CN107667079A - 用于保持、保留和/或加工玻璃器皿制品的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
根据本文公开的实施方式，一种设备可以在加工期间保持和保留玻璃制品。所述设备可以限定用于保持玻璃制品的多个接收体积。所述设备可以包括底部支撑底板、位于底部支撑底板上方的玻璃器皿固定元件以及位于玻璃器皿固定元件上方的盖板。底部支撑底板可以包括多个流体通道，玻璃器皿固定元件可以包括多个玻璃器皿保留开口，并且盖板可以包括多个流体通道。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年5月11日提交的序列号为62/159,653，名称为“Apparatusesand Methods for Holding,Retaining,and/or Processing Glassware Articles”(《用于保持、保留和/或加工玻璃器皿制品的设备和方法》)的美国临时申请的优先权，其全文通过引用的方式纳入本文。
背景技术
本说明书一般涉及用于在加工期间保持和保留玻璃制品的存储架设备，更具体而言，涉及用于在离子交换加工期间保持和保留玻璃制品的存储架设备。
历史上，由于玻璃相对于其它材料具有气密性、光学清晰度和优异的化学耐久性，因此，已将玻璃用作许多应用的优选材料，包括食品和饮料包装、药物包装、厨房和实验室玻璃器皿和窗户或其它建筑特征。
然而，玻璃用于许多应用的用途受到玻璃的机械性能的限制。特别是玻璃破裂是一个令人焦虑的问题，尤其是在食品、饮料和药物的包装中。在食品、饮料和药物包装行业中，破裂可能是成本很高的，因为，例如在填充线内破裂可能要求弃去相邻的未破裂的容器，因为该容器可能含有来自破裂容器的碎片。破裂还要求填充线变慢或停止，因而降低了产量。此外，非毁灭性的破裂(即，当玻璃有裂纹却没有破裂时)可能导致玻璃包装或容器的内容物丧失其无菌性，这进而可能导致高成本的产品召回。
玻璃破裂的一个根本原因是在对玻璃进行加工和/或随后的填充期间，在玻璃的表面中引入了瑕疵。这些瑕疵可由各种来源被引入到玻璃的表面中，包括相邻的玻璃器皿片之间的接触和玻璃器皿与设备(例如处理和/或填充设备)之间的接触。不论是何种来源，这些瑕疵的存在最终可能导致玻璃破裂。
此外，离子交换玻璃——有时被称为化学强化玻璃——可以提供额外的强度。然而，玻璃容器的外在部分和内在部分必需与离子交换浴接触以平衡赋予玻璃的应力。适当地确保使玻璃容器完全浸没于离子交换浴中同时不在玻璃表面上引入瑕疵是困难的。
因此，需要用于在加工期间保持玻璃制品的替换性设备以减少玻璃破裂，同时顾及到玻璃制品的内在区域及外在区域与加工浴(例如离子交换浴)完全接触。
发明内容
根据一个实施方式，一种设备可以在加工期间保持和保留玻璃制品。所述设备可以限定用于保持玻璃制品的多个接收体积。所述设备可以包括底部支撑底板、位于底部支撑底板上方的玻璃器皿固定元件以及位于玻璃器皿固定元件上方的盖板。底部支撑底板可以包括多个流体通道，玻璃器皿固定元件可以包括多个玻璃器皿保留开口，盖板可以包括多个流体通道。底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板中的每一者可以基本上是平面的。底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板彼此可以基本上是平行的。玻璃器皿固定元件的每一个玻璃器皿保留开口可以限定接收体积的宽度维度。底部支撑底板和盖板可以限定接收体积的高度维度。
在另一个实施方式中，一种组件可以在加工期间保持和保留玻璃制品。所述组件可以包括多个存储架设备，并且一个或多个存储架设备可以限定多个接收体积。一个或多个存储架设备可以包括底部支撑底板、位于底部支撑底板上方的玻璃器皿固定元件以及位于玻璃器皿固定元件上方的盖板。底部支撑底板可以包括多个流体通道，玻璃器皿固定元件可以包括多个玻璃器皿保留开口，盖板可以包括多个流体通道。底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板中的每一者可以基本上是平面的。底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板彼此可以基本上是平行的。玻璃器皿固定元件的每一个玻璃器皿保留开口可以限定接收体积的宽度维度。底部支撑底板和盖板可以限定接收体积的高度维度。
在另一个实施方式中，用于对玻璃制品进行离子交换的方法可以包括提供在加工期间用于保持和保留玻璃制品的设备或组件，将一个或多个玻璃制品放置在所述设备或组件的一个或多个接收体积中，以及将所述设备或组件至少部分地浸没于离子交换浴中以使所述一个或多个玻璃制品与离子交换浴接触。
在以下的详细描述中提出了本文描述的设备的其它特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文描述的实施方式而被认识。
应理解，前述的一般性描述和下文的详细描述都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图的简要说明
