DE69902034T2

DE69902034T2 - Lattenkollimator

Info

Publication number: DE69902034T2
Application number: DE69902034T
Authority: DE
Inventors: David Boutilier; Jude Lorenz; Henry Louis Marlatt; Dennis Trokhan
Original assignee: Procter and Gamble Cellulose Co
Current assignee: Procter and Gamble Cellulose Co
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2019-04-13
Also published as: DE69902034D1; WO1999055961A1; EP1073792A1; US6258516B1; AU748185B2; ZA200005296B; ID26794A; KR20010042894A; AU2952899A; CA2328322C; US6210644B1; CN1298464A; JP4536256B2; JP2002513101A; TW451015B; EP1073792B1; CA2328322A1; BR9909863A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von papiermachenden Bändern mit einem harzartigen Rahmenwerk. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung subtraktive Kollimatoren, die zum Härten eines photoempfindlichen Harzes verwendet werden, um ein solches harzartiges Rahmenwerk herzustellen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ganz allgemein umfaßt ein Papier herstellendes Verfahren mehrere Schritte. Eine wäßrige Dispersion der Papier machenden Fasern wird in einer embryonischen Bahn auf einem foraminösen Element, wie einem Fourdrinier-Draht oder einer Doppelsiebmaschine, geformt, auf welchem eine anfängliche Entwässerung und Faserneuausrichtung erfolgt.
In einem Durchluft-Trocknungsverfahren, nach dem anfänglichen Entwässern, wird die embryonische Bahn zu einem Durchluft-Trocknungsband transportiert, das ein luftdurchlässiges Ablenkelement aufweist. Das Ablenkelement kann ein gemustertes, harzartiges Rahmenwerk mit einer Mehrzahl von Ablenkkanälen aufweisen, durch welche Luft unter einem Differenzdruck strömen kann. Das harzartige Rahmenwerk ist mit einer verstärkenden Gewebestruktur verbunden und erstreckt sich von dieser nach außen. Die Papier machenden Fasern in der embryonischen Bahn werden in den Ablenkkanälen abgelenkt und Wasser wird durch die Ablenkkanäle abgeführt, um eine Zwischenbahn zu bilden. Die resultierende Zwischenbahn wird dann an der finalen Trocknungsstufe getrocknet, bei welcher der Bereich der Bahn, der mit dem harzartigen Rahmenwerk zusammen fällt, einem Eindrücken unterzogen wird, um eine multiregionale Struktur zu bilden.
Unter Durchluft trocknende Papier machende Bänder mit der verstärkenden Struktur und dem harzartigen Rahmenwerk sind beschrieben im allgemein übertragenen US Patent 4,514,345, veröffentlicht für Johnson et al. am 30. April 1985; US Patent 4,528,239, veröffentlicht für Trokhan am 09. Juli 1985; US Patent 4,529,480, veröffentlicht für Trokhan am 16. Juli 1985; US Patent 4,637,859, veröffentlicht für Trokhan am 20. Januar 1987; US Patent 5,334,289, veröffentlicht für Trokhan et al. am 02. August 1994. Die vorstehenden Patente sind zu dem Zweck zitiert, bevorzugte Konstruktionen der mit Durchluft trocknenden Papier machenden Bänder zu zeigen. Solche Bänder wurden verwendet, um im Handel erfolgreiche Produkte, wie Bounty® Papierhandtücher und Charmin Ultra® Toilettenpapier herzustellen, die beide durch den gegenwärtigen Übertragenen hergestellt und verkauft werden.
Gegenwärtig wird das harzartige Rahmenwerk eines unter Durchluft trocknenden Papier machenden Bandes durch Verfahren hergestellt, welche ein Härten eines strahlungsempfindlichen Harzes mit UV-Strahlung entsprechend einem gewünschten Muster umfaßt. Das allgemein übertragene US Patent Nr. 5,514,523, veröffentlicht am 07. Mai 1996 für Trokhan et al. offenbart ein Verfahren zum Herstellen des Papier machenden Bandes unter Verwendung unterschiedlicher Lichtübertragungstechniken. Um ein solches Band herzustellen, wird ein Überzug eines flüssigen strahlungsempfindlichen Harzes auf die verstärkende Struktur aufgebracht. Dann wird eine Maske, in welcher opake Regionen und transparente Regionen ein vorgewähltes Muster definieren, zwischen dem Überzug und einer Strahlungquelle, wie UV-Licht, positioniert. Das Härten wird durchgeführt, indem der Überzug des flüssigen strahlungsempfindlichen Harzes der UV-Strahlung aus der Strahlungsquelle durch die Maske hindurch ausgesetzt wird. Typischerweise umfaßt die härtende Strahlung sowohl eine direkte Strahlung von der Quelle als auch eine reflektierte Strahlung von einer Reflektionsfläche, die im allgemeinen eine elliptische und/oder parabolförmige, oder andere, Gestalt hat, wenn sie in einem quer zur Maschinenrichtung gerichteten Querschnitt betrachtet wird. Die durch die transparenten Regionen der Maske hindurch gehende härtende UV-Strahlung härtet (das heißt, verfestigt) das Harz in den bestrahlten Flächen, um knöchelartige Verfestigungen zu bilden, die sich von der verstärkenden Struktur ausdehnen. Die unbestrahlten Flächen, welche den opaken Regionen der Maske entsprechen, verbleiben ungehärtet (das heißt, fluidförmig) und werden nachfolgend entfernt.
Der Einfallswinkel der Strahlung hat einen wichtigen Effekt auf das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein einer Verjüngung in den Wänden der Kanäle des Papier machenden Bandes. Eine Strahlung mit größerer Parallelität erzeugt weniger verjüngter (oder mehr vertikalere) Kanalwände. Wenn die Kanäle mehr vertikal werden, hat das Papier machende Band eine höhere Luftdurchlässigkeit, bei gegebener Wölbungsfläche, im Verhältnis zu dem Papier machenden Band mit mehr zugespitzten Wänden.
Typischerweise kann, um den Einfallswinkel der härtenden Strahlung zu steuern, die härtende Strahlung parallel ausgerichtet werden, um ein besseres Härten des strahlungsempfindlichen Harzes in den gewünschten Bereichen zu erlauben, und um einen gewünschten Verjüngungswinkel in den Wänden des fertigen Papier machenden Bandes zu erhalten. Ein Mittel zum Steuern des Einfallswinkels der Strahlung ist ein subtraktiver Kollimator. Der subtraktive Kollimator ist tatsächlich ein winkelabhängiger Verteilungsfilter, welcher die UV-Strahlen in anderen Richtungen als denjenigen, die gewünscht sind, blockiert. Das oben genannte US Patent Nr. 5,514,523 offenbart ein Verfahren zum Herstellen des Papier machenden Bandes unter Verwendung des subtraktiven Kollimators. Der allgemeine subtraktive Kollimator des Standes der Technik umfaßt eine dunkelfarbige, nicht reflektierende, vorzugsweise schwarze Struktur mit Reihen von Kanälen, durch welche die härtende Strahlung in die gewünschten Richtungen hindurch gehen kann. Die Kanäle des Kollimators des Standes der Technik haben eine vergleichbare Größe sowohl in Maschinenrichtung als auch in Quer-Maschinenrichtung und sind sowohl in Maschinenrichtung als auch in der Quer-Maschinenrichtung voneinander getrennt.
