KR100797862B1 - 에너지 포집 장치 및 그 사용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공압 작동식 에너지 포집 장치이다. 그 장치는 지지체를 포함하며, 이 지지체 상에 에너지 포집체를 구비한다. 셔터가 상기 지지체 상에 활주 가능하게 부착되어 제1의 "폐쇄" 위치와 제2의 "개방" 위치 사이에 이동될 수 있다. 제1 위치에서 셔터는 포집체를 덮게 되며, 제2 위치에서 포집체를 덮지 않게 된다. 셔터는 상기 위치들 중 하나로 압박된다. 챔버가 상기 셔터에 인접하여 배치되어, 그 챔버가 압축될 경우 셔터의 치우침이 극복되어 그 셔터가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동된다.

Description

에너지 포집 장치 및 그 사용 방법{ENERGY COLLECTION INSTRUMENT AND METHOD OF USE}

본 발명은 복사 에너지 포집 장치이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 센서를 차폐하기 위한 공압 구동식 셔터를 사용하는 광섬유 센서이다.

복사 에너지원을 사용하는 화학적 처리 시스템은 수많은 산업 프로세스에 공지되어 있다. 이들 화학적 처리 시스템은, 통상적으로 제조 라인에서 제품 근처에 배치되어 제품 내에 또는 그 제품상에서 화학적 반응을 발생시키는 자외선(UV) 램프 또는 벌브를 사용한다. 종종 이러한 화학적 반응은 경화(curing)로 지칭되며, 몇몇 산업에서는 건조로 지칭된다. UV 램프에 의해 (가시광 및 비가시광 스펙트럼으로) 방사되는 복사 에너지의 파장은 제품에 에너지를 전달하여 원하는 화학적 변화를 야기하는 데에 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.

제품에 방사되는 파장은 통상 약 2.5 ㎛ 내지 약 190 ㎚의 범위에 이른다. 상기 시스템에 의해 처리되는 제품은 거의 모든 것일 수 있지만, 통상 종이, 플라스틱 및 종이류 재료(예를 들면, 보드지)의 "웨브"이다. 이 "웨브"는 일련의 롤러를 통해 주입되는 연속적 스트림의 재료를 포함한다. 복사 에너지원(통상 2개 이상의 램프 또는 벌브)은 웨브를 따라 여러 지점에 배치되어 그 웨브 상으로 에너지 를 방사한다. 이러한 처리 중에 웨브 표면의 코팅 또는 웨브 재료 자체는 화학적 변화를 겪게 된다. 이러한 방식에서, 웨브 상의 코팅(예를 들면, 잉크, 래커, 또는 접착제) 또는 웨브 자체는 경화된다.

불행히도, 개별적인 UV 에너지 램프의 성능은 그 수명에 걸쳐 다를 수 있다. 새로운 램프는 그 램프가 노후하였을 경우보다 보다 강한 에너지를 방사할 수 있다. 게다가, 동일한 사양을 갖는 개별 램프들이 다르게 작동될 수 있다. 구체적으로, 상이한 파장이 하나의 램프에서부터 그 다음 것으로 가면서 보다 강력하게 방사될 수 있다. 램프가 보다 오래됨에 따라 예상되는 바와 같이, 그 성능은 그 램프를 궁극적으로 사용할 수 없을 때까지 저하한다. 램프로 공급되는 파워도 램프의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 램프에 대한 전기적 공급이 변동하는 경우, 그 램프에 의해 생성되는 특정 파장의 강도가 변할 수 있다. 램프를 둘러싸는 공기의 온도뿐만 아니라 램프가 따뜻해지는 데에 걸리는 시간의 차이 또한 파장 강도의 변동을 유발할 수 있다. 이처럼, 램프에 의해 방출되는 복사 에너지 강도의 모든 변화는 웨브의 건조 및 경화의 정도가 달라지게 할 수 있다. 따라서, 프로세스를 최적화하고, 일관된 제품을 제공하기 위해, 램프에 의해 방출되는 복사 에너지의 양을 모니터하여 적절한 건조 및 경화 시간이 제공되도록 할 필요가 있다.

웨브에 충돌하는 복사 에너지의 양 또는 "선량(dose)"을 측정하기 위해, 소정의 검출 시스템이 필요하다. 과거에, 그러한 복사 에너지의 양을 측정하는 많은 방법이 사용되어 왔다. 에너지 램프가 적절한 복사 에너지를 제공하고 있는 가를 평가하기 위한 종래의 한 가지 방법은 램프로부터 하류측의 웨브를 검사하는 것이 었다. 이는 웨브가 적절히 경화되었는가에 대한 매우 정확한 측정을 제공하지만, 그 측정이 프로세스에서 너무 늦게 이루어지며, 이 때문에 적절하게 경화되지 않은 제품은 사용할 수 없으며 버려지거나 폐기되었다.

