專利名稱：用于連續(xù)材料的紫外線固化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及紫外線燈系統(tǒng)，更特別涉及構(gòu)造成用紫外線輻射照射基底的微波激勵(lì)紫外線燈系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紫外線燈系統(tǒng)通常用于加熱和固化包括粘合劑、密封劑、墨和涂層在內(nèi)的材料以及光纜和光管。某些紫外線燈系統(tǒng)具有無電極光源并利用射頻能量如微波能激勵(lì)處理室中的無電極等離子燈而操作。在依賴射頻能激勵(lì)的無電極紫外線燈系統(tǒng)中，等離子燈向外沿著其圓筒長(zhǎng)度方向各向同性地發(fā)射特征譜。該發(fā)射的輻射的一部分從等離子燈直接移向位于處理室中的基底。發(fā)射的輻射的主要部分在到達(dá)基底前必須被反射。為有效地利用等離子燈發(fā)射的紫外線輻射，各種設(shè)計(jì)的反射器已經(jīng)圍繞等離子燈和基底安裝在處理室內(nèi)。雖然常規(guī)的反射器包括矩形箱體形反射器和拋物面型反射器，但最有效的反射器系統(tǒng)是橢圓反射器。通過沿橢圓反射器的一個(gè)焦點(diǎn)放置等離子燈和在橢圓反射器另一焦點(diǎn)處放置基底，所有的由等離子燈發(fā)射的輻射經(jīng)過不超過一次反射后到達(dá)基底。具有橢圓反射器的這些常規(guī)系統(tǒng)的實(shí)施方式包括Wood的美國(guó)專利NO. 4，710，638和Carter的美國(guó)專利NO. 6，626，561等等。常規(guī)系統(tǒng)的一個(gè)問題在于，隨著由于基底遠(yuǎn)離焦軸而引起基底直徑的增加，輻射效率降低。因此，完全地利用橢圓反射器限制了被處理基底的直徑。常規(guī)系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是基底通常被包圍在石英或其它透紫外線導(dǎo)管中以保護(hù)基底或者施加到基底的涂層不被污染?；撞荒芙佑|該透紫外線導(dǎo)管，很難使基底穿過處理室。希望提供一種具有反射器的有效固化系統(tǒng)，其允許總體上照射通常長(zhǎng)的、連續(xù)的并且具有寬范圍直徑的基底。還希望提供一種使得將這樣的基底裝載到處理室中的處理變得容易的的固化系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
提供一用于處理具有縱向軸線的基底的紫外線輻射固化系統(tǒng)。該固化系統(tǒng)包括具有用以傳送基底的入口和出口的處理室、安裝在處理室內(nèi)的等離子燈和聯(lián)接至該處理室用于激勵(lì)等離子燈發(fā)射紫外線輻射的微波發(fā)生器。該固化系統(tǒng)還包括設(shè)置在處理空間內(nèi)的透紫外線導(dǎo)管。該固化系統(tǒng)另外包括由第一“a”距離、第一“b”距離、與等離子燈共線的第一焦線、以及與基底縱向軸線共線的第二焦線確定的第一橢圓反射器。另外，該固化系統(tǒng)包括由比第一“a”距離大的第二“a”距離、比第一“b”距離大的第二“b”距離、與基底縱向軸線共線的第三焦線、與等離子燈共線的第四焦線確定的第二橢圓反射器。該固化系統(tǒng)的等離子燈發(fā)射直接地照射基底的紫外線輻射的第一部分、在照射基底前由第一反射器反射的紫外線輻射的第二部分、以及在照射基底前由第二反射器反射的紫外線輻射的第三部分。在可替代的實(shí)施方式中，本發(fā)明的固化系統(tǒng)包括處理室、等離子燈、和如上所述的微波發(fā)生器。該固化裝置還包括用于反射紫外線輻射以照射基底的第一反射器和第二反射器。