CN112582251A - 射频无极准分子固化灯 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种射频无极准分子固化灯，涉及固化灯技术领域。射频无极准分子固化灯包括等离子灯管、反光罩、两个聚焦器和两个射频源，其中，等离子灯管内填充有供电离激发的发光物质，发光物质用于发出紫外光，两个聚焦器分别安装在等离子灯管的两端，发光物质至少部分位于聚焦器的聚焦区域，两个射频源分别安装在两个聚焦器上，反光罩罩设于等离子灯管，反光罩用于调整等离子灯管的照射方向。射频无极准分子固化灯能够提高灯管寿命和照射强度，并且输出光能量稳定。

Description

射频无极准分子固化灯

技术领域

本发明涉及固化灯技术领域，具体而言，涉及一种射频无极准分子固化灯。

背景技术

真空紫外线是一种具有较高能量的辐射光子，它能实现其它方法难以完成的物质能级跃迁和化学反应，使分子键断裂和改变材料的表面性质。紫外波长越短，物质对其吸收越强烈，因此，真空紫外辐射可被非常薄的表面层吸收。利用这一性质，真空紫外线可以用来引导特定的涂料、清漆、胶黏剂等的光聚合反应，这个过程被称作紫外固化。紫外固化技术在光固化涂料、光固化油墨、光固化胶粘剂、光刻胶、激光三维成像、三维造型等行业广泛应用。

真空紫外线一般是由准分子衰变而产生。准分子是对具有束缚的高能态(寿命为10^-6～10^-7s)和排斥(弱束缚)的基态分子(寿命10^-13s)的统称。不同准分子发射波长不同。

现今的准分子紫外线(Excimer UV)灯大部分为日本、德国等产品，准分子紫外线光源大多被国外企业垄断，随着行业转型升级，迫切需要国内有相关光源的制造商。

准分子紫外线光源的发光原理均是在紫外线灯管上外加载高压、高频的电场能量，对灯管内的稀有气体进行轰击而发出单一的172nm紫外线。加诸于灯管的电压为15W/cm，灯管的照射强度为50mW/cm²，灯管寿命约小时700～1500小时，可见，灯管寿命和照射强度并不高。

因此，设计一种准分子固化灯，能够提高灯管寿命和照射强度，并且输出光能量稳定，这是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的包括提供了一种射频无极准分子固化灯，其能够提高灯管寿命和照射强度，并且输出光能量稳定。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种射频无极准分子固化灯，射频无极准分子固化灯包括：

等离子灯管，等离子灯管内填充有供电离激发的发光物质，发光物质用于发出紫外光；

两个聚焦器，分别安装在等离子灯管的两端，发光物质至少部分位于聚焦器的聚焦区域；

两个射频源，分别安装在两个聚焦器上；

反光罩，罩设于等离子灯管，反光罩用于调整等离子灯管的照射方向。

在可选的实施方式中，反光罩包括：

框架，罩设于等离子灯管，框架具有出光口；

两个椭球镜，分别安装在框架内的相对两侧，等离子灯管位于两个椭球镜组成的椭球柱面反射镜的焦点位置，椭球镜用于将等离子灯管发出的紫外光向出光口反射、并形成条状光斑作用于待照物体。

在可选的实施方式中，框架的外壁上设置有散热鳍片。

在可选的实施方式中，射频无极准分子固化灯还包括：

两个散热器，分别安装在两个射频源上，散热器用于对射频源散热。

在可选的实施方式中，散热器包括：

基体，安装在射频源上；

散热管，安装在基体上，散热管呈弯曲形式；

入口接头，安装在散热管的一端，入口接头用于接入冷却液；

出口接头，安装在散热管的另一端，出口接头用于排出冷却液。

在可选的实施方式中，聚焦器包括：

底盖，采用导电材料制成；

上盖，采用导电材料制成，上盖与底盖连接；

射频天线，贯穿底盖、且连接到上盖，射频天线与底盖之间填充有绝缘材料；

金属柱，贯穿上盖、且连接到底盖上，金属柱与上盖间隔设置，金属柱包括第一段和第二段，第二段相对于第一段远离底盖、且从上盖伸出，第二段的直径大于第一段的直径，第二段的端部开设有凹槽，等离子灯管安装在凹槽内。

