JP2011030540A - 定量切断装置及び定量切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、円柱形状の弾性食品であっても予め設定される一定重量に簡単な測定で精度良く切断することができる定量切断装置を提供する。
【解決手段】定量切断装置１０は、弾性食品Ｋを一定重量の個体ｋに切断する。この定量切断装置１０は、整形手段（整形プーリ１２と押圧プーリ１３）とセンサ１４と切断制御部１５とカッタ１６とを備える。整形手段は、弾性食品Ｋを一定の断面積に整形する。センサ１４は、整形手段によって整形された弾性食品の断面積に対応する寸法ｈ(t)を測定する。切断制御部１５は、センサ１４からの出力、弾性食品Ｋの比重ρ、搬送速度Ｕに基づいて弾性食品Ｋの切断箇所Ｃｔ_Ｘを決定し、カッタ１６で弾性食品Ｋを切断箇所で切断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弾力性のある食品を一定重量に切断する定量切断装置、および定量切断方法に関する。

円柱形状に連続成形して作られる食品は、切断前の食品の搬送速度または移動長さに切断刃物の動作を合わせて一定長さで切断することで、所望する一定の重量になるように切断される。このとき、食品が弾性を有している場合には、当該弾性食品はその弾性のため、円柱形状に連続成形する過程で収縮するなどにより、直径が変化することがある。このような直径の誤差は、一定長さに切断した弾性食品の個体の重量のばらつきとして現れる。

大量生産される食品においては、表示される内容量に対して、実際の食品の重量が下回らないことが要求される。したがって、個々の重量の誤差を考慮して、包装される食品の重量は、表示された内容量よりも超過する側に誤差が生じるように品質管理される。しかし、個々の重量を超過側に管理して生産する場合、個々の重量の誤差が大きいと、一定量の原料から生産できる製品の個数が試算値よりも下回り、生産性が悪化する。

例えば、特許文献１には、設定した一個の重量になるような長さにのし餅を切断するのし餅の自動切断方法および切断機が記載されている。のし餅は、平たく伸ばされて冷やし固められる。このとき、厚み方向にばらつきが生じやすい。特許文献１に記載の切断機は、短冊状に幅を切り揃えたのし餅を厚み方向に複数本束ねて１組にし、のし餅の束を搬送するコンベアの進行方向と直角な方向にその総厚みをセンサ装置で測定する。測定した厚みの値は、進行方向の距離の値と対応させて記憶する。そして、1回に切断されるのし餅の総重量が一定になるように、記憶した厚みの値を基に算定した距離だけのし餅の束を移動させ、束ねた１組ののし餅を端から順に切断する。

このように、特許文献１に記載された切断機は、のし餅を複数の短冊にして厚み方向に重ねることで、冷やし固めたときに生じるのし餅の厚みのばらつきを相殺し、一袋当りの総重量でのばらつきを小さくしている。

特開昭６１−４６２８０号公報

しかしながら、特許文献１による切断方法によれば、のし餅は、冷やし固められた後、均一な幅に切り揃えられた後、厚み方向に重ねられて厚みを測定される。つまり、単品に切り出したときの個々の重量に対する誤差の要因となるのは、厚みのみである。そして、冷やし固められたのし餅のように切断前の形状が安定していれば、厚みを計測してから切断するまでの間に形状が変化しないので、切断するときの重量が均一になるように切断することも容易である。

しかし、円柱形状に連続成形して作られる弾性食品の場合は、円柱形状に成形した後に、食材そのものの持つ弾力性によって、直径方向に不均一に収縮し、そもそも断面形状が安定しにくい性質がある。つまり、弾性食品は、搬送中の形状が変化しやすいため、特許文献１による切断方法を適用しても、単品の重量を一定に揃えることが難しい。また、円柱形状に成形された弾性食品は、真円であると仮定しない限り、一方向に直径を測定しただけでその断面積を決定することができない。

また、タンパク質、脂肪等の固形分比率が温度によって大きく物性が変わってしまう食品、例えばチーズ等では、引き延して整形する場合は、直径の変動が著しく予測不能となる場合がある。上記の変動要因を均一化しようとすると、攪拌によってオイルオフや離水、硬化などの現象が起こり、適切な物性に制御することが困難となる。

そこで、本発明は、円柱形状の弾性食品であっても予め設定される一定重量に簡単な測定で精度良く切断することができる定量切断装置および定量切断方法を提供する。

本発明に係る定量切断装置は、連続して製造される弾性を有する弾性食品を一定重量の個体に切断する。この定量切断装置は、整形手段とセンサと切断制御部とカッタとを備える。整形手段は、一定の速度で搬送されてくる弾性食品を一定の断面積に整形する。センサは、整形手段によって整形された弾性食品の断面積に対応する寸法を計測する（以下、代表寸法という）。切断制御部は、少なくともセンサからの出力、弾性食品の比重、弾性食品の搬送速度に基づいて弾性食品の切断箇所を決定する。カッタは、切断制御部に決定された弾性食品の切断箇所を切断する。

