JP5204654B2

JP5204654B2 - 衝撃ターゲットカプセル及び衝撃圧縮装置

Info

Publication number: JP5204654B2
Application number: JP2008533130A
Authority: JP
Inventors: 秀治岩崎; 貴志池田; 秀昭藤原; 嘉久辻
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: CN101511462A; US8105060B2; JPWO2008029726A1; US20090232921A1; EP2075055A1; WO2008029726A1; EP2075055A4; KR20090057226A

Description

本発明は衝撃ターゲットカプセル及び衝撃圧縮装置に関する。さらに詳しくは、各部材に着脱自在可能に構成された衝撃ターゲットカプセル、及び該カプセルと一段式火薬銃とを組み合わせた衝撃圧縮装置に関する。本発明の衝撃ターゲットカプセルは各部材に着脱自在可能に構成されているので、衝撃に付した後、再度分解組立てを行うことにより、繰り返し使用可能であり、一段式火薬銃または一段式ガス銃と組み合わせ衝撃圧縮装置として好ましく使用される。

粉体に衝撃圧力を与え、瞬間的に温度上昇させて固体を成型することが一般に行なわれている。例えば、人工的にダイヤモンドを製造する方法（特許文献１）、酸化物超伝導体を製造する方法（特許文献２）、超磁歪素子を製造する方法（特許文献３）、磁石を製造する方法（非特許文献１）などがよく知られている。

しかしながら、ここに開示された方法には、衝撃を受ける試料を格納したターゲットカプセルについて殆ど説明がされていない。非特許文献１では衝撃を受ける試料を格納したターゲットカプセルとしてねじ込み式のターゲットカプセルを採用することが記載されているが、このような構造のターゲットカプセルは衝撃を受けた後はターゲットカプセルを破壊しなければ試料を取り出すことができないという問題がある。
特開平６−１３４２８４号公報特開平４−２０２０４５号公報特開平１１−１８９８５３号公報まてりあ第４４巻第４号２００５年２９６〜３０１頁

したがって、本発明の目的は、衝撃圧力を加えて物質の変性を行うにあたり、試料を容易に装填可能で、かつ衝撃圧力を加えた後でも試料を容易に取り出すことができ、しかも繰り返し使用が可能なターゲットカプセルを提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ね、本発明に到達した。すなわち本発明は、（Ａ）凸状の突起を有する台座と、（Ｂ）凸状の突起に嵌着されて試料装填部を形成する台座補助具と、（Ｃ）衝撃受部材とを含んでなる衝撃ターゲットカプセル、特に、本質的に、（Ａ）凸状の突起を有する台座と、（Ｂ）凸状の突起に嵌着されて試料装填部を形成する台座補助具と、（Ｃ）衝撃受部材とからなる衝撃ターゲットカプセルであって、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）が着脱自在に構成されていることを特徴とする衝撃ターゲットカプセルである。

また、本発明の別の発明は、（Ａ）凸状の突起を有する台座と、（Ｃ）衝撃受部材とを含んでなる衝撃ターゲットカプセル、特に、本質的に、（Ａ）凸状の突起を有する台座と、（Ｃ）衝撃受部材とからなる衝撃ターゲットカプセルであって、該衝撃受部材（Ｃ）の台座側は凸状突起に嵌着されて試料装填部を形成するように構成されており、（Ａ）および（Ｃ）が着脱自在に構成されていることを特徴とする衝撃ターゲットカプセルである。

そして、本発明のさらに別の発明は、上記衝撃ターゲットカプセルと一段式火薬銃または一段式ガス銃を含んでなる衝撃圧縮装置である。

本発明により、衝撃ターゲットカプセルを提供することができる。本発明の衝撃ターゲットカプセルによれば、試料を容易に装填可能で、かつ衝撃圧力を加えた後でも試料を容易に取り出すことができ、しかもターゲットカプセルは繰り返し使用が可能であるので、一段式火薬銃または一段式ガス銃と組み合わせて衝撃圧縮装置として好ましく使用される。

本発明のターゲットカプセルは、特に、飛翔距離２〜１５ｍ、飛翔速度５００〜２０００ｍ／秒の条件で一段式火薬銃を使用する場合や、飛翔距離２〜１０ｍ、飛翔速度５０〜１０００ｍ／秒の条件で一段式ガス銃を使用する場合の繰り返し使用に適している。衝撃圧は、飛翔体の材質にもよるが、通常、一段式火薬銃で１０〜５０ＧＰａ、一段式ガス銃で０．０１〜１５ＧＰａ程度発生する。

