JP2004113995A - スプレーポンプの検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータを組み付けた状態でも的確な良否判定を行うことができ、従来よりも検査能力や操作性に優れた新規なスプレーポンプの検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】容器内に収容された液体を容器外に噴射するスプレーポンプ２０の検査装置であって、スプレーポンプ２０の近傍に設けられる振動センサ２，３と、スプレーポンプ２０を空気中で動作させた時の振動センサ２，３の検知信号に含まれる所定周波数以下の低周波信号成分に基づいてスプレーポンプ２０の噴射の異常を判別する異常判別手段６とを備える。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化粧品容器や薬品容器などのポンプスプレー容器に用いられるスプレーポンプの初期不良を検査するためのスプレーポンプの検査装置並びに検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に、従来のスプレーポンプ２０の一例を示している。このスプレーポンプ２０は、ポンプハウジング２１、スプリング２２、クラッパー・バルブ（閉塞部材）２３、ガスケット２４、穴明きフェレル２５、ステム２６、ターレット２７、アクチュエータ２８、噴射口インサート２９を備えている。ハウジング２１内には、内容液が溜まる噴霧室３０が形成されており、該噴霧室３０はアクチュエータ２８の操作時に内容積が減少し、噴霧室内の内容液が加圧されるようになっている。この加圧された内容液によって上記スプリング２２の付勢力に抗してクラッパー２３がステム２６に対して離反するように押し下げられ、ステム２６とクラッパー２３との間の流路が開き、内容液がステム２６内部を通過してインサート２９の口部から噴霧される。アクチュエータ２８の操作を止めると、スプリング２２の付勢力によってクラッパー２３、ステム２６及びアクチュエータ２８が元の位置に復帰し、その際ハウジング２１の下部開口からボトル内の内容液を吸い上げて、噴霧室３０内に内容液を充填する。
【０００３】
このスプレーポンプ２０は、畜圧型のスプレーポンプの一種であるとともに、メカニカルスプレーポンプの一種でもあり、特にノンエアバックポンプとも称され、吐出されることでボトル内の内容液が減少しても、ボトル内に外気を全く補充しないポンプシステムである。このノンエアバックポンプが用いられる代表例は嫌気性薬液などを収容する医薬品容器である。医薬品は人体に用いられるものであるため、その容器に用いられるポンプは、その他の用途のものに比してより正確で厳密な検査を行う必要がある。したがって、従来より、上記のノンエアバックポンプについては全数検査を行っている。
【０００４】
従来のスプレーポンプの検査は、下記のリーフプルーフネスチェックと、プライミングチェックとからなるポンプ本体部の検査工程と、ステムに取り付けられるアクチュエータの検査工程とにより行っている。このようにアクチュエータを取り外した状態でポンプ本体部の検査を行うのは、アクチュエータを取り付けた状態では、アクチュエータの噴霧口から噴霧されるエアが極微量であるために、差圧を読み取れないからである。
【０００５】
リーフプルーフネスチェックは、ハウジング２１下部の吸い上げ口２１ａから１×１０^５Ｐａの加圧空気を入れ、ハウジング２１内を空気が通過してステム２６側から出る空気量を測定し、該空気量が規格内にあるか否かを判定するものである。仮に組立不良等があれば、エア漏れによって上記空気量が規格外になり、不良を判定できる。
【０００６】
プライミングチェックは、ステム２６のオリフィスを塞ぎ、ステム２６を２回押し下げてアクチュエーション動作を行わせると、ハウジング２１下部の吸い上げ口２１ａに吸い上げ力（負圧）が生じる。この負圧を負圧センサによって測定し、規格内であるか否かを判定している。
【０００７】
また、アクチュエータの検査工程は、オリフィス内に加圧空気を導入し、噴霧口から流出するエアの圧力と大気圧との差圧を計測し、規格内にあるか否かを判定している。
【０００８】
