DE2639728A1

DE2639728A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln eines substrats mit ultraviolettstrahlung

Info

Publication number: DE2639728A1
Application number: DE19762639728
Authority: DE
Inventors: Eric Hjalmar Rongren
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-11
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1977-03-17
Also published as: US4019062A; CA1064859A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines Substrats mit Ultraviolettstrahlung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung einer eine ultraviolettempfindliche Verbindung enthaltenden Substanz, etwa einer Druckfarbe, eines Lacks, Beschientungskunstharze verschiedener Zusammensetzung und dgl., zur Gewährleistung eines schnellen Abbindens oder Aushärtens der Substanz unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung nach dem Auftrag dieser Substanz als Überzug oder Beschichtung auf ein Substrat, z.B. einen Gegenstand aus Papier, Ketall, Kunststoff oder einem anderen Werkstoff. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung mit mindestens einer Lampe, etwa einer Quecksilberdampflampe, die dann, wenn sie an Spannung gelegt ist, Ultraviolettstrahlung erzeugt und die einen im Lampengehäuse hinter der eigentlichen Lampe angeordneten, gekrümmten Üeflektor bzw. Spiegel aufweist, welcher die Strahlung der Lampe aus dem Gehäuse heraus und auf das beschichtete Substrat reflektiert, das unterhalb des Gehäuses angeordnet sein kann. Vorrichtungen dieser allgemeinen Art sind in den US-PSen 3 829 982, 3 826 014-,3 74-5 307, 3 733 709 und 3 159 4-64- beschrieben.

Bei der Behandlung einer eine ultraviolettempfindliche

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Verbindung enthaltenden Substanz hängt das Ausmaß, in v/el ehern diese Substanz unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung ausgehärtet wird, von der Intensität der auf sie einwirkenden TJl tr aviolett strahlung und der Einwirkdauer dieser Strahlung ab. Bei höherer Intensität der Ultraviolettstrahlung ist daher im Vergleich zu einer niedrigeren Intensität derselben Strahlung nur eine kürzere Zeitspanne zur Erzielung des gleichen Aushärtungsgrads erforderlich. Außerdem gewährleistet die Strahlung höherer Intensität eine verhältnismäßig größere Absorption im Inneren der Substanz, so daß in diesem ITaIl vergleichsweise dickere Überzüge oder xveniger stark ultraviolettempfindliche Beschichtungen gleicher Dicke ausgehärtet werden können. Beispiele für derartige, weniger empfindliche, d.h. weniger stark auf UV-Strahlung ansprechende Überzüge sind solche, denen Pigmente zugesetzt wurden, wobei schwarze Pigmente zur stärksten Verschlechterung der Ultraviolett- bzw. UV-Empfindlichkeit führen. Eine derzeit zur Aushärtung von UV-empfindlichen Überzügen verwendete Vorrichtung weist eine Langlichtbogen-Ultraviolettlampe mit einem elliptischen Reflektor auf. Diese Vorrichtung hat sich jedoch als unzufriedenstellend erwiesen, wenn hohe Intensitätspegel erforderlich sind, weil bei dieser Vorrichtung die Intensität am Substrat normalerweise weniger als 1,2 W χ F/mm (mit F = ein in der folgenden Tabelle definierter Leistungs- bzw. Wirkungsgradfaktor) beträgt.

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Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung einer neu-■artigen und verbesserten, zweckmäßigen Vorrichtung der vorstehend umrissenen allgemeinen Art zum Konzentrieren der von der Lampe emittierten UV-Strahlung mit hoher Intensität auf eine kleine Fläche auf dem beschichteten Substrat, so daß die von der Lampe gelieferte UV-Strahlung wirkungsvoller ausgenutzt und dadurch die Zeitspanne für die Aushärtung eines Substratüberzugs· äquivalenter Dicke oder zur Erzielung einer Aushärtung dickerer und weniger empfindlicher "Überzüge innerhalb einer äquivalenten Zeitspanne verkürzt wird.

Diese Vorrichtung soll dabei speziell so ausgelegt sein, daß die von ihr abgegebene UV-Strahlung in Form hochintensiver Strahlenbündel) in über die Breite des beschichteten Substrats -auf Abstände verteilten Bereichen auf dieses Substrat auftrifft, wobei eine vollständige Deckung der Substratbreite durch Verwendung einer Anhäufung bzw. Gruppierung ähnlicher Einheiten erreicht wird, deren emittierte Strahlenbündel in gegeneinander versetzten Positionen auf das Substrat auftreffen und dabei die Gesamtbreite des Überzugs einer gleichmäßigen, hochintensiven Bestrahlung durch die von der Einheitsgruppe emittierte Strahlung unterwerfen.

Dabei soll die Anhäufung bzw. Gruppierung der Lampeneinheiten so ausgebildet sein, daß die gegeneinander versetzten, von den Einheiten gelieferten Strahlenbündel auf dem Substrat in einem sich um einen erheblichen Prozentsatz

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gegenseitig überlappenden Schema auftreffen, so daß eine selektive Einstellung der Intensität der auf den Überzug auftreffenden Strahlung durch teilweises oder vollständiges Abschalten ausgewählter Lampen in jeder Anordnung möglich ist.

Weiterhin sollen bei dieser Konstruktion hochintensive W-Strahlenbündel durch Verwendung einer Anordnung oder Reihe von Kurzlichtbogen-Ultraviolettlampen in jeder Einheit erzeugt werden, wobei die von jeder Lampe emittierte Strahlung getrennt regelbar ist, so daß eine selektive Einstellung, d.h. Regelung der Intensität der auf das beschichtete Substrat auftreffenöen Strahlung ermöglicht wird.

