(57)【要約】  ライナ構成部材の製造方法は、次の５つの工程を含む。Ｓｉ：０．４〜１．２質量％、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金材に熱間鍛造加工を施して、ドーム状部13および未完成形の口金取付部4Aを有する１次中間品11Aを形成する第１工程。１次中間品11Aに溶体化処理を施して２次中間品11Aを得る第２工程。２次中間品11Aに予備時効処理を施して３次中間品11Aを得る第３工程。３次中間品11Aの口金取付部4Aに加工率が５〜３０％の冷間加工を施して口金取付部4Aを完成形に成形して４次中間品11を形成する第４工程。４次中間品11に最終時効処理を施して完成品を得る第５工程。この方法によれば、圧力容器用ライナの軽量化および低コスト化を図ることができるライナ構成部材を製造することが可能になる。
2007111325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の胴および胴の両端開口を閉鎖するドーム状鏡板よりなり、少なくとも一端が開口した筒状体からなりかつ胴を構成する第１ライナ構成部材と、第１ライナ構成部材の開口端部に接合され、かつ鏡板を構成するドーム状部を有するとともにドーム状部に口金取付部が設けられた第２ライナ構成部材とにより形成された圧力容器用ライナにおいて、第２ライナ構成部材として用いられるライナ構成部材を製造する方法であって、
Ｓｉ：０．４〜１．２質量％、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金材に熱間鍛造加工を施すことにより、鏡板を構成するドーム状部およびドーム状部に一体に形成された口金取付部を有し、かつ少なくとも口金取付部が未完成形であるライナ構成部材の１次中間品を形成する第１工程と、１次中間品に溶体化処理を施して２次中間品を得る第２工程と、２次中間品に予備時効処理を施して３次中間品を得る第３工程と、３次中間品の少なくとも口金取付部に加工率が５〜３０％の冷間加工を施して口金取付部を完成形に成形することにより、ドーム状部および口金取付部が完成形となった４次中間品を形成する第４工程と、４次中間品に最終時効処理を施して完成品を得る第５工程とを備えたライナ構成部材の製造方法。
【請求項２】
上記Ａｌ合金材が、さらにＣｕ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．５質量％、およびＦｅ：０．５質量％以下のうちの少なくとも１種を含んでいる請求項１記載のライナ構成部材の製造方法。
【請求項３】
第１工程の前に、Ａｌ合金材を４５０〜５００℃の温度範囲に保持することにより、Ａｌ合金材に均質化処理を施す請求項１記載のライナ構成部材の製造方法。
【請求項４】
第２工程の溶体化処理を、１次中間品を５００〜５８０℃の温度範囲で３０〜１８０分間保持することにより実施する請求項１記載のライナ構成部材の製造方法。
【請求項５】
第３工程の予備時効処理を、２次中間品を７０〜２００℃の温度範囲に保持することにより実施する請求項１記載のライナ構成部材の製造方法。
【請求項６】
第５工程の最終時効処理を、４次中間品を１５０〜２００℃の温度範囲に保持することより実施する請求項１記載のライナ構成部材の製造方法。
【請求項７】
筒状の胴および胴の両端開口を閉鎖するドーム状鏡板よりなり、少なくとも一端が開口した筒状体からなりかつ胴を構成する第１ライナ構成部材と、第１ライナ構成部材の開口端部に接合され、かつ鏡板を構成するドーム状部を有するとともにドーム状部に口金取付部が設けられた第２ライナ構成部材とにより形成された圧力容器用ライナを製造する方法であって、
請求項１〜６のうちのいずれかに記載の方法により第２ライナ構成部材を製造しておき、第２ライナ構成部材のドーム状部の開口端部を、第１ライナ構成部材の開口端部に接合する圧力容器用ライナの製造方法。
【請求項８】
筒状の胴および胴の両端開口を閉鎖するドーム状鏡板よりなり、少なくとも一端が開口した筒状体からなりかつ胴を構成する第１ライナ構成部材と、第１ライナ構成部材の開口端部に接合され、かつ鏡板を構成するドーム状部を有するとともにドーム状部に口金取付部が設けられた第２ライナ構成部材とにより形成された圧力容器用ライナであって、
第２ライナ構成部材が請求項１〜６のうちのいずれかに記載の方法により製造されており、口金取付部が、第２ライナ構成部材全体のうちの最高強度を有している圧力容器用ライナ。
