JP2002507737A - 排気された包装容器の気密性を検査する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 排気された包装容器（１）の気密性を検査する装置（１０）であって、間隔センサ（２０）を有する吊鐘状のケーシング（３１，３６）を有し、該ケーシング（３１，３６）が負圧源（２３）と接続されている形式の装置（１０）を改良して、包装容器（１）の気密性又は不気密性の他に包装容器（１）内を支配しているそのつどの包装内圧（Ｐｉ）についても検出されるようにすること。間隔センサ（２０）と圧力センサ（２５）とがその信号（Ｕ，Ｐ）を制御装置（２８）に入力値として供給し、該制御装置（２８）が両方の信号（Ｕ，Ｐ）を互いに結合するようになっていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は両方の独立請求項の上位概念として記載した、ＵＳ４８９９５７４号
明細書によって公知である、排気された包装容器の気密性を検査する方法に関す
る。公知の方法では吊鐘状の検査装置が包装容器のフレキシブルな壁に載置接触
させられる。次いで検査装置の内室が排気される。この場合、包装容器の壁は検
査装置に向かって動かされる。この運動は間隔センサによって検出されかつ評価
回路に供給される。評価装置は時間に関する包装壁の運動の特徴的な経過に基づ
き、包装容器が気密であるか否かを識別する。

【０００２】 例えば１分間あたり１００を越える真空コーヒパックを製造できる高性能の包
装設備では包装品が気密であるか気密でないかという表示の他に、包装品におけ
るそのつどの包装内圧がどの程度であるかということを知ることが重要である。
さらに包装設備のプロセス監視の枠内では包装品において達成された包装内圧が
どのように変化するかを確認し、場合によっては包装設備における調節値を変化
させることができることが重要である。このような情報は公知の検査方法では得
られない。

【０００３】 したがって本発明の課題は、排気された包装容器の気密性を検査する方法であ
って、包装品が気密であるか気密でないかについての判定を可能にする他に、各
包装品において達成された包装内圧についての表出も可能にする方法を提供する
ことである。

【０００４】 この課題は方法に関する２つの独立請求項の特徴により解決された。

【０００５】 別の利点と有利な別の構成は従属請求項と明細書本文とに記載してある。検出
された包装内圧が順次測定された包装容器について評価されると、包装設備の生
産プロセスの確実性についての表出が可能である。

【０００６】 本発明の方法を実施するための装置は構成が比較的に簡単であるが、しかし信
頼性が高いという利点を有している。

【０００７】 実施例 図１に示された装置１０は飲食品、例えばコーヒを充填しかつ次いで排気しか
つヒートシールで気密に閉じられる包装品１を製造するための包装設備の構成部
分である。図１には１つしか示されていない包装品１は、装置１０の下を自体公
知の搬送装置で通過搬送される。方形の包装品１はプラスチック又はアルミコー
ティングされたシート２から成り、少なくとも装置１０に向いた側に少なくとも
部分的に平らでかつフレキシブルな包装壁３を有している。

【０００８】 装置１０はコラム１１を有し、該コラム１１の下端には有利には空気力シリン
ダ１２によって上下に運動可能な測定ヘッド１３が配置されている。種々の包装
品サイズに対する適合を可能にするためには空気力シリンダ１２は中間板１４と
結合されており、該中間板１４がばねで緩衝された中間片１５を介して保持板１
６と連結されている。保持板１６は誘導式に働く間隔センサ２０を受容するため
の第１の切欠き１８と負圧接続部２２を受容するための第２の切欠き２１とを有
している。負圧接続部２２は負圧源２３と接続されている。負圧接続部２２から
は圧力測定装置２５の接続された導管２４が分岐している。間隔センサ２０の信
号も圧力測定装置２５の信号も導線２６，２７を介して当該装置１０の制御装置
２８に入力値として供給可能である。

