(57)【要約】【課題】本発明は、新規な機構により被攪拌物を攪拌することにより被攪拌物を混合することができる攪拌装置を得ることを目的とする。【解決手段】本発明の攪拌装置１００は、被攪拌物１０４ａを攪拌するための攪拌部材１０５ａを駆動する駆動手段１００ｂを備え、攪拌部材１０５ａは、公転しながら公転方向と逆方向に自転する回転軸であるｒ軸を有し、駆動手段１００ｂは、攪拌部材１０５ａにより被攪拌物１０４ａを少なくとも混合するように構成されている。【選択図】図３２
2018086063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被攪拌物を攪拌するための攪拌部材を駆動する駆動手段を備え、
該攪拌部材は、ｒ軸を有し、
該駆動手段は、該被攪拌物を少なくとも混合するように構成されている、攪拌装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記被攪拌物を混練するようにさらに構成されている、請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記被攪拌物を混合することと混練することとを切り替えるように構成されている、請求項２に記載の攪拌装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記攪拌部材の自転係数を調整することにより、前記被攪拌物を混合することと混練することとを切り替えるように構成されている、請求項３に記載の攪拌装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記自転係数を調整可能な範囲に前記自転係数が２以下である領域を含むように構成されている、請求項４に記載の攪拌装置。
【請求項６】
前記駆動手段は、
前記自転係数を１以下となるように調整することにより、前記被攪拌物を混合することを実行し、
該自転係数を１より大きくなるように調整することにより、該被攪拌物を混練することを実行するように構成されている、請求項４または請求項５に記載の攪拌装置。
【請求項７】
前記駆動手段は、前記自転係数を調整することにより、前記攪拌部材の先端が公転方向と異なる方向に移動しながら前記被攪拌物を混練する第１の混練状態と、該攪拌部材の先端が公転方向と同じ方向に移動しながら該被攪拌物を混練する第２の混練状態とを切り替えるように構成されている、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の攪拌装置。
【請求項８】
前記駆動手段は、Ｑ軸を有するさらなる攪拌部材を駆動するように構成されており、
前記駆動手段は、前記ｒ軸を有する攪拌部材と該Ｑ軸を有するさらなる攪拌部材とにより前記被攪拌物を混合することと、該Ｑ軸を有するさらなる攪拌部材により該被攪拌物を混合しながら該ｒ軸を有する攪拌部材により該被攪拌物を混練することとを切り替えるように構成されている、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、攪拌装置に関し、特に、新規な機構により被攪拌物を攪拌することにより被攪拌物を混合する攪拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半固体状態の食品材料、例えば、パン生地、餃子の皮の生地、お菓子の餡子、練り物（蒲鉾、竹輪、はんぺん、ソーセージなど）の製造には、遊星運動を利用して被攪拌物を攪拌する装置が多用されている。例えば、特許文献１には、パン生地の素材となる小麦粉などを混練する装置として、ｒ軸を有する攪拌部材およびＱ軸を有する攪拌部材を備えたものが開示されている。
【０００３】
この装置では、小麦粉に水を添加した小麦粉ドウを剪断応力によりずり変形させて練る混練動作はｒ軸を有する攪拌部材により行われ、小麦粉ドウの素材を分散させて混ぜる混合動作は、Ｑ軸を有する攪拌部材により行われている。ｒ軸およびＱ軸については、本発明の原理の説明で後述する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように、小麦粉ドウの混合には、ｒ軸を有する攪拌部材とは別の攪拌部材を有する攪拌装置が用いられている。なぜなら、従来のｒ軸を有する攪拌部材を備えた攪拌装置では、小麦粉ドウを攪拌すると、小麦粉ドウを混練する作用が働くこととなり、小麦粉ドウを良好に混合することができないからである。
【０００６】
本発明は、新規な機構により被攪拌物を攪拌することにより被攪拌物を混合することができる攪拌装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る攪拌装置は、被攪拌物を攪拌するための攪拌部材を駆動する駆動手段を備え、該攪拌部材は、ｒ軸を有し、該駆動手段は、該被攪拌物を少なくとも混合するように構成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【０００８】
本発明の１つの実施形態では、前記駆動手段は、前記被攪拌物を混練するようにさらに構成されている。
【０００９】
本発明の１つの実施形態では、前記駆動手段は、前記被攪拌物を混合することと混練することとを切り替えるように構成されている。
【００１０】
本発明の１つの実施形態では、前記駆動手段は、前記攪拌部材の自転係数を調整することにより、前記被攪拌物を混合することと混練することとを切り替えるように構成されている。
【００１１】
本発明の１つの実施形態では、前記駆動手段は、前記自転係数を調整可能な範囲に前記自転係数が２以下である領域を含むように構成されている。
【００１２】
本発明の１つの実施形態では、前記駆動手段は、前記自転係数を１以下となるように調整することにより、前記被攪拌物を混合することを実行し、該自転係数を１より大きくなるように調整することにより、該被攪拌物を混練することを実行するように構成されている。
【００１３】
本発明の１つの実施形態では、前記駆動手段は、前記自転係数を調整することにより、前記攪拌部材の先端が公転方向と異なる方向に移動しながら前記被攪拌物を混練する第１の混練状態と、該攪拌部材の先端が公転方向と同じ方向に移動しながら該被攪拌物を混練する第２の混練状態とを切り替えるように構成されている。
【００１４】
本発明の１つの実施形態では、前記駆動手段は、Ｑ軸を有するさらなる攪拌部材を駆動するように構成されており、前記駆動手段は、前記ｒ軸を有する攪拌部材と該Ｑ軸を有するさらなる攪拌部材とにより前記被攪拌物を混合することと、該Ｑ軸を有するさらなる攪拌部材により該被攪拌物を混合しながら該ｒ軸を有する攪拌部材により該被攪拌物を混練することとを切り替えるように構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、新規な機構により被攪拌物を攪拌することにより被攪拌物を混合することができる攪拌装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、攪拌部材の動きを模式的に説明するための図であり、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸、Ｑ軸、Ｑｒ軸の攪拌部材の動きを示し、図１（ｄ）、図１（ｅ）、図１（ｆ）はそれぞれ、ｒ軸、Ｑ軸、Ｑｒ軸の攪拌部材の先端（フック先端）の軌跡を示す。
【図２】図２は、ｒ軸の自転係数と攪拌部材の先端の最大加速度（フック先端最大加速度）との関係をグラフで示す図である。
【図３】図３は、ｒ軸の自転係数と作用角度との関係をグラフで示す図である。
【図４】図４は、ｒ軸の自転係数とフック先端が容器内壁面に最接近したときの攪拌部材の先端の回転方向（先端回転方向）との関係をグラフで示す図である。
【図５】図５は、図２〜図４に示すグラフを対比して示す図である。
【図６】図６は、Ｑ軸の自転係数と、フック先端最大加速度、作用角度、先端回転方向のそれぞれとの関係をグラフで示す図である。
【図７】図７は、図５に示されるフック先端最大加速度、作用角度、先端回転方向の変化から読み取れるｒ軸の攪拌部材による作用、および図６に示されるフック先端最大加速度、作用角度、先端回転方向の変化から読み取れるＱ軸の攪拌部材による作用、およびＱｒ軸の攪拌部材による作用をまとめて示す図である。
【図８】図８は、小麦粉ドウの混合作用および混練作用を説明するための図である。
【図９】図９は、小麦粉ドウの混合作用および混練作用を説明するための図であり、図９（ａ）は、混合される小麦粉ドウにおける水、澱粉、水和物を模式的に示し、図９（ｂ）は、混練される小麦粉ドウにおけるグルテンの網目構造の変化を模式的に示す。
【図１０】図１０は、実験に用いた８個の小麦粉ドウのサンプル（試料１〜試料８）を示す図である。
【図１１】図１１は、これらの試料１〜試料８を用いた実験結果を示す図であり、図１１（ａ）は、自転係数と水和度（％）との関係を示し、図１１（ｂ）は、自転係数と蒸発速度（％／６０分）との関係を示している。
【図１２】図１２は、攪拌部材の公転中心Ｃ０をＸＹ座標の原点にとり、攪拌部材の先端（フック先端）Ｅａの位置（ＸＹ座標のｘ座標およびｙ座標）を攪拌部材の公転角度ｔで表す関係式の導出方法を説明するための図である。
【図１３】図１３は、公転角度と、フック先端距離（攪拌部材の先端から容器内壁までの距離）、フック先端の速さ、フック先端の加速度との関係をグラフで示す図である。
【図１４】図１４は、作用点Ｐａにおいて作用角度を定義する方法を説明するための図であり、図１４（ａ）は、作用角度の定義に用いる点Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰａ１、Ｐｂ１、Ｐｃ１を示し、図１４（ｂ）は、点Ｐａ１、Ｐｂ１、Ｐｃ１の位置関係を拡大して示し、図１４（ｃ）は、作用角度θａの定義を示す。
【図１５】図１５は、式Ｆ２０による作用点距離（作用点から容器内壁面までの距離）Ｌａの計算例（図１５（ａ））および式Ｆ２１による作用角度θａの計算例（図１５（ｂ））を示す図である。
【図１６】図１６は、攪拌部材の先端の速さ（フック先端速さ）およびフック先端最大加速度の計算結果を説明するための図であり、図１６（ａ）は、ｒ軸自転係数に対する計算結果を示し、図１６（ｂ）は、Ｑ軸自転係数に対する計算結果を示す。
【図１７】図１７は、ｒ軸自転係数と中心接近時速さ、内壁接近時速さ、フック先端最大加速度の絶対値との関係を示す図であり、図１６（ａ）の自転係数が０〜４の範囲を拡大したものである。
【図１８】図１８は、Ｑ軸自転係数と中心接近時速さ、内壁接近時速さ、フック先端最大加速度の絶対値との関係を示す図である。
