‘構想と設計’ カテゴリーのアーカイブ

別の方法で回転ドラムの高さを下げました。良いかも!

構想と設計 | by 管理者
8月 30日 2011 年

昨日の思いつきを設計に取り込んでみました。

従来のロースターのイメージ図

コンロが「炉ばた大将 炙家」(CB-RBT-A)のときは、取っ手の下に取り付けたL字金具を炉ばた大将に引っ掛けることにより回転ドラムの高さをさらに30mm低く出来ます。

そのため、支柱がフレームの下に突き出ることがなくなったのでコーヒーロースターが自立できるようになったため、これの置き場所に困らなくなりました。

下の従来のコーヒーロースターの画像と比較するとよ良く分かりますね。

上下の画像を比較する限り、違いが良く分からないと思いますが、フレームや支柱のサイズ、穴の位置をすべて見直してあります。

改良したロースターのイメージ図

私は、無理がある設計は美しく無いと思っていますが、今度の設計は無理が無く、デザインがきれいに纏まっていると思います。

斬新なアイデアはベッドの中で!

構想と設計 | by 管理者
8月 30日 2011 年

タイトルから変な方向を期待した方には申し訳有りませんが、「斬新なアイデアはベッドの中で!」って決して卑猥な意味じゃございません。

前回のモーターの軸ブレ対策を思い付いたのはベッドに入ってボーっとしていたときですが、私にとってベッドに入ってボーっとする瞬間が仕事から開放されて脳が何の足枷も無くなり自由に発想できるときなのかもしれません。

とはいえ、できるわけない実現不可能なことを考えたりするので、妄想と紙一重かも?

開発の仕事をやっていると、どこにどの位の大きさの穴を開けて良いか、どんな形の部品を作れば良いか分からないので、知らず知らずのうちに開発しようとしている物に自分にとって都合の良い基準を当てはめており、その基準が大きさだったり形だったりします。

そして、その基準が固定観念となってクリエイティブな発想を阻害する。

良く分からないかもしれないので、ケーキに例えて話します。

 

例えば、デコレーションケーキを想像してみて下さい。

デコレーションケーキと聞くと、多くの人は丸いケーキを想像すると思います。

それはクリスマスケーキやお誕生ケーキに丸いイメージがあるからです。

ではここで、四角い箱に入る最も大きなケーキを作りたいと思ったら、どんな形のケーキを作りますか?

答えは箱の大きさの四角いケーキですが、ケーキが丸い物だと思い込んでいると、四角いケーキの発想ができない。

そして、それは仕事が切羽詰って余裕がなくなってくると、このような四角いケーキの発想ができなくなるものなんです。

私の場合、それを切り替えるポイントがベッドの中というわけ。

おそらく、お風呂に入ったときとか、トイレの中とか人それぞれだと思いますが、開発の仕事をしていると、どこかでストレスを開放して脳が自由に発想できる時間を作ってやらないと、息が詰まって良い仕事ができなくなります。

 

さて、今回も同様にベッドの中でボーっとしているときに思いついたのが、フレームを一回り小さくしてフレームごと「炉ばた大将 炙家」(CB-RBT-A)の中に落とし込んでしまえば良いのではないかと思った次第です。

「何だそんなことか」、と思うかもしれないですが、開発中の珈琲焙煎機が「炉ばた大将 炙家」(CB-RBT-A)の網を固定する段差部分に乗るので、いつのまにか上に乗せることが固定観念になっていて、あえてフレームを一回り小さくしてフレームごと、「炉ばた大将 炙家」(CB-RBT-A)の中に落とし込む発想が出来なかったんです。

 

回転ドラムとフレームの隙間にそれほど余裕が無いので、回転ドラムに干渉しないでフレームを小さく出来るのか、今後作成する予定のダンパー機能に影響が無いのか等を検証する必要がありますが、図面の最終チェックを完了して業者に見積もり依頼をする前だったので、この時点で気が付いて良かったと思います。

