KR100952181B1 - 복합담배필터의 고속충전방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

복수의 제조단계를 포함하는 복합 필터체(14)의 제조방법을 제공한다. 제1단계에서, 컨베이어(30)를 따라 종이 캐리어 스트립(50)이 공급된다. 상기 캐리어 스트립의 일단부를 따라 종이를 뒤집어 접는다. 다음에, 상기 캐리어 스트립 상에 간격을 두고 복수의 섬유상 필터 부재(22)를 장착한다. 상호 인접하는 상기 섬유상 필터 부재의 사이에는 공동부(16)가 형성된다. 상기 필터 부재가 장착된 캐리어 스트립을, 충전 조립체의 입자 충전 개구(112)에 대향함과 동시에 상기 캐리어 스트립의 진행방향을 따라 길게 연장되는 협폭의 충전 개구(62)를 제외한 필터 부재를 지지하는 캐리어 스트립의 외주를 실질적으로 둘러싸고 있는 기다란 가이드(26) 또는 지지 체임버 내에 진행경로를 따라 공급한다. 입자상 물질(20)의 중력 공급의 하강 운동량을 증가시키고, 흩어져 있는 입자상 물질을 흡입제거하기 위해, 상기 협폭의 개구(62)의 인접부에 진공 또는 흡입작용을 동시에 가한다. 상기 캐리어 스트립의 소정의 진행경로에 대응하는 길이(L)에 걸친 복수의 상기 공동부에 입자상 물질을 동시에 충전한다. 상기 접혀진 폴드(104)를 펼친 다음, 접착하여 상기 충전 개구를 막는다. 다음, 상기 필터체를 등록된 절단작업을 통해 길이로 절단하여 복수의 분리된 복합 필터 부재를 제조한다.

담배, 필터, 입자, 충전

Description

복합담배필터의 고속충전방법 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR HIGH-SPEED FILLING OF COMPOSITE CIGARETTE FILTERS}

본 발명은 담배필터의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 담배필터 조립 공정 중에 인접하는 분리된 필터 부재에 의해 형성된 개별의 공동부에 입자상 물질을 고속으로 충전하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

입자상 물질이 충전되는 공동부를 가지는 복합필터에서, 공동부의 충전율은 매우 중요하다. 왜냐하면 담배가 입에 물렸을 때 담배는 실질적으로 수평상태가 되고, 상기 입자상 물질은 중력에 의해 공동부의 하측에 모이게 되므로 입자상 물질의 상측에 담배 연기를 여과하지 않는 우회로가 형성되기 때문이다. 이 우회로가 필터의 여과능력에 미치는 영향은 아직 명확하게 평가되어 있지 않으나, 필터 요소의 폭에 대한 우회로의 폭의 선형 비례관계에 비해 훨씬 큰 영향을 미칠 가능성이 있다. 사실상, 유체의 유동 원리에 따르면 유체는 저항이 최소인 통로를 따라 유동하게 되므로, 상기와 같은 우회로의 존재에 의해 입자상 물질의 여과 효율은 크게 감소될 가능성이 있다.

윌리엄슨에게 허여된 미국특허 US3,312,152(본 특허의 내용은 본 명세서에 참조로서 도입되었다.)에는 필터의 공동부를 충전하기 위한 장치가 개시되어 있다. 상기 윌리엄슨의 장치는 필터 부재들 사이의 불연속 공간 내에 입자상 물질을 이송하는 장치이다. 그러나 상기 윌리엄슨의 장치는 고속으로 진행하는 공동부를 중력만으로 충전하는 비효율성에 기인하여 그 작업 속도가 제한된다.

