JP2005125487A - 超音波スリッター - Google Patents

Abstract

【課題】チーズ製品等の大容量、高速の超音波切断もしくはスリッティングのための切断装置の提供。
【解決手段】第１および第２の刃先を有する刃を含み、それは、往復移動するヘッドから吊られ、かつ食品を支持しかつ前進させるコンベヤーの上に片持ちされ、その両端のそれぞれに第１および第２の刃先を含んで食品を横に切断する。ヘッドは、電子制御装置によって自動運転のために制御されて、コンベヤー上にて前進する食品の上方の所定範囲内にて、選択された速度かつ選択された振動数で横に往復移動させる。その周波数は約２０，０００Ｈｚである。第１および第２の刃先は、下方に収束して、６０度よりも大きくかつ９０度未満の刃先角を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チーズ製品などのような食品を切断するための装置、具体的には超音波スリッターに関するものである。

以下において参考のために示される特許文献１は、連続処理によって小売サイズのチーズの塊（chunk）を作ることに関連して、超音波切断装置の特定タイプの使用が記述されている。切断装置の他の様々なタイプは、チーズ製品や他の食品を大きな塊やスラブ（slab）などから、小さい部分に自動的に切断するための他の高速、大容量の商業食品の生産作業において用いられる。

製造、包装、および他の食品処理のための、ある高速商業運転において、超音波切断装置は、多くの理由のために従来の刃に対して好ましいであろう。各超音波刃は、ヌガー（nougat）やアイシング（icing）などのような食品の付着を回避することによって、高品質の切断を提供することができ、またチーズなどを貫く高速の切断が可能でもある。

先行技術は、裁断機として知られている超音波カッターを含み、それらは、コンベヤー上の食品に横断する切れ目をつくるために用いられる。その裁断機の刃は、コンベヤーの上方に片持ちされ、下方に駆動されてコンベヤー上に支持された製品内に入り、それから上昇されて、その刃を通過する製品の前進を許容して、次の横カットのために製品を位置付ける。さらに先行技術は、商品がコンベヤー上にて前進されるときに、縦の切れ目をつくるために用いられる固定の超音波スリッターを含む。垂直に往復移動する裁断機と、固定のスリッターと、の組み合わせは、食品の大きな移動シート（large moving sheets）をより小さい長方形の部分に分割するために、以前より用いられてきた。

裁断機および関連する変換機（transducer）と増幅器（amplifier）の重量は、裁断機の刃の長さと、刃が往復移動することができる速度の実用的な制限をもたらす。１つの特定用途において、最大の刃の長さは１４インチ未満、最適な長さは７インチかそれ以下であり、また裁断機の往復運動の線速度は毎秒約１８インチに制限される。毎秒１８インチを越える線速度の増大は、過度の機械的振動をもたらす。これは、不良な切断結果を生じさせ、システムコンポーネントを損傷させるかもしれないストレスを引き起こす。この特定用途において、裁断機は、最も多くて毎分約７５から８５カットを提供することができるが、良質は毎分６５カットだけである。

米国特許第６，４０３，１３８号明細書

本発明は、食品を高速切断するための超音波切断装置を提供するものである。

本装置は、好ましくは、往復移動するヘッドから下げられて、食品を支持して前進させるコンベヤーの上方に片持ちされる復動式の刃を含み、その刃は、両端部のそれぞれに第１および第２の刃先を含んで食品を横に切断する。そのヘッドは、好ましくは、自動運転のために電子制御装置によって制御されて、コンベヤー上にて前進する食品の上方の所定範囲内において、選択された速度、かつ選択された振動数で横に往復移動する。第１の刃先は、ヘッドが第１の方向に動いたときに食品を切断し、また第２の刃先は、戻り工程中において食品を切断する。その刃は、好ましくは超音波で、また好ましくは約２０．０００Ｈｚの周波数で振動する。

第１および第２の刃先は、好ましくは下方に収束して、６０度よりも大きくて９０度未満の刃先角を形成する。１つの特定の実施例において、その内角は７０度である。他の実施例において、その角度は約６０度である。