モーターの発熱温度による2種類のモーターの選択

構想と設計 | by 管理者
8月 27日 2011 年

今まで2種類のモーターを使ってテストしてきましたが、どちらのモーターが良いのかモーターの温度に注目してテストしました。
※ 両方のモーターともに回転ドラムを回すトルクは十分にあります。

モーターの比較写真

左がトルクの大きいモーター、右がトルクの小さいモーター

 

実際の珈琲豆を焼くのと同様に回転ドラムをカセットコンロで加熱してモーターの温度を計測するというものです。

テストの様子

テストの様子

熱電対を取り付けた位置

熱電対を取り付けた位置

 

結果は以下のとおり。

小さいモーターの温度(℃) 大きいモーターの温度(℃)
1分後 32 30
2分後 33 30
3分後 34 30
4分後 35 31
5分後 36 31
6分後 37 31
7分後 37 32
8分後 38 32
9分後 39 33
10分後 39 33
11分後 40 33
12分後 40 33
13分後 41 34
14分後 41 34
15分後 42 34
16分後 42 34
17分後 43 35
18分後 43 35
19分後 43 35
20分後 44 36

 加熱時間とモーターの温度の相関表

 

モーターの温度の確認

実験終了後にモーターに触れて温度を確かめているところ。

 

小さいモーターは、時間当たりの温度上昇が激しく、大きいモータの3倍くらいの速さで温度が上昇していきます。

モーターメーカーから50℃まで大丈夫といわれていますが、実験終了後に実際にモーターに触ってみると、かなり発熱していることが実感でき、モーターが冷える前に2回続けて珈琲をローストするのは無理だと思われます。

それに対して、大きいモーターは、冷たいと感じるくらい温度に余裕を感じるので、大きいモーターを採用する方向で検討しています。

「炉ばた大将 炙家」(CB-RBT-A)対応のため、珈琲ロースターの高さ調整機能を見直します。

構想と設計 | by 管理者
8月 24日 2011 年

イワタニの「炉ばた大将 炙家」(CB-RBT-A)のバーナーの位置が珈琲ロースターから離れているため、珈琲ロースターの高さ調整機能を見直して回転ドラムの位置を下げられるようにします。

以下の画像の「最高位置」と「中間位置」は普通のカセットコンロで使用する位置です。

そして「中間位置」~「最低位置」は「炉ばた大将 炙家」(CB-RBT-A)専用の位置になります。

というのは、支柱がフレームの下に突き出しているので、一般のコンロでは汁受けに支柱が干渉して使えないのではないかと思います。

「最高位置」~「最低位置」までの調整幅は48ミリ(CADによるの計算)です。

今回、フレームの高さも見直して低くなっており、相対的に重心が高くなってしまったので、取っ手をアングル付きに変更しました。

 

高さが最高位置

最高位置

高さが中間位置

中間位置

高さが最低位置

最低位置

「炉ばた大将 炙家」(CB-RBT-A)を使って最低位置より30ミリ高い位置(いつもの位置)でブラジルサントス100gをローストした結果

1ハゼ:16分

2ハゼ:18分

終了:18分

 

最低位置より20ミリ高い(現試作機ではこれが限界)位置でブラジルサントス100gをローストした結果

1ハゼ:8分22分

2ハゼ:9分51秒

終了:10分10秒

 

30度という高い室温、100gという少ない豆の量での上記ロースト結果を考慮した上、今より寒くなって条件が悪くなる秋・冬に300gの珈琲豆をローストできるように考えると、上記位置ではカロリーが足りていないと考えらます。

よって、さらに回転ドラムの位置をさらに20ミリ下げられるように設計変更します。

今後の電動珈琲焙煎機の開発方向と3回目の珈琲焙煎

構想と設計 | by 管理者
8月 19日 2011 年

約2月ほど前からの試作機によるテストを行ってきましたが、現時点で大きな問題点は解決したと思っています。

といっても、当初の設計思想がそのまま残っているわけではなく、問題解決のために止む無く設計思想を変えて問題点をクリアしたものがあるため、必ずしもこれで良かったのかと言ったら?な部分もあります。

