JP2005261286A - 食品製造装置および食品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
量産をひつようとしない単品の加熱溶融性食品の立体成形において、食品を製造するに足る衛生性を十分に有し、型枠の作製や生産ライン設備の確立を省いた効率的な加熱溶融性食品の立体造形装置もしくは加熱溶融性食品の立体造形方法を提供すること
【解決手段】
本発明にかかる食品製造装置は、溶融状態の加熱溶融性食材を吐出口から吐出する事によって層体を形成することを繰り返し、層体を積層していく事によって３次元造形物を生成するものである。このような装置により、単品の加熱溶融性食品の立体成形において、食品を製造するに足る衛生性を十分に有し、型枠の作製や生産ライン設備の確立を省いた、効率的な製造が可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、食品製造装置および食品製造方法に関するものであり、特に、複数層を積層することによって食品を形成する食品製造装置および食品製造方法に関する。

従来、チョコレート、キャラメル、飴、マシュマロ等の加熱溶融性食材の成形方法には、目的とする加熱溶融性食材の形状、用途によって様々な方法が用いられてきた。例えば、平坦なベルトコンベア上に適宜間隔に置いた枠状の型に、上方より材料をドロップさせるか型を通して押し出し、ベルトに振動を与えてエアー抜きを行ない、その後冷却して成形する方法が挙げられる。また、人形、動物などの３次元製品を成形する場合は、弾性の袋状の型内に材料を流し込んで充填し、製品を取出す時には冷却あるいは加熱して製品を固化させた後、型内に空気を圧入して弾性型を膨張させて製品を取出している。

その他、目的とする食品の形状を賦形しうる凹部が所定間隔で形成された成形型を用い、この凹部内に溶融状態の加熱溶融性食材を充填し、冷却硬化後成形型を反転させ硬化した加熱溶融性食材を脱型することにより製造する方法があり、３次元製品を成形する場合は、目的とする食品の形状の半分ずつを成形しうる凹部を備えた２個一組の型を用いて成形していた。このような従来の加熱溶融性食品の成形方法は例えば特許文献１あるいは特許文献２に記載されている。

また、食品に限定されない３次元造形物の成形法として最も一般的なのは、金属製や木製あるいはその他の成形可能な材質の材料からなる型枠を、３次元造形物の形状と同一の内空を有するように組み立て、組み立てた型枠内に溶融状態の材料を流し込んで硬化させることにより当該３次元造形物を成形する方法である。

特開２０００−２４５３４９号公報 特開平０７−２８９１６７号公報

上記のような食品の製造方法は同様の形状の３次元造形物を大量に製造するのに適し、量産を必要としない単品の３次元造形物の場合においても型枠の作製が必須であり、これらの型枠は一回の使用で廃棄処分となることも多いので、単品製作の場合にはコストや時間の面において効率的に立体成形を行えないという課題があった。

さらに、型枠を用いる方法では、型枠の作製に際して、成形時の抜け勾配や取り合い、型枠材同士の組み合わせ方を検討するとともに、保水性や剛性、剥離性等を検討しつつ型枠の加工や組み立てを行う必要を生じ、特に曲面や抜け勾配のないような複雑な３次元形状を有する成形物を形成する場合には、かかる型枠の作製作業に多くの手間と労力を必要とするという課題があった。

上記のような理由より、例えば個別の顧客の要望に基づいて、固有立体形状を有する加熱溶融性食品を１個単位で造形、製造して提供することは、時間効率の悪さやコスト的に難しいことであった。本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、型枠の作製や生産ライン設備の確立を省いた効率的な加熱溶融性食品の製造を可能とすることである。

本発明の第１の態様にかかる食品製造方法は、溶融状態の熱溶融性食材を堆積して固化させることによって、予め定められた形状を備える第１の層体を形成するステップと、前記第１の層体の上に溶融状態の熱溶融性食材を堆積して固化させることによって、予め定められた形状を備える第２の層体を形成するステップと、前記ステップ（ｂ）を繰り返し、複数の層体から構成される食品を形成するステップと、を有する。これによって、様々な３次元形状を有する食品を効率的に形成することができる。

