(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の食物又は動物飼料を処理する単軸スクリュ押出機であって、
入口及び離間した制限されたオリフィスダイ出口を持つ長尺のバレルと、
長手軸を有し、前記バレル内に配置され、前記入口から、前記バレルを通って前記ダイ出口の外へ材料を移動するように動作可能である、単軸で、長尺の、軸周りに回転可能である、羽根の付いたスクリュアセンブリ（５２）とを有し、
前記スクリュアセンブリ（５２）は、谷径を規定する中心ボディ（８２）と前記中心ボディから外方向に延在するらせん状の羽根（８６）を持つ少なくとも１つの長尺のスクリュセクション（７６）とを含み、前記羽根（８６）には、その隣合う部分（８６ａ、８６ｂ）の間に間隔を持つ外周面があり、前記間隔の各々は、前記羽根部分の内の一つ（８６ａ）の第１外周面（９０ａ）から隣の羽根部分（８６ｂ）の第２外周面（９０ｂ）まで延在する面（８８）によって規定され、前記間隔を規定する面（８８）は、前記第１及び第２外周面（９０ａ、９０ｂ）から内側方向にかつ前記中心ボディ（８２）へ向かってそれぞれ延在する第１及び第２面セグメント（８８ａ、８８ｂ）と前記第１及び第２面セグメント（８８ａ，８８ｂ）を連結する第３面セグメント（８８ｃ）とを含み、前記第２面セグメント（８８ｂ）と基部の第２羽根周面（９０ｂ）とは、前記長手軸に対して約７５〜９０°のそれぞれの角度を規定し、前記第１及び第２面セグメント（８８ａ，８８ｂ）と前記第３面セグメント（８８ｃ）との連結は、実質的に平滑でかつアーチ状であり、如何なる実質的な角度の不連続が無く、
前記少なくとも１つのスクリュセクションを取り囲む関係にある前記バレルの前記スクリュセクションは、内側に伸びるリブ要素を持ち、
前記押出機は、前記バレルの中を通り抜ける間に、少なくとも部分的に前記人の食物又は動物飼料を調理するように作られていることを特徴とする単軸スクリュ押出機。
【請求項２】
前記それぞれの角度は、等しい請求項１に記載の単軸スクリュ押出機。
【請求項３】
前記第２羽根部分（８６ｂ）の前記第２外周面（９０ｂ）と前記中心ボディ（８２）との間に羽根深が存在し、前記それぞれの角度は、関連する羽根深の２０％により規定され、前記第２羽根部分（８６ｂ）の周面（９０ｂ）から計測される請求項１又は２に記載の単軸スクリュ押出機。
【請求項４】
少なくとも前記スクリュアセンブリ（５２）の一部を形成する一対の前記スクリュセクション（７６、７４）が存在し、前記スクリュセクションの一方（７６）は、前記スクリュセクションの他方（７４）より大きいピッチを持つ請求項１〜３のいずれか１項に記載の単軸スクリュ押出機。
【請求項５】
前記スクリュセクション（７６、７４）より前記ダイ出口の近くに、調節可能な流れ制限弁を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の単軸スクリュ押出機。
【請求項６】
前記スクリュアセンブリは、さらに、その長さに沿って徐々に減少する羽根深を持つ圧縮スクリュセクションを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の単軸スクリュ押出機。
【請求項７】
前記スクリュアセンブリは、さらに、複数の、羽根付きスクリュパーツを含む分離スクリュセクションを含み、前記スクリュパーツの隣合うものは、逆ピッチを持つ請求項１〜６のいずれか１項に記載の単軸スクリュ押出機。
【請求項８】
前記少なくとも１つのスクリュセクションの前記外周面と前記中心ボディとの間の距離は、前記少なくとも１つのスクリュセクションの全長に亘って一定である請求項１〜７のいずれか１項に記載の単軸スクリュ押出機。
【請求項９】
前処理装置と人の食物又は動物飼料を処理する単軸スクリュ押出機との組み合せ体であって、
入口及び離間した制限されたオリフィスダイ出口を持つ長尺のバレルと、
長手軸を有し、前記バレル内に配置され、前記入口から、前記バレルを通って前記ダイ出口の外へ材料を移動するように動作可能である、単軸で、長尺の、軸周りに回転可能である、羽根の付いたスクリュアセンブリと、
材料が前記押出機に入る前に前記材料を前処理するために前記バレル入口と動作可能に連結される前処理装置とを有し、
前記スクリュアセンブリ（５２）は、谷径を規定する中心ボディ（８２）と前記中心ボディから外方向に延在するらせん状の羽根（８６）を持つ少なくとも１つの長尺のスクリュセクション（７６）とを含み、前記羽根（８６）には、その隣合う部分（８６ａ、８６ｂ）の間に間隔を持つ外周面があり、前記間隔の各々は、前記羽根部分の内の一つ（８６ａ）の第１外周面（９０ａ）から隣の羽根部分（８６ｂ）の第２外周面（９０ｂ）まで延在する面（８８）によって規定され、前記間隔を規定する面（８８）は、前記第１及び第２外周面（９０ａ、９０ｂ）から内側方向にかつ前記中心ボディ（８２）へ向かってそれぞれ延在する第１及び第２面セグメント（８８ａ、８８ｂ）と前記第１及び第２面セグメント（８８ａ、８８ｂ）を連結する第３面セグメント（８８ｃ）とを含み、前記第２面セグメント（８８ｂ）と基部の第２羽根周面（９０ｂ）とは、前記長手軸に対して約７５〜９０°のそれぞれの角度を規定し、前記第１及び第２面セグメント（８８ａ、８８ｂ）と前記第３面セグメント（８８ｃ）との連結が、実質的に平滑でかつアーチ状であり、如何なる実質的な角度の不連続が無く、
