JP2022022415A - 冷菓材成形装置および冷菓材成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形型によって冷菓材に凹部を連続成形する場合において、連続して生産でき、生産効率を向上させつつ、成形の仕上がりも良好にすることができる、冷菓材成形装置及び冷菓材成形方法を提供する。【解決手段】 冷菓材２３の一部を中空の凹部形状に連続的に硬化させる冷菓材成形装置１０であって、複数の容器２１を搬送する搬送手段１１と、容器２１内に冷菓材２３を充填する充填手段１３と、冷却した凸状の成形型１５１を搬送される冷菓材２３内に順次投入および抜き出して該成形型１５１の周囲の冷菓材２３を薄皮の凹部形状に硬化する成形手段１５と、冷媒を成形型１５１に供給する冷媒供給手段１７と、凹部形状の底部付近を、少なくとも開口部付近の冷菓材２３を保持できる程度まで硬化することが可能な少量の冷媒を注入可能な注入手段１９と、中空の凹部形状が形成され、且つ未硬化の部分を含む冷菓材２３を下流工程に移送する手段と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、アイスクリームやシャーベットなどの冷菓材の一部を成形するための冷菓材成形装置および冷菓材成形方法に関する。

従来、アイスクリームなどの冷菓（氷菓）に、コーヒー，ジュース，アルコールなどの飲料を注ぎ込むための窪み（凹部）を成形することが可能な成形容器が広く知られている。このような成形容器によれば、コーヒー，ジュース，アルコールなどの飲料を、冷菓に成形された窪みに注ぎ込んで、冷菓を混ぜ合わせることで、フローズン状の飲料（フローズン飲料）を簡単に作ることができる。

このような成形容器の一例として、例えば、特許文献１には、円錐形状の凸部を有する容器蓋を備え、この容器蓋によって冷菓の中心部に円錐形状の凹部を成形することが可能な冷菓（氷菓）容器が開示されている。

また、近年ではコンビニエンスストアなどにおいて、コーヒー等の専用サーバを設置し、消費者がセルフサービス方式で飲料を購入するシステムが広がっている。

そしてコンビニエンスストア等においては、特許文献１に記載されているような冷菓容器を用いて製造した冷菓も合わせて販売し、消費者が飲料と併せて冷凍状態の当該冷菓を購入し、店頭にて飲料と冷菓を混合して飲食可能となるサービスも提供されている。上記の冷菓容器は、容器蓋を外すことで冷菓に凹部が創出されるように構成されており、消費者は当該凹部を利用して冷菓を崩し、飲料を注入するなどして飲食することができるようになっている。

このようなサービスの広がりによって、冷菓を崩し、また飲料の注入を許容する凹部が成形された冷菓の需要も急激に増加しており、市場に十分に供給するために当該冷菓の生産効率（冷菓材の成形効率）の向上が強く望まれている。

特許５５３６２７３号公報

しかしながら、凹部を有する冷菓の製造技術については様々な方法があり、いまだ検討の余地がある。具体的には、例えば、特許文献１に記載のような容器蓋を用いる場合、その特殊な形状から一般的な冷菓材の蓋体よりもコストがかかる問題がある。

また、上記の容器蓋を用いずに、成形型によって冷菓材に凹部を成形する（冷菓材を凹部状に凍結させる）ことも考えられるが、この場合連続して生産でき、生産効率を上げつつ、成形の仕上がりも良好にするといった技術については、知られているものはない。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためのものであって、成形型によって冷菓材に凹部を連続成形する場合において、連続して生産でき、生産効率を向上させつつ、成形の仕上がりも良好にすることができる、冷菓材成形装置及び冷菓材成形方法を提供することを目的とする。

本発明は、冷菓材の一部を中空の凹部形状に連続的に硬化させる冷菓材成形装置であって、複数の容器を搬送する搬送手段と、前記容器内に前記冷菓材を充填する充填手段と、冷却した凸状の成形型を搬送される前記冷菓材内に順次投入および抜き出して該成形型の周囲の前記冷菓材を薄皮の凹部形状に硬化する成形手段と、冷媒を前記成形型に供給する冷媒供給手段と、前記凹部形状の底部付近の前記冷菓材を、少なくとも開口部付近の該冷菓材を保持できる程度まで追加で硬化することが可能な少量の冷媒を注入可能な注入手段と、中空の前記凹部形状の硬化部と未硬化部を含む前記冷菓材を下流工程に移送する手段と、を有する、ことを特徴とする冷菓材成形装置に係るものである。

また、本発明は、冷菓材の一部を中空の凹部形状に連続的に硬化させる冷菓材成形方法であって、複数の容器を搬送する工程と、前記容器内に前記冷菓材を充填する工程と、搬送される前記冷菓材内に冷却した凸状の成形型を順次投入および抜き出して該冷菓材の一部は未硬化としつつ該成形型の周囲の該冷菓材を薄皮の凹部形状に硬化させる第一硬化工程と、前記凹部形状の底部の前記冷菓材を、少なくとも開口部付近の該冷菓材を保持できる程度まで追加で硬化させる第二硬化工程と、を有する、ことを特徴とする冷菓材成形方法に係るものである。

本発明に係る冷菓材成形装置及び冷菓材成形方法によれば、冷菓材に凹部を連続成形する場合において、生産効率を向上させつつ、成形の仕上がりも良好にすることができる、という優れた効果を奏し得る。

本発明の実施形態に係る冷菓材成形装置によって製造した冷菓を示す図であり、（ａ）断面図、（ｂ）外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る冷菓材成形装置の概要を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る凹部成形装置を説明する図であり、（ａ）正面図、（ｂ）上面図、（ｃ）成形型の外観図、（ｄ）成形型の断面図である。 本発明の実施形態に係る硬化部を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る凹部成形装置の動作を説明する概略図である。