前記ステップ（ａ）において、熱溶融性食材を吐出する吐出部と前記第１の層体がその上で形成されるステージとを相対的に移動することによって、前記第１の層体を形成し、前記ステップ（ｂ）において、熱溶融性食材を吐出する吐出部と前記第２の層体がその上で形成されるステージとを相対的に移動することによって、前記第２の層体を形成することができる。

前記ステップ（ａ）、(ｂ)、（ｃ）における前記熱溶融性食材はチョコレートであることができる。あるいは、前記ステップ（ｃ）は、異なる熱溶融性食材からなる複数の層体を形成することができる。

本発明の第２の態様は、複数の層体を積層することによって、食品を製造する食品製造装置であって、前記食品が形成されるステージと、溶融状態の熱溶融性食材を前記ステージに向かって吐出する吐出部と、前記吐出部と前記ステージを相対的に移動する移動部と、前記吐出部から吐出される溶融状態の熱溶融性食材が、前記ステージの上で予め定められた形状で堆積されるように、前記移動部を制御する制御部と、を有する。これによって、様々な３次元形状を有する食品を効率的に形成することができる。

本発明により、型枠の作製や生産ライン設備の確立を省いた効率的な加熱溶融性食品の製造を可能とする。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

発明の実施の形態１．
図１を用いて本形態における加熱溶融性食品７の製造装置１０の構成について説明する。食品製造装置１０は、制御部１、ＸＹ駆動部２、吐出部３、ＸＹ方向駆動軸４、ステージ５、Ｚ軸駆動部６、Ｚ方向駆動軸８、材料導入部２０を備えている。制御部１の制御下において、吐出部３がステージ５に対して相対的に移動し、ステージ５上に加熱溶融性食材を吐出する。ステージ５上の加熱溶融性食材を固化することによって、予め定められた形状の層７ａを形成する。さらに、形成された層の上に、同様の処理によって加熱溶融性食材で層７ｂを形成する。層の形成を繰り返すことによって、複数の層が積層された食品７を形成することができる。加熱溶融性食品としては、チョコレート、キャラメル、飴、マシュマロなどが知られており、特にその性質から、チョコレートが本形態における加熱溶融性食品の製造に好適である。

まず、食品製造装置１０の各構成について説明する。制御部１はＸＹ駆動部２と吐出部３とＺ軸駆動部６とをそれぞれに駆動制御する制御手段として機能する。制御部１は、製造する食品７の形状に関するデータを予め記憶している。具体的には、食品７の各断面に関する２次元データ群を記憶しており、制御部１がこの各断面データに基づいて上記の各部に対して指令を与えることにより、ステージ５上に一層ごとの断面層体７ａから７ｅが積層される。

ＸＹ駆動部２は、吐出部３をＸ軸及びＹ軸によって規定される平面内で移動させるべく吐出部３の上部に設けられた駆動手段であり、制御部１からの駆動指令に基づいて、吐出部３をＸＹ方向駆動軸４に沿ってその平面内における駆動範囲内で任意の位置に移動させることができる。

吐出部３はＸＹ駆動部２の下部にステージ５に対向して配置され、ＸＹ駆動部２によって、ＸＹ平面内（層体の面内方向）で移動される。吐出部３は溶融状態の加熱溶融性食材を例えばインクジェット方式等で微小な液滴として吐出する。吐出部３による加熱溶融性食材の吐出は制御部１によって制御されており、吐出部３から吐出される加熱溶融性食材は吐出部３に対向する位置に設けられているステージ５上で堆積される。

この吐出部３に設けられる吐出口は単数、もしくは複数設けることができる。複数の吐出口設けられる場合、それぞれの吐出口に対して、異なる材料をそれぞれ別々に導入することができる。そうする事によって複数色からなる、もしくは複数種の食材からなる食品を製造することができる。また、目的とする３次元造形物が後述するオーバーハング形状を有する場合（オーバーハング形状を有する３次元造形物７'について後に説明する）、オーバーハング形状のための支持部９生成用の材料を導入してもよい。

ステージ５は食品７を形成するための基板として機能し、内部に図示しない冷却機構を備えており、吐出部３から吐出された加熱溶融性食品はステージ５上にて放熱・冷却されて溶融状態から固体へと固化される。