なお、スプレーポンプ以外の産業製品においては、特許文献１，２又は３に開示されているように音響解析や振動解析による検査装置が開発されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−２９２１１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１８０３０８号公報
【特許文献３】
特開２００１−１０８５１８号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスプレーポンプの検査方法は、２つの異なるチェック工程が必要であることから、より迅速かつ正確に不良品を判別できる新規な検査方法が望まれていた。さらに、従来の検査方法では、製品の組立精度や検査装置の調整具合等によって計測結果にかなりのばらつきが生じるため、合格基準の規格範囲を広げざるを得ないという問題もある。そこで、本発明は、アクチュエータを組み付けた状態でも的確な良否判定を行うことができ、従来よりも検査能力や操作性に優れた新規なスプレーポンプの検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、上記課題に鑑み、正常品、ユーザークレーム品並びに意図的に欠損させた不良品のそれぞれについて、圧力、流量及び音響（振動）等の様々な角度から測定データを採取し、これらデータの解析を行い、特に発明者らはアクチュエーション動作時の音に着眼した。耳元で手動でスプレーポンプをアクチュエーション動作させたとき、正常品と、ユーザークレーム品及び不良品とでは若干の音の違いが判別できた。しかし、検査装置による自動化を図るためには、明確な閾値が必要であるが、噴霧音の波形そのものに明確な閾値を見出すことはできなかった。
【００１１】
そこで、各噴霧音をＦＦＴ解析することを試みたが、噴霧音自体の音のレベルが小さいために、無響室等の設備を要しない比較的簡素な装置構成では、装置作動音やその他の周辺の雑音が無視できないほどに大きく、明確な閾値を見出すことが困難であった。具体的には、ポンプのプライミング時に発生する樹脂同士の干渉音、ポンプ本体に組み込まれるスプリングの金属音、並びに、周囲環境から生ずるノイズが、判定結果に悪影響を及ぼすという問題がある。
【００１２】
そこで、本願発明者らは、スプレーポンプの正常品と不良品とで明確に差異が生じる周波数帯域を探索したところ、通常耳で聴き取ることは困難な低周波帯域において、正常品と不良品とで明確な差異が生じることが判明した。
【００１３】
かかる知見に基づいてなされた本発明は、容器内に収容された液体を容器外に噴射するスプレーポンプの検査装置であって、スプレーポンプの近傍に設けられる振動センサと、スプレーポンプを空気中で動作させた時の振動センサの検知信号に含まれる所定周波数以下の低周波信号成分に基づいてスプレーポンプの噴射の異常を判別する異常判別手段とを備えるものである。好ましくは、振動センサは、スプレーポンプとは離間して配置される。
【００１４】
上記本発明は、畜圧型のスプレーポンプや、メカニカルスプレーポンプに好適に実施でき、特に、スプレーポンプのハウジング内に、内容液が溜まる噴霧室が形成され、該噴霧室はアクチュエータの操作時に内容積が減少して噴霧室内の内容液が加圧されるようになっており、この加圧された内容液によってハウジング内に設けたスプリングの付勢力に抗して閉塞部材をステムから離反するように押し下げ、ステムと閉塞部材との間の流路を開き、内容液がステム内部を通過して噴霧されるように構成されたスプレーポンプに好適に実施できる。なお、かかるスプレーポンプを上記本発明の検査装置にて検査する際、スプレーポンプを空気中で動作させるので、噴霧室内には内容液が充填されず、いわゆるカラ打ちでの検査となるが、本願発明者らの実験によれば安定的に良否判定が可能であることが判明している。
【００１５】
上記異常判別手段は、振動センサの検知信号のフーリエ解析により前記低周波信号成分を抽出する低周波抽出手段を備えていてよい。これら低周波抽出手段や異常判別手段は、解析ソフトウェアがインストールされたコンピュータなどによって比較的低コストで実現可能である。検知信号をＡ／Ｄ変換してなるデジタル信号を処理する場合には、ＦＦＴ解析を好適に用いることができる。なお、本発明は、全ての信号処理をアナログ信号処理により行うものも包含する。
