JP6772265B2 - フィルター製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアロゾル形成物品用のフィルターの製造のための装置に関し、また特に、しかし限定はされないが、ラップされていないフィルターの製造に関する。

フィルター材料（通常、酢酸セルロース）の連続的な一片を使用して、ペーパーレスフィルターロッド（ラップされていないフィルターまたはアセテート（ＮＷＡ）とも呼ばれる）を作製することは、たばこ業界では周知であり、これはここで一片が可塑剤（例えば、トリアセチン）で含浸される含浸ステーションを通して連続的に供給され、そしてその後、加圧空気によって概して円柱状のトウの帯へと変形され、これが第一の部分（この場合、安定化部分）、および第二の部分（この場合、乾燥部分）を備える形成ビームの長軸方向の通過チャネルに沿って進められる。第一の部分に沿って、トウの帯の中の硬化物質は、熱（蒸気を吹き付けるなど）またはマイクロ波によって反応を生じる。第二の部分に沿って、以前に加熱したまたは湿らせたトウの帯は、確固たる安定した断面と比較的高い軸方向の剛性を持つ連続的なロッドの形状の形成ビームから得られるように、乾燥かつ冷却される。

ひいては、この連続的なロッドは、この場合もやはり連続的な動きを用いて、決められた長さのフィルターセグメントへと切断される切断ステーションに供給されることが好ましい。

フィルター材料を硬化するために、蒸気を用いてフィルター材料を処理し、その後連続的な比較的剛直なロッドへと形作るプロセスは、比較的繊細なプロセスであり、かつ材料の無駄がやや多く生じる。

従って、フィルター材料の無駄の量を最低限にするフィルター構成要素を製造する装置のニーズがある。フィルター材料は、やや高価な材料であり、廃棄される量は可能な限り少量であることが望ましい。さらに、フィルター装置を実質的に設計し直すことなく、材料の無駄の量を最低限にすることが好ましい。

本発明は、フィルター材料を長軸方向の移動方向に沿って連続的に供給するように適合された供給経路と、供給経路の終端部に接続され、またフィルター材料を連続的なフィルター本体へと形成するように、かつ形成された連続的なフィルター本体を送達するように適合された形成装置であって、フィルタートウ材料を連続的なフィルター本体へと形成するためにフィルター材料が通過できるように適合された管状要素を含む形成装置と、蒸気を生成するために適合された蒸気発生器であって、蒸気をフィルター材料に供給するために管状要素と流体連通する蒸気発生器と、を備えるフィルター製造装置に関する。さらに、本発明の装置は、管状要素から流体を排出するように適合された管状要素と流体連通する排液通路と、管状要素からの流体の放出を可能にする、または遮断するために排液通路を開閉するように適合された弁と、を備える。

管状要素に供給される蒸気から水分を除去するためにあらゆる注意を払うにもかかわらず、蒸気は多くの場合、懸垂水の微液滴で蒸気過飽和になっている。管状要素の中に存在するフィルター材料の帯に当たる蒸気流が多いほど、より多数の微水滴がフィルター材料の帯の中へと浸透する場合がある。フィルター材料の帯の中に浸透する全ての水滴がフィルター材料の帯自体の内側に水分点を生成する。水分の除去は比較的長い乾燥時間を必要とするため、この水分は、フィルター材料の拒絶または比較的長いさらなる加工時間につながる場合がある。本発明によると、管状要素の中へと凝縮する場合がある水滴を放出できるようにする放出チャネルの提供は、廃棄されるフィルター材料の量を最低限にすることを可能にする。

フィルター材料は、任意の適切な材料（複数可）を含んでもよい。好適な材料の例としては、酢酸セルロース、セルロース、再生セルロース、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、ナイロン、ポリヒドロキシ酪酸塩、ポリプロピレン、紙、熱可塑性物質（澱粉などの）、不織布材料、およびその組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。１つ以上の材料をオープンセル構造に形成してもよい。フィルター材料は酢酸セルローストウを含むことが好ましい。

フィルター材料は、最終的なフィルターセグメントの中、またはフィルターに組み込まれた１つ以上の追加的な要素の中のどちらかに追加的な材料を含んでもよい。例えば、追加的な材料をフィルターセグメントの繊維質のフィルタートウに組み込んでもよく、または追加的なフィルター要素に組み込んでもよい。例えば、フィルター材料は吸収材材料を含んでもよい。「吸収材」という用語は、吸着剤、吸収剤、またはこれらの両方の機能を遂行し得る物質を指す。吸収材材料は活性炭を含んでもよい。吸収材を、カプセルが埋め込まれたフィルターセグメントの中に組み込んでもよい。しかしながら、吸収材をフィルターセグメントの上流の追加的なフィルター要素の中に組み込むのがより好ましい。別の方法としてまたは追加的に、フィルター材料は接着剤、可塑剤、もしくは風味放出剤、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。

