KR102149730B1 - 배리어를 가진 가연성 열원의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배리어(110)가 말단면(112)에 부착된 가연성 열원(100)을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 제1 개구부와 마주하는 제2 개구부를 가진 중공형 다이(130)를 제공하는 단계; 중공형 다이(130)의 제1 개구부를 층상의 배리어 재료(160)로 덮는 단계; 제1 개구부를 통해 중공형 다이(130)에 제1 펀치(140)를 삽입하여 층상의 배리어 재료(160)로부터 배리어(110)를 펀칭하는 단계; 제2 개구부를 통해 중공형 다이(130) 내에 하나 이상의 미립자 구성분(120)을 배치하는 단계; 하나 이상의 미립자 구성분(120)을 가압하여 가연성 열원(100)을 형성하고 제2 개구부를 통해 중공형 다이(130)에 제2 펀치(150)를 삽입하여 가연성 열원(100)의 말단면(112)에 배리어(110)를 부착하는 단계; 및 배리어(110)가 말단면(112)에 부착된 가연성 열원(100)을 중공형 다이(130)로부터 추출하는 단계로 이루어진다.

Description

배리어를 가진 가연성 열원의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A COMBUSTIBLE HEAT SOURCE WITH A BARRIER}
본 발명은 배리어가 말단면에 부착된 가연성 열원을 제조하는 방법에 관한 것이다.
담배가 연소되기보다는 가열되는 다수의 흡연 물품이 종래에 제안되어 왔다. 이러한 '가열' 흡연 물품의 한가지 목표는 연소에 의해 생성되는 잘 알려진 해로운 흡연 성분을 감소시키는 것과 통상적인 궐련에 있는 담배의 열분해 저감이다.
한가지 공지의 타입의 가열 흡연 물품에서, 에어로졸은 가연성 열원으로부터 가연성 열원의 하류에 위치하는 에어로졸 형성 기질로의 열 전달에 의해서 발생된다. 흡연 시 휘발성 화합물이 가연성 열원으로부터의 열 전달에 의해서 에어로졸 형성 기질로부터 방출되고 흡연 물품을 통해서 흡입되는 공기에 연행된다. 방출된 화합물은 냉각되고, 응축하여 에어로졸을 형성한 후 사용자에 의해서 흡입이 이루어진다.
예를 들면, WO-A2-2009/022232에는 가연성 열원, 해당 가연성 열원의 하류에 있는 에어로졸 형성 기질, 및 상기 가연성 열원의 후방 부위와 상기 에어로졸 형성 기질의 인접하는 전방 부위를 감싸면서 직접 접촉하고 있는 열전달 소재로 이루어진 흡연 물품이 개시되어 있다.
가열되는 흡연 물품의 가연성 열원은 가연성 열원의 점화 또는 연소를 돕기 위해 하나 이상의 첨가제 또는 그것의 조합을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성을 용이하게 하기 위해서, 가열되는 흡연 물품의 에어로졸 형성 기질은 일반적으로 글리세린 또는 다른 에어로졸 형성제와 같은 다가 알콜을 포함한다.
배리어는 가열되는 흡연 물품의 가연성 열원의 하류 말단과 에어로졸 형성 기질의 상류 말단 사이에 제공될 수 있다.
배리어는 가열되는 흡연 물품의 저장 및 사용 중에 에어로졸 형성 기질에서 가연성 열원으로 에어로졸 형성제의 이동을 예방하거나 억제하고 가열되는 흡연 물품의 사용 중에 에어로졸 형성제의 분해를 방지하거나 감소시킬 수 있다. 본 발명에 의한 흡연 물품의 저장 및 사용 중에 에어로졸 형성 기질에서 가연성 열원으로 에어로졸 형성 기질의 다른 휘발성 성분의 이동을 배리어가 제한하거나 막을 수도 있다.
또한, 가연성 열원의 점화 또는 연소 중에 에어로졸 형성 기질이 노출되는 온도를 배리어가 제한해서 가열되는 흡연 물품의 사용 중에 에어로졸 형성 기질의 열 열화 또는 연소를 방지하거나 감소시키는데 도움이 될 수 있다.
또한, 배리어가 가연성 열원의 점화 및 연소 중에 형성되는 연소 생성물 및 분해 생성물을 그 사용 중에 가열되는 흡연 물품을 통해 흡입되는 공기와 혼입되는 것을 막거나 억제시킬 수 있다. 이것은 가연성 열원이 가연성 열원의 점화 또는 연소를 돕기 위해 하나 이상의 첨가제 또는 그것의 조합을 포함할 경우 특히 유리하다.
본 발명에 의하면, 배리어가 말단면에 부착된 가연성 열원을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 제1 개구부와 마주하는 제2 개구부를 가진 중공형 다이를 제공하는 단계, 중공형 다이의 제1 개구부를 층상의 배리어 재료로 덮는 단계, 제1 개구부를 통해 중공형 다이에 제1 펀치를 삽입하여 층상의 배리어 재료로부터 배리어를 펀칭하는 단계, 제2 개구부를 통해 중공형 다이 내에 하나 이상의 미립자 구성분을 배치하는 단계, 하나 이상의 미립자 성분을 가압하여 가연성 열원을 형성하고 제2 개구부를 통해 중공형 다이에 제2 펀치를 삽입하여 가연성 열원의 말단면에 배리어를 부착하는 단계, 및 배리어가 말단면에 부착된 가연성 열원을 중공형 다이로부터 추출하는 단계로 이루어진다.
