Brevet FR2524773A1 — publié le 19831014

449/83 i PROCEDE ET DISPOSITIF DE FORMATION DE PERFORATIONS DANS DES ARTICLES EN FORME DE BARRE. La présente invention se rapporte à un procédé de formation de perforations dans des articles en forme de barre, en utilisant des rayons laser La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la production d'articles à fumer, en particu- lier les cigarettes, et le présent mémoire se référera parti- culièrement à cette application sans que cela doive être considéré comme une limitation de la généralité de l'inven- tion. Afin d'éviter tout doute en ce qui concerne l'interprétation des différents termes utilisés ci-après dans la description qui suit et les revendications, on précise que le terme "générateur" ou "générateur laser" devra être compris comme désignant un élément actif tel que, par exemple, un canon laser capable d'engendrer un faisceau de rayons laser; le terme "réflecteur" ou "réflecteur laser" devra être pris comme désignant un élément passif capable uniquement de réfléchir un faisceau de rayons laser émis par un "générateur"; le terme "émetteur" ou "émetteur laser" devra être compris comme désignant un élément qui peut être actif ou passif, c'est-à-dire un élément qui peut être un"géné- rateur" ou qui peut être un "réflecteur"; le terme "point de concentration" devra être compris comme désignant le point au niveau duquel les rayons d'un faisceau de rayons laser parallèles sont déviés afin de converger en un point ou foyer; le terme "distance focale" devra être compris comme désignant la distance parcourue par un faisceau de rayons laser entre le "point de concentration" et le foyer; et le terme "point de perçage" devra être compris comme désignant le point au niveau duquel un trou doit être percé. Dans le domaine de la fabrication des cigarettes, 2 2524773 il est connu de fabriquer des cigarettes dites "aérées", c'est-à-dire des cigarettes qui présentent, dans la région du filtre, plusieurs trous qui permettent au fumeur d'inhale-@, en même temps que la fumée, un certain pourcentage d'air extérieur, ce qui présente le double avantage de diluer la fumée inhalée et de réduire sa température et, en conséquence, de réduire la quantité d'éléments nocifs. Dans le passé, on a fabriqué des cigarettes aérées en utilisant des dispositifs à aiguille dont l'effica- cité est devenue de plus en plus limitée avec l'augmentation de la capacité de production des machines à fabriquer les cigarettes En fait, lorsqu'ils sont associés à des machines &,relativement hautes cadences de fabrication, lesdits dis- positifs à aiguille s'usent après une durée d'utilisation relativement faible, ce qui impose de fréquentes interrup- tions du cycle de production. Pour les raisons expliquées ci-dessus, lesdits dispositifs à aiguille ont été récemment remplacés, lorsque cela s'est avéré possible, par des dispositifs de perfora- tions à rayons laser qui ont été réalisés selon l'un de deux agencements structurels différents Dans le premier des deux agencements structurels connus mentionnés ci-dessus, un fais- ceau de rayons laser pulsés est émis par un générateur laser fixe et dirigé sur une cigarette à percer Cette dernière, pendant l'opération de perçage, est entraînée en rotation sur elle-même de telle sorte que les trous percés sur elle sont répartis d'une manière sensiblement uniforme le long d'au moins une circonférence. Dans l'autre des deux agencements structurels connus mentionnés ci-dessus, un générateur laser à haute puissance est utilisé et, afin de percer chaque cigarette, il émet un unique faisceau de rayons qui est divisé par des réflecteurs fixes en plusieurs faisceaux, en nombre égal au nombre des trous à percer Dans ce cas, les trous dans chaque cigarette sont réalisés simultanément sans qu'il soit nécessaire de faire tourner la cigarette autour de son axe. Les deux agencements structurels connus, décrits ci-dessus présentent des inconvénients significatifs, qui les rendent difficiles à mettre en oeuvre En fait, le pre- mier agencement structurel nécessite obligatoirement que chaque cigarette soit roulée entre deux surfaces en regard de telle sorte qu'elle tourne autour de son axe Comme la cigarette a, immédiatement auparavant, été déjà "adoucie" à la suite d'un premier roulage réalisé pendant les opéra- tions de raccordement d'un filtre, un nouveau roulage, afin de réaliser le perçage, est particulièrement