(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックボトルの壁部を、超音波厚み計の、壁部表面と微小面積で接触可能な超音波振動子によって押圧して、壁部の肉厚を測定する方法であって、プラスチックボトルに加圧気体を送入して、壁部を上記押圧によって変形し難い内圧に保持した状態において、超音波振動子と壁部との接触部における壁部の実質的に法線方向に超音波を伝播させることを特徴とするプラスチックボトルの肉厚測定方法。
【請求項２】
プラスチックボトルの壁部を、超音波厚み計の、壁部表面と微小面積で接触可能な超音波振動子によって押圧して、壁部の肉厚を測定する装置であって、上記装置は、プラスチックボトルを固定する装置；プラスチックボトルに加圧気体を送入して、壁部を超音波振動子による押圧によって変形し難い内圧に保持する装置；超音波振動子の保持具と超音波振動子を、その軸線が上記内圧に保持されたプラスチックボトルの壁部表面に対して実質的に法線方向に向うようにホールドする装置、および超音波振動子を上記内圧に保持されたプラスチックボトルの壁部表面に対して押圧させる装置を備えることを特徴とするプラスチックボトルの肉厚測定装置。
【請求項３】
ホールドする装置を複数個備える請求項２記載のプラスチックボトルの肉厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックボトルの壁部の肉厚を測定する方法および装置に関し、更に詳しくは、プラスチックボトルの壁部に超音波を投射して、壁部の肉厚を測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックボトルは、通常パリソン（筒状の熱可塑性予備成形体）からブロー成形することによって製造される。ボトルの壁部、特に側壁部が所定肉厚範囲より薄いと、封栓をする際に軸荷重によりボトルが座屈して封栓が不可能になり易い。また側壁部が所定肉厚範囲より厚いと、例えば底部や口部等の他の部分が薄くなって、製造に支障を来したり、製品の品質劣化を招いたりし易い。
そのため従来は、製造直後のボトルを定期的に抜き取り、抜き取ったボトルを縦切りして、高さ方向に約８〜１４箇所、円周方向に等間隔に約４箇所、計約３０〜６０箇所をマイクロメータで肉厚測定して検査していた。この検査方法は 、多くの時間と労力を要し、そのため検査結果の製造作業への迅速なフィードバックが困難で、しばしば肉厚不良品を招いたり、あるいは人件費の上昇を招くという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、プラスチックボトルの壁部の肉厚を、非破壊で迅速かつ正確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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のプラスチックボトルの肉厚測定方法は、プラスチックボトルの壁部を、超音波厚み計の、壁部表面と微小面積で接触可能な超音波振動子によって押圧して、壁部の肉厚を測定する方法であって、プラスチックボトルに加圧気体を送入して、壁部を上記押圧によって変形し難い内圧に保持した状態において、超音波振動子と壁部との接触部における壁部の実質的に法線方向に超音波を伝播させることを特徴とする。
【０００５】
プラスチックボトルを構成するプラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、エチレン−ビニルアルコール共重合体等、あるいはこれらの積層体等が例示されるが、制限はない。
壁部としては、側壁部、すなわち首部、胴（壁）部、および肩部がある場合は肩部が通常対象となる。壁部の形状としては、円筒状、隅切り角筒状、隅丸角筒状、楕円筒状等の軸線対称のもの、その他が例示される。高さ方向中間にリング状の凹み部（エンボス部）があるもの、あるいは高さ方向に径が異なるもの等の、デザインや使用目的等に応じた適宜の形状であってもよい。
超音波厚み計としては、超音波の発振波とエコー波（反射波）間の時間を検出し、壁部における音速から肉厚を算出するタイプのもの、或いは壁部を伝播する超音波の共振周波数から肉厚を算出するタイプのもの等適宜のものが用いられる。
壁部表面と微小面積で接触可能な超音波振動子としては、先端部が微小面積の平面よりなる円錐台形のものが挙げられる。
気体としては、空気、窒素ガス、アルゴンガス等が例示されるが、経済性の点から空気（エア）が好ましく用いられる。
