JPH05285548A - 爆轟弾圧発生方法及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 爆轟によるガス圧を弾圧に変換する方法及び
そのための装置を提供することを目的とする。 【構成】 燃焼室１は火炎の進行につれて断面積が一端
部１Ａから次第に小さくなるように設定され、他端部１
Ｂでは最小断面積をもつ収束部が形成され、他端部１Ｂ
の開口に、弾性体を収容せる弾圧室１２が臨んでいる。
燃焼室１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１Ｂではきわめて高い
圧力となる。この高圧は弾圧室１２内の弾性体に伝達さ
れる。弾圧室１２には成形室１３が連通して設けられ、
該成形室１３内に被成形部材Ｐを支持する成形用金型１
６が収容されている。上記弾圧室１２の形状・寸法ある
いは弾性体の物性が適宜変更可能となっている。

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で所望波形の
衝撃弾圧を得られる爆轟弾圧発生方法及びそのための装
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。

【０００３】従来、衝撃液圧発生技術として知られてい
る手法は次のごとくである。

【０００４】例えば、先ず第一に、加圧用の水等の液体
中に弾丸を打ち込んで、衝撃液圧を液体中に発生させ、
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衝撃液圧発生装置が特開平０１
−１５７７２５号にて提案されている。

【０００５】また、第二には、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
三次元成形を行う爆発成形装置も知られている。この装
置は主として大型部品の成形に利用されている。

【０００６】さらには第三として、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
こととした装置も知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第一ないし第三の装置による衝撃液圧発生の手法にあ
っては、共通のあるいはそれぞれ固有の問題を次のごと
く有している。

【０００８】液圧室の形状または寸法は、エネルギ源
（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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】到達圧力の大幅な変更が難しいこと。

【００１２】液圧室内で発生した圧力波の一部しか有
効利用されないこと（エネルギの利用効率が低いこ
と）。

【００１３】液圧室内壁や被加工面で生成した反射波
を積極的に有効利用できる構造となっていないこと。

【００１４】圧力媒体としての液体の使用量が多いこ
と。圧力媒体としての液体自身の蒸気圧以下に真空引
きできないこと。

【００１５】加工物が圧力媒体としての液体と直接接
触するため、加工後、加工物表面の該液体を除去しなけ
ればならない場合がある。

【００１６】すなわち、上述の第一の手法にあっては、
，，，，そして、第二の手法では〜そ
して、第三の手法では〜，，そしての欠点
を有している。

【００１７】本発明は、上述の従来技術における諸問題
を解決し、安全でかつ確実に衝撃弾圧の発生パターンを
制御するための方法及び及びそのための装置を提供する
ことを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、爆轟弾圧発生方法に関し、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
能な媒体を介してゴム状の弾性体に伝達して弾圧に変換
する方法において、弾性体を収容せる弾圧室の形状・寸
法または弾性体の物性を変更して異なるパターンの弾圧
を発生させることにより達成される。

【００１９】また、上記方法を実施するための装置は、
一端部から他端部へ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、上記燃焼室の最小断面積部たる
他端部の開口に接続されかつ内部にゴム状の弾性体を収
容せる弾圧室とを備え、該最小断面積部に交換可能なノ
ズルが設置されていることにより得られる。

【００２０】かかる本願発明では、上記弾圧室におい
て、燃焼室と接続される開口部のノズル径を変更できる
構造とし、弾性体を収納する容器の形状・寸法を被加工
物に合った形状（例えば円錐・角錘等）にし、かつ容器
内の弾性体の物性値を変更することにより用途に適合す
る種々の弾圧発生パターンが得られる。

【００２１】一方、上記弾圧室内の弾性体が交換可能な
膜体を介して燃焼室内のガスと接しているようにするな
らば、必要に応じて該膜体のみを交換することが可能と
なる。

【００２２】また、最小断面積部にて燃焼ガスと弾性体
または膜体とが接するようにすると、常時、燃焼ガスか
ら弾性体への圧力波の透過率を最大に維持することが可
能となる（燃焼ガスの圧力が高いほど該透過率が高くな
る）。

【００２３】また、該最小断面積部から下流における通
路断面積が連続的に増加または一定となる側壁が設置さ
れているようにすると、内壁面の不連続部（エッジ部）
での新たな衝撃波の生成等の現象が起こらず、衝撃波の
伝播に伴う壁面でのエネルギ損失を小さく抑えることが
可能となる。

【００２４】また、該通路断面積の増加率が単調に増加
するように弾圧室の壁面形状を設定した場合（例えば、
弾圧室形状を下流に向け拡がる円錐形に設定した場
合）、弾圧室内を伝播する衝撃波前面はほぼ球面形状を
維持したまま伝播することになる。そして、例えば、弾
圧室の加工位置に水平に被加工用薄板を設置すると、衝
撃波が球面波であるために、この板に対して、中央部か
ら外周部に移動する衝撃荷重を付加することが可能とな
る。一方、衝撃波の伝播方向に対して該通路断面積を連
続的に増加後に該断面積が一定値となるように設定した
場合には、断面積が一定な部分において、壁面との干
渉、衝撃波面内でのエネルギ交換などが起こり、衝撃波
は球面状から平面状に交換される。そして、この場合、
例えば弾圧室の加工位置に水平に設置された被加工板に
対しては、板全面に同時に衝撃荷重を付加することが可
能となる。

