JPH1062285A

JPH1062285A - アルミニウム製２ピース缶の内圧検査方法

Info

Publication number: JPH1062285A
Application number: JP22372296A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamada; 隆博山田; Hideo Utsuno; 秀夫宇津野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱殺菌処理により、アルミ缶に永久変
形が生じても、確実に缶内圧を判定できる、缶内圧検査
方法を提供する。【解決手段】缶内が陽圧に保持されたアルミニウム製
２ピース缶の、缶胴部分の固有振動数を測定し、缶内圧
の判定を行う缶内圧検査方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コーヒー、ミルク
ティーなど乳成分を含む飲料のアルミニウム製２ピース
缶であって、加熱殺菌処理を施された缶の内圧を検査す
る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、食品や飲料用の缶は、充填内容物
の変質を防止したり、缶の形状を保持するため、陽圧あ
るいは陰圧の、所定の内圧を有することが必要である。
３ピース構造の鉄製缶は、内容物の無い空缶状態でも、
缶の胴壁強度は強く、缶内容物の品質保全のために脱気
を行うことが可能で、缶の内圧が陰圧に保持されてい
る。

【０００３】一方、飲料用のアルミニウム（合金）製２
ピース缶（オールアルミＤＩ缶、以下、単にアルミ缶と
称する）は、周知の通り、極端に薄肉化されており、鉄
製缶に比して、空缶状態の缶の胴壁強度は弱い。したが
って、缶の変形防止と充填内容物の変質防止のために、
不活性ガスを充填して、缶内圧を陽圧に保持している。
通常、その圧力は、窒素ガス封入によりゲージ圧で0.4
〜1.0kgf/cm²に設定されている。

【０００４】このように陽圧あるいは陰圧の内圧を有す
る缶の場合、缶の製造工程では、缶の品質保証のため、
缶の内圧検査装置が設けられ、缶が所定の内圧を有して
いるか否かが検査される。缶に大きな欠陥がある場合に
は、缶内圧が、短時間で大きく変化するので、缶の製造
工程内で、不良品を検出しやすい。しかし、缶にミクロ
ポアなどの微小な欠陥がある場合、判別可能な程度に、
缶の内圧が抜けるまでにはかなりの時間を要する。この
現象をスローリークと呼び、スローリークを検出するた
めに、通常、数日〜１週間ほど缶を保管した後、出荷前
に再度缶内圧の検査が行われる。

【０００５】この内圧検査方法乃至装置として、従来よ
り、特開昭53−119087号公報、特開昭57−13329 号公
報、特公昭58−37492 号公報、特開平5 −332868号公
報、特開平6 −213748号公報、等が公知である。

【０００６】これらの検査方法は、例えば、特開平5 −
332868号公報に代表的に示されるように、缶の弾性壁面
を電磁石等により加振して、強制的に振動を励起させ、
その際生じる振動波をマイクロホン等により検出する。
次に、このマイクロホンの振動波出力をフーリエ変換し
て複数の振動波成分に分割し、更にノイズによる振動波
成分を除去して缶の弾性壁面に相関する振動波成分のみ
を抽出する。そして、予め求めた周波数と缶内圧との関
係から、この測定振動波の周波数が所望範囲に入ってい
るか否かを判定し、所望範囲外である場合に、内圧不良
と判定するものである。

【０００７】このフーリエ変換による手法によれば、缶
の形状が複雑で、缶の周波数パターンが複雑になり、加
振により得られる振動波出力が、複数の振動数が合成さ
れた周波数パターンとなる場合でも、缶内圧と密接に関
係する限られた特定の周波数成分のみ、取り出すことが
出来る点で有利である。