接触部における壁部の実質的に法線方向とは、接触部における壁部の接平面に、接触部を通って直交する直線の方向（法線方向）に対して約５度以内の角度にある方向をいう。ここで接触部とは、振動子が壁部に接触を始めた時点における（図１参照）接触部をいう。従って壁部部分が曲面の時の接触部は、点または直線となり、平面の時の接触部は平面となる。
【０００６】
超音波振動子から壁部に超音波を伝播するためには、壁部表面と振動子との界面に、液体膜よりなる超音波媒体を介在させる必要がある。振動子により壁部を押圧することにより、この液体膜の厚さを数μｍのオーダにすることができて、液体膜の影響が無くなり、再現性のある正確な壁部肉厚を測定できる。液体膜が厚いと、その厚さ分が測定値に含まれて誤差が大きくなるので好ましくない。
壁部表面と振動子は微小面積で接触するので、接触面積が小さく、従って比較的小さな押圧力でも比較的大きな押圧圧力を得ることができ、比較的小さな押圧力で上記液体膜を極く薄くすることができ、再現性のある正確な壁部肉厚を測定できる。
プラスチックボトルに加圧気体を送入して、壁部が押圧によって変形し難い内圧に保持した状態において押圧するので、押圧による壁部の変形は小さく、先端部全面の接触を実質的に維持できる（図２参照）。壁部が押圧によって変形し易い場合は、先端部周縁と壁部のみが接触して、壁部と先端部大部分の間に隙間が生じ易く、測定値に誤差が生じる。
超音波振動子と壁部との接触部における壁部の実質的に法線方向に超音波を伝播させるので、壁部内面からのエコー波は実質的に全部が振動子に達する。よって確実に、かつ正確に壁部肉厚を測定できる。超音波の伝播方向が上記法線方向に対して傾斜していると、エコー波が振動子に達しないため測定不能になる。
振動子を壁部の測定箇所に当てて押圧するのみでよいので、非破壊で迅速に壁部肉厚を測定できる。押圧は、自重によるものであってもよい。
【０００７】
請求項２に係る発明のプラスチックボトルの肉厚測定装置は、プラスチックボトルの壁部を、超音波厚み計の、壁部表面と微小面積で接触可能な超音波振動子によって押圧して、壁部の肉厚を測定する装置であって、上記装置は、プラスチックボトルを固定する装置；プラスチックボトルに加圧気体を送入して、壁部を超音波振動子による押圧によって変形し難い内圧に保持する装置；超音波振動子の保持具と超音波振動子を、その軸線が上記内圧に保持されたプラスチックボトルの壁部表面に対して実質的に法線方向に向うようにホールドする装置、および超音波振動子を上記内圧に保持されたプラスチックボトルの壁部表面に対して押圧させる装置を備えることを特徴とする。
請求項２に係わる発明の装置は、請求項１に係わる発明の実施に直接使用でき、請求項１に係わる発明と同様の作用、効果を有する。
【０００８】
請求項３に係わる発明は、請求項２に係わる発明における保持具と超音波振動子をホールドする装置を複数個備えている。そのため保持具と超音波振動子が１個の場合でも、これを複数のホールドする装置に次々と移動することによって、壁部の複数箇所の肉厚を迅速に測定できる。保持具と超音波振動子が複数個ある場合には、壁部の複数箇所の肉厚を同時に測定できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１において、１ｘは、プラスチックボトル１（以下ボトル１とよぶ）の曲面よりなる壁部部分、１９は加圧エア、２０は保持具２１によって保持された、先端部２０ａが平坦である円錐台形の超音波振動子２０である。図１は、加圧エア１９によって内圧を受けた壁部部分１ｘに、位置Ｐ（測定点；接触部）において振動子２０が接触し始めた状態を示す。
振動子２０と保持具２１の共通の軸線２は、位置Ｐにおける壁部部分１ｘの法接面３に位置Ｐを通って直交する直線、すなわち法線の方向に向っている。振動子２０が壁部部分１ｘを押圧すると、図２に示すように、壁部部分１ｘの位置Ｐ近傍は平坦化して、先端部２０ａと面接触する。軸線２と上記法線方向は一致するので、超音波の投射波４、および投射波の壁部部分１ｘの内面１ｘ2からのエコー波５も法線２方向に向いている。従ってエコー波５は、振動子２０の先端部２０ａに達して、振動子２０によって受信される。
【００１０】
振動子２０の先端部２０ａの直径は、約０．５〜５．０ｍｍであることが好ましい。約０．５ｍｍより小さいと、振動子２０が壁部１ｘ内に穿入して正確な肉厚測定が困難になり、約５．０ｍｍより大きいと、振動子２０と壁部部分表面１ｘ1との微小面積での接触が不可能になるからである。
押圧力Ｆは４０〜３００ｇｒ．ｆが好ましい。４０ｇｒ．ｆより小さいと、液体膜厚が厚くなって正確な肉厚測定が困難になり、３００ｇｒ．ｆより大きいと、押圧によるボトル１の変形が大きくなり過ぎて、やはり正確な肉厚測定が困難になるからである。
