JP2003515355A5 - - Google Patents

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【書類名】 明細書
【発明の名称】 菓子製品を形成するための方法および装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】 食用製品の成形物品を冷間成形する方法であって、
前記物品をそれから成形すべきビンガム塑性レオロジーを有する材料を、自由流動可能な微粒子形状で、該物品の所望の形状に一致するくぼみを表面に有する、巻き込み方向に回転する一対の成形ロールに供給し、
該微粒子材料を締め固め、圧縮して、該材料の薄いウェブにより相互接続された、前記くぼみに一致する成形物品を含む該材料の一体凝集シートを形成し、
前記相互接続されたウェブから前記成形物品を分離する、
各工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】 加工すべき前記材料が、脂質連続材料およびチョコレートからなる群より選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】 加工すべき前記材料が、前記一対の成形ロールへ重力送りされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】 前記締め固めと圧縮によって形成された前記物品から熱を除去するために前記一対の成形ロールを冷却する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】 前記一対の成形ロールの表面近傍で冷却媒体を循環させる工程と、前記一対の成形ロールが取り付けられている軸を通して冷却媒体を循環させる工程とを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】 形成された製品シートの、前記ロールからの剥離性を高めるために、前記一対の成形ロール間に差動的な動きを生じさせる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】 前記材料が前記一対の成形ロールのニップを通過するときに、前記成形ロールが取り付けられている前記両軸に差動的な屈曲運動を与える工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】 前記材料が前記一対の成形ロールのニップを通過するときに、前記成形ロールが取り付けられている前記両軸に捩れ力を与える工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】 前記材料が前記一対の成形ロールのニップを通過するときに、前記成形ロールが取り付けられている前記両軸に差動的な屈曲運動と差動的な捩れ力とを与える工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】 食用製品の特定のピースから該製品の成形物品を冷間形成する装置であって、
支持フレーム構造と、
前記フレーム構造内に、巻き込み方向に回転するように取り付けられた一対の成形ロールと、を備え、
前記一対の成形ロールの前記取付が前記フレーム構造内に回転式に取り付けられた前記各成形ロールの軸であり、
前記一対の成形ロールが、所望の形状の物品を成形するために形成された複数の凹部を外周面に含み、
前記各成形ロールが、各成形ロールが相手成形ロールに最も接近しているときの境界面で前記凹部と前記一対の成形ロールの相手成形ロールの凹部とが一致するように位置合わせされた状態で互いに相手に向かって巻き込み方向に回転するように取り付けられており、
前記一対の成形ロールを逆回転駆動させるための駆動手段を備え、
