JP2002372475A - ボトル形容器の内圧測定方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホットパックで且つ液体窒素充填した陽圧合
成樹脂製ボトル等のボトル形容器の内圧を、ボトルを傷
付けることなく、且つ正確に安定して検査する。 【解決手段】 回転搬送ドラム４の外周面の弾性層１０
と、荷重変換測定子１５を具備した円弧ガイド面５と
で、コンベアで搬送中のボトル形容器の胴部円筒面に予
圧を附加しながら、ボトルを転動搬送し、荷重変換測定
子１５とボトル壁を滑らせることなく、荷重変換測定子
に負荷される荷重を検出することで、ボトル内圧を測定
する。 【効果】 荷重変換測定子に作用する力は、殆どが荷重
変換測定子の軸方向荷重のみとなり、内圧測定精度が向
上し、低陽圧ボトルの内圧でも正確に測定することがで
き、かつ、ボトルが傷付く恐れもなくなり、薄肉ボトル
でも安定して内圧測定ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陽圧のボトル形容
器の内圧測定方法及びその装置、特に合成樹脂製ボトル
の内圧測定方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】合成樹脂製ボトル、例えばＰＥＴボトル
ヘのホットパック充填では、密封冷却後には、ヘッドス
ペースの水蒸気の凝縮や酸素の内容物への溶解、残存気
体の収縮、又は液体自体の収縮で、ボトル内は減圧にな
り、不均一変形する。不均一に変形したボトルは、商品
価値が激減する。そこで従来はボトル胴部に、パネルと
梁を設け、剛性のある梁で支持されたパネルで減圧を吸
収し、均一に変形させていた。梁に剛性を持たせるた
め、ボトルの目付量（使用樹脂量）はある程度確保する
必要があった。

【０００３】近年はコストと省資源の観点から、目付量
を減らした薄いボトルが要求される傾向にある。合成樹
脂製ボトルの製造方法も進歩しつつあり、耐圧性に加
え、耐熱性も有する合成樹脂製ボトルが出現してきた。
この耐熱圧合成樹脂製ボトルにホットパック後に液体窒
素を添加することで、冷却後も陽圧が保たれるのであれ
ば、減圧（不均一）変形が無くなるため、梁やパネルを
設ける必要もないし、目付量を大幅に減らした薄いボト
ルが使える。従って材料コストが少なくて済み、且つ省
資源が実現出来る。

【０００４】このときに問題となるのが、充填直後の内
圧であり、所定の圧力以上ないと冷却後に陽圧を保つこ
とが出来ない。本発明者による種々のテストの結果、キ
ャッパー（密封装置）を通過した後のボトルの圧力を検
査することで、冷却後の内圧を予想出来る事が判明し
た。異常なボトルを速やかに発見するには、充填・密封
直後で内圧を測定する事が望ましい。何故ならば、最終
製品で陽圧になっているか否かを検査することも出来る
が、対応が遅く、その間に大量に製造されるので大量の
不良品を出す可能性があるからである。

【０００５】しかしながら、従来、合成樹脂製ボトルの
ホットパック後に、液体窒素を充填してボトル内圧を陽
圧にしている実例はない。それは、耐熱ボトルを陽圧に
する要求自体が無かったこと、内溶液が熱く且つヘッド
スペースが少ない口細のボトル形状の容器に、安定した
量の液体窒素を充填することが困難なこと、耐熱性（８
５℃程度）と耐圧性を有する合成樹脂製ボトルの実現が
困難なこと等に、起因している。

【０００６】一方、ビ−ルや炭酸飲料などは、内容物に
とけ込んだ炭酸ガスによって安定的に陽圧が保たれるた
め、内圧検査の必要性は無く、胴はパネルのないシリン
ダー形状である。従って、ボトル形状が安定しているた
めに、目付量は耐熱圧ボトルに比べて少ない。さらに
は、内容物を予め滅菌しておくアセプティック充填にお
いては、常温・常圧で充填されるため、温度・圧力に左
右されず、ボトルの制約は無くなる。販売時には、冷却
などで僅かに減圧になる場合もあるが、不均一変形にま
でには至らない。外観は耐熱ボトルとよく似ているが、
目付量は遥かに少ない。勿論、ボトルの内圧管理も不必
要である。