このブログで「自作珈琲焙煎機の」カテゴリーを読んでいただいている方はご存知ですが、モーターの軸ブレの対策をするため、回転ドラム~シャフト~モーターの間にスプリングを挟みこんだため、回転ドラムを珈琲ロースターの本体から分離できなくなってしまいました。

当初、珈琲がローストできたら、珈琲ロースターから回転ドラムを分離してコーヒー豆を取り出すつもりだったのですが、珈琲ロースター本体ごと持ち上げて取り出す方法になってしまいました。

さて、この方法が良いか?悪いか?

設計当初は分離できた方が軽いくてコンパクトだから分離できた方が良いに決まっていると思い込んでいましたが、実際に焼いてみると回転ドラムがかなり重たい(質量が大きい)ため、それに蓄えられた熱量が半端じゃない。

その回転ドラムをミトンでつかむと火傷するほどじゃないけどかなり危険を感じる。

それならば、珈琲ロースター本体に取っ手を付けてローストし終わった珈琲豆を取り出せるようにする方法も有りかなと思っています。

そこで、こんな感じの珈琲ロースターに作り代えるつもりです。

試作2号機

珈琲ロースター本体にミトンを付けても持てるように大きめの取っ手を付けています。

右の小さな黒い箱がACアダプタ、それが繋がった小さな箱にある赤い突起は電源ボタンです。

ACアダプタのコードが珈琲ロースター本体から簡単に抜き差し出来るようにするので、焙煎が終わった珈琲豆を取り出すときに本体を持ってもコードが邪魔になることはありません。

ここしばらくは今のまま使い込んで細かいところをチェックし、上記2号機にエンハンスして行く予定です。

 

 

3回目の焙煎

話は変わりまして、スプリングをバネ定数の大きいものに変えたので、テストがてら3回目の焙煎を行いました。

バネの比較

左が今回使用しているSUS304のスプリング、右のスプリングに比べてバネ定数が2倍以上

前回は珈琲豆300g200gをローストしましたが、アイス珈琲一歩手前まで焼いてしまったので、今回はたった100gですがローストのし過ぎに注意して行いました。

※ 300gと間違えて書いてあったので200gに訂正しました。

結果から言うと、丁度いい具合でローストを止めましたが、火力が強すぎました。

300g200gの時と同じ位の火力(ガスコンロのツマミの位置)で行ったにもかかわらず、前回は1ハゼまで13分掛かっているのに今回はたったの5分、そして2ハゼは6分20秒くらい、結局7分少し経過したところでローストを終了しました。

今回のローストで、珈琲豆の量によって必要になる火力が違うので、ガスコンロのツマミの位置を決めても全く役に立たないことが分かりました。

この様子だと、季節によって室温が違うので、仮に同じ量のコーヒ豆でもガスコンロのツマミの位置が違うことが予想されます。

※ 気温が低いとガスボンベ内のブタンガスのガス圧が低くなるため、必然的に火力が弱くなります。それを補うための機能が付いたカセットコンロもあるので一概にいえないですが・・・・

焙煎した珈琲豆

珈琲豆:ブラジルサントス 100g

1ハゼ:5分

2ハゼ:6分20秒

終了:7分少々

珈琲豆の色付きにムラがあるのは、焙煎時間が短かったからかな!

