Procédé de fabrication d'un filtre et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On a utilisé ou proposé de nombreux filtres pour cigarettes, pipes, porte-cigarette, masques à gaz, inhalateurs chirurgicaux et autres appareils analogues à travers lesquels de l'air est aspiré par l'utilisateur, mais dans la plupart des cas le prix de fabrication et l'efficacité des filtres laissaient beaucoup à désirer.
Dans le cas particulier des filtres à fumée de tabac pour cigarettes et articles analogues, on s'est efforcé de diminuer la quantité de matières volatiles, principalement de goudron, entraînée par la fumée. Pour pouvoir éliminer efficacement une quantité sensible de gou- dron, le filtre devait être si serré que la succion nécessaire pour aspirer la fiunée à travers le filtre et la cigarette était augmentée dans des proportions inadmissibles.
C'est pourquoi on utilisait des filtres incomplets, c'est-à-dire: des filtres comportant des canaux ou passages, et ces filtres ne pouvaient éliminer efficacement qu'un faible pourcentage de goudron correspondant sensiblement et uni (liement au goudron qui se condensait sur les surfaces à travers lesquelles la fumée était aspirée.
On a utilisé, pour éliminer des quantités prédéterminées de goudron en même temps que la nicotine de la fumée de tabac aspirée à travers une cigarette ou un autre article de fumeur, des matières filtrantes efficaces, par exemple une matière fibreuse, telle que le coton, contenant des particules minérales réparties suivant une disposition prédéterminée et uniforme et possédant des dimensions voisines de celles des particules de fumée à éliminer, de manière à être retenues dans le coton pour retirer une proportion prédéterminée de ces dernières particules.
Malgré l'efficacité certaine de cette matière filtrante, son avantage dans un filtre à cigarette dépend de l'unifor- mité de sa densité sur toute la section transversale du filtre ne comportant ni canal, ni passage permettant à la fumée de court-cir- cuiter la matière filtrante. I;es mêmes exigences existent pour les autres genres de filtres.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un filtre et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le procédé selon l'invention est caraeté- risé par le fait qu'on replie longitudinalement une bande composite et de grande longueur, composée d'au moins deux couches d'une matière fibreuse et perméable alternant avec au moins une couche d'une ma- tière en feuille imperméable relativement à la matière fibreuse, de manière à donner à cette bande la forme d'une rigole, qu'on renferme la bande suivant un contour circonfé- rentiel, de manière à en faire un cordon d'une section approximativement circulaire, qu'on enveloppe le cordon dans une matière en feuille qui lui sert d'enveloppe tubulaire, et qu'on sectionne transversalement le cordon ainsi recouvert,
de manière à obtenir des bonchons cylindriques que l'on peut utiliser comme filtres.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé par le fait qu'il comporte, pour exécuter le repliage longitudinal de la bande, 1111 eylindre de plissage décalé par rapport à l'axe longitudinal de la bande.
On a décrit ci-après, à titre d'exemple, un mode de mise en oeuvre du procédé et une forme d'exécution du dispositif avec référence an dessin annexé, dans lequel:
La fig. 1 représente en élévation un dispositif pour assembler à plat trois couches de papier recouvertes chacune d'une toile de matière fibreuse telle que du coton.
La fig. 2 est une coupe transversale sui ant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une élévation du mécanisme servant à faire avancer le sandwich de trois couches alternées de coton et de papier à travers les stades successifs de traitement, et cette figure montre également le mécanisme de tranchage des bords, le mécanisme inter mottent d'alimentation, le mécanisme pour chasser du sandwich la feuille de papier la plus basse et le mécanisme pour sectionner la feuille transversalement en bandes longues et étroites.
La fig. 4 est une vue schématique en plan du mécanisme de la fig. 3, avec l'addition d'un mécanisme de formage conique destiné à donner aux bandes longues et étroites la forme d'un cordon, à envelopper et à sectionner celul-ci en éléments constituant les filtres.
La fig. 5 représente la matrice de formage conique de la fig. 4.
La fig. 6 est une élévation du mécanisme de formage conique considéré suivant la ligne 6-6 de la fig. 5.
La fig. 7 est une coupe transversale dn cylindre de plissage des bandes et de la courroie de transport des bandes suivant la ligne 7-7 de la fig. 6, et elle montre le décalage entre le cylindre de plissage et l'axe de la bande eomposite.
La fig. s est une coupe transversale de la matrice suivant la ligne 8-8 de la fig. 6.
La fig. 9 est une coupe transversale, sui avant la ligne 9-9 de la fig. 6, à travers le rouleau de pressage à surface concave faisant partie du mécanisme de formage.
