(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維の束をロッド状に成形するためのダイ集成体であって、このダイ集成体は、ダイとハウジングとを含み、
ダイは、流入口から流出口へとダイを通って繊維の束を案内するためであって、下流方向にテーパーし、下流端で形成セクションと連通する流入口セクションを有する経路を画定する本体と、経路内で流入口セクションと形成セクションの間の接合部にある形成セクションへの入り口によって設けられ、繊維束がダイを通過する際に束の繊維を所望の構造に形成するような形になっている収縮部と、収縮部への入り口のすぐ下流で、ダイを通る繊維束の移動方向に対向しない方向に加熱された流体を成形セクション内に放出するように配置されている本体内にある少なくとも１つの導管とを有し、
ハウジングは、加熱された処理流体が導入されるチェンバーを画定し、
チェンバーは、加熱された処理流体からの熱をチェンバーからダイの本体を通る成形セクションおよび流入口セクションの一部へと主に伝えるように構成され、
本体内の前記少なくとも１つの導管は、加熱された処理流体をチェンバーから経路内に導入するためにチェンバーと経路を連通し、
経路内に導入された処理流体からの熱と、チェンバー内にありダイの本体を介して流入口セクションと成形セクションへと伝えられる処理流体からの熱が経路内に導入された繊維の束を硬化させる、ダイ集合体。
【請求項２】
前記導管は、ダイを通る繊維の束の移動方向に対して９０度以下の角度で前記経路内に流体を案内するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のダイ集成体。
【請求項３】
前記経路は、経路への流入口を含む流入口セクションと、収縮部を含む成形セクションとを含み、収縮部への入り口は、成形セクションと流入口セクションとの接合部にあることを特徴とする請求項１または２記載のダイ集成体。
【請求項４】
前記経路は、収縮部の方にテーパーした流入口セクションを含むことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載のダイ集成体。
【請求項５】
前記経路は、経路の流出口を含み、これは収縮部を含む経路のセクションと連通している流出口セクションを含むことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載のダイ集成体。
【請求項６】
前記流出口セクションは、収縮部によって画定された円周輪郭より大きい円周輪郭を画定することを特徴とする請求項５記載のダイ集成体。
【請求項７】
前記ダイは、熱が経路の隣接するセクションへ選択された割合で伝えられるようにチェンバーからダイの本体を介して経路へ熱を伝えるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載のダイ集成体。
【請求項８】
主に収縮部を含む経路のセクションを介して経路に熱を伝えるように構成されていることを特徴とする請求項７記載のダイ集成体。
【請求項９】
主に収縮部と流入口を含む経路のセクションを介して熱を伝えるように構成されていることを特徴とする請求項７記載のダイ集成体。
【請求項１０】
主に収縮部と流出口を含む経路のセクションを介して熱を伝えるように構成されていることを特徴とする請求項７記載のダイ集成体。
【請求項１１】
ダイのセクションの相対的な長さは、所望の割合でこれらセクションへ熱を伝えるように選択されることを特徴とする請求項７乃至１０いずれか１項記載のダイ集成体。
【請求項１２】
繊維の束を管に形成するために繊維の束の経路に配置されるように構成されたマンドレルをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１１いずれか１項記載のダイ集成体。
【請求項１３】
前記マンドレルは、ダイに隣接するマンドレル集成体に取り付けられ、そこからダイの経路内に突出するように構成され、マンドレル集成体は、繊維の束をマンドレル上におよびダイの経路内に案内するように構成されていることを特徴とする請求項１２記載のダイ集成体。
【請求項１４】
ダイの収縮部は、マンドレルと経路の壁の間に形成されていることを特徴とする請求項１２または１３記載のダイ集成体。
【請求項１５】
前記マンドレルは、束がマンドレル上を通過する際に繊維束に処理流体を送出するための導管を画定していることを特徴とする請求項１２乃至１４いずれか１項記載のダイ集成体。
【請求項１６】
前記マンドレルの導管は、マンドレル上の繊維材の束に処理流体をマンドレル上の束の移動方向に対向しない方向に送出するように配置されていることを特徴とする請求項１５記載のダイ集成体。
【請求項１７】
前記マンドレルの導管は、繊維束内に流体を束の移動方向に対して鋭角で放出するように配置されていることを特徴とする請求項１６記載のダイ集成体。
【請求項１８】
ダイにさらなる別の導管を含み、これを介して流体がダイの中の繊維を処理するために経路内に導入され、この別の導管は、収縮部の上流の経路の流入口セクション内に流体を放出するために構成され、配置されていることを特徴とする請求項１乃至１７いずれか１項記載のダイ集成体。
【請求項１９】
前記流入口セクションは、上流セクションおよびそれより断面積の小さい下流セクションを含み、別の導管は上流および下流セクションの接合部の近傍で経路内に流体を放出するように構成され、配置されていることを特徴とする請求項１８記載のダイ集成体。
【請求項２０】
繊維の束をロッド状に成形するための装置であって、連続する繊維の供給を受け、繊維が装置内を進む際に繊維を束に収集するように構成された収集装置と、繊維の束を収容し、束をロッド状に成形するために配置された請求項1乃至１９いずれか１項記載のダイ集成体とを含む装置。
【請求項２１】
装置を通る繊維の束の経路に配置され、束がマンドレルの方へ前進する際に束の長さに沿って割れ目を形成するように構成された分割器をさらに含むことを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
繊維の束を収容するための流入口と繊維のウェブが束として引き抜かれる流出口を有し、これら流入口と流出口との間にテーパーした構造の長手方向に延びた経路を画定する成形錐体をさらに含み、前記分割器は、これら流入口と流出口との間を延びた成形錐体の経路内に突起を含むことを特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記マンドレルは、繊維の束を収容するように構成された管状のケーシングに取り付けられ、分割器は、マンドレルをケーシングに接続する支持体を含むことを特徴とする請求項２１または２２記載の装置。
【請求項２４】
請求項２０乃至２３いずれか１項記載の繊維の束をロッド状に成形するための装置に繊維の束を供給するための装置であって、この装置は、メルトブローヘッドと繊維収集モジュールとを含み、メルトブローヘッド内に溶融したポリマーが吸入マニホルドを介して導入され、固まると多様な連続した小さい径の繊維を形成する溶融したポリマーの薄い流れの形体でメルトブローヘッドから噴射列を介して出て、収集モジュールは、メルトブローヘッドの垂直方向下方に配置され、繊維を受け、繊維の束をロッド状に成形するための前記装置へ繊維を搬送する装置。
【請求項２５】
流入口から流出口へとダイを通って繊維の束を案内する経路を画定する本体と、この本体内に位置する少なくとも１つの導管とを含むダイ集成体で繊維の束をロッド状に形成する方法であって、この方法は、繊維を長尺の束状に収集することと、繊維の束のための所望の円周輪郭を画定する収縮部を通過するように束を前進させることと、繊維の束を硬化させる加熱された処理流体を繊維が収縮部に入った際に前記少なくとも１つの導管を介して導入することとを含み、処理流体は、繊維の束がダイを通る際の進行方向に対向しない方向に束内に導入される方法。
【請求項２６】
前記加熱された処理流体は、スチーム、水蒸気、または加熱された気体または蒸気であることを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記ダイ集成体は、チェンバーを画定するハウジングをさらに含み、前記少なくとも１つの導管は、チェンバーと経路を連通し、前記方法は、チェンバー内の加熱された処理流体の熱がダイの本体を介して経路に伝えられるように加熱された処理流体をチェンバーに導入することを含み、前記少なくとも１つの導管を介して導入された前記加熱された処理流体は前記チェンバーから前記少なくとも１つの導管を通過することを特徴とする請求項２５または２６記載の方法。
【請求項２８】
繊維の束をマンドレルの周囲で管状構造に閉じることと、繊維をマンドレルから管状ロッドとして分離することとをさらに含むことを特徴とする請求項２５乃至２７いずれか１項記載の記載の方法。
【請求項２９】
束の長さに沿って割れ目を形成するために長尺の束の収集された繊維を分けることと、割れ目内にマンドレルを導入することと、束をマンドレル上で支持しながら収縮部内を進めることと、硬化させた繊維の束を管状ロッドとしてマンドレルから除去することとをさらに含むことを特徴とする請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
加熱された処理流体がマンドレルを介して束内に導入されることを特徴とする請求項２８または２９記載の方法。
【請求項３１】
繊維が繊維性材の原料から供給されることを特徴とする請求項２５乃至３０いずれか１項記載の方法。
【請求項３２】
繊維が連続する製造工程によって供給されることを特徴とする請求項２５乃至３０いずれか１項記載の方法。
【請求項３３】
繊維がメルトブロー処理によって製造されることを特徴とする請求項３２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許明細書は、繊維材からなるロッド、特に紙巻きタバコに使用するためのフィルターロッドを形成するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維材からなるロッドは、繊維を長尺の束に収集し、収集された繊維をダイの中を通過させて繊維を所望の形および大きさのロッドに圧縮または成形し、次に繊維の束を所望の形状に固定するために繊維を処理流体に晒して硬化させることによって形成することができる。例えば、繊維が熱を加えることによって軟化させることが可能な熱可塑性材で構成されている場合、そのロッドは、例えばダイの中の繊維を繊維同士の接触点で溶解させて安定構造に形成するために充分な温度のスチームと接触させることによって硬化させることができる。
【０００３】
この技術は、中実の断面のロッドまたは管状ロッドを製造するために使用できる。管状ロッドを形成するためにダイおよび周囲で繊維を管状に形成することができるマンドレルを含むダイ集成体を使用してもよい。例えば、ダイは、その中を通る中央経路を有してもよく、マンドレルをその中央経路内に位置させて、ダイとマンドレルの間に繊維の束を通過させる環状の空間を画定する。
【０００４】
ロッドまたは管の製造用出発原料は、繊維からなるトウなどの比較的低密度の繊維束である。高速で高密度のロッドまたは管を製造するために、製品を形成するために高供給量および圧縮力がダイ集成体に必要とされ、その結果として製造工程がダイ集成体内が塞がれることによる不具合が生じやすくなる。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書は、繊維の束をロッド状に形成する方法を開示し、この方法は大まかに、繊維を長尺の束状に収集することと、繊維の束のための所望の円周輪郭を画定する収縮部を通過するように繊維を前進させることと、繊維を硬化させる処理流体を繊維が収縮部に入った際におよび／または繊維の束がダイを通る際の進行方向に対向しない方向に束内に導入することとを含む。
