专利名称：泡沫注入装置以及填充空腔的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于填充香烟过滤嘴内间隔开空腔的系统和方法。
背景技术：
在制造某些物体一例如香烟的炭滤嘴时，需要在沿物品生产线流程的某些地段、重复地布置经过精确测量的颗粒物质的配料。在高速批量制造该物品的过程中，很难做到始终精确地用粒状颗粒填充目标空腔。在用炭粒填充香烟过滤嘴空腔的情况下，需要能避免颗粒材料过度粉碎以及散布的问题，同时尽可能实现对空腔接近于100％的填充率。
第5875824号美国专利的全部内容都被结合到本申请中作为参考，该专利公开了一种用于输送预定量材料的方法和设备，其中，一计量轮从一供料滑槽接纳离散的材料量，且离散的材料量被从计量轮转移到一加料叶轮上，并从加料叶轮转移到沿滤嘴棒的空间中。由于要将颗粒材料从一个转轮转移到另一个转轮上，所以加料叶轮上用于接纳颗粒材料的容穴必须要大于计量轮上的容穴。这样的设计造成物品上的空腔难于以近乎100％的填充率接纳来自于加料叶轮的颗粒材料。
按照第5875824号美国专利，炭颗粒被从一个与储存器相通的滑槽泄流到一旋转计量轮上的容穴中。计量轮的边缘具有多个等间距设置的容穴，每个容穴都是由一个圆锥形的、指向径向方向的孔腔和一个单独的挡板构成的，其中的挡板位于锥形孔腔的底部。在沿径向向内的方向上，锥形孔腔是收缩的。计量轮边缘中指向径向方向的通道将挡板的背面侧与计量轮的内部连通。计量轮内部一个固定真空空间中的真空可通过径向通道和挡板传播到它处，以使得靠近计量轮中容穴的任何炭粒状颗粒都会被吸入到容穴的锥形孔腔中，直到该孔腔被填充满为止。
优选地是，香烟的炭过滤嘴中的空腔完全被颗粒或微粒充满，且颗粒被压缩到所需的密度或达到所需的致密度。现有技术中存在几种方法来向香烟过滤嘴内的空腔中增加颗粒。在香烟的过滤嘴中，要被颗粒填充的空腔例如被间隔在其它的过滤单元之间。用颗粒填充香烟过滤嘴中空腔的一种方法包括操作用颗粒冲填整个过滤嘴，以使颗粒填充到间隔开的空腔内。用颗粒填充空腔的另一种方法包括以下操作即将具有间隔空腔的过滤嘴在适于保持粒状过滤材料的填充设备的下方移动并将粒状过滤材料引入到各个间隔空腔内。用颗粒填充空腔的又一种方法采用了具有容穴的真空转轮。带有容穴的该转轮与过滤嘴同步地转动着，且其内部具有真空，该真空可将颗粒吸入到容穴中。当各个容穴达到各自对应的过滤嘴空腔处时，颗粒被从转轮的凹穴吹入到过滤嘴空腔中，对于上述的方法，颗粒只是松散地填充了空腔，从而导致空腔并未被完全地填实，因而能允许空气旁通漏过。对空腔的填充缺乏均匀一致性也是一个事关质量控制的问题。
人们已经研制出了基本上为开放大孔泡沫形式的活性炭，其被用在过滤器中，用于过滤诸如香烟烟雾等的气体，例如在第3960770号美国专利中就公开了这样的内容，该专利被结合到本申请中作为参考。第3960770号美国专利并未公开或提示以微粒或颗粒的形式使用这种炭类泡沫、并以其作为过滤介质。
在与本申请属于同一受让人的第09/931241号美国专利申请(2001年8月17日提交)中，公开了用于将微粒或颗粒密实地包封在物品中沿其间隔分布的空腔内的方法和设备，其中，所述物品沿一生产线移动。沿其空腔要被微粒或颗粒填充的物品的运动方向，在一颗粒初始填充工作台的下游设置一个或多个压实机构。在一实施方式中，带有空腔的物品是一组合起来的香烟过滤嘴，压实机构用于将颗粒致密地包封在沿过滤嘴分布的间隔空腔内，这种机构的实例包括带有拨片的压实轮、光滑的压实轮、以及带有拨片的压实带。