前記一対のロールが、前記特定のピースを、前記材料の薄いウェブにより相互接続され且つ前記成形ロール上の前記成形凹部と一致する成形物品に締め固めて圧縮するように、互いに間隔をおいて配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１１】 前記駆動手段が可変速駆動手段を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】 前記一対の成形ロールは、周囲温度以外の温度で液状媒体の流れに対応できるように、前記一対のロールに隣接する流体通路を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】 前記軸を貫通する流体通路を備え、前記軸には前記一対のロールが、前記一対の成形ロールの表面に隣接している前記流体通路と流通状態に取り付けられており、よって前記液状媒体が前記両軸を通り且つ前記一対の成形ロールの表面に隣接している前記流体通路を通って循環することを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】 前記支持フレーム構造内に流体通路を備え、前記支持フレーム構造内の前記流体通路を通る前記液体媒体の流れを収容するようになっていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】 前記成形ロールは、前記製品の前記特定のピースを導入する前は前記成形ロールの表面が互いに接触状態にあるように前記フレーム構造の内部に取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】 前記軸は、前記成形ロールの駆動にともなって前記特定のピースが成形形状に成形されるときに前記軸が屈曲するように、寸法設定されて取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】 前記軸は、前記成形ロールの駆動にともなって前記特定のピースが成形形状に成形されるときに前記軸が捩れるように、寸法設定されて取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】 前記軸は、前記成形ロールの駆動にともなって前記特定のピースが成形形状に成形されるときに前記軸が屈曲して捩れるように、寸法設定されて取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、チョコレートまたはビンガム材料に似た挙動を示す他の材料から成形菓子製品を製造するための方法および装置に関する。本発明は、より詳しくは、冷間押出しによるそのような成形菓子製品の形成に関する。
【０００２】
チョコレート製品のような菓子製品は、一般に、チョコレートが配合された後のチョコレートの溶融塊から作製される。チョコレート配合物には、ダークおよびライトチョコレート、ミルクチョコレート、典型的に糖類または糖置換物を含むホワイトコンパウンドコーティング、粉乳、乳化剤、およびカカオバターまたは植物性または他の脂質置換物のような脂質等の多くの異なるものがある。
【０００３】
成形チョコレート製品、すなわち、バーや他の形状、およびコーティングされた製品を製造するための従来のチョコレート加工は、チョコレートが溶融状態すなわち流動可能な状態にある間に行われる。通常２７℃−３２℃の間の温度で行われる、調質としても知られている溶融物状態調節プロセス後に、チョコレートがまだ周囲温度よりも高い高温で溶融状態にある間に、チョコレートは、成形型により所望の形状に成形されるか、または他の成形プロセスにより所望の形状に形成される。
【０００４】
最近、冷間押出プロセスによるチョコレート製品の配合についての研究が報告されている。例えば、Ｂｅｃｋｅｔ ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ Ｃｏｌｄ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｏｃｏｌａｔｅ， Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ， Ｖｏｌ．７２， Ｐａｒｔ Ｃ， Ｍａｒｃｈ １９９４， ｐｐ．４７−５４，米国特許第５，４３９，６９５号および１９９６年９月１１日に発行されたヨーロッパ特許出願公開第０７３０８２７号。これらの出版物に開示された方法および装置には、レンズマメ形、星形またはイースター、ハロウィーン、クリスマスのような季節の休日を表す形状もしくは任意の他の形状等の個別の形状を有するチョコレート製品を製造するための冷間押出プロセスの使用は教示も示唆もされていない。これらの従来の出版物に開示された押出プロセスおよび装置では、精密に成形されたチョコレート製品の形成がその性質により妨げられる成形技法および装置を用いている。