【０００６】
収縮部への入り口でまたはその近くで処理流体を導入することで特に管状のロッドの製造の場合に繊維の圧縮および成形を容易にすることができる。
【０００７】
また繊維の成形は、収縮部を通る束の移動方向に対向しない方向に処理流体を導入することによって容易になる。
【０００８】
また本明細書は、ダイおよび繊維の束をロッド状に成形するためのダイの使用を開示し、ダイは、流入口から流出口へとダイを通る経路を画定する本体と、束がダイを通過する際に所望の構造に繊維の束を成形するような形の入り口を有し、経路内に配置された収縮部と、繊維の束を硬化させる処理流体が経路内に導入される際に通過する１つ以上の導管とを含み、その内の少なくとも１つの導管は、収縮部への入り口の間近におよび／またはダイを通る繊維の束の移動方向に対向しない方向に流体を放出するように配置されている。
【０００９】
また本明細書は、繊維の束をロッド状に成形するための装置を開示し、この装置は、連続する繊維の供給を受け、繊維が装置内を進む際に繊維を束に収集するように構成された収集装置と、繊維の束を受け、束をロッド状に成形するために配置された本明細書に開示するダイとを含む。
【００１０】
本明細書に開示するダイは、ダイおよび他の部品を含むダイ集成体に組み入れてもよい。例えば、ダイ集成体は、追加の構造部品を含んでもよく、これを用いてダイに処理流体を供給してもよい。これとは別にまたは加えてダイ集成体は、ダイを加熱するための構造部品を含んでもよい。
【００１１】
１つの実施態様ではダイ集成体は、処理流体が導入されるチェンバーを画定するハウジングと、チェンバーに取り付けられた本明細書に開示するダイとを含み、導管の少なくとも１つがチェンバーと経路を連通させ、これにより流体が収縮部への入り口の間近でチェンバーから経路内に導入される。
【００１２】
処理流体は、高温流体、例えばスチームまたは水蒸気または加熱された気体または蒸気であってもよい。ダイは、ダイの本体がチェンバーからダイを通る通路へ熱を伝えるように集成体に取り付けてもよい。例えば、チェンバーは、チェンバー内に高温流体を導入することによってダイが加熱されるようにダイの周囲にジャケットを形成するように構成されてもよい。ダイは、金属または他の伝熱材料で構成されてもよく、熱をダイの本体を通して経路へ伝えるために取り付けてもよい。
【００１３】
１つの実施態様ではダイを通る経路は、経路への流入口を含む流入口セクションと、収縮部を含む成形セクションとを含み、収縮部への入り口は、成形セクションと流入口セクションとの接合部にある。
【００１４】
成形セクションは、一般に収縮部から下流に延び、繊維束を硬化させながら所望の形、大きさまたは構造に繊維束を維持する形になっている。成形セクションは、繊維を所望の構造に半径方向に圧縮し、繊維の束がダイ内を進む際に繊維を圧縮された状態に保持するように構成されてもよい。成形セクションは、例えば流入口より小さい断面積の領域を画定してもよい。
【００１５】
一部の実施態様ではダイを通る通路は、流出口セクションをさらに含んでもよく、これは経路からの流出口を含み、収縮部を含む経路のセクションと連通している。流出口セクションは、一般に成形セクションから下流に延び、硬化した繊維束を成形セクションと流出口の間で案内または支持する形になっている。流出口セクションは、成形セクションの収縮部によって画定された輪郭に等しいまたはそれより大きい円周輪郭を画定してもよい。流出口セクションが成形セクションより大きな内部円周輪郭を有する場合、このような実施態様で形成されたロッドは、ダイの流出口セクションの壁とあまり接触せず、従って成形セクションで処理流体と接触した後、より速く冷える。
【００１６】
１つの実施態様では流入口セクションは、流入口から収縮部への入り口へと延びた経路の一部を画定し、成形セクションは、入り口から流出口の方に延びた経路の一部を画定し、収縮部を組み入れ、任意の流出口セクションは、成形セクションから流出口へと延びている経路の一部を画定している。
【００１７】
ダイは、ダイを通る熱を選択された割合で経路のセクション、特に流入口セクション、成形セクション、流出口セクションおよびこれらの組み合わせに伝えるように構成してもよい。例えば、１つの実施態様ではダイは、主に成形セクションを通る経路または収縮部を含む経路のセクションに熱を伝えるように構成してもよい。別の実施態様ではダイは、収縮部および流入口を含む経路のセクションを主に通る経路または成形セクションおよび流入口セクションの両方を通る経路に熱を伝えるように構成してもよい。別の実施態様ではダイは、成形セクションおよび流出口セクションを主に通る経路または収縮部および流出口を含む経路のセクションを介して熱を伝えるように構成してもよい。
【００１８】
経路の種々のセクションへ熱を所望の割合で伝えることは、流入口セクション、成形セクションおよび流出口セクションの相対的な長さを選択することによってロッドまたは管の製造に使用される特定の繊維に適した熱の移動の所望の相対比率を供することで実行してもよい。１つの実施態様では流入口セクションは、成形セクションより軸方向に長くてもよい。例えば、成形セクションの長さと流入口セクションの長さの比は、１：１から１：５以上の範囲、例えば１：１〜１：２、１：１〜１：２．５、１：１〜１：３、１：１〜１：３．５、１：１〜１：４または１：１〜１：１．５の範囲内であってもよい。
【００１９】
他の実施態様では流出口セクションは、成形セクションと同じまたはそれより短くてもよい。例えば、流出口セクションの長さに対する成形セクションの長さの比は、１：１から１：０．１の範囲、例えば１：１〜１：０．１、１：１〜１：０．２、１：１〜１：０．４、１：１〜１：０．６、１：１〜１：０．８または１：１〜１：０．９の範囲内であってもよい。一部の実施態様では流出口セクションは、成形セクションより長くてもよい。例えば、流出口セクションに対する成形セクションの長さの比は、１：１〜１：５以上、例えば１：１〜１：２、１：１〜１：２．５、１：１〜１：３、１：１〜１：３．５または１：１〜１：１．４または１：１〜１：１．５の範囲内であってもよい。
【００２０】
ダイの個々のセクションへ伝える熱の割合は、種々の温度の種々のセクションに外部熱を加えるまたは除去する、例えば種々の割合で種々のセクションを外部から加熱するまたは冷却する、または種々のセクションに異なる材料を使用する、またはセクションを別々に絶縁することによって選択的に変えてもよい。
【００２１】
流入口セクションまたは少なくともその一部は、繊維を収集し、束を成形セクション内に案内するために成形セクションの入り口で収縮部の方にテーパーしてもよい。テーパーしたセクションの円錐角（即ち、流入口セクションのテーパーした内面が位置する円錐の頂角）は、ダイを通る繊維の軸方向の移動に対する抵抗に影響を与える。円錐角が小さい面は抵抗が小さいが、長く延び、ダイ集成体または装置内の利用可能なスペース内に納めることが難しくなる。テーパーしたセクションには、例えば１０°、２０°、２５°、３０°、３５°４０°、５０°、７０°、８０°、９０°、１２０°、１４０°または１６０°、最大で１８０°のいずれかからいずれかまでの範囲の円錐角を設けてもよい。同じ特徴をテーパーしたセクションの半円錐角、即ち経路の中央軸と同じ軸方向の面の流入口の上のラインとの間の角度についても説明することができる。半円錐角度は、対応する円錐角の値の半分、即ち５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３５°、４０°、４５°などで最大で９０°のいずれかの値からいずれかの値の範囲の内にある値になる。
【００２２】
ダイの導管内の少なくとも１つ、通常は２つ以上の導管が収縮部への入り口の間近に流体を放出するように配置されている。繊維束が収縮を受ける経路の領域へ処理流体を送出することで、例えば繊維の可塑化、潤滑、改良された熱伝導または収縮部を通る材料の流れに対する動的な補助の結果としてダイを通る繊維の流れを良くすることができる。
【００２３】
導管からの流出口は、収縮部の入り口、例えばダイを通過する際に繊維束がその所望の構造に収縮される領域と一致する経路の軸方向の長さに沿ったポイント、例えば成形セクションへの入り口に配置してもよい。これとは別に導管流出口は、収縮部への入り口の近く、例えばその僅かに上流または僅かに下流に配置されてもよい。成形セクションへの入り口に対する導管流出口の最適位置は、ダイの大きさ、導管の数、導管とダイの成形セクションの相対的な大きさなどの因子によって変わる。流出口は、繊維が入り口を通過する際に繊維にスチームまたは他の硬化流体を送出するために入り口に充分近くなければならない。
【００２４】
入り口の間近に流出口を配置することは、繊維束内に流体、例えばスチームを束への圧縮力が最大になるポイントで送出することになる。この圧縮力は、入り口を通るダイ内の繊維の通過を妨げ、繊維束を後退させるまたはダイへの入り口のすぐ上流でダイが繊維束で塞がれてしまう場合がある。この領域でダイ内に処理流体を案内することによって、ダイ内を繊維が通過しやすくなり、ダイの封鎖の発生率を小さくする。
【００２５】
入り口までの流出口の近さは、ダイの経路と交差する流出口の中央と成形セクションへの入り口との間の距離を成形セクションの長さの割合として表すことによって数量化してもよい。
【００２６】
目安として、流出口の中央が成形セクションへの入り口と一致する場合、近さは、０と表される。流出口の中央が入り口の下流にある場合、近さは、通常形成セクションの長さの０〜２０％、例えば成形セクションの長さの０〜２０％、０〜１８％、０〜１５％、０〜１２％、０〜１０％、０〜８％または０〜３％になる。
【００２７】
また入り口までの流出口の近さは、流出口の中央と成形セクションへの入り口の間の経路に沿った軸方向の距離を導管の幅の倍数として表すことによって数値化してもよい。例えば、流出口の中央が成形セクションへの入り口と一致する場合、近さは、０となる。流出口の中央が入り口から上流または下流方向に離れている場合、流出口の中央と収縮部への入り口の間の距離は、流出口での導管の幅または横断面の０．５倍以下、１倍以下、１．５倍以下、２倍以下、２．５倍以下、３倍以下、３．５倍以下または５倍以下、６倍以下、７倍以下、８倍以下、９倍以下、１０倍以下、１２倍以下、１５倍以下、１８倍以下、２０倍以下であってもよい。
【００２８】
また収縮部を通る束の移動方向に対向しない方向に処理流体が導入されれば、繊維をロッドまたは管状に形成しやすくなる。例えば、導管の流出口は、ダイを通る通路内に流体を経路の軸に対して大まかに半径方向にまたは直角に放出するように配置されてもよく、または導管は、経路内に流体を経路の軸に対して鋭角で、例えばダイを通る繊維の束の移動方向に対して９０度を大きく超えない角度で、場合により移動方向に対して１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０または８０度で放出するように配置されてもよい。これらの構造において導管の流出口は、流体を経路の流出口の方へほぼ下流方向に導く。もし９０度を僅かに超える角度（例えば移動方向に対して９５〜１００°以下）で案内されると、流体の流れは、まだダイを通る繊維の束の移動を著しく妨害せず、まだ流体の流れの運動エネルギーは、繊維の束の圧縮および成形そしてダイ内の繊維の移動を補助する。９０°を大幅に超える、例えば１００〜１８０°の方向では、束によって繊維に及ぼされる力のかなりの成分が収縮部を通る繊維の移動に反し、繊維束の圧縮および成形を妨げる。
【００２９】