このとき、定量切断装置において整形手段は、整形プーリと押圧プーリとを備える。整形プーリは、弾性食品が搬送される途中に配置されてセンサの出力に基づいて弾性食品の断面積を求めるときにその断面積計算を実施するために基準として設定される断面形状の溝を有している。押圧プーリは、整形プーリの溝に弾性食品の外周面の少なくとも半分を密着させる。また、センサは、弾性食品の搬送方向に整形手段よりも下流側に配置される。そしてセンサは、一つの切断箇所を決定するまでの間に弾性食品の搬送方向に沿って複数回代表寸法を測定し、切断制御部は、測定された代表寸法から求められる断面積によって見積もられる測定点間の体積の和を基に切断箇所を決定する。

または、この定量切断装置は、カッタよりも搬送ラインの下流側に配置されて切断後の個体の実測重量を測定する計量器をさらに備える。そして、切断制御部は、目標重量と実重量との差を基に次に切断する個体の切断箇所を補正する。

または、この定量切断装置において、整形プーリの溝は、整形された弾性食品の断面の目標形状を真円としたときの直径を有した半円の底壁と、この直径の幅で底壁の両端から立ち上がる側壁とで構成される。

切断箇所が連続する２つの測定点の間に設定される場合、１つ前の個体の切断箇所から最初の測定点までの間の体積、および、最後の測定点からこの個体の切断箇所までの間の体積は、各切断箇所の前後の測定点で測定される代表寸法から求められる断面積の変化率から１次線形で補間された断面積を基に見積もる。

また、整形プーリに巻き掛けられている範囲の前記弾性食品の断面積を前記整形プーリに巻き掛けられていない範囲の前記弾性食品の断面積よりも小さくしない力で、前記押圧プーリを前記整形プーリに向けて付勢する付勢手段をさらに備える。

本発明に係る定量切断方法は、連続して製造される弾性を有する弾性食品を一定重量の個体に切断する。そのために、切断前の弾性食品を一定の速度で搬送し、弾性食品を搬送する途中で弾性食品を一定の断面積に整形手段で整形し、整形された弾性食品の断面積に対応する寸法をセンサで計測し、センサからの出力、弾性食品の比重、弾性食品の搬送速度に基づいて弾性食品の切断箇所を切断制御部で決定する。そして、切断制御部に決定された弾性食品の切断箇所をカッタで切断する。

本発明の定量切断装置によれば、円柱形状の弾性食品であっても簡単な測定だけで設定された一定重量に対して精度良く切断できる。

本発明の第１の実施形態の定量切断装置を模式的に示す側面図。 図１に示した定量切断装置の整形プーリおよびその周辺を示す側面図。 図２中のＦ３−Ｆ３線に沿って整形プーリおよび押圧プーリを示す断面図。 図１中のＦ４−Ｆ４線に沿って弾性食品とカッタとの配置を示す断面図。 図１に示した定量切断装置で切断箇所を決定する方法を説明する模式図。 図１に示した定量切断装置のフローチャート。

本発明に係る第１の実施形態の定量切断装置１０およびこれを使った定量切断方法を、図１〜６を参照して説明する。図１に示すように、この定量切断装置１０は、断面の形状が一定の形状で連続して製造される弾性を有する弾性食品、例えば、粘弾性を有した原材料から円柱形状に成形して作られる弾性食品Ｋを一定重量の個体ｋに切断する。定量切断装置１０は、ラインコントローラ１１と整形プーリ１２と押圧プーリ１３とセンサ１４と切断制御部１５とカッタ１６とを備えている。なお、この明細書中において弾性食品Ｋとは、製造工程における搬送中にその断面形状が変形しやすい食品、例えば、チーズ、パン生地、麺生地、グミ、餅、飴、蒲鉾、こんにゃくなどが含まれる。本実施形態では、弾性食品Ｋがチーズである場合を例に説明する。

定量切断装置１０には、複数のローラやプーリ、駆動モータからなる搬送手段の一例である搬送ラインから円柱形状に形成された弾性食品Ｋが供給される。弾性食品Ｋは、搬送ラインによって搬送される過程で一定の比率で引き伸ばされながら目標の直径を有した円柱形状に成形される。ラインコントローラ１１は、目標とする直径の円柱形状に成形された弾性食品Ｋを設定された一定の速度で搬送するように駆動モータを制御している。

整形プーリ１２と押圧ローラ１３は、整形手段の一例であって、弾性食品Ｋを一定の断面積に整形する。整形プーリ１２は、ラインコントローラ１１によって、弾性食品Ｋが一定の搬送速度Ｕで搬送されるように制御される。押圧プーリ１３は、図１に示すように、整形プーリ１２に向けて付勢手段１３２で付勢されている。弾性食品Ｋは、押圧プーリ１３によって整形プーリ１２に押し当てられて一定の形状に整形された後に、ガイド１６３の途中に配置されたカッタ１６によって個体ｋへと切断される。切断された個体ｋは、スライダ１８によって案内され、コンベア１７１の上流側に落とされる。圧力センサ１７２は、コンベア１７１のベルト１７３の下に設置され、ベルト１７３の上に載せられた個体ｋの実重量Ｗａを計測する。

