JP2006521248A - 注出可能食品のパッケージ製造に使用できる誘導シーリング装置および方法 - Google Patents

Abstract

プラスチック材料（１６）で被覆された誘導加熱可能な材料の少なくとも１層（１２）を有するシート包装材料のチューブ（１３）を横方向にシーリングすることにより注出可能食品のパッケージを製造するのに使用することができる誘導シーリング装置。シーリング装置は交流電力信号S(ω)を発生する発生器（３）と、交流電力信号S(ω)を受信して層（１２）内に寄生電流を誘起し、プラスチック材料（１６）を局部的に溶かして横方向シールを形成するインダクタ（４）と、発生器（３）およびインダクタ（４）間で最適電力伝達を達成する整合回路（７）とを有する。整合回路（７）は誘導性−容量性回路を含み、容量可変の容量性要素（２０，２４，２５，２６，２７）の容量は電流−電圧位相角がゼロに近づくように調節することができる。

Description

（技術分野）
本発明は注出可能食品（pourable food product）のパッケージ製造に使用できる誘導シーリング（induction sealing）装置および方法に関する。

特に、本発明は好ましくは、排他的ではないが、注出可能製品が連続的に充填されるシート包装材料のチューブからパッケージを成形およびシーリングする成形およびシーリングユニットに使用することができる。

（背景技術）
よく知られているように、多くの注出可能食品（たとえば、フルーツまたは野菜ジュース、低温滅菌またはＵＨＴ（超高温処理；Ultra High Temperature treated）されたミルク、ワイン、等）は滅菌された包装材料で作られたパッケージとして販売される。

この種のパッケージの典型的な例はTetra Brik Aseptic（登録商標）として知られる注出可能食品用平行六面体パッケージであり、積層包装材料のウェブを折り畳みかつシーリングして作られる。

積層包装材料はポリエチレン等のヒートシール材料で両面が被覆された紙等の繊維質材料の層を含み、ＵＨＴミルク等の長期保存製品用無菌パッケージの場合は、最後にパッケージ内の食品と接触する面に酸素バリア材料の層、たとえば、アルミニウムまたはＥＶＯＨのシート、を含みそれは一層以上のヒートシール・プラスチック材料で被覆されている。

よく知られているように、このようなパッケージは全自動包装機械上で製造され、その上で巻取包装材料から連続チューブが形成され、たとえば、過酸化水素溶液等の化学滅菌剤を塗ることにより包装材料のウェブが包装機械自体上で滅菌され、滅菌が完了するとそれは包装材料の表面から、たとえば、加熱蒸発により除去され、そのように滅菌された包装材料のウェブは閉じた無菌環境内に保たれ、縦方向に折り畳まれかつシーリングされて垂直チューブを形成する。

次に、チューブは頂部から滅菌または無菌処理注出可能食品で充填され、等間隔横断面において２対のジョー（jaw）により把持される。より詳細には、２対のジョーはチューブ上に繰返し連続的に作用してチューブの包装材料をシーリングし、各横シーリングバンドにより互いに接続されたピローパックの連続ストリップを形成する。

ピローパックは関連シーリングバンドを切断して分離され、次に、最終折畳みステーションへ運ばれ、そこで仕上げ平行六面体形へ機械的に折り畳まれる。

バリア材料としてのアルミニウム層を有する無菌パッケージの場合、チューブの横断面は通常アルミニウム層内に寄生電流を誘起してヒートシールプラスチック材料を局部的に溶かすシーリング装置を使用してシーリングされる。

特に、各対の一方のジョーは非導電性材料で作られた本体、および本体上のフロントシート内に収納されたインダクタを含み、他方のジョーはゴム等の弾性降伏材料で作られた圧力パッドを有する。

インダクタはジョーの関連対がチューブ上に把持される時に給電され、プラスチック材料被覆をシーリングすることによりチューブの横断面をシーリングするようにされる。

より詳細には、インダクタの他に、シーリング装置は交流電力信号発生器および発生器とインダクタ間の電力伝達を最適化する整合回路も含んでいる。事実、発生器は電流−電圧位相角がゼロに近い時に最大電力を供給する。

既知の整合回路は通常、容量性要素（通常、いくつかの並列キャパシタにより規定される）が誘導性要素（通常、変圧器により規定される）に並列接続されている、誘導性−容量性回路により規定され、容量性要素の容量値および誘導性要素のインダクタンス値は位相同期を生じて電流−電圧位相角がゼロに近くなるように選択される。しかしながら、このような位相同期は定められた動作条件（たとえば、パッケージ容積、充填機出力レートおよび動作速度、インダクタのタイプ、等）に関連付けられた予め定められた電気的負荷に対して最善である。

