JP2019042627A - 食品粒状物の粉砕機及び粉砕装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コーヒー豆等の油分が多い食品粒状物を、内周面に付着させることなく大量に粉砕処理する食品粒状物の粉砕機１０及び粉砕装置を提供する。【解決手段】食品粒状物の粉砕機１０は、円筒状の容器２０と、容器２０の一端壁を挿通して設けられる回転軸３５と、回転軸３５に取り付けられる回転刃３０と、容器２０の他端壁に設けられる固定刃４０とを備え、固定刃４０の中央部を経由して設けられる粒状物の供給口２１と、容器２０の周壁２５に設けられる粉砕物の排出口２２とを備え、容器２０の内周面２５ａが回転軸３５に対して傾斜する斜面状に形成されている。固定刃４０は、固定側保持部材４１と固定側刃部材４２で構成され、固定側保持部材４１の内部に冷却媒体を流すための固定側冷却空間４３を備えている。粉砕装置は、食品粒状物の粉砕機１０と分離手段で構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、回転刃と固定刃とを備えてコーヒー豆等の油分の多い食品粒状物を粉砕する粉砕機及び粉砕装置に関し、特に大量の処理物を粉砕可能な粉砕機及び粉砕装置に関する。

ここでは、食品粒状物の一例としてコーヒー豆を選び、コーヒー豆を大量に粉砕処理するときの問題点と解決手段について説明する。
コーヒーを飲むときは、粉末状にされたコーヒーにお湯を注ぎ、コーヒーの成分を湯中に抽出して飲み物としている。すなわち、農場で収穫されたコーヒー豆は、乾燥された後に焙煎され、さらに粉砕されている。

特許文献１には、家庭用のコーヒー豆粉砕装置の発明が記載されている。これは、対向する刃面を有する回転刃及び固定刃を備える粉砕装置である。
このような粉砕装置では、使用後の刃面にコーヒー粉が付着して残留することが問題とされていた。付着・残留したコーヒー粉は、時間とともに悪臭を放つなど、不衛生になるために、ときどき清掃する必要がある。
そこで、ここに記載された粉砕装置では、回転刃と固定刃とを容易に分離できる構造として、両方の刃面を分離した状態で、簡単に清掃できるようにしている。

また、コーヒー豆を粉砕するときには、豆の表面を形成している渋皮を除去することが好ましい。そこで、この粉砕装置では、コーヒー粉を入れる粉末容器とは別に、渋皮を入れる渋皮収集部を設け、粉砕空間から吸引ファンによって吸引した渋皮を、ここに入れるようにしている。

ところで、最近では大量のコーヒー豆が粉砕され、チェーン店に業務用のコーヒー粉として配送され、また、小袋に詰めたコーヒー粉が小売りされている。
すなわち、粉砕されたコーヒー粉が一般に流通されているのであるが、大量のコーヒー豆を粉砕する場合の問題点などを記載した文献は見当たらない。

特開２０１６−２２４１３号公報

本発明者らは、コーヒー豆などの大量粉砕処理について鋭意研究を重ねた結果、回転刃と固定刃を備える粉砕機を使用すると、処理物に含まれている油分などによって、容器の周壁（内周面）に粉砕物が付着するという問題が発生することを発見した。
すなわち、最初に少量の粒子が周壁に付着すると、後の粒子がこれに付着し易くなり、次々と粉砕物が付着堆積して大きく成長し、処理が不能となるのである。

本発明の目的は、回転刃と固定刃とを備えて、穀類や豆類などを粉砕する食品粒状物の粉砕機及び粉砕装置であって、粉砕により付着性を帯びる処理物を、問題なく大量に処理することが可能な装置を提供することにある。

本発明の食品粒状物の粉砕機は、円筒状の容器と、前記容器の一端壁を挿通して設けられる回転軸と、前記回転軸に取り付けられる回転刃と、前記容器の他端壁に設けられる固定刃とを備える食品粒状物の粉砕機であって、前記固定刃の中央部を経由して設けられる粒状物の供給口と、前記容器の周壁に設けられる粉砕物の排出口とを備え、前記容器の内周面が前記回転軸に対して傾斜する斜面状に形成されていることを特徴としている。

前記固定刃は、固定側保持部材と固定側刃部材で構成され、前記固定側保持部材の内部に冷却媒体を流すための固定側冷却空間を備えていることが好ましい。
また、前記回転刃は、回転側保持部材と回転側刃部材で構成され、前記回転側保持部材の内部に冷却媒体を流すための回転側冷却空間を備えていることが好ましい。

