(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非衛生的な領域から分離された衛生的な領域にあるヒートシール可能な表面を衛生的に接合するための超音波シール用の超音波変換器アッセンブリであって、
Ａ．周辺エッジによって形成される開口部を有する第１の障壁によって分離された衛生的なシール領域と非衛生的な領域と、
Ｂ．前記開口部内に配置され、前記開口部を通る軸線に沿って前記開口部を通り、且つ前記非衛生的な領域に配置された機械類によって超音波周波数で振動させられる超音波コンバータにして、前記超音波コンバータは前記超音波コンバータが振動されたときに実質的に最小に振動させられる領域であるノード及び前記ノードから前記軸線に沿って延びるスカートを有する、前記超音波コンバータと、
Ｃ．前記非衛生的な領域を前記衛生的なシール領域からシールするための円筒状のシール表面にして、前記シール表面は、前記スカートに対して固定され、前記シール表面は前記周辺エッジと対面しており、前記シール表面はスリーブによって形成されている、前記シールの表面と、
Ｄ．前記スリーブと前記スカートとの間に延びるウェブによって形成された第２の障壁と、
Ｅ．前記周辺エッジに取り付けられ且つ前記超音波コンバータが往復動するときに前記円筒状の表面を拭くシールと、
を具備した超音波変換器アッセンブリ。
【請求項２】
非衛生的な領域から分離された衛生的な領域にあるヒートシール可能な表面を衛生的に接合するための超音波シール用の超音波変換器アッセンブリであって、
周辺エッジによって形成される開口部を有する第１の障壁によって分離された衛生的なシール領域と非衛生的な領域と、
前記開口部内に配置され、前記開口部を通る軸線に沿って前記開口部を通り、且つ前記非衛生的な領域に配置された機械類によって超音波周波数で振動させられる超音波コンバータにして、前記超音波コンバータは超音波周波数で振動する本体と、前記超音波コンバータが振動されたときに実質的に最小に振動させられる領域であるノード及び前記ノードから前記軸線に沿って延びるスカートを有する、前記超音波コンバータと、
前記非衛生的な領域を前記衛生的なシール領域からシールするための円筒状の表面にして、前記円筒状の表面は、前記スカートに対して固定されたスリーブによって形成され、前記円筒状の表面は前記周辺エッジと対面している、前記円筒状の表面と、
前記周辺エッジに対して固定され且つ前記超音波コンバータが往復動するときに前記円筒状の表面を拭くシールと、
を具備した超音波変換器アッセンブリ。
【請求項３】
非衛生的な領域から分離された衛生的な領域にあるヒートシール可能な表面を衛生的に接合するための超音波シール用の超音波変換器アッセンブリであって、
周辺エッジによって形成される開口部を有する第１の障壁によって分離された衛生的なシール領域と非衛生的な領域と、
前記開口部内に配置され、前記開口部を通る軸線に沿って前記開口部を通り、且つ前記非衛生的な領域に配置された機械類によって超音波周波数で振動させられる超音波コンバータにして、前記超音波コンバータが振動されたときに実質的に最小に振動させられる領域であるノード及び前記ノードから前記軸線に沿って延びるスカートを有し、前記超音波コンバータは超音波周波数で振動する本体を含む、前記超音波コンバータと、
前記非衛生的な領域を前記衛生的なシール領域からシールするための円筒状の表面にして、前記円筒状の表面は前記スカートに対して固定され、前記円筒状の表面は前記周辺エッジと対面している、前記円筒状の表面と、
前記周辺エッジに取り付けられ且つ前記超音波コンバータが往復動するときに前記円筒状の表面を拭くシールと、
を具備する超音波変換器アッセンブリ。
【請求項４】
前記円筒状の表面はスリーブによって形成されることを特徴とする請求項３に記載の超音波変換器アッセンブリ。
【請求項５】
前記スリーブと前記スカートとの間に延びるウェブによって形成された第２の障壁をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波変換器アッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、概してはヒートシール可能な表面を衛生的に接合するための超音波シール又は溶着機械に関し、より詳細には清浄な製品が露出される衛生的な領域を機械類が位置する非衛生的な領域から隔離する構成を有するそのような機械に関する。
背景技術
衛生的に処理されなければならない食品や、薬や、その他の製品はよく知られている。典型的には、そのような機械類は、機械が作動するために存在しなければならない歯車や、モータや、ベアリング等のある部品を有し、これらの部品は衛生的に包装される製品に露出されてはならない。典型的には、これらの部品はきれいにするのが難しい可動機械部品である。共通的に、非衛生的な領域を衛生的な製品で汚染するのを防止することも望ましい。これらの目的を達成するために、障壁が衛生的な領域と非衛生的な領域との間に維持されなければならない。
機械が衛生的な領域と非衛生的な領域との間を規則的に行ったり来たりする（これはよくあるケースである）可動部分を有するときに、適切な障壁を設計する作業はより複雑になる。そのような状況において、機械の衛生的な領域と非衛生的な領域との間の障壁は、衛生的な領域と非衛生的な領域との間で障壁を通る機械類の部分に沿った隔離を維持するために、シール、変形可能なベローズ、又はその他の部材を含んでいた。
