調理済み食品トレイへの複数食材の充填を自動化する方法

調理済み食品には、ご飯、肉、野菜、トッピング、ソースが1つのトレイに入っている場合があります。これらの材料は同じレシピに基づいて作られていますが、計量や充填の際にそれぞれ大きく異なる挙動を示します。炊いたご飯は固まりやすく、野菜は強い衝撃で崩れやすく、肉片の大きさはまちまちで、ソースは液体の量を正確に計量する必要があります。

少量生産であれば、手作業による充填も対応可能かもしれません。しかし、需要が増加するにつれて、充填量のばらつき、必要な人員、生産ラインのボトルネックといった問題への対処が難しくなります。自動化の目的は、単にトレイの移動速度を上げるだけではありません。信頼性の高いシステムは、すべての材料を適切な量で供給し、正しいトレイ位置に配置し、トレイシーラーと同期を保つ必要があります。

したがって、調理済み食品トレイへの複数材料の充填を自動化するには、計量、分注、搬送、位置決め装置を連携させて組み合わせる必要がある。

複数の材料を詰める際に、なぜ複数の充填方法が必要なのか

米、肉、野菜、ソースは、同じ料理に含まれているからといって、同じ充填装置で加工すべきではありません。それぞれの食材には、独自の流動特性、目標重量、適切な取り扱い方法があります。

例えば、不規則な形の肉片は通常、複合計量で計量できますが、カレーやグレービーソースには液体充填システムが必要です。壊れやすい調理済み野菜は、密度の高いミートボールよりも優しく供給する必要があり、もち米は排出を改善するために特別に設計された接触面が必要になる場合があります。

それぞれの食材には、個別の分量設定が必要です。例えば、1つのトレイに米180グラム、肉80グラム、野菜60グラム、ソース40ミリリットルが必要な場合、充填システムはトレイ全体の重量だけを計測するのではなく、これら4つの目標量を個別に制御する必要があります。

製品の温度も考慮する必要があります。炊きたてのご飯、冷蔵ご飯、油を混ぜたご飯は、同じホッパー内でも異なる挙動を示す可能性があります。同様の差異は、細切り肉、照り焼きチキン、調理済みパスタ、ソースをかけた野菜などでも発生する可能性があります。そのため、計量面、ホッパー構造、供給方法、排出機構の選定においては、実際の製品を用いた試験が重要な要素となります。

適切な充填ライン構成を選択する

最適な構成は、トレイの配置、材料の数、必要な生産能力、および各材料をどれだけ正確に配置する必要があるかによって異なります。ほとんどのプロジェクトでは、3つの基本的な配置のいずれかが採用されます。

単一コンパートメントトレイへの逐次充填

順番に具材を詰める方法は、丼物、カレー料理、パスタ料理など、具材が重なり合ったり、一つの容器の中で層になったりする料理に適しています。

典型的なプロセスは次のとおりです。

トレイの展開 → ご飯詰め → 肉詰め → 野菜詰め → ソースの計量 → トレイの密封

空のトレイはインデックスコンベアに載せられ、一連の充填ステーションを通過します。各ステーションでは、保存されたレシピに従って1つの成分が追加されます。材料は同じ開口部から投入されるため、位置決め許容範囲は一般的に、分割トレイの場合よりも広くなります。

この構成は比較的シンプルで柔軟性があります。工場では、関連するレシピを切り替える際に、使用されていないステーションを非アクティブ化したり、分量設定を変更したりできます。ただし、ラインの実質的な生産量は、最も遅い充填ステーションによって決まります。もち米やソースの計量に長いサイクルが必要な場合、高速の肉計量機を使用しても、完成品トレイの容量は増加しません。

複数仕切りトレイ専用ステーション

お弁当箱、機内食、学校給食、調理済み食品トレイなどは、メイン料理、タンパク質、副菜をそれぞれ別の区画に分けて収納していることが多い。そのため、これらの製品では、より正確なトレイの位置決めと、適切な排出制御が求められる。

固形材料はそれぞれ独立した計量システムで処理されます。その後、専用のシュートが米、肉、野菜をそれぞれの指定された区画へと導きます。区画の開口部が比較的狭い箇所もあるため、コンベアは各シュートの真下でトレイを正確に停止させる必要があります。

この構成を設計する際には、トレイの図面が特に重要になります。機器供給業者は、トレイの寸法、仕切りの深さ、仕切り間の距離、および希望する食品の配置方法を把握しておく必要があります。3つの仕切りがあるトレイ用に設計されたシュートは、仕切りの位置が異なるトレイで使用すると正しく機能しない可能性があります。