【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、航空宇宙産業、医療産業等において、発電のための燃料となる水素ガスや天然ガスを充填する圧力容器、または酸素ガスを充填する圧力容器に用いられる圧力容器用ライナを構成するライナ構成部材の製造方法に関する。【０００２】
この明細書において、「アルミニウム」という用語には、元素記号Ａｌで表す場合を除いて、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】
近年、大気汚染対策として、排気ガスのクリーンな天然ガス自動車や、燃料電池自動車の開発が進められている。これらの自動車は、燃料となる天然ガスや水素ガスを高圧で充填した圧力容器を搭載しているが、航続距離を延ばすために、充填されるガスのさらなる高圧化が求められている。【０００４】
従来、このような圧力容器に用いられる圧力容器用ライナとして、アルミニウム製であって、筒状の胴と胴の両端開口を閉鎖する鏡板とよりなり、少なくともいずれか一方の鏡板に筒状の口金取付部が一体に形成されたものが知られている。この圧力容器用ライナは、その外周面が、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、圧力容器として用いられている。【０００５】
しかしながら、充填されるガスの高圧化が図られると、口金取付部の強度が不足し、ここから破壊が発生するおそれがある。【０００６】
そこで、このような問題を解決するために、口金取付部の周囲に、たとえば圧力容器用ライナの材質よりも高強度の材料からなる補強リングが取り付けられた圧力容器が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の圧力容器の場合、口金取付部の周囲に補強リングを取り付けているので、重量が大きくなるとともにコストが高くなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１９７８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、上記問題を解決し、圧力容器用ライナの軽量化および低コスト化を図ることができるとともに、圧力容器用ライナの口金取付部の強度を十分に向上しうるライナ構成部材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】
【０００９】
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。【００１０】
1)筒状の胴および胴の両端開口を閉鎖するドーム状鏡板よりなり、少なくとも一端が開口した筒状体からなりかつ胴を構成する第１ライナ構成部材と、第１ライナ構成部材の開口端部に接合され、かつ鏡板を構成するドーム状部を有するとともにドーム状部に口金取付部が設けられた第２ライナ構成部材とにより形成された圧力容器用ライナにおいて、第２ライナ構成部材として用いられるライナ構成部材を製造する方法であって、
Ｓｉ：０．４〜１．２質量％、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金材に熱間鍛造加工を施すことにより、鏡板を構成するドーム状部およびドーム状部に一体に形成された口金取付部を有し、かつ少なくとも口金取付部が未完成形であるライナ構成部材の１次中間品を形成する第１工程と、１次中間品に溶体化処理を施して２次中間品を得る第２工程と、２次中間品に予備時効処理を施して３次中間品を得る第３工程と、３次中間品の少なくとも口金取付部に加工率が５〜３０％の冷間加工を施して口金取付部を完成形に成形することにより、ドーム状部および口金取付部が完成形となった４次中間品を形成する第４工程と、４次中間品に最終時効処理を施して完成品を得る第５工程とを備えたライナ構成部材の製造方法。【００１１】
ここで、「未完成形」および「完成形」とは、熱処理品質を除いた形状および大きさのみを意味する。【００１２】
2)上記Ａｌ合金材が、さらにＣｕ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．５質量％、およびＦｅ：０．５質量％以下のうちの少なくとも１種を含んでいる上記1)記載のライナ構成部材の製造方法。【００１３】
3)第１工程の前に、Ａｌ合金材を４５０〜５００℃の温度範囲に保持することにより、Ａｌ合金材に均質化処理を施す上記1)記載のライナ構成部材の製造方法。【００１４】
4)第２工程の溶体化処理を、１次中間品を５００〜５８０℃の温度範囲で３０〜１８０分間保持することにより実施する上記1)記載のライナ構成部材の製造方法。【００１５】
