(57)【要約】【課題】  口金取付部の衝撃値や疲労強度が増大した圧力容器を提供する。【解決手段】  圧力容器１は、筒状の胴２と、胴２の両端開口を閉鎖する鏡板３、４と、いずれか一方の鏡板３に一体に形成された口金取付部５とよりなる。口金取付部５において母材となる金属に、摩擦攪拌接合用工具のプローブを用いて摩擦攪拌することにより改質処理を施し、結晶粒を微細化させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の胴と、胴の両端開口を閉鎖する鏡板とよりなり、いずれか一方の鏡板に口金取付部が一体に形成されている圧力容器において、
口金取付部において母材となる金属に改質処理が施され、結晶粒が微細化されている圧力容器。
【請求項２】
口金取付部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理が施され、結晶粒が微細化されている請求項１記載の圧力容器。
【請求項３】
口金取付部の母材となる金属の改質処理が施された部分の結晶粒径が９０μｍ以下である請求項１または２記載の圧力容器。
【請求項４】
胴、両鏡板および口金取付部の母材となる金属がアルミニウムからなる請求項１〜３のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【請求項５】
口金取付部の改質処理が、摩擦攪拌接合用工具のプローブを用いて摩擦攪拌することにより行われている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【請求項６】
胴および両鏡板が一体に形成されている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【請求項７】
一方の鏡板を構成する第１構成部材と、胴および他方の鏡板を構成する第２構成部材とよりなり、第１構成部材に口金取付部が一体に形成され、第１構成部材における第２構成部材との接合端部において母材となる金属に改質処理が施され、結晶粒が微細化されている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【請求項８】
第１構成部材における第２構成部材との接合端部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理が施され、結晶粒が微細化されている請求項７記載の圧力容器。
【請求項９】
第１構成部材における第２構成部材との接合端部の母材となる金属の改質処理が施された部分の結晶粒径が９０μｍ以下である請求項７または８記載の圧力容器。
【請求項１０】
第１構成部材における第２構成部材との接合端部の改質処理が、摩擦攪拌接合用工具のプローブを用いて摩擦攪拌することにより行われている請求項７〜９のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちのいずれかに記載された圧力容器の外周面が、補強繊維に樹脂が含浸硬化させられてなる繊維強化樹脂層で覆われている強化圧力容器。
【請求項１２】
繊維強化樹脂層が、補強繊維を胴の長さ方向に対して傾斜するように巻き付けてなるヘリカル巻繊維層、および補強繊維を胴の周囲に巻き付けてなるフープ巻繊維層を備えている請求項１１記載の強化圧力容器。
【請求項１３】
内部に水素吸蔵物質が入れられている請求項１１または１２記載の強化圧力容器。
【請求項１４】
燃料水素用強化圧力容器、燃料電池、および燃料水素用強化圧力容器から燃料電池に燃料水素ガスを送る圧力配管を備えており、燃料水素用強化圧力容器が請求項１１〜１３のうちのいずれかに記載の強化圧力容器からなる燃料電池システム。
【請求項１５】
天然ガス用強化圧力容器および天然ガス用強化圧力容器から天然ガスを送り出す圧力配管を備えており、天然ガス用強化圧力容器が請求項１１または１２記載の強化圧力容器からなる天然ガス供給システム。
【請求項１６】
酸素ガス用強化圧力容器および酸素ガス用強化圧力容器から酸素ガスを送り出す圧力配管を備えており、酸素ガス用強化圧力容器が請求項１１または１２記載の強化圧力容器からなる酸素ガス供給システム。
【請求項１７】
金属素材に熱間加工を施すことによって、筒状の胴、胴に一体に形成されかつ胴の両端開口を閉鎖する鏡板、およびいずれか一方の鏡板に一体に形成された口金取付部からなる圧力容器半製品をつくった後圧力容器半製品に熱処理を施し、ついで摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ外周面側から圧力容器半製品の口金取付部に埋入し、プローブと圧力容器半製品とを相対的に移動させることにより、口金取付部の母材となる金属を摩擦攪拌して結晶粒を微細化させる改質処理を施すことを含む圧力容器の製造方法。
【請求項１８】
摩擦攪拌接合用工具の円柱状回転子の端面におけるプローブの周囲に形成された肩部の直径をＤmm、圧力容器半製品の口金取付部の肉厚をＴmmとした場合、Ｄ≦３Ｔの条件を満たす請求項１７記載の圧力容器の製造方法。
【請求項１９】
摩擦攪拌接合用工具のプローブ径と、圧力容器半製品の口金取付部の肉厚とを等しくしておく請求項１７または１８記載の圧力容器の製造方法。
【請求項２０】
