CN101052593A - 利用射频对玻璃容器进行回火的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对玻璃容器进行回火的系统及方法。该方法包括将玻璃容器预加热到第一预定温度的步骤。该方法还包括如下步骤：将射频能量施加给经过预加热的玻璃容器以将其加热到第二预定温度，并且在预定量的时间之后，将加热了的玻璃容器的至少一个表面同时冷却到第三预定温度来处理玻璃容器。该方法还包括如下步骤：在预定量的时间之后，将经过处理的玻璃容器骤冷到第四预定温度而制成钢化玻璃容器。

Description

利用射频对玻璃容器进行回火的装置及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2003年11月6日提交的共同未决的美国临时专利申请No.60/517768的优先权，并且该申请是2002年9月19日提交的名称为“用于同时加热和冷却玻璃以制造钢化玻璃的系统及方法”的美国专利申请No.10/247386的部分继续申请。

技术领域

本发明总的来说涉及玻璃容器，更具体地说，涉及使诸如瓶子、玻璃杯和坛子等玻璃容器回火的系统及方法。

背景技术

钢化玻璃(tempered glass)一般定义为经过如下处理而具有预应力的玻璃，即，将例如退火玻璃或者普通玻璃加热到其软化点或者软化点之上的温度，并使该玻璃在精细控制的条件下突然和迅速地冷却。这种回火过程产生钢化玻璃，与退火玻璃或者普通玻璃相比，钢化玻璃具有产生诱导应力的非常有利的条件，所述条件可以导致额外强度、耐热应力以及耐冲击。

用在回火过程中的基本原理是产生表面压缩和边缘压缩的初始条件。这种条件通过首先加热玻璃然后迅速冷却其表面来获得。这种加热和骤冷使玻璃的中央相对于其表面相对较热。随着中央随后冷却，玻璃的表面和边缘被迫压缩。在存在任何使玻璃破裂的可能性之前，风压、投掷物冲击、热应力或者其它外加负载必须首先克服该压缩。

关于加热步骤，公知的是，使用炉膛或玻璃韧化炉加热待回火的玻璃。一般来说，玻璃韧化炉是熔炉，可以为连续辊道类型、固定辊道类型或者气体类型。例如，气体类型的玻璃韧化炉具有布置在多个辐射加热器下方的多个块。通常，玻璃放在玻璃韧化炉的内部，通过传统的热辐射、热对流及热传导来加热玻璃。以取决于玻璃的热传导率的预定速率沿着所述块移动玻璃，从而达到玻璃的成形范围内的温度。当玻璃处在所述范围内的温度(例如大约1200)时，玻璃形成块的预定范围。

一旦如此形成玻璃，则通常通过将气流施加到其上使玻璃的表面迅速地空冷，从而在玻璃的中央和其表面之间产生预期的温度差或者梯度以形成预期的内应力。气流可以由多排固定的、往复的或者旋转的喷嘴组成。重要的是，从玻璃的所有表面均匀地释放热(不均匀的热释放可能产生弯曲或翘曲)，并且维持冷却足够长的时间以防止从玻璃的仍然热的中央重新加热表面。当玻璃降低到大约400至600的温度时，冷却状态变得稳定。

使玻璃物品回火的方法在本领域是公知的。例如，国际公布号为WO 02/051758 A2的专利是涉及使玻璃特别是饮用玻璃杯回火的方法及装置。该发明描述了含有红外线发生器和冷却装置的设备。在这种情形下，借助于利用红外线的加热设备，将待回火的玻璃从初始温度T1迅速地加热到维持温度T2。以调节从待回火的玻璃的表面到所述玻璃中央的预定温度梯度的方式来控制红外线发生器和冷却装置。最后，通过与玻璃中央的已调节的温度梯度无关的预定冷却速率将玻璃冷却到比温度T2低的温度T3。

