专利名称：用于生成受控辐射以便固化光敏树脂的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制作造纸带的方法，该造纸带包括与树脂框架接合的加强结构。更为具体地说，本发明涉及一种用于固化光敏树脂以生产造纸带树脂框架的装置，这种装置可控制固化辐射的入射方向和角度。
背景技术：
纸作产品用于多种目的。纸巾、揩面纸、手纸等在近代工业社会中不断使用。对于这种纸作产品的巨大需求已经形成了对于改进型产品的需求。
造纸过程一半包括几步。造纸纤维的水分散体在多孔构件上形成初期纸幅，诸如改良型长网或双长网造纸机，在其上进行初步脱水和纤维重整。
在一种穿透式空气干燥过程中，在初步脱水之后，初期纸幅被送往一包括透气的弯沉构件的穿透式空气干燥带。弯沉构件可以包括形成图案的树脂框架，该框架具有多个弯沉导管，空气可以在一定压差下穿过这些导管流动。树脂框架接合于一编织的加强结构并向外伸出。初期纸幅中的造纸纤维弯沉到弯沉导管里去，而水分通过弯沉导管予以排除以构成一种中间纸幅。产生的中间纸幅然后在最终的干燥阶段加以干燥，在此阶段，与树脂框架对齐的纸幅部分收到压印而形成一种多区间结构。
包括加强结构和树脂框架的穿透式空气干燥造纸带在以下各项共同转让的专利中有所说明，即1985年4月30日授权给Johnson等人的美国专利4514345；1985年7月9日授权给Trokhan的美国专利4528239；1985年7月16日授权给Trokhan的美国专利4529480；1987年1月20日授权给Trokhan的美国专利4637859；以及1994年8月2日授权给Trokhan等人的美国专利5334289。上述各项专利在此引入作为参考，旨在说明穿透式空气干燥造纸带的最佳构造。这种造纸带一直用来生产商业上成功的产品，诸如Bounty纸巾和Charmin Ulfra手纸，二者都由直接受让人生产和销售。
目前，穿透式空气干燥带的树脂框架的制作工艺方法包括按照所需的图案用紫外线(UV)辐射固化光敏树脂。1996年5月1日授权给Trokhan等人的共同转让的美国专利5514523披露了一种利用差动光传输技术制作造纸带的方法，该专利在此引入作为参考。为了制作包括光敏树脂的造纸带，液态光敏树脂 的涂层施加于加强结构。然后，其中各不透明区域和各透明区域形成一预先选定的图案的掩膜设置在涂层与诸如UV光的辐射源之间。固化是通过把液态光敏树脂的涂层暴露于通过掩膜来自辐射源的UV辐射而实现的。固化UV辐射，通过掩膜的各透明区域，可固化(即凝固)各暴露区域中的树脂而构成从加强结构伸出的多个关节。各非暴露区域(即对应于掩膜不透明区域的那些区域)仍然是流态的，即未固化的，并被陆续清除。
辐射的入射角对于造纸带导管壁部是否有锥度具有重要的影响。具有较大平行度的辐射可形成锥度不大(或者更加接近垂直)的导管壁部。随着导管壁部变得较为垂直，造纸带相对于具有锥度较大的导管壁部在给定的关节区域内具有较高的透气性。
同时，在某些情况下，可能希望使光敏树脂在多种辐射角度下承受固化。比如，可能希望生产一种具有带稍许锥度的关节的树脂框架，因为这种关节在压力下比较耐久。在其他一些情况下，一种特定的树脂框架三维设计可以通过采用多种辐射角而予以实现。
目前用于固化树脂以生产包括加强结构和树脂框架的造纸带的装置，包括辐射源(亦即灯泡)和具有椭圆外形的反射器。目前使用的装置的灯泡需要微波能量来从事工作。选择反射器的外形为椭圆形的原因是椭圆外形及其体积有助于使灯泡所必需的微波能量的耦合最大化以便最为有效地工作。虽然现有技术中反射器的椭圆外形在微波耦合方面是有效的，但反射器椭圆外形会生成非平行的、非常离轴的、或“分散的”辐射射线。椭圆外形因而对于固化构成框架的光敏树脂来说是无效的。迄今，我们可以断定，装置制造厂商一直没能设计出一种反射器，即能使微波能量最大化，并且同时产生平行的辐射，此种辐射会被指向某一预定方向上，以便最为有效地固化树脂，同时，产生一种合乎要求的纵向辐射均匀性。在某些情况下，空间限制也可能影响反射器的外形。因此，需要一种不依赖反射器几何形状而控制固化辐射入射角度的装置。
控制反射器入射角度的装置之一是一种相减准直器。相减准直器事实上是一种角度分布过滤器，可阻挡不同于那些所需方向上的UV辐射射线。普通的相减准直器包括一深色金属装置，制成为一系列槽道的形状，光线可以在所需方向上通过这些槽道。上面引用并在此引入作为参考的美国专利第5514523号阐述了一种利用相减准直器制作造纸带的方法。
虽然相减准直器通过阻挡具有不合要求的方向的射线而有助于使辐射射线定向在所需的方向上，但达到有待固化的光敏树脂的总辐射能量由于在相减准直器之中的辐射能量损失而被减少了。
因此，本发明的目的是提供一种用于固化光敏树脂的装置，此装置可以控制固化辐射的入射角度。
本发明的另一目的是，提供一种用于固化光敏树脂的装置，包括多个可调节的反射刻面，用于使固化辐射指向至少一个预定的辐射方向。