대안적 측정 방법은 웨브 상에 배치되어 램프에 의해 방출되는 복사 에너지의 양을 시험 측정하도록 램프와 웨브 사이에서 그 웨브와 함께 이동하는 "라이트 퍽(light puck)"(공지의 기술)과 같은 전자 장치를 사용하는 것이었다. 이러한 방법은 램프 성능의 보다 직접적인 측정을 제공하지만, 셋업 중에 수행되었으며 실제 생산 중에는 수행되지 않아, 실제 실행 프로세스 중에 웨브에 충돌하는 에너지에 대한 어떠한 정보도 수집할 수 없었다. 특히, 웨브에 충돌하는 복사 에너지에서의 변동에 대해서는 어떠한 측정도 할 수 없었다. 다시, 부적절하게 경화된 제품을 야기하였다.

제품의 그러한 낭비를 피하기 위해, 램프에 의해 사용되는 실제 에너지를 "실시간"으로 측정하기 위한 시도로, 각 램프에 대한 전원의 에너지 드로우(draw)를 모니터하는 제2의 방법이 개발되었다. 이러한 측정은 램프에 의해 방출되어 연속적으로 웨브에 충돌하는 복사 에너지의 양을 평가하기에는 너무 개략적이면서 부정확하였다. 이 방법은 부정확하였지만 얼마나 많은 복사 에너지가 웨브에 충돌하는 가를 "실시간"으로 결정하려는 시도였다. "실시간"으로 복사 에너지를 측정하는 것은 웨브의 경화 시간에 대해 보다 정확한 제어(예를 들면, 건조 시간을 보다 길게 하거나 보다 짧게 하기 위해 프로세스를 통과하는 웨브의 속도를 변경함으로써)와 제품 손질의 감소를 가능하게 하였다. 불행히도, 많은 요인들에 의해 램프로부 터 에너지의 측정이 웨브에 충돌하는 복사 에너지의 측정을 부정확하게 하여, 실시간 측정에 의해 얻어지는 어떤 이점을 상쇄시킨다. 예를 들면, 시간이 지남에 따라 광 자체가 저하함에 따라, 램프에 의해 빨아 당겨지는 에너지의 양은 방출되는 복사선에 양에 비해 변화할 수 있다. 게다가, 특정 양의 빨아 당겨지는 전력에 대해 방출되는 복사선은 램프에 따라 다를 수 있다. 이러한 문제점을 경감시키기 위해, 전자적 검출 장치를 램프 둘레에 배치하여 램프로부터 방출되는 복사 에너지의 직접적인 출력을 측정하였다. 그러나, 상기 프로세스를 둘러싸는 환경적 조건(예를 들면, 높은 습도, 높은 온도, RF 방사, 그리고 부유 접착제, 래커와 같은 이물질 등)이 종종 검출기 내의 전자 장치에 고장 또는 오작동을 야기하였다.

마지막으로, 램프로부터 방출되는 복사 에너지를 포집하여 웨브를 둘러싸는 유해 환경으로부터 멀리 떨어져 배치된 검출 장치로 운반할 수 있게 해주는 원격 포집 장치(remote collection device)가 개발되었다. 이러한 장치는 램프의 배면측(웨브의 반대쪽)에 배치되어 램프에 의해 방출되는 복사 에너지를 직접적으로 측정할 수 있도록 해준다. 상기 장치를 웨브로부터 램프의 반대쪽에 배치하는 것은 다음의 두 가지 주된 이유로, 즉 첫째, 웨브와 램프 사이에 공간이 매우 적으며, 둘째로 프로세스에서 가장 유해한 환경은 바로 웨브 스트림과 램프 하우징 표면 사이에 있기 때문에 행해진다. 산소(몇몇 프로세스에서는 웨브의 경화에 영향을 미칠 수 있음)와 같은 오염 물질을 최소한으로 유지할 뿐만 아니라, 램프에서 나온 복사 에너지의 최대의 양이 웨브에 충돌하도록 하기 위해 웨브와 램프 사이의 공간은 적었다. 램프로부터의 복사선 및 열뿐만 아니라 웨브로부터의 접착제 및 부유 오염물질과 매우 직접적으로 접촉하기 때문에 그러한 배치에서는 환경이 매우 유해하였다.

원격 포집 장치가 전술한 문제점 중 일부를 해결하였지만, 이들 장치는 여전히 웨브에 충돌하는 복사 에너지의 강도를 정확하게 측정하지는 못하였다. 통상적으로, 투명한 커버가 램프 위에 배치되어 그 램프 요소를 부유 오염 물질로부터 보호한다. 그러한 투명한 커버는 시간이 지남에 따라 (부유 오염 물질로 인해) 흐릿해져 램프에 의해 방출된 복사 에너지의 일부가 웨브에 충돌하는 것을 방해한다. 따라서, 램프 뒤에 배치된 포집 장치는 그러한 열화를 보이지는 않으며, 웨브 상으로 방사되는 에너지의 정확한 측정이 달성될 수는 없다.

