【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、材料加工・材料合成、
焼結、食品加工等の分野において、簡便かつ効率よく所望の到達圧力分布及び加圧範囲設定機能を有する爆轟による衝撃高圧を得るための方法およびそのための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明が対象とする技術に比較的近い衝撃高圧発生法として衝撃液圧発生技術が知られている。
例えば、加圧用の水等の液体中に弾丸を打ち込んで液体中に衝撃液圧を発生させ、その圧力を板材等の部材に印加して該部材を金型へ圧して三次元成形せんとする特開平０１−１５７７２５号にて提案されているような衝撃液圧発生装置、水中で爆薬を燃焼させることによって衝撃水圧を発生せしめ、その圧力で薄板の三次元成形を行う成形装置、さらには、容器に収容された加圧用の液体の液面に、ガス圧等により高速に加速されたピストンを衝突させることにより衝撃液圧を発生させることとした装置がある。

【０００３】しかしながら、これらの装置にあっては、
液圧室の形状または寸法はエネルギー源（爆薬，高速飛翔体）の挙動を考慮して決定する必要があり、自由度がかなり小さいこと、圧力の持続時間が長く、かつ液圧室内の比較的広い範囲にわたって同時に衝撃圧力が加わること、危険性を伴うために、設置場所の制約または安全性の配慮が必要であること、等の共通の問題の他、さらには固有の問題をもかかえている。

【０００４】そこで、これらの問題を解決するものとして、出願人は特開平０４−３５１２９９に開示されている爆轟液圧発生方法及び装置を提案した。

【０００５】この装置にあっては、燃焼室は逆円錐状をなしていて火炎の進行につれて断面積が一端部から次第に小さくなるように設定され、他端部では最小断面積をもつ収束部が形成され、他端部の開口に、液圧室の液面が臨んでいる。 燃焼室内の火炎は進行と共に該燃焼室の断面積が小さくなるので圧力が上昇し、他端部ではきわめて高い圧力となる。 この高圧は液圧室内の液体の液圧に変換される。 そして液圧室に型を有する加工室を設け、該型の上に板材等の被加工部材を配することとすれば、上記液圧によって型に沿った所定形状に加工を行うことができる。 また、上記液圧室は液体に代えてゴム状の弾性体を有する弾圧室とすることもできる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記爆轟液圧発生装置では、液圧室は被加工部材の大きさに対応する受圧面積を得るために上記収束部から受圧部に向け断面積が増大する円錐状をなしている。 また液圧室内を受圧部に向け伝播される圧力波は上記液圧室の円錐内壁面に対し直角をなすので球面波となる。 したがって、上記受圧部における被加工部材には中央部に圧力が到達した後に周囲に向け拡がるように圧力が作用する。 そして、上記被加工部材には、中央部で最高圧が得られ、外周部に近づくほど圧力が単調に低下する（波の伝播距離が長くなるため）。

【０００７】したがって、大きな被加工部材の一部を加工したり、あるいは、加工度が被加工部材の部位により変わる場合には上記爆轟液圧発生装置は不向きである。
この場合、最大加工度の部位に合わせて爆圧を定めると、他の部位に不必要に過大な圧力を加えることとなり、エネルギーの無駄となり、かつ過大な圧力が加わった部位で割れが発生しやすい。

【０００８】また、逆円錐状の燃焼室と円錐状の液圧室を同一軸線上に連結する形をなすので、所定の大きさの受圧部を得るには装置の上記軸線方向の寸法（通常、装置の高さ）はきわめて大きくなってしまうという問題もある。

【０００９】ところで、これらの問題点を解決する方法の一つとして、圧媒室内に音響レンズを配設して衝撃波を屈折させ、その伝播方向を制御することが考えられる。 しかしこの方法は、比較的微小かつ複雑な制御には適するものの、大幅な方向制御は困難である。

【００１０】本発明は、かかる従来装置の問題を解決し、被加工部材の各部位の加工度に適合した圧力分布を得られ、装置の小型化を図る爆轟による衝撃圧発生方法及び装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃焼室における収束デトネーションによる衝撃高圧を直接、もしくは交換可能な膜体を介して流体又はゴム状の弾性体に伝達して液圧又は弾圧に変換する衝撃圧発生方法において、液体又は弾性体内に衝撃波の反射体を配して到達液圧又は弾圧分布を調整することにより達成される。

