【課題を解決するための手段】
【0010】
この目標は請求項1にしたがって取得され、該請求項1は回転式円筒形型部材に関し、該回転式円筒形型部材は、1つ以上の食料原料の塊から製品を成形するためのシステムにおいて用いられるように適合し、当該円筒形型部材は、軸線と周囲の円筒形外面とを有し、少なくとも1つの多孔質型ボディーを有し、該少なくとも1つの多孔質型ボディーは、湾曲した外面(型部材の円筒形外面の少なくとも一部を形成する)および反対側の内面を有し、前記型ボディーは、型ボディーの内面において広がる通気孔の多孔質構造体を有する、均質な多孔質材料から少なくとも部分的に作られ、前記多孔質型ボディーは:
− 湾曲した外面(気密封止されている)を有し;
− 1つ以上の凹んだ型キャビティ(型ボディーの湾曲した外面において形成され、生産されるべき製品の形状を定める)を有し、前記型キャビティは、型ボディーの外面において開いており、1つ以上の食料原料の塊で型キャビティを充填することを可能にし;かつ、
− 型キャビティを定めるキャビティ表面層の組成変形によって形成された、気流抵抗性外皮層(airflow−resistive skin layer;空気の流れに対して抵抗性である外皮層)を有し、該気流抵抗性外皮層は、気流抵抗性外皮層を通る圧縮された空気の流れに対する第1の流れ抵抗を有し;
− 内面と気流抵抗性外皮層との間に多孔質型ボディーの内部のボリュームを有し、該多孔質型ボディーの内部のボリュームは、多孔質の内部のボリュームを通る圧縮された空気の流れに対する第2の流れ抵抗を有する多孔質構造体を有し;
当該回転式円筒形型部材はさらに、空気入口から延びる1つ以上の空気チャンネルを有し、該1つ以上の空気チャンネルは、空気入口から空気チャンネルを介し、かつ、内部のボリュームおよび気流抵抗性外皮層を介して型キャビティへと連通を提供して、型キャビティからの製品の除去を補助するように適合し;
第1の流れ抵抗は、第2の流れ抵抗と本質的には同一である。
【0011】
この目標はさらに、回転式円筒形型部材を製造するための方法によって達成され、該回転式円筒形型部材は、1つ以上の食料原料の塊から製品を成形するためのシステムにおいて用いられるように適合し、前記円筒形型部材は、軸線と周囲の円筒形外面とを有し、当該製造方法は:
− 少なくとも1つの多孔質型ボディーを提供するステップを有し、該少なくとも1つの多孔質型ボディーは、湾曲した外面(型部材の円筒形外面の少なくとも一部を形成する)および反対側の内面を有し、前記型ボディーは、型ボディーの内面において広がる通気孔の多孔質構造体を有する、均質な多孔質材料から少なくとも部分的に作られ;
− ボディーの湾曲した外面を気密封止するステップを有し;
− 型ボディーの湾曲した外面において、生産されるべき製品の形状を定める1つ以上の凹んだ型キャビティを形成するステップを有し、前記型キャビティは、型ボディーの外面において開いており、1つ以上の食料原料の塊で型キャビティを充填することを可能にし、
○ そのことによって、型キャビティを定めるキャビティ表面層を塑性変形させて、気流抵抗性外皮層を生産し、該気流抵抗性外皮層は、気流抵抗性外皮層を通る圧縮された空気の流れに対する第1の流れ抵抗を有し、かつ、そのことによって、
○ 内面と気流抵抗性外皮層との間に多孔質型ボディーの内部のボリュームを定め、該多孔質型ボディーの内部のボリュームは、多孔質の内部のボリュームを通る圧縮された空気の流れに対する第2の流れ抵抗を有する多孔質構造体を有し;
− 空気入口から延びる1つ以上の空気チャンネルを調製するステップを有し、該1つ以上の空気チャンネルは、空気入口から空気チャンネルを介し、かつ、空気チャンネルと気流抵抗性外皮層との間の多孔質型ボディーの内部のボリュームを介して型キャビティへと連通を提供し、型キャビティからの製品の除去を補助するように適合し;
第1の流れ抵抗は、第2の流れ抵抗と本質的には同一である。
【0012】
