(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのノズル（３８）から、少なくとも１つのノズル（３８）の放出方向に対して少なくとも部分的に横切る方向に移動するタイヤのエラストマー材料に、液体ジェットを方向付ける工程を含み、
前記エラストマー材料に方向付けられた前記液体ジェットは、６５０−１３５０バールの圧力を有し、
前記エラストマー材料は、前記エラストマー材料の表面を崩壊させることに適合した第１段階において前記エラストマー材料が前記液体ジェットのインパクト点において前記放出方向に横断する方向における１０〜２０ｍｍ／ｓの第１前送り速度を有し、前記表面を崩壊させた後の、前記液体ジェットによる生産的粉砕段階である第２段階において前記エラストマー材料が第１前送り速度と比較して３５〜６５％減少させた第２前送り速度を有するように、少なくとも１つのノズル（３８）に対し動かされることを特徴とする粉砕エラストマーの製造方法。
【請求項２】
少なくとも１つのノズル（３８）は、０．４と０．６ｍｍとの間の開口直径を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧力−体積流量率ノモグラフが少なくとも１つのノズル（３８）のノズルタイプのために作成され、所定の体積流量率に対して、前記液体ジェットの圧力が、前記圧力−体積流量率ノモグラフを用いて少なくとも１つのノズル（３８）の開口直径に基づいて６５０−１３５０バールの範囲から決められることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
圧力−体積流量率ノモグラフが少なくとも１つのノズル（３８）のノズルタイプのために作成され、６５０−１３５０バールの範囲から選択される所定の液体ジェットの圧力に対して、前記液体ジェットの体積流量率が、前記圧力−体積流量率ノモグラフを用いて少なくとも１つのノズル（３８）の開口直径に基づいて決められることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項５】
第１前送り速度は、１２．５−１７．５ｍｍ／ｓの間であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
第２前送り速度は、６．５−８．５ｍｍ／ｓの間であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項７】
８５０〜１１５０バールの圧力を有する液体ジェットが前記エラストマー材料に方向付けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
直線的に配置された複数のノズル（３８）を含むノズル列（６０ａ、６０ｂ）が適用されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
お互いに平行に配置されたノズルの第１列（６０ａ）とノズルの第２列（６０ｂ）を含むノズル二重列を適用することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
この方法の過程において、ノズルの第１列（６０ａ）により放出される液体ジェットのインパクトの線と、ノズルの第２列（６０ｂ）により放出される液体ジェットのインパクトの線とが前記エラストマー材料の同じ領域へ方向付けされることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
この方法の過程において、ノズルの第１列（６０ａ）により放出される液体ジェットの
インパクトの線と、ノズルの第２列（６０ｂ）により放出される液体ジェットのインパクトの線とが前記エラストマー材料のお互いに異なる領域に方向付けされたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
ノズルの第１列とノズルの第２列とを、お互いに平行に、ノズル間距離の半分だけシフトさせて配置することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ノズルの第１列とノズルの第２列は、お互いに比べて９０°の位相シフトで振動させたことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
第２段階の後で、残りの材料を粉砕することに適合した第３段階において、前送り速度が第１前送り速度と同じ範囲から選択されたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕エラストマーを製造するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業経験によれば、使用済みタイヤの直接リサイクル、すなわち、使用済みタイヤのゴム材料の材料直接再利用は、リサイクルのための幅広い努力にもかかわらず決定的な速度では増えていない。その主な理由の１つは、実質的に金属、合成繊維及び他の混入物質を含まず、かつ、従来の機械的粉砕により製造でき、かつ、直接再利用に必要な小さな粒径を有する（すなわち、ほとんどの場合４００ミクロン以下の粒径を有する）高純度の粒体（粉砕材料）が、ごく少数のリサイクル企業にしか手に入らないことである。他の理由は、広く利用されている機械的粉砕プロセスが、タイヤ全体を粉砕し、得られたゴム粒体を、タイヤの製造に適用された全種類のゴムを含むと考えられかつ粉砕プロセスに使われる乗用車のタイヤとトラックのタイヤの割合に応じて異なる組成を有すると考えられる混合材料物質にすることを含むことである。
【０００３】
この分野で知られている方法では、機械的に製造した混合ゴムクラムの利用可能性に関係するこの問題は、機械的に製造されたクラムに様々な化学的処理及び機械的処理を施すことにより解決することが試みられている。従って、さまざまな異なる方法が、ゴム産業での再生材料を製造する方法として知られている。しかし、これらの方法の適用は、追加費用を必要とし、多くの場合、これらの方法は、経済的であることは証明されていない。
【０００４】
これらの問題が、高圧液体ジェットタイヤ粉砕の産業分野の発展の一因となっており、従って、ゴムクラムの製造に適したいくつかの装置が存在する。これらの従来の装置や方法の多くは、生産したゴムクラムの大きさの不均等性と、それらの高い比エネルギー需要とのため、経済的な観点から不利である。
【０００５】
ＷＯ２００９／１２９９０６Ａ１において、材料の水ジェット崩壊のための方法と設備が開示されている。開示されたシステムの設定された目的は、一般的に適用されたサイズのタイヤを加工することに加え、超高圧水ジェット（６０００バールよりも大きい）を適用することにより、特大のタイヤ、ゴムクローラ、コンベアベルト及びケーブルのエラストマー材料を粉砕することを含む。この文献は、適用された方法のエネルギー関係の影響の議論に不都合なほどに欠けており、この文献により提案されている圧力範囲における特に重要な現象である粉砕熱の発生により引き起こされる問題を含んでいる。さらに、この文献は、粉砕中における様々なワークピースの適切な固定と支持は開示しておらず、製造したクラムスラリーの脱水及び最終産物の乾燥を取り扱っていない。
【０００６】
ＷＯ２００９／０６８８７４Ａ１の技術的なコンセプトは、上記の詳しい解決方法よりもより複雑であり、異なるタイヤタイプを加工する液体ジェットを記載することに加え、クラムスラリーの脱水及び最終産物の乾燥の提案の１つのタイプを提供している。この出願の目的は、特大のタイヤ（特に、いわゆるオフロード）の加工を含む。しかし、これらのタイヤの重要な市場占有率は、すべてがスチールコードラジアルタイプ（とは言っても、それらはトレッドの下に強化材として複数のスチールコード層を含む）というわけではない。この文献によると、ゴム材料と共にタイヤの骨組みの合成繊維内容物は、高圧水ジェットにより粉砕され、繊維の材料（ポリアミド、ポリエステル、アラミドなど）次第であるこれらの除去は、異なる問題を引き起こすかもしれない。リサイクル材料として使用されるゴムクラム中の合成繊維混入物質の存在は、非常に不都合である。さらに、タイヤを加工する方法は、この文献には詳細に記載されていない。この文献に記載された方法はさらに不利な点を有しており、すなわち、研削材の使用がこの方法の複数の工程に必要とされ、ゴム材料からのこれらを除去するための効率的な産業的解決法は、現在のところ知られていない。さらに、この文献による解決法は、粉砕プロセスにおける発熱によるエネルギー損失の問題について不都合なほどに触れていない。
【０００７】
産業技術的解決策の包括的記述に加えて、特定の粉砕装置の構造図がＷＯ２０１０／０２３５４８Ａ１に開示されている。この文献も、また、粉砕プロセスのエネルギー効率と粉砕中における発熱を主題とするものではなく、さらに、これらの効率はこの文献で特定された圧力範囲（およそ３０００バール）においてとても重要である。
