JP5836749B2 - 真空引き兼封止方法、ガス注入兼排気工具、ろう付け排気工具 - Google Patents

Description

本発明は、大掛かりな設備を用いずに真空二重容器の真空引きを行なう真空引き兼封止方法、並びに、これに用いられる不活性なガスを注入するためのガス注入兼排気工具、及び、ろう付け排気工具に関する。

特許文献１には、魔法瓶の外瓶の外側面と内瓶の内側面とを不活性なガスに晒し、加熱しながら閉空間を真空にし、魔法瓶底面から突出するチップ管を封止することが記載されている。

特許文献２には、魔法瓶の内部空間を、加熱して真空にし、魔法瓶底面の凹箇所に設けられた排気孔を、金属板を用いて封止することが記載されている。魔法瓶底面の凹箇所に排気孔を設けることは、特許文献３にも記載されている。

特許文献４には、［加熱による吸着ガスの追い出し］→［不活性なガスの封入］→［不活性なガスの追い出し］という工程が記載されている。

特開２００４−０６５３９３号公報 特開２００４−０５７６７５号公報 特開平１１−１３７４５１号公報 特開２００４−０６０８５２号公報

発明者は、巨大な真空部屋の中に真空二重容器を配置して行われる一般的な真空引きの作業工程（特許文献１参照）に疑問を抱き、真空二重容器での真空引きを大掛かりな設備を用いずに手軽に実現したいと考えた。そして、以下のような新たな真空二重容器の真空引き兼封止の作業工程を想定した。
（１）真空二重容器（いわゆる魔法瓶）の容器外側底面に、内側にくぼむような凹みを設け、この凹みに真空引きのポートを設ける。
（２）真空二重容器の外瓶と内瓶との間の空間（閉空間）に水素等が入り込むと、真空二重容器の劣化の要因となる。そこで、アルゴン等の不活性なガスを注入し、閉空間内の水素等の気体分子を追い出すようにし、その後に、閉空間の真空引きを行なってポートを封止する。

ここで、大掛かりな設備を用いずに上記のような作業工程を進めるにあたり、ポートに対して、［１］不活性なガスを注入するための工具（ガス注入兼排気工具）、［２］真空引きのための工具（ろう付け排気工具）を手作業で着脱できるようにできるようなことが重要である。

本発明の目的は、大掛かりな設備を用いずに真空二重容器を真空引きし封止することである。

本発明の真空引き兼封止方法は、外瓶と内瓶とからなり、外瓶に設けられ内瓶側に凹んでいる凹部と、内瓶から離反する方向に凹部から突出する第１部分と内瓶から近づく方向に凹部から突出する第２部分との少なくともいずれかを有するポートと、ポートの内周面に形成される雌ネジ部とを有する真空二重容器に対して行なう真空引き兼封止方法であって、（ａ）ガス源が着脱自在に取り付けられる取付部と、前記ガス源からのガスが通過するガス流路とを含むガス噴出部と、（ｂ）前記ポートの雌ネジ部に螺合自在の連結用雄ネジ部と、前記連結用雄ネジ部の端部から延びる通気路とを含むコネクタ部と、（ｃ）前記ガス流路と前記通気路とが連通するように前記ガス噴出部と前記コネクタ部とを連結する操作部とを備えるガス注入兼排気工具を、前記ポートに取り付ける第１取付工程と、前記第１取付工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具を介して前記真空二重容器を真空引きするとともに加熱するベーキング工程と、前記ベーキング工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具を介して前記真空二重容器に不活性なガスを注入する注入工程と、前記注入工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具を前記真空二重容器から取り外し、前記ポートにキャップ栓をするキャップ工程と、前記キャップ工程に続いて、前記凹部にろう材を配置し、（ｐ）真空ポンプにより吸引するための吸引路と、（ｑ）前記吸引路と前記ポートとを繋ぐ連絡路と、（ｒ）前記連絡路と前記ポートとの連通する際の漏れを防ぐシール部と、（ｓ）前記連絡路の外壁の一部を構成し、連絡路内に配置されたろう材を溶融させるための光を透過させる透光部とを備えるろう付け排気工具を、前記ポートに取り付ける第２取付工程と、前記第２取付工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具を介して前記真空二重容器を真空引きする真空引き工程と、前記真空引き工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具の透光部を通して前記ろう材を加熱し、前記ポートを封止するろう付け工程と、を備える。

本発明のガス注入兼排気工具は、外瓶と内瓶とからなり、外瓶に設けられ内瓶側に凹んでいる凹部と、内瓶から離反する方向に凹部から突出する第１部分と内瓶から近づく方向に凹部から突出する第２部分との少なくともいずれかを有するポートと、ポートの内周面に形成される雌ネジ部とを有する真空二重容器に対して用いられるガス注入兼排気工具であって、ガス源が着脱自在に取り付けられる取付部と、前記ガス源からのガスが通過するガス流路とを含むガス噴出部と、前記ポートの雌ネジ部に螺合自在の連結用雄ネジ部と、前記連結用雄ネジ部の端部から延びる通気路とを含むコネクタ部と、前記ガス流路と前記通気路とが連通するように前記ガス噴出部と前記コネクタ部とを連結する操作部と、を備える。

