JPH0550155A - 爆轟圧による衝撃硬化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 爆轟による圧力により被加工部材を硬化する
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、液圧室１２の液面が臨んでいる。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。この高圧は液圧室１２内の液体に変換される。液圧
室１２には加工装置１３が連通して設けられ、該加工装
置１３内に被加工部材１６が収容されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体収束デトネーショ
ンで得た高圧を利用したの衝撃硬化方法と装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】衝撃硬化法の代表的なものとして、次の
ショットブラスト法及び爆発硬化法が知られている。 ショットブラスト法 鋼球などを加工物表面に衝突させることにより、表層部
を硬化させるもので、比較的単純な形状の加工物に対し
て適用されている。 爆発硬化法 この方法には、大きく分類して２つの形式がある。一つ
は、爆薬の燃焼に伴う高温・高圧を被加工物表層部に直
接印加する方法であり、もう一つは、爆薬の燃焼に伴う
高圧を水等の中間媒体に伝播させて得られた衝撃液圧を
被加工物表層部に印加する方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の衝撃硬化法は、
次に挙げる欠点のいくつかを有している。 1. 危険でかつ高価な爆薬を使用すること。 2. 大きな騒音を発生すること。 3. 危険性を伴うため、設置場所の制約があること。 4. 到達圧力の制御が難しく、材料の寸法や材質に対応
した加工条件の設定が困難。 5. 短時間での繰返し運転（大量生産）に適さないこ
と。 6. 設備のコンパクト化が難しいこと。 7. 複雑な形状からなる被加工物に対して、均一な加工
が難しい。 8. 被加工物や支持台等への機械的なダメージが大きい
こと。 9. 加工室内に固形物等が残留するため、これらを除去
するためのハンドリングメカが必要となること。 10. １ショットにて、１回の衝撃圧しか得られないこ
と。 11. 小型部品への適用が難しいこと。

【０００４】すなわち、上述のの方法は上記5.〜1
1.、の方法は1.〜11.の欠点を有している。

【０００５】本発明は、上述の従来の衝撃硬化法の諸問
題を解決し、安全で、短時間で繰返し運転でき、しかも
複雑な形状のものに対しても適用可能な衝撃硬化法及び
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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、可燃性混合気に着火させ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、収束部で発生
する高温高圧により、又はこれを中間媒体に伝達して得
られる高圧により、被加工部材を圧縮して加工すること
により達成される。

【０００７】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る加工室とを備え、
該加工室にはデトネーションによる高圧を直接又は中間
媒体を介して受ける被加工部材が収容されていることに
より得られる。

【０００８】

【作用】かかる本発明において、衝撃硬化処理は次の要
領でなされる。 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。 次に、着火室にて着火を行う。 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
路火炎が同時に到達する。 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、被加工物を収容した加工室が配設されているた
め、この火炎の圧力が被加工物表面を直接、又は中間媒
体を介して間接的に圧し、衝撃硬化処理が成される。

【０００９】

【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。

【００１０】図１は本発明の第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。

【００１１】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及び燃焼室１内の圧力を確認するた
めの圧力計である。

【００１２】上記燃焼室１の下端部１Ｂは開口されてお
り、ここに液圧室１２が接続され、そしてその直下に液
圧を使用する加工装置１３が設けられている。上記液圧
室１２には圧力媒体としての水等の液体が収容されてい
るが、その液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介面を
形成していてもよい。上記液圧室１２には弁を介して空
気抜き用の管１４、そして弁を介して液圧用の水等の液
体供給装置１５が接続されている。

【００１３】上記加工装置１３は内部に、上面が液圧室
１２の底面Ｐとなるように被加工部材１６を収容してい
る。

【００１４】また、上記燃焼室１、誘導路２、分散室３
及び着火室４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。

【００１５】かかる本実施例装置において、高圧液圧の
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。 先ず、衝撃硬化処理すべき被加工部材１６が加工室
１３内にセットされる。 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。 しかる後、液圧室１２内には水等の液体が充填さ
れ、着火室４、分散室３、誘導路２そして燃焼室１内に
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。 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。 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。 上記燃焼室１の下端部１Ｂの開口部には、液圧室１
２内の液体の液面が臨んでいるため、上記高圧は該液面
から液体中へと伝播され、加工室１３内に設置した被加
工部材１６に衝撃液圧が加わり、衝撃硬化処理が行われ
る。 しかる後、加工品をとり出すと共に、上記〜の
工程を繰り返すことによって、次々と加工を行うことが
できる。

【００１６】図２に本実施例における爆轟液圧について
数値をもって具体的に説明する。図は燃焼室１の他端部
１Ｂに臨む液面近傍における圧力測定の結果を示すもの
で、燃焼室中心部でのガス圧を３７万気圧としたとこ
ろ、液圧は約１５μsec の間生じ、その間に一次波と二
次波が得られた。一次波は３２００kgf/cm² 、二次波は
３５００kgf/cm² であった。なお、この圧力は、燃焼室
内に充填するガス圧（量）や混合比を加減することによ
り容易に調整することができる。

【００１７】次に、図３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付してその説明は省略
する。

【００１８】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かってその断
面積が減ずる形になっている。上記上壁面には、中心に
向かう適宜本数の溝１’Ｃが放射状に形成されていて、
中心部にて燃焼室１’が液圧室１２に連通している。

【００１９】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きわめて高くなる。そして、そ
の高圧は液圧室１２内の液体に伝播され、加工装置１３
にて衝撃液圧を被加工物１６に加えて加工が行われる。

【００２０】次に、図４及び図５にもとづき本発明の第
三及び第四実施例装置を説明する。同図は、燃焼室１内
で発生した高圧を中間媒体を介さずに、直接被加工部材
１６に加えることによって衝撃硬化処理するものであ
り、上記説明のうち液圧室に関する説明を除くとすべて
共通である。なお、図４及び図５については、それぞれ
図１及び図２に示した前実施例装置と共通部分に同一符
号を付してその説明は省略する。

【００２１】

【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硬化処理が行え
ると共に衝撃圧のレベルは、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
部材の寸法に応じた最適条件の設定が容易に行えるとい
う効果を得る。

【００２２】また、本発明装置によれば、従来技術のよ
うに爆薬を用いないため、設定上の制約を受けない装置
となり、又、連続的に衝撃圧を発生させることができて
量産システムへの転用が図れるという効果を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第一実施例装置の縦断面図であ
る。

【図２】図２は図１装置における液圧波形の一例を示す
図である。

【図３】第二実施例装置の断面図である。

【図４】第三実施例装置の断面図である。

【図５】第四実施例装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 燃焼室 １’ 燃焼室 １Ａ 一端部（上端部） １’Ａ 一端部（周囲部） １Ｂ 他端部（下端部） １’Ｂ 他端部（中央部） ２ 誘導路 ４ 着火室 ５ 点火栓 １２ 液圧室 １３ 加工室（加工装置） １６ 被加工部材 Ｐ 液圧室底面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生澤 勝美 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可燃性混合気に着火させることにより発
   生するデトネーション波をその進行と共に収束し、収束
   部で発生する高温高圧により、又はこれを中間媒体に伝
   達して得られる高圧により、被加工部材を圧縮して加工
   することとした爆轟圧による衝撃硬化方法。
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、且つ点火栓が配設さ
   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る加工室
   とを備え、該加工室にはデトネーションによる高圧を直
   接又は中間媒体を介して受ける被加工部材が収容されて
   いることとした爆轟圧による衝撃硬化装置。