DE10045994A1 - Gerät und Verfahren zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit - Google Patents

Gerät und Verfahren zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit

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Abstract

Ein Gerät zum Aktivieren eines polymerisierbaren flüssigen Kleb- oder Dichtstoffs umfaßt ein Dosierventil 10, aus dem die Flüssigkeit als Tröpfchenfolge 11 in freier Flugbahn am Strahlungsaustrittsende 15 eines Lichtleiters 16 vorbei auf das zu behandelnde Substrat 12 gerichtet wird. Ablagerungen der aktivierten Flüssigkeit an Teilen des Gerätes während des Betriebs sind ausgeschlossen, so daß das Gerät nicht verstopfen kann und auch nach langem Betrieb eine gleichbleibende Aktivierung gewährleistet ist.

Description

Ein Gerät zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus JP (A) 61- 98740 bekannt. Bei der Flüssigkeit handelt es sich dort um ein mittels UV- oder UV-nahem Licht härtbares Reaktionsharz, das ein von einer Strah­ lungsquelle bestrahltes Röhrchen durchströmt und auf das zu behandelnde Substrat aufgetragen wird, wo das durch die Bestrahlung aktivierte Harz anschließend polymerisiert.
Unter Aktivierung, auch als Voraktivierung bezeichnet, wird hier das Anregen einer Substanz mit Strahlung verstanden, ohne daß sich die rheolo­ gischen Eigenschaften der Substanz über einen gewissen Zeitraum merklich ändern.
Die Strahlungsintensität und damit das Maß der Aktivierung nimmt mit der Dicke der bestrahlten Flüssigkeitsschicht exponentiell ab. Die bekannte Vorrichtung arbeitet daher mit einem verhältnismäßig dünnen Röhrchen, wobei auf der der Strahlungsquelle gegenüberliegenden Seite des Röhrchens ein Reflektor angeordnet ist, um die das Röhrchen durchströ­ mende Flüssigkeit von zwei entgegengesetzten Seiten zu bestrahlen.
Aus DE 37 02 999 A1 ist eine weitere Vorrichtung bekannt, bei der die Strahlung über einen zylindrischen Stab zugeführt wird, den die zu bestrah­ lende Flüssigkeit koaxial umströmt. Bei einer Variante wird eine dünne Strömungsschicht längs einer ebenen, bestrahlten Fläche erzeugt.
Bei den bekannten Geräten strömt die zu aktivierende Flüssigkeit längs einer Wandung. Unmittelbar an der Wandung ist die Strömungs­ geschwindigkeit Null; in Abstand davon nimmt sie zu. Bei einem Röhrchen erreicht die Strömungsgeschwindigkeit an der Röhrchenachse ihren Maxi­ malwert. Zwangsläufig baut sich daher mit der Zeit an der Wandung eine polymerisierte Schicht auf, die die Transmission der Strahlung zunehmend behindert und letztlich zum Verstopfen der Gerätes führt.
Der im Laufe der Zeit kleiner werdende Strömungsquerschnitt führt ferner zu einer unkontrollierten Änderung der Strömungsgeschwindigkeit und damit zu einer Veränderung der Bestrahlungsdauer und des Ausmaßes der Aktivierung.
Aus EP 0 508 046 A1 ist ein weiteres Gerät bekannt, bei dem die zu aktivierende Flüssigkeit ein Rohr durchströmt. Dort ist versucht worden, die geschilderten Schwierigkeiten durch eine in dem Rohr angeordnete Mischeinrichtung mit die Flüssigkeitsströmung ablenkenden Leitflächen zu ver­ meiden. Ferner ist das Rohr samt Mischer auswechselbar, so daß es nach längerer Benutzung des Gerätes oder längerer Unterbrechung ausgebaut und weggeworfen werden kann. In dem Bestreben, die Gefahr einer Ver­ stopfung des Rohrs weiter herabzusetzen, ist dort eine Kühleinrichtung vor­ gesehen, die die Polymerisation der aktivierten Flüssigkeit innerhalb des Gerätes verzögern soll.
Keines der bekannten Geräte gestattet längere konstante Betriebsab­ läufe. Betriebsunterbrechungen führen ferner dazu, daß die mit aktivierter Flüssigkeit in Berührung gekommenen Teile des Geräts nach kurzer Zeit unbrauchbar sind.
Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren Geräten und Verfahren nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Gerät und ein Verfahren zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit anzugeben, bei dem ein Ver­ stopfen oder eine Änderung in der Wirksamkeit der Aktivierung im wesent­ lichen ausgeschlossen ist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der in den Ansprüchen 1 und 14 gekennzeichneten Erfindung. Danach wird die Flüssigkeit im freien Flug zwischen dem Verlassen eines Dosierventils und dem Auftreffen auf das zu behandelnde Substrat aktiviert. Während dieses Zeitintervalls befindet sich die Flüssigkeit in der Luft, so daß Ablagerungen und Verstopfungen nicht möglich sind. Die Fluggeschwindigkeit ändert sich daher im Laufe des Betriebes nicht, so daß auch die zur Aktivierung zur Verfügung stehende Zeit unverändert bleibt. Da ferner der Strahl immer in gleicher Weise der aktivierenden Strahlung ausgesetzt ist, ändert sich bei gegebenen Betriebs­ parametern das Maß der Aktivierung nicht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß aufgrund der freien Flugbahn der Flüssigkeit eine Berührung des Substrats mit dem Gerät sicher zu vermeiden ist.
In der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 und 15 wird der Flüssigkeitsstrahl in eine Tröpfchenfolge zerlegt. Dieses Merkmal ist von besonderer Bedeutung, da ein durchgehender Flüssigkeitsstrahl einen Licht­ leiter bildet, was dazu führen kann, daß die aktivierende Strahlung in die Zuführung gelangt und ein Zuwachsen oder gar Verstopfen des Auslasses bewirkt. Ist der Flüssigkeitsstrahl tröpfchenförmig unterbrochen, so ist eine derartige Lichtleitung praktisch unmöglich.
Die nach Anspruch 3 vorgesehene Lochblende hat den Zweck, den Auslaß des Dosierventils gegen den Eintritt von aktivierender Strahlung soweit wie möglich zu schützen.
Die Maßnahmen der Ansprüche 4 bis 7 dienen dazu, ein Verstopfen des Dosierventils durch Rückstände der Flüssigkeit beim Abschalten des Be­ triebs zu vermeiden.
Eine besonders wirksame Art, den gegebenenfalls tröpfchenförmigen Flüssigkeitsstrahl im Flug mit genügend Strahlungsleistung zu beaufschla­ gen, ist in den Ansprüchen 8 bis 11 angegeben.
Die nach Anspruch 13 vorgesehene Vorheizung fördert die Aktivie­ rung, so daß eine entsprechend kurze Flugbahn zur Aktivierung ausreicht.
Die Ansprüche 12 und 16 bis 18 beziehen sich auf zweckmäßige Para­ meter des Gerätes bzw. Verfahrens.
Hohe Fluggeschwindigkeit ist insofern günstig, die Flugbahn unab­ hängig von der Haltung des Geräts geradlinig wird und sich daher die ge­ wünschte Behandlungsstelle genau zu treffen ist. Ferner läßt sich bei hoher Fluggeschwindigkeit ein ausreichender Sicherheitsabstand zwischen Gerät und zu behandelndem Substrat einhalten.
Kleiner Strahldurchmesser bzw. geringe Tröpfchengröße ermöglichen nicht nur eine ausreichende Polymerisation, sondern sind auch für die Ziel­ genauigkeit der zu bearbeitenden Substratstelle von Bedeutung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, deren Fig. 1 und 2 schematische Seiten­ ansichten zweiter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gerätes zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit veranschaulichen.
Das in Fig. 1 gezeigte Gerät weist ein Dosierventil 10 auf, das eine polymerisierbare Flüssigkeit als Tröpfchenstrahl 11 auf ein Substrat 12 rich­ tet. Der Tröpfchenstrahl 11 durchsetzt eine Öffnung 13 einer stromabwärts von dem Dosierventil 10 angeordneten Blende 14. Nahe der Flugbahn des Tröpfchenstrahls 11 befindet sich das Austrittsende 15 eines Lichtleiters 16.
Bei der Flüssigkeit handelt es sich beispielsweise um einen Kleb- oder Dichtstoff in Form eines Reaktionsharzes. Die von dem Lichtleiter 16 zuge­ führte Strahlung liegt bei dem Ausführungsbeispiel im UV- oder UV-nahen oder auch im IR-Spektralbereich.
