CN102215720B - 预调节的泡沫衬垫 - Google Patents

Abstract

床垫以及用于处理用于床垫的柔性泡沫材料以提供随时间推移且在整个区域上具有更一致的坚固性的床垫泡沫材料的方法。所述方法包括：通过在床垫的主表面的大部分上施加力以压缩或拉伸泡沫的高度、泡沫的长度和/或泡沫的宽度以破碎或打开封闭单元来预调节泡沫衬垫(32)或床垫。在某些实施方式中，通过将一压盘(42)重复地压紧于泡沫衬垫(32)或将所述泡沫衬垫(32)放置在一个或多个辊(54，56)之间来施加力。

Description

预调节的泡沫衬垫

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年9月19日提交的美国临时申请No.61/192,575和2009年1月9日提交的美国临时申请No.61/204,727的申请日的权益，上述两个临时申请据此以引用方式并入。

技术领域

本发明总体上涉及诸如床垫的缓冲物品和用于处理供缓冲物品使用的柔性泡沫材料以使其随着时间的推移且在整个区域上具有更一致的坚固性的方法。

背景技术

当今，家具且特别是寝具的制造商开发了用于制造高质量且耐用床垫的成熟且可靠的技术。产业能够提供在持续超过十年的所有时间内都持续提供舒适的睡眠表面的床垫。

随着产业努力持续提供改进的质量和可靠性，正被讨论的一个领域是产业在拥有床垫的寿命期间(从选择床垫的时刻直到床垫被最终更换)提供一致的消费者体验的能力。当论及在床垫的整个寿命期间提供一致的消费者体验的能力时，需要解决的一个工程问题是柔性泡沫性随时间的改变。具体地，消费者注意到，当他们在展室地板上试验床垫时所选择的床垫可能具有与在他们购买床垫之后最终送到他们家里的床垫的坚固性(至少略微)不同的坚固性。通常，消费者发现，送到他们家里的床垫比他们在展览室地板上试验的床垫更坚固。此外，随着时间推移，床垫的坚固性可能改变。随着消费者使用床垫，床垫可能会形成这样的区域，在这样的区域上，床垫没有其他区域坚硬。因而，随着时间推移，床垫的睡眠表面能具有不一致的感觉，即床垫的坚固性改变或被感觉到改变。

床垫制造者通过教导消费者关于泡沫的性质并告知消费者他们应预料到他们新购买的床垫的坚固性会随时间而改变来规避问题。但是，这一方法未能解决该现象的根本原因且不能为消费者提供关于他们的新床垫的坚固性可能会改变多少的可靠评估。

因此，本领域需要提供一种床垫，该床垫产生随时间推移且在床垫的整个区域上的一致的坚固性，并由此提供更一致的消费者体验。

发明内容

本发明认识到，改进的制造和加工技术能提供随时间推移且在整个区域上具有更一致的特性的改进的床垫。尽管不受理论的束缚，但是该认识部分地起因于对于泡沫的单元结构的研究。泡沫为多孔的聚合物材料。聚氨酯泡沫通常通过将微小的可膨胀气泡引入多元醇、聚异氰酸酯和其他需要的组分的起反应混合物中而制成。随着反应继续进行，聚合物基质被形成且气泡膨胀，从而提供通常被称为泡沫的多孔结构。

上述多孔结构是由通常被称为窗和柱的结构元素构成的互连单元的网。泡沫结构中的互连单元具有单元壁，该单元壁在其之间具有共同开口或窗。根据所用的制造工艺和化学物质的性质，一部分单元的窗将打开而其他单元的窗可能由聚氨酯材料的薄膜封闭。这些封闭的单元的窗能因为通过诸如在床垫的日常使用期间的压缩和/或拉伸的压缩和/或拉伸对材料重复施加应力而被破坏或破裂。因此，新的或未硬化床垫可以具有比使用的硬化的床垫要多的封闭的单元窗。

因而，形成的单元结构能在确定泡沫的机械性能(包括其坚固性或硬度)方面中扮演重要角色。硬度或坚固性通常通过压痕力挠度试验(IFD)来测量，该测量为泡沫的承载性能的测量。在该试验中，一圆形板被压入泡沫内，达到期望的深度或凹痕。试验确定了达到特定的凹痕所需的力。可选地，圆形板被压在泡沫衬垫上且施加特定的力。泡沫衬垫上的由力引起的凹痕被测量。但是，空气可能被带入封闭单元内，且如果存在大量封闭或仅部分敞开的单元的话，则流过泡沫的空气流可能是有限的。因此，在IFD试验期间，可能需要额外的力来迫使空气离开泡沫和封闭单元，从而产生可能通过正常使用而改变的假的高硬度或坚固性测量。如果泡沫随后再次被测试，且又一次被测试，则硬度可能在每次接连的试验循环中有点下降，这是因为泡沫中的单元窗被吹开或破裂，从而允许空气更自由地穿过泡沫。因此，IFD试验测量可有效地反映这些空气填充的封闭单元的临时气动特性，而不是当单元窗通过日常使用而破碎时所已使用的硬化的泡沫的最终坚固性。

通常在机动座椅应用中使用的泡沫往往是被设计成当脱模时具有大量封闭单元的模制泡沫。如果这些单元窗没有被立即破碎打开，则泡沫衬垫可能损失尺寸并收缩。这是因为二氧化碳气体被留在封闭单元中，一旦泡沫脱模，其便冷却且随后比扩散到单元内的空气更快地从单元扩散出来。因而，在单元的外侧和内测之间产生了压差，从而使泡沫收缩。为了减小泡沫收缩，旨在用于机动座椅的模制泡沫衬垫在脱模之后立即穿过辊，以驱除留下的热气体如二氧化碳，从而防止泡沫收缩。但是，在床垫或垫子中使用的泡沫通常不是通过这样的模制过程制成的，且因此通常不被认为具有留在封闭单元中的二氧化碳。因此，泡沫和床垫制造商还没有考虑使泡沫床垫或缓冲泡沫衬垫穿过辊来预调节和稳定坚固性。

