CN106488841B - 用于生产具有x形横截面轮廓的衬垫的机器和方法及衬垫产品 - Google Patents

Abstract

一种衬垫转换机，包括：折皱组件，所述折皱组件将至少两层片状原材料随机折皱成具有相对较厚的三维形状的改性层；以及进料组件，所述进料组件使所述改性层的纵向延伸部分前进，并将所述改性层的纵向延伸部分连接在一起以形成衬垫条。转向器使改性层的横向边缘的重叠最小化，并促进改性层的横向边缘彼此分离，以及分割组件从衬垫条分割不同的衬垫产品。示例性所得衬垫产品包括沿纵向延伸部分互连的两层或多层折皱片材，该纵向延伸部分具有每层的互连重叠部分和纵向延伸连接线。每层可沿随机折皱边缘部分横向向外延伸，随机折皱边缘部分具有大于纵向延伸部分的横向宽度的折皱横向宽度，该边缘部分从连接线延伸到相对的横向延伸自由边缘。

Description

用于生产具有X形横截面轮廓的衬垫的机器和方法及衬垫 产品

技术领域

本发明涉及衬垫转换机，尤其涉及用于将片状原材料转换成相对较低密实度的衬垫产品的机器和方法。

背景技术

各种类型的转换机已经用于将片状原材料转换成衬垫产品。一些机器生产填充空隙的衬垫产品，主要用于填充包装容器中的空隙以防止内容物在装运期间移动。设计这些机器的一个目的是非常快速地生产填充空隙的衬垫产品。因此，这些机器被设计成以相对高的速度运行。

其它转换机生产具有缓冲性能的衬垫产品，而这些缓冲性能可能不能从填充空隙的衬垫产品获得。这些缓冲性能使衬垫产品能够缓冲或固定容器中的一个或多个物品，从而保护该一个或多个物品免受损坏。这种缓冲转换机通常以比生产空隙填充的转换机相对较低的速度生产衬垫产品，该较低的速度使缓冲转换机能够使片状原材料变形或以其他方式成形，以给予所得的衬垫产品足够的蓬松度，从而确保衬垫产品保持其形状。因此，通常以牺牲速度来获得以显著缓冲性能为特征的衬垫产品。

除速度外，一些转换机被设计为在空间有限的包装设施中或包装设施的包装区域中提供最小机器占用面积。由于考虑到节省空间，这些机器通常使用相对较窄的片状原材料以转换成衬垫产品。与具有相对较大占地面积和具有使用较宽片状原材料能力的衬垫转换机相比，这些机器转换的这种衬垫产品可能会花费两倍长的时间来填充容器。

发明内容

虽然有许多衬垫转换机在生产足够的衬垫产品，但现有的衬垫转换机和衬垫产品可能不是所有应用的理想选择。本发明提供了一种改进的衬垫转换机，该衬垫转换机是紧凑的、易于装载的，且该衬垫转换机生产一种改进的衬垫产品：以比先前的缓冲垫生产转换机相对较快的速率，生产比先前的转换的空隙填充产品具有更佳缓冲性能的衬垫产品。

更具体地，本发明提供一种衬垫转换机，其包括：折皱组件，所述折皱组件将多层片状原材料成形为具有三维形状的改性层；和进料组件，所述进料组件推进改性层的纵向延伸部分并将改性层的纵向延伸部分连接在一起以形成衬垫条。转换机还可包括转向器，以在转换过程中防止层的横向延伸自由边缘的重叠并保持层的横向延伸自由边缘的分离。

所得的衬垫条具有处于互连结构中的两层或多层片状原材料，并具有包括纵向延伸连接线的纵向延伸部分，该纵向延伸连接线具有每层的互连重叠部分。每个层均具有随机折皱的边缘部分，该边缘部分从连接线横向向外延伸，并延伸到边缘部分的与该连接线相对的、横向延伸的自由边缘。每层的自由边缘与其它层的自由边缘分离。每层的每个折皱的边缘部分具有比纵向延伸部分的横向宽度更大的折皱横向宽度。

根据本发明的一个方面，一种用于将片状原材料转换成相对更低密实度的衬垫产品的机器包括折皱组件，该折皱组件配置为将每个层随机折皱成三维改性层，且每个层被单独地折皱。折皱组件下游的进料组件具有一对相对构件，其布置成在该相对构件之间推进改性层，并将改性层的纵向延伸重叠部分连接在一起以形成衬垫条，所述衬垫条具有与改性层中一层的至少一个边缘间隔开的连接线。

折皱组件可为每个层限定单独路径。

机器还可包括相对的转向器，每个转向器至少部分地在每个相应的会聚槽的入口和出口之间延伸、并沿着相应的单独路径延伸。

机器还可包括设置在相对构件上游的相对的转向器，用于使沿相应的单独路径推进的各层的自由边缘的重叠最小化。

转向器可沿会聚槽的相对外壁的内部的相应表面延伸。

机器还可包括转向器，该转向器延伸穿过折皱组件的至少一部分，以使层中一层的横向延伸自由边缘与该层的另一横向延伸自由边缘的重叠最小化。

折皱组件可包括从折皱组件的上游端处的入口会聚到折皱组件的下游端处的出口的壁。

折皱组件可包括至少两个限定每层的各自的单独路径的会聚槽。

所述入口可具有与所述出口相比更大的面积。

所述机器可包括多个片状原材料层，且折皱组件可以限定路径，穿过该路径每个层单独地向内聚集，路径的下游宽度窄于各层的初始宽度。

一对相对构件中的至少一个可包括轴向压缝部，以使改性层的一部分形成狭缝并使该部分由平面结构凸出(displace)以形成至少一行突出部，从而使改性层的重叠部分互连并形成连接线。

