JP7651166B2

JP7651166B2 - 食材用ミキサーにおける回転刃の構造

Info

Publication number: JP7651166B2
Application number: JP2021097221A
Authority: JP
Inventors: 千隼鹿村; 剛田中
Original assignee: 株式会社愛工舎製作所
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2025-03-26
Anticipated expiration: 2041-06-10
Also published as: JP2022188927A

Description

本発明は食材用ミキサーに関するものであり、より詳細には、被撹拌食材を破砕・撹拌・混練する大型の業務用縦型ミキサーに装着される回転刃の形状、並びに構造に関するものである。

食品製造業界においては、添付の図１４に示すような、ミキサー撹拌容器の底部略中央に回転刃を設けた大型の縦型ミキサーが使用されることが多い。このようなミキサーは、主に、その内部で被撹拌食材の破砕・撹拌・混練が行われる撹拌容器ａ、撹拌容器ａの底部略中央に設けられた回転刃ｂ、回転刃ｂを回転駆動させる電動機や減速ギア機構などが収められた駆動部ｃ、及びミキシングの動作をコントロールする各種の電子回路や操作パネルなどが設けられた制御部ｄから構成されている。

ちなみに、係る大型の業務用ミキサーが「縦型ミキサー」と呼称される所以は、ミキサーの撹拌容器ａの底部略中央において、回転刃ｂが垂直方向の回転軸によって駆動されるためである。なお、係る食材用ミキサーの各部位の材質には、その強度性や耐腐食性、更には食品・食材に対する衛生面の観点から、主にステンレス鋼材が使用されている。

当該ミキサーにおいて、回転刃ｂは被撹拌食材を粉砕・破断・細切りして、これらを撹拌・混練する役目を担うものであり、各種の形状のものが用いられている。すなわち、被撹拌食材の種類や食品用途に応じて適当な形状の回転刃が選択され、撹拌容器ａの底部略中央から撹拌容器ａの内部に突出している回転軸ａ２にアタッチメントとして装着される。なお、回転刃ｂの具体的な形状の一つを添付の図１５に示す。

図１５の回転刃ｂは、添付の図１６に示すような平面形状を有するブレード（刃）ｂ１を、リング状のスペーサーｂ２を挟んで上下方向に複数枚を重ねた構造（図１５の事例では２枚）となっている。図１６に示す通りブレードｂ１の平面形状は、回転中心軸から回転遠心側に行くにしたがって回転方向とは反対側に湾曲したものであり、いわゆる「勾玉型」の形状となっている。そして係る勾玉型形状の、いわゆる「勾玉貫通孔」の略中心部に回転軸が位置することになる。

前述のように、実際の回転刃ｂは２枚のブレードｂ１を、スペーサーｂ２を挟んで上下２段に重ねて回転中心軸に取り付けて使用される。この際、撹拌時における回転刃の回転モーメントのバランスを保つため、２枚のブレードｂ１は、各々が回転中心軸に対して軸対称（点対称）となる位置に固定されている。

当該ミキサーを用いて、クリームやケーキ生地、或はフルーツ果肉などの各種食材のミキシングを行う場合、先ず、各種食材を撹拌容器ａに投入後、撹拌容器上部の開閉蓋ａ１を閉じた後に制御部ｄから所定の操作指示を行う。これによって、撹拌容器ａの内部では回転刃ｂが駆動部ｃに内蔵された電動機や減速ギア機構などにより回転駆動され、所定の時間に亘り、所定のプロセスに基づいて被撹拌食材の破砕・撹拌・混練処理が実施されることになる。

また、一連の処理の過程においては、必要に応じ、例えば撹拌容器ａには冷却水や温水による冷却／加熱処理が加えられ、或は、撹拌容器ａの内部に空気などの気体の吹込み処理が行われる。なお、これらの処理に必要な設備・部材等の図示、並びに説明は、本発明の骨子には直接関係しないため、その記載を省略する。ちなみに、これらの処理を行うことにより、各種の被撹拌食材の各々について、それぞれ独特の風味や食感を作りだすことができる。

