JP7804462B2 - 超音波シール装置 - Google Patents

Description

本発明は、包装容器をシールするための機器に関する。より具体的には、本発明は、そのような包装容器の包装材料をシールするための超音波シール装置、及びそのような超音波シール装置の湿度を制御する方法に関する。

包装容器の製造において、包装材料のウェブは、通常、縦方向にシールされて、充填機の充填パイプの周りにチューブを形成する。横方向のシールがチューブに作られ、次にチューブは所望の液体食品で充填される。第２の横方向シールが作られ、第２の横方向シールはまた、材料のチューブ全体からそのパッケージを切り取る。次に、充填されたパッケージを折り曲げて成形し、最終的な包装容器を得る。このようなシールには、誘導シール又は超音波シールなど、様々なシール方法が使用される。包装材料は通常、両面がポリエチレンなどの熱可塑性樹脂材料でコーティングされた板紙ベース材料で構成されている。さらに、板紙ベース材料は、同じく熱可塑性樹脂材料でコーティングすることもできるガスバリア層を有してしてもよい。超音波シールでは、超音波エネルギーが超音波ホーンから包装材料に振動を伝達することにより、熱可塑性樹脂材料に熱を発生させる。熱可塑性樹脂が溶融し、包装材料の対向する表面が互いに向かって圧縮されて、一緒にシールされる。超音波シールシステムは、ピエゾスタックコンバータ（ｐｉｅｚｏ ｓｔａｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を利用して電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。ピエゾスタックには、数千ボルトのオーダーの高電圧を供給する必要がある。以前の超音波シールシステムは、通常、そのような高電圧が供給されているときにシール装置が必要な環境条件内で動作するために複雑なソリューションに依存している。このような以前のソリューションは、より多くの資源とメンテナンスを必要とする。さらに、生産ラインの一部の包装機システムとの適合性の問題のため、実装は困難である。例えば、リニアモータ技術に基づくコンベヤシステムが、生産ラインで包装容器を操作するために提案されてきた。これらのコンベヤシステムは、典型的には、閉ループトラックと、トラックに沿って複数のソレノイドを個別に制御することによってトラックに沿って独立して移動する複数の可動物体又はカートとを含む。したがって、超音波シールシステムの実装は、そのような独立して移動可能なカートに対応する必要がある。

本発明の目的は、従来技術の１つ又は複数の制限を少なくとも部分的に克服することである。特に、特に高電圧圧電電力回路の環境条件の制御を容易にすることを可能にし、特にトラックに沿って複数の独立して移動可能なカートを備えるコンベヤシステムに実装される場合、改良された超音波シール装置を提供することが目的である。超音波シール装置の湿度を制御する関連する方法を提供することが目的である。

本発明の第１の態様において、これは、シールのための超音波音響振動を発生させる圧電変換器を備える、包装材料をシールするためのソノトロードと、ハウジングと、圧電変換器に接続され、ハウジングに封入された電力回路と、ハウジング内に配置され、ハウジング内の大気中の水分を吸収して湿度を下げる吸収剤とを備える超音波シール装置によって達成される。

本発明の第２の態様において、これは、包装材料をシールするための超音波音響振動を発生させる圧電変換器と、ハウジングに封入され、圧電変換器に接続されている電力回路とを有する超音波シール装置内の湿度を制御する方法であって、ハウジング内に配置された吸収剤を用いてハウジング内の大気中の水分を吸収することを含む方法によって達成される。

本発明の第３の態様において、これは、超音波シール装置のハウジング内の吸収剤の使用によって達成され、ハウジングは、前記超音波シール装置で包装材料をシールするための超音波音響振動を発生させる圧電変換器に接続された電力回路を封入する。

