JP2013523476A - 軟質材料を切断するための超音波システムおよび方法、ならびにこれらのための超音波用ブレードホーン - Google Patents

Abstract

軟質材料（１０８）を切断するための超音波システム（２００）および方法は、鋸歯状の刃先(２１２、４１２、５１２、６１２)を有する少なくとも１つのブレードホーン(２０６、４０６、５０６、６０６)を軸方向に振動させる超音波振動子（１０２）を有し、これにより、ブレードホーンは、切断される食品の方向に移動させられるときに、プランジ切断を行うように食品に向かう方向および該食品から離れる方向に振動させられる。

Description

本願は、２０１１年４月１日に提出された米国特許出願第１３／０７８，０６４号および２０１０年４月１２日に提出された米国仮出願第６１／３２３，０５３号の優先権を主張するものである。上記出願の開示の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、食品を切断するための超音波システムに関する。

本項では、必ずしも従来技術ではない本開示に関連する背景情報について述べる。

食品および合成発泡体などの軟質材料を切断するための超音波システムが知られている。

図１を参照しながら、食品および合成発泡体などの軟質材料を切断するための典型的な超音波システム１００のモデルを示す。本明細書で使用される場合、「軟質材料」というのは、軽い圧力によって容易に変形し、かつ切断されるというよりは押しつぶされることによって、下方への切断動作に逆らう傾向にある材料を意味している。これらの材料は、鋸歯状の刃先を有する刃を前後に「鋸でひく」ように動作させることによって、切断することはできるが、これにより、切断屑が過剰になり、切断面が粗くなってしまう。水平で平滑な刃先を有する刃によって鋸でひくような切断動作を行ったとしても、切断屑はある程度過剰になり、切断面も粗くなり、さらには、軟質材料が、切断されるというよりは押しつぶされる傾向にある。このような軟質材料として、特定のタイプのパンなどの、硬い外殻または外皮および柔らかい内部を有する材料、ならびに、柔らかいスポンジ状の食品などの、そのような硬い外皮を有さない材料を挙げることができることを理解すべきである。超音波システム１００の典型的な構成要素として、電源１０１、超音波用ブレードホーン１０６（時として、超音波用ギロチン刃と呼ばれる）と連結されたブースタ１０４と連結された超音波振動子１０２が挙げられる。電源１０１からの電気エネルギーが、超音波振動子１０２によって機械的エネルギーに変換される。超音波振動子１０２、ブースタ１０４、およびブレードホーン１０６はすべて、電源の電気入力周波数に適合するように機械的に調整されている。超音波振動子１０２で変換された機械的エネルギーは、ブースタ１０４を介してブレードホーン１０６、すなわち、超音波振動するブレードホーン１０６に伝達される。作動中、超音波システム１００は、エネルギー供給を受けて、ブレードホーン１０６の刃先１１２を用いて材料１０８を切断する切断ボード１１０によって支持された材料１０８の方向に向かって下方へ移動させられるブレードホーン１０６を超音波振動させる。切断ボード１１０は、ブレード１０６のための隙間スロット１１４を含んでいてもよい。

軟質材料を切断するための従来技術の超音波システムには、水平で平滑な刃先、さらには鋸歯状の刃先を有するブレードホーンが利用されている。水平で平滑な刃先を有するブレードホーンは、軸方向の（上下の）切断動作（本明細書では「プランジ切断（ｐｌｕｎｇｅ ｃｕｔ）」と呼ぶ）または前後の鋸でひくような動作の双方の動作を行うように振動させられるようになっている。上記したように、水平で平滑な刃先を有するブレードが使用される場合、軟質材料は、切断されるというよりは押しつぶされる傾向にある。鋸歯状の刃先を有するブレードホーンは、前後の鋸でひくような動作を行うように振動させられるようになっている。しかしながら、鋸歯状の刃先を有するブレードホーンは、上下の切断動作を行うようには振動させられないようになっている。前後の鋸でひくような動作が用いられる場合、その中でも特に鋸歯状の刃先を有するブレードが使用される場合、エンゼルケーキ、柔らかいサンドイッチパン、パウンドケーキ、硬い外皮／柔らかい生地のパン、およびロールケーキ（ｒｏｌｌ）、ならびに柔らかい合成発泡体などの軟質材料は、超音波振動するブレードホーン１０６が接触するときに、ブレード１０６が接触することになる、材料１０８の表面積が大きいため、つぶされるか、または挟み込まれる傾向にある。このため、上記したように、切断屑が過剰になり、切断面が粗くなってしまう。

