2011 年 5 月

開発コンセプトは「ニコン FM2」のような味のあるコーヒーロースター

構想と設計 | by 管理者
5月 28日 2011 年

どんどん高機能になるな~。

初めは手回しでローストなんて言っていたのですが、あれよあれよという間にモーターが付いて、今度はダンパーを付けてみました。

ダンパー付きロースターのイメージ図

早い話、今までのコーヒーロースターにカバーを被せただけなんですが、ロースターをカバーで覆うと炎が見えなくなるので、火災が怖い。

気が付いたら回転ドラムの穴から落ちたチャフが中で燃えてたなんて洒落にもならない。

ってことで、フレームに長方形の穴を開けてバーナーや炎の様子を見えるようにしました。こうすることでロースターの中で異常があればすぐに分かるようになります。

もしかしたら、煙突効果でさらに火力アップも。

ダンパーは大1枚・小2枚の扉で構成して蝶番で扉を開けれるように、さらに扉の開け方(組み合わせ)で0%、25%、50%、100%の換気ができるように配慮しましたが、このやり方はデザイン的に好きじゃない。かといってレールを付けて扉の開閉をスライドドア方式にすると構造が複雑になってコストが掛かるだけじゃなく、扉の収納スペース(戸袋みたいなもの)が邪魔になってダンパーが全開できなくなる。さらに怖いのは、扉を開閉するときにレールやその他を引っ掛けてコーヒーロースターがコンロから脱落することも考えられるので、構造やコスト・安全性を考えると蝶番によるダンパーの開閉方法が一番良いのかも知れないですね。

面倒くさがりな私は、上部のCAD図面に蝶番をスケッチしておりません。

さらに、ここまで来たら温度計も付けてしまおうか?ってことですが、天板に穴を開けて料理用の温度計を刺すだけなので、やる方向で検討中です。

しかし、温度計には期待しないでください。おそらくまともな温度を拾わないと思います。というのは回転ドラムの中に温度計を付けられないので、外に取り付けることになりますが、筐体がコンパクトである為、燃焼ガスの温度を計測する、つまりかなり高温の温度を拾うのではないかと予測しています。

目指すは、「ニコン FM2」のような味のあるコーヒーロースター、って言っても知らない人の方が多いかも。

自作珈琲焙煎機の模型の作成

構想と設計 | by 管理者
5月 25日 2011 年

コーヒーロースターの設計は3DのCADを使っているのでモデルを立体的に確認できますが、あくまでパソコン上で擬似的に3Dで作り出した「絵」であるため、実物と比較すると奥行き感が違っています。

試作をする前に、回転ドラムの大きさ、開口部の大きさや傾斜角度、スプーンを使用してコーヒー豆が確認し易いか、無理なく開口部からスプーンが入ってドラムの内側に届くか等、このまま試作をするには不安な要素が多かったため、紙で回転ドラムの模型を作成して確認することにしました。

回転ドラムの模型1

※ セロテープベタベタの汚い模型です。こんなものでも確認は出来ます。

まず、模型を作った第一印象は、回転ドラムの円錐形の傾斜角度が意外に浅い。

CADで確認したときは、十分な角度だと思っていたのに、実際に模型を作ると全然違っていました。
この部分はローストが完了したコーヒー豆を取り出しやすいように斜めに角度をつけたのですが、もう少し角度を深くすることにしました。

また、コーヒーのロースト具合を確認するときに、カレーやシチューのスプーンを使う予定なので、開口部の直径が十分なのか確認しました。
ところで、カレースプーンは凹みが小さいのであまり沢山のコーヒー豆を乗せられません。そこで、もう少し形の大きい計量スプーン(大)(※料理で使用します)でも確認することにしました。
結果、開口部が5cmならカレースプーンはOKですが計量スプーン(大)はNG、開口部を6cmにすると計量スプーン(大)でもOKとなりました。

回転ドラムの模型2

カレースプーンを入れてみました。余裕で出し入れできます。

回転ドラムの模型3

計量スプーン(大)では、開口部に干渉します。

開口部の大きさの選択ですが、小さい方の5cmの開口部でもカレースプーンで確認可能であること、このドラムの容積に比較して開口部が6cmもあると換気が良すぎるのではないかとの不安があり、今のところ5cmにするつもりです。

※ 以前、手回しハンドルの情報が欲しいと記載しましたが、手回しは考えない事にしました。というのは、材料を網からパンチングメタルに変更したため、1人でハンドルを回しながら開口部からスプーンを入れてコーヒーのロースト具合を確認することは不可能だと判断したからです。

