JPS6135059B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は飲食品を充填した缶詰又は瓶詰などの
内部圧力の検査、即ち打撃音響検査法を実施する
際に確実な判別を可能とする容器内圧力の変化に
対応して単調かつ顕著なる固有振動数に変化する
形状寸法の蓋面あるいは底面を有する打検適性容
器に関する。 一般に缶詰や瓶詰の飲食品は、その保存性を向
上する目的で内部圧力を真空度20〜60cmHg程度
の減圧状態で充填されているが、内容品の変敗あ
るいは缶自体又は瓶の蓋の密封性不良による漏洩
によつて真空度が低下することがある。 この様な低真空品は不良品として排除される
が、その判別方法は一般に打検法と呼ばれる打撃
音響検査法が採用されており、更に近年は人手に
よる判別に代り自動化した判別装置が大幅に採用
されており、これに関する多くの特許出願もなさ
れている。例えば特開昭49―7192号、同・51―
99554号、同・52―145281号、同・52―145282
号、同・53―8191号の各公報に開示されているよ
うに、缶や瓶の蓋（以下単に蓋という）に電磁力
で振動を生じさせ、その固有振動数と缶詰や瓶詰
の内圧との相関性で良否判別を行つているもので
あり、真空度又は内圧が高くなると蓋の固有振動
数も高くなると信じられている。 ところが多種類の蓋の打撃音響を調べてみると
必ずしも単純な相関性が見出せないものも多く固
有振動数以外の要素で良否判別をしなければなら
ない場合もある。例えば特公昭49―7192号、特開
昭52―71281号、同・52―145280号の各公報に開
示されている様に、電磁力又は機械的打撃によつ
て生じた音響の大きさ、あるいは減衰の速さなど
振動振巾と内圧とに相関性を見出しておりその他
には、特開昭53―81284号公報に開示されている
ように単一の固有振動数のみでは内圧との相関性
に乏しいので複数の共振周波数の差に着目してい
る場合などがある。 以上のように類似の打検法でありながら異なつ
た判別手段を取らざるを得なくなつているのは蓋
の形状寸法を設計する際に内圧と振動音響との相
関性への配慮がなされておらず、単に容器の密封
性や美観上の理由により決められる為に生じたも
のである。 更に、従来からの打検による内圧の自動判別で
は蓋の形状寸法と発生する振動との相関性に着目
したものはほとんど無く僅かに前記特開昭53―
81284号公報に蓋の形状寸法の僅かな違いによつ
て固有振動に違いを生じ、それが内圧判別の障害
になつていると示されている。 しかし形状寸法をどの様なものにし、どの様に
管理すれば内圧と固有振動数との相関性が保てる
かについての言及がなく、ことごとく打撃によつ
て発生した音響をいかに採取し、いかに分析する
かということだけが述べられているにすぎない。 次に円板等の形状に打抜いた金属素材を、絞り
ポンチと絞りダイスとの間で絞り加工によりコツ
プ状に成形し、次いでこのコツプ状成形物の側壁
を、しごきポンチとしごきダイスとの間でしごき
加工することにより製造されたシームレス缶（以
下DI缶という）に於いては、蓋は１個しかな
く、しかも蓋に飲み口とそれを開封する為のリン
グタブが付属し、更に開封性を容易にする目的で
複雑な形状の凹凸模様が付けられている。その為
に内圧と固有振動数との相関性は極めて悪く単純
な形状の缶底面にて打検判別を実施しようとする
が、DI缶は、従来主にビール、炭酸飲料等の内
圧が正圧のものに用いられて来たので耐圧力につ
いてのみ考慮着目して缶底面形状が設計されてい
