用于固化涂層輻射能的裝置的制造方法
【專利摘要】所公開的是用于借助于輻射能固化材料的裝置和方法。所述裝置包括第一反射器和第二反射器，它們是半橢圓。限定出所述第一反射器和第二反射器的橢圓具有長度不同的軸線，并且所述反射器如此對齊以至于所述反射器的交點(diǎn)重疊。位于反射器的近焦點(diǎn)處的輻射能來源可提供能量，從而在所述反射器的遠(yuǎn)焦點(diǎn)處固化基質(zhì)上的涂層。所述兩個(gè)反射器的不同尺寸使所述輻射能的聚焦誤差減小并向所述固化系統(tǒng)提供改進(jìn)的效率。
【專利說明】用于固化涂層輻射能的裝置
【背景技術(shù)】
[0001]高長徑比材料例如纖維、桿狀物、長絲等等出于保護(hù)或其它目的經(jīng)常涂覆有聚合 物材料。例如，在許多應(yīng)用包括通訊中用于傳輸光的光學(xué)纖維通常涂覆有一個(gè)或多個(gè)聚合 物層，它們旨在保護(hù)所述光學(xué)纖維免于受潮或磨損，從而減少微曲損失、允許更簡單地處理 所述纖維且簡化一束中個(gè)體纖維的識別(例如著色）。
[0002]在用于涂覆光學(xué)纖維的典型方法中，液體光固化聚合物材料首先被施加至所述纖 維的表面。這個(gè)涂層接著被固化，例如通過用輻射能例如紫外線能照射所述纖維。
[0003]許多裝置已被設(shè)計(jì)用于照射固化這樣的涂層。例如，屬于Wood的美國專利第 4710638號描述了一種用于以輻射能處理聚合物涂層的裝置。所述裝置包括共同形成單個(gè) 橢圓的第一和第二反射器、定位于由所述兩個(gè)反射器形成的橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)處的光源和在 所述橢圓的第二焦點(diǎn)附近的輔助反射器。涂覆有聚合物的纖維可定位于該第二焦點(diǎn)處并且 源于所述光源的福射能可固化該聚合物。均屬于Rhoades的美國專利第6419749號和第 6511715號描述了一種類似的裝置，其包括共同形成單個(gè)橢圓的兩個(gè)反射器和定位于該橢 圓的一個(gè)焦點(diǎn)處的光源。Rhoades的裝置還包括第一和第二同心管。來自所述光源的紫外線 經(jīng)過第一管以固化穿過其中的長絲上的涂層，并且第二同心管反射紅外線并透過紫外線， 從而防止在其經(jīng)過第一管時(shí)燒傷和毀壞所述長絲上的涂層。屬于Carter等人的美國專利第 6626561號描述了另一種類似裝置，其包含在第一反射器上的端反射器，其可具有用于燈泡 的底座。
[0004] 所有這樣的在先已知的光學(xué)系統(tǒng)包括如在圖1和圖2中所示的基本設(shè)計(jì)，其包括兩 個(gè)橢圓形的反射器1、25,它們?nèi)绱硕ㄎ灰允怪鞣瓷淦骱透狈瓷淦鞯臋M截面形成單個(gè)橢圓。 由于主反射器1和副反射器25形成單個(gè)橢圓，主反射器1的近焦點(diǎn)2與副反射器25的遠(yuǎn)焦點(diǎn)2 一致。類似地，主反射器1的遠(yuǎn)焦點(diǎn)4與副反射器25的近焦點(diǎn)4 一致。所述主副反射器共享同 一個(gè)長軸。光源10懸在橢圓空間中，在長軸上位于最接近主反射器1的近焦點(diǎn)2處或其附近。 待曝光于輻射能的材料例如光學(xué)纖維位于所述橢圓空間中大體上與離主反射器1最遠(yuǎn)的焦 點(diǎn)4 一致，例如在石英管7內(nèi)。
[0005] 雖然這樣的裝置描述了在本領(lǐng)域中的許多改進(jìn)之處，這樣的裝置仍然存在問題。 例如，制造生產(chǎn)率被傳遞至待固化或曝光的材料的輻射能的效率所限，制造商必須添加額 外的輻射曝光單元以提升生產(chǎn)率，這增加了資金成本、運(yùn)轉(zhuǎn)成本和維護(hù)成本。已經(jīng)做出嘗試 來改進(jìn)所述涂覆和固化過程的效率，通過技術(shù)，例如向比如Woods和Carter等人所描述的系 統(tǒng)中加入額外的反射器，通過改變聚合物組分和/或涂覆方法，以及通過選擇針對固化輻射 的最佳波長。
[0006] 本領(lǐng)域存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間。例如，在本領(lǐng)域中需要的是提供更有效使用固化 聚合物的輻射能的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在下述說明中提出，或從所述說明顯而易見，或 可通過實(shí)踐本發(fā)明得知。
