(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の胴部を有していない、又は胴部の長さが胴部直径の１／２以下であり、継ぎ目が無く、凸曲面体の形状を有し、ガスが充填される金属材料製の容器本体と、
該容器本体に付属し、前記ガスを出し入れする円筒形の前記金属材料製のポートと、を有し、前記容器本体単体からなる前記金属材料製の継目無容器を製造する継目無容器の製造方法であって、
前記容器本体の外径が、５０ｍｍ〜１０００ｍｍであり、
前記ポートは、前記容器本体と継目が無く一体であり、かつ前記ポートの外径が、５ｍｍ〜２００ｍｍであり、
前記ポートの肉厚は、前記容器本体の肉厚以上であり、
前記金属材料製の板材、又はパイプ材から、鍛造加工、プレス加工、スピニング加工、又は深絞り加工を行って前記容器本体の前記凸曲面体の半分の半凸曲面体部分と円筒部分を持つＵ字状カップを作製する塑性加工工程と、
前記Ｕ字状カップの前記半凸曲面体部分と嵌合する凹み部を持つ雌型チャックの他端側の円筒状のボスをスピニングマシンの本体チャックに取り付けてチャックするとともに、前記半凸曲面体部分を前記雌型チャックの前記凹み部に取り付けて、前記凹み部を、ロータリージョイントを介して前記雌型チャックに接続された真空ポンプによって真空吸引することにより、前記半凸曲面体部分を前記雌型チャックに堅固にチャックするチャッキング工程と、
前記スピニングマシンの前記本体チャックを回転させることにより、前記本体チャックに前記雌型チャックを介して前記半凸曲面体部分がチャックされた前記Ｕ字状カップを回転させ、回転している前記Ｕ字状カップの前記円筒部分をバーナによって加熱しながら前記スピニングマシンの回転するローラを押し付けて押圧することによって少しずつ湾曲させ、球形にしつつネックを成形するネッキング加工を行って前記容器本体の前記凸曲面体の残りの半分の半凸曲面体部分とその中心に前記ポートとなるネックを成形する成形工程と、を有することを特徴とする継目無容器の製造方法。
【請求項２】
円筒形状の胴部を有していない、又は胴部の長さが胴部直径の１／２以下であり、継ぎ目が無く、凸曲面体の形状を有し、ガスが充填される金属材料製の容器本体と、
該容器本体に付属し、前記ガスを出し入れする円筒形の前記金属材料製のポートと、を有し、前記容器本体単体からなる前記金属材料製の継目無容器を製造する継目無容器の製造方法であって、
前記容器本体の外径が、５０ｍｍ〜１０００ｍｍであり、
前記ポートは、前記容器本体と継目が無く一体であり、かつ前記ポートの外径が、５ｍｍ〜２００ｍｍであり、
前記ポートの肉厚は、前記容器本体の肉厚以上であり、
前記金属材料製の前記容器本体の前記凸曲面体の半分の半凸曲面体部分と円筒部分を持つように予め作製されたＵ字状カップの前記半凸曲面体部分と嵌合する凹み部を持つ雌型チャックの他端側の円筒状のボスをスピニングマシンの本体チャックに取り付けてチャックするとともに、前記半凸曲面体部分の内側表面に一方の端部が当接し、前記本体チャックの回転に同期して回転する芯押し棒を使用して前記半凸曲面体部分を前記雌型チャックの前記凹み部に押し付けることにより、前記半凸曲面体部分を前記雌型チャックに固定する第１チャッキング工程と、
前記スピニングマシンの前記本体チャックを回転させることにより、前記本体チャックに前記雌型チャックを介して前記半凸曲面体部分が固定された前記Ｕ字状カップ、及び前記芯押し棒を同期して回転させ、回転している前記Ｕ字状カップの前記円筒部分をバーナによって加熱しながら前記スピニングマシンの回転するローラを押し付けて押圧することによって少しずつ湾曲させ、球形にしつつネックを成形するネッキング加工を行って前記容器本体の前記凸曲面体の残りの半分の半凸曲面体部分とその中心に前記ポートとなる第１ネックを成形する第１成形工程と、を有することを特徴とする継目無容器の製造方法。
【請求項３】
さらに、前記雌型チャックの前記凹み部側の端部に取り付けられ、前記第１成形工程で成形された前記残りの半分の半凸曲面体部分の外側表面に当接するサブチャックを使用して前記半凸曲面体部分を前記雌型チャックの前記凹み部に押し付けることにより、前記半凸曲面体部分を前記雌型チャックに固定する第２チャッキング工程と、
前記スピニングマシンの前記本体チャックを回転させることにより、前記本体チャックに前記雌型チャックを介して前記半凸曲面体部分が固定された前記第１成形工程後の容器本体を回転させ、回転している前記第１成形工程後の容器本体が持つ円筒部分をバーナによって加熱しながら前記スピニングマシンの回転するローラを押し付けて押圧することによって少しずつ湾曲させ、球形にしつつネックを成形するネッキング加工を行って前記第１成形工程後の第１ネックよりも小さい直径を持つ第２ネックを成形する第２成形工程と、を有する請求項２に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項４】
前記容器本体の耐圧が、１ＭＰａ〜１００ＭＰａである請求項１〜３のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項５】
前記金属材料は、比強度が、１００ｋＮ・ｍ／ｋｇ以上の金属材料である請求項１〜４のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項６】
前記容器本体の前記凸曲面体の上の各点における凸曲面の曲率半径ｒと前記容器本体の肉厚ｔ１との比ｒ／ｔ１が、５〜２５０である請求項１〜５のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項７】
前記容器本体の前記凸曲面体は、球形状、楕円体鏡板形状、又は皿形鏡板形状である請求項１〜６のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項８】
前記容器本体の前記凸曲面体は、球体であり、
前記容器本体の外径Ｄと前記容器本体の肉厚ｔ１との比Ｄ／ｔ１が、１０〜５００である請求項１〜７のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項９】
前記容器本体の前記凸曲面体は、球体であり、底部ボスを有し、
前記ポートの接続部、及び前記底部ボスを除く前記容器本体の全球面の外径とその平均値の差が平均値に対して±２％の範囲にある請求項１〜８のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項１０】
前記ポートには、バルブ、又は配管が、ねじ込み、溶接、もしくは機械的係合によって取り付けられる請求項１〜９のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項１１】
前記継目無容器は、宇宙用ロケットに搭載される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項１２】
前記容器本体は、前記ポートの位置と反対側の前記容器本体の底部の位置に非貫通ボスを有し、前記非貫通ボスは、前記容器本体の内側と外側との間の空気の流れを遮断する機能を有する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項１３】
前記非貫通ボスは、前記容器本体の前記底部の位置において前記容器本体のシェルを外側に向かって突出するように変形させたものである請求項１２に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項１４】
前記非貫通ボスは、正四角柱部分と、前記正四角柱部分の基部になり、かつ溶接によって前記容器本体に取り付けられた円柱部分と、から成る請求項１２に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項１５】
前記非貫通ボスは、前記容器本体の前記底部から外部に突出するように設けられた円筒部分と、前記円筒部分の内部表面に形成された雌ねじと、前記雌ねじに螺着されたプラグと、を有する請求項１２に記載の継目無容器の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法によって製造された継目無容器。
【請求項１７】
複合容器を製造する複合容器の製造方法であって、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の継目無容器の製造方法によって製造された前記金属材料製の継目無容器の外表面全体を、補強材料を用いてフィラメントワインディング法で被覆する被覆工程を有することを特徴とする複合容器の製造方法。
【請求項１８】
前記補強材料は、炭素繊維、ガラス繊維、並びにケブラー、及びザイロンの少なくとも１つを含む有機繊維からなる群から選択される少なくとも１つの繊維である請求項１７に記載の複合容器の製造方法。
【請求項１９】
前記複合容器は、宇宙用ロケットに搭載される請求項１７又は１８に記載の複合容器の製造方法。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の複合容器の製造方法によって製造された複合容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凸曲面体形状の継目無容器、その製造方法、複合容器、及びその製造方法に係り、詳しくは、球形、楕円体形状、及び皿形鏡板形状等の凸曲面体形状の継目無容器、継目無容器の製造方法、複合容器、および複合容器の製造方法、特に、宇宙空間に打ち上げられる宇宙用ロケットに搭載される継目無容器、及びその製造方法、並びに複合容器、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、宇宙空間に打ち上げられる宇宙用ロケット推進系システムには、燃料となる液体水素を充填した液体水素容器及び酸化剤である液体酸素を充填した液体酸素容器が搭載されている。この液体水素容器には、ロケット推進の制御やロケットの姿勢制御に用いられるヘリウム（Ｈｅ）ガスを充填した気蓄器が複数個、例えば３個取り付けられている。
このような気蓄器には、金属製容器や、複合（コンポジット）容器等の高圧ガス用圧力容器が用いられており、その形状的には、円筒容器や、球形容器等が用いられている。
【０００３】
現在、このような複合（コンポジット）圧力容器としては、円筒形、又は球形の樹脂ライナーをブロー成形などで一体に作製し、その外面を、炭素繊維等の補強材料を用いて被覆した継目無し構造の圧力容器が作製されている。
しかしながら、このような複合容器は金属製容器に比べて高価になる。
なお、複合圧力容器としては、円筒形、又は球形の金属製容器をライナーとして作製して、その外面を、炭素繊維等の補強材料を用いて被覆した構造の圧力容器も作製されている。
【０００４】
また、現在、金属製円筒形圧力容器としては、円筒形胴部の両側が球形である、又は両側端部（底部）が湾曲している円筒容器、例えば円筒形胴部の両側にそれぞれ半球鏡板を溶接で接合したものや、深絞り加工、又はスピニング加工によって円筒形胴部の一方の側の球形部、又は湾曲部を形成した後に、他方の側に半球鏡板や皿形鏡板を溶接で接合したものや、一方の側の球形部や湾曲底部を形成した有底の円筒体（Ｕ字状カップ）の他方の側をネッキング加工によって球形化又は湾曲底部化した継目無円筒容器等が用いられている。
例えば、図１４に示すように、高圧ガス用金属製円筒形継目無容器８０は、金属板から深絞り加工を行って一方の側の湾曲底部８２ａを形成した有底の円筒体（Ｕ字状カップ）８２の円筒形胴部８２ｂをスピニングマシン８４を用いて、即ちスピニングマシン本体４６の本体チャック４４によってチャックし、円筒形胴部８２ｂの他方の側の円筒状開口部８２ｃを、加熱用バーナ５４で加熱しながらローラ５６で押圧しながら、少しずつ湾曲させて湾曲部８２ｄを形成し、端部を閉塞してバルブ取り付け用のボス８６を成型する（ネッキングともいう）ことが一般的である。