【０００７】以上の理由により、今までは合成樹脂製ボ
トル内圧測定機の必要性は無かった。しかし近年、コス
トダウン、省資源、散乱プラスチックゴミ量を減らすと
いう観点から、耐熱ボトルの目付量もさらに減らす要求
が出てきた。これらの要求には、上述の理由によりボト
ル内圧測定機が不可欠である。また、合成樹脂ボトルに
限らず、金属製のボトル形容器においても薄肉化を図る
のに、ボトル形容器の内圧測定機は必要であり、このよ
うなボトル形容器の内圧をボトルを傷付けることなく正
確に測定できるボトル形容器の内圧測定機が求められて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑み創案されたものであって、内容液充填密封直後の陽
圧ボトル形容器の内圧を、ボトル形容器を傷付けること
なく、且つ正確に、搬送中に連続的に検査できるボトル
形容器の内圧測定方法及び装置を得ることを目的とし、
それにより耐熱・耐圧製合成樹脂製ボトルやその他の合
成樹脂製ボトルや金属製ボトルのより薄肉化を可能にし
ようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題点
を解決するために、缶詰の内圧測定に従来採用されてい
る方法をまず検討した。従来の缶詰内圧測定方法には、
缶胴をストレインゲージ上を通過させて（滑らせ
て）、缶胴撓み抵抗を測定する、打検する、缶蓋の
変位を測定する、などがある。しかしながら、合成樹脂
製ボトルは缶に比較し、胴部は柔らかく、ストレインゲ
ージ上を通過させて（滑らせて）測定する方式では、キ
ズが付きやすい欠点がある。また、打検は、胴部の直径
のバラツキが缶に比べて大きいから、誤差も大きくなる
ので、打検は適用できない。同様に蓋の変位測定による
方法は、蓋の直径が小さいので、蓋の変位が内圧の微小
変化に追従できず、正確な内圧測定は不可能である。以
上のように、従来の缶の内圧測定法は、合成樹脂製ボト
ルの内圧測定には、不都合な点が多い。そこで、合成樹
脂製ボトルの内圧測定方法についてさらに研究した結
果、合成樹脂製ボトルを、測定子上を予圧を掛けて転が
せて、応力の変位を測定する方法を見出し、本発明に到
達したものである。

【００１０】即ち、上記課題を解決する本発明のボトル
形容器の内圧測定方法は、ボトル形容器の内圧測定方法
であって、ボトル形容器の胴部円筒面に、回転搬送ドラ
ム外周面と荷重変換測定子を具備した円弧ガイド面で、
予圧を附加しながら、ボトル形容器を転動搬送し、前記
荷重変換測定子とボトル壁を滑らせることなく、前記荷
重変換測定子に負荷される荷重を検出することで、ボト
ル形容器内の圧力を測定することを特徴とする。前記回
転搬送ドラム外周面と前記荷重変換測定子を具備した前
記円弧ガイド面とで、ボトル形容器の胴部円筒面に予圧
を附加する際の押し込み量が、ボトル形容器内圧零時の
直径の１／１００〜１／１０の範囲内であることが望ま
しい。前記構成により、滑りを発生する場所がほぼ皆無
になり、測定子へのスラスト荷重がなくなった為、測定
値の安定性が向上し、ボトル形容器ヘの傷つき性、測定
子の対摩耗、対抗ドラムの表面の摩耗等についても好結
果が期待できる。