本发明的再一目的是，提供一种经过改进的装置，用于固化光敏树脂以便生产一种具有树脂框架的造纸带，这种装置大大地减少了固化能量的损失。
本发明的又一目的是，消除反射器外形与反射辐射的方向或多个方向之间的相互依赖性。
本发明的概述本发明的装置用于生成受控辐射以便固化光敏树脂，包括两个主要器件窄长的反射器和辐射源。
反射器具有第一端部和第二端部，两端部在纵向上相互对置并彼此间隔开来。反射器在垂直于纵向的横截面上可以具有多种几何形状。反射器可以由一或多段构成，它们在横截面上是可以彼此相对移动的。
反射器具有内表面和外表面。最好是反射器的内表面是挠性的。内表面由多个纵向上的窄长反射刻面组成的。在横截面上观察，反射刻面是可以调节的，以便使固化辐射指向至少一个预定的辐射方向。
在一实施例中，反射器包括三段第一段、可活动地连接于第一段的第二段，以及可活动地连接于第二段的第三段。第一段具有多个第一反射刻面，用于指引辐射基本上平行于第一辐射方向；第二段具有多个第二反射刻面，用于指引辐射基本上平行于第二辐射方向；以及第三段具有多个第三反射刻面，用于指引辐射基本上平行于第三辐射方向。多个第一反射刻面构成第一内表面；多个第二反射刻面构成第二内表面；以及多个第三反射刻面构成第三内表面。每一组多个反射刻面可调节，以致构成一相应的内表面，其横截面外形最好是包括基本上为抛物线形或圆形的宏观外形，亦即具有基本上抛物线形或圆形的光学效应。因而，反射器的每一段都能够使固化辐射指向至少一个预定的辐射方向。
反射器的各段和/或各个反射刻面可以如此配置，以致第一辐射方向、第二辐射方向和第三辐射方向是平行的，亦即，多个第一、第二和第三反射刻面使辐射指向同一方向。另外，反射器的各段和/或各个反射刻面可以如此配置，以致第一辐射方向、第二辐射方向和第三辐射方向不是平行的。当然，反射器的各段和/或各个反射刻面也可以如此配置，以致任何一个第一、第二和第三辐射方向平行于其他两个辐射方向中的一个。
辐射源在纵向上是窄长的并最好是一只窄长的曝照灯具，或灯泡，沿纵向在反射器的第一端部与第二端部之间伸展。辐射源选定成可主要提供在导致液态光敏树脂固化而生产树脂框架的波长之内的光化辐射。此波长乃是液态光敏树脂的一项特征量。当液态光敏树脂暴露于适当波长的辐射时，在树脂的各暴露部分之中产生固化。最好是，辐射源在横截面上是可以移动的。
可供选择的是，本发明可以具有并列于辐射源的辐射控制装置。辐射控制装置最好是包括窄长的微型反射器，具有凹入的横截面外形和面对辐射源的反射表面。辐射控制装置使由辐射源发出的某些辐射指向反射刻面。作为替换或附加地，辐射控制装置可以包括非反射装置，可在不希望的方向(亦即，不指向反射刻面的方向)上阻挡由辐射源发出的辐射。辐射控制装置相对于辐射源可以是静止不动的。不过，最好是，辐射控制装置相对于辐射源是可以转动的。辐射控制装置在横截面上可以是可伸展的。
可供选择的是，本发明的装置可以具有多个准直元件，设置在反射器的第一与第二端部之间。这些准直元件可以控制固化辐射相对于纵向的角度。具有相减表面的准直元件是相减准直元件；而具有反射表面的准直元件是反射准直元件。
附图的简要描述
图1是本发明装置一实施例的透视图，包括具一凹入的横截面外形并以局部切开方式示出的反射器；图2是图1中所示装置的侧视示意示意图并以局部切开方式示出；
图3是沿着图2的直线3-3所截取的本发明装置的剖视示意图；图4是剖视示意图，示出圆形镜面和抛物形镜面；图5是本发明装置的剖视示意图，包括处于基本上平面位置上的多段反射器，还示出正在经受固化的光敏树脂；图6是图5中所示装置的剖视示意图，表明处于凹入位置的多段反射器，而且还示出在机器方向上的光敏树脂；图7是类似于图6中所示的剖视示意图，还示出在横越机器方向上的一光敏树脂；图8是类似于图6中所示者的剖视示意图，而且还示出处于非反射位置的反射器各段中的一段；图9是类似于图6中所示者的剖视示意图，而且还示出将辐射导向同一方向的两段反射器；图10是类似于图2中所示的局部侧视示意图，而且示出各准直元件对于固化辐射纵向分布的作用；图11是一种包括现有技术的反射器的装置侧视示意图；图12是沿着图9的直线10-10所截取的现有技术装置的截面；图13是包括可滑动地互连起来的三段的可伸展式辐射控制装置的剖视示意图；图14是包括可枢动地互连起来的三段的辐射控制装置的剖视示意图。
本发明的详细描述图1-3简要示出本发明用于产生受控辐射的装置10的一实施例。装置10可以用于固化光敏树脂，此种树脂用以制作穿透式空气干燥造纸带的树脂框架。本发明的装置10包括两个主要构件窄长的反射器30和辐射源20。
