HUT72720A

HUT72720A - Method and apparatus for coating a carrier with a heated composition

Info

Publication number: HUT72720A
Application number: HU9502256A
Authority: HU
Inventors: Craig A Neff
Original assignee: Ast Holdings Ltd
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1996-05-28
Also published as: EP0686090A4; FI953572A; AU6124694A; JPH08508930A; CN1117278A; NO952998D0; NO952998L; US5348604A; TW253857B; BG99824A; PL310074A1; HU9502256D0; AU680875B2; WO1994016888A1; CA2154866A1; BR9405753A; CZ194095A3; KR960700149A; CN1041391C; EP0686090A1

Description

A találmány tárgya eljárás hevített vegyületnek egy hordozóra történő felvitelére. Az előnyös kiviteli alak szerint a találmány tárgya eljárás lapoknak extrudálható közeggel, mint meleg olvadt adhéziv anyaggal történő összekötésére.

Ismeretesek olyan vegyületek, amelyeket hevítéssel aktíváinak. Például, egy szokásos vegyület egy olyan meleg olvasztott adhéziv, amelyet folyadék, ···· >·«« ·· « ·

- 2 vagy más folyékony állapotba hevítenek, majd két, egymással összekötendő tárgyra visznek fel. Lehűléskor a vegyület megszilárdul, majd ragasztó tulajdonságával a tárgyakat összetartja. A meleg olvasztott adhéziveknek két műanyag lap összekötésére való alkalmazása a korábbi, saját 4,861,404 sz.

amerikai szabadalmi leírásban van ismertetve.

Ezen korábbi szabadalom szerint, az adhéziv vegyületet egy lézersugárral is besugározzuk, amely az egymással összekötendő lapok anyagára történt felvitel után az adhéziven egy vonal mentén esik be. A besugárzás elősegíti a jó kötést az adhéziv és az anyag között.

Egy fém szubsztrátumra felviendő keményedő anyag felületének besugárzását ismerteti a 4,644,127 sz. amerikai szabadalmi leírás (LaRocca).

Ismeretes továbbá az összekötendő felületek előkezelése (I. a 4,931,125 sz. amerikai szabadalmi leírást, Volkmann és társai) és lézer alkalmazása termoplasztikus lapok hevítésére és összekötésére (I. 4,069,080 sz. amerikai szabadalmi leírást, Nakamata, és 4,029,535 sz. amerikai szabadalmi leírás, Cannon).

A korábbi megoldásoknak számos hátrányuk van, A fent hivatkozott 4,861,404 sz. amerikai szabadalmi leírás kitanítása nem engedi meg, hogy a lézer energiája hozzájáruljon az adhéziv megolvasztásához annak felvitele előtt, nem lehet egyenes vonalú felviteltől eltérő alakban felvinni az adhézivet, és megengedi az adhéziv hűtését az alkalmazása és az ezt követő lézeres hevítése között. Ezzel szemben a 4,644,127 sz. amerikai szabadalom szerint egy felületre felviendő fémes vegyületet lézerrel olvasztanak meg, azonban a vegyület és a lézersugár között csak minimális érintkezést enged meg, és nem segíti elő az ezt követő bonyolult mintázat kialakítását.

A találmány szerint egy vegyületet egy szubsztrátumra történő felvitel előtt hevítünk, és a szubsztrátumra egy fúvókán keresztül juttatjuk. A fúvóka magában foglalja a vegyület áramlási útját, valamint egy elektromágneses energia sugárnyaláb optikai útvonalát. Egy előnyös kiviteli alak szerint a vegyület egy meleg olvadt adhéziv, és az energia sugárnyalábot egy YAG lézer sugárforrás állítja elő.

