JP2007151468A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器の公転及び自転の複合遠心力及び重力を利用して加工を行う装置において、容器内で混練、粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の各種加工に適した力が効率良く加えられる構造を得る。
【解決手段】駆動手段（駆動軸５）により水平面内で回転する回転体（回転アーム１１）と、この回転体の回転中心から半径方向に距離を置いた位置に傾斜配置され前記回転体の回転中心方向に傾斜した複数の回転軸を中心に自転する各容器２１とを備え、該容器２１内で混練、粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の加工を行う加工装置であって、前記容器２１は、底面を外側に凸形状２１ａに形成して成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば食用粉と水を容器の公転および自転の複合遠心力を利用して均一に混練する等、容器内で混練、粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の加工を行うための加工装置に関し、特に、容器内に各種加工に適した力が作用する構造を有する加工装置に関する。

従来、食用粉と水を容器の公転および自転の合成遠心力を利用して均一に混練する混練装置としては、駆動手段を備えた枠体と、この枠体の上面に固定された支持体と、この支持体に軸支され駆動手段により水平面内で回転する回転体と、この回転体の回転中心から半径方向に距離を置いた位置に傾斜配置され回転体の回転中心方向に傾斜した回転中心を中心に自転する回転部材と、この回転部材に支持された容器とを備えたものが提案されている（特許文献１参照）。
この装置によれば、食用粉と水を容器の公転および自転の合成遠心力および重力を利用して容器の内底面に沿って移動させることで、短時間で均一に混練することができる。
特開２００１−１９９１９１

上記装置によれば、所定重量比の食用粉と水を公転する回転体上で傾斜配置された回転部材で自転する容器内に入れ、食用粉と水を容器の公転および自転の合成遠心力および重力を加えながら容器の底面に沿って移動させることで、短時間で均一な混練が得られるようになっている。

特許文献１に記載された上記装置では、容器内で混練される部材として食用粉についての説明がなされている。食用粉とは、例えば日本そばやうどんの原料粉であり、機械を使用して熟練度を有するそば打ち職人やうどんの手打ち職人による混練作業と効果を得るには、容器内での部材への力の作用の仕方等に改良の余地が残されていた。

また、上記装置は混練作業以外にも、容器内における部材の粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の加工にも使用可能であるので、各加工に応じて容器周辺の細部の構成について種々の改良を必要としていた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、容器の公転及び自転の複合遠心力及び重力を利用するに際して、容器内で混練、粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の各種加工に適した力が効率良く加えられる加工装置の構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明（請求項１）は、駆動手段（駆動軸５）により水平面内で回転する回転体（回転アーム１１）と、この回転体の回転中心から半径方向に距離を置いた位置に傾斜配置され前記回転体の回転中心方向に傾斜した複数の回転軸を中心に自転する各容器２１とを備え、該容器２１内で混練、粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の加工を行う加工装置であって、
前記容器２１は、底面を外側に凸形状２１ａに形成したことを特徴としている。

請求項２は、容器２１の形状のみが請求項１と異なる加工装置であって、前記容器２１は、底面を内側に凸形状２１ｂに形成したことを特徴としている。

請求項１の加工装置によれば、自転する容器の底面を外側に凸形状２１ａに形成することで、底面においても複合遠心力や重力により部材の移動を惹起させるとともに、加工対象物が液体である場合には底面側にほぼ均一の深さに存在させることができ、均一な加工処理を行なうことができる。

請求項２の加工装置によれば、自転する容器の底面を内側に凸形状２１ｂに形成することで、複合遠心力や重力により部材が底面を移動する場合に、加工対象物を底面の凸形状２１ｂ上に沿って移動させ易くすることで、摺り動きによる加工処理を効果的に行なうことができる。

本発明の実施の形態の一例について、図面を参照しながら説明する。
本発明による加工装置は、載置体内に配置された駆動手段により水平面内で回転する回転体と、この回転体の回転中心から半径方向に距離を置いた位置に傾斜配置され前記回転体の回転中心方向に傾斜した複数の回転軸を中心に自転する各容器装着部とを備え、前記容器装着部に配置された容器内で混練、粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の加工を行うように構成されている。

載置体１は、方形状の上面板と、上面板の四隅に形成された脚部とから構成され、上面板の下方に形成された空間部に駆動手段である電動モータ４が配置されている。電動モータ４には、鉛直方向に延びる駆動軸５が装着され、この駆動軸５は載置体１に形成された開口部３を通して上面板２より突出配置されている。前記上面板２には、開口部３及び駆動軸５の突出部を囲むように固定円板６が配置されている。
電動モータ４には、電動モータ４の回転速度を可変とするために、機械的手段から構成されるギア装置や電子的手段から構成されるインバータ装置のような変速手段を設けるようにしてもよい。