Les fig. 10A, 10B et 10C sont des coupes de la bande à plusieurs couches dans les stades snccessifs de sa formation en cordon. et elles montrent les circonvolutions des cou- ches alternées de papier et de coton et le con- tact coton sur coton qui en résulte an centre sans aucun canal; elles montrent aussi le plissage décalé de la bande avant son entrée dans a matrice de formage conique.
La fig. 11 montre en perspective un dis positif de plissage des bandes à lame fixe.
Si l'on considère les fig. l et 2 du dessin, on voit que le coton ou autre matière fibreuse
C, avec ou sans addition de particules miué- ralles, est posé uniformément, sous la forme d'une toile mince, mais continue, sur une feuille de papier P, par exemple du papier crêpe dont les plis s'étendent transversalement.
La toile de coton peut être débitée eom- modément par une machine commerciale à carder, avec une largeur légèrement plus fai- ble que celle de la feuille de papier crêpe P, de sorte qu'une marge de 12 mm environ de largeur est réalisée sur le papier, au-delà des bords latéraux de la toile de coton C, comme on le voit sur la fig. 2.
Dans le filtre préféré, trois couches de coton et trois couches de papier composent le sandwich initial; elles sont superposées initialament les niies les autres et proviennent res r:ectivenent de trois rouleaux primaires d'alimentation 10, 11 et 12, les rouleaux 11 et 12 comprenant chacun une longue feuille de papier crêpe P supportant une couche de coton C, tandis que le rouleau 10 ne débite qu'une longue feuille de papier résistant P', tel que du papier Kraft , formant une bande de support et mir laquelle repose également une couche de coton C. La feuille de papier résistant P' peut être remplacée par du papier crêpe si on le désire.
Les trois rouleaux primaires d'alimentation 10, 11 et 12 se dérouIent simultanément et les parties déroulées de chaque rouleau re couvrent les parties déroulées des autres rouleaux de la manière repirésentée sur la fig. 1, de manière à former le sandwich S compre- nant six couches, alternativement de papier et de coton, la couche inférieure étant en papier et la couche supérieure en coton, comme on le voit sur la fig. 2.
Les rouleaux primaires d'alimentation 10, 1 1 et 12 sont montés sur des mandrins tourin lonnant dans un bâti non représenté. Un transporteur entraîné par des courroies sans fin 13 peut supporter le sandwich X, l'entraî- ner et dérouler les rouleaux 10, 11 et 12 par contact de friction. De cette manière, les dif férentes bandes composées chacune de detix couches se déroulent des rouleaux 10, 11 et 12 et s'enroulent sur un rouleau principal d'ali- mentation 14 en synchronisme entre elles et avec ce dernier rouleau, de telle manière que le coton C et le papier P ne sont pas tendus.
Le rouleau principal 14 peut être entraîné Si on le désire.
On transfère le rouleau 14 de la machine de la fig. 1 à celle de la fig. 3, afin de le laisser se dérouler sur la table : 15 de celle-ci.
Conformément à une variante, le sandwich S peut être fourni directement par le transporteur 13 à la table 15. En supposant que l'on transfère le rouleau 14 d'emmagasinage sur la machine de la fig. 3, celui-ei se déroule à plat sur la table 15 par nn moyen quelconque, par exemple en entraînant son mandrin par un mécanisme d'entraînement intermittent comprenant une source de puissance telle que le moteur électrique : 16 représenté sur la fig. 3 ;
de cette manière, l'avance du sandwich Di est svnchronisée avec la machine à mouvement intermittent qui fabrique les bouchons ai que l'on décrira un peu plns loin. Le dé roulement du rouleau 1.4 est réglé de manière à conserver une vitesse linéaire et uniforme du sandwich S sur la table 15.
Quand le sandwich S avance sur la table 15, les marges du papier crêpe, qui s'étendent au-delà des bords latéraux des trois toiles de coton C, sont tranchées d'une manière quel- conque, par exemple par des couteaux rotatifs 17 entraînés par une courroie 18 à partir du mandrin du rouleau 14 (ou d'une autre manière), comme on le voit sur les fig 3 et 4. Le sandwich S comprend alors des couches alternées de papier P et de coton C d'une largeur uniforme.
Ses bords ayant été tranchés, le sandwich S est soumis à l'action d'un cylindre d'entraînement 19, qui est entraîné par une courroie 20; ce cylindre 19 aide à tirer le sandwich S à travers les couteaux 17 et à le faire avancer le long de la table 15; ce cylindre d'entraînement est disposé immédiatement après les couteaux 17, comme on le voit sur les fig. 3 et 4.