图1示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，不具有盖板的存储架设备的透视图；
图2示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，具有盖板的存储架设备的透视图；
图3示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，一种存储架设备的分解图；
图4示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，一种玻璃制品的截面图；
图5示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，不具有盖板的存储架设备的放大透视图；
图6示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，图5的底部支撑底板；
图7示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，不具有盖板的存储架设备的放大透视图；
图8示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，图7的底部支撑底板；
图9示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，一种装载的盒体组件的截面图；
图10为根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，用于通过离子交换强化玻璃制品的方法的工艺流程图；
图11示意性描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，图10的流程图中描述的工艺；
图12示意性地描述了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，处于非法向角的玻璃制品；
图13示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，用于小瓶填充的测试数据。
具体实施方式
下面将详细参考用于在加工期间保持和保留玻璃制品的存储架设备的实施方式，这些实施方式的实例在附图中示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。在图1中示意性地描述了一种用于在加工期间保持和保留玻璃制品的设备的一个实施方式。存储架设备一般包括多个接收体积，其中每个接收体积可保持和保留玻璃制品，例如小瓶。存储架设备可以适于在玻璃制品浸没于离子交换盐浴时稳固地保持玻璃制品。例如，在一个实施方式中，玻璃制品可以被固定在存储架设备中，并且可以在使玻璃制品得到化学强化的工艺中，将存储架设备浸没于离子交换浴。在一些实施方式中，几个存储架设备可以在组件中彼此偶联，并且可以将所述组件浸没于离子交换浴中。一般来说，存储架设备是可以适于操作的，以使得可以以相对于离子交换浴的表面为非垂直角度将玻璃制品浸没到浴中。
本文描述的存储架设备可以适于保持和保留玻璃制品，例如具有各种几何结构的玻璃容器。如在本文中所使用的，“玻璃制品”可以指任意的玻璃器皿，例如但不限于以小瓶、安瓿、安瓿瓶、瓶、烧瓶、管形瓶，烧杯，桶、玻璃瓶、缸、注射器体、筒等的形状形成的玻璃。另外，“玻璃制品”在本文中可以被称为“玻璃器皿”并且这两个术语可以互换。具体参考附图，将在本文更详细地描述用于在加工期间保持和保留玻璃制品的设备的各个实施方式。
如本文所指出的，在加工和/或填充期间玻璃制品的破裂是产品损失的来源并且可能导致工艺效率低下和成本增加。另外，玻璃制品中的表面瑕疵(cosmetic flaws)对用户来说往往是不期望的。玻璃制品的强化可有助于减轻破裂和刮擦。使用各种技术，包括化学回火和热回火，可对玻璃制品进行强化。例如，化学回火——有时被称为离子交换强化——可通过在玻璃制品的表面中引入压缩应力层而用于对玻璃制品进行强化。通过将玻璃制品浸没到熔融盐浴中引入压缩应力，熔融盐浴有时被称为离子交换浴。由于来自玻璃的离子被来自熔融盐的相对更大的离子替换，因此，在玻璃的表面中引起了压缩应力。在化学回火期间，可以机械地操作玻璃制品(例如玻璃容器)以填充和清空玻璃制品中的熔融盐。
虽然化学回火改进了玻璃制品的强度，但是在强化工艺期间机械地操作玻璃制品可能在玻璃的表面中引入瑕疵。例如，玻璃制品与用于在加工期间保留玻璃制品的夹具(例如存储器设备)之间的接触可在玻璃中引入瑕疵，尤其是当玻璃制品与夹具最初浸没于熔融盐浴时和/或当夹具和玻璃制品从熔融盐浴中取出并旋转以清空玻璃制品中的熔融盐时。具体而言，当浸没玻璃制品时，其可能会上浮并因此相对于夹具向上推进。此外，在完成离子交换工艺后，将夹具和玻璃制品从熔融盐浴中取出，并且旋转夹具以清空玻璃制品中的包含在玻璃制品内部体积中的熔融盐。当夹具旋转时，玻璃制品可能与夹具突然发生碰撞。玻璃制品与夹具之间的钝力冲击可能在玻璃的表面中引入瑕疵。
