(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表皮で覆われた物を回転移動させながら１方向に運搬させ、且つ、線状レーザビームを線方向に対して垂直方向に沿って振り子運動させながら、前記線状レーザビームを前記物に照射することによって、前記表皮を除去し、
前記線状レーザビームは、光ファイバーを用いて線状に加工されており、
前記振り子運動は、前記光ファイバーの柔軟性を利用して前記光ファイバーを前記線方向に対して垂直方向に振動させることにより行われ、
前記線状レーザビームの前記線方向は前記回転移動の方向と垂直方向であるとともに、前記振り子運動の方向は前記回転移動の方向と平行方向であることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記線状レーザビームの照射は、前記物に水を噴射しながら行われており、
前記線状レーザビームに、ＹＡＧレーザの基本波を用いることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記物とは、ジャガイモ、里芋、リンゴ、柿のいずれかであることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項４】
表皮で覆われた物を回転移動させながら１方向に運搬させ、且つ、線状レーザビームを線方向に対して垂直方向に沿って振り子運動させながら、前記線状レーザビームを前記物に照射することによって、前記表皮を除去し、
前記線状レーザビームは、光ファイバーを用いて線状に加工されており、
前記振り子運動は、前記光ファイバーの柔軟性を利用して前記光ファイバーを前記線方向に対して垂直方向に振動させることにより行われ、
前記線状レーザビームの前記線方向は前記回転移動の方向と垂直方向であるとともに、前記振り子運動の方向は前記回転移動の方向と平行方向であることを特徴とする表皮が除去された物の作製方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記線状レーザビームの照射は、前記物に水を噴射しながら行われており、
前記線状レーザビームとして、ＹＡＧレーザの基本波を用いることを特徴とする表皮が除去された物の作製方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
前記物とは、ジャガイモ、里芋、リンゴ、柿のいずれかであることを特徴とする表皮が除去された物の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は表皮で覆われた物、例えばジャガイモ、リンゴ等の皮を自動で剥く方法、および装置に関する。あるいは、表面に汚れが付着したものの汚れを除去する方法、および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食材の皮を剥く作業を自動化しようという試みが古くからなされてきたのは、歴史が物語るところである。ジャガイモ等の皮を自動で剥く装置、方法は一般に広く用いられており、これにより弁当の販売や、缶詰の製造、菓子類の製造といった食品業界のオートメーション化が進んだ。自動皮剥き器を利用している菓子類としては、ポテトチップスに代表されるのスナック菓子などがある。自動皮むき器を利用している缶詰としては、桃やブドウ、ミカンの缶詰等がある。これらの皮の剥き方として、代表的な方法を以下に挙げる。
【０００３】
まず、ジャガイモの皮を剥く場合を例に挙げる。
ジャガイモを互いにふれあう状態とし、摩擦により皮を削り取る方法がある。回転する容器の中に大量のジャガイモを入れ、ジャガイモが互いにふれあう状態を作る。回転する容器を適当な速度で回転させることにより、ジャガイモが互いに擦れ合う。これにより、皮を摩耗させ、結果的に皮がジャガイモから取り除かれる。このとき、回転する容器の側面は、より効率よく皮が剥けるように細かい突起物で覆われたものとしてもよい。
【０００４】
あるいは、スチームピーラーと呼ばれる皮むき器を使って皮を剥く方法がある。この方法では、スチームピーラーのなかに大量のジャガイモを入れて、ジャガイモ表面に高圧の蒸気を浴びせ、皮が柔らかくなったら高圧スプレーで皮を水洗除去する方法が採られる。あるいは、ヤスリピーラーと呼ばれる皮むき器により、ジャガイモ表面を摩擦により削り取る方法もある。
【０００５】
次に、ミカンの皮を剥く例を挙げる。
ミカンの皮には、外側の固い皮と内側の半透明の皮があるが、ここでは、ミカンの内側の皮を剥く方法に関して述べる。ミカンの皮は、非常にうすく、又、皮の内側にある身の部分が非常に柔らかいものであることから、ジャガイモのように摩擦にて削り取るようなことは難しい。そこでこの場合、ミカンの皮だけを溶かす薬液にミカンを漬けることにより皮を取り除く方法を採用している。上記の薬液には、一般に水酸化ナトリウムが用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えばジャガイモのように互いに摩擦しあうことにより、皮を除去しようとすると、どうしても皮の下にある身の部分まで削れてしまう。皮と身の間の部分というのは、栄養価の高いことで知られており、この部分が産業廃棄物として捨てられるのは好ましくない。