如前面提到的，通过压缩材料和/或拉伸材料来重复对材料施加应力而可能使单元窗破裂。尽管床垫或泡沫衬垫的压缩将破裂泡沫中存在的单元窗中的一些，但是适合用于床垫或泡沫衬垫的压缩技术通常仅在一个方向压缩泡沫或衬垫。对于大多数床垫和衬垫，该压缩通常是在最小尺寸的方向，例如在一般的睡眠构造中是一般床垫的高度的方向。为了增加单元窗破裂的程度，可沿多个物理轴(例如沿尽可能多的三个物理轴)对床垫或泡沫衬垫施加应力。一般床垫和泡沫衬垫的纵横比(两个物理尺寸的比例，例如宽度与高度，宽度与长度或高度与长度之比)由于高度方向的屈曲而使基于辊的压缩在长度和宽度方向变得较困难。然而，同样的纵横比使基于辊的拉伸在长度和宽度方向变为可能。本文描述的系统和方法包括压缩或拉伸技术或压缩和拉伸技术的组合，用以对床垫或缓冲泡沫衬垫预调节或预施加应力。

本文描述的系统和方法包括用于制造和加工床垫的方法。该方法包括通过在床垫的主表面的大部分上施加力以暂时压缩泡沫的高度并破碎或打开封闭单元来预调节或加速新的未硬化泡沫衬垫或床垫的硬化。在某些实施方式中，通过使一压盘重复地压紧于床垫或泡沫衬垫来施加力。可选地，能通过使泡沫衬垫或床垫在至少一个辊下面通过或穿过至少一对互补的辊来施加力。该方法还包括通过施加力以拉伸泡沫衬垫或床垫的长度和/或宽度以破碎或打开封闭单元来预调节泡沫衬垫或床垫。本文描述的系统和方法通过产生具有随着时间推移和多次使用后基本上一致的且与新的未硬化床垫和缓冲物品的坚固性不同的坚固性的床垫和缓冲物品而克服了目前方法的各种局限。

因此，在一个方面，本发明提供了加工并为用户提供床垫的方法，该方法包括：提供具有床垫芯和带初始高度的第一泡沫衬垫的未硬化床垫组件，通过对床垫组件的至少一部分施加足以暂时地将其高度压缩被选择成永久地改变泡沫衬垫的表示压痕力挠度的机械性能的量的力来加速未硬化床垫组件的硬化，将泡沫衬垫布置在床垫芯上，以在床垫芯上提供睡眠表面的至少一部分，以及提供具有与未硬化床垫组件的坚固性不同的坚固性的硬化的床垫组件。可选地，未硬化床垫组件还包括具有初始高度的第二泡沫衬垫，且对未硬化床垫组件施加应力还包括对第二泡沫衬垫的至少一部分施加足以将第二泡沫衬垫的高度压缩被选择成改变第二泡沫衬垫的机械性能的量的力，以及将第二泡沫衬垫布置在床垫芯上。在某些实施方式中，对未硬化床垫组件施加应力包括在泡沫衬垫被布置在床垫芯上之后对床垫组件施加足以将上述组件中的一个或多个泡沫衬垫的高度压缩被选择成改变一个或多个泡沫衬垫的一种或多种机械性能的量的力。

在另一方面，本发明提供制造床垫的方法，该方法包括：提供具有初始高度的泡沫衬垫；通过对泡沫衬垫的至少一部分施加力来预调节泡沫衬垫，以便足以将泡沫衬垫的高度暂时地压缩被选择成永久地改变泡沫衬垫的机械性能的量，其中机械性能可以表示压痕力挠度或硬度。在某些实施方式中，也可以通过对泡沫衬垫的至少一部分施加足以将泡沫衬垫的长度和/或宽度拉伸被选择成改变泡沫衬垫的机械性能的量的力来预调节泡沫衬垫，其中机械性能可以表示硬度或压痕力挠度。在另一步骤中，将泡沫衬垫布置在床垫芯上，以在该床垫芯上提供睡眠表面的至少一部分。在某些实施方式中，可通过对泡沫衬垫的至少一部分施加足以打开封闭单元的力来预调节泡沫衬垫。

可选地，该方法可包括通过对第二泡沫衬垫的至少一部分施加足以将泡沫衬垫的高度压缩和/或将泡沫衬垫的长度和/或宽度拉伸被选择成改变该第二泡沫衬垫的机械性能的量的力来预调节至少第二泡沫衬垫。该第二泡沫衬垫也可被布置在床垫芯上，以提供具有带有多层预调节泡沫(包括两个、三个、四个、或更多个层)的睡眠表面的床垫，且层的数量选择成适合应用。

在另一方面，本文描述的系统和方法将被理解为包括具有预调节睡眠表面的床垫。该床垫包括具有长度、宽度和厚度以及至少一个睡眠侧的床垫芯，以及具有基本上类似床垫芯的长度和宽度的长度和宽度的泡沫层。一旦根据本发明的实施方式进行预调节，泡沫还具有带有单元的单元结构，该单元在其长度、其宽度和其厚度上具有基本上均匀分布的许多破裂的窗且泡沫层被布置在床垫芯的睡眠侧上，以提供在睡眠表面上具有基本一致坚固性的床垫的睡眠表面。许多单元窗可被破裂以便增加穿过泡沫衬垫的气流和/或减小对泡沫衬垫的硬度或坚固性的气动作用。而且，因为当客户购买了硬化的床垫组件时，许多单元窗已经通过本文描述的本发明方法而被破碎，所以将最小化由于客户使用而造成单元窗的进一步破裂且客户将注意到泡沫衬垫的坚固性将不随时间和使用明显改变，尤其是与带有大多数未破碎的单元窗的未硬化床垫组件的坚固性相比。

在一个实施方式中，泡沫层包括由力的施加而造成的开放单元，其中每个单元包括限定有内部多孔腔且具有足以允许空气流入内部多孔腔和从内部多孔腔流出的至少一个开口的至少一个单元窗。

