WO2000016910A1 - Vorrichtung zum beschichten von scheibenartigen substraten - Google Patents

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WO2000016910A1
WO2000016910A1 PCT/CH1999/000424 CH9900424W WO0016910A1 WO 2000016910 A1 WO2000016910 A1 WO 2000016910A1 CH 9900424 W CH9900424 W CH 9900424W WO 0016910 A1 WO0016910 A1 WO 0016910A1
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WO
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coating
medium
substrate
particular according
substrates
Prior art date
Application number
PCT/CH1999/000424
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel C. Bucher
Urs Spitzer
Joachim Lehmann
Original Assignee
Robi-Systemtechnik Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Robi-Systemtechnik Ag filed Critical Robi-Systemtechnik Ag
Publication of WO2000016910A1 publication Critical patent/WO2000016910A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/26—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of record carriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/02—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material to surfaces by single means not covered by groups B05C1/00 - B05C7/00, whether or not also using other means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/02—Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface
    • B05C11/08—Spreading liquid or other fluent material by manipulating the work, e.g. tilting

Definitions

  • the present invention relates to a device for applying a coating to a disk-like substrate, a method for coating a disk-like substrate, and uses or uses of the devices and methods for coating or painting circular disks, such as so-called discs in electronic data storage , as well as for the bonding of multilayer circular disk structures, such as multilayer discs or so-called DVDs, in turn used in electronic data storage, in particular for the formation of audio and video data carriers.
  • the lacquer is applied to the rotating, circular disc surfaces by a pressure / time-controlled metering valve. After a complete liquid film has been applied, the disc is accelerated and the coating flows towards the outer edge of the disc due to the centrifugal force.
  • the thickness and the distribution are influenced by the acceleration and final speed of the spinning process.
  • the coating or painting technology known today has a number of serious disadvantages.
  • the disadvantages are as follows:
  • the dosage is not constant and very inaccurate.
  • the pressure in the liquid is at its highest (short pressure surge). The pressure then drops during the entire application time with the valve open. As a result, a continuously decreasing amount of paint is applied.
  • the quantity distribution of the varnish in the applied ring is extremely critical for the uniformity of the layer thickness over the disc surface. Since there must always be an overlap of the two ring ends of the applied paint ring, and due to the pressure surge at the start of the job, there is always a point on the liquid or paint ring which contains more liquid.
  • Another object of the present invention is to assemble disc-like substrates, such as the discs mentioned, into two-layer or multilayer structures, the application of the adhesive required for this and the joining or bonding of the individual discs to one another again being carried out simply and correctly.
  • the objects are achieved by means of a device according to the wording according to claim 1 or a method according to the wording according to claim 14.
  • a fluid medium such as a liquid
  • an output member such as an annular vessel, for example, which is located above the disk-like substrate to be coated.
  • this dispensing element or the ring vessel has an annular opening, such as a capillary ring, which prevents the liquid from flowing out in the unpressurized state.
  • the Liquid which is located in the ring vessel or the dispensing element, "sweats out” through the capillary ring and collects as an absolutely uniform liquid ring at the lower end of the dispensing element.
  • the dispensing element is then moved against the surface of the substrate until the annular liquid drop touches the surface of the substrate, whereupon a predefined amount of the liquid is detached from the dispensing element or ring vessel and transferred to the surface of the substrate to be coated.
  • the liquid is evenly distributed on the disk-like substrate, for example by spinning or rotating the disk or disc.
  • the dosing quantity is constant and extremely precise since no pressure fluctuations can occur. As soon as a certain pressure threshold, for example controlled by the length of the capillary gap, has been reached, the liquid flows through the in a constant flow
  • the quantity distribution of the lacquer or liquid in the ring is very constant, with the result that the ring applied to the substrate has no beginning and no end.
  • the application with a ring vessel is absolutely bubble-free. In contrast to a metering valve, no shear force is exerted on the paint. As soon as, for example, the delivery pressure in front of the ring vessel drops below a set pressure threshold, the width of the capillary gap prevents further refilling of the liquid.
  • the dispensing element or the application head can be heated very easily locally in order to compensate for temperature fluctuations in the liquid, caused by changing ambient temperature. This can counteract temperature-related viscosity fluctuations in the liquid that occurs.
  • the coating or coating solution proposed according to the invention is particularly suitable for coating or Varnishing of so-called compact discs in data storage technology, such as in particular audio and video discs, and also for applying adhesive to discs for producing multilayered disc structures, such as DVDs (digital video discs).
  • an arrangement for producing two- or multi-layered substrate structures according to the wording according to claim 9 is further proposed, which in particular has a coating or coating device proposed according to the invention.
  • Preferred embodiments of such an arrangement, particularly suitable for the production of so-called DVDs, are characterized in the dependent claims.
  • FIG. 1 schematically, in cross-section, an output element according to the invention for the output or application and coating of a fluid medium on a disk-like substrate
  • 3 again shows a further embodiment variant of an output member or an application head for the output of a fluid medium on a disk-like substrate
  • 4 shows schematically the principle of feeding the coating medium to the dispensing head for coating a disk-like substrate
  • Fig. 5 shown schematically, a paint application station for coating two disc halves for the
  • Fig. 7a to 7c schematically shown, the joining of the two disc halves to a disc structure for the production of DVDs, and
  • FIG. 1 shows in cross section an output member or an application head 1, having a storage chamber 3, in which the fluid medium intended for the coating, such as an adhesive or a lacquer, for example, is arranged.
  • This storage chamber such as a ring vessel, is fed via a feed line 5, which is fed, for example, from a storage tank.
  • the venting of the liquid speed in the storage chamber 3 takes place via a ventilation line 7.
  • an annular opening such as a capillary ring 9, through which or through which the fluid medium can be dispensed.
  • the gap width of the capillary ring is dimensioned such that the liquid is largely prevented from escaping or escaping in the unpressurized state.
  • the pressure via the supply line 5 must not be set too high, otherwise the amount pressed through the capillary ring is too large and the liquid ring can drip off.
  • a precisely predetermined amount of liquid forms the liquid ring 11
  • either the dispensing element 1 is moved by means of a lifting movement against the substrate 13 to be coated, or conversely the substrate or the disc 13 against the dispensing element 1.
  • the surface 15 of the disc 13 with the If the liquid ring 11 comes into contact a previously defined amount of the liquid is detached from the dispensing member or ring vessel and transferred to the surface 15 of the substrate 13 to be coated.
  • the outer contour 12 of the lip of the capillary ring ie the lower edge of the dispensing member, is treated with a poorly wettable surface, such as Teflon etc.
  • the quantity control of the transferred liquid is influenced on the one hand by the pressure regulation of the pressure of the liquid applied via the feed line 5 to the ring vessel and on the other hand by the production cycle.
  • FIG. 2 shows a further embodiment variant of an output member or ring vessel 1, in which a porous ring disk 19 is arranged instead of a capillary ring 9.
  • the principle of the coating remains the same, which is why there is no need to repeat the coating process.
  • FIG. 3 in turn shows a further embodiment variant, the finest quantities of liquid being made possible by means of the ring vessel.
  • 3 also contains a heating element 25, for example to compensate for temperature fluctuations in the environment.
  • the provision of a heating element 25 also makes it possible, for example, to coat highly viscous materials, the viscosity of which can be reduced by heating.
  • 3 in turn contains an annular storage channel 21 instead of a storage chamber 3, whereby the heatability of the fluid medium can be improved.
  • the outer contour 22 of the capillary gap 29 is in turn preferably provided with a poorly wettable or medium-repellent coating, such as a Teflon coating.
  • the control of the coating process is to be explained in more detail in FIG. 4 on the basis of a schematic sketch.
  • the liquid provided for coating or painting or for gluing is fed into a so-called atmosphere tank 33 via a feed 31, for example manually filled.
  • the liquid is then conveyed via a pump system via a line 34 and through a primary filter 35 into a pressure tank 37.
  • a constant pressure (X-bar) is built up in the pressure tank by pneumatics.
  • the liquid is conveyed by this pressure through a second filter 39 to the ring vessel or dispensing element 1.
  • the pressure X-bar must always be higher than the pressure Y-bar between the secondary filter and the ring vessel 1.