[0008] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，公開的是通過使用輻射能、例如光化輻射、電子束輻射等等固化 涂層的裝置。例如，裝置可包括主反射器，其具有對應(yīng)于第一橢圓的端部分的橫截面形狀。 這個(gè)第一橢圓具有長軸和短軸以及近焦點(diǎn)和遠(yuǎn)焦點(diǎn)。所述第一橢圓的長軸在第一點(diǎn)處將主 反射器二等分。所述第一橢圓的近焦點(diǎn)比第一橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)更接近二等分的這個(gè)第一點(diǎn)。
[0009] 所述裝置還包括副反射器。所述副反射器的橫截面形狀對應(yīng)于第二橢圓的端部 分。所述第二橢圓具有長軸和短軸以及近焦點(diǎn)和遠(yuǎn)焦點(diǎn)。所述第二橢圓的長軸在第二點(diǎn)處 將副反射器二等分。所述第二橢圓的近焦點(diǎn)比第二橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)更接近二等分的這個(gè)第二 點(diǎn)。所述第一橢圓的長軸和第二橢圓的長軸長度不同，且第一橢圓的短軸和第二橢圓的短 軸長度不同。所述主和副反射器對齊從而第一橢圓的長軸與第二橢圓的長軸共線。此外，所 述主和副反射器對齊，從而第一橢圓的近焦點(diǎn)基本上對應(yīng)于第二橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)，并且從而 第一橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)基本上對應(yīng)于第二橢圓的近焦點(diǎn)。
[0010] 所述裝置還可包括輻射能的來源。所述輻射能來源可被定位于所述裝置中，從而 使所述輻射能來源大體上與第一橢圓的近焦點(diǎn)和第二橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)重疊。
[0011]此外，公開了一種用于固化高長徑比基質(zhì)上的聚合物涂層的方法。所述方法通常 包括使所述被涂覆的高長徑比基質(zhì)沿經(jīng)過基本上與第一橢圓遠(yuǎn)焦點(diǎn)和第二橢圓近焦點(diǎn)重 疊的點(diǎn)的線路行進(jìn)。這個(gè)線路還基本上垂直于第一和第二橢圓的長軸延伸。當(dāng)所述基質(zhì)沿 這個(gè)線路行進(jìn)時(shí)，所述能量來源放射輻射能，從而沖擊所述高長徑比基質(zhì)并固化所述聚合 物涂層。
[0012] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，公開的是一種通過使用輻射能固化涂層的裝置的反射器。所 述反射器具有對應(yīng)于橢圓的端部分的橫截面形狀。這個(gè)橢圓可通過長軸和短軸限定。所述 反射器比以前已知的用于這樣的裝置的反射器更小。例如，限定所述反射器形狀的橢圓長 軸可具有從約5.10英寸至約5.75英寸的長度，并且所述短軸可具有從約2.70英寸至約4.05 英寸的長度。
[0013] 在另一個(gè)實(shí)施例中，公開的是一種通過使用輻射能固化涂層的裝置的替換套件。 例如，所述套件可包括主反射器和副反射器，并且所述兩個(gè)反射器可具有不同尺寸。更具體 地，所述兩個(gè)反射器可具有通過兩個(gè)橢圓限定出的橫截面形狀，第一橢圓可限定出主反射 器并且可具有長軸，所述長軸大于第二橢圓的長軸，所述第二橢圓限定出副反射器，并且第 一橢圓可具有短軸，所述短軸大于第二橢圓的短軸。如已知的，兩個(gè)橢圓具有第一和第二焦 點(diǎn)。在所述第一橢圓的第一和第二焦點(diǎn)之間的距離可與在第二橢圓的第一和第二焦點(diǎn)之間 的距離基本上相同。
【附圖說明】
[0014] 本發(fā)明的針對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言的完整的和能實(shí)現(xiàn)的公開內(nèi)容、包括其最佳模 式在說明書中被提出，通過參考下述附圖，其中：
[0015] 圖1是描畫出在現(xiàn)有技術(shù)的橢圓形反射器系統(tǒng)中的輻射能路徑的簡圖。
[0016] 圖2是描畫出在現(xiàn)有技術(shù)的橢圓形反射器系統(tǒng)中由體積輻射源引起的光學(xué)誤差的 簡圖。
[0017] 圖3示出在如本文所述的裝置中的主反射器的幾何結(jié)構(gòu)。
[0018] 圖4示出在如本文所述的裝置中的副反射器的幾何結(jié)構(gòu)。
[0019] 圖5是如本文所述的反射器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0020] 圖6示出現(xiàn)有技術(shù)的反射器系統(tǒng)和如本文所述的反射器系統(tǒng)的重疊圖。
[0021 ]圖7是如本文所述的反射器系統(tǒng)的透視圖。
