JPH1052245A - 食品を切断するための装置及び方法 - Google Patents

食品を切断するための装置及び方法

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JPH1052245A
JPH1052245A JP9158425A JP15842597A JPH1052245A JP H1052245 A JPH1052245 A JP H1052245A JP 9158425 A JP9158425 A JP 9158425A JP 15842597 A JP15842597 A JP 15842597A JP H1052245 A JPH1052245 A JP H1052245A
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cut
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cutting
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Bruno Giamello
ブルーノ・ジャメッロ
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Soremartec SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 局所的に性質の異なる食品を切断するとき
に、作業の能率を低下させることなく、切断の速度を選
択的かつ局所的に変えながら切断することが可能な装置
および方法を提供する。 【解決手段】 本発明の切断装置は、超音波切断エレメ
ント(2)を備えている。この超音波切断エレメント(2)
は、切断される物品(A)を貫通する上記切断エレメント
(2)の進行を選択的に制御するために協働する駆動機構
(4〜7)を有する。この駆動機構(4)は、協働する制御
手段(5)を伴い、この制御手段(5)は、切断される物品
(A)を貫通する切断エレメント(2)の進行速度を選択的
に制御するように、かつ、その時々に切断される物品
(A)の領域の局所的な性質によって、進行速度を局所的
に変える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波切断エレメ
ント(2)を備えた、食品(A)を切断するための装置にし
て、上記超音波切断エレメント(2)は、切断される物品
(A)を貫通する上記切断エレメント(2)の進行を選択的
に制御するために協働する駆動機構(4〜7)を有する装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】このタイプの装置は、例えばヨーロッパ
特許出願公開第0 614 733号明細書において公知
である。この従来技術文書は、ロッドとクランクとより
なる機構により駆動する1対の切断装置(超音波ブレー
ド)を開示している。該装置は、該装置と同時に、か
つ、コンベヤ上を進行している食品の後に続いて、走行
している部材上に位置する。
【0003】この解決法は、食品製造用の工業プラント
において、食品を切断するために用いられる、多数の従
来の解決法の例を構成している。動作基準や上記装置の
タイプは、実際には著しく異なる。
【0004】このような状況においては、食品の自動切
断は、状態と同程度に重要となる一連の要因を計算に入
れねばならない。
【0005】第1の点では、上記プラントの生産能力、
ひいては切断を行うのに必要な速度は絶え間無く増大す
る傾向にある。
【0006】第2の点では、処理される物品は繊細であ
ることが多く、物品に損傷を与えたり、および/また
は、物体を、プラント自体を汚すかも知れない破片、粉
体、および粒子にしてしまうような非常に激しい処理に
は耐えられない。
【0007】さらに、多くの食品は、単一の食料物質に
よってではなく、互いに非常に様々な複数の食料物質の
組み合わせによって構成されているという意味で、その
性質は本来的に非同質であるという性質を有する。この
ことは、例えば、詰め物がされている、および/また
は、積み重ねられている食品を想定すれば足りるであろ
う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上述した全ての必要条件を卓越した方法で満た
