本發(fā)明要求2014年8月11日提交的題目為“Magazine Apparatuses for Holding Glass Articles During Processing(用于在處理期間保持玻璃器具的儲(chǔ)盒設(shè)備)”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/035,798號(hào)的權(quán)益。
背景技術(shù):
本說明書總體涉及用于在處理期間保持玻璃制品的盒裝置,更具體地,涉及用于在離子交換處理期間保持玻璃制品的儲(chǔ)盒設(shè)備。
歷史上,由于玻璃相對(duì)于其他材料的密封性、光學(xué)透明性和優(yōu)異的化學(xué)耐久性,玻璃已經(jīng)被用作許多應(yīng)用的優(yōu)選材料,包括食品和飲料包裝、藥品包裝、廚房和實(shí)驗(yàn)室玻璃器具以及窗戶或其他建筑特征。
然而,玻璃在許多應(yīng)用中的使用受到玻璃的機(jī)械性能的限制。特別地,玻璃破裂特別是在食品、飲料和藥物的包裝中是個(gè)問題。在食品、飲料和藥品包裝工業(yè)中破裂可能是成本高昂的,因?yàn)槔缭谔畛渚€內(nèi)的破損可能需要丟棄相鄰的未破裂的容器,因?yàn)檫@些容器可能包含來自破裂的容器的碎片。破裂也可能需要減慢或停止填充管線,降低生產(chǎn)率。此外,非災(zāi)難性破裂(即,當(dāng)玻璃裂紋但不破裂時(shí))可能導(dǎo)致玻璃包裝或容器的內(nèi)容物失去其無菌性,這繼而可能導(dǎo)致昂貴的產(chǎn)品召回。
玻璃破裂的一個(gè)根本原因是當(dāng)玻璃被加工時(shí)和/或在隨后的填充期間在玻璃的表面中引入缺陷。這些缺陷可以從各種來源引入到玻璃的表面中,包括相鄰玻璃器具之間的接觸以及玻璃和例如處理和/或填充設(shè)備的設(shè)備之間的接觸。不管來源如何,這些缺陷的存在可能最終導(dǎo)致玻璃破裂。
因此,需要用于在處理期間保持玻璃制品以減輕玻璃破裂的替代裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
根據(jù)一實(shí)施例,處理期間用于容納和保持玻璃器具的設(shè)備可包括用于接納玻璃器具的多個(gè)器具保持器。多個(gè)器具保持器中的每個(gè)器具保持器可以包括保持體,該保持體包括圍繞玻璃器具容納體積的線圈。線圈的最下面的匝的纏繞直徑小于保持體的其余部分中的各匝的纏繞直徑,使得線圈的最下面的匝形成保持體中的器具止擋件。保持體可以包括在器具止動(dòng)件下方從保持體延伸的間隔線圈?;芸梢园ㄑ由齑┻^基架的多個(gè)孔。多個(gè)器具保持器中的每個(gè)可以定位在基架中的相應(yīng)孔中,使得每個(gè)器具保持器的保持體在基架的頂部表面上方,并且每個(gè)器具保持器的間隔線圈在基架的底部表面下方。
在另一實(shí)施例中,處理期間用于容納和保持玻璃器具的組件可包括第一儲(chǔ)盒設(shè)備,包括用于接納玻璃器具的第一多個(gè)器具保持器,其中多個(gè)器具保持器中的每個(gè)器具保持器包括保持體,該保持體包括圍繞玻璃器具容納體積的線圈,其中線圈的最下面的匝形成保持體內(nèi)的器具止動(dòng)件。第一多個(gè)器具保持器的每個(gè)器具保持器還包括在器具止動(dòng)件下方從保持體延伸的間隔線圈。第一儲(chǔ)盒設(shè)備還包括第一基架,該第一基架包括延伸穿過第一基架的多個(gè)孔。第一多個(gè)器具保持器中的每個(gè)定位在第一基架中的相應(yīng)孔內(nèi),使得每個(gè)器具保持器的所述保持體和間隔線圈在所述第一基架的相對(duì)側(cè)上。該組件還包括:第二儲(chǔ)盒設(shè)備,包括用于接納玻璃器具的第二多個(gè)器具保持器,其中第二多個(gè)器具保持器中的每個(gè)器具保持器包括保持體,該保持體包括包圍器具接納體積的線圈,線圈的最下面匝形成保持體的器具止動(dòng)件。第二多個(gè)器具保持器的每個(gè)器具保持器還包括在器具止動(dòng)件下方從保持體延伸的間隔線圈。第二儲(chǔ)盒設(shè)備還包括第二基架,該第二基架包括延伸穿過第二基架的多個(gè)孔。第二多個(gè)器具保持器中的每個(gè)定位在所述第二基架中的相應(yīng)孔內(nèi),使得每個(gè)器具保持器的所述保持體和間隔線圈在所述第二基架的相對(duì)側(cè)上。所述第二儲(chǔ)盒定位在所述第一儲(chǔ)盒頂上并與所述第一儲(chǔ)盒間隔開,使得所述第二多個(gè)器具保持器中的每個(gè)器具保持器的所述間隔線圈定位在所述第一多個(gè)器具保持器中相應(yīng)器具保持器的所述器具接納體積上方。
本文所述的處理期間用于容納和保持玻璃制品的裝置的附加特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下的詳細(xì)描述中陳述,而且這些附加特征和優(yōu)點(diǎn)部分地對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可從該描述中顯而易見,或者可通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求和附圖的本文所述的各實(shí)施例而易于認(rèn)識(shí)到。
應(yīng)予理解的是,上面的總體說明和下面的詳細(xì)說明都描述了本發(fā)明的各實(shí)施例,并意在提供概況或框架以便理解如所要求保護(hù)的主題的性質(zhì)和特征。包括附圖以提供對(duì)各實(shí)施例的進(jìn)一步理解,附圖包括在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖示出本發(fā)明的各實(shí)施例并與說明書一起用于解釋本主題的原理和操作。
附圖說明