【図１９】図１９は、図１７に示すｒ軸自転係数と中心接近時速さ、内壁接近時速さ、フック先端最大加速度の絶対値との関係、および図１８に示すＱ軸自転係数と中心接近時速さ、内壁接近時速さ、フック先端最大加速度の絶対値との関係から、新しい自転係数の３つの領域Ｉ〜ＩＩＩ、および従来から用いられている自転係数の領域ＩＶのそれぞれでの攪拌動作の特徴をまとめて示す図である。
【図２０】図２０は、自転係数の領域Ｉ−１（自転係数＝０．５３３３）での攪拌部材の先端（フック先端）の動きを説明するための図であり、図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２０（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【図２１】図２１は、自転係数の領域Ｉ−２（自転係数＝０．９５３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２１（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【図２２】図２２は、自転係数の領域ＩＩ（自転係数＝１．２３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２２（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【図２３】図２３は、自転係数の領域ＩＩＩ−１（自転係数＝１．５３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２３（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す図である。
【図２４】図２４は、自転係数の領域ＩＩＩ−２（自転係数＝１．７３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す図である。
【図２５】図２５は、自転係数の領域ＩＶ−１（自転係数＝２．５３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が３／８、７／８、１１／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２５（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が３／８、７／８、１１／８であるときのフック先端軌跡を示す図である。
【図２６】図２６は、自転係数の領域ＩＶ−１（自転係数＝４．５３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が２／８、３／８、５／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２６（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が２／８、３／８、５／８であるときのフック先端軌跡を示す図である。
【図２７】図２７は、自転係数の領域ＩＶ−２（自転係数＝７．５３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が１／８、２／８、４／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が１／８、２／８、４／８であるときのフック先端軌跡を示す図である。
【図２８】図２８は、自転係数の領域ＩＶ−２（自転係数＝２０．５３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２８（ａ）は、ｒ軸の公転回数が１／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２８（ｂ）は、Ｑ軸の公転回数が１／８であるときのフック先端軌跡を示す図である。
【図２９】図２９は、ｒ軸の臨界自転係数でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、内壁面接近時臨界自転係数（１．６７８）におけるｒ軸の公転回数が２４／８、４８／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２９（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、中心接近時臨界自転係数（０．３２２）におけるＱ軸の公転回数が２４／８、４８／８であるときのフック先端軌跡を示す図である。
【図３０】図３０は、ｒ軸の自転係数が１であるときのフック先端軌跡を説明するための図であり、図３０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が４／８、８／８であるときのフック先端軌跡を示し、図３０（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が４／８、１６／８であるときのフック先端軌跡を示す図である。
【図３１】図３１は、自転係数の小数点以下の値の選び方を説明するための図であり、図３１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、Ｑ軸の自転係数として４．０、４．０８３３３を選択した場合のフック先端の軌跡を示す図である。
【図３２】図３２は本発明の実施形態１による攪拌装置を説明するための図であり、図３２（ａ）は、攪拌装置の全体構成を示し、図３２（ｂ）〜図３２（ｄ）は、攪拌装置本体の構成例を示す。
【図３３】図３３は、図３２に示す攪拌装置１００に含まれる攪拌装置本体１００ａの具体的な構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本件発明者は、パン生地や餃子の皮の生地をおいしく焼き上げるためには、パン生地や餃子の皮の生地となる小麦粉ドウを混練する前にこれを均一に混合することが重要であることに着目し、従来小麦粉ドウの混練に用いていたｒ軸の攪拌部材により小麦粉ドウの混合を行うことができる新たな構造の攪拌装置を考え出した。
【００１８】
なお、この新たな構造の攪拌装置の対象となる被攪拌物は、小麦粉ドウなどの食品材料に限定されるものではなく、どのようなものでもよい。
【００１９】
〔明細書中の用語の定義〕
本発明は、公転しつつ自転する攪拌部材を有する攪拌装置を前提とするものであり、このような攪拌装置には、ｒ軸を有するもの、Ｑ軸を有するもの、ｒ軸およびＱ軸の両方（以下、Ｑｒ軸という。）を有するものがある。
【００２０】
そこで、まず、本願明細書で用いる用語「ｒ軸」、「Ｑ軸」、「Ｑｒ軸」、「混合」、「混練」、「自転係数」を以下の通り定義する。
【００２１】
「ｒ軸」は、公転しながら公転方向と逆方向に自転する攪拌部材の回転軸とする。
【００２２】
「Ｑ軸」は、公転しながら公転方向と同方向に自転する攪拌部材の回転軸とする。
【００２３】
「Ｑｒ軸」を有する攪拌装置は、ｒ軸を有する攪拌部材とＱ軸を有する攪拌部材とを有する攪拌装置をいう。
【００２４】
「混合」は、攪拌部材の回転力により被攪拌物が弾き飛ばされて被攪拌物の素材が均一に混ざるように被攪拌物を攪拌することをいう。
【００２５】
「混練」は、攪拌部材からの剪断応力によって被攪拌物のずり変形が生じて、被攪拌物を構成する素材の粒子間の結合状態が変化するように被攪拌物を攪拌することをいう。
【００２６】
「自転係数」は、公転しながら自転する攪拌部材の回転軸が１公転する間に何回自転するかを示す値である。
【００２７】
なお、以下の説明では、ｒ軸を有する攪拌部材およびその自転係数を、ｒ軸の攪拌部材およびｒ軸の自転係数ともいい、Ｑ軸を有する攪拌部材およびその自転係数を、Ｑ軸の攪拌部材およびＱ軸の自転係数ともいう。
【００２８】
〔本発明に係る攪拌装置の原理〕
次に、本発明に係る攪拌装置の原理について説明する。
【００２９】
図１は、攪拌部材の動きを模式的に説明するための図であり、図１（ａ）は、ｒ軸の攪拌部材の動きを示し、図１（ｂ）は、Ｑ軸の攪拌部材の動きを示し、図１（ｃ）は、Ｑｒ軸を構成するＱ軸およびｒ軸の攪拌部材の動きを示し、図１（ｄ）は、ｒ軸の攪拌部材の先端の軌跡を示し、図１（ｅ）は、Ｑ軸の攪拌部材の先端の軌跡を示し、図１（ｆ）は、Ｑｒ軸を構成するＱ軸およびｒ軸の攪拌部材の先端の軌跡を示す。
【００３０】
ここで、ｒ軸１ａを有する攪拌装置１１０ａは、図１（ａ）に示すように、ｒ軸１ａに取り付けられた攪拌部材１０５ａが攪拌容器１０４内で公転中心Ｃ０の周りを公転しながら、すなわち、ｒ軸１ａが公転軌道Ｔｒｃ上を移動しながら、公転方向とは逆方向に自転するように構成されている。攪拌部材１０５ａの先端（フック先端）Ｅａが描く軌跡（フック先端軌跡）Ｔａは、図１（ｄ）に示すようにアルファベットの小文字のｒに似ていることからｒ軌跡ともいう。
【００３１】
Ｑ軸１ｂを有する攪拌装置１１０ｂは、図１（ｂ）に示すように、Ｑ軸１ｂに取り付けられた攪拌部材１０５ｂが攪拌容器１０４内で公転中心Ｃ０の周りを公転しながら、すなわち、Ｑ軸１ｂが公転軌道Ｔｒｃ上を移動しながら、公転方向と同じ方向に自転するように構成されている。攪拌部材１０５ｂの先端（フック先端）Ｅｂが描く軌跡（フック先端軌跡）Ｔｂは、図１（ｅ）に示すように、アルファベットの大文字のＱに似ていることからＱ軌跡ともいう。
【００３２】
Ｑｒ軸を有する攪拌装置１００ａは、図１（ｃ）に示すように、Ｑｒ軸を構成するｒ軸１ａに取り付けられた攪拌部材１０５ａとＱｒ軸を構成するＱ軸１ｂに取り付けられた攪拌部材１０５ｂとが、攪拌容器１０４内で互いに逆方向に自転しながら公転するものである。この攪拌装置１００ａの攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂの先端ＥａおよびＥｂが描く軌跡（フック先端軌跡）Ｔｃは、図１（ｆ）に示すように、図１（ｄ）に示される攪拌部材１０５ａのフック先端軌跡Ｔａと図１（ｅ）に示される攪拌部材１０５ｂのフック先端軌跡Ｔｂとを重ね合わせた軌跡となる。
【００３３】
このような攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂの少なくとも一方を有する従来の攪拌装置は、被攪拌物を満遍なく攪拌することを目的として高速で自転する攪拌部材をゆっくり公転させる構成を採用し、その目的を達成するために、攪拌部材を２以上の自転係数で動作させていた。その一方で、２より小さい自転係数は、今まで誰も目を向けることすらなく、２より小さい自転係数で、攪拌部材の攪拌により被攪拌物に対してどのような作用が働くかはわかっていなかった。
【００３４】
本件発明者は、３つの新たな評価要素に着目し、自転係数とこれらの評価要素との関係を論理的に解析した結果、ｒ軸を有する攪拌装置では、自転係数が２より小さい領域には、自転係数が２以上の領域で被攪拌物に働く混練作用とは異なる混合作用が被攪拌物に働く領域が存在することを見出した。
