(57)【要約】      （修正有）【課題】臼の小型化を可能とする溝形状を備えた臼、およびそれを備えた飲料製造装置の提供。【解決手段】第１擦り合せ面は、回転中心側から外周に向けて延びる曲線形状を有するせん断溝を含み、第２擦り合せ面３６０ａは、回転中心側から外周に向けて延びる曲線形状を有するせん断溝３６０ｂを含み、第１擦り合せ面と第２擦り合せ面３６０ａとを重ね合せた状態において、せん断溝とせん断溝とは重なり合わず、第１臼３５０及び／又は第２臼３６０は、回転中心側から外周に向けて延る曲線形状を有する送り溝３６０ｂをさらに含み、第１臼３５０および／または第２臼３６０は、中央部に粉砕対象物を入れる投入口を規定する円筒形状の内周面３６１と、内周面３６１から擦り合せ面３６０ａに向けて開口する引き込み溝３６０ｃと、をさらに含み、引き込み溝３６０ｃの終端は第４溝の始点と一致している臼２Ｂ。【選択図】図３４
2018075562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１擦り合せ面が設けられる第１臼及び第２擦り合せ面が設けられる第２臼を有する臼あって、
前記第１擦り合せ面は、回転中心側から外周に向けて延びる曲線形状を有する第１溝を含み、
前記第２擦り合せ面は、回転中心側から外周に向けて延びる曲線形状を有する第２溝を含み、
前記第１擦り合せ面と第２擦り合せ面とを重ね合せた状態において、前記第１溝と前記第２溝とは重なり合わず、
前記第１臼および／または第２臼は、回転中心側から外周に向けて延る曲線形状を有する第４溝をさらに含み、
前記第１臼および／または第２臼は、中央部に粉砕対象物を入れる投入口を規定する円筒形状の側面と、前記側面から前記擦り合せ面に向けて開口する引き込み溝と、をさらに含み、
前記引き込み溝の終端は前記第４溝の始点と一致しており、
前記第４溝は、前記第１溝と交差している、臼。
【請求項２】
前記第４溝は、前記回転中心側の始点から前記外周側の終点まで、常に外周に向かって延びている、請求項１に記載の臼。
【請求項３】
前記第４溝の前記外周側の終点は、前記第１溝の前記外周側の終点よりも内側に位置している、請求項１または請求項２に記載の臼。
【請求項４】
粉末を用いて飲料を製造する、飲料製造装置であって、
粉砕対象物を粉砕して前記粉末を得る粉挽き機と、
液体を貯留するタンクと、
前記粉挽き機によって得られた前記粉末と前記液体とが供給され、前記粉末と前記液体とを混ぜ合せる撹拌槽と、
を備え、
前記粉挽き機は、請求項１から３のいずれか１項に記載の臼が用いられている、飲料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕対象物を粉砕して粉末を得る臼、およびそれを備えた飲料製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、茶葉、穀物、その他の粉砕対象物を粉砕する手段として石臼が用いられている。石臼は、固定された下臼と、回転する上臼を対面接触させて設置している。上臼の上部回転中心付近より下臼の擦り合せ面と上臼の擦り合せ面との隙間に導かれた対象物は、擦り合せ面に設けられた平坦部および溝を用いて粉砕されて粉末となる。
【０００３】
石臼は伝統的に石材を加工して製作されるものであるが、粉末の量産方法としてこれら伝統的な石臼を電動駆動により回転する装置がある。一方、伝統的な石臼と同等の機能を備えた、石臼方式の手動もしくは電動粉挽き機が開発されている。
【０００４】
特開２００５−１９９２４２号公報（特許文献１）には、石臼方式を採用した電動粉挽き機が開示されている。この電動粉挽き機は、臼形状として伝統的な石臼を模した形状が用いられている（その図６参照）。
【０００５】
すなわち、外形が円筒状の臼表面（擦り合せ面）において、回転中心基準で８分割のエリアそれぞれに所定ピッチで平行に複数の溝が形成され、溝以外には平坦部を設けている。上臼と下臼とを擦り合せ面にて当接させ、上臼と下臼とを相対的に回転させることにより、溝エッジによるせん断および平坦部における擦りつぶし効果で対象部を粉砕する。さらに、特許文献１には、対向面における溝部分の割合を平坦部分の割合の略２倍以上とすることで好適に粉砕対象物を粉砕できることが開示されている。
【０００６】
特開２００１−２７５８４３号公報（特許文献２）には、石臼方式の電動粉挽き機によって粉砕した粉末茶を定量供給する給茶器が開示されている。ここでは湯気が粉末茶供給側に侵入しないシャッターを設ける技術、粉末茶を貯留部で撹拌する技術が開示されている。茶葉の粉砕については、特許文献１と同じく伝統的な臼形状が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１９９２４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２７５８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した先行技術に開示された臼に採用される溝の形状のままで、臼の擦り合せ面の面積を小さくした場合には、粉砕対象物を所望の粒度まで粉砕することが困難であることが判明した。
【０００９】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、臼の小型化を可能とする溝形状を備えた臼、およびそれを備えた飲料製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に基づいた臼の一つの局面においては、第１擦り合せ面が設けられる第１臼及び第２擦り合せ面が設けられる第２臼を有する臼あって、上記第１擦り合せ面は、回転中心側から外周に向けて延びる曲線形状を有する第１溝を含み、上記第２擦り合せ面は、回転中心側から外周に向けて延びる曲線形状を有する第２溝を含み、上記第１擦り合せ面と第２擦り合せ面とを重ね合せた状態において、上記第１溝と上記第２溝とは重なり合わず、上記第１臼および／または第２臼は、回転中心側から外周に向けて延る曲線形状を有する第４溝をさらに含み、上記第１臼および／または第２臼は、中央部に粉砕対象物を入れる投入口を規定する円筒形状の側面と、上記側面から上記擦り合せ面に向けて開口する引き込み溝と、をさらに含み、上記引き込み溝の終端は上記第４溝の始点と一致しており、上記第４溝は、上記第１溝と交差している。
【００１１】
他の形態においては、上記第４溝は、上記回転中心側の始点から上記外周側の終点まで、常に外周に向かって延びている。
【００１２】
他の形態においては、上記第４溝の上記外周側の終点は、上記第１溝の上記外周側の終点よりも内側に位置している。
【００１３】
この発明に基づいた飲料製造装置の一つの局面においては、粉末を用いて飲料を製造する、飲料製造装置であって、粉砕対象物を粉砕して上記粉末を得る粉挽き機と、液体を貯留するタンクと、上記粉挽き機によって得られた上記粉末と上記液体とが供給され、上記粉末と上記液体とを混ぜ合せる撹拌槽と、を備え、上記粉挽き機は、上述のいずれかに記載の臼が用いられている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、臼の小型化を可能とする溝形状を備えた臼、およびそれを備えた飲料製造装置を提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１における臼の構造を示す全体図である。
【図２】実施の形態１における下臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図であり、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】実施の形態１における溝形状の等角螺旋を示す図である。
【図５】背景技術における上臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す見下げ図である。
【図６】背景技術における下臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す見下げ図である。
【図７】背景技術における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が０°の場合を示す図である。
【図８】背景技術における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が１０°の場合を示す図である。
【図９】背景技術における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が２０°の場合を示す図である。