圖1示意性地示出了根據(jù)本文示出和描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于在處理期間容納和保持玻璃器具的儲(chǔ)盒設(shè)備;
圖2示意性地示出用于圖1的儲(chǔ)盒設(shè)備的器具保持器的一實(shí)施例;
圖3示意性地示出用于圖1的儲(chǔ)盒設(shè)備的器具保持器的另一實(shí)施例;
圖4示意性地示出了根據(jù)本文示出和描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的器具保持器與基架和支撐板的接合;
圖5示意性描繪了根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例具有鎖定板的儲(chǔ)盒設(shè)備的等距俯視圖;
圖6示意性地示出了根據(jù)本文描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于儲(chǔ)盒設(shè)備的鎖定板;
圖7示意性描繪了根據(jù)本文所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例具有鎖定板的儲(chǔ)盒設(shè)備的俯視圖;
圖8示意性描繪了根據(jù)本文所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例具有鎖定板的儲(chǔ)盒設(shè)備的等距仰視圖;
圖9A示意性地示出了根據(jù)本文描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于儲(chǔ)盒設(shè)備的組裝夾具;
圖9B示意性地示出了定位在圖9A的組裝夾具的定位銷上的器具保持器的放大圖;
圖9C示意性地示出了定位在圖9A的組裝夾具的定位銷上的儲(chǔ)盒設(shè)備的基架;
圖10示意性地示出了一對(duì)彼此堆疊的儲(chǔ)盒設(shè)備的側(cè)視圖,其中支撐腿將各儲(chǔ)盒設(shè)備間隔開;
圖11示意性地示出根據(jù)本文示出和描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有附接到其上的蓋板的儲(chǔ)盒設(shè)備;
圖12是使用本文所述的儲(chǔ)盒設(shè)備的離子交換強(qiáng)化玻璃器具的方法的流程圖;以及
圖13示意性地描繪了圖12的流程圖的方法步驟。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照處理過程中用于容納和保持玻璃器具的儲(chǔ)盒設(shè)備的實(shí)施例的細(xì)節(jié),在附圖中示出了各實(shí)施例的例子。在可能時(shí),將在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)號(hào)來指示相同或類似的部件。用于在處理期間容納和保持玻璃器具的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例在圖1中示意性地示出。儲(chǔ)盒設(shè)備通常包括用于接納玻璃器具的多個(gè)器具保持器。多個(gè)器具保持器中的每個(gè)器具保持器可以包括保持體,該保持體包括圍繞玻璃器具容納體積的線圈。線圈的最下面的匝的纏繞直徑小于保持體的其余部分中的各匝的纏繞直徑,使得線圈的最下面的匝形成保持體中的器具止動(dòng)件。保持體可以包括在器具止動(dòng)件下方從保持體延伸的間隔線圈。基架可以包括延伸穿過基架的多個(gè)孔。多個(gè)器具保持器中的每一個(gè)可以定位在基架中的相應(yīng)孔中,使得每個(gè)器具保持器的保持體在基架的頂表面上方,并且每個(gè)器具保持器的間隔線圈在基架的底表面下方。在處理期間用于容納和保持玻璃器具的設(shè)備的各種實(shí)施例將在本文中具體參考附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
如本文所述,玻璃器具在處理和/或填充期間的破裂是產(chǎn)品損失的來源,并且可能導(dǎo)致工藝低效和增加成本。加強(qiáng)玻璃器具可以幫助減輕破裂。可以使用多種技術(shù)來強(qiáng)化玻璃器具,包括化學(xué)和熱回火。例如,可以通過在玻璃器具的表面中引入一層壓縮應(yīng)力來使用化學(xué)強(qiáng)化來強(qiáng)化玻璃器具。通過將玻璃器具浸沒在熔融鹽浴中來引入壓縮應(yīng)力。當(dāng)來自玻璃的離子被來自熔融鹽的相對(duì)較大的離子替代時(shí),在玻璃的表面中引起壓縮應(yīng)力。在化學(xué)鋼化期間,可以機(jī)械地操縱玻璃器具,例如玻璃容器,以對(duì)玻璃器具填充和排空熔融鹽。
盡管化學(xué)強(qiáng)化提高了玻璃器具的強(qiáng)度,但是在強(qiáng)化過程中玻璃器具的機(jī)械操作可能在玻璃表面中引入缺陷。例如,玻璃器具和在加工過程中用于保持玻璃器具的夾具之間的接觸可能在玻璃中引入缺陷,特別是當(dāng)玻璃器具和夾具最初浸沒在熔融鹽浴中和/或當(dāng)夾具和玻璃將物品從熔融鹽浴中取出并旋轉(zhuǎn)以對(duì)玻璃器具排空熔融鹽時(shí)。
具體地,玻璃器具在浸沒在熔融鹽浴中之前首先放置在夾具中。夾具設(shè)計(jì)成保持多個(gè)容器,并且可以包含彼此堆疊的多個(gè)容器托盤。每個(gè)容器通常容納在單個(gè)狹槽中并且通過位于玻璃器具的頸部或頂部周圍的套環(huán)保持在位。當(dāng)玻璃器具的夾具被浸沒在熔融鹽浴中時(shí),玻璃器具最初是正浮力的,這導(dǎo)致玻璃器具向上浮動(dòng),從而在玻璃器具和套環(huán)之間形成接觸。玻璃器具與套環(huán)之間的這種接觸可能在玻璃的表面中引入缺陷。另外,當(dāng)玻璃器具向上浮動(dòng)時(shí),可能在玻璃器具的頂部和堆疊在玻璃器具上的托盤的底部之間發(fā)生接觸。玻璃器具和堆疊在玻璃器具上的托盤的底部之間的這種接觸可能是另一個(gè)缺陷源。