층상의 배리어 재료로부터 펀치된 배리어는 제1 개구부를 통해서 중공형 다이에 삽입되는 제1 펀치와 제2 개구부를 통해서 중공형 다이 내에 삽입되는 하나 이상의 미립자 구성분 간의 직접적인 접촉을 방지한다. 이것은 하나 이상의 미립자 구성분이 제1 펀치에 점착할 가능성을 바람직하게 제거하거나 감소시킨다. 후술하는 바와 같이, 이것은 하나 이상의 미립자 구성분이 결합제를 포함할 경우 특히 유리하다.
제1 펀치 상에 하나 이상의 미립자 구성분의 퇴적물 및 축적물의 감소 또는 방지는 본 발명에 방법에 의해 제조된 가연성 열원의 품질을 바람직하게 개선시킨다.
도 1(a), 1(b) 및 1(c)는 본 발명에 의한 방법에 의해 배리어가 말단면에 부착된 가연성 열원의 제조를 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 2(a) 및 2(b)는 본 발명에 의한 방법에 의해 제조되는 배리어가 말단면에 부착된 가연성 열원의 개략적인 종단면과 평면도를 나타낸 도면이다.
여기서 사용된 바와 같은, 용어 '미립자 구성분'은 어느 유동 가능한 미립자 재료 또는 이에 한정하는 것은 아니지만 분말 및 과립을 포함하는 미립자 재료의 조합을 설명하는데 사용된다. 본 발명에 의한 방법에 사용되는 미립자 구성분은 다른 타입의 2개 이상의 미립자 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 본 발명에 의한 방법에 사용되는 미립자 구성분은 다른 조성의 2개 이상의 미립자 재료를 포함할 수 있다.
여기서 사용된 바와 같은, 용어 '다른 조성'은 다른 화합물, 또는 다른 화합물의 조합, 또는 동일한 화합물의 조합의 다른 제형으로 형성된 재료 또는 구성분을 설명하는데 사용된다.
본 발명의 방법은 배리어(barrier)가 말단면에 부착된 가연성 탄소질 열원을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 구현예에 있어서, 제2 개구부를 통해 중공형 다이(hollow die) 내에 배치된 하나 이상의 미립자 구성분 중 적어도 하나는 탄소질이다.
여기서 사용된 바와 같은, 용어 '탄소질'은 탄소를 포함하는 가연성 열원, 미립자 구성분 및 미립자 재료를 설명하는데 사용된다.
본 발명의 방법은 제2 개구부를 통해 중공형 다이 내에 하나 이상의 탄소질 미립자 구성분을 배치하는 것을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 본 발명의 방법은 하나 이상의 비탄소질 미립자 구성분을 제2 개구부를 통해 중공형 다이 내에 배치하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 탄소질 미립자 구성분은 하나 이상의 적당한 탄소를 함유하는 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 방법은 가연성 열원, 가연성 열원의 하류에 에어로졸 형성 기질 및 가연성 열원의 하류 말단과 에어로졸 형성 기질의 상류 말단 사이에 배리어를 포함하는 흡연 물품의 제조에 사용되는 배리어가 말단면에 부착된 가연성 열원을 제조하는데 유리하게 사용될 수 있다.
여기서 사용된 바와 같은, 용어 '상류'와 '전방' 및 '하류'와 '후방'은 가연성 열원 및 흡연 물품의 사용 중에 그를 통해서 흡입되는 공기의 방향과 관련해서 가연성 열원 및 흡연 물품의 부위, 구성분 또는 구성분의 부위의 상대적인 위치를 설명하는데 사용된다.
여기서 사용된 바와 같은, 용어 '에어로졸 형성 기질'은 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 가열시 방출될 수 있는 기질을 설명하는데 사용된다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 배리어가 말단면에 부착된 가연성 열원으로 이루어진 흡연 물품은 가연성 열원의 후방 부위와 에어로졸 형성 기질의 인접하는 전방 부위의 주변 및 접촉하고 있는 열 전도성 소재를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 열 전도성 소재는 내연소성 및 산소 억제성인 것이 바람직하다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 배리어가 말단면에 부착된 가연성 열원을 포함하는 흡연 물품은 에어로졸 형성 기질의 하류에 팽창실 및 마우스피스 중 하나 또는 모두를 추가로 포함할 수 있다.
층상의 배리어 재료는 비가연성인 것이 바람직하다. 여기서 사용된 바와 같은, 용어 '비가연성'은 연소 또는 점화 중에 가연성 열원에 의해 도달되는 온도에서 실질적으로 비가연성인 배리어 재료를 설명하는데 사용된다.
층상의 배리어 재료는 실질적으로 공기 불투과성인 것이 바람직하다. 여기서 사용된 바와 같은, 용어 '실질적으로 공기 불투과성'은 배리어가 부착되어 있는 가연성 열원의 말단면을 통해서 공기가 흡입되는 것을 실질적으로 방지하는 배리어 재료를 설명하는데 사용된다.
층상의 배리어 재료는 낮은 열 전도성 또는 높은 열 전도성을 가질 수 있다. 특정한 구현예에 있어서, 층상의 배리어 재료는 약 0.1 W/m·K 내지 약 200 W/m·K의 열 전도성을 가질 수 있다. 층상의 배리어 재료의 열 전도성은 적어도 약 200 W/m·K인 것이 바람직하다.
층상의 배리어 재료의 두께는 배리어가 말단면에 부착된 가연성 열원이 흡연 물품에 사용될 경우 양호한 흡연 성능이 달성되도록 선택될 수 있다. 특정한 구현예에 있어서, 층상의 배리어 재료는 약 10 마이크론 내지 약 500 마이크론의 두께를 가질 수 있다. 층상의 배리어 재료의 두께는 약 10 마이크론 내지 약 30 마이크론이 바람직하고, 약 20 마이크론이 보다 바람직하다.
층상의 배리어 재료의 두께는 현미경, 주사전자현미경(SEM) 또는 이 기술분야에 공지된 다른 적합한 측정방법을 사용하여 측정될 수 있다.