[0022]圖8示出固化裝置的一個(gè)實(shí)施例，其可包括如本文所述的反射器系統(tǒng)。
[0023]圖9是圖7的反射器系統(tǒng)的側(cè)視圖。
[0024]圖10是圖7的反射器系統(tǒng)的端視圖。
[0025] 圖11是圖7的反射器系統(tǒng)的主組件的底視圖。
[0026] 圖12是圖7的反射器系統(tǒng)的副組件的頂視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本討論僅是示例性實(shí)施例的說明，而不打算限制本公 開的更廣泛方面。每個(gè)例子通過解釋本發(fā)明、不限制本發(fā)明的方式被提出。實(shí)際上，對本領(lǐng) 域技術(shù)人員顯而易見的是，可對本發(fā)明做出各種修改和變型而不背離本發(fā)明的范圍和精 神。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分被示出或描述的特征可與另一實(shí)施例連用，從而得出又 一個(gè)實(shí)施例。因此目的在于，本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求書及其等同的范圍內(nèi)的這樣的 修改和變型。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，本文公開的是可用于以輻射能曝光或固化材料的裝置。在另一 個(gè)實(shí)施例中，公開的是可用在這樣的裝置中的部件。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，可提供作為裝置 的替換件的一個(gè)或多個(gè)部件，例如以套件的形式提供。所述裝置可特別有益于固化在高長 徑比基質(zhì)上的光固化聚合物材料，所述高長徑比基質(zhì)像是例如光學(xué)纖維、纖維、長絲、紗線、 電纜、管道、導(dǎo)管等等。
[0029] 本文所公開的系統(tǒng)的益處包括通過識別現(xiàn)有技術(shù)反射器系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)誤差更有效 地瞄準(zhǔn)所述輻射固化能。圖1示出現(xiàn)有技術(shù)裝置，其包括主反射器1、副反射器25、第一焦點(diǎn) 2、第二焦點(diǎn)4和輻射能來源10。如上所述，所述輻射能來源放射從第一焦點(diǎn)2向第二焦點(diǎn)4瞄 準(zhǔn)的能量波，其中被涂覆的基質(zhì)位于第二焦點(diǎn)4處，例如位于石英管7中。如圖所示，從來源 10到所述基質(zhì)的輻射能通?？刹扇∪龡l路徑之一，或是筆直跨越所述系統(tǒng)22、或是在由主 反射器1反射出來的路徑20上、或是在由副反射器25反射出來的路徑21上。
[0030] 在實(shí)際情況中，輻射能來源10不是位于焦點(diǎn)2處的點(diǎn)源。而是如在圖2中所示的，輻 射能來源10是體積能量來源，其中能量從來源10的表面而不是從對應(yīng)于焦點(diǎn)2的中心點(diǎn)放 射出。如圖2所示，實(shí)際的能量波30將從在主反射器1附近的輻射能來源10的表面放射出。如 圖所示，在所述波30被副反射器25反射之后，所述波不擊中位于第二焦點(diǎn)4處的目標(biāo)。而是， 實(shí)際的能量波30完全錯(cuò)過所述目標(biāo)。附加的反射器26的存在不能緩解這個(gè)問題。相反，現(xiàn)有 技術(shù)系統(tǒng)已設(shè)計(jì)出的理論能量波31源自位于主反射器1附近的焦點(diǎn)2處的理論點(diǎn)源，擊中副 反射器25并在焦點(diǎn)4處匯聚。因?yàn)槔碚摬?1到實(shí)際波30的起源從焦點(diǎn)2移離，所以引入了光 學(xué)誤差，這使所述能量波從焦點(diǎn)4處散射，減少了被傳遞至帶有待固化聚合物的基質(zhì)的輻射 能。
[0031] 在圖1和圖2中的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中目標(biāo)處的誤差可用下述公式估計(jì)：
[0032]目標(biāo)處的誤差=[行經(jīng)距離]X tangent( Φ )
[0033] 其中Φ是在來自焦點(diǎn)2處的點(diǎn)源的理論波31與來自輻射能來源10的實(shí)際波之間的 入射角的差異。
[0034] 由于這個(gè)誤差，在所述目標(biāo)處的能量損失可能是顯著的。如上所述和如圖1所示， 大部分輻射能采取從輻射能來源至目標(biāo)(待固化或曝光的材料)的三條路徑之一：
[0035] ?路徑20:輻射源10-反射器1-目標(biāo)4
[0036] ?路徑21:輻射源10-反射器25-目標(biāo)4
