(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) 第１容量を有する冷凍物質の塊を与え、
b) 該冷凍物質を粉砕し、粉砕冷凍物質を形成するようにさせ、
c) 該粉砕冷凍物質に第二容量を有する少なくとも37.8℃まで積極的に加熱された液体を加え、
d) 該加熱液体を該粉砕冷凍物質と混合させることから成る冷凍飲料製造方法。
【請求項２】
該粉砕冷凍物質内に空気を混合し、該粉砕冷凍物質、空気及び液体が、該第１及び第２容量の合計を超える容量を有する冷凍飲料を形成するようにさせることをさらに含むと共に、段階c)における加熱された液体が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されている、請求項１の方法。
【請求項３】
該冷凍飲料が該第１及び第２容量の合計より少なくとも１５％大きい容量を有する、請求項２の方法。
【請求項４】
段階a)が回転刃を与えることをさらに含み、
段階b)が該刃を用いて該冷凍物質を粉砕することをさらに含み、
段階c)における加熱された液体が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されており、
段階d)が該刃を用いて該粉砕冷凍物質内へ空気をかき立てることさらに含む、請求項１の方法。
【請求項５】
段階ａ)が、冷凍物質の塊を入れるカップをあたえ、該冷凍物質がカップ内側と同一外形を有するように冷凍することを含み、
段階c)における加熱された液体が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されており、
段階ｂ)乃至d)がカップ内部で行われる、請求項１の方法。
【請求項６】
a)混合物を形成するために冷凍液体飲料成分を混合し、
b)第１容量を有する冷凍物質の塊を形成するために該混合物を冷凍し、
c)粉砕冷凍物質を形成するために該冷凍物質を粉砕し、
d)該粉砕冷凍物質に第２容量を有する少なくとも37.8℃まで積極的に加熱された液体を加え、
e)該粉砕冷凍物質に該加熱液体を混合することから成る冷凍飲料製造方法。
【請求項７】
段階a)が濃縮ミルクを含む成分を混合することを含み、段階d)における加熱された液体が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されている、請求項６の方法。
【請求項８】
段階d) における加熱された液体が加熱水から成ると共に当該加熱水が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されている、請求項６の方法。
【請求項９】
段階a)が濃縮ミルクを含む成分を混合することを含み、段階d) における加熱された液体が加熱水から成ると共に当該加熱水が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されている、請求項６の方法。
【請求項１０】
段階d)における加熱された液体が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されており、段階e)が、該カップ内の該粉砕冷凍物質に空気を混合し、冷凍飲料を形成する該粉砕冷凍物質、空気及び液体が該第１及び第２容量の合計を超える容量を有するようにさせることを含む、請求項６の方法。
【請求項１１】
段階a)が濃縮ミルクを含む成分を混合することを含み、
段階d) における加熱された液体が加熱水から成ると共に当該加熱水が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されており、
段階e)が、該カップ内の該粉砕冷凍物質に空気を混合し、冷凍飲料を形成する該粉砕冷凍物質、空気及び液体が該第１及び第２容量の合計を超える容量を有するようにさせることを含む、請求項６の方法。
【請求項１２】
段階a)が、部分的にカップを満たすために該成分をカップ内に混合することを含み、
段階b)がカップの内側と同一形状を有するように該混合物を冷凍することを含み、
段階c)乃至e)がカップ内部で行われ、
段階d)における加熱された液体が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されている、
請求項６の方法。
【請求項１３】
回転刃を与えることをさらに含み、
段階c)が該刃を用いて該冷凍物質を粉砕することをさらに含み、
段階e)が該刃を用いて該冷凍物質内に空気をかき立てることをさらに含み、
段階d)における加熱された液体が37.8℃〜82.2℃の温度範囲に加熱されている、
請求項６の方法。
【請求項１４】
請求項１に記載された冷凍飲料製造方法を実施するための製造装置であって、ハウジングと、該ハウジングに取付けられるカップ支持体と、冷凍物質を含むカップが該カップ支持体内に配置されるとき、粉砕冷凍物質を形成するために該冷凍物質を粉砕する粉砕装置と、加熱液体源と、カップが該カップ支持体内に配置されるとき冷凍物質を含む該カップ内へ加熱液体を入れるように構成されるポンプとから成るカップ内に冷凍される冷凍物質から冷凍飲料を製造する装置。
【請求項１５】
粉砕又は液体物質を含むカップが該カップ支持体内に置かれるとき該粉砕冷凍物質内へ空気が混合されるようにする通気装置をさらに含む、請求項14の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、概して食品処理方法及び装置の分野に関し、特にミルクセーキ及び他の冷凍飲料の製造装置及び方法に関する。
発明の背景
