專利名稱：用于微復制的冷卻單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造薄膜的領域，該薄膜包含微復制的圖案以便產(chǎn)生具有特定光學性質(zhì)的表面形貌。更具體地，本發(fā)明涉及提高某些微復制過程的生產(chǎn)效率。
背景技術：
微復制是使軟化的聚合物膜或壓出的材料與壓力壓區(qū)接觸使得壓出型材或軟化的薄膜壓在其上具有精細圖案或特定表面形貌的工具上的過程。圖案或者形貌被相反地轉(zhuǎn)印到與工具接觸的材料側(cè)。上述過程被廣泛用于輥到輥制造方法，以產(chǎn)生圖案化或復制的產(chǎn)品，例如反光材料和其他光學薄膜。典型的微復制過程包括加熱工具，以軟化聚合物材料，其可以被提供作為薄膜或壓出型材，然后利用熱量和壓力將圖案壓印在聚合物材料上，隨后冷卻材料，然后在被卷起、制成片狀或以其他方式收集之前冷卻圖案化的聚合物。制造速度可能受最慢工藝限制，這可由以上提到的步驟(加熱、壓印、冷卻)中的任何一個確定。隨著加熱的進展，例如通過NIR，冷卻步驟則可能成為瓶頸，即薄膜未被足夠快地冷卻，因此生產(chǎn)速度不得不降低以提供足夠的時間用于薄膜的進一步冷卻。目前，冷卻通過冷卻空氣的使用如再循環(huán)風扇、送風機、激冷輥等而進行。存在多種改善薄膜或網(wǎng)狀物的冷卻的現(xiàn)有方法。一個這種示例是使用熱傳導從薄膜中去除熱。眾所周知的是，熱傳導的傳熱系數(shù)的數(shù)量級高于熱對流(通過空氣)。通過傳導的冷卻一般通過一個或兩個連續(xù)的冷卻帶實現(xiàn)。這種類型的裝備在藥物或食品行業(yè)中得到廣泛的實施。通常，這樣的薄金屬帶(不銹鋼或黃銅)在其端部連接，以形成封閉的環(huán)。通過在需要冷卻的表面的相反的帶側(cè)上噴灑冷凍水或其他冷卻劑，保持帶是冷卻的。由于通過金屬的高熱傳遞，從熱表面有效地去除熱。在這個過程中，至關重要的是確保熱與冷表面的良好接觸。如果在冷卻帶與正被冷卻的薄膜的表面之間存在氣隙，傳熱系數(shù)顯著下降并且冷卻變得無效。這種冷卻裝備的代表性制造商包括Sandvik和BBA。因此，存在改進冷卻步驟的需要，以便促進具有特定表面形貌的圖案化的產(chǎn)品的生產(chǎn)。發(fā)明概述下面描述的本發(fā)明的實施例并不是為了窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限于以下詳述中所公開的確切形式。相反，選擇或描述實施例使得本領域技術人員可以認識并理解本發(fā)明的原理和實踐。根據(jù)一個示例性實施例，公開了一種用于微復制的設備。該設備包括冷卻單元，其包含底層、多個側(cè)壁和中間層。底層具有外周邊和圍繞底側(cè)的外周邊的多個側(cè)壁。中間層被定位在底層和側(cè)壁的上部之間。中間層可以包括多個開口，其可以保持分配冷卻劑的裝置或用于排出冷卻劑。 在微復制過程中，方法在加熱和壓印聚合物膜之后使用該設備。
本發(fā)明的一個目的是，提供具有用于微復制的冷卻帶的系統(tǒng)，其包括圍繞第一組輥形成環(huán)的帶、支撐帶和薄膜的第二組輥以及用于遞送至少一種冷卻劑的至少一個噴嘴，其中至少一個噴嘴位于帶和薄膜下面。本發(fā)明的另一個目的是，提供具有用于微復制的冷卻帶的系統(tǒng)，其包括圍繞第一組輥形成環(huán)的帶，其中第一組輥支撐帶和薄膜，以及用于遞送至少一種冷卻劑的至少一個噴嘴，其中至少一個噴嘴位于帶和薄膜下面。參照以下詳述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢對本領域技術人員將是顯而易見的。然而，應理解的是，盡管指出本發(fā)明的優(yōu)選或其他實施例，但各種實施例和具體實例的給出意在圖示說明而不是限制。在不背離本發(fā)明的精神的情況下，可以做出本發(fā)明范圍內(nèi)的多種變化和修改,并且本發(fā)明包括所有此類修改。


通過參考本發(fā)明的目前優(yōu)選示例性實施例的以下更詳細的說明并結(jié)合附圖，將更完整地理解并認識該發(fā)明的這些以及其他目的和優(yōu)勢，其中:圖1是冷卻單元的示意