少なくとも１つの前記スクリュセクション（７６）を取り囲む関係にある前記バレルの前記スクリュセクションは、内側に伸びるリブ要素を持ち、
前記押出機は、前記バレルの中を通り抜ける間に、少なくとも部分的に前記人の食物又は動物飼料を調理するように作られており、
前記前処理装置は、
入口及び出口を持ち、該容器出口は前記バレル出口と作動的に連結された長尺の混合容器と、
各々が複数の混合要素を持ち、前記容器内に横方向に間隔を空けた関係で配置される一対の長尺の混合シャフトと、
互いに独立してそれぞれの回転速度でシャフトの選択的な回転を可能にするために、前記シャフトと作動的に連結された一対の可変駆動機構と、
前記シャフトの回転速度を独立して制御するために、前記駆動機構と作動的に連結された制御装置とを有するものであることを特徴とする組み合わせ体。
【請求項１０】
前記駆動機構は、各々可変周波数駆動装置を有する請求項９に記載の組み合わせ体。
【請求項１１】
前記スクリュアセンブリは、さらに、複数の、羽根付きスクリュパーツを含む分離スクリュセクションを含み、前記スクリュパーツの隣合うものは、逆ピッチを持つ請求項９又は１０に記載の組み合わせ体。
【請求項１２】
前記一対のシャフトの一方のシャフトの前記混合要素と他方のシャフトの前記混合要素とが、軸方向に互いにオフセットするように配置される請求項９〜１１のいずれかに記載の組み合わせ体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、広義には、高度に前処理された低粘度材料の押し込み搬送、並びにより高い比機械的エネルギ（Specific Mechanical Energy、ＳＭＥ）値をもたらす改良されたスクリュセクションを内部に具備する改良された単軸スクリュ押出機に関する。本発明の改良されたスクリュセクションは、隣合う羽根部の間において実質的に平滑なアーチ型表面を有し、如何なる実質的な角度の不連続または“かど”を持たない。単軸スクリュ押出機の性能は、各シャフトに独立した駆動部、及び、前処理装置シャフトの回転速度および／または方向を個々に制御する能力を有する新しい２軸シャフト前処理装置の使用によって強化されることができる。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の説明
押出システムは、一般的に、人の食物及び動物飼料の製造に使用される。大別すると、２つのタイプの押出システムがあり、具体的には単軸スクリュシステムと２軸スクリュシステムである。その名称が示唆するように、単軸スクリュ押出機は、単一の、長尺の、らせん状に羽根の付いた、軸周りに回転可能なスクリュアセンブリを内部に具備する一つの長尺のバレルを持つ。一方、２軸スクリュ押出機は、一対の、並置された、らせん状に羽根の付いた、軸周りに回転可能である、インターカレート（介在）スクリュアセンブリを具備する特別に構成された複数のバレルを持つ。前処理装置を、単軸又は２軸スクリュ押出機の上流に用いることも非常に一般的であり、該装置は、出発材料を少なくとも一部調理する役割を果たし、そのデンプン含有成分を糊化した。通常、高レベルの調理及び糊化が望まれるが、これは、該作用が、下流にある押出機で必要とされる調理を減少させ、より高い品質の製品並びにより高い処理能力をもたらすからである。
【０００３】
単軸スクリュ押出機は、２軸スクリュ押出機と比較して、実質的に複雑でなくまた高価でない。従って、ペット用または水性動物用飼料等のタイプの商品生産物の生産者は、単軸スクリュ押出システムを好む傾向がある。単軸スクリュ押出システムに伴う解決されていない問題は、飼料材料の粘り気のある性質及び低粘性により、高度に糊化された投入飼料材料が、頻繁に起こるサージと共に不均等に流れるということである。高度に糊化された飼料の粘性は比較的低く、スクリュアセンブリの底部に飼料を蓄積させ、押出バレルを通る前方への搬送の低減を伴う。このような影響は、肉類、魚粉、及び他の高脂肪成分を含む投入試料、または高デンプン含有ペットフードの場合に増大される。この問題に対する一つの案は、上流の前処理装置（preconditioner）で成される糊化の度合を減少させることであるが、これは最終製品の低品質化を招き、またシステムの処理能力を低減させる。
【０００４】