在另一方面，本发明提供制造床垫的方法，该方法包括：提供具有初始长度和宽度的泡沫衬垫，通过对泡沫衬垫的至少一部分施加足以将泡沫衬垫的长度和宽度中的至少一个拉伸被选择成改变泡沫衬垫的机械性能的量的力来预调节泡沫衬垫，其中机械性能可以表示硬度或压痕力挠度。在另一步骤中，将泡沫衬垫布置在床垫芯上，以在该床垫芯上提供睡眠表面的至少一部分。在某些实施方式中，可通过对泡沫衬垫的至少一部分施加足以打开封闭单元的力来预调节泡沫衬垫。可选地，可以通过对泡沫衬垫的第一部分施加足以将第一部分的高度压缩被选择成改变泡沫衬垫的机械性能的第一个量的第一个力以及对泡沫衬垫的第二部分施加足以将第二部分的高度压缩被选择成改变泡沫衬垫的机械性能的第二个量的第二个力来预调节泡沫衬垫。

可选地，该方法包括通过对第二泡沫衬垫的至少一部分施加足以将泡沫衬垫的长度和宽度中的至少一个拉伸被选择成改变该第二泡沫衬垫的机械性能的量的力来预调节至少第二泡沫衬垫。该第二泡沫衬垫也可被布置在床垫芯上，以提供具有带多层(包括两个、三个、四个或更多个层)预调节泡沫的睡眠表面的床垫，且层的数量选择成适合应用。

在另一方面，本发明提供制造缓冲物品的方法，该方法包括：提供具有初始长度和宽度的泡沫衬垫，通过对泡沫衬垫的至少一部分施加足以将泡沫衬垫的长度和宽度中的至少一个拉伸被选择成改变泡沫衬垫的机械性能的量的力来预调节泡沫衬垫，其中机械性能可以表示压痕力挠度或硬度。在某些实施方式中，可以通过对泡沫衬垫的至少一部分施加足以打开封闭单元的力来预调节泡沫衬垫。可选地，该方法可包括将至少一个第二泡沫衬垫布置在第一泡沫衬垫上，用以来提供具有多层泡沫的缓冲物品。在某些实施方式中，可以通过对第二泡沫衬垫的至少一部分施加足以将泡沫衬垫的长度和宽度中的至少一个拉伸被选择成改变该第二泡沫衬垫的机械性能的量的力来预调节至少一个第二泡沫衬垫。

在上述所有方面和实施方式中，施加力可通过在一个或多个维度上对泡沫衬垫施加偏转、压缩和/或拉伸的机械力或对泡沫衬垫施加增加的气体压力或通过真空破碎泡沫衬垫来实现。例如，在一个实施方式中，可利用辊或压脚来施加压缩机械力，且可以用一个或多个辊来施加拉伸机械力。在另一实施方式中，床垫或泡沫衬垫可以穿过至少两对相互反向旋转的辊，这两对相互反向旋转的辊定向成彼此平行且垂直于床垫或泡沫衬垫的通过方向。在该实施方式中，第二对辊具有比第一对辊高的切向速度，这可以导致施加拉伸机械力。可选地，上述至少两对辊可被定向成彼此平行且平行于床垫或泡沫衬垫的通过方向。在该实施方式中，辊以相同的切向速度但相反的方向旋转，同时起作用，在相反方向上拉。正被操作的泡沫衬垫可以是任何合适的泡沫衬垫，例如柔性泡沫衬垫且可以包括聚氨酯泡沫、粘弹性泡沫、乳胶泡沫、网状泡沫、水吹泡沫、聚乙烯泡沫、纤维衬垫、凝胶或上述这些缓冲材料的任何的组合。

施加力可以通过将压盘压紧于泡沫衬垫的表面以及通过施加在泡沫衬垫的表面上移动或使用至少一对相互反向旋转的辊的辊或利用带或辊输送机以提供力来进行。力可以被一次施加或可以以一系列可选地可以是周期性的递增的步骤来提供。在某些实施方式中，每个泡沫衬垫可以分别被压缩和/或拉伸，或一组泡沫衬垫可以同时被压缩和/或拉伸。泡沫衬垫组可以被一个在另一个上地堆叠且随后被预调节或压缩。在某些实施方式中，泡沫衬垫可以成批地处理或预调节。其他实施方式中，泡沫衬垫可以作为组装线的一部分被连续处理。

在另一方面，本发明提供了用于预调节缓冲物品的系统，该系统包括至少第一对辊、第一支撑框架和第二支撑框架以及具有至少一个支撑弹簧的铰链系统。上述至少一个第一对辊包括彼此分开第一间隙的第一辊和第二对辊。第一辊旋转地联接到第一支撑框架且第二辊旋转地联接到第二支撑框架。在某些实施方式中，第一辊和第二辊中的至少一个利用至少一个自由旋转的联接件而旋转地联接到其相应的支撑框架。可选地，第一辊和第二辊中的至少一个经至少一个辊驱动联接件而旋转地联接到其相应的支撑框架。在该实施方式中，第一辊和第二辊中的至少一个可旋转地联接到马达组件且通过马达组件能致动。在某些实施方式中，预调节系统还包括多个辊，该多个辊包括第二对辊和第三对辊，其中第一对辊、第二对辊和第三对辊按并排构型布置且在关于设置点的竖直和机器加工方向上具有自由度。

在某些实施方式中，第一对辊包括彼此分隔开约2英寸的间隙的第一顶部辊和第一底部辊。第二对辊包括彼此分隔开约1英寸的间隙的第二顶部辊和第二底部辊，而第三对辊包括彼此分隔开约0.5英寸的间隙的第三顶部辊和第三底部辊。第一顶部辊、第二顶部辊和第三顶部辊联接到顶部支撑框架，且第一底部辊、第二底部辊和第三底部辊联接到底部支撑框架。

在某些实施方式中，第一或顶部支撑框架以及第二或底部支撑框架或底部支撑框架通过可调节的铰链系统而彼此联接。该可调节的铰链系统包括连接到第二或底部支撑框架的至少一个支撑弹簧，且被设定成对第二或顶部支撑框架施加足以维持所述至少一个第一对辊之间的第一间隙或相应的顶部辊和底部辊之间的间隔的力。可选地，上述第一间隙或间隔响应于铰链系统的调节而改变。

