KR20200067635A - 삼중 캡슐 및 이를 제조하는 장치 및 방법 - Google Patents

삼중 캡슐 및 이를 제조하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

일 측면에 따른 삼중 캡슐을 제조하는 방법은, 내장재, 중간막재 및 외막재를 공급하는 단계; 노즐 마운트를 통해 상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재를 공급받고, 상기 내장재를 토출하는 제1 노즐, 상기 중간막재를 토출하는 제2 노즐 및 상기 외막재를 토출하는 제3 노즐이 동심상으로 배열되는 삼중 노즐을 통해 상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재에 대한 공압출(coextrusion)을 수행함으로써 삼중 성형체를 토출하는 단계; 및 냉각재를 순환시켜 상기 삼중 성형체를 냉각함으로써 상기 삼중 캡슐을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

삼중 캡슐 및 이를 제조하는 장치 및 방법{Triple capsule and Method and Apparatus for manufacturing thereof}
삼중 캡슐 및 이를 제조하는 장치 및 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 외막재, 중간막재 및 내장재에 대한 공압출(coextrusion)을 수행함으로써 삼중 캡슐을 제조하는 장치, 방법 및 그에 의해 제조되는 삼중 캡슐이 개시된다.
궐련으로부터 제공되는 에어로졸에 향미를 부가하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 예를 들면, 흡연자의 기호에 따라 선택적으로 에어로졸에 향미를 부가할 수 있도록, 궐련을 구성하는 필터 내부에 향료를 담지하는 캡슐을 배치하고, 흡연자에 의해 캡슐이 파쇄되는 경우 에어로졸이 가향되는 방식이 활용되고 있다.
캡슐에는 다양한 향료 물질들이 담지될 수 있다. 예를 들면, 천연 오일 성분, 지용성 비타민 등과 같은 지용성의 향료들이 연질의 캡슐 외막에 담지되고, 흡연자에 의해 파쇄되어 에어로졸을 가향할 수 있다. 다만, 지용성의 향료들로 인해 과도하게 자극적인 향미가 에어로졸에 부가될 수 있어, 궐련의 끽미에 악영향이 있을 수 있다.
궐련으로부터 제공되는 에어로졸에 보다 부드러운 향미를 부가하기 위해서는, 캡슐에 담지되는 향료 물질들이 다양화될 필요가 있다. 예를 들면, 지용성의 향료들 외에 수용성의 향료들이 캡슐에 담지됨에 따라 캡슐에 의해 가향되는 향미가 다양화될 필요가 있다.
다양한 향료 물질들을 캡슐에 담지하여 궐련의 끽미를 향상시키기 위해서는, 향료를 담지하는 캡슐의 구조가 개선될 것이 요구될 수 있다. 특히, 개선된 캡슐의 구조를 정확하게 구현할 수 있도록 하는 캡슐의 제조 방식이 요구될 수 있다.
삼중 캡슐 및 이를 제조하는 장치 및 방법이 제공될 수 있다. 다만, 삼중 캡슐 및 이를 제조하는 장치 및 방법에 관한 기술적 과제 외에도, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 측면에 따른 삼중 캡슐을 제조하는 방법은, 내장재, 중간막재 및 외막재를 공급하는 단계; 노즐 마운트를 통해 상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재를 공급받고, 상기 내장재를 토출하는 제1 노즐, 상기 중간막재를 토출하는 제2 노즐 및 상기 외막재를 토출하는 제3 노즐이 동심상으로 배열되는 삼중 노즐을 통해 상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재에 대한 공압출(coextrusion)을 수행함으로써 삼중 성형체를 토출하는 단계; 및 냉각재를 순환시켜 상기 삼중 성형체를 냉각함으로써 상기 삼중 캡슐을 형성하는 단계를 포함한다.
다른 측면에 따른 삼중 캡슐을 제조하는 장치는, 내장재, 중간막재 및 외막재를 공급하는 재료 공급부; 상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재를 공급받는 노즐 마운트, 및 상기 내장재를 토출하는 제1 노즐, 상기 중간막재를 토출하는 제2 노즐 및 상기 외막재를 토출하는 제3 노즐이 동심상으로 배열되는 삼중 노즐을 포함하고, 상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재에 대한 공압출(coextrusion)을 수행함으로써 삼중 성형체를 토출하는 성형부; 및 냉각재를 순환시켜 상기 삼중 성형체를 냉각함으로써 상기 삼중 캡슐을 형성하는 냉각부를 포함한다.
또 다른 측면에 따른 궐련에 포함되는 심리스(seamless) 캡슐은, 수용성 용매 및 수용성 향료를 포함하고, 2.5 mm 이상 6.0 mm 이하의 직경을 갖는 내장재; 지용성 왁스(wax)를 포함하고, 0.1 mm 이상 1.0 mm 이하의 두께를 갖는 중간막재; 및 수용성 고분자 물질을 포함하고, 0.3 mm 이상 1.5 mm 이하의 두께를 갖 는 외장재;를 포함한다.
삼중 캡슐의 제조 방법 및 장치에 의해 외막재 및 중간막재를 포함하는 삼중 캡슐이 제조될 수 있다. 중간막재가 지용성 물질로 형성되는 경우 삼중 캡슐에는 수용성 향료를 포함하는 내장재가 담지될 수 있어, 다양한 향미가 캡슐을 통해 에어로졸에 첨가될 수 있다.
삼중 캡슐의 제조 방법 및 장치에 의해 삼중 캡슐이 제조되는 효율이 증대될 수 있다. 외막재, 중간막재 및 내장재에 대한 공압출 공정이 수행됨에 따라 삼중 캡슐이 신속하게 제조될 수 있다. 또한, 공압출 공정을 수행하는 성형부의 노즐 구조에 의해 삼중 캡슐의 개선된 구조가 정확하게 구현될 수 있다.
도 1은 삼중 캡슐을 포함하는 궐련에 대한 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 삼중 캡슐의 구조에 대한 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 삼중 캡슐을 제조하는 장치에 대한 일 예를 나타내는 구성도이다.
도 4는 공압출을 수행하는 성형부의 구조에 대한 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 공압출을 수행하는 성형부의 단면 형상에 대한 예들을 나타내는 도면이다.
도 6은 삼중 캡슐을 제조하는 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 삼중 캡슐을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 아래의 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수 있고, 또는 추가적인 구성 요소들 또는 단계들이 더 포함될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 등과 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있으나, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않아야 한다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하기 위한 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들로 선택되었으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당하는 발명의 설명 부분에서 그 의미가 상세하게 기재될 것이다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 실시예들은 삼중 캡슐 및 이를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 삼중 캡슐을 포함하는 궐련에 대한 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 궐련(1)은 담배 로드(2) 및 필터 로드(3)를 포함할 수 있다. 도 1에는 필터 로드(3)가 단일 영역으로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필터 로드(3)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(3)는 에어로졸을 냉각하는 제1 세그먼트 및 에어로졸에 포함되는 특정 성분을 여과하는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필터 로드(3)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트가 더 포함될 수도 있다.