本発明の粉砕装置は、前記食品粒状物の粉砕機を備えている粉砕装置であって、前記粉砕物が前記排出口から気流とともに排出され、前記粉砕物を前記気流から回収する分離手段を備えていることを特徴としている。
そして、前記粉砕物を前記気流とともに搬送する送風機を備えている構成とすることができる。
前記分離手段は、サイクロン及びバグフィルタからなる構成とすることができる。

本発明の食品粒状物の粉砕機は、容器の内周面が回転軸に対して傾斜する斜面状に形成され、これが内周面に沿って発生する旋回流に沿った斜面を形成する。このため、刃面間から放出された粉砕物は、斜面にソフトに接触して運動エネルギーを失わず、斜面を滑るように流れることができる。
したがって、付着性が強い場合でも粉砕物が内周面に付着堆積することはなく、食用の穀類や豆類を大量に問題なく粉砕することができる。
また、本発明の粉砕機を使用する粉砕装置は、コーヒー粉などを大量に生産することができる。

本発明の食品粒状物の粉砕機の一例を示す概略断面図である。 図１のＸ−Ｘ矢視概略断面図である。 粉砕物と斜面との関係を説明する説明図である。 粉砕物と旋回流との関係を説明する説明図である。 固定刃の具体例を示す概略断面図である。 本発明の粉砕装置の一例を示す概略流れ図である。

図１及び図２は、本発明の一例である食品粒状物の粉砕機１０（略して、粉砕機１０と記載する。）を示している。食品粒状物とは、食用可能な豆類及び穀類などである。

食品粒状物の粉砕機１０は、円筒状の容器２０に、容器２０の一端壁を挿通して回転軸３５が設けられ、回転軸３５には回転刃３０が取り付けられている。
また、容器２０の他端壁は、固定刃４０を備える蓋部材２３によって閉塞されるとともに、蓋部材２３の中央部を経由して粒状物の供給口２１が設けられている。容器２０の周壁２５には、粉砕物の排出口２２が設けられている。

粒状物は、供給口２１から供給され、固定刃４０の中央部を経て、回転刃３０と固定刃４０の刃面間に導入される。そして、刃面間において、圧縮力や剪断力による粉砕作用を受けて粉砕処理されることになる。
粉砕物は、回転刃３０の遠心力により刃面間を通過し、同伴する空気（気流）とともに周壁２５の内周面２５ａに沿って排出口２２に向かうことになる。

回転刃３０は、回転側保持部材３１と回転側刃部材３２で構成されている。回転側保持部材３１には回転側冷却空間３３が形成され、回転軸３５に設けられた回転軸冷却通路３６からの冷却媒体を回転側冷却空間３３に流通させることができる。図１では回転軸冷却通路３６が一つの通路として単純に記載されているが、実際には冷却媒体が往復する二つの通路により構成されている。
回転軸３５は、駆動側端部にロータリージョイントが取り付けられ、冷却媒体の供給と排出を行うようになっている。

固定刃４０は、固定側保持部材４１と固定側刃部材４２で構成されており、固定側保持部材４１には固定側冷却空間４３が形成されている。蓋部材２３及び固定側保持部材４１には、図示していない冷却通路が設けられて、固定側冷却空間４３に冷却媒体を連続的に流通させることができる。

また、図示を省略しているが、容器２０には、回転軸３５を軸支するための軸受手段、及び軸封手段を備えている。
また、処理物が食品材料であるために、いわゆるサニタリー仕様とし、容器２０の内部を簡単に清掃できるようにしている。例えば、蓋部材２３は、容器２０にヒンジを用いて取り付けられ、固定刃４０とともに大きく開閉できるようにしている。

本発明は、容器２０の内周面２５ａに粉砕物を付着させないために、次のような特徴を備えている。
第１の特徴は、周壁２５の内周面２５ａが、回転軸３５（すなわち容器２０の軸心）に対して傾斜する斜面状に形成されていることである。
通常、周壁２５は軸心と平行する円筒状に形成され、その内面も回転軸３５と平行する曲面としているが、本発明では内周面２５ａを回転軸３５に対して傾斜する斜面状となるように形成している。

図３に、容器２０の軸心を含む断面で、内周面２５ａを拡大して示す。
周壁２５の内面には、周方向に沿って山部２６が形成され、山部２６の両側が斜面状に形成されている。すなわち、回転軸３５に対して傾斜する２つの斜面を備えている。
刃面間から放出された粉砕物の粒子Ｐは、比較的早い時点で２つの斜面にソフトに接触する。すなわち、粒子Ｐは壁面に対して必ず斜めに接触するので、運動エネルギーを失わずに壁面に沿って動き続け、付着することなく排出口２２に向かって流れる。