附图说明

本发明的前述及其他目的和优势将从以下进一步的说明并参考附图而得到更充分地理解，其中：

图1是开放单元泡沫的显微照片。

图2图解地描述了按本文说明处理的材料的载荷挠度的改变。

图3描述了用于处理泡沫衬垫的系统的一个实施方式。

图4描述了用于处理泡沫衬垫的可选实施方式。

图5描述了根据本发明的示例性实施方式的用于在包装之前处理床垫的系统。

图6描述了躺在床垫上的人的可能的压力点。

图7描述了根据本发明的示例性实施方式的摆置的床垫。

图8描述了用于对床垫或泡沫缓冲物品预施加应力的预调节装置的一个实施方式。

图9a-9d以各种视角描述了图8装置。

图10a和10b描述了用于对床垫或泡沫缓冲物品预施加应力的可选实施方式。

图11是用于床垫或泡沫缓冲物品的示例性预施加应力过程的流程图。

具体实施方式

本文描述的系统和方法除了其他以外还包括用于处理和加工用于床垫的泡沫材料以提供随时间推移且在整个区域上具有更一致的硬度的床垫泡沫材料的系统和方法。尽管本文描述的系统和方法关于床垫或睡眠表面进行描述，但是本领域技术人员应理解，本文描述的泡沫处理技术和系统能适用于其他应用中，包括其他用于沙发、椅子、情人座的家具相关应用、船用座椅及其他应用。

转向图1，描述了开放单元泡沫材料的显微照片。泡沫材料可包括由合成或天然原材料或乳胶泡沫材料制成的聚氨酯泡沫。聚氨酯泡沫通常通过将微小的可膨胀气泡引入多元醇、聚异氰酸酯和其他需要的组分的起反应混合物中而制成。随着反应继续进行，聚合物基质形成且气泡膨胀以提供通常称为泡沫的多孔状结构。

如图1所示的多孔状结构为由通常称为窗和柱的结构元素构成的泡沫材料(如聚氨酯)的互连单元的网。泡沫结构中的互连单元具有单元壁，该单元壁间具有共同开口或窗。根据制造过程和所用的化学物质的性质，一部分单元窗是敞开的，而其他单元窗可被聚氨酯材料的薄膜封闭。这些封闭的单元窗能被重复的压缩(例如在床垫的日常使用中的重复压缩)而破碎或破裂。而且，这些封闭单元窗也能通过泡沫结构的拉伸而被破碎。

如前面提到的，因而形成的单元结构能在确定泡沫的机械性能(包括其坚固性或硬度)方面扮演重要角色。特别是，因为空气填充的封闭单元的临时气动特性，泡沫在开始会较硬，但是在重复使用之后和在这些单元窗已经通过常规使用和硬化而破碎之后变得较软。

不受理论的束缚，但是对于上面陈述的制造过程的理解表明，当首先制造时，泡沫材料内形成的单元具有相当薄弱且在施加了应力时易于破裂的单元窗。应理解，这些窗的破裂导致穿过聚合物泡沫的气流增加且因此导致泡沫内的单元的气动特性的改变。这能影响泡沫的总体坚固性。因此，在整个泡沫材料中分布了单元窗，在施加了足够的应力时，单元窗将破裂以使窗失效。如下面更详细说明的，本文描述的系统和方法提供用于调节泡沫衬垫并加速其硬化以破裂弱化的单元窗的技术，从而影响泡沫衬垫的硬度，使得随后的使用将不会导致衬垫的坚固性的改变，或者实质上的改变。通过在床垫衬垫的长度、宽度和/或厚度上预调节床垫衬垫，应理解，可以为床垫沿泡沫衬垫的整个区域设置一致的坚固性。通常，在本文描述的实施方式中，调节、预调节、施加应力、预施加应力和硬化涉及的过程是类似的，且可能包括一次或多次压缩和/或拉伸。

在一组试验数据中，其结果在表1中陈述，对还未预施加应力的泡沫衬垫应用六边形辊的试验，以确定周期性的和反复的机械应力对泡沫衬垫的载荷挠度的影响。具体地，在表1所述的数据中，根据ASTM F1566-99 Part 7标准使床垫的泡沫衬垫受到修改的六边形辊程序的100,000次循环。根据ASTM F 1566-99 Part 6获得了试验之前、1,000次循环之后和100,000次循环之后(中心位置)的载荷挠度测量。这以13.5”直径的圆形压盘来实现。通过以13.5”的圆形压盘对床垫表面施加一磅的接触力来计量高度测量。在高度和挠度测量之前允许床垫恢复一小时。

表1

六边形辊的试验结果：100,000次循环试验

如表1所示，且如图2图解地提供的，泡沫衬垫的载荷挠度基本上在首先的1000次循环之后被相当大地改变且在100,000次循环之后减少更多。如表1阐述的数据进一步所示，且由图2图解地提供的，在六边形辊的施加之前，载荷挠度试验表明在约45磅的力处存在断点。在某些实施方式中，在该断点处，大量的单元窗可能被破裂，且降低了单元对于硬度测量在气动方面的作用。在该点，挠度的线性比率改变。因而，数据表明，在施加六边形辊之前，床垫衬垫的坚固性是非线性的，提供了载荷低于45磅的一个支撑水平和载荷高于45磅的第二支撑水平。图2示出在1,000次循环和100,000次循环之后，该非线性被消除，且由泡沫衬垫提供的支撑在从20磅至约100磅的力之间为线性的。

该数据进一步在表1中反映。具体地，表1示出，在一个示例中，对于1.5”的挠度，需要57.7磅的初始载荷。在循环了1,000次循环之后，实现1.5”的挠度所需的载荷为48.2磅，减小了16.5％。如进一步所示，在100,000次循环之后出现额外的7.9％的减小，其中需要44磅的力来实现1.5”的挠度。就此而言，在100,000次循环之后，泡沫材料需要减少约23％的力来实现1.5”的挠度。为此，表1给出了对于其他挠度量的数据测量结果的平均值，其中能看到，平均地，在1000次循环之后实现挠度的力的量被减小了约11.2％，且在100,000次循环之后被减小了约17％。如上所述，该结果被理解为由所选的提供更一致的改进的睡眠表面的单元窗的破裂引起。

在另一组试验数据中，其结果在表2中阐述，对P165-30型泡沫进行根据ASTM3574-05：用于柔性多孔材料-平板的、结合的且模制的氨基甲酸酯泡沫的标准测试方法的压痕载荷挠度(ILD)测试，以确定机械应力对泡沫的载荷挠度特性的影响。

