CN101489874A - 采用薄膜识别控制器充气和密封包装衬垫的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种充气和密封包装衬垫的设备，该设备使用控制器，用于从预成型薄膜材料获得信息，并自动设置一个或多个适用于充气和填充该薄膜的操作参数。该控制器能够避免或减少对用户输入的需求，从而使设备的使用更加简单。

Description

采用薄膜识别控制器充气和密封包装衬垫的方法和设备

背景技术

充气枕头或衬垫可作为包装材料和空隙填充物应用于运输纸箱等领域。这种衬垫通常由两层塑料薄膜材料密封在一起，形成充满空气或其它合适气体的多个腔室。该衬垫通常由一种长卷材料制成，该材料通常具有一个沿薄膜延伸的纵向和横穿薄膜的横向。该薄膜可以由塑料或者其它现有技术中已知的材料制成。该薄膜可以由卷筒或盒子提供和储存。通常地，该薄膜在横向上设置有贯穿薄膜的穿孔，但是也可以设置在其它方向上，例如对角地。这些穿孔可以设置成不同的形状，例如，设置在一个或连续一组衬垫上，这样可以撕开或以其它方式分离这些衬垫。

虽然充气垫的重量非常轻，但是它们占用了大量的空间。为了减小必须运输和储存的材料的体积，例如衬垫，通常在使用地点或者接近使用地点制造。为了避免包装商和运输商对大型、复杂的衬垫制造机器的需要，充气包装衬垫的供应商通常为它们的客户提供预制薄膜材料，在该薄膜材料上主要的密封和穿孔已经形成。

使用预制薄膜材料的包装商和运输商通常使用相对廉价和易于操作的机器，在使用地点或者接近使用地点充气和密封这些材料以制造衬垫。许多机器配置有一个拉伸导向元件，该元件插入薄膜中的一个纵向延伸的沟槽中，用于引导薄膜穿过该机器。在有些机器中，该导向件包括一个喷嘴，向衬垫腔室中注入空气。在另一些机器中，注入空气的注射件与导向件分离。美国专利6209286、6659150、6410119、7174696，披露了通过拉伸导向元件向衬垫腔室内注入空气的机器实例，这些专利均在此引入作为参考。wo00/43198、wo00/43270和美国专利5873215、6375785批露了充气气体注入薄膜的开口边或通过穿孔注入的机器实例，这些专利均在此引入作为参考。

虽然相对容易使用，目前可利用的充气和密封机器通常需要用户输入某些标准，特别是将薄膜卷筒更换为具有不同厚度、不同合成材料组合物、和/或能够影响例如密封温度和压力等参数的其它特性的薄膜卷筒时。这就需要改进机器，通过消除或尽量减少用户输入，使其能够更易于操作。这样可以缩短所需的操作员培训时间、减少由于操作失误而造成的材料损耗，从而节约成本。

传统的充气和密封机器，其密封压力通常是根据薄膜的特定厚度或厚度范围预先设定的。当用户需要在不同厚度的薄膜之间切换时，则必须调节密封压力，以实现合适的操作。这种调节通常需要一名技术人员操作该机器，尤其是拆卸密封机械，以及更换弹簧和/或其它机器部件。这就迫切需要一种改进的机器，可以相对比较容易地控制密封压力，这样无须大量拆卸机器或更换零件即可实现调节。

发明内容

本发明的一方面包括一种使用预制薄膜材料制造充气包装衬垫的方法及装置。在一些实施例中，预制薄膜材料可以包括纵向延伸的沟槽和多个与沟槽相通的充气腔室。在这些实施例中，薄膜材料可以供应给一个细长元件，该细长元件在纵向延伸的沟槽中可以定位，并设计成使填充气体通过一个分离或者整体的注射器进入腔室，从而将衬垫充气。在一个可选实施例中，薄膜材料具有一个开口边，填充气体通过注射器进入该开口边。

本发明的一方面涉及密封压力的方便控制。密封压力可以被调节，例如，通过改变密封元件和支撑表面之间的距离或压缩弹簧或弹性材料从而产生更多或更少的密封力。在一个优选实施例中，提供一种线性致动器以调节密封元件和/或支撑面的相对位置。在另一个实施例中，密封压力可以通过简单手动操作进行调节，例如，旋转翼形螺钉等，以调节密封元件和/或支撑面的相对位置，而不需要大量拆卸机器或更换零件。

在一个实施例中，给定薄膜的一个或多个合适的操作参数，例如密封压力、密封温度、充气标准、保压时间，都输入给机器(例如，手动或自动方式)，并比较相应的现有机器设置。如果现有的设置是合适的，则允许机器操作开始或继续。如果一个或多个设置是不恰当的，则调整设置，然后机器操作开始或继续。

根据本发明的另一方面，提供了一种具有控制器的充气和密封包装衬垫的装置，能够决定位于装置附近的薄膜的至少一个参数。在某些方面，该控制器从位于操作位置的薄膜获得信息。可选地，该装置可以设计成，控制器在薄膜位于与装置的预定距离、或不论是否在操作位置时获得信息。还可以选择为，该装置可配备一个设备，如条形码阅读器，通过该设备操作者可以发出指令启动控制器，从而获得薄膜供应的信息。

在本发明的另一方面中，同时提供充气腔室的预制薄膜材料和数据源。该数据源包括与薄膜的一种或多种特性相关的信息和/或薄膜充气和密封的合适条件。该数据源可以是一个射频识别(RFID)标签、条形码、注册商标或其它机器可读的信息来源。在一个优选实施例中，一个标签还可以是可机器书写的，这样信息就可以写回到标签上。例如，在加工过程中，提供给加工的薄膜材料的数量可以写入标签。通过这种方式，在供应的薄膜材料用完时，标签则会包含能够反映出没有材料剩余的信息给供给源。该信息还可以传达给机器，以防止机器在标签从过期的薄膜供给源移除且附连至新的供给源时继续加工。由于该标签包含正在处理地具有特定性质薄膜材料的独特信息，而且不同的薄膜材料通常需要不同的加工条件，这样可以防止不同的薄膜材料重复使用该标签。在非正常条件下加工薄膜材料是不可取的，因为这会导致产品性能低下，例如，薄膜熔化或燃烧，密封强度不足，和/或不当的充气水平。

