CH618328A5 - Method and machine for forming a smoke filter for smoking articles - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé et une machine de formage d'une tige de matière pour la transformer en filtre pour des articles à fumer, et en particulier, mais pas exclusivement, en bouts-filtres de cigarettes, permettant de donner à l'élément filtrant des caractéristiques particulières dans le but d'améliorer la filtration de la fumée et/ou de simplifier la fabrication des cigarettes.

Actuellement, les bouts-filtres des cigarettes sont formés à partir d'une tige continue qui se déplace longitudinalement à grande vitesse. Le processus de fabrication est rendu délicat par le temps limité dont on dispose pour traiter la tige au vol, par la nécessité d'une synchronisation précise et par la nature intermittente des opérations à exécuter sur la tige.

L'invention a pour objet un procédé de formage d'une tige de matière pour la transformer en un filtre à fumée tel que défini dans la revendication 1. L'invention a également pour objet une machine pour la mise en œuvre du procédé défini dans la revendication 10.

La tige est ainsi de préférence portée par la périphérie d'un tambour cannelé tournant devant un ou plusieurs éléments statiques incurvés parallèlement à la surface du tambour, le ou les éléments statiques étant chauffés et ayant des parties en relief du côté du tambour. On peut utiliser une simple barre chauffée ayant des reliefs de profil approprié pour imprimer l'empreinte désirée dans la surface de la tige qui est animée d'un mouvement relatif transversal par rapport à sa longueur.

En général, la longueur de la tige est un multiple de la longueur des éléments de filtre individuels qui sont ultérieurement découpés.

Pendant son mouvement transversal, la tige peut être mise en rotation autour de son axe. Pour cela, on peut utiliser un tambour dont la périphérie comporte des paires de rouleaux parallèles à l'axe du tambour et animés d'un mouvement de rotation propre qu'ils communiquent à la tige.

Cette méthode permet d'obtenir différentes configurations d'empreintes, par exemple une ou plusieurs gorges annulaires continues autour de la tige. En général, l'empreinte ne s'étend que sur une partie de la longueur de la tige. Pour former une rainure hélicoïdale autour de la tige, il suffit que l'élément statique chauffé ne soit pas perpendiculaire à l'axe longitudinal de la tige.

Un aspect essentiel du procédé et de la machine de l'invention est le mouvement transversal de la tige qui permet de disposer d'un temps plus long pour les opérations de formage. Ce principe permet d'obtenir des empreintes plus nettes sans complications mécaniques et la machine de l'invention ne comprend que des mécanismes simples et peu coûteux par comparaison avec les machines à mouvement intermittent qui travaillent sur des tiges avançant longitudinalement.

Les tiges peuvent être en divers matériaux filtrants comme des polymères thermoplastiques, notamment l'acétate de cellulose ou le polypropylène. On peut également utiliser des filtres de papier enduit ou imprégné de matière thermoplastique, ou enduit d'un adhésif activé à chaud. La matière filtrante peut en outre contenir certains additifs comme du charbon activé. La tige peut être constituée de plusieurs tubes concentriques, par exemple un tube intérieur en papier et un tube extérieur en matière plastique. Le procédé de l'invention est applicable à de telles tiges composites, même si tous leurs éléments ne sont pas nécessairement capables de prendre des empreintes permanentes.

Avant le formage, la matière filtrante de la tige peut être soumise à un traitement de conditionnement avec un additif fluide, par exemple de l'eau pulvérisée ou de la vapeur, pour améliorer sa tenue à la chaleur.

En général, la tige formée par le procédé de l'invention reçoit une enveloppe extérieure alors qu'elle se déplace encore transversalement par rapport à sa longueur. Les opérations de formage et de pose de l'enveloppe peuvent avantageusement être effectuées par une même machine, de préférence associée à une machine classique à poser les bouts-filtres sur les cigarettes.

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Les dessins annexés représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est ime représentation schématique d'une machine à confectionner des bouts-filtres comprenant un dispositif de formage et un dispositif de pose de l'enveloppe.

