EP1593919A2 - Method and apparatus for curing radically polymerisable coatings. - Google Patents
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- EP1593919A2 EP1593919A2 EP05004397A EP05004397A EP1593919A2 EP 1593919 A2 EP1593919 A2 EP 1593919A2 EP 05004397 A EP05004397 A EP 05004397A EP 05004397 A EP05004397 A EP 05004397A EP 1593919 A2 EP1593919 A2 EP 1593919A2
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- coating
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
- F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
Definitions
- the invention relates to a method for curing radically polymerizable coatings of substrates with at least one disposed above the substrate elongated radiation source whose electromagnetic Radiation passing under the radiation source Coating the substrate fed over its full width becomes.
- the invention relates to a device for Implementation of the procedure.
- the respective substrate for example the film or Paper web
- the respective substrate usually passes through different Process stations, to subsequently as a finished product for example, wound on a storage drum become.
- WO 99/46546 is a device for curing a Coating known on a substrate, the one above the Substrate disposed UV radiation source, whose Radiation via a reflector system of the coating for Purpose of curing is supplied.
- the of the Radiation source emitted UV radiation is from a UV reflection layer a barrier through the light source arranged on the behind the light source Reflected reflectors, so that the direct beam path of the Light source on the substrate at least partially hidden becomes.
- the process according to the invention relates to the curing of radically polymerizable coatings.
- the Startup reaction is through the formation of a radical triggered, which is done by UV irradiation of initiators.
- the radical attaches to the double bond of a monomer which activates this and other monomer can attach.
- the initiators are high-energy organic or inorganic compounds, the form radicals by photochemical decomposition.
- the invention Therefore, the object of a method of the beginning mentioned type with lower energy consumption and optimized Photochemical reaction of the initiators in the radical To provide polymerizable coating.
- the task in a method of initially mentioned type solved in that at least two Irradiation zones and at least two shadow zones on the Coating the substrate to be imaged and the Radical polymerization in the irradiation zones in the Coating is triggered.
- the triggering of the reaction takes place during the passage of the to be hardened Coating-carrying substrate through the irradiation zone, which is displayed on the coating.
- the radical polymerization within the coating requires a high activation energy to be triggered become. Subsequently, the reactions go under exothermic Release of energy.
- the inventive method takes account of this course of reaction by the Radical polymerization in each irradiation zone the introduction of the UV radiation of the radiation source is activated while in the exothermic expiring Reaction phase no additional UV radiation introduced As this is due to the movement of the substrate in the Shadow zone takes place.
- the vote of the size, shape and arrangement of Irradiation and shadow zones has been considered the curing time of the coatings, the typically between 0.01 s and 5 s. It is the throughput speed depends on the substrate between 1 m / min to 1000 m / min. At the specified curing time of 0.01 s to 5 s results at 10 transversely to the direction of movement of the substrate arranged parallel to each other Irradiation zones have a time of 0.001 to 0.5 s, which is the electromagnetic radiation in an irradiation zone the surface is active.
- the cycle time of the substrate under the shadow zones at least the Transit time of the substrate under the irradiation zones equivalent.
- the shadow zones cause a reduction of Heat load of the substrate, because no unnecessary heat energy in addition to the released exothermic energy in the Radical polymerization is introduced.
- the irradiation zones and the shadow zones become preferably one between each radiation source and the coating arranged aperture system generates.
- the longitudinal axis of the radiation source is perpendicular to the direction of movement of the substrate.
- the irradiation and Shadow zones at an angle smaller than 90 ° to the longitudinal axis the elongated radiation source on the traversing Be coated coating the substrate.
- a different irradiation characteristic of the Coating can be achieved when the size of the Irradiation zones and / or the shadow zones during the Hardening is changed.
- rectangular irradiation zones and rectangular shadow zones on the continuous coating mapped transversely to the direction of movement, with the Irradiation and shadow zones across the full width of the Extend coating.
- An optimal adaptation to the progressive free radical polymerization during the Passage of the substrate can be achieved when the Irradiation zones and / or the shadow zones in different width to each other in the direction of passage be imaged.
- the internals of the static panels divide the beam path in irradiation and shadow zones.
- the moving ones Apertures open or prevent the beam path on the Substrate and thereby generate irradiation and Shadow zones on the continuous coating of the Substrate.
