JP3613837B2 - 金属製真空断熱容器 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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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