JP3613837B2 - 金属製真空断熱容器 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は金属製真空断熱容器に関し、特に真空排気の際の座屈に対し、内瓶の底部が保護された金属製真空断熱容器に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属製真空断熱容器は、金属製有底筒状の内瓶と同じく金属製有底筒状で内瓶より大径の外瓶とがそれぞれ口部で接合して二重構造を形成してなるもので、これら内瓶と外瓶との間隙は10−3Torr以下の高真空に排気されて真空断熱層を形成している。
【0003】
このような断熱容器の製造方法としては、まず内瓶と底部に排気孔を配した外瓶とを口部で接合して二重構造とし、これを口部を下にして上部排気孔のまわりにロウ材を配置し、このロウ材上に封止板を戴置した後、真空加熱炉内で真空加熱処理を行い、上記内瓶および外瓶の間隙を真空にするとともに上記ロウ材を溶融させて封止板を自重により落下させることにより上記排気孔を密封して真空封止を行う方法(特開昭58−192516号公報参照)が知られている。
【0004】
ところが、上述した方法を用いて製造した場合、内外瓶の間が真空状態に保持されていることから、内外瓶の各壁が大気圧を受けることとなり、内外瓶の胴部は円筒状に形成されていて、大気圧の荷重に耐ええるものの、底部などの平坦な部分は、その大気圧荷重により真空空間側へ変形する(座屈)という問題がある。しかも製造時における金属の脱ガス処理のため高温に加熱されることにより、金属の強度が低下するので、なお一層変形を惹起することになる。このようなことにより、特に口径が大きな平底を有する真空断熱容器などは製造が困難であった。
【0005】
このような変形を防止するためには、底部などの平坦な部分の肉厚を厚くすることが考えられるが、全体に肉厚を厚くした場合には、特に開口部からの熱伝導による熱損失が増大し、大幅に重量が増加するといった問題があり、この問題を解決すべく底部等の平坦な部分のみ肉厚を厚くした場合には、肉厚の厚い部分と薄い部分との溶接が難しいという問題が生じる。
【0006】
そこで上述の問題を解決するため、内瓶と外瓶との間の底部に金属薄板からなる中空筒状の筒状支持部材を各上下端部がそれぞれ内瓶と外瓶との間の底部に接触するように介在させる方法が考えられた(実願平1−138725号参照)。このような構成の断熱容器の一例を図3に示す。
【0007】
この例では、内瓶1と外瓶2は有底筒状の金属製容器であり、互いに一体化され、かつ内瓶1と外瓶2の間は、真空排気処理され封止板3によりロウ付けされ、真空断熱層4が形成されている。内瓶1底面と外瓶2底面の間に金属製の有底筒状の筒状支持部材5が配設されている。
【0008】
この方法では、内瓶1と外瓶2との間を高真空に排気した際に、内瓶1と外瓶2に対して大気圧がかかった場合でも、上記筒状支持部材5の底面または端面により内瓶1および外瓶2が支持されるため、内瓶1および外瓶2が変形しない。しかも上記筒状支持部材5による支持は、筒体の周壁軸方向で行われるので、大きな荷重に耐えられ、従って筒体周壁の厚みを薄くできて伝熱による熱損失を低くすることができるばかりでなく、リング状に均等に支持することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来型の筒状支持部材5のみを真空層へ介在させる方法では、例えば、断熱容器の直径が150mmを越える場合等は、製造工程の真空排気において外瓶2底面の座屈が大きく、上記筒状支持部材5から伝えられた中心軸方向内向きの力が、内瓶2底面を強く押圧し、特に内瓶2の板厚が薄い場合は、内瓶2の筒状支持部材5接触面が変形することがあった。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、内瓶の板厚を上げずに熱損失量を抑えつつ、断熱容器の内瓶底部の変形を防ぐためにこれを保護することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る金属製真空断熱容器は、金属製の内瓶と外瓶がそれらの間に真空断熱層を形成して接合一体化されて構成される金属製真空断熱容器において、上記内瓶の底面と上記外瓶の底面との間に筒状支持部材を配設し、上記筒状支持部材と上記内瓶底面との間に皿状支持部材を配設したことを特徴とする。
