Brevet FR2542582A1 — publié le 19840921

Filtre à cigarette La présente invention concerne des filtres à ciga- rette du type décrit et revendiqué au brevet principal N 08 008 162 du il avril 1980 Sous l'un de ses aspects, elle concerne un filtre comportant de nouveaux moyens d'aération. Sous un autre aspect, l'invention concerne un filtre à ciga- rette ayant des conduits de direction pour diriger l'air d'aération en direction de l'extrémité côté bouche du filtre de façon que cet air soit mélangé à la surface de sortie du filtre Sous un autre aspect, l'invention concerne une ciga- rette à grande aération, dans laquelle la fumée quittant le filtre est instantanément dispersée. On sait ajouter aux cigarettes des filtres ou des enveloppes de tabac qui procurent des moyens d'air d'aération pour amener l'air ambiant et diluer le courant de fumée La dilution de la fumée réduit la quantité de particules de fumée ainsi que celle des composants de la phase gazeuse qui sont amenés à la bouche du fumeur On a proposé et on a utilisé un grand nombre de moyens pour introduire dans la cigarette de l'air d'aération Par exemple, l'enveloppe du tabac d'une cigarette peut être en une matière poreuse qui permet d'intro- duire de l'air sur toute la longueur de la cigarette, o cet air se mélange avec le courant de fumée la traversant, diluant ainsi la fumée dans le courant Par ailleurs, l'enveloppe de la cigarette peut être perforée à des endroits choisis sur la longueur de la cigarette, ce qui forme des orifices à travers lesquels pénètre l'air d'aération On sait par ailleurs perfo- rer-l'enveloppe du filtre sur l'extrémité filtre de la ciga- rette pour permettre à l'air d'aération d'entrer dans le fil- tre et de diluer le courant de fumée On connaît également un grand nombre de suggestions pour ménager des rainures dans le tampon filtre de la cigarette afin de faciliter l'addition d'air d'aération dans le courant de fumée. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 596 663 décrit un filtre à fumée de tabac équipé d'une enveloppe de tampon poreuse ondulée entourant un élément fil- trant qui est entouré par une manchette de papier comportant des perforations traversantes, grâce à quoi l'air d'aération pénètre directement dans l'élément filtrant ou suit les rai- nures jusqu'à la bouche du fumeur Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 03 490 461 décrit un filtre à cigarette, dans lequel un corps tubulaire de matière thermoplastique extrudé présentant dans sa surface extérieure une multiplicité de rainures longitudinales est joint à un élément filtrant qui est disposé à l'intérieur du tube ou lui est adjacent, grâce à quoi l'air d'aération circule le long des rainures tandis que la fumée circule à travers le tube Parmi les autres bre- vets concernant des filtres à cigarettes avec des rainures entourant l'élément filtrant pour introduire de l'air d'aéra- tion dans l'extrémité filtrante de la cigarette à filtre, on peut citer les brevets des Etats-Unis d'Amérique 3 577 995, 3 572 347, 1 718 122, 3 788 330, 3 773 053, 3 752 165, 3.638 661 et 3 608 561, le brevet allemand N 02 302 677, les brevets britanniques 1 414 745, 1 360 612 et 1 360 611, et le brevet des EtatsUnis d'Amérique N O 3 910 288; les brevets britanniques précités concernent des filtres en acétate non enveloppés. Dans la fabrication de la plupart des cigarettes à très faible teneur en goudrons, celle ayant moins de 5 mg de goudron par cigarette, déterminée par la méthode publiée par H.C Pillsbury et al pour "Tar and Nicotine in Cigarette Smoke" J Assoc Anal Chem Vol 52, pages 458-462 ( 1969), généralement considérée comme étant la méthode d'essai accep- tée par la Federal Trade Commission pour déterminer les te- neurs en goudrons et nicotine des cigarettes, on utilise une grande quantité d'air d'aération pour diluer la fumée quittant le filtre Dans les cigarettes à filtres actuelles, ce rapport important air de ventilation/fumée, permet la formation d'une gaine d'air autour de la fumée, de sorte que la sensation du fumeur est très atténuée. La présente invention propose un système d'aération des filtres à cigarettes, utilisant des conduits ou passages répartis autour de l'élément filtrant d'un filtre à cigarette. La présente invention propose en