特許 6654400 被処理物の状態変化を検出する装置、プログラム、および方法、ならびに処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6654400

(24)【登録日】2020年2月3日

(45)【発行日】2020年2月26日

(54)【発明の名称】被処理物の状態変化を検出する装置、プログラム、および方法、ならびに処理装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 11/14 20060101AFI20200217BHJP

   B01F 7/30 20060101ALI20200217BHJP

   B01F 15/00 20060101ALI20200217BHJP

【ＦＩ】

   G01N11/14 Z

   B01F7/30 Z

   B01F15/00 Z

【請求項の数】16

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2015-206342(P2015-206342)

(22)【出願日】2015年10月20日

(65)【公開番号】特開2016-109674(P2016-109674A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2018年9月14日

(31)【優先権主張番号】特願2014-244178(P2014-244178)

(32)【優先日】2014年12月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】591002212

【氏名又は名称】株式会社品川工業所

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】品川 士郎

(72)【発明者】

【氏名】伴 信雄

【審査官】 素川 慎司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１４５１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０２８３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５４７２２７３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１１０７８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１４７５９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−００２８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１５９８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１３７９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０６９１４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １１／００ − １３／０４

Ｂ０１Ｆ ５／００ − １５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物の状態変化を検出する装置であって、
該被処理物を容器内で処理する１以上の処理部材を駆動する駆動源の消費電流の周波数解析を行うことにより、該消費電流のパワースペクトルを示す情報を生成する手段と、
該消費電流のパワースペクトルを示す情報から、複数のパワースペクトル値を時系列に抽出する手段であって、該複数のパワースペクトル値のそれぞれは、所定の周波数に対応し、該所定の周波数は、該１以上の処理部材が該容器に最接近する作用周波数の所定倍の周波数であり、該所定倍は、該被処理物の種類に応じて予め決定されている、手段と、
該複数のパワースペクトル値の時系列での変化に基づいて該被処理物の状態変化を検出する手段と
を備えた、装置。

【請求項2】

前記作用周波数の所定倍の周波数として、前記作用周波数の１／２倍、１倍、３／２倍、および２倍の周波数のうちの少なくとも１つの周波数が用いられる、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記作用周波数の所定倍の周波数は、前記被処理物の処理状態の変化に対するノイズマージンが最大となる周波数である、請求項１または請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記被処理物に対する処理は、該被処理物の混合、混練、および撹拌のうちの少なくとも１つの処理を含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記１以上の処理部材は、前記容器内で公転運動するとともに自転運動する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記１以上の処理部材の自転方向は、該１以上の処理部材の公転方向と異なる方向である、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記１以上の処理部材の自転方向は、該１以上の処理部材の公転方向と同じ方向である、請求項５に記載の装置。

【請求項8】

前記作用周波数は、（前記１以上の処理部材の１分間当たりの公転回数）×（該１以上の処理部材の各々の公転１回当たりの、該１以上の処理部材の各々が前記容器に最接近する回数）×（該１以上の処理部材の個数）／６０である、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項9】

被処理物の状態変化を検出する処理をコンピュータにより実行するためのプログラムであって、
該プログラムは、
該被処理物を容器内で処理する１以上の処理部材を駆動する駆動源の消費電流の周波数解析を行うことにより、該消費電流のパワースペクトルを示す情報を生成することと、
該消費電流のパワースペクトルを示す情報から、複数のパワースペクトル値を時系列に抽出することであって、該複数のパワースペクトル値のそれぞれは、所定の周波数に対応し、該所定の周波数は、該１以上の処理部材が該容器に最接近する作用周波数の所定倍の周波数であり、該所定倍は、該被処理物の種類に応じて予め決定されている、ことと、
該複数のパワースペクトル値の時系列での変化に基づいて該被処理物の状態変化を検出することと
を少なくとも実行することを該コンピュータに行わせる、プログラム。

【請求項10】

前記作用周波数の所定倍の周波数として、前記作用周波数の１／２倍、１倍、３／２倍、および２倍の周波数のうちの少なくとも１つの周波数が用いられる、請求項９に記載のプログラム。

【請求項11】

前記作用周波数の所定倍の周波数は、前記被処理物の処理状態の変化に対するノイズマージンが最大となる周波数である、請求項９または１０に記載のプログラム。

【請求項12】

被処理物の状態変化を検出する方法であって、
該被処理物を容器内で処理する１以上の処理部材を駆動する駆動源の消費電流の周波数解析を行うことにより、該消費電流のパワースペクトルを示す情報を生成することと、
該消費電流のパワースペクトルを示す情報から、複数のパワースペクトル値を時系列に抽出することであって、該複数のパワースペクトル値のそれぞれは、所定の周波数に対応し、該所定の周波数は、該１以上の処理部材が該容器に最接近する作用周波数の所定倍の周波数であり、該所定倍は、該被処理物の種類に応じて予め決定されている、ことと、
該複数のパワースペクトル値の時系列での変化に基づいて該被処理物の状態変化を検出することと
を含む、方法。

【請求項13】

前記作用周波数の所定倍の周波数として、前記作用周波数の１／２倍、１倍、３／２倍、および２倍の周波数のうちの少なくとも１つの周波数が用いられる、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記作用周波数の所定倍の周波数は、前記被処理物の処理状態の変化に対するノイズマージンが最大となる周波数である、請求項１２または１３に記載の方法。

【請求項15】

被処理物を処理する処理装置であって、
該被処理物を収容するための容器と、
該被処理物を処理する１以上の処理部材と、
該１以上の処理部材を駆動する駆動源と、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置と
を備え、
該装置が、該処理装置により処理される該被処理物の状態変化を検出するようにした、処理装置。

【請求項16】

前記処理装置は、
前記駆動源に駆動電流を供給する駆動部と、
前記装置により検出された、該処理装置により処理される前記被処理物の状態変化に応じて、該駆動部を制御する制御部と
をさらに備えた、請求項１５に記載の処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被処理物の状態変化を検出する装置、プログラム、および方法、ならびに処理装置に関し、特に、混合、混練、撹拌などの処理中の被処理物の状態変化を検出する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

被処理物の一例であるパン生地等の半固体状態の食品材料の製造には、遊星運動を利用した混練装置が多用されている。ここで、遊星運動は、例えば、直径の大きい大歯車と直径の小さい小歯車とを噛み合わせ、小歯車を大歯車の外周に沿って移動させたとき、小歯車が自転しながら大歯車の周りを公転する運動である。遊星運動を利用する混練装置は、遊星運動する小歯車の回転軸に取り付けられた混練部材（例えば混練羽）が混練部材の自転中心の位置を変えながら容器内のパン生地などの被処理物を混練するよう構成されている。

【0003】

このような遊星運動を利用した混練装置では、混練部材の自転中心が移動するため、混練部材の自転中心が移動しない通常の混練装置と比べて、容器内の被処理物が効率よく混練される。

【0004】

しかしながら、被処理物の混練などの処理では、被処理物の状態に応じて被処理物に作用させる力加減を変えたり処理を止めたりするタイミングを判断する必要がある。

【0005】

例えば、パン生地の混練では、練りが不足すると弾力の少ない硬いパンとなり、逆に練り過剰だとケーキのような軟らかいパンとなる。従って、混練処理をいつ止めるかはパン造りで重要な点である。

【0006】

このようなパン生地の混練装置には、業務用混練機などの、混練される生地の状態を外部から観察できないものもあり、このような業務用混練機では、職人の経験と勘をもってしても、常に最適な仕上がり状態で混練機の運転を停止するのは困難である。このため、混練途中で混練機の運転を一度停止して生地の仕上がり具合を調べている。しかしながら、このように混練機の運転を一旦停止して生地の仕上がり具合を調べるようにすると、混練機の運転効率や混練作業の効率が悪くなり、さらに混練機の運転と停止との繰り返しによって生地が痛み、品質の劣化を招く恐れがあった。