本発明の衝撃ターゲットカプセルの一例を示す概略図である。本発明の衝撃ターゲットカプセルの他の例を示す概略断面図である。台座補助具のない衝撃ターゲットカプセルの例を示す概略断面図である。本発明の衝撃ターゲットカプセルの他の例を示す概略図である。図４の概略断面図である。図５のＡ−Ａ矢視図である。図５のＢ−Ｂ矢視図である。図５のＣ−Ｃ、及びＤ−Ｄ矢視図である。図８のＥ−Ｅ矢視図である。

符号の説明

１台座
２凸状の突起
３台座補助具
４衝撃受部材
５空洞部
６モーメンタムトラップ
７台座
８衝撃受部材
９凸状の突起
１０台座補助具
１１保護リング
１２衝撃誘導部材
１３ボルト穴

本発明の衝撃ターゲットカプセルを図によって詳細に説明する。図１は本発明の衝撃ターゲットカプセルの概略図であり、本質的に、（Ａ）凸状の突起を有する台座１と、（Ｂ）凸状の突起２に隙間なく嵌着されて試料装填部を形成する台座補助具３と、（Ｃ）衝撃受部材４とから構成される。これらの形状はとくに限定されるものではないが、円形状のものが作製しやすく実用的であり、強度的にも優れているので円形状のものについて具体的に説明する。

本発明の衝撃ターゲットカプセルにおいて、（Ａ）凸状の突起を有する台座、（Ｂ）凸状の突起に隙間なく嵌着されて試料装填部を形成する台座補助具及び（Ｃ）衝撃受部材は着脱自在に構成される。台座の直径をＤ１、厚さをＬ１、突起の直径をＤ２、突起の高さをＬ２とした場合、実用的な一段式火薬銃または一段式ガス銃の大きさを考慮すると、通常Ｄ１は１０〜２００ｍｍ、Ｌ１は２〜２０ｍｍ、Ｄ２は８〜１６０ｍｍ、Ｌ２は２〜５０ｍｍ程度である。

台座補助具は、凸状の突起に隙間なく嵌着されて試料装填部を形成するものであり、台座補助具を用いることにより、試料の僅かな成型誤差に対応してターゲットカプセルを組み立てることができる。台座補助具は台座及び衝撃受部材と同じ材質とすることが好ましい。台座補助具の直径をＤ３、厚さをＬ３とした場合、Ｄ３は９〜１９０ｍｍ程度であるが、Ｄ３＜Ｄ１であることが好ましい。衝撃受部材は、必要に応じて空洞部５を有しており、Ｌ４は通常２〜６０ｍｍ程度である（空洞部５を設ける場合、その厚さＬ５は通常５９ｍｍ以下である）。試料を装填するためにはＬ３＞Ｌ２であり、試料の厚みはＬ３−Ｌ２によって決められる。

台座補助具の厚さＬ３は、飛翔体によって与えられる衝撃に耐えることができれば、特に制限されるものではないが、厚さがあまり薄すぎると、機械的強度の問題があり、また厚さがあまり厚すぎると、ターゲットカプセルの重量が著しく増加することにより操作性が低下するので、３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲とするのが好ましく、５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲とするのがより好ましい。

試料の厚みは、与える衝撃力に依存するので一概には決められないが、あまり厚すぎると試料に均質に衝撃が加わらないため好ましくない。試料の厚みは、通常、衝撃波を与える飛翔体の与衝撃面の厚み程度にするのが好ましく、０．０１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲とするのが好ましい。０．０２ｍｍ〜１８ｍｍの範囲がさらに好ましい。

試料は、充填する厚みにタブレット化されて装填される。タブレットの成型方法は特に限定されないが、突起部及び台座補助具と密着して装填されるような形状に形成することが必要である。タブレットの底面積は突起部の面積と概略同じであるが、あまり大きいと衝撃波が伝わらない部分が発生し、試料の均質性が損なわれる恐れがあるため、通常は飛翔体の与衝撃面の面積と同程度か、それよりも若干小さくなるように構成するのがよく、飛翔体の与衝撃面の面積の３０〜１００％とするのが好ましい。４０〜９０％とするのがより好ましく、試料の均質性を考慮して、５０〜８０％とするのがさらに好ましい。

