专利名称：受控真空助压层压装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及层压薄膜的装置和方法。更具体地讲，本发明提供了一种受控真空助压层压装置及其使用方法。
背景技术：
层压薄膜通常要求提供将薄膜压靠到要层压的基底上的压力。其上要层压一薄膜的基底可能是另一薄膜、一织物、一结构件(例如车辆的侧面、墙壁等等)或其它物件。该薄膜常常涂上一种粘接剂用以将该薄膜粘接到基底上，涂上粘接剂的薄膜在压力下的层压作业通常有助于在薄膜和基底之间提供更牢固的粘接。采用压力还能提供其它优点，例如减少气泡形成，提高均匀一致性等等。
尽管在将一薄膜层压到一基底上时要求采用压力，但往往会难以提供足以有效地影响到层压工艺过程的压力。例如，当将两薄膜相互层压在一起时，诸如用辊式结构，就必须对其辊子的偏差留出裕量，这是由于通常层压力只能施加于辊子的端部。其结果就会使辊子及其支承结构的尺寸和重量变得庞大和笨重，以补偿辊子偏差同时在层压处形成足够强的均匀压力。
在将涂有粘接剂的塑料薄膜、特别是聚乙烯薄膜层压到用于多种原因的诸如广告、装璜、保护等等各种表面上的应用场合中，还能找到另一个例子。这些表面可能面积十分大，通常是大到3米×16米。这些薄膜粘接到诸如墙壁、载货汽车挂车侧面、广告牌等非常大的水平或垂直表面上。这些薄膜很少会大到足以用单一整张的薄膜来复盖整个表面，因此，通常就要采用多张薄膜。此外，试图制出更大薄膜还会使得这些薄膜更加难以处置和与其它薄膜对齐。这些表面还具有很大的平整和不平整部分，诸如具有被波纹状物或铆钉或其两者所隔断的平整表面的载货汽车挂车侧面。这些带有平面部分、突起部分和凹陷部分的表面就要求非常熟练的技术人员来将薄膜粘贴到所述各表面上，并确保这种薄膜也粘接到突起物或凹槽或者其两者上。
在敷贴这些薄膜的最普通的方法中，通常是采用一较小的、约长10厘米的塑料滚子而用手迫使薄膜贴靠于基底上。这是一个劳动强度极大的的工艺过程。而且，该敷贴要求熟练的技术和耐心才能敷贴得好，无皱纹并且使所有薄膜都能对齐。
对铆钉进行处理以减小隆起的现行技术包括(a)在铆钉周围对薄膜进行打孔；(b)用一热源、通常是热风枪或喷灯来加热薄膜；以及(c)用一硬刷子将薄膜刷平，该刷子通常是直径约为2.54厘米并且在一称为铆钉刷的短木柄上附连有长为1.25厘米的硬毛的刷子。在将薄膜粘接到不规则的基底上之后，通常采用加热后处理以增加粘接力并进一步减小薄膜中的应力。在将薄膜搭挤在各种可归纳为突起物或凹槽的不规则表面区域时，通常将薄膜加热。由于薄膜密度较低并且热源温度较高，故加热速度会是每秒几百度。还会有类似的冷却速度。如果因加热而使薄膜变得太软，那么在它受到铆钉刷的圆周运动时，薄膜易被损坏。如果薄膜太冷，则应力未能充分消除，结果就会产生隆起。因此，当薄膜完全软化时，本技术领域的一个熟练技术人员就极难将涂有粘接剂的薄膜可靠地粘接到一不规则表面上去而不损坏薄膜。如果有损坏，则在该位置处的薄膜其强度就会变弱从而使薄膜的使用寿命缩短。如果在该薄膜上有图案，则在损坏位置处的图形就会受损。即使该图象如载货汽车挂车侧面的壁画那样大，图像的畸变色差仍会十分显眼，从而不能使挂车车主、拖车侧壁上所示产品的营销人员以及化了相当大的劳力及其它努力而将图象薄膜粘贴到拖车侧面的图象制造者感到满意。
发明概述本发明提供了一种受控真空助压层压装置及其使用方法。该装置包括用于将大规格薄膜施加到基底上的一真空助压层压器，其中，层压压力至少部分是藉助在真空腔中所抽的真空来产生的。该装置和方法的优点包括利用真空助压层压器将薄膜精确地敷贴在基底上的能力。
该装置和方法特别有利于将涂有粘接剂的塑料薄膜、尤其是聚乙烯薄膜敷贴于大面积上，以提供更佳的外观、更长的使用寿命等。其中一些最常用的表面包括载货汽车侧面、壁面、指示牌、建筑物的某些部分、车辆等等。对于薄膜敷贴来说，这些大表面要求花费很长的时间和很多的劳力。这样就常常会使做此薄膜的项目本身增加较多成本。而且，许多敷贴作业是在包含复杂曲线、诸如沟槽、铆钉或其它不规则物的凹凸部分的表面上进行的，这就加长了敷贴时间，并且经常会产生皱纹。
本技术领域中的另一问题是采用一个较小的(约10厘米)的刷滚来将薄膜敷贴在非常大的图面上的。典型的，例如载货汽车敷贴中的表面为3米高、16米长，而对建筑物的图面可能还会大得多，这种薄膜敷贴就会很费时间。在表面上的小铆钉或一系列凹口会使敷贴工作进一步复杂化，并成为引起皱纹和其它类似缺陷的根源。