对于带有拨片的压实轮或压实带或具有凸起部分的其它装置，拨片或凸起是以一定的距离间隔分布的，该距离对应于物品中空腔之间的距离，其中，凸起部分只对间隔空腔内的颗粒执行压实，而物品上带有要被压实的颗粒。利用带有拨片的压实轮的转动或带有拨片的压实带的平动，拨片也以一定速度移动，该速度与具有要被压实颗粒的物品的运动速度同步。压实设备运动与物品运动的同步确保了能对空腔中的微粒或颗粒均匀地进行压实，同时避免了对物品的损坏。
在组合过滤嘴或其它物品具有要被颗粒填充的空腔的情况下，可设置侧导轨以保持物品的至少两侧，由此可防止在压实过程中物品出现不利的变形。侧导轨与位于物品下方的支撑轨组合起来可防止物品在压实过程中出现变形，同时还使得物品能沿导轨支撑系统自由地移动。与本申请属于同一受让人的第09/931241号美国专利申请(2001年8月17日提交)所公开发明的一种实施方式也可包括向支撑轨施用真空的方案。对于组合成的香烟过滤嘴而言，形成过滤嘴外包皮的多孔纸使得真空作用能将颗粒吸入到间隔的空腔中，由此有助于紧压过程。当填充接近100％时，松散的颗粒会从圆形或弯曲表面的空腔中溢流出，即使施加真空作用亦如此，这将造成颗粒分散在形成空腔的内部单元的表面上。在另外的实施方式中，还可向过滤嘴或过滤嘴的支撑轨施加振动，以使得颗粒在被压紧时变得更为致密。
如果香烟过滤嘴的空腔未被所需的过滤介质100％地填充，则就会出现一个问题，该问题在于只是部分填充的空腔将允许气流旁通绕过。空气的旁通绕过会影响过滤器完全滤掉目标成分的能力，并影响香烟的阻抽吸能力。
发明内容
考虑到上文讨论的、用于填充香烟过滤嘴中空腔的系统和方法所面临的问题，本发明提出了一种用于向香烟过滤嘴内间隔开的空腔添加材料的系统和方法，其中，该系统包括一连续的环带，该环带适于与运动的香烟过滤嘴同步地受驱动；多个注料针，它们以一定的间隔距离从环带上突伸出，针之间的间隔与香烟过滤嘴中间隔空腔之间的间隔相一致；以及一腔室，其中容纳有要被添加到间隔空腔内的材料，腔室与注料针移动路线上一个或多个位置处的一个或多个注料针保持流体连通。连续的环带延伸绕过一个或多个带轮或滚轮，带轮或滚轮引导和/或驱动环带，并相对于移动的香烟过滤嘴对环带进行定位。环带还可延伸绕过一些可收缩的引导件，这些引导件用于将环带定位在远离移动的香烟过滤嘴的位置上，从而使注料针无法进入到过滤嘴中的间隔空腔中，这些引导件还可将环带移动到运动着的香烟过滤嘴附近，使得注料针能进入到间隔空腔内。一定时机构驱动环带，以使得注料针能在香烟过滤嘴移动经过所述系统时能进入到各个间隔空腔中对应的空腔内，并将材料从腔室经针注入到间隔空腔内。对经针注入到间隔空腔内的材料量进行控制，以使得注入的材料量可根据香烟过滤嘴中的密封空腔是否被部分填充或完全空着而改变。也可不采用连续的环带，而是使用一转轮或转鼓、或多个转轮或转鼓来填充每隔一个的空腔、或每隔两个的空腔，如此等等。转轮或转鼓上可具有针或泡沫注入装置，针或注入装置或者是固定的，或者可由凸轮驱动，它们之间具有合适的间距，该间距与过滤嘴的速度和空腔的间隔相适配。
经针注入到空腔中的材料优选地是可膨胀的泡沫材料。该泡沫材料是用所需的过滤介质或加味介质制成的，且能允许空气流透过。可被用在根据本发明一实施方式的方法中的一种泡沫材料实例是基本上为开放隔室的大孔泡沫形式的活性炭，这样的材料例如被公开在第3960770号美国专利中，该专利被结合到本申请中作为参考。可被用在本发明方法中的泡沫材料的其它实例包括含膨胀剂的热塑性高密度聚乙烯树脂或热塑性聚丙烯树脂，而且这些材料在被挤出以形成泡沫时能形成所需的微观结构，例如第3939849号美国专利就公开了这样的材料，该专利被结合到本申请中作为参考。