【００１２】また、その装置に関しては一端部から他端部に向け断面積が小さくなる燃焼室と、燃料の供給を受け点火栓が配設された着火室と、着火室から分岐して延び上記燃焼室の一端部へ連通する路程の等しい複数の誘導路と、上記燃焼室の最小通路断面積部たる他端部の開口に接続されかつ内部に液体又はゴム状の弾性体を収容せる圧媒室とを備えた衝撃圧発生装置において、圧媒室内に衝撃波の反射体が設けられていることにより達成される。

【００１３】上記の衝撃波の反射体とは、圧力媒体よりも音響インピーダンス（密度と音速の積で定義される）
が大きい物質を適当な形状に加工した媒体である。 この反射体に周囲から衝撃波が入射すると、大部分は圧縮波として反射し、一部が屈折して反射体中を進行する。 この際、反射波と屈折波それぞれの強度は、反射体と圧力媒体との音響インピーダンスの比で決まる。 反射波を強くするためには、圧力媒体よりも十分音響インピーダンスが大きい物質で反射体を構成すれば良い。 例えば圧力媒体として天然ゴムを用いた場合、ポリテトラフルオロエチレン，ポリ塩化ビニル，ポリスチレン等の高分子材料や、あるいは氷などが反射体として使用可能である。

【００１４】

【作用】かかる本発明の爆轟による衝撃圧の発生装置にあっては、燃焼室で生じた爆轟圧は他端部にて収束され高圧となり圧媒室にて次第にその伝播方向の通路断面積が拡大されながら伝播される。 ここで、圧媒室内の圧力媒体として液体を用いれば、圧媒室の形状が複雑あるいは大型な場合にも容易に充填が可能である。 一方、ゴム状の弾性体を圧力媒体とすれば、例えば材料加工において、錆防止のための加工後の拭き取り作業が不要になるので工程の高速化が可能になる。 なお、通常圧力媒体は燃焼室に直接面しているが、圧力媒体が液体で、燃焼室側へ流出する恐れがある場合（例えば、圧媒室が傾いている場合）や、圧力媒体が弾性体で、その損傷を防止したい場合には強靱かつ変形容易な膜体を間に挿入する。

【００１５】圧媒室内には、所定位置に所定の反射体が配置されており、上記高圧は反射体と周囲圧力媒体との間で複数回反射を繰り返し、例えば圧媒室の下流に配された加工室に到達するときには、適当な強弱分布を持った高衝撃圧となって被加工部材に印加される。

【００１６】印加された衝撃圧はいったん被加工部材の運動エネルギーに変換され、被加工部材は高速飛翔体となって加工室下流側に設置された成形金型に衝突する。
しかる後に上記運動エネルギーが変形エネルギーに変換され、被加工部材が上記成形金型に圧せられることにより、成形が行われる。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面にもとづき本発明の実施例を説明する。

【００１８】図１は本発明の第一実施例装置の縦断面図である。

【００１９】本実施例装置は燃焼室１を有し、該燃焼室１は下方に向け狭くなる逆円錐状をなし横断面における通路断面積は上端部１Ａで最大で、下端部１Ｂにて最小となって収束部を形成するようになっている。

【００２０】上記燃焼室１の上端部１Ａの内壁はやや上方に弯曲形成せられ、ここに複数の孔状の誘導路２が連通している。 該複数の誘導路２は上方にて、円板空間状の分散室３に収束せられている。 該分散室３には上方に延びる着火室４が連通接続されている。 そして、該着火室４の上部には、着火装置６により作動する点火栓５が設けられていると共に、流量計７，８を経て燃料供給源９、酸化剤供給源１０がそれぞれ接続されている。 なお、１１は着火室４内の充填圧力を確認するための圧力計である。

【００２１】上記燃焼室１の下端部１Ｂは開口されており、ここに圧媒室１２が接続され、そしてその直下に衝撃圧を使用する装置の一例として成形装置１３が設けられている。 上記圧媒室１２には圧力媒体としての水やゴム状の圧力媒体Ｇが収容されており、圧媒室１２の内に反射体Ｒが設置されている。 また圧力媒体Ｇの上端面は、図示のごとく上記燃焼室１の下端部１Ｂに直接面しているか、或は必要な場合には、強靱かつ変形容易な膜体で界面を形成している。

