CN104427891A - 用于形成吸烟制品的过滤嘴部件的设备和有关的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了采用超声粘合241来形成吸烟制品的过滤元件的设备、系统和方法。可以采用超声粘合来粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维。塑化剂的使用可能不是必要的。此外，可以采用经由塑化剂不可粘合的过滤材料诸如聚乳酸。但是，在某些实施方案中，可以采用三醋汀或其它另外的组分来提供具有合乎需要的感官属性的过滤元件。超声粘合可以用超声粘合机来进行，所述超声粘合机包括限定其上面的图案的砧子，选择所述砧子以限定期望的粘合程度和由此限定得到的与过滤元件有关的期望硬度和/或压力降。

Description

用于形成吸烟制品的过滤嘴部件的设备和有关的方法
技术领域
本公开内容涉及从烟草制成或衍生出的产品，或者以其它方式包含烟草、且意图用于人消费的产品。在这点上，本公开内容的方面涉及吸烟制品，且更具体地，涉及用于形成吸烟制品(诸如香烟)的过滤元件的设备和有关的方法。
背景技术
流行的吸烟制品，诸如香烟，具有大致圆柱棒形结构，并包括被纸包装材料围绕的可抽吸材料诸如撕碎的烟草(例如，以切割填充物形式)的包、卷或柱，从而形成所谓的“可抽吸条”或“烟丝条”。通常，香烟具有与烟丝条成端到端关系排列的圆柱形过滤元件。通常，过滤元件包含使用三醋汀塑化的醋酸纤维素丝束，并且所述丝束被称为“成型纸(plug wrap)”的纸材料围绕。香烟可以包含具有多段的过滤元件。在某些情况下，这些段之一可包含活性炭颗粒。通常，过滤元件使用称为“接装纸”或“接装材料”的外围材料连接至烟丝条的一端。为了提供环境空气对抽吸的主流烟气的稀释，将接装材料和成型纸打孔也已成为需要。香烟及其不同部件的描述阐述在Tobacco Production,Chemistry and Technology,Davis等人(编)(1999)中。吸烟者通过点燃香烟的一端并燃烧烟丝条而使用香烟。然后，吸烟者通过抽吸香烟的相对端(例如，过滤嘴端)而接收主流烟气进入他/她的口腔。
尽管过滤元件的上述实施方案可以适当地起作用，可以合乎需要的是，例如，从可生物降解的材料生产过滤元件的部件。此外，可能合乎需要的是，保留与三醋汀塑化的醋酸纤维素有关的感官属性(例如，味道和/或气味)。因此，可能合乎需要的是，促进以快速的高度自动化的方式制造这样的可生物降解的矫味香烟。这样，需要能够生产可生物降解的过滤元件的设备和方法，所述过滤元件可以保留合乎需要的感官属性。
发明内容
在一个方面，提供了一种用于形成吸烟制品的过滤元件的方法。所述方法可以包括：初轧包括过滤材料的多个纤维的丝束以限定经初轧丝束，和超声粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维，以形成粘合的经初轧丝束。
在一个实施方案中，所述方法还可以包括用成型纸包装所述粘合的经初轧丝束。所述方法还可以包括将塑化剂施加于所述粘合的经初轧丝束。施加塑化剂可以包括将三醋汀施加于所述粘合的经初轧丝束。初轧丝束可以包括初轧这样的丝束：其包含聚乳酸、人造丝、聚丙烯、聚乙烯和醋酸纤维素中的至少一种的多个纤维。
超声粘合过滤材料的纤维可以包括：以约20千赫兹至约35千赫兹之间的频率振动所述过滤材料的纤维，和/或以约600瓦至约4,000瓦之间的峰值功率水平振动所述过滤材料的纤维。另外，超声粘合过滤材料的纤维可以包括：将所述经初轧丝束引入超声波发生器和砧子之间，从而产生足够的热以将所述纤维粘合在一起。超声粘合过滤材料的丝条也可以包括：以一定模式超声粘合限定经初轧丝束的过滤材料的丝条，所述一定模式被构造成将所述纤维粘合至限定所述过滤元件的相对末端之间的选定压力降的程度。所述粘合程度也决定了得到的过滤嘴条的硬度。在某些实施方案中，所述纤维可以进一步包括与第一材料不同的第二过滤材料，且超声粘合所述纤维可以包括使所述过滤材料的纤维与所述第二过滤材料的纤维超声粘合。
在另一个方面，提供了用于吸烟制品的过滤元件。所述过滤元件可以包含过滤材料的多个纤维，所述过滤材料的多个纤维经初轧以限定经初轧丝束并超声粘合以形成粘合的经初轧丝束。
在一个实施方案中，所述过滤元件还可以包含塑化剂，诸如三醋汀。所述过滤元件可以限定约1％至约10％的硬度。所述过滤材料可以包含醋酸纤维素、人造丝、聚丙烯、聚乙烯和聚乳酸中的至少一种。另外，可以以一定模式超声粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维，所述一定模式被构造成将所述纤维粘合至限定所述过滤元件的相对末端之间的选定压力降的程度。在某些实施方案中，所述纤维可以进一步包括第二过滤材料，所述第二过滤材料不同于所述第一材料并超声粘合至所述过滤材料。
在另一个方面，提供了一种烟草产品。所述烟草产品可以包含烟草材料、过滤元件和接装材料，所述接装材料至少部分地在所述烟草材料和所述过滤元件周围延伸。所述过滤元件可以包含过滤材料的多个纤维，所述过滤材料的多个纤维经初轧以限定经初轧丝束且超声粘合以形成粘合的经初轧丝束。
在一个实施方案中，所述烟草产品还可以包含包装材料，所述包装材料至少部分地在所述烟草材料周围延伸。所述烟草产品还可以包含成型纸，所述成型纸至少部分地在所述粘合的经初轧丝束周围延伸。所述烟草产品还可以包括塑化剂诸如三醋汀。所述过滤材料可以包含聚乳酸。以一定模式粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维，所述一定模式被构造成将所述纤维粘合至限定所述过滤元件的相对末端之间的选定压力降的程度。