本发明采用一种完全不同的技术，即利用局部真空在敷贴界面处所生成的力将涂有粘接剂的薄膜粘贴到大面积表面上，来解决现有技术中存在的问题。此技术对较小的不规则表面上的敷贴也特别有效。
即使在配备有真空助压层压器的情况下，该层压器相对于薄膜所要施加的基底的精确对齐也是很重要的。本发明提供了可用于控制层压器的垂直位置及该层压器与基底之间的距离、并且还能将层压器按所需方向沿基底移动的控制系统。
一方面，本发明提供了一种用于将薄膜层压到基底上的受控真空助压层压装置，该装置包括层压器，该层压器包括彼此平行安装的、间隔设置的第一和第二层压辊；在第一和第二辊子之间延伸的密封机构，其中该密封机构辊与第一和第二辊子各形成一密封；形成在密封机构与第一和第二辊子之间的真空腔；以及与真空腔流体相通的真空口。该层压装置还包括用于在基底上引导层压器的控制系统，该控制系统包括相对于基准线保持层压器的所选垂直位置的垂直控制机构；以及按行进方向将层压器沿着基底移动的推进器(vehicle)。
另一方面，本发明提供了一种将薄膜层压到基底上的方法，包括提供一受控真空助压层压装置，该装置包括层压器和控制系统；将薄膜定位在基底与第一和第二辊子的至少其中之一之间；将由密封机构和第一和第二层压辊所形成的真空腔中抽真空，其中第一和第二层压辊顶靠着基底；以及按行进方向将层压器沿基底移动，同时相对于基准线将层压器保持在所选的垂直位置中，其中薄膜被层压到基底上。
再一方面，本发明提供了一种用于将薄膜层压到基底上的受控真空助压层压装置，该装置包括层压器，该层压器包括彼此平行安装的间隔设置的第一和第二层压辊；在第一和第二辊子之间延伸的密封机构，其中密封机构辊与第一和第二辊子各形成一密封；形成在密封机构与第一和第二辊子之间的真空腔；以及与真空腔流体相通的真空口。该层压装置还包括用于在基底上引导层压器的装置，包括相对于基准线保持层压器的所选垂直位置的装置；以及按行进方向将层压器沿着基底移动的装置。
本发明的特点是层压器利用其真空腔内的一个也称为负压的局部真空在该层压器和随后要被层压的一基底之间的界面处产生一压力。由于该负压在真空腔内是大致相等的，因此，所形成的层压压力大致均匀。
在用来将图案和其它薄膜敷贴到诸如载货汽车，其它类型车辆、指示牌表面、建筑物等上时，本发明的一个优点在于可大量节省劳力，从而可使敷贴到巨大的垂直或水平基面、尤其是具有复合或不规表面的基面上的图象薄膜的总成本大大下降。而且，可以显著提高敷贴质量，并且常常还可使用低粘性的粘接剂，这样又能减少去除图象用的时间。甚至在薄膜的成本保持不变的情况下，劳力节省会使薄膜敷贴的总成本下降80％之多，并使得将薄膜敷贴到载货汽车挂车上的总成本下降40％之多。
在层压过程中结合真空并采用热量时，可提高在不规则的或复合曲面上的薄膜的一致性，以便可采用侵蚀性低的粘接剂。这些常被称为可拆卸或可改变的粘接剂能够省去通常用于与卸除图象薄膜相关的时间的80％。这就能进一步将薄膜的敷贴和卸除的总成本减去60％之多。
与薄膜产品的生产者和薄膜产品的安装者为互不相关的公司目前所提供的价格相比，一个公司，采用本发明的制品和方法可大量节省劳力可用低得多的价格来提供包括薄膜产品和其安装/卸除服务在内的完整产品。
本发明的另一优点是能够以较高的生产速度来将大张的薄膜层压到表面上并可保证层压牢固。
本发明的另一优点是该装置和方法对侧面为织物的载货汽车和侧面为金属材料的载货汽车都有效，从而能使图象安装人员通用一项技术。织物和金属都能在本发明层压器所施加的局部真空下弯曲，并可提高层压压力的均匀度。
本发明的另外一个优点是层压器能给基底表面提供接近100％的湿润度的粘接区，而用普通的刷滚只能达到大约80％的湿润度。局部真空利用了流体的功能从而可在薄膜与表面相接触的每个接触点处施加相等的压力，这在用一个诸如刷滚之类的装置来施加压力时，即使可能，也是极难实现的。这一优点对于布满不规则或复合弯曲部或者二者皆有的表面而言将会更加明显。
在本发明中，术语“真空”是用来表示与周围压力相比的负压。虽然在某些情况中可以和/或希望获得本发明的较大负压，但所述术语并不要求抽成或保持绝对的或极端的负压力真空。
下面将结合附图来说明本发明的其它特点和优点。
附图简介
图1是本发明一种层压装置的前视略图。
图2是沿图1中的线2-2剖取的图1所示装置的剖视略图。
图3是本发明层压装置的一种应用的侧视略图。
