CN107001124B - 在由玻璃构成的反射器基体上制造反射器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在由玻璃构成的反射器基体上制造反射器的已知方法，其中将含金属的涂布液施覆在涂布面上，且在低于所述玻璃的软化温度的温度下在形成反射层的情况下对所述涂布液实施烧制处理。为了在此基础上提出一种在灯具、照明设备或单独的反射构件上制造反射器的方法，该方法能够可重复地以紧公差施覆具有预设层厚的反射层，并且能够在不使用印版或类似之物的情况下产生清晰边缘，本发明提出，借助喷墨技术以非接触的方式施覆所述涂布液，具体方式是，所述涂布液朝配设有数个喷嘴且可以至少在运动平面内相对所述涂布面运动的印刷头运动，并借助所述印刷头将所述涂布液以从所述喷嘴中排出的滴的形式喷涂在所述涂布面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种在由玻璃构成的具有弯曲表面的反射器基体上制造反射器的方法，在涂布面的区域内为所述弯曲表面配设含金属的，特别是含贵金属的镜面反射层，具体方式是将含金属的涂布液施覆在所述涂布面上且在低于所述玻璃的软化温度的温度下对所述涂布液实施烧制处理。
将由反射性金属构成的功能层施覆在灯具、照明设备或单独的反射构件上。其中，反射构件是在照明设备或其他反射光辐射的装置中所使用的元件。基于不同光谱范围内的反射率，适合用作反射器材料的例如为金、银、铜、铝。
背景技术
由DE 35 30 873 A1已知一种制造大灯反射器的同类型方法。其中，借助移印工艺在由玻璃构成的反射体的内凹面上用含金属的浆料施覆一个厚度为大约5μm的层。反射体由软化点Tg为大约500℃的高温玻璃构成。浆料由树脂酸铂和树脂酸金溶于稠油且为增粘而少量添加(～1％)玻璃形成体的树脂酸盐而形成的溶液构成。将反射体连同所施覆的树脂酸盐层在炉子中升高至500℃左右。在该热处理中，树脂酸金分解为金属金和树脂酸，树脂酸与浆料的其他组分一样，由于较高的烧制温度而挥发。在反射体上留下厚度为大约0.1μm的较薄的金属反射层。这个反射层具有耐腐蚀性，从而不需要设置防腐蚀的漆涂层。
在移印工艺中，借助由硅橡胶构成的弹性印头将印刷浆料从印版转移至承印物。
作为这种方法的替代方案，为制造反射器而施覆可烧制的贵金属树脂酸盐层的常见方法还有孔版印刷工艺或丝网印刷工艺。在丝网印刷中，用橡胶刮刀将印刷浆料穿过细目织物施覆在承印物上，其中织物的网孔在浆料不应穿透模版的位置上是不可透过的。
为精确转移印刷浆料，上述方法对预先制造印版或模版提出了较高的要求。涂抹或喷涂浆料的涂覆方法避免了这一缺点。这种制造IR辐射器的红外反射内衬的方法以及适用的树脂酸金组合物和其他贵金属树脂酸盐组合物例如在DE-PS 1 540 740中有所描述。
但这种方法难以可重复地保持含贵金属浆料的预设层厚以及明确的轮廓和边缘，且难以制成小于2mm的较小结构。经常会观察到再加工要求较高的凸起、不直的走向、喷涂伪影(Sprühartefakt)和滴流伪影(Tropfartefakt)。浆料往往价格昂贵，而超剂量、滴落、过多喷射、废品和返修所造成的浆料损耗会导致材料成本增加。
尤其在使用贵金属时，定量不准、用量变化和大量损耗相结合，还会增加剩余材料的监测难度。如此一来，在为特定的产品或订单分配精确用量以及监测和防止盗窃行为方面，取得的效果将不尽如人意。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种在灯具、照明设备或单独的反射构件上制造反射器的方法，该方法能够可重复地以紧公差施覆具有预设层厚的反射层，并且能够在不使用印版或类似之物的情况下产生清晰边缘。特定而言，贵金属损耗应最小化，且易于密切监测和根据订单来追踪物料流向，且易于为单个的订单或工件分配用量。
基于本文开头所提到的类型的方法，本发明用以达成上述目的的解决方案为借助喷墨技术以非接触的方式施覆所述涂布液，具体方式是，所述涂布液朝配设有数个喷嘴且可以至少在运动平面内相对所述涂布面运动的印刷头运动，并借助所述印刷头将所述涂布液以从所述喷嘴中排出的滴的形式加压喷涂在所述涂布面上。
