JP3256396B2 - 添加剤を混合する方法および装置 - Google Patents

添加剤を混合する方法および装置

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    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/88—Adding charges, i.e. additives
    • B29B7/94—Liquid charges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A23P—SHAPING OR WORKING OF FOODSTUFFS, NOT FULLY COVERED BY A SINGLE OTHER SUBCLASS
    • A23P30/00—Shaping or working of foodstuffs characterised by the process or apparatus
    • A23P30/20—Extruding
    • A23P30/25—Co-extrusion of different foodstuffs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は流体物質を混合する方法
に関する。本方法は、例えば押出し成形された食品と、
該食品に対する添加物のような、粘度の異なる流体物質
を均質混合するのに特に有用である。本発明はまた、本
方法に使用する装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】粘度の異なる物質を概ね均質的に混合す
ることは困難なことが多い。このことは特に、より低粘
度の物質を比較的少量添加する場合にいえる。ある場合
には、均質な混合物を得るために当該物質を集中的に混
合することにより上記の問題に対処することができる。
しかしながら、このことは常に可能、あるいは望ましい
とは限らない。例えば、より高粘度の物質が機械的な剪
断作用に対して弱い場合には集中的な混合を避けるのが
最良である。物質を混合し、一方著しい機械的剪断を避
けるための手段として静的混合装置が提案されてきた
が、より低粘度の物質は静的混合装置を「通り抜け」る
か、あるいは静的混合装置の周囲まで移動することが判
明している。従って、得られた混合物は通常均質ではな
い。
【０００３】この問題に対処する１つの試みが米国特許
第４７５３５３５号に開示されている。ここでは、外側
導管と内側導管とを有する装置が開示されている。高粘
度の物質の流れは導管の間で分割される。内側導管は静
的混合器と、低粘度の物質を導入する入口ポートとを収
容している下流部分を有する。この目的は添加物と、高
粘度の物質の一部とを内側導管において初期混合するこ
とである。次に、２個の導管内の流れが組み合わされ、
別の静的混合器まで導かれ、そこで共に混合される。本
装置は低粘度物質の混合器を通しての通り抜けを阻止す
るといわれている。
【０００４】別の方法が米国特許第４６１６９３７号に
おいて提案されている。本特許は、管状導管中へ半径方
向に延在する、密閉された「クイル」を開示している。
このクイルは管状導管内で静的混合器の上流に位置さ
れ、管状導管内で中央に低粘度の物質を導入するための
排出ポートを有している。このように、管状導管を貫流
している高粘度の物質中へ低粘度の物質が導入される。
【０００５】しかしながら、前記特許に開示したいずれ
の方法も完全に十分であるとは証明されていない。集中
的に混合することなく、かつ静的混合器にわたって直線
的に著しい圧力損失をもたらすことなく、粘度の異なる
物質の概ね均質な混合物を得ることは依然として問題で
ある。
【０００６】
【発明が解説しようとする課題】従って、本発明の目的
は異なる粘度の物質を混合する方法であって、希望に応
じて均質な混合物を得ることのできる方法を提供するこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、１０００００
ｃＰから７５００００ｃＰの粘性を有する流動性食料
（すなわち、主要流体物質）に１０００ｃＰ以下の粘性
の添加剤を混合する方法であって、 流動性食料の流れ
を、近接して実質的に平行に進む複数の食料の流れに分
ける段階、および 該食料の流れの間の１つ以上の個所で
流動性食料の流れの中に添加剤を導入して食料の流れお
よび添加剤の組み合わされた流れを得る段階を含む添加
剤を混合する方法を提供する。
【０００８】驚くべきことに、主要流体物質の流れの間
の空隙に添加物を導入することにより、後続の混合段階
の間、添加物の通り抜けが大いに排除される。従って、
高度の集中的な混合が必要でなく、例えば、流体物質に
対して著しい機械的剪断力を加えない静的混合器におい
て、前記の組み合わせた流れを混合することができる。
このことは、例えば押出し成形調理した食品成分のよう
な剪断力に弱い物質の処理において特に有利である。
【０００９】理論にとらわれることなく、流体物質の流
れの間に導入された添加物は流体物質の流れの間の空洞
中へ渦巻き、かつ浸透することにより、緊密に集った流
体物質の流れの間へ拡散するものと考えられている。従
って、主要流体物質と組み合わされることに対する添加