【０００５】
ところで、航空宇宙などで用いられる、例えばロケットに搭載する金属製圧力容器は、重力に抗して宇宙に運ばれるために軽量であることが要求される。
しかしながら、圧力容器の形状は、球形が最も省スペースであり、軽量となることから、円筒形圧力容器は、球形圧力容器に比べて、肉厚になり、容器重量も重くなるという問題がある。
このように、航空宇宙などで軽量且つ省スペースが要求される圧力容器の場合、最適形状としては球状が要求されるので、胴部平行部、例えば円筒形胴部を有しない球形容器などが多く用いられている。
しかしながら、金属製球形容器の場合は、円筒形胴部平行部が無く、スピニングマシンでチャッキングすることが出来ないので、半球状の鏡板をプレス成形、又はへら絞りで成型したものを２個合わせて中央部で直接溶接接合して製作された溶接容器が用いられている。
【０００６】
溶接容器の場合、溶接欠陥は、低圧で容器を破壊し、また、ガスが漏れるなどの致命欠陥となるために、その施工には、製品設計、使用材料、溶接作業者、溶接施工方法などがＪＩＳ規格で詳細に決められている。代表的なＪＩＳ規格を抜粋すると、以下のようなものがある。
（１）ＪＩＳ Ｚ ３８０１ 手溶接技術検定における試験方法及び判定基準
（２）ＪＩＳ Ｚ ３８４１ 半自動溶接技術検定における試験方法及び判定基準
（３）ＪＩＳ Ｂ ８２８５ 圧力容器の溶接施工方法の確認試験
（４）ＪＩＳ Ｂ ８２６５ 圧力容器の構造−  一般構造
（５）ＪＩＳ Ｚ ３４１０ 溶接管理−  任務及び責任
その他、溶接部に漏れがないかどうかを全数調べるためにヘリウムガスを用いて使用圧力まで加圧してヘリウムディテクタなど高精度の検査器具を用いて気密検査を行う必要がある。
そのため、溶接容器は、継目無容器に比べて品質の信頼性が低く、また、多くの費用もかかる等の問題がある。
このように、金属製球形圧力容器でも、金属製円筒形圧力容器でも、半球鏡板を溶接で接合した圧力容器では、溶接品質を保つために溶接方法、溶接作業者、溶接条件、溶接環境、品質管理等に大きな負担を強いられるという問題がある。
また、圧力容器を溶接で作ると、溶接効率を考慮しなければならず、継目のない構造よりも余分な肉厚が必要となるし、上述したように、肉厚が厚くなると容器重量も重くなるという問題がある。
【０００７】
このため、特許文献１及び非特許文献１に、円筒形、又は球形の継目のない構造の金属製圧力容器、及びその製造方法が提案されている。
特許文献１及び非特許文献１に開示された金属製の球形継目無圧力容器は、管状の金属製半製品（以下、単に管状半製品ともいう）の両方の開放端を共にドーム状に成形して球形のシェル構造にしたものである。
この金属製の球形継目無圧力容器の製作は、以下のように行われている。
先ず、第１の製作方法では、先端にドーム状（半球形状）の凹部を持つ１つの固定モールドと、先端にドーム状（半球形状）の凹部を持つ１つの可動モールドとを、管状半製品が内側に嵌り合う円筒状のガイドスリーブに沿って対向して配置し、固定モールドと可動モールドとの間に管状半製品を取り付け、管状半製品の中心軸方向に円筒状のガイドスリーブに沿って可動モールドを固定モールドに向かって近接させるように１回ストロークさせることにより、管状半製品の両方の開放端を同時にドーム状に成形している。
この時、管状半製品の内側に、良好な成形性と管状半製品より低い強度とを持つフレキシブルマンドレルを取り付けておき、成形時に管状半製品を支持し、球形のシェル構造の厚みを制御し、球形のシェル構造の両極の開口のサイズを最小化し、しわ、不安定性、クラック、及び割れ（亀裂）等の成形上の問題を減らし又は取り除く手助けをし、より良い外表面性状を与える。
【０００８】
次に、第２の製作方法では、一端にドーム状（半球形状）の凹部を持ち、管状半製品が内側に嵌り合う円筒状の１つの固定モールドと、管状半製品の中心軸方向に固定モールドの円筒状の部分に沿って固定モールドの凹部に向かって移動する第１押圧部材と、の間に固定モールドの円筒状の部分の内側に嵌り合うように取り付けられた管状半製品の内側を支持した状態で、第１押圧部材を固定モールドの凹部に向かって１回目のストロークをさせることにより、管状半製品の一方の開放端をドーム状に成形し、次に、第１押圧部材、及び成形した管状半製品を固定モールドから取り外し、管状半製品の向きを反転して他方の開放端がドーム状の凹部側になるように管状半製品を固定モールドに取り付け、先端にドーム状（半球形状）の凹部を持つ第２押圧部材を管状半製品のドーム状部分に当接させるように取り付けて、第２押圧部材を固定モールドの凹部に向かって２回目のストロークをさせることにより、管状半製品の他方の開放端をドーム状に成形している。
この場合も、成形時の不要な変形や成形上の問題を防止し、より良好な厚みや形状や、外表面性状を得るためには、管状半製品の内面にフレキシブルマンドレルを取り付けておく必要があるのは勿論である。
なお、金属製の円筒形圧力容器も、管状半製品の円筒部分を残し、同様に、第１又は第２の作成方法によって、管状の金属製半製品の両方の開放端をドーム状に成形して、両側のドーム状（半球形状）のシェル構造に成形している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ  ２００９／０９６８０１  Ａ１
【非特許文献１】Fabrication of small size seamless reservoirs by tube forming  International Journal of Pressure Vessels and Piping 88 (2011) P239-P247
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１及び非特許文献１に開示された技術では、金属製の球形継目無圧力容器を製造できるものの、良好な厚みや形状や、外表面性状を持つ球形及び円筒形の金属製の継目無圧力容器を製造するためには、可動モールド、第１押圧部材、第２押圧部材等の押圧力の制御が難しいため、容易に製造できないばかりか、歩留まりが悪いという問題があった。
また、特許文献１及び非特許文献１に開示された技術で、金属製の継目無圧力容器を製造できたとしても、良好な厚みや形状や、外表面性状を得るために用いたフレキシブルマンドレルを球形継目無圧力容器の両極の開口から取り除く必要があるという問題があり、フレキシブルマンドレルとして加熱により溶解して液化する材料を用いる必要があるという問題があった。
【００１１】
また、特許文献１及び非特許文献１に開示の技術では、球形容器本体の両極に開口を持つ金属製の球形継目無圧力容器を作製することはできるが、一方の極の開口、又は両極の開口と連通するポートとなるネックを成形することができないという問題があった。
したがって、特許文献１、及び非特許文献１に開示された金属製の球形継目無圧力容器では、一方の極の開口、又は両極の開口に取り付けられたポートを、溶接等により球形容器本体に取り付ける必要があるため、必ず継ぎ目が存在することになるという問題があった。
なお、非特許文献１に開示された金属製の円筒形継目無圧力容器では、球形容器本体の両極に開口部に僅かな突出部が形成されているが、バルブなどを取り付けるためのポートにはなり得ないものであることから、溶接等によりポートを球形容器本体の開口部に取り付ける必要があり、必ず継ぎ目が存在することになるという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、軽量で、省スペースであり、球形、楕円体形状、又は皿形鏡板形状などの凸曲面体形状の金属製の容器本体にも、この容器本体と金属製のポートとの間にも継目が無く、容器本体とポートとが一体的に成形され、宇宙空間に打ち上げられる宇宙用ロケットに搭載することもできる凸曲面体形状の金属製の継目無容器、及びこの継目無ガス容器の外表面を炭素繊維などの補強材料で被覆して補強された軽量で、省スペースであり、堅固な複合容器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、上記のような凸曲面体形状の金属製の継目無容器を容易、かつ確実に歩留まり良く製造することができる継目無容器の製造方法、及びこうして製造された凸曲面体形状の金属製の継目無ガス容器の外表面全体を炭素繊維等の補強材料で被覆することにより補強された複合容器を製造することができる複合容器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】
【００１３】
上記他の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、円筒形状の胴部を有していない、又は胴部の長さが胴部直径の１／２以下であり、継ぎ目が無く、凸曲面体の形状を有し、ガスが充填される金属材料製の容器本体と、容器本体に付属し、ガスを出し入れする円筒形の金属材料製のポートと、を有し、容器本体単体からなる金属材料製の継目無容器を製造する継目無容器の製造方法であって、容器本体の外径が、５０ｍｍ〜１０００ｍｍであり、ポートは、容器本体と継目が無く一体であり、かつポートの外径が、５ｍｍ〜２００ｍｍであり、ポートの肉厚は、容器本体の肉厚以上であり、金属材料製の板材、又はパイプ材から、鍛造加工、プレス加工、スピニング加工、又は深絞り加工を行って前記容器本体の前記凸曲面体の半分の半凸曲面体部分と円筒部分を持つＵ字状カップを作製する塑性加工工程と、Ｕ字状カップの半凸曲面体部分と嵌合する凹み部を持つ雌型チャックの他端側の円筒状のボスをスピニングマシンの本体チャックに取り付けてチャックするとともに、半凸曲面体部分を雌型チャックの凹み部に取り付けて、凹み部を、ロータリージョイントを介して雌型チャックに接続された真空ポンプによって真空吸引することにより、半凸曲面体部分を雌型チャックに堅固にチャックするチャッキング工程と、スピニングマシンの本体チャックを回転させることにより、本体チャックに雌型チャックを介して半凸曲面体部分がチャックされたＵ字状カップを回転させ、回転しているＵ字状カップの円筒部分をバーナによって加熱しながらスピニングマシンの回転するローラを押し付けて押圧することによって少しずつ湾曲させ、球形にしつつネックを成形するネッキング加工を行って容器本体の凸曲面体の残りの半分の半凸曲面体部分とその中心にポートとなるネックを成形する成形工程と、を有することを特徴とする継目無容器の製造方法を提供するものである。
【００１４】
上記他の目的を達成するために、本発明の第２の態様は、円筒形状の胴部を有していない、又は胴部の長さが胴部直径の１／２以下であり、継ぎ目が無く、凸曲面体の形状を有し、ガスが充填される金属材料製の容器本体と、該容器本体に付属し、ガスを出し入れする円筒形の金属材料製のポートと、を有し、容器本体単体からなる金属材料製の継目無容器を製造する継目無容器の製造方法であって、容器本体の外径が、５０ｍｍ〜１０００ｍｍであり、ポートは、容器本体と継目が無く一体であり、かつポートの外径が、５ｍｍ〜２００ｍｍであり、ポートの肉厚は、容器本体の肉厚以上であり、金属材料製の容器本体の凸曲面体の半分の半凸曲面体部分と円筒部分を持つように予め作製されたＵ字状カップの半凸曲面体部分と嵌合する凹み部を持つ雌型チャックの他端側の円筒状のボスをスピニングマシンの本体チャックに取り付けてチャックするとともに、半凸曲面体部分の内側表面に一方の端部が当接し、本体チャックの回転に同期して回転する芯押し棒を使用して半凸曲面体部分を雌型チャックの凹み部に押し付けることにより、半凸曲面体部分を雌型チャックに固定する第１チャッキング工程と、スピニングマシンの本体チャックを回転させることにより、本体チャックに雌型チャックを介して半凸曲面体部分が固定されたＵ字状カップ、及び芯押し棒を同期して回転させ、回転しているＵ字状カップの円筒部分をバーナによって加熱しながらスピニングマシンの回転するローラを押し付けて押圧することによって少しずつ湾曲させ、球形にしつつネックを成形するネッキング加工を行って容器本体の凸曲面体の残りの半分の半凸曲面体部分とその中心にポートとなる第１ネックを成形する第１成形工程と、を有することを特徴とする継目無容器の製造方法を提供するものである。
