JP4286783B2 - 渦巻き状膨化押出物の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は螺旋形状を有する膨化押出物の製造に関し、特に押出物を筒又は同様の周辺格納容器内に閉じ込めつつ、押出物のガラス転移点よりも下流で押出物に力又は抵抗力を付与する改良型装置及び方法に関する。下流の力又は抵抗力により、これらの力が付与されない時よりも、直線状の押出物は格納容器内に滞り、螺旋又は渦巻き形状となるように巻かれる。

膨化押出物としてはチートス（商標名）ブランドの表示の下に製造流通するスナック食品等があり、従来技術におけるその製造では、典型的にはコーンミール或いはその他の練り生地を極めて高圧で小開口を有するダイを通るように押し出す工程を含む。練り生地は小開口を出る際に、素早く通過し又は膨張することにより、膨化押出物が形成される。始動時の生地材料は例えば、立法フィート毎１８．６キログラム（４１ポンド）の容積密度のコーンミール及び１２から１３．５重量パーセントの水分含有量である。しかしながら、始動時の生地は主に小麦粉、米粉、大豆アイソレート、大豆濃縮物、その他の穀粉、たんぱく質粉、強化粉を添加物と合わせたものをベースにする。添加物はレシチン、油、塩、砂糖、ビタミン配合物、水溶性繊維及び不溶性繊維を含む。配合物は典型的には１００から１２００ミクロンの粒子寸法を備える。

膨化押出し工程を図１に示す。図１はダイ１２を示す概略断面図であり、ダイ１２は小径の出口開口１４を有する。とうもろこしをベースにした膨化食品の製造に際しては、コーンミールは典型的には一軸（即ちアメリカンエクストルージョン、ウェンガー、マドックス）又は二軸（即ちウェンガー、クレクストラル、ビューラー）のスクリュー押出機に加えられる。スクリュー押出機は例えば米国ウェンガー社により製造されるモデルＸ２５、又はフランスクレクストラル社により製造されるＢＣ４５である。チートス等の例を使用すると、押出機ではスクリューが１００から１０００ＲＰＭの速度で作動しつつ、水がコーンミールに加えられ、ミールの全水分含有量が１５から１８パーセントとされる。ミールはダイ１２に接近し、次にダイ１２の極小口即ち開口１４を強制的に流通させられと、粘性溶融物１０となる。開口１４の直径は典型的には、従来の水分含有量、押出量、及び要求押出物ロッド径又は形状のコーンミールでは、２．０ミリメートルから１２．０ミリメートルの範囲にある。しかしながら、その他の種類の押出物材料では、開口径は実質的により小さく又はより大きくてもよい。

小開口１４の内部では、粘性溶融物１０が例えば４×１０^６から２１×１０^６Ｐａ（６００から３０００ｐｓｉ）及び２０４°Ｃ（４００°Ｆ）というような高圧高温にさらされる。その結果、小開口１４の内部では粘性溶融物１０は塑性溶融現象を呈し、溶融物１０はダイ１２を流通するとその流動性が増す。

押出物１６は開口１４を出ると急速に膨張及び冷却し、極めて迅速にプラスチック溶解段階からガラス転移段階へ移動して、比較的硬い構造体となる。この構造体は円柱状膨化押出物であるならば「ロッド」形状と呼ばれる。この剛性ロッド構造体は次に小片に切断され、更に必要に応じて例えば油で揚げられ且つ調味される。

一個の押出機での合計押出量を最大にするために、複数の独立したダイ１２を押出機前面で組み合わせてもよい。例えば、上記ツインスクリュー押出機及びコーンミール調合物
を使用する時には、多数のダイを有するツイン押出機の典型的な押出量は９９８キログラム（２２００ポンド）であり、時間当たりの押出物製造量は比較的多い。しかしながら、押出率は一軸及び二軸の両スクリュー押出機によってより高くされる。このような押出率において、押出物がダイ１２を出る時の速度は典型的には毎分３０５から１２１９メートル（１０００から４０００フィート）であるが、これは押出機の押出量、スクリュー速度、開口径、開口数及び圧力プロフィールによって変化する。