物の抵抗と、添加物が主要流体物質から分離しようとす
る傾向とが打ち消される。
【００１０】組み合わされた流れを断面を縮小した領域
を貫流させることにより、混合に先立って圧縮させるこ
とが好ましい。この圧縮段階は、特に流体物質の流れ
が、さもなくばその特異性を喪失する傾向がある場合に
は添加物を閉じ込めしやすくする。その結果、圧縮段階
の利点は、概ね均質な混合物を達成するのに要する混合
強度が、圧縮段階を省いた場合よりも小さくてすむこと
である。
【００１１】圧縮の後、前記の組み合わされた流れは膨
張させられ、膨張した流れを混合することが好ましい。
膨張は添加物の分配を全体的に高めるのみならず、圧縮
により発生した圧力低下を緩和する上でも有利である。
【００１２】組み合わされた流れは、静的混合器を通す
ことにより混合することが好ましい。このようにして機
械的剪断と圧力低下とを最小としうる。
【００１３】前記混合法は主要流体物質の添加物に対す
る粘度比が約７５０，０００：１まで、特に約１００，
０００：１から約５００，０００：１までである主要流
体物質と添加物とを用いて実行することができる。しか
しながら、粘度の差が小さくなるにつれて、添加物が移
動しようとする傾向が小さくなり、本方法に対する必要
性も小さくなりうるが、本方法は依然として満足に作用
する。
【００１４】主要流体物質は気体以外の流体であり、あ
るいは流動化しうる各種化合物や成分のいずれかでよ
い。従って、主要流体物質は押出し成形可能材料を含む
各種の可塑性物質の中の１つでよい。主要流体物質の粘
度は約１００００００ｃｐ以下、特に約１０００００ｃ
ｐから約７５００００ｃｐまで、例えば約２０００００
ｃｐから約５０００００ｃｐまでであることが好まし
い。
【００１５】処理可能な好ましい流体物質の例は、例え
ば押出し成形調理のように、熱や圧力を加えて処理する
と固定する傾向があり、機械的剪断作用によっては悪影
響を受ける食品成分を含む。これらの食品成分は澱粉質
製品、繊維質製品、および澱粉や蛋白質ベースの製品を
含む。これらの製品の例としては朝食用シリアル、シリ
アルおよび（または）野菜、および（または）果物ベー
スのスナック食品、繊維質の野菜の蛋白質製品、パス
タ、シリアルおよび／または蛋白質ベースのペット食
品、アイスクリーム等、押出し成形によって作るか否か
は問わず、このような製品を含む。
【００１６】主要流体物質は、機械的剪断に対して当該
製品を弱くする水分を含むことがある。例えば、重量比
で約５％から約５０％の水分を含む押出し成形調理した
食品物質がこのような特性を示す。しかしながら、処理
された押出し成形調理した食品物質はいずれも重量比で
約３５％以下、例えば重量比で約１５％から３０％まで
の水分を含む。これらの物質は押出し成形された後直ち
に固まる。
【００１７】主要流体物質はまた、熱を加えた後硬化す
る熱硬化性プラスチック材料、例えば、ポリオレフィン
や、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリアミド、アクリルニトリル、ポリカーボネー
ト等のその他の樹脂ベースの材料からも選定しうる。
【００１８】添加物としては、各種の化合物や成分のい
ずれかを使用してよく、その基準は添加物が流体の形態
であることである。添加物は液体、気体、拡散物、懸濁
物等でもよい。添加物の粘度は約１ｃｐ以下から約１０
００ｃｐまでの範囲であることが好ましい。食品用とし
ては、典型的な添加物は、着色剤、食品のきめや濃度を
調整する薬剤、芳香剤、調味料、脂質、脂肪、油、およ
び脂肪酸を含むグリセリド、脂肪代用品、ガールガムお
よびキサンガムを含むガム、食品として許容しうる気
体、マイラード（maillard) 反応生成物等を含む。
【００１９】本方法の別の利点は押出し成形された製品
の脂質含有量を操作して増加させることが可能なことで
ある。通常、流体物質が押出し成形された澱粉質あるい
は蛋白質の製品である場合、追加された脂質含有量は製
品の重量比で約５％から６％以上（全体の脂肪含有量の
約１２〜１４％まで）はありえない。脂質は押出し成形
のための潤滑剤として作用し、従ってより高いレベル
で、押出し方法に悪影響を与える傾向がある。さらに、
既に押出し成形された製品にさらに脂質を含めることは
問題である。しかしながら、本方法は、例えば全体の脂
質の含有量を重量比で約２０％から約４０％までとなる
ように、約５％〜６％を上廻る量で押出し成形された流
体物質に添加物として脂質を追加しうる。
【００２０】本方法はさらに、主要流体物質の流れを複
数の仕切られた流れとなるように仕切ることを含み、前
記の仕切られた流れの少なくとも１本が前述のように分
割される。もっとも、仕切られた流れの全てが前述のよ
うに分けられることが好ましい。こうすれば、主要流体
物質を分離して、複数の異なる製品に処理しうるという
利点を提供する。製品は、添加した添加物、混合レベ
ル、製品の形状等において相違しうる。例えば、本方法
はさらに、ダイを通して、各々の仕切られた流れから得
た組合わせ流れを通す段階を含めてもよい。異なる形状
が所望される場合、異なるダイを使用すればよい。
【００２１】本方法の別の利点は、調理され、押出し成
形された食品の処理の際、調理および押出しの後に添加
物を添加することである。従って、加熱に弱いか、ある
いは他の方法では使用できない添加物を用いることがで
きる。