従来の単軸スクリュ押出機のスクリュセクションが、図９及び１０に図示されている。まず、図９を参照すると、スクリュセクション２０は、中心にある管状スクリュボディ２２と、外側方向に延在するらせん状の羽根２４とを含む。セクション２０は、長手方向の軸Ａ、並びに谷径ＲＤを持つ。外側方向に延在する羽根２４は、外周面Ｐを形成し、ボディ２２の谷径と周面Ｐとの間に羽根深さＦＤを構築する。さらに、羽根２４及びボディ２２は、羽根２４の隣合う部分間に面２６を共同的に規定する。面２６は、外周面Ｐからボディ２２へ下方に延在する実質的に平面である面部分２８、並びに部分２８及び３０を相互連結する、実質的に平面である中間部分３２とを含む。平担面２８、３０、及び３２の間の交差セクションは、比較的鋭い角度の不連続３４及び３６、並びに第１及び第２の角α及びβを形成することが分かる。この場合、角度α及びβは異なり、具体的には角αは垂直に対して３０°であり、角βは垂直に対して１５°である。
【０００５】
図１０は、セクション２０と類似である別のタイプの従来の単軸スクリュ押出機のスクリュ要素３８を図示し、同様な参照数字及び文字が使用されている。セクション２０及び３８の主な違いは、後者では角α及びβが同じであり、垂直に対して１５°である。
【０００６】
これらの先行技術の単軸スクリュ押出機のスクリュ要素の構成から分かるように、羽根部分間の平担面及び該平担面での不連続または「かど」と共に比較的深い羽根を設けることは、材料にポケットまたはデッドゾーンを作りがちである。このように、材料は、完全に充満した状態に達するまで、羽根部分の間の領域に蓄積される傾向になり、これにより押出機は「ブロウ（blow）」またはサージする傾向がある。この不安定性は、深刻な問題であり、また、満足のいかない最終生産物を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本技術分野において、高度に前処理された、比較的低粘性の投入製品を、サージング無く、また、押出バレルを通る均等な材料の押し込み搬送により取り扱うことが可能である改良された単軸のスクリュ押出機のスクリュセクション及びアセンブリが所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の要旨
本発明は、上記に概要された問題を解消し、また、入口及び離間した制限オリフィスダイ出口を持つ長尺のバレルを含む改良された単軸スクリュ押出機を提供する。押出機は、また、縦軸を形成し、バレル内に配置され、材料を投入口からバレルを通ってダイ出口の外へ運ぶよう機能可能である、単軸であり、長尺であり、軸周りに回転可能である、羽根の付いたスクリュアセンブリを含む。スクリュアセンブリは、谷径を規定する中心ボディ、及び中心ボディから外方向に延在し、隣合う羽根成分の間に間隔を伴った外周面を形成するらせん状の羽根を持つ少なくとも１つの長尺のスクリュセクションを含む。これら間隔は、羽根成分の内の一つの第１の外周面から隣の羽根成分の第２の外周面へ延在する面によって各々規定される；間隔を規定する各面は、第１及び第２の周面から内方向にそれぞれ延在する第１及び第２面セグメント、及び第１及び第２面セグメントを連結する第３面セグメントを含む。第１及び第２面セグメントと近位第１及び第２羽根周面は、縦軸に対して約７５〜９０°の角をそれぞれ規定し、また、第１及び第２面セグメントの連結は、実質的に平滑でアーチ状であり、何れの実質的な角度の不連続または“かど”が無い。
【０００９】
さらに好ましい形態では、それぞれの角度は等しく、該角度は、関連する羽根深の２０％により規定され、隣合う羽根成分の外周面から計測される。場合によっては、外周面のそれぞれの角は、スクリュアセンブリの縦軸に対して基本的に９０°である。
【００１０】
特に好ましい形態では、スクリュアセンブリは、本発明の改良されたスクリュセクションを少なくとも一対含み、該改良セクションの一つは、改良スクリュセクションの他方より大きいピッチを持つ。本発明の押出機は、押出バレルの長さに沿った調節可能な流れ制限弁により改良されてもよく、好ましくは、改良スクリュセクションより制限オリフィスダイに近く設置される。
【００１１】
他の実施形態では、この押出機は、複数の、比較的短尺の、羽根付きスクリュパーツを含む分離／均一化スクリュセクションを含んでもよく、スクリュパーツの隣合うものは、逆ピッチを有する。
【００１２】
本発明の単軸スクリュ押出機は、名称が“独立駆動高速混合シャフトを具備する改良前処理装置”であり、２００７年１０月１９日に提出された、米国特許出願シリアル番号１１／８７５、０３３に開示されるタイプの好ましい前処理装置と併用されてもよく、参照番号により本発明に組み込まれている。広義には、このような前処理装置は、投入口及び出口を持つ長尺の混合ベセルを有し、ベセル出口は、押出機バレルの入口との作動的連結に適応されている。前処理装置は、ベセル内に一対の長尺の混合シャフトも持ち、各々は複数の混合要素を持ち、シャフトはベセル内に横方向に離間された関係で配置される。互いに独立した個々の回転速度での選択的なシャフトの回転のために、一対の可変駆動機構が対応するシャフトに作動的に連結されている。制御装置は、シャフトの回転速度を独立して制御するために、駆動機構と作動的に連結されている。