フィルター材料は、成分を結合する機能を持つ可塑剤を含むことが好ましい。前述のラップされていないフィルターにおいては、フィルター材料の密度または硬さを、標準的なラップされたフィルターにおいてよりも高くする必要がある。これは、ラッピングペーパーによる拘束作用がフィルター材料にはないからである。従って、フィルター材料は、ロッド様の形状に形成された時にさらなる外部材料の助けなしに実質的に固定した直径を有する明確な輪郭の形状を保つ必要がある。

ラップされていないフィルターの場合だけでなく、中空のフィルタープラグなどの他のフィルター構成要素を実現する場合にも、より硬いフィルター材料が必要になる場合がある。中空のフィルター構成要素では、構成要素はフィルタープラグなどの構成要素自体の全体的な構造を弱くする貫通穴を含む。例えば、フィルターの圧縮による中空のフィルターの構成要素の変形を回避するために、中空のフィルターを実現する材料は、標準的なフィルタープラグが形成される材料よりも剛直であることが好ましい。この目的のために、ラップされていないフィルターの製造のために使用されるものと類似の手順が、包まれることも包まれないことも可能な中空のフィルターの製造のためにも使用されることが好ましい。

本発明の装置を用いて製造される連続的なフィルター本体は次いで、フィルター構成要素を形成するために切断されて複数の部分に分けられることができ、それらは従ってラップされていてもよくまたはラップされていなくてもよい。

本発明の装置を用いて実現されるフィルターは有利なことにエアロゾル形成物品で使用されてもよい。本発明によるエアロゾル形成物品は、フィルター付き紙巻たばこ、またはたばこ材料が燃焼して煙を形成するその他の喫煙物品の形態であってもよい。本発明は、たばこ材料を燃焼ではなく加熱してエアロゾルを形成する物品、および燃焼または加熱を用いずにたばこ材料、たばこ抽出物、または他のニコチン供与源からニコチン含有エアロゾルを生成する物品をさらに包含する。本発明によるエアロゾル形成物品は、完全な組み立てられたエアロゾル形成物品でもよく、または、例えば加熱式喫煙装置の消耗部品など、エアロゾルを生成するために組み立てられた物品を提供する目的で１つ以上の他の構成要素と組み合わせられるエアロゾル形成物品の構成要素でもよい。

エアロゾル形成物品は、ユーザーの口を通してユーザーの肺の中へと直接吸入可能なエアロゾルを生成する物品であってもよい。エアロゾル形成物品は、紙巻たばこなどの従来の喫煙物品と似ていてもよく、またたばこを含んでもよい。エアロゾル形成物品は使い捨てであってもよい。エアロゾル形成物品は、別の方法として、部分的に再利用可能であってもよく、また補充可能または交換可能なエアロゾル形成基体を備えてもよい。
フィルターを製造するための装置は、フィルター材料を移動方向に沿って移動するための供給経路を備える。

可塑剤を含むことが好ましいフィルター材料を、フィルターの製造のためにさらに使用される連続的なロッドへと形作るために、供給経路の終端部に接続され、またフィルター材料をロッド状の連続的なフィルター本体へと形成するように、かつ形成された連続的なフィルター本体を送達するように適合された形成装置が使用される。形成装置は、フィルター材料を連続的なフィルター本体へと形成するために、フィルター材料が通過できるように適合された管状要素を備える。管状要素の内壁は連続的なフィルター本体の外表面を画定し、かつ中でもその直径を決定することが好ましい。管状要素の内壁はフィルター材料をロッドへと「圧縮する」。さらに、フィルター材料を硬くし、かつ実質的に一定な形状を有するようにするために、管状要素内を通過するフィルター材料を加熱するように適合された熱源も提供され、これによって、存在する可能性のある結合材料（例えば、フィルター材料の中に存在する可能性のある可塑剤など）は、フィルター材料の繊維同士を結合させる。