미국특허 US4,063,494 및 US5,908,030(이들 특허의 내용은 본 명세서에 참조로 도입되었다.)에 개시된 종래의 기계는 종이 캐리어 스트립(paper carrier strip) 상에 상호 이격된 상태로 인접 배치된 복수의 필터 부재를 수용하는 휠 형태의 중력 공급식 수용 매거진(receiving magazines)을 구비한다. 장전된 스트립은 조립채널 즉 안내채널로 그리고 충전 영역으로 이송되고, 이 충전 영역에서 종이는 휘일 상에서 수용 트러프(receiving trough)를 형성한다. 니콜스에게 허여된 미국특허 US4,015,514(본 특허의 내용은 본 명세서에 참조로 도입되었다.)에 기술된 바와 같이, 공동부에 대한 충전을 촉진하기 위해 인접 필터 부재의 횡방향에 진공을 가한다. 그러나 필터 부재 사이의 간격이 다르고 셀룰로오스 아세테이트 필터의 밀도가 다르므로 일관성 있게 공동부를 충전하는 것이 불가능하다. 이는 최소의 충전율을 확보하기 위해서는 목표치를 상당히 초과하는 과충전이 되도록 공정을 설정해야 함을 의미한다. 산업계에서는 높은 충전율을 요구하지 않음으로써 이것을 보완해왔다. 이러한 방식으로, 목표 충전율이 충분히 높다는 조건에서 매우 높은 변화를 허용한다.

또, 산업계가 요구하는 충전율이 낮다는 사실에도 불구하고, 공동부를 입자상 물질로 완전히 충전시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전술한 바와 같이, 담배 연기는 입자상 물질을 우회하여 불완전 충전된 공동부를 통해 흐르게 됨으로써, 연기 내에 함유된 유해 화학물질을 제거할 수 없게 된다.

또, 공동부를 과충전하거나 공동부로부터 입자가 이탈하면 이탈된 입자들이 외측 장식물이나 종이 캐리어 스트립에 부착하고, 결국 완제품의 표면 부근에 끼어서 보기 흉한 얼룩을 남기게 된다.

따라서, 상업적으로 실시할 수 있는 필터 공동부를 완전히 충전하는 방법이 요구된다. 특히, 200m/분 이상의 속도로 활성탄 필터 공동부를 급속 충전할 수 있는 방법 및 장치가 요구된다.

본 발명은,

a) 캐리어 스트립 상에 섬유필터 부재들를 상호 이격된 상태로 장착하여 인접 필터 부재들의 사이에 공동부를 형성하는 단계;

b) 상기 필터 부재를 구비하는 캐리어 스트립을, 충전 조립체의 입자상 물질의 충전 개구에 대향함과 동시에 상기 캐리어 스트립의 진행방향을 따라 길게 연장되는 협폭의 충전 개구를 제외한 부분의 필터 부재 지지용 캐리어 스트립의 외주를 실질적으로 둘러싸고 있는 기다란 지지체임버 내에 진행경로를 따라 공급하는 단계;

c) 입자상 물질의 중력 공급의 하강 운동량을 증가시키고, 흩어져 있는 입자상 물질을 흡입제거하기 위해, 상기 협폭의 개구의 인접부에 진공 또는 흡입작용을 동시에 가하는 단계;

d) 상기 캐리어 스트립의 소정의 진행경로에 대응하는 길이에 걸친 복수의 상기 공동부에 입자상 물질을 동시에 충전하는 단계;

e) 상기 필터 부재 및 입자상 물질을 둘러싸는 시일부를 적용하는 단계를 포함하는 복합 필터체 제조방법을 제공한다.

