TWI667724B - 用於在處理期間固定玻璃物件的倉匣設備 - Google Patents

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    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
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    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
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Abstract

依據一個實施例，一種用於固定的設備可以包括用於接收玻璃物件的複數個物件存放件。每個物件存放件可以包括包含線圈的保存主體，該線圈包圍玻璃物件接收空間。該線圈的最底部繞線在該保存主體中形成物件止擋。該保存主體可以包括從該保存主體延伸至該物件止擋下方的間隔線圈。基座框架可以包括延伸穿過該基座框架的複數個孔。該複數個物件存放件每個皆可被定位在該基座框架中的對應孔中，使得每個物件存放件的該保存主體在該基座框架之頂表面上方，並且每個物件存放件的該間隔線圈在該基座框架之底表面下方。

Description

用於在處理期間固定玻璃物件的倉匣設備
本專利申請案主張於2014年8月11日提出申請、標題為「用於在處理期間固定玻璃物件的倉匣設備(Magazine Apparatuses for Holding Glassware During Processing)」的美國臨時專利申請案第62/035,798號的優先權權益，該申請案之全部內容以引用方式併入本文中。
本說明書大體而言係關於用於在處理期間固定玻璃物件的倉匣設備，更具體言之係關於用於在離子交換處理期間固定玻璃物件的倉匣設備。
歷史上，由於玻璃相對於其他材料的氣密性、光學透明性、及優良的化學耐久性，許多應用已將玻璃作為較佳的材料使用，該等應用包括食品和飲料包裝、藥物包裝、廚房和實驗室玻璃物件、及窗戶或其他的建築部分。
然而，玻璃在許多應用的使用會受到玻璃的機械性能所限制。尤其，玻璃破裂是一個問題，特別是在食品、飲料、及藥物的包裝。在食品、飲料、及藥物包裝產業中，破裂會是昂貴的，因為例如裝填線內的破裂可能會要求相鄰的未破裂容器被丟棄，因為該等容器可能含有來 自破裂容器的碎片。破裂還可能要求裝填線被減慢或停止，從而降低生產率。此外，非災難性破裂(即當玻璃裂開但未破裂時)可能會導致玻璃包裝或容器的內容物失去無菌性，此舉接著可能會導致昂貴的產品召回。
玻璃破裂的一個根本原因是在處理玻璃時及/或在後續的裝填過程中將缺陷引入玻璃表面。這些缺陷可能會被從各種來源引入玻璃表面，該等來源包括相鄰玻璃物件之間的接觸及玻璃和設備之間的接觸，該設備例如處理及/或裝填設備。不管來源為何，這些缺陷的存在最終可能會導致玻璃破裂。
因此，需要用於在處理期間固定玻璃物件以減少玻璃破裂的替代設備。
依據一個實施例，一種用於在處理期間固定並保存玻璃物件的設備可以包括用於接收玻璃物件的複數個物件存放件。該複數個物件存放件的每個物件存放件皆可以包括包含線圈的保存主體，該線圈包圍玻璃物件接收空間。該線圈之最底部繞線的捲繞直徑小於該保存主體之其餘部分中的繞線之捲繞直徑，使得該線圈之該最底部繞線在該保存主體中形成物件止擋。該保存主體可以包括從該保存主體延伸至該物件止擋下方的間隔線圈。基座框架可以包括延伸穿過該基座框架的複數個孔。該複數個物件存放件每個皆可被定位在該基座框架中的對應孔中，使得每個物件存放件的該保存主體在該基座框架之頂表面上 方，並且每個物件存放件的該間隔線圈在該基座框架之底表面下方。
在另一個實施例中，一種用於在處理期間固定並保存玻璃物件的組件可以包括第一倉匣設備，該第一倉匣設備包含用於接收玻璃物件的第一複數個物件存放件，其中該第一複數個物件存放件的每個物件存放件皆包含保存主體，該保存主體包含線圈，該線圈包圍玻璃物件接收空間，其中該線圈之最底部繞線在該保存主體中形成物件止擋。該第一複數個物件存放件的每個物件存放件還包括從該保存主體延伸至該物件止擋下方的間隔線圈。該第一倉匣設備還包括第一基座框架，該第一基座框架包含延伸穿過該第一基座框架的複數個孔。該第一複數個物件存放件每個皆被定位在該第一基座框架中的對應孔中，使得每個物件存放件的該保存主體和該間隔線圈在該第一基座框架的相對側上。該組件還包括第二倉匣設備，該第二倉匣設備包含用於接收玻璃物件的第二複數個物件存放件，其中該第二複數個物件存放件的每個物件存放件皆包括包含線圈的保存主體，該線圈包圍玻璃物件接收空間，該線圈之最底部繞線在該保存主體中形成物件止擋。該第二複數個物件存放件的每個物件存放件還包括從該保存主體延伸至該物件止擋下方間隔線圈。該第二倉匣設備還包括第二基座框架，該第二基座框架包含延伸穿過該第二基座框架的複數個孔。該第二複數個物件存放件每個皆被定位在該第二基座框架中的對應孔中，使得每個物件 存放件的該保存主體和該間隔線圈在該第二基座框架的相對側上。該第二倉匣被定位在該第一倉匣頂上並與該第一倉匣分開，使得該第二複數個物件存放件的每個物件存放件之該間隔線圈被定位在該第一複數個物件存放件之對應物件存放件的該玻璃物件接收空間上方。
將在以下的實施方式中提出本文所述用於在處理期間固定和保存玻璃物件的設備之其他特徵與優點，而且從實施方式，部分的特徵與優點對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的，或者可藉由實施本文所述的實施例而認可部分的特徵與優點，本文所述的實施例包括以下的實施方式、申請專利範圍、以及附圖。