【0007】

このようなことから、混練される生地の混練状態を外部より観察できるようにするための工夫が行われており、混練機の消費電力や負荷トルクに基づいて混練される生地の混練状態を検出する方法が考えられている。

【0008】

例えば、特許文献１には、パン生地等の状態変化を混練機の駆動モータの負荷から抽出される特徴的パターンによって表示するものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開昭６１−２１９３３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、混練機で消費される電力波形は、混練部材が被処理物に作用するときと混練部材が被処理物に作用しないときとの電力差により振動的な波形となるので、この電力波形は平均化等の統計処理を施して平坦な電力波形に変換される。このため、被処理物の状態を検出するために用いる電力波形は、混練部材が被処理物に作用していない状態での電力（無負荷電力）の変動分を含むこととなり、混練機で消費される電力波形から、混練される被処理物の状態を正確に検出することができない。

【0011】

特許文献１に開示の被処理物の状態変化を検出する手法も、混練機負荷の平均的な変動傾向を見るものであり、従って、パン生地等の原材料の性状の正確な判定及びモニタリングができるまでには至っていない。

【0012】

また、混練機の駆動軸の歪を測定するトルクメータなどを使用して原料（被処理物）の状態変化を検出する方法も考えられるが、この方法は、混練機の大幅な改造を必要とし、既存の混練機に簡単に適用することができない。

【0013】

本発明は、処理される被処理物の状態変化を簡単な構成により高精度に検出することができる装置、プログラム、および方法、ならびにその装置を用いた処理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】

【0014】

本発明に係る装置は、被処理物の状態変化を検出する装置であって、該被処理物を容器内で処理する１以上の処理部材を駆動する駆動源の消費電流の周波数解析を行う手段と、該周波数解析により得られた該消費電流のパワースペクトルを示す情報から、該１以上の処理部材が該容器に最接近する作用周波数のＭ／Ｎ（Ｍ、Ｎは所与の正の整数）倍の周波数に対応するパワースペクトル値を抽出する手段と、抽出した該パワースペクトル値の時系列での変化に基づいて該被処理物の状態変化を検出する手段とを備え、そのことにより上記目的が達成される。

【0015】

本発明の１つの実施形態では、前記Ｍ／Ｎ（Ｍ、Ｎは所与の正の整数）は、前記被処理物の種類に応じて決定される比率であってもよい。

【0016】

本発明の１つの実施形態では、前記被処理物に対する処理は、該被処理物の混合、混練、および撹拌のうちの少なくとも１つの処理を含んでもよい。

【0017】

本発明の１つの実施形態では、前記１以上の処理部材は、前記容器内で公転運動するとともに自転運動してもよい。

【0018】

本発明の１つの実施形態では、前記１以上の処理部材の自転方向は、該１以上の処理部材の公転方向と異なる方向であってもよい。

【0019】

本発明の１つの実施形態では、前記１以上の処理部材の自転方向は、該１以上の処理部材の公転方向と同じ方向であってもよい。

【0020】

本発明の１つの実施形態では、前記作用周波数は、（前記１以上の処理部材の１分間当たりの公転回数）×（該１以上の処理部材の各々の公転１回当たりの、該１以上の処理部材の各々が前記容器に最接近する回数）×（該１以上の処理部材の個数）／６０であってもよい。

【0021】

本発明に係るプログラムは、被処理物の状態変化を検出する処理をコンピュータにより実行するためのプログラムであって、該プログラムは、該被処理物を容器内で処理する１以上の処理部材を駆動する駆動源の消費電流の周波数解析を行うことと、該周波数解析により得られた該消費電流のパワースペクトルを示す情報から、該１以上の処理部材が該容器に最接近する作用周波数のＭ／Ｎ（Ｍ、Ｎは所与の正の整数）倍の周波数に対応するパワースペクトル値を抽出することと、抽出した該パワースペクトル値の時系列での変化に基づいて該被処理物の状態変化を検出することとを少なくとも実行することを該コンピュータに行わせ、そのことにより上記目的が達成される。

【0022】

本発明に係る方法は、被処理物の状態変化を検出する方法であって、該被処理物を容器内で処理する１以上の処理部材を駆動する駆動源の消費電流の周波数解析を行うことと、該周波数解析により得られた該消費電流のパワースペクトルを示す情報から、該１以上の処理部材が該容器に最接近する作用周波数のＭ／Ｎ（Ｍ、Ｎは所与の正の整数）倍の周波数に対応するパワースペクトル値を抽出することと、抽出した該パワースペクトル値の時系列での変化に基づいて該被処理物の状態変化を検出することとを含み、そのことにより上記目的が達成される。

【0023】

本発明に係る処理装置は、被処理物を処理する処理装置であって、該被処理物を収容するための容器と、該被処理物を処理する１以上の処理部材と、該１以上の処理部材を駆動する駆動源と、上記本発明の装置とを備え、該装置が、該処理装置により処理される該被処理物の状態変化を検出するようにしたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

【0024】

本発明の１つの実施形態では、前記処理装置は、前記駆動源に駆動電流を供給する駆動部と、前記装置により検出された、該処理装置により処理される前記被処理物の状態変化に応じて、該駆動部を制御する制御部とをさらに備えてもよい。

【発明の効果】

【0025】

以上のように、本発明によれば、処理される被処理物の状態変化を簡単な構成により高精度に検出することができる装置、プログラム、および方法、ならびにその装置を用いた処理装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明の実施形態１による混練装置を説明するための図である。

【図2】図２は、図１に示す混練装置に含まれる状態検出装置の具体的構成を示す図である。

【図3】図３は、図１に示す状態検出装置の動作を説明するための図であり、混練装置での消費電流を解析する処理をフローチャートで示す。

【図4】図４は、図１に示す状態検出装置の動作を説明するための図であり、消費電流のパワースペクトル情報から被処理物の状態変化を検出する方法を示す。

【図5】図５は、図１に示す混練装置の動作モードを説明するための図であり、混練装置のｒ動作（図５（ａ））およびＱ動作（図５（ｂ））を示す。

【図6】図６は、図１に示す混練装置の混練部材の先端が描く軌跡を説明するための図であり、図６（ａ）は、ｒ動作の際に混練部材の先端が描く軌跡を示し、図６（ｂ）は、Ｑ動作の際に混練部材の先端が描く軌跡を示している。

【図7】図７は、図１に示す混練装置における混練部材の作用角度を説明するための図であり、図７（ａ）は、図６（ａ）のＲ部分を拡大して示し、図７（ｂ）は、作用角度と自転係数との関係を示す。

【図8】図８は、本発明の実施形態２による混練装置を説明するための図である。

【図9】図９は、図８に示す混練装置に含まれる制御部２００ｃの具体的構成を示す図である。

【図10】図１０は、図８に示す混練装置に含まれる混練装置本体の具体的な構成の一例を模式的に示す図である。

【図11】図１１は、図８に示す混練装置の動作をフローチャートで示す図である。

【図12】図１２は、混練装置１００の動作特性を説明する図であり、図１２（ａ）は、混練部材の先端の速さ（実線）、混練部材の先端から容器内壁までの距離（点線）、混練部材の先端の加速スカラー（一点鎖線）を示し、図１２（ｂ）は、５Ｌ容器（容量が５リットル）に関して、容器内壁から作用点までの距離と動作モード（Ｑ動作、ｒ動作）および自転係数との関係を示し、図１２（ｃ）は、３０Ｌ容器（容量が３０リットル）に関して、容器内壁から作用点までの距離と動作モード（Ｑ動作、ｒ動作）および自転係数との関係を示す。

