(57)【要約】複数の段階を含む、複合フィルタ素材（１４）の製造方法である。第一段階では、紙のキャリヤ帯材（５０）がコンベヤ（３０）に沿って供給される。キャリヤ帯材の一方の縁に沿って、紙がそれ自身に対して折り返される。次に、繊維状フィルタ部分（２２）がキャリヤ帯材の上に離間した間隔で置かれる。間隔は、隣り合うフィルタ部分の間にキャビティ（１６）を形成する。載置されたフィルタ部分を有するキャリヤ帯材は、行程経路（１１０）に沿って細長いガイド（２６）又は支持チャンバの中に送給され、前記細長いガイド（２６）又は支持チャンバは紙で取囲まれたフィルタ部分（２２）の外周をほぼ取囲んでおり、また前記フィルタ部分（２２）は、キャリヤ帯材の移動方向に細長くされた細長い粒子充填開口（１１２）に対向する狭い充填開口（６２）を残している。同時に、真空又は吸引力が、狭い開口（６２）の近くに与えられて、吸引力が粒子状物質（２０）の重力供給の流れの下方への勢いを増大させるのと共に、遊離している粒子状物質を真空清掃する。同時に、キャビティは、キャリヤ帯材の行程の所定の経路に対応する長さ（Ｌ）に亘って粒子状物質で充填される。次に、折り曲げられていた縁（１０４）が、展開されて、充填開口を封止するために接着される。フィルタ素材は次に所定の長さに切断され、切断は分離した複合フィルタ部分を作り出すように位置を合わせて行われる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合フィルタ素材の製造方法であって：
ａ）繊維状フィルタ部分をキャリヤ帯材上に離間した関係で置いて、隣り合うフィルタ部分の間にキャビティを形成する段階と；
ｂ）載置されたフィルタ部分を有するキャリヤ帯材を行程経路に沿って細長い支持チャンバの中へ送給する段階であって、前記細長い支持チャンバは、フィルタ部分を保持しているキャリヤ帯材の外周をほぼ取囲むものであり、また前記キャリヤ帯材は、充填アセンブリの粒子充填開口に対向する狭い充填開口を残しており、また前記狭い充填開口は、キャリヤ帯材の移動方向に沿って細長くされている、載置されたフィルタ部分を有するキャリヤ帯材を行程経路に沿って細長い支持チャンバの中へ送給する段階と；
ｃ）同時に、真空又は吸引力を狭い充填開口の近くに作用させる段階であって、吸引力が、粒子状物質の重力供給の流れの下方への勢いを増大させると共に、遊離している粒子状物質を真空清掃する、真空又は吸引力を狭い充填開口の近くに作用させる段階と；
ｄ）同時に、キャリヤ帯材の行程の所定の経路に対応する長さに亘ってキャビティを粒子状物質で充填する段階と；
ｅ）フィルタ部分及び粒子状物質を封じ込めるシール部分を張り付ける段階と；を含んで成る、複合フィルタ素材の製造方法。
【請求項２】
吸引力が二つの吸引口によって与えられ、前記二つの吸引口の各々が狭い充填開口の対向する縁に沿って配設されている、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
粒子状物質が、活性成分と不活性成分との混合物である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
粒子状物質が芳香性粒子を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
真空清掃された粒子状物質が再利用される、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
分離した複合フィルタ部分を作り出すために、フィルタ素材が、フィルタ部分を通って切断されて所定の長さに切り離される、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
充填アセンブリが、接近する粒子状物質の流れの方に方向付けられた漏斗状開口を含むことにより、粒子状物質をキャビティの中に導きまた加速することを促進する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
狭い充填開口が、２ｍｍから３ｍｍの間の幅を有する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