在另一个方面，提供了被构造成形成吸烟制品的过滤元件的设备。所述设备可以包括丝束散布器和超声粘合机，所述丝束散布器被构造成初轧过滤材料的多个纤维以限定经初轧丝束，所述超声粘合机被构造成超声粘合所述限定经初轧丝束的过滤材料的多个经初轧纤维以形成粘合的经初轧丝束。
在一个实施方案中，所述设备还可以包括制条机，所述制条机被构造成用成型纸包裹粘合的经初轧丝束。所述超声粘合机可以包括超声波发生器和砧子，其中所述超声波发生器和所述砧子限定夹子，所述夹子被构造成接收在二者之间的经初轧丝束。所述砧子可以限定图案化的外表面，所述外表面被构造成以一定模式粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维，所述一定模式被构造成限定过滤元件的相对末端之间的选定压力降。所述超声波发生器可以被构造成以约20千赫兹至约35千赫兹之间的频率振动。所述超声粘合机可以被构造成以约600瓦至约4,000瓦之间的峰值功率水平振动。
因此，本公开内容的方面解决了鉴别的需要，并且提供了如在本文中另外详述的其它优点。
附图说明
因此已经概括地描述了本公开内容，现在将参考附图，所述附图不一定按比例绘制，且其中：
图1解释了被构造成生产香烟的操作的现有技术系统的框图；
图2解释了根据本公开内容的一个实施例实施方案，被构造成生产香烟的操作(包括超声粘合)的系统的框图；
图3示意地解释了根据本公开内容的一个实施例实施方案，被构造成执行图2中提供的操作的设备(包括超声粘合机)的系统；
图4示意地解释了根据本公开内容的一个实施例实施方案，在图3的系统中包括的超声粘合机；
图5解释了根据本公开内容的一个实施例实施方案，图2和3的超声粘合机的滚子的顶视图；
图6解释了根据本公开内容的一个实施例实施方案，形成过滤元件的方法；和
图7解释了根据本公开内容的一个实施例实施方案，吸烟制品的分解图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地描述本公开内容，在所述附图中，显示了本公开内容的一些方面，但并非所有方面。实际上，本公开内容可以以许多不同的形式具体化，且不应解释为限于本文阐述的方面；相反，提供了这些方面，使得本公开内容将满足适用的法律要求。在全文中，相同的附图标记表示相同的元件。
如本文中所述的，本公开内容的实施方案涉及从超声粘合的丝束形成的过滤元件。此外，本公开内容也涉及用于生产从超声粘合的丝束形成的过滤元件的方法和设备。通过对比，在传统的香烟生产中，通常使用塑化剂来粘合过滤嘴丝束。
在一个实施例实施方案中，通过将浓液纺成多个丝，可以生产丝束纤维，所述浓液可以包含聚合物(例如，醋酸纤维素)和溶剂(例如，丙酮)的溶液。可以将所述丝收纳、润滑，并通过捆绑所述丝来形成丝束纤维。然后可以使丝束纤维蜷曲，以便增加丝束纤维的体积。此外，可以将丝束纤维干燥和安装卡圈，用于运输至过滤元件生产商。
在这点上，图1解释了被构造成生产香烟或其它吸烟制品的操作的现有技术系统100的一个实施例实施方案，其中示意地解释了该系统执行的操作。如解释的，系统100可以接收丝束纤维108作为输入，所述丝束纤维108可以根据上述的制造方法或不同的其它制造方法来生产。可以在操作110对丝束纤维108进行丝束打开。丝束打开表示使丝束纤维108展开的一个或多个过程。在这点上，可以在最初将丝束纤维108包装成捆或以另一个方式包装，由此使形成丝束纤维的每条丝与邻近它的那些丝基本上连续接触。在一个实施方案中，在操作110处的丝束打开可以通过气动绑扎喷射器来进行，所述气动绑扎喷射器将丝束纤维108弄平和铺开，并形成铺开的丝束118。但是，在其它实施方案中，可以采用各种其它技术来生产铺开的丝束118。
可以将系统100进一步构造成在操作120处对铺开的丝束118进行蜷曲除去。在操作120处的蜷曲除去可以包括：拉伸铺开的丝束纤维118以形成去蜷曲的丝束128。在某些实施方案中，通过引导铺开的丝束118穿过一个或多个具有环状槽的滚子的协作组，可以进行蜷曲除去。
可以在操作130处对去蜷曲的丝束128进行初轧。初轧可以包括：在限定丝束的丝之间引入进一步分离。在操作130处的初轧可以通过多种技术来进行，诸如使用滚子拉伸和松弛交替的丝束段。可替换地或额外地，可以采用一个或多个气动绑扎喷射器来初轧丝束。
在这点上，丝束打开操作110、蜷曲除去操作120和初轧操作130都表示这样的操作：其中限定丝束纤维108的丝至少部分地彼此分离。以此方式分离限定丝束纤维108的丝最终会产生经初轧丝束138。因而，本文中使用的术语“经初轧丝束”表示这样的丝束纤维：其已经通过丝束打开操作110、蜷曲除去操作120和初轧操作130中的一个或多个而至少部分地分离。在某些实施方案中，丝束打开操作110、蜷曲除去操作120和初轧操作130可以在不同的时间进行，和/或可以采用单独的设备来执行这些操作。但是，在其它实施方案中，丝束打开操作110、蜷曲除去操作120和/或初轧操作130可以基本上同时地发生，和/或在某些实施方案中包括使用相同的设备。例如，在操作110处的丝束打开和在操作130处的初轧二者可以通过使用一个或多个气动绑扎喷射器来进行。可替换地或另外，在操作120处的蜷曲除去和在操作130处的初轧二者可以通过使用带槽的滚子来进行。
因而，尽管在上面解释了丝束打开操作110、蜷曲除去操作120和初轧操作130并一般地描述为单独的操作，应当理解，这些操作中的一个或多个之间可以存在重叠，或者可以省略这些操作中的一个或多个。在这点上，本文中使用的术语“丝束分离”可以表示，丝束打开操作110、蜷曲除去操作120和初轧操作130中的一个或多个，其会产生如上定义的经初轧丝束138。
系统100可以在操作140处对经初轧丝束138进行塑化剂施加。塑化剂施加可以包括：将塑化剂142施加(例如，经由喷雾或芯施加)于经初轧丝束138以产生塑化的纤维产品148。为了最终使平行对齐的丝束丝彼此粘合以产生相对牢固的和坚硬的结构(其被构造成在抽吸过程中不软化或收缩)的目的，可以进行在操作140处的塑化剂施加。构造上述的丝束分离操作以如下改善塑化剂142的穿透：在限定经初轧丝束138的丝之间产生间隙，所述塑化剂可以移动穿过所述间隙。