口金取付部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理を施す請求項１７〜１９のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【請求項２１】
金属素材に熱間加工を施すことによって、一方の鏡板および鏡板に一体に形成された口金取付部からなる第１構成部材をつくるとともに、金属素材に熱間加工を施すことによって、胴および胴に一体に形成されかつ胴の一端開口を閉鎖する他方の鏡板からなる第２構成部材をつくった後両構成部材に熱処理を施し、ついで摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ外周面側から第１構成部材の口金取付部に埋入し、プローブと第１構成部材とを相対的に移動させることにより、口金取付部の母材となる金属を摩擦攪拌して結晶粒を微細化させる改質処理を施し、さらに摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ外周面側から第１構成部材における第２構成部材との接合端部に埋入し、プローブと第１構成部材とを相対的に移動させることにより、第１構成部材における第２構成部材との接合端部の母材となる金属を摩擦攪拌して結晶粒を微細化させる改質処理を施し、その後第１構成部材と第２構成部材とを接合することを含む圧力容器の製造方法。
【請求項２２】
摩擦攪拌接合用工具の円柱状回転子の端面におけるプローブの周囲に形成された肩部の直径をＤmm、第１構成部材の口金取付部の肉厚をＴmmとした場合、Ｄ≦３Ｔの条件を満たす請求項２１記載の圧力容器の製造方法。
【請求項２３】
摩擦攪拌接合用工具のプローブ径と、第１構成部材の口金取付部の肉厚とを等しくしておく請求項２１または２２記載の圧力容器の製造方法。
【請求項２４】
口金取付部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理を施す請求項２１〜２３のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【請求項２５】
摩擦攪拌接合用工具の円柱状回転子の端面におけるプローブの周囲に形成された肩部の直径をｄmm、第１構成部材における第２構成部材との接合端部の肉厚をｔmmとした場合、ｄ≦３ｔの条件を満たす請求項２１〜２４のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【請求項２６】
第１構成部材における第２構成部材との接合端部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理を施す請求項２１〜２５のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【請求項２７】
金属素材が熱処理型アルミニウムからなる請求項１７〜２６のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば自動車産業、住宅産業、輸送機械産業等において、燃料となる水素ガスや天然ガスを貯蔵したり、酸素ガス供給システムにおいて酸素ガスを貯蔵したり、あるいは工業用ガスを貯蔵したりするのに用いられる圧力容器およびその製造方法に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【背景技術】
【０００３】
上述した圧力容器に入れられる高圧ガスの圧力は主として２０〜３５MPa程度であるが、将来的には７０MPa程度になると考えられている。
【０００４】
従来、この種の圧力容器として、たとえばJIS Ａ６０６１などのアルミニウムからなるカップ状ブランクの胴部を熱間においてフローフォーミングにより軸方向にしごき加工して、底付きの円筒状中間ブランクを形成し、中間ブランクの開口側端部をスピニング成形して鏡部を一体に形成するとともにその中央部に口栓部を設け、口栓部に口金取付用の穴を形成し、その後熱処理が施されたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、この圧力容器においては、熱間加工の後に熱処理を施しているので、スピニング成形のような強加工が施された部分、特に口栓部の結晶粒が粗大化し、衝撃値や疲労強度が低下する。したがって、この圧力容器においては、口栓部での破壊などの危険性が高まる。
【特許文献１】特開平１１−１０４７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、上記問題を解決し、口金取付部の衝撃値や疲労強度が増大した圧力容器およびその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】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００８】
1)筒状の胴と、胴の両端開口を閉鎖する鏡板とよりなり、いずれか一方の鏡板に口金取付部が一体に形成されている圧力容器において、
口金取付部において母材となる金属に改質処理が施され、結晶粒が微細化されている圧力容器。
【０００９】
2)口金取付部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理が施され、結晶粒が微細化されている上記1)記載の圧力容器。