在本发明的方法中，为制造反射表面层而借助喷墨技术来涂覆含金属的涂布液。其中，使用配设有一或多个工业印刷头的印刷机，这些印刷头可以以电脑控制和程控的方式在平面内沿涂布面运动，由此，印刷头至少是可定位的。
所述印刷头中的每个均与所述涂布液的储存容器流体连接且配设有数个排出喷嘴，所述排出喷嘴分布在一行或多个平行的行中。排出喷嘴中的每个在喷嘴口的关闭或打开方面均优选为单独可控。当喷嘴口打开时，含金属的涂布液在可预设的压力下一滴滴地以非接触的方式到达待涂布表面。
其中，所述涂布面相对所述印刷头运动。根据相对运动的具体速度和方向以及对喷嘴的控制如此地控制涂覆过程，从而以预设的图形将含金属的涂布液印在表面上。这样不仅能涂覆简单的平面闭合层，而且还能实现例如由单个的平面(接触或非接触式)层区域构成的结构。
随后，对所述涂布液实施干燥和烧制，并将其转化成镜面反射的反射层。烧制时，有机组分通过在空气中氧化而转化成气体，实现一般交联并形成闭合的金属层，该金属层相对玻璃具有良好的粘附性。
采用喷墨技术能够灵活且划分较细地涂覆涂布液，使得既能有利地形成作为电路部件的结构，或者形成在透射与反射之间逐步过渡的结构，又能形成反射面中的非反射区域，这样的非反射区域例如用作灯具内部的检查窗口。
如在文本开头提到的技术中出现的涂布缺陷得到避免；无需预先制造印刷掩模、模版或印版。所述方法的优点特别在于，能够如此地调节为制造层所需的金属量，从而以可重复且合理的方式达到预设的最佳结果。其中，最佳结果是指以最低限度的材料用量实现较高的反射率。
所述涂布液含有优选以元素形式存在的一种或多种金属。
这能简化光亮的镜面表面的制造。在有机金属油墨中，金属存在于络合键中，例如，金存在于含有氯化合物的络合物中。特定而言，其他合适的金属为铝、铜或银，具体视需要在哪个波长范围内进行反射或者需要所述层具备哪些其他功能如良好的导电性而定。
实践表明，所述涂布液的粘度在10mPa·s至30mPa·s范围内，是有益的。
这个涂布液的流动特性使其适于
(i)借助喷墨技术而被印刷，
(ii)良好地润湿待涂布的玻璃表面，且
(iii)不易流干或成滴。
通过印刷头沿涂布面的程控运动，或者通过涂布面沿印刷头的运动，或者通过两种运动类型的叠加来实现涂布面和印刷头之间的相对运动。
特定而言，为涂布长条状的圆柱形型材，实践表明，所述涂布面和所述印刷头之间的所述相对运动包括所述反射器基体沿所述印刷头的平移运动。
其中，待涂布的构件借助位移单元，例如借助输送带，以其长度可达数米的涂布面沿印刷头移动。其中，印刷头在轴向上为固定的；印刷头可以沿周向和/或径向运动。
在最简单的情形中，所述反射器基体以圆柱体的形式存在，所述涂布面以在所述圆柱体的部分圆周的范围内延伸的侧面的纵条的形式存在，其中所述印刷头被设计为在60度的部分圆周范围内，优选在90度的部分圆周范围内涂覆所述涂布液。
为制成以180度的角度覆盖圆形型材的层，使用两个至三个印刷头，其喷嘴排出平面之间所夹角度为90度或小于90度。
所述排出喷嘴的网格通常被设计为矩形，其中数个喷嘴布置在一行或几行中。因此，印刷头具有短边和长边。由此，即使在具有较小曲率半径(例如5mm)的圆形或形状复杂的表面上也能保证期望的高度的涂布均匀性，以及形成未经过度喷射的干净且清楚的边缘。为了在长条形的型材上实施印刷，印刷头以其长边横向于型材的纵轴方向布置。
其中实践表明，所述待涂布的纵条的宽度在20mm至65mm范围内，是有益的。
在最简单的情形中，所述反射器基体被配置为红外辐射器的灯泡。举例而言，反射器基体实施为具有圆形、椭圆形或多边形横截面的管件，或为特殊形状，如所谓的孪生管。反射器基体优选由石英玻璃或硼硅玻璃构成。
在一种优选方法中，所述喷嘴具有在共用的排出平面内延伸的排出孔，其中在所述排出平面与所述涂布面之间设定5mm至10mm范围的距离。
通过将距离保持在这个范围内，即使在弯曲表面上也能在很大程度上防止涂布液的过度喷涂。
实践进一步表明，计算出涂布液对涂布面的最小覆盖率并以程控的方式来涂覆涂布液，从而形成大体上符合最小覆盖率的表面覆盖，是有益的。
其中如此地来控制涂布液的涂覆，使得金属均匀地覆盖表面，其中最低限度的表面覆盖就已能取得最佳效果，即透射率最小化，并且在还待实施的转化后所形成的反射层的材料成本减至最低。