使用已知技术，可以将塑化剂142以传统量施加于经初轧丝束138，所述塑化剂142在某些实施方案中可以包含三醋汀和/或碳蜡。在一个实施方案中，所述塑化剂142可以包含1:1重量比的三醋汀和碳蜡。塑化剂142的总量通常可以是过滤材料的约4重量％至约20重量％、优选约6至约12重量％。香烟过滤嘴设计和制造领域的技术人员会容易地明白与过滤元件的构建结合使用的其它合适的材料。参见，例如，Rivers的美国专利号5,387,285，其通过引用并入本文。
然后可以对塑化的纤维产品148进行一个或多个制条操作150。制条操作150可以包括塑化的纤维产品148的成形。例如，可以将塑化的纤维产品148压缩或以其它方式成形以形成连续圆柱形条形状。
制条操作150可以另外包括，将塑化的纤维产品148切成段。在这点上，可以将塑化的纤维产品148纵向地细分成圆柱形过滤嘴段。在某些实施方案中，基于单支香烟的过滤元件的期望长度，可以选择过滤嘴段的长度。作为另一个实施例，在另一个实施方案中，可以将过滤嘴段切成这样的长度：其等于单支香烟的过滤元件的长度的2倍，并且可以在以后的时间将过滤嘴段切成2半。例如，过滤嘴段可以连接2个烟草条，并且可以将过滤嘴段分割以形成2支香烟的过滤嘴。
过滤嘴区段的测量取决于其特定应用，但是，用于香烟的过滤嘴区段通常可以具有约80mm至约140mm的长度范围和约16mm至约27mm的周长范围。例如，具有100mm长度和24.53mm周长的典型过滤嘴区段可以表现出约200mm至约400mm水柱的压力降，这使用包裹的压力降测试仪(作为Model No.FTS-300由Filtrona Corporation,Richmond,Virginia商业销售)在17.5立方厘米/秒(cc/sec)的空气流量下测得。
在某些实施方案中，在操作150处的制条还可以包括：用成型纸152包裹塑化的纤维产品148。可以用成型纸152包裹塑化的纤维产品148，使得过滤材料的每个末端保持暴露。成型纸152可以变化。参见，例如，Martin的美国专利号4,174,719。通常，成型纸152是多孔的或无孔的纸材料。合适的成型纸材料是商购可得的。具有在约1100CORESTA单位至约26000CORESTA单位范围内的孔隙率的示例性成型纸可作为Porowrap 17-M1、33-M1、45-M1、70-M9、95-M9、150-M4、150-M9、240M9S、260-M4和260-M4T得自Schweitzer-Maudit International，和作为22HP90和22HP150得自Miquel-y-Costas。无孔的成型纸材料通常表现出小于约40CORESTA单位且经常小于约20CORESTA单位的孔隙率。示例性的无孔成型纸可作为PW646得自捷克共和国的Olsany Facility(OP Paprina)，作为FY/33060得自奥地利的Wattenspapier，作为646得自西班牙的Miquel-y-Costas，和作为MR650和180得自Schweitzer-MauduitInternational。可以用一层成膜材料包被成型纸，特别是在面向塑化的纤维产品148的表面上。使用合适的聚合成膜剂(例如，乙基纤维素，与碳酸钙混合的乙基纤维素，硝酸纤维素，与碳酸钙混合的硝酸纤维素，或属于香烟制造常用类型的所谓的嘴唇释放包衣组合物)，可以提供这样的包衣。可替换地，可以使用塑料膜(例如，聚丙烯膜)作为成型纸材料。例如，可以使用无孔聚丙烯材料(其可作为ZNA-20和ZNA-25得自TreofanGermany GmbH&Co.KG)作为成型纸材料。
如果需要的话，也可以生产所谓的“未包裹的乙酸酯”过滤嘴区段。使用本文中一般地阐述的技术类型，生产这样的区段。但是，不是采用包围过滤材料的纵向延伸周边的成型纸，而是提供稍微坚硬的条，例如，通过将蒸汽施加于成形的塑化的纤维产品148。Filtrona Corporation,Richmond,Virginia具有用于商业制造未包裹的乙酸酯过滤嘴条的技术。
因此，通过制条操作150可以生产成形的、切割的、和/或包裹的(或未包裹的)过滤元件158。系统100可以进一步进行香烟制造操作160。香烟制造操作160可以包括：用包装材料164包裹可抽吸材料162的供给以形成可抽吸条。
此外，香烟制造操作160可以包括：将过滤元件158附接至可抽吸条。例如，过滤元件158和可抽吸条的一部分可以被具有粘合剂的接装材料166包围，所述接装材料166被构造成结合过滤元件和烟丝条，从而将过滤元件联接至烟丝条的一端。
因此，根据上述的实施例实施方案，或在用于生产香烟的系统和方法的各种其它实施方案下，可以生产香烟168(或其它可抽吸的物品)。如上所述，已知的制造方法和设备常规地在过滤元件的形成中采用塑化剂来粘合丝束。但是，可以合乎需要的是，在不必采用塑化剂的情况下粘合丝束。
在这点上，图2解释了根据本公开内容的一个实施例实施方案，被构造成生产香烟或其它吸烟制品的操作系统200的一个实施方案，其中示意地解释了所述系统执行的操作。如解释的，系统200可以接收丝束纤维208作为输入，所述丝束纤维208可以根据上述的制造方法或不同的其它制造方法来生产。在这点上，作为例子，在一个实施方案中，丝束纤维208可以包含醋酸纤维素(例如，含有聚合物的醋酸纤维素)。作为另一个实施例实施方案，丝束纤维208可以额外地或可替换地包含聚乳酸、人造丝、聚丙烯和/或聚乙烯。可以如在以下文献中所述，采用其它类型的过滤材料，诸如纸、非织造的聚丙烯或聚烯烃网或撕碎的网的聚拢纤维：Lyon等人的美国专利号3,805,682、Lelah的美国专利号4,763,674、Pryor等人的美国专利号4,807,809、Cohen等人的美国专利号4,811,745、Barnes等人的美国专利号4,903,714、Hill等人的美国专利号4,925,602、Raker的美国专利号5,025,814、Jakob等人的美国专利号5,101,839、Saintsing等人的美国专利号5,246,017、Arzonico等人的美国专利号5,271,419、Blakely等人的美国专利号5,360,023、Gentry等人的美国专利号5,404,890和Gentry等人的美国专利号5,568,819。
