特開 2024-78265 締結構造、ロケット、および、円筒部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024078265

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】締結構造、ロケット、および、円筒部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F02K 9/34 20060101AFI20240603BHJP

   B64G 1/40 20060101ALI20240603BHJP

   F16L 23/028 20060101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

F02K9/34

B64G1/40 400

B64G1/40 200

F16L23/028

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190699

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】593166462

【氏名又は名称】サムテック株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(71)【出願人】

【識別番号】521238487

【氏名又は名称】株式会社ＭＪＯＬＮＩＲ ＳＰＡＣＥＷＯＲＫＳ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阪口 善樹

(72)【発明者】

【氏名】バニョール ティボ

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 光紀

(72)【発明者】

【氏名】ビスコア トール

(72)【発明者】

【氏名】米倉 一男

(72)【発明者】

【氏名】笹山 容資

(72)【発明者】

【氏名】高梨 知広

【テーマコード（参考）】

3H016

【Ｆターム（参考）】

3H016AA03

3H016AB02

3H016AB08

3H016AC01

(57)【要約】

【課題】円筒部材を含む構造の製造プロセスを短縮する。
【解決手段】締結構造１０は、外周部に径方向外側に延びるフランジ部４３が設けられた円筒状のシームレスの円筒部材（エンジンケーシング４）と、フランジ部４３における円筒部材の軸方向の一側の第１端面４３１と当接する第１部材（インジェクタプレート３）と、フランジ部４３における軸方向の他側の第２端面４３２と当接する第２部材（環状部材１１）と、第１部材と第２部材とを締結する締結機構１２と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周部に径方向外側に延びるフランジ部が設けられた円筒状のシームレスの円筒部材と、
前記フランジ部における前記円筒部材の軸方向の一側の第１端面と当接する第１部材と、
前記フランジ部における前記軸方向の他側の第２端面と当接する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを締結する締結機構と、
を備える、
締結構造。

【請求項2】

前記第１部材および前記第２部材の各々には、同軸上に配置された貫通孔がそれぞれ設けられ、
前記締結機構は、
前記第１部材の前記貫通孔、および、前記第２部材の前記貫通孔に挿通されるボルトと、
前記ボルトに螺合されるナットと、
を含む、
請求項１に記載の締結構造。

【請求項3】

前記第１部材には、前記第２部材側に突出する突出部が設けられ、
前記締結機構は、
前記第１部材の前記突出部の内周面に形成される雌ねじ部と、
前記第２部材の外周面に形成される雄ねじ部と、
を含み、
前記雌ねじ部と、前記雄ねじ部とは、互いに螺合される、
請求項１に記載の締結構造。

【請求項4】

前記フランジ部の前記第１端面は、前記第２端面よりも前記円筒部材の端部の開口に近く、
前記フランジ部と前記第１部材との間、前記フランジ部と前記第２部材との間、または、前記円筒部材の内周面と前記第１部材との間には、シール部材が設けられる、
請求項１から３のいずれか一項に記載の締結構造。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか一項に記載の前記締結構造を備え、
前記円筒部材として、固体燃料が収容されるエンジンケーシングを備える、
ロケット。

【請求項6】

円筒状の素管の端部の外径を前記素管の端部以外の部分の外径に対して拡径させる工程と、
前記素管の端部の外径を拡径させた後に、前記素管の端部を切削することによって、外周部に径方向外側に延びるフランジ部が設けられた円筒状のシームレスの円筒部材を形成する工程と、
を含む、
円筒部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、締結構造、ロケット、および、円筒部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

各種装置または各種設備には、円筒状の部材である円筒部材に他の部材が接続されている構造が多く存在する。例えば、特許文献１には、固体燃料が収容されるエンジンケーシングを備えるハイブリッドロケットが開示されている。エンジンケーシングは、円筒状である。エンジンケーシングの端部には、酸化剤を供給するためのインジェクタプレート等の部材が接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－０２０８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の各種装置または各種設備における他の部材が接続される円筒部材では、溶接またはボルト締結等による繋ぎ目が存在することによって、製造プロセスが冗長になってしまうことがあった。例えば、溶接の弱点や欠陥を考慮して設計を行う必要が生じること等に起因して、円筒部材の製造プロセスが冗長になってしまう傾向があった。ゆえに、円筒部材を含む構造の製造プロセスが冗長になってしまうことがあった。