ソースは通常、独立した計量ステーションを通して添加されます。工程の終盤にソースを充填することで、他の部品への飛び散りを減らし、トレイのフランジを清潔に保ち、密封性を高めることができます。

並列充填による生産量増加

安定したレシピを持ち、生産量が多いセントラルキッチンや調理済み食品工場では、1回の稼働サイクルで複数のトレイに食品を充填できる。

カスタマイズされた多段充填装置を使用すれば、計量された分量を複数のトレイまたはトレイ位置に分配できます。これにより、トレイごとに計量機を設置することなく生産量を増やすことができます。例えば、1つの計量システムで、複数のトレイに連動した分配機構を通して分量を放出することが可能です。

並列充填では、トレイデネスター、インデックスコンベア、計量システム、分配装置、トレイシーラー間の精密な連携が不可欠です。いずれかのユニットの動作サイクルが早すぎたり遅すぎたりすると、トレイが滞留したり、充填位置がずれたりする可能性があります。

材料、トレイのレイアウト、密封構成に応じて、カスタマイズされたスマート計量調理済み食品ラインは、1時間あたり約1,500～2,000個の完成トレイを処理できるように設計できます。これはプロジェクトごとの目安であり、すべての製品に適用される固定速度ではありません。粘着性のある材料、多めの量、または材料が多いレシピの場合は、充填サイクルが長くなる場合があります。

自動調理済み食品トレイ充填ラインの仕組み

生産ラインはそれぞれカスタマイズされていますが、一般的には全工程が8つの段階を経て行われます。

1. 自動トレイ展開
   空のトレイは積み重ねられたトレイから分離され、個別にコンベア上に載せられます。安定したトレイ分離により、トレイの重複やライン下流での位置決めエラーを防ぎます。

2. トレイの位置決め
   センサーが搬送トレイを検知すると、インデックス機構が所定の充填ステーションの下でトレイを停止させます。排出時にはガイドがトレイを正しい位置に保持します。

3. 原料供給
   米、肉、野菜、その他の固形食品は、それぞれの計量器に移送される。供給方法は、食品を圧縮したり損傷させたりすることなく、適切な供給量を維持しなければならない。

4. 独立した部分計量
   各材料は、それぞれのレシピ目標値に基づいて計量されます。制御システムは適切なホッパーの組み合わせを選択し、必要な量を排出用に準備します。

5. 制御された複数ステーション充填
   専用のシュートが、計量された各分量をトレイに正確に送り込みます。複数の仕切りがあるトレイの場合、シュートの出口はそれぞれの仕切りに合うように配置されているため、食品の置き間違いを防ぎます。

6. ソースの量
   別個の容器に、グレービーソース、カレー、ドレッシング、その他の液体成分を充填します。分注システムは、粘度、粒子含有量、分量に応じて選択されます。

7. 重量検査
   オプションの重量チェック装置は、完成したトレイの重量を測定します。許容重量範囲外の製品は、密封またはコード化の前に不良品として除外されます。

8. トレイの密封とコーディング
   充填済みのトレイは、標準的なヒートシール包装機、真空シール包装機、または雰囲気包装機に投入されます。日付印字、ラベル貼付、検査は、同じ生産工程に統合できます。

より高度な自動化を必要とする工場では、主要生産ラインをケースパッキング、ケースシーリング、パレタイジング装置に接続することができます。これらの下流システムは、個々の充填機の理論上の最大速度ではなく、実際の完成品トレイの生産量に基づいて計画する必要があります。

充填精度と完成品トレイの生産量を決定する要因

計量ヘッドや充填ステーションの数だけでは、ラインの性能は決まりません。精度、製品品質、安定した生産量には、以下の要素がより大きな影響を与えます。

成分特性

機器供給業者には、製品の寸法、粘着性、油分含有量、充填温度、および脆性に関する明確な情報を提供する必要があります。また、成分が事前に混合されているかどうか、およびどの程度の落下高さまで許容できるかについても説明する必要があります。

大きなミートボール、細かく裂いた鶏肉、細かく刻んだ肉など、種類によって供給および排出設定が異なる場合があります。壊れやすい野菜は落下距離を短くする必要があり、粘着性のある製品はホッパー表面の加工や排出補助が必要になる場合があります。