♦ · · » ·

- 3 A fúvókában lévő áramlási út lehet hengeres, előnyösen azonban kúpos annak érdekében, hogy az adhézív számára egy keskeny kinyomó nyílás álljon rendelkezésre. Az áramlási útnak a kivezető nyílással szemben lévő vége egy optikai ablakkal van ellátva, amely lehetővé teszi, hogy a lézer sugárnyaláb belépjen az áramlási útba. Az optikai ablak és az áramlási út úgy van beállítva, hogy a lézer sugárnyaláb és az áramlási út egytengelyű legyen. Az optikai ablak lehet sík, de előnyösen ívelt felülete van annak érdekében, hogy a lézer sugárnyaláb optikai energiáját a fúvóka kúpszögével hasonló szögben konvergálja. Ez az elrendezés lehetővé teszi a maximális energia átadást az adhézivre, megakadályozza a kölcsönhatást a fúvóka oldalai és a lézer sugárnyaláb között, valamint ezzel egyidejűleg hevíti a szubsztrátumot és az adhézívet.

A fúvóka nyílása lehet kör keresztmetszetű, vagy hosszúkás. Ha hosszúkás nyílást használunk, akkor az ablak hengeres annak érdekében, hogy illeszkedjen a lézer sugárnyaláb alakja a nyílás alakjához. Hosszúkás nyílást akkor kell használni, ha például az extrudálható anyagot egy szélesebb felületi részre kell felvinni, amikoris a fúvókát a felület fölött mozgatjuk a hosszúkás nyílás irányára keresztirányban.

Mivel az energia sugárnyaláb és az adhézív egybeesik, azok a szubsztrátumhoz képest könnyen mozgathatók. Egy előnyös kiviteli alaknál a szubsztrátumot egy X-Y táblára rögzítjük, amelyet digitális lineáris motorokkal mozgatunk, és amelyeket számítógéppel vezérelünk.

Az áramlási út fizikai méretei (vagyis hossza és keresztmetszete) úgy van megválasztva, hogy a kívánt kölcsönhatás lépjen fel a lézer sugárnyaláb és az adhézív között, valamint a szubsztrátumon létrehozandó adhézív cseppméretének megfelelően. Az adhézív és a lézer sugárnyaláb közötti kölcsönhatást meghatározzák az adhézív elnyelési tulajdonságai, valamint a lézer sugárnyaláb spektruma, amiket a fúvóka tervezésénél figyelembe kell venni. Azt találtuk, hogy egy áramlási utat tartalmazó fúvóka hossza 12 mm, és átmérője mintegy 2,4 mm, amely jó eredményt adott akkor, ha az adhézív nylon volt és az energia sugárnyalábot egy 150 W-os YAG lézerrel állítottuk elő.

···· «««4

- 4 A fúvókát egy keretbe lehet szerelni, amelyből az kivehető és másik fúvókával helyettesíthető, amelynek eltérő méretei lehetővé teszik, hogy különböző vastagságú és anyagtípusú fúvókákat alkalmazzunk.

Az adhézívet előnyösen felmelegítjük annak érdekében, hogy folyékony állapotba kerüljön közvetlenül az előtt, hogy azt egy szivattyúba vezetnénk, amely ezt a fúvókába továbbítja. Ez szükségtelenné teszi további vegyi anyagoknak az adhézívhez történő adagolását, amelyek általában szükségesek a lebomlás megelőzése céljából, ami a melegített adhézív és a levegő kölcsönhatása következtében lépne fel. így sokkal tisztább adhézívet kapunk.

Az egymáshoz rögzítendő lemezek lehetnek egymással szomszédosak, mely esetben az adhézívet az érintkezés vonala mentén visszük fel. Abban az esetben, ha egy vagy több lemez porózus, akkor azokat egymásra fektethetjük úgy, hogy az adhézív áthatol rajtuk az alsó réteg felé.