图4是本发明层压装置的另一种应用的侧视略图。
图5是本发明另一种层压装置的侧视略图。
图6是本发明一种受控层压装置的方框示意图。
图7是本发明另一种受控层压装置的方框示意图。
图8是本发明一种受控层压装置的视图。
图9是图8所示受控层压装置的立体图。
图10是示出了层压器偏向基底的示意图。
图11和12示出了用于将推进器沿着基底引导和/或保持层压器与基底之间所选距离d的另一种可供选择的机构。
本发明的具体实施例图1和图2示出了一种具有一框架11的层压装置10。该框架11的至少一端包括一与形成在辊子12、14和16之间的真空腔A流体连通的真空口13。辊子12、14和16共同围成了真空腔A，并在薄膜上提供层压压力。辊子12、14和16较佳地呈圆形，并且围绕延伸通过它们中心的纵轴旋转。辊子的纵轴大体上彼此相互平行。
层压装置10还可以包括一在真空腔A内产生部分真空(负压)的真空或负压源20。该真空将外辊子14和16吸抵在薄膜22和基底24上，以提供所需的层压压力。
其上安装有外辊子14和16的基底24可以是平整的，或者可以是弯曲的，诸如一辊子。而且，基底24可以是位于一平整的或弯曲的表面上的另一薄膜，且其上将层压上薄膜22。在其它应用场合中，基底可以是柔性的，但处在张紧状态下，诸如用于一载货汽车挂车上的织物表面。
尽管本文所述的几个说明性实施例是依赖于密封辊子来进行说明的，但在本发明的层压装置中所用的密封机构也可以用多个辊子或真空密封住外辊子14和16的硬壳来替代。
参见图3，薄膜22可包括例如一由衬垫28加以保护的压敏涂层或压力作用式粘接涂层26。层压装置10可大大有助于例如将涂有压敏粘接剂的薄膜层压到诸如载货汽车侧面、指示牌等表面上。如以下所述，本发明还提供了一种可在连续卷材加工过程中用于将两个片材或薄膜层压在一起的真空助压层压装置和方法。
层压器10的外辊子14和16是用来封压基底表面24，并且可用来沿这些辊隙点提供所需的层压压力。外辊子14和16中的其中之一可以是较另一个为较硬的或者具有较少的适从性，用以改善层压作业。形成在外辊子14和16的之间的一个或两个辊隙也可以包括一被层压到基底24表面上的薄膜22。设有密封辊子12以围成并密封外辊子14和16之间的真空腔A。密封辊子12与外辊子14和16中的每一个都形成一滚动密封。密封辊子12还可提供一辊隙点，在将其层压到基底表面24上之前，一垫衬或其它层可在此辊隙点处从薄膜上剥离下来。
人们可能希望密封辊12的至少一部分是透明的，以在层压过程中能观察监控真空腔A。在某些情况中，透明部分可在辊子12的整个长度上延伸，而在其它一些情况中，可以是只有部分长度透明。
参见图2，来自真空源20(参见图1)的负压力在辊子12、14和16与基底24之间的真空腔A中产生部分真空。与真空腔A外部的大气压相比，在真空腔A中的次大气压力，就将辊子12、14和16与基底24吸紧在一起，这样就在与基底表面相接触的接触界面B和C处的辊子14和16的表面上产生压力。
分布在辊子整个长度上的该压力至少部分地取决于(1)在界面B和C之间的距离乗以层压器18的长度，(2)在真空腔A中所能得到的负压力。例如，在界面B和C处的层压压力可以是大约175牛顿/米(1磅/英寸)或以上，更佳的是大约250牛顿/米或以上。在某些情况中，可能希望获得大约1000牛顿/米或以上，甚至更佳的是大约2000牛顿/米或以上，最佳的是大约3000牛顿/米或以上。
该压力的上限值取决于各种因素，诸如在层件装置10中所用的各构件的强度，真空源的能力以及待层压表面24的强度等等。在某些情况中，可能希望提供一压力释放装置，以在层压压力变得太大之前将过大的压力释放。30厘米的辊子间隔和真空腔内空气抽空到仅30％时压力就有可能超过4500牛顿/米。
一组长为137厘米(约54英寸)并且界面B和C之间的距离为20.3厘米(8英寸)的辊子12、14和16，以及一台可产生27.4千帕压力的标准型市供真空源20可对每一辊子14和16在每一界面B和C处提供3818牛顿/辊子或2783牛顿/辊子的力(858磅/辊子或15.89磅/直线英寸/辊子)。采用普通的框架和安装系统是很难为辊子提供那么大的压力而又不使辊子或基底表面变形。这样一种框架也是非常庞大、沉重并且极难被本技术领域的熟练人员所处理，尤其是抵靠在一垂直表面上进行处理操作。
可供选用的但却较佳的是，图1示出了位于框架11上、彼此相一致的密封件30和32，以有助于在真空腔A中沿着两个垂直于界面B和C的方向形成负压。