該固化裝置還包括用于包圍基底的設(shè)置在處理室內(nèi)的透紫外線導(dǎo)管，并且包括第一部分和相對(duì)于第一部分能夠在打開位置和關(guān)閉位置之間移動(dòng)的第二部分。透紫外線導(dǎo)管的打開位置允許將基底裝載到管道內(nèi)。附圖的簡(jiǎn)要說明并入說明書并且構(gòu)成該說明書的一部分的附圖展示了本發(fā)明的實(shí)施方式，并且與上述的總體描述和以下細(xì)節(jié)說明一起用于解釋本發(fā)明的各個(gè)方面。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的紫外線輻射固化系統(tǒng)的透視圖，其中處理室打開用于用于插入或?qū)?zhǔn)基底。圖2是圖1的紫外線輻射固化系統(tǒng)的截面圖。圖3是說明圖1中的紫外線輻射固化系統(tǒng)的橢圓反射器的幾何結(jié)構(gòu)的圖。詳細(xì)說明雖然本發(fā)明將在下面結(jié)合特定實(shí)施方式描述，但本發(fā)明不限定于以任何一種具體形式的紫外線固化裝置來實(shí)施。對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式的說明意圖覆蓋所有可能包含在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)、由附加的權(quán)利要求限定的可替換例、修改例、和等同布置。特別地，本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到這里說明的本發(fā)明的實(shí)施方式的組件能夠以多種不同的方式布置?，F(xiàn)在參考附圖，具體地參考圖1和圖2，提供了紫外線輻射固化系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施方式。該固化系統(tǒng)10包括由前壁14、后壁16和縱向側(cè)板18、20限定的處理室12。位于前壁14中的入口 22適于接收用于紫外線固化的基底26。位于后壁16的出口 M適于允許基底26退出處理室12。該基底沈具有縱向軸線觀，并且該基底沈沿著縱向軸線觀連續(xù)穿過固化系統(tǒng)10移動(dòng)。該固化系統(tǒng)10還包括等離子燈34，其縱向地設(shè)置在處理室12內(nèi)。等離子燈34的端部以常規(guī)的方式連接到前壁14和后壁16。等離子燈34包括充滿氣體混合物的被氣密且沿縱向延伸的殼體或管。等離子燈34的運(yùn)行不需要電連接或電極。該等離子燈34由作為電絕緣材料如玻璃狀石英的透紫材料形成，使等離子燈34與處理室12中的其它結(jié)構(gòu)電絕緣。該固化系統(tǒng)10包括至少一個(gè)安裝在處理室12上方的微波發(fā)生器36。當(dāng)該微波發(fā)生器36啟動(dòng)時(shí)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠明白的，該微波發(fā)生器發(fā)出微波能穿過微波入口(未示出)進(jìn)入處理室12。該微波能在圍繞等離子燈34的網(wǎng)篩箱38內(nèi)被大致捕獲，并且網(wǎng)篩箱38在反射被輸送到處理室12內(nèi)的微波能的大部分的同時(shí)允許空氣自由流動(dòng)。微波發(fā)生器36提供的微波能激勵(lì)等離子燈34中的氣體混合物的原子以啟動(dòng)且隨后持續(xù)其中的等離子體。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，設(shè)置啟動(dòng)器管殼(未示出)以幫助觸發(fā)等離子燈34中的等離子體。