(57)【要約】【課題】  ボス部の要求厚を確保しつつ鏡部の肉厚を薄くした高容量かつ軽量な高圧タンク用ライナを成形することができる高圧タンク用ライナの成形方法を提供すること。【解決手段】  成形ローラ３５あるいは３６による加工速度を縮径率「０．８」の位置置までは０．４５ｍｍ／ｒｅｖの加工速度でクロージング成形を行い、縮径率「０．８」から縮径率「０．５」の位置までは０．９０ｍｍ／ｒｅｖの加工速度でクロージング成形を行い、縮径率「０．５」からの位置では１．８０ｍｍ／ｒｅｖの加工速度でクロージング成形を行う。さらに、一旦、必要バルブ径以下まで縮径させた後、成形ローラ３５から成形ローラ３６への段替えを行ってクロージング成形を行う。【選択図】            図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスを充填するための高圧タンク用ライナの成形方法において、
ライナ鏡部の肩部から軸線方向に向けて成形ローラを移動させてクロージング成形を行う際に、その成形途中で前記成形ローラの先端アール形状を変えるために段替えするとともに、前記成形ローラによる前記ライナ鏡部に対する加工速度を変化させることを特徴とする高圧タンク用ライナの成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載する高圧タンク用ライナの成形方法において、
前記ライナ鏡部の縮径率に応じて、
前記成形ローラの段替えでは先端アール形状が小さいものから大きいものへ変更し、
前記加工速度を段階的に大きくしていくことを特徴とする高圧タンク用ライナの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスを充填するための高圧タンク用ライナの成形方法に関する。より詳細には、管端クロージング部（以下、「鏡部」という）およびボス部の成形（クロージング成形）方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高圧タンク（ガスボンベ）用のライナとして、合金鋼製のもの、樹脂製のもの、アルミニウム合金から成るものが知られている。そして、高圧タンク用ライナに対しては、軽量で高容量を確保するために、以下の３つの要件が求めれている。すなわち、（１）可能な限り薄肉で、（２）応力集中が発生しないように凹みのない滑らかな内表面を持ち、かつ（３）バルブを保持するために十分な肉厚を有するボス部を備えることが求められている。
【０００３】
ここで、鋼製のライナにおいては、樹脂製のライナやアルミニウム合金製のライナに比較して重量が重い。一方、樹脂製のライナにおいては、バルブ接続用の口金が金属製のため、樹脂と金属との熱膨張係数の相違によってガス漏れや破損等が生じるおそれがある。このようなことから、アルミニウム合金から成るライナが多く使用されている。このアルミニウム合金から成るライナは、比較的軽量であり、口金の取付け部におけるガス漏れもなく、安全性に優れた高圧タンク（ガスボンベ）を形成することができる。
【０００４】
上記のようなアルミニウム合金製ライナは、アルミニウム合金を円筒状に押出し、これを所定の長さに切断してクロージング成形により口絞りすることにより、鏡部を形成するとともに、その中央にボス部を成形して製作されている。ここで、クロージング成形とは、円筒状材料を回転させながら、その端部外周に接触させた成形ローラを傾斜させつつ、円筒状材料の軸心方向に移動させて円筒状材料の開口端を口絞りする加工方法である。
【０００５】
ところで、上記したライナの成形方法では、クロージング成形により口絞りして鏡部を成形する。このため、応力集中が発生しないような凹みのない滑らかな内表面を形成することは材料的な工夫（例えば、微細結晶粒径）によって可能となる。しかしながら、肉厚が全体にわたって均一であるため、耐圧性が要求される鏡部を基準にして厚みを決定すると、胴部の厚みが必要以上に厚くなってしまう。その結果、ライナの重量が重くなり、軽量化を図ることが困難になるという問題があった。
【０００６】
そこで、このような問題を解消するための技術が、例えば、特開２００１−３４９４９４号公報に開示されている。この技術では、フローフォーミングによって形成された円筒状胴部の両端に鏡部を一体に設け、少なくとも一方の鏡部をクロージング成形により形成して、鏡部を胴部より厚肉とするようにしている。なお、フローフォーミングとは、カップ状ブランクをその内側にマンドレルを挿入した状態で軸心を中心に回転し、そのブランクの胴部に成形ローラを接触させた状態で、その成形ローラを胴部の軸方向に移動させて、上記胴部をしごく成形方法である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３４９４９４号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、クロージング成形は、縮径する加工であるため、１つの成形ローラで加工を行う必要がある。複数の成形ローラを使用するとローラ同士が干渉するからである。このため、成形ローラの段替え機構は設けられておらず、また、加工速度も一定で成形されている。このような成形条件下で成形されたライナの鏡部における肉厚分布を調べると、図７に示すように、肉厚分布を示す曲線が上に凸となる傾向が見られる。すなわち、縮径率が小さい中心側が薄くなる傾向がある。これは、中心部に向かうほど縮径される（縮径率が小さくなる）ことにより肉厚が厚くなって、半径方向への材料の流動が増加するためである。