圖2a_2b冷卻單元的設計的示意圖；圖3是冷卻布置的示意圖；以及圖4示出了微復制布置的示例性視圖。除非另作說明，以上附圖的圖示不必按比例繪制。發(fā)明詳述通過示例并參照附圖，詳細地描述了本文中所公開的設備和方法。除非另作聲明，附圖中的相同數(shù)字表示指代遍及附圖的相同、相似或?qū)脑斃斫?，可以對所公開和描述的示例、布置、配置、部件、元件、設備、方法、材料等進行更改，并且對于具體應用可能是期望的。在本公開中，具體形狀、材料、技術、布置等的任何確定涉及呈現(xiàn)的具體示例或僅僅是這種形狀、材料、技術、布置等的一般描述。具體細節(jié)或示例的確定并不是為了并且不應被理解為是強制的或限制的，除非特別如此指出。參照附圖，在下文中詳細地公開和描述了選擇的設備和方法的示例。公開了一種微復制的冷卻方法。該冷卻方法在冷卻壓花聚合物膜中采用熱傳導。圖1提供了冷卻單元110的圖示說明。冷卻單元110包括箱106和一組噴嘴104。箱106具有兩個側(cè)部106-1和底部106-2。該組噴嘴104通過供給管105連接，供給管105可以從共同源或單獨地供應該組噴嘴104。加熱后，壓花聚合物膜或網(wǎng)狀物102逐漸地被向前(箭頭M指示的)轉(zhuǎn)位經(jīng)過冷卻單元110。壓花聚合物膜102具有后側(cè)103和前側(cè)101。前側(cè)101包括由加熱并壓印壓花聚合物膜102形成的壓花圖案，并且不與冷卻單元110接觸，而壓花聚合物膜102的后側(cè)103與冷卻單元110接觸在冷卻壓花聚合物膜102中，該組噴嘴104將冷卻劑直接噴灑在壓花聚合物膜102的后側(cè)103上，而箱106被用來收集從噴嘴104排出后的冷卻劑以便被重復利用或處理。泵送和制冷系統(tǒng)還可以用于遞送冷卻劑。冷卻劑可以包括但不限于水、冷凍水、與二醇(glycol)混合的水、二醇或與空氣混合的水。每個噴嘴104通過供給管105連接到冷卻劑的供應源。供給管105可以從一個供應源或若干獨立的供應源提供冷卻劑。當供給管105從冷卻劑的獨立供應源供給噴嘴104時，可以同時提供不同類型的冷卻劑。此外，噴嘴104可以裝備有控制閥，其允許使用一種類型的冷卻劑而不使用其他冷卻劑?？梢越o每個噴嘴104或每輥噴嘴或特定區(qū)域內(nèi)的噴嘴添加控制閥。此外，供應冷卻劑的流速可以改變。即兩種或更多種類型的冷卻劑可以以相同流速或不同流速從該組噴嘴104供應至壓花聚合物膜102的后側(cè)103，使得溫度能根據(jù)需要更改以增加或減少冷卻單元110中的冷卻速率。通過單獨供給冷卻劑，可以對一種制造工藝或者不同的制造工藝或材料使用不同的冷卻劑。通過允許在不同的制造工藝中使用另外的冷卻劑，當存在不同處理應用的材料或要求完全改變時，無需清洗整個系統(tǒng)。單獨供給冷卻劑的另一優(yōu)勢，冷卻劑的溫度能夠依據(jù)用于冷卻的材料類型而改變。例如，用作冷卻劑的水在大約45° F至大約55° F的范圍內(nèi)，而二醇用作冷卻劑時可以具有大約45° F的溫度范圍。供給管105能根據(jù)制造操作的需要、尺寸以及速度從一個或更多個箱中吸取冷卻劑 。給定組噴嘴104的冷卻效率可以通過調(diào)整噴嘴104與壓花聚合物膜102之間的距離或者噴嘴104指向壓花聚合物膜102的角度而進一步提高。冷卻單元110將防水密封地附接到微復制設備。此外，空氣干燥單元或氣刀可以被布置在冷卻單元的下游，以便干燥或去除留在壓花聚合物膜102上的任何殘留的冷卻劑。圖2a和2b提供了冷卻單元的設計的圖示說明。圖2a描述了冷卻單元110的透視圖。冷卻單元Iio具有底層111 ;多個側(cè)壁112，側(cè)壁112具有上部和下部。底層111具有由外周邊圍繞的特定區(qū)域，其中底層111具有頂面和底面。如圖2a所示，底層111的外周邊是矩形形狀。如果底層112是矩形的，那么就有圍繞底層112的外周邊的四個側(cè)壁。除了底層111的矩形形狀外，其他幾何形狀也可以用于冷卻單元110，例如正方形或六邊形。冷卻單元還包括中間層或承載墊113。中間層113具有頂側(cè)115、底側(cè)114和中間層外周邊。若干孔116、117和118位于中間層113上?？?16、117和118具有變化的尺寸，以允許多種型號的噴嘴104 (圖1)遞送冷卻劑。中間層113位于底層111與冷卻單元110的側(cè)壁112的頂部下方之間的空間中。中間層113不與壓花聚合物膜102接觸。中間層113不與底層111接觸，以允許管路或?qū)Ч鼙徊贾迷谟芍虚g層113與底層111限定的空間內(nèi)。