研究開発された技術紹介

宇宙ロケット等の部品類は低コスト化のニーズが強まっているが、現在、宇宙産業で使用される球形容器は2つの半球形状部品を溶接し製造され高コストとなっているほか、部材の調達期間も長く非効率となっている。本研究開発は、革新的な新たな製造方法を確立させ、低コストながら高い信頼性をもった継ぎ目のないシームレス球形容器を製造するための技術開発である

真空(球形)チャック方式によるスピニング加工という革新的な製造方法を確立させ、低コストながら高い信頼性を持ったシームレス球形容器を製造する技術を確立することとしたが、把握力が不足していることが判明したことから、あらかじめ準備していた心押しジグを使って加工可能とした。

(新技術)
真空(球形)チャック方式＋心押しジグによるスピニング加工という、低コストかつ高信頼性のシームレス球形容器製造技術

(新技術のポイント)
・一体加工法であるため、製造期間を短縮させ、低コスト化が実現できた
・調達時間の短いアルミ合金を使用

・シームレス球形容器を製作するために考案した球形チャックが有効に機能することが分かった
・アルミニウム合金製の薄肉シームレス円筒管から両口をスピニング加工することで、設定した形状を成形できた
・座屈の三次元モデルを作成し、シミュレーションを行い、工程の実験結果と良い一致を得る事ができた
・容器形状のシミュレーションモデルを作成し、破裂シミュレーションを実施した
・当該チャックを用いて製作した薄肉球形容器の形状と肉厚分布は想定内の結果になり、圧力サイクル試験、破裂試験等の強度試験を満足することができた
・同材質の板材からパイプ形状に成形することで効率化を図ることができた(コストダウン・部材調達期間の短縮)
・サポイン事業で培った技術を援用して事業化し成果を得られた。

発明の名称：継目無容器、その製造方法、複合容器、及びその製造方法
出願番号：特願2017-009786
特許番号：特許第6553661号

・イプシロンロケットの推薬タンク
・宇宙ロケットや衛星、探査機などに使われる球形容器

平成30年(2018)4月に事業化段階に入ったものとし当該事業で導入したスピニングマシン等を活用するため財産処分承認を得るとともに同事業を完了した後、令和元年(2019)6月に初期(試験機用)の製品容器を納入した。その後、10月には、次号機(1号機用)の製品容器を成功裏に納入した。

サポイン提案当初は、アルミ合金で十分な軽さと強度を持った高信頼性の球状容器が低コストで製造可能ということで薄肉の球形容器を開発ターゲットとし、製造方法を確立した。その後、事業化に際しては、厚肉球形容器を所望されたことから、これについても安定して製造可能とし事業化を実現した。

上述、1.9事業化状況の詳細に付記した通り、H3ロケットに搭載するシームレス球形容器は、事業化以降、令和元年(2019)6月に初期(試験機用)の製品容器を納入した。その後、10月には、次号機(1号機用)の製品容器を成功裏に納入した。直近では、令和2年(2019)6月に2号機用容器の納入を予定し、その後、令和2年(2019)～令和4年(2022)にかけて、2機分/年のペースで容器の製造・納入を行う予定である。令和5年(2023)以降、H3ロケットの目標打ち上げ機数は、6機/年とされており、これを満足するように対応することとする。なお1機のH3ロケットに搭載するシームレス球形容器の個数は、5～6個である(ペイロードに依る)。

直近3年間の2機分/年と令和5年(2023)以降の打ち上げ機数(目標)6機/年に滞りの無いような生産体制を確立する。現在、比較的時間を要している航空宇宙分野で要求される特殊な検査工程の簡略化が課題であると考えている。