如图1和2所示，窄长的反射器，或简称“反射器”30具有一对端部第一端部34和第二端部36。两端部34和36在纵向相互对置并彼此隔开。在造纸过程中，各方向一般都限定为相对于“机器方向”，或“MD”，和“横越机器方向”，或“CD”。机器方向MD指的是平行于纸幅(以及造纸带)流经造纸设备的方向。横越机器方向CD垂直于机器方向并平行于造纸带的表面。在本申请的一些图中，这些方向都由指向箭头“MD”和“CD”指出。装置10可以如此取向，以致其纵向基本上垂直于机器方向MD并基本上平行于横越机器方向CD，如图6、8和9中所示。或者，装置10可以如此取向，以致其纵向基本上垂直于横越机器方向CD并基本上平行于机器方向MD，如图7中所示。装置10相对于机器方向MD和横越机器方向CD的不同取向的影响将在后面详述。
根据本发明，反射器30可以具有多种横截面几何形状。如在此所用，“横截面”一词定义为由假想的垂直于纵向的横截平面形成的反射器30截面。另外，反射器30可以由一段或彼此可以相对活动的多段构成。图3示出由一段构成的反射器30，具有总体上凹入的横截面外形。图5-9示出包括三段30a、30b和30c的反射器30，每一段具有基本上平面的横截面形状。在图5中，反射器30的可活动的各段如此配置，以致反射器30在横截面上处于基本上为平面的位置。图6和7示出反射器30的横截面处在总体上凹入的位置上。
最好是，在图3和5-9中所示的反射器30的横截面具有横截面轴线33。由于反射器30的横截面垂直于纵向，横截面轴线33也垂直于纵向。在此所用的横截面轴线33是一条假想的直线，相对于此直线，反射器30的横截面具有至少一种设置，其中反射器30的横截面是左右对称的，如图3、5、6和7所示。本技术领域中的熟练人员将会认识到，在包括彼此可活动地连接的多于一段的反射器30中，如图5-9中所示，各段30a、30b和30c可以定位成反射器30相对于横截面轴线33不是左右对称的，如图8和9中所示。横截面轴线的存在是可取的但并非必需。具有非对称横截面的反射器30可以不具有如前所定义的横截面轴线33。这种具有非对称横截面的反射器30也仍然包括在本发明的范围之内。
反射器30包括内表面31和外表面32。外表面32可包括支架和安装装置(未示出)，用于把反射器30安装于某一外部结构。内表面31是反射器30的反射表面并最好是挠性的。内表面31是由多个定向在反射器30第一端部34与第二端部36之间的纵向上的窄长反射刻面35组成的。每一反射刻面，或简称“刻面”35具有其本身的反射表面35S。在横截面上看来，各刻面35都是各别可调的。各刻面35可以调节以便使固化辐射指向至少一个预定的辐射方向。在此所用的“辐射方向”一词定义的是基本上平行于由多个反射刻面35所产生的大多数反射射线的方向。比如，在图3中，各刻面35是如此设置的，以致导引大多数反射射线R基本上平行于辐射方向U。
最好是，各刻面35在横截面上可转动地予以调节。不过，也可采用其他手段在反射器30横截面上调节各个刻面35。各反射刻面35在横截面上的可调性使得反射器30的内表面31在横截面上是挠性的。当然，无论各反射镜35的可调性如何，反射器30本身在横截面上可以是挠性的。
如在此所用，“辐射”和“射线”两词在物理意义上是同义的。在一些情况下，使用“射线”一词是很方便的，因为特别是在结合指向箭头D和R的时候，该词用于解说目的比较形象。同样，标号“D”一般示出直接辐射(直接射线)，而标号“R”则示出“反射辐射”(反射射线)。随在符号“D”和“R”之后的标号“a”、“b”和“c”可区分(在有关处)本申请各图所示几个实施例中辐射R和D的方向。
如在此所用，“共同聚焦点”，或“共同焦点”F定义了横截面上的一点，辐射源20必须设置在这一点处，以便使辐射源20产生的初始直接射线D从各刻面35上反射，使得反射射线R基本上平行于至少一个预定的辐射方向U，这在图3中最为清楚地予以示出。
图3示出一实施例，其中凹入的反射器30导引反射射线R指向一个平行于横截面轴线33的辐射方向U。在此实施例中，多个刻面35构成了内表面31，具有最好是基本上抛物形或圆形宏观外形的横截面形状。为了本发明的目的，抛物形宏观尺度外形与圆形宏观尺度外形之间的差别基本上是无法辨别的，这一点将在下面予以说明。
在此所用的“基本上圆形宏观尺度外形”和“基本上抛物形宏观尺度外形”两项用语定义了当内表面31的横截面作为一个整体就其光学效应予以观察或考察时，反射器30内表面31的总体横截面外形。换言之，即使内表面31的总体横截面几何外形不是“基本上抛物形/圆形的”，内表面31仍然可以具有基本上抛物形/圆形的宏观尺度外形(亦即，内表面31仍然可以起到仿佛在其几何外形方面是抛物形/圆形的作用)。不过，这不排除内表面31在横截面上具有几何上基本上抛物形/圆形的外形。还应当认识到，偏离绝对圆形或抛物形总体外形(亦即，绝对圆形或抛物形光学效应)尽管并非可取，却是可以容许的，只要偏离不是实质上足以对反射器30的性能造成不良影响即可。同样，应当认识到，两个或多个相邻刻面35之间的可能的过渡区域也是可以容许的，如果这些过渡区域不会对反射器30的性能造成不良影响的话。与内表面31的横截面“宏观尺度外形”相反，各刻面35的横截面外形，特别是其反射表面35S的外形定义了内表面31的一个“微观尺度外形”。