【００３５】
第１の評価要素は、作用点（フック先端の速度の変曲点）でのフック先端の加速度（フック先端最大加速度）である。第２の評価要素は、フック先端が作用点から最接近点（容器内壁面上のフック先端が最接近する点）に入射する角度（作用角度）である。第３の評価要素は、フック先端が容器内壁面に最接近したときの公転方向に対するフック先端の回転方向（先端回転方向）である。
【００３６】
ここで、被攪拌物は、混合および混練することが可能な材料であって、剪断応力が与えられることにより材料に含まれる素材の分子の構造が変化するものである。代表的な被攪拌物は、小麦粉に水を添加したもの（以下、小麦粉ドウという。）であり、パン生地、餃子の皮の生地となるものである。ただし、被攪拌物は、小麦粉ドウに限定されるものではなく、他の食品材料でもよく、さらには、被攪拌物は、食品材料には限定されず、どのような材料でもよい。ただし、以下の実施形態の説明では、混合することができ、かつ混練することができる材料を挙げる。
【００３７】
第１の評価要素としてのフック先端最大加速度は、この加速度が正である場合、すなわち、フック先端が容器内壁面に近づくにつれてフック先端の速度が増加する場合（すなわち、フック先端が増速する場合）には、被攪拌物はフック先端により弾き飛ばされることにより分散してかき混ぜられる混合作用が強く働き、他方、この加速度が負である場合、すなわち、フック先端が容器内壁面に近づくにつれてフック先端の速度が減少する場合（すなわち、フック先端が減速する場合）には、被攪拌物はフック先端から剪断応力を受けることによりずり変形が生じて練られる混練作用が強く働くものであり、このことは、ｒ軸を有する攪拌部材による混練作用と密接に関連する。
【００３８】
第２の評価要素としての作用角度は、作用角度が小さい場合、すなわち、フック先端が作用点から容器内壁面の最接近点に入射する入射角が浅い場合は、被攪拌物がフック先端から受ける剪断応力が小さいことから混練作用が弱く、他方、作用角度が大きい場合、すなわち、フック先端が作用点から容器内壁面の最接近点に入射する入射角が深い場合は、被攪拌物がフック先端から受ける剪断応力が大きく、混練作用が強いと言え、混練の強さの目安となる。
【００３９】
第３の評価要素としての先端回転方向は、混練状態がフック先端の回転方向が公転方向と異なる場合の混練作用と、フック先端の回転方向が公転方向と同じ方向である場合の混練作用とのいずれの混練作用が働いているか判断する指標となる。
【００４０】
例えば、攪拌部材のうちの被攪拌物に接触する部分（攪拌部分）が、攪拌部材の自転中心と一致した軸を有する螺旋状の構造となっている場合、攪拌部材が公転方向と同じ方向に回転したときと、公転方向と逆方向に回転したときとで、攪拌部材が被攪拌物に及ぼす攪拌作用が異なる。具体的な例として、攪拌部分の螺旋形状の向きが、時計周りに回転する攪拌部材が被攪拌物に接触したときに攪拌部材が被攪拌物を容器底面に押し付ける動作（練り込み）を行い、反時計周りに回転する攪拌部材が被攪拌物に接触したときに攪拌部材が被攪拌物を持ち上げる動作（掻き揚げ）を行うように設定されている場合を考える。このような構造の攪拌部材が、反時計回りに公転しつつ、時計周り（公転方向と逆方向）に自転するというｒ軸の攪拌部材の動きをする場合、自転係数が臨界自転係数より大きいときは、攪拌部材の先端は時計周りに回転することとなり、攪拌部材の動作は練り込みとなり、自転係数が臨界自転係数より小さいときは、攪拌部材の先端は反時計回りに回転することとなり、攪拌部材の動作は掻き揚げとなる。このため、先端回転方向は、ｒ軸を有する攪拌部材による混練が練り込み動作で行われるか掻き揚げ動作で行われるかを判定する指標となる。
【００４１】
図２は、ｒ軸の自転係数とフック先端最大加速度との関係をグラフで示す図であり、第１の評価要素に関連する。ここで、フック先端最大加速度は、フック先端が容器内壁面に接近するときの作用点での加速度である。ただし、図２に示すグラフは、作用周波数（１秒間にフック先端が攪拌容器の内壁に最接近する回数）を４Ｈｚとし、公転半径Ｈを４０ｍｍ、攪拌部材の自転中心からフック先端までの距離ｒを５９ｍｍとした場合のグラフである。この関係を規定する関数については後述する。
【００４２】
図２に示すグラフからは、自転係数が１より小さいときは、ｒ軸の攪拌部材の先端（フック先端）が攪拌容器の内壁面に最接近するときに攪拌部材の先端が増速し、自転係数が１より大きいときは、ｒ軸の攪拌部材の先端が攪拌容器の内壁面に最接近するときに攪拌部材の先端が減速し、自転係数が１であるときは、ｒ軸の攪拌部材の先端が攪拌容器の内壁面に最接近するときに攪拌部材の先端の公転の円周方向の速度が一定であることがわかる。
【００４３】
図３は、ｒ軸の自転係数と作用角度との関係をグラフで示す図であり、第２の評価要素に関連する。なお、この関係を規定する関数については後述する。
【００４４】
図３に示すグラフからは、ｒ軸の攪拌部材では、自転係数が臨界自転係数Ｃｓであるときに、作用角度が最大となり、自転係数が１．４〜２の領域では、他の自転係数の領域に比べて作用角度が大きいことがわかる。作用角度が大きいことは混練作用が強いことを示している。
【００４５】
図４は、ｒ軸の自転係数とフック先端が容器内壁面に最接近したときのフック先端の回転方向（先端回転方向）との関係を示す図であり、第３の評価要素に関連する。
【００４６】
図４に示すグラフからは、公転方向と逆方向に自転する攪拌部材であっても、自転係数が臨界自転係数Ｃｓより小さくなると、フック先端が容器内壁面に最接近したときのフック先端の回転方向が逆転して公転方向と同じ方向になることがわかる。
【００４７】
図５は、図２〜図４に示すグラフを対比させて示す図であり、図６は、Ｑ軸の自転係数と、フック先端最大加速度、作用角度、先端回転方向のそれぞれとの関係をグラフで示す図である。
【００４８】
図６に示すグラフでは、縦軸の目盛りは、フック先端最大加速度（Ｇ）、作用角度（度）、先端回転方向（公転方向と同方向：１、公転方向と逆方向：−１）に共通する目盛りである。
【００４９】
Ｑ軸の自転係数の変化に対するフック先端最大加速度、作用角度、先端回転方向の変化は、ｒ軸の自転係数に対するものと異なり単調である。図６に示すグラフからは、フック先端最大加速度は、自転係数の全領域で正であり、従って、Ｑ軸の攪拌部材は、被攪拌物に対して自転係数の全領域で、混練作用を示さず、混合作用を示すことがわかる。なお、作用角度は、自転係数の全領域で小さく、先端回転方向は、自転係数の全領域で公転と同方向である。
【００５０】
図７は、図５に示されるフック先端最大加速度、作用角度、先端回転方向の変化から読み取れるｒ軸の攪拌部材による作用、および図６に示されるフック先端最大加速度、作用角度、先端回転方向の変化から読み取れるＱ軸の攪拌部材による作用、およびＱｒ軸の攪拌部材による作用をまとめて示す。
【００５１】
図７から分かるように、ｒ軸を有する攪拌装置では、従来の自転係数の領域（自転係数が２以上）より小さい新たな自転係数の領域（自転係数が２より小さい領域）には、攪拌部材が被攪拌物に与える作用が混合作用となる領域（自転係数が１より小さい領域）が存在する。さらに、ｒ軸を有する攪拌装置では、新たな自転係数の領域（自転係数が２より小さい）には、従来の自転係数の領域（自転係数が２以上）で得られる混練作用とは異なる混練作用が得られる領域（自転係数が１より大きく臨界自転係数Ｃｓより小さい領域）が存在する。
【００５２】
Ｑ軸を有する攪拌装置では、自転係数の全領域で、混練作用は無く、混合作用が被攪拌物に働く。すなわち、Ｑ軸を有する攪拌装置では、従来の自転係数の領域（自転係数が２以上）においても、これより自転係数の小さい新たな自転係数の領域（自転係数が２より小さい領域）においても、攪拌部材が被攪拌物に与える作用が混合作用となる。
【００５３】
Ｑｒ軸を有する攪拌装置では、Ｑ軸を有する攪拌装置による混合作用と、ｒ軸を有する攪拌装置による混合作用および混練作用とが被攪拌物に働くこととなる。
【００５４】
〔自転係数と混合状態および混練状態との関係を示す実験結果〕
以下、このような論理に基づいた自転係数と混合および混練との関係の裏付けとして、自転係数と混合状態および混練状態との関係を示す実験結果について説明する。
【００５５】
この実験に用いた攪拌装置は、Ｑｒ軸を有するものであり、以下に示す実験結果は、ｒ軸およびＱ軸として機能する２つの回転軸を有する攪拌装置では、２つの回転軸の回転方向を逆転しても、２つの回転軸の一方がｒ軸として機能することとなることから従来は実現できなかった混合作用を、新たに見つけられた自転係数の領域で２つの回転軸をどちらもＱ軸による作用が出るように機能させることにより実現できることが示されている。
【００５６】
以下、論理的な推論の根拠となるこの実験について具体的に説明する。
【００５７】
この実験では、自転係数と混合の程度との関係を示すために被攪拌物の混合の程度を水和度により定量化し、自転係数と混練の程度との関係を示すために被攪拌物の混練の程度を蒸発速度により定量化しており、以下、小麦粉ドウの混合、混練が行われるメカニズムを挙げて定量化の方法を説明する。
【００５８】
図８および図９は、小麦粉ドウの混合作用および混練作用を説明するための図であり、図９（ａ）は、混合される小麦粉ドウにおける水、澱粉、水和物を模式的に示し、図９（ｂ）は、混練される小麦粉ドウにおけるグルテンの網目構造の変化を模式的に示す。
【００５９】
図８に示すように、小麦粉１１に水１２を加えて得られた小麦粉ドウ１０を混合する混合作用により、小麦粉１１に含まれるグルテン（たんぱく質）１１ｂに水１２が付着する水和により水和物が生成され、このように生成された水和物が図９（ａ）に示すように澱粉１１ａの周りに均一に分散する。
【００６０】
小麦粉ドウ１０の混合により、図９（ａ）に示すように、小麦粉に含まれるグルテンと水との水和物１５が生成され、生成された水和物１５により、小麦粉１１に含まれる澱粉１１ａが包まれる。これにより、小麦粉１１の粒子の周りの空気１３が、水和物１５により置換される。従って、小麦粉１１の混合が進むにつれて、小麦粉ドウ１０に含まれる空気１３の量が少なくなる。
【００６１】
その後、小麦粉ドウ１０を混練する混練作用により、グルテン１１ｂの網目構造が構築され、混練が進むに従って図９（ｂ）に矢印および水和物の濃さで示すように、混練の程度が大きくなる。
【００６２】
上述したように、小麦粉１１の混合が進むにつれて、小麦粉ドウ１０に含まれる空気１３の量が少なくなる。また、小麦粉ドウに含まれる空気が少ないほど、小麦粉ドウを容器に詰めて加圧したときの体積の変化が小さい。これらのことから、小麦粉ドウを容器に詰めたときの体積と、小麦粉ドウを容器に詰めた状態で加圧したときの体積との変化の割合を、小麦粉ドウがどの程度混合されたかを示す指標とできることがわかる。