表2

在表2阐述的数据中，P165-30泡沫件受到压缩预应力处理，其包括设置成将泡沫压缩到一定百分比ILD的在一个或多个辊下至少一次4-Hz的通过。表2的最上面一行示出泡沫经受的通过次数，且最左侧列表示进行的预应力处理的类型。例如，“25％-65％-85％”行表示通过压缩至25％ILD、然后至65％ILD且最终至85％ILD来预施加应力的泡沫件的数据。这行的“3”这列包含了以该方式预施加应力三次的泡沫件的数据；即，重复三次25％ILD-65％ILD-85％ILD的循环。P165-30泡沫的初始特性为：在25％ILD下37.86，在65％ILD下65.01和1.72的支撑系数。如从表2中的数据明显的，预施加应力减小了在25％和65％下的ILD，且随着预施加应力循环次数增加，ILD减小更多。而且，多步骤的预应力处理(例如，25％-65％、25％-65％-85％或65％-85％处理)比单步骤的预应力处理减小ILD更多。与表1列出的数据一样，这些结果被理解为由单元窗的因预施加应力而造成的破裂引起。

图3描述了能够处理泡沫衬垫32以在泡沫衬垫32的表面34上且对于作为床垫上的床垫衬垫的可用寿命提供更一致且均匀的坚固性或硬度的系统30的一个实施方式。具体地，图3显示了通过装在床垫芯38的顶部上的泡沫衬垫32而制成的床垫。床垫芯38被设置在台子40上，在移动的压盘42上方。在某些实施方式中，台子40可以被穿孔，使得在压缩期间被推出泡沫衬垫32的空气能逸出台子40。压盘42能够从床垫的足部到床垫的头部来回移动，且同时，机械臂44如图3所示地上下移动。机械臂44能够循环地处理泡沫衬垫32，施加机械力。所施加的机械力的量被选择成调节诸如泡沫衬垫32的IFD这样的机械特性。如图3所示，承载在机械臂44上的压盘42能在床垫的整个表面上移动，从而在基本上床垫的整个长度和宽度上处理床垫。这在床垫的整个长度和宽度上提供了更一致的坚固性。在其他实施方式中，泡沫衬垫可在没有床垫芯的情况下被首先单独地处理，且随后被布置在床垫芯上，从而提供已调节的床垫组件。

在某些实施方式中，压盘42的尺寸制定成基本上类似于床垫和/或泡沫衬垫的睡眠区域。在这样的实施方式中，系统30能用于预调节床垫的大部分。此外，在这样的实施方式中，系统30能用于同时预调节床垫表面的头部、身体和足部部分。在其他实施方式中，系统30能根据预调节的性质而按需要被设定。例如，压盘42能被设定尺寸并成形为：选择性地预调节床垫和/或泡沫衬垫的中间部分或边缘部分或者两者。在另一示例中，系统30能配置有用于通过施加类似的或不同的载荷来预调节床垫的不同部分的多个压盘42。在某些实施方式中，压盘42能沿床垫的长度或宽度移动且配备有圆柱形辊，使得压盘42能沿床垫的表面滚动，以逐渐压缩床垫和/或泡沫衬垫。通常，在其他实施方式和实践中，图3所示的装置能仅处理泡沫衬垫32的所选部分和区域。在某些实施方式中，床垫能被摆置成使得床垫能被设定有多个具有变化的坚固性的区域。在这样的实施方式中，床垫能被摆置成使所选区域具有与其他区域不同的坚固性，从而通过在下背中和膝以下增加额外的支撑作用来促进脊柱的S弯曲的自然调整或为睡在同一床垫上但希望不同坚固性的配偶提供不同的坚固性区域。本领域技术人员将明白，在泡沫衬垫32上处理的区域将取决于应用且能根据需要而改变。在某些实施方式中，能在床垫上进一步设置更多的泡沫衬垫(未显示)以提供多层泡沫。可选地，这些额外的泡沫衬垫中的一个或多个也能通过在该申请中描述的施加应力、压缩和/或拉伸来预调节，以提供具有多层预调节的泡沫的床垫。

图4描述了用于处理泡沫衬垫的可选系统。在所描述的实施方式中，一对相互反向旋转的辊在泡沫衬垫的整个长度和宽度上施加力。辊能可选地被放入泡沫制造、切割或运输组装线中，使得在新制造的泡沫在工厂制备时被处理。在又一实施方式和实践中，泡沫衬垫能受到使用真空力来改变所选机械性能的真空压碎处理。如本领域技术人员已知的，能通过将新制造的泡沫放入一室中来实现真空处理。该室能支持真空且室内的泡沫受到真空力，使泡沫在引起室内的泡沫快速膨胀的处理中被压碎。在存在真空时，泡沫单元内的气体可使泡沫膨胀，且当真空下降时，泡沫能返回至其初始形状且沿路破碎完整的单元窗。在其他实施方式中，能利用气体压力而不是真空来处理泡沫衬垫。在该实施方式中，泡沫衬垫能被放入能支持高气体压力的室。该室被加压到高气体压力，这引起泡沫被压碎且泡沫单元壁被破碎。在不偏离本发明的范围的情况下，还有其他技术和技术的组合能用于本文描述的系统和方法。

图5描述了根据本发明的可选实施方式的用于在包装之前处理床垫的系统50。具体地，系统50包括放置在输送机51上的床垫62。床垫可为具有床垫芯和/或包括褥套层、泡沫衬垫、背衬层和防火层中的一个或多个的一个或多个层的加工好的床垫50产品。系统50还包括压缩组件53。组件53包括压盘表面66和安装在腿64上的一个或多个辊58。系统50还包括用于包装或为装袋预调节的床垫产品的包装装置72。系统50还可包括布置在沿输送机51的各种位置的一个或多个传感器，例如高度传感器。在操作期间，床垫62沿输送机51并朝压缩组件53移动。床垫62可在压缩组件53处经受一次或多次分离的或连续的压缩。在一个实施方式中，压盘66沿铰链60弯曲，以第一次压缩床垫62。压盘66还可被布置成与输送机51成一定角度，使得输送机51和压盘66之间的距离沿输送机51的长度减少。参考图3和4描述的系统30和52各自也可以结合系统50一起使用。在压缩之后，床垫62被允许泄压和恢复。一旦恢复，床垫62能在包装装置72处被包装起来。