【０００８】そして、この手法による缶内圧の検査は、
通常、缶の弾性壁面として缶の蓋部または缶の底部を用
いて行われる。その理由は、前記スローリークを検査す
るまでの缶の保管は、内圧検査後に製品出荷できるよ
う、通常の出荷の形態、即ち、ダンボール箱や収納容器
に多数の缶を密に配列して収納することにより行われて
いるからである。この保管形態から、缶の胴部は、収納
ダンボール壁や缶同士の重なり合いによって、閉ざされ
る乃至隠されており、固有振動数測定に必要な空間を確
保できない。したがって、必然的に、缶の面が、検査す
る側に開いている乃至開けやすい缶の蓋部または缶の底
部で検査せざるを得ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ビール缶や
炭酸飲料用の缶などは、多くが、早くから鉄缶からアル
ミ缶に転換されているが、コーヒーやミルクティーなど
の乳成分を含む飲料缶は鉄缶からアルミ缶へ、あまり転
換されていない。その理由の一つは、この乳成分を含む
飲料用アルミ２ピース缶の内圧を、前記従来技術を用い
て測定しても、缶内圧を正確に測定できない場合が生じ
るからである。缶内圧が、迅速かつ正確に測定できない
ことは、直接、缶の生産性の低下に関わる点で、アルミ
缶にとって不利となる。

【００１０】乳成分を含む飲料用アルミ２ピース缶の内
圧を、前記従来技術を用いて測定しても、缶内圧を正確
に測定できない理由は、缶の加熱殺菌処理（レトルト殺
菌処理）による。缶の乳成分を含む飲料缶の場合、他の
飲料缶と違って、乳成分の腐敗を防止するため、内容物
の充填後に加熱殺菌処理が行われる。この加熱殺菌処理
時の加熱により、強度の高い鉄製缶とは違い、アルミ缶
に永久変形が生じ、この永久変形が、缶内圧の測定に影
響を与える。

【００１１】レトルト殺菌処理では、アルミ缶は、通常
１００℃以上の高温に３０分以上保持され、この高温化
で、アルミ缶の内圧は、通常のゲージ圧0.4 〜1.0kgf/c
m²から、7 〜8kgf/cm²程度の内圧へ著しく上昇する。こ
の内圧の上昇により、特にアルミ缶の蓋部分や底部分で
は、数ミクロンのレベルで変形する。この蓋部分や底部
分の変形は、缶の品質自体には何ら悪影響の無いほど僅
かな量ではあるが、缶の胴部の変形量に比較すると、数
十倍程度の大きな変形である。

【００１２】発明者らの知見によれば、この缶の蓋や底
部分の僅か数ミクロン程度の変形がアルミ缶の内圧測定
に重大な影響を及ぼし、アルミ缶内圧を陽圧に保持して
いることと相まって、乳成分を含む飲料のアルミ缶の場
合、缶内圧と、缶の弾性壁面の固有振動数とが必ずしも
対応しないことが生じる。

【００１３】正常内圧缶と、この正常内圧缶にピンポー
ルを設けスローリークを模擬した破圧缶の、各々缶蓋の
周波数を測定分析した結果を図４に示す。図中の実線Ａ
は正常な内圧缶の共振曲線、一点鎖線Ｂは破圧缶の共振
曲線である。同図から、正常内圧缶と破圧缶の各々の一
次ピークａ、ｂを求め、この共振曲線の一次のピーク
（缶蓋の固有振動数）と、缶内圧との関係を整理した結
果を図５に示す。図５において、□印は正常な缶蓋の測
定固有振動数と測定内圧との関係を示し、△印は破圧缶
の缶蓋の測定固有振動数と測定内圧との関係を示す。

【００１４】通常、缶の内圧測定は、缶蓋の固有振動数
を測定し、この測定固有振動数を、予め求めた□印の正
常な缶蓋の測定固有振動数と測定内圧との回帰線に当て
はめ、測定固有振動数が所定の（正常な）内圧0.4 〜1.
0kgf/cm²の範囲に入っているか否かで判定される。しか
し、図５より明らかな通り、△印の破圧缶の場合、破圧
缶の缶蓋の測定固有振動数と破圧前の測定内圧との関係
（回帰線）は、□印の正常な缶蓋の測定固有振動数と測
定内圧との関係（回帰線）と同様に、内圧に比例して増
大する傾向にある。実際に、缶内部の窒素が抜け出て、
内圧が０になっている場合でも、破圧缶の固有振動数
は、1500Hzから2200Hzの間に分布している。

