JP2004016741A - 金属製真空二重容器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な電磁誘導加熱が可能な金属製真空二重容器を提供する。
【解決手段】有底形状を有する金属製の内容器２と、内容器２との間に断熱空間１２を形成し、有底形状を有する金属製の外容器３と、内容器底板２ｂ下側に配置されたキュリー点を有する整磁合金からなる加熱金属板６と、内容器底板２ｂと加熱金属板６との間に設けられた銅またはアルミ箔７（銅またはアルミ箔層）と、加熱金属板６と外容器底板３ｂとの間に設けられたスペーサ８と、外容器３に設けられた垂直方向に変形可能な変形部３ｃとを備え、内容器底板２ｂと加熱金属板６とは、断熱空間１２を真空排気することにより銅またはアルミ箔７を介して互いに接合されている。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポットなどのような断熱容器として用いられる金属製真空二重容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属製真空二重容器は、ステンレススチール（ＳＵＳ）等の金属製の内容器と外容器からなり、これらの内容器と外容器との間には真空引きされた断熱空間が形成されている。これにより内容物を保温することができる。しかし、長時間経過すると内容物の温度が下がる。そこで、内容物を加熱しようとすると、断熱空間が形成されているので外部から直接的に内容物を加熱することができない。
【０００３】
そこで、特開平８−２８０５５４号公報において、強磁性金属材料（整磁合金）からなる内容器と非磁性金属材料からなる外容器を備え、内容器を電磁誘導加熱することにより内容物を加熱することができる金属製真空二重容器が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記金属製真空二重容器は、製造工程において真空排気する際の大気圧により内容器に歪みが生じる。この場合、内容器と誘導加熱コイルとの間の距離が一定でなくなり、電磁誘導加熱の効率が悪いという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、効率的な電磁誘導加熱が可能な金属製真空二重容器を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として第１の発明は、
有底形状を有する金属製の内容器と、
前記内容器との間に断熱空間を形成し、有底形状を有する金属製の外容器と、
前記内容器底板下側に配置されたキュリー点を有する整磁合金からなる加熱金属板と、
前記内容器底板と前記加熱金属板との間に設けられた銅またはアルミ箔層と、
前記加熱金属板と前記外容器底板との間に設けられたスペーサと、
前記内容器または前記外容器に設けられた垂直方向に変形可能な変形部とを備え、
前記内容器底板と前記加熱金属板とは、前記断熱空間を真空排気することにより前記銅またはアルミ箔層を介して互いに接合されている金属製真空二重容器を提供するものである。
【０００７】
前記発明では、内容器と外容器との間に形成された断熱空間が真空排気されると、内容器または外容器に設けられた変形部が垂直方向に変形する。このとき、内容器底板は、平坦な形状を保った状態で外容器底板に向かって移動し、内容器底板と外容器底板との間の断熱空間が圧縮される。その結果、スペーサが、加熱金属板を内容器底板に対して均一に加圧する。このとき、加熱金属板上面と銅またはアルミ箔層が接合するとともに銅またはアルミ箔層と内容器底板が接合し、加熱金属板は、銅またはアルミ箔層を介して内容器底板と一体に接合される。この加熱金属板を電磁誘導加熱すると、その加えられた熱は、銅またはアルミ箔層を介して内容器に伝熱し、この内容器内部に収容された内容物を加熱できる。
【０００８】
前記外容器は、全体が非磁性金属からなることが好ましい。これにより、加熱金属板を有効に電磁誘導加熱できる。もしくは、前記外容器底板を、例えば、アルミナなどのセラミックから構成しても良い。
【０００９】
前記加熱金属板の温度を検出するための温度検出手段と、該温度検出手段からの出力信号に基づいて前記加熱金属板の現在の温度を表示する表示手段と、前記表示手段に電力を供給するための電源部を設けることが好ましい。このとき、ユーザは、加熱金属板の温度を表示手段に表示された温度を見て判断でき、内容器内の内容物を適切に加熱できる。
【００１０】