図１に示すように、このような工程を経て製造されたスナック食品は必然的に直線状の押出品であり、切断されると結果的に直線状の製品となる。消費者調査によれば、同様な構造及び風味を有し、「渦巻き」「螺旋」又は「コイルばね」形状（全用語はここでは本願出願人により同義語的に使用される）を備えた製品が好ましいと指摘されている。そのような押出物の螺旋形状の一例を図２に示す。図２は螺旋又は渦巻き形状を備えた膨化押出物２０の一実施形態を示す斜視図である。図２に示す実施形態は、比較的ピッチが詰まり且つ小径の押出物であり、約４回転又は４個の螺旋となるように切断される。しかしながら、本出願人が渦巻き、螺旋、又はコイルばね形状の膨化押出物について言及する時には、ロッド（又はその他の形状）径及び小片長さに加えて、渦巻き又は螺旋のピッチ（左手又は堅固な右手ピッチ）及び直径についても各々が独立して変更し得るものであり、多様な製品が提供される。残念なことに、上記高容量製法はこのような形状２０の製造に際して特有の難題をもたらす。

例えば螺旋形状のパスタ等、押出物を螺旋形状にする通常の方法には、練り生地を螺旋形状ダイ開口を強制的に通させる工程が含まれる。このような方法は膨化製品では作用しないことは容易に理解し得る。膨化製品はダイの内部において塑性溶融段階にあり、且つ上記のような速度で製造されるので、ダイから出る時に付与された螺旋形状が復元されないのである。実際のところ、自由空間で例えばダイの一方側と他方側の温度差によって押出物を巻きつけるために、溶融物がダイを貫通する際にダイを通る溶融物の流速を実質的に低下させることなく、溶融物を有意味に操作することは極めて困難であることが判明した。

練り生地にひねり又は渦巻きを付与する別の従来方法は、回転ノズルを備えた押出機を使用する工程を含む。しかしながらこの工程は、押出物が極めて成形し易い形状を有する時にのみ実行可能である。更に、回転ノズルによる押出しでは一般的に、従来の直線状製品に望ましい比較的高容量の製造と比較して、押出率が大きく減少してしまう。

更に問題を複雑にするのに、渦巻き状製品対直線状製品では、同数の独立したダイに対して押出す時に押出機前面により大きな表面積が必要となる。なぜならば、各ダイの間の空間は直線状製品及び渦巻き状製品の間と同様に、必然的に渦巻きの直径を見越して増加させられなければならないからである。一例として、押出機前面は従来の状況において各ダイ毎に毎時３６キログラム（８０ポンド）で作動する２８個の独立したダイを収容することにより、押出機全体で毎時１０１６キログラム（２，２４０ポンド）の押出量が得られる。図２に示す渦巻き形状の押出物２０を理論的に製造するためには、同一の押出機前面は例えば４個の独立したダイを収容するのみである。別の例として、ダイ内部の溶融物を操作して押出物に螺旋形状を付与するために、ダイ毎の押出率を毎時１４キログラム（３０ポンド）未満まで低下させる必要があるならば、押出機の合計押出量は毎時５４キログラム（１２０ポンド）まで減少する。従って、押出機を加工してダイ内部の溶融物を操作し且つ螺旋形状を付与すると、独立した各ダイの押出量が以前の押出率の約３８パーセントまで減少するとしても、押出機は標準的な直線状製品と比較して押出率の約５パーセントを維持するだけである。押出物の押出量が一層低いレベルまで低下するならば、問題は更に顕著になる。

それ故、押出物の押出量が実質的に減少する従来方法は、例えば直線状製品のラインと比較した場合に、単一の押出機の押出量と合致するためには１２個の押出機を使用しなければならず、許容可能な選択肢ではない。ダイを出る際に押出物を螺旋形状の型に強制的に入れるのも、押出物はガラス転移温度未満まで低下した後には硬さが脆いために実際的ではない。また、このような螺旋形状の型は簡単に詰まるので、製造ライン全体を停止させなければならなくなる。

従って、膨化押出物に螺旋又は渦巻き形状を付与する一方で、押出機を通る製品の押出率を有効に維持することが可能な方法及び装置を開発する必要がある。理想的には、その発明は既存の押出機及びダイに容易に採用可能であり、設備の変更が殆どなく又は最小限であり、従来の面切断を許容し、製造ライン全体に組み入れられる時に付随する工程問題が可能な限り少なくされるべきである。

更に、渦巻き状膨化押出物２０の製造は、製造設備において特に困難であることが判明した。押出物１６は典型的には６６°Ｃ（１５０°Ｆ）より高温であり、且つ多量の蒸気及びその他の高温のガスを発散させる。これらはフラッパアセンブリのシールやその他の部品に極めて有害である。更に問題を複雑にするのに、渦巻き状膨化押出物２０の外径全体は変化し、且つ毎分数百フィートの速度で進行しており、これにより設備にはかなりの振動が発生する。この振動による摩擦は含まれるあらゆる可動部品を劣化させる。従って、激しい振動及び渦巻き状膨化押出物製造の作動状態に耐えることができる比較的可動部品が少ない装置が求められる。更に、渦巻き状膨化押出物２０の螺旋のピッチを制御及び予想通り変更し得ることが望まれる。

