JP2932901B2 - 爆轟による表面形状転写方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は簡便に高圧の衝撃液圧ま
たは弾圧が得られる爆轟による表面形状転写方法及びそ
のための装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来のプレス成形機で被加工部材たる板材
に微小凹凸（例えば、板厚の１／２程度の寸法の凹凸）
を転写しようとすると、金型（ポンチ及びダイス）の製
作、修正などが難しく、又、金型の位置合せに手間がか
かる等の問題がある。

【０００３】一方、一般の液圧プレスで同様に微小凹凸
を転写しようとすると、被加工部材に加わる面圧が低い
ことなどにより、十分な転写性が得にくい。

【０００４】ところで、一方の面が成形型で支持された
板材等の被加工部材の他方の面に衝撃液圧を作用させて
行う加工法を適用して微小凹凸転写することも考えられ
るが、この場合、瞬時ではあるが極めて高い圧力のもと
に加工されるのが好ましい。

【０００５】本発明が対象とする上記の加工のための衝
撃高圧を得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。

【０００６】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。

【０００７】そこで、これらの問題を解決するものとし
て、出願人は、例えば特開平０４−３７１３２７に開示
されている爆轟液圧による成形装置を提案した。

【０００８】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。そして液圧室に金型を有する加工室を設
け、該金型の上に板材等の被加工部材を配することとし
ている。そして、この装置では被加工部材を金型に圧し
て加工を行っている。なお、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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
プレス成形機または液圧プレスにて微小凹凸の転写を行
う場合、金型の製作工期が長いこと、コストが高いこと
などの問題がある。また、衝撃成形法を適用して極薄板
の転写を行う場合には、素材自身の剛性が弱いため、成
形時に跳ね返りが起こり転写性が悪くなる問題がある。

【００１０】また、被加工部材が置かれている空間（特
に、被加工部材と金型の間）は真空状態で転写されるの
で、転写表面が鋭い形状をなしている場合には、転写
後、加工室を大気開放すると、加工品（転写後の被加工
部材）と金型とが密着状態となり、はがしにくくなる。
また、微小凹凸形状の転写の場合、加工量（変形量及び
加工面積）が小さいため衝撃高圧の大部分が金型を支持
している構造体に作用し、装置に過大な力が加わる場合
がある。しかし、衝撃圧はある程度以上高くしないと、
底Ｒ等の転写性を確保するのが難しい。これらの問題
は、被加工部材に加えられた衝撃エネルギーの大部分が
加工面で反射し、一部しか加工に使われていないことに
起因している。

【００１１】すなわち、上記従来の爆轟液圧による成形
装置では、図７に示されるごとく、圧力室５１が金型上
の被加工部材Ｐに向け次第にその断面積が広がるように
形成されているので、燃焼室の収束部５２で高圧となっ
た圧力波５３は図８（Ａ）〜（Ｃ）のごとく被加工部材
Ｐに衝突後反射を繰り返して被加工部材Ｐに衝撃圧を加
える際に、反射の都度、上記広がり形状の圧力室の内壁
で干渉し合い、その衝撃圧は図９に見られるように急激
に減衰する。換言すれば、エネルギーが有効に使われて
おらず、したがって十分なる加工圧を得るには最初の衝
撃圧をきわめて大きいものとしなければならなくなる。

【００１２】本発明は、かかる従来の方法及び装置にお
いてかかえていた問題を解決し、転写性の良い、簡単か
つ安価に微小凹凸形状を転写することのできる爆轟によ
る表面形状転写方法及び装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、表面形状転写方法に関して、燃焼室内で可燃性混
合気を着火することにより発生するデトネーション波を
その進行と共に収束し、収束部で得られる高圧を直接も
しくは交換可能な媒体を介して液体または弾性体から成
る圧力媒体に伝達して液圧または弾圧に変換し、該液圧
または弾圧により膜体を介しもしくは直接に、被加工部
材を微小凹凸表面が形成された成形型に圧して上記被加
工部材に上記微小凹凸表面を転写する爆轟による表面形
状転写方法において、被加工部材の圧力媒体側の面に補
強板を接面せしめて剛性を上げ、転写加工後に該補強板
を取り外すことにより達成される。

【００１４】また、上記方法を実施するための装置に関
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圧力
媒体を収容せる圧力室と、該圧力室に連通せる加工室と
を備え、該加工室には膜体を介してもしくは直接圧力を
受ける被加工部材を支持し、表面に微小凹凸形状を有す
る成形型が収容されている爆轟による表面形状転写装置
において、圧力室が上流から下流まで同一断面形状であ
ることにより達成される。

