金屬真空雙壁容器及其製造方法
2023-05-07 01:41:26
專利名稱：金屬真空雙壁容器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬雙壁容器，例如便攜熱水瓶，壺，罐或類似物品。
對於製造真空雙壁容器的方法，現有一些有效的傳統方法，例如，通過貼附在外容器上的微管，將內外容器之間空間抽成真空，然後微管被壓力焊接並密封(日本專利申請，公開號昭59-37914，日本專利申請，公開號昭59-103633)；在外容器上設有一真空開口，焊接金屬材料堆積在抽真空孔的周緣，封裝機件位於抽真空孔上部，封裝機件與抽真空孔之間有一段間距，在真空加熱爐中進行熱抽真空，將溫度升至焊接金屬材料的熔解溫度，焊接封裝機件，容器被真空密封(日本專利申請公開號昭58-192516)；另一方法是在外容器上開有一小孔或窄縫，焊接金屬材料設置在小孔或窄縫的附近，在真空加熱爐進行熱抽真空，溫度升至焊接金屬材料的熔解溫度，導致焊接金屬材料熔解並流入小孔或窄縫，真空密封容器(日本專利申請平1-106925(美國專利號5153977)，實用新型申請平2-26837)。
上述的方法中使用了一個微管，由於微管伸出外容器的底部，必須設一底部殼套以保護微管，產生的問題是由於該保護套的長度，所製造的產品變得更高，進一步考慮到大批量的生產，因對每一個製品必須密封和切除微管，操作變得複雜，並且，製造過程的密封技術要求非常精確，因此要求操作非常熟練，另外，偶然密封不完全，導致真空度降低和熱絕緣能力的喪失，進一步考慮使用微管的密封方法，在對內外容器之間的空間抽真空的情況下，在促使吸附在金屬表面的氣體解吸附時，需對整個容器加熱，容器的外表面暴露於大氣中，與大氣中氧的反應導致劇烈的氧化作用，由於氧化後的表面的外觀和抗腐蝕性能受到損害，必須設置一個工序來排除這些低於標準的製品，成本相應地增加。
另一方面，在使用焊接材料的密封方法中，為獲得密封材料與外容器材料之間良好的粘接性能，必須清除抽真空開口周緣材料的表面氧化物質，有一種可靠的方法是在1×10-3乇的壓力和在950℃或更高的溫度下加熱，對於不鏽鋼材料壓力可低一些，該方法對金屬熱水瓶使用情況良好，這種情況下，必須具有可在950℃或更高溫度下使用的特殊真空加熱爐，其問題是設備費用變得非常昂貴。
為進一步了解傳統的金屬真空雙壁容器的製造方法，可見圖14所示，圖中所示的是在真空密封前的金屬真空雙壁容器的狀態，待密封容器由內殼1和外殼4構成，內殼1為圓柱形並有一底部，外殼4由圓柱形殼體部分2和外殼底部3構成，外殼體部分2的嘴部與內殼1的嘴部氣密性連接，同時外殼底部3氣密連接在容器一端的開口處，其位置與外殼體部分2的嘴部位置相反，在外殼體底部3的近似中位置，朝向內殼1方向壓出一凹部6，在凹部6的近似中心部分有一小孔7(抽真空孔)或窄縫，利用小孔7經內殼1和外殼4之間的空腔5抽真空。
在利用真空密封製造金屬真空雙壁容器過程中，容器被倒置，未密封的容器的嘴部朝下，密封熱料8例如金屬焊接材料以糊狀形式配置在凹部6中，待密封容器置於真空加熱爐中，在真空加熱爐內部達到一定的真空度時，加熱並熔解密封熱料8，熔化狀態的密封熱料8由孔7周緣流入抽真空孔7內，堵塞熱真空孔7之後，密封熱料8冷卻並固化，真空密封抽真空孔7，這樣在容器的內殼1和外殼4之間存在一真空的熱絕緣層(實用新型申請平2-26387)。
