステップおよびＢＦＳを測定するステップは、同様の弾丸を用いて、等しいまたは類似する発砲速度で少なくとも１回繰り返すことができ、発砲ごとの測定したＢＦＳの深さに違いがある場合には、凹みの平均深さが計算できる。
【００２６】
試験されている繊維性材料３２のタイプ、弾丸のタイプ、および弾丸速度などの状況に応じて、繊維性材料３２の変形は、スペーサ１０の全深さ２２を通じて延びるのに十分に幅広いものでなくてもよく、それによって変形可能バッキング材３４に窪みを付けることができないこともあり得る。そのような状況では、概してある種の粘土の接触は、ＢＦＳを精確に測定することが必要であるので、試験は、減じられた深さ２２を有するスペーサ１０を利用して繰り返されるべきである。したがって、最小の粘土の接触を確実にするために、低いエネルギの脅威および／またはより大きい面密度の繊維性複合材料は、より小さい深さ２２を有するスペーサ１０の使用を必要とする。
【００２７】
本明細書に説明されるように、好ましい装置組立体の様々な予見できる代替が存在することを理解されたい。例えば、内部空洞１２を有するフレーム状の平面パネルスペーサ１０を利用するのではなく、繊維性材料３２とバッキング材３４の間の所望の間隔は、例えば、所望の距離だけ固定具３０内のバッキング材３４を窪ませることによって実現することができ、バッキング材３４の前面３８が、固定具３０の正面３６と完全には同一平面にならないようになっている。本実施形態では、次いで、繊維性材料３２とバッキング材３４の間の固定具３０の部分は、スペーサ１０を構成する。バッキング材３４の前面３８が、平坦で平らのままであるべきである。本実施形態では、繊維性材料３２は、固定具３６の正面に接触して配置され得るが、バッキング材３４の前面３８とは接触しない。別の予見できる実施形態では、組立体は、セットアップされてもよく、例えば、固定具３０内に保持されるまたは保持されないバッキング材３４は、グランドまたはある他の平坦面に置かれ、次いでスペーサ１０は、バッキング材３４または固定具３０の上部に置かれ、次いで繊維性材料３２は、スペーサ１０の上部に置かれ、補強要素／ストラップを用いてまたは用いないで重力を利用して各要素をその適切な位置に維持する。例えば、媒体３４の独立して立つブロックは、前面３８が上向きに向いているようにグランドに置くことができ、発砲組立体は、変形可能な媒体３４の上から発射するようにセットアップされる。さらに別の予見できる実施形態では、繊維性材料３２は、金属、木材、プラスチック、または任意の他の適切な材料から製造された（膨張式または非膨張式の）チューブ、ロッド、ストリップ、あるいは本明細書に記載された目的を達成するのに適した任意の他の間隔をあける手段を用いて、変形可能バッキング媒体３２に隣接しているが、そこから間隔をおいて配置された位置に固定することができ、チューブ、ロッド、ストリップ、または他の間隔をあける手段は、互いに接続されるまたは互いから切り離される複数の間隔をあける手段を含むことができる。したがって、本発明の装置は、最小でもａ）前面を有する変形可能バッキング媒体と、ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定する少なくとも１つのスペーサとを含む任意の組立体とを包含することが意図されており、少なくとも１つのスペーサは、前記変形可能バッキング媒体の前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置する。
【００２８】
以下の実施例は、本発明を例示する役割を果たす。
【実施例】
【００２９】
ソフトアーマのＢＦＳを測定する標準的な方法は、ＮＩＪ規格０１０１．０４、タイプＩＩＩＡによって概説されており、そこではアーマの試料が、変形可能な粘土バッキング材の表面に接触して配置される。４種類の異なる材料のバックフェイスシグニチャが、３種類の異なる複合材料の面密度を有する成形パネルについて試験された。各パネルは、（「粘土に直にあり、空隙のないパネル」として特定された）試験を受けるパネルが変形可能な粘土の前面に直接接触して置かれるＮＩＪ規格０１０１．０６の標準化された方法と、（「粘土から間隔をおいて配置されたパネル、１２．７ｍｍ（１／２インチ）の空隙」として特定された）１２．７ｍｍ（１／２インチ）の空洞深さを有する内部空洞を有する図１〜図４に示されるような複合材料の物品と粘土ブロックの間のカスタム機械加工されたフレームタイプの平面パネルスペーサを利用する本発明の方法との両方に従って試験された。
【００３０】