【図１０】背景技術における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が３０°の場合を示す図である。
【図１１】実施の形態１における上臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す見下げ図である。
【図１２】実施の形態１における下臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す見下げ図である。
【図１３】実施の形態１における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が０°の場合を示す図である。
【図１４】実施の形態１における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が１０°の場合を示す図である。
【図１５】実施の形態１における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が２０°の場合を示す図である。
【図１６】実施の形態１における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が３０°の場合を示す図である。
【図１７】実施の形態２における下臼に設けられる溝の形状を示す平面図である。
【図１８】図１７中のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線矢視断面図である。
【図１９】実施の形態３における粉挽き機の構造を示す縦断面図である。
【図２０】実施の形態３における粉挽き機に用いられるブレードの構造を示す全体斜視図である。
【図２１】実施の形態４における飲料製造装置の構造を示す縦断面図である。
【図２２】実施の形態４における飲料製造装置の動作フローを示すブロック図である。
【図２３】実施の形態４における臼の回転数と処理能力との関係を示す図である。
【図２４】実施の形態５における粉挽き機の構造を示す全体斜視図である。
【図２５】実施の形態６における粉挽き機の構造を示す全体斜視図である。
【図２６】実施の形態７における粉挽き機の構造を示す全体斜視図である。
【図２７】実施の形態８における下臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図であり、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視図に相当する図である。
【図２８】実施の形態８における下臼の斜視図である。
【図２９】実施の形態８の変形例における下臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図である。
【図３０】実施の形態８の変形例における下臼の斜視図である。
【図３１】実施の形態８のさらなる変形例における下臼の平面図である。
【図３２】実施の形態９におけるコア、下臼、および上臼の組み図を示した斜視図である。
【図３３】実施の形態９におけるコア、下臼、および上臼の上方側からの分解斜視図である。
【図３４】実施の形態９におけるコア、下臼、および上臼の下方側からの分解斜視図である。
【図３５】実施の形態９における下臼の斜視図である。
【図３６】実施の形態９における下臼のせん断溝形状を示す図である。
【図３７】実施の形態９における他の形態のせん断溝形状を示す図である。
【図３８】実施の形態９における上臼の斜視図である。
【図３９】実施の形態９における上臼の平面図である。
【図４０】実施の形態９における上臼の引き込み溝および送り溝の範囲を示す図である。
【図４１】実施の形態９における上臼の溝と下臼の溝との交差角とせん断力との関係、および、上臼の溝と下臼の溝との交差角と送り能力との関係を示す図ある。
【図４２】実施の形態９における臼の交差角を示す図である。
【図４３】実施の形態９における引き込み溝の概略構造を示す図である。
【図４４】実施の形態１０における臼の構造を示す全体図である。
【図４５】実施の形態１０における上臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図である。
【図４６】実施の形態１０における上臼の回転中心の回転軸に沿って切った断面図である。
【図４７】実施の形態１０における上臼を図４４中の矢印ＸＬＶＩＩ方向に沿って見た図である。
【図４８】実施の形態１０における上臼を外側から見た側面図である。
【図４９】実施の形態１０における下臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図である。
【図５０】実施の形態１０における下臼の回転中心の回転軸に沿って切った断面図である。
【図５１】実施の形態１０における下臼を図４４中の矢印ＸＬＶＩＩ方向に沿って見た図である。
【図５２】実施の形態１０における下臼を外側から見た側面図である。
【図５３】実施の形態１１における粉挽き機の構造を示す分解斜視図である。
【図５４】実施の形態１１における粉挽き機の構造を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態における臼、粉挽き機、および飲料製造装置について図を参照しながら説明する。各実施の形態の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとし、重複する説明は繰り返さない場合がある。各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。
【００１７】
（実施の形態１：臼２）
図１から図３を参照して、本発明に基いた実施の形態１における臼２について説明する。図１は、本実施の形態における臼２の構造を示す全体図、図２は、本実施の形態における下臼２２の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図であり図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視図、図３は、図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【００１８】
図１を参照して、本実施の形態における臼２は、擦り合せ面２１１が設けられる上臼２１および擦り合せ面２２１が設けられる下臼２２を備える。上臼２１および下臼２２ともに、円板形状を有している。上臼２１および下臼２２の中心部には、回転中心Ｃが規定されている。上臼２１および下臼２２の材料には、セラミックス（アルミナ）等が用いられるとよい。
【００１９】
本実施の形態における上臼２１および下臼２２の半径ｒは１５ｍｍ〜３０ｍｍ（直径φＤ１は、３０ｍｍ≦φＤ１≦６０ｍｍ：図３参照）程度であり、上臼２１および下臼２２のそれぞれの厚みｔ１は、８ｍｍ程度である。上臼２１および下臼２２の相対回転速度Ｗは、６０ｒｐｍ≦Ｗ≦１５０ｒｐｍ程度である。これにより臼の接触面積を小さくし必要トルクを低減した分、回転速度で処理能力を得ることが可能になり、面積を大きくするよりも必要トルク当りの処理能力を高めることが可能になる。
【００２０】
図２を参照して、下臼２２の擦り合せ面２２１には研磨された平面部２０３と、せん断溝（第２溝）２０１と、送り溝（第４溝）２０２とが形成されている。上臼２１の擦り合せ面２１１にも、同様に、研磨された平面部２０３と、せん断溝（第１溝）２０１と、送り溝（第４溝）２０２とが形成されている。
【００２１】
上臼２１の擦り合せ面２１１と下臼２２の擦り合せ面２２１とが対向配置されることで、図１の矢印Ｖ方向に沿って見た場合には、上臼２１の擦り合せ面２１１に設けられた溝と下臼２２の擦り合せ面２２１に設けられた溝とは、回転中心Ｃを中心とした点対称の配置関係となる。
【００２２】
せん断溝２０１は、回転中心Ｃに対して回転対称に複数設けられている。せん断溝２０１は、主に粉砕対象物を粉砕するための溝であり、送り溝２０２は、主に粉砕された粉末を、臼２の中心部から外周部に送る溝である。
【００２３】
下臼２２にはキー形状を含む穴２０４が開けられている。穴２０４は、たとえば直径約８ｍｍ程度である（φＤ３：図３参照）。上臼２１には、キー形状がない穴２０４が設けられている。
【００２４】
図１を再び参照して、下臼２２の擦り合せ面２２１と上臼２１の擦り合せ面２１１とが当接し、回転中心Ｃを回転軸中心として、相対的に回転する。本実施の形態では、キー形状を含む穴２０４を有する下臼２２が後述のシャフト１１１（図１９参照）により回転し、上臼２１は固定される。