珈琲焙煎は奥が深く難しい・・・

珈琲ロースターの回転ドラムを駆動するモーターの軸ブレの件、おそらく解決しました。

構想と設計 | by 管理者
8月 12日 2011 年

技術的にモーターの軸ブレはギアを使ったり、カップリングを使えば解決します。

しかし、ギアやカップリングの価格を調べたり、それらを取り込むための変更部分を洗い出すと思ったよりコストがかかるため、どうしようか悩んでいました。

 

・ほんの思いつき

今から2日前の深夜のことですが、この日もギアやカップリングの価格表を眺めていましたが、良いアイデアが浮かんでこないため、ベッドに潜り込んでカップリングの構造を考えている時、ふと本物のスプリングをカップリングの代わりに使うことを思いつきました。

ギアでもカップリングでもフレキシブルシャフトでもない第4の方法です。

スプリングなら、どれだけモーターの軸ブレが大きくても吸収できるし価格も安い。そして、シャフトの鉛直が多少出ていなくても問題ないはず。

問題はスプリングの全長がそこそこあるため、わずか10cm程度のシャフトに組み込めるか、そして熱の問題。

熱の問題は2つあります。

1つ目はスプリングは高熱環境で使用すると熱ダレしてしまい、張りが無くなります。・・・最悪、伸びて戻らなくなる。

2つ目は回転ドラムの熱がスプリングを介してモーターにどの程度伝わるのか不明な点。

しかしこの2つの問題はシャフトの長さで熱の伝わり方をある程度調整できるので、なんとかなるだろうと考え、取り敢えずその日は寝て、次の日早速試作に取り掛かりました。

まず、スプリングの種類についてネットで調査しました。

その過程でバネ屋さんにモーターの軸ブレ対策のためにスプリングを探していると説明すると、「そんな方法は聞いたことが無い」とこの方法を一蹴され、そのバネ屋さんは一方的にスプリングのウンチクを語り出す始末。

それもそのはずで、この方法の場合、バネを引っ張る方向によってシャフトにかかる応力が違ってくるので、軽い物を高速回転させるには不向きな方法なのです。

つまり、なんにでも使える一般的な方法じゃない。

しかし、フライホイールのような重量のある回転ドラムを低速で回すのなら、遠心力の影響は無視できるし、大きな慣性モーメントがスプリングの応力の違いを吸収してくれるので十分に有効な方法のはずです。

すぐに試作して検証したかったので、スプリングはホームセンターで買ってきました。

次に、シャフト~スプリング~モーターを一直線に固定するため、回転ドラムを持ち上げる支柱が必要になります。

これは、厚さ1mmのアルミの板があったので、金切バサミで工作して作りました。

回転ドラムに接続するシャフトは、以前購入したステンレスのパイプがあったので、それをパイプカッターで切断して、ボール盤で穴あけして作りました。

基本的に現物合わせの工作なので、寸法が合わないところは、ワッシャやナットを挟んだりして形にしました。・・・まあ、なんとかなるものです。

 

・軸ブレの検証

軸ブレの検証テスト

これが試作した軸ブレ対策した試作機です。

下記動画を見てもらえば、モーターが軸ブレで揺れてないことが分かります。

軸ブレ対策した試作機

 

以下は、対策前の試作機です。以前このブログで紹介しましたが、それと同じ動画です。モーターが軸ブレで上下しているのが分かります。 また、モーターの軸ブレのため、シャフトが振れています。

軸ブレ対策前の試作機

 

 

・油滲みの検証

これは回転ドラムを15分回した後、モーター軸の油の滲み具合を撮影した写真です。

軸ブレ対策後のモーター軸の油の滲み

軸ブレ対策後

軸ブレ対策後は、軸の根元だけ油が滲んでいます。・・・軸に油は付いていません。

メタルから油が出て軸受けの焼き付きを防いでいるので多少の油滲みは正常です。

※ 目視で軸に油が付いていないことが確認できたので、軸の根元だけはピントが合うように撮影していたら、軸の方が鮮明に写ってなかった。(;^_^A アセアセ・・・

 

 