【００１０】
3)口金取付部の母材となる金属の改質処理が施された部分の結晶粒径が９０μｍ以下である上記1)または2)記載の圧力容器。
【００１１】
4)胴、両鏡板および口金取付部の母材となる金属がアルミニウムからなる上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【００１２】
5)口金取付部の改質処理が、摩擦攪拌接合用工具のプローブを用いて摩擦攪拌することにより行われている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【００１３】
6)胴および両鏡板が一体に形成されている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【００１４】
7)一方の鏡板を構成する第１構成部材と、胴および他方の鏡板を構成する第２構成部材とよりなり、第１構成部材に口金取付部が一体に形成され、第１構成部材における第２構成部材との接合端部において母材となる金属に改質処理が施され、結晶粒が微細化されている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【００１５】
8)第１構成部材における第２構成部材との接合端部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理が施され、結晶粒が微細化されている上記7)記載の圧力容器。
【００１６】
9)第１構成部材における第２構成部材との接合端部の母材となる金属の改質処理が施された部分の結晶粒径が９０μｍ以下である上記7)または8)記載の圧力容器。
【００１７】
10)第１構成部材における第２構成部材との接合端部の改質処理が、摩擦攪拌接合用工具のプローブを用いて摩擦攪拌することにより行われている上記7)〜9)のうちのいずれかに記載の圧力容器。
【００１８】
11)上記1)〜10)のうちのいずれかに記載された圧力容器の外周面が、補強繊維に樹脂が含浸硬化させられてなる繊維強化樹脂層で覆われている強化圧力容器。
【００１９】
12)繊維強化樹脂層が、補強繊維を胴の長さ方向に対して傾斜するように巻き付けてなるヘリカル巻繊維層、および補強繊維を胴の周囲に巻き付けてなるフープ巻繊維層を備えている上記11)記載の強化圧力容器。
【００２０】
13)内部に水素吸蔵物質が入れられている上記11)または12)記載の強化圧力容器。
【００２１】
14)燃料水素用強化圧力容器、燃料電池、および燃料水素用強化圧力容器から燃料電池に燃料水素ガスを送る圧力配管を備えており、燃料水素用強化圧力容器が上記11)〜13)のうちのいずれかに記載の強化圧力容器からなる燃料電池システム。
【００２２】
15)天然ガス用強化圧力容器および天然ガス用強化圧力容器から天然ガスを送り出す圧力配管を備えており、天然ガス用強化圧力容器が上記11)または12)記載の強化圧力容器からなる天然ガス供給システム。
【００２３】
16)酸素ガス用強化圧力容器および酸素ガス用強化圧力容器から酸素ガスを送り出す圧力配管を備えており、酸素ガス用強化圧力容器が上記11)または12)記載の強化圧力容器からなる酸素ガス供給システム。
【００２４】
17)金属素材に熱間加工を施すことによって、筒状の胴、胴に一体に形成されかつ胴の両端開口を閉鎖する鏡板、およびいずれか一方の鏡板に一体に形成された口金取付部からなる圧力容器半製品をつくった後圧力容器半製品に熱処理を施し、ついで摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ外周面側から圧力容器半製品の口金取付部に埋入し、プローブと圧力容器半製品とを相対的に移動させることにより、口金取付部の母材となる金属を摩擦攪拌して結晶粒を微細化させる改質処理を施すことを含む圧力容器の製造方法。
【００２５】
18)摩擦攪拌接合用工具の円柱状回転子の端面におけるプローブの周囲に形成された肩部の直径をＤmm、圧力容器半製品の口金取付部の肉厚をＴmmとした場合、Ｄ≦３Ｔの条件を満たす上記17)記載の圧力容器の製造方法。
【００２６】
19)摩擦攪拌接合用工具のプローブ径と、圧力容器半製品の口金取付部の肉厚とを等しくしておく上記17)または18)記載の圧力容器の製造方法。
【００２７】
20)口金取付部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理を施す上記17)〜19)のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【００２８】
21)金属素材に熱間加工を施すことによって、一方の鏡板および鏡板に一体に形成された口金取付部からなる第１構成部材をつくるとともに、金属素材に熱間加工を施すことによって、胴および胴に一体に形成されかつ胴の一端開口を閉鎖する他方の鏡板からなる第２構成部材つくった後両構成部材に熱処理を施し、ついで摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ外周面側から第１構成部材の口金取付部に埋入し、プローブと第１構成部材とを相対的に移動させることにより、口金取付部の母材となる金属を摩擦攪拌して結晶粒を微細化させる改質処理を施し、さらに摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ外周面側から第１構成部材における第２構成部材との接合端部に埋入し、プローブと第１構成部材とを相対的に移動させることにより、第１構成部材における第２構成部材との接合端部の母材となる金属を摩擦攪拌して結晶粒を微細化させる改質処理を施し、その後第１構成部材と第２構成部材とを接合することを含む圧力容器の製造方法。