该对相对构件可包括相互协作以推进和连接改性层的齿轮。

该对相对构件可包括彼此交错的齿轮，以推进并连接位于相对构件之间的改性层，所述齿轮包括轴向间隔开的多个部分。

该对相对构件可包括齿轮，每个齿轮包括从齿轮中心延伸的多个在周向上间隔开的齿，所述间隔开的齿限定各齿之间的空间，所述齿轮关于各自的轴线可旋转，并被定位成使得随着齿轮旋转，一个齿轮的多个齿与另一齿轮的多个齿顺序地交错。

齿轮可包括可旋转地彼此偏移且轴向间隔开的多个部分。

该对相对构件中只有一个构件可被驱动，且构件之间的相互啮合可驱动另一构件旋转。

机器还可包括与相对构件邻近的转向器，以促进多层中一层的折皱横向延伸自由边缘与该层的另一折皱横向延伸自由边缘分离。

机器还可包括相对构件下游的输出槽，其在周向上约束衬垫条。

机器还可包括相对构件下游的切割组件，以从衬垫条切割不同的衬垫产品。

机器可包括原料供应组件，该原料供应组件配置为存储至少一种片状原材料供应品并将片状原材料引导到折皱组件。

机器可包括折皱组件上游的引导辊，引导辊将每个层引导到该层穿过折皱组件的单独路径。

根据本发明的另一方面，一种用于将多层片状原材料转换成相对较低密实度的衬垫产品的机器包括折皱组件，该折皱组件限定单独路径，以单独将每层随机地折皱成三维改性层，与形成三维改性层的相应未折皱层相比，三维改性层具有减小的宽度和增加的厚度。折皱组件下游的进料组件具有一对相对齿轮，其被布置成推进改性层的纵向延伸重叠部分，并将改进层的纵向延伸重叠部分连接在一起，从而形成具有纵向延伸连接线的衬垫条，该纵向延伸连接线与已连接的改性层的横向延伸纵向共延的边缘间隔开。转向器设置成与相对齿轮邻近，以保持改性层或衬垫条的折皱边缘的分离，且进料组件下游的输出槽在周向上约束衬垫条。

根据本发明的另一方面，一种将片状原材料转换成衬垫产品的方法包括以下步骤：(i)分别随机折皱片状原材料的多个大致平坦的层以形成改性层，每个改性层具有大致三维形状和横向延伸的折皱边缘部分；(ii)沿单独的各自路径推进片状原材料的层，以及(iii)在每层已被转换成大致三维形状之后，沿改性层的纵向部分将改性层连接在一起，以形成衬垫条。

分别随机折皱步骤可包括牵拉大致平坦的层中的每层穿过具有会聚侧壁的单独槽。

该方法还可包括使多层中一层的横向延伸自由边缘与该层的另一横向延伸自由边缘的重叠最小化的步骤。

推进步骤可包括在旋转的相对构件之间牵拉片材。

连接步骤可包括使改性层的一部分形成狭缝并使该部分由平面结构凸出，从而形成与改性层的折皱边缘间隔开的纵向延伸连接线。

该方法还可包括促进多层中一层的折皱横向延伸自由边缘与该层的另一折皱横向延伸自由边缘分离的步骤。

促进分离步骤可包括将衬垫条的折皱边缘部分牵拉到与旋转相对构件邻近的转向器中。

在连接步骤之后，该方法还可包括在周向上约束衬垫条的折皱边缘部分的步骤。

该方法还可包括从衬垫条分离不同的衬垫产品的步骤。

根据本发明的另一方面，衬垫产品包括处于互连结构中的两层或多层片状原材料，所述互连结构包括纵向延伸部分，所述纵向延伸部分沿纵向延伸连接线具有每层的互连重叠部分。每个层从连接线沿随机折皱边缘部分横向向外延伸，并延伸到所述边缘部分的与所述连接线相对的横向延伸的自由边缘，每层的自由边缘与其它层的自由边缘分离。每个层的每个折皱边缘部分具有大于所述纵向延伸部分的横向宽度的折皱横向宽度。

连接线可包括延伸穿过每层的重叠部分的狭缝，且使狭缝之间的部分凸出以互连重叠部分。

狭缝可定期地和纵向地间隔开，并以两个平行的行对齐，从而在狭缝间形成突出部，突出部从连接线的大致平面结构中凸出。

衬垫产品还可包括从连接线的大致平面结构中凸出的突出部，突出部的凸出将片状原材料保持在其互连结构中。

突出部可在关于中心平面的相反方向上交替地凸出，该中心平面大致延伸穿过连接线。

下文中对本发明的前述和其它特征进行充分描述，并在本发明的一个或多个说明性实施例中详细阐明权利要求、以下说明书和所附附图中指出的特征。然而，这些实施例仅是可以采用本发明的原理的各种方式中的几种。通过本发明的结合附图考虑时的以下详细描述，本发明的其它目的、优点和特征将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明提供的示例性衬垫转换系统的示意图。