切断制御部１５は、センサ１４で測定した弾性食品Ｋの代表寸法、弾性食品Ｋの比重、弾性食品Ｋの搬送速度Ｕ、および弾性食品Ｋの個体ｋの実際の重量（実重量Ｗａ）とに基づいて、弾性食品Ｋの切断箇所を決定する。そして、切断制御部１５は、駆動モータ１６２を制御し、駆動モータ１６２の回転軸１６４に設けられたブレード１６１を駆動して弾性食品Ｋを決定された切断箇所で切断する。

カッタ１６は、図１に示すように、センサ１４よりも搬送ラインの下流側に配置され、ブレード１６１と駆動モータ１６２とガイド１６３とを備える。ブレード１６１は、弾性食品Ｋの搬送方向に対して垂直に配置され、図４に示すように駆動モータ１６２によって弾性食品Ｋの搬送ラインを横切るように回転させられる。駆動モータ１６２は、切断制御部１５によって１回転ごとの回転速度および回転角度を自由に変動させやすいように、サーボモータであることが好ましい。ガイド１６３は、ブレード１６１が横切る搬送ラインの上流側および下流側にそれぞれ設置され、ブレード１６１によって切断される弾性食品Ｋがぶれないように保持する。

ブレード１６１を回転させることによって生じる振動を抑えるために、ブレード１６１の回転軸１６４に対して対称となる位置にバランサーウエイトを取り付けても良いし、複数本のブレード１６１を点対称に配置しても良い。また、駆動モータ１６２としてサーボモータを採用する代わりにソレノイドを用いても良い。その場合、ブレード１６１は、往復動するように構成するか、同じ経路を通らないように循環するように構成する。

計量器１７は、カッタ１６よりも搬送ラインの下流側に配置されて、切断された固体ｋの実重量Ｗａを計量する。計量器１７は、図１に示すように、コンベア１７１と圧力センサ１７２とを備えている。コンベア１７１は、切断された個体ｋを次の工程へ送る搬送ラインの一部を構成する。カッタ１６によって切断された弾性食品Ｋの個体ｋは、カッタ１６の下に配置されたスライダ１８によって案内され、コンベア１７１の上流側に落とされる。圧力センサ１７２は、コンベア１７１のベルト１７３の下に設置され、通過するベルト１７３の上に載せられた個体ｋの実重量Ｗａを計測することができる。

本実施形態において圧力センサ１７２は、通過する個体ｋを一つ一つ計量できるように配置されている。なお、圧力センサ１７２は、個体ｋを一つ一つ計量する代わりに、複数個を同時に計量して、その平均値を求めるようにしても良いし、コンベア１７１上に乗っている複数の個体ｋの総重量の増加減少を基に、新たに乗せられた個体ｋの重量を求めるようにしても良い。

図３を参照して、さらに定量切断装置１０の詳細を説明する。図３は、整形プーリ１２の断面および押圧プーリ１３を示す断面図である。整形プーリ１２は、図３に示すように外周に溝１２１が形成されており、図２に示すように搬送速度Ｕと同じ周速度で回転する。溝１２１は、センサ１４の出力に基づいて弾性食品Ｋの断面積を求めるときにその断面積計算を実施するための基準として設定された断面形状を有している。具体的には溝１２１は、個体ｋが目標体積Ｖｓになる場合の断面形状を真円にしたときの直径を有した半円の底壁１２１ａと、この直径の幅で半円の底壁１２１ａの両端から立ち上がる側壁１２１ｂとで構成されている。

押圧プーリ１３は、図３に示すように、整形プーリ１２の溝１２１に弾性食品Ｋを押し当て、この弾性食品Ｋの外周面のほぼ半周分を溝１２１の底壁１２１ａに密着させる。したがって、整形プーリ１２に挿嵌される前の弾性食品Ｋは、溝１２１の横幅に対して深さ方向にやや縦長に扁平されていることが好ましい。押圧プーリ１３の幅は、整形プーリ１２の溝１２１の幅より小さく、溝１２１に嵌り込むように構成されているとともに、弾性食品Ｋの断面形状が真円に近くなるように、底壁１２１ａの半円と同じ半径を有する円弧の断面形状の溝１３１を有している。

このように構成することによって、弾性食品Ｋの断面形状は、押圧プーリ１３によって整形プーリ１２の溝１２１に押さえつけられた状態で、ほぼ真円になる。このとき、押圧プーリ１３で弾性食品Ｋを整形プーリ１２に押し当てる付勢手段１３２の力は、整形プーリ１２と押圧プーリ１３とによって整形された弾性食品Ｋの断面積が整形前の弾性食品Ｋの断面積より小さくならない程度の力であることが好ましい。