图6描述了躺在床垫上的人的图示。当人位于平的非柔顺表面上时，他或她的整个重量通常主要通过与该表面的几个接触点来受到支撑。例如，他或她的背放在平的表面上的人可主要地通过他或她的头、肩、臀部和小腿来受到支撑。身体的这些部分由于该接触会经受较高的压力，且在长的接触之后，这能导致不舒服。如果表面为床垫或缓冲物品，则这些压力由于床垫或缓冲物品的柔顺性质而被稍微缓和。但是，甚至在此情形中，在这些接触点上对床垫或缓冲物品所进行的结构或坚固性的调节能有助于减轻不适。这样的床垫被称为摆置的床垫。

图7描述了根据本发明实施方式的摆置的床垫700的仰视图(顶)和侧视图(底)。摆置的床垫700包括床垫芯706和布置在床垫芯706上以提供睡眠表面的摆置的泡沫衬垫702。泡沫衬垫702的部分704和706可以进行不同地处理。例如，泡沫衬垫702的部分706可以被预施加应力，而部分704不被预施加应力。这导致其中床垫的某些部分较坚固或较软的摆置的床垫且能适合于匹配使用者的睡眠姿势。在其他实施方式中，泡沫衬垫或床垫的不同部分可被预施加应力至不同的程度。例如，床垫和/或泡沫衬垫的一部分能被压缩(或拉伸)一定的量，以提供特定的坚固性，且同一床垫和/或泡沫衬垫的另一部分能被压缩或拉伸不同的量，以提供不同的坚固性。可选地，床垫和/或泡沫衬垫能在多于两个部分中被预施加应力，且每一部分能被预施加应力，以提供不同的坚固性。在某些实施方式中，床垫芯706也能被摆置。

图8描述了用于对床垫和泡沫缓冲物品预施加应力的示例性预调节装置800。示例性预调节装置800包括三对相互反向旋转的辊802、804和806，但是应理解，在不偏离本发明的范围的情况下，辊或相互反向旋转辊对的数量能被改变。辊对802、804和806能被布置成使得辊对基本上相互平行，且定向成使得在正常操作过程期间穿过一个辊对的床垫、泡沫衬垫或其他物品也穿过其他辊对。每对辊802、804和806中的一个辊可以可旋转地联接到第一支撑框架808。每对辊802、804和806中的另一个辊可以可旋转地联接到第二支撑框架814。在某些实施方式中，代替地，辊对802、804和806中的联接到第一支撑框架808的辊可以可旋转地联接到一个或多个辊驱动器或安装架，而该一个或多个辊驱动器或安装架则可联接到第一支撑框架808。同样，代替地，辊对802、804和806中的联接到第二支撑框架814的辊可以可旋转地联接到一个或多个辊驱动器或安装架，而该一个或多个辊驱动器或安装架则可联接到第二支撑框架814。每个辊对中的一个或多个辊可被允许自由旋转。可选地，每个辊对中的一个或多个辊可以由马达或一些其他致动装置致动。在某些实施方式中，联接到第一或第二支撑框架的一个或多个辊可在竖直和/或水平或机器加工方向具有自由度。在这些实施方式中，一个或多个辊能在竖直方向调节，使得辊对的间隙间隔能被改变或整个辊对能相对于支撑框架和/或整个装置竖直地向上或向下移动。可选地，一个或多个辊能在水平或机器加工方向调节，使得辊对之间的水平间隔能被调节。在某些实施方式中，辊对内的各个辊的水平定位能单独进行调节，使得辊中的一个能水平地移动而另一个辊没有相应的移动，或者两个辊能在相反的方向上移动。

在某些实施方式中，第一支撑框架808和第二支撑框架814能通过铰链810和间隔件812而物理地链接到彼此。支撑弹簧811能对第一支撑框架808的一部分施加力，以维持辊对802、804和806中的每个中的相互反向旋转的辊之间的特定分隔。间隔件812可以保持一个或多个定位标志器813，该定位标志器813可辅助维持每个辊对中的相互反向旋转的辊之间的分隔。在某些实施方式中，定位标志器813限制第一支撑框架808的竖直移动。可选地，定位标志器813可辅助支撑第一支撑框架812，以便维持特定的辊间隔。

间隔件812可被配置成将定位标志器813保持在多个位置，其中每个位置对应于特定辊对内的期望的辊-辊间隔。由弹簧811施加在第一支撑框架808上的力能实现辊对802、804和806内辊-辊间隔的有效和快速的再调节。每个辊对内的辊-辊间隔能通过多种方法来调节。例如，所有辊对的辊-辊间隔能通过改变定位标志器813在间隔件812上的位置来同时调节。可选地，各个辊对的辊-辊间隔能通过竖直向上或向下移动被旋转地联接到第一支撑框架808的各个辊来调节。辊-辊间隔能被设置成压缩床垫或泡沫衬垫一定的量或对床垫或泡沫衬垫施加一定的力。在某些实施方式中，辊对802中的辊能分隔开约2英寸的间隙，辊对804中的辊能分隔开约1英寸的间隙，且辊对806中的辊能分隔开约0.5英寸的间隙。

平台816可能连接到第二支撑框架814。在该示例性实施方式中，平台816为供被处理的床垫或泡沫衬垫可能搁在上面的固定的平台。在某些实施方式中，平台816能用多辊系统或输送带替换，以更容易地输送正被处理的床垫或泡沫衬垫。

辊对802、804和806中的辊可以以其切向速度基本上相类似的方式旋转。在某些实施方式中，特定辊对中的辊可以以其切向速度不同于另一辊对中的辊的切向速度的方式旋转。例如，辊对804中的辊能以比辊对806中的辊低的切向速度运转。因而，被处理的床单或泡沫可以不仅被辊对802、804和806压缩，其另外还可以因辊对804和806的不同的切向速度而在纵向方向上被拉伸。类似地，辊对能以不同的切向速度操作，以便在纵向方向上压缩床单或泡沫衬垫。在某些实施方式中，不同的切向速度可被选择成将具有初始长度和宽度的床垫或泡沫衬垫拉伸被选择成提供特定的最终床垫/泡沫衬垫坚固性的另外的长度和/或宽度。