超音波エネルギーが機械の非衛生的な領域内の超音波生成源から衛生的な領域へ両領域間の障壁を通って伝達されるときに、より困難な状況が起こる。障壁を通って突出する超音波変換器を拭くシールを単に設けるだけでは十分ではない。変換器によって担持される超音波エネルギーはシールを早期に損傷させ、障壁を破る。可動部分間のベローズシール等の他の方策もまた、可動部分の一つが超音波エネルギーを担持するときには損傷させられる。衛生的な領域に露出したベローズシールはまた清浄に維持しあるいは完全性を検査するのが難しく、よって機械の衛生的な領域においての使用は満足できるものではなかった。
発明の開示
衛生的な超音波シール用の超音波変換器アッセンブリが請求される。このアッセンブリは、露出された食品を保護するために清浄に維持されなければならない衛生的なシール領域と、食品は露出されない非衛生的な領域とを含む。これらの領域は障壁によって分離される。障壁は超音波コンバータがそれを通って行ったり来たり（往復動）するのを許容する開口部を有する。
超音波コンバータは非衛生的な領域に配置された機械類によって超音波周波数で振動させられ、その振動が機械の衛生的な領域に伝達される。超音波コンバータは超音波コンバータが実質的に最小に振動させられるヌル領域と、より激しく振動させられるその他の領域とを有する。
ほぼ円筒状のシール表面が第１の部材に対して固定される。この第１の部材は障壁を貫通する穴のエッジ又は変換器のヌル領域のいずれかである。ほぼ円筒状のシール表面は、第１の部材がヌル領域である場合には穴のエッジからなる第２の部材と対面し、また第２の部材は逆の場合もある。コンバータが行ったり来たり動かされるときにシールはほぼ円筒状のシール表面を拭く。
本発明の機械の特徴の一つは、ヌル領域は変換器とともに動き、障壁に対して固定位置にある訳ではないにもかかわらず、変換器のヌル領域のみが障壁と接触することにある。ヌル領域を介しては非常にわずかの超音波エネルギーが伝達され、よって障壁はそを介して伝達される超音波エネルギーから大きく隔離されることになる。よって、超音波エネルギーは障壁の完全性に対して小さな影響を与えるか又は影響を与えない。
本発明の機械の他の特徴は、障壁を維持するのに複雑な表面（変形可能なベローズのコンジットのような）が必要でないので、簡単に清浄化することができることにある。
【図面の簡単な説明】
図１はカートンシーリング機械の斜視図である。
図２は幾つかの部分が断面で示され、他の部分が取り除かれた、図１のカートンシーリング機械の側面図である。
図３は簡明化のために重畳する構造が取り除かれた図１の線３−３からとった側面図である。
図４は空気圧付勢部材の内部の詳細を見せるために一部が破断された、アンビルドライブアッセンブリのプルバー、プルロッド、及び空気圧付勢部材の分解斜視図である。
図５は空気圧付勢部材の図４の線５−５に沿ってとった部分断面図である。
図６は閉鎖部材のシール位置において当接するアンビル及びシール用ホーンの図１の線６−６に沿ってとった略側面図である。
図７はアンビル及びシール用ホーンがその開放位置にあり、切妻状の閉鎖部材がその閉鎖位置においてアンビル及びシール用ホーンの間に配置された状態の図６と同様の略側面図である。
図８はアンビル及びシール用ホーンがそれぞれの閉鎖位置にあって切妻状の閉鎖部材と当接する状態の図７と同様の側面図である。
図９は超音波シーラが隔離壁を貫通するところで本発明の機械の衛生的な領域と非衛生的な領域とがどうして隔離して維持されるかを示す図１の線９−９に沿ってとった断面図である。
図１０は図１のアンビルバーの隔離におけるより詳細な斜視図である。
図１１は図１０に示されるアンビルの一つのその主要側面に平行にとった断面図である。
図１２、図１３、及び図１４は切妻状のトップカートンのトップシールをシールするための図１から図１１の実施例によるカムドライブの各々時間に対する加速度と、速度と、位置とをそれぞれ示す図である。
図１５から図１７は切妻状のボトムカートンのボトムシールをシールするためのカムドライブの加速度と、速度と、位置とを示す図１２から図１４と同様の図である。
発明を実施するための最良の形態
以下一つ又は複数の実施例について説明するが、本発明の請求の範囲はそれらの実施例に限定されるものではないことは理解されるであろう。逆に、本発明の請求の範囲は、その精神及び範囲内において全ての変形、修正、及び均等物を含むものと解釈されるべきである。
最初に図１を参照すると、全体的に２０によって示されるカートンシーラ（カートンシーリング機械）は、１９９４年２月２日に出願された米国特許出願第０８／１９０５４６号に記載されたもののようなカートン充填及びシーリング装置のモジュールであり、この米国出願は参考としてここに含まれる（その他の部分は示されていない）。この種のカートン充填及びシーリング装置は２つのそのようなモジュールを含み、そのうちの一つのモジュールは２４で示される各カートンが充填される前にカートン２４のボトムフィン２２（図２に示される）をシールするためのものであり、他方のモジュールはカートン２４のトップフィン（トップ閉鎖部材が折り曲げ閉鎖された後で図２に示される折り曲げ線２６に位置するであろう）をシールするためのものである。トップフィン２６はカートンが充填された後でシールされる。