【0005】

本開示の目的は、円筒部材を含む構造の製造プロセスを短縮することが可能な締結構造、ロケット、および、円筒部材の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示の締結構造は、外周部に径方向外側に延びるフランジ部が設けられた円筒状のシームレスの円筒部材と、フランジ部における円筒部材の軸方向の一側の第１端面と当接する第１部材と、フランジ部における軸方向の他側の第２端面と当接する第２部材と、第１部材と第２部材とを締結する締結機構と、を備える。

【0007】

第１部材および第２部材の各々には、同軸上に配置された貫通孔がそれぞれ設けられ、締結機構は、第１部材の貫通孔、および、第２部材の貫通孔に挿通されるボルトと、ボルトに螺合されるナットと、を含んでもよい。

【0008】

第１部材には、第２部材側に突出する突出部が設けられ、締結機構は、第１部材の突出部の内周面に形成される雌ねじ部と、第２部材の外周面に形成される雄ねじ部と、を含み、雌ねじ部と、雄ねじ部とは、互いに螺合されてもよい。

【0009】

フランジ部の第１端面は、第２端面よりも円筒部材の端部の開口に近く、フランジ部と第１部材との間、フランジ部と第２部材との間、または、円筒部材の内周面と第１部材との間には、シール部材が設けられてもよい。

【0010】

上記課題を解決するために、本開示のロケットは、上記の締結構造を備え、円筒部材として、固体燃料が収容されるエンジンケーシングを備える。

【0011】

上記課題を解決するために、本開示の円筒部材の製造方法は、円筒状の素管の端部の外径を素管の端部以外の部分の外径に対して拡径させる工程と、素管の端部の外径を拡径させた後に、素管の端部を切削することによって、外周部に径方向外側に延びるフランジ部が設けられた円筒状のシームレスの円筒部材を形成する工程と、を含む。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、円筒部材を含む構造の製造プロセスを短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係るロケットを示す模式図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るエンジンケーシングを示す断面図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るエンジンケーシングとインジェクタプレートとの接続部分を示す拡大断面図である。

【図4】図４は、本実施形態に係るエンジンケーシングの素管のスピニング加工後の状態を示す模式図である。

【図5】図５は、本実施形態に係るエンジンケーシングの素管の切削加工後の状態を示す模式図である。

【図6】図６は、エンジンケーシングとインジェクタプレートとの接続部分の図３の例と異なる例を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

図１は、本実施形態に係るロケット１を示す模式図である。ロケット１は、ハイブリッドロケットである。図１に示すように、ロケット１は、酸化剤タンク２と、インジェクタプレート３と、エンジンケーシング４と、ノズル５とを備える。

【0016】

エンジンケーシング４は、本開示の円筒部材の一例に相当する。エンジンケーシング４と他の部材との接続部分の構造が、本開示の締結構造の一例に相当する。ただし、後述するように、本開示の締結構造は、ハイブリッドロケット以外のロケットに利用されてもよく、ロケット以外の装置に利用されてもよい。

【0017】

酸化剤タンク２には、液体である酸化剤６が収容される。酸化剤６としては、例えば、液体酸素、過酸化水素、四酸化窒素、または、亜酸化窒素等が挙げられる。酸化剤タンク２は、インジェクタプレート３を介して、円筒状のエンジンケーシング４の一端部（図１中の左端部）と接続されている。酸化剤タンク２に収容されている酸化剤６は、インジェクタプレート３に形成される噴射口（図２の噴射口３１を参照）からエンジンケーシング４内に噴射される。