如图3中最为清楚地示出，当共同聚焦点F位于横截面轴线33处时，横截面轴线33与由多个反射刻面35所形成的内表面31抛物形或圆形宏观尺度外形的一条光轴重合。本技术领域的普通技术人员会认识到，近轴的平行射线一般从凹入的球形(即在横截面上圆形)镜上反射出来，经过聚焦点F，该焦点设置在镜光轴处，与镜表面的距离等于镜半径的一半。如在此所用，各近轴射线是那些由辐射源20产生的直接射线D，它们相对于反射器30光轴的入射角度较小。
图4示出“近轴射线”的含义。在图4中，符号“S”表示一圆(圆镜具)，其中心在点“C”处而其原点在点“A”处。符号“P”表示一抛物线(抛物线镜具)，焦点在点“F”处而其顶点在点“A”处。如图4所示，抛物线P和圆S在点“P1”与点“P2”之间具有非常接近的(事实上，几乎不可区分的)形状。在点“P1”和点“P2”之外，开始了抛物线镜具P和圆镜具S形状的显著偏离。由相互连接P1-C-P2各点的两条直线所限定的圆心角区域是“近轴区域”，亦即紧靠圆S和抛物线P的共同光轴的区域，其中圆S的形态和抛物线P的形态对于所有的实用目的来说是区分不开的。那些处在近轴区域之内的直接射线D都是近轴射线。(Eugene Hecht，光学，第二版，159页，1987，1974，版权属Addison-Westey出版公司)。此书在此作为参考引入，目的在于说明抛物线镜具和圆镜具的对比(图形上的和数字方面的)。应当指出，虽然Hecht采用“球面镜具”这一定义，但本申请人认为，在本申请中，尤其是在横截面的叙述中，定义“圆镜具”更为精确且与定义“抛物线镜具”更为一致，“抛物线”和“圆”二者都是平面几何图形。在此所用的“圆镜具”一词包含一种具有由高达180度的一段圆弧所形成的横截面的镜具在内。不过，应当理解，三维球面镜具和三维抛物面镜具也包括在本发明的范围之内。
图5-9示出装置10的实施例，其中反射器30包括三段第一段30a，可活动地连接于第一段30a的第二段30b，以及可活动地连接于第二段30b第三段30c。在本发明中可以采用任何可活动地连接30a、30b和30c各段的手段。可活动的连接的一个实例是采用枢轴60的枢转连接，如图5-9所示。第一段30a具有第一内表面31a，由多个第一反射刻面35a组成，用于导引辐射Ra(亦即反射直接辐射Da)基本上平行于第一辐射方向U1；第二段30b具有第二内表面31b，由多个第二反射刻面35b组成，用于导引辐射Rb(亦即反射直接辐射Db)基本上平行于第二辐射方向U2；以及第三段30C具有第三内表面31c，由多个第三反射刻面35C组成，用于导引辐射Rc(亦即反射直接辐射Dc)基本上平行于第三辐射方向U3。每一反射刻面35可以调节，以致每一段的多个刻面35a、35b和35c分别构成相应的内表面30a、30b和30c，这些内表面具有一最好是在近轴区域中包括基本上抛物线形或圆形宏观尺度外形的横截面，亦即，具有相对于辐射源20的一种基本上抛物线形或圆形光效应，每一内表面30a、30b和30c能够在至少一个预定辐射方向上导引固化辐射。
在图5中，反射器30的各段30a、30b和30c设置成第一辐射方向U1、第二辐射方向U2和第三辐射方向U3在横截面上是基本上平行的，亦即多个第一反射刻面35a、多个第二反射刻面35b和多个第三反射刻面35c在横截面上基本上相同的平行于U3、平行于U2的辐射方向U1上分别导引固化辐射Ra、Rb和Rc。
与图5相反，在图6和7中，反射器30的各段30a、30b和30c设置成使得第一辐射方向U1、第二辐射方向U2和第三辐射方向U3在横截面上是不平行的。当然，各段30a、30b和30c也可以设置成在横截面上一个辐射方向(比如，第二辐射方向U2)基本上只平行于另外两个辐射方向中的一个(比如第三辐射方向U3)，如图9中所示。如果需要，各段中的一段(比如，第三段30c，如图8中所示)可以处在一非反射位置，亦即如此设置可以有效地排除对于固化辐射的反射。
应当指出，在本申请中，提到“横截面轴线”、“共同聚焦点”、内表面31的形状、直接射线D、反射射线R、辐射方向U，以及当在横截面观察时特别相关的各种类似的要素，一般应当在图3和5-9中所示横截面的意义上予以考察，除非另外指出。
如图1和2中所示，窄长的各反射刻面35取向在纵向上或取向得基本上平行于纵向。如前已说明，在横截面上，多个刻面35反射由辐射源20发出的辐射(直接射线D)，以致大多数反射射线R基本上平行于至少一个辐射方向U。本领域普通技术人员将容易理解，刻面35的数量和形状主要是由多个刻面35对于横截面的抛物线形或圆形宏观尺度外形所需分辨力，或保真度来决定的。各个刻面35可以是平面的(亦即具有平面的反射表面35a)，或者具有其他形状，比如曲线形状。不论刻面35的形状如何，内表面31(图3)，或每一内表面31a、31b和31c(图5-9)，最好是在横截面近轴区域内具有圆形宏观尺度外形或是抛物线形宏观尺度外形。在近轴区域以外，内表面31(图3)，或每一内表面31a、31b和31c(图5-9)最好是具有抛物线形宏观尺度外形。
