(57)【要約】  加工中の材料に、６〜８重量％またはそれ以上のオーダの蒸気重量で、非常に多量の注入蒸気をうまく混入することができる改良押出機（１０）が提供される。押出機（１０）は、少なくとも１つの長尺の、軸の周りに回転可能である、らせん状に羽根の付いた押出スクリュを内蔵する長尺の押出バレル（１２）を含む。バレル（１２）は、その長さに沿って、蒸気注入器（４８、５０）を収納する、傾斜した蒸気注入ポート（４４，４６）を備える。バレル（１２）は、比較的長いピッチ長のスクリュセクション（７８、８２）をその中に有する比較的高空間体積の蒸気注入ヘッド（３２及び３８、４０）と、注入ヘッド（３２及び３８、４０）の両側にある比較的短いピッチ長のスクリュセクション（７６、８０、８４）をその中に有する蒸気制限ヘッド（３０、３４、及び４２）とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入口と、該投入口と離隔した排出口及び、前記投入口と前記排出口との間に延在し、長手軸を提供する長尺の孔を持つ長尺の管状のバレルと、
前記孔内に配置され、前記投入口から前記排出口に向かってかつ前記排出口まで材料を搬送するように動作可能な、少なくとも１つの長尺の、軸の周りに回転可能な、らせん状に羽根の付いた押出スクリュと、
前記投入口と前記排出口との間において、前記バレル内に形成され、前記孔と連通する、前記バレルの長手軸に対して斜角で配置されている、複数の長尺の蒸気の注入ポートとを有することを特徴とする調理用押出機。
【請求項２】
前記注入ポートは、該注入ポートの前記長手軸の直交分解が、前記バレルの長手軸と平行な、前記バレルの前記排出口へ伸びる成分を持つように配置される請求項１に記載の押出機。
【請求項３】
前記バレルは、一対の並列した長尺のチャンバを持つと共に、前記バレルの前記チャンバ内にそれぞれ設置された、一対の長尺の並列して挿入された押出スクリュを有し、各々の前記バレルの前記チャンバと連通する別々の一連の前記注入ポートを備える請求項１に記載の押出機。
【請求項４】
前記注入ポートは、前記バレルの長手軸に対して、約３０〜８５度の角度で配置されている請求項１に記載の押出機。
【請求項５】
前記押出スクリュは、第１のスクリュ羽根ピッチ長を有する、前記注入ポートに隣接する第１のスクリュセクションと、第２のスクリュ羽根ピッチ長を有し、前記第１のスクリュセクションの対向する場所に位置する第２のスクリュセクションとを有し、前記第１のスクリュ羽根ピッチ長は、前記第２のスクリュ羽根ピッチ長より大きい請求項１に記載の押出機。
【請求項６】
前記第１のスクリュ羽根ピッチ長は、スクリュ直径の約１〜２倍であり、前記第２のスクリュ羽根ピッチ長は、スクリュ直径の約０．２５〜１．０倍である請求項５に記載の押出機。
【請求項７】
前記第２のスクリュセクションは、該第２のスクリュセクションを通る蒸気の流れを少なくとも一部制限するように動作可能である請求項５に記載の押出機。
【請求項８】
前記第１のスクリュセクションの領域における前記バレル内のバレル充填部分は、前記第２のスクリュセクションの領域における前記バレル内のバレル充填部分より小さい請求項５に記載の押出機。
【請求項９】
前記押出スクリュは、スクリュ羽根直径と谷径との比が約１．９〜２．５である請求項１に記載の押出機。
【請求項１０】
投入口及び排出口を持ち、長手軸を提供する長尺の管状のバレルと、該バレル内に、長尺の、軸の周りに回転可能な、らせん状に羽根の付いたスクリュとを有する調理用押出機を通して、初め乾燥している材料を押し出す方法であって、
前記材料を前記バレルの投入口に投入し、前記材料を前記バレルの長さに沿って前記排出口の方に向ってかつ前記排出口まで搬送し、
前記バレルを通る前記材料の通過の間、前記投入口と前記排出口の間の領域で、前記バレルの長手軸に対して斜角で、前記バレルに蒸気を注入し、前記注入蒸気を前記材料に混合させることを特徴とする材料を押し出す方法。
【請求項１１】
前記バレルは、複数の注入ポートを備え、該注入ポートは、その長手軸の直交分解が、前記バレルの長手軸と平行であり、前記バレルの排出口に延在する成分を有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記バレルは、一対の並列した長尺のチャンバを持つと共に、前記バレルの前記チャンバ内にそれぞれ設置された、一対の長尺の並列して挿入された押出スクリュを有し、各々の前記バレルの前記チャンバと連通する別々の一連の前記注入ポートを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記注入ポートは、前記バレルの長手軸に対して、約３０〜６０度の角度で配置されている請求項１１に記載の押出機。
