JPH0739957A

JPH0739957A - 爆轟による複合材料の加工方法及び装置

Info

Publication number: JPH0739957A
Application number: JP5204498A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Murayama; 吉男村山; Minoru Suzuki; 実鈴木; Naotake Yoshihara; 直武吉原
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】低コスト・高加工精度の爆轟による複合材料
の加工方法及び装置を提供することを目的とする。【構成】一端部１Ａから他端部１Ｂに向け断面積が小
さくなる燃焼室１と、燃料の供給を受け点火栓５が配設
された着火室４と、着火室４から分岐して延び上記燃焼
室１の一端部１Ａへ連通する路程の等しい複数の誘導路
２と、上記燃焼室１の最小通路断面積部たる他端部１Ｂ
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
１２と、該圧力室１２に連通せる加工室１３とを備え、
該加工室１３に膜体を介してもしくは直接圧力を受ける
複数の重ね合わせ平板状素材から成る被加工部材Ｐを支
持する金型１６が収容された爆轟による加工装置におい
て、被加工部材Ｐの保持部に、被加工部材Ｐの周縁部を
収容する空間２１を形成し、該空間２１に連通する真空
引き装置１７を接続している。

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の衝撃液圧ま
たは弾圧が得られる爆轟による複合材料の加工を行う方
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】近年、防振・防音低減を図る機能性複合
材料が開発され、代表的なものとして制振鋼板、ラミネ
ート鋼板などがある。この複合材料を従来のプレス機械
により加工すると、積層境界面の剥離により良好な積層
状態が保てなく、充分な制振性能が得られなかったり、
また、しわなどの形状不良が非常に発生しやすい等の問
題がある。

【０００３】一方、液圧プレスのような被加工部材に液
圧を作用させて行う加工では、被加工部材が常に張出し
変形状態になるため、しわの発生や積層材の大きなズレ
は発生しにくく、また、液圧の圧力が高いほど積層材の
密着度が増す。しかし、一般的な液圧プレスの圧力レベ
ルは１５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ²程度で、圧力として
はやや不十分であり、加工に要する時間が長い等の問題
がある（同様な液圧タイプのプレスにフレックスフォー
ミングがあり、最大圧力は２０００ｋｇｆ／ｃｍ²程度
であるが、非常に高価である）。

【０００４】そこで、一方の面が金型で支持された板材
等の被加工部材の他方の面に液圧を作用させて行う加工
が考えられる。この方法による加工は、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、この装置では金型を三次元形状をもつ
成形金型に被加工部材を圧して所定形状に成形してい
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
装置を用いて複合材料の加工を行うと、材料内部（重ね
られる複数の平板状素材の界面に形成される空隙）が真
空引きできないため、残留空気の影響により複数の平板
状素材間での衝撃エネルギーの伝達効率の低下や加工精
度の低下が生ずる。また、寸法の異なる別々の平板状素
材を積み重ねて加工する場合、それぞれの素材と加工型
との位置決めができないため、精度良く加工を行うこと
ができない。

【００１０】一方、別々の平板状素材を積み重ねて例え
ばプレス成形しようとしても、素材内の歪の不均一性に
起因してしわや割れが発生し、実用に供するためには複
合材料の材質に制約が多く、かつ二工程プレス成形する
などの工夫が必要である。

【００１１】また、均一な複合材料で製品を製造し必要
箇所を二次加工、例えば溶接加工を行おうとした場合、
内部に挟み込まれた通常の樹脂では溶接が難しい。

【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、精度よく簡単かつ安価に
複合材料を加工することができ、又、別の平板状の素材
を用いて複合材料製製品を製造できる爆轟による複合材
料の加工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、複合材料の加工方法に関しては、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
工部材を金型に圧することとする爆轟による加工方法に
おいて、被加工部材は材質の異なる複数の平板状素材に
より成り、該複数の平板状素材を重ねて加工位置に配し
て一体加工して複合材料とする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、該加工室に膜体を介してもしくは直接圧力を受
ける複数の重ね合わせ平板状素材から成る被加工部材を
支持する金型が収容された爆轟による加工装置におい
て、被加工部材の保持部に、被加工部材の周縁部を収容
する空間を形成し、該空間に連通する真空引き装置を設
けることにより達成される。