軸ブレ対策前のモーター軸の油の滲み

軸ブレ対策前

比較のため、軸ブレ対策前の油滲みの状況が分かる写真を載せておきます。

モーター軸に上下の力が加わったため、メタルから油が滲みでています。そして滲み出た油は軸の根元だけでなく軸全体をべったりと覆っており、メタルの油が出尽くしたときにモーターが焼き付く可能性があります。

 

その他のメリット

今までは、スイッチをONしたとき、急激に電動モーターの巨大なトルクが回転ドラムを回し始める為、そのショックで珈琲ロースターが揺れたり、シャフトとモーター軸が衝突する「ガチャ」という音がしていましたが、回転ドラムとシャフトの間にスプリングを挟んだことにより、スプリングが回転エネルギーを一瞬溜め込んでから回転ドラムを回し始めるため、珈琲ロースターが揺れたり、大きな音がすることは無くなりました。

 

しっかりコストを試算したわけじゃありませんが、スプリングを使う方法はギアやカップリングを使うよりコストがかからないと思われます。また検証結果に記載したとおり、良い結果が出ているので、この対策方法は有効だと思っています。

これから、シャフトの長さやスプリングの太さ・長さの検証を行う予定です。

 

※ 連休明けにカップリングメーカーさんと打合せを行う予定だったのですが、あまり有意義で無くなってしまった。今更断ることもできないし・・・・

回転ドラムの羽は付けないことにしました。

構想と設計 | by 管理者
8月 07日 2011 年

タイトルを見て何をいまさら、ちゃんと3種類も羽を作ってテストしてたじゃん・・・という声が聞こえてきそうな。m(_ _)mスマン

昨日、珈琲ロースターの羽の件で、回転ドラムに羽根は不要ではないかというコメントを頂きました。

*-----ここから-------*

ドラム内の羽は、珈琲の味を落とします。業務用の焙煎機は、ゲートを開けて豆を取り出すため、返し<羽を斜めに付ける>で前に豆を押し出す構造になっていますが、出来れば使いたくないデバイスなのです。理想的な豆の煎られ方は、ドラムの回転方向に運ばれ、角度に限界が来た時に表層雪崩のように斜め下へと落ちて行きます。豆自体がキャタピラの様な動きをするのが、ドラム式焙煎機の理想です。

*-----ここまで-------*

早速、羽根を外して確認すると、「オオッ」・・・まさに珈琲豆が表層雪崩のように斜め下へと落ち、豆自体がキャタピラの様な動きをしており、教えていただいたドラム式焙煎機の理想の動きをしています。

以下に回転ドラム内の珈琲豆の様子を撮影した動画を貼り付けます。

回転ドラム内の珈琲豆の様子

まだまだ勉強不足で知らないことが多いです。

foodelia様、貴重なコメントをありがとうございます。

モーターの回転軸のブレ問題で設計変更を行います。

構想と設計 | by 管理者
8月 04日 2011 年

モーターの軸がブレる問題、今回モーターメーカーから代品を送付していただきましたが、それをテストしたところ、以前のモーターほどでは有りませんがやはりブレます。

ギアモーターの場合、そうでないモーターに比較して余計な駆動系のギアが入っているため、ブレが発生しやすいのでしょうね。

ブレが大きくなると、必然的にギアに負担が掛かるのでギアの破損や軸受けメタルの焼き付きの問題があります。

小さいモーターのブレが比較的少なかったのは、たまたま良い個体に当たっただけかもしれないので、おもいきってここで設計の見直しを行います。

モーターの駆動システムを知っている識者の方から見れば、何やっているんだ、こんな設計ならブレて当たり前ってことになるのかもしれませんが、モーターのノウハウが無いだけに難しいです。

決して舐めていたわけじゃありません。

しばらく開発の時間が延びますが、どうせ作るなら妥協しないで良いものを作りたいと思っておりますので、よろしくお願いします。

ある程度まとまったら公表します。

小さい方のモーターでブラジルサントスをローストしました。良い感じ!