【0012】
上記筒状支持部材に底面が形成され、その底面で外瓶底面と接触していてもよい。
上記皿状支持部材は、板厚0.3〜1.0mmの金属板であることが好ましく、上記皿状支持部材の縁部が内瓶の底面隅湾曲部に沿う形状であることが好ましい。
また上記皿状支持部材に、多数の小孔が形成されていてもよく、上記皿状支持部材にリブが形成されていてもよい。
【0013】
また、本発明の金属製真空断熱容器の別の実施態様では、金属製の内瓶と外瓶がそれらの間に真空断熱層を形成して接合一体化されて構成される金属製真空断熱容器において、上記内瓶の底面と上記外瓶の底面との間に、本体上部に拡径部が形成され、上下に圧縮力が加わった際に拡径部が本体側に座屈して圧縮力を吸収可能な筒状の支持部材を配したことを特徴とする。
【0014】
上記拡径部を備えた支持部材は、その拡径部側が開口した有底筒状で、その底面で上記外瓶底面と接触していてもよい。
また上記拡径部を備えた支持部材は金属製で、その板厚が外瓶の板厚以下であることが好ましい。さらに上記拡径部を備えた支持部材に、多数の小孔が形成されていることが好ましい。
【0015】
【作用】
本発明においては、上位内瓶および外瓶との間に、金属薄板からなる筒状支持部材に加えて、内瓶の真空層側底面と上記筒状支持部材との間に、縁部が中央部より盛り上がった略円盤状の皿状支持部材を配設したので、真空排気の際に外瓶の底面が筒状支持部材を介して中心軸方向内向きの押圧力を、皿状支持部材に吸収させることができ、内瓶底面を変形から保護することができる。ここで皿状支持部材は、内向きの力を吸収して、筒状支持部材との接触面周辺が若干変形しても、その変形箇所が内瓶底面と接触しないために十分な強度を有しながら、熱伝導性をできるだけ少なくするものが選択される。
【0016】
したがって、上記皿状支持部材は、板厚0.3〜1.0mmの金属製とすることが好ましい。
【0017】
上記筒状支持部材は軸方向の両側が開口した形状でも、底面を有する有底筒状でもよい。したがって上記筒状支持部材の下端面に底面を形成して有底筒状とし、その底面で外瓶底面と接触するように構成することもできる。このような構成とする事により、上記座屈による押圧力をより効果的に吸収することができる。
【0018】
また、上記内瓶の底面と上記外瓶の底面との間に、本体上部に拡径部が形成され、上下に圧縮力が加わった際に拡径部が本体側に座屈して圧縮力を吸収可能な筒状の支持部材を配した金属製真空断熱容器において、上記拡径部を備えた支持部材は、軸方向の両側が開口した形状でも、底面を有する形状でもよい。したがって上記拡径部を備えた支持部材の、本体端面に底面を形成し、その底面で外瓶底面と接触するように構成することもできる。このような構成とする事により、上記座屈による押圧力をより効果的に吸収することができる。
【0019】
【実施例】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の金属製真空断熱容器の第1の実施例を図1に示す。この実施例の基本的構造は、図3で示した従来例と同様であるので、その共通部分は同一符号を付してその説明を簡略化する。
【0020】
この金属製真空断熱容器Aは、内瓶1と外瓶2、および内瓶底面1aと外瓶底面2aとの間の真空断熱層4に配設された筒状支持部材5と皿状支持部材6とから概略構成されている。すなわち図1で示す本発明の第1の実施例の金属製真空断熱容器Aは、図3に示した従来の金属製真空断熱容器に対して、筒状支持部材5と内瓶底面1aとの間に皿状支持部材6を介在させたことを特徴とする。
【0021】
上記内瓶1と外瓶2は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金、鉄等の金属材料からなる有底円筒状もので、絞り加工や溶接加工などの加工方法にて形成されてなるものであり、それぞれの口元部1b、2bで接合一体化するとともに、これら内瓶1と外瓶2の間の空間を真空封止して真空断熱層4を形成して真空二重壁構造とされている。
【0022】
