(57)【要約】【課題】缶体のパネリング強度を高精度かつ確実に測定する方法および装置を提供するる。【解決手段】パネリング強度を測定する缶体をチャンバー内に入れ、チャンバー内部を加圧して缶体を座屈させて、缶体のパネリング強度を測定する際に、チャンバー内部の圧力の測定と缶が座屈する際に発生するアコースティック・エミッションの検出を行いながらチャンバー内部を加圧してチャンバー内部の圧力を増加し、アコースティック・エミッションを検出したときに対応するするチャンバー内部の圧力の測定値を求め、この圧力に基づいて缶体のパネリング強度を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネリング強度を測定する缶体をチャンバー内に入れ、チャンバー内部を加圧して缶体を座屈させて、缶体のパネリング強度を測定する際に、
チャンバー内部の圧力の測定と缶が座屈する際に発生するアコースティック・エミッションの検出を行いながらチャンバー内部を加圧してチャンバー内部の圧力を増加し、アコースティック・エミッションを検出したときに対応するするチャンバー内部の圧力の測定値を求め、この圧力に基づいて缶体のパネリング強度を決定することを特徴とする缶体のパネリング強度測定方法。
【請求項２】
振動センサまたは音波センサを用いてアコースティック・エミッションを検出することを特徴とする請求項１に記載の缶体のパネリング強度測定方法。
【請求項３】
パネリング強度を測定する缶体の装入と取出しが自在で、かつ缶体を内部に配置した状態でチャンバーの密閉が可能に構成されたチャンバーと、
チャンバー内へ加圧媒体を導入する加圧媒体導入路と、
チャンバー内の加圧媒体を排出する加圧媒体排出路と、
チャンバーの内部の圧力を検出する圧力センサと、
缶が座屈する際に発生するアコースティック・エミッションを検出するセンサと、
前記圧力センサおよび前記アコースティック・エミッションを検出するセンサからの出力または前記出力をアンプで増幅したものを記憶および／または表示可能に構成されたデータ処理部と
を備えることを特徴とする缶体のパネリング強度測定装置。
【請求項４】
アコースティック・エミッションを検出するセンサは、振動センサまたは音波センサであることを特徴とする請求項３に記載の缶体のパネリング強度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料缶詰、食品缶詰などに用いられる金属缶の缶強度の測定に関するもので、特に缶体の外圧に対する耐座屈強度であるパネリング強度の測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属缶が用いられる飲料缶詰、食品缶詰は、内容物の腐敗を防ぐために高温殺菌処理であるレトルト処理が行われる場合がある。このレトルト処理の際、缶体には、缶の内圧と外圧との差に伴う圧力が作用するため、缶体にはそれに耐える缶強度が必要である。この缶強度はパネリング強度と呼ばれている。
【０００３】
パネリング強度の評価には、内容物を充填せずに大気圧下で蓋で密閉した缶体を作製し、この缶体をチャンバー内に入れて加圧し、缶が座屈する圧力を測定する方法が採られている。
【０００４】
缶の座屈圧力の判定には、次のような方法がある。
【０００５】
缶体の観察に基づく方法として、チャンバーに備えられた窓を通して加圧中の缶体を観察し、座屈によって缶が変形した瞬間を確認し、その際のチャンバー内の圧力を読み取る方法がある。また、圧力変化に基づく方法として、缶が座屈する際に生じるチャンバー内の圧力変化を、圧力表示の観察、圧力信号の変化などから読み取る方法がある。
【０００６】
しかし、従来の缶体の座屈圧力の判定方法には、次のような欠点があった。
【０００７】
缶の観察に基づく方法は、目視判定によるため測定精度が不十分であった。つまり、目視で座屈の発生に伴う缶の変形と判定するため、判定のタイミングは座屈発生のタイミングより若干遅れるため、座屈発生圧力を正確に判定できなかった。また、測定者により、判定のタイミングに個人差が生じ、測定値のばらつきが大きくなる欠点があった。また、圧力変化に基づく方法は、缶の座屈に伴う圧力変化が必ずしも明瞭でない場合があり、その場合には座屈発生圧力の測定が不能となる欠点がある。例えば、座屈発生に伴う缶の変形が非常に小さい場合はチャンバー内の圧力変化が小さく、座屈発生圧力の測定が不能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、缶体のパネリング強度を高精度かつ確実に測定する方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供する。