【００２９】
22)摩擦攪拌接合用工具の円柱状回転子の端面におけるプローブの周囲に形成された肩部の直径をＤmm、第１構成部材の口金取付部の肉厚をＴmmとした場合、Ｄ≦３Ｔの条件を満たす上記21)記載の圧力容器の製造方法。
【００３０】
23)摩擦攪拌接合用工具のプローブ径と、第１構成部材の口金取付部の肉厚とを等しくしておく上記21)または22)記載の圧力容器の製造方法。
【００３１】
24)口金取付部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理を施す上記21)〜23)のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【００３２】
25)摩擦攪拌接合用工具の円柱状回転子の端面におけるプローブの周囲に形成された肩部の直径をｄmm、第１構成部材における第２構成部材との接合端部の肉厚をｔmmとした場合、ｄ≦３ｔの条件を満たす上記21)〜24)のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【００３３】
26)第１構成部材における第２構成部材との接合端部の全肉厚の５０〜８０％に改質処理を施す上記21)〜25)のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【００３４】
27)金属素材が熱処理型アルミニウムからなる上記17)〜26)のうちのいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
【発明の効果】
【００３５】
上記1)の圧力容器によれば、口金取付部において母材となる金属に改質処理が施され、結晶粒が微細化されているので、口金取付部の衝撃値および疲労強度が増大し、この圧力容器の口金取付部での破壊の危険性が低下する。
【００３６】
上記2)の圧力容器によれば、この圧力容器を用いた圧力容器の口金取付部での破壊の危険性が確実に低下する。
【００３７】
上記3)の圧力容器によれば、この圧力容器を用いた圧力容器の口金取付部での破壊の危険性が確実に低下する。
【００３８】
上記5)の圧力容器によれば、口金取付部の改質処理を比較的簡単に行うことができる。
【００３９】
上記7)の圧力容器によれば、第１構成部材における第２構成部材との接合端部において母材となる金属に改質処理が施され、結晶粒が微細化されているので、当該部分の衝撃値および疲労強度が増大し、この圧力容器の当該部分での破壊の危険性が低下する。
【００４０】
上記8)の圧力容器によれば、第１構成部材における第２構成部材との接合端部での破壊の危険性が確実に低下する。
【００４１】
上記9)の圧力容器によれば、第１構成部材における第２構成部材との接合端部での破壊の危険性が確実に低下する。
【００４２】
上記10)の圧力容器によれば、第１構成部材における第２構成部材との接合端部の改質処理を比較的簡単に行うことができる。
【００４３】
上記17)〜19)の圧力容器の製造方法によれば、上記1)、3)〜6)の圧力容器を比較的簡単に製造することができる。
【００４４】
上記20)の圧力容器の製造方法によれば、上記2)の圧力容器を比較的簡単に製造することができる。
【００４５】
上記21)〜25)の圧力容器の製造方法によれば、上記7)、9)および10)の圧力容器を比較的簡単に製造することができる。
【００４６】
上記26)の圧力容器の製造方法によれば、上記8)の圧力容器を比較的簡単に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図面を通じて同一部分および同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００４８】
実施形態１
この実施形態は図１〜図５に示すものである。
【００４９】
図１は実施形態１の圧力容器を示し、図２は圧力容器を使用した強化圧力容器を示す。図３〜図５は圧力容器の製造方法を示す。
【００５０】
図１において、圧力容器(1)は、円筒状の胴(2)と、胴(2)の両端開口を閉鎖する鏡板(3)(4)と、いずれか一方の鏡板(3)に一体に形成されかつ圧力容器(1)の内外を通じさせる貫通穴(5a)を有する円筒状口金取付部(5)とよりなる。図示は省略したが、口金取付部(5)の貫通穴(5a)の内周面にはめねじが形成されている。
【００５１】
圧力容器(1)は、たとえばJIS Ａ６０００系合金、JIS Ａ２０００系合金、JIS Ａ７０００系合金などの熱処理型アルミニウムにより、胴(2)、両鏡板(3)(4)および口金取付部(5)が一体に形成されている。
【００５２】
