JP3721238B2 - 真空包装品の真空漏洩検査方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は板状の真空包装品、たとえば真空を利用した断熱パネルなどの製造工程において、製品の真空漏洩を全数検査する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空包装品は種々の分野において使用されており、特にプラスチックのラミネートフィルムの袋を真空容器とする真空包装品は従来の食品分野などに止まらず近年適用分野がますます広くなっており、たとえば断熱パネルにも使用されている。この断熱パネルは連続気泡型、すなわち隣接する気泡同士が通気できるためすべての気泡が真空排気できる硬質の発泡体の板を、プラスチックと金属フォイルの層などからなるラミネートフィルムで包装し内部を真空にしたものである。発泡体としてはプラスチックのものが一般的であるが、軽石状のセラミックスの発泡体も用いることができる。このような断熱パネルは冷蔵庫やさらに進んでは建築物の断熱構造などにも適用が検討されている。
【０００３】
このような真空包装品にあっては信頼性確保のため製品の全数について真空漏洩を検査することが必要である。従来からの検査方法は真空包装品を真空チャンバー内に入れることにより、真空不良品が膨れることで判別していた。しかしながら真空チャンバーは高価であり、とくに大型のパネルを入れるようなものは耐圧構造のため大がかりな設備になる。また大容量の真空ポンプを常時運転する必要があり、動力費も大きなものになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の断熱パネルのような板状の真空包装品の製造工程において、製品の真空漏洩の検査を迅速に行なう方法および装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するものであって、板状の真空包装品の片面側において空中に放射された音波を真空包装品に入射せしめ、透過して反対面から空中に放射された音波の強度を測定し、真空漏洩があった場合には前記反対面から空中に放射された音波の強度が真空漏洩がない場合より低下することにより真空漏洩の有無を判断することを特徴とする真空包装品の真空漏洩検査方法である。また板状の真空包装品の片面に近接して設けた音波発生装置と、前記片面とは反対側の面に近接して設けたマイクロフォンと、前記マイクロフォンの検出した信号レベルを測定する計測装置とによって構成されたことを特徴とする真空包装品の真空漏洩検査装置である。またここにおいて、音波発生装置は周波数が可変であることも特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の真空漏洩検出装置の例を示すものである。板状の真空包装品１の片面に近接して音波発生装置２を設け、これと反対側の面に近接してマイクロフォン３を設ける。本発明はこのように構成し、マイクロフォンの検出した音圧信号の信号レベルを測定する。４は音波発生装置に送り込む電気信号を発生する発振器やマイクロフォンで検出した信号を解析する計測装置を内蔵する制御装置である。真空包装品１は音波発生装置２とマイクロフォン３との間にあって遮音材として作用することになるが、本発明はこの遮音効果が真空包装品に真空漏洩があったとき増大する、すなわちマイクロフォンで検出される音波が小さくなることを見い出したことによってなされたものである。
【０００７】
上記のような遮音材としての真空包装品を介しての音波の伝播を考察すると、音波発生装置からの音波は一部が反射し、一方、真空包装品の内部に侵入した音波は吸収による減衰を受けつつ透過することになる。また真空包装品の周囲から回り込んで回折して伝播する音波の存在も考えられる。上記のうち遮音材を透過する音波に関して透過損失をＬ［ｄＢ］、遮音材の単位面積当たりの質量をＭ［ｋｇ／ｍ² ］、周波数をｆ［Ｈｚ］とすると（１）式が成立することが知られている。
Ｌ＝２０ｌｏｇＭ＋２０ｌｏｇｆ−４７ ・・・・・（１）
【０００８】
ただし、音波の透過率τを
τ＝材料を透過した音のエネルギ／材料に入射した音のエネルギ
とすると、
Ｌ＝１０ｌｏｇ（１／τ）
の関係がある。
【０００９】
図２は板ガラスの透過損失の例として文献に記載されているものであるが、破線は上記（１）式による計算値、実線は測定値である。測定値は周波数の低いところでは計算値と一致しているが、高い周波数では谷があり透過損失が減少している。これはガラスの屈曲振動の影響であり、本発明が測定対象の例としている断熱パネルにおいてもこれの屈曲振動により透過音波の強度に同様な周波数の山が生ずる。したがって本発明の測定方法においては、音波発生装置は周波数が可変なものを使用し、周波数を順次変化させて測定を行なうことが音波の透過状況の的確な判断のために好ましい。