  • the liquid is now pressed through the constant pressure through the capillary gap, such as an adjustable ring capillary, and forms the above-mentioned ring-shaped drop the lip or lower edge of the ring vessel.
  • the shape and position, ie the diameter of the capillary gap, can be varied.
  • the adhesion of the liquid to the lip prevents the liquid from dripping down to a certain amount.
  • the substrate 13 to be coated or to be coated is fed to the dispensing member or the ring vessel 1, and the ring vessel is moved down to the surface of the substrate 13 to be wetted by means of a lifting movement.
  • the liquid drop comes into contact with the substrate surface, a predefined amount of the liquid is detached from the ring vessel and transferred to the surface of the substrate to be coated.
  • the dispensing element is then moved away again and the liquid film or the coating is spun off.
  • vent valve 41 When the production stops and when it is filled for the first time, the vent valve 41 is opened. Air and liquid are led back into the atmosphere tank 33 through the vent line 7. 5 schematically shows a paint application station A for coating two disc halves 13 and 13 'with an adhesive or adhesive varnish for producing DVDs (digital video discs). In contrast to the dispensing elements 1 in FIGS.
  • the dispensing element 111 or 111 'in the lacquer application station A is not fed from a storage chamber or an annular vessel, but the fluid medium or the adhesive is taken up by immersing the annular ones Capillary opening 129 in a source vessel 41 or 41 ', the absorption of a precisely defined amount of adhesive being able to be controlled by the configuration of the capillary gap 129 or 129'.
  • the UV-curable adhesive is circulated by means of peristaltic pumps 45 and 45 'from a storage tank 47 via lines 50 and 50' into the two source vessels 41 and 41 '.
  • the circulation ensures that there are no particles or air bubbles in the source vessels.
  • the source vessels and the application heads 111 and 111 ' are heated to, for example, approximately 40 to 50 ° C. by means of heating elements 125 and 125' as well as 43 and 43 '.
  • the heating depends on the type of adhesive selected and in particular on its viscosity.
  • there is no risk of premature curing as a result of heating which would, however, be the case with thermosetting adhesives.
  • the two source vessels 41 and 41 ' are located directly under two of a total of four recording heads 111 and 111' and the height can be adjusted, for example, by means of micrometer screws.
  • the amount of adhesive received through the annular capillary openings 129 and 129 ' is determined on the one hand by the immersion depth and the viscosity of the adhesive and on the other hand by the geometry of the gap. tes.
  • the two source vessels 41 and 41 ' move together with the two DVD halves 13 and 13' under the application heads 111 and 111 '.
  • the surfaces of the discs 13 and 13 ' run under the heads and the liquid rings at the annular stomata 129 and 129'"jump" onto the discs as soon as they are close enough.
  • the two halves 13 and 13 ' are preferably raised with a pin 48 or 48' actuated by a motor / crank drive and held in place by vacuum.
  • the crank drive for example, enables the disc halves to be gradually brought closer to the application heads.
  • crank drive which is preferably arranged, for example. Since the source vessels 41 and 41 'are raised with the same movement, the gentle movement of the crank drive, for example, also ensures optimal conditions for this process step, ie for the transfer of the adhesive varnish to the annular gap opening 129 and 129'. For the bonding of two discs 13 and 13 ', half of the total amount of liquid required is applied to both discs.
  • the application heads After lowering the source vessels 41 and 41 'and the DVD halves 13 and 13', the application heads make a 180 ° rotation in order to bring the "emptied" annular gap openings 129 and 129 'over the source vessels 41 and 41' and to fill the "filled ones "Heads or annular gap openings 129 and 129 'over the next DVD halves.
  • the further processing of the disc halves 13 and 13 'provided with the lacquer rings is explained in more detail with reference to the schematic illustration in FIG. 6.
  • the two DVDs provided with the rings are conveyed by means of a transport mechanism T- to a joining station F, where the disks are positioned on suction plates. The joining process is discussed in more detail below with reference to FIGS. 7a to 7c.
  • the dosing quantity is constant and extremely precise, since no pressure fluctuations can affect the dosing during application.
  • the upper half is' folded by means of a gripper plate 13 • on the lower disc half 13 in the joining station F, as shown in Fig. 7a with- shown in the arrow.
  • the distance between the two DVD halves should be set so that the paint rings, as shown in Fig. 7b, do not yet touch at this time. The distance should be approx. 2 mm.
  • the two suction plates on which the disc halves are arranged have reached their end position, the two disc halves 13 and 13 'are brought together with a slow stroke.
  • DVD upper and lower parts should be joined with high precision. It is particularly important to note that the two paint rings 17 and 17 'have completely connected before the upper half is detached from the upper suction plate or gripper plate.
  • the effective joining stroke is carried out, for example, and preferably by means of pneumatic rotation and eccentric linkage or eccentric cylinder (sinus movement). After the two discs have been joined together, at least a distance should remain unwetted from the inside and outside edge of the two discs, for example about 15 to 20 mm. This can prevent the adhesive from escaping over the edge of the pane during transport to the subsequent fixing and curing station. For reasons of time (cycle time) it is necessary that, for example, a small linear stroke unit T_ is combined to form structure 113
  • the advantage of the joining process proposed according to the invention lies in the fact that, in particular in the case of adhesive applications, the application of half the amount per disc promotes bubble-free crosslinking when joining together, since a liquid can generally best combine with itself. This extremely reduces the formation of bubbles during the joining process.
  • the disc structure 113 is now fed to the fixing and curing station B, the input being made on a rotary indexing table 53 in position I. 8a to 8f, the individual processing operations along the fixing and curing station B in the positions I to VII are to be shown and described schematically.
  • the assembled DVDs 113 are fed to the rotary indexing table 53 in position I into the locally empty recording plate or the recording nest 61. From the loading position I, the DVDs 113 are clocked twice under, for example, a static infrared lamp 67 in the positions II and III. With Kilfe of this lamp 67, the DVDs are kept at an optimal temperature, for example 40 to 50 ° C., in order to ensure that the adhesive 117 flows out well at a constant viscosity.
  • the DVD 113 is in position IV, as shown in Fig. 8c.
  • a pneumatic cylinder 69 mounted under the table 53 lifts the receiving plate 61 together with the inserted DVD 113 through a pin 68 and thus moves under a fixed, preferably heated steel plate 79.
  • a vacuum is created by the receiving plate generated, which enables later removal of the DVD from the steel plate 79.
  • the receiving nest 61 is tempered in this position in order to compensate for the constant heating of the glass plate 81 subsequently arranged in position V.
  • an induction coil 73 is installed on the lift in position IV.
  • the first control loop heats and holds the statically attached, preferably polished, steel plate 79 at an elevated temperature, such as, for example, at approximately 70 ° C., to support the complete outflow of the adhesive by the capillary action between the two disc halves.
  • a built-in temperature sensor 75 constantly checks the temperature of the steel plate 79.
  • a second heat sensor in position IV, 76 checks the temperature of the receptacle 61 while the lift lifts to the upper position. The values are compared with the measurement results of a temperature sensor 175 on the glass plate 81 in position V.
  • the lower coil 73 is activated for a defined time in order to heat the iron core 63 in the receiving nest 61.
  • the nest 61 will cool down again to position V.
  • the aim is that an almost identical temperature is reached under the UV lamp 83 in position V between the glass plate 81 and the receiving nest 61. If the temperature of the glass plate and the receiving nest is different, there is a risk of the upper and lower disc halves heating up differently, which can lead to the structure 113 being braced when the adhesive 117 cools down.
  • the ring 77 is interchangeable (different discs and different tolerances) in order to be able to comply with the specified quality guidelines, even if the injected disc halves 13 and 13 'have different thicknesses.
  • the power transmission between the lifting cylinder 69 and the steel plate / spacer ring is adjusted by pressure control in order to prevent excessive squeezing or even a crash with double occupancy.
  • a rubber washer inserted in pin 68 or 168 compensates for slight deviations in parallelism / squareness between the lifting pin, the nest and the steel plate / spacer ring when pressed on. When the nest is raised, care is therefore taken to ensure that the nest can “pile up” evenly on the spacer ring 77 in the upper position (slight play between the hub pin and the nest hole).