本発明のろう付け排気工具は、外瓶と内瓶とからなり、外瓶に設けられ内瓶側に凹んでいる凹部と、内瓶から離反する方向に凹部から突出する第１部分と内瓶から近づく方向に凹部から突出する第２部分との少なくともいずれかを有するポートと、ポートの内周面に形成される雌ネジ部とを有する真空二重容器に対して用いられるろう付け排気工具であって、真空ポンプにより吸引するための吸引路と、前記吸引路と前記ポートとを繋ぐ連絡路と、前記連絡路と前記ポートとの連通する際の漏れを防ぐシール部と、前記連絡路の外壁の一部を構成し、連絡路内に配置されたろう材を溶融させるための光を透過させる透光部と、を備える。

本発明によれば、大掛かりな設備を用いずに真空二重容器を真空引きし封止することができる。

ガス注入兼排気工具の正面図である。 ガス注入兼排気工具及び真空二重容器の断面図である。 ガス噴出治具及び可動治具の分解斜視図である。 コネクタ治具の分解斜視図である。 コネクタ治具を真空二重容器に取り付けた状態での断面図である。 ガス噴出治具を真空二重容器に取り付けた状態での断面図である。 真空引き工具の平面図である。 図７のＣ−Ｃ線断面図である。 ろう付け排気工具の分解斜視図である。 フランジ材の平面図である。 フランジ材を示す、図７のＫ矢視図である。 蓋材の底面図である。 真空引き兼封止システムの配管図である。 真空引き兼封止方法の流れを示すフローチャートである。 図１４に続く、真空引き兼封止方法の流れを示すフローチャートである。 図１５に続く、真空引き兼封止方法の流れを示すフローチャートである。 図１６に続く、真空引き兼封止方法の流れを示すフローチャートである。

発明者が考えた、真空二重容器の真空引き兼封止の作業工程の概要は、以下のとおりである。
（１）真空二重容器（いわゆる魔法瓶）の容器外側底面に、内側にくぼむような凹みを設け、この凹みに真空引きのポートを設ける。
（２）真空二重容器の外瓶と内瓶との間の空間（閉空間）に水素等が入り込むと、真空二重容器の劣化の要因となる。そこで、アルゴン等の不活性なガスを注入し、閉空間内の水素等の気体分子を追い出すようにし、その後に、閉空間の真空引きを行なってポートを封止する。

発明者が考えた上記の作業工程では、ポートに対して、［１］不活性なガスを注入するための工具（ガス注入兼排気工具）、［２］真空引きのための工具（ろう付け排気工具）を手作業で着脱することになる。本実施の形態では、まず、概要を述べ、ガス注入兼排気工具１０１について述べ、次に、ろう付け排気工具３０１について述べ、最後に、ガス注入兼排気工具１０１及びろう付け排気工具３０１を用いた真空引き兼封止方法について述べる。

実施の一形態を、図１ないし図１７に基づいて説明する。

［概要］
まず、図１及び図２に基づいて、本実施の形態の概要を述べる。ここでは、真空二重容器１５１についても述べる。図１は、ガス注入兼排気工具１０１の正面図である。図２は、ガス注入兼排気工具１０１及び真空二重容器１５１の断面図である。真空二重容器１５１は、外瓶１５２と、この外瓶１５２内に収容された内瓶１５３とからなる。外瓶１５２や内瓶１５３は、一例として、ＳＵＳ３０４のようなステンレス鋼から構成される。外瓶１５２と内瓶１５３とはそれぞれの口部（いずれも図示せず）が互いに接合されており、外瓶１５２と内瓶１５３との間に内部空間１５４が形成される。また、内瓶１５３の外周には、輻射防止用の銅箔（図示せず）が巻きつけられる。なお、内部空間１５４に、ゲッター材（図示せず）が配置される。

本実施の形態では、真空二重容器１５１は、その開口側（図示せず）を下側に向けて作業台等に載置され、真空二重容器１５１の底面１５４Ａを上方に向けられる。外瓶１５２には、底面１５４Ａから内瓶１５３側に凹んだ凹部１５５が設けられる。凹部１５５からは、真空二重容器１５１の外側に向けて、ポート１５６が突出する。ポート１５６の先端は、底面１５４Ａのなす面よりも外側に突出していない。ポート１５６の内周面には、雌ネジ部１５７が設けられる。

なお、別の実施の形態として、ポート１５６が、凹部１５５から真空二重容器１５１の内瓶１５３側に向けて内部空間１５４内に突出するようにしてもよい。

さらに別の実施の形態として、ポート１５６が、凹部１５５から真空二重容器１５１の外側に向かう部分と、凹部１５５から真空二重容器１５１の内瓶１５３側に向けて内部空間１５４内に突出する部分とを有していても良い。

本実施の形態では、このような真空二重容器１５１に対して、ガス注入兼排気工具１０１をポート１５６に取り付け、ガス注入兼排気工具１０１を介して真空二重容器１５１を真空引きするとともに加熱し（ベーキング工程）、ガス注入兼排気工具１０１を介して真空二重容器１５１に不活性なガスを注入し、ガス注入兼排気工具１０１を真空二重容器１５１から取り外してポート１５６にキャップ栓をし、凹部１５５にろう材を配置してろう付け排気工具３０１（図７等参照）をポート１５６に取り付け、ガス注入兼排気工具１０１を介して真空二重容器１５１を断熱効果を得るための所定の真空度となるまで真空引きし、ガス注入兼排気工具１０１のガラス体３０８を通してろう材を加熱しポート１５６を封止することにより、大掛かりな設備を用いずに真空二重容器を真空引きし封止する。このような工程の概要は、図１３〜図１７に基づいて後述する。