在空腔已被微粒或颗粒部分填充的情况下，注入的可膨胀泡沫材料将使微粒或颗粒膨胀，从而消除了空气旁通的情况，其中，填充的微粒或颗粒有助于过滤烟雾或向烟流中添加味道。如果空腔已被完全填充，则可注入足够量的可膨胀泡沫材料，以完全填实空腔。泡沫注入机构并不限于注入炭多孔泡沫等的多孔泡沫，也不限于将泡沫注入到空腔内。发泡的加味材料或其它过滤材料都可被注入。另外，注料操作并不仅限于填充空腔。泡沫也可被注入到连续过滤棒的中心，以便于在各单元的中心形成加味或过滤“隔室”。
在一种根据本发明的、用于向香烟过滤嘴的密封空腔内添加材料的方法中，设置了一个带，其上以一定的间隔距离突出地设置了多个注料针，且带沿一条路线移动，该路线靠近一移动的香烟过滤嘴，对带的运动执行定时控制，以使得该运动与香烟过滤嘴的运动同步。带运动与香烟过滤嘴运动的同步确保了各个注料针能进入到香烟过滤嘴中密封的空腔内，并在空腔内停留预定的时间，而后被从空腔中撤出，由此可将材料经注料针注入到对应的密封空腔内。
在阅读了下文参照附图所作的详细描述之后，可更加清楚地领会本发明的各个特征和优选实施方式，在附图中，每个特定的标号都指代所有与此对应的特定部件。在附图中图1表示了一种根据本发明的一个实施例、用于将材料注入到香烟过滤嘴内间隔空腔中的系统。
具体实施例方式
本发明提供了用于将一种材料注入到香烟过滤嘴棒内空腔或空间中的系统和方法，其中的材料例如是可膨胀的泡沫材料。香烟的过滤嘴棒可由多个过滤构件在一过滤嘴组合机中组装而成，以使得香烟的过滤嘴棒包括交替间隔的空腔或空间，这些空腔或空间可由微粒或颗粒进行填充；以及过滤材料段，该过滤材料例如是醋酸纤维素粗纤维材料。交替间隔的空腔或空间至少部分地被微粒或颗粒材料填充，一纸卷将空腔与过滤材料段包裹住，从而构成了香烟的过滤嘴棒。由被微粒或颗粒填充的交替间隔的空腔或空间与过滤材料段构成的连续香烟过滤嘴棒被移动经过根据本发明的系统，以使得安装在带上的注料针能穿过过滤嘴的外包纸插入到各个空腔中，可膨胀的泡沫材料可经这些针注入到对应的空腔内。泡沫注入装置可被用来沿香烟的烟丝棒、以理想的间距将所需量的膨胀泡沫注入，以利于控制香烟的燃烧速率、燃烧温度或向烟气中添加味道。
根据本发明的系统和方法可在香烟过滤嘴棒中形成密封的空腔，以减弱或消除空气的旁通绕流。
如图1所示，本发明的优选实施方式采用了一个带40，其延伸绕过驱动带轮30、32，该带上设置有多个注料针42，其从带40向外延伸。如图1所示，带40是一条连续的环带，其还延伸绕过导杆52、54，并经过一个腔室50，其内充有要被注入到香烟过滤嘴空腔内的材料。当带40被驱动着经过腔室50时，经过腔室50的那一部分带40上的每个注料针42都被置于与腔室50连通，从而使材料可从腔室50经对应的针42注入到香烟过滤嘴棒60中对应的空腔64中。
驱动带轮30、32受到与香烟过滤嘴棒60的运动同步地驱动，以使得各个注料针42在空腔经过腔室50时能进入到对应的空腔64中，然后，在空腔经过下一个驱动带轮之前，将针从空腔中撤出。导杆52、54随同腔室50可沿图1中双头箭头所指的方向移动，以使得带能靠近运动着的香烟过滤嘴棒、或远离香烟过滤嘴棒。
在机器的起动过程中，导杆52、54和腔室50移动到远离香烟过滤棒的位置处，从而，注料针42不会进入到香烟过滤嘴棒中对应的空腔内。在带40的运动与香烟过滤嘴棒60的运动同步之后，可将导杆52、54以及腔室50移向运动着的香烟过滤嘴棒60，以使得针42可进入到对应的空腔64内。
