DE10045994C2 - Device and method for activating a polymerizable liquid - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aktivieren einer polyme risierbaren Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 17.The invention relates to a device for activating a polymer risible liquid according to the preamble of claim 1 and a method for activating a polymerizable liquid the preamble of claim 17.
Ein Gerät zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus JP 61- 98740 A2 bekannt. Bei der Flüssigkeit handelt es sich dort um ein mittels UV- oder UV-nahem Licht härtbares Reaktionsharz, das ein von einer Strahlungsquelle bestrahltes Röhrchen durchströmt und auf das zu behan delnde Substrat aufgetragen wird, wo das durch die Bestrahlung aktivierte Harz anschließend polymerisiert.A device for activating a polymerizable liquid with the Features specified in the preamble of claim 1 is from JP 61- 98740 A2 known. The liquid is an agent there UV or UV-near light curable reaction resin that is one of a kind Radiation source flows through irradiated tube and to act on it the substrate is applied, where that activated by the radiation Resin then polymerized.
Unter Aktivierung, auch als Voraktivierung bezeichnet, wird hier das Anregen einer Substanz mit Strahlung verstanden, ohne daß sich die rheo logischen Eigenschaften der Substanz über einen gewissen Zeitraum merk lich ändern.Under activation, also referred to as pre-activation, this is here Excitation of a substance with radiation understood without the rheo Note the logical properties of the substance over a certain period of time change.
Die Strahlungsintensität und damit das Maß der Aktivierung nimmt mit der Dicke der bestrahlten Flüssigkeitsschicht exponentiell ab. Die be kannte 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 durch strömende Flüssigkeit von zwei entgegengesetzten Seiten zu bestrahlen.The radiation intensity and thus the degree of activation increases exponentially with the thickness of the irradiated liquid layer. The be Known device therefore works with a relatively thin Tube, being on the side opposite the radiation source of the tube, a reflector is arranged around which the tube passes to irradiate flowing liquid from two opposite sides.
Aus DE 37 02 999 A1 ist eine weitere Vorrichtung bekannt, bei der die Strahlung über einen zylindrischen Stab zugeführt wird, den die zu be strahlende Flüssigkeit koaxial umströmt. Bei einer Variante wird eine dünne Strömungsschicht längs einer ebenen, bestrahlten Fläche erzeugt.Another device is known from DE 37 02 999 A1, in which the radiation is supplied via a cylindrical rod, which the to be radiant liquid flows coaxially. In one variant, one creates a thin flow layer along a flat, irradiated surface.
Bei den bekannten Geräten strömt die zu aktivierende Flüssigkeit längs einer Wandung. Unmittelbar an der Wandung ist die Strömungsge schwindigkeit Null; in Abstand davon nimmt sie zu. Bei einem Röhrchen er reicht 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. In the known devices, the liquid to be activated flows along a wall. The flow is directly on the wall zero speed; at a distance from it it increases. With a tube he the flow velocity at the tube axis reaches its maxi malwert. Inevitably, therefore, a wall builds up over time polymerized layer on the transmission of radiation increasing hindered and ultimately leads to clogging of the device.
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.The flow cross section becomes smaller over time an uncontrolled change in flow velocity and thus a change in the duration of radiation and the extent activation.
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 vermeiden. Ferner ist das Rohr samt Mischer auswechselbar, so daß es nach längerer Benutzung des Gerätes oder längerer Unterbrechung ausge baut und weggeworfen werden kann. In dem Bestreben, die Gefahr einer Verstopfung des Rohrs weiter herabzusetzen, ist dort eine Kühleinrichtung vorgesehen, die die Polymerisation der aktivierten Flüssigkeit innerhalb des Gerätes verzögern soll.Another device is known from EP 0 508 046 A1, in which the activating liquid flows through a tube. There was an attempt the difficulties described by a arranged in the tube Mixing device with baffles deflecting the liquid flow avoid. Furthermore, the tube and mixer can be replaced, so that it after prolonged use of the device or a long break builds and can be thrown away. Anxious to face the danger of To further reduce blockage of the pipe is a cooling device there provided that the polymerization of the activated liquid within the Device should delay.
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.None of the known devices allows longer constant operating times runs. Business interruptions also lead to those with activated Parts of the device that come into contact with liquid after a short time are unusable.
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, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit anzugeben, wobei ein Verstopfen oder eine Änderung in der Wirksamkeit der Aktivierung im we sentlichen ausgeschlossen ist.The invention is based on the general object, disadvantages, such as they with comparable devices and processes according to the state of the art occur, at least partially eliminate. A more specific task of Invention can be seen in an apparatus and method specify for activating a polymerizable liquid, where a Constipation or a change in the effectiveness of activation in the we is substantially excluded.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkma len des Patentanspruchs 17. 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 Be triebes nicht, so daß auch die zur Aktivierung zur Verfügung stehende Zeit unverändert bleibt. Da ferner der Strahl immer in gleicher Weise der akti vierenden Strahlung ausgesetzt ist, ändert sich bei gegebenen Betriebspa rametern das Maß der Aktivierung nicht. This object is achieved with a device with the Features of claim 1 and a method with the Merkma len of claim 17. Then the liquid is in free flight between leaving a dosing valve and hitting it treating substrate activated. Is during this time interval the liquid in the air so that deposits and clogs do not possible are. The flight speed therefore changes in the course of loading did not drive, so that also the time available for activation remains unchanged. Furthermore, since the beam always acts in the same way exposed to radiation changes for a given operating pa do not measure the degree of activation.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß aufgrund der frei en Flugbahn der Flüssigkeit eine Berührung des Substrats mit dem Gerät sicher zu vermeiden ist.Another advantage of the invention is that due to the free en trajectory of the liquid a contact of the substrate with the device is to be avoided safely.