高速で製造されるフィルタ製品であって、該フィルタ製品が粒子状物質でほぼ完全に充填されるキャビティを有し、該フィルタ製品が請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって製造される、フィルタ製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙巻きタバコのフィルタの製造に用いられる方法と装置とに関するものである。より詳しくは、本発明は、フィルタ組立て工程中に隣接する分離したフィルタプラグによって形成された別個のキャビティの中に粒子状物質を高速で充填するための方法と装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粒子状物質を充填されるキャビティを有する複合フィルタでは、キャビティの充填率が非常に重要である。何故なら、紙巻きタバコが口の中に置かれたとき、それはほぼ水平な平面に横たわる。従って、重力が粒子状物質をキャビティの頂部から引き下ろす。これは、煙の流れを抑制しない非保護で濾過しないバイパスを粒子状物質の上方に形成する。このバイパスがフィルタの濾過能力に与える影響は、まだ明らかにされていないが、フィルタ要素の幅に対するバイパスの幅の長さの比率に比較して不釣合いに大きい可能性がある。実際に、流体の流れの原理は、流体が最小抵抗の経路に沿って優先的に流れることを命令し、従って粒子状物質の濾過効率がそのような通過部分の存在によって著しく低下させられること示している。
【０００３】
引用することによってその内容が本明細書に組み入れられる、ウイリアムソン（Williamson）に対する米国特許第３３１２１５２号明細書を参照すると、フィルタのキャビティを充填することを試みた装置が開示されている。ウイリアムソンの装置は、粒子状物質をフィルタプラグの間の別個の空間に運ぶ。しかしながら、その装置の運転速度は、急速に通るキャビティを充填することに対して、重力のみに頼る非効率性の故に制限されている。
【０００４】
引用することによってその内容が本明細書に組み入れられる、米国特許第４０６３４９４号明細書及び米国特許第５９０８０３０号明細書に記載されたような従来技術の機械装置は、紙のキャリヤ帯材上に離間した関係で互いに隣接して配置されたフィルタ部分を受容する重力供給・車輪状受容マガジンを含んでいる。装填された帯材が、組立てチャネル又はガイドチャネルの中に、及び充填領域の方に持ち込まれ、前記充填領域では、紙が車輪上で受容溝の形に形作られる。引用することによってその内容が本明細書に組み入れられる、ニコルス（Nichols）に対する米国特許第４０１５５１４号明細書に記載されているように、キャビティの充填を促進するために隣接するフィルタ要素をまたいで真空が付与される。しかしながら、フィルタ部分の間隔が変化すること、及びアセチルセルロースフィルタの密度が変化することの両方から、キャビティをある濃度で充填することが不可能である。これは、最低充填率を保証するために、この目標レベルを超えてキャビティを著しく過剰充填するように工程が設定されなければならないことを意味している。業界は、高充填率を求めないことによってこれを補償してきた。このようにして工程は、目標充填率が十分に高いという条件で非常に高い変動を容認している。
【０００５】
さらに、業界により求められる充填率が低いという事実にもかかわらず、キャビティを粒子で完全に充填することが望ましい。何故なら上で説明したとおり、完全に充填されていないキャビティは、煙が粒子充填物質を迂回することを可能にし、その結果粒子が煙の中の望ましくない成分の除去に失敗するためである。
【０００６】
さらに、キャビティの過剰充填、又は粒子のキャビティからの散逸は、粒子を外側装飾又は紙のキャリヤ帯材に付着させ、従って粒子を最終製品の表面の近くに埋め込んで、見苦しい汚れ又はマークを残す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
求められていることは、商業的に実際的なやり方でフィルタキャビティを完全に充填する方法である。より具体的には、求められていることは、２００ｍ／分を超える速度にある活性炭フィルタキャビティを迅速に充填するための方法及び装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