【０００９】
なお、必要なボス部の肉厚を確保しつつ鏡部の肉厚を薄くした高容量かつ軽量なライナに要求される狙いの肉厚分布は、図７に示す破線のようになる。また、縮径率は、図７に示すように、ライナの半径をｒ0 、縮径位置までの軸心からの距離（半径）をｒとすると、「ｒ／ｒ0 」で表される。
【００１０】
このため、その後、中心部に形成されるボス部の肉厚を厚くすることが難しい。言い換えると、ボス部の肉厚を確保しようとすると、鏡部の肉厚も厚くせざるを得なくなるのである。このようなことから、上記した従来の技術では、相反する鏡部の薄肉化とボス部の厚肉化の両立を図ることができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ボス部の要求厚を確保しつつ鏡部の肉厚を薄くした高容量かつ軽量な高圧タンク用ライナを成形することができる高圧タンク用ライナの成形方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る高圧タンク用ライナの成形方法は、高圧ガスを充填するための高圧タンク用ライナの成形方法において、ライナ鏡部の肩部から軸線方向に向けて成形ローラを移動させてクロージング成形を行う際に、その成形途中で前記成形ローラの先端アール形状を変えるために段替えするとともに、前記成形ローラによる前記ライナ鏡部に対する加工速度を変化させることを特徴とする。
【００１３】
具体的には、前記ライナ鏡部の縮径率に応じて、前記成形ローラの段替えでは先端アール形状が小さいものから大きいものへ変更し、前記加工速度を段階的に大きくしていく。
【００１４】
この高圧タンク用ライナの成形方法では、ライナ鏡部の縮径率に応じて、成形ローラの先端アール形状が小さいものから大きいものへ変更される。これにより、鏡部において縮径率が小さいところ（中心側）の肉厚を厚くすることができる。また、この高圧タンク用ライナの成形方法では、ライナ鏡部の縮径率に応じて、加工速度が段階的に大きくされる。このため、縮径率が大きいところ（外径側）では加工速度が大きくなり、中間のところで加工速度が小さくなる。これにより、ボス部の要求厚を確保しつつ鏡部の肉厚を薄くする狙いの肉厚分布（図６参照）を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る高圧タンク用ライナの成形方法によれば、ライナ鏡部の肩部から軸線方向に向けて成形ローラを移動させてクロージング成形を行う際に、ライナ鏡部の縮径率に応じて、成形ローラの先端アール形状を小さいものから大きいものへ変更する段替えを行うとともに、成形ローラによるライナ鏡部に対する加工速度を段階的に大きくしていくので、ボス部の要求厚を確保しつつ鏡部の肉厚を薄くした高容量かつ軽量な高圧タンク用ライナを成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の高圧タンク用ライナの成形方法を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、アルミニウム合金製のライナの成形に本発明を適用したものである。
【００１７】
まず、本実施の形態に係る高圧タンク用ライナの成形方法により製造される高圧タンク用ライナについて、図１を参照しながら説明する。図１は、高圧タンク用ライナの概略構成を示す断面図である。高圧タンク用ライナ１０は、略中空円筒の形状をなし、上方からボス部１１と、鏡部１２と、胴部１３と、底部１４とを備えるものである。この高圧タンク用ライナ１０は、後述する成形方法によって成形されることにより、ボス部１１に要求される肉厚を確保しつつ鏡部１２の薄肉化が図られている。そして、高圧タンク用ライナ１０は、外周面にガラス繊維が巻付けられるとともにエポキシ樹脂で含浸固定され、その後、ボス部１１にバルブ（不図示）が取り付けられてガスボンベとして使用される。
【００１８】
次に、上記の高圧タンク用ライナ１０を製造する製造方法について、図２〜図５を参照しながら説明する。図２は、高圧タンク用ライナを製造するための板材を示す斜視図である。図３は、図２に示す板材をダイに配置した状態を示す図である。図４は、プレス絞り加工を行って胴部および底部を形成した状態を示す図である。図５は、成形ローラ対の概略構成を示す図である。
【００１９】
まず、胴部１３と底部１４を形成するためにプレス絞り加工を行う。具体的には、図２に示すアルミニウム合金から成る円形の板材２１を準備する。次いで、その板材２１を、図３に示すように、ダイ３１に対して配置する。そして、図４に示すように、ポンチ３０によりプレス絞り加工を行う。これにより、胴部１３および底部１４を備える有底円筒部材１５が形成される。
【００２０】
なお、胴部１３および底部１４を備える有底円筒部材１５は、プレス絞り加工以外の成形方法によって形成してもよい。例えば、特開２００１−３４９４９４号公報に開示されているように、フローフォーミングにより胴部１３および底部１４を形成することもできる。
【００２１】
次に、有底円筒部材１５の上部開口端がクロージング成形される。このクロージング成形が本発明の特徴点である。
