ITMI971031A1

ITMI971031A1 - COMPACT REFLECTOR FOR MERCURY LAMPS USED IN PHOTOCOLING WITH ULTRAVIOLET RADIATION

Info

Publication number: ITMI971031A1
Application number: IT97MI001031A
Authority: IT
Inventors: Luigi Argenti
Original assignee: Luigi Argenti
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 1998-11-02
Also published as: IT1291718B1; ITMI971031A0

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Il presente trovato si riferisce ad un riflettore compatto per lampade a vapori di mercurio utilizzate nella fotopolimerizzazione con radiazione ultravioletta. The present invention relates to a compact reflector for mercury vapor lamps used in photopolymerization with ultraviolet radiation.

Come è noto, le sorgenti di radiazioni ultraviolette che vengono utilizzate nella fotopolimerizzazione industriale di inchiostro e vernici, sono generalmente costituite da lampade a vapori di mercurio a media pressione. Tali lampade hanno generalmente un rendimento spettrale attorno al 30%, in quanto la maggior parte della potenza fornita dalla lampada viene convertita in radiazione infrarossa, per circa 55%, e radiazione visibile, per cirea i115%. As is known, the sources of ultraviolet radiation which are used in the industrial photopolymerization of ink and paints generally consist of medium pressure mercury vapor lamps. Such lamps generally have a spectral efficiency of around 30%, since most of the power supplied by the lamp is converted into infrared radiation, for about 55%, and visible radiation, for about 115%.

La radiazione visibile,ma soprattutto quella infrarossa, pur essendo inefficaci ai fini della polimerizzazione, vengono fortemènte assorbite dalla maggior parte dei materiali, convertendosi cosi direttamente in calore. Visible radiation, but especially infrared radiation, although ineffective for polymerization purposes, are strongly absorbed by most materials, thus converting directly into heat.

Questo fatto provoca una sensibile limitazione nell'uso della tecnologia ultravioletta, ogni volta debbano essere irraggiati supporti termosensibili o, qualora, il processo di fotopolimerizzazione ultravioletta debba essere applicato su sistemi dove l'eccesso di calore viene a costituire un problema. This fact causes a significant limitation in the use of ultraviolet technology, whenever thermosensitive supports must be irradiated or, if, the ultraviolet photopolymerization process must be applied on systems where excess heat is a problem.

I sistemi di essiccazione ultravioletta attualmente disponibili sul mercato, a livello industriale, sono molto diversi e giungono a risultati assai differenti nella soluzione del problema dell'eccesso di calore, soprattutto per quanto riguarda il rapporto costo/beneficio e ingombro/efficacia. The ultraviolet drying systems currently available on the market, at an industrial level, are very different and reach very different results in solving the problem of excess heat, especially as regards the cost / benefit ratio and size / effectiveness.

Una soluzione tipicamente utilizzata nel settore consiste nel prevedere un riflettore con refrigeratore nel quale la lampada viene posta all'interno di un manicotto di raffreddamento costituito da quarzo puro al cui interno risulta previsto uno spessore di alcuni millimetri di acqua di raffreddamento, la quale è in grado di filtrare efficacemente la radiazione infrarossa, permettendo la trasmissione della radiazione ultravioletta. A solution typically used in the sector consists in providing a reflector with chiller in which the lamp is placed inside a cooling sleeve made of pure quartz inside which a thickness of a few millimeters of cooling water is provided, which is in able to effectively filter infrared radiation, allowing the transmission of ultraviolet radiation.

Tale sistema, che in pratica, intercetta alla fonte le radiazioni infrarosse risulta notevolmente costoso per la utilizzazione di acqua distillata per il raffreddamento ed inoltre nelle condizioni peggiori circa il 30% della potenza della lampada viene perso con gli ovvi Inconvenienti connessi. This system, which in practice intercepts infrared radiations at the source, is considerably expensive for the use of distilled water for cooling and furthermore in the worst conditions about 30% of the power of the lamp is lost with the obvious drawbacks associated with it.