【００１６】
上記振動センサは、噴射エアの噴射音を検知するマイクであってよい。このマイクは適宜のものを採用でき、ダイナミック型マイク及びコンデンサ型マイクのいずれであってもよい。ダイナミック型にはリボンマイクとムービングコイルマイクとがあり、コンデンサ型には、直流バイアス方式コンデンサマイク、エレクトレットコンデンサマイク並びに高周波方式コンデンサマイクとがある。さらに、エレクトレットコンデンサマイクには、膜エレクトレット型と、バックエレクトレット型とがある。使用するマイクを他の形式のものに変更すると、マイクの周波数特性の相違によって、上記閾値となる所定周波数が変動することが予想されるが、事前の実験等によって閾値を見出すことは勿論可能である。また、上記所定周波数以下の低周波帯域を周波数帯域に包含するマイクを使用することが好ましい。
【００１７】
また、上記振動センサは、スプレーポンプの動作時にその噴出口から噴射される噴射エアを検知するものであってよい。この場合、振動センサは、噴射エアに含まれる低周波音を検知できるとともに、噴射エアがセンサに吹き付けられることによるセンサ表面の圧力変動や空気摩擦音を検知することもできる。
【００１８】
また、振動センサは、スプレーポンプの吸込口近傍に配置されていてもよい。この場合、噴射時に吸込口から漏れ出す低周波音をセンサによって検知できるとともに、アクチュエーション動作時の吸込口近傍の圧力変動を検知することもできる。振動センサを、噴出口近傍に配置するか、或いは吸込口近傍に配置するかは、スプレーポンプの構造によって適宜変更することができ、噴出口と吸込口の両方の近傍にそれぞれ振動センサを配置し、両センサの検知信号の相関による良否判定の例外条件を設定することも可能である。
【００１９】
上記異常判別手段は、基準データを記憶する記憶手段を備えることができ、この場合、前記低周波信号成分と前記基準データとの比較によってスプレーポンプの噴射の異常を判別することができる。この記憶手段は、例えばメモリや外部記憶装置などにより構成でき、上記比較は、コンピュータやＡＳＩＣなどによって行うことが可能である。
【００２０】
上記の所定周波数は１００Ｈｚ以下が好ましく、より好ましくは５０Ｈｚ以下とすることができる。このように、噴霧音に含まれる１００Ｈｚ以下若しくは５０Ｈｚ以下の低周波成分のみを抽出することで、製品の良否判別を的確かつ迅速に行うことが可能となる。なお、センサ信号をローパスフィルタやハイパスフィルタなどの所定のフィルタに通すことで、より明確に特定周波数帯域の信号成分を抽出することが可能である。
【００２１】
また、本発明は、容器内に収容された液体を容器外に噴射するスプレーポンプの検査方法であって、スプレーポンプの近傍に振動センサを配置し、スプレーポンプを空気中で動作させた時の振動センサの検知信号に含まれる所定周波数以下の低周波信号成分に基づいてスプレーポンプの噴射の異常を判別するものである。
【００２２】
前記低周波信号成分は、振動センサの検知信号をフーリエ解析することにより抽出することができる。振動センサは、噴射エアに含まれる噴射音を検知するマイクであってよい。また、振動センサは、スプレーポンプの動作時にその噴出口から噴射される噴射エアを検知するものであってよい。また、振動センサは、スプレーポンプの吸込口近傍に配置されていてもよい。
【００２３】
上記検査方法において、低周波信号成分を予め定められた基準データと比較することによってスプレーポンプの噴射の異常を判別するのが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係るスプレーポンプの検査装置１の全体システム構成図である。該検査装置１は、スプレーポンプ２０の吸込口２１ａ近傍に離間して対向配置される第１の小型振動センサ２と、スプレーポンプ２０の噴射口２０ａ近傍に離間して対向配置される第２の小型振動センサ３と、各センサ２，３の検知信号を増幅する増幅器４と、増幅器４によって増幅された検知信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換器５と、該変換器５によって変換されたデジタル信号を入力して信号解析するパーソナルコンピュータ６（異常判別手段）とを備えている。また、図示していないが、検査装置１は、スプレーポンプ２０をアクチュエーション動作させる流体圧シリンダや、該シリンダへ複数のスプレーポンプ２０を順次搬送するコンベアなどを備えることができる。
