JPH02299738A - 圧力容器と圧力容器製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高圧ボンベ等の圧力容器と、圧力容器製造方
法に係り、特に、アルミニウム合金材料製のものであっ
て所望の機械的強度を備えたものに関するとともに、そ
のようなものを少ない労力と短い時間で製造する方法に
関する。

（従来技術） 圧力容器、例えば、高圧ボンベとしては、鉄製のものが
一般であるが、軽量化の観点より、アルミニウム合金製
のものが考えられている。

アルミニウム合金製の高圧ボンベの製造方法としては、
第１７図に示すようなものがある。

第１７図は、従来の高圧ボンベを製造する方法を示す図
であり、まず、第１７図（ａ）に示すように、所定形状
の金型１０１に、アルミニウム合金製の素材１０３をセ
ットする。

次に、第１７図（ａ）、（ｂ）に示すように、上記素材
１０３をパンチング治具１０５により絞る。以下、図示
しない各種治具を使用して、素材１０３に徐々に絞りを
加えていく。この間１０数工程を要する。そして、第１
７図（Ｃ）に示すように、治具１０７を使用して、最後
の絞りを施して、所定形状の中間容器１０９を得る。

そして、上記中間容器１０９に、ネッキング等の成形を
施して、所定形状の高圧ボンベを得る。

（発明が解決しようとする課１ｌｌ） 上記従来の構成によると次のような問題があった。

まず、絞り工程において１０数工程を要し、多くの労力
と長い時間を必要としてしまうことはもとより、設備と
しても過大なものを必要としてしまうという問題があっ
た。

又、絞り加工を繰り返し行う場合には、１〜２回の加工
毎に加工硬化が生じる。そこで、次の絞り工程に入る前
に、材料を軟らかくするべく焼きなましが必要となる。

しかしながら、このような焼きなまし工程を介在させた
場合には、加工時の加工硬化を期待することができず、
高圧ボンベとして最終的に要求される強度を得ることが
できなくなるという問題があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目
的とするところは、アルミニウム合金製であって所望の
機械的強度を備えた圧力容器を提供するとともに、その
ような圧力容器を少ない労力と短い時間で製造すること
が可能な圧力容器製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するべく本願発明の第１請求項による圧
力容器は、アルミニウム合金材料を使用して所定形状の
素材を形成し、上記素材を金型に固定してパンチングに
より予備成形を施し、予備成形を施された素材を１回の
パンチングによりインパクト成形して所定形状の中間容
器とし、この中間容器に所定の成形を施してなることを
特徴とするものである。

第２請求項による圧力容器は、請求項１記載の圧力容器
において、素材に予備成形を施す前又は後に溶体化処理
を施すとともに、中間容器を成形した後に時効処理を施
したことを特徴とするものである。

第３請求項による圧力容器製造方法は、アルミニウム合
金材料を使用して所定形状の素材を形成する切断工程と
、上記素材を金型に固定してパンチングにより予備成形
を施すアプセット工程と、予備成形を施された素材を１
回のパンチングにより引き伸ばして所定形状の中間容器
を成形するインパクト成形工程とを具備したことを特徴
とするものである。

第４請求項による圧力容器製造方法は、請求項３記載の
圧力容器製造方法において、アブセント工程の前又は後
に溶体化処理を施すとともに、インパクト成形工程の後
に時効処理を施したことを特徴とするものである。

（作用） まず、第１請求項による圧力容器の場合には、従来のよ
うに複数回の絞り工程を経て製造されたものではなく、
予備成形を施すアプセット工程を経たのち、１回のイン
パクト成形工程により製造されたものである。

したがって、複数回の絞り工程を施す場合に懸念されて
いた強度の低下はなく、加工硬化により所望の機械的強
度を期待することができる。

第２請求項による圧力容器の場合には、それに加えて、
所定の熱処理を施したものである。すなわち、予備成形
を施す前又は後に溶体化処理を施すとともに、中間容器
を成形した後に時効処理を施すものである。

したがって、インパクト成形による機械的強度の向上に
加えて、熱処理によりさらに機械的強度を向上させるこ
とができる。

第３請求項による圧力容器製造方法は、まず、切断工程
があり、この切断工程によりアルミニウム材料から所定
形状の素材を得る０次に、アプセット工程に入り、素材
に予備成形を施す。そして、インパクト成形工程に入る
。このインパクト成形工程は、１回のインパクト成形に
より所定形状の中間容器を得るものである。

したがって、従来のように複数回の絞り工程を必要とし
ないので、製造に要する時間を短縮させて、労力を軽減
させることができる。

第４請求項による圧力容器製造方法の場合に慰まず、ア
プセット工程の前又は後に溶体化処理を施すものである
。この溶体化処理により、一端硬度を低下させて成形性
を向上させる。そして、インパクト成形の後に時効処理
を施す。これによって所望の硬度を得ることができる。

