(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成繊維の織物から作られた少なくとも第１の衝撃層（１１０）と、平坦な薄板および／または真っ直ぐな糸状の要素の形態の複数の細長い金属構造（１２２）が拘束される第１の保持要素（１２１）を備える少なくとも第２の衝撃層（１２０）とを備え、前記細長い金属構造（１２２）は、前記第１の保持要素（１２１）の様々な点において拘束され、前記細長い金属構造（１２２）の自由端が前記第１の織物の層（１１０）に拘束され、
前記細長い金属構造（１２２）は、前記第１の保持要素（１２１）から概して垂直に突出することと、前記細長い金属構造（１２２）は、前記細長い金属構造（１２２）に対してさらに実質的に垂直である平面に対して実質的に垂直な方向に作用する衝撃のエネルギーを座屈によって吸収するように配置され、前記細長い金属構造（１２２）の少なくとも９０％が、前記第１の保持要素（１２１）に対して７０°から９０°の間で成る角度を形成し、前記細長い金属構造（１２２）は、スマート金属から作られることとを特徴とする、衝撃保護構造（１００）。
【請求項２】
前記第２の衝撃層（１２０）は、前記細長い金属構造（１２２）の自由端が拘束される第２の保持要素（１２３）を備え、前記第２の保持要素（１２３）は、さらに前記第１の衝撃層（１１０）に拘束される、請求項１に記載の衝撃保護構造（１００）。
【請求項３】
前記細長い金属構造（１２２）の少なくとも８０％が、超弾性合金から作られる、請求項１に記載の衝撃保護構造（１００）。
【請求項４】
前記細長い金属構造（１２２）間の相互の距離が、前記細長い金属構造（１２２）の長さの０．４倍未満であり、前記距離は、前記第１の保持部材（１２１）の表面において測定される、請求項１から３のいずれか一項に記載の衝撃保護構造（１００）。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の衝撃保護構造（１００）を備える兵士ヘルメットであって、前記第１の衝撃層（１１０）はシェルの外側面を形成し、前記第２の衝撃層（１２０）は、使用者の頭に向くように意図されたシェルの内側層を形成する、兵士ヘルメット。
【請求項６】
前記第２の衝撃層（１２０）は、ヘルメットシェルの内側を向く第１の保持要素（１２１）と、前記第１の保持要素（１２１）から垂直に伸び、前記第１の保持要素（１２１）を前記第１の衝撃層（１１０）に連結する複数の細長い金属構造（１２２）とを備え、前記第２の衝撃層（１２０）は、前記細長い金属構造（１２２）の自由端が固定される第２の保持部材（１２３）を備え、前記第２の保持部材（１２３）は、前記第１の衝撃層（１１０）に、さらに拘束される、請求項５に記載の兵士ヘルメット。
【請求項７】
前記細長い金属構造（１２２）は、直径が７５〜３５０μｍの間から成り、長さが約２０ｍｍである真っ直ぐな糸状の要素であり、前記第２の衝撃層（１２０）は、１平方センチメートルあたり６０本に及ぶ前記真っ直ぐな糸状の要素を備える、請求項６に記載の兵士ヘルメット。
【請求項８】
請求項１から４のいずれか一項に記載の衝撃保護構造（１００）を備える防弾ベストであって、前記第１の衝撃層（１１０）は前記ベストの外側面を形成し、前記第２の衝撃層（１２０）は、使用者の体に向くように意図された内側層を形成する、防弾ベスト。
【請求項９】
前記第１の衝撃層（１１０）は合成繊維の織物から作られ、前記第２の衝撃層（１２０）は、第１の保持要素（１２１）と、前記第１の保持要素（１２１）から垂直に伸び、前記第１の保持要素（１２１）を前記第１の衝撃層（１１０）に連結する複数の細長い金属構造（１２２）とを備え、前記細長い金属構造は、前記第１の保持部材（１２１）および前記第１の衝撃層（１１０）に縫い付けられた超弾性合金から作られた連続ワイヤによって形成される、請求項８に記載の防弾ベスト。
【請求項１０】
前記細長い金属構造の直径が０．０５〜０．３０ｍｍの間から成り、前記細長い金属構造の高さが０．５〜３ｍｍの間から成る、請求項９に記載の防弾ベスト。
【請求項１１】