【００２２】本発明は、また、１０００００ｃＰから７
５００００ｃＰの粘性を有する流動性食料に１０００ｃ
Ｐ以下の粘性の添加剤を混合する装置において、混合組
立体を含み、この混合組立体が、 流動性食料の流れを、
近接して実質的に平行に進む複数の食料の流れに分ける
分割手段であって、２つの対向した面を有し、かつ貫通
する複数の通路を有するプレートを含み、該通路の開口
が前記流動性食料と添加剤に接触する該面の全面積の約
２０％から約５０％の合計面積を有するような分割手
段、 前記分割手段と関連して、食料の流れの間の１つ以
上の個所で前記流動性食料の流れの中に添加剤を導入し
て組み合わされた流れを得る入口手段、および 前記組み
合わされた流れを圧縮する圧縮手段を含む添加剤を混合
する装置を提供する。
【００２３】前記混合組立体はさらに、混合器と分割手
段との間にあり組み合わされた流れを圧縮する圧縮手段
を含むことが好ましい。また、混合組立体は、圧縮され
た組合せ流れが膨張しうるようにする膨張手段を含むこ
とができる。圧縮手段と膨張手段とは組み合わせてその
間にベンチュリを形成するようにしてもよく、あるいは
直接組み合わせてもよい。
【００２４】分割手段は、両側の二面と、複数の貫通通
路とを有するプレートを含み、前記通路の開口部が、流
体物質と添加物とに接触する面の全面積の約２０％から
約５０％までを占める面積を有することが好ましい。各
開口部は、流体物質と添加物とに接触する面の全面積の
約５％まで、より好ましくは約３％を占める面積を有す
ることが好ましい。
【００２５】入口手段は、プレート内に形成され、前記
プレートの外縁部から延び、前記プレートの面に対して
概ね中央に配置されている開口で終る半径方向の孔を含
むことが好ましい。代替的に、入口手段はプレートの外
縁部から延び、プレートの面に対して概ね中央に配置さ
れた開口で終るパイプから構成してもよい。
【００２６】本装置は混合組立体の間で均等に第１の流
体物質を分配するために各々、共通の分配手段に接続さ
れている複数の混合組立体を含むことができる。
【００２７】分配手段は、一方の面から突出し、頂点で
終っている突起と、前記突起の周りでプレートを貫通し
ている複数の通路を有するプレートを含むことが好まし
く、混合組立体は各々前記プレートの反対側の面で通路
に接続され、前記突起は主要流体物質の流れを各通路に
均一に導く。
【００２８】前記突起は、頂点で開放し、他端で清浄流
体源に接続可能である貫通孔を含み、前記孔はその頂点
近傍で、弁を有しており、該弁は主要流体物質が前記孔
を通して流れうるようにさせるが清浄流体が前記孔から
出ていかないようにしうる。
【００２９】代替的に、分配手段は、部分的に貫通して
一方の面から延びる開口と、プレートの反対側まで前記
開口の端部から延びている複数の分流通路とを有するプ
レートを含み、混合組立体が各々前記プレートの反対側
の面において通路に接続されている。前記プレートは周
囲から横方向に延在している複数の弁孔を有し、各分流
通路に対して１個の弁孔があり、各弁孔から分流通路と
交差し、各弁孔の弁部材が分流通路を選択的に閉鎖す
る。
【００３０】本装置はさらに、形状製品を作るために混
合組立体に接続されているダイプレートを含みうる。本
装置が複数の混合組立体を有している場合、ダイプレー
トは各混合組立体に接続すればよい。ダイプレートは、
希望に応じて相互に相違するダイを有しうる。全てのダ
イプレートは単一の保持プレートに担持されている。各
ダイプレートの後にカツタを接続してもよい。ダイプレ
ートは、希望に応じて交換しうる保持プレートにおける
取外し可能インサートの形態でよい。
【００３１】各ダイプレートの後のカツタの代りに、各
ダイプレートを出ていく製品を切断するために単一のカ
ツタを用いてもよい。
【００３２】従って、本装置は主要流体物質の単一の流
れから種々の製品を同時に作ることができる。
【００３３】本発明の実施例を、添付図面を参照して、
例示のみとして以下説明する。
【００３４】
【実施例】図面を参照すれば、全体的に１０で指示する
ダイ組立体は押出しバレルの下流側に位置している。ダ
イ組立体１０の上流側で使用される押出機が重要という
のでなく、いずれの適当な押出機も使用しうる。押出機
は被押出物をダイ組立体１０を通して流れるようにする
に十分な圧力を発生させるようなものでなければならな
い。適当な押出機の例はベルナアンドフライダラ（Wern
er & Pfleiderer)、べンガ（Werger）、サノ（Sano）、
ライストリッツ（Leistritz ）、Er−We−Pa、クレスト
ラル（Clextral）およびビューラ（Buhler）を含むメー
カから得られる一軸および二軸スクリュ押出機を含む。
澱粉質、および蛋白質製品に対しては、二軸スクリュ押
出機が好ましい。ダイ組立体１０は押出バレル１２から
取外し可能で、適当なフレーム（図示せず）に支持され
ていることが好ましい。
【００３５】ダイ組立体１０は押出バレル１２のすぐ下
流側に位置した合流装置１４を有している。合流装置１
４は、円形の貫通孔１６を有する円形プレートの形態で
ある。前記孔１６のバレル側端２０２は押出バレル１２
を摺動して受け入れる寸法にされている。孔１６のバレ
ル側端部２０２は内方にテーパの付いた肩２０４で終っ
ている。肩２０４の方は孔１６の中央部分２０６で終っ
ている。中央部分２０６は直径が概ね一定のベンチュリ
