JP4347739B2

JP4347739B2 - 容器の減圧試験方法と試験装置

Info

Publication number: JP4347739B2
Application number: JP2004107147A
Authority: JP
Inventors: 幸男芳沢; 章吉浜; 幸司廣澤
Original assignee: 株式会社芳沢製作所
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005291913A

Description

本発明は、ペットボトルなどの容器を減圧し、耐圧強度を測定する容器の減圧試験方法と試験装置に関する。

ペットボトルなどの容器は、内部に注入する液体から受ける圧力に対抗し得る所定の耐圧強度を有していなければならない。したがって、この容器の耐圧試験は、下記特許文献１に開示されているように、容器の内部に高圧を注入し、容器の耐圧強度を検査するものが一般的である。しかし、最近では、容器内部に高温の液体を入れた後、放置あるいは冷却することがある。このような場合には、一旦膨出した容器が減圧されることから、減圧試験を行なわなければならない。

しかし、減圧試験は、内部に高圧を注入する耐圧試験装置を単純に流用できるものではない。容器内部を減圧すると、液体内に溶け込んでいるガスあるいは空気が放出され、容器内部が圧力変動し、容器の強度を正確に測定できない虞がある。
特開平８−１２２２３４号公報（図１、要約など参照）

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決し、液体内に溶け込んでいるガスあるいは空気の影響を受けることなく、計測液により満液状態とされたペットボトルなどの容器から液体を除去しつつ容器の形状変化に伴い容器の内圧が定常状態になる点を利用して容器の強度を測定する、簡単でかつ迅速な容器の減圧試験方法と試験装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明方法は、試験容器が気密に取付けられる密閉の圧力測定室に、計測液貯溜タンク内の計測液を定量ポンプにより供給し、満液状態とする計測液供給工程と、前記定量ポンプを作動し、前記圧力測定室内の計測液を吸引し排出することにより空気を除去する計測液排出工程と、前記定量ポンプを作動し、一定量の計測液を前記圧力測定室より排出し前記圧力測定室内を減圧し、所定の待ち時間が経過した後、前記試験容器または圧力測定室内の液面が安定した状態で前記圧力測定室の内圧を測定する測定工程と、からなり、前記減圧により前記試験容器が変形し、前記計測液を定量排出しても前記圧力測定室の内圧が変化しない定常状態になったときの内圧から前記試験容器の耐圧強度を測定することを特徴とする。

上記目的を達成する本発明装置は、試験容器が気密に取付けられる密閉の圧力測定室を有する容器取付け部と、当該圧力測定室にそれぞれ一端が連通され、他端が前記圧力測定室に対し計測液を定量供排する定量ポンプと連通され、前記圧力測定室に計測液を供給する供給回路および、前記圧力測定室から計測液を排出する排出回路と、前記定量ポンプと連通され、前記計測液が貯溜された計測液貯溜タンクと、前記圧力測定室の内圧を測定する圧力検知部材と、前記定量ポンプの作動、前記供給回路や排出回路の切換えを制御し、前記圧力検知部材からのデータが入力される制御部と、を有し、前記試験容器内から前記計測液を前記定量ポンプにより一定量排出し、前記試験容器の変形により前記内圧が定常状態になると、この定常状態の内圧から前記試験容器の耐圧強度を測定することを特徴とする。

本発明は、密閉の圧力測定室に気密に取付けた試験容器を計測液で満液状態とし、前記圧力測定室から計測液の一部を排出しつつ空気も除去した後、定量ポンプにより試験容器内から一定量の計測液を排出し試験容器内を減圧する度に前記圧力測定室の内圧を測定し、前記圧力測定室の内圧が定常状態になると、この定常状態の内圧から前記試験容器の耐圧強度を測定するので、溶け込みガスや空気の影響を受けることなく、定量ポンプの作動により容器の形状を変化させ、減圧による限界圧力が簡単に測定でき、試験容器の耐圧強度を簡単に知ることができる。また、計測液が満液状態から一部を排出し、空気を排除した状態で測定を開始するので、測定した内圧は精度のよいものとなる。さらに、前記測定工程において、圧力測定室内を減圧し所定の待ち時間が経過した後かあるいは試験容器などの液面が安定した状態で、圧力測定室の内圧を測定すると、計測精度が一層向上することになる。

前記測定工程において、圧力測定室を大気圧状態にして試験容器内の減圧を開始すると、測定開始点を正確に設定できる。

本発明に係る容器の減圧試験装置は、試験容器の開口部を容器取付け部に装着し、定量ポンプで圧力測定室内に計測液を定量供排した後、圧力測定室の内圧を圧力検知部材で測定すると、制御部にデータが入力されるので、自動的に容器の減圧試験を精度よく簡単に行なうことができる。

