CN106852133A - 用于在处理期间保持玻璃制品的储盒设备 - Google Patents
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Abstract
根据一实施例，用于容纳的设备可包括用于接纳玻璃器具的多个器具保持器。每个器具保持器可包括保持体，该保持体包括围绕玻璃器具接纳体积的线圈。线圈的最下面的匝形成所述保持体内的器具止动件。保持体可以包括在器具止动件下方从保持体延伸的间隔线圈。基架可以包括延伸穿过基架的多个孔。多个器具保持器中的每个可以定位在基架中的相应孔中，使得每个器具保持器的保持体在基架的顶部表面上方，并且每个器具保持器的间隔线圈在基架的底部表面之下。
Description
相关申请的交叉引用
本发明要求2014年8月11日提交的题目为“Magazine Apparatuses for HoldingGlass Articles During Processing(用于在处理期间保持玻璃器具的储盒设备)”的美国临时专利申请第62/035,798号的权益。
背景技术
本说明书总体涉及用于在处理期间保持玻璃制品的盒装置，更具体地，涉及用于在离子交换处理期间保持玻璃制品的储盒设备。
历史上，由于玻璃相对于其他材料的密封性、光学透明性和优异的化学耐久性，玻璃已经被用作许多应用的优选材料，包括食品和饮料包装、药品包装、厨房和实验室玻璃器具以及窗户或其他建筑特征。
然而，玻璃在许多应用中的使用受到玻璃的机械性能的限制。特别地，玻璃破裂特别是在食品、饮料和药物的包装中是个问题。在食品、饮料和药品包装工业中破裂可能是成本高昂的，因为例如在填充线内的破损可能需要丢弃相邻的未破裂的容器，因为这些容器可能包含来自破裂的容器的碎片。破裂也可能需要减慢或停止填充管线，降低生产率。此外，非灾难性破裂(即，当玻璃裂纹但不破裂时)可能导致玻璃包装或容器的内容物失去其无菌性，这继而可能导致昂贵的产品召回。
玻璃破裂的一个根本原因是当玻璃被加工时和/或在随后的填充期间在玻璃的表面中引入缺陷。这些缺陷可以从各种来源引入到玻璃的表面中，包括相邻玻璃器具之间的接触以及玻璃和例如处理和/或填充设备的设备之间的接触。不管来源如何，这些缺陷的存在可能最终导致玻璃破裂。
因此，需要用于在处理期间保持玻璃制品以减轻玻璃破裂的替代装置。
发明内容
根据一实施例，处理期间用于容纳和保持玻璃器具的设备可包括用于接纳玻璃器具的多个器具保持器。多个器具保持器中的每个器具保持器可以包括保持体，该保持体包括围绕玻璃器具容纳体积的线圈。线圈的最下面的匝的缠绕直径小于保持体的其余部分中的各匝的缠绕直径，使得线圈的最下面的匝形成保持体中的器具止挡件。保持体可以包括在器具止动件下方从保持体延伸的间隔线圈。基架可以包括延伸穿过基架的多个孔。多个器具保持器中的每个可以定位在基架中的相应孔中，使得每个器具保持器的保持体在基架的顶部表面上方，并且每个器具保持器的间隔线圈在基架的底部表面下方。
在另一实施例中，处理期间用于容纳和保持玻璃器具的组件可包括第一储盒设备，包括用于接纳玻璃器具的第一多个器具保持器，其中多个器具保持器中的每个器具保持器包括保持体，该保持体包括围绕玻璃器具容纳体积的线圈，其中线圈的最下面的匝形成保持体内的器具止动件。第一多个器具保持器的每个器具保持器还包括在器具止动件下方从保持体延伸的间隔线圈。第一储盒设备还包括第一基架，该第一基架包括延伸穿过第一基架的多个孔。第一多个器具保持器中的每个定位在第一基架中的相应孔内，使得每个器具保持器的所述保持体和间隔线圈在所述第一基架的相对侧上。该组件还包括：第二储盒设备，包括用于接纳玻璃器具的第二多个器具保持器，其中第二多个器具保持器中的每个器具保持器包括保持体，该保持体包括包围器具接纳体积的线圈，线圈的最下面匝形成保持体的器具止动件。第二多个器具保持器的每个器具保持器还包括在器具止动件下方从保持体延伸的间隔线圈。第二储盒设备还包括第二基架，该第二基架包括延伸穿过第二基架的多个孔。第二多个器具保持器中的每个定位在所述第二基架中的相应孔内，使得每个器具保持器的所述保持体和间隔线圈在所述第二基架的相对侧上。所述第二储盒定位在所述第一储盒顶上并与所述第一储盒间隔开，使得所述第二多个器具保持器中的每个器具保持器的所述间隔线圈定位在所述第一多个器具保持器中相应器具保持器的所述器具接纳体积上方。
本文所述的处理期间用于容纳和保持玻璃制品的装置的附加特征和优点将在以下的详细描述中陈述，而且这些附加特征和优点部分地对于本领域技术人员来说可从该描述中显而易见，或者可通过实施包括以下详细描述、权利要求和附图的本文所述的各实施例而易于认识到。
应予理解的是，上面的总体说明和下面的详细说明都描述了本发明的各实施例，并意在提供概况或框架以便理解如所要求保护的主题的性质和特征。包括附图以提供对各实施例的进一步理解，附图包括在说明书中并构成说明书的一部分。附图示出本发明的各实施例并与说明书一起用于解释本主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性地示出了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于在处理期间容纳和保持玻璃器具的储盒设备；
图2示意性地示出用于图1的储盒设备的器具保持器的一实施例；
图3示意性地示出用于图1的储盒设备的器具保持器的另一实施例；
