JP7254323B1 - 粉砕機 - Google Patents
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Abstract
Description
コーヒー以外の物質においても成分の抽出効率を高めるために粉砕は必要である。特にコーヒーにおいては、粉砕された粒の大きさや形状によって成分の抽出速度が変化することから、コーヒーの味わいにも大きな影響がある。粉砕時の発熱が被粉砕物の成分に影響を与える場合もある。そのためコーヒー豆の粉砕工程は重要な工程であると言える。
様々な粒度を有するコーヒー粉が生成され、粒度分布がその都度異なる場合、抽出具合にバラツキが生じ、味わいにも影響することになる。つまり、都度生成するコーヒー豆の粉末によって味わいが異なることは、味の再現性が低くなるということであり、同じコーヒー豆でも同じ味わいを楽しめないということに繋がる。またメンテナンス性が悪く、残留した粉砕豆を容易に取り出せない場合、それらが後に生成するコーヒー豆の粉末に混入する場合が発生し、さらに味わいに影響が発生することになる。
なお、本願発明の粉砕機は、被粉砕物がコーヒー豆等の食品に限定されるものではなく、様々な素材の粉砕、微粒化に適用可能である。
前記回転体の側面と前記静止体の内側面の表面には凸刃と凹部が交互に連続する凹凸刃を備え、前記凹凸刃は前記回転体の回転軸方向に多段に形成され、各段の凹凸刃はそれぞれ前記回転体の回転軸方向に分離していることを特徴とする。
また、本発明の粉砕機は、略円錐形を呈し、前記略円錐形の頂点を通過し、底面と直角に交わる線を回転軸とする回転体と、前記回転体の側面部に内側面が対向するよう配された略円筒形を呈する静止体によって被粉砕物を粉砕する構成となっている粉砕機構を備えた粉砕機であって、
前記回転体の側面と前記静止体の内側面のうち、対向する一方の表面には凸刃と凹部が交互に連続する凹凸刃を備え、前記凹凸刃は前記回転体の回転軸方向に多段に形成され、各段の凹凸刃はそれぞれ前記回転体の回転軸方向に分離しており、他方の表面には被粉砕物を整列させて上段から下段方向へ誘導するための刃が不要なガイド部が形成されていることを特徴とする。
ここで凹凸刃の凹部については、凸刃の先端の高さ(凸刃の丈)よりも低く形成されていることを示しており、凸刃の底部の高さよりも低く形成される構成に限定されない。
そして、各段の凹凸刃は凸刃の数、形状、大きさといった形態を粉砕物の状態に応じて設定し、上段から下段にかけて段階的に被粉砕物を切削・粉砕し、徐々に微粒化する。
ここで、キャビティとは、回転体の側面及び/又は、静止体の内側面の表面に設けられた、各段の凹凸刃の境界(段間)を含む近傍や、ガイド部の各段の凹凸刃の境界(段間)の含む近傍に相対する位置に設けられた凹溝によって形成される空隙(スペース)である。
凹凸刃については回転体に設ける場合もあれば、静止体に設ける場合、その両方に設ける場合が想定される。
そして特許文献1のような構成の場合、目詰まりを起こすと次の刃には流れず途中で排出されてしまう可能性が生じるが、本発明によれば、上段で切削・粉砕された被粉砕物が、キャビティにいったん保持され、徐々に下段に供給されることにより、被粉砕物が下段に過剰に供給されて粉砕途中で排出されてしまう事態を抑制することができる。
また、キャビティにより、過剰な切削・粉砕を防止し、スムーズに粒度が安定した被粉砕物の粉末を得ることができるだけでなく、被粉砕物に姿勢変化を与えることで、従来の粉砕機のように被粉砕物の切削・粉砕箇所が偏らず、粒形も均一な被粉砕物の粉末を得ることができる。
加えて、回転体と静止体の両者に位置を対応させたキャビティが形成される場合は、キャビティの容量(体積)を大きくすることができ、製品機能的な必要性に応じて構造的な選択が可能となる。
上記のように、得られる粉末の粒度及び粒形を均一にさせるだけでなく、凹凸刃を回転体又は静止体の一方のみに設ける場合には、従来の粉砕機のように回転体と静止体両方に凹凸刃を有している場合と比べて、メンテナンス時の清掃の際に粉砕時のコーヒー豆を噛み込む凹凸刃側が片側のみであることから、メンテナンスの容易性を実現する粉砕機の提供が可能となる。また、従来の刃で粉砕する構造よりも多段に形成された刃で段階的に切削・粉砕することは、粉砕時の発熱が与える被粉砕物への熱影響を小さくすることができるという効果もある。
