JPH06503428A - 密封薄材包装体中の真空の測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 密封薄材包装体中の真空の測定器 本発明は米国エネルギー省により付与された契約ＤＥ−Ａ　Ｃ０５−８４０ＯＲ ２１４００号に基づく政府援助の下になされた。本研究はビルディングサーマル エンヴエロープシステムアンドマテリアルズプログラム（ＢＴＥＳＭ）を通して ビルディングシステム　アンドマテリアルズデヴイジョンのオフィスオヴビルデ ィングスエネルギー　リサーチから資金調達を受けた。米国政府は本発明に所定 の権利を有する。

技術分野 本発明は密閉された容器内の真空の決定に関し、さらに特定すると密封されたプ ラスチックフィルムの包みのような薄材包装体内の真空の測定を行う装置に関す る。

背景技術 産業界にはプラスチックフィルム包装に包まれた多数の製品がある。これらの製 品の多くは例えば食品や薬品の保存等のため、包装体内の真空値の存在を必要と する。もう一つの重要な密封製品は、真空中で低熱伝導度を有する沈殿させた二 酸化シリコン粉末および類似の粉末を容れた超断熱包装体である。これらの適用 例その他の適用例では密封した材料と空気等が種々の反応を起こすことを防止す ると共に包装体の熱伝導度等の物理的性質への好ましからぬ影響を防止するため 、空気その他の気体を排気することが望まれる。

それゆえ、密封オペレーションの後および任意時間の所蔵後に内部真空値を測定 する必要がある。この測定は非破壊的のものであること、すなわち包装体中に侵 入する恐れがないものであること、が必要である。

先行技術で利用されていた一つの装置は密封包装体全体を真空装置中に挿入し、 次いでチャンバの真空が包装体の真空以下に低下したときに、包装体にフィルム 包装の運動の有無を光学的に「駅間」する。この型式の装置は高価であり、さら に重要なことは各包装体を個別に真空チャンバ内で試験しなければならないこと に時間を消耗する。特にこの型式の装置は生産ラインでの検査に含めることには 即応できない。

本発明の評価に関連する文献としては１９８４年１０月２３日付けでイー・ダブ りニー・クリフォード他に付与された米国特許第４４７８０７０号、１９８７年 １２月２９日付けでジエイ・エム・パーハック他に付与された米国特許第４７１ ５２１５号、１９８８年５月３１日付けでジエイ・エム・フォックス他に付与さ れた米国特許第４７４７２９９号がある。これらのすべての装置は大掛かりな（ 従って高価な）装置を必要とし、また各包装体を評価しなければならないのであ るから、これら先行技術の装置を以てしては検査に時間がかかる。

従って本発明の目的は密封された薄材包装体内の真空を迅速に測定する簡単な装 置を与えることである。

本発明のもう一つの課題は密封されたプラスチックフィルム包装体内の真空を迅 速に測定する簡単な装置を与えることである。

本発明のもう一つの目的は、密封されたプラスチックフィルム包装体外部の局所 領域に外部的真空が印加される装置であって、その局所領域に印加された真空の 影響下に当該包装体の内容物からフィルムが何時持ち上がるかを決定する装置を 具えた装置を与えることである。

本発明のさらにもう一つの目的は、外部的真空が密封されたプラスチックフィル ム包装体の一方側外部表面上の局所領域に真空を印加するが包装体の反対側の外 部表面は当該印加真空によって乱すことなく維持する装置であって、その局所領 域に印加された真空の影響下にフィルムが当該包装体の内容物から何時持ち上が るかを決定する装置を具えた装置を与えることである。

本発明のさらにもう一つの目的は密封されたプラスチックフィルム包装体内の真 空を測定するための、携帯型装置もしくは生産ラインで使用できる型の装置を与 えることである。

本発明の上記目的その他の目的は添付の図面を参照して以下の詳細な説明を通し て明瞭となろう。

発明の概要 本発明によれば、密封されたプラスチックフィルム包装体のような薄材包装体内 の真空の迅速な測定を行える装置が与えられる。この装置は真空源に１続された 真空ヘッドを有するプローブと、該ヘッドで真空を当てた箇所付近の表面に光を 指向すると共に当該箇所から反射された光を受信する光処理手段とを利用する。