Ｚ軸駆動部６はステージ５をＺ軸方向（層体の積層方向）に移動する。Ｚ軸駆動部６は、制御部１からの駆動指令に基づいて、ステージ５をＺ方向駆動軸８に沿って移動させる。ステージ５上に食品７の一層分の形成または数層分の形成が行なわれるごとにステージ５を下降させる。Ｚ軸駆動部６が食品７の形成が進むにつれてステージ５を下降させていくことにより、ステージ５上に積層生成される食品７と吐出部３との接触を回避することができる。

材料導入部２０は、吐出部３に溶融状態の加熱溶融性食材を導入する。図１に示すように、材料導入部２０は、温蔵槽２１、真空タンク２２、加圧ポンプ２３、圧力検出弁２４、導入パイプ２５を備えている。温蔵槽２１は図示しない加温機と攪拌機を備え、真空タンク２２へ連結されている。温蔵槽１１は、内部で加熱溶融性食材を加温し溶融状態にした上で、よく攪拌し、食材の部位による濃度の差異を無くし、真空タンクへと食材を送り出す。

真空タンク２２は図示しない真空吸引機と加圧ポンプ２３を備え、導入パイプ２５へと連結されている。真空タンク２２では温蔵槽２１より送られてきた食材を真空吸引して食材内部のエアー抜きを行ない、加圧ポンプ２３によって導入パイプ２５へと送り出す。

導入パイプ２５は、真空タンク２２と吐出部３を連結するように配置されており、材料導入部２０から吐出部３へ加熱溶融性食材を導入する。また、導入パイプ２５には圧力検出弁２４が配置されている。圧力検出弁２４は、内部の溶融状態の加熱溶融性食材の圧力を常時モニターし、導入パイプ２５内の溶融状態の加熱溶融性食材の圧力が一定となるよう機能する。

次に、本発明の実施の形態にかかる加熱溶融性食品の製造工程について説明する。まず、図２を参照して、製造工程における前段階工程について説明する。本工程において、３次元形状を有する食品７に関する２次元形状データ群が生成、準備され、溶融状態の加熱溶融性食材が準備される。まず、製造すべき食品７の形状データの生成処理について説明する。

図２に示すように、数字データの手入力、接触型形状測定装置による座標入力、非接触型形状測定装置による座標入力等によって、図示しないコンピュータへ形成すべき立体形状食品の３次元データを入力が入力される（Ｓ２０１）。コンピュータ上でメモリに記憶されているプログラムが実行され、プログラムに従うＣＰＵの演算処理によって、３次元ＣＡＤデータが生成される（Ｓ２０２）。次に、プログラム従って動作するＣＰＵが、得られた３次元ＣＡＤデータを解析し、３次元形状を所定の厚さで平行に切断することによって得られる複数の層の各形状を表す２次元データ群を生成する（Ｓ２０３）。２次元データ群の各２次元データが、各層の形状を表す。２次元データ群は、食品製造装置１０の制御部１に入力される。

次に、材料導入部２０において材料導入のための準備工程について説明する。図２を参照して、加熱溶融性食材が温蔵槽２１に入れられる。温蔵槽１１において、加熱溶融性食材は溶融され、よく攪拌される（Ｓ２０４）。溶融状態の加熱溶融性食材は真空タンク２２に送られ、真空吸引によりエアー抜きされる（Ｓ２０５）。エアー抜きされた加熱溶融性食材は、加圧ポンプ２３によって真空タンク２２から吐出され、導入パイプ２５を通って吐出部３に導入される（Ｓ２０６）。前段階工程が終了すると、得られた２次元データ群に基づき、準備された溶融状態の加熱溶融性食材によって、食品７が形成される（Ｓ２０７）。

次に、３次元立体食品の形成工程（Ｓ２０７）について説明する。図１に例示するように、食品７は積層造形装置１０による層体７ａから７ｅの積層造形動作により、ステージ５上に成形される。図１において層体の数はここでは７ａから７ｂの５層としたが、３次元造形物７の大きさ、形状等により随時変更されるものであり、その決定は制御部１へデータが入力される前の、Ｓ２０３においてなされるものとする。