图2是根据本发明提供的示例性衬垫转换机的操作元件的示意性立体图。

图3是根据本发明提供的衬垫转换机的示意性横截面图。

图4是根据本发明提供的示例性衬垫转换机的立体图。

图5是从下游方向观察的图4中所示的衬垫转换机的另一立体图。

图6是从下游方向观察的图4中所示的衬垫转换机的局部立体图。

图7是从下游方向观察的穿过图4中所示的衬垫转换机的折皱组件的局部下游正视图。

图8是从下游方向观察的穿过图4中所示的衬垫转换机的折皱组件的另一局部下游正视图。

图9是图4中所示的衬垫转换机的俯视立体图。

图10是从下游方向观察的图4中所示的衬垫转换机的局部立体图。

图11是从与下游方向相反的上游方向观察的穿过图4中所示的衬垫转换机的输出槽的局部上游正视图。

图12是从上游方向观察的图4中所示的衬垫转换机的另一立体图。

图13是由图4中所示的示例性转换机制成的示例性衬垫产品的前视图。

图14是图13中所示的示例性衬垫产品的立体图。

图15是图13中所示的示例性衬垫产品的俯视图。

图16是与图13中所示(的衬垫产品)类似的另一示例性衬垫产品的另一前视图。

图17是图16中所示的示例性衬垫产品的另一俯视图。

图18是图16中所示的示例性衬垫产品的侧视图。

具体实施方式

本发明提供了一种改进的衬垫转换机，该衬垫转换机是紧凑的、易于装载的，并且生产一种改进的衬垫产品：以比先前的缓冲垫生产转换机相对更快的速率，具有比先前的空隙填充转换机所生产的衬垫更佳的缓冲性能。

笼统地，本发明提供了一种衬垫转换系统和方法，用于将片材供应品转换成相对较低密实度的衬垫产品。具体地，该转换系统能够制造且该方法提供了，具有处于互连结构中的两层或多层片状原材料的衬垫产品。该互连结构具有纵向延伸连接线，该纵向延伸连接线具有每层的互连重叠部分。该互连结构还包括邻近该连接线设置的纵向共延横向延伸的边缘部分，这些边缘部分随机地折皱并大致在连接线的外侧彼此分离。

现在详细参照附图，并首先参照图1，示例性衬垫转换系统20包括具有供应片状原材料23的原料供应组件22。转换系统20还包括将片状原材料23转换成单独的衬垫产品26的转换机24。转换机24包括折皱组件30，以接收和随机地折皱片状原材料23的多层32和34，以形成相应的改性层36和40。转换机24还包括进料组件42，以推进改性层36和40并将改性层36和40连接在一起，以形成大致连续的衬垫条44。转换机24还包括输出槽48和切割组件50，输出槽48在在周向上约束衬垫条44时限定引导衬垫条44离开转换机24的路径，切割组件50将衬垫条44切割成分离的不同衬垫产品26。虽然切割组件50被示出为设置在输出槽48之后，但是可替代地，切割组件50可以设置在进料组件42之前或之后的其它地方，例如设置在进料组件42和输出槽48之间。衬垫产品26是独特的X形衬垫产品，即具有X形横截面轮廓的衬垫产品26，其在使用最小的片状原材料23时，提供了超过传统空隙填充衬垫的改进的缓冲性能。

与传统的缓冲转换机相比，本发明提供的转换机24相对紧凑。该转换机24还比生产缓冲垫的传统转换机更快。此外，与传统的缓冲衬垫转换机相比，该转换机24相对较小、具有减少的占地面积、并且相对容易移动。

本发明提供的原料供应组件22包括一种或多种片状原材料23的供应品，其可布置在支架、手推车上，或简单地被支撑在转换机24附近。片状原材料的合适的供应品包括纸、塑料片材、或纸和塑料片材的组合片材，且这些供应品可作为卷或折扇式叠层供应。片状原材料还可以是层压的、或片状原材料还可包括层压和非层压片材的组合。可以使用多个卷或多个叠层以提供用于转换成多层衬垫产品26的原材料的多片或多卷。可替代地，单个卷可包括共同缠绕成该单个卷的多层，或者单个叠层可包括共同折叠成该单个叠层的多层。与转换机24一起使用的示例性片状原材料包括卷形式的单层或多层牛皮纸，或者包括在折扇式叠层中作为一系列连接的、大致为矩形页面的单层或多层牛皮纸。合适的牛皮纸可具有不同的基重，例如二十磅或四十磅，并且各自的层可具有不同的基重。

原料供应组件22还包括一个或多个持续进入引导件，例如未具体示出的进入引导辊，用于将片材23的层32和34从原料供应组件22引导到转换机24。示例性的持续进入辊在被授予给俄亥俄州康库德镇(Concord Township)的兰帕克公司的美国专利No.7,041,043中示出。可以提供其他的辊以将片状原材料23的各个层引导到转换机24中。进入辊可被布置成促进层的分离，以减少片材23的撕裂，从而减小推进片材23所需的推进力，以在片材23或其组合上提供更均匀的张力，从而能够将片材23从库存供应有效地转移到转换机24。当片材进入折皱组件30时，进入辊还可给予片材23的每层32和34持续的进入角度，以在改性层36和40中提供相对一致的随机起皱量。