本発明を実施するための形態は、焙煎されたコーヒー豆を被粉砕物とするコニカル式の粉砕機(以下粉砕機と表記)として具体的に図面に基づいて、以下に説明する。
図1は、本実施の形態における粉砕機1の外観を示す図であり、図1を粉砕機1の正面と規定すると、粉砕機1は、上方から下方に向けて、ノブ101を有するハンドル10、焙煎されたコーヒー豆Xが供給され、粉砕する本体部11、粉砕され、粉末となったコーヒー豆Xを回収する受け容器12によって形成されていることを示している。この部分についてはノブとハンドルを持った構造に限定されず、回転体を回転させる構造であればよい。回転体を回転させる動力については、電動モーター等の動力の選択も可能である。
図2は、当該粉砕機1の内部構造を示す断面斜視図であり、一方端がハンドル10に連接されるとともに、他方端が略円錐形を呈し、その側面に複数の凹凸刃が形成された回転体114に連接されるアッパーシャフト113a、回転体114に対向するように配された静止体115、回転体114の底部に一方端が連接され、他方端は受け容器方向に伸びるローワーシャフト113bを示している。
ここでシャフト113は、アッパーシャフト113aとローワーシャフト113bに分割された形態となっているが、一本のシャフト113が回転体114を挿通するように設けられていてもよく、また回転体とシャフトについては一体の場合もあり、その構成は適宜選択可能である。
回転体114は、シャフト113(アッパーシャフト113a、ローワーシャフト113b)の伸長方向が回転軸Aと同一となるように本体内11に設けられている。
尚、本実施の形態の粉砕機1は、上記の回転体114と静止体115に特別な特徴を持たせることで、静止体115に金属やセラミックといった素材を採用せずとも粉砕ができる構造である。
さらに、本体部11を形成するケース112と静止体115に透明な樹脂やガラス等の素材を採用すれば、粉砕過程を視認することや、被粉砕物の目詰まり箇所の確認が可能となる。
そして、粉砕機1には図2、図3に示すように、シャフト113(113a、113b)の回転をスムーズにするためのベアリング116や、所望する粉末の粒度に調整するために回転体114と静止体115の間隔を維持する際に必要となる弾性体117が備えられている。
粉砕機1によってコーヒー豆Xを粉砕する工程としては、まず、粉砕機の本体部11を構成するケース112から蓋体111を取り外し、ケース112の内部に形成された空間である収容部112aに被粉砕物であるコーヒー豆Xを供給し、蓋体111を本体部11のケース112に取り付ける。蓋体111は豆の飛散を防止することができればよく、この機能を満たせば独立した部品でなくてもよい。
ハンドル10とシャフト113(アッパーシャフト113a、ローワーシャフト113b)を回転させると、回転体114がシャフト113(アッパーシャフト113a、ローワーシャフト113b)の伸長方向の回転軸Aを中心として回転し、収容部112aのコーヒー豆Xが回転体114と、回転体114に対向するように配される静止体115の間に誘導され、複数の凹凸刃により粉砕されながら徐々に下降していく。そして、粉末状となったコーヒー豆Xは、受け容器12に回収される。
図4(a)は、従来のコニカル式の粉砕機に採用されている回転体を示しており、図4(b)は、静止体を示している。従来の回転体は、略円錐形でその側面部に被粉砕物を誘導するための大きな凹凸刃と粉末状に粉砕するための小さな凹凸刃が回転軸方向に連続的にかつ、一部重複するように形成されており、回転体の回転軸方向に、分離され多段に形成されているとはいえない。そして、その回転体の形状と対応するように静止体にも回転体と対向する面には大きな凹凸刃と小さな凹凸刃が回転体の回転軸方向に分離され多段に形成されることなく連続的に形成されている。
一方で、本実施の形態における回転体と静止体には、従来のコニカル式の粉砕機では改善できなかった、微粉の抑制と、得られる粉末の粒度と粒形の均一化を両立させるだけでなく、メンテナンス性の向上を実現するための創意工夫が施されている。
