焙煎機の「釜」を設計するに当たって、検討しなければならない事柄を順にまとめると、次のような項目になります。
１．第一に豆の攪拌が均一に行なえる構造を検討する。（これは必須）
２．回転との関連を適切なものに設定する。
３．形式や容量の検討を行なう。
４．バーナーの燃焼効率を加味した熱量を検討する。
よって、攪拌が抱える問題は今まであまり議論されて来なかった経緯があり、問題があっても表面化しづらい状況にあったのかも知れません。しかし、焙煎機の性能を左右する大きな一因となっています。新しく焙煎機を設計するに当たって、まず最初に検討しなければならない問題は、釜の攪拌性能です。
焙煎機の釜の内部には、豆を攪拌するための羽根が取り付けられていますが、問題になるのはその攪拌精度です。羽根が付いた釜が回転しているからといって、投入した豆が効率よく攪拌されているとは限りません。
適正な攪拌を得るためには、羽根の構造はもちろんのこと、釜の回転数も関連付けて設計を行なう必要があり、攪拌が悪いと排気にまで影響を及ぼす場合があります。
また、焙煎機マイスターでは「サシ」と呼ばれるテストスプーンも、釜の中央部に垂直・水平（９０度）に差し入れるのではなく、垂直方向に４５度、水平方向に２０度の角度を持たせ三次元的な入れ方をしています。これも攪拌の精度に関係した理由があるからです。
「焙煎機マイスター」の開発に当たっては、透明なアクリル板を前面カバーにした特殊な装置を製作して、既存焙煎機の釜や、試作した釜の攪拌状況を目視で確認しながら、比較検討、試作を行いました。それが、次の動画です。
上記映像は生豆５ｋｇを投入、54rpmで回転させた状況
見て頂ければ分かると思いますが、釜の中央にある貫通軸が障害となって、豆を左右に分離させています。右に流れた豆は釜の内側だけを回転し、左に流れた豆は外側だけを回転しているのが確認出来ます。この現象は、「サシ」（テストスプーン）が中央部にある焙煎機も同じ様な状況になっています。
更に、斜め横から見ると、豆が回転による遠心力で前方に押され団子状態になっています。逆に後部は空洞が出来て、長さ方向が有効に生かされていない事も確認できます。豆は早く取り出せますが、効率の良い攪拌とはいえません。
この状態で煎りムラが出るからといって、単純に火力だけを上げたのでは根本的な問題を解決しないまま、事態をより深刻化させます。
また、多くの焙煎機が豆の投入経路と排気口が併用になっているため、前方に押された豆は排気の障害にもなります。（図面参照）
攪拌される豆も外側と内側では熱の伝わり方や、熱風の抜け方も違って来るので、投入量が多くなると、より一層煎りムラが出やすくなります。この様な現象は、大なり小なりどの焙煎機も抱えている問題で、攪拌の状況が悪いと熱量バランスを取るのが難しくなってしまいます。
生豆５ｋｇを投入、TypeⅠと同じ速度で回転させた状況
この釜では、豆を跳ね上げ、釜の内面から浮かせるような動作にして、奥行きを有効に使えるような羽根構造を検討しました。最終的に釜の回転数は実験当初より遅いものに設定しました。釜の構造は、まず第一に、焙煎機の性能表示である定格容量の生豆を投入しても、攪拌が均一に行えること。そうしなければ熱も均等に伝えられません。熱が均等に伝えられなければ、いかなる形式の焙煎機でも豆が上手く焼けない事になり、これでは直火式か熱風式かという形式議論も核心を得ません。
これは、手網焙煎を行なった事のある経験者であれば、その重要性が理解できるはずです。手網焙煎は、網の振り方（攪拌）次第で、煎りムラの状況や、焼き上がりに大きな違いが出てしまいます。
同じ様に、釜の外板を厚くしたり、二重構造にして保温性を上げたり、更にはインバーターで回転数を制御させるような仕様もあるようですが、検討される順番として攪拌が抱える問題をクリアしていなければ、熱が均等に伝えられないことになり、せっかくの構造が意味のないものになります。釜の性能は形式よりも、いかに熱を均等に伝えられるかの方が重要な課題になります。
焙煎機マイスターの攪拌羽根は、それぞれ別の役目をする３枚を一組として、それを３セット釜の内面に溶接固定しています。その構造は下記の通りです。
(１)の羽根の役割
釜の前方にある豆を
跳ね上げる
(２)の羽根の役目
釜の後方にある豆を
前方に送り出す
(３)の羽根の役目
跳ね上げられた豆を
後方に戻す
羽根の取付け位置はそれぞれ角度、高さを変えた試作を数個作り、釜の中の攪拌状況を目視で確認しながら構造決定する、という製作方法を採用しました。