在可选的实施方式中，上盖为阶梯圆柱形，上盖包括：

第一圆形侧壁，垂直连接在底盖上、且包围射频天线和金属柱；

圆环侧壁，圆环侧壁的外周面连接在第一圆形侧壁的一端，圆环侧壁平行于底盖，射频天线连接在圆环侧壁上；

第二圆形侧壁，连接在圆环侧壁的内周面上，第二圆形侧壁包围金属柱、且与金属柱间隔设置。

在可选的实施方式中，第一圆形侧壁的轴向长度大于或等于第一段的长度，第一圆形侧壁与第一段形成第一级环形电容，第二圆形侧壁的轴向长度小于或等于第二段的长度，第二圆形侧壁与第二段形成第二级环形电容。

在可选的实施方式中，聚焦器包括：

壳体，壳体为圆柱形结构，壳体内具有圆柱形空腔；

射频天线，沿壳体的轴线方向贯穿壳体、且穿过圆柱形空腔，射频天线相对于壳体的轴线偏心设置；

金属柱，沿壳体的轴线方向贯穿壳体、且穿过圆柱形空腔，金属柱相对于壳体的轴线偏心设置，金属柱伸出壳体的一端开设有凹槽，等离子灯安装在凹槽内。

在可选的实施方式中，射频天线和金属柱分别位于壳体的轴线的相对两侧。

本发明实施例提供的射频无极准分子固化灯的有益效果包括：

1.等离子灯管为无极光源，内部由于没有高压电极，不存在灯管内部气体与电极之间的化学反应，输出光能量稳定，灯管寿命大幅提高；

2.等离子灯管内填充的发光物质在两个聚焦器的聚焦能量下电离发出高强度紫外光，固化效率高；

3.采用两个聚焦器分别安装在等离子灯管的两端，并同时对等离子灯管提供能量，使等离子灯管内的发光物质均匀、充分激发，提高发光的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的射频无极准分子固化灯的第一视角的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的射频无极准分子固化灯的第二视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的射频无极准分子固化灯的第三视角的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的射频无极准分子固化灯的全剖结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一种形式的聚焦器的全剖结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第二种形式的聚焦器的全剖结构示意图。

图标：100-射频无极准分子固化灯；110-等离子灯管；120-射频源；130-散热器；131-基体；132-散热管；133-入口接头；134-出口接头；140-反光罩；141-框架；142-散热鳍片；143-椭球镜；150-聚焦器；151-底盖；152-上盖；1521-第一圆形侧壁；1522-圆环侧壁；1523-第二圆形侧壁；153-射频天线；154-金属柱；1541-第一段；1542-第二段；155-壳体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1和图2，本实施例提供了一种射频无极准分子固化灯100，射频无极准分子固化灯100包括等离子灯管110、聚焦器150、射频源120、反光罩140和散热器130。

等离子灯管110为管状封闭体，等离子灯管110内填充有供电离激发的发光物质，发光物质用于发出紫外光。通过调节等离子灯管110内发光物质的成分，可以得到不同能量的特征峰，从而满足不同客户对辐射光谱的要求。

等离子灯管110的材质、厚度、形状在此不作特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要在现有技术中进行自由选择。

本实施例中，等离子灯管110内的发光物质包括汞、金属卤化物和惰性气体，其中，金属卤化物的含量在10％至90％之间。等离子灯管110内的发光物质在射频能量聚焦范围内，被电离激发等离子，向外辐射172nm波段的非相干、高强度真空紫外光。

本实施例提供的射频无极准分子固化灯100激发真空紫外线的方式不同于现有的任何一种准分子激发方式。本实施例提供的射频无极准分子固化灯100的激发方式为无电极射频激发，可提高真空紫外光源寿命至10000小时以上。

两个聚焦器150分别安装在等离子灯管110的两端，发光物质至少部分位于聚焦器150的聚焦区域。两个射频源120分别安装在两个聚焦器150上，射频源120输入的射频频率在100MHz～10GHz之间，输入功率在50W～5KW之间。