在压力作用下，将一种可膨胀的泡沫材料从腔室50经针42注入到对应的空腔64中，其中的泡沫材料是由合适的加味介质或过滤介质制成的，并能允许空气流透过。可根据空腔是否是空的或被过滤材料部分地填充来控制经针注入到空腔内的材料量，其中的过滤材料例如是微粒或颗粒。在将可膨胀泡沫材料注入到开放的空腔中时，添加到空腔中的泡沫量优选地是足以100％地填充空腔。当向已被过滤介质的微粒或颗粒至少部分填充的空腔中注入泡沫时，可注入少量的可膨胀泡沫材料，以使得这些泡沫材料能将微粒或颗粒膨胀，从而减小了空气在空腔内的旁通绕流。
一定时机构保证了带40上的各个注料针42可进入到香烟过滤嘴棒60上对应的空腔64中，并能在带40与香烟过滤嘴棒60同步运动的同时，使针在空腔内停留足够的时间，以允许将所需量的材料注入到空腔中，进而消除空气的绕流，其中，所述定时机构例如是机械齿轮和凸轮的装置。这样，带与香烟过滤棒经过定时控制的运动可确保各个注料针42在停止注入材料之后从相关的空腔内撤出。如果需要的话，还可增设一个清洗循环，以便于在注料针被从相关的空腔中撤出之后、但尚未再次插入到另一空腔中之前对其进行清洗。在注料针运行到连续环带的回程分支(图1中的顶部)时，可执行该清洗循环。因而，根据本发明的系统和方法提供了一种途径，按照该途径，香烟过滤嘴棒中密封的过滤空腔可由能透气的发泡过滤材料或加味材料填充，从而消除了空腔内所有的空气旁通绕流。
尽管已结合上文概述的示例性实施方式对本发明进行了描述，但对于本领域技术人员来讲，很明显的是显然存在许多种改型、替换和变化形式。因而，本发明其它示例性的实施方式以及备选实施方式并不悖离本发明的设计思想和范围，其中，本发明的范围由后附的权利要求书限定。
权利要求
1.一种用于在制造香烟过滤嘴棒的过程中向间隔开的空腔内添加材料的系统，其中的空腔是沿香烟过滤嘴棒分布的，所述系统包括带，该带用于与香烟过滤嘴棒同步地受驱动；多个注料针，它们以一定的间隔从带突伸出，针之间的间隔与空腔之间的间隔相一致，在带的运动过程中，注料针被插入到空腔内；以及腔室，容纳着要被添加到空腔内的材料，腔室与插入到空腔内的注料针保持流体连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于带延伸绕过一个或多个带轮，带轮驱动带，并相对于运动着的香烟过滤嘴棒对带进行定位。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于带延伸绕过可收缩的引导件，引导件用于将带定位在远离运动着的香烟过滤嘴棒的位置上，从而使注料针无法进入到空腔中，或者引导件将带定位到运动着的香烟过滤嘴棒的附近，使得注料针进入到空腔中。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括控制器，其驱动带，以便于在香烟过滤嘴棒移动经过所述系统时，使注料针进入到空腔中，且来自于腔室的材料经针注入空腔中。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于带延伸绕过一个或多个带轮，这些带轮驱动带，并相对于运动着的香烟过滤嘴棒对带进行定位。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于带延伸绕过可收缩的引导件，引导件用于将带定位在远离移动着的香烟过滤嘴棒的位置上，从而使注料针无法进入到空腔中，或者引导件将带移动到运动着的香烟过滤嘴棒的附近，使得注料针进入到空腔中以注入来自腔室的材料。