【0018】

エンジンケーシング４には、固体燃料７が収容される。固体燃料７としては、例えば、末端水酸基ポリブタジエン（ＨＴＰＢ：Ｈｙｄｒｏｘｙｌ－Ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ Ｐｏｌｙ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ）、または、ＨＴＰＢにカーボンブラック（つまり、炭素の微粒子）を混和させたもの等が挙げられる。固体燃料７には、エンジンケーシング４の軸方向に延在する貫通孔８が形成されている。エンジンケーシング４内に酸化剤６が噴射されることによって、固体燃料７が燃焼する。具体的には、酸化剤６が固体燃料７の貫通孔８を流れることによって、貫通孔８の側壁で燃焼が行われ、燃焼ガスが発生する。

【0019】

エンジンケーシング４の他端部（図１中の右端部）には、ノズル５が接続されている。エンジンケーシング４内で生じた燃焼ガスは、ノズル５から噴出される。それにより、ロケット１の推進力が得られる。

【0020】

以下、図２および図３を参照して、エンジンケーシング４およびその周囲の構成について、詳細に説明する。なお、以下では、エンジンケーシング４の軸方向、エンジンケーシング４の周方向、および、エンジンケーシング４の径方向を、単に軸方向、周方向および径方向とも呼ぶ。

【0021】

図２は、本実施形態に係るエンジンケーシング４を示す断面図である。エンジンケーシング４の形状は、円筒状である。エンジンケーシング４は、シームレスに形成される。つまり、エンジンケーシング４には、溶接またはボルト締結等による継ぎ目が存在しない。エンジンケーシング４は、後述するように、例えば、スピニング加工および切削加工によって形成される。

【0022】

図２に示すように、エンジンケーシング４の端部４１（図２中の左端部）には、インジェクタプレート３が接続されている。インジェクタプレート３は、円板形状を有する。端部４１の開口４１１は、インジェクタプレート３によって覆われる。インジェクタプレート３の中央側には、噴射口３１が形成されている。噴射口３１の上流側には図示しないバルブが設けられる。このバルブが開かれることにより、噴射口３１からエンジンケーシング４内に酸化剤６が噴射される。酸化剤６が固体燃料７の貫通孔８を流れることによって、固体燃料７が燃焼し、燃焼ガスが発生する。

【0023】

エンジンケーシング４の端部４２（図２中の右端部）には、ノズル５が接続されている。エンジンケーシング４の端部４２は、端側に進むにつれて縮径している。ノズル５は、エンジンケーシング４から離れるにつれて拡径する円筒形状を有する。エンジンケーシング４内の空間は、端部４２の開口４１２を介して、ノズル５内の空間と連通している。エンジンケーシング４内の空間のうち端部４２よりも端部４１側の部分に、固体燃料７が収容されている。端部４１の径方向内側には、絞り部材９が収容されている。絞り部材９は、エンジンケーシング４と同軸上に配置される。絞り部材９は、略円筒形状を有する。絞り部材９の内径は、開口４１２に進むにつれて縮径した後に拡径している。固体燃料７の貫通孔８から排出された燃焼ガスは、絞り部材９によって加速されて、ノズル５に送られる。

【0024】

ここで、ロケット１では、エンジンケーシング４と他の部材とを接続するための構造として締結構造１０が設けられる。締結構造１０は、締結構造１０Ａと、締結構造１０Ｂとを含む。締結構造１０Ａは、エンジンケーシング４とインジェクタプレート３とを接続するための構造である。締結構造１０Ｂは、エンジンケーシング４とノズル５とを接続するための構造である。ただし、締結構造１０は、インジェクタプレート３およびノズル５以外の部材（例えば、エンジンケーシング４とインジェクタプレート３またはノズル５とが他の部材を介して接続される場合における当該他の部材）とエンジンケーシング４とを接続するための構造であってもよい。また、軸方向に並ぶ複数のシームレスの円筒部材によってエンジンケーシング４が組み立てられる場合、締結構造１０は、隣り合う円筒部材同士を接続するための構造であってもよい。この場合、隣り合う円筒部材のうちの一方が本開示に係る円筒部材の一例に相当し、隣り合う円筒部材のうちの他方が本開示に係る第１部材の一例に相当し得る。