カートン２４の各閉鎖部材２２、２６は３２で示すようなアンビル（シール受け）と対面する第１の側２８と、カートン２４が、そしてより詳細にはカートン２４の２２のような閉鎖部材が閉鎖部材のシール位置に位置するときに３４のような超音波シール用ホーンと対面する第２の側３０とを有する。本発明による機械によってシールされることのできる典型的な閉鎖部材は食物のカートンの切妻状のトップ又はボトム閉鎖部材である。
図２を簡単に参照すると、カートン２４は下記のシーケンスに従ってシールされる。最初に、ここには図示しない装置によって実質的にその最終形状に折り曲げられたカートン２４は、そのボトムフィン２２をカートンシーラ２０から自由である位置から閉鎖部材のシール位置へ並進しながら、進められる。それからボトムフィン２２は図８にも示されるように、閉鎖部材２２をつかむようにアンビル３２とシール用ホーン３４を実質的に一緒に閉じることによってシールされる。シール用ホーン３４はボトムフィン２２を加熱し、そのヒートシール可能なエレメントを一緒に溶着させる。閉鎖部材２２はそれからアンクランプされる。アンビル３２とシール用ホーン３４が離された後で、ボトムフィン２２はカートン２４をカートンシーラ２０から係合解除するために逆の方向に並進され、カートン２４を充填装置（図示せず）へ進めるのを許容する。
主要シール部材
ここで図１に戻ると、本発明の一実施例であるカートンシーラ２０は、アンビル３２と、超音波シール用ホーン３４と、全体として３６で示されるアンビルドライブと、全体として３８で示されるホーンドライブと、付勢部材４０、４１とを含む。
アンビルアッセンブリ
図示の実施例においては、一連の８個のアンビル３２、４２−５４が設けられており、よって８個のカートンがこれらの一群のアンビルの単一の往復ストロークで同時にシールされることができる。８個のアンビル３２、４２−５４はアンビルバー５６に取り付けられる。アンビルバー５６は行ったり来たり往復動可能に配置されており、３２等の各アンビルをカートン２４の通過を許容する開放位置（図１及び図７によく示される）と、閉鎖部材のシール位置に位置する閉鎖部材（ボトムフィン２２等）の第１の側２８に当接するための閉鎖位置（図８によく示される）との間で行ったり来たり往復動させる。
矩形状のアンビルフレーム５８がアンビルバー５６、プルロッド６０、６２、及びプルバー６４によって形成される。この実施例の締結の詳細は図２によく示される。プルロッド６０、６２は付勢部材４０、４１によってプルバー６４に作動的に結合される。その結合の詳細は後で述べる。
プルロッド６０はスライドベアリング７２、７４（これは図２に顕著である）によってカートンシーラ２０のフレーム７０に対して往復動可能に支持され、他方、プルロッド６２はスライドベアリング７６、７８によってカートンシーラ２０のフレーム７０に対して往復動可能に支持される。
図１及び図２を参照すると、スライドベアリング７２、７６は等しいものとすることができる。各スライドベアリングは８０によって示されるブッシュによって形成され、このブッシュ８０はフレーム７０と一体的で、それぞれの端部においてリテーニングリング８４、８６によって蓋されるほぼ円筒状のボア８２を有する。スライドリング８４は６２等の関連するプルロッドに固定され、ボア８２内でリテーニングリング８４、８６によって規定されるリミット間で摺動可能である。
この実施例のリテーニングリング８４、８６は、カートンが充填され且つパッケージングされる隔離壁８８の概略左側の衛生的な領域から、ドライブ機械類が位置する隔離壁８８の右側（図２）の非衛生的な領域を隔離するのを助けるワイピング（拭く）シールでもある。プルロッド６０、６２がブッシュ８０を通って往復するので、この特徴は望ましい。ボア８２の各端部にシールを設けることにより、プルロッド６０、６２が連続的に往復動しても、潤滑剤又は異物が８２等のボアに又はボアを通って右側から左側（図２に示される）へ進入しないようにすることができる。同様に、こぼれた食物やカートンの屑等の異物が８２等のボアに又はボアを通って図２に示されるように左側から右側へ進入するのを防止することも重要である。その目的も図示の実施例により達成される。
この実施例においては、スライドベアリング７４、７８は全体的に図２の隔離壁８８の右側の非衛生的な領域内に位置し、そして、８４、８６のような第２の対のリテーニングリングは冗長であろう。よって、ワイピングシールを欠く通常のスライドベアリング７４、７８は、プルロッド６０、６２の軸線に沿って正確に軸線方向にプルロッド６０、６２の移動を維持するのに十分である。
アンビルドライブ
全体として３６で示されるアンビルドライブはプルバー６４を動かすために設けられ、よってアンビルバー５６及び取り付けられたアンビル３２、４２−５４をそれぞれの開放位置と閉鎖位置との間で行ったり来たり動かす。