【００１１】そして、上記課題を解決するボトル形容器
の内圧測定装置は、回転搬送ドラムと、該回転搬送ドラ
ムの外周面とほぼ同心円の円弧ガイド面を有し、前記回
転搬送ドラム外周面とボトル形容器直径よりも僅かに狭
い間隔をおいて配置された固定ガイド体と、前記円弧ガ
イド面から先端が突出している荷重変換測定子を有する
荷重センサーとからなり、前記回転搬送ドラム外周面と
荷重変換測定子を具備した円弧ガイド面で、予圧を附加
しながらボトル形容器を転動搬送し、ボトル形容器転動
搬送中に前記荷重変換測定子に負荷される荷重を検出す
ることで、ボトル形容器内の圧力を測定するようにした
ことを特徴とするものである。前記回転搬送ドラム、前
記固定ガイド体、及び前記荷重センサーを、スタンドに
高さ位置調節可能に支持することによって、ボトル形容
器の大きさに応じて調整することができ、型替えが容易
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
基に詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の実施形
態に係る合成樹脂製ボトルの内圧測定装置を示してい
る。本実施形態に係る内圧測定装置は、合成樹脂製ボト
ルに内容液をホットパックするラインにおいて、フィラ
ーで内容品をホットパックし、次いで密封直前に液体窒
素を充填してキャッパーで密封し、キャッパーに続くボ
トル搬送コンベアで搬送中に内圧測定を行うように、キ
ャッパーの下流側に設置される。図中、１はキャッパー
で密封されたボトルを１列に搬送するボトル搬送コンベ
アであり、該コンベアの上方に搬送中のボトルの胴部に
両側から接触できるように、内圧測定装置が配置されて
いる。

【００１３】本実施形態の内圧測定装置２は、ボトル搬
送コンベア１の片側に、回転駆動される回転搬送ドラム
４を配置し、他側には該回転搬送ドラム４と対向して、
該回転搬送ドラムとほぼ同心円状の案内円弧面５を有す
る固定ガイド体６を配置してなる。これらは、ボトル高
さに応じて高さ位置を調節できるように、スタンド７に
上下に調節可能に支持されているフレーム８、９に設け
られている。１４はフレーム８を上下に調節するための
ハンドルである。なお、本実施形態の内圧測定装置２
は、図１に示すように、独立して移動可能なスタンド７
に一体に設けられているので、ボトルの充填密封ライン
の任意の個所に移動するだけで容易にセットすることが
でき、ラインに内圧検査装置を設定するための特別の構
築物を必要としない。

【００１４】回転搬送ドラム５は、ドラム全体をゴムや
ゴム弾性プラスチック等の弾性体で形成してもよく、図
示のように外周部にのみゴムやゴム弾性プラスチック等
からなる弾性層１０を有するようにしてもよい。回転搬
送ドラム５は、フレーム８に固定されスタンド７に沿っ
て上下調節可能に設けられた軸受１２に回転自在に軸受
されている。回転搬送ドラムの下端部にはプーリ１２が
一体に設けられ、該プーリ１２とフレーム８に固定され
ているモータ１３との間にベルト連動され、回転搬送ド
ラム４が回転駆動されるようになっている。なお、回転
搬送ドラムの回転駆動機構は、ベルト連動機構に限らず
歯車連動機構、チェーン伝動機構等任意の伝動機構が採
用できる。

【００１５】固定ガイド体６は、ボトル搬送コンベア１
の上方を跨いで設けられたフレーム９に設けられ、円弧
ガイド面５の中央部の一部を切欠き、該円弧ガイド面か
ら荷重変換測定子１５を僅かに突出させ、荷重変換測定
子に係る荷重を荷重センサー１６で測定する。固定ガイ
ド体の円弧ガイド面５の入口部及び出口部は、図示のよ
うにアール部１７となっており、コンベア上を搬送中の
ボトルがスムーズに円弧ガイド面に案内され、且つ円弧
ガイド面からコンベヤ中心部にスムーズに移動するよう
にしてある。回転搬送ドラム４の弾性層１０と固定ガイ
ド体６の円弧ガイド面５との間で、ボトルの円筒面を挾
んでボトルに所定の予圧をかけて転動搬送するために、
該個所を通過するボトル胴部の最大径よりも僅かに狭い
間隔となるように、回転搬送ドラムの弾性層の外径と円
弧ガイド面の内径を決定する。回転搬送ドラムの外周面
と固定ガイド体の円弧ガイド面とで形成されるボトル転
動区間は、ボトルがその区間で半回転以上望ましくほぼ
１回転程度回転できる距離を確保するように設計され、
それによりボトルに負荷される予圧が安定した状態で、
内圧を測定することができる。