請求項１から４のいずれか一項に記載の衝撃保護構造（１００）を備える車両の車体構造であって、前記衝撃保護構造（１００）は、合成繊維の織物から作られた第１の衝撃層（１１０）と、車両の本体に搭載されるように意図された第１の保持要素（１２１）を備える第２の衝撃層（１２０）と、加えて、前記第１の保持要素（１２１）から垂直に伸び、前記第１の保持要素（１２１）を前記第１の衝撃層（１１０）に連結する複数の細長い金属構造（１２２）とを備える、車両の車体構造。
【請求項１２】
前記第２の衝撃層（１２０）は、前記細長い金属構造（１２２）の自由端が固定される第２の保持部材（１２３）を備え、前記第２の保持部材（１２３）は、さらに前記第１の衝撃層（１１０）に拘束される、請求項１１に記載の車両の車体構造。
【請求項１３】
前記細長い金属構造（１２２）は、長さが１５〜２０ｍｍの間から成り、直径が０．３５〜０．６ｍｍの間から成る真っ直ぐな糸状の要素である、請求項１１または１２に記載の車両の車体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、衝撃保護システムに関し、詳細には、例えば防弾ベスト、兵士ヘルメット、および戦車の車体構造など、衝撃保護装置で用いられるのに適する衝撃保護構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
衝撃保護構造は、銃弾を捕らえて皿形に変形することで、その衝撃力を構造の一段と大きな部分にわたって拡散するように構成された、非常に強い繊維の層を概して備える多層構造である。衝撃保護構造は、変形する銃弾からエネルギーを吸収し、銃弾が構造を完全に貫通する前に銃弾を停止させる。
【０００３】
例えば、防弾ベスト、兵士ヘルメット、および車両の車体構造の部品などの衝撃保護構造は、耐貫通性の要件と、衝撃保護構造が保護するように意図されている物体へと伝えられる衝撃エネルギーの大きさにおける限度との両方を有している。
【０００４】
衝撃保護構造は、典型的には、例えばポリアミドおよびアラミド繊維などの合成繊維の織物から作られ、弾丸および鋭い物体からの衝撃に対する保護を高めるために、例えば鋼、チタン、ポリエチレン、セラミック、およびガラス繊維から作られた強化板部材も備え得る。
【０００５】
１９９２年に刊行されたＳｔｕａｒｔ  Ｍ．  ＬｅｅによるＨａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ、および、１９９５年に刊行されたＷｅｌｌｉｎｇｔｏｎ  Ｓｅａｒｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｅｘｔｉｌｅｓは、銃弾の衝撃に特に言及している衝撃吸収のための強化パネルを開示している。
【０００６】
近年、材料科学における前進が、特には防弾ベスト用に意図されたより柔らかくより軽量な衝撃保護構造の開発への道を開き、その防弾ベストは、衝撃保護構造の全体重量を概して増加させる追加の金属またはセラミックの板の補助なしで、拳銃およびライフルの銃弾を止めることができる。
【０００７】
例えば、米国特許出願公開第２０１４／０３０４８７７（Ａ１）号は、基材としてニチノールなどの形状記憶材料から作られた三次元スペーサ繊維構造を利用する胴体防護具を開示している。三次元スペーサ繊維構造は、いわゆる「耐弾時鈍的外傷」、つまり、胴体防護具の前面への発射体の衝撃において胴体防護具の急激な変形から生じる非貫通の負傷を、低減するように作用する。この変形は、発射体を捕らえる遅延およびエネルギー吸収の過程の一部である。
【０００８】
形状記憶材料から作られた三次元スペーサ繊維構造は、繊維の可塑性の変形および伸長によってエネルギーを吸収する繊維マットとして作用する。特に形状記憶材料の超弾性の挙動を活用することで、三次元スペーサ繊維構造を備える胴体防護具は、耐弾時鈍的外傷を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３０４８７７（Ａ１）号
【特許文献２】ＥＰ０２２６８２６Ｂ１