【０００８】
観察できるように、従来の解決策で繰り返される欠陥は、それらが粉砕プロセスのエネルギー関係の条件を取り扱っていないこと、又は不十分な深さでそれを取り扱っていることである。高圧水ジェット粉砕の際の、粉砕される表面にぶつかる液体ジェットは、液体ジェットの速さに基本的に起因するとても大きな運動エネルギーを有している。文献データによると、２０００バールの圧力でこの速度は６３０ｍ／ｓであり、３０００バールの圧力で７８０ｍ／ｓに達する可能性がある。
【０００９】
上記の解決策とは異なり、ＷＯ２００８／０８４２６７Ａ１には、高圧（超高圧）液体ジェット粉砕プロセスの理論的検討が開示されている。この文献によると、粉砕プロセスのエネルギー関係の条件は、高圧ジェットと粉砕されるエラストマーのいわゆる引裂きエネルギーで表される運動エネルギーに関して分析されている。
【００１０】
超高圧液体ジェット粉砕プロセスを行うことができる装置がＷＯ２０１０／００７４５５Ａ２に開示されている。この文献による装置は、共通のシャフトに２つのタイヤを取り付けることが可能である。粉砕プロセスの際に、タイヤを支えるシャフトは、粉砕スペースの外側から駆動することが可能である。このタイヤは、内側からタイヤのトレッドを支える構造を適用することによりシャフトに固定される。
【００１１】
高圧水ジェット粉砕プロセスは、また、ＷＯ０１／５３０５３Ａ１、ＣＮ２０２４９８６５４Ｕ、ＧＢ２３３９７０８Ａ、ＤＥ１９６４８５５１Ａ１、ＣＮ２００９８８２８４Ｙ及びＣＮ１０１２２４６０９Ａ並びにハンガリー特許出願Ｐ１１００４２９及びＰ１２００３０５に開示されている。ハンガリー特許出願Ｎｏ．Ｐ１１００４２９によれば、作動流体は、この方法の過程において生産されるクラムから分離され、クラムからの技術的熱は作動流体を循環させる前の専用溶液の助けにより回収される。
【００１２】
従来の解決方法のほとんどは、熱のかなりの量が粉砕プロセスの際に発生しており、このためプロセスにより生産されるゴムクラムを含む作動水スラリーの激しい温度上昇が引き起されるという共通の不利な点を有している。この流体の再冷却は、２つの異なる経路でエネルギー消費を伴う。第１に、液体ジェットが加熱されるために必要なエネルギーが消費され、第２に、昇温した液体を後で再冷却する必要があり、このことはさらなるエネルギーを必要とする。
【００１３】
従って、従来の解決方法では解決されていない最も重要な問題の一つは、経済的な方法でクラムエラストマーを製造することであり、プロセスのエネルギー需要ひいてはエネルギー消費は、削減する必要がある。上記の従来の解決方法を踏まえて、従って、−好ましくは均質で微粒子状の−粉砕エラストマーを、従来の解決方法に比べて、より経済的に、より効率的に、より低いエネルギー需要で製造することができる手段を用いて粉砕エラストマーを製造する方法及び装置を供給する必要性が生じている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の説明
本発明の主な目的は、先行技術の解決方法の不利な点をできるだけ有さない、粉砕エラストマーを製造する方法と装置を供給することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、従来の解決方法に比べて、より経済的で、より効率的で、より低いエネルギー消費で、粉砕エラストマー（好ましくは均一粒径分布を有する均質なゴム粒体（クラム））を製造することが可能な方法を供給することである。
【００１６】
さらに、本発明のさらなる目的は、従来の解決方法と比べて、エラストマーの高圧液体ジェット粉砕の比エネルギー消費を本発明で縮小できることである。本発明のさらなる目的は、工業規模で本発明による方法を実行することが可能な、粉砕エラストマーを製造する装置を供給することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の方法は、エラストマー材料の粉砕プロセスの理論解析に起因する認識に基づいて供給され、そして、エラストマー材料を粉砕する装置、特にタイヤトレッドのゴム層の制御された粉砕のための装置は、これらの理論考察に基づいて開発されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の目的は、請求項１による方法と請求項１５による装置により達成することができる。本発明の好ましい実施形態は従属請求項に明示している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明の好ましい実施形態は、次の図面を参照して一例として以下に説明される。
【００２０】
【図１】図１は、高圧液体ジェットのインパクト下におけるエラストマー材料の硬化及び解除の過渡プロセスを示した概略図である。
【図２】図２は、エラストマー材料を説明するのに適したフォークト−ケルビンモデルを示した概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、高圧液体ジェット粉砕に適用されるノズルの圧力−体積流量率のノモグラフと、所定の液体流量とノズル開口直径の値とに対応した圧力値の決定を示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、高圧液体ジェット粉砕に適用されるノズルの圧力−体積流量率のノモグラフと、所定の圧力とノズル開口直径の値とに対応した液体流量値の決定を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明による装置の一実施形態を示す不等角投影図であり、これは４つのタイヤを粉砕するのに適している。
【図５】図５は、本発明の装置の一実施形態に含まれる２列に並べたノズルを示した不等角投影図である。
【図６】図６は、本発明の装置に適用できるタイヤ搭載シャフトを示す不等角投影図であり、この搭載シャフトは支持スタンドの上に配置されている。
【図７】図７は、本発明の装置の一実施形態によるタイヤ取り付け構造を示す不等角投影図である。
【図８】図８は、開いた状態における、本発明の装置のタイヤ搭載シャフトを取り付けるのに適しかつ駆動ユニットを含む支持メカニズムを支持シャフトと共に示す不等角投影図である。
【図９】図９は、閉じた状態の図８による支持メカニズムを示す不等角投影図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の方法及び装置に適用可能なノズルの二重列の可能な配置を示す概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａによる配置における液体ジェットのフォースベクトルを概略的に示す。
【図１１】本発明の方法及び装置に適用可能なノズルの二重列のさらに可能な配置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明を実施するための形態
粉砕エラストマーを含むスラリーが温度上昇することにより明らかになる粉砕プロセスの際のかなりの量の熱の発生は、エラストマー材料の（超）高圧水ジェット粉砕の実施からよく知られた現象である。この現象により引き起こされる不利な点は次のようにまとめることができる：
−粉砕液体ジェットの運動エネルギーの一部は、粉砕プロセスの際に熱へと変換される、すなわち、このエネルギーの一部は粉砕作業を行わない、従って、これは利用できていないエネルギーである。
−粉砕する液体の激しい温度上昇は、液体の蒸発減の増加を引き起こす。粉砕プロセスが終わった後、その後の粉砕作業のために再循環させる水の量は、粉砕装置を開けた際の蒸発量により減少する。作動水の補給は、追加費用を伴う。
−水スラリーから分離された温度上昇した作動水は、冷却する必要がある。また、この冷却プロセスは、エネルギーを必要とする、従って、追加的エネルギー損失が生じる。エラストマーを含むスラリーから分離された水は、その後の粉砕作業に再利用され、高圧ポンプには比較的低い温度の水（通常、約３０℃以下の温度を有する水）だけが供給されるため、作動水の冷却は必要である。
【００２２】
適用性の観点から考えられる多量の粉砕エラストマーを製造するために、粉砕に適用される圧力で多量の水が供給される必要のあることは、この産業部門の実務から知られている事実である。このことは、好ましくは、容積置換型ピストンポンプを適用することにより達成される。また、粉砕に適用される高圧レベルは、圧力ブースターポンプを利用することにより形成される、しかし、これらはかなり少ない質量流量でしか達成することができない、従って、経済的な方法における産業的な量の粉砕材料には適していない。
【００２３】