任何一种把各刻面35接合于反射器30的适当手段都可用来安装各刻面35以构成内表面31。比如，反射器30可以在其中具有多个单独可调的盒体(未示出)，每一盒体装放一刻面35，以致每一刻面在横截面上是可以调节的。另外，示意性地示于图5的枢转装置可以用来可转动地把各个刻面35接合于反射器30，以致每一刻面35在横截面上是可转动地调节的。
按照本发明，辐射源20在纵向上是窄长的(图1、2和10)并最好是在横截面上与共同焦点F并列的(图3和5-9)。更为可取的是，在横截面上观察时，辐射源20设置在位于横截面轴线33处的共同焦点F上。如上所述，当辐射源20在横截面上设置在共同焦点F处时，反射器30在基本上平行于至少一个辐射方向的方向上导引由辐射源20发出的和从多个刻面35反射的辐射。
辐射源20在横截面上最好是可移动的。作为实例，图8示出(用虚线)辐射源20位于不同于横截面轴线33处位置的位置上。辐射源20在横截面上移动的能力结合各段30a、30b和30c的可调节性及它们的相应各刻面35a、35b和35c的独立可调节性有助于促进辐射源在横截面上比较精确的定位并有助于比较容易地形成一种布局，提供指向一或多个预定辐射方向的固化辐射。
最佳的辐射源20是在第一端部34与第二端部36之间纵向延伸的窄长曝照灯具，或灯泡。在横截面上观察，辐射源20在由各指向箭头D所示意性地表示的各方向上发射光化辐射射线。辐射源20被选定来主要提供在可导致液态光敏树脂43固化的波长以内的辐射，以产生树脂框架48。最好是，辐射源20可产生光化固化辐射。这一波长是液态光敏树脂43的一项特征量。如上所述，当液态光敏树脂暴露于具有适当波长的辐射时，在树脂43的各露出部分发生固化。固化现象一般是由于各暴露区域中树脂的凝固而显现出来的。相反，各未暴露的区域保持液态并随后予以清除(比如冲掉)。
任何适当的固化辐射源20，诸如汞弧灯、脉冲式氙灯、无电极灯和紫光灯，都可使用。辐射强度及其持续时间取决于各暴露区域中所需的固化程度。曝光强度和时间的绝对数值取决于树脂的化学特性、光敏性特征量、树脂涂层的厚度和所选定的图案。对于最佳的树脂，即Merigraph树脂EPD 1616来说，曝光强度的范围从大约100到大约1000毫焦/厘米2(millijoules/cm2)。
可供选择的是，本发明的装置10可以具有辐射控制装置21，并列于辐射源20。辐射控制装置21最好是包括窄长的微型反射器，具有一凹入的横截面外形和面对辐射源20的反射表面，如图5-9和13中所示。包括窄长微型反射器的辐射控制装置21朝着各反射刻面35导引由辐射源20发出的一些辐射D。作为替换或额外地，辐射控制装置21可以包括非反射装置，可阻挡在那些不希望方向(亦即不同于那些指向各反射刻面35的方向)上的直接辐射D。不论具体的实施例如何，辐射控制装置21可防止光敏树脂43接收具有不合需要的方向的直接辐射。因而，来自辐射源20的直接(和可能非平行的)辐射D不会干扰具有至少一个预定辐射方向的受控反射辐射R。如果本发明的装置10包括在横截面上可以移动的最佳辐射源20，则最好是，辐射控制装置也是可以与辐射源同时移动的。辐射源20与辐射控制装置的各种连接方法在本技术领域中是为人熟知的且对于本发明不是至关重要的。
辐射控制装置21相对于辐射源20可以是固定不动的。不过，最好是，辐射控制装置21相对于辐射源20是可以移动的，而更为可取的是可以转动的，如图8和14所示。此外，辐射控制装置21在横截面上最好是可以伸展的，如图13和14所示。可伸展的辐射控制装置21控制着装置21的有效反射面积(在反射辐射控制装置21的情况下)，或者装置21的有效阻挡面积(在非反射辐射控制装置21的情况下)，在此所用的反射辐射控制装置21的“有效反射面积”用语表示装置21反射面积的一部分，可反射由辐射源20发出的直接辐射并使反射辐射指向各刻面35。类似地，非反射辐射控制装置21的“有效阻挡面积”是装置21的一部分，可吸收而非反射由辐射源20发出的直接辐射。可伸展辐射控制装置21的实例包括，但并不限于，由两个或多个可以彼此相对移动的段组成的结构。比如，图13和14示出包括三个区段21a、21b和21c的可伸展的辐射控制装置21，三个区段可滑动(图13)和可枢转地(图14)相互连接起来。辐射控制装置21的一部分，比如，图13和14中的区段21b，可以是透明的而允许辐射D通过区段21b。在图14中，透明区段21b可以是透镜或微型准直元件，用于使辐射D指向所需的方向。辐射控制装置21的其他一些配置也是可能的。