【００１６】なお、回転搬送ドラム４と固定ガイド体６
は、ボトルの内径が違う複数種のボトルに対応して、予
め回転搬送ドラムの外径及び固定ガイド体の内径が違う
ものを複数種用意しておけば、型替えに際してそれぞれ
のボトルに対応した回転搬送ドラム及び固定ガイド体を
選択して設置することによって、内径の違うボトルの内
圧測定に１台の装置で対応できる。

【００１７】本実施形態の内圧測定装置は、以上のよう
に構成され、次のようにしてボトル内圧を測定する。薄
肉の合成樹脂製ボトルにホットパックで内容液を充填
後、キャッピング直前にヘッドスペースに液体窒素を充
填してキャッピングすることによって内圧を発生させ、
キャッパーから排出される密封ボトルがコンベアにより
搬送されて内圧測定装置の位置に到達すると、回転して
いる回転搬送ドラム４の弾性層１０が胴部に接触して、
固定ガイド体６の円弧ガイド面５との間に噛み込まれ
て、胴部に所定の予圧を付加しながら、ボトル２０を転
動搬送する。その際、回転搬送ドラム４の外周部には弾
性層１０が設けられているので、該弾性層がボトル胴部
に適度の摩擦力を生じさせると共に、胴部を固定ガイド
体６の円弧ガイド面５に押圧するので、胴部と弾性層と
の間に滑りを生じさせることなく、ボトルを確実に転動
させながら搬送することができる。回転搬送ドラム４の
弾性層１０と荷重変換測定子を具備した円弧ガイド面５
とで、ボトル形容器の胴部円筒面に予圧を付加する際の
押し込み量は、ボトル内圧が零のときの直径の１／１０
０〜１／１０の範囲が望ましい。押し込み量が上記範囲
より小さいとボトル表面での滑りが生じ易くなり、且つ
上記範囲を超えると予圧が強くなり過ぎ、ボトル回転を
阻止し、ボトル胴部を傷つけてしまう。

【００１８】予圧をかけながら転動搬送されてくるボト
ル２０が円弧ガイド面のほぼ中央部に到達すると、外部
に凸出している荷重変換測定子１５に当たり、それによ
ってボトル胴部が所定量押し込まれる。その際、荷重変
換測定子１５に作用する反力を荷重センサー５に伝え、
荷重センサーで反力に対応する電気出力信号に変換し
て、ボトル内圧に換算されて出力する。荷重センサーの
電気出力信号処理手段は、公知の任意の方法が採用で
き、特に限定されるものでないが、本実施形態では、荷
重センサーの電気出力信号の最大値をホールドするホー
ルド回路、電気出力信号が最大値に達したときにパルス
信号を発生させるパルス発生回路、該パルス信号をデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄコンバーター、及びボトル位
置検出器から構成されている。該構成により、ボトルが
荷重変換測定子１５と転動接触して通過する間の荷重変
換測定子１５に作用する反力が連続して測定され、その
最大値がホールドされてその内圧の測定値としてデジタ
ルの信号に変換され、制御パネルに予め設定してある正
常品内圧範囲と比較され、その範囲外であると不良品と
してリジェクト信号が出され、ボトル位置検出器からの
信号によってボトルを追跡して、次工程のリジェクト位
置で内圧不良ボトルは搬送コンベアからリジェクトされ
る。