可塑剤は材料の可塑性または流動性を増大させる添加物である。

本明細書で使用される「ロッド」という用語は、実質的に円形、長円形、または楕円形の断面の概して円筒形の要素を示すために使用される。

熱源は、水蒸気供給源などの蒸気供給源であり、これは蒸気を噴霧またはその他の方法で管状形成要素の内側に注入する。

管状要素から水（蒸気の凝縮のため形成される場合がある水）を放出するために、管状要素に開口部が形成され、例えば開口部は管状要素の貫通穴の内表面に形成される。開口部は、管状要素の内側に凝縮する場合がある流体を導き、かつこれを管状要素の外側へと放出する排液通路と流体連通する。管状要素の内側の圧力および蒸気の量を制御するために、開口部および放出は常時可能ではない。排液通路からの水の放出を開閉するために弁が提供される。

管状要素からの水の漏出を可能することによって、管状要素の内部の乾燥度を改善し、かつ管状要素を通過するフィルター材料の湿潤のリスクを最小化する。流体の放出が行われる時を決定する弁の存在のおかげで、管状要素の内側の蒸気および圧力の量（フィルター材料の良好な硬化と関連するパラメータ）を依然として制御することができる。

管状要素はフィルター材料と接触するように適合された内側周辺表面を含み、また管状要素の内部から凝縮した液体を排出するために排液通路が管状要素の内側周辺表面内に開口している端部を持つことが好ましい。フィルター材料は管状要素内で移動され、ここで蒸気の提供に起因して、軸方向に「剛直な」連続的なフィルター本体を形成するために硬化する。管状要素の内側のフィルター材料は管状要素の内表面と接触する。内表面には開口部が存在することが好ましく、排液通路はここから出発する。弁は排液通路が管状要素と交わる排液通路の端部に位置付けられることが好ましい。

管状要素はフィルター材料と接触するように適合された内側周辺表面と、内側周辺表面と流体連通する凝縮液チャンバーとを含み、かつ排液通路は凝縮液チャンバーの内部から凝縮した液体を排出するために凝縮液チャンバー内に開口している端部を持つことが好ましい。排液通路は直接、管状要素の内側には開口していなくてもよいが、管状要素と流体連通している凝縮液チャンバーから水を排出してもよい。管状要素内の凝縮した流体は、例えば、管状要素の内表面への開口部によって凝縮液チャンバーの中へと流れる。凝縮液チャンバーは一方で、さらなる開口部を、例えばチャンバーの底面内に含んでもよく、ここから排液通路の端部が出発する。

有利なことに、排液通路は排液タンクに流体接続された第二の端部を含む。管状要素または凝縮液チャンバーから排液通路を通して除去された凝縮した水は、例えばフィルター製造装置の下方部分に位置するタンクの中へと放出されることが好ましい。

弁は排液通路を所定の頻度で開閉するように構成されることが好ましい。弁は、管状要素の内側と排液通路との間の接続を開くまたは閉じるように自動的に命令されてもよい。例えば、弁を所与の頻度で開閉することができる。弁はまた、オペレーターによって手動で開口されてもよい。管状要素の内側または凝縮液チャンバー内で水などの流体が検出された時、弁は開いてもよく、また管状要素の内側で蒸気のみが検出された時、弁は閉じたままでもよく、これによって好ましくは管状要素内に蒸気だけがある時に弁が開くことが回避されることが好ましい。

形成装置は、管状形成要素の中の圧力を測定する傾向がある圧力センサーを含むことが好ましい。従って、管状要素の内側の圧力の制御は、例えば圧力が高すぎる場合に蒸気の放出して行われてもよい。

管状要素は複数の分離した管状要素を備え、排液通路がフィルター材料の長軸方向の移動方向で複数の分離した管状要素のうちの最初の管状要素と流体連通することが好ましい。有利なことに、フィルター製造装置は中空のロッド状のフィルター本体を冷却するために形成装置の下流に位置する冷却セクションを備える。形成装置では、可塑剤の存在に起因してフィルター材料を固着するために、熱が連続的なフィルター本体に伝達される。フィルター形成のプロセスを加速させるには、さらに加工されることのある最終的なフィルター本体を得るために、フィルター本体からの熱を可能な限り迅速に散逸する必要がある。フィルター本体を可能な限り迅速に冷却するために、冷却セクションが提供される。冷却はまた、フィルター本体の表面品質を改善する。形成装置の下流の中空のフィルター本体の冷却は室温の空気流を用いて、例えば約０．４バール〜約１バールの圧力範囲で実施されてもよく、約０．５バールであることがより好ましい。

フィルター製造装置は、中空のフィルター本体をラッピングシート内に包むために形成装置の下流に位置するラッピングセクションを備えることが好ましい。有利なことに、形成装置から出る中空のフィルター本体は、ラッピングペーパーなどのラッピングシート内に包まれ、これによって直径測定装置で確認されたその直径はさらに変化することがない、またはごくわずかだけ変化し得る。

