JP2016223924A - ガス透過測定方法とガス透過測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器のガス透過測定に差圧法の原理を適用して、容器の実態に応じ、かつ、測定結果の再現性がある測定方法を得る。【解決手段】被測定容器のガス透過量を測定するガス透過測定方法において、以下のイからホの工程からなるガス透過測定方法である。イ．測定室２１の内部に被測定容器２を位置付けることにより、被測定容器の内部空間と、測定室の内壁と被測定容器の外壁に囲まれる室内空間の一方空間を減圧隔室６とし、他方空間を常圧隔室７とする工程、ロ．減圧隔室に粒状物１１を充填する工程であり、粒状物は被測定容器内と被測定容器外の圧力差から生じる被測定容器壁面を変形させる力に抗して被測定容器を変形から保護するものである、ハ．常圧隔室７に試験ガス２４を位置付ける工程、ニ．減圧隔室６の圧力を減じる工程、ホ．ハの工程とニの工程を行った後に、被測定容器の壁面を透過して常圧隔室から減圧隔室に至った試験ガスを測定する工程【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチックなどを材料とする容器について、そのガス透過度を測定する方法と装置に関するものである。

従来、プラスチック材料からなるフィルム及びシートについて、そのガス透過度を試験する方法として、等圧法と差圧法が知られている（例えば特許文献１参照）。

フィルムの等圧法によるガス透過度試験方法は、試験片をＡとＢの二つのチャンバ間に配置し、チャンバＡに試験ガスを供給し、チャンバＢにキャリアガスを流す。試験ガスは試験片を透過してチャンバＢのキャリアガス中に移動し、キャリアガスによってセンサに運ばれ、センサで計測される。

フィルムの差圧法によるガス透過度試験方法は、試験片をＡとＢの二つのチャンバ間に配置し、チャンバＢを真空排気して、チャンバＡに試験ガスを導入する。試験ガスは試験片を透過してチャンバＢに移行する。試験片を透過した試験ガスの量は、チャンバＢ中の試験ガス量の計測又はチャンバＢの圧力上昇の計測で知る。

また、従来、流動体（マヨネーズ、ケチャップなど）や液体飲料（緑茶、ジュースなど）の容器について、ガス透過測定が行われている。その測定方法は被測定容器を試験ガス雰囲気中に配置し、被測定容器の出入口からキャリアガスを流入させる。そして被測定容器内に透過した試験ガスをキャリアガスの流れに乗せてセンサに導き、試験ガスをセンサで計測する方法である。当該測定方法にあって試験ガスとキャリアガスの圧力が等しいので、本明細書において当該測定方法を仮に容器等圧法と称する。

容器等圧法ではキャリアガス中の試験ガス量を計測する。計測可能な試験ガス下限値は、キャリアガスの流量とセンサの感度により定まる。キャリアガス流量の実用上の最小値は略数ｍｌ／ｍｉｎであり、キャリアガス流量を小さくして計測下限値を小さくするには限度がある。センサの感度を上げると装置が高価になる。

一方、上述のようにフィルム及びシートのガス透過度測定方法として差圧法がある。フィルム及びシートにあって、差圧法と等圧法の両測定方法に同一検出器を使用すると、等圧法に比較して差圧法はより一層試験ガス透過が少ない試料の測定値を求めることができる。すなわち、ガス透過測定における最少検出能力が向上する。

しかし、容器の測定にフィルムなどにおける差圧法の原理を適用するならば、容器の内部を真空にする操作が必要不可欠であり、この結果容器が変形し、容器の実態に応じたガス透過を求めることが困難で、再現性ある測定結果を得ることが困難である。特にポリエチレンなどを材料とした容器であって、容器外部から内容物を容器ごと圧搾可能な容器にあっては、容器内外の圧力差に起因する容器の変形が激しく、正確なガス透過測定と再現性ある測定結果を得ることが困難である。

実用新案登録第３０９６６０９号公報

本発明が解決しようとする課題は、容器のガス透過測定にあってフィルムなどの差圧法の原理を適用して、容器の実態（側壁、底面、出入口部の厚さがそれぞれ異なるなど単一容器全体としての性能）に応じた、かつ、測定結果の再現性があるガス透過測定方法と測定装置を得ることにある。