固定円板６は、ナイロン樹脂成形品で構成され、中央開口部７と上端部外面に上端側を大径とした傾斜面８を有している。固定円板６は、中央開口部７の中心線が電動モータ４の駆動軸５の回転軸線５ａに一致するように上面板２の上に配置され、固定ねじ９により上面板２に固定されている。固定円板６の中央開口部７には軸受１０を介して回転アーム１１が軸支されている。

回転アーム１１は、アルミニウム製で構成され、水平面に位置する円板部１２と、円板部１２の中央下面側において軸受１０を介して固定円板６に軸支される軸部１１ａと、円板部１２の周縁部から外方に傾斜して延設する３つのアーム部１３を有して構成され、図１のＡ方向に回転（公転）するようになっている。
回転アーム１１の軸部１１ａは、枠体１の上面板２の開口３を通して上方に延びる電動モータ４の駆動軸５にキイ５ｂを介して連結されている。

回転アーム１１の３つのアーム部１３は、円板部１２から周方向に互いに１２０度の間隔で半径方向外方に延びるように配置されている。各アーム部１３は、円板部１２の水平面に対して斜め上方に４５度の角度で傾斜配置されている。各アーム部１３には、円板部１２の水平面に対して４５度の面に直交する方向に延びる開口部１４が形成されている。各アーム部１３の開口部１４には軸受１５を介して回転部材である自転プーリ１８が自転自在に装着されている。

なお、各アーム部１３は、図１の例では傾斜角度が４５度に設定しているが、この傾斜角度は４０度から５０度の範囲内であればよい。また、アーム部１３の数は、周方向に等間隔であれば２つであっても４つ以上の複数であってもよい。

各自転プーリ１８の下端には、自転プーリとともに回転する円盤状の皿体２０が固定されている。皿体２０はアルミニウム製で断面皿状に形成され、回転アーム１１の回転軸線に対して４５度の回転軸線（アーム部１３の傾斜面に対して直交する回転軸線）を中心に回転するように軸受１５を介してアーム部１３に軸支されている。

皿体２０の周囲面は固定円板６の傾斜面８に刻設されたギア６ａ対して嵌合するギア面２０ａを有することで動力伝達手段が形成されている。したがって、回転アーム１１の回転に伴って皿体２０が固定円板６の周囲を回転すると、図２に示すように、固定されている固定円板６の周囲を各アーム部１３が矢印方向に移動する。その際、固定円板６のギア６ａに対して皿体２０のギア面２０ａが係合しているので、皿体２０及びこれに固定されている自転プーリ１８と同時に固定円板６の周囲を移動しようとするギア面２０ａがギア６ａに噛合し、皿体２０及び自転プーリ１８を図１及び図２のＢ方向に回転（自転）させながら固定円板６の周囲を移動する。
すなわち、皿体２０及び自転プーリ１８と、回転アーム１１とが互いに同一方向（反時計周りの方向）に回転するように構成されている。

自転プーリ１８の上端には、自転プーリ１８の回転軸線と同心に上端開口の円筒形の容器ホルダー１９が取付けられ、この容器ホルダー１９には上端が開口された円筒形の容器２１が接着剤等で固定されている。容器２１には開口端にキャップ２２が取付けられている。

容器２１の底面は、図３に拡大して示すように、容器ホルダー側に突出する凸形状部２１ａを形成している。すなわち、底面は立体的な放物線形状であるパラボラ形となっており、容器２１内に挿入された部材に複合遠心力が加わった場合に、部材が底面上を移動し易い形状となっている。その結果、部材に対して効率良く加工処理を施すことが可能となる。
また、凸形状部２１ａとしたことで、部材が液体である場合には、複合遠心力を受けている状態で、底面に対してほぼ均一の深さに部材（液体）を存在させることを可能とし、部材における加工処理の均一化を図ることができる。

また、凸形状部２１ａは、パラボラ形に代えて球形（球体の一部）で構成されるものであってもよい。

また、図４に示すように、容器２１を有底円筒状に形成し、この容器２１に対してその内壁に密着する別容器３０が内挿されるようにしてもよい。そして、別容器３０の底面が容器ホルダー側に突出する凸球面３０ａを形成している。別容器３０には、その外側に前記回転軸線（アーム部１３の傾斜面に対して直交する回転軸線）に平行となる溝部３１が形成されることで、容器２１に挿入するに際して容器底部の空気抜きが可能なようになっている。
また、容器２１の内壁に別容器３０に設けた溝部３１に嵌合するよう容器２１の上下方向に沿って凸状細部２３を設けることで、複合遠心力が加わった場合に、容器２１内において別容器３０が移動することを防止することができる。
別容器３０を設けることで、容器２１自体の清掃等を行うことなく、別容器３０を交換することで加工対象品を容易に入れ替えることが可能となる。

