(57)【要約】【課題】ワークを焼入れ処理して良好な機械的特性を得ることができる熱処理装置を提供する。【解決手段】ワークＷを溶体化処理する加熱炉２０と、ワークＷを焼入れ処理する焼入れ機構３０と、ワークＷを加熱炉２０から焼入れ機構３０に移動させていく搬送機構１０とを備える熱処理装置１であって、ワークＷは、７０００系アルミニウム合金製であり、焼入れ機構３０は、ワークＷに水を噴射するスプレーノズル３１を有している構成とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを溶体化処理する加熱炉と、
前記ワークを焼入れ処理する焼入れ機構と、
前記ワークを前記加熱炉から前記焼入れ機構に移動させていく搬送機構とを備える熱処理装置であって、
前記ワークは、７０００系アルミニウム合金製であり、
前記焼入れ機構は、前記ワークに液体を噴射するスプレーノズルを有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記ワークは、水平方向に中心軸を有する筒状体であり、
前記搬送機構は、前記ワークを前記ワークの軸方向に移動させていくことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記搬送機構は、前記ワークの軸方向を回転軸として前記ワークを回転させながら移動させていくことを特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記焼入れ機構は、複数個のスプレーノズルを有し、
前記複数個のスプレーノズルは、前記ワークの軸方向に平行な面に対し対称に配置されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記焼入れ機構は、噴射する流量を制御する流量制御機構及び／又は噴射する液温を制御する液温制御機構を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の熱処理装置で製造された圧力容器であることを特徴とする圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、７０００系アルミニウム合金（以下、「７０００系アルミ合金」ともいう）製の圧力容器及びそれを熱処理するための熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種高圧ガスを充填するための容器として、６０００系アルミニウム合金（以下、「６０００系アルミ合金」ともいう）製の圧力容器（ボンベ）が使用されている。また、次世代の自動車である燃料電池車に水素を充填する水素ステーションでは、水素を貯蔵するための軽量で耐圧性能の高い容器が求められており、６０００系アルミ合金製の金属ライナの外側に繊維強化プラスチック層（ＦＲＰ層とも称する）が形成された圧力容器が利用されている。このような圧力容器は、円筒状の胴部の両端に、胴部よりも径が小さくなる湾曲面を有する口金取付部等が形成されており、その長さが例えば５ｍとなっている（図１参照）。
【０００３】
そして、６０００系アルミ合金製の金属ライナ（ワーク）の機械的特性を改善つまり調質するために、種々の熱処理を施すことが広く知られている。例えば、６０００系アルミ合金製のワークを溶体化処理した後に、そのワークを焼入れ処理する熱処理方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。なお、溶体化処理とは、時効硬化反応を引き起こすために必要な固溶体を得るための熱処理（例えば５００℃〜５９０℃×５秒以上）である。また、焼入れ処理とは、溶体化処理によって溶質原子が固溶した状態を急冷によって強制的に凍結させて過飽和固溶体を得るための熱処理（１２０℃以下に冷却）である。このとき、焼入れ処理では、溶質原子の粒界析出が起こらないように、冷却速度が充分であって焼入れ遅れのないように実施する必要がある。
【０００４】