Die Erfindung bezweckt darüber hinaus die Schaffung einer Vorrichtung bzw. Einheit, bei welcher die Intensität der auf das beschichtete Substrat auftreffenden UV-Strahlung für Substanzen mit unterschiedlicher UV-Empfindlichkeit selektiv einstellbar ist, nämlich auf eine Intensität, bei welcher der Überzug auf dem Substrat wirksamer ausgehärtet wird.

Dabei soll die hochintensive UV-Strahlung derart auf den Substratüberzug gerichtet werden, daß die von den einzelnen Lampen der Anordnung emittierte Strahlung mit Hilfe von zwei jeder Lampe zugeordneten Reflektoren bzw. Spiegeln |

konzentriert wird, indem zunächst die Strahlung der Lampe j zu einem Strahlenbündel kollimiert und dann das kollimierte

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Bündel in der Weise zum Substrat reflektiert wird, daß die Strahlen des Bündels in einer Weise auf dem Substrat ■fokussiert werden, bei welcher die Intensität der auf den Überzug auftreffenden UV-Strahlung im Vergleich zur Intensität der Strahlung im kol lind, er ten Bündel beträchtlich erhöht wird. ^:

Die Erfindung besteht zudem in einer neuartigen Konstruktion der Vorrichtung, bei welcher jedes Seflektorenpaar einen Parabolreflektor bzw» -spiegel und einen' sphärischen Hohlreflektor bzw. -spiegel darstellt und bei welcher die Kurzlichtbogenlampe am Parabolspiegel angeordnet ist, wobei sich der Lichtbogen der Lampe im wesentlichen am Brennpunkt des Reflektors bzw. Spiegels befindet, so daß die von der Lampe abgegebene Strahlung vom Parabolspiegel in einem kollimierten Strahlenbündel zum sphärischen bzw. Hohlspiegel geworfen wird, der seinerseits das Bündel auf das beschichtete Substrat reflektiert und fokussiert und ein vergrößertes Bild der betreffenden Lampe in einem Vergrößerungsverhältnis entsprechend dem Verhältnis von Brennweite des sphärischen bzw. Hohlspiegels zur Brennweite des Parabolspiegels erzeugt. Diese vergrößerte Lichtbogenbildfläche kann durch Änderung der Brennweite des Hohlspiegels oder des Parabolspiegels oder beider'Spiegel variiert werden, um auf diese Weise das Verhältnis zwischen ihren Brennweiten und hierdurch die Lichtbogenbildfläche auf dem beschichteten Substrat zu verändern.

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Die Erfindung sieht dabei auch eine neuartige Möglichkeit zur Halterung des Hohlspiegels in der Einheit zur Bewegung zwischen einer ersten Stellung, in welcher das kollimierte Strahlenbündel zum beschichteten Substrat geworfen wird, und einer zweiten Stellung vor, in welcher das kollimierte Bündel in eine andere Richtung geworfen wird, um eine längere Einwirkung der UV-Strahlung auf den Überzug zu vermeiden, falls die Bewegung des Substrats unter der Einheit bzw. Vorrichtung angehalten wird.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Art und Weise der Kühlung der Reflektoren und Lampen in Jeder Anordnung während des Betriebs.

Nachstehend ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung einer Gruppe von UV-Strahlung erzeugenden Einheiten mit den Merkmalen der Erfindung, die über einem mit einer für UV-Licht empfindlichen Verbindung beschichteten Substrat angeordnet ist, um den Überzug mit UV-Strahlung zu behandeln,

Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Ansicht im Schnitt praktisch längs der Linie 2-2 in Fig. 3 mit der besseren Übersichtlichkeit halber entfernten !eilen,

Fig. 3 einen Teilschnitt praktisch längs der Linie 3-3

in &ypjp t1 / tf Tjj^:

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Fig. 4- einen Schnitt praktisch längs der Linie 4—4 in

Fig. 2 und
Fig. 5" einen Schnitt praktisch längs der Linie 5-5 i*¹

Fig. 2.

Wie in den Figuren beispielhaft veranschaulicht, ist die Erfindung in einer Vorrichtung 10 verkörpert, die speziell für das Schnellabbinden oder -aushärten einer UV-empfindlichen Substanz wie Druckfarbe, Lack', Beschichtungs(kunst) harz o.dgl., ausgelegt ist, wobei diese Substanz als Überzug auf ein Substrat 11 in Form eines Gegenstands aus Papier, Metall, Kunststoff oder einem anderen Werkstoff aufgetragen sein kann. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt das Substrat die Form eines bedruckten Papier-.streifens, der sich längs einer unter.der Vorrichtung befindlichen Bahn bewegt. Beim Durchlauf des Streifens unter der Vorrichtung wird die von einer UV-Quelle mit einer im Vorrichtungsgehäuse 14· montierten Lampe 13 emittierte Ultraviolett- bzw. UV-Strahlung auf den Papierstreifen reflektiert, um eine Schnellaushärtung (-trocknung) der Druckfarbe auf diesem Streifen zu bewirken. Im allgemeinen hängt die zum Aushärten der Druckfarbe erforderliche Zeitspanne von der Intensität, d.h. der Wattleistung der Strahlung pro Flächeneinheit des Streifens ab. Aus diesem Grund wird bis zu einer bestimmten Grenze bei höherer Strahlungsintensität die UV-empfindliche Substanz auf dem Substrat um so schneller ausgehärtet, so daß das Substrat entsprechend schneller unter der Vorrichtung hindurchge-