自作珈琲焙煎機の大幅設計変更

構想と設計 | by 管理者
5月 23日 2011 年

今日はコーヒーロースターについて沢山の報告があります。

まず、コーヒーロースターの基本設計を変えました。

というのは、加工業者に回転ドラム(今まで回転カゴと書いていましたが、網からパンチングメタルに変更したので回転ドラムの方が適当)の両側の蓋部分の加工方法について相談したところ、円形に切り抜いた金属板の外周に金属の板を丸めて円筒形を作って溶接するより、数を作らないのであれば、「へら絞り」が良いとの回答を頂きました。

「へら絞り」とは、楽器のトランペットやサックスののラッパ部分の加工するときに金属の板を回転させながら先の尖った棒を押し付けて金属板を伸ばす加工方法ですが、簡単な木型(数千円)を作ることで作成できるとのこと。しかも今まで銅や真鍮のような柔らかい金属でないと加工できないと思っていたのですが、ステンレスや鉄でも大丈夫とのことでした。

つまり、円筒形じゃなくても三角錐のような形状でも作成可能であるということなんです。

ということで、設計を大幅に変更しました。

何故なら、ローストしているときにドラム内の豆の煎り加減を確認するために、回転軸に引き出し式の確認ポケット(下図参照)を付ける予定でしたが、豆をドラム内に入れたり取り出したりするのが難儀しそうだったので、使い勝手に大きな不安要素を抱えていたからです。

イメージ図1

そこで、回転軸を回転ドラムの片側のみ固定する方式にして豆の煎り具合は反対側に予め開けてある穴からスプーンを突っ込んで確認する方式にしまえば、確認ポケットは不要になりし、蓋の部分も円錐形にすればコーヒー豆の取り出しも楽になります。

これを考慮した設計が下図になります。

イメージ図2

しかし、コンロの真上に回転ドラムが位置するように五徳の上にロースターを載せると、モーター側が横に突出したようになり、重量バランスが悪くなります。

そこで、モーター側の重量を軽くするため、フレームを小さくしました。

これが下の図です。

イメージ図3

現在の懸案は、モーターと回転ドラムとのジョイント部分です。

完全に連結する方式にするのか、それとも切り離せるようにするのか。

豆を入れたり、取り出したりするときに切り離せるようにした方が便利なことは分かっていますが、そのための部品がモーター付近に増え、重量バランスが悪くなります。

かといって、一体式にすると豆を入れたり、取り出したりするときにモーターだけでなく、配線まで付いた状態になるのでので、取り回しが煩わしくなります。

配線をカプラで簡単にはずせるようにする方法も考えていますが、まだ結論は出ていません。

 

次にパンチングメタルの穴の大きさと数ですが、「コーヒー豆の豆工房」さん(http://www.1jb.jp/)にお聞きしました。

「コーヒー豆の豆工房」さんには突然のメールの質問に親切に回答して頂き、大変感謝しております。

「穴の直径ですが、最大でもφ4かφ4.5くらいが良いと思います。

モカのように粒が小さい場合、穴の径が小さいと挟まってしまいます。

開孔率については、おっしゃる通りです。

最低でも10%は必要ですが、大きいのは50%くらいまで大丈夫と思います。
ただ、大きいと換気が良すぎるので、火力がかなり必要です。

参考にしてください。」

これにより、パンチングメタルの開孔率を60度千鳥型 φ4 × 7Pで29.6%で考えております。

さらに炎をステンレス板で覆った場合のステンレスパイプの熱伝導について調べて見ました。

以前、同じようなテストを行いましたが、ステンレス板で覆ってなかったため、再テストをしました。

下写真の緑のテープがステンレス板の端から10cmの位置です。

熱電動テスト1

ステンレスパイプを回すと、赤熱しているの分かりますか?

熱電動テスト2

テープの張ってある10cmの位置でほんのりと温かい状態だったので、回転ドラムの無い厳しい条件でのテスだということを考慮すると、かなり良好な結果だと考えています。

自作した珈琲ロースターの熱対策

構想と設計 | by 管理者
5月 15日 2011 年

前回、熱が鉄の軸を伝導してモーターを壊す可能性について記載しましたが、鉄より熱伝導の悪いものに置き換えればモーターに熱が伝わらなくなるのではないか?ということで検討してみました。

熱伝導が悪くて鉄に変わる素材ですが、樹脂やゴムは熱に弱い、そして割れてしまう等のリスクがあるため除外、そこで金属の中から探すとステンレスが最有力になりますが、ステンレスの丸棒は硬くて切削加工に向きません。

そこで切削加工をする部分は鉄を使い、それにステンレスのパイプをつなげて一体化した軸をつくるという方法を検討したところ、なんとかなりそうなので、ステンレスのパイプを使ったときに熱伝導がどの程度なのか調べてみました。