Obwohl der subtraktive Kollimator des Standes der Technik dabei hilft, die Strahlen in die gewünschten Richtungen zu lenken, wird die gesamte Strahlungsenergie, welche das zu härtende strahlungsempfindliche Harz erreicht, wegen Verlusten der Strahlungsenergie im subtraktiven Kollimator verringert. Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Verluste minimiert werden können, insbesondere die Verluste der härtenden Strahlung wegen der Kollimation in Maschinenrichtung. Da sich das Papier machende Band während des Herstellungsprozesses in Maschinenrichtung bewegt, kann ein paralleles Ausrichten der härtenden Strahlung in der Maschinenrichtung erreicht werden, indem eine Abmessung in Maschinenrichtung der Blende, in welche die härtende Strahlung das strahlungsempfindliche Harz erreicht, gesteuert wird. Ferner erlaubt die ellipsoide oder parabolförmige Grundgestalt der reflektierenden Oberfläche, daß wenigstens ein reflektierter Teil der härtenden Strahlung in Maschinenrichtung in ausreichend hohem Maß parallel ausgerichtet ist. Die Kollimation der härtenden Strahlung in der Quer-Maschinenrichtung jedoch kann nicht durch Einstellen der Abmessung in Quer-Maschinenrichtung der Blende eingestellt werden, ganz einfach, weil die Abmessung in Quer-Maschinenrichtung der Blende nicht weniger als die Breite des konstruierten Bandes ein darf. Zudem sind die ellipsoiden und parabolförmigen reflektierenden Oberflächen so ausgebildet, daß die Winkelverteilung der härtenden (reflektierten) Strahlung primär in Maschinenrichtung und nicht in Quer-Maschinenrichtung verändert wird. Deshalb kann die härtende Ausgangsstrahlung und die Effizienz des gesamten Prozesses zum Herstellen des Bandes signifikant gesteigert werden, indem Verluste der Strahlung aufgrund des Kollimierens der Strahlung in Maschinenrichtung bei gleichzeitigem Beibehalten des notwendigen Niveaus des Kollimierens in Quer-Maschinenrichtung reduziert wird.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen subtraktiven Kollimator zur Verwendung in Verfahren zum Härten des strahlungsempfindlichen Harzes zum Herstellen eines Papier machenden Bandes mit dem harzartigen Rahmenwerk zu schaffen, wobei der Kollimator den Verlust der Härtungsenergie signifikant reduziert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen lamellenartigen Kollimator zu schaffen, der so ausgebildet ist, daß dieser die Kollimation der härtenden Strahlung in Maschinenrichtung von der Kollimation der härtenden Strahlung in Quer-Maschinenrichtung entkoppelt.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Härten eines strahlungsempfindlichen Harzes unter Verwendung eines solchen lamellenartigen Kollimators der vorliegenden Erfindung zu schaffen.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein subtraktiver lamellenartiger Kollimator der vorliegenden Erfindung erlaubt einem, den notwendigen Grad einer subtraktiven Kollimation einer härtenden Strahlung in Quer-Maschinenrichtung beizubehalten, während gleichzeitig die subtraktive Kollimation der härtenden Strahlung in Maschinenrichtung verringert wird, wodurch Verluste der Härtungsenergie signifikant reduziert werden.
In einem beispielhaften Prozeß der vorliegenden Erfindung wird das flüssige strahlungsempfindliche Harz in Form eines harzartigen Überzugs mit einer Breite auf einer Arbeitsfläche mit der Maschinenrichtung und der Quer-Maschinenrichtung rechtwinklig zur Maschinenrichtung abgestützt. Eine Quelle einer Härtungsstrahlung wird ausgewählt, um eine Strahlung primär innerhalb des Wellenlängenbereichs zu liefern, welcher ein Härten des flüssigen strahlungsempfindlichen Harzes bewirkt. Der Kollimator ist zwischen der Quelle der Härtungsstrahlung und dem zu härtenden strahlungsempfindlichen Harz angeordnet. Vorzugsweise bewegt sich der Überzug aus strahlungsempfindlichem Harz in Maschinenrichtung.
In der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Kollimator der vorliegenden Erfindung einen Rahmen und eine Mehrzahl von zueinander parallel ausrichtenden Elementen oder Lamellen, die durch den Rahmen abgestützt sind. Vorzugsweise hat jedes parallel ausrichtende Element eine gleichförmige Dicke und haben alle parallel ausrichtenden Elemente die gleich Dicke innerhalb des durch den Rahmen begrenzten Öffnungsbereichs. Die parallel ausrichtenden Elemente sind in Quer- Maschinenrichtung innerhalb des durch den Rahmen begrenzten Öffnungsbereich in Abstand zueinander angeordnet, vorzugsweise in gleichen Abständen voneinander. Obwohl die zueinander parallel und in gleichem Abstand in Quer- Maschinenrichtung zueinander angeordneten, parallel ausrichtenden Elemente vorgezogen werden, berücksichtigt die vorliegende Erfindung die parallel ausrichtenden Elemente, welche nicht parallel zueinander und/oder nicht in gleichem Abstand zueinander in Quer-Maschinenrichtung angeordnet sind.
Der Rahmen begrenzt einen Öffnungsbereich, durch welchen die Härtungsstrahlung das strahlungsempfindliche Harz erreichen kann, um das strahlungsempfindliche Harz entsprechend einem vorbestimmten Muster zu härten. Der durch den Rahmen begrenzte Öffnungsbereich hat eine Breite (gemessen in Quer-Maschinenrichtung) und eine Länge (gemessen in Maschinenrichtung). Vorzugsweise ist die Breite des Öffnungsbereichs gleich oder größer als die Breite des gehärteten harzartigen Überzugs. Vorzugsweise ist die Mehrzahl der parallel ausrichtenden Elemente innerhalb des Öffnungsbereichs derart angeordnet, daß jedes der parallel ausrichtenden Elemente im wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche des harzartigen Überzugs verläuft. Das parallel ausrichtende Element ist hier als ein diskretes Element definiert, daß in einer vorbestimmten Richtung in Draufsicht innerhalb des durch den Rahmen begrenzten Öffnungsbereichs ausgerichtet ist und so ausgebildet ist, daß dieses die Härtungsstrahlung im wesentlichen absorbiert. Vorzugsweise umfaßt jedes der parallel ausrichtenden Elemente ein relativ dünnes, strahlungsundurchlässiges und im wesentlichen nicht reflektierendes Flächenmaterial, das in der Lage ist, seine Form und Position im wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche des harzartigen Überzugs beizubehalten.
Jeweils zwei aneinander angrenzende, parallel ausrichtende Elemente haben eine Lücke in Maschinenrichtung und eine Lücke in Quer-Maschinenrichtung zwischen sich. Einen Abstand, in welchem zwei benachbarte, parallel ausrichtende Elemente in der Quer-Maschinenrichtung in Abstand zueinander liegen, umfaßt eine Summe der Lücke in Quer-Maschinenrichtung und einer Projektion der Dicke des einzelnen parallel ausrichtenden Elements in Quer-Maschinenrichtung (mit Projektion ist hier eine "Dicke in Quer-Maschinenrichtung" des parallel ausrichtenden Elements gemeint). Die Lücke in Maschinenrichtung zwischen zwei aneinander angrenzenden, parallel ausrichtenden Elementen ist größer als die Lücke in Quer- Maschinenrichtung zwischen den gleichen aneinander angrenzenden parallel ausrichtenden Elementen. Die parallel ausrichtenden Elemente und die Maschinenrichtung bilden zwischen sich einen spitzen Winkel, wobei der spitze Winkel weniger als 45º beträgt. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, bilden alle parallel ausrichtenden Elemente den gleichen Winkel mit der Maschinenrichtung. Jedoch ist die Ausführungsform möglich, in welcher die unterschiedlichen, parallel ausrichtenden Elemente unterschiedliche spitze Winkel zwischen den parallel ausrichtenden Elementen und der Maschinenrichtung bilden. Vorzugsweise beträgt der zwischen den parallel ausrichtenden Elementen und der Maschinenrichtung gebildete spitze Winkel 1º bis 44º. Ganz bevorzugt beträgt der spitze Winkel von 5º bis 30º. Äußerst bevorzugt beträgt der spitze Winkel von 10º bis 20º.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die parallel ausrichtenden Elemente derart angeordnet, daß alle unterschiedlichen Mikroregionen in Maschinenrichtung (das heißt, die unterschiedlichen Mikroregionen verlaufen in Maschinenrichtung) des harzartigen Überzugs, verteilt über die Breite des Überzugs, gleiche Mengen der Härtungsstrahlung erhalten, während sich der harzartige Überzug während des Prozesses der Herstellung des Bandes in Maschinenrichtung bewegt. Um dies zu erreichen, wird jeder der Mikroregionen in Maschinenrichtung, welcher gehärtet ist, von der Härtungsstrahlung durch die parallel ausrichtenden Elemente für die gleiche Zeitdauer abgeschirmt, wie sich der harzartige Überzug mit konstanter Geschwindigkeit in Maschinenrichtung unter der Härtungsstrahlung bewegt.