【００２５】
図３を参照して、下臼２２の擦り合せ面２２１には、穴２０４を含むようにテーパ領域ｔｐ１が設けられている。テーパ領域ｔｐ１の外径（φＤ２）は、２０ｍｍ程度であり、穴２０４における深さｔ２は、２ｍｍ〜３ｍｍ程度である。上臼２１にも同様のテーパ領域ｔｐ１が設けられている。
【００２６】
下臼２２の擦り合せ面２２１と上臼２１の擦り合せ面２１１とを重ね合せることで、テーパ領域ｔｐ１によって取り囲まれる空間が形成される。これにより、たとえば、粉砕対象物として茶葉を挿入した場合でも、この空間から擦り合せ面に良好に茶葉を案内することができる。
【００２７】
図４から図１６を参照して、せん断溝２０１および送り溝２０２がそれぞれ沿う等角螺旋について説明する。図４は、本実施の形態における溝形状の等角螺旋を示す図、図５は、背景技術における上臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す見下げ図、図６は、背景技術における下臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す見下げ図である。見下げ図とは、図１中の矢印Ｖ方向に沿って見た図を意味する。図７から図１０は、背景技術における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が０°、１０°、２０°、３０°の場合を示す図である。
【００２８】
図１１は、本実施の形態における上臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す見下げ図、図１２は、本実施の形態における下臼の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す見下げ図である。図１３から図１６は、本実施の形態における臼に設けられる溝を用いた場合の擦り合せ面状態を示す見下げ図であり、回転角度が０°、１０°、２０°、３０°の場合を示す図である。
【００２９】
図４を参照して、せん断溝２０１は、等角螺旋Ｓ１に沿って形成され、送り溝２０２は、等角螺旋Ｓ２に沿って形成されている。回転中心Ｃを原点として等角螺旋Ｓ（Ｓ１、Ｓ２）はパラメータａ、ｂを用いて、以下の式１で表わされる。
【００３０】
Ｓ＝ａ・ｅｘｐ（ｂ・θ）・・・（式１）
回転中心Ｃから伸ばした半直線Ｌと等角螺旋が成す角α（α１、α２）は、以下の式２で表わされる。
【００３１】
α＝ａｒｃｃｏｔ（ｂ）・・・（式２）
せん断溝２０１に好適な等角螺旋Ｓ１は、（式１）においてａ＝５、ｂ＝０．３０６であり、（式２）においてα＝１７．０°である。現実的には、半直線Ｌと等角螺旋Ｓ１（せん断溝２０１）との成す角度α１は、０°＜α１＜４５°であれば良く、好ましくは、１０°≦α１≦２０°であり、さらに好ましくは、α１＝１７．０°となる。
【００３２】
送り溝２０２に好適な等角螺旋Ｓ２は、（式１）においてａ＝５、ｂ＝３．７であり、（式２）においてα＝７４．９°である。現実的には、半直線Ｌと等角螺旋Ｓ２（送り溝２０２）との成す角度α２は、４５°＜α２＜９０°であれば良く、好ましくは、７０°≦α２≦８０°であり、さらに好ましくは、α２＝７４．９°となる。
【００３３】
ここで、上記（式１）で表わされる等角螺旋の数学的な性質として、回転中心Ｃから伸ばした半直線Ｌと等角螺旋Ｓ１，Ｓ２が成す角αは常に一定の角度で交わることである。したがって、上臼２１の擦り合せ面２１１と下臼２２の擦り合せ面２２１とを当接させて回転させる場合、上臼２１の溝（せん断溝２０１および送り溝２０２）と下臼２２の溝（せん断溝２０１および送り溝２０２）同士が交差する交差角は常に２αとなる。
【００３４】
図５から図１０は、背景技術の上臼２１と下臼２２との溝同士の交差角の様子を示した模式図である。図７から図１０は上臼２１の上面より擦り合せ面を観察した様子を示している。初期状態０°（図７）を基準にそれぞれ１０°（図８）、２０°（図９）、３０°（図１０）、上臼２１と下臼２２とを相対的に回転させた様子を示している。
【００３５】
このとき注目した上臼２１の溝と下臼２２の溝との交差点Ｐにおける交差角は、ａ１〜ａ４として示すように、回転角度が大きくなると刻々と小さくなるように変化する。さらに、交差点Ｐは外側へ移動する。したがって、溝エッジの交差時による対象物のせん断と、外周方向への送りが同時に進行される。
【００３６】
一方、図１１から図１６は、本実施の形態の上臼２１と下臼２２との溝同士の交差角の様子を示した模式図である。図１３から図１６は上臼２１の上面より擦り合せ面を観察した様子を示している。初期状態０°（図１３）を基準にそれぞれ１０°（図１４）、２０°（図１５）、３０°（図１６）、上臼２１と下臼２２とを相対的に回転させた様子を示している。
【００３７】
このとき注目した上臼２１の溝と下臼２２の溝との交差点Ｐにおける交差角は、常にｂ１で一定である。また、交差点の外側への移動量は、図７から図１０に示した背景技術の移動量に比べて小さい。したがって、適切な交差角を与えることにより、溝エッジの交差時に、所望のせん断機能を与えることができる。
【００３８】
図１１から図１６においては、説明の便宜上、図２におけるせん断溝２０１のみを図示した場合について説明しているが、等角螺旋に沿って形成された送り溝２０２においても、せん断溝２０１と同様である。
【００３９】
臼２の上臼２１の擦り合せ面２１１と下臼２２の擦り合せ面２２１との擦り合せによる対象物の粉砕は、主に溝エッジ同士が交差する際のせん断であると考えられる。せん断に最適な溝の交差角があり、最適な溝の交差角であればエッジに加える力、すなわち回転トルクを小さくすることができる。試験によればせん断に好適な交差角は３０°程度であった。交差角が鈍角になれば対象物はほとんど粉砕されずに溝内を通って外周側へ送り出される。試験によれば送りに好適な交差角は１５０°程度であった。
【００４０】
送りのスピードと粉砕後に排出される粉末の粒度は関係しており、送りが速いと粒度は粗くなり、送りが遅いと粒度は細かい。所望の粒度を得るために、送り溝の本数および角度を最適化することができる。本実施の形態における所望の粒度は、茶葉粉砕で約１０μｍ程度である。本実施の形態では送り溝２０２は１本としたが、所望の粒度および他のパラメータによっては、送り溝２０２を回転中心Ｃに対して回転対称に複数本も設けてもよい。
【００４１】
本実施の形態における臼２においては、相対的な上臼２１と下臼２２との回転に対して、上下臼の溝の交差角が常に一定になるため、粉砕により好適な条件を粉砕対象物に与えることができ、単位面積当たりの粉砕能力を向上させることが可能になる。
【００４２】
さらに、相対的な回転に対して、上下臼の溝の交差角を常に一定にし、かつ主に粉砕対象物のせん断に寄与する交差角と、主に粉砕対象物の送りに寄与する交差角とをそれぞれ与えることができるため、単位面積当たりの粉砕能力および処理能力を向上させることが可能になる。本実施の形態の等角螺旋溝形状を採用した臼２によれば、背景技術の溝形状に対して２倍以上の処理能力を示した。
【００４３】
さらに、主に粉砕対象物のせん断に寄与するより好適な交差角を与えることができ、粉砕時に必要な回転トルクを低減することが可能になる。最適なせん断角をα１により与えたうえで、所望の粒度を得るための送り速度はα２によって最適化することができる。
【００４４】
（実施の形態２：溝の形状）
次に、図１７および図１８を参照して、下臼２２および上臼２１に設けられる溝の形状に関する実施の形態について説明する。図１７は、本実施の形態における下臼２２に設けられる溝の形状を示す平面図、図１８は、図１７中のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線矢視断面図である。上臼２１にも、下臼２２と同様の溝が形成されることから、上臼２１に対する説明は省略する。
【００４５】
溝内の粉末通過スピードは、溝幅が狭いほど速く、溝深さが浅いほど速い。特に茶葉粉砕に好適なこれら溝形成パラメータはこれまで開示されていない。図１７および図１８によれば、下臼２２の擦り合せ面に形成されるせん断溝２０１および送り溝２０２の幅ｗは、０．５ｍｍ≦ｗ≦１．５ｍｍであるとよい。
【００４６】
せん断溝２０１および送り溝２０２の幅ｗとは、せん断溝２０１および送り溝２０２の延びる方向に直交する方向に沿った幅ｗを意味する。せん断溝２０１および送り溝２０２の幅ｗを、０．５ｍｍ≦ｗ≦１．５ｍｍにすることで、茶葉粉砕の送り速度を確保しつつ、せん断溝２０１および送り溝２０２内部の粉末の清掃性を確保することができる。