［ガス注入兼排気工具］
以下、図１〜図６に基づいて、ガス注入兼排気工具１０１について述べる。まず、図１及び図２を参照する。ガス注入兼排気工具１０１は、ベーキング工程（後述）に耐えうることができる程度に耐熱性を有した鉄、ニッケル、ステンレス鋼等の金属素材で形成される。ガス注入兼排気工具１０１は、ガス噴出部としてのガス噴出治具１０２と、コネクタ部としてのコネクタ治具１０３と、操作部としての可動治具１０４とを有する。また、ガス注入兼排気工具１０１を真空二重容器１５１のポートに連結するために、第１ガスケット１０５と、第２ガスケット１０６とが用いられる。第１ガスケット１０５及び第２ガスケット１０６は、いずれも、リング形状の平板である。第１ガスケット１０５及び第２ガスケット１０６は、無酸素銅で形成されることが好ましい。

図３は、ガス噴出治具１０２及び可動治具１０４の分解斜視図である。図１、図２及び図３を参照する。ガス噴出治具１０２は、治具本体１１１に封止部材１１２を溶接等により固定取付して構成される。

治具本体１１１は、金属素材で形成される部材である。治具本体１１１は、長尺の円筒部１１３を有する。円筒部１１３の一方の端面からは、先細部１１４が突出する。円筒部１１３の他方の端面には、アルゴンガスや窒素、二酸化炭素等の不活性なガスのガス源（図１３参照）を取り付けたり取り外したりすることができる取付部１１５が設けられる。治具本体１１１には、取付部１１５と円筒部１１３と先細部１１４とのいずれをも貫通するように治具本体１１１の長さ方向に延びるガス流路１１６が形成される。ガス流路１１６の内径は、ボルト体１２１のボルト頭１２９（図４等参照）よりも大きいことが望ましい。また、封止部材１１２は、金属素材で形成され短筒形状をなす。封止部材１１２の内径は、円筒部１１３の外径と同じである。

可動治具１０４は、金属の部材で形成され、短筒形状をなす。可動治具１０４の一方の端面には、円筒部１１３の外周に嵌り込む嵌合孔１１７を有してそれより外側を閉じる封止部１１８が形成される。可動治具１０４の他方の端面は嵌合孔１１７よりも大きく開口しており、可動治具１０４の内周には、円柱治具１２２の雄ネジ部１２３（図４も参照）に螺合する雌ネジ部１１９が形成される。円筒部１１３の外周には、円筒部１１３の長さ方向に延びる平面部１２０が、円筒部１１３を断面視で見たときに対称なる二箇所に設けられる。

ガス噴出治具１０２は、以下のようにして形成される。まず、可動治具１０４を嵌合孔１１７に円筒部１１３を嵌め込むことで、円筒部１１３の外周に位置付ける。続いて、封止部材１１２を、円筒部１１３の外周で先細部１１４側の端部に位置揃えされるように嵌挿させる。続いて、封止部材１１２と円筒部１１３とを溶接等により固定する。これにより、可動治具１０４は、円筒部１１３の長さ方向にスライド自在となり、さらに、円筒部１１３の周回り方向に回転自在となりつつも、取付部１１５と封止部材１１２とによって可動治具１０４から脱落しないようになる。ここに、封止部材１１２は、抜止部としての役割を果たす。

図４は、コネクタ治具１０３の分解斜視図である。図１、図２及び図４を参照する。コネクタ治具１０３は、ボルト体１２１を円柱治具１２２に組み付けて構成される。

円柱治具１２２は、金属素材で形成され、円柱状をなし、縁部分が面取りされている。円柱治具１２２の外周には、可動治具１０４の雌ネジ部１１９が螺合する雄ネジ部１２３と、円柱治具１２２の長さ方向に延びる平面部１２４とが形成される。平面部１２４は、円柱治具１２２を断面視で見たときに対称なる二箇所に設けられる。円柱治具１２２の一方の端部には、ガス噴出治具１０２の先細部１１４（図３も参照）が入り込む第１挿入孔１２５が形成される。第１挿入孔１２５には、第２ガスケット１０６（図２、図５、図６参照）やボルト体１２１も挿入される。また、円柱治具１２２の他方の端部には、真空二重容器１５１のポート１５６が入り込む第２挿入孔１２６が形成される。また、円柱治具１２２には、その軸芯に沿って、第１挿入孔１２５と第２挿入孔１２６とを貫通する雌ネジ孔１２７が設けられる。

ボルト体１２１は、円柱治具１２２の雌ネジ孔１２７に螺合するボルト軸１２８と、ボルト軸１２８の端部に位置するボルト頭１２９とを有する。ボルト頭１２９は、図４に示すように、短い円柱状をなしていてもよいが、短い角柱状（例えば、六角柱状）をなしていてもよい。ボルト頭１２９の端面には、六角レンチ（図示せず）を挿入させてボルト体１２１を雌ネジ孔１２７に螺合させるためのレンチ孔１３０が形成される。ボルト体１２１では、レンチ孔１３０からボルト軸１２８の軸芯に沿って延びボルト軸１２８の先端に開口する通気路１３１が設けられる。