此外,在離子交換過程完成之后,將夾具和玻璃器具從熔融鹽浴中取出,并且旋轉(zhuǎn)夾具以對(duì)玻璃器具排空容納在玻璃器具的內(nèi)部容積內(nèi)的熔融鹽。當(dāng)夾具旋轉(zhuǎn)時(shí),玻璃器具可能突然與位于玻璃器具的頸部或頂部周圍的套環(huán)碰撞。玻璃器具與套環(huán)之間的這種鈍力沖擊可能在玻璃的表面中引入缺陷。
在大多數(shù)情況下,缺陷是表面的,并且包含在玻璃中引起的表面壓縮應(yīng)力層內(nèi)。該表面壓縮應(yīng)力防止裂紋生長成裂縫。然而,在極端情況下,裂紋可能延伸穿過表面壓縮應(yīng)力層,這可能導(dǎo)致玻璃器具的破裂。
另外,在離子交換處理期間用于容納和保持玻璃器具的夾具通常由金屬材料形成,以便能夠承受熔融鹽浴的高溫。這種夾具固定可具有大的熱質(zhì)量,其可通過改變?nèi)廴邴}浴的溫度而不利地影響離子交換過程。夾具還傾向于具有大的表面積,這增加了夾具和熔融鹽之間的接觸,這可能導(dǎo)致來自熔融鹽的離子擴(kuò)散到夾具中,降低工藝性能。
用于在本文描述的處理期間容納和保持玻璃器具的儲(chǔ)盒設(shè)備減輕了在保持在其中的玻璃器具中的缺陷的引入。本文所述的儲(chǔ)盒設(shè)備還具有相對(duì)較低的熱質(zhì)量和表面面積,其在使用儲(chǔ)盒設(shè)備以便于通過離子交換強(qiáng)化包含在其中的玻璃器具時(shí)減輕離子交換性能的劣化。
應(yīng)當(dāng)理解,本文所使用的術(shù)語“處理”包括處理包含在儲(chǔ)盒設(shè)備內(nèi)的玻璃器具以及包含在儲(chǔ)盒設(shè)備內(nèi)的玻璃器具的運(yùn)送。
現(xiàn)參照?qǐng)D1,示意性地示出了用于在處理期間容納和保持玻璃器具的儲(chǔ)盒設(shè)備100的一實(shí)施例。儲(chǔ)盒設(shè)備100通常包括基架102,多個(gè)器具保持器120固定到基架102。器具保持器120大致限定和包圍玻璃器具容納體積124,在處理期間例如玻璃容器或類似物的一件玻璃器具900可被接納并保持在該玻璃器具容納體積124內(nèi)。基架102通常由能夠承受高溫的材料形成,例如在離子交換過程期間在熔融鹽浴中經(jīng)歷的溫度。在本文所述的實(shí)施例中,基架102由金屬材料形成,例如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼)、鎳或鎳基合金?;?02包括多個(gè)孔110(在圖4中標(biāo)記)。器具保持器120定位在相應(yīng)的孔中,使得每個(gè)器具保持器120的一部分在基架102的底表面112下方,并且每個(gè)器具保持器120的一部分在基架102的頂表面108上方,如將在本文中進(jìn)一步詳細(xì)描述。
基架102還可包括在長度方向(即,圖1中所示的坐標(biāo)軸的+/-X方向)上位于基架102的相對(duì)端處的側(cè)支撐件104、106。側(cè)支撐件104、106通常在基架102的頂表面108上方延伸。例如,在一些實(shí)施例中,側(cè)支撐件104、106可大致垂直于基架102的頂表面108。但是,應(yīng)理解側(cè)支撐件104、106無需垂直于基架102的頂表面108。例如,側(cè)支撐件104、106可以相對(duì)于基架102的頂表面108的角度小于或大于90度,只要側(cè)支撐件104、106大體在頂表面108上方(即,圖1中所示的坐標(biāo)軸的+Z方向)延伸即可。側(cè)支撐件104、106可以與基架102一體地形成或使用常規(guī)的緊固技術(shù)附接到基架102,包括但不限于機(jī)械緊固件、焊接等。
在本文所述的實(shí)施例中,側(cè)支撐件104、106用于支撐在基架102的頂表面108上方的多個(gè)支撐桿170。支撐桿170用于固定和穩(wěn)定器具保持器120。在圖1所示的儲(chǔ)盒設(shè)備100的實(shí)施例中,支撐桿170的端部接納在形成在側(cè)支撐件104、106中的槽中,并通過焊接固定到側(cè)支撐件104、106。然而,在替代實(shí)施例中,支撐桿170可以用機(jī)械緊固件(例如螺釘和/或螺栓)固定到側(cè)支撐件104、106。支撐桿170可以由適合在高溫下使用的材料形成。例如,在本文所述的實(shí)施例中,支撐桿170可以由金屬材料形成,例如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼),鎳或鎳基合金。
現(xiàn)參照?qǐng)D1-3,器具保持器120由線圈形成,該線圈包括具有不同直徑的多匝126,使得每個(gè)器具保持器120具有保持體122和間隔線圈132。由線圈形成器具保持器120減少了儲(chǔ)盒設(shè)備100中的材料的總量,這又減少了儲(chǔ)盒設(shè)備100的熱質(zhì)量和表面面積,從而提高了離子交換性能。此外,從線圈形成器具保持器120產(chǎn)生籃狀開口結(jié)構(gòu),這允許當(dāng)儲(chǔ)盒設(shè)備100被浸沒時(shí)來自熔融鹽浴的熔融鹽容易地與玻璃容器的所有表面相互作用,同時(shí)還允許儲(chǔ)盒設(shè)備100在從熔融鹽浴中取出時(shí)容易排出熔融鹽。此外,從線圈形成器具保持器120允許保持器具有一些柔順性,這限制了施加在玻璃器具表面上的力的量并且降低引起缺陷的可能性。在本文所述的實(shí)施例中,器具保持器120由沒有可能在玻璃中引入缺陷的角和/或邊緣的線材形成。具體地,器具保持器120由在徑向橫截面上基本上為圓形或橢圓形的線材形成。雖然各種直徑的線材可用于形成器具保持器120,但線材坯料的直徑通常小于約5mm、例如小于約2.5mm、小于約2.0mm、小于約1.3mm或甚至小于或等于約1mm。在本文所述的實(shí)施例中,器具保持器由適于在高溫下使用的線材形成。例如,器具保持器可以由金屬材料形成,例如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼),鎳或鎳基合金。在本文所述的實(shí)施例中,使用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)線材彎曲機(jī)或用于將線材成形為所需形狀的類似設(shè)備將線材形成為所需形狀。