Jedes der parallel ausrichtenden Elemente hat ein erstes Ende und ein zweites Ende, entgegen gesetzt zum ersten Ende. Das erste und das zweite Ende grenzen an den Rahmen an, und vorzugsweise stützt der Rahmen die parallel ausrichtenden Elemente indem dieser ein Lager für die Enden bildet. In der bevorzugten Ausführungsform sind die parallel ausgerichteten Elemente innerhalb des Öffnungsbereichs derart angeordnet, daß das erste Ende eines parallel ausgerichteten Elements in der Maschinenrichtung mit dem zweiten Ende eines weiteren parallel ausrichtenden Elements ausgerichtet ist. In der bevorzugten Ausführungsform können die Wechselbeziehung zwischen dem(den) parallel ausrichtenden Element(en) und der Maschinenrichtung, die Länge des Öffnungsbereichs und der Abstand, in welchem die parallel ausrichtenden Elemente voneinander in Quer-Maschinenrichtung angeordnet sind, allgemein durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: Tangens des spitzen Winkels gleich dem Abstand, multipliziert mit einer ganzen Zahl und geteilt durch die Länge des Öffnungsbereichs.
Der Kollimator der vorliegenden Erfindung liefert ein größeres Maß der Parallelausrichtung in Quer-Maschinenrichtung der Härtungsstrahlung in Bezug zu der Parallelausrichtung der Härtungsstrahlung in Maschinenrichtung. Durch Bereitstellen der unterschiedlichen Parallelausrichtung der Härtungsstrahlung in Maschinenrichtung und in Quer-Maschinenrichtung entkoppelt der Kollimator der vorliegenden Erfindung wirksam die Parallelausrichtung in Maschinenrichtung von der Parallelausrichtung in Quer-Maschinenrichtung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische hervorgehobene Seitenansicht eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines lamellenartigen Kollimators der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Ansicht entlang der Linien 2-2 aus Fig. 1 und zeigt eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des lamellenartigen Kollimators der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des lamellenartigen Kollimators der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3A ist eine schematische Teilansicht der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform.
Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht noch einer weiteren Ausführungsform des lamellenartigen Kollimators der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines subtraktiven Kollimators des Standes der Technik mit einer Mehrzahl von diskreten Kanälen.
Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform des subtraktiven Kollimators des Standes der Technik mit einer Mehrzahl von diskreten Kanälen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Kollimator 10 der vorliegenden Erfindung kann erfolgreich zum Härten eines strahlungsempfindlichen Harzes in Prozessen zur Herstellung Papier machender Bänder verwendet werden. Solche Papier machenden Bänder sind beschrieben in mehreren allgemein übertragenen und hier durch Bezugnahme mit aufgenommenen Patenten, auf die im Kapitel ,Hintergrund' Bezug genommen wurde.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines Prozesses der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Papier machenden Bandes mit einem strahlungsempfindlichen Harz.
In Fig. 1 ist ein flüssiges strahlungsempfindliches Harz 20 in Form eines harzartigen Überzugs durch eine Arbeitsoberfläche 25 abgestützt. Die Arbeitsoberfläche 25 kann eine im wesentlichen ebene Konfiguration (nicht gezeigt) haben. Alternativ kann die Arbeitsoberfläche 25 gebogen sein, wie in Fig. 1 gezeigt. Die allgemein übertragenen US Patente 4,514,345; 5,098,522; 5,275,700; und 5,364,504 offenbaren Prozesse zum Herstellen eines Papier machenden Bandes durch Gießen eines strahlungsempfindlichen Harzes über und durch eine verstärkende Struktur hindurch und dann Bestrahlen des Harzes mit einer Härtungsstrahlung durch eine Maske hindurch. In Fig. 1 ist die verstärkende Struktur 26 durch eine Formungseinheit mit einer Trommel 24 mit der zylindrischen Arbeitsoberfläche 25 abgestützt. Die Trommel 24 wird durch ein im Stand der Technik allgemein bekanntes und deshalb hier nicht dargestelltes, herkömmliches Mittel gedreht. Die Arbeitsoberfläche 25 der Trommel 24 kann mit einem Barrierefilm 27 überdeckt sein, um die Arbeitsoberfläche 25 vor einer Verunreinigung mit dem Harz 20 zu schützen. Eine Maske 28 mit transparenten Regionen und opaken Regionen kann neben dem harzartigen Überzug 20 angeordnet sein, um ein Härten nur solcher Bereiche des Harzes 20 zu schaffen, welche den transparenten Regionen der Maske 28 entsprechen und deshalb gegenüber der Härtungsstrahlung nicht abgeschirmt sind. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bilden der Barrierefilm 27, die verstärkende Struktur 26, der strahlungsempfindliche harzartige Überzug 20 und die Maske 28 alle eine Einheit, welche sich insgesamt in Maschinenrichtung bewegt. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Maschinenrichtung" (in den Zeichnungen als MD bezeichnet) auf eine Richtung, welche parallel zur Bewegungsbahn des durch die Anlage zu konstruierenden, Papier machenden Bandes verläuft. Eine Quer-Maschinenrichtung (in den Zeichnungen mit CD bezeichnet) bezieht sich auf eine Richtung, welche rechtwinklig zur Maschinenrichtung und parallel zur Hauptoberflächen des konstruierten Bandes verläuft. Analog bedeutet ein Element (Richtung, Dimension, etc.), das hier als Mittel in "Maschinenrichtung" definiert ist, ein Element (Richtung, Dimension, etc.), welches parallel zur Maschinenrichtung verläuft; und ein Element, das hier als Mittel in "Quer-Maschinenrichtung" definiert ist, bedeutet ein Element (Richtung, Dimension, etc.), welches parallel zur Quer-Maschinenrichtung verläuft.
Eine Quelle einer Härtungsstrahlung 30 wird ganz allgemein ausgewählt, um eine Strahlung primär innerhalb des Wellenlängenbereichs zu liefern, welcher ein Härten des flüssigen, strahlungsempfindlichen Harzes 20 bewirkt. Jede geeignete Strahlungsquelle, wie ein Quecksilberlichtbogen, impulsartiges Xenon, elektrodenfreie Lampen und fluoreszierende Lampen, kann verwendet werden. Die Intensität der Strahlung und ihre Dauer hängt ab von dem Grad der in den bestrahlten Flächen erforderlichen Härtung. Die Parallel anhängende und allgemein übertragene Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 08/799,852, unter der Bezeichnung "Apparatus for Generating Parallel Radiation for Curing Photosensitive Resin", eingereicht am 14. Mai 1997 im Namen von Trokhan; amtliches Aktenzeichen Nr. 08/858,334, unter der Bezeichnung "Apparatus for Generating Controlled Radiation for Curing Photosensitive Resin", eingereicht am 19. Mai 1997 im Namen von Trokhan et al. und deren Continuation unter der Bezeichnung "Apparatus for Generating Controlled Radiation for Curing Photosensitive Resin", eingereicht am 24. Oktober 1997 im Namen von Trokhan et al. offenbaren eine Vorrichtung, welche erlaubt, die Härtungsstrahlung in eine im wesentlichen vorbestimmte Richtung zu lenken.