图4示意性地示出了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的器具保持器与基架和支撑板的接合；
图5示意性描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例具有锁定板的储盒设备的等距俯视图；
图6示意性地示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于储盒设备的锁定板；
图7示意性描绘了根据本文所述的一个或多个实施例具有锁定板的储盒设备的俯视图；
图8示意性描绘了根据本文所述的一个或多个实施例具有锁定板的储盒设备的等距仰视图；
图9A示意性地示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于储盒设备的组装夹具；
图9B示意性地示出了定位在图9A的组装夹具的定位销上的器具保持器的放大图；
图9C示意性地示出了定位在图9A的组装夹具的定位销上的储盒设备的基架；
图10示意性地示出了一对彼此堆叠的储盒设备的侧视图，其中支撑腿将各储盒设备间隔开；
图11示意性地示出根据本文示出和描述的一个或多个实施例的具有附接到其上的盖板的储盒设备；
图12是使用本文所述的储盒设备的离子交换强化玻璃器具的方法的流程图；以及
图13示意性地描绘了图12的流程图的方法步骤。
具体实施方式
现在将详细参照处理过程中用于容纳和保持玻璃器具的储盒设备的实施例的细节，在附图中示出了各实施例的例子。在可能时，将在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。用于在处理期间容纳和保持玻璃器具的设备的一个实施例在图1中示意性地示出。储盒设备通常包括用于接纳玻璃器具的多个器具保持器。多个器具保持器中的每个器具保持器可以包括保持体，该保持体包括围绕玻璃器具容纳体积的线圈。线圈的最下面的匝的缠绕直径小于保持体的其余部分中的各匝的缠绕直径，使得线圈的最下面的匝形成保持体中的器具止动件。保持体可以包括在器具止动件下方从保持体延伸的间隔线圈。基架可以包括延伸穿过基架的多个孔。多个器具保持器中的每一个可以定位在基架中的相应孔中，使得每个器具保持器的保持体在基架的顶表面上方，并且每个器具保持器的间隔线圈在基架的底表面下方。在处理期间用于容纳和保持玻璃器具的设备的各种实施例将在本文中具体参考附图进行更详细的描述。
如本文所述，玻璃器具在处理和/或填充期间的破裂是产品损失的来源，并且可能导致工艺低效和增加成本。加强玻璃器具可以帮助减轻破裂。可以使用多种技术来强化玻璃器具，包括化学和热回火。例如，可以通过在玻璃器具的表面中引入一层压缩应力来使用化学强化来强化玻璃器具。通过将玻璃器具浸没在熔融盐浴中来引入压缩应力。当来自玻璃的离子被来自熔融盐的相对较大的离子替代时，在玻璃的表面中引起压缩应力。在化学钢化期间，可以机械地操纵玻璃器具，例如玻璃容器，以对玻璃器具填充和排空熔融盐。
尽管化学强化提高了玻璃器具的强度，但是在强化过程中玻璃器具的机械操作可能在玻璃表面中引入缺陷。例如，玻璃器具和在加工过程中用于保持玻璃器具的夹具之间的接触可能在玻璃中引入缺陷，特别是当玻璃器具和夹具最初浸没在熔融盐浴中和/或当夹具和玻璃将物品从熔融盐浴中取出并旋转以对玻璃器具排空熔融盐时。
具体地，玻璃器具在浸没在熔融盐浴中之前首先放置在夹具中。夹具设计成保持多个容器，并且可以包含彼此堆叠的多个容器托盘。每个容器通常容纳在单个狭槽中并且通过位于玻璃器具的颈部或顶部周围的套环保持在位。当玻璃器具的夹具被浸没在熔融盐浴中时，玻璃器具最初是正浮力的，这导致玻璃器具向上浮动，从而在玻璃器具和套环之间形成接触。玻璃器具与套环之间的这种接触可能在玻璃的表面中引入缺陷。另外，当玻璃器具向上浮动时，可能在玻璃器具的顶部和堆叠在玻璃器具上的托盘的底部之间发生接触。玻璃器具和堆叠在玻璃器具上的托盘的底部之间的这种接触可能是另一个缺陷源。
此外，在离子交换过程完成之后，将夹具和玻璃器具从熔融盐浴中取出，并且旋转夹具以对玻璃器具排空容纳在玻璃器具的内部容积内的熔融盐。当夹具旋转时，玻璃器具可能突然与位于玻璃器具的颈部或顶部周围的套环碰撞。玻璃器具与套环之间的这种钝力冲击可能在玻璃的表面中引入缺陷。
在大多数情况下，缺陷是表面的，并且包含在玻璃中引起的表面压缩应力层内。该表面压缩应力防止裂纹生长成裂缝。然而，在极端情况下，裂纹可能延伸穿过表面压缩应力层，这可能导致玻璃器具的破裂。
另外，在离子交换处理期间用于容纳和保持玻璃器具的夹具通常由金属材料形成，以便能够承受熔融盐浴的高温。这种夹具固定可具有大的热质量，其可通过改变熔融盐浴的温度而不利地影响离子交换过程。夹具还倾向于具有大的表面积，这增加了夹具和熔融盐之间的接触，这可能导致来自熔融盐的离子扩散到夹具中，降低工艺性能。
用于在本文描述的处理期间容纳和保持玻璃器具的储盒设备减轻了在保持在其中的玻璃器具中的缺陷的引入。本文所述的储盒设备还具有相对较低的热质量和表面面积，其在使用储盒设备以便于通过离子交换强化包含在其中的玻璃器具时减轻离子交换性能的劣化。
应当理解，本文所使用的术语“处理”包括处理包含在储盒设备内的玻璃器具以及包含在储盒设备内的玻璃器具的运送。
