(57)【要約】  計量した粒子材料で空洞（１６）を充填すべく機能する機械（１０）及び処理を開示する。アプリケータホイール１８が、各々が有孔底壁を有する一連の等間隔で配置された周辺ポケット（２４）を含み、ホイール内側の真空マニホールド（３４）が、ホイール回転時にポケットの有孔底壁に真空を与えるための真空チャンバ３８を含む。真空チャンバにより、粒子材料（２０）がホイール外側の上記ような材料の充填チャンバ（２６）からポケット内へ吸い込まれる。真空マニホールド上の下流の真空逃がし部（４８）が、ホイール上の所定の放出位置において、粒子材料をポケットから空洞内へ放出するように機能する。調整構造（５２、５４）が、アプリケータホイール内の真空マニホールドの位置を回転可能に調整するように接続されることにより、機械の速度に応じて放出位置を進めるか、或いは遅らせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量した粒子材料を空洞に充填するためのアプリケータホイールと、
前記ホイールを回転させるためのモチベータと、
前記ホイール上に等間隔で配置された、各々が有孔底壁を有する一連の周辺ポケットと、
前記ホイールの回転時に前記ポケットの前記有孔底壁に真空を与えるための真空チャンバを含む、前記ホイール内部の真空マニホールドと、
前記真空チャンバにより粒子材料が前記ポケット内へ吸い込まれるようになる、前記ホイール外部の粒子材料の充填チャンバと、
前記ホイール上の所定の放出位置において前記ポケットから前記空洞内へ粒子材料を放出するための、前記真空マニホールド上の真空逃がし部と、
前記アプリケータホイール内部の前記真空マニホールドの前記位置を回転可能に調整するように接続されて、前記機械の速度に応じて前記放出位置を進めるか又は遅らせる調整構造と、
を含むことを特徴とする機械。
【請求項２】
真空の解放時に前記ポケットからの粒子材料の放出を支援するために、前記真空マニホールド上に加圧空気ポートを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の機械。
【請求項３】
前記加圧空気ポートは、前記真空逃がし部の前又は同じ位置に配置される、
ことを特徴とする請求項３に記載の機械。
【請求項４】
前記調整構造は、前記真空チャンバと、真空逃がし部と、加圧空気ポートとの位置を同時に調整する、
ことを特徴とする請求項２に記載の機械。
【請求項５】
前記調整構造は、前記真空チャンバの前記位置を調整すると共に、前記真空逃がし部と加圧空気ポートとの前記位置を独自に調整する、
ことを特徴とする請求項２に記載の機械。
【請求項６】
前記真空マニホールドは調整可能な部分を含み、前記真空逃がし部及び加圧空気ポートは前記調整可能な部分に配置される、
ことを特徴とする請求項５に記載の機械。
【請求項７】
前記真空マニホールドを調整するための動作装置と、前記真空マニホールド内の前記調整可能な部分を移動させるための別個の動作装置とを含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の機械。
【請求項８】
前記充填チャンバに供給するための粒子材料のホッパと、前記ホッパから前記充填チャンバへの前記粒子材料の流量を制御するための前記ホッパ上のバルブとを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の機械。
【請求項９】
機械速度が高いときには前記バルブをさらに開き、機械速度が低いときには前記バルブを少し閉じるように機能する、前記ホッパ上の前記バルブに接続された動作装置を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の機械。
【請求項１０】
計量した粒子材料を空洞に充填する処理であって、
各々が有孔底壁を含む複数の等間隔で配置された周辺ポケットを有するアプリケータホイールを、粒子材料の充填チャンバを通って回転させるステップと、
前記ホイール内部から前記ポケットの前記有孔底壁に真空を供給して、粒子材料を前記充填チャンバから前記ポケット内へ吸い込ませるステップと、
前記アプリケータホイール上の所定の放出位置において前記ポケットに加わる真空を解放することにより、前記粒子材料を前記ポケットから前記空洞内へ放出するステップと、
機械速度に応じて前記所定の放出位置を進めるか又は遅らせるステップと、
を含むことを特徴とする処理。
【請求項１１】
加圧空気をアプリケータホイール内部からポケットへ送り、粒子材料の放出を支援するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の処理。
【請求項１２】
機械速度に応じて、前記真空供給の位置と、前記真空解放の位置と、前記加圧空気の位置とを同時に調整するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の処理。