【図13】図１３は、混練部材の先端Ｅａの位置（ＸＹ座標のｘ座標およびｙ座標）を混練部材の公転角度ｔの関数で表す関係式の導出方法を説明するための図である。

【図14】図１４は、作用点Ｐａに基づく作用角度の他の定義を説明するための図であり、図１４（ａ）は、作用点Ｐａ１、作用点Ｐａ１に最短である容器内壁の円周上の点Ｐｂ１、および混練部材の先端Ｅａが最接近するあるいは当たる容器内壁上の位置Ｐｃ１を示し、図１４（ｂ）は、これらの点Ｐａ１、点Ｐｂ１、位置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、５Ｌ容器に関して、自転係数と作用点Ｐａ１の位置との関係（図１５（ａ））および自転係数と作用角度θａとの関係（図１５（ｂ））を示す図である。

【図16】図１６は、容器容量と作用点Ｐａ１の位置との関係を説明するための図であり、図１６（ａ）は、自転係数が２である場合の容器容量と作用点Ｐａ１の位置との関係を示し、図１６（ｂ））は自転係数が１１である場合の容器容量と作用点Ｐａ１の位置との関係を示す。

【図17】図１７は、容器容量と作用角度θａとの関係を説明するための図であり、図１７（ａ）は、自転係数が２である場合の容器容量と作用角度θａとの関係を示し、図１７（ｂ））は自転係数が１１である場合の容器容量と作用角度θａとの関係を示す。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0028】

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による混練装置１００の構成の一例を示す。

【0029】

図１に示される混練装置１００は、１以上の処理部材により被処理物を混練するように構成されている。ここで、被処理物は、例えば、パン生地である。ただし被処理物はパン生地に限定されるものではなく、クッキー生地、ハンバーグ生地等の混練される他の食品材料であってもよい。このような食品材料は、水と小麦粉などとを混ぜて練り合わせることにより製造される。

【0030】

混練装置１００は、被処理物１０４ａの混練が行われる混練装置本体１００ａと、混練装置本体１００ａを操作者が操作するための操作部１００ｄと、混練装置本体１００ａに設けられた駆動源に駆動電流を供給する駆動部１００ｂと、操作部１００ｄからの操作信号Ｏｓに基づいて駆動部１００ｂを制御する制御部１００ｃと、混練装置本体１００ａの駆動源で消費される消費電流を検出する電流センサ４０と、検出された消費電流に基づいて、混練される被処理物１０４ａの状態変化を検出する装置（以下、状態検出装置という。）１０とを有する。

【0031】

ここで、混練装置本体１００ａは、被処理物１０４ａを収容する容器１０４を有する。容器１０４内には、１以上の処理部材として２つの混練部材１０５ａおよび１０５ｂが設けられている。混練装置本体１００ａの駆動源は、駆動部１００ｂからのモータ駆動電流Ｄｃ１により混練部材１０５ａおよび１０５ｂを公転させる公転用モータ１０１と、駆動部１００ｂからのモータ駆動電流Ｄｃ２により混練部材１０５ａおよび１０５ｂを自転させる自転用モータ１０２とを含む。混練装置本体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の回転により混練部材１０５ａおよび１０５ｂが公転し、かつ回転筐体１０３に対して混練部材１０５ａおよび１０５ｂが自転可能となるよう、混練部材１０５ａおよび１０５ｂが支持されている。

【0032】

また、電流センサ４０は、混練装置本体１００ａの公転用モータ１０１に供給されるモータ駆動電流Ｄｃ１および自転用モータ１０２に供給されるモータ駆動電流Ｄｃ２に基づいて混練装置１００で消費される消費電流を検出し、消費電流を示す消費電流信号Ｃｓを出力する。状態検出装置１０は、消費電流信号Ｃｓに基づいて混練装置１００での消費電流を解析することにより、混練装置１００により混練される被処理物１０４ａの状態変化を定量的に検出する。

【0033】

以下、状態検出装置１０の具体的構成の一例として、コンピュータにより構成されたものを説明する。ただし、状態検出装置１０は、混練装置本体１００ａでの消費電流に基づいて被処理物１０４ａの状態変化を検出する機能を達成する限り、コンピュータ以外の他の構成で実現してもよい。

【0034】

図２は、図１に示される状態検出装置１０の具体的構成の一例を示す。

【0035】

状態検出装置１０は、電流センサ４０からの消費電流信号Ｃｓの解析により被処理物の状態変化を検出するコンピュータ１０ａと、コンピュータ１０ａに情報を入力するための入力装置１３ａと、コンピュータ１０ａからの情報を出力するための出力装置１４ａとを有する。コンピュータ１０ａは、プロセッサ１１と、メモリ１２と、入力ＩＦ１３と、出力ＩＦ１４とを含む。プロセッサ１１とメモリ１２と入力ＩＦ１３と出力ＩＦ１４とは、データバス１５を介して相互に接続されている。入力ＩＦ１３には、電流センサ４０が接続されており、さらにキーボード、マウス、タッチパネル、スキャナなどの入力装置１３ａが接続され得る。出力ＩＦ１４には、液晶ディスプレイなどの表示装置が出力装置１４ａとして接続されている。

【0036】

ここで、メモリ１２には、プロセッサ１１に電流センサ４０から出力される消費電流信号Ｃｓの解析を行わせるプログラムが格納されており、プロセッサ１１は、メモリ１２に格納されているプログラムにより消費電流信号Ｃｓの解析処理を実行する。

【0037】

次に混練装置１００の動作を説明する。

【0038】

操作者により操作部１００ｄの混練開始スイッチ（図示せず）がオンされると、操作部１００ｄからの操作信号Ｏｓに基づいて制御部１００ｃから駆動部１００ｂに駆動制御信号Ｄｓが出力される。駆動部１００ｂは、駆動制御信号Ｄｓに基づいて混練装置本体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。

【0039】

混練装置１００の駆動状態では、駆動部１００ｂから混練装置本体１００ａの公転用モータ１０１、自転用モータ１０２にそれぞれモータ駆動電流Ｄｃ１、Ｄｃ２が供給されているので、電流センサ４０は、これらのモータ駆動電流Ｄｃ１、Ｄｃ２を検出し、混練装置１００で消費されている消費電流を示す消費電流信号Ｃｓを状態検出装置１０に出力する。

【0040】

状態検出装置１０に含まれるコンピュータ１０ａでは、消費電流信号Ｃｓが入力ＩＦ１３およびデータバス１５を介してプロセッサ１１に入力されると、プロセッサ１１はこの消費電流信号Ｃｓに対する電流解析処理を行う。

【0041】

図３は、状態検出装置１０が行う処理をフローチャートで示す。

【0042】

（ステップＳ１）
まず、プロセッサ１１に、電流センサ４０の出力である消費電流信号Ｃｓ（図４参照）が入力されると、プロセッサ１１は、電流センサ４０からの消費電流信号Ｃｓを例えばサンプリング周期２００Ｈｚでサンプリングする。なお、図４では、実線の縦軸Ａに振幅をとり、実線の斜め軸Ｔに時間をとった２次元座標に、消費電流信号Ｃｓが示されている。

【0043】

（ステップＳ２）
プロセッサ１１は、得られた消費電流信号Ｃｓのサンプリングデータをメモリ１２に記録する。

【0044】

（ステップＳ３）
続いて、プロセッサ１１は、メモリ１２に記録した消費電流信号Ｃｓのサンプリングデータを図４に示すように、５秒毎に高速フーリエ変換アルゴリズムで周波数変換する。なお、消費電流信号Ｃｓのサンプリングデータに対する周波数変換の周期は５秒に限定されず、任意に設定することができる。

