用于形成包裝和填充系統的設備的制作方法
【專利摘要】本發明描述了一種用于形成、填充以及密封用于消費產品的單位劑量包裝的方法和設備。也公開了一種具有填充控制系統的填充系統。盡管連同用于形成、填充以及密封單位劑量包裝的方法而描述了該填充系統，該填充系統和填充控制系統可用于其它分配方法中。
【專利說明】用于形成包裝和填充系統的設備
【技術領域】
[0001]本文描述了一種用于形成、填充以及密封用于消費產品的單位劑量包裝的方法和設備。也公開了一種具有填充控制系統的填充系統。
【背景技術】
[0002]單位劑量的液體產品諸如洗發劑和毛發調理劑通常被置于被稱為小袋的相對薄而平的包裝中。此類小袋通常具有水蒸氣阻隔性能以防止隨時間推移水分從包裝中的產品流失。這種類型的小袋一般利用豎式形成、填充以及密封(VFFS)方法進行制造。
[0003]對于豎式形成、填充以及密封，當前的方法存在間歇的和連續的兩種。豎式形成、填充以及密封(VFFS)方法通常利用一組填充噴嘴，它們被插進用來形成包裝的兩層材料之間。在填充每個包裝之后噴嘴必須打開和關掉。對于間歇運動方法，填充發生在薄膜或包裝材料處于運動中時，并且薄膜在密封方法期間停止。即使對于其中在移動的幅材上執行所有操作的連續方法，速率變得受填充方法的限制。需要在極短的分配循環時間內準確地分配所需液體量的能力。
[0004]也存在用于水平形成、填充以及密封的方法。水平形成、填充以及密封方法的例子描述于授予Smith等人的PCT公開WO 2004/033301A1 ;美國專利申請公布US2005/0183394A1 ;和授予Lauretis等人的EP I 375 351B1中。此類方法中的一些可涉及熱成形包裝材料的一部分。
[0005]然而，對于改善包裝形成方法和填充系統的研究一直持續。具體地，存在著對于用于生產小袋特別是包括不能被熱成形的產生蒸汽阻隔層的薄膜而不破壞蒸汽阻隔層的更快方法的需求。
【發明內容】
[0006]本文描述了一種用于形成、填充以及密封用于消費產品的單位劑量包裝的方法和設備。
[0007]在一個實施例中，所述方法包括用于制備包裝的方法，包括下列步驟:
[0008]a)放置具有初始未撓曲構型的第一幅材材料鄰近其中具有腔體的元件；
[0009]b)使第一幅材材料的一部分暫時向下撓曲進所述腔體中以形成所述第一幅材材料的撓曲部分，其中所述第一幅材材料的所述撓曲部分基本上沒有塑性變形；
[0010]c)將產品沉積在第一幅材材料上；
[0011]d)將第二幅材材料放置在第一幅材材料和產品上；以及
[0012]e)沿著一個或多個密封線將其中具有撓曲部分的第一幅材材料至少部分地閉合并密封到所述第二幅材材料；
[0013]在一個實施例中，所述裝置包括用于接收第一幅材材料的供應和其中具有腔體的元件的第一進給區。其中具有腔體的元件位于第一進給區的下游。第一幅材材料的一部分可被暫時地撓曲進腔體中。所述腔體包括基部和一對側壁。在該實施例中，其中具有腔體的元件包括具有表面的移動帶，并且所述帶在縱向上移動，其中所述帶的表面形成腔體的基部，并且所述元件還包括形成腔體的側壁的縱向側邊部分。所述設備還可包括分配裝置，所述分配裝置用于將產品施用到第一幅材材料的覆在腔體上面的該部分上。分配裝置位于其中具有腔體的元件上方的分配區中。所述設備還可包括用于接收第二幅材材料的供應的第二進給區。第二進給區可位于分配裝置的下游，其中可設置第二幅材材料覆在其上具有產品的第一幅材材料上。所述設備還可包括位于第二進給區下游用于密封第一幅材材料和第二幅材材料連同兩者間的產品的密封裝置。
[0014]也公開了一種具有填充控制系統的填充系統。所述填充系統和填充控制系統可被用于本文所述的方法以及用于其它分配方法中，并且可包括適合它們自身的發明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是小袋的一個實施例的示意性前視圖。
[0016]圖2是豎式形成、填充以及密封方法的示意透視圖。
[0017]圖3是用于形成包裝的一種方法和設備的示意透視圖。
[0018]圖4是用于形成包裝的具有兩個并列線路與用于每個線路的填充噴嘴的設備的一部分的示意性剖視圖。
[0019]圖5是用于將下部幅材材料機械地撓曲進腔體中的設備的一部分的示意性剖視圖。
[0020]圖6是圖5所示設備的一部分的示意性俯視圖。
[0021]圖7是用于將下部幅材材料撓曲進腔體中的設備的一部分的示意性剖視圖。
[0022]圖8是用于將下部幅材材料拉伸進腔體中的設備的一部分的一個另選的實施例的示意性透視圖，其中所述腔體的底部由移動帶形成。
[0023]圖9是具有其上沉積了多劑產品的下部幅材材料的變形的示意性透視圖。
[0024]圖10是用于將下幅材材料拉伸進圖8所示腔體中的設備的一部分的一個另選的實施例的示意性透視圖，其中所述腔體被形成為離散的凹坑。
[0025]圖11是包括底板和頂板兩者的成形設備的另一個實施例的示意性剖視圖，每個板包括移動帶，適用于兩個線路寬的設備。
[0026]圖12是圖11所示成形設備的一種變型的示意性剖視圖，其中僅示出了頂板。
[0027]圖13是適用于填充系統的噴嘴的剖面圖。
[0028]圖14是具有圓形孔口和截流機構的嗔嘴端的不意性透視圖。
[0029]圖15是具有狹槽形孔口和截流機構的噴嘴端的示意性透視圖。
[0030]圖16是用于填充容器的填充系統的示意性透視圖。
[0031]圖16A是一種填充控制系統的示意圖。
[0032]圖16B是一種另選的填充控制系統的示意圖。
[0033]圖17是示出未變形的上部和下部幅材材料的示意性剖視圖。
[0034]圖18是其中使上部和下部幅材材料在橫向上變形的一個實施例的示意性剖視圖。
[0035]圖19是其中頂部和底部幅材成形部分與密封機構相組合的HFFS方法和設備的一個完整實施例的示意性側視圖。
[0036]圖20是用于形成橫向封口的設備的一部分的一個實施例的示意性側視圖。
[0037]圖21是填充噴嘴的另一個實施例的示意性側視圖。
[0038]圖22是圖21所示填充噴嘴的局部剖視圖。
[0039]圖23是用于圖21和22所示噴嘴的噴嘴部件的一個實施例的透視圖。
[0040]圖24是用于圖21和22所示填充噴嘴的塞子的一個實施例的透視圖。
【具體實施方式】
[0041]本文描述了一種用于形成、填充以及密封用于消費產品的單位劑量包裝的方法和設備。也公開了一種具有填充控制系統的填充系統。盡管結合用于形成、填充以及密封單位劑量包裝的方法描述了填充系統，該填充系統和填充控制系統可被用于其它分配方法中。
[0042]單位劑量包裝可為任何合適的構型。包裝的內容物可呈任何合適的形式，包括但不限于固體、液體、糊劑和粉末。在本文中術語“流體”可用來包括液體和糊劑二者。
[0043]在某些實施例中，單位劑量包裝包括充滿產品的小袋，產品可包括個人護理產品或居家護理產品，包括但不限于:洗發劑、毛發調理劑、毛發著色劑(染料和/或顯色劑)、衣物洗滌劑、織物軟化劑、盤碟洗滌劑和牙膏。小袋可包含其它類型的產品，包括但不限于食品諸如番茄醬、芥末、蛋黃醬和橙汁。此類小袋通常相對薄而平，并且在一些情況下，具有水蒸氣阻隔性能以防止隨著時間推移水分從包裝中的產品流失，或者水分從包裝外部侵入到廣品中。
[0044]圖1示出現有技術小袋形式的小袋10的一個非限制性例子。小袋10具有前部12、后部14、周邊16、兩側18、頂部20和底部22。小袋10還具有圍繞周邊的封口 24。小袋可呈任何合適的構型，包括但不限于所示的矩形形狀。小袋可具有任何合適的尺寸。在一個實施例中，小袋為48mmX70mm，并且圍繞全部四側具有5mm寬的密封區。在小袋內側的口袋26的尺寸(寬度W和長度L)是38mmX 60mm。