本発明は、ミルクセーキ及び他の冷凍飲料を製造する改良された手段に関する。現在商業的に広く用いられるミルクセーキ及び他の冷凍飲料を製造する２つの方法としては、１)一盛りのアイスクリーム、氷又は冷凍果実のような成分を混合容器内に置き、次いでミルク、ジュース又は水のような冷えた液体を加えてそれらを共に攪拌するか若しくは２)液体成分が自動的に冷凍シリンダ内に供給される型のデスペンサ式フリーザ(冷凍器)を用い、冷凍作動中にシリンダ内を攪拌器で攪拌し、次いで所望により前面放出バルブから分配されるものがある。
第１方法は、優れた品質のミルクセーキ又は冷凍飲料を与えるが、同時に高容量即席料理(ファーストフッド)レストラン(そこは有力なマーケットが存在する主要な部分である)で生き残るためには時間及び手間がかかり過ぎる。デスペンサ式フリーザを用いる第２方法は、即席料理市場で広く用いられているが、幾つかの重大な欠点を有する。必要とされる分配冷凍装置は購入するには高価で、清掃及び維持上非常に時間がかかると共に費用がかかり、その特性によって、冷凍成分を液体成分と混合して速やかに提供することによって達成される「旧式な」スタイルの組織(きめ、即ち、舌触り)を再生することはできない。消費者は、デスペンサ式フリーザ装置によって製造される均質の組織に対しては、旧式な組織に対して示すような好ましい反応は示さない。従って、これらのデスペンサ(分配)式フリーザ飲料はよく売れず、現在のレストラン飲料売り上げの３％未満の市場占有率を保持するに過ぎない。
本発明の総合目標は、今日の高容量ファーストフッドレストランの使用制約に適する、消費者の好む旧式組織のミルクセーキ又は他の冷凍飲料の製造を可能にすることにある。今日の高容量ファーストフッドレストランの使用制約を満たすために、本発明は幾つかの目的を達成するために開発された。
一目的は、ミルクセーキ又は他の冷凍飲料を３０秒又はそれ未満で製造することである。即席料理市場では文字どおり秒毎の調整時間が決定的である。調整時間をたとえ数秒でも短縮可能にすることによって本発明の多くの特徴が従来技術に対して重要な改良となる。
本発明の他の目的は、冷凍飲料の高水準の泡立て・通気(空気注入)を行い、全容量の少なくとも１５％の泡立て・空気注入を達成することが望ましい。この水準の泡立ては以下の２つの理由から重要である。第１に、分配式フリーザにより製造される、この水準及びそれ以上に泡立てられるミルクセーキ及び他の冷凍飲料と競争できるように、この新方法の成分コストを保つことが重要である。第２に、泡立てでは、泡立て(かき立て)処理によって作られる小さい泡の内部に捕捉される冷凍飲料の芳香が消費者の嗅覚によって感知される、彼らの飲料を味わう能力が改良されることによって、伝達される冷凍飲料の風味も改良される。
参照により援用される、出願人の出願第08/649,534号には、上記目的を満たす冷凍飲料の製造方法が記載される。同出願に記載される方法及び装置では、ミルクセーキ及び他の冷凍飲料は、冷凍された成分の塊を小冷凍粒子に粉砕し、液体と共にそれらを結合させることによって急速に製造することが可能にされる。冷凍塊に冷凍されるべき成分は、液状に予備混合され、完成されたミルクセーキ又は冷凍飲料を入れるものと同一の一杯分のカップ内に入れられ、その後同カップの内側に合致する塊に冷凍されかつ貯蔵される。
同開示によると、ミルクセーキ又は冷凍飲料が作られるとき、冷凍塊を含む一杯分のカップが機械内に配置される。回転刃がカップ内に下降され、カップ内の冷凍物質を通して孔を開ける。ミルク又は他の液体が、冷凍物質と共に混合するためにカップに加えられ、穴あけ(中ぐり)刃によって小さな冷凍粒子に粉砕される。同機械は、ミルクセーキ又は冷凍飲料に適切な容量、組織及び風味を伝えるために、液体又は液体と冷凍粒子との混合物内に空気を導入する。
ある用途に関しては、今述べた冷凍飲料製造工程において水又はミルクを含まない液体を用いることが望ましいであろう。しかし、工程中でミルクを含まない液体が追加液として用いられると、概して薄められた、水っぽい味の、粒状濃度(粘稠度)を有する冷凍飲料が結果的に得られる。
こくのある(密度の濃い)風味及び非常に滑らかな「旧式スタイル」の濃度を有する冷凍飲料が望ましいと仮定すれば、本発明は、用いられる冷凍成分からこくのある風味伝達を達成し、冷凍飲料工程でミルクを含まない液体を用いるときに生じるような粒状濃度を排除することに向けられる。
発明の要約
本発明は冷凍物質の塊から冷凍飲料を製造する方法及び同方法を実施するために用いられる装置である。本発明の方法によると、冷凍物質の塊が容器内に保持され、同時に冷凍物質を粉砕する特性を有する刃がブロックに作用し、冷凍物質を粉砕すると共に加熱液体が同時に容器内に導入される。本発明による装置は、冷凍物質を含むカップを支持し、カップ内に下降される回転可能刃及び加熱液体をカップ内にポンプで送入する装置を含む。
【図面の簡単な説明】
図１は、混合器(ミキサ)を用いて行われる本発明の方法の該略図である。
図２は、本発明によるミルクセーキカップの透視図である。
図３は、本発明の冷凍飲料機械の前方立面図であり、キャリッジ(運搬台)及び刃駆動アッセンブリを露出させるためにそこでは前面パネルが除かれる。
図４は、図３の冷凍飲料機械側部立面図である。
図５は、図３の冷凍飲料機械前方立面図であり、冷凍機ハウジングの内部を露出しかつさらに混合アッセンブリハウジングの裏側を露出するために、そこではハウジングは開状態に回動されている。
図６Ａは、キャリッジ、キャリッジに取付けられるスリーブ、スリーブ及びキャリッジを通して伸びる刃軸の一部を示す前方立面図である。スリーブ及びキャリッジは、軸及びスリーブの内容をより明確に例示するために切り取られる。