温度上昇現象のメカニズムを理解するために、以下に、粉砕プロセスがより詳細に分析される。
【００２４】
液体ジェット粉砕のプロセスは、基本的に３つの主な段階（ステージ）を有している。従来の方法では、全く同じ粉砕パラメーターが、３つの段階のすべての際に適用される、すなわち、粉砕パラメーター−例として、前送り速度−は、従来の方法の際には変化させない。１つの粉砕段階は高圧液体ジェットが好ましくは粉砕される表面に沿って一度通過することを意味するが、単一の粉砕段階は粉砕される表面全体を複数回通過することを含んでもよい。粉砕プロセスの３つの主な段階は、以下のように説明することができる：
−粉砕プロセスの第１段階では、液体ジェットの運動エネルギーは、最初に、固体エラストマー材料（通常はゴム）の表面の崩壊に使われる。エラストマー材料は、たとえそれがタイヤとそのトレッド表面がパターンを有するとしても固体であると考えられる、それはパターンのゴム材料はそれ自体、固体であるからである。この段階において、一般に使用される従来の装置では、比較的少量の粒体が分離され、この際、クラムスラリーは粉砕する水の温度に比べて実に２０−２５℃と、かなり加熱される。この段階においてタイヤ表面は崩壊するため、ジェットは、通常、一度だけ崩壊した表面を通過する。
−この崩壊したタイヤ表面の実際の粉砕が行われる第２段階では、液体ジェットの粉砕効果はより効果的になり、大量のゴムクラムが引き出されることが明確になる（例えば、タイヤの一回の回転で予測される）。この第２段階ではクラムスラリーは狭い範囲で温度上昇し、この段階だけで分析すると、スラリーの温度は約５−１５℃上昇する。
−粉砕プロセスの第３段階は、任意である；例えば、トレッド表面をクリーニングするゴムタイヤの場合に適用される。例えば、スチールコード骨組みのタイヤの場合、タイヤトレッドの材料は、分離され、スチールコード強化層まで下がって粉砕される、すなわち、残りのゴム材料はこの段階で粉砕される。この段階では、クラムスラリーの昇温勾配は比較的小さく、通常、５−１５℃以下である。
【００２５】
従来のプロセスにおける発熱から得られた経験に基づくと、私たちは、液体ジェットの運動エネルギーをより効率的に利用することの鍵になる要因の１つは、エラストマー材料の表面の崩壊のための第１粉砕段階のパラメータをより効果的にすることと認識にするようになった。この認識に基づくと、私たちは第１粉砕段階の分析に焦点を合わせるようになり、そして、従って、エラストマーへの高圧液体ジェットの進入条件が、以下に詳細に説明するように、調べられた。
【００２６】
私たちの結果の分析によると、私たちは、エラストマー材料の非ニュートン流体特性も考慮した粉砕プロセスを調べることが目的にかなっていることを認識した。
【００２７】
エラストマーでは、せん断応力は広い範囲で力効果の動力学に依存する。この場合、高速の突入の始まりにおいて、エラストマー材料は、材料の初期（内在的）硬さよりも大幅に大きい一時的硬さを示すことが明らかになっている。一時的硬さの割合は、インパクト速度に依存する。
【００２８】
従って、高圧効果と、上記のように、高速液体ジェットの下で、突入の始まり（通常数マイクロ秒の時間）において、エラストマー材料は、エラストマーの引張強さと引裂エネルギーの一時的増加を引き起こすとても大きな一時的硬さを経験する。液体ジェットが硬くなった材料に衝突すると、硬くなっていない表面に対する衝突と比較して、その運動エネルギーの大部分は熱に変換される。液体ジェットが材料に突入する際、その運動エネルギーは減少するが、エラストマーの引張特性は、それらの常態に徐々に戻る、すなわち、材料の変形応答で表される関数は、減少を示す。
【００２９】
この方法の過程は、図１の概略図（実線曲線）により特徴付けられる。図に示した参照は、以下のように説明される。
【００３０】
図１に示された関数は、エラストマーの粘弾性的挙動を定性的に表すフォークト−ケルビン力学モデルから得られた時間プロットに相当する。このモデルは、図２に図示されている。このモデルにおいて、弾性係数Ｅを有するエラストマー材料の弾性は、バネで表され、その粘性は、粘性ファクターηを有するダンパーで表され、このダンパーはバネに並列に接続されている。
【００３１】
このモデルの応力方程式は、以下である：
σ＝Ｅε＋ηｄε／ｄｔ
ここで、σは、エラストマーが受ける応力であり、
Ｅは、エラストマーの特性係数であり（このモデルでは、相当するパラメーターは、バネ定数である）、
εは、エラストマーの相対的変形パラメーターであり、
ηは、粘性ファクターである、すなわち、このモデルのダンパーの減衰効果である。
【００３２】
粉砕ジェットが材料に突入するときモーメントが生じる応力σの場合、方程式から変形を表現する式
ε（ｔ）＝σ／Ｅ（１−ε-t/τ）
が得られ、これは、図２に図示した液体ジェットの突入時間δの間の変形パラメータの値の増加を表現する。この式において、τは、粘性ファクターηと弾性係数Ｅとの比で表される遅延時間であり、すなわち、エラストマーの粘弾性を表すパラメータである。図１に図示されたように、τの値は、開始点における変形駆け上がり曲線の接線により決定される。
【００３３】
突入時間δが経過した後に起る緩和プロセスを表現する方程式（すなわち、この図において実線で描かれた曲線の減少部分）は、以下である：
ε（ｔ）＝σ／Ｅ（１−ｅ-δ/τ）ｅ-(t-δ)/τ
【００３４】
図１の破線は、突入エネルギー損失がもたらす緩和が続いて起らない場合において、δの持続を有するランアッププロセスがどのように続くかを示している。
【００３５】
このモデルは単一ポリマー断片の挙動を表すことができるだけなので、これらのエラストマー材料の挙動を表現する方程式は、とても面倒な方法で、材料の断片全体について定量的に解くことができる。所定の一連の分子の挙動の正確な説明のために、このモデルを増やす必要があり、そして、従って、解決法は、複数のフォークト−ケルビンモデルの相互に接続したセットとして表現することができる（より正確な説明のために、他のモデル成分が加えられる必要がある）。従って、正確な結果は、セット成分の個々の解を足し合わせることにより得られる。
【００３６】
ほとんどのエラストマーは、概して不均一な構造を有するという事実を考えれば、すなわち、このシステムに含まれる個々の分子グループの特性は異なり独立して決定することは難しく、この分析は、有限要素法の適用も伴う極めて複雑な問題を突きつけている。モデル化のさらなる制限は、エラストマーにおいて生じるランダムな構造上の欠陥の位置の不確定性にある。
【００３７】
それにも関わらず、このモデルは、液体ジェットの衝突におけるエラストマー材料の挙動の定性的特性解析に適しており、このプロセスの第１段階において発生するかなりの量の熱の定性的説明を提供する。
【００３８】
粉砕ジェットの突入の場合のエネルギー分析の複雑さの上記提示は、この問題の正確な数学的説明は、より広範囲の試験を必要とすることを示すことを意味している。適切な深さの理論的説明が欠落し、制限された範囲の実際的経験だけを有しているため、この問題の解析解は、現在、実行不可能のように思われる。従って、−またより深い理論的研究を準備するために−どのようにしてエラストマー材料の上記の挙動を考慮に入れ高圧液体ジェットを使った材料採取の比エネルギー消費を減らすことができ、すなわち、どのようにして材料採取プロセスをよりエネルギー効率をよくすることができるかが以下に調べられた。
【００３９】
これまでの分析から知られているように、及びＷＯ２００８／０８４２６７Ａ１から知られているように、液体ジェット粉砕プロセスの際の材料の採取のために、エラストマー材料の引裂エネルギーを超える運動エネルギーを適用することが必要である。液体ジェットの運動エネルギーは、基本的にエネルギー伝達媒体の質量と速さにより決定される。
【００４０】
従来の通常の液体ジェット粉砕方法において、液体ジェットの速さの増加は、粉砕効率を決めるキーファクターとみなされ、材料を分離するために適用される液体の圧力を増加させることにより提供される。上記の参照特許文献の大部分において、とても広い圧力範囲が液体ジェットのために規定されている。実際的経験により示されているように、多くの場合、これらの範囲の中間部分の上のほうの圧力値が適用される（約３０００バール）。
【００４１】
しかし、上記の式に見られるように、従来の解決法で適用される高い圧力値、及び結果として生じる高い液体ジェット速度は、エラストマー材料の強度の大きな一時的増加を引き起こす。言い換えれば、材料は、二重の悪影響を有する局部的で一時的な硬化を起こす。一方では、液体ジェットは、望ましい深さまで、高い一時的強度のエラストマーに突入することができず（そして、従って、この段階では、材料の少量だけ取り外すことができ）、そして、他方では、ジェットエネルギーの大部分は、消散され、熱損失として失われる。
【００４２】