【0045】

プロセッサ１１は、図４に示すように、消費電流信号Ｃｓのサンプリングデータの周波数変換により、消費電流の５秒ごとのパワースペクトル情報Ｇ１〜Ｇ４を取得してメモリ１２に記録する。図４では、消費電流信号Ｃｓを、時間ｔ０〜ｔ１、時間ｔ１〜ｔ２、時間ｔ２〜ｔ３、時間ｔ３〜ｔ４のそれぞれの５秒間毎に周波数変換して得られるパワースペクトル情報Ｇ１〜Ｇ４が３次元座標に示されている。この３次元座標では、点線の縦軸Ｐがパワーを示し、実線の斜め軸Ｔが時間を示し、点線の横軸Ｆが周波数を示す。

【0046】

（ステップＳ４）
次に、プロセッサ１１は、作用周波数Ｆａの所定倍の周波数に対応するパワースペクトル値を抽出する。

【0047】

ここで、作用周波数Ｆａ（Ｈｚ）は、１秒間に混練部材の先端が容器内壁に最接近する（あるいは容器内壁に当たる）回数であり、次式（１）で算出される。

【0048】

作用周波数
＝公転速度（ｒｐｍ）×自転係数×混練部材の数／６０ ・・・（１）
ここで、自転係数は、混練部材の公転１回転における混練部材の先端が容器内壁に最接近する（あるいは容器内壁に当たる）回数である。

【0049】

例えば、混練部材の個数が２である場合、公転速度を８４（ｒｐｍ）とし、自転係数を２．９３３３とすると、作用周波数は８．２１３（Ｈｚ）＝８４×２．９３３３×２／６０となる。

【0050】

ただし、式（１）は、１以上の混練部材の各々が容器内壁に最接近する（あるいは容器内壁に当たる）先端（以下、羽根という。）を１つだけ有する場合の作用周波数を算出するものであり、１以上の混練部材の少なくとも１つが複数の羽根を有する場合の作用周波数は、次式（２）で算出される。

【0051】

作用周波数
＝公転速度（ｒｐｍ）×自転係数
×混練装置に含まれる１以上の混練部材における羽根の総数／６０ ・・・（２）
作用周波数の所定倍の周波数は、作用周波数のＭ／Ｎ倍（Ｍ、Ｎは任意の正の整数）の周波数であり、被処理物の種類に応じて、被処理物の処理状態の変化に対するノイズマージンが最大となる周波数、つまり、消費電流信号Ｃｓに対応するパワースペクトル値から被処理物の処理状態の変化を高い精度で検出可能な周波数に適宜設定される。また、作用周波数の所定倍の周波数を２つ以上用いた方が、作用周波数の所定倍の周波数を１つだけ用いる場合に比べて、消費電流信号Ｃｓに対応するパワースペクトル値から被処理物の処理状態の変化をより高い精度で検出可能である場合は、作用周波数の所定倍の周波数として２つ以上の周波数を用いてもよい。ここでは、例えば、作用周波数Ｆａの１／２倍、１倍、３／２倍、２倍の周波数のうちの少なくとも１つのパワースペクトル値が用いられる。

【0052】

（ステップＳ５）
次に、プロセッサ１１は、抽出したパワースペクトル値の時系列での変化に基づいて被処理物１０４ａの状態変化を検出する。例えば、図４に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１の５秒間と次の時刻ｔ１〜ｔ２の５秒間とでは、作用周波数Ｆａの１／２倍、１倍、３／２倍、２倍のいずれの周波数のパワースペクトル値にも変化はないが、時刻ｔ１〜ｔ２の５秒間に比べて次の時刻ｔ２〜ｔ３の５秒間では、作用周波数Ｆａの１／２倍、１倍、３／２倍、２倍のいずれの周波数のパワースペクトル値も増大している。また、時刻ｔ２〜ｔ３の５秒間と次の時刻ｔ３〜ｔ４の５秒間とでは、作用周波数Ｆａの１／２倍、１倍、３／２倍、２倍のいずれの周波数のパワースペクトル値にも変化はない。

【0053】

この場合、時刻ｔ１〜ｔ２の５秒間と次の時刻ｔ２〜ｔ３の５秒間との間でのパワースペクトル値の変化を、作用周波数Ｆａの１／２倍、１倍、３／２倍、２倍の周波数のうちの少なくとも１つで求めることで、被処理物の状態変化を定量化することができる。例えば、作用周波数Ｆａの１倍の周波数のパワースペクトル値が、図４に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の５秒間と次の時刻ｔ２〜ｔ３の５秒間との間で、値Ｐ２から値Ｐ３に増加した場合、ΔＰ＝（Ｐ３−Ｐ２）の値により被処理物１０４ａの状態変化を定量化することができる。

【0054】

プロセッサ１１はこのような処理部材の状態変化を示す情報を、出力ＩＦ１４を介して出力装置１４ａである表示装置に表示することにより操作者に知らせることができる。

【0055】

操作者は、このような被処理物の状態変化が検出されたときは、混練装置の動作状態を、被処理物に対する処理が被処理物の状態に応じた処理となるように変更する。

【0056】

以下、操作者が、混練装置１００の動作モードを変更することにより、または、動作モードでの動作条件（自転係数）を変更することにより、混練装置１００での被処理物の混練処理を変更する方法を説明する。

【0057】

図５は、図１に示す混練装置１００の２つの動作モードを説明する図である。

【0058】

ここで、混練装置１００の動作モードには、図５（ａ）に矢印で示すように、混練部材１０５ａ、１０５ｂの自転方向と混練部材１０５ａ、１０５ｂの公転方向とが異なる動作モード（ｒ動作）と、図５（ｂ）に矢印で示すように、混練部材１０５ａ、１０５ｂの自転方向と混練部材１０５ａ、１０５ｂの公転方向とが同じである動作モード（Ｑ動作）とがある。ｒ動作では混練部材１０５ａの先端Ｅａは図６（ａ）に示す軌跡Ｔａを描き、Ｑ動作では混練部材１０５ａの先端Ｅａは図６（ｂ）に示す軌跡Ｔｂを描く。なお、図６（ａ）、図６（ｂ）中、Ｃ０は混練部材１０５ａの公転の中心であり、公転の中心Ｃ０は容器の内周の中心と一致している。Ｔｒｃは混練部材１０５ａの自転中心が移動する円形経路である。Ｔｒｄは、容器１０４の内周、つまり容器内壁１０４ｂから２０ｍｍ離れた位置を示す仮想円である。

【0059】

例えば、ｒ動作では、Ｑ動作に比べて、混練部材１０５ａの先端Ｅａは、容器内壁１０４ｂに対してその法線方向Ｌｒにより近い角度から容器内壁に近づく。逆に、Ｑ動作では、ｒ動作に比べて、混練部材１０５ａの先端Ｅａは、容器内壁１０４ｂに対してその接線方向Ｌｑにより近い角度から容器内壁に近づく。

【0060】

従って、ｒ動作では、混練部材１０５ａ、１０５ｂが被処理物１０４を容器の内壁１０４ｂに押さえ付けて変形させるずり変形を被処理物１０４に与えやすくなり、Ｑ動作では、混練部材１０５ａ、１０５ｂが被処理物１０４を容器内壁１０４ｂの接線方向に飛ばしやすくなる。また、ｒ動作あるいはＱ動作で、自転係数を調整することにより、被処理物に与えるずり変形の程度、あるいは被処理物を接線方向に飛ばす勢いなどを調整することができる。