以下、図面を用いて、本発明の冷菓材成形装置１０について詳細に説明する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る冷菓材成形装置１０で凹部を成形した冷菓（氷菓）５０の完成状態の図であり、同図（ａ）が断面図、同図（ｂ）が外観斜視図である。図２は、冷菓材成形装置１０を示す正面外観図であり、図３は成形型ユニット１５１Ｕを示す図であり、同図（ａ）が正面図、同図（ｂ）が上面図、同図（ｃ）が成形型１５１の外観図、同図（ｄ）が断面図である。

なお、説明の便宜上、冷菓材成形装置１０における各種方向の定義として、上流から下流に向かう方向（図１の左から右に向かう方向）となる第一方向を搬送方向Ｔとし、搬送方向Ｔに直交する方向となる第二方向を搬送幅方向Ｗとし、搬送方向Ｔ及び搬送幅方向Ｗに対して直交する方向（同図の上下方向）となる第三方向を搬送高さ方向Ｈと称する。

図１に示すように、冷菓（氷菓）５０は、カップ状の容器２１に収容され、略中央部分に凹部３０が形成された状態で冷凍されている。凹部３０の形状は、本実施形態では頂部が下方に位置する略円錐形状であるが、この形状に限定されず、例えば円柱状、角柱状、半球状などであってもよい。凹部３０の内部は中空部分となっている。

図２を参照して冷菓材成形装置１０は、冷菓材２３の一部を中空の凹部形状に連続的に硬化（凍結）させる成形装置であり、搬送手段１１と、充填手段１３と、成形手段１５と、冷媒供給手段１７と、冷媒注入手段１９を有する。これら冷菓材成形装置１０の各部は、制御ユニットによって統括的に制御される。制御ユニットは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭなどから構成され、各種制御を実行する。ＣＰＵは、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて各種機能を実現する。ＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として使用される。ＲＯＭは、ＣＰＵで実行される基本ＯＳやプログラムを記憶する。

搬送手段１１は、複数の容器２１を連続して搬送する例えばコンベア装置であり、搬送幅方向Ｗに沿って複数（例えば、５個～１０個など）の容器２１を並べた状態で、搬送方向Ｔに例えば間欠的に搬送する。容器２１はここでは、カップ状の本体（図１参照）と蓋体（不図示）とを有する冷菓用容器（冷菓材用容器）のうちの本体である。

充填手段１３は、搬送手段１１によって搬送される容器２１内に冷菓材２３を順次充填するミックス充填機１３である。冷菓材２３は例えばかき氷アイスの原材料である。ミックス充填機１３には、例えば、削氷装置（不図示）で削氷された後、ラインクラッシャー（不図示）で粒度が調整された氷とアイスクリームミックスを混合した冷菓材２３が充填されており、ミックス充填機１３の搬送高さ方向Ｈの下方に移動する容器２１を認識して所定量の冷菓材２３を容器２１に充填する。充填時に、冷菓材２３のオーバーランは例えば１０％～３０％に調整される。

成形手段１５は、搬送手段１１の上方に配置され、冷菓材２３の少なくとも一部を中空の凹部形状に連続的に硬化させる凹部成形装置１５である。凹部成形装置１５は、冷却された凸状の成形型１５１と、これを搬送高さ方向Ｈ（上下方向）に昇降移動させる駆動手段１５３を少なくとも有し、容器２１に充填されて凹部成形装置１５の下方に搬送される冷菓材２３内に成形型１５１を順次投入し、また冷菓材２３から抜き出す。これにより成形型１５１の周囲の冷菓材２３（成形型１５１の表面と当接する冷菓材２３）の少なくとも一部が中空の凹部形状に連続的に冷却硬化（凍結）される。成形型１５１は、図１に示す凹部３０の形状を成形するものであり、冷菓材２３の全体は凹部成形装置１５においては硬化されず、下流工程において全体が冷却硬化（以下、単に硬化という）されて図１に示す冷菓５０が製造される。

冷媒供給手段１７は、貯槽（不図示）から配管１７５を通じて冷媒を成形型１５１に供給して成形型１５１を冷却する手段である。本実施形態では一例として冷媒に液体窒素（液化窒素：ＬＮ２）を採用する。冷媒供給手段１７は、配管１７５内の液化窒素を過冷却状態にすることで、安定的に凹部成形装置１５に液化窒素を供給する。

冷媒注入手段１９は、凹部成形装置１５によって硬化された冷菓材２３の凹部分に追加で冷媒（液体窒素）を直接注入する液体窒素注入装置である。
＜凹部成形装置＞
図３を参照して、凹部成形装置１５は、複数の成形型１５１が一体的に取り付けられた成形型ユニット１５１Ｕを有する。複数の成形型１５１は搬送方向Ｔおよび搬送幅方向Ｗに沿って行列状に並び、搬送幅方向Ｗの数は搬送手段１１によって搬送される容器２１の数に対応している。また、搬送方向Ｔには、この例では前後（上流側と下流側）に並ぶ複数の成形型１５１を有する（同図（ａ），同図（ｂ））。

具体的には、凹部成形装置１５は、搬送方向Ｔにおいては上流側（同図（ａ），同図（ｂ）では左側）に位置する第１成形型１５１Ａと、下流側（同図（ａ），同図（ｂ）では右側）に位置する第２成形型１５１Ｂと、を有する。なお上述のとおり、第１成形型１５１Ａと第２成形型１５１Ｂはそれぞれ搬送幅方向Ｗに複数並んでいるが（同図（ｂ））、以下では便宜上、２個の第１成形型１５１Ａと第２成形型１５１Ｂとして説明する。