【請求項１４】
前記投入口または前記排出口を通る前記バレルから外への前記注入蒸気の通過を実質的に防止するために、前記注入蒸気の軸方向の流れを制限するステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記バレル内の乾燥材料の重さを１００重量％として、少なくとも約６重量％以上の蒸気を前記材料へ注入するステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
投入口及び排出口を持ち、長手軸を提供する長尺の管状のバレルと、該バレル内に、長尺の、軸の周りに回転可能な、らせん状に羽根の付いたスクリュとを有する調理用押出機を通して、初め乾燥している材料を押し出す方法であって、
前記材料を前記バレルの投入口に投入し、前記材料を前記バレルの長さに沿って前記排出口の方に向ってかつ前記排出口まで搬送し、
前記バレルを通る前記材料の通過の間、前記投入口と前記排出口の間の領域で、前記バレル内の材料の重さを１００重量％として、少なくとも約６重量％以上のレベルで、蒸気を前記バレルへ注入することを特徴とする材料を押し出す方法。
【請求項１７】
前記投入口または前記排出口を通る前記バレルから外への前記注入蒸気の通過を実質的に防止するために、前記注入蒸気の軸方向の流れを制限するステップを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
投入口と、該投入口と離隔した排出口及び、前記投入口と前記排出口との間に延在し、長手軸を提供する長尺の孔を持つ長尺の管状のバレルと、
前記孔内に配置され、前記投入口から前記排出口に向かってかつ前記排出口まで材料を搬送するように動作可能な、少なくとも１つの長尺の、軸の周りに回転可能な、らせん状に羽根の付いた押出スクリュと、
前記投入口及び前記排出口との間において、前記バレル内に形成され、前記孔と連通する複数の長尺の蒸気の注入ポートとを有し、
前記押出スクリュは、第１のスクリュ羽根ピッチ長を有する、前記注入ポートに隣接する第１のスクリュセクションと、第２のスクリュ羽根ピッチ長を有し、前記第１のスクリュセクションの対向する場所に位置する第２のスクリュセクションとを有し、前記第１のスクリュ羽根ピッチ長は、前記第２のスクリュ羽根ピッチ長より大きいことを特徴とする調理用押出機。
【請求項１９】
前記第１のスクリュ羽根ピッチ長は、スクリュ直径の約１〜２倍であり、前記第２のスクリュ羽根ピッチ長は、スクリュ直径の約０．２５〜１．０倍である請求項１８に記載の押出機。
【請求項２０】
前記第２のスクリュセクションは、該第２のスクリュセクションを通る蒸気の流れを少なくとも一部制限するように動作可能である請求項１８に記載の押出機。
【請求項２１】
前記第１のスクリュセクションの領域における前記バレル内の空間体積は、前記第２のスクリュセクションの領域における前記バレル内の空間体積より大きい請求項１８に記載の押出機。
【請求項２２】
前記スクリュは、スクリュ羽根直径と谷径の比が約１．９〜２．５である請求項１８に記載の押出機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には、材料を加工して動物の飼料や人間の食物製品にするために使用される種類の調理用押出機に関する。より具体的には、加工中の材料内に、多量の蒸気の取り込みを可能にするように、特に設計された調理用押出機を指向し、押出機が、力学的なエネルギ及び剪断力をあまり必要せずに、米ぬかなどの高価でない原料を含んでいる配合飼料を上手く加工することを可能にする。
【０００２】
押出調理器具は、例えば、動物の飼料や人間の食物製品の製造など、多くの状況で使用される。一般的には、単軸スクリュの押出機は、一方の端の投入口と、制限されたオリフィスダイを備える他方の端の排出口とを有する長尺のバレルを含む。長尺の、羽根が付いた、軸の周りに回転可能なスクリュが、バレル内に配置され、材料を投入口から排出口に向かってかつ排出口まで移動させるように機能する。２軸スクリュ押出機も、広く使用され、押出機のバレル内に、一対の横に並んだ、羽根付きの、連動されるスクリュを含む。全てのこのような押出器具は、初めのスタート材料から最終の押出製品を調理し、形成するように機能する。所望の十分に調理された最終押出製品を製造するために、押出の過程において、スタート材料は、増加したレベルの圧力と剪断力とを受ける。