提案する発明は、押出物が押出機のダイから出た際に格納管又はその他の周辺格納容器に導入する工程を含む。格納管又はその他の周辺格納容器は押出物の流路と合致するように概して軸方向に配置されるとともに、各渦巻きの目標直径に近い直径を有する。次に僅かな圧力、力、又は抵抗力が押出物に対してガラス転移点の下流で付与される。この抵抗力によって押出物は滞り、実質的に周辺格納容器内部で渦巻く。

抵抗力はあらゆる機構によって達成される。例えば、阻止要素が格納管の前方において管の外側に又は管と一体的に配置される。孔が格納管に加工され、その孔を介して圧力又は負圧が付与される。圧力又は負圧は、渦巻き加工工程を開始させるように押出物への抵抗力を変化させる程度の大きさであればよい。ばね張力が付与された阻止フラップ、或いはあらゆる小阻害物又は押出物への力付与機構を使用することも可能である。

このような機構は簡易にその一端が押出機ダイの出口に取り付けられるとともに、他端が円形押出機前面に取り付けられるので、既存の機械への取付けが簡易且つ安価に行なわれ、且つ面切断が可能となる。格納容器及び抵抗力付与方法を変えることにより、渦巻きのピッチ及び直径が調整される。経済的に高押出率が達成され、ライン製造率を維持するために押出機を追加することなく、既存の押出機製造ラインを有効に利用することができる。

更なる改良点は、フラッパによって押出物に付与される圧力が制御される装置にある。フラッパにより付与される圧力を制御することにより、本発明は渦巻き状膨化押出物の渦巻きピッチを制御することが可能となる。改良型フラッパ装置ではまた、フラッパ装置のより精密な部品が熱、蒸気、又は押出物及び管のその他の過酷な状況から取り除かれる。このようにフラッパを使用して、フラッパ部品の寿命を延ばしつつ渦巻き状膨化押出物が製造される。

本発明の上記構成及び効果は、追加の構成及び効果と同様に、以下に記載する詳細な説明から明白になる。

図３は本発明の一実施形態を示す斜視図であり、押出物２０は格納管３０内部において破線で示されている。本明細書の全図面に亘り対応する符号を使用して対応する要素を示しているが、例外の場合にはそのように記載する。

押出物２０は従来技術において記載した方法と同じ方法でダイ１２の小開口１４を出る。また、開口１４の直径は特定の練り生地調合物、押出率、及び要求ロッド（又はその他の形状）の直径によって決まるが、好適には１ミリメートルから１４ミリメートルの範囲内にある。（開口１４の直径はまた、コーンミール又は押し出される配合混合物の平均粒子寸法によって決まる。）管３０は開口１４と心が合わせられるとともに、押出物の流れと合致するように軸方向の向きが決められている。しかしながら、管３０は開口１４から心が外されてもよく、また軸の向きからある角度だけ傾斜させられてもよいことは勿論である。また当然のことながら、開口１４は円形である必要はなく、星型、六角形状、四角形状等あらゆる形状であってもよい。

押出物１６に力又は抵抗力が付与されないと、従来技術の場合と同様に、押出物１６は真直ロッド又は直線形状で格納管３０の長さ方向に進行する。しかしながら、図３に示す実施形態では、押出物１６のガラス転移点よりも下流の点において、ばね荷重が付与されたフラッパ３２により僅かな振動抵抗が押出物２０に付与される。ここで使用するガラス転移点とは、押出物が開口１４から外へ出て膨張した後に、液体又は塑性段階から固形またはガラス質段階へ変化することにより、結果的に比較的脆い最終製品となる点のことである。ガラス転移点は一般的には開口１４の出口に極めて接近しており、ここで前述したコーン製品の例が製造される間では、確実にその点の数ミリメートル内である。ガラス転移点の下流で付与されるこの僅かな抵抗力により、押出物２０は最小抵抗経路を捜し求め、且つ図示するようなコイルを形成するまで格納管３０内に滞ることにより、格納管３０の円形形状に適合する。従って、管３０の開口方向への渦巻き状膨化押出物２０の速度は低下する。