现参照图1，示意性地示出了用于在处理期间容纳和保持玻璃器具的储盒设备100的一实施例。储盒设备100通常包括基架102，多个器具保持器120固定到基架102。器具保持器120大致限定和包围玻璃器具容纳体积124，在处理期间例如玻璃容器或类似物的一件玻璃器具900可被接纳并保持在该玻璃器具容纳体积124内。基架102通常由能够承受高温的材料形成，例如在离子交换过程期间在熔融盐浴中经历的温度。在本文所述的实施例中，基架102由金属材料形成，例如300系列不锈钢(304不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢)、镍或镍基合金。基架102包括多个孔110(在图4中标记)。器具保持器120定位在相应的孔中，使得每个器具保持器120的一部分在基架102的底表面112下方，并且每个器具保持器120的一部分在基架102的顶表面108上方，如将在本文中进一步详细描述。
基架102还可包括在长度方向(即，图1中所示的坐标轴的+/-X方向)上位于基架102的相对端处的侧支撑件104、106。侧支撑件104、106通常在基架102的顶表面108上方延伸。例如，在一些实施例中，侧支撑件104、106可大致垂直于基架102的顶表面108。但是，应理解侧支撑件104、106无需垂直于基架102的顶表面108。例如，侧支撑件104、106可以相对于基架102的顶表面108的角度小于或大于90度，只要侧支撑件104、106大体在顶表面108上方(即，图1中所示的坐标轴的+Z方向)延伸即可。侧支撑件104、106可以与基架102一体地形成或使用常规的紧固技术附接到基架102，包括但不限于机械紧固件、焊接等。
在本文所述的实施例中，侧支撑件104、106用于支撑在基架102的顶表面108上方的多个支撑杆170。支撑杆170用于固定和稳定器具保持器120。在图1所示的储盒设备100的实施例中，支撑杆170的端部接纳在形成在侧支撑件104、106中的槽中，并通过焊接固定到侧支撑件104、106。然而，在替代实施例中，支撑杆170可以用机械紧固件(例如螺钉和/或螺栓)固定到侧支撑件104、106。支撑杆170可以由适合在高温下使用的材料形成。例如，在本文所述的实施例中，支撑杆170可以由金属材料形成，例如300系列不锈钢(304不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢)，镍或镍基合金。
现参照图1-3，器具保持器120由线圈形成，该线圈包括具有不同直径的多匝126，使得每个器具保持器120具有保持体122和间隔线圈132。由线圈形成器具保持器120减少了储盒设备100中的材料的总量，这又减少了储盒设备100的热质量和表面面积，从而提高了离子交换性能。此外，从线圈形成器具保持器120产生篮状开口结构，这允许当储盒设备100被浸没时来自熔融盐浴的熔融盐容易地与玻璃容器的所有表面相互作用，同时还允许储盒设备100在从熔融盐浴中取出时容易排出熔融盐。此外，从线圈形成器具保持器120允许保持器具有一些柔顺性，这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。在本文所述的实施例中，器具保持器120由没有可能在玻璃中引入缺陷的角和/或边缘的线材形成。具体地，器具保持器120由在径向横截面上基本上为圆形或椭圆形的线材形成。虽然各种直径的线材可用于形成器具保持器120，但线材坯料的直径通常小于约5mm、例如小于约2.5mm、小于约2.0mm、小于约1.3mm或甚至小于或等于约1mm。在本文所述的实施例中，器具保持器由适于在高温下使用的线材形成。例如，器具保持器可以由金属材料形成，例如300系列不锈钢(304不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢)，镍或镍基合金。在本文所述的实施例中，使用计算机数字控制(CNC)线材弯曲机或用于将线材成形为所需形状的类似设备将线材形成为所需形状。
如上所述，器具保持器120包括由线圈的一部分形成的保持体122。保持体122的线圈形成为使得线圈的相邻匝126在器具保持器120的轴向方向(即，+/-Z方向)上彼此间隔开。这样，保持体122的线圈限定并围绕玻璃器具接纳体积，一件玻璃器具可以位于该玻璃器具接纳体积中。图2和图3所示的器具保持器120示出有位于玻璃器具接纳容积中的玻璃器具900。在本文所述的实施例中，构成保持体122的线圈的各匝126的缠绕直径(即，匝的内径)稍微大于玻璃器具900的外径，使得玻璃器具900可容易地插入玻璃器具容纳体积中并从其中移除，而不会通过与各匝接触而刮擦玻璃器具900的外表面。
保持体122的下部包括从形成保持体122的线圈延伸的器具止动件130。器具止动件130用作保持体122的玻璃器具接纳体积中的座，玻璃器具900定位在玻璃器具接纳容积搁置部中。在各实施例中，器具止动件130通过使形成保持体122的线圈的最下部匝128成形为使得最下层匝128的缠绕直径小于保持体122的其余部分内各匝126的缠绕直径而形成。例如，在图2所示的器具保持器120的实施例中，最下面的匝128的缠绕直径相对于先前的匝126减小。在该实施例中，最下面的匝128的至少一部分可以是基本上线性的，并且至少部分地延伸跨越由保持体122的在前的匝126所围绕的区域，如图2所示。或者，最下面的匝128的至少一部分的缠绕直径可相对于先前的匝126逐渐减小，使得最下面的匝128位于由保持体122的先前匝126限定的区域内，如图3所示。形成最下面的匝128，使得最下面的匝128的至少一部分的缠绕直径减小，从而提供具有增加的接触面积的器具止动件130，从而在更大面积上分散了在器具保持器120与玻璃器具900之间的接触力。