図６Ｂは、図６Ａのものと類似の前方立面図であり、そこではスプリング(ばね)は圧縮された状態にある。
図７Ａは、図３の冷凍飲料機械の前方立面図であり、下降端におけるキャリッジ及びカップ内を下方移動する刃を示す。
図７Ｂは、図３の冷凍飲料機械の前方立面図であり、それぞれの下降端におけるキャリッジ及び刃を示す。
図８は、本発明によるカップハウジングの透視図である。
図９Ａ及び９Ｂは、図３の冷凍飲料機械のカップハウジングの側面図であり、カップハウジング内に配置される小及び大カップをそれぞれ示す。
図10は、図３のものと類似の前方立面図を示し、そこではカップ支持アッセンブリが開状態へ回動される。
図11Ａ及び11Ｂは、それぞれ本発明による刃の頂部平面図及び側部立面図である。
図12は、図11Ａの12-12で示す平面に沿って取られた図11Ａ及び11Ｂの刃の側部断面図である。
図13は、本発明のマイクロプロセッサの機能を示す、単純化された流れ図(フローチャート)である。
詳細な説明
概して、本発明によるミルクセーキ及び冷凍飲料製造方法は、成分の冷凍塊を小さな冷凍粒子に粉砕し、それらを追加の加熱液体と結合することによってミルクセーキ及び他の冷凍飲料を急速に製造することを可能にする。冷凍塊に冷凍されるべき成分は、液体状に予備混合され、その後塊に冷凍されかつ保存される。
成分は、一回分の塊に冷凍され、個々の冷凍飲料を作るために必要に応じて冷凍機から除去され得る。その代わりに、成分は、完成されたミルクセーキ又は冷凍飲料が提供される一回分のカップと同一のカップ内に冷凍され得る。
冷凍飲料製造工程間において、冷凍物質を小冷凍粒子に粉砕する回転刃が冷凍された塊に作用する。冷凍粒子と混合するために加熱された液体が冷凍された塊に加えられる。刃は、ミルクセーキ又は冷凍飲料の容量、組織及び風味伝達を改良するために液体又は液体と冷凍粒子との混合物内に空気をも導入し得る。
その他に関する本発明の詳細は、ミルクセーキが製造される最終製品として与えられる。しかし、スムージー(smoothies)又は各種他の冷凍飲料のような最終製品が本明細書記載の機械及び方法によって製造され得ることは理解されるべきである。
最も単純な形において、本発明の方法は、図１のような混合室３０２及び回転刃３０４を含む従来のミキサを用いて行われ得る。
第１に、アイスクリームミックスが濃縮ミルク、即ち、その水分含有量の一部を蒸発させたミルクと混合される。望ましい混合物は、以下のチャートで特定するように、同様に特定されるような蒸発により当初重量の半分に濃縮されているミルクと混合され、特定するような結合製品に帰着する、典型的なアイスクリームミックスを含む。
サンプル処方明細表
0004341785.tif 000002
この混合物は、完成製品が容量で約３５％の空気を含むように攪拌されて冷凍されるとき空気を混合することによって、その後アイスクリーム状の冷凍物質に冷凍される。勿論、成分及び量は本発明の範囲から逸脱することなく変化し得る。混合物は、１６液量オンスミルクセーキに対して１３液量オンスの１回分の分量に冷凍されるのが望ましい。
図１を参照すると、ミルクセーキが作られるとき、このアイスクリーム状物質の１すくいの量又は塊３０６が混合室内に配置される。計測された量の加熱水が混合室に加えられる。ミキサがオン状態に切り替えられ、刃３０４の回転が開始するようにされる。回転刃３０４は、カップ内の冷凍物質を通して粉砕し、冷凍物質が刃によって小冷凍粒子に粉砕されるとき、追加の加熱水を冷凍物質に混合する。
加熱水よりはむしろ未加熱のなま水が加えられるなら、たとえ冷凍成分のミルク部分が加えられるべきより多量の未加熱なま水を相殺するためにさらに大いに濃縮されていたとしても、ミルクセーキの適切な濃度を達成させるのに必要な追加される水量は、ミルクセーキに水っぽい風味を持たせるであろう。さらに、追加の未加熱なま水の一部は、混合中に微小アイス粒に氷結し、ミルクセーキにとって最も望ましい滑らかな組織が、結果的に得られるミルクセーキから失われる原因となるであろう。
もし水が混合室３０２内に導入される前に加熱されるなら、この現象が避けられ得ることが分かっている。水を加熱することによって３つの改良が同時に達成される。第１に、完成された冷凍飲料の適切な濃度を達成するために要する水量が大いに低減される。例えば、完成された冷凍飲料の適切な濃度を達成するためには、アイスクリーム状冷凍物質の１３液量オンス冷凍塊は、周囲のなま水を用いて達成される典型的な５０°Fにおける６液量オンスの水を追加することを要するが、１７０°Fに加熱された水では３液量オンスだけで足りる。約半分の水を加えることで水っぽさがより少なく一層こくのある風味が直接得られるので、この追加水量の低減は水っぽさの問題に影響を及ぼす。第２に、混合中において熱水が冷凍物質によってその上昇した温度から冷却されるので、熱水は比例的により多くの冷凍物質を溶かして追加水中に混合するようにさせ、これは冷凍飲料の液相内に混合される冷凍物質からの成分のより濃縮されたものに帰着する。冷凍飲料の液相は、それが舌の味蕾によってより容易に感知され得るので、冷凍相より、味覚に対してより大きな影響を与える。従って、液相に溶解される冷凍成分のより高い濃度もまた、水っぽさ問題の解決を非常に実質的に助長する。第３に、冷凍飲料の液相内に溶解される冷凍成分のより高い濃度のために、液相の氷点が加熱水の使用によって更に下げられる。完成されたミルクセーキ液の温度は、典型的に２９°Fである。これは、純水に対する氷点３２°Fを押し下げる砂糖の濃度のためである。典型的な５０°Fのなま水が用いられると、液相で水と結合する砂糖の濃度は追加される水の氷点を２９°F水準まで押し下げるには不十分であり、冷凍成分が追加水の一部を小結晶に氷結させる。この氷結が粒状組織の原因である。加熱水が用いられると、液相中の砂糖濃度が液相の氷点をある水準まで押し下げるのに十分な水準に達し、そこでは液相から氷結晶への認められるあらゆる水の氷結が除去される。これは、粒状組織問題を排除するものである。