图9a至图9d从多个不同的透视图描述了图8的示例性装置。

图10a和图10b描述了根据本发明的床垫预施加应力装置的可选实施方式1000。图10a是从上面看的可选实施方式1000的视图，而图10b是从一侧看的可选实施方式1000的视图。实施方式1000包括至少两个相互反向旋转的辊对1002和1004。辊对1002可包括从辊对1002延伸出来的螺旋特征1006，辊对1004可包括从辊对1004延伸出来的螺旋特征1008。当床垫或泡沫衬垫1010被处理时，辊对1002和1004旋转，以便向其相应的一侧拉床垫或泡沫衬垫1010。例如，辊对1002可旋转，以便朝左侧拉床垫1010，而辊对1004可旋转，以便朝右侧拉床垫1010。螺旋特征1006和1008可起作用，以沿与辊对平行的方向拉床垫，如由图10a的直的双端箭头表示的。因此，床垫或泡沫衬垫1010可在纵向方向(直的双端箭头)输送同时沿基本上横向方向(垂直于直的双端箭头)拉伸。

图11是根据本发明的示例性预施加应力处理1100的流程图。在过程开始(步骤1102)之后，可通过辊对802、804和806竖直地压缩在图8的示例性装置中处理的床垫或泡沫衬垫(步骤1104)。可选地，也可以通过辊对802、804和806在垂直于辊对的方向上同时拉伸床垫或泡沫衬垫(步骤1104)。在初始压缩和可选的拉伸之后，通过辊对1102和1104，床垫或泡沫衬垫可在垂直于图10的示例性装置中初始可选拉伸的方向上经受进一步的拉伸(步骤1106)。最后，过程可在步骤1108终止，且可重复。在某些实施方式中，步骤1106可在步骤1104之前进行，或者甚至同时进行。在上述所有实施方式中，床垫或泡沫衬垫的施加应力、压缩和/或拉伸可为暂时的，因为施加应力、压缩和/或拉伸力仅施加有限的时间段，且在不再施加力之后，床垫和/或泡沫衬垫尺寸基本上保持类似于预施加应力/压缩/拉伸后的尺寸。

本领域技术人员仅利用常规试验就将知道或能够确定本文描述的实施方式和实践的许多等同形式。例如，示例性实施方式论述了床垫，但是利用本文描述的系统和方法能制成其他垫子和家具。作为另一示例，应理解，在一个或多个轴向方向压缩、施加应力或拉伸泡沫衬垫使得单元窗被破碎可由本发明的不同实施方式涵盖。因此，应理解，本发明不限于本文描述的实施方式，而是应从所附权利要求书来理解，权利要求书将如按照法律所许可的那样广义地解释。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以采用对所描述的变化、修改和其他实施方式。更具体地，上述的或通过引用并入的方法、系统和装置的特征中的任何都可与本文描述的或通过引用并入的任何其他合适的方法、系统或装置的特征进行组合，且其在所考虑的发明的范围内。在不偏离本发明精神或基本特点的情况下能以其他具体形式体现该系统和方法。因此，前述实施方式在各方面应被认为是示例性的，而不是对本发明的限制。本文引用的所有文献的教导都因此通过引用全部并入。

Claims (20)

1.一种提供硬化床垫组件的方法，包括：

在提供硬化床垫组件之前，使具有布置在床垫芯上并且带初始高度的第一未硬化泡沫衬垫的未硬化床垫组件加速硬化，其中所述第一未硬化泡沫衬垫是布置在所述床垫芯上的最上层，并且不是通过模制过程制成的，其中加速硬化包括：

通过对所述第一未硬化泡沫衬垫的至少一部分施加力来对所述第一未硬化泡沫衬垫施加应力而形成第一硬化泡沫衬垫，以便足以将所述第一未硬化泡沫衬垫的所述初始高度暂时地压缩这样的量，该量被选择成永久地改变所述第一未硬化泡沫衬垫的表示压痕力挠度的机械性能；以及

通过在所述床垫芯上布置所述第一硬化泡沫衬垫而完成所述硬化床垫组件，以便在所述床垫芯上提供睡眠表面的至少一部分；以及

提供所述硬化床垫组件，其具有与未硬化床垫组件的坚固性不同的坚固性。

2.如权利要求1所述的方法，其中

未硬化床垫组件还包括具有初始高度的第二泡沫衬垫，且所述方法还包括：

对所述第二泡沫衬垫的至少一部分施加力，以便足以将所述第二泡沫衬垫的高度压缩这样的量，该量被选择成改变所述第二泡沫衬垫的机械性能；以及

在所述床垫芯上布置所述第二泡沫衬垫。

3.如权利要求1所述的方法，其中施加力包括以下步骤中的至少一个：

对所述第一未硬化泡沫衬垫施加机械力；

同时对所述第一未硬化泡沫衬垫的主表面的大部分施加机械力；

对所述第一未硬化泡沫衬垫施加增加的气体压力；

真空碾压所述第一未硬化泡沫衬垫；

将一压盘压紧于所述第一未硬化泡沫衬垫的表面；

周期性地将一压盘压紧所述第一未硬化泡沫衬垫的表面；

使辊在所述第一未硬化泡沫衬垫的至少一个表面上移动；

沿第一输送带移动所述第一未硬化泡沫衬垫，且在第一输送带和第二输送带之间传递所述第一未硬化泡沫衬垫。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一硬化泡沫衬垫包括聚氨酯泡沫、粘弹性泡沫、乳胶泡沫、聚乙烯泡沫、纤维垫、凝胶或上述的组合。

5.如权利要求1所述的方法，其中施加力包括使所述第一未硬化泡沫衬垫在至少一对相互反向旋转的辊之间通过。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述至少一对相互反向旋转的辊包括按并排构型布置且在关于设置点的竖直和机器加工方向上都具有自由度的第一对辊、第二对辊和第三对辊。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一对辊相互间隔开约2英寸的间隙，所述第二对辊相互间隔开约1英寸的间隙，且所述第三对辊相互间隔开约0.5英寸的间隙。

8.如权利要求1所述的方法，其中使未硬化床垫组件加速硬化包括在所述第一未硬化泡沫衬垫被布置在所述床垫芯上之后对所述第一未硬化泡沫衬垫施加所述力。

9.如权利要求1所述的方法，其中对所述第一未硬化泡沫衬垫施加应力包括对所述第一未硬化泡沫衬垫的至少一部分施力，以永久地在所述睡眠表面上基本一致地改变所述第一未硬化泡沫衬垫的机械特性。