コネクタ治具１０３は、平面部１２４の第１挿入孔１２５に、ボルト体１２１をボルト軸１２８側から挿入し、ボルト軸１２８を雌ネジ孔１２７に螺合させ、雌ネジ孔１２７の先端を円柱治具１２２の第２挿入孔１２６側の端面よりも外側に突出させる。ボルト体１２１を雌ネジ孔１２７に螺合させる際には、六角レンチ（図示せず）を第１挿入孔１２５から導入し、六角レンチの先端（図示せず）をレンチ孔１３０に嵌め込んで、六角レンチの把持部分（図示せず）を旋回させるようにする。この際、必ずしも、ボルト頭１２９を第１挿入孔１２５の内底面に接触させるまでボルト体１２１を締め込む必要はない。

以下、図５、図６及び図２に基づいて、ガス注入兼排気工具１０１を真空二重容器１５１に取り付ける手順を述べる。図５は、コネクタ治具１０３を真空二重容器１５１に取り付けた状態での断面図である。まず、作業者は、真空二重容器１５１を、その開口側（図示せず）を下側に向けて作業台等に載置し、凹部１５５を上方に位置付け、ポート１５６が上方に突出するようにする。続いて、作業者は、第１ガスケット１０５を凹部１５５に載置して、第１ガスケット１０５の内側にポート１５６が位置付けられるようにする。続いて、作業者は、円柱治具１２２から突出するボルト軸１２８の先端を、ポート１５６内の雌ネジ部１５７に螺合させる。ここに、ボルト軸１２８は、連結用雄ネジ部としての役割を果たす。このとき、作業者は、円柱治具１２２に設けられた二つの平面部１２４を手で挟み込むことにより、容易に円柱治具１２２を回転させることができる。

図６は、ガス噴出治具１０２を真空二重容器１５１に取り付けた状態での断面図である。図５に示した状態に続いて、作業者は、第１挿入孔１２５の内周面とボルト頭１２９の外周面との間に形成された隙間Ｓ（図５参照）に、第２ガスケット１０６を配置する。第１挿入孔１２５は上方に開口しており、作業者は、第２ガスケット１０６を第１挿入孔１２５に投げ込めばよい。続いて、作業者は、可動治具１０４を手に持って先細部１１４と封止部材１１２とが露出するように可動治具１０４を上方に持ち上げ、円筒部１１３から突出する先細部１１４の先端を第１挿入孔１２５から挿入し、先細部１１４の端面を第２ガスケット１０６に接触させる。これにより、第１ガスケット１０５は、凹部１５５の内底面と円柱治具１２２の端面とに強固に挟まれる。

再び、図２を参照する。図５に示した状態に続いて、作業者は、可動治具１０４を下方に動かして、雌ネジ部１１９を円柱治具１２２の雄ネジ部１２３に螺合させる。このとき、作業者は、可動治具１０４に設けられた二つの平面部１２０を手で挟み込むことにより、容易に可動治具１０４を回転させることができる。可動治具１０４が下方に動くと、可動治具１０４の内底面が封止部材１１２の上面を下方に押す。これに伴って、円筒部１１３は下方に動き、第２ガスケット１０６が第１挿入孔１２５の内底面と先細部１１４の端面との間に強固に挟まれる。

以上に述べた手順を踏むことにより、ガス注入兼排気工具１０１は真空二重容器１５１に取り付けられ、ガス流路１１６と通気路１３１とポート１５６と真空二重容器１５１の内部空間１５４とがエア漏れすることなく連通する。

ガス注入兼排気工具１０１を真空二重容器１５１に取り付けた状態で、作業者が、真空二重容器１５１とガス注入兼排気工具１０１の一部分（例えば、コネクタ治具１０３、可動治具１０４、及び、円筒部１１３におけるコネクタ治具１０３側の部分）を加熱炉に入れ、真空ポンプ（図１３参照）を駆動するとともに、真空二重容器１５１を加熱する（ベーキング工程）ことで、真空二重容器１５１の内部空間１５４の内部や、外瓶１５２や内瓶１５３での内部空間１５４側の内周面に含まれている水分や油分が、ポート１５６、通気路１３１、ガス流路１１６の順に通過して排出され、結果として、外瓶１５２や内瓶１５３での外側表面及び内部空間１５４側の内周面の酸化被膜形成を防止することができる。その後、バルブ（図１３参照）を切り替えて、ガス源（図１３参照）からの不活性なガス（例えば、アルゴンガス）を真空二重容器１５１の内部空間１５４内に送り込むことができる。

このように、真空二重容器１５１のポート１５６の内周面に形成される雌ネジ部１５７に対してボルト体１２１のボルト軸１２８を螺合させることで、真空二重容器１５１での内部空間１５４の真空引きを行ったり、内部空間１５４に不活性なガスを送り込んだりすることが可能になる。

なお、コネクタ治具１０３を真空二重容器１５１のポート１５６から取り外す際、作業者は、上記とは逆の手順で作業を進めることになる。即ち、可動治具１０４を回してコネクタ治具１０３から外し、可動治具１０４を上方に持ち上げ、その状態でコネクタ治具１０３を回してコネクタ治具１０３でのボルト軸１２８の先端をポート１５６の雌ネジ部１５７から外す。