螺旋のピッチはフラッパ３２により押出物に付与される力を調整することにより制御される。図示する実施形態では、螺旋のピッチは調整機構３４により制御される。調整機構３４はばね３６の張力を制御する。ばね３６は圧縮ばね、引張ばね、又は機械式及び電気式のいかなるアクチュエータであってもよく、次にフラッパ３２を格納管３０に切削加工された空隙３８に押し入れる。

空隙３８を備えたフラッパ３２装置によれば、過度の水分又は蒸気を格納管３０の外へ排出させるという更なる利点が得られる。また、ばね荷重が付与されたフラッパ３２によれば、渦巻き状膨化押出物に抵抗力を付与する一方で、押出物が過度に蓄積された時には格納管３０から取り除くことが可能な装置が得られる。

図示するその他の実施形態と同様に、管３０の直径は所望する渦巻きの直径に応じて変わる。典型的には、１．３センチメートル（０．５インチ）から１０．２センチメートル（４インチ）の間にある管３０の内径が好ましい。管３０によりガラス転移点のはるかに下流で記載したような抵抗力が付与されて、渦巻き効果が得られる限り、管３０の長さは重要ではない。１．９センチメートル（０．７５インチ）から３０．５センチメートル（１２インチ）の全長を備えた管が良好であることが判明している。

本発明の別の実施形態を図４に示す。図４は格納管４０を示しており、格納管４０はそ
の出口端に交互歯４２、４４を供える。半分の歯４２は単に管４０と平行に伸長している。残り半分の歯４４は僅かに内方に屈曲しており、格納管４０内において押出物を渦巻き状に形成し始めるのに必要な抵抗力を提供する。

図５は本発明の別の実施形態を示しており、格納管５０に切削加工される小開口５２が組み入れられている。圧縮空気或いは負圧が開口５２から導入される。形成される圧力差は、押出物を格納管５０内で渦巻き形状にするために、格納管５０内に十分な抵抗力をもたらす程度にされる。例えば、ダイの開口径を２．０ミリメートルとし、且つ格納管５０の直径を２．５センチメートル（１インチ）とした場合に毎時１３６キログラム（３００ポンド）の押出率では、所望する事象を形成するためには０．３×１０^５から６．９×１０^５Ｐａ（５から１００ｐｓｉｇ）の範囲内にある圧力、又は−６６．５Ｐａ（−０．５トル）から−３４４００Ｐａ（−２５８．５トル）の範囲内にある負圧を導入すると効果的であることが判明している。

図６は提案発明の更に別の実施形態を示しており、湾曲格納管６０を含む。格納管６０の下流に備えられる湾曲又は屈曲は、格納管６０内において渦巻き形成を開始するのに必要な要求抵抗力を押出物上に形成する。押出物の押出率及び押出物の物理的調合に応じて、２度から９０度の格納管の湾曲によって所望する効果が得られることが実証されている。押出物流の経路から軸方向に僅かに傾斜した真直管を使用し、押出物と管の内壁との最初の接触によって要求される抵抗力を得るようにしても同様の効果を達成することができる。

当然のことながら図３乃至図６に示す多様な実施形態は、下流の抵抗力又は圧力を押出物に付与する一方で、その押出物を格納管又はその他の周辺格納容器により拘束する装置の例として提供されているに過ぎない。円形管と異なり、矩形、正方形、楕円、又は三角形の側壁を備えた格納容器等、あらゆる形状を備えた格納容器を使用することができる。正方形又は三角形の格納容器を使用すると、典型的には円形格納容器により製造されるものと同様な螺旋が製造される。楕円の格納容器では、容器の全体楕円形状を概して導入した渦巻き状製品を製造することができる。格納容器は連続囲壁である必要はない。例えば、ロッド形状部材等の複数の部材から構成され、それらの部材から管等の連続壁格納容器の骨格又はワイヤフレーム形状を概して形成することも可能である。

先に開示したものと同様の原理を利用し、押出物の直径より僅かに大きい長さを備えた矩形の格納容器を使用すれば、渦巻き状押出物とは異なる正弦波形状の押出物を製造し得ることは勿論である。このような格納容器内で押出物に抵抗力が付与されると、押出物が狭い矩形内を前後に振動して、正弦波形状が形成される。正弦波形状の波長は、付与される抵抗力及び押出物の速度に応じて変化する。正弦波形状の高さ或いは幅は、矩形格納容器の内部高さの約二分の一である。

