JP4606950B2 - 真空二重構造体 - Google Patents

Description

本発明は、魔法瓶、真空二重管、真空二重ジャケット等の円筒部分を有する真空二重構造体に関するものである。

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。

特公平２−５５１５３号公報 特開２００３−６５４９０号公報

特許文献１には、真空加熱炉内に構造体を配置して加熱温度５８０〜６００℃、１０^−４〜１０^−５Torr（１０^−２から１０^−３Ｐａ）の真空度で略１時間保持した後、径０．５ｍｍの３つの排気孔を電子ビーム溶接機で封止する方法が開示されている。

しかし、このような１０^−４から１０^−５Torrの高真空度を得るには、粗引きのロータリーポンプに加えて油拡散ポンプなどの高価でメンテナンスに留意が必要な設備が必要である。しかも、真空引きに長時間かかるため、この設備を要する加工時間が長く、結果として加工コストが高くなるという欠点がある。

そこで、本出願人は、特許文献２に記載の真空断熱体の製造方法を提供している。この製造方法では、構造体の内部空間を０．７５×１０^−２Torr（１Ｐａ）から約０．７５Torr（１×１０^２Ｐａ）の低真空度で排気して封止した後、後加熱してゲッターを活性化させることにより、１０^−４Torrから１０^−６Torrの高真空度を得る構成としている。

この特許文献２に記載の製造方法によれば、特許文献１に記載の問題を十分に解消することができる。しかしながら、この種の真空二重構造体は、高真空度の内部空間を有するため、外気との圧力差で構造体である内壁部および外壁部に変形する力（約１ｋｇ／ｃｍ^２）が作用する。そして、この変形により、内壁部と外壁部とが接触した場合には、熱伝導により断熱性能が著しく低下するという問題がある。

そのため、真空断熱パネルなど、内壁部と外壁部との間に広い隙間を設けることが可能な構造体である場合には、内部空間に変形防止用のスペーサを配設することにより、変形の問題を防止できる。しかし、魔法瓶や真空二重ジャケットなどの内外の隙間が狭い構造体である場合にはスペーサを採用することはできない。そのため、この種の構造体の場合には、内壁部または外壁部に円弧状に膨出したビード部を設けることにより補強を図ってる。しかし、このビード部は、面積が広い金属材料には加工し難いうえ、膨出量の寸法設定が非常に重要になり、設計に係る制限が非常に要求される。

本発明は、従来の問題に鑑みてなされたもので、外壁部および内壁部の変形を確実に防止できる真空二重構造体の製造方法およびその真空二重構造体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、第１の発明の真空二重構造体は、断面略円環状をなす内壁部と外壁部とを備え、これらの閉じられた内部空間の空気を前記外壁部に形成した排気部から排気して、該排気部を封止してなる真空二重構造体において、前記外壁部の外周部の前記排気部の形成位置に、該外壁部の外径より僅かに大きい内径を有する円環状の補強リングを配設し、この補強リングに、前記排気部を覆うカバー部を設けたものである。

第２の発明の真空二重構造体は、前記補強リングに、所定位置に組み付けるための取付部を設けたものである。
第３の発明の真空二重構造体は、前記補強リングに、回転防止用の平坦部を設けたものである。

本発明では、略円筒状をなす外壁部の外周部に補強リングを配置した状態で、内部空間を真空排気するため、その排気時に生じる圧力差による変形を防止できる。また、製造した真空二重構造体は、同様に補強リングにより変形することを防止できる。その結果、ビード部の寸法設定を大幅に緩和できるうえ、該ビード部を必ずしも必要としない。その結果、部品点数は増加するものの、製造コストを低減することもできる。

また、第１の発明では、補強リングに排気部を覆うカバー部を設けているため、突出した排気部に作業者が触れることを防止でき、安全性を高めることができる。
さらに、第２の発明では、補強リングに組付用の取付部を設けているため、真空二重構造体を所定位置に組み付ける際の作業性を向上できる。
そして、第３の発明では、補強リングに回転防止用の平坦部を設けているため、真空二重構造体を保管する際や、組付時に仮置きする際の作業性を向上できる。