最好是，本发明的装置10具有多个准直元件38，设置在反射器30的第一端部34与第二端部36之间，如图2和10所示，用于控制固化辐射的纵向分布。在图10中，符号“E”表示在纵向上测得的、两相邻准直元件38之间的一段距离；而“L”表示准直元件38的一个“垂直”尺寸，亦即平行于横截面轴线33的尺寸。通过控制相邻准直元件38之间的距离E，以及/或者准直元件38的“垂直”尺寸，有可能有效地控制相对于装置10纵向的辐射角度。
几个关于准直元件38对固化辐射纵向分布的效应的实例示意性地示于图10。在图10中，直接射线D1源出于位于辐射源20处的一点B1。直接射线D1与纵向之间的一角度A是这样的当直接射线D1从反射器30的内表面31反射时，反射射线R1达到光敏树脂43的表面45而没有来自准直元件38的干扰。以相对于纵向的角度F源出于一点B4的直接射线D4会达到同样的效应反射射线R4达到树脂43的表面45而没有来自准直元件38的干扰。
与射线D1和D4相反，分别从点B2和B3发出的射线D2和D3受到准直元件38的影响。相对于纵向具有角度B的射线D2直接地射入准直元件38。相对于纵向具有角度C的射线D3从反射器30的内表面31反射，而反射射线R3射入准直元件38。
每一准直元件38具有两个对置的表面38S，可以是反射性的或是相减的。具有相减表面38S的准直元件38在此定义为相减准直元件38并在图10中结合射线D2予以图示，此时射线D2基本上为相减准直元件38所吸收。具有反射性表面38S的准直元件38在此定义为反射性准直元件38并在图10中结合射线D3、从内表面31反射的射线R3和从准直元件38反射的射线R3*予以图示。
为了对比，图11和12示意性地示出用于固化光敏树脂的现有技术中的装置100。在图12中所示的横截面中，现有技术的装置100包括具有椭圆内表面131的反射器130和设置在反射器130轴线133处的辐射源120。出自辐射源120的直接射线Dr从椭圆表面131反射并收敛在点F1处。反射射线Rr随后发散，而反射射线Rr的大多数照射相减准直器47，后者可阻挡大量的反射射线Rr。据估计，在现有装置100中，经受固化的树脂所接收的总能量的50％以上是反射能量。因此，现有技术反射器130的椭圆外形由于反射能量在准直器中的显著损失而导致总的固化能量的显著损失。除了在横截面上收敛之外，现有技术装置100的多个反射射线Rr相对于纵向具有角度，这些角度对于固化一种光敏树脂来说可能是不合要求的。
与现有技术的装置100相反，在本发明的装置10中，大多数反射射线R在横截面上基本上平行于至少一个辐射方向并因此在达到树脂43的面对辐射的表面45之前不会收敛/发散。另外，准直元件38可有效地控制相对于装置10纵向的角度，如图10中所示。
在本发明背景说明中已经指出，现有技术的反射器130的椭圆外形，对于使得用于现有装置100之中的灯泡有效地发挥作用所需能量最大化，可能是至关重要的。但同时，现有技术的反射器130的椭圆外形不能产生所需的平行反射射线。本发明把反射器30几何上的椭圆外形与反射器30内表面31光学上的抛物线形或圆形宏观尺度外形结合起来。因而，本发明可有效地消除为辐射源20有效性所必需的微波能量与为固化过程有效性所必需的平行辐射之间的相互依赖性。换言之，本发明的装置可有效地脱除反射器30的几何横截面外形与反射器的光学效应之间的联系。
另外，空间限制可能妨碍设备制造商制作一种几何上是抛物线或圆的横截面外形。通过消除反射器30的几何外形与反射器的光学效应之间的相互依赖性，不论反射器30的特定总体横截面外形如何，本发明的装置10都可产生平行辐射。图5-9示出具有一种基本上平直(与凹入相反)的每段反射器30a、30b和30c的几何横截面。然而，分别由多个反射刻面35a、35b和35c组成的内表面31a、31b和31c最好是具有抛物线形或圆形的宏观尺度外形，如以上已经说明的那样。
图3和5-10示意性地示出一种配置，其中光敏树脂43涂层设置在工作表面40上。光敏树脂43的面对辐射的表面45基本上平行于纵向。加强结构50位于树脂43的面对辐射的表面45与工作表面40之间。在树脂43的固化(亦即凝固)期间，加强结构50接合或嵌入由已固化树脂43组成的树脂框架48。在图3和5-9中，虚线44示意性地示出固化辐射对于树脂43的效应，亦即线条44示出在树脂43已经凝固而液态树脂43的未固化部分已被清除之后由已固化树脂43组成的树脂框架48的弯沉导管的(未来)壁部。
具有预先选定图案的各不透明区域46a和各透明区域46b的掩膜46，位于辐射源20与光敏树脂43的面对辐射的表面43之间。最好是，掩膜46与光敏树脂43的面对辐射的表面45成接触关系。或者，掩膜46可以位于离开树脂43的面对辐射的表面45某一有限距离处。掩膜可以由任何适当的材料制成，这种材料可以配置一些不透明区域46a和一些透明区域46b。
可供选择的是，可以采用位于掩膜46与辐射源20之间的相减准直器47，如图3所示，或其他控制固化辐射方向和强度的装置。其他控制固化辐射强度和方向的装置(未示出)包括衍射装置(即透镜)和反射装置(即反射镜镜)。