好ましい実施例では、この光処理装置は分岐付き（逆反射性の）ファイバー光パ イプである。そのファイバー光ユニットに受信された反射光の量はファイバー光 パイプの遠方端と包装体表面との間の間隙に関係する。反射光はすべて光検出器 が受信し、印加した真空により包装体カバーの運動のためにこの反射光が突然変 化したとき、この装置が真空値を示す信号を発生する。包装体中の実際の真空値 は、包装表面が上昇した瞬間時の印加真空値に等しい。好ましい実施例では包装 体の反対側外部表面上に成る選択された真空（「基準」真空）が印加される。こ の基準真空は少なくとも検出器ヘッドを経由して印加された真空と同じ大きさで ある。この基準真空は前記反対側表面を成因定位置に維持し、真空が印加されて いる二つの反対側表面の間の包装体内内容物のコラムに作用する力を均衡させ、 包装体内の真空測定の精度を増大する。

図面の簡単な説明 図１は密封プラスチックフィルム包装体内の真空測定に使用する本発明の一実施 例の路線図である。

図２は粉末、気体、あるいは液体等の粘性材料を収容する密封プラスチックフィ ルム包装体内の真空測定に使用する本発明の別の好ましい実施例の路線図である 。

図３は図２の装置を、生産ライン上の密封包装体の自動若しくは手動検査に供す るように適応させた一実施例を示す図である。

本発明の好適な実施例 密封された包装体１２内の真空の測定に適用する場合の本発明の一実施例が図１ に路線図で番号１０を付して示されている。この包装体は図に示すように通常、 頂部面１４と反対側の底部面１６を有する。これらの頂部面および底部面は平坦 なものとして図示されているが、本発明は他の形状の表面に適合することができ る。包装体頂部面１４には手あるいは機械のような任意的装置により面と密着す るように真空検出器ヘッド１８があてがわれる。検出器ヘッド１８は図示するよ うに（本実施例では）分岐付きファイバー光パイプ（ｂｉｆｕｒｃａｔｅｄ　ｆ ｉｂｅｒｏｐｔｉｃ　ｌｉｇｈｔ　ｐｉｐｅ）　２０および真空ライン２２の遠 方側の終端をなす。

光パイプ２０は近接側の端にある光源２４に繋がる部分２０Ａに分岐するが、光 は包装体の頂部面１４に対して当てられる。第二部分２０ｂは他の近接側の端の 光検出器２６　（ｐｈｏｔｏ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ）に繋がり、これにより光が頂 部面１４から逆反射されると電気信号が線２８上に出現する。この逆反射光の量 は、頂部面がその正規位置からファイバー光パイプ遠方端に向けて上昇されると きに変化する。頂部面１４の上昇に関係したこの信号は図１に示すＸ−Ｙレコー ダのようなデータ処理装置３０への一人力として印加される。

真空ライン２２は、包装体１２の頂部面１４における適当な圧力変化率を与える べく空気の流量を限定するための流量制限器３２に接続される。真空は真空貯留 器、真空ポンプ等の真空源３６からバルブ３４（通常はソレノイドバルブ）を介 してこの流量制限器３２に印加される。真空ライン２２内の正常時の真空である 検出器ｌ＼ラッド８内に存在する実際の真空を変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ） ３８か測定する。その出力信号は線４０上の測定装置３０への第二人力の値に比 例する。

本技術分野の当業者はレコーダーデータ処理装置３０として説明した装置がデジ タルデータ収集装置および解析装置のような任意のデータ処理装置でよいことを 了解できよう。例えばコンピューターが二つの信号を記録するために使用できる こと、またそれら二つの信号をコンピューターのＣＲＴ上に表示し、および／ま たは包装体面が上昇した箇所の真空値の読み取りを与えるべく、プログラム化で きる。又その装置は上記信号を時間の関数として迅速に記録することができる電 圧計でもよい。