如图所示，原料供应组件22与转换机24分离，尽管它可与转换机24集成在一起。片材23从原料供应组件22前进到转换机24。如图所示，原料供应组件22位于转换机24的上游，从而转换机24位于原料供应组件22的下游。如本文所使用的，由于片材23的层32和34从原料供应组件22牵拉穿过转换机24并转换成相对较低密实度的衬垫产品，因此下游方向是片材23的层32和34的推进方向。从而上游方向是与片材23的层的推进方向相反的方向，即从转换机24的输出返回到原料供应组件22的方向。

转到图2，示意性地示出根据本发明的示例性转换机70。转换机70将一层或多层片状原材料转换成相对较低密实度的衬垫产品，并依次包括聚束组件74、进料组件76、输出槽84和切割组件86。

现在参考图2-图12，示出示例性衬垫转换机70的进一步细节。转换机70以多个视图示出，并包括折皱组件74、进料组件76、转向器77和78、输出槽84和切割组件86。折皱组件74、进料组件76、输出槽84和切割组件86被示出为从转换机70的上游端行进到转换机70的下游端以特定顺序布置。可替代地，进料组件76、输出槽84和切割组件86可以以任何合适的顺序布置。例如，虽然切割组件86被示出为设置在输出槽84之后，但是切割组件86可以替代地设置在进料组件76的上游或下游的其他位置，例如设置在进料组件76的下游和输出槽84的上游。

折皱组件74被配置为从供应处接收片材，并随机地将大致平坦的二维片状原材料层折皱，该层例如为层90和92，牵拉这些层穿过折皱组件74。更具体地，折皱组件74将每层90和92分别沿各自的路径随机地折皱成相应的三维改性层94和96。示出的折皱组件74由一对会聚槽98和99形成，每个会聚槽为片材的每个层90和92限定并界定从折皱组件74的上游端102到折皱组件74的下游端104的各自的单独路径100和101。

每个槽98和99包括从上游端102处的相对较大的入口106会聚到下游端104处的相对小的出口108的壁。每个槽98和99沿下游方向向内会聚。如图所示，侧壁110沿下游方向向内会聚，由此与每个槽98和99的上游端102处的宽度尺寸相比，每个槽98和99在其下游端104处具有更窄的宽度尺寸。

每个槽98和99还包括连接侧壁110的上壁和下壁。例如，上槽98包括上壁111和与上壁111相对设置的下壁113。上壁111相对于折皱组件74的中心向外设置，同时下壁113相对于折皱组件74的中心向内设置。如图所示，上壁111在下游方向上沿上游端102与下游端104之间的距离朝下壁113向内会聚。相反地，下槽99包括下壁107，该下壁在下游方向上沿上游端102与下游端104之间的距离朝上壁109向内会聚。

上壁109和下壁107之间的路径101的高度、上壁111与下壁113之间的路径100的高度、以及各自侧壁110之间的路径100和101的宽度，在从各自的会聚槽98或99的上游端102到下游端104的纵向距离上降低。因此，各自的会聚槽98或99的入口106与各自的会聚槽98或99的出口108相比具有更大的横截面面积。此外，每个路径100和101的下游宽度比未折皱的层90和92的初始宽度窄，使得通过该路径前进的层90和92向内会聚并随机地折皱。所得到的改性层94和96与形成这些改性层的相应未折皱层90和92相比，每个改性层均具有减小的宽度和增加的厚度，并占据更大的体积。

如图所示，会聚槽98和99是独立的槽，其彼此镜像并耦合到彼此。可替代地，槽98和99可彼此集成在一起，且槽98和99还可在空间上彼此分离。

槽98和99通过转换机70的框架144的部件126耦合到进料组件76，但是它们还可通过任何其它合适的结构附接。每个槽98和99的入口106和出口108这两者均由圆曲面122和124限定，圆曲面122和124是圆的以帮助将片材引导到各自的槽98或99中，以防止片状原材料的撕裂，从而促进片状原材料有效且不间断地进入到折皱组件74中。路径100和101大致是平行的，尽管它们可以以各自的角度布置，以便为分别供应的层90和92提供不同的进入角，或为改性层94和96提供彼此不同的出口角。在所示实施例中，在上游端102和下游端104之间穿过折皱组件74的每个路径100和101完全分离，尽管路径100或101中的一者的任何合适部分可以向另一路径101或100开放。

穿过会聚槽98和99为每层90和92提供单独路径100和101具有许多益处。分离促使每层以其自身的方式随机地折皱，从而最小化或消除层90和92在折皱组件74内或之后的彼此嵌套。与由共同折皱形成的传统产品相比，分开折皱和避免嵌套有助于形成相对较低密实度的产品；该共同折皱即，不包括穿过各自折皱组件的单独路径的折皱，例如在被授予给俄亥俄州康库德镇的兰帕克公司的美国专利No.7,955,245中所描述的。因此，转换机70所形成的所得衬垫产品具有相对较大的缓冲性能。

转换机70还可包括转向器77和78，转向器77和78在进料组件76上游，转向器77和78使重叠最小化并促进折皱的片材离开进料组件76中连接构件的路径。如关于进料组件76的进一步讨论的那样，这使得衬垫的多层连接在一起的部分中的材料最小化，并使可用于提供增强缓冲性能的折皱材料最大化。因此，转向器77和78促使每个单独层90，92，94或96的横向延伸自由边缘与同一单独层90，92，94或96的另一个横向延伸自由边缘分离。