保持体122的上部还包括从形成保持体122的线圈延伸的保持杆140。保持杆140可与形成在支撑杆170中的相应的孔172(图1和图4)接合。在本文所述的实施例中，保持杆140沿基本竖直的方向(即，沿图2和图3中所示的坐标轴的+Z方向)从形成保持体122的线圈延伸。但是，应当理解，在其它实施例中，保持杆140可相对于垂向成角度。将器具保持器120的保持杆140与支撑杆170接合有助于将器具保持器120稳定在基架102上并保持相邻器具保持器之间的间隔。保持杆140可以在支撑杆的顶部焊接到支撑杆，以进一步稳定器具保持器120。保持相邻器具保持器之间的相对间隔还有助于将玻璃器具900自动加载和卸载到每个器具保持器120的玻璃器具接纳体积。
仍现参照图1-3，每个器具保持器120还包括从保持体122的下部延伸的间隔线圈132。在各实施例中，间隔线圈132的缠绕直径小于或等于保持体122的线圈的各匝126的缠绕直径。间隔线圈132通过从最下面的匝128延伸的间隔杆144与保持体122间隔开。在本文所述的各实施例中，间隔杆144通常沿竖直方向(即，图2和图3中所示的坐标轴的+Z方向)延伸。但是，应当理解，在各替代实施例中，保持杆144可相对于垂向成角度。如本文将进一步详细描述的，间隔线圈用作弹性垫，其减缓并阻止玻璃器具从相邻的储盒设备朝向储盒设备的下侧前进，从而防止损坏玻璃器具。
现参照图4，示意性地示出了储盒设备100的一部分。如图4所示，当器具保持器120定位在基架102的孔110中时，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的顶表面108上方。更具体地，器具保持器120定位在孔110中，使得保持体122的至少一部分定位在基架102的顶表面108上或上方且间隔线圈132被定位在基架102的底表面112下方。例如，在图4所示的实施例中，器具保持器120定位在孔110中，使得保持体122定位在基架102的顶表面108上方，其中间隔杆142延伸穿过孔110，使得间隔线圈132定位在基架102的底表面112下方并与基架102的底表面112间隔开。在该特定实施例中，保持体122例如通过焊接等固定到基架102，并且保持杆140与形成在支撑杆170中相应的孔172接合，由此相对于基架固定器具保持器120的位置。在本文所述的实施例中，各孔110包括侧通道111，侧通道111可用于便于将器具保持器120附接到基架102。
现参照图1和10，在本文所述的各实施例中，储盒设备100还可包括从基架102的顶表面和底表面中的至少一个延伸的至少一个支架176。图1所示的储盒设备100包括多个支架176，其沿支撑框架的长度方向(即，沿图1所示的坐标轴的+/-X方向)定位在基架102的端部附近。然而，应当理解，支架176可以从基架102的顶表面108和底表面112两者延伸。支架176用于将多个储盒设备100彼此堆叠，同时保持相邻储盒设备的基架之间的分离，如图10所示，其中，储盒设备100b堆叠在储盒设备100a的顶部。例如，在一实施例中，支架176可以延伸穿过基架102，每个支架包括在支架176的一端上的插座178和在支架176的另一端上的柱179。在图1所示的实施例中，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，应当理解，在其他实施例中，上端可以包括柱179，并且下端可以包括插座178。插座178的尺寸和形状设置成从相邻的储盒设备的支架接纳相应的柱179，例如根据支架176的构造而定位在上方或下方的储盒设备，从而保持其间的期望间距，并且防止在横向方向中的相对运动(即，图1所示的坐标轴的XY平面中的运动)。在各实施例中，各支架176的尺寸设置成使得上方的储盒设备的基架与下方的储盒设备的基架之间的间距大于器具保持器的保持体距离下方的储盒设备的基架的顶表面的高度。例如，在一实施例中，下方的储盒设备的基架的顶表面与上方储盒设备的基架的底表面之间的间距减去间隔线圈与上方的储盒设备的基架的底表面的间距大于或等于每个器具保持器的保持体距离下方的储盒设备的基架的顶表面的高度，如图10所示。以这种方式确定支座176的尺寸允许玻璃器具被定位在器具保持器120中，而玻璃器具不直接接触上方储盒设备的间隔线圈，从而防止间隔线圈刮擦玻璃器具。在各实施例中，支架可以由金属材料形成，例如300系列不锈钢(304不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢)，镍或镍基合金。
现参照图5和7，在某些实施例中，储盒设备100还可包括多个支撑腿192，多个支撑腿192定位在相邻的器具保持器120之间。在各实施例中，支撑腿192从基架102的顶表面108延伸，并可垂直于基架102的顶表面108。支撑腿192与器具保持器120间隔开并且围绕器具保持器120形成笼状结构。这允许器具保持器120保持挠性和柔顺，同时防止由于不适当的处理造成器具保持器塑性变形。