口金取付部(5)においては、その外周面側から母材となるアルミニウムに改質処理が施されて結晶粒が微細化されており、口金取付部(5)の衝撃値や疲労強度が増大している。改質処理部分を(X)で示す。口金取付部(5)の改質処理は、摩擦攪拌接合用工具のプローブを用いて摩擦攪拌することにより行われている。改質処理が施されて結晶粒が微細化されている範囲は、口金取付部(5)の外周面から全肉厚の５０〜８０％の範囲内であることが好ましい。改質処理が施されて結晶粒が微細化されている範囲が、口金取付部(5)の外周面から全肉厚の５０％未満であると、口金取付部(5)の衝撃値や疲労強度を増大させる効果が十分ではないことがあり、８０％を越えると口金取付部(5)の内径の寸法精度が低下するおそれがある。また、口金取付部(5)における改質処理が施された部分の結晶粒径は、衝撃値や疲労強度を増大させる効果が十分となるように、９０μｍ以下であることが好ましい。なお、当該部分の結晶粒径の下限値は２０μｍ程度である。
【００５３】
圧力容器(1)は、たとえばスキューバダイビングのエアータンクに用いられる場合には、口金取付部(5)の貫通穴(5a)内周面のめねじを利用して口金バルブが取り付けられた状態で使用される。
【００５４】
また、圧力容器(1)は、図２に示すように、周囲の全体が、たとえばカーボン繊維強化樹脂などからなる繊維強化樹脂層(6)で覆われ、強化圧力容器(7)として用いられる。図示は省略したが、繊維強化樹脂層(6)は、補強繊維を胴(2)の長さ方向とほぼ直角をなすように巻き付けてなるフープ巻繊維層に樹脂を含浸硬化させたフープ巻補強層と、補強繊維を胴(2)の長さ方向に対して傾斜するように巻き付けてなるヘリカル巻繊維層に樹脂を含浸硬化させたヘリカル巻補強層とよりなる。各補強層を構成する繊維としては、たとえばカーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などが用いられるが、カーボン繊維を用いることが好ましい。また、各補強層を構成する樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂が用いられる。各補強層は、フィラメントワインディング法により樹脂を含浸させた補強繊維、あるいは樹脂を含浸させた補強繊維の束を巻き付けた後、樹脂を硬化させることにより形成される。
【００５５】
強化圧力容器(7)は、燃料水素ガス用強化圧力容器、燃料電池、および燃料水素ガス用強化圧力容器から燃料電池に燃料水素ガスを送る圧力配管を備えた燃料電池システムにおける燃料水素ガス用強化圧力容器として用いられる。燃料電池システムは、燃料電池自動車に搭載される。また、燃料電池システムはコージェネレーションシステムにも用いられる。
【００５６】
また、強化圧力容器(7)は、天然ガス用強化圧力容器および天然ガス用強化圧力容器から天然ガスを送り出す圧力配管を備えた天然ガス供給システムにおける天然ガス用強化圧力容器として用いられる。天然ガス供給システムは、発電機および発電機駆動装置とともにコージェネレーションシステムに用いられる。また、天然ガス供給システムは、天然ガスを燃料とするエンジンを備えている天然ガス自動車に用いられる。
【００５７】
さらに、強化圧力容器(7)は、酸素ガス用強化圧力容器および酸素ガス用強化圧力容器から酸素ガスを送り出す圧力配管を備えた酸素ガス供給システムにおける酸素ガス用強化圧力容器として用いられる。
【００５８】
以下、図３〜図５を参照して、圧力容器(1)の製造方法について説明する。
【００５９】
まず、円筒状のアルミニウム押出形材を所定の長さに切断して円筒状素材をつくった後、筒状素材の一端部に熱間スピニング加工を施すことにより、一方の鏡板(3)と、貫通穴(5a)を有する口金取付部(5)とを形成する。ここで、口金取付部(5)の長さは、図１に示す完成品の圧力容器(1)における口金取付部(5)の長さよりも長くしておく。また、筒状素材の他端部に熱間スピニング加工を施すことにより他方の鏡板(4)を形成する。こうして、胴(2)、両鏡板(3)(4)および口金取付部(5)からなる圧力容器半製品(10)を製造する。
【００６０】
ついで、圧力容器半製品(10)の口金取付部(5)に、摩擦攪拌接合用工具(11)を用いて改質処理を施し、結晶粒を微細化する（図３参照）。
【００６１】
摩擦攪拌接合用工具(11)は、先端部にテーパ部を介して小径部(12a)が同軸上に一体に形成された円柱状回転子(12)と、回転子(12)の小径部(12a)の端面に小径部(12a)と同軸上に一体に形成されかつ小径部(12a)よりも小径であるピン状プローブ(13)とを備えている。回転子(12)およびプローブ(13)は、圧力容器半製品(10)よりも硬質でかつ摩擦攪拌時に発生する摩擦熱に耐えうる耐熱性を有する材料で形成されている。
【００６２】
そして、摩擦攪拌接合用工具(11)の回転子(12)およびプローブ(13)を５００〜３０００rpmで回転させながら、圧力容器半製品(10)の口金取付部(5)の基端寄りの部分に外周面側からプローブ(13)を埋入する（図４参照）。ここで、摩擦攪拌接合用工具(11)の回転子(12)の端面におけるプローブ(13)の周囲に形成された肩部(12b)の直径をＤmm、口金取付部(5)の肉厚をＴmmとした場合、Ｄ≦３Ｔの条件を満たすことが好ましい。Ｄ＞３Ｔの場合、口金取付部(5)への入熱量が過大となり、軟化域が大きくなって口金取付部(5)の変形が生じるおそれがある。また、プローブ(13)の径(P1)を口金取付部(5)の肉厚Ｔmmと等しくしておくことが好ましい。この場合、口金取付部(5)の厚み全体にわたってアルミニウムの十分な塑性流動層が得られる。また、プローブ(13)の長さは、口金取付部(5)の全肉厚の５０〜８０％の範囲に改質処理を施しうるような長さとしておくことが好ましい。