前記試験容器内から計測液を排出することに伴って液面が昇降する液面計を設けると、圧力測定室を大気圧状態にして試験容器内の減圧を開始でき、測定開始点を正確に設定できる。

前記圧力測定室の頂壁に空気溜りとなる凹部を設けると、空気抜きが極めて円滑にでき、空気の存在により測定の外乱要因を取り除くことができ、測定精度も向上する。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る容器の減圧試験装置の一例を示す概略図である。

例えば、ペットボトルに熱水などを入れた状態から放置あるいは冷却すると、ペットボトル内には負圧が作用し、収縮する。このような負圧に対しても所定の強度を有するか否かを試験する場合には、減圧試験を行なう。

図１に示す本実施形態の減圧試験装置について概説すれば、この減圧試験装置は、計測液Ｅが貯溜された計測液貯溜タンク１と、この計測液貯溜タンク１から計測液Ｅを取出す定量ポンプＰと、試験容器２の開口部３が連通して装着される密閉の圧力測定室１１を有する容器取付け部１０と、圧力測定室１１内の液面を測定する液面計２０と、定量ポンプＰからの計測液Ｅを圧力測定室１１に供給する供給回路３０と、圧力測定室１１から計測液Ｅを排出する排出回路３１と、定量ポンプＰの作動を制御し、圧力測定室１１に設けられた圧力検知部材１２からのデータが入力される制御部Ｃと、を有している。

さらに詳述する。計測液貯溜タンク１は、底部に排出用のコック１ａ、頂部に蓋体１ｂ、側部に水位計４がそれぞれ設けられた大気開放型のタンクである。蓋体１ｂを挿通して内部まで垂下された導管５は、内部の計測液Ｅを取出したり戻したりするもので、後述の定量ポンプＰと連結されている。水位計４には下限センサ６が設けられ、最低限必要となる計測液Ｅを確保している。なお、導管５には、切換弁７および開閉弁８を介して計測液Ｅの使用量を測定する取出管９が連設されている。

図２は同減圧試験装置の容器取付け部を示す断面図である。容器取付け部１０は、図２に示すように、試験容器２の開口部３が連通するように気密に取付けられる圧力測定室１１を有しているが、この圧力測定室１１は、減圧試験装置が有している水平の基盤１３を貫通して固定された分岐ブロック１４と、分岐ブロック１４の下部に螺合された容器取付け板１５とにより区画形成されている。

分岐ブロック１４は、頂部に給排管１６と、排気管１７が設けられている。給排管１６は、試験容器２の開口部３より内部まで垂下され、試験容器２内に計測液Ｅを供給したり排出したりするものである。排気管１７は、その一端が分岐ブロック１４に形成された排気通路１８と連通され、他端が液面計２０の下端と連通され、中間に第２電磁弁Ｄ_２が設けられている。排気通路１８は、圧力測定室１１内の空気や計測液Ｅを、液面計２０を介して計測液貯溜タンク１に排出するものであるが、本実施形態では、圧力測定室１１内の頂壁１１ａに空気溜りとなる凹部１１ｂが形成され、ここに排気通路１８が連通されている。また、排気通路１８には、圧力検知部材（圧力センサ）１２の先端が臨まされ、圧力測定室１１内の負圧圧力を感知し、圧力計Ａで表示する一方、その負圧データが制御部Ｃに入力される。

容器取付け板１５は、分岐ブロック１４の下部に形成された環状凸部１４ａに螺合される環状凸部１５ａを有し、中央に試験容器２の口部４が螺合される取付穴１９が開設されている。

液面計２０は、試験容器２や圧力測定室１１内に注入された計測液Ｅの液面を外部から検知するための透明な筒体であり、大気圧液面センサ２１と、注入停止液面センサ２２が設けられている。なお、液面計２０の頂部は、オーバーフローした計測液Ｅを計測液貯溜タンク１に戻す導管２３が連設されている。

供給回路３０は、図１に示すように、切換弁３６と合流部３３とを、第１電磁弁Ｄ _１を有する導管３２により連通することにより構成され、排出回路３１は、切換弁３６と合流部３３とを、逆止弁３５および第３電磁弁Ｄ _３を有する導管３４により連通することにより構成されている。したがって、これら第１電磁弁Ｄ_１、切換弁３６および第３電磁弁Ｄ_３を制御すると、供給回路３０と排出回路３１に選択的に計測液Ｅを流すことができる。