アンビル３２、４２−５４をそれらの閉鎖位置へ進めるためのドライブはアンビルフレーム５８のほぼシーリングホーンを向いた側に作用し、この実施例においては特定的に、プルバー６４のシーリングホーンを向いた側９０に作用する。プルバー６４のシーリングホーンを向いた側９０には前進用カムフォロア、ここではローラ９２、９３と、後退用カムフォロア、ここではローラ９４、９５（９５は図３において主として仮想線で示される）とが取り付けられ、これらはカム９６、９８によって駆動される。２つのカムドライブは等しいものであるので、一方のカムドライブのみについて詳細に説明する。
図２及び図３によく示されるように、カム９８は、アンビルをその閉鎖位置へ向かって動かすためのアンビル前進用表面１００と、アンビルをその開放位置へ向かって動かすためのアンビル後退用表面１０２とを有する。
カム９６、９８はそれぞれピボット上で回転可能に取り付けられている。ここでは、回転ベアリング（図示せず）によって担持されるカムシャフト１０４、１０６（あるいはこれらは単一のシャフトのそれぞれの端部とすることができる）がそれらのピボットを形成する。それらのピボットのまわりでカム９６、９８を回転させるために、カムシャフト１０４、１０６はサーボモータ１０８によりギヤボックス１１０内に位置するギヤトレインを介して駆動される。サーボモータ１０８又はギヤトレインはカムプロフィルに対してその移動の種々のポイントにおいてカム回転速度を変えるために使用されることができ、サーボモータ１０８に要求されるトルクの量が特にカムの半径の変化が急峻なところで、そのキャパシティを越えないようにすることができる。サーボモータの位置、速度及び加速度のプロフィルを変えることにより、カムの位置、速度及び加速度のシールプロフィルも所望により遠隔操作により変えることができる。典型的なプロフィルは図１２から図１７を参照して後で説明される。
図２及び図３に示されるカム９８は、アンビル３２、４２−５６がその全開位置にあるスタート位置にある。カム９８は最初にサーボモータ１０８によって時計回りに１６０度駆動され、カムフォロア９４に当接するカム表面１００の部分が概して増加する。図１を参照すると、カム９８のその運動はカムフォロア９４を、従ってプルバー６４、プルロッド６０、６２、及びアンビルバー５６を、それぞれの閉鎖位置に向かって上に押す。
それから、シールが完成し且つアンビル３２、４２−５６が開放位置へ引っ込められるときに、カムは反時計回りにスタート位置へ駆動される。カム９８のアンビル後退表面１０２はカムフォロア９５に当接し、カムフォロア９５に接触するカム表面１０２の部分は概して減少する。カム９８のこの反時計回りはプルバー６４、プルロッド６０、６２、及びアンビルバー５６を、（図１に示されるように）それぞれの開放位置に向かって下に押す。
超音波ホーンアッセンブリ
図示の実施例においては、一連の４個の超音波シール用ホーン、又は変換器３４、１１２−１１６が設けられ、各々は２つのアンビルに当接するほどに十分に幅広く、よって８個のカートンを一連の超音波シール用ホーンの単一の往復ストロークで同時にシールすることができる。４個のシール用ホーン３４、１１２−１１４はクレードル１１８に取り付けられる。
クレードル１１８はカートンを通す開放位置（図１及び図７によく示される）と、閉鎖部材の閉鎖位置に位置する閉鎖部材（ボトムフィン２２等）の第２の側３０に当接する閉鎖位置（図８によく示される）との間で前後往復動可能に配置される。
クレードル１１８はプルロッド６０、６２に摺動可能に受けられ、スライドベアリングを形成する一体的なブッシュ１２０、１２２を有する。この構成はシール用ホーン及びアンビルをそれらが往復動するときに互いに対して精密に位置させる。シール用ホーン３４、１１２、１１４、１１６に終端する超音波スタックは超音波コンバータ又は変換器、及び図示しない超音波生成器をも含んでいる。超音波スタックはそれらを位置させ、支持し、且つ駆動するためにクレードル１１８に取り付けられる。
超音波ホーンドライブ
全体として３８で示されるカム作動のホーンドライブはクレードル１１８をその開放位置とその閉鎖位置との間で行ったり来たり動かすために設けられる。カム９６、９８は各々図２に示される表面１２４のようなホーン駆動カム表面と、図２に示される表面１２６のようなホーン後退カム表面とを有する。これらのカム表面はアンビル駆動表面及びアンビル後退表面と実質的に対向し且つこれらとほぼ同じ形状をしており、カムが回転するときにアンビル及びシール用ホーンが反対に動くようになっている。
カム９６、９８はそれぞれカムフォロア１２８、１３０を駆動し、カムフォロア１２８、１３０はクレードル１１８に取り付けられ且つカム９６、９８のホーン駆動外面１２８に追従する。よって、上述したカム９６、９８の時計回り回転は、カムフォロア１２８、１３０によって描かれる半径を概して増加させ、クレードル１１８及びシール用ホーン３４、１１２−１１６をそれらの閉鎖位置に向かって下に（図１に示されるように）駆動する。
カム９６、９８はそれぞれカムフォロア１３２、１３４を駆動し、カムフォロア１３２、１３４はクレードル１１８に取り付けられ且つカムのホーン後退外面１２６に従う。よって、上述したカム９６、９８の反時計回り回転は、カムフォロア１３２、１３４によって描かれる半径を概して減少させ、クレードル１１８及びシール用ホーン３４、１１２−１１６をそれらの開放位置に向かって上に（図１に示されるように）駆動する。