如上所述,器具保持器120包括由線圈的一部分形成的保持體122。保持體122的線圈形成為使得線圈的相鄰匝126在器具保持器120的軸向方向(即,+/-Z方向)上彼此間隔開。這樣,保持體122的線圈限定并圍繞玻璃器具接納體積,一件玻璃器具可以位于該玻璃器具接納體積中。圖2和圖3所示的器具保持器120示出有位于玻璃器具接納容積中的玻璃器具900。在本文所述的實(shí)施例中,構(gòu)成保持體122的線圈的各匝126的纏繞直徑(即,匝的內(nèi)徑)稍微大于玻璃器具900的外徑,使得玻璃器具900可容易地插入玻璃器具容納體積中并從其中移除,而不會(huì)通過與各匝接觸而刮擦玻璃器具900的外表面。
保持體122的下部包括從形成保持體122的線圈延伸的器具止動(dòng)件130。器具止動(dòng)件130用作保持體122的玻璃器具接納體積中的座,玻璃器具900定位在玻璃器具接納容積擱置部中。在各實(shí)施例中,器具止動(dòng)件130通過使形成保持體122的線圈的最下部匝128成形為使得最下層匝128的纏繞直徑小于保持體122的其余部分內(nèi)各匝126的纏繞直徑而形成。例如,在圖2所示的器具保持器120的實(shí)施例中,最下面的匝128的纏繞直徑相對(duì)于先前的匝126減小。在該實(shí)施例中,最下面的匝128的至少一部分可以是基本上線性的,并且至少部分地延伸跨越由保持體122的在前的匝126所圍繞的區(qū)域,如圖2所示?;蛘?,最下面的匝128的至少一部分的纏繞直徑可相對(duì)于先前的匝126逐漸減小,使得最下面的匝128位于由保持體122的先前匝126限定的區(qū)域內(nèi),如圖3所示。形成最下面的匝128,使得最下面的匝128的至少一部分的纏繞直徑減小,從而提供具有增加的接觸面積的器具止動(dòng)件130,從而在更大面積上分散了在器具保持器120與玻璃器具900之間的接觸力。
保持體122的上部還包括從形成保持體122的線圈延伸的保持桿140。保持桿140可與形成在支撐桿170中的相應(yīng)的孔172(圖1和圖4)接合。在本文所述的實(shí)施例中,保持桿140沿基本豎直的方向(即,沿圖2和圖3中所示的坐標(biāo)軸的+Z方向)從形成保持體122的線圈延伸。但是,應(yīng)當(dāng)理解,在其它實(shí)施例中,保持桿140可相對(duì)于垂向成角度。將器具保持器120的保持桿140與支撐桿170接合有助于將器具保持器120穩(wěn)定在基架102上并保持相鄰器具保持器之間的間隔。保持桿140可以在支撐桿的頂部焊接到支撐桿,以進(jìn)一步穩(wěn)定器具保持器120。保持相鄰器具保持器之間的相對(duì)間隔還有助于將玻璃器具900自動(dòng)加載和卸載到每個(gè)器具保持器120的玻璃器具接納體積。
仍現(xiàn)參照?qǐng)D1-3,每個(gè)器具保持器120還包括從保持體122的下部延伸的間隔線圈132。在各實(shí)施例中,間隔線圈132的纏繞直徑小于或等于保持體122的線圈的各匝126的纏繞直徑。間隔線圈132通過從最下面的匝128延伸的間隔桿144與保持體122間隔開。在本文所述的各實(shí)施例中,間隔桿144通常沿豎直方向(即,圖2和圖3中所示的坐標(biāo)軸的+Z方向)延伸。但是,應(yīng)當(dāng)理解,在各替代實(shí)施例中,保持桿144可相對(duì)于垂向成角度。如本文將進(jìn)一步詳細(xì)描述的,間隔線圈用作彈性墊,其減緩并阻止玻璃器具從相鄰的儲(chǔ)盒設(shè)備朝向儲(chǔ)盒設(shè)備的下側(cè)前進(jìn),從而防止損壞玻璃器具。
現(xiàn)參照?qǐng)D4,示意性地示出了儲(chǔ)盒設(shè)備100的一部分。如圖4所示,當(dāng)器具保持器120定位在基架102的孔110中時(shí),器具保持器120的一部分在基架102的底表面112下方,并且器具保持器120的一部分在基架102的頂表面108上方。更具體地,器具保持器120定位在孔110中,使得保持體122的至少一部分定位在基架102的頂表面108上或上方且間隔線圈132被定位在基架102的底表面112下方。例如,在圖4所示的實(shí)施例中,器具保持器120定位在孔110中,使得保持體122定位在基架102的頂表面108上方,其中間隔桿142延伸穿過孔110,使得間隔線圈132定位在基架102的底表面112下方并與基架102的底表面112間隔開。在該特定實(shí)施例中,保持體122例如通過焊接等固定到基架102,并且保持桿140與形成在支撐桿170中相應(yīng)的孔172接合,由此相對(duì)于基架固定器具保持器120的位置。在本文所述的實(shí)施例中,各孔110包括側(cè)通道111,側(cè)通道111可用于便于將器具保持器120附接到基架102。