ところで、このようなミキサーで撹拌処理を行った場合、前述のように回転刃ｂの軸対称に配置された２枚のブレードの水平位置が、回転中心軸の垂直方向に対して上下に異なっている。このため、各ブレードの中心軸に対する回転モーメントの作用点にズレが生じてくる。これによって、ミキサーの回転速度を高めた場合などに回転軸の偏心振動（回転軸ｙａｗ動作）現象である、いわゆる「軸ブレ」を生ずるおそれがあった。

一方、ミキサーによる食材の撹拌処理を行う場合、ミキシング処理後における被撹拌食材の比重が問題とされる場合が多い。すなわち、係る比重が小さくなるほど、ミキシング後の被撹拌食材中に含まれる空気量が増し、例えばケーキ生地ように味がまろやかとなりその食感が増すこともある。

被撹拌食材中における空気の含有量を高める、すなわち、その比重を小さくするためには、ミキシング処理の進行中に被撹拌食材中を横切るブレードの回数を高めることが効果的である。これによって、撹拌容器中における被撹拌食材の堆積がブレードにより引き裂かれる回数が増加し、被撹拌食材の周囲の空気が被撹拌食材中に混ぜ込まれる機会が増えるためである。

上述の従来例では、１枚のブレードｂ１の水平回転面に着目した場合、ブレードｂ１が撹拌容器内を１回転したとき、被撹拌食材の堆積中を横切るブレードの回数は１回のみである。それゆえ、ブレードｂ１が被撹拌食材の堆積を横切る回数を増やすためには、回転刃の回転数を上げる必要があった。しかし、ミキサー回転数の増加は使用電力の増大を伴うことはもちろん、ミキシング中の摩擦により被撹拌食材の温度が上昇し、被撹拌食材の風味や食感の低下を招くと言うデメリットもあった。

このような欠点を改善すべく、例えば、特許文献１に示すような技術が開示されている。係る開示技術においては、食材用ミキサー（フードプロセッサ）の容器底部に、それぞれのブレードの平面形状が、回転中心軸から回転遠心側に行くにしたがって回転方向と反対方向に湾曲した回転刃が示されている。

特開２０１８－６４７６０号公報

しかしながら、特許文献１に示された技術は、今回問題として挙げた諸点の解決を目指したものではなく、主に、フードプロセッサのモーターなどの回転部に係る負荷低減を目的としたものである。また、当該技術に係る回転刃は、同一形状のブレードを常に２枚組み合わせて一つの回転刃とみなし、かつ、各々のブレードをそれぞれ逆回転させて所望の効果を得るような構成となっている。それ故、前述した本願発明に関する問題点の抜本的な解決手段を示唆するものではない。

本発明は、前述の課題を解決することを目的とするものであって、大型の縦型食材用ミキサーにおいて、ミキシング時における回転中心軸のヨーイング（軸ブレ）を単純な構造で解決し、かつ、ミキシング処理中における被撹拌食材に多くの空気量を混ぜ合わせ、被撹拌食材の比重を下げることができる食材用ミキサーの回転刃の構造を提供するものである。

本発明の第１の観点による食材用ミキサーに装着される回転刃の構造は、
同一の回転刃の水平回転面内で、回転中心軸から回転半径方向に沿って伸びる複数のブレード（刃）部を備え、当該ブレード（刃）部は、前記回転中心軸に対し点対称となる平面形状を有し、かつ、前記ブレード（刃）部は、回転方向に対向する外側湾曲部と、回転方向に背向する内側湾曲部から成り、前記外側湾曲部の曲率半径が前記内側湾曲部の曲率半径に較べて大である回転刃の構造であって、
前記外側湾曲部の外縁下面において、鉛直方向に向かい所定の傾斜角（テーパー）が設けられ、前記内側湾曲部の外縁上面において、鉛直方向に向かい所定の傾斜角（テーパー）が設けられ、かつ、前記ブレード（刃）部の水平回転面に対し、前記ブレード（刃）部がその回転方向に対向して所定の迎え角を備えており、前記所定の傾斜角ならびに迎え角の設定角度は、何れも２２°乃至３２°の角度範囲であって、前記傾斜角（テーパー）の設けられた範囲は、前記ブレード（刃）部の回転方向刃幅長の１／４乃至１／３であることを特徴とする。

