特表 2023-542834 超音波シール装置を用いて包装材料のチューブを横方向にシールする方法、アンビル及び超音波装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-12

(54)【発明の名称】超音波シール装置を用いて包装材料のチューブを横方向にシールする方法、アンビル及び超音波装置

(51)【国際特許分類】

   B65B 51/22 20060101AFI20231004BHJP

【ＦＩ】

B65B51/22 100

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023514782

(86)(22)【出願日】2021-09-29

(85)【翻訳文提出日】2023-04-19

(86)【国際出願番号】 EP2021076729

(87)【国際公開番号】W WO2022069508

(87)【国際公開日】2022-04-07

(31)【優先権主張番号】20199496.9

(32)【優先日】2020-10-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】391053799

【氏名又は名称】テトラ ラバル ホールディングス アンド ファイナンス エス エイ

【住所又は居所原語表記】７０ Ａｖｅｎｕｅ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｇｕｉｓａｎ，ＣＨ－１００９ Ｐｕｌｌｙ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100151105

【弁理士】

【氏名又は名称】井戸川 義信

(72)【発明者】

【氏名】ローべ、マグナス

(72)【発明者】

【氏名】リンドヴァル、マグナス

【テーマコード（参考）】

3E094

【Ｆターム（参考）】

3E094AA13

3E094BA12

3E094CA06

3E094CA12

3E094CA22

3E094DA08

3E094EA03

3E094GA01

3E094GA12

3E094GA30

3E094HA20

(57)【要約】

超音波シール装置（１２１）を用いて包装材料（１０２）のチューブ（１１６）を横方向にシールする方法（８００）であって、前記包装材料（１０２）は、板紙（１０４）と、前記板紙（１０４）に取り付けられたプラスチック箔（１０６）と、を備え、前記プラスチック箔（１０６）は内側に向き、前記チューブ（１１６）は２層の前記包装材料が互いに重ねられた縦方向シール部分（１１４）を備え、前記方法が、前記チューブ（１１６）の縦方向シール部分（１１２）を、ソノトロード（１１８）と、リッジ（６００、７００）を備えるアンビル（１２０）の間に配置し（８０２）、前記チューブ（１１６）の前記横方向シール部分（１１２）は、第１の２層サブセクション（２１２）と、３層サブセクション（２１４）と、第２の２層サブセクション（２１６）と、を備え、周波数（ｆ）及び振幅（Ａ）を有する超音波振動を、ソノトロード（１１８）から前記チューブ（１１６）の横方向シール部分（１１２）に伝達し（８０４）、前記板紙（１０４）に発熱を引き起こし、前記横方向シール部（１１２）内の前記プラスチック箔（１０６）を溶かし、圧力（Ｐ）によって前記ソノトロード（１１８）と前記アンビル（１２０）の間で前記チューブ（１１６）を一緒に押し（８０６）、前記横方向シール部分（１１２）の前記プラスチック箔（１０６）が横方向シール（１２４）を形成するように結合し、前記アンビル（１２０）の前記リッジ（６００、７００）は、前記チューブ（１１６）の前記第１の２層サブセクション（２１２）を受けるための第１の２層サブセクション（６０２）と、前記チューブ（１１６）の前記第１の２層サブセクション（２１２）又は前記３層サブセクション（２１４）を受けるための第１の２層又は３層サブセクション（６０４）と、前記チューブ（１１６）の前記３層サブセクション（２１４）を受けるための３層サブセクション（６０６）と、前記チューブ（１１６）の前記３層サブセクション（２１４）又は前記第２の２層サブセクション（２１６）を受けるための第２の２層又は３層サブセクション（６０８）と、前記チューブ（１１６）の前記第２の２層サブセクション（２１６）を受けるための第２の２層サブセクション（６１０）と、を備え、前記リッジ（６００、７００）は、前記第１の２層サブセクション（６０２）、前記第１の２層又は３層サブセクション（６０４）、前記第２の２層又は３層サブセクション（６０８）及び前記第２の２層サブセクション（６１０）において、等しい高さ（Ｈ）を有しており、前記周波数（ｆ）、前記振幅（Ａ）、前記圧力（Ｐ）及び前記板紙（１０４）の特性の組み合わせは、前記チューブ（１１６）の前記第１の２層サブセクション（２１２）、前記３層サブセクション（２１４）及び前記第２の２層サブセクション（２１６）において等しい温度が達成されるように選ばれる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波シール装置（１２１）を用いて包装材料（１０２）のチューブ（１１６）を横方向にシールする方法（８００）であって、
前記包装材料（１０２）は、板紙（１０４）と、前記板紙（１０４）に取り付けられたプラスチック箔（１０６）と、を備え、前記プラスチック箔（１０６）は内側に向き、前記チューブ（１１６）は２層の前記包装材料が互いに重ねられた縦方向シール部分（１１４）を備え、
前記方法が、
前記チューブ（１１６）の縦方向シール部分（１１２）を、ソノトロード（１１８）と、リッジ（６００、７００）を備えるアンビル（１２０）の間に配置し（８０２）、前記チューブ（１１６）の前記横方向シール部分（１１２）は、第１の２層サブセクション（２１２）と、３層サブセクション（２１４）と、第２の２層サブセクション（２１６）と、を備え、
周波数（ｆ）及び振幅（Ａ）を有する超音波振動を、ソノトロード（１１８）から前記チューブ（１１６）の横方向シール部分（１１２）に伝達し（８０４）、前記板紙（１０４）に発熱を引き起こし、前記横方向シール部（１１２）内の前記プラスチック箔（１０６）を溶かし、
圧力（Ｐ）によって前記ソノトロード（１１８）と前記アンビル（１２０）の間で前記チューブ（１１６）を一緒に押し（８０６）、前記横方向シール部分（１１２）の前記プラスチック箔（１０６）が横方向シール（１２４）を形成するように結合し、
前記アンビル（１２０）の前記リッジ（６００、７００）は、前記チューブ（１１６）の前記第１の２層サブセクション（２１２）を受けるための第１の２層サブセクション（６０２）と、前記チューブ（１１６）の前記第１の２層サブセクション（２１２）又は前記３層サブセクション（２１４）を受けるための第１の２層又は３層サブセクション（６０４）と、前記チューブ（１１６）の前記３層サブセクション（２１４）を受けるための３層サブセクション（６０６）と、前記チューブ（１１６）の前記３層サブセクション（２１４）又は前記第２の２層サブセクション（２１６）を受けるための第２の２層又は３層サブセクション（６０８）と、前記チューブ（１１６）の前記第２の２層サブセクション（２１６）を受けるための第２の２層サブセクション（６１０）と、を備え、
前記リッジ（６００、７００）は、前記第１の２層サブセクション（６０２）、前記第１の２層又は３層サブセクション（６０４）、前記第２の２層又は３層サブセクション（６０８）及び前記第２の２層サブセクション（６１０）において、等しい高さ（Ｈ）を有しており、
前記周波数（ｆ）、前記振幅（Ａ）、前記圧力（Ｐ）及び前記板紙（１０４）の特性の組み合わせは、前記チューブ（１１６）の前記第１の２層サブセクション（２１２）、前記３層サブセクション（２１４）及び前記第２の２層サブセクション（２１６）において等しい温度が達成されるように選ばれる、
方法（８００）。