同図（ｃ）、同図（ｄ）を参照して、成形型１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）は、金属を略円錐形状に成形したものであり、内側が中空部分１５９となっている。中空部分１５９の形状は外形状に沿った略円錐形状であり、円錐の頂部Ｔに対向する位置には開口部１５７が設けられている。そして頂部Ｔが搬送高さ方向Ｈの下方に位置するように、すなわち下に凸となる状態でホッパー１７３（後述する）に取り付けられる。中空部分１５９にはホッパー１７３を介して液体窒素が供給され、略円錐形状の外表面が冷菓材２３と接触する。

成形型１５１の金属は、食品に直接触れても問題がない材質であって、冷菓材２３との熱交換が効率良く行える程度に熱伝導率が高く、図示のような略円錐形状などの加工がしやすい材料であり、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）である。また、同図に示す完成状態での略円錐部分の板厚Ｄは全体に亘って略均一であり、例えば、０．１ｍｍ～２．０ｍｍ、好適には、０．３ｍｍ～１．５ｍｍ、より好適には０．５ｍｍ～１．０ｍｍである。本実施形態では一例として、成形型１５１の板厚Ｄを０．５ｍｍとした。

また、少なくとも、冷菓材２３と接触する外表面１５１Ｏは、例えば電解研磨で表面処理されている。なお、外表面は例えば、冷菓材２３の付着を防止するような加工（例えば，凹凸加工や撥水加工など）を施してもよい。

なお、金属は、食品に直接触れても問題がない材質であって、冷菓材２３との熱交換が効率良く行える程度に熱伝導率が高く、加工がしやすい材料であればステンレスに限らない。例えば、成形型１５１の金属としては砲金（銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）の合金：Ｇｕｎｍｅｔａｌ）でもよい。砲金の熱伝導率はステンレスの３倍～４倍と高く、冷菓材２３との熱交換も良好に行える。一方で、ステンレスよりも硬度が低く加工はしにくいが、高熱伝導率であるため、上記のステンレスの場合よりも板厚Ｄを厚くでき、加工のしにくさを補うことができる。なお、本実施形態の２つの成形型１５１Ａ、１５１Ｂは同様の構成である。

成形型ユニット１５１Ｕは、容器２１に対して相対的に近接・離間する。例えば、凹部成形装置１５は、成形型ユニット１５１Ｕを昇降させることで、第１成形型１５１Ａと第２成形型１５１Ｂを同時に昇降させてそれぞれを冷菓材２３内に投入させ、冷菓材２３から抜き出す。なお、第１成形型１５１Ａと第２成形型１５１の昇降は、同時でなくても良い。また、容器２１が成形型ユニット１５１Ｕに近接・離間するように搬送手段１１が昇降移動する構成であってもよい。

第１成形型１５１Ａと第２成形型１５１Ｂとのピッチは、搬送方向Ｔに沿って並ぶ２つ（前後２列）の容器２１のピッチと同等である。詳細には、第１成形型１５１Ａと第２成形型１５１Ｂと略円錐状の頂部を通る中心軸間の距離Ｌ（同図（ａ）参照）は、搬送方向Ｔに沿って前後に並ぶ略円筒形の容器２１の中心軸間の距離とほぼ同等である。つまり、搬送方向Ｔの前後に並ぶ第１成形型１５１Ａと第２成形型１５１Ｂによって、搬送方向Ｔの前後に並ぶ２個の冷菓材２３に対して（略）同時に、凹部の成形を行う。

凹部成形装置１５は、成形型１５１が所定時間に所定数の成形を行うように成形型１５１を移動させる。つまり一つの成形型１５１は、容器２１に充填されて連続して搬送される少なくとも２個の冷菓材２３に対して、当該冷菓材２３内への投入と抜き出しが繰り返され、その結果、成形型１５１の周囲と当接する冷菓材２３の少なくとも一部が中空の凹部形状になるように硬化処理を行う。

そして、一つの成形型１５１は、搬送方向Ｔに沿って前後に連続して搬送される２個の冷菓材２３のうち、先行する（搬送方向Ｔの下流の）冷菓材（第一の冷菓材）の硬化処理から、後行（搬送方向Ｔの上流）の冷菓材（第二の冷菓材）の硬化処理までの間に所定の温度に冷却される。すなわち、凹部成形装置１５は、下流側の冷菓材２３の硬化処理（詳細には、一部を硬化した冷菓材２３からの抜き出し）から上流側の冷菓材２３硬化処理（ミックスへの再投入）までの間に、成形型１５１が所定の温度に冷却される速度で、成形型１５１を上下に昇降移動させる。

具体的には、ある１つの冷菓材２３に着目した場合、未硬化で搬送される冷菓材２３は先ず上流側の第１成形型１５１Ａによって中央付近の一部が凹部となるように硬化されて薄皮状態の硬化部３５（図４参照）が形成され、その硬化部３５（凹部状の部分）に下流側の第２成形型１５１Ｂが挿入されて更に（重ねて）硬化される。つまり、１つの冷菓材２３の凹部状の硬化部３５は成形型１５１が複数（この例では２回）挿抜されて形成され、さらに、１つの冷菓材２３の凹部は異なる成形型１５１Ａ、１５１Ｂが挿抜されて形成される。

本実施形態では、複数の成形型１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）によって、１つの容器２１に収容された冷菓材２３に対して複数回の昇降動作を行い、凹部状の硬化部３５を形成する。これにより、それぞれの成形型１５１Ａ，１５１Ｂが冷菓材２３に当接する時間を短縮し、成形型１５１Ａ，１５１Ｂの温度（冷却温度）の上昇（高温化）を最小限にすることができる。また、１つの成形型１５１の当接時間を短縮した分、１つの硬化部３５について複数回の成形処理を行うことで、硬化の状態を良好に維持する（十分な成形状態で次工程に移送する）ことができる。