以上の解決手段を備えた本発明によれば、大型の縦型食材用ミキサーにおけるミキシング処理時の軸ブレを防止できると共に、ミキシング後の被撹拌食材の比重を抑え、まろやかで食感の良い食品を生成することができる。また、比較的に高速回転させる必要が少なく、ミキシング中における撹拌容器への冷却処理を省くことも可能となる。

本発明を実現するための最良の形態である実施例に関し、本明細書に添付した各々の図面に基づいて以下に説明を行う。

（１）本発明に基づく食材用ミキサーの回転刃の構造
本発明に基づく食材用ミキサーの回転刃１（以下、単に「本回転刃１」と言う。）の構造を添付の図１に示す。同図に示すように、本回転刃１は、主に、ブレード１１、固定金具１２、及び回転軸ベース１３から構成されている。なお、本回転刃１の各構成部分における使用部材に関しては、その強度や耐腐食性、更には被撹拌食材である食品に対する衛生面などの観点から、主にステンレス鋼材を使用することが好ましい。

続いて、ブレード１１単体の斜視図を添付の図２に示す。ブレード１１は、被撹拌食材の粉砕・破断・撹拌・混錬を目的としたものであり、回転軸を中心として、その半径方向に沿って伸びる２つのブレード（刃）部を有している。なお、各ブレード（刃）部は、回転軸の中心に対し点対称（軸対象）となる平面形状になっている。

さらに、各々のブレード（刃）部の平面形状は、回転方向に対向する外側湾曲部と、回転方向に背向する内側湾曲部から成り、外側湾曲部の曲率半径が内側湾曲部の曲率半径よりも大きな値を有している（つまり、外側湾曲部の曲率が内側湾曲部に較べて小さい。）。

それ故、ブレード（刃）部の平面形状は、回転中心軸から遠心方向に進むにしたがい、回転方向に対して徐々に反り返っていくような形状となる。なお、図２に示したブレード１１は、中心軸から軸対象に伸びる２枚のブレード（刃）部を有する構造と解釈することができるため、図１に示した回転刃を一般のプロペラに比喩して、便宜上「２翔」構造の回転刃と呼称する。

本発明は、ブレード（刃）部の外側湾曲部の外縁下面に図３（ａ）のブレード略断面図に示す通り、垂直下方に向かって所定の傾斜角（テーパー）θを設けることを特徴とする。ところで、ブレード（刃）部の外側湾曲部は回転刃の回転方向に対向するため、ミキシング処理中に被撹拌食材が係るブレード（刃）部の外側湾曲部に高速で圧接されることになる。

それ故、外側湾曲部の外縁下面にこのような傾斜角θを設けることによって、ブレード１１の水平回転面以下にある被撹拌食材は、係る傾斜角θの傾きに誘導されて図３（ａ）中の矢印に示す通り、撹拌容器の底部方向に押し下げられる。すなわち、撹拌容器中に在る被撹拌食材の堆積は、ブレード（刃）部が当接されることにより効果的に切り裂かれて分離されることになる。

ちなみに、傾斜角θの角度については、実際の実験等の結果から
２２度＜ θ ＜３２度
程度の範囲に設定することによって、被撹拌食材に対する切り裂き・堆積分離効果が高まり、ミキシング処理を行う上で好適であると考えられる。

