JP4249716B2 - 缶の気密性試験装置及び気密性試験方法 - Google Patents

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

通常の天板により密閉された缶（クローズド缶）は、天板の外周を胴部の上端と重ねて巻き込むこと（巻締め）により、天板を胴体を固着して出荷される。これに対して、缶の蓋（天板）が固着されていないオープン缶があり、流動性の低い原材料等の貯蔵に用いられている。

オープン缶は、天板を胴部の上端に重ねて缶に蓋をして、バンドで締結した状態で出荷される。需要家側では、内容物充填前にバンドでの締結を解き、内容物を充填後に天板をバンドで再締結する。このとき、図４に示すように、天板カール部９３と胴部上端のカール部９２の間にガスケット９７を挟み、重なった天板カール部９３と胴部上端のカール部９２の周囲に、バンド９９を掛け回して締結する。

締結用のバンド９９は、図４に示すようにＵ字形断面のバンドであり、胴部上端のカール部９２と天板カール部９３に覆い被さるように掛け回して使用する。締結の際は、このバンド９９をボルトやレバーで周方向に締め付けることにより、胴部上端のカール部９２と天板カール部９３がガスケット９７を挟んで互いに押しつけられて缶が密閉される。

従来技術の気密性試験装置では、クローズド缶とオープン缶共用固定形状の天シール，天板押さえにて気密性試験を行うのが一般的であって、次の理由からオープン缶を気密性試験する際には天板を載せないコップ状で行っていた。その理由は、
（１）天板を仮装着した場合、共用固定の天板押さえ形状では天板全体を有効に押さえられない。 および、
（２）天板を仮装着した状態で試験するためには、クローズド缶用とオープン缶用の天板押さえを専用化し付け替える必要があり、稼動ロスが大となる。
からである。

また、コップ状での試験を行う場合には以下のような問題がある。
試験が終了し缶を真空チャンバから取り出す際に、真空チャンバ内が大気圧よりも低くなるため、コップ状の缶内へ外部から空気とともに異物が流入する。異物流入を防止するためには、取り出し速度を低く抑えれば良いが、工業的に運用可能なサイクルタイムを達成するという制約のもとでは限界があり、完全に異物流入を防止することは困難であった。

本発明は、以上の問題を解決し、オープン缶の高品質・高能率な気密性試験が可能な缶の気密性試験装置および気密性試験方法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、その内部に缶の地板の膨張を押さえる地板押さえを有する缶の気密性試験装置において、真空チャンバの天井には缶の天板の外周上端部と全周にわたって接触するシール部と開口部が形成されており、前記真空チャンバの床には開口部が形成され、該開口部内に地板押さえが摺動可能に設けられており、該地板押さえの外部大気と接している部分の面積は缶の地板の面積と同程度であり、前記開口部に摺動可能に設けられた地板押さえは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真空チャンバ内に引き込まれて上昇す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、真空チャンバの天井は、缶の天板の上端部と接触する箇所にシール部が形成されており、天井と天板とは全周にわたってシールされる。地板押さえにより缶の地板が持上げられると、缶の胴部の上端も持上げられ、その上に重ねられた天板の外周部を、真空チャンバの天井に押しつける。その結果、缶の胴部の上端、天板の外周部、および真空チャンバの天井の間は、それぞれシール部材によりシールされる。

このように、缶の内部と真空チャンバとの間はシールされるので、缶の気密性を試験すること、正確には天板を除く缶本体、および天板外周のガスケットを含めた気密性を試験することができる。なお、缶の天板の上部はシールされているので大気圧のままであり、内側の試験ガスの圧力と等しいため、天板は変形しない。従って、天板押さえは不要となる。

さらに、真空チャンバの天井に開閉可能な開口部を設けることにより、シール不良が発生した場合も、缶の天板の上部の空間が減圧されることを防止できる。その結果、減圧により缶の天板が真空チャンバの天井に吸い付き、缶の排出の際、天板が真空チャンバ内に残ったままになることを防止できる。

加えて、缶の排出の際、開閉可能な開口部より清浄空気を圧入する事によって、天板のシールから離脱を促進するとともにチャンバ内負圧発生軽減によるチャンバ内への外部からの空気流入を抑制し、天板の外れを防止することが出来、缶内への異物流入を完全に防止できる。

請求項２では、前述のオープン缶用の気密性試験装置の真空チャンバ天井に天板押さえを取付けるので、クローズド缶の天板を押さえる事が可能となり、その結果、この発明の装置により、クローズド缶の気密性試験もほとんど切り替え時間を要さずに行うことができる。

本発明においては、オープン缶の缶内への異物流入を完全に防止できるため、高速ハンドリングが出来るので、高能率かつ品質を低下させずに気密性試験を行う事ができる。また、真空チャンバの天井に天板押さえを取付けることにより、クローズド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全体を高能率に気密試験を行うことができる。