収縮部の近傍でのまたは収縮部でのまたはそのそばでの導管の正確な最適構造は、そのポイントでのダイ集成体自体の構造およびダイ集成体を通る通路およびあらゆるマンドレルの構造に依存する。
【００３０】
さらに別の導管を設けて、そこを介して成形セクションへの入り口の上流または下流の経路別の位置で繊維を処理するために流体が経路内に導入されるようにしてもよい。特に１つ以上の別の導管を設けて、収縮部に入る前に繊維の予備処理を行うために例えば繊維の可塑性を上げるために収縮部の上流の流入口セクション内に流体を放出するようにしてもよい。１つの実施態様では流入口セクションは、上流セクションおよびそれより断面積の小さい下流セクションを含み、別の導管は、上流および下流セクションの接合部の近傍で経路内に流体を放出するように配置される。
【００３１】
管の製造用にダイまたはダイ集成体は、繊維の経路に位置するマンドレルをさらに含み、繊維の束がマンドレル上を進む際にマンドレルの周囲で繊維を管状構造に形成するようにしてもよい。マンドレルは、束がマンドレル上を進む際にそれが管状構造に形成されるようにダイの経路に配置してもよい。収縮部は、マンドレルと経路の壁の間の環状の空間に形成され、これは経路と比較して小さい断面積を有する。
【００３２】
マンドレルは、均一な半径方向の断面を有してもよく、経路の長さの一部に沿って経路を収縮するために経路の一部を通って延びるように経路内に同心に取り付けられる。別の実施態様ではマンドレルに１つのセグメントを設け、これは隣接するセグメントより大きな断面を有し、この断面の大きなセグメントは、その隣接するセグメントより経路を大きく収縮するようにしてもよい。
【００３３】
１つの実施態様ではマンドレルは、ダイに隣接するマンドレル集成体に取り付けられ、そこからダイの経路内に突出し、マンドレル集成体は、繊維の束をマンドレル上にそしてダイ集成体の経路内に案内するように構成されている。ロッドを形成するための装置に組み込まれる場合、マンドレル集成体は、ダイ集成体の上流で繊維束の経路に配置してもよく、マンドレルはそこから下流にダイ集成体を通る経路内に突出してもよい。
【００３４】
装置がマンドレルを含む場合、導管の１つ以上を束がマンドレルを通過する際に繊維束に処理流体を送出するためにマンドレル内に設けてもよい。例えば、マンドレルに処理流体を導入するための流入口とマンドレルの表面と連通する流出口を有する経路を設けてもよい。
【００３５】
従って、本明細書の開示は、具体的にはマンドレルを含む、繊維材からなる管状ロッドを形成するための装置を含み、このマンドレルは、繊維の束がマンドレル上を進む際に繊維の束を通る経路を形成するように構成され、このマンドレルには処理流体を導入するための流入口とマンドレルの表面と連通する流出口を有する経路が設けられている。
【００３６】
また本明細書は、繊維材からなる管状ロッドを形成する方法を開示し、この方法は、繊維を長尺の束に収集することと、束の繊維をマンドレルの周囲で閉じて管状構造にすることと、マンドレルから繊維を分離して管状ロッドとすることとを含み、処理流体がマンドレルを介して束内に導入される。
【００３７】
処理流体がマンドレル上の繊維の移動方向に対向しない方向に導入されれば、マンドレルの周囲に繊維をロッドまたは管状にさらに形成しやすくなる。例えば、マンドレルの経路は、マンドレル上を繊維が移動する方向に対して大まかに半径方向にまたは直角にまたはその方向に対して鋭角に、例えば繊維束の移動方向に対して９０度を大きく超えない角度で、場合により移動方向に対して１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０または８０度で流体を放出するように配置されてもよい。これらの構造において流体は、移動方向の下流で繊維束内に案内される。９０°を僅かに超える角度（例えば、移動方向に対して９５°以下）で案内されたとしても、流体の流れはマンドレル上の繊維の束の移動に著しく対向せず、まだ流体の流れの運動エネルギーは、それでもマンドレルの周囲またはマンドレル上での繊維の束の圧縮および成形を補助する。９０°を大幅に超える、例えば１００〜１８０°の方向では、流体によって繊維に及ぼされる力のかなりの成分がマンドレル上の繊維の移動に著しく反し、繊維束の圧縮および成形に対して有益でなくなる。
【００３８】
管を形成するためマンドレル上の繊維は、繊維の経路にあり、繊維がマンドレルおよびダイ集成体の方へ前進する際に繊維の束の長さに沿って割れ目を形成するように構成された分割器を設けることによって流れやすくなる。長尺の束の収集された繊維は、分けられて束の長さに沿って割れ目を形成し、マンドレルは割れ目内に導入され、束の繊維は管状構造のマンドレルの周囲で閉じられ、束はマンドレル上で支持されながらダイ内を進められ、繊維は硬化させられ、繊維の束はマンドレルから管状ロッドとして取り外される。
【００３９】
マンドレルの導入前に繊維束に割れ目を形成することで、管が形成しやすくなり、マンドレルと繊維の束とのずれによる不具合のリスクを軽減することができる。割れ目は、束を別々の部分、例えば２つの個別の束に分割してもよく、またはこれとは別に割れ目は、束の一部、例えば束の厚みの２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％または８０％を延びた凹部の形状であってもよい。
【００４０】
分割器は、マンドレルの上流で装置を通る繊維の経路に取り付けられた壁、ピン、ブレード、すきまたは他の形状のものであってもよい。分割器は、束になった繊維に例えば繊維の束に湾曲またはＶ字状の面または縁部を呈する割れ目を形成しやすい形状にその上流端部で形成されてもよい。
【００４１】
１つの実施態様ではダイおよびダイ集成体は、繊維の束をロッド状に成形するための装置に使用され、この装置は、連続して供給される繊維を受け、繊維が装置内を進む際に繊維を束状に収集するように構成された収集ステーションを含む。本発明の装置は、成形錐体を含んでもよく、これは、繊維を収容するための流入口と繊維のウェブが束として引き抜かれる流出口の間でテーパーした構造の長手方向に延びた経路を画定する。この実施態様では分割器は、繊維の束に長手方向に延びた割れ目を形成するために流出口を横断して突出するように経路内に配置してもよい。
【００４２】
ここに開示する方法および装置は、繊維材の原料、例えば繊維トウのベールからまたは連続的な製造工程または装置、例えばメルトブロー、溶融紡糸、電解紡糸法によってまたは当業者に知られている繊維を作製する他の工程によってまたは装置から直接的に供給される繊維から繊維を加工するために使用してもよい。
【００４３】
繊維トウは、例えばセルロースアセテートなどの捲縮繊維から形成される。繊維の捲縮によってその繊維から得られる繊維束の弾力性（即ち、繊維が破断せずに延伸できる度合い)を高めることになる。次にこれは、その繊維から形成された管またはロッドの弾力性に影響を与える。トウのベールにおいて、繊維は高度に捲縮される。使用前、トウを「開花」させてもよく、または捲縮を小さくする処理をし、繊維が互いに解放されるようにしてもよい。しかしながら、捲縮は繊維全体からは取り除かれない。繊維をある程度捲縮させることでトウ材料に弾力性を与え、繊維束をロッドまたは管などの所望の形状に成形しやすくなる。
【００４４】
ここに開示する方法および装置は、メルトブローによる繊維の製造が例示される。通常のメルトブロー処理では繊維形成ポリマーが１つ以上のオリフィスから高温気体（例えば空気または場合によっては不活性ガス)の収束した流れ内に押し出される。この気体流は、オリフィスから出たポリマーを溶融したポリマーの薄い流れになるように吹きつけ、次にポリマーは固まり、直径の小さいフィラメント繊維を形成する。繊維は、気体の流れに同伴され、例えば気体と繊維の流れを収集面に案内することによって集められてもよい。トウ繊維とは対照的にメルトブローされた繊維は、基本的には線状で、捲縮されていない。従って、メルトブローされた繊維の束は、比較的低い弾力性を有し、個々の繊維は、よりちぎれやすくなる。メルトブローされた繊維の束の弾力性は、繊維をウェブ、マットまたは束に堆積することによって製せられるもつれた束のウェブ構造から主に発生する。
【００４５】
ウェブに、例えば空気または不活性ガス中でスチームまたは水蒸気などの加熱された処理流体によって熱を加えることで、ロッドまたは管などの所望の直線状の構造に形成するために繊維を滑らかにし、繊維を解きほぐしやすくし、より規則正しく配列された繊維のウェブを形成しやすくなる。
【００４６】
束になった繊維がダイを通過する際、熱を加えることによって繊維束を延伸させる。繊維がダイの成形セクションに長く留まるほど、繊維束は、より延伸する。繊維束がダイの中で延伸される度合いは、最終製品の最終的な密度、形、大きさおよび構造に影響を与える。
【００４７】
可塑剤を使用して、繊維束を繊維同士の接触点で接着させることに成形され形状に硬化させやすくしてもよい。可塑剤は、繊維束に例えば噴霧することによって塗布してもよい。この技術は、捲縮させた繊維トウに一般に使用されている。メルトブローされた繊維の場合可塑剤は、一般に繊維が形成されるポリマー材料に組み込まれ、ポリマーを軟化させるまたは溶融させるのに充分な熱を繊維に加えることによって繊維から放出される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
本発明のダイ、ダイ集成体、装置および方法の実施態様をここで添付図面を参照し、あくまで例示として詳しく説明する。
【図１】繊維材からなる管状ロッドを形成するための装置の実施態様の略式側面図であり、一部を縦断面にて示し、途中切断し、幅を短く示している。
【図２】図１の装置の略式平面図である。
【図３】図１および２の装置に使用される成形錐体の実施態様の分解図である。
【図３Ａ】図３の成形錐体の１つの部品を拡大して示した斜視図である。
【図４Ａ】一端から見た図３の成形錐体の上部の立面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示した部分を下から見た平面図である。
【図４Ｃ】図４Ａに示した部分を反対の端部から見た立面図である。
【図５Ａ】図１および２の装置に使用されるマンドレル集成体とダイ集成体の実施態様の上方および一端から見た拡大斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの集成体の長手方向縦断面図である。、
【図５Ｃ】集成体が互いに離されている図５Ａおよび５Ｂに示した装置の側面図である。
【図５Ｄ】マンドレル集成体の別の実施態様を支持する図１の装置の図５Ｂに類似する長手方向縦断面図である。
【図５Ｅ】装置に取り付けられた図５Ｄのマンドレル集成体を上流から見た端部立面図である。
【図６Ａ】マンドレル集成体から分離された図５Ａのダイ集成体の上方および一端から見た分解斜視図である。、
【図６Ｂ】図６Ａのダイ集成体の矢印６Ｂ−６Ｂの方向における縦断面である。
【図６Ｃ】図１の装置に使用するためのダイ集成体の別の実施態様の図６Ｂと同様な断面図である。
【図６Ｄ】図１の装置に使用するためのダイ集成体の別の実施態様の図６Ｂと同様な断面図であり、図６Ｂおよび６Ｆより拡大して示している。
【図６Ｅ】図１の装置に使用するためのダイ集成体の別の実施態様の図６Ｂと同様な断面図であり、図６Ｂおよび６Ｆより拡大して示している。
【図６Ｆ】図１の装置に使用するためのダイ集成体の別の実施態様の図６Ｂと同様な断面図である。
【図７Ａ】図１〜６Ｂの装置を介して進む連続する段階として、図１の７Ａ線に沿ってその矢印で示す下流における繊維材の束の形を示す。
【図７Ｂ】図１〜６Ｂの装置を介して進む連続する段階として、図１の７Ｂ線に沿ってその矢印で示す下流における繊維材の束の形の断面図であり、繊維材の束および図４Ａ〜４Ｃより拡大して成形錐体を示している。