- the converging lenses cause a focus of radiation emanating from the radiation source to several Irradiation zones with shadow zones in between.
- a static aperture system with the features of the claim 12 is characterized by its compact and simple design. Furthermore, the rods can be arranged by placing an in Longitudinal channel easily with water cool. A flat surface of the triangular bars of the Blend system according to claim 12 is preferably parallel arranged to the passing substrate to the shadow zones train.
- a setting of the irradiation and shadow zones before the Hardening process is with a device according to claim 14 possible.
- the radiation dose can be in the Optimize irradiation zones.
- the surface of both the triangular in cross section as well the cross-section diamond or dragon-shaped rods of Blend systems are at least as far as electromagnetic Radiation of the radiation source meets them, reflecting executed.
- the radiated from the radiation source electromagnetic radiation is generated by this measure largely introduced into the irradiation zones while only low heat losses in the diaphragm system occur.
- a dynamic aperture system in which the size of the Aperture during hardening can be adjusted for example, of several rotatable about axes of rotation Apertures are formed, with the axes of rotation parallel to the axis of the radiation source and transverse to the direction of movement lie of the substrate.
- the substrate web shown only partially in FIG 1 is by a drive, not shown in the direction of Arrow 2 under the total designated 3 Irradiation device passed.
- the Irradiation device is essentially of a in a housing 4 arranged, elongated Radiation source 5 for ultraviolet radiation and a Aperture system 6 is formed.
- the radiation source 5 extends in the direction of the longitudinal axis 7 over the entire width of Substrate web 1.
- the diaphragm system 6 consists of five in cross section triangular bars 8, each having a cooling passage 9 for Have cooling water.
- the edges 11 of the triangular bars opposite surfaces 12 are parallel to the plane Substrate web 1 is arranged.
- angle ⁇ changes the size of the radiation or shadow zones that alternate on the surface of the substrate web 1 transverse to Movement direction 2 are formed.
- An enlargement of the Winkels ⁇ has larger shadow zones and smaller ones Irradiation zones result.
- An enlargement of the angle draws however also increased losses of the Radiation energy through reflections to the reflective Surfaces of the rods 8 by itself.
- the irradiation devices according to FIG. 2 differ from the irradiation device of Figure 1 substantially in that between the triangular bars 8 additionally in the Cross-section diamond-shaped rods 14 are arranged, the relative to the fixed triangular rods 8 adjustable are.
- the axis 15 of the diamond-shaped cross section of the rod 14 is perpendicular to the surface of the substrate 1.
- the in Axial direction 15 adjustable diamond-shaped rods 14 allow the setting different widths Irradiation and shadow zones on the coating of the Substrate.
- the embodiment of Figure 3 has a dynamic Aperture system, whose apertures during curing are adjustable.
- the lenticular in cross section panels 16 are about axes of rotation 17 in the direction of arrow 18th rotatable.
- the rotation axes 17 are parallel to Longitudinal axis 7 of the elongated, rod-shaped Radiation source 5.
- the aperture 16 are synchronous to the Rotary axes 17 rotated.
- After a turn out of the in Figure 3 illustrated starting position by 90 degrees are all apertures 16 shown in dashed lines Position 16a, in which the edges 19 of the lenticular Almost touch bezels 16. Get in this position no radiation from the housing 4 on the coating of the substrate.
- the adjustable aperture 21 between the panels 16 open maximum.
- the turning during hardening Apertures 16 form on the under the irradiation device moving coating depending on the angle of rotation the iris of different size irradiation and Shadow zones off.
- FIGS. 1-3 are common, that due to the geometry of the reflective rods of the Blend system 6 a beam splitting is effected, which is the Reflection losses of the electromagnetic radiation at the Blend system 6 reduced.
- the beam splitting is in essential through the acute-angled, in the direction of Radiation source facing edges of the reflective rods causes.
- FIG. 4 finally shows an irradiation device 3, the outlet opening 22 of five converging lenses 23rd is completely covered, wherein the converging lenses 23rd delimiting, curved surfaces 24, 25 in the direction of Substrate 1 and in the interior of the housing 4 of the Irradiation device wise.