층상의 배리어 재료는 어느 적합한 재료 또는 점화 및 연소 중에 가연성 열원에 의해 달성되는 온도에서 실질적으로 열적으로 안정한 재료의 조합으로 형성될 수 있고, 배리어가 형성될 수 있게 펀치되는 것이 가능하다.
층상의 배리어 재료를 형성할 수 있는 바람직한 재료는, 이에 한정하는 것은 아니지만, 구리, 알루미늄, 스테인리스강 및 합금을 포함할 수 있다. 층상의 배리어 재료는 알루미늄으로 형성되는 것이 가장 바람직하다. 특히 바람직한 구현예에 있어서, 배리어 재료는 >99% 순도의 알루미늄 EN AW 1200, 또는 EN AW 8079 합금으로 형성된다.
배리어는 실질적으로 가연성 열원의 전체 말단면을 가로질러 확장되는 것이 바람직하다.
더 바람직하게, 배리어는 실질적으로 가연성 열원의 전체 말단면을 가로질러서 확장되고 가연성 열원의 인접한 측면을 따라 적어도 부분적으로 확장되어 있다. 이러한 구현예에 있어서, 배리어는 가연성 열원의 말단을 덮는 '볼록한 뚜껑'을 형성한다. 이것은 '뚜껑'에 의해 덮힌 가연성 열원의 말단면 주변의 구조적인 강성을 유리하게 증가시킨다. 또한, 이것은 배리어와 가연성 열원 사이의 경계면을 따라 가연성 열원의 분열 위험성을 유리하게 감소시킨다.
특정한 구현예에 있어서, 배리어는 층상의 배리어 재료의 두께의 약 5배 미만, 보다 바람직하게는 층상의 배리어 재료의 두께의 약 3배 미만의 거리로 가연성 열원의 인접한 측면을 따라 확장된다.
제1 펀치 및 제2 펀치의 외형은 같거나 다를 수 있다.
제1 펀치 및 제2 펀치 중 하나 또는 모두는 오목한 외형을 가질 수 있다.
대안적으로, 제1 펀치 및 제2 펀치 중 하나 또는 모두는 편평한 외형을 가질 수 있다.
특정한 바람직한 구현예에 있어서, 제1 펀치는 오목한 외형을 갖는다. 오목한 외형을 가진 제1 펀치의 사용은 배리어가 부착되어 있는 가연성 열원의 말단면 주위를 라운드지게 하거나 절단된 에지를 형성하는데 도움을 줄 수 있다.
오목한 외형을 가진 제1 펀치의 사용은 배리어와 배리어가 부착되어 있는 가연성 열원의 말단면 사이에 에어록 형성의 위험성을 유리하게 감소시킬 수 있다. 오목한 외형을 가진 제1 펀치의 사용은 배리어가 가연성 열원의 말단을 덮는 볼록한 뚜껑을 형성하는데 유리하게 도움을 주게된다.
제1 펀치가 오목한 외형을 가지는 구현예에 있어서, 제1 펀치는 약 0.25 ㎜ 내지 약 1 ㎜, 보다 바람직하게는 약 0.4 ㎜ 내지 약 0.6 ㎜의 깊이를 갖는 오목한 외형을 가질 수 있다.
제1 펀치가 오목한 외형을 가지는 구현예에 있어서, 제1 펀치는 약 30°내지 약 80°로 모나게 깍여진 에지를 가진 오목한 외형을 가질 수 있다.
다른 바람직한 구현예에 있어서, 제1 펀치는 편평한 외형을 갖는다.
특정한 바람직한 구현예에 있어서, 제2 펀치는 오목한 외형을 갖는다. 오목한 외형을 갖는 제2 펀치의 사용은 배리어가 부착되어 있는 가연성 열원의 면과 마주하는 가연성 열원의 말단면의 주위를 라운드지게 하거나 절단된 에지를 형성하는데 도움을 줄 수 있다.
오목한 외형을 가진 제2 펀치의 사용은 제2 펀치와 중공형 다이 사이에 미립자 재료의 축적물을 실질적으로 방지함으로써 제2 펀치와 중공형 다이 사이의 마찰을 유리하게 감소시킬 수 있고; 실제로 제2 펀치는 스크레이퍼 역할을 한다.
제2 펀치가 오목한 외형을 가지는 구현예에 있어서, 제2 펀치는 약 0.25 ㎜ 내지 약 1 ㎜, 보다 바람직하게는 약 0.4 ㎜ 내지 약 0.6 ㎜의 깊이를 가진 오목한 외형을 가질 수 있다.
제2 펀치가 오목한 외형을 가지는 구현예에 있어서, 제2 펀치는 약 30°내지 약 80°로 모나게 깍여진 에지를 가진 오목한 외형을 가질 수 있다.
중공형 다이, 제1 펀치, 및 제2 펀치는 원통형이므로 실질적으로 상응하는 원형 단면을 갖는 것이 바람직하다. 대안적으로, 중공형 다이, 제1 펀치, 및 제2 펀치는 원통형이므로 실질적으로 상응하는 타원형 단면일 수 있다.
제1 펀치는 하부 펀치이고 제2 펀치는 상부 펀치인 것이 바람직하다. 이러한 구현예에 있어서, 배리어는 제1 개구부를 통해 중공형 다이에 상향으로 하부 펀치를 삽입하여 층상의 배리어 재료로부터 펀치되고, 이것은 중공형 다이의 하부 말단부에 위치한다. 하나 이상의 미립자 구성분은 가연성 열원을 형성하기 위해서 가압되고, 중공형 다이의 상부 말단부에 위치하는 제2 개구부를 통해 하향으로 중공형 다이로 상부 펀치를 삽입하는 것에 의해 가연성 열원의 말단면에 배리어가 부착된다.
