具体实施方式

以下描述是为了使本领域的任何技术人员都能够制造和使用该系统、并且是在特定应用的背景下提供的。对于本领域技术人员而言，所披露的实施例的各种修改是显而易见的。

术语“顶部”、“底部”、“侧”、“前”、“后”、“向前”、“后方”以及其他描述特征取向的术语不旨在是限制性的，并且在使用时仅被包括在内以便利于在附图的背景下描述这些特征的相对位置。在使用中或在储存期间，特征可以以其他取向设置。

用于吸烟制品的螺旋钻填充器是以适合于连接到多个不同种类的驱动构件的模块化型式提供的。可以附接例如呈可旋转手柄形式的手动驱动构件，以形成便携式填充器。可以附接电池供电的电动马达以形成替代的便携式填充器。填充器装置还可以连接到电源线供电的电动马达以在使用者的家中或其他基础位置使用。

图1A示出了没有任何驱动构件的这种模块化螺旋钻填充器装置1100的示例。图1A从出料口端示出了装置1100的透视图，其中出料口1120可见，烟管或类似物可以装配到该出料口上以进行填充。可以通过打开翻盖1111来装载烟草和/或其他填充材料。替代性地，由翻盖1111封闭的料斗可以保持打开而没有翻盖。然而，提供翻盖减少了在使用期间损失填充材料的机会，从而使装置的使用不那么杂乱。还允许装置充当烟草储存器，其可以例如容纳足够的填充材料以便为一个使用者制作一天的吸烟制品，使得他们每天只需要随身携带该装置、便携式驱动构件和足够的管，以便根据需要且在需要时自己制作吸烟制品。

图1B示出了装置1100的与出料口端相反的端，该端包括驱动构件联接器1140。驱动构件联接器1140被配置为将装置1100内的螺旋钻(未示出)可操作地连接到驱动构件。在图1B所示的示例中，驱动构件联接器1140包括两个凹入磁体1141和从动轴1142。从动轴1142与螺旋钻一起相对于装置1100的主体自由地旋转。

图2至图4分别示出了示例手动驱动构件2200、电池供电的驱动构件3200和电源线供电的驱动构件4200，每一者都被配置为驱动图1A和图1B的示例螺旋钻填充器装置1100。

图2至图4所示的驱动构件2200、3200、4200中的每一者包括与装置1100的凹入磁体1141相对应的突出磁体2241、3241、4241。以此方式，驱动构件2200、3200、4200的突出磁体2241、3241、4241可以装配到凹入磁体1141的凹部中，使得驱动构件2200、3200、4200以过盈配合保持到装置1100上。磁体1141、2241、3241、4241的极性被布置为将驱动构件2200、3200、4200吸引到装置1100，从而增加它们之间的连接的强度。磁体1141、2241、3241、4241的强度可以被配置为使得连接可以用手断开，但足够强以保持承受装置1100或驱动构件2200、3200、4200的重量(只要支撑另一者的话)。这个连接强度对于手动驱动构件2200和电池驱动构件3200特别有利，因为它们是便携式的并且可以在缺少任何支撑表面的情况下使用。在替代性示例中，可以仅使用过盈配合、仅使用磁体和/或以诸如使用夹紧机构的一些其他方式来形成连接。

图2至图4所示的驱动构件2200、3200、4200中的每一者进一步包括驱动轴2242、3242、4242，该驱动轴被配置与装置1100的从动轴1142接合，使得它们一起旋转。驱动轴2242、3242、4242可以键合到从动轴1142(如图所示)、用花键联接到该从动轴或者被配置为以一些其他方式与该从动轴接合。

图2的手动驱动构件2200的驱动轴2242借助于手柄2210进行旋转。在该示例中，手柄2210是折叠式手柄，从而允许驱动构件2200保持紧凑，如图2所示，以便在不使用时容易携带。