然而，在傳統在密封方法中，密封熱料8配置在凹部6的周緣，在真空密封過程中，密封熱料8被熔解並沿著凹部6流入抽真空孔7，密封抽真空孔7，熔解狀態的密封熱料8的流動方式由下述原因而變化，使用的密封熱料8的量的多少，外殼底部部分3和凹部6的傾斜度和表面特性，因此熱料8流入抽真空孔7的流動是不穩定的，其導致不完全的密封，為避免這種情況，必須使用比實際需要更多的密封熱料8，導致生產成本的增加。
因此，本發明的目的在於提供一種製造金屬真空雙壁容器的方法和相應的金屬真空雙壁容器，該方法能使密封熱料確實位於抽真空孔的位置，並使用密封熱料密封抽真空孔的費用較低，從而使降低產品生產費用成為可能。
根據本發明的第一方面，它提供了一種製造金屬真空雙壁容器的方法，所述容器由金屬內外容器構成，所述內容器和外容器之間的空間為一真空絕熱層，其特徵在於，該方法包括下列步驟(a)通過僅將所述金屬內容器與所述外容器各自的嘴部連結在一起而構成待密封雙壁容器，在所述外容器的外表面上形成一凹部，在所述凹部內開設一軸真空孔，通過該抽真空孔進行抽真空；(b)在真空加熱前，將固體密封材料設置在所述待密封雙壁容器的所述這抽真空孔的正上方，從而在所述密封材料和所述抽真空孔之間在垂直方向上形成一個間隙；(c)將所述待密封雙壁容器置入真空加熱爐內，通過所述間隙和所述抽真空孔將所述內容器與外容器之間的空間抽至一特定的真空度；並且(d)真空密封的過程是加熱並熔解所述密封材料，使所述熔解的密封材料滴落在抽真空孔上和孔的附近，並充填所述抽真空孔，硬化所述密封材料。
本發明第一個方面提供的真空密封比之通過熔解狀態的密封熱料的流動構成的傳統的密封方法更為可靠，因此利用本發明的第一個發明可降低真空密封的缺陷率和提高生產率。
進而，由於真空密封是熔解狀的密封熱料直接落入抽真空孔，由於密封熱料表面張力導致的抽真空孔堵塞不完全的密封缺陷得以消除，所需的密封熱料用量可以減少，使製造成本降低。
根據本發明的第二個方面，它提供了一種製造金屬真空雙壁容器的方法，其中所述容器由金屬內、外容器構成，所述內容器與所述外容器之間的空間為一真空絕熱層，其特徵在於，該方法包括下列步驟(a)所述內容器與所述外容器相連接構成雙壁容器，所述外容器外表面上有一長槽和一抽真空縫，所述抽真空縫平行地形成在所述長槽內；(b)將軟化溫度在200℃至600℃之間的低熔點玻璃構成的棒狀密封材料平行地設在所述抽真空縫上，所述棒狀密封材料比所述抽真空縫短；(c)將所述雙壁容器置入真空加熱爐內，在低於所述密封材料的軟化溫度下將所述的內容器和外容器之間的空腔抽成真空；(d)在高於所述密封材料的軟化溫度下進行加熱，使所述的密封材料熔解並流入所述的抽真空孔，密封所述的抽真空孔。
在本發明的第二個方面中，由於密封在內、外容器兩者之一上的抽真空孔的密封材料為低溫熔解玻璃，其熔解溫度為200℃至600℃，比之傳統的焊接方法，真空密封溫度能夠降低，基於這一原因，用於真空加熱爐的溫度可以降低，設備費用則可降低，並且成品的製造費用可以降低，用於本發明的低溫熔解玻璃的優點是雖然在金屬雙壁容器表面存在氧化物，粘接性能不受損害，並能得到良好的密封，因此可省去將雙壁金屬容器加熱至高溫去除氧化物的過程，可進一步降低真空雙壁金屬容器的生產成本。
進一步與使用微管的傳統方法比較，由於不存在伸出的微管的剩餘部分，本發明可使製品結構更為緊湊，並且在密封過程中，對於同時在真空加熱爐中處理大批量的製品時，處理過程穩定，並無需人力參與，很容易達到大批量生產並可降低製造成本，並且在對內外容器之間的空腔抽真空時，由於整個容器是在真空狀態下加熱，容器表面沒有明顯的氧化反應，清除氧化物的最後步驟可以略去，進一步降低成本。