應當理解的是，先前的一般性描述與以下的實施方式描述各種實施例，而且意圖提供用於瞭解主張標的物之本質與特點的概觀或架構。附圖被涵括以提供對各種實施例的進一步瞭解，而且附圖被併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式說明本文所述的各種實施例，而且該等圖式與該描述一起用以解釋主張標的物之原理與操作。
100‧‧‧倉匣設備
100a‧‧‧倉匣設備
100b‧‧‧倉匣設備
102‧‧‧基座框架
104‧‧‧側支架
106‧‧‧側支架
108‧‧‧頂表面
110‧‧‧孔
111‧‧‧側通道
112‧‧‧底表面
120‧‧‧物件存放件
122‧‧‧保存主體
124‧‧‧玻璃物件接收空間
126‧‧‧繞線
128‧‧‧最底部繞線
130‧‧‧物件止擋
132‧‧‧間隔線圈
140‧‧‧保持桿
142‧‧‧間隔桿
170‧‧‧支撐桿
172‧‧‧孔
176‧‧‧支座
178‧‧‧插口
179‧‧‧支柱
190‧‧‧鎖定板
192‧‧‧支撐腳
194‧‧‧區段
196‧‧‧指部
197‧‧‧基準槽
198‧‧‧鎖定槽
212‧‧‧開口
218‧‧‧附接夾
500‧‧‧流程圖
502-520‧‧‧步驟
602‧‧‧倉匣裝載機
606‧‧‧輸送帶
608‧‧‧卡匣
610‧‧‧卡匣裝載機
612‧‧‧卡匣傳送裝置
614‧‧‧離子交換槽
616‧‧‧熔融鹽
618‧‧‧沖洗槽
620‧‧‧水浴
622‧‧‧噴嘴
624‧‧‧去離子水
800‧‧‧組裝治具
802‧‧‧基座
804‧‧‧定位銷
900‧‧‧玻璃物件
1000‧‧‧玻璃管原料
第1圖示意性繪示依據本文圖示和描述的一個或更多個實施例用於在處理期間固定和保存玻璃物件的倉匣設備；第2圖示意性繪示與第1圖的倉匣設備一起使用的物件存放件之一個實施例； 第3圖示意性繪示與第1圖的倉匣設備一起使用的物件存放件之另一個實施例；第4圖示意性繪示依據本文圖示和描述的一個或更多個實施例之物件存放件與基座框架和支撐板的接合；第5圖示意性繪示依據本文圖示和描述的一個或更多個實施例具有鎖定板的倉匣設備之俯視立體圖；第6圖示意性繪示依據本文描述的一個或更多個實施例與倉匣設備一起使用的鎖定板；第7圖示意性繪示依據本文描述的一個或更多個實施例具有鎖定板的倉匣設備之俯視圖；第8圖示意性繪示依據本文描述的一個或更多個實施例具有鎖定板的倉匣設備之仰視立體圖；第9A圖示意性繪示依據本文描述的一個或更多個實施例用於倉匣設備的組裝治具；第9B圖示意性繪示被定位在第9A圖的組裝治具之定位銷上的物件存放件之近視圖；第9C圖示意性繪示被定位在第9A圖的組裝治具之定位銷上的倉匣設備之基座框架；第10圖示意性繪示相互疊置的一對倉匣設備之側視圖，且支撐腳將倉匣設備分開；第11圖示意性繪示依據本文圖示和描述的一個或更多個實施例附有蓋板的倉匣設備； 第12圖為使用本文描述的倉匣設備離子交換強化玻璃物件的方法之流程圖；以及第13圖示意性繪示第12圖的流程圖之方法步驟。
現在將詳細參照用於在處理期間固定和保存玻璃物件的倉匣設備之實施例，並將其中的實例圖示於附圖中。只要可以，將在所有圖式中使用相同的元件符號來指稱相同或相似的部件。將用於在處理期間固定和保存玻璃物件的設備之一個實施例示意性繪示於第1圖。該倉匣設備通常包含用於接收玻璃物件的複數個物件存放件。該複數個物件存放件的每個物件存放件可以包括包含線圈的保存主體，該線圈包圍玻璃物件接收空間。該線圈之最底部繞線的捲繞直徑小於該保存主體之其餘部分中的繞線之捲繞直徑，使得該線圈之該最底部繞線在該保存主體中形成物件止擋。該保存主體可以包括從該保存主體延伸至該物件止擋下方的間隔線圈。基座框架可以包括延伸穿過該基座框架的複數個孔。該複數個物件存放件每個皆可被定位在該基座框架中的對應孔中，使得每個物件存放件的該保存主體在該基座框架之頂表面上方，並且每個物件存放件的該間隔線圈在該基座框架之底表面下方。本文中將具體參照附圖進一步詳細描述用於在處理期間固定和保存玻璃物件的設備之各種實施例。
如本文中指出的，玻璃物件在處理及/或裝填期間破裂是產品損耗的來源，並可能導致製程效率低且成本增加。強化玻璃物件可以有助於減少破裂。玻璃物件可以使用各種技術強化，包括化學和熱回火。例如，可以使用化學回火通過在玻璃物件的表面引入壓縮應力層來強化玻璃物件。壓縮應力是藉由將玻璃物件浸沒在熔融鹽浴中來引入。當來自玻璃的離子被來自熔融鹽的相對較大離子取代時，即可在玻璃表面誘生壓縮應力。在化學回火的過程中，可以對玻璃物件(例如玻璃容器)進行機械操作，以同時對玻璃物件填充並清空熔融鹽。
雖然化學回火改良了玻璃物件的強度，但在強化過程中玻璃物件的機械操作可能在玻璃表面引入缺陷。例如，在處理過程中玻璃物件與用以保存玻璃物件的治具之間的接觸可能在玻璃中引入缺陷，特別是當玻璃物件和治具最初被浸沒在熔融鹽浴中時及/或當治具和玻璃物件被從熔融鹽浴中取出並旋轉以將玻璃物件清空熔融鹽時。
具體來說，玻璃物件起初被放在治具中，然後再被浸沒於熔融鹽浴中。將治具設計成可保存複數個容器而且可以容納多個堆疊在彼此之頂部上的容器盤。每個容器通常被容納在個別的槽中，並被使用位於玻璃物件的頸部或頂部周圍的套環保存在適當的位置。當具有玻璃物件的治具被浸沒在熔融鹽浴中時，玻璃物件最初可正向浮起，從而導致玻璃物件向上浮動而在玻璃物件和套環之間 產生接觸。玻璃物件和套環之間的這種接觸可能將缺陷引入玻璃表面。另外，當玻璃物件向上浮動時，在玻璃物件的頂部和堆疊在該玻璃物件上方的盤底部之間可能發生接觸。在玻璃物件和堆疊在該玻璃物件上方的盤底部之間的這種接觸可能是另一個缺陷來源。
