BR112015032873B1 - Aparelho para aplicação de radiação uv a substratos em uma área de aplicação e método para fabricação do aparelho - Google Patents

Abstract

SEPARAÇÃO POR CALOR E LUZ PARA UMA FONTE DE RADIAÇÃO UV A presente invenção refere-se a um dispositivo para aplicar radiação UV aos substratos em um campo de aplicação, em que o dispositivo compreende: uma fonte de radiação, que emite ambas as radiação UV e luz visível e radiação infravermelha em um ângulo espacial; um espelho de deflexão seletivo de radiação, que reflete principalmente a radiação UV e transmite principalmente a radiação VIS e IR, caracterizado pelo fato de que o espelho de deflexão compreende pelo menos duas tiras de espelho plano, que são inclinados em relação um ao outro.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um aparelho de radiação para aplicação de radiação UV a substratos em uma área de aplicação. O aparelho compreende uma fonte de radiação que emite tanto radiação UV quanto luz visível e radiação infravermelha em um ângulo sólido, um espelho de deflexão de radiação seletiva que reflete a maior parte da radiação UV e transmite a maior parte da radiação visível e infravermelho. O espelho de deflexão compreende pelo menos duas tiras de espelho planas que são mutuamente inclinadas.

[002] Vernizes endurecidos por UV são usados em diversas áreas diferentes. Endurecimento deve ser entendido substancialmente como reticulação de cadeias de polímero. Nos vernizes endurecidos por UV, essa reticulação é induzida por radiação UV.

[003] Normalmente, estes vernizes compreendem, quando apli cados a uma peça de trabalho, solventes que devem ser expelidos antes do endurecimento. Essa expulsão pode ser acelerada por um aumento da temperatura acima da temperatura ambiente. Quanto mais alta a temperatura, mais rápido os solventes são expelidos. Desse modo, contanto, uma certa temperatura, que é dependente do verniz (temperatura do vidro, temperatura de decomposição química), não deve ser excedida. Do mesmo modo, a temperatura de deformação do material da peça de trabalho não deve ser excedida.

[004] Fontes de radiação UV altamente intensa são baseadas em lâmpadas de descarga de gás que também emitem, além da radiação UV desejada, luz visível forte (VIS) e radiação infravermelha (IR). Luz visível e infravermelho contribuem para um aumento de temperatura adicional substancial durante o endurecimento dos vernizes. Desse modo, deve-se evitar que a temperatura suba durante o processo de endurecimento acima da temperatura de vidro do verniz. É desejável oprimir essa contribuição de visível e infravermelho o máximo possível, desse modo perdendo radiação UV o mínimo possível.

[005] Fontes de radiação UV típicas consistem em uma lâmpada de descarga de gás e um elemento refletor que coleta radiação UV emitida em uma direção afastada da peça de trabalho e a reflete na direção da área de aplicação. A radiação UV que está se propagando na direção da área de aplicação é assim composta de radiação direta e de radiação refletida. No caso de uma fonte substancialmente linear, a lâmpada é substancialmente do formato de tubo. A lâmpada pode também consistir em uma série de lâmpadas substancialmente pontuais únicas que são dispostas em uma linha.

[006] De modo a atenuar o componente de visível e infraverme lho indesejado da radiação emitida da lâmpada que colide na área de aplicação, o elemento refletor pode ser fornecido com um revestimento que reflete a radiação visível e infravermelho à menor extensão possível. Isso pode ser realizado por uma camada de absorção, mas é preferivelmente realizado como um revestimento de película fina dicroica que, por um lado, reflete altamente o componente UV e transmite visível e infravermelho, o que significa defleti-lo a partir da área de aplicação. Uma fonte UV, que é feita sob medida, reduz a radiação visível e infravermelho na área de aplicação de acordo com o elemento de reflexão (tipicamente um elemento elíptico em um formato cilíndrico) por um fator na faixa de 2 a 5.

[007] Dessa maneira, contudo, não ocorre atenuação do compo nente de VIS e/ou IR da radiação direta. Adicionalmente, uma porção restante substancial da radiação de visível e infravermelho colide na área de aplicação cuja porção é transmitida por calor pelo revestimento do refletor.

[008] Uma atenuação adicional da radiação de visível e infraver melho pode ser realizada através de um espelho de deflexão adicional no caminho ótico da radiação direta. Tal espelho de deflexão deve refletir a radiação UV o melhor possível, deve refletir a radiação de visível e infravermelho ao menor grau possível. Tal espelho de deflexão é realizado como um espelho plano. Mais comumente é usado uma placa de vidro com um revestimento de filtro de película fina dicroica que é disposta em um ângulo de 45° em relação ao feixe principal da fonte UV. A área de aplicação é disposta a jusante no caminho ótico da radiação UV refletida pelo espelho de deflexão.

[009] A radiação UV é defletida por tal espelho de deflexão por 90°, enquanto a radiação de visível e infravermelho é transmitida e assim não encaminhada na direção da área de aplicação.

