i. [A] TIIVISTELMK - SAMMANDRAG (11) (21) Patenttihakemus - Patentansokan 915419 (51) Kv.1k.5 - Int.c1.5 D 21H 27/00, A 240 1/02 // 0 21F 9/02, D 21H 23/00, 11 :00, 11 :12 SUOMI-FINLAND (22) Hakemispaiva - Ansokningsdag 15_11.91 (24) Alkupaiva - L'opdag 15.11.91 (41) Tullut julkiseksi - 8livit offentlig 17.05.92 Patantti- ja rekisterihallitus Patent- och registerstyrelsen (32) (33) (31) Etuaikeus - Prioritet 16.11.90 US 614620 P (71) Hakija - Sbkande 1. Philip Morris Products Inc., 3601 Commerce Road, Richmond, Va. 23234. USA, (US) (72) Keksija - Uppfinnare 1. Allen, Jeffery L_, 12001 Duckbill Drive, Midlothian, Va. 23113, USA, (US) 2. Bokelman, Gordon H_, 4406 Morehouse Terrace, Chesterfield, Va. 23832, USA, (US) 3. Gautam, Navin, 9206-G North Arch Village Court, Richmond. Va. 23236, USA, (US) 4. Kraske, David J_, RRI, Box 163, Orrington, Me. 04474, USA, (US) 5. Myracle, Jr., James L., 2401 Rochester Court, Midlothian, Va. 23113, USA, (US) 6. Rogers, Robert M., 5706 Park Avenue, Richmond, Va. 23226, USA, (US) 7. Sanders, Edward B., 1923 Hickoryridge Road, Richmond, Va. 23233, USA, (US) (74) Asiamies - Ombud : Oy Borenius & Co Ab (54) KeksinnSn nimitys - Uppfinningens benamning Paperi, jossa on poikkisuuntaisia alueita, joiden neli5massa vaihtelee Papper, som i tvarriktningen bar qmrader med varierande ytvikt (57) Tiivistelma - Sammandrag Getcsinnon kohteena on papesi, jossa on poikkisuuntaisia al.ueita (11), joiden ne_idmassaa oa suurennettu. ti=_ks :r_cdn muk3_sta naperia voidaan kayttaa er+t,isea tyvic savuketuotteen kaareaateriaalina. P_neri voidaan valmistaa levitt5 :a11a _ I s6materiaalia liikkuvan perusrainan (161 paalle paperikoneessa (10). Lisamateriaali levitetaan pydrivalia rummuiia (2_), jonka kasittamien lukuisten rakojen lani lisar ateriaall kulkee. Upp inningen avser ett paz5pper, som _ sin tavrriktning har omrdden (11) med ern storre ytvikt. Pappret enligt uppfinnincen ar speciellt anvandbart som omslagspapper fsr rokningsprodukter. Pappret kan framstallas genom att man applicerar ett. ytterliaare material pz en basbana (16) 1 r8reise i en pappersmaskin (10). Det ptterligare materialet anplicaras medelst en roterande vals (21) som innehallen ett antal sprinaor ger.om vilka det ytterlicare materialet passerar. i3g~~~
1 L l~ Paperi, jossa on poikkisuuntaisia alueita, joiden neliomassa vaihtelee Papper, som i tvarriktningen har omrader med varierande ytvikt Keksinnon kohteena on paperi ja sen valmistus. Erityisemmin, keksinnon kohteena on laminoimaton paperi, jonka neliomassa vaihtelee. Oheisen keksinnon edullisen suoritusmuodon mukaisesti ohessa kuvattu paperi kasittaa alueita, joiden neliomassaa on suurennettu. Nama alueet, joiden neliomassaa on suurennettu, ovat poikkisuuntaisia, eli ne sijaitsevat olennaisesti yhdensuuntaisina paperin poikkisuunnan kanssa ja kohtisuorassa paperin koneen suuntaa vastaan. Ohessa kaytetylla kasitteella neliomassa tarkoitetaan paperin painoa pinta-alayksikkoa kohden ja se ilmoitetaan yksikoissa g/m2. Ohessa kuvattua paperia voidaan kayttaa erityisen hyvin savuketuotteiden kaaremateriaalina, vaikka keksinto kattaa myos muut kayttosovellutukset. Oheisen keksinnon mukaista paperia voidaan kayttaa pankki-, teollisuus- ja kotitaloussovellutuksissa. Paperinvalmistuksessa tuotetaan tavallisesti paperia, jonka neliomassa on mahdollisimman yhdenmukainen. Tavallisilla paperinvalmistusprosesseilla valmistettujen paperiarkkien neliomassa on nain ollen yleensa yhdenmukainen, kun paperi katsotaan yhdeksi kokonaisuudeksi. Paperin neliomassassa esiintyy kuitenkin mikroskooppisia eroja johtuen rakennekuitujen koon vaihteluista tai valmistusprosessin epavakaudesta. Tahan saakka tupakkateollisuudessa savukkeiden kaaremateriaah9 lina kaytetyn paperin neliomassa on ollut yhdenmukainen savu- O co ketuotteen tasaisille palamisominaisuuksille edullisella taco V7 ^ ~ valla. Nyt on kuitenkin toivottavaa valmistaa sellainen savuk- keen kaarepaperi, jolla saadaan aikaan erityisia palamisomi- naisuuksia, esimerkiksi siten, etta paperi edesauttaa savuketuotteen staattisen palamisnopeuden pienenemista sellaiseen 4'a r1 :'