内圧は、ボトル１を構成するプラスチックの種類、強度等によって異なるが、肉厚が０．５ｍｍ前後の場合は、約０．１〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ2であり、１ｍｍ前後の場合は、約０．２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ2であることが好ましい。内圧が、上記下限値より小さいと、振動子２０で壁部部分を押圧した時、壁部部分が凹んで正確な肉厚測定が困難になり、一方上記上限値より大きいと、ボトル１が膨張変形するおそれがあるからである。なお壁部部分の押圧による凹み深さが１ｍｍ程度の場合は、肉厚測定に悪影響はない。
【００１１】
横断面が円、楕円、小判形、隅丸四角形、隅切り四角形、正多角形等（各断面毎に直径や長さ、幅等が異なっていてもよい）の軸対称のボトルの母線（軸線を通る平面｛軸面とよぶ｝と壁部表面が交わってなす曲線または直線）の中、その母線上の各点における接平面が当該軸面と直交する母線（通常４本以上ある）に沿う複数の点で肉厚を測定する本発明の装置の実施の形態を、ボトルがマヨネーズ収納用の場合について以下に説明する。
図３、図４に示すように、ボトル１は、ねじ付き口部１ａ、円筒形状の首部１ｂ、断面楕円形状で、高さ方向ほぼ中央部で断面積が最大になる胴部１ｃおよび楕円形状でほぼ平坦な底部１ｄよりなっている。食品収納用のボトルの場合、製造直後の口部１ａの端部は閉鎖されているので、後述の加圧エア１９送入のための透孔６が端部に形成されている。なお洗剤収納用等のボトルの場合は通常、製造直後の口部は開口している。
ボトル１は、軟質ポリエチレンおよびエチレンービニルアルコール共重合体の積層体よりなり、胴部１ｃは比較的薄く撓み易い。
【００１２】
１１はボトル１の支持具であって、四角形の可動板１２と、可動板１２の中央の片面側に固定された支持部材１３を備えている。支持部材１３の凹部の側部内面には、ボトル１の口部１ａに螺合する雌ねじ１３ａが形成されている。
支持部材１３の凹部のボトル１の口部１ａによって占められない部分、すなわち隙間１４に通ずる導孔１５が、支持部材１３の側壁に形成されており、導孔１５は導管１６、圧力調整器１７を介して加圧エア源、例えばエアコンプレッサ１８に連通しており（図５）、加圧エア１９が透孔６を通ってボトル１の内部に送入されるようになっている。
雌ねじ１３ａは、ボトル１を螺合してエアタイトになった状態（通常は螺合し終わった状態）で、ボトル１の底部１ｄの長軸７（従って長軸７とボトル１の軸線を通る軸面）が可動板１２の底面１２ａとなす角θが４５度になるのが可能のように形成されている（図４）。
底盤２４の両側方上面に、互いに平行な第１の取付ロッド２５および第２の取付ロッド２６が固着されている。可動板１２は、底盤２４に載置された時、第１の取付ロッド２５の端面２５ｂおよび第２の取付ロッド２６の端面２６ｂに当接して、第１の取付ロッド２５および第２の取付ロッド２６に螺着可能になっている。
【００１３】
２０は、先端部２０ａが平面である円錐台形の超音波振動子であり、２１は、超音波振動子２０の保持具であって円筒形状をしている。振動子２０は、保持具２１の内部を通る導線２２を介して超音波厚み計本体２７（超音波発振器、表示パネル等を内蔵する）に接続する。
２３は、保持具２１の載置盤である。複数（図３では１０個）の載置盤２３が、第１の取付ロッド２５の内方（図３の左方）に下がるよう傾斜した上面２５ａに、下端部が、セットされたボトル１に比較的接近して、ボトル１との間に若干の間隙ができるように螺着されている。同様に複数（図３では１０個）の載置盤２３が、第２の取付ロッド２６の内方（図３の右方）に下がるよう傾斜した上面２６ａに螺着されている。
【００１４】
載置盤２３の上面には、保持具２１の半径より僅かに大きい半径を有し、円筒形の保持具２１を載置して、保持具２１がその上をスムースに滑ることができる形状、寸法の断面円弧形の細長い凹部２３ａが形成されている。凹部２３ａの表面は、滑り易い材料、例えばナイロン、テフロン等よりなるのが好ましい。
第１の取付ロッド２５上の載置盤２３は、載置された保持具２１が、その軸線２（すなわち凹部２３ａを、その一部が形成する仮想円筒の軸線）が４５度下向きに、かつセットされたボトル１の上方側の長軸側線９に垂直になる方向に調節固定されている。ここで長軸側線とは、底部１ｄの長軸７とボトル１の軸線を通る軸面が、首部１ｂおよび胴部１ｃの表面と交わって形成される曲線をいう。
第２の取付ロッド２６上の載置盤２３は、載置された保持具２１が、その軸線２が４５度下向きに、かつセットされたボトル１の上方側の短軸側線１０に垂直になる方向に調節固定されている。ここで短軸側線とは、底部１ｄの短軸８とボトル１の軸線を通る軸面が、首部１ｂおよび胴部１ｃの表面と交わって形成される曲線をいう。