図４を参照して凹部成形装置１５によって形成された凹部３０について説明する。同図は、或る１つの冷菓材２３の時間経過に応じた状態を示しており、同図（ａ）が第１成形型１５１Ａによって硬化（成形）された後の状態であり、同図（ｂ）がその後に第２成形型１５１Ｂによって硬化（成形）された状態であり、同図（ｃ）は液体窒素が注入された状態である。

同図（ａ）に示すように、所定の条件（時間、後述する）で成形型１５１を昇降させて冷却した場合、硬化されるのは成形型１５１と接触する一部の冷菓材２３のみである。そして同図に示すように成形型１５１の形状に沿った薄皮状態の硬化部３５が形成される。硬化部３５の形成によって、冷菓材２３の中央付近に凹部３０が創出されている。

また、同図（ｂ）に示すように２回目（第２成形型１５１Ｂ）により追加の硬化を行うと、薄皮状態の硬化部３５が２層に積層された状態となる。これにより、１層の場合と比較して硬化部３５が崩れることを防止できる。

そして、同図（ｃ）に示すように、硬化部３５の内側に液体窒素注入装置１９によって液体窒素３７を注入する。これにより液体窒素３７に接触している底部付近の冷菓材２３も硬化する（硬化部３５が更に広がる）。冷菓材２３の底部付近が硬化するため、開口部付近の冷菓材２３の硬化が十分でなくても、それらの荷重に耐えることができ、さらに硬化部３５の崩れを防止できる。

なお、一つの冷菓材２３に対して挿抜する成形型の数（回数）を増やせば、薄皮状態の硬化部３５の積層数が増えるため、硬化部３５の崩れの防止には効果的であるが、下流工程（急速冷凍庫）への移送が遅れる。また、冷菓材２３の組成によっても、硬化の程度は異なる。従って、処理効率、冷菓材２３の組成等に応じて、上記の処理条件（動作条件）や、成形型１５１による成形回数は適宜選択する。
＜冷媒供給手段＞
再び図２を参照して、冷媒供給手段（液体窒素供給装置）１７は不図示の液体窒素貯槽と、液体窒素過冷却システム１７１，ホッパー１７３及びこれらを接続する配管１７５などを備える。図３に示すようにホッパー１７３は例えば略立方体形状であり、底部に供給口（不図示）が設けられている。この底部に成形型ユニット１５１Ｕが取り付けられ、成形型１５１（１５１Ａ，１５１Ｂ）の開口部１５７がホッパー１７３の供給口を完全に覆うとともにこれと連通する。

液体窒素貯槽内の液体窒素は、液体窒素過冷却システム１７１を介して配管１７５を通じてホッパー１７３に供給され、ホッパー１７３の供給口から成形型１５１の開口部１５７を介して、成形型１５１の中空部分１５９に供給される。ホッパー１７３は上部に液面センサを備え、液化窒素の液面を任意の位置に維持するよう、電磁弁を切り替えて、成形型１５１の中空部分１５９に液体窒素を自動で供給する。これにより、成形型１５１が冷却される。

液体窒素過冷却システム１７１は安定的に過冷却の液体窒素を供給できる装置（例えば、クールテクノス社製サブクーラーなど）であり、既存のものであるため詳細な説明は省略するが、配管１７５中の液体窒素を過冷却するものである。液体窒素は１気圧下での沸点が－１９６℃の極低温で、液体窒素貯槽からユースポイントまでの距離が長くなると、配管１７５中の液体窒素がガス化（窒素ガス：ＧＮ２）され、末端（ホッパー１７３など）での液体窒素の供給が不安定になったり、液体窒素ノズルなどを用いている場合には脈動を起こし、微量のコントロールができないといった現象が起こる。本実施形態では、液体窒素過冷却システム１７１をホッパー１７３の近傍に設置し、配管１７５中の液化窒素を過冷却状態にすることで、安定的にホッパー１７３に液化窒素を供給している。
＜液体窒素注入装置＞
液体窒素注入装置１９は、凹部成形装置１５の下流に設けられ、凹部成形装置１５によって成形された冷菓材２３の凹部状の硬化部３５に所定量の液体窒素を直接注入する。液体窒素の注入によって硬化部３５およびその付近の硬化をより十分に行い（追加の硬化処理を行い）、下流工程に移送するまでの硬化部３５の崩れを防止する。

液体窒素注入装置１９は、ホッパー１９１と注入ノズル１９３を有しており、配管１７５によって液体窒素過冷却システム１７１と接続している。液体窒素貯槽内の液体窒素は、液体窒素過冷却システム１７１を介して配管１７５を通じホッパー１９１にも供給される。ホッパー１９１には注入ノズル１９３が取り付けられ、当該注入ノズル１９３から、冷菓材２３の硬化部３５に対して液体窒素が自動供給される。液体窒素は、注入ノズル１９３から連続的に注入されるが、ホッパー１９１と注入ノズル１９３の間には不図示のニードルバルブがあり、その開度の強弱で液体窒素の注入量を調整することができる。

注入された液体窒素は、冷菓材２３が冷菓材成形装置１０の下流端部に到達するまでの間に気化する。そして注入された液体窒素が気化した後に、容器２１に対して蓋体（不図示）が装着される。蓋体は例えば、冷菓材成形装置１０の下流付近に設けられた蓋体装着装置（不図示）などにより容器２１に装着され、冷菓材２３が封止される。蓋体は例えば、成形された凹部状の硬化部３５に沿う、すなわち成形型１５１と同様の凸状部を有する（略円錐形状の）蓋体であってもよいし、凸状部を有しない、例えば、フィルム状や平板状の蓋体であってもよい。

本実施形態の冷菓材成形装置１０は、凹部成形装置１５と液体窒素注入装置１９によって、冷菓材２３の略中央部分に凹部状の硬化部３５が形成される。そして冷菓材成形装置１０から排出されて蓋体が装着された冷菓材２３を、急速冷凍庫（不図示）に移送し、未硬化の冷菓材２３部分を冷却硬化させる。

