圧力容器の製造方法、製造装置及び圧力容器
【課題】 圧力容器内の圧力及び圧力容器の振動などによっても接合部が損傷し難い信頼性の高い、また寿命の長い圧力容器を製造すること。
【解決手段】 銅製のパイプの一端側を外方向に所定の傾斜で拡げてテーパー部Ｔを形成する工程と、前記パイプを容器本体部品の貫通穴に挿し込み、前記テーパー部Ｔのテーパー面を圧力容器の内側面となる面に当接させる工程と、前記パイプと前記容器本体部品との間に加圧力をかけた状態で通電して、前記パイプのテーパー部Ｔを前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む角部に接合する工程と、前記パイプが前記圧力容器内に位置するように、前記パイプが接合された前記容器本体部品と他の前記容器本体部品とを組み合わせて結合する工程とを備えていることを特徴とする圧力容器の製造方法。
【解決手段】 銅製のパイプの一端側を外方向に所定の傾斜で拡げてテーパー部Ｔを形成する工程と、前記パイプを容器本体部品の貫通穴に挿し込み、前記テーパー部Ｔのテーパー面を圧力容器の内側面となる面に当接させる工程と、前記パイプと前記容器本体部品との間に加圧力をかけた状態で通電して、前記パイプのテーパー部Ｔを前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む角部に接合する工程と、前記パイプが前記圧力容器内に位置するように、前記パイプが接合された前記容器本体部品と他の前記容器本体部品とを組み合わせて結合する工程とを備えていることを特徴とする圧力容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅系材料などからなるパイプを気体や液体を封入する圧力容器の本体部品に拡散接合する工程を備える圧力容器の製造方法、その製造方法によって造られる圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
同種の金属材料同士や、鉄系材料とステンレス材料、あるいは鉄系材料と銅系材料、又は鉄系材料とアルミニウム系材料など、融点や導電率など特性の異なる異種金属材料を接合する方法が種々提案されているが、異種金属材料の接合は硬ロウによる接合、あるいは超音波接合、又はかしめ、ボルト締めなど機械的な結合などがあった。
【０００３】
また、同種の金属材料同士の接合でも、導電率が非常に良好な銅系材料からなる銅製部材と銅製部材同士の接合、又は導電率が非常に良好なアルミニウム系材料からなるアルミニウム製部材とアルミニウム製部材同士、あるいは銅製部材とアルミニウム製部材との接合なども同様の手段で行われていることが多いが、このような接合方法では、導電率が非常に良好な銅製部材、アルミニウム製部材を用いるという用途から見て、導電率が非常に良好な部材同士の接合部の抵抗を無視できるほどには小さくできない。
【０００４】
このような問題点を解決する接合方法の一例が既に開示されている（例えば、特許文献１参照）。この接合方法は、導電率が非常に良好な銅系材料からなる銅製のパイプなどを鉄系材料からなる鉄製圧力容器などに接合する方法であり、銅製のパイプなどに予めプロジェクションを設けておき、銅製のパイプの前記プロジェクションと圧力容器とを加圧した状態でこれらに７ミリ秒以下のパルス電流を流し、接合が完了するまで前記加圧力を維持することを特徴としている。この接合方法は、コンデンサに蓄えたエネルギーを短時間で放出して鉄製圧力容器に銅製のパイプを接合できるので、短時間で接合工程を行えるという点、ロウ付け方法のように熟練した作業者でなくとも所期の接合結果を得ることができるという点などで、非常に有効な接合方法と言える。しかし、プロジェクションの形成の費用が高価である欠点がある。
【特許文献１】特開平９−２９５１６１号公報（特許第３５３７２６２号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、最近の気体や液体を封入する圧力容器では以前に比べてかなり高い圧力が要求されるものも多くなってきており、また、圧力容器が組み込まれる機器によっては圧力容器に絶えず振動が加わることもある。この振動による力は圧力容器の本体とこれに接合されたパイプとの間にかかる。前掲特許文献１で開示された方法にあっては、例えば銅製のパイプの先端にプロジェクションを形成し、そのプロジェクションを鉄製圧力容器などに外側から押し当てて接合するので、前記増大した内部圧力による加圧力又は振動に対して長期間にわたって耐え得るだけの機械的強度を有することが難しい。この問題は、銅製のパイプだけでなく、鉄製のパイプ又はアルミニウム製のパイプなどのようなパイプを、鉄系材料などからなる圧力容器に接合する場合にも起こる。
【０００６】
また、銅製のパイプを圧力容器の本体に接合する接合装置の面から見ても、前掲の特許文献１では、７ミリ秒以下のパルス電流で接合しているが、このような極めて短い時間で接合するには、銅製のパイプと圧力容器とを加圧する加圧機構の応答速度を非常に高速化しなければならず、汎用のコンデンサ式の接合装置では信頼性の高い接合結果を得ることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は前述の問題点を解決し、銅製のパイプを圧力容器本体に容易かつ安価に拡散接合することができ、しかも接合強度及び外観など接合品質の高い接合結果が得られる圧力容器の製造法、その製造方法で造られた圧力容器、及びその圧力容器の製造装置を提供することを主目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の容器本体部品を組み合わせて結合される圧力容器において、貫通孔を有する前記容器本体部品の前記貫通孔に銅製のパイプを接合して、前記圧力容器を製造する圧力容器の製造方法であって、前記銅製のパイプの一部分を所定の傾斜で拡げて、前記貫通孔の直径よりも大きな最大径をもつテーパー部Ｔを形成するパイプ加工工程と、前記接合する前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔと前記容器本体部品の前記貫通孔近傍のいずれか一方又は双方に低融点金属メッキ膜を形成するメッキ膜形成工程と、前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔを前記容器本体部品の接合箇所に当接させる当接工程と、前記銅製のパイプと前記容器本体部品との間に加圧力をかけた状態で通電して、前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔを前記容器本体部品の前記貫通孔に拡散接合する拡散接合工程と、前記銅製のパイプが拡散接合された前記容器本体部品と他の前記容器本体部品とを組み合わせて結合する結合工程と、を備えていることを特徴とする圧力容器の製造方法を提供するものである。
【０００９】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記容器本体部品の前記接合箇所は、前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む角部であり、前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔの外側のテーパー面ＴＳと前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む前記角部とで拡散接合が行われることを特徴とする圧力容器の製造方法を提供するものである。
【００１０】
第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記接合する前記容器本体部品の前記貫通孔が形成される近傍を平坦面にしてから拡散接合することを特徴とする圧力容器の製造方法を提供するものである。
【００１１】
第４の発明は、前記第１の発明ないしは前記第３の発明のいずれかの製造方法で造られた前記圧力容器であることを特徴とする圧力容器を提供するものである。