各刃先は、好ましくは同一の角度に傾斜され、また好ましくは刃の水平の下端と同一の鈍角で交差する。食品は、好ましくは概して垂直面を有し、これにより、刃による食品の横の交わりは、刃による食品の上方角部分（upper corner portion）の最初の交わりをもたらし、その後、刃の水平方向の動きと共に、侵入の深さが大きくなると刃による食品の連続的な交わりが増大し、また食品上の合成力は、横の水平方向成分のみならず下向きの成分を有するベクトルとなる。刃は、毎秒２５から３５インチの直線移動速度をもってもよく、より具体的には、毎秒約３０インチの移動速度をもってもよい。

本装置は、さらに、固定フレームと、食品の移動の方向に対して横に移動可能となるようにフレームに移動可能に確保されたキャリッジと、を含んでもよく、そのキャリッジは、刃と、その刃を支持しかつ刃に機械的な超音波振動を供給するヘッドと、を含む。

１つの形態において、コンベヤーは、隙間を隔てて分けられる各コンベヤー部と、それらのコンベヤー部の間に配置される台と、を含んでもよい。食品は、それがコンベヤーによって前進されるときに台の底部を通り越してもよく、その台は、好ましくは、下向きの変位に抗して、かついずれの水平の横方向においても横の変位に抗して、食品を支持しかつ拘束することが可能である。その台は、各回転要素、各移動ベルトや各Ｏリング、または各固定要素などのような食品と交わる種々の要素を含んでもよい。その台は、好ましくは、溝つまりチャンネルを有し、その内の下部は、幅が刃のそれよりもわずかに大きくて、食品が切断されるときに、食品の底面の下方への刃の下部の通過を許容する。その台は、さらに好ましくは、刃の厚みよりも大きい幅を有する側面ギャップを有して、刃またはその各部分が台の各側面を越えて横方向に通過することを許容する。

フレームは、ベースに確保されてもよく、またキャリッジの横の平行移動（lateral translation）をガイドするための１つまたはそれ以上のレールを含んでもよい。本装置は、平行移動力が供給される駆動スライドと、その駆動スライドが平行移動可能に確保される駆動レールと、を含んでもよい。ヘッドは、刃に機械的な振動を供給するために、信号発生器と増幅器を含んでもよい。

本発明は、チーズ製品や他の食品の大きな塊（chunk）やスラブ（slab）などから小さな部分への自動切断のための高速、大容量の商業用食品の製造作業に用いることができ、さらに他の各装置に用いることもできる。

まず図１を参照するに、本発明は、ベース１８上のフレーム１６に支持される平行移動可能（translatable）なキャリッジ１４を含む双方向の超音波スリッター１０において、好しく具体化される。後述されるように、スリッター１０は、対のコンベヤーの間に配置される台３６を含むコンベヤーアッセンブリ３２上に支持される食品の厚切り（food product slab）５内に、横の切れ目を形成する。

その装置の構成は、様々な異なる形態を採ってもよい。１つの特定構成は後述され、また各例を意図する各図面に示される。

図示されるベース１８はオペレータ制御部を含み、平行移動のための力をキャリッジ１４に供給する。図示されるフレーム１６は、垂直サイド部材２４を支持する水平方向の横の上端および下端の部材２０，２２を含む。各ガイドレール２８および駆動レール３０は、コンベヤーの上方において水平方向にかつ互いに平行に横に延在して、ベース１８とサイド部材２４のそれぞれによって両端部が支持される。キャリッジ１４は、フレームレール２８，３０上にスライド可能に支持される。キャリッジ１４は、レール２８および３０によって形成される経路に沿って、矢印Ｒによって示されるように、双方向に往復移動する。

図示されるキャリッジ１４は、各ガイドレール２８上にスライド可能に備え付けられた各ガイド１２８と、駆動レール３０上に支持されたと駆動スライド１３０と、を含む。各ガイド１２８および駆動スライド１３０は各垂直部材１３２に取り付けられ、それらの垂直部材１３２は、水平方向に長く延在する上部および下部のブラケット１３４に同様に取り付けられる。各ブラケット１３４は、発信器１３８から下げられた刃５４を含むヘッド１３６を支持し、発信器（oscillator）１３８は信号発生器(signal generator)１４４と増幅器(amplifier)１４０を含む。発信器１３８は、パワーカップリング（power coupling）１４６を通して供給されるエネルギーを、超音波振動数が約２０，０００Ｈｚの刃５４の機械的な振動に変換する。