尽管系统200在某些实施方案中可以不同，图2的系统200可以包括一些与上面关于图1的系统100描述的那些基本上类似的操作。例如，所述系统可以在操作210处进行丝束打开以形成铺开的丝束218。可以进一步构造系统200以在操作220处进行对铺开的丝束218的蜷曲除去。可以在操作230处对得到的去蜷曲的丝束228进行初轧，以产生经初轧丝束238。
然后可以粘合经初轧丝束238。在图1所示的系统中，如上面所指出的，经由在操作140处的塑化剂施加进行粘合。但是，在图2所示的系统200中，通过在操作241处的超声粘合，可以进行经初轧丝束238的粘合。在这点上，本公开内容的实施方案不一定采用塑化剂。但是，如下面讨论的，在其它实施方案中可以采用塑化剂。
超声粘合表示使用超声来连接2个或更多个物体。超声是超出可听限度的机械振动，其开始于约15千赫兹(kHz)。可以如下采用超声振动来连接2个物体：在所述2个物体之间的接触点处熔化所述2个物体中的一个或两个(即，通过摩擦)，由此随着熔化的物体融合到一起而建立接头。因此，在操作241处的超声粘合可以包含超声粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维238以形成粘合的经初轧丝束249。应当指出，本文中使用的术语“纤维”表示任意丝条、丝和合适的丝状材料元件的各种其它实施方案。在某些实施方案中，所述纤维还可以包含与第一过滤材料不同的第二过滤材料。在这点上，超声粘合纤维可以包括，使第一过滤材料的纤维与第二过滤材料的纤维超声粘合。因而，使用超声粘合，可以将2种材料的纤维连接在一起。在粘合之前，可以通过初轧操作和/或其它操作来掺合第一材料和第二材料的纤维，使得当将纤维粘合到一起时，它们可以均匀地遍布于得到的粘合丝束中。
在操作241处的超声粘合可以提供与使用塑化剂来粘合经初轧丝束238有关的益处。在这点上，可以采用超声粘合来粘合通过使用塑化剂不可粘合的材料。例如，聚乳酸是从可再生资源(诸如玉米淀粉、木薯产品或甘蔗)衍生出的一种热塑性的脂族聚酯，其可以在某些条件(诸如氧的存在)下生物降解。
尽管申请人已经鉴别了与使用聚乳酸作为过滤嘴丝束有关的益处，申请人不知道用于粘合聚乳酸的合适塑化剂。但是，申请人已经确定，可以超声粘合聚乳酸。因此，超声粘合在操作241处的应用可以允许使用在吸烟制品的过滤元件中传统上不使用的过滤材料诸如聚乳酸。
在操作241处进行超声粘合以后，然后可以对粘合的经初轧丝束249进行一个或多个制条操作250。制条操作250可以包括粘合的经初轧丝束249的成形。例如，可以将粘合的经初轧丝束249压缩或以其它方式成形以形成连续圆柱形条形状。此外，制条操作250可以包括，将粘合的经初轧丝束249切成段。在某些实施方案中，在操作250处的制条还可以包括，用成型纸包装所述粘合的经初轧丝束252。但是，在其它实施方案中，所述过滤嘴段可以保持未包裹。例如，可以充分地强化在操作241处通过超声粘合产生的粘合的经初轧丝束249，以限定适合用作过滤元件的坚硬条。可替换地，可以强化粘合的经初轧丝束249，例如，通过向其施加蒸汽。
因此，通过制条操作250，可以生产成形的、切割的和/或包裹的(或未包裹的)过滤元件258。系统200可以进一步进行香烟制造操作260。香烟制造操作260可以包括，用包装材料264包裹可抽吸材料262的供应以形成可抽吸条。此外，香烟制造操作260可以包括，将过滤元件258连接至可抽吸条。例如，可以用粘合剂使接装材料266包围过滤元件258和可抽吸条的一部分，所述粘合剂被构造成结合至过滤元件和可抽吸条，从而将过滤元件连接至可抽吸条的末端。因此，根据上述的实施例实施方案，或者在用于生产香烟的系统和方法的各种其它实施方案下，可以生产香烟268(或其它可抽吸的物品)。
因而，图2的系统200的实施方案与图1所示的系统100的实施方案的差别可以至少是，超声粘合经初轧丝束238。此外，如在操作270处所解释的，还可以将所述系统构造成执行另外的组分272的施加，所述另外的组分272可以施加于用于形成香烟268的一种或多种材料。
另外的组分272可以将某种功能性或性质赋予形成的过滤嘴条部分，例如，烟气过滤、烟气味道、水分散性、生物可降解性和/或可堆肥性。例如，另外的组分272可以包含矫味化合物、丙二醇、柠檬酸三乙酯或任意其它合适的物质。在一个实施方案中，所述另外的组分可以包含通常被施加以塑化醋酸纤维素的塑化剂(诸如三醋汀和/或碳蜡)，如上面关于图1所示的系统100所述。在这点上，可以采用塑化剂作为另外的组分272以提供具有合乎需要的味道的得到的香烟268。例如，尽管三醋汀不可适当地粘合聚乳酸，可以施加三醋汀作为另外的组分272，以便提供具有与三醋汀有关的所需味道的得到的香烟268。
操作270可以在与系统200进行的其它操作有关的一个或多个点处施加另外的组分272。例如，如箭头274所示，在一个实施方案中，在操作241处超声粘合之后和在操作250处制条之前，可以将另外的成分272施加于粘合的经初轧丝束249。在另一个实施方案中，在操作250处制条之后和在操作260处香烟制造之前，可以将另外的成分272施加于过滤元件258，如箭头276所示。例如，可以将另外的成分272施加于过滤元件258的每段的任一个末端。在另一个实施方案中，在操作260处香烟制造以后，可以将另外的成分272施加于香烟268，如箭头278所示。例如，可以在过滤元件处将另外的成分272施加于香烟268的暴露末端。但是，应当理解，可以在其它时间(例如，在操作241处超声粘合之前)施加另外的成分，并且上述的实施方案仅仅为了实施例目的而提供。