使用する格納容器の形状に拘わらず、いかなる抵抗力付与機構をも使用することが可能である。その中には、押出物を格納管又は周辺格納容器内部に滞らせるあらゆる物理的抵抗力又は押出物流の向きを直すその他の機構の導入が含まれる。たとえば真直管において抵抗力が増大する領域は、所望する効果を生み出す。抵抗力は格納容器内の一点から付与される必要はなく、格納容器外部にも同様に付与される。

既存のダイにおいて、図示及び詳述した実施形態を使用して従来の押出率を維持するようにしてもよい。実際のところ、各格納管から流出する連続渦巻きが維持される一方で、従来の押出量を超える押出率、例えば直径が２．０ミリメートルのダイによって毎時９１キログラム（４００ポンド）の範囲内にある押出率が達成される。従って、押出機前面に沿って組み合わせて又は一連で多数のダイが使用される時には、螺旋の直径に適応するた
めにより少ない数の押出機を使用して有効な押出率が維持される。

図７は本発明の一実施形態を示す斜視図であり、多数の格納管７０に取り付けられる多数のダイ１２を連続して含む。各格納管７０の出口端は押出機前面７２に取り付けられる。次に本装置では、円形切断装置７４が押出機前面に取り付けられる。本装置では次に、多数の独立した切刃７６を有する円形切断装置７４が押出機前面に取り付けられる。本装置は１０個の格納管７０に接続される１０個の独立した押出機ダイ１２を備えるように図示されており、上述した方法を使用して、押出機の全押出率を従来の膨化ロッド製品について先に記載した押出率と等しくすることが可能である。

図７には図示されていないが、特定状態（例えば押出物容積密度、特定の機械エネルギー、水分含有量、スクリュー速度、及びダイ圧）に適合し、且つ格納管７０が管７０及びダイ１２の間に設けられる更なる回転板（図示なし）機器によりダイ１２の上方で回転させられるまで、ダイ１２がガス抜きされるように格納管７０及び押出機前面７２の形状は構成される。

図８はロータリアクチュエータ８０を利用したフラッパアセンブリを示す図である。フラッパ８２は（ダイ１２に対して）その末端においてロータリアクチュエータ８０に接続されており、フラッパ８２を格納管３０内に位置させ、且つ略一定の圧力をフラッパ８２に付与することが可能である。０．２０から０．３０ミリメートル（０．００８から０．０１２インチ）の厚みを備えテフロン加工が施されたステンレス鋼フラッパ８２が、ここに記載する渦巻き状膨化押出物２０の製造には適することが判明している。なぜならば、そのようなフラッパ８２は渦巻き状膨化押出物２０が波打つ時に格納管３０を塞ぐことがない程度の可撓性を備えるからである。圧力制御弁（図示なし）はフラッパ８２に付与される空気圧を調整し、従って渦巻き状膨化押出物３０に付与される圧力を調整する。圧力制御弁は略一定の圧力をフラッパ８２上に維持することができる。係合スイッチ又は手動式操作装置（図示なし）によりフラッパ８２は空隙３８を通り格納管３０内まで下降させられ、またフラッパ８２は格納管３０から外へ出るように上昇させられる。任意で位置指示器が装着されてもよく、指示器は所望するのであれば格納管３０内部におけるフラッパ８２の実位置を示す。ニューヨーク州ホーポージ（Ｈａｕｐｐａｕｇｅ）にあるフェスト・コーポレーション（Ｆｅｓｔｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社製のロータリアクチュエータ８０（部品番号ＤＳＭ６／１８０・Ｐ／Ａ）がここに記載する用途には適する。

ここに記載するロータリアクチュエータフラッパアセンブリを使用する時には、圧力制御弁を使用してフラッパ８２への要求圧力が設定されるとともに、手動式操作装置を使用してフラッパ８２は空隙３８を通り格納管３０内まで下降させられる。制御装置を使用して、１．４×１０^５Ｐａ（２０ｐｓｉｇ）から６．９×１０^５Ｐａ（１００ｐｓｉｇ）の間の空気圧によって、ここに記載するものと同様の渦巻き状膨化押出物３０が製造される。当然のことながら、手動式操作装置及び圧力制御弁はフラッパ圧を制御する唯一の手段ではなく、その他の制御方法は当該技術分野に属する者により周知である。押出物１６に圧力を付与する程度にフラッパ８２が格納管３０内へ下降させられると、押出物１６はひねられて、渦巻き状膨化押出物３０が形成される。次に、フラッパ８２は必要であれば配置し直され、渦巻き状膨化押出物３０の渦巻きピッチが制御される。図示していないが、フラッパアセンブリが格納管から独立するように、ロータリアクチュエータ８０は枠に取り付けられることも可能である。このようにして、フラッパアセンブリは格納管３０と干渉することなく、或いは押出し工程を停止させることなく、取り外し及び取り替えられる。同一のダイ１２に多数の格納管３０が使用される時には、図８の実施形態は小型且つコンパクトであり、またダイ１２の近くに大きな空間を占めることがないことから好ましい。

