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JP6931515B2 - パッケージ密封システムに使用されるモジュール式超音波装置 - Google Patents

パッケージ密封システムに使用されるモジュール式超音波装置 Download PDF

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JP6931515B2 JP2019506344A JP2019506344A JP6931515B2 JP 6931515 B2 JP6931515 B2 JP 6931515B2 JP 2019506344 A JP2019506344 A JP 2019506344A JP 2019506344 A JP2019506344 A JP 2019506344A JP 6931515 B2 JP6931515 B2 JP 6931515B2
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Description

本出願は、「Modular Ultrasonic Device for Use in Package Sealing Systems(パッケージ密封システムに使用されるモジュール式超音波装置)」と題する、2016年4月18日付で出願された米国特許仮出願第62/324,061号に対して優先権を主張する。また、当該特許仮出願の開示は、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものであり、本米国特許出願の一部をなすものである。
本発明は、消費者向け包装品に使用される袋および容器を密封するシステム、装置、および方法に関し、より具体的には、食品およびその他の物品の収容に用いられるパッケージを製造および/またはアセンブリするための超音波システム、モジュール式装置、および方法に関する。
消費者向け包装品業界では、通常、熱活性化シーラント層で被膜された薄いフィルム材とともに、抵抗加熱される加熱型顎部を備えたシステムを利用して多様な食品の収容に用いられるパッケージの密封を行っている。熱シール技術は通常、2〜12インチ幅のパッケージに対して利用され、また、生鮮食品の密封保全性を良好に保つために利用されており、気体漏出率を低下させるために熱シール領域が大きめになっている。しかしながら、このような大きな熱シール領域を設けたとしても依然として気体漏出が高い割合で起こることが分かっている。また、熱シール領域を大きく設けることによってより材料費が高くなり、気体漏出が高い割合で起こることによってこのようなタイプのパッケージに収容される製品の保存期間が短くなってしまう。さらに、現在利用されている熱シールシステムおよび方法では、シール領域に極めて少量でも食品またはその他の製品が侵入した場合、効率的に完全な密閉を行うことができない。この問題により、工場での廃棄製品の割合が高くなり、腐敗した製品または使用不可能な製品を消費者に配送する可能性が高まる結果となる。
消費者向け包装品に対して超音波シール技術を導入する試みが以前から行われてきたが、包装品業界ではこの技術はほとんど、あるいは全く採用されていなかった。現在の超音波シール技術では、大量生産において、12インチを超える幅を有する薄いフィルムまたは厚いフィルムを密封するのに利用できる解決手段を提供していない。、超音波シール法としては、単一のトランスデューサを用いて限られた幅(例えば、8インチ)のパッケージを密封することができるものが利用可能だが、より幅広の密封ついては複数のトランスデューサを利用することによってのみ達成可能である。密封システムの利用者の大多数は、器具の取り換えを行なうことなく、2〜12インチ(または、より大きい幅)のシール幅を作製する柔軟性を必要とする。したがって、より大きな幅を有する非漏出性のシール領域を効率的に作製する一方で、材料およびコスト節約のために、シール領域を全体的に減少させるパッケージ密封技術が現在必要とされている。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある(国際出願日以降国際段階で引用された文献を含む)。
(先行技術文献)
(特許文献)
(特許文献1) 米国特許第4,517,790号明細書
(特許文献2) 独国特許発明第19735195号明細書
(特許文献3) 欧州特許出願公開第2921283号明細書
(特許文献4) 米国特許出願公開第2012/0111475号明細書
(特許文献5) 米国特許第3,308,003号明細書