Der Tröpfchenstrahl wird mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 30 m/s aufgebracht; die Folgefrequenz der Tröpfchen liegt zwischen 1 und 20 KHz. Die einzelnen Tröpfchen haben ein Volumen von 0,005 bis 0,5 mm3. Die Austrittsöffnung des Dosierventils 10 ist kreisförmig und hat einen Durch­ messer im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm. Das Austrittsende 15 des Lichtleiters 16 hat eine parallel zur Flugbahn eine Abmessung von 8 bis 20 mm.
Bei den angegebenen Geräteparametern lassen sich bis etwa 2 g Kleb­ stoff bzw. Dichtmasse pro Sekunde verarbeiten.
Während die Flüssigkeitströpfchen 11 den von dem Lichtleiter 16 aus­ tretenden Strahl durchsetzen, werden sie zur Aushärtung aktiviert; die Aus­ härtung erfolgt auf dem Substrat 12.
Eine das Dosierventil 10 umgebende Hetzeinrichtung 17 dient zum Vorheizen der Flüssigkeit, wodurch die Aktivierungszeit verkürzt wird. Da­ her kann die über den Lichtleiter 16 zugeführte Strahlungsenergie verhält­ nismäßig gering und/oder die Fluggeschwindigkeit des Tröpfchenstrahls 11 verhältnismäßig hoch sein.
Zum Beenden des Auftragvorgangs wird das Dosierventil 10 abge­ schaltet. Eine (nicht gezeigte) Steuerschaltung bewirkt, daß mit jeder Ab­ schaltung des Dosierventils 10 automatisch die den Lichtleiter 16 speisende Strahlungsquelle 18 ausgeschaltet wird. Dadurch wird verhindert, daß Strahlung durch die Blendenöffnung 13 an den Austritt des Dosierventils 10 gelangt und den dort verbliebenen Flüssigkeitsrest aushärtet. Die Blenden­ öffnung 13 selbst ist möglichst klein, um auch während des Betriebs den Ventilauslaß gegen auftreffende Strahlung zu schützen.
Gleichzeitig mit dem Abschalten des Dosierventils 10 wird ferner über eine Luftdüse 19 ein Luftimpuls quer zur Flugbahn der Tröpfchenfolge 11 auf den Auslaß des Dosierventils 10 gerichtet, um einen dort zurückblei­ benden Flüssigkeitsrest wegzublasen. Anstelle der Luftdüse kann auch eine (nicht gezeigte) mechanische Abstreifvorrichtung vorgesehen sein.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Auslaßende des Dosierventils 10 von einer Hülse 20 umgeben, die von einer Querwand 24 mit einer Blendenöffnung 23 in einen oberen und einen unteren Bereich unterteilt ist.
Der untere Teil der Hülse 20 weist eine seitliche Öffnung auf, in die das Austrittsende 15 des Lichtleiters 16 eingefügt ist. Im übrigen ist der untere Bereich der Hülse 20 innen verspiegelt, um die von dem Lichtleiter 16 zugeführte Strahlung möglichst effektiv zur Aktivierung des Flüssigkeits­ strahls 21 (der in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 als durchgehender Strahl gezeigt ist) auszunutzen.
Der obere Bereich der Hülse 20 umschließt das Auslaßende des Dosierventils 10 mit Ausnahme der Blendenöffnung 23 vollständig, um jed­ weden Lichteinfall zu vermeiden, der zu einer unerwünschten Aushärtung etwaiger Flüssigkeitsreste bei abgeschaltetem Betrieb führen könnte.
Im übrigen kann auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, obwohl nicht gezeigt, eine Luftdüse oder ein mechanischer Abstreifer zum Entfernen etwaiger Flüssigkeitsreste vom Ventilauslaß vorgesehen sein.
Anstelle des Lichtleiters 16 ist es ferner möglich, einen oder mehrere Halogenstrahler einzusetzen. Auch Leuchtdioden (LEDs), insbesondere sol­ che mit blauer Emission, lassen sich verwenden, wobei es zur Erzielung aus­ reichender Strahlungsleistung günstig sein kann, den unteren Bereich der Hülse 20 mit einer zylindrischen Anordnung derartiger LEDs zu bestücken. Ein Vorteil von LEDs besteht in ihrer langen Lebensdauer und ihrer wäh­ rend dieser weitgehend konstanten Strahlungseigenschaften.