【特許文献３】米国特許第４，０６７，７５２号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ
【非特許文献２】Ｗｅｌｌｉｎｇｔｏｎ  Ｓｅａｒｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｅｘｔｉｌｅｓ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
より一段と軽量な構造を達成する一方で、このような構造を用いる装置の安全性を高め、衝撃および負傷を低減するために、衝撃保護構造をさらに向上する必要性がなおもあり、これが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的は、主要な特徴が第１の請求項に開示されている衝撃保護構造で達成され、一方、他の特徴は残りの請求項に開示されている。
【００１３】
本発明の根底にある解決策の発想は、衝撃保護構造が合成繊維の織物から作られた少なくとも第１の衝撃層と、平坦な薄板および／または真っ直ぐな糸状の要素の形態の複数の細長い金属構造が拘束される第１の保持要素を備える少なくとも第２の衝撃層とを備え、前記金属構造は、第１の保持要素の様々な点において拘束され、第１の保持要素から概して垂直に突出し、細長い金属構造の自由端が前記第１の織物の層に拘束される。
【００１４】
それらの構成のおかげで、細長い金属構造は、細長い構造に対して垂直である平面に対して垂直な方向に作用する衝撃のエネルギーを吸収するように配置され、それによって、本発明による衝撃保護構造は、細長い金属構造のいわゆる「座屈効果」を、衝撃に由来する機械的エネルギーを放散するための手段として活用する。このような座屈層は、先行技術の織物の衝撃層と組み合わせることができるかなり軽量かつ機械的に簡単な構造を用いることで、非常に高い度合いの変形を達成し、それによって機械的エネルギーの吸収を達成することを許容する。
【００１５】
米国特許出願公開第２０１４／０３０４８７７（Ａ１）号の三次元スペーサ繊維構造と比較すると、本発明による衝撃保護構造は、プラスチックの変形および伸長によってエネルギーを吸収するように構成された三次元構造を形成するように細長い金属構造が編まれていないため、著しくより単純である。それと異なり、細長い金属構造は、衝撃においてエネルギー吸収手段として座屈を活用するように、第１の保持要素に対して概して垂直に拘束される。
【００１６】
別の言い方をすれば、細長い金属構造の異なる構成は、米国特許出願公開第２０１４／０３０４８７７（Ａ１）号の先行技術の衝撃保護構造と比較した場合、異なるエネルギー吸収機構を活用することを可能にする。
【００１７】
本発明によれば、細長い金属構造は、第１の保持要素に対して完全に垂直である必要はなく、座屈効果の活用は、細長い金属構造が第１の保持要素に対して７０°〜９０°の間から成る角度を形成するとき、同じく可能である。
【００１８】
さらに、座屈効果を活用して衝撃エネルギーを吸収するために、細長い金属構造の少なくとも９０％が第１の保持要素に対して７０°〜９０°の間から成る角度を形成すれば、十分である。
【００１９】
先行技術の衝撃保護構造と比較して、本発明の衝撃保護構造は、等しいレベルの保護においてより軽量であり、これは、防弾ベストの製造にとって特に有利である。
【００２０】
本発明の衝撃保護構造は高い度合いの変形性を特徴とし、これは、衝撃保護構造を任意の所望の形で提供することを有利に可能にし、衝撃保護構造を防弾ベストの製造のために使用するだけでなく、構造がドーム形とされる兵士ヘルメット、または、さらには車両の設計に依存して変わり得る湾曲を典型的には有する車両の車体構造の部品などの品物を作ることも、有利に可能にする。
【００２１】
本発明による衝撃保護構造のさらなる利点および特徴は、添付の図面を参照して、本発明の以下の詳細な非限定的な記載から当業者には明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】兵士ヘルメットの一部として構成される、本発明の第１の実施形態による衝撃保護構造の概略的な断面図である。