在本发明的另一方面中，提供一种能够卷绕到具有充气腔室的预成型薄膜材料的芯部，其具有数据源，该数据源包括与薄膜的一种或多种特性相关的信息和/或薄膜充气和密封的合适条件。该数据源可以是一个射频识别(RFID)标签、条形码、注册商标、或其它机器可读的信息来源。优选提供的标签是机器可书写(machine-writable)的。例如，芯部上与薄膜材料的存在、缺乏或数量相关的信息可以写入标签，并用于控制或影响机器充气和密封包装衬垫的加工。可取的是，当标签表明所有的原薄膜用完后，可以防止机器的加工操作，从而防止在一种薄膜供给结束后重新使用该标签。对不同的薄膜材料重复使用标签会导致不合适的操作参数，从而产品性能低下，例如，薄膜熔化或燃烧，密封强度不足，和/或不当的充气水平。

虽然为了示意性目的，本发明的某些方面在发明内容部分被特别指出，本发明的其它方面在说明书的以下部分将给出详细说明。本发明上文中描述的方面和下文中描述的附加方面可以在合适的情况下综合考虑。

附图说明

下文将结合优选实施例、给出的实例以及附图对本发明给出更加详细的说明。

图1是用于制作充气包装衬垫的预制薄膜材料的平面图，图中部分剖视。

图2是美国专利7174696中描述的，用于充气和密封充气包装衬垫的装置的透视图。

图3是图2所示装置的分解透视图。

图4是图3所示装置中密封元件的局部侧面垂直投影图。

图5是图4所示密封元件的局部横断面图。

图6是图2所示装置的输送预制薄膜材料至充气包装衬垫的操作图。

图7是另一种用于制作充气包装衬垫的预制薄膜材料的平面图。

图8是与本发明另一实施例相关的，用于充气和密封充气包装衬垫的装置的前透视图。

图9是图8所示装置的后透视图。

图10是图8所示装置的密封机构的分解视图。

图11是根据本发明可选实施例，具有相对的加热棒的密封机构的示意图。

图12是根据本发明一个实施例，能够用于薄膜识别的RFID收发器的结构图。

图13所示的是一种预成型的薄膜材料，该薄膜材料具有可对腔室进行充气的开口边。

图14所示的是一种可选的预成型的薄膜材料，该薄膜材料具有可对腔室进行充气的开口边。

图15是根据本发明的一方面，对一个或多个操作参数进行识别和调节的流程图。

图16是根据本发明优选实施例，用于充气和密封充气包装衬垫的装置的透视图。

图17是图16所示装置的侧面透视图；图17a表示的是图16所示装置的薄膜导向元件的可选形式。

图18是图16所示装置中薄膜驱动机构的分解视图。

具体实施方式

根据本发明的一个方面，用于充气和密封充气包装衬垫的装置，适用于方便的控制密封压力。密封压力调节用于在加工例如不同厚度的薄膜时调节机器。在一个优选实施例中，提供一种线性致动器调节密封元件和/或支撑面的相对位置，从而控制密封压力。在另一个实施例中，密封压力可以通过简单手动操作进行调节，例如，旋转翼形螺钉等，以调节密封元件和/或支撑面的相对位置，而不需要大量拆卸机器或更换零件。

在一个实施例中，在用于充气和密封包装衬垫的装置中，被加工的薄膜材料的一个或多个操作参数被识别。如图15所示，操作参数可以包括，例如密封压力150a、密封温度150b、充气标准150c、和/或保压时间150d。这些参数输入给机器，并比较相应的现有机器设置，如图15中的151a所示。用户可以手动设置，例如在键区输入，或者如下文详细描述的那样，该参数可以通过射频识别器(RFID)、条形码读取器等方式从薄膜供给源传送。如果现有的设置是合适的，则允许机器操作开始或继续。如果一个或多个设置是不恰当的，则调整设置，然后机器操作开始或继续。

如图15所示的流程图，表示了在确认设置正确(由151a上方的箭头表示)或调节设置为一合适值(由151b下方的箭头表示)之后，确定加工薄膜的合适参数(150a，150b，150c，和/或150d)的循环流程。这个连续的方面可以表示成，例如，在一卷新的薄膜安装到机器上，或者安装一卷薄膜，该薄膜在某方面不同于该机器最近刚加工过的薄膜时，一位操作者检查参数。在可以通过射频识别器(RFID)等方式从薄膜供给源传送到机器的实施例中，在安装一卷新的薄膜或其它情况下需要更频繁的识别参数，例如，定期沿薄膜供给源提供RFID标签、注册商标(registration mark)等。在另一种情况下(不论是操作者手动输入参数还是薄膜供给源传送参数)，在机器加工过程中，操作者还可以做进一步调节，例如，根据已充气衬垫检测的结果。如果衬垫的填充不同于预期水平时，可以选择更高的密封温度，例如，提高密封强度或调节空气填充标准。

在本发明的一个实施例中，该设备可以安装有一个控制系统，以获得薄膜或薄膜供给源的信息。这些信息可以由薄膜自身获得，也可以通过与薄膜供给源联系在一起的结构获得，例如，卷绕到卷筒薄膜的芯部。从薄膜或薄膜供给源获得的信息能够应用于加工装置的一个或多个操作参数，例如，密封温度、密封压力、充气水平、和驱动元件的加工延迟时间。这些或者其它的操作参数受到薄膜的厚度和成分、充气腔室的尺寸和形状、和/或薄膜的其它性能的影响。该控制器可以安装到现有的设备或新设备中。