本発明によれば、型キャビティを定めるキャビティ表面層の前記多孔質材料の塑性変形によって、気流抵抗性外皮層が形成され、該気流抵抗性外皮層は、気流抵抗性外皮層を通る圧縮された空気の流れに対する第1の流れ抵抗を有する。空気チャンネルと気流抵抗性外皮層との間の内部のボリュームは、多孔質の内部のボリュームを通る圧縮された空気の流れに対する第2の流れ抵抗を有する多孔質構造体を有する。第1の流れ抵抗は、第2の流れ抵抗と本質的には同一である。
【0013】
薄い気流抵抗性外皮層と本質的に同一である圧縮された空気の流れに対する流れ抵抗を有する比較的大きい内部のボリュームを有することは、圧縮された空気の圧力上昇が起こる構成をもたらし、このことは、脂肪の蓄積が有意に減少し、場合によっては防止さえされるので、製品の除去に鑑み有利であることが示されている。典型的には、気流抵抗性外皮層は、10〜200μm(具体的には、30〜80μmの間)の厚さを有し、かつ、内部のボリュームは、3〜20mm(具体的には、5〜15mmの間)の厚さを有する。
【0014】
型ボディーの多孔性(したがって、多孔質の内部のボリュームの多孔性)は、典型的には3〜30%の間であり、有利には5〜15%の間であり、有効孔サイズが1〜50μmである孔を有する。
【0015】
本発明によれば、圧縮された空気の流れに対する流れ抵抗は、内部のボリュームおよび気流抵抗性外皮層において本質的には同一である。「本質的には同一」とは、+/−25%の範囲にあると解釈されるべきであり、したがって、気流抵抗性外皮層および内部のボリュームの流量抵抗の間の割合は、1:0.75〜1.25の間で変化してもよい。「前記」流れ抵抗は、平均流れ抵抗として解釈されるべきであることが、さらに注目される。具体的には、内部のボリュームにおいては、空気チャンネルから気流抵抗性外皮層までの
空気通路の長さは、可変であってもよい。
【0016】
このように取得される気流抵抗性外皮層は、既知の開いた有孔のキャビティ表面領域(すなわち、回復した完全に開いた多孔質構造体)の代替案を提供する。いくつかの食料原料について、このように取得される塑性変形したキャビティ表面層は、1つ以上の型キャビティからの食料製品の改善された除去を可能にし、このことは、多孔質構造体およびキャビティ表面層を介して型キャビティへと加圧された空気を給送することによって行われる。かかる改善された製品除去は、特定のタイプの赤肉のような脂肪を含有する肉の塊由来の食料製品について経験された。
【0017】
本発明の多孔質の内部のボリュームおよび気流抵抗性外皮層の組み合わせは、圧縮された空気による製品除去に適しているだけでなく、有利なことに、食料製品と型キャビティとの間の流体膜の作成も可能にする。さらに、本発明の構造体は、クリーニング流体が型キャビティの中に入り、したがって、型キャビティの適切なクリーニングに帰することを可能にしてもよい。
【0018】
ある実施形態では、型ボディーは、ステンレス鋼、アルミニウム、銅または青銅のような焼結金属を有する。高分子を有する多孔質材料のボディーから気流抵抗性外皮層を取得することもまた、想像可能である。場合によっては、多孔質材料のボディーは、高速プロトタイピング(例えば、金属または高分子3Dプリンティング)を用いて取得される。
【0019】
実施形態では、100〜200μmの粒子サイズを有する焼結粉末が適用され、それを焼結した。考え得るアイソスタティックプレッシング(isostatic pressing;静水圧圧縮・等方加圧)および/または同軸圧縮が適用されて、多孔質の内部のボリュームを有する型ボディーが生産される。典型的には、かかる製品は、3〜30%(好ましくは、5〜15%の間)の多孔性を有する。
【0020】
単一のステップにて、または、後に続くステップにて、型キャビティが形成され得る。考え得る生産技術としては、フライス加工、穿孔、スパークエロージョン、研削が挙げられる。型キャビティを最終成形するのに、場合によっては異なる工具または設定が用いられる(例えば、ショットピーニングメディアブラスト(short peening media blasting)、レーザー穿孔を介して、または、異なるタイプの(エンド)ミルもしくは異なる回転速度を用いて)。