La fig. 2 est une vue agrandie en élévation latérale (perpendiculairement à la fig. 1) du dispositif de formage.

La fig. 3 est une vue de bout illustrant la manière dont les tiges sont maintenues dans le dispositif de formage.

La fig. 4 représente une tige-filtre formée par le dispositif de la fig. 2.

La fig. 5 est un schéma simplifié d'une installation de fabrication utilisant la machine de l'invention.

La machine de la fig. 1 comprend un tambour récepteur 1 dont la surface circonférentielle forme des cannelures longitudinales 2 destinées à recevoir des tiges cylindriques 4 de matière filtrante distribuées par une goulotte 3. La matière filtrante utilisée est par exemple de l'acétate de cellulose. La rotation du tambour 1 entraîne les tiges 4 devant un guide courbe 5 qui s'étend jusqu'à un dispositif de formage 6 qui sera décrit plus loin. Des moyens de transfert constitués par trois tambours 7, 8 et 9 respectivement associés à des guides courbes 7', 8' et 9' transportent les tiges de filtre 10 du dispositif de formage 6 à un dispositif 11 de pose de l'enveloppe. Pendant ce transport, les tiges sont toujours maintenues perpendiculaires à la direction du mouvement. Les tambours 7 et 8 sont cannelés comme le tambour 1.

Le dispositif 11 se compose d'un tambour d'assemblage 12 et d'un tambour d'enveloppement 13 également cannelés et associés à des guides courbes 12' et 13'. Ces opérations sont classiques dans l'industrie des cigarettes. Le tambour 12 reçoit l'enveloppe, par exemple un ruban continu de papier 14 se déroulant d'une bobine (non représentée) et passant autour d'un rouleau de guidage 15. Un rouleau coupeur 16 portant un certain nombre de lames radiales 17 coopère avec le rouleau 15 pour découper la bande de papier 14, dont la largeur est égale à la longueur des tiges 10, en des morceaux dont la longueur correspond au développement de la surface cylindrique de la tige. Ces morceaux sont entraînés par le rouleau 15 et appliqués contre chaque tige 10 portée par le tambour d'assemblage 12. Avant d'arriver au rouleau 15, la bande de papier 14 reçoit une application d'adhésif sur sa surface qui sera en contact avec les tiges. Chaque morceau de papier enduit d'adhésif est appliqué sur une tige 10 portée par la périphérie du tambour 12 et l'ensemble est ensuite transféré du tambour 12 au tambour 13 sur lequel la tige est mise en rotation autour de son axe pour enrouler complètement l'enveloppe. Les bords longitudinaux de l'enveloppe sont superposés et se collent l'un à l'autre grâce à l'adhésif. Du tambour 13, les tiges enveloppées 18 sont acheminées à un convoyeur à bande 19 par l'intermédiaire d'un tambour de transfert cannelé 20 associé à un guide courbe 20'.

Pendant le fonctionnement de la machine, les tambours 1, 7, 8, 9, 12, 13 et 20, les rouleaux 15 et 16, le convoyeur 19 et le dispositif de formage 6 sont entraînés en synchronisme par des mécanismes appropriés.

Le dispositif de formage 6 se compose d'un ensemble rotatif et d'un élément statique. Comme illustré sur la fig. 2, l'ensemble rotatif comprend deux flasques circulaires espacés 21 et une série de petits rouleaux 22, de préférence à surface moletée, qui touril-lonnent dans les périphéries des flasques. L'écartement des rouleaux adjacents 22 leur permet de recevoir des tiges 4 distribuées par le tambour 1. L'ensemble rotatif du dispositif 6 est entraîné par un arbre central 23 qui est relié à un moteur électrique (non représenté). Un accouplement représenté schématiquement en 24 permet de régler la position axiale des flasques 21 pour que le dispositif puisse traiter des longueurs de tige différentes. Les rouleaux moletés 22 sont entraînés en rotation par des pignons satellites 25 engrenant sur une roue dentée centrale 26 de l'autre côté de l'un des flasques 21. La roue 26 est clavetée sur un second