【００１５】
上記第２の態様において、さらに、雌型チャックの凹み部側の端部に取り付けられ、第１成形工程で成形された残りの半分の半凸曲面体部分の外側表面に当接するサブチャックを使用して半凸曲面体部分を雌型チャックの凹み部に押し付けることにより、半凸曲面体部分を雌型チャックに固定する第２チャッキング工程と、
スピニングマシンの本体チャックを回転させることにより、本体チャックに雌型チャックを介して半凸曲面体部分が固定された第１成形工程後の容器本体を回転させ、回転している第１成形工程後の容器本体が持つ円筒部分をバーナによって加熱しながらスピニングマシンの回転するローラを押し付けて押圧することによって少しずつ湾曲させ、球形にしつつネックを成形するネッキング加工を行って第１成形工程後の第１ネックよりも小さい直径を持つ第２ネックを成形する第２成形工程と、を有することが好ましい。
【００１６】
上記第１、及び第２の態様において、容器本体の耐圧が、１ＭＰａ〜１００ＭＰａであることが好ましい。
また、金属材料は、比強度が、１００ｋＮ・ｍ／ｋｇ以上の金属材料であることが好ましい。
また、容器本体の凸曲面体の上の各点における凸曲面の曲率半径ｒと容器本体の肉厚ｔ１との比ｒ／ｔ１が、５〜２５０であることが好ましい。
また、容器本体の凸曲面体は、球形状、楕円体鏡板形状、又は皿形鏡板形状であることが好ましい。
また、容器本体の凸曲面体は、球体であり、容器本体の外径Ｄと容器本体の肉厚ｔ１との比Ｄ／ｔ１が、１０〜５００であることが好ましい。
また、容器本体の凸曲面体は、球体であり、底部ボスを有し、ポートの接続部、及び底部ボスを除く容器本体の全球面の外径とその平均値の差が平均値に対して±２％の範囲にあることが好ましい。
【００１７】
また、ポートには、バルブ、又は配管が、ねじ込み、溶接、もしくは機械的係合によって取り付けられることが好ましい。
また、継目無容器は、宇宙用ロケットに搭載されることが好ましい。
また、容器本体は、ポートの位置と反対側の容器本体の底部の位置に非貫通ボスを有し、非貫通ボスは、容器本体の内側と外側との間の空気の流れを遮断する機能を有することが好ましい。
また、非貫通ボスは、容器本体の底部の位置において容器本体のシェルを外側に向かって突出するように変形させたものであることが好ましい。
また、非貫通ボスは、正四角柱部分と、正四角柱部分の基部になり、かつ溶接によって容器本体に取り付けられた円柱部分と、から成ることが好ましい。
また、非貫通ボスは、容器本体の底部から外部に突出するように設けられた円筒部分と、円筒部分の内部表面に形成された雌ねじと、雌ねじに螺着されたプラグと、を有することが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明の第３の態様は、上記第１、及び第２の態様の継目無容器の製造方法によって製造された継目無容器を提供するものである。
【００１８】
上記他の目的を達成するために、本発明の第４の態様は、複合容器を製造する複合容器の製造方法であって、上記代、及び第２の態様の継目無容器の製造方法によって製造された金属材料製の継目無容器の外表面全体を、補強材料を用いてフィラメントワインディング法で被覆する被覆工程を有することを特徴とする複合容器の製造方法を提供するものである。
ここで、補強材料は、炭素繊維、ガラス繊維、並びにケブラー、及びザイロンの少なくとも１つを含む有機繊維からなる群から選択される少なくとも１つの繊維であることが好ましい。
また、複合容器は、宇宙用ロケットに搭載されることが好ましい。
上記目的を達成するために、本発明の第５の態様は、上記第４の態様の複合容器の製造方法によって製造された複合容器を提供するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、軽量で、省スペースであり、球形、楕円体形状、又は皿形鏡板形状などの凸曲面体形状の金属製の容器本体にも、この容器本体と金属製のポートとの間にも継目が無く、容器本体とポートとが一体的に成形され、宇宙空間に打ち上げられる宇宙用ロケットに搭載することもできる凸曲面体形状の金属製の継目無ガス容器、及びこの継目無ガス容器の外表面を炭素繊維などの補強材料で被覆することにより補強された軽量で、省スペースであり、堅固な複合容器を提供することができる。
また、本発明によれば、上記凸曲面体形状の金属製の継目無ガス容器を容易、かつ確実に歩留まり良く製造することができ、また、こうして製造された凸曲面体形状の金属製の継目無ガス容器の外表面全体を炭素繊維等の補強材料で被覆することにより補強された複合容器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属製球形継目無容器の一例の断面図である。
【図２】図１に示す金属製球形継目無容器において底部に設けられる底部ボスの一例を示す底部の部分断面図である。
【図３】（Ａ）は、図１に示す金属製球形継目無容器において底部に溶接される底部ボスの他の一例を示す底部の部分断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す底部ボスの底面図である。また、（Ｃ）は、図１に示す金属製球形継目無容器において底部に設けられるボスのさらなる他の一例を示す底部の部分断面図であり、（Ｄ）は、（Ｃ）に示すボスの底面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る複合容器の一例の断面図である。
【図５】図１に示す金属製球形継目無容器を製造する本発明の他の実施形態に係る継目無容器の製造方法を実施する製造装置の断面模式図である。
【図６】図５に示す金属製球形継目無容器の製造方法を実施している時にワークに発生する力を説明する説明図である。
【図７】本発明に係る金属製楕円体形状継目無容器の他の一例の製造装置の断面模式図である。
【図８】本発明に係る金属製皿形継目無容器の他の一例の製造装置の断面模式図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る継目無容器の製造方法の一例を実施する製造装置の断面模式図である。
【図１０】図９に示す製造方法の工程に続く他の工程を実施する製造装置の断面模式図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る継目無容器の製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る継目無容器の製造方法の他の一例を実施する製造装置の断面模式図である。
【図１３】図１２に示す製造方法の工程に続く他の工程を実施する製造装置の断面模式図である。
【図１４】従来の金属製円筒形継目無容器の製造装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態に係る継目無容器、継目無容器の製造方法、複合容器、及び複合容器の製造方法を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、以下に詳細に説明する。
本発明の第１の実施形態の金属製継目無容器は、円筒形状の胴部を有していない、又は胴部の長さが胴部直径の１／２以下であり、継ぎ目が無く、凸曲面体の形状を有し、ガスが充填される金属材料製の容器本体と、容器本体に付属し、ガスを出し入れする円筒形の金属材料製のポートと、を有するものである。
【００２２】
ここで、容器本体の形状としては、凸曲面体の形状であって、円筒形状の胴部を全く有していない形状、又は、長さが胴部直径の１／２以下である円筒形状の胴部を有する形状であれば、いかなる形状であっても良い。例えば、円筒形状の胴部を全く有していない形状としては、球形（後述する図１及び図５参照）、又は楕円体形状（後述する図７参照）等を挙げることができ、円筒形状の胴部を有する形状としては、皿形鏡板の形状（後述する図８参照：皿形鏡板を合わせた形状）等を挙げることができる。
本発明の凸曲面体の形状の容器本体は、スピニングマシンのチャックを用いてチャックできないような短い円筒形状の胴部を有していても良く、胴部の長さが胴部長さの１／２以下であれば良いが、円筒形状の胴部を有していない形状であることが好ましい。
なお、胴部の長さを胴部長さの１／２以下に限定する理由は、胴部の長さが、胴部長さの１／２超では、従来型のスピニングマシンのチャックを用いて胴部をチャックして加工できるからである。
【００２３】
以下では、始めに、容器本体の形状として、球形容器を代表例として説明するが、本発明は、これに限定されないのは勿論である。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属製球形継目無容器の断面図である。
図１に示すように、本発明の金属製球形継目無容器１０は、円筒形状の胴部を有しておらず、継ぎ目がなく、凸曲面体の形状を有する金属材料製の容器本体１２と、この容器本体１２に付属する円筒形の金属材料製のポート１４と、を有する。
【００２４】
なお、球形継目無容器１０の球形容器本体１２には、ポート１４の位置と反対側の容器本体１２の底部１６の位置に、図１には示されていないが、図２、又は図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す底部ボス１８、又は２０を有していることが好ましい。
図２に示す底部ボス１８は、球形容器本体１２の底部１６の位置において球形容器本体１２のシェルを外側に向かって突出するように変形させたものである。底部ボス１８の平面形状は、特に制限的ではないが、円形、又は正方形等の四角形であることが好ましい。
また、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す底部ボス２０は、正四角柱部分２０ａとその基部となる円柱部分２０ｂからなるもので、円柱部分２０ｂが溶接によって容器本体１２に取り付けられているものである。
【００２５】
また、球形継目無容器１０の球形容器本体１２には、ポート１４の位置と反対側の容器本体１２の底部１６の位置に、図２、又は図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す底部ボス１８、又は２０の代わりに、ポート１４と同様の形状を有する円筒部分２１ａを備えている場合には、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すボス２１を有していることが好ましい。
ボス２１は、金属材料製の容器本体１２の底部１６から外部に突出するように設けられる円筒部分２１ａと、円筒部分２１ａの内部表面に形成された雌ねじ２１ｂと、雌ねじ２１ｂに螺着されたプラグ２１ｃと、を有する。また、プラグ２１ｃは、雌ねじ２１ｂに螺合する雄ねじ２１ｄと、ねじ軸と平行な２つの平面２１ｅを持つ頭部２１ｆと、を有する。底部ボス１８及び２０には貫通孔がないので、底部ボス１８及び２０は、容器本体１２の内側を大気圧として外側を真空吸引した場合に、容器本体１２の内側と外側との間の空気の流れを遮断する機能を有する。プラグ２１ｃは、円筒部分２１ａの先端を密閉するためのものであり、ボス２１を有する容器本体１２は、底部ボス１８及び２０を有する容器本体１２と同様に、容器本体１２の内側と外側との間の空気の流れが遮断されるので、真空吸引による製造装置へのセットが可能になる。