바람직하게, 배리어가 말단면에 부착되어 제조된 가연성 열원이 제2 개구부를 통해 중공형 다이로부터 추출되는 방법을 포함한다.
특정한 구현예에 있어서, 상기 방법은 제2 개구부를 통해 중공형 다이로부터 제2 펀치를 제거하고 중공형 다이 내에 있는 제1 펀치를 제2 개구부 쪽으로 이동시킴으로써 제2 개구부를 통해 중공형 다이로부터 배리어가 말단면에 부착되어서 제조된 가연성 열원을 추출하는 것을 포함할 수 있다.
제1 펀치가 하부 펀치이고 제2 펀치가 상부 펀치일 경우, 바람직하게 상기 방법은 제2 개구부를 통해 중공형 다이로부터 상부 펀치를 제거하고 중공형 다이 내에서 상향으로 하부 펀치를 제2 개구부 쪽으로 이동시킴으로써 배리어가 말단면에 부착되어서 제조된 가연성 열원을 다이의 상부 말단부에 위치된 제2 개구부를 통해 중공형 다이로부터 추출하는 방법을 포함한다.
다른 구현예에 있어서, 상기 방법은 제2 개구부를 통해 중공형 다이로부터 제2 펀치를 제거하고 중공형 다이를 제1 펀치를 향해 이동시킴으로써 배리어가 말단면에 부착되어서 제조된 가연성 열원을 제2 개구부를 통해 중공형 다이로부터 추출하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 방법은 하나 또는 미립자 구성분을 중력 공급 호퍼를 사용하여 제2 개구부를 통해 중공형 다이 내에 배치하는 것을 포함한다. 특정 구현예에 있어서, 상기 방법은 하나 이상의 미립자 구성분을 그 제2 개구부를 통해 중공형 다이 내에 배치하기 위해서 제2 개구부 위로 호퍼를 전진시키고 중공형 다이의 제2 개구부로부터 호퍼를 후퇴시키는 것을 포함한다.
특정한 구현예에 있어서, 상기 방법은 중공형 다이의 제2 개구부 위로 호퍼를 전진시키는 단계 중에 제2 개구부를 통해 중공형 다이로부터 추출된 배리어가 말단면에 부착되어서 제조된 이전의 가연성 열원을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
특정 구현예에 있어서, 호퍼는 출구가 제2 개구부 상에 있을 때까지 중공형 다이에 대하여 실질적으로 밀봉되어 있는 하나 이상의 미립자 구성분을 제공하기 위한 출구를 포함할 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 '밀봉된'은 호퍼 내에 포함된 미립자 물질이 출구를 통해 호퍼에서 배출되는 것을 방지하는 수단으로 사용된다.
바람직하게, 상기 방법은 연속된 층상의 배리어 재료로 제1 개구부를 덮는 것을 포함한다. 바람직하게 연속된 층상의 배리어 재료는 중공형 다이의 너비에 약 1.5배 내지 약 3배의 너비를 갖는다.
연속된 층상의 배리어 재료로 제1 개구부를 덮기 위해서, 상기 방법은 호퍼가 전진하고 후퇴하는 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 연속된 층상의 재료를 공급하는 것을 포함할 수 있다.
그러나, 상기 방법은 호퍼가 전진하고 후퇴하는 방향과 실질적으로 수직인 방향으로 연속된 층상의 재료를 공급하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 방법은 층상의 배리어 재료를 펀칭하는 단계시 중공형 다이와 인접한 층상의 배리어 재료를 후퇴하는 것을 포함한다. 이것은 층상의 배리어 재료를 펀칭함으로써 형성되는 배리어의 양을 유리하게 개선시킨다.
바람직하게, 층상의 배리어 재료를 후퇴시키는 단계는 제2 개구부와 인접한 중공형 다이에 대하여 층상의 배리어 재료를 가압하기 위해서, 제1 펀치를 수용하기 위한 관통 구멍을 포함하는 플레이트를 사용하는 것을 포함한다.
배리어가 말단면에 부착된 복수의 가연성 열원의 동시 제조가 가능하도록 하기 위해서, 상기 방법은 이에 상응하는 제1 펀치와 이에 상응하는 제2 펀치가 각각 제공된 복수의 중공형 다이를 제공하는 것을 포함할 수 있다.
복수의 중공형 다이는 단일의 열 또는 다수의 열이 제공될 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 방법은 연속적으로 회전하는 멀티 캐비티 또는 소위 '터릿 프레스'를 사용하여 수행할 수 있다. 이러한 구현예에 있어서, 다수의 중공형 다이들은 중앙 축에 대해서 회전하고 하나 이상의 미립자 구성분은 호퍼를 사용하여 제2 개구부를 통해 중공형 다이에 배치된다. 층상의 배리어 재료는 제1 개구부를 덮기 위해서 중공형 다이와 인접하게 제공된 다음, 층상의 배리어 재료는 회전식 멀티 캐비티 프레스에 대해 실질적으로 접선 방향으로 공급된다. 제1 펀치는 층상의 배리어 재료 아래에서 수직으로 제공되고, 층상의 배리어 재료를 펀칭하는 단계시에 제1 펀치는 그것이 삽입되는 중공형 다이에 대해서 각지게 고정된다. 배리어를 각지게 형성한 가연성 열원은 중공형 다이로부터 추출된다.
바람직한 구현예에 있어서, 본 발명의 방법은 배리어와 가연성 열원의 말단면 사이에 점착제를 제공하는 것을 추가 포함한다. 배리어와 가연성 열원의 말단면 사이에 점착제의 공급은 가연성 열원의 말단면에 배리어를 부착하는데 유리하게 도움을 준다.