【００１０】
（１）パネリング強度を測定する缶体をチャンバー内に入れ、チャンバー内部を加圧して缶体を座屈させて、缶体のパネリング強度を測定する際に、
チャンバー内部の圧力の測定と缶が座屈する際に発生するアコースティック・エミッションの検出を行いながらチャンバー内部を加圧してチャンバー内部の圧力を増加し、アコースティック・エミッションを検出したときに対応するするチャンバー内部の圧力の測定値を求め、この圧力に基づいて缶体のパネリング強度を決定することを特徴とする缶体のパネリング強度測定方法。
【００１１】
（２）振動センサまたは音波センサを用いてアコースティック・エミッションを検出することを特徴とする（１）に記載の缶体のパネリング強度測定方法。
【００１２】
（３）パネリング強度を測定する缶体の装入と取出しが自在で、かつ缶体を内部に配置した状態でチャンバーの密閉が可能に構成されたチャンバーと、
チャンバー内へ加圧媒体を導入する加圧媒体導入路と、
チャンバー内の加圧媒体を排出する加圧媒体排出路と、
チャンバーの内部の圧力を検出する圧力センサと、
缶が座屈する際に発生するアコースティック・エミッションを検出するセンサと、
前記圧力センサおよび前記アコースティック・エミッションを検出するセンサからの出力または前記出力をアンプで増幅したものを記憶および／または表示可能に構成されたデータ処理部と
を備えることを特徴とする缶体のパネリング強度測定装置。
【００１３】
（４）アコースティック・エミッションを検出するセンサは、振動センサまたは音波センサであることを特徴とする（３）に記載の缶体のパネリング強度測定装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来の方法で測定が不可能な場合においても、缶体のパネリング強度を高精度かつ確実に測定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の缶体のパネリング強度測定装置の基本的な装置構成を示す概略図。
【図２】座屈前、座屈後の缶体形状を説明する概念図。
【図３】本発明に係る缶体のパネリング強度測定装置の第１の実施形態を示す図。
【図４】本発明に係る缶体のパネリング強度測定装置の第２の実施形態を示す図。
【図５】本発明に係る缶体のパネリング強度測定装置の第３の実施形態を示す図。
【図６】本発明に係る缶体のパネリング強度測定装置の第４の実施形態を示す図。
【図７】チャンバー内部の圧力を上昇して缶体を座屈させたときにおけるアコースティック・エミッションを検出する振動センサおよびチャンバー内部の圧力を検出する圧力センサの各出力の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について説明する。
【００１７】
図１は、従来の缶体のパネリング強度測定装置の基本的な装置構成を示す概略図である。
図１において、１はパネリング強度を測定する供試缶体（蓋で密閉した缶体）、２はチャンバー、３は蓋、４は加圧媒体導入路、５は加圧媒体排出路、６はチャンバーの内部圧力を検出・表示する圧力ゲージ、７はチャンバーの内部圧力を測定する圧力センサ、８は圧力センサ７の検出信号を増幅するアンプ、９はアンプ８から出力された信号を処理するデータ処理部である。４ａは加圧媒体導入路に設置されたバルブ、５ａは加圧媒体排出路に設置されたバルブである。
【００１８】
チャンバー２の内部に供試缶体１を配置し、チャンバー２は、開口部に蓋３を固定することによって密閉可能である。密閉したチャンバー２の内部の加圧は、加圧媒体導入路４のバルブ４ａを開き、チャンバー２内部に空気などの加圧媒体を導入することによって行う。チャンバー２を加圧中、加圧媒体排出路５のバルブ５ａは閉じている。加圧終了後、バルブ５ａを開放し、チャンバー内部の加圧媒体を排出する。その後、蓋３を外し、座屈した供試缶体１を取り出す。
【００１９】
本装置は、チャンバー２内部の圧力を確認するため、圧力ゲージ６、圧力センサ７を備えるが、圧力ゲージ６、圧力センサ７は、いずれか一方のみを備える場合もある。圧力センサ７を備える場合は、アンプ８とデータ処理部９を備え、圧力センサ７の検出信号をアンプ８で増幅後、データ処理部９に出力し、データ処理部９は、増幅した信号の表示、データ処理などを行う。また、図１には図示しないが、チャンバー２はその内部を観察する窓を備える場合がある。
【００２０】