[0010] Dependente do elemento refletor e do espelho de deflexão, atenuações da radiação de visível e infravermelho pelos fatores 10-20 são realizadas. Sem espelho de deflexão, como endereçado acima, apenas fatores de atenuação entre 2 e 5 são alcançados. Considerando que, por meio do elemento refletor da lâmpada, tipicamente mais de 80% da radiação UV pode ser coletada, contudo, com o espelho de deflexão adicional e dependente da sua forma de realização e arranjo geométrico, tipicamente 30 a 50% da radiação UV se perde até a área de aplicação. Daí, resulta-se uma razão de potência de luz de UV (visível e infravermelho) na faixa de mais de 10:1 dos componentes relativos com uma lâmpada de descarga de gás de pressão média de mercúrio tipicamente usada. Por outro lado, e sem um espelho de deflexão, essa razão é tipicamente apenas 2:1 a 4:1. Essa radiação UV reduzida com o espelho de deflexão poderia, se disponível, ser compensada por uma lâmpada UV mais forte sem elevar os componentes de radiação de visível e infravermelho supererrogatórios. O resfriamento inevitável da lâmpada para fontes UV intensas, contudo, ajusta limites economicamente e tecnicamente para aumentar a potência; isso pode levar na prática a distâncias aumentadas à fonte UV que novamente reduz a intensidade de radiação UV desejada na área de aplicação.

[0011] Contudo, o uso do espelho de deflexão dicroico leva ao alongamento do caminho de luz entre a fonte UV e a área da aplicação tipicamente por aproximadamente 70% do comprimento do espelho de deflexão.

[0012] A situação respectiva é mostrada na figura 1 em relação à radiação de refletor e na figura 2 em relação à radiação direta. Nas figuras, a radiação UV é mostrada por linhas traço e ponto enquanto a radiação de visível e infravermelho é mostrada pela linha tracejada. A radiação total é mostrada pela linha contínua.

[0013] Desse modo, se torna evidente a partir da figura 2 que uma parte maior da radiação UV refletida não se propaga à área de aplicação que é sombreada nas figuras.

[0014] O alongamento do caminho ótico possui, assim, especial mente para a radiação direta, a consequência de que, devido ao ângulo de aperto no qual a radiação é emitida, a intensidade da radiação UV por unidade de superfície (intensidade de superfície) é reduzida especificamente também na área de aplicação. Para endurecer uma camada de verniz, uma certa dose é necessária, a qual é dada pelo produto da intensidade de radiação e tempo de exposição (mais acurado pelo tempo integral da intensidade). A intensidade de superfície reduzida como endereçado acima pode apenas ser compensado pelo alongamento do tempo de exposição de modo a alcançar a dose re-querida. Isso leva a um tempo de processamento alongado e, assim, a custos de processamento aumentados.

[0015] A intensidade de superfície reduzida como endereçado acima pode, contudo, ter uma séria desvantagem adicional: vernizes de endurecimento UV comuns possuem uma característica de endurecimento não linear em relação à intensidade de superfície. Isso significa que o grau de endurecimento é não apenas proporcional à dose de exposição, mas diminui abaixo de um certo limiar mais do que proporcionalmente com intensidade de superfície decrescente. A uma intensidade de superfície muito pequena nenhum endurecimento completo pode resultar.

[0016] A intensidade de superfície reduzida pode parcialmente ser compensada pelo fato de que uma configuração do elemento refletor é selecionada de modo que a luz é levada sobre a área de aplicação de uma maneira parcialmente focada ou aproximadamente colimada. No caso de peças de trabalho não planas com faces ou recessos laterais inclinados, isso leva à desvantagem de que essas áreas são expostas a substancialmente menos luz UV. Por exposição aumentada, a dose de exposição requerida pode possivelmente ser alcançada se a exposição demasiada resultante das áreas planas não leva a desvantagens e a intensidade minimamente necessária pode, contudo, ser alcançada. Se este não é o caso, existe a possibilidade de girar as peças de trabalho durante o movimento relativo das peças de trabalho em relação à fonte UV. Esse movimento adicional, contudo, leva a gasto adi-cional significante para o suporte das peças de trabalho e para as facilidades para o movimento e a desvantagens de uma densidade de disposição reduzida das peças de trabalho na planta de endurecimento e a um alongamento substancial dos tempos de exposição.

[0017] Estas desvantagens juntamente com o uso do espelho de deflexão podem ser novamente contornadas pelas fontes UV de potência mais alta. Além dos altos custos para uma fonte UV mais forte, também o calor de dissipação, que deve ser removido, deve ser considerado. Mediante o uso de potências de radiação UV alta tal como usado nas aplicações de fabricação, temperaturas de sistema aumen- tadas levam por um lado a desvios de processamento e por outro lado a defeitos de envelhecimento acelerado do aparelho e instalações. Eles podem ser normalmente reduzidos com a ajuda dos meios de resfriamento adicionais ou podem mesmo ser eliminados, o que, no entanto, é ligado a investimentos adicionais e custos operacionais.