(特許文献6) 米国特許第6,502,372号明細書
(特許文献7) 国際公開第1997/31824号
(特許文献8) 米国特許第4,947,621号明細書
(特許文献9) 米国特許出願公開第2012/073762号明細書
以下、本発明の特定の例示的な実施形態の要旨について説明する。本要旨は、外延的概要ではなく、また、本発明の重要な観点または要素を特定すること、若しくは本発明の範囲について規定することを意図するものではない。
本発明の一観点によれば、パッケージを密封するために使用されるシステムが提供される。前記システムは、超音波シールモジュールであって、移動自在な前方顎部(front jaw)と、前記前方顎部の内部に配置された細長いソノトロード(sonotrode)であって、細長いシール面を含み、当該シール面の幅は少なくとも12インチ(30.48cm)である、前記ソノトロードと、移動自在な後方顎部(rear jaw)と、前記ソノトロードと対向する前記後方顎部に取付けられたアンビルであって、前記ソノトロードと機械的に協動してパッケージを密封するものである、前記アンビルとを含むものである、前記超音波シールモジュールと、前記超音波シールモジュールが取付けられるパッケージ密封装置とを含む。
本発明の別の観点によれば、パッケージ密封システムに使用される第1の超音波モジュールが提供される。この超音波モジュールは、移動自在な前方顎部と、前記前方顎部の内部に配置された細長いソノトロードであって、細長いシール面を含み、当該シール面の幅は少なくとも12インチ(30.48cm)である、前記ソノトロードと、移動自在な後方顎部と、前記ソノトロードと対向する前記後方顎部に取付けられたアンビルであって、前記ソノトロードと機械的に協動してパッケージを密封するものである、前記アンビルとを含む。
本発明のさらなる別の観点によれば、パッケージ密封システムに使用される第2の超音波モジュールが提供される。この超音波モジュールは、移動自在な前方顎部と、前記前方顎部の内部に配置された細長いソノトロードであって、細長いシール面を含み、当該シール面の幅は少なくとも12インチ(30.48cm)である、前記ソノトロードと、移動自在な後方顎部と、前記ソノトロードと対向する前記後方顎部に取付けられたアンビルであって、前記ソノトロードと機械的に協動してパッケージを密封するものである、前記アンビルと、前記ソノトロードに対して所定量の超音波エネルギーを提供する単一の超音波トランスデューサと、前記前方顎部に連結され、前記後方顎部がスライド自在に取付けられた第1および第2のガイドシャフトとを含む。
当業者であれば、以下の例示的な実施形態の詳細説明を読んで理解することで本発明の追加的構成および観点が自明になると考えられる。当業者であれば理解するように、本発明の要旨および範囲から逸脱することなく、本発明のさらなる実施形態が可能である。したがって、図面および図面に関する説明は、例示的であり、非限定的なものと見なされる。
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の1若しくはそれ以上の例示的な実施形態を概略的に示すものであり、上記の概説および以下の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明することを目的とする。
図1は、本発明の例示的な1実施形態による超音波シールモジュールの斜視図である。 図2は、図1の超音波シールモジュールの分解斜視図である。 図3は、図1のモジュール式パッケージ超音波シール装置の上面図である。 図4は、図1のモジュール式パッケージ超音波シール装置の側面図である。
上記図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明する。発明の詳細な説明においては、参照番号を用いて様々な構成要素および構造について言及する。以下の詳細な説明は、具体的な説明のために特定事項を多数含むが、当業者であれば、以下の詳細事項に対する多数の変更形態および代替形態が本発明の範囲内であることを理解すると考えられる。したがって、本発明の以下の実施形態によって特許請求の範囲に記載する発明の一般性が失われることはなく、また、限定されるものではない。