另外，在離子交換製程完成之後，將治具和玻璃物件從熔融鹽浴取出，並轉動治具以將玻璃物件清空玻璃物件的內部空間內容納的熔融鹽。當轉動治具時，玻璃物件可能會突然與位於玻璃物件的頸部或頂部周圍的套環碰撞。玻璃物件和套環之間的這種鈍力撞擊可能在玻璃表面中引入缺陷。
在大多數情況下，缺陷是表面的，而且被包含在玻璃中誘生的表面壓縮應力層內。這種表面壓縮應力可防止缺陷長成裂縫。然而，在極端的情況下，缺陷可能會延伸穿過表面壓縮應力層，從而可能導致玻璃物件破裂。
此外，用以在離子交換處理期間固定和保存玻璃物件的治具通常是由金屬材料形成，以便能夠承受熔融鹽浴的高溫。這種治具會具有大的熱質量，大的熱質量會藉由改變熔融鹽浴的溫度而對離子交換製程產生不利的影響。該治具還傾向於具有大的表面積，從而增加治具和熔融鹽之間的接觸，此舉會導致來自熔融鹽的離子擴散進入治具中，從而降低製程的性能。
本文所述用於在處理過程中固定和保存玻璃物件的倉匣設備可減少在該設備保存的玻璃物件中引入 缺陷。本文所述的倉匣設備還具有相對較小的熱質量和表面積，從而在使用該倉匣設備便利該設備中容納的玻璃物件藉由離子交換進行強化時減輕離子交換性能的劣化。
應當理解的是，本文中使用的術語「處理」包括倉匣設備內容納的玻璃製品之處理以及玻璃製品被容納於該倉匣設備內時的運送。
現在參照第1圖，示意繪示出用於在處理期間固定和保存玻璃物件的倉匣設備100之一個實施例。倉匣設備100通常包括固定複數個物件存放件120的基座框架102。物件存放件120通常界定並包圍玻璃物件接收空間124，在處理期間玻璃物件接收空間124中可以接收和保存一件玻璃物件900，例如玻璃容器或類似物。基座框架102通常是由能夠承受高溫(例如在離子交換製程期間在熔融鹽浴中經歷的溫度)的材料所形成。在本文描述的實施例中，基座框架102是由諸如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼)、鎳、或鎳基合金的金屬材料所形成。基座框架102包括複數個孔110(標記在第4圖中)。物件存放件120被定位在對應的孔中，使得每個物件存放件120的一部分在基座框架102的底表面112下方，並且每個物件存放件120的一部分在基座框架102的頂表面108上方，如本文將進一步詳細描述的。
基座框架102還可以包括側支架104、106，側支架104、106位於基座框架102在長度方向上(即第 1圖中繪示的座標軸之+/- X方向)的相對端。側支架104、106通常在基座框架102的頂表面108上方延伸。例如，在一些實施例中，側支架104、106可以大致垂直於基座框架102的頂表面108。然而，應當理解的是，側支架104、106不需要垂直於基座框架102的頂表面108。例如，側支架104、106相對於基座框架102的頂表面108可以成小於或大於90度的角度，只要側支架104、106大致在頂表面108上方延伸即可(即第1圖中繪示的座標軸之+Z方向)。側支架104、106可以與基座框架102一體形成或使用傳統的緊固技術附接於基座框架102，傳統的緊固技術包括、但不限於機械緊固件、焊接、或類似技術。
在本文描述的實施例中，利用側支架104、106來將複數個支撐桿170支撐在基座框架102的頂表面108上方。使用支撐桿170來固定和穩定物件存放件120。在第1圖繪示的倉匣設備100之實施例中，支撐桿170的端部被接收在形成於側支架104、106中的槽中，並藉由焊接固定於側支架104、106。然而，在替代的實施例中，支撐桿170可被使用機械緊固件(例如螺釘及/或螺栓)固定於側支架104、106。支撐桿170可以由適合在高溫下使用的材料形成。例如，在本文描述的實施例中，支撐桿170可以由諸如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼)、鎳、或鎳基合金的金屬材料形成。
現在參照第1-3圖，物件存放件120是由包含複數個繞線126的線圈所形成，複數個繞線126具有不同的直徑，使得每個物件存放件120具有保存主體122和間隔線圈132。由線圈形成物件存放件120減少了倉匣設備100中的整體材料量，進而減少了倉匣設備100的熱質量和表面積兩者，從而提高離子交換性能。此外，由線圈形成物件存放件120形成了籃狀開放結構，該籃狀開放結構允許來自熔融鹽浴的熔融鹽在倉匣設備100被浸沒時立即與玻璃容器的所有表面相互作用，同時還允許在從熔融鹽浴提取後輕易地將倉匣設備100排出熔融鹽。並且，由線圈形成物件存放件120允許該固持件具有一些順應性(compliance)，該順應性可限制被施加在玻璃物件表面上的力量，並降低誘生缺陷的可能性。在本文描述的實施例中，由不含角部及/或邊緣的線材原料形成的物件存放件120會在玻璃中引入缺陷。特別是由徑向剖面大致為圓形或橢圓形的線材原料形成的物件存放件120。雖然可以使用各種直徑的線材原料來形成物件存放件120，但線材原料的直徑通常小於約5mm，例如小於約2.5mm、小於約2.0mm、小於約1.3mm、或甚至小於或等於約1mm。在本文描述的實施例中，該物件存放件是由適合在高溫下使用的線材原料形成。例如，該物件存放件可以由諸如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼)、鎳、或鎳基合金的金屬材料形成。在本文描述的實施例中，使用電腦數字控制(CNC)線材彎曲機或 用於將線材原料成形為所需形狀的類似設備將線材原料成形為所需的形狀。