なお、本実施形態において、図１、図２、図３に示すように押圧プーリ１３の直径は、整形プーリ１２の直径よりも小さく図示されている。しかし、上述した押圧プーリ１３としての機能を果たすのであれば、整形プーリ１２の直径よりも大きい直径の押圧プーリ１３を用いてもよい。また、押圧プーリ１３は、弾性食品Ｋの搬送方向に複数配置されていても良い。ただし、断面積が小刻みに変動する弾性食品Ｋの場合、押圧プーリ１３がその変動に追随できるようにすることを考慮すると、押圧プーリ１３は、直径もある程度小さく、かつ、軽いことが好ましい。

センサ１４は、図１に示すように、押圧プーリ１３よりも搬送ラインの下流側に配置されている。以下、図２に基づいて詳細を説明する。センサ１４は、レーザ式の距離センサであって、整形プーリ１２の溝１２１の幅方向において中央の位置の弾性食品Ｋの外表面の変位を測定する。つまり、センサ１４は、溝１２１に嵌合している弾性食品Ｋの高さ（整形プーリ１２の半径方向に沿って計測した場合の弾性食品Ｋの寸法）に比例して変動する代表寸法ｈ(t)を計測する。代表寸法ｈ(t)を計測する計測時間間隔Δｔは、個体ｋを設定された目標重量Ｗｓに切断する切断時間間隔Ｃｔ_Ｘよりも短い時間間隔にする。したがって、センサ１４は、弾性食品Ｋの搬送方向に少なくとも２点以上、個体ｋの代表寸法ｈ(t)を計測する。

なお、センサ１４は、レーザ式の距離センサの代わりに超音波式の距離センサであっても良いし、弾性食品Ｋの外表面を非接触で計測する代わりに押圧プーリ１３の変位を測定することによって間接的に代表寸法ｈ(t)を計測するようにしても良い。また、計測時間間隔Δｔは、弾性食品Ｋの代表寸法、すなわち断面積の変化率に応じて設定しても良い。つまり、時間間隔を短くして、弾性食品Ｋの単位長さ当りの計測点を増やすことで、弾性食品Ｋの体積変化を細かく捉えることができるようになる。その結果、後述する重量予測モデルで算出される個体ｋの予測重量Ｗｅと実際に切断された個体ｋの実重量Ｗａとの差のばらつきが小さくなる。

切断制御部１５は、センサ１４で測定した代表寸法ｈ(t)、弾性食品Ｋの比重ρ、弾性食品Ｋの搬送速度Ｕに基づいて、ｘ個目の個体ｋの実重量Ｗａが目標重量Ｗｓとなるように、弾性食品Ｋの切断箇所Ｃ_Ｘを決定する。

この切断制御部１５は、図１に示すように、センサ１４、ラインコントローラ１１、カッタ１６、計量器１７にそれぞれ接続されている。切断制御部１５は、予め設定される弾性食品Ｋの目標重量Ｗｓ、弾性食品Ｋの比重ρ、弾性食品Ｋの設定断面積Ｓ_０、標準切断時間間隔ＣＴ_０を基に切断前の弾性食品Ｋの搬送速度Ｕを決定し、ラインコントローラ１１に制御信号を出力するとともに、実際の搬送速度Ｕを確認するために整形プーリ１２で計測された搬送速度Ｕをラインコントローラ１１から取得する。また、切断制御部１５は、変動する弾性食品Ｋの断面積Ｓ(t)に比例して変動する代表寸法ｈ(t)をセンサ１４から取得し、切断された弾性食品Ｋの個体ｋの実重量Ｗａを計量器１７から取得する。切断制御部１５は、予め設定される弾性食品Ｋに関する各設定値、およびラインコントローラ１１とセンサ１４と計量器１７から得られるそれぞれの実測値に基づいて、弾性食品Ｋのｘ番目の個体ｋの切断時間間隔Ｃｔ_Ｘやその補正値ＣＴ’を算出する。そして、切断時間間隔Ｃｔ_Ｘおよび補正値ＣＴ’から決定された切断時間間隔ＣＴ_Ｘに基づいて、切断制御部１５は、ブレード１６１の回転速度や駆動タイミングを制御する信号をカッタ１６へ出力する。

この切断制御部１５は、いわゆるプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）を含んでいる。弾性食品Ｋの個体ｋの目標重量Ｗｓに対して精度良く切断するために、例えば、決定された切断箇所Ｃ_Ｘが３３３msに対して、測定ポイントを６０点確保して約５ms以内の切断精度を保障するためには、センサ１４で代表寸法を取得したあと、カッタ１６で弾性食品Ｋから個体ｋを切断するための次の切断箇所Ｃ_Ｘを決定するまでの一連のプログラムを実行するスキャンタイムが５ms以内に処理される必要がある。したがって、このＰＬＣに搭載されるＣＰＵ（中央演算ユニット）の演算処理速度は、一連のシーケンスを５ms以内に処理できる十分な仕様のものが好ましい。なお、ＰＬＣと同じ処理ができるのであれば、どのようなコンピュータシステムを採用しても良い。このため、必要とされる切断箇所Ｃ_Ｘの時間と精度によるが、なるべく一連のプログラムを実行するスキャンタイムが１０ms以下で処理できるＣＰＵが望ましい。