由于采用真空来提供层压力并且将负压大致均等地分布在辊子12、14和16的整个表面上，因此，辊子12、14和16就可要求相对较脆弱的结构。在许多情况中，辊子结构可以包括中空的芯部。这些重量较轻的结构可与庞大笨重的金属辊子形成鲜明对比，对于采用辊子进行正压层压作业而言，将需要庞大笨重的金属辊子以对辊子中部附近的辊子变形加以限制。在某些情况中，用于本发明层压装置中的辊子，与需要提供3800牛顿以上的力的、具有类似长度的装置的传统金属辊子相比，其重量比传统金属辊子重量的十分之一还要轻。
较佳的是，本发明装置和方法所用的辊子可以包括足够软以适从基底表面的外表面。采用有适从性的辊子可以改善在辊子之间的辊隙处的密封状况，它有利于在真空腔中形成和保持所要的负压水平。此适从性还有利于在遇上表面上的不规则物或复合曲面时改善辊子和被层压薄膜之间的接触。这样，如果基底表面含有诸如铆钉或凹坑之类的突起或凹陷区域，就要采用较软的辊子来确保薄膜与基底表面的完全贴合，具有对于压敏薄膜来说高摩擦系数的软橡胶辊子可在铆接表面上很好地工作。另一种可用的辊子材料是发泡橡胶。而且，已经发现，在敷贴装置与基底的界面处，薄膜与辊子的紧密接触有助于防止敷贴经过铆钉和在一不规则表面上进行敷贴时发生皱纹。高度卷紧也在薄膜支承中起好作用。
目前对具有不规则物的表面推荐采用具有肖氏硬度约从00 10至肖氏A硬度约为A60、更佳地是从约00 30至肖氏A硬度约A30的软橡胶辊子。如果基底不具有不规则物，则可采用较硬的辊子表面(例如金属表面)，并且还能进一步采用比辊子要高的压力。
辊子12、14和16的直径可根据各种因素而变化，诸如所需的层压压力、辊子的长度等。人们可以希望辊子的相对直径具有给定的相互关系。例如，可能希望外辊子14和16具有大致相等的直径。还可能是较佳的是，位于外辊子14和16之间的密封辊12具有一大于外辊子14和16的直径，以增大外辊子14和16之间的间距，而不必将所有的辊子都制造得较大。在某些情况中，在外辊子14和16的中心之间的距离(D)可由以下公式来决定D=2AB+A2]]>式中，A是指外辊子14和16的直径(两者是相等的)，B是指密封辊子12的直径，该密封辊子12用以减小或防止这些辊子在真空腔A里抽真空时发生弯曲变形。
在某些情况中，诸如在将带有图象的聚合薄膜敷贴到例如载货汽车挂车上时，辊子14和16的直径可在约4厘米至约23厘米的范围内，较佳地是在约5厘米至约13厘米的范围内。
还可能希望将辊子12、14和16的尺寸和结构制造成在层压过程中外辊子14和16朝着彼此的方向向内偏斜或弯曲。或者，可能希望仅仅是其上卷绕着薄膜的外辊子向内偏斜或弯曲。这种偏斜有助于在层压过程中通过将薄膜从偏斜的辊子中心伸展开去而起到有效地减少绉纹的作用。可通过改变卷绕在偏斜辊子上的薄膜的张力来控制该偏斜。也可通过改变真空腔A的负压、改变辊子尺寸或改变外辊子14和16之间的间隙来控制该偏斜。在某些情况中，可能希望采用柔性辊子以在曲面上层压薄膜。
对于宽卷材(宽度大于约60厘米)，可以将敷贴器10安装在水平或垂直的轨道上或者其它任一种适合结构上，或者对于窄卷材(宽度小于约30厘米)，可用手保持或安装在一手握杆上。因此，敷贴器10的宽度可根据本技术领域的熟练技术人员的需要而变化，并可用来敷贴在美国3M公司经销的、以ControlfacTM和ScotchcalTM为商标的墙纸到图标范围内的各种薄膜。
图3示出了本发明层压器10的一个用途。薄膜层22、粘接剂26和衬垫28(保护粘接层26)插装在密封辊子12和辊子16之间，并在辊子12和辊子16之间分离开，并使衬垫28紧随辊子12的周边直至辊子14，使涂有粘接剂的薄膜紧随辊子16直至一与基底24相接触的、如真空腔A内部的界面X所示之处。在真空腔A内部，当辊子14和16逆时针旋转并且密封辊子12顺时针旋转(如相应的箭头所示)以及界面X沿着运动方向M前进时，外辊子16在界面X处将薄膜22上的粘接剂26用力压抵在基底24上。
图4示出了薄膜/衬垫层压片的另一种插装情况，其中，薄膜22、粘接剂26和衬垫22自敷贴器10移动的方向(运动M)进入层压器10的辊子12和辊子16之间。这样，薄膜层22和衬垫28就与密封辊子12的周边相接触，但其分离点处是发生在辊子12和辊子14之间的Y点处，而衬垫28则朝着与运动方向M相同的方向返回。在该实施例中，薄膜22首先接触到真空腔A外部的基底24，但是一旦运动M使薄膜22进入真空腔A中，薄膜22就在界面Z处被外辊子14压在基底24上。外辊子16也能提供一将薄膜22和基底24压紧的层压力。