使玻璃物品回火的另一装置是由本发明的发明人在国际公布号为WO 2004/026775 A2的专利中要求保护的装置，其中公开了加热、成形和使玻璃片回火的如下方法，即，通过从至少一个电极施加射频能量(RF)给玻璃片而将玻璃片加热到至少第二预定温度，经由至少一个电极的至少一个孔施加至少一股气流而将玻璃片的至少一个外表面冷却到至少第三预定温度，从而使玻璃片回火。

本发明的发明人也取得了通过已经在专利申请EP 0761614A1和EP 0761613 A2中说明的微波能量(千兆赫)来加热、成形和使玻璃片回火的其它改进的专利权。

最后，EP 0780343是涉及用于使中空玻璃器具热淬火的设备，其中待处理物品纵向放在很长的设备中，该设备包括重新加热物品的初始区以及随后的淬火区。该淬火区通过如下区域来形成：a)区域，其中，为了每一个淬火头都在物品之上而将一些淬火头降下，并且与物品同步地驱动这些淬火头；b)区域，其中，确保单独使每个物品淬火；c)区域，其中，升起淬火头；d)区域，其中，完成物品的冷却。

然而，在使诸如玻璃瓶等玻璃容器回火的情形下，刚才所述的传统的回火方法不实际。更具体地说，所设计的和用来冷却玻璃容器表面的公知的机构不能足够快地冷却表面，从而不能在玻璃壁的中央和其表面之间产生预期的温度差或者梯度以形成预期的内应力。

因此，总的来说，在本领域中需要一种对玻璃容器进行回火的系统及方法，具体地说，需要如下系统及方法，即，在回火过程的加热部分中加热玻璃容器的同时维持容器的玻璃壁的中央和其表面之间的预期的温度差或者梯度，从而产生所需的内应力。在本领域中还需要一种迅速、有效和低廉地使诸如瓶子等玻璃容器回火的系统及方法。

发明内容

因此，本发明提供一种对玻璃容器进行回火的系统及方法。该方法包括将玻璃容器预加热到第一预定温度的步骤。该方法还包括如下步骤：将射频能量施加给经过预加热的玻璃容器以将其加热到第二预定温度，并且在预定量的时间之后，将加热了的玻璃容器的至少一个表面同时冷却到第三预定温度来处理玻璃容器。该方法还包括如下步骤：在预定量的时间之后，将经过处理的玻璃容器骤冷到第四预定温度而制成钢化玻璃容器。

此外，本发明提供一种对玻璃容器进行回火的系统，其包括多个相对彼此间隔开的板，这些板将射频能量施加给经过预加热的玻璃容器以将其加热到预定温度。所述系统还包括适合于在所述板之间支撑和输送玻璃容器的轴。所述系统还包括速冷管，其包括适合于布置在玻璃容器内部的部分，其中该速冷管适用于空气穿过并进入玻璃容器，从而骤冷玻璃容器并制造出钢化玻璃容器。

本发明的一个优势在于，提供了一种对玻璃容器进行回火的系统及方法。本发明的另一个优势在于，所述系统及方法在回火过程的加热部分中加热玻璃容器的同时维持容器的玻璃的中央和其表面之间的预期的温度差或者梯度，从而产生所需的内应力。另外，本发明的另一个优势在于，所述系统及方法迅速、有效和低廉地对玻璃容器进行回火。本发明的另一个优势在于，所述系统及方法制造的玻璃容器更轻、更坚固且更耐冲击。本发明的另一个优势在于，所述系统及方法在制造玻璃容器时节约原材料和能源。