논의한 바와 같이, 램프와 웨브 사이의 작은 물리적 공간으로 인해, 램프와 웨브 사이에 강한 열과 부유 오염 물질의 유해한 환경을 견딜 수 있는 센서를 배치하기에는 문제점이 있었다. 보호 커버를 사용하는 센서는 부피가 너무 커 램프와 웨브 사이에 배치할 수 없다. 요구되는 위치에 배치하기에 충분히 작은 포집 장치는 보호 커버를 구비하지 않아 웨브를 둘러싼 부유 오염 물질과 큰 방사량으로 인해 빨리 열화한다. 게다가, 전자 작동 구성 요소를 포함하는 센서는 높은 열, 복사선, 습도로 인해 빨리 열화한다.

본 발명은 공압 작동식 에너지 포집 장치이다. 이 장치는 에너지 포집체를 구비한 지지체를 포함한다. 셔터가 지지체에 활주 가능하게 부착되어 제1 위치와 제2 위치에 배치될 수 있다. 셔터를 제1 위치에 배치시키면 셔터는 포집체를 덮도 록 배치된다. 셔터를 제2 위치에 배치시키면 셔터는 포집체를 덮지 않도록 배치된다. 셔터는 상기 위치들 중 하나로 압박된다. 챔버가 셔터 부근에 배치되어 그 챔버가 가압될 경우 그 가압이 셔터의 치우침을 극복하여 셔터를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동시킨다.

에너지 포집 장치의 하나의 바람직한 실시예에서, 셔터가 제2 위치에 배치될 경우 압축 공기의 커튼이 포집체를 가로질러 송풍된다.

도 1은 경화 처리에 사용되는 본 발명의 에너지 포집 장치를 보여주는 개략도이다.

도 2는 자외선 가열 램프에 인접하여 장착된 본 발명의 에너지 포집 장치의 입면도이다.

도 3은 본 발명의 에너지 포집 장치의 바람직한 실시예의 분해 사시도이다.

도 3a는 본 발명의 에너지 포집 장치의 종방향 지지 샤프트의 확대 사시도이다.

도 4는 "폐쇄" 위치에 배치된 셔터를 보여주는 본 발명의 에너지 포집 장치의 종단면도이다.

도 5는 "개방" 위치에 배치된 셔터를 보여주는 본 발명의 에너지 포집 장치의 종단면도이다.

상기한 도면들은 본 발명의 한 가지 바람직한 실시예를 제시하지만, 상세한 설명에서 논의되는 바와 같이 다른 실시예도 고려된다. 모든 경우에 있어서, 그러한 개시 사항은 한정이 아닌 대표로서 본 발명을 나타낸다. 본 발명의 범위와 사상에 포함되는 수많은 다른 수정예 및 실시예가 당업자에 의해 안출될 수 있는 것으로 이해해야 한다.

도 1에는 대표적인 산업 프로세스에서의 본 발명의 에너지 포집 장치(10)가 도시되어 있다. 각 에너지 포집 장치(10)는 UV 램프(12)와 연속적으로 계속되는 웨브(14)(통상 종이 또는 폴리머계 재료) 사이에 배치되도록 자외선(UV) 램프(12)(단일 벌브 또는 다중 벌브)에 인접하여 장착된다. 웨브(14)는 롤러(16)를 사용하여 (도 1에서 화살표로 나타낸) 방향(15)으로 진행되고 웨브(14) 상으로 접착제층(22)(또는 잉크, 래커 등과 같은 다른 코팅)을 압출(코팅)하는 다이(18) 아래로 지나간다. 웨브(14)와 그 위의 접착제층(22)은 가열되며, 접착제는 웨브(14)가 램프(12) 전방의 롤러(16)(또는 다른 웨브 지지 구조체) 사이로 진행함에 따라 램프(12)에 의해 방출되는 복사 에너지에 의해 경화된다. 에너지 포집 장치(10)는 각 램프(12)로부터 웨브(14)로 향하는 복사 에너지의 일부를 포집하도록 배치된다. 따라서, 에너지 포집 장치(10)는 웨브(14)와 만나는 실제 복사 에너지에 노출되며, 이에 의해 종래의 포집 장치가 겪었던 에너지 검출에 대한 문제점을 경감시킨다. 이러한 프로세스 구성은 본 발명의 에너지 포집 장치(10)가 사용될 수 있는 프로세스 중 단지 예시적인 것일 뿐임을 유념해야 한다. 당업자는 본 발명의 에너지 포집 장치(10)가 복사 에너지의 포집이 요망되는 수많은 프로세스에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 에너지 포집 장치(10)는 기재 에 도포된 잉크를 건조시키기 위해 복사 에너지를 사용하는 프린팅 프로세스에 사용될 수 있다.

도 2에는 본 발명의 에너지 포집 장치(10)가 하나의 자외선 램프 조립체(12)에 장착되어 있는 것이 도시되어 있다. 이 실시예에서, 에너지 포집 장치(10)는 장착 브래킷(24)에 고정된다. 이러한 식으로 에너지 포집 장치(10)를 장착하면 그 에너지 포집 장치는 장착 스크루(25) 또는 당업계에 공지된 기타 장착 방법을 사용하여 램프 조립체(12)의 본체를 따른 임의의 지점에 배치될 수 있다.