Un altro problema è poi costituito dal fatto che è necessario utilizzare uno scambiatore di calore realizzato in acciaio inox che risulta strutturalmente complesso e molto costoso. Another problem is then constituted by the fact that it is necessary to use a heat exchanger made of stainless steel which is structurally complex and very expensive.

Il compito che si propone 11 trovato è appunto quello di eliminare gli inconvenienti precedentemente lamentati realizzando un riflettore compatto per lampade a vapori di mercurio utilizzate nella fotopolimerizzazione con radiazione ultravioletta, il quale dia la possibilità di aumentare sensibilmente l'efficacia della lampada, con conseguente incremento della velocità di polimerizzazione. The aim of the invention is to eliminate the previously mentioned drawbacks by making a compact reflector for mercury vapor lamps used in photopolymerization with ultraviolet radiation, which gives the possibility of significantly increasing the efficacy of the lamp, with a consequent increase. of the polymerization rate.

Nell'ambito del compito sopra esposto uno scopo particolare del trovato è quello di realizzare un riflettore compatto in cui sia possibile contenere, entro limiti sempre più stringenti, l'aumento di temperatura del supporto durante il trattamento, nel senso che vengono eliminate in gran parte le radiazioni infrarosse, senza però avere un sensibile calo del rendimento della lampada. Within the scope of the above aim, a particular object of the invention is to provide a compact reflector in which it is possible to contain, within increasingly stringent limits, the temperature increase of the support during the treatment, in the sense that they are largely eliminated. infrared radiation, without however having a significant drop in the efficiency of the lamp.

Ancora uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un riflettore compatto che, riducendo sensibilmente la trasmissione delle radiazioni infrarosse, dia la possibilità di utilizzare supporti termosensibili o termolabili,mantenendo sempre una corretta stabilità dimensionale del supporto durante la stampa, condizione questa indispensabile per mantenere il registro di stampa colore dopo colore. Another object of the present invention is to provide a compact reflector which, by considerably reducing the transmission of infrared radiations, gives the possibility of using thermosensitive or thermolabile supports, always maintaining a correct dimensional stability of the support during printing, an indispensable condition for maintaining the print register color by color.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un riflettore compatto per lampade a vapori di mercurio che, sia facilmente ottenibile partendo da elementi e materiali di comune reperibilità in commercio, e che, inoltre, sia competitiva da un punto di vista puramente economico. Not least object of the present invention is to provide a compact reflector for mercury vapor lamps which can be easily obtained starting from commonly available elements and materials on the market, and which, moreover, is competitive from a purely economic point of view.

Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un riflettore compatto per lampade a vapori di mercurio utilizzate nella fotopolimerizzazione con radiazione ultravioletta, secondo il trovato, comprendente un corpo riflettore associato ad un dispositivo di asportazione del calore e supportante una lampada a vapori di mercurio, caratterizzato dal fatto di comprendere un primo specchio dicroico, trasparente alla radiazione infrarossa e riflettente la radiazione ultravioletta, circondante detta lampada almeno per una porzione della parte di detta lampada rivolta verso detto corpo riflettore, essendo inoltre previsto un secondo specchio dicroico. The aforementioned aim, as well as the aforementioned objects and others which will become clearer hereinafter, are achieved by a compact reflector for mercury vapor lamps used in photopolymerization with ultraviolet radiation, according to the invention, comprising a reflector body associated with a removal device of heat and supporting a mercury vapor lamp, characterized in that it comprises a first dichroic mirror, transparent to infrared radiation and reflecting ultraviolet radiation, surrounding said lamp at least for a portion of the part of said lamp facing said reflector body, being a second dichroic mirror is also provided.

trasparente alla radiazione ultravioletta e riflettente la radiazione infrarossa, interposto tra detto corpo riflettore ed il prodotto da polimerizzare. transparent to ultraviolet radiation and reflecting infrared radiation, interposed between said reflector body and the product to be polymerized.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un riflettore compatto per lampade a vapori di mercurio utilizzate nella fotopoiimerizzazione con radiazione ultravioletta, illustrato a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio dell'unito disegno in cui l'unica figura rappresenta il riflettore compatto, secondo il trovato, visto in sezione trasversale. Further characteristics and advantages will become clearer from the description of a preferred, but not exclusive, embodiment of a compact reflector for mercury vapor lamps used in photopoiimerization with ultraviolet radiation, illustrated by way of non-limiting example with the aid of the unit drawing in which the only figure represents the compact reflector, according to the invention, seen in cross section.

