JPH0671489A - 爆轟圧発生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 爆轟によるガス圧を液圧または弾圧に変換す
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、圧力室１２の液体の液面または弾性体の端面
が臨んでいる。可燃性ガスと酸化剤は圧縮室（バッファ
ータンク）９，１０で所定圧に維持された後、混合され
て着火室４、誘導路２そして燃焼室１内に充填され、し
かる後、着火される。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。この高圧は圧力室１
２内の液体または弾性体の弾圧に変換される。

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圧を得
られる爆轟圧発生方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一方の面が金型で支持された板材等の部
材の他方の面に液圧を作用せしめて三次元成形を行う場
合等においては、瞬時ではあるが極めて高い圧力を必要
とする。従来、かかる液圧を得るためにいくつかの手法
が知られている。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】

【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。 1. 容器内壁全面又は一部が高温高圧場に直接さらされ
ること。 2. 危険でかつ高価な爆薬を使用すること。 3. 大きな騒音を発生すること。 4. 危険性を伴うため、設置場所の制約があること。 5. 到達圧力の大幅変更が難しいこと。 6. 短時間での繰返し運転に適さないこと。 7. 大規模な設備が必要であること。 8. ピストンなどの可動部品の交換が必要であること。 9. 圧力の持続時間が長いため、成形型へのダメージが
大きいこと 10. 液圧室内に固形物等が残留すること。 11. 装置の構造が複雑であるため、保守、点検等がや
りにくいこと。 12. １ショットにて、１回の衝撃水圧しか得られない
こと。 13. 圧力媒体として液体を用いるため、該液体をハン
ドリングするための機器類が必要となる。

【０００７】すなわち、上述の第一の手法にあっては１
〜６，８，９〜13、第二の手法では１〜７，９，10，1
2,13、そして第三の手法では１，４〜９，11〜13の欠点
を有している。

【０００８】本発明は、上述の従来の手法による諸問題
を解決し、安全で、短時間で繰返し運転でき、かつ高速
・高圧の衝撃圧を得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ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、先ず爆轟弾圧発生方法に関し、可燃性混合気を圧
縮し、これを着火室に導入した後に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
して液体またはゴム状の弾性体に伝達して液体または弾
圧に変換することにより達成される。

【００１０】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、可燃性混合気を圧縮する圧縮室と、圧縮された
可燃性混合気の供給を受けこれに着火するための点火栓
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
かつ内部に液体またはゴム状の弾性体を収容せる圧力室
とを備えることにより得られる。

【００１１】

【作用】かかる本発明において、高圧力は次の要領で得
られる。

【００１２】先ず、ほぼ理論混合比の可燃性混合気が
圧縮室にて予め所定圧に圧縮される。

【００１３】次に、互いに連通せる燃焼室、誘導路そ
して着火室に上記圧縮された可燃性混合ガスを充填す
る。

【００１４】しかる後に、着火室にて着火を行う。

【００１５】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。

【００１６】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
他端部の開口には圧力室が直接もしくは膜体を介して接
続されて液面または弾性体の端面が該開口に臨んでいる
ので、上記圧力は圧力室内の液体または弾性体に伝達さ
れ、液圧または弾圧に変換される。

【００１７】

【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。

【００１８】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。

【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。

【００２０】７は可燃性ガス供給源、８は酸化剤供給源
であり、減圧弁７Ａ，８Ａを介してそれぞれ圧縮室とし
てのバッファータンク９，１０に接続されている。ま
た、バッファータンク１０内の酸化剤はコンプレッサ１
１によって定圧とすることもできる。上記バッファータ
ンク９，１０は流量調整弁９Ａ，１０Ａそして定量供給
弁９Ｂ，１０Ｂを介して合流するようにされた後、ガス
供給弁４Ａを経て上記着火室４に接続されている。さら
に、酸化剤のバッファータンク１０は流量調整弁１０Ａ
を経た後に、掃気バルブ４Ｂを有する分岐管によって上
記着火室４に接続されている。なお、４Ｃ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、そしてその直下に弾
圧使用の一例としての成形装置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または天然ゴ
ム等の弾性体Ｇが収容されているが、その液面または端
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介面を形成していて
もよい。また、上記燃焼室１には排気弁１Ｃをもつ排気
管１Ｄが接続されている。

【００２２】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。

【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成形の工程について、図２を
も参照しつつ次に説明する。