【００６３】
ついで、圧力容器半製品(10)を軸線の周りに回転させながら、摩擦攪拌接合用工具(11)を口金取付部(5)の先端側（図４の左側）に直線的に移動させる。ここで、圧力容器半製品(10)の軸線周りの回転は、口金取付部(5)の外周面の周速が１０〜３０cpmとなるように行うことが好ましい。すると、プローブ(13)の回転により発生する摩擦熱と、口金取付部(5)と肩部(12b)との摺動により発生する摩擦熱とによって、圧力容器半製品(10)の母材となる金属は軟化するとともに、この軟化部がプローブ(13)の回転力を受けて攪拌混合され、さらにこの軟化部がプローブ(13)の通過溝を埋めるように塑性流動した後、摩擦熱を急速に失って冷却固化するという現象が、プローブ(13)の移動に伴って繰り返されることにより、母材となる金属が摩擦攪拌混合され、改質されて結晶粒が微細化する。
【００６４】
そして、プローブ(13)が口金取付部(5)の先端部に至ったときに、プローブ(13)を引き抜く。プローブ(13)の引き抜きにより口金取付部(5)の外周面に穴(14)が形成されるので、口金取付部(5)の穴(14)が存在する部分を切断する（図５参照）。こうして、圧力容器(1)が製造される。
【００６５】
次に、実施形態１に関しての具体的実験例について説明する。
【００６６】
JIS Ａ６０６１製アルミニウム押出形材からなる内径２００mm、肉厚４．５mm、長さ８００mmの円筒状素材を用意した後、円筒状素材の一端部に、スピニング温度を変えて熱間スピニング加工を施すことにより、一方の鏡板(3)と貫通穴(5a)を有する口金取付部(5)とを形成するとともに、円筒状素材の他端部に熱間スピニング加工を施すことにより他方の鏡板(4)を形成し、胴(2)、両鏡板(3)(4)および口金取付部(5)からなる圧力容器半製品(10)を製造した。ここで、口金取付部(5)の肉厚Ｔは１０mm、長さは４０mmである。ついで、圧力容器半製品(10)を５３０℃に加熱して焼入処理を施した後、１８０℃に８時間保持する焼戻し処理を施した。そして、口金取付部(5)の結晶粒径を測定した。
【００６７】
また、上記と同様にして得られた圧力容器半製品(10)を５３０℃に加熱して焼入処理を施した後、１８０℃に８時間保持する焼戻し処理を施した。ついで、プローブ(13)の直径１０mm、プローブ(13)の長さ８mm、肩部(12b)の直径２４mmである摩擦攪拌接合用工具(11)を使用し、回転子(12)およびプローブ(13)を１５００rpmで回転させながら、圧力容器半製品(10)の口金取付部(5)の基端寄りの部分に外周面側からプローブ(13)を埋入した。ついで、圧力容器半製品(10)を、口金取付部(5)の外周面の周速が３０cpmとなるように、軸線の周りに回転させながら、摩擦攪拌接合用工具(11)のプローブ(13)を口金取付部(5)の先端側に移動させ、口金取付部(5)を摩擦攪拌して改質処理を施した。その後、プローブ(13)が口金取付部(5)の先端部に至ったときに引き抜き、口金取付部(5)の穴(14)が存在する部分を切断した。そして、口金取付部(5)の結晶粒径を測定した。
【００６８】
表１に、スピニング温度と、改質処理無しの場合および有りの場合の結晶粒径を示す。
【表１】
2006291986.tif 000003
【００６９】
実施形態２
この実施形態は図６〜図９に示すものである。
【００７０】
図６は実施形態２の圧力容器を示し、図７〜図９は圧力容器の製造方法を示す。
【００７１】
図６において、圧力容器(20)は、一方の鏡板(3)および鏡板(3)に一体に形成された口金取付部(5)を構成する第１構成部材(21)と、胴(2)および胴(2)に一体に形成されかつ胴(2)の一端開口を閉鎖する他方の鏡板(4)を構成する第２構成部材(22)とよりなる。
【００７２】
第１構成部材(21)は熱間鍛造により形成されたものであり、圧力容器(20)の内外を通じさせる貫通穴(5a)を有する口金取付部(5)が一体に形成されている。第２構成部材(22)はカップ状金属素材に熱間においてフローフォーミングによりしごき加工を施すことによって形成されたものであり、一端が開口するとともに他端が閉鎖された有底円筒状体である。第１構成部材(21)と第２構成部材(22)とは、両者の突き合わせ部において、適当な方法、たとえば摩擦攪拌接合法により全周にわたって接合されている。
【００７３】
両構成部材(21)(22)は、それぞれたとえばJIS Ａ６０００系合金、JIS Ａ２０００系合金、JIS Ａ７０００系合金などの熱処理型アルミニウムにより形成されている。両構成部材(21)(22)は同じ材料で形成されていてもよいし、あるいは異なる材料で形成されていてもよい。
【００７４】