如上所述，物件存放件120包含由一部分線圈形成的保存主體122。形成保存主體122的線圈，使得該線圈的相鄰繞線126在物件存放件120的軸向方向(即+/- Z方向)上被彼此分開。如此一來，保存主體122的線圈界定並包圍其中可以定位一件玻璃物件的玻璃物件接收空間。將第2圖和第3圖繪示的物件存放件120圖示為具有被定位在該玻璃物件接收空間中的玻璃物件900。在本文描述的實施例中，構成保存主體122的線圈之繞線126的捲繞直徑(即該等繞線的內徑)比玻璃物件900的外徑稍大，使得玻璃物件900可以被輕易地插入該玻璃物件接收空間中並從該玻璃物件接收空間中移出，而不會通過與該等繞線接觸而磨損玻璃物件900的外表面。
保存主體122的下部包括物件止擋130，物件止擋130延伸自形成保存主體122的線圈。物件止擋130作為保存主體122之玻璃物件接收空間中的底座，被定位在玻璃物件接收空間中的玻璃物件900靜置在該底座上。在實施例中，物件止擋130是藉由將形成保存主體122的線圈之最底部繞線128成形所形成的，使得最底部繞線128之捲繞直徑小於在保存主體122之其餘部分中的繞線126之捲繞直徑。例如，在第2圖繪示的物件存放件120之實施例中，相對於先前的繞線126減小最底部繞線128之捲繞直徑。在此實施例中，至少一部分的最底部 繞線128可以是大致上線性的，並至少部分延伸橫跨由保存主體122的先前繞線126包圍的區域，如第2圖所繪示。或者，可以將至少一部分的最底部繞線128之捲繞直徑相對於先前繞線126逐漸減小，使得最底部繞線128被定位在由保存主體122的先前繞線126包圍的區域內，如第3圖所繪示。形成最底部繞線128使得至少一部分的最底部繞線128之捲繞直徑減小提供了接觸面積增加的物件止擋130，從而將物件存放件120與玻璃物件900之間的接觸力延伸於更大的區域。
保存主體122的上部還包括延伸自形成保存主體122的線圈的保持桿140。保持桿140可與形成在支撐桿170中的對應孔172(第1圖和第4圖)接合。在本文描述的實施例中，保持桿140在大致垂直的方向上(即在第2圖和第3圖繪示的座標軸之+Z方向上)延伸自形成保存主體122的線圈。然而，應當理解的是，在替代的實施例中，保持桿140可以相對於垂直成一角度。將物件存放件120的保持桿140與支撐桿170接合有助於將物件存放件120穩定於基座框架102上，並保持相鄰的物件存放件之間的間距。可以在支撐桿的頂部將保持桿140焊接到支撐桿，以進一步穩定物件存放件120。保持相鄰的物件存放件之間的相對間距還有助於將玻璃物件900自動裝載和卸載進入每個物件存放件120的玻璃接收空間中。
仍參照第1-3圖，每個物件存放件120還包括延伸自保存主體122之下部的間隔線圈132。在實施例 中，間隔線圈132具有的捲繞直徑小於或等於保存主體122的線圈之繞線126的捲繞直徑。間隔線圈132藉由延伸自最底部繞線128的間隔桿144與保存主體122隔開。在本文描述的實施例中，間隔桿144通常在垂直方向上(即在第2圖和第3圖繪示的座標軸之+Z方向上)延伸。然而，應當理解的是，在替代的實施例中，間隔桿144可以相對於垂直成一角度。如本文將進一步詳細描述的，間隔線圈充當減緩並阻止來自相鄰倉匣設備的玻璃物件朝向倉匣設備下側推進的彈簧墊，從而防止損壞玻璃物件。
現在參照第4圖，示意性繪示出一部分的倉匣設備100。如第4圖所圖示，當物件存放件120被定位在基座框架102的孔110中時，一部分的物件存放件120在基座框架102的底表面112下方，並且一部分的物件存放件120在基座框架102的頂表面108上方。更具體來說，物件存放件120被定位在孔110中，使得至少一部分的保存主體122被定位在基座框架102的頂表面108上或上方，並且間隔線圈132被定位在基座框架102的底表面112下方。例如，在第4圖繪示的實施例中，物件存放件120被定位在孔110中，使得保存主體122被定位在基座框架102的頂表面108上方，且間隔桿142延伸通過孔110，使得間隔線圈132被定位在基座框架102的底表面112下方並與底表面112分開。在這個特定的實施例中，保存主體122被固定於基座框架102，例如藉由焊接或類 似方式，而且保持桿140與被形成於支撐桿170中的對應孔172接合，從而相對於該基座框架固定物件存放件120的位置。在本文描述的實施例中，孔110包括側通道111，可以利用側通道111來促進物件存放件120對基座框架102的附接。
現在參照第1圖和第10圖，在本文描述的實施例中，倉匣設備100可以進一步包含至少一個延伸自基座框架102的頂表面和底表面中之至少一者的支座176。第1圖繪示的倉匣設備100包括複數個支座176，複數個支座176被定位於靠近基座框架102在該基座框架之長度方向上(即在第1圖繪示的座標軸之+/- X方向上)的端部。然而，應當理解的是，支座176可以延伸自基座框架102的頂表面108和底表面112兩者。利用支座176來將複數個倉匣設備100相互疊置在彼此頂上，同時將相鄰倉匣設備的基座框架之間保持分開，如第10圖所繪示，其中倉匣設備100b被疊置在倉匣設備100a的頂上。例如，在一個實施例中，支座176可以延伸通過基座框架102，且每個支座在支座176的一端上包含插口178並在支座176的另一端上包含支柱179。在第1圖圖示的實施例中，該等支座各在支座的上端中包括插口178，並在支座176的下端上包括支柱179。然而，應當理解的是，在其他的實施例中，支座的上端可以包括支柱179，並且下端可以包括插口178。設計插口178的尺寸和形狀來接收來自相鄰倉匣設備(例如位於上方或下方的倉匣設備，取決 於支座176的架構)的支座之對應支柱179，從而在其間保持所需的間距，並防止在橫向方向上的相對移動(即在第1圖繪示的座標軸之XY平面上的移動)。