本発明の第４の態様において、これは、第１の態様による装置を含む包装機、及び／又は第２の態様による方法を実行する包装機によって達成される。

本発明のさらなる例は従属請求項に定義されており、第１の態様の特徴は後続の態様に実装可能であり、逆もまた同様である。

圧電電力回路を封入するハウジング内に吸収剤を配置することにより、ハウジング内の大気中の水分を吸収することが可能になり、これにより高電圧回路の短絡及び構成要素の故障が防止される。

本発明のさらに他の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な記載及び図面から明らかになるであろう。

ここで、本発明の実施形態を、添付の概略図を参照して、例として記載する。

超音波シール装置の概略図である。 超音波シール装置の電力回路用ハウジングの概略図である。 複数の可動超音波シール装置を備えたコンベヤシステムの概略図である。 超音波シール装置の湿度を制御する方法のフローチャートである。 超音波シール装置の湿度を制御する方法のフローチャートである。

ここで、添付の図面を参照して本発明の実施形態を以下でより完全に記載する。図面には本発明のすべてではないがいくつかの実施形態が示されている。本発明は多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。

図１は、包装材料（図示せず）をシールするためのソノトロード１０１を含む超音波シール装置１００の概略図である。超音波シール装置１００は、包装容器を製造するための包装材料をシールするための超音波音響振動を発生させる圧電変換器１０２を備える。超音波シール装置１００は、ハウジング１０３と、圧電変換器１０２に接続された電力回路１０４とを備える。電力回路１０４は、ハウジング１０３に封入され、圧電変換器１０２に電力を供給するための高電圧回路である。超音波シール装置１００は、ハウジング１０３内の大気中の水分を吸収するためにハウジング１０３内に配置された吸収剤１０５を備える。これにより、ハウジング１０３内の湿度が低下する。電力回路１０４のハウジング１０３内に吸収剤１０５を有することにより、湿度を制御して、高電圧圧電電力回路１０４の臨界レベル未満に保つことができる。かくして結露が防止される。この措置が取られない場合、結露により回路１０４の短絡及び構成要素の故障が引き起こされ得る。したがって、湿度を制御するためにこれまで使用されていた、例えば圧縮空気システムを使用する複雑なシステムは省くことができる。したがって、超音波シール装置１００の複雑さ及びコストは、電力回路１０４の必要な環境要件を遵守しながら低減することができる。さらに、複雑さを低減することは、以下の図３に関連してさらに記載されるように、超音波シール装置１００がトラックに沿って独立して移動可能であるリニアモータ技術に基づくコンベヤシステムにおける超音波シール装置１００の実装を容易にすることを提供する。例えば、そのようなコンベヤシステムに圧縮空気を使用するシステムを設置すると、その複雑さとコストが増し、コンベヤシステムの性能に影響を与える可能性があり、その結果、動作速度が低下する可能性がある。したがって、圧電電力回路１０４を封入するハウジング１０３内に吸収剤１０５を配置することは、独立して移動可能なシール装置１００を利用するそのようなコンベヤシステムの高い性能を維持し、生産ラインの高スループットを実現する。

超音波シール装置１００は、吸収剤１０５をハウジング１０３内の所定の位置に保持するための容器１０６を含んでもよい。これは、吸収剤１０５の位置の容易な最適化及びハウジング１０３内の湿度の改善された制御を提供する。例えば、ハウジング１０５内の空間のいくつかの部分は、より結露しやすい可能性がある。さらに、吸収剤１０５を所定の位置に保持することにより、吸収剤１０５が隣接する構成要素に干渉するリスクが低減される、より堅牢な超音波シール装置１００が提供される。これは、超音波シール装置１００が、異なるシール動作において急速な動きを受ける可能性があるためである。図２は、吸収剤１０５をハウジング１０３内の所定の位置に保持する容器１０６の例を示す概略図である。図２は例であり、容器１０６は、シール装置１００の構成に応じて吸収剤１０５を様々な最適な位置に保持してもよいことを理解されたい。