現(xiàn)參照?qǐng)D1和10,在本文所述的各實(shí)施例中,儲(chǔ)盒設(shè)備100還可包括從基架102的頂表面和底表面中的至少一個(gè)延伸的至少一個(gè)支架176。圖1所示的儲(chǔ)盒設(shè)備100包括多個(gè)支架176,其沿支撐框架的長度方向(即,沿圖1所示的坐標(biāo)軸的+/-X方向)定位在基架102的端部附近。然而,應(yīng)當(dāng)理解,支架176可以從基架102的頂表面108和底表面112兩者延伸。支架176用于將多個(gè)儲(chǔ)盒設(shè)備100彼此堆疊,同時(shí)保持相鄰儲(chǔ)盒設(shè)備的基架之間的分離,如圖10所示,其中,儲(chǔ)盒設(shè)備100b堆疊在儲(chǔ)盒設(shè)備100a的頂部。例如,在一實(shí)施例中,支架176可以延伸穿過基架102,每個(gè)支架包括在支架176的一端上的插座178和在支架176的另一端上的柱179。在圖1所示的實(shí)施例中,支架各自包括在支架的上端中的插座178和在支架176的下端上的柱179。然而,應(yīng)當(dāng)理解,在其他實(shí)施例中,上端可以包括柱179,并且下端可以包括插座178。插座178的尺寸和形狀設(shè)置成從相鄰的儲(chǔ)盒設(shè)備的支架接納相應(yīng)的柱179,例如根據(jù)支架176的構(gòu)造而定位在上方或下方的儲(chǔ)盒設(shè)備,從而保持其間的期望間距,并且防止在橫向方向中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(即,圖1所示的坐標(biāo)軸的XY平面中的運(yùn)動(dòng))。在各實(shí)施例中,各支架176的尺寸設(shè)置成使得上方的儲(chǔ)盒設(shè)備的基架與下方的儲(chǔ)盒設(shè)備的基架之間的間距大于器具保持器的保持體距離下方的儲(chǔ)盒設(shè)備的基架的頂表面的高度。例如,在一實(shí)施例中,下方的儲(chǔ)盒設(shè)備的基架的頂表面與上方儲(chǔ)盒設(shè)備的基架的底表面之間的間距減去間隔線圈與上方的儲(chǔ)盒設(shè)備的基架的底表面的間距大于或等于每個(gè)器具保持器的保持體距離下方的儲(chǔ)盒設(shè)備的基架的頂表面的高度,如圖10所示。以這種方式確定支座176的尺寸允許玻璃器具被定位在器具保持器120中,而玻璃器具不直接接觸上方儲(chǔ)盒設(shè)備的間隔線圈,從而防止間隔線圈刮擦玻璃器具。在各實(shí)施例中,支架可以由金屬材料形成,例如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼),鎳或鎳基合金。
現(xiàn)參照?qǐng)D5和7,在某些實(shí)施例中,儲(chǔ)盒設(shè)備100還可包括多個(gè)支撐腿192,多個(gè)支撐腿192定位在相鄰的器具保持器120之間。在各實(shí)施例中,支撐腿192從基架102的頂表面108延伸,并可垂直于基架102的頂表面108。支撐腿192與器具保持器120間隔開并且圍繞器具保持器120形成籠狀結(jié)構(gòu)。這允許器具保持器120保持撓性和柔順,同時(shí)防止由于不適當(dāng)?shù)奶幚碓斐善骶弑3制魉苄宰冃巍?/p>
現(xiàn)參照?qǐng)D5和6,在各實(shí)施例中,各支撐腿192是鎖定板190的一部分,鎖定板190固定到儲(chǔ)盒設(shè)備100的基架102。在各實(shí)施例中,鎖定板190形成有多個(gè)區(qū)段194,在各實(shí)施例中,可以具有圓形或半圓形構(gòu)造,如圖6所示。每個(gè)區(qū)段194通常對(duì)應(yīng)于儲(chǔ)盒設(shè)備100的基架102的孔110。因此,應(yīng)當(dāng)理解,支撐腿192定位在鎖定板190的相鄰區(qū)段194之間。鎖定板190的每個(gè)區(qū)段194還可包括延伸到由該區(qū)段包圍的區(qū)域內(nèi)的指狀物196。在各實(shí)施例中,指狀物196成形為在指狀物196和區(qū)段194之間形成鎖定槽198。鎖定槽198通常具有槽方向,如本文所使用的,槽方向是指槽的長軸的方向。在圖6所示的鎖定板190的實(shí)施例中,指狀物196大致為L形并且從各區(qū)段194延伸,使得鎖定槽198形成在“L”的長腿和區(qū)段194之間。然而,應(yīng)當(dāng)理解,手指196的其他構(gòu)造是可設(shè)想和可能的。在本文所述的實(shí)施例中,鎖定槽198的尺寸通常被確定為接納相應(yīng)的器具保持器120的一部分。在各實(shí)施例中,鎖定板可以由金屬材料形成,例如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼),鎳或鎳基合金。
現(xiàn)參照?qǐng)D5-8,鎖定板190可以例如通過焊接或緊固件附接到基架102的底表面112,使得各區(qū)段194與基架102的對(duì)應(yīng)孔110大致對(duì)齊,并且支撐腿192被定位在基架102中的開口(未示出)中,使得支撐腿192從基架102的頂表面108延伸,如上所述。在本文描述的使用鎖定板190的儲(chǔ)盒設(shè)備100的各實(shí)施例中,基架102的每個(gè)孔包括基準(zhǔn)槽197。每個(gè)基準(zhǔn)槽197通常具有槽方向,如本文所使用的,槽方向是指槽的長軸的方向。與鎖定槽198類似,基準(zhǔn)槽197的尺寸通常被確定為接納相應(yīng)的器具保持器120的一部分,且更具體地,接納器具保持器120的間隔桿142,其將間隔線圈132聯(lián)接到保持體122。當(dāng)鎖定板190定位在基架102上,并且各區(qū)段194與基架中的對(duì)應(yīng)孔110對(duì)準(zhǔn)時(shí),各鎖定槽198和各對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)槽197重疊,并且鎖定槽198的槽方向從相應(yīng)的基準(zhǔn)槽197的槽方向旋轉(zhuǎn)地偏移。例如,在各實(shí)施例中,鎖定槽198的槽方向從基準(zhǔn)槽197的槽方向旋轉(zhuǎn)地偏移大于0度到小于或等于180度的角度。鎖定槽198和基準(zhǔn)槽197之間的這種定向?qū)⑴c鎖定槽198和相應(yīng)的基準(zhǔn)槽197兩者都接合的器具保持器120的間隔桿142在基部框架102上鎖定就位,從而將器具保持器120固定到基架102并防止器具保持器120從基架102脫離。