바람직한 구현예에 있어서, 점착제는 층상의 배리어 재료로 다이의 제1 개구부를 덮기 전에 층상의 배리어 재료에 적용된다.
점착제는 이에 한정하는 것은 아니지만, 스프레이 건, 롤러, 슬롯 건 또는 이들의 조합을 포함하는 어느 적합한 수단을 사용하여 층상의 배리어 재료에 적용될 수 있다.
특히 바람직한 구현예에 있어서, 본 발명의 방법은 점착제가 미리 적용되어 있는 층상의 배리어 재료로 중공형 다이의 제1 개구부를 덮는 것을 포함한다.
점착제는 가연성 열원의 말단면에 배리어를 영구적으로 부착할 수 있는 어느 적합한 점착제일 수 있다. 점착제는 연소 또는 점화 중에 가연성 열원에 의해 도달되는 온도를 견딜 수 있는 것이 바람직하다.
점착제는 PVA(폴리비닐 아세테이트) 점착제인 것이 바람직하다.
하나 이상의 미립자 구성분 중 적어도 하나는 결합제를 포함하는 것이 바람직하다.
하나 이상의 미립자 구성분은 하나 이상의 유기 결합제, 하나 이상의 무기 결합제 또는 하나 이상의 유기 결합제와 하나 이상의 무기 결합제의 조합을 포함할 수 있다.
적합한 유기 결합제는 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 구아검과 같은 검; 예를 들면 메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스 및 히드록시프로필 메틸셀룰로오스와 같은 개질된 셀룰로오스 및 셀룰로오스 유도체; 밀가루; 전분; 설탕; 야채유; 및 이들의 조합을 포함한다.
적합한 무기 결합제는 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 벤토나이트 및 카올리나이트와 같은 점토; 예를 들면 시멘트와 같은 알루미노 실리케이트 유도체; 알칼리 활성 알루미노 실리케이트; 예를 들면 규산 나트륨 및 규산 칼륨과 같은 알칼리 실리케이트; 예를 들면 석회 및 소석회와 같은 석회석 유도체; 예를 들면 마그네시아 시멘트, 황산 마그네슘, 황산 칼슘, 인산 칼슘 및 제2 인산 칼슘과 같은 알칼리 토류 화합물 및 유도체; 예를 들면 황산 알루미늄과 같은 알루미늄 화합물 및 유도체 및 이들의 조합물을 포함한다.
특정 구현예에 있어서, 하나 이상의 결합제는 배리어가 가연성 열원의 말단면에 부착되는데 도움을 줄 수 있다. 이러한 구현예에 있어서, 점착제는 배리어와 가연성 열원의 말단면 사이에 제공되거나 제공되지 않을 수 있다.
본 발명에 의한 방법이 하나 이상의 결합제 대신, 또는 하나 이상의 결합제에 추가해서 가연성 탄소질 열원을 제조하는데 사용될 경우, 하나 이상의 미립자 구성분은 가연성 탄소질 열원의 특성을 개선시키기 위해서 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 적합한 첨가제는 이에 한정하는 것은 아니지만, 가연성 탄소질 열원의 통합을 촉진시기기 위한 첨가제(예를 들면, 소성 보조제), 가연성 탄소질 열원의 점화를 촉진시키기 위한 첨가제(예를 들면, 과염소산염, 염소산염, 질산염, 과산화물, 과망간산염, 지르코늄 및 이들의 조합물과 같은 산화제), 가연성 탄소질 열원의 연소를 촉진시키기 위한 첨가제(예를 들면, 칼륨과 구연산 칼륨과 같은 칼륨염) 및 가연성 탄소질 열원의 연소에 의해 생성되는 하나 이상의 가스의 분해를 촉진시키기 위한 첨가제(예를 들면, CuO, Fe2O3 및 Al2O3와 같은 촉매)를 포함한다.
본 발명에 의한 방법이 가연성 탄소질 열원을 제조하는데 사용될 경우, 하나 이상의 미립자 구성분 중 적어도 하나가 점화 보조제를 포함하는 것이 바람직하다. 특정 구현예에서, 하나 이상의 미립자 구성분 중 적어도 하나가 탄소 및 점화 보조제를 포함할 수 있다.
여기서 사용하는 바와 같이, 용어 '점화 보조제'는 가연성 탄소질 열원의 점화시 에너지 및 산소 중 하나 또는 둘 모두를 방출하는 재료를 나타내는데 사용되며, 상기 재료에 의해서 에너지 및 산소 중 하나 또는 둘 모두의 방출 비율이 주변으로 산소 확산이 제한되지 않는다. 즉, 가연성 탄소질 열원의 점화 시 상기 재료에 의해서 에너지 및 산소 중 하나 또는 둘 모두의 방출 비율은 주변의 산소가 상기 재료에 도달할 수 있는 비율에 대체로 무관하다. 여기서 사용된 바와 같이, 용어 '점화 보조제'는 가연성 탄소질 열원의 점화 시 에너지가 방출되는 원소 금속을 나타내는데 사용되기도 하며, 여기서 원소 금속의 점화 온도는 약 500℃ 이하이고 원소 금속의 연소 열은 적어도 약 5 kJ/g이다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 '점화 보조제'는 탄소 연소를 변형시키는 것으로 의심되는 카르복실산의 알칼리 금속염(예를 들면 알칼리 금속 구연산염, 알칼리 금속 아세트산염 및 알칼리 금속 숙신산염), 알칼리 금속 할로겐화물염(예를 들면 알칼리 금속 염화염), 알칼리 금속 탄산염 또는 알칼리 금속 인산염을 포함하지 않는다. 가연성 탄소질 열원의 총 중량과 비교해서 다량으로 존재할 경우라도, 이러한 알칼리 금속 연소염은 초기 퍼프 중에 허용 가능한 에어로졸을 생성하기 위해서 가연성 탄소질 열원의 점화 중에 충분한 에너지를 방출하지 않는다.