【００１５】

【作用】かかる本発明の方法にあっては、爆轟により得
られた圧力は、収束されて高圧衝撃圧となって圧力室に
伝播され、圧力媒体を経て被加工部材に達する。被加工
部材はこの高圧衝撃圧を受けて微小凹凸転写用成形型に
圧して転写が行われる。このとき、被加工部材が極薄板
の場合は、補強板を重ねて、すなわち、被加工部材にこ
の補強板を接面せしめて成形することにより剛性を上
げ、成形型からの跳ね返りを押さえそして局部的な破壊
を防止する。また、上記極薄板の場合、成形型に強く喰
い込んでしまうことがあるので、そのときには、転写
後、加工品と金型との間に空気などを圧送し、加工品を
成形型から浮かせることにより容易に取り出すことがで
きる。

【００１６】本発明装置では、圧力室は圧力波の進行方
向のどの位置でも断面形状が同一であり、反射波は減衰
しにくい。したがって、衝撃高圧が繰り返し加工圧とし
て有効に作用する。そのため、燃焼室での爆轟の圧力は
従来のものにくらべ低くてよい。

【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、図２は図１装置の加工室の拡大縦断面図である。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。

【００１９】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内の圧力を確認するための圧力計で
ある。

【００２０】上記燃焼室１の下端部１Ｂは開口されてお
り、ここに圧力室１２が接続され、そしてその直下に衝
撃圧力を使用する加工室１３が設けられている。該圧力
室１２は筒状をなし、上下方向のどの位置での横断面も
同一となるように形成されている。上記圧力室１２には
圧力媒体としての液体又は弾性体が収容されている。上
記圧力媒体の上端面は図のごとく上記燃焼室１の下端部
１Ｂに直接面していてもよいし、また、強靱かつ変形自
在な膜体で界面を形成していてもよい。

【００２１】上記加工室１３の内部には、成形型１６が
交換可能に収容され、該成形型１６の表面は転写のため
微小凹凸形状が形成されている。上記加工室１３は必要
に応じ、上記圧力室１２との間にて、例えば両者のフラ
ンジの間で、転写を受けるべき被加工部材としての板材
等Ｐの周縁を保持することもできる。上記加工室１３に
は、上記成形型１６を貫通して該成形型１６と被加工部
材Ｐとの間の空隙を真空とするための真空ポンプ装置１
７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。また、上記成形型１６上の
上記空隙に空気を圧送するための加圧装置２０も三方弁
１９を介して接続されている。

【００２２】かかる本実施例装置において、高圧弾圧の
発生そしてこれを利用した微小凹凸転写加工は次のごと
くなされる。

【００２３】先ず、加工を受けるべき板材Ｐを成形型
１６上にセットする。この板材Ｐが極薄板でしかも転写
形状に鋭い部分があるときには、図２のごとく、板材Ｐ
の上に適宜厚さの補強板２２を配する。なお、加工後補
強板と板材とを分離しやすくするため、これらの境界面
に液体等の剥離剤を薄く塗布しておいてもよい。

【００２４】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、これとともに、三方弁１９を真空
引きに切り換えて成形型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。

【００２５】しかる後、圧力室１２内に液体又は弾性
体が充填され、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。

【００２６】かかる設定の完了後、着火装置６によっ
てそれらの点火栓５を同時に作動させる。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１
Ａに達する。

【００２７】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。

【００２８】上記燃焼室１の下端部１Ｂの開口部に
は、圧力室１２内の圧力媒体の上端面が臨んでいるた
め、上記高圧は圧力媒体へと伝播され、膜体を介して又
は直接に板材Ｐを加工室１３の成形型１６に対して等圧
で圧して転写が行われる。上記圧力室１２内での高圧な
圧力波２１は、図３のごとく被加工部材Ｐに向け伝播さ
れるが、被加工部材Ｐに到達後は図４（Ａ）〜（Ｃ）に
見られるように反射を繰り返してその都度被加工部材Ｐ
に衝撃圧を印加する。その衝撃圧は、圧力室が筒状で断
面形状がどこでも同一なので圧力波の進行における圧力
室の側壁面での干渉が殆どなく、図５のごとく二回目以
降も急激に減衰することはない。したがって、加工に有
効な衝撃圧が繰り返し連続的に被加工部材Ｐに作用す
る。

【００２９】上記転写工程において、被加工部材Ｐが極
薄板であるときには、補強板２２により加工度の大きい
鋭い形状部分にあっても亀裂が生じにくい。

【００３０】しかる後、三方弁１９を加圧用に切り換
えて加圧装置２０により成形型１６と被加工部材Ｐとの
間に空気を圧送した後、転写品としての板材Ｐをとり出
すと共に、上記〜の工程を繰り返すことによって、
次々と製品の加工を行うことができる。

【００３１】次に、図６にもと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
例装置と共通部分には同一符号を符してその説明は省略
する。

【００３２】本実施例では、燃焼室１’は半径方向に拡
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ってその断
面積が減ずる形になっている。