【０００５】
ヨーロッパ特許第０７７６６０８号には、非溶融状態でチョコレート製品を成形する方法が開示されている。この方法は、結晶化チョコレートにダイ押出しを行って、展性シートを形成する工程を含む。次いで、このシートは成形ロールに直接供給される。この特許には、粒状供給原料を形成する工程を含む方法も、粒状ビンガム塑性物により形成された独特な製品も開示も示唆もされていない。また、この特許には、ロール間の制御された差動的な動きにより、形成されたシートをロールから離型する方法が開示も示唆もされていない。
【０００６】
互いに間隔をおいて配置された凹部を両ロールに有する、巻き込み方向に回転するロール間に粒状材料を通すことによって、成形物品をロール圧密成形または焼結させる装置は、これまで数多くのタイプの製品に利用されてきた。これら従来技術の単なる実例のいくつかとして、種を抜いたプルーンまたはベリー類などの果物から食品を成形するための、巻き込み方向に回転する型穴付きロールを開示している米国特許第５，３５８，７２７号明細書、粉状および／または粒状の材料からブリケットを形成するための、巻き込み方向に回転するロールを開示している米国特許第４，４１１，６１号明細書、押出成形できないセラミックのバレル磨き材を、巻き込み方向に回転する成形ロール間で締め固める装置を開示している米国特許第５，０７３，３２３号明細書、金属鉱床のブリケットを成形するためのブリケッティング装置を開示している米国特許第４，０１７，２４１号明細書、および粒状の肥料および動物の餌を締め固めるための、巻き込み方向に回転する隆起付きロールを開示している米国特許第３，２５５，２８５号明細書がある。
【０００７】
材料を締め固めるための種々タイプのプレスを使用してブリケットを締め固めて成形する別の従来技術が米国特許第５，６６７，８２４号明細書、同第４，８８２，１０５号明細書、同第４，３９４，３９５号明細書、および同第４，１７８，３９２号明細書に示されている。
【０００８】
これら従来技術の装置および方法の中で、ビンガム塑性レオロジーを有する材料を締め固めるために巻き込み方向に回転するロールを使用することを示唆するものはなく、また、これら従来技術の装置の中で、成形されたピースおよび相互接続するウェブから成るシートをロールから剥離するのを助けるために、巻き込み方向に回転するロールの間の差動的な動き使用することを開示または示唆するものはない。
【０００９】
現在、成形チョコレート製品、例えば後から糖衣をかぶせるレンズマメ形のチョコレート製品、を製造する場合、適切なレンズマメ形の凹部を各ロール表面に有し、巻き込み方向に回転する比較的大きな直径のロールに、溶融形態のチョコレート塊が提供される。溶融チョコレートをロール間の領域に限定し続けるためにサイドパネルが設けられ、溶融チョコレートはロール上方の溜まりに位置する。
【００１０】
ロールが回転すると、溶融チョコレートがロール間のニップに引き込まれ、各ロールの合わせくぼみによって適切なレンズマメ形に形成される。
【００１１】
容量で５０／５０のエチレングリコールと水の−２０℃水溶液などの冷えた液体を、チョコレート接触面の直下のロールに流通させることによってロールを冷却して溶融チョコレートの熱を取り、付与された形状を保持するに足る程度の堅さのチョコレートを所定形状に成形できるようにする。ロールから出てくる成形チョコレートは半固体状態と呼ばれるようなもので、追加冷却を施して、チョコレートを、各レンズマメ形間のバリを除去してから砂糖をコーティングする、またはバリ取りをして包まれたばかりのチョコレートピースを焼結するために速やかに加工できる室温にする必要がある。この方法は、湿潤空気を抜くために成形ロール近傍で除湿する必要もある。
【００１２】
成形ロール通過後の追加冷却工程では、冷却トンネル、コンベヤ、および追加的な冷却を使用して、冷却トンネル内に適切な冷却温度を提供する必要がある。この方法は、形成された凹部に流入しなくてはならない溶融状態のチョコレートから始まるので、必然的に、より大型の形状を使用する必要があり、より小型の形状、もしくは星型や形成されたフィギュアといった不規則変動を有する形状を、この従来の方法および装置で提供するのは、冷却面に接触したときの溶融チョコレートの流動性のために困難である。