现参照图5和6，在各实施例中，各支撑腿192是锁定板190的一部分，锁定板190固定到储盒设备100的基架102。在各实施例中，锁定板190形成有多个区段194，在各实施例中，可以具有圆形或半圆形构造，如图6所示。每个区段194通常对应于储盒设备100的基架102的孔110。因此，应当理解，支撑腿192定位在锁定板190的相邻区段194之间。锁定板190的每个区段194还可包括延伸到由该区段包围的区域内的指状物196。在各实施例中，指状物196成形为在指状物196和区段194之间形成锁定槽198。锁定槽198通常具有槽方向，如本文所使用的，槽方向是指槽的长轴的方向。在图6所示的锁定板190的实施例中，指状物196大致为L形并且从各区段194延伸，使得锁定槽198形成在“L”的长腿和区段194之间。然而，应当理解，手指196的其他构造是可设想和可能的。在本文所述的实施例中，锁定槽198的尺寸通常被确定为接纳相应的器具保持器120的一部分。在各实施例中，锁定板可以由金属材料形成，例如300系列不锈钢(304不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢)，镍或镍基合金。
现参照图5-8，锁定板190可以例如通过焊接或紧固件附接到基架102的底表面112，使得各区段194与基架102的对应孔110大致对齐，并且支撑腿192被定位在基架102中的开口(未示出)中，使得支撑腿192从基架102的顶表面108延伸，如上所述。在本文描述的使用锁定板190的储盒设备100的各实施例中，基架102的每个孔包括基准槽197。每个基准槽197通常具有槽方向，如本文所使用的，槽方向是指槽的长轴的方向。与锁定槽198类似，基准槽197的尺寸通常被确定为接纳相应的器具保持器120的一部分，且更具体地，接纳器具保持器120的间隔杆142，其将间隔线圈132联接到保持体122。当锁定板190定位在基架102上，并且各区段194与基架中的对应孔110对准时，各锁定槽198和各对应的基准槽197重叠，并且锁定槽198的槽方向从相应的基准槽197的槽方向旋转地偏移。例如，在各实施例中，锁定槽198的槽方向从基准槽197的槽方向旋转地偏移大于0度到小于或等于180度的角度。锁定槽198和基准槽197之间的这种定向将与锁定槽198和相应的基准槽197两者都接合的器具保持器120的间隔杆142在基部框架102上锁定就位，从而将器具保持器120固定到基架102并防止器具保持器120从基架102脱离。
现参照图9A-9C，示意性地示出用于组装诸如图1所示的储盒设备100的储盒设备的组装夹具800的一实施例。组装夹具800包括基座802，多个配准销804附接到基座802。配准销804的尺寸设置成装配在器具保持器的玻璃器具接纳体积内，并且间隔开以对应于在储盒设备的基架102中形成的孔。在各实施例中，基部802还包括用于接纳在基部802的端部处的支架176的孔和用于接纳每个器具保持器120的保持杆140的孔。在各实施例中，配准销804还可包括用于接纳器具保持器120的器具止动件130的槽。这些孔和槽允许支架176和器具保持器120在组装期间被精确地定向。
在使用时，器具保持器120首先被定位在配准销804上并且定向成使得每个器具保持器的保持杆140接合在基部802中的相应孔中，以正确地定向器具保持器，如图9A和9B所示。类似地，支架176与基座802中的相应的孔接合。此后，基架102定位在组装夹具上，使得配准销804与基架102中的孔110接合，如图9C所示，且支架176与基架102中的相应孔接合。当基架处于该定向时，器具保持器120的间隔线圈邻近基架的底表面定位，并且器具保持器120的保持体邻近基架的顶表面定位。然后将器具保持器120和支架176焊接到基架102。在一实施例中，器具保持器120可以在从基架102中的孔110延伸的侧通道111中焊接到基架102(图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的基架从组装夹具移除，并且支撑杆(图1)附接到基架102，使得器具保持器120的保持杆140与支撑杆中的相应孔接合。在另一实施例中，各槽可以被机加工到基部802中以接收支撑杆。保持杆然后可以直接放置到支撑杆中，并且在将组件从夹具移除之前，支撑杆的端部可以焊接到基架。
现在参照图10和图11，在各实施例中，一叠储盒设备的上部储盒设备100b还可包括定位在储盒设备顶部上的盖板210。当通过各种处理步骤(例如离子交换处理、洗涤、漂洗等)操纵堆叠储盒设备时，盖板210将玻璃制品保持在上部储盒设备100b的器具保持器中。盖板210由适于承受到高温的重复循环，例如在常规离子交换操作中经历的温度(即，温度超过300℃)的材料构成，而不损失机械完整性。例如，在一实施例中，盖板210可以由不锈钢材料形成，例如300系列不锈钢(304不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢)、镍或镍基合金。
在各实施例中，盖板210被构造成使其热质量最小化。例如，在各实施例中，盖板210可以由薄片材料构成，使得盖板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)。在又一些实施例中，盖板210可以由薄片材料构成，使得盖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)。由薄片材料形成盖板210降低了储盒设备100的整体热质量，同时为储盒设备100提供结构刚性。
