JP5588122B2 - 食肉動物類の除骨方法及び除骨装置 - Google Patents
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Description
(1)食肉動物類の食肉解体除骨工程において、背骨及び肋骨付き胴部の解体除骨処理を行う食肉解体除骨方法において、
背骨をクランプする背骨クランプ部に移動可能に配設されたクランプユニットで、背骨を切断面の設定に合わせるようにクランプして、背骨で肉塊全体を保持する工程、
背骨を直線状に矯正するために該背骨を強制的に補正する工程、
切断刃の切断角度θ、基準点からの背骨幅方向位置Y、背骨厚さ方向位置Zの3つの要素で切断位置を決定する工程、
背骨を切断する背骨切断部で、切断用のカッター刃で設定した切断面に沿って背骨を切断、分離する工程、
背骨切断、分離後、肋骨背骨側を固定し、肋骨両側面に背骨側から肋骨側面切込ユニットで切込を入れ、肋骨の表面を覆う筋膜を切裂く工程、
背骨側を固定し、該背骨側の肋骨先端部を露出させて、その後、背骨側より肋骨にひも引きユニットでひもをかけて、引き剥がす肋骨除去工程、
を有することを特徴とする食肉解体除骨方法。
(2)肋骨側面切込ユニットとひも引きユニットは、多関節、かつ左右のスライドが可能な構造を有する、前記(1)に記載の方法。
(3)背骨を切断する背骨切断部で、クランプユニットを移動させながら背骨を切断、分離する、前記(1)に記載の方法。
(4)背骨を切断する背骨切断部で、切断用のカッター刃を、背骨切断面に沿って一定の角度で固定し、移動させる、前記(1)に記載の方法。
(5)肋骨位置に基づいて、肋骨側面切り込みユニットで、肋骨の両側面に切り込みを入れて筋膜を切り裂く、前記(1)に記載の方法。
(6)ひも引きユニットに設置したひもを、肋骨の背骨側処理端部に入れ込み、該端部を把持し、背骨側からひも引き動作を行い、肋骨を分離する、前記(1)に記載の方法。
(7)背骨をクランプする背骨クランプ部、背骨を直線状に矯正、固定する背骨矯正固定手段を有する背骨矯正固定部、背骨矯正固定具に肉全体を押し付ける背骨矯正押圧エアシリンダからなる背骨矯正押圧部、背骨を切断、分離する背骨切断部、肋骨側面に切込を入れる肋骨側面切込ユニットからなる肋骨側面切込部、背骨側の肋骨先端部を露出させて、肋骨背骨側を固定し、背骨側より肋骨にひもをかけて引き剥がし、関節脱離させて、脱骨する脱骨手段を有する肋骨除骨部から構成されることを特徴とする除骨装置。
(8)背骨クランプ部が、背骨切断部に移動可能に配設されたクランプユニットを有する、前記(7)に記載の装置。
(9)背骨切断部が、背骨をクランプしたクランプユニットを移動させながら背骨を切断、分離する構造を有する、前記(7)に記載の装置。
(10)肋骨の両側面に切り込みを入れる肋骨側面切り込みユニットを具備した、前記(7)に記載の装置。
(11)肋骨の背骨側処理端部にひもを入れ込み、背骨側切断後の肋骨端部を把持し、ひも引き動作を行い、肋骨を分離するひも引きユニットを具備した、前記(7)に記載の装置。
(12)背骨及び/又は肋骨位置及び形状情報に基づいて、各処理における処理操作を連続的に行う機能を有する、前記(7)から(11)のいずれかに記載の装置。
食肉解体除骨工程において、本発明が対象としている作業は、豚肉等の胴部(以下、豚肉胴部という)の除骨作業である。肩部、もも部については、自動除骨ロボットWANDAS II(ワンダス II)、自動除骨ロボットHAMDAS(ハムダス)等の除骨装置が既に製品化されている。豚肉胴部についても、3次元計測除骨装置ウェッジカッターVという背骨除骨装置が製品化されている。しかし、豚肉胴部の主要な除骨作業である肋骨の除骨装置に関しては、未だ製品化はされていない。
(1)食肉解体除骨工程における作業環境を質的に高度に改善することができる。
(2)肉を傷つけずに脱骨できるため、高品質な食肉を得ることができ、市場価値が下がらない高品質の食肉を供給することが可能となる。
(3)脱骨後の骨に肉片が残らないため、無駄が減少し、歩留りが向上する。
(4)人力を要さないので、過酷な労働環境、熟練を要する作業から、作業者を解放することができる。