【００６３】
また、小麦粉ドウ１０の混練が進むことにより、小麦粉ドウ１０における水和物１５を構成するグルテンの網目構造が強固になるにつれて、加熱時に小麦粉ドウの表面から蒸発する水分が少なくなる。このことから、小麦粉ドウを乾燥させたときに、単位時間当たりに蒸発する水分量（蒸発速度）が少ないほど混練の程度が大きいということになり、蒸発速度を混練の程度の指標とすることができることがわかる。
【００６４】
図１０は、実験に用いた８個の小麦粉ドウのサンプル（試料１〜試料８）を示す図である。
【００６５】
それぞれの試料１〜試料８は、３００ｇの小麦粉に４０％の水を添加した小麦粉ドウを、図１０に示す自転係数で攪拌したものとした。ここで、フック軌跡の「Ｑｒ」は、測定用攪拌装置がＱｒ軸を有することを示す。攪拌部材としての「スクリュービーター」は、攪拌部材の両端から自転中心までの距離が等しく、攪拌部材が１回転したとき、攪拌部材の一端と他端とがそれぞれ１回づつ容器内壁に接近する構造の攪拌部材である。加水率（％）の「４０」は、小麦粉３００（ｇ）に対してその４０％（１２０（ｇ））の水を加えることを示し、水添加方法の「一括」は、小麦粉に対して必要な量の水を一度に投入することを示している。
【００６６】
羽根方向の「練り込み」は、Ｑｒ軸を有する測定用攪拌装置で試料の攪拌を行う際、ｒ軸の攪拌部材による攪拌もＱ軸の攪拌部材による攪拌も練り込み動作となる方向にこれらの攪拌部材を自転させたことを示している。
【００６７】
すなわち、この測定用攪拌装置では、ｒ軸の攪拌部材の形状が、Ｑ軸の攪拌部材を鏡に映したときに得られる形状となっており、かつ、ｒ軸の攪拌部材とＱ軸の攪拌部材とは互いに逆方向に自転するように構成されている。従って、ｒ軸の攪拌部材を第１の方向に自転させ、Ｑ軸の攪拌部材を第１の方向と逆の第２の方向に自転させたときには、ｒ軸の攪拌部材およびＱ軸の攪拌部材ともに被攪拌物に対して練り込み作用を及ぼし、逆に、ｒ軸の攪拌部材を第２の方向に自転させ、Ｑ軸の攪拌部材を第１の方向に自転させたとき、ｒ軸の攪拌部材およびＱ軸の攪拌部材とも被攪拌物に対して掻き揚げ作用を及ぼす。
【００６８】
図１０の羽根方向の「練り込み」は、このような測定用攪拌装置において、ｒ軸の攪拌部材およびＱ軸の攪拌部材を練り込み動作となるように自転させて試料の攪拌を行ったことを示している。
【００６９】
なお、図１０に示すすべての試料１〜試料８は、作用回数がすべての試料１〜試料８について２７２回となるように作用周波数および攪拌時間を調整したものである。また、公転速度の符号の「−」は、例えば、攪拌部材を上から見て時計周りを正転方向としたときの逆転方向、すなわち、反時計回りに回転させることを意味している。  図１１は、これらの試料１〜試料８を用いた実験結果を示す図であり、小麦粉ドウの混合および混練の程度の定量化の指標として、図９を参照して上述した水和度および蒸発速度を用いた。図１１（ａ）は、自転係数と水和度（％）との関係を示し、図１１（ｂ）は、自転係数と蒸発速度（％／６０分）との関係を示している。
【００７０】
小麦粉ドウの混合の程度の指標となる水和度（％）は、実験に用いたすべての試料１〜８の自転係数で１００％に近い値となっている。従って、図１１（ａ）に示すテスト条件では、どの自転係数においても、水和はほぼ終了していると思われる。ここで、水和度は、基準試料の体積に対する細密充填体積の割合としている。基準試料は、小麦粉の粒子の周りの空気が水和物と完全に置き換わったものであり、細密充填体積は、一定体積の基準試料と同じ体積の試料を容器に詰めて所定圧力で加圧したときの体積である。
【００７１】
また、小麦粉ドウの混練の程度の指標となる蒸発速度（％／６０分）は、蒸発速度（％／６０分）が大きいほど混練作用が小さいという関係を考慮すると、図１１（ｂ）からは、自転係数が臨界自転係数Ｃｓに近い程、混練作用が大きく、自転係数が５以上では混練作用は小さくほぼ一定であり、自転係数１以下では混練作用が小さくなっていることがわかる。ここで、蒸発速度（％／６０分）は、試料の質量に対する、その試料の６０分間の乾燥により蒸発した水分量の割合である。
【００７２】
この実験の結果は、Ｑｒ軸に関して論理的に検討した自転係数と混合作用および混練作用との関係（図７参照）に概ね一致していることがわかる。
【００７３】
以下、公転しかつ自転する攪拌部材の先端の位置を自転係数の関数として定義し、この関数に基づいて、自転係数と攪拌部材の先端の速度および加速度との関係を求める方法を詳しく説明する。
【００７４】
〔攪拌部材の先端の位置を自転係数の関数で表す関係式の導出〕
まず、攪拌部材の先端の位置（先端位置）を自転係数から算出するための関係式を導出する方法を説明する。
【００７５】
図１２は、攪拌部材の公転中心Ｃ０をＸＹ座標の原点にとり、攪拌部材の先端Ｅａの位置（ＸＹ座標のｘ座標およびｙ座標）を攪拌部材の公転角度ｔで表す関係式の導出方法を説明するための図である。
【００７６】
攪拌部材の先端Ｅａの位置のｘ座標、ｙ座標は、図１２に示すように、攪拌部材の公転角度ｔ、攪拌部材の回転角度ｓ、攪拌部材の公転半径Ｈ、攪拌部材の自転半径（自転中心Ｃ１から攪拌部材の先端Ｅａまでの距離）ｒを用いて、ｘ＝Ｈｃｏｓ（ｔ）＋ｒｃｏｓ（ｓ）、ｙ＝Ｈｓｉｎ（ｔ）＋ｒｓｉｎ（ｓ）と表される。なお、これらの式でｒ動作とＱ動作との違いは自転係数ｐの符号によって表される。また、攪拌部材の回転角度ｓは、公転角度ｔと自転係数ｐとを用いてｓ＝（ｐ＋１）ｔと表される。従って、ｘ座標およびｙ座標は以下のとおり式Ｆ１および式Ｆ２で表される。ここで、ｐｔは、公転角度ｔのときの自転角度である。公転半径Ｈ、自転半径ｒ、ｘ座標、ｙ座標の単位は〔ｍｍ〕であり、公転角度ｔの単位は〔ｒａｄ〕であり、自転係数ｐについては単位はなく、ｒ軸の自転係数は負の値とし、Ｑ軸の自転係数を正の値とする。
【００７７】
【数１】
2018086063.tif 000003
【００７８】
攪拌部材の先端の速度ベクトル（以下、先端速度ベクトルという。）は、式Ｆ１および式Ｆ２を微分して得られる式Ｆ４および式Ｆ５を式Ｆ３に代入することにより得られる。先端速度ベクトルの単位は、〔ｍｍ／ｒａｄ〕である。
【００７９】
【数２】
2018086063.tif 000004
【００８０】
さらに、攪拌部材の先端の速さ（以下、先端速さという。）は、ｘ軸方向の速度成分（式Ｆ４）とｙ軸方向の速度成分（式Ｆ５）とを式Ｆ６に代入することで、これらの速度成分の２乗平均（式Ｆ７）として求められる。
【００８１】
【数３】
2018086063.tif 000005
【００８２】
ここで、攪拌部材の先端が容器内壁に最も接近した時（内壁最接近時）にはｃｏｓ（ｐｔ）＝１となるので、内壁最接近時の先端速さは以下の式Ｆ８、式Ｆ９により求められる。
【００８３】
【数４】
2018086063.tif 000006
【００８４】
ここで、攪拌部材の先端が公転中心に最も接近した時（中心最接近時）にはｃｏｓ（ｐｔ）＝−１となるので、先端速さは以下の式Ｆ１０、式Ｆ１１により求められる。
【００８５】
【数５】
2018086063.tif 000007
【００８６】
ｒ軸の自転係数（負自転係数）の場合、先端速さが内壁最接近時において０になる自転係数を「ｒ軸の第１の臨界自転係数（負の臨界自転係数）」と定義する。この場合、式Ｆ９の値が０であることから、ｒ軸の第１の臨界自転係数ｐは式Ｆ９ａにより得られる。
【００８７】
【数６】
2018086063.tif 000008
【００８８】
ｒ軸の自転係数（負自転係数）の場合、先端速さが中心最接近において０になる自転係数を「ｒ軸の第２の臨界自転係数（負の臨界自転係数）」と定義する。この場合は、式Ｆ１１の値が０であることから、中心最接近時のｒ軸の第２の臨界自転係数ｐは式Ｆ１１ａにより得られる。
【００８９】
【数７】
2018086063.tif 000009
【００９０】
さらに、先端速さ（式Ｆ７）の微分により攪拌部材の先端の加速度（先端加速度）が以下の式Ｆ１２として求められる。先端加速度の絶対値の単位は、〔ｍｍ／ｒａｄ２〕である。
【００９１】
【数８】
2018086063.tif 000010
【００９２】
さらに、式Ｆ１２に下記の式Ｆ１３〜Ｆ１５を代入して係数を簡略化した後に、先端加速度（式Ｆ１２）を微分することにより、先端加速度の微分値が式Ｆ１６として得られる。
【００９３】
【数９】
2018086063.tif 000011
【００９４】
【数１０】
2018086063.tif 000012
【００９５】
次に、作用点と作用角度とを求める方法を説明する。
【００９６】
〔作用点の定義〕
作用点は、先端加速度の微分値（式Ｆ１６）が０になるときに攪拌部材の先端Ｅａが位置する点（すなわち、先端速さの変曲点）と定義される。
【００９７】
作用点の座標（ｘａ、ｙａ）は、式Ｆ１６の右辺が０となる公転角度ｔをｔａとすると、以下の式Ｆ１７と式Ｆ１８とから得られる。
【００９８】
【数１１】
2018086063.tif 000013
【００９９】
また、攪拌部材の先端と容器内壁面との距離Ｌは下記の式Ｆ１９により得られる。
【０１００】
【数１２】
2018086063.tif 000014
【０１０１】
従って、作用点と容器内壁面との最短距離（作用点距離）Ｌａは、式Ｆ１９にｘａ、ｙａを代入することにより式Ｆ２０として得られる。
【０１０２】
【数１３】
2018086063.tif 000015
【０１０３】
次に、作用点の計算例について説明する。
【０１０４】
図１３は、ｒ軸に関し、公転角度と、フック先端距離（フック先端から容器内壁までの距離）、フック先端速さ、フック先端加速度との関係をグラフで示す図である。
【０１０５】
Ｈ：公転半径＝４０ｍｍ
ｒ：羽根半径＝５９ｍｍ
ｐ：自転係数＝−４．０８３３３
これらの公転半径Ｈ、羽根半径ｒ、自転係数ｐの値を式Ｆ７に代入することにより、図１３に示す公転角度とフック先端速さの関係が得られる。ここで、式Ｆ７では、フック先端速さの単位は〔ｍｍ／ｒａｄ〕であり、図１３に示すグラフでは、フック先端速さの単位は〔ｍ／ｍｉｎ〕であり、両者は、以下の変換式Ａで変換される。
【０１０６】
〔ｍ／ｍｉｎ〕＝〔ｍｍ／ｒａｄ〕×２×π×Ｐｓ／１０００  ・・・  変換式Ａ
（Ｐｓ：公転速度（ｒｐｍ））
式Ｆ１２では、フック先端加速度の絶対値の単位は〔ｍｍ／ｒａｄ２〕であり、図１３に示すグラフでは、フック先端加速度の絶対値の単位は〔ｍｍ／ｓ２〕であり、両者は、以下の変換式Ｂで変換される。
【０１０７】
〔ｍｍ／ｓ２〕＝〔ｍｍ／ｒａｄ２〕×（２×π×Ｐｓ／１０００）２  ・・・  変換式Ｂ
（Ｐｓ：公転速度（ｒｐｍ））
〔ｍｍ／ｓ２〕は以下の変換式Ｃにより、図１６〜図１８にされるフック先端最大加速度の絶対値の単位〔Ｇ〕に変換される。