本発明の方法を実施するために用いられる装置に対する代わりの実施形態が図３乃至図１３に示される。ミキサは本方法を行うのにうまく作用するが、図３乃至図１３の装置は、商業的食品サービスにはより適している。その理由は、それがミキサ方法を用いるのに要する時間及び労力の多くを排除するからである。さらに、それは混合処理中に冷凍飲料内に空気を混合することができるという追加の利点を有する。この空気を混合する能力は、予備空気注入がなされていない成分の冷凍塊を用いることを可能にし、冷凍成分の調整を更に単純化する。
カップ及び成分
本発明の装置及び方法で用いられ得るタイプの一杯分のカップ２００は、図２に示される。カップ２００の外面は、複数の隆起(稜)２０２を有する。
本発明による機械での使用準備がなされたときカップ２００は、カップの形状と合致する塊２０４に冷凍されるミルクセーキ成分を含む。塊２０４は上面２０６を含む。冷凍物質は、空気及び水の一部を除いて、ミルクセーキを製造するのに要するすべての成分を含むのが望ましい。上記サンプル処方仕様表は、空気を除いて、成分に対する望ましい量を列記する。空気は、ミルクセーキにその適切な容量及び組織を与え、風味伝達を改良する。特に、１６液量オンス容量のミルクセーキを与えるカップは、典型的に約１０液量オンスの混合製品の冷凍塊２０４を含むが、空気は混ぜられていない。この１０オンスの混合製品は、従来の旧式ミルクセーキで用いられるように、６オンスのミルクと混合される７オンスの標準アイスクリークミックスから成る。但し、３オンスの水を蒸発させることによって６オンスのミルクは、３オンスの濃縮ミルク減少にされている。すでに蒸発されているこの３オンスの水は、後で冷凍飲料機械１０内の混合間に加熱水としてミルクセーキ混合物内に加え戻されるであろう。この研究方法は、初期の従来ミキサの例で用いられるように、アイスクリーム又はアイスクリーム状冷凍物質をカップ内に配置することとは異なることが指摘されるべきである。その理由は、当然それらは氷結間に混ぜられる空気を含むからである。例えば、旧式なすくいあげタイプミルクセーキで典型的に用いられるアイスクリームは、典型的に容量で約３５％−５０％の空気を含む。ミルクセーキ製造操作の完了時点では、１０液量オンスの混合製品は、３液量オンスの加熱水が追加され、小計１３液量オンスとなり、さらに回転刃の泡立て作動により３液量オンスの空気がプラスされ、こくのある滑らかな組織を有する所望の１６液量オンス完成ミルクセーキに帰着する。
成分は、カップ２００内に冷凍され、典型的にカップ全容量の約６０％を満たす冷凍物質の塊を形成する。以下で理解されるように、カップの全容量は、ミルクセーキ製造操作間にカップ内に加熱液体及び空気が一旦導入されたミルクセーキを入れるために用いられる。
ミルクセーキ・冷凍飲料機械
図３及び図４を参照すると、本発明による冷凍飲料機械１０は、概して、背面ハウジング１２、混合アッセンブリハウジング１４及びカップハウジング１６から成る。
図５を参照すると、背面ハウジング１２は、棚２０を有するコンパートメント(区画)１８を含む。棚２０の上方で、コンパートメント１８は、ミルクセーキ処理間にカップに加えられる液体(水が望ましい)を入れる液体貯蔵器２２を含む。液体は、外部源によって貯蔵器２２内へポンプで送入されるか若しくはそれは置き換えられる容器内に設けられる。貯蔵器２２は、従来の温水ヒーターと類似の加熱容器であるか又は外部源から加熱水を受取るように組織される得る。貯蔵器２２内の水は、室温よりかなり上の、望ましくは約１００−１８０°F、最も望ましくは１７０°Fの高温度で貯蔵される。
管２４は液体貯蔵器２２から延びかつ蠕動ポンプ２６を通して伸びる。管２４は、混合アッセンブリハウジング１４内に位置する開放端２７を有する。
背面ハウジング１２は、背面コンパートメント１８の下方に横たわる基部２９を含む。ブロック３１(図４及び５)が基部２９から延び、一対の限界スイッチ３３ａ，３３ｂを支持する。
マイクロプロセッサ３５(図５)が背面ハウジング１２の基部２９内に含まれる。以下に詳説されるように、マイクロプロセッサ３５は限界スイッチ３３ａ，３３ｂ及びミルクセーキ機械の操作を管理する他のセンサから情報を受取り、ミルクセーキ機械の操作を管理する。始動スイッチ３７が背面ハウジング１２の前方に配置され、使用者によってトリガーされると始動信号をミルクセーキ機械に伝えるために、マイクロプロセッサ３５とインタフェースで接続される。
図４を参照すると、混合アッセンブリハウジング１４は、背面ハウジング１２に蝶番取付けされ、給水(置換可能源を用いるなら)取り替えを可能にするために混合アッセンブリハウジング１４が図５に示される開位置に回動され得るようにされる。支持フレーム２８は、混合アッセンブリハウジング１４に取付けられる。上部及び下部支持部材３０が支持フレーム２８から横に伸びる。
図３及び４を参照すると、２つのモータ、即ち、キャリッジモータ３２及び刃モータ３４がハウジング１４内で支持フレーム２８に取付けられる。キャリッジモータ３２は、モータが作動されると回転する軸３６を含む。軸３６は、第１滑車３８に結合され、ベルト３９が、第１滑車３８によって駆動される。キャリッジモータ３２は、１５００ＲＰＭ及び１４０オンスインチのトルクが可能なステッパーモータであるのが望ましい。