在大多数情况下，瑕疵较浅并且包含在玻璃中引起的表面压缩应力层内。这一表面压缩应力防止了瑕疵变成裂纹。然而，在一些情形中，瑕疵可以延伸穿过表面压缩应力层，这可能导致玻璃制品的破裂。
本文描述的用于在加工期间保持和保留玻璃制品的存储架设备减少了保留在其中的玻璃制品中的瑕疵引入。此外，本文描述的存储架设备便于在存储架设备部分或完全浸没于熔融盐浴时，使熔融盐浴与玻璃制品的所有区域(内部和外部)的流体接触为可接受的水平。现参考图1、2和3，它们示意性地描述了用于在加工期间保持和保留玻璃制品900的存储架设备100的一个实施方式。所述存储架设备100一般包括底部支撑底板500、多个玻璃器皿固定元件200和盖板400。具体而言，图1示出了不具有附加盖板400的存储架设备100，而图2示出了具有附加盖板400的存储架设备100。图3示出了底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200和盖板400的分解图。当存储架设备100不具有附加的盖板400时，可以将玻璃制品900自由地移入存储架设备100和从中移出。然而，当存储架设备100的盖板400位于玻璃器皿固定元件200的上方时，在操作和操纵存储架设备100时，包括当存储架设备100围绕水平轴旋转以促进排空玻璃制品900的加工流体时，保留存储架设备100中的玻璃制品900。在其它实施方式中，存储架设备100可以不具有附加的盖板400，而是可以利用相邻堆叠的存储架设备的另一段——例如堆叠在存储架设备100上方的存储架设备的底部支撑底板——作为其盖板400。应理解的是，如在本文中所使用的，盖板400可以为与底部支撑底板500和/或玻璃器皿固定元件200相连的独立结构，或者可以为另一个存储架设备100的一部分。
在一个实施方式中，可以对存储架设备100的部件进行成形并调整尺寸以稳固地保持小瓶形状的玻璃制品900。如图4所示，玻璃制品900一般包括主体段902；颈部段904，其位于主体段902上方以及开口906，其通到颈部并与内体积910相连。主体段902利用底部段914和侧壁916，基本上包围了玻璃制品900的内体积910。颈部段904主要将主体段902与开口906相连。开口906可以由环圈908围绕，所述环圈908从玻璃制品900的颈部段904的顶部延伸出来。主体段902可以具有弯曲的底部边缘918和与颈部段904相邻的弯曲的区域912。一般而言，颈部段904、主体段902和环圈908可以具有大致为圆形的截面，并且各自包含一个外部直径。在一个实施方式中，环圈的直径(图4中的da)大于颈部段的直径(图4中的dn)，并且主体段的直径(图4中的db)大于环圈的直径da。另外，开口906包括直径(图4中的dm)，其在本文中有时被称为口部的直径，该直径小于颈的直径(dn)。每个玻璃制品900可以具有主轴(在图4中处于Z方向)，该主轴可以与主体的直径db和开口的直径dm垂直。
一般来说，底部支撑底板500的形状可以基本上是平面的，并且将玻璃制品900放置在底部支撑底板500上。如图3所示，底部支撑底板500是平面的，并且该底部支撑底板的长度(即X方向上的维度)和宽度(即Y方向上的维度)显著大于底部支撑底板500的高度(即Z方向上)。底部支撑底板500可以包括流体通道510以允许加工流体——例如用于离子交换加工的熔融盐浴——通过底部支撑底板500并接触位于存储架设备100中的玻璃制品900。在实施方式中，如图1-3所示，底部支撑底板500可以由刚性丝网形成。在其它实施方式中，底部支撑底板500可以包括形成的具有机械加工的孔的平面板，其中，加工流体——例如用于离子交换加工的熔融盐浴——通过底部支撑底板500并接触位于存储架设备100中的玻璃制品900。或者，可以构建具有任何的大致平面的几何结构及具有开口的底部支撑底板500，这允许流体通过底部支撑底板500并同时支撑在其上的多个玻璃制品900。一般来说，底部支撑底板500可以为任何的大致平面形状的制品，其将允许流体通过但不允许玻璃制品900通过。
处于底部支撑底板500上方的为一个或多个玻璃器皿固定元件200。如在本文中所使用的，术语“上方”或“下方”一般是指图1-3中描述的坐标的Z方向中的各部件的相对位置。玻璃器皿固定元件200可以基本上为平面形状，并且包括多个玻璃器皿保留开口210。如图3所示，玻璃器皿固定元件200基本上是平面的，并且该玻璃器皿固定元件200的长度(即X方向上的维度)和宽度(即Y方向上的维度)显著大于玻璃器皿固定元件200的高度(即Z方向上的维度)。虽然图1-3描述的存储架设备100的实施方式包括两个玻璃器皿固定元件200，但是在底部支撑底板500和盖板400之间可以设置任意数目的玻璃器皿固定元件200，例如一个、三个、四个、五个、六个或者甚至是更多的玻璃器皿固定元件。多个玻璃器皿固定元件200可以以大致平行的构造设置。玻璃器皿固定元件200的数目可以取决于被保留的玻璃制品900的几何结构。