[0045]所述包裝諸如小袋10可由任何合適的材料制成。合適的包裝材料包括薄膜和機織物或非織造材料(在小袋包含固體產品的情況下)，或者前述任何材料的層合物。如果需要，包裝材料可包括呈層或涂層形式的液體和/或蒸汽阻隔層。包裝材料可由非水可溶性材料或者對于一些情況由水可溶性材料構成。小袋(或其它類型的包裝)的各個部分可均由相同的材料制成。在其它實施例中，包裝的不同部分可由不同的材料制成。在一個實施例中，小袋10由兩片相同的薄膜制成，它們形成小袋的前部12和后部14。薄膜可為任何合適類型的薄膜，包括單層薄膜和層合體。
[0046]用于小袋的包裝材料的彈性模量可處在大于或等于約1，000N/m(諸如對于低密度聚乙烯非織造織物)最高至約90，ΟΟΟΝ/m(對于薄膜和包括薄膜的層合體)的范圍內。包裝材料的彈性模量可落在比以上范圍內更窄的任何范圍內。例如，在薄膜和包括薄膜的層合體的一些實施例中，彈性模量可在約45，000至約85，ΟΟΟΝ/m的范圍內。
[0047]在一個實施例中，包裝材料是包括下列三層的層合體:9微米厚聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜；18微米厚真空金屬化的雙軸取向的聚丙烯(VMBOPP)水蒸氣阻隔層薄膜；和30-50微米厚聚乙烯(PE)薄膜。PET和PE層通過粘合劑被附著到VM BOPP薄膜。在該薄膜中，PET層將包括小袋的外表面，并且聚乙烯層將在小袋的里面上包括密封層。該薄膜的水蒸氣阻隔性能是重要的以防止在它被消費者使用之前水分隨時間推移從小袋里面的產品流失。所述薄膜具有小于或等于約0.4克/m2/天的目標水蒸氣傳輸速率。這種層合膜的平均縱向模量為約63，ΟΟΟΝ/m,以及平均橫向模量為約75，000N/m。
[0048]圖2示出用于制備小袋的豎式形成、填充以及密封(VFFS)方法和設備30。如圖2所示，用于形成小袋的兩個幅材材料32和34被帶入設備中，并且在豎直向下的方向上被送進到所述進程中。填充噴嘴36被插在幅材32和34之間。填充噴嘴36的頂端38 (其視圖被第二幅材34遮住)位于箭頭38的頂端附近。沿著幅材32和34的兩側由豎直密封機構40形成了豎直封口。橫向密封機構42位于填充噴嘴36的頂端38的下方。橫向密封機構42形成封口，所述封口位于一個小袋的頂部和下一個小袋的底部。穿孔或裁切機構44位于橫向密封機構42的下方，并且穿過由橫向密封機構42所形成的封口來形成穿孔46。成品包裝或小袋10被示于圖2的底部。
[0049]圖2所示設備30的簡化型式是僅單個線路(一個包裝寬度)寬。提供具有多個并列豎直線路的此類設備已為人所熟知。然而，即使在此類多線路設備中，由于豎式形成、填充以及密封方法的構型，每個線路僅具有單個填充噴嘴。無論是液體或是粉末，產品流必須被干凈地截流以便不污染包裝的密封。對于被插在兩層材料32和34之間的一組填充噴嘴而言，干凈地打開和截流的能力是限速裝置。
[0050]圖3顯示一種新型形成、填充以及密封方法和設備50的簡化單線路LI型式。所述方法可被描述成水平形成、填充以及密封(HFFS)方法。在所示的實施例中，所述方法和設備50被用來形成包含液體產品的小袋。然而，所述方法并不限于形成小袋(或包含液體產品的小袋)。實質上，在本方法的一個實施例中，第一或下部幅材材料(諸如薄膜)52被送進到設備50中，并且接著可在大致水平的方向上被傳輸。第一幅材材料52在其中具有至少一個腔體56的第一或下部元件上方進行傳輸，第一幅材52的一部分被暫時地撓曲進腔體中。產品48諸如通過噴嘴60被沉積到第一幅材材料52上。第一幅材材料然后被覆蓋有第二或上部幅材材料62，并且兩個幅材被密封到一起以形成小袋。設備50的部件以及其變型形式如下。
[0051]第一幅材材料52通過傳送裝置(在這種情況下其為第一元件，并且其可被稱作“下部傳送裝置”或“填充傳送裝置” 54。下部傳送裝置54可為任何合適類型的傳送裝置，包括但不限于真空傳送裝置。下部傳送裝置54具有異形表面，其在所述下部傳送裝置54的表面中形成第一幅材材料52被撓曲進其中的至少一個凹坑或腔體56。在該實施例中，下部傳送裝置具有在其中所形成的多個腔體56。
[0052]第一幅材材料52具有初始的未撓曲構型。第一幅材材料52在將它傳送通過設備的過程中被保持處于張力下。第一幅材材料52可按連續運動方式被下部傳送裝置54傳送。在其它實施例中，第一幅材材料52可按間歇運動方式被傳送。在各種實施例中，第一幅材材料52可按與下部傳送裝置54基本上相同的速度、按比下部傳送裝置小的速度或者按比下部傳送裝置54大的速度進行移動。
[0053]腔體56可呈任何合適的構型。圖3所示設備的實施例形成離散的凹坑，用于將被包含在小袋里面的產品48的每個劑量。然而，應當理解，在一些情況下，對于將被包含在小袋里面的產品48的每個劑量，不需要形成離散的凹坑。在其它實施例中，例如，腔體56可為連續槽的形式。由下部傳送裝置54形成的腔體56的構型決定了下部幅材材料52的形狀或構型。(盡管遵循的說明書可將第一幅材材料52描述成薄膜，應當理解，第一幅材材料52并不限于薄膜)。下部幅材材料52可在橫向(或“CD”)上，以及任選地在縱向(或“MD”)上被塑形。下部幅材材料52可被塑形的構型取決于構成下部幅材材料52的材料的模量和待填充的產品48的特性。
[0054]圖4顯示在其中圖3所示的方法中的一個實施例中下部幅材材料52構造的簡化橫截面，所述方法被擴展以在橫向上提供多個線路LI和L2。這使并排的小袋能夠由單個薄膜幅材制得(即，單個下部幅材材料52和下面所述的單個上部幅材材料)。本文所述的設備50可包括任何合適數目的多個線路，從兩個到十二個，或更多。
[0055]如圖4所示，使薄膜52的一部分基本上適合腔體56。可通過任何合適的機構使薄膜52的該部分基本上適合于或者形成為腔體56的形狀。合適的機構包括但不限于:(I)在薄膜52進入腔體之前機械地操縱(或預成形)它，使得薄膜包括更易于適合于腔體56的一部分；(2)通過在薄膜上施加真空和/或氣壓將薄膜的該部分撓曲進腔體56中；或者，
(3)兩者。仍然在其它實施例中，可使薄膜52通過將產品48沉積在薄膜52上的力來形成腔體的形狀。此類機構可以但不需要使薄膜52塑形使得它準確地適形于腔體56的形狀。
[0056]如果利用了機械預成形步驟，則它通常將位于其中第一幅材材料52接觸形成傳送裝置54的位置之前(或上游)的方法中。例如，如果這樣一種預成形方法被用于圖3所示的設備50，則機械預成形設備將位于位置Pl處，該位置介于其中第一幅材材料52被送進所述設備中的位置和形成傳送裝置54的上游端部之間。
[0057]用于機械地操縱薄膜的合適機構包括但不限于軌道、滑雪板、球、圓頂或半圓。圖5和6顯示包括三個并列線路L1、L2和L3的一個實施例，其中薄膜52通過機械成形部件的組合被機械地預成形以幫助薄膜52適形于腔體56的形狀。在圖5和6中，機械成形部件具有頂部成形板132和底部成形板134。底部成形板134包括間隔開的凹槽138，它們之間具有縱向取向的橫檔140，所述橫檔在橫向上被間隔開并且被設置在薄膜52的下方。頂部成形板132包括設置在薄膜52上方的間隔開的上部元件136。在該實施例中，上部元件136包括圓形元件諸如圓頂件或半圓件。上部元件與底部成形板134上的凹槽138對齊。在其它實施例中，機械成形部件的位置可為顛倒的，使得凹槽138和橫檔140是在頂部成形板上，并且圓頂件136是在底部成形板上。
[0058]如圖6所示，在其中存在所形成的多個橫向產品線路的某些實施例中，也期望對于下組或上組機械成形部件中的至少一組進行布置，使得在成形傳送裝置中間的線路中或鄰近其的元件比外側線路中或鄰近其的元件向上游更遠。例如，當從上面觀察時，上部元件半圓件136可以按山形構型進行布置。這可使幅材的形成更平緩。仍然在其它實施例中，期望在下組或上組機械成形部件之一中的機械成形部件具有在相對組中的其它機械成形部件的上游的前緣。