궐련(1)은 적어도 하나의 래퍼(4)에 의해 포장될 수 있다. 래퍼(4)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 공기가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로, 궐련(1)은 하나의 래퍼(4)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로, 궐련(1)은 둘 이상의 래퍼들(4)에 의해 중첩적으로 포장될 수도 있다. 구체적으로, 제1 래퍼에 의하여 담배 로드(2)가 포장되고, 제2 래퍼에 의해 필터 로드(3)가 포장될 수 있다. 래퍼들 각각에 의해 포장되는 담배 로드(2) 및 필터 로드(3)가 결합되고, 제3 래퍼에 의하여 궐련(1) 전체가 재포장될 수 있다.
담배 로드(2)는 에어로졸 생성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 생성 물질은 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 담배 로드(2)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 담배 로드(2)에는 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이 담배 로드(2)에 분사되어 첨가될 수 있다.
담배 로드(2)는 다양한 방식으로 제작될 수 있다. 예를 들면, 담배 로드(2)는 시트(sheet)로 제작될 수 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또는, 담배 로드(2)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다.
선택적으로, 담배 로드(2)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들면, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 담배 로드(2)를 둘러싸는 열 전도 물질은 유도 가열식 히터에 의해 가열되는 서셉터로서 기능할 수도 있다. 도 1에 도시되어 있지는 않으나, 담배 로드(2)는 외부를 둘러싸는 열 전도 물질 외에 추가의 서셉터를 더 포함할 수도 있다.
필터 로드(3)는 적어도 하나의 셀룰로오스 아세테이트 필터를 포함할 수 있다. 필터 로드(3)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(3)는 원통형 로드일 수 있고, 내부에 중공(hollow)을 포함하는 튜브형 로드를 포함할 수 있다. 또는, 필터 로드(3)는 내부에 공동(cavity)을 포함하는 리세스(recess) 형 로드를 포함할 수도 있다. 필터 로드(3)가 복수의 세그먼트들로 구성되는 경우, 복수의 세그먼트들은 서로 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(3)는 필터 로드(3)에서 향미가 발생하도록 제작될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(3)에 가향액이 분사될 수 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터 로드(3)의 내부에 삽입될 수도 있다.
필터 로드(3)에 에어로졸을 냉각하는 냉각 세그먼트가 포함되는 경우, 냉각 세그먼트는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질로 제조될 수 있다. 예를 들면, 냉각 세그먼트는 순수한 폴리락트산(polylactic acid)만으로 제작될 수 있다. 또는, 냉각 세그먼트는 복수의 천공들을 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 필터로 제작될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 냉각 세그먼트는 에어로졸을 냉각하는 구조 및 물질로 구성될 수 있다.
필터 로드(3)에는 적어도 하나의 캡슐(5)이 포함될 수 있다. 적어도 하나의 캡슐(5)은 향미를 발생시킬 수 있고, 에어로졸을 발생시킬 수도 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 캡슐(5)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싸는 구조로 형성될 수 있다. 적어도 하나의 캡슐(5)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
적어도 하나의 캡슐(5)은 복수의 재료들이 복수의 층을 형성하는 다중 캡슐일 수 있다. 다중 캡슐은 적어도 하나의 막재에 의한 적어도 하나의 쉘(shell)과 적어도 하나의 내장재에 의한 적어도 하나의 코어(core)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 다중 캡슐은 2개의 막재들 및 1개의 내장재를 포함하는 삼중 캡슐일 수 있다. 삼중 캡슐에 대한 구체적인 내용은 도 2를 참조하여 후술된다.
도 2는 삼중 캡슐의 구조에 대한 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 내장재(11), 중간 막재(12) 및 외막재(13)를 포함하는 삼중 캡슐(10)이 도시되어 있다. 삼중 캡슐(10)은 구형인 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 삼중 캡슐(10)의 단면은 국소적으로 타원형이거나 일부분이 변형된 원형일 수도 있다.
삼중 캡슐(10)은 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 삼중 캡슐(10)에서, 내장재(11)는 최내부에 배치되어 코어(core)를 형성할 수 있고, 중간막재(12)는 내장재(11) 및 외막재(13) 사이에 배치되어 내장재(11)를 둘러쌀 수 있고, 외막재(13)는 최외부에 배치되어 내장재(11)를 둘러싸는 중간막재(12)를 재차 둘러쌀 수 있다.
삼중 캡슐(10)은 다양한 크기로 형성될 수 있다. 삼중 캡슐(10)에 포함되는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)의 직경 내지 두께는 설계자의 의도에 따라 변경될 수 있다. 한편, 삼중 캡슐(10)의 규격은 후술할 도 5에 도시되는 삼중 노즐(122)의 배출구 규격에 대응될 수 있다. 삼중 성형체(14)는 삼중 노즐(122)의 규격에 부합하는 크기로 토출될 수 있으므로, 삼중 성형체(14)로부터 형성되는 삼중 캡슐(10) 역시 삼중 노즐(122)의 배출구 직경에 대응되는 직경을 가질 수 있다.
예를 들면, 내장재(11)의 직경은 2.5 mm 이상 6.0 mm 이하일 수 있다. 또는, 내장재(11)의 직경은 3.0 mm 이상 5.0 mm 이하일 수 있다. 또는, 내장재(11)의 직경은 4.3 mm 이상 4.7 mm 이하일 수 있다. 그에 따라, 내장재(11)의 반경(r1)은 1.25 mm 이상 3.0 mm 이하, 또는 1.5 mm 이상 2.5 mm 이하, 또는 2.15 mm 이상 2.35 mm 이하일 수 있다.
예를 들면, 중간막재(12)의 두께(d2)는 0.1 mm 이상 1.0 mm 이하일 수 있다. 또는, 중간막재(12)의 두께(d2)는 0.3 mm 이상 0.7 mm 이하일 수 있다. 외막재(13)의 두께(d3)는 0.3 mm 이상 1.5 mm 이하일 수 있다. 또는, 외막재(13)의 두께(d3)는 0.4 mm 이상 0.9 mm 이하일 수 있다.
한편, 삼중 캡슐(10)은 궐련(1)의 필터 로드(3)에 수용 가능한 크기로 제작될 것이 요구될 수 있다. 필터 로드(3)에 수용되기 위해서는 삼중 캡슐(10) 전체의 직경이 11 mm 이하일 것이 요구될 수 있다. 바람직하게는, 삼중 캡슐(10) 전체의 직경이 6 mm 이하일 것이 요구될 수 있다.
삼중 캡슐(10)의 크기가 과도하게 크거나 작은 경우 삼중 캡슐(10)이 삼중 성형체(14)로부터 형성되는 효율이 감소할 수 있다. 여기에서, 삼중 성형체(14)는 도 4를 참조하여 후술된다. 그 외에도, 삼중 캡슐(10)이 원활하게 기능을 발휘하기 위해서는, 삼중 캡슐(10)이 적절한 크기를 가질 것이 요구될 수 있다.
삼중 캡슐(10)의 기능의 예시로서, 삼중 캡슐(10)은 사용자의 파쇄 없이는 누액되지 않고, 파쇄 후에 내장재(11)에 의해 궐련(1)으로부터 생성되는 에어로졸을 가향하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 삼중 캡슐(10)의 기능 발휘를 위해서는 삼중 캡슐(10)이 파쇄되는 강도가 적정 범위에 있고, 고온의 에어로졸에 의해 삼중 캡슐(10)이 변형되지 않을 것이 요구될 수 있다.