两个散热器130分别安装在两个射频源120上，散热器130用于对射频源120散热。反光罩140罩设于等离子灯管110，反光罩140用于调整等离子灯管110的照射方向。

请参阅图3，散热器130包括基体131、散热管132、入口接头133和出口接头134，其中，基体131安装在射频源120上，散热管132安装在基体131上，散热管132呈弯曲形式，入口接头133安装在散热管132的一端，入口接头133用于接入冷却液，出口接头134安装在散热管132的另一端，出口接头134用于排出冷却液。

射频源120在工作时会产生大量热量，通过安装两个散热器130能够将热量带走保证射频源120工作温度适中。

请参阅图4，反光罩140包括框架141和两个椭球镜143，其中，框架141罩设于等离子灯管110，框架141具有出光口，框架141的外壁上设置有散热鳍片142(请参阅1)，确保工作时椭球镜143的温度不会过高，避免椭球镜143发生温度过高而形变、影响使用效果。

两个椭球镜143分别安装在框架141内的相对两侧，椭球镜143用于将等离子灯管110发出的紫外光向出光口反射。两个椭球镜143可最大化的与聚焦器150进行能量耦合，并将射频能量传递给发光物质。

本实施例提供的射频无极准分子固化灯100可以采用多种形式的聚焦器150，在聚焦器150内部形成电场强度大于10⁷V/m的高密度射频电场，理论上可达到10⁸V/m，提高紫外光发光效率。

请参阅图5，本实施例采用的第一种形式的聚焦器150，聚焦器150包括底盖151、上盖152、射频天线153和金属柱154，其中，底盖151和上盖152均采用导电材料制成，上盖152与底盖151连接，射频天线153贯穿底盖151、且连接到上盖152，射频天线153与底盖151之间填充有绝缘材料，金属柱154贯穿上盖152、且连接到底盖151上，金属柱154与上盖152间隔设置。

具体的，金属柱154包括第一段1541和第二段1542，第二段1542相对于第一段1541远离底盖151、且从上盖152伸出，第二段1542的直径大于第一段1541的直径，第二段1542的端部开设有凹槽，等离子灯管110安装在凹槽内。

上盖152为阶梯圆柱形，上盖152包括第一圆形侧壁1521、圆环侧壁1522和第二圆形侧壁1523，其中，第一圆形侧壁1521垂直连接在底盖151上、且包围射频天线153和金属柱154，圆环侧壁1522的外周面连接在第一圆形侧壁1521的一端，圆环侧壁1522平行于底盖151，射频天线153连接在圆环侧壁1522上，第二圆形侧壁1523连接在圆环侧壁1522的内周面上，第二圆形侧壁1523包围金属柱154、且与金属柱154间隔设置。

第一圆形侧壁1521的轴向长度大于或等于第一段1541的长度，第一圆形侧壁1521与第一段1541形成第一级环形电容，第二圆形侧壁1523的轴向长度小于或等于第二段1542的长度，第二圆形侧壁1523与第二段1542形成第二级环形电容。

这样，上盖152与底盖151连接形成射频聚焦腔，将射频天线153连接在上盖152上，金属柱154贯穿上盖152、且连接到底盖151上，上盖152与金属柱154形成环形电容器结构，利用射频天线153将射频能量馈入环形电容器结构的射频聚焦腔内，并形成电磁场，能够将电磁场能量有效耦合后聚焦到等离子灯管110所在区域，使等离子灯管110发光，而且，金属柱154整体上呈现出上部粗、中部细的结构形式，第一段1541与第一圆形侧壁1521形成的第一级环形电容的直径大于第二段1542与第二圆形侧壁1523形成的第二级环形电容的直径，这样，电磁场能量能够经历多级环形电容的耦合，从而提高聚焦到等离子灯管110所在区域的电场强度，进而提高了能量的转化率，增强等离子灯管110的发光强度。