[0059]此類機械塑形機構可單獨地使用或者與真空機構組合使用。例如，在一些實施例中，機械成形機構可預成形薄膜52，使得它被形成基本上適合于腔體56，以及可采用真空來使薄膜52的該部分更緊密地適合于腔體56。在其它實施例中，所述機構可預成形薄膜52，使得它被形成與腔體56緊密貼合，并且真空僅被用來在填充以及密封期間將薄膜52的該部分保持在腔體56中。仍然在其它實施例中，此類機械成形機構可被全部省略，并且薄膜52的該部分可單獨地利用真空被拉伸進腔體56中。
[0060]薄膜52形成的深度取決于期望的填充體積和所填充產品的材料特性。下部幅材材料52可在環境溫度下被撓曲、形成或拉伸進腔體56中。如本文所用術語環境溫度是指小于約100 T (380C )的溫度。通常，形成方法可在約40 T (4°C )至約95 T (35°C )或者約60 T (15°C)至約80 T (270C )的溫度下進行。然而，根據薄膜，也可能在升高的溫度下將下部幅材材料52形成或拉伸進腔體中。薄膜溫度可以以任何合適的方式被提高，諸如通過加熱下部幅材材料52或者通過加熱腔體56。在這些或其它實施例中，下部幅材材料52也可讓熱量間接地作用到其上，諸如由于從本文所述的熱密封棒發出的熱量。
[0061]存在著可被用來形成腔體56的各種不同類型的機構。這些機構可被用于許多目的，包括:使下部幅材材料52變形成腔體56 ;將預成形的下部幅材材料保持在腔體中；或兩者。圖7顯示使下部幅材材料52變形(或將預成形的下部幅材材料保持在腔體中)的步驟的簡單執行。在該實施例中，下部幅材材料52在具有異形形狀的靜止部件諸如具有其中具有腔體56的異形表面的板上進行滑動。在這種情況下，腔體56為連續縱向取向的槽的形式。腔體56由側壁66和底部68限定。如圖7所示，形成腔體56的所述板其中具有多個真空槽70，它們被連接到真空歧管72。可沿著腔體56的任何合適部分定位真空通道70，包括但不限于腔體56的兩側66和底部68。在所示的實施例中，第一組真空通道74位于其中腔體的兩側66和底部68交匯的位置處。第二組真空通道76可位于腔體56的側外部,并且可被用來抑制下部幅材材料52的邊緣部分52A。
[0062]如圖8所示，在其它實施例中，代替具有異形表面的板，所述設備可包括形成腔體56的底部68的移動帶傳送裝置(或者只是“移動帶”)80。移動帶80可呈閉合或環狀套環形式。帶80可為傳送帶系統的一部分，所述傳送帶系統包括帶80圍繞其行進的至少兩個輥78。輥78可具有在所述輥的旋轉軸線A的方向上延伸的多個脊和凹槽。帶80可在其下側上具有多個橫向取向的脊和凹槽，它們與用于驅動帶80的輥78上的脊和凹槽接合。在該實施例中，腔體56的底部表面68由移動帶80的頂部表面形成，并且側壁66由靜止的側橫檔82形成。靜止側橫檔82與移動帶80形成輕微的間隙84以適應帶80的移動。在該實施例中，更期望下部幅材材料52隨著移動帶80 —起移動，而不是如在圖7所示部件的情況下一樣滑動。
[0063]圖8所示的實施例也具有第一組真空通道74和第二組真空通道76。在圖8所示的實施例中，第一組真空通道74的開口位于側橫檔82和移動帶80之間的間隙84中的位置處。這使下部幅材材料52撓曲(或保持)成腔體56的構型。第二組真空通道76如圖所示在側橫檔82中被形成以抑制下部幅材材料52的邊緣。在該實施例中，真空歧管72可位于傳送裝置80的內部。
[0064]圖9示出下部幅材材料52可(諸如通過圖7或圖8所示的成形設備)被成形成槽。當產品包括中等粘度(諸如洗發劑)或高粘度(諸如毛發調理劑)的液體時，下部幅材材料52形成為簡單槽的形狀是適當的。如圖9所示，液體48可以以離散量被沉積并將在下部幅材材料52上保持分開一段時間。
[0065]如圖10所示，就低粘性液體類似液態居家護理劑而言，可將橫向橫檔(或“橫向構件”或“橫檔”)86增加到移動帶80上以勾劃離散的凹坑56。橫向橫檔86可在高度上低于側橫檔82以使下部幅材材料52的變形最小化。圖10所示移動帶傳送裝置54的部件可具有任何合適的尺寸。
[0066]圖11顯示成形設備的另一個實施例。圖11中的成形設備包括固定板和移動帶的組合。成形設備包括底板88和頂板90，供雙線路寬的HFFS設備50使用。底部成形板88被用來使下部幅材52撓曲(或保持預成形的下部幅材處于撓曲狀態)。頂部成形板90被用來使上部幅材62撓曲(或保持預成形的上部幅材處于撓曲狀態)。盡管頂部成形板90被顯示成被設置在底部成形板88正上方，應當理解，頂部成形板90通常位于在分配區58后面底部成形板88的下游。在描述分配步驟之后將進一步描述頂部成形板90。
[0067]底部成形板88是成輪廓的以提供其中的腔體56。如圖11所示，底板88包括凸起表面98，所述凸起表面在兩個腔體56的中間以及側外部。在一個非限制性實施例中，腔體56是30mm寬，以及凸起表面98具有14mm的寬度。凸起表面98具有縱向側邊100，它們被倒圓以避免撕裂下部幅材材料52。底部成形板88具有在其中間隔開的真空通道。在鄰近腔體每一側的腔體56的基部中具有第一組真空通道74。在處于腔體56側外部的凸起表面98中也具有第二組真空通道76。真空通道74和76在縱向上被間隔開(諸如約1mm)。類似于圖8或圖10所示移動帶的移動帶80位于每個腔體56內，或者位于鄰近每個腔體56或在每個腔體內部的凹槽56A中。在圖11中，凹槽56A被形成為腔體56的底部表面的形狀。形成腔體56的底部的一部分可由帶80的頂部表面81形成。利用真空來形成幅材(或者保持預成形的下部幅材處于撓曲狀態中)，并且利用帶80來傳輸幅材52橫跨剛性非移動的成形板。
[0068]在圖11所示帶和前面附圖中所示那些帶之間的一種差異是，在圖11中，可具有通向帶80的頂部表面81的真空通道77。帶80可具有其中的真空孔79，用于保持幅材52與帶80的頂部表面81接觸。在圖11所示的實施例中，真空孔79沿著帶80的每個縱向側部被定位，盡管在其它實施例中，真空孔可位于帶上的任何別的地方，諸如如圖8所示沿著帶的兩側。仍然在該實施例的其它型式中，如果帶80的頂部表面81被提高到成形腔體的基部以上(例如，0.125mm以上)，帶80可具有足夠的牽引力來驅動薄膜52，不用將真空施用到帶80。
[0069]在其中薄膜主要由機械設備預成形或塑形來使所述薄膜撓曲的實施例中，下部幅材材料52可用約30英寸(76.2cm)的水真空度被充分地保持在腔體56中。在其它實施例中，薄膜主要通過真空而塑形。在后一實施例中，如果所述設備是十二個線路寬，下部幅材材料在中間六個線路中的多個部分可用25-35英寸(約65cm至90cm)的真空度來形成。下部幅材材料52在中間線路的每側上的外側三個線路中的多個部分可利用介于約15至25英寸(約38至65cm)的真空度來形成。
[0070]被撓曲或形成進腔體56中的下部幅材材料52中的至少一部分將發生彈性變形。彈性變形量有利地小于或等于與第一幅材材料52相關聯的任何水蒸氣阻隔層的最大應變。彈性變形量可例如小于或等于約4%、5(%或6(%。
[0071]在至少一些實施例中，希望薄膜52的幅材基本上沒有塑性變形，使得在所述機構完成作用在薄膜52上之后薄膜52傾向于返回到其初始構型。如本文所用，短語“基本上沒有塑性變形”是指塑性變形小于或等于約I %。在一些情況下，期望具有小于或等于約