[0018] O inventor descobriu que as desvantagens endereçadas acima podem ser fortemente reduzidas por um espelho de deflexão com um formato substancialmente de superfície côncava. Desse modo e com a curvatura, não apenas a parte ótica alongada pode ser facilmente compensada, mas adicionalmente, pelo menos em um plano, um foco parcial da radiação UV refletida pode ser alcançado, o que leva a um aumento da intensidade de superfície. O formato do espelho de deflexão curvado é, desse modo, dependente da posição exta e orientação da área de aplicação.

[0019] O substrato do espelho de deflexão curvado é, desse mo do, preferencialmente permeável para radiação de visível e infravermelho. Como um material de substrato, isto é, material plástico ou de vidro, deve ser, assim, levado em consideração como um deve ter em mente que os substratos são expostos a altas temperaturas e a uma radiação UV restante. Contudo, também seria possível selecionar para o substrato um material que absorve visível e infravermelho eficientemente, mas seria fortemente aquecido pela potência absorvida e teria que ser resfriado separadamente.

[0020] De modo a realizar as características óticas como requeri do, uma superfície de vidro dobrada de maneira côncava pode ser revestida com um filtro de interferência. O filtro de interferência é, como um exemplo, desenvolvido como um sistema de camada alternativa de película fina, por meio do que as camadas mais próximas à superfície fornecem a reflexão da radiação UV e o sistema de camada alternativa como um todo age como camada antirreflexo para a radiação visível e infravermelho. Os problemas que ocorrem no quadro de fabricação da superfície de vidro curvado só podem ser resolvidos sob gastos elevados. Além disso, a dependência de ângulo do comportamento ótico dos arquivadores de interferência é um desafio. Por um lado, a dificuldade ocorre quando se reveste superfícies curvadas para atingir um revestimento uniforme ao longo de toda a superfície oticamente relevante. Por outro lado, esta abordagem requer para um funcionamento ótimo os chamados filtros de gradiente, de modo a lidar com os ângulos que colidem dependentes da posição diferente. A tecnologia de revestimento disponível é, no entanto, capaz de dominar pelo menos parcialmente esses problemas, tal dominação sendo também associada com grandes gastos e, assim, novamente com custos elevados.

[0021] Na abordagem com o espelho curvado, o problema resulta de que em algumas aplicações a distância da fonte de radiação à área de aplicação da base de radiação. Este pode, por exemplo, ser o caso quando, por um lado, substratos grandes fornecidos com uma camada de verniz devem ser expostos à radiação UV, os quais são dispostos em um plano e quando com o mesmo aparelho de endurecimento também pequenos substratos posicionados em um eixo devem ser expostos à radiação UV, através do que e devido ao eixo, os substratos e, assim, a área de aplicação são dispostos mais próximos ao espelho de deflexão. No pior caso, se torna necessário trocar o espelho de deflexão curvado por um espelho de deflexão com uma curvatura diferente.

[0022] Existe, assim, uma necessidade por um aparelho de radia ção para radiação UV que é simples de ser concretizado, mas que é eficiente e pelo qual é alcançado que uma área de aplicação seja exposta à radiação UV com uma intensidade de superfície suficiente.

[0023] De acordo com a invenção, este objetivo é resolvido de acordo com uma forma preferida de realização pelo fato de que é aplicado um espelho de deflexão, que é composto a partir de tiras de espelho plano, por meio do que as tiras de espelho plano são mutuamente inclinadas de uma maneira que elas pelo menos aproximadamente imitam uma curvatura desejada. Pelo menos duas tiras são usadas, contudo, e preferivelmente mais do que duas e especialmente preferidas três tiras.

[0024] Desse modo, as duas desvantagens dominantes do formato curvado podem ser contornadas de uma maneira simples. O revestimento das tiras de espelho pode ser feito de modo que o primeiro vidro plano é revestido. Uma placa de vidro revestida dessa maneira é subsequentemente dividida em tiras e essas tiras são montadas em um membro de fixação. Esse membro de fixação é feito sob medida, de modo que cada uma das tiras de espelho se torna orientada em um ângulo predeterminado ao caminho ótico principal da fonte UV. Esses ângulos únicos são selecionados de modo que a radiação UV mais possível colida na área de aplicação. Devido ao fato de que as tiras de espelho substancialmente transmitem a radiação visível e infravermelho, esse componente permanece em qualquer caso pequeno na área de aplicação.

[0025] Com a seleção individual adequada das características espectrais da camada de espelho de película fina para cada tira de espelho, ambos os requisitos podem ser ainda mais otimizados. Assim, para cada ângulo, uma placa de vidro específica é revestida com um filtro de interferência de película fina otimizado para este ângulo específico. O espelho de deflexão de acordo com a invenção é então composto de tiras das placas de vidro revestidas de forma diferente.

[0026] De acordo com uma forma especialmente preferida de realização da presente invenção, as fixações, pelas quais as tiras de espelho são fixas ao suporte, são feitas sob medida de modo que elas podem ser torcidas, pelo menos em uma determinada faixa de ângulo, em torno de um eixo que é paralelo à borda mais longa das tiras de espelho. Desse modo, torna-se possível ajustar a curvatura aproximada do espelho de deflexão e, assim, otimizar a potência de radiação UV para diferentes planos de aplicação.