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fördert werden kann. Der obere Grenzwert der nötigen Strahlungsintensität kann "bei unterschiedlich UV-empfindlichen Substanzen verschieden sein. Beispielsweise kann ein schwarz pigmentierter Überzug eine Strahlungsintensität erfordern, die das 3- bis 10-fache der für einen Überzug mit anderen Pigmenten erforderlichen Intensität beträgt.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung 10 in besonders vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß die von der Lampe 13 emittierte UV-Strahlung auf einer kleinen Fläche des beschichteten Substrats mit hoher Intensität gesammelt und konzentriert wird. Zu diesem Zweck wird die UV-Strahlung von der Strahlungsquelle in Form eines im wesentlichen kollimierten Strahlenbündels emittiert und gesammelt bzw. gebündelt, wobei die Strahlen dieses Bündels durch eine geeignete Einrichtung abgelenkt werden, um ein zweites, sich fortsetzendes Strahlenbündel 16 aus konvergierenden Strahlen zu bilden, durch welches die Strahlungsintensität im weiteren Verlauf zum Substrat 11 hin (zunehmend) konzentriert wird. Aufgrund der geschilderten Ausbildung der Vorrichtung ist die Intensität der auf das Substrat auftreffenden Strahlung erheblich höher als die der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung, wodurch vorteilhaft ein hoher Wirkungsgrad bei der Aushärtung der auf das Substrat aufgetragenen UV-empfindlichen Substanz erzielt wird.

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Bei der.dargestellten Ausführungsform kann die Strahlenquelle der Vorrichtung 10 eine im Gehäuse 14 montierte Lampe Λ% etwa eine Kurzlichtbogen-Quecksilber- oder Quecksilber-Xenonlampe sein, deren Lichtbogen 17 sich am Brennpunkt eines Parabolspiegels 19 befindet und die somit etwa einen Ültraviolett-Punktstrahler bildet. Die von der Lampe auf den -Reflektor bzw. .Spiegel auftreffende UV-Strahlung wird daher in Form des im wesentlichen kollimierten Strahls 15 reflektiert, der sich konzentrisch zur Achse 20 des Parabolspiegels zu einer Einrichtung bewegt, welche den konvergierenden StEahl 16 bildet. Diese zuletzt genannte Einrichtung ist bei-der dargestellten Ausführungsform ein sphärischer bzw. Hohlspiegel 21, der im Gehäuse dem Parabolspiegel gegenüberliegend montiert und dessen konkave Fläche 23 dem Parabolspiegel zugewandt ist, während seine Achse 24-die Achse des Parabolspiegels unter einem spitzen Einschlußwinkel a, zwischen den beiden Spiegeln gemessen, schneidet. Obgleich anstelle des Hohlspiegels 21 auch andere Elemente zur Bildung des konvergierenden Strahlenbündels 16 benutzt werden könnten, beispielsweise eine mit dem Parabolspiegel in Reihe liegende Linse, ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, daß dies zu den bei Linsensystemen bekannten Problemen führen würde, z.B. zu chromatischer Aberration und erheblich verringertem Wirkungsgrad der Lichtübertragung. Gemäß Fig. 2 bewegt sich der kollimierte Strahl 15 längs einer Bahn parallel zur Oberfläche des Substrats, .und der Hohlspiegel ist so angeordnet, daß der Winkel a etwa ° beträgt. Die Strahlung wird folglich durch eine im j

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. Gehäuseboden vorgesehene Öffnung 25 abwärts zur Oberfläche des Substrats 11 gerichtet, wobei die Strahlen des zweiten Bündels 16 auf dem Substrat konvergieren, d.h. zusammenlaufen und dabei in der Brennebene des Hohlspiegels ein vergrößertes Abbild 26 des Lampenlichtbogens ezeugen. Da der Lichtbogen um seine Längsachse herum durch seine Elektroden teilweise abgeschirmt ist, kannuder Parabolspiegel 19 auf dem Fachmann geläufige Weise abgestumpft (truncated) sein, während der Hohlspiegel 21 den im wesentlichen kollimierten Strahl auch dann auffängt, wenn er in die 45°-Position verdreht ist.

Durch Umwandlung der Strahlung von der Lampe 13 zu parallelen Strahlen mittels des Parabolspiegels können vorteilhaft die unerwünschten "Wirkungen der sphärischen Aberration vermieden werden, die sich dann ergeben, wenn ein sphärischer bzw. Hohlspiegel zum Reflektieren des Lichts von einer Lichtquelle eingesetzt wird, die sich in einem endlichen Abstand vom Spiegel befindet. Außerdem kann durch Wahl von Hohl- und Parabolspiegeln verschiedener Brennweiten das vergrößerte Abbild der Lampe auf der Brennebene des Hohlspiegels beliebig gewählt werden, so daß die für die Aushärtung eines speziellen Überzugs erforderliche, Spezielle Strahlungsintensität gewährleistet wird.

Wenn sich die Oberfläche des Substratüberzugs an der Abbildungsebene des optischen'Systems befindet, werden optimale Lichtverhältnisse erreicht, so daß die Intensitäten

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zur Anpassung an die speziellen Erfordernisse eines ■bestimmten Überzugs berechnet werden können. Die nachstehende, verkürzte Tabelle gibt die Anpassung von Brennweite und Durchmesser des Parabolspiegels und des Hohlspiegels zur Erzeugung der gewünschten Intensität am Substrat durch
optische Vergrößerung der Lichtbogenmaße an. Die Vergrößerung ist dabei gleich der Brennweite des Hohlspiegels, dividiert durch die Brennweite des Parabolspiegels.