本発明によると、私たちは、エラストマーの瞬間的な硬化が低い強度レベルで生じるようするために−分析的な用語では、その強度応答関数が好ましくは平らになる−、すなわち、エラストマーの硬化を小さくするために、液体ジェットの速度、すなわち、粉砕圧力は、エラストマー材料の崩壊に適合した第１段階の際に小さくすべきであると認識した。本発明のこの認識は、粉砕効率を増加させる基礎が粉砕圧力を増加させることによる産業の実務と対照的である。しかし、エネルギー平衡を維持するために、材料に突入する媒体の質量は、以下に示すように材料の取り外しのために必要とされる運動エネルギー（すなわち、臨界引裂エネルギーの超えるエネルギーレベル）が得られるように、圧力を減らすのと同時に増加させる必要がある。
【００４３】
材料の粉砕を実行する液体ジェットの直径を基本的に決めるパラメータは、液体ジェットの放出のために適用されるノズルの開口直径であるため、体積流量率は、このパラメータに依存する。上記の一時的な現象の試験に基づくと、取り外された材料の単位あたりの比エネルギー消費を減らすために、ノズルの直径は粉砕圧力の減少と同時に増加させる必要があることを確認することができる。
【００４４】
しかし、物理的特性に加えて、経済的考慮も、ノズル直径の好ましい範囲と対応する圧力値を決める際に、心に留めておくことが強調される必要がある。
【００４５】
私たちの実際的経験から、より小さい開口サイズで圧力だけを増加させることに比べて、減少させた粉砕圧力に併せてでも、粉砕ノズルの開口サイズを増加させること（すなわち、体積流量率、ひいては粉砕する液体の質量流量を増加させる）は、より良好な粉砕特性をもたらすこともまた確認されている。しかし、高圧、高体積流量率ポンプは、高出力駆動エンジンを要求するため、粉砕の体積流量率を増加させることの経済的制約は、高圧ポンプ及びその補助システムの投資コスト及び運転コストである。
【００４６】
ここで説明された粉砕技術に適した圧力レベルのポンプの投資コスト及び電力需要は、粉砕効率の期待されるレベルのためのポンプ選択の上限に位置する。
【００４７】
圧力と体積流量率の関係に対応した実験に加えた、私たちの実際的な試験は、経済的な考慮も組み込まれており、私たちを次の認識に導く、現在広く適用されたそのようなノズルタイプ−特に粉砕ゴム材料用−の場合、本発明の好ましい実施形態において好ましいノズル直径−圧力値の組み合わせは以下である：
−ノズル直径：０．４ｍｍと０．６ｍｍの間の直径（帝国単位では：０．０１６”と０．０２４”との間）のノズル
−圧力：８５０バールと１１５０バールとの間（帝国単位では：１２３００ｐｓｉと１６７００ｐｓｉの間）
ここで、より高い圧力値はより低いノズル直径に対応し、より低い圧力値はより高いノズル直径に対応する。
【００４８】
１つ以上の高圧ポンプと１つ以上の粉砕装置から構成される粉砕システムの基本的な設計配慮は、要求圧力におけるポンプにより供給される液体の体積流量率を、粉砕ノズルの数で調和させる必要があることである。それをするために、体積流量率は、それぞれのノズルについて圧力と開口直径の関数として知る必要がある。この情報のために、確かな製品データは通常ノズルの製造業者から得ることが可能である。
【００４９】
ポンプとノズルの体積流量率を比較すると、適用されているノズルの数を決めることができ、これは粉砕装置のサイズを定めるための基本データとなる。このように決まった体積流量率のために設計されている典型的なタイヤトレッド粉砕装置の概念設計を以下に説明する。
【００５０】
所定の粉砕条件に対応した実際のノズル直径−圧力の組み合わせは、粉砕されるエラストマーの強度特性に高く依存する。私たちの経験によると、タイヤ材料は、タイヤの材料、特にトレッドの材料の特性を最適化するために製造業者により考慮に入れられた運用条件に応じて、高度に分化している。上記の理論的背景及び私たちの実際的経験を考慮すると、軟性ゴム材料の場合、より高い圧力値とより小さい直径のノズルを適用することができ、一方、より硬くより耐摩耗性の材料の場合、より低い粉砕圧力値とより高いノズル直径を適用すべきであると、一般的原則として定めることができる可能性がある。
【００５１】
所定のノズル直径に対応する圧力値は、以下のように選択することが可能である：以上に説明したように、高圧置換プランジャーポンプは、ほとんど一定の体積流量率を有する。液体の圧縮は、現行技術の適用される圧力範囲において無視すべきである。そのようなポンプの圧力条件は、終点フィードバック制御を適用すること、すなわち、ノズルの開口サイズにより決定される放出部分における流量を修正することだけで修正することが可能である。流水断面積値がより大きい場合、終点圧力−すなわち実際の粉砕圧力−は、減少することになり、同時に体積流量率（ひいては質量流量）が高くなる。
【００５２】
同じ粉砕装置に適用される、異なる強度特性を有する粉砕するゴム材料のために、異なる圧力−体積流量率の組み合わせは、好ましくは、適用されるノズルの開口サイズを修正することにより、便宜にセットされる。上述の事実を踏まえて、ノズルの開口サイズを修正することは、ポンプのフィードバック制御を本質的に実行する。
【００５３】
所定のノズルタイプのパラメータにおいて、この調整手順を、図３Ａと図３Ｂに明示した。この図において、ノズルから放出される粉砕する液体の粉砕圧力をｘ軸に（バールとして）示し、一方、ｙ軸には、異なる開口サイズに属する体積流量率を（リットル／分として）示す。この曲線は、６００−５５０−５００−４５０−４００マイクロメートルのノズル開口の製品データに基づいて設定された。
【００５４】
ここで、工場測定データに使う所定のノズル直径と圧力値に対応する体積流量率の値は、管の形式ではなく、いくつかのノズル製造業者らによりのみ特定されることに注意する必要がある。しかし、この場合、もし製品データが図３Ａ、３Ｂに示したノモグラフの形式で描かれている場合、これらのデータは、さらに多くの好ましい方式において、粉砕パラメータを決定するために使うことができる。以下に示す関係は、製造業者の表を使って容易に理解することはできない、それで最初に、図３Ａ、３Ｂに示した曲線を、優先される、４００−６００ミクロンの開口サイズ範囲と６５０−１３５０バールの圧力範囲で作成する必要がある。
【００５５】
生成されたノモグラフは、図３Ａ、３Ｂによる２つの異なった方法で好ましく使われうる。図３Ａに示したノモグラフを使う第１の方法によると、容易に利用できる又は例えばその駆動電力需要などの実際の考慮すべき事項に基づき選択される高圧ポンプの体積流量率に基づき、異なる硬さのエラストマーを粉砕するために適用することができる粉砕圧力値。従って、図３Ａに示した実施形態では、圧力―体積流量率のノモグラフが少なくとも一つのノズルのノズルタイプのために設定され、そして、所定の体積流量率に関して、圧力−体積流量率のノモグラフを用いて少なくとも一つのノズルの開口直径に基づき、６５０−１３５０バールの範囲で液体ジェットの圧力を決めることができる。
【００５６】
図３Ｂに示したノモグラフが利用される第２の方法は、前もって決められた粉砕圧力値に対応する異なるノズルの体積流量率の値を決める方法である。従って、図３Ｂに示した実施形態では、圧力−体積流量率のノモグラフは、少なくとも一つのノズルのノズルタイプのために設定され、そして、６５０−１３５０バールの範囲から選択される所定の液体ジェット圧力に関して、液体ジェットの体積流量率を、圧力−体積流量率のノモグラフを用いて、少なくとも一つのノズルの開口直径に基づいて決定することができる。
【００５７】
図３Ａは、容易に利用できるか若しくは例えばその消費電力に基づき選択される高圧ポンプの体積流量率に対応するノズル圧力値を決定することを対象としている。所定の高圧ポンプの体積流量率と適用されたノズルの数を使って一つのノズルの体積流量率をまず決め、そして、決定された体積流量率の値におけるｙ軸に垂直な横線を描き、そして、ノモグラフに含まれる異なる開口のノズルの特性曲線と交差することにより、圧力値を決定することができる。それぞれの交点をｘ軸に投影することにより、所定のノズルを使って達成可能な粉砕圧力値が得られる。もちろん、この方法は、もしノズルが全く同じ開口直径を有するとしても、１つの粉砕ヘッドにおけるノズルのすべてについて正確な粉砕圧力値を提供する。
【００５８】
図３Ｂに示したノモグラフの他の使い方は、粉砕に必要とされる体積流量率を決定するために好ましくは適用され、そして、従って、高圧ポンプの選択への支援を提供する。所定のエラストマー材料（例えば、タイヤトレッドのゴム層）を粉砕するために好ましく適用される粉砕圧力が前もって決定されている場合、所定の圧力値においてｘ軸に垂直に線を描き、線が異なる開口サイズを表す特性曲線に交差する。それぞれの交点をｙ軸に投影することにより、異なるノズル開口サイズに対応する体積流量率の値が得られる。必要な粉砕圧力を達成するために適用されるポンプの体積流量率は、選択された体積流量率の値に、１つ以上の粉砕装置において適用されたノズルの数を掛け算することにより得ることができる。