- the collecting lenses 23 focus the outgoing from the radiation source 5 electromagnetic radiation in several rectangular Irradiation zones 26 which are parallel to the longitudinal axis 7 of the Radiation source 5 run. Between the irradiation zones the shadow zones 27 are formed.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Härtung von radikalisch polymerisierbaren Beschichtungen von Substraten mit mindestens einer über dem Substrat angeordneten langgestreckten Strahlungsquelle, deren elektromagnetische Strahlung der unter der Strahlungsquelle durchlaufenden Beschichtung des Substrats über dessen volle Breite zugeführt wird.The invention relates to a method and a device for Hardening of radically polymerizable coatings of Substrates with at least one above the substrate arranged elongated radiation source whose electromagnetic radiation of the under the radiation source continuous coating of the substrate over its full Width is supplied.
Um den Energiebedarf des Verfahrens und der Vorrichtung zu reduzieren sowie eine optimierte photochemische Reaktion der Initiatoren in der radikalisch polymerisierbaren Beschichtung zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Intensität der elektromagnetischen Strahlung auf die photochemische Reaktion der Initiatoren abzustimmen, indem mindestens zwei Bestrahlungszonen und mindestens zwei Schattenzonen auf der Beschichtung des Substrats abgebildet werden und die Radikalkettenpolymerisation in den Bestrahlungszonen in der Beschichtung ausgelöst wird.To the energy needs of the method and the device too reduce as well as an optimized photochemical reaction of the Initiators in the radically polymerizable coating to allow, is proposed according to the invention, the Intensity of electromagnetic radiation on the to coordinate the photochemical reaction of the initiators by at least two irradiation zones and at least two Shadow zones imaged on the coating of the substrate and the radical polymerization in the Irradiation zones in the coating is triggered.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Härtung von radikalisch polymerisierbaren Beschichtungen von Substraten mit mindestens einer über dem Substrat angeordneten langgestreckten Strahlungsquelle, deren elektromagnetische Strahlung der unter der Strahlungsquelle durchlaufenden Beschichtung des Substrats über dessen volle Breite zugeführt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for curing radically polymerizable coatings of substrates with at least one disposed above the substrate elongated radiation source whose electromagnetic Radiation passing under the radiation source Coating the substrate fed over its full width becomes. In addition, the invention relates to a device for Implementation of the procedure.
Derartige Verfahren kommen beispielsweise bei der Trocknung und Aushärtung von Bedruckungen, Lackierungen und Kunststoffbeschichtungen mittels UV-Strahlung zum Einsatz. Anwendungsfälle finden sich in der Druckindustrie bei der Aushärtung von Druckfarben auf Folien oder Papierbahnen. Des Weiteren lassen sich Beschichtungen von Holzplatten und Folien aushärten.Such processes occur, for example, during drying and curing of printing, varnishing and Plastic coatings using UV radiation for use. Use cases can be found in the printing industry at the Curing of printing inks on foils or paper webs. Of Furthermore, coatings of wood panels and Cure films.
Das jeweilige Substrat, beispielsweise die Folie oder Papierbahn, durchläuft üblicherweise verschiedene Prozessstationen, um anschließend als fertiges Produkt beispielsweise auf einer Vorratstrommel aufgewickelt zu werden. Handelt es sich bei dem Substrat nicht um eine flexible Bahn, sondern starre Substrate, wie beispielsweise eine Holzplatte, werden diese von einem Fördermittel zu den verschiedenen Prozessstationen transportiert.The respective substrate, for example the film or Paper web, usually passes through different Process stations, to subsequently as a finished product for example, wound on a storage drum become. Is the substrate not one? flexible web, but rigid substrates, such as a wood panel, these are from a conveyor to the transported to different process stations.