【００２２】上記成形装置１３は上記圧媒室１２の直下に配設されており、該成形装置１３は内部に、上面が成形用の三次元形状をもった金型１６を交換可能に収容している。 該成形装置１３は必要に応じ、上記圧媒室１２
との間にて、例えば両者のフランジの間で成形を受けるべき板材等Ｐの周縁を保持している。 上記成形装置１３
には、上記金型１６を貫通してその上部空間に連通して該空間を真空とするための真空ポンプ装置１７が接続されている。 該真空ポンプ装置１７は既述の着火室４にも接続されている。

【００２３】かかる本実施例装置において、高圧液圧又は弾圧の発生そしてこれを利用した成形は次のごとくなされる。

【００２４】先ず、成形すべき板材Ｐを金型１６上にセットする。

【００２５】次に、真空ポンプ装置１７によって着火室４、分散室３、誘導路２そして燃焼室１内が所定の真空度とされる。 また、これと同時に金型１６と板材Ｐとの間の空間も同様に所定の真空度となるように吸引される。

【００２６】しかる後、着火室４、分散室３、誘導路２そして燃焼室１内に、ほぼ理論混合比の可燃性ガスが、燃料供給源９、酸化剤供給源１０により充填される。

【００２７】かかる設定の完了後、着火装置６によって点火栓５を作動させる。 着火室４内では着火により爆轟が起こりその火炎が分散室３そして誘導路２を経て燃焼室１の上端部１Ａに伝播される。 その際、複数の誘導路２の路程はそれぞれ等しく設定されているので、複数の誘導路２の火炎は同時に上記上端部１Ａに達する。

【００２８】燃焼室１内では火炎は上端部１Ａから下端部１Ｂへと進行するが、燃焼室１の断面積は下方に向け次第に小さくなっているために、その圧力は上昇し下端部１Ｂではきわめて高圧となる。

【００２９】上記燃焼室１の下端部１Ｂの開口部には、交換可能なノズル１２'がセットされ圧媒室１２内の圧力媒体Ｇの端面が臨んでいるため、上記高圧は該端面から圧力媒体Ｇの内部へと伝播される。

【００３０】上記高圧は衝撃波として上記圧力媒体Ｇ
中を伝播するが、圧媒室１２中に設置された反射体Ｒにより該衝撃波が反射し、適当な強弱分布をもった圧力となって成形装置１３に達する。

【００３１】上記圧力分布を形成する高圧は成形装置１３において板材を金型１６に圧して所定の成形が行われる。

【００３２】しかる後、成形品としての板材をとり出すと共に、上記〜の工程を繰り返すことによって、
次々と製品の成形を行うことができる。

【００３３】次に、図２に基づき本発明の第二実施例装置を説明する。 なお、図において図１に示した前実施装置と共通部分には同一符号を付してその説明は省略する。

【００３４】本実施例では燃焼室１'は半径方向に広がる横型に形成されている。 該燃焼室１'は下方にふくらむ略球面の一部の上壁面によって中心に向かってその伝播方向通路の断面積が減ずる形になっている。 燃焼室１
は中心部にて弾圧室１２に連通している。

【００３５】かかる本実施装置によれば、装置寸法を高くできない場合又は圧力持続時間を短くしたい場合に都合が良い。 作用に関しては、前実施例の場合と同様であり、火炎は誘導路２から燃焼室１'の一端部たる周囲部１'Ａに到達した後、他端部たる中心部１'Ｂに向かって進行する。 その進行の際、断面積の減少に伴い、圧力は極めて高くなる。 そして、その高圧は圧媒室１２内の圧力媒体Ｇに伝播され、圧力媒室１２中に設置された反射体Ｒにより分布パターンを調整された後、成形装置１
３にて板材Ｐを金型１６に圧して成形が行われる。

【００３６】本発明においては、反射体の形状・寸法あるいは物性値を変更することにより、該圧力分布を被加工物に適したパターンに制御することができる。 以下、
この点について説明する。