電気信号発生器１４４、増幅器１４０、およびパワーカップリング１４６は、アメリカ合衆国、イリノイ州、St. CharlesのDukane社、および英国、RHM Technologyから入手できるタイプとしてもよい。パワーカップリング１４６は、電源コードおよび／または１つ以上のコネクターを含んでもよい。

図示されるコンベヤーアッセンブリ３２は、直列に配置された２つ以上のコンベヤー部４０を含む。それぞれのコンベヤー部４０は、ベルトコンベヤー、Ｏリングコンベヤー、または他のコンベヤーを含んでもよい。図示される各コンベヤー部は、各端部ローラ３４と、各ベルト、各バンド、各Ｏリングなどのような１つ以上の可動部材３８を含む。食品は、隣接する各コンベヤー部の各端部ローラ３４の矢印方向の回転を伴って、各コンベヤー部により矢印Ｉ方向に運ばれる。図示の実施例において、固定台３６は、各コンベヤー部４０の各端部４２の間に配置され、隙間４６内において、下向きの変位に抗して、かついずれの水平の横方向においても横の変位に抗して、食品を支持して拘束する。台３６は、横溝つまりチャンネル５０を含み、刃５４の底がカットされる食品の底面の下に達するように、刃５４がチャンネル５０を通過する。

図示される台３６は各サイド部材６２を含み、それらは、刃５４が食品５８に交わったときに、食品の横の動きを拘束する。図示される各サイド部材６４は、縦軸６３の周りに回転自在の円筒エレメントであり、各回転エレメント６４と食品との間に線接触をもたらす。他の実施例において、各サイド部材は、低摩擦固定ブロック、または食品と低圧滑り係合（low pressure sliding engagement）するための平面付きの移動ベルト、等のエレメントを含んでもよい。

食品がコンベヤー３２によって連続的または断続的に台３６を通過したときに、キャリッジ１４は、コンベヤー３２上の商品の動きの方向を横切る矢印Ｒによって示される第１の方向に平行移動する。刃５４は、コンベヤー３２の一側から、台３６のチャンネル５０を通り、そして食品を通ってコンベヤー３２の他側に平行移動し、これによって食品が分割される。コンベヤー３２は、矢印Ｉ方向への商品の移動を継続し、刃５４は、第１の方向と反対の第２の方向へコンベヤーを横切って平行移動し、再びチャンネル５０を通過して食品を分割する。

コンベヤー３２はステップコンベヤーでもよく、それは、一連の断続的な動きにおいて刃が段階的に通り過ぎた食品を前進させ、それらの動きは、食品が分割される部分のために要求される大きさに応じた縦の大きさを有し、刃５４によってそれぞれがカットされるときにコンベヤーは休止する。

図５，６は、本発明の実施例による刃５４を示す。刃５４は、好ましくは、アルミニウム、ステンレススティール、チタニウム、および／または他の合金によって作られ、好ましくは厳格な公差に製造され、かつ約２０，０００Ｈｚにて超音波振動するように調整される。

刃は、厚さつまり奥行きＤを有する上方の柄９０と、柄よりも小さい厚さつまり奥行きを有する下方の切断部と、を有する。その柄は、ヘッドに支持されかつ結合されて接合部９１（図２）を横切る超音波振動を許容し、またソケット９４を有して、取り付けねじ、スタッブ（stab）、またはヘッド１３６から下方に延在する他の突起を受け入れる。頂面９０の奥行きＤは、約１インチである。

刃５４は、前面９８と後面１００を含む。刃５４が食品を通過するときに、前面９８と後面１００が食品に接触する。刃５４と食品との間の抵抗の大きさは、食品に接触する刃５４の表面積に関連し、それ故に、食品に接触する刃の表面積を小さくすることが一般に好ましい。しかし、刃の大きさを小さくすること、すなわち幅Ｗと、各刃先によって形成される角度θを小さくすることは、刃５４の強度と剛性を減少させて、刃の切り込みの精度を落とすことになる。図示の実施例において、これらの要因は、６０度と９０度との間の内角θをもって、各刃先を同じ傾斜に定めることによって、バランスがとられる。１つの実施例において、角度θは６５度と７５度の間、つまり約７０度である。刃５４の切断部の厚みＴは、１インチの約１／８である。刃５４の幅Ｗは約３インチ、全長Ｌは約５３／１６インチである。この構成により、１つの実施例において、刃５４は毎秒１８インチを越え、より好ましくは毎秒３０インチを超えて動かされて、毎分１００カットを越え、より好ましくは毎秒１５０カットを超えることをもたらし、約２．５インチの高さと約１０インチの幅をもつナチュラル・チェダー・チーズのスラブ（slab）を通り抜けて、刃は、それぞれの通過のそれぞれの終わりに切れ端を除去して、滑らかでつややかでギザギザのないカット面をもたらし、スラブの部分をその残りから分離し、微粉や埃がなくて、汚れなしにナイフクリーン（knife clean）をゆだねる。