試料は、突起部や台座補助具と密接に接触した形で装填される。例えば図１に示すように、Ｌ３−Ｌ２と突起に嵌着された台座補助具とで形成されるリング状の空間に収めて装填される。図２は台座１、台座補助具２及び衝撃受部材３から構成されたターゲットカプセルの別の例を正面から見た断面図であり、衝撃受部材は空洞部５を有する。図２では、試料の厚みはＬ３−Ｌ２＋Ｌ５によって決められる。

図３は台座補助具のないターゲットカプセルの例であり、衝撃受部材に空洞部を有する例である。この場合、試料はＬ５−Ｌ２と空洞部５で形成される空間部に装填される。

衝撃受部材の直径をＤ４、厚さをＬ４とした場合、Ｄ４＞Ｄ３であることが好ましいが、衝撃受部材の厚さは、あまり薄すぎると飛翔体の衝突による衝撃に耐えられない恐れがあり、またあまり厚すぎると重量の点で好ましくないので、通常、０．１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲、より好ましくは０．２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲に作製される。

空洞部を有する衝撃受部材において、Ｌ４−Ｌ５は飛翔体衝撃面の材質及び厚みに依存するので一概には決められないが、この厚さをあまり厚くすると、衝撃波の拡散が起こりやすく、またあまり薄くすると、衝撃波により破壊されることにより、試料を回収できなくなることがある。衝撃受部材が飛翔体衝撃面の材質と同じ場合は飛翔体衝撃面の厚さと同じか、薄くするのがよい。このような観点から、Ｌ４−Ｌ５の厚さは飛翔体衝撃面の厚さの２０％〜１２０％とするのが好ましく、４０％〜１１０％とするのがより好ましい。

衝撃受部材の材質よりも飛翔体衝撃面の材質が硬い場合は、衝撃により衝撃受部材がより破壊されやすくなるため、飛翔体衝撃面の厚さの５０％〜１４０％とするのが好ましく、６０％〜１２０％とするのがより好ましい。

衝撃受部材と台座補助具とは一体化されていても、分離されていてもよい。衝撃受部材の直径Ｄ４が、衝撃受部材の断面積が飛翔体の断面積よりも大きくなるようにすることが望ましく、飛翔体断面積の１〜3倍、好ましくは１〜２倍の範囲に設定される。

図４は別のターゲットカプセルの例であり、左側から組立て順に解体した概略図である。図４において、６はモーメンタムトラップであり、衝撃圧縮の際に生じた運動量を周囲へ飛散させ、ターゲットカプセルの破壊を防止する役割をする。７は台座であり、８は衝撃受部材であり、図４の態様では台座７及び衝撃受部材８は同じ形状であり、一対の部材を構成している。これら一対の台座及び衝撃受部材と、各台座及び衝撃受部材に設けられた凸状の突起９に嵌着される台座補助具１０とで試料装填部を形成する。組み合わされた一対の台座及び衝撃受部材と台座補助具は、さらに保護リング１１で嵌合される。保護リングは、衝撃受部材が受けた衝撃により衝撃受部材が横方向に広がり、衝撃波が拡散するのを防ぐ。

図５は図４の概略断面図であり、図６及び図７は各々図５のＡ−Ａ矢視図及びＢ−Ｂ矢視図である。図４または図５において、衝撃受部材８は直接飛翔体からの衝撃を受ける。１２は衝撃誘導部材であり、火薬または火薬銃もしくは軽ガス銃で発生する衝撃波が通過するときに妨げとなるガスを逃がすためのガス開放口および／またはガス開放溝を備えるのが好ましい。図５、図８、図９は、衝撃誘導部材の台座側表面に８本の溝を放射状に設けるとともに、それらに平行して、衝撃誘導部材の内側を衝撃波が通過するときに妨げとなる不要なガスを内側から外へ逃がすための貫通口が放射状に設けられた例である。溝や貫通口は衝撃波を開放するために設けられるので形状、大きさにはとくに制限はない。１３はボルト穴であるが、モーメンタムトラップに設けられたボルト穴は、一対の台座及び衝撃受部材と台座補助具で構成される試料装填部に試料を装填し、ボルトで緊結した際に飛び出したボルト部分を格納する役目をする。

台座の直径、厚さ、突起の直径、突起の高さについては図１で述べたとおりであり、一対の台座及び衝撃受部材と、各台座に設けられた凸状の突起に嵌着される台座補助具とで試料装填部を形成できればとくに制限されない。図４〜図９は概略を示した図であり、モーメンタムトラップ及び保護リングについてもとくに制限はない。