Con riferimento alla citata figura, il riflettore compatto per lampade a vapori di mercurio utilizzate nella fotopoiimerizzazione con radiazione ultravioletta, secondo il trovato, comprende un corpo riflettore, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, il quale presenta una calotta alettata 2 che circonda almeno parzialmente una sorgente luminosa costituita da una lampada a vapori di mercurio 3 che è supportata dal corpo 1. La calotta 2 può essere ruotata per fungere da schermo o otturatore per impedire l'ulteriore passaggio d1 radiazioni verso il prodotto da fotopoiimerizzare 30. With reference to the aforementioned figure, the compact reflector for mercury vapor lamps used in photopoiimerization with ultraviolet radiation, according to the invention, comprises a reflector body, generally indicated with the reference number 1, which has a finned cap 2 that surrounds at least partially a light source constituted by a mercury vapor lamp 3 which is supported by the body 1. The cap 2 can be rotated to act as a screen or shutter to prevent the further passage of radiation towards the product to be photopoiimerized 30.

Esternamente alla calotta alettata 2 è previsto un corpo alettato 4 il quale a sua volta è posto all'interno di una carcassa esterna 5. Outside the finned cap 2 there is a finned body 4 which in turn is placed inside an external carcass 5.

Il corpo alettato e la calotta alettata realizzano un dispositivo di asportazione del calore che viene generato dalla lampada a vapori di mercurio. The finned body and the finned cap create a device for removing the heat that is generated by the mercury vapor lamp.

La peculiarità del trovato è costituita dal fatto che viene previsto un primo specchio dicroico o specchio freddo, indicato con10, che è posto in corrispondenza della superficie della calotta Z che viene rivolta verso la lampada 3. The peculiarity of the invention is constituted by the fact that a first dichroic mirror or cold mirror is provided, indicated with 10, which is placed in correspondence with the surface of the cap Z which is turned towards the lamp 3.

Il primo specchio dicroico presenta la peculiare caratteristica di riflettere perfettamente le radiazioni ultraviolette, mentre è compietamente trasparente per la radiazione infrarossa per cui le radiazioni infrarosse emesse dalla lampada non vengono riflesse dallo specchio 10 che è vantaggiosamente realizzato da un supporto di vetro PIREX temperato che è alloggiato all'intèrno del corpo riflettore e vengono in pratica catturate dalla superficie assorbente che ricopre il corpo riflettore. The first dichroic mirror has the peculiar characteristic of perfectly reflecting ultraviolet radiations, while it is completely transparent for infrared radiation so that the infrared radiations emitted by the lamp are not reflected by the mirror 10 which is advantageously made from a tempered PIREX glass support which is housed inside the reflector body and are practically captured by the absorbent surface that covers the reflector body.

Il calore che viene generato viene asportato in modo convenzionale mediante.le alettature tramite uno scambio ad aria o ad acqua. The heat that is generated is removed in a conventional way by means of the fins by means of an air or water exchange.

Al fine di ottenere il massimo rendimento sono poi previsti specchi dicroici supplementari 11, trasparenti agli infrarossi e perfettamente riflettenti per la radiazione ultravioletta che sono supportati dal corpo alettato 4 in zone laterali poste al di sotto del primo specchio dicroico. In order to obtain the maximum efficiency, additional dichroic mirrors 11 are provided, transparent to infrared and perfectly reflecting for ultraviolet radiation, which are supported by the finned body 4 in lateral areas located below the first dichroic mirror.

