JP2006198324A - 真空二重構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保温性能を向上するとともに、強度の低下を抑制し、生産性をも向上する。
【解決手段】対向する金属製表面材（内側部材１１、外側部材１４）の間に形成した内部空間２４にゲッター２６を配設し、内部空間２４を排気して封止してなる真空二重構造体において、表面材として、全ての表面にアルミメッキＢ１，Ｂ２、Ｃ１，Ｃ２を施したアルミメッキ鋼板を用い、４５０℃以上６００℃以下の温度雰囲気で表面材間の空間２４を排気またはゲッター２６を活性化させる。また、対向する表面材の接合部２１の各アルミメッキを、溶接により飛散させて互いに非融合状態とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、魔法瓶に使用される真空二重瓶、電気ポットに使用される真空二重容器、電気ポットの内容器の外側に設けられる真空二重ジャケット、真空二重パイプ等の真空二重構造体およびその製造方法に関するものである。

従来の金属製の真空二重構造体は、表面材であるステンレス鋼板からなる内側部材と外側部材とを接合し、これらの間を真空に排気してなる。また、これら内側部材と外側部材との間の真空空間には、輻射伝熱を防止するためにアルミニウムまたは銅の箔が配設されるとともに、所望の真空度を維持するためにゲッターが配設されている。

しかし、ステンレス鋼板は、高価であるとともに重いうえ、硬度の面で加工が困難であるという種々の不都合がある。そこで、従来より、保温性能に優れ、軽量で加工の自由度が高く、安価に製造が可能な金属製の真空二重構造体が検討されている。

本発明の真空二重構造体に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。

実公昭５８−１２６８０号公報 特開平９−２８５８６号公報 特開２００１−２５４４１号公報

特許文献１は、魔法瓶において熱伝導による熱損失の殆どが上端の口部から放散されていることに鑑みてなされたもので、内瓶と外瓶との接合部分である口部にはメッキ層を形成せず、他の部分にメッキ層を設けることにより、保温性能を向上させたステンレス製の魔法瓶が記載されている。

特許文献２には、内瓶と外瓶の口部とをステンレス鋼で構成し、外瓶の他の部分をアルミメッキ鋼で構成することにより、耐食性および耐熱性に優れ、コストの低減を可能とした魔法瓶が記載されている。

特許文献３には、内瓶と外瓶とをアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成し、軽量化および加工性を向上できるようにした魔法瓶が記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の真空二重構造体である魔法瓶は、口部を除く予め設定された部分のみ、メッキ層を形成する必要があるため、加工が煩雑であり、生産性が悪いという問題がある。また、特許文献２に記載の魔法瓶は、異種金属を接合する必要があり、その部分に接合不良が生じ易いため、歩留まりが悪いという問題がある。しかも、その生産時の溶接や加熱により錆が生じ易いという問題がある。さらに、特許文献３に記載の魔法瓶は、内瓶および外瓶の形成材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金の熱伝導率が高いため口部からの放熱が多く、保温性能が悪いうえ、強度が弱いという問題がある。

本発明では、保温性能を向上するとともに、強度の低下を抑制し、生産性をも向上可能な真空二重構造体およびその製造方法を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明の第１の真空二重構造体は、対向する金属製表面材の間に形成した内部空間にゲッターを配設し、前記内部空間を排気して封止してなる真空二重構造体において、前記表面材として、全ての表面にアルミメッキを施したアルミメッキ鋼板を用い、４５０℃以上６００℃以下の温度雰囲気で前記表面材間の空間を排気または前記ゲッターを活性化させた構成としている。

また、本発明の第２の真空二重構造体は、対向する金属製表面材の間に形成した内部空間を排気して封止してなる真空二重構造体において、前記表面材として、全ての表面にアルミメッキを施したアルミメッキ鋼板を用い、対向する表面材の接合部の各アルミメッキを、溶接により飛散させて互いに非融合状態とした構成としている。

これらの真空二重構造体では、前記空間内に金属箔を更に配設することが好ましい。
また、前記アルミメッキの組成は、アルミとシリコンであることが好ましい。
さらに、前記アルミメッキ鋼板において、前記内部空間の側に位置するアルミメッキの膜厚を、０．０５μｍ以上とすることが好ましい。
さらにまた、前記アルミメッキ鋼板において、前記内部空間と反対側に位置するアルミメッキの膜厚を、１０μｍ以上とすることが好ましい。