포집 장치(10)는 어떤 전자 구성 요소를 포함하지 않으며, 대신에 그 장치(10)를 작동시키는 데에 압축 가스 공급이 사용된다. 따라서, 압축 질소 라인(26)이 램프 조립체(12)의 구멍(27A)을 통해 포집 장치(10)로 연장한다. 질소 라인(26)은 압축 질소(바람직하게는 대략 3 내지 100psi)를 에너지 포집 장치(10)에 제공한다. 압축 질소의 사용은 예시적인 것이며, 임의의 압축 가스(예를 들면, 공기)가 에너지 포집 장치(10)에 공급될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 본 발명의 포집 장치(10)에 있어서, 일단 에너지가 포집되면 추가적 분석을 위해 광섬유 케이블에 의해 검출기로부터 멀리 전송된다. 따라서, 광섬유 케이블(28)이 자외선 램프 조립체(12)에서 구멍(27B)을 통과해 연장하여 에너지 포집 장치(10)에 부착된다. 도 2에서, 제1의 폐쇄 위치에 있는 에너지 포집 장치(10)가 도시되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 각 에너지 포집 장치(10)는 장착용 본체(30), 거의 관형의 셔터(32), 공압용 이음쇠(34), 광섬유 장착부(36), 및 가드(38)를 포함한다. 본체(30)는, 통상적으로 그 본체(30)의 양측에 배치되는 것이 바람직한 장 착 구멍(40A)과, 공동(42)을 포함한다. 공동 부분(42)은 통상적으로 광 포집 장치(10)의 본체(30)를 완전히 통과해 (측부에서 측부까지) 연장하도록 본체에 밀링 가공된다. 가드(38)는 장착 구멍(40A) 안으로 삽입되는 가드 스크루(40B)를 사용하여 본체(30)의 한쪽에 장착된다. 가드(38)는 공동(42)의 한쪽을 봉쇄하는 기능을 한다. 이러한 가드(38)를 장착하는 데에 있어서의 융통성은 에너지 포집 장치(10)가 램프 조립체(12)에 대해 다양한 위치에 장착될 수 있게 하면서도, 이물질로부터의 충돌에 대한 보호를 제공한다. 가드(38)는 장착될 경우 복사 에너지가 포집되는 본체(30)의 반대측에 배치된다. 비록 가드(38)가 요구되지만, 그 가드를 마련하지 않는다고 본 발명의 범위를 벗어나는 것이 아님을 당업자는 이해할 것이다.

본체(30)의 바람직한 최대 길이, 폭, 깊이의 치수는 각각 대략 3.375in × 1in × 0.5in 이하이다. 바람직하게는 에너지 포집 장치(10)의 전체 치수[가드(38), 광섬유 장착부(36), 공압용 이음쇠(34)를 포함]는 4.25in × 1.25in × 0.625in(즉, 길이, 폭, 높이 치수) 미만이다. 이러한 치수가 제조의 용이성으로 인해 바람직한 실시예의 크기를 반영하지만, 장치(10)는 프로세스가 요구하는 경우 더 적게 만들 수 있다. 0.625in 이하의 최소의 전체 치수를 유지하면 장치(10)를 웨브(16)와 램프(12) 사이의 최소의 공간 내에 장착할 수 있다(도 1 참조). 많은 프로세스에서, 램프(12)부터의 최대량의 복사 에너지가 웨브(14)에 충돌하는 것을 보장하고 이 공간으로 들어가는 오염 물질이 웨브(14)에 영향을 미치지 않게 하기 위하여, 웨브(16)와 램프(12) 사이의 거리를 최소로 유지할 필요가 있다. 오염 물질은 경화 프로세스에 악영향을 미칠 수 있는 산소를 포함할 수 있다. 그러한 거리를 작게 유지함으로써, 웨브(14)와 램프(12) 사이의 영역은 불활성 가스(질소 등)로 효율적으로 가득차게 할 수 있어, 프로세스의 무결성을 유지한다. 비록 본 발명의 포집 장치의 특정 치수가 논의되었지만, 더 큰 장치를 생성하기 위해 치수를 증대시키는 것을 비롯하여 원하는 용례에 맞게 치수를 맞출 수 있다는 것을 유념해야 한다.

상기 본체와 가드는 모두 알루미늄 스톡으로부터 밀링 가공된다. 알루미늄은 경량이면서 성형이 용이한 재료로서 열과 복사선에 견딜 수 있기 때문에 선택되었다. 알루미늄은 또한 산업적 설치에서 발생할 수 있는 어떤 충격에 견딜 정도로 강하다. 그러나, 알루미늄이 바람직하기는 하지만 장치(10)가 배치되는 프로세스 환경의 요구 조건을 충족시키는 임의의 재료가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 선택되는 재료는 바람직하게는 프로세스에서 사용되는 화학 물질에 견딜 수 있어 장치(10)가 작동할 때에 그 장치의 "표면 찰과(galling)"가 발생하지 않아야 한다. 다시 말해, 장치(10)는 그 장치(10)를 구성하는 재료의 입자가 마모로 인해 박리 현상을 야기하지 않도록 하고 또 전체적인 공정 또는 장치(10)의 활성화 및 작동에 영향을 미치지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 양극 산화 처리 또는 테프론과 같은 보호 코팅물이 장치(10)를 프로세스 환경으로부터 추가적으로 보호하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.