【請求項2】

前記横方向シール部分（１１２）の前記３層サブセクション（２１４）のサイクルあたりの仕事量（Ｗ_{３ｌａｙｅｒｓ}）が、前記横方向シール部分（１１２）の前記第１の２層サブセクション（２１２）又は前記第２の２層サブセクション（２１６）のサイクルあたりの仕事量（Ｗ_{２ｌａｙｅｒｓ}）の３／２に等しいように組み合わせが選ばれる、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記周波数（ｆ）、前記振幅（Ａ）、前記圧力（Ｐ）及び前記包装材料（１０２）の特性の組み合わせが、前記板紙（１０４）の粘性ネットワークにおける調整済み２層ヒステリシスループ（５００）及び調整済み３層ヒステリシスループ（５０２）の再形成及び再位置付けに用いられる、
請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記振幅（Ａ）を連続的に修正して調整された２層ヒステリシスループ（５００）の散逸面積（５０４）を制御することによって、前記横方向シール部分（１１２）の前記第１の２層サブセクション（２１２）及び前記第２の2層サブセクション（２１４）における熱生成を調整する（８０８）、
請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

周波数（ｆ）が２０～５０ｋＨｚ、例えば２９ｋＨｚである、
請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

圧力（Ｐ）が２０ＭＰａ以上である、
請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

振幅（Ａ）が８～２４μｍである、
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

超音波振動が、１５～１３０ｍｓの間、横方向シール部分（１１２）に伝達される、
請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

超音波シール装置（１２１）を用いて包装材料（１０２）のチューブ（１１６）を横方向にシールするための超音波シール装置用アンビル（１２０）であって、
前記包装材料（１０２）は、板紙（１０４）と、前記板紙（１０４）に取り付けられたプラスチック箔（１０６）と、を備え、前記プラスチック箔（１０６）は内側に向き、前記チューブ（１１６）は２層の前記包装材料が互いに重ねられた縦方向シール部分（１１４）を備え、
前記アンビル（１２０）は、リッジ（６００、７００）を備え、
前記リッジ（６００，７００）は、前記チューブ（１１６）の第１の２層サブセクション（２１２）を受けるための第１の２層サブセクション（２０２）と、前記チューブ（１１６）の第１の２層サブセクション（２１２）又は３層サブセクション（２１４）を受けるための第１の２層又は３層サブセクション（２０４）と、前記チューブ（１１６）の３層サブセクション（２１４）を受けるための３層サブセクション（６０６）と、前記チューブ（１１６）の３層サブセクション（２１４）又は第２の２層サブセクション（２１６）を受けるための第２の２層又は３層サブセクション（２０８）と、前記チューブ（１１６）の第２の２層サブセクション（２１６）を受けるための第２の２層サブセクション（２１０）と、
を備え、
前記リッジ（６００、７００）は、前記第１の２層サブセクション（６０２）、前記第１の２層又は３層サブセクション（６０４）、前記第２の２層又は３層サブセクション（６０８）及び前記第２の２層サブセクション（６１０）において、等しい高さ（Ｈ）を有する、
アンビル（１２０）。