図３は定量ポンプを示す断面図、図４は図３の４−４線に沿う概略断面図である。図３に示すように、定量ポンプＰは、ステッピングモータＭによりカップリング４０を介して回転されるピストン４１を有している。なお。ステッピングモータＭの軸線とピストン４１の軸線とは交差しており、ユニバーサルジョイント（不図示）などにより円滑に回転伝達されるようになっている。

ピストン４１は、先端部に凹欠部４２が形成された柱状体であり、ケース４３内に設けられたシリンダ４４内で回転するが、シリンダ４４内で軸方向にも往復動する。この往復動は、保持部材４５に支持された斜板４６により行なわれるが、ピストン４１は、カップリング４０の近傍に設けられた回転プレート４７のスリット（不図示）を原点感知センサ４８が感知するまでステッピングモータＭが回転して軸方向に後退され、これが定量ポンプＰの原点停止位置となる。

また、定量ポンプＰは、吐出量を調整するストローク調整機構Ｔを有している。ストローク調整機構Ｔは、基盤１３に対しスライド可能に設置されたスライド板４９を有し、スライド板４９上にケース４３が設置され、スライド板４９を指針５０と目盛５１を利用してスライドすることにより、シリンダ４４内でのピストン４１の位置を所望の位置に変化させ、定量ポンプＰの吐出量を調整する。

シリンダ４４およびケース４３には、図１，３に示すように、切換弁３６と連通された導管３７と、切換弁７と連通された導管３８がピストン４１の軸線に対し直交するように設けられている。したがって、ステッピングモータＭを正転あるいは逆転すると、定量ポンプＰも同様に回転し、図４に示すように、導管３７と導管３８のいずれか一方（例えば、導管３８）から流入した計測液Ｅがピストン４１の凹欠部４２から先端チャンバ５２に流入し、同ピストン４１の往復動により先端チャンバ５２から他方（例えば、導管３７）を通って一定量の計測液Ｅが吐出されることになる。

制御部Ｃは、演算処理部（コンピュータ）や制御機器などから構成され、圧力センサ１２，大気圧液面センサ２１，注入停止液面センサ２２などから入力されたデータを記憶したり、また、第１電磁弁Ｄ_１、第２電磁弁Ｄ_２、第３電磁弁Ｄ_３、定量ポンプＰなどに制御信号を付与する。

次に、試験容器の検査方法を説明する。

＜計測液供給工程＞
試験容器２に注入する計測液Ｅは、実際の製品として注入されるジュースなどではなく、水が使用される。したがって、減圧時に空気やガスが発生することが少なく、測定も円滑に行なうことができる。より好ましくは、減圧時に空気やガスが発生することないもの、例えば、予め沸騰させて冷却した脱気水を使用することである。

まず、この計測液Ｅを計測液貯溜タンクに注入すると共に試験容器２にも注入する。試験容器２に注入するのは、試験容器２が大きい場合には、定量ポンプＰを使用するより測定を迅速に行なうことができるからであるが、定量ポンプＰを使用し注入してもよい。

ここで使用する計測液Ｅの温度は、圧力センサ１２の基準値に合わせることが好ましいが、通常、圧力センサ１２の基準値は２５℃程度であるため、２０℃±５℃が望ましい。

試験容器２を容器取付け部１０の容器取付け板１５に装着した後、制御部Ｃの電源（不図示）を入れると、定量ポンプＰのステッピングモータＭが回転し、回転プレート４７のスリットを原点感知センサ４８が検知し、定量ポンプＰが原点位置、つまり、ピストン４１の最大後退位置で停止する。

そして、制御部Ｃの注入ボタン（不図示）をＯＮすると、定量ポンプＰのステッピングモータＭが回転し、ピストン４１がシリンダ４４内で往復動し、計測液貯溜タンク１内の計測液Ｅが圧力測定室１１及び試験容器２内に注入される。この注入時には、図１において、第１制御弁Ｄ１と第２制御弁Ｄ２が「開」状態、第３制御弁Ｄ３が「閉」状態となっているので、計測液Ｅは、計測液貯溜タンク１→定量ポンプＰ→第１制御弁Ｄ１→供給管１６→圧力測定室１１と流れ、試験容器２内に供給される。

試験容器２内が満液状態となると、液面計２０の注入停止液面センサ２２がこれを検知し、制御部Ｃからの信号により定量ポンプＰは停止する。

＜計測液排出工程と容器液面の大気液面合わせ＞
しかし、測定開始は、常に一定の状態から行なうことが精度的にも作業的にも好ましいことから、大気圧液面センサ２１が液面を感知するまで、定量ポンプＰのステッピングモータを逆回転し、試験容器２内の計測液Ｅの一部を計測液貯溜タンク１に戻す。なお、制御部Ｃにおいて、定量ポンプＰの作動は、試験容器２内の計測液Ｅを一定量（例えば、０．５ｃｃ）ずつ取り出した後、液面が安定するまで所定時間（例えば、３秒間）待って、再度回転を開始するように設定することもできる。このようにして、試験容器２内の液面を大気圧液面センサ２１が感知するまで徐々に下げる。