在图3中解释了用于形成香烟的系统300的一个实施例实施方案，其中示意地解释了形成所述系统的设备。在这点上，系统300可以包括丝束散布器330，所述丝束散布器330被构造成接收丝束纤维308和产生经初轧丝束338。丝束散布器330可以执行一个或多个如上面关于图2所述的操作，诸如丝束打开210、蜷曲除去220和初轧230。
例如，在丝束散布器330中使用bussel喷射方法或带螺纹的轧辊方法，可以初轧过滤嘴丝束。一个示例性的丝束散布器330已经作为ArjayEquipment Corp.,Winston-Salem,NC供应的E-60商购得到。适合用作丝束散布器330的其它示例性的设备零件已经作为AF-2、AF-3和AF-4商购得自Hauni-Werke Korber&Co.KG.和作为Candor-ITM Tow Processor商购得自International Tobacco Machinery。可以采用本领域普通技术人员已知的其它类型的商购可得的丝束散布器。
用于形成香烟300的系统还可以包括与上面关于图2讨论的操作对应的其它设备和部件。在这点上，离开丝束散布器330的经初轧丝束338可以进入超声粘合机341中。可以将超声粘合机341构造成超声粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维338，如上面在图2的操作241处所述。因而，超声粘合机341可以产生粘合的经初轧丝束349。
在图4中解释了超声粘合机341的一个实施例实施方案。如解释的，超声粘合机341可以包括多个部件，包括、例如，超声发生器402、超声堆404、砧子406和挤压机408。超声发生器402可以连接至交流电，并且被构造成将交流电频率(例如，约50Hz或约60Hz)转换成与超声堆404的共振频率匹配的较高频率(例如，约15kHz至约70kHz、约20kHz至约50kHz、约20kHz至约35kHz、约20kHz、约30kHz、约35kHz或约40kHz)。此外，可以将超声粘合机341构造成在峰值功率水平振动，例如，约400瓦至约4,200瓦、约600瓦至约4,000瓦、至少约400瓦、至少约600瓦、或小于约4,500瓦。可以构造超声发生器341的峰值功率水平，以产生经初轧丝束338的期望粘合程度。
超声粘合机341的超声堆404可以包括多个部件，所述部件包括转换器410、增强器412、超声波发生器(或“角”)414和超声波发生器尖部416。可以将转换器410构造成将接受自超声发生器402的交流电转换成机械振动。在一个实施方案中，所述转换器410可以包括压电声音传感器。可以将增强器412构造成改变由转换器410产生的振动的振幅。例如，增强器412可以增加由转换器410产生的振动的振幅。此外，超声波发生器414通过超声波发生器尖部416将振动施加于铺开的丝束。具体地，挤压机408可以向超声堆404施加压力，使得经初轧丝束338被引在超声波发生器尖部416和砧子406之间。因此，由超声堆404产生的振动可以随着它穿过被限定在超声波发生器尖部416和砧子406之间的夹子而传送进经初轧丝束238中。在某些实施方案中，所述砧子406可以包括滚子，而在其它实施方案中，所述砧子可以是基本上静止的。在这点上，本文中使用的术语“砧子”表示，被构造成与超声波发生器协作以执行超声粘合的任何固体部件、衬垫或其它合适部件。
因而，超声粘合机341会振动限定经初轧丝束338的过滤材料的纤维，并且二者之间的摩擦会造成过滤材料的纤维加热和融合在一起以形成粘合的经初轧丝束349。但是，由于所述过滤材料最终被用在过滤元件中，可能合乎需要的是，仅部分地将过滤材料的纤维粘合在一起。在这点上，可以将砧子406和/或超声波发生器尖部416构造成以一定模式粘合过滤材料的纤维，而不是连续地粘合过滤材料的纤维。
作为例子，图5解释了砧子406的顶视图。如解释的，砧子406可以限定图案化的外表面418。图案化的外表面418可以限定凹坑420、突出物422和/或主要表面424。可以将突出物420构造成造成过滤材料的纤维沿着经初轧丝束338的长度在突出物与经初轧丝束接触的位置处粘合。可以将主要表面424构造成造成沿着经初轧丝束338的长度在主要表面与其接触的点处的过滤材料的纤维粘合量的减少(相对于突出物420)。此外，可以将凹坑420构造成基本上避免沿着经初轧丝束338的长度在凹坑与其接近的点处粘合过滤材料的纤维。但是，这些要素中的每一个不需要被包括在所有实施方案中。例如，在某些实施方案中，可以省略凹坑420或突出物422。此外，如上面所指出的，在某些实施方案中，超声波发生器尖部416可以额外地或可替换地在其外表面处限定图案。
在以下文献中描述了可以与本公开内容的实施方案结合使用的超声粘合机和有关设备的实施例实施方案：Aust的美国专利申请公开号2009/0250170，Volger等人的美国专利申请公开号2010/0282395，Gnad等人的美国专利号6,190,296，Vogler的美国专利申请公开号2011/0042014，Schneider的美国专利号7,108,764，Konieczka的美国专利号7,959,054，和Hermann的美国专利号5,730,351，它们通过引用并入本文。作为另一个实施例，根据本公开内容的实施方案可以采用可得自HermannUltrasonics,Inc.of Bartlett,IL的其它超声粘合机。