【００１５】さらには、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、該加工室に膜体を介してもしくは
直接圧力を受ける複数の重ね合わせ平板状素材から成る
被加工部材を支持する金型が収容された爆轟による加工
装置において、被加工部材の保持部に、両外表面を形成
する所定の平板状素材の側端面に当接して該平板状素材
を設定位置まで移動せしめる出没自在な位置決め片を有
する位置決め装置を備えていることにより達成される。

【００１６】

【作用】かかる構成の本発明にあっては、先ず、複合材
料又は複数の平板状素材が所定位置に位置決めされ、さ
らに、素材間の真空引きが行われる。そして位置決め装
置の位置決め片を平板状素材の周縁に当接せしめてこれ
らの位置決めを行う。その際、挟持される平板状素材が
外表面を形成する平板状素材と異なる形状をなしている
ときには、位置決め装置の位置決め片を進入させて位置
を定める。

【００１７】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。重ねられた複数の平板状素材から成
る被加工部材はこの高圧衝撃圧を受け金型面に圧せられ
て所定の加工がなされる。

【００１８】

【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。

【００１９】図１は本発明の第一実施例装置の縦断面
図、図２はその被加工部材の保持部を示す拡大縦断面図
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。

【００２０】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。

【００２１】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。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、さらに被加工部材たる複合材料を形成する複数の板
材Ｐと接する面には粘塑性体１９が収容されているが、
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。

【００２２】上記加工装置１３は内部に、金型１６が交
換可能に収容されている。該加工室１３は、上記圧力室
１２との間にて、例えば両者のフランジ１２Ａ，１３Ａ
の間で加工を受けるべき上記複合材料としての複数の板
材等Ｐの周縁を保持している。この保持部は、図２に示
すように、両フランジ１２Ａ，１３Ａの間をシールリン
グ２３等でシールした状態で上記複数の板材Ｐ（Ｐ₁，
Ｐ₂，Ｐ₃）を挟持するようになっている。上記両フラン
ジ１２Ａ，１３Ａの対向面には環状溝２１Ａ，２１Ｂが
形成されていて、これらによって閉環状空間２１を構成
している。そして、上記複数の板材Ｐの周縁は上記閉環
状空間２１内に収容されている。上記閉環状空間２１は
周方向の適宜箇所に真空引き用の孔２２が穿設されてい
て真空ポンプ１７に接続されている。該真空ポンプ１７
は図１にも見られるごとく、上記金型１６を貫通してそ
の上部空間をも真空とするべく、上記加工室１３にも接
続されている。また、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。

【００２３】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加工は次のごとくなされる。

【００２４】先ず、加工を受けるべき板材Ｐを金型１
６上にセットする。

【００２５】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、これと同時に上記閉環状空間２１
さらには金型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。上記閉環状空間２１が
真空引きされると、複数の板材Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃間の間隙
の空気が周縁から吸引され、各板材の密着度が高まる。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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
は直接に重なっている複数の板材Ｐを加工室１３内の金
型１６に対して等圧で圧して成形加工が行われる。

【００３０】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、
次々と製品の成形を行うことができる。

【００３１】次に、図３に基づき本発明の第二実施例を
説明する。本実施例では複数の板材Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃の位
置決めをできる点に特徴がある。本実施例の圧力室１２
及び加工室１３のフランジ１２Ａ，１３Ａは上記板材Ｐ
₁，Ｐ₂，Ｐ₃を挟圧保持するようになっているが、例え
ば上記フランジ１３Ａの周方向の適宜複数箇所に、上記
板材の周縁に臨む位置決めピン（位置決め片）３１を出
没自在に設けている。該位置決めピン３１はフランジ１
３Ａの外面に取り付けられたシリンダ３２等の駆動装置
により出没駆動される。このように、上記位置決めピン
３１により板材の側端面が、上記フランジ１２Ａ，１３
Ａのクランプ前に半径方向に押されて正規の位置にもた
らされる。