図１に本発明の装置の断面図を示す。図１に示すように、真空チャンバ４０の天井には、缶９の天板の外周とほぼ同じ寸法（直径）の環状のガスケット４７が設置されており、天板の外周と全周にわたって接触し、シール部が形成されるようになっている。また、真空チャンバの床３０には、地板押さえ３１が設けられており、昇降可能な機構を備えている。なお、この例では、天井には開口部が設けられており、缶の天板の上部の空間の減圧が防止され、缶の天板が真空チャンバの天井に吸い付くというトラブルを防止できる。また、缶の天板の表裏には大気圧が加わるので変形は防止される。

真空チャンバの天井と天板とのシールについては、真空引きの初期においてはガスケットが接触しただけの状態であり、必ずしもシール性が高くない。そこで、シール部分の加圧を行うことが望ましい。例えば、図１．１に示すように、天井４４自体を上下に可動とすることにより、ガスケット４７と天板９１のカール部を加圧することにより密着させ、シール制御を向上させることかできる。図では、エアシリンダ５１と天井４４に取り付けたロッドによりシール部を加圧し、密着性を向上させることかできる。

また、天板を取り付けた状態で検査する場合、チャンバ内から取り出す際に天板が外れる為、圧縮空気を送る方法を取る。

図２に真空チャンバ４０の床の部分の詳細を示す。真空チャンバ４０の側面下端部のフランジにはガスケット４８が設けられており、真空チャンバの床３０を密着させることによりシールされる。また、床の開口部と地板押さえ３１の摺動部の隙間は、Ｏリング３６によりシールされている。これらのシールにより、真空チャンバは外部とシールされることになる。

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。例えば図２の例では、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。

次に、この装置を使用する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チャンバ本体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。地板押さえを上昇させ、あるいは真空引きにより地板押さえがチャンバ内に引き込まれて上昇する。その結果、地板押さえは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本体も上昇し、天板外周部が真空チャンバ天井のガスケットに接触する。

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、缶の胴部の下端（巻締め部）は真空チャンバの床面より離れる。その結果、缶の巻締め部と床の間の隙間を通して、地板からの漏洩も検出可能となる。なお、地板と地板押さえの間に、図２に示すようにＨｅ透過シート３３等のガス透過シートを敷設することにより、地板からのリークも検出可能となる。このようにして、オープン缶の気密性試験を行うことができる。

図３に、オープン缶の気密性試験も可能な装置、図３．１にクローズ缶の気密性試験も可能な装置の概要を示す。

これらの装置はオープン缶とクローズド缶の気密性試験を自動的に切替えて行うことも可能である。例えば、天板押さえを開口部から出没可能とする機構としてもよく、例えば、天板押さえを開口部の内壁と摺動可能に構成することにより実現できる。図３.１に示す装置では、クローズド缶用の天板押さえ４１を、真空チャンバ４０の天井の開口部から出入可能に設置してある。図では、開口部の上方と天板押さえ４１の上方を共に筒状に構成し、互いに摺動可能としている。

双方の摺動部はＯリング４６によりシール可能であり、クローズド缶の試験の場合は、開口部に天板押さえ４１を挿入することにより、真空チャンバ内の真空引きが可能となる。天板押さえを天井の開口部に挿入する操作は、エアシリンダ等により容易に実施できる。

押さえ力として、天板押さえ４１の外の圧力の利用、即ち大気圧の利用が可能であって、エアシリンダ等の能力は、天板押さえを開口部に挿入可能であればよく、取り出しの場合も天板押さえの自重とＯリング等の摩擦力を合わせた程度の力（数kg〜数10kg）であるから、小型のシリンダで済む。

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ことにより、クローズド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全体を高能率に気密性試験を行うことができる。

装置の概要を示す断面図。 真空チャンバの天井を可動式とした装置の天井の詳細を示す断面図。 真空チャンバの床および地板押さえの詳細を示す断面図。 天板押さえを出没可能とした装置を示す断面図。 クローズド缶試験の際の天板押さえの状況を示す断面図。 オープン缶の天板の締結方法を示す図。

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 (3)

1. 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地板押さえを有する缶の気密性試験装置において、真空チャンバの天井には缶の天板の外周上端部と全周にわたって接触するシール部と開口部が形成されており、前記真空チャンバの床には開口部が形成され、該開口部内に地板押さえが摺動可能に設けられており、該地板押さえの外部大気と接している部分の面積は缶の地板の面積と同程度であり、前記開口部に摺動可能に設けられた地板押さえは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真空チャンバ内に引き込まれて上昇することを特徴とする缶の気密性試験装置。
2. 真空チャンバの天井に、上下移動可能な天板押さえが設けられており、該天板押さえは、オープン缶の測定の際には缶の天板に接触しない位置まで退却可能であり、クローズド缶測定の際には缶の天板に接触する位置に移動できるとともに、該位置で固定可能であることを特徴とする請求項１記載の缶の気密性試験装置。
3. 請求項１または２記載の試験装置を用いて缶の気密性試験を行う方法であって、缶の外部かつ真空チャンバの内部となる空間を真空引きした後、真空チャンバの内部への空気の漏洩を、空気を構成する成分ガスの1種以上を検出することにより検出し、缶の気密性を試験することを特徴とする缶の気密性試験方法。