【００２６】
容器本体１２は、充填された所定量の高圧ガスを貯留しておくためのもので、その外径が、５０ｍｍ〜１０００ｍｍである必要がある。外径の数値限定の理由は、外径が５０ｍｍ未満では、内部の容量が小さ過ぎて、高圧ガス容器としての用途に、特に宇宙航空用途には向かないからであり、外径が１０００ｍｍ超では、内部の容量が大き過ぎて、高圧ガス容器として用途に、特に宇宙航空用途には向かないからである。
なお、容器本体１２の外径は、２００ｍｍ〜８００ｍｍであることが好ましく、３００ｍｍ〜６００ｍｍであることがより好ましい。
容器本体１２が球形である場合においては、ポート１４（及びその接続部１４ａ）、並びに図２及び３図に示すように底部ボス１８及び２０並びにボス２１がある場合には底部ボス１８又は２０並びにボス２１を除く、球形容器本体１２の全球面の外径と、全球面の外径の平均値の差が平均値に対して±２％の範囲にあることが好ましく、±１％の範囲にあることがより好ましい。上記差を好ましい±２％の範囲に数値限定する理由は、容器本体１２の外径とその平均値との差が、平均値に対して±２％の範囲を超える場合には、球形胴の一部に円筒胴を含む恐れがあり、また、部分的に球形胴を構成する曲率から外れる恐れがあるからである。
【００２７】
また、球形継目無容器１０の耐圧、即ち、球形容器本体１２の耐圧は、１ＭＰａ〜１００ＭＰａであることが好ましく、５ＭＰａ〜３０ＭＰａであることがより好ましい。球形容器本体１２の耐圧を好ましい１ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲に限定する理由は、容器本体１２の耐圧が、１ＭＰａ未満では、圧力容器として必要性が少ないからであり、１００ＭＰａ超では、圧力容器の肉厚が厚くなり、後述する本発明の継目無容器の製造方法を用いて加工することが難しくなるからである。
また、容器本体１２の外径をＤｍｍとし、容器本体１２の肉厚をｔ１ｍｍとする時、外径Ｄと肉厚ｔ１との比Ｄ／ｔ１が、１０〜５００であることが好ましい。比Ｄ／ｔ１を好ましい１０〜５００の範囲に限定する理由は、比Ｄ／ｔ１が、１０未満では、低い強度の材料を使うことになるからであり、５００超では、金属材料の靱性と強度を考慮したときに上限の強度が限定されるからである。
ここで、球形継目無容器１０の球形容器本体１２の肉厚ｔ１は、ポート１４の位置と反対側の容器本体１２の底部１６の位置（図２及び図３の底部ボス１８、２０並びにボス２１の位置）からポート１４に向かって漸増するものであることが好ましい。
【００２８】
なお、球形以外の容器本体の場合（後述する図７及び図８参照）には、容器本体１２の外径Ｄの代わりに、容器本体の凸曲面体の上の各点における凸曲面の曲率半径ｒ（球形の場合には＝Ｄ／２）を用いればよく、容器本体１２の外径Ｄと肉厚ｔ１との比Ｄ／ｔ１の代わりに、容器本体の凸曲面体の上の各点の曲率半径ｒと容器本体の肉厚ｔ１との比ｒ／ｔ１を用いればよく、比ｒ／ｔ１は、比Ｄ／ｔ１の半分、即ち５〜２５０であることが好ましい。比ｒ／ｔ１を好ましい５〜２５０の範囲に限定する理由は、比ｒ／ｔ１が、５未満では、低い強度の材料を使うことになるからであり、２５０超では、金属材料の靱性と強度を考慮したときに上限の強度が限定されるからである。
【００２９】
また、本発明の第１の実施形態の球形継目無容器１０の球形容器本体１２の肉厚をｔ１ｍｍ、容器本体１２の外径をＤｍｍ、容器本体１２の耐圧をＰＭＰａ、金属材料の強度をσＭＰａ、とする時、肉厚ｔ１は、薄肉計算式で計算すると、下記式１で表される。
ｔ１＝ＰＤ／（４σ）                                    …（１）
一方、図１４に示すような従来の円筒形継目無容器８０の円筒形容器本体８８の胴部８２ｂの肉厚をｔ０ｍｍ、容器本体８８の胴部８２ｂの外径、耐圧、及び金属材料の強度を、それぞれ同様に、Ｄｍｍ、ＰＭＰａ、及びσＭＰａ、とする時、肉厚ｔ０は、薄肉計算式で計算すると、下記式２で表される。
ｔ０＝ＰＤ／（２σ）                                    …（２）
したがって、ｔ１＝ＰＤ／（４σ）＝ｔ０／２となり、本実施形態の球形継目無容器１０の球形容器本体１２の肉厚ｔ１は、従来の円筒形継目無容器８０の円筒形容器本体８８の胴部８２ｂの肉厚ｔ０の半分となる。したがって、本実施形態の球形継目無容器１０の容器重量は、従来の円筒形継目無容器８０の容器重量の大凡半分となり、軽量であることが分かる。
【００３０】
ポート１４は、容器本体１２にガスを充填するためにガスを導入し、容器本体１２に充填されているガスを外部に放出するためにガスを通過させるためのものであり、ガスを出し入れする円形の貫通孔を有し、容器本体１２に付属する円筒形の金属材料製の部材であって、容器本体１２と継目が無く一体であり、容器本体１２から外部に突出している。
ポート１４は、その外径が、５ｍｍ〜２００ｍｍである必要がある。ポート１４の外径の数値限定の理由は、外径が５ｍｍ未満では、内部のガスの通路となる貫通孔の径が小さくなり過ぎて、所定量のガスを出し入れするのが難しくなるからであり、外径が２００ｍｍ超では、バルブ、又は配管との接合時に相手部品の大きさが大きくなりすぎるからである。
なお、ポート１４の外径は、２０ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、３０ｍｍ〜５０ｍｍであることがより好ましい。
【００３１】
なお、ポート１４には、バルブ、又は配管が、ねじ込み、溶接、もしくは機械的係合によって取り付けられることが好ましい。
また、ポート１４の肉厚は、容器本体１２の肉厚以上である必要がある。その理由は、ポート１４の肉厚が、容器本体１２の肉厚未満であると、バルブ、又は配管等を取り付けるのが難しくなり、取り付けられたバルブ、又は配管等を支持することが困難となるし、また、ポート部に相手部品とシールをするＯリング溝を設置する事が難しくなるからである。
【００３２】
容器本体１２とポート１４とを継目無く一体的に形成する金属材料は、比強度が、１００ｋＮ・ｍ／ｋｇ以上の金属材料であることが好ましい。その理由は、宇宙航空用途においては、軽量でありながら高圧ガスを充填する必要があり、十分な強度が必要であるからである。比強度が、１００ｋＮ・ｍ／ｋｇ未満の金属材料では、充填できるガス量に比して重量が重くなるからである。
このような金属材料としては、比強度が、１００ｋＮ・ｍ／ｋｇ以上の金属材料であればどのような金属材料であっても良いが、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、高張力綱等の金属材料を挙げることができる。
【００３３】
また、本発明の球形継目無容器１０の球形容器本体１２内に充填するガスは、特に制限的ではなく、いかなるガスであっても良いが、宇宙航空用途に用いられるガスであることが好ましく、例えばヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、キセノン（Ｘｅ）、二酸化炭素（ＣＯ２）等のガスを挙げることができる。
本発明の金属製球形継目無容器１０の他、従来の円筒形継目無容器８０より、省スペースであり、軽量となる継目無容器としては、後述する楕円体形状（楕円体鏡板形状）の継目無容器６４（図７参照）や皿形鏡板形状の継目無容器７４（図８参照）なども挙げられるが、それらについては本発明の第２の実施形態の継目無容器の製造方法の説明と共に後述する。
本発明の第１の実施形態の金属製継目無容器は、基本的に以上のように構成される。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態に係る複合容器、及び本発明の第４の実施形態の複合容器の製造方法について説明する。
本実施形態の複合容器は、本発明の第１の実施形態の金属製継目無容器と、この金属製継目無容器の容器本体の凸曲面体の外表面全体を被覆する補強材料と、を有するものであり、金属製継目無容器の容器本体の凸曲面体の外表面全体は、補強材料を用いてフィラメントワインディング法で被覆されたものである。
即ち、本実施形態の複合容器は、予め製造された本発明の第１の実施形態の金属製継目無容器を、本発明の第４の実施形態の複合容器の製造方法に従って、補強材料を用いてフィラメントワインディング法で被覆することにより製造することができる。
本発明の複合容器は、宇宙用ロケットに搭載されることが好ましく、宇宙航空用途であることが好ましい。
【００３５】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る球形複合容器の一例の断面図である。
図４に示すように、本実施形態の球形複合容器３０は、金属材料製の容器本体１２、及びこの容器本体１２に継ぎ目なく一体化された円筒形の金属材料製のポート１４を有する本発明の第１の実施形態の金属製球形継目無容器１０と、金属製球形継目無容器１０の容器本体１２の外表面全体を被覆する補強材料の被覆層３２と、を有する。
なお、容器本体１２は、底部１６に図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような底部ボス２０が取り付けられている。なお、容器本体１２の底部１６に取り付けられる底部ボスは、図３に示すような底部ボス２０に限定されず、図２に示すような底部ボス１８又は図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すようなボス２１であっても良いのは勿論である。
【００３６】
ここで、被覆層３２は、金属製球形継目無容器１０のポート１４及び底部ボス２０を除く、容器本体１２の外表面全体に隙間なく設けられている補強材料の層である。
被覆層３２を構成する補強材料としては、金属製球形継目無容器１０の容器本体１２の外表面全体を被覆することにより保養できる材料であれば、特に制限的ではなく、例えば炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維からなる群から選択される少なくとも１つの繊維であることが好ましい。なお、有機繊維としては、ケブラー、及びザイロンの少なくとも１つが好ましい。
被覆層３２は、球形継目無容器１０のポート１４及び底部ボス２０を除く、容器本体１２の外表面全体に、フィラメントワインディング法を用いて、補強材料である上記繊維を被覆して得られたものである。
即ち、本実施形態に係る球形複合容器３０は、予め製造された金属製球形継目無容器１０のポート１４及び底部ボス２０を除く、容器本体１２の外表面全体を、補強材料となる上記繊維を用いてフィラメントワインディング法で被覆して被覆層３２を形成することにより製造することができる。
【００３７】
なお、フィラメントワインディング法（Filament Winding）では、金型（マンドレル）の代わりに、ポート１４、及び底部ボス２０を中心軸として金属製球形継目無容器１０を回転させ、上記繊維の粗紡糸（ロービング）を1〜数十本引き揃え、樹脂含浸槽を通して樹脂（マトリックス）を含浸させながら、回転する球形継目無容器１０に所定の厚さまで、張力（テンション）を掛けて球面に合わせて角度を調整しながら連続的に巻き付けて硬化させて被覆層３２を成形する。
こうして、球形継目無容器１０のポート１４、及び底部ボス２０を除く、容器本体１２の外表面全体に、軽量かつ、機械的強度、電気絶縁性、耐薬品性、寸法安定性に優れた被覆層３２を形成することができる。
本発明の第３の実施形態の複合容器、及び本発明の第４の実施形態の複合容器の製造方法は、基本的に以上のように構成される。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態の金属製継目無容器の製造方法について説明する。