すことが可能な装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段・作用・効果】本発明によ
れば、上記目的は以下のような装置によって達成され
る。すなわち、超音波切断エレメントを備えた、食品を
切断するための装置にして、上記超音波切断エレメント
は、切断される物品を貫通する上記切断エレメントの進
行を選択的に制御するために協働する駆動機構を有して
おり、上記駆動機構は、協働する制御手段を支持してお
り、該制御手段は、切断される物品を貫通する切断エレ
メントの進行速度を選択的に制御するように、かつ、そ
の時々に切断される物品の領域の局所的な性質によっ
て、進行速度を局所的に変えるように配置されることを
特徴とする装置である。
【0010】本発明の有利な改良点は以下の通りであ
る。すなわち、上記超音波切断エレメントは、約45k
Hzの周波数で作動する。上記切断エレメントは、協働
する超音波ソースを有しており、該超音波ソースは、上
記切断エレメントが切断される物品に接する前に選択的
に作動されることができるように、選択的に作動され
る。上記超音波ソースは、上記切断エレメントが切断さ
れる物品を貫通する走行を完了する前に、再度作動され
る。上記駆動機構は、駆動手段によって回転することが
可能であるクランクにより駆動する接続ロッドを備えて
おり、切断される物品を貫通する切断エレメントの進行
速度を選択的に変えることができるように、上記駆動手
段の回転速度を選択的に制御するための制御手段が備え
られている。
【0011】本発明はまた、以下のような性質を有す
る、関連する方法にも関する。すなわち、超音波切断エ
レメントで物品を切断する方法にして、上記超音波切断
エレメントは、該切断エレメントを、切断される物品を
貫通するように選択的に進行させるために協働する駆動
機構を有し、切断される物品を貫通する切断エレメント
の進行速度を選択的に変えることができるように、上記
駆動機構を制御するステップを有し、上記進行速度は、
その時々に切断される物品の局所的な性質によって、局
所的に修正されることを特徴とする方法である。
【0012】上記方法の有利な改良点は以下の通りであ
る。すなわち、超音波切断エレメントが約45kHzの
周波数の超音波で作動するように、該エレメントを供給
するステップを有する。上記超音波切断エレメントが、
切断される物品に接する前に、該切断エレメントを選択
的に作動するステップを有する。上記超音波切断エレメ
ントが、切断される食品を貫通する走行を完了する前
に、上記切断エレメントを再度作動するステップを有す
る。超音波切断エレメントと協働する動作を有し、駆動
機構は駆動手段によって回転可能であるクランクによっ
て駆動するロッドを備え、切断される物品を貫通する切
断エレメントの進行速度を選択的に変えることができる
ように、上記駆動手段の回転速度を選択的に制御するス
テップを有する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態の例
を、図1〜6にしたがって、詳細に説明する。
【0014】図1に、本発明に係る切断装置1を示す。
この装置は、本質的には、切断エレメント2(ブレード
又はナイフ)と、超音波を発生させ伝播させるための(公
知のタイプの)ユニット3と、駆動機構4と、制御ユニ
ット5(例えばいわゆるPLC)とによって構成されてい
る。上記切断エレメント2は、好ましくは、鋭利な形状
を有し、かつ、超音波で溶接や切断を行う装置であるい
わゆる「ソノトロード(sonotrode)」の一般的な構成を有
するとよい。上記ユニット3は、超音波振動数、すなわ
ちいわゆる「超音波」において、ブレード2に、通常約4
5kHzの周波数で、波面を与えることが可能である。
上記駆動機構4は、ブレード2を(以下にさらに完全に
説明するような、選択的に調節可能な速度で)平面Pに
対して往復運動させる。この平面P上には切断すべき食
品Aが並べられており、この食品Aは、(ヨーロッパ特
許出願公開第0 614 733号明細書に記載されてい
るのと実質的に同様の)一般的な方法で進行している。
上記制御ユニット5は、ユニット3およびドライブ機構
4の動作を管理する。
【0015】本明細書で説明される実施形態では、上記
機構は、ホイール7を回転させる、例えば電動機などの
回転モータ6を備えている。ホイール7の末端には、ク
ランクピン8が支持されている。接続ロッド9の一方の
端部はピン8に接続されており、他方の端部は、ブレー