(5)肋骨除去作業において、作業者が食肉に直接触れることがないため、より衛生的な作業と食肉生産が可能となる。
(6)肋骨除去工程を機械化・自動化することによって、作業時間の短縮と、食肉の鮮度保持が可能となる。
(7)作業者の安全性を向上することができる。
本発明の除骨方法及び除骨装置は、背骨付きロース・バラ肉をクランプして固定する背骨クランプ部と、背骨を切断して肉から分離する背骨切断部と、背骨切断/除去後の肉から肋骨を分離する肋骨除骨部とから構成される。ロース・バラ肉をクランプして固定する背骨クランプ部では、背骨を切断面の設定に合わせるようにクランプした。
1)肩側切断面を基準に、モモ側から押し付けて位置決めした。
2)高さ方向は、ロース・バラの下面を持上げて、上からの基準面まで持上げた。
3)背骨切断部に移動可能に配設したクランプユニットは、テーブルに対して、平行に配置した。
4)ほぼ水平にした状態で、背骨クランプ側が前進して、クランプユニット個々に背骨をクランプした後、クランプユニットを引き込み、個々の設定位置に固定し、背骨切断面を一直線に設定した。
5)クランプした状態で、下面の持上げユニットを下降させ、背骨のみで肉全体を保持した。
6)クランプ部を、モータ・ネジ棒駆動で、次工程の背骨切断部へ移動させた。
次に、背骨切断部において、上記クランプユニットを移動させながら、背骨を切断した。その操作は、以下の工程により実施した。
1)切断くず防止用に、シャッターを、各工程の境に配置した。
2)切断用のカッター刃は、背骨切断面に沿って角度を持たせ、角度は、基本的に固定した状態にした。
3)カッターは、X方向のみ可動可能な調整機構とした。
4)クランプ部のクランプユニットを、モータ・ネジ棒で駆動し、切断部に送り、カッター自体は、固定した。
5)肋骨除骨部のテーブルユニットを、切断部に移動し、待機させた。
6)切断次第、把持されている背骨から肉を分離して、待機テーブル上に落下させた。
背骨除去に使用する刃の選定、刃の回転速度、刃の送り速度について検討を行った。 背骨は、凹凸の激しい複雑な形状をしているため、現状の手作業の模倣は困難と考え、より単純に、そして歩留りがよく除去できる方法を検討した。背骨を除去する装置は、既存のカッターが製品化されている。
背骨除去実験では、刃の回転速度や位置、角度、送り速度等の好適な背骨の切断条件や固定方法の手順等を、また、最終的に必要となる要素、除去できる要素等を検討した。装置の簡略図と装置の駆動を図4に示す。背骨矯正固定具は、背骨を直線状に矯正、固定するL型固定具と、L型固定具に肉を押し付ける背骨矯正押圧エアシリンダ、肉全体の高さを調節する高さ調節ジャッキから構成した。
以下に、背骨切断実験の手順を示す。肉を固定台に載せ、L型固定具上面と肉半分割面がほぼ平行になるようにジャッキで高さを調節し、肉の背脂を手で押し、L型固定具側面に背骨の緑線を押し付けて、直線状に矯正した。背骨矯正押圧エアシリンダを駆動させ、肉全体を把持し、再び、ジャッキで肉の高さを調節し、背骨半分割面をL型固定具に密着させ、背骨噛み込み用のエアシリンダを駆動させ、背骨を噛み込み固定した。
1)切断刃
切断刃による背骨切断結果については、まず、通常の丸刃で背骨切断を試みたところ、骨表面で刃が滑り、骨を切断することができなかった。次に、U字溝付き刃を使用して切断を試みた。通常の丸刃と比較して、U字の溝部分が骨に喰い込み、数mm切り進むことができたが、背骨を切断しきることはできなかった。次に、のこぎり刃を使用して切断を試みた。前記2つの刃よりも骨に対する食い込みは良好であったが、背骨を切断しきることはできなかった。
切断刃の回転速度を変化させ、どの回転速度が背骨切断に適しているかを評価するための実験を行なった。切断刃の回転数は、500[rpm]〜1100[rpm]の間で変化させ、切断を行なった。評価としては、背骨切断後の断面に付着する骨粉の量と状態、切断時に飛び散る骨粉の状態、及び切断刃に付着する骨粉の状態から、適する回転数の評価を行なった。