[0037] ?路徑22:輻射源10-目標(biāo)4
[0038]約73%的輻射能首先擊中主反射器1，然后在路徑20上反射至目標(biāo)4。少于2%的輻 射能從輻射能來源10經(jīng)過路徑22直接到達(dá)目標(biāo)4。約22%的輻射能首先擊中副反射器25,然 后在路徑21上反射至目標(biāo)4。沿各個(gè)路徑行經(jīng)的輻射能的確切量取決于主反射器1和輻射能 來源10的相對尺寸。
[0039] 本文所公開的裝置可增加沿這個(gè)路徑經(jīng)過的從輻射能來源至目標(biāo)的能量轉(zhuǎn)移效 率。通過使用所公開的裝置可增加經(jīng)由這個(gè)路徑?jīng)_擊目標(biāo)的輻射能的量，并因此增加從輻 射能來源被傳遞至目標(biāo)的能量總量。
[0040] 所公開裝置的反射器系統(tǒng)使用主反射器101和副反射器201，所述主反射器的橫截 面幾何結(jié)構(gòu)在圖3中示出，所述副反射器的橫截面幾何結(jié)構(gòu)在圖4中示出。主反射器101具有 對應(yīng)于橢圓110的端部分的橫截面形狀(例如半橢圓）。如圖所示，橢圓110由長軸106、短軸 108、近焦點(diǎn)102和遠(yuǎn)焦點(diǎn)104限定出。如圖所示，主反射器101與橢圓110相符，以致長軸106 在點(diǎn)103處將主反射器101二等分。此外，橢圓110的近焦點(diǎn)102比遠(yuǎn)焦點(diǎn)104更接近這個(gè)二等 分點(diǎn)。橢圓11 〇的這個(gè)近焦點(diǎn)102也可被稱作主反射器101的近焦點(diǎn)102，而橢圓110的遠(yuǎn)焦點(diǎn) 104也可被稱作主反射器101的遠(yuǎn)焦點(diǎn)104。在一個(gè)實(shí)施例中，橢圓110的長軸可以是從約5.8 英寸至約6.5英寸，或從約5.9英寸至約6.2英寸，而在一個(gè)實(shí)施例中，橢圓110的短軸可以是 從約4.1英寸至約4.5英寸，或從約4.2英寸至約4.3英寸。
[0041] 副反射器201具有相似的幾何結(jié)構(gòu)，其具有對應(yīng)于橢圓210的端部分的橫截面形 狀。如圖所示，橢圓210由長軸206、短軸208、近焦點(diǎn)202和遠(yuǎn)焦點(diǎn)204限定出。如圖所示，副反 射器201與橢圓210對應(yīng)于，以致長軸206在點(diǎn)203處將副反射器201二等分。此外，橢圓210的 近焦點(diǎn)202比遠(yuǎn)焦點(diǎn)204更接近這個(gè)二等分點(diǎn)。橢圓210的近焦點(diǎn)202也可被稱作副反射器 201的近焦點(diǎn)202,而橢圓210的遠(yuǎn)焦點(diǎn)204也可被稱作副反射器201的遠(yuǎn)焦點(diǎn)204。在一個(gè)實(shí) 施例中，橢圓210的長軸可以是從約5.10英寸至約5.75英寸，例如從約5.2英寸至約5.6英 寸，而橢圓210的短軸可以是從約2.70英寸至約4.05英寸，例如從約2.8英寸至約4.0英寸。
[0042] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述主反射器和副反射器的相對尺寸可被記錄為描述所述反射 器的兩個(gè)橢圓的軸線比。例如，描繪副反射器201的橢圓210的長軸206可以是描繪主反射器 101的橢圓110的長軸106的長度的約84%至約95%，或約88%至約92%。描繪副反射器201 的橢圓210的短軸208可以是描繪主反射器101的橢圓110的短軸108的長度的約63%至約 96%，或約70 %至約90 %。
[0043] 分別限定出反射器101、201的兩個(gè)橢圓110、210在關(guān)于長軸106、206的長度和短軸 108、208的長度方面彼此不同。例如，在所示實(shí)施例中，橢圓110的長軸106長于橢圓的長軸 206,并且橢圓110的短軸108長于橢圓210的短軸208。每個(gè)橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離基本 上是相等的，即第一橢圓110的兩個(gè)焦點(diǎn)102和104之間的距離基本上等于第二橢圓210的兩 個(gè)焦點(diǎn)202和204之間的距離。本文所用的關(guān)于距離或位置的術(shù)語"基本上等于"一般是指彼 此相等的兩個(gè)數(shù)值，在一些實(shí)施例中彼此相差約10%以內(nèi)，或在一些實(shí)施例中彼此相差約 5%以內(nèi)。