5)第３工程の予備時効処理を、２次中間品を７０〜２００℃の温度範囲に保持することにより実施する上記1)記載のライナ構成部材の製造方法。【００１６】
6)第５工程の最終時効処理を、４次中間品を１５０〜２００℃の温度範囲に保持することより実施する上記1)記載のライナ構成部材の製造方法。【００１７】
7)筒状の胴および胴の両端開口を閉鎖するドーム状鏡板よりなり、少なくとも一端が開口した筒状体からなりかつ胴を構成する第１ライナ構成部材と、第１ライナ構成部材の開口端部に接合され、かつ鏡板を構成するドーム状部を有するとともにドーム状部に口金取付部が設けられた第２ライナ構成部材とにより形成された圧力容器用ライナを製造する方法であって、
上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の方法により第２ライナ構成部材を製造しておき、第２ライナ構成部材のドーム状部の開口端部を、第１ライナ構成部材の開口端部に接合する圧力容器用ライナの製造方法。【００１８】
8)筒状の胴および胴の両端開口を閉鎖するドーム状鏡板よりなり、少なくとも一端が開口した筒状体からなりかつ胴を構成する第１ライナ構成部材と、第１ライナ構成部材の開口端部に接合され、かつ鏡板を構成するドーム状部を有するとともにドーム状部に口金取付部が設けられた第２ライナ構成部材とにより形成された圧力容器用ライナであって、
第２ライナ構成部材が請求項１〜６のうちのいずれかに記載の方法により製造されており、口金取付部が、第２ライナ構成部材全体のうちの最高強度を有している圧力容器用ライナ。【００１９】
上記8)の圧力容器用ライナにおいて、口金取付部が、第２ライナ構成部材全体のうちの最高強度を有していることには、口金取付部の強度とドーム状部の強度とが同じ場合も含まれる。【００２０】
以下、上記1)〜6)の方法について、詳しく説明する。【００２１】
(I)原料となるＡｌ合金材
Ｓｉ：Ｓｉは、Ｍｇと共存して合金マトリックス中にＭｇ２Ｓｉ粒子を析出させ、合金の強度を向上させる機能を有する。しかしながら、その含有量が過少であると十分な強度向上効果が得られず、過多であると熱間鍛造加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量を０．４〜１．２質量％とすべきであるが、０．７〜０．８質量％であることが好ましい。【００２２】
Ｍｇ：Ｍｇは、Ｓｉと共存して合金マトリックス中にＭｇ２Ｓｉ粒子を析出させ、合金の強度を向上させる機能を有する。しかしながら、その含有量が過少であると十分な強度向上効果が得られず、過多であると加工性、焼入れ性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量を０．８〜１．２質量％とすべきであるが、１．０〜１．２質量％であることが好ましい。【００２３】
また、ＳｉおよびＭｇが共存している上記Ａｌ合金材において、Ｍｇ含有量とＳｉ含有量の比（＝Ｍｇ／Ｓｉ）は、１．７３以下にすることが好ましい。【００２４】
Ｃｕ：Ｃｕは、合金マトリックス中に固溶して強度を向上させるとともに、最終時効処理時にＣｕＡｌ２およびＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金の析出を促進する機能を有する。しかしながら、その含有量が過少であると十分な強度向上効果が得られず、過多であると耐食性および加工性が低下するおそれがある。したがって、Ｃｕ含有量は０．１〜０．５質量％であることが好ましいが、０．３０〜０．４０質量％であることが望ましい。【００２５】
Ｍｎ、Ｃｒ：Ｍｎは、合金マトリックス中にＡｌ−Ｍｎ系（あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系）化合物を析出させ、Ｃｒは、合金マトリックス中にＡｌ−Ｃｒ系化合物を析出させ、いずれも亜結晶粒を形成する機能および形成された亜結晶粒を維持する機能を有する。しかしながら、その含有量が過少であると十分な亜結晶粒形成効果および形成亜結晶粒維持効果が得られず、過多であると粗大な金属間化合物を生成して、靭性、延性が低下するとともに、焼き入れ性が低下するおそれがある。したがって、Ｍｎ含有量は０．０５〜０．５質量％であることが好ましいが、０．０８〜０．１２質量％であることが望ましい。また、Ｃｒ含有量は０．０５〜０．５質量％であることが好ましいが、０．１５〜０．２５質量％であることが望ましい。また、ＭｎおよびＣｒの両者を含有していると、亜結晶粒形成効果および形成亜結晶粒維持効果が一層向上する。【００２６】