제1단계에서, 컨베이어를 따라 종이 캐리어 스트립 또는 외측 장식물이 공급된다. 상기 캐리어 스트립의 일단부를 따라 종이가 뒤집어 접혀진다. 다음에 상기 캐리어 스트립 상에 섬유상 필터 부재가 간격을 두고 장착된다. 상호 인접하는 상기 섬유상 필터 부재의 사이에는 공동부가 형성된다. 상기 필터 부재가 장착된 캐리어 스트립을, 충전 조립체의 입자 충전 개구에 대향함과 동시에 상기 캐리어 스트립의 진행방향을 따라 길게 연장되는 협폭의 충전 개구를 제외한 부분의 필터 부재를 지지하는 캐리어 스트립의 외주를 실질적으로 둘러싸고 있는 기다란 가이드 또는 지지 체임버 내에 진행경로를 따라 공급한다. 입자상 물질의 중력 공급의 하강 운동량을 증가시키고, 흩어져 있는 입자상 물질을 흡입제거하기 위해, 상기 협폭의 개구의 인접부에 진공 또는 흡입작용을 동시에 가한다. 상기 캐리어 스트립의 소정의 진행경로에 대응하는 길이에 걸친 복수의 상기 공동부에 입자상 물질을 동시에 충전한다. 상기 접혀진 폴드를 펼친 다음, 접착하여 상기 충전 개구를 막는다. 다르게는, 상기 시일 스트립으로 개구를 시일하여 상기 필터 부재 및 입자상 물질을 둘러싸는 구성을 취할 수도 있다. 다음, 상기 필터체를 등록된 절단작업을 통해 길이로 절단하여 복수의 분리된 복합 필터 부재를 제조한다.

본 발명의 다른 특징에 있어서, 필터 공동부는 활성탄과 같은 입자상 물질로 신속하게 만충전할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 있어서, 활성탄의 밀도는 비활성 충전물질을 혼합함으로써 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일부 조립상태의 필터 부재의 사시도이다.

도 2는 본 발명을 실시할 수 있는 장치의 도식도이다.

도 3a는 본 발명의 입자상 물질 충전 조립체의 사시도이다.

도 3b는 도 3a의 실질적으로 A면을 따라 취한 입자상 물질 충전 조립체의 단차가 있는 횡단면을 보여주는 사시도이다.

도 3c는 도 3b의 횡단면의 정면도이다.

도 3d는 도 3a의 B면을 따라 취한 입자상 물질 충전 조립체의 횡단면도이다.

도 3e는 도 3d의 C면을 따라 취한 도 3a의 조립체의 종단면을 보여주는 사시도이다.

도 4는 본 발명의 충전방법의 흐름도이다.

입자상 물질(20)이 충전되는 공동부(16)(도 2에 가장 잘 도시됨)를 구비하는 복합 필터체(14)의 충전장치(10) 및 충전방법(12)이 제공된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 필터 부재(2)의 사이에는 셀룰로오스 아세테이트 필터의 제작시 전통적으로 사용하는 공동부(16)가 형성된다. 상기 입자상 물질(20)은 활성탄(24)인 것이 바람직하지만, 세피오라이트, 실리카겔, 및 비활성탄을 포함하는 임의의 다른 활성 성분이나 비활성 성분도 이용할 수 있다. 또, 이들 입자상 물질(20)은 방향성 입자를 포함할 수도 있다.

상기 충전방법(12)을 실행할 수 있는 충전장치(10)는 실질적으로 미국특허 US4,223,597(본 특허의 내용은 본 명세서에 참조로서 도입되었다.)에 개시된 것으로서, 상기 특허의 충전방법, 충전부(12), 및 수용 고정부가 개량된 것이다.

도 2를 참조하면, 상기 충전장치(10)가 더욱 상세히 도시되어 있다. 상기 충전장치(10)는 툴 본체(tool body; 26), 스트립 컨베이어(strip conveyor; 30), 깔때기 부재(32), 컨베이어(34), 입자상 물질을 수용하는 호퍼(36), 분리 체임버(40), 및 진공 파워유닛(42)을 포함하며, 이들은 후술하는 바와 같이 진공 라인(예, 44, 46) 및 기타 연결부에 의해 연결된다.