적합한 점화 보조제의 예로는 이에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 알루미늄, 철, 마그네슘 및 지르코늄과 같은 가연성 탄소질 열원의 점화시 산소와 발열성으로 반응하는 에너지 물질; 가연성 탄소질 열원의 점화시 에너지를 방출하기 위해 서로 반응하는 예를 들면 금속과 같은 환원제, 및 예를 들면 산화 금속과 같은 산화제를 포함하는 테르밋 또는 테르밋 복합체; 예를 들면 합금 및 2가지 금속으로 된 재료, 금속 탄화물 및 금속 수소화물과 같은 가연성 열원의 점화시 발열 반응을 겪는 재료; 및 가연성 탄소질 열원의 점화시 산소를 방출하기 위해 분해되는 산화제를 포함한다.
적합한 산화제의 예로는 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 질산 칼륨, 질산 칼슘, 질산 스트론튬, 질산 나트륨, 질산 바륨, 질산 리튬, 질산 알루미늄 및 질산 철과 같은 질산염; 아질산염; 다른 유기 및 무기 니트로 화합물; 예를 들면 염소산 나트륨 및 염소산 칼륨과 같은 염소산염; 예를 들면 과염소산 나트륨과 같은 과염소산염; 아염소산염; 예를 들면 브롬산 나트륨 및 브롬산 칼륨과 같은 브롬산염; 과브롬산염; 아브롬산염, 예를 들면 붕산 나트륨 및 붕산 칼륨과 같은 붕산염; 예를 들면 철산 바륨과 같은 철산염; 아철산염; 예를 들면 망간산 칼륨과 같은 망간산염; 예를 들면 과망간산 칼륨과 같은 과망간산염; 예를 들면 과산화벤조일 및 과산화아세톤과 같은 유기 과산화물; 예를 들면 과산화수소, 과산화스트론튬, 과산화마그네슘, 과산화칼슘, 과산화바륨, 과산화아연 및 과산화리튬과 같은 무기 과산화물; 예를 들면 초산화칼륨 및 초산화나트륨과 같은 초산화물; 요오드산염; 과요오드산염; 아요오드산염; 황산염; 아황산염; 다른 술폭시화물; 인산염; 포스핀산염; 아인산염; 및 포스판산염를 포함한다.
본 발명의 방법은 블라인드 또는 비블라인드인 가연성 열원을 제조하는데 사용될 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 '블라인드'는 공기가 흡입될 수 있는 가연성 열원의 길이를 따라 확장되는 어느 기류 채널을 포함하지 않는 가연성 열원을 설명하는데 사용된다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 '비블라인드'는 공기가 흡입될 수 있는 가연성 열원의 길이를 따라 확장되는 하나 이상의 기류 채널을 포함하는 가연성 열원을 설명하는데 사용된다.
본 발명의 방법은 단일 층을 포함하는 가연성 열원을 제조하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 방법은 복수의 층을 포함하는 다층 가연성 열원을 제조하는데 사용될 수 있다.
예를 들면, 이중층의 가연성 열원을 제조하기 위해서, 본 발명의 방법은 그 제2 개구부를 통해 중공형 다이 내에 제1 미립자 구성분과 제2 미립자 구성분을 넣고 제1 미립자 구성분을 가압해서 이중층의 가연성 열원의 제1 층을 형성하고 제2 층을 가압해서 이중층의 가연성 열원의 제2 층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 '층' 및 '층들'은 계면을 따라 서로 만나는 본 발명의 방법에 의해 제조되는 다층의 가연성 열원의 부분을 구분하기 위해 사용된다. 용어 '층' 및 '층들'의 사용은 어느 특정한 절대적 또는 상대적인 크기를 갖는 본 발명의 방법에 의해 제조되는 다층의 가연성 열원의 부분을 구분하는 것으로 제한되지 않는다. 특히, 본 발명의 방법에 의해 제조되는 다층 물품의 층들은 층상 또는 비층상일 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 가연성 열원은 약 0.8 g/㎤ 내지 약 1.1 g/㎤의 겉보기 밀도를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 가연성 열원은 약 300 ㎎ 내지 약 500 ㎎의 질량을 갖는 것이 바람직하고, 약 400 ㎎ 내지 약 450 ㎎이 보다 바람직하다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 가연성 열원은 세장형인 것이 바람직하다. 본 발명의 방법에 의해 제조되는 가연성 열원은 실질적으로 로드 형상인 것이 보다 바람직하다.
특히 바람직한 구현예에 있어서, 본 발명의 방법에 의해 제조된 가연성 열원은 실질적으로 원통형이다. 예를 들면, 본 발명의 방법은 실질적으로 원형 단면 또는 실질적으로 타원형 단면의 원통형 가연성 열원을 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 가연성 열원은 약 2 ㎜ 내지 약 20 ㎜의 길이를 갖는 것이 바람직하고, 약 3 ㎜ 내지 약 15 ㎜가 보다 바람직하며, 약 9 ㎜ 내지 약 11 ㎜가 가장 바람직하다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 '길이'는 본 발명의 방법에 의해 제조되는 가연성 열원의 길이 방향으로의 최대 크기를 나타낸다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 가연성 열원은 약 5 ㎜ 내지 약 10 ㎜의 직경을 갖는 것이 바람직하고, 약 7 ㎜ 내지 약 8 ㎜가 보다 바람직하며, 약 7.8 ㎜가 가장 바람직하다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 '직경'은 본 발명의 방법에 의해 제조되는 가연성 열원의 횡 방향의 최대 크기를 나타낸다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 가연성 열원은 실질적으로 균일한 직경을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 방법은 대안적으로 가연성 열원의 제1 말단의 직경이 마주하는 제2 말단의 직경보다 크도록 테이퍼지게 가연성 열원을 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 방법은 배리어가 부착되어 있는 가연성 열원의 말단면의 직경이 가연성 열원의 마주하는 말단면의 직경보다 크도록 테이퍼지게 가연성 열원을 제조하는데 사용될 수 있다.