Die Intensität der Härtungsstrahlung und ein Einfallswinkel der Härtungsstrahlung können einen sehr wichtigen Effekt auf die Qualität eines harzartigen Rahmenwerks des konstruierten Papier machenden Bandes haben. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Einfallswinkel" der Härtungsstrahlung auf einen zwischen einer Strahlenrichtung der Härtungsstrahlung und einer Senkrechten auf die Oberfläche des zu härtenden Harzes gebildeten Winkel. Falls z. B. ein Papier machendes Band mit Ablenkkanälen konstruiert wird, ist der Einfallswinkel wichtig, um eine korrekte Verjüngung in den Wänden der Kanäle zu erzeugen. Das Papier machende Band mit Ablenkkanälen ist in mehreren allgemein übertragenen und oben angegebenen Patenten offenbart.
Um zusätzlich einen Effekt auf das Verjüngen der Wände der Kanäle zu haben, kann der Einfallswinkel eine Luftdurchlässigkeit des gehärteten Rahmenwerks des Papier machenden Bandes beeinflussen es sollte für den Fachmann offensichtlich sein, daß ein hohes Maß an paralleler Ausrichtung der härtenden Strahlung die Bildung der Kanäle mit Wänden erleichtert, welche weniger verjüngt sind, das heißt, mehr "vertikal" sind. Das Band mit weniger verjüngten Kanalwänden hat eine höhere Luftdurchlässigkeit im Verhältnis zu einem ähnlichen Band mit stärker zugespitzten Kanalwänden, wenn alle weiteren Kennzeichen der verglichenen Bänder gleich sind. Dies ist so, weil bei einer gegebenen Kanalfläche und der Dicke des Harzes die gesamte Bandfläche, durch welche die Luft hindurch strömen kann, in dem Band mit den relativ wenig spitz zulaufenden Wänden größer ist.
In Prozessen zum Herstellen des Bandes in industriellem Maßstab bewegt sich der harzartige Überzug 20 in der Maschinenrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt und oben diskutiert. Die Bewegung des harzartigen Überzugs 20 in der Maschinenrichtung neigt dazu, mögliche Schwankungen der Intensität der Härtungsstrahlung in Maschinenrichtung auszugleichen. Dieses Nivellieren der Intensität der Härtungsstrahlung tritt jedoch nicht in Quer-Maschinenrichtung auf, ganz einfach deshalb, weil sich der strahlungsempfindliche harzartige Überzug nicht in Quer- Maschinenrichtung bewegt. Zudem kann eine Abmessung in Maschinenrichtung einer Blende 40, durch welche hindurch die Härtungsstrahlung das strahlungsempfindliche Harz erreicht, wirksam gesteuert werden, um die Härtungsstrahlung in Maschinenrichtung parallel auszurichten. Ferner kann die ellipsoide oder parabolartige Gestalt der reflektierenden Oberfläche der Strahlungsquelle 30 verwendet werden, um ein Maß der parallelen Ausrichtung wenigstens eines reflektierten Teils der Härtungsstrahlung in Maschinenrichtung zu steuern.
Ohne durch Theorie begrenzt sein zu wollen, glaubt der Anmelder deshalb, daß ein Verringern der parallelen Ausrichtung der Härtungsstrahlung in Maschinenrichtung mit dem substraktiven Kollimator einen signifikanten Vorteil beim Einsparen von Energie und/oder beim Reduzieren von Verlusten der Intensität der Härtungsstrahlung in Bezug zu Prozessen liefert, die subtraktiven Kollimatoren des Standes der Technik verwenden. Subtraktive Kollimatoren des Standes der Technik, die schematisch in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind, umfassen im allgemeinen eine Mehrzahl von Abschnitten 50, welche sowohl in Maschinenrichtung als auch in Quer- Maschinenrichtung diskret sind und in etwa gleiche Abmessungen der Bereiche haben, welche sowohl in Maschinenrichtung als auch in Quer-Maschinenrichtung für Strahlung offen sind. Deshalb richten die Kollimatoren des Standes der Technik die Härtungsstrahlung sowohl in Maschinenrichtung als auch in Quer- Maschinenrichtung relativ gleich parallel aus. Im Gegensatz dazu erlaubt der Kollimator 10 der vorliegenden Erfindung, die Parallelausrichtung der Härtungsstrahlung in Maschinenrichtung zu reduzieren und gleichzeitig den notwendigen Grad der Parallelausrichtung in Quer-Maschinenrichtung beizubehalten.
Der bevorzugte Kollimator 10, von dem eine Draufsicht schematisch in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, umfaßt einen Rahmen 15, der eine Mehrzahl von zueinander parallelen parallel ausrichtenden Elementen 11 abstützt. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "parallel ausrichtendes Element" 11 auf ein diskretes Element, das so ausgebildet ist, wenigstens teilweise die Härtungsstrahlung zu absorbieren und in einer bestimmten, vorbestimmten Richtung innerhalb des Rahmens 15 ausgerichtet ist, wie dies in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt ist. Obwohl der Rahmen 15 in den Fig. 2 und 3 als eine rechtwinklige Struktur gezeigt ist, kann der Rahmen 15 bedarfsweise andere Formen haben. Die Hauptfunktion des Rahmens 15 ist, die parallel ausrichtenden Elemente 11 in einer Position abzustützen, welche hier unten diskutiert wird. In den Fig. 2 und 3 begrenzt der Rahmen 15 einen offenen Bereich, durch welchen eine Härtungsstrahlung das strahlungsempfindliche Harz 20 erreichen kann, um das Harz 20 entsprechend einem vorbestimmten Muster zu härten. Der durch den Rahmen 15 begrenzte offene Bereich hat eine Breite W1 in Quer-Maschinenrichtung und einen Abstand H in Maschinenrichtung. Vorzugsweise ist die Breite W1 gleich (nicht gezeigt) oder größer als (Fig. 2 und 3) eine Breite W2 des harzartigen Überzugs 20.
Die Mehrzahl der parallel ausrichtenden Elemente 11 ist innerhalb des durch den Rahmen 15 gebildeten offenen Bereichs angeordnet. Jedes der parallel ausrichtenden Elemente 11 ist im wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche des harzartigen Überzugs 20. Vorzugsweise umfaßt jedes der parallel ausrichtenden Elemente 11 ein relativ dünnes, strahlungsundurchlässiges Flächengebilde, das in der Lage ist, seine Form und seine Rechtwinkligkeit in Bezug zur Oberfläche des harzartigen Überzugs 20 bei einer Temperatur von etwa 100ºF bis etwa 500ºF beizubehalten. Die parallel ausrichtenden Elemente 11 können vorbelastet, gespannt oder freistehend sein, um eine mögliche Wärmeausdehnung aufgrund des Erwärmens durch die Härtungsstrahlung aufzunehmen. Es sollte auch so verstanden sein, daß sich die parallel ausrichtenden Elemente 11 zum Spannen, Vorbelasten oder zu anderen Zwecken über die Abmessungen des Rahmens 15 hinaus und über die Abmessungen des offenen Bereichs hinaus erstrecken können. Vorzugsweise sind die Elemente 11 für eine maximale Absorption der Strahlungsenergie in nicht reflektierendem Schwarz gestrichen.