본체(30) 내의 공동(42)은 그 본체(30)가 실질적으로 "C"자 형상을 나타내게 한다. "C"자의 다리부는 그 공동(42)의 양측에서 제1 및 제2 지지 다리부(44A, 44B)를 형성한다. 바람직하게는, 공동(42)은 제2 다리부(44B)가 제1 다리부(44A)보다 두꺼워지도록 배치된다. 가장 바람직한 실시예에서, 제1 다리부(44A)는 본체(30)의 길이를 따라 0.375in 연장한다. 제2 다리부(44B)는 본체(30)의 길이를 따라 1.375in 연장한다. 지지 보어(46A, 46B)가 각 지지 다리부(44A, 44B)를 통해 배치되어 축방향으로 정렬된다. 바람직하게는 제1 지지 보어(46A)는 그 직경이 대략 0.75in이며, 제2 지지 보어(46B)는 그 직경이 대략 0.3125in이다. 종방향 지지 샤프트(50)가 지지 아암(44A, 44B)에 의해 지지되도록 지지 보어(46A, 46B)를 통해 배치된다. 세트 스크루(48A)와 세트 스크루 구멍(48B)이 제1지지 다리부(44A)를 통해 배치되어 종방향 지지 샤프트(50)의 위치를 본체(10)에 대한 제위치에 고정시키는 것이 바람직하지만, 당업자라면 종방향 지지 샤프트(50)가 지지 보어(46A, 46B)로부터 빠지는 것을 방지하기 위해 다른 방법을 이용할 수 있다는 것을 알 것이다. 투명 튜브(52)(바람직하게는 석영), 압축 스프링(54), 셔터(32) 및 광섬유 장착부(36)는 지지 샤프트(50)의 둘레에 동축으로 배치된다. 투명 튜브(52)는 석영이 바람직하지만, 프로세스 환경 조건을 견딜 수 있는 임의의 복사선 투과성 재료가 사용될 수 있다. 광섬유 장착부(36)는 그 광섬유 장착부(36)의 나사 구멍(36B)을 통해 배치된 세트 스크루(36A)에 의해 지지 샤프트(50)에 고정된다. 이어서, 광섬유 케이블(28)이 당업자에게 공지된 방식으로 광섬유 장착부(36)에 고정된다.

공압용 이음쇠(34)는 당업자에게 공지된 형태이다. 바람직하게는 공압용 이음쇠(34)를 제2 지지 다리부(44B)의 제2 지지 보어(46B) 내에 나사 결합된다. 일단 조립되면, 지지 샤프트(50)의 제1 단부(58)가 공압용 이음쇠 내부에 (도 4 및 도 5에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이) 배치된다.

도 3a에 도시되어 있는 바와 같이, 지지 샤프트(50)에는 종방향 축선(56), 제1 단부(58), 제2 단부(60)가 있다. 바람직하게는 지지 샤프트(50)는 그 길이를 따라 직경이 커진다. 바람직하게는, 지지 샤프트(50)의 최대 길이는 제1 단부(58)에서 제2 단부(60)까지 대략 3.125in이다. 제1 단부(58)에서부터, 제1 직경부(61A)가 지지 샤프트(50)를 따라 그 길이의 대략 절반(바람직하게는 대략 1.375in) 정도 연장한다. 제2의 더 큰 직경부(61B)는 확대 견부(63A)에서부터 연장하여 제2 단부(60)까지의 지지 샤프트(50)의 잔여 길이(바람직하게는 대략 1.75in)에서 지속된다. 견부(63A)는 제1 직경부(61A)에서 제2 직경부(61B)로의 천이부를 형성한다. 이 견부(63A)가 종방향 축선(56)에 대해 직각을 이룰 수 있다는 것은 당업자에게는 명백하지만, 종방향 축선(56)에 대해 90도 보다 작은 각도를 형성하는 것이 바람직하다. 포집체(62)가 제2 직경부(61B)에서 제2 단부(60)에 근접하여 지지 샤프트(50)에 형성되어 있다. 광섬유 보어(64)는 지지 샤프트(50)의 제2 단부에서부터 그 지지 샤프트(50)의 종방향 축선(56)을 따라 연장하여 포집체(62)와 연통 상태가 된다. 지지 샤프트(50)를 본체(30)에 유지시키는 세트 스크루(48A)(도 3 참조)를 느슨하게 함으로써, 지지 샤프트(50)는 그 종방향 축선(56)을 중심으로 회전하여, 본체(30)가 어떻게 장착되어 있는 가에는 무관하게 포집체(62)를 램프(12)(도 1 참조)와 면하게 할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 지지 샤프트(50)는 대략 320°회전할 수 있다.

