(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を乾燥するための可変ダイ組立体であって、
材料が移動するようになっている長手方向に延びる内方通路が形成されたダイ本体と、
このダイ本体を上記内方通路と共に受け入れ、上記ダイ本体と相補的に互いに取付けられるように形成されている調節スリーブと、
この調節スリーブに取り付けられ、材料を排出可能な所定の寸法の複数の開口を有するフィルタースクリーンと、を有し、
上記調節スリーブは、上記フィルタースクリーン及び上記ダイ本体の間の距離が調節できるように、上記ダイ本体に沿って選択的に移動可能になっている、材料を乾燥するための可変ダイ組立体。
【請求項２】
上記ダイ本体はねじ加工された外周面を有し、
上記調節スリーブは、上記ダイ本体のねじ加工された外周面を相補的に受け入れるように形成されたねじ加工された内周面を有する請求項１に記載の材料を乾燥するための可変ダイ組立体。
【請求項３】
上記フィルタースクリーン及び上記ダイ本体が、材料が通過することができるように対向するさい頭円錐表面をそれぞれ規定する請求項１に記載の材料を乾燥するための可変ダイ組立体。
【請求項４】
上記フィルタースクリーンには、上記対向するさい頭円錐表面の間を通る材料を受け入れるように形成された乱流チャンバが形成されている請求項３に記載の材料を乾燥するための可変ダイ組立体。
【請求項５】
上記調節スリーブを回転させるための上記調節スリーブに取り付けられる歯車をさらに有する請求項１に記載の材料を乾燥するための可変ダイ組立体。
【請求項６】
上記フィルタースクリーンは、上記調節スリーブの一端部内に取り付けられる請求項１に記載の材料を乾燥するための可変ダイ組立体。
【請求項７】
上記ダイ本体の外周面と上記調節スリーブの内周面との間に位置決めされたシールをさらに有する請求項１に記載の材料を乾燥するための可変ダイ組立体。
【請求項８】
材料を乾燥する方法であって、
調節スリーブ内に位置決めされたダイ本体内の長手方向に延びる導管に沿って材料を移動させる段階と、
上記ダイ本体と、上記調節スリーブに取り付けられるフィルタースクリーンとによって規定される対向するそれぞれの面の間に材料を通過させる段階と、
上記フィルタースクリーンに形成されたチャンバー内に材料を流す段階と、
上記フィルタースクリーンに設けられた複数の孔を通して材料を排出する段階と、
上記対向するそれぞれの面の間の距離が変化するよう上記調節スリーブを回転させることによって上記ダイ本体内の材料の圧力を調節する段階と、を有することを特徴とする材料を乾燥する方法。
【請求項９】
上記材料を通過させる段階の後、材料の圧力を減少させる段階をさらに有する請求項８に記載の材料を乾燥する方法。
【請求項１０】
上記材料を排出する段階の後、材料の物理的特性に基づいて上記材料の圧力を調節する段階の材料の圧力の大きさを決定する段階をさらに有する請求項８に記載の材料を乾燥する方法。
【請求項１１】
上記ダイ本体及び上記フィルタースクリーンの対向するそれぞれの面は、さい頭円錐形状である請求項８に記載の材料を乾燥する方法。
【請求項１２】
上記材料を排出する段階は、材料の水分の放出を容易にする請求項８に記載の材料を乾燥する方法。
【請求項１３】
材料の水分は、上記材料を排出する段階に先立って過熱されている請求項１２に記載の材料を乾燥する方法。
【請求項１４】
上記材料を移動させる段階は、押出機を使用して材料に圧力を与える請求項８に記載の材料を乾燥する方法。
【請求項１５】
上記複数の孔は、所定の寸法及び形状のものである請求項８に記載の材料を乾燥する方法。
【請求項１６】
上記材料の圧力を調節する段階は、上記調節スリーブに取り付けられたギアを回転する段階を有する請求項８に記載の材料を乾燥する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成エラストマーを乾燥する方法および装置すなわち合成エラストマーから水分を除去する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エキスペラ−エキスパンダ（expeller-expander）技術は古く１９世紀から開発された加工技術で、種々の形態で利用可能である。
本発明の対象は、ゴム材料を水と一緒にし、その後に直ちに水を除去するエラストマー（合成および天然のエラストマーを含む）の加工工程（sequence）にある。
【０００３】
従来の装置では２台の押出機を直列に使用してゴムから水分を除去している。一般に「エキスペラ」とよばれる第１の押出機では一対の互いに噛み合ったスクリュー間でゴムを圧搾する。プロセスのこの部分で含水率を一般に約６０％から約１５％に減少できる。