In der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 und 18 wird der Flüssigkeitsstrahl in eine Tröpfchenfolge zerlegt. Dieses Merkmal ist von besonderer Bedeutung, da ein durchgehender Flüssigkeitsstrahl einen Lichtleiter bildet, was dazu führen kann, daß die aktivierende Strahlung in die Zuführung gelangt und ein Zuwachsen oder gar Verstopfen des Auslas ses bewirkt. Ist der Flüssigkeitsstrahl tröpfchenförmig unterbrochen, so ist eine derartige Lichtleitung praktisch unmöglich.In the development of the invention according to claims 2 and 18 Liquid jet broken down into a droplet sequence. This characteristic is from of particular importance since a continuous jet of liquid Optical fiber forms, which can lead to the activating radiation in the feed arrives and an overgrowth or even blockage of the outlet it does. If the liquid jet is interrupted in a droplet shape, then is such a light guide practically impossible.
Die nach Anspruch 3 vorgesehene Lochblende hat den Zweck, den Auslaß des Dosierventils gegen den Eintritt von aktivierender Strahlung so weit wie möglich zu schützen.The pinhole provided according to claim 3 has the purpose of Outlet of the metering valve against the entry of activating radiation to protect as much as possible.
Die Maßnahmen der Ansprüche 4 bis 7 dienen dazu, ein Verstopfen des Dosierventils durch Rückstände der Flüssigkeit beim Abschalten des Betriebs zu vermeiden.The measures of claims 4 to 7 serve to blockage of the dosing valve due to residues of the liquid when the Avoid operating.
Eine besonders wirksame Art, den gegebenenfalls tröpfchenförmigen Flüssigkeitsstrahl im Flug mit genügend Strahlungsleistung zu beaufschla gen, ist in den Ansprüchen 8 bis 11 angegeben.A particularly effective species, which may be droplet-shaped To apply enough radiation power to the liquid jet in flight gene is specified in claims 8 to 11.
Die nach Anspruch 13 vorgesehene Vorheizung fördert die Aktivie rung, so daß eine entsprechend kurze Flugbahn zur Aktivierung ausreicht.The preheating provided according to claim 13 promotes activation tion, so that a correspondingly short trajectory is sufficient for activation.
Die Ansprüche 12, 14 bis 16 und 19 bis 21 beziehen sich auf zweck mäßige Parameter der Vorrichtung bzw. des Verfahrens.The claims 12, 14 to 16 and 19 to 21 relate to purpose moderate parameters of the device or method.
Hohe Fluggeschwindigkeit ist insofern günstig, als die Flugbahn un abhängig von der Haltung des Geräts geradlinig wird und 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.High airspeed is cheap in that the trajectory is un depending on the attitude of the device becomes straight and therefore the ge desired treatment site is to be met exactly. Furthermore, at high Airspeed a sufficient safety distance between the device and adhere to the substrate to be treated.
Kleiner Strahldurchmesser bzw. geringe Tröpfchengröße ermögli chen nicht nur eine ausreichende Polymerisation, sondern sind auch für die Zielgenauigkeit der zu bearbeitenden Substratstelle von Bedeutung.Small jet diameter or small droplet size possible not only sufficient polymerization, but are also for the Target accuracy of the substrate location to be processed is important.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, deren Fig. 1 und 2 schematische Seitenan sichten zweiter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aktivieren einer polymerisierbaren Flüssigkeit veranschaulichen. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing, whose FIGS. 1 and 2 illustrate schematic Seitenan view of second embodiments of the inventive device for activating a polymerizable liquid.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist ein Dosierventil 10 auf, das eine polymerisierbare Flüssigkeit als Tröpfchenstrahl 11 auf ein Substrat 12 richtet. Der Tröpfchenstrahl 11 durchsetzt eine Öffnung 13 einer stromab wärts von dem Dosierventil 10 angeordneten Blende 14. Nahe der Flugbahn des Tröpfchenstrahls 11 befindet sich das Austrittsende 15 eines Lichtlei ters 16.The device shown in FIG. 1 has a metering valve 10 , which directs a polymerizable liquid as a droplet jet 11 onto a substrate 12 . The droplet jet 11 passes through an opening 13 of an orifice 14 arranged downstream of the metering valve 10 . Near the trajectory of the droplet beam 11 is the exit end 15 of a Lichtlei ters 16th
Bei der Flüssigkeit handelt es sich beispielsweise um einen Kleb- oder Dichtstoff in Form eines Reaktionsharzes. Die von dem Lichtleiter 16 zugeführte Strahlung liegt bei dem Ausführungsbeispiel im UV- oder UV- nahen oder auch im IR-Spektralbereich.The liquid is, for example, an adhesive or sealant in the form of a reaction resin. In the exemplary embodiment, the radiation supplied by the light guide 16 lies in the UV or UV near range or also in the IR spectral range.