도 3a에 도시되어 있는 바와 같이, 포집체(62)에는 그 포집체(62)로 들어가는 복사선의 광자(예를 들면, 에너지)를 수용하도록 종방향 축선(56)에 대해 대략 45°각도로 배치된 제1 및 제2 반사면(65A, 65B)을 마련하는 것이 바람직하다. 제2 반사면(65B)은 에너지가 지지 샤프트(50)의 종방향 축선(56)에 대해 평행하게 이동하도록 그 에너지를 지향시킨다. 광섬유 보어(64)는 제1 반사면(64A)을 통해 연장하여 포집체(62)와 연통 상태가 된다. 제2 반사면(65B)은 에너지를 광섬유 보어(64)를 향하게 한다(도 5와 관련하여 상세히 설명함). 반사면(65A, 65B)은 제조의 용이성 때문에 종방향 축선(56)에 45°의 각도로 배치된다. 다른 각도가 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 예를 들면, 제2 반사면(65B)을 45°의 각도로 유지하면서, 제1 반사면(65A)을 종방향 축선(56)에 대해 90°의 각도로 배치할 수 있다. 당업자라면 각 면에 대한 각도를 원하는 에너지 검출 수준에 따라 0°내지 90°사이에서 독립적으로 변화시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다.

종방향 지지 샤프트(50)는 (비록 다른 재료가 사용될 수 있지만) 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 알루미늄은 가볍고, 유해한 산업 조건, 특히 복사선 및 열에 대해 저항성을 갖는다. 게다가, 알루미늄은 복사선 광자의 큰 반사를 허용하도록 용이하게 연마될 수 있어, 포집 구멍(65)의 면(65)에 제2의 반사 재료를 상감(inlaying)하거나 코팅할 필요성을 배제시킬 수 있다. 바람직한 실시예에서는 제1 및 제2 반사면(65A, 65B) 모두가 (제조의 용이성으로 인해) 반사 표면을 제공하도록 연마될 수 있지만, 장치(10)가 작동하기 위해 단지 제2 반사면이 반사 표면을 제공하면 된다. 게다가, 반사면(65A, 65B)은 장치(10)의 원하는 포집 특성에 따라 반사성을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 테프론 코팅(또는 기타 유사한 코팅)이 반사면(65A, 65B) 중 하나 또는 둘 모두에 도포되어 (당업자에게 공지된 바와 같이) 확산 표면을 형성하며, 한번 더 장치(10)(예를 들면 거울 반사체 대 확산 반사체)의 포집 특성이 모니터되는 특정 프로세스에 따라 최적화될 수 있게 한다.

환형 링(63B)이 제2 직경부(61B)의 길이를 따라 대략 중간에서 [바람직하게는 제2 단부(60)에서부터 대략 0.75in에] 종방향 지지 샤프트(50)의 둘레에 형성되는 것이 바람직하다. 링(63B)은 견부(63A)와 포집체(62) 사이에서 그 포집체(62)에 근접하게 지지 샤프트(50)에 대해 동축으로 배치된다. 하나 이상의 배기 구멍(67)이 종방향 지지 샤프트(50)의 길이를 따른 대략 중간에서[바람직하게는 지지 샤프트(50)의 제1 단부(58)에서부터 대략 1.25in에] 견부(63A)에 근접하게 제1 직경부(61A)에 배치된다. 압력 보어(68)가 지지 샤프트(50)의 종방향 축선(56)을 따라 그 지지 샤프트(50)의 제1 단부(58)에서부터 배기 구멍(67)으로 연장하여, 그 배기 구멍(67)과, 그리고 공압용 이음쇠(34)를 매개로 가스 라인(26)과 연통한다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 광섬유 요소(66)가 광섬유 보어(64)를 통해 포집체(62) 안으로 향하게 되어, 그 포집체(62)에 충돌하는 복사선을 받아들이게 된다. 따라서, 광섬유 케이블(28), 광섬유 장착부(36), 포집체(62)는 모두 복사선이 통하는 상태에 있다. 명료함을 위해, 도 2 및 도 3과 관련하여 기재한 선택적 가드(38) 없이 에너지 포집 장치(10)를 도시하고 설명한다는 점을 유념해야 한다. 광섬유 장착부(36)는 세트 스크루(36A)에 의해 제2 단부(60)와 포집체(62) 사이에서 지지 샤프트(50)의 둘레에 동축으로 부착된다. 투명 튜브(52)(또는 석영 또는 투명 쉴드)는 지지 샤프트(50)의 제1 단부(58)에 근접하여 그 지지 샤프트(50)의 둘레에 배치되며, 지지 샤프트(50) 상의 환형 링(63B)과 광섬유 장착부(36) 사이의 제위치에 유지된다. 따라서, 투명 튜브(52)는 포집체(62)를 둘러싸도록 배치된다. 투명 튜브(52)는 광 포집 장치(10)를 둘러싸는 환경 내의 이물질이 포집체(62)로 들어가는 것을 방지하는 기능을 한다. 이러한 보호 방법은 포집체(62) 안으로 연장하는 광섬유 요소(66)에 대한 손상을 방지하는 데에 도움이 된다. 포집체(62)가 설명한 바와 같은 형상을 갖는 것이 바람직하지만, 다른 포집체의 형상[예를 들면, 지지 샤프트(50)의 종방향 축선(56)에 수직으로 연장하도록 광섬유 요소(66)가 배향됨]이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 채용될 수 있다는 것을 유념해야 한다.