図３は３次元立体食品の形成工程を表すフローチャートである。準備された２次元データ群は、制御部１に入力される（ＳＴＥＰ３０１）。２次元データ群を取得すると、制御部１は、ステージ５所望の高さにセットする。制御部１は、Ｚ軸駆動部８を制御することによってステージ５をＺ軸方向に移動し、決定された位置でステージ５を停止させる（Ｓ３０２）。

次に、制御部１は、入力された２次元データ群より断面データを下端部分から順次取り出し、取り出した断面データから層体７ａ形成のための吐出開始位置を決定する。ＸＹ駆動部２は、制御部１の制御によって、吐出部３を決定された開始位置に移動させる。さらに、取得した断面データによる層形状に従って、制御部１はＸＹ駆動部２を制御し、吐出部３を所定位置に移動させる。また、制御部１に制御された吐出部３は、移動された各位置において、予め定められた量の加熱溶融性食材を吐出する。ステージ５上に堆積された溶融状態の加熱溶融性食材は、ステージ５によって冷却、固化され、予め定められた層体７ａが形成される（ＳＴＥＰ３０３）。

一層分の層体７ａの造形が終了すると、制御部１が３次元造形物７の造形が完了したかどうかを判断し（Ｓ３０４）、「ＮＯ」と判断された場合はさらに次の層の造形を行うべくＳ３０２に戻り、「ＹＥＳ」と判断された場合造形動作は終了する。Ｓ３０２に戻った場合は、ステージ５は造形された一層分の高さだけ下降される。これによって、次の層の造形時において、吐出部３とステージ５上に積層されていく造形物との位置関係を適切な位置関係に修正する。

図３に示されるフローチャートの繰り返しにより、一層目の層体７ａの上に二層目の新たな層体７ｂが積層される。このような動作を断面体の数だけ繰り返すことにより、ステージ５上において、一層ごとの層体７ａから７ｅが順次積層されていき、最終的に食品７が形成される。吐出部３が複数の吐出口を有し、それぞれ別の食材を吐出することができる場合、層体を異なる材料で形成することができる。あるいは、一つの層体を、Ｓ３０３において複数の異なる材料によって形成することも可能である。あるいは、吐出部を複数用意することによって、同様の処理を行うことができる。

ここで、目的とする食品が図４に示されるような、オーバーハング形状を有する食品７'の場合には、食品製造装置１０が吐出部を複数備えていることが好ましい。製品の製造に使用している加熱溶融性食材とは混ざらない、かつ衛生面に問題のない材料を吐出部に導入し、食品７'とは別に、図４に示すようにオーバーハング部を支持する支持部９を形成する。支持部９上に食品７'の層体を形成し、食品７'の形成終了後に支持部９を取り外す事によって、オーバーハング形状を有する食品７'を形成することができる。

本実施の形態によれば、様々な３次元形状を備える食品を少数単位で効率的に形成することができる。このため、例えば、恋人や自分あるいはペットの立体肖像など、個別の顧客の要求に従った形状の食品を、容易に製造することができる。尚、吐出部３とステージ５を相対的に移動するために、一方もしくは双方を移動することができる。例えば、本形態においては、吐出部３がＸＹ方向に移動するが、ステージ５をＸＹ方向に移動することによって、吐出部３とステージ５の相対位置を移動することも可能である。同様に、吐出部３をＺ軸方向に移動することも可能である。

その他の実施の形態．
実施の形態１では、加熱溶融性食材を例えばインクジェット方式等で微小な液滴として吐出部３から吐出する例を示した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、その他、例えば吐出部３から加熱溶融性食材を細い糸状に押し出し、一筆書きの要領で一層分を生成し、その層を積層する事によって立体食品を造形する押し出し法においても適用できる。尚、本実施の形態における装置は実施の形態１で用いた装置と同様である。

本実施の形態について、実施の形態１と同様である部分については説明を省略する。実施の形態１と異なるのは図２のフローチャートにおけるＳ２０３と、図３のフローチャートにおけるＳ３０３のステップである。Ｓ２０３においては、プログラムに従って動作するＣＰＵが、Ｓ２０２で得られた３次元ＣＡＤデータを解析し、３次元形状を所定の厚さで平行に切断することによって得られる複数の層の各形状を表す２次元データ群を生成した。