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arbre 27 qui peut être entraîné par un autre moteur (non représenté). Si le flasque adjacent 21 comporte un tourillon 28 tournant dans un palier 29 de la roue 26 et/ou de l'arbre 27, comme représenté sur la fig. 2, il est généralement utile de prévoir un réglage de position axiale 30. On peut utiliser des moteurs électriques à vitesse variable pour adapter au mieux la vitesse de l'ensemble rotatif et celle des rouleaux 22 aux caractéristiques de l'application. En particulier, le nombre de révolutions des tiges au cours de leur passage dans le dispositif de formage détermine la configuration obtenue. S'il n'est pas nécessaire de prévoir une telle variation, on peut utiliser une transmission mécanique à rapport fixe pour l'entraînement de l'ensemble rotatif et de ses rouleaux moletés. La partie statique du dispositif de formage 6 comprend un élément fixe 31 à courbure cylindrique dont la surface intérieure forme des reliefs 32. L'élément 31 est muni de moyens de chauffage au moins dans ses parties en relief. Ces moyens de chauffage sont de préférence des résistances électriques incorporées. Le nombre, la forme et la disposition des parties en relief 32 dépendent de la configuration des empreintes 33 que l'on veut former dans la surface de la tige 10. L'exemple de la fig. 4 correspondant à la configuration de l'élément 31 de la fig. 2 n'est donné qu'à titre purement illustratif. Des guides courbes 34 (voir fig. 1) prolongent l'élément 31 jusqu'aux points de transfert des tambours adjacents 1 et 7.

L'élément 31 et ses parties en relief 32 sont généralement concentriques par rapport à l'axe de l'ensemble rotatif. Dans certains cas, la hauteur de relief des parties 32 peut augmenter dans le sens de la rotation pour réaliser un effet de formage progressif.

Le fonctionnement du dispositif de formage 6 est le suivant: les tiges lisses 4 sont amenées une à une par le tambour 1 entre les paires de rouleaux 22 et sont entraînées par la rotation de l'ensemble devant l'élément statique 31. Pendant ce mouvement, les tiges mises en rotation par les rouleaux 22 roulent sur la surface intérieure de l'élément 31. Ainsi, les reliefs chauffés 32 s'impriment dans la surface extérieure des tiges pour y former des empreintes complémentaires, telles que 33.

II est généralement préférable d'assurer la rotation des tiges autour de leurs axes par un entraînement mécanique des rouleaux 22. Cependant, dans certaines applications, les tiges peuvent n'être mises en rotation que par leur roulement sur la surface de l'élément fixe 31.

Les moyens de chauffage de l'élément 31 sont de préférence réglables, car la température optimale des reliefs 32 dépend de la nature des tiges et de leur temps de contact avec l'élément 31.

Cette température doit être comprise entre les points de ramollissement et de carbonisation de la matière utilisée. Dans le cas où le formage se fait après la pose de l'enveloppe de papier, la température des reliefs 32 ne doit pas non plus carboniser le papier. Un avantage du proqédé de l'invention est que le temps de contact peut être relativement long, ce qui permet de travailler à des températures plus basses sans risque de dégradation de la matière filtrante et de l'enveloppe.

Dans certains cas, il est souhaitable de rendre partiellement ou totalement imperméables à la fumée la surface cylindrique extérieure de l'élément filtrant ou certaines surfaces de ses empreintes. On peut obtenir cet effet en différenciant le chauffage de l'élément statique de façon à produire une fusion superficielle localisée dans la ou les régions de la tige à rendre totalement ou partiellement imperméables à la fumée.

En général, chaque tige 10 formée par le dispositif 6 représente plusieurs éléments filtrants qui sont découpés ultérieurement.