outre un filtre dans lequel l'air d'aération et la fumée ne se mélangent qu'à l'extrémité sortie du filtre La présente invention propose encore un filtre à cigarette grâce auquel la fumée quittant le filtre est dispersée presque instantanément. Dans la présente invention, l'air d'aération est introduit dans et autour du courant de fumée traversant l'élé- ment filtrant d'une cigarette de telle manière que, juste au moment o la fumée quitte l'extrémité côté bouche du filtre, elle est complètement et instantanément dispersée à la fois par l'air d'aération et l'air environnant et mélangée eà ceux- ci Ce mélange permet un contact rapide de la fumée extrême- ment diluée avec les capteurs de goût et de sensations chi- miques habituelles dans la bouche du fumeur. Afin d'obtenir ce mélange instantané juste au moment o la fumée quitte le filtre, on a constaté qu'en réalisant un filtre à cigarette avec un certain nombre de conduits ou passages d'air d'aération répartis autour de l'élément fil- trant, avec une plage spécifique en coupe transversale pour les conduits d'air d'aération et des débits d'air d'aération et de fumée spécifiques dans des conditions définies d'aspira- tion de fumée, ce mélange instantané pouvait s'effectuer à la surface de sortie du filtre On a constaté qu'un filtre à cigarette procurant ce mélange instantané ou "trouble instan- tané" à la sortie du filtre pouvait être défini par l'équation suivante K = U Af Av n dans laquelle K est toujours supérieur à 0,035; Av est la section d'un passage individuel, Af est la section total du filtre, U est le pourcentage de l'air d'aération dans le cou- rant total quittant le filtre, défini par l'équation U = 100 qv qv +qs dans laquelle q est le débit total d'air d'aération et q est le débit de la fumée à travers l'élément filtrant; et n est le nombre de passages d'air de ventilation, et doit être au moins égal à 3 De préférence, le nombre de passages est égal ou inférieur à 7; l'air d'aération forme 60 à 95 % du débit total (air d'aération plus fumée); et le rapport des sections des passages d'aération et de l'élément filtrant (Av/Af) est inférieur à 0,01 de telle sorte que la plus grande partie de la fumée est dispersée, pour un filtre stan- dard ( 20 à 27 mm de circonférence) sur une distance inférieure à 1 cm de l'extrémité du-filtre lorsque l'aspiration est égale à 17,5 cm 3/seconde De façon préférable, le nombre des passa- ges est de 4 ou 5; l'air d'aération varie de 65-à 90 %; et au moins 75 % de la fumée est dispersée sur une distance de 1 cm de l'extrémité du filtre. De façon plus particulière, la présente invention procure une cigarette à filtre dont le filtre comporte un tampon poreux fixé à l'extrémité d'une cigarette pour aspirer la fumée de la cigarette à travers le tampon, et au moins trois passages d'air d'aération répartis autour du tampon, chacun des passages ayant une sortie d'air à l'extrémité côté bouche du filtre et ayant une entrée d'air à l'extérieurde la cigarette et à une certaine distance de l'extrémité côté ciga- rette, le passage étant par ailleurs fermé pour empêcher la pénétration de la fumée à l'intérieur, la surface transver- sale totale des passages étant très inférieure à la surface transversale totale du filtre, les passages et leurs ouver- tures d'entrée et de sortie étant en outre choisis par rapport à la cigarette et au tampon pour procurer entre 60 % et 95 % environ d'air d'aération à la bouche du fumeur de cette ciga- rette à filtre, grâce à quoi on obtient une dispersion quasi totale de la fumée aspirée à travers le filtre sur une dis- tance inférieure à 1 cm de l'extrémité du filtre lorsque l'as- piration a lieu au débit de 17,5 cc/sec. Il est bien entendu que la description des exemples de la présente invention donnés ci-après n'est pas limitative et qu'on peut apporter diverses modifications en restant dans le domaine et la portée de la présente invention. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seu- lement, en liaison avec le dessin joint, sur lequel: La Fig 1 est une vue en perspective d'un élément filtrant préféré selon la présente invention; La Fig 2 est une vue en perspective du filtre de la Fig 1 fixé à une cigarette avec une manchette représentée non enroulée; et La Fig 3 est une vue en perspective d'un autre fil- tre préféré selon la présente invention fixé à une cigarette avec la manchette représentée non enroulée. La Fig 1 montre un tampon filtre préféré 2 ayant une circonférence comprise entre 20 et 27 mm Le tampon filtre 2 comporte un élément filtrant en acétate de cellulose 10 ou tout autre filtre connu réalisé par exemple en matière fibreuse ou cellulaire pour filtrer la fumée de tabac, entouré par une enveloppe non poreuse 12 Lorsqu'on emploie le terme "enve- loppe non poreuse", ce terme inclut aussi bien les surfaces extérieures non poreuses des matières cellullaires qui sont d'une seule pièce avec l'élément filtrant, que les matières d'enveloppement non poreuses qui ne sont pas d'une seule pièce avec l'élément filtrant Le tampon filtrant 2 présente une multiplicité de rainures 14 longitudinales Bien que l'on n'ait représenté que quatre rainures symétriquement réparties autour de l'élément filtrant, on peut noter que les rainures peuvent être espacées au hasard, les centres de rainures adjacentes étant distants d'au moins huit rayons de rainures, 1 2 c'est-à-dire que, pour une rainure de, par exemple 0,0040 cm (rayon de 0, 05 cm), les centres des deux rainures adjacentes seront distants d'au moins 0,4 cm. Les tampons filtrants 2 sont généralement préparés en prenant un boudin standard filtrant en acétate de cellulose enveloppé avec une matière d'enveloppement non poreuse, en soumettant ensuite le boudin filtrant enveloppé à des moyens de moulage ou d'autres moyens de traitement conçus pour impri- mer les rainures appropriées Une telle méthode connue est le moulage à chaud. Sur la Fig 2, un tampon filtre 2 selon la Fig 1 est fixé à un boudin de tabac ou une cigarette 3 et est position- né pour être enveloppé par la manchette 16 qui présente une multiplicité de perforations 18 entourant circonférentielle- ment le tampon filtrant 2 et disposées pour communiquer avec les rainures 14, grâce à quoi de l'air d'aération pénètre radialement dans les rainures 14 à travers les perforations 18 Comme on le voit sur la Fig 2 l'air d'aération pénètre à travers les perforations 18 et circule le long des rainures 14 en direction de la bouche du fumeur La dimension des per- forations 18 et leur nombre communiquant avec les rainures 14 est déterminé en fonction de la quantité d'air d'aération désirée. La Fig 3 représente un autre tampon filtre préféré 6 selon la présente invention, fixé sur un boudin de tabac ou une cigarette 7 et positionné pour être enveloppé par la man- chette 36 qui comporte une multiplicité de perforations 38 entourant circonférentiellement le tampon filtre 6 et dispo- sées pour communiquer avec les rainures 34, grâce à quoi l'air d'aération pénètre radialement dans les rainures 34 à travers les perforations 38 Le tampon filtre 6 est constitué par un élément filtrant en acétate de cellulose 30 ou tout autre fil- tre connu en matière fibreuse ou cellulaire pour filtrer la fumée de tabac, entouré par un manchon plastique tubulaire 32. Le manchon plastique 32 peut comporter des rainures 34 ne s'étendant que sur une partie de la longueur de la surface extérieure, ou pouvant s'étendre pratiquement sur toute la longueur Si les rainures 34 s'étendent sur toute la longueur, des moyens d'étanchéité doivent être prévus pour empêcher la pénétration de la fumée sortant du boudin de tabac, ou bien le manchon doit-avoir une surface transversale suffisamment plus grande que la surface transversale du boudin de tabac pour que les rainures 34 s'ouvrent sur l'atmosphère Les moyens pour préparer un manchon tubulaire peuvent être l'un quelconque de ceux bien connus dans la technique, par exemple les techniques d'extrusion. Les exemples ci-après permettront de mieux comprendre l'invention, mais il est bien spécifié qu'ils ne sont pas prévus pour la limiter. EXEMPLES I a XXIII On prépare un certain nombre de cigarettes en prenant un élément filtrant standard en acétate de cellulose de 24,6 mm de circonférence et de 27 mm de longueur, enveloppé dans un papier d'enveloppement non poreux provenant de la Schweitzer Division, Kimberleu-Clark Corporation, type 322. On fait un nombre spécifié de rainures dans chaque filtre qu'on attache ensuite à une cigarette ou un boudin de tabac avec une manchette de papier