在阅读随后的结合附图的说明之后，将容易认识到本发明的其它特性和优势，也能够更好地理解这些特性和优势。

附图说明

图1是根据本发明的对玻璃容器进行回火的方法的流程图。

图2是根据本发明的对玻璃容器进行回火的系统的局部正视图。

图3是图2所示对玻璃容器进行回火的系统的局部俯视图。

图4是根据本发明的对玻璃容器进行回火的图2所示系统的另一个实施方式。

具体实施方式

参考图1，显示了根据本发明的对玻璃容器进行回火的一种方法的一个实施方式。该方法包括第一步骤10、第二步骤20和第三步骤30。该方法可以用于使任何适当的玻璃容器诸如瓶子、玻璃杯和坛子等回火。以图中所示和下文所述的系统及方法，使玻璃瓶40如图2和图3所示回火。然而，应该认识到，所述系统及方法可以用于任何适当的玻璃容器或者物体。应该认识到，瓶子40的玻璃通常以标记42显示在图2和图3中。还应该认识到，虽然所显示的瓶子40的玻璃42限定两个分别称为内面44和外面45的主面，但是玻璃容器可以包括任何适当数量和形状的主面。

该方法包括：第一步骤10a，即容纳来自于模具(未示出)的热玻璃瓶(在图2和图3中通常以标记40表示)；或者第一步骤10b，即预加热玻璃瓶40到第一预定温度。该预加热可以以任意多种传统方式来完成，包括用红外线能量加热。在一个实施方式中，第一预定温度在大约900至大约990的范围内。应该认识到，瓶子40的玻璃通常以标记42显示。

该方法还包括第二步骤20，即将射频能量施加给经过预加热的玻璃瓶40以将其加热到第二预定温度。在一个实施方式中，射频能量具有在大约0.01GHz到约小于0.2GHz范围内的频率。此外，在一个实施方式中，第二预定温度在大约1150至大约1250的范围内。在预定量的时间之后，第二步骤20包括将加热了的玻璃瓶40的表面44、45的至少一个(优选的是两个)冷却到第三预定温度来处理玻璃瓶40。在一个实施方式中，第三预定温度在大约600至1150的范围内。该冷却可以以任意多种传统方式来完成。例如，将至少一股气流且优选的是将多股气流引向加热了的玻璃瓶40的表面44、45的至少一个(优选的是多个)来冷却表面44、45的至少一个。在一个实施方式中，在第二步骤20中冷却玻璃42的每个主面(例如内面44和外面45)。冷却内面44和外面45的目的是为了维持玻璃42的中央46(如图3所示)和其表面44、45之间的预期的温度差或者梯度，其中中央46的温度比表面44、45的温度高。

该方法还包括第三步骤30，即将经过处理的玻璃瓶40骤冷到第四预定温度来制造钢化玻璃瓶40。在一个实施方式中，第四预定温度在大约400至600的范围内。该骤冷可以以任意多种传统方式来完成。一种方式是将至少一股气流且优选的是将多股气流施加给经过处理的玻璃瓶40，优选的是将所述气流引向该玻璃瓶40的内面44和外面45。在骤冷过程之后，还可以将经过骤冷的玻璃瓶40进一步冷却到例如室温。

参考图2和图3，显示了根据本发明的系统50的一个实施方式与本发明的使玻璃瓶40回火的方法结合使用的情形。系统50包括多个适合于辐射射频能量的板52、通常以标记54表示的轴以及速冷管(quench tube)56。现在将对系统50进行详细地说明。

图2和图3中所示的系统50包括一对辐射板52，它们基本上相同并且以基本上对齐和平行的方式彼此间隔开。如图2和图3所示，板52与布置在板52之间的玻璃瓶40水平地间隔开。如图3所示，板52隔开的位置在板52之间限定细长的通道53，在其中可以布置玻璃瓶40。

系统50还包括多个中空气室70，每个气室都供应有正压力空气，并且适合于将空气供应给玻璃瓶40。在所示实施方式中，每个辐射板52是中空的且包括一个气室70。并且，每个辐射板52基本上为矩形。每个辐射板52包括多个空气出口孔58，这些孔基本上彼此等距地布置在辐射板52的内侧面60上，用于以所述方式给玻璃瓶40供应空气。

轴54在辐射板52之间居中布置。轴54包括适合于支撑玻璃瓶40的表面62。表面62基本上是平的或者是平面。轴54也适合于相对于辐射板52输送玻璃瓶40。例如，在所示实施方式中，轴54适合于使玻璃瓶40连续地旋转以及沿着限定在辐射板52之间的通道53移动玻璃瓶40。优选的是，表面62以基本上垂直于每个辐射板52的内侧面60的方式布置，并且使得整个玻璃瓶40基本上布置在辐射板52之间。