また、前記加熱金属板の温度を検出するための温度検出手段と、該温度検出手段からの出力信号に基づいて前記加熱金属板の現在の温度データを送信するデータ送信手段と、前記データ送信手段に電力を供給するための電源部を設けることが好ましい。このとき、加熱金属板を電磁誘導加熱する加熱装置が、データ送信部から送信された温度データを受信し、その温度データに基づいて電磁誘導加熱を制御できる。
【００１１】
前記電源部は、電磁誘導により起電力が生じるコイルであることが好ましい。このとき、電源部は、生じた電力を表示手段および／またはデータ送信手段に供給する。また、電源部としてコイルを設ける代わりに一次、または充電可能な二次電池を用いても良い。
【００１２】
また、前記内容器底板内側に凸部または凹部を設けることが好ましい。これにより、前記内容器内に収容された内容物が沸騰すると前記金属製真空二重容器が振動する。このとき、例えば、加熱金属板を電磁誘導過熱する加熱装置に前記振動を検知する振動検知手段を設けることにより、液体などの内容物の沸騰を検知することができる。
【００１３】
第２の本発明は、
一方が垂直方向に変形可能な変形部を有する金属製の外容器と内容器とを設け、
前記外容器の本体内に前記内容器を配置し、
前記外容器と前記内容器の上端開口部を互いに接合し、
前記内容器底板下側に銅またはアルミ箔層を配置し、
前記銅またはアルミ箔層の下側にキュリー点を有する整磁合金からなる加熱金属板を配置し、
前記加熱金属板の下側にスペーサを配置し、
前記外容器に前記外容器底板を接合することにより、前記内容器と前記外容器との間に断熱空間を形成し、
前記断熱空間を真空排気することにより、前記内容器底板と前記加熱金属板とを前記銅またはアルミ箔層を介して接合する金属製真空二重容器の製造方法を提供するものである。
【００１４】
前記発明では、内容器と外容器との間に形成された断熱空間が真空排気されると、内容器または外容器に設けられた変形部が垂直方向に変形する。このとき、内容器底板は、平坦な形状を保った状態で外容器底板に向かって移動し、内容器底板と外容器底板との間の断熱空間が圧縮される。その結果、スペーサが、加熱金属板を内容器底板に対して均一に加圧する。このとき、加熱金属板上面と銅またはアルミ箔層が接合するとともに銅またはアルミ箔層と内容器底板が接合し、加熱金属板は、銅またはアルミ箔層を介して内容器底板と一体に接合される。この加熱金属板を電磁誘導加熱すると、その加えられた熱は、銅またはアルミ箔層を介して内容器に伝熱し、この内容器内部に収容された内容物を加熱できる。
【００１５】
前記断熱空間を真空排気するとき、前記加熱金属板を電磁誘導加熱することにより、確実に内容器底板と加熱金属板とを接合できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１７】
図１（ａ）は、本発明に係る金属製真空二重容器１を示す。この金属製真空二重容器１は、非磁性を有するステンレススチール（ＳＵＳ３０４）などからなる内容器２および外容器３を備える。この内容器２および外容器３は、上端および下端が開口した筒状の本体２ａ，３ａを有する。これら内容器２の本体２ａと外容器３の本体３ａとは、それぞれの上端の開口部が溶接などにより接合されている。また、内容器２および外容器３の底の開口部には、図１（ｂ）に示すように、それぞれ底板２ｂ，３ｂが溶接などにより接合されている。これにより、内容器２と外容器３との間には、断熱空間１２が形成されている。外容器３の開口部の周囲には、蛇腹状の変形部３ｃが設けられている。この変形部３ｃは、後述する真空排気時に垂直方向に変形し、縮むようになっている。本実施形態において、外容器３の全体を非磁性金属であるステンレススチールから構成したが、外容器３の底板３ｂを例えばアルミナなどのセラミックから構成しても良い。
【００１８】
また、これら内容器２の本体２ａと外容器３の本体３ａとの間には、熱輻射を防止するための銅またはアルミなどからなる金属箔４が配設されている。また、これら内容器２と外容器３との間には、前記断熱空間１２内で発生したガスを吸着するためのゲッター５が配設されている。
【００１９】
また、図１（ｂ）に示すように、内容器底板２ｂと外容器底板３ｂとの間には、加熱金属板６、銅またはアルミ箔７（銅またはアルミ箔層）、スペーサ８および温度センサ９が配設されている。
【００２０】
前記加熱金属板６は、円形板状をなし、例えば、３５０℃の比較的低温の温度にキュリー点を有する整磁合金（強磁性材料）からなる。この加熱金属板６は、内容器底板２ｂ下側に配置されている。また、加熱金属板６は、後述する加熱装置２０の誘導加熱コイル２１への高周波電流の通電時に生じる渦電流によって電磁誘導加熱されるものである。また、加熱金属板６のキュリー点は、３５０℃以下の値であれば良い。このキュリー点は、加熱金属板６の組成を変えることにより変更できる。