図２は、供試缶体１の加圧による座屈前後の状態を概念的に示した図で、（ａ）は座屈前、（ｂ）は座屈後を示す。従来法のうち、缶の観察に基く方法では、チャンバー２に設けた窓（図１には図示せず）から缶体を観察し、缶が図２（ｂ）のように座屈する瞬間の圧力を圧力ゲージ６の表示、あるいは圧力センサ７の出力信号から読み取る。また、圧力変化に基く方法では、座屈した瞬間のチャンバー２内部の圧力変化を圧力センサ７の出力信号から読み取る。ただし、これらの方法にはそれぞれ欠点があるのは前述のとおりである。
【００２１】
本発明者らは、缶が加圧により座屈する際に生じる諸現象を検討し、その現象を検出することでパネリング強度、つまり座屈発生圧力を決定する方法について検討した。その際、本発明者らが着目した現象がアコースティック・エミッションである。アコースティック・エミッションは、物体が変形、破壊する際に開放されるエネルギーが弾性波として放出される現象である。加圧に伴う缶の座屈の際にも、アコースティック・エミッションが発生する。アコースティック・エミッションを検出することで缶が座屈したタイミングを正確に検出でき、またその際のチャンバー内部の圧力を知ることで座屈発生圧力であるパネリング強度を高精度かつ正確に決定することができる。
【００２２】
缶の座屈の際に発生するアコースティック・エミッションは、具体的には、缶に振動が生じること、缶からの音波が発生することであることを確認した。したがって、これらの振動、音波を検出することで目的が達成される。振動を検出するセンサとしては、動電型センサ、圧電型センサ、歪ゲージ型センサ、サーボ式センサ、過流型センサ、超音波センサなどが利用できる。また、音波センサとしては、ダイナミックマイク、コンデンサマイクなどが利用できる。
【００２３】
以下、図３〜図６を用いて本発明の缶体のパネリング強度測定装置の実施形態について詳しく説明する。なお、以下の図においては、説明済の図に示された部分と同じ作用のものは同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
図３は、アコースティック・エミッションを検出するセンサを缶体に接触させて設置する実施形態における装置構成例を示す概略図である。本装置は、図１に示した装置に対して、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１と、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１の検出信号を増幅するアンプ１２が付加されている。アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１をこのように設置することにより、アコースティック・エミッションを最も効率的に検出することが可能となる。
【００２５】
缶体のパネリング強度の測定手順は図１の装置の場合と同様でよい。すなわち、供試缶体１をチャンバー２内に配置し、蓋３で密閉した後、バルブ４ａを開いてチャンバー２の内部圧力を増加し供試缶体１を座屈させる。供試缶体１が座屈したら、バルブ５ａを開いてチャンバー２内の圧力を開放し、座屈した供試缶体１を取り出す。
【００２６】
圧力センサ７の検出信号の出力は、圧力上昇に対応して徐々に大きくなるが、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１は、供試缶体１が座屈したときに強い信号を出力する。
【００２７】
アンプ８で増幅した信号およびアンプ１２で増幅した信号はデータ処理部９へ出力する。データ処理部９は、センサ１１、圧力センサ７からの出力（時系列出力）を記憶および／または表示可能に構成されている。センサ１１からの出力と圧力センサ７からの出力を対比することで、センサ１１の出力が急に大きくなったときの圧力センサ７の出力がわかり、したがって、缶が座屈したときのチャンバー２内部の圧力、すなわち、缶体のパネリング強度を正確に知ることができる。
【００２８】
本実施形態の装置に用いるセンサは、上記の振動センサのうち動電型センサ、圧電型センサ、歪ゲージ型センサ、サーボ式センサが適している。また、音波センサを用いることも可能である。
【００２９】
図４は、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１を、供試缶体１に接触させず、チャンバー２の内部に設置する実施形態における装置構成例を示す概略図である。本装置では、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１は蓋３の裏面に接するようにして設置されているが、チャンバー２の内部の壁面、底面に設置しても差し支えない。アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１をチャンバー２の内部に設置しても、アコースティック・エミッションの検出が可能である。
