DE102004009881A1

DE102004009881A1 - Mikrowellenbetriebener Leuchtkopf mit einem externen Verschluss

Info

Publication number: DE102004009881A1
Application number: DE200410009881
Authority: DE
Inventors: James M. Westlake Borsuk; Edward C. Amherst McGhee
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: US20040183481A1; DE102004009881B8; CN100516643C; CN1598399A; DE102004009881B4; US6933683B2

Abstract

Eine mikrowellenbetriebene Leuchtkopfanordnung beinhaltet eine Verschlussanordnung, welche aktiviert werden kann, um wahlweise Lichttransmission aus dem mikrowellenbetriebenen Lampenkolben zu erlauben. Die Verschlussanordnung erlaubt ungehinderten Luftfluss, wenn sie in ihrer geschlossenen Position ist, so dass der aktive Lampenkolben noch gekühlt werden kann, während die Transmission von UV-Strahlung durch den Verschluss verhindert wird. Die Verschlussanordnung ist in der geschlossenen Position in engem Dichtungsverhältnis in Bezug auf den den Lampenkolben haltenden optischen Hohlraum, um das Entweichen von UV-Strahlung zu minimieren.

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein mikrowellenbetriebene UV-Leuchten, welche zum Aushärten verschiedener Materialen mittels Photopolymerisation verwendet werden und, spezieller, die Arten, die Vorrichtung schnell zwischen aktivem und inaktiven Zustand zu wechseln.
Hintergrund der Erfindung
Ultraviolette Strahlung oder UV-Strahlung wird oft verwendet, um photochemisch verschiedene Arten von Materialien auf Substraten zu Polymerisieren oder zu Härten und kann in anderen Anwendungen verwendet werden. Bekannte Technologie zum Ausführen dieser Art der Polymerisation umfasst gewöhnlich entweder eine elektrodenbetriebene ultraviolette Leuchte oder eine mikrowellenbetriebene ultraviolette Leuchte. Die Elektroden- oder Mikrowellenleistung wird in einen plasmagefüllten Lampenkolben dissipiert. Das Plasma strahlt Licht in der gewünschten Wellenlänge oder den gewünschten Wellenlängen aus und das Licht wird typischerweise auf das beabsichtigte Ziel reflektiert oder in anderer Weise fokussiert, um die effizienteste Transmission zu erzielen.
Mikrowellenbetriebene Leuchtenanordnungen sind allgemein wesentlich leistungsfähiger als elektrodenbetriebene Leuchtenanordnungen und emittieren viel höhere UV-Strahlung aus dem plasmagefüllten Kolben. Mehrere hundert Watt der Mikrowellenleistung können durch das Plasma in einem relativ kleinen Volumen absorbiert werden. Ein Teil dieser Mikrowellenleistung wird in Wärme umgewandelt und daher muss der plasmagefüllte Kolben in irgendeiner Weise gekühlt werden, um eine Überhitzung zu verhindern und ein langes Kolbenleben zu fördern. Typischerweise wird die Kühlung erzielt, indem Luft über den Lampenkolben zirkuliert wird. Da die mikrowellenbetriebenen Leuchten intensivere UV-Strahlung erzeugen, ist Sicherheit auch ein Thema, da die Exposition zu solcher Strahlung Gesundheitsprobleme aufwerfen kann. Schließlich können, obwohl mikrowellenbetriebene Leuchtköpfe schneller an- und auszuschalten sind als elektrodenbetriebene Leuchtköpfe, sie dennoch nicht schnell genug an- und ausschalten, um eine gewünschte Produktionsgeschwindigkeit zu erzielen. In dieser Hinsicht können einige Photopolymere kurze Aktivationszeiten haben und daher wäre es wünschenswert, den Kolben innerhalb einer kurzen Zeitspanne an- und auszuschalten, z.B. innerhalb von wenigen Sekunden oder weniger. In einer hochproduktiven Umgebung kann es auch wünschenswert sein, den Lampenkolben für den nächsten Aushärtungsvorgang auf einer Fertigungslinie zu reaktivieren, z.B. innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne. Unglücklicherweise benötigen sogar mikrowellenbetriebene Leuchtköpfe Zeit, um die volle Leistung zu erreichen, nachdem sie deaktiviert oder abgeschaltet wurden. Diese Zeitspanne, um die Leuchte hochzufahren, kann mehrere Sekunden oder mehr betragen und dies kann für bestimmte Produktionsumgebungen unakzeptabel sein.
Um die zuvor beschriebenen Probleme zu bewältigen, ebenso wie andere Probleme in der Technik, wäre es wünschenswert, einen mikrowellenbetriebenen Leuchtkopf bereitzustellen, der in der Lage ist, schnell zwischen aktivem und inaktivem Zustand zu schalten, wobei er auch eine ausreichende Kühlung des Lampenkolbens erlaubt und den Austritt von schädlicher UV-Strahlung minimiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt allgemein eine mikrowellenbetriebene Leuchtenanordnung bereit, welche wenigstens einen mikrowellenbetriebenen Lampenkolben umfasst, der in einem optischen Hohlraum befestigt ist. Ein Verschlusssystem ist bereitgestellt, um wahlweise den optischen Hohlraum zu öffnen und zu schließen und entsprechend Lichttransmission auf ein Ziel zu erlauben und zu verhindern. Eine dichte Abdichtung gegen Lichttransmission wird in der geschlossenen Position erreicht. Folglich kann der Lampenkolben an oder betrieben bleiben, während der Verschluss zwischen einer Position betätigt wird, welche die Transmission von Licht von dem optischen Hohlraum erlaubt und einer Position, welche jegliche signifikante Transmission von Licht von dem optischen Hohlraum verhindert. Der Verschluss kann ein viel schnelleres Schalten der Leuchte zwischen einem aktiven oder Aushärtungszustand und einem inaktiven oder Nichtaushärtungszustand erlauben. Zusätzlich verhindert das den Verschluss ausbildende Material wesentlich die Transmission von jeglichem Licht von dem optischen Hohlraum durch das Material, aber erlaubt ungehinderten Luftfluss dadurch. Auf diese Weise kann Kühlluft, welche um den aktivierten Lampenkolben streicht, frei aus dem optischen Hohlraum austreten.