【0021】
本発明の気流抵抗性外皮層は、型キャビティの形成中に単一のステップで取得されることが想像可能である。このことは、技術および工具の適切な組み合わせを選択することによって可能である。例えば、最終表面仕上げフライス加工ステップが適用されて、多孔質内部のボリュームと本質的には同一である圧縮された空気の流れに対する流れ抵抗を有する気流抵抗性外皮層が提供されることが想像可能である。気流抵抗性外皮層の下には、元々の多孔質構造体を有する多孔質材料のボディーの内部のボリュームがそのままで維持される。このことは、具体的には、ボールエンドタイプのエンドミルの代わりに平底のエンドミルを用いて達成可能である。
【0022】
実施形態では、型キャビティは、金属ボディーを焼結する前に提供される。かかる方法では、キャビティ表面層は、製造中、閉じていないか、非常にわずかな程度閉じているだけである。かかる実施形態では、キャビティ表面層は、内部のボリューム(すなわち、円筒形ボディーの大部分)と同一の特性を有する。気流抵抗性外皮層は、後に続くステップ(単数)またはステップ(複数)において取得されるべきである。
【0023】
概して、本発明の気流抵抗性外皮層は、2つのステップの工程(フライス加工またはス
パークエロージョンのような加工ステップと、プラズマ研磨または電気化学的研磨のような研磨ステップとを有する)において取得される。例えば、加工ステップでは実質的にすべての孔が閉じており、その後、研磨ステップにおいて選択的に開く。
【0024】
例示的な実施形態では、1つ以上の型キャビティは、フライス加工ステップ(具体的には、表面仕上げフライス加工ステップが後に続く大まかなフライス加工ステップ)において提供され、フライスカッターの使用は、型キャビティに隣接する多孔質の焼結金属表面層の表面スミアリングを引き起こす。比較的高い回転速度を有するフライス工具の設定は、増大したスミアリングをもたらすことが注目された。
【0025】
不規則な厚さのスミアリングされたキャビティ表面層の下には、元々の多孔質構造体を有する多孔質材料のボディーの内部のボリュームがそのままで維持される。
【0026】
スミアリングとは、別の物体との滑り接触に起因する表面の塑性変形である。視覚的には、粗い表面の構造がスミアリングされ、かつ、それをいっそう輝かせる。スミアリングは、接触応力が材料の降伏強度を局所的に越えれば、任意の表面上で起こってもよい。
【0027】
実施形態では、特定のフライスカッターの使用の結果として、不規則であり、したがって10〜200μmの可変である厚さを有する、不規則な厚さのスミアリングされたキャビティ表面層が形成され、実質的にすべての孔が閉じている。換言すれば、表面層において、10〜200μmの厚さを有する部分が共存している。
【0028】
考え得る実施形態では、一端および側面上に切歯を有するエンドミルを用いて、型キャビティが作られる。さらに代替的には、切歯が端部においてのみ提供される。エンドミルは平底のフライスカッターを有していてもよいが、円形(ボールノーズ(ball nosed))カッターまたはアールが設けられた(radiused)(ブルノーズ(bull nose))カッターが適用されることもまた、想像可能である。
【0029】
場合によっては、周囲にある波状の歯形切断部を利用して、粗削りエンドミルが適用される。これら波状の歯は、多数の小さい切れ端を生産する多数の連続する刃先を形成し、比較的粗い表面仕上げをもたらす。
【0030】
代替案として、または、追加的に、比較的刃先の鈍いエンドミルを利用して、比較的粗い表面が取得される。
【0031】
有利なことに、直径3〜10mmのエンドミルを用いて直径40〜150mmの型キャビティが作られる。比較的大きい型キャビティを生産するためのかかる比較的微細であるエンドミルの使用は、表面層の不規則な厚さに帰するであろう。
【0032】
