JP2006242847A - 缶の気密性試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高品質・高能率で気密性試験が可能な缶の気密性試験装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 缶を装入する真空チャンバとその内部に缶の天板及び地板の膨張を押さえる天板押さえ及び地板押さえとを有する缶の気密性試験装置において、
真空チャンバの床又は天井に開口部を有し、地板押さえ又は天板押さえが前記開口部に挿入され、この地板押さえ又は天板押さえと前記開口部との隙間は摺動可能であると共にシールされていることを特徴とする缶の気密性試験装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、缶を装入する真空チャンバと、その内部に缶の地板の膨張を押さえる天板押さえ及び地板押さえを有する缶の気密性試験装置に関する。

化学薬品や食料品等に使用されるドラム缶は、高い信頼性が要求され、とりわけ内容物の漏洩が無いことを強く要望されている。その結果、全製品について気密性試験を行うことが規格により規定されている。

缶の気密性試験においては、テスト缶内部に試験ガスを封入し、テスト缶を真空チャンバに装入して、真空チャンバ内への前記試験ガスの漏洩を検出する。試験後の缶は真空チャンバの外に排出し、次のテスト缶を真空チャンバに装入する。

真空引きの際は、缶の内部は大気圧であるため缶は膨張しようとする。缶の胴部は、周方向（フープ方向）と高さ方向に引張応力が作用するが、缶の素材である鋼板の特性として、引張応力に対しては十分な強度を有するため変形は起こらない。しかし、天板と地板は、静水圧プレスと同様の応力が加わるため、比較的容易に変形する。

そこで、缶の気密性試験においては、缶の天板と地板が膨張するのを防ぐため、天地板を治具（天地板押さえ）で押さえて試験を行う。その場合、治具（天地板押さえ）の押さえ方が不適切であると、治具により缶に疵をつけたり、あるいは変形させたりすることになる。従って、適切な押さえ力又は押さえ位置（ストローク）に調整して、缶の形状を保持する必要があり、対策が検討されている。

例えば、特許文献１には、薄肉の材質からなる被検体（缶）の内側と外側とで圧力差が生じても、変形が生じることがなく、全ての箇所での漏洩検査を可能にする試験方法が提案されている。この技術は、トレーサガスが充填された被検体（缶）の外形寸法を測定するとともに、設定寸法との偏差を演算する測定工程と、被検体（缶）を押圧する押圧部材を、予め設定された所定位置から、前記偏差に基づいて移動させる移動工程とを有するというものである。
特開2001-27574号公報

しかし、従来技術の天地板押さえについては、板面を押さえる際、天板押さえ又は地板押さえの停止位置を調整する必要がある。停止位置の調整結果として、天地板押さえの繰出し量（ストローク）が不足の場合は、天地板が膨張する変形が発生し、ストローク過大の場合は、天地板に疵や凹みが発生するという問題がある。

天板押さえ又は地板押さえの押さえ力を調整する場合は、大気圧と天地板の面積から計算すると、押さえ力として必要な力は数トンとなる。押さえ力を調節する機構としては、バネやテコ等の機械的手段が考えられるが、数トンの押さえ力を扱うには、かなり大掛かりな装置となる。押さえ力の調整結果として、押さえ力不足の場合は天地板が膨張する変形が発生し、押さえ力過大の場合は天地板に疵や凹み発生するという問題がある。

本発明は、以上の問題を解決し、天地板の停止位置の調整が不要で押さえ力発生の調整が簡易な缶の気密性試験装置を提供することを目的とする。

上記の課題は次の発明により解決される。その発明は、缶を装入する真空チャンバとその内部に缶の天板及び地板の膨張を押さえる天板押さえ及び地板押さえとを有する缶の気密性試験装置において、
真空チャンバの床又は天井に開口部を有し、地板押さえ又は天板押さえが前記開口部に挿入され、この地板押さえ又は天板押さえと前記開口部との隙間は摺動可能であると共にシールされていることを特徴とする缶の気密性試験装置である。

この発明では、真空チャンバの床又は天井に設けた開口部に、地板押さえ又は天板押さえ（以下、板押さえ）が挿入されている。開口部と板押さえとは摺動可能にシールされているので、真空チャンバの内部を減圧させると、外部の大気圧により板押さえが真空チャンバの中に押し込まれる。

その結果、真空チャンバ内の缶の地板又は天板は、地板押さえ又は天板押さえにより押される。その力（押さえ力）は、ほぼ大気圧と同等の圧力となる。特に、開口部の面積を缶の地板又は天板の面積に近くしておくことにより、缶の地板又は天板の大部分の領域に大気圧と同等の圧力を加えることができる。