[0027] Por meio de ângulos ajustáveis dos segmentos de espelho, a exposição dos diferentes elementos de superfície das peças de trabalho tridimensionais com intrusões e faces laterais pode ser feita substancialmente mais uniforme e, assim, melhorada, na medida em que os segmentos sejam tão ajustados que a luz colide com partes do feixe sobre a área de aplicação de forma concentrada ao longo de uma grande faixa angular. Embora seus resultados para as áreas planas sejam intensidade de alguma forma inferior, é, assim, alcançada uma exposição homogênea sobre toda a superfície da peça de trabalho. Esta forma de realização permite um ajuste simples e especialmente flexível da distribuição angular e da distribuição espacial da luz radiação. O ajuste dos ângulos desses segmentos de espelho pode também ser realizado através de unidades controláveis externamente que abrem a possibilidade de realizar oticamente a exposição em elementos de forma diferente controlada pelo processo. Em um refinamento adicional os espelhos podem ser movidos de forma síncrona com o movimento de passagem das peças de trabalho através de área de aplicação por unidades adaptadas como endereçado.

[0028] Dessa maneira, a exposição da forma da superfície das pe ças de trabalho pode ser feita de uma maneira dinamicamente adaptada e otimizada.

[0029] A invenção é agora exemplificada em detalhes com a ajuda das figuras.

[0030] A figura 1 mostra um aparelho de radiação UV com um es pelho de deflexão plano e o caminho ótico da radiação de refletor.

[0031] A figura 2 mostra o aparelho de radiação de acordo com a figura 1 e o caminho ótico para a radiação direta.

[0032] A figura 3 mostra um aparelho de radiação de acordo com uma forma de realização preferida da presente invenção por meio do qual o espelho de deflexão é concretizado por três tiras de espelho.

[0033] A figura 4 mostra um exemplo de um suporte para um es pelho de deflexão de acordo com a invenção.

[0034] Na figura 5 é mostrada uma vista de topo correspondente do suporte mostrado na figura 4.

[0035] A figura 6a mostra uma unidade de endurecimento.

[0036] A figura 6b também mostra uma unidade de endurecimento.

[0037] A figura 7 mostra uma peça de trabalho a ser tratada, a se ção transversal da qual representando um segmento de um círculo.

[0038] A figura 8 mostra o perfil dependente de posição da dose.

[0039] A figura 9 mostra a variação da potência da fonte UV sin- cronicamente com o movimento da peça de trabalho.

[0040] A figura 10 mostra o resultado para a distribuição local da dose de radiação UV na superfície das peças de trabalho assumidas, respectivamente, para as configurações de acordo com as figuras 6a e 6b.

[0041] Na realidade, os substratos são muitas vezes movidos através da área de aplicação. Como um exemplo ao longo de um caminho circular se aplicada em um assim chamado eixo. Desse modo, uma exposição repetitiva do verniz é alcançada. Com este movimento, o aumento indesejado de temperatura é, adicionalmente, reduzido, porque a superfície pode resfriar durante a área angular do movimento circular que é evitada a partir da área de aplicação.

[0042] Na sequência, uma comparação quantitativa da dose UV acumulada (= intensidade x tempo) sobre um substrato plano que é movido através da área de aplicação, através da qual é referenciado para o caso sem o espelho dicróico, para o qual se assume uma dose = 100. O espelho dicróico tem no caso atualmente assumido um coeficiente de reflexão de aproximadamente 93% para a radiação UV e um coeficiente de transmissão de aproximadamente 92% para a radiação de visível e infravermelho. Para a dose UV na área de aplicação, resulta um valor de aproximadamente 65, para a dose de visível e infravermelho um valor de aproximadamente 25, o que significa que a radiação indesejada é reduzida pelo espelho dicróico plano em 75%, enquanto que a radiação UV desejada só é reduzida em 30%.

[0043] Agora, se alguém muda do espelho de deflexão plano para duas tiras de espelho mutuamente inclinadas, resulta uma dose UV substancialmente mais elevada de 79 (em comparação com 65 para o espelho de deflexão plano). Em oposição à mesma, as doses de visível e infravermelho aumentam apenas um pouco em 28 (em comparação a 25 para o espelho de deflexão plano).

[0044] Com uma outra divisão do espelho de deflexão em três tiras, como mostrado na figura 3, a dose UV na área de aplicação pode ainda ser melhorada. Para este caso mostrado esquematicamente na figura 2, resulta uma dose UV de 83, ou seja, um aumento de 30% em relação ao espelho de deflexão plana, enquanto a dose de visível e infravermelho aumenta apenas para aproximadamente 29.

[0045] Com um número crescente de segmentos de espelho, a eficiência para a orientação da luz UV para a área de aplicação pode teoricamente ser melhorada. No entanto, também o número de bordas de tira aumenta, nas quais ocorrem as perdas. Além disso, as despesas para a fabricação de um tal espelho de vários segmentos aumenta.