【００３３】かかる本実施例装置によれば、装置寸法を
高くできない場合に都合がよい。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に向って進行する。その進行の際、断面
積の減少に伴い圧力はきわめて高くなる。そして、その
高圧は圧力室１２内の圧力媒体に伝播され、加工室１３
にて板材Ｐを転写用の成形型１６に圧して転写加工が行
われる。

【００３４】なお、本発明では、圧力波が反射を繰り返
しても減衰しにくいので、これらの反射波を転写成形に
有効に活用でき、したがって、最初の衝撃圧、すなわち
爆轟圧を従来の方法の場合よりも高くする必要がない。
ところで、本発明装置の場合、到達圧力が高いにもかか
わらず、その持続時間がきわめて短い（長くても数十μ
ｓ）ため、転写用の成形型も金型とする必要もなく、彫
刻のし易い比較的軟らかい材料でも製作が可能である。
例えば、既製の物品の表面の微小凹凸形状の転写を行う
場合、該物品の表面に氷を氷結させ、これを成形型とす
ることもでき、きわめて安価かつ容易な方法で転写が可
能となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上のごとく、爆轟による高衝
撃圧力により微小凹凸形状を被加工部材に転写させるよ
うにしたので、その方法にあっては、被加工部材が極薄
板であっても微小凹凸形状の転写が可能となると共に、
装置にあっては、必要エネルギーの低減化を図れ、かつ
装置の簡単化が図れる。

【００３６】すなわち、本発明はその方法にあって、被
加工部材たる極薄板に対して補強板を接面配置して用い
ることにより、従来の方法に比して、局部的な亀裂を生
ずることなく転写が行えると共に、衝撃圧力のレベル
は、爆轟装置の初期充填ガス圧に依存しているので、圧
力制御性に優れており、被加工部材の寸法や形状に応じ
た適当な転写条件の設定が容易に行えるという効果を得
る。

【００３７】さらには、本発明装置にあっては、圧力室
を筒状にし衝撃高圧の反射を有効利用することにより、
複数回の微小変形の積み重ねにて所定の加工が可能とな
り、これに伴って、最高圧を低く抑え、かつ転写性の優
れた加工が行えることになる。又、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、また、膜体を介して被加工部
材に圧力波を伝達させる方式を採用すれば被加工部材な
どのハンドリングが容易となり、連続的に加工を行うこ
とができて量産システムへの転用が図れるという効果を
も得る。

【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】図１装置の加工室の拡大縦断面図である。

【図３】図１装置の圧力室内での圧力波の伝播の様子を
示す図である。

【図４】図１装置の圧力室内での圧力波の反射の様子を
示す図である。

【図５】図１装置で被加工部材に印加される繰り返し衝
撃圧の減衰の様子を示す図である。

【図６】本発明の第二実施例装置の縦断面図である。

【図７】従来装置における円錐状の圧力室内での圧力波
の伝播の様子を示す図である。

【図８】図７装置の圧力室内での圧力波の反射の様子を
示す図である。

【図９】図７装置の圧力室の場合の被加工部材に印加さ
れる繰り返し衝撃圧の減衰の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ 燃焼室 １Ａ 一端部 １Ｂ 他端部 ４ 着火室 ５ 点火栓 １２ 圧力室 １３ 加工室 １６ 転写用成形型 ２０ 加圧装置 ２２ 補強板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21D 22/02 B21D 26/08 B30B 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内で可燃性混合気を着火すること
   により発生するデトネーション波をその進行と共に収束
   し、収束部で得られる高圧を直接もしくは交換可能な媒
   体を介して液体または弾性体から成る圧力媒体に伝達し
   て液圧または弾圧に変換し、該液圧または弾圧により膜
   体を介しもしくは直接に、被加工部材を微小凹凸表面が
   形成された成形型に圧して上記被加工部材に上記微小凹
   凸表面を転写する爆轟による表面形状転写方法におい
   て、被加工部材の圧力媒体側の面に補強板を接面せしめ
   て剛性を上げ、転写加工後に該補強板を取り外すことを
   特徴とする爆轟による表面形状転写方法。
2. 【請求項２】 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
   圧力媒体を収容せる圧力室と、該圧力室に連通せる加工
   室とを備え、該加工室には膜体を介してもしくは直接圧
   力を受ける被加工部材を支持し、表面に微小凹凸形状を
   有する成形型が収容されている爆轟による表面形状転写
   装置において、圧力室は上流から下流まで同一断面形状
   であることを特徴とする爆轟による表面形状転写装置。
3. 【請求項３】 転写加工後に被加工部材と成形型との間
   に気体を注入するために成形型に圧送通路が形成され、
   該圧送通路に加圧装置が接続されていることとする請求
   項２に記載の爆轟による表面形状転写装置。