【０００３】
より高レベルの調理（一般には、でんぷん含有材料のゲル化の程度、及び／又は、タンパク性原料の変性のレベルにより計測される）を達成するために、高圧蒸気を押出機バレルに注入し、加工されている材料へ混入させることが一般的である。この目的のため、蒸気注入ポートが、押出機バレルに形成され、その内部と連通する。これらのポートは、蒸気配管と連結される従来の蒸気注入器を内蔵するように設計されている。公知の例外を除き、従来の調理用押出機の注入ポートは、バレル内面に対して垂直な関係か、押出機スクリュの長手軸に対して垂直な向きに方向付けられている。しかし、従来の押出機の設計での可能な蒸気注入量はいくぶん制限されていた。つまり、約３〜５重量％の蒸気のみが、加工中の材料内に上手く注入され、かつ混入されることが可能である。過剰な蒸気が注入された場合、押出機の長さに沿って直接通り抜け、押し出されている材料に混入されること無く、押出機の投入口の開口へ（また時には排出口ダイへ）出る。このように、過剰蒸気の追加は、何ら有効な目的にかなうことがない。
【０００４】
処理されている材料の、過剰な圧力、剪断力、及びび機械的加工の必要性を回避する、高レベルの調理を達成するための蒸気注入は、非常に効果的となることが知られている。例えば、ある水生生物飼料製品は、高レベルの圧力、剪断力、及び力学的なエネルギに影響されやすく、従来の押出機の使用ではマイナスに影響する。さらに、これらの飼料は、時に米ぬかなど比較的高価でない原料を使用し、それらは高い蒸気注入レベルの利用により最も良く加工される。
【０００５】
従って、従来の押出機の設計と比較して、加工中の材料内により大量の蒸気を注入するように使用可能である改良された調理用押出機がこの技術分野で真に求められている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、上記で概説された問題を解消し、比較的多くの量の蒸気を、その中で加工中の材料へ上手く混入することが可能である、改良された調理用押出機を提供することにある。広義には、本発明の調理用押出機は、投入口、投入口と距離を隔てた排出口、及び投入口と排出口との間に延在し、長手軸を提供する長尺の孔を持つ長い管状のバレルを有する。少なくとも１つの長尺の、軸の周りに回転可能な、らせん状に羽根が付いた押出スクリュは、孔内に配置され、材料を投入口から排出口に向って排出口まで搬送するように動作可能である。複数の長尺の蒸気注入ポートは、バレルの投入口と排出口との間に形成され、バレル孔と連通する。これらのポートは、バレルの長手軸に対して斜角で配向されてもよく、好ましくは、バレルの排出口に向う方向に配向されていてもよい。
【０００７】
本発明のさらなる好ましい態様では、押出機のバレルとスクリュとは、共働して、蒸気注入ポートに隣接した注入領域を、注入領域の両サイドの蒸気流制限領域と共に提供するように形成される。注入領域は、比較的小さいバレル充填部分（つまり、加工されている材料によって占められるバレル内の空間体積の程度）及び、長いピッチ長のスクリュセクションに特徴付けられる一方、制限領域は、大きいバレル充填部分及び、大幅に短いピッチ長のスクリュセクションを持つ。このように、注入領域へ注入される蒸気は、加工中の材料へ混入され得る一方、制限領域は、バレル投入口または排出口へ向かう注入蒸気の軸方向の流れを抑制するよう機能する。
【０００８】
実際に、本発明の押出機は、少なくとも約６重量％、より好ましくは少なくとも約８重量％、そして一般的には約６〜８重量％の蒸気を、加工中の材料へ注入するために使用可能であることが分かっており、従って本発明の主要目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】方向付けられた蒸気注入ポート及び注入器を具備する、本発明に係る調理用押出機の側面図であり、
【図２】図１に図示される、調理用押出機の正面端面図であり、
【図３】図２のライン３−３に沿った垂直断面図であり、
【図４】図１のライン４−４に沿った垂直断面図であり、