【００５９】
上記の方法における装置の内部圧力損失及びその高圧供給ラインの内部圧力損失は無視されていることを注意する必要がある。これらの内部圧力損失は、当業者により容易に決定される。
【００６０】
直線状に配列したジェット粉砕技術から知られているように、粉砕される表面に向き合ったジェットは、好ましくは所定の振動数で振動する。私たちの実際的経験によれば、本発明により適用される、圧力値に併せて好ましく適用されえる振動数−及び後で説明される前送り速度の値−は、650-850 1/minの範囲内であり、ここでより低い及びより高い値は、それぞれ、より硬い及びより軟らかい構造の材料に対応する。少なくとも１つのノズルは、放出方向とエラストマー材料の進行方向に垂直な方向において便宜に振動する。振動数の正確な値は、粉砕されるゴム材料の実際の粘度に依存し、そして、テスト粉砕運転の結果により決めることが可能である。
【００６１】
以下に説明される本発明による私たちの方法とそれに対応する装置は、直線状に配列したジェット粉砕技術に関して導入されているが、図３Ａと３Ｂに明示したノモグラフ、及び有利な粉砕ノズル開口サイズを選択するためにこれらを適用することは、回転ヘッドジェット粉砕技術の粉砕効率の改良にも適用することができることに注目することが重要である。
【００６２】
粉砕プロセスの３つの主な段階、すなわち、表面崩壊段階（第１段階）、いわゆる生産的粉砕段階（第２段階）、及び残留材料取り外し段階（第３段階）は、上に説明された。タイヤトレッドの材料が粉砕される場合、それぞれの段階は、好ましくはタイヤの一回転を要求する。以下に示されるように、好ましい粉砕パラメータは第３段階においても定めることが可能であるが、プロセスの効率のため、第２段階と同じパラメータが第３段階にも適用されるか又はパラメータの値が第２段階に比べて修正されるかどうかは重要性がより低い。
【００６３】
これらの段階の異なる作用を確認することに併せて、私たちは、予め定められている基本的粉砕パラメータ（これは粉砕作業の際に修正可能でない又は修正することが難しい）に加えて、異なる段階の経過中に適用される前送り速度も、重要な役割を果たすことも認識している。「前送り速度」という用語は、粉砕を実行する一群のノズルと粉砕されるエラストマー材料との相対運動の速度に言及するのに使われる。相対運動は、直線的に配置されたノズルの場合ノズルの列の振動方向に垂直な方向であり、回転ヘッド粉砕の場合粉砕される表面に平行なあらゆる方向である。粉砕プロセスの観点から、前進運動が粉砕ジェット（すなわちノズル）により実行されるか又はワークピース自体が実行するか、あるいは予め決められた速度差で両方が動かされるかどうかは問題にしない。
【００６４】
プリセットの基本的粉砕パラメータ−例えば粉砕圧力と振動数など−に加えて、異なる段階で適用された振動する液体ジェットの前送り速度も重要性を有することを認識することができ、それは、前送り速度が速すぎる場合材料に突入する粉砕ジェットのためにより少ない時間しかなく、一方遅すぎる前送り速度は、粉砕ジェットが特定の位置に長く留まりすぎることを引き起こすと考えられ、結果として浪費されたエネルギーをもたらすためである。
【００６５】
上で提案した考慮すべき事項を踏まえて、粉砕エラストマーを製造するための本発明の方法は以下のように実行される。本発明による方法の過程では、６５０−１３５０バールの圧力を有する液体ジェットが少なくとも１つのノズルから、少なくとも１つのノズルの放出方向に対して少なくとも部分的に横切る方向に移動するエラストマー材料に方向付けられる。液体ジェットの引裂効果を活用すると、粉砕エラストマーがエラストマー材料の表面から取り外される、すなわち、粉砕エラストマーは、液体ジェットを使ってエラストマー材料から製造される。粉砕エラストマーの粒子は、液体ジェットによりエラストマー材料から基本的に引きちぎられる。エラストマーは少なくとも１つのノズルの放出方向に対して横切る方向に少なくとも部分的に動かされるという特徴に基づいて、その動きは放出方向に垂直な成分を有することを意味する、すなわち、液体ジェットにより崩壊された表面は、それとは平行ではない。
【００６６】
上記によると、互いにそばに直線的に配置された１つより多くのノズル、あるいは回転ヘッドに配置された１つ以上のノズルも、本発明の方法を実行するために適用される可能性がある。
【００６７】
本発明による方法の過程において、エラストマー材料の表面を崩壊する第１段階においてエラストマー材料が液体ジェットのインパクト点において放出方向を横断する方向に１０から２０ｍｍ／ｓの第１前送り速度を有し、そして、材料の表面を崩壊した後の第２段階においてエラストマーが第１前送り速度に比較して３５−６５％減少させた第２前送り速度を有するように、エラストマー材料は少なくとも１つのノズルに対して動かされる。
【００６８】
回転ヘッド粉砕の場合、粉砕プロセスのそれぞれの段階において適用される「前送り速度」は、回転粉砕ヘッドの回転軸と処理対象であるワークピースとの相対的前進速度を意味すると取る。
【００６９】
粉砕効果の観点から最も重要な役割は、液体ジェットに垂直なエラストマー材料の速度の成分により果たされ、従って、本発明による方法を明確にするために、また以下のように、この速度成分は、前送り速度とみなされるだろう。従って、タイヤのケースの一例として、前送り速度はタイヤの周速である。
【００７０】
上記より、本発明の方法の好ましい実施形態において、８５０−１１５０バールの圧力を有する液体ジェットが、エラストマー材料に向けられる。
【００７１】
エラストマー材料の表面を崩壊するのに適合した第１段階において、生産的粉砕は制限される、それはこの段階において粉砕ジェットは粉砕される表面の崩壊を行うからである。私たちの実験は、本発明の方法の好ましい実施形態において、第１段階において適用される前送り速度は好ましくは１２．５−１７．５ｍｍ／ｓの範囲内とすべきであり、特に好ましくは１４．２−１５．８ｍｍ／ｓの範囲内とすべきであるという結論を導き出した。これらの前送り速度の値の場合、０．４と０．６ｍｍの間のノズル直径、及び／又は８５０と１１５０バールの間の圧力値が好ましく適用される。従って、特定の好ましいノズル直径範囲（０．４と０．６ｍｍの間）は、本発明による圧力範囲（６５０−１３５０バールの間）に収まる粉砕圧力値によっても適用されることが可能である。
【００７２】
従って、第１段階において、過度の発熱は特に避けられるはずである。このことに達成するために、従来の解決策に比べ減少させた粉砕圧力が本発明の方法の全過程の間で適用され、そして、それに加え、液体ジェットが臨界引裂エネルギーを超える運動エネルギーを有することを提供するために、ノズルの開口直径はなるべく増加させた。これらの構成に加え、第１段階では、できるだけ表面が硬化しないように、すなわち、できるだけ最小の量の熱が表面の崩壊の際に発生するように、エラストマー材料の粉砕にさらされる表面領域に液体ジェットが比較的短い時間だけ留まるように、前送り速度は比較的高い値にセットされた。私たちの実験において、上で特定した圧力値において、プロセスの第１段階の間、前送り速度は好ましくは１０−２０ｍｍ／ｓの範囲内にすべきであり（粉砕されるエラストマー材料の硬さを考慮に入れる、すなわち、より硬いエラストマー材料にはより小さい値を、一方、より軟らかい材料にはより高い値を選ぶべきである）、表面を第１段階の後に要求される範囲に崩壊することと、できるだけ制限された熱量を発生させることとの間のバランスのように、と私たちは認識した。
【００７３】
また、私たちの実験は、第１前送り速度の最適条件が１４．２−１５．８ｍｍ／ｓの範囲内であることを示している。また、この範囲は、平均的な硬さを有する広く利用されたタイヤに有利である。私たちの実験はこのパラメータを使う第１段階では、発熱すなわち作動液体の温度上昇は、約５−１５℃減少する可能性があり、他の段階で測定された値にほぼ等しくなることを示している。第１前送り速度を生じさせるために必要とされるさらなるエネルギー（これは第２段階で適用される前送り速度を超える）は、プロセス段階の間の前送り速度を変えることにより、すなわち、粉砕液体の温度上昇を抑制することにより節約されるであろうエネルギーに関して、無視してよいことを注意するのは重要である。
【００７４】