【００４７】
溝深さは最外周側でｄｍｍ確保することが好ましい。さらに、擦り合せ面の回転中心Ｃから伸ばした半直線上の最外周の縁部には、溝が存在しない平坦部ｆが全周に設けられるとよい。ｄは、０．１ｍｍ≦ｄ≦１ｍｍ程度であり、ｆは、０．５ｍｍ以上であるのが望ましい。
【００４８】
これにより溝内の粉末をプールし、排出を制限することによって小さい面積（溝経路長）においても所望粒度の粉末を得ることが可能になる。
【００４９】
溝深さｄは、回転中心Ｃに向かって深くなる傾斜面ｔｐを有するのが望ましい。これにより回転中心から外周側へ向けて粉砕粒度に応じて深さを与えることができ、１本の溝内の粉末粒子が進む速度を略一定とすることができる。傾斜面ｔｐの擦り合せ面に対する傾斜角度θは、２．３°≦θ≦４．５°程度であるとよい。
【００５０】
本実施の形態では、下臼２２の半径ｒは、１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度であり、下臼２２のそれぞれの厚みｔは８ｍｍ程度とした。この下臼２２および上臼２１を有する臼２を用いることで、茶葉粉砕での試験において粒度１０μｍ程度の結果が得られた。
【００５１】
このように、粉砕対象物、特に茶葉を対象とした溝形状を好適に与えることができると共に、粉末が外周へ排出される速度を抑制することにより、限られた面積内すなわち溝の経路長内で所望の粒度を得ることが可能になる。したがって、臼面積を小さくすることができ、製品の小型化および必要トルクの低減が可能になる。
【００５２】
本実施の形態における臼に用いられる溝形状のパラメータについては、溝の形状が、上記実施の形態１に示す等角螺旋に沿った溝形状に限定されない。たとえば、図５および図６（背景技術）に示すような、回転中心Ｃから外周へ向けて、回転中心Ｃに対して回転対称に直線に略沿う溝に対して適用することができる。この場合にも、所望粒度の粉末を得ることが可能になるとともに、１本の溝内の粉末粒子が進む速度を略一定とすることができる。背景技術に示す直線形状の溝であっても、茶葉粉砕での試験においては、粒度１０μｍ程度の結果が得られた。
【００５３】
具体的には、擦り合せ面がそれぞれ設けられる上臼および下臼を有する臼であって、擦り合せ面は、回転中心から外周に向けて延びる直線形状の溝を含み、擦り合せ面の最外周の縁部には、溝が存在しない平坦部が全周に設けられ、溝の延びる方向に直交する方向に沿った幅ｗは、０．５ｍｍ≦ｗ≦１．５ｍｍの範囲であり、溝は、回転中心に向かって深くなる傾斜面を有し、傾斜面の最外周側の上記擦り合せ面からの深さｄは、０．１ｍｍ≦ｄ≦１ｍｍの範囲であり、傾斜面の上記擦り合せ面に対する傾斜角度θは、２．３°≦θ≦４．５°である。
【００５４】
これにより、従来の溝形状においても、粉砕対象物、特に茶葉を対象とした溝形状を好適に与えることができると共に、粉末が外周へ排出される速度を抑制することにより、限られた面積内すなわち溝の経路長内で所望の粒度を得ることが可能になる。したがって、臼面積を小さくすることができ、製品の小型化および必要トルクの低減が可能になる。
【００５５】
（実施の形態３：粉挽き機１０００）
図１９および図２０を参照して、本実施の形態における粉挽き機１０００について説明する。図１９は、本実施の形態における粉挽き機１０００の構造を示す縦断面図、図２０は、本実施の形態における粉挽き機１０００に用いられるブレード１０３の構造を示す全体斜視図である。
【００５６】
図１９を参照して、上臼２１と下臼２２は、固定リブ１０１に押し当てながら固定ねじ１０２によって締め付けられている。上臼２１は外周面にキー溝を有し、固定リブ１０１によって回転止めがなされている。下臼２２はキー溝を有する穴２０４によってシャフト１１１に連結されている。モータ１１の回転駆動力は、ギアボックス１００を経てシャフト１１１を回転駆動する。これにより、モータ１１の回転駆動力が下臼２２に伝えられる。
【００５７】
たとえば、茶葉などの粉砕対象物Ｔ１は、図示する投入口１５０より投入され、上臼２１の開口部（中央部）より臼２の擦り合せ面に取り込まれ、粉砕されて臼２の外周面から下方へ排出される。
【００５８】
粉挽き機１０００の下方には、粉末を一時格納する計量部３が設けられている。計量部３は、水平方向沿って回転中心Ｃを中心に回転可能に設けられている。計量部３は、一定量の粉末が格納されると、回転中心Ｃを中心に回転し、粉末Ｔ２を下方に落下させる。回転する下臼２２には、上記計量部３に粉末を送り込むブレード１０３が取り付けられている。
【００５９】
（ブレード１０３）
図２０に、ブレード１０３の全体斜視図を示す。ブレード１０３は、軸芯穴１０３ｄを有する回転プレート１０３ａを有する。回転プレート１０３ａの外周面には、１２０°ピッチで、擦りきりプレート１０３ｂが取り付けられている。擦りきりプレート１０３ｂには、キーブロック１０３ｃが設けられている。このキーブロック１０３ｃは、下臼２２に設けられたキー溝（図示省略）に嵌合し、ブレード１０３は、下臼２２と共に回転する。
【００６０】
ブレード１０３は、金属など熱伝導性の高い材質であるのが望ましい。下臼２２と共に回転するブレード１０３は、臼２の放熱フィンの役割を果たす。粉砕時には上臼２１と下臼２２との間の摩擦熱、および粉砕対象物の摩擦熱によって臼２は発熱する。しかし、ブレード１０３によってこの発熱を放熱し、臼２の温度上昇を抑制することによって粉砕対象物への熱影響を抑制することができる。たとえば、茶葉などを粉砕する場合に風味を損なうことがない。
【００６１】
計量部３は所望の容積に設計されており、ブレード１０３によって計量部３内に粉末が擦りきり一杯になってから計量部３を水平方向沿って回転中心Ｃを中心にスライド回転することによって、下方の開口部より所望量の粉末Ｔ２を投下することができる。
【００６２】
このように、容易な構成を用いて、十分な粉砕時間を確保するとともに、粉末の定量供給を可能とする。
【００６３】
（実施の形態４：飲料製造装置２０００）
図２１から図２３を参照して、上記実施の形態における粉挽き機１０００を備える飲料製造装置２０００の構造について説明する。図２１は、本実施の形態における飲料製造装置２０００の構造を示す縦断面図、図２２は、本実施の形態における飲料製造装置２０００の動作フローを示すブロック図、図２３は、本実施の形態における臼の処理能力と回転数との関係を示す図である。
【００６４】
本実施の形態における飲料製造装置２０００は、上記の粉挽き機１０００と、タンク４と、撹拌槽８とを有する。タンク４には、たとえば飲料水等の液体が入っており、必要に応じてヒーター５によって加熱され、電磁弁７１の開閉によって撹拌槽８内に水または温水が供給される。
【００６５】
撹拌槽８には、撹拌羽根６が設置されている。撹拌羽根６は撹拌モータ１２によって磁力を用いて非接触回転駆動される。したがって、撹拌槽８ごと取り外して洗うことができる。撹拌槽８には粉挽き機１０００の計量部３より粉末Ｔ２が投下され、撹拌羽根６の回転によって撹拌される。撹拌後、電磁弁７２の開閉により、カップ９に飲料（たとえば抹茶）が注がれる。
【００６６】
図２２に、飲料製造装置２０００のより詳細な動作フローを示す。飲料製造装置２０００にスタート信号が入力されると（Ｆ０）と、粉挽き機１０００によるミル挽き開始（Ｆ１）および水タンク加熱開始（Ｆ５）が並行して実行される。粉挽き機１０００によるミル挽き終了（Ｆ２）がトルクセンサにて検知されると、粉末供給孔がオープンされ（Ｆ３）、撹拌槽８に計量部３より粉末Ｔ２が投下される。その後、粉末供給孔がクローズされる（Ｆ４）。
【００６７】
一方、水タンク加熱終了（Ｆ６）が温度センサにより検知されると、電磁弁７１がオープンされ（Ｆ７）、撹拌槽８内に温水が供給される。その後、電磁弁７１がクローズされる（Ｆ８）。
【００６８】
撹拌槽８に粉末Ｔ２と温水とが投下されると、撹拌槽８において、撹拌羽根６の回転による撹拌が開始される（Ｆ９）。タイマーを用いて一定時間の撹拌がカウントされた後、撹拌羽根６の回転による撹拌が終了する（Ｆ１０）。撹拌羽根６による撹拌後、電磁弁７２がオープンされて（Ｆ１１）、カップ９に飲料が注がれる。その後、電磁弁７２がクローズされて（Ｆ１２）、飲料製造装置２０００の動作フローが終了する（Ｆ１３）。
【００６９】
（臼２の回転数）
図２３を参照して、臼２の回転数と処理能力との関係について説明する。ブレード１０３に放熱フィンの機能を持たせるとよい。粉砕時の摩擦による臼の発熱を容易に抑制することができ、粉砕対象物への熱影響を容易に抑制することが可能になる。さらに、熱影響を回避しつつ、臼２の回転数を速めることができる。図２３のグラフは、臼２の回転数に対する臼の処理能力を示す。図２３によれば回転数に比例して処理能力が向上することがわかる。