【００１５】これは、加熱処理時にアルミ缶の蓋が変形
して、そのまま永久変形し、缶蓋の固有振動数自体が変
わってしまったからである。図５において、測定固有振
動数が高い場合（約2300Hz以上）あるいは低い場合（約
1900Hz以下）には、缶蓋の変形如何（固有振動数の変
化）に関わらず、正常な内圧の範囲自体（0.4 〜1.0kgf
/cm²）からはずれているために、良否の判定が可能であ
る。しかし、測定固有振動数が1900Hz〜2300Hzの場合、
例えば、破圧缶の缶蓋に、2100Hzの固有振動数が計測さ
れたとしても、その缶が正常の内圧（0.5kgf/cm²）の缶
か、スローリーク初期時の内圧（0.9kgf/cm²）の缶か、
識別判定することができない。

【００１６】同様に、缶底について、正常内圧缶と、こ
の正常内圧缶にピンポールを設けスローリークを模擬し
た破圧缶の、各々缶底の周波数を測定分析した結果を図
６に示す。図中の実線Ａは正常な内圧缶の共振曲線、一
点鎖線Ｂは破圧缶の共振曲線である。同図から、正常内
圧缶と破圧缶の各々の一次ピークａ、ｂを求め、この共
振曲線の一次のピーク（缶底の固有振動数）と、缶内圧
との関係を整理した結果を図７に示す。図５と同じく、
□印は正常な缶底の測定固有振動数と測定内圧との関係
を示し、△印は破圧缶の缶底の測定固有振動数と測定内
圧との関係を示す。図７より明らかな通り、やはり、△
印の破圧缶の缶底の測定固有振動数と測定内圧との関係
（回帰線）は、□印の正常な缶底の測定固有振動数と測
定内圧との関係（回帰線）に一致しない。これは、加熱
処理時に、アルミ缶の蓋と同様に、缶底も変形してその
まま永久変形し、缶底の固有振動数が変わってしまった
からである。したがって、固有振動数が1400Hz〜1500Hz
の範囲で、正常の内圧の缶か、スローリーク初期時の内
圧の缶か、識別判定することができない。

【００１７】前記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、
アルミ缶に、加熱殺菌処理（レトルト殺菌処理）によ
り、缶に永久変形が生じても、確実に、缶内圧を判定で
きる、缶内圧検査方法を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るアルミニウム製２ピース缶の缶内圧
検査方法は、缶内が陽圧に保持された缶の固有振動数を
測定し、該測定固有振動数を、予め求めた缶の固有振動
数と缶内圧との関係と比較し、測定缶の内圧の判定を行
う検査方法において、固有振動数を測定する缶の部位を
缶胴部分とすることである。

【００１９】前記した通り、アルミ缶のレトルト殺菌処
理により、アルミ缶の内圧が、通常の１０倍以上に上昇
し、特にアルミ缶の蓋部分や底部分では、数ミクロンの
レベルで変形する。そして、この缶の蓋や底部分の僅か
数ミクロン程度の変形がアルミ缶の内圧測定に重大な影
響を及ぼす。しかし、本発明者等が知見したところによ
れば、加熱殺菌処理による缶の胴部の変形量は、缶の蓋
や底部分の僅か数十分の１程度であり、この程度の変形
量では、缶の内圧測定に重大な影響を及ぼさず、缶の胴
部の固有振動数を測定することにより、缶内圧の正確な
判定が可能となる。

【００２０】加熱殺菌処理による缶の胴部の変形量が、
缶の蓋や底部分に比して、小さい理由は、缶の胴部と缶
の蓋や底部分とでアルミ合金の材質や形状の違いが影響
しているものと考えられる。通常、この種缶の胴部の耐
圧強度は３０kgf/cm² 程度であるのに対し、缶の蓋や底
部分の耐圧強度は７〜８kgf/cm² 程度である。