第１段階に続く、第２“生産的粉砕”段階の際、粉砕ジェットの列は、粉砕されるエラストマー材料と相対的に前方へよりゆっくりと移動する。第２段階においてこの減らされた前送り速度を適用することにより、−すでに部分的に崩壊された表面において、硬化現象は第１段階で発生する表面硬化に比べてとても小さな範囲で発生するように−第１段階よりもより深い粉砕突入が、同じ液体ジェット圧力で達成される可能性がある。第２段階で適用される前送り速度は、第１前送り速度よりも３５−６５％だけ、好ましくは約５０％だけ低く、従って５−１０ｍｍ／ｓの範囲に減少する。私たちの実験は、第２段階において、回転ごとの可能な限り最高の抜き出し速度を達成するために、前送り速度をより小さく設定することがよりよい得策であることを示している。その上、第１前送り速度と同じように、第２前送り速度もまた粉砕されるエラストマーの硬さの関数として決められる、すなわち、より高い第２前送り速度の値（例えば特定された範囲の上限値に近い値）は、より高い第１前送り速度に対応するだろう。しかし、もし第１前送り速度が特定された範囲のより低い値から選択された場合、第２前送り速度もまた５−１０ｍｍ／ｓの範囲のより低い値から選択されるであろう。従って、上に提案されたものに従って、３５−６５％、好ましくは約５０％の前送り速度の減少は、すべてのケースの第１及び第２段階の間に適用される。
【００７５】
しかし、また低すぎる粉砕速度を適用することは不利である、それは、液体ジェットが所定の領域に長すぎる時間滞在する場合それはエラストマー材料のより深い層−特定のケースでは支持層に等しい−に突入することができ、このことは、作動液体の温度上昇を導く可能性があるからである。従って、最適な速度範囲が第２段階のために設定されうる、ここで、上記の不利な効果の両方は、特に好ましい方法における最高に可能性のある範囲で抑制されるかもしれない。私たちの実験において、私たちは、上記によると、第２前送り速度は、６．５−８．５ｍｍ／ｓの範囲から便宜に選択されることを見つけた。
【００７６】
従って、生産的粉砕の段階（第２段階）においてより低い前送り速度を適用することが得策である、それは、崩壊させた表面へのより深い突入（及び従ってより高い材料取り外し）を達成することができ、変化していない粉砕圧力値を適用する方法だからである。同時に、液体ジェットの列の振動速度は、第１段階と同じままである。遅すぎる前送り速度の値を適用することはまた好ましくない、それは、液体ジェットにさらされる時間が長すぎる場合、液体ジェットは、材料のより深い層まで突入し、そして非常にたくさんのエネルギーを失うので、そのエネルギーは、エラストマーの引裂エネルギーを超えるものではなく、よって下層を粉砕する能力がなくなっていると考えられるからである。
【００７７】
上で特定した狭い速度範囲を適用すると、本発明による方法の一実施形態において、第２段階において適用された第２前送り速度は、好ましくは４５−５５％まで、特に好ましくは約５０％まで第１前送り速度を減少させることにより得られる。
【００７８】
上に提案したことによると、第２段階において、適用される可能性のあるノズルの振動の速度、及び適用される液体圧力値は、第１段階と同じである。技術的観点から、段階間で前送り速度を変化させることは比較的に単純であるが、運転の際に粉砕圧力を変化させること又はノズル開口の直径を修正することは、とても合理的ではないだろう。
【００７９】
第３のいわゆる“クリーニング”段階において、液体ジェットは限定された範囲に存在する残留材料の取り外しに適用される。この操作において、第３前送り速度を適用することができ、これは第２前送り速度よりも大きい、従って、第３段階の第３前送り速度（第２段階の後に適用される）は、第１前送り速度と同様の範囲（１０−２０ｍｍ／ｓ）から選択される。第３段階において、好ましい速度範囲は再び１２．５−１７．５ｍｍ／ｓであり、また特に好ましい速度範囲は１４．２−１５．８ｍｍ／ｓである。上で説明したことと同様に、少なくとも１つのノズルの適用される可能性のある振動の速度、及び最初に設定された粉砕圧力値は前と同じである。
【００８０】
１６ｍｍ以下の層厚さで着けられた平均的なタイヤトレッドを粉砕する場合、このプロセスの第１段階は１回転で行われると考えられ、第２段階は２−３回転で完了する可能性があり、一方、第３段階はまたタイヤの１回転を必要とすると考えられる。エラストマー材料（例えばゴム）のより厚い層が粉砕される際、第２段階を完了するのに必要とされる回転数は、加えられた層厚さ３ｍｍにつき１だけ増加する。
【００８１】
段階ごとの前送り速度の変化は、粉砕装置を制御することにより達成可能である。タイヤの粉砕において、このことは、装置のコントロールユニットが、新しい段階が始まるたびに、次の段階の前送り速度に切り替えることを意味する。
【００８２】
本発明の特定の実施形態は、上記の本発明の方法、すなわち粉砕エラストマーの製造方法、を実行するのに適合している装置に関する。従って、本発明による装置は、本発明の方法を実行するのに適用されうる、すなわち、本発明の方法に従って、この装置のデザインの寸法を入れてもよく、そしてこの装置の操作を制御することができる。従って、本発明による装置は、この装置の基本性能を制御するのに適合されているのに加え２つ以上の前送り速度を実行する制御パッケージをプログラミングし記憶することができるような制御システムを備えることが好ましい、このことは、装置を制御することにより２つ以上の異なる前送り速度を実現することができることを意味している。
【００８３】
本発明による装置は、粉砕空間及び好ましくはクラムスラリー容器も備えた筐体と、粉砕空間にタイヤ−好ましくは４つのタイヤ−を搭載することに適合したタイヤ登載シャフトと、タイヤ搭載シャフトを支持し回転させることに適合した駆動部と、タイヤがタイヤ搭載シャフトに固定されたときにタイヤの周囲に沿って位置することができる少なくとも１つのノズルとを備える。それぞれのノズルは、例えば上で特定したような範囲、すなわち６５０−１３５０バールの間、の圧力を有する液体ジェットを放出することが可能である、しかし、そのように要求されても、装置はそれよりも低いおよびそれよりも高いの両方の圧力レベルで粉砕することが可能である。
【００８４】
また、４つのタイヤを搭載することは有利な点がある、それは、４つのタイヤを同時に粉砕する際、この装置は２つのタイヤの同時粉砕が可能な装置に比べより効率的に作動させることができるためである。しかし、４つ以上のタイヤを搭載することは、シャフトの動作とバランスについて問題を引き起こす、そして、このような数のタイヤを同時に粉砕することは、装置の構造の観点から問題がある。タイヤ搭載シャフトをその端において駆動することに適合された駆動ユニットに加え、本発明による装置は、タイヤ搭載シャフトを固定すること及びまたこの固定を解除することによりタイヤ搭載シャフトを取り外し可能にすることに適合した支持メカニズムを有する。
【００８５】
図４は本発明による装置の一実施形態を示す。以下に説明した装置は、実用車のスチールコードラジアルタイヤのトレッド部分の材料の取り外し及び粉砕に特に好ましく適用される、けれども、例示した実施形態は、他のタイプのタイヤのトレッド又は他の輪状体（例えば、ソリッドタイヤ）のエラストマー材料の粉砕に有利に適用することができる。
【００８６】
この装置は、高圧液体ジェット（通常は水ジェット）と、粉砕されるワークピースとの相対運動システムを提供することが可能であり、このことはワークピースに入る液体ジェットが、ワークピースから所定の均一な粒度分布を有する微細なクラムを取り外すことを提供する。
【００８７】
このことは、好ましくは、放出されたジェットの面において直線的に並んだ液体ジェットの一組が振動し、そして同時に、所定の前送り速度で粉砕ジェットの列の前でワークピースが移動することにより達成される。タイヤの場合、前送り速度をワークピースに適用することは、特定の角速度でタイヤを回転させることに対応する。
【００８８】
本実施形態の装置の全体的な外観及び主な構成要素は図４に示され、さらに、本実施形態の装置の特定の構成要素は、図５から９に図解された。
【００８９】
図４は、筐体１０を備えた粉砕エラストマー製造装置を示す。液体ジェット粉砕ヘッドアセンブリ１２の両側対称振動に適合した振動運転装置１８は、筐体１０の中央に配置された。クランプで固定した粉砕ヘッドアセンブリ１２は、振動運転装置１８により動かされる振動シャフト１９に取り付けられた。高圧粉砕水が上端に配置された供給ニップル１５を介してこの装置に供給され、そこから粉砕ヘッドアセンブリ１２にフレキシブルホース１７を介して水が供給された。作業中において、この装置の作業空間は、空気圧シリンダー２２により動かされることに適合した可倒式機械カバー２０により覆われた。製造された、水を含むゴムクラムスラリーは、この装置の下部に配置されたスラリー容器２４に集められた。
【００９０】
図４にも図解されたように、本発明による方法及び装置において、直線的に配置されたノズルの列が好ましく適用される。
【００９１】