通過調(diào)節(jié)處理室12的外形和微波發(fā)生器36的功率水平， 微波能的強(qiáng)度分布被選擇成沿整個(gè)等離子燈34的縱向長(zhǎng)度激勵(lì)氣體混合物中的原子。一旦等離子體被觸發(fā)，則等離子燈；34輸出的輻射的強(qiáng)度依賴于由微波生成器36提供到處理室12的微波能。等離子燈34中的氣體混合物具有如下的元素成分，該元素成分被選擇成在氣體原子被激勵(lì)至等離子態(tài)時(shí)產(chǎn)生具有輻射波長(zhǎng)的預(yù)定分布的光量子。對(duì)于紫外處理應(yīng)用，該氣體混合物可以包括汞蒸氣和惰性氣體，例如氬，并且可以包括微量的一個(gè)或多個(gè)元素，例如鐵、鎵、或銦。該汞蒸氣通過在室溫下為固體的少量泵的蒸發(fā)提供。從這樣的混合氣體激勵(lì)的等離子體輸出的輻射譜包括高強(qiáng)度的紫外和紅外成分。如這里所使用的，輻射被限定為具有波長(zhǎng)范圍在大約200nm至大約2000nm之間的光量子，紫外線輻射被限定為具有波長(zhǎng)范圍在大約200nm至大約400nm之間的光量子，及紅外輻射被限定為具有波長(zhǎng)范圍在大約 750nm至大約2000nm之間的光量子。該固化系統(tǒng)10還包括安裝到處理室12的前壁14和后壁16的、縱向延伸的透紫外線導(dǎo)管M。透紫外線導(dǎo)管M與入口 22和出口 M對(duì)準(zhǔn)。管道M在基底沈縱向傳輸通過處理室12期間圍繞基底26。管道M由高透紫輻射的絕緣材料例如石英或透明硅形成。 管道M防止外力作用在基底沈上，例如強(qiáng)制冷卻空氣流，該冷卻空氣流可以強(qiáng)制基底沈不期望地接觸管道M或通過處理室12中的灰塵或其它顆粒污染基底26。如果基底沈易碎或者另外地易于損壞，這種隔離能力是特別重要的。該固化系統(tǒng)10另外包括聯(lián)接至多根支撐肋44的縱向延伸的第一反射器42，所述支撐肋44以常規(guī)方式連接至處理室12。第一反射器42朝向等離子燈34。該固化系統(tǒng)10 還包括聯(lián)接至多根支撐肋48的縱向延伸的第二反射器46，所述支撐肋48以常規(guī)方式連接至處理室12。第二反射器46面向第一反射器42和基底沈。第一反射器42具有一個(gè)橢圓的第一反射面50和第二反射器46具有第二橢圓反射面52。第一反射器42和第二反射器 46互相間隔開以允許沿處理室12的縱向間隙56。加壓空氣供應(yīng)(未示出)輸送空氣通過位于第一放射器42的缺口 51進(jìn)入處理室 12，以直接吹在等離子燈34上并調(diào)整等離子燈34的溫度。加壓空氣流過網(wǎng)篩箱38、通過縱向間隙56繞第二反射器46流動(dòng)、并離開位于系統(tǒng)10底部的出口 40。遮光材料39覆蓋出口 40以允許加壓空氣通過而阻止紫外線的主要部分及其它光輻射離開系統(tǒng)10。 如以圖3中最優(yōu)地展示的，提供了第一反射器42和第二反射器46的一個(gè)實(shí)施方式的幾何布局。第一反射器42和第二反射器46在圖3中被整體示出。第一反射面50是由第一“a”距離A1和第一 “b”距離B1限定，如本領(lǐng)域中能良好理解的。第一反射面50另外由均沿第一反射面50縱向地延伸的第一焦線58和第二焦線60限定。第一焦線58和第二焦線60隔開距離D，其中距離D由下面的公式限定D = (2) (C)，其中 C2 = A2-B2類似地，第二反射面52是由比第一“a”距離A1大的第二“a”距離A2和比第一“b” 距離B1大的第二“b”距離化定義的部分橢圓。第二反射面52也由大致與第二焦線60共線的第三焦線62和大致與第一焦線58共線的第四焦線64限定。因此，第二反射面52由此與第一反射面50共用的焦線62與焦線64之間的距離D，允許第二反射面52是比第一反射面50大的橢圓。在圖3指出，通過第一反射面50和第二反射面52形成的部分橢圓在假想圖中延伸成為半橢圓，以清楚地示出相對(duì)于表示距離D的一半的中心線65的各“a”距離和相對(duì)于焦線58,64和60,62的各“b”距離。該具體實(shí)施方式