【請求項１３】
前記真空供給の位置を調整すると共に、前記真空解放の位置と前記加圧空気の位置とを独自に調整するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の処理。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、粒子の詰まった製造物品の高速製造中に、正確に計量した粒子材料をアプリケータホイールから反復的態様で正確に送出するための方法及び装置に関し、より具体的には、プラグ−空間−プラグ構造のタバコフィルタの製造中に、粒子材料をアプリケータホイールから与えられた空間へ正確かつ反復的に送出することに関する。
【背景技術】
【０００２】
タバコのカーボンフィルタ、粒状食品又は香辛料の一人用パケット、カプセルに入った調合薬、弾薬などのいくつかの製造物品は、物品の生産ラインの工程に沿う何カ所かにおいて、正確に計った粒状物質を繰り返し充填することが必要となる。このような物品の高速大量製造中、顆粒状粒子を所望の空洞に常に正確に充填することは困難なことである。タバコフィルタの空洞にカーボン又はその他の粒子状フィルタ材料を充填する場合、過度の微粉化及び粒子材料の散乱を避けると同時に、できる限り１００％に近い空洞の充填を達成することが望ましい。
【０００３】
引用により全体が本明細書に組み入れられている米国特許第５，８７５，８２４号には、所定量の材料を送出するための方法及び装置が開示されており、この場合、単一の計量ホイールが供給シュートから個別の量の材料を受け取り、この個別の量の材料が計量ホイールから移送ホイールへ、そしてこの移送ホイールからフィルタロッドに沿った空間内へと移される。１つのホイールから別のホイールへ粒子を移送することにより、移送ホイールにおいて粒子材料を受け取るためのポケットは、計量ホイールにおけるポケットよりも大きなものとなる必要が生じる。上記の構成では、移送ホイールから粒子材料を受け取る物品の空洞を１００％充填することが困難になる。
【０００４】
米国特許第５，８７５，８２４号によれば、容器と連通するシュートから回転する計量ホイールのポケット内へカーボンの顆粒状粒子が吸い込まれる。計量ホイールのリムが、等間隔で配置された複数のポケットを含み、これらポケットの各々は、半径方向に向けられた円錐形のボアと、この円錐形のボアの底部に存在する独立したスクリーンとによって定められる。円錐形のボアは、半径方向に内向きに収束する。軽量ホイールのリムの内側の半径方向に向けられた通路により、スクリーンの後部が計量ホイールの内部と連通する。計量ホイール内部の固定された真空プレナムから放射状の通路及びスクリーンを通して真空を伝えることができ、この結果、ポケットの円錐形のボアが満たされるまで、計量ホイールのポケットに隣接するあらゆる顆粒状粒子のカーボンが円錐形のボアに吸い込まれるようになる。
【０００５】
また、引用により全体が本明細書に組み入れられている米国特許第６，８０５，１７４号には、間隔を置いて配置した空洞に粒子材料を充填する方法及び装置が開示されている。空洞が上流位置において粒子材料で部分的に充填される間、この部分的な充填中に個々の空洞下部に真空が加えられる。次に、部分的に充填された空洞が、下流に堆積した粒子材料で完全に充填される間、この充填中に個々の空洞の上部に真空が供給される。部分的な充填中に真空を空洞下部に加えることと、完全な充填中に真空を空洞上部に加えることとを組み合わせることにより、粒子材料の不要な散乱を最小限に抑えて、空洞をほぼ１００％充填できるようになる。各々の上流及び下流の充填位置において、真空ドラムの外側の粒子材料のポケットが真空状態から解放され、これにより粒子材料が真空ドラム上のポケットから空洞へと移されるようになる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，８７５，８２４号
【特許文献２】米国特許第６，８０５，１７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的の１つは、計量した粒子材料を効率的かつタイムリーな態様で空洞に充填するアプリケータホイールを含む機械にある。
【０００８】
