JP2003294570A - エアリーク測定装置 - Google Patents

エアリーク測定装置

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JP2003294570A
JP2003294570A JP2002094198A JP2002094198A JP2003294570A JP 2003294570 A JP2003294570 A JP 2003294570A JP 2002094198 A JP2002094198 A JP 2002094198A JP 2002094198 A JP2002094198 A JP 2002094198A JP 2003294570 A JP2003294570 A JP 2003294570A
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pressure
air leak
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air
vacuum chamber
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Seiji Fuchigami
誠司 渕上
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 物品を気密に包装した包装材の気密性を簡易
に、精度良く検査するに好適なエアリーク測定装置を提
供する。 【解決手段】 物品を気密に包装した包装材に穿刺され
る中空針と、所定のタンク容量を有し、予め所定の圧力
に減圧された真空槽と、この真空槽と前記中空針とを連
通させて前記包装材の内部を吸引するバルブ機構と、前
記真空槽内の圧力を検出する圧力センサと、この圧力セ
ンサを介して検出される所定時間当たりの圧力変化から
前記包装材の空気漏れ量を求める計測手段とを備える。
そして前記包装材から漏れる空気の速度が所定の圧力範
囲内において一定(音速)となることを条件として該包
装材の空気漏れ量を[空気漏れ量]=[圧力差]×[タンク
容量]/([流入時間]×[大気圧])として算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、物品を気密に包装
した包装材の気密性を精度良く検査するに好適なエアリ
ーク測定装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】シガレットやキャラメル等の湿気
を嫌う物品は、一般的には図6に示すように紙箱にて梱
包した状態で、更にPP(ポリプロピレン)フィルム等
からなるシート状の包装材1にて気密に包装される。こ
のような包装材1により包装された製品2のシール性
(気密性)の検査は、専ら、図7に示すように包装材1
の表面から製品2の内部に微小径の中空針3を穿刺し、
該中空針3を通して該製品の内部に所定圧力の空気を吹
き込むことにより行われる。そして包装材1のシール部
を介する空気の漏れ量を、前記中空針3を介して製品
(包装材内)内に導入される空気流量として流量計(マ
スフローメータ)4により計測することで、その検査が
行われる。
【0003】ちなみに上記検査は、中空針3から略1k
Pa(≒100mmWG)程度の正圧(空気圧)を加える
ことにより行われる。尚、図中、6は製品(測定対象)
2を保持するテーブルであり、7は所定の圧力(正圧)
を生起するポンプ、そして8は圧力調整バルブである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
如く構成された装置においては、製品内に導入する空気
の圧力によって包装材1のシール部を介する空気の漏れ
量が変化することが否めない。しかもこれに伴って流量
計4にて計測される流量(製品内に導入される空気流
量)も変化する。この為、精度の良い検査を行うには、
仕様の異なる種々の製品に応じて、予め準備されたテス
トピースを選択的に用いる等して、その検査条件を調整
することが必要であった。
【0005】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、製品仕様の異なりに拘わること
なく、包装材により気密に包装された製品のシール性
(気密性)を、簡易に、しかも高精度に測定することの
できるエアリーク測定装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係るエアリーク測定装置は、包装材におけ
るリークが圧力比で[0.528]以上である場合、その
流速が所定の圧力範囲内において一定(音速)となるこ
とに着目したもので、包装材により気密に包装された物
品に中空針を穿刺し、所定のタンク容量を有し、予め所
定の圧力に減圧された真空槽にて上記中空針を介して前
記包装材の内部を吸引し、このときの前記真空槽内の圧
力を圧力センサにて検出して、所定時間当たりの圧力変
化から前記包装材の空気漏れ量を、例えば [空気漏れ量]=[圧力差]×[タンク容量]/([流入時間]
×[大気圧]) として算出することを特徴としている。
【0007】即ち、本発明は、真空槽に連接された中空
針を、包装材により気密に包装された物品に穿刺して該
包装材の内部を吸引したとき、前記包装材のシール部か
らのエアリークに伴って前記真空槽内の圧力が時間と共
に略直線的に降下すること、また真空槽内の圧力が大気