ロータリアクチュエータ８０を使用してフラッパ圧を制御すると好ましくない場合がある。例えば、渦巻き状膨化押出物３０が高押出率で製造される場合には、フラッパ８２は毎時数千回振動させられる。この振動によりロータリアクチュエータ８０の内部シールは早期に磨耗する。従って、図９及び図１０に示す本発明の別の実施形態が使用される。

図９はフラッパ８４の（ダイに対して）先端に入れ子式管を備えた本発明の一例を示す。図１０は本発明の同じ実施形態を示す平面図である。ロータリフラッパアセンブリはピン８８の周りを揺動する。本発明のこの実施形態において、フラッパアセンブリは外管９２を含む。外管９２は内管９０の外径よりも僅かに大きい内径を有しており、内管９０は外管９２内に入り込まされる。外管９２は典型的には４〜８ミリメートルの内径を有する。内管９０及び外管９２はまた、フラッパの半径９８と同心となるように湾曲させられており、フラッパピン８８を円の中心として円弧の一部を形成する。それ故、フラッパ８４が空隙３８を通り格納管３０内へ下降させられる時には、フラッパ８４は格納管３０内のいかなる位置へも移動可能であるとともに、内管９０及び外管９２は支障なく入れ子式に入り込み、フラッパ８４の回転運動において屈曲させられない。或いは、入れ子式管はピン８８を円の中心とした円弧の一部を形成しなくてもよいように、フラッパ８４とヒンジ接続又は同様に接続され、或いは可撓性材料により構成されてもよい。或いは、入れ子式管がフラッパ８４の末端に接続されるとともに、注入ポート９４から正圧の代わりに負圧を付与してもよい。このような入れ子式内管９０及び外管９２によれば、注入ポート９４はフラッパ８４の先端に略一定の圧力を付与することができるとともに、フラッパ８２及びロータリアクチュエータ８０と同様な方法により渦巻き状膨化押出物３０の渦巻きピッチを制御することができる。釣合いおもり８６がフラッパ８４の末端に取り付けられており、注入ポート９４からフラッパ８４に空気圧を供給していない時には、フラッパ８４は格納管３０から外へ出るように回転する。任意の位置指示器を装着して、所望するのであれば格納管３０内におけるフラッパ８４の実位置を示すようにしてもよい。フラッパアセンブリ全体は枠９６に取り付けられる。枠９６は格納管３０から独立しており、フラッパアセンブリは格納管３０と干渉することなく、或いは押出し工程を停止させることなく取り外され、又は取り替えられる。図９及び図１０に示す実施形態は、部品間の面接触が殆どなく、それ故高振動環境下でも殆ど摩擦を生じさせない点において有利である。

幾つかの用途では、図１１及び図１２における本発明の別の実施形態に示すように、注入ポート９４をフラッパ８４の末端に位置させると好適であり、或いは位置させる必要がある。図９及び図１０の実施形態と同様に、本代替実施形態では一対の入れ子式管を利用してフラッパ８４の先端に圧力を付与している。また、外管９２は内管９０の外径よりも僅かに大きい内径を有する。内管９０及び外管９２はまた、フラッパの半径９８と同心となるように湾曲させられており、フラッパピン８８と同心である円弧の一部を形成する。このようにして、フラッパ８４が空隙３８を通り格納管３０内へ下降させられる時には、フラッパ８４は格納管３０内部のいかなる位置へも移動可能であるとともに、内管９０及び外管９２は支障なく入れ子式に入り込み、フラッパ８４の回転運動において屈曲させられない。或いは、入れ子式管はピン８８を円の中心とした円弧の一部を形成する必要がないように、フラッパ８４にヒンジ接続、又は同様に接続されてもよく、或いは可撓性材料から構成されてもよい。或いは、注入ポート９４及び入れ子式管はフラッパの末端に接続されてもよい。入れ子式内管９０及び外管９２によれば、注入ポート９４はフラッパ８４の先端に略一定の圧力を付与することができるとともに、フラッパ８２及びロータリアクチュエータ８０と同様の方法によって、渦巻き状膨化押出物３０の渦巻きピッチを制御することができる。図１１及び図１２には図示されていないが、任意の釣合いおもりをフラッパ８４の末端に配置することにより、注入ポート９４から入れ子式管に空気圧を付与していない時には、フラッパ８４を格納管３０の外部に位置させるようにしてもよい。任意の位置指示器を装着して、所望するのであれば、格納管３０内部におけるフラッパ８４の実位置を示すことも可能である。代替実施形態のアセンブリ全体は枠９６に取り付けられ
る。枠９６は格納管３０アセンブリから独立しており、フラッパアセンブリは格納管３０と干渉することなく、又は押出し工程を停止させることなく取り外され、或いは取り替えられる。