【００１９】前記のように、本実施形態のボトル内圧測
定方法及び装置では、回転搬送ドラム４とその外径とほ
ぼ同心円の円弧ガイド面を有する固定ガイド体で所定の
予圧をかけながら、ボトルを転動搬送するので、ボトル
の胴部外周面での滑りの発生がほぼ皆無となり、且つ荷
重変換測定子とボトル壁との滑りも発生しない。従っ
て、荷重変換測定子への偏荷重が作用することが無い状
態で、前記荷重変換測定子に負荷される荷重を検出する
ことができるので、測定値の正確性・安定性を向上させ
ることができた。また、ボトルの傷付きも無くなり、薄
肉プラスチックボトルでも損傷させるおそれもなく、内
圧測定が可能となった。さらに、荷重変換測定子の摩耗
や回転ガイド体の外周面の弾性層の摩耗も殆ど発生させ
ることがないので、長期に亘って安定した作動と測定精
度を維持することができると共に、設備の高寿命化及び
ランニングコストの低減を図ることができた。

【００２０】

【実施例】実施例１ 目付量２６ｇのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
製の容量５００ｍＬボトルに、水温２７℃の水をヘッド
スペースが約６ｍＬとなるように充填し、そのヘッドス
ペースに、密封後の内圧がほぼ０〜５ｋｇ／ｃｍ²の範
囲内に分散するように、液体窒素の充填量を変化させ
て、液体窒素を充填後、セプタム付きのキャップで密封
して、内圧の異なる試験ボトルを製作した。得られた試
験ボトルを、１本づつ個々に、注射針の付いたブルドン
管式の圧力計で、内圧を測定した。セプタムは、比較的
柔らかいゴム弁で、密封後も注射針を通すことが出来る
ので、針穴を通して連通させ、内圧を測定出来る。その
後、上記実施形態の装置を使用して、荷重センサーの表
示値を記録した。その関孫は、図３に示すグラフのよう
になった。同図において、横紬は前記測定法によって測
定したボトル内圧であり、縦軸が荷重センサーの読みを
表している。その結果、荷重センサーの読みと、ボトル
内圧とが、ある曲線上に、殆どバラツキ無く乗るため、
ほぼ正確にボトルの内圧を測定する事が可能であること
が確認出来た。特に、従来正確な測定が困難であった０
〜２．０ｋｇ／ｃｍ²の低陽圧のボトル内圧の測定も、
ほほ正確に測定出来ることが確認出来た。

【００２１】実施例２ 次の条件で薄肉合成樹脂製ボトルに、内溶液を、ホット
パックし、液体窒素充填後に密封し、密封後の内圧を、
セプタムから注射針付きブルドン管で測定後、上記実施
形態の内圧判別装置で測定した。 ボトル材質 ：目付量２６ｇの耐熱圧のポリエチレンテ
レフタレート(ＰＥＴ) 内容物温度 ：８６℃、６５℃、２２．４℃ ボトル容量 ：５００ｍＬ 液体窒素充填量：液体窒素充填後のボトル内圧が０〜
３．６ｋｇ／ｃｍ²になるように、電子天秤で液体窒素
充填量を調整して充填する。 初期ヘッドスペース：約６ｍＬ

【００２２】内容物の温度を変更して、ボトル内圧と、
上記内圧判別装置での読みを比較した。その結果、ボト
ル内圧が高圧域では、内容物の温度が変化しても、実際
のボトル内圧と、上記内圧判別装置での読みの差はあま
り無かった。ボトル内圧が低くなると、同じボトル内圧
でも、温度が高い方が、判別機の読みが低く目に出る傾
向にある。しかしながら、バラツキ自体は小さいため、
各温度で補正すれば、問題は無い。