dommageable dans la mesure o il implique certainement que la cigarette se vide partiellement Le second des agencements structurels connus et décrits ci-dessus est par ailleurs difficile à mettre en oeuvre pour des raisons purement économiques, compte tenu de la haute puissance et, en conséquence, du coût élevé du générateur laser qui doit être utilisé. Le but de la présente invention est de proposer un procédé, utilisant des techniques laser, afin d'obtenir des perforations dans des articles en forme de barre, en particulier les cigarettes, et qui ne présente pas les incon- vénient ci-dessus décrits. Ce but est atteint par la présente invention, dans la mesure o elle se rapporte à un procédé de formation de perforations dans des articles en forme de barre, en particulier les cigarettes, qui se caractérise par le fait qu'il comprend les étapes suivantes consistant: à déplacer un article à percer le long d'une trajectoire déterminée à l'aide d'un convoyeur qui traverse un poste de perçage; à projeter sur ledit article, à l'aide de plusieurs émetteurs laser, des faisceaux de rayons laser concentrés et émis selon une séquence prédéterminée et avec une distance focale prédéterminée pendant un temps de perçage au moins égal au temps mis par l'article pour traverser ledit poste; le poste de perçage comprenant un élément support pour lesdits émetteurs, et ces derniers étant répartis sur ledit support le long d'une courbe dont la forme est telle que soit maintenue constamment égale à ladite distance focale la longueur d'un chemin optique correspondant suivi par chaque faisceau de rayons laser entre un point de concen- tration et un point de perçage correspondant sur ledit article. La présente invention a également pour objet un dispositif de formation de perforations dans des articles En forme de barre, en particulier les cigarettes qui se caractérise par le fait qu'il comprend un poste de perçage 1 o pour lesdits articles, et un convoyeur destiné à entraîner lesdits articles à percer en succession au travers dudit poste de perçage, ce dernier comportant plusieurs émetteurs laser fonctionnant afin d'émettre selon une séquence prédé- terminée des faisceaux de rayons laser concentrés avec une distance focale prédéterminée, et un élément support pour lesdits émetteurs, ces derniers étant répartis sur ledit support le long d'une courbe dont la forme est telle que ladite distance focale est maintenue constamment égale à la longueur d'un chemin optique correspondant suivi par chaque faisceau de rayons laser entre un point de concentra- tion et un point de perçage correspondant sur ledit article. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention découleront de la description qui suit, donnée en référence au dessin annexé qui représente diffé- rentes variantes non limitatives de l'invention Dans les dessins la figure 1 est une vue schématique et en perspective d'un premier exemple de réalisation de la pré- sente invention; la figure 2 est une vue schématique et en perspective d'une variante de l'exemple de réalisation de la figure 1; la figure 3 est un diagramme structurel se rapportant à l'exemple de réalisation de la figure l; et la figure 4 est une vue schématique et en perspective d'un autre exemple de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté un tambour de convoyeur 1 monté en rotation autour de son axe sur un support non représenté et présentant extérieurement plusieurs sièges 2 Chacun de ces derniers retient contre lui, à l'aide de moyens d'aspiration non représentés, une cigarette 3 munie d'un filtre 4 saillant en porte-à-faux à l'extérieur du siège correspondant 2. Pendant l'avancement du tambour 1, chaque cigarette 3 traverse un poste de perçage 5, dans lequel une série de perforations non représentées est formée sur le filtre 4, le diamètre des perforations étant de l'ordre de quelques centièmes de millimètre. Les perforations ci-dessus mentionnées sont formées à l'aide d'un dispositif de perforation 6 comprenant un générateur 7 de rayons laser qui peut diriger un faisceau laser 8 sur un élément réflecteur 9, lequel réfléchit le faisceau 8 sur un autre élément réflecteur 10 porté par un élément rotatif 11 Dans l'exemple de réalisation représenté, ce dernier est constitué par un élément tubulaire monté rotatif autour de son axe sur un support non représenté, et qui est entraîné en rotation, selon une loi de mouvement