中第一反射面50和第二反射面52的可接受尺寸的實(shí)例根據(jù)上述公式,A1距離為3. 74英寸，B1距離為2. 97英寸，以及在焦點(diǎn)之間的D距離計(jì)算為4. 56英寸。目前給定任何A2距離，則能夠利用D距離計(jì)算合適的化距離。該實(shí)例中，A2距離設(shè)置為4. 57英寸，因此化距離是3. 97英寸。該固化系統(tǒng)10的該方面不局限于反射器尺寸的前述實(shí)例，這只是一組特定已知的反射器尺寸，僅僅是為了說明的目的示出。該第一反射器42和第二反射器46優(yōu)選地由輻射透射材料形成，其反射紫外線輻射和傳送其它種類的輻射例如紅外輻射和微波輻射。這樣材料的實(shí)例是硼硅玻璃，例如 Corning, NY.的Corning公司生產(chǎn)的Pyrex 玻璃。替代地，第一反射器42和第二反射器46能夠由任何對(duì)于紫外固化具有合適的反射和透射性能的材料形成。如本領(lǐng)域技術(shù)人員明白的，對(duì)于射頻能量的優(yōu)選的傳輸和反射還可以通過將二色性涂層施加到第一反射器42 以及和第二反射器46來提供。第一反射器42和第二反射器46布置成使等離子燈34大致位于第一焦線58和第四焦線64上，而基底沈的縱向軸線觀大致與第二焦線60和第三焦線62共線。如圖2中最佳地示出的，紫外線輻射直接地或者經(jīng)過第一反射器42或第二反射器46的至少一次反射后從位于第一焦線58的等離子燈34被傳送至在第二焦線60上的基底26。有利地，第二反射器46比第一反射器42大以允許較大的透紫外線導(dǎo)管M，因此允許由該固化系統(tǒng)10 處理較大直徑的基底26。例如，本實(shí)施方式說明的固化系統(tǒng)10能夠處置小到光纜或大到硅管的基底沈。該處理工藝用來固化基底沈材料本身或者用于基底沈的對(duì)紫外線輻射敏感的涂層。如圖2中箭頭66所示，由于縱向軸線觀位于各反射器42、46的焦線60、62，從而紫外線輻射大致有效作用于基底26。等離子燈34發(fā)出紫外線輻射的第一部分、第二部分、和第三部分。如圖2中最佳地示出的，紫外線輻射第一部分直接地照射基底26而沒有反射。第一反射器42反射由等離子燈34發(fā)出的紫外線輻射的第二部分，而第二反射器46反射由等離子燈34發(fā)出的紫外線輻射的第三部分。因此，在從等離子燈34釋放時(shí)，紫外線輻射被傳送而以有效的方式處理基底沈的全部側(cè)。固化系統(tǒng)10的另一方面如圖1和圖2所示并在下面說明。在該方面中，透紫外線導(dǎo)管M分成第一部分84和在圖1所示的打開位置和圖2所示的關(guān)閉位置之間相對(duì)于第一部分84可移動(dòng)的第二部分86。打開位置允許基底沈被裝載到透紫外線導(dǎo)管M內(nèi)或者在透紫外線導(dǎo)管M內(nèi)被適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)。在該方面中，處理室12另外包括第一部分88和由鉸鏈92或其它的慣用手段可移動(dòng)地連接至第一部分88的第二部分90。處理室12的第一部分88包括和第一反射器42和透紫外線導(dǎo)管討的第一部分84。處理室12的第二部分90包括第二反射器46和透紫外線導(dǎo)管M的第二部分86。處理室12的第一部分88和第二部分90從圖1所示的打開位置移動(dòng)至圖2所示的關(guān)閉位置。打開位置允許基底沈被裝載到處理室12中或者在處理室 12中對(duì)準(zhǔn)，而關(guān)閉位置允許固化系統(tǒng)10操作以處理基底26。該方面的特征可以與本具體實(shí)施方式