現(xiàn)參照?qǐng)D9A-9C,示意性地示出用于組裝諸如圖1所示的儲(chǔ)盒設(shè)備100的儲(chǔ)盒設(shè)備的組裝夾具800的一實(shí)施例。組裝夾具800包括基座802,多個(gè)配準(zhǔn)銷804附接到基座802。配準(zhǔn)銷804的尺寸設(shè)置成裝配在器具保持器的玻璃器具接納體積內(nèi),并且間隔開以對(duì)應(yīng)于在儲(chǔ)盒設(shè)備的基架102中形成的孔。在各實(shí)施例中,基部802還包括用于接納在基部802的端部處的支架176的孔和用于接納每個(gè)器具保持器120的保持桿140的孔。在各實(shí)施例中,配準(zhǔn)銷804還可包括用于接納器具保持器120的器具止動(dòng)件130的槽。這些孔和槽允許支架176和器具保持器120在組裝期間被精確地定向。
在使用時(shí),器具保持器120首先被定位在配準(zhǔn)銷804上并且定向成使得每個(gè)器具保持器的保持桿140接合在基部802中的相應(yīng)孔中,以正確地定向器具保持器,如圖9A和9B所示。類似地,支架176與基座802中的相應(yīng)的孔接合。此后,基架102定位在組裝夾具上,使得配準(zhǔn)銷804與基架102中的孔110接合,如圖9C所示,且支架176與基架102中的相應(yīng)孔接合。當(dāng)基架處于該定向時(shí),器具保持器120的間隔線圈鄰近基架的底表面定位,并且器具保持器120的保持體鄰近基架的頂表面定位。然后將器具保持器120和支架176焊接到基架102。在一實(shí)施例中,器具保持器120可以在從基架102中的孔110延伸的側(cè)通道111中焊接到基架102(圖4)。一旦器具保持器120被焊接在位,具有附接的器具保持器120和支架176的基架從組裝夾具移除,并且支撐桿(圖1)附接到基架102,使得器具保持器120的保持桿140與支撐桿中的相應(yīng)孔接合。在另一實(shí)施例中,各槽可以被機(jī)加工到基部802中以接收支撐桿。保持桿然后可以直接放置到支撐桿中,并且在將組件從夾具移除之前,支撐桿的端部可以焊接到基架。
現(xiàn)在參照?qǐng)D10和圖11,在各實(shí)施例中,一疊儲(chǔ)盒設(shè)備的上部儲(chǔ)盒設(shè)備100b還可包括定位在儲(chǔ)盒設(shè)備頂部上的蓋板210。當(dāng)通過各種處理步驟(例如離子交換處理、洗滌、漂洗等)操縱堆疊儲(chǔ)盒設(shè)備時(shí),蓋板210將玻璃制品保持在上部儲(chǔ)盒設(shè)備100b的器具保持器中。蓋板210由適于承受到高溫的重復(fù)循環(huán),例如在常規(guī)離子交換操作中經(jīng)歷的溫度(即,溫度超過300℃)的材料構(gòu)成,而不損失機(jī)械完整性。例如,在一實(shí)施例中,蓋板210可以由不銹鋼材料形成,例如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼)、鎳或鎳基合金。
在各實(shí)施例中,蓋板210被構(gòu)造成使其熱質(zhì)量最小化。例如,在各實(shí)施例中,蓋板210可以由薄片材料構(gòu)成,使得蓋板210的厚度小于或等于0.05英寸(1.27mm)或甚至小于或等于0.03英寸(0.762mm)。在又一些實(shí)施例中,蓋板210可以由薄片材料構(gòu)成,使得蓋板的厚度小于或等于0.02英寸(0.508mm)或甚至小于或等于0.015英寸(0.381mm)。由薄片材料形成蓋板210降低了儲(chǔ)盒設(shè)備100的整體熱質(zhì)量,同時(shí)為儲(chǔ)盒設(shè)備100提供結(jié)構(gòu)剛性。
蓋板210可以包括延伸穿過蓋板210的厚度的多個(gè)開口212。開口212允許諸如熔融鹽和/或水的流體穿過蓋板210,并且當(dāng)儲(chǔ)盒設(shè)備100b浸沒在流體中時(shí),進(jìn)入定位在器具保持器120中的玻璃制品。當(dāng)儲(chǔ)盒設(shè)備100b從流體中抽出時(shí),開口212允許流體從儲(chǔ)盒設(shè)備100b快速排出。此外,各開口減少了儲(chǔ)盒設(shè)備100的熱質(zhì)量,減少了當(dāng)儲(chǔ)盒設(shè)備100降低到離子交換浴槽中時(shí)其對(duì)離子交換浴槽的熱沖擊。在各實(shí)施例中,各開口212可以具有均勻的尺寸和形狀,并且規(guī)則地定位在蓋板210的表面上。在一些其他實(shí)施例中,各開口可以形成有不同的尺寸和/或形狀。
在一些實(shí)施例中,蓋板210可以包括多個(gè)定位通道214。這些定位通道214可以定位成與支架178的插座178接合,以便將蓋板210適當(dāng)?shù)囟ㄏ蛟趦?chǔ)盒設(shè)備100b上。蓋板210還可以包括附接夾218,其與儲(chǔ)盒設(shè)備100b接合以將蓋板210保持在儲(chǔ)盒設(shè)備100b的頂部。在各實(shí)施例中,附接夾218可以是附接到蓋板210或與蓋板210一體形成的可彈性變形和可恢復(fù)的夾子。附接夾218可以與儲(chǔ)盒設(shè)備的基架102接合,如圖11所示,或者替代地,與支撐桿接合。