[0046] Ao lado da dose de radiação UV que é importante para o endurecimento UV, para alguns processos de endurecimento um limiar de intensidade da radiação UV deve ser excedido durante um certo período de tempo. Enquanto que para o caso do espelho de deflexão plano para o exemplo endereçado, uma intensidade máxima de aproximadamente 45 unidades é alcançada, para o caso no qual o espelho de deflexão consiste em duas tiras de espelhos, é alcançado um valor de aproximadamente 60, e no caso mostrado na figura 3 com três tiras ainda um valor de aproximadamente 80. Assim, com a divisão do espelho dicróico em tiras quase a mesma intensidade de superfície podem ser alcançadas como no caso de uma abordagem sem esse espelho.

[0047] Em uma relação não linear de endurecimento e dose, o alcance do limiar de intensidade para esta intensidade de superfície pode ainda ser garantida.

[0048] Por meio da presente invenção, é alcançado um aumento significativo da intensidade de radiação UV desejada na área de aplicação sem ter que aceitar um aumento significativo da intensidade de radiação indesejada de visível e infravermelho. Consequentemente, a etapa de endurecimento do verniz sensível a UV pode ser feita em tempo mais curto e, assim, com uma taxa de tato aumentada, mais peças de trabalho podem ser endurecidas por unidade de tempo. Alternativamente pode-se chegar a um resultado equivalente com uma fonte de luz UV mais fraca com a vantagem de preço de compra mais baixo de uma fonte de luz UV fraca e de menores custos de operação. Além disso, uma maior eficiência da orientação de luz UV sobre a área de aplicação tem a vantagem de que resfriamentos necessários do aparelho e, especialmente, da área de aplicação, na qual os substratos com o verniz sensível à temperatura residem, podem ser, por um lado, dimensionados menores e com menos gastos e, por outro lado, podem ser operados com menos consumo de energia. Em fábricas de produção técnica, todo o calor residual do processo de endurecimento deve ser removido com um resfriamento de ar forte, de modo a manter o aumento de temperatura na zona de aplicação baixa. Em tais correntes de ar, deve-se evitar por meio de filtragem intensa que as partículas de poeira entrem na corrente e, portanto, sobre a superfície do verniz, que está no início ainda em estado viscoso, e fure-a. Qualquer redução da corrente de ar necessária em virtude da redução da radiação indesejada ou por melhoria da eficiência da orientação da luz UV, como se mostra na presente invenção, leva a uma eventual redução dessas correntes de ar necessárias.

[0049] Em relação a um exemplo de um espelho de deflexão, que é construído a partir de três faixas de espelho, é mostrado na figura 4 um suporte para as tiras de espelho. Na figura, as tiras de espelho em corte transversal só são mostradas pelas linha tracejadas. O suporte compreende elementos de fixação 3, 7, 9 e 11, que são fornecidos nas tiras ao longo das bordas mais curtas, são, por exemplo, presos às mesmas. O elemento de fixação 3 de uma tira é, assim, ligado ao elemento de fixação 7 de uma tira vizinha através de teias 13, 17 ligadas por uma junta 15. O elemento de fixação 9 da tira central está assim ligado ao elemento de fixação 11 da outra tira vizinha através das teias 19, 23, ligado por uma junta 21. As tiras mais externas do espelho de deflexão têm elementos de fixação adicionais 25 e 29. Estes elementos de fixação são fixos aos arcos circulares 27, 31. Eles podem ser deslocados ao longo destes arcos circulares e podem, em seguida, ser fixados. O arco circular 27 pertence a um círculo teórico, o centro do qual sendo na junta 15. O arco circular 31 pertence a um círculo teórico, o centro do qual sendo na junta 21.

[0050] De preferência, é fornecido tal suporte em ambos os lados das tiras de espelho dispostas desta maneira. Na figura 5 é mostrada uma vista de topo respectiva. Com este suporte a inclinação das tiras de espelhos podem ser ajustadas e equilibradas de uma maneira simples.

[0051] Um outro aspecto da presente invenção aborda as instalações e processos para uma exposição controlável das peças de trabalho à luz UV para o endurecimento de vernizes de superfície sensível a UV. Especialmente, este aspecto trata de instalações de exposição para endurecimento de camadas de verniz sensíveis a UV em superfícies com um foco na exposição homogênea ou em uma exposição da superfície do verniz seguindo um perfil predeterminado sobre uma peça de trabalho tridimensional.

[0052] Vernizes de superfície são aplicados para diferentes fun ções de temperamento de superfície como para camadas protetoras mecânicas e químicas, mas também para a função como características especiais decorativas, como de cor ou reflexão da luz ou espalhamento de luz. Os vernizes como usados são aplicados como uma película por processos de pulverização, imersão ou pintura sobre as peças de trabalho a serem revestidas e são subsequentemente trazidos para o seu estado final com as características desejadas por meio de um processo de endurecimento. Durante a etapa de endurecimento, a energia é aplicada à película de verniz, de modo a acelerar o processo de endurecimento.