Ｆｅ：Ｆｅは、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物として合金マトリックス中に分散し、溶体化処理時の再結晶粒の粗大化を抑制する機能を有する。しかしながら、Ｆｅ含有量が過多になると粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物が生成して、伸びおよび耐食性が低下するおそれがある。したがって、Ｆｅ含有量は０．５質量％以下にすることが好ましいが、０．２０〜０．３０質量％であることが望ましい。なお、上記2)の方法において、「Ｆｅ：０．５質量％以下」には、０質量％は含まれない。【００２７】
(II)製造工程
均質化処理：均質化処理は、鋳造時の凝固によって生じたミクロ偏析の均質化、凝固によって生じた過飽和固溶元素の析出および準安定相の相変化の目的で実施される。特に、上記Ａｌ合金材に添加している遷移元素化合物を微細に析出させることによるピンニング効果を得るために、Ａｌ合金材を４５０〜５００℃の温度範囲に保持することにより実施することが好ましい。【００２８】
熱間鍛造：熱間鍛造は、構成組織を繊維状組織とするとともに、繊維状組織中に亜結晶粒を形成させ、溶体化処理後もその状態を維持して高強度化を図るものである。熱間鍛造条件は特に限定されるものではないが、Ａｌ合金材を４００〜５００℃程度に加熱し、金型温度を１００℃以上として行うことが好ましい。【００２９】
溶体化処理：溶体化処理は、熱間鍛造時の加熱により生じている析出物を十分に固溶させるとともに、過飽和固溶状態を室温まで維持させるものであるが、保持温度が低すぎると析出物を十分に再固溶させることができず、高すぎると再結晶が起こりやすくなって所望の強度を得ることができなくなるおそれがある。したがって、溶体化処理の保持温度範囲は５００〜５８０℃であることが好ましいが、５５０〜５７０℃であることが望ましい。なお、溶体化処理後は、加熱処理炉から取り出して、直ちに８０℃以下の温度の水を用いて急冷することが好ましい。【００３０】
予備時効処理：予備時効処理は、過飽和度の低下をもたらし、その結果冷間加工後の最終時効処理で強度上昇に寄与しない転位線上への析出物の不均一な生成および粗大析出物の生成を抑制する効果を有する。しかしながら、保持温度が低すぎると上記効果が十分に得られず、高すぎると時効による析出が進行して実施すべき過飽和度の低下以上の析出をもたらし、その結果上記効果が得られないおそれがある。したがって、予備時効処理の保持温度は７０〜２００℃であることが好ましいが、１００〜１５０℃であることが望ましい。【００３１】
冷間加工：冷間加工は、口金取付部を最終形状に成形するとともに、最終時効処理の際の析出核を増加させることにより析出物を微細かつ高密度に析出させる効果と、加工歪みを付与することにより硬化させる効果を得るために行う。しかしながら、冷間加工の加工率が低すぎると上記効果が十分得られず、高すぎると著しい加工硬化が発生して伸びが低下する。したがって、冷間加工の加工率は５〜３０％にすべきであるが、１０〜２０％であることが好ましい。【００３２】
最終時効処理：最終時効処理は、溶体化処理で形成した過飽和固溶体から強度上昇に寄与する析出物を効果的に析出させるものである。しかしながら、保持温度が低すぎると所望の性能を得るために必要とする時間が長くなり、高すぎるとＭｇ２Ｓｉが粗大化して、最終時効処理後に得られる最高強度が低下し、要求強度が得られないおそれがある。したがって、最終時効処理の保持温度は１５０〜２００℃であることが好ましいが、１７０〜１９０℃であることが望ましい。
【発明の効果】
【００３３】
上記1)のライナ構成部材の製造方法によれば、製造されるライナ構成部材の口金取付部の強度を十分に向上させることが可能になる。したがって、このライナ構成部材を用いた圧力容器用ライナの口金取付部は高強度になり、特許文献１記載の圧力容器用ライナのような口金取付部の補強リングが不要になる。その結果、このライナ構成部材を用いた圧力容器用ライナの軽量化および低コスト化を図ることができる。【００３４】
上記2)〜6)のライナ構成部材の製造方法によれば、製造されるライナ構成部材の口金取付部の強度を効果的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。【００３６】
図１および図２はこの発明による圧力容器用ライナの全体構成を示し、図３は図１および図２の圧力容器用ライナに用いられる一方の第２ライナ構成部材の製造方法を示す。【００３７】