本発明の機械の特徴の一つは、アンビル及びシール用ホーンがともに同じカムによってコーディネートされて、よって同じ加速度、速度及び位置のプロフィルで動くことができることであり、よってカートンの中心に位置する閉鎖部材がカートンを横に動かすことなしに係合できる。シール用ホーン及びアンビルはいずれも早く到着したり遅く到着したりすることがなく、これらの２つは協働して駆動される。よって、カートンは、シール用ホーン及びアンビルの閉鎖位置のずれを起こすように調節される必要なしに、カートンの位置が横に動くことがないように確実に支持されることができる。
図示の構成のもう一つの利点は、アンビルドライブ及びホーンドライブがシール領域の両側ではなくて、シール領域の同じ側に位置することである。よって隔離壁８８はシール領域の一側にのみ設ければよく、それでシール作動は機械のその側から容易に検査されることができ、機械の非衛生的な部分は単一の隔離壁の他の側から観察されることができる。全て一つの領域に配置され且つ多機能カムを採用したシーリング装置は、最小の幅をもつものでもあり、それはシール作動ラインの幅を最小化するのに望ましい。
付勢部材
付勢部材４０、それはクッション又はばねであると考えられるものであるが、付勢部材４０はアンビル又はシール用ホーンとそのドライブとの間（又は別の実施例においては、これらの部材の各々とそのドライブとの間）に結合される。付勢部材はアンビルとシール用ホーンとの間に展開するシール圧力を予め定められた最大値に制限する。この予め定められた値は付勢部材によってもたらされる圧力である。これはアンビルとシール用ホーンとが閉鎖部材をあまりにもきつくグリップすることを防止して閉鎖部材又はシーリング機械が損傷するのを防止し、シール力を増減することなしにアンビル又はシール用ホーンの位置のわずかな不正確さを補正する。付勢力は、機械を停止することなく、付勢部材として外部から印加される空気圧力を使用することによって、遠隔調整されることもできる。
本実施例において、付勢部材４０、４１は３２等のアンビルをそれのカムドライブに作動的に結合する。図４及び図５を参照すると、付勢部材４０、４１は等しい空気圧リンケージである。後で述べるように空気圧リンケージはある利点を奏するけれども、ばねや他の弾性カップリングも使用できる。簡単化のために、付勢部材４０にくいてのみ説明する。
付勢部材４０は摺動ピストン１４２を受けるボア１４０を備える。環状シリンダ１４４、ピストン表面１４６、及びボア１４０は実質的に閉じられた空間１４８を形成する。ピストン１４２はプルロッド６２の延長部１５４に螺合されたナット１５０、１５２によってプルロッド６２の端部にとらえられる。ボア１４０はプルバー６４の一体的な部分に形成される。
空間１４８はポート１５６及び圧力レギュレータ１５８を介して圧力ガス源１６０で加圧される。１６２等の遠隔制御装置は圧力レギュレータ１５８の圧力設定値を変え、よって空間１４８内の圧力を変えるために使用されることができる。空間１４８内のガス圧力はシリンダ表面１４４に対してピストン表面１４６を右に付勢し、それでピストンはシリンダ表面１４４の上又は先で浮遊し、よってプルロッド６２及びアンビルバー５６をそれぞれの閉鎖位置に向かって付勢する。
ピストン１４２がシリンダ表面１４４の上で浮遊する度合いは、ピストン１４２をとらえることによって制御できる。図５の実施例においては、ピストン１４２のフランジ１６４がシリンダボア１４０内でピストン１４２をとらえる。
プルバー６４及び３２等のアンビルがそれらの閉鎖位置にあるときに、シールされるカートンの閉鎖部材はアンビルによって当接され、フランジ１６４をそのストップに保持オフする。このポイントにおいて、空間１４８のガスクッションはアンビルによって閉鎖部材及びシール用ホーンにもたらされる唯一の力である。このシーリング力は空間１４８のガス圧力とシリンダ表面１４４の有効面積との積である。この実施例では約１５０００Ｎの特定の力が想定され、安宅られた状態によってはそれよたも大きい又は小さい圧力が望ましいこともある。
図示の実施例の一つの利点は、２２等のフィンの厚さ又は弾性の小さな差があるにもかかわらず（例えば、フィン２２のフォールド内の製品の少量のときどきのとらえにより）、アンビル３２によってもたらされるシーリング力が再生性があることである。もう一つの利点は、空間１４８のガス圧力と等しく、アンビル圧力はガス圧力を変えることによって変えることができる。ガス圧力は遠隔操作で容易に変えることができる。
本構成のさらにもう一つの利点は、４０、４１等の２つ又はそれ以上の付勢手段のそれぞれの空間１４８の間の連通を許容することによって実現される。これは、同じプルロッド６２又は他の機械エレメントに結合される２つの付勢部材によっていつでも信頼性のある等しい付勢力がもたらされることを許容する。そのような連通は図１に略図的に示される。
超音波コンバータシール
ここで図１及び図９を参照すると、超音波振動するコンバータ１８６と、非衛生的な領域（図９の隔離壁８８の左側）と衛生的な領域（図９の隔離壁８８の右側）とを分離する隔離壁８８との間のシールを行う構成が示される。シール用ホーン１１２に取り付けられるコンバータ１８６もクレードル１１８が動くにつれて開放位置と閉鎖位置との間で往復動するので、この領域はシールされなければならない。コンバータ１８６の往復動及び振動によって異物が隔離壁８８を通っていずれの方へも押し出されるのを防止することは重要である。