の形態である。前記孔１６の下流側端部は中央部分２０
６から外方にテーパが付いており、合流装置１４の外径
より小さい直径で終っている。代替的に、希望に応じ
て、外方にテーパの付いている部分は、直径が一定の孔
１６の下流端で終らせてもよく、あるいは外方にテーパ
の付いている部分は一定直径の部分で完全に代替しても
よい。合流装置１４は横方向の流れのベクトルを緩衝さ
せることにより、被押出し材料に対するスクリュの回転
による作用を低減させるという利点を提供する。従っ
て、より均一で、かつ直線的な流れが得られる。しかし
ながら、希望に応じて合流装置１４をダイ組立体１０か
ら省いてもよい。
【００３６】分配装置１８が合流装置１４の下流側の面
に位置している。分配装置１８は円形の分配プレート２
０を含み、該プレートの上流側の面２２から、概ね円錐
状の突起２４が突出している。分配プレート２０は４個
の貫通孔２８を有しており、各通路２８は突起２４の周
りで均等に隔置され、突起２４の基部近傍の位置から延
びている。４個の通路２８は例示目的にのみ図示してあ
り、いずれか適当な数（例えば６個あるいは８個）を設
ければよい。
【００３７】掃除通路２６が分配プレート２０の軸線に
沿って突起２４の先端から分配プレート２０を貫通して
延びている。流路２１０が分配プレート２０の下流側の
面に沿って半径方向に、掃除通路２６から分配プレート
２０の外周縁まで延在している。流体供給配管４８が分
配プレート２０の外周縁において流路２１０に接続され
ている。例えば水である掃除流体の供給源が流体供給配
管４８に接続されている。一方弁４６が掃除通路２６に
固定され、流体供給源から流路２１０を通して、掃除通
路２６を通して、突起２４から掃除流体が流れうるよう
にする。しかしながら、弁４６は流体が何ら逆方向に流
れないように阻止する。
【００３８】弁４６はいずれか適当な一方弁でよい。例
えば米国特許第１４６２５１９号に記載の弁は掃除通路
２６に嵌入するようにされている。別の例が図６に示さ
れた弁３００である。弁３００は下流端３０４において
開放している管状ハウジング３０２を有している。壁３
０６が管状ハウジング３０２の軸線に対して垂直で、管
状ハウジング３０２の上流端３０８の近傍で管状ハウジ
ング３０２を横切って延びている。壁３０６は中央の孔
３１０と、複数の外側の貫通孔３１２とを有し、外側の
貫通孔３１２は中央孔３１０の周りで隔置されている。
管状のピストンヘッド３１４が管状ハウジング３０２内
に摺動している。ピストンヘッド３１４の下流側端部３
１６は閉鎖されており、上流側端部３１８は開放してい
る。ピストンロッド３２０がコネクタ３２２においてピ
ストンヘッド３１４の下流端３１６に接続されており、
ピストンヘッド３１４の軸線に沿って上流側に突出して
いる。ピストンロッド３２０は中央孔３１０を貫通して
延び、管状ハウジング３０２の上流端３０８を十分越え
て突出している。ばね３２４がピストンロッド３２０の
周りに嵌合され、ナット３２６によってピストンロッド
３２０の遠位端と壁３０６との間の所定位置に保持され
ている。複数の通路３２８がピストンヘッド３１４の円
周方向の壁を貫通して下流端３１６近傍で設けられてい
る。環状シール３３０が管状ハウジングの下流端３０４
近傍で管状ハウジング３０２の円周方向の溝に固定され
ている。環状シール３３０がピストンヘッド３１４と管
状ハウジング３０２との間で液密状にシールしている。
【００３９】使用時、ばね３２４がピストンヘッド３１
４を管状ハウジング３０２中へ緊密に引張り込む。環状
シール３３０によって、かつピストンヘッド３１４が管
状ハウジング３０２を横切って壁３０６に着座すること
により、流体が弁４６を通っていずれの方向にも流れな
いようにされる。しかしながら、ばね３２４の力より大
きい力を提供する圧力により清浄流体が外側の孔３１２
を通ってピストンヘッド３１４中へ流入する場合、ピス
トンヘッド３１４が矢印Ｂの方向に動く、最終的にピス
トンヘッド３１４の通路３２８がシール３３０から外
れ、清浄流体を解放する。従って、流体が確実に一方向
のみに流れる。
【００４０】円形の裏板２２０が、該裏板２２０と分配
プレート２０との周縁部近傍に位置したボルト５０によ
って分配プレート２０に接続されている。その他の適当
な接続手段を用いうることは明らかである。裏板２２０
はまた４個の貫通孔２２８を有している。これらの通路
２２８は、分配プレート２８が裏板２２０に接続される
と分配プレート２０の貫通孔２８と整合する。各通路２
２８は裏板２２０の下流側の面において穴ぐりされてい
る。裏板２２０の上流側の面は分配プレート２０の掃除
孔２６と整合したくぼみ２３０をその中心に有してい
る。半径方向の流路２３２がくぼみ２３０から裏板２２
０の外周縁まで延在している。この流路２３２は分配プ
レート２０の流路２１０と整合し前述の清浄流体用の流
路を提供する。これらの流路２１０および２３２は分配
プレート２０あるいは裏板２２０のいずれかに穿孔した
通路に代えてよいことは明らかである。また、希望に応
じて、分配プレート２０と裏板２２０も、図示した構造
を提供する形状に機械加工された単一の板に代えてもよ
い。
【００４１】合流装置１４および分配装置１８のいずれ
か、あるいは双方を、スリーブでつなぎ、相互に摺動可
能に嵌合したり、あるいは単に相互に当接するようにし