为了改进层压作业，可将一个或两个外辊子14和16加热。参见图5，在另一种方案中，可将一加热装置定位在层压器110的外部，以在它进入真空腔5’之前加热薄膜，或者，如图5所示，也可以将一加热装置140置于真空腔A’之内来加热薄膜122。加热装置140可包括一可对热能源行进方向进行部分控制的热罩壳。合适的加热装置的例子可包括(但并不限于)红外线加热器、电阻加热器、碳丝加热器、晶体热辐射器等等。如果加热是在例如进入真空腔之前或之后、薄膜在真空腔外部时进行的，则可以采用热空气。
结合层压薄膜的热量的使用在1999年1月25日提交的待授权的、共同转让的美国专利申请号09/236,806及其2000年1月7日提交的部分延续专利申请、美国专利申请号09/479,648(委托案卷号54655USA1B)中有所揭示。
本发明的层压器可以骑跨在一安装架上或者使其横向于基底表面运送。而且，由于基底表面是朝着辊子来吸引的，因此，与采用一压力系统相比，任一种不平或柔性的薄膜可以更方便地使用本发明的敷贴器。
本发明的实用性按照本发明所制成的层压器可使本技术领域的熟练人员在低于大气压(图3)或大气压力下(图4)利用真空助压层压压力来敷贴薄膜22，以快速且可靠地将薄膜22粘接到基底24上，即使该基底24具有表面畸变色差、复合曲面或不规则物(相对于平整的平面而言)也行。可将该基底垂直或水平对齐。该装置可沿任一所需方向，例如水平、垂直方向等移动。此外，该装置还可在基底移动的同时保持静止不动。
而且，可以得到的层压压力并不取决于那些用来使层压器移动至压抵一表面的位置的力。例如，可将层压装置保持在一位于例如操作人员的头顶之上的延伸杆上。在真空腔内部抽真空之后，层压器可提供所需的层压力而与操作人员在装置外框架上所提供的力无关。在另一例子中，层压装置可以悬挂在用以使其移动至基底之上的位置的绳子、缆索或其它结构件上。然后，可以起动真空源使层压器吸压在基底上以提供所需的层压压力。
任何一种涂有粘接剂的薄膜都可从本发明敷贴器中得益，例如，可结合加热来使用热激活式粘接剂。这种薄膜的非限定性例子包括目前由明尼苏达州St.Paul市的美国3M公司出售、以ScotchcalTM、ControltacTM为商标的任何一种薄膜和其它类似物。
业已发现，采用本发明的敷贴器能够成功地粘贴一种涂有粘接剂的薄膜，也就是ScotchcalTM180薄膜。还已发现，可以节省粘贴一普通图标薄膜所需时间的80％之多的时间，从而可使粘接这种薄膜的总成本下降40％之多。
采用本发明的敷贴器和方法还能创立一种全新的经营方法。该经营方法可包括与图象用户签订承包合同以将此图象制在一图标薄膜上，其中，该图标薄膜制造商可采用本发明的敷贴器和方法来印刷图象并将此图象薄膜装设到一基底之上。或者，薄膜制造商可转包使用所述敷贴器和方法，以使远地的转包商可将图象薄膜装设到进一步流通或使用的底基之上。较佳的是，将图象分布到多个远距位置，并在所有位置都采用同样的技术来装配，从而可得到由本发明敷贴器和方法所提供的节省劳力的益处。
本发明的真空助压敷贴器也可用来对一压敏薄膜进行“精加工”，它是将所述压敏薄膜轻轻地粘附于一表面上，在这种情况中，薄膜不会从辊子中间经过，而辊子只提供高压力。
图6是本发明受控真空助压层压装置的一种实施例的方框示意图。该装置包括可类似于先前结合图1和2所述的层压装置构成的层压器410。然而，扼要地讲，如先前详细描述的，该层压器410较佳地包括间隔设置的层压辊和构成一真空腔的密封机构。
在薄膜层压期间利用控制系统460沿着基底来控制层压器410。图示的控制系统460可包括多种构件，包括例如可使层压器410相对于基准线462保持在一所选垂直位置中的垂直控制机构470。该控制系统460还可有选择地包括可使层压器410自基底保持一所选深度的深度控制机构480。该控制系统460还可包括可按行进方向将层压器410沿基底移动的推进器490。