［ろう付け排気工具］
以下、図７〜図１２に基づいて、ろう付け排気工具３０１について述べる。図７は、ろう付け排気工具３０１の平面図である。図８は、図７のＣ−Ｃ線断面図である。図９は、ろう付け排気工具３０１の分解斜視図である。図１０は、フランジ材３０３の平面図である。図１１は、フランジ材３０３を示す、図７のＫ矢視図である。図１２は、蓋材３０２の底面図である。

ろう付け排気工具３０１は、蓋材３０２と、フランジ材３０３と、真空ノズル３０４と、第１冷却水ノズル３０５と、第２冷却水ノズル３０６と、シール部としての封止用Ｏリング３０７と、透光部としてのガラス体３０８と、シール材３０９とを有する。一例として、蓋材３０２とフランジ材３０３と、真空ノズル３０４と、第１冷却水ノズル３０５と、第２冷却水ノズル３０６とは、ＳＵＳ３０４のステンレス鋼により形成される。

図８、図９、図１０及び図１１を参照し、フランジ材３０３について説明する。フランジ材３０３は、円板状をなしている。フランジ材３０３の中心には、その上面３１１から下面３１２に向かうにつれて窄まるテーパ孔部３１３と、このテーパ孔部３１３の下端部から下面３１２に向けて円柱状に開口する円柱孔部３１４とが開口している。

フランジ材３０３において、円柱孔部３１４の下縁からは、真空二重容器１５１の凹部１５５に嵌り込むリング状の係合部３１５が突出している。フランジ材３０３の下面３１２には、係合部３１５と同心円状に設けられるＯリング溝３１６が設けられる。Ｏリング溝３１６には、封止用Ｏリング３０７が嵌め込まれる。封止用Ｏリング３０７は、一例として、フッ素化ゴムから形成される。

フランジ材３０３において、テーパ孔部３１３の中腹からは、吸引路３１７が、フランジ材３０３の側面に向かって上面３１１や下面３１２と平行に放射状に延びている。ここで、テーパ孔部３１３と円柱孔部３１４とは、特許請求の範囲で言うところの「連絡路」を構成する。そして、ガラス体３０８は、この連絡路の外壁の一部を構成することになる。

フランジ材３０３の上面３１１には、段部３１８が形成されている。この段部３１８は、テーパ孔部３１３の上縁から円形の外側方向に少々の余白をリング状に残し、このリング状部分を下面３１２に段状に下がった形状をなしている。段部３１８には、平面視にてテーパ孔部３１３や円柱孔部３１４と同心円状に延びる、平面視「Ｃ」字状の流水溝３１９が設けられる。流水溝３１９は、吸引路３１７に連通していない。流水溝３１９の両端部のそれぞれからは、第１流水路３２０と第２流水路とが、フランジ材３０３の側面に向かって上面３１１や下面３１２と平行に放射状に延びている。

図７、図８、図９、図１０及び図１１を参照し、真空ノズル３０４、第１冷却水ノズル３０５及び第２冷却水ノズル３０６について述べる。真空ノズル３０４は、筒状の部材である。真空ノズル３０４の一端側は先細となって、フランジ材３０３の側面に開口する吸引路３１７に連通するように溶接取付される。真空ノズル３０４の他端側には、雌ネジ部３２１が形成される。この雌ネジ部３２１には、真空引用パイプ（図示せず）が螺合取付される。第１冷却水ノズル３０５は、真空ノズル３０４と同様の構造を有し、筒状の部材であって、その一端側は先細となって、フランジ材３０３の側面に開口する第１流水路３２０に連通するように溶接取付され、他端側には雌ネジ部が形成される。第２冷却水ノズル３０６は、真空ノズル３０４や第１冷却水ノズル３０５と同様の構造を有し、筒状の部材であって、その一端側は先細となって、フランジ材３０３の側面に開口する雌ネジ部３２１に連通するように溶接取付され、他端側には雌ネジ部が形成される。

図７、図８、図９及び図１２を参照し、蓋材３０２について述べる。蓋材３０２は、リング状の平板である。蓋材３０２の下面３２２は、図８に示すように、フランジ材３０３の段部３１８に嵌り込む。蓋材３０２の下面３２２には、逃がし溝３２３が、フランジ材３０３の流水溝３１９の外周縁に沿うように延びている。逃がし溝３２３は、流水溝３１９を水が流れる際の空気の逃げ道等になる。

蓋材３０２の中心には、その上面３２４から下面３２２にかけて、円柱状に開口する中心孔部３２５が開口している。蓋材３０２の上面３２４には、円盤状のガラス体３０８が嵌り込むガラス嵌込部３２６が形成される。ガラス嵌込部３２６は、蓋材３０２の上面３２４よりも下面３２２側に落ち込んでおり、平面視において中心孔部３２５と同心円状に広がる。ガラス嵌込部３２６の外周には、下面３２２側に凹んで形成されるシール材溝３２７が設けられる。シール材溝３２７には、シール材３０９が嵌めこまれる。シール材３０９は、蓋材３０２とガラス嵌込部３２６に嵌挿されたガラス体３０８との間に挟まれる。シール材３０９は、一例として、フッ素化ゴムから形成される。

ろう付け排気工具３０１は、フランジ材３０３の段部３１８と、蓋材３０２の下面３２２とを接しさせた状態で、蓋材３０２とフランジ材３０３とを溶接して結合することにより構成される。