図１および図２において、圧力容器用ライナ(1)は、真っ直ぐな円筒状の胴(2)と、胴(2)の両端開口を閉鎖する部分球状（ドーム状）の鏡板(3)とよりなる。一方の鏡板(3)には、圧力容器用ライナ(1)の内外を通じさせる口金取付部(4)が一体に形成されており、口金取付部(4)には、その外端から貫通穴(4a)が形成されるとともに、貫通穴(4a)の内周面にめねじ(5)が形成されている。【００３８】
圧力容器用ライナ(1)は、両端が開口した真っ直ぐな円筒状体からなるアルミニウム製第１ライナ構成部材(10)と、第１ライナ構成部材(10)の両端部に接合された略椀状のアルミニウム製第２ライナ構成部材(11)(12)とにより形成されている。第１ライナ構成部材(10)は、胴(2)の大部分を構成する。両第２ライナ構成部材(11)(12)は、それぞれ胴(2)の両端部および鏡板(3)を構成する。一方の第２ライナ構成部材(11)には口金取付部(4)が一体に形成されている。第１ライナ構成部材(10)は、たとえば熱間押出により形成されたものであり、口金取付部(4)を持たない第２ライナ構成部材(12)は、たとえば熱間鍛造により形成されたものである。【００３９】
両第２ライナ構成部材(11)(12)は、それぞれ鏡板(3)を構成する部分球状部(13)（ドーム状部）と、部分球状部(13)の開口端部に一体に形成され、かつ胴(2)の端部を構成する短円筒状部(14)とよりなる。そして、両第２ライナ構成部材(11)(12)の短円筒状部(14)の開口端部と第１ライナ構成部材(10)の両開口端部とが当接した状態で、両ライナ構成部材(10)(11)(12)が摩擦攪拌接合されている。【００４０】
第１ライナ構成部材(10)および口金取付部(4)を持たない第２ライナ構成部材(12)は、それぞれ、たとえばJIS Ａ２０００系合金、JIS Ａ５０００系合金、JIS Ａ６０００系合金およびJIS Ａ７０００系合金のうちのいずれかにより形成されている。これらのライナ構成部材(10)(12)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。【００４１】
口金取付部(4)を有する第２ライナ構成部材(11)は、Ｓｉ：０．４〜１．２質量％、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金材、あるいは当該Ａｌ合金材にさらにＣｕ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．５質量％、およびＦｅ：０．５質量％以下のうちの少なくとも１種を含んでいるＡｌ合金材により形成されている。【００４２】
図示は省略したが、圧力容器用ライナ(1)は、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、高圧圧力容器として用いられる。繊維強化樹脂層は、補強繊維を両鏡板(3)にかかるようにして胴(2)の長さ方向に巻き付けてなるヘリカル巻補強層と、補強繊維を胴(2)の周りに周方向に巻き付けてなるフープ巻補強層と、これらの補強層に含浸硬化させられた樹脂とよりなる。樹脂としては、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂が用いられる。【００４３】
高圧圧力容器は、燃料水素用圧力容器、燃料電池、および燃料水素用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用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。【００４４】
また、高圧圧力容器は、天然ガス用圧力容器および天然ガス用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。【００４５】
さらに、高圧圧力容器は、酸素用圧力容器および酸素用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用圧力容器として用いられる。【００４６】
なお、上述した圧力容器用ライナ(1)を用いた圧力容器内には、気体、液体または気液混合流体が充填される。【００４７】
上述した圧力容器用ライナ(1)は、１つの第１ライナ構成部材(10)と、２つの第２ライナ構成部材(11)(12)とにより形成されているが、これに限定されるものではなく、口金取付部(4)を持たない鏡板(3)は胴(2)と一体に形成されていてもよい。すなわち、第１ライナ構成部材として、一端が開口するとともに他端が閉鎖された有底筒状体からなりかつ胴(2)と一方の鏡板(3)を構成するものを用いてもよい。この場合、第１ライナ構成部材の開口端部に口金取付部(4)を有する鏡板(3)を構成する第２ライナ構成部材(11)を接合する。有底筒状の第１ライナ構成部材は、たとえば鍛造によりつくられる。さらに、第１ライナ構成部材を、その長さ方向に分断された複数のライナ構成部材により構成しておいてもよい。【００４８】