以上の構成を備える定量切断装置１０は、製造ラインにおいて搬送中の断面形状が変化しやすい弾性食品Ｋであっても、整形プーリ１２の溝１２１に弾性食品Ｋを押し当てて弾性食品Ｋの断面形状を保持した状態で一つの方向に代表寸法ｈ(t)を計測するという簡単な方法で、搬送方向に変動する弾性食品Ｋの体積変化を正確に把握することができる。つまり、これまでは弾性食品Ｋの断面積を正確に求めるためには、少なくとも２方向に弾性食品Ｋの径を測定して楕円で近似したり、スリットレーザを照射して断面形状を測定するセンサで実測したりなど、装置としても大掛かりなものが必要であったのに対して、この実施形態の定量切断装置１０では、対象とする弾性食品Ｋの物性特性を活かし、変形しない程度に半円状の均一な形状を有する溝１２１に押え付けて形状を整え安定化させることで一点の距離情報から断面積を正確に予測することを連続的に可能にしている。

以下に、計測された代表寸法ｈ(t)から弾性食品Ｋのｘ番目の個体ｋの切断時間間隔Ｃｔ_Ｘを算出する方法を図５を参照して説明する。図５では、センサ１４からカッタ１６までの搬送ラインを直線状に展開して示している。計測点から切断位置までの距離Ｄ、ｎ番目の計測時刻ｔ_ｎ、時刻ｔにおける代表寸法ｈ(t)、計測時間間隔Δｔ、搬送速度Ｕ、任意の切断時刻ｔ、ｎ番目の計測時刻ｔ_ｎからｎ＋１番目の計測時刻ｔ_(ｎ+１)までの間の弾性食品Ｋの体積をＶ_ｎとする。 切断される弾性食品Ｋの個体ｋの重量Ｗｋは、その個体ｋの体積Ｖｋおよび比重ρから求められる。個体ｋの体積Ｖｋは、任意の時刻ｔの断面積Ｓ(t)を搬送速度Ｕで積算することで求められる。任意の時刻ｔの断面積Ｓ(t)は、その時刻ｔにおける代表寸法ｈ(t)から求められる。

そこで、センサ１４で測定される代表寸法ｈ(t)から切断される地点の断面積Ｓ(t)を予測し、さらに、任意の時刻ｔで切断された地点から以降の断面積Ｓ(t)を移動方向に積算することで、切断された地点から以降の体積Ｖ(t)を算出する。そして、弾性食品Ｋの比重ρを一定とし、次に切断したときに個体ｋの重量Ｗｋが個体ｋの目標重量Ｗｓになる切断時間間隔Ｃｔを求めることで、次の切断時刻ｔ＋Ｃｔを決定する。

いま、時刻ｔ_１に代表寸法ｈ(t_１)を測定した計測点と時刻ｔ_２に代表寸法ｈ(t_２)を測定した計測点との間の位置で弾性食品Ｋが切断されると仮定する。その切断予定位置をセンサ１４の時間軸において考えて、時刻ｔとする。時刻ｔにおける代表寸法ｈ(t)は、その前の時刻ｔ_１における代表寸法ｈ(t_１)および後の時刻ｔ_２における代表寸法ｈ(t_２)から、一次線形補間によって求めることができる。

具体的には、ｔ_１≦ｔ≦ｔ_２として、代表寸法ｈ(t)は、以下の式（１）に示される。

また、この代表寸法によって予測される断面積Ｓ(t)は、式（２）に示される。このとき式（２）において、弾性食品Ｋの断面形状は、成形プーリ１２の溝１２１に押し当てられて扁平するので、指数ｍは１〜２.５の範囲内である。

さらに、この断面積Ｓ(t)を基に、時刻ｔ_１の計測点から時刻ｔの切断箇所までの予測される体積Ｖ(t)を式（３）から算出できる。

図５において、指数ｍ＝２の場合の時刻ｔ_１における計測点と時刻ｔ_２における計測点との間を切断したとすると、切断箇所Ｃ_１から時刻ｔ_２における計測点までの体積Ｖ_１ｂは、時刻ｔ_１における計測点から時刻ｔ_２における計測点までの体積Ｖ_１から時刻ｔ_１における計測点から切断箇所Ｃ_１までの体積Ｖ_１ａを引いた体積である。時刻ｔ_１における計測点から時刻ｔにおける切断箇所Ｃ_１までの体積Ｖ_１ａとして予測される体積Ｖ(t)は、式（４）に示される。

展開して整理すると次のようになる。

また図５に示すように、切断時間間隔Ｃｔによって切断される弾性食品Ｋの個体ｋの体積Ｖ(t)は、切断箇所Ｃ_１からこの個体ｋを切り出すための次の切断箇所Ｃ_２までの体積Ｖ(t)の総和であり、個体ｋの目標重量Ｗｓ、弾性食品Ｋの比重ρ、切断時間間隔Ｃｔとすると、これらは、式（５）に示される関係にある。そこで、この式（５）から切断時間間隔Ｃｔは求められる。