在實施例中，設計支座176的尺寸，使得上方倉匣設備的基座框架與下方倉匣設備的基座框架之間的間距大於該物件存放件之保存主體距離下方倉匣設備的基座框架之頂表面的高度。例如，在一個實施例中，下方倉匣設備的基座框架之頂表面與上方倉匣設備的基座框架之底表面之間的間距減去間隔線圈距離上方倉匣設備的基座框架之底表面的間距後大於或等於每個物件存放件之保存主體距離下方倉匣設備的基座框架之頂表面的高度，如第10圖所繪示。以此方式設計支座176的尺寸允許玻璃物件被定位在物件存放件120中，且玻璃物件不會直接接觸上方倉匣設備的間隔線圈，從而防止間隔線圈磨損玻璃物件。在實施例中，該等支座可以由諸如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼)、鎳、或鎳基合金等金屬材料形成。
現在參照第5圖和第7圖，在一些實施例中，倉匣設備100可以進一步包含複數個被定位在相鄰物件存放件120之間的支撐腳192。在實施例中，支撐腳192延伸自基座框架102的頂表面108，而且可以大致垂直於基座框架102的頂表面108。支撐腳192與物件存放件120分開並形成圍繞物件存放件120的籠狀結構。這允許 物件存放件120保持彈性和順應性，同時防止物件存放件因處理不當而塑性變形。
現在參照第5圖和第6圖，在實施例中，支撐腳192是鎖定板190的一部分，鎖定板190被固定到倉匣設備100的基座框架102。在實施例中，鎖定板190上形成有複數個區段194，在實施例中，區段194可以具有圓形或半圓形的結構，如第6圖所繪示。各區段194通常對應於倉匣設備100的基座框架102中的孔110。因此，應當理解的是，支撐腳192被定位在鎖定板190的相鄰區段194之間。鎖定板190的每個區段194可以進一步包括指部196，指部196延伸進入該區段包圍的區域。在實施例中，將指部196塑形以在指部196和區段194之間形成鎖定槽198。鎖定槽198通常具有槽方向，本文中使用的槽方向是指槽的長軸方向。在第6圖繪示的鎖定板190之實施例中，指部196大致是L形，並延伸自區段194，使得鎖定槽198被形成在「L」的長腳與區段194之間。然而，應當理解的是，其他結構的指部196也是構思並可能的。在本文描述的實施例中，通常設計鎖定槽198的尺寸來接收一部分對應的物件存放件120。在實施例中，鎖定板可以由諸如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼)、鎳、或鎳基合金等金屬材料形成。
現在參照第5-8圖，可以將鎖定板190附接於基座框架102的底表面112，例如藉由焊接或緊固件，使得區段194大致與基座框架102的對應孔110對齊，並且 支撐腳192被定位在基座框架102的開口(未圖示)中，使得支撐腳192延伸自基座框架102的頂表面108，如上所述。在本文所述利用鎖定板190的倉匣設備100之實施例中，基座框架102的每個孔都包括基準槽197。每個基準槽197大致具有槽方向，如本文中使用的，該槽方向是指槽的長軸方向。就像鎖定槽198，通常設計基準槽197的尺寸來接收一部分對應的物件存放件120，更具體來說是接收物件存放件120的間隔桿142，間隔桿142將間隔線圈132耦接到保存主體122。當鎖定板190被定位在基座框架102上並且區段194與該基座框架中的對應孔110對齊時，鎖定槽198與對應的基準槽197重疊，並且將鎖定槽198的槽方向旋轉偏離對應的基準槽197之槽方向。例如，在實施例中，將鎖定槽198的槽方向旋轉偏離基準槽197的槽方向一個大於0度至小於或等於180度的角度。鎖定槽198和基準槽197之間的這種方位將物件存放件120的間隔桿142(與鎖定槽198和對應的基準槽197接合)鎖入基座框架102上的位置，從而將物件存放件120固定於基座框架102並防止物件存放件120脫離基座框架102。
現在參照第9A-9C圖，示意性繪示出用於組裝倉匣設備(例如第1圖圖示的倉匣設備100)的組裝治具800之一個實施例。組裝治具800包括附接複數個定位銷804的基座802。設計定位銷804的尺寸，以適配於物件存放件的玻璃物件接收空間內，並將定位銷804分 開，以對應被形成在倉匣設備之基座框架102中的孔。在實施例中，基座802進一步包含在基座802的端部用於接收支座176的孔及用於接收每個物件存放件120之保持桿140的孔。在實施例中，定位銷804可以進一步包括用於接收物件存放件120之物件止擋130的槽。這些孔和槽允許在組裝過程中精確地將支座176和物件存放件120定向。
在使用中，先將物件存放件120定位在定位銷804上並將物件存放件120定向，使得每個物件存放件的保持桿140被接合在基座802中的對應孔中，以將物件存放件適當地定向，如第9A圖和第9B圖所圖示。同樣地，將支座176與基座802中的對應孔接合。之後，將基座框架102定位在組裝治具上，使得定位銷804與基座框架102中的孔110接合，如第9C圖所繪示，並且支座176與基座框架102中的對應孔接合。使用這種方向的基座框架之下，物件存放件120的間隔線圈即位於鄰近基座框架的底表面，並且物件存放件120的支持主體位於鄰近基座框架的頂表面。然後將物件存放件120和支座176焊接於基座框架102。在一個實施例中，可以在基座框架102中延伸自孔110的側通道111中將物件存放件120焊接於基座框架102(第4圖)。一旦物件存放件120被焊接到位，則將具有附接的物件存放件120和支座176的基座框架從組裝治具移出，並將支撐桿(第1圖)附接於基座框架102，使得物件存放件120的保持桿140與支撐桿中的 對應孔接合。在另一個實施例中，可以在基座802中機械加工出溝槽來接收支撐桿。然後可以將保持桿直接放入支撐桿中，而且可以在從夾具移出組件之前將支撐桿的端部焊接於基座框架。