【請求項10】

包装材料（１０２）のチューブ（１１６）を横方向にシールするための超音波シール装置（１２１）であって、
前記包装材料（１０２）は、板紙（１０４）と、前記板紙（１０４）に取り付けられたプラスチック箔（１０６）と、を備え、前記プラスチック箔（１０６）は内側に向き、前記チューブ（１１６）は２層の前記包装材料が互いに重ねられた縦方向シール部分（１１４）を備え、
前記超音波シール装置（１２１）は、
周波数（ｆ）及び振幅（Ａ）を有する超音波振動を、前記チューブ（１１６）の横方向シール部分（１１２）に伝達するソノトロード（１１８）であって、前記板紙（１０４）に発熱を引き起こし、横方向シール部（１１２）内の前記プラスチック箔（１０６）を溶かし、前記横方向シール部分（１１２）は、第１の２層サブセクション（２１２）と、３層サブセクション（２１４）と、第２の２層サブセクション（２１６）と、を備える、ソノトロード（１１８）と、
前記ソノトロード（１１８）の反対側に配置され、リッジ（６００、７００）を備えるアンビル（１２０）であって、前記リッジ（６００、７００）は、前記チューブ（１１６）の前記第１の２層サブセクション（２１２）を受けるための第１の２層サブセクション（６０２）と、前記チューブ（１１６）の前記第１の２層サブセクション（２１２）又は前記３層サブセクション（２１４）を受けるための第１の２層又は３層サブセクション（６０４）と、前記チューブ（１１６）の前記３層サブセクション（２１４）を受けるための３層サブセクション（６０６）と、前記チューブ（１１６）の前記３層サブセクション（２１４）又は前記第２の２層サブセクション（２１６）を受けるための第２の２層又は３層サブセクション（６０８）と、前記チューブ（１１６）の前記第２の２層サブセクション（２１６）を受けるための第２の２層サブセクション（６１０）と、を備える、アンビル（１２０）と、
を備え、
前記リッジ（６００、７００）は、前記第１の２層サブセクション（６０２）、前記第１の２層又は３層サブセクション（６０４）、前記第２の２層又は３層サブセクション（６０８）及び前記第２の２層サブセクション（６１０）において、等しい高さ（Ｈ）を有しており、
前記周波数（ｆ）、前記振幅（Ａ）、前記圧力（Ｐ）及び前記板紙（１０４）の特性の組み合わせは、前記チューブ（１１６）の前記第１の２層サブセクション（２１２）、前記３層サブセクション（２１４）及び前記第２の２層サブセクション（２１６）において等しい温度が達成されるように選ばれる、
超音波シール装置（１２１）。

【請求項11】

前記組み合わせは、前記横方向シール部分（１１２）の前記３層サブセクション（２１４）のサイクル当たりの仕事量（Ｗ_{３ｌａｙｅｒｓ}）が、前記横方向シール部分（１１２）の前記第１の２層サブセクション（２１２）又は前記第２の２層サブセクション（２１６）のサイクル当たりの仕事量（Ｗ_{２ｌａｙｅｒｓ}）の３／２に等しいように選択される、
請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記周波数（ｆ）、前記振幅（Ａ）、前記圧力（Ｐ）及び包装材料（１０２）の特性の組み合わせが、前記板紙（１０４）の粘性ネットワークにおける２層ヒステリシスループ（５００）及び３層ヒステリシスループ（５０４）の再形成及び再位置付けのために使用される、
請求項１０又は１１に記載の装置。

【請求項13】

前記振幅（Ａ）を連続的に修正して調整された２層ヒステリシスループ（５０２）の散逸面積（５０４）を制御することによって、前記第１の２層サブセクション（２１２）及び前記第２の２層サブセクション（２１６）における熱生成を調整する制御ユニット（１２８）を更に備える。
請求項１０～１２のいずれか一項に記載の装置。

【請求項14】

周波数（ｆ）は、２０～５０ｋＨｚ、例えば２９ｋＨｚである、
請求項１０～１３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項15】

前記振幅（Ａ）が８～２４μｍである、
請求項１０～１４のいずれか一項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波溶接技術とも呼ばれる超音波シール技術に関する。特に、超音波シール装置を用いて包装材料のチューブを横方向にシールする方法、アンビル及び超音波シール装置に関する。