ここでは、本発明の特定の実施例の図示および説明をしたが、当然のことながら、本発明は上述した実施例に制限されない。

双方向超音波スリッターとコンベヤーの正面図である。 図１の装置の部分側面図である。 図１の装置の他の部分側面図である。 図３の部分の平面図である。 図１の装置におけるブレードの正面図である。 図５のブレードの側面図である。

符号の説明

１４ キャリッジ
１６ フレーム
３２ コンベヤーアッセンブリ
４０ コンベヤー部
５４ 刃

Claims (31)

1. 食品を支持して、その食品を前方に運ぶコンベヤーアッセンブリと、
   両端に第１および第２の刃先を有する刃と、
   前記刃を超音波振動させるための手段と、
   前記刃を支持して、直線的にかつ横に移動可能であって、第１の横方向に動くときは前記第１の刃先によって、また第２の横方向に動くときは前記第２の刃先によって、前記食品に切れ目の形成をもたらす往復移動するヘッドと、
   を含むことを特徴とする超音波切断装置。
2. 前記コンベヤーアセンブリは、連続して配列された第１および第２のコンベヤーと、それらの間に配置されて、横の切れ目を形成するときに前記食品を拘束して支持する台と、を含み、
   前記台は、前記刃の部分が動いて通る溝を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波切断装置。
3. 前記刃は、約２０，０００Ｈｚの周波数で振動することを特徴とする請求項１に記載の超音波切断装置。
4. 前記第１の刃先と前記第２の刃先は、交差して先端を形成することを特徴とする請求項１に記載の超音波切断装置。
5. 前記先端は、水平刃を有することを特徴とする請求項４に記載の超音波切断装置。
6. 前記刃先のそれぞれは、傾斜されかつ前記先端の前記水平刃と鈍角に交差することを特徴とする請求項５に記載の超音波切断装置。
7. 前記各刃先と、前記先端の前記水平刃と、の交差角度は、実質的に等しいことを特徴とする請求項６に記載の超音波切断装置。
8. 各刃先は、６０度よりも大きく９０度未満の刃先角を形成することを特徴とする請求項７に記載の超音波切断装置。
9. 前記刃先角は約６０度であることを特徴とする請求項８に記載の超音波切断装置。
10. 前記刃は、直線移動速度が少なくとも毎秒約３０インチであり、少なくとも毎分約１５０の切断をすることを特徴とする請求項１に記載の超音波切断装置。
11. 食品を切断するための装置であって、
    食品を投入方向に移動させるコンベヤーと、
    前記コンベヤーに対して固定された位置に配置されたフレームと、
    前記フレームに平行移動可能に確保されて、前記食品の動きの方向を横切る方向に移動可能なキャリッジと、
    を備え、
    前記キャリッジは、
    刃と、
    前記刃が取り付けられて、前記刃に超音波の機械的振動を与えるヘッドと、
    を含み、
    前記刃は、第１の刃先と第２の刃先とを有し、前記食品を通って第１の方向に横に動くことによって、前記第１の刃先によって前記食品に第１の切れ目をつくり、かつ前記食品を通って前記第１の方向と反対の第２の方向に横に動くことによって、前記第２の刃先によって前記食品に第２の切れ目をつくる
    ことを特徴とする装置。
12. 前記コンベヤーは、隙間を隔てて分かれる各コンベヤー部を含み、
    前記装置は、さらに前記各コンベヤー部をつなぐ台を備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記食品は、それが前記コンベヤーによって移動されるときに前記台を通過し、
    前記台は、前記投入方向以外の方向の前記食品の動きを拘束するための抑制設備を含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記抑制設備は、前記食品と線接触する回転要素であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記台は、前記刃の下端を通して、それを前記食品の底面の下方に通すことを許容するチャンネルを含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
16. 前記フレームは、実質的に剛体のカンチレバーであることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
17. 前記フレームは、ベースに確保されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
18. 前記フレームは、前記キャリッジの横の動きをガイドするための少なくとも１つのレールを含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