【図２】防弾ベストの一部として構成される、本発明の第２の実施形態による衝撃保護構造の概略的な断面図である。
【図３】車両の車体構造の一部として構成される、本発明の第３の実施形態による衝撃保護構造の概略的な断面図である。
【図４】本発明による衝撃保護構造の第１の試験サンプルの写真である。
【図５】先行技術による衝撃保護構造の第２の試験サンプルの写真である。
【図６】図４および図５の例において実行される圧縮試験の結果を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明による衝撃保護構造は、大まかには符号１００によって指示されており、例えば、織られたまたは重ねられたアラミド繊維、ガラス繊維、または炭素繊維など、合成繊維の織物から作られた少なくとも第１の衝撃層１１０を備える。
【００２４】
本発明によれば、衝撃保護構造は少なくとも第２の衝撃層１２０を備え、第２の衝撃層１２０はさらに、平坦な薄板および／または真っ直ぐな糸状の要素の形態の複数の細長い金属構造１２２が拘束される第１の保持要素１２１を備える。金属構造１２２は、保持要素１２１の様々な点において拘束されており、保持要素１２１から概して垂直に突出している。したがって、細長い金属構造１２２同士は概して互いに平行である。
【００２５】
保持要素の製造のための適切な材料は、金属材料、プラスチック材料、繊維材料、またはポリマー材料であり得る。
【００２６】
細長い金属構造１２２は、第１の保持要素１２１に形成されたそれぞれの空所に細長い金属構造１２２を接着することで第１の保持要素１２１に拘束されてもよく、これは、第１の保持要素１２１が、プラスチック、または、シリコンゴムなどの弾性材料から作られた板であるときに好ましく、または、細長い金属構造１２２は、第１の保持要素１２１が例えば衝撃織物などの織物であるとき、縫い付けもしくは圧入されてもよい。
【００２７】
細長い金属構造１２２の自由端は、例えば接着または縫い付けによって、織物層１１０に直接的に拘束されてもよい。代替で、第２の層１２０は、細長い金属構造１２２が拘束される第２の保持要素１２３を備えてもよく、第２の保持部材１２３はさらに織物層１１０に拘束される。
【００２８】
本発明による衝撃保護構造の全体の構成は、第２の衝撃層１２０を形成する細長い金属構造が、第１の衝撃層１１０と、第１の保持部材と、任意選択の第２の保持部材とに対して実質的に垂直に作用する衝撃力を、それら金属構造の長さに沿って、つまり、真っ直ぐな糸状の要素の場合に軸方向で吸収するように配置されるようになっている。
【００２９】
この構成は、細長い構造のいわゆる「座屈効果」を、衝撃力によって引き起こされる機械的エネルギーを吸収するための手段として活用することを許容する。科学的には、座屈は、圧縮応力を受ける細長い構造の故障モードに通じる数学的不安定である。理論的には、座屈は、静的平衡の数式に対する解における分岐によって引き起こされる。増加する圧縮荷重の下でのある段階において、さらなる荷重は、平衡の２つの状態のうちの一方、つまり、純粋に圧縮された状態（側方偏位がない）または側方に変形された状態の一方において、持続されることが可能である。
【００３０】
大きい変形に耐えることができる金属材料の細長い金属構造を作ることによって、大きい量の機械的エネルギーを吸収することが可能である。
【００３１】
本発明によれば、細長い金属構造１２２は、第１の保持要素１２１に対して完全に垂直である必要はなく、座屈効果の活用は、細長い金属構造１２２が第１の保持要素１２１に対して７０°〜９０°の間から成る角度を形成するとき、つまり、第１の保持部材１２１に対して垂直な方向に対して、２０°まで傾斜され得るとき、同じく可能である。
【００３２】
さらに、座屈効果を活用して衝撃エネルギーを吸収するために、細長い金属構造１２２の少なくとも９０％が第１の保持要素１２１に対して７０°〜９０°の間から成る角度を形成すれば、十分である。
【００３４】