Wie in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt, sind die parallel ausrichtenden Elemente 11 in der Quer-Maschinenrichtung innerhalb des durch den Rahmen 15 gebildeten offenen Bereichs fortlaufend in Abstand zueinander angeordnet. Jedes der parallel ausrichtenden Elemente 11 ist in einer vorbestimmten Richtung orientiert. Vorzugsweise stoßen jeweils zwei benachbarte, aneinander grenzende Elemente innerhalb des durch den Rahmen 15 begrenzten offenen Bereichs nicht aneinander an. Jedes der parallel ausrichtenden Elemente 11 hat ein erstes Ende 12 und eine zweites Ende 13, entgegengesetzt zum ersten Ende 12. Wie hier definiert, ist das erste Ende 12 weiter weg in Maschinenrichtung angeordnet in Bezug auf das zweite Ende 13. Das erste und das zweite Ende 12, 13 grenzen an den Rahmen 15 an, und vorzugsweise stützt der Rahmen 15 die parallel ausrichtenden Elemente 11, indem dieser ein Lager für die Enden 12 und 13 bildet. Falls erwünscht, können sich die parallel ausrichtenden Elemente 11 über den offenen Bereich 15 hinaus und über den Rahmen 15 hinaus erstrecken. So können die Enden 12 und 13 gattungsmäßiger hier als geometrische Punkte definiert werden, an welchen die parallel ausrichtenden Elemente 11 Grenzen des offenen Bereichs, durch welche hindurch die Härtungsstrahlung das strahlungsempfindliche Harz 20 erreicht, schneiden. In den in den Fig. 2 und 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsformen sind die parallel ausrichtenden Elemente 11 innerhalb des durch den Rahmen 15 gebildeten offenen Bereich in der Weise angeordnet, daß das erste Ende 12 eines parallel ausrichtenden Elements 11 in der Maschinenrichtung mit dem zweiten Ende 13 des anderen parallel ausrichtenden Elements 11 ausgerichtet ist, wie dies in größerem Detail unten gezeigt ist.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, sind vorzugsweise die parallel ausrichtenden Elemente 11 voneinander in gleichem Abstand angeordnet. Alle zwei zueinander benachbarten, parallel ausrichtenden Elemente 11 haben eine Lücke A in Maschinenrichtung und eine Lücke B in Quer-Maschinenrichtung zwischen sich. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "Lücke in Maschinenrichtung" einen Abstand, der in Maschinenrichtung gemessen zwischen zwei benachbarten, parallel ausrichtenden Elementen 11 innerhalb des Rahmens 15 vorliegt. Der Ausdruck "Lücke in Quer-Maschinenrichtung" bedeutet einen Abstand, gemessen in Quer- Maschinenrichtung zwischen zwei benachbarten, parallel ausrichtenden Elementen 11 innerhalb des Rahmens 15. In der bevorzugten Ausführungsform des Kollimators 10, gezeigt in den Fig. 2 und 3, und mit den parallel ausrichtenden Elementen 11, welche parallel zueinander und in gleichem Abstand voneinander innerhalb des Rahmens 15 angeordnet sind, ist die Lücke W in Quer-Maschinenrichtung für einen gegebenen Kollimator 11 konstant. Die vorliegende Erfindung jedoch berücksichtigt auch Ausführungsformen des Kollimators 10 mit den parallel ausrichtenden Elementen 11, welche ungleichmäßig voneinander in Abstand angeordnet sein können und/oder nicht parallel zueinander (Fig. 4) angeordnet sein können, wie in größerem Detail unten erläutert wird. Die Lücke in Quer-Maschinenrichtung zwischen zwei parallel ausrichtenden Elementen, welche nicht zueinander parallel sind, ist hier mit Bezug auf Fig. 4 definiert, als berechneter Mittelwert zwischen einem ersten Abstand B12, der zwischen den ersten Enden 12 der zwei benachbarten nicht parallelen, parallel ausrichtenden Elementen 11 und einem zweiten Abstand B13 zwischen den zweiten Enden der gleichen benachbarten nicht parallelen, parallel ausrichtenden Elementen 11 (in Fig. 4 bezeichnet als zwischen den parallel ausrichtenden Elementen 11a und 11b und zwischen den parallel ausrichtenden Elementen 11c und 11d).
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Lücke A in Maschinenrichtung größer als die Lücke B der Quer-Maschinenrichtung innerhalb des Rahmens 15. Die parallel ausrichtenden Elemente 11 und die Maschinenrichtung bilden einen spitzen Winkel λ zwischen sich, wobei der spitze Winkel λ weniger als 45º beträgt. Diese Struktur sorgt für ein größeres Maß an paralleler Ausrichtung der härtenden Strahlung in Quer-Maschinenrichtung in Bezug zur Maschinenrichtung. Durch Bereitstellen der unterschiedlichen Parallelausrichtung der härtenden Strahlung in Maschinenrichtung und in Quer-Maschinenrichtung entkoppelt der Kollimator 10 der vorliegenden Erfindung die Parallelausrichtung in Maschinenrichtung wirksam von der Parallelausrichtung in Quer-Maschinenrichtung.
Es sei herausgestellt, daß die parallel ausrichtenden Elemente nicht planar sein müssen, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt auch die Verwendung von parallel ausrichtenden Elementen 11c, welche gekrümmt sind, wie in Fig. 4 schematisch gezeigt ist. Das gekrümmte, parallel ausrichtende Element 11c ist in einer Richtung parallel zu einer Linie orientiert, die das erste Ende 12 und das zweite Ende 13 des gekrümmten parallel ausrichtenden Elements 11c verbindet. Im Falle des (der) gekrümmten, parallel ausrichtenden Elements (Elemente), ist der spitze Winkel λ hier als ein Winkel definiert (bezeichnet als λc in Fig. 4) zwischen der Maschinenrichtung und der Linie, welche das erste Ende 12 und das zweite Ende 13 des gekrümmten, parallel ausrichtenden Elements 11c verbindet.
In der bevorzugten Ausführungsform des Kollimators 10 der vorliegenden Erfindung, in den Fig. 2 und 3 gezeigt, sind die parallel ausrichtenden Elemente 11 derart angeordnet, daß alle Mikroregionen des harzartigen Überzugs 20, welche über die Breite W2 des Überzugs 20 verteilt sind (das heißt, die Mikroregionen in Maschinenrichtung), gleiche Mengen der Härtungsstrahlung erhalten, wenn sich der harzartige Überzug 20 während des Prozesses des Herstellens des Bandes in Maschinenrichtung bewegt. Um diese darzustellen, stellt in den Fig. 2 und 3 eine Phantomlinie L1 eine beispielhafte und zufällig gewählte Mikroregion des harzartigen Überzugs 20 in Maschinenrichtung dar und stellt eine Phantomlinie L2 eine weitere beispielhafte und zufällig gewählte Mikroregion des Überzugs 20 in Maschinenrichtung dar. Die beiden separaten Mikroregionen L1 und L2 sind parallel zueinander und in der Quer-Maschinenrichtung in Abstand zueinander angeordnet. Wenn sich der harzartige Überzug 20 in der Maschinenrichtung bewegt, schneidet jede der Linien L1 und L2 die parallel ausrichtenden Elemente 11 in einer gleichen Häufigkeit. In Fig. 2 schneidet jede der Linien L1 und L2 das Element 11 zweimal; und in Fig. 3 schneidet jede der Linien L1 und L2 das Element 11 einmal. Wenn die Geschwindigkeit des harzartigen Überzugs 20 konstant ist und alle parallel ausrichtenden Elemente 11 die gleiche Dicke h haben (Fig. 3), ist die Mikroregion L1 des Überzugs 20 gegenüber der Härtungsstrahlung für die gleiche Zeitdauer abgeschirmt, wie die Mikroregion L2 von der Härtungsstrahlung abgeschirmt ist. Folglich erhalten beide Mikroregionen L1 und L2 die gleiche Menge der Härtungsstrahlung innerhalb des offenen Bereichs des Kollimators 10, wenn sich der harzartige Überzug 20 mit konstanter Geschwindigkeit in der Maschinenrichtung bewegt. Durch Analogie wird der Fachmann ohne weiteres verstehen, daß jede und alle der unbegrenzten Anzahl der in Quer-Maschinenrichtung über die Breite W2 des harzartigen Überzugs 20 unterschiedenen Mikroregionen eine gleiche Strahlungsmenge innerhalb des offenen Bereichs des Kollimators 10 erhält, wenn sich der harzartige Überzug 20 bei konstanter Geschwindigkeit in der Maschinenrichtung bewegt.