玻璃上的涂布液的层厚优选在介于20μm与40μm的范围内。例如可以通过分析单个喷嘴的流量(以计滴方式)和测量被覆盖的面积来测定层厚。所述层的金属含量通常在10wt.％至15wt.％的范围内。
以上述方式通过烧制所形成的反射层的额定厚度优选在50nm至200nm的范围内。层厚的均匀性体现在，在五个均匀分布在所述反射层范围内的测点上测得的厚度与所述额定厚度的偏差为最大10％。
可以由原始的涂布液层的层厚和涂布液的金属组分的已知体积含量来测定金属层的厚度。作为替代或补充方案，也可以通过溅射或传输超短波辐射(X射线辐射或伽马辐射)来测定金属层的厚度。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。其中，示意图详细示出：
图1为根据本发明所制造的作为红外灯管上的部分反射层的反射器的实施方式连同印刷头的纵截面，及
图2为图1中的反射层连同印刷头沿线A的轴向截面的放大图。
具体实施方式
图1示意性地示出由石英玻璃构成的水平定向的灯管1，其具有灯管中轴线2，沿该灯管中轴线印刷一个覆盖部分圆周的包括含金反射层3的涂层。图2为灯管1的垂直于纵轴2的截面A的放大图。两个视图均非按比例绘示；特定而言，为清楚起见，油墨层3的厚度绘示得非常大。
首先为每个新的印刷过程制定一个配方，该配方
(i)将承印的玻璃型材的几何形状和涂层轮廓的几何形状考虑在内，以及
(ii)将印刷头的辐射特性考虑在内。
玻璃型材和涂层轮廓
应在长度为1000mm、圆周角为180度的范围内在灯管1的外径为19mm的外护套上印刷厚度为200nm的镜面反射的金层。
印刷装置
所使用的印刷机具有两个结构相同且可加热的印刷头4，这些印刷头可以沿半弧12(在图2中用虚线表示)移动。这两个印刷头围绕灯管1的上半圆周均匀分布，且互成90度的角度α。
印刷头的最大印刷宽度为65mm。两个印刷头4装配有数目为1024的印刷单元，这些印刷单元布置在规则的2x 512的网格中。每个印刷单元均具有一个出墨喷嘴7，该出墨喷嘴通过输送通道与同样可加热的印刷用料储存容器连接。每个印刷单元均配设有一个压电元件，可以根据需要借助该压电元件将出墨喷嘴7打开和关闭。为分开控制印刷单元以及为控制印刷头使其在预设的运动平面内运动而设有微型计算机。
印刷油墨
使用市场上常见的有机金属含金油墨，其中有机络合物中的15wt.％的元素金溶于由正庚烷、松节油、乙醇和碳酸乙烯酯构成的溶液。
这种油墨被调整为一方面可以借助喷墨技术而被印刷，能良好地润湿玻璃灯具表面且不易流干或成滴。通过印刷头的加热温度和储料器的加热温度来调节油墨的粘度。
印刷过程
事先计算出待涂布表面的油墨覆盖率，以便在最终的反射层层厚尽可能小的情况下形成预设的最小反射率(＝最小覆盖率)。根据标准IEC 62798(“红外发射器试验方法”)测定，最小反射率通常为90％以上。以程控的方式来涂覆油墨，从而根据最小覆盖率来形成表面覆盖。
这个层厚视具体的反射度要求在50nm至200nm的范围内。根据涂布剂的含金量，并且通过分析单个排出喷嘴的流量(以计滴方式)和测量被覆盖的面积来测定液态涂布剂层的所需厚度和涂布剂的用量。
将加热温度调节至35℃，借此规定印刷用料的粘度。其中，每滴的体积为35pl(皮升)。由此，将从排出喷嘴排出的墨滴的滴径调节至大约100μm。同一个印刷头4的喷嘴7的排出孔位于共用的排出平面5内。排出平面5与涂布面6之间的距离因喷嘴而异，但在印刷过程期间保持恒定。该距离平均为1mm，使得滴的平均击中距离(Auftreffabstand)为大约35μm。印刷频率为5kHz(5000滴/秒)。
借助输送带14以程控的方式将灯管1送至固定印刷头4下方大约1mm的预设距离处。其中，含金油墨9以细小的微滴11的形式(参阅图2)从喷嘴7排出并在180度的预设圆周角(参阅图2)内被印在灯管1的表面上。
单独一次的层涂覆便足以形成期望的层厚。油墨层3形成纵条，该纵条沿中轴线在灯管侧面的180度圆周角范围内延伸。两个印刷头4中的每个均被设计为在90度的部分圆周范围内涂覆部分涂层，其中确保这些部分涂层彼此对接或重叠。其中，可以将2x512的网格中距离涂布面6最远的两侧外喷嘴10中的数个喷嘴关闭。
在印刷过程期间将层3加热，从而易于干燥。在达到额定厚度后，通过加热至700℃在空气中烧制经干燥的油墨层3并将其转化成镜面反射的反射层。其中，有机组分被氧化或气化，实现一般交联并形成闭合的金属层，该金属层相对灯管1的玻璃具有良好的粘附性。