本実施形態の継目無容器の製造方法は、第１の実施形態の凸曲面体形状の継目無容器を製造する製造方法である。
本実施形態の継目無容器の製造方法は、金属材料製板材、又はパイプ材等から、鍛造加工、プレス加工、スピニング加工、又は深絞り加工等の公知の塑性加工を行って継目無容器の容器本体の凸曲面体の半分の半凸曲面体部分と円筒部分を持つＵ字状カップを作製する塑性加工工程と、
Ｕ字状カップの半凸曲面体部分と嵌合する凹み部（半球状凹部）を持つ雌型チャックをスピニングマシンに取り付けてチャックするとともに、半凸曲面体部分を雌型チャックの凹み部に取り付けて凹み部を真空吸引することにより、半凸曲面体部分を雌型チャックにチャックするチャッキング工程と、
スピニングマシンに雌型チャックを介して半凸曲面体部分がチャックされたＵ字状カップの円筒部分のネッキング加工を行って容器本体の凸曲面体の残りの半分の半凸曲面体部分とその中心にポートとなるネックを成形する成形工程と、を有するものである。
【００３９】
図５は、図１に示す本発明の第１の実施形態の金属製球形継目無容器を製造する本発明の第２の実施形態に係る金属製球形継目無容器の製造方法を実施する継目無容器の製造装置の一実施例の断面模式図である。図６は、図５に示す金属製球形継目無容器の製造方法を実施している時にワークに発生する力を説明する説明図である。
図５に示す金属製球形継目無容器の製造装置４０は、予め、金属材料製板材から深絞り加工等の公知の塑性加工を行って作製され、球形継目無容器１０の容器本体１２の球体の半分の半球体部分２２ａと円筒部分２２ｂを持つＵ字状カップ２２の底部の半球体部分２２ａを真空で吸引して雌型チャック４２で把持しながら円筒部分２２ｂにネッキング加工を行って、容器本体１２の球体の残りの半分の半球体部分２２ｃと、ポート１４となるネックを成形して、半球体部分２２ａと半球体部分２２ｃとからなる球形の容器本体１２とポート１４とからなる球形継目無容器１０を製造するためのスピニングマシンである。
【００４０】
図５に示す製造装置（スピニングマシン）４０は、Ｕ字状カップ２２の半球体部分２２ａを一端側の把持部４２ａで把持（チャック）する雌型チャック４２と、雌型チャック４２の他端側の円筒状のボス４２ｂを把持（チャック）する本体（スピニング）チャック４４と、雌型チャック４２を把持（チャック）した本体チャック４４を支持すると共に回転させるスピニングマシン本体４６と、雌型チャック４２の他端側の取り付けられるロータリージョイント４８と、真空ポンプ５０と、真空ポンプ５０とロータリージョイント４８とを接続する配管５２と、ネッキング加工時にＵ字状カップ２２の円筒部分２２ｂを所定温度に加熱するバーナ５４と、Ｕ字状カップ２２の円筒部分２２ｂにネッキング加工を施すローラ５６とを有する。
【００４１】
雌型チャック４２は、一端側には、Ｕ字状カップ２２の半球体部分２２ａとぴったり（中心部を除き略隙間なく）一致する、即ち嵌合する半球状の凹み部（半球状凹部）４３を有する把持部４２ａを備え、他端側には、本体チャック４４にチャックされる円筒状ボス４２ｂを備える。把持部４２ａの先端側の内面には、環状のＯリング溝が設けられ、Ｏリング５８が取り付けられており、Ｕ字状カップ２２の半球体部分２２ａの外表面の凸状球面と把持部４２ａの内面の凹状球面との間の気密を保っている。また、円筒状ボス４２ｂの中心には、一端側の把持部４２ａ内面側からロータリージョイント４８が取り付けられる円筒状ボス４２ｂの他端まで貫通する貫通孔４２ｃを備えている。
【００４２】
即ち、雌型チャック４２の特徴は、第１に、一端側の把持部４２ａにはＵ字状カップ２２をセットする半球状凹部と、中央には真空引きを行う貫通孔４２ｃとを設け、反対側（他端側）には本体（スピニング）チャック４４に取りけるための円筒状ボス４２ｂを付けることである。
また、第２に、真空引きを行う貫通孔４２ｃには、ロータリージョイント４８を取り付けて、パイプなどの配管５２を通じて真空ポンプ５０につなぐことである。
また、第３に、把持部４２ａの半球状凹部４３の端部にはＯリング溝を設けてＯリング５８を配置することである。
【００４３】
スピニングマシン本体４６は、Ｕ字状カップ２２をその半球体部分２２ａでチャックした雌型チャック４２をその円筒状ボス４２ｂで本体チャック４４にチャックさせるとともに、本体チャック４４がＵ字状カップ２２をチャックした雌型チャック４２をチャックして支持している状態で、本体チャック４４を回転させることにより、Ｕ字状カップ２２及び雌型チャック４２を同時に回転させる。こうして、Ｕ字状カップ２２の円筒部分２２ｂは、その中心を回転中心軸として回転する。
【００４４】
雌型チャック４２の円筒状ボス４２ｂの他端には、ロータリージョイント４８が取り付けられ、ロータリージョイント４８の他端に配管５２を介して取り付けられた真空ポンプ５０によって、回転している雌型チャック４２の円筒状ボス４２ｂの貫通孔４２ｃと、Ｏリング５８によって外部と気密に遮断されたＵ字状カップ２２の半球体部分２２ａの凸状球面と把持部４２ａの凹状球面との間とを真空吸引することができるようになっている。
こうして、Ｕ字状カップ２２は、その半球体部分２２ａによって回転している雌型チャック４２に堅固に把持され、回転しているＵ字状カップ２２の円筒部分２２ｂをバーナ５４によって加熱しながら回転するローラ５６を押し付けて押圧することによって少しずつ湾曲させ、球形にしつつネックを成形するネッキング加工を行うことができる。
【００４５】
本発明の第２の実施形態の金属製継目無容器の製造方法は、以下のように実施される。
まず、予め、鍛造加工、プレス加工、スピニング加工、又は深絞り加工などの公知の塑性加工方法を用いて、金属材料製板材、又はパイプ材から図５に示すような半球体部分２２ａを持つＵ字状カップ２２を作る。
次に、図５に示すスピニングマシン４０に雌型チャック４２を取り付けて、Ｕ字状カップ２２を真空で吸引してチャックし、ネッキング加工でネックを成形する。
具体的な加工工程を下記に示す。
（１）まず、第１ステップでは、Ｕ字状カップ２２を雌型チャック４２の把持部４２ａの半球状凹部４３にセットして真空ポンプ５０を稼働する。
（２）次に、第２ステップでは、スピニングマシン４０を稼働させて加工部となる円筒部分２２ｂを加熱用バーナ５４で加熱する。
（３）次に、第３ステップでは、Ｕ字状カップ２２の円筒部分２２ｂの加工部の温度が約４００℃前後になった時にスピニングマシン４０のローラ５６を動かして円筒部分２２ｂを湾曲させて球形化すると共にポート１４となるネックを成形するネッキング加工（ボス部の成形加工）を行う。
【００４６】
ここで、ネッキング加工中にＵ字状カップ２２の円筒部分２２ｂの加工部（ワーク）に発生する力は、図６に示すように、軸方向の圧縮力、引張力、半径方向の力、及びワークを回転する回転力の４種類となる。
１．まず、ワークの軸方向にかかる圧縮荷重は雌型チャック４２、具体的にはその把持部４２ａで受ける。
２．次に、ワークの軸方向にかかる引張荷重は、雌型チャック４２、具体的にはその把持部４２ａのＯリング５８内にかかる真空圧力によりワークを引っ張る力で受け持つ。
３．また、ワークにかかる半径方向の力は、チャック把握力（雌型チャック４２によりワークを真空ポンプ５０による真空で吸引する力−ワーク軸方向にかかる引張荷重）による雌型チャック４２、具体的にはその把持部４２ａの半球状凹部とワークとの摩擦抵抗が受け持つ。
ワークの外径が小さい場合は、チャック把握力よりも半径方向の力が大きくなり、ワークが雌型チャック４２、具体的にはその把持部４２ａの半球状凹部の中で滑ることが発生する。
その場合は、ローラ５６の送りを、後送りを主として前送りをしないでワークにかかる引張荷重が発生しないようにすれば良い。
又は、ローラ５６をワーク軸に１８０度対向した位置に２個設けることによりワークに生ずる半径方向の荷重を相殺してゼロにする等の対策方法も考えられる。
又は、容器本体１２の底部１６に図２及び図３の底部ボス１８、２０並びにボス２１を有することにより、Ｕ字状カップ２２を、その軸端部分の底部ボス１８、２０並びにボス２１によって支持することができる。即ち、ネッキング加工時に、回転するＵ字状カップ２２を、一方の軸端部分となる底部ボス１８、２０並びにボス２１によって円筒部分２２ｂに半径方向に加わる力に対してＵ字状カップ２２を支持することができる。
【００４７】
４．ワークにかかる回転力は、ローラ５６がワークを半径方向に局部的に押しつぶす時にワークの変形抵抗により生じる力と、ワークに接するローラ５６の軸のベアリングの摩擦係数による力により発生する。
一方、ワークは、雌型チャック４２（把持部４２ａの半球状凹部）に、真空による吸引力で固定されているので、ワークと雌型チャック４２の静止摩擦が回転力に勝れば、ワークが雌型チャック４２内で滑ることはない。
なお、回転力によりワークが雌型チャック４２内で滑る場合は、雌型チャック４２のチャック内表面をアルミナ等によるショットブラストを施工して表面を粗くするか、もしくは回転力が大きくなるワーク（Ｕ字状カップ２２の円筒部分２２ｂ）の外周に近い部分の加工を行う場合はローラ５６の加工度を下げるか、もしくはスピニングマシン４０の芯押し台でワークを固定するか、あるいはワーク（Ｕ字状カップ２２）の底部１６の中央に角形の底部ボス２０を溶接するか、もしくはワーク（Ｕ字状カップ２２）の底部１６の中央の円筒部分２１ａにプラグ２１ｃを取り付ける（図３参照）等、種々の対策が考えられる。
以上のようにして、ワークの半球体部分２２ａの底部１６を真空で引いて半球体部分２２ａをチャックしながら、加工条件、例えばローラ５６の送り速度等を適切に調整し、また、ワークの加工温度を適度に調節することによりネッキング加工が可能となる。
【００４８】
本実施形態においては、図５に示すように、スピニングマシン４０を用いて球形継目無容器１０を製造するものに限定されず、図７及び図８に示すように、スピニングマシン６０、及び７０を用いて、楕円体形状の継目無容器６４、及びスピニングマシン４０の本体チャック４４でチャックできない長さの円筒状胴部７６ａを持つ凸曲面体形状の継目無容器７４を製造しても良い。
即ち、本発明の凸曲面体形状の継目無容器は、円筒状胴部を全く持たない図１及び図５に示す球形継目無容器１０や、図７に示す楕円体形状の継目無容器６４であっても良いし、図８に示す、スピニングマシン４０の本体チャック４４でチャックできない長さの円筒状胴部７６ａを持つ凸曲面体形状の継目無容器７４であっても良い。
なお、図７及び図８に示す楕円体形状の継目無容器６４及び凸曲面体形状の継目無容器７４は、図１及び図５に示す球形継目無容器１０と、容器本体６６及び７６の形状が、容器本体１２の形状と異なる以外は、同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は、省略する。
【００４９】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る金属製楕円体形状継目無容器の他の一例、及び本発明の第２の実施形態に係る金属製楕円体形状継目無容器の製造方法を実施する継目無容器の製造装置（スピニングマシン）の一実施例の断面模式図である。
図７に示すスピニングマシン６０は、予め、金属材料製板材等から深絞り加工等を行って作製され、楕円体形状継目無容器６４の容器本体６６の楕円体の半分の半楕円体部分６８ａと円筒部分６８ｂを持つＵ字状カップ６８の底部の半楕円体部分６８ａを真空で吸引して雌型チャック６２で把持しながら円筒部分６８ｂにネッキング加工を行って、容器本体６６の楕円体の残りの半分の半楕円体部分６８ｃと、ポート１４となるネックを成形して、半楕円体部分６８ａと半楕円体部分６８ｃとからなる楕円形の容器本体６６とポート１４とからなる楕円体形状継目無容器６４を製造するためのスピニングマシンである。