+ 2 pisteeseen, jossa tuotteen palaminen vahenee, muuttuu olennaisesti mitattomaksi tai paattyy kokonaan. Alalla on yritetty valmistaa laminoimatonta paperia, jonka paksuutta on suurennettu. Esimerkiksi nimella Blake myonnetyssa US-patenttijulkaisussa 4 239 591 on kuvattu sellaisen paperin valmistus, johon paperiin muodostettujen saarekkeiden tai jatkuvia alueiden paksuutta on suurennettu. Taman keksinnon haittana on se, etta nama paksunnetut alueet sijaitsevat siina suunnassa, jossa raina on levitetty. Alalla on yritetty tuottaa sellaisia savuketuotteiden kaareita, joiden tehtavana on ollut savuketuotteen syttymistaipumuksen vahentaminen. Esimerkiksi nimella Hamp1 myonnetyssa US-patenttijulkaisussa 4 739 775 on kuvattu kaareita, joissa savukepaperiin on laminoitu nauhoja. Nimella Mentzel myonnetyssa US-patenttijulkaisussa 4 945 932 on kuvattu savuke, jonka palamistaipumus on heikentynyt, ja jossa on lisukepaperi. Alalla on tehty yrityksia savuketuotteissa kaytettyjen kaaremateriaalien palamisnopeuden pienentamiseksi. Naissa yrityksissa kaaremateriaaliin on sisallytetty palamista hidastavaa ainetta kuten magnesiumasetaattia. Tallaiset palamista hidastavat aineet voivat kuitenkin aiheuttaa epatoivottuja flavoreja savuketuotteeseen sita poltettaessa. Nama ja muut ongelmat on saatu ratkaistuksi oheisen keksinnon mukaisesti saamalla aikaan paperi, jonka kasittamassa perusrainassa on lukuisia poikkisuuntaisia alueita, joiden neliomassaa on suurennettu. Tama keksinnon mukainen paperi edistaa savuketuotteeseen yhdistettyna savuketuotteen staattisen kokonaispalamisnopeuden pienenemista. Keksinnon mukainen paperi voidaan tuottaa levittamalla lisamateriaalia, esimerkiksi massaa, massasta tehdylle 2081954115
I 3 perusrainalle, jonka paksuus on yleisesti yhdenmukainen, paperikoneen siina alueessa, jossa raina muodostetaan joko paperinvalmistuksen marka- tai kuivamenetelmia kayttaen. Tama lisamassa voidaan levittaa perusrainalle pyorivan rummun avulla, jossa rummussa on lukuisia pituussuuntaisia rakoja, joiden lapi massa kulkee. Keksinnon edella mainitut ja muut tavoitteet seka edut ovat ilmeisia seuraavan yksityiskohtaisen kuvauksen perusteella, liitteena oleviin piirustuksiin liitettyna, joissa piirustuksissa samat viitenumerot viittaavat aina samanlaisiin osiin, ja joissa : Kuvio 1 on yksinkertaistettu kavamainen esitys paperinvalmistuslinjan osasta, alkaen tasoviirakoneen (Fourdrinier-paperinvalmistuskoneen) peralaatikosta ja paattyen sen puristinosaan. Kuvio 2 esittaa paastapain katsoen levityslaitetta, jolla lisamateriaalia lisataan rainalle. Kuvio 3 esittaa paperinaytetta, joka kasittaa lukuisia alueita, joiden neliomassaa on suurennettu. Kuvio 4 on yksinkertaistettu esitys savuketuotteesta, jossa on kaytetty oheisen keksinnon mukaista paperia. Oheinen keksinto kohdistuu laminoimattomaan paperiin, jonka neliomassa vaihtelee. Keksinnon mukaisessa paperissa on poikkisuuntaisia alueita, joissa neliomassa eroaa perusrainan neliomassasta. Edullisessa suoritusmuodossa naiden poikkisuuntaisten alueiden nelismassa on suurempi kuin perusrainan neliomassa. Ohessa kasitteella "paperi" tarkoitetaan keksinnon mukaista paperia, "perusraina" on paperin se osa, jossa ei ole neliomassaltaan suurennettuja alueita, ja "poikkisuuntaiset alueet" ovat niita poikkisuuntaisia alueita, joiden neliomassa vaihtelee.
4 Neliomassaa voidaan suurentaa saamalla paperiin aikaan paikallisia alueita, joissa joko (1) paksuutta on suurennettu ja/tai (2) tiheytta on suurennettu. Neliomassaa voidaan suurentaa levittamalla paperikoneessa jo olevalle massarainalle lisamateriaalia kuten esimerkiksi toinen massamaara tai vaihtoehtoisesti taytemateriaalia. Eraita esimerkkeja lisamateriaaleista ovat pitkalle jalostettu massa, selluloosakuidut, joilla on suuri pinta-ala, mikrokiteinen selluloosa tai pitkalle jalostetun massan ja kalsiumkarbonaatin seos. Tallaisiin lisamateriaaleihin voi myos kuulua materiaaleja, jotka saavat paperissa aikaan tiettyja ominaisuuksia, ja joista voidaan mainita yhdisteet, jotka voidaan ilmaista sahkomagnaettisin keinoin, musteet, variaineet ja muut vastaavat. Seuraavassa tahan lisamateriaaliin viitataan kasitteella "materiaali". Keksinnon mukaista paperia voidaan valmistaa mista tahansa lignoselluloosamassasta kuten lehtipuu- tai havupuumassasta. Tama massa on kuitenkin edullisesti selluloosamassaa, ja massa on edullisemmin saatu muista kasveista kuin puusta, esimerkiksi