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電動珈琲焙煎機のご紹介

珈琲を生豆からローストするコンパクトな家庭用の電動珈琲焙煎機です。
この本気はプロが使う窯と同じパンチングメタルを回転ドラムに採用し、それを電動モーターで駆動する方式です。
手回し式や網でコーヒー豆を煎る方式と違って回転ドラムの中の温度管理だけに集中することができ、さらにフードを自作したりダンパーを操作することで、ご自分の好みの味に仕上げることが可能です。
市販の珈琲に満足できない、自分好みの珈琲が欲しいという要望にお応えできます。

・開発コンセプト

誰でも購入できるように価格が安いこと、楽に操作できるように電動式であること、もちろん家庭用でパーソナルユースであること、そしてプロが使う釜と同じパンチングメタルの回転ドラム式であることを開発コンセプトにして本機を開発しました。
電動コーヒーロースター

上記写真のままコンロにかけてコーヒーをローストするだけでなく、さらにコーヒーの味や香りを追求したい人のために、@フードを自作して焙煎機に取り付けたりAダンパー機能を取り込むこと(@Aともにプロが使う業務用では標準装備)もできます。
フードやダンパー機能を付帯することで高度な珈琲ローストが可能になるため、珈琲の出来が大きく変わると同時にコーヒーをローストする楽しみも膨らみます。
そんな懐が浅く、奥が深い小型で家庭用の珈琲焙煎機です。
※ ここに記載したフードもダンパーも天ぷらガード(ホームセンターで300円くらい)から自作するので、コストはかからない代わりに、ほんの少しだけ時間と手間がかかります。
下の写真はダンパーの付いたフードを取り付けてローストしているところです。
ダンパー付きフードあり・コンロに「炙屋」(注1)を使った蒸らしの焙煎

下の写真は実際に焼いた珈琲豆です。
焦げた豆や割れた豆を除去しないで、ありのままを撮影したものですが、かなりキレイに焼けています。
焼く時の温度や時間を適切に調整しないと、@コーヒー豆が焼け焦げたりAコーヒー豆から油が浮き出たりしまいますが、コツさえ掴んでしまえば、大きな失敗は無いと思います。
慣れてくれば、ご自分でお好みの焙煎度合に仕上げることも可能です。
コロンビア クレオパトラSP
コロンビア クレオパトラSP 2013/02/17撮影
※ この珈琲豆をローストしているビデオはこちら


エクアドル グレートマウンテンの中深煎り
エクアドル グレートマウンテン 2012/10/03撮影

下の写真は実際に焼いたタンザニアを割ってみました。
なかなか上手に焼けないタンザニアですが、適切にローストすると切断面や珈琲豆の内部に焦げが無く、キレイな色をしていることが分かります。
タンザニア
タンザニア オルディアニ 2012/10/12撮影

現在は、蒸らしの技術を取り入れた珈琲焙煎の方法を確立し、蒸らしの焙煎としてページを作成しましたので、どうぞご覧になってください。

機能と特徴

珈琲焙煎機が有している機能や特徴についてご説明します。

・回転ドラムにパンチングメタルを採用

回転ドラムの材料に金網(エキスパンドメタル)ではなく、穴の大きさや数で空気の量(開放率)を容易にコントロールできるパンチングメタルを採用しました。
※ 金網のように開放率が大きすぎると浅煎りになったりコクが無くなる、穴が大きすぎるとコーヒー豆が穴から外にでてしまうとのことなので、パンチングメタルの開放率の適正値を識者の方に教えていただました。何やるにしてもノウハウがあるわけですね。

また、ドラムの構造を円筒形にしたことで珈琲豆が円筒の中を滑らかに回るようになり、珈琲豆が割れ難くなります。
形を円筒形にするためには金型代が発生するためコストがかかりますが必要な機能だと考えています。
これらは業務用焙煎機のノウハウを取り入れています。

使用する回転ドラムは溶接で部品と部品を固定する仕様とし、ネジを極力使用していません。
これは、火が直接触れるところにネジを使うと金属の熱膨張と収縮・モーターの振動によりネジが緩んで脱落したナットやネジがコーヒー豆に混じってミルを破壊する危険性があるからです。
そのため、回転ドラムは溶接仕様としております。
※ 唯一、回転ドラムとステンレスパイプとの連結にM10M8のナットを使用しています。これはナットの径が大きいためステンレスパイプとナットの接触面積が大きくなり緩み難いと判断したからです。
仮に緩んで脱落しても17mmもあるM10M8ナットを誤ってコーヒーミルに入れる人はいないだろうと思っています。
※ M10からM8に設計変更しています。〜

パンチングメタル
           パンチングメタル

・電動回転ドラム

焙煎を開始してから完了するまで約10分〜20分くらいの時間が掛かりますが、本機は電動モーターで回転ドラムを駆動する方式なので、コーヒーの焙煎度合いの確認や回転ドラムの温度管理だけに従事することができます。
そして大容量の回転ドラムを採用し、推奨する珈琲豆の量は200g以下(最大で300g)です。

