JP2004530601A - 食品包装を超音波でシールするための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

超音波シールシステムは、好ましくは、食品包装及び食品をダイレクトオンアイテム包装形成ボックス（１１６）に送出する食品包装位置決めシステムを含む。ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス（１１６）は、次いで、食品包装（１１３）を受け取り、供給された食品（１２１）の周囲でこれを直接形成し、部分的に包装された食品を形成する。部分的に包装された食品は、次いで、超音波食品包装フィンシールユニット（１３０）によって食品の周囲で超音波で縁部シールされ、部分的にシールされた食品包装を形成する。部分的にシールされた食品包装は、次いで、食品包装端シールユニット（１４０）に進入する。食品包装端シールユニット（１４０）は、食品包装の端部を超音波でシールし且つクリンプし、完全に包装され且つ超音波でシールされた食品（１２４）を形成する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、食品包装を超音波でシールするための方法及びシステムに関する。詳細には、本発明は、食品の周囲で食品包装を直接形成し且つ超音波でシールするための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
食品は、代表的には、消費市場に配送するために包装材料で包装されている。食品包装材料は、代表的には、プラスチックフィルム、ホイルラッピング、又は紙を基材とした包装材料を含む。実際には、食品を包装材料に入れた後、包装材料をシールし、食品を包む。従来、包装材料をシールするために多くの方法が使用されてきた。
【０００３】
伝統的に、食品包装材料は、低温接着剤を使用したシール方法、又は熱を用いて行われるシール（ｔｈｅｒｍａｌ−ｂａｓｅｄ ｓｅａｌ）方法のいずれかを使用してシールできる。低温接着剤シールは、代表的には、例えば圧力によって、包装材料の縁部に予め付けた低温接着剤を賦勢する工程を含む。実際には、包装材料は、食品を含む所望の形状に形成できる。包装材料をシールするため、包装材料は、代表的には、シール装置に通される。シール装置は、代表的には、予め低温接着剤が付けてある包装材料の縁部に圧力を加える。シール装置によって加えられた圧力により、包装材料の縁部に付けられた低温接着剤を賦活し、低温接着剤を含む包装材料の縁部を接着し、食品包装をシールする。低温接着剤を用いたシールにより、代表的には、食品包装の用途に十分な強度のシールが形成される。食品包装の用途の十分な強度のシールは、代表的には、輸送中及び取り扱い中に包装材料の縁部を一緒に保持するのに十分に強いが、人間がきれいに引き離して包装を開封することができる。
【０００４】
残念なことに、低温接着剤を用いた伝統的なシール方法には幾つかの大きな欠点がある。これらの欠点には、包装の不連続性及び中断が含まれる。例えば、低温接着剤を用いたシールが遭遇する大きな欠点は、欠陥シールの形成である。例えば、欠陥シールは、包装材料に予め付けられた低温接着剤の量が不適切であった場合に生じる。不適切な量の低温接着剤が包装材料に予め付けられた場合には、包装材料の縁部を互いに完全に接着することができない。包装材料の縁部が互いに完全に接着しない場合には、空気が包装に入り込んで食品に悪影響をもたらす。低温接着剤を用いたシールで生じる別の問題点は、低温接着剤が付けられた包装材料の縁部に加えられた圧力が低温接着剤を賦活するのに不十分である場合に生じる。低温接着剤の賦活が不十分であったり全く賦活されなかった場合には、包装材料の縁部が互いから剥がれ、かくしてシールの一体性が損なわれる。包装の外側と内側との間のシールにチャンネルがない場合に適切なシールの一体性が得られる。シールの一体性が損なわれた場合、空気が包装に進入し、食品の品質に悪い影響が及ぼされる。代表的には、費用のかかる保護障壁を積層場所に挿入する。障壁又はシールは、シールされた包装内に封入された製品の一体性を保護するために使用される。しかしながら、障壁は、チャンネル形成が生じた場合には無駄になる。
【０００５】
低温接着剤を用いたシールで代表的な別の欠点は、適切なシールを形成するため、代表的には、包装材料を極めて正確に整合させることが必要とされるということである。シール装置を通過するときに包装材料の縁部が正確に整合していない場合には、包装の空気ポケット又は皺によりシールに「チャンネル」が形成されてしまう。チャンネルはシールにおける隙間であり、これを通って空気が包装材料に進入する。上述のように、空気が包装に入り込むと、食品の品質に悪影響が及ぼされる。
【０００６】
低温接着剤を用いたシールの追加の欠点は、低温接着剤が加工プラント内の大気の変化に敏感であるということである。例えば、プラント内の温度又は湿度が臨界レベルに達した場合、低温接着剤が部分的に賦活され、包装材料を供給するロールやシート等の望ましからぬ表面に低温接着剤を接着してしまう。低温接着剤が永久的に賦活され、望ましからぬ表面に接着した場合、例えば包装プロセスの緊急停止によって包装プロセスの全体としての速度に悪影響が及ぼされる。
【０００７】
低温接着剤の別の欠点は、低温接着剤を用いたシールは、包装材料を非常に広幅のシールでシールする必要があるということである。例えば、低温接着剤シールは、必要とされるシールの一体性を維持するため、１０ｍｍ乃至１５ｍｍのシールを必要とする。低温接着剤シールは比較的大きなシールを必要とし、このシールは、食品の包装に必要な全包装材料の大きな割合を必要とする。等に、システムの構成要素が包装プロセス中に絡まってしまう場合がある。かくして、システムの中断によりシステムの停止時間が発生する。
【０００８】
食品包装材料の第２の伝統的シール方法は、熱を用いて行われるシールである。代表的には、熱シール（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｅａｌ）では、包装材料に接着剤を付けない。その代わりに、対をなした加熱したジョー間に包装材料を通すことによって包装材料をシールする。対をなしたジョーは、代表的には、熱伝導を使用して、例えば、対をなしたジョーに取り付けられた加熱エレメントに電流を通してこれらのジョーを加熱することによって加熱される。加熱された対をなしたジョーを包装材料の縁部が通過するとき、これらの縁部が部分的に溶融し、互いに接着する。
【０００９】
熱シールにも多くの欠点がある。例えば、熱シールは、代表的には、接着剤を用いたシールと比べてプロセスが比較的低速である。熱シールが低速であるのは、包装材料の縁部を溶融してシールを形成するのに十分に加熱しなければならないためである。しかしながら、熱シールには、接着剤を用いたシールに対して幾つかの有利な点がある。例えば、熱シールが提供するシールの一体性は、接着剤を用いたシールを使用した場合に提供されるよりも大きい。しかしながら、熱シールは、代表的には、接着剤を用いたシールよりも少なくとも一桁低速である。更に、接着シールは、代表的には、シール領域での食品の存在に対して敏感である。シール領域に食品が存在すると、代表的には、シールを台無しにしてしまう。かくして、従来の包装材料シール適用は、多くの場合、シールの一体性とシールの形成速度との間の選択に力点が置かれてきた。
【００１０】
低温接着剤を用いたシール又は熱を用いて行われるシールに固有の欠点の幾つかを解決するために超音波シールを使用できる。代表的には、超音波シールでは、シールされるべき包装材料に、熱伝達や接着剤の代わりに超音波エネルギを加える。包装材料に超音波エネルギを放射することにより、代表的には、包装材料を加熱し、これにより包装材料を部分的に溶融して接着し、シールを形成する。
【００１１】
歴史的には、超音波溶接は、接着剤を用いた、又は熱を用いた溶接に代わるものとして開発された。一般的には、超音波溶接は様々な用途で使用されてきた。超音波溶接の使用は、熱可塑性プラスチック、テクスタイル、及び更に最近になっては食品包装のシール等のシールの用途についての確立された工具である。
【００１２】
代表的には、包装材料の超音波シールを行うためのプロセスでは、超音波賦勢ホーンと定置アンビル又は回転アンビルとの間に包装材料を通すことによって超音波エネルギを包装材料に適用する。代表的な超音波ホーンは、音響特性が良好なアルミニウムやチタニウム等の金属材料でできている。代表的なアンビルは、鋼やアルミニウム等の金属材料でできており、超音波ホーンと向き合って位置決めされる。ホーンの超音波振動は、代表的には、電気エネルギを機械振動に変換する圧電性結晶等の電気機械的トランスジューサー又は変換器に振動電気エネルギを外部電源から供給することによって発生する。代表的には、機械振動は、所定の作動振幅まで振幅変換器によって増幅され、即ちブーストされる。ブースターは、代表的には、超音波ホーンに直接接続されており、超音波ホーンによって使用される超音波振動を供給する。代表的には、超音波ホーンは、２０Ｋｈｚ乃至４０Ｋｈｚで振動する。