スマート金属は、本発明の衝撃保護構造の細長い金属構造の製造に特に適している。スマート金属は超弾性合金および形状記憶合金を含み、形状記憶合金は、頭文字「ＳＭＡ」で当分野でも知られている。これらの材料は、当分野において広く知られており、例えば、超弾性合金および形状記憶Ｎｉ−Ｔｉ合金に関係する欧州特許ＥＰ０２２６８２６Ｂ１に記載されている。
【００３５】
スマート金属（ＳＭＡおよび超弾性）の様々な組成が知られているが、当分野において主に使用されているスマート金属は、ニッケルおよびチタンが合金の少なくとも７０ｗｔ％を形成するＮｉ−Ｔｉ合金に基づくものである。最も一般的な合金は、重量で５４％から５５．５％までのニッケルと、残りにチタンとを含む（微量の他の成分も可能であり、典型的には、その全体の含有量は１ｗｔ％未満である）。
【００３６】
これらの合金は、それらの成分によってだけでなく、２つの安定した相（オーステナイト、マルテンサイト）の間での遷移を引き起こす加熱過程（典型的には、制御された電流を合金に供給することによる）に曝されるときの合金の挙動によっても、通常は完全に特徴付けられる。具体的には、ＡｓおよびＡｆは、オーステナイト相転換が開始する開始温度および終了温度であり、代わりに、ＭｓおよびＭｆはマルテンサイト相を特徴付ける温度であり、ニチノールなどの可逆性のオーステナイト−マルテンサイトの転換を受ける合金の挙動についてのさらなる詳細および情報は、例えば米国特許第４，０６７，７５２号など、様々な出版物で見出すことができる。
【００３７】
ＳＭＡ材料は、加熱処理を受けるとき、それらの元の形へと戻ることができ、そのため、本発明による衝撃保護構造では、ＳＭＡ材料は、第２の衝撃構造の元の形を回復するために使用され得る、または、第２の衝撃の変形が起こったことの証拠として、超弾性合金などのより大きい弾性を呈する他の材料と合同で用いることができることが知られている。
【００３８】
本発明によれば、細長い金属構造１２２の少なくとも８０％、および、好ましくは９５％が、例えばニチノールといった超弾性合金から作られ、残りが、例えば形状記憶合金から作られる。形状記憶合金から作られた細長い金属構造の使用は、細長い金属構造が衝撃の「可逆性の証拠」として作用でき、加熱におけるジュール効果によってそれらの元の形を回復することもできる点において、有利である。
【００３９】
したがって、例えば、アラミド繊維から作られたものなど、先行技術の衝撃織物のエネルギー吸収作用との組み合わせで、機械的エネルギーを吸収するためのより大きい能力を特徴とする向上した衝撃保護構造を達成し、柔軟性および軽量性を実質的に維持しつつ、先行技術の衝撃織物より衝撃および負傷を減らすことが可能である。
【００４０】
細長い金属構造１２２間の相互の距離が、細長い金属構造１２２の長さの０．４倍未満であり、距離は、第１の保持部材１２１に拘束される金属構造１２２の端部に対して測定される。このような構成は、単位面積あたりで比較的大きな数の細長い金属構造１２２を達成することを許容し、これは、構造への銃弾などの物体の貫通を防止することに効果的に寄与する。
【００４１】
座屈を適切に活用するために、細長い金属構造１２２は、第１の保持部材１２１に拘束され、可及的に、細長い金属構造１２２に対して概して垂直な第２の保持部材１２３にも拘束される。したがって、細長い金属構造１２２は、実質的に互いに平行であるが、後に明記されている実施形態の記載から明らかであるように、０°から２０°の間の相互の傾斜範囲が作られ得る傾斜した配置が作られてもよい。
【００４２】
明確性のために、図面に示した様々な部品の寸法および寸法比は、細長い金属構造の高さおよび幅への具体的な非排他的な参照において、変更されている。
【００４３】
図１を参照すると、兵士ヘルメットシェルとして構成された衝撃保護構造が示されている。
【００４４】
兵士ヘルメットは、シェルの外側面を形成する第１の衝撃層１１０をさらに備える衝撃保護構造１００を備え、第２の衝撃層１２０は、使用者の頭を向くように意図されたシェルの内側層を形成する。
【００４５】