て底部の缶材の厚みが他種の缶に於ける蓋に比べ
50％前後も厚いため判別可能な機械的励振が望め
ずその実施例は不可能であるかのように考えられ
ていたので、DI缶の缶底部の形状寸法を変更す
ることで打検適性を得ようとする試は従来なされ
たことは皆無であつた。 本発明は打検法に於ける内圧の真の検出装置
は、音響振動の分析装置ではなく音響振動を発す
る蓋又は底面が外部からの物理的衝撃を契機とし
て内圧を検知し、その内圧に対応する機械的減衰
自由振動に変換する真の検出器として位置付けす
る発想の転換の観点に立つて、内圧と固有振動数
との相関性の良好な形状寸法の蓋を有する打検適
性容器を特に、従来は前記したように打検法の実
施が不可能であると思われていたDI缶に於いて
も、内圧と固有振動数との相関性の良好な形状寸
法の缶底面とすることによつて打検適性DI缶を
提供せんとするものである。 本発明の打検適性容器につき第１図乃至第１２
図を参照して説明する。 本発明の説明に先立つてまず本発明の基本原理
に導く端緒と過程を従来からの幾種類かの形状寸
法の蓋について計測した試験結果の特性例を通し
て述べることとする。 〔例１〕 内圧と固有振動数との相関性が極めて
良好な蓋 本例の蓋Ａは、自動打検法を適用している缶詰
の中で最も多くの実用例を有する直径53mmのブリ
キ又は化学処理鋼板（TFS）製の果汁飲料やコ
ーヒー飲料缶の蓋である。 第１図に示すよう当該蓋Ａに於いて中央平坦部
Ａ１は缶胴（図示せず）との巻締結合部（シーム
バンド）Ａ２の頂上からほぼ垂直に約４mmだけ凹
んだ浅い皿状を呈し、厚みは一般に0.2〜0.3mm位
が用いられ、内容品及び缶内圧の大きさ等によつ
て選定される。缶内圧が０cmHgのときの平但部
Ａ１は実質的には充分平面と見なせるが僅かに球
面状に湾曲しており、中心に於ける凸出あるいは
凹みは平面に対して0.01mm程度である。厚みが
0.26mmの場合、固有振動数は缶内圧が０cmHgに
於いて、約1KHz、50cmHgの真空及び加圧の両方
で約2KHzであり、第２図の缶内圧―固有振動数
特性曲線により判るように内圧０cmHgで固有振
動数は極小値を示し真空即ち内圧を負方向へ増加
する場合及び加圧即ち内圧を正方向へ増加する場
合のいずれの場合もそれに伴い固有振動数も高い
値へと増加していることが判る。これは真空でも
加圧でも蓋面を湾曲させる方向は逆であるが、大
きさが等しければ同じだけ変形する事による。な
お第３図に内圧の変化に対する蓋中心の変形度合
を示す、これと第２図を対比して見ると上記の事
が良く理解出来る。なお第２図の固有振動数は電
磁パルスで励振して発生した蓋の音をマイクロホ
ンで採り高速フーリエ変換装置を用いて測定した
ものである。 〔例２〕 内圧と固有振動数との相関性が良くな
い蓋 本例の蓋の断面図が第４図である本蓋Ｂは、ガ
ラス瓶詰ネジ蓋で当該蓋Ｂに自動打検を適用しよ
うとしたが内圧と固有振動数との相関性が悪く適
用できなかつたものである。 本蓋Ｂは直径が50mm、厚み0.26mmのブリキ製で
瓶（図示せず）の口部と嵌合する外周部Ｂ１の巾
が7.0mm、その内側に沿つて深さ0.7mmの溝Ｂ２を
有し、当該溝Ｂ２の底から中心に向つてゆるやか
な勾配で凸出したテーパー傾斜部Ｂ３を有する円
錐台形をなしている。中央平坦部Ｂ４は直径約25
mmである。当該蓋Ｂの瓶内圧―固有振動数特性曲
線を第５図に示すが、真空度が中程度の20cmHg
附近で固有振動数が極小値の1.45KHzとなり、そ
の両側即ち高真空度、低真空度、いずれの場合に
も高い固有振動数を示し、真空度50cmHgの正常