【００２１】これら、缶の胴部と缶の蓋や底部分とで耐
圧強度が違い、加熱殺菌処理により缶が永久変形すると
いう事実がありながら、この永久変形により、缶の（蓋
や底部分の）固有振動数が変わり、これが、缶内圧検査
に影響するという知見はなかった。これは、コーヒーや
ミルクティーなどの乳成分を含む飲料缶の、鉄缶からア
ルミ缶への転換がごく最近であり、この乳成分を含む飲
料用アルミ缶に特有の問題が認識されてからの歴史が浅
いことと関連している。また、鉄缶や、乳成分を含む飲
料缶以外の加熱殺菌処理されないアルミ缶（炭酸飲料、
清涼飲料用など）では、このような問題が起こらないこ
とにも起因している。従って、前記缶の保管形態から来
るスローリーク検出のし易さからしても、前記特開平5
−332868号公報などでも、缶の固有振動数測定は、一貫
して缶蓋で行っている。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明において、缶の固有振動数
の測定部位を除いて、固有振動数の測定方法や測定した
固有振動数の処理は、前記特開平5 −332868号公報と、
基本的に同じである。即ち、缶胴部分の固有振動数を測
定し、缶内圧を判定するために、缶胴部分を加振し、そ
の際生じる振動を検出し、周波数分析を行い、固有振動
数を検知して、検知した固有振動数の値により判定す
る。

【００２３】本発明方法に適用する装置の１例を図１に
示す。図１において、２は、アルミニウム製２ピース缶
１の缶胴部分１ａを加振するハンマーであり、３は、缶
胴部分１ａの振動を測定する渦電流式変位計である。渦
電流式変位計３により測定された振動は、高速フーリエ
変換器４により周波数分析され、固有振動数読み取り器
５により、缶胴部分１ａの固有振動数のみが読み取ら
れ、内圧判定器７により、この測定抽出固有振動数と、
データメモリー６からの正常な内圧の時の缶胴部分１ａ
の固有振動数とが比較され、測定固有振動数が正常の内
圧の缶か、破圧缶やスローリーク缶かを識別判断する。

【００２４】缶胴部分の加振は、ハンマー２以外にも、
電磁石など缶胴部分の振動を励起させる手段が適宜用い
られる。また、励起した振動の検出は、渦電流式変位計
３以外にも、前記特開平5 −332868号公報のマイクロホ
ンや、或いはレーザー変位計等のセンサーが適宜用いら
れる。

【００２５】検出された缶胴部分の振動は、特定域の周
波数として周波数（振動数）分析される。この周波数
（振動数）分析には、フーリエ変換器などの周波数分析
器４を用いる。このフーリエ変換による手法によれば、
缶の形状が複雑で、缶の周波数パターンが複雑になり、
加振により得られる振動波出力が、複数の振動数が合成
された周波数パターンとなる場合でも、缶内圧と密接に
関係する限られた特定の周波数成分のみ、取り出すこと
が出来る点で有利である。

【００２６】缶内圧の判定は、前記図４〜７で説明した
ように、予め求めておいた、缶胴部分の固有振動数と缶
内圧との関係から、測定固有振動数が、正常な内圧（0.
4 〜1.0kgf/cm²）の範囲からはずれているか否かを判断
し、正常の内圧の缶か、破圧缶やスローリーク缶かを識
別判断する。

【００２７】本発明方法において、缶胴部分の固有振動
数の測定のタイミングについては、加熱殺菌処理直後で
あっても、スローリーク検査を目的として数日〜数週間
保管後に行っても良く、また飲料缶製造のライン中でも
良く、缶内圧検査の必要性により適宜選択される。

【００２８】

【実施例】図１の装置を用いて、実際のアルミニウム製
２ピース缶の缶内圧を検査した結果を示す。２ピース缶
は、各々、胴部がＡ３００４合金、蓋部がＡ５０５２合
金のアルミニウム合金製ＤＩ缶であり、缶径５５ｍｍ
φ、缶長１３３ｍｍ、容量２５０ｍｌの通称ロングアル
ミ缶（１９０〜２００ｍｌはショート缶）を用いた。充
填内容物はミルク入りコーヒーであり、内圧は窒素によ
り0.7 kgf/cm² とした。また、レトルト殺菌処理は、ア
ルミ缶を、１００℃の温度に加熱、３０分保持して行
い、処理後1 〜2 週間放置した後、内圧を検査した。缶
圧測定時の缶温度は２３℃であった。加振条件は、測定
に必要十分な衝撃加振とし、また、変位センサー信号の
Ｓ／Ｎ比を改善するために、２００Hzのハイパスフィル
ターを周波数分析器１前に挿入した。