图3的电池供电的驱动构件3200的驱动轴3242借助于使用按钮3210接通和断开的电池供电的电动马达(未示出)进行旋转。

图4的电源线供电的驱动构件4200的驱动轴4242借助于使用按钮4210和4211接通和断开的电源线供电的电动马达(未示出)进行旋转。按钮4210和4211中的一者可以是接通按钮并且另一者是断开按钮。替代性地，按钮4210和4211中的每一者可以是接通/断开按钮，类似于图3的电池供电的驱动构件3200的按钮3210，但可操作来以不同的速度致动驱动构件4200。例如，最初可以致动高速按钮4210以填充管的大部分，然后可以致动低速按钮4211以完成更准确地填充至期望的水平。作为另一个替代方案，一个按钮4210可以是触发短功率突增来填充小管的小管按钮，而另一按钮4211可以是触发更长功率突增来填充大管的大管按钮。

图4的电源线供电的驱动构件4200进一步包括搁置部4260，该搁置部被配置为在使用时支撑装置1100。电源线供电的驱动构件4200具有平坦基部，使得它可以容易储存在基础位置，并且例如当使用者希望在单一阶段中填充很多管时，可以在诸如桌子的支撑表面上使用。相反，图2的手动驱动构件2200和图3的电池供电的驱动构件3200是大致桶形的以便携带，从而允许它们被舒适地携带在使用者的口袋中或者容易滑进和滑出手提包。

图5示出了示例装置5100(比如图1的装置1100)的部件。出料口5120、翻盖5111和从动轴5142全都被示出并且类似于上面讨论的图1所示的对应部件。翻盖5111用来提供和防止进入料斗5110，烟草或其他切割植物材料可以装载到该料斗中。螺旋钻5130延伸穿过料斗5110并进入出料口5120中，以将料斗内容物运送到出料口5120中并穿过该出料口。螺旋钻5130具有主干部分5131，其功能将在下面关于图6D描述。

出料口壳体5180也围绕出料口5120大致同轴地设置，使得烟管或类似物可以轴向地引导到出料口上并保持在那里以进行填充，出料口壳体5180用来防止管相对于出料口5120的中心轴线变得倾斜并且因此变得不均匀地填充。

可旋转套环5170围绕出料口壳体5180大致同轴地设置。套环5170与叉形弹簧锤5160协作以允许使用者以将在下面关于图9A至图9C更详细地描述的方式调整装置5100向其吸烟制品提供的填充重量。

转到装置5100的驱动构件联接器端，设置了后挡部5191和挡板衬套5192以将从动轴5142与料斗5110分开，从而以将在下面关于图14A和图14B更详细地描述的方式防止料斗内容物回流到驱动机构中。

最后，本体壳体部分5112围绕其他部件装配在一起以便以紧凑的方式将它们保持在一起以易于携带，但套环5170、螺旋钻5130、后挡部5191、挡板衬套5192和从动轴5142相对于本体壳体5112自由地旋转。翻盖5111被定位为提供和防止在使用时进入在料斗5110的开放顶部上方的本体壳体5112中的开口。

图6A和图6B示出了示例手动螺旋钻填充器，该手动螺旋钻填充器包括联接到类似于图2的手动驱动构件2200的手动驱动构件6200的类似于图1A和图1B的装置1100的装置6100。图6A是从出料口端的透视图，示出了出料口6120、套环6170、翻盖6111和手柄6210，该手柄向里折叠以供储存。图6B是从手柄端的透视图，其中手柄6210被示出为向外折叠以供使用。通过将待装配的管装配到出料口6120上并转动手柄6210来实现填充器的操作。