【００１３】
代表的には、超音波シールは、包装材料が超音波賦勢ホーンと定置のアンビル又はドラムとの間で圧縮されるときに形成される。超音波賦勢ホーンは、超音波振動エネルギを包装材料に及ぼす。超音波エネルギにより、包装材料を加熱する。包装は加熱されたときに局所的に溶融し、代表的にはアンビルの設計で決まる所定のパターンに沿って互いに接着する。局所的に溶融した包装がホーン及びアンビルを離れるときに冷却するため、包装は超音波シールを形成する。
【００１４】
上述のように、超音波シールには、低温接着剤を使用したシール又は熱を用いて行われるシールを越える多くの利点がある。例えば低温接着剤を使用したシールと比較すると、超音波シールは、代表的には、信頼性の高いシール一体性を提供する。信頼性の高いシール一体性は超音波シールを使用して得ることができる。これは、シールで接着剤が使用されないためである。従って、圧力の量が不適切であるために低温接着剤が十分に賦活されないといった、接着剤と関連した問題点は超音波シールにはない。更に、超音波シールでは、接着剤に特定的なチャンネリング等の問題がない。代表的には、超音波シールが包装材料を互いに直接的に加熱し、溶融するため、シールの一体性は低温接着剤を使用したシールよりも大きい。包装材料を低温接着剤を使用したシールでなく超音波シールすることの別の利点は、代表的には、シールの幅が低温接着剤を使用したシールよりも遙かに狭いということである。このようにシールの幅が減少することにより、シールの形成に使用される包装材料の割合が減少し、食品の包装に必要な包装材料の量が少なくなる。包装材料の量の減少により、変換に要する費用が全体として減少する。これは、包装材料の消費量が全体として減少するためである。
【００１５】
更に、超音波シールは、従来の熱を用いて行われるシールを越える多くの利点がある。超音波シールの熱シールを越える第１の利点は速度である。超音波エネルギを包装材料に直接放射することにより、熱を用いて行われるシールよりも遙かに迅速に包装材料を溶融する。
【００１６】
上文中に説明したように、超音波シールは、包装材料を超音波でシールする上で有効であった。超音波でシールした包装材料は、代表的には、三つのシール、即ち前端シール、後端シール、及び前端シールから後端シールまで延びる長さ方向縁部シールを含む。代表的には、超音波シールは、前後の端部のいずれか又は長さ方向縁部をシールするために使用されるが、少なくとも一つのシステムは、両端及び縁部をシールするのに超音波シールを使用する。
【００１７】
「超音波シール装置」という表題の米国特許第４，３７３，９８２号（以下、９８２特許と呼ぶ）には、プラスチックフィルムの長さ方向縁部を超音波でシールするための一つの装置を示す。９８２特許の図５に示すように、装置は、形成構造４０、アンビル４４、及び超音波ホーン５０を含む。作動に当たっては、プラスチックフィルム３４を形成構造４０に供給する。形成構造４０は、プラスチックフィルム３４を連続した縁部を持つチューブ状形状に形成する。次いで、プラスチックフィルム３４の隣接した縁部を超音波ホーン５０と定置のアンビル４４との間に通す。プラスチックフィルム３４の縁部が超音波ホーン５０と定置のアンビル４４との間を通過するとき、これらの縁部が超音波でシールされ、長さ方向超音波シールを形成する。長さ方向超音波シールが形成された後、プラスチックフィルム３４は定置のままであるが、従来の接着剤を使用したシール技術で前端シール及び後端シールを形成する。９８２特許の装置は、プラスチックフィルム３４の長さ方向縁部の断続的な比較的連続的シールを提供する。プラスチックフィルム３４が断続的に移動するため、超音波ホーン５０によってプラスチックフィルム３４に加えられるエネルギを制御しなければならない。
【００１８】
「包装を超音波でシールするための装置及び方法」という表題の米国特許第４，５１７，７９０号（以下、７９０特許と呼ぶ）には、包装材料の前端及び後端を超音波でシールするための方法が示されている。図１に示すように、７９０特許の発明は、包装フィルムＦ、回転駆動シャフト５０によって回転されたバックアップアンビル４８、及び超音波ホーンを含む超音波端シールアッセンブリ４６を含む。作動にあたっては、包装フィルムＦを超音波端シールアッセンブリ４６に供給する。次いで、包装フィルムＦを単縁超音波ホーン５２と単縁バックアップアンビル４８との間に通し、超音波端シールを形成する。包装フィルムＦの長さ方向縁部シールは既に行ってある。単縁超音波ホーン５２は、単縁バックアップアンビル４８の回転と関連して垂直方向に上下動で移動する。即ち、超音波ホーン５２及びバックアップアンビル４８を動機させ、特定の時間に互いに向かって引っ張り、かくして包装フィルムＦを捕捉し、包装フィルムＦを超音波でシールし、超音波端シールを形成する。７９０特許の装置は、垂直方向に移動する単縁超音波ホーン及び単縁回転バックアップアンビルを持つ超音波端シールユニットだけを含む。
【００１９】
「超音波でシールするための方法及び装置」という表題の米国特許第４，５３４，８１８号（以下、８１８特許と呼ぶ）には、超音波で端シールし、形成−充填包装機の部分として包装材料の長さ方向縁部を超音波でシールするための方法が示されている。長さ方向縁部のシールに関し、８１８特許の方法は、実質的に、９８２特許を参照して上文中に説明したように作動する。端シールに関し、図１に示すように、８１８特許の方法は、移動自在の上ジョー１６に取り付けられた超音波ホーン１２及び移動自在の下ジョー１８に取り付けられた超音波アンビル１４を含む。
【００２０】
作動にあたっては、９８２特許におけるように、包装材料をチューブ状形態に形成し、長さ方向縁部を超音波でシールし、縁部がシールされた包装材料を形成する。次に、超音波で縁部をシールした包装材料を移動自在の上下のジョー１６、１８間に通す。次いで、移動自在の上下のジョー１６、１８が包装材料を圧縮する。移動自在の上下のジョー１６、１８が圧縮するとき、移動自在の上ジョー１６に取り付けられた超音波ホーン１２が包装材料を超音波ホーン１２と超音波アンビル１４との間で圧縮する。超音波ホーン１２は超音波エネルギを包装材料に放射し、上文中に説明したように超音波端シールを形成する。かくして、食品包装の長さ方向縁部がシールされ、前端がシールされる。超音波で前端シールを形成した後、縁部がシールされ且つ前端がシールされた食品包装に食品を導入する。最後に、縁部がシールされ且つ前端がシールされた、食品が入った食品包装を移動自在の上下のジョー１６、１８間に通し、後端シールを形成する。後端シールを形成するため、前端シールの形成と同様の方法で移動自在の上下のジョー１６、１８で包装材料をクランプする。移動自在の上ジョー１６に取り付けられた超音波ホーン１２が包装材料と接触し、超音波エネルギを放射し、超音波後端シールを形成する。後端シールが完了した後、食品が入った食品包装は完全にシールされる。７９０特許の装置におけるのと同様に、８１８特許では、食品を包装に導入する前に縁部シール及び一方の端シールを形成しなければならない。
【００２１】
上文中に説明したように、従来技術のシステムの一つの制限は、前もって長さ方向縁部シール及び少なくとも一方の端シールを行わないと、食品を導入できないということである。シールされた包装に食品を導入する前に食品包装の縁部及び端部が超音波で完全にシールされることを必要とする上文中に説明したシステムは、この他の用途では最適ではない。例えば、食品を包装に断続的に導入しながら縁部及び端部を超音波でシールすると、包装プロセスの速度が限定されてしなう。更に、食品をシール内に捕捉しないで食品を包装内に位置決めするのは困難である。
【特許文献１】
米国特許第４，３７３，９８２号
【特許文献２】
米国特許第４，５１７，７９０号
【特許文献３】
米国特許第４，５３４，８１８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
かくして、更に高速で更に効率的な食品包装システムが必要とされている。更に、低温接着剤を使用したシールの速度及び熱を用いて行われるシールの強度及び一体性を併せ持つ食品包装システムが必要とされている。更に、形成−充填型（ｆｏｒｍ ａｎｄ ｆｉｌｌ ｔｙｐｅ）包装システムでなく連続的に流れる巻付けシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の好ましい実施例は、食品の周囲で食品包装を超音波で直接的にシールするための方法及びシステムを提供する。本発明の好ましい実施例は、食品包装及び食品をダイレクトオンアイテム包装（ｄｉｒｅｃｔ ｏｎ−ｉｔｅｍ−ｐａｃｋａｇｉｎｇ）形成ボックスすなわち食品の周囲に食品包装を直接形成し部分的に包装された食品を形成するためのボックス内に供給する、食品包装−位置決めユニットを含む。ダイレクトオンアイテム包装形成ボックスは、次いで、食品包装を食品の上に直接巻付ける。食品包装を食品に完全に巻付け、食品の下方に配向された垂直方向下方に延びるフィンをなす重なり端部を形成し、部分的に包装された食品を形成する。次いで、部分的に包装された食品は、好ましくは、超音波食品包装フィンーシールユニットに入る。次いで、端部をシールする前に、供給された食品の周囲で食品包装を超音波でフィンシールし、部分的にシールされた食品包装を形成する。部分的にシールされた食品包装は、次いで、部分的にシールされた食品包装を食品の周囲で超音波で端シールしクリンプする超音波端シールユニットに入る。これにより、個々に包装され且つ超音波でシールされた食品の連続した流れが形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