充气和密封装置可以具有多种不同的结构，下文给出几个实例。预制薄膜材料可以有不同的结构，例如，具有限定出通常是矩形腔室的密封线，如Perkins等人的美国专利7090912或Fuss等人的美国专利6582800所示，或者波浪形密封线限定出非矩形腔室，如De Luca等人的美国专利6410119和6761960所示。通过实例的方式，图1示出了具有两层12、13的薄膜，其由合适的薄膜材料支撑，例如聚合体材料，包括作为这种材料的高密度聚乙烯或低密度聚乙烯。举例来说，薄膜可以包含任何合适的聚烯烃，例如，低密度聚乙烯，同族乙烯/α-烯烃共聚物(homogeneous ethylene/alpha-olefincopolymer)，如茂金属催化乙烯/α-烯烃共聚物(metallocene-catalyzedethylene/alpha-olefin copolymer)，中等密度聚乙烯，高密度聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚丙烯，尼龙，聚偏二氯乙烯包括一个或多个甲基丙烯酸酯或偏二氯乙烯氯乙烯共聚物(a polyvinylidene chloride including one ormore of a methyl acrylate or vinyl chloride copolymers of vinylidene chloride)，聚乙烯醇，聚酰胺，或上述成分的任何适宜的组合。根据不同的应用，这些薄膜可以具有任何合适的厚度，例如从约0.05到约25密耳。在大多数情况下，这些薄膜的厚度大约在0.5-4密耳的范围内。

材料可以以如下形式成型，连接在一起的平的管子，或者沿其两条纵向边16、17闭合，或沿其一条或两条边开放。

如图1所示的薄膜材料，薄膜材料成型为一个独立的拉伸片、或带，例如，通过纵向狭槽挤压起泡，或通过沿其中心线折叠片材以形成边16。对于准备好的薄膜材料，还可以使用其它方法，例如热封覆网。相对边17可以是闭合或开放。在一个实施例中，边16闭合，边17开放。

再次参看图1，两层薄膜被密封在一起，以形成一个纵向延伸通道19和任何数量的合适形状的充气腔室21、22。通道19可以是沿薄膜的一条或两条边和/或沿中间的不同形状。通道沿材料的一条边纵向延伸的地方，一个或多个腔室21、22通常设置成横向穿过材料，即通道的垂直方向或与通道成一定角度的方向。进风口23可以设置在通道19和一个腔室之间延伸。在这些实施例中，开口24使各腔室相互连接。任意地，多个出风口25可以允许充气和密封过程中从通道19中排出过量气体。出风口设置的位置，在通道19和材料的边17之间延伸。边17在出风口25的区域不密封，以允许过量气体通过开口边17排出。可选地，边17也可以是密封的，这种情况下，过量气体可以通过穿孔26排出，穿孔26横向延伸贯穿通道19和/或穿过出风口25。其它的变形也是可能的。例如，有些出风口25可以在边17上开启，其它的出风口25在边17上闭合。

任意地，通常横排或斜排穿孔26可以在连续衬垫或一组衬垫的多个腔室之间延伸横穿薄膜，以便于在腔室充气前后分离材料。可选地，穿孔26能够延伸穿过充气腔室21、22和/或出风口25，以分离成组的衬垫。

如图7所示的薄膜材料，每个衬垫90可以具有一个或多个全尺寸腔室91和任意两个或多个半尺寸腔室92。全尺寸腔室可以选择为具有任意数量的离散部分93的结构(例如4个)，其并行横穿薄膜材料，在离散部分93之间具有开口94。每个半尺寸腔室可以具有任意数量的部分96(例如3个)，各部分之间具有开口94。

进风口98、99在纵向延伸通道101和每个腔室的第一部分之间横向延伸。此外，一个或多个出风口102在纵向延伸通道和腔室外部之间延伸。在一个实施例中，出风口延伸至薄膜材料的邻近边。衬垫之间设置有穿孔103，用于分离衬垫。

图13所示的是WO00/43198批露的一种预成型的薄膜421。该薄膜421能够沿中心线折叠，形成封闭边422和开口边423。横排的穿孔424沿长度方向定间距成型，且在宽度方向上横向贯穿材料。在穿孔424的相对边，材料沿密封线426密封。密封线从封闭边422延伸至邻近开口边423的位置。在充气过程中，空气或其它充气气体注入两层之间，机器沿纵向延伸的密封线428密封各层，从而在腔室中充满空气或其它气体。

图14所示的是US6982113B2批露的预成型的薄膜500的另一实例，该薄膜材料可以通过一个开口边进行充气。薄膜的两层512和514以密封518的形式相互密封在一起，而剩余的未密封区域限定出充气腔室501和充气端口524。各层通过热密封或者胶粘剂连接在一起。一对纵向凸缘530成型在充气部分524和断续密封518以外的薄膜部分512和514。通过凸缘530向腔室501注入空气，然后形成纵向密封552以封闭充气腔室501。

例如图1、7、13或14中所示的任意一种预成型薄膜，可以卷成卷筒或折叠为盒状以形成用于充气和密封装置的供给源。

设备的不同组件，例如薄膜供给源、供料机构等，在不脱离本发明的本质和范围内可以有很大变化。例如，薄膜进给的路径可以是大致水平的，如Perkins的美国专利6209286所示，或者大致竖直的，如Perkins的美国专利6659150所示。图2是美国专利7174696中描述的一种结构的实例，该图示出了一种简单的、自带设备用于对具有穿孔的薄膜材料进行充气和密封。该设备可以包含一种相对较小的隔室31，可适用于放置在桌面或者其它支承表面上。该隔室具有L形的基座32，该基座由竖直的前壁33、端壁34、36和一个盖住隔室上面和侧面的可移除的顶盖37构成。