一例では、容器１０６は、図２に概略的に示されるように、電力回路１０４に隣接する所定の位置に吸収剤１０５を保持してもよい。これは、電力回路１０４の高電圧構成要素の近くで液体が結露するリスクをさらに低減する。したがって、超音波シール装置１００のより安全な動作が、構成要素の損傷並びにシール適用及び全体的な生産ラインの中断のリスクがより少ない状態で提供される。

容器１０６は、容器１０６をハウジング１０３に取り外し可能に取り付けるための固定要素１０７を備え得る。ハウジング１０３に取り外し可能に取り付けることができる容器１０６を有することにより、必要に応じた吸収剤１０５の容易な設置及び交換が実現される。したがってメンテナンスは容易になり、そのような交換に費やされる時間を最小限に抑えることができるため、生産ラインへの影響を最小限に抑えられる。

容器１０６は円筒形であってもよく、固定要素１０７は、ハウジング１０３の開口部１０８にねじ込み可能なねじ山を備えてもよい。これは、容器１０６のハウジング１０３への固定、及びさらに吸収剤１０５の交換のためのその後の容器１０６の取り外しを容易にすることを提供する。容器１０６及び／又はハウジング１０３は、容器１０６をハウジング１０３に取り外し可能に取り付けるために、例えば、留め金、フッククリップ、ロック、フランジ、ワイヤなど、様々な他の固定要素１０７を備え得ることを理解されたい。ハウジング１０３の開口部１０８にねじ込み可能なねじ山を備える円筒形の容器１０６は、特に容易で頑丈な取り付けを提供してもよいが、容器１０６は、上記の固定要素１０７のいずれかとの組み合わせにおいて、長方形、長円形、又は円形など様々な形状を有してもよいと考えられる。

容器１０６は、吸収剤１０５を囲む壁１０９を含んでもよい。壁１０９は、図２に概略的に示されるように、複数の穿孔１１０を含んでもよい。したがって、容器１０６は、吸収剤１０５をハウジング１０３内に確実に配置することを可能にする一方、穿孔１１０は、ハウジング１０３内の空気の吸収剤１０５周りの循環を改善することを提供し、これにより、吸収剤１０５の空気中の水分の取り込みを増加させ、ハウジング１０３内の湿度をより効果的に低下させることができる。容器１０６の壁１０９の穿孔１１０の形状及び数は、吸収剤１０５とハウジング１０３内の大気との間の接触を最適化するために変更することができる。

吸収剤１０５は乾燥剤を含んでもよい。乾燥剤は、その近くで乾いた（乾燥）状態を誘発又は維持する吸湿性物質である。すなわち、乾燥剤は保湿剤の反対である。乾燥剤は、水を吸収する固体材料であってもよい。乾燥剤は固体以外の形態であってもよく、水分子の化学結合など、水を吸収する他の原理を介して機能してもよい。乾燥剤を含む吸収剤１０５を有することは、ハウジング１０３内の大気中の湿度の効果的且つ資源効率の良い制御を提供する。

乾燥剤はシリカを含んでもよい。シリカを含む乾燥剤を有することにより、吸収剤１０５の取り扱いが容易になるだけでなく、必要な資源に関して高効率が可能になる。乾燥剤の効率は、乾燥剤の質量に対する乾燥剤に貯蔵可能な水の比率として測定することができる。他の例では、乾燥剤は、活性炭、及び／又は硫酸カルシウム、及び／又は塩化カルシウム、及び／又はゼオライトなどのモレキュラーシーブ、及び／又は吸湿性ポリマーを含んでもよい。