また、例えば高さ５ｍの金属ライナを急冷する焼入れ処理として、強度が規格（必要強度）を満足するように、６０００系アルミ合金製の金属ライナを１０℃〜９０℃の水温中に浸漬させて冷却する水没焼入れ処理が実施されている（図５参照）。この場合、金属ライナのひずみを抑えるように、軸方向を上下方向として金属ライナを浸漬させていくための縦型の設備や大きな冷却水槽（深さ１０ｍ以上）等が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８０２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したような水没焼入れ処理では、軸方向を上下方向として金属ライナを浸漬させても、金属ライナに冷却の不均一が生じることから、引張強度や疲労強度が均一にならないことがあった。また、溶体化温度（例えば５００℃〜５９０℃）から急冷されるため、非常に大きな熱応力が発生し、これにより大きく変形するという問題点があった。さらに、縦型の設備や大きな冷却水槽等の設備費用が高くなる上に、多数の金属ライナを短時間で熱処理することができないという問題点もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために、ワークを焼入れ処理して良好な機械的特性（強度）を得る熱処理方法について検討を行った。上述した水没焼入れ処理では、冷却水槽の水量が多く温度コントロールが難しい。一方、空気や水等を吹き付けて冷却する焼入れ処理では、冷却の不均一を改善することはできるが、冷却速度が遅くなるため良好な機械的特性（強度）を得ることができない。
【０００８】
ここで、図５は、焼入れ処理による６０００系アルミ合金の強度及び７０００系アルミ合金の強度を示すグラフである。６０００系アルミ合金では、水没処理（水冷）を行ったものは、強度は良好なものの変形が発生した。そして、スプレークエンチや空冷による冷却を行ったものは、冷却時の温度差が非常に小さくなるため変形は認められなかったが、冷却速度不足により強度が水没処理（水冷）のものより著しく劣る結果となった。一方、７０００系アルミ合金では、水没処理を行ったものは、強度は良好なものの変形が発生した。そして、スプレークエンチや空冷による冷却を行ったものは、変形は認められず、強度が水没処理のものよりやや劣る結果となった。つまり、７０００系アルミ合金は、６０００系アルミ合金と比べて冷却速度が遅くても強度を確保でき、特にスプレークエンチによる強度は規格（必要強度）を満足する値が得られており、変形量も水没処理のものと比べて改善されていることがわかった。そこで、７０００系アルミ合金はスプレークエンチでも強度が確保できる材料であることから、７０００系アルミ合金製のワークに対してスプレークエンチを実施することを見出した。さらに、スプレークエンチは小型化できるので、ワークを加熱炉から焼入れ機構に移動させていく搬送機構を用いることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明の熱処理装置は、ワークを溶体化処理する加熱炉と、前記ワークを焼入れ処理する焼入れ機構と、前記ワークを前記加熱炉から前記焼入れ機構に移動させていく搬送機構とを備える熱処理装置であって、前記ワークは、７０００系アルミニウム合金製であり、前記焼入れ機構は、前記ワークに液体を噴射するスプレーノズルを有するようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱処理装置によれば、ワークのひずみ（変形）を低減でき、引張強度や疲労強度を均一にすることができる。さらに、縦型の設備や大きな冷却水槽等が不要になるとともに、多数の金属ライナを連続的に熱処理することができる。
【００１１】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記発明において、前記ワークは、水平方向に中心軸を有する筒状体であり、前記搬送機構は、前記ワークを前記ワークの軸方向に移動させていくようにしてもよい。
また、上記発明において、前記搬送機構は、前記ワークの軸方向を回転軸として前記ワークを回転させながら移動させていくようにしてもよい。
【００１２】
また、上記発明において、前記焼入れ機構は、複数個のスプレーノズルを有し、前記複数個のスプレーノズルは、前記ワークの軸方向に平行な面に対し対称に配置されるようにしてもよい。
本発明の熱処理装置によれば、筒状のワークの外周面に液体を噴射するためワーク内部へ液体の侵入がなく、筒状のワーク内を汚さずに加工することができる。
【００１３】
そして、上記発明において、前記焼入れ機構は、噴射する流量を制御する流量制御機構及び／又は噴射する液温を制御する液温制御機構を有するようにしてもよい。