【実施例】
【００２５】
図１は、本発明の好ましい実施例による例示の超音波食品包装システム１００を示す。超音波食品包装システム１００は、製品包装位置決めユニット１１０、食品コンベアシステム１２０、超音波食品包装フィンシールユニット１３０、超音波食品包装端シールユニット１４０を含む。食品包装位置決めユニット１１０は、包装を物品上に直接形成するためのボックス即ちダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６を含む。
【００２６】
以下に更に詳細に説明するように、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６は、未包装の食品１２１の周囲に食品包装を形成し、部分的に包装された食品１１８を形成する。超音波食品包装フィンーシールユニット１３０は、部分的に包装された食品１１８をフィンシールし、部分的にシールされた食品包装体１２２を形成する。超音波食品包装端シールユニット１４０は、部分的にシールされた食品包装体１２２を超音波で端シールし、完全にシールされた食品１２４を形成する。
【００２７】
食品コンベアシステム１２０は、食品を超音波食品包装システム１００を通して搬送する。食品コンベアシステム１２０は、食品製造機（図示せず）等の上流プロセスから下流プロセス（図示せず）まで、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６、超音波食品包装フィンーシールユニット１３０、及び超音波食品包装端シールユニット１４０を通って延びる。上述のように、食品包装位置決めユニット１１０への入口のところでは、食品コンベアシステム１２０によって搬送された食品は、未包装の食品１２１である。食品コンベアシステム１２０が進むにつれて、食品コンベアシステム１２０によって搬送された製品は、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６の後で部分的に包装された食品１１８となり、フィンシールユニット１３０の後で部分的にシールされた食品包装体１２２になり、端シールユニット１４０の後で完全にシールされた食品１２４になる。
【００２８】
食品包装位置決めユニット１１０は、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６の他に、食品包装ロール１１２、食品包装材１１３、及び食品包装案内ローラー１１４を含む。食品包装ロール１１２は、食品包装材１１３からなるロール又はスプールである。食品包装材１１３は、製品の包装のシールに使用するための接着剤や糊を用いた処理が施してない。食品包装ロール１１２は、図示のように、一連の食品包装案内ローラー１１４を介して食品包装材１１３をダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６に供給する。案内ローラー１１４は、食品包装材１１３の位置決めを補助する。更に、案内ローラー１１４は、食品包装材１１３がダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６まで移動する際、食品包装材１１３を所望の張力に維持する。食品包装ロール１１２の代わりに、食品包装材１１３のシート又はウェブを使用してもよい。ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６は、食品包装材１１３及び未包装の食品１２１を食品コンベアシステム１２０から受け取る。
【００２９】
食品包装フィンシールユニット１３０を図２を参照して以下に更に詳細に説明する。食品包装フィンシールユニット１３０は、システムの進行方向で、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６の後方に且つ超音波食品包装端シールユニット１４０の手前に配置されている。
【００３０】
食品包装端シールユニット１４０を図３を参照して以下に更に詳細に説明する。食品包装端シールユニット１４０は、システムの進行方向で、食品包装フィンーシールユニット１３０の後方に配置されている。食品包装端シールユニット１４０の後方で、食品コンベアシステム１２０は完全に包装された食品１２４を搬送システム又は他の包装システム（図示せず）に送出する。この包装システムは、完全に包装された食品１２４を例えば輸送のためにまとめてビニール袋やカートンに入れる。
【００３１】
この好ましい例示の実施例では、食品は、キャンディバー等の菓子でできた形成バーである。未包装の食品１２１は、図１に示すように、コンベアシステム１２０によって縦一列になって搬送される。別の態様では、未包装の食品１２１は、バー以外の、滴形や矩形又は他の予め形成された形状等に形成されていてもよい。本発明の他の好ましい実施例は、例えば、グラノーラバー、スナックケーキ、又は他の製品等の食品に適用できる。
【００３２】
食品包装−位置決めユニット１１０のダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６を再度参照すると、作動にあたり、未包装の食品１２１は食品コンベアシステム１２０によってダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６に供給される。食品包装材１１３もまた、食品包装ロール１１２からダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６に供給される。ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６は、食品包装材１１３を未包装の食品１２１の周囲で折り畳み、部分的に包装した食品１１８を形成する。
【００３３】
ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６は、部分的に包装された食品１１８を多くの工程で形成する。第１に、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６は食品包装材１１３を未包装の食品１２１の上で折り畳む。次に、食品包装材１１３の長さ方向に沿った縁部を未包装の食品１２１の周り及び下側に完全に巻付ける。かくして、食品包装材１１３の長さ方向に沿った縁部を、略垂直方向下方に向けて食品コンベアシステム１２０に対して垂直に揃える。次いで、図５に示すように、食品包装材１１３の長さ方向縁部を互いに押し付け、揃えられ押し付けられた長さ方向縁部でできたフィン５４０を持つ部分的に包装された食品１１８を形成する。次いで、部分的に包装された食品１１８を食品コンベアシステム１２０で超音波食品包装フィンシールユニット１３０に送出する。
【００３４】
次に、超音波食品包装フィンシールユニット１３０を参照すると、このフィンシールユニット１３０は、図５に詳細に示すフィン５４０を持つ部分的に包装された食品１１８を受け取る。フィンシールユニット１３０のところで、フィン５４０は、超音波フィンシールホーン２３２と回転アンビルホイール２２０との間を、以下に図２を参照して更に詳細に説明するように通過する。フィン５４０が超音波ホーン２３２とアンビル２２０との間を通過するとき、フィン５４０に超音波エネルギが照射される。超音波エネルギによりフィンの長さ方向縁部を互いにシールし、フィンシール５３０を形成する。フィン５３０がシールされると、部分的に包装された食品１１８は部分的にシールされた食品包装体１２２となる。図１に示すように、部分的にシールされた食品包装体１２２は連続したストリップをなしてフィンシールされ、前端又は後端のいずれもシールされていない。部分的にシールされた食品包装体１２２は、次いで、食品コンベアシステム１２０で超音波端シールユニット１４０に送出される。
【００３５】
次に超音波端シールユニット１４０を参照すると、超音波端シールユニット１４０は部分的にシールされた食品包装体１２２を受け取る。超音波端シールユニット１４０のところで、部分的にシールされた食品包装体１２２が超音波端シールホーン３１５と回転アンビル３２０との間を通過する。図３を参照して以下に更に詳細に説明するように、部分的にシールされた食品包装体１２２を超音波端シールホーン３１５と回転アンビル３２０との間で定期的に圧縮する。部分的にシールされた食品包装体１２２が圧縮されるとき、この部分的にシールされた食品包装体１２２に超音波エネルギを照射する。部分的にシールされた食品包装体１２２を超音波エネルギにより接着し、かくして端シールを形成する。部分的にシールされた食品包装体１２２を超音波端シールホーン３１５と回転アンビル３２０との間で連続的に前進させる。端シールの形成後、完全にシールされた食品１２４をクリンプ止めし、工具（図示せず）で分離する。