【００１２】
第５の発明は、一部分が所定の傾斜で拡がる漏斗状のテーパー部となっている銅製のパイプと、該銅製のパイプの外径よりも大きくかつ前記テーパー部の最大径よりも小さい直径の貫通孔を有する容器本体部品との間に、電源部から第１の接合電極と第２の接合電極とを通して接合電流を流し、前記銅製のパイプを前記容器本体部品に拡散接合して圧力容器を製造する製造装置であって、前記第１の接合電極は、前記銅製のパイプの外径よりも大きな内径の穴を有する円環状の電極であり、前記第２の接合電極は、前記銅製のパイプの前記テーパー部の内側の面に適した形状を有する電極であり、前記銅製のパイプを前記容器本体部品の前記貫通穴に挿し込み、前記テーパー部の外側のテーパー面と前記容器本体部品の前記貫通孔の周囲とを低融点金属メッキ膜を介在させて当接させ、前記第１の接合電極の前記穴に前記貫通孔を合わせて前記容器本体部品と前記第１の接合電極とを当接させ、前記銅製のパイプの前記テーパー部の前記内側の面と前記第２の接合電極とを当接させ、前記第１の接合電極と前記第２の接合電極との間に所定の加圧力をかけた状態で通電し、前記第１の接合電極から前記第２の接合電極までを短い電流路で接合電流を流して、前記銅製のパイプを前記容器本体部品に拡散接合することを特徴とする圧力容器の製造装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧力容器の本体に接合される銅製のパイプの一端を安価に加工できる所定の傾斜で拡がるテーパー部とし、そのテーパー部と圧力容器の容器本体部品との間に低融点メッキ膜を介在させているので、従来不可能であった前記銅製のパイプと圧力容器本体との拡散接合を可能とし、圧力容器内の圧力及び圧力容器の振動などによっても接合部が損傷することのない信頼性の高く、安全で、また寿命の長い圧力容器を安価に製造することができる。
【００１４】
前記第３の発明によれば、接合面が平坦であるので、銅製のパイプと容器本体部品との間に空隙ができないためにチリが発生し難い。したがって、チリの除去工程が不要、又は簡単になり、経済的である。
【００１５】
前記第４の発明によれば、圧力容器内の圧力及び圧力容器の振動などによっても接合部が損傷することのない安価で信頼性の高い、また寿命の長い圧力容器を提供できる。
【００１６】
前記第５の発明によれば、圧力容器内の圧力及び圧力容器の振動などによっても接合部が損傷することのない信頼性の高い、また寿命の長い圧力容器を製造することができる構成の簡単な接合装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。実施形態１では、銅系材料の導電率が非常に高いために接合が困難とされている、銅製のパイプを鉄製の圧力容器の本体を構成する容器本体部品に拡散接合する例を説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一の名称の部材を示すものとする。
【００１８】
［実施形態１］
図１は、本発明によって製造された圧力容器の本体１の一例を示す図であり、その一部分を断面で示している。この圧力容器の本体１は鉄系材料からなり、一般的には中央に位置する円筒状の第１の容器本体部品１Ａと、第１の容器本体部品１Ａの一方側に固定される第２の容器本体部品１Ｂと、第１の容器本体部品１Ａの他方側に固定される第３の容器本体部品１Ｃの三つの容器本体部品からなる場合が多い。容器本体部品１Ａの接合面ＷＳには貫通孔１ａが設けられており、その貫通孔１ａを通して内側から外側に銅系材料からなる銅製のパイプ２が延びている。同様に、容器本体部品１Ｂの一部分には貫通孔１ｂが設けられており、その貫通孔１ｂを通して内側から外側に向けて銅製のパイプ３が延びている。
【００１９】
後で詳述するが、図２で示すように、銅製のパイプ２と３の一端側は所定の角度で拡げられた漏斗状のテーパー部Ｔに加工されており、テーパー部Ｔは外側のテーパー面ＴＳとその反対側の内側のテーパー状の面ＴＲを有する。この実施形態１では、銅製のパイプ２のテーパー部Ｔを利用して容器本体部品１Ａと拡散接合し、また、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔを利用して容器本体部品１Ｂと拡散接合している。そして、銅製のパイプ２と３の各テーパー部Ｔの接合部分が圧力容器の本体１の内部に存在するように、三つの容器本体部品１Ａ〜１Ｃを組み合わせて結合し、圧力容器を形成している。このように、銅製のパイプ２と３のテーパー部Ｔと接合部とが圧力容器の内部に存在するので、実際の圧力容器ではテーパー部Ｔが大きな圧力で常時、圧力容器の本体１の内壁に押し付けられている。したがって、この圧力容器は圧力による悪影響を受けないだけでなく、圧力容器の振動などによっても接合部が傷損し難くなっている。
【００２０】
なお、圧力容器の本体１は二つの容器本体部品又は四つ以上の容器本体部品を組み合わせて結合するもであってもよい。それらの結合は、抵抗溶接又はアーク溶接などの電気的な接合が好ましいが、ロウ付けなど非電気的な接合であっても構わない。また、必要に応じて前記容器本体部品に２本以上の銅製のパイプが接合されていてもよし、銅製のパイプが接合されていない容器本体部品が含まれていても良い。
【００２１】
銅製のパイプ２、３の各テーパー部Ｔが拡散接合される容器本体部品１Ａ、１Ｂの接合面ＷＳは平坦であることが好ましい。ここで、接合面ＷＳとは少なくとも貫通孔１ｂの比較的近傍の周囲の面をいう。図１では、接合面ＷＳを圧力容器１の外側から内側に沈ませて平坦にしたが、内側から外側に盛り上げて平坦にしても勿論よい。容器本体部品１Ａ、１Ｂの接合面が平坦であると、拡散接合時に発生するチリをほとんどゼロにすることができる。本体部品１Ａ、１Ｂの接合面ＷＳが平坦でなく、円弧状などであると、銅製のパイプ２、３の接合部と容器本体部品の接合部との間に微小な隙間ができるので、拡散接合時にチリが発生し易い。チリが発生しても構わない場合には、容器本体部品１Ａ、１Ｂの接合面ＷＳを平坦にする必要は無く、チリの発生を除いて接合結果にほとんど差異はない。
【００２２】
図２ないし図４によって、容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳに形成された貫通孔１ｂ及び銅製のパイプ３のテーパー部Ｔの形成、それらの関係などについて説明する。容器本体部品１Ａと銅製のパイプ２とについても拡散接合方法は同様であるので、以下ではこれらについて説明を省略する。一般的には、不図示のプレス機などによって、容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳからプレスすることにより貫通孔１ｂが形成される。この場合には、接合面ＷＳの貫通孔１ｂの周囲の角部１ｃが丸まるので、適度な狭い幅の円周の接合面が得られ、拡散接合を行う上で都合が良い。成形工程で貫通孔１ｂが形成される場合には、貫通孔１ｂの孔壁と接合面ＷＳとの交わりはほぼ直角の角部１ｃになるが、この場合にも拡散接合に支障は生じない。
【００２３】
銅製のパイプ３は容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂの直径よりも小さな外径のものでなければいけない。また、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔの最大の直径は容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂの直径よりも大きくなければいけない。貫通孔１ｂに銅製のパイプ３を挿入したとき、ほぼ全周で０．５ｍｍ程度以上の隙間ができることが好ましい。この場合には、塑性流動化した銅及び鉄が前記隙間に移動することにより、塑性流動を促進させることができる。
【００２４】