【0061】

なお、このように混練部材１０５ａの先端Ｅａが容器内壁１０４ｂに近づくときの角度は、作用角度とした以下のとおり定義される。

【0062】

以下、作用角度の定義を具体的に説明する。

【0063】

図７は、作用角度を説明するための図であり、図７（ａ）は、図６（ａ）のＲ部分を拡大し、図７（ｂ）は、自転係数Ｎａと作用角度Ｋとの関係を示す。

【0064】

例えば、作用角度Ｋは、図７（ａ）に示すように、混練部材１０５ａの先端Ｅａの軌跡Ｔａ上の点Ｐａと、容器１０４の内壁１０４ａ上の点Ｐｂとを結ぶ直線Ｌａが、容器１０４の内壁１０４ａ上の点Ｐｂでの内壁１０４ｂの接線Ｌｂに対してなす角度として定義される。ここで、軌跡Ｔａ上の点Ｐａは、混練部材１０５ａの先端Ｅａが容器１０４の内壁１０４ｂまで２０ｍｍに接近する点である。容器１０４の内壁１０４ａ上の点Ｐｂは、混練部材１０５ａの先端Ｅａの軌跡Ｔａが最も容器１０４の内壁１０４ａに近づく点である。なお、図７（ａ）中の点Ｐｒは、混練部材１０５ａの先端Ｅａが最も容器内壁１０４ｂに近づいたときの先端Ｅａの位置を示す。

【0065】

なお、Ｑ動作における作用角度もｒ動作における作用角度と同様に定義される。また、混練部材１０５ｂの先端Ｅｂも混練部材１０５ａの先端Ｅａと同じ軌跡を描き、混練部材１０５ｂの作用角度も混練部材１０５ａと同様に定義される。

【0066】

また、作用角度は、動作モードあるいは自転係数を変えることにより変更することができる。例えば、ｒ動作においては、図７（ｂ）のグラフＪ１で示すように、自転係数Ｎａが増大するにつれて作用角度Ｋが減少し、Ｑ動作においては、図７（ｂ）のグラフＪ２で示すように、自転係数Ｎａが増大するにつれて作用角度Ｋが増大する。ここで、作用角度Ｋが急激に変化する自転係数Ｎａの範囲は５以下の範囲である。

【0067】

従って、操作者は、被処理物の状態変化に応じて、混練装置の動作モードをｒ動作かＱ動作のいずれかに設定し、さらに設定した動作モードで自転係数Ｎａを調整することにより作用角度Ｋを所望の角度に調整し、これにより、被処理物に対する混練部材１０５ａ、１０５ｂによる処理（例えば、混練部材１０５ａ、１０５ｂが被処理物１０４ａに与えるずり変形の強さなど）を被処理物の状態に応じたものにすることができる。

【0068】

このように本実施形態１による検出装置１では、電流センサ４０と状態検出装置１０とを備え、電流センサ４０が被処理物を混練する混練装置１００での消費電流を検出し、状態検出装置１０が、検出された消費電流の周波数解析により得られた消費電流のパワースペクトルを示す情報から、混練部材１０５ａ、１０５ｂが被処理物に作用する作用周波数の所定倍の周波数に対応するパワースペクトル値を抽出し、抽出したパワースペクトル値の時系列での変化に基づいて被処理物の状態変化を検出するので、消費電流の周波数成分のうちで、無負荷状態で変動する無負荷電力の変動分を実質的に含まない成分に基づいて被処理物１０４ａの状態変化を高い精度で検出することができる。

【0069】

なお、上記実施形態１では、混練部材１０５ａの先端Ｅａが容器１０４の内壁１０４ｂまで２０ｍｍに接近する点の位置を用いて作用角度を定義したが、作用角度の定義に用いる点の位置は、容器１０４の内壁１０４ｂまで２０ｍｍに接近する点の位置に限定されない。例えば、混練装置の容器の大きさ（容器内径）や自転係数が変わったときには、作用角度の定義に用いる点の位置が変化する。

【0070】

そこで、以下、作用角度の定義に用いる点（以下、作用点という。）の位置の定義を明確にした上で、定義された作用点の位置から作用角度を定義する方法を説明する。

【0071】

〔作用点の位置の定義〕
この作用点の位置の定義は、混練部材１０５ａの先端Ｅａの速さが最小から最大に変化する途中、または最大から最小に変化する途中での変曲点の位置を作用点の位置とするものであり、以下、具体的に説明する。

【0072】

図１２は、混練装置１００の動作特性をグラフで示す図であり、図１２（ａ）は、自転係数が４．０８３３である場合に、混練部材の公転角度の増大に伴って、混練部材の先端の速さ（実線）、混練部材の先端から容器内壁までの距離（点線）、混練部材の先端の加速スカラー（一点鎖線）が変化する様子を示す。

【0073】

混練部材の先端の速さ（以下、先端速さという。）は、図１２（ａ）に実線で示すように、混練部材の公転角度が増大するにつれて正弦的に変化し、混練部材の先端が容器内壁に最接近するとき、および容器中心に最接近するときに、最大速さまたは最小速さとなる。

【0074】

ここでは、作用点の位置は、先端速さが最小から最大に変化する途中での変曲点の位置、または先端速さが最大から最小に変化する途中の変曲点の位置であるので、作用点の位置は、公転角度が、先端速さを微分して得られる加速スカラーが最大値または最小値になるときの混練部材の先端の位置（以下、先端位置という。）として、つまり、加速スカラーをさらに微分した値が０となるときの公転角度での先端位置として求めることができる。

【0075】

次に、作用点の位置の定義に従って作用点の位置を求める方法を具体的に説明する。

【0076】

図１３は、混練部材の公転中心Ｃ０をＸＹ座標の原点にとり、混練部材の先端Ｅａの位置（ＸＹ座標のｘ座標およびｙ座標）を混練部材の公転角度ｔの関数で表す関係式の導出方法を説明するための図である。

【0077】

混練部材の先端Ｅａの位置のｘ座標、ｙ座標は、図１３に示すように、混練部材の公転角度ｔ、混練部材の自転角度ｓ、混練部材の公転半径Ｈ、混練部材の自転半径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角度ｓの符号によって表される。また、混練部材の自転角度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。

【0078】

【数1】

【0079】

混練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。

【0080】

【数2】

【0081】

さらに、混練部材の先端の速さ（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。

【0082】

【数3】

【0083】

さらに、先端速さ（式Ｆ７）の微分により加速スカラーが以下の式Ｆ８として求められる。

【0084】

【数4】

【0085】

さらに、式Ｆ８に下記の式Ｆ９〜Ｆ１１を代入して係数を簡略化した後に、先端速さの加速スカラー（式Ｆ８）を微分することにより、羽根先端速さの加速スカラーの微分値が式Ｆ１２として得られる。

【0086】

【数5】

【0087】

【数6】

【0088】

式Ｆ１２の右辺が０となる公転角度ｔをｔaとすると、公転角度（ｔ＝ｔa）であるとき、混練部材の先端Ｅａが先端速さの変曲点に位置し、公転角度ｔaにおける先端位置Ｅａが作用点の位置となる。

【0089】

具体的な作用点の位置を示すＸ座標ｘa、Ｙ座標ｙaは、式Ｆ１およびＦ２に公転角度ｔaを代入することにより、式Ｆ１３、Ｆ１４に示すように求められる。さらに、作用点と容器内壁との距離Ｌaは、式Ｆ１５により求められる。ただし、式Ｆ１５では、容器内周（半径）は、混練部材の先端が容器内面に最接近したときに容器内面に当たる場合（つまり、混練部材の自転半径と公転半径との和に一致する場合）を想定している。

【0090】

【数7】

【0091】

例えば、ｒ軌跡の動作モードで公転半径ＨをＨ＝４０ｍｍ、混練部材の先端の自転半径ｒをｒ＝５９ｍｍ、自転係数ｐをｐ＝−４．０８３３３とすると、作用点から容器内壁までの距離Ｌaは２１．８ｍｍとなる。

