CN102171526A - 用于连续材料的紫外线固化装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于处理基底(26)的紫外线辐射固化系统(10)，所述基底例如是光缆或硅管。该系统(10)包括允许被处理基底(26)的连续片的传送的处理室(12)。随着基底(26)移动通过处理室(12)，从微波发生器(36)所激励的等离子灯(34)发出的紫外线辐射处理基底(26)的表面。该系统(10)包括两个大小不同的椭圆反射器(42，46)以使大直径的基底能够有效地被紫外线辐射处理。该系统(10)还可以包括包围基底(26)且分成第一部分(84)和第二部分(86)的透紫外线导管(54)，其中第二部分(86)可以移动离开第一部分(84)以打开管道(54)并允许基底(26)插入或对准在管道(54)和处理室(12)内。

Description

用于连续材料的紫外线固化装置
技术领域
本发明大体上涉及紫外线灯系统，更特别涉及构造成用紫外线辐射照射基底的微波激励紫外线灯系统。
背景技术
紫外线灯系统通常用于加热和固化包括粘合剂、密封剂、墨和涂层在内的材料以及光缆和光管。某些紫外线灯系统具有无电极光源并利用射频能量如微波能激励处理室中的无电极等离子灯而操作。在依赖射频能激励的无电极紫外线灯系统中，等离子灯向外沿着其圆筒长度方向各向同性地发射特征谱。该发射的辐射的一部分从等离子灯直接移向位于处理室中的基底。发射的辐射的主要部分在到达基底前必须被反射。为有效地利用等离子灯发射的紫外线辐射，各种设计的反射器已经围绕等离子灯和基底安装在处理室内。
虽然常规的反射器包括矩形箱体形反射器和抛物面型反射器，但最有效的反射器系统是椭圆反射器。通过沿椭圆反射器的一个焦点放置等离子灯和在椭圆反射器另一焦点处放置基底，所有的由等离子灯发射的辐射经过不超过一次反射后到达基底。具有椭圆反射器的这些常规系统的实施方式包括Wood的美国专利NO.4,710,638和Carter的美国专利NO.6,626,561等等。常规系统的一个问题在于，随着由于基底远离焦轴而引起基底直径的增加，辐射效率降低。因此，完全地利用椭圆反射器限制了被处理基底的直径。常规系统的另一个缺点是基底通常被包围在石英或其它透紫外线导管中以保护基底或者施加到基底的涂层不被污染。基底不能接触该透紫外线导管，很难使基底穿过处理室。
希望提供一种具有反射器的有效固化系统，其允许总体上照射通常长的、连续的并且具有宽范围直径的基底。还希望提供一种使得将这样的基底装载到处理室中的处理变得容易的的固化系统。
发明内容
提供一用于处理具有纵向轴线的基底的紫外线辐射固化系统。该固化系统包括具有用以传送基底的入口和出口的处理室、安装在处理室内的等离子灯和联接至该处理室用于激励等离子灯发射紫外线辐射的微波发生器。该固化系统还包括设置在处理空间内的透紫外线导管。该固化系统另外包括由第一“a”距离、第一“b”距离、与等离子灯共线的第一焦线、以及与基底纵向轴线共线的第二焦线确定的第一椭圆反射器。另外，该固化系统包括由比第一“a”距离大的第二“a”距离、比第一“b”距离大的第二“b”距离、与基底纵向轴线共线的第三焦线、与等离子灯共线的第四焦线确定的第二椭圆反射器。该固化系统的等离子灯发射直接地照射基底的紫外线辐射的第一部分、在照射基底前由第一反射器反射的紫外线辐射的第二部分、以及在照射基底前由第二反射器反射的紫外线辐射的第三部分。
在可替代的实施方式中，本发明的固化系统包括处理室、等离子灯、和如上所述的微波发生器。该固化装置还包括用于反射紫外线辐射以照射基底的第一反射器和第二反射器。该固化装置还包括用于包围基底的设置在处理室内的透紫外线导管，并且包括第一部分和相对于第一部分能够在打开位置和关闭位置之间移动的第二部分。透紫外线导管的打开位置允许将基底装载到管道内。
附图的简要说明
并入说明书并且构成该说明书的一部分的附图展示了本发明的实施方式，并且与上述的总体描述和以下细节说明一起用于解释本发明的各个方面。
图1是根据本发明的一个实施方式的紫外线辐射固化系统的透视图，其中处理室打开用于用于插入或对准基底。
图2是图1的紫外线辐射固化系统的截面图。
图3是说明图1中的紫外线辐射固化系统的椭圆反射器的几何结构的图。
详细说明
