KR100234826B1 - 금속 제진공 이중벽용기 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 내용기와 외용기 모두 금속으로 만들어진 금속제 진공 이중벽 용기와 그 제조 방법이 제공된다. 이중벽 용기를 형성하는 내용기와 외용기중 적어도 외용기의 강판을 압연하여 비커스 경도 250~600으로 하고 용기 형상의 동체형상으로 한 후, 별도로 가공한 내용기와 각각의 입구부에서 접합 일체화하여 금속제 이중벽 용기로 하고, 당해 금속제 이중벽 용기를 200~600℃의 온도의 진공분위기에서 열처리하여 이중벽 사이의 공극을 진공 밀봉하여 되는 금속제 진공 이중벽 용기는, 용기를 구성하는 스테인레스 강판의 경도를 조정하는 것이 가능하게 되어, 이 경도를 높임으로써 판 두께를 종래 제품 보다도 얇게 하여도 외력에 의한 충격에 견딜 수 있어, 종래 제품 보다 경량인 금속제 진공 이중벽 용기를 제조할 수 있게 된다.

Description

금속제 진공 이중벽 용기 및 그 제조방법

본 발명은 휴대용 보온벽, 단지, 물병 등의 스테인레스 강제 진공 이중벽 용기와 그의 제조방법에 관한 것이다.

스테인레스 강제의 진공 이중벽 용기는 외력에 의한 낙하, 충격에 의한 외면 손상이나 변형을 막기 위해 충분한 기계적 강도를 필요로 하는데, 특히 휴대용 용기에서는 더욱 큰 강도를 요한다. 용기의 강도는 용기를 구성하는 스테인레스 강판의 경도에 거의 비례한다. 따라서, 경고가 충분히 높은 스테인레스 강을 사용하면 이중벽 용기를 구성하는 스테인레스 강판재의 두께를 얇게 할 수 있으며, 결과적으로 스테인레스 강제 진공 이중벽 용기 전체 중량을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

스테인레스 강판의 강도를 증가시키는 것과 관련하여, 금속가공 중에 금속결정입자의 미세화 및/또는 마르텐사이트(martensite) 변형에 의한 경화 작용(가공경화)을 증가시키기 위해 스테인레스 강 소재의 가공도를 증가시키는 방법이 있다.

한편, 스테인레스 스틸 이중벽 용기를 진공 밀봉하는 방법으로서는 일본 공개특허공보 소59－103633호, 일본 공개특허공보 소61－106119호, 또는 일본 공개특허 공보 소58－192516호에 각각 기재되어 있듯이, 진공 또는 대기중 400℃~1200℃의 온도 범위에서 외용기에 부착된 칩(chip)튜브를 경유하여 소정이 진공도로 배기한 후, 칩튜브를 가압하여 밀봉하는 방법, 또는 가열 처리하고 고형 납땜제를 용융하여 진공 밀봉하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 종래의 스테인레스 강제 진공 이중벽 용기를 제조하는 방법에서는 냉간 압연 강판, 예를 들어 표면 다듬질한 JIS 규격의 No. 2B재 등의 스테인레스 강판을 압연, 인발, 용접 가동 등에 의해 용기를 형성하는데, 이러한 가공 공정에 의해 경도가 결정되어 버리므로, 결과적으로 각 공정에 요구되는 최소의 강판 두께 보다 얇게 하는 것은 불가능하게 된다.

또한, 진공 밀봉시의 가열 처리에 의해 가공 경화된 이중벽 용기의 스테인레스 강이 어닐링 작업에 의해 경도가 저하되는 경우도 있다. 즉, 가공 경화에 의해 높은 경도를 갖게 된 스테인레스 강은 600℃이상의 온도에서 어닐링하는 것에 의해 연화된다. 또한, 600℃~800℃의 온도에서는 고용 탄소가 탄화물로 되어 석출되어 예민하게 되고 입계 부식을 일으키기 쉽게 되어 내부식성이 저하된다. 더욱이, 1000℃~1200℃온도로 가열하면 탄화물을 고용화시켜 오스테나이트(austenite) 조직으로 회복되는 것에 의해 경도가 도로 연화되어 버린다. 진공 배기 중의 가열은 스테인레스 강에 있는 잔류 가스 성분을 충분히 배기시켜 진공도를 높이기 위해서 중요한데, 실제 사용 온도 이상의 가열이 필요하다. 예를 들어, 보온병의 경우에는 열탕을 보관하기 때문에 100℃이상의 온도가 요구된다.