【０００７】
また、ジャガイモの皮のような産業廃棄物は他に流用することが困難であり、できるだけ量を減らした方がよい。ジャガイモの皮は腐りにくいので、肥料として再利用するには適当でない。また、動物の餌としても不適当である場合が多い。
【０００８】
上記で紹介したスチームピーラーを用いて皮を剥く方法においては、スチームピーラーを使って皮を剥かれたジャガイモの表面が加熱されてしまうので、味の変質が避けられない。また、本方法も皮むき後のジャガイモの容積が、必要以上に減ってしまう欠点を有している。本発明は、効率よく皮の極表面のみを取り除く装置、および方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、強い光を効率よく食材の表皮に照射することにより前記食材の表面をアブレーションさせ皮を取り除く方法を考案した。
【００１０】
例えば、ジャガイモの皮をYAGレーザ（波長１.０６μｍ）を用いて剥くことを考える。ジャガイモは、その皮のすぐ下に水分を多く含む層がある。皮付きのジャガイモに向かってYAGレーザを照射すると、瞬間的にその水分を多く含んだ領域あたりまでレーザのエネルギーが吸収される。より多くのエネルギーを前記領域に吸収させるために、あらかじめジャガイモを水分で湿らせておいてもよい。
【００１１】
このとき、適当なエネルギー密度でレーザビームをジャガイモに照射すると、ちょうどジャガイモの皮のみがアブレーションを起こし、皮がジャガイモから取り除かれる。除去された皮は、たとえば、空気を吹き付けることによりジャガイモの身の部分から完全に分離させる。本明細書中、被照射体に空気を吹き付ける装置を、空気噴射装置と呼ぶこととする。あるいは、水洗により両者を完全に分離してもよい。本明細書中、被照射体に水をかける装置を、水噴射装置と呼ぶこととする。レーザビームをジャガイモに照射しなからジャガイモを水洗する場合は、レーザビームが水により減衰されにくい波長を持った光をジャガイモに照射しなければならない。その点では、YAGレーザの基本波(波長1μｍ程度)を使うと、水に対する吸収が少ないので都合がよい。一方、波長２μｍ以上（例えばCO2レーザなど）のやや波長の長い光は、水に対する吸収が比較的高いので、水洗ではなく空気の流れを作って皮を飛ばす方法を採る方が適当である。あるいは、レーザの照射が行われた後、水洗する方法を採ってもよい。あるいは、レーザの照射されているジャガイモを、レーザビームをなるべく遮らないように水洗する方法、例えば、レーザビームをジャガイモの上方から照射している最中に、ジャガイモの下方から水をジャガイモにかけ水洗する方法を採ってもよい。
【００１２】
ジャガイモの皮は、ジャガイモの身とは別の部分に回収され処理される。前記回収は、例えば、ジャガイモの皮が空気で吹き飛ばされてくる場所に回収のための容器を設置することにより行う。あるいは、ベルトコンベアを用意し、吹き飛ばされてきたジャガイモの皮を前記ベルトコンベアに乗せ、所望の回収場所に移動させてもよい。水洗により分離されたジャガイモの皮は、水路を形成することにより、回収場所まで運んでもよい。被照射体を水洗するのは、レーザを照射しながらでもよいし、レーザの照射が終了した後でもかまわない。
【００１３】
ジャガイモは不定形の立体であることから、レーザビームをジャガイモの表面全体に照射するためには、ジャガイモをレーザビームに対し相対的に回転させる必要が生じる。回転の手段としては、例えば、回転対称の軸を中心に回転する円筒（本明細書中では、円筒状のころと呼ぶこととする。）を並列に並べた上にジャガイモを乗せて転がせばよい。円筒の半径を最適化することで、ジャガイモが効率よく回転するようにする。あるいは、各円筒状のころの回転速度をそれぞれ変えることで回転効率を上げることもできる。回転する円筒それぞれの回転方向を同一に揃えると、ジャガイモは一方向に進むので、回転する円筒の列がベルトコンベアと同等の役割を果たす。よって、ジャガイモの皮むきと運搬を同時に処理できるので、大量にジャガイモの皮むきを行うときに効率がよい。
【００１４】
レーザビームは、ジャガイモの上方から、もしくは、回転する円筒の列の隙間から、もしくはそれら両方から照射するとよい。もしくは、その他の方向から照射してもよい。
【００１５】
ジャガイモの回転手段としては、前述のもの以外に球状の回転するものをマトリクス状に配置し、その上にジャガイモを乗せてもよい。このとき、前記の手段と同様、回転する方向を揃えておけばジャガイモを１方向に運搬することが可能となる。これは、大量生産のラインを組むときに都合がよい。あるいは、ジャガイモを鋭利なフォークで刺した状態にしたまま、フォークを中心に回転させながらレーザビームを照射してもよい。
【００１６】
