JP2010524680A - 基材をコーティングするための超音波噴霧装置の使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
a.ノズルの表面を該表面に実質的に垂直な方向に振動させる工程と、
b.約120マイクロメートル以上の振動の振幅を提供する工程と、を含む。
本明細書で使用するとき、「振幅」は、ノズルチップの振動変位と見なされる。変位は、最大振幅から測定される。
本発明の超音波装置は、材料(例えば、塩、調味料、風味剤、ビタミン、栄養素、又は他の微粒子)のチップ等の基材への正確な送達に基づいて、これらの基材の配列において1つの基材毎に、風味強度及び/又は風味種類を正確に制御する能力を含む、多数の効果をもたらす。更に、超音波装置は、基材の正確な領域のみが添加材料を受容するように、所定の量の正確な送達及び基材の正確な標的を提供する。これは、塩の塗布に有用であることができ、例えば、より正確な塗布が、成分表示におけるより低いナトリウム値の表記を可能にすることができる。加えて、超音波装置は、そうでなければ失われ得る、基材の外側への高価な添加材料の塗布の回避によってコスト削減の更なる利点を提供し、次に、塗布されている材料の再循環流を生成する必要性を最小限に抑えるか、又は排除する追加の利点を有する。
a.製造休止時間を大幅に削減する、同一生産ライン上の1つの風味/強度から別の風味/強度への速い切り替え。
b.再循環流が、添加材料をその再循環流に添加する恐れなく捕捉されるプロセス領域において、微粒子をここで添加することができるため、製造柔軟性及び効率性の漸進的な増加を可能にする、添加材料の添加を正確に「パルスする」能力(例えば、生地を切った後の未使用の生地、揚げた後のチップの排水からの余分な油等)。
c.多数のノズルが連続して配置されることを可能にし、製品の単一流に多数の効果を提供する、流体又はスラリーのパルス送達(例えば、1つおきの基材若しくはチップ(又はそれらの群)は、感覚的な満腹感を回避するために、異なる風味で味付けされてもよい)。
d.噴霧特性に悪影響を及ぼすことなく、流速を変化させる柔軟性を提供する、変化するライン速度に一致するように超音波噴霧量を容易に調整すること。
e.超音波による噴霧は、噴霧ノズルの小オリフィスを通過する加圧ジェット流体の運動エネルギーによって生成されないため、超音波ノズルは、典型的には、従来の噴霧ヘッドよりも数倍大きい直径のオリフィスを有するため、詰まりの心配なくはるかに大きい粒径の固体粒子を有するスラリーの塗布を可能にする能力。
f.超音波噴霧は圧力によって生成されず、それは弱い方法で噴霧するため、基材への噴霧の衝撃力を最小限に抑える能力。
g.特別及び/又は不連続の効果を有する製品流を可能にする、様々な位置にノズルを配置し、特定の基材要素を正確に標的にする能力。
h.正確なポンプ/計量装置と連結されると、基材の部分間の変動の心配なく特殊コーティング(例えば、栄養素添加、医薬品化合物等)の均一分布の送達が可能である。
a.低及び高パルス電圧設定。
b.パルス幅(高振幅におけるパルスの持続時間)。
c.遅延時間(光センサー27からの信号の検出と高電圧パルスの超音波電力供給12への送信との間の時間)。
d.加熱要素28に要求される温度(高粘度流体に対して任意)。
e.定量ポンプ(図示せず)に要求される流速。
i.電力供給
図1を参照すると、超音波装置10は、ケーブルを介してコンバータ13に電気エネルギーを供給する電力供給12を備え、高周波数(典型的には、約20kHz〜約200kHz)の電気エネルギーは、例えば、圧電コンバータ装置によって、振動の機械的運動に変換される。
各ノズルの種類は、その特定の形状及び他の要因によって、概して、同一の流体に対して異なる臨界電力レベルを有する。例えば、48kHzのノズルの臨界電力レベルは、実質的な流速で幅の広い噴霧パターンをもたらすために、円錐形の噴霧表面を有して設計され、概して、水を噴霧する際に約3.5〜約4ワットの入力電力になる。同一周波数で動作するが、マイクロフロー動作(非常に小さい噴霧表面)のために設計された別のノズルは、水を噴霧するために約2ワットのみを必要とし得る。