如图2所示的设备，一对间隔分开的水平延伸的辊子39、41可以设置在机器上方，例如安装在隔室上面，用于接收成卷的穿孔薄膜材料。薄膜卷可以设置成搁置在辊子上，当材料垂下时可以自由旋转。在有些使用间隔设置辊子的实施例中，辊子之间的间隔小于芯部的直径，这样薄膜卷在尺寸减小后不会从辊子之间掉下来。如果需要的话，一个或两个辊子的轴线可以略微倾斜，例如，向上倾斜大约10度，这样可以保持薄膜卷抵靠机器的一条边。在另一个可选实施例中，薄膜可以采用不同方式定位，例如从一个盒子中垂下，或由悬臂辊支撑。

再次参看图2，辊子39可旋转的安装在一个固定轴42上，该固定轴在邻近隔室前方的端壁34、36之间延伸。辊子41可以包括两个相对较短的辊41a、41b，安装在旋转轴42背对辊子39的位置。辊子41a、41b可以设置在机器的相对边，以安装成卷薄膜材料的卷。辊子44可以安装在邻近辊子41的轴43上，位于穿孔薄膜里的纵向延伸通道19的正下方。盘46也可以安装在轴43上，该盘具有开口47，用于光学检测辊子的转动，并从上面移除材料。

在图2所示的设备中，制动器49可以位于朝向隔室的一边，并且其结构用于导向辊子上薄膜卷的定位。在使用制动器的情况下，薄膜卷可以放置在与靠近制动器49的纵向延伸通道19相邻的辊子上，这样通道19和进风口23处于相同位置，而与薄膜卷的宽度无关。如上文所述，一个或两个辊子可以面向隔室的边向下倾斜，此时制动器的设置有助于薄膜卷抵靠该制动器。即使一个或两个辊子以该方式倾斜，它们仍然保持完全水平，薄膜卷的轴线仍然完全平行于辊子的轴线。薄膜卷可以是任何宽度，它甚至可以相对于制动器悬空于隔室之上，只要这种悬空不会引起薄膜卷在辊子上翻到或不稳定即可。

驱动机构51、细长元件52和密封组件53可以合并为一个独立的模块单元54，其位于机器的前端。如图3所示，模块单元54可拆卸的安装在端壁36的外侧，从该壁的开口56伸出，端盖57和前盖58将其封闭起来。

仍然参看图2，盖58在穿过进给供料辊子和密封组件的薄膜材料的进给路径前方终止。凸缘81从隔室的前壁延伸至薄膜路径的后面终止，且与盖的左侧面对齐。该设备还可以包括安装在盖和凸缘81相对边缘的导块82、83，从而限定出薄膜材料的进出开口84，以助于导向材料进入供料辊。此外，导向件86可以设置在细长元件和供料辊上方的隔室正面，从而导向薄膜材料向其移动。

控制面板87可以设置在任何合适的位置，例如端盖57的倾斜部分，驱动模块的右侧。该面板可以实现各种控制，例如，控制机器的开启和关闭，控制不同的操作参数，例如被加工衬垫的数量和耐用性(firmness)。此外，控制面板87可以包括根据来源于薄膜供给源的数据调节多个参数的控制，下文将给出详细描述。

机器的操作和使用可参照附图6给出描述。预制薄膜材料卷28可以放置在辊子39、41上，薄膜卷19的纵向延伸通道边抵靠制动器49，这样纵向延伸通道自身可以与压送辊44和细长元件52对齐。图6中的供料机构具有几个优点，例如易于使用，可以使用其它合适的供料机构，例如包括悬臂供料辊机构。

仍然参看图6，薄膜材料的自由端经由导向件86(如图3所示)向下拉，并进入导向件，例如细长元件。尽管该导向件可以具有不同的形状，在有些实施例中，该导向件是延伸进入纵向延伸通道19的细长元件。一旦越过该导向件，操作者还希望继续向下拉材料至上游供料辊，此后由辊子供料。该导向或细长件的作用就是导向和保持薄膜材料与辊子正确的对齐。

当薄膜材料移动经过导向件，例如细长元件，空气或其它合适的气体可以经由任何合适的机构注入薄膜，无论该机构与导向件是否一体。通过导向件注入气体的位置，可以是导向件里的喷嘴。空气从导向件外部的一个位置或喷嘴注入时，优选靠近薄膜供料路径的空气注入部分。无论上述实施例中的哪种情况，空气可以通过开口，例如开口23、24注入腔室，例如上文中示例性的腔室21、22。空气可以被限定在薄膜上空气注入设备和被辊子39和/或辊子41b压紧的位置之间的区域。视辊子的直径而定，薄膜材料可以在纵向延伸通道被辊子压紧的位置从辊子上退回90-180度角。

导向件可以具有不同的形状。在如图2所示的一个实施例中，导向件包括一个增大的球形物52a位于细长元件的上端。该球形物52a的结构有利于薄膜材料移动经过细长元件端部，且防止空气沿细长元件从纵向延伸通道泄漏。细长元件的另一端设置有配合件52b，用于连接空气泵。

参看附图3、4和6，在充气完成后，成型的薄膜材料移动通过密封组件52，此处辊子77挤压材料接触加热元件76。多层薄膜材料(例如两层)沿相对狭窄的密封线89熔凝在一起，该密封线89沿薄膜材料纵向延伸，横穿开口23以密封腔室。

该设备可以设置有纵切机构，例如刀片以切断薄膜。例如，裂缝可以形成在薄膜的通道中。例如，在导向件与薄膜接触后，纵切机构切割薄膜。纵切机构还可以设置在空气入口的前方或后方。在一个实施例中，纵切机构设置在机器上衬垫充气和密封的位置，薄膜材料移动经过刀片，在邻近纵向延伸通道的材料处切开边缘，这样细长元件可以从通道中退出。另外一个实施例中，在充气之前切断薄膜。还有的实施例是充气的同时切断薄膜。