【００３７】図３は圧媒室の周辺部に反射体Ｒを設置した場合の衝撃波の反射方向を示す図である。 この場合、
図に示すごとく衝撃波は反射体との界面で大部分が反射し、圧媒室内に入射した衝撃波のエネルギーの大部分が中央部Ａに残留するので、各部Ａ，Ｂ，Ｃ，のうち、図４に示すように受圧面の中央部Ａでの圧力が上昇する。
従って、材料中央部Ａで成形力を高めたい場合に適した圧力分布が得られる。 一方、図５に示すごとく反射体Ｒ
を圧媒室中央部に設置した場合には、衝撃波は反射体と圧媒室の内壁面の間の空間に集中するので、図６のように受圧面外周部Ｂ〜Ｃの圧力が上昇する。 従って、トリミング加工（成形後に周辺の不要部材を切除する加工）
のように材料外周部の成形力を高めたい場合に適した圧力分布が得られる。 また、反射体の寸法あるいは物性値を変更することにより、圧力分布を調整することができる。 例えば、図３において反射体がゴムで構成されている場合、より軟質のゴム（音響インピーダンスが小さくなる）で作った反射体に交換すれば、境界面での衝撃波の反射率が下がり、反射体内部に伝播していく割合が増加するので、受圧面での圧力分布は図４に示すよりも均一に近くなる。 逆により硬質のゴム（音響インピーダンスが大きくなる）で作った反射体に交換すれば、受圧面中央部の圧力ピークをより高くすることが可能となる。

【００３８】以上の効果は、先に述べたように圧媒室内に音響レンズを配設することによっても得られる。 しかし、音響レンズを利用する場合、屈折角を大きくするにはレンズの形状を特殊なものにするか、特殊な物性値を有する物質でレンズを構成する必要があるため、大幅なパターンの調整を必要とする場合には技術面、コスト面で反射体を利用する方が有利である。

【００３９】なお、圧力媒体を構成する物質として、水より音響インピーダンスの小さいもの（例えば軟質ゴム）を選定すれば、反射体Ｒを水で構成することも可能であり、その場合、反射体の耐久性を考慮する必要がなくなる（水を追加・交換する機器を配設しておけばよい）。

【００４０】本発明では、かかる反射体を用いることにより、装置全体を交換しなくとも、圧媒室内の圧力媒体のみを適当な反射体を設置したものに交換することにより、到達弾圧分布を被加工物の加工性状に適するよう変更できる。

【００４１】以上の実施例では高圧弾圧の利用方法として金型による成形を挙げたが、他に材料合成、焼結或いは食品加工の分野においても利用可能である。 これらの分野においては加工の均一性が重要となるので、受圧面上の各部での最高到達圧力が均一であることが望ましい。 これは、図５に示した反射体の構成物質を、圧力媒体との音響インピーダンスの差がより小さい物質（例えば反射体がゴムならば、硬度をより下げることで得られる）に代えることで達成できる。 このときの受圧面上での到達圧力分布を図７に示す。 なお、図中の破線は反射体を設置しない場合の圧力分布である。 図から分かるように、反射体を設置したことにより中心部での圧力集中が抑えられ、かつ図５の例よりも外部への反射率が下がるので図６に示したような外周部の圧力集中も起きない。 こうして、圧媒室内部の影響が避けられない最外周部を除いて、受圧面上でほぼ均一の圧力分布を得ることができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明は以上のごとく構成されるので、
その方法にあっては、従来の方法に比して、安価，かつ容易に立ち上がりが急峻で特性の優れた衝撃圧が得られると共に、反射体の形状・寸法あるいは物性値を変更することにより、衝撃圧を被加工物に適合した種々のパターンに調整できるという効果を得る。

【００４３】また、本発明装置によれば、単純な形状の反射体を採用することにより、圧力媒体の製作が容易になり、これに伴って設備コストの低減を図れ、また、従来の弾丸打ち込み式、爆発方式のように火薬を用いないため、設定上の制約を受けない装置となり、さらには、
連続的に種々の分布パターンを有する衝撃圧を発生させることができるようになるという効果を得る。 そして、
容易かつ安全に衝撃圧を得ることができるので、加工分野等の広い工業分野での本格的な応用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置の縦断面図である。

【図２】第二実施例装置の縦断面図である。

【図３】第一実施例装置及び第二実施例装置に使用可能な反射体を備えた圧媒室の断面図である。

【図４】図３に示される圧媒室受圧面での衝撃波到達時の圧力分布図である。

【図５】円錐状反射体を備えた圧媒室の断面図である。

【図６】図５に示される圧媒室受圧面での衝撃波到達時の圧力分布図である。

【図７】図５に示される圧媒室において反射体の構成物質を変更した場合の受圧面での衝撃波到達時の圧力分布図である。

【符号の説明】

１ 燃焼室 １Ａ 一端部 １Ｂ 他端部 ２ 誘導路 ４ 着火室 ５ 点火栓 １２ 圧媒室 １３ 成形室（成形装置） １６ 成形金型 Ｇ 圧力媒体 Ｒ 反射体