이와 같은 본 발명을 첨부하는 도면에 의거하여 단지 예시하는 목적으로 더욱 상세히 설명하기로 한다.
간단히 말해서, 비가연성이고 말단면(112)에 실질적으로 공기 불투과성의 배리어(110)가 부착되어 있는 실질적으로 원형 단면을 갖는 원통형 가연성 열원(100)은 탄소 및 검과 같은 결합제를 포함하는 탄소질 미립자 구성분(120)을 가압하여 제조되고, 개방 하부와 상부 말단부를 가지는 중공형 다이(130), 하부 펀치(140)와 상부 펀치(150)를 포함하는 다이 세트를 사용하여 제조된다.
배리어(110)는 연속된 층상의 배리어 재료(160)를 하부 펀치(140)로 펀칭하여 형성된다. 미립자 구성분(120)을 개방된 상부 말단부를 통해 중공 원통형 다이(130) 내에 넣은 다음, 상부 펀치(150)를 사용하여 압축시켜서 가연성 열원(100)을 형성하고 배리어(110)를 가연성 열원(100)의 말단면(112)에 부착시킨다.
가연성 열원을 제조하는데 사용되는 다이 세트는 하기와 같이 배열되어 있다.
하부 펀치(140)는 중공형 다이(130) 아래에 수직으로 제공되고 하부 펀치(140)의 종축과 중공형 다이(130)의 종축이 일직선으로 맞추어지도록 배열되어 있다. 상부 펀치(150)는 중공형 다이(130) 위에 수직으로 제공되고 상부 펀치(150)의 종축과 중공형 다이(130)의 종축이 일직선으로 맞추어지도록 배열되어 있다. 하부 펀치(140)와 상부 펀치(150)는 그 종축에 평행한 방향으로 중공형 다이에 대해서 이동 가능하다.
호퍼(170)는 미립자 구성분(120) 공급물을 포함하고 있으며, 출구(180)가 중공형 다이(130) 위에 수직하게 제공되어 있다. 호퍼(170)는 중공형 다이(130)의 종축에 수직한 방향으로 중공형 다이(130)에 대해서 이동이 가능하다.
도 1(a)는 중공형 다이 하부 펀치(130), 상부 펀치(150) 및 호퍼(170)가 중공형 다이(130)로부터 후퇴한 상태를 나타낸 것이다. 연속된 층상의 배리어 재료(160)가 하부 펀치(140)와 중공형 다이(130) 사이에 보빈(도시하지 않음)에 공급되어 중공 캐비티(130)의 하부 개방된 말단부를 덮는다. 가연성 열원(100)의 말단면(112)에 배리어(110)가 부착되게 하기 위해, 점착제(도시하지 않음)가 중공형 다이(130)와 마주하는 층상의 배리어 재료(160)의 표면 상에 제공된다.
배리어(110)를 형성하기 위해서, 하부 펀치(140)는 도 1(a)에서 화살표로 나타낸 방향으로 중공형 다이(130)를 향해 상향으로 전진한다. 연속된 층상의 배리어 재료(160)가 정확한 위치에서 펀칭되어 배리어(110)를 형성할 수 있도록 하부 펀치(140)에 부착된 플레이트(도시하지 않음)에 의해 눌려지게 된다. 하부 펀치가 중공형 다이를 향해 상향으로 전진함에 따라, 플레이트는 층상의 배리어 재료(160)와 맞물리고 중공형 다이(130)의 개방된 하부 말단부에 눌러지게 된다. 층상의 배리어 재료(160)와 맞물리면 플레이트는 중공형 다이(130)에 대해서 이동을 멈추고, 하부 펀치(140)가 플레이트 및 중공형 다이(130)에 대해서 이동하면서 상향으로 계속 전진을 하게 된다. 하부 펀치가 중공형 다이(130)의 하부 개방된 말단부를 통해서 들어감에 따라 연속된 층상의 배리어 재료(160)로부터 배리어(110)를 펀치하게 된다. 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 하부 펀치(140)는 필요에 따라 오목한 단면 외형을 갖는다. 이것은 하부 펀치(140)에 의해 연속된 층상의 배리어 재료(160)의 절단을 용이하게 하고; 사실상, 오목한 외형은 배리어(110)의 형성을 위해 연속된 층상의 배리어 재료(160)를 보다 용이하게 절단하는 것을 가능하게 하기 위해서 하부 펀치(140)에 나이프와 같은 에지를 제공한 것이다. 배리어(110)의 형성 중에 호퍼는 도 1(a)의 화살표로 나타낸 방향으로 중공형 다이(130)의 개방된 상부 말단부를 향해 전진한다.
도 1(b)는 출구(180)가 중공형 다이(130)의 개방된 상부 말단부 위에 위치되도록 배치된 호퍼(170)를 나타낸 것이다. 이 위치에서, 호퍼는 그 안에 포함된 미립자 구성분(120)의 공급물의 일부를 중공형 다이(130)에 제공한다. 충분한 양의 미립자 구성분(120)은 그 개방된 상부 말단부를 통해 중공형 다이(130)에 넣어져서 단일 가연성 열원(100)을 형성한다.