盖板210可以包括延伸穿过盖板210的厚度的多个开口212。开口212允许诸如熔融盐和/或水的流体穿过盖板210，并且当储盒设备100b浸没在流体中时，进入定位在器具保持器120中的玻璃制品。当储盒设备100b从流体中抽出时，开口212允许流体从储盒设备100b快速排出。此外，各开口减少了储盒设备100的热质量，减少了当储盒设备100降低到离子交换浴槽中时其对离子交换浴槽的热冲击。在各实施例中，各开口212可以具有均匀的尺寸和形状，并且规则地定位在盖板210的表面上。在一些其他实施例中，各开口可以形成有不同的尺寸和/或形状。
在一些实施例中，盖板210可以包括多个定位通道214。这些定位通道214可以定位成与支架178的插座178接合，以便将盖板210适当地定向在储盒设备100b上。盖板210还可以包括附接夹218，其与储盒设备100b接合以将盖板210保持在储盒设备100b的顶部。在各实施例中，附接夹218可以是附接到盖板210或与盖板210一体形成的可弹性变形和可恢复的夹子。附接夹218可以与储盒设备的基架102接合，如图11所示，或者替代地，与支撑杆接合。
总地参照图1和10-13，图12包含通过离子交换强化玻璃器具的方法的工艺流程图500，图13示意性地示出了流程图中描述的过程。在第一步骤502中，使用常规的成形和形成技术将由可离子交换的玻璃组合物形成的玻璃管坯料1000初始成形为玻璃器具900(具体地，在所示实施例中的玻璃小瓶)。在步骤504中，使用机械储盒装载器602将玻璃器具900装载到储盒设备100中。盒装载器602可以是机械夹持装置，例如卡钳或类似物，其能够一次夹持多件玻璃器具。或者，夹持装置可以利用真空系统来夹持玻璃器具900。盒装载器602可以联接到机器人臂或其他类似的装置，该装置能够相对于玻璃器具900和储盒设备100定位储盒装载器602。储盒装载器603将各件玻璃器具900放置在每个器具保持器120的玻璃器具接纳体积中，使得玻璃器具定位在保持体122中，搁置在器具保持器120的器具止动件130上。
在下一步骤506中，装载有玻璃器具900的储盒设备100用机械输送器(例如输送带606，高架起重机等)输送到盒匣装载区域。此后，在步骤508中，将多个储盒设备100(示出一个)装载到盒匣608中。尽管在图13中仅示出一个储盒设备100，但应当理解，盒匣608被构造成保持多个储盒设备，使得可以同时处理大量玻璃器具。每个储盒设备100利用盒匣装载器610定位在盒匣608中。盒匣装载器610可以是机械夹持装置，例如卡钳或类似物，其能够一次夹持一个或多个储盒设备。或者，夹持装置可以利用真空系统来夹持储盒设备100。盒匣装载器610可以联接到机器人臂或其他类似的装置，该装置能够相对于盒匣608和储盒设备100定位盒装载器610。或者，多个储盒设备可以手动地彼此堆叠，并且手动地装载到盒匣中。如本文所使用的术语“盒匣”是指将堆叠的储盒设备装入其中的框架。盒匣通常在堆叠的储盒设备行进穿过各处理步骤，诸如离子交换浴槽、漂洗、洗涤等时将堆叠的储盒设备保持在一起。当多个储盒设备100被装载到盒匣608中时，储盒设备100被定位成使得上方储盒设备的器具间隔线圈132直接位于保持在下方的储盒设备中的每件玻璃器具900上方。
在下一步骤510中，将包含储盒设备100和玻璃器具900的盒匣608传送到离子交换站，并装载到离子交换箱614中，以便于化学强化玻璃器具900。盒匣608被传送到具有盒匣输送装置612的离子交换站。盒匣输送装置612可以是能够夹持盒匣608的机械夹持装置，例如卡钳等。或者，夹持装置可以利用真空系统来夹持盒匣608。盒匣输送装置612和附接的盒匣608可用诸如起重机等的高架轨道系统自动地从盒匣装载区域传送到离子交换站。或者，盒匣传送装置612和附接的盒匣608可以用机器人臂从盒匣装载区域传送到离子交换站。在又一实施例中，盒匣输送装置612和附接的盒匣608可用传送器从盒匣装载区域传送到离子交换站，并此后用机械臂或高架起重机从传送器离子交换箱614。
一旦盒匣输送装置612和附接的盒匣608在离子交换站处，盒匣608和包含在其中的玻璃器具900可以可选地在将盒匣608和玻璃器具900浸没在离子交换箱614中之前被预热。在一些实施例中，盒匣608可以被预热到大于室温的温度，并且小于或等于离子交换箱中的熔融盐浴的温度。例如，玻璃器具可以预热至约300℃-500℃的温度。然而，应当理解，由于本文所述的储盒设备100的相对低的热质量，预热步骤是可选的。
离子交换箱614包含熔融盐浴616，例如熔融碱金属盐，例如KNO3、NaNO3和/或其组合。在一实施例中，熔融盐浴是100％熔融KNO3，其保持在大于或等于约350℃且小于或等于约500℃的温度。然而，应当理解，具有各种其它组成和/或温度的熔融碱金属盐浴也可以用于促进玻璃器具的离子交换。
在步骤512中，玻璃器具900在离子交换箱614中进行离子交换强化。具体地，玻璃器具浸没在熔融盐中并且保持在那里足够的时间以在玻璃器具900中实现期望的压缩应力和深度层。当玻璃器具900被浸没时，当空气从玻璃制品的内部容积中逸出并且用熔融盐替代时，玻璃器具最初具有正浮力。当玻璃器具由于正浮力而上升时，每件玻璃器具的顶部与上方储盒设备的间隔线圈132的圆形表面接触，从而防止与上方储盒设备的底表面之间的接触并减轻对玻璃器具的损坏。此外，器具保持器120的篮状开放结构允许熔盐浴接触玻璃器具的所有表面，改善在玻璃器具的表面中引起的压缩应力的均匀性。