ruohoista. Kaikkein edullisimmassa tapauksessa massa on pellavamassaa. Tavallisesti savuketuotteiden kaareena kaytetyn paperin neliomassa on tavallisesti noin 20-30 g/m2, kun taas keksinnon mukaisen paperin keskimaarainen neliomassa on noin 25-70 g/m2. Poikkisuuntaisten alueiden neliomassa on edullisesti perusrainen neliomassaa suurempi. Edullisemmin, poikkisuuntaisissa alueissa neliomassaa on suurennettu jopa 100 % perusrainan neliomassaa suuremmaksi. Edullisimmassa tapauksessa poikkisuuntaisten alueiden neliomassa on noin 0,01-30 % suurempi kuin perusrainan neliomassa. Vaikka poikkisuuntaisten alueiden neliomassaa onkin suurennettu, niin kuitenkin niiden paksuus on edullisella tavalla olennaisesti sama kuin perusrainan paksuus. Nain ollen, kokonaisuutena tarkastellen, oheisen keksinnon mukaisen paperin paksuus on olennaisesti yhdenmukainen. Perusrainan paksuus on edulli- 2081954117
5 sesti noin 0,001-0,004 tuumaa (noin 25,4-102 µm). Poikkisuuntaisten alueiden paksuus on korkeintaan noin 50 % suurempi kuin perusrainan paksuus. Edullisemmin, poikkisuuntaisten alueiden paksuus on korkeintaan noin 10 % suurempi kuin perusrainan paksuus. Savuketuotteeseen yhdistettyna oheisen keksinnon mukainen paperi kykenee edistamaan epatasaisia palamisominaisuuksia, esim. siten, etta savuketuotteen staattinen palamisnopeus pienenee pisteeseen, jossa tuotteen palaminen on olennaisesti mitatonta tai lakkaa kokonaan. Savuketuotteen paperikaareen huokoisuus on tarkea tekija savuketuotteen staattisen palamisnopeuden muuttumisen kannalta. Vaikka ohessa ei halutakaan rajoittua mihinkaan teoriaan, niin kuitenkin uskotaan, etta hapen taytyy diffundoitua paperin lapi palavaan tupakkaan palamisen yllapitamiseksi ; kun hapen tunkeutuminen paperin lapi on vaikeata, niin talloin palamisnopeus pienenee. Palaminen eli tupakan ja hapen valinen vuorovaikutus l'ampoa ja valoa tuottaen, on liekitonta ja hehkuvaa. Esimerkiksi, savuketuotteissa kuten savukkeissa kaytettyjen kaaremateriaalien huokoisuus on normaalisti noin 25-60 Coresta-yksikkoa. Esimerkiksi tallaiset kaarepaperit, joihin perusraina kuuluu, tuottavat savuketuotteen, jonka staattinen palamisnopeus on noin 6-10 minuuttia 40 mm :n pituisen lohkon tapauksessa. Kuitenkin oheisen keksinnon mukaisten alueiden huokoisuus on korkeintaan noin 10 Coresta-yksikkoa, jolloin staattinen palamisaika on noin 10-20 minuuttia 40 mm :n pituisen, juovia kasittavan alueen tapauksessa. Toivottaessa joko perusrainan tai alueiden huokoisuutta voidaan muuttaa tavanomaisilla menetelmilla kuten sahkostaattisella rei'ityksell'a. Kuten edell'a on mainittu, savuketuotteeseen yhdistettyna keksinnon mukainen paperi voi myos edistaa savuketuotteen itsestaansammumista. Esimerkiksi tavanomainen savuke kytee sammumatta niin kauan, kunnes kaikki palava materiaali on kulunut loppuun. Keksinnon mukaisesta paperista tehty savuketuote
t 6 kytee noin 0, 5-4 minuuttia ennen sammumistaan. Alan asiantuntijoille on selvaa, etta se aika, joka kuluu keksinnon mukaisesta paperista tehdyn savuketuotteen itsestaansammumiseen, riippuu poikkisuuntaisten alueiden leveydesta, perusrainan ja poikkisuuntaisten alueiden huokoisuudesta, juovien valisesta etaisyydesta ja mahdollisesti kaytetyista palamisen lisaaineista. Nain o11en sammumiseen kuluvaa aika voidaan maarittaa ja sita voidaan muunnella suorittamalla yksinkertaisia kokeita nailla parametreilla. Poikkisuuntaisten alueiden ulottuvuudet vaikuttavat myos paperin ja nain ollen savuketuotteen palamisominaisuuksiin. Erityisesti poikkisuuntaisten alueiden leveydella on suurempi vaikutus palamisnopeuteen kuin pituudella. Poikkisuuntaisten alueiden leveys on edullisesti noin 1-10 mm (edullisemmin 3-7 mm). Edullisimmassa tapauksessa poikkisuuntaisten alueiden leveys on noin 5 mm. Poikkisuuntaisten alueiden pituuden tulisi olla olennaisesti sama kuin savuketuotteen, esimerkiksi savukkeen, kehan pituus. Keksinnon eraassa erillisessa suoritusmuodossa poikkisuuntaisilla alueilla voi olla erilainen saannollinen ja epasaannollinen geometrinen muoto ja koko. Lisaksi nama poikkisuuntaiset alueet voivat olla joko vierekkaisia tai toisistaan erillaan. Ohessa kaytetylla kasitteella "vierekkainen" tarkoitetaan vain yhta keskeytymatonta poikkisuuntaista aluetta, jonka neliomassaa on suurennettu, ja kasitteella "toisistaan erillaan" tarkoitetaan jaettua aluetta, jonka neliomassaa on suurennettu, ja joka muodostaa lukuisia erillisia poikkisuuntaisia lohkoja Myos poikkisuuntaisten alueiden valinen etaisyys vaikuttaa palamisnopeuteen. Esimerkiksi, mita suurempi poikkisuuntaisten alueiden valinen etaisyys on, sita nopeammin tallaisesta paperista valmistettu savuketuote palaa. Poikkisuuntaisten alueiden tulisi sijaita toisistaan yhtasuurella etaisyydella, vaikka keksinto kattaakin myos poikkisuuntaisten alueiden erisuu- 2os9 95411 9