本発明のその他の課題は、本発明の説明により明らかになる。

以下に課題を解決するための手段を述べる。理解を容易にするために、本発明の実施態様に対応する符号を付けて説明するが、本発明は当該実施態様に限定されるものではない。

本発明の一の態様にかかるガス透過測定方法は、被測定容器のガス透過量を測定するガス透過測定方法において、以下の工程からなる。
イ．測定室(21)の内部に被測定容器(2)を位置付けることにより、被測定容器の内部空間と、測定室の内壁と被測定容器の外壁に囲まれる室内空間の一方空間を減圧隔室(6)とし、他方空間を常圧隔室(7)とする工程
ロ．減圧隔室に粒状物(11)を充填する工程であり、粒状物は被測定容器内と被測定容器外の圧力差から生じる被測定容器壁面を変形させる力に抗して被測定容器を変形から保護するものである、
ハ．常圧隔室に試験ガス(24)を位置付ける工程
ニ．減圧隔室の圧力を減じる工程
ホ．ハの工程とニの工程を行った後に、被測定容器の壁面を透過して常圧隔室から減圧隔室に至った試験ガスを測定する工程

本発明の好ましい実施態様にあって、被測定容器の内部空間が減圧隔室であってもよい。

本発明のその他の好ましい実施態様にあって、粒状物は、その粒子の外接球の直径が０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であってもよく、その形状が球形であってもよく、また、粒状物は、金属からなるものであってもよい。

本発明の他の態様にかかる被測定容器のガス透過測定装置は、被測定容器のガス透過量を測定するガス透過測定装置において、
測定室(21)、粒状物(11)、真空ポンプ(31)、試験ガス(24)とガス検出器(32)からなり、
測定室の内部に被測定容器(2)が位置付けられ、
被測定容器の内部空間と、測定室の内壁と被測定容器の外壁に囲まれる空間の一方空間が減圧隔室(6)であり、他方空間が常圧隔室(7)であって、
減圧隔室に粒状物が充填され、粒状物は被測定容器内と被測定容器外の圧力差から生じる被測定容器壁面を変形させる力に抗して被測定容器を変形から保護し、
真空ポンプは減圧隔室と接続、切断され、
常圧隔室に試験ガスが位置付けられ、
減圧隔室の圧力が減じられ、常圧隔室から被測定容器の壁面を透過して減圧隔室に移行する試験ガスをガス検出器で測定するものである。

本発明の好ましい実施態様にあって、被測定容器の内部空間が減圧隔室であってもよい。

本発明のその他の好ましい実施態様にあって、粒状物は、その粒子の外接球の直径が０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であってもよく、その形状が球形であってもよく、また、粒状物は、金属からなるものであってもよい。

以上説明した本発明、本発明の好ましい実施態様、これらに含まれる構成要素は可能な限り組み合わせて実施することができる。

本発明にかかるガス透過測定方法は、他の発明を特定する工程とあわせて、減圧隔室に粒状物を充てんする工程を含んでいるので、当該工程の後に減圧隔室の圧力を減じても被測定容器の変形が生じない。このため、被測定容器の底面部分、側壁部分、出入口取付け部分と出入口部分などを含んだ被測定容器全体を透過するガス透過測定を行うことが出来て、容器全体としてのガス透過を評価できる測定値が得られる利点がある。また、被測定容器の変形が生じないので、測定値は再現性が良く、信頼性の高いガス透過測定方法である。さらに、フィルム等の差圧法によるガス透過測定と同じく、検出器の検知能力を十分に活用する測定方法という利点がある。

本発明にかかるガス透過測定装置は、他の発明を特定する事項とあわせて、減圧隔室に粒状物が充てんされているので、減圧隔室の圧力が減少しても被測定容器の変形が生じない。このため、被測定容器の底面部分、側壁部分、出入口取付け部分と出入口部分などを含んだ被測定容器全体を透過するガス透過測定を行うことが出来て、容器全体としてのガス透過を評価できる測定値が得られる利点がある。また、被測定容器の変形が生じないので、測定値は再現性が良く、信頼性の高い計測値が得られるガス透過測定装置である。さらに、フィルム等の差圧法によるガス透過測定装置と同じく、検出器の検知能力を十分に活用する測定装置という利点がある。

図１は、ガス透過測定装置１の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例にかかる容器のガス透過測定方法と容器のガス透過測定装置をさらに説明する。本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするため、一部の構成要素を誇張して表すなど模式的に表しているものがある。このため、構成要素間の寸法や比率などは実物と異なっている場合がある。また、本発明の実施例に記載した部材や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載のない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、ガス透過測定装置１の説明図である。