根據本發明提供的一種金屬真空雙壁容器，所述容器由金屬內容器和外容器構成，在所述內容器和所述外容器之間的空間形成一真空絕熱層，其特徵在於，形成在所述外容器上的抽真空孔由軟化溫度在200℃至600℃之間的低熔點玻璃構成的密封材料密封。
由於所有的抽真空和密封過程是在200℃至600℃範圍的相對較低的溫度下進行，構成容器的金屬材料，例如不鏽鋼或其它類似材料的硬度因低溫退火而能增加，其結果是使用高硬度金屬材料的容器，其殼體可做得更薄，可降低真空雙壁容器的總的重量。
圖1是待密封的雙壁容器的正視剖面圖，給出本發明的第一個實施例。
圖2是同一待密封容器的底部表面的視圖。
圖3是容器底部的剖面視圖。
圖4是容器底部真空密封狀態的剖面視圖。
圖5是待密封容器的正視剖面圖，給出本發明的第二個實施例。
圖6是圖5所示容器的主要構件的正視圖。
圖7是圖5所示容器的主要構件的剖面視圖。
圖8是待密封雙壁容器的正視剖面圖，給出本發明的第三個實施例。
圖9是圖8所示容器的底部表面的視圖。
圖10是真空密封后容器的主要構件的放大剖面視圖。
圖11是待密封容器的正剖面圖，給出本發明的第四個實施例。
圖12是圖11所示容器的主要構件放大底部視圖。
圖13是待密封容器的正視剖面圖，給出本發明的第五個實施例。
圖14是與本發明的相關的現有技術的待密封的容器的正視剖面圖，以解釋傳統的現有技術。
實施例1按照本實施例，在製造方法中未真空密封的金屬雙壁容器(這裡見未密封的容器10)如圖1至圖3所示。
未密封的容器10由金屬內殼11和金屬外殼14構成，金屬內殼11形狀為圓柱形並有一底部，金屬外殼14其形狀類似圓柱形並有一底部，兩者在嘴部部分相連結。外殼14的外殼體部分12有一肩部19，肩部19的直徑隨著逐漸趨近嘴部外端部分而逐漸減小，外殼底部13與外殼體部分12的開口部氣密性連接，開口部位於與嘴部相反的一端，內殼11和外殼14最好使用不鏽鋼材料。
在外殼底部13的近似中心部分壓有一朝向內殼11的半球形凹部16，凹部16的直徑D0最好是3-15mm，在凹部16的近似中心有一直徑A為0.1-2mm的抽真空小孔17，再在凹部16中設有一圓柱形固體密封熱料18，固體密封熱料18的直徑d最好為0.3-3mm，其長度L應是A＜L＜D0。
未密封容器11在真空加熱前的狀態是容器的開口朝下，固體密封熱料18垂直設置在抽真空孔17的上方，密封熱料18與抽真空孔17之間留有一段間距。
接下來對金屬雙壁容器進行真空密封。
上述的待密封容器10置在真空加熱爐內，其嘴部朝下，進行真空加熱，隨後在低於密封熱料18的熔解溫度下通過抽真空孔17將空腔15抽至一預定的真空度，溫度提高到密封熱料18的熔化溫度，熔化密封熱料18使之滴落入抽真空孔17中及其附近，真空孔17垂直位於密封熱料18的下方。
密封熱料18滴落在抽真空孔17上和堆積在抽真空孔17的附近，由於毛細現象密封熱料18進入真空孔17內，隨後密封熱料18冷卻並硬化，可靠地密封抽真空孔17，圖4給出了抽真空孔17被密封熱料18密封的狀態。
如果抽真空孔17的直徑A小於0.1mm，可能使對空腔15的抽真空不充分，同樣，如果孔直徑A大於2.0mm，由於熔化狀密封熱料18的表面張力，可能使對孔的堵塞不完全，只要密封熱料18為固態形式，可使用金屬焊接材料或低熔點玻璃。