7 ret etaisyydet. Poikkisuuntaiset alueet sijaitsevat edullisesti noin 5-40 mm:n (edullisemmin noin 15-30 mm :n) etaisyydella toisistaan, mitattuna pcikkisuuntaisten alueiden keskipisteesta keskipisteeseen. Kaikkein edullisimmassa tapauksessa poikkisuuntaisten alueiden valinen etaisyys on noin 21 mm. Keksinnon mukainen paperi voi myos sisaltaa 0,1 paino-% (edullisesti noin 0,6 paino-%) monoammoniumfosfaattia. Tama kemikaali pyrkii vahentamaan epamiellyttavien tahrojen muodostumista paperiin, joita tahroja aiheuttaa tiivistyminen paperin sisapuolelle imaisujen valilla. Paperin taipumus tahriintua ta11a tavalla on suurempi, koska paperin kokonaishuokoisuus on pienentynyt. Monoammoniumfosfaattia kaytetaan taman kosmeettisen ongelman eliminoimiseksi. Savuketuotteesta saatavien imaisujen lukumaaran saatelemiseksi paperi voi sisaltaa lisaksi noin 14 paino-% palamiskemikaalia kuten sukkinaattia, sitraattia tai mita tahansa muuta alkalimetallia sisaltavaa palamiskemikaalia, joka tunetaan alan teollisuudessa. Edullinen lisaaineena kaytetty palamiskemikaa- 1i on sitraatti, jonka pitoisuus on noin 0,001-0,99 paino-%. Paperi voi edelleen sisaltaa noin 0-1 % (edullisesti noin 0,3 %) natriumkarboksimetyyliselluloosaa. Tama kemikaali, joka toimii kalvon muodostajana, myotavaikuttaa tuhkan lapaisemattomyyteen, joka puolestaan vahentaa osaltaan savusivuvirtaa. Natriumkarboksimetyyliselluloosan uskotaan myos toimivan kantoaineena, jonka avulla palamisaine (esim. sitraatti) saadaaan paperii.n. Lisaksi paperi valmistetaan siten, etta se sisaltaa noin 25-40 paino-%, edullisesti noin 30 % epaorgaanista tayteainetta kuten kalsiumkarbonaattia. Alan asiantuntijoille on selvaa, etta paperissa voidaan kayttaa mita tahansa sellaista epaorgaanista tayteainetta, jota kayttaen saadulla paperilla on toivotut palamisparametrit ja joka ei aiheuta paperiin epatoivottuja subjektiivisia ominaisuuksia. Kalsiumkarbonaattia
8 kaytettaessa sen pinta-ala voi olla noin 7-80 m~/g hyvin tunnetulla BET-menetelmalla mitattuna (BET-menetelma on kuvattu esimerkiksi julkaisussa F.M. Nelson et al., "Determination of Surface Area", Analytical Chemistry, vol. 30, no. 8, elokuu 1958, sivut 1387-90). Eraassa menetelmassa oheisen keksinnon mukaisen paperin valmistamiseksi kaytetaan jaljempana kuvattua, materiaalia syottavaa viirarullaa. Kuvio 1 esittaa tavanomaisen, jatkuvaa massarainaa 16 tuottavan tasoviirakoneen 10 sita aluetta, jossa massasta muodostetaan raina. Peralaatikko 12 on toteutettu siten, etta se sisaltaa eraan maaran selluloosamassaa, jota lukuisat, massalahteeseen (ei esitetty) yhdistetyt linjat 13 syottavat peralaatikkoon 12. Tavallinen massal'ahde on massan varastosailio, jota ei olla esitetty., Valittomasti peralaatikon 12 alapuolelle on sijoitettu paattymaton rainanmuodostusviira 14. Viiran 14 vieressa, peralaatikon 12 alaosassa oleva huulirako 15 tekee mahdolliseksi sen, etta massa voi virrata peralaatikosta huuliraon 15 lapi viiran 14 ylapinnalle massarain?n 16 muodostamiseksi. Huuliraon 15 vaakasuora leveys on tavallisesti pieni peralaatikosta 12 virtaavan massamaaran saatelemiseksi. Huuliraon 15 pituus voi tyypillisesti ulottua olennaisesti massarainan 16 koko leveyden poikki. Viiran 14 ylaosa liikkuu eteenpain huopautuspuristintelaa 17 kohden, huuliraosta 15 poispain. Suunta peralaatikosta 12 huopautuspuristintelaa 17 kohden on suunta alavirtaan. Sen jalkeen, kup, massaraina 16 on muodostunut, se kulkee levityslaitteen(~=cohi, joka laite syottaa lisamateriaalia massarainalle 16. Kun viira 14 alkaa liikkua alasp&in huopautuspuristintelan ' Massan, jota kaytetaan keksinnon mukaisen paperin valmistukseen, sakeus on edullisesti aarimmaisen pieni, esimerkiksi vahemman kuin noin 0,5 % kuitukiintoainetta.