0.5%，或小于或等于約0.2%的塑性變形。下部幅材材料52可完全沒有塑性變形。在其中薄膜52基本上沒有塑性變形的實施例中，薄膜52的成形部分通常將沒有任何宏觀可見的折疊線、皺紋、永久伸展區域或減薄區域。當然，在其他實施例中，對于薄膜而言，可能包含某些塑性變形量。然而，如果第一幅材材料52包含將被此類塑性變形不良破壞的水蒸氣阻隔層，則此類塑性變形應當被避免。如下文所詳述，除了薄膜52的水蒸氣阻隔性能之外，確保薄膜基本上沒有塑性變形將使可引起薄膜的寬度過分地增大的薄膜的任何伸長最小化。如果薄膜的寬度過分地增大，則下部幅材材料52的邊緣可延伸超過上部幅材材料62的邊緣(或者反之亦然)。這可需要修剪薄膜其中之一的邊緣，使得它們一致。
[0072]當下部幅材材料52被撓曲進腔體56中時，下部幅材材料52的側邊52A被拉伸向內，使得薄膜52由于撓曲而變得更窄。在圖10所示傳送裝置54的情況下(例如)，可產生約2_的膜寬減小。如果存在用于由薄膜的單個幅材制成小袋的凹坑56的兩個或更多個并列線路，則下部幅材材料52的寬度上的總體減小將會更大。例如,就下部幅材材料52具有96mm初始寬度而言，對于兩線路執行方案而言，薄膜52可具有約4mm的寬度上的減小，使得撓曲薄膜寬度為約92mm寬。就十二線路執行方案而言，下部幅材材料52可具有585mm或更大的初始寬度。
[0073]可利用多種不同的方法和機構，使得下部幅材材料52可被撓曲并發生寬度上的減小，同時下部幅材材料52的邊緣部分52A保持被真空控制。在一個實施例中，真空可以初始被連續地施加到薄膜52的中部(橫跨寬度)，然后沿著幅材材料的邊緣施加到外部。在這樣一個實施例中，或者在其它實施例中，與沿著薄膜的邊緣施加到外部相比，施加到薄膜52的中間部分的真空度可較高。仍然在其它實施例中，如上所述在薄膜進入腔體56之前，下部幅材材料52可被機械地塑形或預成形，使得在真空被施加之前其邊緣按期望的量被向內拉伸。
[0074]如圖3和4所示，產品48利用任何合適的分配裝置或設備可被沉積于下部幅材材料52上，包括但不限于噴嘴60、正排量泵和用于分配固體或粉末的裝置，其取決于待分配的產品。盡管下面的說明書描述了噴嘴，可利用其它分配裝置來代替。噴嘴60在分配區58中被定位在下部幅材材料52之上。噴嘴60可分配產品諸如液體(或糊劑)產品48到下部薄膜幅材52上，并且具體地分配進下部薄膜幅材52與腔體56相對應的撓曲部分中。噴嘴60以及其孔口可具有任何合適的類型和構型。圖13顯示一種合適的噴嘴構型。噴嘴60包括噴嘴主體150、在其中具有活塞154的腔室152、噴嘴孔口 156和截流機構或提升閥158。噴嘴主體150在其中具有若干開口，包括:用于液體產品48的入口 160 ;打開活塞腔室152的空氣入口 162，和關閉活塞腔室152的空氣入口 164。噴嘴60可具有如圖14所示的圓形孔口。一種合適的噴嘴為Hibar HPS 1.375英寸(3.5cm)圓形孔口正截流噴嘴，部件編號 147742,具有 1/4 英寸(6.4mm)的內徑,購自 Boone, North Carolina, U.S.A.的 HibarSystems Limited。
[0075]圖15顯示，在另一個實施例中，噴嘴具有狹槽形孔口。與沉積升高的液珠的具有圓形孔口的噴嘴相比，這可被用來將沉積較低輪廓(或高度)劑量的液體在下部幅材材料52上。在其中利用了狹槽形噴嘴60的一些實施例中，噴嘴將沉積相對平坦的液體帶到下部幅材材料52上。液體帶可具有任何合適的平面圖構型，包括但不限于按大致矩形的構型。狹槽形噴嘴60被設置在下部幅材材料52上方，其中它的較長尺寸取向在橫向上并且它的較短尺寸取向在縱向上。孔口可具有任何合適的尺寸。在一個實施例中，狹槽可為25mm長和1.1mm寬。如圖15所示，噴嘴60可包括與狹槽156的形狀相同形狀的截流機構158以便截流來自噴嘴的流量。
[0076]在其它實施例中，噴嘴可具有多個孔口。即，噴嘴可為多個孔或“多孔”噴嘴。多孔噴嘴的例子描述于2012年10月15日提交的臨時美國專利申請號61/713，696中。此類多孔噴嘴被示于圖21和22中。圖21顯示，多孔噴嘴組件一般可包括氣缸222、可選的連接主體224和噴嘴主體226。氣缸222在噴嘴主體226內部移動塞子228以打開和閉合噴嘴。可選的連接主體224將氣缸222連接到噴嘴主體226。圖22顯示，氣缸222可包括其中具有內部中空空間232的外殼230。氣缸222還包括桿234、活塞236和彈簧238。在它的通常定向中，在操作期間，氣缸222可移動桿234向上以便打開噴嘴，以及向下關閉噴嘴。如果給填充機的氣壓被關閉(用于突發事件、維修、空氣管損壞等)，彈簧238保持塞子228抵靠噴嘴主體226中的開口并且阻止液體流出噴嘴。氣缸222可包括任何合適的可商購獲得的氣缸。可選的連接主體224可包括適合于將氣缸222連接到噴嘴主體226的任何構型的元件。
[0077]多孔噴嘴組件200可包括噴嘴部件252。噴嘴部件252包括在其中具有通道的噴嘴主體226的任一部分；或者其中具有形成的通道的單獨噴嘴件。呈單獨噴嘴件形式的噴嘴部件252的一個實施例被示于圖23中。噴嘴部件252具有周邊254、具有表面的入口側256和具有表面的出口側258。噴嘴部件252具有多個單獨的通道250，所述通道從其入口側256附近延伸穿過噴嘴部件到其出口側258，使得通道250在噴嘴部件252的出口側258的表面中形成多個開口 250A。在一個實施例中，噴嘴部件252的出口側258的表面具有在其中的多個凹槽262，所述凹槽被設置在噴嘴部件的出口側258的表面中的開口 250A之間延伸。噴嘴還可包括塞子228，所述塞子可具有任何合適的構型，并且可由任何合適的材料制成。在圖21和24所示的實施例中，塞子228被構造成具有基本上平坦的遠端，其足夠大以同時覆蓋由位于噴嘴主體的入口側中的通道所形成的所有開口 250A。塞子可由任何合適的材料諸如不銹鋼制成。
[0078]盡管“多孔”噴嘴組件的出料端和噴嘴部件在附圖中被顯示成具有圓形橫截面，噴嘴組件的出料端和噴嘴部件可具有任何合適的構型。例如，當多孔噴嘴被用于豎式形成、填充以及密封方法時，期望多孔噴嘴的出料端具有扁平形狀，諸如扁平的菱形形狀，使得它被更好地構造成適合用來形成包裝的兩個幅材材料之間的空間。
[0079]可具有任何合適數目的噴嘴60，從單個噴嘴到多個噴嘴。通常希望把兩個或更多個噴嘴60在縱向(MD)上布置在如圖3所示小袋的每個線路中以在單線路中同時填充多個包裝。相對于VFFS設備諸如圖2所示的設備，這可極大地提高填充的速度。如圖4所示，在包括用于形成包裝的多個橫向線路的設備中在橫向(⑶)上也可提供多個噴嘴。多個噴嘴60可為基本上對齊的,諸如在縱向和橫向兩個方向上排成排。
[0080]噴嘴60可為靜止的或可移動的。在某些實施例中，噴嘴60可相對于容器移動。所述“容器”包括流體將要被分配到其上或其中的制品。如本文所用術語“到其中”與分配有關，包括分配到容器上和分配進容器中，任何一個都適合于正確地分配流體。容器可包括任何類型的制品，包括但不限于在下部幅材材料52中的腔體，或充滿流體的任何類型的容器，包括包含多于單劑量產品的瓶子和其它類型的容器在內。雖然，本文將關于將流體分配進下部幅材材料52中的腔體中描述噴嘴60的移動，噴嘴和填充系統的特征結構適合于任何其它類型的容器。
[0081]噴嘴60可以是可移動的，例如以往復運動方式，使得它們在相同的縱向上隨著腔體56移動，然后返回到它們的起始位置以便下一次分配循環。在其中噴嘴60是可移動的實施例中，噴嘴可以但不需要是完全同步的以按與下部幅材材料52相同的速度移動。例如，噴嘴60可按與下部幅材材料52相同的速度移動，或者它們可慢于下部幅材材料52。噴嘴60在投配期間可按恒速或者按變速移動。如果噴嘴的速度是可變的，則在投配期間噴嘴的移動可加速或降速。例如，期望噴嘴的移動減速，使得產品劑量將具有盡可能低并且均勻的高度(或輪廓)。這將幫助防止產品被分配或流進幅材將被密封到一起的各部分中。如果噴嘴60是可移動的，則噴嘴60可在下面的任何時候分配產品48:當噴嘴60靜止的時候；當噴嘴60按與下部幅材材料52相同的速度在相同的方向上進行移動的時候；當噴嘴60在與下部幅材材料52相同的方向上但以不同的速度進行移動的時候；或者當噴嘴60在與下部幅材材料52相反的方向上進行移動的時候。使用本文所述的運動和填充控制系統，噴嘴60可在填充序列期間按定制運動曲線進行移動以控制沉積在容器上的形狀。