複数のタイヤ１４を搭載することが可能なタイヤ搭載シャフト２６は、機械カバー２０が開いた状態において、好ましくはクレーンを適用し、吊り入れられ、吊り外される。本実施形態において、タイヤ１４は、はさみメカニズム４７により固定された支持靴４４によって取り付けられる。はさみメカニズム４７と支持靴４４を含むタイヤ取り付けメカニズム１６の詳細は、図７に図解された。タイヤ搭載シャフト２６は、両側従動ローラーを有する従動支持メカニズム２８の上に乗り、そして、タイヤ搭載シャフト２６は、駆動ユニット３０により駆動される。支持メカニズム２８の詳細は図８−９に示された。
【００９２】
本実施形態において、タイヤ１４のサイズにより決められる、タイヤ搭載シャフト２６と粉砕ヘッドアセンブリ１２との間の距離を、回転で操作されたスピンドルメカニズム３２を適用し調整することができる。タイヤ搭載シャフト２６は、支持メカニズム２８に固定され、それらの下げられた位置において固定されたブラケット３４により、作業の間上方より締め付けられた。ブラケット３４は、その下げられた位置とその上げられた位置とにおいて図８と図９にそれぞれ示された。
【００９３】
粉砕プロセスの効率は、粉砕ヘッド３６を上下に配置する好ましくは図５に示したやり方で、粉砕ヘッドアセンブリ１２中の粉砕ヘッド３６を二重にすることにより改良されうる。従って、本発明による装置の実施形態において、お互いに平行に配置されたノズルの第１列とノズルの第２列とを含むノズルの二重の列が適用される。これから図１０Ａ、１０Ｂ、１１を参照して、二重のノズル列を適用することの利点は以下に詳述される。ノズルの二重の列は、本発明による方法の目的のためにも好ましく適用されうる。
【００９４】
図５に示されたように、ノズルの２つの列は、同じ構成を有する。図５は、粉砕ヘッドアセンブリのノズル３８を示す。粉砕ヘッドアセンブリ１２は、クランプを用いて振動シャフト１９に固定された。粉砕ヘッドアセンブリ１２の軸位置と（水平面に対する）傾斜角を、クランプの締め付けネジを用いて調整することができる。粉砕ヘッドアセンブリ１２は、ネジを締め付けることにより所望の角度位置に固定されうる。
【００９５】
粉砕の生産性を増加させるために、本実施形態の装置は４つのタイヤ１４の同時処理に適合されており、それによって、１つのタイヤ１４に対し計算される機械セットアップ時間をかなり短縮することができる。本発明による１つの装置に対して２つのタイヤ搭載シャフト２６を割り当てることにより、この装置に装着したタイヤ搭載シャフト２６に搭載されたタイヤの粉砕の間に、すでに処理されたタイヤを、適切な支持スタンド４３に置かれた他のタイヤ搭載シャフト２６から取り外すことができる、そして、次の粉砕稼働の際に粉砕される４つのタイヤをそれに搭載することができる。支持スタンド４３に固定されたタイヤ搭載シャフト２６は図６に示された。同じ支持スタンド４３を、装置に装着する前に処理される４つのタイヤを掃除（洗浄）することに適用することができる。タイヤの洗浄は、粉砕ゴムの最終産物の要求される化学的純度を供給するために必要である。装置の連続した装着及び取り外しを確保するために、２つの支持スタンド４３が必要である：すでに処理したタイヤを運ぶタイヤ搭載シャフト２６は、装置から取り外された後に、空いた支持スタンド４３に受け入れられる、一方、処理のために準備されたタイヤ搭載シャフト２６は、他の支持スタンド４３から装置へ装着することができる。タイヤ搭載シャフト２６を、クランプ４６とロッキングレバー４８を適用して支持スタンド４３に固定することができる。
【００９６】
タイヤ１４は、好ましくは、タイヤ１４のスチールコード骨組みの内部強度を活用してタイヤ搭載シャフト２６に搭載され、この強度は、タイヤがそのビードリムを通じて搭載されることを可能にする。ここで、スチールコード強化構造以外のタイヤは、図４と図６に図解されたやり方でタイヤ搭載シャフト２６に搭載されるのに、十分に強いことが私たちの実験で見つかっていることに注意する必要がある。図７に示したタイヤ取り付けメカニズム１６を適用し、装置内にタイヤ１４を取り付けるためには、はさみメカニズム４７を活用してタイヤの襟円に対して適切に成形した支持靴４４を押圧することで差し支えない。
【００９７】
支持靴４４は、手動操作型ねじスピンドルメカニズムによって又は図７に図解した空気圧シリンダー５０を適用するやり方で駆動されうるはさみメカニズム４７によって動かされる。空気圧による固定が適用される場合、圧力保持容器は、タイヤ搭載シャフト２６それ自身であり、圧力をかける空気は、図６に示したようにシャフトの両端に配置した供給ニップル４５を通じてシャフトに供給される。
【００９８】
タイヤ１４の粉砕の進行移動（前送り）は、タイヤ搭載シャフト２６の回転により供給される。タイヤ搭載シャフト２６は、支持メカニズム２８の従動ローラーによって回転する。シャフトの回転速度範囲は、本発明の方法に関して上で特定した前送り速度に到達することが可能となるように決められる。
【００９９】
タイヤ搭載シャフト２６を固定し駆動する方法は、図８、９に図解した。タイヤ搭載シャフト２６が回転することにより大きなトルクが生じるため、シャフトは、好ましくは、駆動ユニット５４により駆動される複数のスプロケットチェーンギア５６を適用し駆動される。図８において、クランプ３４の開いた状態が図解されており、ここで、シャフトを装置から取り外す又は装置に差し込むことが可能である。この図に示されたように、この状態において、タイヤ搭載シャフト２６を支持メカニズム２８に容易に差し込むことができる。図９は、粉砕作業の際に適用されるクランプ３４の閉じた状態を図解する。
【０１００】
タイヤ搭載シャフト２６を駆動するのに適合した支持メカニズム２８のさらなる機能性は、粉砕されるタイヤ表面と粉砕ヘッドアセンブリ１２との間の距離を調整することである。他の理由を加え、この距離の調整が第１に要求される、それは、粉砕パラメータが異なると粉砕ノズルの最適な動作点は、以前に適用されたノズルに比べ異なる可能性があるからであり、従って、ノズルが交換されたとき、作動距離も調整する必要がある。
【０１０１】
最初の距離は、ホイール３２により駆動されディスプレイを含むスピンドルメカニズムによって設定される。それに加え、機械補助スピンドルメカニズムは、表面ゴム層の厚さ減少により引き起こされる、粉砕ヘッドアセンブリ１２と粉砕される表面との距離の増加を補正するのに便宜に適用することができる。
【０１０２】
図５にも示されたような上下に配置された粉砕ヘッド３６は、異なる２つの方法でセットアップすることが可能である：
−上方及び下方の粉砕ジェットは、同じ機械的位置を標的にする、すなわち、ノズルの第１列により放出される液体ジェットのインパクトの線と、ノズルの第２列により放出される液体ジェットのインパクトの線とは、粉砕されるエラストマー材料の同じ領域に向けられる、又は、
−上方及び下方の粉砕ジェットは、異なる機械的位置を標的にする、すなわち、第１により放出される液体ジェットのインパクトの線と、ノズルの第２列により放出される液体ジェットのインパクトの線とは、粉砕されるエラストマー材料のお互いに異なる領域に向けられる。
【０１０３】
ノズルの第１列６０ａとノズルの第２列６０ｂとが粉砕されるタイヤ５８の同じ領域を標的にした構造が図１０Ａに図解された。ノズルの第１列とノズルの第２列から粉砕される同じ領域に放出させるように上方と下方の粉砕ジェットを方向付けすることは、液体ジェットの粉砕パワーを集中させるために明らかな解決法のように思われる。上方と下方の粉砕ヘッドが協調させたやり方で動かされた場合、上方と下方の粉砕ジェットを同じ機械加工ラインに方向付けすることにより、ジェットの効果が組み合わされ、そして、より強い粉砕効果が理論上達成されうる。しかし、実際には、粉砕効果は、以下に記載した理由により二倍とはならない。
【０１０４】
ワークピースの同じ領域を標的にした粉砕ジェットのフォースベクトルが図１０Ｂに図解された。
【０１０５】
図１０Ａに示されたように、Ｌvは、ノズルの第１列６０ａの振動軸の中心点と、ノズルの第２列６０ｂの振動軸の中心点との間の垂直距離を意味し、Ｌhは、前記複数の軸を接続する中心線と、粉砕ジェットのインパクト点との間の水平距離を意味する。図１０Ａに示した配置から上方及び下方の粉砕ジェットのそれぞれのフォースベクトルＦfとＦaの関係を得ることが可能である（図１０Ｂに示したように）。
【０１０６】
図１０Ｂに示された方法で、フォースベクトルを、入射接線に垂直な成分Ｆmと、それに平行な成分Ｆpとに分解することが可能である。本実施形態において、上方と下方のフォースベクトルは同じ大きさを有し、軸方向に対称であるため、入射接線に平行な成分ＦfpとＦapは、図１０Ｂに示されたように、お互いに打ち消しあう。効果的な粉砕作業は、入射接線に垂直な成分ＦfmとＦamだけで実行され、この成分は、元のベクトルの大きさよりも必然的に小さくなる。その結果として、粉砕作業に効果的なフォースベクトルの大きさは、上方と下方のベクトルのスカラー値の合計よりも小さくなる。