작동시, 진공 파워유닛(42)은 배출구(92)를 통해 공기를 배출하는 것에 의해 분리 체임버(40) 내에 진공을 형성한다. 사이클론 분리기 및 필터(56)는 입자상 물질(20)들이 부유하는 상기 충전 조립체(64)로부터 진공라인(44)을 경유하여 흡입된 공기 내의 먼지를 여과한다. 이 흡입작용에 의해 공동부(16)의 개구(62)의 양측에 배치된 배기 슬릿(60)을 통해 충전 조립체(64) 내에 흩어져 있는 입자들이 배출된다. 공기 중의 입자상 물질(20)은 분리 체임버(40)의 저부로 낙하하고, 기밀구성의 회전식 기밀실(52)을 경유하여 호퍼(36) 내로 진입한다. 상기 회전식 기밀실(52)에 의해 분리 체임버(40)와 호퍼(36)는 실질적으로 상이한 압력을 가지게 되고, 호퍼의 압력은 실질적으로 대기압에 유지된다. 공급 라인(54)은 필요에 따라 추가의 입자상 물질(20)을 호퍼에 공급해 준다. 호퍼(36)는 컨베이어 벨트(34) 상에 입자상 물질(20)을 공급한다. 컨베이어 벨트(34)는 호퍼(36)의 입자상 물질(20)을 깔때기 부재(32)의 상측으로, 이어서 깔때기 부재(32)의 내측으로 이송한다. 상기 깔때기 부재(32)의 깔때기 형상의 입구(33)는 낙하 방향을 따라 점차 좁아지는 형상으로 구성되어 있으므로 이에 의해 입자상 물질(20)에 가속도를 유발한다.

툴 본체(26) 및 스트립 컨베이어(30)는 스트립(50)을 충전 조립체(64) 내에 안내하여 위치시킨다(도 3a 참조). 깔때기 부재(32)는 공동부(16) 내에 입자상 물질(20)을 진입시킨다. 입자상 물질(20)은 컨베이어 벨트(34)로부터 중력 및 어느 정도의 배기 슬릿(60)을 통한 진공의 도움을 받아 공급된다.

도 3a-3e는 본 충전장치(10)의 충전 조립체(64)를 도시한 것이다. 명확히 하기 위해, 단면 A 및 B는 필터 조립체(14)의 진행방향의 횡방향을 따라 취한 것이고, 단면 C는 그 진행방향을 따라 취한 것이다.

상기 충전 조립체(64)는 하측 부재(66)와, 좌측부(70) 및 우측부(72)를 구비하는 상측부재를 구비한다. 매니폴드(74)는 툴 본체(26)를 덮고, 2개의 엔드캡(76 및 80)을 구비하는 상기 깔때기 부재(32)의 장착부가 된다. 상기 매니폴드(74)는 배기 슬릿(60), 채널(82 및 84), 및 출구(86 및 90)를 포함하는 진공 통로를 형성한다. 상기 출구(86 및 90)는 진공 라인(44)과 연결된다. 상기 진공에 의해 입자상 물질(20)은 각 공동부(16) 내에 도입되고, 이와 동시에 개구(62)의 양측 및 필터 부재(22)의 노출부 상에 낙하한 입자들은 흡입 배출된다.

도 4는 복수의 단계로 이루어지는 충전방법(12)을 도시한 것이다. 제1단계(100)에서, 스트립 컨베이어(30)를 따라 종이 리본 또는 캐리어 스트립(50)이 공급된다. 캐리어 스트립(50)의 일단부(102)를 따라 종이를 뒤집어 접어서 폴드(104)가 형성된다. 제2단계(106)에서, 섬유필터 부재(22)가 캐리어 스트립(50) 상에 간격을 두고 배치된다. 인접하는 각 섬유필터 부재(22)의 사이는 공동부(16)를 형성한다. 제3단계(108)에서, 캐리어 스트립(50)과 이 위에 배치된 필터 부재(22)가 진행경로(110)를 따라 툴 본체(26) 내에 진입한다. 이 툴 본체(26)는 상기 필터 부재(22)의 외주를 실질적으로 둘러싸고 있으며, 이 필터 부재(22)의 입자 충전 개구(112)에 대응되는 위치에만 대체로 2-3mm의 협폭을 가지는 충전 개구(62)가 형성되어 있다. 도 3e의 화살표 Y로 나타낸 바와 같이, 상기 충전 개구(112)는 캐리어 스트립(50)의 진행방향(110)을 따라 길게 형성되어 있다.