複合フィルタ素材の製造方法が提供され、その方法は：
ａ）繊維状フィルタ部分をキャリヤ帯材上に離間した関係で置いて、隣り合うフィルタ部分の間にキャビティを形成する段階と；
ｂ）載置されたフィルタ部分を有するキャリヤ帯材を行程経路に沿って細長い支持チャンバの中へ送給する段階であって、前記細長い支持チャンバはフィルタ部分を保持しているキャリヤ帯材の外周をほぼ取囲むものであり、前記キャリヤ帯材は充填アセンブリの粒子充填開口に対向する狭い充填開口を残しており、狭い充填開口はキャリヤ帯材の移動方向に沿って細長くされている、キャリヤ帯材を送給する段階と；
ｃ）同時に、真空又は吸引力を狭い充填開口に隣接して作用させる段階であって、吸引力が、粒子状物質の重力供給の流れの下方への勢いを増大させ、また遊離している粒子状物質を真空清掃する、真空又は吸引力を狭い開口に隣接して作用させる段階と；
ｄ）同時に、キャリヤ帯材の行程の所定の経路に対応する長さでキャビティを粒子状物質で充填する段階と；
ｅ）フィルタ部分と粒子状物質を封じ込めるシール部分を張り付ける段階と；を含んでいる。
【０００９】
そのように、第一段階では、紙のキャリヤ帯材又は衣装がコンベヤに沿って送給される。キャリヤ帯材の一方の縁に沿って、紙が折り返されてそれ自身に接触する。次に繊維状フィルタ部分が離間した間隔でキャリヤ帯材上に置かれる。間隔は、隣り合うフィルタ部分の間にキャビティを形成する。載置されたフィルタ部分を有するキャリヤ帯材は、行程経路に沿って細長いガイド又は支持チャンバの中へ送給され、前記ガイドまたは支持チャンバは紙で囲まれたフィルタ部分の外周をほぼ取囲み、前記紙で囲まれたフィルタ部分は、キャリヤ帯材の移動方向に細長くされた粒子充填開口に対向する狭い充填開口を残している。同時に、吸引力又は真空が狭い開口に近接して作用され、吸引力は、粒子状物質の重力供給の流れの下方への勢いを増大させ、同時に遊離している粒子状物質を真空清掃する。キャビティは、同時に、キャリヤ帯材の行程の所定の経路に対応する長さに亘って粒子状物質で充填される。次に、折り畳まれていた縁が、狭い充填開口を封止するために展開されて接着される。代わりに、封止細片が狭い充填開口を封止して、フィルタ部分及び粒子状物質を封じ込めてもよい。次にフィルタ素材は所定の長さに切断され、切断は分離した複合フィルタ部分を形成するように位置を合わせて行われる。
【００１０】
他の特徴は、フィルタキャビティが、例えば炭のような粒子状物質で迅速かつ完全に充填されることである。
【００１１】
他の特徴は、活性炭の密度が、不活性充填物質の導入によって制御されることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
粒子状物質２０で充填されるキャビティ１６（図２で最もよく示される）を有する複合フィルタ素材１４を製造する装置１０と方法１２が提供される。ここで図１を参照すると、キャビティ２０は、例えばアセチルセルロースフィルタを作ることに伝統的に使用されているような二つのフィルタプラグ２２の間に形成される。粒子状物質２０は、好適には活性炭２４であるが、セピオライト、シリカゲル、及び不活性炭を含む、他の適切な活性又は不活性構成要素であってもよい。これら粒子状物質２０は芳香性粒子を含むことも可能である。
【００１３】
方法１２を実行できる装置１０は、米国特許第４２２３５９７号（その内容は引用することによって組み入れられる）にほぼ示されたものであり、装置１０では充填方法及び前記５９７号特許の充填部１２及び受容固定物が改良されている。
【００１４】
ここで図２を参照すると、装置１０はより詳細に示されている。装置１０は、ガーニチャ（garniture）又は成形用具本体２６、帯材コンベヤ３０、漏斗３２、コンベヤ３４、固体物質２０を収容しているホッパー３６、セパレータ室４０、及び真空動力ユニット４２を含んでおり、それらは関連する真空配管（例えば４４、４６）及び他の接続部品によって以下に説明されるように互いに接続されている。
【００１５】