19. 前記キャリッジは、それぞれのレール上に移動可能に確保されるスライドを含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. 移動力が供給される少なくとも１つの駆動スライドと、前記駆動スライドを移動可能に確保する少なくとも１つの駆動レールと、を含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 前記ヘッドは、機械的な振動を発生させるための信号発生器と、前記信号発生器と通信する増幅器と、を含み、
    前記信号発生器と前記増幅器は、前記刃に機械的な信号を付与することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
22. 食品の付着なしに、前記食品の双方向スリットが可能な超音波切断刃であって、
    第１の厚みを有するベース部と、
    第２の厚みを有し、前記第１の厚みが前記第２の厚みよりも大きい切断部と、
    を備え、
    前記切断部は、下方に収束して相互間に刃先角を形成する各刃先を有し、
    前記刃先角は、６０から９０度の間である
    ことを特徴とする超音波切断刃。
23. 前記刃は、約２０，０００Ｈｚの振動に調整されて、２．５インチの高さかつ１０インチの幅を有するナチュラル・チェダー・チーズのスラブを完全に通って切断可能であり、毎秒１８インチ以上の線速度によって前記スラブの幅を横切って、切断面を平坦につややかにかつギザギザなしに離し、そして前記スラブの部分をその残りから分離し、微粉や埃がなくて、汚れなしにナイフクリーンをゆだねて、上方から支持されることを特徴とする請求項２２に記載の超音波切断刃。
24. 前記刃は、毎秒３０インチ以上の線速度で前記スラブを切断可能であることを特徴とする請求項２３に記載の超音波切断刃。
25. 前記刃は、前記スラブを毎分１５０切断可能であることを特徴とする請求項２４に記載の超音波切断刃。
26. 超音波振動刃を用い、前記刃に食品を付着させることなく前記食品の双方向スリッティングが可能な方法であって、
    前記刃を上方から支持し、
    約２０，０００Ｈｚの周波数で前記刃を振動させ、
    前記刃を駆動し、第１のストロークにおける第１の横方向に前記食品を横切らせて、前記刃を前記食品の第１の側面から前記食品の第２の側面に移動させ、これにより、前記食品を通る第１の切れ目を形成して、前記食品の部分を前記食品の残りから分断し、前記駆動は、前記食品の上に配置された移動支点をもつ前記刃に横の力を加えることによって達成され、
    前記食品を前方に進め、
    前記刃を駆動し、第２のストロークにおける第２の横方向に前記食品を横切らせて、前記刃を前記食品の第２の側面から前記食品の第１の側面に移動させ、これにより、前記第１の切断から間隔を置いた位置に前記食品を通る第２の切れ目を形成して、前記食品の第２の位置を切断する
    ことを特徴とする方法。
27. 前記刃は、その両端に傾斜して下方に収束する各刃先を有し、前記スラブは、実質的に垂直な各側面を有し、これにより前記各刃先のそれぞれの上部は、それらの下部が前記各ストロークのそれぞれにおいて前記スラブに交わる前に前記スラブに交わることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 前記刃は、２．５インチの高さかつ１０インチの幅を有するナチュラル・チェダー・チーズのスラブを完全に通って切断可能であり、毎秒１８インチ以上の線速度によって前記スラブの幅を横切り、切断面を平坦につややかにかつギザギザなしに離し、そして前記スラブの部分をその残りから分離し、微粉や埃がなくて、汚れなしにナイフクリーンをゆだねて、上方から支持されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
29. 前記刃は、毎秒１８インチ以上の線速度で前記スラブを切断することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
30. 前記第１および第２の方向を繰り返す追加のストロークを含み、前記刃によって前記スラブを通る毎分１００以上の切断をすることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
31. 前記刃によって前記スラブを通る少なくとも毎分１５０以上の切断をし、少なくとも毎秒３０インチの線速度を達成することを特徴とする請求項２８に記載の方法。

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