あるいは、回転させる代わりにレーザビームを被照射体の表面全体に照射する手段を用いてもよい。具体的には、例えば、レーザビームの進行方向に垂直な面における断面形状が面状に加工されたレーザビームを被照射体の上下または左右またはその他の方向から前記被照射体に照射するとよい。あるいは、前記断面形状が線状に加工されたレーザビームを被照射体の上下または左右またはその他の方向から前記被照射体に照射し、その間前記被照射体をレーザビームに対して相対的に走査させるとよい。走査によりレーザビームが被照射体の表面全体に照射される。
【００１７】
本工程において注意しなければならないことは、被照射体が立体であることにある。よって、断面形状が線状または面状に加工されたレーザビームが被照射体に与えるエネルギー密度が被照射体の表面においていたるところで一定である必要が生じる。このようなレーザビームを得るためには、レーザビームの進行に伴って断面形状がほとんどかわらない平行光に近いレーザビームを形成すればよい。実際にこのようなレーザビームを皮むきに使用する場合、被照射体の存在する領域を横切るレーザビームがほぼ平行光に近いものとなっていればよい。
【００１８】
現在の技術水準で、産業に利用できる高出力のレーザ装置のエネルギーは、１Ｊ/Ｐ程度、非常に高価なものでも、２０Ｊ/Ｐ程度である。ジャガイモの皮をむくために必要なエネルギー密度は、少なくとも数Ｊ/ｃｍ2必要であることから、面状に加工されたレーザビームをジャガイモ全体に一度に照射して皮を剥くことは現実的ではない。一方、線状に加工されたレーザビームを、被照射体に対し相対的に走査させながら照射すると、ジャガイモの皮を剥くのに十分なエネルギー密度が得られるので現実的である。
【００１９】
例えば、１Ｊ/Ｐのレーザ装置を使って、幅０.０５ｃｍ、長さ２０ｃｍの線状レーザビームを作ると１０Ｊ/ｃｍ2のレーザビームが得られる。このエネルギーはジャガイモの皮を剥くのには十分なエネルギーである。ジャガイモの皮を剥くための最適なエネルギーはレーザ装置によって異なるので、エネルギーの決定は実施者が適宜行わねばならない。なぜならば、最適エネルギーはレーザ装置のパルス幅（パルス発振のレーザ装置における１パルスの発光時間）や、レーザの波長に依存するからである。
【００２０】
図２に平行光に近い線状のレーザビームを被照射体に照射する場合（図２（A）参照）と、平行光でない線状のレーザビームを被照射体に照射する場合（図２（B）参照）との違いを示す。まず、図２（A）に沿って説明する。レーザ発振器２０１から出たレーザビームは、凹（凸でもよい。）シリンドリカルレンズ２０２により拡大される。凹シリンドリカルレンズ２０２により拡大されたレーザビームは、凸シリンドリカルレンズ２０３により、平行光線に加工され、断面形状が線状のレーザビームとなる。凹シリンドリカルレンズ２０２と凸シリンドリカルレンズ２０３の組み合わせ、ビーム幅を変化させる光学系は一般にビームエキスパンダーと呼ばれている。
【００２１】
このままでは、レーザビームのエネルギー密度が十分でない場合があるので、凸シリンドリカルレンズ２０４と凹シリンドリカルレンズ２０５の組み合わせにより、線状のレーザビームをより細い平行光とし、立体の被照射体２０６に照射する。凸シリンドリカルレンズ２０４と凹シリンドリカルレンズ２０５の組み合わせは、ビーム幅を狭めるが、これもビームエキスパンダーの１つである。
【００２２】
ビームエキスパンダーの組み合わせにより、レーザビームはほぼ平行光に加工されているので、被照射体２０６の表面の互いに異なる点 a と点 b に照射されるレーザビームのエネルギー密度はそれぞれオーダーで等しい。凹シリンドリカルレンズ２０５を出たレーザビームが被照射体２０６を配置するための床２１４に達するまでの範囲は本明細書中で照射領域２１３と呼んでいる部分である。次に、図２（B）に沿って説明する。
【００２３】
レーザ発振器２０７から出たレーザビームは、凹（凸でもよい。）シリンドリカルレンズ２０８により拡大される。次に凸シリンドリカルレンズ２０９により平行光に加工される。凹シリンドリカルレンズ２０８と凸シリンドリカルレンズ２０９との組み合わせもビームエキスパンダーである。線状レーザビームのエネルギー密度を高めるために、凸シリンドリカルレンズ２１０をつかう。これにより、線状レーザビームはある直線２１１で焦点を結ぶので、前記直線２１１上では非常に高いエネルギー密度が得られる。
【００２４】
前記直線２１１上にない被照射体２１２表面の点cと、直線２１１上にある点ｄにおけるレーザビームのエネルギー密度は、オーダーで異なる。被照射体は床２１５に配置される。被照射体２１２をジャガイモとすると、点ｃではジャガイモの皮が全く剥けないが、点ｄではジャガイモの皮が焦げてしまって火災が起きるようなことになりかねない。
【００２５】
このように、本発明で使用するレーザビームは、平行光に近いほどよい。使用するレーザビームが平行光でなくても、極めて平行光に近いものであればよい。例えば図２（B）において、凸シリンドリカルレンズ２１０の焦点距離を非常に長いものとして、その焦点位置が照射領域にこないようにする。このような系でも、本発明の目的は達成できる。光学系の関係でレーザビームを集光し焦点を作らなければならないときは、その焦点の位置に物体を置いてはいけない。焦点の位置に物体があると火災の原因になる。