Per ridurre ulteriormente la trasmissione dei raggi infrarossi ed in particolare i raggi che vengono direttamente emessi dalla lampada verso il prodotto da polimerizzare è poi previsto un secondo specchio dicroico indicato con ZO, anch'esso supportato dal corpo 4 in corrispondenza della apertura rivolta verso il prodotto da polimerizzare, il quale risulta trasparente alla radiazione ultravioletta e riflettente nei confronti della radiazione infrarossa. To further reduce the transmission of infrared rays and in particular the rays that are directly emitted by the lamp towards the product to be polymerized, a second dichroic mirror indicated with ZO is then provided, also supported by the body 4 in correspondence with the opening facing the product. to be polymerized, which is transparent to ultraviolet radiation and reflective to infrared radiation.

Il secondo specchio dicroico o specchio caldo viene 1n pratica interposto tra la lampada 3 ed il prodotto da fotopolimerizzare che è schematicamente Indicato con 30. The second dichroic mirror or hot mirror is practically interposed between the lamp 3 and the product to be photopolymerized which is schematically indicated with 30.

E' poi possibile prevedere uno schermo antlrifìesso realizzato su una lastra di quarzo e frapposto tra il riflettore ed il prodotto da polimerizzare con lo scopo di evitare la contaminazione all'interno della cavità del riflettore ed attenuare la componente a bassa frequenza della radiazione infrarossa ed incrementare il passaggio della componente ad alta frequenza della radiazione ultravioletta attraverso il quarzo stesso. It is then possible to provide an anti-reflection screen made on a quartz plate and placed between the reflector and the product to be polymerized with the aim of avoiding contamination inside the reflector cavity and attenuating the low frequency component of infrared radiation and increasing the passage of the high-frequency component of ultraviolet radiation through the quartz itself.

In particolare lo schermo antiriflesso è caratterizzato da un elevata trasparenza alla radiazione ultravioletta in particolare nell'intervallo spettrale tra 200 e 400 nm. In particular, the anti-reflective screen is characterized by a high transparency to ultraviolet radiation, in particular in the spectral range between 200 and 400 nm.

Con la disposizione sopra descritta si ha quindi che è possibile eliminare la radiazione infrarossa che giunge alla superficie ove è da eseguire la fotopolimerizzazione, impedendo così il crearsi di indebiti fenomeni di riscaldamento. With the arrangement described above it is therefore possible to eliminate the infrared radiation which reaches the surface where the photopolymerization is to be carried out, thus preventing the creation of undue heating phenomena.

Vantaggiosamente la lampada a scarica a vapori di mercurio viene studiata in modo tale da presentare un migliore rendimento spettrale, una più lunga durata e una minor componente infrarossa. Advantageously, the mercury vapor discharge lamp is designed in such a way as to have a better spectral efficiency, a longer life and a lower infrared component.

Tale maggiore efficienza e funzionalità per la lampada è stata ottenuta con 1'introduzione in lampada di alogenuri metallici con particolare attenzione per quelli a più alto rischio di contaminazione. This greater efficiency and functionality for the lamp was obtained by introducing metal halides into the lamp with particular attention to those with the highest risk of contamination.

Per quanto riguarda le lampade a vapori di mercurio le nuove tecniche hanno permesso la costruzione di lampade ad elevata densità di corrente caratteri zzate da un'accresciuta emissione di radiazione ultravioletta alle frequenze più elevate e l'introduzione controllata di alogenuri di mercurio ha consentito di incrementare la densità di corrente, sia aumentando in valore assoluto la corrente stessa, sia a parità di intensità di corrente, diminuendo il diametro della lampada. As far as mercury vapor lamps are concerned, the new techniques have allowed the construction of lamps with a high current density characterized by an increased emission of ultraviolet radiation at higher frequencies and the controlled introduction of mercury halides has allowed to increase the current density, both by increasing the current in absolute value, and with the same current intensity, by decreasing the diameter of the lamp.

Il controllo accurato dei rapporti stechiometrici dei diversi alogenuri metallici, utilizzati nella costruzione di lampade a spettro intensificato, ha consentito di ottimizzare il rendimento spettrale delle lampade negli specifici intervalli di lunghezza d'onda della radiazione ultravioletta necessaria in determinati processi di fotopolimerizzazione. The accurate control of the stoichiometric ratios of the different metal halides, used in the construction of intensified spectrum lamps, has made it possible to optimize the spectral efficiency of the lamps in the specific wavelength ranges of the ultraviolet radiation required in certain photopolymerization processes.