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于控制器用于选择经针注入到空腔内的材料量。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于控制器驱动所述带使其沿一路线移动，以使针在所述材料已被注入到对应的间隔的空腔内之后从对应的间隔的空腔中撤出。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于腔室中包括有形成泡沫的材料，腔室与插入到空腔内的注料针保持流体连通。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于在间隔开的空腔中有过滤材料的微粒。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于注料针穿入到过滤材料的微粒中，且泡沫形成材料将微粒膨胀而填充间隔开的空腔。
12.一种用于向香烟过滤嘴棒中的空腔添加材料的方法，所述方法包括步骤在制造香烟过滤嘴棒的过程中，移动带有多个注料针的带沿一路线运动，该路线靠近运动着的香烟过滤嘴棒，其中，注料针以一定的间隔距离从带上突伸出；将注料针插入到空腔内；以及将材料经注料针注入到空腔中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于还包括步骤由一个与针保持流体连通的腔室向注料针供应材料；以及将预定量的材料经注料针注入到空腔内。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于还包括步骤在将预定量的材料注入到空腔中之后，将注料针依次从空腔中撤出。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于还包括步骤在将材料注入到空腔中之后，对注料针依次进行清洗操作。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于还包括步骤将带从靠近运动的香烟过滤嘴棒的所述路线运动到一条离开运动的香烟过滤嘴棒一定距离的路线，所述距离足以防止注料针进入到间隔的空腔内。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于在起动过程中，执行将带运动到离开香烟过滤嘴棒的路线的步骤。
18.一种香烟过滤嘴棒，其包括一外包纸；多个间隔开的过滤元件，这些过滤元件是用纤维材料制成的，所述间隔过滤元件被所述外包纸相对彼此地支撑着；以及位于所述间隔过滤元件之间的多个空腔，所述空腔被微粒材料和膨胀开的泡沫材料基本上完全填充。
19.根据权利要求18所述的香烟过滤嘴棒，其特征在于所述间隔开的过滤元件是由醋酸纤维素材料制成的，所述微粒材料包括炭颗粒。
20.根据权利要求19所述的香烟过滤棒，其特征在于所述膨胀开的泡沫材料是含碳聚合物。
全文摘要
本发明公开了一种用于向香烟过滤嘴或过滤棒内间隔开的空腔或区域添加材料的系统和方法，其中的材料例如是泡沫材料。设置了一个带，该带适于与移动的香烟过滤嘴或过滤棒同步地受驱运动。多个注料针以一定的间隔从带突伸出，针之间的间隔与香烟过滤嘴或过滤棒中空腔之间的间隔相一致。一腔室中容纳着可膨胀的泡沫材料，腔室与注料针移动路线上一个或多个位置处的一个或多个注料针保持流路连通。
文档编号A24D3/04GK1747872SQ200380109618
公开日2006年3月15日 申请日期2003年12月8日 优先权日2002年12月9日
发明者C·G·阿特威尔 申请人:菲利普莫里斯生产公司