이들로부터, 경량의 진공 이중벽 용기를 제조하는데 있어서는, 사용되는 스테인레스 강재의 경도를 증가시키고, 열처리에 의한 내부식성을 고려하고, 연화를 막을 수 있는 조건들을 선택할 것이 요구된다.

본 발명의 목적은 스테인레스 강판의 가공 경도를 증가시키는 것에 의해, 경량이면서도 충격 강도가 우수한 스테인레스 강제 진공 이중벽 용기를 제공하는데 있다.

제1도은 본 발명의 금속제 진공 이중벽 용기의 일 실시에에 따른 스테인레스 강제 보온벽의 정단면도.

제2도는 스테인레스 강판의 저온 어닐링에 따른 가공율과 경도 사이의 관계를 도시한 그래프.

제3도은 본 발명의 금속제 진공 이중벽 용기의 제 2 실시에에 따른 스테인레스 강제 보온병의 정단면도.

제4도는 제3도와 동일한 보온병의 구성부재를 제조하는데 사용되는 테이퍼(taper)관의 정단면도.

제5도는 본 발명의 금속제 진공 이중벽 용기의 일 실시예에 따른 스테인레스 강제 도시락용 물병의 정단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 내용기 2 : 외용기

3 : 진공 단열층 4 : 상부 부재

5 : 동체 부재 6 : 저부 부재

7 : 오목부 8 : 배기공

9 : 밀봉재 10 : 칩(chip) 튜브

본 발명의 제 1 태양에 따르면, 금속제의 내용기와 외용기를 각각 입구부에서 접합 일체화하여 이중벽 구조로 하고 상기 내용기와 외용기 사이의 공간을 진공단열층으로 형성하여 이루어진 진공 이중벽 용기에 있어서, 적어도 외용기의 압연 가공으로 형성된 동체 부재가 비커스 경도 250~600Hv인 강판으로 되는 것을 특징으로 하는 금속제 진공 이중벽 용기를 제공한다.

또한, 본 발명의 제 2 태양에 따르면, 이중벽 용기를 형성하는 내용기와 외용기중 적어도 외용기의 강판을 압연하여 비커스 경도 250~600Hv로 하고 용기 형상의 동체 형상으로 한 후, 별도로 가공한 내용기와 각각의 입구부에서 접합 일체화하여 금속제 이중벽 용기로 하고, 당해 금속제 이중벽 용기를 200~600℃의 온도의 진공 분위기에서 열처리하여 이중벽 사이의 공극을 진공 밀봉하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속제 진공 이중벽 용기의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 가공 압연율이 큰 스테인레스 강판이 가공 압연율이 작은 스테인레스 강판에 비해 저온 어닐링 후 경도의 증가가 크다는 것에 착안하여 이루어진 것으로, 스테인레스 강판을 미리 강판의 시점에서 경도를 증가시키기 위해 가압 압연을 행하고, 그 후에 압연, 인발, 벌징, 용접 가공 등에 의해 금속제 이중벽 용기를 형성하여 더욱 경도를 높이고, 다음에 200~600℃의 온도로 진공 배기 처리하여 진공 밀봉하고 상온으로 하는 것에 의해 저온 어닐링하여 더욱 용기 강판의 강도를 높이는 것이 가능하다. 이러한 조건을 선정 조합시키는 것에 의해 필요한 강도를 가지면서도 매우 가벼운 금속제 이중벽 용기를 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 용기의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에 재료비가 절약되어 값싼 제품을 제조할 수 있게 된다. 판 두께를 종래의 제품과 동등하게 하면 강도가 매우 우수한 제품이 얻어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 금속제 진공 이중벽 용기의 일 실시예에 따른 스테인레스 강제 보온병의 정단면도이다. 이 보온병은 스테인레스 강재로 이루어지는 내용기(1)와 마찬가지로 스테인레스 강재로 이루어지는 외용기(2)를, 각각의 입구부에서 접합 일체화하고, 이들 내용기(1)와 외용기(2) 사이의 공간에 진공 단열층(3)을 형성하여 구성되어 있다. 상기 외용기(2)는 상부 부재(4)와 동체 부재(5) 및 저부 부재(6)를 용접 접합하는 것에 의해 일체화되는 것으로 구성되어 있다. 또한, 저부 부재(6)의 대략 중앙에는 오목부(7)가 설치되고, 이 오목부(7)의 대략 중앙에 배기공(8)이 형성되어 있다. 이 배기공(8)은 진공 배기 처리시 특정 온도로 가열할 때 용융되는 금속계 납땜재로 이루어지는 밀봉재(9)에 의해 밀봉된다.