【００５０】
図７に示すスピニングマシン６０は、Ｕ字状カップ６８の半楕円体部分６８ａを一端側の把持部６２ａで把持（チャック）する雌型チャック６２と、雌型チャック６２の他端側の円筒状のボス６２ｂを把持（チャック）する本体（スピニング）チャック４４と、雌型チャック６２を把持（チャック）した本体チャック４４を支持すると共に回転させるスピニングマシン本体４６と、雌型チャック６２の他端側の取り付けられるロータリージョイント４８と、真空ポンプ５０と、真空ポンプ５０とロータリージョイント４８とを接続する配管５２と、ネッキング加工時にＵ字状カップ６８の円筒部分６８ｂを所定温度に加熱するバーナ５４と、Ｕ字状カップ６８の円筒部分６８ｂにネッキング加工を施すローラ５６とを有する。
雌型チャック６２の把持部６２ａは、Ｕ字状カップ６８の半楕円体部分６８ａと嵌合する半楕円状の凹み部（半楕円状凹部）６９を持ち、先端側の内面には、環状のＯリング溝が設けられ、Ｏリング５８が取り付けられており、雌型チャック６２の円筒状ボス６２ｂの中心には、把持部６２ａ内面側から円筒状ボス６２ｂの他端まで貫通する貫通孔６２ｃが設けられている。この貫通孔６２ｃの断面形状が、例えば多角形である場合には、Ｕ字状カップ６８の半楕円体部分６８ａの中心に同じ多角形状の底部ボス１８を設けておくことにより、底部ボス１８をＵ字状カップ６８の回り止めとして機能させることもできる。
【００５１】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る金属製凸曲面体形状継目無容器の他の一例、及び本発明の第３の実施形態に係る金属製凸曲面体形状継目無容器の製造方法を実施する継目無容器の製造装置（スピニングマシン）の一実施例の断面模式図である。
図８に示すスピニングマシン７０は、予め、金属材料製板材等から深絞り加工等を行って作製され、凸曲面体形状継目無容器７４の容器本体７６の凸曲面体の半分の半凸曲面体部分７８ａと円筒部分７８ｂを持つＵ字状カップ７８の底部の半凸曲面体部分７８ａを真空で吸引して雌型チャック７２で把持しながら円筒部分７８ｂにネッキング加工を行って、容器本体７６の凸曲面体の残りの半分の半凸曲面体部分７８ｃと、ポート１４となるネックを成形して、半凸曲面体部分７８ａと半凸曲面体部分７８ｃとからなる凸曲面形の容器本体７６とポート１４とからなる凸曲面体形状継目無容器７４を製造するためのスピニングマシンである。
【００５２】
図８に示すスピニングマシン７０は、Ｕ字状カップ７８の半凸曲面体部分７８ａを一端側の把持部７２ａで把持（チャック）する雌型チャック７２と、雌型チャック７２の他端側の円筒状のボス７２ｂを把持（チャック）する本体（スピニング）チャック４４と、雌型チャック７２を把持（チャック）した本体チャック４４を支持すると共に回転させるスピニングマシン本体４６と、雌型チャック７２の他端側の取り付けられるロータリージョイント４８と、真空ポンプ５０と、真空ポンプ５０とロータリージョイント４８とを接続する配管５２と、ネッキング加工時にＵ字状カップ７８の円筒部分７８ｂを所定温度に加熱するバーナ５４と、Ｕ字状カップ７８の円筒部分７８ｂにネッキング加工を施すローラ５６とを有する。
雌型チャック７２の把持部７２ａは、Ｕ字状カップ７８の半凸曲面体部分７８ａと嵌合する半凸曲面状の凹み部（半凸曲面状凹部）７９を持ち、先端側の内面には、環状のＯリング溝が設けられ、Ｏリング５８が取り付けられており、雌型チャック７２の円筒状ボス７２ｂの中心には、把持部７２ａ内面側から円筒状ボス７２ｂの他端まで貫通する貫通孔７２ｃが設けられている。この貫通孔７２ｃの断面形状が、例えば多角形である場合には、Ｕ字状カップ７８の半凸曲面体部分７８ａの中心に同じ多角形状の底部ボス１８を設けておくことにより、底部ボス１８をＵ字状カップ７８の回り止めとして機能させることもできる。
【００５３】
なお、図７及び図８に示すスピニングマシン６０及び７０は、図５に示すスピニングマシン４０と、図７及び図８に示す継目無容器６４及び７４、容器本体６６及び７６、並びにＵ字状カップ６８及び７８の形状が、図５に示す球形継目無容器１０、容器本体１２、及びＵ字状カップ２２の形状と異なるために、図７及び図８に示す雌型チャック６２及び７２の把持部の形状が、図５に示す雌型チャック４２の把持部の形状と異なる以外は、同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は、省略する。
以上から、図７及び図８に示すスピニングマシン６０及び７０を用いて、それぞれ図７及び図８に示す継目無容器６４及び７４を製造することができる。
【００５４】
次に、本発明の第５の実施形態に係る継目無容器の製造方法について説明する。
図９は、本発明の第５の実施形態に係る継目無容器の製造方法の一例を実施する継目無容器の製造装置の一実施例の断面模式図であり、図１０は、図９に示す製造装置で実施される製造方法の工程に続く他の工程を実施する製造装置の断面模式図である。図１１は、本発明の第５の実施形態に係る継目無容器の製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【００５５】
まず、本実施形態の継目無容器の製造方法の説明に先立って、本実施形態の製造方法で製造される継目無容器について説明する。
図１０に示す継目無容器９０は、金属材料製で凸曲面体形状、具体的には球形状を成す継目無容器であって、金属材料製の容器本体９２と、頂部に円筒形状の金属材料製のポート９４と、ポート９４とは点対称な位置となる底部９６に円筒形状の金属材料製のボス９８と、を有する。
ここで、図１０に示す継目無容器９０、容器本体９２、及びポート９４は、容器本体９２の底部９６にボス９８を有している点を除いて、図１及び図５に示す継目無容器１０、容器本体１２、及びポート１４と同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
金属材料製の容器本体９２は、継ぎ目が無く、球形状を有し、ポート９４を通してガスが充填されるものであり、図１０に示すように、後述する図９に示すＵ字状カップ１０２の半球体部分１０２ａと、Ｕ字状カップ１０２の円筒部分１０２ｂをネッキング加工によって成形した半球体部分１０２ｃとを有する。ここで、図９、又は図１０に示すＵ字状カップ１０２、半球体部分１０２ａ、円筒部分１０２ｂ、及び半球体部分１０２ｃは、図５に示すＵ字状カップ２２、半球体部分２２ａ、円筒部分２２ｂ、及び半球体部分２２ｃと同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。
金属材料製のポート９４は、容器本体９２に付属し、ガスを出し入れするものである。また、ポート９４は、容器本体９２と継目が無く一体であり、ポート９４の肉厚は、容器本体９２の肉厚以上である。
【００５７】
ボス９８は、金属材料製の容器本体９２の底部９６から外部に突出するように設けられる円筒形状の部分である。このボス９８の先端は、開放され、ポート９４と同様の機能を有していても良いし、逆に閉じられていても良い。なお、容器本体９２の底部９６は、図１の容器本体１２の底部１６のように、ボス９８が設けられていない球面形状であっても良いが、ボス９８を有する方が好ましい。なお、本実施形態では、ボス９８の代わりに、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すボス２１を用いても良い。
容器本体９２の底部９６にボス９８を有することにより、Ｕ字状カップ１０２を、その軸端部分のボス９８によって支持することができる。即ち、ネッキング加工時に、回転するＵ字状カップ１０２を、一方の軸端部分となるボス９８によって円筒部分１０２ｂに半径方向に加わる力に対してＵ字状カップ１０２を支持することができる。
【００５８】
なお、本実施形態の継目無容器の製造方法では、Ｕ字状カップ１０２から加工中間体１０４を成形する１回目の成形加工（第１成形工程）と、加工中間体１０４から継目無容器９０を成形する２回目の成形加工（第２成形工程）と、を行う。
Ｕ字状カップ１０２は、図９に示すように、容器本体９２の球体の半分となる半球体部分１０２ａ、及びボス９８と、円筒部分１０２ｂと、を有する。
加工中間体１０４は、図１０に示すように、１回目の成形加工によって、Ｕ字状カップ１０２において、円筒部分１０２ｂが成形されたもので、半球体部分１０２ａ、及びボス９８と、円筒部分１０２ｂが成形された球面加工部分１０６と、円筒部分１０８とを有する。加工中間体１０４は、２回目の成形加工によって、継目無容器９０に成形される。
【００５９】
次に、本実施形態の継目無容器の製造方法を実施する継目無容器の製造装置について説明する。
図９は、後述する１回目の成形加工を行う状態の製造装置（スピニングマシン）１１０を示すものであり、図１０は、後述する２回目の成形加工を行う状態のスピニングマシン１１０を示すものである。
【００６０】
図９、及び図１０に示すスピニングマシン１１０は、Ｕ字状カップ１０２の半球体部分１０２ａを一端側の把持部１１２ａでチャックする雌型チャック１１２と、半球体部分１０２ａの内側表面（内周面）に一方の端部（先端部）１１４ａが当接して内周面を押圧して半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２の把持部１１２ａの内周面に固定する芯押し棒１１４（図９参照）と、本体チャック４４による雌型チャック１１２を介してのＵ字状カップ１０２の回転に同期させて芯押し棒１１４を回転させる回転手段（図示せず）と、加工中間体１０４の球面加工部分１０６の外側表面に当接して加工中間体１０４の半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２に押し付けて固定するサブチャック１１６（図１０参照）と、サブチャック１１６を雌型チャック１１２の把持部１１２ａの先端のフランジ１１２ｄに設けられたねじ孔１１２ｅに固定するボルト１１８（図１０参照）と、雌型チャック１１２の他端側の円筒状ボス１１２ｂをチャックする本体チャック４４と、雌型チャック１１２をチャックした本体チャック４４を支持すると共に回転させるスピニングマシン本体４６と、ネッキング加工時にＵ字状カップ１０２の円筒部分１０２ｂを所定温度に加熱するバーナ５４と、Ｕ字状カップ１０２の円筒部分１０２ｂにネッキング加工を施すローラ５６と、を有する。
なお、図９、及び図１０に示すスピニングマシン１１０は、図５に示すスピニングマシン４０と、雌型チャック４２、ロータリージョイント４８、真空ポンプ５０、及び配管５２の代わりに、雌型チャック１１２、芯押し棒１１４、芯押し棒１１４の回転手段（図示せず）、サブチャック１１６、及びボルト１１８を有している点を除いて、同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００６１】
雌型チャック１１２は、図９、及び図１０に示すように、一端側には、Ｕ字状カップ１０２の半球体部分１０２ａとぴったり（中心部を除き略隙間なく）一致する、即ち嵌合する内周面を有する半球状の凹み部（半球状凹部）１１３を有する円錐台形状の把持部１１２ａを備え、他端側には、本体チャック４４に把持（チャック）される円筒状ボス１１２ｂを備え、円筒状ボス１１２ｂの一端側の把持部１１２ａの半球状凹部１１３の中心には、金属材料製の容器本体９２の底部９６のボス９８を収容する円筒状の凹部１１２ｃを備えている。なお、金属材料製の容器本体９２の底部９６がボス９８を有しない場合には、雌型チャック１１２は、凹部１１２ｃを備えなくても良い。
また、雌型チャック１１２は、更に、把持部１１２ａの一端側（先端側）の円筒部の外周に設けられる円板状のフランジ１１２ｄと、フランジ１１２ｄに複数、好ましくは３つ以上設けられたねじ孔１１２ｅと、を有する。なお、円板状のフランジ１１２ｄの代わりに、ねじ孔１１２ｅを備える突起を複数把持部１１２ａの円筒部の外周に設けても良い。