[0082]本文所述的可移動噴嘴機構和填充系統可被用于本文所述的方法以及用于其它分配方法。此類其它分配方法包括但不限于:豎式形成、填充以及密封(VFFS)方法；和用于充滿流體的任何類型的容器的填充方法，包括被用來填充包含多于單劑量產品的瓶子和其它任何類型的容器的那些方法在內。因此，本文所述的填充系統不應限于填充本文所述類型的單位劑量包裝。如圖2所示，如果在豎式形成、填充以及密封(VFFS)方法中使用了可移動的噴嘴機構，則噴嘴將在箭頭的方向上豎直地向上和向下移動。
[0083]希望每個劑量的液體被干凈地分配到容器諸如下部幅材材料52上或分配進其中，并且在多個劑量之間基本上立即停止液體的流動。如果在多個劑量之間分配噴嘴60滴下或產生連串的產品，則多個劑量之間的密封區有可能被污染，導致封口失效和小袋滲漏。控制投配通過使用填充系統或填充控制系統而實現。本文所述的填充(或投配)系統與填充控制系統(連同/不連同可移動的噴嘴機構)也可被用于此類其它分配方法中。
[0084]圖16是填充系統的一個實施例的示意圖。如圖16所示,填充系統包括待沉積到容器諸如下部幅材材料52上或沉積進其中的用于液體48的存儲供應源168。液體的存儲供應源168通過管道被連接到液體48的罐170。罐170可被加壓，或者對于低粘度產品而言，它不需要被加壓并且可依賴于壓頭控制的液位。在附圖所示的實施例中，它是加壓的。調節的空壓管線172將罐170連接到主氣源171，并且也基于氣帽壓力控制器179具有放出罐中多余壓力的能力。用于將液體48傳輸到噴嘴60的管線174將罐170連接到噴嘴60。供液罐170配備有液位175和測壓儀表176以允許快而準確地壓頭控制和監測。利用罐內液面傳感器175并且通過各種部件(諸如泵177、閥或氣動活塞)控制輸入流的液位控制器178連同罐氣帽壓力控制器179—起，允許調整凈噴嘴壓頭。罐內液位控制器178和罐氣帽壓力控制器兩者可為獨立式控制器或者居于PLC183中作為整體集成的方法控制系統。如果具有多個噴嘴，則噴嘴可被連接到歧管180和各個噴嘴管路184，所述噴嘴管路對于所有噴嘴可具有相同的構型。如果需要，可靠近歧管180增加另外的壓力傳感器188以提供另外的總壓頭(液體壓頭加氣帽壓頭)監測點，其可被用來給氣帽壓力控制器179或液位控制器178提供過載壓力調整以保持恒定的總壓頭。
[0085]噴嘴60可具有與其連接的致動器系統181以提供液體的迅速響應、積極的開/關控制。致動器系統181可包括任何合適的裝置，包括但不限于正排量泵、一個或多個閥諸如空氣驅動的(氣動式)電磁閥186或電動電磁閥。噴嘴致動器系統181可被連接到流量測量裝置(或流量反饋裝置)諸如流量計182。流量反饋裝置可為質量流量計或體積流量計以分別準確而迅速地獲得流體的每個樣本質量或體積。可編程邏輯控制器(PLC) 183和相關聯的高速輸入裝置185和輸出裝置187 (諸如圖16A和16B中的輸入和輸出卡)可與泵、閥和流量計連通，并且可被用來允許適時質量或體積匯總和每次質量或體積填充的噴嘴控制，以及用于以上所概括的液位和罐氣帽壓力控制。
[0086]輸入裝置185可為能夠從流量計182獲取數據的任何裝置。輸入裝置185應當具有能夠從特定類型的流量計182最快速地獲取數據的類型。因此，可從下組中選擇輸入裝置185，所述組包括但不限于:網卡、以太網連接、數據計數卡和模擬卡。實際流量可在PLC中或者在輸入裝置185上進行計算，或者可在流量計182自身中進行計算，其取決于流量計類型、如何接收輸入和任何預處理需要。因此，PLC接收流量反饋量以和所需的設定點相比較來生成誤差，然后利用誤差計算校正動作諸如新的控制致動時間。下面很詳細地描述了高速輸出裝置187。
[0087]算法與PLC相關聯(諸如通過被編程到PLC中)。算法接收所測量的填充量反饋作為輸入，并且進行校正調整。來自PLC的數據可用以對于每個填充循環來計算對填充時間的調整，和對用于閥門控制的螺線管的輸出命令的準確定時或者對正排量泵的總流量和流速曲線控制調整。如果合適的高性能部件與正確的控制系統機構和算法結合，則可實現填充系統給可控沉積輪廓(如果需要)提供快速的高精度填充。如果需要，這樣一種填充系統可被用來快速且準確地分配較小劑量的產品(例如，小于或等于約5克的產品)。在一些情況下，產品劑量可在小于或等于約100毫秒內進行分配。在一些情況下，其中多個劑量可被分配、測量、控制校正計算和任何往復式噴嘴滑架返回到位使得它對下一次分配準備就緒的循環時間可在以下時間內進行:小于或等于約300毫秒、或小于或等于約200毫秒內；或者在約50或約100毫秒至約300毫秒、或約50毫秒至約200毫秒的范圍內。分配也可與噴嘴相對于容器的精準運動控制結合以提供可控的沉積輪廓。
[0088]實現可與噴嘴/容器運動協調的準確而高速填充要求控制系統、致動器、傳感器和控制系統算法和架構的設計與這些能力緊密同步。也要求用于主流體供應罐170的設計良好的流體再供應系統，其連同可阻隔系統的壓力擾動的設計良好的壓頭控制系統一起使壓頭擾動最小化。這通過選擇正確的控制系統部件、然后以允許最佳控制交互作用系統的方式結合它們而進行。就高速填充而言，希望用于噴嘴控制以及流量質量反饋測量系統所需的所有部件滿足某些動態性能要求。
[0089]這樣一種填充控制系統的一個實施例被示于圖16A中。可選擇噴嘴致動部件使得從在PLC 183里面啟動到實際噴嘴60被完全打開的時間不超過30毫秒。這使用輸出裝置諸如預定輸出裝置(例如，程序設定的數字輸出卡)187來執行，其電控制位置靠近噴嘴60定位的閥諸如氣動式閥186。預定數字輸出卡187具有其自己的處理器。這提供以下優點:能夠操作而沒有等待來自PLC的信號的延遲，并在PLC更新之間能夠插入所需的開/關事件給所述卡。預定輸出可具有在小于100微秒的時間段增量內控制數字輸出的能力，并且可選地可被程序控制來利用特定的電子運動位置狀態觸發打開以及對于控制算法生成的時間量保持打開。控制系統具有通過利用預定輸出卡連同在PLC 183中噴嘴相對于容器的凸輪運動曲線的開發和執行一起限制流量計填充到定制的流體形狀輪廓的能力。流量計部件182和相關聯的數字輸入卡185可具有內部參數設定以提供從實際流動啟動直到在PLC183中檢測到流量測量值為止不超過30毫秒的延遲時間，并且在分派的全循環周期內，提供與稱重樣品相差10%或更小的可重復的測量能力。本文所提到的10%準確度是實際稱量質量與目標填充質量相比。這將有別于電子測量讀數中所示的波動。換句話講，電子質量測量值可顯示低波動性，但偏離有偏差，并且在本方法中，這可被校正以使所沉積的最終質量在目標質量值的10%以內。
[0090]一般來講，當設計有正確的算法時，使用高速流量計計數卡185以及預定輸出卡187 二者的本文所述的控制系統的型式是獨一無二的，因為由于設計的控制系統架構、算法和部件選擇的緣故，它允許流體填充控制系統(即，填充開始或停止)與運動控制系統(當幅材或單元操作處在特定位置時)很緊密地同步，同時也允許非常準確的填充時間控制(控制通/斷時間到毫秒級分)。
[0091]圖16B中顯示了填充控制系統的一種替代型式。可既不提供與運動位置緊密的同步性也不提供十分準確的填充控制精度的這種替代形式的填充控制系統利用高速計數輸入卡，其可具有高速輸出能力。在這種情況下，控制算法通常需要提供觸發點，以便在填充期間當高速輸入計數值增大超過質量總閾值之時，輸出被觸發以關閉填充閥。由于系統時間延遲，該質量總閾值或截流觸發值將是小于或等于期望的最終總質量的質量值。