また、容器２１や別容器３０の内面を摩擦の少ない表面処理を施すことで、内部に挿入された部材が移動し易くしてもよい。

上記例では容器２１は開口端を有する円筒形としたが、楕円形又は多角形で構成してもよい。この場合、これに対応する別容器３０及び蓋体２２も楕円形又は多角形で構成する。容器２１を楕円形又は多角形で構成することにより、容器内に挿入された部材に対して作用する力の向きを変動し易くし、多方向に力を作用させて加工する部材に適したものとすることができる。
また、容器内壁に凹凸等の突起物を設けてもよい。

上述した各例の加工装置によれば、容器２１（別容器３０）は、水平面内で回転する回転アーム１１の回転軸線５ａから半径方向外方に距離を置いた位置に内側に傾斜するように配置され、回転アーム１１の回転軸線５ａの方向に傾斜した回転軸線を中心に自転する。上記容器２１（別容器３０）は、開口端にキャップ２２が取付けられる。容器２１（別容器３０）には、被混練物等が収容される。すなわち、前記容器内で混練、粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の加工を行うため、そば粉・小麦粉に代表される食用粉等の各種部材や水が収容される。

自転プーリ１８に取付けた容器２１（別容器３０）は、回転アーム１１が水平面内で高速回転すると、回転アーム１１のアーム部１３が回転し、アーム部１３に軸支された皿体２０が固定円板６の周りを回転する。この回転の際に、皿体２０周囲のギア面２０ａが固定円板６周囲のギアａに噛合しているので、皿体２０自体が回転アームと同一の方向に自転する。その結果、容器２１（別容器３０）は、高速回転（公転）すると同時に回転アーム１１の回転軸線に対して傾斜した回転軸線を中心に自転する。

尚、上記した実施の形態においては、皿体２０及び自転プーリの駆動手段として回転アーム１１の回転動力がギア６ａからギア２０ａに伝達されて皿体２０を回転するように構成したが、電動モータのような電気手段、空気圧を利用した機械的手段や手動による駆動手段で構成することも可能である。

自転プーリ１８は、動力発生手段で回転アーム１１の回転（公転）に伴って自転するようにしたが、ベルトや歯車のような駆動手段で自転するようにすることもできる。

また、自転プーリ１８は、図１及び図２の例では動力発生手段により回転アーム１１の回転方向と同方向に回転するが、回転円板６と皿体２０との間にもう一つ歯車を介在させることで、自転プーリ１８と回転アーム１１とが互いに反対方向に回転するように構成してもよい。
また、自動プーリ１８を独自に設けた駆動手段により自転（順方向又は逆方向）するように構成してもよい。

次に、上記加工装置の使用例として食用粉としてそば粉を使用し、混練加工を行った場合について説明する。
先ず、そば粉と水の重量比表を参照して、そば粉の量とそば粉との混練に要する水量を計量する。

次に、計量した水を自転プーリ１８にセットされた容器２１（別容器３０）内に入れ、これに続いて計量したそば粉を入れる。そして、容器２１（別容器３０）の開口端をキャップ２２で密封する。これにより、食用粉と水の混練準備が終了する。

続いて、電動モータ４により制御装置（図示せず）により起動すると、電動モータ４の駆動軸５が回転し、この駆動軸５に連結された回転アーム（回転体）１１が水平面内で高速回転する。

回転アーム１１が高速回転すると、回転アーム１１に取付けられた皿体２０が固定円板６の周りを公転する。その際に、固定円板６のギア６ａと皿体２０のギア面２０ａとが係合しているので、皿体２０が固定円板６の周りを回転すると同時に皿体２０及びこれに固定された自転プーリ１８が自転する。
自転プーリ１８にセットされた容器２１（別容器３０）は、自動プーリ１８とともに自転するとともに、回転アームとともに公転する。

容器２１（別容器３０）が公転および自転すると、容器２１（別容器３０）内のそば粉と水は、容器２１（別容器３０）が高速回転するに際して容器２１（別容器３０）に発生する遠心力を受けるが、容器内のそば粉は水に浮いた状態にあるので、水に浮いたそば粉は、この遠心力により半径方向外方に動き、回転体の水平面に対して傾斜した容器２１（別容器３０）の壁面に当たり、この壁面で向きを変えて水の中に突き刺さるように入り込む。これにより、そば粉に水が均一に分布される。