【００１３】
また、ロール径を比較的大きくする必要があり、ロールニップ間のチョコレート溜まりから溶融状態の塑性体を取り出して、対向する両ロールに形成されているすべての空間を確実に埋めるために、ロールは比較的低速で回転する。
【００１４】
これら現行の方法では、比較的大きな装置サイズ、成形ロールを冷却するためのエチレングリコール溶液などの冷却された液体の使用、除湿、および追加冷却を行う冷却トンネルの使用を要し、そのどれもが、製造にかかわるコストと複雑性を増加させるものである。
【００１５】
したがって、製菓分野において、過冷却した冷却材の使用および冷却トンネル内の冷却設備を排除することによって、より高いスループット率、より低コストで成形装置を運用できるようにすることにより、チョコレートなどの成形菓子製品をより経済的に成形してスループットを増加させるための方法と装置を提供する必要がある。
【００１６】
発明の概要
成形菓子製品、好ましくはチョコレートの成形に適用できる本発明の好ましい実施の形態において、各々のロールの表面に凹部として、成形チョコレート製品のための所望の形状を有する一対の対向ロールが提供される。それらのロールは、ロールの間に全くまたはわずかしか空間がない状態で、巻き込み方向に回転するように取り付けられ、重力供給により、フレーク、削りくずまたは顆粒の形態で、調質された高結晶質チョコレートをロールに向けるように、巻き込み方向に回転するロールの上にホッパーが設けられる。このプロセスに用いられるビンガム塑性材料は、成形前に、ほとんどが結晶化され冷却されるので、所望の最終製品のモルホロジー、温度および結晶化状態に到達するように、より効率的な冷却および結晶化方法を使用できる。所望のモルホロジー、温度および結晶化状態に到達するように、本発明の方法の供給流に使用できるビンガム塑性物の機械的撹拌および操作を含む冷却および／または結晶化プロセスは、数多くある。これらのプロセスは、熱い成形製品にはしばしば使用できない。なぜならば、それらの製品は、成形後に結晶化され、冷却され、これにより、所望の最終ピースの形状に機械的な損傷が与えられるからである。
【００１７】
前記巻き込み方向に回転するロールは、チョコレート小片をロールのニップの間から下方に引っ張り、焼結に似たプロセスでチョコレートピースを圧縮し、締め固めて、そのチョコレートを所望の形状に形成する。チョコレートは、形成されたチョコレートピースがチョコレートの薄いウェブにより相互接続されているシート形状でロールから下方に排出される。チョコレートの内部温度は変わらない。チョコレートのわずかな一部、具体的には、ベータ３形態と呼ばれるもの以下が溶融する。しかしながら、この溶融は著しくなく、冷却トンネルにおいて追加の冷却は必要ない。
【００１８】
次いで、シートのばりが取られ、チョコレートピースが従来の様式で揺り動かされて、ウェブが成形ピースを相互接続していた縁を滑らかにする。次いで、これらのチョコレートピースは、所望であれば、糖衣でのコーティングによりさらに処理しても、または最終的な消費者向けのコーティングを含まない状態で包装してもよい。
【００１９】
好ましい実施の形態の説明
最初に図１を参照する。本発明の装置１０は、直径６ｍｍ未満の粒径のフレーク、切りくずまたは粒状チョコレートがその中に投入されるホッパー１４を有する貯蔵ビン１２を備える。チョコレート小片は貯蔵ビン１２から必要なだけ、供給ホッパー１６に供給され、そこから、巻き込み方向に回転する一対の成形ロール１８および２０のニップの間に堆積される。成形ロール１８および２０は、それぞれの矢印に示される方向に互いに向かって回転する。以下に説明するように、成形ロール１８および２０には、成形ロールが回転するときに、係合して、チョコレート粒子を圧縮し、締め固めて、所望の形状を形成する成形凹部が設けられている。
【００２０】
このプロセスの重力供給性質のために、供給材料の粒径は、成形ポケットの直径の１／２未満であるべきであることが分かった。大きな粒子は、ポケットを不十分にしか充填せず、これにより、ピースが不完全となることが多いが、小さな供給粒子には有害な影響はない。好ましい実施の形態に用いられるチョコレート組成物は、約３０重量％の脂質を含有する米国標準チョコレートであり、約４０マイクロメートルの微細な粒度を有した。