な良品を内圧０cmHgの不良品とが同じ1.8KHzの
固有振動数を示し良否の判別が不可能であつた。
更に多数個の同種の蓋を調べると、第６図に示す
ように種々の特性を示すものがある事実が判明し
た。 それぞれの蓋について形状寸法の詳細を調べる
と円錐台形部の中央平坦部Ｂ４の直径に差が認め
られ、第５図に示した蓋Ｂに於いては25.0mm、第
６図に示すうちのａは直径25.5mm，ｂは24.5mmで
あつた。それぞれそのテーパー傾斜部Ｂ３の面積
に対する平坦部Ｂ４の面積比はそれぞれ48.2％，
50.2％，46.3％であつた。平坦部Ｂ４の大きさを
パラメータとする瓶内圧―固有振動数特性即ち、
第６図の関係を考えてみると平坦部Ｂ４の広いａ
では内圧変化による形状変化が主に平坦部Ｂ４で
生じ、平坦部Ｂ４が特性に大きく係わりテーパー
傾斜部Ｂ３はあまり関与しない。それに対しｂで
は平坦部Ｂ４が狭い為内圧変化による形状変化が
主にテーパー傾斜部Ｂ３で起り、固有振動数に与
える影響も平坦部Ｂ４よりもテーパー傾斜部Ｂ３
の方が大と考えることができる。即ちａは前記例
１の蓋Ａと同様に内圧０cmHgに於いてほぼ平面
であつたものが真空度の増大に伴い凹面形に変形
して行くと考える事が出来、ｂは内圧が０cmHg
に於いて中央部が凸出した形状のものが真空度の
増大に伴い平坦な形状に変化して行くと考える事
が出来る。そして第５図に係る蓋Ｂは中央平坦部
Ｂ４の大きさがａ，ｂの中間の値である為に内圧
変化に対する固有振動数の変化のし方もａ，ｂ両
者の中間的なものになると解釈出来る。 〔例３〕 内圧変化に対して固有振動数が変化し
ないもの 本例は、ブリキ製DI缶を打検しようとしたが
不適性であつたものである。第７図にDI缶Ｃの
底部断面図を示す。中央平坦部Ｃ１は上げ底形体
に成形されており各部の寸法は次の通りである。 直径 ｋ＝50mm 中央平坦部直径 ｌ＝40mm 中心上げ底高さ ｍ＝2.8mm 平坦部湾曲凹み ｎ＝0.6mm 厚み ｏ＝0.35mm この種DI缶に於いては前記したように複雑形
状の蓋では内圧と固有振動数との相関性が極めて
悪いので単純形状の缶底面であれば相関性が良好
であろうとの予測のもとに測定したところ、第８
図に示す通り内圧に対する固有振動数の変化より
も個々のDI缶毎バラツキの方が大きく打検には
適さなかつた。 次に本発明の基本原理を実験データにより証明
しこれをもとに本発明の結論を導き、当該結論よ
り前記例３に於けるDI缶Ｃに於いても缶底面形
状を適正なものにすることで打検適性DI缶が可
能をなることを裏付け説明する。 〔実験１〕 前記例１において第１図に示したと同様の蓋で
内圧が０cmHgに於ける中央平坦部Ａ１の湾曲の
程度を様々に変えたものを作りそれぞれについて
内圧と固有振動数との関係を測定した値を次の第
１表に示す。

〔実験２〕

前記実験１で得た結論に従い前記第７図のDI
缶底面の固有振動数と内圧との相関性を増大する
試みを行つた。底中央の平坦部Ｃ１の湾曲度を
様々に変えたDI缶を作り、内圧と固有振動数と
の関係を第９図に示した。同図に於ける曲線ｃ，
ｄ，ｅ，ｆ，ｇは、平坦部Ｃ１の形状の違う各缶
の特性曲線を示し、それぞれは缶の外側からみて
中心湾曲凹みｎの値をｃ：0.50mm，ｄ：0.26mm，
ｅ：0.01mm及びｆ，ｇは僅かに凸出してｆ：―
0.03mm，ｇ：―0.15mmである。同図のデータから
一見して判る通り湾曲の度合ｎの大きいもの程真
空度の低い方向へ平行移動した曲線グラフとなり
曲線ｃ，ｄも内圧力を更に加圧側までにした時に
は、やがてｅやｆの曲線が内圧０cmHgに於いて