図5は、本実施の形態における回転体2(114)を示す図である。回転体2は略円錐形を呈するとともに、上述のようにハンドル10の回転運動を伝達するためのシャフト113(アッパーシャフト113a,ローワーシャフト113b)の伸長方向を回転軸Aとして回転するように本体部11内に配されており、その略円錐形の側面部には複数の凸刃と凹部が交互に連続するように配された凹凸刃20が形成されている。回転軸Aを詳細に説明すると、略円錐形を呈した回転体2の頂点を通過し、底面Bに垂直に交わる線であり、本実施の形態においては、シャフト113の伸長方向と同じである。凹凸刃20は、回転軸Aの方向に対して傾斜して設けられていることで、スムーズなコーヒー豆Xの誘導や粉砕に貢献しているが、その傾斜角度θは、特に限定されるものではなく、適宜選択可能である。
ここで凹凸刃20の凹部については、凸刃の高さ(凸刃の丈)よりも低く形成されていることを示しており、凸刃の底部の高さよりも低く形成される構成に限定されない。
詳細には上方から第1の凸刃211a、第1の凹部211bによって形成された第1段の凹凸刃21、第2の凸刃221a、第2凹部221bによって形成された第2段の凹凸刃22、第3の凸刃231a、第3の凹部231bによって形成された第3段の凹凸刃23、第4の凸刃241a、第4の凹部241bによって形成された第4段の凹凸刃24によって構成されている。
また、第1段の凹凸刃21よりも、第2段の凹凸刃22のほうが、刃の間隔を小さく(狭く)して、刃数を多くするとともに、刃の高さが小さくなるように(凸刃の丈を低く、凹部の深さを浅く)設定されている。同様に、第2段の凹凸刃22よりも第3段の凹凸刃23、第3段の凹凸刃23よりも第4段の凹凸刃24のほうが、刃の間隔を小さく(狭く)して、刃数を多くするとともに、刃も小さくなるように(凸刃の丈を低く、凹部の深さを浅く)設定されている。
すなわち、回転体2の上方から下方かけて、各段に形成されている凹凸刃は、徐々にその刃の高さと間隔が小さくなり、刃数が多くなっていくことで、粉砕中の被粉砕物のサイズに合わせた粉砕を行い、過剰な負荷をかけないことで微粉の発生を抑制しつつ段階的にコーヒー豆Xを細かく粉砕する構成となっている。
この段階的な粉砕により、粉砕時に発生する熱による被粉砕物への熱影響を小さくすることができるという効果もある。
本実施の形態における回転体2のような粉砕用の凹凸刃には、一般的に金属やセラミクスが採用されているが、被粉砕物を段階的に分散して粉砕することで、従来のように負荷が集中しないことから、求められる強度レベルが下がり、その強度に耐えられる素材であればよく、様々な素材が採用可能である。また、本実施の形態の回転体2はその側面部の凹凸刃が4段に形成されているが、段数に制限はなく、被粉砕物の大きさ、硬さ、所望する粉末の粒度(粒径)等に応じて適宜選択可能である。
各段の凹凸刃の間に設けられたキャビティCは、回転体2の側面部に、回転軸Aの凹凸刃各段の境界近傍に設けられた凹溝によって形成された空隙であり、当該キャビティCを設けることにより、例えば、図5におけるキャビティC1が、第1段の凹凸刃21によって粉砕されたコーヒー豆Xをいったん保持する空隙となり、下段である、第2段目の凹凸刃22へ一挙にコーヒー豆Xが流入して押し込まれ、不安定な粉砕になる事態を抑制し、第2段の凹凸刃22へのスムーズな誘導と粉砕を可能とするとともに、過剰な粉砕や目詰まりを防止することに奏効する。図5における、キャビティC2、C3も同様の効果を有する。
また、複数段のキャビティCを有する回転体2によって、粉砕実験を行った結果、得られるコーヒー豆Xの粉末(粒)の形状は、従来技術のコニカル式の粉砕機に比べ、粒度及び粒形が均一になることが分かった。これは、各段間にキャビティCが設けられていることで、粉砕後のコーヒー豆X(の粒)に姿勢変化を与え、一定の方向だけでなく、粒表面がまんべんなく切削・粉砕されているためと考えられる。
粒度が安定していても、粒の形状がいびつで不均一である場合、時間当たりの抽出成分およびその濃度が異なることは明らかであり、抽出の均一性のためには粒度の均一性(安定)に加え、粒の形状の均一性も求められるが、本実施の形態における粉砕機はその高度な要請にも応えることができるものとなっている。
キャビティCの凹溝の幅や深さは、上段の凹凸刃によって粉砕される被粉砕物の粒径に応じて設定することが望ましい。キャビティは静止体、回転体のどちらに設けても同様な効果がある。