在供料辊和细长元件处于薄膜材料同一侧的实施例中，机器可以加工任意宽度的材料，以制成具有任意数量腔室的衬垫，包括仅有一个腔室的衬垫，该腔室充满材料的整个宽度。

如图3所示的驱动机构可以包括多个导向辊，例如上游辊61-64和下游辊66-69。在包括这些辊的实施例中，这些辊子与薄膜材料的边缘接合，并通过机器进给薄膜材料。这些上游辊和下游辊可以设置成两部分用以在纵向延伸通道的相对边与薄膜材料接合。在这些实施例中，上游辊61、62和下游辊66、67在纵向延伸通道和材料边缘之间与薄膜材料接合，而上游辊63和下游辊68、69在通道和腔室之间与薄膜材料接合。供料辊可以由任何合适的机构驱动，例如安装在隔室内部的电机71。电机可以包括一个或多个驱动齿轮、皮带轮、或其它合适的机构安装在电机轴上，用于与安装辊子的轴上的齿轮72、皮带轮、或其它合适的机构配合使用。在一个实施例中，齿轮传动设置为输出辊比输入辊转动稍快(例如转动比为8：7)，这样可以拉紧薄膜材料，更好的控制其通过密封组件。

细长元件52可以设置在内部供料辊和外部供料辊之间，并向上延伸。任意地，如图2和3所示，它可以向内弯曲，从而可以插入薄膜材料的纵向延伸通道。空气或其它合适的气体可以由空气喷射器供给，通常由泵，例如空气泵73提供压力为0.5-10psig。该泵还可以安装在隔室的内部。如果需要，可以在泵和空气喷射器之间安装稳压器(图中未示出)，用户可以调节空气压力，从而提高充气衬垫的稳定性。

如图3-5所示的设备，密封组件53可以设置在上游辊和下游辊之间。密封组件可以包括一个或多个加热元件76和一个或多个支撑元件，该支撑元件挤压薄膜材料抵靠在加热元件上。支撑元件可以是各种结构，包括辊子、带、或其它合适的表面。加热元件可以安装在固定位置，辊子可以安装在台架78上。在该实施例中，机器加工过程中，通过凸轮79实现辊子对加热元件的挤压，当机器停止工作时，辊子从加热元件上退回。不进行加工时，加热元件离开支撑元件是为了防止加热元件熔融塑料和防止支撑元件过热。

加热元件可以是各种结构，包括棒、辊子、块、凸脊、或其它合适的表面。在一个实施例中，加热元件包括直径相当小的不锈钢棒80(大约1/8英寸)。该棒可以是多种形状，但是优选竖直延伸(或平行于薄膜的移动方向)，并垂直于支撑辊77的轴线方向。

加热元件可以具有弯曲的表面，支撑元件由弹性材料制成。当加热元件和弯曲表面靠在一起时，加热元件轻微挤压支撑元件的弹性表面。

弹性支撑元件(轮或其它合适的形状)可以是将弹性材料应用于金属表面而制成，例如鼓、板、轮、盒、面、或其它元件。弹性材料的可选范围很广，例如天然橡胶或合成橡胶，如硅橡胶。优选地，弹性材料应当这样选择，在充气和密封过程中，薄膜材料不会与支撑材料粘连。此外，选择的弹性材料在受热后不会老化。优选弹性材料的肖氏硬度值(Shore A hardness)在约20到约95之间，更优选在约45到约75之间，最优选在约50到约70之间。例如可以使用肖氏硬度值为60的硅橡胶。弹性材料还可以是，例如硫化厚度1/4英寸的橡胶层应用于铝制或钢制支撑元件上。可选地，弹性层可以预制成带，并拉伸覆于支撑元件上。这种辊子的优点就是可以在密封工序结束后从薄膜和受热元件上剥离。

弹性层通常的厚度范围是，最小值应当足以保证足够的偏移以增强前文所述的密封区域，最大值使得辊子或支撑元件在旋转过程中不存在不合要求的变形。最常使用的弹性层厚度在约1/8到约1/4英寸之间。

附图8-10示出了用于充气和密封包装衬垫的设备200的另一实例。设备200相对较小，适于方便的放置在桌面或者其它表面上，例如常规台架上(未示出)。该设备200可由轻型材料制成，例如耐久的塑料或轻金属。参看附图8和9，设备200包括一个支架，该支架具有一个底座202和一个竖直壁支撑芯棒205，一个薄膜导向件220，一个具有皮带传动装置218的密封机构，一个速度可调的送风机225用于供应空气经由送风管228至空气喷射器210。皮带传动装置具有相对的皮带，由位于竖直壁相对面的电机驱动皮带222驱动。薄膜导向件220确保薄膜沿固定不变的路径进入密封/充气区域，这样在薄膜松散、成卷薄膜的供给减小时，薄膜进入密封/充气区域的角度也不会改变。

参看附图9，芯棒205可以配设有夹持机构用于薄膜的固定。夹持机构包括把手208，该把手在脱离位置(例如，把手208的纵轴通常平行于芯棒205的轴线)和配合位置(把手208的纵轴通常垂直于芯棒205的轴线)之间可以移动，如图9所示。移动把手至配合位置，使得芯棒208内部的小翼片径向向外移动。翼片可以伸出，例如，穿过沿芯棒205周边设置的狭槽，如图8和9所示。翼片挤压薄膜卷的芯轴，从而将薄膜卷固定到芯棒205上。