【００７０】
臼２の擦り合せ面の面積を大きくして処理能力を上げるよりも回転速度を上げた方が、必要トルク当りの効率がよい。たとえば、茶葉による試験では臼２にブレード１０３を設置することで、臼２の回転数１５０ｒｐｍまで熱影響がないことが確認できた。従来の臼は６０ｒｐｍ程度で処理することが主流であるが、本実施の形態では従来よりも低トルクであり高回転領域において処理能力を発揮することができる。
【００７１】
このように、本実施の形態の飲料製造装置２０００によれば、臼の単位面積あたりの粉砕能力を向上させ、かつ粉砕に必要な回転トルクを低減することができるため、回転駆動系の低コスト化および製品の小型化が可能になる。したがって、従来より小型化され安価な飲料製造装置を提供することが可能になる。
【００７２】
（実施の形態５：粉挽き機の構造）
次に、図２４を参照して、本実施の形態における粉挽き機の構造について説明する。図２４は、本実施の形態における粉挽き機の構造を示す全体斜視図である。図２４を参照して、モータギア２１３の回転は第１ギア２１０と第２ギア２２０に伝えられる。
【００７３】
第１ギア２１０には、第１段臼２１Ａの第１下臼２２ａが連結され、第２ギア２２０には、第２段臼２１Ｂの第２下臼２２ｂが連結され、第１ギア２１０および第２ギア２２０が回転することで、第１下臼２２ａおよび第２下臼２２ｂが回転する。
【００７４】
第１段臼２１Ａの第１上臼２１ａおよび第２段臼２１Ｂの第２上臼２１ｂは、回転止め固定されており、第１上臼２１ａと第１下臼２２ａ、および、第２上臼２１ｂと第２下臼２２ｂは、それぞれ図示しない押圧手段によって押圧力が印加されている。
【００７５】
本実施の形態における粉挽き機の構造によれば、複数の臼に対して共通に設けられた一つのモータギア２１３の回転駆動（回転駆動装置）によって、複数の臼（２１Ａ、２１Ｂ）を機能させることが可能になり、処理能力を倍増することが可能となる。
【００７６】
単位時間当たりに得られる粉末量（処理能力）は、主に溝数に比例する。一方で最適化した条件においては、形成できる溝数は臼径に比例し、必要な回転トルクは臼径の２乗に比例する。したがって最適化した結果によれば、臼面積増大によって処理能力を２倍にするよりも臼自体を２個にした方が、必要トルクは小さくなる結果が得られる。
【００７７】
（実施の形態６：粉挽き機の構造）
次に、図２５を参照して、本実施の形態における粉挽き機の構造について説明する。図２５は、本実施の形態における粉挽き機の構造を示す全体斜視図である。図２５を参照して、シャフト１１１には第１段臼２１Ａ、第２段臼２１Ｂ、および第３段臼２１Ｃが設けられている。
【００７８】
第１段臼２１Ａは、第１上臼２１ａおよび第１下臼２２ａを有し、第１上臼２１ａおよび第１下臼２２ａは互いに押圧されている。第１上臼２１ａは、筐体２５０に設けられた回転止めリブ２５０ｒにより回転が拘束されており、第１下臼２２ａは、シャフト１１１に設けられたキー１１１Ｋによりシャフト１１１の回転が伝達される。
【００７９】
第２段臼２１Ｂは、第２上臼２１ｂおよび第２下臼２２ｂを有し、第２上臼２１ｂおよび第２下臼２２ｂは互いに押圧されている。第２上臼２１ｂは、筐体２５０に設けられた回転止めリブ２５０ｒにより回転が拘束されており、第２下臼２２ｂは、シャフト１１１に設けられたキー１１１Ｋによりシャフト１１１の回転が伝達される。
【００８０】
第３段臼２１Ｃは、第３上臼２１ｃおよび第３下臼２２ｃを有し、第３上臼２１ｃおよび第３下臼２２ｃは互いに押圧されている。第３上臼２１ｃは、筐体２５０に設けられた回転止めリブ２５０ｒにより回転が拘束されており、第３下臼２２ｃは、シャフト１１１に設けられたキー１１１Ｋによりシャフト１１１の回転が伝達される。
【００８１】
回転止めリブ２５０ｒは、シャフト１１１に対して、第１段臼２１Ａ、第２段臼２１Ｂ、および第３段臼２１Ｃを挿入した後に別途挿入されるピンであってもよい。筐体２５０は、一体成型に限らず、図示する断面で分割される形態（２分割筐体）でもよい。
【００８２】
モータおよびギアの回転がシャフト１１１に伝えられると、第１下臼２２ａ、第２下臼２２ｂ、および第３下臼２２ｃが同時に回転駆動される。粉砕対象物Ｔ１は図示する投入口１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃより投入され、各臼へ分岐して投入される。各臼によって粉砕された粉末Ｔ２は、各臼の側面より下方へ排出される。
【００８３】
本実施の形態によれば、臼を複数有し、複数の臼を同軸で回転させている。これにより、臼を増設して処理能力を上げることができる。さらに、ギア、回転軸などが共通化されるため、部品点数の削減、低コスト化が可能になる。さらに、フットプリントを小さく抑えることができる。
【００８４】
（実施の形態７：粉挽き機の構造）
次に、図２６を参照して、本実施の形態における粉挽き機の構造について説明する。図２６は、本実施の形態における粉挽き機の構造を示す全体斜視図である。図２６を参照して、シャフト１１１には臼２１Ｄが設けられている。
【００８５】
臼２１Ｄは、上臼２１ｄ、中臼２２ｄおよび下臼２３ｄを有し、上臼２１ｄ、中臼２２ｄおよび下臼２３ｄは互いに押圧されている。上臼２１ｄおよび下臼２３ｄは、筐体２５０に設けられた回転止めリブ２５０ｒにより回転が拘束されており、中臼２２ｄは、シャフト１１１に設けられたキー１１１Ｋによりシャフト１１１の回転が伝達される。
【００８６】
上臼２１ｄの擦り合せ面２１１と中臼２２ｄの擦り合せ面２２１との間で、粉砕対象物が粉砕され、中臼２２ｄの擦り合せ面２２２と下臼２３ｄの擦り合せ面２３２との間で、粉砕対象物が粉砕される。
【００８７】
本実施の形態によれば、同軸上に、上臼２１ｄ、中臼２２ｄ、および下臼２３ｄを重ね合せることで、２面の擦り合せ面を形成することができる。これにより、さらに、部品点数の削減、装置のコンパクト化が可能になる。
【００８８】
（実施の形態８：臼２Ａ）
図２７および図２８を参照して、実施の形態８における臼２Ａについて説明する。図２７は、本実施の形態における下臼２２Ａの擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図であり、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視図に相当する図、図２８は、本実施の形態における下臼２２Ａの斜視図である。
【００８９】
本実施の形態の臼２Ａの基本的構成は、実施の形態１で説明した、上臼２１および下臼２２を有する臼２と同じであり、相違点は、上臼２１および下臼２２の擦り合せ面に設けられる溝形状が異なる点にある。臼２Ａの上臼の擦り合せ面に設けられる溝形状は、下臼２２Ａの擦り合せ面に設けられる溝形状と同じである。したがって、以下では、下臼２２Ａの擦り合せ面に設けられる溝形状について説明する。
【００９０】
図２７および図２８を参照して、本実施の形態における臼２Ａの下臼２２Ａには、実施の形態１の下臼２２と同様に、擦り合せ面には、せん断溝２０１ａおよび送り溝２０２が設けられている。せん断溝２０１ａとせん断溝２０１ａとの間には、分岐溝２０１ｂが設けられている。分岐溝２０１ｂは、せん断溝２０１ａと同様に、回転中心Ｃに対して回転対称に複数設けられている。
【００９１】
分岐溝２０１ｂの内径側の端部には、中継溝２０１ｃが連結され、せん断溝２０１ａと分岐溝２０１ｂとが中継溝２０１ｃにより連通している。せん断溝２０１ａと分岐溝２０１ｂとの外周端部の擦り合せ面には、実施の形態１の下臼２２と同様に、平面部２０３が設けられている。
【００９２】
分岐溝２０１ｂもせん断溝２０１ａと同様に、等角螺旋Ｓ１に沿って設けられている。中継溝２０１ｃは、回転中心Ｃを中心とした円周に沿って形成された溝である。
【００９３】
さらに、実施の形態１の下臼２２のテーパ領域ｔｐ１に相当する領域には、供給溝２３４が設けられている。この供給溝２３４は、臼２Ａの回転により比較的大きな粉砕対象物を効果的に臼２Ａの内部に引き込む役割を有している。この供給溝２３４は、回転中心Ｃに対して回転対称に複数設けられている。この供給溝２３４は、せん断溝２０１ａと同様に、等角螺旋に沿って設けられているとよい。
【００９４】
（変形例）