基准线462可采用多种形式，但较佳地相对于其上将要施加薄膜的基底固定或静止。典型地，该基准线462将为直线，并可采用多种形式。某些适当的基准线462的例子可包括(但不限于此)激光束、基底上的特征部(例如，尾壁边缘)、引导线(埋设或以其它方式)、相对于基底固定的机械引导件(例如，线、条等)等等。采用激光束作为基准线462可包括采用限定一种在例如建筑工业中众所周知的基准平面的旋转激光束。或者，激光束可平行于基底排列，从而相对于基底限定一直线。根据其形式，基准线462可被机械(例如利用限位开关)、电(例如霍尔效应传感器、RF传感器等)、光(例如利用光电池)、或者通过其它任何适当的技术来检测。
请再次参阅图6，垂直控制机构470可利用以基准线462的形式为基础所选用的传感器472来检测基准线462。类似地，深度控制机构480可包括可检测基准线462的传感器482。深度控制机构480的该实施例通常需要距离基底一段固定距离的基准线462。推进器490也可包括用于检测基准线462的传感器492，以便有助于按行进方向使层压器410移动。在此种设置中，较佳地的是，基准线462与行进方向相平行。在某些情况中，当推进器490以距离基底一段固定距离沿着该基底被引导时，深度控制机构480的至少一部分功能可由该推进器490来提供。例如，推进器490可在层压器410与基底之间的整个深度上提供粗略控制，同时深度控制机构在层压器410与基底之间的整个深度上提供良好的控制，以此补充推进器490所提供的控制。
图7示出了本发明受控真空助压层压装置的另一种图示实施例。该装置包括均安装在推进器590上的层压器510、垂直控制机构570和可选用的深度控制机构580。同样可选用地包含在该装置中的是与层压器510流体相通的真空源520，以便提供层压期间使用的所需的真空。
行进控制机构590较佳地可为一种自备式推进器，即包括可使推进器590在其自身的动力下移动的发动机、轮子、导轨等的推进器。更佳的是，推进器590可为以距离基底一段固定距离沿着该基底检测并移动的受导推进器。该引导可依赖于为垂直控制机构570所用的基准线，或者它可依赖于基准系统。例如，垂直基准线可由垂直控制机构提供并检测，以便控制层压器510的垂直位置，同时一分离的推进器基准线可由推进器590提供并检测，以便沿着基底引导推进器590。
图8和9示出了包括自备式受导推进器690的受控层压装置的一种实施例。该推进器690可例如为一种可从市场上买到的推进器。所绘的推进器包括轮子694，以使该推进器690按箭头691所示的行进方向移动。通过采用“自备式”来描述推进器690，这就意味着该推进器690包括能够向安装在推进器690上的各种系统提供动力的机载电源。例如，推进器690可包括蓄电池、内燃发动机或发动机等。
层压器610安装在推进器690上，并用于如上所述利用真空向基底624施加薄膜。基准线662有助于层压器610(最终，薄膜)的垂直定位。
图8和9所示的装置还包括以两种不同构件所提供的垂直控制机构。一粗略垂直调节机构674用于将推进器690的上甲板696抬升在基板695的上方(该基板自身由轮子694所支撑)。该粗略垂直调节机构674可以任何适当的方式来提供，例如液压缸、剪形升降机、千斤顶等。无论其实际形式，理想的是，该粗略垂直调节机构674提供层压器610相对于基准线662的大致的定位。
一旦获得大致的定位，一精细垂直调节机构676就能相对于基准线662更为精确地定位层压器610。该精细垂直调节机构676可采用多种形式，例如，螺旋、液压缸等。
图8中还可看到的是安装在推进器690上、用于在运行期间向层压器610施加真空的真空源620。该真空源620较佳地由用于使推进器690按行进方向691移动的同一个能源所给予动力。
虽然图8和9所示的装置如图所示依赖于用于垂直定位的基准线662，但诸如基底624的下部边缘624a或上部边缘624b之类的特征部也可用于层压器610的垂直定位(假设此类特征部可与所需的薄膜位置有关)。在其它方案中，倘若支撑推进器690的地面、轨道或其它结构适当地成直线、或者相对于层压器610所需的位置齐平(level)，则它们可用于垂直定位。此类特征部或结构可提供结合本发明所使用的机械引导件的其它可供选择的形式。
图9还示出了一分离的垂直基准线664，而推进器690被沿着该基准线来引导的。该推进器基准线664可以如结合受导推进系统通常所用的引导线的形式来提供(可由位于推进器690上的传感器来检测)。或者，推进器基准线可以机械引导件、例如轨道或其它物理结构(推进器690沿着其行进)的形式来提供。其中，垂直基准线664距离基底624一段固定距离，它可用于控制层压器610与基底624之间的距离。