第１の衝撃層１１０は、例えば織られたまたは重ねられたアラミド繊維など、合成繊維の織物から作られる。第１の衝撃層の厚さは、必要とされる保護レベルに依存する。この層の適切な厚さは、例えば７〜８ｍｍの間から成ってもよく、これは、先行技術に従って、いくつかの織られたまたは重ねられたアラミド繊維を、例えば５〜５０層の間で重ね合わせて拘束することで得ることができる。
【００４６】
第２の衝撃層１２０は、ヘルメットシェルの内側を向く第１の保持要素１２１と、第１の保持要素１２１から垂直に伸び、第１の保持要素１２１を第１の衝撃層１１０に連結する複数の細長い金属構造１２２とを備える。第１の衝撃層１１０と第２の衝撃層１２０との間の連結は、細長い金属構造１２２の自由端を第１の織物の層１１０に、例えば接着または圧入によって、直接的に拘束することで行われ得る。代替で、図１に示しているように、第２の衝撃層１２０は、細長い金属構造１２２の自由端が固定される第２の保持部材１２３を備えることができ、前記第２の保持部材１２３は、さらに第１の衝撃層に拘束され、例えば接着される。
【００４７】
第１の保持部材１２１および第２の保持部材１２３は、第１の保持部材１２１と第２の保持部材１２３との間に細長い要素１２２を適合させて拘束することを伴う、第２の衝撃層１２０を平坦な構成で組み立てることと、第２の衝撃層１２０をヘルメットシェルへと適合するように第２の衝撃層１２０にドーム形を容易に提供することとを許容する、例えば、例としてシリコンゴムなどの弾性材料から、作ることができる。
【００４８】
細長い金属構造１２２は好ましくは真っ直ぐな糸状の要素であり、真っ直ぐな糸状の要素は、第１の衝撃層１１０によって形成されたヘルメット外側シェル１１０に適合および結合されるように、第２の衝撃層１２０をドームのように成形させることができる。
【００４９】
真っ直ぐな糸状の要素１２２の直径は７５〜３５０μｍの間から成り、それらの長さは約２０ｍｍのものとでき、これは、オイラーの公式で計算された約８００の細長比をもたらす。
【００５０】
第２の衝撃層１２０は、１平方センチメートルあたり６０本の真っ直ぐな糸状の要素まで備えることができ、これは、衝撃保護構造１００への弾丸などの貫通物体に効果的に対抗することを可能にする、組み立ての容易性と細長い金属構造の密度との間の良好な妥協点を表している。
【００５１】
第１の衝撃層１１０および第２の衝撃層１２０だけが示されているが、図１のヘルメットは、例えば、より高い保護のレベルを達成するように第１の衝撃層１１０の上方に配置される、例えば金属またはセラミックの層など、さらなる層を備えてもよい。
【００５２】
図２は、衝撃保護構造１００が防弾ベストの一部として構成されている本発明の第２の実施形態を示している。
【００５３】
図１の実施形態と同様に、第１の衝撃層１１０は、例えば織られたまたは重ねられたアラミド繊維など、合成繊維の織物から作られる。この場合でも、第１の衝撃層の厚さは、必要とされる保護レベルに依存する。この層の適切な厚さは、例えば２〜３ｍｍの間から成ってもよく、これは、先行技術に従って、いくつかの織られたまたは重ねられたアラミド繊維の層を重ね合わせて拘束することで得ることができる。
【００５４】
第２の衝撃層１２０は、第１の保持要素１２１と、第１の保持要素１２１から垂直に伸び、第１の保持要素１２１を第１の衝撃層１１０に連結する複数の細長い金属構造１２２とを備える。第１の保持要素１２１は、第１の衝撃層１１０と同様に、例えば織られたまたは重ねられたアラミド繊維など、合成繊維の織物から作ることができ、２〜３ｍｍの同じ厚さを有する。細長い金属構造は、例えばニチノールなどの超弾性合金から作られた連続ワイヤを、第１の保持部材１２１と第１の衝撃層１１０とに縫い付けることで形成される。細長い金属構造は、第１の衝撃層１１０に作用する衝撃圧縮力において座屈を許容するように、第１の保持部材１２１と第１の衝撃層１１０との間で垂直に伸びている。
【００５５】
細長い金属構造の直径は、好ましくは０．０５〜０．３ｍｍの間から成り、細長い金属構造の高さは０．５〜３ｍｍの間から成り、これは、オイラーの公式で計算された約１６０の細長比を与える。
【００５６】
細長い金属構造の縫い付けは、１平方センチメートルあたり６０本の真っ直ぐな糸状の要素を超える密度を達成することを許容し、この場合でも、衝撃保護構造への弾丸などの物体の貫通に効果的に対抗することに効果的に寄与する。