斜面の傾斜角度θは、付着防止の効果が発生する３０°以上であり、４５°以上とすることが好ましく、６０°以上とすることがより好ましい。傾斜角度θが小さい場合には、粒子Ｐが壁面に接触した瞬間に付着し易いとともに、運動エネルギーが失われ、その後の滑りが生じ難くなる。

第２の特徴は、処理物を空気とともに容器２０内に導入し、粉砕物を空気（気流）とともに排出することである。
図４は、容器２０の軸心に直角な面での断面図であり、図２と同じであるが、粉砕物の運動を説明するために、内周面２５ａの直径が最大となる断面で示している。

粉砕物及び空気は、回転刃３０の遠心力によって、刃面間の全周から一様に放出されるが、排出口２２が周壁２５の接線方向に向けて形成されているので、内周面２５ａに沿って矢印の方向に向かって流れる旋回流が発生する。
ここで、回転刃３０の回転方向は、矢印に示す方向である。

回転刃３０と固定刃４０の刃面間から放出される粉砕物の運動を考えると、点Ａから放出された粒子Ｐは、点Ｂから点Ｃの間に分布して放出されることになる。
粒子Ｐが、点Ａから点Ｂに向かって直進した場合には、内周面２５ａに対し直角に衝突することになり、壁面に付着することになる。
しかしながら、粒子Ｐは旋回流によって進行方向が変えられ、粒子Ｐｒで示すように、次第に内周面２５ａに沿って流れるようになる。このため、粒子Ｐは内周面２５ａに接触しても運動エネルギーを失わず、運動を続けるために付着しないことになる。

本発明は、上記２つの特徴が組み合わされた相乗効果によって、粉砕物が内周面２５ａに付着成長することを確実に防止することができる。
すなわち、粉砕物の粒子Ｐは、内周面２５ａに対して直角に近い角度で激しく衝突することはなく、内周面２５ａに対して平行に近い角度でソフトに接触し、斜面を滑るように周方向に流れることになる。

さらに、回転刃３０及び固定刃４０には冷却媒体を流して冷却し、粉砕物の温度上昇を防ぐ第３の特徴を加えることができる。コーヒー豆などは油分を含むので、粉砕物の温度が低いほどサラサラした感じの粉体となり、付着を防止することができる。
また、低い温度で粉砕することによって食材が本来持っている味や風味を失わないので食品に適した粉砕方法とすることができる。

図１に示すように、回転側冷却空間３３は回転側保持部材３１の内部に形成されているので、冷却媒体は回転側刃部材３２に直接接触することなく流通する。同様に、固定側冷却空間４３は固定側保持部材４１の内部に形成されているので、冷却媒体は固定側刃部材４２に直接接触することなく流通する。

すなわち、回転側刃部材３２及び固定側刃部材４２は、冷却媒体と接触することはなく間接的に冷却される構造となっている。
食品材料を処理する場合には、冷却媒体が粉砕物に混入することのないよう確実な漏洩防止構造が要求されるが、このような構造によって、冷却媒体が容器２０内に入ることのない構造とすることができる。

図５により、固定刃４０における冷却媒体の流れについて具体的に示す。
板状をなす固定側保持部材４１は、一方の面に固定側刃部材４２が設けられ、他方の面に蓋部材２３が設けられている。固定側冷却空間４３は、固定側保持部材４１が他方の面から一定の深さで広範囲に切削されて形成され、保持蓋部材４５により閉塞されている。そして、シール部材４６、４７により確実に密閉されているので、冷却媒体が固定側冷却空間４３から漏れ出ることはなく、粉砕物に混入することはない。
なお、保持蓋部材４５には蓋部材２３を挿通して、冷却媒体の供給口９１と排出口９２が設けられている。
回転刃３０についても、ほぼ同様の構造に形成されている。

本発明の粉砕装置は、本発明の食品粒状物の粉砕機を備えている粉砕装置であって、粉砕物が排出口から気流とともに排出され、粉砕物を気流から回収する分離手段を備えることを特徴としている。例えば、食品粒状物の粉砕機１０では、回転刃３０の遠心力によって排出口２２から粉砕物を空気とともに排出することが可能であるために、分離手段としては、排出口２２に簡単な形状の濾布を取り付けた形態とすることもできる。

図６は、本発明の一例である粉砕装置１００を示している。
粉砕装置１００は、食品粒状物の粉砕機１０の他に、粒状物を供給する供給機６０、粉砕物を空気輸送するための送風機７０、粉砕物を気流から回収する分離手段８０、回転刃３０及び固定刃４０に冷却媒体を供給するためのチラーユニット９０などを備えて構成されている。