銅製のパイプ３の一方の先端部の加工について説明すると、銅製のパイプ３は、その一端側の拡散接合される部分が漏斗状に加工され、パイプの内側から放射外方向へ所定の傾斜で広がるテーパー部Ｔの外側であるテーパー面ＴＳ、その反対側のテーパー状の面ＴＲからなる。このテーパー部Ｔは、テーパー状の面ＴＲと角度がほぼ等しい不図示のテーパー治具で前記一端側を加圧することにより容易に形成される。銅製のパイプ３の一端側の拡散接合される部分に適切なプロジェクションを形成する従来の場合に比べて、容易かつ安価に形成できる。このことは実際の製造工程において非常に大きな効果となる。本発明は、このように容易かつ安価に形成できるテーパー部Ｔを銅製のパイプ３の一端側に形成し、このテーパー部Ｔを利用して銅製のパイプを容器本体部部品に拡散接合し、銅製のパイプ３が内側から外側に延びる圧力容器を製造するところに特徴がある。なお、テーパー面ＴＳの開き角度θは９０〜１２０度の範囲が好ましいが、この範囲以外の開き角度でも後述する拡散接合に支障はない。
【００２５】
次に、図３（Ａ）に示すように、少なくとも銅製のパイプ３のテーパー面ＴＳに低融点金属メッキ膜４を形成するか、あるいは図３（Ｂ）に示すように、少なくとも容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳに低融点金属メッキ膜４を形成する。低融点金属メッキ膜４は、銅系材料及び容器本体部品１Ｂの鉄系材料の融点よりも低い温度で溶融する金属材料からなり、例えばスズ又はハンダなどからなる。低融点金属メッキ膜４は、例えば３〜１０μｍ程度の薄膜であり、一般的な電解メッキ工程で形成される。この電解メッキ工程は一般的な電解メッキ装置で行われ、特に電解メッキ装置を制限するものでない。
【００２６】
電解メッキ法で低融点金属メッキ膜４を形成すると、銅製のパイプ３のテーパー面ＴＳ又は容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳの汚れ又は酸化膜などは除去され、銅製のパイプ３の銅系材料又は容器本体部品１Ｂの鉄系材料の地肌、つまり新生面に低融点金属メッキ膜４が直接形成される。なお、低融点金属メッキ膜４は銅製のパイプ３と容器本体部品１Ｂのいずれか、又は双方に形成されても構わないが、鉄系材料よりも導電率の高い銅系材料からなる銅製のパイプ３に形成されるのが好ましい。また、拡散接合時に接合電極が汚れないという面から、テーパー部Ｔの面ＴＲには低融点金属メッキ膜４が形成されていない方が望ましい。
【００２７】
次に図４によって、低融点金属メッキ膜４が形成されたテーパー面ＴＳを有する銅製のパイプ３と貫通孔１ｂを有する容器本体部品１Ｂとを組み合わせて拡散接合する接合工程及び接合装置について説明する。図４において、記号５は容器本体部品１Ｂに当接する接合電極である。接合電極５は、銅製のパイプ３の外径Ｄ１に比べて大きな径Ｄ２の円形状の穴５Ａを有する。この穴５Ａは容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂの直径とほぼ同等か、あるいは幾分大きい直径の円形の穴であることが望ましく、このようにすることにより、接合電流が流れる電流路を最短にできると共に、接合部全周の電流密度を均一化できる。ここでは、円形状の穴５Ａを有するので、接合電極５を円環状の接合電極と言うが、接合電極５の外形は任意である。
【００２８】
他方の接合電極６は、銅製のパイプ３の漏斗状のテーパー部Ｔのテーパー面ＴＳとは反対側のテーパー状の面ＴＲに適したテーパー形状の先端部分を有し、このテーパー形状の先端部分は、円錐の頂部側が除去された円錐形状であって、断面が台形状になっている。接合装置の電源部７は導体８、９によって接合電極５、接合電極６にそれぞれ接続され、所望の接合電力を供給できるものである。電源部７は、コンデンサ式接合装置のようにコンデンサに蓄えたエネルギーを短時間で放出できる構成のものが経済性、大きさなどの面で好ましいが、比較的短時間で所望の電力を供給できる電源部であるならばコンデンサ式に制限するものではない。なお、図４において、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔが拡散接合される容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳは、図１に示す圧力容器の本体１の内側面に存在する。
【００２９】
拡散接合に当たって、先ず、容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂを円環状の溶接電極５の穴５Ａに合わせ、容器本体部品１Ｂを接合電極５上に配置する。次に、銅製のパイプ３を容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂに挿入し、低融点金属メッキ膜４が形成されたテーパー面ＴＳを容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂの接合面ＷＳに当接させる当接工程を行う。これら手順は逆であっても構わない。厳密に言えば、貫通孔１ｂを形成する孔壁と接合面ＷＳとの交わる角部分１ｃとテーパー面ＴＳとが低融点金属メッキ膜４を介して当接するので、接合電流は角部分１ｃとテーパー面ＴＳとの狭い幅の円周の面積に集中して流れることになる。なお、前記当接工程では、図示しない簡便な位置決め構造によって、銅製のパイプ３自身が貫通孔１ｂを形成する孔壁に接触しないように位置決めする方が好ましい。
【００３０】
次に、図示しない加圧機構によって接合電極５と接合電極６との間に予め決められた加圧曲線に従って加圧力をかける。この加圧力をかけているときに、電源部７が動作し、接合電極５と接合電極６を通して容器本体部品１Ｂの前記角部分１ｃ、低融点金属メッキ膜４及びテーパー部Ｔに電流を流して拡散接合工程を行う。通電時、従来のように銅製のパイプにプロジェクションが形成されていれば、プロジェクションに接合電流が集中するので熱が発生し易く、プロジェクションを中心に塑性流動化し易いが、本発明ではテーパー部Ｔに接合電極６が密接していることもあって、テーパー部Ｔの熱が接合電極６に伝導されるために拡散接合部の温度が上昇し難く、したがって、拡散接合部の銅系材料及び鉄系材料が塑性流動化し難い。
【００３１】
したがって、本発明の拡散接合工程では、通電によって先ず低融点金属メッキ膜４とテーパー面ＴＳとの拡散接合境界との抵抗、低融点金属メッキ膜４自身の抵抗、及び低融点金属メッキ膜４と容器本体部品１Ｂとの拡散接合境界の抵抗で熱を発生させ、先ず低融点金属メッキ膜４を溶融させることによって、テーパー部Ｔと容器本体部品１Ｂの角部分１ｃの塑性流動化を促す。低融点金属メッキ膜４が溶融すると、その溶融した低融点金属は接合電極５と６間の加圧力によって拡散接合面の周囲に押し出され、拡散接合面に存在しなくなる。このようにして銅製のパイプ３のテーパー面ＴＳから低融点金属メッキ膜４が除去されると、テーパー面ＴＳは汚れの無い銅系材料そのものの地肌、つまり新生面となり、また、容器本体部品１Ｂの角部分１ｃの汚れなども一緒に除去されるので、テーパー面ＴＳと容器本体部品１Ｂの角部分１ｃとの拡散接合がし易くなる。
【００３２】
通電時間の経過に伴い、テーパー部Ｔのテーパー面ＴＳと容器本体部品１Ｂとの接触部及びその近傍で塑性流動化が進み、比較的浅い領域でテーパー部Ｔの銅系材料と容器本体部品１Ｂの角部１ｃの鉄系材料とがなじみ、拡散接合が行われる。テーパー面ＴＳと容器本体部品１Ｂの角部分１ｃとの拡散接合部は、前述したように、全周にわたって連続した狭い幅の円環状になっており、いずれの箇所をとっても、接合電極５と前記拡散接合部との間の距離、及び接合電極６と前記拡散接合部との間の距離はほぼ最短で一様であるので、接合電流密度を大きくできることもあって、全周にわたって均一に拡散接合をすることができ、一様な接合強度を得ることができる。このとき、塑性流動化した銅系材料と鉄系材料の一部分は加圧力によって拡散接合部の周囲に押し出され、この押し出された塑性流動化した金属材料は銅製のパイプ３と貫通孔１ｂの孔壁との隙間に納まり、その隙間を埋める。このことは、拡散接合の進捗をスムーズにする。