[0053] Para vernizes convencionais, a energia térmica na forma de radiação infravermelha ou com a ajuda de um gás aquecido (ar) é aplicada. Com a ajuda de fornos adequados ou de radiadores de infravermelhos, a camada de verniz pode ser uniformemente endurecida de uma maneira relativamente simples também em geometrias de superfície complexa. O período de tempo relativamente longo (tipicamente entre 10 ... 100mins) é uma desvantagem deste processo de endurecimento, a qual, particularmente num processo de produção em série, pode tornar as logísticas complexas e suscetíveis a distúrbios do processo. Com uma classe alternativa de vernizes, que são endurecidos sob adição de luz UV, estes problemas podem ser amplamente eliminados. O endurecimento é realizado por exposição das películas de verniz às fontes de luz UV de alta intensidade. Deste modo, a etapa de endurecimento pode ser substancialmente encurtada no tempo, durações de exposição de 1...10mins são típicas. Uma exposição uniforma da película de verniz à luz UV é, no entanto, um desafio, em especial para as superfícies e formas complexas. Para superfícies bidimensionais, uma exposição uniforme em uma dimensão é alcançada por meio da utilização de uma fonte UV linear em forma de haste, uniformidade na outra dimensão pode ser alcançada por um movimento relativo da peça de trabalho em relação à fonte UV. Para geometrias de superfície mais complexa, a peça de trabalho deve, adicionalmente, ser girada e/ou inclinado em relação à fonte UV, o que representa um desafio especial em relação à mecânica do suporte da peça de trabalho na fábrica de endurecimento. Isto limita, naturalmente, a uniformidade e regularidade que são acessíveis do aspecto de qualidade e característico das películas endurecidas ou limita as formas de superfície que podem ser tratadas.

[0054] Características de película significativas da película de verniz endurecido necessitam de uma dose mínima de luz UV, variações com uma exposição elevada podem ser pequenas para essas características. Assim, uma falta de luz UV em algumas áreas sobre a superfície da peça de trabalho pode ser compensada pela duração da exposição alongada pela qual as outras áreas se tornam expostas demasiadamente. Para as características que são criticamente dependentes da dose, uma perda de homogeneidade é a consequência.

[0055] Uma exposição homogênea pode ser alcançada por meio de vários suportes rotativos para as peças de trabalho. Tais suportes e instalações, portanto, são onerosos em relação à aquisição, são exigentes em relação ao manuseio e normalmente são inflexíveis em relação à aplicação. Exploração adicional da superfície de carga máxima dada da fábrica com peças de trabalho é baixa.

[0056] Assim, problemas da técnica anterior reais podem ser:

[0057] -Exposição excessiva:

[0058] - as características não são homogêneas, por exemplo, fragilização em áreas superexpostas, na área de endurecimento incompleto mecanicamente, menos características de película carregá- vel.

[0059] - Vários suportes de rotação para peças de trabalho levam a uma despesa adicional significativa na fabricação, preparação, ma-nuseamento e manutenção de estoque de suportes específicos de peça de trabalho.

[0060] Primeiro, é preciso esclarecer como peças de trabalho for necidas com a película de verniz estão a ser movidas através de uma área de aplicação para a qual a luz UV de uma fonte UV é guiada. Uma exposição uniforme na dimensão perpendicular à direção de movimento é realizada por meio de uma forma alongada da geometria de iluminação (lâmpada UV em forma de haste). Para a forma de curvatura do movimento das peças de trabalho, é assumido aqui um movimento linear ou circular sobre um cilindro sem limitar o método posteriormente endereçado de acordo com a invenção. A figura 6a mostra esquematicamente o arranjo em uma unidade de endurecimento com a fonte de luz UV. A luz UV da lâmpada UV é coletada através de um refletor e é conduzida para uma área de aplicação, na qual a película de verniz em peças de trabalho é exposta e, assim, é endurecida. As peças de trabalho na área de aplicação são aquecidas até que a radiação de luz total da fonte UV seja absorvida em grande medida nesta área espacial. As películas de verniz são, no entanto, sensíveis à temperatura e a temperatura não pode exceder um valor máximo. Este problema é mitigado por um movimento cíclico das peças de trabalho através de área de aplicação, as peças de trabalho podem esfriar durante aqueles intervalos de tempo nos quais elas não estão localizadas na área de aplicação. Para peças de trabalho com um alcance limitado, este movimento cíclico é estabelecido preferivelmente ao longo de um caminho circular pelo que a área de peças de trabalho montada sobre um tambor e este tambor se move em torno do seu eixo.

[0061] Uma forma avançada de realização de uma unidade de endurecimento é mostrada na figura 6b. Por meio de um espelho dicróico, que é transparente para a luz VIS e a radiação IR da lâmpada UV, mas altamente refletivo para UV, a radiação de visível e infravermelho indesejada é levada para longe da área de aplicação e consequentemente o aumento da temperatura durante o processo de endurecimento pode ser ainda mais limitado.

[0062] No que se segue, o método de acordo com a invenção de uma exposição homogênea de uma peça de trabalho que tem uma geometria de superfície mais complexa e que é fornecida com uma camada de verniz sensível a UV é mostrado. Como um exemplo, uma peça de trabalho cilíndrica, a seção transversal da qual representa um segmento de círculo (figura 7), é descrita.