Die Erfindung trägt weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer mikrowellenbetriebenen Leuchtenanordnung bei. Allgemein umfasst das Verfahren das Aktivie ren eines Magnetrons der mikrowellenbetriebenen Leuchtenanordnung und das Erregen eines Plasmas in einem plasmagefüllten Kolben, der in einem optischen Hohlraum der mikrowellenbetriebenen Leuchtenanordnung befestigt ist. Auf diese Weise wird UV-Strahlung aus dem plasmagefüllten Kolben emittiert. Erfindungsgemäß wird der optische Hohlraum wahlweise geöffnet und geschlossen, um Transmission der UV-Strahlung aus dem optischen Hohlraum zu erlauben und zu verhindern. Folglich kann die Leuchte wirksam an- und ausgeschaltet werden ohne tatsächlich die Leistung zu dem Leuchtkopf zu versorgen und zu trennen und mit Schaltzeiten, welche auf eine Sekunde oder weniger reduziert werden können.
Diese und andere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden vollständig ersichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Leuchtkopfs, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und zeigt die Verschlussanordnung in der Position, um die Transmission von Licht aus dem optischen Hohlraum zu verhindern.
2 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich wie 1, stellt aber die Verschlussanordnung in eine Position bewegt dar, welche die Transmission von Licht aus dem optischen Hohlraum erlaubt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Bezugnehmend zu 1 und 2 umfasst ein Leuchtkopf 10, der gemäß dem erfinderischen Prinzip konstruiert ist, allgemein ein Magnetron- und Steuergehäuse 12, welches mit einer Verschlussanordnung 14 gekoppelt ist. Wenigstens ein Magnetron (nicht gezeigt) ist operativ einem plasmagefüllten Lampenkolben 16 zugeordnet, der in einem optischen Hohlraum 18 enthalten ist. Der Hohlraum 18 kann eine konventionelle Reflektorstruktur haben, wie ein elliptischer Reflektor. Das Magnetron oder die Magnetrone und andere in dem Gehäuse 12 enthaltenen Steuerungskomponenten können konventionell sein und daher ist eine weitere Beschreibung dieser Komponenten nicht erforderlich. Die Verschlussanordnung 14 umfasst weiterhin einen Verschluss 20, der aus einem Lüftungsgittermaterial 20a ausgebildet ist, enthalten in einem geeigneten äußeren Rahmen 20b. Das Lüftungsgittermaterial 20a kann von Tuttle und Bailey in Richardson, Texas bezogen werden. Der Rahmen 20b ist mit einer Klammer 22 gekoppelt, welche wiederum operativ mit einem pneumatischen, reziprokierenden Aktuator 24 gekoppelt ist. Der pneumatische Aktuator 24 kann ein konventioneller doppelt wirkender linearer Aktuator sein, welcher Druckluft durch Eingänge 26, 28 aufnimmt und auch Luft durch diese Anschlüsse 26, 28 auswirft, abhängig von der Richtung der Aktuation. Es wird jedoch erkannt werden, dass verschiedene Arten von Aktuatoren und anderen zugeordneten Strukturen, ebenso wie verschiedene Verschlussarten verwendet werden können, während die Vorteile der Erfindung erreicht werden. In der bevorzugten Ausführungsform kann ein konventioneller pneumatischer Aktuator wie der Aktuator 24 schnell genug geschaltet werden, um aktive/inaktive (an/aus) Zustände in etwa einer Sekunde oder weniger zu erreichen. Während der Lampenkolben 16 über den ganzen Produktionslauf erregt bleibt und die Schaltung zwischen aktiven und inaktiven Zuständen durch die Verschlussanordnung 14 erreicht wird, erlaubt dies eine wesentlich schnellere Produktion in Anwendungen wie solchen, die schnelle UV härtbare Beschichtungen beinhalten.
Um dazu beizutragen, sicherzustellen, dass so wenig UV-Strahlung wie möglich aus dem optischen Hohlraum 18 entweicht, wenn die Verschlussanordnung 14 in der geschlossenen Position ist, wie gezeigt in 1, sind geeignete Flansche oder Dichtungen entlang des Umfangs des Verschlussrahmens 20b bereitgestellt. In dieser bevorzugten Ausführungsform können die Flansche 30 und 32 wenigstens etwas lichtabdichtenden Effekt zusätzlich zum Beitrag der Führung und Stabilisierung des Verschlusses 20 bereitstellen. Jedoch ist die Hauptlichtabdichtung zwischen dem Verschlussrahmen 20b und der unteren Oberfläche 36 bereitgestellt. Wie gezeigt in 2, hat die untere Oberfläche 36 Kanten 36a, 36b, 36c, welche entweder in Kontakt sind oder sehr gering beabstandet sind in Bezug auf die obere Seite des Verschlussrahmens 20b.
Während die vorliegende Erfindung durch Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform illustriert wurde und während diese Ausführungsform in einigem Detail beschrieben wurde, ist es nicht die Absicht der Anmelder, den Schutz der anhängenden Ansprüche in solchem Detail zu beschränken oder in jeglicher Weise zu limitieren. Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden dem Fachmann vollständig klar werden. Die verschiedenen Merkmale der Erfindung können alleine oder in zahlreichen Kombinationen verwendet werden, abhängig von den Bedürfnissen und Vorzügen der Verbraucher. Dies war eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung, zusammen mit bevorzugten Verfahren zum Ausüben der vorliegenden Erfindung, wie derzeit bekannt. Jedoch sollte die Erfindung selbst nur durch die anhängenden Ansprüche definiert sein. Beansprucht wird:

Claims

Mikrowellenbetriebene Leuchtenanordnung, umfassend: eine Gehäusestruktur; ein in der Gehäusestruktur befestigtes Magnetron; ein optischer Hohlraum in der Gehäusestruktur; ein plasmagefüllter Lampenkolben, der in dem optischen Hohlraum befestigt ist und ausgebildet ist, um durch das Magnetron aktiviert zu werden; und einen Verschluss, der für eine Bewegung relativ zu dem optischen Hohlraum zwischen wenigstens zwei Positionen angeordnet ist, um wahlweise eine Lichttransmission von dem Lampenkolben aus dem optischen Hohlraum heraus zu erlauben oder eine Lichttransmission von dem Lampenkolben aus dem optischen Hohlraum heraus zu verhindern.
Leuchtenanordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Aktuator, der mit dem Verschluss gekoppelt ist zum Bewegen des Verschlusses zwischen den zwei Positionen.
Leuchtenanordnung nach Anspruch 2, worin der Aktuator ein pneumatischer Aktuator ist.
Leuchtenanordnung nach Anspruch 1, worin der Verschluss aus einem Material besteht, welches ungehinderten Luftfluss durch sich hindurch erlaubt aber jegliche signifikante UV-Strahlungstransmission durch sich hindurch verhindert.
Leuchtenanordnung nach Anspruch 1, worin der Verschluss in der geschlossenen Position in einer lichtabdichtenden Beziehung relativ zu dem optischen Hohlraum positioniert ist, um jegliche signifikante UV-Strahlungstransmission von dem optischen Hohlraum zu verhindern.
Verfahren zum Betreiben einer mikrowellenbetriebenen Leuchteanordnung, umfassend: Betätigen eines Magnetrons der mikrowellenbetriebenen Leuchtenanordnung; Erregen eines Plasmas in einem plasmagefüllten Kolben, der in einem optischen Hohlraum der mikrowellenbetriebenen Leuchtenanordnung befestigt ist, in solcher Weise, dass UV-Strahlung aus dem plasmagefüllten Kolben emittiert wird; und wahlweises Öffnen und Schließen des optischen Hohlraums, um Transmission der UV-Strahlung von dem optischen Hohlraum zu erlauben und zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 6, worin das wahlweise Öffnen und Schließen des optischen Hohlraums weiterhin umfasst: Bewegen eines Verschlusses zurück und vorwärts über den optischen Hohlraum.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: Bewegen von Kühlluft durch den optischen Hohlraum und den Verschluss, um den plasmagefüllten Kolben zu kühlen.
Verfahren nach Anspruch 6, worin das Schließen des optischen Hohlraums weiterhin umfasst: Abdichten des optischen Hohlraums von jeglicher signifikanter Transmission von UV-Strahlung daraus.