必要な障壁は図９に示されるようにして得られる。隔離壁８８は周辺エッジ１８８によって形成される開口部を有する。超音波コンバータ１８６は開口部１８８に配置され、且つこの開口部を通る軸線１９０に沿って開口部１８８内で往復動する。コンバータ１８６は非衛生的な領域に配置される機械によって超音波周波数で振動させられる。
コンバータ１８６はコンバータ１８６が実質的に最小に振動するヌル領域又はノード１９２を有する。（超音波の波は軸線１９０に沿って伝播する定常波であり、コンバータ１８６は一つ又は複数のノードを有し、各ノードは振動の局部的な振幅は最大の振幅に対してきわめて小さいところで軸線１９０と垂直な平面内に実質的に配置される。）
スリーブ１９６によって形成されるほぼ円筒状のシール表面１９４は、周辺エッジ及びヌル領域の一方である第１の部材に対して固定される。ここでは、スリーブ１９６はヌル領域１９２から延びる前方に突出するスカート１９８に固定される。スカート１９８はヌル領域から前に有効に突出し、これはコンバータが後で述べるシールを損傷させ又は溶融させるかもしれない超音波エネルギーをスリーブ１９６へ実質的に伝播しないようにする上で重要である。
ほぼ円筒状のシール表面１９４は、周辺エッジ及びヌル領域の他方である第２の部材と対面する（ここでは、周辺エッジ１８８が隔離壁８８の開口部を形成する。）
スリーブ１９６のウェブ２００は溶接によってスカート１９８に接合される。ウェブ２００はシール表面１９４とヌル領域１９２との間の障壁を形成し、これは異物がスリーブ１９６を通過するのを妨げる。コンバータ１８６と開口部１８８との間のシールは開口部１８８に取り付けられたワイピングシール２０２によって実現され、これはコンバータ１８６が往復動するときにほぼ円筒状のシール表面１９４を拭う。
このアッセンブリの部品は別のように構成されることは理解されよう。例えば、同じ効果を得るために、シール２０２はヌル領域１９２に取り付けられることができ、そしてスリーブは開口部１８８に取り付けられることができる。
アンビル調整
図１、図１０、図１１はアンビル３２、４２−５４及びアンビルバー５６へのそれらの取り付けのある利点を示す図である。各アンビルは同じように結合されており、アンビル３２及びその取り付けについてのみ説明する。
アンビル３２は、上記したように変換器又はシール用ホーン３４（図７に示される）に対して概して軸線２１０にねって開放位置と閉鎖位置との間で動くのに適したバッキング部材、ここでは軸線２１０にほぼ垂直に延びるアンビルバー５６、に受けられる。アンビルバー５６は３２等のアンビルがボルト止めされる平坦な取り付け表面２０８を有する。
アンビルバー５６は、対応する変換器３４と対向し且つ曲率中心２１４を有し且つ軸線２１０によって形成される平面（ここでは図１１の紙面）内にある円弧を形成する円筒状の湾曲した前面２１２を有する。アンビル３２をその平面内で旋回可能に調整する必要があるので、この平面が選ばれる。他の平面での調整が望まれるならば、調整平面を形成する円は、図１１の紙面と交差する平面内にあるようにすることもできる。あるいは、湾曲した表面２１２は、中心２１４のまわりでのアンビル３２の向きのユニバーサルな調整を許容する球状に湾曲した表面とすることもできる。表面２１２は凹形の表面として示されているが、それは凸形の表面とされることもできる。
特に図１１を参照すると、アンビルアッセンブリ３２は、アンビルパッド２１６と、対面部材２１８と、弾性パッド２２０と、チュービングカップラ２２２、２２４とを含み、これらは全て適切な方法で一緒に結合されている。アンビルアッセンブリ３２を取り付け表面２０８に普通のようにクランプするために、締結ねじ２２６、２２８が締結穴２３０、２３２に挿入される。
アンビルアッセンブリ３２はワークピースと接触するために図７及び図８によく示される複雑な形状の前面２３４と、湾曲した表面２１２と実質的に相補的であり且つ湾曲した表面２１２と常時当接する湾曲した後面２３６とを有する。この明細書で使用されるように、相補的な対の表面は共通の曲率中心をもち且つ同一平面内にある円を形成する凸形及び凹形の表面である。
締結穴２３０、２３２はそれが受ける締結ねじ２２６、２２８のシャフトよりも実質的に大きいが、締結ねじ２２６、２２８の頭部よりも小さい。あるいは頭部はより小さくされ、且つ締結ねじ２２６、２２８の頭部と該締結ねじ２２６、２２８の頭部と当接するであろう締結穴２３０、２３２の部分との間にワッシャを挿入することができる。図１１に示されるように、締結ねじ２２６、２２８に対して締結穴２３０、２３２の実質的に大きな大きさは、少なくともアンビルバー５６に対してアンビルの向きを調整することを望む程度に、アンビル３２が中心２１４のまわりで揺動することを許容する。
締結ねじ２２６、２２８は取り付け表面２０８の対応する締結穴に螺合される。あるいは、締結ねじ２２６、２２８は取り付け表面２０８のより大きい穴に通され、そしてアンビルパッド２１６の対応する締結穴に螺合されることができる。