刃モータ３４は、毎分３４００回転まで可能な１馬力モータであるのが望ましい。それは、第２滑車４２に結合される回転軸４０を含み、刃モータ３４の作動が第２滑車４２の回転に帰着するようにされる。
キャリッジ４４はハウジング１４内に配置される。細長いロッド４６(図３)がキャリッジ４４内の孔４８を通して延び、支持部材４５に固定される。ロッド４６は、多数の取付けブロック５０によって混合アッセンブリハウジング１４に固定される。孔４８は、キャリッジ４４がロッド４６に沿って容易に滑動できるように調和され、滑動運動を助長するために線型ベアリング(図示せず)が孔４８端内に押し込まれる。
図３を参照すると、キャリッジ４４は孔５４を有する横に伸びる部材５２を含む。ボールナット５６が孔５４内に固定され、垂直スクリュードライブ５８がボールナット５６を通して伸びる。スクリュードライブ５８は、一対の取付け部材６０によって支持フレーム２８に取付けられる。
第３滑車６１が、スクリュードライブ５８の一端に取付けられる。ベルト３９が滑車６１に取付けられ、滑車３８の回転が第３滑車６１の対応する回転に帰着するようにされる。従って、キャリッジモータ３２の作動がスクリュードライブ５８の回転に帰着する。スクリュードライブ５８がこのように回転されると、ボールナット５６がスクリュードライブ５８に沿って垂直に移動するようにされ、それによってキャリッジ４４が、スクリュードライブの回転方向に依存して上方又は下方に移動するようにされる。
キャリッジ４４は、矩形の中央孔６２を有する実質的に矩形のフレームである。孔６４は、キャリッジ４４の上端を通して開口６２内に延びる。スプライン付心棒軸６６が孔６４内に滑動自在に配置される。スプライン付軸６６は、支持体６９によって支持フレーム２８に取付けられるベアリング６８を通して伸びる。内部にスプラインを有する第４滑車７１ベアリング６８に取付けられ、ベルト４３が第４滑車７１に結合される。従って、刃モータ３４の作動によるような、第２滑車４２の回転が結果的にスプライン付第４滑車７１を回転させる。
スプライン付滑車７１の回転中、スプライン付軸６６及びスプライン付滑車７１のスプラインは互いに回転的に係合し、スプライン付滑車７１の回転がスプライン付軸６６を回転させるようにされる。しかし、この係合は、キャリッジ４４の垂直移動中スプライン付軸６６がスプライン付滑車７１及びベアリング６８内で垂直に滑動することを妨げない。
スプライン付軸６６は、含む。カラー(環)７２(図６Ａ及び６Ｂ)が、軸６６の平滑部分７０を囲みかつそれに固定される。軸６６は、先細部分７４をさらに含み、刃７６が先細部分７４に取付けられる。
図６Ａを参照すると、軸６６の平滑部分７０は、開口６２(図３に示される)内でキャリッジ４４に取付けられるスリーブ７８を通して伸びる。スリーブ７８の頂部で肩８２が形成される。
圧縮ばね８０が軸部分７０を囲み、スリーブ７８内に収容される。ばね８０は、肩８２に当接する第１端８４及びカラー７２に当接する第２端８６を有する。キャリッジ４４が矢印Ａ１で示される方向に下降し、刃７６がカップ内の冷凍物質２０４の表面２０６に達すると、ばね８０は、図６Ｂに示されるように肩８２及びカラー７２間で圧縮される。軸６６は、ばね８０が図６Ａに示される開放した状態に戻るまで、図６Ｂの矢印Ａ２によって示されるようにスリーブ７８を通して徐々に下方に滑動する。
図７Ａ及び７Ｂを参照すると、光学検出器８８がキャリッジ４４の頂部に取付けられる。光学検出器は、光源９０及び光源９０によって放射される光を検出するレシーバ９２を含む。光学検出器８８は、スプライン付軸６６の上端がキャリッジ４４の上方に伸びているかどうかを検出するよに配置される。上端がキャリッジ４４の上方に伸びると、レシーバ９２は、光源９０から放射される光を受取ることを妨げられる。キャリッジ４４が下降され、スプライン付軸６６の上端が光学検出器８８によって検出され得るようになると、刃７６がミルクセーキ成分を含むカップ２００の底にまだ達していないことを示す。
光学検出器８８は、マイクロプロセッサ３５(図５)と電子的に結合される。ミルクセーキ機械の使用中に刃７６がカップ２００の底に達すると、この情報がマイクロプロセッサ３５によって受取られ、以下に述べるようにミルクセーキ製造操作を制御するのに用いられる。
図４、５、８を参照すると、支持フレーム２８は、カップハウジング１６の上方に設けられる下方部分９４を有する。下方部分９４は引っ込んだ(凹所)部分９６を有し、混合アッセンブリハウジング１４が図４に示される閉じた状態に回動されると、凹所部分は棚２０の下方に横たわる背面コンパアートメントの部分に対面する
凹所部分９６は３つの側壁９８、頂壁１００(図５)及び底壁１０２で境界づけられ。図４に示される開口１０４ａ、１０４ｂが頂壁１００及び底壁１０２に形成される。これらの開口は、刃７６が凹所部分９６内に伸び、そこからカップ２００内に進むことを可能にする。
プランジャ１０５を有するソレノイド掛け金１０３(図９Ａ、９Ｂ)は、ハウジング１４の下方部分９４に取付けられる。ソレノイド掛け金１０３は従来の方法で作動する。プランジャ１０５は、図１０の持ち上げられた状態でばねバイアスされる。ソレノイド掛け金１０３に電圧が印加されると、プランジャ１０５が図９Ａ、９Ｂに示される掛け金がかけられ位置まで垂直に滑動する。
図１０を参照すると、カップハウジング１６は、ロッド４６に蝶番で取付けられる側部１０６を含む。カップハウジングは、図３に示される閉位置及び図１０に示される開位置間でロッド４６の回りに枢動可能である。ハンドル１０７は、カップハウジングが閉及び開位置間で容易に回動され得るように設けられる。ソレノイドプランジャ１０５が図９Ａに示される掛け金がかけられる位置にあると、それはカップハウジングが開位置に移動されるのを妨げる。