prédéterminée, par un dispositif d'entraînement 12 à l'aide d'un train de transmission d'entraînement L'élément réflec- teur 10 présente une surface réfléchissante inclinée 14 en regard d'une fente 15 ménagée dans l'élément tubulaire 11, la surface 14 étant disposée de telle sorte qu'elle est maintenue tangentielle, durant la rotation de l'élément tubu- laire 11, à une surface conique (non représentée), dont l'axe coincide avec celui de l'élément tubulaire 11 lui-même et de la partie de faisceau 8 qui s'étend entre les éléments réfléchissants 9 et 10. L'élément réfléchissant 10 a pour fonction de diriger le faisceau incident 8 dans le poste de perçage 5, lequel comprend un support annulaire 16 destiné à plusieurs réflecteurs 17 répartis selon une loi prédéterminée le long d'une surface interne du support 16 Ce dernier est disposé dans l'espace qui s'étend entre l'élément réfléchissant 10 et les extrémités libres des filtres 4, et le support 10 entoure entièrement l'axe de l'élément tubulaire 11. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le faisceau 8 atteint les réflecteurs 17 sans être soumis, le long de son chemin optique en amont des réflecteurs 17 à une quelconque concentration Une telle concentration est effectuée par les réflecteurs 17, qui, à cet effet, sont chacun constitués par un miroir concave. Dans la variante représentée sur la figure 2, le faisceau 8 est concentré en amont des réflecteurs 17 à l'aide d'une lentille convergente 18 disposée entre les éléments réflecteurs 9 et 10, de sorte que son axe focal coincide avec l'axe de l'élément tubulaire 11 En conséquence, dans la variante représentée sur la figure 2, les réflecteurs concaves 17 de la figure 1 peuvent être remplacés par des réflecteurs 19 constitués par des miroirs plans montés sur un support 20 dont la forme diffère de celle du support 16 pour des raisons qui sont expliquées ci-dessous. Le fonctionnement du dispositif de perforation 6 de la figure 1 sera maintenant décrit en référence au diagramme de la figure 3. Comme représenté sur la figure 1, le convoyeur 1 se déplace dans un sens anti-horaire de manière à transpor- ter les cigarettes 3 au travers du poste 5 avec une vitesse constante prédéterminée Comme représenté sur la figure 3, chaque cigarette 3, pendant la traversée du poste de perçage , suit un arc de perçage dont le départ, dans le sens d'avancement de la cigarette 3, est indiqué en 21 et dont la fin est indiquée en 22, sur une courbe 23 suivie par les centres des cigarettes 3 Pendant le temps durant lequel chaque cigarette 3 suit l'arc 21-22 dont la longueur est, dans le cas spécifique de l'exemple représenté, égale à l'écarte- ment entre les axes de deux gorges 2 adjacentes mesuré le long de la circonférence du tambour 1, le générateur 7 émet une série pulsée de faisceaux 8 de rayons laser, dont chacun est réfléchi par l'élément réflecteur rotatif 10 vers les réflecteurs 17 successifs dont les centres sont indiqués sur la figure 3 par les points 24 répartis le long d'une courbe 25 du type dit cardiolde Les faisceaux 8 successifs sont dirigés par les réflecteurs 17 successifs et correspon- dants sur les points 26 successifs répartis le long de l'arc de perçage 21-22 et occupés successivement, pendant la forma- tion de chaque trou dans le filtre 4, par l'axe de ladite cigarette 3. La courbe 25 est formée de telle sorte que la distance L entre chaque réflecteur 17 et chaque point 26, qui peut être considéré comme coïncidant avec un-point de perçage correspondant sur le filtre 4, est constamment égale à la distance focale du faisceau 8 car, dans le cas en ques- tion, chaque réflecteur 17 sert également d'élément de concen- tration. De toute évidence, la distance L qui apparait sur la figure 3 et la courbe 25 ne donne pas les valeurs réelles mais correspondent plutôt aux projections de celles- ci sur un plan perpendiculaire à l'axe du tambour 1 La courbe peut avoir une forme différente de celle représentée sur la figure 3, laquelle se rapporte au cas dans lequel le tam- bour 1 et l'élément réflecteur 10 tournent dans des sens opposés Dans chaque cas, la courbe 25 sera toujours telle que la distance entre chaque point de perçage et l'élément de concentration correspondant, mesurée le long de l'axe du faisceau 8, sera constante et égale à la distance focale. Sur la base de ce qui a été décrit ci-dessus, il est possible de comprendre en quoi les