冷菓材成形装置１０は、中央付近に凹部３０を有する冷菓５０の製造に際し、上述の凹部成形装置１５（成形型１５１）を採用するとともに、凹部成形装置１５および液体窒素注入装置１９の効果的な制御を行うことによって、生産効率を向上させつつ、成形の仕上がりも良好にしている。以下、この点を含めて冷菓材成形装置１０の動作およびこれによる冷菓材成形方法について説明する。
＜冷菓材成形装置の動作および冷菓材成形方法＞
図５および図２を参照して冷菓材成形装置１０の動作および冷菓材成形方法について説明する。図５は、凹部成形装置１５の動作を説明する概略図であり、図５（ａ）～同図（ｈ）ではそれぞれの左側が上流側、右側が下流側であり、冷菓材２３入りの容器２１は図５の左から右に搬送される。

まず、図２を参照して、冷菓材成形装置１０の上流端部において空の容器２１（カップ形状の本体）が供給される。容器２１は、搬送幅方向Ｗに沿って例えば８個～１０個が並ぶように、搬送手段１１に供給される。

その下流では、順次搬送される容器２１に対して、ミックス充填機１３から冷菓材２３が供給される。ミックス充填機１３は、下方に移動する容器２１を認識して所定量の冷菓材２３を容器２１に充填する。

また、液体窒素貯槽内（不図示）の液体窒素は、液体窒素過冷却システム１７１を介して配管１７５を通じホッパー１７３に供給され、ホッパー１７３の供給口から成形型１５１の中空部分１５９に供給される。ホッパー１７３は上部に液面センサを備え、液化窒素の液面を任意の位置に維持するよう、電磁弁を切り替えて、成形型１５１の中空部分１５９に液体窒素を自動で供給する。これにより、成形型１５１が冷却される。

そして、凹部成形装置１５にて凹部の成形を行う。すなわち、図５に示すように凹部成形装置１５は、その下方に移動する容器２１を認識して成形型ユニット１５１Ｕを下降させる（図５（ａ））。これによりまず、搬送方向Ｔの前後に並ぶ或る２つの冷菓材２３のうち下流側に位置する冷菓材２３（未硬化の冷菓材２３）に対して、上流側の第１成形型１５１Ａが投入される（図５（ｂ））。

図４に示すように、冷菓材２３は、液体窒素によって十分に冷却された第１成形型１５１Ａと当接することによって、当該第１成形型１５１の周囲が冷却硬化され、薄皮状態の硬化部３５が形成される。この硬化処理は、第１成形型１５１Ａに着目すると、連続する成形処理のうち先の冷菓材２３に対する硬化（第一の硬化）処理となる。また、冷菓材２３に着目すると、１回目の硬化処理であり、上流側における硬化（上流側硬化）処理となる。これにより、第１成形型１５１Ａの外表面に沿って略円錐形状の硬化部３５が形成される。

所定の時間（例えば、１秒～２秒、好適には１．５秒前後、より好適には、１．３３秒程度）が経過した後に、凹部成形装置１５は、第１成形型１５１Ａ（成形型ユニット１５１Ｕ）を上昇させ、冷菓材２３から抜き出す（図５（ｃ））。なお、本実施形態では、搬送手段１１は、容器２１（冷菓材２３）を間欠的に下流に搬送する。つまり、成形型１５１にて成形している間は、容器２１（冷菓材２３）は下流側に移動しない。したがって、成形型１５１（成形型ユニット１５１Ｕ）は、昇降動作のみを行うように構成されている。

なお、上記の成形型１５１による冷却時間は、一例であり、当該冷却時間は長いほどよいが、生産能力を勘案して適宜選択される。

成形型ユニット１５１Ｕが上昇すると、搬送手段１１は搬送方向Ｔに容器２１（冷菓材２３）を一列移動させる。そして成形型ユニット１５１Ｕを再び下降させる（図５（ｄ））。このとき、下降した下流側の第２成形型１５１Ｂは、先に第１成形型１５１Ａによって硬化（上流側硬化）されて形成された硬化部３５の凹部状部分に挿入される（図５（ｅ））。そして硬化部３５に第２成形型１５１Ｂが当接または近接し、更に硬化が進む。この硬化処理は、第２成形型１５１Ｂに着目すると、連続する成形処理のうち先のミックスに対する硬化（第一の硬化）処理となる。また、冷菓材２３に着目すると、硬化部３５形成後の２回目の硬化処理であり下流側における硬化（下流側硬化）処理となる。

このとき同時に、上流側では第１成形型１５１Ａは新たな未加工の冷菓材２３内に投入され、第１成形型１５１Ａの周囲が冷却硬化される。この硬化処理は、第１成形型１５１Ａに着目すると、連続する成形処理のうち後の冷菓材２３に対する硬化（第二の硬化）処理となる。また、冷菓材２３に着目すると、１回目の硬化処理であり、上流側における硬化（上流側硬化）処理となる。

所定の時間（例えば、１秒～２秒、好適には１．５秒前後、より好適には、１．３３秒程度）が経過した後に成形型ユニット１５１Ｕが上昇すると（図５（ｆ））、搬送手段１１は搬送方向Ｔに容器２１（冷菓材２３）を一列移動させる。そして成形型ユニット１５１Ｕを再び下降させる（図５（ｇ））。このとき、下降した下流側の第２成形型１５１Ｂは、先に第１成形型１５１Ａによって硬化（上流側硬化）がされて形成された冷菓材２３（下流側の冷菓材２３）の硬化部３５に挿入される（図５（ｈ））。そして硬化部３５に第２成形型１５１Ｂが当接または近接し、更に硬化が進む。この硬化処理は、第２成形型１５１Ｂに着目すると、連続する成形処理のうち後の冷菓材２３に対する硬化（第二の硬化）処理となる。また、冷菓材２３に着目すると、２回目の硬化処理であり下流側における硬化（下流側硬化）処理となる。