締結ねじ２２６、２２８はアンビルパッド２１６及びアンビルバー５６を一緒に固定するための保持位置を有し、この保持位置は、締結ねじ２２６、２２８を取り付け表面２０８に十分に挿入してアンビルパッド２１６を取り付け表面２０８にクランプすることによって達成される。締結ねじ２２６、２２８は、アンビル３２をシール用ホーン３４に対して整列させる（図１）ために、アンビルバー５６に対してアンビルパッド２１６を中心２１４のまわりで回転させるのを許容する調整位置を有する。調整位置はアンビルパッド２１６が取り付け表面２０８に対して十分に揺動することができるようになるほど十分に締結ねじ２２６、２２８をゆるめることによって達成される。図１０は上述したようにアンビル３２、４２−５４が取り付け表面２０８に独立的に取り付けられているところを示し、よってそれらはアンビルパッド２１６のための中心２１４のようなそれぞれの曲率中心のまわりで独立的に揺動することができる。
ここで図６から図８、図１１を参照すると、超音波シーリング装置１０の３２等のアンビル及び３４等の変換器は、製品の走行を始める前に容易に整列されることができる。全てのアンビル３２、４２−５４のための２２６、２２８のような留め具が最初にそれらの調整位置へ戻される。次に、望みにより、図６に示されるように、３２等のアンビル及び３４等のシール用ホーンの正常な接触位置が、軽い圧力でそれらを一緒に閉じ、それらが正常な閉鎖位置で接触するようにして達成される。３４等のシール用ホーンと３２等のアンビルとの接触は、３２等のアンビルを２１４等のそれらの中心のまわりでシフトさせ、よって３２等のアンビルを対応する３４等のシール用ホーンに対して正確に平行な位置に配列させる。それから調整を保つために留め具がそれらの保持位置へ進められる。アンビルの公称の配列が一旦達成されると、アンブル及び変換器は離される。
軽い閉鎖力で、カートンがない状態で、３２等のアンビルを２１４等のそれらの中心のまわりで調整を行った後、図７に示されるように、又はその代わりに、クランプすべきワークピースを表すゲージ（それは単に次に走行するタイプのカートンのトップフィン２６又はボトムフィン２８とすることができる）が、３２等の各アンビルと３４等の各変換器との間に挿入される。２２６、２２８等の留め具がゆるめられ（あるいはそのまま維持され）ることができる。図８に示されるように、ゲージ２２６又は２２８は、生産走行の間にかけられるようにしたフルシーリング圧力で、３２等のアンビルと３４等の変換器又はシール用ホーンとの間でクランプされる。閉鎖力は整列していない２１６等のアンビルパッドを押しつけ、２１４等のそれらの中心のまわりでシフトさせることによってそれらを再整列させる。２２６、２２８等の留め具がそれから調整を維持するためにそれらの保持位置へ進められる。横方向の調整を行うために、シム２３７が表面２１２と２３６との間に配置されることができる。
アンビル冷却装置
カートンがシールされるときに、アンビルは変換器又はシール用ホーンから超音波エネルギーのいくらかを受ける。アンビルが過度に加熱されるのを防止するために、アンビルは冷却されることができる。このために、アンビルを冷却するために冷却水がアンビルに供給されることができる。図１０及び図１１を参照すると、３２等の各アンビルはその入口及び出口ニップル２２２、２２４を結ぶ内部水通路２４０を有する。
図１０は水が公共水道供給装置である水供給部２４２から取り出されるところを示す。水はオプションとして衛生的にされ、リークが生じても機械の衛生的な領域を汚染しないようにすることができる。水供給部２４２から取り出された水はフレキシブルチューブ２４４を介してアンビル５４へ運ばれる。チューブ２４４は十分に長く、且つアンビルバー５６の往復動が受け入れられるように敷設される。
チューブ２４４は冷却水をアンビル５４の内部通路に流すようにニップル２４６に取り付けられる。冷却水はブリッジチューブ２５０を介してアンビル５４の出口ニップル２４８を出て、ブリッジチューブ２５０は冷却水をライン上の次のアンビル、ここではアンビル５２の入口ニップル２５２に向かわせる。類似の一連のブリッジチューブ２５４−２６４がアンビルの各々を通って順番に冷却水を伝達する。
最後に、出口チューブ２６６がライン上の最後のアンビル（３２）からドレーン２６８へ冷却水を移送する。出口チューブ２６６は十分に長く、且つアンビルバー５６の往復動が受け入れられるように敷設される。当然、ドレーン２６８は省略することができ、望みにより、特に冷却水が比較的に高価な清浄剤で処理されてリサイクルされるのが望まれるときには、冷却水は冷却され且つ水供給部２４２へリサイクルされることができる。
本冷却システムの幾つかの適用が図１１に示される。典型的にはゴムで作られた弾性パッド２２０が、アンビルパッド２１６からアンビルに向いた部材２１８を超音波的及び熱的に隔離する。アンビルに向いた部材２１８は隔離されるので、冷却システムはアンビルに向いた部材２１８に制限される。
また、外部配管及び取り付け部が損傷されるのを防止するため、及びこれらの部材がゆるんで作動するのを防止するために、それらは全て弾性パッド２２０の後でアンビルパッド３２に取り付けられる。よって配管及び取り付け部自体は超音波エネルギーから隔離される。内部水通路２４０自体は弾性部材２２０を通る部分２７０を有し、水を入口ニップル２２２からパッド２２０の後でパッド２２０の前の冷却領域へ向かわせる。内部水通路２４０は弾性部材２２０を通り且つパッド２２０の後でデグチニップル２２４へ行く他の部分２７２を有する。弾性パッド２２０はパッド２１６とアンビルに向いた部材２１８との間でガスケットとして作用する。