圧に比較して低く、上記シール部でのエアリークの速度
が音速である場合には、単位時間当たりの漏れ量が略一
定であることに着目している。そこで真空槽内の圧力が
上記所定の漏れ条件を満たして所定圧力差だけ降下する
に要する時間、或いは所定時間における前記真空槽内の
圧力降下分を計測することで、その漏れ量を求めること
を特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係るエアリーク測定装置について説明する。
尚、ここでは、PP(ポリプロピレン)フィルム等から
なるシート状の包装材1にて気密に包装されたたばこ製
品2における上記包装材1のシール性(気密性)を検査
するエアリーク測定装置を例に説明する。
【0009】図1はこの実施形態に係るエアリーク測定
装置の要部概略構成図である。この装置は、包装材1に
より気密に包装されたたばこ製品(物品)2に穿刺され
る中空針11と、この中空針11に電磁式の三方弁(バ
ルブ機構)12を介して接続される真空槽13とを備え
る。この真空槽13は、3〜5リットル程度のタンク容
量を持つもので、前記三方弁12を介して真空ポンプ1
4に接続されており、予め略6.65kPa(≒50tor
r)まで真空引きされる。
【0010】また前記真空槽13には圧力センサ15が
連接されており、該真空槽13の内部の圧力がモニタさ
れている。マイクロコンピュータ等からなる制御部16
は、上記圧力センサ15により検出される真空槽13の
内部の圧力に応じて前記真空ポンプ14および前記三方
弁12の作動を制御し、後述するように前記たばこ製品
(物品)2を気密に包装した包装材1の漏れを検査する
機能を担う。そして前記中空針11をたばこ製品2に穿
刺し、その内部の空気を前記真空槽13にて吸引したと
きの該真空槽13内の圧力変化を前記圧力センサ15を
介して検出している。演算部17は、このようにして計
測される前記真空槽13の圧力変化から後述するように
空気の漏れ量Qを計算しており、その計算結果を出力部
18を介して出力するものとなっている。
【0011】尚、19は測定対象であるたばこ製品2を
載置して保持する試料テーブルであり、例えばそのテー
ブル面にたばこ製品を吸着する真空チャックを備えたも
のからなる。前記中空針11は、例えば上記試料テーブ
ル19のテーブル面に選択的に突出するように設けられ
ており、該試料テーブル19に保持されたたばこ製品2
の裏側から前記包装材1を通してその内部に穿刺され
る。
【0012】ここで上記エアリーク測定装置における包
装材1の空気漏れ量の計測原理について簡単に説明す
る。所定の圧力まで減圧した真空槽13と中空針11と
を三方弁12を介して連通させ、該中空針11が穿刺さ
れたたばこ製品(物品)2を吸引した場合、たばこ製品
(物品)2を気密に包装した包装材1のシール部に漏れ
(エアリーク)が存在すると、図2に示すように真空槽
13の負圧が次第に減少する。
【0013】特に包装材1におけるシール部の漏れ部分
がノズルと見なし得る程度の微小径であり、その入口と
出口との圧力比が[0.528]以上である場合、具体
的には包装材1の外側が大気圧であり、真空槽13によ
り真空引きされている包装材1の内側の負圧(真空槽1
3の負圧)が53.2kPa(≒−360mmHg)を越え
るような場合には、上記漏れ部分を介して流れ込む空気
の流速は音速(一定)となり、その流量は漏れ部分の開
口面積に比例する。しかも単位時間当たりの空気の漏れ
流量は、その流速が音速(一定)である限り変化するこ
とはない。そして包装材1の内側の負圧(真空槽13の
負圧)が大気圧に近くなり、その流速が音速より小さく
なるに従って、その漏れ量は次第に小さくなる。
【0014】これ故、単位時間当たりの空気の漏れ量
は、図3に示すように真空槽13内の圧が大きく、漏れ
空気の流速が音速である場合には一定であり、真空槽1
3内の圧力が大気圧に近付き、漏れ空気の流速が音速よ
りも小さくなるに従って次第に小さくなる。従って包装
材1の内部を真空引きしてその漏れ部での空気の流速が
音速となっているとき、具体的には真空槽13内の負圧
が47.9kPa(≒−400mmHg)以上であるとき
の、例えば単位時間当たりの真空槽13での圧力変化を
計測すれば、或いは所定の圧力変化が生じるまでの時間
経過を計測すれば、その漏れ量Qを計算することが可能
となる。即ち、タンク容量がVの真空槽13の圧力Pが
PfからPeまで低下したときの経過時間がTであると
き、包装材1の外側の大気圧をP1とすると、そのとき
の漏れ流量Qを [空気漏れ量]=[圧力差]×[タンク容量]/([流入時間]
×[大気圧]) として、つまり Q =(Pe−Pf)・V/(T・P1) として計算することができる。
【0015】図4はこのような計測原理に基づいて実行
される上述したエアリーク測定装置によるたばこ製品
(物品)2の包装材1に対するエアリーク測定手順を示
している。この処理は、先ず三方弁12を介して前記真
空槽13を真空ポンプ14に接続し、真空槽13内を所
定の圧力、例えば6.65kPa(≒50torr)まで減圧
することから開始される[ステップS1]。そして試料
テーブル19にセットしたたばこ製品2にその包装材1
の上から中空針11を穿刺し、前記三方弁(バルブ)1
2を介して中空針11と真空槽13とを連通させる[ス
テップS2]。これによって真空槽13の負圧により包