A rajzokon az

1. ábra a találmány egy vázlatos rajza, amelyen az elektromágneses energia sugárnyaláb alkalmazása és az extrudálható anyagnak a szubsztrátumra történő felvitele együtt látható; a

2. ábra a találmány egy előnyös kiviteli alakjának a keresztmetszete; a

3. ábra két lemeznek extrudálható anyaggal a találmány szerint történő összekötését szemlélteti; a

4. ábra egy másik kiviteli alakot szemléltet az extrudálható anyaggal a találmány szerint történő összekötésre; az

5. ábra egy még további kiviteli alakot szemléltet az extrudálható anyaggal a találmány szerint történő összekötésre; a

6. ábra extrudálható anyaggal történő, porózus anyagon keresztül a találmány szerint elvégzett összekötést mutat.

Az 1. ábra a találmány szerinti megoldás vázlatos rajza. Egy 2 szubsztrátum összekötési helyének felületére extrudálható 1 anyagot viszünk fel, és egy elektromágneses 3 sugárnyalábot irányítunk a szubsztrátumnak egy • · · ·

- 5 besugárzási helyére. Az 5 besugárzási pont elegendően közel van a 4 érintkezési ponthoz, így az extrudálható anyag a sugárnyaláb energiája által melegítve van, és folyékony, vagy félfolyós állapotban marad. Ennek a folyékony vagy félfolyós állapotnak az elvesztése általában együtt jár oldószer távozásával vagy lehűléssel, ami akkor lépne föl, ha az extrudálható anyagot adott időtartamon keresztül környezeti hatásoknak tennénk ki. Abban az esetben, ha az 5 besugárzási pont és az anyagon lévő 4 érintkezési pont oly mértékben távol van egymástól, hogy az extrudálható anyag túlságosan gyorsan elveszti folyékony vagy félfolyós állapotát, akkor az extrudálható anyagnak a célanyagba történő behatolását megakadályozzuk. Az anyag 4 érintkezési pontja és az 5 besugárzási pont előnyösen egybeesik.

A 2. ábrán a találmány egy előnyös kiviteli alakjának függőleges keresztmetszete látható. Az ábrán látható, hogy az anyagon lévő 4 érintkezési pont egybeesik az 5 besugárzási ponttal a 6 felvitel helyén. Ily módon az extrudálható anyagnak a lehülési lehetősége és rövid időn belül bekövetkező állapotváltozása minimális. Egy 7 tartály tartalmazza az extrudálható 1 anyagot, pl. egy meleg olvadt adhézivet. A 7 tartály mérete és tulajdonságai az extrudálható anyag természetének a függvénye. Abban az esetben, ha az extrudálható anyag termoplasztikus, akkor a tartályt egy fűtőszervvel kell ellátni az anyag megolvasztása céljából. Abban az esetben, ha az extrudálható anyag oldószeres vegyület vagy egy olyan vegyület, amelynek alap gőznyomása van, akkor a 7 tartály zárt annak megakadályozása céljából, hogy az extrudálható anyag távozzon a 7 tartályból. Abban az esetben, ha az extrudálható anyag vizes vagy levegőn keményedő ragasztó, akkor a 7 tartály zárt annak megelőzése céljából, hogy oxigén, víz, és más vegyületek hatolhassannak be, amelyek hátrányosan befolyásolhatnák az extrudálható anyag tulajdonságait. Abban az esetben, ha az extrudálható anyag egy fényre keményedő ragasztó, akkor a tartály átlátszatlan kell, hogy legyen olyan frekvenciájú fények számára, amelyek a ragasztó keményedését elősegítik.

Az elektromágneses energiát biztosító 9 sugárnyalábot egy elektromágneses energia sugárforrás, előnyösen egy nagyteljesítményű 8 lézer sugárforrás állítja elő.