図１の実施例の正規オペレーションでは検出器ヘッド１８は包装体面１４に対し て密着して置かれる。光源２４からの光は面１４上に当たって光パイプの部分２ ０Ａを通して下方に指向され、２０Ｂを通って上方に逆反射されてから、線２８ 上に初期信号を与える光検出器２６に到達する。真空は真空ライン２２を介して 徐々に面１４に印加され、この真空はやがて僅かに包装体１２内部の真空を超え る。これが包装体１２の壁１４を、たとえば１インチの数十分の１ないし１０だ け上昇させる。この上昇が生じるに伴い、当たった光の逆反射した部分の強度は 突然に変化し、それゆえ線２８上の光検出器２６の信号が突然に変化する。同時 に、４０上の信号は、真空が増大するにつれて減少する。これら二つの信号はそ のとき実際の真空を表す。必要ならこれら二つの信号のプロット４２が測定装置 ３０上で利用可能である。上述したように、プロットしたデータ中に上昇時点で 鋭い変化があり、これが包装体１２内の真空の測定値を与える。フィルム包装体 内につめられる種々の材料には検出器ヘッド１８を通して真空が印加されるに伴 い、上方に変形することのできるものがある。これは特に粉末、気体および液体 のような粘性材料について言えることで、下面１６上に「反転された」凹みを生 ずる。そのような変形は内部的包装真空の決定にある誤差を生ぜしめる。

この面の「移動」運動を克服するためには本発明の別の実施例が図２に一般的に １０′として示されている。

本発明のこの実施例１０′の組成物はすべて図１の実施例１０のものと実質上同 じであり、それゆえそれらには同一の番号を付しである。さらに、包装体１２の 底部面１６を支持する中央部多孔質支持部材４５を有する真空基準板４４がある 。この基準板４４は基準真空源４７に繋がる第二真空線４６の（部材４５におけ る）終端である。「基準真空」と言う用語は、少なくとも真空検出器ヘッド１８ ′に印加されるべき真空に等しい、選択した真空値を定義する概念で、この真空 は別の真空源若しくは上記真空源３６のいずれかから導くことができる。

真空基準板４４の内部表面４８の形状は、基準真空を印加しても面１６（又は面 １４）を歪めず測定器が上述したように機能することができるような形状に構成 されている。本実施例では真空測定を強化するため真空変換器３８′は真空検出 器ヘッド１８′内に位置される。

光パイプの当業者は表面に指向された又は表面から逆反射された光の強度はその 表面と光パイプの遠方端との間の距離の関数として強く変化することを理解でき よう。従って光検出器の出力信号は表面が上昇するときに突然変化する。

本発明の目的の一つが密封包装体を製造する生産ライン上で使用できる計器を与 えることであるので、本発明の別の実施例が図３に１０′と示しである。この実 施例は主に図２の装置を使用し、その実施例と共通する成分には同一の番号を付 しである。他の実施例と実質的に同一であり同一の機能を果たす成分は記号「′ 」を付して識別する。

この生産ライン実施例は包装体１２が運動する作業テーブル５０で使用するよう に設計されている。真空検出器ヘッド１８′は、作業テーブル５０の頂部面５４ （従って面１４）と垂直の方向にその軸線５３を維持したまま上昇若しくは下降 することができるように任意の適当な装置５２で支持される。この目的のため、 一対の軸回転可能な平行アーム５６．５８があり、その各々が一端において検出 器ヘッド１８′に対して軸回転可能に装着されており、作業テーブル５０に対し て固定された支持体６０に他端が軸回転可能に装着されている。もちろん、検出 器ヘッド１８′用支持体として他の装置も使用することができる。通常、この支 持体６０は、支持体６０が面５４上の包装体１２に対する案内として働くことが できるように、検出器ヘッド１８′の中心線と支持体６０との間の間隔が検査す べき最大の包装体１２の大きさの半分となるように、位置される。この実施例で は図２の実施例におけると同様、測定の精度を確保するため、圧力変換器３８′ は検出器ヘッド１８′内に位置される。従ってこの実施例では検出器ヘッド１８ ′は任意の適当な手段によって上昇することができて、包装体１２はその下方に 位置することができ、その後で検出器ヘッド１８′が図に示す下方位置に移動さ れる。光パイプ２０Ｂおよび光検出器２６を介して信号が面１４の変形（上昇） を検出するまで、真空は真空ライン２２を通して徐々に増大する。この時点で印 加される真空値は包装体１２内に存在する真空値である。