以下、図８に基づいて、ろう付け排気工具３０１を用いて真空二重容器１５１のポート１５６をろう付けする手順を述べる。ろう付け作業の前提として、真空二重容器１５１では、図１４〜図１７に示される工程によって、真空二重容器１５１のポート１５６にキャップ栓（図１５参照）が嵌められて不活性なガスがポート１５６から漏れ出さないようになっているものとする。また、ろう付け排気工具３０１の真空ノズル３０４の雌ネジ部３２１には、真空ポンプ（図示せず）に繋がるパイプ（図示せず）が、Ｏリング（図示せず）を介して螺合されているものとする。また、ろう付け排気工具３０１の第１冷却水ノズル３０５及び第２冷却水ノズル３０６のそれぞれには、流水ポンプ（図示せず）に繋がるパイプ（図示せず）が、シール材（図示せず）を介して螺合されているものとする。

作業者は、まず、真空二重容器１５１の凹部１５５にろう材（図１６参照）を載置する。続いて、作業者は、真空二重容器１５１のポート１５６に嵌められているキャップ栓を取り外し、その直後に、ろう付け排気工具３０１の係合部３１５を真空二重容器１５１の凹部１５５に嵌め込み、封止用Ｏリング３０７を真空二重容器１５１の底面１５４Ａに押しあてて、この状態で真空ポンプを駆動する。これにより、真空二重容器１５１の内部空間１５４内の不活性なガスが、ポート１５６、円柱孔部３１４、テーパ孔部３１３、吸引路３１７を通り、真空ノズル３０４を経て、真空ポンプに吸引される。ここで、封止用Ｏリング３０７は、円柱孔部３１４とポート１５６とを連通する際の漏れを防ぐ。吸引圧による負圧により、このとき、ガラス体３０８は、真空二重容器１５１側に強く吸い寄せられ、シール材３０９によるろう付け排気工具３０１の内外の密閉が確実になる。

続いて、作業者は、光源を用いて、光源からの光を、ガラス体３０８を通して、凹部１５５に載置されたろう材に当てる。光源には、近赤外線ヒーターの点集光タイプのものを用い、光源をろう材に照射することにより、ろう材が溶融し、ポートが封止される。このとき、作業者は、水流ポンプを駆動させて流水溝３１９内に流水を通過させる。これにより、蓋材３０２やフランジ材３０３、封止用Ｏリング３０７、ガラス体３０８、シール材３０９等の熔解や破損、さらには、ろう付け排気工具３０１が接する真空二重容器１５１（特にその外瓶１５２で凹部１５５の近傍）の熱による歪曲を防ぐことができる。

続いて、作業者は、ろう付け排気工具３０１を持ち上げてろう付け排気工具３０１を真空二重容器１５１から離反させる。

真空二重容器１５１の内部空間１５４が不活性なガスで満たされた後では、作業者は、加熱炉（図１３参照）の外でも、不活性なガスの真空引きの作業とポート１５６の封止の作業とを行なうことができ、しかもこれらを一度に行なうことができる。即ち、ベーキング工程を終え、ポート１５６がキャップ栓で閉じられている状態の真空二重容器１５１をろう付け排気工具３０１に取り付け、そこで真空ポンプ（図１３参照）を駆動して真空二重容器１５１の内部空間１５４内の不活性なガス（例えば、アルゴンガス）を真空引きし、その後、真空ポンプを停止したりバルブ（図１３参照）を閉じたりして、光源でろう材を溶融にすることで、ポート１５６を封止できる。その後、作業者は、真空二重容器１５１からろう付け排気工具３０１を取り外すことになる。

［真空引き兼封止方法］
これまでに述べたガス注入兼排気工具１０１及びろう付け排気工具３０１を用いて行なう真空二重容器１５１の真空引き兼封止方法について述べる。図１３は、真空引き兼封止システムの配管図である。図１４〜図１７は、真空引き兼封止方法の流れを示すフローチャートである。図１３において、ガス注入兼排気工具１０１は「ベーキング用真空排気工具」として示されることがあり、ろう付け排気工具３０１は「ろう付け用真空排気工具」として示されることがあり、真空二重容器１５１は「ワーク」として示されることがあり、光源は「集光ヒーター」として示されることがある。これらの表記は、図１４〜図１７でも用いられることがある。

本実施の形態で述べる真空引き兼封止方法は、上述したような、外瓶１５２と内瓶１５３とからなり、外瓶１５２に設けられ内瓶１５３側に凹んでいる凹部１５５と、内瓶１５３から離反する方向に凹部１５５から突出するポート１５６と、ポート１５６の内周面に形成される雌ネジ部１５７とを有する真空二重容器１５１に対して行なうものであり、
（Ａ）ガス注入兼排気工具１０１を、ポート１５６に取り付ける工程（第１取付工程）と、
（Ｂ）第１取付工程に続いて、ガス注入兼排気工具１０１を介して真空二重容器１５１を真空引きするとともに加熱する工程（ベーキング工程）と、
（Ｃ）ベーキング工程に続いて、ガス注入兼排気工具１０１を介して真空二重容器１５１にアルゴンガス等の不活性なガスを注入する工程（注入工程）と、
（Ｄ）注入工程に続いて、ガス注入兼排気工具１０１を真空二重容器１５１から取り外し、ポート１５６にキャップ栓をする工程（キャップ工程）と、
（Ｅ）キャップ工程に続いて、凹部１５５にろう材を配置し、ろう付け排気工具３０１をポート１５６に取り付ける工程（第２取付工程）と、
（Ｆ）第２取付工程に続いて、ガス注入兼排気工具１０１を介して真空二重容器１５１を真空引きする工程（真空引き工程）と、
（Ｇ）真空引き工程に続いて、ガス注入兼排気工具１０１のガラス体３０８を通してろう材を加熱し、ポート１５６を封止する工程（ろう付け工程）と、
を含んでいる。真空引き兼封止方法の詳細は、図１４〜図１７に沿って示す。このような真空引き兼封止方法によれば、大掛かりな設備を用いずに真空二重容器を真空引きし封止することができる。