每个玻璃器皿固定元件200包括玻璃器皿保留开口210，所述玻璃器皿保留开口210至少部分地限定了可接收并固定单个玻璃制品900的接收体积220。在一个实施方式中，玻璃器皿固定元件200的玻璃器皿保留开口210为大致圆形的形状。该实施方式可以适用容纳具有圆形外截面的玻璃制品，例如图4中所述。然而，在其它实施方式中，玻璃器皿保留开口210可以具有除圆形之外的几何结构，例如三角形、矩形、五边形或适于牢固地容纳具有非圆形截面几何结构的玻璃制品900的其它几何结构。玻璃器皿保留开口210可以稍大于待接收并固定于其中的玻璃制品900的最大截面直径，该最大截面直径在图4的实施方式中以db示出。
玻璃器皿保留开口210可以以X方向和Y方向上的二维阵列排列。例如，玻璃器皿保留开口210可以以行和列排列，或者可以其它构造排列，例如图1所示的偏移图案。
在实施方式中，盖板400可以位于底部支撑底板500和玻璃器皿固定元件200的上方。盖板400可以基本上为平面形状，并且包括多个流体通道410。如图3所示，盖板400基本上是平面的，并且该盖板400的长度(即X方向上的维度)和宽度(即Y方向上的维度)显著大于盖板400的高度(即Z方向上的维度)。
盖板400包括流体通道410，其允许加工流体——例如用于离子交换加工的熔融盐浴——流经盖板400并进入到存储架设备100的内部区域中。在一个实施方式中，盖板400的流体通道410为大致圆形的形状。该实施方式可以适用于容纳具有圆形口部截面的玻璃制品900，例如图4中所述。然而，在其它实施方式中，流体通道410可以具有除圆形之外的几何结构。流体通道410可以以X方向和Y方向上的二维阵列排列。例如，流体通道410可以以行和列排列，或者可以其它构造排列。
底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200和盖板400彼此可以基本上是平行的。底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200中的玻璃器皿保留开口210和盖板400限定了多个接收体积220。每个接收体积220可以稳固地容纳单独的玻璃制品900。底部支撑底板500和盖板400可以限定接收体积200的高度维度(在Z方向上)。底部支撑底板500和盖板400通过限制玻璃制品900在垂直方向上的运动而在垂直方向上固定了玻璃制品900。玻璃器皿固定元件200的每一个玻璃器皿保留开口210限定了接收体积220的宽度维度(在图1的X方向和Y方向上)。因此，玻璃器皿保留开口210通过限制玻璃制品900在宽度方向(在图1的X方向和Y方向上)上的运动而固定了玻璃制品900。一般来说，玻璃制品900被放置在其主轴处于高度维度中的接收体积中。
存储架设备100还可以包括垂直支撑件300，其稳固地连接底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200并且可以可移除式地固定盖板400。垂直支撑件300可为适于使底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200和/或盖板400彼此连接的任何机械紧固装置。在一些实施方式中，所有或至少一部分的垂直支撑件300可以包括整体型主体。在一个实施方式中，底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200、盖板400和垂直支撑件300中的一者或多者可以作为整体型主体形成。在其它实施方式中，底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200、盖板400和垂直支撑件300中的一者或多者可以通过机械方式固定在一起，所述机械方式例如但不限于螺丝、螺栓、焊接、胶合等。注意图3未描述垂直支撑件300。在一个实施方式中，垂直支撑件300可以允许盖板400可移除式地与存储架设备100的其它段相连。
图5和7描述了具有不同几何结构的底部支撑底板500的(无盖板的)存储架设备100的实施方式。图5示出了包括的底部支撑底板500为对角交叉图案(如图6所示)的存储架设备100。图7示出了包括的底部支撑底板500包含丝网几何结构图案的存储架设备100。图6和8分别示出了在图5和7中描述的存储架设备100的底部支撑底板500。
在一个实施方式中，一个或多个流体通道410可以与玻璃器皿保留开口210对齐。例如，如图1-3所示，每个流体通道410可以直接位于玻璃器皿保留开口210的上方。每个流体通道410的直径可以小于每个玻璃器皿保留开口210的直径。在一个实施方式中，可以对存储架设备100进行设计以容纳几何结构与图4描述的玻璃制品相似或相同的玻璃制品。玻璃器皿保留开口210的直径可以稍微大于玻璃制品900的主体的直径(db)。在一些实施方式中，例如但不限于流体通道410与玻璃器皿保留开口210对齐的实施方式，流体通道410可以小于玻璃制品900的db。在一个实施方式中，在玻璃器皿保留开口210上方的每个流体通道410的直径可以小于每个玻璃器皿保留开口210的直径。每个流体通道410的直径可以大于容纳的玻璃制品900的口部直径dm并且小于环圈的直径da。在这样的构造中，开口906不由盖板400堵塞，但是玻璃制品900的运动受到限制，因为其环圈直径da大于流体通道410的直径。