supports 16 et 20 sont différents l'un de l'autre En fait, alors que la forme du support 16 doit être telle que soit maintenue constante la différence entre chaque réflecteur 17 de concentration et la position occupée, à l'instant de l'émission du faisceau 8 correspondant, par le point de perçage correspondant, la forme du support 10 doit être telle que soit maintenue cons- eante la somme de deux distances, dont la première est la l'itance parcourue par le faisceau 8 entre l'élément réflec- 4 ur 10 et chaque réflecteur 19, et la seconde est la distance Parcourue par le faisceau 8 entre chaque réflecteur 19 et la position occupée, à l'instant de l'émission du faisceau 8 lui-même, par le point de perçage correspondant. Dans une variante non représentée, l'élément réflecteur 10 des figures 1 et 2 est remplacé par un prisme triangulaire, ou-encore par un prisme de forme pyramidale présentant N faces, de telle sorte que le faisceau 8 émis par le générateur 7 est divisé en deux ou N faisceaux De toute évidence, dans ce cas, si l'on suppose que la puissance du générateur 7 est suffisante, il sera possible de former au même moment deux ou N trous qui, en fonction de l'agencement des réflecteurs, peuvent être formés sur la même cigarette en mouvement dans le poste de perçage 5 ou encore, sur plusieurs cigarettes se déplaçant dans le poste de perçage 5. Dans une autre variante non représentée, les exemples de réalisation des figures 1 et 2 sont modifiés de manière à réaliser non seulement un mais deux cercles de trous disposés à une distance prédéterminée l'un de l'autre Un résultat similaire peut être obtenu en partant des exemples de réalisation des figures 1 et 2 par l'agence- ment, sur le support 16 ou 20, de deux rangées de réflecteurs coopérant avec des éléments réflecteurs rotatifs 10 corres- pondants, recevant des faisceaux 8 correspondants de généra- teurs 7 correspondants ou encore d'un unique générateur dont le faisceau de sortie est divisé en deux par toute technique connue. Les variantes décrites ci-dessus et non repré- sentées peuvent être avantageusement utilisées lorsqu'on souhaite réaliser le perçage sur une cigarette dite double, c'est-à-dire sur un ensemble constitué par deux cigarettes partiellement réalisées et coaxiales l'une à l'autre, et raccordées à la tête à l'aide d'un double filtre qui devra être ultérieurement séparé en deux afin d'obtenir des ciga- rettes à filtre individuel. Dans le cas décrit ci-dessus, et en faisant par exemple référence à l'exemple de réalisation de la figurei on disposerait de deux tambours 1 assemblés l'un à l'autre, qui supporteraient les extrémités correspondantes desdites cigarettes doubles disposées à une distance l'une de l'autre au moins égale à la longueur de deux filtres 4 Dans cet espace serait monté un support fixe annulaire, similaire au support 16, mais muni de réflecteurs 17 répartis autour de deux anneaux et fonctionnant de manière à recevoir un faisceau de rayons correspondants réfléchi sur un élément réflecteur rotatif 10 correspondant. Les variantes décrites ci-dessus et non repré- sentées peuvent être munies d'un unique générateur 7 dont le faisceau 8, peut pénétrer dans le poste de perçage entre les deux tambours 1, par exemple le long d'un trou central d'un axe tubulaire de l'un des tambours 1 lui-même et, après avoir été séparé en deux faisceaux égaux par un moyen connu, par exemple en utilisant des miroirs partiellement réfléchis- sants, atteint les éléments réflecteurs 10. De toute évidence, dans les variantes décrites ci-dessus et non représentées, le support annulaire pour un anneau double de réflecteur doit être séparé, par deux coupes sensiblement diamétrales, en deux moitiés d'anneau disposées l'une entre les tambours 1 et l'autre radialement à l'extérieur de ces derniers afin de permettre le passage desdites cigarettes doubles dans le poste de perçage 5. La variante représentée sur la figure 4 est de conception similaire à l'exemple de la figure 1, dont elle diffère par le fait qu'elle ne présente pas le généra- teur 7 et les éléments réflecteurs 9 (fixes) et 10 (rotatif), et qu'elle présente, à la place des réflecteurs 17 de concentration, des diodes laser 27 alimentées selon une séquence prédéterminée et fonctionnant chacune de manière à émettre un faisceau concentré de rayons laser de manière à obtenir un trou correspondant dans le filtre 4 de chaque cigarette 