上記のような真空引き兼封止方法を想到するに至るまでの発明者の考え、及び、発明者が重視した考えを以下に述べる。

発明者は、真空断熱の２重容器を作成するに当たり、構想の段階で目指したものが５つあった。一つ目は、封止ポートを再利用可能なものにすることであった。これは、小規模な会社・製造現場で完成する手前で不良品が多く出た場合に、修正対応可能な手段がないとコスト増や後処理増等の問題が生じる可能性がある為である。この点、本実施の形態では、ポートがネジ式になっているために、もし失敗しても同じかそれ以上大きいサイズのネジをろう材もろとも開けてしまえば不適合製品を修正することができる。

二つ目は、真空二重容器を多品種少量でも生産可能にすることであった。即ち、短時間で工具の脱着を行うことができ、且つワークの大きさや形状を問わずにベーキングしたり、封止したりできることが必要であった。通常は、炉の中に製品を入れてベーキング処理を行うが、もし製品の大きさが自由の女神のように巨大な大きさであっても、ラバーヒーターと断熱材さえ周囲に巻いてしまえば、真空断熱容器は作成可能となる。しかも、プロセスは全く同じままに作業が可能である。

三つ目は、真空二重容器を、確実に高真空状態を維持した状態で封止できたかどうかを確認できるかということであった。通常、低真空で真空引きしたのちにゲッター材（内部に入れて加熱すると真空ポンプと同等の働きをするもので、例えば、気体を吸着するチタン、ジルコニウムなどの酸化化合物である）を入れ、内部の真空状態を維持することが行われる。この場合、真空断熱の性能を上げるためには封止段階での高真空状態を確認する必要がある。本実施の形態でも、ゲッターを使用するが、ゲッターの吸着する気体の量には限りがあるという実情から、本実施の形態では、封止段階での高真空状態を確認し、断熱性能・品質の向上を確認するようにしている。

四つ目は、高温環境下で、真空二重容器の性能を維持できるようにすることであり、その為の、封止するろう材の溶融温度が極力高温のものでも使用できる封止工具と、ろう付け時の高温で歪まない封止ポートとの検討であった。周知の通り、１８−８ステンレスは、一度熱による歪が発生した場合、元の状態に修正することが非常に困難である。本実施の形態において、真空二重容器の封止ポートが凹凸構造になっていることの理由の１つは、封止ポート周辺がろう付け排気工具によってきちんと水冷され、歪みが発生しないようにするためである。理由の２つ目は、ろう付け排気工具と真空二重容器の真空を維持している封止用Ｏリング（フッ素化ゴム）に熱損傷を与えないためである。その為、ろう付け排気工具と真空二重容器の封止ポートはインローになっている。

ろう付け排気工具に関しては、特開平１０−２９５５６１号公報に記載の真空構造体の排気装置の有する、封止の際のシールパッキンが高温に耐えられずに、低い温度で溶融するろう材を選択する必要があるという課題を、本実施の形態のろう付け排気工具では、水冷により工具の温度を下げることができること、光の入射角に沿った形状をしていること（図１６参照）で、高温で溶融するロウ材を使用できるように解決している。このことにより、本実施の形態の真空二重容器は、その所定温度以下の使用環境であれば、封止しているろう材が溶融することがなく、内部の温度を保温することができる。この点、将来、高温環境下に設置するデバイスを高温から保護するのに役に立つことが考えられる。

本実施の形態のろう付け排気工具は、水冷箇所が２重容器の外板と接触する構造になっており、熱による歪みを最小限に抑え、高温で溶融するろう材を使用できる。

五つ目は、真空二重容器の封止ポートが、外側に出っ張らないようにすることであった。封止ポートは、真空二重容器の底面に位置するために、もし出っ張ってしまうと底面に全体を覆うカバーのようなものが必要になってしまう。というのも、出っ張り部分がコマの足、ヤジロベエの足のようになって、真空二重容器を安定して載置することができなくなってしまうからである。本実施の形態のように、ベーキング用排気工具（ガス注入兼排気工具）に中空のネジを使用することで、封止ポートにネジを作ることが出来れば容易に真空引きできる構造になっているが、その時は必ず封止ポートの上端が底面よりも凹でなければならない。本実施の形態では、ネジ部分が外側に凸になっているが、もちろん内側に凸にすることも可能である。