【００３３】
次に、銅製のパイプ３が拡散接合された容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳ側を圧力容器の内側、つまりテーパー部Ｔが圧力容器の内側に位置するように、容器本体部品１Ａに組み合わせて結合する結合工程を行う。この結合工程は、一般的な抵抗溶接又はアーク溶接、硬ロウによるロウ付け、超音波接合などによる結合、又はかしめ、ボルト締めなど機械的な結合などにより行われる。結合方法を特に限定するものではない。また、前記結合方法を行う結合装置も一般的なもので足りる。
【００３４】
この場合、容器本体部品１Ａにも前述と同様にして銅製のパイプ２が拡散接合されており、銅製のパイプ２のテーパー部が圧力容器の内側に位置するように容器本体部品１Ｂと組み合わされる。また、容器本体部品１Ｃも容器本体部品１Ａに組み合わされて結合される。このようにして、図１に示した圧力容器が造られる。したがって、このような圧力容器では、圧力容器の内部の気圧又は液圧が高ければ、常にテーパー部が圧力容器の内壁に強い力で押し付けられているので、従来の接合構造に比べて拡散接合部が圧力の悪影響を受けず、また、圧力容器の振動の影響も受け難いので、信頼性が高く、寿命の長い圧力容器を製造することができる。
【００３５】
なお、円筒状の容器本体部品１Ａに銅製のパイプ２を拡散接合する場合も前述と同様であるが、この場合には、円筒状の容器本体部品１Ａの内側から貫通孔に銅製のパイプ２を挿し込んで、そのテーパー部を容器本体部品１Ａの内面に当接させる。この拡散接合の場合、図４に示した接合電極６は円筒状の容器本体部品１Ａの内側に位置して、銅製のパイプ２のテーパー部を加圧する。図４に示した円環状の接合電極５は円筒状の容器本体部品１Ａの外側に位置する。つまり、図４では、接合電極５が円筒状の容器本体部品１Ａの外側で、接合電極６が円筒状の容器本体部品１Ａの内側である。
【００３６】
以上の説明では、好ましい例として銅製のパイプ３の一端側に形成されたテーパー部Ｔが鉄製の圧力容器の内側に位置する場合について説明したが、図５に示すように、知られている加工方法などによってテーパー部Ｔを銅製のパイプ３の途中に形成した場合には、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔを圧力容器の外側に位置させ、銅製のパイプ３の一部分を貫通孔１ｂを通して圧力容器の内側に伸ばした状態で、テーパー部Ｔの外側のテーパー面ＴＳを圧力容器の外部に接合する場合についても前述と同様にして拡散接合することができる。なお、テーパー部Ｔの接合電極６が当接する面ＴＲはテーパー状の面であってもよいが、接合電極６と均一に当接するという面からは平坦である方が好ましい。圧力容器内の圧力が比較的小さく、あるいは振動が小さい用途の圧力容器の場合には、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔの外側のテーパー面ＴＳを圧力容器の外部に拡散接合しても要求される機械的強度を満足させることが可能である。
【００３７】
また、圧力容器が別の金属材料、例えば銅系材料からなる場合にも、あるいはパイプが銅系材料でない金属材料、例えば鉄系材料などからなる場合にも、接合電流や加圧力などの条件を選ぶことによって、前述と同様にして圧力容器を製造できる。圧力容器は特定の圧力容器に限定されるものではない。
【００３８】
以上述べたように、本発明では銅製のパイプの一端又は途中の所定箇所が前述したテーパー部に加工されており、そのテーパー部が圧力容器の本体の貫通孔を囲む角部に接合される構造になっているので、経済性に優れた信頼性の高い圧力容器の製造方法、この製造方法で造られた圧力容器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１にかかる製造方法で造られた圧力容器の一例を示す図面である。
【図２】実施形態１を説明する図であって、圧力容器の本体と銅製のパイプとの接合部を説明するための図である。
【図３】実施形態１を説明する図であって、銅製のパイプの一部分と圧力容器の本体の一部分とを示す図である。
【図４】本発明の実施形態１にかかる製造方法を説明するための図面である。
【図５】実施形態１の他の例を説明する図であって、圧力容器の本体の外側に銅製のパイプのテーパー部を拡散接合する図面である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・圧力容器の本体
１Ａ〜１Ｃ・・・容器本体部品
１ａ、１ｂ・・・容器本体部品１Ａ、１Ｂの貫通孔
ＷＳ・・・容器本体部品１Ａ、１Ｂの接合面
２、３・・・銅製の又は他種の金属材料のパイプ
Ｔ・・・容器本体部品１Ａ、１Ｃのテーパー部
ＴＳ・・・テーパー部Ｔのテーパー面
ＴＲ・・・テーパー面ＴＳの反対側の面
４・・・低融点金属メッキ膜
５・・・円環状の接合電極
６・・・接合電極
７・・・接合装置の電源部
８、９・・・導体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅系材料などからなるパイプを気体や液体を封入する圧力容器の本体部品に拡散接合する工程を備える圧力容器の製造方法、その製造方法によって造られる圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
同種の金属材料同士や、鉄系材料とステンレス材料、あるいは鉄系材料と銅系材料、又は鉄系材料とアルミニウム系材料など、融点や導電率など特性の異なる異種金属材料を接合する方法が種々提案されているが、異種金属材料の接合は硬ロウによる接合、あるいは超音波接合、又はかしめ、ボルト締めなど機械的な結合などがあった。
【０００３】
また、同種の金属材料同士の接合でも、導電率が非常に良好な銅系材料からなる銅製部材と銅製部材同士の接合、又は導電率が非常に良好なアルミニウム系材料からなるアルミニウム製部材とアルミニウム製部材同士、あるいは銅製部材とアルミニウム製部材との接合なども同様の手段で行われていることが多いが、このような接合方法では、導電率が非常に良好な銅製部材、アルミニウム製部材を用いるという用途から見て、導電率が非常に良好な部材同士の接合部の抵抗を無視できるほどには小さくできない。
【０００４】
このような問題点を解決する接合方法の一例が既に開示されている（例えば、特許文献１参照）。この接合方法は、導電率が非常に良好な銅系材料からなる銅製のパイプなどを鉄系材料からなる鉄製圧力容器などに接合する方法であり、銅製のパイプなどに予めプロジェクションを設けておき、銅製のパイプの前記プロジェクションと圧力容器とを加圧した状態でこれらに７ミリ秒以下のパルス電流を流し、接合が完了するまで前記加圧力を維持することを特徴としている。この接合方法は、コンデンサに蓄えたエネルギーを短時間で放出して鉄製圧力容器に銅製のパイプを接合できるので、短時間で接合工程を行えるという点、ロウ付け方法のように熟練した作業者でなくとも所期の接合結果を得ることができるという点などで、非常に有効な接合方法と言える。しかし、プロジェクションの形成の費用が高価である欠点がある。
【特許文献１】特開平９−２９５１６１号公報（特許第３５３７２６２号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、最近の気体や液体を封入する圧力容器では以前に比べてかなり高い圧力が要求されるものも多くなってきており、また、圧力容器が組み込まれる機器によっては圧力容器に絶えず振動が加わることもある。この振動による力は圧力容器の本体とこれに接合されたパイプとの間にかかる。前掲特許文献１で開示された方法にあっては、例えば銅製のパイプの先端にプロジェクションを形成し、そのプロジェクションを鉄製圧力容器などに外側から押し当てて接合するので、前記増大した内部圧力による加圧力又は振動に対して長期間にわたって耐え得るだけの機械的強度を有することが難しい。この問題は、銅製のパイプだけでなく、鉄製のパイプ又はアルミニウム製のパイプなどのようなパイプを、鉄系材料などからなる圧力容器に接合する場合にも起こる。