图10是设备200充气/密封区域的分解视图。薄膜被细长导向件210拉伸，这样导向件210可以插入沿薄膜纵边设置的沟槽中。在该实施例中，导向件210还用作空气喷射器，通过位于或邻近导向件210顶部一个或多个开口的释放空气(或其它充气气体)。沿导向件210设置有刀片，用于切断薄膜以允许薄膜连续移动通过密封区域。当薄膜穿过热密封棒214和支撑表面216之间，充气衬垫被热密封。密封棒214由圆筒形加热器加热，具有硬氧化铝镀层结构。该加热器具有热电偶控制器，以保持理想的密封温度。支撑表面216通常不被加热，其具有上文所述的硅橡胶或其它合适的弹性材料结构。

在纵向密封成型后，设置有一对压送辊217挤压薄膜。在薄膜由机器200连续供给的过程中，压送辊217有助于冷却纵向密封区域的薄膜，有助于防止密封的脱开。如果需要，还可以冷却压送辊217，尽管通常不需要冷却压送辊217。

设备200可以是模块化结构，以简化维修。例如，可以提供快速分离控制杆232，以便于充气/密封组件，如图10所示，和/或是其它设备的元件的组装。快速分离控制杆232可以被释放，例如，允许更换皮带218。翼形螺钉234将刀片保持在导向件210上，也可以松开以允许更换刀片。

线性步进促动器(stepper actuator)230(如图9所示)用于调节密封棒214的位置。调节密封棒214的位置可以实现密封棒214和支撑表面216之间压力的上升和下降。可选地，可以通过压缩弹簧或压缩类似弹簧的橡胶材料来调节密封压力。例如，促动器可以调节为或多或少的压缩弹簧，从而分别产生或大或小的密封力。例如，可以根据薄膜的厚度来调节密封力。步进促动器230也可以用于在机器加工结束后移动密封棒214远离支撑表面216，例如，在配合位置和脱离位置之间移动密封棒214。作为线性促动器的替代，可以通过翼形螺钉等调节密封元件和/或支撑表面的位置，从而调节密封压力，而不需要大量的拆卸机器或更换零件。

图11所示的是密封机构的一个可选实施例，尤其是具有相对移动带101的带密封器100，带101运送薄膜经过位于薄膜一边或两边(如图所示)的加热块110。一条或两条带101可以由弹性材料支撑，或选择将弹性材料覆盖在非弹性材料上，例如钢。弹簧105将加热块110(和可选择的冷却块103)推向带101。可选地，弹性的(或具有弹性表面)支撑轮、带、或面与加热元件配套使用，例如具有导线的加热棒，如美国专利666915所述。充气衬垫密封机构的其它非限定性的实例，包括弹性支撑表面的变型，如Troy的美国专利3868285和Larson的美国专利4169002所述。

附图14-16示出了充气密封设备的可选实施例。各元件对应的附图标记与附图8-10所示实施例中所使用的附图标记相似。控制面板250包括机器加工和任意用户输入信息的按钮，以及加工条件、错误信息等的显示屏。参看附图16和17，该设备包括一个薄膜导向机构221，也就是一个朝向薄膜卷的偏压弹簧。导向机构221支撑在轴221a上，通常平行于芯棒205的轴线。导向机构221可以具有如图17a所示的弯曲表面221b。表面221b的形状是，导向机构221和芯棒205之间的间距在芯棒远端最大，在芯棒的另一端最小，例如邻近端壁。这种形状的表面221b有助于操作者在芯棒205上滑动薄膜卷，而无需手动退回导向机构。当薄膜卷在芯棒205上滑动时，该薄膜卷与弯曲表面221b接触，推动导向机构221远离芯棒。薄膜卷就位后，导向机构221偏移抵靠薄膜卷抵制旋转，例如，在驱动薄膜卷的工序中断后，足以防止薄膜卷从松开。

在如图16-18所示的实施例中，压送辊217被机械驱动，而驱动器带(未示出)围绕上下闲置辊219。参看附图16和18，驱动电机带动主驱动器223旋转，主驱动器与驱动轮223a和223b接合并带动其转动，驱动轮223a和223b分别与上下压送辊217共轴。驱动电机可以安装有等速电机，或任选地，变速电机。使用变速电机时，操作者在键盘上输入信息可以调节加工速度，或者接收薄膜供给源提供的RFID标签等。

附图18详细说明了调节密封压力的机构。线性步进促动器230可用于调节密封214的位置。促动器230可以取代沿成对棒233设置的定位元件231。该密封棒214附在定位元件231上，从而可以通过定位元件231调节密封棒214的位置。

根据本发明的一个方面，气垫充气和密封装置，例如其可以具有上述任意配置，可配备一个控制系统，以获取来自薄膜或薄膜供给源的信息。该信息可以由薄膜自身获得，也可以由与薄膜供给源相关的结构获得，例如，在薄膜缠绕成卷的芯轴。从薄膜或薄膜供给源获得的信息可以用于设置加工设备的一个或多个操作参数，例如密封温度、密封压力、充气标准、驱动元件的延迟时间。这些或其它的操作参数受到薄膜厚度和成分、充气腔室尺寸和结构、和/或其它薄膜特性的影响。该控制器可以安装到现有的设备或新设备中。

参看附图12，控制器可以采用射频识别(RFID)技术，包括与薄膜或薄膜供给源相关的RF射频发射器(或“标签”)和RF射频接收器(或“标签阅读器”)，的沟通与控制器，与控制器交换信息。标签和标签阅读器各具有一个天线，如图12所示，用以输出和接收RF信号。例如，每个薄膜卷可以具有各自的标签。可选择地，标签可以沿薄膜供给源设置在多个位置，例如，等间距的设置。对于缠绕在供给卷上的薄膜，举例来说，标签可以贴在薄膜缠绕的芯轴上。标签阅读器可以设置在接近放置薄膜的位置，例如，附图8-9所示的芯棒205内部。