- 6 Az extrudálható anyagot a tartályból egy 10 adagoló által továbbítjuk, amelyet előnyösen egy digitális motor működtet, és amely digitális motort pontosan lehet vezérelni a rendszer által szállított extrudálható anyag mennyiségének szabályozására. Az extrudálható anyag egy 16 csatornán keresztül a fúvóka 11 áramlási útjába kerül. A fúvókának az áramlási út egyik végének közelében lévő végén egy 12 optikai ablak van kialakítva. A 12 optikai ablak a 9 sugárnyaláb frekvenciái számára átlátszó, és a 9 sugárnyaláb ezáltal beirányítható az áramlási útba, és érintkezésbe tud lépni az extrudálható anyaggal. A 12 optikai ablakot úgy is ki lehet alakítani, hogy optikailag módosítsa a sugárnyaláb alakját. Az áramlási út előnyösen kúpos, és a sugárnyalábot úgy alakítjuk, hogy konvergenciája hasonló szögű legyen, mint a kúpos áramlási úté. Beirányítva az energia sugárnyalábot és az extrudálható anyagot egy közös áramlási útba, biztosítható, hogy a felvitel, és az anyag összekötési pontja egybeessék, valamint, hogy a sugárnyaláb és az extrudálható anyag közötti kölcsönhatás elegendő ideig tartson.

A fúvókának 13 nyílása van, amelyen keresztül az extrudálható anyag és a lézer sugárnyaláb kilép. A 13 nyílás kialakítása meghatározza az extrudálható anyag 15 cseppjének a méretét és alakját. Belátható, hogy a lézer sugárnyaláb energiája a felvitel pontjában szétszóródik a felvitel helyén az extrudálható anyag és a szubsztrátum abszorpciója következtében.

Abban az esetben, ha az extrudálható anyag fényre keményedő ragasztó, akkor az anyag térfogatát a áramlási útban gondosan szabályozni kell ahhoz, hogy a ragasztónak a fúvókán belüli megkeményedését elkerüljük.

A találmány ezen kiviteli alakja szerint az extrudálható 1 anyag és a 9 lézer sugárnyaláb áthatol a 13 nyíláson és egyidejűleg beesik a 2 szubsztrátumra. Ezek egyidejű alkalmazásának elősegítése érdekében az extrudálható anyag áramlási útja és a lézer sugárnyaláb útja egytengelyű. Ez az elrendezés nyilvánvalóvá teszi annak szükségességét, hogy megváltoztassuk a lézer sugárnyaláb útvonalát a keverőkamrában egy visszaverő tükör segítsége által.

Az előnyös kiviteli alaknál a szubsztrátumot a 13 nyílás alatt egy digitális motorral mozgatjuk. Ez lehetővé teszi a digitális 14 motor és egy 10 adagoló • · ·

- 7 együttes vezérlését előnyösen egy mikroprocesszor segítségével. Az extrudálható anyag ezáltal a szubsztrátumra folyamatos vonalban vihető fel, ami lehet egyenes vonalú, vagy iveit éppúgy, mint megszakított vonalak, mint pl. pontok vagy vonalkák. Digitális motor alkalmazása nagyon előnyös, mivel az az extrudálható anyagnak a felvitelét pontosan vezérli a kívánt részeken. Ezen túlmenően egy számítógép, vagy más mikroprocesszoros rendszer alkalmazható a célanyag mozgatásának irányítására a 10 adagoló működtetésével együtt annak biztosítása érdekében, hogy az extrudálható anyag a célanyaghoz képest a kívánt mennyiségben kerüljön felvitelre.

Egy előnyös kiviteli alaknál az extrudálható anyag valamelyest átlátszó a lézer sugárnyaláb elektromágneses energiája számára, és ezáltal a lézersugár energiája nem nyelődik el teljes mértékben a fúvóka áramlási útjában. A lézer sugárforrás tulajdonságait és az extrudálható anyagot úgy választjuk meg, hogy az extrudálható anyag elegendő mennyiséget nyeljen el a lézer energiájából az extrudálható anyagnak kívánt hőmérsékletre történő hevítéséhez, úgy, hogy mégis elegendő energia hatoljon át, hogy az extrudálható anyag és a szubsztrátum hevítése folytatódjon az extrudálható anyag felvitele után. Például, az extrudálható anyag túlhevíthető (túlsugározható), hogy megnöveljük behatolási képességét a 2 szubsztrátumba.