【０００６】
また、銅製のパイプを圧力容器の本体に接合する接合装置の面から見ても、前掲の特許文献１では、７ミリ秒以下のパルス電流で接合しているが、このような極めて短い時間で接合するには、銅製のパイプと圧力容器とを加圧する加圧機構の応答速度を非常に高速化しなければならず、汎用のコンデンサ式の接合装置では信頼性の高い接合結果を得ることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は前述の問題点を解決し、銅製のパイプを圧力容器本体に容易かつ安価に拡散接合することができ、しかも接合強度及び外観など接合品質の高い接合結果が得られる圧力容器の製造法、その製造方法で造られた圧力容器、及びその圧力容器の製造装置を提供することを主目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の容器本体部品を組み合わせて結合される圧力容器において、貫通孔を有する前記容器本体部品の前記貫通孔に銅製のパイプを接合して、前記圧力容器を製造する圧力容器の製造方法であって、前記銅製のパイプの一部分を所定の傾斜で拡げて、前記貫通孔の直径よりも大きな最大径をもつテーパー部Ｔを形成するパイプ加工工程と、前記接合する前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔと前記容器本体部品の前記貫通孔近傍のいずれか一方又は双方に低融点金属メッキ膜を形成するメッキ膜形成工程と、前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔを前記容器本体部品の接合箇所に当接させる当接工程と、前記銅製のパイプと前記容器本体部品との間に加圧力をかけた状態で通電して、前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔを前記容器本体部品の前記貫通孔に拡散接合する拡散接合工程と、前記銅製のパイプが拡散接合された前記容器本体部品と他の前記容器本体部品とを組み合わせて結合する結合工程と、を備えていることを特徴とする圧力容器の製造方法を提供するものである。
【０００９】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記容器本体部品の前記接合箇所は、前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む角部であり、前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔの外側のテーパー面ＴＳと前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む前記角部とで拡散接合が行われることを特徴とする圧力容器の製造方法を提供するものである。
【００１０】
第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記接合する前記容器本体部品の前記貫通孔が形成される近傍を平坦面にしてから拡散接合することを特徴とする圧力容器の製造方法を提供するものである。
【００１１】
第４の発明は、前記第１の発明ないしは前記第３の発明のいずれかの製造方法で造られた前記圧力容器であることを特徴とする圧力容器を提供するものである。
【００１２】
第５の発明は、一部分が所定の傾斜で拡がる漏斗状のテーパー部となっている銅製のパイプと、該銅製のパイプの外径よりも大きくかつ前記テーパー部の最大径よりも小さい直径の貫通孔を有する容器本体部品との間に、電源部から第１の接合電極と第２の接合電極とを通して接合電流を流し、前記銅製のパイプを前記容器本体部品に拡散接合して圧力容器を製造する製造装置であって、前記第１の接合電極は、前記銅製のパイプの外径よりも大きな内径の穴を有する円環状の電極であり、前記第２の接合電極は、前記銅製のパイプの前記テーパー部の内側の面に適した形状を有する電極であり、前記銅製のパイプを前記容器本体部品の前記貫通穴に挿し込み、前記テーパー部の外側のテーパー面と前記容器本体部品の前記貫通孔の周囲とを低融点金属メッキ膜を介在させて当接させ、前記第１の接合電極の前記穴に前記貫通孔を合わせて前記容器本体部品と前記第１の接合電極とを当接させ、前記銅製のパイプの前記テーパー部の前記内側の面と前記第２の接合電極とを当接させ、前記第１の接合電極と前記第２の接合電極との間に所定の加圧力をかけた状態で通電し、前記第１の接合電極から前記第２の接合電極までを短い電流路で接合電流を流して、前記銅製のパイプを前記容器本体部品に拡散接合することを特徴とする圧力容器の製造装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧力容器の本体に接合される銅製のパイプの一端を安価に加工できる所定の傾斜で拡がるテーパー部とし、そのテーパー部と圧力容器の容器本体部品との間に低融点メッキ膜を介在させているので、従来不可能であった前記銅製のパイプと圧力容器本体との拡散接合を可能とし、圧力容器内の圧力及び圧力容器の振動などによっても接合部が損傷することのない信頼性の高く、安全で、また寿命の長い圧力容器を安価に製造することができる。
【００１４】
前記第３の発明によれば、接合面が平坦であるので、銅製のパイプと容器本体部品との間に空隙ができないためにチリが発生し難い。したがって、チリの除去工程が不要、又は簡単になり、経済的である。
【００１５】
前記第４の発明によれば、圧力容器内の圧力及び圧力容器の振動などによっても接合部が損傷することのない安価で信頼性の高い、また寿命の長い圧力容器を提供できる。
【００１６】
前記第５の発明によれば、圧力容器内の圧力及び圧力容器の振動などによっても接合部が損傷することのない信頼性の高い、また寿命の長い圧力容器を製造することができる構成の簡単な接合装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。実施形態１では、銅系材料の導電率が非常に高いために接合が困難とされている、銅製のパイプを鉄製の圧力容器の本体を構成する容器本体部品に拡散接合する例を説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一の名称の部材を示すものとする。
【００１８】
［実施形態１］
図１は、本発明によって製造された圧力容器の本体１の一例を示す図であり、その一部分を断面で示している。この圧力容器の本体１は鉄系材料からなり、一般的には中央に位置する円筒状の第１の容器本体部品１Ａと、第１の容器本体部品１Ａの一方側に固定される第２の容器本体部品１Ｂと、第１の容器本体部品１Ａの他方側に固定される第３の容器本体部品１Ｃの三つの容器本体部品からなる場合が多い。容器本体部品１Ａの接合面ＷＳには貫通孔１ａが設けられており、その貫通孔１ａを通して内側から外側に銅系材料からなる銅製のパイプ２が延びている。同様に、容器本体部品１Ｂの一部分には貫通孔１ｂが設けられており、その貫通孔１ｂを通して内側から外側に向けて銅製のパイプ３が延びている。
【００１９】
後で詳述するが、図２で示すように、銅製のパイプ２と３の一端側は所定の角度で拡げられた漏斗状のテーパー部Ｔに加工されており、テーパー部Ｔは外側のテーパー面ＴＳとその反対側の内側のテーパー状の面ＴＲを有する。この実施形態１では、銅製のパイプ２のテーパー部Ｔを利用して容器本体部品１Ａと拡散接合し、また、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔを利用して容器本体部品１Ｂと拡散接合している。そして、銅製のパイプ２と３の各テーパー部Ｔの接合部分が圧力容器の本体１の内部に存在するように、三つの容器本体部品１Ａ〜１Ｃを組み合わせて結合し、圧力容器を形成している。このように、銅製のパイプ２と３のテーパー部Ｔと接合部とが圧力容器の内部に存在するので、実際の圧力容器ではテーパー部Ｔが大きな圧力で常時、圧力容器の本体１の内壁に押し付けられている。したがって、この圧力容器は圧力による悪影響を受けないだけでなく、圧力容器の振動などによっても接合部が傷損し難くなっている。