【背景技術】

【0002】

食品包装業界では、超音波溶着技術と呼ばれる超音波シール技術の利用がよく知られている。ロール供給式カートン包装機の場合、この技術を使用して横方向のシール、すなわち、パッケージを形成するために食品を充填した包装材料のチューブの下部に溶接を形成する。誘導加熱技術と呼ばれる誘導シール技術と比較して、超音波シール技術を使用することの利点は、アルミニウム層又は他の導電性材料を含まない包装材料にも超音波シール技術を使用できることである。

【0003】

多くのロール供給式カートン包装機では、包装材料はリールに巻かれたウェブの形態で提供される。チューブの形成は、包装材料をリールから巻き出し、不要な微生物を除去するために包装材料を殺菌し、ウェブの第１の側部と第２の側部の間の重なり部分が形成されるようにウェブを誘導し、第１の側部と第２の側部を一緒にシールするステップを含む。このようにして、重なり部分は２層の包装材料を含み、チューブの残りの部分は１層の包装材料を含む。

【0004】

縦方向のシール時に形成される重なり部分は、横方向のシールに影響を与える。横方向のシールの間、超音波シール装置のソノトロードとアンビルの間でチューブが押し付けられる。縦方向のシールにより、超音波シール装置は、２層の包装材料だけでなく、３層の包装材料を処理できるように設計する必要がある。３層の包装材料が存在する場合、２層の包装材料が存在する場合と比較して、信頼性の高い横方向のシールを達成するために、より多くのエネルギーが必要となる。

【0005】

横方向のシールを形成するための超音波シール装置において、縦方向のシールによって生じる重なり部分が時間の経過と共に位置がずれる可能性があるため、２層と３層の包装材料を取り扱う際の課題がより複雑になる。超音波シール装置内にいわゆる移行セクションを設け、２層と３層の両方の包装材料を十分に処理できることで、この問題は解決されるが、最適ではない。

【0006】

現在、超音波シール装置で２層や３層の包装材料を処理するための解決策があるが、超音波シール装置によって、縦シールによって生じた重なり部分を含む包装材料のチューブから、より信頼性の高い横方向のシールが生成されるように、さらに改善する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、従来技術の上記で特定された制限の１つ以上を少なくとも部分的に克服することである。特に、カートンベースの包装機において、より信頼性が高く、堅牢で、コスト効率の良い横方向のシールを提供することが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一般に、ソノトロードのパラメータ値を適切に選択することによって、２層サブセクションと３層サブセクションの両方で等しい温度を達成することができることが認識されている。これにより、補償のないリッジを使用することができ、その結果、堅牢性の向上、過熱の減少、冷却時間とサイクル時間の短縮が可能となる。

【0009】

第１の態様によれば、超音波シール装置を用いて包装材料のチューブを横方向にシールする方法であって、前記包装材料は、板紙と、前記板紙に取り付けられたプラスチック箔と、を備え、前記プラスチック箔は内側に向き、前記チューブは２層の前記包装材料が互いに重ねられた縦方向シール部分を備え、前記方法が、
前記チューブの縦方向シール部分を、ソノトロードと、リッジを備えるアンビルの間に配置し、前記チューブの前記横方向シール部分は、第１の２層サブセクションと、３層サブセクションと、第２の２層サブセクションと、を備え、
周波数及び振幅を有する超音波振動を、ソノトロードから前記チューブの横方向シール部分に伝達し、前記板紙に発熱を引き起こし、前記横方向シール部内の前記プラスチック箔を溶かし、
圧力によって前記ソノトロードと前記アンビルの間で前記チューブを一緒に押し、前記横方向シール部分の前記プラスチック箔が横方向シールを形成するように結合し、
前記アンビルの前記リッジは、前記チューブの前記第１の２層サブセクションを受けるための第１の２層サブセクションと、前記チューブの前記第１の２層サブセクション又は前記３層サブセクションを受けるための第１の２層又は３層サブセクションと、前記チューブの前記３層サブセクションを受けるための３層サブセクションと、前記チューブの前記３層サブセクション又は前記第２の２層サブセクションを受けるための第２の２層又は３層サブセクションと、前記チューブの前記第２の２層サブセクションを受けるための第２の２層サブセクションと、を備え、
前記リッジは、前記第１の２層サブセクション、前記第１の２層又は３層サブセクション、前記第２の２層又は３層サブセクション及び前記第２の２層サブセクションにおいて、等しい高さを有しており、
前記周波数、前記振幅、前記圧力及び前記板紙の特性の組み合わせは、前記チューブの前記第１の２層サブセクション、前記３層サブセクション及び前記第２の２層サブセクションにおいて等しい温度が達成されるように選ばれる。

【0010】

この組み合わせは、前記横方向シール部分（１１２）の前記３層サブセクション（２１４）のサイクルあたりの仕事量（Ｗ_{３ｌａｙｅｒｓ}）が、前記横方向シール部分（１１２）の前記第１の２層サブセクション（２１２）又は前記第２の２層サブセクション（２１６）のサイクルあたりの仕事量（Ｗ_{２ｌａｙｅｒｓ}）の３／２に等しいように選択してもよい。