装置の使用
上述した装置は、１９９４年２月２日に出願され、ここに参考として含まれているファーストセールの米国特許出願第０８／１９０５４６号に開示されたような包装機械に使用されることができる。本装置は、包装機械のための制御システムという名称で本願と同日に出願され、同様にここに参考として含まれている米国特許出願第０８／３１５４１４号（アトーニー書類番号第１０６２３ＵＳ０１、会社書類番号第ＴＲＸ−０１２６）に記載されたもののようなサーボモータ及び関連制御システムによって駆動されることができる。
超音波シーラが上記’５４６特許出願に記載されたような包装機械において切妻状のトップカートンをシールするために使用されるときには、本出願の図１５から図１７に示されるモーションプロフィルを装備した米国特許出願第０８／３１５４１４号（アトーニー書類番号第１０６２３ＵＳ０１、会社書類番号第ＴＲＸ−０１２６）に記載された制御システムを使用して制御されることができる。
図１５から図１７は単一のシーリングサイクルのための例示的な加速度、速度及び位置を示す。
モーションプロフィルは２つの動きを含む。約０．２秒と０．６秒の間サイクル内で起こる第１のモータの運動は、シーリングジョーを閉じるようにカムを回転させる。第１のモータの動きは、カートンのボトムがシーリングジョーの平面に到着したすぐ後でシーリングジョーがカートンのボトムと確実に接触するのに十分なリードタイムで始まる。約１．３秒と１．６秒の間サイクル内で起こる第２のモータの動きは、シーリングジョーが開くようにカムを回転させる。各運動において、運動時間の１５％が加速で消費され、運動時間の７０％がが一定の速度で消費され、運動時間の１５％が減速で消費される。カムはこの運動の一定の速度の部分の間にシーリングジョーを動かすような形状とされ、よってシーリングジョーを動かすのに必要なトルクをカムを加速させるのに必要なトルクに付加する可能性を防止する。
このモーションプロフィルの各動きは基本的に１５％、７０％、１５％の台形速度プロフィルである。しかし、あらゆる加速（又は減速）の時間の間に、２０％の加速時間が一定の加速になるまで上向き傾斜で消費され、２０％の加速時間が０加速になるまで下向き傾斜で消費される。加速の傾斜は機構のジャーキングを防止するのを助ける。
超音波プレスがトップシーラとして使用されるときには、図１２から図１４に示されるようにして動かされることができる。この運動は２つの運動によって進められる。
第１の動きは多項式のスプラインからなる複雑な動きである。約０．６秒と０．７秒の間サイクル内で作用する第１のスプラインは、カートンがシーリングジョーの平面に到着するのとほぼ同時にシーリングジョーがカートンのトップシール領域と接触するようにカムを回転させる。カムは非常に低い速度でそのポイントに到着する。カムの低い速度は、切妻状のカートンのフィンをシールするための装置という名称で本願と同日に出願された米国特許出願第０８／３１５４００号（アトーニー書類番号第１０４５５ＵＳ０１、会社書類番号第ＴＲＸ−００４７）に開示されたような再折り機構に適切な折り及びシールのためにカートントップをシェーピングする時間を与えるほどに十分に小さいように望ましい。同時に、静止摩擦に打ち勝つ必要がないようにその使途の加速を行うことができるように、０よりも大きい速度をもつのが望ましい。
０．７秒と０．８秒の間サイクル内で作用する動きの第２のスプラインは、シーリングジョーが、よってカートップが、約５ｍｍ離れるまでカムを回転させる。この動きは再折り機構が作用する時間を与え且つカートンから余剰の空気が逃げることがてきるように１００ｍｓ続くことが望ましい。また、第２のスプラインの端部における速度はシーリングジョーが第３のスプラインを介して次の１００ｍｓにおいて閉鎖を完了するのができるようにしつつできるだけ低いのが望ましい。第２のスプラインの端部（よって第３のスプラインの始め）における低い速度は、空気の逃げの時間を第３のスプラインに向かってできるだけ長く延長するために望ましい。
０．８秒と０．９秒の間サイクル内で作用する第３のスプラインは、カムの回転及びシーリングジョーの閉鎖を配分された１００ｍｓで完了するようにできるだけ速く減速しなければならない。
１．３秒と１．６秒の間サイクル内で作用する第２の動きは、トップシーラジョーを開き且つその動きととともにボトムシーラジョーを閉じる。運動時間の１５％が加速で消費され、運動時間の７０％がが一定の速度で消費され、運動時間の１５％が減速で消費される。加速（又は減速）の時間の間に、２０％の加速時間が一定の加速になるまで上向き傾斜で消費され、２０％の加速時間が０加速になるまで下向き傾斜で消費される。加速の傾斜は機構のジャーキングを防止するのを助ける。
これらの図においては、モータの回転はカムの回転に正比例し、且つカムの回転はモータの回転よりも多くの人により意味があるから、モータの回転の半径又は度の代わりに、使用される単位は度、度／ｓ、度／ｓ2である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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