【００２０】
なお、圧力容器の本体１は二つの容器本体部品又は四つ以上の容器本体部品を組み合わせて結合するもであってもよい。それらの結合は、抵抗溶接又はアーク溶接などの電気的な接合が好ましいが、ロウ付けなど非電気的な接合であっても構わない。また、必要に応じて前記容器本体部品に２本以上の銅製のパイプが接合されていてもよし、銅製のパイプが接合されていない容器本体部品が含まれていても良い。
【００２１】
銅製のパイプ２、３の各テーパー部Ｔが拡散接合される容器本体部品１Ａ、１Ｂの接合面ＷＳは平坦であることが好ましい。ここで、接合面ＷＳとは少なくとも貫通孔１ｂの比較的近傍の周囲の面をいう。図１では、接合面ＷＳを圧力容器１の外側から内側に沈ませて平坦にしたが、内側から外側に盛り上げて平坦にしても勿論よい。容器本体部品１Ａ、１Ｂの接合面が平坦であると、拡散接合時に発生するチリをほとんどゼロにすることができる。本体部品１Ａ、１Ｂの接合面ＷＳが平坦でなく、円弧状などであると、銅製のパイプ２、３の接合部と容器本体部品の接合部との間に微小な隙間ができるので、拡散接合時にチリが発生し易い。チリが発生しても構わない場合には、容器本体部品１Ａ、１Ｂの接合面ＷＳを平坦にする必要は無く、チリの発生を除いて接合結果にほとんど差異はない。
【００２２】
図２ないし図４によって、容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳに形成された貫通孔１ｂ及び銅製のパイプ３のテーパー部Ｔの形成、それらの関係などについて説明する。容器本体部品１Ａと銅製のパイプ２とについても拡散接合方法は同様であるので、以下ではこれらについて説明を省略する。一般的には、不図示のプレス機などによって、容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳからプレスすることにより貫通孔１ｂが形成される。この場合には、接合面ＷＳの貫通孔１ｂの周囲の角部１ｃが丸まるので、適度な狭い幅の円周の接合面が得られ、拡散接合を行う上で都合が良い。成形工程で貫通孔１ｂが形成される場合には、貫通孔１ｂの孔壁と接合面ＷＳとの交わりはほぼ直角の角部１ｃになるが、この場合にも拡散接合に支障は生じない。
【００２３】
銅製のパイプ３は容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂの直径よりも小さな外径のものでなければいけない。また、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔの最大の直径は容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂの直径よりも大きくなければいけない。貫通孔１ｂに銅製のパイプ３を挿入したとき、ほぼ全周で０．５ｍｍ程度以上の隙間ができることが好ましい。この場合には、塑性流動化した銅及び鉄が前記隙間に移動することにより、塑性流動を促進させることができる。
【００２４】
銅製のパイプ３の一方の先端部の加工について説明すると、銅製のパイプ３は、その一端側の拡散接合される部分が漏斗状に加工され、パイプの内側から放射外方向へ所定の傾斜で広がるテーパー部Ｔの外側であるテーパー面ＴＳ、その反対側のテーパー状の面ＴＲからなる。このテーパー部Ｔは、テーパー状の面ＴＲと角度がほぼ等しい不図示のテーパー治具で前記一端側を加圧することにより容易に形成される。銅製のパイプ３の一端側の拡散接合される部分に適切なプロジェクションを形成する従来の場合に比べて、容易かつ安価に形成できる。このことは実際の製造工程において非常に大きな効果となる。本発明は、このように容易かつ安価に形成できるテーパー部Ｔを銅製のパイプ３の一端側に形成し、このテーパー部Ｔを利用して銅製のパイプを容器本体部部品に拡散接合し、銅製のパイプ３が内側から外側に延びる圧力容器を製造するところに特徴がある。なお、テーパー面ＴＳの開き角度θは９０〜１２０度の範囲が好ましいが、この範囲以外の開き角度でも後述する拡散接合に支障はない。
【００２５】
次に、図３（Ａ）に示すように、少なくとも銅製のパイプ３のテーパー面ＴＳに低融点金属メッキ膜４を形成するか、あるいは図３（Ｂ）に示すように、少なくとも容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳに低融点金属メッキ膜４を形成する。低融点金属メッキ膜４は、銅系材料及び容器本体部品１Ｂの鉄系材料の融点よりも低い温度で溶融する金属材料からなり、例えばスズ又はハンダなどからなる。低融点金属メッキ膜４は、例えば３〜１０μｍ程度の薄膜であり、一般的な電解メッキ工程で形成される。この電解メッキ工程は一般的な電解メッキ装置で行われ、特に電解メッキ装置を制限するものでない。
【００２６】
電解メッキ法で低融点金属メッキ膜４を形成すると、銅製のパイプ３のテーパー面ＴＳ又は容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳの汚れ又は酸化膜などは除去され、銅製のパイプ３の銅系材料又は容器本体部品１Ｂの鉄系材料の地肌、つまり新生面に低融点金属メッキ膜４が直接形成される。なお、低融点金属メッキ膜４は銅製のパイプ３と容器本体部品１Ｂのいずれか、又は双方に形成されても構わないが、鉄系材料よりも導電率の高い銅系材料からなる銅製のパイプ３に形成されるのが好ましい。また、拡散接合時に接合電極が汚れないという面から、テーパー部Ｔの面ＴＲには低融点金属メッキ膜４が形成されていない方が望ましい。
【００２７】
次に図４によって、低融点金属メッキ膜４が形成されたテーパー面ＴＳを有する銅製のパイプ３と貫通孔１ｂを有する容器本体部品１Ｂとを組み合わせて拡散接合する接合工程及び接合装置について説明する。図４において、記号５は容器本体部品１Ｂに当接する接合電極である。接合電極５は、銅製のパイプ３の外径Ｄ１に比べて大きな径Ｄ２の円形状の穴５Ａを有する。この穴５Ａは容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂの直径とほぼ同等か、あるいは幾分大きい直径の円形の穴であることが望ましく、このようにすることにより、接合電流が流れる電流路を最短にできると共に、接合部全周の電流密度を均一化できる。ここでは、円形状の穴５Ａを有するので、接合電極５を円環状の接合電極と言うが、接合電極５の外形は任意である。
【００２８】
他方の接合電極６は、銅製のパイプ３の漏斗状のテーパー部Ｔのテーパー面ＴＳとは反対側のテーパー状の面ＴＲに適したテーパー形状の先端部分を有し、このテーパー形状の先端部分は、円錐の頂部側が除去された円錐形状であって、断面が台形状になっている。接合装置の電源部７は導体８、９によって接合電極５、接合電極６にそれぞれ接続され、所望の接合電力を供給できるものである。電源部７は、コンデンサ式接合装置のようにコンデンサに蓄えたエネルギーを短時間で放出できる構成のものが経済性、大きさなどの面で好ましいが、比較的短時間で所望の電力を供給できる電源部であるならばコンデンサ式に制限するものではない。なお、図４において、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔが拡散接合される容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳは、図１に示す圧力容器の本体１の内側面に存在する。
【００２９】