總地參照?qǐng)D1和10-13,圖12包含通過離子交換強(qiáng)化玻璃器具的方法的工藝流程圖500,圖13示意性地示出了流程圖中描述的過程。在第一步驟502中,使用常規(guī)的成形和形成技術(shù)將由可離子交換的玻璃組合物形成的玻璃管坯料1000初始成形為玻璃器具900(具體地,在所示實(shí)施例中的玻璃小瓶)。在步驟504中,使用機(jī)械儲(chǔ)盒裝載器602將玻璃器具900裝載到儲(chǔ)盒設(shè)備100中。盒裝載器602可以是機(jī)械夾持裝置,例如卡鉗或類似物,其能夠一次夾持多件玻璃器具?;蛘?,夾持裝置可以利用真空系統(tǒng)來夾持玻璃器具900。盒裝載器602可以聯(lián)接到機(jī)器人臂或其他類似的裝置,該裝置能夠相對(duì)于玻璃器具900和儲(chǔ)盒設(shè)備100定位儲(chǔ)盒裝載器602。儲(chǔ)盒裝載器603將各件玻璃器具900放置在每個(gè)器具保持器120的玻璃器具接納體積中,使得玻璃器具定位在保持體122中,擱置在器具保持器120的器具止動(dòng)件130上。
在下一步驟506中,裝載有玻璃器具900的儲(chǔ)盒設(shè)備100用機(jī)械輸送器(例如輸送帶606,高架起重機(jī)等)輸送到盒匣裝載區(qū)域。此后,在步驟508中,將多個(gè)儲(chǔ)盒設(shè)備100(示出一個(gè))裝載到盒匣608中。盡管在圖13中僅示出一個(gè)儲(chǔ)盒設(shè)備100,但應(yīng)當(dāng)理解,盒匣608被構(gòu)造成保持多個(gè)儲(chǔ)盒設(shè)備,使得可以同時(shí)處理大量玻璃器具。每個(gè)儲(chǔ)盒設(shè)備100利用盒匣裝載器610定位在盒匣608中。盒匣裝載器610可以是機(jī)械夾持裝置,例如卡鉗或類似物,其能夠一次夾持一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)盒設(shè)備?;蛘?,夾持裝置可以利用真空系統(tǒng)來夾持儲(chǔ)盒設(shè)備100。盒匣裝載器610可以聯(lián)接到機(jī)器人臂或其他類似的裝置,該裝置能夠相對(duì)于盒匣608和儲(chǔ)盒設(shè)備100定位盒裝載器610?;蛘?,多個(gè)儲(chǔ)盒設(shè)備可以手動(dòng)地彼此堆疊,并且手動(dòng)地裝載到盒匣中。如本文所使用的術(shù)語“盒匣”是指將堆疊的儲(chǔ)盒設(shè)備裝入其中的框架。盒匣通常在堆疊的儲(chǔ)盒設(shè)備行進(jìn)穿過各處理步驟,諸如離子交換浴槽、漂洗、洗滌等時(shí)將堆疊的儲(chǔ)盒設(shè)備保持在一起。當(dāng)多個(gè)儲(chǔ)盒設(shè)備100被裝載到盒匣608中時(shí),儲(chǔ)盒設(shè)備100被定位成使得上方儲(chǔ)盒設(shè)備的器具間隔線圈132直接位于保持在下方的儲(chǔ)盒設(shè)備中的每件玻璃器具900上方。
在下一步驟510中,將包含儲(chǔ)盒設(shè)備100和玻璃器具900的盒匣608傳送到離子交換站,并裝載到離子交換箱614中,以便于化學(xué)強(qiáng)化玻璃器具900。盒匣608被傳送到具有盒匣輸送裝置612的離子交換站。盒匣輸送裝置612可以是能夠夾持盒匣608的機(jī)械夾持裝置,例如卡鉗等?;蛘?,夾持裝置可以利用真空系統(tǒng)來夾持盒匣608。盒匣輸送裝置612和附接的盒匣608可用諸如起重機(jī)等的高架軌道系統(tǒng)自動(dòng)地從盒匣裝載區(qū)域傳送到離子交換站。或者,盒匣傳送裝置612和附接的盒匣608可以用機(jī)器人臂從盒匣裝載區(qū)域傳送到離子交換站。在又一實(shí)施例中,盒匣輸送裝置612和附接的盒匣608可用傳送器從盒匣裝載區(qū)域傳送到離子交換站,并此后用機(jī)械臂或高架起重機(jī)從傳送器離子交換箱614。
一旦盒匣輸送裝置612和附接的盒匣608在離子交換站處,盒匣608和包含在其中的玻璃器具900可以可選地在將盒匣608和玻璃器具900浸沒在離子交換箱614中之前被預(yù)熱。在一些實(shí)施例中,盒匣608可以被預(yù)熱到大于室溫的溫度,并且小于或等于離子交換箱中的熔融鹽浴的溫度。例如,玻璃器具可以預(yù)熱至約300℃-500℃的溫度。然而,應(yīng)當(dāng)理解,由于本文所述的儲(chǔ)盒設(shè)備100的相對(duì)低的熱質(zhì)量,預(yù)熱步驟是可選的。
離子交換箱614包含熔融鹽浴616,例如熔融堿金屬鹽,例如KNO3、NaNO3和/或其組合。在一實(shí)施例中,熔融鹽浴是100%熔融KNO3,其保持在大于或等于約350℃且小于或等于約500℃的溫度。然而,應(yīng)當(dāng)理解,具有各種其它組成和/或溫度的熔融堿金屬鹽浴也可以用于促進(jìn)玻璃器具的離子交換。
在步驟512中,玻璃器具900在離子交換箱614中進(jìn)行離子交換強(qiáng)化。具體地,玻璃器具浸沒在熔融鹽中并且保持在那里足夠的時(shí)間以在玻璃器具900中實(shí)現(xiàn)期望的壓縮應(yīng)力和深度層。當(dāng)玻璃器具900被浸沒時(shí),當(dāng)空氣從玻璃制品的內(nèi)部容積中逸出并且用熔融鹽替代時(shí),玻璃器具最初具有正浮力。當(dāng)玻璃器具由于正浮力而上升時(shí),每件玻璃器具的頂部與上方儲(chǔ)盒設(shè)備的間隔線圈132的圓形表面接觸,從而防止與上方儲(chǔ)盒設(shè)備的底表面之間的接觸并減輕對(duì)玻璃器具的損壞。此外,器具保持器120的籃狀開放結(jié)構(gòu)允許熔鹽浴接觸玻璃器具的所有表面,改善在玻璃器具的表面中引起的壓縮應(yīng)力的均勻性。