図２９から図３１を参照して、本実施の形態における臼２Ａの変形例として臼２Ａ’について説明する。図２９は、本実施の形態における下臼２２Ａ’の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図であり、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視図に相当する図である。図３０は、本実施の形態における下臼２２Ａ’の斜視図である。図３１は、本実施の形態における臼２Ａのさらなる変形例おける下臼２２Ａ’’の平面図である。
【００９５】
本実施の形態の変形例における臼２Ａ’の基本的構成は、上記で説明した、上臼２１および下臼２２を有する臼２Ａと同じであり、相違点は、上臼２１および下臼２２の擦り合せ面に設けられる溝形状が異なる点にある。臼２Ａ’の上臼の擦り合せ面に設けられる溝形状は、下臼２２Ａ’の擦り合せ面に設けられる溝形状と同じである。したがって、以下では、下臼２２Ａ’の擦り合せ面に設けられる溝形状について説明する。
【００９６】
図２９および図３０を参照して、本実施の形態における臼２Ａ’の下臼２２Ａ’には、実施の形態１の下臼２２と同様に、擦り合せ面には、等角螺旋に沿ってせん断溝２０１ｄおよび送り溝２０２が設けられている。さらに、隣り合うせん断溝２０１ｄとせん断溝２０１ｄとの間には、凹部２０１ｅが設けられている。
【００９７】
凹部２０１ｅは、せん断溝と同様、原料を擦りつぶす機能を持ち、その形状は、図２９に示すような略三角形の形状に限らず、四角形、台形、楕円、その他凹部を形成する形状であればどのような形状でも構わない。また、凹部２０１ｅについても、せん断溝２０１ｄと同様に、等角螺旋に沿って設けられても構わない。
【００９８】
せん断溝２０１ｄと凹部２０１ｅとの外周端部の擦り合せ面には、実施の形態１の下臼２２と同様に、平面部２０３が設けられている。
【００９９】
凹部２０１ｅは臼直径に応じてせん断溝を最密に配置する手段の一つであり、下臼だけでなく上臼にも採用可能である。中央部は溝が集中するため配置できる溝数は限定されるが、直径が大きく取れる場合はせん断溝における外周に向かう中間点にせん断溝としての凹部を複数設けることによってせん断溝を最密に配置することができる。
【０１００】
せん断溝が外周に向かうに従い、せん断溝同士の間隔が広くなり、平面部が多くなる。この平面部に凹部を設けることにより、せん断ができる有効範囲を広げることができる。
【０１０１】
本実施の形態の下臼においては、効率よくせん断溝が配置され、高い粉砕能力が実現できた。なお、せん断溝とせん断溝との間に凹部を設ける形態として、上記では、せん断溝の形状は、等角螺旋に沿ったものを例として説明したが、せん断溝の形状はこれに限られない。例えば、図３１に示すように、下臼２２Ａ’’の中心Ｃから放射状に延びた直線に沿ってせん断溝２０１ｄ’が配置されている場合や、図５および図６に示すような溝形状であっても、上記の方法で凹部を設けることにより同様の効果が期待できる。
【０１０２】
（実施の形態９：他の形態の臼形状）
上記各実施の形態においては、上臼２１の擦り合せ面２１１に設ける溝形状と下臼２２の擦り合せ面２２１に設ける溝形状とは同じであったが、本施の形態における臼２Ｂにおいては、上臼（第１臼）３６０の擦り合せ面（第１擦り合せ面）３６０ａに設ける溝形状と下臼（第２臼）３５０の擦り合せ面（第２擦り合せ面）３５０ａに設ける溝形状とに違いを持たせている。
【０１０３】
図３２から図３４を参照して、本施の形態における臼２Ｂにおける、下臼３５０、コア３５５、および上臼３６０を用いた粉砕機構の詳細構造について説明する。図３２は、本実施の形態におけるコア３５５、下臼３５０、上臼３６０の組み図を示した斜視図、図３３は、本実施の形態におけるコア３５５、下臼３５０、上臼３６０の上方側からの分解斜視図、図３４は、本実施の形態におけるコア３５５、下臼３５０、上臼３６０の下方側からの分解斜視図である。
【０１０４】
図３２を参照して、下臼３５０と上臼３６０とは、下臼３５０の擦り合せ面３５０ａと上臼３６０の擦り合せ面３６０ａとが接している。コア３５５は、下臼３５０に設置されており、上臼３６０の開口部（投入口）３６１を通って、上臼３６０の上部へ突き出している。
【０１０５】
上臼３６０に設けられるコア３５５は、外表面に螺旋状の羽根が設けられており、コア３５５が回転することにより、粉砕対象物である茶葉を臼内部に引き込む機能を有する。開口部３６１は、コア３５５よりも大きい直径（約１２ｍｍ〜１５ｍｍ程度）を有する貫通穴である。コア３５５および開口部３６１の作用により、臼２Ｂの臼擦り合せ面に良好に茶葉を案内する。
【０１０６】
図３３を参照して、コア３５５は下臼３５０のセンターに固定されている。下臼３５０の擦り合せ面３５０ａには、回転中心側から外周に向かって延びる粉砕用の粉砕溝（第２溝）３５０ｂが複数形成されている。下臼３５０およびコア３５５は、上臼３６０に対して図示する矢印Ａの方向に回転する。上臼３６０には、回転止めピン（図示省略）の入る有底穴３６２があり、回転しないように上臼保持部材３７０（図５３、図５４参照）に保持される。
【０１０７】
図３４を参照して、コア３５５は下臼３５０のセンター穴３５０ｃを貫通し、爪形状によって下臼３５０に固定されている。下臼３５０の裏面には、粉挽き軸３４５（図５３、図５４参照）に設けられた回転駆動ピン３４５ｐ（図５３、図５４参照）の入る有底穴３５０ｄが複数設けられている。
【０１０８】
上臼３６０の擦り合せ面３６０ａには、回転中心側から外周に向かって延びる粉砕用の複数の粉砕溝３６０ｂ以外に、開口部３６１を通過した粉砕対象物を、擦り合せ面３５０ａ，３６０ａへ送り込むための引き込み溝３６０ｃが形成されている。引き込み溝３６０ｃは、中心から外側に向かって螺旋状に延びる溝である。下臼３５０および上臼３６０は、材質がアルミナであり、擦り合せ面３５０ａ，３６０ａの直径は、たとえば、５０ｍｍ程度であるとよい。
【０１０９】
図３５から図３７を参照して、下臼３５０に設けられる粉砕溝３５０ｂについて説明する。図３５は、下臼３５０の斜視図、図３６は、下臼３５０のせん断溝形状を示す図、図３７は、他の形態のせん断溝形状を示す図である。
【０１１０】
図３５および図３６に示すように、下臼３５０の粉砕溝３５０ｂはせん断溝を構成している（以降、せん断溝（第２溝）３５０ｂと称する）。後述の上臼３６０の粉砕溝３６０ｂ（せん断溝３６０ｂ１、送り溝３６０ｂ２）および、引き込み溝３６０ｃとにより、臼２Ｂの、せん断溝とせん断溝による粉砕能力、送り溝とせん断溝による送り能力、引き込み溝の配置による安定的な供給と送り能力をそれぞれ分けて設定することを可能としている。
【０１１１】
せん断溝３５０ｂは、回転中心Ｃを通過しない、上述の（式１）で表わされる等角螺旋Ｓに沿う溝形状であり、溝は一定の深さで外周方向へ延びる形状である。せん断溝３５０ｂの溝幅（ｗ）を０．８ｍｍ、溝深さ（ｄ）を０．３ｍｍとし、交差角β（図４２参照）が３４°の等角螺旋であるとき、臼外形Ｄ１がφ５０ｍｍにおいて、下臼３５０にはせん断溝３５０ｂが回転対称に６８本配置されており最密に配置される。せん断回する数を増やすことで小型の臼サイズにおいても高い粉砕能力を得ることができた。
【０１１２】
図３７に、他の形態のせん断溝形状を示す。図３７に示す下臼３５０は、せん断溝３５０ｂに加え、分岐部Ｘから分かれる分岐せん断溝（第３溝）３５０ｅがさらに設けられている。分岐せん断溝３５０ｅは臼直径に応じてせん断溝を最密に配置する手段の一つであり、下臼だけでなく上臼にも採用可能である。中央部は溝が集中する為配置できる溝数は限定されるが、直径が大きく取れる場合はせん断溝における外周に向かう中間点に分岐点を複数設けることによってせん断溝を最密に配置することができる。分岐溝から更に分岐させることも可能である。
【０１１３】
下臼３５０の回転中心Ｃから分岐部Ｘまでの距離（半径）をｄＸとすると、０．２×Ｄ１≦ｄＸ≦０．６×Ｄ１の範囲に、分岐部Ｘが設けられるとよい。
【０１１４】
外径Ｄ１がφ５０ｍｍの下臼３５０において、せん断溝を最密になるように配置したとき、せん断溝が集中する中央部（ｄＸより内側）において溝が形成できない。溝が形成できない範囲では粉砕対象物を粉砕することはできず、デットスペースとなる。そこで、せん断ができる有効範囲を広げるために、分岐せん断溝３５０ｅを設けた。
【０１１５】
ｄＸ＝φ２４ｍｍの位置に分岐部Ｘを設けることで、回転中心Ｃからφ２４ｍｍの範囲では溝数３４本、φ２４ｍｍから外周部は溝数６８本確保することができ、本実施の形態の下臼において効率よくせん断溝が配置され、高い粉砕能力が実現できた。
【０１１６】