图6C示出了图6A和图6B的手动驱动构件6200的部件。使用齿轮系统来使经由手柄6210输入的旋转加倍，从而减少使用者施力。手柄6210可操作地连接到行星齿轮系统的环形齿轮6251，使得环形齿轮6251随手柄6210一起旋转。环形齿轮6251与由托架6254支撑的多个行星齿轮6253(在该示例中，三个行星齿轮6253)啮合，这些行星齿轮进而与太阳齿轮3252啮合。太阳齿轮6252可操作地连接到驱动轴6242，使得驱动轴6242随太阳齿轮6252一起旋转，例如，太阳齿轮6252可以键合到驱动轴6242。还在图6C中可见两个突出磁体6241，该两个突出磁体类似于上面关于图2描述的突出磁体2241。

图6D是图6A和图6B所示的螺旋钻填充器的竖直轴向截面，其中手柄如在图6A中那样向里折叠。除了出料口6120、套环6170、翻盖6111、手柄6210、环形齿轮6251、行星齿轮6253、太阳齿轮3252和驱动轴6242外，图6D还示出了从动轴6142、叉形弹簧锤6160、本体壳体6112、后挡部6191和挡板衬套6192。在该示例中，齿轮全部设置在驱动构件6200中，但在其他示例中，该齿轮中的一些或全部可以设置在装置6100中。

螺旋形螺旋钻6130也在图6D中示出，该螺旋形螺旋钻从由从动轴6142旋转的大致平滑主干部分6131延伸。主干部分6131从从动轴6142穿过料斗6110的后壁中的孔并且在一定程度上进入料斗6110中。这意味着螺旋钻6130没有一直延伸到料斗6110的后部，因此减少了陷在螺旋钻6130的圈中的填充材料在手柄沿错误方向旋转的情况下被向后带出料斗6110而进入齿轮系统中的机会，由此降低填充材料堵塞齿轮系统的风险。

图6E示出了环形齿轮6251、行星齿轮6253和太阳齿轮6252啮合以形成行星齿轮系统6250。在该示例中，太阳:行星:环形齿比是7:29:65，从而提供9.3:1的优点。因此，手柄6210和与其连接的环形齿轮6251的单次360°旋转会驱动太阳齿轮6252和与其连接的螺旋钻完整旋转九次，从而向本发明的填充装置1100提供极高的填充效率。

图6F示出了行星齿轮系统6250的部件：环形齿轮6251、行星齿轮6253、太阳齿轮6252以及行星托架6254。

图7A示出了示例电池供电的螺旋钻填充器，该电池供电的螺旋钻填充器包括联接到类似于图3的电池供电的驱动构件3200的电池供电的驱动构件7200的类似于图1A和图1B的装置1100的装置7100。电池可以是例如锂离子。电池可以例如为刷盘马达供电。图7B是电池供电的驱动构件7200的后方的细节，示出了可以联接到充电电缆7300的充电端口7270。例如，可以使用微型USB电缆。替代性地，电池供电的驱动构件7200可以被配置有其电池的出入口以在耗尽时移除并更换它们。

图8示出了示例电源线供电的螺旋钻填充器，该电源线供电的螺旋钻填充器包括联接到电源线供电的驱动构件8200的类似于图1A和图1B的装置1100的装置8100，该电源线供电的驱动构件经由电源线电缆8300连接到电源线供电装置。

图9A示出了朝向装置(诸如图1A和图1B的装置1100)的出料口端发现的部件。示出了出料口9120以及出料口壳体9180、叉形弹簧锤9160和套环9170。铰链孔9162、9182分别设置在叉形弹簧锤9160和出料口壳体9180中，使得它们可以经由装有弹簧的铰链彼此连接，其中螺旋形的螺旋弹簧(未示出)被布置在它们之间，该螺旋弹簧的一个端面坐落在叉形弹簧锤9160的凹部9163中。

图9B是穿过悬臂式叉形弹簧锤9160的竖直截面，示出了其弹簧臂9161的厚度t，该厚度可以是例如0.5mm至1.0mm，例如0.7mm。弹簧臂9161可以例如由被配置为在其材料变形的弹性范围内挠曲的塑料(例如乙酰或尼龙)形成，以避免在套环9170旋转时(如将在下面关于图9C描述)永久变形且后续需要拧紧调整。