【０００９】 間隔センサ２０の円筒状の区分２９は第１の切欠き１８を貫きかつ保持板１６
の下面３１から突出する。区分２９の、下面３１から突出する部分は圧縮ばね３
２で取囲まれている。この圧縮ばね３２は下面３１とは反対側の端部に測定板３
４を保持している。測定板３４には中央に孔３５が構成されている。間隔センサ
２０が包装壁３に対し距離を有している、図１に示された位置に間隔センサ２０
が位置している状態で、測定板３４は間隔センサ２０の、測定板３４が向き合っ
ている面から間隔ａを有している。間隔センサ２０の、保持板１６の下面３１か
ら突出する区分２９と圧縮ばね３２とはほぼスリーブ状のケーシング３６で取囲
まれている。該ケーシング３６は下面３１と共に吊鐘状の空間を制限する。ケー
シング壁と間隔センサ２０との間でケーシング３６内に形成された内室３７は負
圧接続部２２に接続部３８を用いて接続されている。保持板１６の下面３１と空
気に結合されたケーシング３６の高さは、該ケーシング３６が取囲む間隔センサ
２０を越えるように選択されている。この場合、負荷されていない状態で測定板
３４は下方のケーシング開口３９から突出する。ケーシング開口３９はフレキシ
ブルな材料、例えばシリコン又はゴムから成る環状のシール部材４０によって制
限されており、このシール部材４０が包装壁３の凹凸を補償しているので、負圧
源２３が働かされた場合に、包装壁３と間隔センサ２０との間を通ってケーシン
グ３６の内室３７に周辺空気ができるだけ侵入しないようになっている。さもな
いと侵入する周辺空気が測定の時間的な経過に影響を及ぼすからである。

【００１０】 当該装置１０の作用形式を説明する前に、包装壁３に片側では包装内圧Ｐｉ（
包装品１が気密である場合には常に等しい圧力）が作用し、反対側には可変な外
圧が作用する、排気された包装品１の基本的な振舞いについて説明する。ケーシ
ング３６と測定板３４とが包装壁３に載置接触させられ、次いで負圧源２３が働
かされると、ケーシング３６の内室３７における絶対圧が大気圧から出発して低
下する。内室３７の絶対圧が包装内圧Ｐｉよりも高い間は包装壁３は動かない。
ケーシング３６もしくは間隔センサ２０に向かって包装壁３が動くことは、内室
３７における絶対圧が包装内圧Ｐｉよりもわずかになってはじめて発生する。そ
の際、包装壁３は湾曲し、場合によっては気泡が発生させられる。

【００１１】 さらにケーシング３６の、包装壁３に接しているシール部材４０の弾性に基づ
き、内室３７内の絶対圧が低下すると測定板３４が下面３１に向かって移動させ
られる。この移動は包装壁３の運動のように間隔センサ２０によって検出される
。しかしながらこの移動はシール部材４０の弾性だけによって行なわれるので、
測定に際して考慮することが必要である。

【００１２】 以下に記載する本発明の２つの検査方法では、内室３７を支配している圧力Ｐ
も、間隔センサ２０によって発生させられた電圧Ｕ、例えば間隔センサ２０に対
する測定板３４の間隔ａに反比例する電圧が常時検出され、両方の測定値を互い
に結合する制御装置２８に供給される。

【００１３】 圧力Ｐと電圧Ｕとが時間ｔに関して示された図３に基づき説明された本発明の
第１の検査方法では、ｔ１は間隔センサ２０の測定板３４がすでに包装壁３に載
置接触させられ、例えば９８５ｍｂａｒの圧力Ｐ（大気圧）と９Ｖの電圧Ｕ１と
が測定されている測定開始を表している。いまや負圧源２３が働かされる。この
負圧源２３はわずかな時間的な遅れ（典型的な形式では約３０ｍｓｅｃ）で、ケ
ーシング３６の内室３７を時点ｔ２から検査真空（この場合には２００ｍｂａｒ
の絶対圧）で負荷する。これに基づき内室３７における測定された圧力Ｐは指数
関数的な形状で低下する。

【００１４】 時点ｔ３で内室３７における圧力Ｐ３が、制御装置２８にあらかじめ与えた、
例えば８５０ｍｂａｒの圧力に達した瞬間に、７．７Ｖである対応する電圧Ｕ３
が検出されかつ記憶される。８５０ｍｂａｒの圧力Ｐ３は先きに述べた妨害値、
例えば包装壁３における凹凸又はシール部材４０のシール弾性の低下を減少させ
るためにＴａｒａ値として制御装置２８にあらかじめ与えられる。換言すればこ
れは、８５０ｍｂａｒの内室３７の圧力Ｐ３から、シール部材４０がシール作用
を伴って包装壁３に接触し、周辺空気がケーシング３６の内室３７に達しなくな
るということを前提としていることを意味している。

【００１５】 ７．７Ｖである前記Ｔａｒａ電圧Ｕ３から制御装置２８は同様にあらかじめ与
えられている値ΔＵ、この場合には５Ｖを引き、これにより２．７Ｖの電圧値Ｕ
４が算出される。