在一实施例中，玻璃器具900可以保持在离子交换箱614中足够的时长，以达到至多约100μm的层深度，具有至少约200MPa或甚至250MPa的压缩应力。在各实施例中，玻璃器具900可以保持在离子交换箱614中足够的时长，以达到至多约100μm的层深度，具有至少约300MPa或甚至350MPa的压缩应力。保持时间可以小于30小时或甚至小于20小时。但是，应理解，玻璃器具保持在箱614中的时长可能取决于玻璃容器的组成、熔融盐浴616的组成、熔融盐浴616的温度、以及期望的层深度和期望的压缩应力。
在玻璃器具900被离子交换强化之后，使用盒匣输送装置612结合机器人臂或高架起重机将盒匣608和玻璃器具900从离子交换箱614移除。在从离子交换箱614移除期间，储盒设备100的器具保持器120的篮状开放结构允许储盒设备内的熔盐容易地从每个储盒设备排出。在盒匣608从离子交换箱614移除之后，盒匣608和玻璃器具900悬挂在离子交换箱614上方，并且盒匣608绕水平轴线旋转，使得保留在玻璃器具900中的任何熔融盐被倒空到离子交换箱614中。当盒匣608旋转时，玻璃器具900在每个器具保持器120的保持体122内朝向位于上方的储盒设备的底表面滑动。通过位于上方的储盒设备的器具间隔线圈132防止玻璃器具900与位于上方的储盒设备的底表面钝力接触。间隔线圈132用作弹性垫，其减慢和阻止玻璃器具900的滑动运动，从而减轻由于钝力接触对玻璃器具的损坏。此后，盒匣608旋转回到其初始位置，并且允许玻璃器具在被冲洗之前冷却。
然后将盒匣608和玻璃器具900输送到具有盒匣输送装置612的漂洗站。该输送如上所述用机械臂或高架起重机执行，或者用诸如传送带等的自动传送器执行。在下一步骤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，以从玻璃器具900的表面去除任何多余的盐。盒匣608和玻璃器具900可以用机械臂、桥式起重机或联接到盒匣输送装置612的类似装置降低到漂洗箱618内。玻璃器具在浸没在漂洗箱618中时最初具有正浮力。但，当玻璃器具上升时，每件玻璃器具的顶部与上方的储盒设备的圆形表面间隔线圈132接触，从而防止与上方储盒设备的下侧之间的接触并减轻对玻璃器具的损坏。
盒匣608和玻璃器具900可以从漂洗箱618取出，悬挂在漂洗箱618上方，并且盒匣608绕水平轴线旋转，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。当盒匣608旋转时，玻璃器具900在每个器具保持器120的保持体122内朝向位于上方的储盒设备的底表面滑动。防止玻璃器具900通过位于上方的储盒设备的器具间隔线圈132与位于上方的储盒设备的底表面钝力接触。间隔线圈132用作弹性垫，其减慢和阻止玻璃器具900的滑动运动，从而减轻由于钝力接触对玻璃器具的损坏。在一些实施例中，在盒匣608和玻璃器具900移动到下一个处理站之前，可以进行多次冲洗操作。
在一特定实施例中，盒匣608和玻璃器具900在水浴中浸泡至少两次。例如，盒匣608可以浸入第一水浴中，随后浸入第二不同的水浴中，以确保从玻璃制品的表面除去所有残留的碱金属盐。来自第一水浴的水可以被送至废水处理或蒸发器。
在下一步骤516中，利用盒装载器610从盒匣608中取出储盒设备100。此后，在步骤518中，玻璃器具900利用盒装载器602从储盒设备100卸载，并被输送到洗涤站。在步骤520中，用从喷嘴622发射的去离子水624的射流洗涤玻璃器具。去离子水624的射流可以与压缩空气混合。
可选地，在步骤521(图13中未示出)中，将玻璃器具900输送到检查站，在那里检查玻璃器具的缺陷、碎屑、变色等。
现在应当理解，本文所述的储盒设备可以用于在处理期间容纳和保持玻璃器具。从开放的篮状线圈形成储盒设备的盒保持器减轻了在保持在储盒设备内的玻璃器具中缺陷的引入。以这种方式形成的器具保持器还降低了储盒设备的热质量和表面面积，其在使用储盒设备以便于通过离子交换强化包含在其中的玻璃器具时减轻离子交换性能的劣化。
尽管本文示出并描述了与诸如玻璃小瓶的玻璃容器结合使用的储盒设备，但是应当理解，储盒设备可以用于容纳和保持各种其它类型的玻璃制品，包括但不限于筒、注射器、安瓿、瓶子、烧瓶、小瓶，管，烧杯，小瓶等，包括圆形玻璃制品和非圆形玻璃制品。
对本领域技术人员显而易见的是，可对本文所描述的实施例做出各种修改和变型而不偏离所要求保护主题的精神和范围。由此，假如这种修改和变型落入所附权利要求书及其等同物的范围内，说明书旨在覆盖本文所描述各种实施例的修改和变型。
Claims (17)
1.一种用于在处理期间容纳和保持玻璃器具的设备，所述设备包括：
用于接纳玻璃器具的多个器具保持器，其中所述多个器具保持器中的每个器具保持器包括：
保持体，所述保持体包括围绕玻璃器具接纳体积的线圈，其中所述线圈的最下部匝的缠绕直径小于所述保持体的其余部分中的各匝的缠绕直径，使得所述线圈的所述最下部匝形成所述保持体中的器具止动件；以及
间隔线圈，所述间隔线圈在所述器具止动件下方从所述保持体延伸；以及