Un cylindre monté fou 21 est disposé immédiatement après le cylindre d'entraîne- ment 19, dans une fente de la table 15; la couche inférieure en papier résistant P' se déplace vers le bas sur ce cylindre et se trouve ainsi séparée de la couche inférieure de coton qui prend maintenant la place de la couche en papier résistant P' par laquelle le sandwich S était supporté jusqu'à présent snr la table 15.
La couche en papier résistant Pt est tirée sur le cylindre de tirage 22 entraîné par une courroie 23 à la vitesse circonférentielle convenable pour obtenir un mouvement uniforme du sandwich S en travers de la table 15, le cylindre 22 faciiitant ainsi ce déplacement A ce moment, le sandwich S comprend deux couches de papier P et trois coton ches de coton C, les couches supérieure, inférieure et centrale étant en coton et deux cou chas de papier étant intercalées entre elles.
A partir de ce point, le sandwich S à cinq couches repose sur la plate-forme transversale 24 et avance par intermittenee sous l'action de poussoirs 25 animés d'un mouvement alter- natif et actionnés par un arbre oscillant 26.
Les poussoirs 25 représentés sur la fig. 3 font avancer le sandwich S sons un couteau 27 à mouvement alternatif qui tronçonne le sandwich transversalement an bandes étroites 28 pouvant avoir par exemple une largeur de l'ordre de 38 mm et une longueur de l'ordre de 66 cm. Les bandes 28 ainsi tronçonnées sont logées dans un canal 29 dans lequel elles avancent longitudinalement sous l'action du transporteur à courroie représenté sur la fig. 6; ce transporteur comprend une courroie sans fin 30 passant sur deux rouleaux 31 qui sont disposés horizontalement et peuvent tourner de manière à réaliser entre eux une surface de transport horizontal.
La courroie 30 passe également sur une série de rouleaux 32, dont l'un est entraîné pour mouvoir la courroie 30 dans la direction voulue, de la droite vers la gauche en regardant la fig. 6.
Un rouleau d'alimentation 32' est disposé au-dessus de l'extrémité de droite de la courroie 30 (en regardant la fig. 6); ce rouleau est entraîné en rotation par la courroie 30 avec une vitesse périphérique égale à la vitasse linéaire de celle-ci, et il presse la bande 28 contre la courroie 30 pour la faire avancer vers la gauche en même temps que celle-ci, comme on le voit sur les fig. 5 et 6.
Un cylindre 33 de plissage se trouve immédiatement après le rouleau d'alimentation 32'; il est également entraîné par la courroie 30 et par l'intermédiaire de la bande 28; ce cylindre 33 est légèrement décalé latéralement par rapport à l'axe longitudinal de la bande 28, approximativement de 6,3 mm, comme on le voit en particulier sur les fig. 5 et 7. En raison de ce décalage par rapport à la bande 28, la périphérie arrondie du cylindre de plissage 33 replie la bande 28 inégalement dans le sens de sa longueur; autrement dit, la partie de gauche de la bande 28, en regardant sa coupe sur les fig. 7, 8 et 10A, est plus large que sa partie de droite.
Par conséquent, lorsque les bords de la bande 28 se soulèvent sous l'action de pliage du cylindre 33, le bord de gauche monte plus haut que le bord de droite, de sorte que la bande 28 présente en coupe la forme d'une rigole à bords inégaux, comme on le voit sur les fig. 7 et 10A. Ainsi, si on rabat à plat les deux côtés de la bande 28 l'un sur l'autre, les bords latéraux ne coïncident pas, comme on le voit sur la fig. 10B.
Des guides 34 en forme de canal sont disposés de chaque côté du cylindre 33; ils se redressent vers le haut de manière à faciliter le retournement des bords de la bande 28 vers le haut, comme on l'a expliqué. Afin de te- nir compte du fait que le côté de gauche de la bande est plus large, le guide 34 de gauche est plus long et sJétend plus loin de l'axe de la courroie 30, comme on le voit sur la fig. 7. Inversement, le guide 34 de droite est plus court, et se trouve un peu plus près de l'axe de la courrele 30 afin de recevoir la portion la plus courte de la bande 28 représentée en coupe.
Lorsque la courroie 30 transporte la bande 28 à travers les guides 34, celle-ci pénètre dans la matrice de formage conique 35 à un moment où ses bords latéraux ont été soulevés pour lui donner en coupe la forme d'un J renversé, dont la branche de gauche est plus longue pour les raisons déjà mentionnées. Par conséquent, lorsque la bande 28 repliée en forme de J pénètre dans la matrice 35 de forme conique, qui prolonge les guides 34, ses bords décalés sont recourbés vers le bas d'un côté de la partie centrale qui prend alors la forme de volute représentée sur la fig. 10C.