내장재(11)의 크기는 삼중 캡슐(10) 전체의 크기에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다. 내장재(11)의 직경이 과도하게 작은 경우 삼중 캡슐(10)이 궐련(1)의 필터 로드(3) 내부에서 압력을 받는 면적이 줄어 삼중 캡슐(10)의 파쇄가 어려워질 수 있고, 내장재(11)의 직경이 과도하게 큰 경우 삼중 캡슐(10)의 내장재(11) 함량이 과다하여 파쇄 후에 필터 로드(3)가 젖거나 래퍼(4)에 얼룩이 생길 수 있다.
중간막재(12)의 크기는 내장재(11)가 안정적으로 수용될 수 있는지 여부에 관련될 수 있다. 중간막재(12)의 두께(d2)가 과도하게 작은 경우 내장재(11)가 누출될 우려가 있고, 중간막재(12)의 두께(d2)가 과도하게 큰 경우 성형 과정에서 중간막재(12)가 응고되기 위해 소요되는 시간이 증가하여 제조 효율이 감소할 수 있다.
외막재(13)의 크기는 파쇄 용이성에 관련될 수 있다. 외막재(13)는 탄성을 갖는 고분자 물질을 포함할 수 있어, 외막재(13)의 두께(d3)가 과도하게 큰 경우 삼중 캡슐(10)의 파쇄에 요구되는 외력이 증가하여 파쇄가 곤란해질 수 있고, 외막재(13)의 두께(d3)가 과도하게 작은 경우 삼중 캡슐(10)이 작은 충격에도 파쇄될 우려가 있을 수 있다.
따라서, 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)의 직경 내지 두께는 적절한 수치로 설정될 것이 요구될 수 있다. 삼중 캡슐(10)이 전술한 예시와 같은 직경 내지 두께로 형성되는 경우, 삼중 캡슐(10)에 포함되는 각 구성들의 기능이 원활하게 발휘될 수 있다.
삼중 캡슐(10)에서 내장재(11), 중간막재(12) 및 외장재(13)의 직경 내지 두께는 삼중 캡슐(10)이 삼중 성형체(14)로부터 형성되는 직경 내지 두께를 의미할 수 있다. 또는, 삼중 캡슐(10)은 형성된 이후 건조 과정을 거침에 따라 직경 내지 두께가 다소 감소할 수 있다.
내장재(11)는 수용성 물질을 포함할 수 있고, 중간막재(12)는 지용성 물질을 포함할 수 있고, 외막재(13)는 수용성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 수용성 물질은 물이나 에탄올 등의 극성 용매에 잘 용해되는 친수성 물질을 의미할 수 있고, 지용성 물질은 벤젠 등의 비극성 용매에 용해되는 소수성 물질을 의미할 수 있다. 수용성 물질과 지용성 물질은 서로 균질하게 혼합되지 않을 수 있고, 수용성 물질과 지용성 물질이 섞이는 경우 각각에 의한 층이 형성될 수 있다. 예를 들면, 내장재(11)는 수용성 고분자 물질을 포함할 수 있고, 중간막재(12)는 지용성 왁스를 포함할 수 있고, 외막재(13)는 수용성 용매 및 수용성 향료를 포함할 수 있다.
삼중 캡슐(10)이 중간막재(12) 및 외막재(13)의 이중막 구조로 형성되고, 중간막재(12)가 지용성 물질로 이루어짐에 따라 내장재(11)에 수용성의 물질이 포함될 수 있다. 그에 따라, 삼중 캡슐(10)에 수용성의 향료가 담지될 수 있어 삼중 캡슐(10)을 통해 제공되는 향미가 다양해질 수 있다. 또한, 수용성의 향료는 사용자에게 바람직하지 못한 영향이 미치는 것을 방지할 수 있다.
삼중 캡슐(10)이 수용성의 내장재(11)를 담지할 수 있음에도 불구하고, 삼중 캡슐(10)에 지용성의 중간막재(12)가 내장재(11) 및 외막재(13) 사이에 배치될 수 있으므로, 삼중 캡슐(10)의 표면을 이루는 외막재(13)가 수용성 물질일 수 있다. 특히, 외막재(13)가 수용성의 고분자 물질로 형성되는 경우, 외막재(13)가 탄성 내지 유연성을 가질 수 있고, 그에 따라 삼중 캡슐(10)을 파쇄하기 위해서는 일정 수준 이상의 외력이 요구될 수 있어, 삼중 캡슐(10)이 의도치 않게 파쇄되는 것이 방지될 수 있다.
내장재(11)는 수용성 용매 및 수용성 향료를 포함할 수 있다. 수용성 용매는 물, 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 디포스포글리세레이트(diphosphoglycerate) 및 글리세린(glycerin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수용성 향료는 L-멘톨(L-menthol), 바닐린(vanillin), 에틸 바닐린(ethyl vanillin), 말톨(maltol), 에틸 말톨(ethyl maltol), 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 등과 같은 화학물질, 커피, 바닐라, 코코아, 건포도, 감초 등과 같은 천연 원료의 추출물 및 아스파탐, 사카린, 수크랄로스, 아세술팜, 네오탐, 소마틴, 스테비오시드 등과 같은 기능성 첨가제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
내장재(11)는 다양한 함량으로 삼중 캡슐(10)에 담지될 수 있다. 삼중 캡슐(10)에 담지되는 내장재(11)의 함량은 삼중 캡슐(10)을 구성하는 내장재(11)의 직경 및 내장재(11)의 밀도 등에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 내장재(11)의 함량은 8.0 mg 이상 115 mg 이하일 수 있다. 또는, 내장재(11)의 함량은 14 mg 이상 65 mg 이하일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 내장재(11)의 직경 또는 밀도 변경에 따라 내장재(11)의 함량이 변경될 수도 있다.
중간막재(12)는 지용성 왁스(wax)를 포함할 수 있다. 중간막재(12)는 물 또는 친수성 물질들과 분리되는 소수성의 밀랍을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 중간막재(12)는 셸락납(shellac wax), 밀납(beeswax) 등과 같은 동물 유래 왁스, 카나우바 왁스(carnauba wax), 칸델릴라 왁스(candelilla wax), 캐스터 왁스(castor wax), 깃털야자 왁스(ouricury wax) 등과 같은 식물 유래 왁스, 파라핀 왁스(paraffin wax), 미정질 왁스(microcrystalline wax) 등과 같은 석유계 왁스, 송진(rosin), 래커(lacquer), 프로폴리스(propolis) 등과 같은 수지(resin) 계열, 콩(soybean), 유채(rapeseed), 카놀라(canola), 해바라기(sunflower), 땅콩(peanut), 코코넛(coconut), 야자(palm), 쌀겨(rice bran) 등과 같은 동식물로부터 유래되는 가공유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
중간막재(12)는 수용성의 외막재(13) 및 수용성의 내장재(11) 사이에 위치하여 양자를 분리하기 위한 구성일 수 있다. 따라서, 중간막재(12)가 외막재(13) 및 내장재(11) 사이에서 굳어져 응고되는 것이 삼중 캡슐(10)의 성형 과정의 핵심적인 단계일 수 있다. 중간막재(12)가 외막재(13) 및 내장재(11) 사이에서 적절한 속도로 응고되기 위해서는 중간막재(12)가 특정 범위 이내의 녹는점을 가질 것이 요구될 수 있다. 중간막재(12)의 녹는점은 미국재료시험협회(ASTM, American society for testing and materials)의 기준에 따른 적점(dropping point)를 의미할 수 있다.