在另一个实施方式中，可以使单个流体通道410对准并成形以允许流体通道进入到由多个玻璃器皿保留开口210限定的多个接收体积220中。例如，可以将流体通道410成形成细长通道，该细长通道的各端部被成形成具有相同直径的半圆形，并且连接该两个半圆形端部的是宽度为半圆形直径的通道。半圆形的直径可以等于本文关于圆形流体通道410所描述的范围。参考图2，在这一实施方式中，可以去除位于相邻圆形流体通道410之间的盖板400的部分，从而形成细长的流体通道410。在实施方式中，方向在一条线上的两个、三个、四个、五个或者甚至更多个圆形流体通道可以通过去除位于其间的盖板400的部分而组合成细长的流体通道410。
在一些实施方式中，底部支撑底板500可以与盖板400基本相同。在这些实施方式的一些实施方式中，可以将存储架设备100与另一个存储架设备100堆叠以使得顶部存储架设备100的底部支撑底板500起到底部存储架设备100的盖板400的作用。
不囿于理论，认为相比于一些具有更多用于流体流动的开口区域的盖板400几何结构，与玻璃器皿保留开口210对齐的流体通道410允许流体流入玻璃制品900及从中流出增加。小瓶的填充能力的一个量度为邦德(Bond)数(Bo)，它是相比于容器开口处的弯液面/流体-空气界面处的表面张力，浮力的相对重要性的量度。为了推动小瓶填充加工流体(例如熔融盐)，可期望具有较大的邦德数，其中浮力(气泡形成)主导表面张力。在这种情形中，邦德数指示了表面张力与浮力之间的平衡。邦德数可以表示为Bo＝(ρgL2)/σ，其中，ρ＝流体密度，g＝重力加速度，L＝特征长度(开口半径)并且σ＝流体的表面张力。根据这一公式，在许多实施方式中，L是玻璃制品是否填充的最重要的因素，这是因为在典型的离子交换温度范围内，熔融盐的密度与表面张力的比例几乎是恒定的。为此，在填充期间避免玻璃制品口部的任何阻塞可能是重要的。
底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200、垂直支撑件300、盖板400中的一者或多者可以由金属制造，例如不锈钢(如304L不锈钢)。然而，可承受得住熔融盐浴的相对高温的任何材料均是合适的。在一个实施方式中，存储架设备100的一个或多个部件可以通过将不锈钢板原料激光喷射或水喷射成所需的平整图案，然后将该板成形及焊接成其最终形状来制造。可以对底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200和/或盖板400进行电抛光，这可以使可能通过激光喷射或水喷射工艺形成的尖锐边缘修边。电抛光还可以提高表面精整度，这有助于流体从存储架设备100中流出或铺展(sheet)。在另一个实施方式中，在电抛光后可以对底部支撑底板500、玻璃器皿固定元件200和/或盖板400进行钝化，这可以进一步增加不锈钢的钝化层以进一步提高存储架设备100的耐腐蚀性。
在另一个实施方式中，可以相邻地堆叠两个或多个存储架设备100并将它们一起固定在盒体608中以形成组件110，如图9所示。在一个实施方式中，由于两个或多个存储架设备100彼此接触，因此，高位置的存储架设备100的底部支撑底板500可以用作位于下方的存储架设备100的盖板400。在该实施方式中，每个组件110可以包括仅一个盖板400。在该实施方式中，底部支撑底板500可以具有流体通道510，例如在关于盖板400中所描述的那些，并且底部支撑底板500可以与最高的存储架设备100的盖板400基本相同。例如，底部支撑底板500可以包括流体通道510，所述流体通道510的直径小于玻璃制品900的da并大于dm。在另一个实施方式中，盖板400可以与盒体608集成一体，以使得装载到盒体608中的仅顶部的存储架设备100包括盖板。
当向玻璃制品900施加垂直压力时，在弯曲的底部边缘918和弯曲的区域912中可以存在比主体的侧壁916更多的应力。在实施方式中，在弯曲的底部边缘918和弯曲的区域912上的表面刮擦或其它不规则性可更有可能扩展成裂纹，裂纹可不利地造成玻璃制品900的完全破裂。在一些实施方式中，如图9所示，玻璃器皿固定元件200仅接触玻璃制品900的侧壁916。
应理解的是，本文中所使用的盖板400可以包括相邻设备的底部支撑底板。盖板400可以不一直紧固于存储架设备100，以允许移除玻璃制品900。可以通过合适的机械方式将盖板400紧固到存储架设备100，所述合适的机械方式例如通过紧固件、螺丝、螺栓、或设计用于将盖板400稳定地连接到存储架设备100的盖板400和存储架设备100的几何结构。
现共同参考图1、2、10和11，玻璃制品900可在保持在存储架设备100的接收体积220中的同时，通过离子交换得到强化。图10包含用于通过离子交换对玻璃制品900进行强化的方法的工艺流程图501；并且图11示意性地描述了流程图中所述的工艺。在第一步骤502中，玻璃管原料1000由可进行离子交换的玻璃组合物形成，首先使用常规成形和形成技术，将该玻璃管原料1000成形为玻璃制品900(在所述实施方式中具体为玻璃小瓶)。在步骤504中，使用机械存储架装载机602将玻璃制品900装载到存储架设备100中。存储架装载机602可以为机械抓取装置，例如卡钳等，其能够一次抓取多个玻璃制品900。或者，所述抓取装置可以利用真空系统抓取玻璃制品900。存储架装载机602可以与机械臂或能够相对于玻璃制品900和存储架设备100而放置存储架装载机602的其它类似装置偶联。存储架装载机603将单独的玻璃制品900放置在接收体积220中。