【００２１】
新たに結晶化された（２−１０分経過）供給チョコレートの好ましい温度範囲は、１２−１６℃であり、Ｖ型の脂質の大部分は安定した結晶質形態にある。新たに結晶化された供給チョコレートが数時間から数日間に亘り熟成できれば、結晶度レベルは、熱力学的平衡レベルまで徐々に増加する。次いで、この熟成された結晶化チョコレートの好ましい供給温度は、１７−２１℃まで上昇される。供給チョコレートのこの好ましい高脂質結晶度レベルは、感触に対する硬度により特徴付けられる。供給チョコレートは、５ｃｍ長の溶融チャンクが手で半分にゆっくりと割られるときに、特有のポキッという音を生じるほど十分に硬い。
【００２２】
ロールから排出される処理物は、連続シートの形態にある。このシートは、ピースと呼ばれる締め固められた凝集成形形状並びにウェブと呼ばれるピースの間の平らな膜から構成される。
【００２３】
排出されて形成されたシートは、形成されたチョコレートピースを薄い相互接続ウェブから分離するために回転する回転ばり取りドラム２４に、そらせゲート２２により向けられる。形成されたピースは、ばり取りドラムから、さらなる加工のために、矢印２６により示されたように向けられ、チョコレートの分離されたウェブは、矢印２８により示されたように、この方法における供給材料として再使用できる別の場所に向けられる。
【００２４】
ここで、図２から４を参照する。成形ロール１８および２０は、ハウジング３４内に、それぞれ、軸３０および３２に取り付けられている。可変速駆動モータ３６が、１つの軸３２を回転可能に駆動する。各々の軸には、それぞれ、平歯車３８および４０が設けられ、これらは、駆動軸が回転するときに、一方が他方の軸を逆回転に駆動するように噛み合っている。他の歯車装置の構成または駆動動力伝達システムを含む他の機械的駆動システムを用いても差し支えないことが当業者には認識されよう。重要な要因は、成形ロール１８および２０が、互いに向かって回転するように取り付けられる軸を駆動するために、十分なパワーの駆動システムが存在することである。別の重要な検討事項は、回転速度を変える能力である。これは、速度調節のための、可変速駆動モータ３６または適切な歯車動力伝達システムにより行うことができる。
【００２５】
軸３０および３２の各々は、ハウジングの前壁４２および後壁４４を通って延在し、以下に詳しく記載するように、わずかな軸曲げを収容する軸受装置によりその中に取り付けられている。各々の軸に関する軸受装置が図４に示されており、ここで、左側が外側の軸受取付台を示し、右側が内側の軸受取付台を示している。各々の軸３０および３２は、同様に、一対の軸受取付台により回転するように取り付けられている。
【００２６】
図４に見られるように、ハウジングの後壁４４は、軸貫通孔および軸貫通孔５０を有するライナ板４８を含む。ライナ板４８は、成形ロール１８および２０の一方の側にあり、同様のライナ板４８が、ハウジング内の成形ロール１８および２０の他方の側に設けられている。各々の軸受取付台は、後壁４４の外側にある軸受取付板５２および前壁４２の外側にある軸受取付板５４も備えている。各々の板５２および５４は、軸３０および３２を取り付ける軸受けが内部に配置されている貫通孔５６を含む。
【００２７】
各々の軸には、各々の軸受取付台に一対の軸受けが設けられ、外側の軸受部材５８は、好ましくは、軸３０および３２の追加の支持を提供する円筒ローラ軸受けであり、最も内側の軸受け６０は、軸受け間の軸曲げを補助するテーパー状のスラスト軸受けである。軸受け５８および６０は、軸受けスペーサ６２により隔てられている。軸受け５８および６０は、スペーサ６２と共に、それぞれ軸受取付板５２および５４中に圧入される。
【００２８】