【0025】

エンジンケーシング４の外周部には、径方向外側に延びるフランジ部４３が形成されている。フランジ部４３は、フランジ部４３Ａと、フランジ部４３Ｂとを含む。フランジ部４３Ａは、エンジンケーシング４の端部４１の先端に形成されている。フランジ部４３Ｂは、エンジンケーシング４の端部４２の先端に形成されている。

【0026】

締結構造１０は、エンジンケーシング４と、第１部材（具体的には、インジェクタプレート３またはノズル５）と、第２部材（具体的には、環状部材１１）と、締結機構１２とを備える。第１部材は、フランジ部４３におけるエンジンケーシング４の軸方向の一側の第１端面と当接する。第２部材は、フランジ部４３におけるエンジンケーシング４の軸方向の他側の第２端面と当接する。つまり、フランジ部４３は、第１部材および第２部材によって軸方向に挟持される。締結機構１２は、第１部材と第２部材とを締結する。締結機構１２は、ボルト１２１と、ナット１２２とを含む。

【0027】

締結構造１０Ａは、エンジンケーシング４と、インジェクタプレート３と、環状部材１１Ａと、締結機構１２Ａとを備える。インジェクタプレート３が、本開示の第１部材の一例に相当する。環状部材１１Ａが、本開示の第２部材の一例に相当する。締結機構１２Ａは、ボルト１２１Ａと、ナット１２２Ａとを含む。締結構造１０Ａでは、フランジ部４３Ａが、インジェクタプレート３および環状部材１１Ａによって軸方向に挟持される。

【0028】

締結構造１０Ｂは、エンジンケーシング４と、ノズル５と、環状部材１１Ｂと、締結機構１２Ｂとを備える。ノズル５が、本開示の第１部材の一例に相当する。環状部材１１Ｂが、本開示の第２部材の一例に相当する。締結機構１２Ｂは、ボルト１２１Ｂと、ナット１２２Ｂとを含む。締結構造１０Ｂでは、フランジ部４３Ｂが、ノズル５（具体的には、ノズル５のうちのエンジンケーシング４側の端部に設けられるフランジ部５１）および環状部材１１Ｂによって軸方向に挟持される。

【0029】

ここで、図３を参照して、締結構造１０のうちの締結構造１０Ａの構成について、詳細に説明する。なお、締結構造１０Ｂの構造は、締結構造１０Ａと同様であるので、説明を省略する。

【0030】

図３は、本実施形態に係るエンジンケーシング４とインジェクタプレート３との接続部分を示す拡大断面図である。

【0031】

フランジ部４３Ａは、第１端面４３１と、第２端面４３２とを有する。第１端面４３１は、フランジ部４３Ａにおける軸方向のインジェクタプレート３側の端面である。第２端面４３２は、フランジ部４３Ａにおける軸方向のインジェクタプレート３側と逆側の端面である。第１端面４３１は、第２端面４３２よりもエンジンケーシング４の端部４１の開口４１１に近い。

【0032】

インジェクタプレート３は、上述したように、円板形状を有する。インジェクタプレート３は、エンジンケーシング４と同軸上に配置される。インジェクタプレート３の外径は、エンジンケーシング４のフランジ部４３Ａの外径よりも大きい。

【0033】

インジェクタプレート３のうちエンジンケーシング４側の面には、第１環状溝３２が形成されている。第１環状溝３２は、エンジンケーシング４と同軸上に配置される。第１環状溝３２の底面３２ａには、第２環状溝３３が形成されている。第２環状溝３３は、第１環状溝３２と同軸上に（つまり、エンジンケーシング４と同軸上に）配置される。第２環状溝３３の径方向の幅は、第１環状溝３２の径方向の幅よりも小さい。第１環状溝３２の径方向の幅は、フランジ部４３Ａの径方向の幅よりも大きい。