さらに、上述した圧力容器用ライナ(1)においては、胴(2)、すなわち第１ライナ構成部材(10)は横断面円形であるが、これに限定されるものではなく、適当な形状、たとえば横断面だ円形であってもよい。この場合、当然のことながら、鏡板(3)は部分だ円球とされ、第２ライナ構成部材(11)(12)は部分だ円球状部と、短だ円筒状部とからなるものに変更される。【００４９】
次に、口金取付部(4)を有する第２ライナ構成部材(11)の製造方法の第１の実施形態を、図３を参照して説明する。【００５０】
まず、Ｓｉ：０．４〜１．２質量％、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金材、あるいは当該Ａｌ合金材にさらにＣｕ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．５質量％、およびＦｅ：０．５質量％以下のうちの少なくとも１種を含んでいるＡｌ合金材を、４５０〜５００℃の温度範囲に保持することにより、Ａｌ合金材に均質化処理を施す。【００５１】
ついで、均質化処理が施されたＡｌ合金材を４００〜５００℃程度に加熱するとともに、金型温度を１００℃以上とした状態で、Ａｌ合金材に熱間鍛造加工を施すことにより、図３(a)中に示すような形状、すなわちドーム状部(13)、短円筒状部(14)およびドーム状部(13)に一体に形成されかつ貫通穴(4a)を有する口金取付部(4A)を備えた第２ライナ構成部材(11)の１次中間品(11A)を形成する。ここで、１次中間品(11A)のドーム状部(13)および短円筒状部(14)は、熱処理品質を除いた形状および大きさについては完成形である。一方、口金取付部(4A)は、熱処理品質を除いた形状および大きさについても未完成形である。なお、口金取付部(4A)の貫通穴(4a)の内径は完成形と同径である。【００５２】
ついで、１次中間品(11A)を、５００〜５８０℃、好ましくは５５０〜５７０℃の温度範囲で３０〜１８０分間保持することにより、１次中間品(11A)に溶体化処理を施し、溶体化処理後直ちに加熱処理炉から取り出して、８０℃以下の温度の水を用いて１次中間品(11A)を急冷し、２次中間品(11A)を得る。【００５３】
ついで、２次中間品(11A)を、７０〜２００℃、好ましくは１００〜１５０℃の温度範囲に保持することにより、２次中間品(11A)に予備時効処理を施して３次中間品(11A)を得る。【００５４】
ついで、図３(a)に示すように、３次中間品(11A)内に雄型(20)を嵌め入れるとともに、口金取付部(4A)の貫通穴(4a)内に貫通穴保護具(21)を挿入する。そして、図３(b)に示すように、複数の型構成部材(22a)からなる分割状の雌型(22)を使用し、口金取付部(4A)のみに、加工率が５〜３０％、好ましくは１０〜２０％となるように外側から冷間加工を施して完成形に成形し、４次中間品(11)を形成する。【００５５】
ついで、４次中間品(11)を、１５０〜２００℃、好ましくは１７０〜１９０℃の温度範囲に保持することにより、４次中間品(11)に最終時効処理を施す。最後に口金取付部(4)の貫通穴(4a)の内周面にめねじ(5)を形成する。こうして、口金取付部(4)を有する第２ライナ構成部材(11)が製造される。【００５６】
図４は口金取付部(4)を有する第２ライナ構成部材(11)の製造方法の第２の実施形態を示す。【００５７】
まず、Ｓｉ：０．４〜１．２質量％、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金材、あるいは当該Ａｌ合金材にさらにＣｕ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．５質量％、およびＦｅ：０．５質量％以下のうちの少なくとも１種を含んでいるＡｌ合金材を、４５０〜５００℃の温度範囲に保持することにより、Ａｌ合金材に均質化処理を施す。【００５８】