（実施例） 以下第１図ないし第１６図を参照して本発明の一実施例
を説明する。

まず、切断工程であるが、これはアルミニウム合金製の
押出し丸棒を切断して、所定の寸法の素材１を得る工程
である。この素材１は、第１図に示すように、中実円筒
状をなしている。その寸法は、例えば、直径（Φ）が４
０ｆｆｉｌで、長さくＨ）が４６ｍｍであり、又、その
荷重は略１５６ｇである。

尚、アルミニウム合金としては、種々のものがあるが、
本実施例では熱処理型合金［，６／！−Ｍｇ−３ｉ系（
６０００系）］を使用し、その中でも特に、６０６１系
を使用する。尚、第２図に、６０６１系の成分を示すと
ともに、本実施例で使用した６０６１系（Ｔ・Ｐ）の成
分を示す。

次に、上記切断された素材１に熱処理（溶体化処理）を
施す。この熱処理工程を第３図を参照して説明する。熱
処理炉３内には、受は皿５があり、この受は皿５上には
、複数本の素材ｌが容器７内に収容された状態で載置さ
れている。又、熱処理炉３の内周面には、ヒータ９が設
置されている。

このような状態で、素材ｌに所定の熱処理、具体的には
、焼き入れを施す。すなわち、５００″Ｃで２時間加熱
した後、これを急冷する。

このときの素材１の硬度の変化を第４図に示す。

当初は、硬度が急激に低下し、その後徐々に上昇してい
く、後述する各種成形は、素材１の硬度が低い内に施す
ことになる。

次に、洗浄工程に入る。この洗浄は、図示しない洗浄機
により、トリエタンを使って洗浄を行う。

この洗浄によって、素材１に付着しているスケール等を
除去する。

洗浄した後、潤滑処理を施す、これは図示しない潤滑槽
内に潤滑油を入れ、その中に素材１を浸漬させることに
より行う。

次に、アプセット工程に入る。このアプセット工程とは
、素材１に予備成形を施す工程である。

まず、第５図に示すように、素材ｌを金型１１内に配置
する。そして、第６図に示すように、素材ｌの一端面を
パンチング治具１３によりパンチングして、素材１の上
端面に所定の初期形状（凹部１５）を形成するとともに
、下端面を碗状に成形する。

アプセット工程が終了したら、再度、洗浄を行う。この
洗浄の方法は、既に述べた洗浄工程の場合と同様であり
、素材１に付着している油分等を除去する。

洗浄が終了したら、潤滑処理を施す。この潤滑処理を施
す場合には、素材１の一端に形成された凹部１５におい
て、膜切れがないように注意する。

次に、インパクト成形工程に入る。このインパクト成形
工程は、素材１を１回のパンチングで引き伸ばして、所
定形状の中間容器を得るものである。すなわち、第７図
に示すように、素材１を所定形状の金型（ダイス）１７
上に配置して、パンチング治具（ポンチ）１９を一挙に
押し込む。これによって、上端を開放とした球形庇付の
中間容器２１を形成する。引き伸ばした後に、パンチン
グ治具１９を上昇させると、中間容器２１がストッパ２
３に引っ掛かり、パンチング治具１９より外れる。

次に、成形工程に入る。この成形工程に際しては、まず
、洗浄を行い、端面を切断する。そして、ネッキングを
施す。

ネッキングは、６種類の金型を順次使用して、鍛造プレ
スにより行う。まず、第８図に示す金型２５を使用して
、最初のネッキングを行う。すなわち、金型２５を中間
容器２１の上端に被冠して、所定の加重で押し込んでい
き、それによって、中間容器２１の上端を縮径させる。

次に、第９図に示す金型２７を使用して、２番目のネッ
キングを施す。そして、順次金型を変えてネッキングを
施し、最後に、第１Ｏ図に示す金型２９を使用して６番
目のネッキングを施す、これによって、中間容器２１の
上端を所定の形状として、高圧ボンベ３１を得る。

ここで、最初の切断工程から、未ツキング工程までの変
化、すなわち、素材１の状態から中間容器２１の成形、
さらには高圧ボンベ３１の成形までの変化を第１１図に
示す。第１１図（ａ）は素材ｌを示す図であり、第１１
図（ｂ）はアプセット工程により予備成形を施した状態
の素材１を示す図である。又、第１１図（Ｃ）はインパ
クト成形により成形された中間容器２１を示す図であり
、第１１図（ｄ）は一端を切断した中間容器２１を示し
ている。さらに、第１１図（ｅ）ないし第１１図（ｊ）
は６回のネッキングによりそれぞれ得られた中間容器２
１及び高圧ボンベ３１を示す図である。