また、第１の真空二重構造体の製造方法は、対向する金属製表面材の間に形成される内部空間にゲッターを配設し、前記内部空間を排気して封止してなる真空二重構造体の製造方法において、前記表面材として、全ての表面にアルミメッキを施したアルミメッキ鋼板を用い、４５０℃以上６００℃以下の温度雰囲気で前記表面材間の空間を排気または前記ゲッターを活性化させるものである。

さらに、第２の真空二重構造体の製造方法は、対向する金属製表面材の間に形成される内部空間を排気して封止してなる真空二重構造体の製造方法において、前記表面材として、全ての表面にアルミメッキを施したアルミメッキ鋼板を用い、対向する表面材を、溶接により各アルミメッキが融合しないように接合するものである。

本発明の真空二重構造体では、表面材としてアルミメッキ鋼板を用いているため、ステンレスと比較して加工が容易であり、生産性を向上することができる。また、アルミメッキ鋼板は電気伝導性が良好であるため、電気伝導性に反比例する低放射率を期待できる。そのため、真空とした内部空間内での輻射熱防止作用を得ることが可能であり、保温性能を高めることができる。また、空間に輻射熱防止用の金属箔を配設している場合には、多層での輻射熱防止作用を得ることができる。

また、第１の発明では、４５０℃以上の温度雰囲気で真空排気またはゲッターを活性化させるため、アルミメッキ鋼板からなる表面材は長時間の使用に耐えることが可能であり、外観上の変化も防止できる。さらに、６００℃以下の温度雰囲気で真空排気またはゲッターを活性化させるため、アルミを主成分とする高温酸化層が鉄スケールの生成を抑制するため、急激な酸化消耗を防止できる。

さらに、第２の発明では、対向する表面材の接合部の各アルミメッキを、互いに融合しない（非融合）ように接合しているため、熱伝導率が高いアルミメッキからの熱伝導による放熱を防止でき、保温性能を向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本発明に係る方法により製造した真空二重構造体である真空二重ジャケット１０を装着した電気ポット１を示す。この電気ポット１は、本体２の内部に内容器３を収容固定し、内容器３の底にヒータ４を取り付けて湯沸かし可能とするとともに、内容器３の底から本体２の注口５まで揚水管６を接続してポンプ７により給湯を可能としたものである。本体２の上端には蓋体８がヒンジ９により開閉可能に取り付けられ、内容器３の上端開口部から上方への放熱を防止している。本体２と内容器３の間には本発明に係る円筒状の真空二重ジャケット１０が設けられ、内容器３の胴部から側方への放熱を防止している。

前記真空二重ジャケット１０は、図２（Ａ）に示すように、アルミメッキ鋼板を巻いて長手方向に接合した円筒状の表面材である内側部材１１と外側部材１４とからなり、首部の無い円筒形状を有している。内側部材１１は、上下の端部１２Ａ，１２Ｂが中央部１３よりも拡径されている。外側部材１４は、内側部材１１と同じ長さを有するとともに、内側部材１１の端部１２Ａ，１２Ｂの外径よりやや大きい内径を有している。この外側部材１４の外面には、内側から外側へ押し広げることで、周方向に延びる補強用の突起１５が長手方向の複数箇所に形成されている。また、外側部材１４の下端寄りの内面には、内側から外側へ押し広げることで、ゲッター配設凹部１６が形成されている。このゲッター配設凹部１６と対向する位置には、図２（Ｂ）に示すように、排気孔１７が形成され、該排気孔１７の周縁の外面には、内側から外側へ押し広げることで、環状の隆起部１８が形成されている。この隆起部１８にチップ管１９が挿入され、溶接により接合されている。チップ管１９は内側部材１１と外側部材１４の間の空間２４を排気して真空にした後、封じ切られて、シリコンゴムからなるチップカバー２０が被着される。

前記内側部材１１と外側部材１４とは、外側部材１４の内側に内側部材１１が挿入され、それぞれの端部がシーム溶接により接合されている。ここで、このシーム溶接とは、円板形状をなす一対の電極を備え、これら電極の間に接合対象部分を配置し、所定電圧を印加することにより、金属材料を連続的に溶接するものである。そして、本実施形態では、図２（Ｃ）に示すように、前記接合部２１のアルミメッキにチリが発生するように、接合対象部分に対する電極の押圧力や、印加する電圧を過剰ぎみとして接合するように構成している。なお、チリとは、入熱過多により溶接中に溶けた金属材料が飛散する現象およびその飛散物を意味する。これにより、本実施形態では、対向する内側部材１１と外側部材１４との接合部２１の近傍には、互いのアルミメッキが融合していない非融合部２２が形成される。なお、図中２３は、アルミメッキを施した金属（鉄）が融合して凝固したナゲット部である。