本発明は、パッケージ等を密封するシステム、装置、および方法に関し、より具体的には、パッケージを超音波によって密封するために用いられるモジュール式装置または機器に関する。このような装置または機器においては、(従来のシステムおよび装置と比べると)より幅の大きいシール部分が作製される一方、シール部分の全表面積は減少し、また気体漏出も低下する。熱シールと比べると、超音波シールは、熱シールの強度と同等か、若しくはその強度を超える強度を有し、また、シール部分のサイズが著しく減少することによって気体漏出率が低下する。シール部分のサイズが減少することにより、パッケージ全体のサイズを減少することが可能となり、それによって材料費が削減される。また、気体漏出率が低下することにより、生鮮食品の保存期間が改善および延長される。本発明は、様々な既存の袋密封システムおよび新規に設計された袋密封システムとともに利用可能なモジュール式超音波袋シール機器または装置を提供する。
図1〜4は、本発明の例示的な1実施形態による超音波シールモジュールを図示する。本装置は量産環境で使用することを意図しているが、他の環境でも使用することが可能であり、また、広範囲の厚さおよび幅のフィルムを密封することができる。本図面において示す装置または機器は、一般的な往復式熱シール製袋機に後付けするか、若しくは新規の製袋機の構造に組み込むことができる。本発明は、縦型製袋充填機(vertical form fill seal equipment:VFFS)または横型製袋充填機(horizontal form fill seal equipment:HFFS)に使用することを意図しているが、実質的に任意のタイプの包装装置に適用または採用可能である。本発明は、そのモジュール態様により、商業的に利用可能な製袋システムの既存のエンドシール用機械運動システムに連結することが可能である。本発明の超音波シールモジュールに含まれる機械的セルフレベリング(self−leveling)機能により、実装後必要に応じて超音波シールモジュールを調整することが可能となる。例示的な実施形態において、本発明は、電源、トランスデューサ、およびブースタを含む既製の超音波コンポーネントを利用する。本発明の超音波シールモジュールは、また、ソノトロードと、独自設計されたアンビルと、機械的な支持システムとを含む。超音波ソノトロードのホーンは、12インチ(30.48cm)(またはそれよりも大きい)幅であってよく、また単一の超音波トランスデューサによって通電される。それにより、器具の取り換えを行なう必要なく、様々なサイズ(例えば、6インチ、8インチ、および12インチ)のパッケージの密封が容易になる。従来のシステムおよび装置と比べると、本発明を用いることによってはるかに幅広のシール部分を作製することができる。
再び図面を参照すると、図1〜4は、例示的な超音波シールモジュールの様々な代替図を示しており、この超音波シールモジュールは、第1のシール部材または「前方顎部」20と、第2のシール部材または「後方顎部」30と、前方取付板40と、後方取付板50と、第1の第1のガイドシャフト60と、第2のガイドシャフト70とを含む。例示的な超音波ホーンまたはソノトロード100は細長いシール面102を含む。ソノトロード100は取付フレーム200の内部に固定されており、さらに、この取付フレーム200にスタック取付部材300および超音波トランスデューサ400が取付けられている。超音波トランスデューサ400は、超音波シールモジュールの動作中にソノトロード100に対して所定量の超音波エネルギーを提供する。後方顎部30はアンビル500を含み、フレーム600に取付けられている。また、フレーム600は、第1のガイドシャフト60と第2のガイドシャフト70にスライド自在に取付けられている。ソノトロード100は前方顎部20の内部に配置され、超音波シールモジュールの動作中に後方顎部30上のアンビル500と協動してパッケージを密封する。
本発明のモジュール式パッケージ超音波シール装置は、器具の取り換えを行なう必要なく、2インチ未満の幅および12インチを超える幅の超音波シールを作製することができる。パッケージの幅または材料の厚さが変化しても器具を取り換える必要はない。本発明により、スナックパッケージの製造業界で通常使われている薄いフィルムを含むパッケージや、消費者製品、若しくは果物・野菜、鳥肉、または乳製品などの食品や消費者製品を包装するために利用されるより厚いフィルムを含むパッケージを密封することができる。本発明により作製された超音波シールは、熱シールと比べるとサイズがより小さいため、必要とされるパッケージ材料の量を削減することが可能となる。また、本発明の超音波による密封工程では、最小限の量のスナック製品(例えば、チップス、塩、脂など)を完全に密封する上で改善がもたらされ、工場での工程中に出る廃棄製品が減少し、腐敗した製品または悪くなった製品が消費者に配送されるのを防ぐ、若しくはそのような可能性を減少させる。また、スナック製品を完全に密封する改善された能力により、パッケージの上部空間を縮小させることが可能となり、これによってさらに、使用する材料全体が削減される。本発明により作製された超音波シールは、量産環境(例えば、数100万個のパッケージの密封)において試験されてきており、従来の熱シールと比べると気体(例えば、空気)漏出率がより低いことが証明されている。気体移動速度がより遅くなる結果、製品の保存期間がより長くなる。