[0092]概括地說，填充控制系統利用下列數值:來自流量測量系統的反饋的輸入；何時打開噴嘴和打開多長時間的輸出控制；和算法提供校正的填充時間以及與方法變量(諸如噴嘴相對于容器的位置)有關的開始或停止觸發值。就諸如圖16A所示的實施例而言，預定輸出卡間或提供準確地開始或停止填充循環的能力，其可發生在來自PLC的更新之間的時間。(預定輸出卡可插入在分配系統定位/加工的地方，并在來自PLC的通信之間可觸發通/斷信號)。控制算法使用流量體積或質量反饋(其為填充量反饋測量值)來進行填充時間上的校正調整，并且輸出控制信號和控制致動時間中的至少一種，以用于控制分配裝置致動器系統應當何時被供應流體。控制信號可包括控制“開”或“關”信號，或者它可包括給預定輸出卡的信號，使得預定輸出卡可插入并觸發開或關信號(如上所述)。輸出設定在填充的開始或停止(但通常不是同時)將發生之時。相反的(停止或開始)接著通過加上/減去由算法所提供的校正填充時間而設定。
[0093]就圖16B所示的實施例而言，算法提供校正的填充量總閾值目標(這意味著它可利用反饋/誤差被動態地改變)并且每個填充循環將它發送到合二為一的數字輸入/輸出卡)。然后，在圖16A所示的實施例中使用預定輸出卡可更準確地設定填充的絕對開始或結束，以及更準確地設定噴嘴被打開的總時間量(填充時間)。
[0094]如圖所示，在圖3的整體描述中，分配區58的下游、第二幅材材料諸如上部幅材薄膜62進入加工狀態，處在下部幅材材料52之上。盡管下面可將第二(或上部)幅材材料描述成薄膜，應當理解，第二幅材材料并不限于薄膜。上部幅材材料可為象適合用作下部幅材材料一樣的本文指定的任何類型的材料。上部幅材材料62被保持到水平的上部成形傳送裝置(或“上部傳送裝置”)64的下側。上部傳送裝置64可為真空傳送裝置。
[0095]上部幅材材料62可平放在形成的下部幅材材料52的頂部上而不用使上部幅材材料62撓曲。然而，上部傳送裝置64也可具有異形表面以在上部幅材材料62中產生通道或槽。上部幅材材料62中的通道或槽可具有與下部幅材材料52被撓曲進其中的槽或腔體56基本上相同的寬度和深度。
[0096]希望使上部幅材材料62撓曲具有幾個原因。使上部幅材材料62類似于下部幅材材料52撓曲提供在剛剛被放置在下部幅材材料52上的半埋設產品48上方的間隙，并且避免橫跨下部幅材材料52涂抹液體產品。涂抹液體產品可給小袋帶來許多問題諸如褶皺和/或滲漏。使上部幅材材料62撓曲也造成小袋更加對稱。此外，在典型的小袋上，小袋兩側上的薄膜將在其上具有印刷(例如，產品名稱和產品信息)，其一般被將被設置在成品小袋的密封區中的未印刷部分所圍繞。使上部幅材材料62類似于下部幅材材料52撓曲允許相同或基本上相同寬度的薄膜被同時用于下部幅材材料和上部幅材材料，并且在制造過程期間在兩個薄膜上產生相同的寬度減小，使得薄膜的印刷和未印刷部分將彼此對齊。當然，在其它實施例中，薄膜可免于印刷。仍然在其它實施例中，印刷可在包裝被形成之后被添加到薄膜。
[0097]可采用用來形成下部幅材材料52的一種類似成形方法(即，靜態板、移動帶或它們的組合的類似系統)來使上部幅材材料62撓曲。圖11顯示用于兩個線路寬(包括線路LI和L2)的設備中的上部成形元件90的一個實施例。換句話講，上部成形元件90具有在其中的(至少)兩組腔體96。在這樣一個實施例中，頂部薄膜62將具有足夠大的寬度以被拉伸進相鄰的線路LI和L2中的上部腔體96中。使上部幅材材料62撓曲的步驟和上部幅材材料62在撓曲期間的特性可與在下部幅材材料52的情況下基本上相同。(例如，上部幅材材料62可發生彈性變形，但基本上沒有塑性變形)。
[0098]如圖11所示,上部成形元件90包括具有凸起表面108的板,所述凸起表面位于上部凹槽或腔體96之間以及它們的側外部。在一個非限制性實施例中，腔體96為30mm寬，以及凸起表面108具有14mm的寬度。凸起表面108具有被倒圓的縱向側邊109以避免撕裂上部幅材材料62。凸起表面108具有其中的真空通道110以保持上部幅材材料62抵靠凸起表面108。上板也具有在凹槽96中的真空通道112。真空通道110和112被連接到真空歧管，所述真空歧管又被連接到真空源。類似于圖8或圖10所示移動帶的移動帶80位于每個上部腔體96內，或者位于相鄰于每個上部腔體96或在其內部的凹槽96A中。在圖11中，凹槽96A被形成為腔體96的基部的形狀。如在下部腔體的情況下一樣，成形腔體96的底部的至少一部分可由帶80的頂部表面81構成。(應當理解，上部幅材62被撓曲進其中最遠的上部腔體96的那部分將被稱作腔體的“底部”，即使上部腔體96相對于底部腔體56是顛倒的。關于上部腔體96中的帶80，將適用相同的約定。因此，帶在上部腔體中的“頂部表面”將對應于與帶在下部腔體56中的頂部表面相同的表面)。真空被用來形成幅材(或者保持預成形的上部幅材處于撓曲狀態)，以及帶80被用來傳送幅材62橫跨剛性的非移動成形板。
[0099]如在下部成形元件的情況一樣，可具有通向帶80的頂部表面81的真空通道114。帶80在其中可具有真空孔79，用于保持幅材62與帶80的頂部表面81相接觸。在圖11所示的實施例中，真空孔79沿著帶80的每個縱向側部分被定位，盡管在其它實施例中，真空孔可位于所述帶上別的地方，諸如如圖8所示沿著帶的兩側。
[0100]圖12顯示上板90的一個另選的實施例，其中腔體96在其基部上不具有單獨的凹槽。在該另選的實施例的一個變型中，帶(當存在時)從腔體96的基部向外被設置，但仍位于腔體內部。(此類帶將定位在被命名為102的元件占據的空間中)。在該實施例中，在腔體96的兩側和帶的側邊之間具有間隙。在該實施例中，凸起表面108的頂部和帶的頂部之間的距離是頂部腔體的深度。在該實施例的另一個變型中，沒有帶。在這樣一種變型中，否則將被帶占據的位置可包括靜止板或件102，其與凹槽的最內部分間隔開以允許圍繞靜止板102的空氣的通路。
[0101]應當理解，頂部腔體96的深度和底部腔體56的深度可相同，或者頂部腔體96的深度可小于、或大于底部腔體56的深度。例如，在其中具有形成底部腔體的橫向橫檔86的實施例中，底部腔體56的深度可為4mm，以及頂部腔體96的深度可為約3mm以便提供上部幅材材料62的相同橫向定相，由于下部幅材材料52由形成底部腔體56的橫向橫檔形成輪廓。
[0102]在其中薄膜主要由機械設備塑形的實施例中，上部幅材材料62可用50英寸(約130cm)的水真空度進行保持。在其它實施例中，薄膜主要由真空塑形。在后一實施例中，如果設備是十二個線路寬，上部幅材材料在中間六個線路中的各部分可用40-50英寸(約100至130cm)的真空度來形成。上部幅材材料62在中間線路的每一側上外側三個線路中的部分可用介于約15至25英寸(約38至65cm)之間的真空度來形成。
[0103]下部幅材材料52和上部幅材材料62被分別撓曲進下部腔體48和上部腔體96中，使得下部幅材材料52和上部幅材材料62各自具有橫向上的輪廓。下部幅材材料和上部幅材材料52和62因此將具有小于它們的未撓曲寬度的撓曲橫向寬度。圖17顯示下部幅材材料52和上部幅材材料62的未撓曲寬度Wu。圖18顯示下部幅材材料52和上部幅材材料62相對于它們的未撓曲寬度Wu的撓曲寬度Wd。下部幅材材料52的撓曲橫向寬度Wd可基本上與上部幅材材料62的撓曲橫向寬度相同。如本文關于材料的相對撓曲寬度Wd所用術語“基本上相同”是指撓曲寬度彼此相差小于或等于約0.2%。在一些實施例中，期望撓曲寬度彼此相差小于或等于約0.1%。如果設備50具有至少兩個橫向線路，則期望對于下部幅材材料52和上部幅材材料62在每個線路中的撓曲橫向寬度Wd基本上相同(相差小于或等于約0.2% )。頂部幅材材料62和底部幅材材料52的撓曲部分可為對稱的。作為另外一種選擇，如圖18所示,頂部幅材材料62和底部幅材材料52的撓曲部分可具有不同的構型，假設每個線路中的撓曲部分在寬度上減小基本上相同的量。