為了收集冷卻劑，底層111可以具有連接到中心排水管的排水孔。中心排水管路還可以收集中心存儲容器中失效的冷卻劑。圖2b提供了孔116的配置和中間層113的間距。如所顯示的，孔116被均勻地間隔且對齊。除了孔116外，冷卻單元110 (圖2a)還可以包含收集溝槽或收集凹槽或收集通道(row) 119，其用于在冷卻劑已經(jīng)通過噴嘴104 (圖1)排出后收集冷卻劑，其位于孔116內(nèi)。除了由圖2b提出的實施例外，孔116和收集溝槽119的多種配置可以被布置在中間層113上，從而提供一致的冷卻模式。圖3描述了示例性冷卻帶系統(tǒng)130。冷卻帶系統(tǒng)130包括冷卻單元110、薄金屬帶120、第一組輥121和第二組輥125。薄金屬帶120圍繞第一組輥121和第二組輥125形成連續(xù)的環(huán)。在薄金屬帶120以連續(xù)的環(huán)運行時，第一組輥121支撐薄金屬帶120。第二組輥125被包含在冷卻單元110內(nèi)并支撐薄金屬帶120、壓花聚合物膜102和一組用于遞送冷卻劑的噴嘴104。薄金屬帶120具有頂側(cè)123和底側(cè)122。薄金屬帶120的底側(cè)122與冷卻帶系統(tǒng)130接觸，并且薄金屬帶120的頂側(cè)123與壓花聚合物膜102接觸。在加熱和壓印壓花聚合物膜102后，薄金屬帶120最初與壓花聚合物膜102接觸。在初始接觸后，薄金屬帶120通過第一組輥121和第二組輥125的輔助使壓花聚合物膜102向前移動，如箭頭F所指示的。隨著壓花聚合物膜102的一部分位于薄金屬帶120之上并沿F方向向前移動，由供給管105供給的該組噴嘴104將冷卻劑噴灑在薄金屬帶120的底側(cè)122上。壓花聚合物膜102優(yōu)選與薄金屬帶120接觸或近似接觸靠近，以便不阻礙壓花聚合物膜102的移動，或者不以另外的方式使位于壓花聚合物膜102的前側(cè)101 (圖1)上的壓花圖案或形貌變形。通過從薄金屬帶120至壓花聚合物膜102的傳導，壓花聚合物膜102將經(jīng)歷溫度的降低、自熔融狀態(tài)的冷卻，其中在不破壞壓花圖案的情況下使壓花圖案降低至較低溫度。關鍵的是確保壓花聚合物膜102與薄金屬帶120之間的良好的熱接觸，以提供壓花聚合物膜102的充分冷卻。如果薄金屬帶120與壓花聚合物膜102之間存在氣隙，傳熱系數(shù)顯著下降并且冷卻變得無效。逐漸地，壓花聚合物膜102部分將沿F方向被薄金屬帶120、第一組輥121和第二組輥125拉動經(jīng)過冷卻單元110。隨著噴嘴104持續(xù)噴灑薄金屬帶120，失效的冷卻劑被箱106收集。一旦壓花聚合物膜102部分到達靠近冷卻單元110的終端，壓花聚合物膜102就繼續(xù)向前并且不再與薄金屬帶120接觸，薄金屬帶120維持在其連續(xù)的環(huán)中。盡管已經(jīng)描述了薄金屬帶120，但應理解可以用其他材料替代金屬，例如熱包層、具有從材料中去除或吸走熱的聚合材料或其他材料。此外，該實施例在冷卻帶系統(tǒng)130中顯示了四個噴嘴104 ;然而，對于冷卻帶系統(tǒng)130來說，可以配置任何數(shù)量的噴嘴104。同樣，在不背離本實施例的情況下，任何數(shù)量的輥或輥組可以以任何配置被提供。任選地，可以在微復制工具或帶的相對側(cè)上使用冷卻帶系統(tǒng)130，以確保壓花聚合物膜102與金屬帶120之間的緊密熱接觸。此外，冷卻帶系統(tǒng)130可以包括位于冷卻單元110之上的第三組輥，其與壓花聚合物膜102接合。第三組輥以與壓花聚合物膜102相同的速度移動，并將壓力施加在壓花聚合物膜102上。圖4是具有微復制冷卻帶140和微復制帶141的微復制設備131的示意圖，微復制帶141包括微復制帶141的表面上的圖案。第一聚合物膜136被纏繞在第一聚合物膜輥135上。第二聚合物膜138也可以被提供并纏繞在第二聚合物膜輥137上。第一聚合物膜136和第二聚合物膜138被一組輥139朝向熱輥142向前拉動，以開始微復 制過程。熱輥142被提供用于加熱一個或更多個壓輥134、第一聚合物膜136和第二聚合物膜138。隨著壓棍134與第一聚合物膜136和第二聚合物膜138相互作用，第一聚合物膜136和第二聚合物膜138沿著微復制帶141行進。壓輥134提供壓力，于是提供特定的表面形貌。