在使用过程中，控制器向设置在薄膜或薄膜供给源的标签发送激励信号。然后，标签将信息传送回控制器，以设置操作参数。控制器可以从标签上读取信息，必要的时候，还可以向标签写入信息。

该控制器的关键优势在于它能够自动为薄膜设置操作参数，而不需要或尽可能少的需要操作者输入信息。这可以降低由于操作人员失误造成的不合适设置的可能性。任意地，控制器的还可以在没有RF标签的薄膜卷放入设备时，控制设备放弃加工。这一方面可应用于，例如，放置设备中使用不相容的或未经授权的薄膜。

如上所述，控制器可选的配置为将数据写回到标签上。例如，判断薄膜卷上消耗的材料量，并将其写入标签。标签最初可以包含与一卷新的薄膜卷上薄膜总长度相关的信息。在薄膜卷的处理过程中，控制器定期将已加工薄膜的量写入标签，知道所有的薄膜都被加工完。该特征可以防止用户从过期薄膜供给源去除标签，然后将其贴在新的材料供给源上，从而导致设备中使用了不相容的或未经授权的薄膜。

以下是RFID控制器使用和运作的一个实例。含有嵌入的RF标签的标记粘附于塑料薄膜卷的纸制芯轴前沿的内径上。标签阅读器安装在芯棒内部与RF标签相应的位置。当标签进入标签阅读器的一个预定距离，例如1.5”，控制器向标签发出一个激励信号。该激励信号使标签发送数据给控制器。

如果没有从标签获得信号，该控制器能够适用于出厂的默认设置操作机器，并提供最大范围的用户可调节的操作参数。可选地，如果控制器没有接收到信号，该控制器的配置可以防止机器进行加工和/或显示相应的错误信息。

如果信息是从薄膜供给源的标签获得的，控制器的配置可以显示已接受的薄膜信息和任何必要的调节操作的信息。

在没有检测到标签，或者检测到标记，但标签包含的信息表明薄膜用完时，防止机器进行加工是可取的。将从过期薄膜供给源去除的标签贴在新的材料供给源上，或新的薄膜缠绕在过期薄膜供给源的上时，会出现检测到标记，但标签包含的信息表明薄膜用完的情况。因为标签包含的信息与加工的特定性能的薄膜材料相关，这样可以避免不同的薄膜材料重复使用同一标签，不同的薄膜材料通常需要不同的加工条件。缺乏这些控制的情况下，很大可能性出现机器在非正常条件下进行加工，这可能导致以下问题，例如炭化、燃烧、或薄膜熔化、密封强度不足、和/或不适当充气水平。这可能导致消费者对机器性能不满，增加机器供应商的负担的，他们需要对这些本来可以避免的投诉电话作出反应。

这里所描述的气垫机器上机器可读技术的使用，可以取代，至少在很大程度上减少对大量操作者培训、指导手册和用户输入的需要。薄膜供给源包含有针对特定薄膜材料选择合适机器加工条件的数据源，使这些目标得到了最大限度的满足。另一方面，如果没有这样的信息，或该信息不适合已加工的特定薄膜材料时仍允许机器进行加工，这些目标将会落空。

在很多情况下，用户希望可以实现某些操作参数的微调，以满足用户的参数选择。控制器可以配置为允许用户在预先设制的限定条件下调节某些或所有参数。例如，用于可以在值的+/-10％范围内调节该值。程序值通常选择中间范围的设定，以允许用户进行微笑的调节，这样可以避免过度调节。用户可调参数的非限定性实例包括密封温度和空气填充标准。

标签阅读器可以配置为在其运行时不断扫描资料(例如，每秒一次)。当机器启动后，标签阅读器第一次尝试与薄膜卷上的标签通讯。控制器设置成在没有接收到标签的信息时，在特定时间期限停止机器的加工。可选择地，控制器可以配置为在现有参数或默认参数下，即使没有接收到标签的信息，仍然继续机器的加工。

在接收到标签信息后，控制器配置分别读取标签的模块和写入标签模块。如果需要，每个信息块能够被锁定以防止被改编。控制器还可以在机器加工时存储信息，例如，机器的加工时间值，已加工薄膜量，在加工过程中出现的错误信息等。该信息在机器维修时是有用的。

标签阅读器可以包含两个通信协议。举例来说，控制器和标签阅读器之间的信息传递可以使用SPI(串行外设接口)协议。标签阅读器和标签之间的信息传递可以使用ISO 15693协议的指令。在控制器与标签开始信息传递后，控制器发出给标签阅读器。标签阅读器将指令转换为ISO 15693的指令，并传送到标签。之后，标签对其作出的反应储存在标签阅读器中，直到控制器读取它。

作为RFID标签的一种替代办法，该设备可以使用任何其它的技术，从薄膜或薄膜供给源传递数据至控制器。例如，薄膜或薄膜供给源可印有条形码或注册商标，或含有条形码或注册商标的标记，或类似的可粘贴在薄膜或薄膜供给源上。通过使用条形码阅读器或其它合适的阅读器，控制器可以找回薄膜或薄膜供给源上的信息。

参看附图8-10所示的设备，控制器可用于一个或多个步进促动器230、密封条214、鼓风机225，以及各种驱动皮带218、222的控制加工。在一个实施例中，控制器可用于调节密封压力、密封温度、充气水平和驱动元件的加工延迟时间。密封压力可以通过控制步进促动器230的加工来实现。密封温度可以通过控制用于密封条214的热量来实现。充气水平可以通过控制鼓风机225的加工来实现。加工延迟时间可以通过控制不同驱动元件218、222的加工来实现等。每个参数可以根据适用于特定薄膜结构的预设参数表进行控制。