流体(以下を参照)と題するセクションiv.は、超音波噴霧のためのよい候補である流体の更なる情報を提供する。
流速はまた、最小電力レベルを決定する役割を果たす。所定のノズルに対して、ノズルはより高い流速でより激しく動作するため、流速が高くなるほど、必要な電力は高くなる。振動ノズル14は、数マイクロリットル/分〜約350mL/分超の広範な流速に及ぶことができる。観察の結果として、なおも適切な噴霧又は臨界流速を可能にする最大流速は、約30cm/秒からである。一実施例として、2.5mmのオリフィス直径を有する振動ノズル14に対して、これは、連続噴霧を仮定して、約88mL/分からの最大流速になる。特定のノズルの流速範囲は、以下の要因によって決定される。電力供給、動作周波数、オリフィス径、噴霧表面積、及び流体特性。
図1を参照すると、上記のように、コンバータ13の出力は、ブースターアセンブリ15(図示せず)と呼ばれるもので増幅することができる。しかしながら、振動ノズル14の選択設計は、十分な振幅利得を生成し、別個のブースターアセンブリの必要性を排除することができる。概して、いずれの種類のコンバータが使用されてもよい。一実施形態では、圧電性ジルコン酸チタン酸鉛結晶(「PZT」)コンバータが使用されてもよい。そのようなコンバータの一実施例は、米国コネチカット州ニュータウン、06470に拠点を置くソニックス&マテリアルズ(Sonics& Materials)によって製造される、バイブラセルモデルCV 33(VibraCell Model CV 33)である。コンバータ13の振動の振幅は、電力供給上で設定することができる。例えば、20kHzのコンバータは、全振幅設定にて20μmの振動振幅を提供する。
ここで図1を参照すると、概して、参照番号14で言及される、本ノズル14の第1の実施形態が示される。振動ノズル14は、第1の末端部17と第2の末端部18とを含む。振動ノズル14の第1の末端部17は、コンバータ13に接続される。ノズル14の第2の末端部18は、流体19のための出口を提供し、それによって、ノズル14から出る流体19は、微細に噴霧され、実際には、基材11上にミスト又は霧の形で吹き付けられる。第2の末端部18は、振動ノズルチップ32を備える。ノズルチップ32は、オリフィス37を備える。オリフィス37は、周囲42を有する。周囲42は、約0.1cm〜約1.0cmであることができる。その名前が示すように、振動ノズルは、ヒトの聴覚範囲を超える高周波数の音波を利用する。
図2を参照すると、流体19は、全流速がポンプRPMによって正確に調整される、容積式(以下「PD」)ポンプで供給される。PDポンプの使用は、流体粘度、流体中の風味成分の濃度、風味付けされている製品のスループット等の要因への流速の依存性を削減することによって有利である。
図2を参照すると、超音波装置10は、典型的には、連続モードで動作される。しかしながら、超音波装置10はまた、パルス噴霧又は位置合せ噴霧で動作することができる。
パルス超音波噴霧は、例えば、数秒毎に1パルス等の低い繰り返し率で、超音波電力を断続的に動作させることによって達成することができる。基材間の間隙ではなく、一連の速く移動する基材における各基材にコーティングを送達するために、噴霧はパルスされる必要があり、パルスは、開始タイミング及び持続時間で正確に制御される必要がある。
パルス超音波噴霧の制御論理の選択との組み合わせは、新しい製品提供を可能にする新しい処理柔軟性を提供することができる。限定されない一実施例では、2つの振動ノズル14が同一の列上にあり、それぞれは、異なる調味料を散布し、例えば、以下は、xがチップを表し、yがチップを表す、考えられる製品の変化形の一部である。
i.例えば、x、y、x、yと、1つのチップ毎に風味を入れ替える。
ii.例えば、x、x、x、y、y、yと、チップ数で風味を入れ替える。
iii.例えば、x、y、y、y...又はx、x、x、yと、x対yの異なる周波数を有する。
iv.Xy、Xy、xYと、同一チップ上に同一又は異なる強度のいずれかのx及びyを有する。
v.例えば、前半にx及び後半にyと、同一チップ上であるが異なる位置にx及びyを有する。
vi.上記のいずれかの組み合わせ。