これを順次繰り返し、第１成形型１５１Ａおよび第２成形型１５１Ｂはそれぞれ連続的に冷菓材２３に凹部状の硬化部３５を形成する。つまり第１成形型１５１Ａは未硬化の先行する冷菓材２３に対する硬化処理（第一の硬化処理）と、未硬化の後続の冷菓材２３に対する硬化処理（第二の硬化処理）を繰り返す。また第２成形型１５１Ｂは同様に、硬化部３５が形成された先行する冷菓材２３に対する硬化処理（第一の硬化処理）と、硬化部３５が形成された後続の冷菓材２３に対する硬化処理（第二の硬化処理）を繰り返す。

また、ある１つの冷菓材２３に着目すると未硬化の状態で第１成形型１５１Ａが投入されて凹部状の硬化部３５の形成（上流側硬化処理）が行われ、連続して、形成された硬化部３５に第２成形型１５１Ｂが挿入されて、追加の硬化（下流側硬化処理）が行われる。

このとき、本実施形態の冷菓材成形装置１０は、所定時間に所定数の硬化（例えば、同時に搬送幅方向Ｗに８個（８列）生産できる冷菓材成形装置１０において成形型ユニット１５１Ｕを１分間に２０回を昇降動作させた場合、１分間に１６０個の硬化）を連続して行いつつも、それぞれの成形型１５１（第２成形型１５１Ｂ、第１成形型１５１Ａ）において、第一の硬化（先の冷菓材２３の硬化）処理から第二の硬化（後の冷菓材２３の硬化）処理までの間に、所定の温度に冷却されるように昇降動作（の時間）が制御される。

この所定の温度は、成形型１５１の周囲に接触（または近接）する冷菓材２３の少なくとも一部を硬化させるために十分な温度であり、より具体的には、液体酸素の沸点（－１８３°Ｃ）以下の低温である。

成形型１５１はそれぞれ、冷菓材２３に投入することによって冷菓材２３との熱交換が起こり、成形型１５１の表面温度は、液体窒素の沸点（－１９６℃）よりも上昇する。そして先の冷菓材２３について第一の硬化処理が終了して、冷菓材２３から抜き出されると、成形型１５１は液体窒素によって再び冷却され、いずれは液体酸素の沸点まで低下する。凹部成形装置１５は、或る１つの成形型１５１（第１成形型１５１Ａ、第２成形型１５１Ｂのいずれも同様）について、先の冷菓材２３から抜き出した場合、成形型１５１の表面温度が少なくとも液体酸素の沸点（－１８３°Ｃ）まで低下した後に、後の冷菓材２３に投入する。換言すると、先の冷菓材２３から成形型１５１を抜き出した後、最も高温であっても液体酸素の沸点までは冷却する（それより更に低温でもよい）ように、上昇させた状態（冷菓材２３とは非接触の状態）を維持（上方で待機し）、十分冷却したあとに、後の冷菓材２３に投入して第二の硬化処理を行う。

中空部分１５９に液体窒素が供給された成形型１５１を空気中に曝すと、空気中の酸素ガスが成形型１５１の外表面１５１Ｏに接触し液体酸素となる。そして、成形型１５１の外表面１５１Ｏに液体酸素が付着した状態で冷菓材２３に投入すると、外表面１５１Ｏが乾いた状態で成形型１５１を投入する場合と比較して、成形型１５１に付着する冷菓材２３の量を大幅に低減することができる。また、冷菓材２３との接触によって成形型１５１に冷菓材２３が付着した場合であっても、冷菓材２３から抜き出して空気中に曝し、液体酸素を成形型１５１の表面に付着させることによって付着している冷菓材２３を成形型１５１から剥離することも可能になる。

本実施形態では、ある１つの成形型１５１について、先の冷菓材２３から抜き出した後に後の冷菓材２３に投入するまでの期間に、当該成形型１５１の外表面１５１Ｏに液体酸素が付着するように、成形型１５１の昇降の動作タイミングを制御する。

例えば、ある組成の冷菓材２３に硬化部３５を形成する場合、冷菓材２３から抜き出して空気中に曝された成形型１５１の外表面１５１Ｏに液体酸素が付着するまでの最短時間は、所定の生産能力（例えば１分間に１６０個の冷菓材２３について硬化部３５を形成可能）を前提とすると、例えば１秒～２秒であり、好適には、１．５秒～１．８秒であり、より好適には、１．６秒～１．７秒である。

なお、冷菓材２３が硬化する（硬化部３５が形成される）速度は、冷菓材２３の組成や温度により異なる。つまり、冷菓材２３に接触した成形型１５１の温度上昇も冷菓材２３の組成や状態により異なり、ひいては、冷菓材２３と非接触の状態で成形型１５１が冷却される時間も、冷菓材２３の組成や状態により異なる。

つまり、上記の、成形型１５１の表面に液体酸素が付着するまでの最短時間は一例であり、本実施形態の凹部成形装置１５は、連続して冷菓材２３に投入される成形型１５１のそれぞれについて、少なくとも成形型１５１の表面に液体酸素が付着するまでの期間は、成形型１５１を冷菓材２３と非接触の状態で維持するものとし、非接触の状態で維持する期間は冷菓材２３の組成や状態などに応じて適宜選択される。

なお、成形型１５１（成形型ユニット１５１Ｕ）の昇降動作のタイミングは任意に設定可能であり、１個の成形型１５１の１回の昇降動作（以下「１ショット」という）を例えばエアシリンダなどによって調整し、容器２１の移動速度と同期させる。