【００３６】
次いで、上文中に説明したように、完全にシールされた食品１２４を下流プロセス（図示せず）に送出する。下流プロセスは、この他の包装システム、例えばピック−アンド−パック（ピック−アンド−パック（Ｐｉｃｋ−ａｎｄ−Ｐａｃｋ）は登録商標である）システムである。
【００３７】
図２は、本発明の好ましい実施例による超音波食品包装フィンシールユニット２００を示す。超音波食品包装フィンシールユニット２００は、一対の供給ローラー２１０、回転アンビルホイール２２０、コネクタバンド２２５、アンビルサーボ駆動装置、又は空気式アンビルアクチュエータ２４０、排出ローラー２５０、フィン折り畳みローラー２６０、駆動モータ２７０、及び超音波ユニット２３０を含む。超音波ユニット２３０は、超音波フィンシールホーン２３２、超音波ブースター２３４、及び空気作動式スライド２３５を含む。図２は、更に、図１の部分的に包装された食品１１８及び部分的にシールされた食品包装体１２２を示す。
【００３８】
図１に示すように、超音波食品包装フィンシールユニット２００は、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６から部分的に包装された食品１１８を受け取る。上述のように、部分的に包装された食品１１８はフィン５４０を含む。供給ローラー対２１０は、フィンシールユニット２００の供給側に位置決めされている。供給ローラー２１０は、好ましくは水平方向で整合しており、互いに向き合っており、部分的に包装された食品１１８のフィン５４０を受け取る。供給ローラー２１０の後方で、部分的に包装された食品１１８は超音波ユニット２３０の超音波フィンシールホーン２３２と回転アンビルホイール２２０との間を通過する。超音波フィンシールホーン２３２及び回転アンビルホイール２２０は、好ましくは水平方向で整合しており、互いに向き合っており、部分的に包装された食品１１８のフィン５４０を受け入れる。超音波フィンシールホーン２３２及び回転アンビルホイール２２０は関連して作動し、フィン５４０をシールし、部分的にシールされた食品包装体１２２を形成する。回転アンビルホイール２２０は、超音波フィンシール中、以下に説明するように、アンビルサーボ駆動装置２４０によって整合され、コネクタバンド２２５を使用して回転される。フィンシールホーン２３２及び回転アンビルホイール２２０の後方で、部分的にシールされた食品包装体１２２は一対の排出ローラー２５０間を通過する。排出ローラー２５０の対は、好ましくは、水平方向に揃えられ、互いに向き合っており、部分的にシールされた食品包装体１２２のフィン５４０を受け入れる。排出ローラー２５０の対は、駆動モータ２７０によって回転される。回転アンビルホイール２２０と隣接した排出ローラー２５０は、コネクタバンド２２５によって回転アンビルホイール２２０に連結されている。コネクタバンド２２５は回転アンビルホイール２２０を排出ローラー２５０とともに回転させる。排出ローラー２５０の対の後方で、部分的にシールされた食品包装体１２２がフィン折り畳みローラー２６０を通る。
【００３９】
別の態様では、回転アンビルホイール２２０は定置であってもよく、回転アンビルホイール２２０は金属製のドラムであってもよい。別の変形例では、ローラーを使用する代わりに、部分的に包装された食品１１８をコンベア又は案内軌道によって食品包装フィンシールユニット２００を通して前進させてもよい。本発明の更に別の実施例では、互いに水平方向に向き合って整合させる代わりに、内方供給ローラー２１０、排出ローラー２５０、フィン折り畳みローラー２６０、及び超音波ユニット２３０及び回転アンビルホイール２２０を互いに垂直方向で向き合って整合させてもよい。この垂直方向実施例では、部分的に包装された食品１１８は、サイドコンベアによってシステムを通して前進できる。
【００４０】
作動に当たっては、図１に関して上文中に説明したように、部分的に包装された食品１１８を超音波食品包装フィンシールユニット２００にダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６から供給する。フィン５４０を持つ部分的に包装された食品１１８を超音波食品包装フィンシールユニット２００を通して排出ローラー２５０によって引っ張る。これらの排出ローラーは駆動モータ２７０によって回転される。部分的に包装された食品１１８が超音波食品包装フィンシールユニットに進入したとき、供給ローラー２１０が部分的に包装された食品１１８の長さ方向縁部を互いに押圧し、かくしてフィン５４０を図５に示す下方配向に維持する。次いで、供給ローラー２１０がフィン５４０を回転アンビルホイール２２０と超音波フィンシールホーン２３２との間に供給する。
【００４１】
部分的に包装された食品１１８のフィン５４０が回転アンビルホイール２２０と超音波フィンシールホーン２３２との間を通過するとき、超音波エネルギが超音波フィンシールホーン３２３から放射される。超音波エネルギをフィン５４０に放射することにより、フィン５４０の長さ方向に沿った縁部を部分的に溶融し、接着する。フィン５４０の長さ方向縁部が接着することにより超音波フィンシール５３０を形成し、部分的にシールされた食品包装体１２２が形成される。超音波フィンシール作動の間、アンビルサーボ駆動装置２４０は、フィン５４０上で回転アンビルホイール２２０の所望の作動圧力及び整合状態を維持する。同様に、空気作動式スライド２３５が超音波フィンシールホーン２３２の、フィン５４０の反対側で所望の作動圧力及び整合状態を維持する。
【００４２】
部分的に包装された食品１１８を超音波でフィンシールした後、結果的に得られた部分的にシールされた食品包装体１２２が排出ローラー２５０間を通過する。排出ローラー２５０は駆動モータ２７０によって所望速度で回転される。排出ローラー２５０は部分的にシールされた食品包装体１２２をフィン折り畳みローラー２６０に供給する。フィン折り畳みローラー２６０は、フィンシール５４０を、部分的にシールされた食品包装体１２２の底縁部に対して垂直な垂直方向下方に整合した状態から部分的にシールされた食品包装体１２２の底縁部と面一の水平方向位置まで折り畳む。フィン折り畳みローラー２６０の間を通過した後、部分的にシールされた食品包装体１２２を、以下の図３で更に詳細に説明するように、超音波端シールユニット１４０に供給する。
【００４３】
図３は、本発明の好ましい実施例による超音波食品包装端シールユニット３００を示す。超音波食品包装端シールユニット３００は、超音波ホーンユニット３１０を含み、このホーンユニットは、四つの超音波端シールホーン３１５、盛り上がった縁部３２２が四つ設けられた回転アンビル３２０、超音波ブースター３３０、バラストブースター３３２、超音波変換器３４０、及び回転コネクタ３５０を含む。図３は、図１の部分的にシールされた食品包装体１２２及び完全に包装され且つシールされた食品１２４を更に示す。
【００４４】
図１に示すように、超音波食品包装端シールユニット３００は、部分的にシールされた食品包装体１２２を超音波食品包装フィンシールユニット２００から受け取る。食品包装端シールユニット３００の供給側には超音波ホーンユニット３１０が設けられている。好ましい実施例では、超音波ホーンユニット３１０は四つの超音波ホーン３１５を含む。これらの四つの超音波端シールホーン３１５は、好ましくは、超音波ホーンユニット３１０の中心点を中心として互いから９０度の回転角度で配置されている。超音波ホーンユニット３１０は超音波ブースター３３０、超音波変換器３４０、及びバラストブースター３３２に回転コネクタ３５０によって連結されている。回転コネクタ３５０は、超音波ブースター３３０、超音波変換器３４０、及びバラストブースター３３２、及び超音波ホーンユニット３１０に連結し、同じ軸線に沿って水平方向に整合している。
【００４５】
食品包装端シールユニット３００は、超音波ホーンユニット３１０の垂直方向下方に位置決めされた回転アンビル３２０を更に含む。超音波ホーンユニット３１０及び回転アンビル３２０は、好ましくは、互いに垂直方向に向き合って位置合わせされており、部分的にシールされた食品包装体１２２を受け入れる。超音波ホーンユニット３１０及び回転アンビル３２０は、部分的にシールされた食品包装体１２２の端部をシールして完全にシールされた食品１２４を形成するために協働する。好ましい実施例では、回転アンビル３２０は、回転アンビルの中心点を中心として互いから９０度の回転角度で配置された四つの縁部を有する。
【００４６】
別の態様では、超音波ホーンユニット３１０はこれよりも多数の又は少数のホーンを備えていてもよく、例えば二つ又は八つのホーンを備えていてもよく、超音波ホーンを様々な角度で配向できる。超音波ホーンの数及び角度は所望の製品長さで決まる。別の態様では、回転アンビル３２０の縁部は、これよりも少数であってもよいし多数であってもよく、例えば、二つ又は八つであってもよく、縁部を様々な角度で配向できる。
【００４７】