【００１３】
好ましくは、駆動機構は、混合シャフトと作動的に連結された個々の可変周波数駆動を含み、シャフトの回転が反対の回転方向に回転することを可能にするよう設計されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に従った前処理装置及び単軸スクリュ押出機の側面図であり、
【図２】図２は、図１に図示される単軸スクリュ押出機の部分垂直断面図であり、
【図３】図３は、図１〜２に図示される押出機の第３スクリュセクションの拡大部分垂直断面図であり、
【図４】図４は、図１〜２に図示される押出機の第４スクリュセクションの拡大部分垂直断面図であり、
【図５】図５は、図１〜２に図示される押出機の第５スクリュセクションの拡大部分垂直断面図であり、
【図６】図６は、第３スクリュセクションに、交互ピッチのスクリュ要素を具備した別の単軸スクリュ押出機の実施形態を図示する図２のものと類似の部分垂直断面図であり、
【図７】図７は、図６に図示される押出機の第３スクリュセクションの垂直断面図であり、
【図８】図８は、図６押出機の第３スクリュセクションの交互ピッチスクリュ要素の構造を図示する拡大斜視図であり、
【図９】図９は、従来の単軸スクリュ押出機のスクリュセクションの垂直断面図であり、
【図１０】図１０は、別の先行技術の単軸スクリュ押出機のスクリュセクションの垂直断面図であり、
【図１１】図１１は、本発明に従った、好ましい前処理装置の斜視図であり、
【図１２】図１２は、図１１に図示される前処理装置の側面図であり、
【図１３】図１３は、図１２のライン１３−１３に沿った断面図であり、
【図１４】図１４は、図１２のライン１４−１４に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
好適実施例の詳細な説明
図を参照すると、押出システム４０が図１に図示されており、広義には、多セクション単軸スクリュ押出機４２、並びに上流の前処理装置４４を含む。押出機４２は、入口４８及び最終端部の制限オリフィスダイ出口５０を有する、長尺の、多ヘッドバレル４６を含む。内部には、押出機４２は、駆動モータ及びギア減速アセンブリ（図示せず）と作動的に連結された中心シャフト５４に取り付けられた、長尺のらせん状に羽根の付いた軸周りに回転可能なスクリュアセンブリ５２（図２）を具備する。
【００１６】
単軸スクリュ押出機４２は、投入口４８を含む入口ヘッド５６、並びに４つの介在ヘッド５８、６０、６２、及び６４と出口ヘッド６６とから成る。ヘッド５６〜６６は、それぞれ端と端が連結され、投入口４８からダイ出口５０へ延在する中央領域６８を共同して規定する。さらに、ヘッド５８−６２及び６６は、内側の、らせん状にリブが付いたスリーブ５８ａ、６０ａ、６２ａ、及び６６ａを具備し、ヘッド６４は、管状の、リブが付いていないスリーブ６４ａを持つ。選択的に調節可能である中間バレル弁（ＭＢＶ）アセンブリ６５は、ヘッド６４と６６とに挟まれているが、入口ヘッドを除く何れの隣接するヘッド間に配置されてもよい。このアセンブリ６５は、２００７年１０月１１日付け、米国特許公開公報第２００７／０２３７８５０号に図示されるタイプのものであり、参照番号によってここに組み込まれている。
【００１７】
スクリュアセンブリ５２は、一組の第１及び第２入口セクション７０及び７２と、改良型第３及び第４スクリュセクション７４及び７６と、圧縮第５セクション７８と、最終の円錐型の切断羽根末端第６セクション８０とを有する。従来の蒸気ロック要素８１一式は、図示されるようにスクリュセクション７２、７４、７６、及び７８の間に配置される。
【００１８】
図４を参照すると、第４セクション７６の詳細が図示されている。図９及び１０に図示されるような従来のスクリュセクションの場合とちょうど同じように、セクション７６は、シャフト５４に取り付けるための内歯スプライン８４を有する中心の管状ボディ８２と、中心ボディ８２から外側に延在するデュアルリードのらせん状の羽根８６とを含む。図４の隣接する羽根部分８６ａ及び８６ｂを考慮すると、面８８は、部分８６ａ、８６ｂの外周面から延在し、かつこれを連結する。面８８は、全体にわたり実質的に円滑でアーチ状であり、如何なる大幅な角度の不連続または“かど”を持たない。さらに、面８８が、部分８６ａ、８６ｂの外周面９０ａ、９０ｂに近づくと、面８８と外周面９０ａ、９０ｂとで規定される角度は非常に急になっており、スクリュアセンブリの長手方向の軸に対して約７５〜９０°の範囲になる。また、面８８は、羽根部分の周面９０ａ、９０ｂから内方向に、また中心ボディ８２へ向かうように各々広がる第１及び第２面セグメント８８ａ、８８ｂを含む。第３面セグメント８８ｃは、内方向に延在するセグメント８８ａ及び８８ｂを連結し、円滑でありアーチ状の面８８を作る。面８８ａ及び８８ｂと隣接する外側の羽根部分外周面９０ａ、９０ｂとの急角度は、通常、面８８ａ及び８８ｂの外側２０％、つまり、外周面９０ａ、９０ｂと中心ボディ８２の谷径とで規定される羽根深の外側２０％の角度方向によって規定される。