중간막재(12)의 녹는점으로서 중간막재(12)가 응고되는 온도가 과도하게 높은 경우 삼중 성형체(14)가 냉각되는 과정에서 중간막재(12)가 내장재(11)를 완전하게 감싸기 전에 응고될 수 있다. 또한, 중간막재(12)가 응고되는 온도가 과도하게 낮은 경우에도 냉각에 소요되는 시간이 증가하여 삼중 캡슐(10)의 성형 불량이 유발될 수 있다.
중간막재(12)에 요구되는 녹는점의 예시로서, 중간막재(12)의 녹는점은 38℃ 이상 95℃ 이하일 수 있다. 또는, 중간막재(12)의 녹는점은 42℃ 이상 87℃ 이하일 수 있다. 또는, 중간막재(12)의 녹는점은 52℃ 이상 72℃ 이하일 수 있다. 중간막재(12)의 구성비 조정을 통해 중간막재(12)의 녹는점이 과도하게 높거나 낮지 않게 설정됨에 따라, 삼중 캡슐(10)의 성형이 원활하게 진행될 수 있다.
중간막재(12)는 적절한 범위의 경도(hardness)를 가질 수 있다. 구체적으로, 삼중 캡슐(10)이 성형되어 중간막재(12)가 굳어지는 경우 중간막재(12)가 적정 범위의 경도를 가져야 삼중 캡슐(10)이 사용자의 의도에 따라 파쇄될 수 있다. 중간막재(12)의 경도가 과도하게 높은 경우 삼중 캡슐(10)의 파쇄가 어려울 수 있고, 중간막재(12)의 경도 과도하게 낮은 경우 삼중 캡슐(10)이 의도치 않게 파쇄되는 것이 우려될 수 있다. 예를 들면, 국제 표준(ASTM D1321)에 따른 바늘 관통 테스트(needle penetration of petroleum waxes)에 따라, 중간막재(12)의 경도는 9 PU(penetration unit) 이상 156 PU 이하일 수 있다. 또는, 중간막재(12)의 경도는 15 PU 이상 96 PU 이하일 수 있다.
중간막재(12)의 경도는 중간막재(12)에 전술한 예시들과 같은 왁스류 단독에 의해, 또는 왁스류에 중간 사슬 트리글리세라이드(MCT, medium chain triglyceride) 등과 같은 오일류에 배합되는 혼합물에 의해 구현될 수 있다. 혼합물에서 오일류의 배합 비율이 증가할수록 중간막재(12)의 경도가 낮아질 수 있고, 중간막재(12)의 녹는점이 변경될 수 있다. 그에 따라, 중간막재(12)를 구성하는 왁스류 및 오일류의 배합 비율에 대한 조정을 통해 삼중 캡슐(10)의 바람직한 파쇄 특성이 구현될 수 있다. 예를 들면, 중간막재(12)에 오일류가 배합되는 비율은 중간막재(12) 전체 중량의 1% 이상 80% 이하일 수 있다.
외막재(13)는 수용성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 외막재(13)는 삼중 캡슐(10)의 최외부에 형성되는 구성으로서, 삼중 캡슐(10)의 파쇄와 관련되는 특성을 가질 수 있다. 삼중 캡슐(10)이 의도치 않게 파쇄되지 않도록 하기 위해, 외막재(13)는 탄성 내지 유연성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
예를 들면, 외막재(13)는 젤라틴, 한천, 카라기난, 알긴산, 펙틴 등과 같은 수용성 하이드로콜로이드, 젤란검 등과 같은 검류, 감자 전분, 옥수수 전분 등과 같은 전분류 및 덱스트린, 말토덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 녹말 유도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 외막재(13)는 히드록시 프로필 메틸 셀룰로오스(HPMC), 히드록시 프로필 셀룰로오스(HPC), 메틸 셀룰로오스(MC), 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC) 등의 셀룰로오스 유도체, 폴리비닐 알코올 및 폴리올 등을 포함할 수도 있다.
내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)의 물성들에 의해, 삼중 캡슐(10)이 파쇄되기 위한 강도를 나타내는 파쇄 강도가 결정될 수 있다. 내장재(11)가 비교적 큰 직경을 가질 수 있고, 외막재(13) 외에도 중간막재(12)가 더 포함된다는 점을 고려하면, 삼중 캡슐(10)의 파쇄 강도는 다소 높은 범위까지 설정될 수 있다. 또한, 적정 범위의 경도로 구현되는 중간막재(12) 및 수용성 고분자로 구현되는 외막재(13)의 탄성에 의해, 삼중 캡슐(10) 다소 낮은 파쇄 강도를 갖더라도 보관 및 필터 로드(3)에의 투입이 가능할 수 있다. 예를 들면, 삼중 캡슐(10)의 파쇄 강도는 0.3 kgf 이상 3.5 kgf 이하일 수 있다. 또는, 삼중 캡슐(10)의 파쇄 강도는 0.5 kgf 이상 3.0 kgf 이하일 수 있다.
도 3은 삼중 캡슐을 제조하는 장치에 대한 일 예를 나타내는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 삼중 캡슐(10)을 제조하는 장치(100)는 재료 공급부(110), 성형부(120) 및 냉각부(130)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 2에 도시되는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 장치(100)에 더 포함될 수 있다. 장치(100)에 의해 제조되는 삼중 캡슐(10)은 전술한 도 2를 통해 설명된 삼중 캡슐(10)일 수 있다.
재료 공급부(110)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 공급할 수 있다. 재료 공급부(110)는 삼중 캡슐(10)에 포함되는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 성형부(120)에 공급할 수 있다.
재료 공급부(110)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 성형부(120)에 공급하기 위해 저장 수단, 연결 수단 및 이송 수단을 포함할 수 있다. 재료 공급부(110)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 저장하기 위한 수단, 재료 공급부(110) 및 성형부(120)를 연결하기 위한 수단, 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 성형부(120)에 이송하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
재료 공급부(110)의 저장 수단, 연결 수단 및 이송 수단은 각각이 단일 개수로 재료 공급부(110)에 구비될 수 있으나, 저장 수단, 연결 수단 및 이송 수단 각각은 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)에 대응되는 복수 개로 재료 공급부(110)에 구비될 수도 있다. 재료 공급부(110)에 대한 구체적인 내용은 도 6을 참조하여 후술된다.
성형부(120)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)에 대한 공압출(coextrusion)을 수행할 수 있다. 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)에 대한 공압출에 의해 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)로 구성되는 삼중 성형체(14)가 성형부(120)로부터 토출될 수 있다.
