JP2006255710A - 水中衝撃波による材料接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水中衝撃波を利用して材料の接合、圧着、被覆、固化、合成を行う方法において、接合力が均一に得られる方法を提供すること。
【解決手段】
底板３の上に試料容器２を配置し、反射板１を試料容器２に対して鋭角の角度（α）を持った形でセットし、底板３と反射板１の開口部近くに爆薬５をもつ台座４を置き、爆薬５に雷管６を配置して、雷管５によって爆薬５を起爆させ、発生した衝撃波を水中衝撃波として直接的に試料容器２および反射板１に作用させると共に反射板１によって反射した反射衝撃波を更に試料容器に作用させて材料の接合、圧着、被覆、固化、合成を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水中衝撃波を利用した材料の接合、圧着、被覆、固化、合成を行う方法に関する。

水中衝撃波を利用した各種材料を接合、圧着、被覆、固化、合成させる方法は広く知られている。通常は目的とする材料を試料容器に封入後、水中内に配置し衝撃波を直接的に試料面に作用させて目的を達成させている。例えば非特許文献１には水中衝撃波により箔材を被覆する方法が開示されている。また、非特許文献２、３では、水中衝撃波により薄板を接合させる方法が開示されている。また非特許文献４では、水中衝撃波によって粉末材料を被覆、合成する方法が開示されている。

しかしながら、非特許文献１および２記載の方法では、衝撃波発生源から最も近い部分に衝撃波が強く作用し均一な接合体が得られないといった問題が解決されていない。非特許文献３記載の方法は均一な接合体を製作するために爆薬量を変化させるというものである。また、非特許文献４記載の方法は、粉末の被覆、合成を行なったものであるが均一な反応ができていない。

藤田、「水中衝撃波を利用した爆発圧着法」、２００１年 春季火薬学会講演集、２００１年５月１７日 白本、「爆薬を試料の一方の側に配置した爆発圧着法」、第１２回機械材料・材料加工技術講演会研究論文、２００４、ｐ１７７，１７８ 森、「水中衝撃波の制御法の提案とそれによる爆発圧接条件の均一化」、第１２回機械材料・材料加工技術講演会研究論文、２００４、ｐ１７５，１７６ 外本、「衝撃成形・反応合成による粉末のバルク化および材料面高機能化」、第１２回機械材料・材料加工技術講演会研究論文、２００４、ｐ１６５，１６６

本発明は、水中衝撃波を利用した材料の接合、圧着、被覆、固化、合成において接合力が均一に得られる製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意検討を行なった結果、試料面上に設置された反射板と衝撃波発生源を固定あるいは衝撃波に方向性を与える台座とを鋭角に配置することで均一な接合条件できることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明の構成は以下に記載するとおりである。

（１）爆薬若しくは電気エネルギーによって発生した水中衝撃波を利用して、材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法において、試料載置面に対して角度（α）をなすように配置された反射板と、該試料載置面と該反射板とが形成する開口部に配置され、該反射板と角度（β）をなすように配置された台座とからなる装置を用い、該角度（β）を鋭角とし、該試料載置面上に試料を載置すると共に、該台座の試料側に面した表面に衝撃波発生源を固定し、衝撃波を発生させ、台座によって衝撃波に方向性を与えて材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。
（２）爆薬若しくは電気エネルギーによって発生した水中衝撃波を利用して、材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法において、試料載置面に対して角度（α）をなすように配置された底板と、該試料載置面と該底板とが形成する開口部に配置され、試料側に面する表面が１８０°以内のＶ字形の面を有し、該Ｖ字形の面が試料載置面及び底板のそれぞれと角度（β、β’）をなす台座とからなる装置を用い、該試料載置面と該底板のそれぞれの面に試料を載置すると共に、該角度（β、β’）を鈍角とし、該台座の試料側に面した表面に衝撃波発生源を固定し、衝撃波を発生させ、台座によって衝撃波に方向性を与えて材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。
（３）前記台座のＶ字形の面に帯状爆薬を１８０°以内の角度になるように組み合わせることを特徴とする上記（２）に記載の材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。
（４）試料を底板に載置することを特徴とする上記（１）〜（３）に記載の材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。
（５）衝撃波発生源として爆薬を使用することを特徴とする上記（１）〜（４）に記載の材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。