【０００４】
エキスペラによる乾燥プロセスの第１段階に続いて、ゴム材料は追加の乾燥のために「エキスパンダ」とよばれる第２の押出機に通される。この第２の押出機はゴムに加わる圧力を上げ、従ってゴムの温度を上げて過熱された液体を作る。この過熱された液体も一般にスクリュー駆動法を用いて押出機中を通り、スクリューの端部で材料はダイまたはフィルタースクリーンを通る。ここで水分または揮発性物質がフラッシュ乾燥される。
【０００５】
このフラッシュ乾燥プロセスは、過熱されたゴム材料がダイまたはフィルタースクリーンを通る時に１００℃よりはるかに高い温度にある水が急速に標準気圧へ戻るときの液体から蒸気への急速な状態変化に対応する。このフラッシュ乾燥現象を起こすのに必要なエネルギーはエキスパンダ内のスクリュー駆動機構からゴムに与えられる。このエネルギー移動はダイを通ってエキスパンダから出るゴムの抵抗によって可能となる。過熱されたゴムの温度および圧力はダイの所で最大に達する。従って、所定スクリュー速度およびゴム流量での抵抗（従ってゴムに伝達されるエネルギーの量）はヘッドでの圧力に依存する。
【０００６】
過熱されたゴムがダイを通過すると圧力降下によって圧力は固定される。実際の装置ではエキスパンダの出口に複数のダイが存在するので圧力はダイの数、ダイの幾何形状および開口寸法に依存する。従来の装置ではダイのこれらの全てをある一つの加工工程に固定していた。こうした固定・不変の従来装置では製造上の問題が生じることがある。
【０００７】
過熱されたゴムがダイを通過するときにはフラッシュ乾燥プロセスによってゴムの解離（decohesion）が起り、ゴムの粉末（クラム、crumbs）が生じ、それが次の加工用梱包機へ送られる。このゴム粉末の寸法を制御することが後に続く加工段階を通じてゴムをうまく運搬させる一つのコツであり、後の加工に大きな影響を与える。例えば、小さい寸法の粉末を作ることでコンベヤーの汚染を減らすことができる。現在の装置ではダイ形状は予め設定されているので、圧力の調節と粉末寸法に関する課題に対処するには製造停止する以外にない。さらに、製造を中断せずにゴム加工プロセス全体を最適化する機能としてはエキスペラ−エキスパンダのスクリュー速度を制御する以外に方法はなかった。
各種の押出し−エキスパンダ方法が開発されてきたが、以下に示す本発明の望ましい特徴を全て一般的に包んだ装置はなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は上記問題を解決することにある。
本発明者は従来法の上記課題を解決した合成エラストマー材料の改良された乾燥方法を開発した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は製造を中断しなくてもダイまたはフィルタースクリーンの所の圧力を最適化できる方法および装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施例ではシステムの最適化された動作を得るために製造を中断する必要がない、押出−エキスパンダシステムの全動作を動的に最適化するための装置および方法が提供される。
本発明の別の実施例ではダイの設定を変えるためにエキスパンダを停止しなくても製造プロセス中の粉末の寸法を調節することができる方法および装置が提供される。
【００１１】
本発明のさらに別の実施例では、ダイヘッドに加わる圧力および粉末の寸法を自動制御することができる。
【００１２】
本発明の上記以外の目的および利点は以下の詳細な説明の記載から当業者には理解できよう。また、本発明の対象の精神および範囲を逸脱せずに本明細書に図示され、記載され、説明された特徴および要素に対して修正および変更することができるということも理解できよう。本発明の変形例には図示され、記載され、説明されたものと均等な手段、特徴または段階の置換、各種部品、特徴、段階等の機能的、操作的、位置的逆転（これらに限定されるものではない）を含む。
【００１３】
さらに、本発明の各種実施例および好ましい実施例は本明細書に開示した特徴、段階、要素またはその均等物の種々の組合せを含むということも理解できよう（図に明示されていない、または図の詳細な説明で述べられていない特徴、部品または段階または形状の組合せを含む）。本発明の追加の実施例は必ずしも上記のものである必要はなく、上記目的に記載の特徴、部品または段階および／または本出願で説明されたその他の特徴、部品または段階の観点の種々の組合せを含み且つ組み入れることができる。当業者は実施例の特徴および観点等を本明細書の下記の説明からより良く理解できよう。