공압출은 복수 개의 재료에 대한 압출(extrusion)을 동시에 수행하여 복수 개의 재료로 이루어지는 결합체를 성형하는 과정을 의미할 수 있다. 장치(100)에서, 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)는 성형부(120)에 의해 공압출될 수 있고, 그에 따라 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)로 구성되는 삼중 성형체(14)가 성형부(120)로부터 생성될 수 있다.
삼중 성형체(14)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)가 결합되는 혼합물을 의미할 수 있다. 삼중 성형체(14)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)가 삼중 캡슐(10)로 형성되는 과정의 중간 물질일 수 있다. 삼중 성형체(14)가 냉각부(130)에 의해 냉각되는 경우 삼중 캡슐(10)이 형성될 수 있다.
성형부(120)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 공급받는 노즐 마운트(121) 및 내장재(11)를 토출하는 제1 노즐(123), 중간막재(12)를 토출하는 제2 노즐(124) 및 외막재(13)를 토출하는 제3 노즐(125)이 동심상으로 배열되는 삼중 노즐(122)을 포함할 수 있다. 성형부(120)를 구성하는 요소들에 대한 구체적인 내용은 도 4를 참조하여 후술된다.
냉각부(130)는 냉각재를 순환시켜 삼중 성형체(14)를 냉각함으로써 삼중 캡슐(10)을 형성할 수 있다. 냉각부(130)에 의해 냉각재가 성형부(120)를 포함하는 경로를 순환할 수 있다. 그에 따라, 삼중 성형체(14)는 성형부(120)로부터 배출되는 즉시 냉각재의 흐름에 따라 순환할 수 있고, 그 과정에서 삼중 성형체(14)가 냉각되어 삼중 캡슐(10)이 형성될 수 있다.
냉각부(130)는 냉각재를 순환시키기 위해 저장 수단, 연결 수단 및 이송 수단을 포함할 수 있다. 냉각부(130)는 냉각재를 저장하기 위한 저장 수단, 저장 수단과 성형부(120) 사이에 순환 경로를 형성하기 위한 연결 수단 및 순환 경로를 따라 냉각부를 순환시키기 위한 이송 수단을 포함할 수 있다. 냉각부(130)에 대한 구체적인 내용은 도 6을 참조하여 후술된다.
도 4는 공압출을 수행하는 성형부의 구조에 대한 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 성형부(120)는 노즐 마운트(121) 및 삼중 노즐(122)을 포함할 수 있다. 필요에 따라, 노즐 마운트(121) 및 삼중 노즐(122) 외에 다른 범용적인 구성이 성형부(120)에 더 포함될 수 있다.
노즐 마운트(121)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 재료 공급부(110)로부터 공급받을 수 있다. 재료 공급부(110)의 연결 수단이 노즐 마운트(121)에 연결될 수 있고, 노즐 마운트(121)는 재료 공급부(110)의 이송 수단에 의해 전달되는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 수용할 수 있다.
노즐 마운트(121)는 삼중 노즐(122)과 접합되어 성형부(120)를 형성할 수 있다. 노즐 마운트(121)는 이송되는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 삼중 노즐(122)에 전달할 수 있다. 노즐 마운트(121)는 삼중 노즐(122)에 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 보다 원활하게 공급할 수 있도록 삼중 노즐(122)보다 높게 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
노즐 마운트(121)의 형상은 원통 형상일 수 있다. 노즐 마운트(121)가 원통 형상인 경우 밑면을 통해 접촉하는 삼중 노즐(122)에 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 전달할 수 있다. 다만 원통 형상 외에도, 노즐 마운트(121)는 재료 이송부(110) 및 삼중 노즐(122) 사이에서 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 매개하여 전달할 수 있는 다른 형상을 가질 수 있다.
삼중 노즐(122)은 내장재(11)를 토출하는 제1 노즐(123), 중간막재(12)를 토출하는 제2 노즐(124) 및 외막재(13)를 토출하는 제3 노즐(125)이 동심상으로 배열되는 형상을 가질 수 있다. 제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)은 유체를 외부로 분출시키기 위한 노즐(nozzle) 구조로 형성될 수 있다. 삼중 노즐(122)은 재료 공급부(110) 및 노즐 마운트(121)로부터 이송되는 재료들을 작은 단면적을 갖는 배출구를 통해 냉각부(130)로 토출할 수 있다.
제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)이 동심상으로 배열되는 형상은 제1 노즐(123)로부터 내장재(11)가 배출되는 위치, 제2 노즐(124)로부터 중간막재(12)가 배출되는 위치 및 제3 노즐(125)로부터 외막재(13)가 배출되는 위치가 일치하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 도 4에 도시되는 예시와 같이, 동심상으로 배열되는 형상은 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)가 배출되는 배출구들이 지면에 직교하는 방향을 따라 일렬로 배열되는 것을 의미할 수도 있다.
제1 노즐(123)의 배출구, 제2 노즐(124)의 배출구 및 제3 노즐(125)의 배출구는 원형의 단면으로 형성될 수 있다. 제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)의 배출구들의 단면이 원형으로 형성됨에 따라 삼중 노즐(122)로부터 토출되는 삼중 성형체(14)의 단면이 원형일 수 있고, 그에 따라 삼중 캡슐(10)이 구형으로 형성될 수 있다. 다만, 원형 단면을 갖는 배출구에 한정되는 것은 아니고, 삼중 노즐(122)의 배출구들의 단면은 다양한 삼중 성형체(14) 및 삼중 캡슐(10)의 형상에 대응되는 형상이 될 수 있다.
제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)의 배출구들은 서로 다른 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 중간막재(12)를 배출하는 제2 노즐(124)의 배출구 직경은 내장재(11)를 배출하는 제1 노즐(123)의 배출구 직경보다 클 수 있고, 외막재(13)를 배출하는 제3 노즐(125)의 배출구 직경은 중간막재(12)를 배출하는 제2 노즐(124)의 배출구 직경보다 클 수 있다. 그에 따라, 외장재(13)가 내장재(11)를 둘러싸는 중간막재(12)를 재차 둘러싸는 삼중 캡슐(10)의 구조가 구현될 수 있다. 다만, 삼중 캡슐(10)의 구조가 변경되는 경우 삼중 노즐(122)의 구조 또한 변경될 수 있다.
삼중 노즐(122)의 규격은 삼중 캡슐(10)의 규격을 구현할 수 있도록 설정될 수 있다. 예를 들면, 제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)의 배출구 직경들은 삼중 캡슐(10)을 형성하는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외장재(13)의 직경들에 관한 규격을 구현할 수 있는 수치들로 설정될 수 있다. 예를 들면, 제1 노즐(123)의 배출구 직경은 1.0 mm 이상 3.0 mm 이하일 수 있고, 제2 노즐(124)의 배출구 직경은 제1 노즐(123)의 배출구 직경보다 0.5 mm 이상 2.5 mm 이하만큼 더 클 수 있고, 제3 노즐(125)의 배출구 직경은 제2 노즐(124)의 배출구 직경보다 1.0 mm 이상 3.0 mm 이하만큼 더 클 수 있다. 다만, 삼중 캡슐(10)의 크기에 대한 설계가 변경되는 경우 그에 부합하도록 삼중 노즐(122)의 크기도 변경될 수 있다.