ド2が平面Pに対して垂直に配置されたガイドエレメン
ト(10で概略的に示す)に沿って往復運動をなすよう
に、ブレード2に作用する。このドライブ機構は、ヨー
ロッパ特許出願公開第0 614 733号明細書に記載
されている、クランクと接続ロッドとよりなるドライブ
機構と実質的に同様であり、この明細書は、構成的な詳
細のために、有用に参照されるであろう。
【0016】しかし、この特定のタイプのドライブ機構
を参照することは、純粋に例示としてであり、本発明の
解決法は、非常に様々なタイプのブレード2用のドライ
ブ機構(ドライブ)を用いて実施されるのに役立つ。いく
つか例をあげると、油圧、電磁、あるいは圧電などによ
り作動する直線ドライブ機構(エレメント2を平面Pに
対して往復運動させることが可能な可動部材を備えてい
る)が考えられる。いずれにせよ、ブレード2用のドラ
イブ機構4の構成的な詳細自体は、本発明を実施するた
めには重要でない。
【0017】例としてここで説明される、クランクと接
続ロッドとよりなる機構については、すでに理解されて
いるであろうが、モータ6が一定の角速度で回転する
と、エレメント2は平面Pと調和した動きで移動する、
すなわち、平面Pに対する走行における上下のいわゆる
デッドポイントである端部地点においては最低速度(実
際にはゼロ)で移動し、走行における中間点において最
高速度に達する。これは運動のいずれの方向についても
言えることであり、特に、進行方向に移動するときに
は、切断動作に対応する。容易に理解されることである
が、この場合には、エレメント2の進行速度は局所的に
異なるが、速度変化を時間で管理する規則(調和した動
き)は決まっているので、速度が選択的に異なる可能性
はない。
【0018】本発明は、超音波切断装置と、切断エレメ
ントが選択的かつ局所的に切断される物品Aを貫通して
進行する速度を変えることを可能にする切断エレメント
用ドライブ機構とを組み合わせて用いることによって、
本明細書の序論で必要とされた基礎的な必要条件はほぼ
理想的に満たされるであろうという認識に基づいている
(上記物品の切断は、必要条件がそうすることを要する
ときにはいつでも、また、適用にあたっての必要条件に
したがって選択された規則にしたがって、逐一行なわれ
る)。
【0019】これは、切断方向において異質の性質を有
する物品Aについて特に言えることである。このタイプ
の物品の例を、図2および図4に示す。
【0020】いずれのケースにおいても、積層構造を有
する詰め物がされた物品が扱われている。
【0021】例えば、図2は、(できれば、砂糖やアル
コールをベースとするシロップに浸した)2層のスポン
ジSを備えた食品Aの一部を示しており、これらの層の
間には、例えばミルクフレーバーのクリームで構成され
るクリーム状のフィリング又はペーストよりなる層Cが
ある。
【0022】一方、図4に示した物品Aは、チョコレー
ト、モウ(mou)(カラメル)、あるいは、2つのスポンジ
層Sの間にはさまれた、全体的にどちらかと言うと固体
の同様の物質よりなる中間層Kを備えている。
【0023】言い替えると、図2および図4に示されて
いる2つのシチュエーションは、互いに全く相補的であ
る。実際には、図2の物品Aでは、スポンジ層Sの間に
は、概ね「柔らかい」層Cがはさまれている。しかし、図
4の物品Aでは、2つのスポンジ層の間には、概ね「固
い」層Kがはさまれている。
【0024】図2および図4の2つの例は、2つの相補
的なシチュエーションを適切に説明するために選択され
ている。いずれにおいても、層の数がより少ない(例え
ば層は2つだけの)物品や、より多くの層を有する物品
(こちらの方が頻度が高いと思われる)に関しては、実際
には無数のケースがある。例えば、例示としては、図2
に示したような物品は、刻んだヘーゼルナッツ、細かく
刻んだココナッツなどのできれば粒状の材料を含むチョ
コレートからなる上側コーティングを有する。
【0025】食品分野において、特に製菓分野におい
て、最も頻繁に用いられる切断システムは、機械駆動の
切断エレメントを利用しており、その自動操作は、パン
職人や製菓職人が、キッチンナイフあるいはパンナイフ
などの同様の器具を用いて行う切断作用を再現するよう
に構成されている。
【0026】しかし、出願人によって行なわれた実験
は、これら従来の解決法は、種々の理由で、かなり不十
分であるリスクがあることを示した。