【００１９】
図３も同様に、第３スクリュセクション７４の詳細を描き、セクション７６と大分部分において類似であるため同様な参照番号が使用される。しかしながら、図３のスクリュセクション７４において、羽根８６のピッチは、スクリュセクション７６のそれより大幅に小さいことが分かる。これは、スクリュセクション７６と比較してスクリュセクション７４では、面セグメント８８ｃが短い長さであることを意味する。しかしながら、スクリュセクション７４の全体面８８は、円滑でアーチ状であり、如何なる実質的な角度の不連続は無く、面セグメント８８ａ及び８８ｂと、対応する外周面９０ａ及び９０ｂとの角度関係は同じである。
【００２０】
図５は、第５スクリュセクション７８の詳細を図示する。このスクリュセクションは、右から左へ減少する、羽根部分の外周面と中心ボディとの間の羽根深を特徴とする。これは、このスクリュセクションによって搬送される時に、材料を圧縮するように働く。
【００２１】
第２の押出機の実施形態９２が、図６に図示される。押出機９２は、押出機４２と多くにおいて同一であり、適切な同じ参照番号が使用される。押出機４２及び９２間での唯一の違いは、第３スクリュセクションの構成にあり、セクション７４ａとして示され、図７及び８に詳細に図示される。
【００２２】
具体的には、スクリュセクション７４は、内歯スプラインを有する入口セクション９４と、同様にスプラインを有する下流の分離／均一化セクション９６を含む。セクション９４は単に、前述したセクション７６の短尺のセグメントである一方、セクション９６は、隣接する関係でシャフト５４に取り付けられた、複数の羽根付きのスクリュパーツ９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、及び９６ｄを含む。図８で最も良く分かるように、隣合うパーツ９６ａ〜９６ｄは交互ピッチであり、例えば、パーツ９６ａは右回りのピッチを持ち、一方パーツ９６ｂは左回りのピッチを持つ。分離／均一化セクション９６の目的は、押出機９２を通る材料の流れを切断及び分離することであり、これにより、より均一な最終押出物を達成する。
【００２３】
前処理装置４４は、図１１〜１３に図示されており、一対の、平行で、長尺の、軸方向に延在する、回転可能な混合シャフト１００及び１０２をその長さに沿って具備する、長尺の、２段階の混合容器９８を有する。シャフト１００、１０２は、個々の可変駆動装置１０４、１０６と連結され、次いで制御装置１０８（図１３）と連結される。実際では、駆動装置１０４、１０６は、対応するモータ及びギア減速装置（図示せず）と各々連結される。
【００２４】
好ましい実施形態では、装置１０４、１０６は、可変速駆動の形態であることが好ましい。制御装置１０８は、コントローラ、プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は論理演算命令を実行可能である他の何れのタイプのデジタル又はアナログ装置でもよい。この装置は、デル（Ｄｅｌｌ）、コンパック（Ｃｏｍｐａｑ）、ゲートウェイ（Ｇａｔｅｗａｙ）、又は他の何れかのコンピュータ製造業者によって製造されて販売されるパーソナルコンピュータ又はサーバコンピュータ、または、ウィンドウズ（登録商標）ＮＴ（Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＮＴ）、ノーベルネットウェア（Ｎｏｖｅｌ  Ｎｅｔｗａｒｅ）、ユニックス（Ｕｎｉｘ（登録商標)）、又は他の何れかのネットワーク・オペレイティング・システムを実行するネットワークコンピュータでもよい。駆動装置１０４、１０６は、本発明の目的を達成するようプログラムされてもよく、例えば、異なる回転速度範囲、回転方向、及び定格出力のために構成されてもよい。
【００２５】
容器９８は、一対の、長尺の、並置された、相互連結されたチャンバ１１２及び１１４、並びに材料入口１１６及び材料排出口１１８が設けられた横方向にアーチ状の側壁１１０を持つ。チャンバ１１４は、隣接するチャンバ１１２より大きい断面積を持ち、説明される理由により重要である。各チャンバ１１２、１１４は、対応するチャンバの長さに沿った一連の離間した入口ポート１２０、１２２を具備し、また、中間ポート１２３の組は、チャンバ１１２、１１４の接合部に配置される。これらポート１２０、１２２は、チャンバの内部につながる水／又は蒸気注入器の連結に対応している。容器１０４全体では、さらに、前及び後端プレート１２４及び１２６、並びに中央プレート１２８を持つ。
【００２６】