In Fig. 2 ist das erste Ende 12 des parallel ausrichtenden Elements 12 in der Maschinenrichtung mit dem zweiten Ende 13 jedes zweiten in der Quer- Maschinenrichtung in Abstand angeordneten, parallel ausrichtenden Elements 11 ausgerichtet. In Fig. 3 ist das erste Ende 12 des parallel ausrichtenden Elements 11 in der Maschinenrichtung mit dem zweiten Ende 13 des benachbarten, in Quer- Maschinenrichtung in Abstand angeordneten, parallel ausrichtenden Elements 11 ausgerichtet. Um einen Unterschied zwischen diesen beiden Anordnungen deutlicher darzustellen, ist eine Linie L3 in beiden Fig. 2 und 3 gezeigt. Die Linie L3 ist eine "Grenzlinie" in Maschinenrichtung, die eine Mikroregion in Maschinenrichtung darstellt, welche die beiden entgegen gesetzten Enden 12 und 13 der zwei separaten parallel ausrichtenden Elemente 11 miteinander verbindet, wobei die Enden 12, 13 zueinander in der Maschinenrichtung ausgerichtet sind. Obwohl die Dicke h der parallel ausrichtenden Elemente vorzugsweise klein ist in Bezug auf die Gesamtabmessungen W1 und H des Rahmens 15, ist die Linie L3, wenn sie die Elemente 11 an ihren Enden 12, 13 schneidet, vorzugsweise durch die gleiche resultierende Dicke in Maschinenrichtung des (der) geschnittenen parallel ausrichtenden Elements (Elemente) 11 abgeschirmt, da jede der Linien L1 und L2 gegenüber der Härtungsstrahlung abgeschirmt ist. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schneidet jede durch den offenen Bereich verlaufende Linie in Maschinenrichtung eine gleiche resultierende, projizierte Dicke in Maschinenrichtung der parallel ausrichtenden Elemente 11. Somit ist der resultierende Betrag der durch die Mikroregionen L1, L2 und L3 erhaltenen Härtungsstrahlung über die Breite W2 des harzartigen Überzugs 20 gleich, wenn sich der harzartige Überzug 20 bei einer konstanten Geschwindigkeit in der Maschinenrichtung bewegt. In der bevorzugten Ausführungsform hat deshalb die Dicke H der parallel ausrichtenden Elemente 11 virtuell keinen Einfluß auf eine gleiche Verteilung der Härtungsstrahlung in der Quer-Maschinenrichtung.
Fig. 3A, die schematisch ein hervorgehobenes Fragment des bevorzugten Kollimators 10 zeigt, stellt dar, was mit dem Ausdruck "resultierende projizierte Dicke in Maschinenrichtung" des (der) parallel ausrichtenden Elements (Elemente) 11 gemeint ist. In Fig. 3A sind die parallel ausrichtenden Elemente 11 zueinander parallel und in gleichem Abstand zueinander angeordnet. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "projizierte Dicke in Maschinenrichtung" auf eine Projektion der Dicke h des parallel ausrichtenden Elements 11 in Maschinenrichtung oder - mit anderen Worten - auf die Dicke des parallel ausrichtenden Elements 11, gemessen in Maschinenrichtung. Analog bezieht sich der Ausdruck "projizierte Dicke in Quer-Maschinenrichtung" auf eine Projektion der Dicke h in Quer- Maschinenrichtung, oder auf die Dicke des parallel ausrichtenden Element 11, gemessen in der Quer-Maschinenrichtung. In Fig. 3A hat jedes der parallel ausrichtenden Elemente die gleichförmige Dicke h, wobei die projizierte Dicke in Maschinenrichtung des parallel ausrichtenden Elements 11 als f bezeichnet ist und die projizierte Dicke in Quer-Maschinenrichtung des parallel ausrichtenden Elements 11 als g bezeichnet ist. In Fig. 3A ist das erste Ende 12 des parallel ausrichtenden Elements 11 in Maschinenrichtung mit dem zweiten Ende 13 des benachbarten, parallel ausrichtenden Elements 11 derart ausgerichtet, daß die projizierte Dicke in Quer- Maschinenrichtung des ersten Endes 12 des einen parallel ausrichtenden Elements 11 ausgerichtet ist mit der projizierten Dicke in Quer-Maschinenrichtung des zweiten Endes 13 des anderen parallel ausrichtenden Elements 11. Auf diese Weise sind die parallel ausrichtenden Elemente 11 voneinander in einem Abstand P = B+g in gleichem Abstand zueinander angeordnet. Der Fachmann erkennt ohne weiteres, daß die projizierte Dicke in Maschinenrichtung f gleich der Dicke h geteilt durch einen Sinus des Winkels λ ist, oder f = h/sinλ; und die projizierte Dicke in Quer- Maschinenrichtung g gleich der Dicke h geteilt durch einen Cosinus des Winkels λ ist, oder g = h/cosλ.
In Fig. 3A stellt die Linie L4 eine Mikroregion in Maschinenrichtung dar, welche in der Maschinenrichtung zwei benachbarte, parallel ausrichtende Elemente 11 schneidet, wodurch zwei Fraktionen der projizierten Dicke in Maschinenrichtung f begrenzt werden: Eine Fraktion f1 des einen parallel ausrichtenden Elements 11 und eine Fraktion f2 des anderen parallel ausrichtenden Elements 11. Eine Summe der Fraktionen f1+f2 definiert die resultierende, projizierte Dicke des (der) parallel ausrichtenden Elements (Elemente) 11. Eine Linie L5 stellt eine Region in Maschinenrichtung dar, welche in Maschinenrichtung nur ein parallel ausrichtendes Element 11 mit der Dicke h schneidet. In Fig. 3A schneidet jede der Linien L4 und der Linie L5 die gleiche resultierende, projizierte Dicke in Maschinenrichtung, welche in diesem Fall gleich der projizierten Dicke f in Maschinenrichtung des einzelnen parallel ausrichtenden Elements 11 ist. Obwohl in der in Fig. 3A dargestellten Ausführungsform die resultierende Dicke in Maschinenrichtung gleich der Dicke f in Maschinenrichtung des einzelnen parallel ausrichtenden Elements ist, sollte der Fachmann erkennen, daß in anderen Ausführungsformen die resultierende Dicke in Maschinenrichtung geringer (nicht gezeigt) oder größer (Fig. 2) als die Dicke f in Maschinenrichtung des einzelnen parallel ausrichtenden Elements 11 sein kann. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform zum Beispiel ist die resultierende projizierte Dicke in Maschinenrichtung gleich der doppelten Dicke in Maschinenrichtung, bzw. gleich 2f. Ausführungsformen sind möglich, in welchen die resultierende, projizierte Dicke in Maschinenrichtung über die Breite W2 des harzartigen Überzugs 20 unterschiedlich ist. Die resultierende projizierte Dicke in Maschinenrichtung kann über die Quer-Maschinenrichtung unterschiedlich sein, falls z. B. das erste Ende 12 eines parallel ausrichtenden Elements 11 nicht mit dem zweiten Ende 13 des anderen parallel ausrichtenden Elements 11 ausgerichtet ist oder falls das (die) parallel ausrichtende(n) Element(e) 11 eine gleichförmige Dicke hat (haben), wobei beide Fälle von der vorliegenden Erfindung mit in Betracht gezogen werden.