基架，所述基架包括延伸穿过所述基架的多个孔，其中所述多个器具保持器中的每个器具保持器定位在所述基架中的相应孔中，使得每个器具保持器的保持体在所述基架的顶表面上方并且每个器具保持器的间隔线圈在所述基架的底表面下方。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述线圈的各相邻匝彼此间隔开。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述保持体的最下部匝的至少一部分是基本上线性的，并且至少部分地延伸跨越由所述保持体的先前匝限定的区域。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述保持体的最下部匝的至少一部分的缠绕直径逐渐减小。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述间隔线圈的缠绕直径小于所述保持体的至少一部分中的各所述匝的缠绕直径。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述线圈由具有大致圆形横截面的线材形成。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述基架还包括多个支撑杆，所述多个支撑杆支撑在所述基架的顶表面上方并且延伸跨越所述基架的长度；以及
所述多个器具保持器中的每个器具保持器与所述多个支撑杆中的一个接合。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述多个器具保持器中的每个器具保持器包括从所述保持体的最上面的匝延伸的保持杆，其中所述保持杆与所述多个支撑杆中一个内的相应孔接合。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：多个支撑腿，所述多个支撑腿基本垂直于所述基架的所述顶表面延伸，其中所述支撑腿定位在相邻的器具保持器之间。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述支撑腿在所述基架的顶表面上方的高度小于或等于所述多个器具保持器中的每个器具保持器的保持体高于所述基架的顶表面的高度。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于：
每个器具保持器的所述保持体的所述间隔线圈用间隔杆联接到每个器具保持器的保持体的器具止动件；
所述基架中的所述多个孔中的每个孔包括延伸穿过所述基架的基准槽；以及
每个器具保持器的所述保持体的所述间隔杆与所述基架中的相应基准槽接合。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，还包括：锁定板，所述锁定板联接到所述基架的所述顶表面和所述底表面中的至少一个，其中：
所述锁定板包括对应于所述基架中的各基准槽的多个锁定槽，所述锁定槽的槽方向相对于相应的基准槽的槽方向旋转偏移；以及
每个器具保持器的所述保持体的所述间隔杆与所述锁定板的相应锁定槽接合，从而防止所述器具保持器从所述基架脱离。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述锁定槽的槽方向相对于相应基准槽的槽方向旋转地偏移大于80度且小于或等于大约180度。
14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述锁定板还包括多个支撑腿，所述多个支撑腿基本垂直于所述基架的所述顶表面延伸，其中所述支撑腿定位在相邻的器具保持器之间。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述支撑腿在所述基架的顶表面上方的高度小于或等于所述多个器具保持器中的每个器具保持器的保持体高于所述基架的顶表面的高度。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：至少一个支架，所述至少一个支架从所述基架的所述顶表面和所述底表面中的至少一个延伸。
17.一种用于在处理期间容纳和保持玻璃器具的组件，所述组件包括：
第一储盒设备，包括：
用于接纳玻璃器具的第一多个器具保持器，其中所述第一多个器具保持器中的每个器具保持器包括：
保持体，所述保持体包括围绕玻璃器具接纳体积的线圈，其中所述线圈的最下面的匝形成所述保持体内的器具止动件；以及
间隔线圈，所述间隔线圈在所述器具止动件下方从所述保持体延伸；
第一基架，所述第一基架包括延伸穿过所述第一基架的多个孔，其中所述第一多个器具保持器中的每个器具保持器定位在所述第一基架中的相应孔中，使得每个器具保持器的所述保持体和间隔线圈在所述第一基架的相对侧上；
第二储盒设备，包括：
用于接纳玻璃器具的第二多个器具保持器，其中所述第二多个器具保持器中的每个器具保持器包括：
保持体，所述保持体包括围绕玻璃器具接纳体积的线圈，其中所述线圈的最下面的匝形成所述保持体内的器具止动件；以及
间隔线圈，所述间隔线圈在所述器具止动件下方从所述保持体延伸；以及
第二基架包括延伸穿过所述第二基架的多个孔，其中所述第二多个器具保持器中的每个器具保持器定位在所述第二基架中的相应孔内，使得每个器具保持器的所述保持体和间隔线圈在所述第二基架的相对侧上，？其中所述第二储盒定位在所述第一储盒顶上并与所述第一储盒间隔开，使得所述第二多个器具保持器中的每个器具保持器的所述间隔线圈定位在所述第一多个器具保持器中相应器具保持器的所述器具接纳体积上方。
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