10.如权利要求1所述的方法，其中对所述第一未硬化泡沫衬垫的至少一部分施加力包括：

对所述第一未硬化泡沫衬垫的第一部分施加第一个力，以便足以将所述第一未硬化泡沫衬垫的第一部分的高度暂时地压缩第一个量，该第一个量被选择成永久地改变所述第一未硬化泡沫衬垫的机械性能，以及

对所述第一未硬化泡沫衬垫的第二部分施加第二个力，以便足以将所述第一未硬化泡沫衬垫的第二部分的高度压缩第二个量，该第二个量被选择成改变所述第一未硬化泡沫衬垫的机械性能。

11.如权利要求4所述的方法，其中所述聚氨酯泡沫为柔性聚氨酯泡沫。

12.一种制造床垫的方法，包括：

提供具有初始长度和宽度的第一泡沫衬垫；

通过对所述第一泡沫衬垫的至少一部分施加力来预调节所述第一泡沫衬垫，以便足以将所述第一泡沫衬垫的长度和宽度中的至少一个拉伸这样的量，该量被选择成改变所述第一泡沫衬垫的表示压痕力挠度的机械性能；以及

将所述第一泡沫衬垫布置在床垫芯上，以在所述床垫芯上提供睡眠表面的至少一部分，所述第一泡沫衬垫是布置在所述床垫芯上的最上层，并且不是通过模制过程制成的。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

通过对另外的泡沫衬垫的至少一部分施加力来预调节所述另外的泡沫衬垫，以便足以将所述另外的泡沫衬垫的长度和宽度中的至少一个拉伸被选择成改变所述另外的泡沫衬垫的机械性能的量；以及

将至少所述另外的泡沫衬垫布置在所述床垫芯上，以提供具有带多层预调节泡沫的睡眠表面的床垫。

14.如权利要求12所述的方法，其中施加力包括：使所述第一泡沫衬垫沿第一方向在第一对相互反向旋转的辊和第二对相互反向旋转的辊之间经过，其中所述第一对相互反向旋转的辊和所述第二对相互反向旋转的辊相互平行且垂直于所述第一方向定向，所述第一泡沫衬垫在穿过所述第二对相互反向旋转的辊之前穿过所述第一对相互反向旋转的辊，且所述第二对相互反向旋转的辊以比所述第一对相互反向旋转的辊快的切向速度运转，从而当所述第一泡沫衬垫在所述第一对相互反向旋转的辊和所述第二对相互反向旋转的辊之间穿过时，对所述第一泡沫衬垫施加张力。

15.如权利要求12所述的方法，其中施加力包括：使所述第一泡沫衬垫沿第一方向在第一对相互反向旋转的辊和第二对相互反向旋转的辊之间经过，其中所述第一对相互反向旋转的辊和所述第二对相互反向旋转的辊相互平行且平行于所述第一方向定向，所述第一对相互反向旋转的辊和所述第二对相互反向旋转的辊以相同的切向速度运转，且所述第一对相互反向旋转的辊和所述第二对相互反向旋转的辊起作用，在相反方向上拉。

16.一种执行如权利要求1或12所述的方法以用于预调节缓冲物品的系统，所述系统包括：

至少第一对辊，所述至少第一对辊包括第一辊和第二辊；

第一支撑框架和第二支撑框架；以及

铰链系统，所述铰链系统包括至少一个支撑弹簧，其中

所述第一辊与所述第二辊分隔开第一间隙；

所述第一辊旋转地联接到所述第一支撑框架且所述第二辊旋转地联接到所述第二支撑框架；

所述铰链系统可调节地联接到所述第一支撑框架和所述第二支撑框架；

所述至少一个支撑弹簧被连接到所述第一支撑框架并且被设定成对所述第二支撑框架施加第一力，以便足以维持所述第一间隙；且

所述第一间隙响应于所述铰链系统的调节而改变。

17.如权利要求16所述的用于预调节缓冲物品的系统，还包括至少一个自由旋转的联接件，其中所述第一辊和所述第二辊中的至少一个辊经所述至少一个自由旋转的联接件而被旋转地联接到所述第一支撑框架或所述第二支撑框架。

18.如权利要求16所述的用于预调节缓冲物品的系统，还包括至少一个辊驱动联接件，其中所述第一辊和所述第二辊中的至少一个辊经所述至少一个辊驱动联接件而被旋转地联接到所述第一支撑框架或所述第二支撑框架。

19.如权利要求18所述的用于预调节缓冲物品的系统，还包括至少一个马达组件，其中所述第一辊和所述第二辊中的至少一个辊被旋转地联接到所述至少一个马达组件且能通过所述至少一个马达组件来致动。

20.如权利要求16所述的用于预调节缓冲物品的系统，还包括：

多个辊，所述多个辊包括第二对辊和第三对辊，其中

至少所述第一对辊、所述第二对辊和所述第三对辊按并排构型布置且在关于设置点的竖直和机器加工方向上具有自由度，

所述第一对辊包括彼此分隔开约2英寸的第二间隙的第一顶部辊和第一底部辊，

所述第二对辊包括彼此分隔开约1英寸的第三间隙的第二顶部辊和第二底部辊，

所述第三对辊包括彼此分隔开约0.5英寸的第四间隙的第三顶部辊和第三底部辊，

所述第一顶部辊、所述第二顶部辊和所述第三顶部辊旋转地联接到顶部支撑框架；

所述第一底部辊、所述第二底部辊和所述第三底部辊旋转地联接到底部支撑框架，且

所述顶部支撑框架通过包括连接到所述底部支撑框架的至少一个支撑弹簧的可调节的铰链系统而被联接到所述底部支撑框架，且将所述顶部支撑框架联接到所述底部支撑框架的所述可调节的铰链系统的所述至少一个支撑弹簧被设定成对所述顶部支撑框架施加第一力，以便足以维持相应的顶部辊和底部辊之间的间隔，其中所述第二、第三和第四间隙响应于将所述顶部支撑框架联接到所述底部支撑框架的所述可调节的铰链系统的调节而改变。