【0092】

このように、式Ｆ１２によれば、混練部材の先端Ｅａが先端速さの変曲点に位置するときの公転角度（ｔ＝ｔa）を、混練部材の公転半径Ｈ、混練部材の自転半径ｒ、自転係数ｐによって求めることができ、作用角度を定義するための作用点の位置を、混練部材の先端Ｅａの速さの変曲点の位置と定義することにより、どのような容量の混練装置であっても作用点の位置および作用点の位置に基づいた作用角度を一意的に求めることができる。

【0093】

例えば、図１２（ｂ）は、５Ｌ容器（容量が５リットル）に関して式Ｆ１２から得られる、容器内壁から作用点までの距離と動作モード（Ｑ動作、ｒ動作）および自転係数との関係を示す。

【0094】

５Ｌ容器（公転半径Ｈ＝４０ｍｍ、羽根半径ｒ＝５９ｍｍ、容器半径＝１７３ｍｍ）では、図１２（ｂ）に示すように、動作モードと自転係数とに応じて作用点の位置を一意的に求めることができる。また、実施形態１で作用点の位置として示した、容器内壁から２０ｍｍ離れた位置は、５Ｌ容器における、ｒ動作での自転係数が３付近である場合の一例であることが図１２（ｂ）からわかる。

【0095】

また、図１２（ｃ）は、３０Ｌ容器（容量が３０リットル）に関して式Ｆ１２から得られる、容器内壁から作用点までの距離と動作モード（Ｑ動作、ｒ動作）および自転係数との関係を示す。

【0096】

３０L容器（公転半径Ｈ＝６０ｍｍ、羽根半径ｒ＝１１２ｍｍ、容器半径＝１７３ｍｍ）に関しても、図１２（ｃ）に示すように、動作モードと自転係数とに応じて作用点の位置を一意的に求めることができる。

【0097】

〔定義された作用点の位置から求められる作用角度の第１の定義〕
定義された作用点の位置に基づく作用角度の第１の定義は、実施形態１で図７を用いて説明したように、作用角度Ｋは、位置が定義された作用点Ｐａと混練部材１０５ａの先端Ｅａが最も接近する容器内壁上の点Ｐｂとを結ぶ直線Ｌａと、点Ｐｂでの内壁１０４ｂの接線Ｌｂとがなす角度とするというものである。

【0098】

〔定義された作用点の位置から求められる作用角度の第２の定義〕
定義された作用点の位置に基づく作用角度の第２の定義は、実施形態１で説明した第１の定義とは異なるものであり、以下簡単に説明する。

【0099】

図１４は、作用点Ｐａに基づく作用角度の第２の定義を説明するための図であり、図１４（ａ）は、混練部材の先端Ｅａの軌跡Ｔａ上での作用点Ｐａ１、作用点Ｐａ１に最短である容器内壁の円周上の点Ｐｂ１、および混練部材の先端Ｅａが最接近するあるいは当たる容器内壁上の位置Ｐｃ１を示し、図１４（ｂ）は、これらの点Ｐａ１、点Ｐｂ１、位置Ｐｃ１の位置関係を拡大して示し、図１４（ｃ）は、点Ｐａ１と点Ｐｂ１との距離Ｌａ１、および位置Ｐｃ１から点Ｐｂ１までの円弧（半径Ｈ＋ｒ）の長さＬｂ１に基づいた作用角度θａの定義を示す。

【0100】

図１４に示す作用角度θａの第２の定義は、以下の式Ｆ１６〜Ｆ１８に示すとおりである。

【0101】

簡単に説明すると、作用角度θａは、図１４（ｃ）に示すように、作用点Ｐａから容器内壁の円周Ｃｒまでの最短距離Ｌａ１を底辺とし、作用長さＬｂ１（半径Ｈ＋ｒの円周Ｃｒ上の点Ｐｂ１から点Ｐｃ１までの円弧の長さ）を高さとする直角三角形の正接（式Ｆ１８）を規定する角度である。

【0102】

ここで、作用長さＬｂ１は式Ｆ１７に示すように、円周Ｃｒの半径（Ｈ＋ｒ）と、混練部材の先端Ｅａが作用点Ｐａ１に位置するときの角度θｂとの積で求めることができ、さらに角度θｂは、式Ｆ１６に示すように作用点Ｐａ１のｘ座標とｙ座標とから得られる。

【0103】

【数8】

【0104】

なお、作用角度は、混練部材の先端がどの程度深い角度で容器内壁に接近するかを定量的に示す指標であるため、作用角度は混練部材の先端が容器内壁に近づくときの変曲点である作用点Ｐａの位置座標を用いて作用角度を演算すべきであるが、混練部材の先端が容器内壁から離れるときの変曲点Ｐａ１も幾何学的には混練部材の先端が容器内壁に近づくときの変曲点Ｐａと全く同じ位置にあるので、作用角度を求める計算が簡単である変曲点Ｐａ１の位置座標を用いている。

【0105】

一例として、上述した作用点の位置の定義に従って、５Ｌ容器（公転半径Ｈ＝４０ｍｍ、自転半径ｒ＝５９ｍｍ、自転係数ｐ＝−４．０８３３３）における作用点Ｐａ１の位置（容器内壁からの距離Ｌａ１：２１．８ｍｍ）を計算し、さらに、この作用点の位置を用いて、作用角度を図１４で説明した第２の定義に従って計算したところ、作用角度θａは２３．９度とであった。ただし、作用長さＬｂを規定する角度θｂは２８．４度、作用長さＬｂは４９．１５ｍｍであった。

【0106】

図１５は、５Ｌ容器に関して、自転係数と作用点Ｐａ１の位置との関係（図１５（ａ））および自転係数と作用角度θａとの関係（図１５（ｂ））を示す。

【0107】

図１５（ａ）からは、Ｑ動作では、自転係数の増加（２〜１１程度）に従って、容器内壁から作用点Ｐａ１までの距離Ｌａ１が３７ｍｍ程度から３０ｍｍ程度まで変化し、ｒ動作では、自転係数の増加（２〜１１程度）に従って、容器内壁から作用点Ｐａ１までの距離Ｌａ１が１０ｍｍ程度から２６ｍｍ程度まで変化していることが分かる。

【0108】

また、図１５（ｂ）からは、Ｑ動作では、自転係数の増加（２〜１１程度）に従って、作用角度（ｒａｄ）が０．３２程度から０．２２程度の範囲内で変化し、ｒ動作では、自転係数の増加（２〜１１程度）に従って、作用角度（ｒａｄ）が０．８程度から０．３２程度まで変化していることが分かる。

【0109】

〔作用点の位置および作用角度のとり得る範囲の例示〕
ここで、作用点の位置は、作用点が容器内壁からどの程度離れているかを示す指標であり、以下の説明では、作用点の位置を作用点から容器内壁までの距離という。

【0110】

図１６は、容器容量と作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離との関係〔自転係数が２である場合〕（図１６（ａ））および容器容量と作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離との関係〔自転係数が１１である場合〕（図１６（ｂ））を示す。

【0111】

図１６（ａ）には、容器容量が、５Ｌ、２５Ｌ、３０Ｌ、４５Ｌ、６０Ｌ、１１０Ｌ、２５０Ｌのそれぞれである場合について、自転係数が２であるｒ動作での作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離（実線）および自転係数が２であるＱ動作での作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離（点線）が示されている。図１６（ａ）から分かるように、自転係数が２であるｒ動作では作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離が容器容量の増大に伴って１０ｍｍ程度から４５ｍｍ程度まで変化し、自転係数が２であるＱ動作では作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離が容器容量の増大に伴って３８ｍｍ程度から１２０ｍｍ程度まで変化する。