所形成的含金反射层的额定厚度为200nm。层厚的均匀性体现在，在五个均匀分布的测点上测得的厚度与额定厚度的偏差为最大20nm。
这个层具有重量为0.75g(每米管长)的涂布剂，包含额定含量的纯金0.12g；实际用量为0.13g，因此，仅超过理论值约8％。
借助所谓的“胶带剥离试验”来测定粘附性。当粘上胶带后将其直接剥离，如果肉眼不可见胶带上的金属痕迹，就表明粘附性够了。
本发明的印刷方法最佳用于条形玻璃型材的印刷。用同一印刷工艺借助相同的印刷装置补充性地在灯管1的其中一末端区域内印刷用于电路的导线，这些导线为温度传感器的组成部分，可以借助该温度传感器来检测灯具的工作状态。
Claims (11)
1.一种在由玻璃构成的具有弯曲表面的反射器基体(1)上制造反射器的方法，所述反射器基体(1)被配置在红外辐射器的灯泡上，在涂布面的区域内为所述弯曲表面配设含金属的镜面反射层(3)，具体方式是将含金属的涂布液(9)施覆在所述涂布面(6)上，且在低于所述玻璃的软化温度的温度下在形成所述反射层(3)的情况下对所述涂布液实施烧制处理，其特征在于，借助喷墨技术以非接触的方式施覆所述涂布液，具体方式是，所述涂布液(9)朝多个印刷头(4)运动，所述印刷头(4)的每一个配设有数个喷嘴(7)且可以至少在运动平面(8)内相对所述涂布面运动，并借助所述印刷头将所述涂布液以从所述喷嘴(7)中排出的滴(11)的形式加压喷涂在所述涂布面(6)上，从而形成部分覆盖所述弯曲表面的反射层(3)，所述多个印刷头具有喷嘴排出平面(5)，所述喷嘴排出平面(5)之间所夹角度为90度或小于90度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂布液(9)以元素形式包含所述金属。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述涂布液(9)的粘度在10mPa·s至30mPa·s范围内。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述涂布面(6)和所述印刷头(4)之间的所述相对运动包括所述反射器基体沿所述印刷头(4)的平移运动。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反射器基体(1)以圆柱体的形式存在，所述涂布面(6)以在所述圆柱体的部分圆周的范围内延伸的侧面的纵条的形式存在，其中所述印刷头(4)被设计为在60度的部分圆周范围内涂覆所述涂布液(9)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纵条的宽度在20mm至65mm范围内。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述喷嘴(7)具有在共用的排出平面(5)内延伸的排出孔，且在所述排出平面(5)与所述涂布面(6)之间设定5mm至10mm范围的距离。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制成额定厚度在50nm至200nm范围内的反射层(3)，其中在五个均匀分布在所述反射层(3)范围内的测点上测得的厚度与所述额定厚度的偏差为最大10％。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述涂布液(9)涂覆成一结构，所述结构在烧制过程后在透射与反射之间形成过渡。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含金属的镜面反射层(3)是含贵金属的镜面反射层。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反射器基体(1)以圆柱体的形式存在，所述涂布面(6)以在所述圆柱体的部分圆周的范围内延伸的侧面的纵条的形式存在，其中所述印刷头(4)被设计为在90度的部分圆周范围内涂覆所述涂布液(9)。
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