对橡胶制品进行连续地滚动涂覆 相关申请的交叉引用
本申请是1999年8月16日提交、序列号为No.09/374,935的美国申请的部分延续。
技术领域
本申请涉及对片状或丸状橡胶材料例如口香糖或泡泡糖进行连续涂覆。在旋转滚筒内加热并干燥橡胶丸的同时，对其进行喷涂。
发明背景
已知具有大量经涂覆的口香糖或泡泡糖产品。这些产品之一是Warner-Lambert公司制造、商标为Chiclets的口香糖。通常，经涂覆的口香糖或泡泡糖产品利用费时且费力的分批式制造方法制成。
对于分批式方法，其利用大量旋转容器来对橡胶丸或片进行涂覆。最初，利用标准挤压法或分批法制成橡胶材料，并使其形成宽几英寸或一英尺或更大的大尺寸薄片材料。在片状橡胶内模压出或形成分隔线，以形成小片(亦称“丸”)状橡胶，然后将该小片状橡胶储存在冷却器内或使它们处于冷却空气之中，以使其硬化进而作进一步的处理。
依据目前对橡胶丸进行涂覆的分批式方法，把片状橡胶材料倒入旋转混合器内，在该旋转混合器内，通过翻转过程使它们分离并分裂为单个丸。随后，在混合器旋转的同时，向该混合器内添加涂料溶剂例如糖浆。利用温度接近120°F的热空气干燥经涂覆的丸。
为了形成具有理想的厚度涂层、均匀且一致的涂覆橡胶产品，多次地重复此过程直至完成所需涂层。为获取合格涂层，此过程要重复多达40-50次，每次增加一小薄层。完成此过程要花费6-7个小时的时间且相当费力。
还可按照相同的方式在涂覆橡胶产品上添加最后一层蜡以生成光亮表面。一旦完成所有涂层，就将经涂覆的片状橡胶传送至其它工作站或区域，在那里按照传统方式汇集并包装该片状橡胶。
本发明的一个目地是提供一种对口香糖或泡泡糖产品进行涂覆的改进方法。本发明的另一个目的是缩短目前制造涂覆橡胶材料所需要的时间和劳力。
本发明的再一个目的是提供一种对片状或丸状橡胶材料进行连续涂覆的方法。本发明的又一个目的是以比当前的分批式方法更迅速、更廉价且更高效的方法来制造涂覆口香糖或泡泡糖产品。
在参照附图和所附权利要求书阅读以下本发明说明书后，本发明的这些及其它目的和意图将变得明显。
发明概述
本发明提供了一种对口香糖或泡泡糖产品进行涂覆的改进方法。小丸状或片状橡胶材料被输入相对水平倾斜的一个或多个旋转圆筒状滚筒内。一连串略微伸入滚筒内的喷嘴把糖液涂覆在该丸状材料上。经由滚筒流通连续的受热空气流，并在涂覆材料的同时干燥橡胶丸上的涂料溶剂。在提供一连串滚筒的情况下，利用管道或传送机使这些滚筒相互连接，并把要被涂覆的材料自一个滚筒输送至另一个滚筒。
还可在涂覆过程的不同阶段调整涂料溶剂的配方，以提供更一致且更均匀的涂层。本发明以比目前已知方法更迅速、更廉价且更容易的方式对口香糖或泡泡糖产品进行涂覆，并确保得到更一致且更均匀的涂层。
在一种替换方法中，在丸状或片状橡胶材料被输入旋转滚筒之前，利用分批式容器在该丸状或片状橡胶材料上形成一层或多层初始涂层。
特别是在参照附图和所附权利要求书阅读以下本发明说明书后，本发明的其它目的、好处和特征将变得明显。
附图的简要说明
图1-3示意性说明现有的分批式方法；
图4示意性说明依照本发明的一种涂覆方法；以及
图5示意性说明依照本发明用于涂覆橡胶制品的一种替换方法。
优选实施例的详细描述
本发明对用于制造涂覆口香糖或泡泡糖产品的已知系统做出了极大的改进。在这点上，图1-3说明了目前用于制造涂覆橡胶制品的典型的分批式方法。