この結果、試験容器２内の液面と液面計２０の液面とは、いわゆる大気液面となり、一致した液面となる。この結果、測定開始点を正確に設定できることになるが、さらに好ましいことに、試験容器２内から計測液Ｅの一部を排出することに伴って供給回路３０や排出回路３１内に存在する空気も一緒に外部に排出できることになり、回路が脱気され、測定精度が向上することにもなる。

両液面が一致すると、第１制御弁Ｄ_１、第２制御弁Ｄ_２、第３制御弁Ｄ_３は「閉」状態となり、測定可能な状態となる。この段階では、試験容器２内の圧力は、１．０Ｋｐａであるが、これら制御弁が閉じた後、再度試験容器２内の圧力が測定許容範囲にあるか否かを確認する。測定する日の気圧状態あるいは制御弁の閉鎖により圧力変動が生じる虞があるからである。

＜測定工程＞
測定に当たっては、制御部Ｃに測定条件を入力する。例えば、計測待ち時間（１回の抽出後圧力が安定するまでの時間、例えば、３秒）、吸引量（１回目の抽出する量は、例えば、０ｃｃ、２回目は、５ｃｃ、３回目から５回目までは、１ｃｃ、以降は、０．５ｃｃなど）、吸引回数（吸引回数は基本的には何回でもよい）などの条件を設定する。

設定後、制御部Ｃの定量抽出ボタン（不図示）を押すと、第３制御弁Ｄ_３のみが「開」状態となると共に、ステッピングモータＭが作動する。

定量ポンプＰが作動すると、計測液Ｅは、図５に示すように、１回目は、０ＣＣ吸引され、所定の計測待ち時間後、２回目は、５ｃｃ吸引され、所定の計測待ち時間後、３回目が吸引される。３回目から５回目までは、１ｃｃずつの吸引と待ち時間が繰り返され、６回目以降は、０．５ｃｃずつの吸引と待ち時間が繰り返される。

そして、待ち時間の間に試験容器２内の圧力が圧力センサ１２により検知され、圧力計Ａに表示され、制御部Ｃには負圧データとして取り込まれる。

ここにおいて、定量ポンプＰの吸引量の変更は、ストローク調整機構Ｔの目盛５１の位置を適宜調節することにより行なう。目盛位置を調節すれば、ステッピングモータＭ側の軸線に対するピストン４１の軸線の傾き角度が変化し、ピストン４１のストロークを調整でき、吸引量を変更できる。なお、ステッピングモータＭが正逆可能であるため、吐出量も同様に変更することができることはいうまでもない。

＜測定の完了＞
試験容器２内から計測液Ｅが吸引されると、試験容器２内の圧力は次第に減圧されることになり、やがて試験容器２自体の形状が変化する。この変化が生じると、測定は完了する。つまり、試験容器２の形状が変化すると、数値的には、定量吸引しても試験容器２内の圧力値が変化しない定常状態となる。例えば、図５の２５回目から３０回目までの内圧値が示すように、複数回吸引しても試験容器２内の圧力は、殆ど−５０Ｋｐａ程度となり、図６に示すように、圧力が−５０Ｋｐａで横軸と平行な状態となる。この状態になると測定は完了する。なお、吸引限界圧以上に減圧が進むと、試験容器２からは計測水を吸引することができなくなる場合もある。

＜計測水の排出＞
測定が完了すると、制御部Ｃの排出ボタン（不図示）をＯＮすると、第１制御弁Ｄ_１と第２制御弁Ｄ_２が「閉」状態、第３制御弁Ｄ_３が「開」状態となり、定量ポンプＰのステッピングモータＭが作動し、試験容器２内から計測水Ｅが計測液貯溜タンク１内に排出される。なお、この排出の途中で停止ボタン（不図示）を押し、排出を停止してもよい。排出を停止した後、容器取付け部１０から試験容器２を外す。

以上説明したように、本実施形態によれば、密閉の圧力測定室１１に気密に取付けた試験容器２を計測液Ｅで満液状態とし、圧力測定室１１から計測液Ｅの一部を排出しつつ空気も除去した後、定量ポンプＰにより試験容器２内から一定量の計測液Ｅを排出し試験容器内を減圧するので、溶け込みガスや空気の影響を受けることなく、定量ポンプＰの作動により試験容器２の形状が変化し、試験容器２の内圧値が定常状態になるので、この内圧値から試験容器２の耐圧強度を簡単に知ることができる。