本発明の別の変形例では、超音波ホーンユニット３１０及び回転アンビル３２０を水平方向で向き合って整合した状態に配置してもよい。この水平方向実施例では、部分的にシールされた食品包装体１２２が、超音波食品包装端シールユニット３００に、部分的にシールされた食品包装体１２２の側部にそのフィンがある状態で進入する。次いで、超音波ホーンユニット３１０及び回転アンビル３２０が水平方向軸線に沿って回転し、部分的にシールされた食品包装体１２２を超音波で端シールする。
【００４８】
作動にあたっては、部分的にシールされた食品包装体１２２を超音波食品包装端シールユニット３００に超音波食品包装フィンシールユニット２００から供給する。次いで、部分的にシールされた食品包装体１２２を超音波ホーンユニット３１０と回転アンビル３２０との間に通す。超音波ホーンユニット３１０の超音波振動は、好ましくは、超音波ブースター３３０を通して動力が加えられる。超音波ブースター３３０は、超音波変換器３４０から受け取った振動を増幅する。超音波変換器３４０は、例えば圧電性結晶を使用することによって電気振動信号を振動に変換する。
【００４９】
作動にあたっては、超音波で賦勢したホーンユニット３１０及び回転アンビル３２０は同じ速度で回転する。超音波で賦勢したホーンユニット３１０及び回転アンビル３２０の回転速度は、部分的にシールされた食品包装体１２２が超音波端シールホーン３１５と回転アンビル３２０の盛り上がった縁部３２２の一つとの間で所望の圧縮力値で定期的に圧縮されるように定められる。
【００５０】
部分的にシールされた食品包装体１２２が圧縮されるとき、超音波端シールホーン３１５から部分的にシールされた食品包装体１２２に超音波エネルギが放射される。超音波エネルギにより、部分的にシールされた食品包装体１２２乃至５４０を部分的に溶融して接着し、かくして端シールを形成し、完全にシールされた食品１２４を形成する。更に、部分的にシールされた食品包装体１２２の端を圧着するか或いは分離し、図３に示すような個々の完全にシールされた食品１２４を形成する。個々の完全にシールされた食品１２４を、例えば個々の完全にシールされた食品１２４を分類するため又は更に包装するためのピック−アンド−パック（商標）ソーター等の下流の包装機（図示せず）に送出する。
【００５１】
図４は、本発明の好ましい実施例による超音波食品シールシステムのフローチャート４００を示す。最初に工程４１０で、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６が食品包装材１１３を受け入れる。工程４２０で、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６が食品１２１を受け入れる。次に、工程４３０で、食品包装材１１３を食品１２１の周囲に配置し、部分的に包装された食品１１８を形成する。次いで、工程４４０で、部分的に包装された食品１１８を超音波でフィンシールし、部分的にシールされた食品包装体１２２を形成する。工程４５０で、部分的にシールされた食品包装体１２２のフィンシールを折り畳む。次に、工程４６０で、部分的にシールされた食品包装体１２２を超音波で端シールし、完全にシールされた食品１２４を形成する。最後に、工程４７０で、完全にシールされた食品１２４の前端及び後端を圧着し、かつ分離する。
【００５２】
図５は、本発明の好ましい実施例による、超音波でフィンシールした部分的にシールされた食品包装体１２２の正面断面図５００を示す。この正面断面図５００は、外部包装５１０、封入された食品５２０、超音波フィンシール５３０、及び食品包装フィン５４０を含む。
【００５３】
正面断面図５００に示すように、外部包装５１０は、封入された食品５２０の真上で直接折り畳まれている。食品５２０は任意の断面領域を備えていてもよい。例えば、食品５２０の断面領域は、楕円形（図５参照）、矩形、三角形、円形、等であってもよい。外部包装５１０の頂部が、封入された食品５２０の頂部と直接接触する。外部包装５１０は、更に、封入された食品５２０の周囲で完全に折り畳まれ、封入された食品５２０の下から垂直方向下方に延びる食品包装フィン５４０を形成する。図示のように、食品包装フィン５４０を、上文中に説明したように、超音波フィンシールユニット１３０によって超音波でフィンシールし、超音波フィンシール５３０を形成する。
【００５４】
図６は、本発明の好ましい実施例に従って超音波でフィンシールした部分的にシールされた食品包装体１２２の断面斜視図６００を示す。断面斜視図６００は、外部包装６１０、封入された食品６２０、超音波で形成したフィンシール６３０、及び製品隙間６５０を含む。
【００５５】
断面斜視図６００に示すように、外包装６１０は、封入された食品６２０上で直接折り畳まれる。即ち、外包装６１０の頂部は、封入された食品６２０の頂部と直接接触している。外包装６１０は、更に、封入された食品６２０の周囲で完全に折り畳まれ、次いで超音波でフィンシールされ、超音波フィンシール６３０を形成する。図６に示すように、製品隙間６５０は、封入された食品６２０間に間隔をあける。作動にあたっては、図４の超音波端シールユニット１４０は、製品隙間６５０で外包装６１０に作用する。図４の超音波端シールユニット１４０は、製品隙間６５０で外包装６１０を圧縮し、シールし、クリンプし、又は分離し、図３を参照して上文中に説明したように、個々にシールされて巻付けられた食品１２４を製造する。
【００５６】
図７は、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス７００の斜視図７１０及び側面図７５０を示す。斜視図７１０は、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス７００、超音波フィンシールユニット２００の供給ローラー２１０、食品包装材１１３、及び未包装の食品１２１を搬送する食品コンベアシステム１２０、及び部分的に包装された食品１１８を含む。
【００５７】
側面図７５０は、更に、上述のダイレクトオンアイテム包装形成ボックス７００の作動を示す。この側面図は、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス７００、超音波フィンシールユニット２００の供給ローラー２１０、食品包装材１１３、及び未包装の食品１２１及び部分的に包装された食品１１８を搬送する食品コンベアシステム１２０を含む。
【００５８】
ダイレクトオンアイテム包装形成ボックスユニット７００は、一対の形成バー７１５及び一対の形成プレート７２０を含む。一対の形成バー７１５は、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス７００の供給端に配置されており、側方形成プレート７２０に連結されている。供給ローラー２１０は、システムの前進方向で形成バー７１５の対の後方に配置されている。
【００５９】
作動にあたっては、図１に関して上文中に説明したように、食品包装材１１３が製品包装位置決めユニット１１０からダイレクトオンアイテム包装形成ボックスユニット７００に供給される。食品包装材１１３は、先ず最初にダイレクトオンアイテム包装形成ボックスユニット７００の供給端のところで形成バー７１５の対の下に通される。形成バー７１５の対は、食品包装材１１３を側方形成プレート７２０の対の間に下方に向けて案内する。次いで、側方形成プレート７２０の対が、供給された未包装の食品１２１の周囲に食品包装材１１３を多くの工程で直接配置する。第１の工程で、食品包装材１１３を未包装の食品１２１の頂部上で折り畳む。次の工程で、食品包装を未包装の食品１２１の周囲及び下に巻付ける。最後の工程で、食品包装材１１３の縁部を下方に向けて互いに整合することにより未包装の食品１２１の下にフィン５４０を形成し、部分的に包装された食品１１８を形成する。次いで、食品包装のフィン５４０を超音波フィンシールユニット２００の供給ローラー２１０の間に通す。供給ローラー２１０は食品包装材１１３のフィン５４０を摘まみ、部分的に包装された食品１１８を超音波食品包装フィンシールユニット１３０に供給し、このユニットで部分的に包装された食品１１８を図２に関して上文中に説明したように超音波でフィンシールする。
【００６０】
ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス７００の側面図７５０は、形成バー７１５の対の下を下方に向けて側方形成プレート７２０の対の間を通過する食品包装材１１３を更に示す。食品包装材１１３が側方形成プレート７２０の対の間を通過するとき、食品包装材１１３のフィン５４０が内方供給ローラー２１０の間を通過する。
【００６１】
図８は、溝又はねじ山を備えた供給ローラー８１０及び、ポリウレタンでコーティングした供給ローラー８２０を含む超音波フィンシールユニット２００の供給ローラー２１０の二つの実施例８００を示す。図８は、更に、内方供給ローラー２１０について、溝−溝若しくはねじ山−ねじ山形態８３０、溝−ポリウレタンコーティング形態若しくはねじ山−ポリウレタンコーティング形態８４０、又はポリウレタンコーティング−ポリウレタンコーティング形態８５０の３つの作動形態を含む。