第１構成部材(21)の口金取付部(5)においては、実施形態１の場合と同様にして、その外周面側から母材となるアルミニウムに改質処理が施されて結晶粒が微細化されており、口金取付部(5)の衝撃値や疲労強度が増大している。
【００７５】
また、第１構成部材(21)における第２構成部材(22)との接合端部(23)においては、その外周面側から母材となるアルミニウムに改質処理が施されて結晶粒が微細化されており、接合端部(23)の衝撃値や疲労強度が増大している。改質処理部を(X1)で示す。第１構成部材(21)の接合端部(23)の改質処理は、摩擦攪拌接合用工具(11)のプローブ(13)を用いて摩擦攪拌することにより行われている。改質処理が施されて結晶粒が微細化されている範囲は、接合端部(23)の外周面から全肉厚の５０〜８０％の範囲内であることことが好ましい。改質処理が施されて結晶粒が微細化されている範囲が、接合端部(23)の外周面から全肉厚の５０％未満であると、接合端部(23)の衝撃値や疲労強度を増大させる効果が十分ではないことがあり、８０％を越えると接合端部(23)の内径の寸法精度が低下するおそれがある。また、接合端部(23)における改質処理が施された部分の結晶粒径は、衝撃値や疲労強度を増大させる効果が十分となるように、９０μｍ以下であることが好ましい。なお、当該部分の結晶粒径の下限値は２０μｍ程度である。
【００７６】
圧力容器(20)は、たとえばスキューバダイビングのエアータンクに用いられる場合には、口金取付部(5)の貫通穴(5a)の内周面のめねじを利用して口金バルブが取り付けられた状態で使用される。
【００７７】
また、圧力容器(20)は、実施形態１の場合と同様に、周囲の全体が、たとえばカーボン繊維強化樹脂などからなる繊維強化樹脂層で覆われ、強化圧力容器として用いられる。
【００７８】
強化圧力容器は、燃料水素ガス用強化圧力容器、燃料電池、および燃料水素ガス用強化圧力容器から燃料電池に燃料水素ガスを送る圧力配管を備えた燃料電池システムにおける燃料水素ガス用強化圧力容器として用いられる。燃料電池システムは、燃料電池自動車に搭載される。また、燃料電池システムはコージェネレーションシステムにも用いられる。
【００７９】
また、強化圧力容器は、天然ガス用強化圧力容器および天然ガス用強化圧力容器から天然ガスを送り出す圧力配管を備えた天然ガス供給システムにおける天然ガス用強化圧力容器として用いられる。天然ガス供給システムは、発電機および発電機駆動装置とともにコージェネレーションシステムに用いられる。また、天然ガス供給システムは、天然ガスを燃料とするエンジンを備えている天然ガス自動車に用いられる。
【００８０】
さらに、強化圧力容器は、酸素ガス用強化圧力容器および酸素ガス用強化圧力容器から酸素ガスを送り出す圧力配管を備えた酸素ガス供給システムにおける酸素ガス用強化圧力容器として用いられる。
【００８１】
以下、図７〜図９を参照して、圧力容器(20)の製造方法について説明する。
【００８２】
まず、アルミニウム製素材に熱間鍛造加工を施して、一方の鏡板(3)と口金取付部(5)とよりなる第１構成部材(21)をつくる。第１構成部材(21)の口金取付部(5)の長さは、図６に示す完成品の圧力容器(20)における口金取付部(5)の長さよりも長くしておく。また、第１構成部材(21)の口金取付部(5)とは反対側の端部の長さは、図６に示す完成品の圧力容器(20)における接合端部(23)の長さよりも長くしておく。一方、アルミニウム製カップ状素材に熱間においてフローフォーミングによりしごき加工を施して、胴(2)と他方の鏡板(4)とよりなる第２構成部材(22)をつくる。
【００８３】
ついで、第１構成部材(21)の口金取付部(5)に、実施形態１の場合と同様にして摩擦攪拌接合用工具(11)を用いて改質処理を施し、結晶粒を微細化する。また、第１構成部材(21)における第２構成部材(22)との接合端部(23)に、摩擦攪拌接合用工具(11)を用いて改質処理を施し、結晶粒を微細化する（図７参照）。すなわち、摩擦攪拌接合用工具(11)の回転子(12)およびプローブ(13)を５００〜３０００rpmで回転させながら、第１構成部材(21)の接合端部(23)の口金取付部(5)寄りの部分に外周面側からプローブ(13)を埋入する（図８参照）。ここで、摩擦攪拌接合用工具(11)の回転子(12)の端面におけるプローブ(13)の周囲に形成された肩部(12b)の直径をｄmm、接合端部(23)の肉厚をｔmmとした場合、ｄ≦３ｔの条件を満たすことが好ましい。ｄ＞３ｔの場合、接合端部(23)への入熱量が過大となり、軟化域が大きくなって接合端部(23)の変形が生じるおそれがある。また、プローブ(13)の径(P2)を接合端部(23)の肉厚ｔmmと等しくしておくことが好ましい。この場合、接合端部(23)の厚み全体にわたってアルミニウムの十分な塑性流動層が得られる。また、プローブ(13)の長さは、上合端部(23)の全肉厚の５０〜８０％の範囲に改質処理を施しうるような長さとしておくことが好ましい。
【００８４】