熱電動テスト

この写真のステンレスのパイプは直径が13mm位、厚さ1mm程度のものだが、鉄の時と違い炎の外炎から10cm程度離れたところを10分くらい手に持っても熱くて持てなくなるということはありませんでした。つまりステンレスパイプを使用することは有効のようです。

しかし鉄からステンレスパイプに置き換えると、ステンレスパイプとモーターの軸との連結で新たな問題が発生します。

何故なら、モーターの軸に貫通穴を開けることができないため、ステンレスパイプにモーターの軸を差し込んでネジを貫通させてナットで連結することができないからです。

そこで、金属加工屋さんに聞いたところ、ネジピッチの3倍の板厚があればネジ山を切ることができるとのことなので、ステンレスパイプにネジピッチの3倍(M3ネジの場合ピッチ0.5)の厚さ1.5mmのパイプを使うことにしました。

この件についてステンレスパイプにナットを溶接する方法やモーターとの連結部のみ鉄で部品を作るという方法も検討しましたが、溶接するには板圧が薄すぎて溶けてしまうらしい、鉄で部品を作るのはコストが掛かるという理由からともに却下としました。

2つ目の対策としてステンレスパイプの途中を絞って熱の通り道を狭めて熱が伝わりにくくします。つまり太い水道管でもその先に接続する水道ホースが細ければ、水道ホースの口径以上に水を出すことができないのと同じように、ステンレスパイプの断面積を小さくしてやれば断面積以上に熱を伝えることはできないということ。具体的にはステンレスパイプに穴を開けて断面積を小さくしてやる。

3つ目の対策として輻射熱で軸が暖められないように遮熱板をつける。

これら3つの方法で熱対策を行うことを考えています。

自作コーヒーロースターに新たに熱の問題が発生

構想と設計 | by 管理者
5月 11日 2011 年

前回公表したコーヒーロースターから回転カゴの位置(高さ)の変更とフレームの形状の変更(円形から角型)を行い、後は試作するばかりになりました。

コーヒーロースターのイメージ図

しかし、ここで作成するコーヒーロースターは、モーターを使ってコーヒーの入ったカゴを回転させるつもりなので、試作をする前に調べておくことがあります。

それは、軸の温度です。

回転カゴの軸の温度が高すぎるとその熱がモーターに伝導してモーターを壊す可能性があります。そこで試作に先立って軸の温度を検証することにしました。

まず、軸(ホームセンターで買ってきた75円の鉄の丸棒)だけ火で焙ってみました。

モーターと軸が連結する位置に手を添えると、たった4分程度で手に持てないほど熱くなりました。

ネットで調査をするとコーヒーを焙煎するときは13分間くらい火であぶることになりそうなので、たった4分で熱くなっていては使い物になりません。

試しにもっと火から遠くの位置(火の外輪から20cmくらい)を持って検証したところ11分で手に持てないほど熱くなりました。

熱電動テスト1

さすがに直接軸を焙るのは条件が悪すぎるので、本番と同じようにステンレスのカゴを軸につけて回しながらカゴを焙ってみることにしました。

写真のカゴは100均で購入した粉をふるう2つのフルイを針金で連結した物です。

熱電動テスト2

軸に手を添えている位置はカゴの端から20cm離れた位置ですが、今度は13分たっても持っていられました。

そのときの軸の温度は約50度程度だと思います。この温度は感覚的なものです。

というのは、温度測定器がないので直接軸の温度を測定することはできません。

そこで以下の方法で測定しました。

測定方法は鍋にお湯を入れ、その温度を温度計で測りながら水を入れて冷ましていき、鍋を触った温度が鉄の軸と同じくらいに感じたときの温度計のメモリを読むという方法です。

結果、このままの設計ではモーターを熱で壊すことになるのでモーターに熱が伝わらない対策が必要です。

そのためのアイデアがあるので、それを設計に盛り込めるかどうか検討します。

よって、試作は当分お預けになりました。

コーヒーロースターのカゴを金網からパンチングメタルに設計変更

構想と設計 | by 管理者
5月 09日 2011 年

自作コーヒーロースターの件、当初は火であぶるカゴの部分を金属製の網にする予定だったのですが、調べていくうちに穴の開きすぎたパンチングメタルは換気が良すぎるとの書き込みが有り、それよりさらに換気の良い金網を使用するのは問題だと考えてパンチングメタルにすることにしました。

※ 多くの自作コーヒーロースターで金網を使用している例は少なく、パンチングメタルが多いみたいです。おそらく換気が良すぎてコクが出せないのでしょう。

この変更により、金網であればロースト中に金網を通して中のコーヒー豆の煎り具合が確認できるはずでしたが、それが出来なくなります。

そこで、コーヒー豆の入るカゴを片持ちで回転軸に固定し、反対側にコーヒー豆の煎り具合を覗くことができる引き出しを付けることにしました。

コーヒーロースターのイメージ図