【0034】

インジェクタプレート３の第１環状溝３２の底面３２ａに、フランジ部４３Ａの第１端面４３１が当接する。このように、インジェクタプレート３は、フランジ部４３Ａの第１端面４３１と当接する。

【0035】

インジェクタプレート３の第２環状溝３３には、環状のシール部材１３が設けられる。シール部材１３は、第２環状溝３３の底面３３ａと、フランジ部４３Ａの第１端面４３１との間に設けられる。シール部材１３は、第２環状溝３３の底面３３ａと、フランジ部４３Ａの第１端面４３１とによって軸方向に挟持される。それにより、エンジンケーシング４とインジェクタプレート３との間が気密にシールされる。ゆえに、エンジンケーシング４とインジェクタプレート３との接続部分から外部にガスが漏れ流れることが抑制される。

【0036】

環状部材１１Ａは、エンジンケーシング４に対して径方向外側に設けられる。環状部材１１Ａは、エンジンケーシング４と同軸上に配置される。環状部材１１Ａの外径は、インジェクタプレート３の外径と略一致する。ただし、環状部材１１Ａの外径は、インジェクタプレート３の外径より大きくてもよく、小さくてもよい。環状部材１１Ａは、インジェクタプレート３に対してエンジンケーシング４側に配置される。

【0037】

環状部材１１Ａの内周縁部のうちインジェクタプレート３側には、環状溝１１１が形成されている。環状溝１１１の底面１１１ａに、フランジ部４３Ａの第２端面４３２が当接する。このように、環状部材１１Ａは、フランジ部４３Ａの第２端面４３２と当接する。

【0038】

ここで、エンジンケーシング４よりも径方向外側において、インジェクタプレート３と環状部材１１Ａとは軸方向に対向している。インジェクタプレート３のうち、エンジンケーシング４よりも径方向外側の部分には、貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４は、インジェクタプレート３を軸方向に貫通する。例えば、複数の貫通孔３４が、周方向に間隔を空けて設けられている。環状部材１１Ａには、貫通孔１１２が形成されている。貫通孔１１２は、環状部材１１Ａを軸方向に貫通する。例えば、複数の貫通孔１１２が、周方向に間隔を空けて設けられている。各貫通孔３４と各貫通孔１１２とが、同軸上に配置されている。このように、インジェクタプレート３および環状部材１１Ａの各々には、同軸上に配置された貫通孔（つまり、貫通孔３４および貫通孔１１２）がそれぞれ設けられている。

【0039】

締結機構１２Ａは、上述したように、ボルト１２１Ａと、ナット１２２Ａとを含む。ボルト１２１Ａは、貫通孔３４および貫通孔１１２に挿通される。ボルト１２１Ａの先端部にナット１２２Ａが螺合される。それにより、インジェクタプレート３と環状部材１１Ａとが、締結機構１２Ａによって軸方向に締結される。ゆえに、フランジ部４３Ａが、インジェクタプレート３および環状部材１１Ａによって軸方向に挟持される。

【0040】

以上説明したように、本実施形態に係る締結構造１０Ａは、シームレスの円筒部材であるエンジンケーシング４を備える。さらに、締結構造１０Ａでは、エンジンケーシング４のフランジ部４３Ａの第１端面４３１と当接するインジェクタプレート３と、エンジンケーシング４のフランジ部４３Ａの第２端面４３２と当接する環状部材１１Ａとが、締結機構１２Ａによって締結される。それにより、エンジンケーシング４とインジェクタプレート３とが簡素な構造によって接続される。ここで、エンジンケーシング４に溶接またはボルト締結等による繋ぎ目が存在する場合には、溶接の弱点や欠陥を考慮して設計を行う必要が生じること、または、エンジンケーシング４の溶接個所を点検する必要が生じること等に起因して、エンジンケーシング４を含む構造の製造プロセスが冗長になってしまう傾向があった。一方、本実施形態に係る締結構造１０Ａによれば、エンジンケーシング４がシームレスであり、かつ、エンジンケーシング４とインジェクタプレート３とが簡素な構造によって接続されるので、溶接の弱点や欠陥を考慮した設計、および、溶接個所の点検プロセスを排除することができ、製造プロセスが短縮される。それにより、エンジンケーシング４を含む構造の調達期間、製造コストおよび点検コストを低減することもできる。さらに、エンジンケーシング４に溶接またはボルト締結等による繋ぎ目が存在する場合と比べて、エンジンケーシング４を含む構造を軽量化することができる。さらに、安全性を高めることができる。