外瓶底面2aの中央部には、外側に膨出する円形の外側段差7が形成されている。この外側段差7は、筒状支持部材5を位置決めするために設けられたもので、その直径は後述する筒状支持部材5の外径よりやや大きめに形成されている。
【0023】
内瓶1の口元部1bと外瓶2の口元部2bは真空断熱層4を密封するように接合されているが、この例においては内瓶口元部1bの先端は、外瓶口元部2bの先端を巻き込むように折り返し、巻き締められている。さらに、この例では外瓶の底面2aの上記外側段差7と縁部の中間に、内側に向けた凹部である内側段差8が形成され、さらに内側段差8に排気孔9が形成され、この排気孔9を外側から封止板3で封止した構造となっている。
【0024】
上記内瓶底面1aと外瓶底面2aとの間に相当する真空断熱層4には、内瓶側から皿状支持部材6、筒状支持部材5の順で配設されている。
【0025】
皿状支持部材6は、縁部6aが内瓶側に向けて湾曲した略円盤状のもので、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金、鉄等の金属材料のものである。皿状支持部材6は内瓶底面1aとの間に間隙部10を形成しつつ、内瓶底面1aの真空層側を覆うように配設されている。したがって、皿状支持部材6の全面が内瓶底面1aと接触することのないように、皿状支持部材6の径は、内瓶底面1aの径より小径であることが好ましい。
【0026】
特に、皿状支持部材6の縁部6aは、内瓶2の底面隅の湾曲部1cに沿う形状が望ましい。これは、真空排気の際に皿状支持部材6に働く内向きの力を、変形しやすい内瓶の底面1a(平面)に作用させないためである。
【0027】
皿状支持部材6の板厚は、皿状支持部材6を通じて伝導する熱損失量を考慮した場合、伝熱量は板厚と比例関係にあるので、できる限り肉厚を薄くした方が熱損失量が小さく、従って強度的に耐え得る範囲で極力薄い方が好ましい。具体的には、皿状支持部材6の板厚は、0.3〜1.0mmが好ましい。皿状支持部材6の板厚が薄すぎると、真空排気の際に、筒状支持部材5から内向きの力を受けて皿状支持部材6が変形して、内瓶底面1aに接触することになり、結局熱損失が高くなるので好ましくない。
【0028】
上記皿状支持部材6には、多数の小孔を形成することができる(図示せず)。小孔の形状は円形状でもスリット状でもよく、皿状支持部材6の強度を著しく低下させない程度に設ければよい。この小孔は、皿状支持部材6と内瓶底面1aとの間の間隙部10の真空排気が効果的に行われるようにするために形成されると共に重量を軽減する効果がある。
【0029】
また皿状支持部材6にリブを形成してもよい(図示せず)。リブの形成は、皿状支持部材6の強度を高めるために行うもので、真空排気の際に筒状支持部材5から内向きの力を受けて皿状支持部材6の中央部が変形して、内瓶底面1aに接触することを防ぐためのものである。リブの形状は特に限定されないが、1つ以上の同心円状のリブを形成すると、真空排気の際に皿状支持部材6の中央部を押圧する力に効果的に対抗することができるので好ましい。
【0030】
上記筒状支持部材5は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金、鉄等の低熱伝導度の金属材料からなる筒状のものである。図1に示した例では、筒状支持部材は下端面5bに底面が形成された有底筒状であり、その上端面5a(開口部の縁)にはフランジが形成されており、筒状支持部材5は、上端面5aのフランジが皿状支持部材6に沿って密着し、筒状支持部材5の下端面(底面)5bが外瓶の外側段差7にて位置決めされる位置において外瓶底面2aと接触するように配置されている。
【0031】
筒状支持部材5の板厚は、筒状支持部材5を通じて伝導する熱損失量を考慮した場合、伝熱量は板厚と比例関係にあるので、できる限り肉厚を薄くした方が熱損失量が小さく、従って強度的に耐え得る範囲で極力薄い方が好ましい。実用的には、0.1〜0.8mm程度が適している。なお、筒状支持部材5の側壁にも円形状またはスリット状などの小孔を設けておくと、真空排気において筒状支持部材の内部を効果的に真空排気する事ができ好都合であると共に重量を軽減する効果がある。
【0032】