【0011】

前記周波数（ｆ）、前記振幅（Ａ）、前記圧力（Ｐ）及び前記包装材料（１０２）の特性の組み合わせが、前記板紙（１０４）の粘性ネットワークにおける調整済み２層ヒステリシスループ（５００）及び調整済み３層ヒステリシスループ（５０２）の再形成及び再位置付けに用いられる。

【0012】

本方法は、さらに、
前記振幅を連続的に修正して調整された２層ヒステリシスループの散逸面積（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｖｅ ａｒｅａ ｆｒａｃｔｉｏｎ）を制御することによって、前記横方向シール部分の前記第１の２層サブセクション及び前記第２の２層サブセクションにおける熱生成を調整する。

【0013】

周波数は、２０～５０ｋＨｚ、例えば２９ｋＨｚであってもよい。

【0014】

リッジ／シール位置の静圧などの圧力は、２０ＭＰａ以上であってもよい。

【0015】

振幅は８～２４μｍであってもよい。

【0016】

超音波振動は、１５～１３０ｍｓの間、横方向シール部分に伝達されてもよい。

【0017】

第２の側面によれば、超音波シール装置を用いて包装材料のチューブを横方向にシールするための超音波シール装置用のアンビルであって、前記包装材料は、板紙と、前記板紙に取り付けられたプラスチック箔と、を備え、前記プラスチック箔は内側に向き、前記チューブは２層の前記包装材料が互いに重ねられた縦方向シール部分を備え、
前記アンビルは、リッジを備え、
前記リッジは、前記チューブの第１の２層サブセクションを受けるための第１の２層サブセクションと、前記チューブの第１の２層サブセクション又は３層サブセクションを受けるための第１の２層又は３層サブセクションと、前記チューブの３層サブセクションを受けるための３層サブセクションと、前記チューブの３層サブセクション又は第２の２層サブセクションを受けるための第２の２層又は３層サブセクションと、前記チューブの第２の２層サブセクションを受けるための第２の２層サブセクションと、
を備え、
前記リッジは、前記第１の２層サブセクション、前記第１の２層又は３層サブセクション、前記第２の２層又は３層サブセクション及び前記第２の２層サブセクションにおいて、等しい高さを有する。

【0018】

第３の態様によれば、包装材料のチューブを横方向にシールするための超音波シール装置であって、包装材料は、板紙と、板紙に取り付けられたプラスチック箔とを含み、前記プラスチック箔は内側に向き、前記チューブは２層の前記包装材料が互いに重ねられた縦方向シール部分を備え、前記超音波シール装置は、
周波数及び振幅を有する超音波振動を、前記チューブの横方向シール部分に伝達するソノトロードであって、前記板紙に発熱を引き起こし、横方向シール部内の前記プラスチック箔を溶かし、前記横方向シール部分は、第１の２層サブセクションと、３層サブセクションと、第２の２層サブセクションと、を備える、ソノトロードと、
前記ソノトロードの反対側に配置され、リッジを備えるアンビルであって、前記リッジは、前記チューブの前記第１の２層サブセクションを受けるための第１の２層サブセクションと、前記チューブの前記第１の２層サブセクション又は前記３層サブセクションを受けるための第１の２層又は３層サブセクションと、前記チューブの前記３層サブセクションを受けるための３層サブセクションと、前記チューブの前記３層サブセクション又は前記第２の２層サブセクションを受けるための第２の２層又は３層サブセクションと、前記チューブの前記第２の２層サブセクションを受けるための第２の２層サブセクションと、を備える、アンビルと、を備え、
前記リッジは、前記第１の２層サブセクション、前記第１の２層又は３層サブセクション、前記第２の２層又は３層サブセクション及び前記第２の２層サブセクションにおいて、等しい高さを有しており、
前記周波数、前記振幅、前記圧力及び前記板紙の特性の組み合わせは、前記チューブの前記第１の２層サブセクション、前記３層サブセクション及び前記第２の２層サブセクションにおいて等しい温度が達成されるように選ばれる。

【0019】

この組み合わせは、前記横方向シール部分の前記３層サブセクションのサイクル当たりの仕事量（Ｗ_{３ｌａｙｅｒｓ}）が、前記横方向シール部分の前記第１の２層サブセクション又は前記第２の２層サブセクションのサイクル当たりの仕事量（Ｗ_{２ｌａｙｅｒｓ}）の３／２に等しいように選択されてもよい。

【0020】

前記周波数、前記振幅、前記圧力及び包装材料の特性の組み合わせが、前記板紙の粘性ネットワークにおける２層ヒステリシスループ及び３層ヒステリシスループの再形成及び再位置付けのために使用されてもよい。

【0021】

前記振幅を連続的に修正して調整された２層ヒステリシスループの散逸面積を制御することによって、前記第１の２層サブセクション及び前記第２の２層サブセクションにおける熱生成を調整する制御ユニットを更に備えてもよい。