的上述描述特征組合，或者與固化系統(tǒng)性10中單獨(dú)地存在的這些特征組合。雖然已經(jīng)通過各種實(shí)施方式的說明示出了本發(fā)明，并且已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地說明了這些實(shí)施方式，但本申請(qǐng)并不意圖局限或者以任何方式限制權(quán)利要求至這樣細(xì)節(jié)。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說易于看到另外的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)。本發(fā)明的寬泛的方面情況不局限于所示出和說明的具體細(xì)節(jié)、示意性的裝置、或說明性的實(shí)例。因此，在不脫離申請(qǐng)人的總的發(fā)明構(gòu)思的前提下，可以偏離這些細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.紫外線輻射固化系統(tǒng)，所述紫外線輻射固化系統(tǒng)用于處理具有縱向軸線的基底，所述紫外線輻射固化系統(tǒng)包括處理室，所述處理室具有入口和出口，所述入口能夠接收所述基底以將所述基底定位在所述處理室中，所述出口能夠允許所述基底離開所述處理室；縱向延伸的等離子燈，所述等離子燈安裝在所述處理室內(nèi)，且能夠發(fā)出紫外線輻射； 微波發(fā)生器，所述微波發(fā)生器聯(lián)接到所述處理室，用于激勵(lì)所述等離子燈以發(fā)出紫外線輻射，所述紫外線輻射的第一部分無反射地直接照射所述基底；縱向延伸的透紫外線導(dǎo)管，所述透紫外線導(dǎo)管位于所述處理室內(nèi)，并且當(dāng)所述基底被定位在所述處理室內(nèi)時(shí)，所述透紫外線導(dǎo)管包圍所述基底；縱向延伸的第一反射器，所述第一反射器安裝在所述處理室內(nèi)，所述第一反射器具有橢圓形第一反射面，所述第一反射面由第一“a”距離、第一“b”距離、大致與所述等離子燈共線的第一焦線和大致與所述基底的所述縱向軸線共線的第二焦線限定，所述第一反射面相對(duì)于所述等離子燈定向用于反射所述紫外線輻射的第二部分以照射所述基底；和縱向延伸的第二反射器，所述第二反射器安裝在所述處理室內(nèi)，所述第二反射器具有橢圓形第二反射面，所述第二反射面由比所述第一“a”距離大的第二“a”距離、比所述第一 “b”距離大的第二“b”距離、大致與所述基底的所述縱向軸線共線的第三焦線和大致與所述等離子燈共線的第四焦線限定，所述第二反射面相對(duì)于所述等離子燈定向用于反射所述紫外線輻射的第三部分以照射所述基底。
2.如權(quán)利要求1所述的紫外線輻射固化系統(tǒng)，其中所述第一反射器與所述第二反射器間隔開，從而形成縱向延伸的間隙，以允許經(jīng)過所述處理室的空氣流調(diào)節(jié)所述等離子燈的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的紫外線輻射固化系統(tǒng)，其中所述透紫外線導(dǎo)管包括第一部分和第二部分，所述第二部分能夠相對(duì)于所述第一部分在打開位置和關(guān)閉位置之間移動(dòng)，所述打開位置允許所述基底被裝載到所述透紫外線導(dǎo)管中。