本発明の断熱容器は、このように皿状支持部材6を内瓶1および筒状支持部材5の間に介在させるものであるが、その断熱性能が従来の真空断熱容器と比較して低下することはない。これは一つは皿状支持部材6を用いることにより、内瓶1もしくは外瓶2の肉厚をさらに薄くすることが可能となり、これにより開口部からの熱損失が低下すること、また熱伝導距離が長くなるので熱伝導効率が低くなることといった二つの理由によるものである。
【0033】
次に本発明の断熱容器の第2の実施例について、図2に基づいて説明する。
図2に示す金属製真空断熱容器Bの基本的構造は、第1の実施例として示した金属製真空断熱容器Aと同様であるが、第1の実施例における皿状支持部材6と筒状支持部材5に代えて、拡径部を備えた支持部材11が配設されている。
【0034】
拡径部を備えた支持部材11は、本体上部(内瓶1側)に少なくとも1つの拡径部が形成された筒状のもので、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金、鉄などの金属材料により構成される。図2では、1つの拡径部が形成されて、拡径部11aと本体11bからなる例を示したが、内瓶側に向かって数段階拡径した形状でもよい。いずれの場合も拡径部上端面が内瓶に接触するように配設される。
【0035】
さらに図2に示した例では、拡径部を備えた支持部材11は本体端面11cに底面が形成されており、一方拡径部端面11dにはフランジが形成されており、拡径部を備えた支持部材11は、拡径部端面11dが内瓶底面1aに沿って密着し、拡径部を備えた支持部材11の本体端面(底面)11cが、外瓶の外側段差7にて位置決めされる位置において外瓶底面2aと接触するように配置されている。
【0036】
拡径部を備えた支持部材11は、熱伝導距離を延ばすことができ伝導性損失量を抑えられると共に、拡径部を備えた支持部材11の段部11eが外瓶2の座屈を吸収し、内瓶底面1aの変形を防ぐためのものである。したがって、この外瓶2の座屈吸収のためには、拡径部を備えた支持部材11の板厚は外瓶2の板厚より薄いことが好ましく、具体的には0.3〜1.0mmが好ましい。なお、拡径部を備えた支持部材11の側壁にも円形状またはスリット状などの小孔を設けておくと、拡径部を備えた支持部材11の内部の真空排気を効果的に行えるので好ましい。また重量を軽減化する効果もある。
【0037】
以上、本発明に係る実施例について説明したが、これらの金属製真空断熱容器は、例えば以下のように製造することができる。
【0038】
まず、ステンレス鋼等の金属材料より、内瓶1、外瓶2、筒状支持部材5と皿状支持部材6、または拡径部を備えた支持部材11を各々作製する。第1の実施例の場合は、外瓶2の外側段差7に筒状支持部材5を置き、さらに皿状支持部材6、内瓶1の順に位置決めして重ね合わせる。また第2の実施例の場合は、外瓶2の外側段差7に拡径部を備えた支持部材11を置き、内瓶1を重ね合わせる。ついで内瓶1と外瓶2を口元部1b,2bにて組み合わせた後、内瓶の口元部1bの先端が外瓶の口元部2bの先端を巻き込むように折り返し、巻締めをして接合し、内瓶1と外瓶2を一体化する。
【0039】
次に真空排気を行う。外瓶底面2aに穿設された排気孔9にはロウ材を介して封止板3を戴置しておく。これを真空炉内にて加熱し、ロウ材を溶融し、両口元部1b,2bの間および排気孔9から、内瓶1と外瓶2の間の間隙部を真空排気し、かつ密封して真空断熱層4を形成する。こうして図1または図2に示されるような金属製真空断熱容器が製造される。
【0040】
本発明の金属製真空断熱容器は、真空断熱層を備えた真空断熱容器一般に広く用いられるが、特に底面積の広い断熱調理容器に、好適に用いられる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る金属製真空断熱容器は、有底筒状の内瓶と外瓶がそれらの間に真空断熱層を形成して接合一体化されて構成される金属製真空断熱容器において、上記内瓶の底面と上記外瓶の底面との間に筒状支持部材を配設し、上記筒状支持部材と上記内瓶底面との間に皿状支持部材を配設したものである。
【0042】
または、本発明に係る金属製真空断熱容器は、金属製の内瓶と外瓶がそれらの間に真空断熱層を形成して接合一体化されて構成される金属製真空断熱容器において、上記内瓶の底面と上記外瓶の底面との間に、本体上部に拡径部が形成され、上下に圧縮力が加わった際に拡径部が本体側に座屈して圧縮力を吸収可能な筒状の支持部材を配したものである。