本項では、本開示の一般的な概要について述べられるが、本開示の全範囲または全特徴が、完全に開示されるわけではない。

軟質材料を切断するための超音波システムおよび方法は、鋸歯状の刃先を有する少なくとも１つのブレードホーンを軸方向に振動させる超音波振動子を有し、これにより、ブレードホーンは、切断される材料の方向に移動させられるときに、プランジ切断を行うように切断される材料に向かう方向および該材料から離れる方向に振動する。切断される軟質材料が、超音波システムに配置され、ブレードホーンが、切断される材料の方向におよび該材料の中を通して移動させられる。

一態様では、ブレードホーンの鋸歯状の刃先は、ブレードホーンが軸方向に振動するときに軸方向に振動する、尖端を有する複数の鋸歯切欠きを有する。一態様では、超音波用ナイフホーンの鋸歯状の刃先が、直線である。一態様では、鋸歯状の刃先が、凸状である。一態様では、鋸歯状の刃先が、凹状である。

一態様では、ブレードホーンの鋸歯状の刃先は、鋸歯状の刃先の右側部および左側部が、鋸歯状の刃先の中心の尖端で会するＶ字形である。一態様では、ブレードホーンの鋸歯状の刃先が、ブレードホーンの刃先の右側部および左側部の双方からの凹状リード(ｃｏｎｃａｖｅ ｌｅａｄ)を有し、凹状リードは、これらの右側部および左側部が会する尖端を形成している。

一態様では、ブレードホーンが、２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲の周波数で振動させられる。

適用可能なさらなる範囲は、本明細書に記載した説明から明らかとなる。本概要の記載および具体的な例は、例示のみを目的として意図されており、本開示の範囲を限定することを意図されているわけではない。

本明細書に記載した図面は、選択された実施形態のみを例示するためのものであり、可能な実施形態のすべてを例示するためのものではなく、また、本開示の範囲を限定することを意図されているわけではない。

従来技術の超音波切断システムの概略図である。 本開示の一態様に係る超音波切断システムの概略図である。 図２の超音波切断システムの超音波用ブレードホーンの斜視図である。 本開示の一態様に係る超音波用ブレードホーンの別の実施形態の斜視図である。 本開示の一態様に係る超音波用ブレードホーンの別の実施形態の斜視図である。 本開示の一態様に係る超音波用ブレードホーンの別の実施形態の斜視図である。 複数のブレードホーンを有する、図２の超音波切断システムの概略図である。

対応する参照符号は、図面における複数の図のすべてにわたって対応する部品を示している。

次に、例示的な実施形態について、添付図面を参照しながら、より完全に説明する。

図２は、本開示の一態様に係る、軟質材料を切断するための超音波システム２００を示している。超音波システム２００は、ブレードホーン２０６を除いて、超音波システム１００と同一の構成要素（同一の参照符号を用いて特定される）を有しており、ブレードホーン２０６は、以下でより詳細に述べるように、横方向と対照的に、軸方向に振動させられる。ブレードホーン２０６の刃先２１２は、平滑な刃先ではない。それどころか、一態様では、刃先２１２は、図３により詳細に示されているように、尖端２１６を有する複数の鋸歯切欠き２１５を有する鋸歯状の刃先である。

作動中、超音波システム２００は、エネルギー供給を受けて、ブレードホーン１０６の刃先２１２を用いて材料１０８を切断する切断ボード１１０によって支持された材料１０８の方向に向かって下方へ移動させられるブレードホーン２０６を超音波振動させる。ブレードホーン２０６は、材料１０８の方向に向かって下方へ移動するときにプランジ切断を行うように、軸方向に振動させられる。すなわち、ブレードホーン２０６は、プランジ切断を行うように、材料１０８に向かう方向および該材料から離れる方向に振動する。図２の超音波システム２００の方向に関していうならば、軸方向というのは、垂直方向のことである。このとき、刃先２１２が鋸歯状の刃先である場合、ブレードホーンが軸方向に振動している間、鋸歯切欠きは軸方向に振動する。

例示しているように、超音波振動子１０２は、２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲の周波数で、ブレードホーン２０６を振動させる。