また、ブレード（刃）部において係るテーパー部分を付加する長さαについては、その長さが長いほど被撹拌食材に対する押し下げ・誘導効果が強まるものの、ブレード（刃）部の厚さが薄くなりその強度が低下するおそれがある。そのため、各種の実験結果などからαの値は、平均でブレード（刃）部の回転方向幅の１／４～１／３程度とすることが好ましいと考えられる。

一方、同様の効果を得るために、回転方向に背向するブレード１１の内側湾曲部の外縁上面にも、図３（ｂ）に示すような下向きの傾斜角（テーパー）βを設けても良い。これによって、ブレード（刃）部の上面を通過する被撹拌食材の流動が係る傾斜角βにより、図３（ｂ）中の矢印の方向に誘導され、被撹拌食材は撹拌容器の底部方向に向かうことになる。

さらに、本発明では上述した諸効果を増大させるべく、回転刃のブレードを翼体と見做して、空気や水などの流動体中を運動する翼体に関する力学的なアナロジーを応用しても良い。すなわち、添付の図４に示すように、ブレード（刃）部の回転方向に対向して、ブレード（刃）部の全長に亘り、その回転水平面に対し、いわゆる翼体に関する迎え角γを設けるようにしても良い。

これによって、ブレード（刃）部によって切り裂かれブレードの下面を通過する被撹拌食材の流れは、迎え角γによって図中の矢印に示されるように撹拌容器の底部方向に誘導される。一方、ブレードの上面を通過する被撹拌食材の流れはブレードの後部外縁を離れた後、迎え角γの影響によって同様に撹拌容器の底部方向に向かうことになる。なお、β並びにγの値は、前述のθと同程度の角度にすることが好適であると考えられる。

また、本発明において、ブレード１１の平面形状は図２に示した形状に限定されるものではない。例えば、添付の図５に示すように、回転中心軸から回転半径方向に沿って４方向に伸びる、いわゆる四翔構造のブレード（刃）部を備えたものとすることも可能である。ちなみに、図５に示すブレード１１を使用してミキシング処理を行った場合、ブレード１１の一回転においてブレード（刃）部の被撹拌食材の堆積を横切る回数が図２のブレードに較べて２倍となる。

これによって、ミキシング処理による被撹拌食材の切り裂き・堆積分離効果が促進され、短時間かつ低速によるミキシングにも関わらず、より撹拌・混錬処理の進んだ被撹拌食材を得ることができる。さらに、被撹拌食材の堆積中への空気の混錬も促進されるので、ミキシング処理による被撹拌食材の比重の低減を図ることが可能となる。

さらに、本発明は、回転刃１の構造としてブレード１１を１枚のみ使用する場合に限定されるものではない。例えば、添付の図６に示すように、リング状のスペーサー部材１４を挟んで、複数のブレード１１を回転中心軸の鉛直方向に複数段に亘り重畳するようにしても良い。ちなみに、図６に示す事例では、前述の図２示した、いわゆる二翔構造のブレード１１を１２０度ずつずらして、回転中心軸の鉛直方向に３を枚重ねたものである。

このようなブレード刃の構造を採用することにより、ブレード刃の一回転当たりについて、被撹拌食材の堆積を引き裂くブレード（刃）の回数は、図１に示した事例（二翔構造のブレードを一枚のみ使用）の場合に較べて３倍に増加する。これによって、周囲の空気を被撹拌食材中に取り込む機会が増加し、ミキシング処理後の被撹拌食材の比重を減少させることが可能となる。

また、係る上下多重化構造のブレード刃を用いることによって、被撹拌物に当接されるブレード（刃）部の数も結果的に増加するため、例えば種子系果肉のように、硬めの固形材料を多く含むような被撹拌食材の場合であっても、短時間の間に、かつ比較的低回転速度でミキシング処理を行うことができる。

（２）本発明による食材用ミキサーの回転刃構造の動作実証試験
次に、本発明に基づく食材用ミキサーの回転刃構造のミキシング処理時における動作並びにその効果について、以下に示す各実証試験事例に基づいて説明を行う。