因此，超声粘合机341可以从经初轧丝束338产生粘合的经初轧丝束349。返回图3，系统300可以进一步包括制条机350，所述制条机350接收粘合的经初轧丝束349并用成型纸352包裹它以形成过滤元件358。制条机350的实施例实施方案包括得自Hauni-Werke Korber&Co.KG的KDF-2和KDF-3E；和得自International Tobacco Machinery的Polaris-ITM Filter Maker。
如上面所指出的，可以将超声粘合机341构造成精确地控制经初轧丝束338的粘合。在这点上，除了由砧子406限定的粘合图案以外，振动的频率、振动的峰值功率和施加于经初轧丝束388的压力都可以进行调节。因此，可以在期望的程度上和以期望的模式使粘合的经初轧丝束349相对精确地粘合。可以将由超声粘合机341产生的粘合的模式和程度(例如，深度)构造成将经初轧丝束349的纤维粘合至这样的程度：其限定跨从粘合的经初轧丝束349产生的过滤元件358(即，在相对的纵向末端之间)的期望压力降。在这点上，例如，可以将具有100mm长度和24.53mm周长的过滤嘴段构造成限定约100mm至约500mm水柱、约200mm至约400mm水柱或约250mm至约350mm水柱的压力降，这使用包裹的压力降测试仪(作为Model No.FTS-300由Filtrona Corporation,Richmond,Virginia商业销售)在17.5立方厘米/秒(cc/sec)的空气流量下测得。在一个实施方案中，通过经验地试验多种粘合模式(例如通过试验多种砧子406和/或超声波发生器尖部416)，可以达到期望的压力降。在其它实施方案中，基于与粘合模式有关的计算压力降，可以选择粘合模式。此外，粘合的经初轧丝束349可以限定期望的硬度。在这点上，在某些实施方案中，粘合的经初轧丝束349可以限定约1％至约10％的硬度。硬度(Firmness或hardness)是过滤嘴条的可压缩性的量度，并且影响将过滤嘴安装至烟草柱顶端的能力。随着许多生产商关注过滤嘴向香烟制造机的自动转移，硬度日益受到关注。通过达到期望的硬度，可以避免就过滤元件358当在使用中暴露于抽吸时收缩或在正常操作中发生损伤而言的问题。过滤嘴硬度也会影响完成的香烟的许多感觉方面。
硬度可以以其它方式受多种过滤嘴参数影响，所述参数包括：丝束的性能(例如，旦尼尔/丝(dpf)和总旦尼尔)、过滤嘴的周长、相对丝束重量或密度、和采用的塑化剂(如果有的话)的量。在采用塑化剂的过滤嘴条中，硬度也会受塑化条已经固化的时间的量影响。生产以后，条硬度最初相对快速地增加，然后逐渐越来越多，直到在24-48小时完全固化。通常在完全固化的过滤嘴条上进行硬度试验。
可以使用多种试验仪器来测量硬度。但是，在所有情况下，原理是相同的；在给定的负载下测量过滤嘴对压缩或破碎的抵抗力。通常将硬度表达为变形百分比，且可以使用方程式1从过滤嘴凹陷(即，直径的变化)的量和最初直径计算出：
方程式1：
施加的实际负载、施加负载的方法(例如，通过重力或通过测试仪的动作)、和接触时间的长度取决于使用的仪器。因为这些差异，举例的硬度测量单位通常与特定试验方法或试验设备有关。在不同类型的设备上试验的结果可能不是可互换的。合适的硬度测试仪的一个例子由Filtrona制造。
通过采用超声粘合机341来粘合经初轧丝束338中的过滤材料的纤维，得到的粘合的经初轧丝束349可以限定如上所述的一致粘合模式。因此，可以精确地构造得到的过滤元件358以限定期望的压力降和硬度。相比而言，可能更难以控制与经由塑化剂施加而形成的过滤元件有关的压力降。在这点上，通常将塑化剂作为流体来施加，因此附着于经初轧丝束的流体的量、在经初轧丝束内的穿透和其它因素可以使得相对难以生产限定一致压力降的过滤元件。相比而言，超声粘合机341可以产生限定相对一致的粘合模式的粘合的经初轧丝束358，且因此，由其生产的过滤元件358所限定的压力降和硬度可以是相对更一致的。在这点上，本公开内容的实施方案可以提供以下益处：不仅以粘合未知合适塑化剂的丝束的能力的方式，而且以一致地粘合丝束从而达到过滤元件的相对末端之间一致的压力降的能力的方式。因此，在某些实施方案中，本公开内容的实施方案可以与传统的过滤嘴丝束材料(诸如醋酸纤维素)结合使用。
此外，系统300可以包括香烟制造机360，所述香烟制造机360将用包装材料364包裹的可抽吸材料362所形成的可抽吸条经由接装材料366连接至过滤元件358。可以用作香烟制造机360的机器的示例性实施方案包括可商购得自Molins PLC或Hauni-Werke Korber&Co.KG的机器。例如，可以采用被称作MkX(可商购得自Molins PLC)或PROTOS(可商购得自Hauni-Werke Korber&Co.KG)的类型的香烟条制造机器。在Brand的美国专利号4,474,190(第5列第48行至第8列第3行)中提供了PROTOS香烟制造机器的描述，其通过引用并入本文。还在以下文献中阐述了适合于制造香烟的设备类型：La Hue的美国专利号4,781,203；Holznagel的美国专利号4,844,100；Holmes等人的美国专利号5,156,169；Myracle,Jr.等人的美国专利号5,191,906；Blau等人的美国专利号6,647,870；Kitao等人的美国专利号6,848,449；Kitao等人的美国专利号6,904,917；Hartmann的美国专利号7,210,486；Fitzgerald等人的美国专利号7,234,471；Hancock等人的美国专利号7,275,548；和Barnes等人的美国专利号7,281,540；它们中的每一篇通过引用并入本文。