根据本发明的另一方面，具有充气腔室的预成型薄膜材料源配置有包含信息的数据源，该信息是与薄膜相关的一个或多个特性和/或其充气和密封的合适条件。数据源可以是RFID标签、条形码、注册商标、或任何其它类型的机器可读的信息源。数据源可以直接应用于薄膜，例如印刷，也可以间接应用于薄膜，例如粘贴标签。数据源还可以应用于与薄膜供给源相关的结构，而不是薄膜本身，例如，薄膜卷绕的芯部或折叠薄膜的盒子或其它容器。

预成型薄膜可以具有上述的任何配置，例如，薄膜可以沿两条纵向边封闭，或沿一条纵向边开放。薄膜可以包括一条纵向通道用于接收导向件或充气元件。可选择地，薄膜还可以具有一个开放边，通过该开放边可以注入空气或其它气体以充气预成型腔室。腔室通常可以是矩形、圆形、或其它需要的形状。

虽然上文对本发明典型的实施例进行了详细的说明和图示，应该理解的是，本发明不局限于此，本领域技术人员可以对其进行变型。任何及所有的变型的应用均不脱离本发明披露的和权利要求声称的精神和范围。

Claims (29)

1、一种充气和密封包装衬垫的设备，该衬垫由具有多个腔室的预制薄膜材料制成，该设备包括：用于沿一路径供给薄膜材料的供料机构，用于将填充气体注入腔室的充气机构，和用于密封腔室的密封机构，其中，该密封机构包括密封元件和支撑表面，且其中，通过调节密封元件和支撑表面之间的力控制密封压力。

2、如权利要求1所述的设备，还包括线性促动器，该促动器调节密封元件和支撑表面之间的力

3、如权利要求1所述的设备，其中，通过手动调节密封元件和支撑表面之间的力调节密封压力。

4、如权利要求1所述的设备，其中，密封元件包括加热棒。

5、如权利要求1所述的设备，其中，密封元件包括加热辊子。

6、如权利要求1所述的设备，其中，支撑表面包括轮状部分。

7、如权利要求1所述的设备，其中，支撑表面由弹性材料构造。

8、如权利要求1所述的设备，其中，密封机构包括一对相对的带，该带用于运送薄膜经过至少一个加热块。

9、如权利要求1所述的设备，其中，预制薄膜材料具有纵向延伸通道，该设备还包括细长元件，该细长元件适用于插入纵向延伸通道。

10、如权利要求9所述的设备，其中，细长元件具有至少一个开口，该开口用于注射填充气体进入纵向延伸通道。

11、一种充气和密封包装衬垫的方法，该衬垫由具有多个腔室的预制薄膜材料制成，其中，该薄膜供给到一机器，该机器具有：用于沿一路径供给薄膜材料的供料机构，用于将填充气体注入腔室的充气机构，用于密封腔室的密封机构，和用于接收操作参数的输入装置，该方法包括：

向输入装置输入一个或多个操作参数，操作参数选自由密封压力、密封温度、充气水平和保压时间组成的参数组；

将一个或多个操作参数和与该一个或多个操作参数对应的现有机器设置进行比较；

如果必要的话，调节一个或多个现有机器设置，以相应于一个或多个输入的操作参数；

开始或继续机器的加工。

12、如权利要求11所述的方法，其中，输入装置适用于接收用户手动输入的一个或多个操作参数。

13、如权利要求11所述的方法，其中，输入装置适用于从与薄膜材料相关联的数据源自动接收一个或多个操作参数的输入。

14、一种充气和密封包装衬垫的设备，该衬垫由具有多个腔室的预制薄膜材料制成，该设备包括：用于沿一路径供给薄膜材料的供料机构，用于将填充气体注入腔室的充气机构，和用于密封腔室的密封机构，其中，该设备包括控制器，该控制器能够判定位于该设备邻近位置的薄膜材料的至少一个特性。

15、如权利要求14所述的设备，其中，当薄膜供给源被放置在操作位置时，控制器从该薄膜供给源获得信息。

16、如权利要求14所述的设备，其中，当薄膜供给源被放置在距离该设备一预定距离内时，控制器从该薄膜供给源获得信息。

17、如权利要求14所述的设备，还包括与控制器通讯的条形码阅读器，用于从薄膜供给源获得信息。

18、一种具有多个腔室的预成型薄膜材料的供给源，其中，该供给源具有数据源，该数据源包括与薄膜的一种或多种特性相关的信息，或将薄膜材料充气和密封的合适条件，或这两者。

19、如权利要求18所述的预成型薄膜材料的供给源，其中，该数据源包含射频识别(RFID)标签。

20、如权利要求18所述的预成型薄膜材料的供给源，其中，该数据源包含条形码。

21、如权利要求18所述的预成型薄膜材料的供给源，其中，该数据源包含注册商标或其它机器可读的信息来源。

22、如权利要求18所述的预成型薄膜材料的供给源，其中，RFID标签是可机写的。

23、如权利要求22所述的预成型薄膜材料的供给源，其中，RFID标签被编程以避免在薄膜材料供给源耗尽后重新使用该标签。

24、如权利要求18所述的预成型薄膜材料的供给源，其中，该数据源附连到预成型薄膜材料卷绕的芯部。

25、如权利要求18所述的预成型薄膜材料的供给源，其中，该数据源附连到薄膜材料。

26、如权利要求18所述的预成型薄膜材料的供给源，其中，多个腔室包括成排的大致圆形的腔室，每排的第一个腔室在邻近薄膜材料的纵向边缘处具有开口。

27、如权利要求26所述的预成型薄膜材料的供给源，还包括纵向延伸通道，该纵向延伸通道靠近薄膜的所述纵向边缘。

28、如权利要求18所述的预成型薄膜材料的供给源，其中，多个腔室包括至少一排大致矩形的腔室。

29、如权利要求28所述的预成型薄膜材料的供给源，还包括纵向延伸通道，其靠近薄膜的纵向边缘。

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