전술한 바와 같이, 내장재(11)는 수용성 물질일 수 있고, 중간막재(12)는 지용성 물질일 수 있고, 외막재(13)는 수용성 물질일 수 있다. 한편, 냉각부(130)를 순환하는 냉각재는 지용성 물질일 수 있다. 이와 같은 물성에 따라, 삼중 노즐(122)로부터 토출되는 삼중 성형체(14) 내부의 내장재(11), 중간막재(12) 및 외장재(13)는 냉각재와 더불어 서로 섞이지 않는 층들을 형성할 수 있다. 냉각재가 순환함에 따라 삼중 성형체(14)는 층을 이룬 상태로 냉각재와 함께 순환 경로를 따라 이동하면서 냉각될 수 있고, 그 과정에서 중간막재(12) 및 외장재(13)가 수용성 물질들 간의 인력 및 지용성 물질들 간의 인력에 의해 폐곡면을 형성하여 내부에 내장재(11)를 담지하는 삼중 캡슐(10)이 형성될 수 있다.
삼중 성형체(14)가 냉각부(130)에서 냉각재를 따라 순환하는 과정에서 삼중 캡슐(10)이 안정적으로 형성되기 위해서는 삼중 노즐(122)의 배출구들이 적정한 직경들을 가질 것이 요구될 수 있다. 삼중 노즐(122)의 배출구들이 과도하게 큰 직경을 갖는 경우 중간막재(12) 및 외장재(13)가 폐쇄되고, 냉각되어 안정화되기까지 소요되는 시간이 증가하여 삼중 캡슐(10)의 수율이 감소할 수 있고, 삼중 노즐(122)의 배출구들이 과도하게 작은 직경을 갖는 경우 삼중 성형체(14)가 냉각재 내부에서 형성하는 층들이 일정 수준 이상의 두께를 형성하지 못해 삼중 성형체(14)가 냉각재의 순환 흐름에 의해 물리적으로 흩어질 수 있다.
따라서, 삼중 노즐(122)의 배출구들이 적정한 직경들로 형성되어야 냉각부(130)에서 삼중 캡슐(10)이 안정적으로 형성될 수 있고, 전술한 예시와 같이, 제1 노즐(123)의 배출구 직경이 1.0 mm 이상 3.0 mm 이하이고, 제2 노즐(124)의 배출구 직경이 1.5 mm 이상 5.5 mm 이하이고, 제3 노즐(125)의 배출구 직경이 2.5 mm 이상 8.5 mm 이하인 범위에서 비로소 삼중 성형체(14)가 내장재(11), 중간막재(12) 및 외장재(13) 각각의 층으로 효과적으로 분리될 수 있어, 삼중 캡슐(10)의 수율이 증대될 수 있다.
도 5는 공압출을 수행하는 성형부의 단면 형상에 대한 예들을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 4에 도시되는 선 a-a'를 따라 지면에 평행하게 자른 단면(510) 및 단면(520)이 도시되어 있다. 단면(510) 및 단면(520)에는 제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)이 도시되어 있고, 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)가 삼중 노즐(122)의 배출구로 흐르는 통로들이 도시되어 있다. 다만, 단면(510) 및 단면(520)은 예시에 불과할 뿐, 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)가 동심상으로 배열되는 배출구에 전달되도록 하는 다른 구조가 삼중 노즐(122)에 채용될 수도 있다.
단면(510)의 경우, 제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)은 모두 원형 형상일 수 있다. 내장재(11)는 제1 노즐(123)의 내부를 통해 삼중 노즐(122)의 배출구로 전달될 수 있고, 중간막재(12)는 제1 노즐(123) 및 제2 노즐(124)의 사이 공간을 통해 삼중 노즐(122)의 배출구로 전달될 수 있고, 외막재(13)는 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)의 사이 공간을 통해 삼중 노즐(122)의 배출구로 전달될 수 있다.
단면(520)의 경우, 제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)은 모두 원형 형상일 수 있으나, 제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125) 상호간에 공간이 형성되지 않을 수 있고, 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)의 내부에 각각 중간 막재(12) 및 외막재(13)를 전달하기 위한 공간이 형성될 수 있다. 단면(520)의 경우 단면(510)에서와는 달리, 제1 노즐(123), 제2 노즐(124) 및 제3 노즐(125)이 서로 빈틈 없이 조립될 수 있어 삼중 노즐(122)의 구조가 보다 안정적일 수 있다.
단면(510) 및 단면(520)의 경우, 선 a-a'의 위치에서는 서로 상이한 형태로 구성될 수 있으나, 내장재(11), 중간 막재(12) 및 외막재(13)가 토출되는 배출구 근방으로 갈수록 단면적이 좁아짐에 따라 서로 동일한 배출구 구조를 갖도록 구현될 수 있다.
도 6은 삼중 캡슐을 제조하는 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 삼중 캡슐(10)을 제조하는 장치(100)를 구성하는 요소들에 대한 보다 구체적인 예시가 도시되어 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 6에서 예시되는 구성 요소들 외에도 다른 범용적인 구성 요소들이 장치(100)에 더 포함될 수도 있다.
재료 공급부(110)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 각각 저장하는 탱크들(111), 탱크들(111) 각각 및 성형부(120)를 연결하는 이송 라인들(112) 및 이송 라인들(112)을 통해 성형부(120)에 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 각각 전달하기 위한 동력을 제공하는 기어 펌프들(113)을 포함할 수 있다.
탱크들(111)은 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 각각 저장할 수 있다. 탱크들(111)은 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13) 각각을 저장하는 3개의 탱크들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 탱크들(111)은 단일 개수의 탱크가 3개의 구역으로 구획되어 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13) 각각이 저장되는 구조로 형성될 수도 있다.
이송 라인들(112)은 탱크들(111) 각각 및 성형부(120)를 연결할 수 있다. 이송 라인들(112)은 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)가 탱크들(111)로부터 성형부(120)로 이송되는 통로일 수 있다.
기어 펌프들(113)은 이송 라인들(112)을 통해 성형부(120)에 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 전달하기 위한 동력을 제공할 수 있다. 기어 펌프들(113)은 맞물리는 둘 이상의 기어들의 회전에 의해 점도가 높은 유체를 이송시키는 수단일 수 있다. 기어 펌프들(113)에 의해 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)가 이송 라인들(112)을 통해 탱크들(111)로부터 성형부(120)로 전달될 수 있다.
이송 라인들(112)에는 댐퍼들(dampers)이 더 포함될 수 있다. 댐퍼들은 유체의 흐름을 제한하여 유속을 조정하기 위한 수단을 의미할 수 있다. 댐퍼들은 이송 라인들(112) 각각에 배치될 수 있고, 기어 펌프들(113) 및 댐퍼들에 의해 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)가 이송되는 속도가 조절될 수 있다.
냉각부(130)는 냉각재를 저장하는 냉각재 탱크(131), 냉각재 탱크(131) 및 성형부(120) 사이에 형성되는 냉각재 순환 라인(132) 및 냉각재 순환 라인(132)을 통해 냉각재를 순환시키기 위한 동력을 제공하는 냉각재 기어 펌프(133)를 포함할 수 있다.