스테인레스 강제의 보온병은 내용기(1)와 외용기(2) 중 적어도 외용기(2)를 형성하기 위한 강판을 미리 비커스 경도 250~600범위로 압연하고, 다음에 내용기(1)와 외용기(2)를 접합 일체화한 이중벽 용기를 200~600℃온도로 진공 배기 처리하여, 이중벽 용기의 벽 사이의 공극을 진공으로 유지하며 밀봉한다. 그리고, 이것을 상온으로 냉각하는 것에 의해 스테인레스 강의 저온 어닐링이 이루어져, 고경도화한 부분의 판 두께를 얇게 한 구성으로 되어 있다.

이 보온병 제작에 있어서, 미리 압연 등에 의해 비커스 경도(Hv) 250~600 범위로 압연 조정된 스테인레스 강판을 이용하는데, 이것을 압연, 인발, 벌징(bulging), 용접 가공 등에 의해 이중벽 용기를 제작한다. 이어서, 용기 입구부를 하향으로 하여 오목부(7)에 밀봉재(9)를 삽입하고, 용기를 진공 가열로에 수용하여, 배기공(8)을 통해 내용기(1)와 외용기(2) 사이의 공간을 200~600℃의 온도하에서 소정의 진공도로 진공 배기하고, 그리고 밀봉재(9)를 용융시키는 것에 의해 용기의 배기공(8)을 밀봉한다. 그 결과, 용기를 형성하는 강판은 저온 어닐링이 행해져서, 용기를 구성하는 스테인레스 강판의 경도가 증가되어 제조된다.

이와 같이, 비커스 경도 250~600 범위로 압연 조정된 스테인레스 강판을 소성 가공하여 얻어진 내용기와 외용기를 접합 일체화하여 금속제 이중벽 용기를 제작하고, 이어서 금속제 이중벽 용기를 200~600℃의 온도에서 진공 밀봉한 후 상온으로 냉각시키는 것에 의해 저온 어닐링이 이루어지는데, 이에 의해 용기를 구성하는 스테인레스 강판을 고경도화할 수 있음을 입증하기 위해 다음의 실험을 행하였다.

즉, 스테인레스 강판(SUS 304)을 0~70%범위에서 냉간 가공한 각종 강판을 제작하고, 이들 스테인레스 강판의 비커스 경도를 측정하는 한편, 이들 스테인레스 강판을 200℃에서 30분 동안, 400℃에서 30분 동안, 600℃에서 30분 동안 저온 어닐링하고, 그 후의 비커스 경도를 측정하여 저온 어닐링에 의한 가공율과 경도 사이의 관계를 조사하였다. 이 결과를 도 2에 나타낸다.

또한, 동일한 스테인레스 강판(SUS 304)의 가공율과 어닐링 온도의 차이에 따른 경도의 증가량을 표 1에 나타낸다.