9 17 ympari ja takaisin peralaatikkoa 12 kohden, massaraina 16 johdetaan viiralta 14 lukuisille puristusteloille 18 ja sitten paperikoneen 10 kuivausosaan. Massarainan 16 edetessa alavirran suuntaan liika vesi kulkee viiran 14 lapi. Tyypillisesti vahintaan osassa viiran 14 alapuolta voidaan kayttaa tyhjoa helpottamaan veden poistoa massarainasta 16. Huopautuspuristintela 17 on voitu toteuttaa siten, etta silla saadaan aikaan tyhjo viiran 14 lapi massarainan 16 alapuolelle ylimaaraisen veden poistamiseksi. Kuvio 2 esittaa levityslaitetta 20, joka syottaa ylimaaraista materiaalia massarainalle 16. Oheisen keksinnon edullisessa suoritusmuodossa tama levityslaite 20 kasittaa onton pyorivan rummun 21. Tassa pyorivassa rummussa 21 on tyypillisesti lukuisia pituussuuntaisia rakoja 22 ; vaihtoehtoisesti rummussa on lukuisia kouruja. Edullisessa suoritusmuodossa kukin rako 22 tai kouru on suunnattu yhdensuuntaseksi rummun 21 pituusakselin kanssa. Rummun kehalla olevien rakojen 22 tai kourujen lukumaara riippuu luonnollisestikin rummun sateesta. Rumpu 21 laitetaan kosketukseen massarainan 16 kanssa sen jalkeen, kun viiralle 14 on muodostettu raina 16. Vaihtoehtoisesti, rumpu 21 ei ole fysikaalisessa kosketuksessa massarainan 16 kanssa vaan sijaitsee sen lahella siten, etta massa paasee valumaan suoraan rummusta 21 massarainalle 16. Seka rummun 21 etta massarainan 16 nopeus on olennaisesti sovitetty yhteen siten, etta rummun 21 kulmanopeus on arviolta sama kuin massarainan 16 lineaarinopeus. Mikali rumpu 21 ei kosketa fysikaalisesti massarainaa 16, niin talloin rummun 21 ja massarainen nopeuksien ei tarvitse olla yhtasuuria. Piste, jossa materiaalia levitetaan, on edullisesti piste, jossa perusraina on jo lujittunut yhtenaiseksi, tai sijaitsee taman pisteen jalkeen. Vaikka rumpu 21 onkin kuvattu siten, etta sen molemmat paat ovat avoimet, niin kuitenkin yksi tai kummatkin paat voivat olla taysin tai usittain umpinaisia. Rumpua 21 kannattavat tyy-
10 pillisesti rummun 21 paista ulostyontyvat johtorullat. Kehikko voi puolestaan kannattaa naita kannattavia johtorullia. Kehikkoa voidaan edullisesti laskea alaspain siten, etta rumpu saaadaan lahelle massarainaa 16 tai kosketukseen massarainan 16 kanssa. Rumpua 21 voidaan pyorittaa milla tahansa toivotulla tavalla. Eraassa suoritusmuodossa rumpu 21 on kitkakosketuksessa massarainan 16 kanssa, jolloin rummun 21 ja massarainan 16 nopeudet saadaan sovitetuiksi yhteen. Vaihtoehtoisesti, rumpua 21 pyorittaa ulkoinen kayttomekanismi. Sopivista kayttomekanismeista voidaan mainita hihnat, hammaspyoraryhmat ja muut vastaavat. Alan asiantuntija voi valita sopivan valineen sylinterimaisen kappaleen pyorittamiseksi taman keksinnon puitteista poikkeamatta. Kuten edella on mainittu, pyoriva rumpu 21 voi kasittaa lukuisia rakoja 22 tai kouruja. Raot 22 sijaitsevat edullisesti toisistaan yhtasuurella etaisyydella rummun 21 ymparill'a, vaikka keksinto kattaakin myos rakojen valiset erilaiset etaisyydet. Raot 22 sijaitsevat edullisesti noin 5-40 mm :n etaisyydella toisistaan, mitattuna yhden raon keskustasta valittomasti taman raon vieressa sijaitsevan raon keskustaan (keskustasta keskustaan). Edullisemmin, raot 22 sijaitsevat toisistaan noin 15-30 mm :n etaisyydella, edullisimmin noin 21 mm :n etaisyydella. Alan asiantuntijoille on seivaa, etta poikkisuuntaisten alueiden, joissa neliomassaa on suurennettu, koko ja muoto maaraytyvat rakojen 22 muodon ja ulottuvuuksien perusteella. Vaikka raot 22 ovatkin edullisesti suorakulmion muotoisia, niin kuitenkin niiden muoto voidaan valita erilaisista saannollisista ja epasaannollisista geometrisista muodoista ja aariviivoista keksinnon tavoitteista poikkeamatta. Lisaksi nama poikkisuuntaiset alueet voivat itse olla poikkisuunnassa vierekkaisia tai toisistaan erillaan. Edullisesti, jokaisella raolla 22 on olennaisesti samat ulottuvuudet. Edullisemmin, kunkin raon 2081954123
11 leveys on noin 1-10 mm (edullisemmin noin 1,5-5 mm). Edullisimmassa tapauksessa rakojen leveys on noin 2,5 mm. Edullisesti, rakojen pituus on vahintaan olennaisesti sama kuin savuketuotteen, esimerkiksi savukkeen, ymparysmitta. Raytann8ssa voidaan kuitenkin valita erilaisista rakopituuksista keksinnon tavoitteista poikkeamatta. Esimerkiksi raon pituus voi olla suurempi kuin savukkeen ymparysmitta, miss& tapauksessa kaytannossa saattaa olla toivottavaa leikata tuloksena oleva paperi sopivan leveyiseksi. Vaihtoehtoisesti raot ovat lyhyempia kuin savuketuotteen ymparysmitta. Kukin rako 22 toimii kanavana. jonka lapi materiaalia voidaan levittaa massarainan 16 pinnalle siten, etta saadaan aikaan ylimaaraisesta materiaalista muodostuvia pitkanomaisia aloja, jotka muuttuvat kyseess& oleviksi alueiksi. Edullisesti, materiaalivirtaa saadetaan