図6は、本実施の形態における静止体3(115)を示す斜視図である。静止体3は、略円筒形を呈しており、上記回転体2を内包し、その内側面が回転体2の側面部に対向するとともに、その形状も回転体2の側面部の形状に対応するように粉砕機1の本体部11内に配されている。そして、静止体3の内側面には、前記回転体の回転軸A方向に形成された複数の凹部が周方向に連続して形成されており、前記凹部と、凹部の底部に対して相対的に高く形成された凸部によりコーヒー豆Xを保持して凹凸刃20による切削・粉砕を補助する役割と、コーヒー豆Xを上方から下方に整列させて誘導する役割を担うガイド部30を構成している。そして、ガイド部30は回転体2の側面部に形成された多段構成の凹凸刃20と対応するように形成されている。また、静止体3が有するガイド部30と回転体2が有する凹凸刃20には両者が干渉しないように所定の隙間(間隔)が設けられており(図7参照)、コーヒー豆Xが回転体2と静止体3により段階的に切削・粉砕されながらスムーズに上方から下方へ移動していく。
すなわち、図6、図7に示すように、静止体3の内側面に回転体2の回転軸A方向に形成された凹部311bが周方向に複数連続して形成され、前記凹部311bと、凹部311bの底部に対して相対的に高く形成された凸部311aによりコーヒー豆Xを保持して、第1段の凹凸刃による切削・粉砕を補助するとともに下方に設けられた第2段の凹凸刃22と第2段のガイド部32に誘導することになる。
本実施の形態では、静止体3にはガイド部が形成されているが、被粉砕物の硬度等により、静止体にも凹凸刃を設けて、回転体及び静止体で切削・粉砕を行うことも選択可能である。
図8は、本実施の形態における回転体2と、比較例1として、当該回転体2を構成する、第1段の凹凸刃21のみによって形成された回転体、比較例2として、当該回転体を構成する、第1段の凹凸刃21と第2段の凹凸刃22によって形成された回転体、比較例3として、当該回転体を構成する第1段の凹凸刃21と第2段の凹凸刃22と第3段の凹凸刃23によって形成された回転体を示しており、図9は、各比較例及び、本実施の形態における回転体2(第1段の凹凸刃21~第4段の凹凸刃24)によって得られるコーヒー豆Xの粉末の状態を示す図である。
図8、図9からもわかるように、凹凸刃の段数を増やすことと、凹凸刃の段数に応じて刃の高さ(刃の丈)や間隔を小さくすることによって切削・粉砕されたコーヒー豆Xは、段階的に粒径が小さく、比較例1、比較例2、比較例3でそれぞれ得られたコーヒー豆Xの粉末をみても、徐々に粒度・粒形が均一になっていることがわかり、段階的な粉砕の効果が確認された。
次に第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態は、静止体3以外の構成は第1の実施の形態と共通となるので、説明を省略し、静止体3について詳細に説明する。
ここで、静止体3は内側面の周方向に複数の凹部が形成されてガイド部30を形成している点については第1の実施の形態における静止体3と共通しているが、回転体2の多段構成に対応していない(多段に形成されていない)点が相違する。
また、ガイド部には、多段に形成された凹凸刃の各段の境界近傍の位置に対応する位置にキャビティを形成しても良い。
そして上段で切削・粉砕された被粉砕物が、キャビティにいったん保持され、徐々に下段に供給されることにより、被粉砕物が下段に過剰に供給されて粉砕途中で排出されてしまう事態を抑制することができ、キャビティにより、過剰な切削・粉砕を防止し、スムーズに粒度が安定した被粉砕物の粉末を得ることができるだけでなく、被粉砕物に姿勢変化を与えることで、従来の粉砕機のように被粉砕物の切削・粉砕箇所が偏らず、粒形も均一な被粉砕物の粉末を得ることができる。
上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、回転体2に凹凸刃20が形成され、静止体3にガイド部30が形成された構成となっているが、回転体2にガイド部、静止体3に凹凸刃を設ける構成としてもよく、回転体2は、コーヒー豆Xを凹部に保持しながら回転軸Aを軸に回転し、静止体の内側面に設けられた凹凸刃にコーヒー豆Xが接触することにより、切削・粉砕が施されて、回転体・静止体の上方から下方に向けて微粒化しながら下降していくことになる。