【００２６】
上述した方法はレーザビームの光路を固定し、被照射体のみを動かす方法であるが、これでは加工効率が悪い。レーザビームを被照射体に照射できる領域が、非常に狭いからである。本明細書中では、被照射体にレーザビームが照射できる領域のことを照射領域と呼ぶこととする。図２（A）を例にとると照射領域はシリンドリカルレンズ２０５から下方の部分の領域２１３をさす。
【００２７】
レーザビームの光路を被照射体に対して動かすことにより照射領域の体積を増やし、加工効率を飛躍的に向上させる方法を以下に述べる。被照射体とレーザビームの光路が同時に動いている状態を最適化すると非常に効率のよい皮むきが行える。ここでいう動作とは、地面に対する相対的な動作を指す。
【００２８】
まず、レーザビームの光路を動かす方法を述べる。レーザビームは、一般に直進性をもち、光学系等を用いることによりその進路を曲げられる。よって、レーザビームの光路を動かす方法には、ミラーを振動させることにより、ミラーに照射されたレーザビームの進行方向を素早く変更させる方法や、レーザビームを光ファイバーに通し光ファイバーの柔軟性を利用して動かす方法等がある。ミラーを振り子のように振動させることができる装置には、ガルバノメータと呼ばれるものがある。
【００２９】
本発明では、例えば光ファイバーを使ってジャガイモ表面に効率良くレーザビームを照射する方法、および装置を提供する。光ファイバーを使う利点は、レーザビームの光路を簡単に変更できることと、レーザビームの形状の変更の容易性などにある。
【００３０】
光ファイバーに適応できるレーザには、例えばYAGレーザがある。YAGレーザのビームサイズは様々であるが、１Ｊ/Ｐの出力をもつものであればだいたい１ｃｍ2オーダーである。光ファイバーは、例えば直径１ｍｍ程度のものを使う。光ファイバーは細い繊維のようなものであり、その内部は大きくわけて３層構造になっている。光ファイバーの中心にはコアと呼ばれる部分があり、その周りにはコアよりも屈折率の小さいクラッドと呼ばれる部分がある。その外側には保護膜がある。レーザビームはコアと呼ばれている部分を通る。コアを伝搬中のレーザビームがクラッドに当たると全反射と呼ばれる現象が起こり、前記レーザビームはコア内にとどまる。全反射を繰り返すことにより、レーザビームはほとんど減衰されることなく伝搬される。直径１ｍｍの光ファイバーを複数本集めて束にし、YAGレーザのビームサイズにあわせた形で、YAGレーザのレーザビームをファイバーの束に入射させる。これにより光ファイバーにYAGレーザを通すことができる。
【００３１】
光ファイバーの束は柔軟性があるため、光を入射させる側と光を出す側の形を変更することが極めて容易である。本明細書で使用するYAGレーザの形状は円状であり、ジャガイモの表面全体にレーザを照射させるにはあまり効率のよい形状ではない。これに光ファイバーを用いることで、例えばレーザビームの形状を線状とすることができる。
【００３２】
図３を使って、光ファイバーで線状のレーザビームを得る方法を説明する。直径１ｃｍのビームサイズを持つYAGレーザ３０１を用いた場合、直径１ｍｍの光ファイバー３０３を約１００本集めて円状に束ね、YAGレーザを前記光ファイバーの束に入射させる。このとき、レーザのエネルギーを効率良く利用するために、細かい複数の凸レンズで構成されるマイクロレンズアレイ３０２を用いるのが効果的である。マイクロレンズアレイ３０２に含まれている個々の細かいレンズを光ファイバー１本１本に対応させることで光ファイバーのコア３０３bの部分のみにレーザビームを入射させることができる。（図３中に描かれた光ファイバーの１本を断面図とした。コア３０３bのまわりを覆っているものがクラッド３０３aである。）直径１ｍｍ程度の光ファイバーであれば、コアの直径は数百μｍとなる。よって、前記光ファイバーのコア部分のみにレーザビームを入射させるためには、直径１ｍｍの凸レンズを個々の光ファイバーに対応させて配置すればよい。前記レンズの焦点距離は、光ファイバーの光の伝搬効率が最も高くなるように選ぶ。すなわち、クラッド３０３aとコア３０３bの境界で全反射条件をみたす角度でレーザビームが光ファイバーに入るように前記焦点距離を設定する。
【００３３】
レーザビームが出る側の光ファイバーの束３０４の形状は例えば線状とするとジャガイモに効率よくレーザビームを照射することができるので都合がよい。線状に加工されたレーザビームをジャガイモに照射するとき、光ファイバーの柔軟性を利用して線状に束にされた光ファイバーを線状レーザビームの線方向に対し直角方向３０５に振動させることにより、ジャガイモ３０９の表面にレーザビームを効率よく照射することが可能となる。このとき、レーザビームを照射させながらジャガイモが回転すれば、ジャガイモ表面全体にレーザビームを照射することができる。