【０１０８】
なお、図１３に示すグラフは、公転速度Ｐｓが６０ｒｐｍである場合に得られたものである。
【０１０９】
〔Ｇ〕＝〔ｍｍ／ｓ２〕／９．８０６６５（ｍ／ｓ２）／１０００
ここで、９．８０６６５（ｍ／ｓ２）は、重力加速度である。
【０１１０】
また、自転係数の値を負の値としているのは以下の理由による。所定の公転方向に公転するｒ軸の公転角度を正の値とすると、公転方向と逆方向に自転するｒ軸の自転角度は、公転角度に対して負の値となる。従って、ｒ軸が１公転する間にｒ軸が何回自転するかを示す自転係数も負となる。
【０１１１】
公転半径Ｈ、羽根半径ｒ、自転係数ｐの値を式Ｆ１２に代入することにより、図１３に示す公転角度とフック先端加速度との関係が求められる。さらに、公転半径Ｈ、羽根半径ｒ、自転係数ｐの値を式Ｆ１、式Ｆ２、式Ｆ１９に代入することにより、図１３に示す公転角度とフック先端距離（攪拌部材の先端から容器内壁までの距離）との関係が得られる。
【０１１２】
さらに、式Ｆ１６＝０になる公転角度ｔａでの先端位置（ｘａ、ｙａ）を式Ｆ１７および式Ｆ１８から求め、さらに、この先端位置（ｘａ、ｙａ）を式Ｆ１９に代入することにより、式Ｆ２０から、作用点から容器内壁までの距離（作用点距離）Ｌａが計算される。ここでは、作用点距離Ｌａの具体的な計算結果は、Ｌａ＝２１．８ｍｍとなった。
【０１１３】
〔作用角度の定義〕
次に作用角度の定義について説明する。
【０１１４】
図１４は、作用点Ｐａにおいて作用角度を定義する方法を説明するための図であり、図１４（ａ）は、作用角度の定義に用いる点Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰａ１、Ｐｂ１、Ｐｃ１を示し、図１４（ｂ）は、点Ｐａ１、Ｐｂ１、Ｐｃ１の位置関係を拡大して示し、図１４（ｃ）は、作用角度θａの定義を示す。
【０１１５】
図１４に示す作用角度θａの定義は、以下の式Ｆ２１に示すとおりである。
【０１１６】
【数１４】
2018086063.tif 000016
【０１１７】
Ｌａは、上述した作用点距離であり、Ｌｂは、作用点Ｐａから最短距離にある半径（Ｈ＋ｒ）の円周Ｃｒ上の点Ｐｂから攪拌部材の先端が最接近する円周Ｃｒの点Ｐｃまでの距離である。
【０１１８】
ここで、作用点Ｐａは、攪拌部材の先端Ｅａが容器内壁（円周Ｃｒ）に向かうときのフック先端速さの変曲点であり、攪拌部材の先端Ｅａが円周Ｃｒの中心に向かうときの変曲点Ｐａ１と幾何学的には、円周Ｃｒの中心に対して同じ位置に位置していることから、計算の簡単な変曲点Ｐａ１を用いて作用角度θａ〔単位ｒａｄ〕を求める計算式（式Ｆ２１ｂ）を定義した。
【０１１９】
【数１５】
2018086063.tif 000017
【０１２０】
ここで、作用点距離Ｌａ１は、式Ｆ２０に変曲点Ｐａ１の座標（ｘａ１、ｙａ１）を代入することにより得られる。ただし、ｘ座標ｘａ１、ｙ座標ｙａ１は、式Ｆ１６〜式Ｆ１８から求められる。
【０１２１】
また、作用長さＬｂ１は、下記の式Ｆ２２に作用点角度θｂを代入することにより得られる。ここで、作用点角度θｂ〔単位ｒａｄ〕は、式Ｆ２３から求められる。
【０１２２】
【数１６】
2018086063.tif 000018
【０１２３】
【数１７】
2018086063.tif 000019
【０１２４】
図１５は、式Ｆ２０による作用点距離Ｌａの計算例（図１５（ａ））および式Ｆ２１ｂによる作用角度θａの計算例（図１５（ｂ））を示す図である。
【０１２５】
図１５（ａ）に示すように、ｒ軸では、自転係数（負自転係数）が臨界自転係数Ｃｒ及び１であるときに作用点距離Ｌａが距離０となる。ｒ軸では、自転係数が臨界自転係数Ｃｒと自転係数１との間で作用点距離Ｌａはピークとなる。ｒ軸では、自転係数が臨界自転係数Ｃｒより大きくなると、作用点距離Ｌａは大きくなるが、自転係数が１０以上では作用点距離Ｌａはほぼ一定となる。
【０１２６】
Ｑ軸では、自転係数（正自転係数）が大きくなるにつれて作用点距離Ｌａは小さくなるが、自転係数が１０以上では作用点距離Ｌａはほぼ一定となり、Ｑ軸の作用点距離Ｌａは、ｒ軸の作用点距離に近づく。
【０１２７】
図１５（ｂ）に示すように、ｒ軸では、自転係数が大きくなるにつれて作用角度θａが急激に大きくなり、自転係数が臨界自転係数Ｃｒであるときに作用角度θａが最大となり、自転係数がそれより大きくなると、作用角度θａが急激に小さくなり、自転係数が１０以上では、作用角度θａはほぼ一定となる。また、Ｑ軸では、作用角度θａは、自転係数が大きくなるにつれてやや大きくなるが、自転係数が５以上では、作用角度θａはほぼ一定となり、ｒ軸の作用角度に近づく。
【０１２８】
なお、攪拌部材の公転半径を４０（ｍｍ）、攪拌部材の自転半径ｒを５９（ｍｍ）、ｒ軸の自転係数ｐを４．０８３３３とした場合は、作用点距離Ｌａは２１．８（ｍｍ）となった。作用角度θａは、２３．９（度）となる。ただし、作用点角度θｂは２８．４（度）、作用長さＬｂは４９．１５（ｍｍ）となった。
【０１２９】
図１６は、フック先端速さ（攪拌部材の先端の速さ）およびフック先端最大加速度の絶対値の計算結果を説明するための図であり、図１６（ａ）は、ｒ軸自転係数に対する計算結果を示し、図１６（ｂ）は、Ｑ軸自転係数に対する計算結果を示す。
【０１３０】
図１６（ａ）には、ｒ軸の自転係数の変化によるフック先端の中心接近時速さの変化、内壁接近時速さの変化、およびフック先端最大加速度の絶対値の変化が示されており、中心接近時速さの変化は、式Ｆ１１に基づいたもの、内壁接近時速さの変化は、式Ｆ９に基づいたもの、フック先端最大加速度の絶対値の変化は、式Ｆ１２および式Ｆ１６に基づいたものである。内壁接近時速さの変化および中心接近時速さの変化は複雑な変化であり、このような速さの変化は、フック先端最大加速度に影響している。
【０１３１】
図１６（ｂ）には、Ｑ軸の自転係数の変化によるフック先端の中心接近時速さの変化、内壁接近時速さの変化、およびフック先端最大加速度の絶対値の変化が示されており、中心接近時速さの変化は、式Ｆ１１に基づいたもの、内壁接近時速さの変化は、式Ｆ９に基づいたもの、フック先端最大加速度の絶対値の変化は、式Ｆ１６に基づいたものである。
【０１３２】
Ｑ軸では、ｒ軸に比べて、攪拌部材先端の中心接近時速さの変化、内壁接近時速さの変化、およびフック先端最大加速度の絶対値の変化は単調である。自転係数０において、中心接近時速さ、内壁接近時速さ、およびフック先端最大加速度の絶対値とも最大値を示す。自転係数が大きくなるにつれて、中心接近時速さ、内壁接近時速さは小さくなり、同時にフック先端最大加速度の絶対値も小さくなる。また、中心接近時の速さは自転係数が変化してもそれほど変化はないが、内壁接近時の速さは大きく変化する。
【０１３３】
図１７は、ｒ軸自転係数と中心接近時速さ、内壁接近速さ、フック先端最大加速度の絶対値との関係を示す図であり、図１６（ａ）の自転係数が０〜４の範囲を拡大したものである。
【０１３４】
図１７に示すように、新しい自転係数の領域は、攪拌部材により被攪拌物に与える攪拌作用が異なる３つの領域（領域Ｉ、領域ＩＩ、領域ＩＩＩ）に分けられる。
【０１３５】
ここで、領域Ｉは、自転係数が０以上１未満の領域、領域ＩＩは自転係数が１より大きく１．４より小さい領域、領域ＩＩＩは、自転係数が１．４以上で２未満の領域である。
【０１３６】
また、図１８は、Ｑ軸自転係数と中心接近時速さ、内壁接近速さ、フック先端最大加速度との関係を示す図であり、図１６（ｂ）を拡大したものである。
【０１３７】
図１８に示すように、Ｑ軸自転係数の変化に対する中心接近時速さ、内壁接近速さ、フック先端最大加速度の絶対値の変化は単調であり、自転係数が小さい程、フック先端最大加速度の絶対値は大きくなる。自転係数が１０を超えると、フック先端最大加速度の絶対値は０に近くなり、攪拌部材の先端は等速円運動となる。
【０１３８】
図１９は、図１７に示すｒ軸自転係数と中心接近時速さ、内壁接近速さ、フック先端最大加速度の絶対値との関係、および図１８に示すＱ軸自転係数と中心接近時速さ、内壁接近速さ、フック先端最大加速度の絶対値との関係から、新しい自転係数の３つの領域Ｉ〜ＩＩＩ、および従来から用いられている自転係数の領域ＩＶのそれぞれでの攪拌動作の特徴をまとめて示している。
【０１３９】
図１９では、攪拌部材の先端（フック先端）が容器内壁面１０４ｂに最接近する前後のフック先端の動きが、ｒ軸の攪拌部材１０５ａとＱ軸の攪拌部材１０５ｂとで対比して示されている。
【０１４０】
ここで、項目「周速」は、フック先端が容器内壁面１０４ｂに最接近するときの公転方向の速さを示し、項目「加速量」は、作用点でのフック先端の加速度の大きさ（フック先端最大加速度の絶対値）を示す。図１９では、これらが、領域Ｉ−１、領域Ｉ−２、領域ＩＩ、領域ＩＩＩ−１、領域ＩＩＩ−２、領域ＩＶ−１、領域ＩＶ−２でどのように変化するかが、「大」、「中」、「小」の相対的な表記により示されている。
【０１４１】
項目「公転角度に対して」には、フック先端が容器内壁面１０４ｂに最接近するときに攪拌部材の公転方向に対して同じ方向に回転する場合が「同」という表記で示され、フック先端が容器内壁面１０４ｂに最接近するときに攪拌部材の公転方向に対して逆方向に回転する場合が「逆」という表記で示されている。
【０１４２】
項目「加速変化」には、フック先端が容器内壁面１０４ｂに最接近するときに、最接近点を通過前後にフック先端の速さが増加から減少に変化する場合が「増→減」という表記で示され、フック先端が容器内壁面１０４ｂに最接近するときに、最接近点を通過前後にフック先端の速さが減少から増加に変化する場合が「減→増」という表記で示されている。
【０１４３】
項目「作用角度」には、フック先端が容器内壁面１０４ｂに最接近するときの作用角度の大きさが「大」、「中」、「小」の相対的な表記により示されている。
【０１４４】
以下、自転係数の各領域での攪拌の特性について詳しく説明する。
【０１４５】
〔領域Ｉ−１（０〜０．７の範囲）〕
図２０は、自転係数の領域Ｉ−１での攪拌部材の先端（フック先端）の動きを説明するための図であり、図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２０（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す。なお、図２０中、太線の矢印は、フック先端の速度ベクトルを示し、以下の図２１〜図３１においても同様である。
【０１４６】
ｒ軸の自転係数が領域Ｉ−１の範囲内（０．５３３３）に設定されている場合は、図１７、図１９、および図２０（ａ）〜（ｃ）に示すように、ｒ軸の攪拌部材１０５ａの先端（フック先端）Ｅａは、Ｑ軸の攪拌部材１０５ｂの先端（フック先端）Ｅｂと同じ方向（公転方向）に回転し、かつ、容器内壁面１０４ｂに接近するフック先端は加速し、容器内壁面１０４ｂから遠ざかるフック先端Ｅａは減速する。