【0112】

また、図１６（ｂ）には、容器容量が、５Ｌ、２５Ｌ、３０Ｌ、４５Ｌ、６０Ｌ、１１０Ｌ、２５０Ｌのそれぞれである場合について、自転係数が１１であるｒ動作での作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離（実線）および自転係数が１１であるＱ動作での作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離（点線）が示されている。図１６（ｂ）から分かるように、自転係数が１１であるｒ動作では作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離が容器容量の増大に伴って２５ｍｍ程度から９５ｍｍ程度まで変化し、自転係数が１１であるＱ動作では作用点Ｐａ１から容器内壁までの距離が容器容量の増大に伴って３２ｍｍ程度から１０５ｍｍ程度まで変化する。

【0113】

従って、定義された作用点から容器内壁までの距離は、５Ｌ容器で自転係数が２程度のｒ動作を行ったときの１０ｍｍ程度から、２５０Ｌ容器で自転係数が２程度のＱ動作を行ったときの１２０ｍｍ程度まで変化することが分かる。

【0114】

図１７は、容器容量と作用角度θａとの関係〔自転係数が２である場合〕（図１７（ａ））、および容器容量と作用角度θａとの関係〔自転係数が１１である場合〕（図１７（ｂ））を示す。

【0115】

図１７（ａ）には、容器容量が、５Ｌ、２５Ｌ、３０Ｌ、４５Ｌ、６０Ｌ、１１０Ｌ、２５０Ｌのそれぞれである場合について、自転係数が２であるｒ動作での作用角度（実線）および自転係数が２である場合のＱ動作での作用角度（点線）が示されている。図１７（ａ）から分かるように、自転係数が２であるｒ動作では作用角度が容器容量の増大に伴って０．８２（ｒａｄ）程度から０．４８（ｒａｄ）程度の範囲で変化し、自転係数が２であるＱ動作では作用角度が容器容量の増大に伴って０．３２（ｒａｄ）程度から０．２８（ｒａｄ）程度の範囲で変化することが分かる。

【0116】

図１７（ｂ）には、容器容量が、５Ｌ、２５Ｌ、３０Ｌ、４５Ｌ、６０Ｌ、１１０Ｌ、２５０Ｌのそれぞれである場合について、自転係数が１１であるｒ動作での作用角度（実線）および自転係数が１１である場合のＱ動作での作用角度（点線）が示されている。図１７（ｂ）から分かるように、自転係数が１１であるｒ動作では作用角度が容器容量の増大に伴って０．３２（ｒａｄ）程度から０．２４（ｒａｄ）程度の範囲で変化し、自転係数が１１であるＱ動作では作用角度が容器容量の増大に伴って０．２６（ｒａｄ）程度から０．１８（ｒａｄ）程度の範囲で変化することが分かる。ここで、作用角度は、５Ｌ容器で自転係数が２であるｒ動作が行われるときに最大となり、４５Ｌ容器あるいは６０Ｌ容器で自転係数が１１であるＱ動作が行われるときに最小となる。

【0117】

その結果、作用角度θａの範囲は、４５Ｌ容量あるいは６０Ｌ容器で自転係数が１１であるＱ動作が行われる場合の約０．１８（ｒａｄ）から、５Ｌ容量で自転係数が２であるｒ動作が行われる場合の０．８２（ｒａｄ）程度までの範囲となる。

【0118】

（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２による混練装置を説明するための図である。

【0119】

この混練装置２００は、実施形態１の混練装置１００において、操作部１００からの操作信号Ｏｓに基づいて駆動部１００ｂを制御する制御部１００ｃに代えて、操作部１００からの操作信号Ｏｓおよび状態検出装置１０で検出された被処理物の状態変化を示す状態変化信号Ａｓの両方の信号に基づいて駆動部１００ｂを制御する制御部２００ｃを備えたものである。ここで、制御部２００ｃは、処理される被処理物の状態変化に応じて、公転用モータ１０１および自転用モータ１０２の回転数および回転方向の少なくとも一方を変更することにより、作用周波数あるいは作用角度を、被処理物の処理状態に適したものとするように構成されている。なお、この実施形態２の混練装置２００におけるその他の構成は、実施形態１の混練装置１００と同一である。

【0120】

以下、混練装置に含まれる制御部２００ｃの具体的構成の一例として、コンピュータにより構成されたものを説明する。ただし、制御部２００ｃは、操作信号Ｏｓおよび状態変化信号Ａｓの両方の信号に基づいて駆動部１００ｂを制御する機能を達成する限り、コンピュータ以外の他の構成で実現してもよい。

【0121】

図９は、図８に示す混練装置に含まれる制御部２００ｃの具体的構成の一例を示す。

【0122】

制御部２００ｃはコンピュータ２０ａにより構成され、コンピュータ２０ａは、操作部１００ｄからの操作信号Ｏｓおよび状態検出装置１０１からの被処理物の状態変化を示す状態変化信号Ａｓに基づいて駆動部１００ｂを制御する。

【0123】

コンピュータ２０ａは、プロセッサ２１と、メモリ２２と、入力ＩＦ２３と、出力ＩＦ２４とを含む。プロセッサ２１とメモリ２２と入力ＩＦ２３と出力ＩＦ２４とは、データバス２５を介して相互に接続されている。入力ＩＦ２３には、状態検出装置１０が接続されており、さらに混練装置２００を操作するための操作部１００ｄが接続されている。操作部１００ｄは、キーボード、マウス、タッチパネルなどのコンピュータ２０ａに対して情報を入力するための装置を含む。出力ＩＦ２４には駆動部１００ｂが接続されている。

【0124】

ここで、メモリ２２には、プロセッサ２１に、状態検出装置１０から出力される状態変化信号Ａに基づいて駆動部１００ｂを制御させるプログラム（自動運転プログラム）が格納されており、プロセッサ２１は、メモリ２２に格納されている自動運転プログラムにより混練装置本体１００ａでの混練部材１０５ａ、１０５ｂの自動運転制御を実行する。なお、メモリ２２には、プロセッサ２１に、操作部１００ｄからの操作信号Ｏｓに基づいて駆動部１００ｄを制御させるプログラムが格納されていることは言うまでもない。

【0125】

図１０は、図８に示す混練装置に含まれる混練装置本体の具体的な構成の一例を示す。

【0126】

混練装置本体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。

【0127】

混練装置本体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の下端部には大歯車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、小歯車１２３ａおよび１２４ａが取り付けられ、小歯車１２３ａおよび１２４ａは大歯車１２１ａとかみ合っている。さらに、従動自転軸１２３および１２４の下端にはそれぞれ、混練部材１０５ａおよび１０５ｂが取り付けられている。

【0128】

このような構造の混練装置本体１００ａでは、混練部材１０５ａおよび１０５ｂは、公転駆動軸１１１および自転駆動軸１２１の回転により公転するとともに自転するようになっている。

【0129】

また、筐体１０８の下部には、混練容器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、混練容器１０４への被処理物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により混練容器１０４の上部開口部分が塞がれるようになっている。

【0130】

次に混練装置２００の動作を説明する。

【0131】

図１１は、混練装置２００の動作をフローチャートで示す図である。

【0132】

例えば、メモリ２２には、パン生地、クッキー生地、ハンバーグ生地等の食品材料、例えばパン生地を製造するための自動運転プログラムが格納されている。

【0133】

（ステップＳ１１）
操作者の操作によりプロセッサ２１が自動運転プログラムの実行を開始すると、プロセッサ２１は、予め設定された動作条件を読み込む。ここで、動作条件は、例えば、混練部材１０５ａ、１０５ｂの動作モード（ｒ動作あるいはＱ動作）、公転速度（ｒｐｍ）、自転係数である。