上記したように従来のクロージング成形では、図７に黒三角で示すように、必要なボス部の肉厚を確保しつつ鏡部の肉厚を薄くした高容量かつ軽量のライナを得るための狙いの肉厚分布にならなかった。
【００２２】
ここで、鏡部において縮径率が小さいところ（中心側）の肉厚を厚くするためには、成形ローラの先端Ｒを大きくすればよい。また、鏡部全体の肉厚を薄くするためには、加工速度を小さくすればよい。つまり、狙いの肉厚分布を得るためには、縮径率が大きいところ（外径側）では加工速度を大きくし、中間のところで加工速度を小さくすればよいと考えられる。
【００２３】
このような考えを基にして、本発明者は、実験を重ねた結果、以下の条件でクロージング成形を行うことにより、狙いの肉厚分布を得られることを見い出した。そこで、その条件を含めて本実施の形態におけるクロージング成形について説明する。
【００２４】
まず、不図示のチャックによって有底円筒部材１５を挟持した状態で、有底円筒部材１５の軸心を中心に回転させる。そして、図５に示すように、有底円筒部材１５の開口端部における外周に、成形ローラ対３７に備わる成形ローラ３５，３６のいずれか一方を接触させつつ軸心に対して傾むけた状態で軸心方向へ移動させる。
【００２５】
上記したように、成形ローラ対３７は、２つの成形ローラ３６，３７を備えている。これらの成形ローラ３５，３６は、それぞれ先端アール形状が異なっている。具体的には、成形ローラ３５の先端Ｒは「６ｍｍ」であり、成形ローラ３６の先端Ｒは「１０ｍｍ」である。そして、クロージング成形の途中で段替えが行われる。本実施の形態では、一旦、必要バルブ径以下まで縮径させた後、成形ローラ３５から成形ローラ３６への段替えを行う。つまり、成形ローラの先端Ｒを小さいものから大きいものへ変更する。
【００２６】
また、本実施の形態では、成形ローラ３５による加工速度を段階的に変化させてクロージング成形を行う。具体的には、縮径率「０．８」の位置置までは０．４５ｍｍ／ｒｅｖの加工速度でクロージング成形を行い、縮径率「０．８」から縮径率「０．５」の位置までは０．９０ｍｍ／ｒｅｖの加工速度でクロージング成形を行い、縮径率「０．５」からの位置では１．８０ｍｍ／ｒｅｖの加工速度でクロージング成形を行う。つまり、段階的に加工速度を大きくしていく。
【００２７】
その後、上記のクロージング成形によって形成された有底中空部材１５は、ボス部１１の余肉が切断され、ボス部１１の中心にバルブ取付け用の孔が穿設される。かくして、図１に示す高圧タンク用ライナ１０が完成する。
【００２８】
このような条件でクロージング成形を行って製造した高圧タンク用ライナ１０の鏡部１２における肉厚分布を調べたので、その結果を図６に示す。図６は、鏡部における肉厚分布を示すグラフである。図６から明らかなように、本実施の形態に係る成形方法で製造した高圧タンク用ライナ１０は、ほぼ狙い通りの肉厚分布を得ることができている。つまり、高圧タンク用ライナ１０は、必要なボス部の肉厚を確保しつつ鏡部の肉厚を薄くした高容量かつ軽量なライナといえる。
【００２９】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る高圧タンク用ライナの成形方法では、成形ローラ３５による加工速度を縮径率「０．８」の位置置までは０．４５ｍｍ／ｒｅｖの加工速度でクロージング成形を行い、縮径率「０．８」から縮径率「０．５」の位置までは０．９０ｍｍ／ｒｅｖの加工速度でクロージング成形を行い、縮径率「０．５」からの位置では１．８０ｍｍ／ｒｅｖの加工速度でクロージング成形を行う。さらに、一旦、必要バルブ径以下まで縮径させた後、成形ローラ３５から成形ローラ３６への段替えを行ってクロージング成形を行う。これにより、必要なボス部の肉厚を確保しつつ鏡部の肉厚を薄くした高容量かつ軽量なライナを成形することができる。
【００３０】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態で例示した成形ローラの先端Ｒや加工速度などの具体的な数値は一例であってこれに限られない。つまり、成形ローラの先端Ｒや加工速度などの加工条件は、成形するライナの径などに応じて最適な数値を決定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態に係る高圧タンク用ライナの成形方法で成形した高圧タンク用ライナの断面図である。
【図２】図１に示す高圧タンク用ライナを製造するための板材を示す斜視図である。
【図３】図２に示す板材をダイに配置した状態を示す図である。
【図４】プレス絞り加工を行って胴部および底部を形成した状態を示す図である。
【図５】成形ローラ対の概略構成を示す図である。
【図６】実施の形態に係る高圧タンク用ライナの成形方法で成形したライナの鏡部における肉厚分布を示すグラフである。
【図７】従来技術により成形したライナの鏡部における肉厚分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１０  高圧タンク用ライナ
１１  ボス部
１２  鏡部
１３  胴部
１４  底部
３５，３６  成形ローラ
３７  成形ローラ対
【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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