本発明の別の目的は、異なる速度で動作することができるが、機械がどの速度で動作されるかにかかわらず、計量した粒子材料を散乱させずに放出する機械にある。本発明のさらに別の目的は、計量した粒子材料を一連の空洞に送出する一方で、粒子材料を散乱させずに空洞の完全な充填を達成する処理にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、１つの機械が、計量した粒子材料を空洞に充填するためのアプリケータホイールを含む。一連の等間隔で配置された周辺ポケットがホイール上に配置され、個々のポケットは有孔底壁を有する。ホイール内部の真空マニホールドが、ホイールの回転時に個々のポケットの有孔底壁に真空を供給するための真空チャンバを含む。粒子材料の充填チャンバがホイール外部に配置され、この材料は、真空チャンバによりポケット内へ引き込まれる。マニホールドは、ホイール上の所定の放出位置において粒子材料をポケットから空洞内へ放出するための真空逃がし部を真空チャンバから下流側に含む。アプリケータホイール内部で真空マニホールドの位置を回転可能に調整するために調整構造が接続されて、機械の速度に応じて放出位置を進めるか或いは遅らせることにより、粒子材料を著しく散乱させずに空洞の所望の充填を達成する。
【００１０】
真空マニホールドは、加圧された空気ポートを有して、真空の解放時に粒子材料のポケットからの放出を支援することが好ましい。
【００１１】
本発明の１つの実施形態では、調整構造は、真空チャンバと、真空逃がし部と、加圧空気ポートとの位置を同時に調整し、また本発明の別の実施形態では、調整構造は、真空チャンバの位置を調整する一方で、真空逃がし部及び加圧空気ポートの位置を独自に調整する。後者の実施形態では、真空マニホールドは、内部に調整可能な部分を含むことができ、この調整可能な部分の中に真空逃がし部及び加圧空気ポートを配置することができる。さらに、後者の実施形態では、１つの動作装置が真空マニホールドの位置を調整する一方で、第２の動作装置が真空マニホールド内の調整可能な部分を移動させる。
【００１２】
充填チャンバへの粒子材料の流量は、機械速度が速いときには増加し、機械速度が遅いときには減少するように可変であることが好ましい。
【００１３】
本発明はまた、計量した粒子材料を空洞に充填するための処理を含み、該処理は、各々が有孔底壁を有する複数の等間隔で配置された周辺ポケットを有するアプリケータホイールを、粒子材料の充填チャンバを通って回転させるステップを含む。さらなるステップは、ホイール内から有孔底壁に真空を供給して、粒子材料を充填チャンバからポケット内へ吸い込むステップと、ポケットに加わる真空をアプリケータホイール上の所定の放出位置で解放することにより粒子材料を放出するステップとを含む。機械速度に応じて放出位置を進めるか、或いは遅らせることができる。
【００１４】
処理におけるその他のステップは、真空が解放されたときに、加圧空気をアプリケータホイール内からポケットへ送り、中の粒子材料の放出を支援するステップを含むことができる。また、機械速度に応じて、真空供給の位置、真空解放の位置、及び加圧空気の位置を同時に調整することができる。或いは、真空供給の位置を調整できる一方で、真空解放の位置及び加圧空気の位置を独自に調整することができる。
【００１５】
同様の参照文字が同様の部品を示す添付図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより、当業者であれば、上述の内容に加えて本発明の新規の特徴及び利点が明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、物品の大量生産中に高速で生産される物品において、正確に計った量の粒子を空洞へ移送するのに有用なシステムを提供するものである。このシステムは、少なくとも１つの真空チャンバを含む、中心にある調整可能な真空マニホールドの周囲を回転する少なくとも１つのアプリケータホイールを含む。所定量の顆粒又は粒子を正確に計量し、１又はそれ以上の物品の空洞に移送するために、アプリケータホイールの外周面に沿って、ホイール外周と、ホイール内周に対して締め付けられた穿孔バンド又はスクリーンとの間に一連のポケットが定められる。
【００１７】
図面は、間隔を空けて配置されたセルロースアセテートプラグのタバコフィルタロッドを生産するための組立ラインを示しており、粒子材料が充填されプラグラップで取り囲まれた空洞がこのプラグ間に存在する。最初は、フィルタロッドが少なくとも１つの充填工程を通るとき、フィルタロッドの周りに巻き付けられたペーパはフィルタロッドの上部で開いたままにされる。ロッドが充填工程の下を通過するとき、フィルタロッドに沿って間隔を空けた空洞内に、フィルタロッド上部の開口部を通じてカーボンの粒子又は顆粒が挿入される。ロッドが充填工程を離れ、下流に進み続けた後、フィルタロッドの上部で開いたままにされていたペーパプラグラップは、フィルタ成分及び粒子を充填した空洞上で折り重ねられて貼り付けられ、封をされて、フィルタロッド構造が完成する。
【００１８】