【0043】
したがって、内瓶の板厚を上げることなく、内瓶と外瓶の間を真空排気したときに内瓶底面を変形から保護することができる。内瓶の板厚を上げる必要がないので、開口部からの熱損失量を抑えることができ、重量を大幅に増加させることなく、容積効率の高い金属製真空断熱容器とする事ができる。
【0044】
また上記筒状支持部材を有底筒状とし、その底面で外瓶底面と接触するように構成する事により、筒状支持部材自体も上記座屈による押圧力を吸収することができる。同様に、上記拡径部を備えた支持部材を有底筒状とし、その底面で外瓶底面と接触するように構成する事により、上記座屈による押圧力をより効果的に吸収することができる。
【0045】
上記皿状支持部材の縁部が内瓶の底面隅湾曲部に沿う形状とすることにより、内瓶の底面の変形をより確実に防ぐことができる。
また皿状支持部材に、多数の小孔を形成することにより、皿状支持部材と内瓶との間の間隙の真空排気を効果的に行うことができると共に重量を軽減化する効果もある。
また皿状支持部材にリブを形成することにより、皿状支持部材の板厚を上げることなく、皿状支持部材の強度を高めることができる。
さらに上記拡径部を備えた支持部材にも、多数の小孔を形成することにより、拡径部を備えた支持部材の内部の真空排気を効果的に行うことができると共に重量を軽減化する効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る金属製真空断熱容器の第1の実施例を示す断面図である。
【図2】本発明に係る金属製真空断熱容器の第2の実施例を示す断面図である。
【図3】従来の金属製真空断熱容器の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 内瓶
1a 内瓶底面
1c 湾曲部
2 外瓶
2a 外瓶底面
4 真空断熱層
5 筒状支持部材
5b 下端面(底面)
6 皿状支持部材
6a 縁部
11 拡径部を備えた支持部材
11b 本体
11c 本体端面(底面)
11d 拡径部端面
A 金属製真空断熱容器
B 金属製真空断熱容器
Claims (10)
- 金属製の内瓶と外瓶がそれらの間に真空断熱層を形成して接合一体化されて構成される金属製真空断熱容器において、
上記内瓶の底面と上記外瓶の底面との間に筒状支持部材を配設し、上記筒状支持部材と上記内瓶底面との間に皿状支持部材を配設したことを特徴とする金属製真空断熱容器。 - 上記筒状支持部材は、その下端面に底面が形成され、その底面で上記外瓶底面と接触していることを特徴とする請求項1記載の金属製真空断熱容器。
- 上記皿状支持部材が、板厚0.3〜1.0mmの金属板であることを特徴とする請求項1または2記載の金属製真空断熱容器。
- 上記皿状支持部材の縁部が内瓶の底面隅の湾曲部に沿う形状であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の金属製真空断熱容器。
- 上記皿状支持部材に、多数の小孔が形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の金属製真空断熱容器。
- 上記皿状支持部材にリブが形成されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の金属製真空断熱容器。
- 金属製の内瓶と外瓶がそれらの間に真空断熱層を形成して接合一体化されて構成される金属製真空断熱容器において、
上記内瓶の底面と上記外瓶の底面との間に、本体上部に拡径部が形成され、上下に圧縮力が加わった際に拡径部が本体側に座屈して圧縮力を吸収可能な筒状の支持部材を配したことを特徴とする金属製真空断熱容器。 - 上記支持部材は、その拡径部側が開口した有底筒状で、その底面で上記外瓶底面と接触していることを特徴とする請求項7記載の金属製真空断熱容器。
- 上記支持部材が金属製であり、その板厚が外瓶の板厚以下であることを特徴とする請求項7または8記載の金属製真空断熱容器。
- 上記支持部材に、多数の小孔が形成されていることを特徴とする請求項7ないし9のいずれかに記載の金属製真空断熱容器。
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