測定室２１の内部に被測定容器２が位置付けられている。被測定容器２の出入口に密封栓１２を取り付けている。密封栓１２は、被測定容器２の内部が真空になっても、被測定容器２の内部減圧状態が保持される性質を備えた栓である。また、密封栓１２は、被測定容器２の内部が真空になっても、被測定容器２の内部減圧状態が保持されるように被測定容器に取り付ける。

密閉栓１２には、長パイプ１７と短パイプ１８が貫通している。長パイプ１７は接続器兼水注入口１６を介在して真空引きパイプ１３と接続されている。短パイプ１８の端部に開閉弁１５が付いている。ガス透過測定中、開閉弁１５は閉じている。

本発明と本明細書にあって、真空とは、差圧法の測定原理を使用したガス透過度測定を行うにあたって必要な低圧力状態を意味するものである。

ここで、差圧法の測定原理とは、被測定対象を挟んで、一方を大気圧の隔室、他方を減圧の隔室とし、大気圧の隔室中に位置付けた試験ガスを、被測定対象を透過し減圧の隔室に移行させ、当該移行した試験ガスを計測する透過測定をいう。真空又は減圧の値は、被測定対象の試験ガス透過度に応じて適宜に定まる値である。真空又は減圧の値の一例を挙げると、１Ｐａ（パスカル）〜１００Ｐａである。

真空引きパイプ１３は長パイプ１７と接続されて、被測定容器２の内部空間５と導通している。長パイプ１７は、測定室２１の壁面を通過して測定室２１の外部に至り、真空引きパイプ１３とつながり、第一バルブ４１、計量パイプ１４、第二バルブ４２を経由して真空ポンプ３１につながっている。

真空ポンプの一例は、油拡散ポンプである。

図１に図示したガス透過測定装置１はガス検出器であるガスクロマトグラフ３２を具備している。ガスクロマトグラフに関する流路系は、キャリアガスボンベ３３、第三バルブ４３、第二流路４７と第四バルブ４４からなる。第三バルブ４３は第一流路４６を経由して第一バルブ４１につながっている。第四バルブ４４は第三流路４８を経由して第二バルブ４２につながっている。

第一バルブ４１、第二バルブ４２、第三バルブ４３と第四バルブ４４を操作して、計量パイプ１４がガスクロマトグラフに関する流路系に接続され、また、切断される。

被測定容器２は、特に制限なくどのような容器であっても測定可能である。好ましい被測定容器を例示すると、容器外部から内容物を容器ごと圧搾可能な容器、空容器をつぶしやすくデザインしたＰＥＴボトル、液体飲料用ＰＥＴボトル、液体や流動体の小分け用ボトルなどが挙げられる。また、容器本体に対して出入り口部分を絞り込んだ形状の被測定容器が好ましい。密閉栓１２の取り付けが容易だからであり、また、密閉栓自体の設計製造も容易だからである。被測定容器として好ましい容器の材料を例示すると、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン、これらの多層構造物、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などである。

被測定容器１２の内部空間５に粒状物１１が充てんされている。粒状物１１は、被測定容器１２の外部と内部の圧力差によって被測定容器の壁面を変形させる力に対抗して、被測定容器の壁面を変形から保護する役割を担う。

粒状物１１の役割を、図示したガス透過装置１で具体的に例示する。被測定容器１２は５００ｍｌの飲料水が充てんされ、容器と飲料水が一体として市販されているＰＥＴボトルである。被測定容器１２が空であって、被測定容器１２の外部が大気圧に保持されていて、被測定容器１２の内部空間が減圧されると、外部と内部の圧力差により被測定容器１２の壁面が外部から内部へ向かう方向に力を受け、被測定容器１２が押しつぶされる。

被測定容器１２の内壁３は、多数の点で粒状物１１と接触し、同時に粒状物１１は個々の粒状体が各々接触し、圧力差により生じる壁面を変形させる力に対抗する。そのため粒状物を充てんした被測定容器１２は、内部空間を減圧しても、被測定容器が押しつぶされることが無い。

加えて、粒状物１１は被測定容器の内壁３と点または微小面積で接触する。このため、試験ガスの被測定容器の壁面透過は、粒状物１１の有無に影響されない。粒状物１１は試験ガスを吸収しない粒状物を使用する。そして、粒状物１１は剛性に富むものとする。被測定容器の壁面を変形から保護する役割を担うためである。