これらの真空二重構造体では、前記補強リングを、前記外壁部に対して軸心に沿って所定間隔をもって複数配設することが好ましい。このようにすれば、長尺な真空二重構造体であっても確実に内壁部および外壁部の変形を防止できる。

本発明では、略円筒状をなす外壁部の外周部に補強リングを配置するため、排気時および製造後のいずれの状態でも、内壁部および外壁部の変形を防止できる。そのため、確実に断熱性能を維持できる。また、部品点数は増加するものの、補強用のビード部は必ずしも設ける必要はないため、製造コストを低減することもできる。

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、該内容器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。

本発明の前提となる第１参考例の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壁部１１と外壁部１４とを備え、首部の無い円筒形状をなしている。内壁部１１は、上下の端部１２Ａ，１２Ｂが中央部１３よりも拡径されている。外壁部１４は、内壁部１１と同じ長さを有するとともに、内壁部１１の端部１２Ａ，１２Ｂの外径よりやや大きい内径を有している。この外壁部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１５が形成されている。このゲッター配設凹部１５と対向する位置には、図２（Ｂ）に示すように、排気孔１６が形成され、該排気孔１６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１７が形成されている。この隆起部１７にはチップ管１８が挿入され、溶接により接合されている。これら排気孔１６、隆起部１７およびチップ管１８が排気部を構成する。なお、チップ管１８は、内壁部１１と外壁部１４の間の内部空間１９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。

前記内壁部１１と外壁部１４とは、外壁部１４の内側に内壁部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。また、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記内壁部１１と外壁部１４との間に形成される内部空間１９には、金属箔２１とゲッター２２とが配設されている。金属箔２１は、輻射伝熱を防止するためのもので、前記内壁部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２２は、内部空間１９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、前記外壁部１４のゲッター配設凹部１５に配設されている。

そして、第１参考例では、前記外壁部１４の外周部に、該外壁部１４の外径より僅かに大きい内径を有する円環状の補強リング２３が配設されている。この補強リング２３は、耐熱性および耐圧性を有する金属からなり、押し出し成形により円環状に形成されている。また、この補強リング２３の取付位置は、外壁部１４の軸心の延び方向である全高に対して、二点鎖線で示す中央より排気部の側に配置されている。例えば、外径が２００ｍｍ、全高が４００ｍｍ、排気部が下端から５０ｍｍの位置に形成された外壁部１４に対して、内径が２００．５ｍｍ、厚さが１０ｍｍ、幅が４５ｍｍの補強リング２３を、全高の略中央に配設する。なお、本発明において、外壁部１４の外径より僅かに大きい内径を有する補強リング２３とは、外壁部１４の外径に対して＋１ｍｍまでとすることが好ましい。

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３に示すように、内壁部１１と外壁部１４を製作する。ついで、内壁部１１の外面に金属箔２１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２１の折返し部２１ａと１８０度反対側であって、外壁部１４の排気孔１６と対向する位置の近傍をスポット溶接して金属箔２１を内壁部１１に固定する。また、外壁部１４のゲッター配設凹部１５にゲッター２２を取り付ける。

その後、前記内壁部１１を外壁部１４内に挿入し、内壁部１１のスポット溶接部２４が外壁部１４の排気孔１６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、内壁部１１と外壁部１４の端部をシーム溶接により接合する。

ついで、排気孔１６にチップ管１８を接合した後、このチップ管１８と反対側の端部から補強リング２３を外嵌させる。この際、外壁部１４は、外観上では断面真円形状をなすが、これまでの加工作業などにより、厳密には真円形状ではない。一方、補強リング２３は、外壁部１４の外径より僅かに大きい内径を有する真円形状のものである。そのため、補強リング２３は、作業者が力を加えることにより、外壁部１４に沿って移動させることはできるが、力を加えるのを止めると、摩擦抵抗によりその位置に保持される。なお、外壁部１４への補強リング２３の装着は、内壁部１１と外壁部１４との接合前および接合後のいずれでもよい。