ここで、それぞれ同じロールである成形ロール１８と２０を詳術するために、図５〜７を参照する。図５および６に示されているように、各成形ロールは周囲リング部材６４を含んでいる。周囲リング部材６４は、圧縮成形されたチョコレートシートを剥離しやすくするために、テフロンコーティングを施した陽極処理アルミニウムで作られることが好ましい。また、表面欠陥のない成形ピースが成形されるように、表面が高度に研磨された、すなわち滑らかな仕上げとなっていることが好ましい。リング部材６４の表面には、複数の凹部６６が設けられている。リング部材６４上の凹部６６間の間隔は、凹部のサイズと直径によって決まる。千鳥状に配列する場合、型穴は、型穴のすべての辺において最小でも型穴外径の約１／４に相当する距離ずつ互いに離れた状態で配置される必要があることが分かっている。型穴間隔がこれより狭いと、隣のピースの形成中に材料の逆流が当たってピースの割れを生じることが分かっている。考慮すべき他の要素は、ニップ通過時の成形シートの剥離角度および成形されたピースの深さである。最も望ましい挙動は、成形ロール上で停止せずに完全剥離することである。
【００２９】
凹部６６は、菓子製品を形成するために望ましい形状であれば、どのような形状のものであってもよい。好適な実施形態では、凹部６６は、後から糖衣をかぶせてＭ＆Ｍ’ｓ（登録商標）キャンディのような製品を作るために、レンズマメ形となるように形成されている。キャラクターの姿、星、ハート、卵および他の形状など、上記以外の所望の形状を同様に採用できることが分かった。しかしながら、成形されたシートを成形ロールからすぐに外せる良好な剥離角度を与えるには、チョコレートの性質のため、周囲延在部に丸みをもたせた形状が最良であることが分かった。キャラクターの姿は後側と前側が異なって作られている可能性があるので、各ロールの凹部は同一である必要はない。重要視すべき事項は、各印象がニップ内で組み合わされるときに、同様半径寸法を有するピースが形成されるように各印象が整列することである。
【００３０】
加工される菓子製品がチョコレートであるとき、加工開始時のチョコレートの薄片または顆粒は室温である。しかしながら、チョコレートが締め固められるとき、チョコレートが成形ロールのニップを通過する際に圧縮力によって印加される圧力によって、成形ロールと接しているチョコレートの表面が隆起し、その結果、チョコレートが成形ロールの表面に付着し、よって成形ロールから成形されたシートを剥離する速度が遅くなる。したがって、成形ロールの表面を１４℃から２０℃までの好適な温度範囲内に維持するための冷却材を提供することが望ましい。
【００３１】
したがって、各ロール１８と２０には、冷却水などの冷却材を成形ロールの表面近傍で循環させるための冷却材循環経路が設けられる。図６と７に最も分かりやすく示されているように、各成形ロール１８と２０は、成形ロール１８と２０の両側の環状の切下げ溝７０の中に配置された、成形ロールを貫通する複数の貫通穴６８を備えている。各切下げ溝７０の上には環状溝密封プレート７２が気密にはめ込まれる。
【００３２】
各軸３０と３２は、冷却材が流通できる部分的中心穴７４を備えている。それぞれの軸と一緒に回転する各軸の端部には、冷却材連結器７６が設けられている。また、中心穴７４と連通し、かつ溝密封プレート７２を通って切下げ溝７０と連通する冷却材配給ライン７８が設けられている。冷却材は、入口８０を介し、中心穴７４と配給ライン７８を介し、成形ロール１８と２０を通る切下げ溝７０に流入し、冷却材排出ライン８０から流出して軸の中心穴８４に入り、流体連結器７６を介して出口８６から排出される。各成形ロール１８と２０は、冷却材配給系を覆うエンドカバー８８も備えている（図２参照）。
【００３３】
装置１０のフレームおよびロールに好適な材料は、その高い熱伝導率、軽量性、および要望される機械的性質から、６０６１Ｔ６アルミニウムである。軸３０と３２は、その耐食性および機械的剛性から、３１６ステンレススチールであることが好ましい。
【００３４】
装置を構成するために使用されている６０６１Ｔ６アルミニウムの温度依存性の伸縮をさらに均一にするために、冷却材流通路９０、図２参照、が、ハウジング３４の前壁４２、後壁４４、および側壁９２に貫設されている。これらの壁を冷却することによってライナ板４８も冷える。このようにして、均一な装置伸縮が実現され、よって温度差に起因する伸縮差のための調節を必要とすることなく成形ロール間の間隙が一定に保たれる。
【００３５】
菓子製品がチョコレート菓子である場合は冷却が使用されると考えられるが、他の菓子製品では、冷却ではなく加熱が必要なことがある。したがって、そのような場合は、冷却材配給系に冷却水を流すのではなく、その代わりに、加熱した流体を使用してもよい。