셔터(32)는 압축 스프링(54)과 광섬유 장착부(36)의 사이에서 지지 샤프트(50) 둘레에 활주 가능하게 배치된다. 셔터(32)에는 제1 단부(72A) 및 제2 단부(72B)가 있다. 셔터(32)는 제1 직경부(74A) 및 제2 직경부(74B)를 구비한다(도 4 참조). 제1 직경부(74A)는 제1 단부(72A)에서부터 셔터(32)의 종방향 길이의 대략 1/3 지점까지 연장한다(바람직하게는 대략 0,625in). 제2 직경부(74B)는 셔터(32)의 제2 단부(72B)까지 셔터(32)의 나머지 종방향 길이(바람직하게는 대략 1.125in)에서 연장한다. 제1 직경부(74A)에서 제2 직경부(74B)로의 천이부는 셔터(32)의 내벽(78A) 둘레에 환형으로 내부 견부(77A)를 형성한다. 이 내부 견부(77A)는 제1 직경부(74A)에서부터 제2 직경부(74B)로 반경 방향 외측으로 연장한다. 천이부는 또한 셔터(32)의 외벽(78B)의 둘레에 환형으로 외부 견부(77B)를 형성한다. 이 외부 견부(77B)는 제1 직경부(74A)에서 제2 직경부(74B)로 반경 방향 외측으로 연장한다. 종방향 지지 샤프트(50)의 제1 단부(58)가 공압용 이음쇠(34) 내에 배치되어, 압력 보어(68)가 공압용 이음쇠(34) 내의 이음쇠 구멍(34A)과 연통하게 된다. 압축 스프링(54)은 공압용 이음쇠(34) 내의 스프링 소켓(34B)과 셔터(32)의 제1 단부(72A) 사이에서 지지 샤프트(50)의 제1 단부(58)에 근접하여 지지 샤프트(50)의 둘레에 동축으로 배치된다.

압축 스프링(54)은 셔터(32)의 제2 단부(72B)가 광섬유 장착부(36)와 맞물릴 때까지 화살표(70) 방향(도 4 참조)으로 지지 샤프트(50)의 제2 단부(60)를 향해 셔터(32)에 힘을 가한다. 압축 스프링(54)은 셔터의 제1 단부(72A)와 공압용 이음쇠(34) 사이에서 압축됨으로써 셔터(32)에 압박력을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예가 스프링을 사용하지만, 당업계에 공지된 다른 압박 장치(또는 힘)가 대안적으로 사용될 수 있다(예를 들면, 엘라스토머 요소 또는 자기 커플링). 따라서, 셔터(32)는 제1의 폐쇄 위치에서 포집체(62)의 위에 배치되며, 이로 인해 복사 에너지의 광자(75)가 포집체(62)로 들어가는 것이 방지된다. 도시되어 있는 바와 같이, 셔터의 제1 단부(72A)는 지지 샤프트의 제1 직경부(61A)와 밀봉 가능하게 맞물리는 환형 립(76)을 구비한다. 비록 제1 직경부(61A)와 밀봉 가능하게 맞물리지만, 환형 립(76)은 지지 샤프트(50)에 대해 활주할 수 있다. 이러한 활주 기능은, 예를 들면 지지 샤프트(50)의 제1 직경부(61A)의 표면에 테프론 코팅(또는 하드코트)을 도포함으로써 향상될 수 있다. 테프론 코팅은 또한 프로세스 및 장치(10)의 작동에 영향을 미칠 수 있는 입자가 장치(10)로부터 발생(또는 "표면 찰과")하는 것을 방지하는 데에 도움이 된다. 장치(10)의 마모가 최소화되도록 보장함으로써, 장치(10)는 프로세스의 "영구적인" 부분이 된다. 다시 말해, 통상적으로 제조 라인의 사용 수명 동안에 장치(10)를 교체할 필요가 없을 것이다.