固化光敏树脂43的一种最佳方法是在此前提及的共同转让的美国专利5514523中公开的连续工艺方法。在此连续工艺方法中，液态光敏树脂的涂层最好是施加于最好包括无接头环圈的加强结构50。
图6、8和9示出一些最佳配置，其中本发明装置10的纵向垂直于机器方向MD，亦即光敏树脂43涂层运行的方向。图7示出一种配置，其中本发明装置10的纵向平行于机器方向MD。虚线44a、44b和44c示意性地示出分别由相应各段30a、30b和30c产生的受控辐射的效果。此后将要较为详细地说明，某些虚线44示意性地指出在树脂43凝固和液态树脂43的未固化部分将来被清除之后由已固化的树脂43组成的(未来)树脂框架48的管道(未来)壁部。
本技术领域中的普通技术人员将会理解，当本发明装置10的纵向平行于机器方向MD(图7)时，可能必需有选择地减低在横越机器方向上固化辐射Ra、Rb和Rc的强度，以致拉平固化辐射的横截面分布，特别是当采用对过度固化敏感的树脂的时候。作为替换地或额外地，对过度固化不敏感的树脂可以最好是用在图7中所示的配置之中。另外，一些反射刻面35的相对反射度可以有差别，以致补偿固化辐射Ra、Rb和Rc相应各部分的相对强度的差别。
还可能希望提供各辐射相减壁板39(图7)，隔开具有不同方向(分别是U1，U2和U3)的固化辐射部分(Ra、Rb和Rc)以便约制这些固化辐射部分之间的相互干扰。
同样，在本技术领域中的普通技术人员将会理解，当用如图7中所示时，本发明的装置10可以最好是具有多于图5-9中所示的三段。反射器30的可活动段的多少可以随需要予以增加，以便更为密切地趋近反射器30的最佳抛物线形或圆形宏观尺度外形。
在示于图6、8和9之中的一种连续工艺方法的片断中，光敏树脂43在装置10下面从左到右地在机器方向MD上运行。树脂43首先承受由第一内表面31a在第一辐射方向U1上产生的辐射Ra，第一内表面则是由多个第一反射刻面35a构成的。辐射Ra的效果由虚线44a示意性地予以示出。然后，树脂43接着承受由第二内表面31b在第二辐射方向42上产生的辐射Rb，第二内表面则是由多个第二反射刻面35b构成的。辐射Rb的效果由虚线44b示意性地予以示出。最后，树脂43依续地承受由多个第三反射刻面35c构成的第三内表面在第三辐射方向43上产生的辐射Rc。辐射Rc的效果由虚线44c示意性地予以示出。已固化的树脂框架48的各关节的最终壁部由虚线44a和44c表示，在图6中最清楚地示出了这一点。应当指出，在图6、8和9所示的各种配置中，树脂43的一些部分可以是“双重固化”的，即既承受辐射Ra也承受辐射Rb(图6中部分43d)，或者甚至是“三重固化”的，即承受辐射Ra、辐射Rb和辐射Rc(图6中部分43t)。当然，不需要树脂43依次地承受辐射Ra、Rb和Rc。在本技术领域中的熟练人员将会认识到，一种树脂43在其中同时承受辐射Ra、Rb和Rc的配置是可能的。
在图8中所示的配置中，只是两段-第一段30a和第二段30b-分别在第一辐射方向U1和第二辐射方向U2上产生固化辐射。第三段30c设置，成从产生固化辐射的过程中被排除出去。任由选择的是，辐射控制装置21可以设置成使只朝着第一段30a和第二段30b导引辐射，而阻挡朝着第三段30c的辐射，如图8所示。已固化的树脂框架48各关节的最终壁部因此由虚线44a和44b表示在图8中。
在图9所示的配置中，第二段30b在第二辐射方向U2上产生固化辐射Rb，而第三段30c在平行于第二辐射方向U2的第三辐射方向U3上产生固化辐射R3。已固化的树脂框架48各关节的最终壁部用虚线44a和44b/44c表示，线条44b和44c是重合的。
与前述各种配置相反，在示意性地示于图2的配置中，装置10的纵向平行于光敏树脂43运行所在的机器方向MD。如图7所示，此配置允许形成具有不同定向方位的倾斜关节区域。区域Ha是树脂43的一部分，承受的固化辐射R4具有第一辐射方向U1并由多个第一反射刻面35a构成的第一内表面31a产生。类似地，区域Hb是树脂43的一部分，承受的固化辐射Rb具有第二辐射方向U2并由多个第二反射刻面35b构成的第二内表面31b产生；区域Hc是树脂43的一部分，承受的固化辐射Rc具有第三辐射方向U3并由多个第三反射刻面35c构成的第三内表面31c产生。
示于图3和5-10的配置示出固化光敏树脂43的连续工艺方法。不过，采用本发明装置10的其他一些配置也是可行的。比如，树脂43和加强结构50可以设置在浴槽之内。