  • the inserted DVD 113 is under the UV lamp 83 in position V.
  • Another lifting lift 169 attached under the table (identical design as position IV, but without a heating coil) lifts the recording plate together with the inserted DVD under one fixed Quartz glass plate 81.
  • a vacuum is generated, which holds both the DVD on the nest 61 and the nest on the hub pin 168.
  • the lamp switches from 50% to 100% energy while the DVD is being raised.
  • the UV lamp shutter is opened. After a time to be specified ( ⁇ 2.5 seconds), the DVD or the adhesive film arranged in between has hardened.
  • the curing process is independent of the temperature of the inserted disc, since a temperature conditioning of the surroundings of the DVD halves takes place immediately before curing,
  • the thickness of the adhesive film can be accomplished with simple means (changing the spacer rings), as well as different substrate thicknesses can be taken into account with the same method and set for the process.
  • the system is insensitive to the shrinkage of the lacquer (adhesive) during its curing, since the DVD is positively fixed in its shape.
  • the present invention is of course not restricted to the joining and gluing of the two disc halves by means of a UV-curable film.
  • any other suitable adhesive or a liquid can of course be used for joining the two disc halves and for producing the DVDs.
  • Cold or hot curing systems are also conceivable, radical crosslinking reactive systems as well as hot melts and the like.
  • a wide variety of substrate structures can also be produced by means of the coating, joining and fixing arrangement proposed according to the invention, in which several flat substrates are to be joined or glued using adhesives or liquids.

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Abstract

Für das Auftragen einer Beschichtung auf ein scheibenartiges Substrat (13) wie einen Datenträger bzw. ein elektronisches Speichermedium wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, aufweisend eine ringförmige Öffnung (9) in einem Ausgabeorgan (1), welche Öffnung für das Ausgeben des Beschichtungsmediums vorgesehen ist. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Bewegungseinrichtung, wie eine Hubeinrichtung, zum Bewegen des Ausgabeorganes (1) und/oder des Substrates (13) zueinander bzw. voneinander.

Description

Vorrichtung zum Beschichten von scheibenartigen Substraten
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen einer Beschichtung auf ein scheibenartiges Substrat, ein Verfahren zum Beschichten eines scheibenartigen Substrates so- wie Anwendungen bzw. Verwendungen der Vorrichtungen und Verfahren für das Beschichten bzw. Lackieren von kreisrunden Scheiben, wie sogenannten Discs in der elektronischen Datenspeicherung, wie auch für das Verkleben von mehrschichtigen kreisrunden Scheibenstrukturen, wie mehrschichtige Discs bzw. sogenann- te DVDs, wiederum verwendet in der elektronischen Datenspeicherung, wie insbesondere zur Bildung von Audio- und Videodatenträgern.
Für das Beschichten eines beispielsweise optischen Datenträgers, mit einem Schutzlack oder für das Verkleben zweier Discs zur Bildung von sogenannten DVDs (Digital Video Discs) , wird der Lack durch ein Druck/Zeit-gesteuertes Dosierventil auf die rotierenden, kreisrunden Scheibenoberflächen aufgebracht. Nachdem ein vollständiger Flüssigkeitsfilm aufgetragen ist, wird die Scheibe beschleunigt, und der Lack fliesst durch die Zen- trifugalkraft Richtung Aussenrand der Disc. Die Auftragsdicke und die Verteilung werden durch die Beschleunigung und Endgeschwindigkeit des Schleuderprozesses beeinflusst.
Die heute bekannte Beschichtungs- bzw. Lackierungstechnik weist eine Reihe gravierender Nachteile auf. Es handelt sich dabei um die folgenden Nachteile:
Die Dosiermenge ist nicht konstant und sehr ungenau. Unmittelbar nach dem Oeffnen des Ausgabeventils für das Ausgeben des Beschichtungsmediums bzw. des Lackes ist der Druck in der Flüssigkeit am höchsten (kurzer Druckstoss) . Während der gesamten Auftragszeit bei offenem Ventil fällt danach der Druck ab. Dies hat zur Folge, dass eine kontinuierlich abnehmende Menge Lack aufgetragen wird.
Die Mengenverteilung des Lackes im aufgetragenen Ring ist äusserst kritisch für die Gleichförmigkeit der Schichtdik- ke über die Disc-Oberflache . Da in jedem Fall eine Ueber- lappung-der beiden Ringenden des aufgetragenen Lackringes stattfinden muss, und durch den Druckstoss am Anfang des Auftrages, gibt es immer eine Stelle am Flüssigkeits- bzw. Lackring, welche mehr Flüssigkeit enthält.
Das Auftragen mit Dosierventilen kann einen absolut blasenfreien Flüssigkeitsauftrag nicht gewährleisten. Durch das Unterbrechen der unter Druck stehenden Flüssigkeitssäule im Ventil beim Schliessen wirken Scherkräfte auf den Lack. Diese Beanspruchung verursacht ein Ausgasen von in der Flüssigkeit gebundenen Stoffen.
Da ein Fliessen der Flüssigkeit vom Disc-Zentru an den Aussenrand stattfindet, dürfen sich keine Unebenheiten, wie Rillen oder Stufen, auf der Oberfläche der Disc befin- den. Diese Störungen würden Fliessmarken und demzufolge eine ungleichmässige Schichtdicke verursachen.
In einem Klebeprozess, d.h. beim Zusammenfügen zweier Discs zu einer sogenannten DVD, muss der gesamte Klebstoff auf eine der beiden Discs aufgebracht werden. Die Menge wäre zu gross, um die obere Disc mit aufgetragenem Lackring horizontal umzuklappen. Der Klebstoffring auf der unteren Scheibe vernetzt sich aber sehr schlecht mit der trockenen Oberfläche der oberen Scheibe, ohne dass diese vorhergehend mit einer Spezialbehandlung, wie beispiels- weise einer Plasmabehandlung, vorbereitet worden ist. Dies aber kann zu massiven Lufteinschlüssen führen, welche eine qualitative Verschlechterung der Verklebung selbst und derer optischen Eigenschaften zur Folge hat.
Aufgrund der geschilderten, umfangreichen Nachteile ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung vorzuschlagen, mittels welcher das Beschichten bzw. Lackieren von scheibenartigen Substraten, wie beispielsweise Discs, einfach und qualitativ einwandfrei erfolgen kann, ohne die geschilderten Nach- teile.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, scheibenartige Substrate, wie die erwähnten Discs, zu zwei- oder mehrschichtigen Strukturen zusammenzufügen, wobei das Auftragen des dafür notwendigen Klebstoffes und das Zusammenfügen bzw. Verkleben der einzelnen Discs miteinander wiederum einfach und einwandfrei erfolgt.
Erfindungsgemäss werden die gestellten Aufgaben mittels einer Vorrichtung gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1 bzw. einem Verfahren gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 14 gelöst.
Das erfindungsgemässe Konzept sieht vor, dass ein fluides Medium, wie beispielsweise eine Flüssigkeit, in ein Ausgabeorgan, wie beispielsweise ein Ringgefäss, gefördert bzw. von diesem aufgenommen wird, welches sich über dem zu beschichtenden, scheibenartigen Substrat befindet. Dieses Ausgabeorgan bzw. das Ringgefäss weist in dem dem Substrat zugewandten, unteren Bereich eine ringförmige Oeffnung, wie einen Kapillarring auf, welcher das Ausfliessen der Flüssigkeit im drucklosen Zustand verhindert. Beim Fördern bzw. Aufnehmen einer genau dosierten Menge Flüssigkeit, wie beispielsweise eines Lackes, wird die Flüssigkeit, die sich im Ringgefäss bzw. dem Ausgabeorgan befindet, durch den Kapillarring "ausgeschwitzt" und sammelt sich als absolut gleichförmiger Flüssigkeitsring am unteren Ende des Ausgabeorganes . Infolge der Oberflächenspannung der Flüssigkeit sowie der Adhäsion der Flüssigkeit am Kapillarring wird das Abtropfen der Flüssigkeit bis zu einer bestimmten Menge verhindert. Anschliessend wird nun das Ausgabeorgan gegen die Oberfläche des Substrates bewegt, bis der ringförmige Flüssigkeitstropfen die Oberfläche des Substrates berührt, worauf vor- zugsweise eine vorher definierte Menge der Flüssigkeit vom Ausgabeorgan bzw. Ringgefäss abgelöst und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Substrates übertragen wird. Nach anschlies- sendem Wegbewegen des Ausgabeorganes vom Substrat erfolgt, falls erwünscht, die gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit auf dem scheibenartigen Substrat, wie beispielsweise durch das Abschleudern bzw. durch Rotation der Scheibe bzw. der Disc.