図５に示すように切断箇所Ｃ_１から切断箇所Ｃ_２までの間に５つの計測点ｔ_２，ｔ_３，ｔ_４，ｔ_５，ｔ_６が存在する場合、式（５）を展開すると次のようになる。

簡略化のために、ｚ＝ｔ＋Ｃｔとして、式（４）と同様に展開する。

最後にｚを元に戻すと、切断時間間隔Ｃｔは式（６）によって求めることができる。

なお、重量予測モデルにおいて、計測点間の弾性食品Ｋの代表寸法ｈ(t)を内挿する補間関数は、計測時間間隔ｔ_ｎ＋１−ｔ_ｎが短い場合、一次関数で必要な予測精度を得ることができる。計測時間間隔ｔ_ｎ＋１−ｔ_ｎが長い場合、多項式で定義される関数曲線やスプライン曲線などを補間関数として用いればよい。

また、切断時間間隔Ｃｔを算出するタイミングは、センサ１４で測定した時刻ｔ_ｎの代表寸法ｈ(t_ｎ)と時刻ｔ_ｎ＋１の代表寸法ｈ(t_ｎ＋１)から求められる体積Ｖ_ｎを先に決定された切断箇所の直後から累積し、これが目標重量Ｗｓを超えた時点に設定すればよい。例えば、実際に切断されているいないに係らず、図５に示す例の場合、先に決定された切断箇所Ｃ_１から後の体積Ｖ_１ｂ，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４，Ｖ_５，Ｖ_６に基づく重量を順に足し合わせる。そして、時刻ｔ_７までの体積を足し合わせると、目標重量Ｗｓを超えるので、その時点で次の切断箇所Ｃ_２を時刻ｔ_６の代表寸法ｈ(t_６)および時刻ｔ_７の代表寸法ｈ(t_７)から算出する。

さらに、切断箇所Ｃ_２が決定されると、その後の体積Ｖ_７ｂ，Ｖ_８，Ｖ_９，Ｖ_１０，Ｖ_１１に基づく重量を順に足し合わせ、目標重量Ｗｓを超える前の時刻ｔ_１１の代表寸法ｈ(t_１１)と目標重量Ｗｓを超えたあとの時刻ｔ_１２の代表寸法ｈ(t_１２)から、次の切断箇所Ｃ_３を算出する。このようにして、切断箇所Ｃ_Ｘを順番に決定していく。切断制御部１５は、搬送速度Ｕ、センサ１４を通過した時刻からの経過時間、センサ１４の計測点からカッタ１６の切断位置までの距離Ｄを基に、決定された切断箇所Ｃ_Ｘが切断位置に来たときにブレード１６１でタイミングよく切断できるようにカッタ１６を制御する。

本実施形態の定量切断装置１０は、弾性食品Ｋから個体ｋを切断した後でその個体ｋの実重量Ｗａを計量器１７で計量し、重量予測モデルに反映するフィードバック制御機能をさらに有している。そこで、このフィードバック制御機能を含めた定量切断装置１０の動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。

定量切断装置１０は、まず、目標重量Ｗｓ、標準切断時間間隔ＣＴ_０、標準切断時間間隔の下限値ＣＴ_ｍｉｎと上限値ＣＴ_ｍａｘ、切断の対象となる弾性食品Ｋの搬送速度Ｕ、実重量Ｗａに基づく補正係数Ｉ(t)など各設定値を入力される（Ｓ１）。搬送速度Ｕで弾性食品Ｋの搬送を開始し、入力された目標重量Ｗｓ、搬送速度Ｕ、標準切断時間間隔ＣＴ_０を基に、定量切断の制御が行われない通常のカット動作が開始される（Ｓ２）。１つの個体ｋをカットするごとに、代表寸法ｈ(t)から切断箇所Ｃ_Ｘを決定する定量切断の制御を開始するか判断する（Ｓ３）。制御を開始しない場合、さらに定量切断装置１０はカット動作を終了するか判断し（Ｓ３１）する。カット動作を終了する場合、定量切断装置１０は停止し、カット動作を続ける場合は標準切断時間間隔ＣＴ_０で次の個体ｋを切断する（Ｓ２）ことを繰り返す。

定量切断の制御を開始する場合、切断制御部１５は、カウンタをゼロにして（Ｓ３５）代表寸法ｈ(t)の計測を開始する（Ｓ４）。弾性食品Ｋは、整形プーリ１２の溝１２１へ押圧プーリ１３で押し当てられ形が整えられたのち、センサ１４によって代表寸法ｈ(t)を計測される。切断制御部１５は、カッタ１６を制御し、代表寸法ｈ(t)を計測し始めた時刻からＵ／Ｄ以上経過した後に、まず頭出しの切断を行なうとともに、カウンタを１つ繰り上げる（Ｓ４５）。切断制御部１５は、１つ目の個体ｋを切断するために、式（６）に従って最初の切断箇所に対する次の切断箇所までの切断時間間隔Ｃｔ_Ｘを算出する（Ｓ５）。