本発明において、台座、台座補助具及び衝撃受部材の材質は、衝撃波に耐え得るものであれば特に制限されないが、通常は、普通鋼、合金鋼、鋳鉄、ステンレス、耐熱鋼、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、コバルト合金などが使用される。衝撃力を高めるために、タングステンを使用する場合もある。高価な材質を使用する場合には、衝撃面だけに使用しても構わない。加工のし易さから、鉄などの構造用圧延鋼材や真鍮などの銅合金を使用することが多い。

試料は、突起部や台座補助具と密着して設置されるが、試料と接触する器具の表面をコーティングすると、器具の表面の材料に由来する鉄などの金属が不純物として混入するのを防ぐことができ好ましい。コーティングに使用される材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール共重合体などの水酸基含有ポリマー、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素ポリマーなどの有機高分子化合物、シリカ、アルミナ、チタニアなどの金属酸化物、銅、アルミニウム、亜鉛、銀、金などの金属を使用することができる。

コーティングの方法は特に限定されないが、溶液を塗布して乾燥する方法、ゾル溶液を塗布して乾燥する方法、フィルム、箔を用いる方法、材料粒子を溶射などの方法で製膜する方法などを用いることができる。コーティングの厚みとしては、用いる衝撃によって異なるが、通常、１μｍ〜１ｍｍの範囲、コーティングの強度、衝撃力の減衰などを考慮して１０〜８００μｍ、より好ましくは、２０〜７００μｍの範囲である。

台座、台座補助具及び衝撃受部材は、衝撃波が水平に伝播されるように図に示すように中心軸が一致するように配され、一段式火薬銃または一段式ガス銃から発射された飛翔体が衝撃受部材にほぼ直角に激突することによって衝撃波が試料に伝播される。これらのいずれか一つでも中心軸が一致しないように配されると、衝撃波が水平に伝播されず、拡散してしまうため好ましくない。台座、台座補助具及び衝撃受部材は試料を装填した後、ボルトなどで緊結して使用される。以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１
図２において、Ｄ１＝６０ｍｍ、Ｄ２=２０ｍｍ、Ｄ３＝５０ｍｍ、Ｄ４＝６０ｍｍ、Ｌ１=１０ｍｍ、Ｌ２＝１１ｍｍ、Ｌ３＝１２ｍｍ、Ｌ４=４ｍｍ、Ｌ５=２ｍｍとなるように鉄製（ＳＳ４００）のターゲットカプセルを作製した。図示していないが、台座１及び衝撃受部材４は各部材の周縁部間を複数のボルトで緊結可能になっており、台座補助具３が台座１及び衝撃受部材４の間に挟まれて固定される構造になっている。図１及び２において二点鎖線は周縁部のボルトの配置を示す。

堺化学製の六方晶系硫化亜鉛ＲＡＫ−ＬＣを油圧成型機（ＲＩＫＥＮＳＥＩＫＩ製ＲＩＫＥＮＰＯＷＥＲＰ−１Ｂ−０４１）を用い、１ｋｇ／ｃｍ²の圧力下で直径２０ｍｍ、厚さ３ｍｍのタブレット（重量３ｇ）に成型した。

作製したターゲットカプセルに上記六方晶系硫化亜鉛タブレットを挿入し、ターゲットカプセルを組み立てた。株式会社ジー・エム・エンジニアリング製の衝撃波発生装置ＴＹＰＥ２０に装着し、２ｍの飛翔距離をとり、ＡＢＳ製飛翔体（衝突面銅製・厚さ２ｍｍ、直径４０ｍｍ）を真空下５００ｍ／秒の速度でターゲットカプセルに衝突させた。衝突後、ターゲットカプセルを回収し、接合部を外して硫化亜鉛タブレット３ｇを回収した。回収した硫化亜鉛をＩＣＰ分析により分析したところ、ターゲットカプセルの内面に由来する鉄の含有量は２０１２ｐｐｍであった。上記衝突を繰り返し行なったが、ターゲットカプセルは繰り返し使用可能であった。

実施例２
図３において、Ｄ１＝６０ｍｍ、Ｄ２＝２０ｍｍ、Ｄ４＝６０ｍｍ、Ｌ１=１０ｍｍ、Ｌ２＝７ｍｍ、Ｌ４＝１２ｍｍ、Ｌ５=１０ｍｍのターゲットカプセルを使用する以外は実施例１と同様にして衝突を繰り返し行なったが、ターゲットカプセルは繰り返し使用可能であった。図示していないが、台座１及び衝撃受部材４は各部材の周縁部間を複数のボルトで緊結可能になっている。図３において二点鎖線は周縁部のボルトの配置を示す。