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の最良の態様を含む本発明の十分且つ実施可能な説明を当業者に対して行う。なお、本明細書および添付図面の全てにおいて本発明の同一または類似の特徴または構成要素を指すために同一の参照番号を使用する。
【実施例】
【００１５】
［図１］に示すエキスパンダヘッド１００は４つの別個のダイヘッド１１０を収容している。この図には４つのダイヘッド１１０が図示されているが、これは例示であってダイヘッドの数は加工要件、例えば加工される各合成エラストマーのタイプに応じて変えることができるということは理解できよう。この図には安全弁口１２０および操作ハンドル１２２も示されている。これらは製造ラインおよび／またはエキスパンダヘッド１００の使用を中断する必要があるときにエキスパンダ中の圧力が減圧されたことを確認するのに使用される。制御シャフト１３０は制御機構に連結することができる。後で詳細に説明するように、この制御シャフト１３０はダイの設定を動的に調節するのに使用される。制御シャフト１３０とそれに付随する制御機構についは後で詳細に説明するが、これらは特定の加工要件に合わせて本発明の可変ダイの開口寸法を自動制御するもので、自動制御装置（図示せず）と組み合わせることができる。
【００１６】
［図２］および［図３］は本発明の可変ダイの実施例で、［図１］の線２−２に沿った断面図である。［図２］および［図３］は可変ダイの相対的に「閉じた」位置と相対的に「開いた」位置とをそれぞれ示してある。［図２］および［図３］からわかるように、本発明の可変ダイは３つの主要部分すなわちダイ本体２００と、調節スリーブ２２０と、フィルタースクリーン２４０とからなる。ダイ本体２００はネジ部２０２を介してエキスパンダヘッド（押出ヘッド）１００に固定できる。ネジ部２０２は押出ヘッド１００上の対応するネジ付連結手段（図示せず）と螺合する。本発明で特に重要な観点はダイ本体２００に斜面（ベーベル面beveled）または円錐表面２０４を設ける点にある。この円錐表面２０４は後で詳細に説明するようにフィルタースクリーン２４０の円錐表面２４４と協働して圧力調節系を形成する。［図２］および［図３］をさらに参照すると、ダイ本体２００に追加のネジ部２０６を有し、このネジ部２０６は調節スリーブ２２０のネジ部２２６と係合する。
【００１７】
図示したように、調節スリーブ２２０はダイ本体２００上に嵌め込まれ、ダイ本体２００と螺合して圧力を密閉状態に維持する。密封能力はダイ本体２００の横方向外側端部２１０と調節スリーブ２２０の内側表面２３０との間に配置されたＯリングシール２０８を使用することで向上する。調節スリーブ２２０の一方の端部２３２は拡大し、内側にネジ２３４が付けられ、このネジ２３４はフィルタースクリーン２４０の外周ネジ２４６と噛み合っている。
【００１８】
このフィルタースクリーン２４０の外周ネジ２４６は調節スリーブ２２０のネジ２３４と噛み合って、調節スリーブ２２０のネジ付拡大部２３２の中にネジ付フィルタースクリーン２４０を密封取付けしたときにフィルタースクリーン２４０を定位置に確実に保持する。［図１］および［図５］で最もよく見えるように、フィルタースクリーン２４０には孔があいており、一定間隔に配置された複数のフラッシュ管路２５０を有している。押出ヘッド１００に４つのダイヘッド１１０を取り付けた［図１］の実施例に示すように、各ダイヘッド１１０に設けたフラッシュ管路２５０の正確な数は被加工材料のタイプに要求される各々の要求に応じて変わる。
【００１９】
本発明の別の重要な特徴は、被加工材料を複数のフラッシュ管路２５０へ分配する分配器の役目をする乱流チャンバ２６８の形をした構造にある。この乱流チャンバ２６８は、ダイ本体２００に対する調節スリーブ２２０の相対位置とは無関係に、少なくとも最小の容積が確保できるように、フィルタースクリーン２４０内に形成されている。加工された合成エラストマーの第１回目のフラッシュ乾燥と解離が行われるのはこの乱流チャンネル２６８である。ダイ本体２００の円錐表面２０４とフィルタースクリーン２４０の円錐表面２４４との間の調節可能な空間に作られる圧力制御系を加工すべき材料が通る際に減圧が生じ、その際に材料中に閉じ込められていた水分の一部が急速に蒸発し、被加工材料が粉砕され、粉末（クラム）を形成する。
【００２０】
被加工材料の第２回目のフラッシュ乾燥は材料が乱流チャンバ２６８から上記の複数のフラッシュ管路２５０に入るときに起こる。まだ過熱された状態の材料がフラッシュ管路２５０を通過して急に大気圧中に曝され、被加工材料中の残りのほとんど全ての水分は瞬時に蒸気状態になる。
【００２１】
既に述べたように、フラッシュ乾燥効果を作るのに必要なエネルギーはエキスパンダ中のスクリューで加工される材料へ伝達される。このエネルギーの一部はダイを通ってエキスパンダから出る材料の抵抗によって与えられ、本発明ではこの抵抗は円錐表面２０４と２４４の間の制御された間隔によって大部分が制御される。