【００３０】
本実施形態の装置では、供試缶体１にアコースティック・エミッションを検出するセンサ１１を設置する操作を省くことが可能であり、測定の迅速化に有利である。
【００３１】
本実施形態の装置に用いるセンサは、上記の振動センサのうち、過流型センサ、超音波センサが適している。これらの振動センサは、センサと缶体との相対変位の変化から振動を検出する。また、音波センサを用いることも可能である。
【００３２】
尚、図３、図４の装置では、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１の出力信号ケーブルを、チャンバー壁部を通して外部に導出する必要があり、この部分の気密性を十分に確保する必要がある。
【００３３】
図５は、アコースティック・エミッションを検出するセンサを、チャンバーに接触させて、チャンバーの外部に設置する実施形態における装置構成例を示す概略図である。本装置では、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１は蓋３の外面に接するようにして設置されているが、チャンバー２の外部の壁面、底面に設置しても差し支えない。
【００３４】
供試缶体１が座屈する際に発生するアコースティック・エミッションは缶から直接あるいはチャンバー内部の加圧媒体を通してチャンバー２および蓋３にも伝達されるため、上記のようにアコースティック・エミッションを検出するセンサ１１を設置してもアコースティック・エミッションの検出が可能となる。
【００３５】
本実施形態の装置は、図３、図４の形態に対し、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１の出力信号ケーブルを、チャンバーを通して外部に導出することが不要であるため、チャンバー内部の気密保持に優れる。本実施形態の装置に用いるアコースティック・エミッションを検出するセンサ１１は、上記の振動センサのうち動電型センサ、圧電型センサ、歪ゲージ型センサ、サーボ式センサが適している。また、音波センサを用いることも可能である。
【００３６】
図６は、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１を、チャンバーに接触させず、チャンバーの外部に設置する実施形態における装置構成例を示す概略図である。
【００３７】
前記のように、缶が座屈する際に発生するアコースティック・エミッションはチャンバーにも伝達されるため、このような実施形態も可能となる。図５の実施形態と同様に、図３、図４の実施形態に対し、アコースティック・エミッションを検出するセンサ１１の出力信号ケーブルを、チャンバーを通して外部に導出することが不要であるため、チャンバー内部の気密の保持に優れる。
【００３８】
本実施形態の装置に用いるセンサは、上記の振動センサのうち、過流型センサ、超音波センサが適している。これらの振動センサは、センサと缶体との相対変位の変化から振動を検出する。また、音波センサを用いることも可能である。
【００３９】
図３から図６に示した本発明の実施形態における装置構成は、以下による。つまり、チャンバー２およびチャンバー２に加圧媒体を導入する加圧媒体導入路４、加圧媒体を排出する加圧媒体排出路５、チャンバー２を閉塞する蓋３、チャンバー内部の圧力を測定する圧力センサ７、缶が加圧によって座屈する際に発生するアコースティック・エミッションを検出するセンサ１１、各センサの出力信号を増幅するアンプ８、１２、増幅された出力信号を処理するデータ処理部９を備える。尚、チャンバー内部を観察する窓（図示せず）、圧力ゲージ６を適宜備えても良い。また、加圧媒体の導入、排出など加圧の制御を、本発明に用いたセンサからの出力信号、外部からの制御信号などで電気的に制御してもよい。
【００４０】
チャンバーの加圧媒体には、気体として空気、不活性ガス（窒素、アルゴン等）を用いることができる。経済的な観点から空気を用いることが好ましい。また、液体としては、水、油を用いることができる。加圧媒体の加圧圧力は、測定する缶体に要求されるパネリング強度にもよるが、ゲージ圧で０から概ね１ＭＰａ程度あればよい。通常は０．５ＭＰａ程度以下である。
【００４１】