对于本技术领域中的普通技术人员还应当是显而易见的是，本发明不限于具有三段的反射器30。具有少于或多于三段的反射器30需要时可以用在本发明之中。本发明也不要求反射器30某一段的所有反射刻面35使固化辐射指向一个辐射方向上。如果需要，某一段的某些反射刻面35可以调节，以致使辐射指向一个辐射方向上(比如，第一辐射方向U1)，而此段的其他一些反射刻面可以调节，以致使辐射指向另一辐射方向(比如第二辐射方向U2或/和第三辐射方向U3)。这一实施例未作图示，但可以很容易地想象出来，只要假设图6、7和9中所示反射器30的各段30a、30b和30c不是可以彼此相对移动的，而且固化辐射Ra、Rb和Rc的辐射方向U1、U2和U3分别地可以只通过调节各个反射刻面35而予以控制。
还应当理解的是，辐射方向U1、U2和U3示出极大多数固化辐射指向所示的那些方向。本技术领域中的普通人员应当容易理解，给定工作对象的特性，亦即辐射的波粒二重性和其可能的衍射(比如在不同温度空气层处的衍射)实际上就不可能使100％的辐射指向给定的方向。因此，如在此所用，当谈到固化辐射“基本上平行于”某一定辐射方向时，则指的是，固化辐射的极大多数平行于该辐射方向。
本发明的装置10可以用于固化光敏树脂43以产生不同类型的树脂框架48。比如，以上提及的美国专利4528239和美国专利4529480披露了具有基本上连续的网络的框架。同时，共同转让的1993年9月14日授权给Trokhan等人的美国专利5245025和1996年6月18授权发给Trokhan等人的美国专利5527428披露了由形成图案的系列突起所组成的框架。前述各项专利在此引入作为参考，旨在示出采用本发明装置10可能生产的不同类型的框架48。
权利要求
1.一种光敏树脂固化装置，所述装置包括辐射源；以及窄长反射器，用于使所述辐射指向至少一个方向，所述反射器具有第一端部和与所述第一端部在纵向上间隔开来的第二端部，以及垂直于所述纵向的横截面，所述反射器还具有内表面和外表面，所述内表面包括平行于所述纵向的多个窄长的反射刻面，所述反射刻面在所述横截面上是可调节的。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射刻面在所述横截面上是可调节的，并最好是可以转动调节的，用于在所述横截面上指引所述辐射基本上平行于至少一个辐射方向。
3.按照权利要求1和2所述的装置，其特征在于，所述辐射源包括至少一根窄长灯泡，设置在所述反射器的所述第一端部与所述第二端之间的所述纵向上，所述辐射源最好是发出光化固化辐射，所述辐射源在横截面上最好是可以移动。
4.按照权利要求1、2和3所述的装置，其特征在于，所述反射器的所述内表面在所述横截面上是挠性的。
5.按照权利要求1、2、3和4所述的装置，其特征在于，所述反射器的所述内表面包括至少第一段和可活动地连接于所述第一段的第二段，以及比较可取地还包括可活动地连接于所述第二段的第三段，所述第一段具有多个第一反射刻面，用于指引所述辐射基本上平行于第一辐射方向，所述第二段具有多个第二反射刻面，用于指引所述辐射基本上平行于第二辐射方向，并且最好是所述第三段具有多个第三反射刻面，用于指引所述辐射基本上平行于第三辐射方向。
6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一辐射方向不平行于所述第二辐射方向和所述第三辐射方向的至少一个。
7.按照权利要求5和6所述的装置，其特征在于，所述多个第一反射刻面、所述多个第二反射刻面和所述多个第三反射刻面的至少一组在所述横截面上构成基本上抛物线形宏观尺度外形。
8.按照权利要求1、2、3、4、5、6和7所述的装置，其特征在于，还具有多个准直元件，设置在所述反射器的所述第一端部与所述第二端部之间，用于控制所述辐射相对于所述纵向的角度。
9.按照权利要求1、2、3、4、5、6、7和8所述的装置，其特征在于，还具有辐射控制装置，最好是包括并列于所述辐射源的微型反射器，其具有的凹入的横截面外形，所述微型反射器更为可取地具有允许所述固化辐射通过的透明部分。
10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述辐射控制装置相对于所述辐射源是可以转动的，并最好是在所述横截面上是可以伸展的。
全文摘要
本文公开了一种用于产生受控辐射以便固化光敏树脂的装置10。装置10包括辐射源20和窄长的反射器30,后者用于使所述辐射指向至少一个辐射方向U。反射器30还具有在纵向上间隔开来两个端部34,36,以及垂直于纵向的横截面。反射器还具有内表面31和外表面32。内表面31包括多个平行于纵向的窄长反射刻面35。反射刻面35在横截面上是可以调节的,以便指引固化辐射R平行于至少一个辐射方向U。可供选择的是,多个准直元件38,设置在反射器的两端34,36之间,用于控制固化辐射相对于纵向的角度。也可以采用最好是包括并列于辐射源20的微型反射器的辐射控制装置21。
文档编号F21V17/00GK1261416SQ98806487
公开日2000年7月26日 申请日期1998年5月18日 优先权日1997年5月19日
发明者保罗·D·特罗克汉, 弗拉迪米尔·维坦伯格 申请人:普罗克特和甘保尔公司