Bevorzugte Ausführungsvarianten der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
Die Vorteile der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Lösung sind die folgenden:
Die Dosiermenge ist konstant und äusserst präzise, da keine Druckschwankungen entstehen können. Sobald eine bestimmte, beispielsweise durch die Länge des Kapillarspaltes gesteuerte Druckschwelle erreicht wurde, fliesst die Flüssigkeit in einem gleichbleibenden Fluss durch die
Verengung und sammelt sich an der unteren Lippe des Ausgabeorganes, wie beispielsweise eines Auftragskopfes. Die Mengenverteilung des Lackes bzw. der Flüssigkeit im Ring ist sehr konstant, womit der auf dem Substrat aufgetragene Ring kein Anfang und kein Ende aufweist.
Das Auftragen mit Ringgefäss ist absolut blasenfrei. Im Gegensatz zu einem Dosierventil wird keine Scherkraft auf den Lack ausgeübt. Sobald beispielsweise der Fδrderdruck vor dem Ringgefäss unterhalb eine eingestellte Druckschwelle sinkt, verhindert die Breite des Kapillarspaltes ein weiteres NachfHessen der Flüssigkeit.
- Das Konzept eignet sich hervorragend für das Auftragen sehr viskoser Flüssigkeiten, welche mit herkömmlichen Methoden kaum zu bearbeiten sind. Das Anpassen des Kapillarspaltes, d.h. Vergrδssern und Verkleinern, ermöglicht ein individuelles Einstellen des Prozesses auf unter- schiedliche Materialien.
Das Ausgabeorgan bzw. der Auftragskopf kann sehr einfach lokal beheizt werden, um Temperaturschwankungen in der Flüssigkeit, verursacht durch sich ändernde Umgebungstemperatur, zu kompensieren. Damit kann temperaturbedingten ViskositätsSchwankungen der auftretenden Flüssigkeit entgegengewirkt werden.
Bei Klebeanwendungen begünstigt das Auftragen der halben Menge pro Scheibe bzw. Disc die blasenfreie Vernetzung beim Zusammenfügen, da sich eine Flüssigkeit in der Regel mit sich selbst verbinden kann. Dadurch wird die Blasenbildung beim Fügeprozess extrem vermindert .
Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Beschichtungs- bzw. Lackie- •rungslösung eignet sich insbesondere für das Beschichten bzw. Lackieren von sogenannten Compact-Discs in der Datenspeichertechnik, wie insbesondere Audio- und Video-Discs, sowie auch für das Auftragen von Klebstoff auf Discs für das Erzeugen von mehrschichtigen Disc-Strukturen, wie beispielsweise DVDs (Digital Video Discs) .
Speziell für die Herstellung von mehrschichtigen Disc-Strukturen, wie beispielsweise sogenannten DVDs, wird weiter eine Anordnung zum Herstellen von zwei- oder mehrschichtigen Substratstrukturen gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 9 vorge- schlagen, welche insbesondere eine erfindungsgemäss vorgeschlagene Beschichtungs- bzw. Lackierungseinrichtung aufweist. Bevorzugte Ausführungsvarianten einer derartigen Anordnung, insbesondere geeignet zur Herstellung von sogenannten DVDs, sind in abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
Die Erfindung wird nun anschliessend beispielsweise und unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch, im Querschnitt, ein erfindungsgemässes Ausgabeorgan für das Ausgeben bzw. Auftragen und Beschichten eines fluiden Mediums auf ein scheibenartiges Substrat,
Fig. 2 wiederum im Querschnitt, eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungemässen Ausgabeorgans,
Fig. 3 erneut eine weitere Ausführungsvariante eines Aus- gabeorgans bzw. eines Auftragkopfes für das Ausgeben eines fluiden Mediums auf ein scheibenartiges Substrat, Fig. 4 schematisch dargestellt, das Prinzip des Zuführens des Beschichtungsmediums zum Ausgabekopf für das Beschichten eines scheibenartigen Substrates,
Fig. 5 εchematisch dargestellt, eine Lackauftragsstation für das Beschichten zweier Disc-Hälften für die
Produktion von DVDs (Digital Video Discs) , aufweisend eine andere Ausführungsvariante eines Ausgabeorganes und insbesondere von dessen Speisung mit Klebstoff,
Fig. 6 schematisch, den Ablauf der Herstellung von sogenannten DVDs,
Fig. 7a bis 7c schematisch dargestellt, das Zusammenfügen der beiden Disc-Hälften zu einer Disc-Struktur für die Herstellung von DVDs, und
Fig. 8a bis 8f schematisch dargestellt, die verschiedenen Bearbeitungsprozesse beim Fügen der beiden Disc-Hälften zur DVD und das Aushärten des zwischen den Disc- Hälften angeordneten Klebers.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Ausgabeorgan bzw. einen Auftragskopf 1, aufweisend eine Vorratskammer 3, in welcher das für die Beschichtung vorgesehene fluide Medium, wie beispielsweise ein Klebstoff oder ein Lack, angeordnet ist. Die Speisung dieser Vorratskammer, wie beispielsweise eines Ringgef sses, erfolgt über eine Zuführleitung 5, welche beispielsweise aus einem Vorratstank gespiesen wird. Die Entlüftung der Flüssig- keit in der Vorratskammer 3 erfolgt über eine Entlüftungsleitung 7.
Am Boden des Ausgabeorganes 1 ist eine ringförmige Oeffnung, wie ein Kapillarring 9, angeordnet, durch welche bzw. durch welchen hindurch das fluide Medium ausgegeben werden kann. Dabei ist die Spaltbreite des Kapillarringes derart dimensioniert, dass Im drucklosen Zustand weitgehendst ein Austreten bzw. AusfHessen der Flüssigkeit verhindert wird. Durch Anlegen eines vorbestimmten Druckes, beispielsweise über die Zuführlei- tung 5, wird nun eine vorbestimmte Menge der Flüssigkeit durch den Kapillarring 9 hindurchgepresst zur Bildung des Flüssigkeitsringes 11. Infolge Adhäsion der Flüssigkeit an der Kapillarspaltlippe sowie infolge Oberflächenspannung wird ein Abtropfen des Flüssigkeitsringes verhindert. Selbstverständlich darf der Druck über die Zuführleitung 5 nicht zu hoch eingestellt sein, ansonsten die durch den Kapillarring hindurchge- presste Menge zu gross ist und der Flüssigkeitεring abtropfen kann. Nachdem nun eine genau vorbestimmte Flüssigkeitsmenge den Flüssigkeitsring 11 bildet, wird entweder das Ausgabeorgan 1 mittels Hubbewegung gegen das zu beschichtende Substrat 13 bewegt, oder aber umgekehrt das Substrat bzw. die Disc 13 gegen das Ausgabeorgan 1. Sobald die Oberfläche 15 der Disc 13 mit dem Flüssigkeitsring 11 in Berührung kommt, wird eine vorher definierte Menge der Flüssigkeit vom Ausgabeorgan bzw. Ringge- fäss abgelöst und auf die Oberfläche 15 des zu beschichtenden Substrates 13 übertragen. Zur Unterstützung der Uebertragung ist die Aussenkontur 12 der Lippe des Kapillarringes, d.h. die Unterkante des Ausgabeorganes, mit einer schlecht benetzbaren Oberfläche behandelt, wie beispielsweise Teflon etc. Die Mengensteuerung der übertragenen Flüssigkeit wird einerseits durch die Druckregelung des über die Zuführleitung 5 angelegten Druckes der Flüssigkeit auf das Ringgefäss und andererseits durch den Produktionszyklus beeinflusst .
