JP2001058240A - ガスシリンダ製造に用いる筒状シェル - Google Patents

ガスシリンダ製造に用いる筒状シェル

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JP2001058240A
JP2001058240A JP2000171652A JP2000171652A JP2001058240A JP 2001058240 A JP2001058240 A JP 2001058240A JP 2000171652 A JP2000171652 A JP 2000171652A JP 2000171652 A JP2000171652 A JP 2000171652A JP 2001058240 A JP2001058240 A JP 2001058240A
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billet
section
steel
nickel
liner insert
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Application number
JP2000171652A
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English (en)
Inventor
John P Collier
ジョン・ピー・カリャ
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Messer LLC
Original Assignee
BOC Group Inc
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00Making hollow objects
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02Making uncoated products
    • B21C23/20Making uncoated products by backward extrusion
    • B21C23/205Making products of generally elongated shape

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】 大容量のガスシリンダ製造用の筒状シェ
ルを形成する方法を提供する。 【解決手段】 スチールからなる第1の区域(10)及
びライナーインサート材料からなる第2の区域(12)
を有する断面円形のビレット(1)を準備する。第1の
区域は、端部(14)及び端部内のリセス(16)を有
する。第2の区域は、リセス(16)内に嵌合する形状
である。ビレット(1)をビレットピアシングによっ
て、筒状シェル(4)に押し出し成形する。第1の区域
は外側筒状形態(22)を、第2の区域は筒状形態に対
するライナーインサート(24)を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスを含有するた
めのガスシリンダを製造するために用いられる筒状シェ
ルを製造する方法に関する。特に、本発明は、断面円形
のビレットを用いて、ビレットピアシング(ビレット突
き通し)によって筒状シェルを形成する方法に関する。
より詳細には、本発明は、筒状シェルがスチールから形
成された外筒状形態及びライナーインサート材料から形
成されたライナーインサートを有するように、ビレット
がスチールの第1の区域及びライナー材料の第2の区域
から形成される方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスシリンダは、ガスを貯蔵するため、
種々の産業において広範に用いられている。半導体産業
で用いられる超高純度ガスの貯蔵は、その腐食性ゆに特
に問題がある。かような腐食は、微粒子の汚染物を生じ
させ、許容できない製造上の欠陥を発生させる。例え
ば、塩化水素などの腐食性エッチングガスは、スチール
製シリンダを腐食させて、微粒子状汚染物を生じさせ
る。結果として生じた微粒子状材料が半導体製造工程の
ステージに吸引されると、かかるステージの製品は台無
しになってしまう。
【0003】よって、ガスシリンダは、ニッケルの加工
によって、ガスの純度を維持するように、特別に設計さ
れている。理解されるであろうが、ニッケルガスシリン
ダは、法外に高価である。加えて、純粋なニッケルシリ
ンダは、一般的に、意図された供給圧力が35.15k
g/cm2を越える場面では用いることができない。結
果として、高純度ガス貯蔵用のガスシリンダは、構造的
に一体化されたスチールの外層と耐腐食性の内部ニッケ
ルプレートとから形成されている。
【0004】本出願人に譲渡されている米国特許第5,
330,091号において指摘されているように、ニッ
ケルでスチールの筒状シェルを電解メッキすることは、
高純度貯蔵用ガスシリンダの製造技術としては推奨され
ていない。なぜなら、メッキすることは、スチールの腐
食産物を捕捉してしまうボイド又はクラックを含むから
である。したがって、本出願前には、円形ニッケル及び
スチール層は、ロールボンディング又は爆発的なクラッ
ドによって一緒に結合されていた。この結果的に得られ
る2層の円形形態は、次いで、ガスシリンダを形成する
ために用いられる筒状シェルを製造するために、冷間引
き抜きプロセス用のブランクとして用いられる。冷間引
き抜きプロセスにおいて、ブランクは、マンドレルを有
するカップ状形態に形成され、次いで、カップ状形態
は、室温で、一連のダイスをを介して、マンドレルによ
って押し出し成形される。
【0005】
【本発明が解決しようとする課題】米国特許第5,33
0,091号明細書に開示されているプロセスの欠点
は、大きなガスシリンダの製造が容易に御しやすいもの
ではないということである。後述するように、本発明
は、冷間引き抜き技術によって得ることができるよりも
大きなサイズのガスシリンダを製造するために用いるこ
とができる耐腐食性ライニングを有するシームレス・ス
チール製筒状シェルを形成する方法を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、筒状シェルを
製造する方法を提供する。本発明の方法によれば、断面
円形のビレットを準備する。ビレットは、第1及び第2
の区域を有する。第1の区域は、スチールから形成され
ていて、端部と上記端部内に規定されるリセスとを有す