特に(３)の羽根は重要で、角度と高さが微妙に違うだけで攪拌状況が違ったものになります。「タイプⅠ」と「タイプⅡ」の違いは(３)の羽根だけです。
・マイスターシリーズでは、すべて半熱風式の釜を採用しています。
同期回転速度「Ｎs」は、モータの極数と電源周波数で決定されるもので、次式で表されます。通常１分間当たりの回転数（ｒｐｍ）で表示されます。
- Ｎs ＝ １２０／Ｐ・Ｆ
-
Ｐ：モータの極数
Ｆ：電源周波数（Ｈz）
１２０：定数
・マイスター５の設計仕様より
Ｐ：極数は４極（４Ｐole）
Ｆ：東日本だと５０Ｈz
Ｎs ＝ １２０／４ × ５０ ＝ １５００ｒｐｍ
- Ｎ ＝ Ｎs・ｉ・Ｚ1／Ｚ2・μ
- Ｎs：同期回転数 １５００ｒｐｍ
ｉ：動力ギヤヘッドの減速比 １／２０
Ｚ1：モータ側 歯車の歯数 ３０
Ｚ2：釜駆動軸側 歯車の歯数 ５０
μ：機械効率 ０．８５
＝ ３８ｒｐｍ
この計算式は、他の焙煎機にも共通で使えます。メーカーごとに釜の回転数を比較するのも面白いかもしれません。
釜とモータがベルト駆動のタイプや、チェーン駆動のタイプでは、下記の項目が変わります。
ｉ ＝ このギヤ比は通常モータの銘板に刻印してあります
Ｚ1 ＝ モータ側のベルトプーリーの外径（スプロケットの歯数）
Ｚ2 ＝ 釜駆動側のベルトプーリーの外径（スプロケットの歯数）
- 電源周波数とは
- 日本国内で使われている交流電源は、東日本と西日本で周波数が違います。一般的に、静岡県の富士川から新潟県の糸魚川に貫けるラインを目安に電力会社の供給約款で「東：50Ｈｚ」と「西：60Ｈｚ」に別れます。国内で周波数が違うのは日本独自のもので世界的にも例を見ません。
- モータの極数とは
- 電動機の中にできる磁極の数をいいます。焙煎機などに使われているインダクション（交流誘導）モータに限れば４極（４Ｐole）が一般的です。
上記の様に、汎用交流モータでは、東日本と西日本で電源周波数が違うので、ギヤ比を変えるか、インバーターで周波数を変えない限り、釜の回転数は東と西とではおのずと違って来ます。排気ファンのモータも同じなので東と西では排気される風力が違います。ダンパー開度の比較は同じにはなりません。
焙煎機マイスターの開発に当たっては、例のアクリル板の装置にセットして、回転数を変えながら目視で検証をし、試作を行いました。その結果、攪拌の良い羽根でも、回転が60rpmを超えると、豆が釜の内面に張り付くようになり、28rpmを下回ると、釜の下部に固まるようになります。しかし、その中間の回転域では、攪拌の精度に大差の無い事を確認しました。
よって釜の回転数は、インバーター制御などで可変させず、周波数が変わっても攪拌の精度が良好になる範囲内のギヤ比を選定しています。逆に、釜の回転より重要だと判断した排気ファンは、インバーター制御にして、東と西でも風力（排気量）に格差が付かない機能にしています。
焙煎機を独自に改造される方もいるようですが、「タイプⅠ」を見るまでもなく、目先の結果だけで直接的な真の原因がどこにあるのかを特定出来ない限り改造には慎重になるべきです。
焙煎機には、相反する要因（トレードオフ）が混在しており、その中から客観的で正しい判断や対策を導き出すには、焙煎技術は本より機械に精通した知識の方がより重要になって来ます。
「タイプⅠ」を見て分かる事は「従来の情報はいかに歪んでいたか」ということです。巷の定説というものには科学的根拠が薄く、一方的な主張で俗説を批判し、その流れから詳細な研究もせず、具体的な説明が無いまま自己の主張を通そうとするのは、いささか無理があります。
攪拌が抱える問題を抜きにして、バーナーの増設本数や二重ドラムの優位性を語っても意味があるのだろうか。また、直火式の方が豆の個性を表現するとか、熱風式が理想だとかの形式議論も、本質を突く話しになるだろうか。
熱が均等に伝えられない釜でも、過熱水蒸気は有効なのか、その状態で実験されたデータから何が読み取れるというのか、また同じ状態でインバーターを使い釜の回転を可変させる効果は何を期待させるのか、果たして火の入っていない焙煎機の排気を測ることに意味はあるだろうか。熱気球がバーナーを焚くだけで上昇下降する原理と同じで、焙煎の途中で火力を上げたり下げたりするのは、ダンパー開度に関係なく排気を狂わせます。その意味を探らないで焙煎におけるダンパー操作とは何なのか？
同じ様に、焙煎の終了間際で火を消して煎り止めまで進行させるという手法は、煙が最も出ている過程でダンパーを閉めるのと同じ理屈になり、そうしなければ味が落ち着かないというのは、始めからの工程に無理があるのではないか。