（２－１）実証試験例１
先ず、図１に示した二翔構造のブレード１１を用いてミキシング処理を行った場合の実証試験の一例を示す。本実証試験では、主に油脂素材を材料とする被撹拌食材（具体的にはバター・クリーム）を用いてミキシング処理を行い、ミキシングの開始時から５００（ｒｐｍ）でミキサーの回転を継続させた。

本実証試験では、開始から約８分後に被撹拌食材の比重が約０．８７まで低下した。ちなみに、ミキシング前の被撹拌食材（主に油脂素材）の比重は約１．２程度である。また、被撹拌食材はミキシング処理によってほぼ完全に撹拌された状態となった。参考までに、撹拌容器に被撹拌食材を投入した直後の状態の写真を添付の図７に、約８分経過したミキシング処理後の撹拌容器内の写真を図８に示す。

また、ミキシング開始時の被撹拌食材（主に油脂素材）の温度は摂氏５．７度であったが、ミキシング処理後には摂氏１４．６度に上昇した。一般に、ミキシング処理において被撹拌食材の比重を抑えるためには、被撹拌食材への空気の取り込み量を高めるため、冷却水の循環などによって撹拌容器全体を冷やし、その温度を低めに保つことが必須となる。しかし、本実証試験では、冷却水による撹拌容器全体の冷却処理を特に行っていないにも関わらず、上述のような良好な被撹拌食材の比重値を得ることができた。

（２－２）実証試験例２
次に、前述の図６に示した、いわゆる二翔構造のブレード１１を１２０度ずつずらして、回転中心軸の鉛直方向に３を枚重ねた回転刃を用いて実証試験を行った結果を示す。なお、この試験に使用した実際の回転刃の写真を添付の図９（水平方向写真）、及び図１０（斜視方向写真）に示す。

なお、本実証試験においても、前述の試験例１と同様に、被撹拌食材は油脂素材を主材料とするバター・クリームを用いるものとし、ミキサーの回転速度は前回試験と同様の５００（ｒｐｍ）とした。本実証試験では、ミキシング処理開始後約４分後に被撹拌食材の比重が０．８５まで低下し、被撹拌食材もほぼ完全に撹拌・混錬された状態となった。前回試験と同様に、撹拌容器に被撹拌食材を投入した直後の状態の写真を添付の図１１に、ミキシング処理後の撹拌容器内の写真を図１２に示す。

また、ミキシング開始時の被撹拌食材（主に油脂素材）の温度は摂氏７．８度であったが、ミキシング処理後には摂氏１４．３度に上昇した。なお、前回の試験と同様に今回の実証試験においても撹拌容器全体の冷却処理は特に行っていない。

（２－３）実証試験例３
続いて、試験例２で用いた３枚重ねのブレード刃を用いた追加実施試験について説明を行う。本実証試験では、ミキシング処理開始後にミキサーの回転数を、順次以下のようなステップで変化させた。
［第１ステップ］５００（ｒｐｍ）：４分間
［第２ステップ］７５０（ｒｐｍ）：１分間
［第３ステップ］３００（ｒｐｍ）：５分間
なお、使用した被撹拌食材の主材料（バター・クリーム）については、以前の実証試験と同様である。

本実証試験の結果、ミキシング処理後（第３ステップ終了後）の被撹拌食材の比重は０．７４まで低下した。特に、ミキシング処理の後半は、３００（ｒｐｍ）という低速回転にも関わらず、被撹拌食材について良好な比重が得られたことは注目に値する。なお、ミキシング処理後の撹拌容器内の写真を図１３に示す。ちなみに、前述の図１５に示した従来タイプの回転刃では、撹拌容器の冷却を行いつつ、高速回転でミキシング処理を行った場合でも、ミキシング後の比重が０．８６を下回ることは困難であった。