本発明では、台座の角度を調整することで試料面に作用する衝撃波を制御し、かつ反射衝撃波を利用する事で、衝撃波発生源から接合させたい材料までの距離に関わらず、材料を均一に接合させる効果を有する。

本発明について、以下具体的に説明する。本発明で用いられる爆薬とは爆轟波を発生する火薬のことであり、具体的にはＰＥＴＮ（ペンタエリスリトールテトラナイトレート）、ＴＮＴ（トリニトロトルエン）、シクロトリメチレントリニトラミン、シクロテトラメチレンテトラニトラミンなどが挙げられる。爆薬はこれらの単独を用いてもよく、２種以上の混合物を用いてもよい。

また電気エネルギーを利用した衝撃波とは、金属細線に瞬間的に電流を流す事で細線を爆発させる方法等で発生させたものである。また台座とは衝撃波発生源である爆薬または金属細線を固定しかつ衝撃波を効果的に収束させるためのものであり、金属製が好ましく、更に爆発時に変形を生じない厚みのあるものが好ましい。

また反射波とは、衝撃波発生源から生じた直接的な衝撃波ではなく、反射板または衝撃波の衝突によって反射した２次的な衝撃波のことである。また反射板とは、衝撃波を反射させるための金属板であり、単体または２種以上の複合体でもかまわない。好ましくは衝撃波作用時に変形の無いものであり、更に好ましくは比重が７．０ｇ／ｃｍ^３以上の鋼製、銅製等である。
α：試料載置面と反射板とがなす角度 又は 試料載置面と底板とがなす角度
β：台座と反射板とがなす角度 又は 台座と試料載置面とがなす角度

本発明の方法を実施すための装置の一例を図１で説明する。図１は、爆薬を用いた水中衝撃圧接装置の概要図で、反射板と爆薬をセットした台座をある角度（β）で配置した方法の概略図である。図１において、容器７は爆薬５の爆発にも損傷しない非常に堅強な構造とした。この容器７には、予め水が充填されており、その中に装置全体を投入する。投入した装置は、底板３の上に試料容器２を配置し、反射板１を試料容器２に対してある角度（α）を持った形でセットする。底板３と反射板１の開口部近くに爆薬５をもつ台座４を置き、爆薬５に雷管６を配置する。雷管５によって爆薬５を起爆させると、発生した衝撃波が水中衝撃波として直接的に試料容器および反射板に作用し、かつ反射板によって反射した反射衝撃波が更に試料容器に作用する。
これを図２で示すと、実線矢印が１次的な衝撃波（直接波）であり、点線矢印が１次的衝撃波が反射板１に衝突して反射した２次的な衝撃波（間接／反射波）である。
上記の例では試料を載置するための底板３を用いたが、底板３を用いることは必ずしも必要ではなく、試料を容器７の底面に直接載置しても良い。

図３は試料容器２の構造の一例を示す模式図である。図２は衝撃波によって母材１１に合せ材８を接合する場合を示したものである。母材１１にスペーサー１０を介して飛翔板９に設置した合せ材８を対向して配置し、衝撃波を作用させることによって母材１１に合せ材８を接合させることができる。