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壁部１１と外壁部１４の間の内部空間１９を排気するとともに、ゲッター２２を活性化させる。このとき、排気孔１６と対向する位置の内壁部１１の金属箔２１は、スポット溶接部２４によって内壁部１１に固定されているので、金属箔２１が排気時の吸引流によって捲れ上がって排気孔１６を塞ぐようなことはない。そして、内壁部１１と外壁部１４の間の内部空間１９が所定の真空度になると、排気部であるチップ管１８を封じ切って封止し、図２（Ａ）に示すように、チップ管１８に保護と安全のためチップカバー２０を装着する。

または、組み立てた二重構造体の内部空間１９を、常温または約２５０℃以下の温度で加熱した状態で、ロータリーポンプによって１０^−２Torrから１Torrの低真空度に排気する。ついで、この低真空度を維持した状態で、排気部であるチップ管１８を封じ切って封止し、チップ管１８に保護と安全のためチップカバー２０を装着する。その後、加熱炉に収容して２５０℃から８３０℃に加熱することにより、ゲッター２２を活性化させて、内壁部１１および外壁部１４の表面から遊離した吸蔵ガスを残留空気とともに吸収させる。これにより、内部空間１９を、１０^−４Torrから１０^−６Torrの高真空度とする。なお、この製造方法の場合、前記チップカバー２０を耐熱性材料により形成するとともに、内部にセラミックなどからなる充填材を充填することにより、チップ管１８を接合するロウ材の保護を図ることが好ましい。

このように、第１参考例の真空二重ジャケット１０は、略円筒状をなす外壁部１４の外周部に補強リング２３を配置した状態で、内部空間１９を真空排気するため、その排気時に生じる圧力差による内壁部１１および外壁部１４の変形を防止できる。また、製造後の真空二重ジャケット１０は、真空排気時と同様に、高真空状態の内部空間１９と外気との圧力差により、内壁部１１および外壁部１４に変形の力が作用するが、その変形をも補強リング２３により防止できる。そのため、確実に断熱性能を維持できる。しかも、真空排気前の状態では、補強リング２３は、外力を加えることにより外壁部１４に沿って移動可能な状態であったが、排気後の補強リング２３は、内壁部１１および外壁部１４の圧力差による変形力で、外力を加えても移動不可能な状態で圧接される。

また、第１参考例のように、補強用のビード部２５を設けない構成であっても、確実に内壁部１１および外壁部１４を筒状に保持できる。その結果、部品点数は増加するものの、ビード部２５の加工費用を削減できるため、製造コストを低減することができる。言い換えれば、内壁部１１および外壁部１４の強度設計を緩和できるため、これらの硬度に基づく材料設定、および、肉厚設定の自由度を広げることが可能になる。そして、金属材料の薄肉化、それに伴う製品の軽量化を図ることが可能になる。また、内壁部１１と外壁部１４との隙間を、変形を考慮して大きく設ける必要がない。そのため、隙間を小さくすることが可能になり、それに伴って製品の小型化を図ることが可能になる。

勿論、図４に示す真空二重ジャケット１０の第１変形例のように、外壁部１４には、外側に膨出するように補強用のビード部２５を設けてもよい。この場合、補強リング２３の内径は、外壁部１４の外径であるビード部２５の外径より僅かに大きい寸法とする。このように、ビード部２５を形成する構成とした場合には、第１参考例と比較して更に内壁部１１および外壁部１４を薄肉化することが可能になる。しかも、変形を防止するための主たる構成は前記補強リング２３にあるため、形成するビード部２５の寸法設定を大幅に緩和できる。そのため、やはり製造コストを低減することが可能になる。

また、補強リング２３は、図５（Ａ）に示す第２変形例に示すように、一端に補強用のフランジ部２６を設け、または、図５（Ｂ）に示す第３変形例に示すように、両端に補強用のフランジ部２６ａ，２６ｂを設けた構成としてもよい。このようにすれば、補強リング２３自体を薄肉化することが可能になり、更に製品の軽量化を図ることが可能になる。