【図５】分解成分を図示する、押出機バレルの注入ポートの１つの長手軸の直交分解の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここで、図面に戻ると、本発明に係る調理押出機１０は、並置され、互いに連通するチャンバまたは孔１４、１６を提供する長尺の、管状の、複数セクションから成るバレル１２、及び、孔１４、１６内の、一対の長尺の、らせん状に羽根の付いた、軸の周りに回転可能な、並置された、挿入スクリュ１８及び２０を有する。バレル１２は、孔１４及び１６と連通する投入口２２及び距離を隔てた排出口２４を含む。図示されていないが、制限されたオリフィスダイが、押出目的のために、排出口２４に通常は配置されることが望ましい。さらに、スクリュ１８、２０の両駆動端部２６が、スクリュ１８、２０の軸周りの回転のための、駆動アセンブリ（図示せず）と動作可能に連結され、この駆動アセンブリは、一般的には、駆動モータ及びギア減速アセンブリを含む。
【００１１】
より詳細には、バレル１２は、図１及び３の右から左へ、従来のボルトまたは他の固定具により端と端とが連結される一連の管状セクションを含む。具体的には、バレル１２は、投入口ヘッド２８、第１の短い蒸気制限ヘッド３０、第１の蒸気注入ヘッド３２、第２の短い蒸気制限ヘッド３４、バレル中間調節弁アセンブリヘッド３６、調節可能蒸気出口ヘッド３８、第２の蒸気注入ヘッド４０、及び第３の短い蒸気制限ヘッド４２を有する。図示されるように、ヘッド２８〜３４及び３８〜４２の各々は、末端に半径方向に拡張した連結フランジ２８ａ〜３４ａ及び３８ａ〜４２ａを具備し、全てのヘッド２８〜４２が、バレル孔１４及び１６を共同して形成する一致した貫通孔を有する。ヘッド３６も、同様に、フランジ３２ａ及び３８ａの孔と一致する貫通孔を有する。
【００１２】
バレル１２のヘッド３２及び４０は、各々、２組の一連の蒸気注入ポート４４及び４６を具備し、各ポートは、長尺の蒸気注入器４８または５０を内蔵する。ヘッド３２の２組の一連のポート４４は、ヘッドの孔１４及び１６と各々連通するように配置される（図４参照）。同様に、ヘッド４０の２組の一連のポート４６も各々、このヘッドの孔１４及び１６と連通する。
【００１３】
重要なことには、ポート４４及び４６は、対応する孔１４及び１６の長手軸に対して、斜角で配向される。実際には、ポートは、これらの軸に対して、約３０〜８５度、好ましくは約３０〜６０度、そして最も好ましくは約４５度の角度で配置される。さらには、ポート４４、４６は、好ましくは排出口２４の方へ向く。さらに具体的には、図５を参照すると、代表的なポート４４は、長手軸５２を提供することが理解される。この軸５２が成分５４及び５６に直交分解される場合、成分５４は排出口２４に向う方向へ伸びる。
【００１４】
中間バレル調節弁アセンブリヘッド３６は、２００６年４月１１日に提出された、米国特許出願番号１１／２７９、３７９号に記載されたタイプのものであり、参照によりここに組み込まれる。簡単にはヘッド３６は、材料の流れに対する制限を変化させ、従って押出機１０内の圧力及び剪断力を増加させるように、押出機スクリュ１８及び２０の中央シャフトの方に向かってまたそれから離れる方向に選択的に調節可能である、対向した、スライド可能な、流れ制限部品５８及び６０を含む。一方、蒸気出口ヘッド３８は、押出過程の間、選択的に蒸気を逃がすことを可能にする調節可能カバー６４を有する蒸気出口６２を備える。場合によっては、真空装置（図示せず）が、より効果的な蒸気の抜き取り及び／又は加工圧力の低減のために、カバー６４の代わりに使用されることが可能である。
【００１５】
スクリュ１８及び２０は、互いに同一であり、従って、１つのスクリュのみを詳細に説明する。図３を参照すると、全体的なスクリュ２０は、広義には、中央シャフト６６を含み、中央シャフト６６は、シャフト６６から外側に突出しているらせん状の羽根６８を持つことが理解される。しかし、スクリュ２０は、特別に設計されており、多くの新しい特徴を有する。これらの特徴は、スクリュ２０のある幾何学的特徴及び関連する孔１６との関係を考慮することにより最も良く説明される。具体的には、シャフト６６は、図３の矢印７０によって定義される谷径ＲＤとともに、スクリュ羽根６８によって定義され、矢印７２により図示されるスクリュの最外直径ＳＤを持つ。好ましい実施形態では、スクリュ最外直径の谷径に対する比率ＳＤ／ＲＤが、約１．９〜２．５であり、より好ましくは約２．３５である。
【００１６】