現在參照第10圖和第11圖，在實施例中，倉匣設備的堆疊之上倉匣設備100b可以進一步包含被定位在倉匣設備之頂部上的蓋板210。當倉匣設備的堆疊通過諸如離子交換處理、洗滌、沖洗等各種處理步驟的操作時，蓋板210將玻璃製品固持在上倉匣設備100b的物件存放件中。蓋板210是由適合承受反複循環到高溫且無機械完整性損失的材料所構成，該高溫例如在傳統的離子交換操作中經歷的溫度(即超過300℃的溫度)。例如，在一個實施例中，蓋板210可以由諸如300系列不銹鋼(304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼)、鎳、或鎳基合金等不銹鋼材料形成。
在實施例中，建造蓋板210以盡量減少熱質量。例如，在實施例中，蓋板210可以由薄材料片構成，使得蓋板210具有小於或等於0.05英吋(1.27mm)或甚至小於或等於0.03英吋(0.762mm)的厚度。在仍其他的實施例中，蓋板210可以由薄材料片構成，使得蓋板具有小於或等於0.02英吋(0.508mm)或甚至小於或等於0.015英吋(0.381mm)的厚度。由薄材料片形成蓋板210降低了倉匣設備100的整體熱質量，同時提供倉匣設備100結構剛性。
蓋板210可以包括複數個開口212，開口212延伸穿過蓋板210的厚度。當倉匣設備100b被浸沒在流體中時，開口212允許流體(例如熔融鹽及/或水)穿過蓋板210並進入被定位在物件存放件120中的玻璃製品。當倉匣設備100b被從流體中抽出時，開口212還允許流體迅速地從倉匣設備100b排出。此外，該等開口減小倉匣設備100b的熱質量、減少倉匣設備100被降入浴中時對離子交換浴造成的熱衝擊。在實施例中，開口212可以具有均勻的尺寸和形狀，並被規則地定位在蓋板210的表面上。在一些其他的實施例中，該等開口可以被形成有不同的尺寸及/或形狀。
在一些實施例中，蓋板210可以包括複數個定位通道214。這些定位通道214可以被定位成與支座176的插口178接合，以在倉匣設備100b上適當地將蓋板210定向。蓋板210還可以包括與倉匣設備100b接合的附接夾218，以將蓋板210保持在倉匣設備100b之上。在實施例中，附接夾218可以是附接於蓋板210或與蓋板210一體形成的可彈性變形回復夾。附接夾218可以與倉匣設備的基座框架102接合，如第11圖所繪示，或者與支撐桿接合。
集體參照第1圖和第10-13圖，第12圖包含用於藉由離子交換強化玻璃物件的方法之流程圖500，並且第13圖示意性繪示該流程圖中描述的製程。在第一步驟502中，最初使用傳統的塑形和成形技術將由可離子交 換玻璃組成物形成的玻璃管原料1000塑形為玻璃物件900(具體言之為繪示的實施例中的玻璃小瓶)。在步驟504中，使用機械倉匣裝載機602將玻璃物件900裝入倉匣設備100中。倉匣裝載機602可以是機械夾持裝置，例如能夠一次夾持多片玻璃物件的卡鉗或類似物。或者，夾持裝置可以利用真空系統來夾持玻璃物件900。可以將倉匣裝載機602耦接到機器人手臂或其他能夠相對於玻璃物件900和倉匣設備100定位倉匣裝載機602的類似裝置。倉匣裝載機602將各件玻璃物件900定位在每個物件存放件120的玻璃物件接收空間中，使得玻璃物件被定位在保存主體122中而靜置在物件存放件120的物件止擋130上。
在下一個步驟506中，使用機械輸送機(例如輸送帶606、橋式起重機或類似物)將裝有玻璃物件900的倉匣設備100傳送到卡匣裝載區域。之後，在步驟508中，將複數個倉匣設備100(繪示出一個)裝入卡匣608中。雖然第13圖中只繪示出一個倉匣設備100，但應當理解的是，可建造卡匣608來固持複數個倉匣設備，使得大量的玻璃物件可以被同時處理。利用卡匣裝載機610將每個倉匣設備100都定位在卡匣608中。卡匣裝載機610可以是機械夾持裝置，例如卡鉗或一次能夠夾持一個或更多個倉匣設備的類似物。或者，夾持裝置可以利用真空系統來夾持倉匣設備100。可以將卡匣裝載機610耦接到機器人手臂或其他能夠相對於卡匣608和倉匣設備100定 位卡匣裝載機610的類似裝置。或者，可以將複數個倉匣設備手動堆疊在彼此之上，並手動裝入卡匣中。本文中使用的術語卡匣是指其中被裝入堆疊的倉匣設備的框架。卡匣通常在堆疊的倉匣設備前進通過各種處理步驟(例如離子交換浴、沖洗、洗滌及類似處理)時將堆疊的倉匣設備固持在一起。當多個倉匣設備100被裝入卡匣608時，將倉匣設備100定位，使得上方的倉匣設備之間隔線圈132被定位在下方的倉匣設備中固持的每件玻璃物件900的正上方。
在下一步驟510中，將包含倉匣設備100和玻璃物件900的卡匣608傳送到離子交換站並裝入離子交換槽614中，以便利玻璃物件900進行化學強化。使用卡匣傳送裝置612將卡匣608傳送到離子交換站。卡匣傳送裝置612可以是機械夾持裝置，例如卡鉗或能夠夾持卡匣608的類似物。或者，夾持裝置可以利用真空系統夾持卡匣608。可以使用高架軌道系統(例如高架起重機或類似物)將卡匣傳送裝置612和隨附的卡匣608從卡匣裝載區域自動輸送到離子交換站。或者，可以使用機器人手臂將卡匣傳送裝置612和隨附的卡匣608從卡匣裝載區域輸送到離子交換站。在又另一個實施例中，可以將卡匣傳送裝置612和隨附的卡匣608使用輸送機從卡匣裝載區域輸送到離子交換站、之後使用機器人手臂或橋式起重機從輸送機傳送到離子交換槽614。