【００１５】
２８は、底盤２４および取付ロッド２５、２６に固着された垂直板である。３０は、ボトル１の底部１ｄのホールド体であって、底部１ｄおよびその近傍の胴部部分をぴったりと挿入することができる形状の凹部３０ａが前面に形成されている。各取付ロッドの上面２５ａおよび上面２６ａは、凹部３０ａの中心と、取付ロッド２５，２６に固着された可動板１２の中心を結ぶ直線を通る垂直面に対して対称の位置にある。
ホールド体３０の後方に設けられた突棒３０ｂは鍔部３０ｂ1を有している。鍔部３０ｂ1が、垂直板２８のねじ孔２８ａを挿通するボルト３１の、内向きフランジ部３１ａ1を有する先端凹部３１ａに係合していて、ボルト３１を回すと、ホールド体３０は軸方向に前後進するようになっている。
【００１６】
以上の装置により、ボトル１の肉厚測定は次のようにして行なわれる。
支持具１１の支持部材１３にボトル１の口部１ａをねじ締めして、底部１ｄの長軸７が可動板１２の底面１２ａに対して４５度になるようにボトル１を支持具１１に着設する。ホールド体３０が後退している状態で、ボトル１が取付ロッド２５、２６の間に入るよう可動板１２を移動し、底盤２５の上に載せて、取付ロッド２５、２６の端面２５ｂ、２６ｂに螺着固定する。
次にボルト３１を回してホールド体３０を前進させて、凹部３０ａによってボトル１の底部１ｄを固定して、ボトル１をセットする。その後圧力調整器１７を通ってエア１７を透孔６を通ってボトル１内に内圧が所定値になるまで送入して、内圧を所定値に保持する。
次に超音波厚み計本体２７の電源スイッチを入れ、超音波振動子２０の保持具２１を、肉厚を測定すべき位置に対応する載置盤２３の凹部２３ａに載置する。すると保持具２１はボトル１に向って滑動して先端部２０ａがボトル１の長軸側線９または短軸側線１０に接触し、自重によって振動子２０がボトル１を押圧する。この時の肉厚を、超音波厚み計本体２７の表示パネルから読み取る。
この載置を次次と繰り返して、全ての載置盤２３への載置による長軸側線９および短軸側線１０に対する測定が終了したら、ホールド体３０を後退させ、可動板１２を取り外す。その後可動板１２を１８０度回転して、再び端面２５ｂ、２６ｂに螺着してボトル１をセットし、長軸側線９に対向する長軸側線９’、および短軸側線１０に対向する短軸側線１０’に対して同様の肉厚測定を行なう。
【００１７】
【実施例】
高さが２４０ｍｍ、内容積が１ｋｇのマヨネーズ用ボトルの、長軸側線９、９’および短軸側線１０、１０’に沿う肉厚を底部１ｄの５ｍｍ上から高さ方向に２０ｍｍ毎に、図３、図４に示す装置によって次の条件で測定した。エアによる内圧０．３ｋｇｆ／ｃｍ2、超音波振動子２０の先端部２０ａの直径１．５ｍｍ、振動子２０と保持具２１の重量の合計１００ｇｒ．。結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
0003780629.tif 000002
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、プラスチックボトルの壁部の肉厚を、非破壊で迅速かつ正確に測定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法を説明するための説明用図面であって、振動子が壁部に接触を開始した時点の状態を示す図面である。
【図２】図２は、振動子が壁部を押圧している時点の状態を示す、図１に対応する図面である。
【図３】図３は、本発明の装置の実施の１形態を示す平面図である。
【図４】図４は、図３の装置のＩＶ−ＩＶ線に沿う縦断面図である。
【図５】図５は、図３の装置の加圧エアの配管の例を示す説明用図面である。
【符号の説明】
１        プラスチックボトル
１ｂ      首部（壁部）
１ｃ      胴部（壁部）
１ｘ      壁部部分
４        投射波（超音波の）
５        エコー波（超音波の）
１１      支持具（プラスチックボトルを固定する装置）
１７      圧力調整器（プラスチックボトルに加圧気体を送入して、内圧を保持する装置）
２０      超音波振動子
２１      保持具
２３      載置盤（超音波振動子とその保持具をホールドする装置；超音波振動子を押圧させる装置）
２７      超音波厚み計本体
Ｐ        接触部
【図１】
0003780629.tif 000003
【図２】
0003780629.tif 000004
【図３】
0003780629.tif 000005
【図４】
0003780629.tif 000006
【図５】
0003780629.tif 000007