【００３４】
光ファイバーから出たレーザビーム３０６は拡がりながら進むため、個々の光ファイバーから出たレーザビームをそれぞれ適当な凸レンズ３０７に入射させ、平行光３０８を得ると本発明の加工効率が著しく向上する。簡単のため、前記凸レンズを複数設ける代わりに、１つのシリンドリカルレンズに光ファイバーから出てきたレーザビームをすべて入射させレーザ光の拡がりを抑えてもよい。
【００３５】
上記の方法以外に線状のレーザビームをミラーの振動により、地面に対し相対的に動かす方法をとってもよい。この場合は、シリンドリカルレンズ等を使ってレーザビームを拡大した後、線状にするために適当なビームエキスパンダー（この場合はビーム幅を細くするものを使う。）にてレーザビームを絞り、振動するミラーはレーザビームの光路の適当な場所に入れればよい。この方法に関しては、実施例にて詳しく述べる。
【００３６】
上述したレーザ以外には、ガラスレーザ、CO2レーザ、YAGレーザの第２高調波、第３高調波、等が本発明に適用できる。また、本発明はジャガイモの皮むきに限定されるものではなく同様の食材に利用できることは、当業者が容易に推測できる。たとえば、本発明は、里芋の皮、リンゴの皮や、柿の皮の除去等に利用できる。また、食材の表面についた土等の不要なものの除去にも利用できる。
【００３７】
すなわち本発明は、照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを被照射体に照射する手段と、
前記被照射体を回転させながら前記レーザビームを前記被照射体の表面に照射する手段と、
前記被照射体から除去された不要なものを処理する手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００３８】
本発明の他の構成は、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを被照射体に照射する手段と、
前記被照射体を回転させながら前記レーザビームを前記被照射体の表面に照射する手段と、
前記被照射体から除去された不要なものを処理する手段と、
を有し、
前記断面形状が線状であるレーザビームは光ファイバーを介し前記線状の形状が形成されることを特徴とするレーザ照射装置である。
【００３９】
本発明の他の構成は、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを表皮で覆われた食材の表面に照射する手段と、
前記食材を前記レーザビームに対し相対的に回転させる手段と、
前記表皮を処理する手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００４０】
本発明の他の構成は、
表皮で覆われた食材の前記表皮に湿気を与える手段と、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを前記表皮で覆われた食材の表面に照射し、前記表皮をアブレーションさせる手段と、
前記食材を前記レーザビームに対し相対的に回転させる手段と、
前記表皮を処理する手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００４１】
本発明の他の構成は、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを表皮で覆われた食材の表面に照射すると同時、または前記照射の後に、水を前記食材の表面に噴射する手段と、
前記食材を前記レーザビームに対し相対的に回転させる手段と、
前記表皮を処理する手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００４２】
本発明の他の構成は、
表皮で覆われた食材の前記表皮に湿気を与える手段と、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを前記表皮で覆われた食材の表面に照射し、前記表皮をアブレーションさせると同時、または前記照射の後に、水を前記食材の表面に噴射する手段と、
前記食材を前記レーザビームに対し相対的に回転させる手段と、
前記表皮を処理する手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００４３】
上記何れの発明に関しても、前記レーザビームは、YAGレーザ、または、YVO4レーザ、または、ガラスレーザ、または、CO2レーザであると大出力が容易に得られるのでよい。大出力レーザを用いると、加工効率が上がるので大量生産に都合がよい。また、複数のレーザを用いてもよい。あるいは、複数の異なるレーザビームを用いても良い。
【００４４】
上記何れの発明に関しても、前記処理する手段は、空気噴射装置を含むと処理効率が上がるのでよい。あるいは水洗により取り除く装置（水噴射装置）を含むと処理効率が上がるのでよい。
【００４５】