図１０を参照すると、カップハウジング１６は、カップ２００を受取るための切り欠き１１０を有するトレイ１０８を含む。トレイ上方のカップハウジング１６の部分１１４は開放されている。
カップハウジング１６は、外壁１１２をさらに含み、カップハウジングが閉位置にあるときカップ２００が外壁１１２及び背面ハウジング１２の基部２９間に囲まれようにされる。
さらに、図９Ａ及び９Ｂに最もよく示されるように、カップハウジング１６が閉状態にあるとき背面ハウジング１２に取付けられるブロック３１がカップハウジング１６の開部分１１４内に伸びる。壁１１２及びブロック３１は重要である。その理由は、カップ内で高回転速度で回転する鋭い刃のためにカップを乱すことが非常に危険なときそれらが処理サイクル中カップへの接近を妨げるからである。
図９Ａ及び９Ｂを参照すると、カップがカップハウジング内に置かれ、カップハウジングが閉状態にされるときカップは限界スイッチ３３ａ、３３ｂの少なくとも１つを押し下げる。短カップ２００ｂ(図９Ａ)は、下方限界スイッチ３３ｂのみを押し下げ、これに対して長カップ２００ａ(図９Ｂ)は、下方及び上方限界スイッチ３３ａ、３３ｂの双方を押し下げるであろう。スイッチ３３ａ、３３ｂは、カップハウジング内のカップの存在がそれによって検出され得る手段を与える。以下に詳説するように、スイッチ３３ａ、３３ｂの少なくとも１つが閉じられているとき、マイクロプロセッサはソレノイド掛け金１０３を作動させ、カップハウジング１６が閉じた状態で掛け金がかけられるようにし、冷凍飲料製造サイクルを開始するようにさせる開始信号を発生させる。
限界スイッチ３３ａ、３３ｂは、カップハウジングに配置されるカップのサイズに関する情報もマイクロプロセッサ３５(図５)に伝達する。以下に詳説するように、これは、作られるべきサイズのミルクセーキに対するカップ内に適切な量の液体が投入されることを確実にするであろう。また、小カップにおいては比較的大きなカップよりも冷凍塊２０４の表面が２０６(図２)低いので、マイクロプロセッサは、刃７６が回転を開始させる前に刃が適切な位置まで下げられることを保証できる。
図８の透視図を参照すると、切り欠き１１０はその周辺の辺りに隆起１１６を含む。これらの隆起は、一杯分カップ２００の外周上の同様な隆起２０２と係合するように設計される。これは、回転刃が冷凍物質内を前進するときカップ２００が切り欠き１１０内で回転するのを防止する。
刃
図１１Ａ及び１１Ｂは、それぞれ刃７６の頂面及び側面図である。刃７６は、直径2.5インチのステンレス鋼で、厚さが約0.080インチの円形のものが望ましい。直径3/8インチの孔１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃが回転方向に１２０°でかつ刃の中心から特定の半径で刃が丸１回転するとき冷凍物質の全表面領域が３つの孔によって通過されているように隔置される。孔１１８ａは、刃の中心から0.041インチ離れて中心を有し、孔１１８ｂ及び１１８ｃは、それぞれ刃の中心から0.062及び0.083インチ離れて中心を有する。図１２の断面図で最もよく示されるように、窪んだ領域１２０は、刃が回転するとき孔の後縁に位置する各孔に極近接して形成される。これらの領域は0.080インチ押し下げられる。孔及び窪み領域は、刃76がカップ２００(図２)の冷凍物質内へ回転前進されるとき、孔１１８ａ-ｃ及び窪み領域１２０は、チーズおろし金のおろし作動とほぼ同様に冷凍物質を通してすりおろす。図１１Ａの刃は、この刃の時計方向回転が所望のおろし効果を発生させるように構成されうることを理解されたい。この配列は、打ち抜き作用で容易に製造されることが考慮され、中ぐり中の冷凍物質の力によってその外側エッジが上方に歪ませられないように刃の機械的強度を維持する。異なったサイズ又は形状の孔を持つ他の組織も同様に作用するであろう。
刃には３つの波が形成される。図１１Ａ及び１２に示される通り、起伏１２２の各々は刃の面から上昇される中心折目(クリース)１２４及び刃の面に横たわる側部折目１２６を含む。折目１２４及び１２６は、長さが約1/2インチで刃の周辺から半径方向に伸びる。刃の周囲に沿った約約1/2インチの距離は、側部折目１２６の各々を分離する。刃の高速回転間に起伏１２２は、刃の縁において交互に高及び低圧力帯を生じさせ、泡立て効果を生じさせる乱流渦を形成させることによって刃の泡立て効果を増大させる。
３対の切り欠き１２８が、刃７６の周囲に沿って互いに１２０°離れて形成される。各対は、窪んだ後縁１３０を有する第１切り欠き及び高められた後縁１３２を有する第２切り欠きを含む。ミルクセーキ製造操作中後縁１３０は、刃の最外半径で冷凍物質を通して中ぐりするおろし面として作動するために押し下げられる。後縁１３２は、カップ内のミルクセーキを下方に強制し、それによって遠心力でカップ内壁を押し上げられるミルクセーキの量を最小にする逆勾配面として作動するように高められる。さらに、遠心力によって刃の外側縁に運ばれ、回転刃が上方に移動するに連れて次いで下方にかつ刃の下方に強制される、ミルクセーキ成分を刃の上方に向けることによって、高められる後縁１３２は、刃がカップから持ち上げられるとき刃が成分を持ち上げてカップの外へ運ぶのを防止することを助長する。
操作
本発明の冷凍飲料機械の操作につき以下に述べる。
第１に、カップハウジング１６が図１０に示される開状態に回動され、冷凍物質２０４を含むカップ２００が切り欠き１１０内に配置される。次いでカップハウジング１６が図３に示される閉状態に回動される。