[0044] 所述反射器系統(tǒng)包括彼此對齊的第一和第二反射器，從而在其間形成腔。例如，如 圖5所示，主反射器101和副反射器201相互對齊，從而所述長軸106、206是共線的并且所述 短軸108、208也是共線的。此外，由于主反射器101與副反射器201的對齊，橢圓110/反射器 101的近焦點(diǎn)102與橢圓210/反射器201的遠(yuǎn)焦點(diǎn)204重疊，并且橢圓110/反射器101的遠(yuǎn)焦 點(diǎn)104與橢圓210/反射器201的近焦點(diǎn)202重疊。
[0045] 圖5還示出位于近焦點(diǎn)102處的輻射能來源10。如圖所示，在使用中，從重疊的焦點(diǎn) 102、204放出的理論能量波5可由副反射器201反射并且可沖擊在所述焦點(diǎn)104、202上。這將 是從位于焦點(diǎn)102、204處的點(diǎn)源發(fā)出的理論能量波5的情況。然而如上所述，輻射能來源10 不是點(diǎn)源，而是體積源，輻射能從所述體積源在來源10的表面處放出。圖5的能量波6示出從 輻射能來源10放出的能量的更真實(shí)路徑?？梢钥闯觯趨^(qū)域17內(nèi)的波6的誤差相當(dāng)小，并且 兩個(gè)能量波5、6變得非常接近以至于重疊。與擊中先前已知系統(tǒng)的更大的副反射器的光相 比，由于更小尺寸的副反射器201，擊中副反射器201的光行經(jīng)更短距離到達(dá)目標(biāo)，在與當(dāng)前 的兩個(gè)反射器具有相同尺寸的系統(tǒng)相比時(shí)，這減小了出現(xiàn)在目標(biāo)處的誤差。通過使用所公 開的系統(tǒng)，從副反射器201反射的更多的輻射能擊中目標(biāo)。因此，與先前已知的反射器系統(tǒng) 相比，在區(qū)域17內(nèi)、可位于與焦點(diǎn)104、202基本一致的地點(diǎn)上的待固化或曝光的產(chǎn)品可接收 來自來源10的更大量的輻射能。
[0046] 與所述主反射器相比，如果所述副反射器極其小，一部分能量可能在所述兩個(gè)反 射器之間的連接處損失，或者由于阻擋了從主反射器在兩個(gè)反射器連接處附近反射的能 量，或者由于阻擋了從能量源指向連接處的能源。阻擋在所述兩個(gè)反射器之間連接處的過 量能量可減少到達(dá)目標(biāo)的輻射能的量，這可能抵消由所公開設(shè)計(jì)所獲的獲益。此外，如果副 反射器過于小，輻射能將機(jī)械地沖擊待固化的材料。因此，所公開的副反射器已被這樣設(shè)計(jì) 以更好地使輻射能聚焦在目標(biāo)上，而不損失在主副反射器之間連接處的過量的輻射能。 [0047]圖6示出具有根據(jù)在先實(shí)踐的尺寸的副反射器25與所公開系統(tǒng)的副反射器201的 重疊，如上所述，所述兩個(gè)副反射器均與主反射器101對齊。可以看出，所公開系統(tǒng)可減小散 射的影響且可增加從副反射器201反射并在104處擊中目標(biāo)的輻射能的量。
[0048]來自體積源并擊中副反射器的能量波具有角度誤差Φ，其中Φ是在來自點(diǎn)源的理 論波和來自體積源的實(shí)際波之間的入射角的差異。如圖6所示，從位于近焦點(diǎn)102處的點(diǎn)源 射出并被副反射器201反射的理論波51可沖擊遠(yuǎn)焦點(diǎn)104。從體積能量源10的表面射出的實(shí) 際波53可類似地被副反射器201反射并沖擊在距遠(yuǎn)焦點(diǎn)104-段距離處。相比之下，從位于 近焦點(diǎn)102處的點(diǎn)源射出并被副反射器25反射的理論波50可沖擊遠(yuǎn)焦點(diǎn)104。從體積能量源 10的表面射出的實(shí)際波52可被副反射器25反射并沖擊在距遠(yuǎn)焦點(diǎn)104-段距離處。可以看 出，比起如用在所公開系統(tǒng)中的較小的副反射器，所述距離較大。所公開裝置的副反射器可 通過減小在副反射器和目標(biāo)之間行經(jīng)的距離減小對角度誤差Φ的影響。本質(zhì)上，實(shí)際波53 行經(jīng)的距離短于實(shí)際波52行經(jīng)的距離，這導(dǎo)致在瞄準(zhǔn)被保持在焦點(diǎn)104處的基質(zhì)時(shí)的更小 誤差。
[0049]圖7是包括被保持為基本對齊的主反射器101和副反射器201的透視圖，它們可被 置于固化裝置內(nèi)。圖9是所述兩個(gè)反射器的側(cè)視圖，圖10是所述反射器的端視圖，圖11是所 述反射器的主組件的底視圖，圖12是所述反射器的副組件的頂視圖。如圖所示，兩個(gè)反射器 10U201可具有大約相同的軸向高度(例如彼此的高度相差在約1/2英寸之內(nèi)），盡管這不是 對所公開裝置的要求。通常根據(jù)具體的應(yīng)用，所述反射器的高度的變化范圍很廣。例如，在 一個(gè)實(shí)施例中，所述反射器的高度可從約4英寸至約90英寸，或在一些實(shí)施例中，從約6英寸 至約10英寸。此外，應(yīng)該理解所述兩個(gè)反射器的各種特征，例如孔、排放口等的確切位置可 以變化。