Aus der WO 99/46546 ist eine Vorrichtung zum Härten einer Beschichtung auf einem Substrat bekannt, die eine über dem Substrat angeordnete UV-Strahlungsquelle aufweist, deren Strahlung über ein Reflektorsystem der Beschichtung zum Zwecke der Aushärtung zuführbar ist. Die von der Strahlungsquelle emittierte UV-Strahlung wird von einer UV-Reflektionsschicht einer Barriere durch die Lichtquelle hindurch auf die hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektoren reflektiert, so dass der direkte Strahlengang der Lichtquelle auf das Substrat zumindest teilweise ausgeblendet wird. Durch diese Maßnahme wird eine wirksame Trennung der ultravioletten von der Infrarotstrahlung ermöglicht, um die Wärmebelastung des Substrats zu reduzieren.From WO 99/46546 is a device for curing a Coating known on a substrate, the one above the Substrate disposed UV radiation source, whose Radiation via a reflector system of the coating for Purpose of curing is supplied. The of the Radiation source emitted UV radiation is from a UV reflection layer a barrier through the light source arranged on the behind the light source Reflected reflectors, so that the direct beam path of the Light source on the substrate at least partially hidden becomes. By this measure, an effective separation of ultraviolet from the infrared radiation allows to the To reduce heat load on the substrate.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Härtung von radikalisch polymerisierbaren Beschichtungen. Die Startreaktion wird durch die Bildung eines Radikals ausgelöst, was durch UV-Bestrahlung von Initiatoren erfolgt. Das Radikal lagert sich an die Doppelbindung eines Monomers an, wodurch dieses aktiviert wird und weiteres Monomer anlagern kann. Bei den Initiatoren handelt es sich um energiereiche organische oder anorganische Verbindungen, die durch photochemischen Zerfall Radikale bilden.The process according to the invention relates to the curing of radically polymerizable coatings. The Startup reaction is through the formation of a radical triggered, which is done by UV irradiation of initiators. The radical attaches to the double bond of a monomer which activates this and other monomer can attach. The initiators are high-energy organic or inorganic compounds, the form radicals by photochemical decomposition.
Problematisch bei den bekannten Verfahren zur Härtung von radikalisch polymerisierbaren Beschichtungen ist der recht hohe Energiebedarf zur Auslösung der Startreaktion. Häufig kommt es aufgrund einer zu hohen Zahl von Initiatoren zu einer Selbstinhibierung, die zur Folge hat, dass der für die Radikalisierung erforderliche photochemische Zerfall der Initiatoren nicht optimal abläuft.Problematic in the known methods for curing radically polymerizable coatings is the right one high energy requirement for triggering the start reaction. Often is due to too many initiators a self - inhibition, which has the consequence that for the Radicalization required photochemical decomposition of Initiators does not run optimally.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art mit geringerem Energiebedarf und optimierter photochemischer Reaktion der Initiatoren in der radikalisch polymerisierbaren Beschichtung zur Verfügung zu stellen.Based on this prior art, the invention Therefore, the object of a method of the beginning mentioned type with lower energy consumption and optimized Photochemical reaction of the initiators in the radical To provide polymerizable coating.
Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem Gedanken, die Intensität der elektromagnetischen Strahlung auf die photochemische Reaktion der Initiatoren abzustimmen.The solution to this problem is based on the idea that Intensity of electromagnetic radiation on the to coordinate the photochemical reaction of the initiators.
Im einzelnen wird die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass mindestens zwei Bestrahlungszonen und mindestens zwei Schattenzonen auf der Beschichtung des Substrats abgebildet werden und die Radikalkettenpolymerisation in den Bestrahlungszonen in der Beschichtung ausgelöst wird. Die Auslösung der Reaktion erfolgt während des Durchlaufs des die zu härtende Beschichtung tragenden Substrats durch die Bestrahlungszone, die auf der Beschichtung abgebildet wird.In particular, the task in a method of initially mentioned type solved in that at least two Irradiation zones and at least two shadow zones on the Coating the substrate to be imaged and the Radical polymerization in the irradiation zones in the Coating is triggered. The triggering of the reaction takes place during the passage of the to be hardened Coating-carrying substrate through the irradiation zone, which is displayed on the coating.
Die Radikalkettenpolymerisation innerhalb der Beschichtung benötigt eine hohe Aktivierungsenergie um ausgelöst zu werden. Anschließend läuft die Reaktionen exotherm unter Freisetzung von Energie ab. Das erfindungsgemäße Verfahren trägt diesem Reaktionsverlauf Rechnung, indem die Radikalkettenpolymerisation in jeder Bestrahlungszone durch das Einbringen der UV-Strahlung der Strahlungsquelle aktiviert wird, während in der exotherm ablaufenden Reaktionsphase keine zusätzliche UV-Strahlung eingebracht wird, da diese aufgrund der Bewegung des Substrats in der Schattenzone stattfindet. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass die in der Beschichtung vorhandenen Photoinitiatoren ständig miteinander reagieren und damit die Radikalkettenpolymerisation blockieren.The radical polymerization within the coating requires a high activation energy to be triggered become. Subsequently, the reactions go under exothermic Release of energy. The inventive method takes account of this course of reaction by the Radical polymerization in each irradiation zone the introduction of the UV radiation of the radiation source is activated while in the exothermic expiring Reaction phase no additional UV radiation introduced As this is due to the movement of the substrate in the Shadow zone takes place. By this invention Measure will reduce the likelihood that the in the coating existing photoinitiators constantly react with each other and thus the Block radical polymerization.