ラッピングセクションは、ラッピングシートが中空のフィルター本体を取り囲むように、糊をラッピングシート上に分散させるための糊ノズルを含むことがより好ましい。

有利なことに、フィルター製造装置は、包まれた中空のフィルター本体を加熱するためにラッピングセクションの下流に位置する加熱セクションを備える。加熱セクションは、ラッピングシート上の糊を分散する糊ノズルの下流の位置に提供されることが好ましい。ラッピングシートがフィルター本体をしっかり取り囲むように糊を使用することが好ましく、これによってラッピングシートは二度と「再開口」しない。ラッピングシートの異なる部分を正しく一緒に接続するために熱を必要とするコールドグルーを使用することが好ましい。コールドグルーは一般的に水性の溶液である。接着剤の固体は通常、煮ることによって水中に溶解する。例えば加熱によって、ほぼすべての水が基体に浸透または吸収されて失われた時、結合が形成される。

有利なことに、フィルター製造装置は、管状要素の入口の上流に配置され、かつ可塑剤をフィルター材料に添加するために可塑剤を噴出するように適合された可塑剤添加ユニットを備える。形成装置の出口で実質的に剛直なフィルター本体を得るために、フィルター繊維を含浸し、かつ熱が提供された時に後者を硬化するために、可塑剤が使用される。
有利なことに、管状要素は先細り部分を備え、その内径は長軸方向の移動方向に沿って減少している。管状要素の内壁の圧力によってロッドが形成されることができるように、先細り部分はフィルター材料を圧縮する。

本発明を、添付図面を参照しながら、例証としてのみであるがさらに説明する。

図１は、本発明によるフィルターを形成するための装置の概略図を図示する。 図２は、図１の装置の一部分の斜視図である。 図３は、図１の装置の一部分のさらなる斜視図である。 図４は、図１の装置の要素の断面で見た概略側面図である。 図５は、図４の要素の異なる実施形態の、部分的に分解した斜視図である。 図６は、図５の要素の、部分的に分解した斜視図である。

図１の説明番号１は、好ましくはエアロゾル発生物品用のフィルターロッド（図示せず）またはフィルター構成要素を製造するための装置の全体を示す。

装置１は、移動方向または供給方向に沿ってフィルター材料（例えば、酢酸セルロースまたはフィルタートウ）を移動するための移動装置３を備える。さらに、装置１はトリアセチンなどの硬化液または可塑剤で湿らせたフィルター材料の連続的な流れまたは一片を形成するように適合される入口ユニット２を含む。フィルター材料は移動装置３によって、入口ユニット２に供給される。可塑剤を用いたフィルター材料の湿潤は可塑剤ユニット内で行われる。これは図で示されていないが、当業界で周知である。可塑剤ユニットは入口ユニット２の上流に位置する。入口ユニット２の下流で装置は、入口ユニット２と直列に配置され、またフィルター材料の流れまたは帯を受け入れるように、かつ硬化材料が反応してフィルター材料を連続的な軸方向に剛直なロッドフィルターに変えるように適合されるロッド形成ユニット４を含む。

有利なことに、装置１は中空のロッドフィルターをラッピングペーパー９０の中に包むためのラッピングユニット６をさらに含む。さらに、装置はロッド形成ユニット４およびラッピングユニット６の下流に配置された切断ユニット７（通常は周知のタイプの回転切断ヘッド）を備えてもよく、またこの切断ユニットは中空のフィルターロッドをフィルターセグメント（図示せず）へと横方向に切断するように適合される。フィルター本体が切断されるユニットの所望の長さは、例えば測定装置（これも図示せず）の助けを借りて得られる。切断されたユニットは、後に続く加工工程で利用できるようになるか、またはバッファーに格納される。

ラッピングユニット６、移動装置３、および切断ユニット７は当業界で周知であり、以下に詳細に説明しない。

図４の拡大図で示される管状要素８を備えるロッド形成ユニット４は、硬化材料がたっぷりと染み込まれたフィルター材料を、例えば移動装置３の移動方向である図４に示される矢印３０に沿って受け入れるように適合されに、かつフィルター材料を、一般的には円筒状の湿ったフィルター本体に変えるように、またトウ本体を上述の矢印の供給方向に、装置１のさらなる構成要素へと進めるように、フィルター材料を横方向に形作るよう適合される。