【００３２】複合材料Ｐを形成する複数の板材Ｐ₁，
Ｐ₂，Ｐ₃が異なる形状・寸法の場合がある。例えば、図
４のごとく挟まれる板材Ｐ₂が小さく、半径内方に入り
込んでいなければならないこともある。本実施例では、
そのための位置決め装置を備えることも可能である。図
４において、図３に示された位置決めピン３１とは別の
周方向の適宜複数位置に、例えば、フランジ１３Ａに追
加フランジ１３Ｂを設け、ここに取り付けられたシリン
ダ３３により駆動される板状の位置決め片３４が、上記
挟まれる板材Ｐ₂の側端面に当接するようになってい
る。上記位置決め片３４のストロークの設定により、該
位置決め片３４は外表面を形成する二枚の板材Ｐ₁，Ｐ₃
の間に入り込み上記板材Ｐ₂を所定の位置まで移動させ
る。その際、外表面となる板材Ｐ₁，Ｐ₃は上記位置決め
ピン３１により規制されているので上記板材Ｐ₂の移動
に伴って所定位置からずれるような移動をしてしまうこ
とはない。

【００３３】また、本実施例の位置決め装置は、前実施
例の閉環状空間による真空引きを行う形態の装置とも組
み合わせることが可能である。その際、上記閉環状空間
は周方向適宜複数箇所で分断して形成し、そこに上記位
置決め装置を設けるとよい。

【００３４】次に、図５にもとづき本発明の第三実施例
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。

【００３５】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。

【００３６】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を金型１６に圧して加工が行われる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上のごとく、爆轟による高衝
撃圧力により複合材料の加工及び平板状素材を全体又は
部分的に重ねて加工するようにしたので、その方法にあ
っては、加工に要する時間が大幅に短縮されコストの低
減が図れると共に、装置にあっては、板材の保持部での
真空引きあるいは位置決めが可能となって加工精度の向
上及び必要エネルギーの低減化を図れ、かつ装置が簡単
化がされる。

【００３８】また、本発明はその方法にあって、従来の
方法に比して、安価に加工が行えると共に、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、複合材料の寸法や形状に
応じた適当な加工条件の設定が容易に行えるという効果
をも得る。

【００３９】一方、本発明の方法によれば、部分複合材
料の製品を製造することが可能であるため、必要箇所の
剛性向上（多少の重量増加で断面係数を上げられる）が
図られ、また、樹脂などの積層部以外の二次加工、例え
ば、溶接加工が行えるという効果をも得る。

【００４０】さらに、本発明装置によれば、従来の弾丸
打込み式、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、膜体を介して複
合材料に圧力波を伝達させる方式を採用すれば複合材料
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装置の被加工部材の保持部を示す拡大断面
図である。

【図３】第二実施例装置の要部を示す断面図である。

【図４】第二実施例装置の他の要部を示す断面図であ
る。

【図５】第三実施例装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１燃焼室１Ａ一端部１Ｂ他端部２誘導路４着火室５点火栓１２圧力室１３加工室１６金型２１（閉環状）空間３１，３２位置決め装置３３，３４位置決め装置Ｐ被加工部材

Claims

【特許請求の範囲】

【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、被加工部材を金型に圧するこ
ととする爆轟による加工方法において、被加工部材は材
質の異なる複数の平板状素材により成り、該複数の平板
状素材を重ねて加工位置に配して一体加工して複合材料
とすることを特徴とする爆轟による複合材料の加工方
法。
【請求項２】複数の平板状素材は、内部に挟み込まれ
る素材が外表面を形成する素材と異なる形状をなしてい
ることとする請求項１に記載の爆轟による複合材料の加
工方法。
【請求項３】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、該加工室に膜体を介してもしくは直接圧力
を受ける複数の重ね合わせ平板状素材から成る被加工部
材を支持する金型が収容された爆轟による加工装置にお
いて、被加工部材の保持部に、被加工部材の周縁部を収
容する空間を形成し、該空間に連通する真空引き装置を
設けることを特徴とする爆轟による複合材料の加工装
置。
【請求項４】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、該加工室に膜体を介してもしくは直接圧力
を受ける複数の重ね合わせ平板状素材から成る被加工部
材を支持する金型が収容された爆轟による加工装置にお
いて、被加工部材の保持部に、両外表面を形成する所定
の平板状素材の側端面に当接して該平板状素材を設定位
置まで移動せしめる出没自在な位置決め片を有する位置
決め装置を備えていることを特徴とする爆轟による複合
材料の加工装置。