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Tabelle: Anpassung von Hohl-und Parabolspiegel

	Hohlepiegel ν	. ι , ■ Parabolspiegel	Vergrö ß erungs- ^M"^f s/^fp	Image Fläche	Strahlungsin- tensität am Substrat	ISJ
	D=I 08 mm	D=IOO mm	230/25=9,2	für Bogen 1 mm χ 5 mm	für 1000 W Lampe	CD
	'. r/c=460 ram f =230 mm S	f=25 mm		I_A=5 mm²(9,2)2= 423,2 mm² (Bildgröße =	..-> 1000 WjY 0	CO
				9,2 mm χ 46 mm) ' 420	I"423,2 inm¹- =2,36 WjT .
7.098	ν .0*1 jj2 mm	±}=14Q mm	150 = 6	für 3ogen 1 mm χ 5 mm	mn
-*	r/c=300 mm	f_O=25 mm	25	180 mm² (I_o=6 mm χ 30 mm)	für 1OCC W Lampe
ο				180	1ÜC0 wT
-α		i)=150 mm	405/37,5=10,8	für Bogen 1 mm χ 5 mm	Ji₁=ISO mm²
		f_p=37,5 mm		I,=5 mm²(10,8)² 583,2-mm² (I₃=IO,8 mm χ 54	IM TTI
ί				540	für 25ΟΟ 'W Lampe
		]}*150 Bffll	122^ = 32,6	für Bogen 1 mm χ 5 mm	2500 'WjT ρ Xi₁= 583,2 mnT mm) =4,29 'tä\
	:c/c2450 uns f ·1225-** mm S	f_p«37,5 mm		1=5 mm²x(32,6)²= ^A 5313,8 mm * (I_s*32,6 mm χ 163	mm -
			■■ ■■■■;■ ..^: ■ ;■.	800	für 25ΟΟ W Lampe
	2500 Wj? 0
	Totti J = 0 , 47 «WJT
inm

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(D = Durchmesser; r/c « Krümmungsradius; f . ρ = Brennweite, Hohlspiegel, Parabolspiegel; P = Nennleistung in · W; 1 =■. Wirkfakfeor; A = Lichtbogenfläche. Der Wirkiiaktor 1 ist das Produkt aus (Umwandlung Elektrizität zu Licht} χ (Prozentsatz, des vom Lichtbogen abgestrahlten., vom Parabolspiegel gesammelt en Lichts) χ (Prozentsatz des vom Parabolspiegel reflektierten. Lichts) χ (Prozentsatz des von Hohlspiegel reflektierten Lichts)»

Aus der vorstehenden tabelle geht hervor,, daß bei vorgegebener gewünschter Strahlungsintensität für einen bestimmten Substratüberzug ein aneinander angepaßter Satz aus Hohl- und Parabolspiegel 21 bzw» 19 mit ά&η. entsprechenden Brennweiten und Durchmessern zur Erzielung der gewünschten Intensität ausgewählt werden kann. Sodann wird aus einer Gruppierung gleicher Intensität eine Bild- oder Abbildungs» breite gewählt, die eine gewünschte Belichtungszeit ergibt;» Zur· Aufnahme von Hohlspiegeln unterschiedlicher Brennweite ist die Forriehtung 10 gegenüber dem Substrat 11 lotrecht verschiebbart so» daß das vergrößerte Abbild zur optimalen Aushärtung auf der Subs.tratoberflache fokussiert bzw. seharfgestellt werden· kann« Düjrch Ingerung von Hohl- und Parabolspiegel, kann die auf dem Sufestratüberzug fokussiert;^ Bildfläche zwischen dem 3- und JO-fachen und vorzugsweise zwischen; dem 5~ W*& ZQ-Saah&m. gegenüber der Lichtbogenf lache der Lampe vergrößert; werden, um verschiedene' Bereiche'der ■

■■""-■' ^s

Sferalilungsinifeenisitat einstellen zm können«

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Gemäß einem anderen wesentlichen Merkmal der Erfindung sind mehrere auf Abstand stehende Einheiten bzw. Vor-" richtungen 10 zu einer Gruppe oder Anhäufung 27 zusammengefaßt, die ein einzigartiges System zur Behandlung des Substrats 11 mit intensivierten W-Strahlung bildet. Zu diesem Zweck sind in jeder Einheit mehrere Kurzlichtbogenlampen mit zugeordneten, paarigen Parabol- und Hohlspiegeln 19 bzw. 21 vorgesehen, so daß eine Reihe von intensivierten "Dltraviolettstrahlenbündeln erzeugt wird, welche in über die Breite des Substrats auf Abstand verteilte Positionen auf das Substrat auf treffen» Die Bündel jeder Einheit sind gegenüber^ denjenigen der anderen Einheiten versetzt angeordnet bzw. gestaffelt, so daß die intensivierten Strahlenbündel von der Gruppe gemeinsam die volle Breite des Substrats bedecken und die W-empfindliche Substanz auf der Oberfläche des Substrats aushärten. Bei nicht so wesentlicher Überlappung der Bilder wird die Zahl der Kurzlichtbogenlampen in jeder Einheit entsprecnend der Breite des Substrats, dividiert durch, den größeren Durchmesser des Hohl- oder Parabolspiegels, gewählt.