【0027】例えば、図2に示したような物品Aが、単
純な機械的動作で切断され、かつ、切断を非常に速やか
に行うことが望まれているときには(できるだけ速い動
作速度を実現しようとするプラントにおいて作動するこ
とを意図した自動カッタについて述べる)、大きなリス
クの1つとして、柔らかいフィリング層Cがぐしゃっと
潰れる恐れがあり、その結果、通常は限られた横方向寸
法の「マット」の形状である物品の側面に、フィリングが
はみ出てしまう(いわゆる「スキッシュ(squish)」作用)可
能性がある。
【0028】切断作業の全体においてブレードをゆっく
り進ませることによって、従来のシステムを利用しつつ
「スキッシュ」作用を減じようとした場合、柔らかいフィ
リングCが外に絞り出されることは確かに防止される
が、切断作業の速度はかなり遅くなり、その結果生産速
度をかなり落とす必要がある。
【0029】次に「固い」層の場合、下側の柔らかい層が
絞り出される可能性があるのに加え、層を通過する下向
きの移動が速すぎて、層が割れて、破片になってしまっ
たり、粉々になったりする恐れがさらに生じる。
【0030】出願人によって行われた実験は、全く予期
しなかったことだが、超音波切断エレメントを、進行速
度を選択的に変えられる状態で用いることは、「柔らか
い」層に関しても「固い」層に関しても有益であることを
示した。この理由は完全には明らかにはなっていない
が、仮定としては、チョコレートなどの物品よりなる
「固い」層がある場合、超音波切断エレメントおよびそこ
から伝播した振動波面は、切断すべき層に当たって、層
を破壊し、ひいては、切断エレメントの(進行方向に向
かって)厳密にはわずかに下向きの所望の切断線に沿っ
て層を分離する。すなわち、切断すべき物質は、切断エ
レメント自体の本来の機械的切断運動による作用を実際
に被る前にも、所望の切断線に沿って分離し始め、実際
に分離する。このことは出願人によって体系的に証明さ
れており、改良された切断結果が得られるのは、超音波
発生機3(不要な超音波ノイズを避けるために、通常は
連続的には作動しない)が、切断エレメント2の先端部
が実際に物品Aに接する前に、物品Aに向かって進行方
向にわずかに作動したとき、すなわち、エレメント2が
物品Aから一定距離をあけているときであり、および/
または、発生機3が、切断エレメント2が、物品Aが載
置されている平面Pに向かって進行するのを終える前
に、わずかに再度作動したとき、すなわち、エレメント
2が地点Pから一定距離をあけているときである。
【0031】この点に関しては完全に示すのは困難であ
るのだが、「一定距離」という用語は、切断を行う(通常
は厚さ約1〜3cmの)菓子製品などの食品の通常の厚さ
に関しては、およそ1mmから数mmの大きさであると理解
すべきである。
【0032】「柔らかい」層については、切断エレメント
2が超音波エレメントであることは、微少な振動作用の
あらゆる可能性があり、切断される材料が切断エレメン
ト2自体に接着する作用は低減し、実際には排除される
ことがわかる。このことは、いくつかの食品フィリング
など(例えばジャム、アイシングなど)、接着性や粘着性
の非常に強い材料についても同様である。
【0033】組み合わせられた協働的な方法において
は、事実上切断エレメント2の進行速度を制御する地点
があることによって、切断される層の特性に速度を合わ
せることがいつでも可能となる、すなわち、超音波切断
エレメント2の進行速度は、物品Aのその時々で切断さ
れる領域(層)の局所的な特性(層が固いか柔らかいか)に
より、局所的に異なっていてもよい。
【0034】上記の第1の結果としては、概略的には、
「柔らかい」層を切断するときには速やかに進行し、「固
い」層を切断するときにはゆっくりと進行することが可
能となる。このため、従来のシステムにおいて生じたよ
うに、種々の層を切断することができるように切断速度
は最小速度に選択されるという、切断動作の継続時間全
体を不利な状態にすることがない。
【0035】しかし、出願人によって行なわれた実験
は、上述した基準は絶対的なものではなく、どのような
場合にも、物品Aを通過する切断エレメント2の進行の
規則はいつでも、問題の物品の特性によって実験的に決
められるべきであるということを示した。例えば、図3
および図5のグラフは、縦座標において、図2および図
4においてそれぞれ示されている物品Aを切断するとき