上記何れの発明に関しても、前記断面形状が線状であるレーザビームは、前記レーザビームの進行方向を前記照射領域で変化させる手段を有すると、処理効率が上がるので好ましい。前記レーザビームの進行方向を変化させる手段としては、ガルバノメータなどが適当である。
【００４６】
本発明の他の構成は、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを形成する工程と、
被照射体を回転させながら前記レーザビームを前記被照射体の表面に照射する工程と、
前記被照射体から除去された不要なものを処理する工程と、
を有することを特徴とするレーザ照射方法である。
【００４７】
本発明の他の構成は、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを形成する工程と、
被照射体を回転させながら前記レーザビームを前記被照射体の表面に照射する工程と、
前記被照射体から除去された不要なものを処理する工程と、
を有し、
前記断面形状が線状であるレーザビームは光ファイバーを介し前記線状の形状が形成されることを特徴とするレーザ照射方法である。
【００４８】
本発明の他の構成は、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを形成する工程と、
表皮で覆われた食材を回転させながら前記レーザビームを前記食材の表面に照射する工程と、
前記表皮を処理する工程と、
を有することを特徴とするレーザ照射方法である。
【００４９】
本発明の他の構成は、
表皮で覆われた食材の前記表皮に湿気を与える工程と、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを形成する工程と、
前記表皮で覆われた食材を回転させながら前記レーザビームを前記食材の表面に照射し、前記表皮をアブレーションさせる工程と、
前記表皮を処理する工程と、
を有することを特徴とするレーザ照射方法である。
【００５０】
本発明の他の構成は、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを形成する工程と、
表皮で覆われた食材を回転させながら前記レーザビームを前記食材の表面に照射すると同時、または前記照射の後に、水を前記食材の表面に噴射する工程と、
前記表皮を処理する工程と、
を有することを特徴とするレーザ照射方法である。
【００５１】
本発明の他の構成は、
表皮で覆われた食材の前記表皮に湿気を与える工程と、
照射領域においてレーザビームの進行方向に対し垂直な面での断面形状が線状であるレーザビームを形成する工程と、
前記表皮で覆われた食材を回転させながら前記レーザビームを前記食材の表面に照射し、前記表皮をアブレーションさせると同時、または前記照射の後に、水を前記食材の表面に噴射する工程と、
前記表皮を処理する工程と、
を有することを特徴とするレーザ照射方法である。
【００５２】
上記いずれのレーザ照射方法においても、前記レーザビームは、YAGレーザ、または、YVO4レーザ、または、ガラスレーザ、または、CO2レーザであると処理効率が高く好ましい。
【００５３】
上記いずれのレーザ照射方法においても、前記処理する工程は、空気を噴射させる工程を含むと、処理の効率が上がるので好ましい。あるいは、前記処理する工程は、水を噴射させる工程を含むと、処理の効率が上がるので好ましい。
【００５４】
上記いずれのレーザ照射方法においても、前記断面形状が線状であるレーザビームの進行方向が、前記照射領域において変化する工程を有すると、前記除去の効率が上がるので好ましい。
【００５５】
【発明の実施の形態】
まず、被照射体としてジャガイモを用い、レーザビームを照射することで前記ジャガイモの皮を除去する方法を述べる。
【００５６】
図１にレーザ照射装置を図示する。レーザ発振器１０１には、光ファイバーの束１０３を通せるレーザビームを発生させることのできるものを用いる。たとえば、YAGレーザが使える。レーザ発振器から出たレーザビームはマイクロレンズアレイ１０２により、複数の焦点を結ぶ。これら複数の焦点の直前、または直後にそれぞれの焦点に対応させて光ファイバーの束１０３を配置し、前記光ファイバーのそれぞれにレーザビームを入射させる。
【００５７】
通常レーザビームは円状もしくはアスペクト比が１桁である長方形状の形をしているので、マイクロレンズアレイ１０２もレーザビームの形状に合わせて作る。光ファイバーをマイクロレンズアレイのアレイの数と同じ本数だけ用意する。光ファイバーはレーザビームの形状（一般に円状もしくは長方形状）を変化させる目的で使用する。
【００５８】
ジャガイモの皮をジャガイモの身から分離させるのに効率のよい形状は、例えば、線状のレーザビームである。線状のレーザビームを得るためには、光ファイバーの束のレーザビームが出る側を線状に並べればよい。このときエネルギーが偏らないように、比較的強いレーザビームが入射している光ファイバーと、比較的弱いレーザビームが入射している光ファイバーとを交互に配置し、エネルギーの均一化を図るとよい。
【００５９】