Con tali accorgimenti la vita media di una lampada a media pressione a vapori di mercurio risulta incrementata ed inoltre è anche possibile ottenere una riduzione della componente infrarossa, ri ducendo quindi la parte di perdita per la lampada. With these expedients, the average life of a medium pressure mercury vapor lamp is increased and furthermore it is also possible to obtain a reduction of the infrared component, thus reducing the loss part for the lamp.

A titolo indicativo va anche segnalato che è possibile modulare la potenza della lampada proporzionalmente alla velocità di stampa utilizzando in pratica un sistema di regolazione continua di potenza basata sul principio dell' amplificatore magnetico che è sostanzialmente un dispositivo costituito da due reattori che, sotto l'azione di un circuito di controllo in corrente continua, variano la loro impedenza, regolando la potenza inviata da un'alimentazione alternata verso il carico. As an indication, it should also be noted that it is possible to modulate the power of the lamp proportionally to the printing speed using in practice a continuous power regulation system based on the principle of the magnetic amplifier which is basically a device consisting of two ballasts which, under the action of a direct current control circuit, vary their impedance, adjusting the power sent from an alternating power supply to the load.

Da quanto sopra descritto si vede, quindi come il trovato raggiunga gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea il fatto che viene messo a disposizione un riflettore compatto per lampade a vapori di mercurio utilizzate nella fotopolimerizzazione con radiazione ultravioletta, che consente di ottimizzare il rendimento diminuendone nel contempo l'effetto negativo di riscaldamento della superficie ove è posto l'elemento da fotopolimeri zzare. From what has been described above, it can therefore be seen that the invention achieves the intended aim and objects and in particular it is emphasized that a compact reflector is made available for mercury vapor lamps used in photopolymerization with ultraviolet radiation, which allows to optimize the efficiency by decreasing them. at the same time the negative heating effect of the surface where the element to be photopolymer is placed.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.

Inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

In pratica i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze. In practice, the materials used, as well as the contingent shapes and dimensions, may be any according to requirements.

Claims

CLAIMS 1. Compact reflector for mercury vapor lamps used in photopolymerization with ultraviolet radiation, comprising a reflector body associated with a heat removal device and supporting a mercury vapor lamp, characterized in that it comprises a first dichroic mirror, transparent to the infrared radiation and reflecting ultraviolet radiation, surrounding said lamp at least for a portion of the part of said lamp facing said reflector body, a second dichroic mirror being also provided, transparent to ultraviolet radiation and reflecting infrared radiation, interposed between said reflector body and the product to be polymerized.

2. Compact reflector, according to the preceding claim, characterized in that said first dichroic mirror is supported by a finned cap defining, for housing said first dichroic mirror, a surface for absorbing infrared radiation.

3. Compact reflector, according to the preceding claims, characterized in that said finned cap can be rotated to act as a screen or shutter for the radiations emitted.

4. Compact reflector, according to the preceding claims, characterized in that said first dichroic mirror extends substantially along cylindrical portions.

5. Compact reflector, according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises auxiliary dichroic mirrors, transparent to infrared radiation and reflecting ultraviolet radiation, positioned below said first dichroic mirror and laterally thereto.

6. Compact reflector, according to one or more of the preceding claims, characterized in that said second dichroic mirror is supported by a finned body delimiting the open area of said compact reflector for the emission of light towards said product to be polymerized.

7. Compact reflector, according to one or more of the preceding claims, characterized in that said second dichroic mirror closes said opening.

Compact reflector, according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises an anti-reflective screen able to attenuate the low frequency component of the infrared radiation and to increase the passage of the high frequency component of the ultraviolet radiation, positioned between said body reflector and said product to be polymerized.

9. Compact reflector, for mercury vapor lamps used in photopolymerization with ultraviolet radiation, characterized in that it comprises one or more of the characteristics described and / or illustrated.