【００１６】 ５Ｖの値ΔＵは、内室３７における圧力Ｐが低下した場合に、すでに述べたシ
ール部材４０の弾性的な変形に基づき発生する第１の距離成分ΔＵ１と、内室３
７における圧力Ｐが包装内圧Ｐｉよりも低く、包装壁３が間隔センサ２０に向か
って動いたときの包装壁３の運動に基づき発生する第２の距離成分ΔＵ２との和
に相当する。

【００１７】 制御装置２８に記憶された、包装壁３の運動の切換え又は応働しきい値と称す
ることもできる、５Ｖの値ΔＵは、あらかじめ実験により求められている。この
ΔＵの大きさはほぼ、気密な包装品１に期待される包装内圧Ｐｉに関連している
。記述した関係から値ΔＵは期待された包装内圧Ｐｉが小さいほど大きくなる。
何故ならばシール部材４０の弾性的な変形距離が大きくなることに基づき発生す
る第１の距離成分ΔＵ１も大きくなるからである。

【００１８】 制御装置２８により算出された２．７Ｖの電圧値Ｕ４が時点ｔ４にて達成され
ると、内室３７における対応する圧力Ｐ４、この場合には約５２０ｍｂａｒは制
御装置２８に記憶され、場合によっては同時に視覚的に表示される。この圧力Ｐ
４は、この圧力Ｐ４で包装壁３が間隔センサ２０に向かって動いたので、包装内
圧Ｐｉとして評価される。同時に、典型的な形式では全部で最高約２００ｍｓｅ
ｃかかる当該包装品１における測定が終了する。

【００１９】 いまや図４に基づき記述した本発明による第２の検査方法では、内室３７を排
気した場合に間隔センサ２０の電圧Ｕが当初、圧力Ｐと似た形式で移り変わると
いう観察が利用されている。例えば圧力Ｐが指数関数的な形式で変化すると、電
圧Ｕも指数関数的な形で変化する。しかしながらケーシング３６の内室３７の圧
力３７が包装内圧Ｐｉに相応するとただちに、内室３７の圧力Ｐが引続き低下し
た場合には、包装壁３は突然間隔センサ２０に向かって移動しはじめる。包装壁
３のこの運動に際して、既に述べた気泡が形成される。換言すればこれは、包装
内圧Ｐｉに相応する圧力Ｐからは電圧Ｕ（もしくは間隔センサ２０に対する包装
壁３の間隔３）が急激に縮小されることを意味する。

【００２０】 図４における時点ｔ５での内室３７の排気開始とあとの時点ｔ６との間の電圧
Ｕと圧力Ｐとの経過を観察すると、いずれも指数関数的な形を有する両方の特性
線ＵとＰとの並行な経過を確認することができる。しかしながら時点ｔ６からは
電圧Ｕは圧力Ｐよりも迅速に減少しはじめることが判る。これは時点ｔ６におい
て電圧Ｕの特性曲線経過が数学的に見て変換点を有していることから明らかであ
る。本発明による第２の検査方法にとっては、制御装置２８が電圧Ｕの特性曲線
経過における、時点ｔ６での前記変換点を認識することが重要である。しかしな
がら時点ｔ６からあとの電圧値Ｕに基づき、時点ｔ６に変換点が存在していたこ
とを知ることは、特徴的な時点ｔ７以後はじめて可能になる。時点ｔ６とｔ７と
の間の時間帯の大きさは主として制御装置２８における電圧値Ｕの評価プログラ
ムの精度並びに測定値ＵとＰとの解像精度に関連する。

【００２１】 第１の検査方法と同様に、包装壁３が既に動いたこと、つまりケーシング３６
の内室３７における包装内圧Ｐｉが確実に達成されたことを知るためには、図４
に相応して時点ｔ７の圧力Ｐが包装内圧Ｐｉとして制御装置２８により検出され
、Ｕの特性曲線が変換点を有する時点ｔ６の圧力Ｐが検出されるのではない。

【００２２】 本発明の第２の検査方法の変化実施例では、電圧Ｕの変換点を検出するのでは
なく、電圧Ｕの特性曲線にそれぞれ引かれた接線のために制御装置２８に記憶さ
せた限界値を検出することも考えられる。これは、間隔センサ２０への包装壁３
の間隔ａは内室３７に包装内圧が達成されると急激に減少し、つまりｄＵ／ｄｔ
が所定の限界値を越えるという考察の結果である。

【００２３】 本発明による両方の検査方法では包装品１の包装内圧Ｐｉのために＋／−２０
ｍｂａｒよりも高い測定精度が得られることが証明された。このような精度は通
常の包装設備にとっては十分である。