제4단계(114)에서, 상기 협폭의 개구(62)에 인접한 양측 슬릿(60)에 흡입력 또는 진공이 동시에 가해진다. 상기 흡입력은 중력 공급의 하향 운동량을 증대시키고, 입자상 물질(20)의 진공에 의한 흐름을 증대시키고, 또 흩어져 있는 입자상 물질(20)(과량 공급된 입자상 물질)의 흡입제거를 증대시킨다. 또 이 것에 의해, 상기 폴드(104)를 협폭의 개구(62)를 가로질러 원위치시켜 상기 개구(62)를 폐쇄할 때, 접착 영역(116)(폴드(104)가 부착되는 영역)과 폴드(104) 사이에 입자(20)가 개입하는 것이 방지될 수 있다. 개재된 입자상 물질(20)은 제품 결함으로 간주되어 생산 라인에서 제거되는 원인이 된다. 임의로 선택할 수 있는 단계인 제5단계(118)에서, 진공에 의해 제거된 물질은 재순환되고, 기밀실(52)을 통과하는 중에 재가압된 후, 호퍼(36) 내에 유입된다. 이것에 의해, 제품 결함이 회피된다.

제6단계에서, 상기 복수의 공동부(16)는 캐리어 스트립(50)의 이동경로(110) 상의 소정의 길이(L)(도 3e 참조)에 걸쳐서 동시 충전이 이루어진다. 제7단계에서, 폴드(104)가 펼쳐지고, 접착되어 충전 개구(62)를 막는다. 대안으로서, 미국특허 US4,225,597에 개시된 시일 스트립은 개구(62)를 폐쇄함으로써 필터 부재(22) 및 입자 물질(20)을 봉입(encapsulating)하여 필터체를 형성하고, 이 필터체는 툴 본체(26)로부터 배출된다. 제8단계(124)에서, 상기 필터체는 길이로 절단된다. 절단작업은 다수의 불연속 복합필터 부재를 형성하도록 리지스터(registered)되어 있다. 절단된 필터 부재는 종이 및 담배재료에 조립되어 담배를 형성한다.

본 발명의 충전방법(12) 및 충전장치(10)를 이용한 실험결과, 충전율은 최대 95%의 충전율에 이르기까지 입자상 물질의 유동속도에 정비례를 유지하였다. 따라서, 본 충전방법(12)에 의하면 고객의 요구에 따라 충전율을 정확하고도 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 입자상 물질(20)은 활성 물질(활성탄(24)) 및 비활성 물질(예, 불활성 충전재(25))로 구성된다. 활성 물질 또는 비활성 물질의 양자의 입자의 형상은 모두 중요한데, 이는 입자의 형상에 의해 상기 공동부의 협폭의 개구를 향해 진입하는 입자의 속도가 영향을 받기 때문이다. 이와 같은 방식으로 실험에 기초하여 필터 내의 활성탄(24)의 충전량을 변화시키고 최적화시킬 수 있다. 또, 상기 활성 물질(24)이 담배의 맛 및 여과 특성에 미치는 영향도 조절할 수 있다. 필터 부재(22) 사이의 개구(62)의 길이를 변화시키는 방식으로 공동부(16)의 길이를 감소시키는 것은 불가능하므로(즉, 전체 조립작업의 속도에 기인되어 캐리어 스트립(50) 상의 필터 부재(22)를 극히 정확한 간격으로 이격시키는 것은 불가능하고, 이상적인 상대 위치에 대해 필터 부재의 양 방향으로 0.5mm 만큼 벗어난다.), 위와 같이 충전재를 첨가하는 방식으로 활성탄(24)의 충전량을 조절하는 것이 필요하다. 또, 가장 널리 사용되고 입수 가능한 활성 충전재인 활성탄(24)은 단일 상태로만 입수할 수 있다. 예로써, 상기 활성탄(24)은 50%의 활성상태의 것을 경제적인 가격으로 주문할 수 없다. 또, 활성 물질 대 비활성 물질의 비율은 그 혼합물을 충전장치(10)의 호퍼(40) 내에 장입하기 전에 활성 물질과 비활성 물질을 혼합하는 것에 의해 정밀하게 조절할 수 있다.