使用されたスペーサは、４５７．２ｍｍ（１８インチ）×４５７．２ｍｍ（１８インチ）×１２．７ｍｍ（１／２インチ）（Ｌ×Ｗ×Ｄ）の寸法を有する１２．７ｍｍ（１／２インチ）多目的アルミニウム材から製造された。内部空洞は、２５４ｍｍ（１０インチ）×２５４ｍｍ（１０インチ）×１２．７ｍｍ（１／２インチ）（Ｌ×Ｗ×Ｄ）の寸法を有した。互いに垂直に配置された１インチ幅のアルミニウムブラケットは、図１に示されるようにスペーサに取り付けられた。各ブラケットは、内部空洞から約１インチに配置された。スペーサは、２本の１２．７ｍｍ（１／２インチ）取り付けねじを用いてスペーサに取り付けられたワイヤを用いて固定具に取り付けられた。試験された各成形パネルは、表１および表２に示された選択された複合材料の面密度によって決定されるように深さが変化する約３０４．８ｍｍ（１２インチ）×３０４．８ｍｍ（１２インチ）（Ｌ×Ｗ）を測定した。固定具は、約６０９．６ｍｍ（２４インチ）×６０９．６ｍｍ（２４インチ）×１２７ｍｍ（５インチ）（Ｌ×Ｗ×Ｄ）の寸法を有するＲｏｍａ  Ｐｌａｓｔｉｌｉｎａ  Ｎｏ．１オイル系造形粘土の１３９．７ｍｍ（５．５インチ）の厚さの正方形ブロックで満たされ、このブロックは、固定具の正面と同一平面であった。固定具は、開いた正面および開いた後面を有する鋼鉄から製造される、約６０９．６ｍｍ（２４インチ）×６０９．６ｍｍ（２４インチ）×１２７ｍｍ（５インチ）（Ｌ×Ｗ×Ｄ）の寸法を有する硬質で中空の箱に形成された構造であった。後部カバーは使用されなかったが、１９．０５ｍｍ（３／４インチ）の厚さの１枚の合板を（およその寸法：６０９．６ｍｍ（２４インチ）×６１０ｍｍ（２４インチ）×１９．０５ｍｍ（３／４インチ）（Ｌ×Ｗ×Ｄ））後部カバーとして使用可能であった。図４に示されるように、各隅に空気逃しチャンネルを有する別個のスペーサ（おおよその寸法４．７６２５ｍｍ（３／１６インチ）×６．３５ｍｍ（１／４インチ）（Ｄ×Ｗ））も利用可能であったが、使用されなかった。全ての試験は、約２２．２２℃（７２°Ｆ）の室温で行われた。弾丸は、スペーサの内部空洞に対応する標的位置における複合材料の物品で発砲された。弾丸は、スペーサの内部空洞に対応する位置において複合材料の物品に衝突し、実施例１２を除いて、各弾丸の衝突は、粘土に測定可能な凹みをもたらした。実施例１２では、パネル変形の全深さは、スペーサの深さを超えて延びることができず、したがって１２．７ｍｍ（１／２インチ）未満であった。表１中のＢＦＳの測定値の全ては、本発明の方法のように粘土中の凹みの深さのみに言及しており、スペーサの要素の深さを考慮に入れておらず、すなわち、表１中のＢＦＳの測定値は、複合材料と粘土の間の実際の距離を含まない。
例１〜１２
【００３１】
【表１】
2014531582.tif 000003
【００３２】
例１３〜２４（比較）
【００３３】
【表２】
2014531582.tif 000004
【００３４】
試験された４つの製品はそれぞれ異なっており、製品Ａ、Ｂ、ＣおよびＤとして概して特定される。表１および表２に示されるように、試験された製品ごとの特定の組成および構造は、複合材料の面密度（「Ａ．Ｄ．」、Ｐａ（ｌｂ／ｆｔ２（ｐｓｆ））の単位で測定される）の変化を除いて、全ての試験の間、一定に維持された。Ａ．Ｄ．の変化以外、一定に維持されたときの試験された製品ごとの特定の組成および構造は、関係がなかった。表１中のデータは、複合材料と粘土の間の空間の深さを含まないが、複合材料の変形の程度の全てを特定するために加えられるべきである。表１および表２中のデータの比較によって示されるように、本発明の試験プロトコルを用いて取得したデータは、変化する面密度の複合材料についてのバックフェイスシグニチャの差を明確に特定するのを助ける一方、従来技術の従来の方法を用いて得られたデータは、信頼できず、決定的でない。この差は、精確さ、繰返し性、および実際の現場使用において形成された防弾性複合材料の期待されるバックフェイスシグニチャの相関の改善を伴ってバックフェイスシグニチャを評価することが望まれるときには有意である。
例２５〜４０
デラミネーションの測定
４つの追加の製品のバックフェイスシグニチャは、製品Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶとして概して特定される。種々の製品は、様々な繊維処理を受け、または未処理のままにされた。それぞれは、本発明の１２．７ｍｍ（１／２インチ）空隙法を用いてバックフェイスシグニチャの試験を受けた。比較のために、粘土中の凹みを無視すると共に複合材料自体の変形を測定することによって、バックフェイス変形も測定された。そのようなものは、測定されている粘土の凹みではないので、「デラミネーション」と呼ばれる。したがって、表３中のデラミネーションは、バッキング材中の凹みの深さではなく、実際の試験されたパネルの後部変形の深さの測定値を指す。このデラミネーションの測定値は、弾丸の衝突後に衝突の領域における布地が一部後退するので、ＢＦＳの測定値に１２．７ｍｍ（１／２インチ）の空隙の深さを加えたもの未満である。デラミネーションの測定は、後退後に得られ、一方、本明細書に記載の空隙法を用いたＢＦＳの測定は、布地の後部変形の程度の全てを記録する。この後退後の変形は、典型的には、パネルの断面を切断し、パネルの無傷の裏面の面から変形した領域の最も深い外側部分までの深さを測定することによって測定される。
【００３５】