供給機６０は、処理物の供給量を正確に設定可能であるものが好ましく、必要に応じて粒状物タンクやスクリューフィーダなどを用いて粉砕機１０の供給口２１に供給する。
本発明では、粒状物を空気とともに供給口２１に導入し、粉砕物を空気とともに排出口２２から排出し、そこから空気輸送を行う構成としている。

空気の流れとしては、空気ライン６１から容器２０の供給口２１に供給され、容器２０の排出口２２から粉砕物とともに排出され、分離手段８０で粉砕物が回収された後に送風機７０から大気に放出されている。
空気ラインは、少なくとも結露することのない乾燥空気を供給可能であることが好ましい。すなわち、大気を圧縮し、水分を冷却凝縮して除去していることが好ましい。最近の食品工場では、装置全体をドライルーム内に設置することも多い。

送風機７０は、常に一定量の空気を流すことが好ましく、容積式の送風機であることが好ましい。この空気の流れは、多くの機器を経由するために圧力損失が大きくなるので、騒音を防止するためのサイレンサ７１を設けている。

コーヒー豆を粉砕処理するために、分離手段８０は、直列に配置されたサイクロン８１及びバグフィルタ８５の２段階となっている。すなわち、コーヒー粉をサイクロン８１で捕集し、その後に、バグフィルタ８５で渋皮を除去するようにしている。
サイクロン８１の下部には、ロータリーフィーダ８２及び製品タンク８３が配置され、粉砕されたコーヒー粉を製品タンク８３に溜めこむことができる。
バグフィルタ８５の下部には、ロータリーフィーダ８６及び渋皮タンク８７が配置されて、捕集された渋皮を渋皮タンク８７に溜めこむことができる。

チラーユニット９０は、一般的なブラインを冷却媒体として使用するものであり、食用の穀類及び豆類を粉砕するためには、冷却媒体の供給温度が１０℃以下であることが好ましく、０℃以下であることがより好ましく、−１０℃以下であることがさらに好ましい。
そして、回転側冷却空間３３及び固定側冷却空間４３の両方に冷却媒体を供給することが好ましい。回転側刃部材３２及び固定側刃部材４２の温度は、少なくとも１５℃以下とすることが好ましく、０℃以下とすることがより好ましい。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計変更は、本発明に含まれる。
例えば、分離手段８０としてサイクロン８１及びバグフィルタ８５を使用する例を示したが、何れか一つとすることもできる。
また、空気輸送システムについては、空気ではなく不活性ガスを使用することも可能であり、送風機７０の出口から、不活性ガスを容器２０の供給口２１に循環させて使用することもできる。

１０： 食品粒状物の粉砕機（粉砕機）
２０： 容器
２１： 供給口
２２： 排出口
２５： 周壁
２５ａ：内周面
３０： 回転刃
３１： 回転側保持部材
３２： 回転側刃部材
３３： 回転側冷却空間
３５： 回転軸
４０： 固定刃
４１： 固定側保持部材
４２： 固定側歯部材
４３： 固定側冷却空間
７０： 送風機
８０： 分離手段
８１： サイクロン
８５： バグフィルタ
１００：粉砕装置

Claims (6)

1. 円筒状の容器と、前記容器の一端壁を挿通して設けられる回転軸と、前記回転軸に取り付けられる回転刃と、前記容器の他端壁に設けられる固定刃とを備える食品粒状物の粉砕機であって、
   前記固定刃の中央部を経由して設けられる粒状物の供給口と、前記容器の周壁に設けられる粉砕物の排出口とを備え、前記容器の内周面が前記回転軸に対して傾斜する斜面状に形成されていることを特徴とする食品粒状物の粉砕機。
2. 前記固定刃が、固定側保持部材と固定側刃部材で構成され、前記固定側保持部材の内部に冷却媒体を流すための固定側冷却空間を備えていることを特徴とする請求項１に記載の食品粒状物の粉砕機。
3. 前記回転刃が、回転側保持部材と回転側刃部材で構成され、前記回転側保持部材の内部に冷却媒体を流すための回転側冷却空間を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の食品粒状物の粉砕機。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の食品粒状物の粉砕機を備えている粉砕装置であって、前記粉砕物が前記排出口から気流とともに排出され、前記粉砕物を前記気流から回収する分離手段を備えていることを特徴とする粉砕装置。
5. 前記粉砕物を前記気流とともに搬送する送風機を備えていることを特徴とする請求項４に記載の粉砕装置。
6. 前記分離手段がサイクロン及びバグフィルタからなることを特徴とする請求項４又は５に記載の粉砕装置。