【0022】

周波数は、２０～５０ｋＨｚ、例えば２９ｋＨｚであってもよい。

【0023】

振幅は８～２４μｍであってもよい。

【0024】

本発明のさらに他の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明から、また図面から明らかになる。

【0025】

以下、本発明の実施形態について、添付の概略図面を参照しながら例示的に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】ロール供給式カートン包装機の一般的な原理を示す図である。

【図2a】補償アンビルを使用する際に生じる３つの異なる状況を示す図である。

【図2b】補償アンビルを使用する際に生じる３つの異なる状況を示す図である。

【図2c】補償アンビルを使用する際に生じる３つの異なる状況を示す図である。

【図3】図２ａ～ｃの補償アンビルを使用した場合に、横方向のシール部が受ける影響を一例として示す図である。

【図4】チューブの２層及び３層サブセクションに関連する第１及び第２の散逸ヒステリシスループを示す図である。

【図5】チューブの２層及び３層サブセクションに関連する第１及び第２の補償された散逸ヒステリシスループを示す図である。

【図6】第１の２層サブセクション、第１の２層又は３層サブセクション、第２の２層又は３層サブセクション及び第２の２層サブセクションにおいて補償されていないリッジを示す図である。

【図7】補償されていないリッジを示す立体図である。

【図8】チューブを横方向にシールする方法のステップを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

図1は、例としてロール供給式包装機１００の一般的な原理を示すものである。この例では、板紙１０４と、板紙１０４に取り付けられたプラスチック箔１０６を含む包装材料１０２が提供される。プラスチック箔１０６は、牛乳やオレンジジュース等の製品と、板紙１０４との間にバリアを提供する。オプションとして、板紙１０４上の印刷を保護し、周囲の湿気から保護するために、板紙１０４の外側に、外側プラスチック箔１０８を取り付けてもよい。

【0028】

通常、包装材料１０２は、リール（図示せず）で包装機１００に提供される。包装材料１０２がリールから巻き出されると、包装材料１０２のウェブ１１０が形成される。ウェブ１１０は、横方向シール部分１１２、すなわち、一緒にシールされることを意図した包装材料１０２における部分、時に溶接と呼ばれる部分を含んでもよい。この前に、例えばウェブの第１の側部を第２の側部の上に重ね合わせ、これらを一緒にシールすることによって、縦方向シール部分１１４が形成される。縦方向シール部分１１４を形成する効果として、チューブ１１６が形成される。チューブ１１６は、製品がチューブ１１６に保持されたときにチューブ１１６が横方向にシールされ得るように、製品で満たされてもよい。

【0029】

チューブ１１６の下端には、ソノトロード１１８とアンビル１２０を設ける。ここで、両者を超音波シール装置１２１と呼ぶ。図示されるように、アンビル１２０は、リッジ１２２、６００、７００を備える。リッジ１２２、６００、７００は、図２a、２ｂ、２ｃ、図３、図６及び図７においてさらに詳細に図示されている。

【0030】

一般に、ソノトロード１１８は振動音響波を伝達し、板紙１０４に熱を発生させ、その結果、プラスチック箔１０６が溶融する。チューブ１１６の対向する２つの側に圧力を加えることにより、２つの側のプラスチック箔１０６が互いに結合し、横方向シール１２４が形成される。ナイフ（図示せず）を使用して、一つのパッケージの底部と別のパッケージの上部を形成できるように、横方向のシールを切り離すことができる。横方向のシール中にこのように形成されたパッケージ１２６は、その後、例えばパッケージ１２６がレンガ状のパッケージに形成される折り畳み装置（図示せず）へ進んでもよい。

【0031】

図示されるように、超音波シール装置１２１に通信可能に接続された制御ユニット１２８が設けられてもよい。この制御ユニットを有することにより、周波数（ｆ）、振幅（Ａ）及び圧力（Ｐ）は、例えば、等しい温度が横方向シール部分１２４の全てのセクションに提供され得るように、例えば、縦方向シール部分１１４が設けられていないセクションと比較して縦方向シール部分１１４が設けられている横方向シール部分において高い温度にならないように、修正される。

【0032】

図２ａ、２ｂ及び２ｃは、深い中央溝及びそれより浅い２つの側部溝を有するリッジ１２２を備えるアンビル１２０を使用する場合に生じる３つの異なる状況を示している。深い中央溝を有する理由は、包装材料１０２の３つの層が存在するチューブ１１６における縦方向シール部分１１４を補償するためである。この深い中央溝を有することにより、包装材料１０２の３つの層に適した圧力を提供することができる。その効果として、包装材料１０２を破損させるリスクを低減できる。

【0033】

側部溝は、縦方向シール部分１１４の位置が変化する可能性に対応するために設けられている。深い中央溝ほど深くない側部溝を設けることで、３層と２層の両方の包装材料１０２に対応でき、十分な効果を発揮することができる。