フィルター材料は管状要素８の内側で、加圧流体発生器（本図面では図示せず）によって発生した流体ジェット（例えば、加圧空気ジェット）によって、矢印３０に沿って押されることが好ましい。

管状要素８は、フィルター材料が通過することのできる貫通穴２０を画定する。貫通穴２０は、実質的に円筒状のロッド様に形作られた連続的な一片の材料を形成するためにフィルター材料を圧縮する内表面２１を備えることが好ましい。さらに、管状要素８は、管状要素８の内部、すなわち貫通穴２０内に蒸気を発することができる１つ以上のノズル１１を備える蒸気発生器９を含むことが好ましい。蒸気はフィルター材料内に存在する可塑剤を硬化し、これを実質的に剛直なフィルターロッドまたはフィルター本体に変えることができる。

装置１は、管状要素８と流体連通する排液通路１０をさらに備える。排液通路１０は、管状要素８の中へと流れるフィルター材料が流体の液滴に起因して湿らないように、管状要素の内側で凝縮し得る水などの流体を排出する傾向がある。図４の実施形態において、排液通路１０は管状要素８の内表面２１において開口部１２を含む。排液通路は弁４０によって開閉される。

装置１は、ロッド形成ユニット４から信号を受け取るように、かつ弁４０の開閉を命令するように適合される中央ユニット１００を含むことが好ましい。図５および図６の実施形態において、管状要素８は、フィルター材料の供給方向に沿って直列に配置された複数の分離した要素１６によって実現される。フィルター材料の供給方向の分離した要素１６のうちの最初の要素は、分離した要素１６の貫通穴２０の部分に接続されている凝縮液チャンバー１５と流体連通する。蒸気を排出するノズル１１のうちの１つはまた、分離した要素１６のうちの最初の要素において実現されることが好ましい。チャンバー１５において、凝縮した流体は回収される。その後、排液通路１０は、回収された流体を排出するためにチャンバー１５から（例えば、その底面から）出発する。この実施形態において弁４０も存在し、かつ上述の実施形態と同一の機能を持つ。

Claims (9)

1. フィルター製造装置であって、
   フィルター材料を長軸方向の移動方向に沿って連続的に供給するように適合された供給経路と、
   前記供給経路の終端部に接続され、またフィルター材料を連続的なフィルター本体へと形成するように、かつ前記形成された連続的なフィルター本体を送達するように適合された形成装置と、を備え、前記形成装置は、
   フィルタートウ材料を前記連続的なフィルター本体へと形成するために前記フィルター材料が通過できるように適合された管状要素と、
   蒸気を生成するように適合された蒸気発生器であって、蒸気を前記フィルター材料に供給するために前記蒸気発生器が前記管状要素と流体連通する、前記蒸気発生器と、
   前記管状要素から流体を排出するように適合された前記管状要素と流体連通する排液通路と、
   前記管状要素からの流体の放出を可能にする、または遮断するために前記排液通路を開閉するように適合された弁と、を備える、フィルター製造装置。
2. 前記管状要素が、前記フィルター材料と接触するように適合された内側周辺表面を含み、また前記管状要素の内部から凝縮した液体を排出するために前記排液通路が前記管状要素の前記内側周辺表面内に開口している端部を持つ、請求項１に記載のフィルター製造装置。
3. 前記管状要素が、前記フィルター材料と接触するように適合された内側周辺表面と、前記内側周辺表面と流体連通する凝縮液チャンバーとを含み、かつ前記排液通路が、前記凝縮液チャンバーの内部から凝縮した液体を排出するために前記凝縮液チャンバー内に開口している端部を持つ、請求項１に記載のフィルター製造装置。
4. 前記排液通路が、排液タンクに流体接続された第二の端部を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルター製造装置。
5. 前記弁が前記排液通路を所定の頻度で開閉するように構成された、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルター製造装置。
6. 前記形成装置が、圧力を測定する傾向がある圧力センサーを前記管状要素の中に含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルター製造装置。
7. 前記管状要素が複数の分離した管状要素を備え、前記排液通路が前記フィルター材料の前記長軸方向の移動方向で前記複数の分離した管状要素のうちの最初の管状要素と流体連通する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルター製造装置。
8. 前記管状要素の入口の上流に配置され、かつ可塑剤を前記フィルター材料に添加するために前記可塑剤を噴出するように適合された可塑剤添加ユニットを備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルター製造装置。
9. 前記管状要素が前記長軸方向の移動方向に沿ってその内径が減少する先細り部分を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルター製造装置。

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