レーザ発振器から線状のレーザビームが形成されるまでの装置の構成は、図３に示したものと同じものとする。すなわち、光ファイバーの束１０３に含まれる個々の光ファイバーから出るレーザビームの直後に凸レンズ１０４を配置し、レーザ光を平行光に加工する。
【００６０】
洗浄器等で泥を落とされた皮付きのジャガイモ１０５aは、ジャガイモ入れ１０６からベルトコンベア１０７aに乗せられて照射領域１０８に運ばれる。照射領域１０８で、ベルトコンベア１０７aに乗って運ばれたジャガイモは、同一方向に回転する円柱状のころ１０９が並列にならんだ台にそのまま移動する。隣り合う円柱状のころ１０９は、ジャガイモ１０５bが落下しない程度の適当な隙間があいており、これらの隙間からレーザビームがジャガイモ１０５bに向かって照射される。
【００６１】
円柱状のころ１０９の上をジャガイモ１０５bが通過するとき、円柱状のころ１０９の作用により、ジャガイモがよく回転する。これによりレーザビームがジャガイモ１０５bの表面全体に照射される。同時にジャガイモの進行方向がジグザグになる。このとき、ジャガイモ１０５bが円柱状のころ１０９から落下しないように図示しない落下防止壁を設けるとよい。
【００６２】
円柱状のころ１０９によりジャガイモに回転を与えることで、ジャガイモ１０５bの表面全体にレーザビームを照射させることが可能となる。レーザビームがジャガイモの表面に効率よく照射されるためには、線状のレーザビームを線状のレーザビームの線方向と直角な方向に沿って振り子運動をさせれば、照射領域１０８が広がるのでよい。あるいは、線状のレーザビームを複数設けるとよい。たとえば、図３に示した装置の構成により、線状のレーザビームを複数形成し、円柱状のころ１０９の上下に数カ所設けるとよい。このとき、線状に配置された光ファイバーの束の線方向と円柱状のころ１０９の母線を平行に配置する。本明細書中では、円柱状のころ１０９の母線とは、円柱表面の曲面に含まれる直線部を指すとする。
【００６３】
このようにしてジャガイモ１０５bの皮はジャガイモの身から分離される。分離されたジャガイモの皮１１０は、空気噴射装置１１１から出る空気で飛ばされ廃棄物の回収用容器１１２に集められる。ジャガイモの身１０５cは円柱状のころ１０９からベルトコンベア１０７bに移り、ジャガイモの回収用容器１１３に集められる。
【００６４】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、図３で示した光ファイバーを使い線状のレーザビームを形成する装置、および、方法に関しより具体的に示す。本実施例は図４に沿って説明する。本実施例では、４ｋＷの出力のYAGレーザ４０１を光源として利用する例を示す。４ｋＷ程度の高出力をもつYAGレーザのビームスポットは、一般に大きく直径１ｃｍ程度の円状のものが多い。本実施例で示すレーザ装置のレーザ出口でのレーザビームも直径１ｃｍの円状のものとする。
【００６５】
まず、直径１ｃｍの円状のレーザビームを、レンズ１つの大きさが１ｍｍ四方のマイクロレンズアレイ４０２に通す。マイクロレンズアレイは、直径１ｃｍのビームすべてが入射できる大きさのものを使う。マイクロレンズアレイの各レンズの焦点距離は、使用する光ファイバーのNAに合わせて設定する。光ファイバーには、マルチモード光ファイバーを使用する。マルチモード光ファイバーの特長は、光ファイバーにレーザを入射させることが比較的容易であることにある。シングルモード光ファイバー、グレーテッドインデックス形光ファイバー等を用いてもよい。シングルモード光ファイバーを使用する場合は、光ファイバーに光を入射させるとき高い精度を要する。
【００６６】
光ファイバーの束４０３の入射側 (a) は、レーザビームの形状に合わせた形（本実施例の場合は円状）になる。一方、光ファイバーの束の出力側 (b) は、ジャガイモ表面に効率良くレーザビームを照射するために、例えば線状の形とする。本実施例で使用するYAGレーザのビームプロファイルはニアガウシアンであるため、円状のレーザビームの中央ほど出力が高くなっている。よって、光ファイバーの束の出力側(b)にある光ファイバーを線状に並べる際、中央付近のエネルギーの強いレーザビームの入射する光ファイバー４０５と、それ以外の比較的弱いレーザビームが入射する光ファイバー４０６とを交互に並べ、エネルギーを平均化させるとよい。最後に、線状のレーザビームを平行光とするために、光ファイバーの束４０３から出たレーザビームを凸レンズ４０４に入射させる。光ファイバー１本１本に、凸レンズ４０４を対応させる。凸レンズ４０４の焦点距離を、光ファイバーの束４０３から出たレーザビームの拡がりをうち消すようなものとすれば平行光が得られる。
【００６７】
〔実施例２〕
本実施例では、振動するミラーを使って、線状レーザビームに振り子運動をさせる装置と方法について記す。
【００６８】
ミラーをある軸を中心に素早く振動させ光を素早く移動させる装置として、ガルバノメータと呼ばれるものがある。図５に本実施例で使うガルバノメータを示す。
【００６９】