本発明の熱処理装置によれば、スプレーノズルから噴射される流量や液温を制御する制御機構が備えられたものであるから、液温等（冷却条件）のコントロールが容易であり、例えば、金属ライナ（ワーク）の厚さ等に応じてスプレーノズルから噴射される流量を液温によって異ならせる制御を行うことにより、曲がり等の変形の発生を抑制して冷却することができる。
また、液温制御機構により液温が上限値以下になる制御を行うことにより、安定した強度を得ることができる。
【００１４】
さらに、噴射される液体は水の他にグライコール水溶液や油を用いてもよい。
さらに、本発明の圧力容器は、上述したような熱処理装置で製造された圧力容器であるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る圧力容器を示す図。
【図２】本発明に係る熱処理装置を示す斜視図。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線断面図。
【図４】熱処理方法の一例について説明するためのフローチャート。
【図５】焼入れ処理時の６０００系アルミ合金と７０００系アルミ合金の強度を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００１７】
＜圧力容器（ボンベ）＞
まず、本発明に係る熱処理装置により製造される圧力容器について説明する。図１は、本発明に係る圧力容器を示す図である。
圧力容器１００は、予め設定された外径及び内径を有する円筒状の胴部１Ａと、胴部１Ａの上側に形成された容器上部（口金取付部）１Ｂと、胴部１Ａの下側に形成された容器底部（口金取付部）１Ｃとを有する。なお、このような容器上部１Ｂや容器底部１Ｃは、予め設定された外径及び内径を有する円筒状体において、円筒状体の一方の開口端部が、スピニング加工装置の成形ローラ等によって胴部１Ａよりも縮径（口絞りスピニング）するように加工されることにより得られる。そして、容器上部１Ｂや容器底部１Ｃには、内容物の封入や放出に利用されるバルブ等（図示せず）が取り付けられることになる。
【００１８】
本発明における上記圧力容器用金属ライナの材質としては、７０００系アルミ合金等が挙げられる。
なお、胴部１Ａと容器上部１Ｂと容器底部１Ｃとは一体的に形成されており、機械的特性を調質するために、後述する熱処理（Ｔ６熱処理）が実施されることで、強度が規格（必要強度）を満足するものとなっている。
【００１９】
＜熱処理装置＞
次に、本発明に係る熱処理装置１について説明する。図２は、本発明に係る熱処理装置１を示す斜視図であり、図３は、図２に示すＡ−Ａ線の断面図である。なお、地面に水平でワークＷの進行方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。
熱処理装置１は、ワークＷを溶体化処理する加熱炉２０と、ワークＷを焼入れ処理する焼入れ機構３０と、ワークＷを移動させていく搬送機構１０とを備える。
【００２０】
搬送機構１０は、Ｙ方向に対して斜めに配置された複数個のガイドローラが回動自在に取り付けられたコンベアである。そして、円筒状のワークＷの軸方向がＸ方向（水平方向）となるように、ワークＷの外周面が複数個のガイドローラの上面に載置され、所定のガイドローラが回転することにより、ワークＷをＸ方向に所定速度（例えば１ｍ／１０分）で移動させる。このとき、搬送機構１０は、ワークＷの軸方向（中心軸）を回転軸としてワークＷを回転させながら移動させていく。これにより、ワークＷは加熱炉２０内を回転しながら移動した後、焼入れ機構３０内を回転しながら移動していくことになる。
【００２１】
加熱炉２０は、筒状の筐体２１と、筐体２１内に固定された加熱コイル（図示せず）とを有する。そして、搬送機構１０が筐体２１内の空洞部に設置されており、ワークＷは、所定温度（例えば５００℃〜５９０℃）の加熱炉２１内を回転しながら所定時間（例えば９０分以上）で移動することで、溶体化処理されるようになっている。
【００２２】