vii.2つに限定されないいかなる数。
図1を参照すると、超音波噴霧プロセスは圧力に依存しないため、単位時間当たりの振動ノズル14によって噴霧される流体19の量は、振動ノズル14と関連して使用される流体送達システムによって主に制御される。振動ノズル14に対する流速範囲は、毎秒数マイクロリットルの低さから最大で約400mL/分であることができる。特定の振動ノズル14及び採用される流体送達システムの種類(ギアポンプ、シリンジポンプ、加圧リザーバ、蠕動ポンプ、重力送り等)に応じて、技術は、非常に多様な流量/噴霧可能性を提供することができる。
様々な材料及び器具が既知であり、これらの目的に好ましいが、電力供給及び変換器は、ソニックス&マテリアルズ(Sonics & Materials)から入手可能な、バイブロセル750(VibroCell 750)である。
図2を参照すると、一代替実施形態では、超音波装置10は、空気装置20を任意に含んでもよい。空気供給21は、空気装置20に流動する圧縮空気の源を提供する。空気装置20は、転動ドラム23(図3)又はコンバータ13に延在することができる、チューブ(図示せず)の形であることができる。空気装置20は、複数の空気出口を有することができ、そのそれぞれは、例えば、図2に示されるような、振動ノズル14の開口部に向けられる開口部を有する。振動運動によって、振動ノズル14から出る流体19は微細に噴霧され、実際には、転動ドラム23(図3)内の製品又はコンベヤー26の基材11上にミスト又は霧の形で吹き付けられる。空気は、振動ノズルからの噴霧を更に散布するのに役立つことができる。
Claims (10)
- a.表面にほぼ垂直な方向に振動ノズルの表面を振動させる工程と、
b.約120マイクロメートル以上の振動の振幅を提供する工程と、からなることを特徴とする、流体を表面から噴出する方法。 - 前記流体が、好ましくは食用である基材に向かって噴出される、請求項1に記載の方法。
- 前記基材が食用である、請求項2に記載の方法。
- 前記表面が、前記振動ノズルの表面の一部分であり、前記振動ノズルは変換器で振動するように作られ、電力は前記変換器に印加され、前記電力はある周波数で作動し、前記変換器は好ましくは圧電変換器及び磁歪変換器からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記流体が、粘度変性剤及び/又は界面活性材料のどちらかを含み、前記界面活性材料は、ラウリル硫酸ナトリウム、トゥイーン80、非イオン性界面活性剤及びモノグリセリド、並びにレシチンからなる群から選択される材料を含み、前記流体は、油、グリセリド、プロピレングリコール、水、スクロースポリエステル、液糖、グリセリン、マルトデキストリン、アルコール、及びこれらの混合物からなる群から選択される材料を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記流体が、前記表面に送達されるときに約0.001Pa・s〜約0.5Pa・s(約1〜約500cps)の粘度を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記流体が、約0〜約70重量%の固体粒子を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記表面が、150マイクロメートルを超える振幅で振動するように作られる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記振動ノズルの形状が、前記変換器の振動の振幅を増幅して前記表面の振動の振幅を150マイクロメートルより大きく生成するように設計される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記振動ノズルの形状が、前記変換器付近に第1の端部、及び前記第1の端部の反対側に前記表面を含む第2端部を有し、前記第2の端部付近の前記振動ノズルの断面が、前記第1の端部付近の前記振動ノズルの断面よりも小さい、請求項9に記載の方法。
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