Celle-ci comporte des trous d'aération communiquant avec les rainures et la quantité d'air introduite est réglée en faisant varier la dimension et le nombre des trous d'aération Les cigarettes sont ensuite fumées selon la méthode d'essai acceptée par la Federal Trade Commission comme noté ci-dessus Les résultats de chaque exem- ple sont indiqués sur le tableau 1 ci-après: TABLEAU 1 I 1 0,0025 0,49 65 0,316 II 2 0,0025 0,49 68 0,164 19,1 III 3 0,0025 0,49 68 0,109 16,3 IV 4 0,0025 0,49 64 0,076 13,5 V 5 0,0025 0,49 67 0,063 11,2 VI 6 0,0025 0,49 65 0,051 9,5 VII 7 0,0025 0,49 65 0,043 8,3 VIII 8 0,0025 0,49 65 0,037 7,3 IX 8 0,0022 0,50 82 0,049 8,0 X 31 0,0004 0,52 65 0,011 4,9 XI 4 0,0040 0,48 85 0,098 10,5 XII 4 0,0040 0,48 80 0,092 10,5 XIII 4 0,0040 0,48 70 0,080 10,5 XIV 4 0,0040 0,48 60 0,068 10,5 XV 4 0,0040 0,48 50 0,056 10,5 XVI 4 0,0028 0,50 73 0,088 12,9 XVII 4 0,0006 0,52 68 0,088 28,3 XVIII 4 0,0014 0,52 79 0,102 18,9 XIX 4 0,0073 0,49 80 0,091 7,7 XX 4 0,t 0061 0,49 67 0,077 8,5 XXI 4 0,0091 0,50 69 0,077 6,8 XXII 4 0,0102 0,r 50 72 0,079 6,5 XXIII 8 0,0008 0,51 80 0,050 13,4 Exemple N 1 | Av 2 Af 3 U 4 I K 5 L 6 MP 4 I K 5 L 6-1 1 Nombre de rainures dans le filtre 2 Surface transversale moyenne de chaque rainure, en cm 2 3 Surface transversale du filtre (y compris les rainures) en cm 4 Pourcentage d'air d'aération dans le courant total K = U Af A n 6 L = distance moyenne entre des rainures adjacentes rayon moyen de chaque rainure On voit clairement sur les exemples ci-dessus que, dans les exemples III à VII, XI à XIII et XVI à XVIII, prati- quement toute la fumée existante a été dispersée à moins d'un centimètre de la sortie du filtre Dans les exemples VIII à X et XIX à XXIII, l'air d'aération agit comme une gaine et en- toure la fumée sortant au lieu de la disperser Dans les exem- ples XIV et XV, il apparait qu'il n'y a pas d'air d'aération pour disperser la fumée En outre, dans un essai de dégusta- tion des cigarettes, celles des exemples III à VII, XI à XIII et XVI à XVIII présentèrent une amplitude de goût excep- tionnelle, tandis que les autres exemples montraient un goût diminué Pour les exemples I et II, on ne note qu'une très faible dispersion de la fumée et on n'obtient qu'un goût très faible. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et que l'on peut apporter à ceux-ci des modi- fications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Filtre à cigarette, caractérisé en ce qu'il com- prend un tampon filtrant poreux ( 10) cylindrique; une enve- loppe non poreuse ( 12) s'étendant suivant la longueur dudit tampon ( 10) à partir de l'une de ses extrémités et entourant ledit tampon en laissant dégagées les extrémités opposées dudit tampon, ladite enveloppe ( 12) comportant une pluralité de rainures longitudinales ( 14) imprimées dans la tige fil- trante et réparties circonférentiellement autour de celle-ci, et cette portion de l'enveloppe délimitant lesdites rainures ( 14) qui sont non poreuses, les rainures ( 14) étant ouvertes à l'une des extrémités et s'étendant longitudinalementle long du tampon filtrant ( 10) à partir de cette extrémité; et une garniture de bout ou manchette ( 16) s'étendant le long de l'enveloppe ( 12) et l'entourant, cette manchette ( 16) étant perméable à l'air et permettant à l'air d'aération de péné- trer dans les rainures ( 14) en la traversant et de parvenir, en suivant ces rainures ( 14), aux extrémités ouvertes desdi- tes rainures, lorsque le filtre ( 10) est utilisé en combi- naison avec une cigarette ( 3) au cours de l'aspiration nor- male de la fumée. 2 Filtre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures ( 14) ont sur toute leur longueur un côté ouvert, et en ce que ce côté ouvert est recouvert par ladite manchette ( 16). 3 Fi ltre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les rainures ( 14) dudit filtre ( 10) sont en commu- nication fluidique avec la bouche d'un fumeur. 4 Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la manchette ( 16) est appliquée directement à la surface de l'enveloppe ( 12). Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la manchette ( 16) comporte des perforations ( 18) communiquant fluidiquement avec les côtés ouverts des rainures ( 14). 