また、本試験において、ミキシング開始時の被撹拌食材（主に油脂素材）の温度は摂氏３．３～５．７度であったが、ミキシング処理後には摂氏１５．８度に上昇した。なお、前回の試験と同様に今回の実証試験においても、撹拌容器全体の冷却処理は特に行っていない。

以上に説明したように、本発明による回転刃構造を用いれば、高速若しくは長時間の撹拌・混練を行うことなく、低速かつ短時間のミキシングにより被撹拌食材の撹拌・混練処理が完了するため、食品の風味や食感を損なう事が無い。また、ミキシング時における撹拌容器の冷却処理が不要となるため、消費電力の低減や、作業の簡素化、作業効率の向上などのメリットが期待できる。

なお、本発明の実施形態は、以上に説明した実施例に限定されるものではなく、例えば、各々の実施例を構成する各部位の形状や配置或いはその素材等は、本発明の趣旨を逸脱することなく、現実の実施態様に即して適宜変更ができるものであることは言うまでもない。

本発明の構成は、乳製品業界や製菓業界をはじめとして、食材の撹拌・混練を必要とする各種の食品製造業界においてその利用が可能である。

本発明による食材用ミキサーにおける回転刃の構造を示す斜視図である。図１の回転刃におけるブレードの構造を示す斜視図である。本発明による各種ブレードの垂直方向の略断面図である。本発明による各種ブレードの垂直方向の略断面図である。本発明の回転刃における他の構造のブレードを示す斜視図である。本発明による他の構造の回転刃の構造を示す斜視図である。実証試験例１におけるミキシング処理開始前の被撹拌食材の写真である。実証試験例１におけるミキシング処理後の被撹拌食材の写真である。実証試験例２、３に用いた回転刃の構造を示す写真（平面方向）である。実証試験例２、３に用いた回転刃の構造を示す写真（斜視方向）である。実証試験例２におけるミキシング処理開始前の被撹拌食材の写真である。実証試験例２におけるミキシング処理後の被撹拌食材の写真である。実証試験例３におけるミキシング処理後の被撹拌食材の写真である。一般的な業務用の縦型食材用ミキサーの事例を示す説明図である。図１４のミキサーに用いられる回転刃の一例を示す斜視図である。図１５の回転刃に用いられるブレードの構造を示す斜視図である。

１ …本発明に基づく回転刃構造
１１ …ブレード１１
１２ …固定金具
１３ …回転軸ベース
１４ …スペーサー部材
ａ …撹拌容器
ａ１ …撹拌容器開閉蓋
ａ２ …回転軸
ｂ …回転刃
ｂ１ …ブレード
ｂ２ …スペーサー
ｃ …回転駆動部
ｄ …回転制御部

Claims

食材用ミキサーに装着される回転刃の水平回転面内で、回転中心軸から回転半径方向に沿って伸びる複数のブレード（刃）部を備え、当該ブレード（刃）部は、前記回転中心軸に対し点対称となる平面形状を有し、かつ、前記ブレード（刃）部は、回転方向に対向する外側湾曲部と、回転方向に背向する内側湾曲部から成り、前記外側湾曲部の曲率半径が前記内側湾曲部の曲率半径に較べて大である回転刃の構造であって、
前記外側湾曲部の外縁下面において、鉛直方向に向かい所定の傾斜角（テーパー）が設けられ、前記内側湾曲部の外縁上面において、鉛直方向に向かい所定の傾斜角（テーパー）が設けられ、かつ、前記ブレード（刃）部の水平回転面に対し、前記ブレード（刃）部がその回転方向に対向して所定の迎え角を備えており、前記所定の傾斜角ならびに迎え角の設定角度は、何れも２２°乃至３２°の角度範囲であって、前記傾斜角（テーパー）の設けられた範囲は、前記ブレード（刃）部の回転方向刃幅長の１／４乃至１／３であることを特徴とする食材用ミキサーの回転刃構造。