냉각재 탱크(131)는 냉각재를 저장할 수 있다. 냉각재는 냉각재 순환 라인(132)을 따라 순환한 이후에 다시 냉각재 탱크(131)에 저장될 수 있다. 냉각재 탱크(131)는 순환 이후 다시 저장되는 냉각재를 수용하기 위한 유입구를 더 포함할 수 있다.
냉각재는 지용성 물질일 수 있다. 냉각재가 지용성 물질로 구성됨에 따라 냉각부(130)에서 최외부에 수용성의 외막재(13)가 배치되는 삼중 성형체(14)가 냉각재와 섞이지 않고 냉각될 수 있다. 예를 들면, 냉각재는 중간 사슬 트리글리세라이드(MCT, medium chain triglyceride)일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 지용성의 물질로서 삼중 성형체(14)를 냉각할 수 있는 다른 물질이 냉각재로 채용될 수도 있다.
냉각재 순환 라인(132)은 냉각재 탱크(131) 및 성형부(120) 사이에 형성될 수 있다. 냉각재 순환 라인(132)은 냉각재를 냉각재 탱크(131)로부터 성형부(120)로 이송시키기 위한 부분과 냉각재를 성형부(120)로부터 다시 냉각재 탱크(131)로 반송시키기 위한 부분을 포함할 수 있다. 냉각재 순환 라인(132)을 통해 냉각재가 냉각재 탱크(131) 및 성형부(120) 사이를 순환하며 삼중 성형체(14)를 냉각할 수 있다.
냉각재 기어 펌프(133)는 냉각재 순환 라인(132)을 통해 냉각재를 순환시키기 위한 동력을 제공할 수 있다. 냉각재 기어 펌프(133)는 맞물리는 둘 이상의 기어들의 회전에 의해 점도가 높은 유체를 이송시키는 수단일 수 있다. 냉각재 기어 펌프(133)에 의해 냉각재가 냉각재 순환 라인(132)을 통해 냉각재 탱크(131) 및 성형부(120) 사이를 순환할 수 있다. 한편, 냉각재 순환 라인(132)에는 냉각재의 흐름을 제한하여 유속을 조정하기 위한 댐퍼가 더 포함될 수 있다.
냉각부(130)는 삼중 캡슐(10)을 냉각재로부터 분리하기 위한 캡슐 분리기(134)를 더 포함할 수 있다. 캡슐 분리기(134)는 냉각재와 함께 순환하는 삼중 캡슐(10)을 냉각재 탱크(131)로 반송되는 냉각재 및 냉각이 완료된 삼중 캡슐(10)로 분리할 수 있다.
캡슐 분리기(134)는 냉각재는 통과시키고 삼중 캡슐(10)은 통과시키지 않는 체(sieve)를 포함할 수 있다. 냉각재 및 삼중 캡슐(10)이 체를 지나면서 냉각재는 체를 통과하여 다시 냉각재 탱크(131)로 이송될 수 있다. 체는 지면에 대해 기울어진 각도를 갖는 램프(ramp) 구조일 수 있다. 체의 램프 구조에 의해 삼중 캡슐(10)이 별도로 수집될 수 있다.
성형부(120)에서 삼중 성형체(14)가 토출되고, 냉각부(130)에서 삼중 성형체(14)가 냉각되어 삼중 캡슐(10)이 형성되기 위해서는, 내장재(11), 중간막재(12), 외막재(13) 및 냉각재의 온도가 각각 정해진 범위 내로 유지될 필요가 있다. 내장재(11), 중간막재(12), 외막재(13)의 온도가 과도하게 높거나 낮을 경우 삼중 성형체(14)가 적절한 속도로 냉각되기 어려울 수 있어, 삼중 캡슐(10)이 원활하게 성형되지 않을 수 있다.
예를 들면, 내장재(11)가 성형부(120)에 공급되는 온도는 20℃ 이상 80℃ 이하일 수 있고, 중간막재(12)가 성형부(120)에 공급되는 온도는 20℃ 이상 150℃ 이하일 수 있고, 외막재(13)가 성형부(120)에 공급되는 온도는 20℃ 이상 80℃ 이하일 수 있다. 다만 이는 예시에 불과하고, 삼중 성형체(14)가 적절하게 냉각되도록 하는 다른 온도 범위가 설정될 수도 있다.
냉각재 또한 적절한 온도를 가질 것이 요구될 수 있다. 냉각재에 의해 삼중 성형체(14)가 냉각된다는 점에서, 냉각재의 온도는 내장재(11), 중간막재(12), 외막재(13)의 온도보다 낮도록 설정될 수 있다. 예를 들면, 냉각재의 온도는 10℃ 이상 30℃ 이하로 유지될 것이 요구될 수 있다.
내장재(11), 중간막재(12), 외막재(13)가 성형부(120)에 공급되는 온도를 조정하기 위해, 재료 공급부(110)의 탱크들(111) 및 이송 라인들(112)의 온도가 특정 범위로 유지될 수 있다. 전술한 바와 같이, 탱크들(111) 중 내장재(11)를 저장하는 탱크 및 이송 라인들(112) 중 내장재(11)가 이송되는 이송 라인은 20℃ 이상 80℃ 이하의 온도로 유지될 수 있고, 중간막재(12) 및 외막재(13)의 경우에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
냉각재의 온도는 냉각부(130)에서 삼중 성형체(14)를 냉각하는 과정에서 상승할 수 있다. 따라서, 가열된 냉각재의 온도를 다시 적정 온도로 유지하기 위해서 냉각부(130)의 냉각재 탱크(131) 및 냉각재 순환 라인(132)의 온도가 적정 온도로 유지될 수 있다. 예를 들면, 삼중 성형체(14)를 냉각한 후 온도가 상승한 냉각재는 냉각재 탱크(131)로 회수된 이후 냉각재 탱크(131)에서 다시 10℃ 이상 30℃ 이하의 온도로 냉각될 수 있다.
장치(100)는 삼중 캡슐(10)에 포함되는 냉각재를 세척하는 세척부(미도시), 세척부에 의해 세척되는 삼중 캡슐(10)을 건조하는 건조부(미도시) 및 건조부에 의해 건조되는 삼중 캡슐(10)에 대한 방습 처리를 수행하는 방습 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
세척부는 삼중 캡슐(10)에 포함되는 냉각재를 세척할 수 있다. 삼중 캡슐(10)은 캡슐 분리기(134)에서 냉각재와 분리될 수 있으나, 삼중 캡슐(10)에는 여전히 냉각재가 일부 포함되어 삼중 캡슐(10)의 표면에 잔여할 수 있다. 세척부는 이와 같은 잔여 냉각재를 삼중 캡슐(10)로부터 제거할 수 있다. 세척부는 아세톤, 에틸 아세테이트, 에탄올, 석유 에테르 등과 같은 유기 용매로 냉각재를 세척할 수 있다. 또는, 세척부는 원심 분리를 통해 냉각재를 세척할 수도 있다.
건조부는 세척부에 의해 세척되는 삼중 캡슐(10)을 건조할 수 있다. 삼중 성형체(14)가 냉각되어 성형되는 삼중 캡슐(10)은 건조 처리를 통해 보다 안정화될 수 있다. 건조부는 삼중 캡슐(10)을 건조하는 회전형 건조기일 수 있으나, 삼중 캡슐(10)을 건조할 수 있는 다른 구조가 건조부에 채용될 수도 있다.