In der in den Fig. 3 und 3A gezeigten Ausführungsform, in welcher das erste Ende 12 eines parallel ausrichtenden Elements 11 mit dem zweiten Ende 13 des benachbarten parallel ausrichtenden Elements 11 ausgerichtet ist, kann eine Unabhängigkeit zwischen dem Winkel λ des Abstands H in Maschinenrichtung des offenen Bereichs und der Lücke B in Quer-Maschinenrichtung entsprechend der folgenden Gleichung ausgedrückt werden: tan X = (B+g)/H, in welcher "tan λ" ein Tangens des Winkels λ ist. In der In Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, in welcher das erste Ende 12 des parallel ausrichtenden Elements 11 mit dem zweiten Ende 13 jedes zweiten parallel ausrichtenden Elements 11 ausgerichtet ist, kann die Unabhängigkeit zwischen dem Winkel λ, des Abstands in Maschinenrichtung H des offenen Bereichs und der Lücke B in Quer-Maschinenrichtung ausgedrückt werden als: tan λ = 2(B+g)/H. Der Fachmann versteht, daß in der Ausführungsform (nicht gezeigt), in welcher das erste Ende 12 des parallel ausrichtenden Elements 11 mit dem zweiten Ende 13 jedes dritten parallel ausrichtenden Elements 11 ausgerichtet ist, die gleiche Unabhängigkeit ausgedrückt werden kann als: tan λ = 3(B+g)/H. Deshalb kann in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Unabhängigkeit zwischen dem Winkel λ, des Abstands H in Maschinenrichtung des offenen Bereichs und der Lücke B in Quer-Maschinenrichtung zwischen den benachbarten parallel ausrichtenden Elementen 11 allgemein als eine Gleichung ausgedrückt werden: tan λ = n(B+g)/H, in welcher n eine ganze Zahl ist. Folglich gleicht der Windel λ einem Arcustangens von n (B+g)/H. Der bevorzugte Winkel λ liegt im Bereich von 1º bis 44º. Der ganz bevorzugte Winkel X liegt im Bereich von 5º bis 30º. Der äußerst bevorzugte Winkel λ liegt im Bereich von 10º bis 20º.
Obwohl die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen des Kollimators 10 bevorzugt werden, sind andere Anordnungen der parallel ausrichtenden Elemente 11 innerhalb des Rahmens 15 möglich. Zum Beispiel könnten die ersten und zweiten Enden 12, 13 der parallel ausrichtenden Elemente 11 nicht in Maschinenrichtung ausgerichtet sein (nicht gezeigt). Die letztere Ausführungsform liefert noch den Vorteil, die Parallelausrichtung in Maschinenrichtung von der Parallelausrichtung in Quer-Maschinenrichtung zu entkoppeln sowie durch Reduzieren der Parallelausrichtung in Maschinenrichtung Energie zu sparen, besonders dann, wenn die bevorzugte Dicke der parallel ausrichtenden Elemente 11 in Bezug zu den Abmessungen des durch den Rahmen 15 gebildeten offenen Bereichs vernachlässigbar klein ist; deshalb wird angenommen, daß mögliche Variationen der Intensität der Härtungsstrahlung aufgrund der Interferenz nicht zueinander ausgerichteter Enden 12, 13 die Verteilung der Härtungsstrahlung über die Oberfläche des Harzes 20 in Quer-Maschinenrichtung nicht signifikant beeinflußt.
Weitere mögliche Ausführungsformen des Kollimators 10 mit parallel ausrichtenden Elementen 11, die ausgerichtete Enden 12 und 13 haben, sind möglich. Zum kann der Fachmann ohne weiteres den Kollimator 10 (nicht gezeigt) visualisieren, der parallel ausrichtenden Elemente 11 hat, welche mit jedem dritten (vierten, fünften, etc.) in Quer-Maschinenrichtung in Abstand liegenden, parallel ausrichtenden Elemente 11 ausgerichtet sind. Zudem können, obwohl die planaren parallel ausrichtenden Elemente 11, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind, bevorzugt werden, die parallel ausrichtenden Elemente mit einer nicht planaren Konfiguration, wie in Fig. 4 gezeigt, auch in dem Kollimator 10 verwendet werden. Es sei auch so verstanden, daß, obwohl in den in den Fig. 2 und 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsformen keine weiteren parallel ausrichtenden Elemente als die diskreten und nicht anstoßenden parallel ausrichtenden Elemente 11 vorgesehen sind, wobei der Kollimator 10 wenigstens ein zusätzliches (z. B. in Quer-Maschinenrichtung) parallel ausrichtendes Element (nicht gezeigt) innerhalb des durch den Rahmen 15 begrenzten offenen Bereichs haben kann. Falls erwünscht, kann ein solches zusätzliches parallel ausrichtendes Element ein Zwischenlager für die parallel ausrichtenden Element 11 schaffen oder den gesamten Kollimator 10 stabilisieren. Natürlich können auch andere Mittel des Zwischenlagers, wie z. B. ein Draht oder eine Stange in Quer-Maschinenrichtung, auch verwendet werden, anstelle des zusätzlichen parallel ausrichtenden Elements. Analog ist/sind ein parallel ausrichtendes Element oder parallel ausrichtende Elemente, welche in einem bestimmten Winkel oder bestimmten Winkeln (z. B. rechtwinklig) in Bezug zu den parallel ausrichtenden Elementen 11 angeordnet ist/sind, auch verwendet werden, falls dies erwünscht ist. Falls andere als die parallel ausrichtenden Elemente 11 in dem Kollimator 10 verwendet werden, sollte ein Abstand in Maschinenrichtung zwischen den einander in Maschinenrichtung benachbarten parallel ausrichtenden Elementen größer sein als ein Abstand in Quer-Maschinenrichtung zwischen den einander in Quer- Maschinenrichtung benachbarten parallel ausrichtenden Elementen - um für ein größeres Maß an Parallelausrichtung in Quer-Maschinenrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung zu sorgen.
Wie oben ausgeführt wurde, zieht, obwohl die Grundausführungsformen des in den Fig. 2, 3 und 3A gezeigten Kollimators 10 vorgezogen werden, die vorliegende Erfindung auch Ausführungsformen des Kollimators 10 in Betracht, in welchen die parallel ausrichtenden Elemente 11 zwischen sich einen ungleichen Abstand haben und/oder unterschiedliche spitze Winkel λ zwischen den parallel ausrichtenden Elementen 11 und der Maschinenrichtung ausgebildet sind. Darüber hinaus können die parallel ausrichtenden Elemente gekrümmt sein. Als ein Beispiel zeigt Fig. 4 ein Fragment des Kollimators 10 mit wenigstens zwei unterschiedlichen Typen parallel ausrichtender Elemente 11: planare parallel ausrichtende Elemente 11a, 11b, 11d und gekrümmte parallel ausrichtende Elemente 11c. Die parallel ausrichtenden Elemente 11a haben zwischen sich die Lücke Ba in Quer-Maschinenrichtung; die parallel ausrichtenden Elemente 11b haben die Lücke Bb zwischen sich in Quer- Maschinenrichtung; die parallel ausrichtenden Elemente 11c haben zwischen sich die Lücke Bc in Quer-Maschinenrichtung; und die parallel ausrichtenden Elemente 11d haben zwischen sich die Lücke Bd in Quer-Maschinenrichtung. Winkel λa, λb, λc und 24 sind zwischen der Maschinenrichtung und den parallel ausrichtenden Elementen 11a, 11b, 11c bzw. 11d ausgebildet. Zu Zwecken der Darstellung sind in Fig. 4 die Winkel λa, λb, λc und λd nicht gleich. In Fig. 4 stellt B12 einen Abstand in Quer-Maschinenrichtung zwischen den ersten Enden 12 der benachbarten nicht parallelen parallel ausrichtenden Elemente dar und stellt B13 einen Abstand in Quer-Maschinenrichtung zwischen den zweiten Enden 13 der gleichen benachbarten nicht parallelen parallel ausrichtenden Elemente dar. Wie oben erläutert wurde, ist die Lücke in Quer-Maschinenrichtung zwischen zwei benachbarten nicht parallelen parallel ausrichtenden Elementen (das heißt, zwischen 11a und 11b und zwischen 11c und 11d) hier als ein berechneter Mittelwert zwischen dem Abstand B12 und dem Abstand B13 definiert. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist jede Lücke A in Maschinenrichtung (z. B. Aa, Aab, Ab, Abc, Ac und Ad in Fig. 4) größer als die entsprechende Lücke B in Quer-Maschinenrichtung zwischen den gleichen Paaren der parallel ausrichtenden Elemente 11. Die Verwendung des Kollimators 10 mit in ungleichem Abstand angeordneten und/oder nicht parallelen parallel ausrichtenden Elementen kann zum Bau eines Papier machenden Bandes mit unterschiedlichen Regionen in Maschinenrichtung (Längsrichtung) erwünscht sein.