次に、キャリッジモータ３２が作動され、キャリッジモータ軸３６及び滑車３８を回転させ、ベルト３９を通してさらに垂直スクリュードライブ軸５８に取付けられる滑車６１を回転させ、軸５８を回転させる。スクリュードライブ軸５８の反時計方向回転(上方から見るとき)は、図３の矢印３Aで示されるように、キャリッジ４４を垂直下方に前進させる。キャリッジ４４は、それに取付けられる心棒軸６６を有し、キャリッジ４４が垂直下方に前進すると、以下に述べることを除いて、心棒軸６６も同様に下方に前進する。心棒軸６６の底に取付けられる刃７６が冷凍物質２０４の表面２０６に近づくに連れて刃モータ３４が作動されて滑車４２を回転させ、ベルト４３を通して心棒軸６６に取付けられる滑車７１を回転させ、それと刃７６とを回転させる。キャリッジ４４の下方進行が続き、刃７６が冷凍物質の表面２０６に接触し、それを通して中ぐりが始まる。
中ぐりが開始される時間に、液体ポンプ２６が作動され、混合及び泡立て用管２４を通してポンプで加熱液体をカップ内に投入開始し、刃の中ぐり作用によって小冷凍粒子が発生される。完成ミルクセーキの所望の濃度に依存して、約１００−１８０°F、最も望ましくは１７０°Fの高温度で約３液量オンスの液体が約３−５秒に亘ってカップ内へポンプで送入される。高められた温度の水は、よりこくのある味覚に帰着し、既に述べた通り、水がカップ２００に含まれる成分と混合されるときそれが氷の結晶になるのを防止する。
キャリッジ４４の下降は、カップ内の冷凍物質を通して刃76が中ぐりできる速度より該して速く駆動される。下降速度のこの相違は、刃７６が取付けられる心棒軸６６下降速度をキャリッジ４４のものよりも遅くさせる。これはキャリッジ４４上の枠内で心棒軸６６の上昇を強制させると共に図７Aに示されるようにばね８０の圧縮が強制される。図７Bに示されるように、キャリッジ４４はその最下点まで駆動され、次いでキャリッジモータ３２は不作動化される。
刃７６は、心棒軸７０上に作用する圧縮されたばね８０(図６B、7A)が徐々に開放されることによって駆動され、カップ２００内を下降するに連れてカップ内の冷凍物質２０４をすりおろしかつ混合し続ける。図７Bに示される通り、心棒軸がカップ底まで全部進行したことを光学検出器８８が感知すると、中ぐり処理段階が完了する。
このばね開放構成の理由は、キャリッジ４４がサイクルの初めにおける最上位置から最低位置まで進む高速進行速度に備えるためである。これは冷凍物質が許す限り速く刃７６が中ぐりすることができるので有利である。より柔らかい冷凍物質はより速く中ぐりされ得る。このばね開放構成なしでは、刃モータ３４がその回転を継続するのに要する過度のトルクによって停止されないことを保証するために、キャリッジ４４は最も硬い冷凍物質が中ぐりされ得る程度に低速下降駆動されなければならなかったので時間が浪費されるであろう。追加の利点は、中ぐり中キャリッジを下降駆動するキャリッジモータ３２の正確な回転速度の重要性が下がることである。これはこのモータに要する制御装置を単純化させる。
ばね開放のこれら２つの利点を前提とすれば、各種の他の手段を通して同一利点が得られることが理解され得る。即ち、ばね機構を心棒軸よりはむしろその台枠に配置するか若しくは摩擦クラッチを、キャリッジモータと、スピンドル及びキャリッジの下降が冷凍物質に対する中ぐり刃の抵抗よって低下されたときスリップする、スクリュードライブ軸との接続部に配置する手段等である。
刃７６がカップ底に達するとき光学検出器８８によって信号で知らされるように、中ぐり工程が完了すると同時にキャリッジモータ３２が逆極性にされてキャリッジを移動するように作動され、それで、図７Bの矢印Ａ４で示されるようにスピンドル駆動軸及び刃が上昇する。工程のこの時点において回転刃７６は混合及び泡立て攪拌器として作用し、その細い断面輪郭がカップの全内容物を過度に回転させないという重要な特徴を与える。キャリッジモータ３２がキャリッジを上昇させ、それと共に回転刃がミルクセーキを通して上昇し、垂直進行につれて冷凍粒子の混合泡立て及び加熱液体のミルクセーキ内への送入を完了させる。
ミルクセーキを通して行われる混合・泡立て刃の第２垂直パス(通過)から得られるミルクセーキの利益につき明確に記載すると、この場合混合刃の垂直移動はミルクセーキ２１２(図７Ｂ)の表面２１０から１インチ下方で停止され、キャリッジモータ３２の極性が再び反転され、刃７６はカップの底まで戻される。底に達すると同時にキャリッジモータ３２の極性が再び逆にされ、ミルクセーキ２１２の表面２１０から１インチ下方の点まで刃がカップ２００内を上方に戻される。
混合及び泡立て処理が完了し、刃がミルクセーキ２１２の表面２１０(図7Ｂ)から１インチ下方の点に達すると同時に、刃モータ３４が不作動化され、回転速度を低下させるために刃モータに印加される制動力が加えられる。この刃の回転速度低下は、刃がミルクセーキ２１２の表面２１０を押し進むときミルクセーキがカップ外へ跳ね飛ばされるのを防止する。回転が低下されると共に、キャリッジは、刃がミルクセーキ２１２の表面２１０から約半インチ上方であるが、カップの頂部ふちから下方の点まで移動し、瞬間的に停止する。キャリッジが瞬間的に停止すると同時に、刃モータが瞬間的に再作動され、刃が回転し、残余のミルクセーキ材料が刃から放出されるようにされ、カップの上部ふちまで戻される。約半秒間に亘り瞬間的に回転された後、刃モータ３４が不作動化され、キャリッジモータ３２が再作動されキャリッジ及び刃をカップ上方の元位置に上昇するようにさせる。この時点で、工程は完了し、カップハウジング１６を開けて凹所１１０からカップ２００を取り出して提供するためにカップが除去される。
図３に示されるように、キャリッジ４４及び刃７６が元位置にあると、刃７６及び軸７０の細い部分７４がハウジング１４の凹所部分９６内に配置される。