該組輥139保持第一聚合物膜136和第二聚合物膜138移動并維持足夠的張力。一旦第一聚合物膜136和第二聚合物膜138沿著熱輥142和壓輥134行進，第一聚合物膜136和第二聚合物膜138沿著微復制冷卻帶140行進。微復制冷卻帶140被提供用于冷卻第一聚合物膜136和第二聚合物膜138。微復制冷卻帶140可以由金屬如銅、鎳、鋁或不銹鋼制成，并且包括包括一組輥144，其形成封閉環(huán)143以保持微復制冷卻帶140上的恒定速度。微復制冷卻帶140的厚度可以為大約5密耳至大約25密耳，其中大約8密耳至大約10密耳是優(yōu)選的。多個噴灑噴嘴104可以以陣列的形式布置在微復制冷卻帶140的底側(cè)，并且由供給管105供給。一旦第一聚合物膜136和第二聚合物膜138沿著微復制冷卻帶140行進，第一聚合物膜136和第二聚合物膜138就在卷起輥146處被卷起。為了確保第一聚合物膜136和第二聚合物膜138與微復制冷卻帶140之間的良好的熱接觸，可以在微復制冷卻帶140的頂側(cè)上使用壓力通風系統(tǒng)(plenum) 145。額外的棍如132和133可以增加到布置中，以增加保護性的承載膜或剝離襯里，從而在生產(chǎn)線上實現(xiàn)
多層層壓結(jié)構(gòu)。通過微復制冷卻帶140的使用，當從微復制設備131移除時，第一聚合物膜136和第二聚合物膜138的剝離溫度與常規(guī)的微復制制造工藝相比可以降低，在收集聚合物膜方面實現(xiàn)更好的穩(wěn)定性。冷卻劑的使用還能與空氣結(jié)合，所述空氣從與冷卻劑的相同側(cè)或從與冷卻劑的相對側(cè)冷卻微復制設備131?？諝饫鋮s的應用和冷卻劑的使用可以同時、基本同時或在微復制工藝的不同操作時間發(fā)生。例如，空氣冷卻可以在冷卻劑的應用之前和之后發(fā)生，反之亦然。空氣冷卻還可以應用以 輔助收集以上所述的溝槽中的冷卻劑。除了所描述的實施例外，還可以使用單個聚合物膜或多個聚合物膜。前述說明和附圖示出了本發(fā)明的原理、優(yōu)選的實施例和操作方式。然而，本發(fā)明不應應當被理解為限于以上所討論的特定實施例。本領域技術人員將會認識到以上所討論的實施例的其他變型。因此，上述實施例應當被認為是示例性的而不是限制性的。因而，應當認識到，本領域技術人員在不背離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以獲得那些實施例的變型。因此，根據(jù)本發(fā)明可以看出，已經(jīng)提供了用于生產(chǎn)微復制薄膜的非常有利的工藝。盡管已經(jīng)結(jié)合目前被認為是最實際和優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但對本領域技術人員顯而易見的是本發(fā)明不限于所公開的實施例，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進行多種修改或等效布置，該范圍將被給予所附權(quán)利要求最廣泛的解釋以便包所有等同結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品。因此，根據(jù)本發(fā)明可以看出，已經(jīng)提供了用于冷卻壓花聚合物膜的非常有利的方法和設備。盡管已經(jīng)結(jié)合目前被認為是最實際和優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但對本領域技術人員顯而易見的是本發(fā)明不限于所公開的實施例，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進行多種修改或等效布置，該范圍將被給予所附權(quán)利要求最廣泛的解釋以便包所有等同結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品O發(fā)明人據(jù)此聲明其意圖是，依靠等同原則，確定和估定其發(fā)明的相當公正的范圍，該發(fā)明涉及以下權(quán)利要求中提出的未實質(zhì)背離但在發(fā)明文字范圍外的任何設備、系統(tǒng)、方法或 制品。
權(quán)利要求