【００５７】
したがって、図２の実施形態による衝撃保護構造１００の全体の構成は、防弾ベストの製造に特に適合した柔らかく軽量で高度に変形可能な構造の構成である。
【００５８】
ここで図３を見ると、本発明のさらなる実施形態によれば、衝撃保護構造は、例えば自動車または戦車などの車両のための車体構造の一部として用いることもできる。
【００５９】
図３に示しているように、この場合も、衝撃保護構造は、例えば織られたまたは重ねられたアラミド繊維など、合成繊維の織物から作られた第１の衝撃層１１０を備える。第１の衝撃層の厚さは、必要とされる保護レベルに依存し、例えば、先行技術に従って、いくつかの織られたまたは重ねられたアラミド繊維の層を重ね合わせて拘束することで得られた１０ｍｍの程度であり得る。
【００６０】
第２の衝撃層１２０は、例えばシャーシＣにおいて、車両の車体に搭載されるように意図された第１の保持要素１２１と、第１の保持要素１２１から垂直に伸び、第１の保持要素１２１を第１の衝撃層１１０に連結する、好ましくは真っ直ぐな糸状の要素の形態での複数の細長い金属構造１２２とを備える。図１の実施形態と同様に、第１の衝撃層１１０と第２の衝撃層１２０との間の連結は、細長い金属構造１２２の自由端を第１の織物の層１１０に、例えば接着または圧入によって、直接的に拘束することで行われ得る。代替で、図３に示しているように、第２の衝撃層１２０は、細長い金属構造１２２の自由端が固定される第２の保持部材１２３を備えることができ、前記第２の保持部材１２３は、さらに第１の衝撃層に拘束され、例えば接着される。
【００６１】
この場合における細長い金属構造の長さは、例えば１５〜２０ｍｍのものとでき、一方、細長い金属構造の直径は、例えば０．３５〜０．６ｍｍのものとでき、これは、オイラーの公式で計算された約３４０の細長比を与える。
【００６２】
さらなる保護層が、例えば、第１の衝撃層１１０に接着されるといった例によって拘束されたセラミック層１３０、および、接着されるといった例によってセラミック層１３０に拘束された金属層１４０など、保護を高めるために第１の衝撃層１１０に有利に付着されてもよい。
【００６３】
本発明による衝撃保護構造の効果を試験するために、本発明によって作られた２つの試験サンプルと、先行技術によって作られた比較試験サンプルとが構築され、圧縮ユニットにおいて圧縮試験を受けた。
【００６４】
本発明による衝撃保護構造の第１の試験サンプルＳ１は、６０本の真っ直ぐな超弾性ニチノールワイヤを細長い金属構造１２２として用いることで構築された。超弾性ニチノールワイヤは、３００μｍの直径と３４ｍｍの長さとを有している。
【００６５】
超弾性ニチノールワイヤは、ＦｕｌｌＣｕｒｅ  Ｖｅｒｏｇｒａｙ  ８５０の商品名で市販されている施策の目的のために使用されたアクリル系フォトポリマーから作られた第１の保持部材１２１に拘束されている。第１の試験サンプルＳ１も、シリコンから作られた第２の保持部材１２３から成っている。
【００６６】
第１の保持部材１２１および第２の保持部材１２３は、側面が３０ｍｍで厚さが５ｍｍの正方形の基部を有している。
【００６７】
図４は、第１の試験サンプルＳ１の写真を示している。
【００６８】
図面では示されていないが、第１の試験サンプルＳ１と同じ構造を有する第２の試験サンプルＳ２が、構築されている。試験サンプルＳ１と試験サンプルＳ２との間の唯一の違いは、試験サンプルＳ２の６０本の真っ直ぐな超弾性ニチノールワイヤが、３４ｍｍの代わりに２６ｍｍの長さを有し、したがって第１の試験サンプルＳ１のワイヤより短いことである。
【００６９】
第３の比較試験サンプルＳ３は、同様の第１の保持部材１２１および第２の保持部材１２３と、３００μｍの直径を有する同じ種類の超弾性ニチノールワイヤとを用いることで構築されているが、図５に示しているように、比較試験サンプルＳ３は、ワイヤ１２２が第１の保持部材１２１に対して傾斜され、それらの間に４５°の角度を形成する「トレッスル」構成を特徴としている。
【００７０】