分岐部Ｘから延びる分岐せん断溝３５０ｅは、せん断溝３５０ｂと同じ曲率の等角螺旋形状（幅ｗ、傾斜面の深さｄ、および傾斜角度θも同じ）であり、せん断力を低下させることなくせん断溝を増やすことができる。たとえば、下臼３５０の外径が大きい場合は、分岐部を２つまたはそれ以上設ける場合が考えられ、擦り合せ面３５０ｂにより多くのせん断溝を配置することで、粉砕能力を増すことが可能となる。
【０１１７】
次に、図３８から図４０を参照して、上臼（第１臼）３６０について説明する。図３８は、上臼３６０の斜視図、図３９は、上臼３６０の平面図、図４０は、上臼３６０の引き込み溝３６０ｃおよび送り溝（第４溝）３６０ｂ２の範囲を示す図である。
【０１１８】
上臼３６０の擦り合せ面３６０ａには、粉砕溝３６０ｂおよび引き込み溝３６０ｃが設けられている。粉砕溝３６０ｂは、複数のせん断溝（第１溝）３６０ｂ１と、３本の送り溝３６０ｂ２とを含む。せん断溝３６０ｂ１は、回転中心Ｃに対して回転対称に複数設けられている。３本の送り溝３６０ｂ２も、回転中心Ｃに対して回転対称に複数設けられている。
【０１１９】
せん断溝３６０ｂ１は、主に粉砕対象物を粉砕するための溝であり、送り溝３６０ｂ２は、主に粉砕された粉末茶葉（粉砕された茶葉）を、臼の中心部から外周部に送る溝である。せん断溝３６０ｂ１および送り溝３６０ｂ２は、等角螺旋に沿った形態を有している。
【０１２０】
せん断溝３６０ｂ１は、回転中心Ｃを通過しない、上述の（式１）、（式２）を用いた等角螺旋Ｓ１に沿う溝形状であり、溝は一定の深さで外周方向へ延びる形状である。この時の溝幅ｗを０．８ｍｍ、深さ（ｄ）を０．３ｍｍとし、交差角β（図４２参照）が３４°の等角螺旋であるとき、臼外形Ｄ１がφ５０ｍｍにおいて、上臼３６０にはせん断溝３６０ｂ１が回転対称に７２本配置されており最密に配置される。せん断する回数を増やすことで小さい臼サイズにおいても高い粉砕能力を得ることができた。
【０１２１】
図３９に示すように、上臼３６０の開口部３６１の内周面３６１ａから擦り合せ面３６０ａに向かう領域に、螺旋状に延びる３本の引き込み溝３６０ｃが設けられている。この引き込み溝３６０ｃは、開口部（投入口）３６１に開口した形状をとり、コア３５５の回転するすぐ横に配置されることで、粉砕対象物が引き込み溝３６０ｃにスムーズに送られていく。
【０１２２】
図４０に示すように、引き込み溝３６０ｃは、開口部（投入口）３６１に開口した形状を有するとともに、引込終端径ｄ６に向け傾斜する等角螺旋に沿う溝になっている。粉砕対象物を引掛けつつ、内部へ送る形状を有している。特に、粉砕対象物が茶葉の場合では、開口部（投入口）３６１で深さ２ｍｍ、幅７ｍｍの溝で始まり、引き込み溝終端径ｄ６がφ１８ｍｍのとき、深さ０．５ｍｍ、幅０．８ｍｍの送り溝３６０ｂ２に連続するようにスムーズに傾斜しており、粉砕対象物（茶葉）の最適なサイズになっている。このように、この引き込み溝３６０ｃの終端は送り溝３６０ｂ２の先端部に滑らかに接続しており、引き込まれた粉砕対象物は上臼３６０と下臼３５０との擦り合せ面に侵入することが可能となる。
【０１２３】
本実施の形態における、上臼３６０の送り溝３６０ｂ２の形状は、回転中心Ｃを通過しない、上述の（式１）、（式２）を用いた等角螺旋Ｓ２に沿う溝形状であり、送り溝終端径ｄＥとｄ６に挟まれる範囲に配置される。この時ｄ６≦０．５×Ｄ１、ｄＥ≦０．９×Ｄ１がそれぞれ成り立つ。送り溝３６０ｂ２の終端径ｄＥの擦り合せ面３６０ａからの深さｄは、０．１ｍｍ≦ｄ≦２ｍｍの範囲である。
【０１２４】
粉砕対象物が特に茶葉の場合は、引き込み溝３６０ｃの終端径ｄ６＝φ１８ｍｍ、送り溝３６０ｂ２の終端径ｄＥ＝φ３４、ｄ＝０．１ｍｍのとき最適となり、引き込み溝３６０ｃの終端径で幅（ｗ）＝０．８ｍｍ、深さ（ｄ）＝０．８ｍｍの溝が、送り溝３６０ｂ２の終端径ｄＥ＝φ３４ｍｍのラインに挟まれる範囲で、外周に向かって浅くなるように配置される。
【０１２５】
送り溝３６０ｂ２の、上記図１７および図１８に準じる傾斜面（ｔ）の擦り合せ面３６０ａに対する傾斜角度θは、０°≦θ≦４．５°であり、θ＝０．５°において最適となる。
【０１２６】
引き込み溝３６０ｃおよび送り溝３６０ｂ２は、複数配することで、粉砕対象物の送りスピードを調整することが可能である。２つ配置することで１つ配置したときよりも処理時間を早くできる。本実施の形態では、開口部（投入口）３６１の内径がφ１２ｍｍにおいて、引き込み溝３６０ｃおよび送り溝３６０ｂ２を３本配置することで処理時間が最適に設定されている。
【０１２７】
なお、本実施の形態では、引き込み溝３６０ｃおよび送り溝３６０ｂ２を上臼３６０に設けた場合について説明しているが、下臼３５０にも配置されていてもよく、下臼３５０に追加することで粉砕対象物の送りスピードを更に速くすることが可能となる。
【０１２８】
本実施の形態である下臼３５０に取り付けられたコア３５５を用いる方式においては、上臼３６０に引き込み溝３６０ｃおよび送り溝３６０ｂ２を配置することで、せん断範囲を広く確保でき、茶葉の引込と送りを増やしつつ、粉砕効率が良い設定が可能となる。また、臼の溝に粉砕途中で残ってしまう茶葉のロスを最小にし、同時に下臼３５０は略放射状の溝に限定される為清掃性も改善される。
【０１２９】
なお、引き込み溝３６０ｃについては、上臼３６０にのみ設ける場合、下臼３５０にのみ設ける場合、上臼３６０および下臼３５０のいずれにも設ける場合が考えられる。同様に、送り溝３６０ｂ２についても、上臼３６０にのみ設ける場合、下臼３５０にのみ設ける場合、上臼３６０および下臼３５０のいずれにも設ける場合が考えられる。
【０１３０】
ここで、図４１および図４２を参照して、上臼の溝と下臼の溝との交差角における、粉砕対象物に対するせん断力および送り能力について説明する。図４１は、上臼の溝と下臼の溝との交差角とせん断力との関係、および、上臼の溝と下臼の溝との交差角と送り能力との関係を示す図、図４２は、臼の交差角を示す図である。図４２に示すように、平面に見た場合において、上臼３６０のせん断溝３６０ｂ１と下臼３５０のせん断溝３５０ｂとの交差角をβとする。
【０１３１】
図５から図１０を用いて説明したように、背景技術における臼の擦り合せ面においては、従来の直線溝形状が採用され、溝の交差による破砕対象物の破砕は、溝同士の交差角に注目すると、交差する角度がまちまちであることが分かる。この交差角は０°から９０°の範囲でバラツキ、直線溝同士の交差では上臼の溝と下臼の溝とが平面的に見た場合に重なり合う瞬間もあるため、必ずしも最適ではなかった。
【０１３２】
上臼の溝と下臼の溝との交差角は、大きいほどせん断力が大きく、粉砕対象物が逃げやすい。一方、上臼の溝と下臼の溝との交差角が小さいほどせん断力は小さく、せん断対象は逃げにくいことが一般的に分かっている。
【０１３３】
図４１に示すように、交差角β（図４２参照）とする時、１０°≦β≦５０°の範囲で効果的にせん断可能で、特に交差角が３０°程度で効率がよいことが実験により分かっている。また、せん断溝に等角螺旋に沿う形状を選定することで、上記実施の形態で説明したように、常に同じ交差角が得られ、効率的な粉砕を可能とする。
【０１３４】
本実施の形態の臼２Ｂ（下臼３５０／上臼３６０）において、擦り合せ面３５０ａ，３６０ａの最外周の縁部には溝が存在しない平坦部ｆ（図３５、図３８参照）が、全周０．５ｍｍ≦ｗ≦１．５ｍｍの範囲で設けられている。
【０１３５】
また、せん断溝３５０ｂ、３６０ｂ１は、回転中心Ｃに向かって深くなる傾斜面ｔを有し（図１７、図１８に準じる）、傾斜面ｔの最外周側の上記擦り合せ面３５０ａ，３６０ａからの深さｄは、０．１ｍｍ≦ｄ≦１ｍｍの範囲であり、傾斜面ｔの上記擦り合せ面３５０ａ，３６０ａに対する傾斜角度θは、０°≦θ≦４．５である。また、本実施の形態では傾斜角度θが０°、深さｄを０．３ｍｍとすることで、溝に残るロスとなる粉末を低減することが可能である。
【０１３６】
図４３を参照して、本実施の形態では、臼２Ｂ（下臼３５０／上臼３６０）の中央部にはテーパ領域を設けておらず、擦り合せ面３５０ａ，３６０ａと同じ平面となっている。臼２Ｂ（下臼３５０／上臼３６０）の擦り合せ面３５０ａ，３６０ａの外径がφ５０ｍｍのときに最適になるような構成になっており、粉砕対象物を断続的に臼２Ｂの内部へ送り込むために、コア３５５を採用している。コア３５５は、下臼３５０中央部に取り付けられ、上臼３６０の中央部に設けられた穴３６１を貫通する。下臼３５０の回転に合せコア３５５が回転し、コア３５５に備えられた螺旋羽根に沿って臼２Ｂの内部に効率よく送られる。
【０１３７】
擦り合せ面３５０ａ，３６０ａを最大限に確保するために、上臼３６０の中央部の粉砕対象物の開口部（投入口）３６１を最小に抑えた形状が望ましく、粉砕対象物が茶葉の場合は、開口部（投入口）３６１の内径をφ１２ｍｍとし、コア３５５の外径および下臼３５０の中央の取り付け部３５０ｚの内径をφ１０ｍｍに設定することで、茶葉を効率よく引き込むことができる。