3. Le fonctionnement de la variante de la figure 4 ne sera pas décrit car il découle immédiatement du fonc- tionnement de l'exemple de la figure 1 décrit en référence à la figure 3. REVENDICATIONS 1 Procédé de formation de perforations dans des articles en forme de barre, en particulier des cigarettes, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant: à déplacer un article ( 3) à percer à l'aide d'un convoyeur ( 1) au travers d'un poste de perçage ( 5); et à transmettre en direction de l'article ( 3), à l'aide de plusieurs émetteurs laser ( 17,19,27), des fais- ceaux concentrés de rayons laser émis selon une séquence déterminée et ayant une distance focale déterminée pendant un temps de perçage au moins égal au temps mis par ledit article ( 3) pour traverser ledit poste ( 5); le poste de perçage ( 5) comportant un élément support ( 16, ) pour lesdits émetteurs ( 17,19,27), et ces derniers étant répartis sur ledit support ( 16,20) le long d'au moins une courbe formée de telle sorte que ladite longueur focale soit maintenue constamment égale à la longueur d'un chemin optique correspondant suivi par chaque faisceau laser entre un point de concentration et un point de perçage correspondant sur ledit article. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits émetteurs laser sont constitués par des éléments réflecteurs ( 17,19) sélectivement frappés par un faisceau de rayons laser ( 8) émis par un générateur laser ( 7) et fonctionnant de manière à réfléchir ledit faisceau incident ( 8) sur ledit article ( 3) à percer. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chacun desdits éléments réflecteurs ( 17) est constitué par un miroir concave de concentration. 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chacun desdits éléments réflecteurs ( 17) est constitué par un miroir plan, des moyens de concentration ( 18) étant disposés en amont desdits miroirs plans ( 19) afin de con- centrer le faisceau ( 8) de rayon laser qui les frappe sélec- tivement. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits émetteurs laser ( 27) sont constitués 11 2524773 par plusieurs diodes laser activées selon une séquence déter- minée. 6 Dispositif de formation de perforations dans des articles en forme de barre, en particulier des cigarettes, caractérisé par le fait qu'il comprend un poste de perçage ( 5) pour lesdits articles ( 3) et un convoyeur ( 1) destiné à faire traverser en succession ledit poste de perçage ( 5) par lesdits articles ( 3) à percer, ledit poste de perçage ( 5) comportant plusieurs émetteurs laser ( 17,19,27) fonction- nant afin d'émettre, selon une séquence prédéterminée, des faisceaux ( 8) de rayons laser concentrés avec une distance focale déterminée, et un élément support ( 16,20) pour lesdits émetteurs ( 17,19,27), ces derniers étant répartis sur ledit support ( 16,20) le long d'au moins une courbe ( 25) formée de telle sorte que la distance focale soit maintenue constam- ment égale à la longueur du chemin optique suivi par chaque faisceau ( 8) de rayons laser entre un point de concentration et un point de perçage correspondant sur ledit article ( 3). 7 Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé par le fait que lesdits émetteurs laser sont constitués par des éléments réflecteurs ( 17, 19) sélectivement frappés par un faisceau ( 8) de rayon laser émis par un générateur laser ( 7) et fonctionnant de manière à réfléchir ledit fais- ceau ( 8) incident sur lesdits articles ( 3) à percer. 8 Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé par le fait qu'il comprend de plus un élément réflec- teur rotatif ( 10) fonctionnant de manière à dévier sélective- ment ledit faisceau ( 8) sur chacun desdits éléments réflec- teurs ( 17,19) fixés sur ledit support ( 16,20). 9 Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que chacun desdits éléments réflecteurs est constitué par un miroir concave ( 17) de con- centration. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que chacun desdits éléments réflecteurs est constitué par un miroir plan ( 19), des moyens de concentration ( 18) étant disposés en amont desdits miroirs 12 2524773 plans ( 19) afin de concentrer le faisceau ( 8) de rayon laser qui les frappe sélectivement. Il Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé par le fait que lesdits émetteurs laser sont consti- tués par plusieurs diodes laser ( 27) activées selon une séquence déterminée.