【００２９】これらの条件により、正常内圧缶と、この
正常内圧缶にピンポールを設けスローリークを模擬した
破圧缶の、各々缶胴部の周波数を測定分析した結果を、
図２に示す。図中の実線Ａは正常な内圧缶の共振曲線、
一点鎖線Ｂは破圧缶の共振曲線である。同図から、正常
内圧缶では４００Hz付近にａの、破圧缶では２５０Hz付
近にｂの、各々一次のピークが存在しているのが分か
る。

【００３０】同じ方法で、正常内圧缶、破圧缶とも６０
缶を測定し、正常缶と破圧缶の共振曲線の一次のピーク
と、缶内圧との関係を整理した結果を図３に示す。図３
において、□印は正常内圧缶、△印は破圧缶を示す。同
図の結果より、破圧缶の共振曲線の一次のピークは３３
０Hz以下に出現する傾向にあり、正常内圧缶の内圧0.4
〜1.0kgf/cm²の缶の一次のピークは３４０〜４２０Hzの
間に分布している。

【００３１】このことから、缶胴部分の共振曲線の一次
のピークが、３４０〜４２０Hzの間に出現すれば正常内
圧缶で、その内圧自身は図３から推定する。一方、缶胴
部分の共振曲線の一次ピークが３４０Hz以下に出現すれ
ば、スローリーク缶と判定する。なお、正常内圧缶で、
共振曲線の一次ピークが３４０Hz未満および４２０Hzを
越えるものがある（内圧0.4 〜1.0kgf/cm²の範囲をはず
れるものがある）が、これは、窒素充填量や内容物量が
基準外である等の原因により、スローリークとは別に、
缶内圧が不良となったものである。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る缶内
圧検査方法は、アルミ缶に永久変形が生じても、確実に
缶内圧を判定でき、しかも従来の缶内圧測定方法を大幅
に変えること無く判定できる。また、缶内圧が測定しに
くい点で生産性に難点があったコーヒーやミルクティー
などの乳成分を含む飲料缶の、鉄缶からアルミ缶への転
換を促進する意義を持ち、工業上非常に有用な発明であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る缶内圧検査装置の一例を示す説明
図である。

【図２】本発明の実施例に係る、正常内圧缶と破圧缶と
の缶胴部分の共振曲線を示す説明図である。

【図３】本発明の実施例に係る、正常内圧缶と破圧缶と
の缶胴部分の固有振動数と、缶内圧との関係をしめす説
明図である。

【図４】正常内圧缶と破圧缶との缶蓋部分の共振曲線を
示す説明図である。

【図５】正常内圧缶と破圧缶との缶蓋部分の固有振動数
と、缶内圧の関係をしめす、説明図である。

【図６】正常内圧缶と破圧缶との缶底部分の共振曲線を
示す説明図である。

【図７】正常内圧缶と破圧缶との缶底部分の固有振動数
と、缶内圧の関係をしめす、説明図である。

【符号の説明】

１：アルミニウム製２ピース缶、１ａ：缶胴部、２：加
振ハンマー、３：渦電流式変位計、４：高速フーリエ変
換器、５：固有振動数読み取り器、６：データメモリ
ー、７：内圧判定器、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】缶内が陽圧に保持された缶の固有振動数
を測定し、該測定固有振動数を、予め求めた缶の固有振
動数と缶内圧との関係と比較し、測定缶の内圧の判定を
行う検査方法であって、固有振動数を測定する缶の部位
を缶胴部分とすることを特徴とする加熱殺菌処理を施さ
れたアルミニウム製２ピース缶の内圧検査方法。
【請求項２】測定対象の缶が、乳成分を含む飲料缶で
ある請求項１に記載の加熱殺菌処理を施されたアルミニ
ウム製２ピース缶の内圧検査方法。