スクリュ羽根６８の個々のセクションも、スクリュ２０に沿って異なるピッチ長を持ち、以下に説明される理由のため重要である。さらに、スクリュ２０の特定のセクションに沿って、孔１６内に異なる空間体積を有し、つまり、あるセクションの全孔体積からそのセクション内でスクリュにより占領される体積を引いた体積は、スクリュ２０の長さに沿って異なる。
【００１７】
より詳細には、スクリュ２０は、入口供給セクション７４、ヘッド３０内の第１の短ピッチ長制限セクション７６、ヘッド３２内の第１の長ピッチ長セクション７８、ヘッド３４内の第２の短ピッチ長制限セクション８０、ヘッド３８及び４０内の第２長ピッチ長セクション８２、及びヘッド４２内の第３の短ピッチ長制限セクション８４を含む。従って、スクリュセクション７６、８０及び８４のスクリュ羽根６８のピッチ長は、スクリュセクション７８及び８２の羽根６８の対応ピッチ長より実質的に短いことが分かる。好ましい実施形態では、スクリュセクション７６、８０及び８４のピッチ長は、スクリュ直径の約０．２５〜１．０倍の範囲であり、最も好ましくは、スクリュ直径の約０．３３倍である。７８及び８２のピッチ長は、スクリュ直径の約１〜２倍の範囲であり、より好ましくはスクリュ直径の約１．５倍である。
【００１８】
これらの幾何学的な特徴は、本発明の目的を達成するために重要であり、従来の設計と比べ、特に押出機１０を通る材料への大量の蒸気の混入を可能にする。要するに、制限ヘッド３０と３４、及び３４と４２は、短ピッチ長スクリュセクション７６、８０、及び８４と共に、共同で、これらの領域を通る注入蒸気の通過を妨げる蒸気流制限領域を作る。このように、これらの領域は、蒸気ロックの形態である。さらに、これらの制限領域間の、長ピッチ長スクリュセクション７８及び８２を備えるヘッド３２、３８、及び４０の設置は、これまで可能であったよりも多量の蒸気注入を可能にする蒸気注入領域を作る。長ピッチスクリュセクション７８及び８２は、低バレル充填部分（必ずしも大きい空間体積ではない）となり、従って、蒸気注入領域を作る。最後に、注入ポート４４及び４６、及びそれに内蔵される対応する注入器４８及び５０の向きは、押出機１０を通る材料への蒸気の混入をさらに強化する。
【００１９】
押出機１０内のこの要素の組み合わせは、従来の押出機の設計と比べ、大幅に多量の蒸気が注入されることを可能にする。後者の場合、約３〜５％のみの蒸気が注入され、過剰分は単に押出機を通り、バレル投入口を抜け出る。しかし、本発明では、バレル１２内の乾燥材料の全重量（つまり、押出機への乾燥材料の通過の前に乾燥材料へ通常加えられる水を引いた、元来の水のみを含む乾燥原料の全重量）を１００重量％として、約６〜８重量％またはそれ以上の蒸気を、注入蒸気を過度に失うことなく上手く注入され得る。これは、過剰な剪断力及び力学的なエネルギの調理を課すことなく、押出機内での追加調理により改善される特定の動物飼料の場合に特に重要である。
【００２０】
図面に示される押出機１０は、調節弁アセンブリヘッド３６及び蒸気出口ヘッド３８の使用を含むが、このようなヘッドの使用は必須ではない。ヘッド３６は、蒸気損失に対するさらなる制限として有利に利用することが可能であり、ヘッド３８を、例えば高密度製品が望まれる場合など、バレル中間の蒸気排出が望まれる場合に使用しても良い。
【００２１】
さらには、図示される実施形態は、２軸スクリュ押出機の形態であるが、本発明の原理及び構造的特徴は、単軸スクリュ押出機の場合でも同様に使用可能である。
【００２２】
最後に、本発明の押出機は調理用押出機であり、この調理用押出機は、これを通過する材料を少なくとも部分的にまたは完全に調理するために設計され、また材料を不連続形状にする。このように、押出機は、蒸気注入によって強化される調理過程の一部として、剪断力及び力学的なエネルギを付与するスクリュを具備し、さらに、図示されていないが、このような調理用押出機バレルは、押出機を通る材料を間接的に温めたり冷やしたりするために、熱交換媒体の導入のための外部ジャケットを具備していてもよい。
【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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【国際調査報告】
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2010521158.tif 000009