【図７Ｃ】図１〜６Ｂの装置を介して進む連続する段階として、図１の７Ｃ線に沿ってその矢印で示す上流における繊維材の束の形の斜視図であり、束を図７Ｄ〜７Ｇとほぼ同じ縮尺であるが、図７Ａおよび７Ｂに対しては小さく示している。
【図７Ｄ】図１〜６Ｂの装置を介して進む連続する段階として、図１の７Ｄ線に沿ってその矢印で示す下流における繊維材の束の形の斜視図であり、束を図７Ｃ、７Ｅ〜７Ｇとほぼ同じ縮尺であるが、図７Ａおよび７Ｂに対しては小さく示している。
【図７Ｅ】図１〜６Ｂの装置を介して進む連続する段階として、図１の７Ｅ線に沿ってその矢印で示す下流における繊維材の束の形の斜視図であり、束を図７Ｃ、７Ｄ、７Ｆ、７Ｇとほぼ同じ縮尺であるが、図７Ａおよび７Ｂに対しては小さく示している。
【図７Ｆ】図１〜６Ｂの装置を介して進む連続する段階として、図１の７Ｆ線に沿ってその矢印で示す下流における繊維材の束の形の斜視図であり、束を図７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｇとほぼ同じ縮尺であるが、図７Ａおよび７Ｂに対しては小さく示している。
【図７Ｇ】図１〜６Ｂの装置を介して進む連続する段階として、図１の７Ｇ線に沿ってその矢印で示す下流における繊維材の束の形の斜視図であり、束を図７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆとほぼ同じ縮尺であるが、図７Ａおよび７Ｂに対しては小さく示している。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１および２を参照して例示する装置は、モジュラー構造であり、連続的に作動可能な繊維供給モジュール１と、繊維が連続したウェブの形体の束状に収集される繊維収集モジュール２と、繊維の束が中空管の形状のロッド５に連続的に形成される成形モジュール３とを含む。この例において製造される繊維の管は、紙巻きタバコのフィルターの製造に好適に使用される。
【００５０】
繊維供給モジュール
繊維供給モジュール１は、メルトブローヘッド１０を含み、その構造および作動は当業者に知られており、ここでは詳しく説明しない。他の実施態様では繊維供給モジュールは、例えば融解紡糸または電解紡糸ユニット、またはフィルタートウ材のベールから繊維の膨張したウェブを供給する供給システムを含んでもよい。
【００５１】
例示するメルトブロー装置では溶融したポリマー材がポリマー吸入マニホルド１２を介してメルトブローヘッド１０に供給され、噴射列１３を介してヘッドから出てくる。熱い加圧された気体、通常空気が、ポリマー吸入マニホルド１２の両側にある空気吸入マニホルド１４、１４を介してメルトブローヘッド１０内に導入され、２つの収束した高速気体流の状態でヘッドから出てくる。熱い気体の流れは、噴射列１３から出たポリマーに吹き付けられ、溶融したポリマーの薄い流れを形成し、これは２、３センチメートルの噴流内で固まり、多様な連続した小さい径の繊維１５を形成する。これによりもつれた繊維の複雑なパターンが高速気体流中に形成される。
【００５２】
繊維収集モジュール２
繊維収集モジュール２は、メルトブローヘッド１０の垂直方向下方に配置され、ヘッドから出た空気流に同伴した繊維１５を受ける。メルトブローヘッドと繊維収集モジュールとの間の垂直距離は、分かりやすくするために図１では誇張されている。
【００５３】
収集モジュール２は、剛性フレーム２０を含み、これはフレーム２０に溶接またはボルト留めされ、これに固定された金属プレートから形成された中空のケーシング２２を支持する。ケーシング２２は、図１の右側の上流端から図１の左側の下流端へと長手方向に水平に延びた主軸を有する平面においてほぼ矩形である。
【００５４】
ケーシング２２に取り付けられたコンベアー２４は、繊維１５をメルトブローヘッド１０から進路２５（その枠は図１および図２に部分的に破線で示されている）の途中までそして繊維収集モジュール２を介してロッド成形モジュール３へと移動させる移送システムを供する。コンベアー２４は、ケーシング２２の上流端に固定されたベアリングに取り付けられ、ケーシングの横手方向に延びた水平軸を中心に回転するための比較的径の大きいテンションローラー２６を含む。ケーシング２２の下流端で、テンションローラー２６の軸に平行な水平軸を中心に回転するためのそれぞれテンションローラーより直径に小さい遊動ローラー２７および駆動ローラー２８がケーシング２２に固定されたベアリングに取り付けられており、遊動ローラー２７は、駆動ローラー２８の上で上流に取り付けられている。電気駆動モーター（図示せず）がケーシング２２の下流端に取り付けられていて、駆動ローラー２８をその軸を中心に図１で見て反時計方向に回転させる。
【００５５】
これら３つのローラー２６、２７、２８は、エンドレス構造のコンベアーベルト２９を支持し、テンションローラー２６からケーシング２２の上面に沿って遊動ローラー２７へとケーシングの長手方向に延び、次に駆動ローラー２８の方に下方へとそしてその周囲を延び、次に上部走路に平行な下方走路でテンションローラー２６へと戻る上部走路を有する。遊動ローラーとテンションローラーは、それらのベアリングで調節され、ケーシング２２の上面と正確に上部走路を位置合わせし、コンベアーベルトに充分なテンションを与えるようにしてもよい。
【００５６】
コンベアーベルト２９は、それを気体が通過できるように構成され、気体と同伴する繊維材が絡み合った繊維のウェブとしてその表面に堆積し、保持される。例えば、コンベアーベルト２９またはその少なくとも一部、特にベルトの長さ方向に延びる中央領域にミシン目、スロットまたは開口部を設けてもよく、または多孔性にして気体がそれを通過できるようにしつつ、その表面上で繊維１５を支持するようにしてもよい。このためにコンベアーベルトは、例えば加圧下で気体の所望の流れが得られるように充分な密度に織られた布製材であってもよい。
【００５７】
ケーシング２２の上面にはコンベアーベルト２９の上部走路の下に位置する開口部またはスロットが設けられており、これにより気体がコンベアーベルトを通ってケーシング２２の内部に移動できるようにし、そこから空気が真空ポンプ（図示せず）によって抜かれ、装置から放出される。スロットまたは開口部を直に囲むケーシングの上面の部分は、コンベアーベルト２９の上部走路を支持する。
【００５８】
繊維成形モジュール
成形モジュール３は、繊維１５の束を中空の管５に変形させるためのロッド形成装置の多くの部品を支持するための剛性フレーム４０と、そのための中央パネル４２とを含む。ロッドを形成する装置は、成形錐体５０と、マンドレル集成体６０と、ダイ集成体８０とを含む。成形錐体５０は、収集モジュール２のコンベアー２４と位置合わせされているフレーム４０に固定されている。マンドレル集成体６０とダイ集成体８０は、上部が開口した溝の形状のレール４３上に調節自在に取り付けられており、これは繊維収集モジュール２を通る繊維の直線状の経路と位置合わせされてフレーム４０に固定されている。レールに沿ったマンドレル集成体６０およびダイ集成体８０の長手方向位置は、本発明発明の装置の一般的な作動条件に一致することが必要とされるので互いに対しておよび成形錐体に対して調節される。
【００５９】
成形錐体
図３、３Ａ、４Ａ、４Ｂおよび４Ｃを参照すると成形錐体５０は、上半分および下半分のシェル５１、５２を含み、それぞれ平面においてほぼ三角形であり、平坦な外面および凹みのある内面を有する。それぞれが錐体の半分を構成するシェルは、互いにボルト５３によって固定される。これらシェルの内面同士で滑らかにテーパーした中央軸経路５５を画定し、これはほぼ矩形の上流流入口５６から円形断面の円筒状の管の形状の下流流出口５７へと延びている。管状の流出口延長部品５８（図３Ａおよび３Ａ）は、流出口５７と軸方向に整列されて、半分のシェル５１、５２にボルトで固定される。
【００６０】
流入口５６は、平らにされたマットまたはウェブの形状の収集された繊維１５を繊維収集モジュールのコンベアー２４から直接受け取るように構成されている。テーパーした中央経路が繊維が流出口５７の方へと成形錐体を通って進む際に繊維を圧縮し、ウェブを円筒状の形に成形するように形成、配置されている。
【００６１】
上半分のシェル５１の内面にはリブ５９の形状の分割器が設けられており、これは中央経路５５の軸の方に半径方向内方に成形錐体を通る繊維の経路内に突出し、流入口５６と流出口５７の間を長手方向に延びている。分割リブ５９は、繊維の束が成形錐体を通過する際に分割器が束の長さに沿って隙間または割れ目を形成するように成形錐体の出口の直径と比較して狭くなっている。分割器に亘って繊維束を流れやすくするためにリブの上流端５９ａは、リブ５９が半径方向に経路の軸の方に突出する程度がリブに沿って滑らかにそして分割器の全長の約１０〜２０％離れて流入口５６の内方に位置するポイントＡへと徐々に大きくなるように湾曲している。このポイントＡおよびその下流からリブは、成形錐体を通る経路の中央を僅かに越えて延びている。リブは、例えば繊維から形成された最終形状の管の所望の内径に応じて、流出口の直径の５０％よりわずかに大きい、例えば５５％、６０％または６５％以下の直径より大きい半径方向の突起を有してもよい。
【００６２】
流出口延長部品５８にも軸方向に延びた内部リブ５９ａが形成されており、これは上半分のシェル内のリブ５９と同じ半径方向の長さを有し、それと同じ面に位置し、これにより上半分のシェル５１の分割器５９と連続することになる。
【００６３】
マンドレル集成体
図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃを参照するとマンドレル集成体６０は、レール４３の上流部に沿ってスライド移動するように取り付けられ、レール４３の各側に取り付けられた平行なガイド４８、４８によって支持された台車６１を含み、台車は棚６２を含み、これはレール４３によって形成された溝内に受けられ、ハンドホイール６４によって横方向に延びた軸を中心に回転するようにレール４３に取り付けられたピニオンホイール６３と係合し、これによりダイ集成体８０と成形錐体５０に対して所望の位置にマンドレル集成体をレール４３に沿って長手方向に前後に移動できるようにしている。
【００６４】
また台車６１は、第１スライドブロック６５ａのための水平方向に延びたガイド６５を含み、ブロックは台車６１に対する横方向の移動のためにガイドに取り付けられている。水平ガイド内の第１スライドブロックの横方向位置は、締め付けボルト６６で調節し、固定してもよい。第１スライドブロック６５ａは、第２スライドブロック６７ａ用の垂直ガイド６７を支持し、第２スライドブロックは、台車６１に対する垂直方向の移動のためにガイドに取り付けられている。垂直ガイド６７内の第２スライドブロック６７ａの垂直方向位置は、締め付けボルト６８で調節し、固定してもよい。第２スライドブロック６７ａは、ブラケット６９を搬送し、これは両端が開口した軸方向に配向された管状のケーシング７１を支持する。ケーシングは、符号７３で示されているケーシング７１の中央軸に沿って延びた長尺のロッド形状のマンドレルを収容する。従って、マンドレルの長手方向、垂直方向および水平方向の位置は、成形錐体およびダイ集成体８０に対してトラックに沿った長手方向の台車の移動によっておよび第１および第２スライドブロック６５ａ、６５ｂの調節によって正確に設定される。
【００６５】
マンドレル７３用の管状のケーシング７１は、外方断面においてほぼ方形であり、その長さに沿って面取りされた縁部を有し、内部断面においてほぼ円筒状であり、ケーシングの下流端より大きな内径の上流端にカウンターボア７５を有する。ケーシング７１は、２本のボルトによってブラケット６９に固定され、長手方向に位置合わせされ、即ちその中央軸は本発明の装置を通る繊維の束の移動方向に配置されている。