てもよい。合流装置１４と分配装置１８とは、例えば、
ボルト、ブラケット等の適当な手段により接続すること
ができる。一旦合流装置１４と分配装置１８とが接続さ
れると、分配プレート２０の突起２４が合流装置１４の
孔１６の中央部分２０６中へ突出し、かつ貫通するが、
シールはしない。このように、押出バレル１２を出てい
く流体は合流装置１４と分配プレート１８の突起２４と
の間の環状空隙を通して流れる。合流装置１４の内方に
テーパの付いた肩２０４により流体を合流装置１４の中
心に向かって流れるようにさせ、そこで流体は突起２４
によって均等に分流される。このように、流体は良好に
分配される。
【００４２】円形の分割プレート４０が各通路２２８上
で裏板２２０の下流側の面に接続されている。分割プレ
ート４０の外周縁５８近傍に位置した適当なボルト５６
を用いて分割プレート４０を裏板２２０に固定すること
ができる。代替的に、分割プレート４０を裏板２２０と
一体にしてもよい。各分割プレート４０は上流側の面に
おいて隆起した中央部分２３４を有し、該中央部分は裏
板２２０の通路２２８の穴ぐり部分中へ滑合する。この
ように、裏板２２０と分割プレート４０とは正確に整合
させることが可能である。
【００４３】図３に最良に示されているように、各分割
プレート４０は複数の貫通通路８０を有しており、前記
通路８０は分割プレート４０の軸線に対して概ね平行に
整合している。通路８０は分割プレート４０の下流側の
面４０ａにわたって不規則に隔置されており、形状は変
動している。下流側の面４０ａは外側の環状の肩部分５
６ａを含み、最外方の通路８０は肩部５６ａの半径方向
内方にある距離をおいて隔置されている。肩部分の半径
方向内方の下流側の面４０ａの部分は流体物質や添加物
と接触する部分である。添加物用孔５４は分割プレート
４０の軸線から分割プレート４０の周縁部まで半径方向
に延在している。中央通路８２が分割プレート４０の下
流側の面４０ａから添加物用孔５４まで延在している。
添加物送給配管５２が添加物用孔５４および、添加物を
添加するために適当なポンプに接続されている。中央通
路８２は分割プレート４０の軸線に沿って延在する必要
はなく、添加物用孔５４と連がるよう外方に傾斜すれば
よい。
【００４４】分割プレート４０を通る通路８０は添加物
用孔５４あるいは中央通路８２とは交差しないことが好
ましい。しかしながら、分割プレート４０は点線で示さ
れ、添加物用孔５４と交差し、中央通路８２に代替する
中央配置の通路８４を設けてもよい。この場合、中央配
置の通路８４を通る物質が、添加物用孔５４を出ていく
添加物を共に引張る。代替的に、添加物用孔５４の代り
に、半径方向に延在するパイプを下流側の面４０ａに固
定し、下流側の面４０ａの概ね中央配置の部分に出口を
位置させてもよい。希望に応じ、分割プレート４０は１
個以上の添加物用孔５４を有する。添加物用孔５４への
出口は分割プレート４０の面４０ａを横切って隔置され
ている。
【００４５】図２に戻ると、上流チューブ４２が各分割
プレート４０の下流側面４０ａに固定されている。各上
流チューブ４２の外径は、該チューブが分割プレート４
０の環状肩部分５６ａ内に滑合するようなものである。
このように、各上流チューブ４２は分割プレート４０を
整合できる。希望に応じて、上流チューブ４２はそれぞ
れ、該チューブを分割プレート４０に接続するための外
方に延在するフランジを有している。各上流側チューブ
４２の内径は、分割プレート４０を通る最外方通路８０
が上流チューブ４２の内壁の半径方向内方に来るような
ものである。
【００４６】各上流チューブ４２は関連の分割プレート
４０の下流において該チューブに位置した環状抑制部６
２を含む。抑制部６２は、上流チューブ４２の軸線に向
かって内方に凸状に曲がり、上流チューブ４２の壁に向
かって外方へ凸状に曲がっているので断面が半円形であ
ることが示されている。このように、抑制部６２はそこ
を流れる材料を徐々に圧縮させるのに続いて徐々に膨張
する。抑制部６２は湾曲させる必要はなく、内方および
外方にテーパをつけてもよいことは明らかである。抑制
部６２は、材料が急速に膨張するように最狭開口６０に
おいて鋭く終るようにすればよい。抑制部６２は上流チ
ューブ４２の両端の概ね中間に位置したものとして示し
ているものの、それは一端あるいは他端により近づけて
位置させてよい。事実、抑制部６２は分割プレート４０
の下流側面４０ａのすぐ後ろから始まるようにしてもよ
い。
【００４７】環状抑制部６２はその最狭開口６０におい
て、上流チューブ４２の断面積の約４０％から約８０％
の断面積を有することが好ましい。環状抑制部６２の後
は、流れのための断面積は環状抑制部６２に先行する部
分の断面積に戻ることが好ましい。しかしながら、環状
抑制部６２に先行する部分と少なくとも同じ大きさの断
面積まで、例えば抑制部の約２倍以上の断面積まで広げ
てもよい。また、抑制部６２の後の流れの断面積は抑制
部６２の前の断面積より小さくてもよい。
【００４８】下流チューブ４４は各上流チューブ４２の
下流端に固定されている。下流チューブ４４はその上流
端にスリーブ部分２４０を有しており、該スリーブ部分
２４０に上流チューブ４２が摺動してチューブ４２，４
４を整合させて接続させる。適当な静的混合器２４２が
下流チューブ４４に配置されている。
【００４９】各下流チューブ４４の下流端は下流チュー