【００２６】
この検査装置１は、順次セッティングされるスプレーポンプ２０をシリンダによって空気中で（即ち、本来噴霧すべき液体が存在しない状態で）アクチュエーション動作させ、その動作中のセンサ２，３の検知信号を、増幅器４及びＡ／Ｄ変換器５を介してコンピュータ６に入力する。なお、噴霧音測定時に、アクチュエータ２８を予め組み付けておいてもよく、従来手法と同様にアクチュエータ２８を取り外した状態で検査を行ってもよい。
【００２７】
上記センサ２，３としては、エレクトレックコンデンサマイクを採用している。一実施例において、マイクの周波数特性はＤＣ〜２０ｋＨｚである。上記振動センサ２は、スプレーポンプ２０の吸込口２１ａ近傍に配置されているため、吸込口２１ａから漏れ出すポンプ内部の音を採取することが可能である。また、振動センサ３は、スプレーポンプ２０の動作時にステム内流路を介して噴射される噴射エアに含まれる噴霧音を検知する。また、振動センサ３は、噴射エアの風圧を直接検知して、電気信号に変換するものであってよい。
一実施例において、増幅器４の周波数特性はＤＣ〜１００ｋＨｚである。また、本願発明は最終的に低周波成分を抽出するものであるため、Ａ／Ｄ変換器５は低速のものであってよい。
【００２８】
コンピュータ６には、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスクなどの外部記憶装置、Ｉ／Ｏインターフェイス、並びに、Ａ／Ｄ変換器５が接続される入力ボードなどが内蔵されているとともに、Ａ／Ｄ変換器５からの入力デジタル信号を解析する解析ソフトウェアがインストールされている。該解析ソフトウェアは、デジタル信号に変換されたセンサ２，３の検知信号を外部記憶装置やメモリなどの記憶手段に記憶する。さらに、計測データを履歴化し、データベース化することによって、再現性の確認並びにデータ分析を行うことも可能である。
【００２９】
また、良否判定の基準となる基準データ（閾値）もまた、記憶手段に記憶される。この基準データは、適宜のものとすることができる。一例を挙げれば、不良品の複数（例えば、５〜２０個）のサンプルについて予め噴霧音を計測し、その計測データを平均演算した周波数波形を基準データとすることができる。
【００３０】
さらに、波形の直流成分を除去するために、アナログ回路乃至ソフトウェアによるローパスフィルタに検知信号を適用し、３〜１００Ｈｚ程度の非可聴周波数帯域成分を抽出するようになっている。
【００３１】
そして、良否判定を的確に行うために、解析ソフトウェアはセンサ２，３による噴霧音の検知信号をＦＦＴ解析し、１００Ｈｚ以下、より好ましくは５０Ｈｚ以下の低周波成分を抽出する低周波抽出プログラム（低周波抽出手段）を備えている。
【００３２】
図２は、良品ポンプの測定結果であって、噴霧口付近のセンサ３による噴射音の検知信号の一例を示している。同じく、図３は不良品の測定結果である。これらの噴射音の時間軸波形は、デジタル信号に変換されてコンピュータ６に入力され、解析ソフトウェアによりＦＦＴ解析され、１００Ｈｚ以下の低周波成分のみが抽出される。図４は、抽出された低周波成分のスペクトル波形図を示している。図４中、波形Ａは良品のスプレーポンプ２０のスペクトル波形であり、波形Ｂは内部にフィルタを内蔵する良品スプレーポンプのスペクトル波形であり、波形Ｃは不良品のスペクトル波形である。図４から明らかなように、良品については波形のピークレベルが大きいのに対し、不良品については、波形のピークレベルがほぼ０であり、異常判別を的確に行うことが可能である。
【００３３】