Die Abstimmung der Größe, Form und Anordnung der Bestrahlungs- und Schattenzonen hat unter Berücksichtigung der Härtungszeit der Beschichtungen zu erfolgen, die typischerweise zwischen 0,01 s und 5 s liegt. Dabei beträgt die Durchlaufgeschwindigkeit abhängig vom Substrat zwischen 1 m/min bis 1000 m/min. Bei der angegebenen Aushärtungszeit von 0,01 s bis 5 s ergibt sich bei 10 quer zur Bewegungsrichtung des Substrats parallel zueinander angeordneten Bestrahlungszonen eine Zeit von 0,001 bis 0,5 s, die die elektromagnetische Strahlung in einer Bestrahlungszone auf der Oberfläche aktiv ist. The vote of the size, shape and arrangement of Irradiation and shadow zones has been considered the curing time of the coatings, the typically between 0.01 s and 5 s. It is the throughput speed depends on the substrate between 1 m / min to 1000 m / min. At the specified curing time of 0.01 s to 5 s results at 10 transversely to the direction of movement of the substrate arranged parallel to each other Irradiation zones have a time of 0.001 to 0.5 s, which is the electromagnetic radiation in an irradiation zone the surface is active.
Um eine ausreichende Reaktionszeit für die Radikalkettenpolymerisation zur Verfügung zu stellen, ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei konstanter Durchlaufgeschwindigkeit die Durchlaufdauer des Substrats unter den Schattenzonen mindestens der Durchlaufdauer des Substrats unter den Bestrahlungszonen entspricht.To have a sufficient reaction time for the It is to provide free radical polymerization provided in an advantageous embodiment of the invention, that at constant speed, the cycle time of the substrate under the shadow zones at least the Transit time of the substrate under the irradiation zones equivalent.
Durch Bündelung der elektromagnetischen Strahlung in den Bestrahlungszonen wird der Energiebedarf für die Härtung deutlich reduziert. Abhängig von den verwendeten Initiatoren lässt sich mit der Hälfte der UV-Dosis und damit der benötigten Energie ein übereinstimmendes Härtungsergebnis erzielen, wie bei einer herkömmlichen flächigen Bestrahlung der Oberfläche. Insbesondere bei den hohen Energieverbräuchen für die Härtung, wie beispielsweise in Druckprozessen, lassen sich erhebliche Energieeinsparungen von mehreren 100 KW erzielen.By bundling the electromagnetic radiation in the Irradiation zones becomes the energy needed for curing significantly reduced. Depending on the initiators used can be used with half the UV dose and thus the required energy a consistent cure achieve, as in a conventional planar irradiation the surface. Especially with the high energy consumption for curing, such as in printing processes Significant energy savings of several 100 KW achieve.
Des Weiteren konnten bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens teilweise Verbesserungen der Eigenschaften der ausgehärteten Beschichtung nachgewiesen werden, wie beispielsweise ein verbesserter Glanzgrad sowie eine verbesserte Kratzfestigkeit.Furthermore, when using the inventive Procedure partly improving the properties of the cured coating can be detected as for example, an improved gloss level and a improved scratch resistance.
Schließlich bewirken die Schattenzonen eine Reduktion der Wärmebelastung des Substrats, da keine unnötige Wärmeenergie zusätzlich zu der freiwerdenden exothermen Energie bei der Radikalkettenpolymerisation eingebracht wird.Finally, the shadow zones cause a reduction of Heat load of the substrate, because no unnecessary heat energy in addition to the released exothermic energy in the Radical polymerization is introduced.
Die Bestrahlungszonen und die Schattenzonen werden vorzugsweise von einem zwischen jeder Strahlungsquelle und der Beschichtung angeordneten Blendensystem erzeugt. The irradiation zones and the shadow zones become preferably one between each radiation source and the coating arranged aperture system generates.