そもそも「豆を上手く焼く」という根源はどこにあるのでしょうか、稚拙な主張を鵜呑みにして大切なお金と時間を無駄にしたくはありません。
「タイプⅠ」を見れば、攪拌が悪い焙煎機では、火力を急激に上げない方が煎りムラを少なくできるというのは、誰が考えても分かるはずです。
バーナーを増設して操作を難しくしている焙煎機は、まずバーナーを元の本数に戻して、排気ダクトや煙突の排気効率を見直した方が操作はしやすくなります。ダンパーがより有効に働き、バランスが取り易くなるからです。
いくら火力を倍にしたところで、その熱を釜の中に送り込むコントロールができなければ、豆は焼けません。豆はバーナー室ではなく釜の中にあります。
また、バーナーを増設した焙煎機での少量焙煎は、どうしても弱火で使用することになります。そうなると、炎の失火、不完全燃焼が起きやすくなり、一酸化炭素の発生が多くなれば、狭い焙煎室では「命」に関わる危険性までも増してしまいます。
特に、ブンゼン式と呼ばれる縦型の混合管を装備した大気圧バーナーでは、ノズルから出るガスの噴射力で空気とガスを混合させているので、弱火になると、不完全燃焼になりやすい状況を作ります。（下の写真）
この様に、バーナーの増設は期待される効果よりも危険性の方が大きくなる場合があります。それ以前に、なぜメーカーの作った機械を信用しないのか、素人考えほど危険なものはありません。たとえ攪拌が良くなくても熱量バランスを取る工夫があれば、他での改善策があるはずです。どの形式の焙煎機にもバランスが取れるポイントが必ずあります。問題は調整の難しさです。
焙煎機を改造する中でも、これは避けたいというものもあります。その一例は、ガス圧を測定する圧力計（微圧計）を、液晶表示のある流量計に交換している事例です。
液晶表示というのは、単純にいえば電気回路そのものなので、可燃性のあるガスに適応させる場合には「防爆仕様」のある機種を選定するのが必須の条件になります。単価的には標準的な圧力計の１０～２０倍しますが、メーカーによっては対応している機種もあります。
防爆の範囲はガスが流れる配管内は当然のこと、設置環境に対しても防爆性が必要です。もし接続口からガス漏れが発生した場合は、漏れたガスが最短距離で電気回路に接触することになるからです。（これは自殺行為です）
一般的なブルドン管圧力計には、それ自体に防爆性があり、例え接続口からガス漏れがあっても直ちに危険になることはありません。ガス警報機などで感知してやれば、事故は未然に防ぐ事が出来ます。（資料「計量と単位について」を参照）
焙煎に使用する可燃性ガスを、あえて流量表示にする利点は、圧力表示よりも実際の流量を正確に把握できるので、熱量計算に都合がいいためです。ガスは気体なので、外気温や気圧などの違いで膨張係数が変わってしまうため、圧力より流量の方が正確に管理しやすいという点は理解できます。
しかし、焙煎機のように熱拡散が大きい構造の機械では、発生させた熱は、焙煎に活かされるより、大気中に拡散、投棄される熱の方がはるかに大きくなり、実質、その格差はほとんど無視できるレベルになります。最終的には捨てている熱を正確に測っている事になります。この様な事例では、焙煎機自体の熱効率を上げる方が遥かに理屈にかなっています。
ガス事業者においても、ボンベの充填圧力を、納入先の温度や標高差などで区別している話しなど、聞いた事がありません。また、家庭に取り付けられているガスメーターも標準は機械式の回転メーターが付いているはずです。
理論熱量は、圧力からでも計算できますし、どうしても流量計でなければならないという人は、必ず防爆仕様を確認して下さい。このように「木を見て森を見ず」のような改造は、マニアックであっても、プロがやることではありません。
外国製の焙煎機には、細かいダンパー操作や微妙な火力調節がやりにくい機種があります。（最近は多少改善された機種もあるようです）
諸外国で見るようにコーヒーが文化として定着している国では、もともと大きな消費を確保できる商圏があります。そのような国で開発された機械は、最初から定格容量いっぱいの豆を投入して焙煎することを目的として開発されているはずです。
釜が１２ｋｇの容量だとすると、それは生豆１２ｋｇを焙煎するための機械であって、大きな商圏があれば、あえてそれ以下の量を焙煎する必要はありません。１２ｋｇ焙煎すれば１０ｋｇ売れる市場があるからです。