由香烟制造机360形成的香烟368可以表现出合乎需要的抽吸阻力。例如，一种示例性的香烟368可以在17.5cc/sec通气量表现出在约50mm至约200mm水柱压力降之间的压力降。其它优选的香烟在17.5cc/sec通气量表现出在约70mm至约180mm之间的压力降值，更优选在约80mm至约150mm之间的水柱压力降。在这点上，过滤元件358的压力降可以与烟丝条的相关另外的压力降组合，以产生与香烟368有关的总压力降。由于根据本公开内容的实施方案可以相对更精确地控制与过滤元件358有关的压力降，还可以相对更精确地控制与香烟368有关的总压力降，以达到跨香烟的期望压力降。
此外，在某些实施方案中，系统300可以包括另外的组分的施加器370，所述另外的组分的施加器370被构造成在香烟368的形成过程中添加另外的组分372。在某些实施方案中，另外的组分的施加器370可以包括塑化剂施加器。在这点上，如上面所指出的，塑化剂可以提供合乎需要的感觉特性，诸如合乎需要的味道。但是，可以将塑化剂施加器构造成施加与传统上用于粘合过滤嘴丝束的量相比相对更少的塑化剂，因为可以采用超声粘合机341来粘合经初轧丝束338。可以将另外的组分的施加器370构造成额外地或可替换地添加任意其它另外的组分，所述其它另外的组分被构造成赋予某种功能性或性质，例如，烟气过滤、烟气味道、水分散性、生物可降解性和/或可堆肥性。
另外的组分的施加器370可以将另外的组分372添加给粘合的经初轧丝束349(如箭头374所示)，添加给过滤元件358(如箭头376所示)，或添加给完成的香烟368(如箭头378所示)。但是，如上面所指出的，在其它实施方案中，可以在香烟生产过程中在任意其它点由系统300额外地或可替换地施加另外的组分。因此，用于形成香烟300的系统可以包括多个执行上面关于图2描述的操作以形成香烟368的设备。
还提供了有关的方法的实施方案。在这点上，图6解释了用于形成过滤元件(例如，香烟过滤元件)的方法的一个实施例实施方案。如解释的，所述方法可以包括：在操作500处初轧限定过滤材料的多个纤维的丝束，以限定经初轧丝束。在某些实施方案中，所述过滤材料可以包括聚乳酸、人造丝、聚丙烯、聚乙烯和/或醋酸纤维素，尽管在其它实施方案中可以采用不同的其它过滤材料。另外，所述方法可以包括：在操作502处，超声粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维，以形成粘合的经初轧丝束。在某些实施方案中，所述纤维还可以包含与第一过滤材料不同的第二过滤材料。在这点上，在操作502处超声粘合所述纤维可以包括：将所述第一过滤材料的纤维超声粘合至所述所述第二过滤材料的纤维。因而，使用超声粘合可以将2种材料的纤维连接到一起。
在某些实施方案中，在操作502处超声粘合过滤材料的纤维可以包括：将经初轧丝束引入到砧子和超声波发生器之间。并且，在操作502处超声粘合过滤材料的纤维可以包括：以一定模式粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维，所述一定模式被构造成将所述纤维粘合至限定所述过滤元件的相对末端之间的选定压力降和/或选定硬度的程度。在某些实施方案中，超声粘合过滤材料的纤维可以包括：以约20千赫兹至约35千赫兹之间的频率振动所述过滤材料的纤维，和/或以约600瓦至约4,000瓦之间的峰值功率水平振动所述过滤材料的纤维。
所述方法还可以包括用成型纸包装所述粘合的经初轧丝束，这可以在操作502处超声粘合过滤材料的纤维以后进行。并且，所述方法还可以包括：将另外的组分施加于粘合的经初轧丝束。作为例子，在某些实施方案中，所述另外的组分可以包含塑化剂，诸如三醋汀。可以在上述操作中的任一个之前或之后，施加所述另外的组分。
还提供了使用上述的设备、系统和/或方法可以生产的烟草产品的实施方案。在这点上，作为例子，图7解释了香烟600的形式的吸烟制品的分解图，所述香烟600可以通过本文中公开的设备、系统和方法来生产。香烟600(或烟草产品的其它实施方案)可以包括烟草材料，所述烟草材料可以具体化为通常的圆柱形条612。包装材料616可以至少部分地在烟草材料周围延伸。条612通常被称为“烟丝条”。烟丝条612的端部是开放的，以暴露可抽吸填充材料。香烟600显示为具有施加于包装材料616上的一个任选带622(例如，印制覆层，包括成膜剂，如淀粉、乙基纤维素或海藻酸钠)，且该带在与香烟600的纵向轴线横切的方向上包围烟丝条612。也就是说，带622会提供相对于香烟600的纵向轴线的横向区域。带622可以印制在包装材料616的内表面上(即，面对可抽吸填充材料)，或者次优选地，印制在所述包装材料的外表面上。尽管所述香烟可以拥有具有一个任选带的包装材料，所述香烟也可以拥有具有其它任选间隔带(编号为2、3或更大)的包装材料。
在烟丝条612的一端是点燃端618，包含粘合的经初轧丝束626的过滤元件位于嘴端620。在一个实施方案中，粘合的经初轧丝束626可以包含聚乳酸、人造丝、聚丙烯、聚乙烯或醋酸纤维素，尽管在其它实施方案中可以采用不同的其它过滤材料。根据上述的操作可以形成粘合的经初轧丝束。例如，可以如下形成粘合的经初轧丝束626：提供限定丝束的过滤材料的多个纤维，初轧所述丝束以限定经初轧丝束，和超声粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维。此外，在某些实施方案中，可以以一定模式粘合限定经初轧丝束的过滤材料的纤维，所述一定模式被构造成将所述纤维粘合至限定过滤元件的相对末端之间的选定压力降和/或选定硬度的程度。另外，粘合的经初轧丝束626可以限定期望的硬度。在某些实施方案中，粘合的经初轧丝束626可以包括另外的组分。例如，粘合的经初轧丝束626可以包括塑化剂诸如三醋汀。
粘合的经初轧丝束626可以具有通常圆柱形形状，且其直径可以基本上等于烟丝条612的直径。过滤元件可以进一步包括一层外围成型纸628，所述外围成型纸628包围粘合的经初轧丝束626并至少部分地在其周围延伸。所述过滤元件位于烟丝条612的一端附近，使得所述过滤元件和烟丝条612以端对端关系轴向排列，优选彼此相邻。因此，所述过滤元件的两端允许空气和烟雾在其中通过。