図６（Ａ），（Ｂ）は第１実施形態の真空二重ジャケット１０に適用する補強リング２３を示す。この第１実施形態の補強リング２３は、外周面の一部に回転防止用の平坦部２７を設けた点で第１参考例と相違している。この第１実施形態では、製造した多数の真空二重ジャケット１０を保管する際や、組付時に仮置きする際に、回転により意図しない場所に転がることを防止できるため、作業性を向上できる。

図７（Ａ）は第２実施形態の真空二重ジャケット１０に適用する補強リング２３を示す。この第２実施形態の補強リング２３は、取付穴２８ａを有する金属片からなる取付部２８を所定間隔をもって設けた点で第１参考例と相違している。この第２実施形態では、真空二重ジャケット１０を対象製品の所定位置に組み付けるために、新たにブラケット部材を設ける必要がないため、作業性を向上できる。

なお、この第２実施形態の補強リング２３は、図７（Ｂ）の変形例に示すように、厚肉とした補強リング２３に貫通孔からなる取付部２８を所定間隔をもって設けた構成としてもよい。

図８（Ａ），（Ｂ）は第２参考例の真空二重ジャケット１０に適用する補強リング２３を示す。この第２参考例の補強リング２３は、半円環状をなす一対の半円環部材２９Ａ，２９Ｂを備え、対向する一方の端部にそれぞれヒンジ接続部３０Ａ，３０Ｂを設ける一方、他方の端部に固定片３１Ａ，３１Ｂを設け、これら固定片３１Ａ，３１Ｂをボルトおよびナットにより固定することにより、円環状に保持できるように構成した点で前記各参考例および実施形態と相違している。この第２参考例では、外壁部１４への取付作業を、外側から直接被せるように行うことができる。そのため、内壁部１１と外壁部１４とを接合した段階までの変形を、略真円形状をなすように矯正することが可能である。

なお、第２参考例の補強リング２３は、図８（Ｃ），（Ｄ）の変形例に示すように、半円環状をなす一対の半円環部材２９Ａ，２９Ｂの対向する一方の端部にそれぞれ第１固定片３２Ａ，３２Ｂを設ける一方、他方の端部に第２固定片３３Ａ，３３Ｂを設け、これら固定片３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂをそれぞれボルトおよびナットにより固定することにより、円環状に保持できるように構成してもよい。

図９（Ａ），（Ｂ）は第３実施形態の真空二重ジャケット１０を示す。この真空二重ジャケット１０は、内壁部１１および外壁部１４の軸心に沿った全高を長尺に形成したもので、補強リング２３，３４を外壁部１４に対して軸心に沿って所定間隔をもって複数配設した点で、第１参考例と相違している。

具体的には、本実施形態では、排気孔１６、隆起部１７およびチップ管１８からなる排気部の形成位置に第２補強リング３４を配置し、この第２補強リング３４を起点として、第１参考例と同様の補強リング２３を所定間隔をもって配設している。なお、この補強リング２３は、第１参考例に示す補強リング２３の代わりに、第１参考例の各変形例、および、各変形例を含む第１実施形態から第２参考例に記載の補強リング２３のいずれを適用してもよい。

前記第２補強リング３４は、排気部を迂回するように覆うカバー部３５を形成した点で、前記各参考例および実施形態と相違している。また、この第３実施形態のチップ管１８は、この第２補強リング３４を外嵌した状態で真空引きを可能とするために、カバー部３５の開口端に向けて屈曲させている。さらに、本実施形態では、排気部をカバー部３５によって覆うため、第１参考例に示すチップカバー２０は配設していない。

この第３実施形態では、略円筒状をなす外壁部１４の排気部に第２補強リング３４を配設し、この第２補強リング３４を起点として所定間隔をもって補強リング２３を配設した状態で、内部空間１９を真空排気する。これにより、内部空間１９の真空排気時および排気後のいずれの状態でも、真空二重ジャケットの全高にかけて変形を防止でき、確実に断熱性能を維持できるなど、第１参考例と同様の作用および効果を得ることができる。

また、このような長尺な真空二重ジャケット１０であっても、所定数の補強リング２３を配置することにより、外壁部１４にビード部２５を設けない構成であっても内壁部１１および外壁部１４を筒状に保持できる。勿論、補強リング２３を配設する数の削減などを目的としてビード部２５を作成してもよい。