Claims

1. Kollimator (10) in Verbindung mit einer Quelle einer Härtungsstrahlung (30) zur Verwendung in einem Verfahren zum Härten eines strahlungsempfindlichen Harzes (20), daß auf einer Arbeitsfläche (65) angeordnet ist und eine Maschinenrichtung (MD) und eine Quer-Maschinenrichtung (CD), rechtwinklig zur Maschinenrichtung (MD), hat, wobei der Kollimator (10) eine Mehrzahl von diskreten, parallel ausrichtenden Elementen (11), die in Quer-Maschinenrichtung (CD) innerhalb einer offenen Fläche, durch welche die Härtungsstrahlung das strahlungsempfindliche Harz (20) erreichen kann, um dieses zu härten, in Abstand zueinander angeordnet sind, wobei jedes der parallel ausrichtenden Elemente (11) im wesentlichen rechtwinklig zu der Arbeitsfläche (65) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der einander benachbarten, parallel ausrichtende Elemente (11) einen Abstand (A) in Maschinenrichtung und einen Abstand (B) quer zur Maschinenrichtung zwischen sich haben, wobei der Abstand in Maschinenrichtung (A) größer ist als der Abstand (B) quer zur Maschinenrichtung, wobei die parallel ausrichtenden Elemente (11) und die Maschinenrichtung (MD) einen spritzen Winkel λ zwischen sich bilden, wobei der Winkel λ von 1º bis 24º, vorzugsweise von 5º bis 30º und ganz bevorzugt von 10º bis 20º beträgt.

2. Kollimator (10) nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die parallel richtenden Elemente (11) in der Quer-Maschinenrichtung (CD) in gleichem Abstand zueinander liegen.

3. Kollimator (10) nach Anspruch 1 und 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige Linie in Maschinenrichtung durch die offene Fläche eine sich gleich ergebende Dicke in Maschinenrichtung der parallel ausrichtenden Elemente (11) schneidet.

4. Kollimator (10) nach Anspruch 1, 2 und 3, ferner mit einem Rahmen, der eine Mehrzahl von parallel ausrichtenden Elementen (11) trägt.

5. Kollimator (10) nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Maschinenrichtung (MD) und den parallel ausrichtenden Elementen (11) gebildete Winkel λ gleich einem Arcus Tangens nP/H entspricht, in welchem n eine ganze Zahl ist.

6. Kollimator (10) nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, ferner mit einem Rahmen, der eine offene Fläche begrenzt, durch welche die Härtungsstrahlung (30) von der Quelle aus den strahlungsempfindlichen Harz (20) erreichen kann, um diesen zu härten, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der parallel ausrichtenden Elemente (11) ein erstes Ende (12) und ein zweites Ende (13) gegenüber dem ersten Ende (12) hat, wobei die parallel ausrichtenden Elemente (11) innerhalb der Öffnungsfläche derart orientiert sind, daß das erste Ende (12) eines der parallel ausrichtenden Elemente (11) in Maschinenrichtung (MD) mit dem zweiten Ende (13) des anderen parallel ausrichtenden Elements (11) ausgerichtet ist.

7. Kollimator (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (12) eines parallel ausrichtenden Elements (11) in Maschinenrichtung (MD) mit dem zweiten Ende (13) des benachbarten parallel ausrichtenden Elements (11) ausgerichtet ist.

8. Verfahren zum Härten eines strahlungsempfindlichen Harzes, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

(a) Bereitstellen eines flüssigen, strahlungsempfindlichen Harzes (20), daß auf einer Arbeitsfläche (25) mit einer Maschinenrichtung (MD) und einer Quer- Maschinenrichtung (CD), rechtwinklig zur Maschinenrichtung (MD), angeordnet ist;

(b) Bereitstellen einer Quelle einer Härtungsstrahlung (30), die das strahlungsempfindliche Harz (20) härten kann;

(c) Bereitstellen einer Mehrzahl von parallel ausrichtenden Elementen (11);

(d) Anordnen der parallel ausrichtenden Elemente (11) zwischen dem strahlungsempfindlichen Harz (20) und der Quelle der Härtungsstrahlung (30), derart, daß die parallel ausrichtenden Elemente (11) im wesentlichen rechtwinklig zur Hauptebene des flüssigen strahlungsempfindlichen Harzes (20) liegen;

(e) Bereitstellen von Mitteln zum Bewegen des strahlungsempfindlichen Harzes (20) relativ zu der Mehrzahl von parallel ausrichtenden Elementen (11) in Maschinenrichtung (MD); und

(f) Härten des strahlungsempfindlichen Harzes (20) mit der Härtungsstrahlung aus der Quelle der Härtungsstrahlung (30), während sich das strahlungsempfindliche Harz (20) relativ zu der Mehrzahl von parallel ausrichtenden Elementen (11) in Maschinenrichtung (MD) bewegt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet, ist, daß zwei der einander benachbarten, parallel ausrichtenden Elemente (11) einen Abstand in Maschinenrichtung (A) und einen Abstand (B) quer zur Maschinenrichtung zwischen sich haben, wobei der Abstand in Maschinenrichtung (A) größer ist als der Abstand quer zur Maschinenrichtung (B), wobei die parallel ausrichtenden Elemente (11) und die Maschinenrichtung (MD) zwischen sich einen spitzen Winkel λ bilden, der von 1º bis 44º und vorzugsweise von 5º bis 30º aufweist, wobei die parallel ausrichtenden Elemente (11) ganz bevorzugt parallel zueinander und in gleichem Abstand in Quer-Maschinenrichtung (CD) mit einem Versatz P liegen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beliebige zwei Linien in Maschinenrichtung durch die Hauptebene des strahlungsempfindlichen Harzes eine im wesentlichen gleiche Menge an Härtungsstrahlung von der Quelle der Härtungsstrahlung (30) erhalten.

10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Maschinenrichtung (MD) und den parallel ausrichtenden Elementen (11) gebildete Winkel λ gleich eines Arcus Tangens nP/H ist, in welchem n eine ganze Zahl ist.