したがって、動作条件を変えて電気的負荷が変動すると、最適位相同期状態から顕著な逸脱が生じてインダクタへの電力伝達が低減される。

（発明の開示）
既知の装置の欠点を解消するように設計されたシーリング装置を提供することが本発明の目的である。

本発明に従って、プラスチック材料で被覆された誘導加熱可能材料の少なくとも１層を含むシート包装材料のチューブを横方向にシーリングして注出可能食品のパッケージを製造するのに使用できる誘導シーリング装置が提供され、上記シーリング装置は交流電力信号S(ω)を発生する発生手段と、交流電力信号S(ω)を受信して上記層内に寄生電流を誘起させ上記プラスチック材料を局部的に溶かして横方向シールを形成する少なくとも１つのインダクタと、上記発生器および上記インダクタ間で最適電力伝達を達成する整合回路とを含み、上記整合回路は誘導性−容量性回路を含み、その少なくとも１つの誘導性要素は少なくとも１つの容量可変の容量性要素に接続され、容量性要素の容量は電流−電圧位相角がゼロに近づくように調節することができる。

本発明はプラスチック材料で被覆された誘導加熱可能材料の少なくとも１層を含むシート包装材料のチューブを横方向にシーリングして注出可能食品のパッケージを製造するのに使用できる誘導シーリング方法にも関するものであり、上記方法は交流電力信号S(ω)を発生し、上記交流電力信号S(ω)を少なくとも１つのインダクタに加え上記層内に寄生電流を誘起して上記プラスチック材料を局部的に溶かし横方向シールを形成し、整合回路により上記発生器と上記インダクタ間の電力伝達を最適化するステップを含み、上記最適化ステップは少なくとも１つの誘導性要素に接続された少なくとも１つの容量性要素の容量を調節して電流−電圧位相角がゼロに近づくようにするステップを含んでいる。

添付図を参照して例により本発明の好ましい、非限定的実施例について説明する。図１の番号１は全体として注出可能食品のパッケージを製造するのに使用することができる誘導シーリング装置を示す。

より詳細には、シーリング装置１は交流電力信号S(ω)を発生する発生器（３）と、交流電力信号S(ω)を受信するインダクタ（４）と、発生器（３）およびインダクタ（４）間の電力伝達を最適化する整合回路（７）とを含んでいる。

より詳細には、発生器（３）は、数百（たとえば、５４０）ボルト程度のピーク電圧を有する中間周波数（たとえば、５３０ｋＨｚ）の可変電圧（たとえば、正弦波）信号を簡便に発生することができ、連続的またはパルス交流電力信号S(ω)を発生することができ、電流および電圧（共に発生器３の出力で測定）間の位相角がゼロに近い時に最大電力（たとえば、２５００ワット）を供給する。

インダクタ４は交流電力信号S(ω)を受信してパルス磁界を発生し、それが積層包装材料の適切に成形されたウェブから作られた縦形チューブ１３（無縮尺で部分的に示す）のアルミニウムシート１２成形部内に寄生電流を生じる巻線１０により規定される。

積層包装材料はヒートシールプラスチック材料１６，たとえば、ポリエチレンで両面が被覆された繊維質材料（たとえば、紙）の中心層１５を含み、アルミニウムシート１２が繊維質材料の中心層１５とプラスチック材料１６の１つの層との間に挿入され、寄生電流は縦形チューブ１３の２つの接触部のプラスチック材料１６を局部的に溶かしてチューブ１３を横方向にシーリングする。

整合回路７は第１および第２の電線２１，２２間に挿入された少なくとも１つのキャパシタ２０と、各スイッチ２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａに作用する制御信号基づいて電線２１，２２に対して接続／分離することができるいくつかのキャパシタ２４，２５，２６，２７（４個が図示されているが、明らかに任意の他の数でよい）を含んでいる。キャパシタ２０はいくつかの並列キャパシタ（たとえば、３個、図示せず）により簡便に規定することができ、１４−４０ｎF程度の容量を簡便に有することができる。

より詳細には、電線２１，２２の第１の端部２１ａ，２２ａは整合回路７の入力を規定し、電線２１，２２の第２の端部２１ｂ，２２ｂは整合回路７の出力を規定する２次巻線２３ｂを有する変圧器２３の１次巻線２３ａの端子に接続される。好ましくは、変圧器２３はフェライトコア、およびリッツ導体製巻線２３ａ，２３ｂを有し、内部損失を著しく低減する。

したがって、整合回路７は１つ以上のキャパシタ２４，２５，２６，２７をキャパシタ２０に並列接続することにより修正される容量可変の容量性要素に並列の誘導性要素（変圧器２３の巻線２３ａにより規定される）を含む。