本実施の形態ではＳ２０３において、２次元データ群を展開した後に次のような処理が追加される。すなわち、３次元立体食品の形成ステップＳ２０７において吐出部３が加熱溶融性食材で一層分の断面を生成する際、押し出された加熱溶融性食材が平坦な層を満たす通り道（以下パス）を指定する処理を行なう。

上述のパスは次のような条件を満たす事が望まれる。パスは形成すべき断面の領域すべてを、一回だけ通っていなければならない。ここでパスとは、食品製造装置１０が層体を形成する際に、吐出部３が加熱溶融性食材を細い糸状に押し出すことによって配置していく通り道なので、吐出部３は形成すべき断面の領域すべてを一回だけ通ることとなる。すなわち、単一パス条件を満たさなければならない。この単一パス条件により、加熱溶融性食材の層で満たされていない部分や、過熱溶融性食材の量が多すぎて盛り上がってしまう部分がない事が保証される。

またこれらのパスは曲線となることが予想されるが、開かれた曲線でも閉じた曲線でもよい。Ｓ３０３においては、制御部１が、取得した断面データによる層形状に従って、制御部１はＸＹ駆動部２および吐出部３を制御し、層体７ａを形成した。

本実施の形態では制御部１は、入力された２次元データ群より断面データを下端部分から順次取り出し、取り出した断面データにおいて上記で指定されたパスを参照する。そのパスに従い、層体７ａ形成のための吐出開始位置を決定する。ＸＹ駆動部２は、制御部１の制御によって、吐出部３を決定された開始位置に移動させる。さらに、取得したパス従って、制御部１はＸＹ駆動部２を制御し、吐出部３をパスに従って移動させながら加熱溶融性食材を押し出す。ステージ５上に押し出された溶融状態の加熱溶融性食材は、ステージ５によって冷却、固化され、予め定められた層体７ａが形成される。

実施の形態における、食品製造装置の概略構成を示す図である。 実施の形態における、食品製造工程の前段階工程を示すフローチャートである。 実施の形態における、積層による食品形成工程造示すフローチャートである。 実施の形態における食品製造装置において、食品がオーバーハング形状を有する場合を示す図である。

符号の説明

１ 制御部、２ ＸＹ駆動部、３ 吐出部、４ ＸＹ方向駆動軸、５ ステージ、６ Ｚ軸駆動部、７ 加熱溶融性食品、８ Ｚ方向駆動軸、９ 支持部、１０ 製造装置、２０ 材料導入部、２１ 温蔵槽、２２ 真空タンク、２３ 加圧ポンプ、２４ 圧力検出弁、２５ 導入パイプ、

Claims (4)

1. （ａ）溶融状態の熱溶融性食材を堆積して固化させることによって、予め定められた形状を備える第１の層体を形成するステップと、
   （ｂ）前記第１の層体の上に溶融状態の熱溶融性食材を堆積して固化させることによって、予め定められた形状を備える第２の層体を形成するステップと、
   （ｃ）前記ステップ（ｂ）を繰り返し、複数の層体から構成される食品を形成するステップと、
   を有する食品の立体造形方法。
2. 前記ステップ（ａ）において、熱溶融性食材を吐出する吐出部と前記第１の層体がその上で形成されるステージとを相対的に移動することによって、前記第１の層体を形成し、
   前記ステップ（ｂ）において、熱溶融性食材を吐出する吐出部と前記第２の層体がその上で形成されるステージとを相対的に移動することによって、前記第２の層体を形成する、
   請求項１に記載の立体造形方法。
3. 前記ステップ（ｃ）は、異なる熱溶融性食材からなる複数の層体を形成する、請求項１または２に記載の食品の立体造形方法。
4. 複数の層体を積層することによって、食品を製造する食品製造装置であって、
   前記食品が形成されるステージと、
   溶融状態の熱溶融性食材を前記ステージに向かって吐出する吐出部と、
   前記吐出部と前記ステージを相対的に移動する移動部と、
   前記吐出部から吐出される溶融状態の熱溶融性食材が、前記ステージの上で予め定められた形状で堆積されるように、前記移動部を制御する制御部と、
   を有する、食品用立体造形装置。
   

Images