図示されるように、シャフト１００、１０２は、対応するチャンバ１１４、１１２内の基本的には中心部に配置される。この目的のために、プレート１２４に取り付けられた前方軸受１３０は、シャフト１００、１０２の前方端を支持し、同様に、プレート１２６に固定された後方軸受１３２は、シャフトの後方端を支持する。シャフト１００、１０２は、前述の可変周波数駆動装置との連結を与えるために、軸受１３２から突出し、後方に延在する延長部１００ａ、１０２ａを持つ。
【００２７】
シャフト１００は、シャフトの長さに沿って互い違いの関係で配置される、半径方向、外方向に延在する複数の混合要素１３４を具備する。各要素１３４（図１４）は、シャフト１００の対応するねじ孔１３８内に収容されるねじ付き内側セグメント１３６を有し、この内側セグメント１３６は、実質的に平坦なパドル様部材１４２を持つ外方向に突出するセグメント１４０を備える。図１３で最もよく分かるように、混合要素１３４のパドル部材１４２は、入口１１６から出口１１８への材料の移動の方向に対して逆方向に方向付けられる。つまり、これらの部材は、前処理装置４４を通る材料の流れを妨げるように働く。
【００２８】
小チャンバ１１２内に設置されるシャフト１０２も、同様に、その長さに沿って、交互に互い違いの関係にある、一連の混合要素１４４を持つ。要素１４４は、要素１４４はサイズが多少小さいことを除き、要素１３４と同一である。各要素１４４は外部のパドル様部材１４６を持つ。この場合、部材１４６は、部材１４２と逆方向に方向付けられ、つまり、それらは、投入口１１６から排出口１１８に向かい、そしてその外への材料の流れをより促進するように順方向に方向付けられる。
【００２９】
前述された実施形態の場合のように、要素１３４及び１４４の隣接対は、軸方向に互いにオフセットしており、間に差し込まれる、こうして、該要素は、セルフワイピング設計のものではない。これは、シャフトが大きく異なる回転速度で回転することを可能にし、一方、要素１３４及び１４４間での機械的干渉による如何なる潜在的ロックアップをも回避する。
【００３０】
本発明の前処理装置のデザインは、これまでに可能であったものに比べ、材料の加工の度合をより大きくすることができる。例えば、米国特許第４、７５２、１３９号に説明されるタイプの従来の前処理装置は、シャフト間の異なる相対回転速度を達するための現場調整が出来なかった。つまり、このような従来の前処理装置では、装置の製造の際に、一旦、回転速度差が決定されると、その後、全面的な改造築無しでは回転速度差を変えることが出来なかった。このタイプの通常の前処理装置は、小及び大チャンバ内のシャフト間でそれぞれ２：１の速度差があった。しかしながら、本発明では、より大きな、また無制限に調節可能な速度差が容易に得られる。このように、好ましい形態では、シャフト１００、１０２間の速度差は、少なくとも１：５であり、また、一般的には、３：１から１８：１の範囲であり、小チャンバシャフト１１０２は、通常、大チャンバシャフト１００の速度より大きい速度で回転する。この後者の速度差は、シャフト１０２に対する９００ｒｐｍの回転速度、及びシャフト１００に対する５０ｒｐｍの回転速度が対応する。
【００３１】
この強化設計は、数多くの加工利点を与える。一例を挙げると、’１３９の従来の前処理装置の設計では、達成可能な最大の調理度合は、通常は約３０％であり、最大で約４３％であった（参照番号によりここに組み込まれている、米国穀物化学者学会（１９８２年１０月２６日）、第６７回年次総会、調理度合決定のための新規方法、メイソン（Ｍａｓｏｎ）他で説明された方法に従いデンプン成分の糊化により測定される）。しかしながら、本発明の使用によると、少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも５５％、最も好ましくは少なくとも約７５％の非常に大きい調理パーセンテイジが達成された。また同時に、これらの強化された調理値は、従来の前処理装置と比較して、同じ又はより短い滞留時間と共に得られた；具体的には、このような従来の設計は、最大の調理値を得るために約１６０〜１８５秒以上の滞留時間を必要とすると考えられ、一方、本前処理装置では、同様な調理を達成するための滞留時間は、ずっと少なく、１２０〜１５０秒のオーダであった。さらに、もし、より長い典型的な前処理装置の滞留時間が使用されたとしたならば、調理値の度合は、通常著しく増加する。
【００３２】
本発明の一形態では、タンパク質及びデンプン（及び、通常では脂質及び糖質などの他の成分）を適当量含有する人間の食物または動物用試料の混合物が、少なくとも約５０％、より好ましくは少なくとも約７５％の、デンプンの糊化に基づく調理値を達成するために、本発明の前処理装置で加工される。このような混合物の代表的な例は、ペット及び魚のエサである。本発明の前処理装置はまた、より高い比機械エネルギ（ＳＭＥ）値をもたらす。従来の前処理装置は、一般的に、比較的低いＳＭＥ値を示す一方、本発明の前処理装置は、処理される出発材料に対して、約１．７〜５．０、より好ましくは、約１．９〜４．５ｋＷ−Ｈｒ／Ｔｏｎのより高いＳＭＥ値を有する。
【００３３】