本発明に従って、容量性要素の容量値は電流−電圧位相角がゼロに近づくように調整される。

容量はパッケージ製造工程中にパラメータ（たとえば、発生器３の出力における電流−電圧位相角ψの瞬時値および／または発生器３の出力におけるインピーダンス、すなわち、整合回路７の入力インピーダンス）を測定し、ゼロに近い電流−電圧位相角を得るために容量性要素が持つべき目標容量Ｃ_targを決定する制御回路３０により簡便に調整される。電流および電圧は発生器３の出力において電圧Ｖ，電流Ｉ，および位相角ψの瞬時値を測定する既知の計器（図示せず）により測定される。

このようにして、制御信号が１つ以上のスイッチ２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａに送られて１つ以上のキャパシタ２４，２５，２６，２７をキャパシタ２０に並列接続し定められた目標容量Ｃ_targを達成する。したがって、動作条件の変動により制御回路３０へ供給されるパラメータが変動して、合計容量が上記条件を満たすようにスイッチ２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａの予め定められた組合せを開閉する。

図２はスイッチ２４ａ−２７ａの１つの実施例を示す。より詳細には、各スイッチ２４ａ−２７ａは互いに接続されたエミッタ（Ｅ）、およびそれぞれ電線２１と各キャパシタ２４−２７の端子に接続されたコレクタ（Ｃ）を有する第１および第２のＩＧＢＴトランジスタ４０ａ，４０ｂを含んでいる。ＩＧＢＴトランジスタ４０ａ，４０ｂのゲート（Ｇ）は電線４２により互いに接続され、それは抵抗４４を介して、ＩＧＢＴトランジスタ４０ａ，４０ｂをオン／オフさせる制御信号を規定する電圧Ｖ_dc（たとえば、２４ボルト）のコマンドを受信する。抵抗４６がＩＧＢＴトランジスタ４０ａ，４０ｂのゲート（Ｇ）およびエミッタ（Ｅ）間に挿入されて、ＩＧＢＴトランジスタがオフとされる時にその内部キャパシタ内に蓄えられた電流を放電する。ＩＧＢＴトランジスタ４０ａ，４０ｂのゲート（Ｇ）およびエミッタ（Ｅ）間にはツェナーダイオード４８も挿入されてＩＧＢＴトランジスタの電圧Ｖ_geを予め定められた最大値（たとえば、１６ボルト）制限する。

各ＩＧＢＴトランジスタのコレクタ（Ｃ）およびエミッタ（Ｅ）間には再循環（recirculating）ダイオードが挿入されて、ＩＧＢＴトランジスタ（一方向デバイスである）内を直接流れる電流とは反対の半波中に電流の流れを許す。

あるいは、ソース（Ｓ）が互いに接続されドレイン（Ｄ）がそれぞれ電線２１および各キャパシタ２４−２７の端子に接続された第１および第２のＭＯＳＦＥＴトランジスタ（図示せず）を使用することができる。

図３のバリエーションにおいて、装置１は容量可変の容量性要素に並列な可変インダクタンス誘導性要素も規定する。

図３の限定しない実施例では、可変インダクタンスは各ターンに関連付けられ、選択されると、変圧器２３の異なる変圧比を作り出すいくつかの入力５０を有する１次巻線２３ａを有する変圧器２３により規定される。入力５０は制御回路３０からの制御信号に基づいて線２１および２２に選択的に接続される。より詳細には、入力５０は整合回路のインダクタンスを変えて、整合回路７の入力インピーダンス（すなわち、信号発生器３から「見た」インピーダンス）が最適インピーダンス値Ｚ_ott（たとえば、５０オーム）に近い値をとって発生器３からインダクタ４への電力伝達を最大化するように選択される。

注出可能食品のパッケージを製造するのに使用することができる誘導シーリング装置の単純化された電気回路図を示す。 図１の一部分をより詳細に示す図である。 図１の装置のバリエーションを示す図である。

Claims (11)