示している固有振動数になるであろうと推測され
る。それは缶底面形状が加圧力によつてほぼ平面
状になる時であろう。そして、本実験の結果から
前記実験１での結論が正しかつた事が証明され
る。更に底平坦部Ｃ１が実質的に平面と見なせる
ｅ及びｆの曲線が最も内圧と固有振動数との相関
性が良好となる事実が証明された。 〔実験３〕 前記例２に於ける第４図に示した蓋Ｂとは逆
に、第１０図に示すように中央凸出部Ｄ１の周辺
に環状平坦部Ｄ２を有するガラス瓶詰用ネジ蓋Ｄ
を作り、平坦部Ｄ２の面積を様々に変化してみ
た。 蓋Ｄは中央凸出部Ｄ１は高さｒ＝１mmの球面状
をなしその直径を24mm，25mm，26mmの三種類とし
内圧と固有振動数との相関性を調べた結果を第１
１図に示す。同図に於ける曲線ｈ，ｆ，ｊはそれ
ぞれ中央凸出部Ｄ１の直径がｈ：24mm，ｉ：25
mm，ｊ：26mmの場合である。このときの蓋の受圧
面積に対する環状平坦部Ｄ２の面積比はそれぞれ
55.6％，51.8％，47.9％である。 曲線ｈは平坦部Ｄ２面積が凸出部Ｄ１面積より
も広いので内圧による蓋面の変形のほとんどが環
状平坦部Ｄ２に生ずる為内圧と固有振動数の相関
性は良好である。 曲線ｉは環状平坦部Ｄ２面積と凸出部Ｄ１面積
とがほぼ等しい面積であり、内圧による蓋面の変
形も両者にほぼ等しく生ずる為に、凸出部Ｄ１が
平面になろうとする変形と環状平坦部Ｄ２が曲面
になろうとする変形とが互いに相殺する様に作用
し合つて内圧と固有振動数との相関性は良好でな
い。更に曲線ｊは凸出部Ｄ１の面積の方が広い為
内圧による変形が凸出部Ｄ１の方が環状平坦部Ｄ
２よりも大きいので内圧と固有振動数との相関性
は、曲線ｈとは逆の勾配となつた。また凸出部Ｄ
１は球面である為変形量そのものが小さい為内圧
と固有振動数との相関性は良好でない。 以上に述べた各実験結果につき考案して導き出
される結論とては、蓋（DI缶に於いては缶底）
の形状寸法を実質的な平面と見なせる形状の平面
が蓋総面積に対して50％以上となる形状とするこ
とによつて打検適性の良好な容器となり、さらに
前記したように従来は打検不適用であつたDI缶
に対しても打検を実施することが可能となる事実
を突き止めたことである。 DI缶の場合底の平坦部Ｃ１面積を最大にする
には、第７図に於ける上げ底寸法ｍを０にすると
平坦部面積は100％となり、内圧と固有振動数と
の相関性は最も良好となるが、缶詰充填作業の円
滑さを失う、即ち果汁飲料など約95℃のホツトパ
ツク法による充填を行う場合、蓋を巻締めしてか
ら冷却に至るまでの間缶内の残留空気が内容品に
よつて加熱され、わずかに缶内が正圧力となつて
缶底を幾分か凸出させる。また充填前の空缶時で
も底面が実質的な平面とはいえ、0.1mm程度の凹
凸があり、更に缶の搬送コンベヤにも同程度の凹
凸があり缶を安定した状態で搬送する際の障害と
なる。従つて常に缶底の周辺部Ｃ２でコンベヤと
接するには、上げ底寸法ｍを余裕を見て最低ｍ＝
0.3mm位は必要となる。しかし、缶の搬送手段が
異りわずかの底面凸出があつても缶の安定姿勢が
保てるならばｍの必要はない。 次に上げ底寸法ｍが最大どの程度まで許容でき
るか上げ底寸法ｍを様々に変えて内圧と固有振動
数との相関性を調べた結果を第１２図に示す。 同図に見る通り上げ底寸法ｍを大きくするにつ
れ底面が引伸され加圧を受けて硬度が増し、それ
だけ固有振動数が高くなる。それと共に内圧によ
る変形もしにくくなる為次第に内圧と固有振動数
との相関性も損なわれて行くが、明確な許容限界
はない。しかし上げ底があまりに高くなると打検