【００６２】
溝付供給ローラー８１０は、供給溝８１５及び中空中央穴８１７を含む。供給溝８１５は、溝付供給ローラー８１０の周囲に亘って延びる。供給溝８１５は下方に螺旋をなして配向されている。溝付供給ローラー８１０は、中央穴８１７を更に含み、この穴により、溝付供給ローラー８１０を回転機構（図示せず）に連結できる。
【００６３】
ポリウレタンでコーティングした供給ローラー８２０は、中央穴８１７及びポリウレタンコーティング８２５を備えた平滑なローラー８２３を含む。ポリウレタンは、食品包装を良好に把持するために選択されるが、ゴムやラテックスを基材としたコーティング材料等の他の把持物質を代わりに使用してもよい。ポリウレタンコーティング８２５は、平滑なローラー８２３の外周に亘って延びる。ポリウレタンコーティング８２５は比較的薄い層であり、例えば１ｍｍ乃至５ｍｍである。
【００６４】
溝−溝形態８３０は二つの溝付供給ローラー８１０を含む。二つの溝付供給ローラー８１０は、図２に示すように、食品包装フィンシールユニット２００の入口のところに互いに向き合って取り付けられる。二つの溝付供給ローラー８１０は、供給溝８１５が二つの間の狭幅の隙間と実質的に噛み合うように配向される。作動にあたっては、図１を参照して上文中に説明したように、食品包装（図示せず）のフィンが二つの溝付供給ローラー８１０間を通過する。供給溝８１５の下方への方向付けは、食品包装の縁部を未包装の食品の周囲で下方に引っ張って移動するのに役立つ。食品包装の縁部を下に引っ張ることにより食品包装を未包装の食品にぴったりと巻付け、未包装の食品内の空気の量を減少する。更に、供給溝８１５を下方に引っ張ることにより、超音波フィンシールの準備で、製品包装フィンが整合してこれらのフィンが互いに押し付けられた状態を維持し、これにより、システムを停止させる望ましからぬ滑りをなくす。
【００６５】
溝−ポリウレタンコーティング形態８４０は、溝付供給ローラー８１０及びポリウレタンでコーティングした供給ローラー８２０を含む。溝付供給ローラー８１０及びポリウレタンでコーティングした供給ローラー８２０は、図２に示すように、食品包装フィンシールユニット２００の入口のところに互いに向き合って取り付けられる。溝付供給ローラー８１０は、供給溝８１５がポリウレタンでコーティングした内方供給ローラー８２０とぴったりと隣接しており、狭幅の隙間がこれら２つの間に置かれるように配向される。作動に当たっては、図１を参照して上文中に説明したように、食品包装（図示せず）のフィンは、二つの供給ローラーの間を通過する。溝付供給ローラー８１０の供給溝８１５の下方への方向付けは、食品包装の縁部を未包装の食品の周囲で下方に引っ張って移動するのに役立つ。食品包装の縁部を下に引っ張ることにより食品包装を未包装の食品にぴったりと巻付け、未包装の食品内の空気の量を減少する。更に、供給溝８１５を下方に引っ張ることにより、超音波フィンシールの準備で、製品包装フィンが整合してこれらのフィンが互いに押し付けられた状態を維持する。
【００６６】
ポリウレタンコーティング−ポリウレタンコーティング形態８５０は、ポリウレタンでコーティングした二つの供給ローラー８２０を含む。ポリウレタンでコーティングしたこれらの二つの供給ローラー８２０は、図２に示すように、食品包装フィンシールユニット２００の入口のところに互いに向き合って取り付けられる。作動に当たっては、図１を参照して上文中に説明したように、食品包装（図示せず）のフィンをポリウレタンでコーティングした供給ローラー８２０間に通す。
【００６７】
図９は超音波フィンシールユニット２００の回転アンビルホイール９００の一実施例を示す。回転アンビルホイール９００は、アンビル本体９０３、放熱穴９０５、中央穴９０７、及び作動縁部９０９を含む。図９は、更に、回転アンビルホイール９００の作動縁部９０９についての５つの作動形態を含む。これらの作動縁部形態には、平らなエネルギ指向器形態９２０、丸味のあるエネルギ指向器形態９３０、ローレット切りを施した丸味のあるエネルギ指向器形態９４０、積み重ねた丸味のあるエネルギ指向器形態９５０、及び積み重ねた半径方向エネルギ指向器形態９６０が含まれる。
【００６８】
回転アンビルホイール９００は、放熱穴９０５及び中空中央穴９０７を備えたアンビル本体９０３を含む。放熱穴９０５は、アンビル本体９０３の周囲を延びている。中空中央穴９０７はアンビル本体９０３の中央に配置されており、これにより回転アンビルホイール９００を回転機構（図示せず）に連結できる。アンビル本体９０３の周囲には作動縁部９０９が配置されている。この作動縁部９０９はアンビル本体９０３の外周全体に亘って延びており、以下に更に詳細に説明する三つの作動形態のうちの一つの形態を備えている。
【００６９】
作動にあたっては、図２に示すように超音波ホーンが回転アンビルホイール９００と向き合って位置決めされる。食品包装のフィンが超音波ホーンと回転アンビルホイール９００との間を通過するとき、超音波エネルギが超音波ホーンと回転アンビルホイール９００の作動縁部９０９との間で食品包装に放射される。超音波エネルギを食品包装に放射することにより材料を部分的に溶融し、図２を参照して以下に説明するように接着する。回転アンビルホイール９００の作動縁部９０９は平滑であってもよいが、エネルギ指向器を使用する他の形態を使用してもよい。エネルギ指向器は、代表的には、アンビルホイールの作動縁部９０９の上方に突出した盛り上がった表面である。エネルギ指向器は、代表的には、アンビルホイールの全周に亘って延びており、以下に更に詳細に説明する多くの形態で使用できる。代表的にはエネルギ指向器を超音波シールで使用する場合、超音波エネルギは、アンビルの縁部全体でなく、超音波ホーンの縁部とエネルギ指向器との間だけに差し向けられる。かくして、エネルギ指向器を使用することにより、超音波エネルギの放射が食品包装に更に絞り込まれる。
【００７０】
超音波シールで使用できる一つのエネルギ指向器形態は、平らなエネルギ指向器形態９２０である。この平らなエネルギ指向器形態９２０は、アンビル本体９０３及び平らなエネルギ指向器９２５を含む。エネルギ指向器９２５の数並びに平らなエネルギ指向器９２５間の空間即ち幅は、超音波シールの所望の数及び幅に応じて調節できる。超音波シールで平らなエネルギ指向器９２５を使用すると、超音波シールは比較的広幅になり且つ滑らかになる。
【００７１】
超音波シールで使用できる第２のエネルギ指向器形態は、丸味のあるエネルギ指向器形態９３０である。この丸味のあるエネルギ指向器形態９３０は、アンビル本体９０３及び丸味のあるエネルギ指向器９３５を含む。これらの丸味のあるエネルギ指向器９３５の数、並びにこれらのエネルギ指向器９３５間の空間及び幅は超音波シールの所望の数及び幅に応じて調節できる。超音波シールで丸味のあるエネルギ指向器３２５を使用することにより、代表的には、平らなエネルギ指向器９２５と比較して超音波シールが比較的狭幅になる。エネルギ指向器に丸味を付けることにより、包装材料が超音波ホーンと回転アンビルホイール９００の丸味のあるエネルギ指向器９３５との間を通過する際の包装材料の縁部間の接触面積が小さくなる。接触面積が小さくなることによりシールが狭幅になる。
【００７２】
超音波シールで使用できる第３のエネルギ指向器形態は、ローレット切りを施した丸味のあるエネルギ指向器形態９４０である。ローレット切りを施した丸味のあるエネルギ指向器形態９４０は、アンビル本体９０３、丸味のあるエネルギ指向器９４７、及びローレット切りを施した一対のエネルギ指向器９４５を含む。ローレット切りを施したエネルギ指向器９４５は、代表的には、クロスハッチ模様を切り込んだ平らなエネルギ指向器である。ローレット切りを施したエネルギ指向器９４５のクロスハッチ模様により、超音波ホーンとローレット切りを施したエネルギ指向器９４５を含む回転アンビルホイール９００との間に食品包装材料を通したとき、この包装材料にクロスハッチ状超音波シールが形成される。ローレット切りを施したエネルギ指向器９４５の、平らなエネルギ指向器９２５又は丸味のあるエネルギ指向器９３５を越える利点は、強度である。ローレット切りを施したエネルギ指向器９４５を使用して形成された超音波シールは、代表的には、平らなエネルギ指向器９２５や丸味のあるエネルギ指向器９３５を使用して形成された超音波シールよりも強固である。しかしながら、ローレット切りを施したエネルギ指向器９４５を使用して形成されたシールの一体性は、平らなエネルギ指向器９２５や丸味のあるエネルギ指向器９３５を使用して形成されたシールの一体性程良好ではない。従って、ローレット切りを施したエネルギ指向器９４５は、ローレット切りを施した丸味のあるエネルギ指向器９４０に示すように丸味のあるエネルギ指向器９３５と組み合わせて使用してもよい。ローレット切りを施した丸味のあるエネルギ指向器９４０によって形成された超音波シールには、ローレット切りを施したエネルギ指向器９４５の強度上の利点並びに丸味のあるエネルギ指向器９３５の高度のシール一体性の利点がある。
【００７３】