如上所述，可製造出由內殼11和外殼14構成的真空雙壁金屬容器，其內殼11和外殼14之間有一真空絕熱層。
在本實施例中，準備真空加熱的待密封容器的開口端朝下，一圓柱形固體密封熱料18設在凹部16內，並垂直位於抽真空孔17的上方，待密封容器10置在真空加熱爐內，首先空腔15經抽真空孔17在低於密封熱料18的熔解溫度下被抽到一預定的真空度，隨後，將溫度上升到密封熱料18的熔解溫度以上，熔化密封熱料18並在自身重量作用下滴落在抽真空孔17上和抽真空孔17的附近，抽真空孔17位於密封熱料18的正下方，以這種方式進行真空密封，比之依賴糊狀熔解密封熱料的流動進行真空密封的傳統方法具有更高的可靠性，並且可通過減少密封缺陷出現的比率而提高生產效率，由於熔化狀態的密封熱料18直接滴落在抽真空孔17並密封該孔，由於熔化狀態的密封熱料18的表面張力導致的對抽真空孔18堵塞不充分產生的缺陷可以消除，所需的密封熱料18的使用量可以降低，製造成本得以降低。
此外，凹部16所設置的位置並不局限於前述的外殼底部13，還可設在內殼11或外殼體部12的肩部19處，如下面實施例將述及的。除了如前面實施例所述的曲面狀凹部，凹部16的底也可以是水平的或傾斜的，並且開在凹部18中的抽真空孔17的形狀可以是長條形孔或排成一列的小孔組成。抽真空孔17所處的位置不僅局限在凹部16的近似中心，也可在中心位置的附近。此外，固體密封熱料18可以不是圓柱狀，只要其長度大於抽真空孔17的直徑，並且當其設在抽真空孔17的正上方時其三維尺寸不妨礙抽真空。還有，密封熱料18的體積不局限於從前述三維尺寸得出的體積，只要密封熱料18的體積值是在下述範圍，其最小體積值使其厚度至少為0.1mm並且能復蓋住抽真空孔17的最小體積值所得直徑的二倍，密封熱料18的最大體積值不超過凹部的內部體積，從而外部撞擊不會局部集中。實施例2本實施例的待密封容器20不同於前一實施例中的待密封容器10，其袋形凹部21位於外殼體部12的肩部19，小抽真空22位於凹部21中，圓柱形密封熱料18設在抽真空孔22的正上方。
由於待密封容器20處於豎直狀態，固體密封熱料18位於抽真空孔22的正上方，密封熱料18與抽真空孔22之間有一間距，為了真空密封待密封容器20，待密封容器20豎直放置，即容器的嘴部朝上並設在真空加熱爐內，然後進行真空加熱，在該真空加熱處理過程中，首先在低於密封熱料18的熔化溫度下經抽真空孔22將空腔15抽至一預定的真空度，然後將爐溫上升至高於密封熱料18的熔化溫度，熔化密封熱料18並使之滴落在位於密封熱料18下方的抽真空孔22上或滴落在抽真空孔22的附近，由於毛細現象，滴落在抽真空孔22上和其附近的密封熱料18堆積在抽真空孔22上並進入抽真空孔22，之後密封熱料18冷卻並固化，可靠地密封抽真空孔22。
依據本實施例所述的製造方法，除了可得到前述實施例的效果外，由於置於真空加熱爐內的待密封容器是嘴部朝上進行真空密封，在真空加熱爐內支撐待密封容器的支持裝置則不是必須的，這使從真空加熱爐中移出和置入待密封容器的操作更為簡單。實施例3圖8至圖10給出了按照本發明的製造金屬真空雙壁容器方法的第3個實施例的示意，這裡所述的真空金屬雙壁容器是一種可攜式熱水瓶，其是由不鏽鋼內殼31和不鏽鋼外殼34構成，兩者連結在一起，內殼31和外殼34之間的空腔35構成一真空熱絕緣層。
在外容器34中，外容器底部構件33與近似圓柱形外殼體32的底端氣密性緊密連結，壓成半球形的凹部40位於外殼底部構件33的近似中心部位，在凹部40的中心鑽有一小抽真空孔41，抽真空孔41的嘴部直徑最好為0.1-2.0mm。