请参阅图6，本实施例采用的第二种形式的聚焦器150，聚焦器150包括壳体155、射频天线153和金属柱154，其中，壳体155为圆柱形结构，壳体155内具有圆柱形空腔，射频天线153沿壳体155的轴线方向贯穿壳体155、且穿过圆柱形空腔，射频天线153相对于壳体155的轴线偏心设置，金属柱154沿壳体155的轴线方向贯穿壳体155、且穿过圆柱形空腔，金属柱154相对于壳体155的轴线偏心设置，射频天线153和金属柱154分别位于壳体155的轴线的相对两侧。金属柱154伸出壳体155的一端开设有凹槽，等离子灯管110安装在凹槽内。

这样，壳体155为圆柱形结构，射频天线153和金属柱154相对于壳体155的轴线偏心设置，相对于金属柱154与壳体155同轴设置，本实施例中，能够充分利用壳体155或圆柱形空腔的截面面积，射频天线153和金属柱154所占用的空间较小，可以将壳体155设计得更加小型化，并且提高射频能量的转化率，而且，壳体155的尺寸缩小后，金属柱154的长度可设计得更小，这样，金属柱154受环境震动影响降低，提高了设备工作的稳定性和使用寿命，并避免结构复杂带来的射频能量传递过程损坏过大的缺陷，提高射频能量转化率。

本实施例提供的射频无极准分子固化灯100的工作原理：两个射频源120分别产生射频能量，并输入到两个聚焦器150，两个聚焦器150分别将能量聚焦到等离子灯管110中，等离子灯管110中的发光物质电离发光，等离子灯管110位于两个椭球镜143组成的椭球柱面反射镜的焦点位置，椭球镜143将等离子灯管110发出的紫外光向出光口反射、并形成条状光斑作用于待照物体。

本实施例提供的射频无极准分子固化灯100激发产生172nm的准分子紫外光输出，不同于现有的任何一种准分子产生方式。本实施例提供的射频无极准分子固化灯100发出172nm为中心波长的真空紫外线，是大型UV工业需要的非相干、大面积、高功率的国产准分子紫外固化光源。

本实施例提供的射频无极准分子固化灯100能够应用于大型UV固化设备，UV涂料配方中的丙烯酸酯无需增加光引发剂，避免了使用光引发剂带来的一切不良影响，并可实现表面哑光的UV固化效果。

本实施例提供的射频无极准分子固化灯100的有益效果包括：

1.等离子灯管110为无极光源，内部由于没有高压电极，不存在灯管内部气体与电极之间的化学反应，输出光能量稳定、强度高，灯管寿命大幅提高；

2.如果使用一个聚焦器150，较长的等离子灯管110中等离子发光能量会分布不均匀，离聚焦器150较近一侧会很强，远的一侧会很弱，采用两个聚焦器150分别安装在等离子灯管110的两端，并同时对等离子灯管110提供能量，使等离子灯管110内的发光物质尽可能多的位于聚焦器150的聚焦区域，能够使发光物质均匀、充分激发，等离子灯管110中最强处和最弱处偏差在15％以内，提高发光的均匀性，间接地，也使经椭球柱面反射镜聚焦的条状光斑较为均匀，使得被照射物体表面各处都能得到较为一致的172nm紫外光辐射；

3.使用液冷形式的散热器130冷却，比采用风扇风冷震动小，使光斑不会有轻微抖动，也不会吹起灰尘等杂物，保持被照射物体表面洁净，也可以使设备在真空环境中也能正常工作使用；

4.采用特殊设计的聚焦器150，在聚焦器150内部形成电场强度大于10⁷V/m的高密度射频电场，理论上可达到10⁸V/m，这是实现提高紫外光发光效率的主要因素；

5.射频无极准分子固化灯100的光功率密度大，结构尺寸更小，可快速启动，工作更加稳定。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述射频无极准分子固化灯包括：