【００２１】
前記銅またはアルミ箔７は、前記内容器底板２ｂと前記加熱金属板６との間に設けられており、内容器底板２ｂと加熱金属板６とを一体に接合している。前記スペーサ８は、グラスウールまたはセラミックウールなどからなり、前記加熱金属板６と前記外容器底板３ｂとの間に設けられている。また、前記温度センサ９は、前記加熱金属板６の下面と一体に設けられており、加熱金属板６の温度を検出するものである。この温度センサ９は、絶縁被膜された配線を介して、外容器３外面に設けられた温度表示部１０（表示手段）に接続されている。この温度表示部１０は、温度センサ９から出力された信号に基づいて加熱金属板６の現在の温度を表示するものであり、本実施形態においては、液晶表示するようになっている。
【００２２】
前記金属製真空二重容器１を製造するには、内容器底板２ｂを内容器２の本体２ａに溶接して接合した後、この内容器２を外容器３の本体３ａ内に挿入して互いの上端開口部を溶接などにより接合する。次に、銅またはアルミ箔７、加熱金属板６を内容器底板２ｂ下方に順次、配置する。温度センサ９を加熱金属板６下面に接触させて配置した後、スペーサ８を加熱金属板６下方から配置する。そして、外容器底板３ｂを外容器３の本体３ａに溶接して接合する。その後、例えば、外容器３側壁下部に設けられたチップ管１１を介して断熱空間１２を真空排気する。
【００２３】
真空排気により減圧された断熱空間１２と大気圧との圧力差により、外容器３の変形部３ｃが垂直方向に縮む（変形する）ので、図２中、矢印で示すように、内容器底板２ｂが外容器底板３ｂに向けて移動する。その結果、内容器底板２ｂと外容器底板３ｂは平坦な形状を維持したままで、内容器底板２ｂと外容器底板３ｂとの間の断熱空間１２が圧縮され、図２の状態となる。このとき、スペーサ８が圧縮され、加熱金属板６を内容器底板２ｂに対して加圧する。その結果、内容器底板２ｂと加熱金属板６とが銅またはアルミ箔７を介して平坦な形状を保った状態で接合される。詳細には、内容器底板２ｂの下面と銅またはアルミ箔７の上面が接合され、銅またはアルミ箔７の下面と加熱金属板６の上面が接合される。また、スペーサ８が設けられているので、内容器底板２ｂおよび加熱金属板６は、外容器３と接触しない。加熱金属板６の下面は、スペーサ８の上面に押圧されているが接合はされていない。
【００２４】
なお、本実施形態においては、内容器底板２ｂと加熱金属板６との間に銅またはアルミ箔７を設けたが、銅またはアルミ箔７の代わりに銅またはアルミメッキを内容器底板２ｂの下面に施してもよい。このとき、前述したように加熱金属板６が内容器底板２ｂに対して加圧されると、内容器底板２ｂと加熱金属板６とが銅またはアルミメッキを介して平坦な形状を保った状態で接合される。また、銅またはアルミメッキを加熱金属板６の上面に施してもよい。
【００２５】
また、外容器３の開口部の周囲に蛇腹状の変形部３ｃを設ける代わりに、内容器２の開口部の周囲に蛇腹状の変形部２ｃを設けてもよい。この場合、前述したように、外容器３側壁下部に設けられたチップ管１１を介して断熱空間１２を真空排気すると、図３に示すように、内容器２の変形部２ｃが垂直方向に伸びる（変形する）。これにより、前述した場合と同様に内容器底板２ｂが図３中、矢印で示すように、外容器底板３ｂに向けて移動する。その結果、内容器底板２ｂと外容器底板３ｂは平坦な形状を維持したままで、内容器底板２ｂと外容器底板３ｂとの間の断熱空間１２が圧縮される。内容器底板２ｂと加熱金属板６とが、平坦な形状を保った状態で接合される。
【００２６】
また、加熱金属板６を内容器底板２ｂに対して加圧し、内容器底板２ｂと加熱金属板６とを接合するとき、後述する加熱装置２０により電磁誘導加熱するようにしてもよい。これにより、より確実に内容器底板２ｂと加熱金属板６とを接合できる。
【００２７】
内容器２と外容器３との間は、真空の断熱空間１２により断熱されているので大気側への放熱または熱損失がなく、金属製真空二重容器１内に収容された液体などの内容物の保温が可能である。
【００２８】
次に、前記金属製真空二重容器１内に収容した内容物を加熱する場合について説明する。
【００２９】
内容物を加熱する場合、図４（ａ）に示す加熱装置２０を使用する。この加熱装置２０は、本体内部に誘導加熱コイル２１が配設されたものである。この誘導加熱コイル２１は、上面２０ｂ上に金属製真空二重容器１がセットされたとき、金属製真空二重容器１の底（外容器底板３ｂ）に対応する位置に設けられている。
【００３０】