【０１４７】
なお、ｒ軸の攪拌部材１０５ａが所定の公転方向に対して逆方向に回転したときに攪拌部材１０５ａが被攪拌物を練り込む作用が働くように螺旋状に形成され、Ｑ軸の攪拌部材１０５ｂが所定の公転方向に対して同方向に回転したときに攪拌部材１０５ｂが被攪拌物を掻き揚げる作用が働くように螺旋状に形成されている場合、自転係数が領域Ｉ−１の範囲内に設定されると、ｒ軸の攪拌部材１０５ａおよびＱ軸の攪拌部材１０５ｂともに被攪拌物に対して掻き揚げ作用を及ぼすこととなる。また、自転係数が０．７以下である場合、ｒ軸のフック先端が容器内壁面１０４ｂに最接近するときの加速度が非常に大きく、フックに被攪拌物が付着し難い。
【０１４８】
Ｑ軸の攪拌部材１０５ｂの先端（フック先端）Ｅｂの最大加速度の絶対値は、図１８、図１９に示すように、領域Ｉ−１ではその他の領域に比べて大きい。
【０１４９】
〔領域Ｉ−２（０．７〜１の範囲）〕
図２１は、自転係数の領域Ｉ−２でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２１（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１５０】
ｒ軸の自転係数が領域Ｉ−２の範囲内（０．９５３３３）に設定されている場合は、ｒ軸の自転係数が領域Ｉ−１の範囲内に設定されている場合と同様に、図１７、図１９、および図２１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ｒ軸のフック先端Ｅａは、Ｑ軸のフック先端Ｅｂと同じ公転方向に回転し、かつ、容器内壁面１０４ｂに接近するフック先端Ｅａは加速し、容器内壁面１０４ｂから遠ざかるフック先端Ｅａは減速する。しかし、領域Ｉ−１と違ってフック先端最大加速度の絶対値は小さい。
【０１５１】
また、Ｑ軸のフック先端Ｅｂの最大加速度の絶対値は、図１８および図１９に示すように、領域Ｉ−２では、領域Ｉ−１に比べて小さくなる。
【０１５２】
〔領域ＩＩ（１〜１．４の範囲）〕
図２２は、自転係数の領域ＩＩでのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２２（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１５３】
ｒ軸の自転係数が領域ＩＩの範囲内（１．２３３３）に設定されている場合は、ｒ軸の自転係数が領域Ｉの範囲内に設定されている場合と同様に、図１７、図１９、および図２２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ｒ軸のフック先端Ｅａは、Ｑ軸のフック先端Ｅｂと同じ公転方向に回転する。しかし、容器内壁に接近するフック先端は図２に示すように、領域Ｉとは異なり減速する。作用角度は、図３および図１９に示すように、領域ＩＩでは、領域Ｉに比べて大きくなり、混練が作用する。ｒ軸のフック先端Ｅａの加速に関しては、領域ＩＩ（１〜１．４）では小さく、後述の領域ＩＩＩ（１．４〜臨界自転係数）では大きくなる。
【０１５４】
Ｑ軸のフック先端Ｅｂの最大加速度の絶対値は、図１８に示すように領域ＩＩでは領域Ｉに比べて小さい。
【０１５５】
〔領域ＩＩＩ−１（１．４〜臨界自転係数の範囲）〕
図２３は、自転係数の領域ＩＩＩ−１（１．４〜臨界自転係数の範囲）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２３（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１５６】
自転係数が領域ＩＩＩ−１（１．５３３３）内に設定されている場合は、ｒ軸のフック先端Ｅａは、図１７、図１９、図２３（ａ）〜（ｃ）に示すように、領域Ｉ、ＩＩと同様にＱ軸のフック先端Ｅｂと同じように公転方向に回転する。内壁に接近するフック先端は、図１７および図１９に示すように、領域Ｉとは異なり減速する。作用角度は、図３および図１９に示すように、領域Ｉ、ＩＩに比べて極端に大きくなりほぼ内壁面に直角に作用する。フック先端の加速は、図１７に示すように、フック先端が内壁面に最接近する際の速さが小さくなるため、大きくなる。
【０１５７】
Ｑ軸のフック先端Ｅｂの加速は、図１８に示すように、領域ＩＩＩ−１では領域ＩＩよりさらに小さくなる。
【０１５８】
〔領域ＩＩＩ−２（臨界自転係数〜２の範囲）〕
図２４は、自転係数の領域ＩＩＩ−２（臨界自転係数〜２の範囲）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が７／８、１３／８、１９／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１５９】
自転係数が領域ＩＩＩ−２（１．７３３３）内に設定されている場合は、ｒ軸のフック先端Ｅａは、図１７、図１９、および図２４（ａ）〜（ｃ）に示すように、領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ−１と異なり、公転方向と逆方向に回転する。内壁に接近するフック先端Ｅａは、図１７および図１９に示すように、領域Ｉとは異なり減速する。作用角度は、図３、図１９および図２４（ａ）〜（ｃ）に示すように、領域Ｉ、ＩＩに比べて極端に大きくなりほぼ内壁面に直角に作用する。フック先端の加速量（フック先端最大加速度の絶対値）は、フック先端が内壁面に最接近する際の速さが小さくなるため、大きくなる。
【０１６０】
Ｑ軸のフック先端Ｅｂの加速量（フック先端最大加速度の絶対値）は、図１８および図１９に示すように、領域ＩＩＩ−１に比べてさらに小さくなる。
【０１６１】
〔領域ＩＶ−１（２〜５の範囲）〕
図２５は、自転係数の領域ＩＶ−１（自転係数＝２．５３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が３／８、７／８、１１／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２５（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が３／８、７／８、１１／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１６２】
図２６は、自転係数の領域ＩＶ−１（自転係数＝４．５３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が２／３、７／８、５／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２６（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が２／８、３／８、５／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１６３】
自転係数が領域ＩＶ−１の範囲内に設定されている場合、ｒ軸のフック先端Ｅａは、図１９、図２５（ａ）〜（ｃ）、および図２６（ａ）〜（ｃ）に示すように、領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ−１とは異なり、公転方向と逆方向に回転する。内壁に接近するｒ軸のフック先端Ｅａは、図１７および図１９に示すように、領域ＩＩ、ＩＩＩと同様に減速する。作用角度は、図１９に示すように、領域ＩＶ−１では、領域ＩＩＩに比べて小さくなり、ｒ軸のフック先端最大加速度の絶対値も小さくなる。
【０１６４】
Ｑ軸のフック先端最大加速度の絶対値は、図１８および図１９に示すように、領域ＩＶでは領域ＩＩＩに比べてさらに小さくなる。
【０１６５】
〔領域ＩＶ−２（５以上の範囲）〕
図２７は、自転係数の領域ＩＶ−２（自転係数＝７．５３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ｒ軸の公転回数が１／８、２／８、４／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、Ｑ軸の公転回数が１／８、２／８、４／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１６６】
図２８は、自転係数の領域ＩＶ−２（自転係数＝２０．５３３３）でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２８（ａ）は、ｒ軸の公転回数が１／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２８（ｂ）は、Ｑ軸の公転回数が１／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１６７】
自転係数が領域ＩＶ−２の範囲に設定されている場合、ｒ軸のフック先端Ｅａは、図１７、図１９、図２７（ａ）〜（ｃ）および図２８（ａ）に示すように、公転方向と逆方向に回転する。内壁に接近するｒ軸のフック先端Ｅａは図１７および図１９に示すように減速する。図３および図１９に示すように、領域ＩＶ−２では領域ＩＶ−１に比べてかなり、作用角度は小さくなり、ｒ軸のフック先端最大加速度の絶対値も小さくなり、ｒ軸のフック先端Ｅａの軌跡は、図２７（ａ）〜（ｃ）および図２８（ａ）に示すように、ほぼ等速円運動となる。
【０１６８】
領域ＩＶ−２でのＱ軸の自転係数に関しては、Ｑ軸のフック先端最大加速度の絶対値は、図１９に示すように領域ＩＶ−１よりさらに小さくなる。ｒ軸のフック先端Ｅａの軌跡と同様にＱ軸のフック先端Ｅｂの軌跡は、図２８（ｂ）に示すようにほぼ等速円運動となる。
【０１６９】
〔自転係数が臨界自転係数であるとき〕
図２９は、ｒ軸の臨界自転係数でのフック先端軌跡を説明するための図であり、図２９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、自転係数が内壁最接近時における臨界自転係数である場合でｒ軸の公転回数が２４／８、４８／８であるときのフック先端軌跡を示し、図２９（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、自転係数が中心最接近時における臨界自転係数である場合でｒ軸の公転回数が２４／８、４８／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１７０】
ｒ軸の自転係数が内壁最接近時における臨界自転係数（１．６７８）となる場合、図２９（ａ）および（ｂ）に示すように、ｒ軸の作用角度は９０度となり、フック先端Ｅａは容器内壁面１０４ｂに垂直な方向から接近する。容器内壁面１０４ｂに最接近したときのｒ軸のフック先端Ｅａの速さは図１７に示すように０となる。