缶の天地板のもう一方の板（天板又は地板）についても、缶が反対側の板押さえにより押し上げ又は押し下げられるので、対応する板押さえ（天板押さえ又は地板押さえ）に押しつけられる。その力（押さえ力）も反対側の押さえ力と等しくなるので、缶の天地板のもう一方の板に対する押さえ力も大気圧相当となる。

缶の内部の試験ガスは大気圧で封入されているので、地板押さえ及び天板押さえには内外からほぼ大気圧と同等の圧力が加わることになる。これは缶の天地板にとって、真空引きする前の缶の状態、即ち大気中に置かれた缶の状態に等しい。このように、天地板にかかる缶内外の力を均衡させることにより、缶の天地板の変形を原理的に防止することができる。

この発明では、地板押さえ又は天板押さえの押さえ力に大気圧を利用しているので、天地板に対する押さえ力は大気圧と同程度となる。従って、地板押さえ又は天板押さえの設定位置の調節や荷重の制御を行うことなく、天地板の変形を防止することが可能である。また、天地板押さえの設定位置や押さえ力の過不足に伴う疵や変形を解消することもできる。

地板押さえ又は天板押さえの取付けについては、いずれか一方を真空チャンバの床又は天井に設けた開口部に挿入し、他方を天井又は床に固定すればよい。開口部と板押さえとの隙間は、Ｏリング 等で真空シールを施す。開口部と板押さえの摺動部分は、その内径を缶の天地板の寸法と同程度とすることが望ましい。すなわち、この部分の面積に相当する大気圧が、天地板押さえの押さえ力となるので、缶内の試験ガスによる圧力（大気圧）と均衡させるためには、天地板の面積に近づけておく。

図１に発明の1例として、装置の断面図を示す。この図は、真空チャンバ４０の内部に缶９（図中、破線で示す）が挿入され、床３０が閉じた状態を示している。図に示すように、真空チャンバの床３０に設けた開口部に、地板押さえ３１が挿入されている。床３０の開口部と地板押さえ３１の隙間は摺動可能にシールされており、地板押さえ３１は上下移動が可能である。

真空チャンバ４０の天井には、天板押さえ４１を設置しておく。天板押さえ４１は、缶９の巻締め部が天板から立上っている寸法より大きくして、天井から突出させておく。これにより、天板押さえ４１が缶９の天板と接触した状態で、缶の巻締め部と天井は接触せず、この隙間を通して缶の天板からの漏洩を検出する。

図２に真空チャンバの床の部分の詳細を示す。真空チャンバ４０の側面下端のフランジにはガスケット４８が埋め込まれており、ここに真空チャンバの床３０（床面の周辺部）を密着させることにより、真空チャンバ４０がシールされる。また、床３０の開口部と地板押さえ３１との摺動部分は、Ｏリング３６によりシールされている。これらのシール３６，４８により、真空チャンバ４０内は外部とシールされることになる。また、缶９の地板と地板押さえ３１の間に、図に示すようにＨｅ透過シート３３を敷設する。

次に、この装置の使用の際の各構成部分の動作について説明する。まず、真空チャンバの床を降ろして、床の上に缶を載せる。この時、地板押さえは、缶の装入と排出の際に缶の水平移動を妨げないよう、床面から突出しない位置に待避させておく。これにより、缶を持上げずに水平移動させるだけで、缶を真空チャンバの床に載せたり排出したりすることが可能となる。

次いで、真空チャンバの床を上昇させ、チャンバ内に缶を装入する。真空チャンバの床が側壁の下端部に密着して、真空チャンバが閉鎖された後、真空ポンプでチャンバ内を減圧（真空引き）する。真空引きにより、地板押さえはチャンバ内に引き込まれて上昇し、缶の地板に接触する。地板押さえが缶の地板を押し上げると、缶の天板も上昇し天板押さえに接触する。

最終的に、缶の地板が地板押さえから受ける力と、缶の天板が天板押さえから受ける力に缶の自重を合わせた力が釣合った時点で、地板押さえの上昇が止まる。このように地板押さえが缶の地板を押し上げることにより、缶の下端部（巻締め部）は床面より離れる。

その結果、缶の巻締め部と床は接触せず、地板からの試験ガスの漏洩も検出可能となる。

ここで、大気圧（1kgf/cm²）が缶の地板又は天板（約数1000cm²）に及ぼす力は数トンに及ぶので、缶の自重（数10kg）や地板押さえの自重（数１０kg）は大気圧に比べて無視できる。従って、缶の地板及び天板には、ほぼ大気圧に相当する力が加わることになる。缶内に封入された試験ガスは大気圧であるから、缶の地板及び天板は、内部と外部からほぼ等しい力が加わることになり、真空引きの過程でも変形は原理的に起らない。