【0034】

リッジ１２２の異なるセクションは、包装材料の２つの層を取り扱うようにされた第１の２層サブセクション２０２、２層及び３層の両方を十分に取り扱うようにされた第１の２又は３層サブセクション２０４、３層を取り扱うようにされた３層サブセクション２０６、包装材料１０２の２層又は３層を十分に取り扱うようにされた第２の２又は３層サブセクション２０８、包装材料の２層を取り扱うようにされた第２の２層サブセクション２１０として言及される。

【0035】

第１の状況を一例として示す図２ａを参照すると、チューブ１１６の第１の２層サブセクション２１２は、リッジ１２２の第１の２層サブセクション２０２及びリッジ１２２の第１の２又は３層サブセクション２０４の主要部分と相互作用してもよく、チューブ１１６の３層サブセクション２１４は、リッジの第１の２又は３層サブセクション２０４の小部分、リッジ１２２の３層サブセクション２０６、及びリッジ１２２の第２の２層又は３層サブセクション２０８の主要部分と相互作用してもよく、チューブ１１６の第２の２層サブセクション２１６は、リッジ１２２の第２の２層又は３層サブセクション２０８の小部分及びリッジ１２２の２層サブセクション２１０と相互作用してもよい。

【0036】

図２ｂは、第２の状況を一例として示す。図２ａで示された第１の状況と比較して、チューブ１１６の３層サブセクション２１４は左にシフトされている。このようにして、第１の２層サブセクション２１２は、リッジ１１２の２層サブセクション２０２及びリッジ１２２の第１の２層又は３層サブセクション２０４の約半分と相互作用してもよい。チューブ１１６の３層サブセクション２１４は、リッジ１２２の第１の２層又は３層サブセクション２０４の約半分、リッジの３層サブセクション２０６及びリッジの第２の２層又３層サブセクション２０８の約半分と相互作用してもよい。チューブ１１６の第２の２層サブセクション２１６は、リッジの第２の２層又は３層サブセクション２０８の約半分及びリッジの第２の２層サブセクション２１０と相互作用してもよい。

【0037】

同様に第３の状況を一例として図２ｃに示すと、３層サブセクション２１４はさらに左にシフトされてもよい。第１の２層サブセクション２１２は、リッジ１２２の第１の２層サブセクション２０２及び第１の２層又は３層サブセクション２０４の小部分と相互作用してもよい。３層サブセクション２１４は、リッジの第１の３層サブセクション２０４の主要部分、リッジ１２２の３層サブセクション２０６、及びリッジ１２２の第２の２又は３層サブセクション２０８の小部分と相互作用してもよい。第２の２層サブセクション２１６は、リッジ１２２の第２の２層又は３層サブセクション２０８の主要部分及び第２の２層サブセクション２１０と相互作用してもよい。

【0038】

上述のように、第１の２又は３層サブセッション２０４及び第２の２又は３層サブセクション２０８は、第１の２層サブセクション２１２及び第２の２層サブセクション２１６だけでなく、３層サブセクション２１４の両方を取り扱うことができることを規定する。しかし、第１の２又は３層サブセクション２０４及び第２の２又は３層サブセクション２０８は、両方を取り扱うようにされているので、結果は十分かもしれないが、例えばリッジ１２２の第１の２層サブセクション２０２によってチューブの第１の２層サブセクション２１２を取り扱う場合又はリッジ１２２の３層サブセクション２０６によってチューブ１１６の３層サブセクション２１４を取り扱う場合のようには良好ではない。

【0039】

図３は、一例として、リッジ１２２を使用することによって横方向シール部分１１２がどのようにシールされ得るか示している。第１の領域３００において、チューブ１１６の第１の２層サブセクション２０２は、リッジ１２２の第１の２層サブセクション２１２によってシールされており、補償されないリッジ領域と呼ばれる。この第１の領域３００における封止温度は、プラスチック箔１０６が十分に溶融し、信頼できるシールが達成されるような適切な温度間隔に達する。横方向シール部分１１２の第２の区域３０２では、チューブの第１の２層サブセクション２１２がリッジ１２２の２又は３層サブセクション２０４によってシールされ、加熱不足が生じることがあり、すなわち、この第２の区域３０２における不十分なシーリングが達成され、適切な温度範囲に到達しない。第３の領域３０４において、３層サブセクション２１４がリッジ１２２の第１の２層又は３層サブセクション２０４によってシールされることで、過熱しすぎることがあり、すなわち、温度が適切な温度範囲を超える。過熱の結果、プラスチック箔１０６が溶けすぎて、封止品質が低下するという影響が生じる可能性がある。最後に、第４の領域３０６において、チューブ１１６の３層サブセクション２１４は、リッジ１２２の３層サブセクション２０６によってシールされ、その結果、適切な温度間隔に到達し、信頼できるシーリングが達成される。

【0040】

図４は、圧縮中の板紙１０４の単純な機械的表現を示している。静的ネットワークは、静的な負荷を決定する。粘性ネットワークは、高周波振動下での応答を制御する。超音波シーリングは、両方のメカニズムが同時にかつ並行して含まれる。