焼入れ機構３０は、４個のスプレー３１と、噴射する流量を制御する流量制御機構３２と、噴射する水温を制御する液温制御機構３３とを有する。４個のスプレー３１は、図３に示すように、Ｘ方向に平行な面（Ｘ−Ｚ面）に対して対称に配置されており、各スプレー３１は、中心軸に向かって所定形状、所定量、所定温度の水（液体）を噴射する。スプレー３１から噴射される水の所定形状としては、円錐形や扇形等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００２３】
そして、流量制御機構３２と液温制御機構３３とにより、スプレー３１には、所定の時間帯毎にそれぞれ異なる量や温度に制御された水が導入される等の各種態様の制御がなされるようになっている。また、各スプレー３１には、それぞれ互いに異なる量や温度に制御された水が導入されることもあれば、互いに同じ量や温度に制御された水が導入されることもある等、各種態様の制御がなされるようにしてもよい。また、噴射される液体は水の他にグライコール水溶液を用いてもよい。
【００２４】
これにより、ワークＷは、軸方向（ワークＷの中心軸）が中心軸（焼入れ機構３０の中心軸）と一致して焼入れ機構３０内を回転しながら移動することにより、ワークＷの外周面に水が吹き付けられることで、焼入れ処理される。このとき、水はワークＷに吹き付けられるとすぐに蒸発するため、水に浸漬させた場合のように、蒸気の泡がワークＷの外周面に存在したり滞留したりすることがない。このため、蒸気の泡による不均一な断熱状態が形成されることがない。
【００２５】
＜熱処理方法＞
次に、上述した熱処理装置１を用いて、強度が規格（必要強度）を満足する７０００系アルミ合金製の圧力容器１００を製造する熱処理方法ついて説明する。図４は、熱処理方法の一例について説明するためのフローチャートである。
熱処理方法は、７０００系アルミ合金製のワークＷを配置する配置工程（Ａ）と、ワークＷを溶体化処理する溶体化処理工程（Ｂ）と、溶体化処理工程（Ｂ）後のワークＷを焼入れ処理する焼入れ工程（Ｃ）とを含む。
【００２６】
（Ａ）配置工程
まず、ステップＳ１０１の処理において、ワークＷの軸方向がＸ方向となるように、ワークＷの胴部１Ａの外周面を複数個のガイドローラの上面に載置する。そして、所定のガイドローラを回転させることにより、ワークＷを回転させながらＸ方向に所定速度で移動させていく。
【００２７】
（Ｂ）溶体化処理工程
次に、ステップＳ１０２の処理において、加熱炉２１内に到達したワークＷは、所定温度（例えば５００℃〜５９０℃）の加熱炉２１内を回転しながら所定時間（例えば９０分以上）で移動することで、溶体化処理される。
【００２８】
（Ｃ）焼入れ工程
次に、ステップＳ１０３の処理において、焼入れ機構３０内に到達したワークＷは、軸方向が中心軸と一致して焼入れ機構３０内を回転しながら移動することにより、ワークＷの外周面に水が吹き付けられることで、焼入れ処理される。このとき、流量制御機構３２と液温制御機構３３とによって、スプレーノズル３１には液温に応じたそれぞれ異なる量に制御された水が導入される。これにより、例えば、肉厚が異なる容器上部１Ｂと胴部１Ａとを有する容器１００を焼入れ処理する場合、容器上部１Ｂと胴部１Ａとにおいて、肉厚の薄い胴部１Ａや液温の低い場合は流量を少なく、肉厚の厚い容器上部１Ｂや液温の高い場合は流量を多くすることにより、焼入れ強度の均一化を図ることができる。
そして、ステップＳ１０３の処理が終了したときには、本フローチャートを終了させる。
【００２９】
以上のように、本発明の熱処理装置１によれば、異なる半径を有するワークＷの全ての部位が均一に冷却され、ワークＷの変形がほとんど生じることなく、引張強度や疲労強度を均一にすることができる。また、筒状のワークＷ内への水の侵入もないので、筒状のワークＷ内を汚さずに加工することができる。
この後、ワークＷに対して時効処理を行い、金属ライナの外側にＦＲＰ層を形成する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、水素ガスや天然ガス等が充填される圧力容器を製造する熱処理装置等に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  熱処理装置
１０  搬送機構
２０  加熱炉
３０  焼入れ機構
３１  スプレーノズル
Ｗ  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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