返回图9A，叉形弹簧锤9160被布置为可绕枢轴9162枢转到套环9170中，以在填充操作期间向出料口9120和填充香烟纸管施加保持力。来自叉形弹簧锤9160且更具体地在弹簧臂9161的自由端的球形按压头9164的这个保持压力防止这种纸管在填充期间滑动远离出料口9120，从而在填充操作期间使得使用者不必永久地保持纸管。此外，叉形弹簧锤9160压力可以由使用者借助套环9170的内部凸轮轮廓手动地调整，叉形弹簧锤9160的与其枢轴9162相对的远端部分9165搁置在该内部凸轮轮廓上并且能够在套环旋转时滑动，如现在将关于图9C描述。

图9C示出了套环9170的内部凸轮轮廓，该内部凸轮轮廓被配置为由叉形弹簧锤9160沿循以调整由叉形弹簧锤9160提供的抓持。将套环9170转动180°使叉形弹簧锤9160从用于插入管的中性零位置转变，在该位置，球形头9164不接触出料口9120并且填充管可以在出料口周围自由地滑动，从而将抓持水平增加至最大抓持水平，由此锤的球形头9164以牢固保持的方式将管压到出料口9120上。然后通过驱动构件来转动螺旋钻，以开始向管中引入烟草。一旦烟草已经填充至与出料口的端部齐平，管就开始从出料口轴向地离开，并且继续离开出料口直到完全满了为止，此时它从端部掉落以便由使用者接收。叉形弹簧锤9160在管上抓持越紧，该管离开就越慢且因此填充越密集，并且在吸烟制品中实现的总填充重量越高；因此，套环9170的旋转会改变装置9100的填充重量设置。

装置9100可以设置有标记以向使用者指示预定填充重量，但如果需要，他们可以选择在标记的那些重量中间的填充重量。此类标记可以是可见的，例如描画的刻度线，和/或可以向使用者提供触觉反馈，例如在设置为泡泡或者其他凸起或凹入特征的情况下。替代性地或另外地，装置可以被配置为在套环旋转经过标记中的每一者时发出咔哒声以向使用者提供听觉和/或触觉反馈。

第一固定标记可以例如在装置9100的本体壳体的顶部上朝向邻接套环9170的边缘居中设置，并且第二和第三固定标记可以围绕例如与第一固定标记相距90°且与第一固定标记直接相对的边缘设置。指针9171可以设置在套环9170上，如图9A所示。当指针9171与第一固定标记对准时，凸轮轮廓的点P₀是最高的并且叉形弹簧锤9160处于其中性位置，使得管可以容易插入在出料口9120与出料口壳体9180之间。当套环9170被转动而使得指针9171与第二固定标记对准时，点P₁是最高的并且叉形弹簧锤9160被保持在预定的中间位置，这将导致第一预定填充重量，例如大约0.4g。当套环9170被转动而使得指针9171与第三固定标记对准时，点P₂是最高的并且叉形弹簧锤9160被保持在最大张紧位置，这将导致最大填充重量，例如大约0.6g。

套环9170的内部凸轮轮廓是在点P₀、P₁和P₂处与叉形弹簧锤相切的花键，其从点P₀处的外直径D₀经过点P₁处的中间直径D₁前进到点P₂处的内直径D₂。中间直径与内直径之间的差值D₁-D₂可以是例如0.5mm。

除叉形弹簧锤外的装有弹簧的锤的其他设计可以与可手动旋转的套环一起使用，该可手动旋转的套环具有内部凸轮轮廓以通过类似方式在其他示例装置中提供填充重量调整。例如，代替叉形弹簧锤9161，可以提供泡沫、塑料或橡胶块。然而，如果使用叉形弹簧臂9161，管与叉形弹簧臂9161之间的摩擦低于管与此类块之间的摩擦确实降低了管撕裂的风险。可以通过向这些块提供凸形轮廓来降低这些块将管撕裂的趋势。如果使用块，那么橡胶和塑料提供比泡沫更耐久的解决方案，从而增加装置的寿命。