ブ４４を保持プレート３２に固定しうるようにする外方
に向いたフランジ２４４を有しており、保持プレート３
２は、分配装置１８との間で全てのチューブ４２，４４
を保持している。ロックリング６６が各下流チューブ４
４のフランジ２４４の周りに位置されている。ロックリ
ング６６は、下流チューブ４４のフランジ２４４が受け
入れられるくぼみを有している。このように、下流チュ
ーブ４４のフランジ２４４はロックリング６６と保持プ
レート３２との間に狭持しうる。ボルト６８はロックリ
ング６６を介して保持プレート３２中へ通りロックリン
グ６６を、従って下流チューブ４４を保持プレート３２
に固定する。
【００５０】各上流チューブ４２は、チューブ４２，４
４に協働するねじを設け、それらをねじることにより、
あるいは溶接することによる等で関連の下流ねじ４４に
接合することができる。代替的に、ブラケット（図示せ
ず）を用いて保持プレート３２と分配装置１８とを相互
に締めることができる。この場合、チューブ４２，４４
は単にそれらを相互に押圧すればよい。さらに、上流チ
ューブ４４を下流チューブ４４にロックさせる仕方を、
保持プレート３２と各分割プレート４０との間に装嵌し
た単一のチューブで代替しうる。
【００５１】保持プレート３２は各下流チューブ４４と
整合した貫通孔を有することにより下流チューブ４４を
貫流している材料は保持プレート３２を貫流しうる。ダ
イプレート７０は各開口に固定されている。各ダイプレ
ート７０は所望する形状の１個以上のダイ開口７４を有
している。カッタ７２を、各ダイプレート７０用カッタ
に代えてもよい。
【００５２】静的混合器２４２は、流れに対する最大の
開放面積と、圧力低下と剪断を最小にする最小長さとを
提供し、一方希望する混合度を達成するように選択され
る。主要流体物質の粘度は高いはずなので、静的混合器
２４２は、層流を有する高粘度の流体を混合するのに適
したものであることが好ましい。この形式の静的混合器
２４２の例は、それらを流れる物質を分割し、そして組
み合わせ直す多層を有するものである。この形式の静的
混合器は、例えば、１９９１年６月刊化学エンジニアリ
ングの進歩（Chemical Engineering Progress ）に記載
のコッホ（Koch）ミキサのようなものが市販されてい
る。静的混合器が好ましいものの、直列形動的混合器も
使用しうる。
【００５３】使用時、押出しバレル１２を出ていく主要
流体物質は合流器１４へ入る。ここでは、テーパ付きの
肩２０４と円錐形突起２４のため、前記物質はまず合流
器１４の軸線に向かって内方に圧縮され、次いで突起２
４の周りで均一に分流する。次に、前記物質は分配装置
１８を介して通路２８，２２８中へ、かつ分割プレート
４０中へ押し込まれる。次に、前記物質は通路８０と、
分割プレート４０とを貫流する。このため、各分割プレ
ート４０を通過する物質の流れが個別の流れ８６の行列
を形成する。このことが図４に最良に示されている。
【００５４】添加物が添加物用孔５４を介して汲み上げ
られ、個別の流れ８６の行列の中心へ入る。ここでは添
加物はうず状になろうとし、流れ８６の間を浸透し、添
加物は拡散される。さらに、添加物はある程度分割プレ
ート４０の表面４０ａに沿って外方に進行することが判
明している。このため、添加物を流れ８６にわたって分
配しやすくする。しかしながら、流れ８６が密集し添加
物が外方へ流れないよう抵抗するので、添加物は一旦分
散するとチューブ４２の側方へは流れないようにされ
る。また、流れ８６が分割プレート４０から離れるにつ
れて添加物を共に軸線方向に引張ろうとし、そのためさ
らに流れ８６の外側部分へ直接移動する添加物の量を低
減させる。
【００５５】分割プレート４０を貫通する通路８０の数
が増すにつれて、流れ８６の密集度と、添加物を軸線方
向に引張る傾向が増加する。このように、添加物の外方
への流れを低減させるには、分割プレート４０は可能な
限り多くの通路８０を有するべきである。各開口８０の
出口開口は、分割プレート４０の全ての出口開口を組み
合わせたものの全体面積の約５％以下を、より好ましく
は全体面積の約３％までを占めることが好ましい。さら
に、組み合わされた全ての通路８０の出口開口が、前記
流体物質と添加物と接触するプレートの面４０ａの全体
の断面積の約２０％から５０％、例えば約４０％から約
５０％を占める。各通路８０の寸法と、通路の開口の全
体面積が増大するにつれて、分割プレート４０にわたっ
ての圧力低下が低減する。従って、通路８０の数と、そ
れらの寸法は分割プレート４０の構造上の一貫性と、混
合する材料と、許容しうる圧力低下とを考慮して、いず
れの用途に対しても最適化すべきである。
【００５６】前記プレートの面４０ａにおける添加物の
孔５４の開口８２の寸法は、十分な添加物を直ちに導入
しうるようなものである。一般に、流体物質および添加
物と接触している前記プレートの面４０ａの断面積の約
１％、例えば約０．１％から約１％までの断面積の開口
で十分である。より大きい断面積、例えば約２％から約
３％であっても十分である。
【００５７】添加物は水溶性で、水溶液の形態で添加で
き、あるいは、重量比で例えば約１％から約１０％の固
体濃度を有する拡散物や懸濁物でよい。一種類以上の添
加物を同時に添加してもよい。添加物や主要な流体物質
の流量を監視することにより追加の添加物を容易に調整