また、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記内側部材１１と外側部材１４との間に形成される空間２４には、金属箔２５とゲッター２６とが配設されている。金属箔２５は、輻射伝熱を防止するためのもので、前記内側部材１１の中央部１３の外面に配設した銅やアルミニウムからなる。前記ゲッター２６は、空間２４内で発生したガスを吸着することにより所望の真空度を維持するもので、前記外側部材１４のゲッター配設凹部１６に配設されている。

次に、前記構成からなる真空二重ジャケット１０の製造方法を説明する。

まず、図２（Ｃ）に示すように、鉄からなる母材Ａ１，Ａ２の表裏前面に、アルミメッキを施すことにより、メッキ層Ｂ１，Ｂ２、Ｃ１，Ｃ２を形成したアルミメッキ鋼板を製造する。この際、一方のメッキ層Ｂ１，Ｂ２は、その膜厚（表紙深さ）が０．０５μｍ以上で、他方のメッキ層の膜厚が１０μｍ以上となるように形成する。また、アルミメッキの組成は、アルミニウムとシリコンとからなる。なお、アルミニウムに混合させる成分は、飽和蒸気が低く気化により真空度を低下させる亜鉛などは除き、合金化により融点を下げたり、流動性を向上できるものであればシリコンに限られるものではない。

次に、図３に示すように、内側部材１１と外側部材１４を製作する。ここで、内側部材１１は、薄肉のメッキ層Ｂ１が空間２４の側である外側に位置し、厚肉のメッキ層Ｃ１が空間２４と反対の大気の側である内側に位置するように形成する。また、外側部材１４は、薄肉のメッキ層Ｂ２が空間２４の側である内側に位置し、厚肉のメッキ層Ｃ２が空間２４の反対の大気の側である外側に位置するように形成する。

ついで、内側部材１１の外面に金属箔２５を巻き付け、その両端を重ね合わせて折り返す。そして、この金属箔２５の折返し部２５ａと１８０度反対側であって、外側部材１４の排気孔１７と対向する位置の近傍をスポット溶接して金属箔２５を内側部材１１に固定する。また、外側部材１４のゲッター配設凹部１６にゲッター２６を取り付ける。

その後、前記内側部材１１を外側部材１４内に挿入し、内側部材１１のスポット溶接部２７が外側部材１４の排気孔１７の近傍と対向する位置の近傍に位置するように、位置決めする。この状態で、内側部材１１と外側部材１４の端部をシーム溶接により接合する。このシーム溶接作業は、接合部分への押圧力または印加電圧を高くし、接合部分に加わる熱を過多として、メッキ層Ｂ１，Ｂ２を構成するアルミメッキを溶融させて飛散させる。これにより、その接合部２１には、母材Ａ１，Ａ２が融合したナゲット部２３が形成されるとともに、チリによりアルミメッキが融合していない非融合部２２が形成される。ついで、排気孔１７にチップ管１９を接合する。

ついで、このようにして得られた二重構造体を４５０℃以上６００℃以下の温度雰囲気となるように加熱炉などで加熱し、その温度雰囲気下で内側部材１１と外側部材１４の間の空間２４を排気するとともに、ゲッター２６を活性化させる。このとき、排気孔１７と対向する位置の内側部材１１の金属箔２５は、スポット溶接部２７によって内側部材１１に固定されているので、金属箔２５が排気時の吸引流によって捲れ上がって排気孔１７を塞ぐようなことはない。

そして、内側部材１１と外側部材１４の間の空間２４が所定の真空度になると、チップ管１９を封じ切り、図２（Ａ）に示すように、チップ管１９に保護と安全のためチップカバー２０を装着する。

このように構成した真空二重ジャケット１０は、表面材である内側部材１１および外側部材１４を構成する材料としてアルミメッキ鋼板を用いているため、ステンレスと比較して加工が容易であり、生産性を向上することができる。また、アルミメッキ鋼板は電気伝導性が良好であるため、電気伝導性に反比例する低放射率を期待できる。そのため、金属箔２５と併せて、真空とした内部空間内での輻射熱防止作用を多層で得ることが可能であり、その結果、保温性能を高めることができる。

また、４５０℃以上の温度雰囲気で真空排気するとともにゲッター２６を活性化させるため、アルミメッキ鋼板からなる内側部材１１および外側部材１４は長時間の使用に耐えることが可能であり、外観上の変化も防止できる。さらに、６００℃以下の温度雰囲気で真空排気またはゲッター２６を活性化させるため、アルミを主成分とする高温酸化層が鉄スケールの生成を抑制するため、急激な酸化消耗を防止できる。