これらのいずれの実施例でも検出器ヘッド（１８，１８′）は通常、直径が約２ インチで高さが約２インチを有する円筒形である。それらは通常、アルミニウム で製作されるが、適当な耐久性ある任意の材料を使用することができる。真空ラ イン２２は通常は直径が４分の１インチで、光パイプ２０の通路は通常直径が４ 分の１インチである。もちろん他の寸法および形状も本発明の範囲に含まれる。

本発明の実施例は分岐した光パイプを使用することにより、入射し反射する光が 包装体表面に垂直であるものとして示した。しかし他の形状の光パイプも使用す ることができ、片方の光パイプの一端が前記表面を照明する一方、表面の変形の ないときは反射が無いように他方の光パイプを別の角度に配置することができる 。これらいずれの配置も平坦若しくは湾曲した表面上で使用することができる。

また、他の入射光源および光検出器を以て上記光パイプユニット（分岐したもの 、又は二重になったものの両方）に代えることができる。

上述したことから、密封した包装体内の真空の決定（測定）に供する簡単かつ正 確な装置が与えられることが了解されよう。この装置は包装体の表面に対して真 空を印加することにより包装体の壁が変形するように十分薄いとき、その真空の 情報を与えるべく機能する。この装置は個別包装体のランダム検査に使用するこ とができ、あるいは生産ライン上の包装体のルーチン検査に使用することもでき る。かなり簡単な、従って廉価な装置で、所望の真空情報が直ちに得られる。

本発明はプラスチックフィルムに包まれた包装体に適用した特定例について説明 したが、本発明は金属フォイルで密閉された包装体あるいは局所的真空の印加に より比較的容易に変形する他の任意の材料で製造された包装体にも適しているこ とを了解されたい。包装体の壁の一部が、これに近接して検出器ヘッドが配置で きるようにされた変形可能なものであるかぎり、壁全体が変形可能である必要は ないことを認識されたい。

幾つかの特定な構成を示したが、これらは例示の目的のためであり、本発明を限 定するためではない。本発明は付記した請求の範囲およびその均等物によっての み限定されるべきものである。

フロントページの続き （７２）発明者　タッカ−、ルイス・エイチアメリカ合衆国、テネシー州　３７ ９２１、ノックスビル、フロストウッド・ロード （７２）発明者　ファイン、エイチ・アランアメリカ合衆国、ケンタラキー州　 ４０５０２、レキシントン、ウィツシュボーン・サークル９４９