ガルバノメータは、電磁気力を利用してミラーを高速で振動させる装置である。市販されているので容易に入手できる。本明細書で利用できるガルバノメータ５０１は、線状のレーザビーム５０２のサイズよりも大きなミラー５０３をもつ必要がある。ミラー５０３は、駆動装置５０５により回転軸５０４を中心に振動させる。線状のレーザビームを作る装置は、図２（A）に示したシリンドリカルレンズを利用したものでもよいし、図３に示した光ファイバーを利用したものでもよい。
【００７０】
もしくは、ガルバノメータの駆動方式を使って、線状に形成された光ファイバーの束を振動させてもよい。この方法は発明実施の形態と組み合わせると光ファイバーから出るレーザビームの振動のスピードを上げられるので都合がよい。例えば、図１の中央に描かれた両端に矢印が付いている曲線に沿って、光ファイバーの束１０３と凸レンズ１０４とを振り子運動させる手段としてガルバノメータを使用してもよい。
【００７１】
〔実施例３〕
本実施例では、表皮で覆われた食材の表面を水分で湿らせ、レーザの照射による表皮のアブレーションを促進させる例を示す。前述した通り、ある波長領域のレーザは水分に対する吸収が高い。例えば、波長が１０μｍ程度である CO2レーザは、YAGレーザやYVO4レーザやガラスレーザ等と比較して、非常に水分に対する吸収が高いため、本実施例で示す装置、方法に用いると処理効率が高く好ましい。
【００７２】
本実施例を図６に沿って説明する。図６は、図１に示したレーザ照射装置とほとんど同じ構成であるため、図１で示したものと同様のものには同一の符号を付けた。
【００７３】
まず、ジャガイモ入れ１０６に入れられたジャガイモ１０５aに対し、水噴射装置６０１から出る水をかける。水をかける目的はジャガイモの皮に湿気を与えることなので、ジャガイモに水蒸気を吹き付けることで代用してもよい。この場合、水蒸気の温度はジャガイモを変質させない程度とする。
【００７４】
湿気を与えられたジャガイモ１０５aは発明実施の形態に示した方法と同様の過程を経て、皮が剥かれる。レーザ発振器には、例えば、CO2レーザを用いる。このとき、空気噴射装置１１１の代わりに、図６に示した水噴射装置６０２により皮を洗い流がしてもよい。水噴射装置６０２によりジャガイモに水をかけるのは、ジャガイモにレーザを照射させながらでもよいし、レーザの照射の後でもよい。
【００７５】
【発明の効果】
本発明のレーザ照射装置により、ジャガイモの皮を効率よく剥くことが可能になる。また、ジャガイモの皮を非常に薄く剥くことができるので、無駄の少ない食品加工が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  レーザ照射装置の例を示す図
【図２】  線状のレーザビームを形成し、被照射体にレーザビームを照射させる例を示す図。
【図３】  光ファイバーを使ってレーザビームを線状に加工する装置の例を示す図。
【図４】  光ファイバーを使ってレーザビームを線状に加工する装置の例を示す図。
【図５】  線状のレーザビームをガルバノメータを使って振動させる例を示す図。
【図６】  レーザ照射装置の例を示す図
【符号の説明】
１０１  レーザ発振器
１０２  マイクロレンズアレイ
１０３  光ファイバーの束
１０４  凸レンズ
１０５  ジャガイモ
１０６  ジャガイモ入れ
１０７  ベルトコンベア
１０８  照射領域
１０９  円柱状のころ
１１０  ジャガイモの皮
１１１  空気噴射装置
１１２  廃棄物の回収用容器
１１３  ジャガイモの回収用容器
２０１  レーザ発振器
２０２  凹シリンドリカルレンズ
２０３  凸シリンドリカルレンズ
２０４  凸シリンドリカルレンズ
２０５  凹シリンドリカルレンズ
２０６  被照射体
２０７  レーザ発振器
２０８  凹シリンドリカルレンズ
２０９  凸シリンドリカルレンズ
２１０  凸シリンドリカルレンズ
２１１  線状のレーザビームが集光する直線
２１２  被照射体
２１３  照射領域
２１４  床
２１５  床
３０１  レーザ発振器
３０２  マイクロレンズアレイ
３０３  光ファイバーの束
３０３a クラッド
３０３b コア
３０４  レーザビームが出る側の光ファイバーの束
３０５  線状のレーザビームの線方向に対し直角方向
３０６  光ファイバーから出たレーザビーム
３０７  凸レンズ
３０８  平行光
３０９  ジャガイモ
４０１  YAGレーザ
４０２  マイクロレンズアレイ
４０３  光ファイバーの束
４０４  凸レンズ
４０５  中央付近のエネルギーの強いレーザビームの入射する光ファイバー
４０６  比較的弱いレーザビームが入射する光ファイバー
５０１  ガルバノメータ
５０２  線状のレーザビーム
５０３  ミラー
５０４  回転軸
５０５  駆動装置
６０１  水噴射装置
６０２  水噴射装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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