適性以外の問題、例えば缶内面防蝕塗装などに支
障が生ずることになる。ゆえに単に打検適性のみ
を考える場合は、ｍ＝７mm程度で内圧０cmHgと
50cmHgの高真空とがDI缶個々によるバラツキの
範囲に入つてしまい実質的な限界と考えることが
できる。 なお以上に説明したDI缶では、ブリキ製の場
合であつたが、アルミニウム製でも固有振動数そ
のものに違いはあつても内圧との相関関係につい
ては全く同様の傾向を示す。 以上説明した様に打検の際振動を生ずる蓋面又
は缶底面に実質的な平面を設けその面積が振動に
係る総面積の50％以上とする事により、固有振動
数の測定を行うことで内圧の測定が可能となる。
即ち、打検適合性の優れた容器となり、又、従来
は自動打検判別が不可能視されていたDI缶に於
いてもその適用が可能になり、本発明のもたらす
効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来型缶蓋の直径線断面図、第２図は
同・缶内圧力に対する固有振動数特性曲線グラ
フ、第３図は同・缶内圧力に対する湾曲度を示す
曲線グラフ、第４図は従来型ネジ蓋の直径線断面
図、第５図は同・瓶内圧力に対する固有振動数特
性曲線グラフ、第６図は同・中央平坦部直径寸法
の異なるネジ蓋の瓶内圧力に対する固有振動数特
性曲線グラフ、第７図は従来型DI缶の缶底部直
径線断面図、第８図は同・個々毎に固有振動数に
バラツキのあることを示す点分布グラフ、第９図
は同・湾曲度の異なるDI缶底面の缶内圧力に対
する固有振動数特性曲線グラフ、第１０図は第４
図に示すネジ蓋とは逆に周辺に環状平坦部を有す
るネジ蓋の直径線断面図、第１１図は同・環状平
坦部面積の異なるネジ蓋の瓶内圧力に対する固有
振動数特性曲線グラフ、第１２図はDI缶の上げ
底寸法を変えた際の缶内圧力に対する缶底面固有
振動数特性曲線グラフである。 Ａ……缶蓋、Ａ１，Ｂ４，Ｃ１……中央平坦
部、Ａ２……巻締結合部、Ｂ，Ｄ……ネジ蓋、Ｂ
１……外周部、Ｂ２……溝、Ｂ３……テーパー傾
斜部、Ｃ……DI缶、Ｃ２……周辺部、Ｄ１……
中央凸出部、Ｄ２……環状平坦部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物理的衝撃を契機として密封容器内圧を検知
   し、その内圧に対応する機械的減衰固有振動に変
   換する検出機と位置付けして蓋又は底に密封容器
   内圧により平面化される実質的な平面部を蓋又は
   底の対総面積比50％以上の割合で形成してなる打
   検適性容器。 ２ 実質的な平面部は、蓋面又は底面の中央部域
   又は当該中央部域を含む全域に形成してなる特許
   請求の範囲第１項記載の打検適性容器。 ３ 実質的な平面部は、蓋面又は底面の中央部を
   囲繞する周辺部域に環状形成してなる特許請求の
   範囲第１項記載の打検適性容器。 ４ 実質的な平面部は、底端周縁から７mm以下の
   上げ底形態で形成されてなる特許請求の範囲第１
   項、第２項又は第３項記載の打検適性容器。 ５ 密封容器は、缶詰又はガラス瓶詰用容器であ
   る特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載
   の打検適性容器。 ６ 密封容器は、ブリキなど鉄を主材とするスチ
   ールDI缶である特許請求の範囲第１項，第２
   項，第３項又は第４項記載の打検適性容器。 ７ 密封容器は、アルミニウムを主材とするアル
   ミニウムDI缶である特許請求の範囲第１項，第
   ２項，第３項，第４項又は第６項記載の打検適性
   容器。