在接着的步骤506中，使用机械传送器将装载有玻璃制品900的存储架设备100转移到盒体装载区，所述机械传送器例如传送带606、高架起重机等。随后，在步骤508中，将多个存储架设备100(描述了一个)装载到盒体608中。虽然在图11中仅描述了一个存储架设备100，但是应理解构造盒体608以用于保持多个存储架设备100，从而使得可同时加工大量玻璃制品900，例如图9所描述。利用盒体装载机610将每个存储架设备100置于盒体608中。盒体装载机610可以为机械抓取装置，例如卡钳等，其能够一次抓取一个或多个存储架设备100。或者，所述抓取装置可以利用真空系统抓取存储架设备100。盒体装载机610可以与机械臂或能够相对于盒体608和存储架设备100而放置盒体装载机610的其它类似装置偶联。
在接着的步骤511中，含有存储架设备100和玻璃制品900的盒体608被转移到离子交换站并装载到离子交换罐614中以促进对玻璃制品900进行化学强化。使用盒体转移装置612将盒体608转移至离子交换站。盒体转移装置612可以为机械抓取装置，例如卡钳等，其能够抓取盒体608。或者，所述抓取装置可以利用真空系统抓取盒体608。使用高架轨道系统，例如门式起重机等，可将盒体转移装置612和所附的盒体608从盒体装载区自动传送到离子交换站。或者，使用机械臂可将盒体转移装置612和所附的盒体608从盒体装载区传送到离子交换站。在另一个实施方式中，可以使用传送器将盒体转移装置612和所附的盒体608从盒体装载区传送到离子交换站，并在这之后使用机械臂或高架起重机将二者从传送器转移至离子交换罐614。
一旦盒体转移装置612和所附的盒体608处于离子交换站中，则在将盒体608和玻璃制品900浸没到离子交换罐614中之前，任选地对盒体608和其中所包含的玻璃制品900进行预热。在一些实施方式中，可以将盒体608预热到大于室温并小于或等于离子交换罐614中的熔融盐浴温度的温度。例如，可以将玻璃制品900预热到约300℃–500℃的温度。然而，应理解，由于本文所描述的存储架设备100的热质量相对较低，因此所述预热步骤是任选的。
不囿于理论，在将存储架设备100和玻璃制品900引入到离子交换罐之前，二者的热均匀性对于维持罐中盐浴的温度来说可能是重要的。例如，将室温的小瓶引入到热盐中可能造成玻璃制品900的开口周围的盐固化。此外，如邦德数公式所提示的，填充性能还和流体密度与表面张力之比相关，而流体密度与表面张力均是温度敏感性特性。这一比例随着温度而降低，这也可以改善填充性能。
离子交换罐614含有熔融盐616的浴，所述熔融盐例如熔融碱金属盐，如KNO3、NaNO3和/或其组合。在一个实施方式中，所述熔融盐浴为100％熔融KNO3，其温度维持在大于或等于约350℃并且小于或等于约500℃。然而，应理解，还可以使用具有各种其它组合物和/或温度的熔融碱金属盐浴以促进玻璃制品的离子交换。在一些实施方式中，在考虑工艺内含物的前提下，应将熔融盐616保持在尽可能高的温度。不囿于理论，认为较高的盐浴温度可以降低盐密度与粘度之比。
在步骤512中，玻璃制品900在离子交换罐614中得到离子交换强化。具体而言，将玻璃制品浸没于熔融盐中并在其中保持足够长的时间段以在玻璃制品900中获得所需的压缩应力和层深度。随着玻璃制品900的浸没，玻璃制品初始具有正浮力，这是因为空气从玻璃制品的内部体积中逸出并被熔融盐替代。随着玻璃制品900因为正浮力而上升，玻璃制品通过底部支撑底板500、盖板400和玻璃器皿固定元件200而垂直保留在适当的位置。
在一个实施方式中，玻璃制品900可以在离子交换罐614中保持足够的时间以获得最高达约100μm的层深度及至少约300MPa或者甚至350MPa的压缩应力。保持的时间段可以小于30小时或者甚至小于20小时。然而，应理解的是，取决于玻璃容器的组成、熔融盐616的浴组成、熔融盐616的浴温度和所需的层深度及所需的压缩应力，玻璃制品保持在罐614中的时间段可以有所变化。
在一个实施方式中，将玻璃制品浸到离子交换罐614中，同时相对于玻璃制品的主轴和罐中的流体表面保持非垂直角度(如图12中虚线所示)。非垂直角度以图12中的角165示出。小瓶的取向也可影响填充工艺的可靠性。不囿于理论，认为垂直于流体表面引入小瓶更有可能形成气泡。这是由平衡气泡浮力与流体的静水压力造成的。当玻璃制品900倾斜时，各个力不成一条直线，从而允许气泡逸出及流体以更少的空穴现象更加可靠地进入玻璃制品900。存储架设备100和本文描述的工艺可以允许在将玻璃制品900引入到盐浴期间，赋予玻璃制品900相对于盐浴的表面为固定的非直角的角度。此外，在一些实施方式中，玻璃制品900可以通过浮力移动，并且这些浮力可以使玻璃器皿保留开口210中的玻璃制品部分地倾斜，以在将玻璃制品900引入到盐浴期间获得相对于盐浴表面的玻璃制品900的非直角角度。通过浮力造成的这一移动可以改善填充效率。