【００３６】
実際上、本発明の方法と装置は、特に菓子製品がチョコレートである場合には、チョコレートの薄片または削片および／または顆粒に対し、個々の微粒子を変形させ融合させるに足る高い圧縮剪断応力を加えるものである。この方法は、成形ロール１８と２０間のニップに対する材料の位置と幾分か相関関係がある、３種類の段階で行われる。図１に示されるように、１で示されている第１の段階は、大量締め固めプロセスに対応している。成形ロール１８と２０が巻き込み方向に回転すると、両ロール間の粒子状チョコレートの大部分が撹拌され、よって粒子が互いに相互作用して粒子床内の粒子に一般的な回転を与える。この段階で、粒子は、主としてその位置を配置転換しようとする弱い力を受ける。その正味効果は粒子の振り混ぜと同様であり、結果的に粉粒体の密度は増加するが、圧縮すなわち材料変形は生じない。
【００３７】
追加の微粒子を再配給してかさ容積を減少させることができなくなった時点で締め固め段階は終了し、２で示される圧縮段階が開始する。成形ロールの運動および形状によって更なる体積縮小が要求されるので、この更なる体積縮小は、成形ロール表面によって印加される高圧縮力を主として使用してチョコレート微粒子を圧潰および変形させることによって達成される。こうして、微粒子変形は、最初に微粒子間の空いているエアポケットを埋め、次に個々の隣接する粒子を溶融または焼結させることによって進行する。この圧縮段階の結果として、熱による力学的エネルギーの伝達が生じ、よってチョコレート微粒子の表面は、チョコレートがより柔らかい状態になる温度範囲まで加熱される。チョコレート微粒子のこの表面加温は、微粒子の溶融または焼結にも有利である。
【００３８】
成形ロール表面における接線方向の摩擦力とニップに平行な圧縮力成分との間の力平衡によって、焼結プロセスの実行可能条件が定められる。圧縮力は、微粒子の粒径、型穴の寸法と間隔、および成形ロールの直径によって決まる。摩擦力は、成形ロール表面の剪断速度によって決まり、成形ロールの回転速度の関数である。
【００３９】
図１の３に示されている圧縮段階は、成形ロール間の間隔が最も狭い場所の真上で始まる。チョコレートは、流動性が剪断時間すなわち剪断期間に依存している非ニュートン流体である。圧縮段階３では、チョコレートの変形率が高く、本質的に材料の挙動はビンガム塑性流体の挙動に似た塑性である。ビンガム塑性流体は恐らく最も簡素な非ニュートン流体である。というのは、剪断速度に対してプロットされた剪断応力のグラフにおいて、剪断速度と剪断応力の関係が線型であり、チョコレートの特徴的な降伏値に対応するプラスオフセットを備えているからである。
【００４０】
したがって、圧縮段階のチョコレートが降伏値を超えると、材料の挙動は弾性になる。歪み速度は、加えられる力とは比較的無関係であり、変形のエネルギーは熱として散逸される（すなわち、このプロセスは不可逆性である）。降伏値はチョコレートの組成および温度の関数である。したがって、成形ロールの冷却によって温度管理することにより、再現性のある製品一貫性が実現される。
【００４１】
前述のように、結果として生じる高圧縮力のため、高結晶質のチョコレートを形成するとき、成形ロール１８と２０およびそのそれぞれの軸３０と３２に加わる反力も非常に高い。これにより、軸３０と３２が外側方向に屈曲する、すなわち弓なりに曲がる。
【００４２】
成形ロール１８と２０の外側方向へ動きも生じさせる軸３０と３２の外側方向の屈曲には、ニップの下で成形ロールから成形シートが分離するのを助けるという有利な一面もある。
【００４３】
ビンガム塑性流体のように挙動するチョコレートの加工時に、結果として生じる高圧力のため、軸３０と３２は屈曲に加え、さらに捩れることが分かった。これは、ニップ領域を通るポケット通路に対する回転位置により、回転中の成形ロールと軸に加わる反力に大きな変化があることによる。したがって、成形ロールが回転させられると、成形ロールは反力の増加−減少−増加を受ける。最終結果として、振動式の捩れ力も軸に加わる。これは、振動式の軸の屈曲とともに、成形されたチョコレートシートがロール間のニップを通過した後で成形チョコレートシートの分離を開始するのに有利である。