図４に示した別の実施形態では、ブレードホーン４０６は、刃先４１２の（図４の向きにおける）右側部および左側部４１８、４２０が、刃先４１２の中心の尖端４２０で会する、一連の尖端４１６を有するＶ字形の鋸歯状の刃先４１２を有する。図４に示した実施形態では、右側部および左側部４１８、４２０は、尖端４２２を形成するように会する凹状リードを有する。図５に示した別の実施形態では、ブレードホーン５０６は、一連の尖端５１６を有する一連の鋸歯切欠き５１５を有する凸状に湾曲した鋸歯状の刃先５１２を有している。図６に示した別の実施形態では、ブレードホーン６０６は、一連の尖端６１６を有する一連の鋸歯切欠き６１５を有する凹状に湾曲した鋸歯状の刃先６１２を有している。ブレードホーンは、刃先が１つ以上の尖端を有する他の構成の刃先を有していてもよいことを理解すべきである。

超音波システム２００は、図７に示すようなブースタ１０４と連結された、ブレードホーン２０６などのブレードホーンを複数有していてもよい。ブレードホーン２０６として示されているが、ブレードホーンが、ブレードホーン４０６、５０６、および６０６のうちの任意のブレードホーンであってもよいことを理解すべきである。

超音波システム２００は、双方ともに軟質材料である硬い外皮の食品およびスポンジ状の食品を切断するために使用され得ることが有利である。硬い外皮の食品は、硬い外皮および柔らかい内部を有する、特定のパンなどの食品である。

例示および説明する目的で、実施形態について上述のように記載してきた。この記載は、網羅的であることおよび発明を限定することを意図したものではない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、この特定の実施形態に限定されるものではなく、適用可能ならば取り換えることができ、また、具体的に示され記載されていなくても、選択される実施形態に使用することができる。また、この実施形態は、多くの方法で変更することができる。このような変更例は、本発明から逸脱するものであると考えられてはならず、このような修正例のすべてが、本発明の範囲内に含まれることを意図されている。

Claims (15)

1. 鋸歯状の刃先を有する少なくとも１つのブレードホーンを軸方向に振動させる超音波振動子を備え、これにより、該ブレードホーンが、切断される材料品の方向に移動させられるときに、プランジ切断を行うように材料に向かう方向および該材料から離れる方向に振動する軟質材料を切断するための超音波システム。
2. ブレードホーンの鋸歯状の刃先が、ブレードホーンが軸方向に振動するときに、軸方向に振動する、尖端を有する複数の鋸歯切欠きを有する、請求項１に記載の超音波システム。
3. ブレードホーンの鋸歯状の刃先が、凸状である、請求項２に記載の超音波システム。
4. ブレードホーンの鋸歯状の刃先が、凹状である、請求項２に記載の超音波システム。
5. ブレードホーンの鋸歯状の刃先が、ブレードホーンの鋸歯状の刃先の右側部および左側部が、鋸歯状の刃先の中心の尖端で会するＶ字形である、請求項１に記載の超音波システム。
6. ブレードホーンの鋸歯状の刃先の右側部および左側部が、凹状リードを有し、凹状リードが、該右側部および左側部が会する尖端を形成する、請求項１に記載の超音波システム。
7. 超音波振動子が、２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲の周波数でブレードホーンを振動させる、請求項１に記載の超音波システム。
8. ブースタによって、ブレードホーンと超音波振動子とが連結される、請求項１に記載の超音波システム。
9. 超音波振動子が、複数のブレードホーンを軸方向に振動させる、請求項１に記載の超音波システム。
10. 軟質材料が、硬い外皮の食品または柔らかいスポンジ状の食品である、請求項１に記載の超音波システム。
11. 超音波振動子を含む超音波システムに軟質材料を配置するステップと、
    ブレードホーンが、切断される材料の方向に移動させられるときに、プランジ切断を行うように材料に向かう方向および該材料から離れる方向に振動するように、超音波振動子を用いて、鋸歯状の刃先を有する少なくとも１つのブレードホーンを軸方向に振動させるステップと、
    切断される材料の方向におよび該材料の中を通してブレードホーンを軸方向に移動させるステップと、
    を含む軟質材料を切断するための方法。
12. 少なくとも１つのブレードホーンを軸方向に振動させるステップが、複数のブレードホーンを軸方向に振動させることを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 軟質材料が、硬い外皮の食品または柔らかいスポンジ状の食品であり、超音波システムに軟質材料を配置するステップが、超音波システムに硬い外皮の食品または柔らかいスポンジ状の食品を配置することを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 少なくとも１つのブレードホーンを軸方向に振動させるステップが、２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲の周波数で少なくとも１つのブレードホーンを振動させることを含む、請求項１１に記載の方法。
15. 少なくとも１つのブレードホーンを軸方向に振動させるステップが、２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲の周波数で少なくとも１つのブレードホーンを振動させることを含む、請求項１１に記載の方法。

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