1.は じ め に 著者らはこれまで,主に爆薬を用いた材料加工に関して 研究を行ってきた.この種の加工は爆発加工と呼ばれ,か つては板材の爆発成形や爆発硬化などの技術が実用化さ れ,現在は爆発圧接技術が工業的に広く利用されてい る 1) .高速の材料加工を実現するために用いるエネルギー 源は爆薬に限る必要はなく,大容量のコンデンサーにため た電気を瞬間的に放出する衝撃大電流を用いて電磁成形 2) や放電成形 3) といった技術に利用することもできる.これ らの技術を総称して,高エネルギー速度加工と呼ばれるこ ともある.この技術で用いられる速度は最低でも数十 m/ s 程度であり,爆発圧接では数百 m/s の速度が必要であ る.250 m/s が 900 km/h であるから,爆発圧接はジェッ ト旅客機の最高速度かそれ以上の速度での現象を利用して いるといえる.地球物理,宇宙工学の分野ではさらに高い 速度が要求されるので,2 段衝撃銃といった特殊な超高圧 発生装置を用いることになる. このような超高速現象は撮影のタイミングがずれると現 象を撮影できないので光学計測には経験と忍耐を要し,直 接現象を観察することが難しい場合も多い.そこでわれわ れは,超高速で生じている現象を解明するために,光学計 測による可視化と数値シミュレーションを併用しながら研 究を行っている.ここでは,われわれがこれまで行ってき た研究の例をいくつか紹介することを通じて,高エネルギ ー速度加工に関連する可視化の状況を理解していただくと ともに,この特殊な加工技術の可能性についても解説して みたい. 2.光 学 計 測 法 爆薬の爆轟過程そのものや爆轟ガスによる金属の変形過 程の光学計測は,熊本大学パルスパワー科学研究所(従来 の衝撃・極限環境研究センターが他センターと融合して 2013 年 4 月に設置)にある爆発ピットを利用して実験を 行っている.光学計測は,図 1 に示すようなシステムを 用いて実施される.われわれが主に実施している計測はシ ャドーグラフ法といわれ,物体の移動によって背光が遮ら れた部分の影を観察していることになる.光学計測には, 主に 1 μs ごとに 100 コマの連続撮影(モノクロ)が可能 な高速度ビデオカメラを使用しており,関連する現象の可 視化には極めて有効な装置である.最近はもう少しスペッ クが改良された機種も存在するようである. 爆薬の爆轟に伴う金属の変形を撮影するときに多く生じ る問題として,爆薬の爆轟ガスの膨張が変形より極めて早 く,可視化が難しいことがある.このためわれわれは十分 に大きな金属板を用意して,爆轟ガスの先行による遮光を 防ぎながら光学計測を行うなどの工夫をして実験を行って いる.図 2 に,金属板の中心部上方に一定厚さの爆薬を 設置して,板の中心から起爆したときに生じる金属板の変 形形状を光学観察した結果を示す.この場合,起爆された 中心から金属板が円錐形状を呈しながら高速変形している 状況が観察されている. 626