[0063] Se esta peça de trabalho num tambor é transportada num movimento circular através da área de aplicação, daí resulta para a dose (= intensidade x tempo) da exposição com luz UV, um perfil dependente da posição como mostrado na figura 8, respectivamente, para uma unidade de endurecimento de acordo com a figura 6a e 6b.

[0064] A dose diminui no segmento de cilindro circular a partir do centro na direção da borda da peça de trabalho em aproximadamente 30%. De acordo com a invenção, a potência da fonte UV não varia de forma sincronizada com o movimento da peça de trabalho. Deste modo, a potência é ajustada para seguir uma forma da curva determinada ao longo do tempo. De modo a ilustrar o princípio e por conveniência, é selecionada uma forma de curva sinusoidal, pelo que a fase é mantida numa relação constante com o movimento de rotação do tambor (figura 9).

[0065] A frequência desta modulação da fonte de luz UV é determinada pela disposição das peças de trabalho sobre o tambor, pelo que um se afasta do fato de que o espaçamento entre as peças de trabalho sobre a periferia do tambor é pequena no sentido de proporcionar uma carga densa. Assim, a modulação continua com cada uma das peças de trabalho que se move sequencialmente através da área de aplicação.

[0066] Na figura 10, o resultado da distribuição local da dose de radiação UV sobre a superfície das peças de trabalho assumidas é mostrado, respectivamente, para as configurações da figura 6a e da figura 6b. Como mostrado a partir deste diagrama, o curso da dose a partir do centro para a borda torna-se praticamente eliminado. Este resultado é alcançado, neste caso, com uma amplitude de modulação da fonte de luz UV de aproximadamente 35% em relação ao valor constante. A fase da forma da curva de modulação é escolhida de modo que a potência de modulação seja mínima no momento em que a peça de trabalho assume uma distância mínima a partir da fonte de luz UV, ou seja, da normal paralela ao eixo da distribuição de luz UV.

[0067] O princípio desta modulação síncrona da potência de luz com o movimento da peça de trabalho pode ser aplicado de acordo com a invenção também substancialmente em formas mais complexas então do que a forma exemplificada aqui. Para fazê-lo, uma forma de curva períodica substancialmente arbitrária pode ser utilizada que está em uma relação de fase definida em relação ao movimento do substrato. A amplitude bem como a fase podem ser cada moduladas sob a restrição de uma frequência que está de acordo com a frequência do movimento da peça de trabalho sobre a área de aplicação ou que é um múltiplo desta frequência. A forma da curva contém neste caso componentes harmônicos mais elevados neste caso, cada um com uma fase fixa determinada, de modo a manter a sincronização com o movimento da peça de trabalho.

[0068] O princípio da modulação de potência de luz UV síncrona para o controle da dose UV sobre a película de verniz nas superfícies da peça de trabalho que estão dispostas sobre um tambor rotativo pode também ser utilizado para compensar uma distribuição não homogênea da dose ao longo da circunferência do tambor. Uma tal falta de homogeneidade pode resultar de imprecisões mecânicas, erros de equilíbrio, erros de orientação, etc. Além disso, uma aberração de concentricidade (isto é, velocidade não constante de rotação angular) pode levar a uma distribuição não homogênea de doses ao longo da circunferência.

[0069] Por meio de uma modulação da potência de luz UV de forma sincronizada com o movimento de rotação do tambor, as doses UV sobre as peças de trabalho sobre o tambor podem especificamente ser influenciadas de modo que uma distribuição mais uniforme de dose resulta ao longo da extensão de largura das peças de trabalho. No caso de não concentricidade, a fase da modulação tem de ser determinada a partir dos valores de corrente de um sensor de ângulo de rotação, que está rigidamente ligada ao eixo do tambor.

[0070] Influenciar a dose UV ao longo da extensão de largura da peça de trabalho por meio da modulação síncrona da potência de luz UV não é limitado em eliminar uma não uniformidade da dose UV, mas pode especificamente também ser utilizado para impor uma distribuição de dose determinada desejada ao longo da peça de trabalho, de modo a intensificar ou atenuar uma característica desejada da película de verniz endurecida que pode ser influenciada através da dose UV ou a intensidade de UV sobre a superfície da peça de trabalho. No caso mais simples, isto pode ser definido por meio da amplitude de modulação e a fase de modulação, assumindo que a frequência fundamental da modulação é predeterminada pela ocupação do tambor por peças de trabalho e pela velocidade de rotação do tambor. A amplitude de modulação bem como a fase de modulação pode elas próprias ser moduladas de forma síncrona, por meio do que a frequência fundamental tem que estar de acordo com a frequência do movimento das peças de trabalho através da área de aplicação.

[0071] Com este princípio, é mesmo possível fornecer diferentes peças de trabalho no tambor com uma distribuição de dose UV otimizada para as respectivas peças de trabalho , em que para diferentes ângulos de rotação do tambor diferentes formas de curvas de modulação são aplicadas. Desse modo, uma flexibilidade substancialmente aumentada em relação ao campo de aplicação pode ser alcançada.