실험방법 : 두께 0.5㎜, 한 변의 길이 5㎝인 테스트 부재(SUS 304)들을 지정된 가공율로 냉간 가공한 후, 각 테스트 부재들을 상온에서 가열로 안에 넣고 각 온도에 도달한 후 각각 30분 동안 유지시키고, 가열로에서 테스트 부재를 꺼낸 후 비커스 경도를 측정.

도 2 및 표 1로부터 명백한 바와 같이, 스테인레스 강판의 가공율을 증가시킴에 따라 Hv가 증가되고, 냉간 가공한 스테인레스 강판을 200~600℃에서 열처리한 후 상온으로 냉각시켜 저온 어닐링을 행하면 더욱 Hv가 증가되는 것을 알 수 있다. 따라서, 이중벽 용기의 재료로 하는 스테인레스 강판을 미리 재료 강판일 때 강도를 증가시키기 위해 가압 압연을 행하고, 그 후, 압연, 인발, 벌징, 용접 가공등을 행하여 이중벽 용기로 한 후, 이중벽 용기의 벽 사이 공간의 진공 배기 처리시 200~600℃의 온도로 가열하고, 진공 밀봉후 상온으로 냉각하여 저온 어닐링을 행하면, 이에 의해 스테인레스 강의 경도가 증대한다. 그 결과, 스테인레스 강제 진공 이중벽 용기의 판 두께를 얇게 하여 용기의 경량화를 도모하는 것에 가능하게 된다.

재료로 하는 스테인레스 강판의 비커스 경도가 Hv 250 보다 작으면 제품화한 후의 경도가 충분히 높지 않아 판재를 얇게 하여 경향화를 도모한다고 하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 또한, Hv 600 보다 큰 경우에는 강판의 소성 가공이 곤란하게 된다.

또한, 저온 어닐링 온도가 200℃보다 낮으면 저온 어닐링에 따른 경도 증가가 작게 되고, 한편 600℃보다 높을 때는 경도의 저하나 내부식성의 악화를 초래하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 금속제 진공 이중벽 용기로서 스테인레스 강제 보온병을 예시하였지만, 본 발명은 이것 이외의 금속제 진공 이중벽 용기에도 적용될 수 있음은 말할 것도 없다. 예를 들어, 스테인레스 강제 보온병으로서는 도 3에 나타낸 바와 같이 진공 밀봉을 칩튜브(10)의 압접에 의해 행한 것이라든가, 도 5에 나타낸 스테인레스 강제 도시락용 물병, 및 스테인레스 강제 컵류, 진공 단열 조리기 등이 있다.

본 발명은 다음의 실시예에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

[제조 실시예 1]

도 1에 나타낸 휴대용 보온병의 외용기(2)는 스테인레스 강판으로 인발 가공에 의해 형성된 상부 부재(4), 저부 부재(6) 및 압연 가공에 의해 형성된 동체 부재(5)를 용접 가공에 의해 일체화한 것으로, 이 외용기(2)와 내용기(1)를 입구부에서 접합 일체화한 이중벽 용기를 진공 가열로에 넣고 진공 배기하면서 500℃로 가열하여 금속계 납땜재로 되는 밀봉재(7)의 용융에 의해 진공 밀봉후 제품으로 하였다.

외용기의 동체 부재(5)로서는 SUS 304를 20%가공율로 압연한 경도 320 Hv의 스테인레스 강판을 이용하여 제품을 제작하였으며, 그 강도를 측졍했을 때 통상은 0.5㎜두께로 하고 있는 판 두께를 대략 0.25㎜정도까지 얇게 하는 것이 가능하였다.

[제조 실시예 2]

도 3에 도시된 휴대용 보온병의 외용기(2)는, 스테인레스 강재로 형성된 도 4 의 테이퍼관(11)로부터 프레스 가공 또는 벌징 가공에 의해 성형한 동체 부재(5)와, 인발 가공에 의해 형성된 저부 부재(6)를 용접 가공에 의해 일체화한 것으로, 이 외용기(2)와 내용기(1)를 입구부에서 접합 일체화한 이중벽 용기를 진공 가열로 안에 넣고 진공 배기를 행하면서, 450℃의 대기중에서 동파이프(10)를 통해 진공 배기한 후, 이 파이프(10)를 가압 압착하여 제품으로 제조하였다.