如图6-8中的最佳显示所示，转向器77和78在相应会聚槽98或99的相应入口106与出口108之间延伸穿过折皱组件74的至少一部分。每个转向器77和78位于中央，并从相应入口106与出口108之间的中间点延伸到大致邻近相应出口108的点。可替代地，转向器77或78中的一者或两者可沿相应槽98和99的任何纵向长度延伸，和/或转向器77或78的一者或两者可从槽98和99的相应上游端102和下游端104中的一者或两者轴向延伸。

上槽98包括转向器77，下槽99包括转向器78。转向器77至少部分地沿着上壁111并沿着上部路径100延伸，而转向器78至少部分地沿着下壁107并沿着下部路径101延伸。上部转向器77与下壁113间隔开，且下部转向器78与上壁109间隔开，以允许相应的层90和92被牵引穿过相应的槽98和99，并在转向器77或78与相应槽98或99的相应相邻壁之间折皱。

在一个实施例中，转向器77和78与相应的槽98和99分离，并可通过焊接、粘合剂或任何其它合适的方法耦合到槽98和99。在其它实施例中，转向器77和78中的一者或两者可与折皱组件74的相应槽98和99集成在一起。转向器被示出为大致呈圆筒形，但是转向器77和78可以具有适用于大致向外推动片材的任何其它形状。因此，经过转向器77和78前进的层的自由边缘被引导横向向外并远离层的中心。

在其他实施例中，可使用任何数量的转向器77和78，或者转向器77和78中的一者或两者可包括多个分开的或连续的部分(segment)。例如，任何数量的附加转向器可设置在相对构件132和134的上游或下游，诸如与输出槽84集成在一起。在这种情况下，输出槽和转向器可以接合，并促使衬垫条136的折皱边缘部分226伸展开来。转换机70中可以不出现转换器77和78中的一者或两者。因此，在一些其他的实施例中，仅槽98或99中的一者可包括转向器。可替代地，转向器77和78可不沿折皱组件74的槽98和99设置，或者转向器77和78可设置为与折皱组件74和进料组件76邻近。

如图所示，进料组件76与转向器77和78和折皱组件74邻近，并位于转向器77和78的下游和折皱组件74的下游。进料组件76配置为使片材的层90和92前进穿过折皱组件74和进料组件76，并将改性层94和96的重叠部分连接在一起。具体地，进料组件76包括一对相对构件132和134，该相对构件设置为与转向器77和78和折皱组件74邻近，并位于转向器77和78和折皱组件74的下游。进料组件76可包括更多对的相对构件。相对构件132和134布置成使改性层94和96的纵向延伸重叠部分沿连接线前进并连接在一起以形成衬垫条136，该连接线与改性层94和96中的一者的至少一个边缘间隔开。

上部相对构件132包括上部轴140，下部相对构件134包括下部轴142，该上部轴和下部轴连接到，诸如可旋转地连接(journal)到框架144。固定到轴140中心的是压合构件146，固定到轴142中心的是压合构件150，以用于与固定到相对的轴140或142上的压合构件146或150协作啮合地旋转。压合构件146和150协作用于完成上述前进功能和上述连接功能这两者。上部轴140连接在框架144侧壁中的一个或多个轴承151内。下部轴142弹性偏置地朝向另一轴，从而上部相对构件132弹性偏置地朝向另一相对构件，并可移动远离所述的另一相对构件以允许不同厚度的改性层94和96在相对构件132和134之间经过。

只有上部相对构件132被驱动，且相对构件132和134之间的相互啮合驱动下部相对构件134旋转。下部相对构件134由上部相对构件132通过相对构件132和134之间的接触而被驱动。下部相对构件134还通过相对构件132和134与介于相对构件132和134之间的片材之间的摩擦接触而被驱动。如图所示，上部相对构件132由转换机70的原动机152驱动。原动机152是适当安装到框架144的电动机，然而原动机152可为用于驱动相对构件132和134的任何合适的原动机。通过原动机152与上部轴140之间延伸的诸如链条153的连接器，原动机152使上部轴140旋转，从而使上部相对构件132旋转。在其它实施例中，下部相对构件134可以是从动构件。

例如通过键和槽结构、焊接、粘接或任何其它合适的方法，将相对构件132和134的压合构件146和150固定成随着相应的轴140和142旋转。每个压合构件146和150，也称为压合齿轮146和150，可关于延伸穿过相应的上部轴140或下部轴142的相应轴线旋转。压合构件146和150布置为牵拉压合构件146和150之间的片状原材料，从而使在压合构件146与150之间经过的改性层94和96的多个中心部分形成狭缝并凸出。该中心部分通常从压合构件146和150之间牵拉的重叠层的平面结构中凸出。每个压合构件146和150包括从相应的齿轮中心158延伸的多个在周向上间隔的齿156。下部压合构件150的齿156与上部压合构件146的齿156松弛地交错，压合构件146或150中的一个被驱动以可旋转地驱动另一压合构件150或146。

使压合构件146和150相对于彼此在相反方向上旋转。随着压合构件146和150关于轴140和142的相应轴线旋转，压合构件146和150被定位成使得一个压合构件146或150的多个齿156与另一压合构件150或146的多个齿156顺序地交错。与许多传统齿轮不同，进料组件76的压合构件146和150不是以每个齿轮的齿156紧密地容纳在相对齿轮的凹部162中的方式而紧密地交错。替代地，凹部162大于相应的齿，且该富余的空间提供有时称为斜面(slop)的部分。该斜面容纳原材料的折皱层或超厚层的通道、或改性层94和96之间的随机起皱的差异。因此，相应压合构件146和150的齿156之间的配合相对松弛，以容纳经过其间的折皱层。