一旦卡匣傳送裝置612和隨附的卡匣608在離子交換站，則在將卡匣608和其中容納的玻璃物件900浸沒於離子交換槽614中之前可以可選地將卡匣608和玻璃物件900預熱。在一些實施例中，可以在離子交換槽中將卡匣608預熱到高於室溫並低於或等於熔融鹽浴溫度的溫度。例如，可以將玻璃物件預熱到約300℃-500℃的溫度。然而，應當理解的是，由於本文所述倉匣設備100相對低的熱質量，預熱步驟是可選的。
離子交換槽614含有熔融鹽616的浴，熔融鹽616例如熔融鹼金屬鹽，例如KNO3、NaNO3、及/或上述之組合。在一個實施例中，熔融鹽浴為溫度被保持在高於或等於約350℃且低於或等於約500℃的100%熔融KNO3。然而，應當理解的是，還可以使用具有各種其他成分及/或溫度的熔融鹼金屬鹽浴來促進玻璃物件的離子交換。
在步驟512中，玻璃物件900在離子交換槽614中進行離子交換強化。具體來說，將玻璃物件浸沒在熔融鹽中，並保持一段足以在玻璃物件900中實現所需壓縮應力和層深度的時間。當玻璃物件900被浸沒時，玻璃物件最初在空氣從玻璃物件的內部空間逸出並被熔融鹽替換時具有正浮力。當玻璃物件由於正浮力而上升時，每件玻璃物件的頂部接觸到上方倉匣設備的間隔線圈132之圓形表面，藉以防止上方倉匣設備之底表面之間的接觸，並減輕對玻璃物件的損傷。此外，物件存放件120的 籃狀開放結構允許熔融鹽浴接觸玻璃物件的所有表面，從而改良在玻璃物件的表面中誘生的壓縮應力之均勻性。
在一個實施例中，玻璃物件900可以被保持在離子交換槽614中持續一段足以實現多達約100μm的層深度與至少約200MPa或甚至250MPa的壓縮應力的時間。在實施例中，玻璃物件900可以被保持在離子交換槽614中持續一段足以實現多達約100μm的層深度與至少約300MPa或甚至350MPa的壓縮應力的時間。保持時間可以短於30小時或甚至短於20小時。然而，應當理解的是，玻璃物件被保持在槽614中的時間可以視玻璃容器的成分、熔融鹽616的浴之成分、熔融鹽616的浴之溫度、及所需的層深度和所需的壓縮應力而改變。
在玻璃物件900被離子交換強化之後，使用卡匣傳送裝置612連同機器人手臂或橋式起重機從離子交換槽614移出卡匣608和玻璃物件900。在從離子交換槽614移出的過程中，倉匣設備100的物件存放件120之籃狀開放結構允許倉匣設備內的熔融鹽立即從每個倉匣設備排出。在從離子交換槽614移出卡匣608之後，將卡匣608和玻璃物件900懸掛在離子交換槽614上方，並圍繞水平軸轉動卡匣608，使得殘留在玻璃物件900中的任何熔融鹽被排空返回到離子交換槽614中。當卡匣608被轉動時，玻璃物件900在每個物件存放件120的保存主體122內朝向位於上方的倉匣設備之底表面滑動。藉由位於上方的倉匣設備之間隔線圈132防止玻璃物件900與位 於上方的倉匣設備之底表面鈍力接觸。間隔線圈132作為減緩並阻止玻璃物件900滑動的彈簧墊，從而減少由於鈍力接觸而對玻璃物件造成的損傷。之後，將卡匣608轉回初始位置，並讓玻璃物件冷卻然後沖洗。
然後使用卡匣傳送裝置612將卡匣608和玻璃物件900傳送到沖洗站。可以使用上述的機器人手臂或橋式起重機、或者使用自動輸送機(例如輸送帶或類似物)進行這種傳送。在下一步驟514中，將卡匣608和玻璃物件900降到含有水浴620的沖洗槽618中，以從玻璃物件900的表面去除任何過量的鹽。可以使用機器人手臂、橋式起重機或耦接到卡匣傳送裝置612的類似裝置將卡匣608和玻璃物件900降到沖洗槽618中。玻璃物件被浸沒於沖洗槽618時最初具有正浮力。然而，隨著玻璃物件升起，每件玻璃物件的頂部接觸到上方的倉匣設備之圓形表面間隔線圈132，從而防止與上方倉匣設備的下側之間的接觸並減輕對玻璃物件的損傷。
然後將卡匣608和玻璃物件900從沖洗槽618取出、懸掛在沖洗槽618上方、並將卡匣608圍繞水平軸轉動，使得殘留在玻璃物件900中的任何沖洗水被排空返回沖洗槽618中。當卡匣608被轉動時，玻璃物件900在每個物件存放件120的保存主體122內朝向位於上方的倉匣設備之底表面滑動。藉由位於上方的倉匣設備之間隔線圈132防止玻璃物件900與位於上方的倉匣設備之底表面鈍力接觸。間隔線圈132作為減緩並阻止玻璃 物件900滑動的彈簧墊，從而減少由於鈍力接觸而對玻璃物件造成的損傷。在一些實施例中，可以進行多次的沖洗操作，然後再將卡匣608和玻璃物件900移到下一個處理站。
在一個特定的實施例中，將卡匣608和玻璃物件900浸泡在水浴中至少兩次。例如，可以將卡匣608浸泡在第一水浴中，並且隨後浸泡在第二個不同的水浴中，以確保所有殘餘的鹼金屬鹽都被從玻璃製品的表面去除。可以將來自第一水浴的水送到廢水處理或蒸發器。
在下一步驟516中，使用卡匣裝載機610從卡匣608移出倉匣設備100。之後，在步驟518中，使用倉匣裝載機602從倉匣設備100卸載玻璃物件900，並將玻璃物件900傳送到洗滌站。在步驟520中，使用從噴嘴622射出的去離子水624之射流洗滌玻璃物件。可以將去離子水624的射流與壓縮空氣混合。
可選地，在步驟521(未繪示於第13圖)中，將玻璃物件900傳送到檢查站，在檢查站檢查玻璃物件的缺陷、碎片、變色、及類似物。
現在應當理解的是，在處理過程中可以使用本文所述的倉匣設備固定和保存玻璃物件。由開放的籃狀線圈形成倉匣設備的物件存放件可減少在倉匣設備內保存的玻璃物件中引入的缺陷。當使用該倉匣設備來便利該設備中容納的玻璃物件藉由離子交換進行強化時，以這種方 式形成的物件存放件還減少了倉匣設備的熱質量和表面積，從而改良離子交換性能。