siten, ettei tietylla hetkella materiaa- 1ia virtaa kuin vain yhdesta raosta 22. Massa johdetaan rakoihin seuraavalla tavalla. Sylinteri 25 kuljettaa materiaalia massalahteesta paikoillaan pysyvaan kengan 23. Paikoillaan pysyva kenka 23 kuljettaa materiaalin aukon 24 lapi rummun 21 sisapinnalle. Rummun 21 sisapinta on taydentavassa kosketuksessa paikoillaan pysyvan kengan 23 kanssa, josta kengasta materiaalia virtaa. Tallainen taydentava kosketus saadaan aikaan siten, etta rummun 21 ja paikoillaan pysyvan kengan 23 valinen kosketusala on samankeskinen kaarevuussateen kanssa ja kosketuksessa rummun 21 sisapinnan kanssa. Edullisessa tapauksessa etaisyys toisaalta paikoillaan pysyvan kengan 23 ja rummun 21 valisen kosketusalan ja toisaalta ta rummun 21 ja massarainpn 16 valisen kosketusalan valilla on mahdollisimman pieni. Paikoillaan pysyva kenka 23 on pitkanomainen ja arviolta yhta pitka kuin rumpu 21. Paikoillaan pysyva kenka 23 sisaltaa pitkanomaisen aukon 24, jonka pituus on vahintaan osa paikoillaan pysyvan kengan 23 pituudesta. Lisaksi aukko 24 kykenee
12 syottamaan olennaisesti muuttumattomana pysyvan materiaalimaaran mista tahansa pisteesta aukkoa 24 pitkin. Aukolla 24 on edullisesti noin samat ulottuvuudet kuin jokaisella pyorivan rummun 21 raolla 22. Rummun 21 pyorimisliike toimii katkaisijan tavoin materiaalivirran keskeyttamiseksi. Materiaalivirran keskeyttaa paikoillaan pysyvan kengan 23 ja itse rummun 21 sisapinnan valinen kosketus, ja materiaalivirta on mahdollinen, kun aukko 24 asettuu r ja~en 22 kohdalle. Taten, rummun 21 pyorimisliikkeen avulla liikkuvalle massarainalle 16 saadaan muodostetuksi lukuisia poikkisuuntaisia alueita 11. Oheisen keksinnon vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa syvapainorotaation kaltaista prosessia kaytetaan lisamateriaalimaarien levittamiseksi poikkisuunnassa perusrainalle. Tassa suoritusmuodossa pyoriva rumpu 21 sisaltaa lukuisia kouruja. Nama kourut ovat yhdensuuntaisia rummun 21 pituusakselin kanssa. Kuhunkin kouruun laitetaan olennaisesti kourun tilavuutta vastaava maara materiaalia jakelupaan avulla ja materiaalia annostellaan leikkausteralla. Kun yksi tai useampi kouru on tayttynyt materiaalilla, rumpua 21 pyoritetaan edella kuvatulla tavalla. Kun taynna materiaalia oleva kouru joutuu kosketukseen perusrainan 16 kanssa, materiaali siirtyy kouruista massarainalle 16. Materiaalin siirtymista kouruista massarainalle 16 voidaan helpottaa tyhjolla, jonka imulaatikko 26 saa aikaan viiran 14 lapi, tai kouruihin kohdistetulla paineistetulla kaasulla. Levitetyn lisamateriaalin tilavuus riippuu luonnollisestikin kourujen tilavuudesta. Naiden kourujen ulottuvuudet ovat edullisesti sellaiset, etta leveys on noin 1-10 mm ja syvyys on vahemman kuin noin 3 mm. Kourujen pituuden tulisi olla vahintaan olennaisesti sama kuin savuketuotteen, esimerkiksi savukkeen ymparysmitta. 2081954125
13 Sen jalkeen, kun lisamateriaali on levitetty joko lisamateriaalia syottavalla viirarullalla tai syvapainomenetelmalla, alueita 11 kasittava massaraina 16 voidaan puristaa pyorivan rummun jalkeen sijaitsevan telavalineen avulla. Massaraina 16 puristetaan edullisesti puristusteloilla 18. Puristusteloissa kaytetty paine on samaa suuruusluokkaa kuin se paine, jota kaytetaan tavallisesti selluloosamassarainan puristamiseen, eli noin 250 lbs puristustelan lineaarituumaa kohden (noin 44,7 kg/cm). Arkin lujittamisen lisaksi puristustelat poistavat arkista vetta. Oheisen keksinnon vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa toista peralaatikkoa voidaan kayttaa lisamateriaalin levittamiseksi suoraan massarainan 16 pinnalle tai massarainan 16 ylapinnan kanssa kosketuksessa olevan pintaviiran paalle. Kun peralaatikossa oleva rako on auki, raosta levittyy lisamateriaalia massarainan 16 tai pintaviiran paalle. Kun taman toisen peralaatikon rako on kiinni, lisamateriaalia ei paase virtaamaan ulos toisesta peralaatikosta. Kaytannossa toisessa peralaatikossa olevan raon avautumis- ja sulkeutumisnopeutta voidaan saadella siten, etta aikaan saadaan ulottuvuuksiltaan toivotunlaisia poikkisuuntaisia alueita. Vaikka edella tarkasteltu, lisamateriaalia syottavaa viirarullaa kayttava menetelma tai syvapainotyyppinen menetelma ovatkin edullisia keksinnon mukaista paperia valmistettaessa, myos muita menetelmia, joissa kaytetaan siirtoteloja, nelja telaa kasittavaa liimapuristinta tai kreppausvalinetta, voidaan kayttaa. Siirtotelamenetelmassa nauhat levitetaan puristustelojen kohdalla, nelja telaa kasittavan liimapuristimen tapauksessa nauhat levitetaan liimapuristimessa ja kreppausmenetelmassa mikroryppyja tehdaan normaaliin savukepaperiin. Kuvio 3 esittaa esimerkkia keksinnon mukaisesta paperista, ja siina nahd'aan massaraina 16, jossa on lukuisia poikkisuuntaisia alueita, joissa neliomassaa on suurennettu. Kuvio 4 esittaa esimerkkia savuketuotteesta, jossa on kaytetty oheisen