1. プラスチック材料（１６）で被覆された誘導加熱可能な材料の少なくとも１層（１２）を含むシート包装材料のチューブ（１３）を横方向にシーリングして注出可能食品のパッケージを製造するのに使用することができる誘導シーリング装置であって、前記シーリング装置は、
   −交流電力信号S(ω)を発生する発生手段（３）と、
   −交流電力信号S(ω)を受信して前記層（１２）内に寄生電流を誘起して前記プラスチック材料（１６）を局部的に溶かし横方向シールを形成する少なくとも１つのインダクタ（４）と、
   −前記発生手段（３）と前記インダクタ（４）との間で最適電力伝達を達成する整合回路（７）と、を含み、
   前記整合回路（７）は誘導性−容量性回路を含み、その少なくとも１つの誘導性要素（２３ａ，２３）は少なくとも１つの可変容量・容量性要素（２０，２４，２５，２６，２７）に接続され、容量性要素の容量は電流−電圧位相角がゼロに近づくように調節できる前記誘導シーリング装置。
2. 請求項１に記載のシーリング装置であって、前記誘導性要素（２３）と前記容量性要素（２０，２４，２５，２６，２７）とは互いに並列である前記シーリング装置。
3. 請求項１または２に記載のシーリング装置であって、前記容量性要素（２０，２４，２５，２６，２７）は少なくとも１つの主キャパシタ（２０）と、該主キャパシタ（２０）に選択的に接続／分離することができるいくつかの補助キャパシタ（２４，２５，２６，２７）とを含む前記シーリング装置。
4. 請求項３に記載のシーリング装置であって、スイッチング装置（２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａ）が各補助キャパシタ（２４，２５，２６，２７）に接続されていて、各補助キャパシタ（２４，２５，２６，２７）をスイッチオン／オフする前記シーリング装置。
5. 請求項４に記載のシーリング装置であって、各スイッチング装置（２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａ）は互いに接続されたエミッタ（Ｅ）と、主キャパシタ（２０）に通じる電線（２１）および各補助キャパシタ（２４−２７）の端子にそれぞれ通じるコレクタ（Ｃ）とを有する第１および第２のＩＧＢＴトランジスタ（４０ａ，４０ｂ）を含み、前記ＩＧＢＴトランジスタ（４０ａ，４０ｂ）のゲート（Ｇ）は互いに接続され、電圧コマンドＶ_daを受信して前記ＩＧＢＴトランジスタ（４０ａ，４０ｂ）をターン・オン／オフする前記シーリング装置。
6. 請求項５に記載のシーリング装置であって、少なくとも１つの抵抗（４６）がＩＧＢＴトランジスタ（４０ａ，４０ｂ）のゲート（Ｇ）およびエミッタ（Ｅ）間に挿入され、前記抵抗（４６）はＩＧＢＴトランジスタがオフとされる時にそれらの内部キャパシタに蓄えられた電流の放電を行う前記シーリング装置。
7. 請求項５記載のシーリング装置であって、少なくとも１つのツェナーダイオード（４８）が各ＩＧＢＴトランジスタ（４０ａ，４０ｂ）のゲート（Ｇ）およびエミッタ（Ｅ）間に挿入され、前記ツェナーダイオード（４８）はＩＧＢＴトランジスタの電圧Ｖ_geを予め定められた最大値に制限する前記シーリング装置。
8. 請求項１に記載のシーリング装置であって、前記誘導性要素（２３ａ，２３）は可変インダクタンス値を有し、前記インダクタンス値は前記整合回路のインピーダンスが、たとえば５０オームのような、最適インピーダンス値Ｚ_ottに近い値をとって前記発生手段（３）から前記インダクタ（４）への電力伝達を最大化するように調整される前記シーリング装置。
9. 請求項８に記載のシーリング装置であって、前記誘導性要素（２３ａ，２３）は各ターンに関連付けられたいくつかの入力（５０）を有し、選択されると、変圧器（２３）の異なる変圧比を作り出す１次巻線を有する変圧器（２３）を含むシーリング装置。
10. プラスチック材料（１６）で被覆された誘導加熱可能な材料の少なくとも１層（１２）を含むシート包装材料のチューブ（１３）を横方向にシーリングして注出可能食品のパッケージを製造するのに使用することができる誘導シーリング方法であって、前記方法は、
    −発生器（３）により交流電力信号S(ω)を発生するステップ（３）と、
    −少なくとも１つのインダクタ（４）に前記交流電力信号S(ω)を供給して前記層（１２）内に寄生電流を誘起し前記プラスチック材料（１６）を局部的に溶かして横方向シールを形成するステップと、
    −前記発生器（３）および前記インダクタ（４）間の電力伝達を整合回路（７）により最適化する、ステップと、を含み、
    前記最適化ステップは少なくとも１つの誘導性要素（２３ａ，２３）に接続された少なくとも１つの容量性要素（２０，２４，２５，２６，２７）の容量を電流−電圧位相角がゼロに近づくように調節するステップを含む前記シーリング方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、前記発生器から見たインピーダンスが、たとえば５０オームのような、最適インピーダンス値Ｚ_ottに近い値をとって前記発生器（３）から前記インダクタ（４）への電力伝達を最大化するように前記誘導性要素のインダクタ値を調整するステップを含む前記シーリング方法。

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