一方で本実施の形態における凹凸刃20は、段階的にコーヒー豆Xを切削・粉砕する構成であるため、ガイド部30への負荷が小さくなり、ガイド部30に刃は不要で、コーヒー豆Xを内側面であるガイド部30に保持して凹凸刃20による切削・粉砕を補助し、コーヒー豆Xを整列させてスムーズに下方に誘導するガイド機能があればよく、金属やセラミック等の高強度の素材に限定されず樹脂素材等の採用が可能である。
そのため、本発明における静止体3は、本体部11のケース112とともに透明な樹脂素材とすることもでき、粉砕の過程を視認でき、コーヒー豆Xを挽く作業にもエンターテインメント性が付与できるだけでなく、目詰まり箇所や汚れの発見といったさらなるメンテナンス性の向上にも貢献することとなる。
10 ハンドル、
101 ノブ、
11 本体部、
111 蓋体、
112 ケース、
112a 収容部、
113 シャフト、
113a アッパーシャフト、113b ローワーシャフト、
114,2 回転体、
115,3 静止体、
116 ベアリング、
117 弾性体、
12 受け容器、
21(20) 第1段目の凹凸刃、
211a 第1段目の凹凸刃の凸刃、211b 第1段目の凹凸刃の凹部、
22(20) 第2段目の凹凸刃、
221a 第2段目の凹凸刃の凸刃、221b 第2段目の凹凸刃の凹部、
23(20) 第3段目の凹凸刃、
231a 第3段目の凹凸刃の凸刃、231b 第3段目の凹凸刃の凹部、
24(20) 第4段目の凹凸刃、
241a 第4段目の凹凸刃の凸刃、241b 第4段目の凹凸刃の凹部、
31(30) 第1段目のガイド部、
311a 第1段目のガイド部の凸部、311b 第1段目のガイド部の凹部、
32(30) 第2段目のガイド部、
321a 第2段目のガイド部の凸部、321b 第2段目のガイド部の凹部、
33(30) 第3段目のガイド部、
331a 第3段目のガイド部の凸部、331b 第3段目のガイド部の凹部、
34(30) 第4段目のガイド部、
341a 第4段目のガイド部の凸部、341b 第4段目のガイド部の凹部、
A 回転体の回転軸、
B 回転体の底面、
C,C1~C6 キャビティ、
X 被粉砕物(コーヒー豆)、
θ 凹凸刃の回転軸に対する傾斜角度
Claims (4)
- 略円錐形を呈し、前記略円錐形の頂点を通過し、底面と直角に交わる線を回転軸とする回転体と、前記回転体の側面部に内側面が対向するよう配された略円筒形を呈する静止体によって被粉砕物を粉砕する構成となっている粉砕機構を備えた粉砕機であって、
前記回転体の側面と前記静止体の内側面の表面には凸刃と凹部が交互に連続する凹凸刃を備え、前記凹凸刃は前記回転体の回転軸方向に多段に形成され、各段の凹凸刃はそれぞれ前記回転体の回転軸方向に分離していることを特徴とする粉砕機。 - 略円錐形を呈し、前記略円錐形の頂点を通過し、底面と直角に交わる線を回転軸とする回転体と、前記回転体の側面部に内側面が対向するよう配された略円筒形を呈する静止体によって被粉砕物を粉砕する構成となっている粉砕機構を備えた粉砕機であって、
前記回転体の側面と前記静止体の内側面のうち、対向する一方の表面には凸刃と凹部が交互に連続する凹凸刃を備え前記凹凸刃は前記回転体の回転軸方向に多段に形成され、各段の凹凸刃はそれぞれ前記回転体の回転軸方向に分離しており、他方の表面には被粉砕物を整列させて上段から下段方向へ誘導するための刃が不要なガイド部が形成されていることを特徴とする粉砕機。 - 前記回転体及び前記静止体に多段に形成された凹凸刃のうち、そのどちらか一方又はその両方の各段の凹凸刃の境界近傍にキャビティが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の粉砕機。
- 多段に形成された各段の凹凸刃の境界近傍にキャビティが形成されているか、及び/又は、ガイド部の前記各段の凹凸刃の境界近傍に相対する位置にキャビティが形成されていることを特徴とする請求項2に記載の粉砕機。
Priority Applications (4)
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