マイクロプロセッサ制御
冷凍飲料製造操作の制御に関してマイクロプロセッサ３５の機能につき図13を参照して次に述べる。冷凍飲料製造操作は、使用者が開始ボタン３７(図３)を押すと段階３００で始まる。次に、マイクロプロセッサ３５が、カップハウジング１６内におけるカップ２００の存在の有無を示す限界スイッチ３３ａ、３３ｂ(図９Ａ、９Ｂ)の少なくとも１つが閉じているかどうかを検出する。もし限界スイッチが閉じているなら、マイクロプロセッサ３５はソレノイド掛け金１０３、段階３０４、を作動させ、プランジャ１０５が図９Ａに示される掛け金がかけられる状態に移動してカップハウジング１６に掛け金をかけるようにさせる。もし限界スイッチが閉じていないなら、マイクロプロセッサはミルクセーキ製造手順を終了させるか若しくはその代わりに予定の時間期間に亘り限界スイッチの監視を続け得る。
次いで、段階３０６においてマイクロプロセッサ３５は、小カップを示す１つの限界スイッチ３３ｂのみが閉じられているか若しくは大カップを示す限界スイッチ３３ａ、３３ｂの双方が閉じられているかを決定することによって、カップハウジング１６内に大カップ２００ａ(図９Ｂ)又は小カップ２００ｂ(図９Ａ)のいずれが配置されているかを決定する。
段階３０８においてマイクロプロセッサは、その記憶装置に記憶されるルックアップ表から一定のサイズ・依存値を検索する。例えば、小さいミルクセーキよりも大きいミルクセーキに対してより多量の液体を加える必要があるので、記憶値の１つは、加熱液体をカップ２００内にポンプで送入するために蠕動ポンプ２６が作動される時間の長さである。他の記憶値は、1)刃７６を冷凍塊２０４の表面２０６に配置するためにキャリッジ４４によって移動されるべき距離又は移動のための時間(小カップに対するものよりも大カップに対するもののほうが大きい)、2)冷凍塊２０４の表面２０６からカップ３の底までキャリッジ４４によって移動されるべき距離(又は移動に要する時間)、3)ミルクセーキから２１２の上面２１０(図７Ｂ)の直ぐ下の高さまで刃７６を上昇させるためにキャリッジによって移動されるべき距離(又は移動に要する時間)、4)ミルクセーキからミルクセーキ２１２の上面２１０の直ぐ上の高さまで刃７６を上昇させるためにキャリッジによって移動されるべき距離(又は移動に要する時間)を示すものを含む。
段階３１０−３１６間に段階３０８で検索される記憶値は、キャリッジモータ３２、刃モータ３４及び蠕動ポンプ２６を制御する制御信号を発生させるために用いられる。特に、段階３１０においてマイクロプロセッサは、刃７６を冷凍塊の面２０６の直ぐ上に配置させるために適切な数の段階だけキャリッジを移動させるようにキャリッジモータ３２に指令する。段階３１２においてマイクロプロセッサは、刃７６をカップの底まで移動させる(段階３１４)適切な段回数だけキャリッジ４４を移動させるようにキャリッジモータにさらに御指令する。段階３１６においてマイクロプロセッサは、適切な量の加熱液体をカップ内に伝達するために要する時間に亘って開口３７を通してカップ内に加熱液体をポンプ送入させるように蠕動ポンプ２６に制御信号を伝える。
段階３１８においてマイクロプロセッサは、光学センサ８８に注意し、刃７６がカップの底(図７Ｂ)に達したことを示す光学センサからの信号を待つ。刃７６がカップの底に達したときマイクロプロセッサは、ミルクセーキ表面２１０の約１インチ下方に刃７６を配置させる量だけキャリッジ４４を垂直に移動させるようキャリッジモータ３２に指令する。
次いで、マイクロプロセッサは、刃７６の回転を不作動化させそれによって回転が減少するように刃モータ３４(段階３２２)に指令する。上記の通り、これは、刃がミルクセーキ２１２の表面を通して押し進むときミルクセーキをカップから跳ね飛ばすことを防止する。
次に、段階３２４においてキャリッジモータ３２は、キャリッジ４４を前進させ、刃７６がミルクセーキ２１２の表面２１０の約半インチ上方であるが、なおカップ２００の頂部ふちの下方であるようにさせる。キャリッジが瞬間的に停止すると同時に、マイクロプロセッサが刃モータ３４を約０.５秒間(段階３２６)再作動させ、刃が回転してあらゆる残留ミルクセーキ成分を刃から振り飛ばしかつカップの上部ふち下方までカップ内に戻るようにさせる。刃モータ３４の再作動後に起こる段階３２８においてキャリッジモータ３２が、キャリッジ４４及び刃７６をカップ２００上方の元の位置内に移動させるよう指令される。最後に、段階３３０においてマイクロプロセッサ３５は、ソレノイド掛け金１０３を不作動化させ、プランジャ１０５が図１０に示される掛け金が外れる位置に移行されてカップハウジング１６が使用者によって開けられる得るようにさせる。
本発明は、２つの実施形態、即ち、一方は混合器を利用し他方は冷凍飲料機械を利用するものに関して記載された。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態につき多くの改変がなされ得ることを理解すべきである。例えば、各実施形態に関して記載される方法は、予備通気されるか若しくは予備通気されない冷凍物質を用いて実施され得る。さらに、本発明の方法は、本明細書に記載される処置以外のものを用いて実施され得る。従って、出願人の発明は、添付の請求の範囲によってのみ限定されるべきであり、記載される実施形態によって制限されるべきではない。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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