[0050] 如在本領(lǐng)域中已知的，所述反射器可被形成以具有高反射表面。例如，在一個(gè)實(shí)施 例中，所述反射器可由基質(zhì)形成或涂覆有基質(zhì)，所述基質(zhì)反射紫外線并且對于微波能量是 非吸收性的。所述反射器可被設(shè)計(jì)成反射任何所期望的輻射能，包括例如紫外線能、紅外線 能等等。通過在本領(lǐng)域中眾所周知的技術(shù)施加的鋁化涂層可被用于一個(gè)實(shí)施例中。
[0051] 圖8示出合并了兩個(gè)可分開的子組件:主反射器組件60和副反射器組件61的裝置。 [0052] 主反射器組件60包括殼體62、至少一個(gè)磁控管63、兩個(gè)橢圓形端反射器101、201和 射頻(RF)不透明屏65,所述至少一個(gè)磁控管通過一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)管64將RF能量供應(yīng)至由主 反射器101形成的RF腔，所述RF不透明屏允許紫外(UV)光和冷卻空氣離開所述主反射器組 件。如上所述，輻射能來源10例如無電極燈泡可就位于所述RF腔內(nèi)、在主反射器101的近焦 點(diǎn)102附近。用于激發(fā)輻射能來源的裝置例如無電極燈泡在本領(lǐng)域中眾所周知，因此不在此 詳細(xì)介紹。一個(gè)實(shí)施例在屬于Ury的第4359668號美國專利中描述過，其通過援引被并入本 文。
[0053]應(yīng)該理解，本文所公開的裝置和方法不受輻射能來源的限制，并且可以使用在本 領(lǐng)域中已知的任何類型的輻射能來源，包括例如可見光、紅外線和/或紫外線輻射能來源。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述輻射能來源是被微波激發(fā)的無電極紫外線燈泡。在另一個(gè)實(shí)施例中， 所述輻射能來源可以是汞弧燈，例如介質(zhì)壓力汞弧燈。所述輻射能來源可包括能夠改變所 述輻射能的光譜輸出的材料或裝置。輻射能來源的其它合適的例子可包括但不局限于發(fā)光 二極管(例如呈陣列形式）、鹵素紅外燈等等。
[0054] 如圖所示，所述副反射器組件61包括殼體66、副反射器201、通常在本領(lǐng)域中已知 的用于對齊副反射器201和主反射器101的特征結(jié)構(gòu)、用于安裝與焦點(diǎn)104關(guān)聯(lián)的透明石英 管7的特征結(jié)構(gòu)、用于將副反射器組件61固定至主反射器組件60的緊固手段67。
[0055] 如圖8所示，輻射能來源10可被放置為基本上與主反射器101的近焦點(diǎn)102重合。定 位銷66可用于適當(dāng)?shù)厥垢狈瓷淦?01相對于主反射器101定位。
[0056] 在使用期間，已被涂覆有待固化材料的基質(zhì)例如包括未固化聚合物涂層的光學(xué)纖 維可經(jīng)過主反射器101的遠(yuǎn)焦點(diǎn)104進(jìn)行。所述基質(zhì)沿基本上垂直于所述橢圓的長軸的方向 經(jīng)過遠(yuǎn)焦點(diǎn)104,所述長軸限定出主反射器101和副反射器201。
[0057]被施加至基質(zhì)的輻射能可固化涂層的成分和固化在本領(lǐng)域中是眾所周知的，因此 不在此詳細(xì)描述。例如，作為涂層有益的成分、施加所述涂層的方法和通過使用紫外線輻射 固化所述涂層的方法例如在下述文獻(xiàn)中被描述過，即屬于Vazirani的美國專利第4099837 號、屬于Martin的美國專利第4115087號、屬于Levy的美國專利第4324575號和屬于Bishop 等人的美國專利第4514037號，所有所述文獻(xiàn)通過援引被并入本文。如前所述地，所 述待曝光于輻射能的基質(zhì)可被置于橢圓形空間中、基本與遠(yuǎn)焦點(diǎn)104-致。
[0058] 在示出的實(shí)施例中，所述裝置還包括透明石英管7，其可被置于遠(yuǎn)焦點(diǎn)104處或其 附近。在一個(gè)實(shí)施例中，所述基質(zhì)可行進(jìn)經(jīng)過石英管7,而且所述輻射能可在石英管7內(nèi)接觸 基質(zhì)。
[0059] 本文所述的裝置可用于各種工藝過程，其中高長徑比基質(zhì)可被涂覆有能用輻射能 處理的材料。例如，除了與被涂覆的光學(xué)纖維協(xié)作使用以外，裝置可用于固化長絲或桿狀基 質(zhì)上的墨水或涂料，所述長絲或桿狀基質(zhì)包括但不局限于紗線、長絲、管道、電纜、導(dǎo)管等 等。