虽然本发明将在下面结合特定实施方式描述，但本发明不限定于以任何一种具体形式的紫外线固化装置来实施。对于本发明的实施方式的说明意图覆盖所有可能包含在本发明的精神和范围内、由附加的权利要求限定的可替换例、修改例、和等同布置。特别地，本领域技术人员认识到这里说明的本发明的实施方式的组件能够以多种不同的方式布置。
现在参考附图，具体地参考图1和图2，提供了紫外线辐射固化系统10的一个实施方式。该固化系统10包括由前壁14、后壁16和纵向侧板18、20限定的处理室12。位于前壁14中的入口22适于接收用于紫外线固化的基底26。位于后壁16的出口24适于允许基底26退出处理室12。该基底26具有纵向轴线28，并且该基底26沿着纵向轴线28连续穿过固化系统10移动。
该固化系统10还包括等离子灯34，其纵向地设置在处理室12内。等离子灯34的端部以常规的方式连接到前壁14和后壁16。等离子灯34包括充满气体混合物的被气密且沿纵向延伸的壳体或管。等离子灯34的运行不需要电连接或电极。该等离子灯34由作为电绝缘材料如玻璃状石英的透紫材料形成，使等离子灯34与处理室12中的其它结构电绝缘。该固化系统10包括至少一个安装在处理室12上方的微波发生器36。当该微波发生器36启动时，如本领域技术人员能够明白的，该微波发生器发出微波能穿过微波入口(未示出)进入处理室12。该微波能在围绕等离子灯34的网筛箱38内被大致捕获，并且网筛箱38在反射被输送到处理室12内的微波能的大部分的同时允许空气自由流动。
微波发生器36提供的微波能激励等离子灯34中的气体混合物的原子以启动且随后持续其中的等离子体。如本领域技术人员所理解的，设置启动器管壳(未示出)以帮助触发等离子灯34中的等离子体。通过调节处理室12的外形和微波发生器36的功率水平，微波能的强度分布被选择成沿整个等离子灯34的纵向长度激励气体混合物中的原子。一旦等离子体被触发，则等离子灯34输出的辐射的强度依赖于由微波生成器36提供到处理室12的微波能。
等离子灯34中的气体混合物具有如下的元素成分，该元素成分被选择成在气体原子被激励至等离子态时产生具有辐射波长的预定分布的光量子。对于紫外处理应用，该气体混合物可以包括汞蒸气和惰性气体，例如氩，并且可以包括微量的一个或多个元素，例如铁、镓、或铟。该汞蒸气通过在室温下为固体的少量泵的蒸发提供。从这样的混合气体激励的等离子体输出的辐射谱包括高强度的紫外和红外成分。如这里所使用的，辐射被限定为具有波长范围在大约200nm至大约2000nm之间的光量子，紫外线辐射被限定为具有波长范围在大约200nm至大约400nm之间的光量子，及红外辐射被限定为具有波长范围在大约750nm至大约2000nm之间的光量子。
该固化系统10还包括安装到处理室12的前壁14和后壁16的、纵向延伸的透紫外线导管54。透紫外线导管54与入口22和出口24对准。管道54在基底26纵向传输通过处理室12期间围绕基底26。管道54由高透紫辐射的绝缘材料例如石英或透明硅形成。管道54防止外力作用在基底26上，例如强制冷却空气流，该冷却空气流可以强制基底26不期望地接触管道54或通过处理室12中的灰尘或其它颗粒污染基底26。如果基底26易碎或者另外地易于损坏，这种隔离能力是特别重要的。
该固化系统10另外包括联接至多根支撑肋44的纵向延伸的第一反射器42，所述支撑肋44以常规方式连接至处理室12。第一反射器42朝向等离子灯34。该固化系统10还包括联接至多根支撑肋48的纵向延伸的第二反射器46，所述支撑肋48以常规方式连接至处理室12。第二反射器46面向第一反射器42和基底26。第一反射器42具有一个椭圆的第一反射面50和第二反射器46具有第二椭圆反射面52。第一反射器42和第二反射器46互相间隔开以允许沿处理室12的纵向间隙56。
加压空气供应(未示出)输送空气通过位于第一放射器42的缺口51进入处理室12，以直接吹在等离子灯34上并调整等离子灯34的温度。加压空气流过网筛箱38、通过纵向间隙56绕第二反射器46流动、并离开位于系统10底部的出口40。遮光材料39覆盖出口40以允许加压空气通过而阻止紫外线的主要部分及其它光辐射离开系统10。
如以图3中最优地展示的，提供了第一反射器42和第二反射器46的一个实施方式的几何布局。第一反射器42和第二反射器46在图3中被整体示出。第一反射面50是由第一“a”距离A1和第一“b”距离B1限定，如本领域中能良好理解的。第一反射面50另外由均沿第一反射面50纵向地延伸的第一焦线58和第二焦线60限定。第一焦线58和第二焦线60隔开距离D，其中距离D由下面的公式限定：