に最適であると思われる進行速度を(cm/秒で)示してい
る。図3および図5の両方のグラフでは、横座標の目盛
りは物品Aの厚さをセンチメートルで示しており、ゼロ
は物品の上面に対応し、点X1,X2は種々の層の間の中
間点に対応し、点X3は平面Pに対応している。
【0036】例として、図3のグラフは物品に行った実
験に関しており、X1,X2,X3は、数値5mm,10mm,1
5mmにそれぞれ対応する。一方、図4のグラフでは、各
数値は、12mm,17mm,29mmである。
【0037】図3および図4の調査から、例えば、図5
における切断エレメント2の進行速度の変化の規則は、
モータ6を一定の角速度で作動させることによって達成
されるものと異なるのみならず、実際には全くの反対で
あることがわかるであろう。他の興味深い事実は、(そ
の理由は完全には明らかにはされていないが)スポンジ
層Sなどの構造的に同一の層は、物品の積層構造内での
配置によって、異なる速度で、最適な方法により切断さ
れることである。また、物品に損傷を与えることを防止
するため、重ねられた複数の層の中間面X1,X2におけ
る進行速度の急激な変化を防止するとよいことがわか
る。このため、進行速度を様々に変えることは(自動制
御の技術において公知の基準により)、例えば、現在「si
ne2」でと定められているタイプの、接続の規則にしたが
って行なわれる。
【0038】しかし、図6のグラフは、所定の物品の構
造にとって、切断速度の最適な規則がいかに大きく変わ
り得るかを示している。例えば、図6のグラフは、X1
が5mm、X3が28mmである図4のような物品にとって
の最適であると考えられる変化の規則に対応している。
この場合、スポンジSを切断しながら同時に物品がぐし
ゃっと潰れるのを防止する必要があるときには、初めは
非常にゆっくりと(約1cm/秒)進行させる必要がある。
次に、切断速度を徐々に上げることが可能であり、初期
段階の間のゆっくりとした切断によって蓄積された遅れ
が取り戻される。
【0039】ヨーロッパ特許出願公開第0 614 73
3号明細書は、モータ6のようなモータが、ロッドとク
ランクとよりなる機構を介してモータ自体により駆動す
るエレメントの速度を、例えばこのエレメントを所定速
度で駆動すべく、選択的に変えるために、いかに選択的
に案内されるかを説明している。
【0040】より一般的な用語で言うと、本明細書で説
明されている実施形態においては、モータ6のVr=2
πn(rad/秒)の回転速度と、ブレード2の直線状の
運動の速度Vtとの間の作動リンクは以下の数式によっ
て表される。 2πn=V/(Rsin(γ+β)cosβ) (I) であって、R=接続ロッド8のピンの経路の半径、γ=
クランクの角度(図1参照)、π=接続ロッドの角度(図
1参照)である。
【0041】しかし、上記数式(I)は、γおよびβの各
数値(センサによる公知の方法で検知可能)において、ひ
いてはブレード2が達する平面Pに対するその時々各配
置において、ブレード2の所定の速度を選択的に付与す
べく、モータ6の角速度を選択的に変えられることを示
している。これらは全て、それ自体は公知の基準によっ
て、制御ユニット5を適当にプログラムすることによっ
て達成されるであろう。協働する構成およびプログラム
の詳細自体は、(特にPLCsのプログラミングの)当業
者にとっては広く公知であり、本発明を理解する目的に
は無関係であるため、ここでは詳述しない。
【0042】もちろん、本発明の原理についても同じこ
とであり、説明および図示がなされている詳細な構成お
よび実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく、
幅広い範囲で変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る切断装置の構成の概略図であ
る。
【図2】 本発明の装置によって切断される第1の食品
の構成を示す図である。
【図3】 図2に示した食品を切断する間の、本発明に
係る装置の作動のモードを示すグラフである。
【図4】 本発明の装置によって切断される他の食品の
構成を示す図である。
【図5】 図4に示した食品を切断する間の、本発明に
係る装置の作動のモードを示すグラフである。
【図6】 図5に示した作動のモードの変形例を示す図
である。
【符号の説明】