Zweckmäßiger Weise werden die sich abwechselnden Bestrahlungs- und Schattenzonen parallel zu der Längsachse der langgestreckten Strahlungsquelle auf der durchlaufenden Beschichtung abgebildet. Die Längsachse der Strahlungsquelle steht senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Substrats.Appropriately, the alternate Irradiation and shadow zones parallel to the longitudinal axis the elongated radiation source on the traversing Coating shown. The longitudinal axis of the radiation source is perpendicular to the direction of movement of the substrate.
Um bestimmte Oberflächenstrukturen in der ausgehärteten Beschichtung zu erzeugen, ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Bestrahlungs- und Schattenzonen in einem Winkel kleiner 90 ° zu der Längsachse der langgestreckten Strahlungsquelle auf der durchlaufenden Beschichtung des Substrats abgebildet werden.To harden certain surface structures in the It is in one embodiment of the Invention provided that the irradiation and Shadow zones at an angle smaller than 90 ° to the longitudinal axis the elongated radiation source on the traversing Be coated coating the substrate.
Eine unterschiedliche Bestrahlungscharakteristik der Beschichtung lässt sich erzielen, wenn die Größe der Bestrahlungszonen und/oder der Schattenzonen während der Härtung verändert wird.A different irradiation characteristic of the Coating can be achieved when the size of the Irradiation zones and / or the shadow zones during the Hardening is changed.
Vorzugsweise werden rechteckige Bestrahlungszonen und rechteckige Schattenzonen auf der durchlaufenden Beschichtung quer zur Bewegungsrichtung abgebildet, wobei sich die Bestrahlungs- und Schattenzonen über die volle Breite der Beschichtung erstrecken. Eine optimale Anpassung an die fortschreitende Radikalkettenpolymerisation während des Durchlaufs des Substrats lässt sich erzielen, wenn die Bestrahlungszonen und/oder die Schattenzonen in unterschiedlicher Breite zueinander in Durchlaufrichtung abgebildet werden.Preferably, rectangular irradiation zones and rectangular shadow zones on the continuous coating mapped transversely to the direction of movement, with the Irradiation and shadow zones across the full width of the Extend coating. An optimal adaptation to the progressive free radical polymerization during the Passage of the substrate can be achieved when the Irradiation zones and / or the shadow zones in different width to each other in the direction of passage be imaged.
Zur Durchführung des Verfahrens kommen Vorrichtungen mit
einem Blendensystem oder aber mit Sammellinsen in Betracht.
Bei dem Blendensystem sind Systeme mit statischer und
beweglicher Blende voneinander zu unterscheiden. Die
Ansprüche 11 - 14 betreffen Vorrichtungen mit statischem
Blendensystem, Anspruch 15 eine Vorrichtung mit dynamischem
Blendensystem. Anspruch 16 betrifft schließlich eine
Vorrichtung mit Sammellinsen.To carry out the method come with devices
a diaphragm system or with converging lenses into consideration.
In the blind system are static and
movable aperture to distinguish from each other. The
Claims 11-14 relate to devices with static
Aperture system, claim 15, a device with dynamic
Aperture system.
Die Einbauten der statischen Blenden teilen den Strahlengang in Bestrahlungs- und Schattenzonen auf. Die beweglichen Blenden öffnen bzw. unterbinden den Strahlengang auf das Substrat und erzeugen hierdurch Bestrahlungs- und Schattenzonen auf der durchlaufenden Beschichtung des Substrats. Die Sammellinsen bewirken eine Fokussierung der von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung auf mehrere Bestrahlungszonen mit dazwischen verlaufenden Schattenzonen.The internals of the static panels divide the beam path in irradiation and shadow zones. The moving ones Apertures open or prevent the beam path on the Substrate and thereby generate irradiation and Shadow zones on the continuous coating of the Substrate. The converging lenses cause a focus of radiation emanating from the radiation source to several Irradiation zones with shadow zones in between.
Ein statisches Blendensystem mit den Merkmalen des Anspruchs
12 zeichnet sich durch die kompakte und einfache Bauform aus.