Die Zahl der in einer Gruppe erforderlichen Einheiten wird gleich dem größeren Spiegeldurchmesser, dividiert durch die Querprojektion der Idchtbogenbildlänge auf dem Substrat, gewählt, Für den Fachmann ist ersichtlich, daß bei d\er Behandlung eines Substrats geringer Breite, z.B. eines Bands, eine einzige Eurzlichtbogenlampe mit zugeordneten Parabol- und Hohlspiegeln für die Aushärtung des beschichteten "Sub-

strata benutzt werden kann« - - ,

In bevorzugter Ausführungsfοrm der Erfindung, die für die Aushärtung eines Überzugs eines Substrats mit einer Breite von etwa 813 um ausgelegt ist, weist jede Einheit 10 eine Anordnung von acht im Gehäuse montierten Lampen 13 auf, deren Längsachsen gleich weit voneinander entfernt in einer sich quer zum Substrat 11 erstreckenden Ebene liegen. Bei der Verwendung von für lotrechte Ausrichtung vorgesehenen Quecksilber-Xenonlampen erfordern deren Betriebseigenschaften, genauer gesagt, eine Neigung der Lampenachsen in einer Ebene, die einen Winkel b (Fig. 4) von etwa 30° zur Lotrechten festlegt. Die von den oberen und unteren Enden 31 bzw. 33 der Lampen abgehende Zuleitungen 30 sind mit oberen und unteren Sammelschienen 34 verbunden, die ihrerseits mit einer zweckmäßigen, nicht dargestellten Stromquelle zur Speisung der Lampen verbunden sind·

Gemäß Fig. 2 sind die entsprechend isolierten Sammelschienen an der oberen und unteren Platte 35 bzw. 36 des Gehäuses montiert, wobei sie über dessen Länge hinweg verlaufen. Zur Montage der Lampen im Gehäuse ist dieses mit oberen und unteren, U-profilförmigen Schächten 37 bzw. 39 versehen, die nahe der Rückseite des Gehäuses in oberen und unteren Platte 35 bzw. 36 ausgebildet sind. Entsprechend bemessene, sich rückwärts öffnende, U-förmige Aussparungen 40 (Fig. 5) sind in der unteren Wand 41 des oberen Schachts 37 zur Aufnahme der erweiterten oberen Endabschnitte 31 cLer Lampen vorgesehen. Ähnliche Aussparungen 43 sind in der oberen Wand 44 des unteren Schachts in gegenüber den oberen Aussparungen 40

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lotrecht versetzter Lage vorgesehen, um die erweiterten unteren End ab schnitte 33 tier Lampen zu haltern. Auf diese Weise vierden die Lampen in lotrechter Stellung im Gehäuse gehalten, wobei sie auf elektrisch isolierenden Kanschetten 42 in Kästen 64 ruhen und wobei die Achsen 29 der Lampen entsprechend zur Lotrechten geneigt sind.

Zur Halterung der G-ruppe 27 der !Einheiten IG dient ein Rahmen 45 mit etwa, lotrechten Elementen 46, die mit lotrecht auf Abstand angeordneten Bohrungen 47 versehen sind, mit deren Hilfe die Einheiten in ausgewählten lotrechten Positionen gegenüber dem Substrat ΊΊ zur Aufnahme von Hohlspiegeln 21 verschiedener Brennweiten verschraubt xverden können. Außerdem sind die Einheiten jeweils einzeln am Hahmen in gegenseitig versetzter Anordnung gehaltert, so daß die Querpositiorien der Strahlenbündel der Einheiten gegenüber denen der anderen Einheiten gestaffelt sind und hierdurch eine durchgehende Deckung der Substratoberfläche durch intensivierte UV-Strahlung über die volle Breite des Substratüberzugs hinweg gewährleistet xvird.

In jeder Einheit IC sind die Parabolspiegel 19 an einer U-profilförmigen Bückseite 49 des Gehäuses befestigt. Die Spiegel sind dabei so voneinander entfernt, daß die Lampen bei Anbringung der .Rückseite am Gehäuse mit ihren Lichtbogen bzw. ITunkenstrecken in den Brennpunkten der Reflektoren zu liegen kommen. Gemäß Fig. 2 sind obere und untere waagerechte Flansche ^>0 der Rückseite teleskopartig auf die oberen und

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"unteren Wände 41 bzw. 44 der Gehäuse schächte 37 bzw. 39 auf schiebbar und aar an anschrgiubbar.

Zur genauen Ausrichtung der Parabolspiegel 19 iß bezug auf die Lampen 13 sind an den.gegenüb einlegenden Enden der Rückseite 49 lotrecht auf Abstand voneinander stehende Stelloder Justierschrauben 5''^; vorgesehen, weiche die Rückseite durchsetzen und in nach innen ragenae Ansätze 53 eingeschraubt sind, die materialeinheitlich rait oberen und unteren Schachtwänden 41 bzxtf. 44 ausgebildet sind. In den flanschen, an den Schraubverbindungen zwischen dem Gehäuse 14 und der Rückseite vorgesehene, sich rückwärts öffnende Schlitze 5^ ermöglichen eine waagerechte Verschiebung der !Rückseite beim Drehen der Justierschrauben zur genauen Einstellung der Parabolspiegel.