[0072] Uma outra vantagem desta modulação síncrona pode residir no fato de que em um ambiente de produção, no qual as peças de trabalho mais diferentes devem ser expostas, substancialmente menos suportes diferentes adaptados para as respectivas peças de trabalho podem ser necessários. Ao adaptar as formas de curvas de modulação na precrisção de processo, cursos de doses para as diferentes peças de trabalho que são montadas sobre o mesmo suporte podem ser equalizados.

[0073] Para formas de superfície mais complexa das peças de tra balho, pode ser necessário que o suporte com as peças de trabalho sobre o tambor seja girado sobre seus eixos, de modo a realizar também nas faces laterais uma dose de exposição suficientemente elevada. Por meio da modulação síncrona da potência de luz UV, naqueles casos em que as faces laterais não sobem e caem acentuadamente, pode-se realizar um aumento da dose nas faces laterais também com suportes não rotativos, o que, por um lado, leva a uma significativa simplificação do equipamento de fábrica necessário (nenhum mecanismo de rotação) e, por outro lado, a inevitável queda da taxa de transferência é eliminada, o que resulta com suportes giratórios. No caso de suportes rotativos, em geral, normalmente substancialmente mais partes podem seguradas, mas o tempo de exposição aumenta para o mesmo grau. Por estes equipamentos mecânicos adicionais para rotação de apoio, no entanto, uma parte da superfície explorável no espaço de aplicação é perdida, o que leva à perda endereçada na taxa de transferência.

[0074] Na descrição até agora sempre se partiu de um tambor no qual as peças de trabalho são montadas por meio de suportes e para este tambor foi assumido um movimento de rotação em torno do seu eixo. Todas as explicações endereçadas acima podem também ser aplicadas no caso de um movimento cíclico ou não recorrente das peças de trabalho em suportes através da área de aplicação da exposição UV e, assim, que também abrange o caso de uma instalação em linha.

[0075] 1. Melhoria resultante em comparação com a técnica ante rior ou, respectivamente, vantagens concretas, o que resultou da aplicação da invenção. • Uniformidade aperfeiçoada das características e, assim, da qualidade de uma película de verniz em uma peça de trabalho. • Aumento substancial da flexibilidade em relação a geometrias de peça de trabalho novas ou de muitos lados, consequentemente mudança mais rápida na produção de diferentes peças de trabalho. • Redução dos suportes necessários para diferentes peças de trabalho, uma vez que a exposição de peças de trabalho similares pode ser feita através do ajuste da modulação com suportes iguais. • Pode-se, para peças de trabalho mais simples específicas (faces laterais não muito acentuadas), evitar o uso de suportes de ro-tação, o que, por um lado, resulta em suportes mais simples e menos custosos e, por outro lado, elimina uma perda de rendimento resultante dos suportes de rotação.

Claims (6)

1. Aparelho para aplicação de radiação UV a substratos em uma área de aplicação, sendo que o aparelho compreende - uma fonte de radiação que emite tanto radiação UV quanto luz visível e radiação infravermelha em um ângulo sólido, - um espelho de deflexão de radiação seletiva que reflete a maior parte da radiação UV e transmite a maior parte da radiação visível e infravermelho, caracterizado pelo fato de que o espelho de deflexão compreende pelo menos duas tiras de espelho planas que são mutuamente inclinadas de tal maneira que elas refletem a radiação direta divergente da fonte de radiação em direção da área de aplicação e, desse modo, pelo menos reduz a divergência e, portanto, leva a um aumento da intensidade de superfície na área de aplicação.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espelho de deflexão compreende três tiras de espelho planas.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende meios para ajustar a orientação das tiras de espelho.

4. Método para fabricação de um aparelho, como definido na reivindicação 1, com as seguintes etapas - fornecer uma fonte de radiação que pode emitir tanto radiação UV quanto luz visível e radiação infravermelha em um ângulo sólido, - fornecer um espelho de deflexão que pode refletir a maior parte da radiação UV e pode transmitir a maior parte da radiação visível e infravermelho, caracterizado pelo fato de que - para fornecer o espelho de deflexão pelo menos uma placa de vidro plana é revestida com um filtro de interferência que é baseado em sistemas de camada de película fina, sendo que o filtro de interferência, sob um ângulo de incidência predeterminado, substanci-almente reflete radiação UV e substancialmente transmite radiação visível e infravermelho e, após o revestimento, a pelo menos uma placa de vidro é dividida em tiras e pelo menos duas tiras são montadas em um suporte de tal maneira que elas são mutuamente inclinadas e refletem a radiação direta divergente que vem da fonte de radiação em direção da área de aplicação e, desse modo, pelo menos reduz a divergência e, portanto, leva a um aumento da intensidade de superfície na área de aplicação.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que para a montagem do espelho de deflexão, tiras de placas de vidro revestidas com diferentes filtros de interferência são usados.

6. Método de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caraterizado pelo fato de que o espelho de deflexão compreende três tiras, preferencialmente exatamente três tiras.

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