【００２３】以上の実施形態及び実施例では、本発明を
合成樹脂製ボトルに適用した場合について説明したが、
本発明は合成樹脂製ボトルに限らず、絞りしごき加工に
よって形成したボトル形金属缶等の薄肉のボトル形容器
の内圧測定にも好適である。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明のボトル形容器の
内圧測定方法及び装置によれば、内圧測定中、ボトル形
容器に予圧をかけて転動させるため、ボトル形容器を安
定して搬送でき、滑りを発生することがほぼ皆無とな
る。そのため、荷重変換測定子に作用する力は、殆どが
荷重変換測定子の軸方向荷重のみとなり、内圧測定精度
が特段に向上し、低陽圧ボトルの内圧でも正確に測定す
ることができる。かつ、ボトルと測定装置部材との摩擦
によってボトルが傷付く恐れもなくなり、薄肉ボトルで
も安定して内圧測定ができる。さらに、荷重変換測定子
の摩耗、円弧ガイド面や回転搬送ドラムの外周面の摩耗
等も減少し、長期間安定した作動と精度が確保できる。
従って、本発明によって、薄肉の耐熱・耐圧構成樹脂製
ボトルの内圧測定が可能なり、それにより薄肉耐熱・耐
圧製合成樹脂製ボトルの実用ラインへの適用を可能と
し、耐熱・耐圧樹脂製ボトルの薄肉化を図ることに寄与
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のの実施形態に係る合成樹脂製ボトルの
内圧測定装置の要部正面図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ矢視概略図である。

【図３】実施例１におけるボトル内圧と荷重センサーの
読みとの関係を示す線図である。

【図４】実施例２におけるボトル内圧と荷重センサーの
読みとの関係を示す線図である。

【符号の説明】

１ ボトル搬送コンベア ２ 内圧測定
装置 ４ 回転搬送ドラム ５ 円弧ガイ
ド面 ６ 固定ガイド体 ７ スタンド ８、９ フレーム １０ 弾性層 １３ モータ １４ ハンド
ル １５ 荷重変換測定子 １６ 荷重セ
ンサー ２０ 合成樹脂製ボトル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボトル形容器の内圧測定方法であって、
   ボトル形容器の胴部円筒面に、回転搬送ドラム側面と荷
   重変換測定子を具備した円弧ガイド面で、予圧を附加し
   ながら、ボトル形容器を転動搬送し、前記荷重変換測定
   子とボトル壁を滑らせることなく、前記荷重変換測定子
   に負荷される荷重を検出することで、ボトル形容器内の
   圧力を測定することを特徴とするボトル形容器の内圧測
   定方法。
2. 【請求項２】 前記回転搬送ドラム外周面と前記荷重変
   換測定子を具備した前記円弧ガイド面とで、ボトル形容
   器の胴部円筒面に予圧を附加する際の押し込み量が、ボ
   トル内圧零時の直径の１／１００〜１／１０の範囲内で
   あることを特徴とする請求項１に記載のボトル形容器の
   内圧測定方法。
3. 【請求項３】 ボトル形容器内圧を検査する装置であっ
   て、回転搬送ドラムと、該回転搬送ドラムの外周面とほ
   ぼ同心円の円弧ガイド面を有し、前記回転搬送ドラム外
   周面とボトル形容器直径よりも僅かに狭い間隔をおいて
   配置された固定ガイド体と、前記円弧ガイド面から先端
   が突出している荷重変換測定子を有する荷重センサーと
   からなり、前記回転搬送ドラム外周面と荷重変換測定子
   を具備した円弧ガイド面で、予圧を附加しながらボトル
   形容器を転動搬送し、ボトル形容器転動搬送中に前記荷
   重変換測定子に負荷される荷重を検出することで、ボト
   ル形容器内の圧力を測定するようにしたことを特徴とす
   るボトル形容器の内圧測定装置。
4. 【請求項４】 前記回転搬送ドラム、前記固定ガイド
   体、及び前記荷重センサーが、スタンドに高さ位置調節
   可能に支持されている請求項３に記載のボトル形容器の
   内圧測定装置。