第３の比較試験サンプルＳ３は、前述の米国特許出願公開第２０１４／０３０４８７７（Ａ１）号による先行技術の衝撃保護構造の例を表している。
【００７１】
比較試験サンプルＳ３の高さは、第２の試験サンプルＳ２と同様に、２６ｍｍである。ワイヤ１２２の傾斜の違いのため、第１の保持部材１２１は長方形を有しており、そのより長い側は７０ｍｍの長さである。
【００７２】
図４および図５において理解できるように、試験サンプルのいずれも第１の衝撃層１１０を有していないが、これは、試験の目的が、第２の衝撃層１２０が検討されている限りにおいて、３つのサンプルのエネルギー吸収能力を測定して比較するためである。
【００７３】
３つの試験サンプルは、Ｉｎｓｔｒｏｎの商標で市販されている圧縮試験ユニットに搭載された。この圧縮試験ユニットには、５００Ｎの荷重セルが設けられている。
【００７４】
より具体的には、各々の試験サンプルの第１の保持部材１２１および第２の保持部材１２３が、圧縮されていない条件で、つまり、それぞれ３４ｍｍおよび２６ｍｍの距離でプレートを設定することで、圧縮試験ユニットの反対のプレートに拘束されている。次に、各々の試験サンプルは、１分間あたり２ｍｍの速さで１０ｍｍだけ圧縮され、次に、その元の高さを回復させるために解放される。試験は室温において実施された。
【００７５】
図６は、３つのサンプルの圧縮試験の結果を示すグラフである。連続した太い線で示された曲線１は、試験サンプルＳ１のヒステリシスサイクルを表しており、連続した細い線で示された曲線２は、試験サンプルＳ２のヒステリシスサイクルを表しており、点線で示された曲線３は、比較試験サンプルＳ３のヒステリシスサイクルを表している。本発明によって作られた試験サンプルＳ１およびＳ２は、細長い金属の構造のため、つまり、それぞれの第１の保持部材に垂直なニチノールワイヤのため、比較試験サンプルＳ３より大きい剛性を特徴とする（それぞれのヒステリシス曲線の最も左の部分）ことを理解されよう。比較サンプルＳ３は、代わりに、その細長い金属構造が、それらの第１の保持部材に対する傾斜した配置により、より容易に曲がることができるため、より小さい剛性を特徴とする。
【００７６】
サンプルＳ１およびＳ２が比較試験サンプルＳ３より大きいヒステリシス領域によって特徴付けられることも、理解されるものである。これは、サンプルＳ１およびＳ２がそれらの細長い金属構造の座屈効果を活用するという事実のためであり、一方、比較サンプルＳ３の細長い金属構造の傾斜した配置は、この目的のために適しておらず、ワイヤは曲げられるだけであり、これはより小さいヒステリシス領域をもたらす。
【００７７】
座屈のエネルギー吸収効果は、試験サンプルＳ１およびＳ２のヒステリシス曲線の初期のほとんど直線的な部分に続く半月部分によって具体的に示され、これは、細長い金属構造の座屈が起こる行程／変形レベルを表している。
【００７８】
図６は、第１の試験サンプルＳ１（３４ｍｍの高さ）のより長い細長い金属構造が、より大きな細長比のおかげで、試験サンプルＳ２（２６ｍｍの高さ）のより短い細長い金属構造より大きなエネルギー吸収（ヒステリシス周期曲線の領域）を達成することを可能にしていることもはっきりと示している。
【００７９】
本発明は、その好ましい実施形態を参照して開示されている。当業者は、後に明記されている請求項によって定められているような本発明の発想に関連するさらなる実施形態があり得ることを理解するものである。
【符号の説明】
【００８０】
１００  衝撃保護構造
１１０  第１の衝撃層、織物層
１２０  第２の衝撃層
１２１  第１の保持要素
１２２  細長い金属構造、真っ直ぐな糸状の要素
１２３  第２の保持要素、第２の保持部材
１３０  セラミック層
１４０  金属層
Ｃ  シャーシ
Ｓ１  第１の試験サンプル
Ｓ２  第２の試験サンプル
Ｓ３  第３の比較試験サンプル
【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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