如图1所示，加工装置10包括巨大的篮式旋转混合装置12(亦称“混合器”)。适于利用电动机13转动混合器12，该混合器12与传动机构17连接且其内腔15中具有若干隔板或隆起14，该隔板或隆起14有助于翻滚放置在混合器内的物质。按照传统方式制得的片状口香糖或泡泡糖材料16被输入混合器12内。这种橡胶材料可通过任何一种连续挤压工艺或分批式工艺制得并形成为大尺寸的平片材16，然后对该平片材16进行刻痕并放置到冷却空气(亦称“冷却剂”)中以使其硬化(conditioning)。如图1所示，片状材料16具有若干划线18，该划线18是在片状材料内模压而成或(按照任一种传统方式)形成在片状材料内，且该若干划线18勾勒出了单个丸状或片状橡胶材料20的轮廓。
当将片状橡胶材料16输入混合器12内后，转动混合器就使得该片状材料16分离并分裂为单个的小丸状材料20。设定该丸的尺寸以提供单个的片状橡胶，在涂覆后，包装该单个的片状橡胶然后在市场上销售。
如图2所示，向旋转混合器12内添加糖浆22，以对正在该混合器12内翻滚并转动的片状材料20进行涂覆。利用手经由喷嘴或类似物把糖浆22喷入混合器内来添加糖浆22。随后，把热空气24输入旋转混合器内，以干燥被涂覆在丸状材料20上的涂覆糖浆22。此空气通常温度较高例如80-90°F，以干燥橡胶材料上的糖浆。可利用各种方式排出加工处理中使用的空气，例如封闭的排气斜管(未表示)或者简单地将其排入室内。
为使经涂覆的最终橡胶材料具有适当的厚度和表面光洁度的合格涂层，重复图2所示涂覆、翻滚及干燥步骤多达40-50次，直至完成丸的涂覆。就这点而言，每次加工步骤都在丸状材料20上形成一薄层。按照这种方式，在片状物质上均匀地堆积涂层。
分批式涂覆橡胶材料是费力的，如所述，其包括三个分离的步骤(喷射、翻转以及干燥)。现有方法总共要花费6-7个小时来完成上述40-50次步骤。
一旦完成片状材料20′的涂覆，如图3所示就把它们倒入单个盘28中，利用例如传送机系统26输送至包装站或包装区域，把橡胶材料装入单个的包装件或盒内，然后运送到市场上。
为使经涂覆的片状橡胶材料具有光亮的表面，还可添加蜡质涂层。为此目的，在此涂覆方法的若干步骤的最后一步中，采用蜡基材料而不是糖浆材料。
第二种现有方法采用细长的水平筒体，片状材料放置在该筒体内，且按照一种类似的涂覆步骤进行涂覆。转动筒体以将材料分离为单个片材，与此同时，把糖浆喷入筒中央，随后受热空气流覆盖并干燥该片材。由于需要一次又一次地重复上述喷射和干燥步骤直至涂层具有适当的厚度，所以材料要在筒体内停留若干小时。依照这种方式对橡胶材料进行涂覆的系统可自Dumoulin公司获得。
依照本发明，采用一种对片状或丸状口香糖或泡泡糖材料进行连续涂覆的装置、系统和方法。该系统和装置表示在图4中，并总体上用参考数字30标识。
为制造合格的商业用涂覆橡胶产品，需要施加足够数量的涂层以提供一种光滑且有一定厚度的外壳，这种外壳的特征是在咀嚼时能够发出嘎吱嘎吱的响声。合格涂层的厚度大约为0.1-0.5mm，其重量为最终橡胶丸制品重量的20-40％左右。优选的，涂层重量在30-35％的范围内。
本发明显著加快了这种合格的商业用涂覆橡皮糖产品的制造过程，且产品最终具有一定厚度的光滑涂层，其厚度大约为0.1-0.5mm或更厚，其重量为最终橡胶丸制品重量的30％或更大。就这点而言，利用本发明，在比制造现有技术产品所需要的时间段少50％的时间内，能够制造出质量与现有分批式方法制备的最终产品相比拟的最终产品。