14 keksinnon mukaista paperia. Paperi kasittaa lukuisia poikkisuuntaisia alueita 11, joissa neliomassaa on suurennettu. Esimerkki 1 Lehtipuuhierteesta valmistettua lietetta levitetaan perusrainalle 305 mm:n levyisessa pilot-mitan paperikoneessa, joka toimii nopeudella 203 mm/s. Perusrainan neliomassa on 40 g/m2, ja se koostuu pellavakuiduista ja 30 % ;sta saostettua kalsiumkarbonaattia (pinta-ala 22 m=/g), Coresta-huokoisuuden ollessa 40. Levitetyt poikkisuuntaiset alueet suurentavat neliomassaa~ 10 g/m -. Liete koostuu lehtipuumassasta, joka on valmistettu hiertamalla 360 g valkaistua lehtipuumassaa, jonka sakeus oli 1,4 %, tavanomaisessa TAPPI Valley-hollanterissa 24 tunnin ajan. Lietetta, jonka sakeus on 0,75 %, levitetaan perusrainalle vyohykkeiksi, joiden leveys on 5 mm, ja jotka sijaitsevat 21 mm:n etaisyydella toisistaan keskustasta keskustaan mitattuna. Perusrainan paksuus on 64 µm, kun taas vyohykealueen paksuus on 69 µm. Levityslaite on esitetty kuviossa 2. Raina kuivataan, kastellaan uudestaan ryppyjen poistamiseksi, liimataan 0,9 % :l1a natrium/kaliumsitraattia ja sita kaytetaan tupakkatan;on kaareena. Tasta paperista koneellisesti valmistetut savukkeet sammuivat staattisen palamisen aikana 30-120 sekunnissa sen jalkeen, kun palamislinja oli saavuttanut ensimmaisen vyohykkeen. Esimerkki 2 Cellulon-lietetta (Weyerhaeuser : in selluloosa, jonka pinta-ala on suuri, ja joka on tuotettu biologisesti) levitettiin pellavaa olevan perusrainan paalle, jonka perusrainan neliomassa oli 35 g/m=, ja joka sisalsi 30 % kalsiumkarbonaattia (pinta-ala 8 g/m'), Coresta-huokoisuuden ollessa 40. Levitetyt poikkisuuntaiset alueet suurensivat neliomassaa 1 g/ma. Lietetta, jonka sakeus on 0,04 %, levitetaan perusrainalle vyohykkeiksi, joiden leveys on 5 mm, ja jotka sijaitsevat 21 mm ;n etaisyydella toisistaan, keskustasta keskustaan mitattuna. Le- 2081954127
15 vityslaite on muovimalline, joka on sijoitettu arkkimuotissa olevan maran, kasintehdyn arkin ylapuo1e11e. Lietetta pumpataan mallineen paalle, josta liete siirtyy perusrainan paalle mallineeseen leikattujen rakojen 1api. Perusrainan paksuus on 67 µm, kun taas vyohykealueiden paksuus on 71 µm. Kasintehty arkki kuivataan, liimataan 0,9 % :11a natrium/kaliumsitraattia, ja sita kaytetaan tupakkatangon kaareena. Tasta paperista kasintehdyt savukkeet sammuivat staattisen palamisen aikana 30-120 sekunnissa. Esimerkki 3 Yhtion Procter and Gamble Corporation (Buckeye) lietetta, joka on valmistettu kokeellisista, venytetyista kuiduista, jotka ovat mekaanista hankausta kayttaen saatua, voimakkaasti hierrettya ja fibrilld~tua selluloosaa, levitetaan pellavaa olevan perusrainan paalle. Perusrainan neliomassa on 35 g/m 2 ja se sisaltaa 30 % kalsiumkarbonaattia (pinta-ala 8 g/ma), Coresta-huokoisuuden ollessa 40. Levitetyt poikkisuuntaiset alueet suurentavat neliomassaa 5 g/m'. Esimerkissa 3 kaytetaan samaa levitysmenetelmaa kuin esimerkissa 2. Tassa arkissa perusrainan paksuus on 74 µm, kun taas vyohykealueen paksuus on 81 µm. Kasintehty arkki kuivataan, liimataan 0,9 %:lla natrium/kaliumsitraattia ja sita kaytetaan tupakkatangon kaareena. Tasta paperista kasintehdyt savukkeet sammmuivat staattisen palamisen aikana 30-120 sekunnissa. On selvaa, etta edella esitetty pelkastaan havainnollistaa keksinnon periaatteita, ja etta alan asiantuntija voi tehda tahan keksintoon erilaisia muutoksia. Esimerkiksi, vaikka sukkinaatti ja sitraatti onkin mainittu mahdollisina palamista saatavina kemikaaleina, niin kuitenkin toivottaessa voidaan myos kayttaa muita tavanomaisia palamista saatavia kemikaaleja. Edelleen kuvatun paperikoneen yksi, useampi tai kaikki komponentit voidaan kaantaa tai muuntaa paperikoneen erilaisen rakenteen aikaansaamiseksi.
1 6 Edelleen on selvaa, etta edella pyorivan, kouruja (ei esitetty) kasittavan rummun 21 yhteydessa kuvattua imulaatikkoa 26 voidaan kayttaa myos yhta hyvin kuvioissa 1 ja 2 esitetyn, rakoja 22 kasittavan rummun kanssa. Nain ollen nahdaan, etta keksinnossa saadaan aikaan laminoimaton paperi, jossa on lukuisia poikkisuuntaisia alueita, joiden neliomassaa on suurennettu. Tailaista paperia voidaan kayttaa kaaremateriaalina, joka muuttaa savuketuotteesta saatavien imaisujen lukumaaraa. Taman keksinndn ansiosta savuketuotetta varten tarkoitetuissa kaaremateriaaleissa kaytettavan, palamista hidastavan aineen maaraa voidaan vahentaa ja keksinnon ansiosta paisutetun tupakan laajempi kaytto on mahdollinen. Reksinnossa saadaan edelleen aikaan menetelma paperin tuottamiseksi, jonka menetelman avulla lukuisia erilaisia materiaaleja voidaan levittaa paperille poikkisuuntaisesti.