호퍼(170)가 제공되면, 충분한 양의 미립자 구성분(120)이 중공형 다이(130)에 제공되고, 도 1(b)에서 화살표로 나타낸 방향으로 중공형 다이(130)에서 멀리 후퇴한다. 호퍼(160)가 중공형 다이(130)의 개방된 상부 말단부에서 멀어짐에 따라 상부 펀치(150)는 도 1(b)에 화살표로 나타낸 방향으로 중공 캐비티(130)의 개방된 상부 말단부를 향해 하향으로 전진한다.
상부 펀치(150)가 개방된 상부 말단부를 통해 중공형 다이(130)로 들어감에 따라 중공형 다이(130) 내에서 미립자 재료(120)를 가압해서 가연성 열원(100)을 형성하고 가연성 열원(110)의 말단면(112)에 배리어(110)를 부착한다. 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 상부 펀치(150)는 필요에 따라 오목한 단면 외형을 갖는다. 이것은 상부 펀치(150)와 중공형 다이(130) 간의 경계면으로부터 멀리 미립자 구성분(120)을 이동시켜서 상부 펀치가 개방된 상부 말단부를 통해 중공형 다이(130)에 삽입될 때 상부 펀치(150)와 중공형 다이(130) 사이에 마찰을 감소시키고; 사실상, 오목한 외형은 중공형 다이의 내면을 따라 스크레이퍼 역할을 한다. 압축 단계가 완료되면, 펀치는 수직으로 후퇴한다.
도 1(c)은 상부 펀치(150)의 후퇴를 나타낸 것이다. 상부 펀치(150)가 후퇴됨에 따라 중공형 다이(130)는 하부 펀치(140)에 대해서 낮아진다. 이런 방식에서, 배리어(110)가 말단면(112)에 부착되어서 제조된 가연성 열원(100)이 중공형 다이(130)로부터 추출된다. 중공형 다이(130)가 낮아질 때, 호퍼가 중공형 다이(130)의 상부면을 가로질러 전진한다. 호퍼가 전진함에 따라, 호퍼의 리딩 에지는 배리어(110)가 말단면(112)에 부착되어서 제조된 추출된 가연성 열원(100)을 작업 영역 밖으로 내보내게 된다. 이런 방식으로, 연속적인 공정이 제공된다.
도 2(a) 및 2(b)는 배리어(110)가 말단면(112)에 부착되어서 제조된 가연성 열원(100)을 나타낸 것이다. 이와 같이, 배리어는 가연성 열원(100)의 말단면(112) 전체를 가로지르고 가연성 열원(100)의 인접한 측면(114)에 부분적으로 확장되어 있으므로 가연성 열원(100)의 말단부를 덮고 있는 '볼록한 뚜껑'을 형성하게 된다. 볼록한 뚜껑의 형상은 하부 펀치(140)의 오목한 외형의 형상과 실질적으로 일치한다.
상기 특정한 구현예 및 실시예는 예시하기 위하여 기재한 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 다른 구현예가 만들어질 수 있고 여기에 기재한 특정한 구현예 및 실시예는 제한하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.
100: 가연성 열원 110: 배리어
112: 말단면 114: 측면
120: 미립자 구성분 130: 중공형 다이
140: 하부 펀치 150: 상부 펀치
160: 연속된 층상의 배리어 재료 170: 호퍼
180: 배출구

Claims (15)

  1. 말단면에 부착된 배리어(barrier)를 갖는 가연성 열원을 제조하는 방법으로서,
    제1 개구부와 마주하는 제2 개구부를 가진 중공형 다이(hollow die)를 제공하는 단계;
    상기 중공형 다이의 상기 제1 개구부를 층상의 배리어 재료로 덮는 단계;
    상기 제1 개구부를 통해 상기 중공형 다이에 제1 펀치를 삽입함으로써, 상기 층상의 배리어 재료로부터 배리어를 펀칭하는 단계;
    상기 제2 개구부를 통해 상기 중공형 다이 내에 하나 이상의 미립자 구성분을 배치하는 단계;
    상기 제2 개구부를 통해 상기 중공형 다이에 제2 펀치를 삽입함으로써, 상기 가연성 열원의 말단면에 상기 배리어를 부착하고 가연성 열원을 형성하기 위해 하나 이상의 미립자 구성분을 가압하는 단계; 및
    말단면에 부착된 배리어를 갖는 가연성 열원을 상기 중공형 다이로부터 추출하는 단계로 이루어지는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배리어와 상기 가연성 열원의 말단면 사이에 점착제를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 중공형 다이의 상기 제1 개구부를 상기 층상의 배리어 재료로 덮기 전에, 상기 점착제를 상기 층상의 배리어 재료에 적용하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 스프레이 건, 롤러 및 슬롯 건 중 적어도 하나를 사용하여 상기 층상의 배리어 재료에 점착제를 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 미립자 구성분 중 적어도 하나는 탄소질인 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 미립자 구성분 중 적어도 하나는 결합제를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 결합제는 상기 가연성 열원의 말단면에 배리어가 부착되는 것을 보조하는 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배리어는 상기 가연성 열원의 전체 말단면을 가로질러 상기 가연성 열원의 인접한 측면을 따라 적어도 부분적으로 확장되게 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 펀치는 편평한 외형 또는 오목한 외형을 갖는 방법.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 펀치는 편평한 외형 또는 오목한 외형을 갖는 방법.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층상의 배리어 재료는 열 전도성이 있는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 층상의 배리어 재료의 열 전도성은 적어도 200 W/m·K인 방법.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층상의 배리어 재료는 비가연성인 방법.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층상의 배리어 재료는 공기 불투과성인 방법.
  15. 흡연 물품용 가연성 열원을 제조하기 위한 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법.
KR1020147034529A 2012-06-21 2013-06-13 배리어를 가진 가연성 열원의 제조방법 KR102149730B1 (ko)

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