【００２５】さらに、弾圧室内の圧力媒体が膜体を介し
て被加工物と接するようにすると、該圧力媒体の一部が
流体であっても加工物に直接接触することはなく、かつ
弾圧室内への該流体の注入作業を加圧下で実施したりあ
るいは加工室や被加工物の取付け・取外し作業と該注入
作業とを平行して実施することが可能となる。したがっ
て、加工物のハンドリングが容易となる。

【００２６】なお、上で述べた弾圧室を設置した場合、
衝撃波が加工面に衝突した際に生成された反射波は、逆
戻りしてノズル部まで収束したのち燃焼室側の開放端
（ノズル部）で反射し、再度加工面に向かって伝播する
ため、反射波を再加工用として有効利用することが可能
となる。すなわち、加工物からの不均一な反射波を一箇
所に集めることによって、新たな衝撃波を再生し、これ
を加工用の波として利用することが可能となる。

【００２７】

【作用】かかる本発明において、爆轟弾圧は次の要領で
得られる。

【００２８】先ず、互いに連通せる燃焼室、誘導路そ
して着火室にほぼ理論混合比の可燃性混合ガスを充填す
る。

【００２９】次に、着火室にて着火を行う。

【００３０】着火すると火炎は爆轟（デトネーショ
ン）により誘導路を経て燃焼室内を進行する。その際、
各誘導路は等しい路程となっているので、燃焼室の一端
部には各誘導路を経由して伝播してきた火炎が同時に到
達する。

【００３１】燃焼室では、上記火炎は他端部に向け伝
播するが、燃焼室はその通路断面積が他端部に向け減少
するので、火炎の圧力は上昇し他端部にて最大値にな
る。該他端部の開口には弾圧室が直接もしくは膜体を介
して接続されて弾性体の端面が該開口に臨んでいるの
で、上記圧力は弾圧室内の弾性体に伝達される。その場
合、最小断面積部となる他端部より下流に形成される弾
圧室の形状・寸法そして弾性体の物性の変更等により上
記弾圧のパターンを被加工物に適した形に変えることが
できる。

【００３２】上記弾圧室内の弾性体の圧力は直接ある
いは膜体を介して金型上の被加工部材を金型に圧して加
工がなされる。

【００３３】

【実施例】以下、添付図面にもとづいて本発明の実施例
を説明する。

【００３４】図１は本発明の一実施例装置の縦断面図で
ある。図において、１は燃焼室で、下方に向け円錐状を
なし横断面における断面積は上端部１Ａで最大、下端部
１Ｂで最小となって収束部を形成するようになってい
る。

【００３５】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に集束せられている。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。

【００３６】上記燃焼室１の下端部１Ｂは開口されてお
り、ここに弾圧室１２が接続され、そしてその直下に弾
圧使用の一例として成形装置１３が設けられている。上
記弾圧室１２には圧力媒体としてのゴム等の弾性体が収
容されているが、その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、強靭かつ変形容易な膜
体で界面を形成していてもよい。

【００３７】上記成形装置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、上記弾圧室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の周縁を保持することもできる。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。

【００３８】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成形は次のごとくになされ
る。

【００３９】先ず、成形すべき板材Ｐが金型１６上に
セットされる。

【００４０】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。

【００４１】しかる後、着火室４、分散室３、誘導路
２そして燃焼室１内には、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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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’がセットされ弾圧室１２内
の弾性体の端面が臨んでいるため、上記高圧は該端面か
ら弾性体中へと伝播され、板材Ｐを金型１６に対して等
圧で圧し成形が行われる。

【００４５】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、
次々と成形を行うことができる。

【００４６】なお、本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、他の種の加圧、あるい
は駆動源等としての他の分野においても広く利用可能で
ある。

【００４７】本発明においては、燃焼室に充填する可燃
性混合ガスの充填圧（量）または混合比によって衝撃圧
力の変更が可能であるが、弾圧室内でも弾圧の発生パタ
ーンを制御することができることは既述の通りである。
例えば、弾圧室の形状・寸法（例えば上述のにおける
ノズルの交換）そして弾性体の物性の変更によって種々
のパターンが被加工材に適合するように変えられる。こ
れらの変更要因のうち代表的なものに関しその影響につ
いて以下、詳述する。

【００４８】（Ａ）開口部のノズル径の影響 燃焼室におけるデトネーション波は性質上、数回収束を
繰り返しており、収束するごとに収束中心部で衝撃超高
圧が発生する。このときの圧力の値は収束中心に近づく
ほど高い値を値を示すため、弾圧室内で発生する衝撃圧
の値は、ノズル径が小さい程高い圧力が得られる。図２
はノズル径が比較的小さい場合の弾圧波形を示す図であ
る。ノズル径を小さく設定することによって、ピーク圧
が高くかつ持続時間の短い波形となり、高圧が数回繰り
返し発生する。逆にノズル径を大きくすると、図３に示
すように、ピーク圧が低く持続時間の長い波形が発生す
る。なお、この場合には、圧力波の繰り返し回数は図２
の場合より少なくなる。