图10示出了可以如何容纳装置(诸如图1A和图1B的装置1100)的料斗。

料斗10110具有大致v形内部轮廓以朝向螺旋钻将填充材料向下传送，该螺旋钻朝向料斗10110的底部定位。

料斗10110设置在第一本体壳体部分10112a与第二本体壳体部分10112b之间。本体壳体部分10112a、10112b包括被布置为接纳各种其他部件的通道，使得这些部件相对于彼此正确地放置。

本体壳体部分10112a、10112b中的每一者具有上部切口部分，使得当它们围绕料斗10110合在一起时，在料斗10110上方提供开口。该开口可以被翻盖10111覆盖，该翻盖经由铰链10113附接到第一壳体部分10112a。

翻盖10111具有抓持部分10114，当翻盖10111被关闭时，该抓持部分压在第二壳体部分10115中的凹部10115上，使得在抓持部分10114与凹部10115之间提供空间，使用者可以将其手指钩到该空间中以打开翻盖10111。

翻盖10111拱成隧道式腔体以提供空间来使材料进行循环和自行搅拌，从而导致均匀填充。替代性地，可以提供扁平翻盖来代替凹形翻盖10111，或者具有成角度的轮廓以朝向螺旋钻将填充材料向下传送。成角度的翻盖轮廓最初提供增加的流动一致性，但趋向于导致填充材料浓缩，这可能会造成堵塞，从而需要手动搅拌以进行清理。这由使用诸如图6A和图6B所示的手动驱动装置通过用烟草将料斗填充至水平、附接待测试的翻盖然后将手柄转动100次而产生的在表1中示出的测试结果证明。

表1

翻盖10111和/或本体壳体部分10112a、10112b中的一者或两者可以是至少部分透明或半透明的，使得使用者可以看到料斗10110的内容物。这允许其监视料斗10110是否需要重新填充，并且看看螺旋钻机构是否变得堵塞。

如果填充材料包括过大的颗粒，例如特别长的烟草丝，则可能会造成螺旋钻机构堵塞。图11F示出了示例滑动搅拌器11150，该滑动搅拌器可以添加到上述示例装置的本体壳体，以允许使用者搅拌和/或切割料斗内容物来使该机构畅通而不必打开翻盖。如果使用诸如图6A和图6B所示的手动驱动装置，则可以例如手柄每转动大约50至60次就使用这种滑动块。滑动搅拌器11150包括竖直带凸缘的杆柱11151和水平轨道11152，该水平轨道大致平行于螺旋钻设置，但这两者从该螺旋钻水平地且向上竖直地偏移。带凸缘的杆柱11151的凸缘11153被配置为坐落在轨道11152上，其中杆柱向下悬置，从而延伸到料斗中，使得可以通过沿着大致平行于螺旋钻的轨道11152滑动带凸缘的杆柱11151的凸缘端来搅拌该料斗的内容物。带凸缘的杆柱11151的凸缘端可以设置有向上突出部分11154，以充当手柄来供使用者抓握或推动。带凸缘的杆柱11151的远端可以设置有比杆柱的主体块的球状部分11155，以在它沿着轨道11152滑动时将料斗内容物钩到杆柱11151上，从而增加料斗内容物将通过搅拌器11150的动作而分散的机会。

图12示出了具有长度l、直径d和相对于出料口的轴线以θ成角度的前缘的示例出料口12120。θ可以是例如55°。

出料口越长，填充密度越大并且填充材料在填充的管中的分布越均匀。这由表2所示的测试结果证明。

表2

已经发现，30mm至40mm的出料口长度使管沿着其整个长度填充。然而，出料口越短，装置越紧凑且因此越容易便携。为了在这些考虑之间实现适当的平衡，l可以是例如30mm。