本分野において、前処理装置にて調理度合を高めることが有利であることは、所望される十分に調理されたペットフード等の製品を得るための下流での加工の間、より少ないエネルギ及び滞留時間が必要とされるという点で、良く理解されている。このように、本発明による前処理装置の使用は、製品のスループットを高め、また、これにより加工コストを大幅に減少させる。
【００３４】
本発明の前処理装置の利点は、前述された改良単軸スクリュ押出機と組み合わせて使用されるとさらに強化される。この組み合わせは、とても高い調理値（９０〜１００％のオーダ）をもたらし、高いＳＭＥ値、及び円滑で、実質的にサージ無しの押出性能と結び付く。改良されたアーチ状のスクリュセクションを有する本発明の単軸スクリュ押出機は、セルフワイピング型の２軸スクリュ押出機のように動作し、このような押出機にて得られる有益な効果を増強させる。さらに、より高い水分レベルの出発製品も、本発明のシステムを使用して上手く加工されることができる。
【００３５】
以下の実施例は、本発明の単軸スクリュ押出機及び前処理装置を使用して得られた結果を説明するものである。しかしながら、これらの実施例は、例証としてのみ提供されており、何れも本発明の全体の範囲に対する限定として受け取られるべきではないことは理解されるべきである。
【実施例１】
【００３６】
従来の単軸スクリュのペットフードセットアップに対して、図２に図示されるセットのような本発明の好ましい押出機セットアップにて得られる、高脂肪の子犬用の餌のＳＭＥ値及びかさ密度を求めるために、押出機の一連の比較実験が行われた。押出機セットアップは、Ｕ．Ｓ．特許第４、７５２、１３９号に記載また説明されるタイプの標準のウェンガー（Ｗｅｎｇｅｒ）  ＤＤＣ前処理装置を含んだ。レシピは、市販の子犬用の餌のレシピであり、３１重量％のデンプン、１．５重量％の繊維、１１重量％の脂質、３５重量％のタンパク質を与えた。
【００３７】
これらの押出機の実験例において、レシピ成分は、前処理装置容器へ注入される蒸気、水、及び油を用いて、前処理装置にて最初に前処理された。これは、少なくとも部分的にレシピを調理し、含まれるデンプン含有成分を糊化した。前処理の後、材料は、押出機バレルの入口へ供給され、次いでバレルを通って制限オリフィスダイへの外へ搬送された。このような処理の間、水及び蒸気が、押出機バレルの長さに沿った各場所で押出機バレルへ注入された。背圧弁が、実験の間、様々な割合で開放された。押出後、製品は従来のマルチパス乾燥機で乾燥された。
【００３８】
下の表１は、これらの試験の結果を説明し、実験例Ｒ１及びＲ５が直接比較可能であり、実験例Ｒ２／Ｒ６、Ｒ３／Ｒ７、及びＲ４／Ｒ８も同様である。奇数番号の実験例は、ペットフードのための従来の標準単軸スクリュセットアップを対象とし、偶数番号の実験例は、図２のセットアップを対象とする。比較実験は、可能な限り同じ加工状態を達するよう実施されたため、ＳＭＥ及び製品密度の差は、比較押出機セットアップの結果である。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
見て分かるように、本発明のスクリュ構造は、従来のデザインと比較して一貫して非常に高いＳＭＥ値をもたらしており、また同様に、押出物の湿潤及び乾燥かさ密度は非常に低かった。
【実施例２】
【００４１】
これらの一連の試験において、本発明の好ましい単軸スクリュアセンブリが、従来のスクリュアセンブリと比較された。全ての場合において、押出機は、異なる構造のウェンガー  Ｘ１６５の７ヘッドの単軸スクリュ押出機が、上流のウェンガー前処理装置と共に使用され、使用されたペットフードのレシピは、３２重量％のコーン；２７．５重量％の家禽粉；１８重量％の小麦；１６重量％のミドリング粉；６重量％の魚粉；及び０．５重量％の塩であった。
【００４２】
これらの試験では、全部で４つの異なる押出機システムの構造が使用され、以下の通りであった：Ａ＝アンカット末端コーンスクリュを備える標準の単軸スクリュ構造；Ｂ＝アンカット末端コーンスクリュを備える本発明の単軸スクリュ構成；Ｃ＝カット羽根末端コーンスクリュを備える標準の単軸スクリュ構造；Ｄ＝カット羽根末端コーンスクリュを備える本発明の単軸スクリュ構造。
【００４３】
下記の表２は、これら実験例の結果を説明する。一般的に言えば、データは、本発明のアーチ状単軸スクリュ押出機要素は、押出機を通る材料のより押し込み的な搬送をもたらすことを裏付け、放出ダイにてより高い圧力とする。対応して、これらの新しいスクリュ要素は、バレル入口内及び蒸気注入箇所にてより低い圧力をもたらしており、より高い蒸気注入レベルを用いることが可能であることを意味する。さらに、新しいスクリュ要素がより押し込み的な搬送をしたにも関わらず、該新しいスクリュ要素は、従来の単軸スクリュ要素と比較して同じかより高いＳＭＥをもたらした。このように、新しいスクリュ要素は、混合を低下させること無く、材料の搬送を改善する。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