押出物１６が６６°Ｃ（１５０°Ｆ）を超え、及び／或いは膨張する押出物１６から多量の蒸気が発散される等、特に過酷な状況では、格納管３０の付近に備えられる可動部品は可能な限り少ないほうが好ましい。この場合、本発明の別の実施形態が使用される。図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂは本発明の別の実施形態を示す図であり、シリンダ７７内にピストン７５を備えたアクチュエータを有する。取付け部品７９により、圧縮機（図示なし）はシリンダ７７へ空気を注入させて、ピストン７５を上下に移動させる。ピストン７５はロッド７３に接続されており、次にフラッパ７１に接続される。任意の位置指示器を装着して、所望であれば格納管３０内におけるフラッパ７１の実位置を示すことも可能である。垂直方向に駆動されるアクチュエータアセンブリにおいて、フラッパ７１は固定されるとともに、ロッド７３に対して１００度から１５０度の範囲内の角度を概して形成する。垂直方向駆動フラッパアセンブリは、格納管３０から独立した枠８１に取り付けられる。このようにして、フラッパアセンブリは格納管３０と干渉することなく、或いは押出工程を停止させることなく、取り外し及び取り替えが行なわれる。図１３Ａ及び図１４Ａは、直線状押出物１６から離間するように配置されたフラッパ７１を示す。フラッパ７１は押出機の始動及び停止の間には押出物から離間するように概して配置される。なぜならば、押出物１６はこれらの期間には頻繁に波打ち、波打った渦巻き状膨化押出物２０は格納管３０に詰まり易い。一方で、波打った直線状押出物は格納管３０に詰まることはない。渦巻き状膨化押出物３０を所望する時には、フラッパ７１は（図１３Ｂ及び図１４Ｂに示すように）押出物１６と接触するまで、空隙３８を通り下降させられる。図１３Ｂ及び図１４Ｂは、押出物が渦巻きを形成し始める直前において、押出物１６と接触するフラッパ７１を示す図である。フラッパ７１が押出物１６と接触した後には、押出物上におけるフラッパの圧力によって押出物１６は渦巻き、渦巻き状膨化押出物２０が形成される。フラッパ７１は必要であれば位置を変えることにより、渦巻き状膨化押出物３０に適切な圧力を付与して、渦巻き状膨化押出物３０のピッチを制御するようにしてもよい。

垂直方向駆動フラッパの実施形態は、フラッパアクチュエータのシール又は可動部品が格納管３０の周囲の過酷な環境にさらされることがないように、格納管３０から充分に離間して配置されてもよい。実際のところ、ロッド７３が格納管３０に達する程度に充分に長ければ、アクチュエータは所望する限り格納管３０から離れた所に配置され得る。当該技術分野に属する者は認識していることであるが、ここに記載する一対のアクチュエータはロッド７３及びフラッパ７１の間がヒンジ接続されており、このようなアクチュエータを採用することにより、格納管３０内におけるフラッパ７１の向き（即ちフラッパ７１及びロッド７３間の角度）を変更可能なフラッパアセンブリが構成される。

上記各実施形態において、空気圧駆動システムの使用は一例に過ぎない。本発明は、その他の圧縮気体、負圧、或いは水又は作動液等の液体を利用した実施形態も含む。本発明はまた、電気式サーボモータ及び機械式スクリューを含む当該技術分野に属する者に周知であるその他の配置機構を含む。

更に当然のことながら、１個よりも多い数のダイを単一の格納管内へ向けることも可能である。例えば、格納管は２個の隣接するダイ開口から出された押出物を収容する。更に、星型又は四角断面等あらゆる形状、或いはサボテン又は唐辛子等のより複雑な形状を製造するダイを本発明に用いてもよい。加えて、本発明は渦巻き状膨化押出物又はコイル形状に限定されるものではない。本発明を正弦波及びその他の非直線形状の押出物と併せて使用することも可能である。