방습 처리부는 건조부에 의해 건조되는 삼중 캡슐(10)에 대한 방습 처리를 수행할 수 있다. 삼중 캡슐(10)이 건조부에 의해 건조된 이후 다시 외부 환경에 의해 습기를 포함하게 되는 것을 방지하기 위해 방습 처리가 수행될 수 있다. 방습 처리는 경화제를 건조된 삼중 캡슐(10)에 처리하는 방식으로 수행될 수 있다.
경화제는 칼슘 클로라이드, 디칼슘 포스페이트, 칼슘 설페이트 등과 같은 칼슘 이온의 용액, 3 내지 4의 범위의 pH를 갖는 아디피산, 푸마르산, 글루코산 등과 같은 약산성 용액일 수 있다. 경화제를 처리하는 방식은 삼중 캡슐(10)에 경화제를 코팅 내지 도포하거나, 삼중 캡슐(10)을 경화제 용액에 담그거나, 삼중 캡슐(10)에 경화제 용액을 분무하는 방식 등을 포함할 수 있다.
도 7은 삼중 캡슐을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 삼중 캡슐을 제조하는 방법은 단계 710 내지 단계 730을 포함할 수 있다. 다만 도 7에 도시되는 단계들 외에 다른 범용적인 단계들이 삼중 캡슐을 제조하는 방법에 더 포함될 수 있다.
도 7의 삼중 캡슐을 제조하는 방법은 도 3 내지 도 6의 삼중 캡슐을 제조하는 장치(100)에서 시계열적으로 수행되는 단계들로 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서 생략되는 내용이라 하더라도 도 3 내지 도 6의 삼중 캡슐을 제조하는 장치(100)에 관해 이상에서 기술되는 내용은 도 7의 삼중 캡슐을 제조하는 방법에도 적용될 수 있다.
단계 710에서, 장치(100)는 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 공급할 수 있다.
단계 720에서, 장치(100)는 노즐 마운트(121)를 통해 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)를 공급받고, 내장재(11)를 토출하는 제1 노즐(123), 중간막재(12)를 토출하는 제2 노즐(124) 및 외막재(13)를 토출하는 제3 노즐(125)이 동심상으로 배열되는 삼중 노즐(122)을 통해 내장재(11), 중간막재(12) 및 외막재(13)에 대한 공압출을 수행함으로써 삼중 성형체(14)를 토출할 수 있다.
단계 730에서, 장치(100)는 냉각재를 순환시켜 삼중 성형체(14)를 냉각함으로써 삼중 캡슐(10)을 형성할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
10: 삼중 캡슐
100: 삼중 캡슐을 제조하는 장치
110: 재료 공급부
120: 성형부
121: 노즐 마운트
122: 삼중 노즐
130: 냉각부

Claims (15)

  1. 삼중 캡슐을 제조하는 방법에 있어서,
    내장재, 중간막재 및 외막재를 공급하는 단계;
    노즐 마운트를 통해 상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재를 공급받고, 상기 내장재를 토출하는 제1 노즐, 상기 중간막재를 토출하는 제2 노즐 및 상기 외막재를 토출하는 제3 노즐이 동심상으로 배열되는 삼중 노즐을 통해 상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재에 대한 공압출(coextrusion)을 수행함으로써 삼중 성형체를 토출하는 단계; 및
    냉각재를 순환시켜 상기 삼중 성형체를 냉각함으로써 상기 삼중 캡슐을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 노즐의 배출구 직경은 1.0 mm 이상 3.0 mm 이하이고,
    상기 제2 노즐의 배출구 직경은 상기 제1 노즐의 배출구 직경보다 0.5 mm 이상 2.5 mm 이하만큼 더 크고,
    상기 제3 노즐의 배출구 직경은 상기 제2 노즐의 배출구 직경보다 1.0 mm 이상 3.0 mm 이하만큼 더 큰, 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 내장재의 함량은 8 mg 이상 115 mg 이하인, 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 중간막재의 녹는점은 38℃ 이상 95℃ 이하인, 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    ASTM D1321에 따른 상기 중간막재의 경도는 9 PU 이상 156 PU 이하인, 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 삼중 캡슐의 파쇄 강도는 0.3 kgf 이상 3.5 kgf 이하인, 방법.
  7. 삼중 캡슐을 제조하는 장치에 있어서,
    내장재, 중간막재 및 외막재를 공급하는 재료 공급부;
    상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재를 공급받는 노즐 마운트, 및
    상기 내장재를 토출하는 제1 노즐, 상기 중간막재를 토출하는 제2 노즐 및 상기 외막재를 토출하는 제3 노즐이 동심상으로 배열되는 삼중 노즐을 포함하고,
    상기 내장재, 상기 중간막재 및 상기 외막재에 대한 공압출(coextrusion)을 수행함으로써 삼중 성형체를 토출하는 성형부; 및
    냉각재를 순환시켜 상기 삼중 성형체를 냉각함으로써 상기 삼중 캡슐을 형성하는 냉각부를 포함하는, 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 노즐의 배출구 직경은 1.0 mm 이상 3.0 mm 이하이고,
    상기 제2 노즐의 배출구 직경은 상기 제1 노즐의 배출구 직경보다 0.5 mm 이상 2.5 mm 이하만큼 더 크고,
    상기 제3 노즐의 배출구 직경은 상기 제2 노즐의 배출구 직경보다 1.0 mm 이상 3.0 mm 이하만큼 더 큰, 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 내장재가 상기 성형부에 공급되는 온도는 20℃ 이상 80℃ 이하이고,
    상기 중간막재가 상기 성형부에 공급되는 온도는 20℃ 이상 150℃ 이하이고,
    상기 외막재가 상기 성형부에 공급되는 온도는 20℃ 이상 80℃ 이하인, 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 중간막재의 녹는점은 38℃ 이상 95℃ 이하인, 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    ASTM D1321에 따른 상기 중간막재의 경도는 9 PU 이상 156 PU 이하인, 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 삼중 캡슐의 파쇄 강도는 0.3 kgf 이상 3.5 kgf 이하인, 장치.
  13. 궐련에 포함되는 심리스(seamless) 캡슐에 있어서,
    수용성 용매 및 수용성 향료를 포함하고, 2.5 mm 이상 6.0 mm 이하의 직경을 갖는 내장재;
    지용성 왁스(wax)를 포함하고, 0.1 mm 이상 1.0 mm 이하의 두께를 갖는 중간막재; 및
    수용성 고분자 물질을 포함하고, 0.3 mm 이상 1.5 mm 이하의 두께를 갖 는 외장재;를 포함하고,
    상기 중간막재의 녹는점은 38℃ 이상 95℃ 이하인, 심리스 캡슐.
  14. 제 13항에 있어서,
    ASTM D1321에 따른 상기 중간막재의 경도는 9 PU 이상 156 PU 이하인, 심리스 캡슐.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 캡슐의 파쇄 강도는 0.3 kgf 이상 3.5 kgf 이하인, 심리스 캡슐.
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