型キャビティは、任意の考え得る形状を有していてもよい:ハンバーガーのような円形、またはクリスマスツリー状(ポテトコロッケにおけるような)、またはチキンナゲットにおけるように不規則。さらに、型キャビティは、一定の厚さを有していてもよく、可変の厚さを有していてもよく、3次元製品(例えば、薄い端部を有する)、または円形、または模様を備えた製品、またはドーナツ形などの生産を可能にする。
【0033】
したがって、型キャビティの生産中、型キャビティに隣接するキャビティ表面層は塑性変形する。この層は、型キャビティ全体に隣接して(したがって、そのすべての側面上において)作成される。実施形態では、加工ステップにおいて、実質的にすべての孔が閉じている。
【0034】
後に続く研磨ステップ(プラズマ研磨または電気化学的研磨)では、閉じた孔は選択的に開く。
【0035】
長期間の電気化学的研磨中、スミアリングされたキャビティ表面層全体が除去され、スミアリングされた表面層の下にある元々の多孔質構造体全体の露出をもたらすであろう。
【0036】
限定された電気研磨は、キャビティ表面層全体からの代わりに、最も薄いキャビティ表面層の部分のエロージョンのみを可能にするであろう。結果として、限定された電気研磨は、平均2〜3つの孔を露出させる微細な穴(hole)を備えた、突起部をまったく、または、ほとんど有さない、滑らかで研磨された表面をもたらすであろう。このように取得される気流抵抗性外皮層は、多孔質の内部のボリュームと本質的には同一である圧縮された空気の流れに対する流れ抵抗を有する。
【0037】
限定された電気研磨は、例えば、表面を比較的短時間露出させることによって、または、代替的にはいっそう低濃度である電解液に曝露することによって達成される。
【0038】
不規則な厚さのスミアリングされたキャビティ表面層を有する実施形態では、後に続く限定された電気化学的研磨は、不規則な厚さのスミアリングされたキャビティ表面層の微小領域のみを選択的に除去し、したがって孔を選択的に開くであろう。そのことにより、多孔質の内部のボリュームと本質的には同一である圧縮された空気の流れに対する流れ抵抗を有する、本発明にしたがう気流抵抗性外皮層が取得される。かかる表面は、最も薄いキャビティ表面層の部分の局所的エロージョンから生じる微細な穴と、事実上すべての孔が閉じている滑らかで研磨された残りの表面とを有する。
【0039】
本発明によれば、型キャビティは、多孔質型ボディーにおける凹部として形成される。前記多孔質材料は、型キャビティを定めるキャビティ表面層を有する。型キャビティは、キャビティ表面領域を有する。
【0040】
例えば、微細な穴はキャビティ表面領域の1〜10%において広がり、かつ、平均穴径が10〜100μmであり、かつ、穴径が200μmを越える穴は存在しない。その結果、微細な穴1つあたり数個(1〜10)の孔のみが露出し、平均的には微細な穴1つあたり2〜3つの孔が露出する。
【0041】
電気化学的研磨(電気研磨とも呼ばれる)中、不規則な厚さのスミアリングされたキャビティ表面層は、電解液に曝露される。有利なことに、型キャビティを有する、多孔質であるステンレス鋼ボディー全体が、電解液の浴槽に浸漬される。例えば金属の薄片によってボディーの湾曲した外面を遮蔽することによって、キャビティ表面層は局所的に露出する。金属キャビティ表面層はアノードとして役立ち、かつ、直流電源の陽極に接続され、陰極はカソードに取り付けられる。電気研磨中、電流が、アノード(表面上の金属が酸化し、かつ、電解液に溶解する)からカソードへと移ることが可能とされる。カソードにおいて還元反応が起こり、このことは通常、水素を生産する。電気研磨に用いられる電解液は、ほとんどの場合、硫酸およびリン酸の混合物のような、粘度が高い高濃度の酸性溶液である。文献において報告されたその他の電気研磨用電解液としては、無水酢酸を有する過塩素酸塩および硫酸のメタノール溶液の混合物が挙げられる。
【0042】