D＝(2)(C)，其中C2＝A2-B2
类似地，第二反射面52是由比第一“a”距离A1大的第二“a”距离A2和比第一“b”距离B1大的第二“b”距离B2定义的部分椭圆。第二反射面52也由大致与第二焦线60共线的第三焦线62和大致与第一焦线58共线的第四焦线64限定。因此，第二反射面52由此与第一反射面50共用的焦线62与焦线64之间的距离D，允许第二反射面52是比第一反射面50大的椭圆。在图3指出，通过第一反射面50和第二反射面52形成的部分椭圆在假想图中延伸成为半椭圆，以清楚地示出相对于表示距离D的一半的中心线65的各“a”距离和相对于焦线58、64和60、62的各“b”距离。
该具体实施方式中第一反射面50和第二反射面52的可接受尺寸的实例：根据上述公式，A1距离为3.74英寸，B1距离为2.97英寸，以及在焦点之间的D距离计算为4.56英寸。目前给定任何A2距离，则能够利用D距离计算合适的B2距离。该实例中，A2距离设置为4.57英寸，因此B2距离是3.97英寸。该固化系统10的该方面不局限于反射器尺寸的前述实例，这只是一组特定已知的反射器尺寸，仅仅是为了说明的目的示出。
该第一反射器42和第二反射器46优选地由辐射透射材料形成，其反射紫外线辐射和传送其它种类的辐射例如红外辐射和微波辐射。这样材料的实例是硼硅玻璃，例如Corning，NY.的Corning公司生产的Pyrex
Figure BPA00001371801100061
玻璃。替代地，第一反射器42和第二反射器46能够由任何对于紫外固化具有合适的反射和透射性能的材料形成。如本领域技术人员明白的，对于射频能量的优选的传输和反射还可以通过将二色性涂层施加到第一反射器42以及和第二反射器46来提供。
第一反射器42和第二反射器46布置成使等离子灯34大致位于第一焦线58和第四焦线64上，而基底26的纵向轴线28大致与第二焦线60和第三焦线62共线。如图2中最佳地示出的，紫外线辐射直接地或者经过第一反射器42或第二反射器46的至少一次反射后从位于第一焦线58的等离子灯34被传送至在第二焦线60上的基底26。有利地，第二反射器46比第一反射器42大以允许较大的透紫外线导管54，因此允许由该固化系统10处理较大直径的基底26。例如，本实施方式说明的固化系统10能够处置小到光缆或大到硅管的基底26。该处理工艺用来固化基底26材料本身或者用于基底26的对紫外线辐射敏感的涂层。如图2中箭头66所示，由于纵向轴线28位于各反射器42、46的焦线60、62，从而紫外线辐射大致有效作用于基底26。
等离子灯34发出紫外线辐射的第一部分、第二部分、和第三部分。如图2中最佳地示出的，紫外线辐射第一部分直接地照射基底26而没有反射。第一反射器42反射由等离子灯34发出的紫外线辐射的第二部分，而第二反射器46反射由等离子灯34发出的紫外线辐射的第三部分。因此，在从等离子灯34释放时，紫外线辐射被传送而以有效的方式处理基底26的全部侧。
固化系统10的另一方面如图1和图2所示并在下面说明。在该方面中，透紫外线导管54分成第一部分84和在图1所示的打开位置和图2所示的关闭位置之间相对于第一部分84可移动的第二部分86。打开位置允许基底26被装载到透紫外线导管54内或者在透紫外线导管54内被适当地对准。
在该方面中，处理室12另外包括第一部分88和由铰链92或其它的惯用手段可移动地连接至第一部分88的第二部分90。处理室12的第一部分88包括和第一反射器42和透紫外线导管54的第一部分84。处理室12的第二部分90包括第二反射器46和透紫外线导管54的第二部分86。处理室12的第一部分88和第二部分90从图1所示的打开位置移动至图2所示的关闭位置。打开位置允许基底26被装载到处理室12中或者在处理室12中对准，而关闭位置允许固化系统10操作以处理基底26。该方面的特征可以与本具体实施方式的上述描述特征组合，或者与固化系统性10中单独地存在的这些特征组合。
虽然已经通过各种实施方式的说明示出了本发明，并且已经相当详细地说明了这些实施方式，但本申请并不意图局限或者以任何方式限制权利要求至这样细节。对本领域技术人员来说易于看到另外的优点和改进。本发明的宽泛的方面情况不局限于所示出和说明的具体细节、示意性的装置、或说明性的实例。因此，在不脱离申请人的总的发明构思的前提下，可以偏离这些细节。