6 Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe imperméable à la fumée fait corps avec la tige filtrante poreuse. 7 Cigarette à filtre dont le filtre comprend un tampon poreux ( 10) fixé à l'extrémité d'une cigarette ( 3) pour aspirer de la fumée à partir de la cigarette à travers le tampon, et une pluralité de trois à sept conduits d'air d'aération ( 14) positionnés et répartis circonférentiellement autour dudit tampon ( 10), chacun de ces conduits ( 14) compor- tant une ouverture de sortie d'air à l'extrémité du filtre côté bouche et une ouverture d'entrée d'air à l'extérieur de la cigarette à filtre située loin de ladite extrémité le long du filtre, de sorte que l'air d'aération peut passer des ouvertures d'entrée aux ouvertures de sortie par les conduits, ledit filtre étant en outre caractérisé par l'équation K = U Af Av 10 On o K est un nombre supérieur à 0,035, Av est l'aire de sec- tion droite moyenne des conduits individuels, Af est l'aire de section droite totale du filtre, N est le nombre de con- duits et U est le pourcentage d'air d'aération pour le débit total traversant le filtre qui est compris entre environ 60 et 95 et est défini par l'équation: U = 100 qv qv +q s o qv est le débit total parcourant les conduits et q est le débit traversant le tampon, et le filtre étant en outre caractérisé par l'équation: Av / Af: 0,01 de sorte qu'on obtient une dispersion importante de la fumée aspirée à travers le filtre sur une distance d'environ un centimètre à partir de l'extrémité du filtre, lorsqu'elle est aspirée au débit de 17,5 cm 3/s. 8 Filtre selon la revendication 7, caractérisé en ce que U est compris entre environ 65 et 90. i 1 9 Filtre selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le nombre de conduits d'air d'aération ( 14) est compris entre quatre ou cinq. Filtre selon l'une des revendications 7 à 9, carac- térisé en ce que le filtre ( 10) a une circonférence de 20 à 27 mm. -11 Filtre selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que 75 % de la fumée aspirée à travers le filtre est dispersée sur une distance d'environ un centimètre à partir de l'extrémité du filtre, lorsqu'elle est aspirée au débit de 17,5 cm /s. 12 Filtre selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que les conduits ( 14) sont répartis sensible- ment symétriquement autour du tampon poreux ( 10). 13 Filtre selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que les centres de conduits ( 14) adjacents sont séparés par une distance d'au moins huit rayons de rainure. 14 Filtre selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que les conduits sont des rainures. Filtre selon la revendication 14, caractérisé en ce que les rainures sont sensiblement semi-circulaires. 16 Cigarette à filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'aire de section droite totale des conduits est sensiblement inférieure à l'aire de section droite du filtre, lesdits conduits et leurs ouvertures d'entrée et de sortie étant en outre choisis par rapport au tampon ( 10) et à la cigarette ( 3) pour procurer environ 60 à 95 % d'air d'aération dans le débit total parve- nant à la bouche de l'utilisateur lorsqu'il fume la cigarette à filtre, de sorte qu'on obtient une dispersion presque totale de la fumée aspirée à travers le filtre sur une distance d'environ un centimètre à partir de l'extrémité du filtre, lorsqu'elle est aspirée au débit de 17,5 cm 3/S. 17 Filtre selon la revendication 16, caractérisé en ce que la proportion d'air d'aération est comprise entre environ 65 et 90 %. 18 Procédé de dilution de la fumée de tabac aspirée dans la bouche d'un fumeur à travers une cigarette à filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, tout en conservant le maximum de goût, caractérisé en ce que: a) on aspire de la fumée à partir de la cigarette à travers le filtre dans un courant de fumée et de l'air d'aération autour de l'extérieur du filtre par l'intermédiaire de canaux d'air d'aération séparés, et b) on mélange vigoureusement et rapidement les courants d'air d'aération et le courant de fumée dans une zone délimitée par l'extrémité côté filtre de la cigarette dans la bouche du fumeur et une limite s'étendant sur environ un centimè- tre à partir de l'extrémité côté filtre vers la gorge du fumeur, de sorte que le fumeur ressent un goût maximum.