ついで、均質化処理が施されたＡｌ合金材を４００〜５００℃程度に加熱するとともに、金型温度を１００℃以上とした状態で、Ａｌ合金材に熱間鍛造加工を施すことにより、図４(a)中に示すような形状、すなわちドーム状部(13A)、短円筒状部(14A)およびドーム状部(13A)に一体に形成されかつ貫通穴(4a)を有する口金取付部(4A)を備えた第２ライナ構成部材(11)の１次中間品(11B)を形成する。ここで、１次中間品(11B)のドーム状部(13A)、短円筒状部(14A)および口金取付部(4A)は、熱処理品質を除いた形状および大きさについても未完成形である。但し、ドーム状部(13A)および短円筒状部(14A)の内側の形状および大きさのみは完成形となっている。なお、口金取付部(4A)の貫通穴(4a)の内径は完成形と同径である。【００５９】
ついで、１次中間品(11B)を、５００〜５８０℃、好ましくは５５０〜５７０℃の温度範囲で３０〜１８０分間保持することにより、１次中間品(11B)に溶体化処理を施し、溶体化処理後直ちに加熱処理炉から取り出して、８０℃以下の温度の水を用いて１次中間品(11B)を急冷し、２次中間品(11B)を得る。【００６０】
ついで、２次中間品(11B)を、７０〜２００℃、好ましくは１００〜１５０℃の温度範囲に保持することにより、２次中間品(11B)に予備時効処理を施して３次中間品(11B)を得る。【００６１】
ついで、図４(a)に示すように、３次中間品(11B)内に雄型(20)を嵌め入れるとともに、口金取付部(4A)の貫通穴(4a)内に貫通穴保護具(21)を挿入する。そして、図４(b)に示すように、複数の型構成部材(25a)からなる分割状の雌型(25)を使用し、ドーム状部(13A)、短円筒状部(14A)および口金取付部(4A)に、加工率が５〜３０％、好ましくは１０〜２０％となるように外側から冷間加工を施して完成形に成形し、４次中間品(11)を形成する。【００６２】
ついで、４次中間品(11)を、１５０〜２００℃、好ましくは１７０〜１９０℃の温度範囲に保持することにより、４次中間品(11)に最終時効処理を施す。最後に口金取付部(4)の貫通穴(4a)の内周面にめねじ(5)を形成する。こうして、口金取付部(4)を有する第２ライナ構成部材(11)が製造される。  
図５は口金取付部(4)を有する第２ライナ構成部材(11)の製造方法の第３の実施形態を示す。【００６３】
まず、Ｓｉ：０．４〜１．２質量％、Ｍｇ：０．８〜１．２質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるＡｌ合金材、あるいは当該Ａｌ合金材にさらにＣｕ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．５質量％、およびＦｅ：０．５質量％以下のうちの少なくとも１種を含んでいるＡｌ合金材を、４５０〜５００℃の温度範囲に保持することにより、Ａｌ合金材に均質化処理を施す。【００６４】
ついで、均質化処理が施されたＡｌ合金材を４００〜５００℃程度に加熱するとともに、金型温度を１００℃以上とした状態で、Ａｌ合金材に熱間鍛造加工を施すことにより、図５(a)中に示すような形状、すなわちドーム状部(13B)、短円筒状部(14B)およびドーム状部(13B)に一体に形成されかつ貫通穴(4a)を有する口金取付部(4A)を備えた１次中間品(11C)を形成する。ここで、１次中間品(11C)のドーム状部(13A)、短円筒状部(14A)および口金取付部(4A)は、熱処理品質を除いた形状および大きさについても未完成形である。なお、口金取付部(4A)の貫通穴(4a)の内径は完成形と同径である。【００６５】
ついで、１次中間品(11C)を、５００〜５８０℃、好ましくは５５０〜５７０℃の温度範囲で３０〜１８０分間保持することにより、１次中間品(11C)に溶体化処理を施し、溶体化処理後直ちに加熱処理炉から取り出して、８０℃以下の温度の水を用いて１次中間品(11C)を急冷し、２次中間品(11C)を得る。【００６６】
ついで、２次中間品(11C)を、７０〜２００℃、好ましくは１００〜１５０℃の温度範囲に保持することにより、２次中間品(11C)に予備時効処理を施して３次中間品(11C)を得る。【００６７】
ついで、図５(a)に示すように、３次中間品(11C)の口金取付部(4A)の貫通穴(4a)内に貫通穴保護具(21)を挿入する。ついで、図５(b)に示すように、雄型(20)および複数の型構成部材(25a)からなる分割状の雌型(25)を使用し、ドーム状部(13B)、短円筒状部(14B)および口金取付部(4A)に、加工率が５〜３０％、好ましくは１０〜２０％となるように内外両側から冷間加工を施して完成形に成形し、４次中間品(11)を形成する。【００６８】
ついで、４次中間品(11)を、１５０〜２００℃、好ましくは１７０〜１９０℃の温度範囲に保持することにより最終時効処理を施す。最後に口金取付部(4)の貫通穴(4a)の内周面にめねじ(5)を形成する。こうして、口金取付部(4)を有する第２ライナ構成部材(11)が製造される。【００６９】