1 切断装置 2 切断エレメント 3 ユニット 4 駆動機構 5 制御ユニット 6 モータ 7 ホイール 8 クランク 9 ロッド 10 案内エレメント A 食品 C 柔らかい層 K 固い層 P 平面 S スポンジ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波切断エレメント(2)を備えた、食
    品(A)を切断するための装置にして、上記超音波切断エ
    レメント(2)は、切断される物品(A)を貫通する上記切
    断エレメント(2)の進行を選択的に制御するために協働
    する駆動機構(4〜7)を有しており、 上記駆動機構(4)は、協働する制御手段(5)を伴い、該
    制御手段(5)は、切断される物品(A)を貫通する切断エ
    レメント(2)の進行速度を選択的に制御するように、か
    つ、その時々に切断される物品(A)の領域の局所的な性
    質によって、進行速度を局所的に変えるように配置され
    ることを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 上記超音波切断エレメント(2)は、約4
    5kHzの周波数で作動することを特徴とする、請求項
    1記載の装置。
  3. 【請求項3】 上記切断エレメント(2)は、協働する超
    音波ソース(3)を有しており、該超音波ソース(3)は、
    上記切断エレメント(2)が切断される物品(A)に接する
    前に選択的に作動されることができるように、選択的に
    作動されることを特徴とする、請求項1又は2記載の装
    置。
  4. 【請求項4】 上記超音波ソース(3)は、上記切断エレ
    メント(2)が切断される物品(A)を貫通する走行を完了
    する前に、再度作動されることを特徴とする、請求項3
    記載の装置。
  5. 【請求項5】 上記駆動機構は、駆動手段(6)によって
    回転することが可能であるクランク(8)により駆動する
    接続ロッド(9)を備えており、 切断される物品(A)を貫通する切断エレメント(2)の進
    行速度を選択的に変えることができるように、上記駆動
    手段(6)の回転速度を選択的に制御するための制御手段
    (5)が備えられていることを特徴とする、請求項1〜4
    のいずれかに記載の装置。
  6. 【請求項6】 超音波切断エレメント(2)で食品(A)を
    切断する方法にして、上記超音波切断エレメント(2)
    は、該切断エレメント(2)を、切断される物品(A)を貫
    通するように選択的に進行させるために協働する駆動機
    構(4〜7)を有し、 切断される物品(A)を貫通する切断エレメント(2)の進
    行速度を選択的に変えることができるように、上記駆動
    機構(4)を制御するステップを有し、上記進行速度は、
    その時々に切断される物品(A)の局所的な性質によっ
    て、局所的に修正されることを特徴とする方法。
  7. 【請求項7】 超音波切断エレメント(2)が約45kH
    zの周波数の超音波で作動するように、該エレメントを
    供給するステップを有することを特徴とする、請求項6
    記載の方法。
  8. 【請求項8】 上記超音波切断エレメント(2)が、切断
    される物品(A)に接する前に、該切断エレメント(2)を
    選択的に作動するステップを有することを特徴とする、
    請求項6又は7のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項9】 上記超音波切断エレメント(2)が、切断
    される食品(A)を貫通する走行を完了する前に、上記切
    断エレメント(2)を再度作動するステップを有すること
    を特徴とする、請求項8記載の方法。
  10. 【請求項10】 超音波切断エレメント(2)と協働する
    動作を有し、駆動機構は駆動手段(6)によって回転可能
    であるクランク(8)によって駆動するロッド(9)を備
    え、 切断される物品(A)を貫通する切断エレメント(2)の進
    行速度を選択的に変えることができるように、上記駆動
    手段(6)の回転速度を選択的に制御するステップを有す
    ることを特徴とする、請求項6〜9のいずれかに記載の
    方法。
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