[0104]圖19顯示形成小袋的完整方法的一個非限制性實施例與密封步驟上的進一步細節。如圖19所示，兩個幅材材料(如，薄膜)52和62被退繞使得材料的密封劑側面向內。底部薄膜52形成首先開始。底部薄膜52可采用諸如圖5和6所示的設備在位置Pl處被(可選地)機械地預成形。真空通過下部傳送裝置54被施用到底部薄膜52以將底部薄膜形成為腔體的形狀或者將預成形薄膜保持在腔體中。產品48諸如從一個或多個噴嘴60被分配進在底部薄膜52中形成的槽或腔體中。頂部薄膜62可采用諸如圖5和6所示的設備在位置P2處被(可選的)機械地預成形。真空通過上部成形傳送裝置64被施用到頂部薄膜62以將頂部薄膜形成為槽或腔體的構型或者將預成形薄膜保持處于這樣一種構型。在該實施例中，薄膜62被形成為與底部薄膜52 —樣的橫向上輪廓。
[0105]在該實施例中，被用來形成長度或縱向封口的縱向封口成形裝置120被顯示鄰近成形傳送裝置54和64。縱向封口將形成小袋上的側封口。縱向封口成形裝置可呈縱(MD)走向加熱元件(棒)120的形式，其位于相鄰的線路之間并且也位于第一個線路和最后一個線路的側外部。加熱棒120可為彈簧加壓彼此豎直貼靠的以將兩個薄膜52和62密封到一起。封口成形裝置120理想地提供足夠的壓力以使薄膜52和62的密封層之間的空氣最小化，使得密封層處于緊密接觸。密封層被加熱到它們的熔點以將它們熱密封到一起。
[0106]在縱向密封和填充的幅材離開成形區之后，可具有縱向密封輥隙122。縱向密封輥隙可為驅動的或未被驅動的。縱向密封輥隙122施加輕微的壓力以確保薄膜在縱向密封區中粘合(但優選地不施加壓力給其中產品48已經被沉積到所述薄膜上的多個部分)。在一個實施例中，輥隙122可由較軟的輥和砧輥形成。較軟的輥可包括具有包括20肖氏硬度A硬度計材料的表面的輥。這樣一種輥可被用來將縱向(或長度)密封部分更好地壓合在一起用于更均勻的接觸。形成輥隙的輥中的至少一個也可是冷硬的以冷卻縱向封口。
[0107]在縱向密封輥隙122之后，可采用可選的一對相對的真空板124來保持兩個薄膜材料52和62在未密封區域分離，使得沉積在下部幅材材料52上離散位置中的多劑材料48保持分開。
[0108]填充和成形傳送裝置54和64的下游是用于形成橫向取向的封口的裝置65。這將被稱作橫向密封裝置65。橫向密封裝置65可為在產品劑量之間的空間中在幅材52和62之間能夠形成橫走向封口的任何合適的裝置。圖3中示出了這樣一種裝置的一種形式，所述裝置包括合到一起的一對上部和下部部件65A和65B諸如橫走向棒65A和65B以形成單個橫向封口。橫向密封裝置可相對于薄膜52和62的縱向運動是靜止的，使得上部和下部橫向取向的棒65A和65B只是朝彼此移動和分開移動。在其它實施例中，上部和下部橫走向棒65A和65B可隨著薄膜52和62移動。在圖3所示的實施例中，上部和下部橫走向棒65A和65B以往復運動的方式(在箭頭的方向上)平行于薄膜52和62運動，而在它們隨著薄膜移動時同時使上部和下部橫走向棒65A和65B抵靠薄膜。
[0109]在諸如圖20所示的其它實施例中，橫向密封裝置65可包括具有其它構型的密封部件。圖20顯示其中上部和下部部件65A和65B包括大致U形的元件的一個實施例，所述元件各自分別包括一對間隔開的密封棒65A1和65A2以及65B1和65B2。兩個密封棒與僅一個密封棒比較允許更多的密封保壓時間。在密封棒65A和65B打開和閉合以密封薄膜52和62時，密封棒單元65相對于產品流前后(上游和下游)來回橫穿。密封棒可每個具有位于在密封棒和框架69之間的彈簧67，使得它們是彈簧加壓的以豎直地向上和向下移動。圖20所示橫向密封裝置65的上部和下部部件65A和65B可被用來同時在小袋的頂部和在底部形成封口。密封部件65A和65B包括上游密封棒諸如65A1和65B1以及下游密封棒諸如 65A2 和 65B2。
[0110]當每個密封部件65A和65B包括多于一個密封棒時，密封棒可相對于彼此是固定的，或者相對于彼此是可調節的。期望每個密封部件中至少一個密封棒是固定的。固定密封棒可包括上游密封棒或下游密封棒。在圖20所示的實施例中，下游密封棒65A2和65B2是可調節的，具有不同的設置1、2、3和4。使至少一個密封棒可調節允許調節封口之間的間距以適應包裝長度上的變化。當然，此類部件的其它變型是可能的，包括具有能夠同時形成三個或更多個橫向封口(諸如在多個小袋之間)的另外的密封棒在內。
[0111]在包裝形成期間施加到薄膜52和62的真空可在所述方法中任何合適的階段被釋放。所述真空可在任何下列時間被釋放:(I)在任何封口形成之前(在這種情況下，在初始施加真空之后保持在下部幅材材料52上使下部幅材材料撓曲的殘余真空可繼續將下部幅材材料52保持適當的地方)；(2)在縱向封口形成之前；(3)在給定包裝上的橫向封口之一形成之后；或，(4)在給定包裝上的所有封口形成之后。通常，真空將在縱向封口形成之后被釋放以便有利于橫向封口的形成。當真空被釋放時，第一幅材材料(以及第二幅材材料)的撓曲部分朝向它們的初始未撓曲構型恢復。撓曲部分可完全恢復到它們的未撓曲構型，或者僅僅部分地恢復到它們的未撓曲構型(術語“朝向”旨在包括二者)。通常，由于在構成包裝的幅材材料之間存在產品48的緣故，撓曲部分將僅部分地恢復到它們的未撓曲構型。
[0112]橫向密封裝置65的下游是用于形成縱向狹縫的設備126和用于橫向穿孔/切割的設備128。縱向裁切可通過任何合適的機構126包括但不限于通過抵靠砧座的壓裂縱切機或者通過剪切裁切設備來制成。單位劑量包裝的幅材可在每個線路之間或換句話講根據需要進行裁切。狹縫可為連續的或者它們可為間歇的穿孔。可設計和操作橫向穿孔方法以在指定排之間切割來制造柵格(產品矩陣)。在圖19所示的實施例中，機械模具被用于縱向裁切設備126和橫向裁切設備128 二者。然而，可利用縱向或橫向上的激光裁切。
[0113]設備50的許多另選的實施例是可能的。例如，在其它實施例中，整個系統可包括諸如圖8或10所示的移動帶，以及側橫檔82可被除去并且用較寬移動帶上相應的凸起表面替代。在這些或其它另選的實施例中，帶80可在凹坑56的中間具有真空孔，而不是在帶80和側橫檔82之間的間隙中具有真空口。仍然在其它實施例中，帶系統可用連接其中形成有腔體的離散模具的鏈系統來取代。然而，對于這樣一種系統單個模具的加工成形比本文所述的移動帶系統成本更加昂貴。此外，如果期望改變系統以便制造不同尺寸小袋，則移動帶系統更加容易被變換。更具體地，臺板系統結合形成和驅動功能性在一個部件中，其中本文所述的帶/板系統從幅材傳送的部件中分離形成。這提供改變移動幅材的帶的性能與形成凹坑的模具的形狀分開的靈活性。當如本文所述將形成和幅材傳送分開時，可能的工作條件范圍更寬廣。除了更容易維護之外，它也是實現同一目的的更經濟的方式。在成形模具上可容易地建立公差，并且少許維護就可保持精度，因為這些不是活動件。唯一的易損件是帶，其是存貨物品。
[0114]如上所述，填充系統和填充控制系統可被應用于其它類型的填充方法。這可被用來提供準確的分配和短的循環時間，以及協調填充與待填充容器的移動。本文所述的可移動噴嘴以及密封機構也可應用于其它類型的填充方法。例如，填充系統和填充控制系統可被用于諸如圖2所示的VFFS實施例。