さらに、この第３実施形態では、真空二重ジャケット１０の排気部を覆う第２補強リング３４にカバー部３５を設けているため、突出した排気部に作業者が触れることを防止でき、安全性を高めることができる。

なお、第３実施形態の第２補強リング３４は、図１０の変形例に示すように、別体のカバー部３５をヒンジ接続部３６によって回動可能に設けた構成としてもよい。

なお、本発明の真空二重構造体は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、補強リング２３は、図５（Ａ），（Ｂ）に示す補強用のフランジ部２６，２６ａ，２６ｂを設ける構成、図６（Ａ），（Ｂ）に示す回転防止用の平坦部２７を設ける構成、図７（Ａ），（Ｂ）に示す取付部２８を設ける構成、図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す一対の半円環部材２９Ａ，２９Ｂを備えた構成を、希望に応じて種々組み合わせてもよい。勿論、補強リング２３，３４の形成方法、材料、肉厚および幅などは、壁部１１，１４の材質およびビード部２５の有無などの条件に応じて種々の変更が可能である。

また、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、真空二重パイプ等、円筒状をなす部分を有する構造体であれば適用可能であり、同様の作用および効果を得ることができる。

本発明の真空二重構造体の前提となる第１参考例の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）の部分拡大断面図である。 真空二重ジャケットの分解斜視図である。 第１参考例の真空二重ジャケットの第１変形例を示す一部破断正面図である。 （Ａ），（Ｂ）は第１参考例の真空二重ジャケットに適用する補強リングの変形例を示す部分断面図である。 第１実施形態の真空二重ジャケットに適用する補強リングを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図である。 （Ａ）は第２実施形態の真空二重ジャケットに適用する補強リングの斜視図、（Ｂ）第２実施形態の変形例を示す斜視図である。 （Ａ）は第２参考例の真空二重ジャケットに適用する補強リングの断面図、（Ｂ）は（Ａ）の正面図、（Ｃ）は第２参考例の変形例を示す断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の正面図である。 （Ａ）は第３実施形態の真空二重ジャケットの一部破断正面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部断面図である。 第３実施形態の真空二重ジャケットの変形例の一部破断正面図である。

１０…真空二重ジャケット（真空二重構造体）
１１…内壁部
１４…外壁部
１６…排気孔（排気部）
１８…チップ管（排気部）
１９…内部空間
２３…補強リング
２７…平坦部
２８…取付部
２９Ａ，２９Ｂ…半円環部材
３４…第２補強リング
３５…カバー部

Claims (6)

1. 断面略円環状をなす内壁部と外壁部とを備え、これらの閉じられた内部空間の空気を前記外壁部に形成した排気部から排気して、該排気部を封止してなる真空二重構造体において、
   前記外壁部の外周部の前記排気部の形成位置に、該外壁部の外径より僅かに大きい内径を有する円環状の補強リングを配設し、この補強リングに、前記排気部を覆うカバー部を設けたことを特徴とする真空二重構造体。
2. 前記補強リングに、所定位置に組み付けるための取付部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空二重構造体。
3. 前記補強リングに、回転防止用の平坦部を設け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. 断面略円環状をなす内壁部と外壁部とを備え、これらの閉じられた内部空間の空気を前記内壁部または外壁部に形成した排気部から排気して、該排気部を封止してなる真空二重構造体において、
   前記外壁部の外周部に、該外壁部の外径より僅かに大きい内径を有する円環状の補強リングを配設し、この補強リングに、所定位置に組み付けるための取付部を設けたことを特徴とする真空二重構造体。
5. 断面略円環状をなす内壁部と外壁部とを備え、これらの閉じられた内部空間の空気を前記内壁部または外壁部に形成した排気部から排気して、該排気部を封止してなる真空二重構造体において、
   前記外壁部の外周部に、該外壁部の外径より僅かに大きい内径を有する円環状の補強リングを配設し、この補強リングに、回転防止用の平坦部を設けたことを特徴とする真空二重構造体。
6. 前記補強リングを、前記外壁部に対して軸心に沿って所定間隔をもって複数配設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。

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