金属製真空二重容器１を加熱装置２０の上面２０ｂの所定位置にセットする。そして、加熱装置２０の誘導加熱コイル２１に通電が開始されると、金属製真空二重容器１の加熱金属板６は、渦電流が生じることによって電磁誘導加熱される。このとき、加熱金属板６は、平坦な形状を保った状態で、加熱装置２０の誘導加熱コイル２１との間の距離が一定であるので、電磁誘導加熱の効率が良い。そして、金属製真空二重容器１の加熱金属板６がキュリー点に達すると電磁誘導加熱されなくなる。これにより、加熱金属板６は過加熱されない。加熱金属板６に加えられた熱は、銅またはアルミ箔７を介して内容器２に伝熱し、この内容器２内部に収容された内容物が加熱される。
【００３１】
金属製真空二重容器１の温度表示部１０は、温度センサ９から出力される信号に基づいて、加熱金属板６の現在の温度を液晶表示する。これにより、ユーザが、現在の加熱金属板６の温度を判断できるようになっている。この液晶表示のための電力など温度表示部１０が必要とする電力は、図４（ｂ）に示すように、金属製真空二重容器１の加熱金属板６とスペーサ８との間に設けられたＩＨコイル１３（電源部）から供給されるようになっている。このＩＨコイル１３は、加熱装置２０の誘導加熱コイル２１からの誘導電力を絶縁被覆された配線を介して温度表示部１０に供給するものである。また、温度表示部１０が必要とする電力を、温度表示部１０が内蔵する（一点鎖線で示す）バッテリー１４（二次電池）から供給するようにしてもよい。このとき、バッテリー１４をＩＨコイル１３からの誘導電力により充電することが好ましい。
【００３２】
前記実施形態の変形例として、図５に示すように、金属製真空二重容器１の温度表示部１０に、温度センサ９により検出された加熱金属板６の現在の温度データを送信するデータ送信部２２ａを設け、前記加熱装置２０に、データ送信部２２ａから送信されたデータを受信するデータ受信部２２ｂと、前記誘導加熱コイル２１を制御するための制御手段２３を設けてもよい。このとき、制御手段２３は、データ受信部２２ｂからの信号に基づいて加熱金属板６の表面温度が所定温度に達したと判断した場合、誘導加熱コイル２１への通電を停止する。これにより、内容物を所望の温度に加熱することができる。
【００３３】
また、前記実施形態の変形例として、図６（ａ），（ｂ）に示すように、金属製真空二重容器１の内容器底板２ｂ内面側に凸部２４を設け、加熱装置２０の上面２０ｂ近傍に縦方向の振動を検知する縦振動検知センサ２６ａと横方向の振動を検知する横振動検知センサ２６ｂを設けてもよい。凸部２４を設けることにより、内容器２内に収容された内容物が沸騰すると金属製真空二重容器１が振動しやすくなる。制御手段２３は、内容器２内の内容物が沸騰するときの金属製真空二重容器１の振動を縦振動検知センサ２６ａおよび横振動検知センサ２６ｂからの信号に基づいて検知し、液体である内容物が沸騰したと判断した場合、誘導加熱コイル２１への通電を停止する。これにより、吹きこぼれなどを防止し安全性が向上する。また、図６（ｃ）に示すように、金属製真空二重容器１の内容器底板２ｂ内面側に凸部２４を設ける代わりに、凹部２４’を設けてもよい。
【００３４】
また、前記実施形態の変形例として、図７に示すように、金属製真空二重容器１の底面（外容器３の底板３ａの下面）を凹形状に形成し、加熱装置２０の上面２０ｂを前記凹形状に対応する凸形状としてもよい。これにより、金属製真空二重容器１の底面を加熱装置２０の上面２０ｂの凸形状部分に嵌め合わすことにより、金属製真空二重容器１を適切な位置に位置決めすることができる。
【００３５】
また、前記実施形態の変形例として、図８に示すように、金属製真空二重容器１の下部に、パステルカラーなどに着色された樹脂リング２５を設けても良い。これにより、ユーザが金属製真空二重容器１を誤って火にかけることを防止できる。また、金属製真空二重容器１の外面に、「直火禁止」などの文字が印刷されたシールを貼っても良い。
【００３６】