【００２４】 順次製造された包装品１の包装内圧Ｐｉが互いに比較されると、上記の両方の
検査方法では、包装設備の包装品１の排気度を決定する製造ステップを監視する
ことができる。特に検出された包装内圧Ｐｉに関する干渉限界を相応に選択した
場合には、包装内圧が低減した場合に、包装内圧Ｐｉがまだ十分である間に製作
ステップにおける変更を行うことができる。これによって十分に排気されていな
い包装品１の製造を回避することができるようになった。同時に検出された包装
内圧Ｐｉは包装設備の生産性の証明に用いることもできる。

【００２５】 これまでは両方の検査方法を気密な包装品１と関連して記載して来たが、気密
ではないか又は十分に気密でない包装品１もこの方法で簡単に識別することがで
きることは言うまでもない。このような包装品１は包装壁３の移動がケーシング
３６の内室３７における圧力Ｐがまだ比較的に高い場合に開始されることで識別
される。これは適当な評価プログラム又は電圧Ｕが過度に強く変化する前に内室
３７において少なくとも達成されなければならない最低圧力で制御装置２８によ
りきわめて簡単に認識することができる。気密ではあっても、製造プロセスにお
けるミスによって十分に排気されていない包装品１は、包装内圧Ｐｉのための検
出された圧力値Ｐが規定の許容値の上側に位置していることにより認識される。

【００２６】 記述した装置１０は包装品１の製造経過に定置の測定装置として統合されてい
ると有利である。この場合には測定時間が短いことにより、製造されたすべての
包装品１を検査することができる。しかしながら移動する使用目的のため又は品
質管理部門のために当該装置１０を移動型の装置として構成することもできる。
この場合にはコラム１１と空気力シリンダ１２は必要ではない。むしろケーシン
グ３６は人の手でそのつどの包装壁３に載置接触させられ、排気も例えば同様に
手操作で開始させられる。

【００２７】 もちろん、誘導式でかつ測定板３４で働く間隔センサ２０の代わりに容量式、
光学的又は超音波で働く間隔センサを使用することもできる。このような、場合
によっては無接触で働く間隔センサは、検査しようとする包装容器の種類によっ
ては、誘導式に働くセンサに較べて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 検査装置の構造を概略的に示した、部分的に断面した側面図。

【図２】 包装品を検査している、図１に示された検査装置の１部を示した図。

【図３】 本発明の検査方法の１つによる測定曲線を示した図。

【図４】 本発明の別の検査方法よる測定曲線を示した図。

【符号の説明】

１ 包装品、 ２ シート、 ３ 包装壁、 １０ 検査装置、 １１ コラ
ム、 １２ 空気力シリンダ、 １３ 測定ヘッド、 １４ 中間板、 １５
中間片、 １６ 保持板、 １８ 切欠き、 ２０ 間隔センサ、 ２１ 切欠
き、 ２２ 負圧接続部、 ２３ 負圧源、 ２４ 導管、 ２５ 圧力測定装
置、 ２６，２７ 導線、 ２８ 制御装置、 ２９ 円筒区分、 ３１ 下面
、 ３２ 圧縮ばね、 ３４ 測定板、 ３６ ケーシング、 ３７ 内室、
３９ ケーシング開口、 ４０ シール部材

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１１月１０日（１９９９．１１．１０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項８