Figur 2 zeigt eine weitere AusfuhrungsVariante eines Ausgabeorganes bzw. Ringgefässes 1, in welchem anstelle eines Kapillarringes 9 eine poröse Ringscheibe 19 angeordnet ist. Das Prinzip der Beschichtung bleibt dasselbe, weshalb auf eine Wiederholung des Beschichtungsvorganges verzichtet werden kann.
Figur 3 wiederum zeigt eine weitere Ausführungsvariante, wobei mittels des Ringgefässes die Ausgabe feinster Mengen an Flüssigkeit ermöglicht wird. Zudem enthält das Ausgabeorgan bzw. Ringgefäss gemäss Fig. 3 ein Heizelement 25, um beispielsweise TemperaturSchwankungen in der Umgebung auszugleichen. Auch wird durch das Vorsehen eines Heizelementes 25 ermöglicht, beispielsweise hochviskose Materialien zu beschichten, deren Viskosität durch Erwärmen erniedrigt werden kann. Das Ausgabeorgan gemäss Fig. 3 wiederum enthält anstelle einer Vorratskammer 3 einen ringförmigen Vorratskanal 21, wodurch die Beheizbarkeit des fluiden Mediums verbessert werden kann. Schlussendlich ist vorzugsweise die äussere Kontur 22 des Kapillarspaltes 29 wiederum mit einer schlecht benetzbaren bzw. mediumsabweisenden Beschichtung versehen, wie beispielsweise einer Teflonbeschich- tung.
In Figur 4 soll anhand einer schematischen Prinzipskizze die Steuerung des Beschichtungsvorganges näher erläutert werden. Die für die Beschichtung bzw. das Lackieren oder für das Verkleben vorgesehene Flüssigkeit wird über eine Speisung 31, beispielsweise manuell, in einen sogenannten Atmosphärentank 33 eingefüllt. Ueber ein Pumpensystem wird anschliessend die Flüssigkeit über eine Leitung 34 und durch einen Primärfilter 35 in einen Drucktank 37 gefördert. Im Drucktank wird durch Pneumatik ein konstanter Druck (X-bar) aufgebaut. Die Flüssigkeit wird durch diesen Druck durch einen zweiten Filter 39 zum Ringgefäss bzw. Ausgabeorgan 1 gefördert. Dabei muss der Druck X-bar immer höher sein als der Druck Y-bar zwischen Sekundärfilter und Ringgefäss 1. Die Flüssigkeit wird nun durch den konstanten Druck durch den Kapillarspalt, wie beispielsweise eine ver- stellbare Ringkapillare, gepresst und bildet den obenerwähnten ringförmigen Tropfen entlang der Lippe bzw. Unterkante des Ringgefässes. Die Form und Position, d.h. der Durchmesser des Kapillarspaltes, kann variiert werden. Die Adhäsion der Flüssigkeit an der Lippe verhindert das Abtropfen der Flüssigkeit bis zu einer bestimmten Menge.
Nun wird das zu beschichtende bzw. zu lackierende Substrat 13 dem Ausgabeorgan bzw. dem Ringgefäss 1 zugeführt, und über eine Hubbewegung wird das Ringgefäss zu der zu benetzenden Oberfläche des Substrates 13 heruntergefahren. Bei Berührung des Flüs- sigkeitstropfens mit der Substratoberflache wird eine vorher definierte Menge der Flüssigkeit vom Ringgefäss abgelöst und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Substrates übertragen. Anschliessend wird das Ausgabeorgan wieder wegbewegt und der Flüssigkeitsfilm bzw. die Lackierung mittels Abschleudern er- reicht.
Bei Produktionsstillstand und bei Erstfüllung wird das Entlüftungsventil 41 geöffnet. Luft und Flüssigkeit werden durch die Entlüftungsleitung 7 wieder in den Atmosphärentank 33 zurückgeleitet . Fig. 5 zeigt schematisch dargestellt eine Lackauftragsstation A für das Beschichten von zwei Disc-Hälften 13 und 13 ' mit einem Klebstoff bzw. Klebelack für das Erzeugen von DVDs (Digital Video Discs) . Im Gegensatz zu den Ausgabeorganen 1 in den Fig. 1 bis 4 wird das Ausgabeorgan 111 bzw. 111' in der Lackauftragsstation A nicht aus einer Vorratskammer bzw. einem Ringgefäss gespiesen, sondern die Aufnahme des fluiden Mediums bzw. des Klebers erfolgt durch Tauchen der ringförmigen Kapillarδffnung 129 in ein Quellengefäss 41 bzw. 41', wobei die Aufnahme einer genau definierten Menge Klebers durch die Ausgestaltung des Kapillarspaltes 129 bzw. 129' gesteuert werden kann.
Der UV-härtbare Klebstoff wird mittels peristaltischen Pumpen 45 bzw. 45' aus einem Vorratstank 47 über Leitungen 50 bzw. 50' in die zwei Quellengefässe 41 bzw. 41' zirkuliert. Die Zirkula- tion stellt sicher, dass sich keine Partikel oder Luftblasen in den Quellengefässen befinden. Die Quellengefässe und die Auftragsköpfe 111 bzw. 111' werden mittels Heizelementen 125 bzw. 125' sowie 43 und 43' auf beispielsweise ca. 40 bis 50°C beheizt. Selbstverständlich richtet sich die Beheizung nach der Art des gewählten Klebstoffes sowie insbesondere nach dessen Viskosität. Insbesondere bei beispielsweise UV-härtbaren Klebstoffen besteht keine Gefahr des vorzeitigen Aushärtens infolge Erwärmung, was jedoch bei wärmehärtenden Klebstoffen der Fall wäre. Die beiden Quellengefässe 41 und 41' befinden sich unmit- telbar unter zwei von insgesamt vier Aufnahmeköpfen 111 und 111' und sind in der Höhe beispielsweise mittels Mikrometer- Schrauben verstellbar. Die Menge des durch die ringförmigen Kapillaröffnungen 129 bzw. 129' aufgenommenen Klebstoffes wird einerseits durch die Eintauchtiefe und die Viskosität des Kle- bers bestimmt sowie andererseits durch die Geometrie des Spal- tes. Die beiden Quellengefässe 41 und 41' fahren zusammen mit den beiden DVD-Hälften 13 sowie 13' unter die Auftragsköpfe 111 bzw. 111'. Die Oberflächen des Discs 13 und 13' fahren unter die Köpfe, und die Flüssigkeitsringe an den ringförmigen Spaltöffnungen 129 und 129' "springen" auf die Discs über, sobald diese nahe genug sind. Nach dem anschliessenden Absenken der Discs 13 und 13 ' ist eine definierte Menge des Lackes auf den Discs deponiert. Um die Discs zu positionieren und anzuheben, werden die beiden Hälften 13 und 13' vorzugsweise mit ei- nem durch Motor-/Kurbelantrieb betätigten Pin 48 bzw. 48' angehoben und durch Vakuum festgehalten. Der beispielsweise Kurbelantrieb ermöglicht eine schrittweise Annäherung der Disc- Hälften an die Auftragsköpfe.
Auch das Wegfahren der Discs von den Auftragsköpfen ist kri- tisch und wird ebenfalls durch die Funktionsweise des beispielsweise und bevorzugt angeordneten Kurbelantriebs begünstigt. Da die Quellengefässe 41 und 41' mit derselben Bewegung hochgefahren werden, garantiert die sanfte Bewegung des beispielsweise angeordneten Kurbelantriebs auch für diesen Pro- zessschritt, d.h. für die Übertragung des Kleblackes an die ringförmige Spaltöffnung 129 und 129', optimale Bedingungen. Für die Verklebung von zwei Discs 13 und 13' wird jeweils die Hälfte der benötigten Gesamtmenge der Flüssigkeit auf beide Discs aufgetragen. Nach dem Absenken der Quellengefässe 41 und 41' sowie der DVD-Hälften 13 und 13' machen die Auftragsköpfe eine 180°-Rotation, um die "geleerten" Ringspaltδffnungen 129 und 129' über die Quellengefässe 41 und 41' zu bringen und die "gefüllten" Köpfe bzw. Ringspaltδffnungen 129 und 129' über die nächsten DVD-Hälften. Die weitere Bearbeitung der mit den Lackringen versehenen Disc- Hälften 13 und 13 ' wird anhand der schematischen Darstellung in Fig. 6 näher erläutert. Die beiden mit den Ringen versehenen DVDs werden mittels eines Transportmechanismus T- an eine Füge- Station F gefördert, wo die Scheiben auf Saugplatten positioniert werden. Auf den Fügeprozess wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 7a bis 7c näher eingegangen.