【0134】

（ステップＳ１２）
プロセッサ１１は、混練部材１０５ａ、１０５ｂの動作モード、自転係数および公転速度が動作条件に適合するように駆動部１００ｂに駆動制御信号Ｄｓを出力すると、駆動部１００ｂは、公転用モータ１０１および自転用モータ１０２を動作条件が満たされるように駆動する。これにより被処理物１０４ａの処理が開始される。

【0135】

なお、混練部材１０５ａ、１０５ｂにより被処理物１０４ａが処理されている状態では、状態検出装置１０のプロセッサ１１が、図３に示すステップＳ１〜Ｓ５に示す処理を実行することにより、混練装置本体１００ａでの消費電流の解析を行い、状態検出装置１０のプロセッサ１１が、被処理物の状態変化を示す情報（状態変化信号）Ａｓを制御部２００ｃのプロセッサ２１に供給する。

【0136】

（ステップＳ１３）
プロセッサ２１は、状態変化信号Ａｓを受信する。

【0137】

（ステップＳ１４）
プロセッサ２１は、状態変化信号Ａｓに基づいて被処理物１０４ａの状態変化があったか否かを判定する。

【0138】

（ステップＳ１５）
この判定の結果、被処理物１０４ａの状態変化がなければ、プロセッサ２１は、各モータ１０１、１０２の回転数が維持されるように駆動部１００ｂを制御する。これにより、被処理物１０４ａの処理状態が現状のまま維持される。その後、プロセッサ２１の処理は、消費電流の解析処理（ステップＳ１３）に戻る。

【0139】

（ステップＳ１６）
一方、ステップＳ１４で被処理物１０４ａの状態変化があると判定された場合は、プロセッサ２１は、被処理物１０４ａの状態変化が被処理物１０４ａの処理終了状態への変化であるか否かをさらに判定する。被処理物１０４ａの状態変化が被処理物１０４ａの処理終了状態への変化である場合は、プロセッサ２１は各モータ１０１および１０２が停止するように駆動部１００ｂを制御し、被処理物１０４ａの処理を終了する。

【0140】

（ステップＳ１７）
一方、被処理物１０４ａの状態変化が被処理物１０４ａの処理終了状態への変化でない場合は、プロセッサ２１は、各モータ１０１、１０２の回転数が被処理物１０４ａの状態変化に応じた値となるように駆動部１００ｂを制御する。これにより、被処理物１０４ａの処理状態が被処理物１０４ａの状態変化に応じて変更される。その後、プロセッサ２１の処理は、状態変化信号Ａｓの受信処理（ステップＳ１３）に戻る。

【0141】

このように本実施形態２の混練装置２００では、被処理物１０４ａを処理する混練装置本体１００ａと、混練装置本体１００ａでの消費電流を検出する電流センサ４０と、電流センサ４０で検出された消費電流の解析により被処理物１０４ａの状態変化を検出する状態検出装置１０とを備え、制御部２００ｃによる駆動部１００ｂの制御により、検出した被処理物１０４ａの状態変化に応じて被処理物１０４ａの処理状態を変更するようにしたので、パン生地など、混練処理が進むにつれて状態が変化する被処理物１０４ａの処理を、被処理物１０４ａの状態に合わせて適切な処理状態に変更しつつ、被処理物１０４ａの処理を被処理物が完成状態となるまで自動で行うことが可能となる。

【0142】

なお、上記実施形態２では、消費電流の周波数解析を用いた被処理物の状態変化の検出と、駆動部の制御とは、別々のコンピュータにより行うようにしているが、被処理物の状態変化の検出と駆動部の制御とは１つのコンピュータにより行うようにしてもよい。

【0143】

また、上記各実施形態では、状態変化を検出する対象である被処理物の処理が混練である場合を示したが、被処理物の処理は、混練に限定されず、混合や撹拌などの他の処理であってもよい。

【0144】

また、上記各実施形態では、状態変化を検出する対象である被処理物が、パン生地などの食品材料である場合を示したが、被処理物は、食品材料だけでなく、その他医薬や理化学分野で用いられる原材料でもよい。

【0145】

例えば、本発明は、スマートホンに使用されるコンデンサやコイル、接着フィルムなどの部品の究極的な縮小化技術に対応するための混練技術、あるいは自動車用電池の原料の精密混合分散技術にも、食品材料の混合技術あるいは混練技術と同様に適用することができ、これにより、被処理物の混合状態の変化あるいは混練状態の変化の定量化と被処理物の品質管理とを提供することができる。

【0146】

このように本発明は、各実施形態で説明した被処理物の混練だけでなく、混合や撹拌といった材料を混ぜる技術には幅広く適用可能である。

【0147】

また、上記各実施形態では、１以上の処理部材として２つの混練部材１０５ａ、１０５ｂを有する混練装置１００を示したが、混練装置の混練部材は１つでも３つ以上でもよい。

【0148】

また、上記各実施形態では、１以上の処理部材が公転するとともに自転するように構成した混練装置を示したが、混練装置は、１秒間に１以上の被処理物が被処理物の容器の内壁に最接近する回数を設定可能なものであれば、１以上の処理部材の回転運動が自転運動あるいは公転運動のいずれか一方のみであるものでもよい。

【0149】

さらに、本発明の検出装置による被処理物の状態変化の検出が、１以上の処理部材の公転方向と自転方向とが異なる混練装置のｒ動作、および１以上の処理部材の公転方向と自転方向とが同じである混練装置のＱ動作のいずれにおいても可能であることはいうまでもない。

【0150】

またさらに、混練装置は、１以上の混練部材の各々が容器内壁に最接近する（あるいは容器内壁に当たる）先端（羽根）を１つだけ有するものに限定されず、混練装置が、１以上の混練部材の少なくとも１つが複数の羽根を有するものであってもよいこともいうまでもない。

【0151】

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特許、特許出願および文献は、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】

【0152】

本発明は、処理される被処理物の状態変化を簡単な構成により高精度に検出することができる装置、プログラム、および方法、ならびにその装置を用いた処理装置を得ることができ、例えば、パン生地、クッキー生地、ハンバーグ生地等の食品材料、その他医薬や理化学分野で用いられる原材料の処理中にその状態変化を検出する技術として有用である。

【符号の説明】

【0153】

１０ 状態検出装置
１０ａ、２０ａ コンピュータ
１１、２１ プロセッサ
１２、２２ メモリ
１３、２３ 入力ＩＦ
１３ａ 入力装置
１４、２４ 出力ＩＦ
１４ａ 出力装置
１５、２５ データバス
４０ 電流センサ
１００、２００ 混練装置
１００ａ 混練装置本体
１００ｂ 駆動部
１００ｃ、２００ｃ 制御部
１００ｄ 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 容器
１０４ａ 被処理物
１０４ｂ 容器内壁
１０５ａ、１０５ｂ 混練部材（１以上の処理部材）
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 大歯車
１２３、１２４ 従動自転軸
１２３ａ、１２４ａ 小歯車
１２３ｂ、１２４ｂ 従動軸上軸受
１２３ｃ、１２４ｃ 従動軸下軸受
１３１ 環状部材
１３１ａ 外側上軸受
１３１ｂ 外側下軸受
１３２ 固定具
Ａｓ 状態変化信号
Ｃ０ 公転の中心
Ｃｓ 消費電流信号
Ｄｃ１、Ｄｃ２ モータ駆動電流
Ｄｓ 駆動制御信号
Ｅａ、Ｅｂ 混練部材の先端
Ｇ１〜Ｇ４ パワースペクトル情報
Ｌａ 直線
Ｌｂ 接線
Ｌｑ 接線方向
Ｌｒ 法線方向
Ｏｓ 操作信号
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｒ 点
Ｔａ、Ｔｂ 軌跡
Ｔｒｃ 円形経路
Ｔｒｄ 仮想円

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】