Claims (7)

1.紫外线辐射固化系统，所述紫外线辐射固化系统用于处理具有纵向轴线的基底，所述紫外线辐射固化系统包括：
处理室，所述处理室具有入口和出口，所述入口能够接收所述基底以将所述基底定位在所述处理室中，所述出口能够允许所述基底离开所述处理室；
纵向延伸的等离子灯，所述等离子灯安装在所述处理室内，且能够发出紫外线辐射；
微波发生器，所述微波发生器联接到所述处理室，用于激励所述等离子灯以发出紫外线辐射，所述紫外线辐射的第一部分无反射地直接照射所述基底；
纵向延伸的透紫外线导管，所述透紫外线导管位于所述处理室内，并且当所述基底被定位在所述处理室内时，所述透紫外线导管包围所述基底；
纵向延伸的第一反射器，所述第一反射器安装在所述处理室内，所述第一反射器具有椭圆形第一反射面，所述第一反射面由第一“a”距离、第一“b”距离、大致与所述等离子灯共线的第一焦线和大致与所述基底的所述纵向轴线共线的第二焦线限定，所述第一反射面相对于所述等离子灯定向用于反射所述紫外线辐射的第二部分以照射所述基底；和
纵向延伸的第二反射器，所述第二反射器安装在所述处理室内，所述第二反射器具有椭圆形第二反射面，所述第二反射面由比所述第一“a”距离大的第二“a”距离、比所述第一“b”距离大的第二“b”距离、大致与所述基底的所述纵向轴线共线的第三焦线和大致与所述等离子灯共线的第四焦线限定，所述第二反射面相对于所述等离子灯定向用于反射所述紫外线辐射的第三部分以照射所述基底。
2.如权利要求1所述的紫外线辐射固化系统，其中所述第一反射器与所述第二反射器间隔开，从而形成纵向延伸的间隙，以允许经过所述处理室的空气流调节所述等离子灯的温度。
3.如权利要求1所述的紫外线辐射固化系统，其中所述透紫外线导管包括第一部分和第二部分，所述第二部分能够相对于所述第一部分在打开位置和关闭位置之间移动，所述打开位置允许所述基底被装载到所述透紫外线导管中。
4.如权利要求3所述的紫外线辐射固化系统，其中所述处理室进一步包括：
包括所述第一反射器、所述透紫外线导管的所述第一部分和所述等离子灯在内的第一部分；和
包括所述第二反射器和所述透紫外线导管的所述第二部分在内的第二部分，所述处理室的所述第二部分连接到所述处理室的所述第一部分，使得所述处理室和所述透紫外线导管能够被打开用于插入或对准所述基底。
5.紫外线辐射固化系统，所述紫外线辐射固化系统用于处理具有纵向轴线的基底，所述紫外线辐射固化系统包括：
处理室，所述处理室具有入口和出口，所述入口能够接收所述基底以将所述基底定位在所述处理室中，所述出口能够允许所述基底离开所述处理室；
纵向延伸的等离子灯，所述等离子灯安装在所述处理室内，且能够发出紫外线辐射；
微波发生器，所述微波发生器联接到所述处理室，用于激励所述等离子灯以发出紫外线辐射，所述紫外线辐射的第一部分直接照射所述基底；
纵向延伸的透紫外线导管，所述透紫外线导管位于所述处理室内，并且当所述基底被定位在所述处理室内时，所述透紫外线导管包围所述基底，所述透紫外线导管包括第一部分和第二部分，所述第二部分能够相对于所述第一部分在打开位置和关闭位置之间移动，所述打开位置允许所述基底被装载到所述透紫外线导管中；
纵向延伸的第一反射器，所述第一反射器安装在所述处理室内，所述第一反射器具有椭圆形第一反射面，所述第一反射面相对于所述等离子灯定向用于反射所述紫外线辐射的第二部分以照射所述基底；和
纵向延伸的第二反射器，所述第二反射器安装在所述处理室内，所述第二反射器相对于所述等离子灯定向用于反射所述紫外线辐射的第三部分以照射所述基底。
6.如权利要求5所述的紫外线辐射固化系统，其中所述室进一步包括：
包括所述第一反射器、所述透紫外线导管的所述第一部分和所述等离子灯在内的第一部分；和
包括所述第二反射器和所述透紫外线导管的所述第二部分在内的第二部分，所述处理室的所述第二部分连接到所述处理室的所述第一部分，使得所述处理室和所述透紫外线导管能够被打开用于插入或对准所述基底。
7.如权利要求5所述的紫外线辐射固化系统，其中所述第一反射器与所述第二反射器间隔开，从而形成纵向延伸的间隙，所述间隙允许经过所述处理室的空气流调节所述等离子灯的温度。
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