依照本发明，首先将片状材料16放入一种旋转滚筒或混合器12内，以使它们翻转并分离为单个的片状材料20。然后利用传送机构32把单个的丸状或片状材料20输送至至少一个旋转滚筒机构34的上游或第一端33。在这点上，本发明可以采用一个旋转滚筒机构34，或者优选如图4所示采用一连串的两个或多个旋转滚筒机构34，34′。用以对橡胶材料进行连续涂覆的单个滚筒机构的数量取决于多个因素，例如加工速度、理想涂层的厚度以及最终产品的预期质量。
滚筒机构34包括框架36以及可绕轴38转动的圆筒状滚筒件35，该轴38相对于水平倾斜。还优选的是，可调节轴38的倾斜程度或角度，这样能够根据需要调节橡胶丸处于滚筒件内的时间段以及每个丸状材料上的涂层数量或涂层厚度。为此，利用由电动机62驱动的伸展支承件60来改变滚筒机构的高度。
依照本发明的一种优选方法和系统，转动滚筒件35相对于水平面倾斜或具有一定的角度，这样丸状材料20可以一种统一且连续的方式进入和退出滚筒件。就这点而言，“第一个进、第一个出”系统是优选的，在此系统中，进入滚筒件入口或第一端33的第一个丸状材料也是退出或离开该滚筒件的第一个丸状材料。这将确保全部丸状材料受到均匀且一致地处理，在每个丸状橡胶材料上施加等量的涂覆材料和等厚度的涂层。
一系列喷嘴40沿着它们的长度伸入到每个滚筒件35内，这些喷嘴用于把精细的涂料溶剂42喷涂到输入到滚筒件35内的片状或丸状橡胶材料20上。
优选的，滚筒包括若干具有螺纹的倾斜隔板、隆起或“膛线”(未表示)，该隔板、隆起或“膛线”用于在片状材料20自每个滚筒件35的第一端33移动至其出口或退出端39的过程中翻转该片状材料20。
涂料溶剂如糖浆自存储槽或容器50引入滚筒34内。涂料溶剂优选具有60-70％左右的糖、30-35％左右的水以及小百分比的其它各种成分。
受热空气自压力源52，52′引入滚筒件35，35′内，以干燥正用涂料溶剂42，42′进行涂覆的片状材料20。依照本发明，在溶剂被涂覆到片状材料上的同时，对单个片状或丸状橡胶材料20上的涂覆材料进行干燥。这就确保了一种相当均匀的涂覆，并允许在每个橡胶丸上堆积若干薄层或大量的涂覆材料。
可按照多个不同的方式把空气引入滚筒件35，35′内，但优选的是经由内部滚筒件侧壁中的穿孔来引入空气，以使受热空气基本均匀地流经该滚筒件的内部空腔。
当采用一连串旋转滚筒机构34，34′等时，利用小型传送机构54或者常规设计的管道把进行涂覆的片状材料20自一个滚筒件输送至另一个滚筒件。
喷嘴40固定在滚筒的内部且不与该滚筒一起转动。该喷嘴40沿着一根或多根输送管或导管41设置，该输送管或导管41沿着旋转滚筒件35的内部延伸。涂覆到橡胶丸上的糖或其它材料可以液态或干粉末状供应，但湿式涂覆是优选的。如果采用粉末，其可自一种中心缩管且优选以喷雾状引入到旋转滚筒件内。
滚筒件优选相对于水平面倾斜或倾转一个小角度，例如1-5°。还优选的是，具有能改变滚筒件倾斜程度或角度的调节机构60，62。滚筒件角度的变化会影响制品经过该滚筒件的速度。由此可根据需要加快或减慢涂覆操作，以改变涂层的厚度和/或质量。