発明者は、さらに、以下の点を主張する。本実施の形態では、真空二重容器の封止する手段として、ろう付けを採用している。ろう付けは、真空二重容器を封止する上で有利である。真空二重容器の封止方法としては、ろう付けの他に、溶接、ガスケットによる封止が考えられる。溶接では、封止ポートの構造が重要だが、コストが安く大量生産にも対応できる。真空炉の中で封止するのに最適といえる。ただし、多額の設備投資を要する。他方、ガスケットによる封止では、コストは安いが、真空漏れが頻発し信頼性に欠けるといえる。例えば、研究室などで使われる測定器などでは多く使われており、数年に一度は再度真空引きをする必要が出てくるという実情がある。この点、ろう付けによる封止では、封止ポートの構造が重要だが、コストが安く大量生産にも対応でき、真空炉の外で封止するのにも最適といえ、コストは高くならない。

１０１ ガス注入兼排気工具
１０２ ガス噴出治具（ガス噴出部）
１０３ コネクタ治具（コネクタ部）
１０４ 可動治具（操作部）
１０５ 第１ガスケット
１０６ 第２ガスケット
１１２ 封止部材（抜止部）
１１５ 取付部
１１６ ガス流路
１１９ 雌ネジ部
１２３ 雄ネジ部
１２８ ボルト軸（連結用雄ネジ部）
１３１ 通気路
１５１ 真空二重容器
１５２ 外瓶
１５３ 内瓶
１５４ 内部空間
１５５ 凹部
１５６ ポート
１５７ 雌ネジ部
３０１ ろう付け排気工具
３０７ 封止用Ｏリング（シール部）
３０８ ガラス体（透光部）
３１３ テーパ孔部（連絡路）
３１４ 円柱孔部（連絡路）
３１７ 吸引路
３１９ 流水溝

Claims (5)

1. 外瓶と内瓶とからなり、外瓶に設けられ内瓶側に凹んでいる凹部と、内瓶から離反する方向に凹部から突出する第１部分と内瓶から近づく方向に凹部から突出する第２部分との少なくともいずれかを有するポートと、ポートの内周面に形成される雌ネジ部とを有する真空二重容器に対して行なう真空引き兼封止方法であって、
   （ａ）ガス源が着脱自在に取り付けられる取付部と、前記ガス源からのガスが通過するガス流路とを含むガス噴出部と、（ｂ）前記ポートの雌ネジ部に螺合自在の連結用雄ネジ部と、前記連結用雄ネジ部の端部から延びる通気路とを含むコネクタ部と、（ｃ）前記ガス流路と前記通気路とが連通するように前記ガス噴出部と前記コネクタ部とを連結する操作部とを備えるガス注入兼排気工具を、前記ポートに取り付ける第１取付工程と、
   前記第１取付工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具を介して前記真空二重容器を真空引きするとともに加熱するベーキング工程と、
   前記ベーキング工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具を介して前記真空二重容器に不活性なガスを注入する注入工程と、
   前記注入工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具を前記真空二重容器から取り外し、前記ポートにキャップ栓をするキャップ工程と、
   前記キャップ工程に続いて、前記凹部にろう材を配置し、（ｐ）真空ポンプにより吸引するための吸引路と、（ｑ）前記吸引路と前記ポートとを繋ぐ連絡路と、（ｒ）前記連絡路と前記ポートとの連通する際の漏れを防ぐシール部と、（ｓ）前記連絡路の外壁の一部を構成し、連絡路内に配置されたろう材を溶融させるための光を透過させる透光部とを備えるろう付け排気工具を、前記ポートに取り付ける第２取付工程と、
   前記第２取付工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具を介して前記真空二重容器を真空引きする真空引き工程と、
   前記真空引き工程に続いて、前記ガス注入兼排気工具の透光部を通して前記ろう材を加熱し、前記ポートを封止するろう付け工程と、
   を備える、真空引き兼封止方法。
2. 前記ろう付け工程では、前記ガス注入兼排気工具を水冷しながら前記ろう材を加熱する、
   請求項１記載の真空引き兼封止方法。
3. 外瓶と内瓶とからなり、外瓶に設けられ内瓶側に凹んでいる凹部と、内瓶から離反する方向に凹部から突出する第１部分と内瓶から近づく方向に凹部から突出する第２部分との少なくともいずれかを有するポートと、ポートの内周面に形成される雌ネジ部とを有する真空二重容器に対して用いられるガス注入兼排気工具であって、
   ガス源が着脱自在に取り付けられる取付部と、前記ガス源からのガスが通過するガス流路とを含むガス噴出部と、
   前記ポートの雌ネジ部に螺合自在の連結用雄ネジ部と、前記連結用雄ネジ部の端部から延びる通気路とを含むコネクタ部と、
   前記ガス流路と前記通気路とが連通するように前記ガス噴出部と前記コネクタ部とを連結する操作部と、
   を備える、ガス注入兼排気工具。
4. 前記コネクタ部と前記凹部との間、及び、前記ガス噴出部と前記コネクタ部との間の少なくともいずれかにガスケットが挟まれる、
   請求項３記載のガス注入兼排気工具。
5. 前記操作部は、前記ガス噴出部にスライド自在かつ回転自在に嵌合し、
   前記ガス噴出部には、前記操作部を抜け止めするための抜止部が設けられ、
   前記コネクタ部の外周には、雄ネジ部が形成され、
   前記操作部は、前記コネクタ部の雄ネジ部に螺合する雌ネジ部を有する、
   請求項３又は４記載のガス注入兼排気工具。

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