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ少なくとも１つのフレキシブルな包装壁（３）を有
   する排気された包装容器（１）の気密性を検査する方法であって、吊鐘状の検査
   装置（１０）を前記フレキシブルな包装壁（３）に気密に載置接触させ、次いで
   検査装置（１０）の内室（３７）を負圧で負荷し、その負圧の値を制御装置（２
   ８）へ入力値として供給し、吊鐘状の検査装置（１０）内の圧力が包装内圧（Ｐ
   ｉ）よりも低くなるとただちにフレキシブルな包装壁（３）が負圧に基づき本来
   の位置から動くようにし、その際、包装壁（３）の動き（Ｕ）をセンサで検出し
   、同様に前記制御装置（２８）に入力値として供給し、この制御装置（２８）で
   前記包装壁（３）の動きの時間的な経過に基づき包装容器（１）の気密性を推量
   する方式のものにおいて、吊鐘状の検査装置（１０）を支配している圧力（Ｐ）
   の時間経過と包装壁（３）の動き（Ｕ）の時間経過とを結合し、その際、検査装
   置（１０）の内室（３７）において最初に与えられている圧力（Ｐ３）のもとで
   包装壁（３）の位置（Ｕ３）を検出し、この位置（Ｕ３）に基づき、あらかじめ
   与えられている定数（ΔＵ）を用いて包装壁（３）の新しい位置（Ｕ４）を前記
   制御装置（２８）によって算出し、新しい前記位置（Ｕ４）での検査装置（１０
   ）の内室（３７）における圧力（Ｐ４）を包装容器（１）の気密性の基準として
   用いることを特徴とする、排気された包装容器の気密性を検査する方法。
2. 【請求項２】 前記圧力（Ｐ４）が包装内圧（Ｐｉ）として見做される、請
   求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 検査装置（１０）の１部分（４０）の弾性的な動作に基づく
   第１の距離区分（ΔＵ１）と包装壁（３）の運動に基づく第２の距離区分（ΔＵ
   ２）とから前記定数（ΔＵ）を求める、請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 それぞれ少なくとも１つのフレキシブルな包装壁（３）を有
   し、該包装壁（３）に１つの吊鐘状の検査装置（１０）を緊密に載置接触させ、
   次いで検査装置（１０）の内室（３７）を負圧で負荷し、該負圧の大きさを制御
   装置（２８）に入力値として供給し、吊鐘状の前記検査装置（１０）内の圧力が
   包装内圧（Ｐｉ）よりも低いとただちにフレキシブルな包装壁（３）が前記負圧
   に基づき元の位置から動かされるようにし、その際、前記包装壁（３）の動き（
   Ｕ）をセンサ（２０）で検出し、同様に制御装置（２８）に入力値として供給し
   、この制御装置（２８）で前記包装壁（３）の運動の時間的な経過に基づき包装
   容器（１）の気密性を推論する方法において、吊鐘状の検査装置内を支配してい
   る圧力の時間的な経過と包装壁（３）の運動の時間的な経過とを互いに結合し、
   その際に包装容器（１）の検査の開始にあたる２つの時点（ｔ５，ｔ６）の間の
   時間帯における、検査装置（１０）の弾性的な部材（４０）に基づく、包装壁（
   ３）の運動（Ｕ）の関数経過が圧力（Ｐ）の関数経過と似た形式で行なわれ、前
   記圧力（Ｐ）の関数経過と似てない形式での変化を開始する時点（ｔ６）を包装
   容器（１）の気密性のための基準として用いることを特徴とする、排気された包
   装容器の気密性を検査する方法。
5. 【請求項５】 包装壁（３）の運動（Ｕ）の関数経過が前記時点（ｔ６）に
   変換点を有している、請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 前記制御装置（２８）が、包装壁（３）の運動（Ｕ）の関数
   経過の変換点を、前記変換点の時点の後ろにある時点（ｔ７）における変換点と
   して捉え、この遅い時点（ｔ７）における圧力（Ｐ）を包装内圧（Ｐｉ）として
   評価する、請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 包装壁（３）の運動（Ｕ）の関数経過の傾斜が所定の限界値
   を越えた時点を付加的に検出し、この時点における圧力を包装内圧として評価す
   る、請求項４記載の方法。
8. 【請求項８】 請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実施する装
   置であって、吊鐘状のケーシング（３１，３６）を有し、該ケーシング（３１，
   ３６）の内室（３７）が負荷源（２３）で排気可能であり、前記内室（３７）に
   おける圧力（Ｐ）を検出するための負圧センサ（２５）を有し、包装容器（１）
   のフレキシブルな包装壁（３）の間隔（ａ）を検出する間隔センサ（２０）を有
   し、該間隔センサ（２０）が前記間隔（ａ）を電圧信号に変換する形式のものに
   おいて、前記圧力（Ｐ）と間隔（ａ）とが連続的に制御装置（２８）に供給可能
   であり、制御装置（２８）が前記圧力（Ｐ）と前記間隔（ａ）とを互いに結合し
   、制御装置（２８）が前記圧力（Ｐ）を所定の基準に存在する場合に包装内圧（
   Ｐｉ）として表示することを特徴とする、排気された包装容器の気密性を検査す
   る装置。
9. 【請求項９】 前記ケーシング（３１，３６）が包装壁（３）に向いた側に
   弾性的なシール部材（４０）を有している、請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 間隔センサ（２０）がばね（３２）の力によって負荷され
    た検出部材を有し、該検出部材（３４）が包装壁（３）と載置接触させられる、
    請求項８又は９記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記検出部材（３４）が円板状に構成されている、請求項
    １０記載の装置。
12. 【請求項１２】 間隔センサが誘導式のセンサ（２０）として構成されてい
    る、請求項８から１１までのいずれか１項記載の装置。