Des Weiteren lassen sich die Stäbe durch Anordnung eines in
Längsrichtung verlaufenden Kanals problemlos mit Wasser
kühlen. Eine ebene Fläche der dreieckigen Stäbe des
Blendensystems nach Anspruch 12 wird vorzugsweise parallel
zum durchlaufenden Substrat angeordnet, um die Schattenzonen
auszubilden.A static aperture system with the features of the
Eine Einstellung der Bestrahlungs- und Schattenzonen vor dem
Härtungsprozess ist mit einer Vorrichtung nach Anspruch 14
möglich. Indem die im Querschnitt dreieckigen Stäbe relativ
zu den im Querschnitt rauten- oder drachenförmigen Stäben
beweglich sind, lässt sich die Strahlungsdosis in den
Bestrahlungszonen optimieren.A setting of the irradiation and shadow zones before the
Hardening process is with a device according to
Die Oberfläche sowohl der im Querschnitt dreieckigen als auch der im Querschnitt rauten- oder drachenförmigen Stäbe der Blendensysteme sind zumindest, soweit elektromagnetische Strahlung der Strahlungsquelle auf sie trifft, reflektierend ausgeführt. Die von der Strahlungsquelle abgestrahlte elektromagnetische Strahlung wird durch diese Maßnahme weitgehend in die Bestrahlungszonen eingebracht, während lediglich geringe Wärmeverluste in dem Blendensystem auftreten.The surface of both the triangular in cross section as well the cross-section diamond or dragon-shaped rods of Blend systems are at least as far as electromagnetic Radiation of the radiation source meets them, reflecting executed. The radiated from the radiation source electromagnetic radiation is generated by this measure largely introduced into the irradiation zones while only low heat losses in the diaphragm system occur.
Ein dynamisches Blendensystem, bei dem die Größe der Blendöffnung während der Härtung einstellbar ist, kann beispielsweise von mehreren um Rotationsachsen drehbaren Blenden gebildet werden, wobei die Rotationsachsen parallel zur Achse der Strahlungsquelle und quer zur Bewegungsrichtung des Substrats liegen.A dynamic aperture system in which the size of the Aperture during hardening can be adjusted for example, of several rotatable about axes of rotation Apertures are formed, with the axes of rotation parallel to the axis of the radiation source and transverse to the direction of movement lie of the substrate.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele von Bestrahlungsvorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Es zeigen
- Figur 1
- eine Bestrahlungsvorrichtung mit statischem Blendensystem,
-
Figur 2 - eine Bestrahlungsvorrichtung mit statischem, jedoch einstellbarem Blendesystem
-
Figur 3 - eine Bestrahlungsvorrichtung mit beweglichem Blendensystem sowie
- Figur 4
- eine Bestrahlungsvorrichtung mit mehreren Sammellinsen.
- FIG. 1
- an irradiation device with static shutter system,
- FIG. 2
- an irradiation device with static but adjustable iris system
- FIG. 3
- an irradiation device with a movable iris system and
- FIG. 4
- an irradiation device with a plurality of converging lenses.
Die in Figur 1 lediglich teilweise dargestellte Substratbahn
1 wird von einem nicht dargestellten Antrieb in Richtung des
Pfeils 2 unter der insgesamt mit 3 bezeichneten
Bestrahlungsvorrichtung hindurchgeführt. Die
Bestrahlungsvorrichtung wird im wesentlichen von einer in
einem Gehäuse 4 angeordneten, langgestreckten
Strahlungsquelle 5 für ultraviolette Strahlung sowie einem
Blendensystem 6 gebildet. Die Strahlungsquelle 5 erstreckt
sich in Richtung der Längsachse 7 über die gesamte Breite der
Substratbahn 1.The substrate web shown only partially in FIG
1 is by a drive, not shown in the direction of
Das Blendensystem 6 besteht aus fünf im Querschnitt
dreieckigen Stäben 8, die jeweils einen Kühldurchgang 9 für
Kühlwasser aufweisen. Die den Kanten 11 der dreieckigen Stäbe
gegenüberliegenden Flächen 12 sind parallel zu der ebenen
Substratbahn 1 angeordnet.The
Abhängig von der Größe des zwischen den Seitenflächen 13 der
dreieckigen Stäbe 8 eingeschlossenen Winkels α ändert sich