Gemäß einem weiteren Lerkmal der Erfindung sind die Hohlspiegel 21 in der Einheit 10 schwenkbar gelagert, so daß sie zwischen einer ersten Stellung, in welcher sie die UV-Strahlung zum Substrat reflektieren, und einer zweiten Stellung drehbar sind, in welcher die Strahlung in eine andere Richtung reflektiert wird, um eine Beschädigung des Substrats 11 zu vermeiden, falls dessen Bewegung längs des Förderers unter der Einheit angehalten vtferden sollte. Zu diesem Zweck sind die Hohlspiegel an einem Lagerelement 55 "(Fig.. 3) montiert, das zwischen den gegenüberliegenden Endplatten 56 cLes Gehäuses 14 gelagert ist. Ein am Gehäuse montierter Hotor 57 dient zum Verschwenken der Hohlspiegel

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zwischen ihren beiden Stellungen»

Gemäß J?ig. 2 ist dabei nahe des einen Endes des Lagerelements 55 an diesem ein Schneckenrad 59 befestigt, das mit einer etwa in der Litte einer Antriebswelle 61 ausgebildeten Schnecke 60 kämmt, wobei die Antriebswelle 61 vom Lotor 57 (mit einer einem Bruchteil eines FS entsprechenden Leistung) nach unten in das Gehäuse 14 hineinragt. Der Lotor ist dabei ein untersetzter, reversibler Lotor, welcher die //eile in die eine oder die andere Richtung zu drehen und dabei die Hohlspiegel zwischen den beiden genannten Stellungen hin- und herzuschwenken vermag. In der ersten Stellung sind die Reflektoren so angeordnet, daß ihre Achsen 24- den Winkel a zu den Achsen 20 der Pasbolspiegel bilden. In der zweiten Stellung sind die Hohlspiegel vorzugsweise um SC entgegen dem Uhrzeigersinn (vergl. I¹Ig. 1) aus ihrer ersten Stellung heraus verdreht, so daß sie die fokussierten Strahlenbündel 16 um 180 gegenüber ihrer Normalrichtung reflektieren. Sine Beschädigung des Substrats 11 durch übermäßige Bestrahlung xd.rd somit vermieden, wenn das Substrat unter der Einheit zum Stillstand kommt, indem einfach der Hotor 57 zum Wegschwenken der Hohlspiegel vom Substrat betätigt wird.

Ein anderes vorteilhaftes Kerkmal der Erfindung sieht eine neuartige Anordnung zum Kühlen der Spiegel bzw. Reflektoren 19 und 21 und der Lampen IJ während des Betriebs der Einheit 10 vor.' Vorzugsweise bestehen beide Spiegel aus einem sehr

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stark warmeleitfähigen Material, wie Aluminium. Ein Kühlmittel von einer nicht dargestellten Kühlmittelquelle wird dabei hinter den Spiegeln umgewälzt, um ihnen Wärme zu entziehen. Gemäß Fig. 3 ist das Lagerelement 55 für die Hohlspiegel 21 hohl und in einen oberen und einen unteren Zweig 62 bzw. 6J unterteilt, so daß eine Kühlflüssigkeit längs der 'Rückseiten der Spiegel umwälzbar ist, um ihnen iärme zu entziehen. Auf ähnliche Weise sind die 1-arabolspiegel 19 an der Rückseite 4-9 des Gehäuses mittels oberer und unterer Hohlglieder 66 bZXi?. 67 gehaltert, die von Flüssigkeit durchströmt werden.

Zur Kühlung der Lampen 13 um ihre Fassungen herum wird Kühlluft über die oberen und unteren Endabschnitte 31 bzw. 33 geleitet. Dabei sind die Endabschnitte der Lampen von länglichen, elektrisch isolierenden Kästen 64- umschlossen, die. in die oberen und unteren Schächte 37 bzw. 39 eingesetzt sind. In den gegenüberliegenden Enden der Kästen vorgesehene Bohrungen oder öffnungen 65 ermöglichen eine Förderung von Kaltluft für Kühlzwecke von einer nicht dargestellten Kaltluft quelle durch die Kästen hindurch.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform bewegt sich das beschichtete Substrat 11 längs einer Bahn unterhalb der ortsfesten Einheit bzw. Vorrichtung 10. Ersichtlicherweise kann sich jedoch die Einheit 10 über ein stillstehendes Substrat 11 bewegen, um" den darauf befindlichen überzug auszuhärten, ohne daß hierdurch der Hahmen der Erfindung verlassen wird.

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In Zusammenfassung ΐ/ird mit der Erfindung also eine Vorrichtung zum Aushärten eines ultraviolettempfindlichen Überzugs auf einem Substrat geschaffen, das sich in einer Sichtung quer zu der von der Vorichtung emittierten Strahlung bewegt. Die Vorrichtung weist eine Anzahl von Anordnungen aus Kurzlichtbogeii-Ultraviolettlampen auf, von denen jede Anordnung in einem geeigneten Gehäuse untergebracht ist. Der Lichtbogen bzw. die Funkenstrecke jeder lampe einer vorgegebenen Anordnung ist am Brennpunkt eines zugeordneten Parabolspiegels angeordnet, der in der Weise im Gehäuse montiert ist, daß mindestens die Hälfte der durch den Lichtbogen erzeugten UV-Strahlung durch den Parabolspiegel unter Erzeugung eines kollimierten UV-Strahlungsbündels reflektiert wird, das zu einem konkaven sphärischen bzw. Hohlspiegels gerichtet wird, dessen Mittelpunkt axial zum Parabolspiegel liegt. Zwischen den beiden Spiegeln gemessen, bildet die Achse des Hohlspiegels normalerweise einen Winkel von 45° zur Achse des Parabolspiegels, so daß der kollimierte Strahl zum Substrat geworfen wird» Aufgrund der Konkavfläche des Hohlspiegels wird die Strahlungsenergie auf eine kleine Fläche auf dem Substrat fokussiert. Diese Fläche ist über einen Beiten Bereich hinweg einstellbar, und zwar entsprechend den Brennweiten der beiden Spiegel, die so gewählt sind, daß für die jeweilige UV-Empfindlichkeit des zu behandelnden Überzugs die vorteilhafteste Strahlungsintensität gewährleistet

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wird. Jede Anordnung erzeugt· auf dem Substrat einen Satz von getrennten, hochintensiven Abbildern, wobei die Anordnung insgesamt die volle Breite des Substrats bestreichen. Innerhalb ^eder Anordnung sind die Hohlspiegel als Einheit im Gehäuse in-eine Position schwenkbar gelagert, in welcher der fokussierte Strahl gegenüber seiner Normalrichtung um 180 abgelenkt wird, so daß bei unbewegtem Substrat keine Energie auf dieses Auftrifft.