【００６２】
芯押し棒１１４は、図９に示すように、Ｕ字状カップ１０２の半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２の半球状凹部１１３にスリップすることが無いように固定するために、Ｕ字状カップ１０２の半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２の半球状凹部１１３に押し付けるためのものである。芯押し棒１１４の先端部１１４ａの当接部分は、半球体部分１０２ａの内側表面の当接部分に一致する、又は合わせた形状であるのが好ましい。こうすることにより、芯押し棒１１４が半球体部分１０２ａの内側表面に所定の押圧力で押し付けられた時にも、半球体部分１０２ａの内側表面の当接部分が損傷したり、変形したりすることがない。芯押し棒１１４の押圧力は、Ｕ字状カップ１０２の半球体部分１０２ａが、雌型チャック１１２の半球状凹部１１３、及び芯押し棒１１４の先端部１１４ａのいずれに対してもスリップすること無く、また、芯押し棒１１４の先端部１１４ａがＵ字状カップ１０２の半球体部分１０２ａの内周面を傷つけることが無い程度の力とすることが好ましい。また、芯押し棒１１４の太さは、Ｕ字状カップ１０２の円筒部分１０２ｂの内径、その金属材料の材質（例えば硬軟）、及びネッキング加工の状況に基づいて最適化されることが好ましい。即ち、円筒部分１０２ｂの内径に応じて芯押し棒１１４の外径を太くしたり、細くしたりするのみならず、ネッキング加工の容易性等に応じて、芯押し棒１１４の外径を増減しても良い。
図示しないが、芯押し棒１１４の回転手段は、本体チャック４４によって雌型チャック１１２を介して回転されるＵ字状カップ１０２の回転に同期させて芯押し棒１１４を回転させる必要があるので、本体チャック４４を回転させるスピニングマシン本体４６によって同一速度で回転されるものであることが好ましい。
【００６３】
サブチャック１１６は、図１０に示すように、雌型チャック１１２のフランジ１１２ｄのねじ孔１１２ｅにボルト１１８を締めることによってフランジ１１２ｄに固定される。  サブチャック１１６は、１回目の成形工程でＵ字状カップ１０２から成形された加工中間体１０４の球面加工部分１０６の外側表面に当接する当接部を先端に有するＬ字状の板材である。サブチャック１１６は、球面加工部分１０６の外側表面に当接して、加工中間体１０４を雌型チャック１１２の側に押圧し、好ましくはばね材として機能してばね力によって押し付け、加工中間体１０４の半球体部分１０２ａの外側表面（外周面）を雌型チャック１１２の把持部１１２ａの半球状凹部１１３に押し付けて、雌型チャック１１２の回転に対してスリップしないように固定するためのものである。即ち、サブチャック１１６は、加工中間体１０４の半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２の半球状凹部１１３に押し付けることにより、半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２に固定するために、球面加工部分１０６を円筒部分１０８の中心軸に沿って半球体部分１０２ａの方向に押圧するものである。
【００６４】
加工中間体１０４の球面加工部分１０６に対するサブチャック１１６の当接部分は、球面加工部分１０６の外側表面の当接部分の形状に一致する、又は合わせた形状であるのが好ましい。これにより、サブチャック１１６が、球面加工部分１０６の外側表面（外周面）に所定の押圧力で押し付けられた時にも、球面加工部分１０６の外側表面の当接部分が損傷したり変形したりすることがない。サブチャック１１６の押圧力は、加工中間体１０４の半球体部分１０２ａが、雌型チャック１１２の半球状凹部１１３、及びサブチャック１１６当接部分のいずれに対してもスリップすること無く、また、サブチャック１１６当接部分が加工中間体１０４の半球体部分１０２ａの内周面を傷つけることが無い程度の力とすることが好ましい。サブチャック１１６の形状は、球面加工部分１０６を円筒部分１０８の中心軸に沿って半球体部分１０２ａの方向に押すことができれば、図１０に示すような板材の形状に限定されず、どのような形状でも良い。
【００６５】
次に、本発明の第５の実施形態に係る継目無容器の製造方法について説明する。
図１１は、本実施形態の継目無容器の製造方法の手順の各工程の一例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１０において、予め、金属材料製の板材、又はパイプ材に鍛造加工、プレス加工、又はパイプ材にスピニング加工を行って作製したＵ字状カップ１０２を準備しておくと共に、雌型チャック１１２を本体チャック４４にチャックしたスピニングマシン１１０を用意しておく。
【００６６】
ステップＳ１２において、Ｕ字状カップ１０２の容器本体９２の底部９６のボス９８を雌型チャック１１２の半球状凹部１１３の中心の円筒状の凹部１１２ｃに挿入し、Ｕ字状カップ１０２の半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２の半球状凹部１１３に嵌め込むと共に、芯押し棒１１４をＵ字状カップ１０２の円筒部分１０２ｂから挿入して、芯押し棒１１４の先端部１１４ａで半球体部分１０２ａの内周面を押圧して、半球体部分１０２ａの外周面を半球状凹部１１３の内周面に密着させて、半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２に固定するとともに、芯押し棒１１４を本体チャック４４と同期して回転させる回転手段（図示せず）に接続する。
このステップＳ１２は、本発明の第１チャッキング工程を構成する。
【００６７】
ステップＳ１４において、雌型チャック１１２を介してスピニングマシン１１０にＵ字状カップ１０２の半球体部分１０２ａを固定した状態で、スピニングマシン１１０を稼働させて、本体チャック４４及び芯押し棒１１４を同期して所定速度、例えば１００ｒｐｍ〜３００ｒｐｍで回転させると共に、Ｕ字状カップ１０２の円筒部分１０２ｂを、加熱用バーナ５４で加熱する。
次に、ステップＳ１６において、Ｕ字状カップ１０２を回転させながら、Ｕ字状カップ１０２の円筒部分１０２ｂの温度が加工温度、例えば３００℃〜３５０℃に達した時に、スピニングマシン１１０のローラ５６を動かして、Ｕ字状カップ１０２の円筒部分１０２ｂに対して１回目の成形を行う。
１回目の成形においては、ローラ５６によってＵ字状カップ１０２の円筒部分１０２ｂを湾曲させて球形化して球面加工部分１０６を成形するネッキング加工を行うと共に、芯押し棒１１４の外周面に倣うネックとなる円筒部分１０８を成形するネッキング加工（ボス部の成形加工）を行う。円筒部分１０８の成形においては、芯押し棒１１４がネッキング加工の際の加工芯となるので、ネッキング加工を容易に行うことができる。
【００６８】
この球面加工部分１０６は、容器本体９２の球体の残りの半分の半球体部分に対応する部分となる。即ち、円筒部分１０２ｂは、球面加工部分１０６と円筒部分１０８とに成形され、その結果、Ｕ字状カップ１０２は、半球体部分１０２ａとボス９８と球面加工部分１０６と円筒部分１０８から構成される加工中間体１０４に成形される。
１回目の成形においては、円筒部分１０８の内径は、芯押し棒１１４の外径より僅かに大きいが、ほぼ等しいと言える。このため、円筒部分１０８の内外径は、それぞれ継目無容器９０のポート９４の内外径よりおおきい。したがって、２回目の成形において、円筒部分１０８を、その内外径がそれぞれ継目無容器９０のポート９４の内外径に等しくなるように成形する必要がある。
ステップＳ１４及びＳ１６は、本発明の第１成形工程を構成する。
【００６９】
次に、ステップＳ１８において、スピニングマシン１１０の稼動、即ち加熱用バーナ５４の加熱、本体チャック４４、雌型チャック１１２、加工中間体１０４、及び芯押し棒１１４の回転、ローラ５６の移動を停止し、加工中間体１０４の温度が、例えば１００℃以下まで低下した後、スピニングマシン１１０から芯押し棒１１４と及び芯押し棒１１４の回転手段（図示せず）を取り外した後、雌型チャック１１２の把持部１１２ａのフランジ１１２ｄにサブチャック１１６を取り付け、フランジ１１２ｄのねじ孔１１２ｅにボルト１１８をねじ込んで（螺合して）、サブチャック１１６を固定する。
サブチャック１１６が球面加工部分１０６を押す力を利用して半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２の半球状凹部１１３に押し付けることにより、半球体部分１０２ａを雌型チャック１１２に固定する。
なお、図示例では、ワークの肩、即ち加工中間体１０４の球面加工部分１０６を雌型チャック１１２に固定されたサブチャック１１６で押さえ付けているが、本発明はこれに限定されず、ワークの肩を押させつけることができれば、いかなる方法を用いても良い。
ステップＳ１８は、本発明の第２チャッキング工程を構成する。
【００７０】
次に、ステップＳ２０において、雌型チャック１１２を介してスピニングマシン１１０に加工中間体１０４の半球体部分１０２ａを固定した状態で、スピニングマシン１１０を稼働し、加工中間体１０４の円筒部分１０８を上記所定速度で回転しながら、上記所定温度まで加熱する。
次いで、加工中間体１０４の円筒部分１０８の温度が上記所定温度に達したら、ステップＳ２２において、加工中間体１０４の円筒部分１０８を上記所定速度で回転しながら、また、上記所定温度に維持しながら、加工中間体１０４の円筒部分１０８のネッキング加工を行う。
ステップＳ２２においては、加工中間体１０４の円筒部分１０８からその直径より小さい直径を持つポート９４を成形するために、球面加工部分１０６側の円筒部分１０８の端部を球面加工部分１０６に連なる球面加工部分１０６ａを成形した後、円筒部分１０８を細径化してポート９４となるネックを成形する。こうして、加工中間体１０４の円筒部分１０８は、球面加工部分１０６ａ及びポート９４となる。その結果、球面加工部分１０６及び１０６ａは、継目無容器９０の容器本体９２の半球体部分１０２ａに対応する残りの半球体部分１０２ｃを構成する。
こうして、ステップＳ２２において、加工中間体１０４から、半球体部分１０２ａ、及び半球体部分１０２ｃを備え、継ぎ目のない容器本体９２と、ポート９４と、底部９６のボス９８と、を有する継目無容器９０が成形される。
【００７１】
継目無容器９０の成形が終了すると、スピニングマシン１１０の稼動、即ち加熱用バーナ５４の加熱、本体チャック４４、雌型チャック１１２、及び継目無容器９０の回転、ローラ５６の移動が停止され、継目無容器９０の温度が、例えば１００℃以下まで低下した後、雌型チャック１１２の把持部１１２ａのフランジ１１２ｄのねじ孔１１２ｅからボルト１１８を抜き出し、固定されていたサブチャック１１６をフランジ１１２ｄから取り外して、成形された継目無容器９０を雌型チャック１１２から取り外す。こうして、ステップＳ２２は、終了する。
ステップＳ２２は、本発明の第２成形工程を構成する。
なお、ステップＳ１８、Ｓ２０、及びＳ２２は、加工中間体１０４のネックとなる円筒部分１０８の直径を小さくしてポート９４を成形するための工程である。したがって、ポート９４を成形するのに十分な細い芯押し棒を使用することができ、細い芯押し棒によってポート９４を成形することができる場合には、ステップＳ１８、Ｓ２０、及びＳ２２は、不要である。
【００７２】
本実施形態においては、上記第２の実施形態と同様に、図９、及び１０に示すスピニングマシン１１０を用いて球形継目無容器９０を製造するものに限定されず、図１２、及び図１３に示すように、スピニングマシン１４０を用いて、円筒状胴部１２２ａを持つ凸曲面体形状の継目無容器１２０を製造しても良い。