また、焙煎をする環境にも大きな違いがあって、カリフォルニアやロシアなどでは、熱波が襲えば森林火災が頻発するぐらい乾燥した大陸性気候です。その環境では、煙突の排気力（ドラフト効果）もバーナーの持つ火力だけで保持させようという考えも成り立ちます。
日本のように梅雨があって湿気の多い気候とでは、煙突の持つ排気性能は格段に違うはずです。
焙煎も、浅煎りから深煎りまで８段階、ストレート豆も何十種類という日本独自の煎り分けるような設定もないはずです。おそらく、外国の技術者に、日本の焙煎者が普通に行なっているダンパー操作や、火力調節を説明しても理解しないはずです。彼らにとっては全てが想定外になります。
車にしても、作られた背景があって、名車といわれる外国製のスポーツカーを日本で通勤用に使ったら、使い勝手が悪いのは当たりまえです。名車には名車といわれるだけの条件と設定があり、そこが違えば、いかに名車といえどもその性能が発揮されません。
フォーミュラーカー（Ｆ１）もサーキットを何周周回しても1／1000秒まで同じタイムを叩き出せる性能が求められますが、周回するごとにタイムが大きくブレる車にフォーミュラーカーを名乗る資格はありません。
どんな優れた機械でも所詮は「道具」であり、それを使いこなすのは「人」です。その機械の本質はどこにあるのか、そこを見極め、使いこなすだけの「技量」が無ければ良い結果は生まれません。
- １．確かな技術を継承している
- 日本のコーヒーの歴史は比較的新しいとされていますが、浅いなりにも歴史があります。最近では書籍やインターネットでいろんな情報が取れるので、趣味で焙煎をされる方も多いようです。しかし、焙煎に限らず優れた経験者から直接学ぶ、ということが最善の近道になります。
焙煎には、ことばや文章では上手く説明できない工程があり「蒸らし」とか「中点」「ハゼ」「煎り止め」という表現はコーヒー焙煎独自のものです。経験者から焙煎を習わないで、書籍などで独学した人には言葉の持つ意味が理解できないかも知れません。仕事は人との繋がりです。
寿司職人は、醤油を「ムラサキ」お茶を「上がり」という表現をしますが、それをいちいちおかしいと言っていたのでは技術の継承はありません。客としても技術を継承していないお店で食事をするのは、興ざめしてしまいます。これは職人の「質」を見極める基準にもなります。
職人は、何を作るのかではなく、何をどう作るのかで目指す「質」が違って来ます。プロとして問われるのは、質の高い商品を、いかに専門的に作れるかです。 - ２．規則や基準を総合的に理解している
- 世の中には、さまざまな規則や基準というものがあります。店舗を建てるのなら建築基準法、消防法、ガスには液化石油ガスに関する法規、モノ作りにはＰＬ法（製造物責任法）、特許法、意匠法、書籍では著作権、肖像権、食品関係ではＪＡＳ法、食品衛生法、などなど。
指導的立場にある人なら、これらの知識も総合的に理解して置く必要があります。最低限、それが一般常識になります。
無理に改造した焙煎機で故障や事故が発生した場合、だれが責任を取るのでしょう。改造は軽率に勧めたり、自慢できる話しではありません。
何か新規性のある物を開発しようとする時には、関連する特許にはどの様なものがあるのかを事前に下調べをして、同じ技術の権利や先願する発明がないことを確認してから進めるのが、モノ作りの手順です。
インターネットのＷＥＢサイトにある文章、イラストなども、参考や引用の出展を明記せず、無断で使用すれば著作権に抵触します。 - ３．問題の解析能力を持っている
- 何か問題が発生した場合、一方のリスクを少なくしても、相反して増えるリスク（トレードオフ）というものがあります。問題の「複雑性」をどう理解し、いかに解決に導くのか、一方的な主張だけではなく、科学的で具体性のある説明が求められます。
- ４．新しいビジョンが創造できる
- 焙煎機や生豆の品質に関しても、さまざまな角度から検討して行くと、まだまだ多くの問題が隠されていることに気付きます。
既存の焙煎機を成り行きで改造して、それに満足していたら新しい創造はもう出てこない。これからは無から有を生み出すだけの創造力が重要になります。これは豆の品質や焙煎、抽出、すべてに言えることです。 - 備考
- 釜の構造から、最後は、情報の取捨選択に関する問題になってしまいしたが、定説の類に囚われないで公正な判断をするには多角的な検討が必要だということです。是非議論のたたき台にして頂いて、間違いの無い選択をして欲しいと思います。
記）大和鉄工所 岡 崎