压合构件146和150各自包括彼此交错的多个轴向间隔开的部分，以使其间的改性层94和96前进及连接。每个所述部分表示相应齿轮146或150的垂直于其相应旋转轴线的薄片。如进一步所示，每个齿轮146和150具有相对一致的结构和布置。上齿轮146包括多个所述部分164、166和168，而下齿轮150包括多个所述部分170、172和174。轴向间隔的所述部分可旋转地彼此偏移，且相对构件132和134布置为使得下部压合构件150的轴向间隔的部分170，172和174与上部压合构件146的轴向间隔的部分164，166和168交错。

每个压合构件146和150在平行于其旋转轴线且邻近旋转轴线处具有的尺寸大于每个压合构件146和150在齿156的周边范围处具有的尺寸。简要地参照下部压合构件150，轴向外侧部分170和174具有楔形形状。该楔形形状包括在邻近轴线的压合构件150的中心部分中较厚的尺寸，以及在齿156的外周或周边范围处的相对较薄的尺寸。轴向外侧部分170和174之间的内侧部分或中心部分172大致是平面，并作为压合构件150的轴向压缝部，以使改性层94和96的一部分形成狭缝并将使这一部分从其平面结构凸出，由此将层94和96彼此连接。压合构件150的楔形形状可促使邻近压合构件150的改性片状原材料被向外推，而不是经过压合构件146和150之间，从而进一步减小正被压缩的片材的量。

至少一个压合构件146或150的至少一个轴向限定的内侧部分166或172具有较短较窄的齿210，这些齿210相对于相应的外侧部分164，168，170和172的齿156旋转地偏移。这些齿210在其远端可以是方形的。因此，当压合构件150的外侧部分170和172的较长齿156朝向相对压合构件146的中心挤压片状原材料时，中心部分172的齿210向例如为改性层94和96的片状原材料呈现其锋利的方形边缘。中心部分172的齿210的边缘在片状原材料上产生一对平行的狭缝和狭缝之间的突出部分(也称为突出部(tab))。并且随着外侧部分170和174的齿156沿一个方向推动狭缝外侧的片材，相对的上部压合构件146的中心部分166的齿210沿相反的方向推动狭缝之间突出部的片材。相对于邻近狭缝及狭缝外侧的片材，压合构件146和150如此协作以使狭缝之间的突出部的片材凸出。

与一些传统现有进料/连接齿轮不同，压合构件146和150这两者均形成突出部。因此，(这两者形成的)突出部在衬垫条136的两侧上关于中心平面沿相反方向凸出，该中心平面大致上延伸穿过大体平坦的连接线。压合构件146和150在片状原材料中形成一对间断的、规则间隔开的平行狭缝对。狭缝之间的中心部分，即突出部，相对于大致延伸穿过大体平坦连接线的中心平面凸出。在其它实施例中，衬垫条136中额外的狭缝和突出部可通过包括额外的轴向间隔的部分来增加，从而进一步增强进料组件76的连接功能。

转换机70的进料组件76在相对窄的区域上压合衬垫条136的连接线。这种方法保留了相对较大的横向延伸折皱边缘部分226，以提供相对增加的缓冲，而不是如在传统转换机中所做的那样将层的横向边缘印压和/或压紧在中央连接部分中。

由于改性层94和96同时受到作用，因此狭缝之间的突出部分包括改性层94和96中每一个的层。相对于与狭缝邻近的片材，每个相应突出部中的片材的边缘间的摩擦趋向于连接相应突出部的边缘。类似地，邻近突出部的片材之间摩擦也倾向于将这些片材保持在一起，该邻近突出部的片材形成狭缝。片材层的重叠的中心纵向延伸部因此互连在一起，例如互锁在一起，形成包括狭缝和突出部的纵向延伸连接线。

在改性层94和96的相对设置的横向边缘之间形成衬垫条136的纵向延伸连接线。与横向边缘的随机折皱状态相比，所述连接线是相对平坦的。所述连接线居中地设置在横向边缘之间，并因此包括改性层94和96的中心纵向延伸重叠部分。可替代地，根据使每层的至少一个边缘自由时所得到的衬垫条136的期望形状或横截面轮廓，连接线可在空间上比另一个横向边缘相对更靠近一个横向边缘，从而增强衬垫的缓冲性能和空隙填充性能。自由边缘使衬垫条具有独特的X形横截面。

衬垫条136的结构可通过其它可选的进料组件部件进一步控制。例如，可设置单独的推进辊(未示出)，其可操作地耦合到相对构件132和134并且邻近相对构件132和134。在这种情况下，可以以与相对构件132和134相同的速率驱动该单独的推进辊，从而由于驱动速率差异使改性层94和96在相对构件之间的纵向折皱或打褶最小化。另一方面，可以以与相对构件132和134不同的速率驱动该单独的推进辊，以向改性层94和96提供额外的随机纵向折皱，以改变衬垫产品的密实度及其所得的缓冲性能，或潜在地从衬垫条136分离不同的衬垫产品。