る。第2の区域は、第1の区域の端部のリセス内に嵌合
するような形状で、ライナーインサート材料から形成さ
れる。ビレットは、第1の区域が外側の筒状形態を製造
し、第2の区域が筒状形態に対するライナーインサート
を製造するように、筒状シェルを形成するためにビレッ
トピアシングされる(突き通される)。
【0007】リセスは、円錐形側壁を有してもよい。し
たがって、第2の区域は、円錐台であってもよい。本発
明によるすべての方法において、ライナーインサート材
料は、ニッケルであってもよい。ライナーインサート材
料は、ハステロイC-22、タンタル、チタン、金又は白金
であってもよい。
【0008】本明細書において「ビレットピアシング(b
illet piercing)」とは、押し出された筒状シェルを形
成するために用いられる公知の方法を意味する。ビレッ
トピアシングにおいて、本発明によるビレットは、約1
093℃〜約1204℃の間の温度まで加熱される。続
くカッピング操作において、加熱されたビレットは、マ
ンドレルで突き通されて、カップを形成する。まだ熱い
カップは、さらにマンドレルの圧力によって、一連のダ
イスを介して、押し出し成形される。多数回の押し出し
成形の結果、筒状シェルができる。筒状シェルは、シェ
ルの端部を肩部及び首部にスピニングすることによっ
て、最終的にガスシリンダの形態に仕上げられる。次い
で、シリンダは、熱処理され、急冷され、焼き戻しされ
る。
【0009】ビレットピアシング作用は、従来のスチー
ル及びニッケルからなるディスク状プレートを室温でダ
イスを貫通して引き抜く冷間引き抜き方法と対比される
べきである。再度、引き抜きに伴う問題は、最終的なガ
スシリンダサイズを約21リットルに制限する。より大
きな43リットルのガスシリンダは、経済的に冷間引き
抜きすることができない。
【0010】ビレットをディープ冷間引き延ばしプロセ
スに用いられる円形ブランクのようなスチール及びニッ
ケルの2個の区域に単純に形成することで、ガスシリン
ダにスピニング加工される筒状シェルを結果的に生じる
ことはイメージされるであろう。発明者は、かような態
様での筒状シェルの形成に伴い、シリンダ壁のニッケル
の厚みが筒状シェルの上部に向かって劇的に増加し、一
方、スチールの厚みが減少するという問題を発見した。
この理由は、ピアシング操作の間、ニッケル又は他のラ
イナーインサート材料がスチールよりも速く流れること
に起因する。しかし、スチールは、最終的に仕上げられ
たガスシリンダに対して、加圧可能な十分な構造的一体
性を与えるものである。
【0011】スチールビレット内にニッケルを嵌合する
ことで、スチール及びニッケルの厚みをより均一なもの
とし、筒状シェルを意図された目的に用いることができ
るようにする。
【0012】
【好ましい実施形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限
定されるものではない。
【0013】図1は、本発明の方法を実施するためのビ
レット1を示す。ビレット1は、断面円形であり、第1
の区域10及び第2の区域12から形成されている。第
1の区域10は、4130スチールから製造され、リセ
ス16が規定されている端部14を備える。第2の区域
12は、端部14のリセス16内に嵌合するように形成
されたライナーインサート材料から形成されている。特
定のガスを保持するために用いられるガスシリンダにお
いて、ライナーインサート材料は、耐腐食性のニッケル
又はニッケル合金である。ライナーインサート材料とし
ては、ハステロイ C-22、タンタル、チタン、金又は白
金を用いることができる。図示するように、リセス16
は、円錐形側壁を有するので、第2の区域12は、リセ
ス16内に嵌合する円錐台である。半球形状等の他の形
状も可能である。
【0014】一連のビレットの寸法は、有限要素法を用
いてモデル化される。図2〜図4は、ビレット1のモデ
ル化の結果を示し、約22.86cmの高さ及び約2
0.32cmの直径を有する。第2の層12は、ニッケ
ルが約5.08cmの厚みと、約17.78cmの上面
直径と、約15.24cmの底面直径とを有するように
モデル化される。
【0015】図2を参照すれば、ビレット1は、マンド
レルによって突き通されて、カップ様形態3に作られ
る。カップ様形態3は、ライナーインサート材料12由
来のニッケルの内層18と、スチールの第1の区域10
由来の外部20と、を有する。
【0016】図3及び図4を参照すれば、筒状シェル1
4は、カップ様形態3の外部20由来の外側筒状形態2
2と、カップ様形態3のニッケルの内層18由来のライ
ナーインサート24と、を有するように形成されてい
る。図4に示すように、ニッケルの厚さは、筒状シェル
4の上部に向かうにつれて増加するが、スチールは最小
の横断方向の厚みを維持する。このスチールの最小厚み
は、アメリカ合衆国運輸省認可の141.7kg/cm
2シリンダに対する最小壁厚よりも大きい。図4におい
て、横断方向の最小壁厚は、点線で示されていて、筒状
シェル4の長さは閉鎖端部から開口端部まで、すなわち
図4で見て底部から上部までを測定したものである。
【0017】種々のビレット形状がモデル化された。例
えば、約17.78cmの上面直径と、約10.16c
mの底面直径とを有するビレットや、約15.24cm
の上面直径と、約10.16cmの底面直径とを有する
ビレットなどがある。すべての場合に、スチールの直径
は、約20.32cmに維持されている。モデル化は、
上面直径の変化を伴わない底面直径の減少、例えば約1
5.24cmから約10.16cmへの減少は、層の均
一性にささやかな効果を奏することを示す。底面直径を
減少することは、わずかに均一性を高めたニッケル・ス
チール層を製造した。約17.78cmから約15.2
4cmへのニッケルの上面直径の減少は、層の均一性に
非常に多大な効果を与えた。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の方法を実施するために用いら
れるビレットの断面図である。
【図2】図2は、カッピング操作が完了した後の図1に
示すビレットの断面図である。
【図3】図3は、図1に示すビレットから押し出し成形
された筒状シェルの断面図である。
【図4】図4は、ニッケル及びスチールの厚さを図3に
示す筒状シェルの長さに沿って示すグラフである。
【符号の説明】 1:ビレット 3:カップ様形態 4:筒状シェル 10:第1の区域 12:第2の区域 14:端部 16:リセス 18:ニッケルの内層 20:外部 22:外側筒状形態 24:ライナーインサート