速冷管56包括部分57，其适合于布置成穿过玻璃瓶40的开口64且在玻璃瓶40的内部延伸。速冷管56还包括相对端59，其与空气供应系统(未示出)的空气源80相连接。应该认识到，布置在玻璃瓶40内的速冷管56的部分57具有允许空气穿过并进入玻璃瓶40中的开口60。还应该认识到，速冷管56适用于空气穿过并进入玻璃瓶40，从而骤冷玻璃瓶40并制造出钢化玻璃瓶40。

操作时，将玻璃瓶40预加热到第一预定温度，例如大约550℃。然后，将经过预加热的玻璃瓶40装在轴54的表面62上，并且将速冷管56与空气源80连接，将速冷管56的部分57插入经过预加热的玻璃瓶40中。然后，当辐射板52施加射频能量给经过预加热的玻璃瓶40时，轴54在辐射板52之间输送经过预加热的玻璃瓶40并使玻璃瓶40穿过由辐射板52限定的通道53。射频能量将玻璃瓶40加热到第二预定温度。同时，轴54使经过预加热的玻璃瓶40连续地旋转以提供均匀的辐射，并因此加热玻璃瓶40。如图3所示，以标记66表示的无线电波穿过玻璃瓶40的表面44、45。

然后，在预定量的时间之后，将加热了的玻璃瓶40的表面44、45同时冷却到第三预定温度来处理玻璃瓶40。更具体地说，在施加无线电波66给经过预加热的玻璃瓶40的同时，将空气供应给每个板52和速冷管56，因此空气穿过孔58和开口60到加热了的玻璃瓶40的内面44和外面45。

这时，通过玻璃42的中央46和其表面44、45之间的温度差或者梯度确定预期的回火水平，其中中央46的温度比表面44、45的温度高。

最后，在预定量的时间之后，将经过处理的玻璃瓶40骤冷到第四预定温度而制造出钢化玻璃瓶40。更具体地说，在连续地通过孔58和速冷管56供应空气的同时，不连续地施加无线电波66。如果需要的话，可以将钢化玻璃瓶从轴54的表面62移走而进行附加冷却。

参考图4，显示了系统50的根据本发明的另一个实施方式。系统50的相同的部件通过增加100而具有相同的附图标记。在该实施方式中，系统150包括多个(优选的是一对)适合于辐射射频能量的板152、轴154以及速冷管156。在所示实施方式中，该对辐射板152基本上相同并且以基本上对齐和平行的方式彼此间隔开。如图4所示，辐射板152与布置在辐射板152之间的玻璃瓶40竖立地间隔开。其中一个辐射板152布置在玻璃瓶40的上方，另一个辐射板152布置在玻璃瓶40的下方。其中一个辐射板152包括槽口176，另一个辐射板152包括另一个槽口178。

系统150还包括多个中空气室170。在所示实施方式中，存在一对基本上相同并且以基本上对齐和平行的方式彼此间隔开的气室170。如图4所示，该气室170与布置在气室170之间的玻璃瓶40水平地间隔开。其中一个气室170布置在玻璃瓶40的一侧，另一个气室170布置在玻璃瓶40的另一侧。每个气室170供应有正压力空气，并且适合于将空气供应给玻璃瓶40。每个气室170也基本上为矩形，并且包括多个基本上彼此等距地布置在气室170的内侧面174上的喷气嘴或气管172。通过凸轮布置(未示出)来插入和移除气管172。气室170和板152的隔开的位置在气室170和板152之间限定细长的通道153，在其中可以布置玻璃瓶40。应该认识到，气管172将空气吹在玻璃瓶40侧面上。