本発明の別の利点は、上記装置の超音波顎部を支持するモジュール式の機械的構造を含む。この態様により、製袋機の装置への後付け、または新規の製袋機の構造への組み込みが容易になり、また、既存の製袋機のモーションシステムに取付けられる機械的構造が提供されるため、付属モータまたはその他の運動装置を必要としない。本発明は、(i)超音波コンポーネントを損傷することなく高生産率で薄いフィルムを密封することができるシステム、(ii)セルフレベリングに対し軽微な補正を提供する、バネアセンブリまたは空気圧アセンブリなどの付勢部材および/または付勢アセンブリ22、24(図2を参照)を含む二重強度(dual force)システム、および(iii)ソノトロードと、アンビルの溶接面の互いに平行な配置を可能とする機械的整合機能、を提供する。上記構成により、薄いフィルムの密封に用いられるソノトロードおよびアンビルのシール面を幅広のシール面に亘って一様の高さにする上で必要な微調整が可能となる。
本発明のさらなる利点は、チョコレートまたは同様の物質を含む製品を包装する上での有用性である。このような製品に対して使用されている現在の包装システムおよび方法では、「コールドシール(cold seal)」法が利用されており、この方法では、ゴムセメントと類似した感圧接着剤がパッケージのシール面に塗布され、次にシール面が互いに圧着される。本発明において用いられる超音波シール技術ではシール領域に高熱が生成されないため、チョコレートを含有する製品パッケージにおけるコールドシールの代替として使用することができ、それにより、パッケージのコストが大幅に削減される。本発明の他の用途と同様に、シール領域も減少することができるため、パッケージ材料および材料費の削減に寄与するものである。
本発明を例示的な実施形態の記載によって説明し、かつ実施形態についてある程度詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲をそのような詳細事項に減縮または限定することを決して意図したものではない。当業者であれば、追加の利点および変更形態を容易に想到すると考えられる。したがって、本発明のより広い観点は、本明細書で図示および記載したいかなる特定の詳細事項、代表的な装置および方法、および/または例示的な実施例に限定されるものではない。したがって、本発明の進歩性を有する概念の要旨および範囲を逸脱することなく、このような詳細事項からの逸脱が可能である。

Claims (2)

  1. パッケージ密封システムに使用される超音波モジュールであって、
    (a)移動自在な前方顎部と、
    (b)前記前方顎部の内部に配置された細長いソノトロードであって、当該ソノトロードの幅方向に延びる細長いシール面を含み、当該シール面の幅は少なくとも12インチ(30.48cm)である、前記ソノトロードと、
    (c)移動自在な後方顎部と、
    (d)前記ソノトロードと対向する前記後方顎部に取付けられたアンビルであって、前記ソノトロードの前記細長いシール面に対応する細長い形状を有し、前記ソノトロードと機械的に協動してパッケージを密封するものである、前記アンビルと
    を有し、この超音波モジュールは、さらに、
    前記前方顎部に連結され、前記後方顎部がスライド自在に取付けられた第1および第2のガイドシャフトと、
    前記前方顎部および前記ソノトロードがスライド自在に取付けられた支持フレームと、
    当該超音波ジュールに対してセルフレベリング特性を提供する二重強度システムであって、前記前方顎部と前記支持フレームとの間に配置されかつ前記ソノトロードのいずれかの側部上に配置される第1および第2の付勢アセンブリを含むものである、前記二重強度システムと、
    を含み、
    当該超音波モジュールは、パッケージ密封装置に使用されるように構成されており、前記パッケージ密封装置は縦型製袋充填機または横型製袋充填機である、
    超音波モジュール。
  2. 請求項記載の超音波モジュールにおいて、さらに、
    前記ソノトロードに対して所定量の超音波エネルギーを提供する単一の超音波トランスデューサを含むものである、超音波モジュール。
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