Zunächst seien die Vorteile des unter Bezug auf Fig. 5 dargestellten und beschriebenen Lackauftrags-Prozesses beschrieben:
- Die Dosiermenge ist konstant und äusserst präzise, da während des Auftragens keine Druckschwankungen die Dosierung beeinträchtigen können.
- Das Auftragen mit Quellengef ss ist absolut blasen- und partikelfrei. Im Gegensatz zu dem schliessenden Dosierventil werden keine Scherkräfte auf den Lack ausgeübt, welche zu lokalen Ausgasungen führen können. Allfällig im primären Klebstofftank 47 vorhandene Luft- oder Gasblasen werden durch die peristaltischen Pumpen 45 und 45' sowie durch die Kaskaden der Quellengefässe 41 und 41' ausgesondert.
- Das Konzept eignet sich hervorragend für das Auftragen sehr dicker Flüssigkeiten, welche mit der herkömmlichen Methode kaum zu bearbeiten sind. Das Anpassen der Form-/Oberflächen- beschaffenheit und Eintauchtiefe der Auftragsköpfe ermöglichen ein individuelles Einstellen des Prozesses auf unter- schiedliche Materialien.
Zurückkommend nun auf die Herstellung der DVDs wird in der Fügestation F die obere Hälfte 13' mittels einer Greiferplatte •auf die untere Disc-Hälfte 13 umgeklappt, wie in Fig. 7a mit- tels eingezeichnetem Pfeil dargestellt. Der Abstand zwischen den beiden DVD-Hälften soll so eingestellt werden, dass sich die Lackringe, wie in Fig. 7b dargestellt, zu diesem Zeitpunkt noch nicht berühren. Der Abstand soll ca. 2 mm betragen. Nach- dem die beiden Saugplatten, auf welchen die Disc-Hälften angeordnet sind, ihre Endlage erreicht haben, werden die beiden Disc-Hälften 13 und 13 ' mit einem langsamen Hub zusammengebracht . DVD-Ober- und Unterteile sollen mit hoher Präzision zusammengefügt werden. Dabei ist vor allem zu beachten, dass die beiden Lackringe 17 und 17' sich vollständig verbunden haben, bevor die obere Hälfte von der oberen Saugplatte bzw. Greiferplatte gelöst wird. Nur eine vollständige Vernetzung der beiden Ringe garantiert ein blasenfreies Zusammenfügen. Es ist deshalb äusserst kritisch, dass die Hubbewegung sehr exakt ausgeführt werden kann. Um diese Präzision zu gewährleisten, wird der effektive Fügehub beispielsweise und bevorzugt mittels pneumatischer Rotation und Exzentergestänge bzw. Exzenterzylinder (Sinusbewegung) vollzogen. Nach dem Zusammenfügen sollte zum Innen- und Aussenrand der beiden Discs jeweils mindestens ein Abstand unbenetzt bleiben, wie beispielsweise ca. 15 bis 20 mm. Dadurch kann verhindert werden, dass durch den Transport zur nachfolgenden Fixier- und Aushärtstation Klebstoff über den Scheibenrand austreten kann. Aus zeitlichen Gründen (Zykluszeit) ist es notwendig, dass beispielsweise eine kleine Linearhub-Einheit T_ die zur Struktur 113 zusammengefügten
Discs aus dem Bereich der Fügestation F in den Bereich des In- put-Handlings der nachfolgenden Fixier- und Aushärtungsstation bringt. Sobald die Disc-Struktur 113 ausserhalb der Fύgestation F ist, ist diese frei zur Übernahme von zwei weiteren Disc- Hälften. Der Vorteil des erfindungsgemäss vorgeschlagenen Fügeprozesses liegt darin, dass insbesondere bei Klebeanwendungen durch das Auftragen je der halben Menge pro Disc die blasenfreie Vernetzung beim Zusammenfügen begünstigt wird, da sich eine Flüssig- keit in der Regel am besten mit sich selbst verbinden kann. Dadurch wird die Blasenbildung beim Fügeprozess extrem vermindert.
Mittels des Transportmechanismus T2 wird nun, wie in Fig. 6 dargestellt, die Disc-Struktur 113 der Fixierungs- und Aushär- tungs-Station B zugeführt, wobei die Eingabe auf einen Rundtakttisch 53 in der Position I erfolgt. Anhand der Fig. 8a bis 8f sollen die einzelnen Bearbeitungen entlang der Fixierungsund Aushärtungs-Station B in den Positionen I bis VII schematisch dargestellt und beschrieben werden.
Die zusammengefügten DVDs 113 werden dem Rundtakttisch 53 in Position I in den lokal leeren Aufnahmeteller bzw. das Aufnah- menest 61 zugeführt. Von der Ladeposition I werden die DVDs 113 jeweils zweimal unter eine beispielsweise statische Infrarotlampe 67 in den Positionen II und III getaktet. Mit Kilfe die- ser Lampe 67 werden die DVDs auf einer optimalen Temperatur, wie beispielsweise 40 bis 50°C, gehalten, um ein gutes Aus- fliessen des Klebers 117 bei konstanter Viskosität zu gewährleisten.
Nach dem nächsten Takt befindet sich die DVD 113 in Position IV, wie in Fig. 8c dargestellt. Ein unter dem Tisch 53 stationär angebrachter Pneumatikzylinder 69 hebt den Aufnahmeteller 61 mitsamt der eingelegten DVD 113 durch einen Pin 68 an und fährt damit unter eine fixierte, bevorzugt beheizte Stahlplatte 79. Beim Hochfahren wird durch den Aufnahmeteller ein Vakuum erzeugt, welches ein späteres Ablösen der DVD von der Stahlplatte 79 ermöglicht. Zusätzlich wird in dieser Position das Aufnahmenest 61 temperiert, um die konstante Erwärmung der nachfolgend in Position V angeordneten Glasplatte 81 zu kompen- sieren. Für diese Funktion ist am Hublift in Position IV eine Induktionsspule 73 eingebaut. Der erste Regelkreis erwärmt und hält die statisch angebrachte, vorzugsweise polierte Stahlplatte 79 auf erhöhter Temperatur, wie beispielsweise auf ca. 70°C, Lim das vollständige Ausfliessen des Klebers durch die Kapillar- Wirkung zwischen den beiden Disc-Hälften zu unterstützen. Ein eingebauter Temperatur-Sensor 75 prüft dabei konstant die Temperatur der Stahlplatte 79. Ein zweiter Wärmesensor in Position IV, 76, prüft die Temperatur des Aufnahmenestes 61, während der Hublift in die obere Stellung fährt. Die Werte werden mit den Messresultaten eines Temperatur-Sensors 175 an der Glasplatte 81 in Position V verglichen. Je nach Temperaturunterschied der Komponenten (Nest und Glasplatte) , wird die untere Spule 73 für eine definierte Zeit aktiviert, um den Eisenkern 63 im Aufnah- menest 61 zu erwärmen. Dabei wird beachtet, dass sich das Nest 61 bis zur Position V wieder abkühlen wird. Das Ziel ist, dass unter der UV-Lampe 83 in Position V zwischen Glasplatte 81 und Aufnahmenest 61 eine annähernd identische Temperatur erreicht wird. Bei unterschiedlicher Temperatur von Glasplatte und Auf- nahmenest besteht die Gefahr des unterschiedlichen Erwärmens der oberen und unteren Disc-Hälfte, was beim Abkühlen des Klebers 117 zum Verspannen der Struktur 113 führen kann.