4.如權(quán)利要求3所述的紫外線輻射固化系統(tǒng)，其中所述處理室進(jìn)一步包括包括所述第一反射器、所述透紫外線導(dǎo)管的所述第一部分和所述等離子燈在內(nèi)的第一部分；和包括所述第二反射器和所述透紫外線導(dǎo)管的所述第二部分在內(nèi)的第二部分，所述處理室的所述第二部分連接到所述處理室的所述第一部分，使得所述處理室和所述透紫外線導(dǎo)管能夠被打開用于插入或?qū)?zhǔn)所述基底。
5.紫外線輻射固化系統(tǒng)，所述紫外線輻射固化系統(tǒng)用于處理具有縱向軸線的基底，所述紫外線輻射固化系統(tǒng)包括處理室，所述處理室具有入口和出口，所述入口能夠接收所述基底以將所述基底定位在所述處理室中，所述出口能夠允許所述基底離開所述處理室；縱向延伸的等離子燈，所述等離子燈安裝在所述處理室內(nèi)，且能夠發(fā)出紫外線輻射； 微波發(fā)生器，所述微波發(fā)生器聯(lián)接到所述處理室，用于激勵(lì)所述等離子燈以發(fā)出紫外線輻射，所述紫外線輻射的第一部分直接照射所述基底；縱向延伸的透紫外線導(dǎo)管，所述透紫外線導(dǎo)管位于所述處理室內(nèi)，并且當(dāng)所述基底被定位在所述處理室內(nèi)時(shí)，所述透紫外線導(dǎo)管包圍所述基底，所述透紫外線導(dǎo)管包括第一部分和第二部分，所述第二部分能夠相對(duì)于所述第一部分在打開位置和關(guān)閉位置之間移動(dòng)， 所述打開位置允許所述基底被裝載到所述透紫外線導(dǎo)管中；縱向延伸的第一反射器，所述第一反射器安裝在所述處理室內(nèi)，所述第一反射器具有橢圓形第一反射面，所述第一反射面相對(duì)于所述等離子燈定向用于反射所述紫外線輻射的第二部分以照射所述基底；和縱向延伸的第二反射器，所述第二反射器安裝在所述處理室內(nèi)，所述第二反射器相對(duì)于所述等離子燈定向用于反射所述紫外線輻射的第三部分以照射所述基底。
6.如權(quán)利要求5所述的紫外線輻射固化系統(tǒng)，其中所述室進(jìn)一步包括包括所述第一反射器、所述透紫外線導(dǎo)管的所述第一部分和所述等離子燈在內(nèi)的第一部分；和包括所述第二反射器和所述透紫外線導(dǎo)管的所述第二部分在內(nèi)的第二部分，所述處理室的所述第二部分連接到所述處理室的所述第一部分，使得所述處理室和所述透紫外線導(dǎo)管能夠被打開用于插入或?qū)?zhǔn)所述基底。
7.如權(quán)利要求5所述的紫外線輻射固化系統(tǒng)，其中所述第一反射器與所述第二反射器間隔開，從而形成縱向延伸的間隙，所述間隙允許經(jīng)過所述處理室的空氣流調(diào)節(jié)所述等離子燈的溫度。
全文摘要
公開了用于處理基底(26)的紫外線輻射固化系統(tǒng)(10)，所述基底例如是光纜或硅管。該系統(tǒng)(10)包括允許被處理基底(26)的連續(xù)片的傳送的處理室(12)。隨著基底(26)移動(dòng)通過處理室(12)，從微波發(fā)生器(36)所激勵(lì)的等離子燈(34)發(fā)出的紫外線輻射處理基底(26)的表面。該系統(tǒng)(10)包括兩個(gè)大小不同的橢圓反射器(42，46)以使大直徑的基底能夠有效地被紫外線輻射處理。該系統(tǒng)(10)還可以包括包圍基底(26)且分成第一部分(84)和第二部分(86)的透紫外線導(dǎo)管(54)，其中第二部分(86)可以移動(dòng)離開第一部分(84)以打開管道(54)并允許基底(26)插入或?qū)?zhǔn)在管道(54)和處理室(12)內(nèi)。
文檔編號(hào)F26B3/28GK102171526SQ200980139713
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月3日
發(fā)明者愛德華·C·麥吉, 羅伯特·布拉塞爾, 詹姆斯·W·施米特康斯 申請(qǐng)人:諾信公司