回転ドラム
             回転ドラム

・ギアモーター

回転ドラムの駆動に使用する安価・軽量・小型・高トルクのブラシ式のギアモーターです。

ギアモーター1
     ギアモーター 高トルク型

・焙煎状態の確認

コーヒーを焼いている最中に回転ドラムを回したまま投入口からカレースプーンや計量スプーンを使ってコーヒー豆を取り出し、コーヒーの焼け具合を確認できます。

ロースト状態の確認

・小型筐体のコーヒー焙煎機

家庭で使用することを想定して最低200グラムのコーヒー豆が一度に焼けるように、そして回転ドラムにカセットコンロの熱が均等にあたるように筐体の大きさを設計しました。
結果、一般のカセットコンロの上で使用できる程度の小型のコーヒー焙煎機に仕上がりました。
本機を斜めに置くことにより、五徳を広く使えるため、多くのカセットコンロで使用可能です。
※ イワタニ カセットJrは五徳の大きさが小さすぎて使用不可
据え置き型のガステーブルで多く見られる円形の五徳は四角い筐体のフレームの中にすっぽりと入ってしまう為、使用不可のものが多いです。

カセットコンロに乗せたコーヒーロースター
     カセットコンロに乗せたところ

斜めに置いた方が安定する
五徳の精度やスベリ止め加工(波が付いている)で、意外に斜めに置いた方が安定する。
割と小さなカセットコンロの上に置きましたが、それと比較しても本機が小型であることが分かります。

・回転ドラムの高さ調整機能

足の高さの調整
一般的な家庭用のカセットコンロを想定して回転ドラムの高さを設計しましたが、それでも炎の高さが合わない事を想定して回転ドラムを支える足を12mm刻みで3段階に調整できるようしました。

・フードを実装出来るコーヒー焙煎機

回転ドラムをフードで覆って内部を保温すると、温度が安定して焼きムラが発生し難くなり、コーヒーの出来が安定します。 業務用のコーヒー焙煎機では当然の機能ですが、本機ではホームセンターで販売されているレンジパネル(天ぷらガード)を工作してフードを作成することで同様の機能を簡単に実装できます。
フードを装着しないまま本機を使用することも可能ですが、フードを装着した時と比較するとコーヒーの出来上がりの違いに驚かれると思います。

レンジパネルから切り出し
レンジパネルを設計図どおりに切り抜いた状態です。

レンジパネルで作成したフードを本機に被せました。
フードを被せたコーヒーロースター

レンジパネルで作成したフードにダンパー機能を実装しました。
ちょっとだけ手間がかかりますが、簡単に作成できます。
下の写真のとおり、コーヒー焙煎機にフードを付けても小型コンパクトです。
イワタニの「炉ばた大将 炙家」(CB-RBT-A)の載せたコーヒー焙煎機

・主要部品のオールステンレス化

ネジやナット、モーター関連以外の主要な部品は錆びにくいステンレスを使用しています。
また、回転ドラムと支柱の擦れる部分は、耐久性を担保するため、厚さ2mmもあるステンレス板を使用しています。

温度管理が可能

本機は回転ドラムの一方が開いている為、開口部から温度計を差し込んで容易に回転ドラム内の温度を測定することが出来ます。
珈琲を上手に焙煎するコツは、回転ドラム内の温度管理にあります。
計測できる上限の温度が250度以上の温度計が必要です。
(左の温度計はA&D AD-5605P、右はMASTECH MS8221C)
  温度計

A&D AD-5605Pは熱電対がステンレス管に覆われているため耐久性が高い反面、レスポンスが悪いという特性が有りました。
液体や固体に直接触れて温度を計測するには問題ないかもしれませんが、気体の温度測定には不向きのようです。
  AD-5605P

MASTECH MS8221Cは下の写真のように置いたまま温度が測れるのでこちらの方がお勧めです。
熱電対がムキ出しなので耐久性に難がありますが、熱収縮チューブの修理は簡単(切って被せてライターで炙るだけ)なので、問題ないと思います。
中国製なので精度に?な点がありますが、購入価格は2,000円とかなり安いです。
  MS8221Cで温度計測

デモビデオ

画面左側の「珈琲焙煎機の使用方法」メニューに「お手軽焙煎」のビデオ、「フード実装のビデオ」、「ダンパー実装のビデオ」等の本機の使用方法をご紹介するビデオライブラリーがございます。
※ パソコンのみ閲覧可能、要Adbe Flash Player


開発中に発生した問題点や苦労話やその他いろいろ

ここから下は、開発中のエピソードです。

初めての珈琲焙煎

テスト機で初めてブラジルサントスをローストしてみました。(2011/7/30)
ブラジルサントスの写真


下の写真のとおり、ローストし過ぎて焦げているような感じが・・・
焙煎後の珈琲豆

攪拌羽の選択

設計段階で不要と判断した攪拌羽ですが、珈琲焙煎機をリリースしてから羽を付けた方が珈琲の出来が良いことが分りました。
その顛末はこちらを参照してください。

一度に焼ける限界量

どんな物でも限界値は知りたいもの。
どのくらい沢山のコーヒー豆を回転ドラムで回せるのか調べてみました。
当初の目標は200gでしたが、生豆の状態で300g迄一度に焙煎可能です。