Ein an der statischen Platte 79 angebrachter Distanzring 77, auf welchen das Aufnahmenest 61 gedrückt wird, garantiert zu¬ verlässig die Einhaltung der Spezifikationen in bezug auf Plan- -heit und Layerdicke der fertigen DVD-Struktur 113. Der Ring 77 ist austauschbar (unterschiedliche Discs sowie unterschiedliche Toleranzen) , um die spezifizierten Qualitätsrichtlinien einhalten zu können, auch wenn die gespritzten Disc-Hälften 13 und 13' unterschiedliche Dicken haben. Die Kraftübertragung zwi- sehen Hubzylinder 69 und Stahlplatte / Distanzring wird durch Druckregelung eingestellt, um ein übermässiges Quetschen oder gar einen Crash bei Doppelbelegung zu verhindern. Eine in den Pin 68 bzw. 168 eingelegte Gummischeibe gleicht während des An- drückens geringe Abweichungen der Parallelität / Rechtwinklig- keit zwischen Hubpin, Aufnahmenest und Stahlplatte / Distanzring aus. Beim Hochfahren des Nestes wird daher darauf geachtet, dass sich das Nest in der oberen Position gleichπässig auf den Distanzring 77 "auftaumeln" kann (leichtes Spiel zwischen Hubpin und Nestbohrung) .
Nach einem weiteren Takt befindet sich die eingelegte DVD 113 unter der UV-Lampe 83 in Position V. Ein weiterer, unter dem Tisch angebrachter Hublift 169 (identische Ausführung wie Position IV, aber ohne Heizspule) hebt den Aufnahmeteller mitsamt der eingelegten DVD unter eine fixiert Quarzglasplatte 81. Beim Hochfahren wird wiederum ein Vakuum erzeugt, welches sowohl die DVD am Nest 61 als auch das Nest am Hubpin 168 festhält. Die Lampe schaltet von 50 % auf 100 % Energie, während die DVD angehoben wird. Sobald die DVD zwischen Glasplatte / Distanzring und Nest fixiert ist (obere Endlage des Hubes) , wird der UV- Lampen-Shutter geöffnet. Nach einer zu spezifizierenden Zeit (< 2,5 Sekunden) ist die DVD bzw. der dazwischen angeordnete Klebefilm ausgehärtet. Die Parallelität der beiden Hälften, welche durch das Fixieren der DVD erreicht wurde, ist permanent im fertigen Produkt eingefroren. Nach erfolgtem Aushärten in Position V erfolgt der Weitertransport und die Ausgabe der fertigen DVD 113 über die beiden Positionen VI und VII. Von der Position VII schlussendlich wird die fertige DVD einer Vorratsposition V mittels eines Transportme- chanismus T3 zugeführt.
Der Vorteil der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Fixierungsund Aushärtungsstation liegt darin, dass
- der Aushärteprozess unabhängig von der Temperatur der eingelegten Disc ist, da unmittelbar vor dem Aushärten eine Tempe- raturkonditionierung der Umgebung der DVD-Hälften stattfindet,
- durch das sanfte Formen der ungehärteten DVD unter der UV- Lampe die Deformierung der einzelnen Hälften irrelevant ist,
- die Dicke des Klebefilmes mit einfachen Mitteln (Wechseln der Distanzringe) bewerkstelligt werden kann, wie auch unterschiedliche Substratdicken mit der gleichen Methode berücksichtigt und für den Prozess eingestellt werden können.
Zudem ist das System unempfindlich gegenüber dem Schrumpfen des Lackes (Klebers) während dessen Aushärtung, da die DVD positiv in ihrer Form fixiert ist.
Bei den in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsvarianten von Ausgabeorganen bzw. Auftragungskδpfen sowie von Beschich- tungsvorgängen und der Herstellung von DVDs handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele, welche auf x-beliebige Art und Weise abgeändert, modifiziert oder durch weitere Elemente ergänzt werden können. So ist es an sich unerheblich, ob nun die beispielsweise erwähnten Discs aus der Datenspeichertechnik beschichtet werden oder irgendwelche scheibenartigen Substrate, welche mit einer gleichmässigen Beschichtung bzw. Lackierung zu versehen sind. Auch das Zusammenfügen von zwei scheibenartigen Substraten zur Bildung einer zwei- oder mehrschichtigen Struktur ist selbstverständlich übertragbar auf das Zusammenfügen irgendwelcher scheibenartiger Substrate, welche miteinander zu verkleben sind. Auch ist es unerheblich, ob es sich beim Be- schichtungsvorgang um das Lackieren, das Auftragen eines Klebstoffes oder um das Auftragen irgendeiner anderen Flüssigkeit handelt, welche zur Bildung eines weitgehendst homogenen bzw. gleichmässigen Filmes auf das Substrat aufzutragen ist.
Speziell in bezug auf die Herstellung der DVDs ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht auf das Zusammenfügen und Verkleben der beiden Disc-Hälften mittels eines UV- härtbaren Filmes beschränkt. Anstelle des UV-härtenden Klebers kann selbstverständlich irgendein anderer geeigneter Kleber bzw. eine Flüssigkeit für das Zusammenfügen der beiden Disc- Hälften und der Herstellung der DVDs verwendet werden. So sind auch kalt- oder warmhärtende Systeme denkbar, radikal vernetzende Reaktivsysteme wie auch Hot Melts und dergleichen. Auch können mittels der erfindungsgemäss vorgeschlaσenen Beschichtungs-, Füge- und Fixierungsanordnung die unterschiedlichsten Substratstrukturen hergestellt werden, bei welchen mehrere flächige Substrate mittels Klebstoffen bzw. Flüssigkeiten zusammenzufügen bzw. zu verkleben sind.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Auftragen einer Beschichtung auf ein scheibenartiges Substrat, gekennzeichnet durch eine ringförmige Oeffnung (9, 19, 29, 129) in einem Ausgabeorgan (1, 111) zum Ausgeben des Beschichtungsmediums sowie eine Bewegungseinrichtung, wie eine Hubeinrichtung, zum Bewegen des Ausgabeorganes (1, 111) und/oder des Substrates (13, 13') zueinander bzw. voneinander.
2. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die ringförmige Oeffnung (9, 19, 29, 129) einen oder mehrere Kapillarspalt (-en) aufweist, derart, dass beim drucklosen Zustand das für das Beschichten vorgesehene Medium nicht ausfliesst bzw. nicht durch den Spalt hindurchfliesst .
3. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckorgan (37) zum Erzeugen eines konstanten Druckes in einer über der Ringδffnung (9, 19, 29, 129) vorgesehenen Vorratskammer (3, 21), wie einem Ringgefäss, vorgesehen ist.
4. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnung durch eine ringförmige, poröse Scheibe (19) gebildet wird.
5. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Form sowie die Breite des Kapillarspaltes variierbar sind.
6. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabeorgan je seitlich der Ringδffnung bzw. des Kapillarspaltes (9, 19, 29, 129) mit einer mediumsabweisenden bzw. schlecht benetzbaren Beschichtung ver- sehen ist, um das Uebertragen des fluiden Mediums auf das Substrat (13, 13') zu unterstützen.
7. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Ausgabeorgan ein Heiz- element (25, 125) vorgesehen ist, um das für die Beschichtung vorgesehene fluide Medium zu thermostatisieren bzw. zu beheizen.
8. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (40) mit einem Motor-/Kurbelantrieb versehen ist, geeignet für die schrittweise Annäherung des Ausgabeorganes und/oder des Substrates zueinander bzw. voneinander.
9. Anordnung zum Herstellen von zwei- oder mehrschichtigen Strukturen, bestehend aus flächigen Substraten, mit einer Vor- richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch
- eine Beschichtungsstation (A) zum Beschichten des Substrates (13, 13') mit dem Ausgabeorgan (9, 19, 29, 129),
- eine Fügestation (F) zum Verbinden von mindestens zwei wenigstens einseitig beschichteten, flächigen Substraten (13, 13'), aufweisend eine flächige Auflage sowie eine Greifeinrichtung, welche mittels einer Fügeeinrichtung derart präzise zueinander positionierbar und bewegbar sind, dass die auf den Substraten mittels der Vorrichtung erzeugten ringförmigen Beschichtungen (17, 17') bzw. Mediumsringe weitgehendst nahezu exakt verbindend zusammenfügbar sind.