본 발명은 공동부의 만충전시 250m/분의 충전속도 즉 다른 충전방법에 비해 5배 빠른 충전이 가능하다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 본 발명이 실현하는 공급속도 및 길게 연장하는 충전 개구에 기인되어 필터 공동부를 만충전(100% 충전)시키는 것이 가능하다.

전술한 본 발명의 실시예는 다양한 변경 및 개조가 가능하다. 상기 실시예들은 본 발명의 특정 실시예를 보이기 위한 것으로서, 전술한 설명 내에서 광범위한 개조, 변경, 및 치환을 고려할 수 있다. 경우에 따라, 본 발명의 일부의 구성은 다른 구성을 이용하지 않은 상태로 채용될 수 있다.

따라서, 전술한 설명은 광범하게 해석되는 것이 타당하고, 동시에 본 발명의 일례로서만 이해되어야 하고, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부한 청구범위에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (9)

1. 복합 필터체 제조방법에 있어서,

a) 캐리어 스트립 상에 섬유필터 부재를 상호 이격된 상태로 장착하여 인접 필터 부재들의 사이에 공동부를 형성하는 단계;

b) 상기 필터 부재를 구비하는 캐리어 스트립을, 충전 조립체의 입자상 물질의 충전 개구에 대향함과 동시에 상기 캐리어 스트립의 진행방향을 따라 길게 연장되는 협폭의 충전 개구를 제외한 부분의 필터 부재 지지용 캐리어 스트립의 외주를 실질적으로 둘러싸고 있는 기다란 지지체임버 내에 진행경로를 따라 공급하는 단계;

c) 입자상 물질의 중력 공급의 하강 운동량을 증가시키고, 흩어져 있는 입자상 물질을 흡입제거하기 위해, 상기 협폭의 개구의 인접부에 진공 또는 흡입작용을 동시에 가하는 단계;

d) 상기 캐리어 스트립의 소정의 진행경로에 대응하는 길이에 걸친 복수의 상기 공동부에 입자상 물질을 동시에 충전하는 단계;

e) 상기 필터 부재 및 입자상 물질을 둘러싸는 시일부를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 필터체 제조방법.

제 1 항에 있어서, 상기 흡입이 상기 협폭의 개구의 양 단부를 따라 배치된 2개의 흡입 개구에 가해지는 것을 특징으로 하는 복합 필터체 제조방법.

제 1 항에 있어서, 상기 입자상 물질은 활성 성분 및 비활성 성분의 혼합물인 것을 특징으로 하는 복합 필터체 제조방법.

제 1 항에 있어서, 상기 입자상 물질은 방향성 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 필터체 제조방법.

제 1 항에 있어서, 상기 흡입제거된 입자상 물질은 재순환되는 것을 특징으로 하는 복합 필터체 제조방법.

제 1 항에 있어서, 상기 필터체는 상기 필터 부재를 길이로 절단하여 개별적인 복합 필터 부재를 제조하는 것을 특징으로 하는 복합 필터체 제조방법.

제 1 항에 있어서, 상기 충전 조립체는 유입되는 입자상 물질의 흐름을 향해 개구하여, 상기 입자상 물질을 상기 공동부 내로 안내하고 및 그 진입속도를 가속시키는 깔때기 형상의 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 필터체 제조방법.

제 1 항에 있어서, 상기 협폭의 개구의 폭은 2-3mm인 것을 특징으로 하는 복합 필터체 제조방법.

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