【０１７１】
ｒ軸の自転係数が中心最接近時における臨界自転係数（０．３２２）となる場合、図２９（ｃ）および（ｄ）に示すように、ｒ軸のフック先端Ｅａが公転中心に最接近したときにｒ軸のフック先端Ｅａの速さは０となる。
【０１７２】
なお、Ｑ軸のフック先端Ｅｂは、攪拌部材の公転方向と同じ方向に回転しているので、自転係数を変化させてもＱ軸のフック先端Ｅｂの速さが０となることはない。
【０１７３】
〔自転係数が１であるとき〕
図３０は、自転係数が１であるときのフック先端軌跡を説明するための図であり、図３０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ｒ軸の自転係数が１であってｒ軸の公転回数が４／８、８／８であるときのフック先端軌跡を示し、図３０（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、Ｑ軸の自転係数が１であってＱ軸の公転回数が４／８、１６／８であるときのフック先端軌跡を示す。
【０１７４】
ｒ軸の自転係数が１である場合は、ｒ軸のフック先端は容器内壁面１０４ｂの一点にのみ近接する。Ｑ軸の自転係数が１である場合も、Ｑ軸のフック先端Ｅｂは容器内壁面１０４ｂの一転のみに近接する。
【０１７５】
〔自転係数の小数点以下の値の設定方法〕
図３１は、自転係数の小数点以下の値の選び方を説明するための図であり、図３１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、Ｑ軸の自転係数として４．０、４．０８３３３を選択した場合のフック先端の軌跡を示す。
【０１７６】
Ｑ軸の自転係数に４．０を選ぼうが、４．１を選ぼうが、４．０８３３３を選ぼうが、被攪拌物に対する攪拌部材１０５ｂの作用（作用角度、作用点角度、フック先端の加速度）に実質的な違いはない。しかし、自転係数における小数点の選び方によって、容器内壁にフック先端が接近する点の数が左右される。容器内壁にフック先端が接近する点が少ないと、接近しない点に被攪拌物が付着するトラブルが生じる。
【０１７７】
自転係数をｋ＝ａ＋（１／ｂ）とする。
（ａ，ｂは整数である。）
公転１回転当たりの容器内壁接近数ｍは、自転係数ｋの絶対値となるから、
ｍ＝｜ｋ｜＝｜ａ＋（１／ｂ）｜
＝｜（ａｂ＋１）／ｂ｜
となる。
【０１７８】
容器内壁最大接近数ｎは、ｂ回転したときであるから、
ｎ＝｜ａｂ＋１｜
となる。
【０１７９】
自転係数が４である場合は、図３１（ａ）に示すように、最大接近回数は４となる。
【０１８０】
また、自転係数を４．０８３３３３（＝４＋１／１２）とすると、図３１（ｂ）に示すように、最大接近回数は４９（＝（４＋１／１２）×１２）となる。
【０１８１】
従って、容器内壁最大接近数ｎが多くなるように、自転係数の小数点を選ぶ必要がある。
【０１８２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１８３】
（実施形態１）
図３２は本発明の実施形態１による攪拌装置を説明するための図であり、図３２（ａ）は、攪拌装置の全体構成を示し、図３２（ｂ）〜図３２（ｄ）は、攪拌装置本体の構成例を示す。
【０１８４】
図３２（ａ）に示される攪拌装置１００は、被攪拌物を攪拌するための一対の攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂを有する攪拌装置本体１００ａと、攪拌装置本体１００ａを操作者が操作するための操作部１００ｃと、操作部１００ｃからの操作信号Ｏｓに基づいて一対の攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂを駆動する駆動手段１００ｂとを備えている。なお、被攪拌物は、例えば、パン生地である。ただし被攪拌物はパン生地に限定されるものではなく、餃子の皮の生地、クッキー生地などのどのような材料であってもよい。
【０１８５】
〔攪拌装置本体１００ａ〕
攪拌装置本体１００ａは、図３２（ｂ）に示すように、被攪拌物１０４ａを収容する攪拌容器１０４を有し、一対の攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂが攪拌容器１０４内に設けられている。
【０１８６】
ここで、一方の攪拌部材１０５ａはｒ軸を有する攪拌部材である。ｒ軸は、公転方向と自転方向とが逆方向である回転軸であり、ｒ軸を有する攪拌部材１０５ａは、公転方向とは逆方向に自転しながらその自転中心が公転半径を有する円周上を移動するように構成されている。他方の攪拌部材１０５ｂは、Ｑ軸を有する攪拌部材である。Ｑ軸は、公転方向と自転方向とが同方向である回転軸であり、Ｑ軸を有する攪拌部材１０５ｂは、公転方向と同方向に自転しながらその自転中心が公転半径を有する円周上を移動するように構成されている。
【０１８７】
攪拌装置本体１００ａは、駆動手段１００ｂからのモータ駆動電流Ｄｃ１により一対の攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂを公転させる公転用モータ１０１と、駆動手段１００ｂからのモータ駆動電流Ｄｃ２により一対の攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂを自転させる自転用モータ１０２とを含む。
【０１８８】
ここで、駆動手段１００ｂは、ｒ軸を有する攪拌部材１０５ａが１公転する間に公転方向と逆方向に何回自転するかを示すｒ軸の自転係数（負自転係数）およびＱ軸を有する攪拌部材１０５ｂが１公転する間に公転方向と同じ方向に何回自転するかを示すＱ軸の自転係数（正の自転係数ともいう。）を調整可能に構成されている。また、攪拌装置本体１００ａは、その構造上、ｒ軸を有する攪拌部材１０５ａとＱ軸を有する攪拌部材１０５ｂとで、自転係数が一致するように構成されている。ただし、攪拌の条件によっては、攪拌装置本体１００ａは、ｒ軸を有する攪拌部材１０５ａとＱ軸を有する攪拌部材１０５ｂとで自転係数が異なるように構成されていてもよい。
【０１８９】
攪拌装置本体１００ａは、筐体（図示せず）に対して回転可能に支持された回転筐体１０３をさらに有する。回転筐体１０３には、回転筐体１０３の回転により一対の攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂが公転し、かつ回転筐体１０３に対して攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂが自転可能となるように、これらの攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂが支持されている。
【０１９０】
なお、攪拌装置本体１００ａは、図３２（ｂ）に示すように、ｒ軸を有する攪拌部材１０５ａとＱ軸を有する攪拌部材１０５ｂとを備えたものに限定されず、図３２（ｃ）に示すように、ｒ軸を有する１つの攪拌部材１０５ａを備えた攪拌装置本体１１０ａであってもよい。さらに、攪拌装置本体１００ａに含まれる一対の攪拌部材１０５ａおよび１５０ｂは、これらの攪拌部材１０５ａ、１０５ｂのように１回の自転で攪拌容器１０４の内壁に攪拌部材の先端が１回接近する形状を有するものに限定されず、図３２（ｄ）に示す攪拌装置本体１２０ａの攪拌部材１１５ａおよび１１５ｂのように、１回の自転で攪拌容器１０４の内壁に攪拌部材の先端が２回接近する形状を有していてもよい。
【０１９１】
このように、攪拌装置本体に設けられる攪拌部材の個数や形状は特に限定されるものではないが、複数の攪拌部材をできるだけ近づけて配置する場合には、隣接する攪拌部材の一方の先端がその他方の先端が描く軌跡の内側まで入り込むこととなるので、複数の攪拌部材が回転したときに隣接する攪拌部材同士が干渉しないように、両者の自転係数を一致させ、攪拌部材の形状に合わせて攪拌部材の回転位相を所定の回転角だけずらせる必要がある。
【０１９２】
〔攪拌装置本体１００ａの具体的な構成〕
図３３は、図３２に示す攪拌装置１００に含まれる攪拌装置本体１００ａの具体的な構成の一例を示す。
【０１９３】
攪拌装置本体１００ａは、筐体１０８と、筐体１０８内に配置された回転可能な筒状公転軸１１１を有する。筒状公転軸１１１は、固定具１３２により筐体１０８に固定された環状部材１３１の内部に、外側上軸受１３１ａおよび外側下軸受１３１ｂを介して回転可能に取り付けられている。筒状公転軸１１１の上端には従動スプロケット１１２が取り付けられ、従動スプロケット１１２は、公転用モータ１０１のモータ軸１０１ａに取り付けられた駆動スプロケット１１３にチェーン１１４により連結されている。筒状公転軸１１１の下端には、筒状公転軸１１１とともに回転する回転筐体１０３が取り付けられている。
【０１９４】
攪拌装置本体１００ａは、筒状公転軸１１１内に配置された棒状自転軸１２１を有する。棒状自転軸１２１は、内側上軸受１１１ａおよび内側下軸受１１１ｂを介して筒状公転軸１１１に対して回転可能に取り付けられている。棒状自転軸１２１の上端部は、従動スプロケット１１２を突き抜けて上方に突出しており、自転用モータ１０２のモータ軸１０２ａに結合されている。棒状自転軸１２１の下端部は、回転筐体１０３の内部に侵入しており、棒状自転軸１２１の下端部には駆動歯車１２１ａが取り付けられている。回転筐体１０３内には、棒状自転軸１２１と平行に配置された一対の従動自転軸１２３および１２４が設けられている。従動自転軸１２３は従動軸上軸受１２３ｂおよび従動軸下軸受１２３ｃを介して回転筐体１０３に回転可能に取り付けられており、従動自転軸１２４は従動軸上軸受１２４ｂおよび従動軸下軸受１２４ｃを介して回転筐体１０３に回転可能に取り付けられている。従動自転軸１２３および１２４にはそれぞれ、従動歯車１２３ａおよび１２４ａが互いにかみ合うように取り付けられている。さらに、従動自転軸１２３には、駆動歯車１２１ａとかみ合うようにカウンター歯車１２３ｄが付けられている。さらに、従動自転軸１２３および１２４の下端にはそれぞれ、攪拌部材１０５ａおよび１０５ｂが取り付けられている。
【０１９５】
このような構造の攪拌装置本体１００ａでは、攪拌部材１０５ａは、ｒ軸を有する攪拌部材となっており、筒状公転軸１１１および棒状自転軸１２１の回転により、公転するとともに公転方向と逆方向に自転する。攪拌部材１０５ｂは、Ｑ軸を有する攪拌部材となっており、筒状公転軸１１１および棒状自転軸１２１の回転により、公転するとともに公転方向と同方向に自転する。
【０１９６】
また、筐体１０８の下部には、攪拌容器１０２を載置する載置台１０８ａが昇降自在に設けられている。載置台１０８ａが下端位置にあるとき、攪拌容器１０４への被攪拌物１０４ａの出し入れが可能であり、載置台１０８ａが上端位置にあるとき、容器蓋部材１０６により攪拌容器１０４の上部開口部分が塞がれるようになっている。