超音波シール装置１００は、ハウジング１０３内の大気中の水分を検出するためのセンサ１１１を備えてもよい。センサ１１１は、図２に概略的に示されるように、制御装置３０１と通信し得る。センサ１１１は、無線通信プロトコルを介して制御装置３０１と通信し得る。制御装置３０１は、センサ１１１からセンサデータを受信するように構成される。センサデータは、ハウジング１０３内の大気中の水分の量、すなわち、水の量を示し得る。したがって、センサ１１１は大気中の湿度のレベルを検出してもよい。制御装置３０１は、大気中の水分の閾値レベルをユーザに通知するように構成されてもよい。したがって、水分量の測定値は、例えば、絶対湿度又は相対湿度のレベルとして決定することができ、事前に定められた閾値レベルと比較することができる。事前に定められた閾値レベルを超えると、ユーザはアラート通知を受け取ってもよい。これは、そのような通知が吸収剤１０５の交換を誘発し得るので、超音波シール装置１００の容易な湿度制御を提供する。

超音波シール装置１００は、図１の例に概略的に示されるように、フレーム１１２を備えてもよい。ソノトロード１０１及びハウジング１０３は、図１にさらに示されるように、フレーム１１２に取り付けられてもよい。超音波シール装置１００は、図３に概略的に示されるように、コンベヤシステム３００のトラック３０２と係合するように構成されたトラックガイド１１３を備え、それによりフレーム１１２及び超音波シール装置１００はトラック３０２に沿って移動可能である。トラックガイド１１３は、トラック３０２と係合するようにフレームの両側に配置されたローラを備えてもよい。コンベヤシステム３００は、トラック３０２に沿った複数の超音波シール装置１００、１００’の個々の位置を制御するように構成された制御ユニット３０３を備えてもよい。上記のような吸収剤１０５を備えた超音波シール装置１００を有することは、超音波シール装置１００内の湿度レベルを効果的に制御しながら、そのようなコンベヤシステム３００における容易な実装を提供する。

ハウジング１０３は、フレーム１１２内の一体化された筐体として形成されてもよい。これは、堅牢な超音波シール装置１００を提供する一方、吸収剤１０５は、一体化された筐体内の空間における湿度レベルの効果的な制御を可能にする。

図４ａは、超音波シール装置１００内の湿度を制御する方法２００のフローチャートである。上記のように、超音波シール装置１００は、包装材料をシールするための超音波音響振動を発生させる圧電変換器１０２と、ハウジング１０３に封入された電力回路１０４とを備える。電力回路１０４は、圧電変換器１０２に接続されている。方法２００は、ハウジング１０３内に配置された吸収剤１０５を用いて、ハウジング１０３内の大気中の水分を吸収すること２０１を含む。したがって、方法２００は、超音波シール装置１００及び図１～３に関連して上に記載したように有利な利点を提供する。方法２００は、図３に関連して記載したように、コンベヤシステム３００を利用する包装機における超音波シール装置１００の実装を促しながら、高電圧圧電電力回路１０４の構成要素の故障のリスクを低減することを提供する。

図４ｂは、超音波シール装置１００内の湿度を制御する方法２００の別のフローチャートである。方法２００は、ハウジング１０３内の大気中の水分の閾値レベルを検出すること２０２、及びユーザに前記閾値レベルを通知すること２０３を含む。したがって、水分量の測定値は、例えば、絶対湿度又は相対湿度のレベルとして検出される。所定の閾値レベルに達すると、ユーザはアラート通知を受信する。これは、そのような通知が吸収剤１０５の交換を誘発し得るので、超音波シール装置１００の容易な湿度制御を提供する。

コンピュータによってプログラムが実行されると、コンピュータに、上記のような方法２００の検出２０２及び通知２０３のステップを実行させる命令を含むコンピュータプログラム製品が提供される。

超音波シール装置１００のハウジング１０３における吸収剤１０５の使用が提供され、これには図１～４に関連して上に記載したような有利な利点がある。前述のように、ハウジング１０３は、超音波シール装置１００で包装材料をシールするための超音波音響振動を発生させるために、圧電変換器１０２に接続された電力回路１０４を封入する。

図１～２に関連して上に記載したような超音波シール装置１００を含む包装機（図示せず）が提供される。或いは又はさらに、包装機は、上記のように方法２００を実行する。したがって、包装機は、超音波シール装置１００及び方法２００に関連して上に記載したような有利な利点を提供する。