背骨切断において、好適な切断面は、肋骨、乳頭突起、棘突起、肋横突起それぞれの骨が繋がることなく、分離している状態である。この好適な切断位置を求めるために、評価実験を行なった。切断位置は、図6に示す切断刃の切断角度θ、及び、基準点からの背骨幅方向位置Y、背骨厚さ方向位置Zの3つの要素で決定した。なお、これらの要素は、切断装置のリニアアクチュエータ、モータそれぞれで、位置を調節、決定したものであり、実際に切断した背骨幅方向の切断量、背骨厚さ方向の切断量ではない。
切断時の送り速度は、5[mm/s]〜15[mm/s]で変化させた。5[mm/s]の場合は、切断中にほとんど刃が停止することなく切り進むことができたが、15[mm/s]の場合、頻繁に切断刃が停止した。切断刃が停止する原因としては、骨だけではなく、肉及び関節部分の筋も切断しているので、これらに食い込むような形で刃が停止するものと考えられた。これに関連して、刃の形状がのこぎり刃であるので、骨を切る分には問題ないが、肉に対しては適していないと考えられ、これらの問題を解決するため、切断方法に工夫を施した。
以上の結果から、本実施例で検討した、豚肉胴部のクランプ方法、切断方法に関しては、背骨、肋骨、棘突起、乳頭突起、自力横突起を分離しきることが可能であり、有効であること、切断刃の形状に関しては、モータ出力、及び切断方法を工夫することで、肉、筋等も問題なく切れることが分かった。切断位置は、個体毎に切断幅位置、切断厚さ位置、切断刃角度を微妙に調節する必要があるが、総じて、本実験で適用した位置、角度で、骨を分離させることが可能であることが分かった。回転速度は、本実験では、1100[rpm]まで切断が可能であり、切断後の骨粉等の状態も良好であることが分かった。
(1)肋骨除去基礎実験
綿糸製の引き糸は、耐久性が低く、摩擦が大きいこともあり、除骨作業の機械化においては、肋骨剥離には向いていないと考えられた。ステンレス製とナイロン製の引き糸は、耐久性も高く、同程度の最大負荷であるが、総合的に見ると、ナイロン製の方が、低負荷で肋骨剥離していることや、ステンレスの場合、破断した際に、破片が肉口混入する可能性あることから、肋骨剥離には、ナイロン製の引き糸を用いることが妥当と考えられた。
肋骨側面切込ユニットで切込を始める際に、背骨を切断した後の肋骨の端面を、切込ユニット先端の刃で肋骨を挟み、その後、エアシリンダを駆動させ、切込ユニットを下降、引きを行ない、肋骨側面に切り込みを入れた。切込ユニットは、肋骨除去基礎実験で検討した多関節、先端幅可変の構造を有するため、肋骨の形状に追従し、切り込みを入れることができた。
(1)工程及び装置の構築
肉塊固定装置は、肉が非常に変形し易いことから、作業中の肉のずれを防止するために必要であり、背骨除去装置、肋骨剥がし装置は、それぞれの骨を除去するために必要である。肋骨側面切込装置は、肋骨剥がし装置によって肋骨除骨を行なう際に、負荷を軽減するために必要である。
1)肉を肉塊固定装置に備え付け、作業中にずれが生じないように固定した。
2)背骨除去装置によって背骨を切断除去した。
3)肋骨側面切込装置で肋骨側面に切り込みを入れた。
4)肋骨剥がし装置によって肋骨を除去した。
豚肉胴部の除骨作業において、一番重労働とされているのが肋骨の除去作業である。そこで、本実施例では、肋骨を肉から分離させるためには、どれほどの力を要するのかを負荷測定し、また、肋骨除去に必要な機構、分離方法等を検討した。
実験に使用した装置の一例の概略図を図10に示す。装置は、水平方向の(X軸)リニアアクチュエータに、垂直方向(Y軸)のリニアアクチュエータを取り付け、Y軸リニアアクチュエータの駆動ブロックに、肋骨剥がしユニットを取り付けた構造とした。リニアアクチュエータは、41[kgf]を100%とし、最大300%(123[kgf])まで出力が可能であり、また、付属の制御ソフトにて負荷の計測を行なうことが可能である。なお、本実施例では、肉の固定具を使用して、ずれが極力生じないようにして、力の計測を行なった。
肋骨剥がし実験は、以下の手順で実施した。
1)肉を肉固定具に載せ、肉押さえ具で、肉を押さえて固定した。
2)肉表面上部50[mm]の位置を、肋骨の形状をなぞるように動かし、装置の駆動軌道を取得した(ティーチング)。(図13参照)
3)実際の手作業と同様に、肋骨側面に包丁で切り込みを入れた。
4)ティーチングで得た軌道データを元に、装置を動かした。この時、軌道全長を6分割し、それぞれのポイントにおける負荷率(%表示)を記録し、剥がし力を調べた。