図４に示したものは、図１の変形例である。
この装置は、底板３と該底板３に対して角度（α）をなすように配置された底板３’と、該底板３と底板３’とが形成する開口部に配置され、試料側に面する表面が１８０°以内のＶ字形の面１２を有し、該Ｖ字形の面１２が底板３及び反射板１のそれぞれと角度（β、β’）をなす台座４とからなる装置を用い、該底板３と底板３’のそれぞれの面に試料を載置すると共に、該角度（β、β’）を鈍角とし、該Ｖ字形の面に爆薬５を配置して、爆薬５を起爆させることによって衝撃波を発生させる。この場合、爆薬としては帯状爆薬を用いることが好ましい。本例では図５に示すように、実線矢印が１次的な衝撃波（直接波）であり、点線矢印が１次的な衝撃波同士が衝突し反射した２次的な衝撃波（間接／反射波）である。図の点線は仮想的な反射面を示している。
上記の例では試料を載置するための底板３を用いたが、底板３を用いることは必ずしも必要ではなく、試料を容器７の底面に直接載置しても良い。
また、反射板、底板、台座はそれぞれを溶接又はボルト等で固定しても良いし、固定しなくても良い。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の実施例に示されたものに限定されるものではない。

［実施例１］
図１に示した装置を用いて表１に示す母材と合せ材とを接合させた。母材は1として炭素鋼を、合せ材として銅箔を用いた。爆薬としては硝酸アンモニウム系爆薬（商品名：ＰＡＶＥＸ、製造元：旭化成ケミカルズ株式会社、爆速約６９００ｍ／ｓｅｃ）を２０ｇ使用した。台座は鋼製で５０ｍｍ厚みの材料を用い、反射板との角度（β）は５０°、試料面との角度は１１０°とした。また反射板角度（α）は２０°とした。結果、起爆から終爆まで波形が観察され、衝撃圧力が均等に作用していることが確認できた。

［比較例１］
用いた試料、爆薬、反射板および反射板角度は実施例１と同様とした。また台座と反射板の角度（β）は１００°、台座と底板の角度を６０°とした。結果、試料面の起爆部周辺では合せ材および母材が大きく損傷しており、また試料の終爆周辺では波形が見られず、接合不良になっていた。

本発明の水中衝撃圧接方法によれば、均一に各種材料の接合、圧着、被覆、固化、合成が可能となる。特に箔のような薄い材料の接合に適用する事ができる

本発明の方法を実施するための装置の一例を示す図である。 本発明の方法における衝撃波の作用を示す図である。 本発明の方法を実施するための試料容器の構成を示す図である。 本発明の方法を実施するための装置の他の例を示す図である。 本発明の方法における衝撃波の作用を示す図である。

符号の説明

１ 反射板
２ 試料容器
３ 底板
４ 台座
５ 爆薬
６ 雷管
７ 容器
８ 合せ材
９ 飛翔板
１０ スペーサー
１１ 母材
１２ Ｖ字形の面
１３ 仮想反射面

Claims (5)

1. 爆薬若しくは電気エネルギーによって発生した水中衝撃波を利用して、材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法において、試料載置面に対して角度（α）をなすように配置された反射板と、該試料載置面と該反射板とが形成する開口部に配置され、該反射板と角度（β）をなすように配置された台座とからなる装置を用い、該角度（β）を鋭角とし、該試料載置面上に試料を載置すると共に、該台座の試料側に面した表面に衝撃波発生源を固定し、衝撃波を発生させ、台座によって衝撃波に方向性を与えて材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。
2. 爆薬若しくは電気エネルギーによって発生した水中衝撃波を利用して、材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法において、試料載置面に対して角度（α）をなすように配置された底板と、該試料載置面と該底板とが形成する開口部に配置され、試料側に面する表面が１８０°以内のＶ字形の面を有し、該Ｖ字形の面が試料載置面及び底板のそれぞれと角度（β、β’）をなす台座とからなる装置を用い、該試料載置面と該底板のそれぞれの面に試料を載置すると共に、該角度（β、β’）を鈍角とし、該台座の試料側に面した表面に衝撃波発生源を固定し、衝撃波を発生させ、台座によって衝撃波に方向性を与えて材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。
3. 前記台座のＶ字形の面に帯状爆薬を１８０°以内の角度になるように組み合わせることを特徴とする請求項２記載の材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。
4. 試料を底板に載置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。
5. 衝撃波発生源として爆薬を使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の材料を接合、圧着、被覆、固化または合成する方法。

Images