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Claims

Patentansprüche ' ,

(1.) Vorrichtung zur Behandlung eines Substrats mit Ultraviolettstrahlung, geliennzeichnet durch ein auf Abstand vom Substrat angeordnetes Gehäuse, durch mindestens eine vom Gehäuse getragene Strahlungsquelle, durch je einen im Gehäuse nahe jeder Strahlungsquelle gehalterten Parabolspiegel, wobei sich die Strahlungsquelle praktisch am Brennpunkt des Parabolspiegels befindet, so daß letzterer ein im wesentlichen kollimiertes, im wesentlichen parallel zum Substrat orientiertes Strahlenbündel erzeugt, und durch je einen vom Gehäuse getragenen, jedem Parabolspiegel zugeordneten konkaven sphärischen bzw. Hohlspiegel, der von der Strahlungsquelle und vom Parabolspiegel auf Abstand angeordnet ist, das kollimierte Strahlenbündel auffängt und es in der Weise reflektiert, daß die Strahlen des Bündels auf ihrem Wege zum Substrat gegeneinander konvergieren bzw. zusammenlaufen und dabei die Strahlungsintensität des auf das Substrat auftreffenden Strahlenbündels konzentriert wird, wobei der Hohlspiegel eine erhebliche längere Brennweite besitzt als der Parabolspiegel.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jede Strahlungsquelle eine Kurzlichtbogen-Ultraviolettlampe aufweist,

3' Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Bewegen des Hohlspiegels in der Weise,

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daß er das Strahlenbündel vom Substrat hinweg richtet, - vorgesehen ist.

4-. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parabolspiegel eine im wesentlichen parallel zum Substrat verlaufende Achse besitzt, so daß das durch den Parabolspiegel erzeugte, im wesentlichen kollimierte Strahlenbündel zum Hohlspiegel gerichtet wird und einer im wesentlichen parallel zum Substrat verlaufenden Bahn folgt, und daß der Hohlspiegel eine Achse besitzt, die normalerweise zur Achse des Parabolspiegels einen spitzen Einschlußwinkel bildet, um das Strahlenbündel zum Substrat zu reflektieren und auf ihm zu fokussieren.

5· "Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel im Gehäuse schwenkbar gelagert ist, so daß er zwischen einer ersten Stellung, in welcher seine Achse in der einen Richtung verläuft und den spitzen Winkel mit der Achse des Parabolspiegels festlegt, und einer zweiten Stellung verschwenkbar ist, in welcher seine Achse in einer anderen Richtung verläuft und in welcher das Strahlenbündel vom Substrat hinweg reflektiert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur selektiven Bewegung des (Hohl-)Spiegels einen am Gehäuse montierten Motor aufweist, der mit dem Hohlspiegel antriebsmäßig verbunden ist und diesen selektiv

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zwischen den beiden genannten Stellungen zu verschwenken vermag.

7- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse hohle Halterungen für Hohl- und Parabolspiegel vorgesehen sind, daß die Spiegel bzw. Reflektoren aus einem wärmeleitfähigen haterial bestehen und daß die Halterungen mit einer Quelle eines flüssigen Kühlmittels verbindbar sind, welches zur Kühlung der Spiegel im Betrieb durch die Halterungen umwälzbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse um die gegenüberliegenden Endabschnitte jeder Lampe herum Hohlräume vorgesehen sind, die mit einer Quelle eines Kühlgases verbindbar sind, um dieses zur Kühlung der Lampenfassung im Betrieb durch die Hohlräume zu leiten.

9. Vorrichtung zur Behandlung eines Substrats mit Ultraviolettstrahlung (insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche), gekennzeichnet durch eine Anhäufung bzw. Gruppierung von längs einer vorbestimmten Bahn auf gegenseitige Abstände verteilten Einheiten mit jeweils einem Gehäuse, einer Anordnung von im Gehäuse montierten und im wesentlichen quer über die genannte Bahn auf Abstand voneinander angeordneten Kurzlichtbogen-Ultraviolettlampen, je einem jeder Lampe zugeordneten Parabolspiegel, die im Gehäuse so montiert sind, daß die Lichtbogen bzw. IFunkenstrecken der