本発明と本明細書において、被測定容器の壁面とは、被測定容器の底面部分、側壁部分、出入口取付け部分と出入口部分などを含んだ被測定容器全体を構成する面を意味する。また、内壁とは壁面の内面を意味する。

粒状物１１は、金属、ガラスから成ることが好ましい。また、合成樹脂製、木製、セラミック製の粒状物に金属で被覆した粒状物も好ましい。これらは、試験ガスを吸収しないからである。金属は、単一元素からなる金属であってもよく、合金であってもよい。単一元素からなる金属は、アルミニウム、ニッケル、金、銀、白金、銅、鉄などが挙げられる。合金である金属は、鋼、ステンレス（例えばＳＵＡ３０４、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４３０等）、真鍮、白銅などが挙げられる。ガラスは、ソーダガラス、硼珪酸ガラス、サファイアガラスなどが挙げられる。

粒状物の形状は、球、楕円球、正多角形、多角形、不定形などである。これらの中で球形が好ましい。被測定容器内壁と点で接するからである。

粒状物の大きさは、その外接球の半径が、通常０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。この大きさ範囲の中で、被測定容器の容量、壁面の厚さ、材質、出入口の寸法等を勘案して試行錯誤により定めればよい。

例えば、飲料液体（水、ソフトドリンク、緑茶、紅茶、調味液等）のＰＥＴ容器でその容量が１００ｍｌ〜２０００ｍｌ、断面円形で半径６ｍｍ〜１５ｍｍの出入口を有する被測定容器の場合、粒状物の外接球の半径が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。

測定室２１の室内空間２３に試験ガス２４を満たす。室内空間２３は、測定室内壁２２と被測定容器外壁４と密封栓の外壁面に囲まれる空間である。測定室２１は試験ガス流入口２５と試験ガス流出口２６を有する。試験ガス流入口２５から試験ガス２４を室内空間２３に一定時間流し続ければ、室内空間２３に試験ガス２４が満たされる。あるいは、被測定容器２の内部空間５を減圧し、ガス透過試験の期間中、常時又は断続的に試験ガス流入口から試験ガス２４を流し続けてもよい。

試験ガス２４は例えば、酸素ガス、水蒸気、二酸化炭素ガス、窒素ガスである。

図１に図示するガス透過測定装置１にあって、室内空間２３が常圧隔室７であり試験ガスが満たされる。また、常圧隔室７は大気圧に保持される。

一方、第一バルブ４１、第二バルブ４２を操作して、被測定容器２の内部空間５、長パイプ１７、真空引きパイプ１３、計量パイプ１４を真空ポンプ３１に接続し、内部空間５、長パイプ１７、真空引きパイプ１３、第一バルブ４１、計量パイプ１４と第二バルブ４２を真空引きする。所定の真空値に達すれば第二バルブ４２を操作して、内部空間５から計量パイプ１４までの系路と真空ポンプ３１を切り離す。ガス透過測定装置１にあって内部空間５は減圧隔室６である。

常圧隔室に試験ガスを位置付ける工程と減圧隔室の圧力を減じる工程は、前後を逆にしてもよく、両者を同時並行して行ってもよい。被測定容器が試験ガスを比較的多く透過する場合には、減圧の工程を先にして、試験ガス位置付けの工程を後にすればよい。

この状態で一定時間保持する。試験ガスが被測定容器壁内を透過して内部空間５に至り、内部空間５から計量パイプ１４までの系路中で試験ガスの濃度が一定になる。一定時間は、例えば、数分間〜数日間である。

次に第一バルブ４１、第二バルブ４２、第三バルブ４３と第四バルブ４４を操作して計量パイプ１４をガスクロマトグラフ系の流路に接続する。これによりキャリアガスがボンベ３３から第一流路４６を通り、計量パイプ１４に至り、計量パイプ１４内に存在した試験ガスと共に第三流路４８を通りガスクロマトグラフ３２に導入される。導入された試験ガスはガスクロマトグラフ３２で定量される。

ガス検出器はガスクロマトグラフに限られず、試験ガスに応じた個別ガス濃度計（酸素ガス濃度計、二酸化炭素ガス濃度計など）であってもよい。ガスクロマトグラフが好ましい。一般に最小検出濃度が小さいこと、異なる試験ガスに対応可能なこと、多成分のガスが同時に測定できることなどの理由からである。