構想と設計 | by 管理者
7月 30日 2011 年

大きな方のモーターは芯ブレが大きすぎるためテストできないので、小さな方のモーターでテストを続行します。

コーヒーロースターにモーターを取り付ける部品ですが、このモーター用に取り付け穴を加工していません。

そのため穴を加工します。

本来は3個ネジ穴をあけるのですが、その内の1つが既存の穴と重なってしまい、穴あけ不可。

仕方ないので2個だけ穴をあけて確認したところ、意外にしかっかりと固定されているので、これでOKとしました。

また、フレームに取り付けることができないため、ちょっと無茶ですがネジで引っ掛けて使うことにします。

モーターブラケット

どうせ試運転するならと、コーヒー豆をローストしてみました。

ローストテスト1

この状態でスイッチを入れて回転させたところ、大きい方のモーターの芯ブレとは対照的にほとんどブレていない。

もちろん全くブレていないわけじゃありませんが、全然許容範囲内です。

また現在ブレの対策部品を作っているので、さらにブレは無くなる方向です。

小さなモーター・・・実に優秀です。もちろんどちらも日本製です。

これに気をよくしてブラジルサントスを100gをローストしました。

ローストテスト2

チャフが豪快に出ています。豆を購入するときのホームページの注意書きにあったとおりです。

カセットコンロ

火加減は中火より少し強い弱いくらい。

※ コーヒーロースターの足は3段階に調整できますが、一番低い位置に合わせてあります。

 

ローストしたコーヒー豆

これがローストしたコーヒー豆です。

※ テストだったので欠点豆の選別をしていません。

1ハゼが始まったのは約6分後、2ハゼは8分後でした。

その後も回転ドラムをつかむミトンを出してなかったり、トレーに出したコーヒー豆が熱すぎてもたもたしてしまい、少しローストしすぎたような・・・

まあ、1回目だからこんなものか!?

この作業が終わってからモーターを確認しましたが、心配していた熱問題は大丈夫みたいです。

・・・室温32度でのテストなのでこれ以上の悪条件はないでしょう。

 

*** 記事追加 2011/7/31  ***

ところで大きい方のモーターのブレですが、小さい方のモーターで問題ないレベルなので、カップリングで対策することもナンセンスだと思っています。

もし、これが製品として設計範囲内のブレと回答されたら、このモーターは使う気にならないな。

肉厚ステンレスパイプの切断

構想と設計 | by 管理者
7月 07日 2011 年

前回紹介したステンレスのパイプですが、ようやくパイプカッターが届いたので切断してみました。

ところで、たかが金属パイプの切断なんか近所のホームセンターでパイプカッターを買ってくればいいじゃん、何で通販で!?って思う人が実は多いんじゃないかな。

というのも私はホームセンターにパイプカッターを買いに行ったのですが、売り場にあるパイプカッターの注意書きを読んでびっくり。

「ステンレスを切断するときは、肉厚1mm以下」との注意書きが全てのパイプカッターに書いてありました。

※ 細かく言うと言い回しが違うのだが、おおよそこんな感じの書き方。

そこで、ホームセンターの売り場から複数のメーカーに電話してステンレスパイプの切断が何故1mm以下なのか理由を聞くと、ボディーの強度が足りないとの返事でした。

そこで、帰宅してから肉厚のステンレスパイプが切断できるパイプカッターを探しましたが見つからず、あきらめかけていたときに肉厚3mmまでOKのパイプカッターを見つけました。

スーパーツールのTC105Hです。

http://www.supertool.co.jp/index.php

値段もホームセンターで売っているパイプカッターとほとんど変わりません。

そこで通販で取り寄せることになったと言うのがことの顛末です。

たかがパイプカッターですが、結構苦労して手に入れたパイプカッターなんです。

熱伝導テストのため、ステンレスパイプの長さを変えて数本切断してみました。

パイプカッター

この写真のステンレスパイプが汚いのは肉厚のステンレスパイプに化粧菅の規格が無いからです。