【0041】

上記の例では、エンジンケーシング４のフランジ部４３Ａの第１端面４３１と第１部材であるインジェクタプレート３との間に、シール部材１３が設けられている。ただし、シール部材１３の配置は、上記の例に限定されない。

【0042】

例えば、エンジンケーシング４のフランジ部４３Ａの外周面と第１部材であるインジェクタプレート３との間に、シール部材１３が設けられてもよい。エンジンケーシング４のフランジ部４３Ａの外周面と第２部材である環状部材１１Ａとの間に、シール部材１３が設けられてもよい。エンジンケーシング４のフランジ部４３Ａの第２端面４３２と第２部材である環状部材１１Ａとの間に、シール部材１３が設けられてもよい。エンジンケーシング４の内周面（具体的には、エンジンケーシング４のうちフランジ部４３Ａが設けられる部分の内周面）と第１部材であるインジェクタプレート３との間に、シール部材１３が設けられてもよい。

【0043】

上記のように、フランジ部４３Ａと第１部材であるインジェクタプレート３との間、フランジ部４３Ａと第２部材である環状部材１１Ａとの間、または、エンジンケーシング４の内周面と第１部材であるインジェクタプレート３との間に、シール部材１３が設けられ得る。なお、フランジ部４３Ｂと第１部材であるノズル５との間、フランジ部４３Ｂと第２部材である環状部材１１Ｂとの間、または、エンジンケーシング４の内周面（具体的には、エンジンケーシング４のうちフランジ部４３Ｂが設けられる部分の内周面）と第１部材であるノズル５との間に、シール部材１３が設けられてもよい。ただし、シール部材１３は必須の構成ではなく、シール部材１３が設けられていなくてもよい。

【0044】

ここで、図４および図５を参照して、エンジンケーシング４の製造方法について説明する。なお、以下では、エンジンケーシング４のフランジ部４３のうちフランジ部４３Ａの加工方法のみについて言及する。フランジ部４３Ｂの加工方法は、フランジ部４３Ａの加工方法と同様であるので、説明を省略する。

【0045】

上述したように、エンジンケーシング４の製造方法では、エンジンケーシング４は、例えば、スピニング加工および切削加工によって形成される。エンジンケーシング４が形成された後に、第１部材（具体的には、インジェクタプレート３）および第２部材（具体的には、環状部材１１Ａ）が、締結機構１２Ａによってエンジンケーシング４に取り付けられる。

【0046】

図４は、本実施形態に係るエンジンケーシング４の素管２０のスピニング加工後の状態を示す模式図である。エンジンケーシング４の素管２０は、円筒状である。素管２０は、例えば、フローフォーミングによって形成される。このような素管２０に対してスピニング加工が行われる。素管２０のスピニング加工では、素管２０を回転させた状態で、素管２０に対して径方向外側から工具を押し付けることによって、素管２０を変形させる。その他の加工方法として、固定された素管２０に回転する工具を押し付ける方法が用いられてもよい。つまり、素管２０と工具が相対的に回転していればよい。具体的には、図４に示すように、素管２０のスピニング加工では、素管２０の端部２１の外径を素管２０の端部２１以外の部分の外径に対して拡径させる。端部２１の外径を拡径させる際、端部２１と素管２０の厚さ比によって、素管２０の肉厚が顕著に薄くなり得る。図４の例では、端部２１の外周面に、軸方向延在部２１ａと、傾斜部２１ｂとが端側からこの順に並ぶように形成される。なお、軸方向延在部２１ａと傾斜部２１ｂのどちらが先に形成されてもよい。軸方向延在部２１ａは、素管２０の軸方向に延在する。傾斜部２１ｂは、素管２０の端側に進むにつれて拡径する。なお、図４の例のように、スピニング加工によって、素管２０の端部２１以外の部分に段差部２２（つまり、外径が変化する部分）が形成されてもよい。