硬化部３５が成形された後、容器２１は更に下流に搬送され、液体窒素注入装置１９によって、成形された硬化部３５に液体窒素が注入される（図２参照）。注入量は例えば、硬化部３５の深さＤ１の１／５～１／２程度であり、好適には１／４程度（容量は、例えば、約９ｍｌ）である。

この処理は、凹部成形装置１５によって成形された硬化部３５およびその近傍をより確実に硬化させるものである。凹部成形装置１５による成形後は、図４に示すように、冷菓材２３が薄皮状態で硬化した硬化部３５が形成されている。このような場合に追加の硬化処理（液体窒素注入による硬化処理）を行わないと、未硬化の部分、特に、底部付近の冷菓材２３が開部付近の冷菓材２３の重量に耐えられず、硬化部３５が崩れる原因となる。

一方で、このように薄皮状態であっても硬化部３５が形成されていれば（全体が硬化されなくても）、蓋体で封止して下流工程である急速冷凍庫に移送できる。つまり、短時間で硬化部３５のみを形成できれば十分である。

また、製造工程中に使用する液体窒素の量が少ないほどコストの低減に寄与する。本実施形態では、後の急速冷凍工程に移送するまでに、硬化部３５が崩れない程度に十分に硬化ができる条件として、液体窒素の注入量を例えば，凹部３０の全体の深さＤ１のうち底部から例えば１／４程度が満たされる深さ（容量で例えば、約９ｍｌ）とした。これにより、特に底部付近の冷菓材２３の硬化を進めることができるので、開口部付近の冷菓材２３の荷重によって崩れることを防止でき、良好に硬化部３５が形成された状態で、下流の急速冷凍庫に移送することができる。

また、例えば、上流側の第１成形型１５１Ａ（図２に示す破線ｔ１）から４列下流側（１２秒後）のタイミング（破線ｔ２）で液体窒素を注入するように構成している。この場合、液体窒素の注入量を硬化部３５の深さＤ１の１／４程度までの深さに注入すると、製造工程内の環境下では、注入後６列下流側（１８秒後）のタイミング（破線ｔ３）までには液体窒素は気化する。つまり、注入後７列下流側以降であれば、容器２１に蓋体を装着することができる。

注入量が多いと気化するタイミングも遅れ、蓋体の装着が遅れると下流工程への移送も遅れる。本実施形態の注入量であれば、硬化部３５の周囲を下流工程への移送が十分な程度に硬化できる最小限の注入量としているので、蓋体の装着および下流の急速冷凍庫への移送も最短で行うことができ、コストの増加防止と、作業時間の短縮が実現する。

冷菓材成形装置１０から排出された容器２１（蓋体で硬化部３５が形成された冷菓材２３が封止されている）は、排出後、トレーに移載され、不図示の急速冷凍庫（例えば－４０℃）で例えば２０分間硬化させる。これにより、中央付近に凹部３０を有する冷菓５０（図１参照）が得られる。

ある１つの成形型１５１について、先の冷菓材２３から抜き出した後に空気中に曝した場合、約１．５秒～１．８秒で成形型１５１の表面に液体酸素が付着した。これを踏まえて、以下の条件で硬化部３５を形成し、良好な硬化が可能であるとともに所定の生産能力が得られることを実証した。

冷菓材２３は、一例として、アイスクリームミックスに破砕された氷を混合したものであり、アイスクリームミックスの原料としては、例えば、糖類、乳製品、コーヒー、香料である。また、粉砕した氷を混ぜる前のミックスの固形は例えば、４０％である。

搬送手段１１は１秒間で容器２１を搬送方向Ｔに１列分移動させ、２秒間停止する間欠動作を行う。１個の成形型１５１の１回の昇降動作（１ショット）は３秒で行う。これにより、例えば、１分間に８０個～２４０個程度の冷菓材２３について硬化部３５が形成できる。

この場合、或る１つの成形型１５１に着目すると、凹部成形装置１５は、成形型１５１を冷菓材２３に投入後、約１．３３秒間維持して先の冷菓材２３（第一の冷菓材）に硬化部３５を形成する。そして、成形型１５１を冷菓材２３から抜き出した後に後の冷菓材２３（第２の冷菓材）に投入するまでの期間は、約１．６７秒となる。

つまり１つの冷菓材２３に着目すると、第１成形型１５１Ａが投入されてこれにより１．３３秒間硬化され（第１成形型１５１Ａが抜き出され）、１．６７秒後に第２成形型１５１Ｂが投入されて更に１．３３秒間硬化される。

その後、形成された凹部状の硬化部３５に、液体窒素注入装置１９によって、約９ｍｌの液体窒素を注入した。

この結果、成形型１５１に冷菓材２３が付着することもなく、形成された硬化部３５は、下流の工程（急速冷凍庫）に移送するまでに崩れない程度に十分硬化されるとともに、硬化部３５の表面に不要な冷菓材２３の付着も見られず、良好な状態であった。

以上、本実施形態の一例について説明したが、本発明の凹部成形装置１５は、少なくとも１つの成形型１５１によって連続して搬送される先の冷菓材２３と別の後の冷菓材２３を冷却硬化する場合、先の冷菓材２３から抜き出した成形型１５１が液体酸素の沸点よりも低い温度に下がるまで空中で維持（待機）し、その後に後の冷菓材２３を冷却する構成であれば上記の例に限らない。

また、成形型１５１の温度上昇を防ぐためには上述のとおり、１つの冷菓材２３の硬化部３５に対して成形型１５１が複数（この例では２回）且つ、異なる成形型１５１Ａ、１５１Ｂの挿抜で形成される構成が好適であるが、上記の例に限らない。すなわち、１つの冷菓材２３の硬化部３５に対して１つの成形型１５１を複数（この例では２回）挿抜して成形するようにしてもよい。