ここで、先に切断された個体ｋの実重量Ｗａに基づく補正係数Ｉ(x)があるか判断（Ｓ６）し、あれば切断時間間隔に加味される。しかし、補正係数Ｉ(x)は実際に切断された個体ｋの実重量Ｗａに基づいて演算される。したがって、実重量Ｗａが計測されるまでの初期の切断において補正係数Ｉ(x)は当然まだ定まっていない。なお、定量切断装置１０が通常の切断を開始し、その間に切断された個体ｋの重量を定量切断の制御に先駆けて取得してその重量値を基に補正係数Ｉ(x)が設定される場合は、その補正係数Ｉ(x)を採用しても良い。また、定量切断の制御が開始されるとしばらくの間は補正係数Ｉ(x)を演算するために基準切断時間間隔ＣＴ_０で切断を繰り返す予備運転を行うようにしても良い。この実施形態では補正係数Ｉ(x)が設定されていない場合を例に、以下に説明する。そこで、補正係数Ｉ(x)が定まるまでここ（Ｓ６）で決定されるｘ個目までの個体ｋを切断する時間間隔は、ＣＴ_Ｘ＝Ｃｔ_Ｘと決定（Ｓ６１）して、補正係数Ｉ(x)が無い場合の処理に進む。

弾性食品Ｋの個体ｋの目標重量Ｗｓを基に設定される切断時間間隔の公差に対して、演算された切断時間間隔ＣＴ_Ｘが超えることを防ぐために、ＣＴ_ｍｉｎ＜ＣＴ_Ｘ＜ＣＴ_ｍａｘに入っているか判断する（Ｓ７）。範囲以内である場合は、演算によって求められた切断時間間隔ＣＴ_Ｘで弾性食品Ｋを切断する（Ｓ８）。また、切断時間間隔ＣＴ_Ｘが下限値ＣＴ_ｍｉｎを下回っている場合はＣＴ_Ｘ＝ＣＴ_ｍｉｎとして弾性食品Ｋを切断し（Ｓ９）、切断時間間隔ＣＴ_Ｘが上限値ＣＴ_ｍａｘを超えている場合はＣＴ_Ｘ＝ＣＴ_ｍａｘとして弾性食品Ｋを切断する（Ｓ１０）。

切断された個体ｋは、計量器１７で実重量Ｗａが測定される（Ｓ１１）。切断制御部１５は、実重量Ｗａを目標重量Ｗｓと比較する（Ｓ１２）。誤差がある場合は、代表寸法ｈ(t)から算出された次の切断時間間隔Ｃｔ_Ｘにこの誤差を反映するために、以下の計算式によって補正係数Ｉ(x)が設定される。このとき補正係数Ｉ(x)は、先の補正係数Ｉ(x-1)があればその補正係数Ｉ(x-1)と事前に設定されている比例定数Ｊとから、次式で求められる（Ｓ１３）。

最後に、個体ｋの重量を一定にするために切断箇所Ｃ_Ｘを決定する定量切断の制御を終了するか判断（Ｓ１４）する。そして継続する場合は、引き続き次の切断時間間隔Ｃｔ_Ｘを代表寸法ｈ(t)から算出する動作（Ｓ５）の前に戻り、カウンタを一つ繰り上げる（Ｓ４５）。そして次の切断時間間隔Ｃｔ_Ｘを算出（Ｓ５）し、補正係数Ｉ(x)があるか判断する（Ｓ６）。２回目以降の切断の場合、前回までのルーティーンによって設定された補正係数Ｉ(x)があるので、これを用いて新しい補正値ＣＴ’を演算する（Ｓ１５）。この補正値ＣＴ’を用いて切断時間間隔ＣＴ_Ｘは、以下のように決定される（Ｓ１６）。

したがって、以降の切断動作では、先に切断された個体ｋの実重量Ｗａから求められた補正値ＣＴ’が加えられたより理想的な切断時間間隔ＣＴ_Ｘを毎回算出し、これを基に切断動作が行われる。そして、定量切断の制御を終了するか判断する（Ｓ１４）ところで、停止すると判断されるまで、定量切断の動作（（Ｓ４５）から（Ｓ１４）まで）が繰り返される。定量切断の制御を終了すると判断された場合は、「Ａ」からカット動作を終了するかの判断（Ｓ３１）に移行し、終了する場合は、定量切断装置１０が停止し、終了しない場合は、基準切断時間間隔ＣＴ_０で切断をする通常の切断動作（Ｓ２）に戻る。

以上のように構成された定量切断装置１０は、弾性食品Ｋの断面形状を整形プーリ１２で安定させた状態で、一方向についてのみ代表寸法ｈ(t)を測定し、その値からｘ番目に切断する個体ｋの重量が目標重量Ｗｓになる理想的な切断時間間隔ＣＴ_Ｘを算出する。さらに、この定量切断装置１０は、切断後の個体ｋの実重量Ｗａを測定し、その値を目標重量Ｗｓと比較し、次の切断時間間隔ＣＴ_(Ｘ＋１)を補正することができる。そして定量切断装置１０は、この動作を連続的に行なう。