Un tel dispositif de formage permet d'obtenir diverses configurations avantageuses d'élément filtrant. On peut par exemple former des gorges annulaires de section rectangulaire (comme sur la fig. 4), arrondie, triangulaire ou autre. On peut également choisir les dimensions, la disposition et le nombre des rainures. On peut aussi obtenir des empreintes de profondeur et/ou de

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largeur variables. Pouf obtenir des empreintes non annulaires, par exemple une rainure hélicoïdale, il suffit que les reliefs de l'élément statique 31 ne soit pas perpendiculaires à la longueur des tiges et que ces dernières roulent sans déplacement axial dans le dispositif de formage 6. L'angle de l'hélice dépend de l'obliquité des reliefs de l'élément 31. De plus, les extrémités du filtre peuvent avoir des formes diverses, par exemple coniques, annulaires ou obliques, plissées, ondulées ou étoilées, éventuellement avec une perméabilité modifiée. Le formage peut servir principalement ou accessoirement à obtenir un compactage différentiel (c'est-à-dire un tassement localisé de la matière fibreuse). Une partie conique compacte peut ainsi être rapportée à l'extrémité d'une tige cylindrique.

On peut également former des empreintes qui ne sont pas continues sur toute la périphérie de la tige, éventuellement décalées les unes par rapport aux autres dans le sens circonférentiel. On peut aussi former des empreintes à fond plan, c'est-à-dire suivant une corde de la section circulaire de la tige. Toutes ces configurations peuvent être obtenues en choisissant avec soin les longueurs, les formes et les positions des parties en relief de l'élément 31 et la vitesse angulaire de l'ensemble rotatif. Lorsqu'on veut former des empreintes sur un côté simplement de la tige, elle ne doit pas tourner autour de son axe. Pour former des empreintes diamétralement opposées, on peut utiliser deux dispositifs de formage 6 entre lesquels la tige tourne d'un demi-tour.

Les empreintes décrites ci-dessus peuvent être associées à une cavité interne de la tige et aux extrémités ouvertes ou fermées d'une tige initialement tubulaire.

Pour former des empreintes longitudinales indépendamment de ou en même temps que les empreintes circonférentielles, il suffit que l'élément statique comporte des parties en relief transversales. On peut ainsi former des rainures, des alvéoles, des perforations, des nervures ou des dents décalées ou non, avec ou sans empreintes circonférentielles.

Pour de nombreuses applications, un seul dispositif de formage 6 est suffisant mais, dans certains cas, il peut être nécessaire d'en employer deux ou plusieurs effectuant des opérations successives sur les tiges. On peut aussi assembler plusieurs éléments formés indépendamment.

On peut par exemple fabriquer des filtres constitués d'un corps nervuré, d'une enveloppe cylindrique extérieure et d'une extrémité conique rapportée. On peut aussi fabriquer des filtres composites comportant un tampon d'acétate sensiblement cylindrique dont une partie intermédiaire est comprimée pour former une chambre annulaire contenant du charbon activé, la compression de la partie centrale s'opposant au passage de la fumée pour l'obliger à passer à travers le charbon. On peut aussi réaliser un filtre à haute 5 efficacité en acétate de cellulose constitué de deux éléments cylindriques pleins ayant des extrémités coniques adjacentes et d'un élément tubulaire de plus petit diamètre interposé entre Iesdites extrémités coniques.

Le procédé de l'invention permet de fabriquer à grande io cadence des modèles de filtres qu'il serait impossible ou difficile de fabriquer par les procédés classiques. La machine de l'invention est facilement adaptable à la production de différents modèles de tiges de filtre.