計測液Ｅとして脱気水を使用すれば、溶け込みガスや空気の影響を排除した状態で、減圧測定ができ、測定精度も向上する。

また、減圧試験装置では、試験容器２を容器取付け部１０に装着した後、圧力測定室１１の内圧を圧力検知部材１２で測定すると、そのデータが制御部Ｃに入力されるので、自動的に試験容器２の減圧試験を精度のよく簡単に行なうことができる。

圧力測定室１１内の頂壁１１ａに空気溜りとなる凹部１１ｂを形成し、これに排気通路１８を連通すると、空気を凹部１１ｂに集めて排出でき、空気抜きが極めて簡単にかつ円滑にでき、空気の存在により測定の外乱要因を取り除くことができ、測定精度も向上する。

本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。例えば、前記実施形態では、試験容器としてペットボトルを使用したが、これのみでなく種々の容器を試験することができ、また、計測液も脱気水のみでなく、空気やガスの発生がないものであれば、種々の液体を使用できる。

さらに、前記実施形態では、負圧試験のみについて述べたが、試験装置は、高圧を試験容器に注入して耐圧試験に使用することもでき、場合によっては、高温水または溶液を注入し、温度変化に伴う圧力変化を調べる自動計測試験に使用することもできる。

本発明にかかる容器の減圧試験方法と試験装置は、ペットボトルなどの樹脂製容器の耐圧試験に適している。

本発明の実施の形態を示す概略図である。同実施の形態の容器取付け部を示す断面図である。定量ポンプを示す断面図である。図３の４−４線に沿う概略断面図である。測定結果の一例を示す表である。測定結果のグラフである。

符号の説明

１…計測液貯溜タンク、
２…試験容器、
１０…容器取付け部、
１１…圧力測定室、
１１ｂ…凹部、
１２…圧力検知部材、
１８…排気通路
２０…液面計、
３０…供給回路、
３１…排出回路、
Ｃ…制御部、
Ｅ…計測液、
Ｐ…定量ポンプ。

Claims

試験容器が気密に取付けられる密閉の圧力測定室に、計測液貯溜タンク内の計測液を定量ポンプにより供給し、満液状態とする計測液供給工程と、
前記定量ポンプを作動し、前記圧力測定室内の計測液を吸引し排出することにより空気を除去する計測液排出工程と、
前記定量ポンプを作動し、一定量の計測液を前記圧力測定室より排出し当該圧力測定室内を減圧し、所定の待ち時間が経過した後、前記試験容器または圧力測定室内の液面が安定した状態で前記圧力測定室の内圧を測定する測定工程と、
からなり、
前記減圧により前記試験容器が変形し、前記計測液を定量排出しても前記圧力測定室の内圧が変化しない定常状態になったときの内圧から前記試験容器の耐圧強度を測定することを特徴とする容器の減圧試験方法。
前記測定工程は、前記計測液排出工程により前記圧力測定室内が大気圧であるときの液面レベルになると、該圧力測定室を密閉し、前記試験容器内の減圧を開始することを特徴とする請求項１に記載の容器の減圧試験方法。
試験容器が気密に取付けられる密閉の圧力測定室を有する容器取付け部と、
当該圧力測定室にそれぞれ一端が連通され、他端が前記圧力測定室に対し計測液を定量供排する定量ポンプと連通され、前記圧力測定室に計測液を供給する供給回路および、前記圧力測定室から計測液を排出する排出回路と、
前記定量ポンプと連通され、前記計測液が貯溜された計測液貯溜タンクと、
前記圧力測定室の内圧を測定する圧力検知部材と、
前記定量ポンプの作動、前記供給回路や排出回路の切換えを制御し、前記圧力検知部材からのデータが入力される制御部と、
を有し、
前記試験容器内から前記計測液を前記定量ポンプにより一定量排出して前記試験容器を減圧することにより前記試験容器を変形させ、前記計測液を定量排出しても前記圧力測定室の内圧が変化しない定常状態になったときの内圧から前記試験容器の耐圧強度を測定することを特徴とする容器の減圧試験装置。
前記容器取付け部は、前記試験容器内から計測液を排出することに伴って液面が昇降する液面計を有することを特徴とする請求項３に記載の容器の減圧試験装置。
前記圧力測定室は、頂壁に空気溜りとなる凹部が形成され、当該凹部に前記排出回路を連通したことを特徴とする請求項３に記載の容器の減圧試験装置。