チャンバー、蓋は、測定の際に負荷される圧力に対して十分な強度を備える必要があり、少なくとも１ＭＰａの耐圧が必要である。そのため、鉄製であることが好ましい。チャンバーの形状は、直方体、立法体、円筒形、球形など特に規定しないが、耐圧の観点から円筒形、球形であることが好ましい。蓋は、その形状は特に規定しないが、チャンバーを密閉する形状、固定機構を備える必要がある。これらが鉄製で、チャンバーが底の付いた円筒形、蓋が円盤形である場合では、チャンバー底部、蓋の厚みが５ｍｍ程度以上、チャンバー円筒の厚さが４．５ｍｍ程度以上であることが好ましい。一方で厚い場合は重量が大きくなる上、図５、図６の実施形態においてアコースティック・エミッションの検出精度が低下するため、５０ｍｍ以下が好ましい。また、チャンバーの内径は缶体に合わせて設定することができるが、大きい場合は重量が大きくなる上、図５、図６の実施形態においてアコースティック・エミッションの検出精度が低下するため、円筒形の場合は内径３００ｍｍ以下、高さ３００ｍｍ以下程度が好ましい。
【００４２】
各センサの出力信号を増幅するアンプは必要に応じて用い、その性能、機能は用いるセンサ、検出信号の強度などに応じて適宜選択できる。また、出力信号を処理するデータ処理部は、データをアナログ式、あるいはデジタル式で、採取、表示、記録、演算などができるといった機能を備えるものでよい。例として、ペンレコーダー、データロガーあるいはデーターレコーダーなどがあり、さらにこれらをコンピューターに接続して用いても良い。
【実施例】
【００４３】
板厚０．１５ｍｍの鋼板を用いた直径５２ｍｍの溶接缶に対し、内容物を充填せずに大気圧の下で両開口端部に蓋を巻締め、巻締め後の缶高さ８８ｍｍの供試缶体を得た。図５の装置を用いて、以下の測定を行った。チャンバーは円筒形の鋼製で、円筒の内径１５４ｍｍ、円筒部の厚さ５．５ｍｍ、チャンバー内部の高さ２００ｍｍであり、鋼製の底の厚さは１０ｍｍ、鋼製の蓋の厚さは１０ｍｍである。チャンバー内の加圧には、０．５ＭＰａの加圧空気を用いた。チャンバーには内部の圧力を測定する圧力センサを設置した。圧力はこのセンサおよびアンプにより電圧信号に変換されて出力される。圧力の検出信号はデジタルデータロガーで記録する方式とした。アコースティック・エミッションを検出するセンサには、圧電式振動センサを用い、これを蓋の外面に接触させて設置した。圧電式振動センサの検出信号はアンプを介して電圧信号に変換されて出力される。振動の検出信号はデジタルデータロガーで記録する方式とした。
【００４４】
測定は次のように行った。まず、供試缶体をチャンバーの内部に設置し、チャンバーに蓋をクランプして固定し、密閉した。次いで、圧力センサ、振動センサの検出信号を記録しつつ、チャンバー内に加圧空気を導入し、内部の圧力を０．０２ＭＰａ／ｓで増加させつつ０．４ＭＰａとなるまで加圧した。その後、チャンバー内部の空気を開放し、蓋を取り外して供試缶体が座屈していることを確認した。
【００４５】
この測定で得られた圧力センサの出力信号、振動センサの出力信号を図７に示す。加圧中、圧力センサの出力信号の増加傾向に変化は認められなかった。つまり、圧力変化を検出することでパネリング強度を測定する従来の方法では座屈が発生するときの圧力の測定は不可能であった。一方、振動センサの出力信号に示されるように、加圧の途中で振動を検出した。缶が加圧によって座屈したことは確認しており、この振動が座屈によって発生したアコースティック・エミッションを検出したものであることが確認できる。この振動が発生したタイミングにおけるチャンバー内部の圧力によってパネリング強度を決定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の方法および装置を用いることにより、従来の方法では測定が不可能な場合においても、缶体のパネリング強度を高精度かつ確実に測定することができるようになる。
【符号の説明】
【００４７】
１    供試缶体
２    チャンバー
３    蓋
４    加圧媒体導入路
４ａ    バルブ
５    加圧媒体排出路
５ａ    バルブ
６    圧力ゲージ
７    圧力センサ
８    アンプ
９    データ処理部
１０    供試缶体（座屈後）
１１    アコースティック・エミッションを検出するセンサ
１２    アンプ
【図１】
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【図２】
2010271093.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010271093.tif 000008
【図７】
2010271093.tif 000009