【００２２】
［図３］を参照する。ダイ本体２００に対して調節スリーブ２２０を回転することを示す矢印「Ａ」が示してある。調節スリーブ２２０を矢印「Ａ」方向に回転すると調節スリーブが移動し、その結果それに取り付けられたフィルタースクリーン２４０が矢印「Ｂ」方向へ移動する。すなわち、矢印「Ａ」方向へ回転することによって円錐表面２０４、２４４間の空間が「開口」し、逆に、矢印「Ａ」とは反対の方向へ回転することによって円錐表面２０４、２４４間の空間が「閉じる」ということは理解できよう。
一つの例示的な形状では、調節スリーブ２２０を合計５回完全に回転した時にフィルタースクリーン２４０は略閉位置（すなわちゼロ開口）からほぼ完全開口位置（すなわち１００％開口）まで移動するようにダイ本体のネジ２０６と調節スリーブのネジ２２６とを形成することができる。本発明の可変ダイの通常運転では上記の「ゼロ開口」および「１００％開口」を定義することで通常運転範囲は５％開口〜９５％開口になる。
【００２３】
調節スリーブ２２０の回転はリングギア（歯車）２６０によって効果的に実施できる。これは［図５］のダイヘッド１１０の拡大図で最もよく見える。リングギア２６０はエキスパンダヘッド１００と組み合わされるダイヘッド１１０を全て同時に調節するようにシャフト１３０と連携して動作するエキスパンダヘッド１００の内側にある追加のギアリング（図示せず）と協働する。既に述べたように、ダイヘッド１１０のこの調節は本発明の対象分野における通常の技術を有する人が理解できる図示されていない自動手段で制御することができる。
【００２４】
円錐表面２０４と２４４の間の空間を上記のようにして開口および閉鎖することの重要な観点は、被加工材料に加わる圧力およびこの材料内で生じる温度をリアルタイムで調節ができる新規な機構が与えられるという点にある。本発明より前では、このような制御は製造ラインを停止するか、ダイ設定を手動で変更することでしかできなかった。こうした従来の変更方法は押出−エキスパンダシステムの効率的な運転に不利であることは明らかである。円錐表面２０４と２４４との間の空間、従って、被加工材料の圧力および温度の調節をマイクロコントローラ、コンピュータ、マイクロプロセッサ、その他の自動プロセス装置によって自動制御できることは当業者には理解できるので、上記の押出−エキスパンダシステムの運転方法をさらに改良することも可能である。
【００２５】
［図４］を簡単に参照する。［図４］は本発明の運転例が示されている。図示したように、水分を多量に含んだ被加工材料３００は運搬機構（図示せず、スクリューコンベヤー装置を備えることができる）によって矢印「Ｃ」方向へ送られ、ダイヘッド１１０を通る。この材料３００をダイヘッド１１０に通すのに必要なエネルギー量の一部は円錐表面２０４と２４４との間隔を調節する圧力によって決まる。材料３００が圧力調節空間に入り、次いで乱流チャンネル２６８中に流入すると、材料３００は乱流チャンネル２６８に入ったときの圧力降下によって材料３００中に含まれる水分の一部が放出される。乱流チャンネル２６８内の圧力降下と、それに続く水分の放出によって材料３００の解離が生じ、粉末（クラム）状態の材料３００が形成される。最後にフラッシュ管路２５０を通るときに材料に加わる圧力が急に大気圧に下がるので、クラム化した材料からさらに水分が除去され、残りの水分のほとんど全てが蒸気に変わる。
【００２６】
以上、特定な実施例を用いて本発明を詳細に説明したが、上記実施例を変更、変形し、均等物に置換できるということは当業者には理解できよう。例えば、本発明をエラストマー粒子を含む混合物の乾燥での使用について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記の開示は単なる例であって本発明がそれに限定されるものではなく、それを変更、変形および／または追加したものを除外するものではないということは当業者には理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】４つの別体のダイヘッドをセットしたエキスパンダヘッドを示す図。
【図２】本発明のダイヘッドを示す、図１の線２−２による断面図。
【図３】本発明の調節機能を示す、図２のダイヘッドの別の断面図。
【図４】運転状態での本発明のダイヘッドの断面図。
【図５】本発明のダイヘッドの分解図。
【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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