另外，浸没玻璃制品的速度可造成填充工艺的可靠性的改变。一般来说，较慢的浸渍速度可以更加可靠地填充玻璃制品900。然而，如果玻璃制品900以非直角角度浸没，则可能利用较高的浸没速度。再次参考图12，在一些实施方式中，浸没速度可以随着角165的减小而增加。在一些实施方式中，期望角165以约45°，例如约40°至约50°或约35°至约55°浸没玻璃制品900。在另一个实施方式中，角165可以为约0°，以使得玻璃制品的开口基本上垂直于离子交换浴的表面。例如，角165可以为约-5°至约5°或约-10°至约10°。
待玻璃制品900经离子交换强化后，使用盒体转移装置612连同机械臂或者高架起重机将盒体608与玻璃制品900从离子交换罐614中移除。在从离子交换罐614中移除期间，存储架设备100的各个流体通道允许存储架设备内的熔融盐易于从每个存储架设备100中排出。待盒体608从离子交换罐614中移除后，盒体608和玻璃制品900悬浮在离子交换罐614上并且盒体608绕着水平轴旋转以将玻璃制品900中剩余的任何熔融盐清空倒回离子交换罐614中。当盒体608旋转时，玻璃制品900通过器皿保持器120仍然处于器皿接收体积125中的其的位置中。随后，将盒体608旋转回到其初始位置并在清洗玻璃制品之前先使其冷却。
然后使用盒体转移装置612将盒体608和玻璃制品900转移至清洗站。如上文所述，可以使用机械臂或高架起重机进行该转移，或者，作为替换，使用自动传送器，例如传送带等进行该转移。在接着的步骤514中，将盒体608和玻璃制品900下降到含有水浴620的清洗罐618中，以从玻璃制品900的表面去除任何过量的盐。可以使用机械臂、高架起重机或偶联至盒体转移装置612上的类似装置将盒体608和玻璃制品900下降到清洗罐618中。与盐浴浸没相似，当玻璃制品被浸没到清洗罐618中时，其一开始具有正浮力。随着玻璃制品900因正浮力而上升，玻璃制品被垂直保留在合适的位置中。如关于浸没到盐浴中所论述的，玻璃制品900可以以相对于盐浴的表面为非垂直角度浸渍。
然后将盒体608和玻璃制品900从清洗罐618中取出，悬浮在清洗罐618上，并且盒体608绕着水平轴旋转以将玻璃制品900中剩余的任何清洗水清空倒回清洗罐618中。当盒体608旋转时，玻璃制品900仍然处于接收体积220中的其的位置中。在一些实施方式中，在盒体608和玻璃制品900被移至下一加工站之前可以进行多次清洗操作。
在一个具体的实施方式中，将盒体608和玻璃制品900在水浴中浸渍至少两次。例如，可以将盒体608浸渍在第一水浴中，并随后浸渍在不同的第二水浴中以确保从玻璃制品的表面去除所有残余的碱金属盐。可以将来自第一水浴的水送至废水处理处或送至蒸发器。
在接着的步骤516中，使用盒体装载机610将存储架设备100从盒体608中移除。随后，在步骤518中，使用存储架装载机602将玻璃制品900从存储架设备100中卸载并转移至洗涤站。在步骤520中，用从喷嘴622中发射出来的去离子水的喷射流624洗涤玻璃制品。去离子水的喷射流624可以与压缩空气混合。
任选地，在步骤521(未在图10中描述)中，将玻璃制品900转移至检验站，在该检验站中检验玻璃的瑕疵、碎片、退色等。
虽然本文所示及所述的存储架设备与玻璃容器(例如玻璃小瓶)一起使用，但是应理解所述存储架设备可以用于保持和保留各种其它类型的玻璃制品，包括但不限于筒、注射器、安瓿、瓶、烧瓶、管形瓶、管、烧杯、小瓶等，其既包括圆形的玻璃制品又包括非圆形的玻璃制品。
现应理解，本文描述的存储架设备和方法可以用于在加工期间保持和保留玻璃制品。存储架设备限制了玻璃制品的移动，同时允许通过与熔融盐浴接触进行离子交换加工。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本文所述的实施方式。
实施例1
检查盖板的不同图案对小瓶填充的影响，所述图案包括对角交叉几何结构——有时被称为“预成形”几何结构(如图6所示)、丝网几何结构(如图8所示)和具有专门匹配每个小瓶的孔的经机械加工的板(图2和3的实施方式，其中孔大于玻璃制品开口)。表1示出了使用预成形几何结构、丝网几何结构和经机械加工的孔的几何结构进行的填充测试结果。对于每个测试，浸没162个玻璃小瓶并评价它们是否填充了流体。
表1
预成形几何结构的平均填充率为71.6％，丝网几何结构的为87.7％，经机械加工的孔的为99.9％。
实施例2
对以不同浸没速度和不同角度浸渍到流体中的模型玻璃小瓶进行计算。图13描述了在不同的浸没速度和进入角度下计算出的小瓶填充时间。线10表示在1秒内进行填充，线20表示在2秒内进行填充，线30表示在3秒内进行填充，并且线40表示在4秒内进行填充。填充时间为完全填充小瓶(不存在气泡)所花费的时间。y轴表示浸没速度，并且x轴表示小瓶角度——在图12中标记为165。如图13所反映的，较高的浸没速度要求相对于加工流体表面较大的角度。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。