旋转滚筒件35，35′的围壁优选由筛状件或网状件制成，这样受热空气能够容易地通过该围壁。喷嘴40在滚筒件35内串联地纵向延伸。喷嘴40安装在导管或支架41上，该导管或支架41位于滚筒件34的内部且优选沿着该滚筒件34的中心轴延伸。每个喷嘴40可操作地与导管或管路连接，涂料溶剂经由该导管或管路流动以自喷嘴排放或喷射出去。
用于对滚筒件35，35′内的材料进行干燥的系统优选包括静止不动的外罩或框架56，该外罩或框架56环绕内部滚筒件35的一部分延伸。空气经由一入口引入该框架或外罩56内，且该空气与一种空气源52连接。此空气源可以是任何常规类型，例如鼓风机(未表示)。同时，利用传统类型的加热机构(未表示)对该空气进行加热，从而经由滚筒件的有孔侧壁或网状侧壁把受热空气引入该滚筒件内。优选的，还对该空气进行除湿。
同时，自滚筒件35，35′连续地排出空气以把新受热的空气连续供应给该滚筒件的内部，由此基本瞬时地干燥片状材料上的涂料溶剂。
操作时，将小尺寸的丸状或片状材料20输入第一滚筒件35的入口端33。随着滚筒件的转动，片状材料20在重力作用下纵向流经该滚筒件，以利用自喷嘴40喷出的溶剂42对该片状材料进行涂覆。如果需要，在滚筒件的出口端39处可提供门或其它进入部件(access members)以为涂覆和干燥处理提供一种封闭圆筒。
滚筒件近似以15-35rpm的速度转动，该速度取决于材料的预期流率和涂料溶剂。当滚筒件转动时，该滚筒内的凸板、隆起或螺旋片环绕滚筒件的周边运送片状材料，并允许该片状材料围绕滚筒件的内部落下或翻转。按照这种方式，产生与滚筒件侧壁相间隔的材料帘(curtain)或“波”。
喷嘴40可以指向形成在滚筒件35内的该材料帘或波，以对每个丸状材料进行有效的涂覆。来自空气源52的受热空气被导引经过该材料并排出。此受热空气干燥片状材料20上的涂料溶剂42。优选的，受热空气的温度近似为150-250°F，优选在200-220°F的范围内，以维持片状材料在大约120°F的温度。受热空气也可指向形成在旋转滚筒内的材料帘或波。按照这种方式，能有效地在涂料溶剂被涂覆到橡胶丸上的同时干燥该涂层。
当片状材料20沿着滚筒件35，35′的长度向前移动时，在该片状材料上连续地涂覆多层或大量的涂料溶剂以堆积成外壳。
优选的，利用计算机微处理器来控制连续涂覆系统或装置30的操作。例如，利用计算机控制供应给该装置的电能、滚筒件的倾斜角度、滚筒件的转速、喷嘴的喷射操作、以及干燥系统中的空气流和温度。
优选的，滚筒件35，35′的长度为10-12英尺，但依照本发明，它们的长度可以更长些或更短些。同时，为了给口香糖或泡泡糖产品涂覆以合格涂层，优选设置一系列的滚筒件。这些滚筒件可如图4所示设置在一条连续线上，或者设置成层叠结构，一个垂直设置在另一个的上方，这种布置将占据制造设备中较少的车间面积。
为了形成均匀的材料涂层，理想的是每个丸状或片状材料20在近似相等的时间里经过旋转滚筒件。这意味着输入第一滚筒件入口内的第一个片状材料也是退出或移离该滚筒件出口端的第一个片状材料。为实现上述目的，可增大旋转滚筒的倾斜角度。这能防止单个片状材料或材料群体在原地翻转，这种翻转会导致不同量的涂料溶剂被涂覆到滚筒件内的不同片状材料上。