【００２４】先ず、成形を受けるべき板材Ｐが金型１
６上にセットされる。

【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。

【００２６】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
が所定圧のもとに所定量だけ充填される。すなわち、可
燃性ガスは減圧弁７Ａで減圧されて所定圧のもとでバッ
ファータンク９内に貯蔵され、流量調整弁９Ａ、定量供
給弁９Ｂによって所定量だけ送り出される。一方、酸化
剤は減圧弁８Ａそしてコンプレッサ１１によって所定圧
のもとでバッファータンク１０内に貯蔵され、流量調整
弁１０Ａ、定量供給弁１０Ｂによって送り出される。上
記所定圧・所定量の可燃性ガスと酸化剤は混合された
後、所定時期にガス供給弁４Ａを経て着火室４内に供給
される。かくしてほぼ理論混合比の可燃性ガスは着火室
４に導入されるときには、すでに所定圧のもとに圧縮さ
れた状態にある。

【００２７】なお、混合された可燃性ガスが着火室４に
導入されるとバッファータンク９，１０内の圧力は一時
的に低下するが、後述の爆発・成形工程中に再び所定圧
に回復する。

【００２８】かかる混合可燃性ガスの着火室４への導
入後、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。

【００２９】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。

【００３０】上記燃焼室１の下端部１Ｂの開口部に
は、圧力室１２内の液体または弾性体Ｇの液面または端
面が臨んでいるため、上記高圧は該液面または端面から
液体または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。

【００３１】次に、排気弁１Ｃを開放し、その間に掃
気弁４Ｂを経て酸化剤を着火室４、分散室３、誘導路２
そして燃焼室１内に導入して排気を行う。

【００３２】そして、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。その際、可燃性ガス及び
酸化剤は、上記爆発・成形・排気の工程中に並行して所
定圧にされるので、上記〜の一サイクルの時間を短
縮できる。

【００３３】なお、本実施例では、高圧力の利用方法と
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。

【００３４】また、本実施例は縦長な燃焼室をもってい
るが、横長のものでも可能である。その例として、図３
に示すものについて説明する。なお、図において図１に
示した例のものと共通部分には同一符号を付してその説
明は省略する。

【００３５】図３の例では燃焼室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おり、中心部にて燃焼室１’が
圧力室１２に連通している。

【００３６】かかる装置によれば、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、図１の例の場
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
圧力室１２内の液体または弾性体に伝播され、成形装置
１３にて板材Ｐを金型１６に圧して成形が行われる。

【００３７】次に図４にもとづき、本発明の第二実施例
を説明する。前実施例にあっては、可燃性ガス及び酸化
剤は、もともと高圧で得られるものを所定圧に減圧して
それぞれのバッファータンクに貯蔵した後、これらを混
合して着火室等に供給していたが、本実施例では、予め
混合した可燃性ガスと酸化剤を圧縮機によって圧縮する
点で異なる。なお、図４において、着火室以降の燃焼
室、成形室等は図１あるいは図３のものと同じであるの
でこれらは簡略化して示す。また図１あるいは図３と共
通部分には同一符号を付してその説明は省略する。

【００３８】図４において、ボンベ７内の可燃性ガスは
減圧弁７Ａを経て減圧され、キャブレタ２１にて酸化剤
としての空気とほぼ理論比に混合される。次に、この混
合可燃性ガスは、モータ２２によって駆動を受けるピス
トン２３によってシリンダ２４内で所定圧に圧縮され
る。なお、その所定圧は、センサ２５で検出された圧力
によってモータ２２の回転を制御することによって行わ
れる。かくして、所定圧の混合可燃性ガスが着火室４等
に導入される。

【００３９】次に図５にもとづき、本発明の第三実施例
を説明する。なお、本実施例においても、燃焼室・成形
室についての簡略化そして図１あるいは図３装置との共
通部分への同一符号を付すことによる説明の省略につい
ては、前実施例と同様である。

【００４０】図５において、圧縮機のピストン２３は減
速機２５付のモータ２２によってシリンダ２４内にて往
復動するように駆動を受けている。ボンベ７内の可燃性
ガスは減圧弁７Ａを経た後に燃料弁２６からシリンダ２
４内に導入される。酸化剤としての空気も吸気弁２７か
ら直接シリンダ２４内に供給される。かくして、シリン
ダ２４内で周期的に圧縮された混合可燃性ガスは着火室
４に導かれて点火栓４Ａにより着火される。そして、排
気も上記ピストンの周期と同期して開く排気弁２８を経
て排気管２９から排出される。本実施例では、図６に示
されるごとく上記減速機の減速度を適宜選定することに
より、上記周期を爆発・成形・排気の工程と同期させる
ことができる。

【００４１】本発明によれば既述の実施例のように衝撃
圧発生のサイクルを短くできるが、この衝撃圧を利用し
て例えば成形等を行う場合、金型上にて支持される被加
工板材等の材料を加工後にいかに手早く次の板材と交換
するかも上記サイクルをさらに短くする大きな要因であ
る。図７及び図８に金型等を内部に収容せる成形装置等
の加工装置のセット及び開放を能率良く行うことのでき
る例を、それぞれ第四実施例、第五実施例として説明す
る。