超音波シールで使用できる第４のエネルギ指向器形態は、積み重ねた丸味のあるエネルギ指向器形態９５０である。積み重ねた丸味のあるエネルギ指向器形態９５０は、アンビル本体９０３及び互いに重ねた多数の丸味のあるエネルギ指向器９５５を含む。丸味のあるエネルギ指向器９５５を重ねることにより、多数の超音波シールが形成される。
【００７４】
超音波シールで使用できる第５のエネルギ指向器形態は、積み重ねた半径方向エネルギ指向器形態９６０である。積み重ねた半径方向エネルギ指向器形態９６０は、アンビル本体９０３及び互いに重ねた多数の半径方向エネルギ指向器９６５を含む。半径方向エネルギ指向器９６５は、エネルギ指向器の半径が大きくしてあるか或いは小さくしてあるためにエネルギ指向器の表面が広幅又は狭幅のいずれかとなることを除くと、丸味のあるエネルギ指向器９５５と同様である。半径方向エネルギ指向器９６５の超音波シールの幅は、選択された半径で決まる。
【００７５】
図１０は、フラッグアッセンブリ１０１０、カートリッジアッセンブリ１０２０、及びダイレクトオンホーンバッファ１０３０を含む緩衝付超音波ホーンの三つの実施例１０００を示す。フラッグアッセンブリ１０１０は、回転アンビルホイール１０１０、超音波ホーン１０１７、バッファフラッグ１０１５、及びフラッグピン１０４０を含む。回転アンビルホイール１０１０及び超音波ホーン１０２０は、図２に示すように配向される。バッファフラッグ１０１５は、代表的には、テフロン、カプトン、又は他の緩衝材料で形成されている。バッファフラッグ１０１５はフラッグピン１０４０に取り付けられている。フラッグピン１０４０は、代表的には、システムの進行方向で回転アンビルホイール１０１０及び超音波ホーン１０１７の手前に配置されている。バッファは、シール領域を通して熱エネルギを逃がすことにより、シールに穴が開いて損傷するといった危険を最少にする。更に、緩衝により、システムを再設計する必要なしにシステムを最適化できる。即ち、緩衝により、様々な超音波周波数を適用するシステム内で、新たな包装材料及び周波数について補償するためにシステムを再設計する必要なしに、様々な包装材料を使用できる。
【００７６】
作動では、図２を参照して上文中に説明したように、食品包装を回転アンビルホイール１０１０と超音波ホーン１０１７との間に通す。しかしながら、フラッグアッセンブリ１０１０では、バッファフラッグ１０１５は超音波ホーン１０１７の縁部と包装材料との間に配置される。バッファフラッグ１０１５は、超音波ホーン１０１７から包装材料に放射される超音波エネルギを緩衝するのに役立つ。バッファフラッグ１０１５を使用することによりエネルギ放射中のスパイク現象を緩衝してなくし、これにより超音波エネルギを包装材料に更に均等に加える。更に、緩衝により、本質的に更に丈夫なシールが形成される。
【００７７】
カートリッジアッセンブリ１０２０は回転アンビルホイール１０１０、超音波ホーン１０１７、バッファベルト１０２５、及びベルトローラー１０２７を含む。回転アンビルホイール１０１０及び超音波ホーン１０２０は図２に示すように配向される。カートリッジアッセンブリ１０２０は、代表的にはテフロン、カプトン、又は他の緩衝材料で形成されている。バッファベルト１０２５はベルトローラー１０２７に巻付けてある。ベルトローラー１０２７は、代表的には、一方のローラーが超音波ホーン１０１７の前方に、及び他方のローラーが後方に置かれる。
【００７８】
作動にあたっては、図２を参照して上文中に説明したように、食品包装を回転アンビルホイール１０１０と超音波ホーン１０１７との間に通す。しかしながら、バッファベルト１０２５は、超音波ホーン１０１７の縁部と包装材料との間に配置される。バッファベルト１０２５は、超音波ホーン１０１７から包装材料に放射される超音波エネルギを緩衝するのに役立つ。バッファベルト１０２５は、緩衝材料の丈夫さ及び工程の速度に応じて、ベルトローラー１０２７の周囲で連続的に又は間歇的に回転させることができる。
【００７９】
ダイレクトオンホーンバッファ１０３０は、回転アンビルホイール１０１０及びバッファ１０３５を持つ超音波ホーン１０１７を含む。回転アンビルホイール１０１０及び超音波ホーン１０１７は、図２に示すように配向される。バッファ１０３５は、代表的には、テフロン、カプトン、又は他の緩衝材料で形成されている。バッファ１０３５は、永久的な接着又は一次的な交換自在の他着性パッチによって超音波ホーン１０１７の端部に直接取り付けられる。作動にあたっては、ダイレクトオンホーンバッファ１０３０は、バッファ１０３５が超音波ホーン１０１７に直接取り付けられていること以外は、フラッグアッセンブリ１０１０及びカートリッジアッセンブリ１０２０と実質的に同様である。
【００８０】
図１１は、超音波ホーン縁部及び回転アンビルホイールの形態の三つの実施例１１００を示す。超音波ホーン縁部及び回転アンビルホイールの形態のこれらの三つの実施例には、直線状縁部ホーン形態１１１０、湾曲縁部ホーン形態１１２０及び漸次隙間が増加する型式の（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ ｇａｐ）湾曲縁部ホーン形態１１３０が含まれる。
【００８１】
直線状縁部ホーン形態１１１０は、直線状縁部超音波ホーン１１１７及び回転アンビルホイール１１１５を含む。作動にあたっては、食品包装材料が、図２を参照して上文中に説明したように、直線状縁部超音波ホーン１１１７と回転アンビルホイール１１１５との間を通過する。
【００８２】
湾曲縁部ホーン形態１１２０は、湾曲縁部超音波ホーン１１２５及び回転アンビルホイール１１１５を含む。湾曲縁部ホーン形態１１２０では、湾曲縁部超音波ホーン１１２５の縁部が回転アンビルホイール１１１５の湾曲と噛み合う。作動に当たっては、超音波ホーン１１２５と回転アンビルホイール１１１５の湾曲との噛み合いにより、通過する食品包装は、直線状縁部ホーン形態１１１０におけるよりも大きな表面積が回転アンビル１１１５と接触する。直線状縁部ホーン形態１１１０では、回転アンビルホイール１１１５の先端だけが食品包装と接触する。しかしながら、湾曲縁部ホーン形態１１２０では、食品包装は回転アンビルホイール１１１５の更に大きな部分と接触する。
【００８３】
漸次隙間増加型湾曲縁部ホーン形態１１３０は、漸次隙間増加型縁部超音波ホーン１１３５及び回転アンビルホイール１１１５を含む。漸次隙間増加型湾曲縁部超音波ホーン１１３５は、内方供給側が比較的大きく湾曲しており、外方供給側が比較的小さく湾曲している。作動に当たっては、食品包装が回転アンビルホイール１１１５と漸次隙間増加型湾曲縁部超音波ホーン１１３５との間を通過する際に食品包装が溶融する。食品包装の溶融により食品包装の厚さが減少する。漸次隙間が増加する湾曲部により、食品包装と回転アンビルホイール１１１５との間の接触及び圧縮力が最大になる。漸次隙間増加型湾曲縁部超音波ホーン１１３５及び回転アンビルホイール１１１５の内方供給側では、隙間は、食品包装が溶融前で最も厚い時に比較的大きい。漸次隙間増加型湾曲縁部超音波ホーン１１３５及び回転アンビルホイール１１１５の外方供給側では、隙間は、食品包装が溶融後で最も薄い時に比較的小さい。
【００８４】
図１２は、本発明の変形例による回転アンビル１２００を示す。回転アンビル１２００は、アンビル本体１２１０及びアンビル縁部１２１２を含み、超音波ホーン１２５０が設けられている。アンビル縁部１２１２は、丸味のあるエネルギー指向器１２２０、分離用エネルギ指向器１２３０、及びローレット１２４０を含む。回転アンビルは、図３で上文中に説明したように配向される。作動に当たっては、回転アンビル１２００は超音波ホーン１２５０と関連して回転し、図３で上文中に説明したように食品包装の縁部を超音波でシールする。食品包装が回転アンビル１２００と超音波ホーン１２５０との間で接触したとき、丸味のあるエネルギ指向器１１２０及びローレット１２４０が、図９で説明したように超音波シールを行う。食品包装が超音波でシールされるとき、分離用エネルギ指向器１２３０が食品包装を切断し、別々の食品包装を形成する。
【００８５】
図１乃至図１２は、本発明の多くの実施例を示す。しかしながら、当業者にはこの他の変形例が明らかになるであろう。例えば、本発明の変形例では、食品包装ロール１１２を使用する代わりに、食品包装材１１３を食品包装位置決めユニット１１０に食品包装の平らなシートとして供給してもよい。
【００８６】
第２の変形例では、食品コンベアシステム１２０を使用して未包装の食品１２１を製品包装位置決めユニット１１０に送出する代わりに、食品包装材１１３をコンベアに沿って前進させ、食品１２１を食品包装材の上に位置決めしてもよい。例えば、ドロッパ、コンベア、又は他の装置が食品１２１を食品包装材１１３の平らなシート上に搬送するようにしてもよい。かくして、第２の変形例では、案内ローラー１１４が無くされる。この場合、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス１１６は、好ましい実施例におけるように食品包装材１１３を下方に折り畳むのとは異なり、超音波フィンシール前に、食品包装材１１３を上方に及び食品の上に折り畳む。超音波フィンシール後のシステムは好ましい実施例と実質的に同じである。