如图9所示，基准线662可较佳地以距离基底624的一段固定距离沿着该基底延伸(其中，基准线呈现为图10中的一个点，与平面状基底624相平行)。因此，基准线662还可用于控制层压器610与基底624之间的距离。基准线662还可用于将推进器690沿着基底624引导。
除了引导推进器690以控制层压器610与基底624之间的深度之外，较理想的是还包括一个或多个偏置机构，以便将层压器610压向基底624。使层压器610偏向基底624可提供这样一个优点，即倘若真空丧失的话，则在层压在基底624上的薄膜上保持一定压力，直到可恢复真空，或者敷贴过程停止为止。
更佳的是，将层压器610的上端和下端分别偏向基底624。用“分别”这个术语意味着层压器610的末端可在界限内自由移动，而无需顾及层压器610的相对端的位置。因此，层压器610可更好地与可能不会与例如推进器690极佳地垂直对齐的基底624保持接触。请参阅图10，图中示出了层压器610的示意图，该层压器包括一上部偏置机构684和一下部偏置机构686。每个偏置机构起作用，以便将层压器610压向基底624。偏置机构可以任何适当的形式提供，例如，液压缸、弹簧机构、膨胀外壳、螺线管等。
图11和12示出了一些可供选择的、用于将推进器沿着基底引导和/或保持层压器与基底之间所选距离d的技术和机构。在图11中，层压器710包括例如检测基底724的超声波、红外线或其它非接触性传感器782。或者，接触性传感器、例如机械限位开关等可用于相对于基底724定位层压器710。层压器710的实际定位可例如通过控制其上安装有层压器710的推进器来得以实现。或者，层压器710可安装在例如滑动件上，并且藉由液压缸、千斤顶或任何其它适当的机构移向或移离基底724。
图12示出了一种层压器810，该层压器包括用于保持层压器810与基底824之间所选距离的机械间隔件。图示的机械间隔件采用较佳地在基底824上滚动的轮子784的形式，从而在层压器810与基底824之间建立所需距离d。本技术领域中的那些熟练技术人员还已知许多不同的机械间隔件，例如滑动件等。
上述特定实施例是用来说明本发明的实施的。本发明也可以在没有本文中未加具体阐述的任一构件或组件的情况下恰当地实施。
对于那些本技术领域的熟练人员而言，显然还可以对本发明作出种种不背离本发明保护范围的改进和变化，还应理解的是，本发明不应该被不恰当地限制于本文所述的各实施例，相反，其范围应由权利要求书及其等效物来来限定。
权利要求
1.一种用于将薄膜层压到基底上的受控真空助压层压装置，所述装置包括层压器，所述层压器包括彼此平行安装的、间隔设置的第一和第二层压辊；在所述第一和第二辊子之间延伸的密封机构，其中所述密封机构辊与所述第一和第二辊子各形成一密封；形成在所述密封机构与所述第一和第二辊子之间的真空腔；以及与所述真空腔流体相通的真空口；以及用于在所述基底上引导所述层压器的控制系统，所述控制系统包括相对于基准线保持所述层压器的所选垂直位置的垂直控制机构；以及使所述层压器沿着所述基底按行进方向移动的推进器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基准线包括激光束，而所述垂直控制机构则包括检测所述激光束的传感器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基准线包括机械引导件，而所述垂直控制机构则包括检测所述机械引导件的传感器。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基准线包括引导线，而所述垂直控制机构则包括检测所述引导线的传感器。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述垂直控制机构包括粗略垂直调节机构和精细垂直调节机构。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括保持所述层压器与所述基底之间的所选深度的深度控制机构。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推进器包括沿着所述基准线移动的受导推进器，并且所述深度控制机构包括所述受导推进器。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述深度控制机构包括接近所述层压器的上下端的上部和下部偏置机构，所述偏置机构将层压器压向所述基底。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述上部和下部偏置机构彼此独立工作。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述深度控制机构包括连接在所述层压器上的机械间隔件。