より詳細に図面を参照すると、図１は、タバコフィルタロッドの生産において、計量した粒子材料を空洞に充填するための少なくとも１つのアプリケータホイールを含む高速機械１０の概略側面図を示している。基本的には、機械１０への入り口において、接着剤アプリケータ（図示せず）の位置でプラグラップペーパ１４上に溶着された接着剤により、間隔を空けて配置されたセルロースアセテートからなるプラグ１２がペーパ１４に固定される。ペーパ１４は、間隔を空けて配置されたプラグ１２の周囲に部分的にラッピングされるが、上部は開いたままにされ、これにより機械１０を通って長手方向経路に沿って進む隣接プラグ間に空間又は空洞１６を形成する。以下でさらに十分に説明するように、少なくとも１つのアプリケータホイール１８は、カーボン２０などの粒子材料の別個の部分を空洞１６内へ供給するように機能する。空洞に粒子材料が充填された後、ペーパ１４は、セルロースアセテートプラグと、これらのプラグ間の充填空洞の周囲の所定の位置で、装飾品（ｇａｒｎｉｔｕｒｅ）（図示せず）により折り重ねられ、接着される。ベルト２２はプラグラップ１４を、機械１０を通って長手方向の進行経路に沿って固定され、間隔を空けて配置されたセルロースアセテートプラグ１２と共に引っ張るように機能する。
【００１９】
アプリケータホイール１８に含まれるポケット２４が、カーボンシュート２６からカーボン材料２０を受け取る。カーボンシュートは、ホッパ２８からカーボンを供給される。ポケットがカーボンシュート２６を通って進むにつれ、アプリケータホイール上の個々のポケットの内部底面に真空が加えられ、これによりカーボンがポケット２４の各々に吸い込まれるようになる。最終的に、カーボン２０で満たされたポケット２４が空洞１６に対して所定の地点に達すると、圧力が加えられ、真空が解除されて、カーボンをポケットから空洞内へ出そうとする。
【００２０】
アプリケータホイール１８は、アプリケータホイール、特にホイール周辺のポケット２４を回転させるためのホイール駆動シャフト３０を含む。ポケットは、ホイール外周の周りに配置されたスペーサ要素３１の間に位置し、個々のポケットの底部は、アプリケータホイール内部及び可動の内部真空マニホールド３４に対して開かれている穿孔スクリーン３６を含む。ホイール駆動シャフト３０と真空マニホールド３４との間にはベアリングハウジング３６が配置される。以下でさらに十分に説明するように、この構成により、真空マニホールドは調整目的でわずかに回転できるようになる。
【００２１】
真空マニホールド３４の内部には真空チャンバ３８が配置され、アプリケータホイールがアプリケータホイールに隣接する充填チャンバ４４を通って回転するときに、真空チャンバ内の供給ポート４０、４２からの真空が、個々のポケット２４内の穿孔スクリーン３２に真空を供給する。充填チャンバには、ホッパ２８からカーボン粒子２０が供給され、このホッパ２８がカーボンシュート２６と連動する。
【００２２】
ポケット２４が充填チャンバ４４を通って回転するときに、チャンバ３８内の真空が穿孔スクリーン３２上に作用することにより、ポケットにカーボン粒子が充填される。充填されたポケットが充填チャンバ４４を出ると、スクラッパバー４６があらゆる過剰なカーボンをポケット２４から取り除く。最終的に、穿孔スクリーンに対して真空がなおも加えられている状態で、充填されたポケットが真空マニホールド３４内部の真空逃がし溝４８に達し、ここで真空が解放され、ポート５０から出される加圧空気がスクリーンに加えられる。この動作により、ポケット内のカーボン粒子２０が、ポケットからフィルタプラグ１２の間の空洞１６内へ移送される。必要に応じて、この真空逃がし溝を図示のものより長くすることもできる。
【００２３】
一例として、アプリケータホイール１８のポケット２４内のカーボン粒子は、毎分１５００フィルタの機械速度にとって理想的な５時３０分の位置（図１から見た場合）で放出される。しかしながら、機械１０が毎分１５００フィルタ以外の速度で動作する場合、５時３０分の放出位置は最適な位置ではなくなり、連続したフィルタロッド上にカーボン材料２０の散乱を容易に引き起こし、及び／又は空洞の充填が不正確なものとなる。本発明では、真空マニホールド３４が時計回り方向又は反時計回り方向に回転可能であることにより、アプリケータホイール１８の周囲のそれぞれのポケット２４からのカーボン粒子の放出ポイントを変更するようにしたことで、これらの短所が解決される。
【００２４】
機械１０が毎分１５００フィルタよりも速い機械速度で動作する場合、ポケットからの粒子の放出は、５時３０分の位置で放出が発生する場合よりもさらに上流ですなわち早く発生することが必須である。解放をより早めることにより、粒の散乱が無くなり、望ましい空洞の充填が実現される。このような粒子のポケットからの早い解放を実現するために、モータ５２によって真空マニホールド３４を反時計回り方向に回転させ、動作装置メカニズム５４を真空マニホールドに接続することによりマニホールドを進ませる。次に、このような真空マニホールドの動きによって、真空逃がし溝が５時３０分の位置から上流に配置されることにより、カーボン粒子の最適な放出が実現される。それ以外の点では、機械は上述の態様と同じ態様で動作する。