还理想的是，防止片状橡胶材料最初在连续涂覆系统中的第一个滚筒件内粘连或积聚到一起。橡胶材料在受热或其温度升高至某个较高温度之后将变得粘稠或黏着，单个片状材料会非预期地粘连到一起。因此，要在较低温度下把片状材料引入第一旋转滚筒件内。同时，供应给一连串滚筒件中第一个滚筒件的空气的温度应低于供应给随后滚筒件的空气的温度，以防止片状材料粘连到一起，直至一层或多层涂料溶剂固定在该片状材料上。一旦片状材料上具有初始涂层并在旋转滚筒内翻转，就可升高空气的温度。同时，为了减小粘着性，应对导入系统内的空气进行除湿。
这种用于对单个丸状或片状橡胶材料进行连续涂覆的方法极大地降低了成本，并缩短了制造涂覆橡胶产品的时间。例如，分批式方法完成对材料的涂覆要花费6-7个小时的时间，而本发明仅需要1-3个小时。就这点而言，与实质上在三个分离步骤中添加涂层(喷射)、翻转橡胶丸、然后再干燥该橡胶丸的现有技术不同的是，本发明基本上在同一时间内完成全部这三个步骤。除了进行喷嘴清洗(nozzle cleaning)而存在短暂的喷射停顿之外(大约每分钟5秒)，喷射、翻转及干燥步骤同时进行。
此外，利用连续涂覆方法制造涂覆产品，仅需要生产设施中较少的车间空间。例如，一种采用一连串六个旋转滚筒件的系统可由单独一个人来控制，并利用计算机来控制过程。相反，为制造相同数量的涂覆橡胶材料，现有技术需要采用每组多达10个混合器的若干组，且需要六个人或更多。
为得到相同的产量，购入、安装以及操作连续涂覆系统的基本费用也远远小于提供分批式操作方法的费用。
为了给涂覆产品提供最佳的表面光洁度，理想的是确保最初的几层涂料溶剂尽可能平滑。初始的几层涂层越平滑和越均匀，随后的涂层以及最终产品也将越平滑和越均匀。
为确保最初的几层涂层均匀且一致，也可采用图5所示的另一种涂覆方法80。在那种方法或系统80中，最初采用一个或多个现有混合器12，以使单个的丸状或小片状材料分离，并在它们上提供最初的几层涂层。
一旦在片状材料上提供了一层或多层或者一定数量的初始涂覆材料，就把该材料运送或输送至旋转滚筒件。随后，利用连续涂覆装置和系统在此橡胶丸或材料上提供随后的全部涂层。
另一种改进口香糖或泡泡糖产品涂层的方式是改变连续处理过程中使用的糖浆配方或者涂料溶剂。涂层配方可在连续处理过程中的滚筒件与滚筒件之间变化，或者在最初的分批式混合器与接着的旋转滚筒件之间变化。例如，用于糖浆涂层的代表性配方如下：
糖66％
水31％
淀粉1％
阿拉伯树胶1％
二氧化钛1％
也可改变这些百分比。例如，糖的百分比可在50-80％之间变化，相应地调节水的含量。其它成分的变化优选不超过1-2％。
同时，在涂覆过程的初始阶段，可向糖浆内添加更多的阿拉伯树胶至其百分比高于1％。此后，在涂覆过程的随后阶段中使阿拉伯树胶的百分比下降至0.25％或更低。
本发明使用的旋转滚筒件可以是任何一种传统类型的旋转网式滚筒件，例如当前由美国衣阿华州的Coating Machinery Systems公司提供的连续系统。
如早先所指出的，涂覆材料可为干粉末和液体溶剂。此外，涂覆材料可以是无糖涂剂和含糖涂剂。这些类型的涂剂现今都是常规的，且为本领域普通技术人员所公知。
与分批式涂覆方法中获取的片状材料相比，本发明能更均匀且在显著更短的时间内涂覆片状材料。与分批式涂覆方法相比，还可以20％或更大的百分比显著缩小生产设施内的车间空间。时间能缩短30％或更多。
尽管已经表示并描述了本发明的特定实施例，但大量变型和替换实施例对本领域技术人员而言将是显而易见的。相应的，不应仅依据所附权利要求书来限定本发明。