被測定容器の内部空間体積（粒状物の体積を除いた体積）は別に求める。例えば、被測定容器に粒状物を充填した状態で、内部空間に水を満たし、被測定容器全体の重さを計量し、水を入れない粒状物を含む被測定容器の重さとの差を求めて、体積を算出すればよい。

具体的には、接続器兼水注入口１６を取り外して被測定容器２と真空引きパイプ１３を切り離し、開閉弁１５を開にして、接続器兼水注入口１６から被測定容器２の内部空間に水を満たして、被測定容器全体の重さを計量すればよい。

測定室内の減圧隔室と常圧隔室は逆であってもよい。すなわち、被測定容器の内部空間を常圧隔室とし、測定室内壁と被測定容器外壁などに囲まれる室内空間を減圧隔室としてもよい。常圧隔室内に試験ガスが位置付けられ、減圧隔室に粒状物が充てんされ、減圧される。

以上本発明にかかる一実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成例はこの一実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても本発明に含まれる。

１ ガス透過測定装置
２ 被測定容器
３ 被測定容器内壁
４ 被測定容器外壁
５ 内部空間
６ 減圧隔室
７ 常圧隔室
１１ 粒状物
１２ 密封栓
１３ 真空引きパイプ
１４ 計量パイプ
１５ 開閉弁
１６ 接続器兼水注入口
１７ 長パイプ
１８ 短パイプ
２１ 測定室
２２ 測定室内壁
２３ 室内空間
２４ 試験ガス
２５ 試験ガス流入口
２６ 試験ガス流出口
３１ 真空ポンプ
３２ ガス検出器であるガスクロマトグラフ
３３ キャリアガスボンベ
３４ データ処理装置
４１ 第一バルブ
４２ 第二バルブ
４３ 第三バルブ
４４ 第四バルブ
４６ 第一流路
４７ 第二流路
４８ 第三流路

Claims (10)

1. 被測定容器のガス透過量を測定するガス透過測定方法において、以下の工程からなるガス透過測定方法。
   イ．測定室の内部に被測定容器を位置付けることにより、被測定容器の内部空間と、測定室の内壁と被測定容器の外壁に囲まれる室内空間の一方空間を減圧隔室とし、他方空間を常圧隔室とする工程
   ロ．減圧隔室に粒状物を充填する工程であり、粒状物は被測定容器内と被測定容器外の圧力差から生じる被測定容器壁面を変形させる力に抗して被測定容器を変形から保護するものである、
   ハ．常圧隔室に試験ガスを位置付ける工程
   ニ．減圧隔室の圧力を減じる工程
   ホ．ハの工程とニの工程を行った後に、被測定容器の壁面を透過して常圧隔室から減圧隔室に至った試験ガスを測定する工程
2. 被測定容器の内部空間が減圧隔室である請求項１に記載したガス透過測定方法。
3. 粒状物は、その粒子の外接球の直径が０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載したガス透過測定方法。
4. 粒状物は球形である請求項１乃至３いずれかに記載したガス透過測定方法。
5. 粒状物は、金属からなる請求項１乃至４いずれかに記載したガス透過測定方法。
6. 被測定容器のガス透過量を測定するガス透過測定装置において、
   測定室、粒状物、真空ポンプ、試験ガスとガス検出器からなり、
   測定室の内部に被測定容器が位置付けられ、
   被測定容器の内部空間と、測定室の内壁と被測定容器の外壁に囲まれる空間の一方空間が減圧隔室であり、他方空間が常圧隔室であって、
   減圧隔室に粒状物が充填され、粒状物は被測定容器内と被測定容器外の圧力差から生じる被測定容器壁面を変形させる力に抗して被測定容器を変形から保護し、
   真空ポンプは減圧隔室と接続、切断され、
   常圧隔室に試験ガスが位置付けられ、
   減圧隔室の圧力が減じられ、常圧隔室から被測定容器の壁面を透過して減圧隔室に移行する試験ガスをガス検出器で測定する被測定容器のガス透過測定装置。
7. 被測定容器の内部空間が減圧隔室である請求項６に記載したガス透過測定装置。
8. 粒状物は、その粒子の外接球の直径が０．０５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である請求項６又は請求項７に記載したガス透過測定装置。
9. 粒状物は球形である請求項６乃至８いずれかに記載したガス透過測定装置。
10. 粒状物は、金属からなる請求項６乃至９いずれかに記載したガス透過測定装置。

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