10. Anordnung, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinrichtung einen Umklappmechanismus aufweist, um die mindestens zwei Substrate derart zu positio- nieren, dass die beschichteten Substratoberflächen zueinander gerichtet positionierbar sind, und dass eine weitere Hubeinrichtung vorgesehen ist, um die beiden Substrate zueinander zu bewegen, bis sich die Mediumsringe vollständig verbunden haben, wobei vorzugsweise die weitere Hubeinrichtung ein Exzentergestänge bzw. einen rotierbaren Exzenterzylinder aufweist, damit die beiden Substrate mittels einer Sinusbewegung zueinander bewegbar sind.
11. Anordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 9 oder 10, weiter gekennzeichnet durch eine Fixier- und Aushärteeinrichtung (13) , aufweisend
- Aufnahmebereiche (61) zum Aufnehmen und Positionieren der zusammengefügten Substrate,
- mehrere Bearbeitungsstationen (I - VII) zum endgültigen ge- genseitigen Positionieren der beiden Substrate (13, 13') innerhalb der zusammengefügten SubstratStruktur (113) und gegebenenfalls Aushärten des zwischen den Substraten angeordneten fluiden Mediums (117) , sowie
- Transporteinrichtungen (T: - T3) , um die Substrate bzw. die Substratstruktur zwischen der Beschichtungsstation, der Fügeeinrichtung sowie der Fixier- und Aushärtungseinrichtung zu bewegen.
12. Anordnung, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche (61) in bzw. an einer ro- tierbaren, weitgehendst kreisrunden Unterlage, wie beispielsweise einem Rundtisch (53), angeordnet sind und die Bearbeitungsstationen (I - VII) entlang der kreisrunden Unterlage, wie •dem Rundtisch, angeordnet sind.
13. Anordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturfühler (75, 76, 175) und Heizaggregate (71, 73) vorgesehen sind, derart, dass durch für den Aushärtevorgang angeordnete Beheizungs- oder Bestrah- lungseinrichtungen (83) erzeugte, unterschiedliche Erwärmung an den verschiedenen Bearbeitungsstationen (IV, V) und entlang der Fixier- und Aushärteinrichtung derart ausgeglichen wird, dass die Substratstruktur (113) jederzeit allseitig gleichmässig erwärmt bzw. abgekühlt wird.
14. Verfahren zum Beschichten eines scheibenartigen Substrates (13), dadurch gekennzeichnet, dass das für die Beschichtung vorgesehene fluide Medium an einem Ausgabeorgan (1, 111) aus einer ringförmigen Oeffnung (9, 19, 29, 129) getrieben wird zur Bildung eines ringförmigen Tropfens (11) , wobei durch die Adhä- sion sowie die Oberflächenspannung des Mediums ein Abtropfen verhindert wird, und anschliessend das Ausgabeorgan (1, 111) und das Substrat (13, 13') zueinander bewegt werden bis das Medium die zu beschichtende Substratoberfläche (15) berührt und das Medium vom Ausgabeorgan abgelöst und auf die Oberfläche übertragen wird, worauf, falls erwünscht, die Verteilung des Mediums auf der Oberfläche mittels Rotation bzw. Abschleudern erfolgt .
15. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Beschichtung vorgesehene fluide Me- dium zunächst in eine Vorratskammer (3, 21), wie einem Ringgefäss, welches über der ringförmigen Oeffnung (9, 19, 29) angeordnet ist, gefördert wird, und anschliessend unter vorgegebenem Druck durch die Oeffnung (9, 19, 29), wie einen oder mehrere sogenannte Kapillarspalt (en) , gepresst wird zur Bildung ei- nes weitgehendst gleichmässigen fluiden Mediumringes, worauf über eine Hubbewegung das Ausgabeorgan zum zu benetzenden bzw. zu beschichtenden Substrat (13) , wie einer Scheibe, bewegt wird, wobei bei Berührung Medium/Scheibenoberfläche eine weitgehendst vorher definierte Menge des Mediums abgelöst wird.
16. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengensteuerung des auf das Substrat- zu übertragenden fluiden Mediums über eine Druckregelung auf das Medium in der Vorratskammer, die Spaltbreite des Kapillarspaltes und/oder durch den Produktionszyklus er- folgt.
17. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das fluide Medium zunächst unter erhöhtem Druck durch einen ersten Filter in eine Druckkammer gefördert wird, in welchem ein konstanter Druck aufgebaut wird, und anschliessend durch einen zweiten Filter zur Ringkammer bzw. Vorratskammer gefördert wird, wobei der sich ergebende Druck zwischen zweitem Filter und Ringkammer bzw. Vorratskammer niedriger sein muss als der Druck vor bzw. in der Druckkammer.
18. Verfahren zum Beschichten eines scheibenartigen Substrates (13, 13'), dadurch gekennzeichnet, dass das für die Beschichtung vorgesehene fluide Medium durch Eintauchen eines Ausgabeorganes (1, 111) in ein Vorrats- oder Quellengefäss (45, 45') in einer am Ausgabeorgan (1, 111) ausgebildeten ringförmigen Öffnung (9, 19, 29, 129) aufgenommen wird, anschliessend das Ausgabeorgan aus dem Vorratsgefäss bzw. Quellengefäss wegbewegt wird, wobei durch die Adhäsion sowie die Oberflächenspannung des Mediums ein Abtropfen verhindert wird, und anschliessend das Ausgabeorgan (1, 111) und das Substrat (13, 13') zueinander •bewegt werden, bis das Medium die zu beschichtende Substrat- Oberfläche (15) berührt und das Medium vom Ausgabeorgan abgelöst und auf die Oberfläche übertragen wird, worauf gegebenenfalls und falls erwünscht die Verteilung des Mediums auf der Oberfläche mittels Rotation bzw. Abschleudern erfolgt.
19. Verwendung des Verfahrens zum Beschichten bzw. Lackieren einer weitgehendst kreisrunden Scheibe, wie einer sogenannten Disc.
20. Verwendung des Verfahrens zum Verkleben mindestens zweier weitgehendst kreisrunder Scheiben, wie sogenannter Discs (13, 13') zur Bildung einer zwei- oder mehrschichtigen Disc-Struktur (113) , dadurch gekennzeichnet, dass je ein Mediumsring (17, 17'), wie ein Flüssigkeitsring, auf je einer Oberfläche der Scheiben aufgetragen wird, anschliessend die beiden mit dem Flüssigkeitsring versehenen Oberflächen mittels Handling über- einander gebracht werden, in einer ersten Stufe des Klebe- bzw. Fügevorganges die beiden Hälften so nahe gegeneinander zusammengefahren werden, bis sich die beiden Mediums- bzw. Flüssigkeitsringe berühren und anschliessend nach dem vollständigen Verbinden der beiden Ringe die beiden Scheiben langsam weiter zueinander geführt werden, so dass das Medium bzw. die Flüssigkeit zwischen den beiden Discs mittels Kapillarwirkung gleich- massig verteilt wird.
21. Verwendung, insbesondere nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Fügen der beiden Discs mittels Erwärmen, kontrolliertem Zusammenpressen der beiden Disc- Hälften (13, 13') und gegebenenfalls anschliessendem Aushärten der Flüssigkeit durch Wärme, Infrarot, UV und dergleichen die endgültige zwei- oder mehrschichtige Disc-Struktur (113) herge- stellt wird.
22. Beschichtungs- bzw. Lackierungsvorrichtung für das Beschichten bzw. Lackieren von weitgehendst kreisrunden, scheibenförmigen Substraten, wie sogenannten Discs in der Datenspeichertechnik, wie insbesondere Compact-Discs und Video-Discs, aufweisend eine Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
23. Beschichfcungseinrichtung für das Beschichten von weitgehendst kreisrunden Scheiben, wie Discs, mit einem Klebstoff für das Herstellen von zwei- oder mehrschichtigen Disc-Strukturen, wie insbesondere sogenannten DVDs, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
PCT/CH1999/000424 1998-09-21 1999-09-10 Vorrichtung zum beschichten von scheibenartigen substraten WO2000016910A1 (de)

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