また、前記実施形態の変形例として、加熱金属板６に生じる起電力を測定する電力測定手段（不図示）を設け、電磁誘導加熱時に、加熱金属板６に生じる起電力が所定の電力値となった時点、または加熱金属板６の温度がキュリー点以上となり前記電磁誘導が停止した時点で、電磁誘導加熱が完了したと判断するようにしてもよい。これにより、加熱金属板６は過加熱されない。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、有底形状を有する金属製の内容器と、外容器と、内容器底板下側に配置された加熱金属板と、銅またはアルミ箔層と、加熱金属板と外容器底板との間に設けられたスペーサと、外容器に設けられた垂直方向に変形可能な変形部とを備え、内容器と外容器との間に形成された断熱空間が真空排気されると、内容器底板は、平坦な形状を保った状態で外容器底板に向かって移動し、スペーサが、加熱金属板を内容器底板に対して均一に加圧する。このとき、加熱金属板は、平坦な形状を保った状態で内容器底板と一体に接合されるので、この加熱金属板を電磁誘導加熱する場合、加熱装置の誘導加熱コイルとの間の距離が一定であり、電磁誘導加熱の効率が良いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の金属製真空二重容器の断面図である。（ｂ）は、（ａ）の一部拡大図である。
【図２】図１の金属製真空二重容器を真空引きした状態を示した断面図である。
【図３】図１の金属製真空二重容器の変形例を示した断面図である。
【図４】（ａ）は、図１の金属製真空二重容器を加熱装置上に載置した状態を示した断面図である。（ｂ）は、（ａ）の一部拡大図である。
【図５】図４の金属製真空二重容器および加熱装置の変形例を示した断面図である。
【図６】（ａ）は、図４の金属製真空二重容器および加熱装置の変形例を示した断面図である。（ｂ）は、（ａ）の一部拡大図である。（ｃ）は、（ｂ）の金属製真空二重容器の変形例を示した一部拡大断面図である。
【図７】図４の金属製真空二重容器および加熱装置の変形例を示した断面図である。
【図８】図４の金属製真空二重容器の変形例を示した断面図である。
【符号の説明】
１…金属製真空二重容器、２…内容器、２ｂ…内容器底板、
３…外容器、３ｂ…外容器底板、３ｃ…変形部、
６…加熱金属板、７…銅またはアルミ箔、８…スペーサ、
１２…断熱空間。

Claims (8)

1. 有底形状を有する金属製の内容器と、
   前記内容器との間に断熱空間を形成し、有底形状を有する金属製の外容器と、
   前記内容器底板下側に配置されたキュリー点を有する整磁合金からなる加熱金属板と、
   前記内容器底板と前記加熱金属板との間に設けられた銅またはアルミ箔層と、
   前記加熱金属板と前記外容器底板との間に設けられたスペーサと、
   前記内容器または前記外容器に設けられた垂直方向に変形可能な変形部とを備え、
   前記内容器底板と前記加熱金属板とは、前記断熱空間を真空排気することにより前記銅またはアルミ箔層を介して互いに接合されていることを特徴とする金属製真空二重容器。
2. 前記外容器は、非磁性金属からなることを特徴とする請求項１に記載の金属製真空二重容器。
3. 前記加熱金属板の温度を検出するための温度検出手段と、該温度検出手段からの出力信号に基づいて前記加熱金属板の現在の温度を表示する表示手段と、前記表示手段に電力を供給するための電源部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の金属製真空二重容器。
4. 前記加熱金属板の温度を検出するための温度検出手段と、該温度検出手段からの出力信号に基づいて前記加熱金属板の現在の温度データを送信するデータ送信手段と、前記データ送信手段に電力を供給するための電源部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の金属製真空二重容器。
5. 前記電源部は、電磁誘導により起電力が生じるコイルであることを特徴とする請求項３または４に記載の金属製真空二重容器。
6. 前記内容器底板内側に凸部または凹部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の金属製真空二重容器。
7. 一方が垂直方向に変形可能な変形部を有する金属製の外容器と内容器とを設け、
   前記外容器の本体内に前記内容器を配置し、
   前記外容器と前記内容器の上端開口部を互いに接合し、
   前記内容器底板下側に銅またはアルミ箔層を配置し、
   前記銅またはアルミ箔層の下側にキュリー点を有する整磁合金からなる加熱金属板を配置し、
   前記加熱金属板の下側にスペーサを配置し、
   前記外容器に前記外容器底板を接合することにより、前記内容器と前記外容器との間に断熱空間を形成し、
   前記断熱空間を真空排気することにより、前記内容器底板と前記加熱金属板とを前記銅またはアルミ箔層を介して接合することを特徴とする金属製真空二重容器の製造方法。
8. 前記断熱空間を真空排気するとき、前記加熱金属板を電磁誘導加熱することを特徴とする請求項７に記載の金属製真空二重容器の製造方法。

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