したがって、弾性食品Ｋを目標重量Ｗｓの個体ｋに切断する場合、各個体ｋの重量の誤差を極めて少なくすることができる。この定量切断装置１０は、個体ｋの誤差を小さくできるので、大量生産される商品個々の重量のばらつきが少ない安定した品質を確保できるとともに、原材料の無駄を少なく抑えることができる。

また、上述の実施形態では、弾性を有する食品の形状を円柱形状として説明したが、食品の断面の形状は円に限らず、一定の形状に設定される断面の形状が計測しやすい形状であれば、三角形や四角形あるいはその他の形状でもよい。例えば、シート状に薄く延された弾性食品である場合、整形プーリに相当する搬送ベルトの表面と弾性食品との間に空気が入らないよう押圧プーリで押し付け、代表寸法として厚みを測定し、目標重量となるように定量切断することで、一定重要に精度良く切断することもできる。

１０…定量切断装置、１２…整形プーリ、１３…押圧プーリ、１４…センサ、１５…切断制御部、１６…カッタ、１７…計量器、１２１…溝、１２１ａ…底壁、１２１ｂ…側壁、Ｋ…弾性食品、ｋ…個体、Ｕ…搬送速度、ｈ(t)…代表寸法、Ｓ(t)…断面積、Ｖｓ…目標体積、Ｗｓ…目標重量、Ｗａ…実重量、ρ…弾性食品の比重
Ｃ_Ｘ…ｘ番目の切断箇所。

Claims (9)

1. 連続して製造される弾性を有する弾性食品を一定重量の個体に切断する定量切断装置において、
   一定の速度で搬送されてくる前記弾性食品を一定の断面積に整形する整形手段と、
   前記整形手段によって整形された前記弾性食品の断面積に対応する寸法を計測するセンサと、
   前記センサからの出力、前記弾性食品の比重、前記弾性食品の搬送速度に基づいて前記弾性食品の切断箇所を決定する切断制御部と、
   前記切断制御部に決定された前記弾性食品の切断箇所を切断するカッタと
   を備える定量切断装置。
2. 前記整形手段は、
   前記弾性食品が搬送される途中に配置されて前記センサの出力に基づいて前記弾性食品の断面積を求めるときにその断面積計算を実施するための基準として設定される断面形状の溝を有した整形プーリと、
   前記整形プーリの前記溝に前記弾性食品の外周面の少なくとも半分を密着させる押圧プーリと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載された定量切断装置。
3. 前記センサは、前記弾性食品の搬送方向に前記整形手段よりも下流側に配置されことを特徴とする請求項１に記載された定量切断装置。
4. 前記センサは、一つの切断箇所を決定するまでの間に前記弾性食品の搬送方向に沿って複数回代表寸法を測定し、
   前記切断制御部は、測定された代表寸法から求められる断面積によって見積もられる測定点間の体積の和を基に前記切断箇所を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載された定量切断装置。
5. 前記カッタよりも前記弾性食品の搬送方向の下流側に配置されて切断後の前記個体の重量を測定する計量器をさらに備え、
   前記切断制御部は、目標重量と実重量との差を基に次に切断する個体の前記切断箇所を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載された定量切断装置。
6. 前記整形プーリの溝は、整形された前記弾性食品の断面の目標形状を真円としたときの直径を有した半円の底壁と、前記直径の幅で前記底壁の両端から立ち上がる側壁とで構成されていることを特徴とする請求項２に記載された定量切断装置。
7. 前記切断箇所が連続する２つの前記測定点の間に設定される場合、１つ前の個体の切断箇所から最初の測定点までの間の体積、および、最後の測定点からこの個体の切断箇所までの間の体積は、各切断箇所の前後の前記測定点で測定される代表寸法から求められる断面積の変化率から１次線形で補間された断面積を基に見積もられる
   ことを特徴とする請求項４に記載された定量切断装置。
8. 前記整形プーリと前記押圧プーリによって整形された前記弾性食品の断面積が整形前の前記弾性食品の断面積よりも小さくならない程度の力で、前記押圧プーリを前記整形プーリに向けて付勢する付勢手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項２に記載された定量切断装置。
9. 連続して製造される弾性を有する弾性食品を一定重量の個体に切断する定量切断方法において、
   切断前の前記弾性食品を一定の速度で搬送し、
   前記弾性食品を搬送する途中で前記弾性食品を一定の断面積に整形手段で整形し、
   整形された前記弾性食品の断面積に対応する寸法をセンサで計測し、
   前記センサからの出力、前記弾性食品の比重、前記弾性食品の搬送速度に基づいて前記弾性食品の切断箇所を切断制御部で決定し、
   前記切断制御部に決定された前記弾性食品の切断箇所をカッタで切断する
   定量切断方法。

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