実施形態では、10〜200μmの不規則な厚さを有する、不規則な厚さのスミアリングされたキャビティ表面層が生産される。粗い表面が電気研磨される時、表面プロファイルの突起部は、凹部より速く溶解することが知られている。アノディックレベリング(anodic leveling;陽極の平滑化)と呼ばれるこの工程は、物質移動が限定された溶解反応によって達成されると言われている。結果として、機械的研磨が用いられ
る時に通常観察される表面層の機械的変形を引き起こすことなく、研磨された表面が達成される。
【0043】
実施形態では、多孔質材料のボディーは円筒形の管状体(tubular)である。多数の型キャビティが外面に提供されてもよい(例えば、列(例えば、円筒形の管状体の軸線に平行である列および/または半径方向に平行な列)に並べられる)。
【0044】
さらに代替的には、多孔質材料のボディーは、円筒形の管状体の凹部に配置されるべき挿入物として具現化される。本発明の方法では、円筒形の管状体が1つ以上の凹部を備え、かつ、挿入物として具現化された等しい量の多孔質材料のボディーが円筒形の管状体の凹部に挿入される。有利なことに、1つ以上の型キャビティは、それらを凹部に挿入する前に外面において提供される。電気研磨もまた、有利なことに、ボディーを凹部に挿入する前に実行される。
【0045】
消費に適した食料製品を成形する時、多孔質である焼結したステンレス鋼型ドラム(好ましくは、本発明にしたがって製造されるドラム)を適用することが有利である。
【0046】
場合によっては、1つ以上の型キャビティの間に液密のバリアが提供される。したがって、圧縮された空気のような流体が、バリアの反対側における型キャビティに影響を与えることなく、1つ以上の型キャビティに提供され得る。かかる液密のバリアは、例えば、多孔質ボディーに樹脂を局所的に含浸することによって提供される。
【0047】
考え得る方法は、型キャビティに隣接する均質な多孔質である焼結したステンレス鋼ボディーの外面において液密のバリアを提供する追加ステップを有する。開いた外面を用いる場合、多孔質構造体へと提供される流体は、開いた外面への流体経路(製品で充填される型キャビティへの流体経路より抵抗が低い)をたどってもよい。型キャビティに隣接する均質な多孔質である焼結したステンレス鋼ボディーの外面において液密のバリアを提供することによって、開いた外面への流体経路は閉じ、かつ、すべての流体は1つ以上の型キャビティへと押し込まれるであろう。
【0048】
本発明によれば、多孔質材料のボディーの湾曲した外面は、気密封止されている。例えば、ローラーを用いてバニッシュ処理が適用され、約1mmの封止層が作成される。液密のバリアを提供するのに用いられるその他の機械的変形技術としては、機械的研磨、研削またはメディアブラスティングが挙げられる。さらに代替的には、樹脂の含浸または被覆のような異なる技術を用いて、外面において液密のバリアが提供される。型キャビティに隣接する均質な多孔質ボディーのこの外面は、フライス加工ステップによって影響を受けない。しかしながら、ボディー全体が限定された電気研磨に曝露されれば、この外面もまた、研磨されるであろう。かかる場合、後に続く電気研磨中に除去されない比較的厚い層を変形させることが重要である。
【0049】
本発明によれば、当該回転式円筒形型部材は、空気入口から延びる1つ以上の空気チャンネルを有し、該1つ以上の空気チャンネルは、空気入口から空気チャンネルを介し、かつ、型ボディーの多孔質構造体を介して変形した型キャビティ表面層へと、かつ、型キャビティの中に入る連通を提供するように適合し、流体は少なくとも圧縮された空気であり、型キャビティからの製品の除去を補助する。したがって、加圧された空気またはクリーニング液のような流体が、通路ポートから通路を介して多孔質構造体へと(有利には、型キャビティの近くへと)提供され得る。空気チャンネルは型ボディーにおいて形成されることが想像可能である。空気チャンネルが、支持表面(それに隣接して、型ボディーが位置決めされる)において形成されることもまた、考え得る。