5)以上を全肋骨に対して行った。
3種類の紐状部材の違いによる肋骨剥がし力の計測結果の一例を図14に示す。3種類の部材の中では、テグスが一番肋骨除去にかかった負荷が小さいことが分かる。また、綿糸に関しては、途中で破断しているが、これは、ティーチングの際の軌道データの誤差による過負荷と、肋骨の途中の小さな突起に引っ掛かったことによる負荷によって被断したものと考えられる。
1)肋骨の側面切込ユニット及び剥がしユニットは、肋骨の曲りに対応する、多関節構造が有効である。
2)ユニット先端幅は、肋骨の幅変化に対応する、可変構造が有効である(図16参照)。
3)多関節構造にすることで、個体毎に異なる肋骨の形状、大きさによる除骨軌道に対して、柔軟に追従させることが可能となる。
4)多関節構造にすることで、肋骨剥がし力を大きく軽減させることができるため、紐部材に大きな負荷を与えることなく、紐部材の寿命を延ばすことができる。
5)上記構造にすることで、肋骨除去に必要な力は、20[kgf]まで低減可能である。
Claims (12)
- 食肉動物類の食肉解体除骨工程において、背骨及び肋骨付き胴部の解体除骨処理を行う食肉解体除骨方法において、
背骨をクランプする背骨クランプ部に移動可能に配設されたクランプユニットで、背骨を切断面の設定に合わせるようにクランプして、背骨で肉塊全体を保持する工程、
背骨を直線状に矯正するために該背骨を強制的に補正する工程、
切断刃の切断角度θ、基準点からの背骨幅方向位置Y、背骨厚さ方向位置Zの3つの要素で切断位置を決定する工程、
背骨を切断する背骨切断部で、切断用のカッター刃で設定した切断面に沿って背骨を切断、分離する工程、
背骨切断、分離後、肋骨両側面に背骨側から肋骨側面切込ユニットで切込を入れ、肋骨の表面を覆う筋膜を切裂く工程、
背骨側を固定し、該背骨側の肋骨先端部を露出させて、肋骨背骨側を固定し、その後、背骨側より肋骨にひも引きユニットでひもをかけて、引き剥がす肋骨除去工程、
を有することを特徴とする食肉解体除骨方法。 - 肋骨側面切込ユニットとひも引きユニットは、多関節、かつ左右のスライドが可能な構造を有する、請求項1に記載の方法。
- 背骨を切断する背骨切断部で、クランプユニットを移動させながら背骨を切断、分離する、請求項1に記載の方法。
- 背骨を切断する背骨切断部で、切断用のカッター刃を、背骨切断面に沿って一定の角度で固定し、移動させる、請求項1に記載の方法。
- 肋骨位置に基づいて、肋骨側面切り込みユニットで、肋骨の両側面に切り込みを入れて筋膜を切り裂く、請求項1に記載の方法。
- ひも引きユニットに設置したひもを、肋骨の背骨側処理端部に入れ込み、該端部を把持し、背骨側からひも引き動作を行い、肋骨を分離する、請求項1に記載の方法。
- 背骨をクランプする背骨クランプ部、背骨を直線状に矯正、固定する背骨矯正固定手段を有する背骨矯正固定部、背骨矯正固定具に肉全体を押し付ける背骨矯正押圧エアシリンダからなる背骨矯正押圧部、背骨を切断、分離する背骨切断部、肋骨側面に切込を入れる肋骨側面切込ユニットからなる肋骨側面切込部、背骨側の肋骨先端部を露出させて、肋骨背骨側を固定し、背骨側より肋骨にひもをかけて引き剥がし、関節脱離させて、脱骨する脱骨手段を有する肋骨除骨部から構成されることを特徴とする除骨装置。
- 背骨クランプ部が、背骨切断部に移動可能に配設されたクランプユニットを有する、請求項7に記載の装置。
- 背骨切断部が、背骨をクランプしたクランプユニットを移動させながら背骨を切断、分離する構造を有する、請求項7に記載の装置。
- 肋骨の両側面に切り込みを入れる肋骨側面切り込みユニットを具備した、請求項7に記載の装置。
- 肋骨の背骨側処理端部にひもを入れ込み、背骨側切断後の肋骨端部を把持し、ひも引き動作を行い、肋骨を分離するひも引きユニットを具備した、請求項7に記載の装置。
- 背骨及び/又は肋骨位置及び形状情報に基づいて、各処理における処理操作を連続的に行う機能を有する、請求項7から11のいずれかに記載の装置。
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