ついで、第１構成部材(21)を軸線の周りに回転させながら、摩擦攪拌接合用工具(11)を接合端部(23)の第２構成部材(22)接合側（図８の右側）に直線的に移動させる。ここで、第１構成部材(21)の軸線周りの回転は、接合端部(23)の外周面の周速が１０〜３０cpmとなるように行うことが好ましい。すると、プローブ(13)の回転により発生する摩擦熱と、第１構成部材(21)と肩部(12b)との摺動により発生する摩擦熱とによって、第１構成部材(21)の母材となる金属は軟化するとともに、この軟化部がプローブ(13)の回転力を受けて攪拌混合され、さらにこの軟化部がプローブ(13)の通過溝を埋めるように塑性流動した後、摩擦熱を急速に失って冷却固化するという現象が、プローブ(13)の移動に伴って繰り返されることにより、母材となる金属が摩擦攪拌混合され、改質されて結晶粒が微細化する。
【００８５】
そして、プローブ(13)が第１構成部材(21)の上記接合端部(23)の右端部に至ったときに、プローブ(13)を引き抜く。プローブ(13)の引き抜きにより第１構成部材(21)の外周面に穴(24)が形成されるので、第１構成部材(21)の穴(24)が存在する部分を切断する。こうして、第１構成部材(21)が製造される。
【００８６】
なお、第２構成部材(22)における第１構成部材(21)との接合端部(23)にも、第１構成部材(21)の場合と同様にして、摩擦攪拌接合用工具(11)を用いて改質処理を施し、結晶粒を微細化しておいてもよい。
【００８７】
その後、第１構成部材(21)と第２構成部材(22)とを、適当な方法、たとえば摩擦攪拌接合法により接合する。こうして、圧力容器(20)が製造される。
【００８８】
上記実施形態２において、第２構成部材(22)としては、胴(2)と他方の鏡板(4)とが一体に形成されたものが用いられているが、これに代えて、別々に形成された胴(2)と鏡板(4)とが接合されたものが第２構成部材(22)として用いられてもよい。この場合、胴(2)はたとえばアルミニウム押出形材により形成され、鏡板(4)はアルミニウム素材に熱間鍛造加工を施すことにより形成される。また、この場合、鏡板(4)における胴(2)との接合端部(23)、および胴(2)における鏡板(4)との接合端部(23)に、それぞれ第１構成部材(21)の場合と同様にして、摩擦攪拌接合用工具(11)を用いて改質処理を施し、結晶粒を微細化しておいてもよい。
【００８９】
上記２つの実施形態において、圧力容器(1)(20)の胴(2)は円筒状であるが、これに限定されるものではなく、胴はたとえば横断面だ円形（数学的に定義されるだ円形だけではなく、だ円形に近い形状、たとえば長円形も含まれる。）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】この発明の実施形態１の圧力容器を示す斜視図である。
【図２】図１の圧力容器を用いた強化圧力容器を示す縦断面図である。
【図３】図１の圧力容器を製造する方法を示し、圧力容器半製品の口金取付部に摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入する前の状態の斜視図である。
【図４】図１の圧力容器を製造する方法を示し、圧力容器半製品の口金取付部に摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入した状態の部分拡大縦断面図である。
【図５】図１の圧力容器を製造する方法を示し、圧力容器半製品の口金取付部から摩擦攪拌接合用工具のプローブを引き抜き、これにより形成される穴が存在する部分を切断した状態の斜視図である。
【図６】この発明の実施形態２の圧力容器を示す斜視図である。
【図７】図６の圧力容器を製造する方法を示し、第１構成部材における第２構成部材との接合端部に摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入する前の状態の斜視図である。
【図８】図６の圧力容器を製造する方法を示し、第１構成部材における第２構成部材との接合端部に摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入した状態の部分拡大縦断面図である。
【図９】図６の圧力容器を製造する方法を示し、第１構成部材における第２構成部材との接合端部から摩擦攪拌接合用工具のプローブを引き抜き、これにより形成される穴が存在する部分を切断した状態の斜視図である。
【符号の説明】
【００９１】
(1)(20)：圧力容器
(2)：胴
(3)(4)：鏡板
(5)：口金取付部
(6)：繊維強化樹脂層
(7)：強化圧力容器
(10)：圧力容器半製品
(11)：摩擦攪拌接合用工具
(12)：回転子
(12b)：肩部
(13)：プローブ
(21)：第１構成部材
(22)：第２構成部材
(23)：第１構成部材における第２構成部材との接合端部
【図１】
2006291986.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006291986.tif 000006
【図４】
2006291986.tif 000007
【図５】
2006291986.tif 000008
【図６】
2006291986.tif 000009
【図７】
2006291986.tif 000010
【図８】
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【図９】
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