【００６６】
管状のマンドレル支持体７２は、ケーシング７１のカウンターボア７５内に取り付けられている。マンドレル支持体は、カウンターボア７５の内径に一致する外径を有し、内部にはマンドレル７３用のブラケットまたはキャリアが設けられている。この実施態様ではブラケットは、分割プレート７８の形体であり、これはマンドレル支持体７２の内面から半径方向内方に突出し、支持体内でその上流端から軸方向に延びている。ケーシング７１内のマンドレル支持体７２の回転位置は、プレート７８が所望の半径方向の向き、この場合には垂直に位置するように調節される。分割プレート７８の半径方向の先端は、マンドレル７３に接続され、例えば鋳造でプレートと一体に形成されてもよい。
【００６７】
マンドレル７３は、長尺の円筒状ロッドを含み、組み立てを簡単にするために同軸に配置された２つの部分、上方マンドレルロッド７３ａおよび下方マンドレルロッド７３ｂからなる。上方ロッド７３ａは、それが接続される分割器プレートの厚さより大きい直径の均一の半径方向断面を有し、支持体７２内に下流に突出するようにプレートのそばでマンドレル支持体７２の中央軸に沿って位置する。上方マンドレルロッドの上流端は、繊維の束の移動路内にマンドレル支持体を越えて上流に突出したドーム状部分またはボスで終結している。上方マンドレルロッド７３ａの下流端には内部がねじ切りされた開口部が設けられており、これはロッドの中央軸と平行に延びている。
【００６８】
下方マンドレルロッド７２ｂは、その上流端に上方マンドレルロッド７３ａに対応する直径の円筒状セグメントを有し、その下流端に完成したフィルターロッド５の所望の内径に対応する小さい直径の円筒状セグメント７３ｃを有する。下方マンドレルロッドの２つの円筒状セグメントは、図５Ｂおよび５Ｃに例示するようにテーパーした中間セグメントによって互いに滑らかに接続される。下方マンドレルロッド７３ｂの上流端は、ねじ切りされた軸方向ボルトを支持し、これは上方マンドレルロッド７３ａの下流端の開口部に収容され、これによりマンドレルの２つの部分をマンドレル支持体７２およびケーシング７１内で同軸に位置合わせした状態で固定している。下方マンドレルロッド７３ｂは、取り外し、完成した管状ロッド５の所望の寸法に応じて種々の直径の下流端を有する類似の部材と交換してもよい。
【００６９】
マンドレル集成体６０は、成形錐体５０の流出口から出た繊維の束を収容するように配置され、構成されている。マンドレル支持体７２の分割プレート７８は、成形錐体５０と出口延長部品５８の分割リブ５９、５９ａと半径方向に位置合わせされ、これにより繊維の束がケーシングを通過する際、分割プレート７８は、マンドレルプレート７３の上流先端部のドーム状部分７６が繊維の束の中央で割れ目内に挿入されるので、束の長さに沿って割れ目を維持することになる。従って、分割プレート７８は、マンドレルを支持するブラケットそしてその上流で形成された繊維の割れ目を開いた状態に維持するための分割器としての二つの機能を果たす。分割器の下流で繊維の束の割れ目が閉じ、繊維の束はマンドレルの周囲で連続した管状構造になる。
【００７０】
別のマンドレル集成体
本発明の装置に使用するための別のマンドレル集成体１６０を図５Ｄおよび５Ｅを参照して以下に説明する。マンドレル集成体１６０は、図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃを参照して説明したのと類似の構造であり、図中、同様の部品は同じ参照番号で示している。
【００７１】
図５Ｄおよび５Ｅのマンドレル集成体１６０ではマンドレル７３は、束がマンドレルを通過する際に気体または液体処理流体、例えばスチームまたは水蒸気を繊維束に送出できるように変更されている。このためにケーシング７１の上流端は、その上面にスチームライン用の流入口（図示せず）が設けられている。流入口は、分割プレート７８の半径方向の穴１９２と連通する中央経路を有する気密接続部１９０を含む。穴１９２は、半径方向下方にマンドレルの中心線へと延び、そこで貫通孔は、上方マンドレルロッド７３ａの中央軸方向経路１９４と連通している。軸方向経路１９４は、上方マンドレルロッド７３ａの下流端にあるねじ切りされた開口部に延びている。同様に下方マンドレルロッド７３ｂには中央軸方向経路１９５が設けられており、上方マンドレルロッド７３ａの経路１９４と位置合わせされている。軸方向経路１９５は、軸方向に下方ロッドの上流端のねじ切りされたボルト７７を介して延び、マンドレルのテーパーした中間セグメント７４の中央で終結している。中間セグメント７４にはマンドレル７３上に支持された繊維内に処理流体を排出するためにマンドレルの中央穴をマンドレルの外面に接続する４つの流出口通気口７９が設けられている。これらの通気口はマンドレルの軸を中心に等角度間隔（９０°）で配置され、マンドレル上の繊維束の移動方向にマンドレルの中央軸に対して２０〜７０°の角度で下流端方向に傾斜している。
【００７２】
この実施態様ではスチームまたは処理流体は、接続部１９０を介してマンドレル７３内に供給される。その後スチームは、通気口７９へと移動し、そこでスチームは、繊維束が本発明の装置内を前進し、マンドレルの表面上を通過する際に繊維束と接触する。この段階でのスチームで繊維を処理することによって繊維の可撓性および柔軟性を高め、これにより処理ユニット８０でのさらなる処理のための前処理を繊維に施すことができる。
【００７３】
ダイ集成体
マンドレル集成体６０の下流に位置するダイ集成体８０は、スチームブロックの形状であり、図６Ａおよび６Ｂにより詳しく示されている。ダイ集成体は、繊維束がその最終構造に形成される場所であるダイ８４と、ダイを加熱し、成形された繊維束を硬化させるために繊維をスチームで処理するための構造部品とを含む。
【００７４】
ダイは、内部スチームチェンバー８１ａを画定する中空の立方体状ハウジング８１に取り付けられている。ハウジング８１には取り付けブラケット８２が設けられており、これによって集成体は、レール４３の下流部に沿って前後にスライド移動するように取り付けられる。ハウジングは、ボルト穴の列４４によって画定されたレールに沿ったいくつかの個別の位置のいずれか１つに係止されてもよい。取り付けブラケット８２の係止ピンは、ボルト穴と係合することができ、ダイ集成体をレール４３上の選択された位置に固定することができる。
【００７５】
ハウジング８１の各側面にはスチームがハウジング内に導入される際に通過するスチームコネクタ（図示せず）を収容する開口部８３ａが設けられている。集成体の下流面には取り外し可能な閉鎖プレート７７が設けられており、これはハウジングの開口部内にボルト留めされ、ワッシャーによって封止されてもよい。閉鎖プレート７７とハウジングの上流面には対向する開口部７７ａ、８３ｂが設けられており、それによってダイ８４はハウジングに取り付けられ、ワッシャーによって封止されている。
【００７６】
ダイ８４は、管状体であり、それを通る符号８６で示す中央の軸方向に延びた経路を有する。ダイの本体を通る中央経路は、外面に密閉カラー８７が設けられたソケットの形状の流入口セクション８５を有する。流入口セクション８５は、その下流端で経路８６の中央の成形セクション８９と連通し、流入口セクション８５と成形セクション８９との接合部は、成形セクションへの入り口９１を供する。成形セクションは、繊維束が形成されるロッドの所望の外部輪郭（この実施態様では円形）に対応する内部の円周方向の輪郭を有する。
【００７７】
この実施態様では流入口セクションは、中央経路の全長の約１／３、例えば３０〜５０％（図示の実施態様では３３％）に亘って延びている。流入口セクション８５の内部面は、円錐状および下流方向にマンドレル支持体７２からの下流流出口に等しいまたはそれより小さい直径（例えば７０%、６０%、５０%または４０％小さい）から完成した管状フィルターロッドの所望の外径に等しい直径へとテーパーしている。成形セクションへの入り口９１によって供される収縮部に繊維の束が近づいた際に繊維の束を収集しやすくするおよび繊維が入り口を塞ぐ可能性を減少させるために円錐状面は、ダイの中央軸に対して比較的小さい角度、例えばダイの中央軸に対して９〜２７度、例えば１２〜２０度、この実施態様では約１８度の角度でテーパーしている。
【００７８】
成形セクション８９は、その軸方向の長さに沿って均一な円形の内部断面輪郭であり、繊維がそれを通過する際に完成した管の所望の外部の円周輪郭を有する構造に繊維１５を形成するための形になっている。成形セクションは、中央経路の長さの約１／４、例えば２０〜３０％（この場合２６％）に亘って延びている。
【００７９】
成形セクションの下流端は、中央経路８６の流出口セクション８８と連通しており、この流出口セクションもその長さに沿って均一な円形断面輪郭を有しているが、成形セクションの直径より大きな直径を有し、完成したロッドの所望の外部輪郭のものより大きな内部周方向輪郭を有する。流出口セクションは、中央経路の残りの部分、例えば中央経路の全長の３５〜５０％（この例では４１％）を形成している。ダイの流出口セクション８８の外面は、密閉カラー９４によって囲まれた栓９０の形状である。
【００８０】
ダイ８４は、ダイの下流端にある栓９０がハウジング８１の下流面の閉鎖プレート７７内の開口部８３ｂにプレート７７および栓の密閉カラー９４の間にある密閉ワッシャーと共に収容される。ダイの上流端のソケット８５は、ハウジングの上流面の開口部８３ｂにハウジングとソケットの密閉カラー８７の間にある別の密閉Ｏリングと共に収容される。
【００８１】
本発明の装置の使用中、マンドレルロッド７３ｃの下流端（図６Ｂの破線で示す）は、マンドレルが成形セクションの全長またはほぼ全長または僅かに越えて延びるように中央経路８６内に挿入される。マンドレル７３の先端は、成形セクション８９と流出口セクション８８の上流端の接合部にまたはその近く、この例ではそのすぐ上流に位置する。成形セクション８９とマンドレル７３は、共同で繊維の管の所望の環状の厚みに等しい環状の収縮部をマンドレル７３と経路の円筒状壁の間に画定する。
【００８２】
ダイ８４の円筒状の壁にはこの例では直径が２ｍｍの導管９２が４つ設けられており、これらの導管はダイの外面から中央の軸方向経路８６へとダイの本体を通って延び、これによりスチームチェンバー８１ａと連通する中央経路を設置する。導管は、共通の半径方向の面でダイの軸の方へとダイの軸に対して直角に延びており、２つの導管が垂直に２つの導管が水平になるように９０°の等間隔に配置されている。導管の共通の半径方向の面は、流入口セクションと成形セクションの接合部９１のすぐ下流に位置し、これにより導管の出口は、スチームチェンバー８１から成形セクション８９への入り口９１の直近のダイの中央経路８６内にスチームを放出することができる。この実施態様では流出口は、入り口９１のすぐ下流、入り口から形成セクションの長さの約５％以下の距離に位置している。流出口の中心は、入り口の下流の共通の円上に位置し、入り口９１の面から軸方向に導管の直径の約半分（０．５倍または５０％）の距離の間隔を空けて配置されている。
【００８３】
使用時、過熱スチームが開口部８３を介してコントロールパネル４２から制御されたバルブ（図示せず）によって供給ラインからスチームチェンバー内に送られる。スチームからの熱は、ダイの中の繊維に伝えられ、繊維が互いに接触点で結合する硬化温度にまで繊維を加熱し、これにより繊維の束を管状構造に固定する。
【００８４】