【００１０】
また一方、音波の反射に関しては、固有音響抵抗ｚ₁ の媒質から固有音響抵抗ｚ₂ の媒質に音波が入射したときの反射係数Ｒは、ｚ₁ の媒質を通過する入射波の音圧をＰ_i 、反射波の音圧をＰ_r とすると（３）式が成立する。
Ｒ＝Ｐ_r ／Ｐ_i ＝（ｚ₂ −ｚ₁ ）／（ｚ₁ ＋ｚ₂ ） ・・・・・（２）
【００１１】
ただし、媒体の固有音響抵抗ｚと密度ρ、音速ｃとの間には（３）式の関係がある。
ｚ＝ρｃ ・・・・・（３）
【００１２】
たとえば常温常圧の空気の場合、ρ＝１．２３ｋｇ／ｍ³ 、ｃ＝３４０ｍ／ｓとして、おおよそｚ＝４２０ｋｇ／ｍ² ｓとなる。低圧になると体積弾性率をＫとして、ｃ＝（Ｋ／ρ）^1/2 の関係があるがＫもρも共に低下するので、結局（３）式におけるρの低下に見合って固有音響抵抗は低下する。また固体の場合には密度が空気より大きいことは当然であるが、縦波の音速も１０００ｍ／ｓ以上が普通なので固有音響抵抗は上記の空気の値よりずっと大きい。
【００１３】
さらに、入射波のエネルギＩ_i は反射波のエネルギＩ_r と、ｚ₂ の媒質に入り込む透過波のエネルギＩ₂ との和に等しいから、（２）式を参照すると（４）式が成立する。

【００１４】
上記の音波の反射についてのそれぞれの式をみると、固有音響抵抗ｚ₁ が小さい空気から固有音響抵抗ｚ₂ がはるかに大きい固体に音波が入り込む際には、（２）式にしたがって大きな割合の反射が起きる。このため結局（４）式のように反射係数Ｒの２乗を引いた残りのエネルギが固体に入り込むことになる。このことが本発明の方法において真空漏洩があったときにマイクロフォンで検出される音波が小さくなる原因になっていると考えられる。すなわちたとえば発泡体をラミネートフィルムで包装した真空包装品の例でいうと、真空時には発泡体とラミネートフィルムとは外部から大気圧で押されて密着状態にあるものが、真空漏洩があるとラミネートフィルムの弾性による復元力を押さえる力がなくなり、発泡体とラミネートフィルムとの間に空隙が生ずることになる。このため真空時にはラミネートフィルムと発泡体の間は固体同士の接触のため音波の反射はさほど大きくなかったものが、真空漏洩によって一旦空気を介して音波が伝播することになり、反射が増大して結局真空包装品を透過する音波が小さくなったものと考えられる。
【００１５】
一方、先に（１）式によって説明した発泡体やラミネートフィルム自体の透過損失Ｌについては真空漏洩による変化は本質的にはないものと考えられる。なお本発明者らの実験において、図２にあるような音波の透過率にピークが生ずる周波数は真空漏洩があっても真空時と変わりなかった。さらに先に述べた別の音波の伝播ルートである真空包装品の周囲から回り込んで回折して伝播する音波については、定量的に把握することは困難である。これについては波長の長い低周波数の音波は距離による位相の回転が少ないから板状の真空包装品の音波発生装置の反対側でも音圧が急には小さくならないが、距離による位相回転が大きい高周波数の音波は反対側では急に音圧が小さくなる。いずれにしても回折による音波の強さについては真空漏洩の有無による差は考えられず、特に本発明の方法においては後にも述べるように中音域以上の周波数で測定するのが普通なので格別に考慮する必要はない。
【００１６】
本発明の真空漏洩検査方法は上記のように板状の真空包装品の片面側において空中に放射された音波を入射せしめ、透過して反対面から空中に放射された音波の強度を測定する。このように非接触であるので真空包装品の測定装置への出し入れが簡単であり、また真空漏洩時に生ずる真空包装材と内部の材料との空隙を押さえてつぶすおそれもない。したがって図１に装置として記載したように音波の入射手段、測定手段とも真空包装品のそれぞれの面に接触することなく近接して配置するのが好ましい。
【００１７】
図１に示した本発明の装置において、音波発生装置２は一般のオーディオ用スピーカが使用できる。前記の断熱パネルにおける本発明者らの実験では５ｋＨｚ以上といった中音域以上の周波数での測定で十分であるので小口径のコーン型スピーカや小型のホーン型スピーカで良く、測定周波帯域において極端な特性の変化がなく音響変換できれば良い。スピーカに入力すべき信号は通常は一定電圧にするが、周波数は後にも説明するように一定にしたり、時間的に順次変化させたりする。またマイクロフォン３も一般的なオーディオ用のものが使用でき、特にコンデンサーマイクロフォンが周波数特性が良好で好適である。制御装置４は音波発生装置に送り込む電気信号を発生する発振器やマイクロフォンで検出した信号を解析しレコーダ等に記録する計測装置を内蔵するが、先にも述べたように音波発生装置への信号は周波数を可変とし、周波数を順次変化させて測定を行なうことできるようにすることが好ましい。また音波発生装置は一般に周波数特性のピークやディップがあり、一定電圧の信号を入力しても周波数を変化させたとき一定音圧の音波を発生することはできないので、これを補償して真空包装品の周波数ごとの正確な音波の透過率を測定する機能を上記制御装置が有することが好ましい。