なお、チャンバ内を真空引きしていない時に、地板押さえ３１の操作（床からの出没操作）は、エアシリンダ等を用いることができる。例えば図２．１に示すように、地板押さえ３１に、エアシリンダ５１のロッド５２を取付けて、操作する。

なお、地板押さえ３１の摺動部には、缶の装入排出により持ち込まれる塵埃が入りやすい。塵埃が溜まると、地板押さえの摺動の際、Ｏリング３６を損傷するので、何らかの防塵処置を施すことが望ましい。そこで図２．２に示す例では、摺動部の上部にブッシング３７を設け、塵埃の侵入をある程度防止している。なお、ブッシング３７は、ある程度の強度を持たせるため金属製とするが、地板押さえよりは軟質の材料として地板押さえの側面を摩耗させないようにしている。

以上の例とは別の形態の装置として、図３に示すように、真空チャンバ４０の天井に開口部を設け、天板押さえ４１を摺動可能にシールして挿入してもよい。天板押さえ４１は、缶９の装入前は真空チャンバ４０の天井から十分に低い位置（最終的に缶の天板と接触可能な位置）に突出させておく。また、天板押さえ４１は、缶の装入前の状態では、落下しないようストッパ等で支持しておく。

缶の装入の際は、真空チャンバの床３０に固定した地板押さえ３１に、缶９の地板を載せて、床を上昇させる。すると、缶９の天板に天板押さえ４１が接触し、缶の天板が天板押さえ４１から受ける力（及び缶の自重）と、缶の地板が地板押さえ３１から受ける力が釣合った状態となる。この状態で、天板押さえ４１は開口部を摺動しながら持上げられる。

真空チャンバの床３０がチャンバ側面の下端部に密着した後、真空ポンプでチャンバ内を減圧（真空引き）する。真空引きの過程では、缶９の天板には天板押さえ４１により大気圧相当の力が加わるので、缶内の圧力とほぼ等しくなり変形は原理的に起らない。また、缶９の地板も同じ力で地板押さえ３１に押しつけられるので、地板に加わる内外の力もほぼ等しくなり、地板についても変形は起らない。

この例では、天板押さえ４１の摺動部分が真空チャンバ４０の天井にあるので、摺動部分への塵埃の付着が起こりにくいという効果がある。しかしその一方、地板押さえ３１が真空チャンバの床３０から突出した状態で固定されているため、缶を水平方向に移動しようとすると缶の最下端の巻締め部が衝突する。そのため、缶の装入及び排出の際は、缶を持上げて操作する必要がある。

その他の例として、図４に示すように、天板押さえ４１と地板押さえ３１を双方とも摺動可能とすることもできる。この場合は、缶９の装入及び排出の際、地板押さえ３１を真空チャンバの床３０の面から突出しない位置に待避させておくことができる。その結果、缶９を持上げずに真空チャンバの床３０に載せたり排出したりすることができる。

本発明によれば、真空チャンバの天井に天板押さえを取付けるたので、オープン缶の気密性試験もほとんど切り替え時間を必要とせず行うことができ、オープン缶とクローズド缶の両方を高能率に気密性試験を行うことができる。

装置の断面図 真空チャンバの床および地板押さえの断面図 地板押さえの操作機構を示す断面図 真空チャンバー床部の防塵装置の断面図 天地押さえが摺動可能な装置の断面図 天地押さえが双方とも摺動可能な装置の断面図

符号の説明

９ 缶
３０ 真空チャンバの床
３１ 地板押さえ
３３ Ｈｅ透過シート
３６ Ｏリング（地板押さえ用）
３７ ブッシング
４０ 真空チャンバ
４１ 天板押さえ
４４ 真空チャンバの天井
４５ 天井の開口部
４６ Ｏリング（天板押さえ用）
４７，４８ ガスケット
５１ エアシリンダ
５２ エアシリンダのロッド
９１ 缶の天板
９２ 胴部上端のカール部
９３ 天板カール部
９７ ガスケット（オープン缶密閉用）
９９ 締結用バンド

Claims (1)

1. 缶を装入する真空チャンバとその内部に缶の天板及び地板の膨張を押さえる天板押さえ及び地板押さえとを有する缶の気密性試験装置において、
   真空チャンバの床又は天井に開口部を有し、地板押さえ又は天板押さえが前記開口部に挿入され、この地板押さえ又は天板押さえと前記開口部との隙間は摺動可能であると共にシールされていることを特徴とする缶の気密性試験装置。