為了製造該熱水瓶，內容器31和外容器體32兩者在嘴部氣密性連結，同時外容器底部構件33與外容器體32氣密性連結，構成待密封雙壁容器A(在下文叫作雙壁容器)。接下來如圖8和圖9所示，雙壁容器A的嘴部朝下，棒形密封材料42設在外殼底部構件33的凹部40內，密封材料42和抽真空孔41之間留有一段空間。
密封材料42為軟化溫度點在200℃至600℃之間低溫軟化玻璃，由B2O3-PbO，B2O3-ZnO，PbO-B2O3-ZnO-SiO2，PbO-B2O3-Al2O3-SiO2，PbO-B2O3-SiO2或PbO-B2O3-BaO-SiO2構成的焊接玻璃可作為低溫熔解玻璃，特別是與構成雙壁容器的不鏽鋼具有相類似的熱膨脹係數的材料為最好。
在凹部40內設棒形密封材料42，密封材料42可簡單地推入凹部40，為防止密封材料42的位移，可在密封材料的兩端塗覆粘接劑，將其固定在凹部40內，並且密封材料42的形狀不局限於棒形，也可為其它固體形狀。
接下來，設置好密封材料42後，雙壁容器A被倒置放在真空加熱爐內，在對爐內進行抽真空的同時進行加熱，真空加熱的溫度設為200℃至600℃，這樣密封材料42不軟化，內容器31和外容器34之間的氣體通過抽真空孔41被抽出，抽直空後壓力為1×10-2乇或低於1×10-2乇，爐內溫度提高達200℃到600℃，該溫度高於密封材料42的軟化點，密封材料軟化並在自身重量的作用下滴落在抽真空孔41上或滴落在抽真空孔附近，密封抽真空孔41，真空密封后，將容器移出爐內，其結果如圖10所示，抽真空孔41被低溫熔解玻璃密封材料密封，則得到不鏽鋼水瓶(金屬真空雙壁容器)，其在內容器31和外容器34之間有一熱絕緣層。
經過該真空密封過程，雙壁容器在200℃到600℃的溫度範圍內加熱，構成雙壁容器的不鏽鋼材料經低溫退火，增加了其硬度，據此，必須達到抗衝擊和撞擊要求的不鏽鋼的厚度可以降低，這樣容器可以做得更薄。
按照本實施例所述的方法，利用軟化溫度在200℃至600℃之間的低溫熔化玻璃作為密封材料對抽真空孔進行密封，比之通用的焊接方法可降低真空密封溫度，基於這一原因，真空加熱爐內所用溫度降低，設備費用降低，製品的製造費用也降低。低溫熔化玻璃的優點是粘接性能不受損害，甚至在雙壁容器表面存在氧化物的情況下亦然，這可省去在高溫下加熱雙壁容器的表面以去除氧化物的過程，這樣製造雙壁容器的製造費用得以降低。
進一步，與使用微管的常規方法比較，地沒有微管剩餘段，產品更為緊湊，並且考慮到密封過程，由於在大批量真空加熱時，因其穩定而無需藉助人力，大批量生產更容易達到並可降低人工費用，並且考慮到將內外容器之間的空間抽真空的過程，由於整個容器是在真空中加熱，容器外表面沒有明顯的氧化，因此可省去最後的消除氧化物的過程，可降低成本。
進一步看，所有的抽真空和密封操作均在相對較低的200℃至600℃之間進行，構成容器的不鏽鋼或類似材料在低溫下退火使其硬度得以增加，結果，所用的金屬材料具有更高的硬度，容器可做得更薄，可降低真空雙壁容器的總重。