熱は、ダイ本体を介した中央経路への伝導によってその中の経路の内壁と接触している繊維に伝えられる。この実施態様では熱は、主に全体がスチームチェンバー８１ａ内に位置する成形セクションへ伝導によって伝えられる。流入口セクション８５は、ソケット８５の一部がハウジング８１の壁内に位置し、スチームチェンバー内のスチームと直接接触しないので成形セクションより冷えている。同様に密閉カラー９４の下流の流出口セクションの領域は、それが閉鎖プレート７７内に位置し、チェンバー８１ａのスチームと直接接触しないのでその上流の領域より冷えている。
【００８５】
加えて熱は、ダイの中央経路へ導管９２を介して通過し、マンドレル７５の下流端に支持された繊維と接触するスチームによって伝えられる。
【００８６】
束が成形セクション内を通過する際、繊維の圧縮率は、成形セクション８９への入り口９１で最大になり、束の繊維の密度は最大まで増加する。その結果、ダイを通過する際の繊維の抵抗はこの領域で最大になる。導管９２の出口を成形セクションへの入り口と同じ半径方向の面またはその近くに配置することによって、スチームは、繊維束を硬化させる効果だけでなく、繊維を可塑化する、繊維を成形セクションの入り口を滑らかに通過させるそして繊維の引きずりを減少させる効果を有し、これにより繊維をマンドレルの周囲で管状構造に形成しやすくなり、繊維によって入り口が塞がれるリスクを減らすことができる。４つの導管９２は、ダイを通過する繊維の束の移動方向に対して９０°であるので、導管から出るスチーム噴射は、実質的に同じ力を繊維に流および下流の両方向から加えることができ、従って繊維の束がダイを通過する際に束の移動を大きく妨げない。
【００８７】
流出口セクション８８は、成形セクションより大きな断面積を有し、その結果として成形セクションから出た硬化した繊維ロッドは、それが流出口セクションを通過する際に中央経路８６の内壁と接触していない。これによりロッドを流出口セクションの中でより早く冷やすることができる。
【００８８】
繊維束は、処理ユニットの下流に位置する従来構造の引き取りローラー（図示せず）によって本発明の装置内を牽引される。例えば成形セクション５０とマンドレル集成体６０の間に位置するスタッファージェット（図示せず)を用いて、本発明の装置内の繊維の移動を補助してもよい。
【００８９】
別のダイおよびダイ集成体
ダイ集成体の別の実施態様を図６Ｃ、６Ｄ、６Ｅおよび６Ｆに示す。図６Ｃ〜６Ｄに示す実施態様は、図６Ｂに示したものと構造が類似しており、同じ参照番号を使用してこれらダイ集成体の同様の特徴を示している。簡単にするためにこれら実施態様の共通の特徴は再度説明しない。
【００９０】
図６Ｃに示す実施態様を参照するとダイ８４の流入口セクション８５は、図６Ｂに示した実施態様の対応する流入口セクションより軸方向の長さが長く、ソケット８５の上流端から成形セクション８９への入り口９１へと中央経路の全長の約７０％、例えば６５〜７５％（この場合には６７％)に亘って延びている。流入口セクション８５の円錐状の内面は、図６Ｂの実施態様よりダイの中央軸に対して小さい角度で、例えば４〜１５度の角度、例えば８〜１２度、この実施態様ではダイの中央軸に対して９°の角度で下流方向にテーパーしている。
【００９１】
成形セクション８９は、その軸方向の長さに沿って均一な円形の内部断面輪郭を有し、流入口セクション８５との成形セクションの接合部から栓９０の密閉カラー９４の軸方向位置へと中央経路の長さの約２５％、例えば２０〜３０％（この例では２４％）に亘って延びている。
【００９２】
中央経路８６の流出口セクション８８は、ダイの下流端で栓９０の内面を形成し、この実施態様ではその長さに沿って形成セクション８９と同じ円形の断面輪郭を有する。流出口セクションは、中央経路の残りのセクション、全長の約１５％、例えば５〜１５％（この例では９％）を形成している。
【００９３】
この実施態様では熱は、成形セクションより長く、スチームチェンバー８１内にその内部面の多くの部分を有する流入口セクションへ主に最初に伝導することにより中央経路に伝えられる。成形セクションの外面は、全体的にスチームチェンバー内に位置し、またかなりの割合の熱を中央経路へと伝導する。しかしながら、チェンバー内に位置する流入口セクションの部分より短いことで相対的に少ない熱を流入口セクションより中央経路に伝える。流出口セクションは、最も少ない割合の熱を中央経路に伝え、その外部面は、チェンバー８１ａ内のスチームと直接接触してなく、閉鎖プレート７７内にほとんど全体が位置しているので最も冷たくなる。
【００９４】
Ｖ字状の溝９５がダイ８４の外壁の周囲に形成されており、その最も深い円周囲は流入口セクションとの接合部にある経路の成形セクションへの入り口の上流で位置合わせされている。６つの導管、この場合直径２ｍｍの導管がダイの本体に形成されており、Ｖ溝の下流の面から中央の軸方向に延びた経路８６の壁を通って延び、これによりダイの中央経路と連通するスチームチェンバー８１ａが設置される。導管９２は、一直線に延び、ダイの軸の方へと下流方向に経路の軸に対して９０°未満の角度、この例ではダイの軸に約３０°の角度で収束している。導管は、軸を中心に６０°の等間隔に配置されている。導管の出口は、流入口セクションと成形セクションとの接合部のすぐ下流で経路の軸を横断する共通の円上に位置し、スチームチェンバー８１ａから成形セクション８９への入り口９１のすぐ隣のダイの中央経路８６内に流体を放出する。この実施態様では導管は、成形セクションの長さの約１５％、入り口から離れて成形セクション内に放出する。流出口の中心が位置する共通の円は、導管の直径の約１．５倍（約１５０％）離れて入り口の面から軸方向に間隔が空けられている。
【００９５】
本発明の装置の使用中、マンドレル７３の下流セグメント７３ｃは、中央経路８６内に挿入され、マンドレル７３と経路の円筒状壁の間に繊維からなる管の所望の環状の厚さに等しい環状の隙間を画定している。マンドレルロッドの先端は、閉鎖プレート７７の内部面のそばで栓９０の密閉カラーの半径方向の面にまたはその近くに位置する。これは出口経路内の温度が繊維束の硬化が実質的に完了する成形セクションの温度より低くなり始める領域である。
【００９６】
使用時、過熱スチームは、図６Ｂに示した実施態様を参照して説明したように供給ラインから開口部８３を介してハウジング８１内に送られる。スチームは、導管９２を通過してダイの成形セクション内に移動し、束を管状構造に硬化させる。比較的長い流入口セクションによってマンドレルの周囲で繊維を形成する時間を長くすることができ、その結果としてより均一な管状構造にすることができる。また流入口セクションおよびその長尺の円錐面を長くすることは、ダイの壁を介した熱移動を向上させる。成形セクションへの入り口の間近に導管９２の出口を配置することによりスチームが繊維束を硬化させることができるだけでなく、繊維を可塑化する、繊維を成形セクションの入り口を滑らかに通過させるそして繊維の引きずりを減少させることができ、これにより繊維をマンドレルの周囲で管状構造に形成しやすくなり、繊維によって入り口が塞がれるリスクを減らすことができる。６つの導管９２はダイを通る繊維の束の移動方向に対して３０°であるので、導管から発せられるスチーム噴射は、繊維に下流方向に力を加え、上流方向に力が加わらず、繊維束ダイを通って移動する際に繊維の束の移動を妨げない。下流方向で繊維に圧縮力を加えることで特に繊維がメルトブロー処理によって作製される場合完成したロッドの弾力性を向上させる。
【００９７】
図６Ｄに示す実施態様を参照すると、ハウジング８１とダイ８４の全体構造は、下流方向に対する上流のスチームチェンバーの内部の長さが図６Ｃの実施態様の長さ約４０％に減少し、ダイの長さ図６Ｃに示したものの約６０％に減少していること以外、図６Ｃに示した実施態様のものと類似している。
【００９８】
ダイの流入口セクション８５は、図６Ｃに示した実施態様の対応する流入口セクションとほぼ同じ軸方向の長さの比率であり、ダイの全長の約７０％、例えば６５〜７５％に亘って延びている。流入口セクションは、スチームチェンバーの実質的に全長を横断して延び、スチームチェンバー８１ａ内のその外部面領域の大きな部分は、繊維ロッドがダイを通って流入口セクションと成形セクションの接合部にある成形セクションの入り口９１へと前進する際に繊維ロッドへの熱の伝導性伝達の主な原因になる。流入口セクション８５の円錐状の内面は、図６Ｃの実施態様のダイの中央軸に対してより大きな角度で、例えばダイの中央経路の軸に対して７〜２１度、例えばこの実施態様では１０〜１８度の角度で下流方向にテーパーしている。
【００９９】
成形セクション８９は、中央経路の長さの残りに亘って延び、ダイの栓９０内に全体が位置し、栓自体は、ハウジングの閉鎖プレート７７内に位置する。流入口セクションとの接合部での成形セクションへの入り口は、スチームチェンバーの内壁と同じ面に位置する。従って、成形セクションを囲んでいるダイの壁は、スチームチェンバー８１と直接接触しない。従って、成形セクションは、図６Ｂおよび６Ｄを参照して説明した集成体の成形セクションより冷えている。
【０１００】
成形セクション８９は、その軸方向の長さに沿って均一な円形内部断面輪郭を有し、中央経路の長さの約３０％、例えば２５〜３５％を構成する。成形セクションは、ハウジングを囲む空間内に直接的に放出する出口で終わり、ここで説明したダイ集成体の他の実施態様とは異なり、中央経路は、明確な流出口セクションを含まない。
【０１０１】
Ｖ字状の溝９５がダイ８４の外壁の周囲に形成されており、その最も深い円周囲は経路の流入口セクションと成形セクションとの接合部９１の上流で位置合わせされている。直径が約２ｍｍの６つの導管９２がダイの壁に形成され、溝の下流面から中央の軸方向経路８６の方へと延び、これによりダイの中央経路と連通するスチームチェンバー８１ａを設置する。導管９２は、一直線に延び、ダイの軸の方へ下流方向に９０°未満の角度、この例ではダイの軸に約４５°の角度で収束している。導管は、軸を中心に６０°の等間隔に配置されている。中央経路内への導管９２の流出口は、流入口セクションと成形セクションとの間の接合部９１の収縮部のすぐ下流で経路の軸を横断する共通の円上に位置し、成形セクション８９への入り口の直近のダイの中央経路８６内にスチームチェンバー８１ａから流体を放出するようになっている。導管は、入り口９１から成形セクションの長さの約１５％未満（この例では約１４％）離れて成形セクション内に放出する。流出口の中心の共通の円は、導管の直径とほぼ同じ（約１００％の）距離の間隔を入り口の面から軸方向に空けられている。
【０１０２】
本発明の装置の使用中、マンドレルロッド７３ｂの下流端は中央経路８６内に挿入され、マンドレル７３と経路の円筒状壁の間に繊維の管の所望の環状の厚さに等しい環状の隙間形状の収縮部を画定している。マンドレルロッドの先端は、経路２６の下流端のハウジング８１の外側で成形セクションの流出口に位置する。成形セクションから出た硬化した繊維束は、装置の周囲の雰囲気によって冷やされる。
【０１０３】
使用時、過熱スチームが供給ラインから開口部８３を介してハウジング８１内に送られ、形成セクション内の繊維を管状構造に硬化させる。図６Ｄの実施態様の長い流入口セクションによりダイ内でマンドレルの周囲で繊維を形成する時間を長くすることができ、その結果としてより均一な管状構造にすることができる。また流入口セクションおよびその長尺の円錐面を長くすることは、ダイの壁を介した繊維への熱移動を向上させる。成形セクションへの入り口の間近に導管を配置することによりスチームが繊維束を硬化させることができるだけでなく、繊維を可塑化する、繊維を成形セクションの入り口を滑らかに通過させ、そして繊維の引きずりを減少させることができ、これにより繊維をマンドレルの周囲で管状構造に形成しやすくなり、繊維によって入り口が塞がれるリスクを減らすことができる。スチームチェンバーの内壁のすぐ下流に成形セクションを配置し、周囲雰囲気に放出することで確実にロッドは成形セクションで硬化させた後すぐに冷まされ、これはロッドに安定性を付与し、ダイを通った形成されたロッドの離脱を容易にする。導管の下流に向けられた４５°の角度によって装置内の繊維の移動方向にスチーム噴射が案内され、これはダイ集成体内のロッドの進行を補助する。その結果としてのスチームによる下流方向でのメルトブローされた繊維の追加の圧縮により完成したロッドの弾力性が向上する。