例えば、１個の冷菓５０について凹部３０を成形するための総時間をＴ時間とした場合、成形型１５１による１回の硬化部３５の成形時間は１／２Ｔ時間とし、２回挿抜させる。このようにすることで、１回の成形型１５１の挿抜で硬化部３５の成形時間をＴ時間とした場合と比較して、成形型１５１の表面温度の上昇を低く抑えることができ、空中での待機時間を短くできるので、効率の良い成形ができる。

また、好適には、１つの冷菓材２３に対して複数回、成形型１５１を挿抜するとよいが、１回でもよい。

成形型ユニット１５１Ｕは、上記の例では搬送幅方向Ｗ（例えば、行方向）および搬送方向Ｔ（例えば、列方向）それぞれに複数行、複数列の成形型１５１が並ぶ場合を示したが、例えば、成形型１５１が１行×複数列に並ぶものであってもよいし、複数行×１列に並ぶものであってもよい。

搬送方向Ｔに沿う複数個（Ｍ個）の成形型１５１を設ける場合は、それぞれをＮ個（Ｎ＝Ｍ－１＞０）おきに冷菓材２３内に挿抜することになり、その挿抜の待機期間中に液体酸素の沸点よりも低い温度に下がるように制御する。

また、冷菓材２３の状態（硬化のし易さ、ミックス状態での粘性、冷菓材２３にした場合の硬度など）に応じて、成形型ユニット１５１Ｕに単一の成形型（１行×１列）が設けられて冷菓材２３を順次成形するものとし、先の冷菓材２３から後の冷菓材２３までの間において空中で待機する時間を、液体酸素の沸点よりも低い温度に下がるまでとしてもよい。

また、成形手段１５は、複数の成形型１５１を個別に昇降移動可能に構成されていてもよい。この場合例えば、先行する成形型１５１Ａが下降している際に後行の成形型１５１Ｂが上昇し、先行する成形型１５１Ａが上昇している際に後行の成形型１５１Ｂが下降するように制御してもよい。

また、上記の実施形態では、搬送手段が間欠的に搬送する例を示したが、連続して搬送するようにしてもよい。この場合、凹部成形装置１５と液体窒素注入装置１９を搬送手段１１と同期して搬送方向Ｔに沿って移動可能にする。しかし、この場合は装置や制御が複雑になるので、上記のように間欠動作させるとコストも抑えられて望ましい。

また、冷菓材２３の組成（原料の割合）、オーバーラン等の値も上記の例に限らず、冷菓（氷菓）５０の状態に応じて適宜選択される。また、冷菓材２３はかき氷アイスのミックスに限らず、アイスクリーム類、シャーベットやその他冷凍（凍結）状態で提供されるデザート類等のミックスであってもよい。

また、上述の冷菓材成形装置１０の動作条件も一例であり、冷菓材２３の組成や状態、製造する冷菓５０の状態に応じて、硬化部３５が成形されるよう、適宜選択される。

以上、本発明は上記実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１０ 冷菓材成形装置
１１ 搬送手段
１３ 充填手段（ミックス充填機）
１５ 成形手段（凹部成形装置）
１７ 冷媒供給手段
１９ 冷媒注入手段（液体窒素注入装置）
２１ 容器
２３ 冷菓材
３０ 凹部
３５ 硬化部
３７ 液体窒素
５０ 冷菓
１５１、１５１Ａ，１５１Ｂ 成形型
１７１ 液体窒素過冷却システム
１７３ ホッパー
１７５ 配管
１９１ ホッパー
１９３ 注入ノズル

Claims (7)

1. 冷菓材の一部を中空の凹部形状に連続的に硬化させる冷菓材成形装置であって、
   複数の容器を搬送する搬送手段と、
   前記容器内に前記冷菓材を充填する充填手段と、
   冷却した凸状の成形型を搬送される前記冷菓材内に順次投入および抜き出して該成形型の周囲の前記冷菓材を薄皮の凹部形状に硬化する成形手段と、
   冷媒を前記成形型に供給する冷媒供給手段と、
   前記凹部形状の底部付近の前記冷菓材を、少なくとも開口部付近の該冷菓材を保持できる程度まで追加で硬化することが可能な少量の冷媒を注入可能な注入手段と、
   中空の前記凹部形状の硬化部と未硬化部を含む前記冷菓材を下流工程に移送する手段と、を有する、
   ことを特徴とする冷菓材成形装置。
2. 前記注入手段の下流において、前記容器に対して蓋体を装着する蓋体装着装置を備え、
   前記注入手段が注入する冷媒の量は、前記蓋体の装着までに気化可能な量である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷菓材成形装置。
3. 冷菓材の一部を中空の凹部形状に連続的に硬化させる冷菓材成形方法であって、
   複数の容器を搬送する工程と、
   前記容器内に前記冷菓材を充填する工程と、
   搬送される前記冷菓材内に冷却した凸状の成形型を順次投入および抜き出して該冷菓材の一部は未硬化としつつ該成形型の周囲の該冷菓材を薄皮の凹部形状に硬化させる第一硬化工程と、
   前記凹部形状の底部の前記冷菓材を、少なくとも開口部付近の該冷菓材を保持できる程度まで追加で硬化させる第二硬化工程と、
   を有する、
   ことを特徴とする冷菓材成形方法。
4. 前記第二硬化工程の後に、前記未硬化の部分を含んだ状態の前記冷菓材を下流工程に移送する工程を有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の冷菓材成形方法。
5. 前記第二硬化工程では、前記凹部形状の前記冷菓材に少量の冷媒を注入して前記底部を硬化させる、
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の冷菓材成形方法。
6. 前記冷媒の注入量は、前記容器に対して蓋体を装着するまでに気化可能な量である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の冷菓材成形方法。
7. 前記蓋体の装着後に前記未硬化の冷菓材を硬化する第三硬化工程を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の冷菓材成形方法。

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