拡散接合に当たって、先ず、容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂを円環状の溶接電極５の穴５Ａに合わせ、容器本体部品１Ｂを接合電極５上に配置する。次に、銅製のパイプ３を容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂに挿入し、低融点金属メッキ膜４が形成されたテーパー面ＴＳを容器本体部品１Ｂの貫通孔１ｂの接合面ＷＳに当接させる当接工程を行う。これら手順は逆であっても構わない。厳密に言えば、貫通孔１ｂを形成する孔壁と接合面ＷＳとの交わる角部分１ｃとテーパー面ＴＳとが低融点金属メッキ膜４を介して当接するので、接合電流は角部分１ｃとテーパー面ＴＳとの狭い幅の円周の面積に集中して流れることになる。なお、前記当接工程では、図示しない簡便な位置決め構造によって、銅製のパイプ３自身が貫通孔１ｂを形成する孔壁に接触しないように位置決めする方が好ましい。
【００３０】
次に、図示しない加圧機構によって接合電極５と接合電極６との間に予め決められた加圧曲線に従って加圧力をかける。この加圧力をかけているときに、電源部７が動作し、接合電極５と接合電極６を通して容器本体部品１Ｂの前記角部分１ｃ、低融点金属メッキ膜４及びテーパー部Ｔに電流を流して拡散接合工程を行う。通電時、従来のように銅製のパイプにプロジェクションが形成されていれば、プロジェクションに接合電流が集中するので熱が発生し易く、プロジェクションを中心に塑性流動化し易いが、本発明ではテーパー部Ｔに接合電極６が密接していることもあって、テーパー部Ｔの熱が接合電極６に伝導されるために拡散接合部の温度が上昇し難く、したがって、拡散接合部の銅系材料及び鉄系材料が塑性流動化し難い。
【００３１】
したがって、本発明の拡散接合工程では、通電によって先ず低融点金属メッキ膜４とテーパー面ＴＳとの拡散接合境界との抵抗、低融点金属メッキ膜４自身の抵抗、及び低融点金属メッキ膜４と容器本体部品１Ｂとの拡散接合境界の抵抗で熱を発生させ、先ず低融点金属メッキ膜４を溶融させることによって、テーパー部Ｔと容器本体部品１Ｂの角部分１ｃの塑性流動化を促す。低融点金属メッキ膜４が溶融すると、その溶融した低融点金属は接合電極５と６間の加圧力によって拡散接合面の周囲に押し出され、拡散接合面に存在しなくなる。このようにして銅製のパイプ３のテーパー面ＴＳから低融点金属メッキ膜４が除去されると、テーパー面ＴＳは汚れの無い銅系材料そのものの地肌、つまり新生面となり、また、容器本体部品１Ｂの角部分１ｃの汚れなども一緒に除去されるので、テーパー面ＴＳと容器本体部品１Ｂの角部分１ｃとの拡散接合がし易くなる。
【００３２】
通電時間の経過に伴い、テーパー部Ｔのテーパー面ＴＳと容器本体部品１Ｂとの接触部及びその近傍で塑性流動化が進み、比較的浅い領域でテーパー部Ｔの銅系材料と容器本体部品１Ｂの角部１ｃの鉄系材料とがなじみ、拡散接合が行われる。テーパー面ＴＳと容器本体部品１Ｂの角部分１ｃとの拡散接合部は、前述したように、全周にわたって連続した狭い幅の円環状になっており、いずれの箇所をとっても、接合電極５と前記拡散接合部との間の距離、及び接合電極６と前記拡散接合部との間の距離はほぼ最短で一様であるので、接合電流密度を大きくできることもあって、全周にわたって均一に拡散接合をすることができ、一様な接合強度を得ることができる。このとき、塑性流動化した銅系材料と鉄系材料の一部分は加圧力によって拡散接合部の周囲に押し出され、この押し出された塑性流動化した金属材料は銅製のパイプ３と貫通孔１ｂの孔壁との隙間に納まり、その隙間を埋める。このことは、拡散接合の進捗をスムーズにする。
【００３３】
次に、銅製のパイプ３が拡散接合された容器本体部品１Ｂの接合面ＷＳ側を圧力容器の内側、つまりテーパー部Ｔが圧力容器の内側に位置するように、容器本体部品１Ａに組み合わせて結合する結合工程を行う。この結合工程は、一般的な抵抗溶接又はアーク溶接、硬ロウによるロウ付け、超音波接合などによる結合、又はかしめ、ボルト締めなど機械的な結合などにより行われる。結合方法を特に限定するものではない。また、前記結合方法を行う結合装置も一般的なもので足りる。
【００３４】
この場合、容器本体部品１Ａにも前述と同様にして銅製のパイプ２が拡散接合されており、銅製のパイプ２のテーパー部が圧力容器の内側に位置するように容器本体部品１Ｂと組み合わされる。また、容器本体部品１Ｃも容器本体部品１Ａに組み合わされて結合される。このようにして、図１に示した圧力容器が造られる。したがって、このような圧力容器では、圧力容器の内部の気圧又は液圧が高ければ、常にテーパー部が圧力容器の内壁に強い力で押し付けられているので、従来の接合構造に比べて拡散接合部が圧力の悪影響を受けず、また、圧力容器の振動の影響も受け難いので、信頼性が高く、寿命の長い圧力容器を製造することができる。
【００３５】
なお、円筒状の容器本体部品１Ａに銅製のパイプ２を拡散接合する場合も前述と同様であるが、この場合には、円筒状の容器本体部品１Ａの内側から貫通孔に銅製のパイプ２を挿し込んで、そのテーパー部を容器本体部品１Ａの内面に当接させる。この拡散接合の場合、図４に示した接合電極６は円筒状の容器本体部品１Ａの内側に位置して、銅製のパイプ２のテーパー部を加圧する。図４に示した円環状の接合電極５は円筒状の容器本体部品１Ａの外側に位置する。つまり、図４では、接合電極５が円筒状の容器本体部品１Ａの外側で、接合電極６が円筒状の容器本体部品１Ａの内側である。
【００３６】
以上の説明では、好ましい例として銅製のパイプ３の一端側に形成されたテーパー部Ｔが鉄製の圧力容器の内側に位置する場合について説明したが、図５に示すように、知られている加工方法などによってテーパー部Ｔを銅製のパイプ３の途中に形成した場合には、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔを圧力容器の外側に位置させ、銅製のパイプ３の一部分を貫通孔１ｂを通して圧力容器の内側に伸ばした状態で、テーパー部Ｔの外側のテーパー面ＴＳを圧力容器の外部に接合する場合についても前述と同様にして拡散接合することができる。なお、テーパー部Ｔの接合電極６が当接する面ＴＲはテーパー状の面であってもよいが、接合電極６と均一に当接するという面からは平坦である方が好ましい。圧力容器内の圧力が比較的小さく、あるいは振動が小さい用途の圧力容器の場合には、銅製のパイプ３のテーパー部Ｔの外側のテーパー面ＴＳを圧力容器の外部に拡散接合しても要求される機械的強度を満足させることが可能である。
【００３７】
また、圧力容器が別の金属材料、例えば銅系材料からなる場合にも、あるいはパイプが銅系材料でない金属材料、例えば鉄系材料などからなる場合にも、接合電流や加圧力などの条件を選ぶことによって、前述と同様にして圧力容器を製造できる。圧力容器は特定の圧力容器に限定されるものではない。
【００３８】
以上述べたように、本発明では銅製のパイプの一端又は途中の所定箇所が前述したテーパー部に加工されており、そのテーパー部が圧力容器の本体の貫通孔を囲む角部に接合される構造になっているので、経済性に優れた信頼性の高い圧力容器の製造方法、この製造方法で造られた圧力容器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１にかかる製造方法で造られた圧力容器の一例を示す図面である。
【図２】実施形態１を説明する図であって、圧力容器の本体と銅製のパイプとの接合部を説明するための図である。
【図３】実施形態１を説明する図であって、銅製のパイプの一部分と圧力容器の本体の一部分とを示す図である。
【図４】本発明の実施形態１にかかる製造方法を説明するための図面である。
【図５】実施形態１の他の例を説明する図であって、圧力容器の本体の外側に銅製のパイプのテーパー部を拡散接合する図面である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・圧力容器の本体
１Ａ〜１Ｃ・・・容器本体部品
１ａ、１ｂ・・・容器本体部品１Ａ、１Ｂの貫通孔
ＷＳ・・・容器本体部品１Ａ、１Ｂの接合面
２、３・・・銅製の又は他種の金属材料のパイプ
Ｔ・・・容器本体部品１Ａ、１Ｃのテーパー部
ＴＳ・・・テーパー部Ｔのテーパー面
ＴＲ・・・テーパー面ＴＳの反対側の面
４・・・低融点金属メッキ膜
５・・・円環状の接合電極
６・・・接合電極
７・・・接合装置の電源部