Lorsque la bande 28 avance, la concavité de la surface du cylindre 36, qui coopère avec le cylindre supérieur 37 à surface concave, déforme la courroie 30 pour lui donner la forme d'un U, afin d'aider à donner à la bande 28 un contour extérieur circulaire et qu'elle forme ainsi un cordon 28' (fig. 9).
La bande 28 a donc à ce moment une section transversale de forme générale circulaire, avec un contact central coton sur coton entre la surface supérieure primitive en coton et la surface inférieure primitive an coton de la bande 28, et entre ces deux surfaces de coton repliées l'une sur l'autre; cette disposition empêche ou ferme tous les passages qui tendraient à se produire, ce résultat étant favorisé par le défaut d'alignement des bords de la bande 28, de sorte qu'on obtient finalement une densité uniforme.
Le cordon sortant d'entre les guides 38 est livré immédiatement à la station d'enveloppement, où une bande 39, de papier à cigarette par exemple, est fournie concurremment par une bobine 40 (fig. 4), et où le cordon 28' est enveloppé, la ligne de raccordement du papier étant fermée à la chaleur avec une colle ou un ciment en 41.
Les différents cordons sont alignés bout à bout au iur et à mesure de leur formation et, du fait de leur enveloppement dans le papier débité par la bobine 40, il sort de la machine une tige continue 42 qui est découpée par le couteau volant 44 en troncons cylindriques 43 d'une longueur approximative de 66 mm.
Les tronçons cylindriques i3, ayant le joint transversal formé à la jonction des bandes successives, sont recueillis en éliminant 1/10 de leur longueur, et les tronçons restants sont alors subdivisés en tronçons plus courts que l'on incorpore à l'extrémité d'une cigarette, dans une machine à fabriquer les cigarettes.
Le repliage décalé de la bande 28, destiné à appliquer les deux bords de la bande l'un sur l'autre avec un certain décalage, peut être réalisé par d'autres moyens que le cylindre de la fig. 8. Par exemple, la lame verticale et fixe 33', représentée sur la fig. 11, peut accomplir la fonction de pliage du cylindre 33, et on peut utiliser tout autre mécanisme.
Dans son passage à travers la matrice 35 de formage conique, la bande 28 en forme de rigole à bords inégaux se courbe suivant une forme voisine de celle d'une poire dont le bout étroit se prolonge par une courbe. Dans tous les cas, le contact coton sur coton et le défaut d'alignement des bords latéraux em- pechent la formation de canaux ou passages à travers lesquels la fumée ou d'autres matières gazeuses pourraient court-circuiter la matière du filtre et échapper ainsi au traitement.
Bien qu'on préfère le pliage excentré de la bande pour décaler les bords de celle-ci au moment de la transformer en un cordon, le repliage de la bande suivant son axe longitudinal et en vue de lui donner une section en forme de U fournit également des filtres qui sont satisfaisants pour un grand nombre d'applications, en raison du contact coton sur coton réalisé par l'emploi d'un nombre de couches de coton supérieur à celui des couches de papier, par exemple respectivement deux pour un, ou trois pour deux, ou cinq pour quatre, suivant les exigences.
On peut réaliser des dispositifs analogues pour former des filtres de différentes dimensions et en vue de leur application à des mets- ques à gaz ou à des respirateurs chirurgicaux, ou comme cartouches de filtrage pour les fume-cigarette, les pipes et articles anal on gues.
Le terme coton utilisé ici désigne toute fibre textile, naturelle ou syntllétique, susceptible de former une toile mince et perméable; le terme papier utilisé ici désigne toute matière en feuille ayant les propriétés décrites et relativement imperméables au passage des gaz et des vapeurs, par rapport à la matière fibreuse.
REVENDICATIONS:
I. Procédé de fabrication d'un filtre caractérisé par le fait qu'on replie longitudina liement une bande composite et de grande lon leur, composée d'au moins deux couches d'une matière fibreuse et perméable alternant avec au moins une couche d'une matière en feuille imperméable relativement à la matière fibreuse, de manière à donner à cette bande la forme d'une rigole, qu'on renferme la bande suivant un contour eireonférentiel, de manière à en faire un cordon d'une section approximativement circulaire, qu'ou enveloppe le cordon dans une matière en feuille qui lui sert d'enveloppe tubulaire, et qu'on sectionne transversalement le cordon ainsi recouvert,
de manière à obtenir des bouchons cylindriques que l'on peut utiliser comme filtres.