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.The droplet jet is applied at a speed of 1 to 30 m / s; the repetitive frequency of the droplets is between 1 and 20 kHz. The individual droplets have a volume of 0.005 to 0.5 mm 3 . The outlet opening of the metering valve 10 is circular and has a diameter in the range from 0.1 to 0.5 mm. The outlet end 15 of the light guide 16 has a dimension of 8 to 20 mm parallel to the trajectory.
Bei den angegebenen Geräteparametern lassen sich bis etwa 2 g Klebstoff bzw. Dichtmasse pro Sekunde verarbeiten.With the specified device parameters, up to about 2 g Process adhesive or sealant per second.
Während die Flüssigkeitströpfchen 11 den von dem Lichtleiter 16 austretenden Strahl durchsetzen, werden sie zur Aushärtung aktiviert; die Aushärtung erfolgt auf dem Substrat 12.While the liquid droplets 11 pass through the beam emerging from the light guide 16 , they are activated for curing; curing takes place on the substrate 12 .
Eine das Dosierventil 10 umgebende Heizeinrichtung 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.A heating device 17 surrounding the metering valve 10 serves to preheat the liquid, as a result of which the activation time is shortened. Since the radiation energy supplied via the light guide 16 can be relatively low and / or the airspeed of the droplet jet 11 can be relatively high.
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 Blen denöffnung 13 selbst ist möglichst klein, um auch während des Betriebs den Ventilauslaß gegen auftreffende Strahlung zu schützen.To end the application process, the metering valve 10 is switched off. A (not shown) control circuit has the effect that the radiation source 18 feeding the light guide 16 is automatically switched off with each switching of the metering valve 10 . This prevents radiation from reaching the outlet of the metering valve 10 through the orifice 13 and hardening the liquid residue remaining there. The Blen den opening 13 itself is as small as possible to protect the valve outlet against incident radiation even during operation.
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.Simultaneously with the switching off of the metering valve 10 , an air pulse is directed via an air nozzle 19 transversely to the trajectory of the droplet sequence 11 onto the outlet of the metering valve 10 in order to blow away a residual liquid remaining there. Instead of the air nozzle, a mechanical stripping device (not shown) can also be provided.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Auslaßende des Do sierventils 10 von einer Hülse 20 umgeben, die von einer Querwand 24 mit einer Blendenöffnung 23 in einen oberen und einen unteren Bereich unter teilt ist.In the embodiment of FIG. 2, the outlet end of the Do sierventils 10 is surrounded by a sleeve 20 which is divided by a transverse wall 24 with an aperture 23 in an upper and a lower region.
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 un tere 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.The lower part of the sleeve 20 has a lateral opening into which the outlet end 15 of the light guide 16 is inserted. Otherwise, the lower region of the sleeve 20 is internally mirrored in order to utilize the radiation supplied by the light guide 16 as effectively as possible for activating the liquid jet 21 (which is shown in the exemplary embodiment according to FIG. 2 as a continuous jet).
Der obere Bereich der Hülse 20 umschließt das Auslaßende des Do sierventils 10 mit Ausnahme der Blendenöffnung 23 vollständig, um jedwe den Lichteinfall zu vermeiden, der zu einer unerwünschten Aushärtung et waiger Flüssigkeitsreste bei abgeschaltetem Betrieb führen könnte.The upper region of the sleeve 20 encloses the outlet end of the Do sierventils 10 with the exception of the aperture 23 completely to avoid any incidence of light that could lead to undesired curing et waiger liquid residues when the operation is switched off.
Im übrigen kann auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, ob wohl nicht gezeigt, eine Luftdüse oder ein mechanischer Abstreifer zum Entfernen etwaiger Flüssigkeitsreste vom Ventilauslaß vorgesehen sein.Otherwise, an air nozzle or a mechanical scraper for removing any liquid residues from the valve outlet can also be provided in the exemplary embodiment according to FIG. 2, although not shown.
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 ausreichender Strahlungsleistung günstig sein kann, den unteren Bereich der Hülse 20 mit einer zylindrischen Anordnung derartiger LEDs zu be stücken. Ein Vorteil von LEDs besteht in ihrer langen Lebensdauer und ih rer während dieser weitgehend konstanten Strahlungseigenschaften.Instead of the light guide 16 , it is also possible to use one or more halogen lamps. Light-emitting diodes (LEDs), in particular those with blue emission, can also be used, it being possible, in order to achieve sufficient radiation power, to equip the lower region of the sleeve 20 with a cylindrical arrangement of such LEDs. An advantage of LEDs is their long service life and their largely constant radiation properties.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130403 |