運転の際に、真空動力ユニット４２は、空気を吐出ポート９２から吐出することによってセパレータ室４０内に真空を生み出す。遠心式分離器・フィルタ５６が、充填アセンブリ６４から真空配管４４を通して吸引された粒子状物質２０が浮遊している空気からごみを濾過する。この真空作用は、キャビティ１６に対する開口６２の両側に配設された排出スリット６０を介して、充填アセンブリ６４の中で遊離している粒子を排出する。空気中の粒子状物質２０はセパレータ室４０の底に落下し、また密閉回転空気止め通路５２を通ってホッパー３６内に入り込む。回転空気止め通路５２は、セパレータ室４０とホッパー３６が実質的に異なる圧力を有することを可能にし、その際ホッパーの圧力はほぼ大気圧である。供給ライン５４は、ホッパーに追加の固体物質２０を必要に応じて供給する。ホッパー３６は、粒子状物質２０をコンベヤベルト３４上に堆積させる。コンベヤベルト３４は、固体物質２０をホッパー３６から漏斗３２の上方の領域まで、次いで漏斗３２の中へ運ぶ。流れの方向に沿って次第に狭まる広い開口を有する漏斗３２の漏斗状入口３３は、粒子状物質２０の加速を引き起こす。
【００１６】
ガーニチャ２６及び帯材コンベヤ３０は、帯材５０（図３ａに示される）を充填アセンブリ６４の中で案内して位置決めする。漏斗３２は固体物質２０をキャビティ１６内に導く。固体物質２０は、（排出スリット６０を経由する）真空のある程度の補助を受けつつコンベヤベルト３４から重力供給される。
【００１７】
ここで図３ａ〜３ｅを参照すると、装置１０の充填アセンブリ６４が示されている。分かり易くするために、断面Ａ及びＢがフィルタアセンブリ１４の運動の線に直交して示され、また断面Ｃがフィルタアセンブリ１４の運動の線に沿って示されている。
【００１８】
充填アセンブリ６４は、下ガーニチャ６６と、左部分７０及び右部分７２を有する上ガーニチャとを含む。マニフォールド７４が、ガーニチャ２６を覆い、かつ漏斗３２に取り付け台を提供し、また前記漏斗３２は二つの端キャップ７６及び８０を有している。マニフォールド７４は、排出スリット６０、チャネル８２及び８４、並びに出口ポート８６及び９０を含んだ真空通路を形成している。真空は、粒子状物質２０を各キャビティ１６の中に引き入れることを促進する一方で同時に、開口６２の両側及びフィルタ部分２２の露出部分に落ちた粒子を吸引して取り去る。
【００１９】
ここで図４を参照すると、方法１２はいくつかの段階を含んでいる。第一段階１００では、紙リボン又はキャリヤ帯材５０が帯材コンベヤ３０に沿って送給される。キャリヤ帯材５０の一方の縁１０２に沿って、紙はそれ自身に対して折り返されて折り曲げ部１０４を形成する。第二段階では、繊維状フィルタ部分２２が、キャリヤ帯材５０上に離間した間隔で置かれる。フィルタ部分２２の間隔は、隣接するフィルタ部分の間にキャビティ１６を形成する。第三段階１０８では、キャリヤ帯材５０は載置されたフィルタ部分２２と共に行程経路１１０に沿ってガーニチャ２６の中へ送給され、前記ガーニチャ２６はフィルタ部分２２の周囲をほぼ取囲んでおり、また前記フィルタ部分２２は、狭い充填開口６２を残しており、前記狭い充填開口６２は、幅が２から３ｍｍの間のもので、粒子充填開口１１２に対向している。粒子充填開口１１２は、図３ｅの矢印Ｙで示されるキャリヤ帯材５０の運動方向１１０に沿って細長くされている。
【００２０】
第四段階１１４では、狭い開口６２の対辺に隣接してある排出スリット６０に吸引力又は真空が同時に付与され、その結果吸引力は、重力供給の下方への勢い及び粒子状物質２０の真空に補助された流れを増し、また遊離している粒子状物質２０（こぼれた物質としても知られる）を真空清掃する。これは、折りたたみ部１０４が狭い開口を封止するために狭い開口６２を横切って戻されたとき、粒子状物質２０が、重なり領域１１６（ここに折りたたみ部１０４が付着する）と折りたたみ部との間に積層されることを防ぐ。そのように捕えられた粒子状物質２０は、製品の欠陥としてみなされまた生産工程が認められない理由になる。第五任意選択段階１１８では、真空除去された粒子が次に再利用され、それが空気止め通路５２を通過する際に再加圧され、その後それはホッパー３６内に堆積される。こうしてそのような欠陥は回避される。
【００２１】