装材1の内部(たばこ製品2)が真空引きされ、包装材
1のシール部に漏れがある場合には、その漏れ部を介し
て流入する空気により真空槽13内の圧力が次第に高ま
る。即ち、真空槽13の負圧が次第に低下する。
【0016】このとき、前記圧力センサ15を介して真
空槽13内の圧力Pを読み込み[ステップS3]、その
圧力Pが所定の計測開始圧力(負圧)Pf、例えば7.9
8kPa(≒50torr)まで低下したか否かを判定する
[ステップS4]。そして上記計測開始圧力(負圧)P
fが検出されたならば前記制御部16に内蔵されたタイ
マを起動し[ステップS5]、例えば1分や30秒等と
して設定される所定の時間Tが経過したか否かを判定す
る[ステップS6]。そして所定の時間Tが経過したと
き、前記圧力センサ15を介して真空槽13内の圧力P
を再度読み込み[ステップS7]、この圧力Pを計測終
了圧力Peとする。
【0017】但し、上記タイマにて計測する時間Tは、
上記計測終了圧力Peが前述した音速条件を満足する4
7.9kPa(≒−400mmHg)以上の負圧となるよう
に設定されることは言うまでもない。しかる後、上記の
如く計測された所定時間Tにおける圧力の変化、つまり
前記計測開始圧力Pfと計測終了圧力Peとの差(Pe−P
f)に従い、前述した演算式に基づいて前記包装材1の
空気の漏れ量を計算する[ステップS8]。
【0018】尚、図5に示すように、真空槽13の圧力
(負圧)が計測開始圧力(負圧)Pfとなってタイマー
を起動した後[ステップS5]、継続して前記真空槽1
3の圧力(負圧)Pを読み込み[ステップS11]、そ
の圧力Pが前記計測終了圧力Peに到達したか否かを判
定するようにしても良い[ステップS12]。この場合
には、真空槽13の圧力Pが計測終了圧力Peに到達し
たとき、前記タイマーにより計時されている漏れ時間
T、即ち、圧力Pが計測開始圧力Pfから計測終了圧力
Peまで低下した経過時間Tを読み込むようにしても良
い[ステップS13]。
【0019】かくして上述した如く構成されたエアリー
ク測定装置によれば、簡易にして効果的にたばこ製品
(物品)2を気密に包装した包装材1の漏れ量を計測す
ることができる。しかも従来のような不具合を招来する
ことなく、一定の条件下でその計測(検査)を行うこと
ができる。しかも漏れ流量の計測範囲を十分に広く設定
することができる。更にはその測定時間Tと測定圧力P
とを変えることにより、種々の測定対象に対応可能であ
り、テストピースを用いてその都度、その測定系を更正
する等の煩わしさがない等の実用上多大なる効果が奏せ
られる。
【0020】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば真空槽13のタンク容量や、そ
の初期設定圧力(負圧)は、測定対象とする物品の大き
さ等に応じて定めれば良いものである。またここではた
ばこ製品の包装材の漏れを検査する例について説明した
が、各種シール材にて気密封止された菓子類や食品類に
対する漏れ検査にも同様に適用することができる。その
他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、物
品を気密に包装した包装材の漏れを簡易に、しかも精度
良く測定(検査)することができ、その測定レンジも十
分に広く設定することができるので、その実用的利点が
絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るエアリーク測定装置
の概略構成を示す図。
【図2】図1に示す装置の測定原理を説明するための、
空気の漏れ時間に対する真空槽の圧力変化の関係を示す
図。
【図3】図1に示す装置の測定原理を説明するための、
単位時間当たりの空気の漏れ量と真空槽の圧力変化の関
係を示す図。
【図4】図1に示す装置によるエアリーク測定手順の一
例を示す図。
【図5】図1に示す装置によるエアリーク測定手順の別
の例を示す図。
【図6】エアリーク測定対象の例を示す図。
【図7】従来のエアリーク測定装置の概略構成を示す
図。
【符号の説明】
1 包装材 2 たばこ製品(物品) 11 中空針 12 三方弁(バルブ機構) 13 真空槽 14 真空ポンプ 15 圧力センサ 16 制御部 17 演算部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物品を気密に包装した包装材の気密性を
    検査するエアリーク測定装置であって、 前記包装材により気密に包装された物品に穿刺される中
    空針と、 所定のタンク容量を有し、予め所定の圧力に減圧された
    真空槽と、 この真空槽と前記中空針とを連通させて前記包装材の内
    部を吸引するバルブ機構と、 前記真空槽内の圧力を検出する圧力センサと、 この圧力センサを介して検出される所定時間当たりの圧
    力変化から前記包装材の空気漏れ量を求める計測手段と
    を具備したことを特徴とするエアリーク測定装置。
  2. 【請求項2】 前記計測手段は、前記包装材から漏れる
    空気の速度が所定の圧力範囲内において一定となること
    を条件として該包装材の空気漏れ量を [空気漏れ量]=[圧力差]×[タンク容量]/([流入時間]
    ×[大気圧]) として算出するものである請求項1に記載のエアリーク
    測定装置。
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