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒状シェルの製造方法であって、 断面円形のビレットを形成し、 上記ビレットを、スチールからなり端部及び上記端部内
    に規定されたリセスを有する第1の区域と、上記第1の
    区域の端部のリセス内に嵌合するような形状でライナー
    インサート材料からなる第2の区域と、に形成し、 上記第1の区域が外筒形態を作り、上記第2の区域が上
    記筒状形態用のライナーインサートを作るように、上記
    ビレットを筒状シェルに突き通す、ことを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1の方法であって、前記リセス
    は、円錐形側壁を有し、前記第2の区域は円錐台である
    ことを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2の方法であって、
    前記ライナーインサート材料は、ニッケル又はニッケル
    合金であることを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】 請求項1又は請求項2の方法であって、
    前記ライナーインサート材料は、ハステロイC-22、タン
    タル、チタン、金又は白金であることを特徴とする方
    法。
JP2000171652A 1999-06-09 2000-06-08 ガスシリンダ製造に用いる筒状シェル Pending JP2001058240A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US09/328,625 US6142001A (en) 1999-06-09 1999-06-09 Cylindrical shell for use in gas cylinder fabrication
US09/328625 1999-06-09

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EP (1) EP1059128B1 (ja)
JP (1) JP2001058240A (ja)
KR (1) KR100400677B1 (ja)
DE (1) DE60021956T2 (ja)
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