[0060] 在所述系統(tǒng)的壽命期間，必要時(shí)可使用和替換固化系統(tǒng)的部件。例如，所述主副反 射器兩者均可具有短于所述系統(tǒng)的其它部件的使用期限。因此，經(jīng)濟(jì)上有利的是在需要時(shí) 用合適的替換件替換這樣的部件。在一個(gè)實(shí)施例中，所述主反射器和/或副反射器可作為用 于固化裝置的替換件被提供。對于用本文所述的較小反射器替換在先已知的大的副反射 器，這尤其可以顯示出益處。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，所述較小的反射器可作為單個(gè)部件被 提供。
[0061] 在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)的多個(gè)替換件可被一起提供，例如作為用于系統(tǒng)的替換 件的套件被提供。套件可包括例如主反射器和較小的副反射器。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)的附 加部件也可被包括在套件中。例如，替換用的套件可包括但不局限于所述組件的主反射器、 副反射器、替換用的輻射能來源、屏等等。
[0062] 本發(fā)明可參照下述例子被更好地理解。
[0063] ^
[0064] 進(jìn)行可比較的輸出測試以比較在本領(lǐng)域中在先已知的反射器系統(tǒng)和所公開的系 統(tǒng)。相同的UV燈模塊同被用于兩個(gè)測試;對于所述兩個(gè)測試，只有所述副反射器組件被改 變。這個(gè)測試測量了以所述焦點(diǎn)為中心距離所述主反射器4毫米x4毫米的正方形區(qū)域中的 長波紫外線(UVA)光的相對強(qiáng)度。數(shù)據(jù)值是無量綱的并且對于比較所述兩個(gè)系統(tǒng)的相對性 能來說是有效的。表1展示出現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)果，而表2展示出所公開系統(tǒng)的結(jié)果。
[0065] 表 1
[0066]
[0067]在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，平均強(qiáng)度為6.707，且最大強(qiáng)度為8.002。
[0068] 表 2
[0069]
[0070]
[0071] 在所公開系統(tǒng)中，平均強(qiáng)度為7.384，且最大強(qiáng)度為8.816。
[0072]本系統(tǒng)使平均強(qiáng)度增加了 10.1 %，并且使峰值強(qiáng)度增加了 10.1 %。
[0073]所寫的說明書使用例子以公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且也能夠使本領(lǐng)域中任 意技術(shù)人員能實(shí)踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何所包含的方法。 本發(fā)明的可專利性范圍由權(quán)利要求書限定出并且可包括被本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它例 子。如果所述其它例子包括不區(qū)別于所述權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元件，或者如果所 述其它例子包括具有與所述權(quán)利要求書的字面語言非實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元件，那么這 樣的其它例子旨落入所述權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種通過使用輻射能固化涂層的裝置，包括： 主反射器，其具有與第一橢圓的端部分相對應(yīng)的橫截面形狀，所述第一橢圓具有長軸 和短軸和近焦點(diǎn)和遠(yuǎn)焦點(diǎn)，所述第一橢圓的長軸在第一點(diǎn)處將所述主反射器二等分，所述 第一橢圓的近焦點(diǎn)比所述第一橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)更接近二等分的所述第一點(diǎn);和 副反射器，其具有與第二橢圓的端部分相對應(yīng)的橫截面形狀，所述第二橢圓具有長軸 和短軸和近焦點(diǎn)和遠(yuǎn)焦點(diǎn)，所述第二橢圓的長軸在第二點(diǎn)處將所述副反射器二等分，所述 第二橢圓的近焦點(diǎn)比所述第二橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)更接近二等分的所述第二點(diǎn)，所述第一橢圓的 長軸和所述第二橢圓的長軸具有不同長度，且所述第一橢圓的短軸和所述第二橢圓的短軸 