上記の説明から、本発明の様々な実施形態を記載し、示してきたが、本発明はそれらに限定されず、以下の特許請求の範囲で定義される主題の範囲内で他の方法で実施することもできる。

Claims (13)

1. 包装材料をシールするためのソノトロード（１０１）であって、
   前記シールのための超音波音響振動を発生させる圧電変換器（１０２）
   を備えるソノトロード（１０１）と、
   ハウジング（１０３）と、
   前記圧電変換器（１０２）に接続され、前記ハウジング（１０３）に封入された電力回路（１０４）と、
   前記ハウジング（１０３）内に配置され、前記ハウジング（１０３）内の大気中の水分を吸収して湿度を下げる吸収剤（１０５）と
   を備え、
   前記ソノトロード（１０１）及び前記ハウジング（１０３）が取り付けられているフレーム（１１２）と、
   前記フレーム（１１２）がトラック（３０２）に沿って移動可能であるように前記トラック（３０２）と係合するように構成されたトラックガイド（１１３）と、を備える、超音波シール装置（１００）。
2. 前記吸収剤（１０５）を前記ハウジング（１０３）内の所定の位置に保持する容器（１０６）を備える、請求項１に記載の超音波シール装置。
3. 前記所定の位置が前記電力回路（１０４）に隣接する、請求項２に記載の超音波シール装置。
4. 前記容器（１０６）が、前記容器（１０６）を前記ハウジング（１０３）に取り外し可能に取り付けるための固定要素（１０７）を備える、請求項２又は３に記載の超音波シール装置。
5. 前記容器（１０６）が円筒形であり、前記固定要素（１０７）が前記ハウジング（１０３）の開口部（１０８）にねじ込み可能なねじ山を備える、請求項４に記載の超音波シール装置。
6. 前記容器（１０６）が、前記吸収剤（１０５）を封入する壁（１０９）を備え、前記壁（１０９）が複数の穿孔（１１０）を備える、請求項２～５のいずれか一項に記載の超音波シール装置。
7. 前記吸収剤（１０５）が乾燥剤を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の超音波シール装置。
8. 前記乾燥剤がシリカ、及び／又は活性炭、及び／又は硫酸カルシウム、及び／又は塩化カルシウム、及び／又はゼオライトなどのモレキュラーシーブ、及び／又は吸湿性ポリマーを含む、請求項７に記載の超音波シール装置。
9. 前記大気中の水分を検出するセンサ（１１１）を備え、前記センサ（１１１）は、前記大気中の水分の閾値レベルをユーザに通知するように構成された制御装置（３０１）と通信する、請求項１～８のいずれか一項に記載の超音波シール装置。
10. 前記ハウジング（１０３）が、前記フレーム（１１２）内の一体化された筐体として形成される、請求項９に記載の超音波シール装置。
11. 包装材料をシールするための超音波音響振動を発生させる圧電変換器（１０２）と、ハウジング（１０３）に封入され、前記圧電変換器（１０２）に接続されている電力回路（１０４）と、ソノトロード（１０１）及び前記ハウジング（１０３）が取り付けられているフレーム（１１２）と、前記フレーム（１１２）がトラック（３０２）に沿って移動可能であるように前記トラック（３０２）と係合するように構成されたトラックガイド（１１３）と、を有する超音波シール装置（１００）内の湿度を制御する方法（２００）であって、
    前記ハウジング（１０３）内に配置された吸収剤（１０５）を用いて前記ハウジング（１０３）内の大気中の水分を吸収すること（２０１）、
    を含む方法（２００）。
12. 前記大気中の水分の閾値レベルを検出すること（２０２）、及び
    前記閾値レベルをユーザに通知すること（２０３）、
    を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の超音波シール装置（１００）を備える、又は請求項１１又は１２に記載の方法（２００）を実行する、包装機。