次に、高圧ボンベ３１の全長を決定するとともに、洗浄
を施す。

次に、再度、熱処理（時効処理）を施す。すなわち、１
７５°Ｃで、８時間放置する。

そして、所定の寸法にするぺ（、機械加工を行うととも
に洗浄を施す。

以上で高圧ボンベ３１の製造は終了し、後は梱包等を施
して出荷する。

次に、本実施例により製造された高圧ボンベ３１の機械
的強度について説明する。

まず、第１２図にインパクト成形するための材料で後に
溶体化及び時効処理したものについての機械的強度を示
す。図に示すように、引張り強さは、３１．５（ｋｇ／
　ｍ　ｒｒｆ　）　〜３１．７（ｋｇ／　ｍ　ｒｒｒ　
　）程度であり、これを破壊圧力に換算すると、略５６
６（ｋｇ／Ｃ艷）程度である。

次に、インパクト成形及び熱処理を施したもの、すなわ
ち、本実施例による高圧ボンベ３１について、第１３図
ないし第１６図を参照して説明する。

第１３図は、２０個の高圧ボンベについての試験結果を
示す図であり、それぞれ破壊圧力、厚さ、引張り強さを
示している。

又、第１４図は、引張り強さについての分布を示す図で
あり、４０．４（ｋｇ／　ｍ　ｒｒｆ）　、４１．０（
ｋｇ／　ｍｒＴｆ）の付近に多くの高圧ボンベ３１が集
中している。

又、それを集計すると、第１５図に示すようになり、又
、平均値、最大重、最小価等を算出すると、第１６図に
示すようになる。因に、引張り強さの平均値は４０．７
（ｋｇ　／　ｍ　ｒｄ　）である、これを破壊圧力に換
算すると、第１３図に示すように、略７３２　（ｋｇ　
／　ｃｄ）である。

このように、インパクト成形後に時効処理を施すことに
より、−その機械的強度を大幅に高めることができる。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

まず、従来のように絞り工程を複数回施すのと異なり、
１回のインパクト成形により、所定形状の中間容器２１
を得るようにしているので、球形庭付の容器の製造に要
する労力を軽減させることができるとともに、製造に要
する時間を短縮させることができる。

又、製造された高圧ボンベ３１の機械的強度を向上させ
ることができる。これは、まずインパクト成形を採用し
たことによる。つまり、複数回の絞り工程を施す場合に
は得ることができなかった加工硬化を期待できるからで
ある。

又、熱処理を施すことによっても、その機械的強度を向
上させることができるからである。

このように、アルミニウム合金製であって、所望の機械
的強度を備えた高圧ボンベ３１を得ることができる。

尚、本発明は前記一実施例に限定されるものではなく、
たとえばアルミニウム合金としては６０６１系に限定さ
れるものではなく、他のアルミニウム合金でもよい。

又、溶体化処理は、アプセット工程の後でもよい、又、
溶体化処理、時効処理の温度、時間についても変更可能
である。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明による圧力容器と圧力容器製
造方法によると、アルミニウム合金製であって優れた機
械的強度を備えた圧力容器を得ることができるとともに
、そのような圧力容器を少ない労力と短い時間で製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１６図は本発明の一実施例を示す図で、
第１図は素材の斜視図、第２図はアルミニウム合金の材
料成分を示す図、第３図は熱処理装置を示す断面図、第
４図は熱処理による硬度変化を示す特性図、第５図及び
第６図はアプセット工程を示す図、第７図はインパクト
成形工程を示す図、第８図ないし第１０図はネッキング
工程を示す図、第１１図（ａ）ないし第１１図（ｊ）は
素材からネッキングを完了した中間容器さらには高圧ボ
ンベまでの変化を示す図、第１２図はインパクト成形の
みにより得られた高圧ボンベの機械的強度を示す図、第
１３図ないし第１６図はインパクト成形及び熱処理によ
り得られた高圧ボンベの機械的強度を示す図、第１７図
（ａ）ないし第１７図（ｃ）は従来例を示す図である。 １・・・素材、３・・・熱処理炉、１３．１９・・・パ
ンチング治具、１１・・・金型、１７・・・金型（ダイ
ス）、２１・・・中間容器、２５，２７．２９・・・ネ
ッキング用金型、３１・・・高圧ボンベ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム合金材料を使用して所定形状の素材
   を形成し、上記素材を金型に固定してパンチングにより
   予備成形を施し、予備成形を施された素材を１回のパン
   チングによりインパクト成形して所定形状の中間容器と
   し、この中間容器に所定の成形を施してなることを特徴
   とする圧力容器。
2. （２）請求項１記載の圧力容器において、素材に予備成
   形を施す前又は後に溶体化処理を施すとともに、中間容
   器を成形した後に時効処理を施したことを特徴とする圧
   力容器。
3. （３）アルミニウム合金材料を使用して所定形状の素材
   を形成する切断工程と、上記素材を金型に固定してパン
   チングにより予備成形を施すアプセット工程と、予備成
   形を施された素材を１回のパンチングにより引き伸ばし
   て所定形状の中間容器を成形するインパクト成形工程と
   を具備したことを特徴とする圧力容器製造方法。
4. （４）請求項３記載の圧力容器製造方法において、アプ
   セット工程の前又は後に溶体化処理を施すとともに、イ
   ンパクト成形工程の後に時効処理を施したことを特徴と
   する圧力容器製造方法。