Claims (20)
1.一种用于在加工期间保持和保留玻璃制品的设备，所述设备限定了用于保持玻璃制品的多个接收体积，并且所述设备包括：
底部支撑底板，其包括多个流体通道；
玻璃器皿固定元件，其位于底部支撑底板的上方并且包括多个玻璃器皿保留开口；和
盖板，其位于玻璃器皿固定元件的上方并且包括多个流体通道；
其中：
底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板中的每一者基本上是平面的；
底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板彼此基本上是平行的；
玻璃器皿固定元件的每一个玻璃器皿保留开口限定接收体积的宽度维度；并且
底部支撑底板和盖板限定接收体积的高度维度。
2.如权利要求1所述的设备，其还包括垂直支撑件，所述垂直支撑件稳固地连接底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板。
3.如权利要求1所述的设备，其还包括第二玻璃器皿固定元件，所述第二玻璃器皿固定元件位于底部支撑底板与盖板之间。
4.如权利要求1所述的设备，其中，玻璃器皿固定元件的玻璃器皿保留开口为圆形形状。
5.如权利要求1所述的设备，其中，盖板的一个或多个流体通道与玻璃器皿保留开口对齐。
6.如权利要求1所述的设备，其中，盖板的一个或多个流体通道为圆形形状。
7.如权利要求1所述的设备，其中：
盖板的一个或多个流体通道与玻璃器皿保留开口对齐；
盖板的一个或多个流体通道为圆形形状；并且
每个呈圆形形状且与玻璃器皿保留开口对齐的流体通道的直径小于被对齐的玻璃器皿保留开口的直径。
8.如权利要求1所述的设备，其中，盖板和底部支撑底板基本上是相同的。
9.一种用于保持和保留玻璃制品的组件，所述组件包含多个存储架设备，其中，一个或多个存储架设备限定了多个接收体积，并且所述组件包括：
底部支撑底板，其包括多个流体通道；
玻璃器皿固定元件，其位于底部支撑底板的上方并且包括多个玻璃器皿保留开口；和
盖板，其位于玻璃器皿固定元件的上方并且包括多个流体通道；
其中：
底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板中的每一者基本上是平面的；
底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板彼此基本上是平行的；
玻璃器皿固定元件的每一个玻璃器皿保留开口限定接收体积的宽度维度；并且
底部支撑底板和盖板限定接收体积的高度维度。
10.如权利要求9所述的组件，其中，各存储架设备中的至少一个存储架设备不包括盖板。
11.如权利要求9所述的组件，其中，对于至少一个存储架设备，接收体积的高度维度由较低的存储架设备的底部支撑底板以及上方的存储架设备的底部支撑底板限定，其中，上方的存储架设备和较低的存储架设备彼此堆叠并且彼此相邻。
12.如权利要求9所述的组件，其中一个或多个存储架设备还包括垂直支撑件，所述垂直支撑件稳固地连接底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板。
13.如权利要求9所述的组件，其中一个或多个存储架设备还包括第二玻璃器皿固定元件，其位于底部支撑底板和盖板之间。
14.如权利要求9所述的组件，其中，玻璃器皿固定元件的玻璃器皿保留开口为圆形形状。
15.如权利要求9所述的组件，其中，盖板的一个或多个流体通道与玻璃器皿保留开口对齐。
16.如权利要求9所述的组件，其中，盖板的一个或多个流体通道为圆形形状。
17.如权利要求9所述的组件，其中：
盖板的一个或多个流体通道与玻璃器皿保留开口对齐；
盖板的一个或多个流体通道为圆形形状；并且
每个呈圆形形状且与玻璃器皿保留开口对齐的流体通道的直径小于被对齐的玻璃器皿保留开口的直径。
18.如权利要求9所述的组件，其中，盖板和底部支撑底板基本上是相同的。
19.一种用于对玻璃制品进行离子交换的方法，所述方法包括：
提供用于在加工期间保持和保留玻璃制品的设备，所述设备限定了用于保持玻璃制品的多个接收体积，并且所述设备包括：
底部支撑底板，其包括多个流体通道；
玻璃器皿固定元件，其位于底部支撑底板的上方并且包括多个玻璃器皿保留开口；和
盖板，其位于玻璃器皿固定元件的上方并且包括多个流体通道；
其中：
底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板中的每一者基本上是平面的；
底部支撑底板、玻璃器皿固定元件和盖板彼此基本上是平行的；
玻璃器皿固定元件的每一个玻璃器皿保留开口限定接收体积的宽度维度；并且
底部支撑底板和盖板限定接收体积的高度维度；
将一个或多个玻璃制品放置于一个或多个接收体积中；
将设备至少部分地浸没于离子交换浴中以使所述一个或多个玻璃制品与离子交换浴接触。
20.如权利要求19所述的方法，其中，以相对于离子交换浴表面为非直角的角度将玻璃制品浸没于离子交换浴中。
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