【0047】

図５は、本実施形態に係るエンジンケーシング４の素管２０の切削加工後の状態を示す模式図である。切削加工は、スピニング加工の後に行われる。図５に示すように、素管２０の切削加工では、素管２０の端部２１の軸方向延在部２１ａ、傾斜部２１ｂおよび端面２１ｃが切削されることによって、フランジ部４３Ａが形成される。具体的には、素管２０の端部２１の傾斜部２１ｂが切削されることによって、フランジ部４３Ａの第２端面４３２が形成される。素管２０の端部２１の端面２１ｃが切削されることによって、フランジ部４３Ａの第１端面４３１が形成される。それにより、フランジ部４３Ａが設けられた円筒状のシームレスのエンジンケーシング４が形成される。

【0048】

エンジンケーシング４が形成された後に、フランジ部４３Ａの第１端面４３１にインジェクタプレート３を当接させる工程が行われる。また、フランジ部４３Ａの第２端面４３２に環状部材１１Ａを当接させる工程が行われる。また、インジェクタプレート３と環状部材１１Ａとを締結機構１２Ａにより締結する工程が行われる。それにより、エンジンケーシング４にインジェクタプレート３が接続される。

【0049】

以上説明したように、エンジンケーシング４の製造方法は、円筒状の素管２０の端部２１の外径を素管２０の端部２１以外の部分の外径に対して拡径させる工程を含む。さらに、エンジンケーシング４の製造方法は、素管２０の端部２１の外径を拡径させた後に、素管２０の端部２１を切削することによって、外周部に径方向外側に延びるフランジ部４３Ａが設けられた円筒状のシームレスの円筒部材であるエンジンケーシング４を形成する工程を含む。それにより、シームレスのエンジンケーシング４を形成することが適切に実現される。ゆえに、エンジンケーシング４を含む構造の製造プロセスが短縮される。それにより、エンジンケーシング４を含む構造の調達期間、製造コストおよび点検コストを低減することができる。さらに、エンジンケーシング４を含む構造を軽量化し、安全性を高めることができる。

【0050】

なお、実際には、上記で説明したエンジンケーシング４の製造方法に対して、熱処理等の種々の工程が追加され得る。また、上記で説明したエンジンケーシング４の製造方法では、素管２０がフローフォーミングによって用意される。ただし、素管２０はスピニング加工によって用意されてもよい。また、上記で説明したエンジンケーシング４の製造方法では、素管２０の端部２１の外径がスピニング加工によって素管２０の端部２１以外の部分の外径に対して拡径される。ただし、素管２０の端部２１の外径がフローフォーミングによって素管２０の端部２１以外の部分の外径に対して拡径されてもよい。

【0051】

上記では、第１部材（具体的には、インジェクタプレート３またはノズル５）と、第２部材（具体的には、環状部材１１）とが、ボルト１２１およびナット１２２とを含む締結機構１２によって締結される例を説明した。ただし、第１部材と第２部材とは互いに螺合されることによって締結されてもよい。以下、このような例について、図６を参照して説明する。

【0052】

図６は、エンジンケーシング４とインジェクタプレート３－１との接続部分の図３の例と異なる例を示す拡大断面図である。図６の例では、エンジンケーシング４とインジェクタプレート３－１とを接続するための構造として、締結構造１０Ａ－１が用いられる。なお、エンジンケーシング４とノズル５とを接続するための構造として、締結構造１０Ａ－１と同様の構造が用いられてもよい。