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zugeordneten Lampen an den Brennpunkten der Spiegel liegen und die von jedem Spiegel reflektierte Strahlung ein im wesentlichen kollimiertes Strahlenbündel bildet, und mit je einem im wesentlichen sphärischen, konkaven bzw. Hohlspiegel, die jeweils einem der Parabolspiegel zugeordnet und im Gehäuse im wesentlichen im gleichen Abstand wie die zugeordneten Parabolspiegel vom Substrat angeordnet sind, von den zugeordneten Parabolspiegeln auf Abstand stehen und normalerweise so ausgerichtet sind, daß sie die Strahlenbündel vcn den zugeordneten Parabolspiegeln auffangen und zum Substrat reflektieren, wobei jeder Hohlspiegel eine wesentlich längere Brennweite besitzt als der jeweils zugeordnete Parabolspiegel, so daß die Strahlungsfläche des Lampenlichtbogens zu einer größeren Strahlungsbildfläche auf dem Substrat vergrößert wird, die jedoch nur einen kleinen Prozentsatz der gesamten, zu behandelnden Substratoberfläche darstellt, und wobei die Lampen in jeder Einheit der Gruppierung gegenüber den Lampen der anderen Einheiten versetzt bzw. gestaffelt angeordnet sind, so daß die Abbildungsflächen der reflektierten Bündel die gesamte, zu behandelnde Substratoberfläche in einander überlappender Anordnung bedecken, und durch eine Einrichtung zum selektiven Verschwenken der Hohlspiegel in jeder Einheit, um die Strahlenbündel vom Substrat hinweg abzulenken. .

iO> Vorrichtung zur Behandlung eines sich längs einer im wesentlichen planen bzw; ebenen Bahn bexvegenden Substrats mit

Ultraviolettstrahlung (insbesondere nach einem⁷ der voran- > gehenden Ansprüche), gekennzeichnet durch mindestens eine Kurzlichtbogen-Ultraviolettlampe zur Erzeugung von UY- bzw. Ultraviolettstrahlung, durch je einen für jede Lampe vorgesehenen Parabolspiegel mit einer ersten Brennweite, wobei sich der Lichtbogen der Lampe praktisch am Brennpunkt des Parabolspiegels befindet und ein im wesentlichen kollimiertes Strahlenbündel im wesentlichen parallel zum Substrat erzeugbar ist, und durch je einen konkaven sphärischen bzw. Hohlspiegel mit einer zweiten Brennweite für jeden Parabolspiegel, wobei die Hohlspiegel so angeordnet sind, daß sie die Strahlenbündel auffangen und zum Substrat hin ablenken und diese Bündel dabei auf ihrem Wege zum Substrat gegeneinander konvergieren lassen, wodurch die Strahlungsintensität des auf das Substrat auftreffenden Strahlenbündels intensivierbar ist, und wobei die zweite Brennweite erheblich langer ist als die erste Brennweite und die Abmessungen der Fläche des auf das Substrat fallenden Strahlenbündels ein Verhältnis zu den Abmessungen des Lichtbogens der Lampe entsprechend dem Verhältnis zwischen der zweiten Brennweite und der ersten Brennweite besitzen.

11. Verfahren zur Verwendung von Ultraviolettstrahlung zur Behandlung eines Substrats bei dessen Bewegung relativ zur Strahlung längs einer vorbestimmten Bewegungsbahn, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Substrats eine Anzahl von Querreihen aus Bildflächen hochintensiver

Strahlung von einer gleich großen Zahl von Strahlungs-■ quellen einer vorbestimmten Größe her projiziert wird, wobei die Bild- "bzw. Abbildungsflächen in jeder Reihe gleich weit voneinander entfernt sind und die Bildflächen in jeder Reihe gegenüber den Bildflächen in jeder anderen Reihe versetzt bzw. gestaffelt angeordnet sind, wobei das Projizieren der Bildflächen von den zugeordneten Strahlungsquellen in der Weise erfolgt, daß mittels.eines Parabolspiegels ein im wesentlichen kollimiertes Bündel UV-Strahlung von einer der Strahlungsquellen gebildet wird, daß das kollimierte Strahlenbündel vom Parabolspiegel zu einem sphärischen bzw. Hohlspiegel geleitet wird, der auf Abstand vom Parabolspiegel und etwa gleich weit wie letzterer von der Oberfläche angeordnet ist, und daß das Strahlenbündel mittels des Hohlspiegels auf dem Substrat fokussiert wird, um eine Bildfläche intensiver Strahlung zu bilden, die gegenüber den Abmessungen der Strahlungsquelle um etwa das 3-bis 30-fache vergrößert ist, wobei sich die Vergrößerung durch das Verhältnis der Brennweite des Hohlspiegels zur Brennweite des Parabolspiegels bestimmt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat längs einer Bahn mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit relativ zum Strahlenbündel bewegt wird, während die Substratoberfläche im wesentlichen innerhalb der Ebene der Bildfläche gekklten wird, um dadurch das Substrat über seine Länge hinweg der Strahlung auszusetzen.

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13. Verfahren zur Behandlung eines Substrats mit Ultraviolettstrahlung einer vorbestimmten Intensität, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat normalerweise mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit längs einer vorbestimmten Bahn bewegt wird, daß Ultraviolettstrahlung von mindestens einer Strahlungsquelle mit einer vorbestimmten Fläche emittiert wird, daß die ültraviolettstralilung von der oder jeder Strahlungsquelle in einem Parabolspiegel aufgefangen und in einem im wesentlichen kollimierten Bündel im wesentlichen parallel zum Substrat reflektiert wird und daß das oder jedes kollimierte Strahlenbündel mittels eines Hohlspiegels zum Substrat reflektiert wird, welcher so weit vom Substrat entferntist, daß eine im wesentlichen auf der Höhe des Substrats liegende Ultraviolettstrahlung-Abbildungsfläche erzeugt wird, deren Abmessungen gegenüber den Abmessungen der Strahlungsquelle entsprechend dem Verhältnis zwischen der Brennweite des Hohlspiegels und der Brennweite des Parabol-' spiegeis vergrößert sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel verdreht wird, um das Strahlenbündel beim Anhalten der Bewegung des Substrats aus der auf das Substrat auftreffenden Richtung abzulenken, so daß das Substrat keiner übermäßigen Strahlung ausgesetzt wird.

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