【００２５】
これとは逆に、機械１０が毎分１５００フィルタよりも遅い速度で動作する場合、真空マニホールドを時計回り方向にわずかに回転させることにより、放出ポイントを上記の例の５時３０分の位置からさらに下流に遅らせる。
【００２６】
真空マニホールド３４を進めるか、或いは遅らせることにより、真空逃がし溝４８、空気ポート５０、及び真空チャンバ３８も同時に変化することに留意されたい。この複合動作が常に望ましいものであるとは限らないため、独自の調整が可能な部分５６の中に加圧空気ポート５０Ａと真空逃がし溝４８Ａとを組み込んだ代替の機械１０Ａを図２に示す。部分５６は、適当な動作装置５８によって真空マニホールド３４内で調整可能となる。機械１０Ａは、真空逃がし溝４８と空気ポート５０とが真空チャンバ３８に対して調整可能であることを除き、機械１０と同じ態様で動作する。このオプションにより、モータ５２及び動作装置メカニズム５４が真空チャンバ３８の位置を制御すると共に、別の動作装置５８が真空逃がし溝４８Ａ及び空気放出ポート５０Ａの最終位置を制御できるようになる。また必要に応じて、真空逃がし溝を図示のものより長くすることもできる。
【００２７】
機械１０が速度を変えたとき、充填チャンバ４４内の顆粒材料２０の容積がアプリケータホイール１８のポケット３４の充填に影響を与えることがある。従って、ホッパ３８から供給シュート２６を介して充填チャンバ４４に至るまでの粒の供給を変更することにより、ポケット２４の安定した充填と、スクラッパバー４６によって除去された顆粒を受けるべく配置された戻りトレイ６０への粒の過剰供給の最小化とを保証することが望ましい。この点に関しては、ホッパ２８とシュート２６との間にスライドバルブ６２を配置し、動作装置（図示せず）を接続して、機械速度及びその他のパラメータに応じてスライドバルブ３２を開閉するようにしてもよい。スライドバルブ６２を通る顆粒の流れは、ホッパ２８内の材料の量に応じてある程度決まるため、顆粒の量をモニタしてホッパへの顆粒の供給量を増減させるためのセンサ６４又は一連のこのようなセンサをホッパ内にセットして一定量の顆粒材料を維持することができる。
【００２８】
ＰＬＣ又は同様の装置によりすべてのアクチュエータの動作を制御して、すべての機械速度において最適な動作を保証することができる。
【００２９】
加圧空気ポート５０、５０Ａを、真空逃がし溝の前に、或いはそれと同じ位置に配置することもでき、最終的な構成は、ホイールの速度、媒体２０の密度、及び媒体をポケットに充填し保持するために必要な真空レベルにより決定される。当業者であれば、例示の目的で示し、本発明を限定するものではない上述の実施形態以外の実施形態によって本発明を実施できることを理解するであろう。上述の実施形態において具体化した装置及び方法論を、様々な種類の粒子又は粒状材料の送出に適用することができ、またタバコフィルタの部分の充填以外の用途に使用することもできる。例えば、本装置は、調合薬１回分の充填、又は粉末食料品、又はその他の粉末製品、粒状製品、又は粒子状製品の個別の包装物又は容器への反復的な置換に容易に適合可能である。
【００３０】
また、例えば米国特許第６，８０５，１７４号に記載されているように、適当な装飾品を用いて複数のアプリケータホイール１８を充填動作に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による、空洞に計量した粒子材料を充填するための調整可能真空マニホールドを備えた高速アプリケータホイールの図解式横断立面図である。
【図２】本発明による、別の高速アプリケータホイールの代替的実施形態を示す図解式横断立面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  高速機械
１２  プラグ
１４  プラグラップペーパ
１６  空洞
１８  アプリケータホイール
２０  カーボン材料
２２Ａ  ベルト
２２Ｂ  ベルト
２４  ポケット
２６  カーボンシュート
２８  ホッパ
３０  ホイール駆動シャフト
３１  スペーサ要素
３２  穿孔スクリーン
３４  真空マニホールド３４
３６  ベアリングハウジング
３８  真空チャンバ
４０  供給ポート
４２  供給ポート
４４  充填チャンバ
４６  スクラッパバー
４８  真空逃がし溝
５０  空気ポート
５２  モータ
５４  動作装置メカニズム
６０  戻りトレイ
６２  スライドバルブ
６４  センサ
【図１】
2009538806.tif 000003
【図２】
2009538806.tif 000004
【国際調査報告】
2009538806.tif 000005
2009538806.tif 000006