【００４４】
所望の軸の屈曲および捩れ効果を達成するには、軸３０と３２の直径および成形ロール１８と２０の直径と幅の間の寸法関係を維持することが重要である。軸の機械的性質も、屈曲および捩れ効果を決定する重大要素である。これらの効果の大きさは、システムの機械的分析、動作条件、および成形される材料の物理的性質から判断できる。成形後の材料の性質を測定すると、この屈曲の大きさが、分離方向および捩れ方向の両方で０．１ｍｍであることが示される。
【００４５】
軸３０および３２の直径が成形ロールの直径と比較して大きい場合、軸の屈曲および捩れは、成形された材料シートが製品形状の完全性を損なわずにロールから離れることを保証するのに望ましい動きを得る必要程度までしか起こらない。
【００４６】
良好なシート分離は、軸が３１６ステンレススチールの場合は軸径約６．５ｃｍで、外径約２８ｃｍ、幅約１４．８ｃｍの成形ロールを使用することによって得られることが分かった。
【００４７】
前述のように、製品形状を損なわずに成形ロールからシートを繰り返し離脱できるようにするために、成形ロールの直径は成形されるべきピースの全体寸法よる指定も受ける。Ｍ＆Ｍ’ｓ（登録商標）キャンディのサイズのために使用されるレンズマメ形を形成するために外径約２８ｃｍの成形ロールを用いる場合、全径約１２．１９ｍｍ、最大深さ約２．７４ ｍｍの凹部を使用することが有効であることが分かった。
【００４８】
本発明の装置と方法は、これまで使用されてきた従来の溶融加工システムを上回る大きな費用便益を達成する。チョコレートを溶融加工して、Ｍ＆Ｍ’ｓ（登録商標）で使用されているようなレンズマメ形を形成するために使用される一般の製造設備では、直径約４０ｃｍ、幅約８０ｃｍの成形ロールが使用されている。これらのロールは、６，５００個超のポケットを備えている。この方法では、チョコレートを結晶化させて、チョコレートを３０℃付近のその液相成長温度から１５℃付近のその吐出温度まで冷却しなくてはならない。また、これらの成形ロールは５ｒｐｍという比較的低速で回転する必要がある。これらの条件下におけるチョコレートピース完成品のスループットは、約１２００ｋｇ／時である。
【００４９】
他方、本発明の装置では、直径約２８ｃｍ、幅約１５ｃｍの成形ロールが１００ｒｐｍ超の速度で作動でき、完成ピース１５００ｋｇ／時というスループットを実現する。また、冷却には、約−２０℃のエチレングリコール溶液などの不凍液ではなく、せいぜい１０〜２０℃の冷水を使用すればよい。また、成形後の冷却トンネルは不要であり、よってこの設備およびその冷却系の大きなコスト要素が完全に取り除かれる。本発明では、結晶化および成形プロセスを分離したことにより、両機能を個別に最適化することが可能となり、総合的な最適化を向上させたプロセスがもたらされる。
【００５０】
このように本発明は、設備および電力要件における大幅なコスト削減を達成するとともに、省スペースの設備によって大幅なスループット向上を達成するように思われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の全体の方法および装置を示す概略図
【図２】
本発明の装置の必須の特徴を示す部分斜視図
【図３】
本発明の装置の頂部平面図
【図４】
軸受け取付台の分解斜視図
【図５】
成形製品を形成するための成形凹部の１つの実施の形態を示す成形ロールの平面図
【図６】
本発明の成形ロールの側面図
【図７】
本発明の成形ロールの部分斜視図
【符号の説明】
１０ 本発明の装置
１２ 貯蔵ビン
１４ ホッパー
１６ ホッパー
１８ 成形ロール
２０ 成形ロール
２２ そらせゲート
２４ 回転ばり取りドラム
３０ 軸
３２ 軸
３４ ハウジング
３６ 可変速駆動モータ
３８ 平歯車
４０ 平歯車
４２ 前壁
４４ 後壁
４８ ライナ板
５０ 軸貫通孔
５２ 軸受取付板
５４ 軸受取付板
５６ 貫通孔
５８ 軸受部材
６０ 軸受け６０
６２ スペーサ
６４ 周囲リング部材
６６ 凹部
６８ 貫通穴
７０ 切下げ溝
７２ 環状溝密封プレート
７４ 中心穴
７６ 冷却材連結器
７８ 冷却材配給ライン
８０ 入口
８２ 冷却材排出ライン
８４ 中心穴
８６ 出口
８８ エンドカバー
９０ 冷却材流通路
９２ 側壁