各実施例について、ＢＦＳが、９５．７６Ｐａ（２．０ｌｂ／ｆｔ２（ｐｓｆ））の面密度、および５３グラム／ｍ２（ｇｓｍ）の繊維面密度（平行な繊維の単一の撚り、すなわち１つのユニテープ（ｕｎｉｔａｐｅ）の面密度）を有する３０４．８ｍｍ（１２インチ）×３０４．８ｍｍ（１２インチ）の正方形の試料について測定された。各実施例について、ＢＦＳは、約４３５．９ｍ／秒（１４３０フィート／秒（ｆｐｓ））±９．１ｍ／秒（３０ｆｐｓ）の速度で発砲された９ｍｍ、８．０３５２グラム（１２４グレーン）ＦＭＪ  ＲＮ弾丸に対して測定された。
【００３６】
【表３】
2014531582.tif 000005
【００３７】
ＢＦＳ＋１２．７ｍｍ（１／２インチ）の間隙−デラミネーションを特定する表３中の少なくとも２つの列は、布地の後退の量を特定し、実際の現場使用においてハードアーマのＢＦＳに期待される程度の全てを測定する空隙スペーサＢＦＳ測定法のより優れた精度を示す。
【００３８】
本発明は、好ましい実施形態を参照して図示および説明を具体的にしてきたが、様々な変更および修正が本発明の精神および範囲から逸脱されることなくなされ得ることが、当業者にはすぐ理解されよう。特許請求の範囲は、開示した実施形態、これまで論じたものの代替物、およびそれらの均等物を含むように解釈されるべきであることが意図される。
【図１】
2014531582.tif 000006
【図２】
2014531582.tif 000007
【図３】
2014531582.tif 000008
【図４】
2014531582.tif 000009
【図５】
2014531582.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月8日(2014.5.8)
【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】
繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する装置であって、
ａ）前面を有する変形可能バッキング媒体と、
ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定するスペーサであって、前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置するスペーサと、
ｃ）前記変形可能バッキング媒体の前記前面に隣接した位置に繊維性材料を随意に支持する少なくとも１つの支持体と
を備える装置。
【請求項２】
繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する装置であって、
ａ）ＮＩＪ規格０１０１．０６に従った、前面を有する変形可能バッキング媒体であって、開放型固定具に収容される変形可能バッキング媒体と、
ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定し、少なくとも約０．３１７５ｃｍ（１／８インチ）だけ前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置し、境界、および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を備えるスペーサであって、前記変形可能バッキング媒体が、前記空洞を通じて曝され、前記変形可能バッキング媒体の前面に直接接触して配置されるスペーサと、
ｃ）前記変形可能バッキング媒体の前記前面に隣接した位置に繊維性材料を支持する少なくとも１つの支持体と
を備える装置。
【請求項３】
繊維性材料のバックフェイスシグニチャを評価する方法であって、
Ｉ）
ａ）前面を有する変形可能バッキング媒体、
ｂ）前記変形可能バッキング媒体に隣接した空間を画定し、前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、前記変形可能バッキング媒体に隣接して配置される繊維性材料を間隔をおいて配置するスペーサであって、境界、および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を含み、前記変形可能バッキング媒体が、前記空洞を通じて曝されるスペーサ、および
ｃ）前記変形可能バッキング媒体の前記前面に隣接した位置に繊維性材料を随意に支持する少なくとも１つの支持体
を備える、繊維性材料の前記バックフェイスシグニチャを評価する装置を用意するステップと、
ＩＩ）前記変形可能バッキング媒体に隣接して繊維性材料を配置するステップであって、前記スペーサは、前記繊維性材料と前記変形可能バッキング媒体の間に配置され、前記繊維性材料は、前記スペーサによって前記変形可能バッキング媒体の前記前面から離して、間隔をおいて配置されるステップと、
ＩＩＩ）少なくとも１つの弾丸を、前記スペーサの前記内部空洞に対応する位置における前記繊維性材料に衝突するように、前記スペーサの前記内部空洞に対応する標的位置における前記繊維性材料に発砲するステップであって、前記繊維性材料に対する前記弾丸の衝撃が、前記変形可能バッキング媒体中の凹みをもたらすステップと、
ＩＶ）前記変形可能バッキング媒体中の前記凹みの深さを測定するステップと
を含む方法。
【国際調査報告】
2014531582.tif 000011
2014531582.tif 000012