【０１０７】
距離ＬvとＬhは、構造理由のため予め定められ、ほぼ同じである、しかし、実際に粉砕に適用されたノズルの効果的粉砕距離に依存し、それらの比率はそこから小さい範囲で異なる可能性がある。この配置により決められる三角法の関係のため、二重の粉砕ジェット強度にも関わらず、オリジナルの１．７−１．８倍の粉砕力が達成されるだけであるということになる。
【０１０８】
しかし、実際の経験は、粉砕効果の強度はこの粉砕力の値に基づき予想されるものよりもなお一層小さいことを示唆する。このことの理由の一つは、この配置とは無関係であり：振動する粉砕圧力の有効平均値（この振動は、適用される高圧ポンプの運転挙動に起因する）は、最大圧力値よりも約８−１０％低い。この現象は、粉砕効果をさらに低減する。
【０１０９】
しかし、粉砕効果を悪化させる最も強力な対抗効果は、上述のエラストマー材料の粘弾性挙動である、すなわち、本発明による方法の第１段階において生じるうる硬化である。私たちの実際の経験に基づくと、両方のノズル列の衝撃が同じ点である“二重列”粉砕構造により供給される二重のエネルギー取り入れにも関わらず、粉砕作業の効果は、特に、エラストマー材料の表面の崩壊に適合した第１段階において、一列粉砕に比べて多くても２５−３０％高いだけであると規定されるかもしれない。このことは、エラストマー材料において２つの液体ジェットが同時に作動することの強力な硬化効果に第１に起因する。
【０１１０】
私たちの実験の間に、私たちは、上方と下方の液体ジェットが同じインパクト点を標的にしない場合に、粉砕する効率が大きく改善されると認識するようになった。従って、上方と下方の粉砕ジェットは、ジェットの一時的な硬化効果が二重にならないことを示す異なる時間インスタンスにおいてゴム材料に衝突する。
【０１１１】
所望の粉砕効果に到達するために−すなわち硬化効果の二重化を抑制するために−可能な解決法は、粉砕ジェットの水平な位置の間の差がノズル間距離の半分と等しくなるように、上方及び下方の粉砕ヘッドをノズル間の距離の半分だけシフトさせるように配置することである。言い換えれば、ノズルの第１列のそれぞれのノズルは、第２列の２つのノズルの間の中央に正確に配置されるべきであり、これらのノズルは２つの平行な線に沿って配置される。従って、本実施形態において、ノズルの第１列及び第２列は、ノズル間の距離の半分だけシフトさせてお互いに平行に配置される。
【０１１２】
さらにより好ましい解決法によると、上方及び下方の粉砕ヘッド、すなわちノズルの第１列及び第２列は、位相シフトが適用され振動する。この振動位相シフトは、理想的にはノズル間距離の半分に等しい、このことは、例えば、粉砕ヘッドの振動が回転駆動により到達された場合、９０°の相互位相シフトを有する下方及び上方の駆動位相が必要とされることを示す。従って、一実施形態において、ノズルの第１列及び第２列は、お互いに比べて９０°の位相シフトで振動する。しかし、粉砕ジェット間の他の好ましい位相シフトの値も考えられうる。
【０１１３】
第１列の液体ジェットのインパクトの線と、ノズルの第２列の液体ジェットのインパクトの線とは、エラストマー材料の異なる領域に方向付けられている一実施形態も考えられ、その際に、
−ノズルの第１列とノズルの第２列は、ノズル間距離の半分だけお互いにシフトして平行に配置される、又は、
−ノズルの第１列とノズルの第２列は、お互いに比べて９０°の位相シフトで振動する。
【０１１４】
ノズルの第１列とノズルの第２列とがエラストマー材料の同じ領域に方向付けされていない場合、これらの寸法は、ノズルの第１列及び第２列により放出される液体ジェットがエラストマー材料の隣接する領域に衝突する例で有利である。この場合、硬化効果は、上記の寸法を適用することにより低減される可能性がある。
【０１１５】
もう１つの可能な形態において、上方と下方の粉砕ジェットは、図１１に図解されたように異なる機械加工位置に方向付けられる（ノズルの第１列とノズルの第２列は、エラストマー材料のそれぞれ異なる領域を標的にする）。ジェットが１つの点を標的にした形態に比べて、粉砕ヘッドのより低い傾斜角はインパクト方向のより高い粉砕成分を可能にさせる、すなわち、この形態において、粉砕ジェットベクトルの接線成分は減少する。最も好ましい方向は、インパクト点における接線に垂直な方向であり（図にも示した）、その時、粉砕ベクトルは接線方向の成分を有さない。
【０１１６】
システム制御の一般的な要求に加えて、次の特別な考慮も、本発明による方法及び装置に適用される制御手段の設計の際に考慮に入れられる。
【０１１７】
制御された方法において小さなサイズの材料粒子を取り外すために適用されるような高圧液体ジェット粉砕の重要な要求は、（それを貫通する代わりに）液体ジェットがエラストマー材料の制限された範囲にだけ突入させその結果表面から小さなサイズのパーツだけをちぎり取るように、液体ジェットがワークピースの上で一定速度で動かされるべきであることである。実際的経験により示されたように、十分に均一な粒度分布を提供するために、いくつかの技術的パラメータは、好ましくはお互いに独立的に、調整される必要がある。上記の直線的に配置され振動する液体ジェットの変わりに回転粉砕ヘッドを適用する粉砕技術の基礎的な欠点の一つは、十分に速い速度で粉砕ヘッドを回転させるために、所定の比較的高い圧力値が必要であり、このことは、他の技術的パラメータを制限する。回転ヘッド粉砕のさらなる欠点は、増加した粉砕圧力により引き起こされる粘弾性のゴム材料の強力な衝撃硬化であり、このことは、高い特定のエネルギー損失を引き起こす。
【０１１８】
直線的に配置され、好ましくは振動する粉砕ヘッドを必要とし、本発明による装置にも適用される粉砕技術は、ワークピースの前送り速度、粉砕ジェットの動き、粉砕圧力などの粉砕パラメータをお互いに完全に独立的に制御することができるという重要な利点を有する。
【０１１９】
装置を制御することにより達成可能な直接制御介入は、粉砕ジェットの振動数の修正と、ワークピースの前送り速度を変化させること（すなわち、私たちのケースでは、粉砕されるタイヤの角速度を変化させること）である。粉砕圧力は、上記の方法においてノズルの開口の値を選択することにより制御しうる。
【０１２０】
振動数の増加はより小さい粒子サイズの方向における粒径を基本的にシフトさせ、従って、より高い振動数範囲の適用がより好ましい。実際の上限は、機械構成要素のデザイン及び材料品質により決定される。本発明に関して上で提案した考慮を、動作パラメータを適切に設定するために粉砕プロセスの“崩壊”段階、“生産”段階、“クリーニング”段階に属するパラメータを制御する必要があるという要件に集約することができる。
【０１２１】
上記の考慮を配慮に入れると、制御方法は粉砕プロセスの異なる段階の異なる動的要件に便宜に適合すべきである。このことを達成するために、制御方法は、所定の粉砕ジェット圧力と振動数を維持するのと同時に、稼働の際に前送り速度を、異なる粉砕段階に対応した異なった値に調整することを基本的に可能にさせるべきである。粉砕プロセスのそれぞれの段階に対応する前送り速度の値は、上で特定している。
【０１２２】
粉砕プロセスの際に材料粒子はエラストマー材料から連続的に取り外され、このことは機械加工された表面が粉砕ノズルの最適動作点からだんだん離れることをもたらす。実際的経験により示されるように、このことは数ミリメートルだけの違いの場合でさえも、不利な点となる、このことは、−特により厚いゴム層が粉砕されるとき−次の段階との間でノズル距離の調整をしないと粉砕効率は悪化する可能性があることを示す。このことは、少なくとも１つのノズルと加工表面との間の距離が許容差範囲内で維持されることを供給することにより、例えば、モーターを利用してタイヤ搭載シャフト支持スタンドを前進させることにより、便宜に補正されうる、このことは、他の動作パラメータと同調させたやり方で制御されうる。
【０１２３】
上述した本発明の方法及び装置は、エラストマー材料を粉砕することに、特に回転体（一例としてタイヤ）に加工されたエラストマー材料のトレッド表面をより経済的にそして改良されたエネルギー効率で粉砕することに、適用されうる。この装置は、複数の（好ましくは４つの）タイヤを同時にその中に配置されうるという特徴によっても、この装置の経済性を増加させるために含まれる上述のさらなる特徴によっても、より効率的になる。
【０１２４】
もちろん、本発明は、上に詳細に説明した好ましい実施形態には限定されない、ただし、さらなる変形、改良、発達がクレームにより決められた保護範囲内で可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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