相对构件132和134还可包括所示的圆柱形构件212和214，用于引导改性层94和96的横向延伸边缘经过安装有压合构件146和150的轴140和142。圆柱形构件212和214被示出为在轴向上间隔地邻近相应的上部压合构件146和下部压合构件150。一个圆柱形构件212或214被分别放置在每个相应压合构件146或150的每一侧上，从而有效地增加在其上安装了该圆柱形构件的轴140或142的直径。利用该结构，改性层94和96的横向延伸边缘可被更有效地向设置在相对构件132和134及进料组件76的下游的输出槽84引导。

输出槽84限定了在周向上约束连续的衬垫条136时引导衬垫条136离开转换机70的路径。输出槽84耦合到端板220，该端板经由任何合适的耦合装置又耦合到框架144。在所示实施例中，输出槽84包括由纵向延伸部224限定的孔222。输出槽84的纵向延伸部224可以是圆形的，以防止或最小化衬垫条136的撕裂。如图所示，纵向延伸部224收纳互连的衬垫条136，且其尺寸设定成至少部分地在周向上约束X形衬垫条136的横向延伸边缘。槽壁与衬垫条136之间的摩擦可在衬垫条136离开机器70之前进一步增强纵向折皱，从而可有助于连接重叠层94和96或从衬垫条136切割离散的衬垫产品。

可通过任选的切割组件86分离或切割连续的衬垫条136，以提供具有期望长度的不同的衬垫产品。切割组件86可包括一个或多个切割构件，该切割构件可手动致动或自动致动。示例性的切割组件在俄亥俄州康库德镇的兰帕克公司的美国专利No.4,699,609中描述。

在一些情况下，例如当将离散长度的片材供应给进料组件76时，可完全省略切割组件86。另一种替代方案是采用在其宽度上穿孔的片状原材料，使得一定长度的衬垫产品可从衬垫条136上撕掉。穿孔可在被供应到衬垫转换机70之前在原材料中已形成或者作为转换过程的部分来形成。附加地或替代地，转换机70可配置成从由穿孔原材料制成的衬垫条自动地分离期望长度的衬垫产品。这可通过在相对构件132和134的上游或下游设置第二组旋转构件，以及在继续向处于下游组供应片材时停止处于上游组来实现。

现在转到图13-18，本发明还提供了一种独特的示例性衬垫产品300，其包括处在具有X形横截面轮廓的互连结构中的一层或多层片状原材料。衬垫产品300由衬垫转换机形成，该衬垫转换机诸如为上述的示例性衬垫转换机，该衬垫产品包括互连的中心部分302和大致邻近中心部分302的横向、折皱、缓冲的边缘部分304。如图所示，中心部分302居中地设置在彼此分离的相对布置的折皱的边缘部分304之间。除了每个单独层的相对的边缘部分304彼此分离之外，不同层的边缘部分304在中心部分302外侧彼此分离。

特别地，两层或多层片状原材料被转换成包括互连中心部分302的互连结构，该互连中心部分302是具有每层的互连重叠部分和纵向延伸连接线306的纵向延伸部分。每个层均从连接线306沿随机折皱边缘部分304横向向外延伸，并延伸到边缘部分304的与连接线306相对的、横向延伸的自由边缘308。横向边缘部分304是随机折皱且彼此分开的纵向共延、横向延伸的边缘部分304。由于每个层单独随机折皱，因此边缘部分304中的折叠图案是随机的，并在其它层中或层的其它部分中通常不重复，从而使嵌套最小化并使得到的衬垫产品300的蓬松度和缓冲性能最大化。边缘部分304通常与纵向延伸中心部分302中的连接线306邻近。每层的每个折皱边缘部分304具有大于纵向延伸部分302的横向宽度的折皱横向宽度。每个单独层的自由边缘308通常与其它层的自由边缘308分离。

大致如上所述，转换过程包括随机折皱大致平坦的二维片材层的横向边缘部分，同时促进边缘部分彼此分离，从而形成具有横向延伸自由边缘308的折皱边缘部分304。在连接过程中，随机折皱层的重叠中心部分沿着连接线306连接在一起，以形成纵向延伸中心部分302。连接线306与随机折皱状态的横向自由边缘308相比是相对平坦的。连接线306纵向地、居中地设置在相对设置的自由边缘308之间。可替代地，根据所得衬垫产品300的期望形状或横截面轮廓，连接线306可以在空间上比其它横向边缘相对更靠近一个横向边缘308。

如图所示，连接线306包括延伸穿过每层的重叠部分的狭缝310，并且还包括使邻近狭缝凸出以使重叠部分互连的部分。狭缝310定期地及纵向地间隔开，且以狭缝310的行对齐，例如两个平行的行，从而在狭缝间形成突出部312。可存在任何合适数量的狭缝310行和突出部312。

突出部312从连接线306的大致平面结构中凸出。突出部312的摩擦接合和凸出将衬垫产品300的片状原材料保持在其互连结构中。狭缝310还具有摩擦接合的边缘以提供额外的互连。突出部312在关于中心平面的相反方向上交替地凸出，该中心平面大致延伸穿过连接线306。