することができる。さらに、熱衝撃を最小にするために
主要流体物質を加熱する場合、添加物の添加の前に加熱
すればよい。
【００５８】分割プレート４０は構造上の一貫性に対し
て十分な強度を有するいずれかの適当な材料から作るこ
とができる。この点に関して、分割プレート４０に対す
る圧力は高くしてよく、例えば、押出し成形調理した食
品を処理する場合、２００から３００バールまでの圧力
を発生させてよく、押出し成形されたプラスチック製品
の場合は１０００バールを上廻る圧力を発生させること
ができる。ある用途においては、分割プレート４０の厚
さは構造上の一貫性をより大きくするために増大させる
ことができる。しかしこのことは必らずしもそうとは限
らず、特に機械的剪断に弱い製品についていえる。これ
ら製品に対しては、分割プレート４０の通路８０を製品
が通ると剪断が増すので、プレートの厚さを最小にする
ことが通常望ましい。
【００５９】一般に、殆んどの用途に対して、例えばス
テンレス鋼のような焼戻しした鋼製の分割プレート４０
で十分である。また、セラミック、ジルコニウム等をコ
ーティングした鋼を、腐触が問題である用途において用
いることができる。一般に、例えば焼戻ししたステンレ
ス鋼のような材料や、約２５０バールの圧力に対して、
約６ミリから約２０ミリの厚さの分割プレート４０は、
プレート４０の通路開口の全体面積が下流面４０ａの断
面積の約４０％から約４５％までであり、各開口は全て
の通路開口の全体面積の約１％から約５％を形成してい
る場合は十分である。
【００６０】添加物用孔中へ添加物が汲み込まれると、
添加物をより粘度の高い物質中へ送り込み、排出するの
に十分な圧力で汲み出す必要がある。この圧力が著しく
高い場合、容積式ポンプあるいは類似のポンプを用いれ
ばよい。適当なポンプの例としてはブラン アンド ロ
イベ、アンド ルーワ社（Brann & Leubbe and Luwa）
のような製造会社から市販されるようなものである。
【００６１】全ての用途において環状抑制部６２は必要
というのでなく、主要流体物質と添加物との粘度差が大
きいような用途においては、圧縮することが均一性を向
上させるので好ましいものである。このように、添加物
に対する主要流体物質の粘度の比が１０００００：１を
上廻る場合、特に２５００００：１を上廻る場合特に有
利である。
【００６２】分配装置の別の実施例が図５に示されてい
る。本装置９０は、軸線に沿って上流面から、中間の位
置まで内方に伸びるくぼみ９２を有する円形プレート９
０から形成されている。複数の分出孔９４がくぼみ９２
の下流端から、プレート９０の中心軸に対してある角度
をつけてプレート９０の下流側の面９６まで延在してい
る。分出孔９４はプレート９０の軸線の周りで均等に離
隔されている。半径方向の孔１００がプレート９０の外
周縁１０２からくぼみ９２との接続部と分出孔９４まで
内方に延在している。このように、半径方向孔１００は
各分出孔９４と関連している。弁部材１０４が各半径方
向孔１００に位置し、内方に運動可能で、半径方向孔１
００が関連している分出孔９４への入口をシールする。
このように、くぼみ９２を介して分配装置９０へ入る物
質は数個の流れに分割され、該流れは分出孔９４を通し
て分配装置９０を出ていく。前記流れのいずれも、関連
の弁部材１０４を閉鎖することにより閉鎖することがで
きる。分割プレート４０は各分出孔９４の出口に接続さ
れている。この接続をしやすくするために、ねじ付き開
口１０６が各分出孔９４の出口の周りに設けられ、適当
なボルトを受け入れる。
【００６３】また、押出機に直接接続する代りに、例え
ば米国特許第５１２０５５４号に記載のような自立型の
ダイ組立体にダイ組立体１０を接続することができる。
代替的に、ダイ組立体１０のダイプレート７０やカッタ
７２を省略し、下流チューブ４４を米国特許第５１２０
５５４号に記載のような自立型のダイ組立体に直接接続
すればよい。この場合、米国特許第５１２０５５４号に
記載の自立型のダイ組立体のマニホルドやパイプ装置を
省いてもよい。ダイ組立体１０はまた、米国特許第５２
３８３８５号に記載のような組立体に接続してもよい。
【００６４】例 以下の例を例示のみの目的で提供する。例 Ｉ ドライ挽きコーンと小麦粉、動物肉食品、鉱物、ビタミ
ン、脂肪および塩を従来から採用した量で組み合わせ、
ドライ押出し成形調理のペット用餌を調製する。従来と
同様、材料を挽き、次に蒸気および水で処理して、混合
物を加熱し、湿潤した。処理された混合物は温度が９０
℃で、湿度は約２３％である。
【００６５】処理された混合物が、１２０℃までの温度
を提供するように加熱された共回転の二軸押出機中へ導
入される。前記混合物が混練されて押出機中を下流方向
に動く際、押出機において約５０バールの圧力が発生す
る。
【００６６】図１から図３までに示すダイ組立体１０が
押出機の排出端に接続されている。押出しされた材料は
４本の個別の流れに分割される。重量比で約２％の固体
濃度を有するＦＤ＆Ｃの赤色着色剤溶液が約９０℃まで
加熱され、次に加圧されて一方の分割プレート４０中に
汲み上げられる。獣脂が約５５℃まで加熱され、次に加
圧されて第２の分割プレート４０中へ汲み上げられる。
二酸化炭素が加圧されて第３の分割プレート４０中に汲
み上げられる。ＦＤ＆Ｃ黄色着色剤と、チキン調味料を
含有する溶液が加圧されて第４の分割プレート４０中へ