出料口越窄，越容易将管装配到该出料口。然而，出料口越宽，可实现的填充重量越高。这由填充8mm直径管的表3所示的测试结果证明。

表3

d可以是例如7mm以在容易将常用管大小装配到出料口与填充重量之间实现适当的平衡。

图13A和图13B示出了可以在上述示例装置中的任一者中使用的示例螺旋钻13130。该螺旋钻可以是空心螺旋钻，如图13A的侧视图所示，其具有如图13B的轴向截面所示的圆形截面。该空心螺旋钻可以例如由金属制成。螺旋钻可以具有逆时针设计。当联接到上面关于图6A至图6F描述的示例手动驱动构件时，这有益于用右手的使用者，因为然后可以通过顺时针转动手柄来填充管。

可以使用具有中心杆的螺旋钻来代替空心螺旋钻。这降低了堵塞的风险但已经发现不太有效，从而需要更大量的旋转来运送相同重量的填充材料。

可以使用具有正方形截面的螺旋钻来代替具有圆形截面的螺旋钻。正方形截面的螺旋钻通过切穿其中捕获的填充材料来更有效地清空料斗，但在出料口内往往更容易堵塞。小的填充材料切屑也可能很容易从填充的管的开口端落下。

此外，替代性螺旋钻设计包括钻头型螺旋钻和杯状阿基米德螺旋型螺旋钻。然而，已经发现图13A和图13B的圆形截面的空心螺旋钻13130比这些中的任一者都更有效。

图14A和图14B示出了示例防护件14190，以例如在螺旋钻沿错误方向转动的情况下，防止诸如烟草的填充材料向后经过诸如上述那些的装置的料斗。图14A示出了防护件14190的部件：后挡部14191和挡板14192。在该示例中，挡板14192被形成为从动轴14142的部分，但它们也可以单独地提供。

图14B是在穿过装置(诸如图6D的装置6100)的竖直轴向截面中示出的这些部件的近距离图。后挡部14191插入料斗14110的后壁中的孔口中，螺旋钻14130穿过该孔口联接到从动轴14142。后挡部14191具有向外延伸超出孔口的边缘的边沿，以防止料斗内容物通过料斗14110与后挡部14191之间的接口从该孔口逃逸。挡板14192位于后挡部14191的后面。挡板14192比后挡部14191甚至进一步径向向外延伸。因此，防止通过料斗14110与后挡部14191之间的接口或通过螺旋钻14130与后挡部14191之间的接口逃逸的任何料斗内容物向后前进。填充材料从料斗14110行进离开装置的后端的唯一可能路径由虚线指示，其中第一道防线由后挡部14191提供并且第二道由挡板14192提供，从而使极不可能运送任何此类填充材料。替代性防护件可以仅使用后挡部或仅使用挡板。

图15是阐述使用诸如上述示例装置中的任一者的装置来用诸如烟草的切割植物材料填充管状套筒的方法15000的流程图。在步骤15010处，将切割植物材料引入到料斗中。在步骤15020处，将空的管状套筒装配到出料口上。在步骤15030处，将驱动构件可操作地联接到驱动构件联接器。在完成可以按任何顺序执行的所有步骤15010、15020和15030之后，在步骤15040处，启用驱动构件以使螺旋钻旋转。

考虑到在此披露的实施例的说明和实践，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。说明和示例意图被认为仅是示例性的。

此外，在本申请以特定顺序列出了方法或过程的步骤的情况下，在某些情况下可以甚至方便地改变执行某些步骤的顺序，并且其目的是，除非权利要求中明确陈述了此类顺序特殊性，否则在此要求保护的方法或过程权利要求的特定步骤不应被解释为是特定顺序的。也就是说，除非另有说明，否则可以以任何顺序执行操作/步骤，并且实施例可以包括比在此披露的那些操作或步骤更多或更少的操作/步骤。进一步预期的是，根据所描述的实施例，在另一操作之前、同时或之后执行或实施特定操作/步骤。