使用接装材料640(例如，基本上不可透过空气的接装材料)，可以将粘合的经初轧丝束626附接至烟丝条612，所述接装材料640可以包围过滤元件和烟丝条612的邻近区域并至少部分地沿着它们延伸。接装材料640可以是基本上不可透过空气的，或者包括也可以在成型纸628中延伸的洞孔630。使用合适的粘合剂，将接装材料640的内表面牢固地固定至成型纸628的外表面和烟丝条的包装材料616的外表面；且因此，将过滤元件和烟丝条彼此连接以形成香烟600。
具有在前述描述中提供的教导益处的本公开内容所属领域的技术人员将想到本公开内容的许多修改和其它实施方案；且本领域技术人员显而易见，可以做出本公开内容的变化和修改，而不脱离本公开内容的范围或精神。因此，应当理解，本公开内容不限于公开的具体实施方案，并且修改和其它实施方案意图被包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定的术语，但是它们仅以一般性的和描述性的含义使用，而不用于限制的目的。

Claims (22)

1.一种用于形成吸烟制品的过滤元件的方法，所述方法包括：
初轧包括过滤材料的多个纤维的丝束，以限定经初轧丝束；和
超声粘合限定所述经初轧丝束的所述过滤材料的纤维，以形成粘合的经初轧丝束。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括用成型纸包装所述粘合的经初轧丝束。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将塑化剂施加于所述粘合的经初轧丝束。
4.根据权利要求3所述的方法，其中施加所述塑化剂包括将三醋汀施加于所述粘合的经初轧丝束。
5.根据权利要求1所述的方法，其中初轧所述丝束包括：初轧聚乳酸、人造丝、聚丙烯、聚乙烯和醋酸纤维素中的至少一种的多个纤维。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中超声粘合所述过滤材料的纤维包括以下之一：
以约20千赫兹至约35千赫兹之间的频率振动所述过滤材料的纤维；
以约600瓦至约4,000瓦之间的峰值功率水平振动所述过滤材料的纤维；
将所述经初轧丝束引入砧子和超声波发生器之间；和
以一定模式超声粘合限定所述经初轧丝束的所述过滤材料的纤维，所述一定模式被构造成将所述纤维粘合至限定所述过滤元件的相对末端之间的选定压力降的程度。
7.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中所述纤维还包括不同于所述过滤材料的第二过滤材料，并且
超声粘合所述纤维包括：使所述过滤材料的纤维与所述第二过滤材料的纤维超声粘合。
8.一种吸烟制品，其包含：
包含过滤材料的多个纤维的过滤元件，所述过滤材料的多个纤维经初轧以限定经初轧丝束且超声粘合以形成粘合的经初轧丝束。
9.根据权利要求8所述的吸烟制品，所述吸烟制品还包含：
烟草材料；和
接装材料，所述接装材料至少部分地在所述烟草材料和所述过滤元件周围延伸。
10.根据权利要求9所述的吸烟制品，所述吸烟制品还包含以下之一：
包装材料，所述包装材料至少部分地在所述烟草材料和所述接装材料之间在所述烟草材料周围延伸；和
成型纸，所述成型纸至少部分地在所述粘合的经初轧丝束和所述接装材料之间在所述粘合的经初轧丝束周围延伸。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的吸烟制品，所述吸烟制品还包含施加于所述粘合的经初轧丝束的塑化剂。
12.根据权利要求10所述的吸烟制品，其中所述塑化剂包括三醋汀。
13.根据权利要求8-10中的任一项所述的吸烟制品，其中所述过滤元件限定约1％至约10％的硬度。
14.根据权利要求8-10中的任一项所述的吸烟制品，其中所述纤维包含醋酸纤维素、人造丝、聚丙烯、聚乙烯和聚乳酸中的至少一种。
15.根据权利要求8-10中的任一项所述的吸烟制品，其中以一定模式超声粘合限定所述经初轧丝束的所述过滤材料的纤维，所述一定模式被构造成将所述纤维粘合至限定所述过滤元件的相对末端之间的选定压力降的程度。
16.根据权利要求8-10中的任一项所述的吸烟制品，其中所述纤维还包括第二过滤材料，所述第二过滤材料不同于所述过滤材料并超声粘合至所述过滤材料。
17.一种被构造成形成吸烟制品的过滤元件的设备，所述设备包括：
丝束散布器，所述丝束散布器被构造成初轧过滤材料的多个纤维以限定经初轧丝束；和
超声粘合机，所述超声粘合机被构造成超声粘合限定所述经初轧丝束的所述过滤材料的多个经初轧纤维以形成粘合的经初轧丝束。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述超声粘合机包括超声波发生器和砧子，其中所述超声波发生器和所述砧子限定夹子，所述夹子被构造成接收在二者之间的所述经初轧丝束。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述砧子限定图案化的外表面，所述图案化的外表面被构造成将限定所述经初轧丝束的所述过滤材料的纤维粘合至限定所述过滤元件的相对末端之间的选定压力降的程度。
20.根据权利要求18所述的设备，其中所述超声波发生器被构造成以约20千赫兹至约35千赫兹之间的频率振动。
21.根据权利要求17所述的设备，所述设备还包括制条机，所述制条机被构造成用成型纸包裹所述粘合的经初轧丝束。
22.根据权利要求17所述的设备，其中所述超声粘合机被构造成以约600瓦至约4,000瓦之间的峰值功率水平振动。
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