【０１９７】
この実施形態１の攪拌装置１００では、攪拌部材１０５ａ、１０５ｂの自転半径（自転中心から攪拌部材の先端までの距離）は、５９ｍｍであり、攪拌部材１０５ａ、１０５ｂの公転半径（公転中心から自転中心までの距離）Ｈは４０ｍｍである。
【０１９８】
従って、ｒ軸の攪拌部材１０５ａの臨界自転係数ｐ（内壁最接近時）は、上記式Ｆ９ａから
ｐ（内壁最接近時）＝−（（Ｈ／ｒ）＋１）＝−（（４０／５９）＋１）＝−１．６７８
となる。
【０１９９】
また、ｒ軸の攪拌部材１０５ａの臨界自転係数ｐ（中心最接近時）は、上記式Ｆ１１ａから
ｐ（中心最接近時）＝（Ｈ／ｒ）−１＝（４０／５９）−１＝−０．３２２
となる。
【０２００】
次に、実施形態１の攪拌装置１００の動作について説明する。
【０２０１】
操作者は、載置台１０８ａを下端位置まで下げた状態で、攪拌容器１０４への被攪拌物１０４ａを投入し、その後、載置台１０８ａを上端位置まで上昇させて、容器蓋部材１０６により攪拌容器１０４の上部開口部分を塞ぐ。ここでは、被攪拌物は、小麦粉に水を添加した小麦粉ドウである場合について説明する。ただし、被攪拌物は、小麦粉ドウに限定されるものではない。
【０２０２】
小麦粉ドウの攪拌は、図９（ａ）に示すように、まず最初に、小麦粉と水とが均一に混合されることが重要であるため、図７に示すように、ｒ軸の攪拌部材１０５ａによる攪拌もＱ軸の攪拌部材１０５ｂによる攪拌も、被攪拌物に対して混合作用が働く攪拌となるように、操作者が操作部１００ｃを操作して自転係数を１より小さい自転係数（例えば、０．５３３３）に設定し、操作部１００ｃの攪拌開始スイッチ（図示せず）をオンする。
【０２０３】
この操作により、駆動手段１００ｂが、操作部１００ｃからの操作信号Ｏｓに基づいて攪拌装置本体１００ａの公転用モータ１０１および自転用モータ１０２にそれぞれモータ駆動電流Ｄｃ１およびＤｃ２を供給すると、公転用モータ１０１および自転用モータ１０２は、それぞれのモータ駆動電流Ｄｃ１およびＤｃ２により、ｒ軸の攪拌部材１０５ａが、公転しながら１公転当たり０．５３３３回転だけ公転方向と逆方向に自転し、Ｑ軸の攪拌部材１０５ｂが、公転しながら１公転当たり０．５３３３回転だけ公転方向と同方向に自転するように、モータ軸１０１ａおよび１０２ａを回転させる。
【０２０４】
図２０（ａ）〜（ｃ）から分かるように、ｒ軸の攪拌部材１０５ａの先端Ｅａが容器内壁面１０４ｂに最接近するときには、先端Ｅａは加速しながら浅い角度で容器内壁面１０４ｂに入射し、かつ公転方向と同じ方向に回転している。このｒ軸の攪拌部材１０５ａによる攪拌動作には、図１９に示される自転係数の領域Ｉ−１での攪拌の特徴が表れている。この自転係数でｒ軸の攪拌部材１０５ａを駆動することにより、被攪拌物に対してはｒ軸の攪拌部材１０５ａによる混合作用が働く。
【０２０５】
また、図２０（ｄ）〜（ｆ）から分かるように、Ｑ軸の攪拌部材１０５ｂの先端Ｅｂが容器内壁面１０４ｂに最接近するときには、先端Ｅｂは加速しながら浅い角度で容器内壁面１０４ｂに入射し、かつ公転方向と同じ方向に回転している。このことは、図１９に示される自転係数の領域Ｉ−１での攪拌の特徴を表すものであり、この自転係数でＱ軸の攪拌部材１０５ｂを駆動することにより、被攪拌物に対してはＱ軸の攪拌部材１０５ｂによる混合作用が働く。
【０２０６】
その結果、実施形態１の攪拌装置１００では、自転係数を０．５３３３に設定することにより、ｒ軸の攪拌部材１０５ａおよびＱ軸の攪拌部材１０５ｂにより被攪拌物が混合されることとなる。
【０２０７】
このようにして、攪拌部材１０５ａ、１０５ｂにより被攪拌物の混合が十分行われたと操作者が判断した後、操作者が操作部１００ｃを操作して自転係数を２より大きい自転係数（例えば、４．５３３３）に設定すると、駆動手段１００ｂは、公転用モータ１０１および自転用モータ１０２のモータ駆動電流Ｄｃ１およびＤｃ２を、ｒ軸の攪拌部材１０５ａが、公転しながら１公転当たり４．５３３３回転だけ公転方向と逆方向に自転し、Ｑ軸の攪拌部材１０５ｂが、公転しながら１公転当たり４．５３３３回転だけ公転方向と同方向に自転するように調整する。
【０２０８】
図２６（ａ）〜（ｃ）から分かるように、ｒ軸の攪拌部材１０５ａの先端Ｅａが容器内壁面１０４ｂに最接近するときには、先端Ｅａは減速しながら深い角度で容器内壁面１０４ｂに入射し、かつ公転方向と逆方向に回転している。この動作には、図１９に示されるｒ軸の自転係数が領域ＩＶ−１内の自転係数であるときの攪拌の特徴が表れている。この自転係数で小麦粉ドウを攪拌することにより、小麦粉ドウに対してはｒ軸の攪拌部材１０５ａによる混練作用が働く。
【０２０９】
また、図２６（ｄ）〜（ｆ）から分かるように、Ｑ軸の攪拌部材１０５ｂの先端Ｅｂが容器内壁面１０４ｂに最接近するときには、先端Ｅｂは浅い角度で容器内壁面１０４ｂに入射し、かつ公転方向と同じ方向に回転している。この動作には、図１９に示されるＱ軸の自転係数が領域ＩＶ−１内の自転係数であるときの攪拌の特徴が表れている。この自転係数で小麦粉ドウを攪拌することにより、小麦粉ドウに対してはＱ軸の攪拌部材１０５ｂによる混合作用が働く。
【０２１０】
その結果、実施形態１の攪拌装置１００では、自転係数を４．５３３３に設定することにより、小麦粉ドウに対してｒ軸の攪拌部材１０５ａによる混練作用とＱ軸の攪拌部材１０５ｂによる混合作用とが働くこととなる。
【０２１１】
このように、本実施形態１では、ｒ軸を有する攪拌部材１０５ａと、Ｑ軸を有する攪拌部材１０５ｂとを備えた攪拌装置１００において、新たに発見された２以下の領域のうちのｒ軸の攪拌部材１０５ａによる攪拌作用が混合作用となる領域の自転係数と、従来から用いられている、ｒ軸の攪拌部材１０５ａによる攪拌作用が混練作用となる領域の自転係数との間で自転係数を切り替えることにより、実質的に被攪拌物に対する混合のみを行うことが可能となり、被攪拌物の混練前の混合を十分に行うことが可能となる。
【０２１２】
例えば、被攪拌物がパン生地として用いられる小麦粉ドウである場合は、自転係数を０．５３３３に設定して小麦粉ドウを混練することなく十分に混合して澱粉のまわりを水和物で均一に覆い、その後、自転係数を４．５３３３に変えて、ｒ軸の攪拌部材１０５ａによる混練作用とＱ軸の攪拌部材１０５ｂによる混合作用とにより安定して小麦粉ドウの混練を行ってグルテンネットワークを強固にできる。これにより、小麦粉ドウを焼成して得られるパンを、強固なグルテンの網目構造によるおいしい食感と澱粉の十分な糊化によるおいしい味にすることができる。
【０２１３】
なお、被攪拌物は、パン生地に限定されるものではなく、ギョーザの皮の生地や焼き菓子のスコーンの生地でもよい。ギョーザの皮やスコーンの生地を作製する場合は、自転係数を０．５３３３に設定して、小麦粉ドウをｒ軸の攪拌部材１０５ａにより混練することなくｒ軸の攪拌部材１０５ａおよびＱ軸の攪拌部材１０５ｂにより混合し、その後、自転係数を４．５３３３に変えて、ｒ軸の攪拌部材１０５ａによる混練作用とＱ軸の攪拌部材１０５ｂによる混合作用とにより安定して被攪拌物の混練を行って弱いグルテンネットワークを作る。これにより、小麦粉ドウを焼成して得られるギョーザやスコーンを、弱いグルテンネットワークの構築による噛み切りやすさの食感と澱粉の十分な糊化によるおいしい味にすることができる。
【０２１４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０２１５】
本発明は、攪拌装置の分野において、新規な機構により被攪拌物を攪拌することにより被攪拌物を混合することができる攪拌装置を実現することができるものとして有用である。
【符号の説明】
【０２１６】
１００  攪拌装置
１００ａ  攪拌装置本体
１００ｂ  駆動手段
１００ｃ  操作部
１０１  公転用モータ
１０１ａ   公転用モータ軸
１０２  自転用モータ
１０２ａ  自転用モータ軸
１０３  回転筐体
１０４  攪拌容器
１０４ａ  被攪拌物
１０４ｂ  容器内壁
１０５ａ、１０５ｂ  攪拌部材
１０６  容器蓋部材
１０８  筐体
１０８ａ  容器載置台
１１１  筒状公転軸
１１１ａ  内側上軸受
１１１ｂ  内側下軸受
１１２  従動スプロケット
１１３  駆動スプロケット
１１４  チェーン
１２１   棒状自転軸
１２１ａ  駆動歯車
１２３、１２４  従動自転軸
１２３ａ、１２４ａ  従動歯車
１２３ｂ、１２４ｂ  従動軸上軸受
１２３ｃ、１２４ｃ  従動軸下軸受
１２３ｄ  カウンター歯車
１３１  環状部材
１３１ａ  外側上軸受
１３１ｂ  外側下軸受
１３２  固定具
Ｃ０  公転の中心
Ｄｃ１、Ｄｃ２  モータ駆動電流
Ｅａ、Ｅｂ  攪拌部材の先端（フック先端）
【図１】
2018086063.tif 000020
【図２】
2018086063.tif 000021
【図３】
2018086063.tif 000022
【図４】
2018086063.tif 000023
【図５】
2018086063.tif 000024
【図６】
2018086063.tif 000025
【図７】
2018086063.tif 000026
【図８】
2018086063.tif 000027
【図９】
2018086063.tif 000028
【図１０】
2018086063.tif 000029
【図１１】
2018086063.tif 000030
【図１２】
2018086063.tif 000031
【図１３】
2018086063.tif 000032
【図１４】
2018086063.tif 000033
【図１５】
2018086063.tif 000034
【図１６】
2018086063.tif 000035
【図１７】
2018086063.tif 000036
【図１８】
2018086063.tif 000037
【図１９】
2018086063.tif 000038
【図２０】
2018086063.tif 000039
【図２１】
2018086063.tif 000040
【図２２】
2018086063.tif 000041
【図２３】
2018086063.tif 000042
【図２４】
2018086063.tif 000043
【図２５】
2018086063.tif 000044
【図２６】
2018086063.tif 000045
【図２７】
2018086063.tif 000046
【図２８】
2018086063.tif 000047
【図２９】
2018086063.tif 000048
【図３０】
2018086063.tif 000049
【図３１】
2018086063.tif 000050
【図３２】
2018086063.tif 000051
【図３３】
2018086063.tif 000052