第六段階１２０では、キャビティ１６が、キャリヤ帯材５０の行程経路１１０に対応する（図３ｅに示される）所定の長さＬに亘って粒子状物質２０で同時に充填される。第七段階１２２では、折り曲げられて重なっていた縁１０４が、狭い充填開口６２を封止するために展開されて接着される。代わりに、米国特許第４２２５５９７号に記載されているような封止細片が、狭い開口６２を封止してフィルタ部分２２と粒子状物質２０とを封じ込め、ガーニチャ２６から出るフィルタ素材を作り出すことが可能である。第八段階１２４では、次にフィルタ素材は所定の長さに切断され、その際切断がフィルタ部分２２を通って行われるように位置合わせをされており、かくして分離した複合フィルタ部分が作り出され、前記分離した複合フィルタ部分は、紙及びタバコと一つに組み合わせられて紙巻きタバコを形成することができる。
【００２２】
本発明の方法１２及び装置１０を用いることにより、充填率が、粒子状物質の流速に直接的に比例して、充填率９５％まで残存することが実験で示されている。こうして、方法１２は、消費者の要求に対する充填率の簡単で正確な調節を可能にする。
【００２３】
本発明の代替実施例では、粒子状物質２０は、活性物質（活性炭２４）及び不活性物質（例えば不活性充填剤２５）から作られる。活性粒子状物質又は不活性粒子状物質であれ、粒状形状は、この特性が、キャビティの狭い開口の方に粒子が加速され得るところの速度に影響するので非常に重要である。このように、フィルタ内の活性炭２４の量は、実験に基づいて変えられて最適化されることが可能である。さらに、活性炭２４が備える風味及び紙巻きタバコの濾過特性への影響がうまく制御されることが可能である。活性炭２４の量をこの方法（充填剤を追加することによる）で制御することが必要であるのは、フィルタ要素２２の間の開口６２の長さに変動があるためにキャビティ１６のサイズを縮小することが不可能であるためである（即ち、組立て工程全体の速度は、フィルタ要素２２がキャリヤ帯材５０上で非常に正確に間隔を空けることができないようなものであって、フィルタ要素２２が理想的な相対位置から両方向で０．５ｍｍ変動するようなものであるためである）。さらに、最も広く使用されて入手可能な活性充填剤である活性炭２４は、単一状態でのみ入手可能である。活性炭２４は、例えば５０％活性の状態で経済的な価格で注文することができない。さらに、活性物質対不活性物質の比率は、それらの混合物を装置１０の粒子ホッパー４０に配置する前に、活性物質と不活性物質を事前に混合することによって正確に制御可能である。
【００２４】
本発明の利点は、２５０ｍ／分で、又はキャビティを完全に充填する任意の競合的工程より五倍速く充填することが可能なことである。
【００２５】
本発明の他の利点は、送給速度及び細長い充填開口の長さの関数として、フィルタキャビティを完全に充填することが可能なことである（１００％までの充填が可能）。
【００２６】
複数の変更及び変形が、本書で記載された本発明の実施例で可能である。本発明の特定の例示的な実施例が本書で示されて説明されてきたが、広い範囲の変形、変化、及び置き換えが前述の開示において考えられる。ある場合には、本発明のいくつかの特徴は、他の特徴の対応する使用なしに採用されることがある。従って、前述の説明がただ説明と例示のためだけに提示されたものとしてひろくみなされて理解されること、及び本発明の精神と範囲が特許請求の範囲によってのみ限定されることが適切である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】部分的に組み立てられた本発明のフィルタ部分の斜視図である。
【図２】本発明を実施可能な装置の概略図である。
【図３ａ】本発明の粒子状物質充填アセンブリの斜視図である。
【図３ｂ】図３ａの平面Ａにほぼ沿って得られた、粒子状物質充填アセンブリの、ずらして並べられた断面の斜視図である。
【図３ｃ】図３ｂの正面断面図である。
【図３ｄ】図３ａの平面Ｂにほぼ沿って得られた、粒子状物質充填アセンブリの正面断面図である。
【図３ｅ】図３ｄに示された平面Ｃに沿って得られた、図３ａのアセンブリの断面斜視図である。
【図４】本発明の方法の流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【国際調査報告】
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