ここで、本実施形態の製造方法で製造される継目無容器としては、円筒状胴部の長さが胴部直径の１／２以下である本発明の凸曲面体形状の継目無容器であるのが良く、スピニングマシン１４０の本体チャック４４でチャックできない長さの円筒状胴部を持つ凸曲面体形状の継目無容器であることがより好ましいが、本実施形態では特に制限的ではなく、円筒状胴部の長さが胴部直径の１／２超である凸曲面体形状の継目無容器であっても良いのは勿論である。
なお、図１２、及び図１３に示す楕円体形状の継目無容器１２０は、図９、及び図１０に示す球形継目無容器９０と、容器本体１２２の形状が、容器本体９２の形状と異なる以外は、同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は、省略する。
【００７３】
図１２は、本実施形態に係る継目無容器の製造方法の他の一例を実施する継目無容器の製造装置の断面模式図である。図１３は、図１２に示す製造方法の工程に続く他の工程を実施する製造装置の断面模式図である。
図１２に示すスピニングマシン１４０は、１回目の成形加工を行うためのもので、基本的には、図９に示すスピニングマシン１００と同様の構成、及び作用を有し、第１回目の成形工程において、予め、金属材料製板材、又はパイプ材等から鍛造加工、プレス成型加工、又は金属材料製パイプ等からその一端をスピニング加工（ヘラ絞り加工）、又は深絞り加工等の公知の塑性加工を行って作製され、継目無容器１２０の容器本体１２２の半分の半球体部分１３２ａと、容器本体１２２の底部１２６のボス１２８と、半球体部分１３２ａに続く円筒状胴部１２２ａと、円筒状胴部１２２ａに続く円筒部分１３２ｂとを有するＵ字状カップ１３２の底部１２６のボス１２８を、雌型チャック１４２の半球状凹部１４３の中心の円筒状の凹部１４２ｃに挿入し、Ｕ字状カップ１３２の半球体部分１３２ａを雌型チャック１４２の把持部１４２ａの半球状凹部１４３に嵌め込むと共に、芯押し棒１４４の先端部１４４ａで半球体部分１３２ａの内周面を押圧して、半球体部分１３２ａの外周面を半球状凹部１４３の内周面に密着させて、芯押し棒１４４を用いて半球体部分１３２ａを雌型チャック１４２に固定して、雌型チャック１４２、Ｕ字状カップ１３２、及び芯押し棒１４４を同期して回転させて、Ｕ字状カップ１３２の円筒部分１３２ｂにネッキング加工を行って、容器本体１２２の残りの半分の球面加工部分１３６と円筒部分１３８を成形する。
なお、本実施形態では、ボス１２８の代わりに、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すボス２１を有するＵ字状カップを用いても良い。
こうして、スピニングマシン１４０は、まず、半球体部分１３２ａと、ボス１２８と、円筒状胴部１２２ａと、球面加工部分１３６と、円筒部分１３８とからなる加工中間体１３４を製造する。
【００７４】
次いで、図１３に示すスピニングマシン１４０は、１回目の成形加工を行うためのもので、図１０に示すスピニングマシン１００と同様の構成、及び作用を有し、第１回目の成形工程において第１回目の成形工程において成形された加工中間体１３４から芯押し棒１４４を取り外し、第２回目の成形工程において、雌型チャック１４２の把持部１４２ａのフランジ１４２ｄにサブチャック１４６を取り付けてねじ孔１４２ｅにボルトをねじ込んで固定し、加工中間体１３４を雌型チャック１４２にチャックして、加工中間体１３４の円筒部分１３８にネッキング加工を行って、円筒部分１３８の内側端部を球面加工部分１３６に続く球面加工部分１３６ａに、残りの円筒部分１３８を細径化してポート１２４となるネックを成形する。こうして、加工中間体１３４の円筒部分１３８は、球面加工部分１３６ａ、及びポート１２４となる。その結果、球面加工部分１３６、及び１３６ａは、継目無容器１２０の容器本体１２２の半球体部分１３２ａに対応する残りの半球体部分１３２ｃを構成する。
こうして、スピニングマシン１４０は、半球体部分１３２ａと、ボス１２８と、円筒状胴部１２２ａと、半球体部分１３２ｃと、ポート１２４とからなる継目無容器１２０を製造する。
なお、図１３に示す継目無容器１２０は、図１０に示す球形継目無容器９０と、容器本体１２２の形状が、円筒状胴部１２２ａを有している点で異なるが、同様の構成を有するものであるので、参照符号は異なるが、同様な構成要素には、同じ名前を付し、その詳細な説明は、省略する。
【００７５】
図１２、及び図１３に示すスピニングマシン１４０は、Ｕ字状カップ１３２の半球体部分１３２ａ、底部及び円筒状胴部１２２ａを一端側の把持部１４２ａでチャックする雌型チャック１４２と、半球体部分１３２ａの内周面に先端部１４４ａを押し付けて半球体部分１０２ａを雌型チャック１４２の把持部１４２ａの内周面に固定する芯押し棒１４４（図９参照）と、本体チャック４４による雌型チャック１４２の回転に同期させて芯押し棒１１４を回転させる回転手段（図示せず）と、加工中間体１３４の球面加工部分１３６の外周面に押圧して半球体部分１３２ａを雌型チャック１４２に押し付けて固定するサブチャック１４６（図１０参照）と、サブチャック１４６を雌型チャック１４２の把持部１４２ａの先端のフランジ１４２ｄに設けられたねじ孔１４２ｅに固定するボルト１４８（図１０参照）と、雌型チャック１４２の他端側の円筒状ボス１４２ｂをチャックする本体チャック４４と、雌型チャック１４２をチャックした本体チャック４４を支持すると共に回転させるスピニングマシン本体４６と、ネッキング加工時にＵ字状カップ１３２の円筒部分１３２ｂを所定温度に加熱するバーナ５４と、Ｕ字状カップ１３２の円筒部分１３２ｂにネッキング加工を施すローラ５６と、を有する。
【００７６】
なお、図１２及び図１３に示すスピニングマシン１４０は、図９及び図１０に示す雌型チャック１１２の把持部１１２ａと形状が異なる把持部１４２ａを有する雌型チャック１４２を用いて、図９及び図１０に示すスピニングマシン１１０で製造される継目無容器９０とは円筒状胴部１２２ａを有している点で異なる継目無容器１２０を製造するものであるが、これらの点を除いて同様の構成を有するものであるので、参照符号は異なるが、同様な構成要素には、同じ名前を付し、その詳細な説明は、省略する。
したがって、図１２及び図１３に示すスピニングマシン１４０は、図９及び図１０に示すスピニングマシン１１０による図１１に示す継目無容器９０の製造方法と同様にして、継目無容器１２０を製造することができることから、同様の製造工程を有するものであるということができるので、図１２及び図１３に示すスピニングマシン１４０による継目無容器１２０の製造方法についての詳細な説明は省略する。
【００７７】
以上のように、本発明の第５の実施形態に係る製造方法で製造される継目無容器９０、１２０は、円筒状胴部を全く持たない図９及び図１０に示す球形継目無容器９０に限定されず、楕円体形状又は皿形鏡板形状の継目無容器であっても良いし、図１２及び図１３に示す、スピニングマシンの本体チャック４４でチャックできない長さの円筒状胴部１２２ａを持つ凸曲面体形状の継目無容器１２０であっても良い。
また、本発明の第５の実施形態に係る製造方法で製造される継目無容器９０、１２０は、図５、図７及び図８に示すスピニングマシン４０、６０及び７０のように真空ポンプを使用して半凸曲面体部分を雌型チャックにチャックする方法と併用することができる。
本発明の第５の実施形態に係る継目無容器の製造方法は、基本的に以上のように構成される。このような構成とすることで、本発明の第５の実施形態に係る継目無容器の製造方法は、凸曲面体形状の金属製の継目無容器を容易、かつ確実に歩留まり良く製造することができる。
【００７８】
従来の容器の加工方法は、容器円筒部をスピニングマシンの中空チャックに挿入して胴部をチャックして、肩部をネッキング加工している。このため、容器の外径が大きくなるとスピニングマシンの中空チャックを支えるベアリングも当然の如く大きくなり、スピニングマシンの設備費用は高額となるので航空宇宙に使用する容器のように少量製作する場合は、そのための設備を設置することが難しい。
また、従来の容器の加工方法では、球形容器の様に胴部がない容器、又は胴部が短くて充分に把持できない容器の加工はできない。
しかしながら、本発明によれば、胴部の無い容器、又は胴部が短くて従来の胴部をチャックする方法で成形できなかった継目無短尺胴部容器のドーム加工が可能となる。なお、
本発明の製造方法で加工できる容器の胴部長さには限定がないのはもちろんである。
【００７９】
以上詳述したように、本発明においては、円筒状胴部が全く無いか、あるいは円筒状胴部が短すぎてスピニングチャックの把握力が充分に得られず、通常のスピニングマシンを使った時にネッキングができない容器（Ｕ字状カップ）でもネッキングが可能となり継目無容器を作ることができる。
本発明の継目無容器は、溶接部分がないので製造肉厚に溶接効率を考慮する必要がなく理論式を満足する最小の肉厚で製造可能となり、継目無容器を軽量とすることができる。
また、本発明の継目無容器は、溶接部分がないので溶接にかかる、技能者の確保、溶接設備、設備の管理、溶接部の非破壊検査及び気密検査などが不要となるのでコストダウンとなる。
本発明の球形継目無容器の場合、材料肉厚は円筒部を有する円筒形継目無容器の１／２の厚さでよいことが分かる。
本発明の継目無容器では、容器の収納場所が狭い場合でも、容器の鏡板部形状を皿形、又は楕円体にすることにより、本発明の継目無容器を円盤に近い形で継ぎ目なく製作することができる。
【００８０】
以上、本発明の継目無容器、及びその製造方法、並びに複合容器、及びその製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００８１】
１０、９０  （金属製球形）継目無容器
１２、９２、１２２  容器本体
１４、９４、１２４  ポート
１４ａ  ポートの接続部
１６、９６、１２６  底部
１８、２０  底部ボス
２０ａ  正四角柱部分
２０ｂ  円柱部分
２１  ボス
２１ａ  円筒部分
２１ｂ  雌ねじ
２１ｃ  プラグ
２１ｄ  雄ねじ
２１ｅ  平面
２１ｆ  頭部
２２、１０２、１３２  Ｕ字状カップ
２２ａ、２２ｃ、１０２ａ、１０２ｃ、１３２ａ、１３２ｃ  半球体部分
２２ｂ、６８ｂ、７８ｂ、１０２ｂ、１０８、１３２ｂ、１３８  円筒部分
３０  （球形）複合容器
３２  被覆層
４０、６０、７０、１１０、１４０  継目無容器の製造装置（スピニングマシン）
４２、６２、７２、１１２、１４２  雌型チャック
４２ａ、６２ａ、７２ａ、１１２ａ、１４２ａ  把持部
４２ｂ、６２ｂ、７２ｂ、１１２ｂ、１４２ｂ  円筒状ボス
４２ｃ、６２ｃ、７２ｃ  貫通孔
４３、６３、７３、１１３、１４３  凹み部（半球状凹部）
４４  本体（スピニング）チャック
４６  スピニングマシン本体
４８  ロータリージョイント
５０  真空ポンプ
５２  配管
５４  バーナ
５６  ローラ
５８  Ｏリング
６４  楕円体形状の継目無容器
６８ａ、６８ｃ  半楕円体部分
７４、１２０  凸曲面体形状の継目無容器
７６ａ、１２２ａ  円筒状胴部
７８ａ、７８ｃ  半凸曲面体部分
９８、１２８  ボス
１０４、１３４  加工中間体
１０６、１０６ａ、１３６、１３６ａ  球面加工部分
１１２ｃ、１４２ｃ  凹部
１１２ｄ、１４２ｄ  フランジ
１１２ｅ、１４２ｅ  ねじ孔
１１４、１４４  芯押し棒
１１４ａ、１４４ａ  先端部
１１６、１４６  サブチャック
１１８、１４８  ボルト
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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