一度に焙煎できる珈琲豆の量に関して、何度か書き換えていますが、生豆の状態で推奨量を200g以下、最大量を300gと訂正します。
これは、珈琲豆を100g、200g、300gと換えたときに、ガスの量やダンパー開度等の条件を変えてテストしながら導き出した値です。
※ 大量の珈琲豆を一度にローストすると撹拌用の羽に弾かれたコーヒー豆が回転ドラムの開口部から飛び出す場合があります。

珈琲豆の冷却方法

冷却に関して、一度に300gローストして写真のトレーに出してうちわで扇ぎましたが、冷却が間に合わずにトレーの上で焦げてしまいました。
100gならこの方法で大丈夫ですが、300gは無理!
たとえ焙煎できても、冷却する手段を考えないと残念な結果になってしまいます。
例えば、扇風機を使うとか、大きな鍋に移し変えながら冷却するとか・・・
300gローストした珈琲豆

2012/01/06 サーキュレーターに金属性のザルを組み合わせた冷却器を使用しています。
しかし、チャフを舞い上げるので家の中で使用することは難しいです。そのためベランダで使用中です。
サーキュレーターで冷却

現在は、100円均一で購入した洗濯ネットをザルに被せて台所で使用しています。
珈琲焙煎が完了したら、サッとザルに入れてファスナー閉めてスイッチON。
300gでも全然問題なし。
チャフが飛ばない対策

モーターの軸ブレ対策

油が滲む原因

当初の設計では、回転ドラム〜シャフト〜モーターを固定し、例えシャフトがブレてもモーターをフレームと固定しないことで、モーターに無理な力が掛からないように設計していましたが、実際はモーターが上下に揺れ、モーターの軸から油が滲んでしまいました。
これは、モーターをフレームに固定しなかっため、モーター軸にモーターの重さが加重されたためです。
※ 試しに、モーターを回転させながらボールペンやドライバーでモーター軸を垂直方向に押しつけると油が滲むので分かります。
軸ブレ対策前の珈琲焙煎機
回転ドラム〜シャフト〜モーターを固定した初期の珈琲焙煎機

モーター軸の油の滲み
         モーター軸の油の滲み

対策(試作による検証)

そこで、このトラブルに対処するため、回転ドラムとモーターの間にスプリングを挟み込んでモーターの軸ブレを吸収するように改良しました。
また、モーターはフレームに固定することにし、モーターの自重をモーター軸にかけない構造に設計変更しました。
※ 使用したスプリングは熱に強いSUS304
軸ブレ対策後の珈琲焙煎機
SUS304のスプリングは銀色です。耐熱温度190度
下写真の銅のスプリングと色の違いが分かりますか?

指で触っても熱くないスプリング
ちなみに回転ドラムを加熱した後にスプリングを指で触っても熱くない。
つまり、スプリングを介してモーターに熱が伝わらないため、熱伝導によりモーターが壊れる心配はありません。
この写真のアルミ板の支柱は突貫工事で作った自作パーツなのでかっこ悪いです。
ご容赦ください。

             スプリング

対策完了

シャフトとシャフトを受ける支柱、モーターとフレームを連結するフレームを作成しました。スプリングはSUS304のステンレス製です。モーターとフレームを連結するフレームは幅を広くして強度を大幅アップしました。
現在、スプリングがモーターの偏芯を完全に吸収しているため、モーターが揺れたり振動しなくなりました。
モーターとシャフトの連結
これは焙煎途中の写真です。少しぶれているように見えるのはシャフトが回転しているからです。

回転軸の様子
15分ON・15分OFFを繰り返す耐久テストの途中ですが、22時間経過した時のモーターの軸受けの様子を写真に撮りました。
※ 回転途中でしたが、スイッチを切って写真を撮りました。
この写真を見ると分かりますが、軸受けと軸が接する部分にうっすらと油がにじむ程度(この程度の油が出ないとメタルが焼きつくので正常動作)です。
この上の方にある油でベトベトの軸受けとはまったく様子が違うことが分かると思います。

モーターの種類の選択・ブラシモーターとインダクションモーター

ここでテストしているのは、ブラシモーターです。
安価・軽量・小型・高トルクのブラシモーターですが、メーカーからブラシモーターの寿命は500時間〜1000時間と聞かされており、扇風機のような長時間の連続運転には不向きなモーターです。
しかし、珈琲焙煎機で使用することを前提にモーターの寿命を計算すると、1回あたり15分の珈琲焙煎を毎日やったとして5年半(※1)、1週間に1回やったとして35年以上(※1)使用できるため、趣味で使用することが前提であれば十分に長寿命であると判断しました。
※1 ブラシモーターの寿命は短い方の500時間として計算しています。

ブラシモーターを選んだ理由は前述のとおりですが、寿命が長く、連続運転に適したインダクションモーターの方が良いという方がいれば、ご連絡ください。
インダクションモーターは重量が重いので使用コンロを限定してモーターを支える補強を追加することで使用可能になると思います。