送りこまれる。
【００６７】各下流チューブ４２における組み合わされ
た流れは圧縮され、次に膨張させられる。次いで、膨張
された材料は静的混合器を通される。組み合わされ混合
された流れは異なる形状を有するダイを通され、各ダイ
からの押出し成形された製品は個別に作動するカッタに
より種々の長さに切断される。切断された製品は、微生
物学的に安定した製品を提供する湿度まで乾燥される。
【００６８】前記製品は種々の形状や寸法を有している
ことの他に、色、濃度およびきめが色々ある。添加物は
前記製品にわたって均等に分配され、添加物の通り抜け
が最小であることを示している。
【００６９】例 II ポリプロピレンのペレットは、約２１０℃の温度を提供
するように予熱され、そのため押出し時約２００バール
の圧力を提供する反回転している二軸押出機に送られ
る。図１から図３までに示す組立体が押出機のバレルに
接続されている。各分割プレート４０に異なる着色剤が
汲み上げられる。圧縮および膨張の後、組み合わされた
流れは静的混合器を通して送られ、該混合器を通じて冷
却流体が循環し、次に冷却された円形ダイを通して送ら
れ、添加物が相違するため色が異なるパイプを形成す
る。
【００７０】前述のことから明らかなように、本発明の
精神と範囲とから逸脱することなく前述の実施例に対し
て種々の修正が可能である。例えば、図示の円形プレー
トとチューブとは断面が円形である必要はなく、四角や
多角形断面も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイ組立体の部分的に破断した斜視図。
【図２】ダイ組立体の断面図。
【図３】分割プレートの正面図。
【図４】分割プレートを出ていく押出し成形された材料
と添加物との斜視図。
【図５】仕切弁の断面図。
【図６】一方弁の断面図。
【符号の説明】
１０ ダイ組立体 １２ 押出しバレル １８ 分配装置 ２０ 分配プレート ４０ 分割プレート ５２ 添加物送給管 ５４ 半径方向の孔 ６２ 抑制部 ７０ ダイプレート ２４２ 混合器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロジャー ディー．ジョンソン アメリカ合衆国ミズーリ州セント ジョ セフ，ハンター ドライブ 4412 (72)発明者 リンダ エイ．ヤング アメリカ合衆国コネチカット州ロックス ベリィ，イースト ウッズ ロード ５ (56)参考文献 特開 昭64−34427（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−48817（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01F 3/10

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １０００００ｃＰから７５００００ｃＰ
    の粘性を有する流動性食料に１０００ｃＰ以下の粘性の
    添加剤を混合する方法において、 流動性食料の流れを、近接して実質的に平行に進む複数
    の食料の流れに分ける段階、および該食料の流れの間の
    １つ以上の個所で流動性食料の流れの中に添加剤を導入
    して該食料の流れおよび添加剤の組み合わされた流れを
    得る段階を含む添加剤を混合する方法。
  2. 【請求項２】 混合する前に前記組み合わされた流れを
    圧縮する段階をさらに含む請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 圧縮する後であるが混合する前に前記組
    み合わされた流れを膨張させる段階をさらに含む請求項
    ２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記流動性食料の流れを分ける前に、前
    記流動性食料を複数の仕切られた流れに仕切り、そして
    少なくとも１つの前記仕切られた流れを分ける段階をさ
    らに含む請求項１または２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記流動性食料が押し出された食品材料
    である請求項１から４のいずれか１つの項に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 １０００００ｃＰから７５００００ｃＰ
    の粘性を有する流動性食料に１０００ｃＰ以下の粘性の
    添加剤を混合する装置において、混合組立体を含み、こ
    の混合組立体が、 流動性食料の流れを、近接して実質的に平行に進む複数
    の食料の流れに分ける分割手段であって、２つの対向し
    た面を有し、かつ貫通する複数の通路を有するプレート
    を含み、該通路の開口が前記流動性食料と添加剤に接触
    する該面の全面積の約２０％から約５０％の合計面積を
    有するような前記分割手段、 前記分割手段と関連して、食料の流れの間の１つ以上の
    個所で前記流動性食料の流れの中に添加剤を導入して組
    み合わされた流れを得る入口手段、および前記組み合わ
    された流れを圧縮する圧縮手段を含む添加剤を混合する
    装置。
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