Patenttivaatimukset 1. Laminoimaton paperi, joka kasittaa selluloosakuitua olevan perusrainan, t u n n e t t u siita, etta siina on lukuisia poikkisuuntaisia alueita, joiden neliomassa on suurempi kuin perusrainan neliomassa. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paperi, t u n n e t t u siita, etta neliomassa on suurennettu jopa 100 % perusrainan neliomassaa suuremmaksi, edullisesti 0,01-30 % perusrainan neliomassaa suuremmaksi. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen paperi, t u n n e t-. t u siita, etta kukin, poikkisuuntainen alue on jakaantunut useiksi erillisiksi lohkoiksi, jotka ovat poikkisuunnassa toisistaan erillaan. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen paperi, t u n- n e t t u siita, etta poikkisuuntaiset alueet sisaltavat perusrainan lisaksi ylimaaraista materiaalia, joka on edullisesti se11u1opsamateriaalia tai tayteainetta. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen paperi, t u n n e t t u siita, etta sita voidaan kayttaa savukkeessa tai muussa savuketuotteessa. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen paperi, t u n n e t t u siita, etta paperin neliomassa on riittava savuketuotteen staattisen palamisnopeuden pienentamiseksi. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen paperi, t u n n e t t u siita, etta poikkisuuntaisten alueiden leveys on 1-10 mm, edullisesti 1, 5-5 mm. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen paperi, t u n n e t t u siita, etta poikkisuuntaiset alueet sijaitsevat 5-40 mm:n etaisyydella toisistaan, edullisesti 15-30 mm :n etaisyydella.
18 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen paperi, t u n n e t t u siita, etta perusrainan huokcisuus on 25-60 Coresta-yksikkoa, ja etta poikkisuuntaisten alueiden huokoisuus on korkeintaan 10 Coresta-yksikkoa. 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen paperi, t u n n e t t u siita, etta sen paksuus on olennaisesti yhdenmukainen. 11. Menetelma laminoimattoman paperin valmistamiseksi muodostamalla selluloosamassasta liikkuva perusraina paattymattoman viiran paalle, t u n n e t t u siita, etta - ta11e liikkuvalle perusrainalle levitetaan lisamateriaalia siten, etta saadaan lukuisia poikkisuuntaisia alueita ; - sen jalkeen, kun lisamateriaali on levitetty, liikkuva perusraina nuristetaan sellaisen paperin muodostamiseksi, jolla paperilla on lukuisia poikkisuuntaisia alueita, joiden neliomassa on suurentunut. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelma, t u n n e t t u siita, etta vaihe, jossa lisamateriaalia levitetaan, kasittaa lisaksi tyhjon tuottamisen liikkuvan perusrainan alapuolelle siina, missa lisamateriaalia levitetaan. 13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen menetelma, t u n- n e t t u siita, etta vaiheessa, jossa lisamateriaalia levitetaa.n : - onttoa rumpua, jossa on lukuisia reikia, pyoritetaan ; ja - lisamateriaalia johdetaan lisamateriaalilahteesta naihin reikiin, jolloin rummun pyorimisen seurauksena lisamateriaa- 1i saadaan siirtymaan liikkuvalle perusrainalle. 14. Patenttivaatimuksen 11, 12 tai 13 mukainen menetelma, t u n n e t t u siita, etta lisamateriaali on ruoho-, puu- tai pellavamassaa. 2081954131
19 15. Tasoviirakoneen tyyppinen paperikone, jossa on valine (12) tietyn massamaaran syottamiseksi liikkuvalle, paattymattomalle rainanmuodostusviiralle (14), joka sijaitsee valineen (12) alapuolella, siten, etta saadaan aikaan massaraina (16), t u n n e t t u siita, etta se kasittaa : - levityslaitteen (20) lisamateriaalin levittamiseksi massarainalle perakkaisiksi poikkisuuntaisiksi alueiksi, jossa levityslaitteessa (20) on massalahde ja valineet (22,23,24,25) massan saattamiseksi leviamaan jaksottaisesti rainalle poikkisuunnassa viiralla (14) olevan massarainan (16) kulkusuuntaan nahden; seka - telavalineen (18), jonka tehtavana on massarainan (16) puristaminen laminoimattomaksi paperiarkiksi. 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen kone, t u n n e t t u siita, etta levityslaite (20) kasittaa onton pyorivan rummun (21), jossa on lukuisia rakoja (22), paikoillaan pysyvan kengan (23), joka on kosketuksessa rummun sisapinnan kanssa, ja jossa on aukko (24), jonka lapi lisamateriaali kulkee, seka valineen (25) iisamateriaalin johtamiseksi lisamateriaaliiahteesta paikoillaan pysyvaan kenkaan, rummun pyorimisliikkeen keskeyttaessa lisamateriaalin virtaamisen paikoillaan vasta kengasta massarainalle. PYs Y- 17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen kone, t u n n e t t u siita, etta raot (22) ovat olennaisesti yhdensuuntaisia pyorivan rummun (21) pituusakselin kanssa. 18. Patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukainen kone, t u n n e t - t u siita, etta rakojen ieveys on 1-10 mm. 19. Patenttivaatimuksen 16, 17 tai 18 mukainen kone, t u n - n e t t u siita, etta raot ovat 5-40 mm :n etaisyydella toisistaan. 20. Patenttivaatimuksen 15, 16, 17 tai 18 mukainen kone, t u n n e t t u siita, etta levityslaite (20) kasittaa lisaksi