【００８７】
本発明の第３の変形例では、超音波端シールユニット１４０は、個々の食品の各々が通過した後でなく、多数の食品が通過した後に部分的にシールされた食品包装体１２２の端部をシールし、クリンプし、分離する。即ち、個々の食品の各々をシールする代わりに、二個又はそれ以上の食料品目を同じ完全にシールされた食品１２４内にシールするのである。
【００８８】
本発明の第４の変形例では、超音波端シールユニット１４０は、各食品１２１を個々に端シールするが、二個又はそれ以上の食品１２１が通過した後に食品包装材１１３のクリンプ及び分離を行う。従って、個々の食品１２１の各々がそれ自体の包装内にシールされるが、二点又はそれ以上の食品１２１を便利な包装で互いに連結できる。
【００８９】
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、等価物と交換できるということは当業者には理解されよう。更に、特定の状況又は材料に合わせて、本発明の教示にその範囲から逸脱することなく、多くの変更を行うことができる。従って、本発明は開示の特定の実施例に限されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内の全ての実施例を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の好ましい実施例による超音波食品包装システムを示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施例による超音波食品包装フィンシールユニットを示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施例による超音波食品包装端シールユニットを示す図である。
【図４】本発明の好ましい実施例による超音波食品包装システムのフローチャートである。
【図５】超音波でフィンシールした、食品周囲の食品包装の正面断面図である。
【図６】超音波でフィンシールした、食品周囲の食品包装の断面図である。
【図７】ダイレクトオンアイテム包装形成ボックスの斜視図及び側面図である。
【図８】超音波フィンシールユニットの内方供給ローラーの二つの実施例及びこれらの内方供給ローラーについての三つの作動形態を示す図である。
【図９】超音波フィンシールユニットの回転アンビルホイールの一実施例及びこの回転アンビルホイールについての５つの作動形態の図である。
【図１０】緩衝された超音波ホーンの三つの実施例を示す図である。
【図１１】超音波ホーン縁部及び回転アンビルホイールの形態の三つの実施例を示す図である。
【図１２】本発明の変形例による回転アンビルの図である。
【符号の説明】
【００９１】
１００ 超音波食品包装システム
１１０ 製品包装位置決めユニット
１１２ 食品包装ロール
１１３ 食品包装
１１４ 食品包装案内ローラー
１１６ ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス
１１８ 部分的に包装された食品
１２０ 食品コンベアシステム
１２１ 未包装の食品
１２２ 部分的にシールされた食品包装
１２４ 完全にシールされた食品
１３０ 超音波食品包装フィンシールユニット
１４０ 超音波食品包装端シールユニット

Claims (27)

1. 食品包装を超音波でシールするためのシステムにおいて、
   食品の周囲に食品包装を直接形成し、部分的に包装された食品を形成する、ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス、
   前記部分的に包装された食品を超音波でフィンシールし、部分的にシールされた食品包装を前記食品の周囲に形成する、超音波食品包装フィンシールユニット、及び
   前記部分的にシールされた食品包装を超音波で端シールし、完全にシールされた食品包装を前記食品の周囲に形成する、超音波食品包装端シールユニットを含む、システム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記食品を前記ダイレクトオンアイテム包装形成ボックスに供給する入力コンベアを更に含む、システム。
3. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記ダイレクトオンアイテム包装形成ボックスに連続的に供給される食品包装を更に含む、システム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記ダイレクトオンアイテム包装形成ボックス内に連続的に供給される食品を更に含む、システム。
5. 請求項１に記載のシステムにおいて、菓子食品を更に含む、システム。
6. 食品の周囲に直接形成された食品包装を超音波でシールするための方法において、
   食品包装を食品の周囲に直接形成し、部分的に包装された食品を形成する工程、
   前記部分的に包装された食品を超音波でフィンシールし、部分的にシールされた食品包装を前記食品の周囲に形成する工程、及び
   前記部分的にシールされた食品包装を超音波で端シールし、完全にシールされた食品包装を前記食品の周囲に形成する工程を含む、方法。
7. 請求項６に記載の方法において、連続的に供給された食品を更に含む、方法。
8. 請求項６に記載の方法において、連続的に供給された食品包装を更に含む、方法。
9. 請求項６に記載の方法において、菓子食品を更に含む、方法。
10. 食品包装を超音波でフィンシールするためのシステムにおいて、
    回転アンビルホイール、及び
    前記回転アンビルホイールに関して作動的に位置決めされた超音波作動ホーンであって、前記超音波作動ホーン及び前記回転アンビルホイールが協働し、前記超音波作動ホーンと前記回転アンビルホイールとの間を通過する前記食品包装を超音波でフィンシールする超音波作動ホーンを含む、システム。
11. 請求項１０に記載のシステムにおいて、前記超音波食品包装フィンシールシステムを通して食品包装を引っ張るための一対の向き合った排出ローラーを更に含む、システム。
12. 請求項１０に記載のシステムにおいて、前記部分的に包装された食品を前記食品包装フィンシールシステム内に案内し、前記部分的に包装された食品の端部を互いに押し付けるための一対の向き合った内方供給ローラーを更に含む、システム。
13. 請求項１０に記載のシステムにおいて、前記部分的にシールされた食品包装のフィンを折り畳むための一対の向き合ったフィン折り畳みローラーを更に含む、システム。
14. 請求項１０に記載のシステムにおいて、前記部分的に包装された食品の向き合った側部に対する前記超音波作動ホーンの適正な作動圧力及び整合を維持するため、空気作動式スライドに取り付けられた前記超音波作動ホーンを更に含む、システム。
15. 請求項１０に記載のシステムにおいて、前記部分的に包装された食品の側部に対する前記回転アンビルホイールの適正な作動圧力及び整合を維持するためのアンビルサーボ駆動装置を更に含む、システム。
16. 請求項１０に記載のシステムにおいて、菓子食品を更に含む、システム。
17. 食品包装を超音波でフィンシールするための方法において、
    作動的に連結された回転アンビルホイールと超音波作動ホーンとの間に前記食品包装を通すことによって食品包装をフィンシールする工程を含む、方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、連続的に供給された食品包装を更に含む、方法。
19. 請求項１７に記載の方法において、連続的に供給された食品を更に含む、方法。
20. 請求項１７に記載の方法において、菓子食品を更に含む、方法。
21. 食品包装を超音波で端シールするためのシステムにおいて、
    回転アンビル、及び
    前記回転アンビルに関して作動的に位置決めされた回転超音波作動端シールホーンであって、前記超音波作動端シールホーン及び前記回転アンビルが協働し、前記超音波作動端シールホーンと前記回転アンビルとの間を通過する前記食品包装を超音波で端シールする回転超音波作動端シールホーンを含む、システム。
22. 請求項２１に記載のシステムにおいて、前記超音波端シールホーンは四つの縁部を有する、システム。
23. 請求項２１に記載のシステムにおいて、前記回転アンビルは四つの縁部を有する、システム。
24. 食品包装を超音波で端シールするための方法において、
    作動的に連結された回転アンビルと超音波作動ホーンとの間に前記食品包装を通すことによって前記食品包装を端シールする工程を含む、方法。
25. 請求項２４に記載の方法において、作動的に連結された回転アンビルと回転超音波作動ホーンとの間に前記食品包装を通すことによって食品包装を端シールする工程を更に含む、方法。
26. 請求項２４に記載の方法において、前記超音波食品包装端シールユニットに食品包装を連続的に供給する工程を更に含む、方法。
27. 請求項２４に記載の方法において、菓子食品を更に含む、方法。

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