【0041】

図４に示す通り、超音波シールにおける所望の加熱効果は、図２ａ～ｃ及び図３に示されたリッジ１２２を使用するときの応力（σ）ｖｓ公称歪み（ε）の図において、チューブ１１６の第１の２層サブセクション２１２及び第２の２層サブセクション２１６に関連する板紙１０４の粘性ネットワークにおける第１の散逸ヒステリシスループ４００と、チューブ１１６の３層サブセクション２１４に関連する第２の散逸ヒステリシスループ４０２に基づく。第１の散逸ヒステリシスループ４００によって包装材料１０４、主に板紙１０２に誘導されるエネルギー（仕事量（Ｗ）とも呼ばれる）は、ソノトロード１１８がジャンプすること、すなわち、無駄な位置エネルギーであることに起因して切り捨てられる。別の言い方をすれば、第１の２層サブセクション２１２及び第２の２層サブセクション２１６に対する比較的低い圧力と比較的高い振幅との組み合わせは、振動サイクルの一部でソノトロード１１８を空中でジャンプさせ、それによって潜在的な加熱を逃す。

【0042】

図５に示すように、振幅を減少させ、静圧を増加させることにより、第３の領域３０４に対応する補償されない領域に現れる、チューブ１１６の第１の２層サブセクション２１２及び第２の２層サブセクション２１６に関連する調整済み２層ヒステリシスループ５００及びチューブ１１６の３層サブセクション２１４に関連する調整済み３層ヒステリシスループ５０２を、応力（σ）ｖｓ公称歪み（ε）の図の３象限内により深く移動させることが可能となることが判明している。結果として生じるヒステリシスループを小さくするために、周波数を増加させることができる。これらの修正により、振幅、静圧、周波数、板紙１０４の組み合わせは、補償されないリッジに沿って等しい温度を生成することができる。これにより、堅牢性が向上し、過熱のリスクが低減し、冷却時間／サイクルタイムが短縮される。

【0043】

オプションとして、横方向シール部分１１２の第１の２層サブセクション２１２及び第２の２層サブセクション２１４における発熱は、例えば振幅Ａを連続的に修正することによって調整された２層ヒステリシスループ５００の散逸面積５０４を制御することによって調整することができる。

【0044】

図６は、第１の２層サブセクション６０２、第１の２又は３層サブセクション６０４、第２の２又は３層サブセクション６０８及び第２の２層サブセクション６１０において補償されないリッジ６００を図示する。別の言い方をすれば、これらのサブセクションは高さＨを有する。以上説明したように、図６に例示したリッジ６００を使用し、ソノトロード１１８の周波数、振幅及び静圧を選択することによって、図２ａ～ｃに例示したリッジ１２２に関する不利な点を回避できる。図示のとおり、リッジ６００の３層サブセクション６０６は、溝を備えてもよく、すなわち、高さＨよりも低い高さＨ‘を備えてもよく、溝を備える理由は、包装材料１０２を損傷させないためである。

【0045】

サイドセクション６１２は、図示のとおり、第１の２層又は３層サブセクション６０４、３層サブセクション６０６及び第２の２層又は３層サブセクション６０８と整列する溝６１４を備えてもよい。サイドセクション６１２に溝６１４を設けた利点は、サイドセクション６１２によって包装材料１０２に生じる損傷を回避するか、少なくとも低減できることである。

【0046】

図７は、３層サブセクションにおいても補償されていないリッジ７００を図示する。図６に図示されたサイドセクション６１２と同様に、リッジ７００の隣に配置された第１及び第２の側部７０２、７０４は、溝７０６を備えてもよい。この溝７０６による利点は、包装材料１０２の３層サブセクション２１４が横方向シール中に相互作用するように、この溝を配置できることである。そうすることによって、包装材料１０２を損傷する危険性を低減することができる。

【0047】

図８は、チューブ１１６を横方向に封止するための方法８００のステップを示すフローチャートである。第１のステップ８０２において、横方向のシール部分１１２は、ソノトロード１１８とアンビル１２０との間に配置される。第２のステップ８０４において、超音波振動は、ソノトロード１１８から横方向のシール部分１１２に伝達する。第３のステップ８０６において、チューブ１１６は、ソノトロード１１８とアンビル１２０との間で押圧される。オプションとして、第４のステップ８０８において、２層ヒステリシスループの散逸面積５０４を制御することによって、横方向のシール部分１１２の第１の２層セクション２１２及び第２の２層セクション２１４における熱発生を調整することができる。

【0048】

ロール供給式包装機１００の一般的な原理が示されているが、超音波シール装置１２１はこの種の包装機に限定されるものではなく、同様の条件を有する異なる種類の包装機に使用することができる。例えば、超音波シール装置１２１は、ブランクス供給式包装機にも使用することができ、包装材料１０２が平らに折り畳まれたプレカットチューブ要素の形態で提供されることができる充填機である。

【0049】

以上の説明から、本発明の様々な実施形態を説明し、示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下の請求項に定義される主題の範囲内で他の方法で具体化することも可能である。

【図1】

【図2a-2c】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】