Claims (18)

1. Gerät zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit, mit einer Zuführeinrichtung und einer stromabwärts davon angeordneten Bestrah­ lungseinrichtung (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung ein Dosierventil (10) aufweist, das die Flüssigkeit auf eine an der Bestrahlungseinrichtung (16) vorbeiführende Flugbahn lenkt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierven­ til (10) so einstellbar ist, daß es eine Tröpfchenfolge (11) erzeugt.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung eine stromabwärts vom Auslaß des Dosierventils (10) angeordnete Blendenöffnung (13; 23) aufweist.
4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (16) beim Verschließen des Dosierventils (10) automatisch abschaltbar ist.
5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung eine beim Verschließen des Dosierventils (10) betätigte Einrichtung (19) zur Erzeugung eines quer zur Flugbahn gerichteten, am Auslaß des Dosierventils (10) vorbeigeführten Luftstrahls aufweist.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführeinrichtung eine auf den Auslaß des Dosierventils (10) wirkende Abstreifvorrichtung aufweist.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführeinrichtung eine nach Beenden der Flüssigkeits­ zufuhr beaufschlagte Vorrichtung zum Rücksaugen von Flüssigkeit in das Dosierventil (10) aufweist.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Flugbahn mindestens teilweise umgebende Spiegelanord­ nung (20).
9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung einen Lichtleiter (16) mit nahe der Flugbahn angeordnetem Austrittsende (15) aufweist.
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrah­ lungseinrichtung mehrere mit ihren Austrittsenden die Flugbahn umge­ bende Lichtleiter aufweist.
11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung eine die Flugbahn umgebende Anordnung von Leuchtdioden aufweist.
12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Austrittsöffnung des Dosierventils (10) einen Querschnitt von 0,1 bis 0,5 mm hat.
13. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführeinrichtung eine Heizung (17) zum Erwärmen der Flüssigkeit vor Austritt aus dem Dosierventil (10) aufweist.
14. Verfahren zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit mit Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit auf eine Strahlung durchsetzende Flugbahn gelenkt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit als Tröpfchenfolge (11) auf die Flugbahn gelenkt wird.
16. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 13 bzw. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz der Tröpfchen 1 bis 20 KHz beträgt.
17. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 13 und 16 bzw. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Tröpfchenvolumen 0,005 bis 0,5 mm3 beträgt.
18. Gerät bzw. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Flüssigkeit längs der Flugbahn 1 bis 30 m/s beträgt.
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