【０１０４】
図６Ｅに示す実施態様を参照すると、ハウジング８１の全体構造は、図６Ｄに示した実施態様のものと類似しており、図６Ｂおよび６Ｃに示した実施態様のものより内部長さの短いスチームチェンバー８１を有する。
【０１０５】
ダイ８４の全体構造は、ダイの長さが図６Ｂのダイの長さの約６０％に減少していること以外、図６Ｂに示した実施態様のものと類似している。ダイの流入口セクション８５は、中央経路の全長の約３０％、例えば３０〜３５％（この例では３２％）に亘って延びている。流入口セクション８５の円錐状の内面は、図６Ｃの実施態様よりダイの中央軸に対して大きな角度で、例えばダイの中央軸に対して１５〜４５度、例えば２０〜４０度、この実施態様では約３０°の角度で下流方向にテーパーしている。
【０１０６】
成形セクション８９は、流入口セクションのすぐ下流で、全体的にスチームチェンバー８１内に位置し、中央経路の長さの約３３％、例えば３０〜３５％、この例では３２％に亘って延びている。成形セクションと流入口セクションとの接合部にある成形セクションへの入り口９１は、スチームチェンバーの上流の内壁と同じ面に位置する。
【０１０７】
成形セクションの下流端は、中央経路８６の流出口セクション８８と連通し、これもまたその長さに沿って均一な断面輪郭を有するが、成形セクションの直径より大きな直径を有し、完成したロッドの所望の輪郭のものより大きな内部周方向輪郭を有する。流出口セクションは、中央経路の残りの長さ、例えば全長の約３０〜４０％（この例では３６％）を形成する。経路の流出口セクションは、ほとんど全体がダイの栓９０内に位置し、これは閉鎖プレート７７の下流開口部内に収容されている。
【０１０８】
この実施態様では熱は、主にスチームチェンバーのスチームチェンバー８１ａの実質的に全長を横断して延びている成形セクションへ伝導によって伝えられる。流入口セクション８５および流出口セクション８８は、それらの外面がチェンバー８１ａのスチームと直接接触せず、ハウジング８１または閉鎖プレート７７の壁内に全体が位置するので両方とも成形セクションも冷めている。
【０１０９】
本発明の装置の使用中、マンドレルロッド７３ｂの下流端は、マンドレルロッドの先端が成形セクション８９と流出口セクション８８の上流端の接合部にまたはその近くに位置するように中央経路８６内に挿入される。成形セクション８９およびマンドレル７３は、協働して、マンドレル７３と経路の円筒状壁の間に繊維の管の所望の環状の厚さに等しい環状の隙間を画定している。
【０１１０】
ダイ８４の円筒状の外壁には中央の軸方向に延びた経路８６へとダイ８４の外面から延びた６つの導管９２が設けられており、これによりスチームチェンバー８１と連通する中央経路を設置する。導管は、先の実施態様のものより直径が小さく、１．５ｍｍの直径である。導管は、共通の半径方向の面でダイの軸の方へとダイの軸に対して直角に延びており、下流方向に収束しながら６０°の等間隔に配置されており、一組の導管は、垂直に対向している。導管の共通の面は、流入口セクションと成形セクションの接合部９１のすぐ下流に位置し、その流出口は、スチームチェンバー８１からダイの中央経路８６内に成形セクション８９への入り口の間近でスチームを放出するように配置されている。導管は、成形セクション内に入り口のそばで、入り口９１からの成形セクションの長さの５％未満下流（ここでは２％または３％）の距離を離れた所で放出する。出口の中心の共通の円は、導管の直径とほぼ同じ（約１００％の）距離の間隔を入り口の面から軸方向に空けられている。
【０１１１】
使用時、スチームチェンバー８１内の過熱スチームは、ダイ８４の導管９２を通過し、繊維が互いに接触点で結合する温度にまで繊維を加熱しながら、マンドレル７５の下流端で支持された繊維と接触し、これにより繊維の束を管状構造に固定する。繊維に掛かる圧縮力は、成形セクション８９の入り口で最大であり、繊維束の密度は最大になる。６つの導管を成形セクションの入り口のすぐ下流の同じ垂直方向の半径方向の面に配置することによってこれら６つすべての導管は、ダイを通過する繊維の束の移動方向に対して９０°である。導管から発せされるスチーム噴射は、繊維へ効果的に同じ力を上流および下流の両方向で加え、従って、繊維の束がダイを通過する際に束の移動を大きく妨げない。繊維にスチームを送出することは、繊維束を硬化することに効果的だけでなく、繊維を可塑化する、繊維を成形セクションの入り口を滑らかに通過させるそして繊維の引きずりを減少させることにも効果的であり、これにより繊維をマンドレルの周囲で管状構造に形成しやすくなり、繊維によって入り口が塞がれるリスクを減らすことができる。
【０１１２】
流出口セクション８８は、成形セクションより大きな断面積を有し、その結果として成形セクションから出た硬化した繊維ロッドは、それが流出口セクションを通過する際に経路２６の内壁と大部分が接触しない。従って、このロッドは、流出口セクションにおいてより速く冷え、安定する。
【０１１３】
図６Ｆに示す実施態様を参照するとハウジング８１の全体構造は、図６Ｂおよび６Ｃに示した実施態様のものと類似しているが、図６Ｄおよび６Ｅのものより長い。
【０１１４】
ダイ８４の構造は、ダイの流入口セクションが延長され、流体を流入口セクション８５内に放出するために配置された別の組の導管９６を成形セクションの上流に組み込むように変更されていること以外、図６Ｃに示した実施態様のものと類似している。これらの追加の導管９６は図６Ｂ〜６Ｄの実施態様より直径が小さく、この例では１．５ｍｍである。流入口セクション８５は、中央経路の全長の約６０％、例えば５５〜６５％に亘って延びている。従って、流入口セクションは、スチームチェンバーの長さのかなりの部分と接触し、繊維ロッドがダイを通って成形セクションの入り口９１へと前進する際に繊維ロッドにかなりの割合の熱を伝えることになる。
【０１１５】
流入口セクション８５の内面は、それを通過する繊維の束の断面積をマンドレル支持体７２からの下流出口と等しいまたはそれより小さい流入口セクションの下流端での直径から完成した管状フィルターロッドの所望の外径に等しい流入口セクションと成形セクションとの接合部での直径といった２段階で減少させるように形成されている。このために流入口セクションは、上流円錐状セクション９７と、中間円筒状セクション９８と、下流円錐状セクション９９とを含む。
【０１１６】
上流円錐状セクションは、経路の上流端の直径の約５０％の直径にテーパーしている。上流円錐状セクションと中間セクションとの接合部は、成形セクション８９への入り口９１で形成された収縮部から上流で流入口セクションに収縮部１００を形成している。下流円錐状セクション９９は、中間セクション９８を成形セクション８９に接続して、成形セクションへの入り口で中央経路に収縮部を設けている。
【０１１７】
上流円錐状セクション９７は、ダイの中央軸に対して比較的小さい角度、例えばダイの中央軸に対して９〜２７°、例えば１２〜２０°、この実施態様では１８°の角度でテーパーしてもよい。下流円錐状セクション９９は、ダイの中央軸に対して比較的小さい角度、例えばダイの中央軸に対して３〜１５°、例えば７〜１２°、この実施態様では１０°の角度でテーパーしてもよい。
【０１１８】
成形セクション８９は、中央経路８６の長さの約２５％、例えば２０〜３０％に亘って延び、流入口セクションのすぐ下流に位置している。流入口セクションとの接合部での成形セクションへの入り口は、中央およびハウジングブロックの下流面の間でスチームチェンバーの中央に向かって位置している。成形セクション８９は、その軸方向の長さに沿って均一な円形の内部断面輪郭を有し、中央経路の全長の約２０％（この場合には２２%)を占める。
【０１１９】
成形セクション８９の下流端は、中央経路８６の流出口セクション８８と連通し、これもまたその長さに沿って均一な断面形状を有しているが、成形セクションの直径より大きな直径を有し、完成したロッドの所望の外部輪郭のものより大きな内部円周輪郭を有する。流出口セクションは、中央経路の全長の約２０％、例えば１０〜２５％（この例では１８％）を形成している。流出口セクション８８の外面は、密閉カラー９４によって囲まれた栓９０の形状であり、従って、スチームチェンバーと直接接触しない。
【０１２０】
この実施態様では熱は、主に流入口セクションと成形セクションへの伝導によって伝えられる。かなりの長さの流入口セクションがスチームチェンバー８１ａ内に位置し、成形セクションは、全体的にスチームチェンバー内に位置している。流出口セクションは、閉鎖プレート７７内に位置し、チェンバー８１ａのスチームと直接接触しないので成形セクションより冷えている。
【０１２１】
Ｖ字状の溝９５がダイ８４の外壁の周囲に形成されており、その最も深い円周部は、経路の入り口と成形セクションとの接合部の上流に位置合わせされている。直径約１．５ｍｍの４つの導管９２がダイの壁に形成され、溝の下流面から中央の軸方向経路８６の方へと延び、これによりダイの中央経路と連通するスチームチェンバー８１ａを設置する。導管９２は、一直線に延び、ダイの軸の方へと下流方向に軸に対して４０°の角度で収束し、中央経路の軸を中心に９０°の等間隔に配置されている。導管の出口は、成形セクションへの入り口９１のすぐ下流の経路の軸を横断する共通の円に位置し、放出するスチームチェンバー８１からスチームを成形セクション８９への入り口９１の直近のダイの中央経路８６内に放出するようになっている。出口の共通の円は、入り口９１から下流に成形セクションの長さの約１０％離れて位置し、および導管の直径の１００〜１５０％、この例では１３３％離れて入り口の面から軸方向に間隔が空けられている。
【０１２２】
さらに入り口の中間セクションを囲むダイ８４の円筒状の外壁にはダイ８４の外面から中央の軸方向に延びた経路８６へと延びたが２つの別の導管９６が設けられており、これにより成形セクションの上流にスチームチェンバー８１と連通する中央経路を設置する。上流の導管９６は、ダイの軸に対して直角の共通の半径方向の面で中央経路の軸の方へと延び、１８０°の間隔を置いて配置され、垂直方向に整列している。導管の共通の面は、上流円錐状セクション９２と入り口９４の中間セクションとの接合部１００のすぐ下流で、接合部１００から入り口の中間セクション９８の長さの２０％未満（この例では１６％）または中間セクションと下流の円錐状セクション９９を合わせた長さの１５％未満（この例では１２％）離れて下流に位置している。これら追加の導管の出口の共通の円は、接合部１００の面から導管の直径の２．５〜３．５倍、この例ではその３００％離れて間隔が軸方向に空けられている。従って、導管９６は、入り口の中間セクション９８の入り口のそばで接合部１００にある収縮部の直近のダイの中央通路８６内にスチームをスチームチェンバーから放出するために配置されている。
【０１２３】
成形セクションへの入り口での導管および流入口セクションのさらなる導管の数および大きさは、ダイの２つのセクションへ調整された量のスチームを送出するために選択される。一般に流入口セクションでは成形セクションより少量のスチームが必要とされる。従って、各セクションの導管の数および大きさは、これら２つの位置で異なってもよい。
【０１２４】
本発明の装置の使用中、マンドレルロッド７３ｃの下流端は、図６Ｆに示すように中央経路８６内に挿入され、マンドレル７３と成形セクションの円筒状の壁との間に繊維の管の所望の環状の厚みに等しい環状の隙間を画定する。マンドレルロッドの先端は、成形セクション８９と流出口セクション８８の上流端の接合部にまたはその近く、この場合成形セクションからの出口のすぐ上流に位置している。