11.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述深度控制机构包括检测所述基底的传感器。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推进器包括自备式推进器。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述推进器控制机构安装在所述推进器上。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述推进器包括与所述层压器的真空口流体相通的真空源。
15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述垂直控制机构安装在所述推进器上，并且与所述层压器的真空口流体相通的真空源安装在所述推进器上。
16.一种将薄膜层压到基底上的方法，包括提供一受控真空助压层压装置，所述装置包括如权利要求1所述的层压器和控制系统；将薄膜定位在所述基底与所述第一和第二辊子的至少其中之一之间；将由所述密封机构和所述第一和第二层压辊所形成的真空腔中抽真空，其中所述第一和第二层压辊顶靠着所述基底；以及使所述层压器沿所述基底按行进方向移动，同时相对于基准线将层压器保持在所选的垂直位置中，其中所述薄膜被层压到所述基底上。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述基准线包括激光束，并且保持所选的垂直位置包括检测所述激光束。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述基准线包括机械引导件，并且保持所选的垂直位置包括检测所述机械引导件。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述基准线包括引导线，并且保持垂直位置包括检测所述引导线。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，保持垂直位置包括用粗略垂直调节机构进行粗略的垂直调节和用精细垂直调节机构进行精细的垂直调节。
21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，移动所述层压器包括将层压器定位在检测并沿着所述基准线移动的受导推进器上。
22.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括将所述层压器压向所述基底。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括将所述层压器的上下端彼此独立地压向所述基底。
24.一种用于将薄膜层压到基底上的受控真空助压层压装置，所述装置包括层压器，所述层压器包括彼此平行安装的间隔设置的第一和第二层压辊；在所述第一和第二辊子之间延伸的密封机构，其中所述密封机构辊与所述第一和第二辊子各形成一密封；形成在所述密封机构与所述第一和第二辊子之间的真空腔；以及与所述真空腔流体相通的真空口；以及用于在所述基底上引导所述层压器的装置，包括相对于基准线保持所述层压器的所选垂直位置的装置；以及使所述层压器沿着所述基底按行进方向移动的装置。
全文摘要
本发明揭示了一种受控真空助压层压装置及其使用方法。该装置包括用于将大规格薄膜施加到基底(624)上的一真空助压层压器(610)，其中，层压压力至少部分是藉助在真空腔中所抽的真空来产生的。该装置还包括用于控制层压器的垂直位置的控制系统和用于使层压器(610)沿基底按所需的方向移动的推进器(690)。
文档编号B29C65/00GK1452546SQ00819583
公开日2003年10月29日 申请日期2000年10月3日 优先权日2000年5月23日
发明者C·V·安德森, B·A·贝恩克, J·R·戴维, A·M·德帕尔马, R·S·斯蒂尔蔓 申请人:3M创新有限公司