A 3. ábrán a találmány egy olyan kivitel alakja látható, amelynél az extrudálható anyagot egy felület mentén történő összekötéshez használjuk. Két, összekötendő 2 szubsztrátumot 17 réssel illesztünk egymáshoz, amely 17 rés előnyösen kicsi az extrudálható anyag 15 cseppje szélességéhez képest. A 13 nyílást a 17 rés mentén mozgatjuk és a lézer sugárnyalábot, valamint az extrudálandó anyagot ráirányítjuk a két szubsztrátum anyagára és folyamatos 18 varratot hozunk létre. A lézer sugárnyaláb energiájának és az extrudálható anyag egyidejű alkalmazásának eredményeként az extrudálható anyag behatol mindkét szubsztrátum anyagszerkezetébe. így az extrudálható anyag túlterjed a résen a 2 szubsztrátumokba és sima és erős tompa kötés jön létre. Ezzel olyan varratot hozunk létre, amelynek megjelenése és tulajdonságai egyetlen szubsztrátum lemezét kelti.

- 8 A 4. ábra két 2 szubsztrátum lemez tompa hegesztését mutatja, amely lemezek teljes lapjukkal, peremük egymás mellé igazítva, vannak összeillesztve. A tompa kötést a lemezek peremfelületein alakítjuk ki. A 17 rés mentén létrehozott 18 varrat a két lemezt összetartja. Kis mennyiségű, rugalmas extrudálható anyagot felvíve a rés mentén, a kötés kialakítása után lehetővé válik a szubsztrátum lemezek egymástól független mozgatása a varrat körül.

Az 5. ábrán két lemez tompa hegesztését láthatjuk, amely hegesztést a belső rész mentén hozzuk létre a két 2 szubsztrátum közötti folyamatos vonalban. A 13 nyílást egy 17 rés fölé helyezzük, amely az extrudálható anyag 15 cseppméretéhez képest kicsi. Ezzel a megoldással lehetővé válik vonalmenti kötés a szubsztrátum anyagok belső részei között.

Nyilvánvaló, hogy a 3-5. ábrákon bemutatott 17 rések mérete egészen kicsi is lehet, mivel általában nincs szükség arra, hogy az extrudálható anyag behatoljon ebbe a résbe. Ehelyett az extrudálható anyagot közvetlenül a szubsztrátum anyagába behatoltatjuk, amelyre a csepp tapad. Nyilvánvaló az is, hogy a 3-5. ábrákon bemutatott különböző tompa kötések egyetlen terméken is kombinálhatok, pl. az egyik szubsztrátum darab külső pereme hozzáköthető egy másik szubsztrátum darabhoz annak egy belső vonala mentén. Ezen túlmenően a 3-7. ábrákon bemutatott találmány szerinti megoldások különböző összetételű anyagok összekötésére is használhatók, feltéve, hogy mindegyik, egymással összekötendő anyag felülete alkalmas az etrudálható anyag felvételére. A 6. ábrán bemutatott kötésnél az egyik 21 anyag a második 19 anyag irányába porózus, a találmány szerinti eljárásnak megfelelően. A 13 nyílásból extrudálható anyagot viszünk fel a porózus 21 anyagra és egyidejűleg lézersugárral besugározzuk, ezáltal az extrudálható anyag a porózus anyagon áthatol, és a 20 összekötést hozza létre a második darab 19 anyagával. Ezáltal a két darab között erős és folyamatos kötés jön létre. Amint a szubsztrátumot a nyílás alatt mozgatjuk, a 19 és 21 anyagok között erős és folyamatos 18 varrat alakul ki.