実施例３
実施例１で使用したターゲットカプセルの硫化亜鉛と接触する部分を、ファインケミカルジャパン株式会社製のファイン耐熱ＴＦＥコートを使用し、ポリテトラフルオロエチレンを均質にスプレーする操作を５回繰り返し、スプレー後２００℃にて、３時間熱硬化を行ない、皮膜厚さ１１μｍのコーティングを行った。実施例１と同様に衝撃波を加え、硫化亜鉛タブレット３ｇを回収した。回収した硫化亜鉛をＩＣＰ分析にて分析したところ、鉄の含有量は１１ｐｐｍであった。

実施例４
実施例１で使用したターゲットカプセルの硫化亜鉛と接触する部分を、ポリビニルアルコールの４０μｍフィルムで覆い、実施例１と同様に衝撃波を加え、硫化亜鉛タブレット３ｇを回収した。回収した硫化亜鉛をＩＣＰ分析にて分析したところ、鉄は検出されなかった。

実施例５
直径１１０ｍｍ、厚さ１６ｍｍのモーメンタムトラップ６、直径１００ｍｍ、厚さ８ｍｍの円盤の中心に直径４０ｍｍ、高さ３ｍｍの凸状の突起９を有し、突起９の周囲に深さ５ｍｍ幅１０ｍｍの環状溝を設けた一対の台座７及び衝撃受部材８、該環状溝に嵌着される直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの台座補助具１０、外径１１０ｍｍ、内径１００ｍｍ、厚さ１６ｍｍの保護リング１１、外径１００ｍｍ、内径４０ｍｍの穴空き円盤の表面に幅１３ｍｍ、深さ５ｍｍの溝を放射状に設け、かつ放射状溝に平行して、穴あき円盤の内側から外へ貫通する直径１０ｍｍ、長さ約３０ｍｍの貫通口を放射状に設けた衝撃誘導部材１２から構成される図４に示すような鉄製（ＳＳ４００）のターゲットカプセルを準備して組み立て、一対の台座及び衝撃受部材と台座補助具で構成される試料装填部に試料を装填し、ボルトで緊結した。実施例１と同様にして衝突を繰り返し行ったが、ターゲットカプセルは繰り返し使用可能であった。また、回収した硫化亜鉛３ｇをＩＣＰ分析にて分析したところ、鉄の含有量は２３３４ｐｐｍであった。

実施例６
実施例５で使用したターゲットカプセルの硫化亜鉛と接触する部分を、厚さ２μｍの銅箔を貼り付け、実施例５と同様に衝撃波を加え、衝突を繰り返し行ったが、ターゲットカプセルは繰り返し使用可能であった。また、回収した硫化亜鉛３ｇをＩＣＰ分析にて分析したところ、鉄は検出されなかった。

本発明により、着脱自在に構成された衝撃ターゲットカプセルを提供することができる。かかるターゲットカプセルによれば、衝撃に付した後、再度分解組立てを行うことにより、繰り返し使用することが可能であり、一段式火薬銃と組み合わせ衝撃圧縮装置として好ましく使用される。

Claims

（Ａ）凸状の突起を有する台座と、（Ｂ）台座の凸状の突起に嵌着されて試料装填部を形成する台座補助具と、（Ｃ）台座補助具側の中心に、台座の凸状突起の断面積と等しい断面積の非貫通空洞部を有する衝撃受部材とを含んでなる衝撃ターゲットカプセルであって、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）が着脱自在に構成されていることを特徴とする衝撃ターゲットカプセル。
（Ｃ）衝撃受部材が凸状の突起を有し、（Ａ）台座及び（Ｃ）衝撃受部材の凸状の突起に嵌着される台座補助具が試料装填部を形成する請求項１に記載の衝撃ターゲットカプセル。
（Ａ）台座及び（Ｃ）衝撃受部材が同一形状である請求項２に記載の衝撃ターゲットカプセル。
さらに、内側に衝撃波を通過させる衝撃誘導部材を設けた請求項１〜３いずれかに記載の衝撃ターゲットカプセル。
該衝撃誘導部材が、衝撃波が通過するときに妨げとなるガスを逃がすためのガス開放口および／またはガス開放溝を備えた請求項４記載の衝撃ターゲットカプセル。
請求項１〜５いずれかに記載の衝撃ターゲットカプセルと、一段式の火薬銃またはガス銃、または火薬を含んでなる衝撃圧縮装置。