在一實(shí)施例中,玻璃器具900可以保持在離子交換箱614中足夠的時(shí)長,以達(dá)到至多約100μm的層深度,具有至少約200MPa或甚至250MPa的壓縮應(yīng)力。在各實(shí)施例中,玻璃器具900可以保持在離子交換箱614中足夠的時(shí)長,以達(dá)到至多約100μm的層深度,具有至少約300MPa或甚至350MPa的壓縮應(yīng)力。保持時(shí)間可以小于30小時(shí)或甚至小于20小時(shí)。但是,應(yīng)理解,玻璃器具保持在箱614中的時(shí)長可能取決于玻璃容器的組成、熔融鹽浴616的組成、熔融鹽浴616的溫度、以及期望的層深度和期望的壓縮應(yīng)力。
在玻璃器具900被離子交換強(qiáng)化之后,使用盒匣輸送裝置612結(jié)合機(jī)器人臂或高架起重機(jī)將盒匣608和玻璃器具900從離子交換箱614移除。在從離子交換箱614移除期間,儲(chǔ)盒設(shè)備100的器具保持器120的籃狀開放結(jié)構(gòu)允許儲(chǔ)盒設(shè)備內(nèi)的熔鹽容易地從每個(gè)儲(chǔ)盒設(shè)備排出。在盒匣608從離子交換箱614移除之后,盒匣608和玻璃器具900懸掛在離子交換箱614上方,并且盒匣608繞水平軸線旋轉(zhuǎn),使得保留在玻璃器具900中的任何熔融鹽被倒空到離子交換箱614中。當(dāng)盒匣608旋轉(zhuǎn)時(shí),玻璃器具900在每個(gè)器具保持器120的保持體122內(nèi)朝向位于上方的儲(chǔ)盒設(shè)備的底表面滑動(dòng)。通過位于上方的儲(chǔ)盒設(shè)備的器具間隔線圈132防止玻璃器具900與位于上方的儲(chǔ)盒設(shè)備的底表面鈍力接觸。間隔線圈132用作彈性墊,其減慢和阻止玻璃器具900的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng),從而減輕由于鈍力接觸對(duì)玻璃器具的損壞。此后,盒匣608旋轉(zhuǎn)回到其初始位置,并且允許玻璃器具在被沖洗之前冷卻。
然后將盒匣608和玻璃器具900輸送到具有盒匣輸送裝置612的漂洗站。該輸送如上所述用機(jī)械臂或高架起重機(jī)執(zhí)行,或者用諸如傳送帶等的自動(dòng)傳送器執(zhí)行。在下一步驟514中,盒匣608和玻璃器具900下降到包含水浴620的漂洗箱618中,以從玻璃器具900的表面去除任何多余的鹽。盒匣608和玻璃器具900可以用機(jī)械臂、橋式起重機(jī)或聯(lián)接到盒匣輸送裝置612的類似裝置降低到漂洗箱618內(nèi)。玻璃器具在浸沒在漂洗箱618中時(shí)最初具有正浮力。但,當(dāng)玻璃器具上升時(shí),每件玻璃器具的頂部與上方的儲(chǔ)盒設(shè)備的圓形表面間隔線圈132接觸,從而防止與上方儲(chǔ)盒設(shè)備的下側(cè)之間的接觸并減輕對(duì)玻璃器具的損壞。
盒匣608和玻璃器具900可以從漂洗箱618取出,懸掛在漂洗箱618上方,并且盒匣608繞水平軸線旋轉(zhuǎn),使得任何保留在玻璃器具900中的漂洗水被排空回到漂洗箱618中。當(dāng)盒匣608旋轉(zhuǎn)時(shí),玻璃器具900在每個(gè)器具保持器120的保持體122內(nèi)朝向位于上方的儲(chǔ)盒設(shè)備的底表面滑動(dòng)。防止玻璃器具900通過位于上方的儲(chǔ)盒設(shè)備的器具間隔線圈132與位于上方的儲(chǔ)盒設(shè)備的底表面鈍力接觸。間隔線圈132用作彈性墊,其減慢和阻止玻璃器具900的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng),從而減輕由于鈍力接觸對(duì)玻璃器具的損壞。在一些實(shí)施例中,在盒匣608和玻璃器具900移動(dòng)到下一個(gè)處理站之前,可以進(jìn)行多次沖洗操作。
在一特定實(shí)施例中,盒匣608和玻璃器具900在水浴中浸泡至少兩次。例如,盒匣608可以浸入第一水浴中,隨后浸入第二不同的水浴中,以確保從玻璃制品的表面除去所有殘留的堿金屬鹽。來自第一水浴的水可以被送至廢水處理或蒸發(fā)器。
在下一步驟516中,利用盒裝載器610從盒匣608中取出儲(chǔ)盒設(shè)備100。此后,在步驟518中,玻璃器具900利用盒裝載器602從儲(chǔ)盒設(shè)備100卸載,并被輸送到洗滌站。在步驟520中,用從噴嘴622發(fā)射的去離子水624的射流洗滌玻璃器具。去離子水624的射流可以與壓縮空氣混合。
可選地,在步驟521(圖13中未示出)中,將玻璃器具900輸送到檢查站,在那里檢查玻璃器具的缺陷、碎屑、變色等。
現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)理解,本文所述的儲(chǔ)盒設(shè)備可以用于在處理期間容納和保持玻璃器具。從開放的籃狀線圈形成儲(chǔ)盒設(shè)備的盒保持器減輕了在保持在儲(chǔ)盒設(shè)備內(nèi)的玻璃器具中缺陷的引入。以這種方式形成的器具保持器還降低了儲(chǔ)盒設(shè)備的熱質(zhì)量和表面面積,其在使用儲(chǔ)盒設(shè)備以便于通過離子交換強(qiáng)化包含在其中的玻璃器具時(shí)減輕離子交換性能的劣化。
盡管本文示出并描述了與諸如玻璃小瓶的玻璃容器結(jié)合使用的儲(chǔ)盒設(shè)備,但是應(yīng)當(dāng)理解,儲(chǔ)盒設(shè)備可以用于容納和保持各種其它類型的玻璃制品,包括但不限于筒、注射器、安瓿、瓶子、燒瓶、小瓶,管,燒杯,小瓶等,包括圓形玻璃制品和非圓形玻璃制品。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是,可對(duì)本文所描述的實(shí)施例做出各種修改和變型而不偏離所要求保護(hù)主題的精神和范圍。由此,假如這種修改和變型落入所附權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi),說明書旨在覆蓋本文所描述各種實(shí)施例的修改和變型。