【００１８】
【実施例】
内部を真空にした断熱パネルに対して本発明の真空漏洩検査方法を適用した。この断熱パネルは不飽和ポリエステル樹脂の連続気泡の発泡体をアルミニウムシートをポリエステル樹脂でコーティングしたもので包装し、真空ポンプで０．０５ミリバールまで吸引しつつ封じ切ったものである。外形寸法は１８ｍｍ厚×６５０ｍｍ幅×１５００ｍｍ長である。
【００１９】
上記のパネルを図１に示したように真空包装品１として配置し、音波発生装置２からは周波数を５ｋＨｚから４０ｋＨｚまで連続的に変化させた音圧約１２０ｄＢの音波を放射した。マイクロフォン３で測定した周波数ごとの音圧を真空漏洩がないもの、事実上完全に真空漏洩したもの、中間程度に真空漏洩したものについて示したのが図３である。真空漏洩が中間程度のものはラミネートフィルムが発泡体から完全に剥離してしまえば真空度の相違による音波の反射率の相違は格別に大きくなく、完全漏洩したものとさほどの相違がないが、部分的にラミネートフィルムが発泡体から剥離した状態の場合には真空漏洩がないものとの中間的な測定値になる。
【００２０】
本発明の真空漏洩検査方法においては同じ物品の複数製造工程における適用を指向しているので、あらかじめ同じ物品について真空漏洩がないもの、真空漏洩したものについて図３に示したような測定データを作成しておき、個々の製品についてはこれと比較する形で判断すれば良い。測定周波数帯域は発泡体などの被包装材の材質や寸法によって異なるが、図３のような音波の透過率に共振の山が現われる周波数範囲で測定するのが真空漏洩による測定値の差異が明確に現われて好ましい。これは共振の強さ自体が発泡体に入り込んだ音波の強さに依存するため、真空漏洩の有無による音波の反射率の差異が共振によって強調されるためと考えられる。図３の例においては１０ｋＨｚから２５ｋＨｚの範囲で周波数を変化させて真空漏洩を検査することにした。なお状況によっては周波数を連続的に変化させることなく、１または複数の特定の周波数での測定値によっても真空漏洩の有無を判断することが可能である。
【００２１】
本発明者らの上記の断熱パネルにおける実験によると真空漏洩があるものはかなり急速に空気が入り込み、３０分といった比較的短時間で大部分の真空漏洩が進行する。したがって通常の場合、真空包装後少なくともこの程度の時間を置いてから本発明の測定方法を適用すれば良い。もちろん真空包装後丸１日といった長時間置いてから測定することは差し支えない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の真空漏洩検査方法および装置によれば板状の真空包装品の検査を簡単な設備で低コストで迅速に行なうことができる。特に内部を真空にした断熱パネルのような大型なものは従来の真空タンクを使用する検査方法の適用が困難であったので本発明の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空漏洩検出装置の例を示す図
【図２】板ガラスにおける音波透過損失の例を示すグラフ
【図３】本発明の真空漏洩検査方法における測定結果の例を示すグラフ
【符号の説明】
１ 真空包装品
２ 音波発生装置
３ マイクロフォン
４ 制御装置

Claims (3)

1. 板状の真空包装品の片面側において空中に放射された音波を真空包装品に入射せしめ、透過して反対面から空中に放射された音波の強度を測定し、真空漏洩があった場合には前記反対面から空中に放射された音波の強度が真空漏洩がない場合より低下することにより真空漏洩の有無を判断することを特徴とする真空包装品の真空漏洩検査方法。
2. 板状の真空包装品の片面に近接して設けた音波発生装置と、前記片面とは反対側の面に近接して設けたマイクロフォンと、前記マイクロフォンの検出した信号レベルを測定する計測装置とによって構成されたことを特徴とする真空包装品の真空漏洩検査装置。
3. 音波発生装置は周波数が可変であることを特徴とする請求項２に記載の真空包装品の真空漏洩検査装置。

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