【００４２】図７の第四実施例にあっては、成形装置１
３を図示の実線で示される設定位置と二点鎖線で示され
る開放位置との間を移動可能とする設定手段としてのシ
リンダ３１と、上記設定位置における成形装置１３を圧
力室１２に対して密に保持する保持手段としての複数の
クランプ部材３２とを備えている。上記圧力室１２と成
形装置１３は、互いに接続されるフランジ部にテーパ部
１２Ａ，１３Ａをそれぞれ有しており、上記クランプ部
材３２は上記テーパ部１２Ａ，１３Ａに適合するテーパ
内面３２Ａを有し、例えば上記フランジ部の周囲四箇所
に配設されて該フランジ部の半径方向に同時に移動可能
となっている。

【００４３】かかる本実施例装置にあっては、板材の交
換時には、クランプ部材３２を半径外に移動してクラン
プを解除した後にシリンダ３１を作動させて成形装置１
３を下降せしめればよい。そして、加工された板材を取
り出し次の新たな板材をセットした後に、再び成形装置
１３を上昇せしめて設定位置にもたらし、ここでクラン
プ部材３２によってしっかりと保持する。

【００４４】次に、図８の第五実施例にあっては、成形
装置１３には連結されていない設定治具３３が設定手段
として、またクランプ部材３４とこれを作動せしめるシ
リンダ３５，３６を保持手段として備えている。上記設
定治具３３は上記成形装置１３をその底部で支持し適宜
シリンダ３３Ａ等によって、第四実施例の場合と同様
に、設定位置と開放位置との間を移動する。

【００４５】クランプ部材３４はシリンダ３５によって
ブロック体３７に対して出没自在となって、さらに該ブ
ロック体３７は圧力室のフランジ部１２Ｂに取り付けら
れたシリンダ３６によって昇降自在となっている。

【００４６】かかる本実施例では、成形装置１３が設定
位置にあるときに、上記シリンダ３５によってクランプ
部材３４を突出せしめ、次にシリンダ３６によって上記
ブロック体３７を引き上げる。こうすることにより、ク
ランプ部材３４が成形装置１３のフランジ部１３Ｂを圧
力室１２のフランジ部１２Ｂに対し強く密に保持する。
開放時には、ブロック体３７を下降せしめた後に、クラ
ンプ部材３４を没入せしめれば、該クランプ部材３４は
上記成形装置１３の開放位置に向けての下降の際に該成
形装置１３のフランジ部１３Ｂに対し何ら障害とはなら
ない。

【００４７】

【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、従来の衝撃液圧発生方法に比し
て、安価、かつ容易に立上りが急峻で特性の優れた衝撃
圧が得られると共に可燃性ガスを並行して予め圧縮する
のでそのサイクルを短くでき装置の能率を向上できると
いう効果を得る。

【００４８】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、又、連続的にしかも短いサ
イクルで高い衝撃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になった。

【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装置の各弁の開閉時期を示す図である。

【図３】第一実施例装置の変形例を示す縦断面図であ
る。

【図４】本発明の第二実施例装置の概要構成図であ
る。。

【図５】本発明の第三実施例装置の概略構成図である。

【図６】図５装置の各弁の開閉時期をピストンの動きと
共に示す図である。

【図７】本発明の第四実施例装置の縦断面図である。

【図８】本発明の第五実施例装置の縦断面図である。

【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 ９，１０ 圧縮室（バッファータンク） １２ 圧力室 ２４ 圧縮室（シリンダ） Ｇ 液体またはゴム状の弾性体 ３１ 設定手段（シリンダ） ３２ 保持手段（クランプ部材） ３３ 設定手段（設定治具） ３４ 保持手段（クランプ部材） ３５ 保持手段（シリンダ） ３６ 保持手段（シリンダ） ３７ 保持手段（ブロック体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋保 慶志 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 (72)発明者 鈴木 実 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可燃性混合気を圧縮し、これを着火室に
   導入した後に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ゴム状
   の弾性体に伝達して液体または弾圧に変換することとし
   た爆轟圧発生方法。
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、可燃性混合気を圧縮する圧縮室と、圧縮
   された可燃性混合気の供給を受けこれに着火するための
   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
   続されかつ内部に液体またはゴム状の弾性体を収容せる
   圧力室とを備えることとした爆轟圧発生装置。
3. 【請求項３】 圧力室は、該圧力室内の圧力を受ける被
   加工部材を支持せる加工装置と接続可能となっており、
   該圧力室と加工装置とは接続時の設定位置にて互いを密
   に保持する保持手段と解除自在に係合しており、加工装
   置は該加工装置を圧力室から離間せる開放位置と上記設
   定位置との間で移動せしめる設定装置と係合可能となっ
   ていることとする請求項２に記載の爆轟圧発生装置。