使用不鏽鋼箔對 Lagom P100 進行平行校正

不銹鋼箔極薄且不易被壓縮的特性使平行校正可以做得更為完美,最終在 Lagom P100 上達成了 chirp to lock 小於 20 microns、幾近完美的平行度。

平行校正結束後呈現 full wipe 的 98mm SSP Brew 刀盤

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此篇文章中將會提到該如何使用 marker test 以及不銹鋼箔進行平刀磨豆機的平行校正,我也詳細紀錄了我校正台大咖啡社的 Lagom P100 中 98mm SSP Brew 刀盤的過程,如果你剛好也擁有這台磨豆機,那我相信校正的過程會對你很有幫助,但我相信即使磨豆機不同,這篇文章也會成為一個很好的參考。

平行度的重要性

平刀在研磨時,咖啡豆會從刀盤中間的孔洞掉入,因慣性向外飛出的同時受到刀盤的研磨,直到粒徑小於刀盤之間的空隙後就會脫離刀盤,成為我們所看到的咖啡粉。

因此,刀盤之間的平行度是相當重要的,如果刀盤不平行,則兩側的刀盤間距就不會相同,這導致兩側飛出的咖啡粉粒徑會稍有不同,使研磨均勻度下降,如下圖。

刀盤平行度的重要性以及如何使用 marker test 檢驗平行度
(source: IG, aramsecoffee)

在右下角的圖中,兩片刀盤並不平行:右側的刀盤間距較大,左側較小,因此右側所磨出的咖啡粒徑也會較左側大,這將會導致不均勻的研磨。

Chirp to Lock Distance

那該如何以客觀的標準來描述刀盤的平行度呢?一種很常見的指標是 chirp to lock 的距離,也就是刀盤 chirp point 與 lock point 之間的距離。

Chirp Point

chirp point 通常是大家的磨豆機刻度 0 的位子,也就是在磨豆機開機的情況下,慢慢調細研磨度,直到刀盤之間互相磨擦,產生尖銳的聲音(也被稱作 chirping sound)為止,此時的刻度即是 chirp point。

刀盤的硬度通常很高,這樣做並不會對刀盤造成損傷,但需注意千萬不要繼續調細,否則若刀盤咬死可能會使馬達損壞。

Lock Point

在找到 chirp point 後我們可以將磨豆機關機(務必要關機!),此時會發現還可以繼續調細刻度,而調細直到完全轉不動為止的這段距離就叫做 chirp to lock distance,完全轉不動的刻度也就是磨豆機的 lock point。

舉例來說,在我完成平行校正前,台大咖啡社的 P100 調細直到刻度盤無法再轉動時的刻度是 -0.8,代表 lock point 是 -0.8,而 chirp point 是 0,因此 chirp to lock 的距離為 0.8。我知道在 P100 上 1 格所代表的刀盤間距為 75 µm,因此 chirp to lock 的距離為約 60 µm。

基本上在刀盤大小及結構相同時(例如都是 98mm SSP Brew 刀盤), chirp to lock distance 越小則代表刀盤越平行。這應該也相當直觀,因為 chirp to lock distance 較小時代表刀盤在非常接近的情況下依然不會互相摩擦,這代表的即是較好的平行度。

如何進行 Marker Test 並使用墊片進行平行校正

一種很常見用來檢驗刀盤平行度的方式叫做 marker test,顧名思義是使用 marker(白板筆)來檢驗的手法。

首先要澄清一件事,雖然我們一再提到的概念是平行度,但其實不僅兩片刀盤需要平行,它們也各自需要垂直於轉軸,這是因為兩片刀盤中只有其中一片是固定位置的,而另一片則是會轉動的,因此如果兩片刀盤沒有垂直於轉軸,即使他們在某一個相對的角度下是平行的,當刀盤開始轉動後它們依然會呈現不平行的狀態。

因此這邊的 marker test 其實不只是在檢驗刀盤是否平行,而是在檢查刀盤是否垂直於轉軸。做法很簡單,在其中一片刀盤(這片刀盤就是是正在進行校正的刀盤)的邊緣平坦部分塗上白板筆,並裝回磨豆機。開機後開始尋找 chirp point,在找到 chirp point 並讓刀盤稍微摩擦後再將刀盤取出,若此刀盤與轉軸呈現垂直,則此時筆跡應該整圈都會被磨掉,我們稱之為 full wipe。反之,若只有一處的筆跡被磨掉了,代表此處是調細時刀盤首先摩擦到的部分,也就是刀盤較高的位子,通常我們會將筆跡被磨掉範圍的中點當作刀盤的高點。

我們想要在刀盤較低的一側墊入墊片,因此這時我們只要在高點的對側螺絲下墊入墊片,就可以使刀盤變得更為平行,此時只要重複這個動作直到達成 full wipe 即可,這時就代表此片刀盤已經與轉軸垂直,接下來只要依照相同方法也校正完另一片刀盤即能確保平行。

以下圖舉例:

剛做完 marker test 的刀盤

仔細觀察後會發現白板筆有被磨掉的範圍約是 3 點鐘到 9 點鐘方向,因此高點為 6 點鐘方向,這代表我們需要在 12 點鐘的位子加入墊片,因 12 點鐘剛好沒有螺絲,因此通常我們會先從離 12 點鐘最接近的螺絲(也就是左上角的螺絲)開始墊高。

需特別注意的是只能在螺絲下方墊入墊片(通常是在螺絲的兩側加入各一片等厚度的墊片),因為若在兩顆螺絲間加入墊片,則刀盤會有彎曲的風險:兩側的螺絲會施給刀盤向下的力,而此時螺絲中間的墊片會形成一個支點,使刀盤彎曲。

這個做法的邏輯相當簡單,基本上就是一直在較矮的地方墊入墊片直到刀盤平行,但仔細一想的話就會發現這是非常費神且耗時的工作,因為會需要無數次地拆裝磨豆機(但⋯這也是沒辦法的事⋯)。

單用文字註定無法將過程講解得非常清楚,因此我非常建議在實際操作前先觀看一遍這個經典的教學影片

為什麼要使用不鏽鋼箔?

墊片的大小一般為 0.5 cm * 1 cm,通常是由鋁箔修剪而成,因為他是最容易找到且符合極薄及厚度穩定這兩種性質的材料之一。但是我發現使用鋁箔在校正過程中具有相當程度的不確定性,即使達成了 full wipe,平行的狀態也沒有辦法維持很久。數個月後校正前較高的部分又會回到較高的狀態,就如同先前墊在較矮部分的那些鋁箔被壓縮了一樣。

我不清楚這在物理的層面上是否是合理的,但有許多人都觀察到了鋁箔不夠穩定的情況,知名咖啡部落客 rohan 也在文章[C]中呼籲大家使用不銹鋼箔替代鋁箔,再加上我發現可以買到較鋁箔更薄的不銹鋼箔,因此我決定將先前使用的鋁箔移除,並使用不銹鋼箔重新進行平行校正,這篇文章也就因此誕生了。

[C]
原文如下:"That’s when I vaguely remembered Nate Walck (also coincidentally the previous owner of Frankenjolly) mention on Hedrickcord (Lance Hedrick’s discord) that one should consider using stainless steel shims for alignment as opposed to aluminium foil (Long Vo probably was the first to suggest this as a solution on EAF but in context of a different discussion)."

詳細的校正過程

以下為校正 Lagom P100 的 98mm SSP Brew 刀盤的過程,但我相信即使你跟我使用的磨豆機不同,大部分的步驟都依然具有參考價值。[D]

再次強調:兩片刀盤是需要分開校正的,塗上白板筆的刀盤就是正在進行校正的那一個,如果要達成較好的平行度,則兩個刀盤都要達成 full wipe。需要分開校正是因為兩片刀盤都各自需要與轉軸呈現垂直的狀態。

[D]
我也用完全相同的方式校正了台大咖啡社的另一台 Fellow Ode

所需材料

  • 白板筆
  • 扭力起子(我使用的是 Wera 7441 torque screwdriver
    • 扭子起子可以確保每次拆裝刀盤時都使用相同的扭力,使校正的過程更為穩定,但這並不是必需品,也可以使用一般的起子。
    • 至於扭力大小的選擇,我使用 OPTION-O 原廠推薦的 2.5N⋅m 進行校正,這樣的扭力僅適用於 98mm 的刀盤,若你的刀盤較小,我建議可以使用 2N⋅m 即可。
  • 起子頭
    • 請選擇適合自己磨豆機的起子頭,P100 及大部分 98mm 磨豆機使用的是 PH3 的螺絲規格。
  • 不銹鋼箔
    • 越薄則可以達成更完美的平行度,但同時也較為費時。
    • 我使用價格較高、厚度 5 µm 的極薄不銹鋼箔。

如何將 P100 的上刀盤拆下(若不是使用 P100 可以跳過此段)

很幸運的,下刀盤在校正前就呈現 full wipe,因此我並不需要將下刀盤拆開,但隨後我馬上就在拆解上刀盤時遇到困難。在拆開螺絲後,刀盤卡得非常死,無法拉出。

聯繫客服後,他們表示這是因為咖啡細粉及油脂使刀盤下呈現了近似真空的狀態,這使得刀盤因為氣壓而無法拉出,此時需要使用一個較軟的物品(我使用螺絲起子附有軟墊的把手)敲打刀盤背面,震動可以有效的破壞真空,進而使刀盤變得容易移除。

官方技術人員的回應

這個問題在當時困擾了我非常久,因此記錄在這邊給同樣也遇到這個問題的 P100 使用者參考。

開始進行 Marker Test 並墊入不銹鋼箔

接下來就正式開始進行 marker test,我紀錄了每次 marker test 的結果以及我在哪些螺絲下加入了墊片。這些照片都已使用 Photoshop 進行對齊並移除背景,方便對照查看。

在開始校正之前,需特別記得刀盤與刀盤座的相對關係,也就是說每次鎖上刀盤都要確保刀盤沒有被旋轉過位子,這是因為刀盤本身也有公差,因此任意改變相對位置會導致平行度有所變化。