異常判別の判別式も特定のものに限定されるものではなく、各スペクトル波形の積分値に基づいて判別してもよく、各スペクトル波形のピーク値に基づいて判別してもよく、その他適宜の判別方法を採用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力センサ等を用いた従来手法によっては検査できなかった構造のポンプについても、ポンプを汚染することなく検査が可能であり、従来手法で検査可能であったポンプについても、製品の組立精度や機器の調整等に左右されることなく、噴霧異常の良否判別が可能である。特に、ポンプ噴霧音の低周波成分に着目しているため、可聴域帯では影響を受ける各種の音源に左右されることなく、安定的に的確な検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る検査装置の全体システム構成図である。
【図２】良品のアクチュエーション動作時の噴霧音の時間軸波形図である。
【図３】不良品のアクチュエーション動作時の噴霧音の時間軸波形図である。
【図４】各検体の噴霧音の低周波帯域のスペクトル波形図である。
【図５】スプレーポンプの一例を示す縦断面図である。

Claims (16)

1. 容器内に収容された液体を容器外に噴射するスプレーポンプの検査装置であって、スプレーポンプの近傍に設けられる振動センサと、スプレーポンプを空気中で動作させた時の振動センサの検知信号に含まれる所定周波数以下の低周波信号成分に基づいてスプレーポンプの噴射の異常を判別する異常判別手段とを備えるスプレーポンプの検査装置。
2. 異常判別手段は、振動センサの検知信号のフーリエ解析により前記低周波信号成分を抽出する低周波抽出手段を備える、スプレーポンプの検査装置。
3. 振動センサは、噴射エアの噴射音を検知するマイクである、請求項１又は２に記載のスプレーポンプの検査装置。
4. 振動センサは、スプレーポンプの動作時にその噴出口から噴射される噴射エアを検知する、請求項１又は２に記載のスプレーポンプの検査装置。
5. 振動センサは、スプレーポンプの吸込口近傍に配置されている、請求項１，２又は３に記載のスプレーポンプの検査装置。
6. 異常判別手段は、基準データを記憶する記憶手段を備え、前記低周波信号成分と前記基準データとの比較によってスプレーポンプの噴射の異常を判別する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスプレーポンプの検査装置。
7. 所定周波数は１００Ｈｚ以下である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスプレーポンプの検査装置。
8. 所定周波数は５０Ｈｚ以下である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスプレーポンプの検査装置。
9. 容器内に収容された液体を容器外に噴射するスプレーポンプの検査方法であって、スプレーポンプの近傍に振動センサを配置し、スプレーポンプを空気中で動作させた時の振動センサの検知信号に含まれる所定周波数以下の低周波信号成分に基づいてスプレーポンプの噴射の異常を判別する、スプレーポンプの検査方法。
10. 前記低周波信号成分は、振動センサの検知信号をフーリエ解析することにより抽出する、請求項９に記載のスプレーポンプの検査方法。
11. 振動センサは、噴射エアに含まれる噴射音を検知するマイクである、請求項９又は１０に記載のスプレーポンプの検査方法。
12. 振動センサは、スプレーポンプの動作時にその噴出口から噴射される噴射エアを検知する、請求項９，１０又は１１に記載のスプレーポンプの検査方法。
13. 振動センサは、スプレーポンプの吸込口近傍に配置されている、請求項９，１０又は１１に記載のスプレーポンプの検査方法。
14. 低周波信号成分を予め定められた基準データと比較することによってスプレーポンプの噴射の異常を判別する、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のスプレーポンプの検査方法。
15. 所定周波数は１００Ｈｚ以下である、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のスプレーポンプの検査方法。
16. 所定周波数は５０Ｈｚ以下である、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のスプレーポンプの検査方法。

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