雖然本文已經圖示和描述將該倉匣設備與玻璃容器(例如玻璃小瓶)一起使用，但應當理解的是，可以將該倉匣設備用來固定和保存各種其他類型的玻璃製品，包括、但不限於Vacutainers®、墨盒、注射器、安瓿、瓶子、燒瓶、藥瓶、管子、燒杯、小瓶或類似物，包括圓形的玻璃製品和非圓形的玻璃製品。
所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見的是，可以在不偏離所主張的標的物之精神和範圍下對本文描述的實施例進行各種修改和變化。因此，意圖使說明書涵蓋本文描述的各種實施例之修改和變化，前提是這樣的修改和變化落入所附申請專利範圍及其均等物之範圍內。

Claims (16)

  1. 一種用於在處理期間固定並保存玻璃物件的設備，該設備包含：用於接收玻璃物件的複數個物件存放件，其中該複數個物件存放件的每個物件存放件皆包含：一保存主體，包含一線圈，該線圈包圍一玻璃物件接收空間，其中該保存主體的該線圈之一最底部繞線的捲繞直徑小於該保存主體之其餘部分中的繞線之捲繞直徑，使得該保存主體的該線圈之該最底部繞線在該保存主體中形成一物件止擋；及一間隔線圈，從該保存主體的該線圈延伸至該物件止擋下方；以及一基座框架，包含延伸穿過該基座框架的複數個孔以及複數個支撐桿，該複數個支撐桿被支撐在該基座框架之該頂表面上方並延伸穿過該基座框架之一長度，其中該複數個物件存放件每個皆被定位在該基座框架中的對應孔中，使得每個物件存放件的該保存主體在該基座框架之一頂表面上方，並且每個物件存放件的該間隔線圈在該基座框架之一底表面下方，該複數個物件存放件的每個物件存放件皆與該複數個支撐桿中之一者接合，其中該設備由一金屬材料形成。
  2. 如請求項1所述之設備，其中該線圈之相鄰繞線被彼此分開。
  3. 如請求項1所述之設備，其中該保存主體之該最底部繞線的至少一部分為大致上線性的，並至少部分延伸橫跨由該保存主體之先前繞線包圍的區域。
  4. 如請求項1所述之設備，其中該保存主體的該線圈之該最底部繞線的至少一部分之該捲繞直徑逐漸減小。
  5. 如請求項1所述之設備，其中該間隔線圈之捲繞直徑小於在該保存主體之至少一部分中的繞線之捲繞直徑。
  6. 如請求項1所述之設備，其中該線圈係由剖面為大致圓形的線所形成。
  7. 如請求項1所述之設備，其中該複數個物件存放件的每個物件存放件皆包含一延伸自該保存主體之一最上部繞線的保持桿，其中該保持桿與該複數個支撐桿之一者接合。
  8. 如請求項1所述之設備，進一步包含大致垂直於該基座框架之該頂表面延伸的複數個支撐腳，其中該等支撐腳被定位在相鄰的物件存放件之間。
  9. 如請求項8所述之設備，其中該等支撐腳在該基座框架之該頂表面上方的高度小於或等於該複數個物件存放件中的每個之該保存主體在該基座框架之該頂表面上方的高度。
  10. 如請求項1所述之設備，其中：每個物件存放件的該保存主體之該間隔線圈以一間隔桿耦接到每個物件存放件的該保存主體之該物件止擋；該基座框架中的該複數個孔之每個孔皆包含一延伸穿過該基座框架的基準槽；以及每個物件存放件的該保存主體之該間隔桿與該基座框架中的一對應基準槽接合。
  11. 如請求項10所述之設備，進一步包含一鎖定板，該鎖定板被耦接至該基座框架之該頂表面和該底表面中之至少一者，其中：該鎖定板包含複數個鎖定槽，該複數個鎖定槽對應該基座框架中的該基準槽，其中該鎖定槽之槽方向被相對於該對應基準槽之槽方向旋轉偏離；以及每個物件存放件的該保存主體之該間隔桿與該鎖定板之一對應鎖定槽接合，從而防止該物件存放件脫離該基座框架。
  12. 如請求項11所述之設備，其中該鎖定槽之槽方向被相對於該對應基準槽之槽方向旋轉偏離大於80度並小於或等於約180度。
  13. 如請求項11所述之設備，其中該鎖定板進一步包含大致垂直於該基座框架之該頂表面延伸的複數個支撐腳，其中該等支撐腳被定位在相鄰的物件存放件之間。
  14. 如請求項13所述之設備，其中該等支撐腳在該基座框架之該頂表面上方的高度小於或等於該複數個物件存放件中的每個之該保存主體在該基座框架之該頂表面上方的高度。
  15. 如請求項1所述之設備，進一步包含至少一支座，該支座延伸自該基座框架之該頂表面和該底表面中之至少一者。
  16. 一種用於在處理期間固定並保存玻璃物件的組件，該組件包含：一第一倉匣設備，包含：用於接收玻璃物件的一第一複數個物件存放件，其中該第一複數個物件存放件的每個物件存放件皆包含：一保存主體，包含一線圈，該線圈包圍一玻璃物件接收空間，其中該保存主體的該線圈之一最底部繞線在該保存主體中形成一物件止擋；及一間隔線圈，從該保存主體的該線圈延伸至該物件止擋下方；一第一基座框架，包含延伸穿過該第一基座框架的複數個孔，其中該第一複數個物件存放件每個皆被定位在該第一基座框架中的對應孔中，使得每個物件存放件的該保存主體和該間隔線圈在該第一基座框架的相對側上；一第二倉匣設備，包含：用於接收玻璃物件的一第二複數個物件存放件，其中該第二複數個物件存放件的每個物件存放件皆包含：一保存主體，包含一線圈，該線圈包圍一玻璃物件接收空間，其中該保存主體的該線圈之一最底部繞線在該保存主體中形成一物件止擋；及一間隔線圈，從該保存主體的該線圈延伸至該物件止擋下方；以及一第二基座框架，包含延伸穿過該第二基座框架的複數個孔，其中該第二複數個物件存放件每個皆被定位在該第二基座框架中的對應孔中，使得每個物件存放件的該保存主體和該間隔線圈在該第二基座框架的相對側上；其中該第二倉匣被定位在該第一倉匣頂上並與該第一倉匣分開，使得該第二複數個物件存放件的每個物件存放件之該間隔線圈被定位在該第一複數個物件存放件之對應物件存放件的該玻璃物件接收空間上方。
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