這是尚未進行平行校正前的狀態,此時 chirp to lock distance 約為 60 µm。

圖一
(尚未墊入任何不銹鋼箔)
  • 筆跡被磨掉的範圍:約為 3 點鐘到 9 點鐘方向。
  • 高處的中間位置:6 點鐘方向。

可以發現上半圓較低,需要在 12 點鐘的方向加入墊片,但並沒有一個螺絲此處,因此我選擇先在最接近低點的螺絲(左上方的螺絲)下墊入不銹鋼箔,並觀察 marker test 的變化。

在左上方的螺絲下墊入 7 片不銹鋼箔後,marker test 呈現下圖。

圖二
(左上、左下及右邊的螺絲下分別墊入了 7 片、0 片、0 片不銹鋼箔)
  • 筆跡被磨掉的範圍:約為 3 點鐘到 11 點鐘方向。
  • 高處的中間位置:7 點鐘方向(左下角螺絲)。

可以發現此時高處的中間位置為左下角的螺絲,也就是說,接下來我們只要在左上及右邊的螺絲下墊入等量的不銹鋼箔即可。

在左上及右邊的螺絲下墊入各 6 片不銹鋼箔後呈現下圖。

圖三
(左上、左下及右邊的螺絲下分別墊入了 13 片、0 片、6 片不銹鋼箔)
  • 筆跡被磨掉的範圍:full wipe,但很明顯 3 點鐘到 11 點鐘方向磨掉的寬度較大。
  • 高處的中間位置:7 點鐘方向(左下角螺絲)。

可以發現不平行的狀況有改善,但依舊與上一張圖呈現相同的趨勢,於是我繼續在左上及右邊的螺絲下墊入各 3 片不銹鋼箔,之後呈現下圖。

圖四
(左上、左下及右邊的螺絲下分別墊入了 16 片、0 片、9 片不銹鋼箔)
  • 筆跡被磨掉的範圍:除了 3 點鐘方向外的所有部分。
  • 高處的中間位置:9 點鐘方向。

可以發現右邊的螺絲成為了最終的低處,此時我在右側的螺絲下墊入最後 1 片不銹鋼箔,便達成了如下圖的 full wipe。

圖五
(左上、左下及右邊的螺絲下分別墊入了 16 片、0 片、10 片不銹鋼箔)
  • 筆跡被磨掉的範圍:達成 full wipe!

此時的 chirp to lock distance 已經成功降至約 15 µm,算是呈現幾乎完美的平行(通常 30 µm 以下就被視為完美的平行了)。左上、左下及右邊的螺絲下分別墊入了 16 片、0 片、10 片 5 µm 的不銹鋼箔。

我將整個校正過程製作成了一個 gif,如下:

整個校正過程的動圖

可以看到筆跡被磨掉的區域隨著墊入的不銹鋼箔越來越多而變得越來越大,這顯示刀盤的平行度逐漸改善。

結語與討論

Lagom P100 的精密度

達成完美的平行度時刀盤左上角的螺絲下已經墊入了 16 片不銹鋼箔,厚度整整有 80 µm。這似乎並沒有符合 OPTION-O 官方對精密度的保證,官網上的原文如下:

Every critical part of the grinder is CNC-machined to a tolerance of <10 microns, with a flatness tolerance of < 5 microns. Each piece of CNC-machined parts is confirmed using industrial CMM (coordinate measuring machine) post-machining, or else they will be rejected. So we are confident the parts will be perfect. No user alignment is required.

不過我並不怪他們,一切東西都有公差,包含 SSP 製作的刀盤本身,因此要像 Tituszerno 這樣每台機器都擁有近乎完美的平行度本來就是難如登天的。

只能說,還是別相信磨豆機廠商吧⋯自己進行校正不僅安心,更是一個很棒的學習經驗噢!

平行校正所造成的差異及其必要性

所以校正後顆粒度有變得更為均勻嗎?咖啡有變得更好喝嗎?我覺得有,但老實說我也不是這麼有自信,畢竟這很難用數據來證明,而我通常認為僅憑感官經驗並不足以當作證據。

許多人回報在刀盤校正後,製作義式時粉餅可以在相同的刻度下承受更高的壓力,顯示粗粉變少了,但因為我的刀盤本來就無法製作 9 bar 的義式(98mm SSP Brew 的細粉太少了,無法建立足夠的壓力),因此我並沒有進行這部分的測試。

對我來說校正平行度的最大意義其實是在咖啡不理想時可以有效地排除磨豆機的因素,白話文來說就是當咖啡不好喝的時候,我不需要擔心是否可能是磨豆機造成的,我想這對大家的心理健康都有幫助(但同時我也少了一個可以為難喝的咖啡找的藉口,這點倒是挺不方便的)。

或許平行校正真正的原因就如同剛剛有提到的平行校正教學影片中說到的一樣,在確保平行後,我們這些 coffee nerd 們才終於可以睡上一個好覺。