８、９・・・導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の容器本体部品を組み合わせて結合される圧力容器において、貫通孔を有する前記容器本体部品の前記貫通孔に銅製のパイプを接合して、前記圧力容器を製造する圧力容器の製造方法であって、
前記銅製のパイプの一部分を所定の傾斜で拡げて、前記貫通孔の直径よりも大きな最大径をもつテーパー部Ｔを形成するパイプ加工工程と、
前記接合する前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔと前記容器本体部品の前記貫通孔近傍のいずれか一方又は双方に低融点金属メッキ膜を形成するメッキ膜形成工程と、
前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔを前記容器本体部品の接合箇所に当接させる当接工程と、
前記銅製のパイプと前記容器本体部品との間に加圧力をかけた状態で通電して、前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔを前記容器本体部品の前記貫通孔に拡散接合する拡散接合工程と、
前記銅製のパイプが拡散接合された前記容器本体部品と他の前記容器本体部品とを組み合わせて結合する結合工程と、
を備えていることを特徴とする圧力容器の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記容器本体部品の前記接合箇所は、前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む角部であり、
前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔの外側のテーパー面ＴＳと前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む前記角部とで拡散接合が行われることを特徴とする圧力容器の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記接合する前記容器本体部品の前記貫通孔が形成される近傍を平坦面にしてから拡散接合することを特徴とする圧力容器の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかの製造方法で造られた前記圧力容器であることを特徴とする圧力容器。
【請求項５】
一部分が所定の傾斜で拡がる漏斗状のテーパー部となっている銅製のパイプと、該銅製のパイプの外径よりも大きくかつ前記テーパー部の最大径よりも小さい直径の貫通孔を有する容器本体部品との間に、電源部から第１の接合電極と第２の接合電極とを通して接合電流を流し、前記銅製のパイプを前記容器本体部品に拡散接合して圧力容器を製造する製造装置であって、
前記第１の接合電極は、前記銅製のパイプの外径よりも大きな内径の穴を有する円環状の電極であり、
前記第２の接合電極は、前記銅製のパイプの前記テーパー部の当接する面に適した形状を有する電極であり、
前記銅製のパイプを前記容器本体部品の前記貫通穴に挿し込み、前記テーパー部の外側のテーパー面と前記容器本体部品の前記貫通孔の周囲とを低融点金属メッキ膜を介在させて当接させ、
前記第１の接合電極の前記穴に前記貫通孔を合わせて前記容器本体部品と前記第１の接合電極とを当接させ、
前記銅製のパイプの前記テーパー部と前記第２の接合電極とを当接させ、
前記第１の接合電極と前記第２の接合電極との間に所定の加圧力をかけた状態で通電し、前記第１の接合電極から前記第２の接合電極までを短い電流路で接合電流を流して、前記銅製のパイプを前記容器本体部品に拡散接合することを特徴とする圧力容器の製造装置。
【請求項１】
複数の容器本体部品を組み合わせて結合される圧力容器において、貫通孔を有する前記容器本体部品の前記貫通孔に銅製のパイプを接合して、前記圧力容器を製造する圧力容器の製造方法であって、
前記銅製のパイプの一部分を所定の傾斜で拡げて、前記貫通孔の直径よりも大きな最大径をもつテーパー部Ｔを形成するパイプ加工工程と、
前記接合する前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔと前記容器本体部品の前記貫通孔近傍のいずれか一方又は双方に低融点金属メッキ膜を形成するメッキ膜形成工程と、
前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔを前記容器本体部品の接合箇所に当接させる当接工程と、
前記銅製のパイプと前記容器本体部品との間に加圧力をかけた状態で通電して、前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔを前記容器本体部品の前記貫通孔に拡散接合する拡散接合工程と、
前記銅製のパイプが拡散接合された前記容器本体部品と他の前記容器本体部品とを組み合わせて結合する結合工程と、
を備えていることを特徴とする圧力容器の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記容器本体部品の前記接合箇所は、前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む角部であり、
前記銅製のパイプの前記テーパー部Ｔの外側のテーパー面ＴＳと前記容器本体部品の前記貫通孔を囲む前記角部とで拡散接合が行われることを特徴とする圧力容器の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記接合する前記容器本体部品の前記貫通孔が形成される近傍を平坦面にしてから拡散接合することを特徴とする圧力容器の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかの製造方法で造られた前記圧力容器であることを特徴とする圧力容器。
【請求項５】
一部分が所定の傾斜で拡がる漏斗状のテーパー部となっている銅製のパイプと、該銅製のパイプの外径よりも大きくかつ前記テーパー部の最大径よりも小さい直径の貫通孔を有する容器本体部品との間に、電源部から第１の接合電極と第２の接合電極とを通して接合電流を流し、前記銅製のパイプを前記容器本体部品に拡散接合して圧力容器を製造する製造装置であって、
前記第１の接合電極は、前記銅製のパイプの外径よりも大きな内径の穴を有する円環状の電極であり、
前記第２の接合電極は、前記銅製のパイプの前記テーパー部の当接する面に適した形状を有する電極であり、
前記銅製のパイプを前記容器本体部品の前記貫通穴に挿し込み、前記テーパー部の外側のテーパー面と前記容器本体部品の前記貫通孔の周囲とを低融点金属メッキ膜を介在させて当接させ、
前記第１の接合電極の前記穴に前記貫通孔を合わせて前記容器本体部品と前記第１の接合電極とを当接させ、
前記銅製のパイプの前記テーパー部と前記第２の接合電極とを当接させ、
前記第１の接合電極と前記第２の接合電極との間に所定の加圧力をかけた状態で通電し、前記第１の接合電極から前記第２の接合電極までを短い電流路で接合電流を流して、前記銅製のパイプを前記容器本体部品に拡散接合することを特徴とする圧力容器の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−９９６８４（Ｐ２０１０−９９６８４Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７２４５５（Ｐ２００８−２７２４５５）
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（０００１０３９７６）オリジン電気株式会社 (223)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（０００１０３９７６）オリジン電気株式会社 (223)
【Ｆターム（参考）】
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