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも一つの変形可能な壁を有する密封包装体内の真空の測定に供する 装置であって、該装置が該包装体の該変形可能壁に対して配置される検出器ヘッ ドと、 該検出器ヘッドに接続されて該変形可能壁に制御された真空（制御真空）を印加 するための真空装置と、該変形可能壁に対して光ビームを指向させる光装置と、 該変形可能壁から反射された、該光装置から送られた光を受信して該反射光に関 する信号を与える光検出装置と、 該変形可能壁に該真空が印加されるときに該検出器内の該制御真空を監視し、該 真空の値に関する信号を与える装置と、 該光検出装置からの該信号および該真空監視装置を関連づけて該包装体内の該真 空測定値を与える装置と を含むことを特徴とする装置。
2. ２．請求項１に記載の装置において、該光装置が光源および該光原からの光を該 変形可能壁上に指向するための第一ファイバー光装置であり、該光検出装置が光 検出器と該変形可能壁から反射された光を受信して該反射された光を該光検出器 に指向させるための第二ファイバー光装置とであることを特徴とする装置。
3. ３．請求項１に記載の装置において、該光装置および光検出装置が分岐した光パ イプであり、さらに光を該変形可能壁上に入射すべく該分岐した光パイプの一部 中に導入する光源と、 該変形可能壁から逆反射された光を、該分岐した光パイプの第二部分から受信し て該逆反射した光に関連する該信号を発生する光検出器と 含むことを特徴とする装置。
4. ４．請求項１に記載の装置において、該制御真空を監視する該装置が、該変形可 能壁に印加された該制御真空を監視すべく該変形可能壁に該制御真空を印加する 点付近に置かれた該検出器ヘッド内に装架された真空変換器であることを特徴と する装置。
5. ５．請求項１に記載置装置において、該真空装置が真空源と、 該真空源を該検出器ヘッドに接続する真空ラインと該検出器ヘッドに印加される 該真空を制御すべく該真空ライン内に設けたバルブ装置と、 該検出器ヘッドに印加される真空の過度の印加速度を防止すべく該真空ライン内 に設けた流量制限装置と を含み、該制御真空を監視する該装置が、該検出器ヘッド内の該制御真空に対応 する電気信号を発生する変換器である ことを特徴とする装置。
6. ６．請求項１に記載の装置において該光検出装置からの該信号と該真空監視装置 とを関連させて該包装体内の真空の該測定値を与える該装置が、 該光検出装置からの該信号を該真空監視装置からの該信号に自動的かつ連続的に 相関させ、該光検出装置からの該信号における突然の変化を検出し、該密封包装 体中の該真空値を表示する、デジタルデータ収集分析装置である ことを特徴とする装置。
7. ７．請求項１に記載の装置において、該光検出装置および該真空監視装置からの 該信号を関連づけて該密封包装体中の該真空の該測定値を与える該装置がＸ−Ｙ レコーダーであって、該光検出装置からの該信号が該レコーダーのＹ−軸に印加 され、該真空監視装置からの該信号が該レコーダーのＸ−軸に印加されることを 特徴とする装置。
8. ８．請求項１に記載の装置において、該包装体が該包装体の反対側に第二の変形 可能な壁を有し、該装置がさらに、 該第二変形可能壁上に該包装体を一様に支持する板装置にして多孔性支持部材を 具えた板装置と、該板装置の該多孔性支持部材に接続されて該包装体の該第二変 形可能壁に基準真空を印加する別の真空装置にして、該基準真空が少なくとも該 変形可能壁に印加される該制御真空と同程度に大きい ことを特徴とする装置
9. ９．請求項８に記載に装置にしてさらに固定された支持装置と、 該固定された支持装置および該検出器ヘッド間に接続されて該変形可能壁に相対 的に該検出器ヘッドを配置することを可能ならしめる配置装置 を含むことを特徴とする装置。
10. １０．請求項９に記載の装置において、該軸回転装置が、該支持装置と該検出器 ヘッドとの間に一対の平行な軸運動アームを含むことにより、該検出器ヘッドの 軸線が、該検出器ヘッドの配置を行う期間中、該変形可能壁に対して固定した関 係に維持されることを特徴とする装置。
11. １１．第一の変形可能な壁と反対側に位置する第二の変形可能な壁とを有する密 封包装体内の真空の測定に供する装置であって、該装置が 該包装体の該第一変形可能壁に対して配置される検出器ヘッドと、 該検出器ヘッドに接続されて該変形可能壁に、第一真空源から制御された真空（ 制御真空）を印加するための真空装置と、 該第一変形可能壁に対して光ビームを指向させる光装置と、 該第一変形可能壁から反射された該光装置からの光を受信して、該反射光に関す る信号を与える光検出装置と、 該第一変形可能壁に該真空が印加されるときに該制御真空を監視し、該制御真空 に関連する信号を与える監視装置と、 該第二変形可能壁上に該包装体を一様に支持する、多孔性部材を具えた板装置と 、 該板装置の該多孔性支持部材に接続されて該包装体の該第二変形可能壁に基準真 空を印加する別の真空装置にして、該基準真空が少なくとも該変形可能壁に印加 される該制御真空と同程度に大きい真空装置と該光検出装置および該真監視装置 からの信号を関連づけて該包装体内の該真空測定値を与える装置とを含むことを 特徴とする装置。