實施例4圖11和圖12給出了按照本發明的製造金屬真空雙壁容器方法的第4個實施例的示意，上述圖中所示的雙壁容器B幾乎與圖8和圖9所示容器具有相同的結構構成，在圖11和圖12中，與圖8和圖9中相同的構件具有相同的標記號，在圖11和圖12所示的雙壁容器B中，在外容器底部構件33的底表面的中心部位有一長條槽43，在長條槽43的底部有一縫狀長孔44(抽真空孔)，圖12所示，長度短於縫狀長孔44的低溫熔解玻璃構成的棒形密封材料42設在雙壁容器B的長條槽43內，隨後如前例所述，雙壁容器B被置入真空加熱爐內，在抽真空的同時加熱至溫度為200℃至600℃之間的低於密封材料42軟化的溫度，抽真空後壓力為1×10-2乇或低於1×10-2乇，然後溫度提高到200℃至600℃之間的高於密封材料的軟化點溫度，密封材料42被軟化並流入縫狀長孔44，密封縫狀長孔44，則得到不鏽鋼熱水瓶(真空雙壁容器)。實施例5圖13給出了按照本發明的製造金屬真空雙壁容器方法的第5個實施例的示意，圖中所示的雙壁容器C幾乎與圖8和圖9所示容器具有相同的結構構成，圖13中與圖8和圖9中相同的構件具有相同的標記號，在圖13所示的雙壁容器C中，在外容器體32的肩部有一袋形凹部40，在凹部40中有一小抽真空孔41。
為密封雙壁容器C，雙壁容器C的開口朝上，由低溫熔化玻璃構成的棒形密封材料42置在凹部40內，然後雙壁容器C被置入真空加熱爐內，並如前例所述，將爐溫加熱至200℃至600℃之間的低於密封材料42軟化的溫度進行抽真空，抽真空後，壓力為1×10-2乇或低於1×10-2乇，將爐內溫度加熱至200℃至600℃之間的高於密封材料42的軟化點溫度，密封材料42被軟化並在自身重量作用下直接滴落在抽真空孔41上或滴落在抽真空孔41的附近，在真空密封后，將容器移出真空加熱爐，則可得到不鏽鋼熱水瓶(真空雙壁容器)。
權利要求
1.一種製造金屬真空雙壁容器的方法，其中所述容器由金屬內、外容器構成，所述內容器與所述外容器之間的空間為一真空絕熱層，其特徵在於，該方法包括下列步驟(a)所述內容器與所述外容器相連接構成雙壁容器，所述外容器外表面上有一長槽和一抽真空縫，所述抽真空縫平行地形成在所述長槽內；(b)將軟化溫度在200℃至600℃之間的低熔點玻璃構成的棒狀密封材料平行地設在所述抽真空縫上，所述棒狀密封材料比所述抽真空縫短；(c)將所述雙壁容器置入真空加熱爐內，在低於所述密封材料的軟化溫度下將所述的內容器和外容器之間的空腔抽成真空；(d)在高於所述密封材料的軟化溫度下進行加熱，使所述的密封材料熔解並流入所述的抽真空孔，密封所述的抽真空孔。
2.按照權利要求1所述的製造金屬真空雙壁容器的方法，其特徵在於，在所述雙壁容器的所述的外容器的底部設有一長條槽，當進行抽真空和真空加熱密封時，所述的雙壁容器倒置，其嘴部朝下。
3.一種金屬真空雙壁容器，所述容器由金屬內容器和外容器構成，在所述內容器和所述外容器之間的空間形成一真空絕熱層，其特徵在於，形成在所述外容器上的抽真空孔由軟化溫度在200℃至600℃之間的低熔點玻璃構成的密封材料密封。
全文摘要
一種製造金屬真空雙壁容器的方法,該容器由金屬內、外容器構成,內、外容器之間的空間為一真空絕熱層,在外容器外表面上有一長槽和一抽真空縫,抽真空縫平行地形成在所述長槽內,將軟化溫度在200℃至600℃之間的低熔點玻璃構成的棒狀密封材料平行地設在抽真空縫上,棒狀密封材料比抽真空縫短,將容器置入真空加熱爐內,在低於軟化溫度下將容器抽成真空,在高於軟化溫度下進行加熱,使密封材料熔解並流入抽真空孔,將抽真空孔密封。
文檔編號A47J41/00GK1242974SQ9911018
公開日2000年2月2日 申請日期1999年7月5日 優先權日1999年7月5日
發明者石井博, 裡見泰彥, 伊藤精一, 大塚榮二, 落合利充, 山木純 申請人:日本酸素株式會社