なお、図３〜図５において、形状および大きさが完成品である第２ライナ構成部材(11)と同一である中間品の各部分については、熱処理品質とは関係なく第２ライナ構成部材(11)の場合と同一符号を付す。これは、中間品全体についても同様であり、形状および大きさが完成品である第２ライナ構成部材(11)と同一であれば、熱処理品質とは関係なく符号(11)を付す。また、上述した第１〜第３の実施形態の説明において、中間品については、形状および大きさが同じである限り、熱処理品質に関係なく同一符号を用いた。【００７０】
以下、この発明の実施例について、比較例とともに説明する。なお、実施例および比較例の方法は、図３を参照して説明した第１の実施形態の方法に基づく方法である。【００７１】
実施例１〜３０
表１に示す組成の合金を用いて半連続鋳造法によりビレットを鋳造し、このビレットを４７０℃で１０時間保持することにより均質化処理を施した。ついで、均質化処理が施されたビレットの外周部を切削して鍛造用の合金材を作成した。ついで、鍛造用合金材を４５０℃に加熱し、金型温度１００℃以上で熱間鍛造加工を施し、１次中間品を形成した。ついで、１次中間品に表１に示す条件で溶体化処理を施し、溶体化処理後、直ちに８０度以下の温度の水により急冷して２次中間品を得た。ついで、室温で２日間放置した後、２次中間品に表１に示す条件で予備時効処理を施し、予備時効処理後室温になるまで空冷して３次中間品を得た。【００７２】
ついで、３次中間品内に、雄型を嵌め入れるとともに、口金取付部の貫通穴内に貫通穴保護具を挿入し、複数の型構成部材からなる分割状の雌型を使用して、口金取付部に、表１に示す加工率で冷間加工を施して完成形に成形し、４次中間品を形成した。その後、４次中間品を表１に示す温度に加熱保持して最終時効処理を施し、第２ライナ構成部材を製造した。
【表１】
2007111325.tif 000003
【００７３】
比較例１〜６
合金の組成、溶体化処理条件、予備時効処理条件および最終時効処理を表２に示す通りにした他は、上記実施例と同様な方法で第２ライナ構成部材を製造した。
【表２】
2007111325.tif 000004
【００７４】
評価試験
実施例１〜３０および比較例１〜６において製造された第２ライナ構成部材の口金取付部から試験片を形成し、JIS Ｚ２２４１の「金属材料引張試験法」に基づいて引張試験を実施し、引張強度、耐力および伸びを測定した。測定結果を表３に示す。
【表３】
2007111325.tif 000005
【００７５】
表３の判定結果の欄の○は引張強度：３５０MPa以上、耐力：３２５MPa以上、伸び：１２％以上という標準的条件を満たすものを表し、△は引張強度および耐力が上記標準的条件を満たすものの、伸びが上記標準的条件を満たさないものを表し、×は引張強度および耐力が上記標準的条件を満たさないものを表す。【００７６】
表３に示す結果から、本発明の方法により製造された第２ライナ構成部材の口金取付部は、引張強度、耐力および伸びのすべてが上記標準的条件を満たしており、十分な強度を有することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
この発明のライナ構成部材の製造方法は、各種産業において、発電のための燃料となる水素ガスや天然ガスを充填する圧力容器、または酸素ガスを充填する圧力容器に用いられる圧力容器用ライナを構成するライナ構成部材を製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明による方法で製造された圧力容器用ライナを示す斜視図である。
【図２】図１の圧力容器用ライナの縦断面図である。
【図３】図１の圧力容器用ライナの口金取付部を有する第２ライナ構成部材を製造する第１の実施形態の方法における工程の一部分を示す断面図である。
【図４】図１の圧力容器用ライナの口金取付部を有する第２ライナ構成部材を製造する第２の実施形態の方法における工程の一部分を示す断面図である。
【図５】図１の圧力容器用ライナの口金取付部を有する第２ライナ構成部材を製造する第３の実施形態の方法における工程の一部分を示す断面図である。
【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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【国際調査報告】
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