【0053】

締結構造１０Ａ－１は、エンジンケーシング４と、第１部材としてのインジェクタプレート３－１と、第２部材としての環状部材１１Ａ－１と、締結機構１２Ａ－１とを備える。図６に示すように、インジェクタプレート３－１の径方向外側の端部には、環状部材１１Ａ－１側に突出する突出部３５が設けられる。突出部３５の内周面は、環状部材１１Ａ－１の外周面と対向する。突出部３５の内周面には、雌ねじ部３６が形成されている。環状部材１１Ａ－１の外周面には、雄ねじ部１１３が形成されている。締結機構１２Ａ－１は、インジェクタプレート３－１の雌ねじ部３６と、環状部材１１Ａ－１の雄ねじ部１１３とを含む。締結構造１０Ａ－１では、インジェクタプレート３－１の雌ねじ部３６と、環状部材１１Ａ－１の雄ねじ部１１３とが互いに螺合されることによって、インジェクタプレート３－１と環状部材１１Ａ－１が締結される。

【0054】

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0055】

上記では、本開示の円筒部材が、ハイブリッドロケットであるロケット１のエンジンケーシング４であり、本開示の締結構造が、エンジンケーシング４と他の部材（インジェクタプレート３またはノズル５）との接続部分の構造（つまり、締結構造１０Ａ、１０Ｂ）である例を説明した。ただし、本開示の締結構造は、ハイブリッドロケット以外のロケットに利用されてもよい。例えば、本開示の円筒部材が、固体の酸化剤が混錬されている固体の燃料を備える固体ロケットのエンジンケーシングであり、本開示の締結構造が、当該エンジンケーシングと他の部材との接続部分の構造であってもよい。また、本開示の締結構造は、ロケット以外の装置（例えば、車両等）に利用されてもよい。

【0056】

ただし、本開示の締結構造が用いられるロケットのサイズが小さいほど、本開示が有効に活用される。ロケットのサイズによらずに構成機器の最小サイズはあまり変わらない。ゆえに、大型のロケットでは、小型または中型のロケットと比べて、ロケット全体におけるエンジンケーシングの重量の割合が小さくなる。一方、小型または中型のロケットでは、大型のロケットと比べて、ロケット全体におけるエンジンケーシングの重量の割合が大きくなる。よって、小型または中型のロケットでは、エンジンケーシングの軽量化がより望まれている。

【0057】

上記では、第１部材（具体的には、インジェクタプレート３またはノズル５）が、フランジ部４３の近傍（つまり、エンジンケーシング４との接続部分）において、一体的に形成される例を説明した。ただし、第１部材は、フランジ部４３の近傍において、複数の部材によって形成されてもよい。例えば、第１部材のうちフランジ部４３の第１端面４３１に対向する部分と、第１部材のうち第２部材（具体的には、環状部材１１）に対向する部分とが、別々の部材によってそれぞれ形成されてもよい。また、第２部材も、第１部材と同様に、複数の部材によって形成されてもよい。

【符号の説明】

【0058】

１ ロケット
３ インジェクタプレート（第１部材）
３－１ インジェクタプレート（第１部材）
４ エンジンケーシング（円筒部材）
５ ノズル（第１部材）
７ 固体燃料
１０ 締結構造
１０Ａ 締結構造
１０Ａ－１ 締結構造
１０Ｂ 締結構造
１１ 環状部材（第２部材）
１１Ａ 環状部材（第２部材）
１１Ａ－１ 環状部材（第２部材）
１１Ｂ 環状部材（第２部材）
１２ 締結機構
１２Ａ 締結機構
１２Ａ－１ 締結機構
１２Ｂ 締結機構
１３ シール部材
２０ 素管
２１ 端部
３４ 貫通孔
３５ 突出部
３６ 雌ねじ部
４３ フランジ部
４３Ａ フランジ部
４３Ｂ フランジ部
１１２ 貫通孔
１１３ 雄ねじ部
１２１ ボルト
１２１Ａ ボルト
１２１Ｂ ボルト
１２２ ナット
１２２Ａ ナット
１２２Ｂ ナット
４１１ 開口
４１２ 開口
４３１ 第１端面
４３２ 第２端面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】