[0115]在機器正在運行時，諸如圖2所示的豎式形成、填充以及密封(VFFS)設備30可具有靜止的噴嘴36和靜止的密封棒40和42。然而，如果期望改變小袋長度，噴嘴36可需要能夠上下移動。這是設置變化，可在機器未運行時被進行。在一個實施例中，縱向密封棒40可被固定在幅材的一側上，其中固定的縱向密封棒的表面處在與噴嘴36的中心線對齊的平面中。相對的縱向密封棒40可被彈簧加壓向上抵靠固定的密封棒，其中薄膜32和34處在中間。例如，噴嘴36可保持固定在橫向密封棒42的初始接觸點上方標稱20-90mm處，其取決于小袋長度和填充體積。
[0116]當需要更多的方法調整時，縱向密封棒40、噴嘴36或二者可結合幅材32和34的向下運動上下移動。縱向密封棒40可上下筆直移動。作為另外一種選擇，縱向密封棒40可按半橢圓運動移動，舒展開約1mm，正好與薄膜32和34失去接觸。棒40可接著接觸薄膜，向下移動一段距離，諸如約5%至約50%的小袋長度，其中它們的移動與薄膜速度匹配，然后回縮并且返回到起始接觸位置。希望設計密封棒的運動和長度以確保在將幅材切割成個體小袋之前還將是連續的小袋之間具有連續的縱向封口。
[0117]此外，噴嘴36可被移動，使得噴嘴頂端38 —直保持在距填充目標固定的距離處。例如，如果當填充開始時小袋的底部位于噴嘴36的頂端38下方25mm處，則噴嘴36可隨著填充進行向上縮回到如此程度以保持從噴嘴36的頂端38到流體斑點的頂部至少25mm間距。噴嘴36接著可在填充的末期向上回縮較快以允許橫向封口件42閉合。當首先進行封口以減輕小袋上的變形時，一種用于噴嘴移動的其它替代形式將是讓噴嘴36更加遠離橫向密封棒42。在橫向密封方法已經被啟動來通過以上所述的自底向上填充順序前進之后，噴嘴36的頂端38然后可降入到小袋里去。
[0118]本文所公開的量綱和值不可理解為嚴格限于所引用的準確值。相反，除非另外指明，每個這樣的量綱旨在表示所述的值以及圍繞該值功能上等同的范圍。例如，所公開的量綱“40mm”旨在表示“約40mm”。
[0119]應當理解，在整個說明書中給出的每一最大數值限度包括每一較低數值限度，就像這樣的較低數值限度在本文中是明確地寫出一樣。在本說明書全文中給出的每一最小數值限度將包括每一較高數值限度，如同該較高數值限度在本文中被明確表示。在本說明書全文中給出的每一數值范圍將包括落入此類更寬數值范圍內的每一更窄數值范圍，如同此類更窄數值范圍在本文中明確地寫出。
[0120]除非明確排除或換句話講有所限制，本文中引用的每一個文件，包括任何交叉引用或相關專利或專利申請，均據此以引用方式全文并入本文。對任何文獻的引用均不是承認其為本文公開的或受權利要求書保護的任何發明的現有技術、或承認其獨立地或以與任何其它一個或多個參考文獻的任何組合的方式提出、建議或公開任何此類發明。此外，如果此文獻中術語的任何含義或定義與任何以引用方式并入本文的文獻中相同術語的任何含義或定義相沖突，將以此文獻中賦予那個術語的含義或定義為準。
[0121]盡管舉例說明和描述了本發明的特定實施例，但對本領域的技術人員來講顯而易見的是，在不背離本發明的實質和范圍的情況下可作出許多其它的改變和變型。因此，所附權利要求中旨在包括屬于本發明范圍內的所有這些改變和變型。
【權利要求】
1.一種用于形成包裝的設備，所述設備包括: 第一進給區，所述第一進給區用于接收第一幅材材料的供應；和 在其中具有腔體的元件，所述元件位于所述第一進給區的下游，所述設備的特征在于，第一幅材材料的一部分可被暫時地撓曲進所述腔體中，所述腔體包括基部和一對側壁，所述元件包括具有表面的移動帶，所述帶在縱向上移動，其中所述帶的表面形成所述腔體的基部，所述元件還包括形成所述腔體的側壁的縱向側邊部分。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述腔體為連續槽的構型。
3.根據權利要求1所述的設備，其中所述帶還包括將所述帶分成多個單獨腔體的橫向取向的橫檔。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的設備，還包括: a.分配裝置，所述分配裝置用于將產品施用到所述第一幅材材料的覆蓋所述腔體的所述部分上，所述分配裝置位于其中具有腔體的所述元件上方的分配區中； b.第二進給區，所述第二進給區用于接收第二幅材材料的供應，所述第二進給區位于所述分配裝置的下游，其中第二幅材材料可被設置用以覆蓋其上具有所述產品的所述第一幅材材料；和 c.密封裝置，所述密封裝置用于密封第一幅材材料和第二幅材材料連同兩者間的產品，所述密封裝置位于所述第二進給區的下游。
5.一種分配系統，包括: 用于分配流體材料的分配裝置； 流體供應源，其中所述分配裝置通過管路連接到所述流體供應源； 分配裝置致動器系統，所述分配裝置致動器系統連接到所述分配裝置以開始和停止從所述分配裝置的流動； 流量測量系統，所述流量測量系統與所述分配裝置成一直線地可操作地連接；和 可編程邏輯控制器，所述分配系統的特征在于，對所述可編程邏輯控制器進行編程以采集實際流量作為輸入，并計算新的填充時間周期或者流量整體截流目標以使在設定點和實際填充量之間的填充量誤差最小化，然后輸出: (1)控制致動時間和控制信號，以用于控制所述分配裝置應當何時開始或停止填充；或 (2)流量整體截流目標和控制信號，以用于控制所述分配裝置致動器系統應當何時開始填充。
6.根據權利要求5所述的分配系統，還包括: a)與所述可編程邏輯控制器相關聯的輸入裝置，所述輸入裝置用于從流量測量系統獲取數據并將所述數據發送到所述可編程邏輯控制器； b)與可編程邏輯控制器相關聯的預定輸出裝置，所述預定輸出裝置用于將打開信號和關閉信號發送至所述分配裝置致動器系統，其中所述預定輸出裝置能夠同時定期地接收來自可編程邏輯控制器的數據并更多地以比它定期地接收此類數據更高的時間分辨率來插入所述數據以便計算更準確的時間來開啟或結束填充循環，并且具有用于執行期望的填充時間的增大的時間分辨率以減少在設定點和實際填充量之間的填充量誤差；和 c)與可編程邏輯控制器相關聯的算法，其中所述算法接收來自測量系統的所測量的填充量作為輸入，并對填充時間進行校正調節，并且輸出控制信號和控制致動時間中的至少一個以用于控制所述分配裝置致動器系統應當何時供應流體。
7.根據權利要求6所述的分配系統，其中: 所述致動器系統具有以10微秒至900微秒的時間增量來控制數字輸出的能力，所述致動器系統包括從數字啟動到流體流動開始為止具有小于30毫秒的延遲的至少一個致動器；并且 所述流量測量系統具有小于15毫秒的內部信號處理時間常數和在從實際流量到測量的響應的信號延遲方面小于30毫秒的動態響應。
8.根據權利要求7所述的用于分配多劑流體的分配系統，所述分配系統具有: 從一個劑量到下一個劑量在50暈秒和300暈秒之間的循環時間，和 在10%或更小的固定目標填充質量內的填充質量準確度。
9.根據權利要求5-8中任一項所述的分配系統，其包括將容器移動到流體將要被分配到其上或其中的設備的一部分，其中所述設備在縱向上移動所述容器，并且所述分配裝置能夠相對于所述移動容器移動，其中對所述可編程邏輯控制器和所述預定輸出裝置進行編程以協調所述流體的分配與所述分配裝置相對于所述容器的位置。
10.根據權利要求9所述的分配系統，其中對所述預定輸出裝置進行編程以在所需量的流體已從所述分配裝置被分配到容器之后停止從分配裝置的流動和/或協調所述分配裝置相對于所述容器的位置。
【文檔編號】B65B41/18GK104136326SQ201380011016
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月26日 優先權日:2012年2月28日
【發明者】S·C·帕洛塔, J·M·奧恩多夫, G·J·布羅德, J·K·麥克勞林, A·A·特克里布, C·J·布雷賽普特 申請人:寶潔公司