【０１３８】
なお、上記各実施の形態における臼の構成においては、上臼と下臼との構成を上下入れ替えて用いることも可能である。
【０１３９】
（実施の形態１０）
また、臼の形状は上記各実施の形態で示した円板形状に限られない。たとえば、実施の形態１０として図４４に示すような擂鉢状の臼であってもよい。図４４から図５２を参照して、本実施の形態の擂鉢状の臼２Ｃについて説明する。
【０１４０】
図４４は、臼２Ｃの構造を示す全体図、図４５は、上臼４１の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図であり、図４４中の矢印ＸＬＶ方向に沿って見た図（見上げ図）である。図４６は、上臼４１の回転中心Ｃの回転軸に沿って切った断面図、図４７は、上臼４１を図４４中の矢印ＸＬＶＩＩ方向に沿って見た図（見下げ図）、図４８は、上臼４１を外側から見た側面図である。
【０１４１】
図４９は、下臼４２の擦り合せ面に設けられる溝形状を示す図であり、下臼４２を図４４中の矢印ＸＬＶＩＩ方向に沿って見た図（見上げ図）である。図５０は、下臼４２の回転中心Ｃの回転軸に沿って切った断面図、図５１は、下臼４２を図４４中の矢印ＸＬＶ方向に沿って見た図（見上げ図）、図５２は下臼４２を外側から見た側面図である。
【０１４２】
図４４を参照して、本実施の形態における臼２Ｃは、擦り合せ面２１１ａが設けられる上臼４１、および、擦り合せ面２２１ａが設けられる下臼４２を備える。上臼４１および下臼４２ともに、擂鉢形状を有している。上臼４１および下臼４２の中心部には、回転中心Ｃが規定されている。
【０１４３】
図４５および図４６を参照して、上臼４１の擦り合せ面２１１ａには、平面部２０３ａと、せん断溝２０１ｆと、送り溝２０２ａとが形成されている。また、図４９および図５０を参照して、下臼４２の擦り合せ面２２１ａには、平面部２０３ａと、せん断溝２０１ｆとが形成されている。下臼４２には送り溝が形成されていないが、上臼４１と同様に送り溝を追加してもよい。下臼４２にも送り溝を追加することで、茶葉の送りをより早くすることが可能となる。
【０１４４】
上臼４１の擦り合せ面２１１ａと下臼４２の擦り合せ面２２１ａとが対向配置されることで、図４４の矢印ＸＬＶＩＩ方向に沿って見た場合には、上臼４１の擦り合せ面２１１ａに設けられた溝と下臼４２の擦り合せ面２２１ａに設けられた溝とは、回転中心Ｃを中心とした点対称の配置関係となる。
【０１４５】
せん断溝２０１ｆは、回転中心Ｃに対して回転対称に複数設けられている。せん断溝２０１ｆは、主に粉砕対象物を粉砕するための溝であり、送り溝２０２ａは、主に粉砕された粉末を、臼２Ｃの中心部から外周部に送る溝である。
【０１４６】
図４４を再び参照して、下臼４２の擦り合せ面２２１ａと上臼４１の擦り合せ面２１１ａとが当接し、回転中心Ｃを回転軸中心として、相対的に回転する。本実施の形態に示すように、臼の形状を擂鉢状にすることで、円板形状の臼よりもせん断溝を長く配置することができ、高い粉砕能力の実現を可能とする。
【０１４７】
（実施の形態１１：粉挽きユニット３００）
次に、図５３および図５４を参照して、上記臼２Ｂを備えた粉挽装置としての粉挽きユニット３００の構造について説明する。図５３は、粉挽きユニット３００の分解斜視図、図５４は、粉挽きユニット３００の縦断面図である。
【０１４８】
粉挽きユニット３００は、全体として円筒形状を有する粉挽きケース３１０を有し、下方の側面には、外部に設けられた粉挽駆動力連結機構が内部に挿入される連結用窓３１０ｗが設けられている。粉挽きケース３１０の最下端部には、粉挽きユニット３００により粉砕された茶葉粉末が取り出される（落下する）取り出し口３１０ａが形成されている。
【０１４９】
粉挽きケース３１０の内部には、下方から、粉掻き取り機３４０、下臼３５０、上臼３６０が順番に設けられている。粉掻き取り機３４０の下面には下方に延びる粉挽き軸３４５が設けられ、この粉挽き軸３４５が粉挽駆動力連結機構に連結し、下臼３５０を回転駆動させる。
【０１５０】
下臼３５０の中央部には、回転軸芯に沿って上方に向かって延びるコア３５５が設けられている。上臼３６０は、上臼保持部材３７０により保持されており、上臼保持部材３７０の内部には、上臼３６０を下方に向けて押圧するバネ３８０およびバネ保持部材３９０が収容されている。下臼３５０と上臼３６０とは、下臼３５０の擦り合せ面３５０ａと上臼３６０の擦り合せ面３６０ａとが接している。コア３５５は、下臼３５０に設置されており、上臼３６０の開口部３６１を通って、上臼３６０の上部へ突き出している。
【０１５１】
図５４を参照して、上臼３６０には、回転止めピン３９０ｐの入る有底穴３６２があり、回転しないように上臼保持部材３７０に保持される。下臼３５０の裏面には、粉挽き軸３４５に設けられた回転駆動ピン３４５ｐの入る有底穴３５０ｄが複数設けられている。
【０１５２】
外部に設けられた粉挽駆動力連結機構に粉挽き軸３４５が連結されることで、下臼３５０およびコア３５５が回転する。これにより、粉挽きユニット３００の上方から投入された茶葉等の粉砕対象物は、コア３５５の回転にしたがって、上から下へと順に送られ、図４３に示したように、粉砕対象物を効率よく臼２Ｂ内に引き込むことができる。
【０１５３】
以上、本実施の形態における臼、粉挽き機、および飲料製造装置によれば、臼の小型化を可能とする溝形状を備えた臼、この臼を備えた粉挽き機、および、この粉挽き機を備えた飲料製造装置を提供することを可能とする。
【０１５４】
上記各実施の形態における粉挽き機においては、シャフトを回転駆動させるために、モータを用いる場合について説明しているが、モータ等の電動駆動装置を用いる場合に限らず、手動によりシャフトを回転駆動させてもよい。
【０１５５】
以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１５６】
２，２Ａ，２Ａ’，２Ｂ，２Ｃ，２１Ｄ  臼、３  計量部、４  タンク、５  ヒーター、６  撹拌羽根、８  撹拌槽、９  カップ、１１  モータ、１２  撹拌モータ、２１，２１ｄ，４１  上臼、２１Ａ  第１段臼、２１Ｂ  第２段臼、２１Ｃ  第３段臼、２１ａ  第１上臼、２１ｂ  第２上臼、２１ｃ  第３上臼、２２，２２Ａ，２２Ａ’，２２Ａ’’  下臼、２２ａ  第１下臼、２２ｂ  第２下臼、２２ｃ  第３下臼、２２ｄ  中臼、２３ｄ，４２  下臼、７１，７２  電磁弁、１００  ギアボックス、１０１  固定リブ、１０２  固定ねじ、１０３  ブレード、１０３ａ  回転プレート、１０３ｂ  擦りきりプレート、１０３ｃ  キーブロック、１０３ｄ  軸芯穴、１５０  投入口、２０１，２０１ｄ，２０１ｄ’，２０１ｆ  せん断溝（第１溝）、２０１ｅ  凹部、２０２，２０２ａ  送り溝（第４溝）、２０３，２０３ａ  平面部、２０４  穴、２１１，２１１ａ  擦り合せ面、１１１  シャフト、１１１Ｋ  キー、１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ  投入口、２０１ａ  せん断溝、２０１ｂ  分岐溝、２０１ｃ  中継溝、２１０  第１ギア、２１３  モータギア、２２０  第２ギア、２２１  擦り合せ面、２５０  筐体、２５０ｒ  回転止めリブ、２３４  供給溝、３００  粉挽きユニット、３１０  粉挽きケース、３１０ａ  取り出し口、３１０ｗ  連結用窓、３４０  粉掻き取り機、３４５  粉挽き軸、３４５ｐ  回転駆動ピン、３５０  下臼、３５０ａ  擦り合せ面、３５０ｂ  せん断溝（粉砕溝：第２溝）、３５０ｄ  有底穴、３５０ｃ  センター穴、３５０ｄ  有底穴、３５０ｅ  分岐せん断溝（第３溝）、３５０ｚ  取り付け部、３５５  コア、３６０  上臼、３６０ａ  擦り合せ面、３６０ｂ  粉砕溝、３６０ｂ１  せん断溝（第１溝）、３６０ｂ２  送り溝（第４溝）、３６０ｃ  引き込み溝、３６１  開口部（投入口）、３６１ａ  内周面、３６２  有底穴、３７０  上臼保持部材、３８０  押圧するバネ、３９０  バネ保持部材、３９０ｐ  回転止めピン、１０００  粉挽き機、２０００  飲料製造装置、Ｃ  回転中心。
【図１】
2018075562.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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