等离子灯管(110)，所述等离子灯管(110)内填充有供电离激发的发光物质，所述发光物质用于发出紫外光；

两个聚焦器(150)，分别安装在所述等离子灯管(110)的两端，所述发光物质至少部分位于所述聚焦器(150)的聚焦区域；

两个射频源(120)，分别安装在两个所述聚焦器(150)上；

反光罩(140)，罩设于所述等离子灯管(110)，所述反光罩(140)用于调整所述等离子灯管(110)的照射方向。

2.根据权利要求1所述的射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述反光罩(140)包括：

框架(141)，罩设于所述等离子灯管(110)，所述框架(141)具有出光口；

两个椭球镜(143)，分别安装在所述框架(141)内的相对两侧，所述等离子灯管(110)位于两个所述椭球镜(143)组成的椭球柱面反射镜的焦点位置，所述椭球镜(143)用于将所述等离子灯管(110)发出的所述紫外光向所述出光口反射、并形成条状光斑作用于待照物体。

3.根据权利要求2所述的射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述框架(141)的外壁上设置有散热鳍片(142)。

4.根据权利要求1所述的射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述射频无极准分子固化灯还包括：

两个散热器(130)，分别安装在两个所述射频源(120)上，所述散热器(130)用于对所述射频源(120)散热。

5.根据权利要求4所述的射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述散热器(130)包括：

基体(131)，安装在所述射频源(120)上；

散热管(132)，安装在所述基体(131)上，所述散热管(132)呈弯曲形式；

入口接头(133)，安装在所述散热管(132)的一端，所述入口接头(133)用于接入冷却液；

出口接头(134)，安装在所述散热管(132)的另一端，所述出口接头(134)用于排出所述冷却液。

6.根据权利要求1所述的射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述聚焦器(150)包括：

底盖(151)，采用导电材料制成；

上盖(152)，采用导电材料制成，所述上盖(152)与所述底盖(151)连接；

射频天线(153)，贯穿所述底盖(151)、且连接到所述上盖(152)，所述射频天线(153)与所述底盖(151)之间填充有绝缘材料；

金属柱(154)，贯穿所述上盖(152)、且连接到所述底盖(151)上，所述金属柱(154)与所述上盖(152)间隔设置，所述金属柱(154)包括第一段(1541)和第二段(1542)，所述第二段(1542)相对于所述第一段(1541)远离所述底盖(151)、且从所述上盖(152)伸出，所述第二段(1542)的直径大于所述第一段(1541)的直径，所述第二段(1542)的端部开设有凹槽，所述等离子灯管(110)安装在所述凹槽内。

7.根据权利要求6所述的射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述上盖(152)为阶梯圆柱形，所述上盖(152)包括：

第一圆形侧壁(1521)，垂直连接在所述底盖(151)上、且包围所述射频天线(153)和所述金属柱(154)；

圆环侧壁(1522)，所述圆环侧壁(1522)的外周面连接在所述第一圆形侧壁(1521)的一端，所述圆环侧壁(1522)平行于所述底盖(151)，所述射频天线(153)连接在所述圆环侧壁(1522)上；

第二圆形侧壁(1523)，连接在所述圆环侧壁(1522)的内周面上，所述第二圆形侧壁(1523)包围所述金属柱(154)、且与所述金属柱(154)间隔设置。

8.根据权利要求7所述的射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述第一圆形侧壁(1521)的轴向长度大于或等于所述第一段(1541)的长度，所述第一圆形侧壁(1521)与所述第一段(1541)形成第一级环形电容，所述第二圆形侧壁(1523)的轴向长度小于或等于所述第二段(1542)的长度，所述第二圆形侧壁(1523)与所述第二段(1542)形成第二级环形电容。

9.根据权利要求1所述的射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述聚焦器(150)包括：

壳体(155)，所述壳体(155)为圆柱形结构，所述壳体(155)内具有圆柱形空腔；

射频天线(153)，沿所述壳体(155)的轴线方向贯穿所述壳体(155)、且穿过所述圆柱形空腔，所述射频天线(153)相对于所述壳体(155)的轴线偏心设置；

金属柱(154)，沿所述壳体(155)的轴线方向贯穿所述壳体(155)、且穿过所述圆柱形空腔，所述金属柱(154)相对于所述壳体(155)的轴线偏心设置，所述金属柱(154)伸出所述壳体(155)的一端开设有凹槽，所述等离子灯安装在所述凹槽内。

10.根据权利要求9所述的射频无极准分子固化灯，其特征在于，所述射频天线(153)和所述金属柱(154)分别位于所述壳体(155)的轴线的相对两侧。

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