总之，衬垫转换机70包括折皱组件74和进料组件76，该折皱组件至少将片状原材料的层90和92随机地折皱成具有三维形状的改性层94和96，该进料组件使改性层94和96的纵向延伸部分前进，并将改性层94和96的纵向延伸部分连接在一起，以形成衬垫条136。转向器77和78使改性层的横向边缘的重叠最小化并促进改性层的横向边缘彼此分离，然后切割组件86从衬垫条136切割获得不同的衬垫产品。示例性的所得衬垫产品300包括沿纵向延伸部分302互连的两层或多层折皱片材，该纵向延伸部分302具有每层的互连的重叠部分和纵向延伸连接线306。每个层可沿随机折皱的边缘部分304横向向外延伸，边缘部分304具有比纵向延伸部分302的横向宽度更大的折皱横向宽度，边缘部分304从连接线306延伸到与连接线306相对的横向延伸的自由边缘308。

虽然本发明已通过某个优选实施例被示出和描述，但是显然地，本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图之后将想到等同的改变和修改。特别是关于由上述组件执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这些组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行以下所描述的组件的特定功能(即，等同功能)的任何组件，即使在结构上与本发明的本文所示的示例性实施例中执行该功能的结构不同。此外，虽然本发明的特定特征可能仅根据多个实施例中的一个公开，但是如对于任何给定的或特定的应用是所需的并有利的，这样的特征可与其他实施例的一个或多个其它特征组合。

Claims (14)

1.一种用于将多层片状原材料转换成相对较低密实度的衬垫产品的机器，所述机器包括：

折皱组件，所述折皱组件配置为将每个层随机折皱成三维改性层，且每个层被单独地折皱；

进料组件，所述进料组件在所述折皱组件下游，所述进料组件具有一对相对构件，所述相对构件布置成在所述相对构件之间推进所述改性层，并将所述改性层的纵向延伸重叠部分连接在一起以形成衬垫条，所述衬垫条具有纵向延伸连接线，所述纵向延伸连接线与改性层中一层的至少一个边缘间隔开；以及

相对的转向器，所述相对的转向器设置在所述相对构件的上游，用于使沿各自的单独路径前进的各层的自由边缘的重叠最小化。

2.根据权利要求1所述的机器，其中，所述折皱组件包括至少两个会聚槽，所述至少两个会聚槽为每个层限定各自的单独路径。

3.根据前述权利要求中任一项所述的机器，还包括：转向器，所述转向器延伸穿过所述折皱组件的至少一部分，以使所述层中一层的横向延伸自由边缘与该层的另一横向延伸自由边缘的重叠最小化。

4.根据权利要求1所述的机器，其中，所述折皱组件包括从所述折皱组件的上游端处的入口会聚到所述折皱组件的下游端处的出口的壁。

5.根据权利要求4所述的机器，其中，所述入口具有与所述出口相比更大的面积。

6.根据权利要求1所述的机器，其中，所述一对相对构件中的至少一个包括轴向压缝部，以使所述改性层的一部分形成狭缝并使该部分由平面结构凸出以形成至少一行突出部，从而使改性层的重叠部分互连并形成连接线。

7.根据权利要求1所述的机器，其中，所述一对相对构件包括彼此交错的齿轮，以推进并连接位于所述相对构件之间的改性层，所述齿轮包括可旋转地彼此偏移且轴向间隔开的多个部分。

8.根据权利要求1所述的机器，还包括：与所述相对构件邻近的转向器，所述转向器促使所述层中一层的折皱横向延伸自由边缘与至少另一层的另一折皱横向延伸自由边缘分离。

9.根据权利要求1所述的机器，还包括所述相对构件下游的输出槽，所述输出槽在周向上约束所述衬垫条。

10.根据权利要求1所述的机器，还包括所述相对构件下游的切割组件，以从所述衬垫条切割不同的衬垫产品。

11.一种将片状原材料转换成衬垫产品的方法，所述方法包括以下步骤：

分别随机折皱多个大致平坦的片状原材料层以形成改性层，每个改性层具有大致三维形状和横向延伸的折皱边缘部分；

使所述改性层中一层的折皱横向延伸自由边缘与该层的另一折皱横向延伸自由边缘重叠最小化；

沿单独的各自路径推进所述片状原材料层；以及

在每层已被转换成大致三维形状之后，沿改性层的纵向部分将改性层连接在一起，以形成衬垫条。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述分别随机折皱步骤包括牵拉所述大致平坦的层中的每层穿过具有会聚侧壁的单独槽。

13.根据权利要求11-12中任一项所述的方法，其中，所述连接步骤包括使所述改性层的一部分形成狭缝并使所述改性层的一部分由平面结构凸出，从而形成与改性层的折皱边缘部分的横向延伸自由边缘间隔开的纵向延伸连接线。

14.一种衬垫产品，包括：

处于互连结构中的两层或多层片状原材料，所述互连结构包括纵向延伸部分，所述纵向延伸部分沿纵向延伸连接线具有每层的互连重叠部分，

每个层从连接线沿随机折皱边缘部分横向向外延伸，并延伸到所述边缘部分的与所述连接线相对的横向延伸自由边缘，以及

每个层的每个折皱边缘部分具有大于所述纵向延伸部分的横向宽度的折皱横向宽度，

其中一个改性层中一层的折皱横向延伸自由边缘与该层另一折皱横向延伸自由边缘的重叠最小，

所述连接线由在片材中切割的一对狭缝形成，片材的部分在所述一对狭缝之间形成突出部，从所述连接线的大致平面结构中凸出的突出部，所述突出部的凸出将所述片状原材料保持在其互连结构中。