個々の分量目標

食事全体の重量だけを示すだけでは不十分です。各食材の目標値と許容範囲を個別に指定する必要があります。

これは特に高価なタンパク質にとって重要です。生産ラインが1時間に2,000トレイを生産する場合、各トレイに数グラムの余分な肉が入っているだけでも、1日あたりの材料ロスは相当なものになります。独立した計量方式を採用することで、ご飯、野菜、ソースの量を意図的に減らすことなく、高価な材料をより厳密に管理できます。

トレイと仕切りのデザイン

供給業者は、実際のトレイサンプル、または長さ、幅、深さ、フランジ、およびコンパートメントの配置を示す詳細な図面を必要とします。小さなコンパートメントは、大きな単一コンパートメントのトレイよりも高い排出精度が求められます。

製品の盛り付け方についても話し合う必要があります。各仕切りに適切な材料を入れるだけで済む食事であれば、タンパク質を米の上にきちんと盛り付ける必要がある食事よりも、シンプルな投入口で済むでしょう。

完全なライン同期

生産目標は、1分あたりの分量ではなく、1時間あたりの完成トレイ数で表すべきである。実際の生産量は、最も遅い原料供給ステーション、トレイの取り出し速度、コンベアのインデックス時間、ソースの計量サイクル、またはトレイの密封機によって制限される可能性がある。

実際の1日あたりの生産能力を見積もる際には、製品の補充、清掃、レシピの変更なども考慮に入れる必要があります。頻繁な中断によって生産ライン全体が安定して稼働できない場合、高い公称速度はほとんど意味を成しません。

清掃と食品安全

調理済み食品機器は、衛生的な製品接触面と清掃しやすいアクセス性を備えている必要があります。有用な設計上の特徴としては、ステンレス鋼製の接触部品、取り外し可能な計量ホッパー、取り外し可能な排出シュート、食品の蓄積箇所の削減などが挙げられます。

充填ステーション間の十分な間隔も同様に重要です。作業員は、ラインの無関係な部分を分解することなく、部品の点検、取り外し、清掃を行う必要があります。乾式洗浄、低圧洗浄、水洗洗浄など、洗浄環境によって必要な機械構造が異なる場合があるため、生産前に必要な洗浄方法を確認する必要があります。

Smart Weigh社が多成分充填システムを設計する方法

Smart Weighは、すべての調理済み食品に標準的な機械構成を適用するのではなく、顧客の実際のレシピに基づいて各システムを設計します。

工程は、原材料、個々の分量目標、トレイの図面、および必要な完成トレイ容量から始まります。米、肉、野菜、その他の固形物には、個別のマルチヘッド計量機またはカスタマイズされた分量計を使用できます。その後、ソース、グレービー、カレーなどの液体分注システムを組み込むことができます。

カスタマイズ可能なシュートとマルチ充填機構により、この装置はシングルコンパートメントトレイとマルチコンパートメントトレイの両方に対応できます。システム全体には、トレイの分離、製品供給、計量、充填、重量検査、密封、コーディング、および後処理が含まれます。

自動化は、いくつかの実用的な生産上の利点をもたらします。

• 手作業による計量とトレイへの充填作業の繰り返しが減る

• 食事の構成要素間の比率がより均一になる

• 肉類やその他の高価な食材の管理をより良くする

• 仕切り付きトレイの仕切りへの充填精度が向上しました。

• 手作業充填エリアを継続的に拡張することなく、生産能力を向上させる

• レシピ設定を保存することで、より効率的な製品切り替えが可能になります。

• 検査および最終工程自動化のための拡張可能な基盤

最終構成を確定する前に、実際の食品テストを実施することをお勧めします。テスト中、Smart Weighは製品の供給、計量の安定性、排出動作、トレイの配置などを評価できます。これは、写真だけでは確実に評価できないもち米、油っぽい調理済み食品、壊れやすい野菜、不規則な形状の肉製品などに特に有効です。

適切な提案書を作成するには、原材料の写真またはサンプル、各コンポーネントの目標重量、トレイの寸法、コンパートメントのレイアウト、および必要な時間当たりの生産量を提供してください。また、Smart Weigh の調理済み食品包装システム利用可能な回線構成については、こちらをご覧ください。

よくある質問

複数の原材料をトレイに充填する自動化は、コンベアの上に複数の充填機を設置するだけでは済みません。各原材料には適切な計量または分注方法が必要であり、トレイの位置決め、排出タイミング、密封速度は、連携したシステムとして機能しなければなりません。実際の食品サンプル、個々の分量目標、トレイの図面、完成品トレイの出力要件から始めることで、将来の生産需要に合わせて拡張可能な、より信頼性の高いソリューションを構築できます。