【表３】
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【００４６】
【表４】
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【００４７】
【表５】
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【実施例３】
【００４８】
本実施例では、標準のドッグフードの配合を得、本発明に従った前処理装置を使用して前処理された。配合は、コーン５３．０％、家禽粉２２．０％、大豆粕１５％、及びコーングルテンミール１０％（全て重量％）を含有した。この配合は、前処理装置入口へ供給され、蒸気及び水の注入と共に処理された。小チャンバのシャフトは、反方向に９００ｒｐｍの速度で回転され、一方、大チャンバのシャフトは、順方向に５０ｒｐｍの速度で回転された。３つの個別試験が、前処理装置への異なる供給速度で実施され、これら試験の結果が下記の表３に説明されている。前処理装置を使用して得られた調理度合パーセンテイジは４７．６〜５０．９％の範囲で、全体のＳＭＥ値は１．９７〜３．４９ｋＷ−Ｈｒ／Ｔｏｎであった。
【００４９】
【表６】
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【００５０】
Ｆは順方向を意味し、Ｒは後方向を意味する。方向性は、シャフトの混合パドルの方向及び／または逆方向に回転するシャフトの使用によって得られる。本実施例においては、シャフトは同じ方向に回転され、Ｆ方向では混合物を順方向に搬送するようパドルは向けられ、Ｒ方向では混合物の順方向の搬送を抑制するようパドルは向けられた。
【実施例４】
【００５１】
本実施例では、標準のキャットフードの配合が得られ、実施例４に説明されるように前処理された。キャットフードの配合は、家禽粉３２％、コーン２８％、米１４％、コーングルテンミール１３％、ビートパルプ（ｂｅａｔ  ｐｕｌｐ）３％、リン酸（５４％Ｈ３ＰＯ４）２％、及び家禽脂８％（全て重量％）を含有した。３つの個別試験実験例では、小チャンバのシャフトは、反方向に８００ｒｐｍの速度で回転され、一方、大チャンバのシャフトは、順方向に５０ｒｐｍの速度で回転された。これら試験の結果が下記の表４に記載されており、調理パーセンテイジは４５．８〜４８．１％の範囲で、全体のＳＭＥ値は２．９〜３．９ｋＷ−Ｈｒ／Ｔｏｎの範囲であった。
【００５２】
【表７】
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【００５３】
本実施例では、ナマズの試料の生産に使用される浮遊性水性飼料（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ａｑｕａｔｉｃ  ｆｅｅｄ）の配合が得られ、実施例３に説明されるように前処理された。浮遊性水性飼料の配合は、全粒コーン２０％、魚粉２０％、脱脂米ぬか２０％、ミドリング粉１５％、大豆粕１０％、ビートパルプ１０％、及び小麦５％（全て重量％）を含有した。３つの個別試験実験例では、小直径のシャフトは、反方向に８００ｒｐｍの速度で回転され、大直径のシャフトは、順方向に５０ｒｐｍの速度で回転された。これらの結果が下記の表５に記載されており、調理は７８．７〜８４．５％の範囲で、全体のＳＭＥ値は３．７Ｗ−Ｈｒ／Ｔｏｎであることが分かる。
【００５４】
【表８】
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【００５５】
本実施例では、シーバス／タイ（ｓｅａ  ｂｒｅａｍ）の試料の生産に使用される沈性水性飼料（ｓｉｎｋｉｎｇ  ａｑｕａｔｉｃ  ｆｅｅｄ）の配合が得られ、実施例３に説明されるように前処理された。沈性水性飼料の配合は、大豆粕５３．５％、小麦１５％、コーングルテン試料８．５％、コーン６．０％、ヒマワリ粉１％、及び魚油１６％を含有した。３つの個別試験では、小チャンバのシャフトは、反方向に８００ｒｐｍの速度で回転され、大直径のシャフトは、順方向に５０ｒｐｍの速度で回転された。これらの結果が下記の表６に記載されており、調理パーセンテイジは７２．５〜７５．８％の範囲で、全体のＳＭＥ値は２．２〜３．２Ｗ−Ｈｒ／Ｔｏｎであることが分かる。
【００５６】
【表９】
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【図１】
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【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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