die Größe der Strahlungs- bzw. Schattenzonen, die abwechselnd
auf der Oberfläche der Substratbahn 1 quer zur
Bewegungsrichtung 2 gebildet werden. Eine Vergrößerung des
Winkels α hat größere Schattenzonen und kleinere
Bestrahlungszonen zur Folge. Eine Vergrößerung des Winkels
zieht allerdings auch verstärkte Verluste der
Strahlungsenergie durch Reflektionen an den reflektierenden
Oberflächen der Stäbe 8 nach sich.Depending on the size of the between the side surfaces 13 of the
Die Bestrahlungsvorrichtungen nach Figur 2 unterscheidet sich
von der Bestrahlungsvorrichtung nach Figur 1 im wesentlichen
dadurch, dass zwischen den dreieckigen Stäben 8 zusätzlich im
Querschnitt rautenförmige Stäbe 14 angeordnet sind, die
gegenüber den ortsfesten dreieckigen Stäben 8 verstellbar
sind. Die Achse 15 des rautenförmigen Querschnitts des Stabes
14 steht senkrecht auf der Oberfläche des Substrats 1. Die in
Achsrichtung 15 verstellbaren rautenförmigen Stäbe 14
erlauben die Einstellung unterschiedlich breiter
Bestrahlungs- und Schattenzonen auf der Beschichtung der
Substrats.The irradiation devices according to FIG. 2 differ
from the irradiation device of Figure 1 substantially
in that between the
Die Ausführungsform nach Figur 3 weist ein dynamisches
Blendensystem auf, dessen Blendöffnungen während der Härtung
einstellbar sind. Die im Querschnitt linsenförmigen Blenden
16 sind um Rotationsachsen 17 in Richtung des Pfeils 18
drehbar. Die Rotationsachsen 17 verlaufen parallel zur
Längsachse 7 der langgestreckten, stabförmigen
Strahlungsquelle 5. Die Blenden 16 werden synchron um die
Rotationsachsen 17 gedreht. Nach einer Drehung aus der in
Figur 3 dargestellten Ausgangslage um 90 Grad befinden sich
sämtliche Blenden 16 in der gestrichelt dargestellten
Position 16a, in der sich die Kanten 19 der linsenförmigen
Blenden 16 nahezu berühren. In dieser Position gelangt
keinerlei Strahlung aus dem Gehäuse 4 auf die Beschichtung
des Substrats. In der in Figur 3 dargestellte Ausgangslage
sind die einstellbaren Blendöffnungen 21 zwischen den Blenden
16 maximal geöffnet. Die sich während der Härtung drehenden
Blenden 16 bilden auf der unter der Bestrahlungsvorrichtung
hindurchbewegten Beschichtung abhängig von dem Verdrehwinkel
der Blenden unterschiedlich große Bestrahlungs- und
Schattenzonen ab.The embodiment of Figure 3 has a dynamic
Aperture system, whose apertures during curing
are adjustable. The lenticular in
Den Ausführungsformen nach den Figuren 1 - 3 ist gemeinsam,
dass aufgrund der Geometrie der reflektierenden Stäbe des
Blendensystems 6 eine Strahlteilung bewirkt wird, die die
Reflektionsverluste der elektromagnetischen Strahlung an dem
Blendensystem 6 reduziert. Die Strahlteilung wird im
wesentlichen durch die spitzwinkligen, in Richtung der
Strahlungsquelle weisenden Kanten der reflektierenden Stäbe
bewirkt.The embodiments according to FIGS. 1-3 are common,
that due to the geometry of the reflective rods of the
Blend system 6 a beam splitting is effected, which is the
Reflection losses of the electromagnetic radiation at the
Figur 4 zeigt schließlich eine Bestrahlungsvorrichtung 3,
deren Austrittsöffnung 22 von fünf Sammellinsen 23
vollständig abgedeckt ist, wobei die die Sammellinsen 23
begrenzenden, gewölbten Flächen 24, 25 in Richtung des
Substrats 1 bzw. in das Innere des Gehäuses 4 der
Bestrahlungsvorrichtung weisen. Die Sammellinsen 23
fokussieren die von der Strahlungsquelle 5 ausgehende
elektromagnetische Strahlung in mehreren rechteckigen
Bestrahlungszonen 26, die parallel zur Längsachse 7 der
Strahlungsquelle 5 verlaufen. Zwischen den Bestrahlungszonen
bilden sich die Schattenzonen 27 aus.FIG. 4 finally shows an
Eine Kühlung der vorzugsweise aus Quarzglas bestehenden Sammellinsen kann beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Luftkühlung erfolgen. A cooling of preferably consisting of quartz glass Collective lenses, for example, by means of a not shown air cooling done.
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