A 6. ábra szerinti kiviteli alaknál több porózus anyag rétegezhető egymás fölé oly módon, hogy az extrudálható anyag valamennyi rétegen

áthatol és azokat az egymás mellett lévőkhöz köti. Ezáltal több porózus réteg köthető egymáshoz extrudálható anyaggal egyetlen szerkezetté.

Az igénypontokban meghatározott találmány oltalmi körén belüli módosítások szakember számára nyilvánvalók.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Eljárás hőre aktiválható polimer vegyületnek egy szubsztrátumra történő felvitelére, amelynél a vegyületet folyékony állapotában egy áramlási úton a szubsztrátumra terítjük, és ezzel egyidejűleg a vegyületet az áramlási útjában egy energia sugárnyalábbal sugározzuk be, azzal jellemezve, hogy a sugárnyalábnak az alakja lényegében az áramlási út alakjának felel meg, és a sugárnyalábot az áramlási útvonalban lévő vegyületbe irányítjuk, ezáltal a sugárnyalábból energiát viszünk be a vegyületbe valamint a szubsztrátumra, a szubsztrátumnak és a vegyületnek a felvitele közbeni hevítésére.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vegyület egy extrudálható közeg.
3. Áz 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az energia sugárnyaláb egy lézersugár.
4. Berendezés hőre aktiválható polimer vegyületnek egy szubsztrátumra történő felvitelére, azzal jellemezve, hogy a folyékony állapotban lévő vegyületet befogadó és a szubsztrátumra vezető áramlási útja van, továbbá egy energia sugárnyalábot az áramlási út alakjára formáló és az energia sugárnyalábot az áramlási útvonalban lévő vegyületbe és a szubsztrátumra irányító eszköze van az energia sugárnyalábból az áramlási útvonalban lévő vegyületbe történő energia bevitelére, és az energia sugárnyalábbal a szubsztrátum besugárzására a vegyületnek a szubsztrátumra történő felvitele közben.
5. A 4. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az áramlási útat alkotó eszköznek fúvókája van.
6. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fúvókának a vegyületet keresztirányban adagoló eszköve van, és egy, az áramlási úttal egyvonalba eső optikai ablaka van az energia sugárnyalábnak az áramlási útba történő bevezetésére.
7. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az áramlási út összeszűkül, és az energia sugárnyalábot az áramlási út mentén konvergáló eszköze van.
8. A 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a konvergáló eszköznek egy optikai ablaka van, amely az áramlási úttal egyvonalba esik.
9. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fúvókának eltávolítható tartója van.
10. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fúvókával szomszédos adagoló eszköze van a lényegében folyékony állapotban lévő vegyületnek az áramlási útba történő adagolására.
11. A 10. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a vegyület egy meleg olvadt adhéziv, és az energia sugárnyaláb lézer sugárnyaláb.
12. A 11. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az adagoló eszköznek a vegyület megolvasztására fűtőszerve van, és egy szivattyúja van a vegyületnek az olvadt vegyületnek a fúvókába történő továbbítására.
13. A 12. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a tartály, a fűtőszerv és a szivattyú a fúvóka közvetlen közelében van.
14. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a szubsztrátumot a fúvókához képest egy meghatározott mintázatnak megfelelően mozgató szerve van.
15. A 4. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az áramlási utat alkotó eszköznek egy optikai ablaka van az energia sugárnyalábnak az áramlási útba történő bevezetésére.
16. A 11. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a lézer sugárforrás egy YAG lézer.
17. A 16. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a meleg olvadt adhéziv nylon.
18. Az 1. igénypont szerinti eljárással előállított termék.
19. A 18. igénypont szerinti termék, azzal jellemezve, hogy a vegyülettel összekötött két darabból áll.
20. A 19. igénypont szerinti termék, azzal jellemezve, hogy a két darab tompa illesztéssel van egymáshoz kötve.