【００４９】（Ｂ）開口部から被加工物までの距離の影
響 衝撃波が弾性体中を伝播する場合、到達圧力は到達距離
（図１中のＬ）の関数となる。例えば、液体が水の場
合、従来の研究によると、次式のように到達圧力は到達
距離の約１．２ 乗に反比例する。

【００５０】Ｐｍａｘ ∝１／Ｌ^1.2 ここでＰｍａｘ は到達圧力、Ｌは到達距離である。し
たがって、開口部から被加工物の距離を任意に変更可能
な構造を採用することにより、加工面での到達圧力を任
意に設定可能となる。

【００５１】（Ｃ）弾圧室内の弾性体の物性の影響 弾圧室内の加工面で得られる衝撃波の性状は、圧力媒体
としての弾性体の物性に強く依存する。すなわち、密度
または音速の値が高い弾性体を用いるとピーク圧が高
く、持続時間が比較的短い波が得られ、密度または音速
の値が低い弾性体を用いるとピーク圧が低く、持続時間
が比較的長い波が得られる。

【００５２】（Ｄ）弾圧室の形状の影響 衝撃弾圧発生部（本実施例の場合、ノズル部となる）の
形状や寸法については、従来の液圧発生法では自由度が
殆どないのが実状であり、これに伴って、衝撃液圧の発
生パターン（ピーク圧、持続時間など）の選択の自由度
もかなり狭い。

【００５３】本発明の場合、従来の衝撃液圧発生法と異
なり、弾丸やピストン、あるいは爆薬などを使用しない
ため、弾圧室の形状の選択の自由度が大きい。

【００５４】かくして、前述の弾圧室形状を採用するこ
とにより、以下の利点を得る。

【００５５】弾圧室を末広形状に設定し、かつ末端に
被加工物を設置することにより、加工に関与しない衝撃
波の発生を最小限に抑えることができる（例えば、従来
の水中爆発成形では、爆薬の爆発エネルギが３６０°方
向に分散するため、エネルギの利用効率がかなり低
い）。

【００５６】被加工面で発生した反射波が一箇所に集
まるように弾圧室形状を設定することにより、反射波を
再生・強化し、加工用として再度伝播させることが可能
となる（乱れた波であっても、一箇所に集めると、高強
度の波として再生可能）。

【００５７】弾圧室を円錐状に設定することにより、
均一な球面衝撃波を生成可能となる。

【００５８】円錐状の弾圧室の下流側に厚みを任意に
変更可能な円筒状の弾圧室を追設することにより、球面
波から平面波に至る任意の曲率からなる衝撃波が生成可
能となる（従来技術では一つの装置では一種類の衝撃波
（液圧）発生パターンしか選択できない）。

【００５９】弾圧室内において、衝撃波伝播方向に垂
直な壁面がない（加工部を除く）ため、衝撃波による弾
圧室関連部品のダメージを小さく抑えることができる。

【００６０】

【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
容易に立上りが急峻で特性の優れた衝撃弾圧が得られる
と共に、弾圧室の形状・寸法及び収容する弾性体の物性
値を変更することにより、弾圧を被加工物に適合した種
々のパターンに制御できるという効果を得る。

【００６１】また、本発明装置によれば、従来の弾丸打
込式、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、連続的に衝撃弾圧を
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弾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
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例装置の縦断面図であ
る。

【図２】図１装置における一つのノズルによる液圧波形
図である。

【図３】図１装置における他のノズルによる液圧波形図
である。

【符号の説明】

１ 燃焼室 １Ａ 一端部（上端部） １Ｂ 他端部（下端部） ２ 誘導路 ４ 着火室 ５ 点火栓 １２ 弾圧室 １２’ ノズル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   ゴム状の弾性体に伝達して弾圧に変換する方法におい
   て、弾性体を収容せる弾圧室の形状・寸法または弾性体
   の物性を変更して異なるパターンの弾圧を発生させるこ
   とを特徴とした爆轟弾圧発生方法。
2. 【請求項２】 一端部から他端部へ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
   小断面積部たる他端部の開口に接続されかつ内部にゴム
   状の弾性体を収容せる弾圧室とを備え、該最小断面積部
   に交換可能なノズルが設置されていることとした爆轟弾
   圧発生装置。
3. 【請求項３】 弾圧室内の弾性体が膜体を介して燃焼室
   内のガスと接していることとする請求項２に記載の爆轟
   弾圧発生装置。
4. 【請求項４】 最小断面積部にて燃焼ガスと弾性体また
   は膜体とが互いに接するように配設されていることとす
   る請求項２に記載の爆轟弾圧発生装置。
5. 【請求項５】 最小断面積部から下流における壁面は、
   通路断面積が連続的に増加もしくは一定であるように配
   設されていることとする請求項２に記載の爆轟弾圧発生
   装置。
6. 【請求項６】 弾圧室内の弾性体が膜体を介して被加工
   物と接していることとする請求項２に記載の爆轟弾圧発
   生装置。