さらに、容器２１（別容器３０）が公転および自転を続けると、容器２１（別容器３０）内のそば粉と水は、容器２１（別容器３０）の公転による遠心力と容器２１の自転による遠心力との複合遠心力を受ける。この複合遠心力は、図５に示すように、水平面内における楕円上において、その大きさが最大複合遠心力と最小複合遠心力との間で変動するとともに、力を受ける方向についても変化する。すなわち、自転中心Ａに対して最も公転中心Ｏ側に近いＢ地点においては遠心力同士が相殺されて最小複合遠心力となり、自転中心Ａに対して最も公転中心Ｏから離れたＣ地点において最大複合遠心力となる。
その結果、容器２１（別容器３０）内のそば粉と水は、最大合成遠心力と最小合成遠心力との間の遠心力差を容器２１（別容器３０）の自転に伴う周期的な変動として受け、きわめて短時間（２０秒ないし２分）で均一に混練される。

その際に、最小複合遠心力と最大複合遠心力との変動率は、容器内の被混練物に加わる力を変化させて混練効果を与えるために、１：１．３以上であることが好ましい。また、合成複合加速度についても、容器内での混練効率を良好とするために２４０Ｇ以上であることが好ましい。

また、自転プーリ１８と回転アーム１１とが互いに反対方向に回転するように構成した場合において、公転及び自転の回転速度の割合を４：１程度にして計算により複合遠心力Ｆの大きさ及び方向をシミュレーションした結果を図６（ａ）乃至（ｆ）に示す。
この場合、重力加速度に比較して複合遠心力が大きくなり、更に自転による遠心力より公転により遠心力が大きくなるため、容器２１内の加工対象物は、図６に示されるように、容器２１の周囲壁に押し付けられる力（図６（ａ）（ｂ）（ｆ））と容器内側への力（図６（ｃ）（ｄ）（ｅ））と交互に受ける。すなわち、図６（ｃ）の段階で加工対象物は容器内側へ働く力Ｆにより移動しようする。従って、容器の内壁に突起物を設けると、容器が傾斜しているので加工対象物の移動が阻害されて混練率が増加することが期待される。また、容器の中央の底部に内側に突出する凸状部を設けた場合には、この底部に沿って遠心方向に移動することが想定される。

図７は容器の他の実施形態の一例を示すもので、上述した容器の中央の底部に内側に突出する凸状部を設けた具体例であり、容器２１の底面の内側（容器の開口端側）に突出する凸形状部２１ｂを形成している。すなわち、容器２１の底面の中央部が球状面に突出された形状とし、その周囲に環状湾曲部２１ｃが形成されている。これは環状湾曲部２１ｃを形成することで加工対象物を移動し易くするためである。また、凸形状部の表面には、細かな微細突起が多数形成されている。
このような形状とすることにより、複合遠心力や重力により加工対象物である固体部材が底面を移動する場合に、内側に凸状となる凸形状２１ｂを形成することで、加工対象物を底面上に沿って移動させ易くし、加工対象物が微細突起上を摺り動きくことにより、切削加工処理を効果的に行なうことができる。

本発明の実施の形態の一例の加工装置の正面説明図である。 加工装置において回転アームの公転に対して自転プーリが自転する動作を説明するための平面説明図である。 加工装置に使用する容器を示す断面説明図である。 （ａ）（ｂ）は加工装置の他の例における容器と別容器との装着状態を示す図であり、（ａ）は縦断面説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での横断面説明図である。 加工装置における容器（別容器）の公転及び自転により発生する遠心力の複合遠心力を示す説明図である。 （ａ）〜（ｆ）は、公転及び自転する容器において容器内での加工対象物が力を受ける方向及び大きさについて回転開始から時系列にシミュレーションした説明図である。 加工装置に使用する容器の他の例を示す断面説明図である。

符号の説明

１ 載置体
２ 上面板
４ 電動モータ
５ 駆動軸
６ 固定円板
６ａ ギア
１１ 回転アーム（回転体）
１２ 円板部
１３ アーム部
１８ 自転プーリ
２０ 皿体
２０ａ ギア面
２１ 容器
２１ａ 凸形状部（外側に凸）
２１ｂ 凸形状部（内側に凸）
２２ キャップ
２３ 凸状細部
３０ 別容器
３０ａ 凸状部
３１ 溝部

Claims (2)

1. 駆動手段により水平面内で公転する回転体と、この回転体の回転中心から半径方向に距離を置いた位置に傾斜配置され前記回転体の回転中心方向に傾斜した複数の回転軸を中心に自転する各容器とを備え、該容器内で混練、粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の加工を行う加工装置であって、
   底面を外側に凸形状に形成したことを特徴とする加工装置。
2. 駆動手段により水平面内で公転する回転体と、この回転体の回転中心から半径方向に距離を置いた位置に傾斜配置され前記回転体の回転中心方向に傾斜した複数の回転軸を中心に自転する各容器とを備え、該容器内で混練、粉砕、分離、脱泡、脱水、着色等の加工を行う加工装置であって、
   底面を内側に凸形状に形成したことを特徴とする加工装置。

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