1.用于微復制的冷卻單元，其包含: 底層，其具有由外周邊圍繞的區(qū)域，其中所述底層具有頂面和底面； 圍繞所述底層的外周邊的多個側(cè)壁，其中每個側(cè)壁均具有頂部和下部，其中所述側(cè)壁的所述下部被連接到所述底層的所述外周邊； 中間層，其具有由外部的中間層周邊圍繞的區(qū)域并且具有頂側(cè)和底側(cè)，其中所述中間層位于所述底層與每個所述側(cè)壁的所述上部之間； 多個開口，其在所述中間層的所述底面與所述底層的所述頂面之間；以及 其中所述多個開口中的至少一個保持控制至少一種類型冷卻劑的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其中所述裝置是噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其中所述多個開口中的一些用于排出至少一種冷卻劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其中所述多個開口中的一些用于再循環(huán)所述至少一種冷卻劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其中所述至少一種冷卻劑是二醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其中所述至少一種冷卻劑是與二醇混合的水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其中所述至少一種冷卻劑是與空氣混合的二醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其中所述至少一種冷卻劑是與空氣混合的水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其中聚合物膜被放在所述冷卻單元的所述側(cè)壁的所述上部上。`
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其還包含凹槽、溝槽或通道。
11.用于微復制的冷卻帶的系統(tǒng)，其包含: 帶，其圍繞第一組輥形成環(huán)； 第二組輥；其支撐所述帶和薄膜；以及 至少一個噴嘴，其用于遞送至少一種冷卻劑，其中至少一個噴嘴位于所述帶和所述薄膜之下。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述帶是金屬。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述帶是熱包層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述薄膜是聚合物膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述薄膜與所述帶接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述薄膜與壓力通風系統(tǒng)接觸。
17.用于微復制的冷卻帶的系統(tǒng)，其包含: 帶，其圍繞一組輥形成環(huán)，所述一組輥支撐所述帶和薄膜；以及至少一個噴嘴，其用于遞送至少一種冷卻劑；其中至少一個噴嘴位于所述帶和所述薄膜之下。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述薄膜是聚合物膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述帶是金屬。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述薄膜與所述帶接觸。
全文摘要
根據(jù)一個示例性實施例，公開了用于微復制的設備。該設備包括冷卻單元(110)，其包含底層(111)、多個側(cè)壁(112)和中間層(113)。底層具有外周邊和圍繞底層的外周邊的多個側(cè)壁。中間層被定位在底層與側(cè)壁的上部之間。中間層可以包括多個開口(116、117、118)，其可以保持分配冷卻劑的裝置，或被用于排出冷卻劑。在微復制期間，方法在加熱和壓印聚合物膜之后使用該設備。
文檔編號B29C35/16GK103228413SQ201180057304
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者E·羅澤鮑姆 申請人:艾利丹尼森公司