あらゆる長さを備え且つ広範囲の回転数で作動する二軸スクリュー及び一軸スクリュー押出機を含むあらゆる種類の押出機を本発明に使用することが可能である。また、とうもろこしベースの製品に関する工程について記載してきたが、当然のことながら、本発明は小麦、米、その他の典型的なたんぱく質源、又はそれらの混合物を主成分とする製品を含むあらゆる膨化押出物に使用され得る。実際のところ本発明は、ダイ開口を通り押し出された後にガラス転移段階を迅速に通過する材料の押出しを含むいかなる分野にも利用される。

好適な実施形態に言及しつつ本発明を詳しく図示及び記載してきたが、当該技術分野に属する者には当然のことであるが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形状及び細部に多様な変更を行なうことが可能である。

従来技術の膨化押出物用ダイを示す概略断面図。 望ましい膨化押出物製品の一実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態を示す斜視図。 本発明の別の実施形態を示す斜視図。 本発明の別の実施形態を示す斜視図。 本発明の別の実施形態を示す斜視図。 多数のダイ及び円形面切断装置に組み入れられた本発明の一実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態を示す側面図。 本発明の別の実施形態を示す平面図。 本発明の別の実施形態を示す側面図。 本発明の別の実施形態を示す平面図。 本発明の別の実施形態を示す側面図。 本発明の別の実施形態を示す側面図。 本発明の別の実施形態を示す正面図。 本発明の別の実施形態を示す正面図。

Claims (25)

1. 膨化押出物の製造装置であって、
   開口を備えたダイと、
   開口の前方に配置される円柱状格納容器と、
   押出物が渦巻くように同押出物に対して抵抗力を付与する手段と、
   抵抗力付与手段に対して圧力を付与する加圧機構とを含み、
   押出物は開口から出て、格納容器を通過中に抵抗力付与手段と接触し、これにより、押出物は円柱状格納容器にて渦巻き状をなして格納容器より退出する
   ことを特徴とする装置。
2. 加圧機構は抵抗力付与手段の一端に付与される流体圧であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 加圧機構はロータリアクチュエータであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 加圧機構は抵抗力付与手段の先端に配置される注入ポートであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 加圧機構は抵抗力付与手段の末端に配置される注入ポートであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 加圧機構は抵抗力付与手段の先端に配置される一対の入れ子式管であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
7. 加圧機構は抵抗力付与手段の末端に配置される一対の入れ子式管であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
8. 加圧機構はリニアアクチュエータであり、抵抗力付与手段の方向は固定されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
9. 加圧機構はリニアアクチュエータであり、抵抗力付与手段の方向は変更可能であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
10. 枠を更に含み、加圧機構は枠に固定され、枠は格納容器から独立していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. センサを更に含み、センサは抵抗力付与手段に付与される圧力を示すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 釣合いおもりを更に含み、釣合いおもりは、加圧機構により抵抗力付与手段に対して付与される圧力が存在しない時に、抵抗力付与手段を格納容器から移動させるように作用することを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. 圧力は膨化押出物の形状を制御することを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 膨化押出物の製造方法であって、
    押出物を格納容器へ押出す工程と、
    押出物が渦巻くように同押出物に対して抵抗力を付与する手段と押出物とを接触させる工程とを含み、
    加圧機構は抵抗力付与手段に対して圧力を付与し、圧力は膨化押出物の形状を制御することを特徴とする方法。
15. 格納容器は管であり、押出物は渦巻き状膨化押出物であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 加圧機構はロータリアクチュエータであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 加圧機構は抵抗力付与手段の先端に配置される注入ポートであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 加圧機構は抵抗力付与手段の末端に配置される注入ポートであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 加圧機構は抵抗力付与手段の先端に配置される一対の入れ子式管であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 加圧機構は抵抗力付与手段の末端に配置される一対の入れ子式管であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
21. 加圧機構はリニアアクチュエータであり、抵抗力付与手段の方向は固定されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
22. 加圧機構はリニアアクチュエータであり、抵抗力付与手段の方向は変更可能であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
23. 抵抗力付与手段は枠に取り付けられており、枠は格納容器から独立していることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
24. センサは抵抗力付与手段に対して付与される圧力を示すことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
25. 釣合いおもりは、加圧機構により抵抗力付与手段に対して付与される圧力が存在しない時に、抵抗力付与手段を格納容器から移動させるように作用することを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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