具有不同長度，所述主反射器和副反射器相互對齊，從而所述第一橢圓的長軸與所述第二 橢圓的長軸共線，從而所述第一橢圓的近焦點(diǎn)基本上對應(yīng)于所述第二橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)并且所 述第一橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)基本上對應(yīng)于所述第二橢圓的近焦點(diǎn)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一橢圓的長軸長于所述第二橢圓的長軸，例 如其中所述第二橢圓的長軸的長度是所述第一橢圓的長軸的長度的約84%至約95%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一橢圓的短軸長于所述第二橢圓的短軸，例 如其中所述第二橢圓的短軸的長度是所述第一橢圓的短軸的長度的約63 %至約96 %。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括輻射能來源，所述輻射能來源被如此定位以致其 大體上與所述第一橢圓的近焦點(diǎn)和所述第二橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)重疊。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述主反射器和副反射器反射紫外光和/或吸收紅 外能量和/或其中所述主反射器和副反射器彼此具有大約相同的高度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述主反射器是主反射器組件的部件，而所述副反 射器是副反射器組件的部件，所述主反射器組件和所示副反射器組件可移除地彼此附接， 所述裝置可選地還包括允許UV光和空氣離開所述主反射器組件的屏。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置還包括與所述第二橢圓的第一焦點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的 透明管。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的副反射器，所述第二橢圓的長軸具有從約5.10英寸至約5.75 英寸的長軸，并且所述第二橢圓的短軸具有從約2.70英寸至約4.05英寸的長度。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的副反射器，其中所述副反射器具有從約4英寸至約90英寸的高 度。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的副反射器，其中所述副反射器由反射紫外線能的基質(zhì)形成或 被其涂覆和/或其中所述副反射器對于微波能量是非吸收性的，例如其中所述副反射器包 括鋁化涂層。11. 通過使用輻射能固化涂層的裝置的替換件的套件，所述套件包括根據(jù)權(quán)利要求1所 述的主反射器和副反射器。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的套件，還包括輻射能來源，例如無電極燈泡并且可選地還包 括RF不透明屏幕。13. 用于固化在高長徑比基質(zhì)上的聚合物涂層的方法，所述方法包括使所述高長徑比 基質(zhì)行經(jīng)過根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述高長徑比基質(zhì)沿線路行經(jīng)過所述裝置，所述線 路經(jīng)過基本上與所述第一橢圓的遠(yuǎn)焦點(diǎn)和第二橢圓的近焦點(diǎn)重疊的點(diǎn)，所述線路基本上垂 直于所述第一橢圓和第二橢圓的長軸延伸，其中所述高長徑比基質(zhì)包括表面上的光固化聚 合物材料，所述方法還包括通過使用輻射能固化所述光固化聚合物材料。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述基質(zhì)是光學(xué)纖維、纖維、長絲、紗線、電纜、管 道或?qū)Ч堋?5. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述輻射能包括紫外線能，所述光固化聚合物材 料被所述紫外線能固化。
【文檔編號】F21V7/00GK105874268SQ201480070384
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年10月22日
【發(fā)明人】J·甘特, J·克里門
【申請人】美奧泰科公司