12. １２．請求項１１に記載の装置において該光検出装置からの該信号と該真空監視 装置とを関連させて該包装体内の真空の該測定値を与える該装置が、 該光検出装置からの該信号を該真空監視装置からの該信号に自動的かつ連続的に 相関付け、該光検出装置からの該信号における突然の変化を検出し、該密封包装 体中の該真空値を表示する、デジタルデータ収集分析装置である ことを特徴とする装置。
13. １３．請求項１１に記載置装置において、該真空装置が真空源と、 該第一真空源を該検出器ヘッドに接続する真空ラインと 該第一真空源から該検出器ヘッドに印加される該真空を制御すべく該真空ライン 内に設けたパルプ装置と、 該検出器ヘッドに印加される真空の過度の印加速度を防止すべく該真空ライン内 に設けた流量制限装置と を含み、該制御真空を監視する該装置が該検出器ヘッド内の変換器である ことを特徴とする装置。
14. １４．請求項１１に記載の装置において、該光装置および光検出装置が分岐した 光パイプであり、さらに光を該変形可能壁上に入射すべく該光パイプの第一部分 中に導入する光源と、 該変形可能壁から逆反射された光を該光パイプの第二部分から受信して該逆反射 した光に関連する該信号を発生する光検出器と を含む ことを特徴とする装置。
15. １５．請求項１１に記載の装置において、該制御真空を監視する該装置が、該制 御真空を該第一変形可能壁に印加する箇所の付近点に置かれる該検出器ヘッド内 に装架された真空変換器であることを特徴とする装置。
16. １６．請求項１１に記載に装置にしてさらに固定された支持装置と、 該固定された支持装置および該検出器ヘッド間に接続され、該第一変形可能壁に 相対的に該検出器付きヘッドを配置することを可能ならしめる配置装置を含むこ とを特徴とする装置。
17. １７．請求項９に記載の装置において、該軸回転装置が該支持装置と該検出器ヘ ッドとの間に一対の平行な軸運動アームを含むことにより該検出器ヘッドの配置 を行う期間中、該検出器ヘッドの軸線が該第一変形可能壁に対して固定した関係 に維持されることを特徴とする装置。
18. １８．請求項１に記載の装置において、該光検出装置および該真空監視装置から の該信号を関連づけて該密封包装体内の該真空の該測定値を与える該装置がＸ− Ｙレコーダーであって、該光検出装置からの該信号が該レコーダーのＹ−軸に印 加され、該真空監視装置からの該信号が該レコーダーのＸ−軸に印加されること を特徴とする装置。
19. １９．少なくとも一つの変形可能な第一の壁と反対が話に配置される第二の変形 可能な壁とを有する密封したプラスチック包装体内の真空の測定に供する装置で あって、該装置が 該包装体の該第一変形可能壁に対して配置される検出器ヘッドと、 シンク右舷と調節バルブ装置とを含む真空装置にして該検出器ヘッドに接続され 、該変形可能壁に制御された真空（制御真空）を印加するための真空装置と、光 源と、 該光検出器に受信される光の量に対応する信号を発生する光検出器と 分岐した光パイプにして、該光パイプの一方の部分が変形該光源から光を受信し て該第一変形可能壁上に該光を指向し、該光パイプの第二部分が該第一変形可能 壁から逆反射した光を受信して該逆反射した光を該光検出器に指向する分岐光パ イプと 該検出器ヘッド内に合って該制御真空が該第一変形可能壁に印加されると該制御 真空を監視すると共に、該制御真空の値に関する信号を与える変換器と、該第二 変形可能壁上に該包装体を一様に支持する、多孔性支持部材を具えた板装置と、 該板装置の該多孔性部材に接続されて該包装体の該第二変形可能壁に基準真空を 印加する別の真空装置にして、該基準真空が少なくとも該変形可能壁に印加され る該制御真空と同程度に大きい真空装置と、該光検出器および該真空変換器から の信号を関連づけて該包装体内の該真空測定値を与える装置とを含むことを特徴 とする装置。
20. ２０．配置装置をさらに具えた請求項１９に記載の装置であって、該配置装置が 固定された支持装置と、 一対の軸動可能なアームにして、該固定された支持装置および該検出器ヘッド間 に接続され、該第一変形可能壁に対して相対的に該検出器ヘッドを配置すること を可能にすることにより該検出器ヘッドの配置期間中、該検出器ヘッドの軸線を 該第一変形可能壁に対して固定された角度に維持するアームと を含むことを特徴とする装置。