轴154布置在辐射板152之间。轴154包括表面162，其适合于在限定于辐射板152之间的空间内支撑和输送玻璃瓶40。表面162基本上是平面或者是平的。轴154也适合于使玻璃瓶40连续地旋转以及移动玻璃瓶40通过通道153。在所示实施方式中，轴154延伸经过下辐射板152中的槽口176。优选的是，表面162以基本上垂直于每个气室170的内侧面174的方式布置，并且使得整个玻璃瓶40基本上布置在气室170之间。

速冷管156包括部分157，其适合于布置成穿过上辐射板152中的槽口178，以及穿过玻璃瓶40的开口64且位于玻璃瓶40的内部。速冷管156还包括相对端159，其与空气源180相连接。系统150的操作与系统50的操作类似。

因此，本发明的系统50、150及方法总的来说对玻璃容器进行回火，具体地说，在回火过程的加热部分中加热玻璃瓶40的同时维持玻璃瓶40的玻璃42的中央和其表面44、45之间的预期的温度差或者梯度，从而产生所需的内应力。并且，本发明的系统50、150及方法迅速、有效和低廉地对玻璃容器进行回火。并且，本发明的系统50、150及方法制造的玻璃容器更轻、更坚固且更耐冲击。此外，本发明的系统50、150及方法在制造玻璃容器时节约原材料和能源。

已经以所述方式对本发明进行了说明。需要认识到，所采用的术语旨在表示所用描述词语的本质含义而不是进行限制。

根据上述教导可以对本发明进行许多修改和变化。因此，可以以不同于具体描述的方式来实施本发明。

Claims (20)

1、一种对玻璃容器进行回火的方法，包括步骤：

将玻璃容器预加热到第一预定温度；

将射频能量施加给经过预加热的玻璃容器以将其加热到第二预定温度，并且在预定量的时间之后，将加热了的玻璃容器的至少一个表面同时冷却到第三预定温度来处理玻璃容器；以及

在预定量的时间之后，将经过处理的玻璃容器骤冷到第四预定温度而制成钢化玻璃容器。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加的步骤包括提供多个彼此间隔开的板，以将射频能量施加给经过预加热的玻璃容器而将其加热到预定温度。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加的步骤包括提供轴，以及利用所述轴在所述板之间支撑和输送玻璃容器。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括使玻璃容器随着所述轴旋转的步骤。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预加热玻璃容器的步骤包括由熔融态玻璃模制玻璃容器。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预加热玻璃容器的步骤包括加热预成形的玻璃容器。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同时冷却的步骤包括将至少一股气流引向加热了的玻璃容器的至少一个表面。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：提供多个气室以及给气室供应正压力空气来引导至少一股气流。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：提供速冷管并将所述速冷管的一部分布置在玻璃容器的内部，以允许空气穿过并进入玻璃容器中。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将射频能量施加给经过预加热的玻璃容器的步骤中，包括使经过预加热的玻璃容器旋转的步骤。

11、一种对玻璃容器进行回火的系统，包括：

多个相对彼此间隔开的板，用于将射频能量施加给经过预加热的玻璃容器以将其加热到预定温度；

适合于在所述板之间支撑和输送玻璃容器的轴；以及

速冷管，其包括适合于布置在玻璃容器内部的部分，所述速冷管适于使空气从中穿过并进入玻璃容器，从而骤冷玻璃容器并制成钢化玻璃容器。

12、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括多个供应有正压力空气的气室，每个所述气室适合于将空气供应给玻璃容器。

13、根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述气室水平地间隔开，从而在所述气室之间限定可以将玻璃容器布置在其中的通道。

14、根据权利要求12所述的系统，其特征在于，每个所述板包括一个所述气室。

15、根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述气室水平地间隔开，且所述板竖直地间隔开，从而在所述气室和所述板之间限定可以将玻璃容器布置在其中的通道。

16、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述轴适合于使玻璃容器旋转。

17、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述板限定通道，所述轴适合于移动玻璃容器通过所述通道。

18、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，至少一个所述板包括槽口。

19、根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述速冷管延伸经过所述槽口。

20、根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述轴延伸经过所述槽口。

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