이 경우, 외용기의 동체 부재(5)를 조정 압연재인 SUS 304의 1/2H 재를 이용하여 제품을 제작하고 그 강도를 조사한 결과, 통상은 0.4㎜두께로 하고 있는 판 두께를 0.2㎜정도까지 얇게 하는 것이 가능하였다.

[제조 실시예 3]

도 5에 도시된 도시락용 물병의 외용기(2)는 스테인레스 강판을 인발 가공하여 성형한 것으로, 이 외용기(2)와 내용기(1)를 입구부에서 접합 일체화한 이중벽 용기를 진공 가열로에 넣고 진공 배기 처리를 행하면서 300℃의 온도로 가열하여 밀봉재의 용융에 의해 진공 밀봉하였다.

이 경우에도, 외용기(2)의 재료로서 SUS 301을 10%의 가공율로 압연한 경도 330Hv의 스테인레스 강재를 이용하여 제품을 제작하여 그 강도를 조사한 결과, 통상은 0.4㎜두께로 하고 있는 판 두께를 0.2㎜로 하는 것이 가능하였다.

또한, 보충시험으로써 SUS 304를 20% 가공율로 압연한 경도 320 Hv의 스테인레스 강판을 인발 가공하여 제작한 부재에 대하여, 600℃보다 높은 온도로 처리한 결과, 고온 어닐링에 의해 경도를 높이는 것은 가능하지 않았다.

SUS 304 이외의 스테인레스 강, 예를 들어 SUS 301, SUS 201, SUS 316으로 가공율과 어닐링 온도의 차이에 의한 경도의 증가량을 조사한 결과, SUS 304와 마찬가지로 압연 가공한 강재를 200~600℃범위에서 가공율을 증가시키는 것에 의해 경도를 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 용기를 구성하는 스테인레스 강판의 경도를 조절하는 것이 가능하게 되고, 이 경도를 증가시키는 것에 의해 종래의 제품보다 판 두께를 얇게 하면서도 외력에 의한 충격에 견딜 수 있는 경도를 얻을 수 있게 된다. 그 결과, 종래 제품에 비해 경량인 금속제 진공 이중벽 용기를 제조하는 것이 가능하게 된다.

또한, 용기의 판 두께를 얇게 하는 것이 가능하기 되기 때문에 재료비를 절감할 수 있어 경제적인 제품을 생산할 수 있다.

더욱이, 판 두께를 종래 제품과 동등하게 하여 스테인레스 강판을 고경도화 하면, 매우 강도가 우수한 제품을 제조할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 금속제의 내용기(1)와 금속제의 외용기(2)를 접합 일체화하여 이중벽 구조로 하고, 상기 내용기와 외용기 사이의 공간을 지공 단열층(3)으로 형성하여 이루어지는 진공 이중벽 용기에 있어서, 상기 외용기(2)가 압연 가공으로 형성된 비커스 경도 250~600의 오스테나이트 스테인레스 강판으로 되는 동체 부제(5)를 갖는 것을 특징으로 하는 금속제 진공 이중벽 용기.
2. 오스테나이트 스테인레스 강판을 미리 가압 압연하여 비커스 경도 250~600로 하고; 상기 압연된 강판에 압연, 인발, 벌징 및 용접 중에서 선택된 공정을 실시하여 원통 형상의 동체로 외용기(2)를 성형하고; 상기 외용기(2)를 별도로 가공한 내용기(1)와 각각의 입구부에서 접합 일체화하여 금속제 이중벽 용기로 제조하고; 상기 금속제 이중벽 용기를 진공 분위기에서 200~600℃의 온도로 열처리 하고; 그리고 상기 이중벽 사이의 공극을 진공 밀봉하는 단계를 포함하는 금속제 진공 이중벽 용기의 제조 방법.