La machine à former et à envelopper les filtres décrite en i5 regard des fig. 1 à 4 peut être incorporée à différentes installations de fabrication de cigarettes. On a vu qu'elle était alimentée en tiges coupées 4 et qu'elle fournissait des tiges formées et enveloppées 18 au convoyeur de sortie 19. Dans l'exemple schématique de la fig. 5, la machine de l'invention, désignée par la référence 35, 20 est associée à une machine 36 qui fabrique les tiges de filtre à partir d'une mèche d'acétate de cellulose 37. Les tiges coupées sont transférées en 38 à la machine à former et à envelopper 35. Pour ce transfert, on peut utiliser un dispositif classique comprenant un tambour cannelé qui reçoit les tiges coupées 4 à la sortie 25 de la tige 36 et les transporte vers le dispositif de formage de la machine 35. En variante, le dispositif de formage peut être adjacent au tambour cannelé pour recevoir directement les tiges 4. Dans les deux cas, les tiges 18 formées et enveloppées par la machine 35 peuvent être introduites directement dans une 30 machine classique 40 à poser des bouts-filtres, la machine 40 est alimentée en cigarettes 41 par une réserve ou de préférence par une machine 43 à confectionner les cigarettes. Dans la machine 40, les tiges de filtre 18 sont transportées transversalement, comme dans la machine 35. On voit sur le schéma de la 35 fig. 5 que la machine 43 est disposée latéralement par rapport à la machine 40 pour distribuer axialement les cigarettes 41. Cette disposition facilite la mise bout à bout des filtres et des cigarettes dans la machine 40. Les opérations d'assemblage et de découpage qui se déroulent dans la machine 40 sont connues en elles-mêmes. 4o Le fonctionnement des machines 35, 40 et 43 est coordonné par des moyens de synchronisation appropriés.

Pour réaliser des filtres composites, les tiges formées (10 sur la fig. 1) peuvent être découpées et assemblées avec d'autres éléments de filtre de provenance différente sous une même enveloppe.

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2 feuilles dessins

Claims (15)

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1. Procédé de formage d'une tige de matière pour la transformer en un filtre à fumée, caractérisé en ce qu'il consiste à transporter la tige en contact avec un moyen de formage à chaud, en un mouvement relatif sur une trajectoire incurvée et orientée transversalement par rapport à la longueur de la tige de manière à imprimer une empreinte dans sa surface extérieure.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige est transportée à la périphérie d'un ensemble rotatif en forme de tambour tournant devant le moyen de formage à chaud qui comprend un ou plusieurs éléments chauffés épousant la forme du tambour et ayant des reliefs sur leurs surfaces adjacentes à la périphérie de l'ensemble rotatif.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tige est aussi animée d'un mouvement de rotation autour de son axe pendant son transport transversal devant le moyen de formage à chaud.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la tige est portée à la périphérie de l'ensemble rotatif par une paire de rouleaux allongés dont les axes sont parallèles à celui de l'ensemble rotatif.

5. Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les rouleaux sont animés d'un mouvement de rotation autour de leurs axes pour faire tourner la tige sur elle-même pendant son transport transversal.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tige formée est recouverte d'une enveloppe appliquée pendant son transport transversal.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tige est transportée entre les postes de formage et de pose de l'enveloppe par un mouvement transversal par rapport à sa longueur.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs surfaces de la tige ou de son empreinte, par exemple une rainure annulaire ou hélicoïdale, sont rendues imperméables à la fumée par l'opération de formage à chaud.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'empreinte est une rainure imprimée dans la surface extérieure de la tige et en ce qu'au moins l'une des surfaces qui la délimitent est rendue imperméable à la fumée.

10. Machine pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comprend un moyen de formage à chaud et un moyen de transport de la tige de matière en contact avec le moyen de formage sur une trajectoire incurvée et orientée transversalement par rapport à la longueur de la tige.

11. Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que la tige est portée à la périphérie d'un ensemble rotatif en forme de tambour, et en ce que le moyen de formage à chaud comprend un ou plusieurs éléments statiques chauffés épousant la forme du tambour et ayant des reliefs sur leurs surfaces adjacentes à la périphérie de l'ensemble rotatif.

12. Machine selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de mise en rotation de la tige autour de son axe pendant son transport transversal devant le moyen de formage à chaud.

13. Machine selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que la tige est portée à la périphérie de l'ensemble rotatif par une paire de rouleaux allongés dont les axes sont parallèles à celui de l'ensemble rotatif.

14. Machine selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comprend un mécanisme d'entraînement des rouleaux en rotation autour de leurs axes pour faire tourner la tige sur elle-même pendant son transport transversal.

15. Machine selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisée en ce qu'elle comprend également un poste de pose d'une enveloppe autour de la tige pendant son transport transversal.