【０１２５】
使用時、過熱スチームは、例示した他の実施態様を参照して説明したように開口部８３を介して供給ラインからハウジング８１内に送られ、成形セクション内の繊維を管状構造に硬化させる。図６Ｄの実施態様の長い流入口セクションにより繊維がマンドレルの周囲での形成時間を長くすることが可能になり、結果としてより均一な管状構造になる。成形セクションの上流で流入口セクションに追加の収縮部を設けることで繊維を圧縮しやすくし、圧縮力をより均一に流入口セクションの長さに沿って配分する。流入口セクションを通る繊維束は、流入口セクションの２つの円錐状セクションの間の追加の導管を介して上流収縮部１００でまたはその近くでスチームを導入することによって通過しやすくなる。成形セクションの上流のこのポイントで繊維に導入されるスチームは、成形段階前に繊維を予備加熱し、可塑化し、そしてセクションの上流に入る前に束を滑りやすくし、これにより繊維の引きずりが軽減される。
【０１２６】
スチームチェンバーの内壁のすぐ下流に成形セクションを配置することは、ロッドが成形セクションでの硬化後すぐに確実に冷やされ、これがロッドに安定性を付与し、硬くなったロッドをダイから離脱させやすくする。導管９２の下流に向いた角度は、装置内の繊維の移動方向にスチーム噴射を導き、これはダイ集成体内のロッドの前進を補助する。４つの導管がダイ内の繊維の束の移動方向に対して４０°であるので、導管から発せされるスチーム噴射は、力を繊維に下流方向に加え、繊維束がダイを移動する際に繊維束に抗する上流方向の力がほとんどまたは全く加えられない。下流方向で繊維に圧縮力を加えることで特に繊維がメルトブロー処理によって作製される場合に完成したロッドの弾力性を向上させる。
【０１２７】
流出口セクション８８は、成形セクションより大きな断面積を有し、その結果として成形セクションから出た硬化した繊維ロッドは、それが流出口セクションを通過する際に経路２６の内壁と大部分が接触しない。従って、この実施態様ではロッドは、流出口セクションにおいてより速く冷え、安定する。
【０１２８】
装置の使用および操作並びに製造工程
繊維材からなるロッドを製造するための連続した製造工程での本発明の装置の使用についてここで説明する。ここで大まかに説明する工程は、繊維を長尺の束に収集することと、繊維の束のための所望の円周輪郭を画定する収縮部通過するように繊維を前進させることと、繊維を束に収集する収縮部の間近でそして繊維束がダイを通って経路の出口の方へ進む際に繊維の束の移動方向に逆らわない方向に繊維を硬化させる処理流体を束内に導入することとを含む。
【０１２９】
繊維供給モジュール１ではメルトブローヘッド１０に溶融したポリマーと熱い気体が供給される。この溶融ポリマーは、噴射列１３を介して液体として出て、熱い空気によって薄い流れの中に吹き込まれ、これは固まって小径の繊維１５を形成し、気体流に同伴される。
【０１３０】
メルトブローヘッドは、単独のポリマー材から単一成分の繊維または第１のポリマーから形成された芯とこの芯を包みこれとは別のポリマーで形成された鞘を有する２成分繊維を製するように構成されてもよい。管状フィルターロッドの製造では単一成分繊維は、例えば必要であればポリマーの特徴を変えるための他の材料、例えばトリアセチンなどの可塑剤を組み込んだポリエステル、ポリアミド、エチルビニルアセテート、ポリビニルアルコールまたはセルロースアセテートから形成されてもよい。２成分繊維は、例えばポリプロピレンの芯とセルロースアセテートの鞘を有し、任意にトリアセチン可塑剤を組み込んだ任意の組み合わせの混合可能なポリマーから形成してもよい。
【０１３１】
噴射ガスとして空気を使用してダイヘッドは、通常はコンベアーベルト２９の上部走路から２５〜６５ｃｍ上に位置し、および２５０〜３５０℃、例えば３００〜３２０℃の空気温度、５００〜６００立方フィートまたは１４，０００〜１７，０００リットル／分の空気流速度および噴射口１つあたり０．３〜０．５ｇ／分のポリマー処理量で動作する。その結果として得られた繊維は、通常は５〜１０ミクロン、例えば約７ミクロンの直径を有し、５〜１０ｍｍ、例えば７〜９ｍｍ、約８ｍｍ（特に７．７ｍｍ）の外径、１〜６ｍｍ、例えば２〜５ｍｍの内径およびロッドの長さ１ｍｍ当たり５ｍｇ、通常８〜１２ｍｇ／ｍｍ、例えば約１０ｍｇ／ｍｍの重量を有する環状フィルターロッド５を形成するように収集される。
【０１３２】
気体および同伴された繊維１５の流れは、コンベアー２４上に案内され、繊維は、コンベアーベルト２９の上部走路上でもつれたマット状に集まる。コンベアー２４は、図２に示すように反時計方向にベルト２９を移動させるように動作し、これにより繊維を気体流から出るように移動させ、成形モジュール３へと下流に移動させる。
【０１３３】
収集された繊維のウェブ３０は、成形錐体５０内そしてそれを通過するように連続的に引き込まれる。図７Ａは、成形錐体５０に入る直前の繊維１５のウェブのほぼ矩形の断面形状を示している。例えば、ウェブは、幅が１５０ｍｍで厚さまたは「ロフト」が２０ｍｍであってもよい。ウェブが成形錐体内を移動する際、繊維１５は、案内され、徐々に円筒状形状に圧縮される。図１の切断線７Ｂで示す錐体５０を約半分通過した時点でのウェブの断面形状を図７Ｂに略式に示す。この時点でウェブが成形錐体内を進む際、ウェブの長手方向縁部は、成形錐体の中央軸の方へと圧縮され、繊維は複雑な曲げ操作中に横方向および垂直方向の両方に互いの方へ重なるように移動し、円形の半径方向断面の管状流出口５７に近づくと分割リブ５９の両側で下方に位置する。
【０１３４】
成形錐体内において束内の繊維の密度は、成形錐体の軸に沿って流入口での比較的低密度から流出口５７での高密度へと次第に大きくなる。束の断面密度は、均一ではない。束の長さに沿った各ポイントで繊維密度は、半径方向に束の中央で空隙または低密度領域から束の周囲での高密度領域へと大きくなる。
【０１３５】
繊維の束が成形錐体内を進む際、分割リブ５９が束の上方部分の繊維を分割し、束の長さに沿って割れ目３５を形成する。例示した実施態様では分割リブは、束の中心へ、それを僅かに越えて到達する割れ目を形成し、割れ目の深さを束の直径の５０〜６０％、例えば約５０％にする。
【０１３６】
図７Ｃに例示するように繊維１５の束が成形錐体の流出口延長部品５８から出ると、その形状は、繊維の束が成形錐体に入った際のウェブの幅の約１５〜２５％、例えば約２０％の直径を有する円筒形状であり、その長さに沿って割れ目３５が形成されている。
【０１３７】
次に束は、成形錐体から下流にマンドレル集成体６０に移動する。図７Ｄは、繊維１５の束がマンドレル集成体に入る際の繊維束の構造を下流方向に見た略図であり、束の形状は、破線で示されている。分割プレート７８は、上流で成形錐体の分割器によって繊維の束に形成された割れ目３５と位置合わせされており、繊維が分割プレートの両側を通過する際に割れ目を開いた状態に保持する。上方マンドレルロッド７３ａの先端の突起７６は、上部マンドレルロッド７３ａのために道を作るために束の中央で繊維の開口移動を開始し、ロッド７３ａは束の中央に挿入され、繊維を広げ、繊維の束に中央に位置する軸方向経路３６を形成する。
【０１３８】
束が分割プレート７８から下流に上部マンドレルに亘ってそして下方マンドレルロッド７３上へと進むと、繊維束の割れ目は、マンドレルの周囲で閉じ始め、繊維は、図７Ｅに示すように連続した周辺層を下方マンドレル７３ｂの直径の広い部分の周囲に形成する。この時点で中央経路３６は、完成した管の所望の内径より大きな直径、例えばその内径の１０％、１５％、２０％または３０％以上大きい直径を有する。
【０１３９】
束がマンドレル支持体７２およびケーシング７１を出てダイ集成体８０の方へと下流に進む際、束は、上方マンドレルロッドの大きい直径の部分７３ｂから下方マンドレルロッドの直径の小さい部分へと移動し、この部分は、完成した管状ロッドの所望の内径に対応する直径を有する。束がダイ８０に近づき、これに入る際、ダイ８４のテーパーしたソケット８５がマンドレルの下流セグメントに周囲で繊維の束を圧縮し、割れ目を完全に閉じ、完成した管の所望の外径に対応する外径を有するマンドレルの周囲で管状構造体を作製する。図７Ｆは、ダイのソケット８５に入る時点での繊維の束の構造を示し、図７Ｇは、マンドレルの下流端を通過した後のダイ８４のすぐ下流での管状ロッドの構造を示している。通常ロッドの外径は、図７Ｅに示すマンドレル集成体の下流端での繊維の束の直径の１０〜２０％、例えば１５％になる。ダイから出た管状構造体は、完成品の所望の内径および外径を有する。異なる大きさおよび異なる内径および外径の組み合わせの管は異なる直径のマンドレルと異なる内径のダイを組み合わせて使用することによって製造してもよい。
【０１４０】
束がマンドレルによって支持されながらダイ集成体８０を通過する際、例えば１〜３バール、通常は約１．５バールの圧力で、例えばスチームを１５０〜２００℃の範囲の温度に加熱することによって製せられた過熱スチームと束は接触する。この処理により繊維がそれらの接触点で接着し合い、これにより図７Ｇに示すように管状ロッド５の形体の接着された自立構造体を形成する。
【０１４１】
図５Ｄおよび５Ｅによる構造のマンドレルが使用される場合、処理流体は繊維束がマンドレル７３に亘って移動し、束がマンドレルの周囲で閉じる際にマンドレル内に送られ、繊維束に加えられてもよく、これにより繊維の束を前処理し、繊維束がダイ８４に入る際に下方マンドレルロッド７３ｂの周囲で圧縮しやすくなる。
【０１４２】
次にロッド５は、マンドレルから過剰な水分をロッドから取り除くための例えばエアーブロックなどの別の装置および図７Ｆに示すように所望の長さの連続した管状セグメントにロッドを裁断する切断装置内を通って牽引される。
【０１４３】
ここに開示した工程の実施態様では繊維は、最終製品に必要とされる密度にダイで圧縮され、最終製品の所望の安定性を得るために硬化される。これは繊維をダイの収縮部を通過させ、繊維の圧縮および硬化を簡単にするためにさせるスチームまたは繊維を硬化させる処理流体を収縮部の間近で束内に導入することによって実行される。繊維束の移動方向と同じ方向にまたは繊維束に対して９０°以下の角度で流体を導入することも繊維の束の圧縮および成形を容易にし、収縮部を通る繊維の移動も容易にする。９０°を大きく上回る方向で束によって繊維に及ぼされる力の成分は、収縮部を通る繊維の移動を妨げ、そして繊維束の圧縮および成形を妨げる。この位置での流体の導入は、繊維を硬化させるだけでなく、収縮部内で圧縮しやすくし、繊維による閉塞を妨げる。繊維束が処理流体と共にダイ集成体を通過する際に熱および圧縮エネルギーが繊維に加えられる条件は、ダイ集成体の設計によって調節してもよい。特に流入口セクション、成形セクションおよび流出口セクションの構造は、使用される繊維に最適な熱の総出量のための実験を繰り返すことによって変更、選択してもよい。
【０１４４】
管の形成のためにマンドレルは、管状構造体を周囲に形成することができる中央支持体を形成することを目的として繊維束の中央に導入される。マンドレルは、束がマンドレル上を通過する際に処理流体を繊維束に送出するための経路を含んでもよい。ここで説明する実施態様では繊維束がマンドレル上を通過する前に繊維束に割れ目を形成することは、繊維の移動を制御し、繊維を管状構造に安定させ、管状構造体を形成しやすくし、管状構造の崩壊の発生を減少させる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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