さらに、接合時に内側部材１１と外側部材１４との接合部２１の各メッキ層Ｂ１，Ｂ２を飛散させ、互いに融合しない非融合部２２を形成しているため、熱伝導率が高いアルミメッキ層Ｂ１，Ｂ２からの熱伝導による放熱を防止でき、保温性能を向上できる。なお、接合時にメッキ層Ｂ１，Ｂ２を部分的に飛散させて非融合部２２を形成した本実施形態の構成と、接合部にメッキ層を形成しない構成とした特許文献１に記載の構成は、その完成状態は類似している。しかし、特許文献１は、所定形状でメッキを施す必要があるのに対し、本実施形態では、全面にメッキを施すことができるため、その加工作業性を著しく向上することができる。

さらにまた、内側部材１１と外側部材１４とを構成するアルミメッキ鋼板は、空間２４の側に位置するメッキ層Ｂ１，Ｂ２を０．０５μｍ以上とし、空間２４と反対側に位置するメッキ層Ｃ１，Ｃ２を１０μｍ以上としているため、水分が付着することによる錆の発生を確実に防止できる。

なお、本発明の真空二重構造体およびその製造方法は、前記実施形態のような電気ポット１の真空二重ジャケット１０に限らず、魔法瓶に使用される真空二重瓶、電気ポット１の内容器３として使用される真空二重容器、真空二重パイプ、断熱パネル等にも適用することができるものである。また、表面材は、前記実施形態の内側部材１１および外側部材１４のように別体に限られず、平坦な外形をなす前記断熱パネルなどでは、一枚の板材を折り曲げて対向する表面材を構成することも可能である。

本発明に係る方法により製造した真空二重構造体である真空二重ジャケットを装着した電気ポットの一部破断側面図である。 （Ａ）は図１に示す真空二重ジャケットの一部破断正面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の更に部分拡大断面図である。 真空二重ジャケットの第１の製造方法を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０…真空二重ジャケット（真空二重構造体）
１１…内側部材（表面材）
１４…外側部材（表面材）
２１…接合部
２２…非融合部
２３…ナゲット部
２４…空間
２５…金属箔
２６…ゲッター
Ａ１，Ａ２…母材
Ｂ１，Ｂ２…空間側のメッキ層
Ｃ１，Ｃ２…大気側のメッキ層

Claims (8)

1. 対向する金属製表面材の間に形成した内部空間にゲッターを配設し、前記内部空間を排気して封止してなる真空二重構造体において、
   前記表面材として、全ての表面にアルミメッキを施したアルミメッキ鋼板を用い、４５０℃以上６００℃以下の温度雰囲気で前記表面材間の空間を排気または前記ゲッターを活性化させたことを特徴とする真空二重構造体。
2. 対向する金属製表面材の間に形成した内部空間を排気して封止してなる真空二重構造体において、
   前記表面材として、全ての表面にアルミメッキを施したアルミメッキ鋼板を用い、対向する表面材の接合部の各アルミメッキを、溶接により飛散させて互いに非融合状態としたことを特徴とする真空二重構造体。
3. 前記空間内に金属箔を更に配設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空二重構造体。
4. 前記アルミメッキの組成は、アルミとシリコンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空二重構造体。
5. 前記アルミメッキ鋼板において、前記内部空間の側に位置するアルミメッキの膜厚を、０．０５μｍ以上としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空二重構造体。
6. 前記アルミメッキ鋼板において、前記内部空間と反対側に位置するアルミメッキの膜厚を、１０μｍ以上としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の真空二重構造体。
7. 対向する金属製表面材の間に形成される内部空間にゲッターを配設し、前記内部空間を排気して封止してなる真空二重構造体の製造方法において、
   前記表面材として、全ての表面にアルミメッキを施したアルミメッキ鋼板を用い、４５０℃以上６００℃以下の温度雰囲気で前記表面材間の空間を排気または前記ゲッターを活性化させることを特徴とする真空二重構造体の製造方法。
8. 対向する金属製表面材の間に形成される内部空間を排気して封止してなる真空二重構造体の製造方法において、
   前記表面材として、全ての表面にアルミメッキを施したアルミメッキ鋼板を用い、対向する表面材を、溶接により各アルミメッキが融合しないように接合することを特徴とする真空二重構造体の製造方法。

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