셔터(32)의 제1 직경부(74A)의 내벽(78A)은 지지 샤프트의 제2 직경부(6 1B)와의 밀접한 공차 관계에 있다(도 4 참조). 환형 링(63B)은 셔터(32)의 제2 직경부(74B)를 따라 그 셔터(32)의 내벽(78A)과 활주 가능하게 맞물린다. 또한, 두 표면 사이에서의 활주는 지지 샤프트의 제2 직경부(61B) 또는 환형 링(63B)의 표면에 테프론 코팅을 도포함으로써 향상될 수 있다. 압축 챔버(또는 압력 챔버)(84)가 셔터(32)의 환형 립(76)과 지지 샤프트(50)의 환형 링(63B) 사이에 형성된다. 압축된 질소(또는 임의의 압축 가스)가 가스 라인(26)을 통해 강제되는 경우, 압축된 질소는 배기 구멍(67)을 통해 빠져나가 압축 챔버(84)로 들어간다. 압축된 가스는 지지 샤프트(50)[제1 직경부(61A)의 일부를 따라], 셔터(32)의 환형 립(76), 지지 샤프트(50)의 제1 견부(63A), 그리고 셔터의 제1 직경부(74A)의 내벽(78A) 사이에 갇히게 된다. 이들의 경계부는 함께 압축 챔버(84)를 형성한다. 압축 챔버(84) 내부에 압력이 생성됨에 따라, 압축 스프링(54)의 압박력을 극복하게 된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 증가된 압력은 셔터(32)를 화살표(86)의 방향(도 5)으로 지지 샤프트(50)의 제1 단부(58)를 향해 구동하여, 스프링(54)의 압박력을 극복하게 된다. 셔터(32)는 그 셔터(32)의 외부 견부(77B)가 제2 지지체(44B) 상의 멈춤면(90)과 맞물릴 때까지 종방향 지지 샤프트(50)의 제1 단부(58)를 향해 구동된다. 멈춤면(90)은 공동(42)에 근접하여 제2 지지체(44B)에 형성되어, 제2 지지 보어(46B) 둘레로 연장한다. 외부 견부(77B)가 멈춤면(90)과 맞물리는 경우, 셔터(32)가 화살표(86)의 방향으로 더 이동하는 것이 방지된다. 이어서, 에너지 포집 장치(10)는 제2의 "개방" 위치에 배치된다. 제2의 "개방" 위치에서, 광자(75)는 투명 튜브(52)를 통해 포집체(62) 안으로 이동하여 광섬유 요소(66) 상에 충돌할 수 있다. 이어서, 복사 에너지는 광섬유 케이블(28)을 통해 기록 및 분석을 위한 원격 검출 유닛(도시 생략)으로 전송된다.

셔터(32)가 종방향 지지 샤프트(50)의 제1 단부(58)를 향해 이동함에 따라, 셔터의 내부 견부(77A)는 지지 샤프트(50)의 제1 직경부(61A) 위에서 이동된다. 일단 내부 견부(77A)가 샤프트의 견부(63A)를 지나 이동하면, 셔터(32)의 제1 직경부(74A)의 내벽(78A)은 더 이상 지지 샤프트(50)의 제2 직경부(61B)와 밀봉 가능하게 맞물리지 않는다. 셔터(32)의 외부 견부(77B)가 본체(30)의 멈춤면(90)과 맞물리는 경우, 셔터(32)의 제1 직경부(74A)는 지지 샤프트(50)의 제1 직경부(61A)의 둘레에 배치된다. 셔터(32)의 제2 직경부(74B)는 실질적으로 지지 샤프트(50)의 제2 직경부(61B)의 둘레에 배치된다. 압축 챔버(84)의 범위가 그러한 상대 운동에 의해 팽창되어, 챔버(84)는 이제 셔터(32)의 환형 립(76), [제1 및 제2 직경부(74A, 74B) 모두를 따른] 셔터(32)의 내벽(78A), 환형 링(63B), 그리고 지지 샤프트(50)[제1 및 제2 직경부(61A, 61B)의 일부를 따라]에 의해 구획된다. 전술 한 바와 같이, 종방향 지지 샤프트(50)의 환형 링(63B)은 셔터(32)의 제2 직경부(74B)를 따라 그 셔터(32)의 내벽(78A)과 활주 가능하게 맞물린다.

바람직하게는, 셔터(32)의 내벽(78A)과 환형 립(63B) 간의 환형 계면은 소량의 압축 가스가 그 계면에서 압축 챔버(84)의 외부로 누출될 수 있을 정도의 공차를 갖는다. 압축 가스의 누출은 지지 샤프트(50)를 따라 동축으로 그 지지 샤프트(50)의 제2 단부(60)를 향해[도 5에서 화살표(95) 방향으로] 연장하는 가스 커튼을 생성한다. 이러한 가스 커튼은 투명 튜브(52) 위로 향하게 되어, 셔터(32)가 제2의 "개방" 위치에 있는 경우 이물질(프로세즈에서 발생한 증기도 포함)을 불어냄으로써 그 이물질이 석영 튜브(54)에 충돌하는 것을 방지하는 기능을 한다. 그러한 가스 커튼을 생성함으로써, 그 가스 커튼이 입자를 쫓아내어 입자들이 투명 튜브(52)에 응착되는 것을 방지하기 때문에 에너지 포집 장치(10)의 효율을 증대시킨다. 따라서, 가스 커튼은 시간 경과함에 따라 투명 튜브(52)를 흐려지게 하여, 에너지 포집 장치(10)가 광자(75)의 에너지를 정확하게 측정하는 것을 방해하는 퇴적 현상을 방지한다. 이에 의해, 가스 커튼은 장치(10)의 유지비용을 감소키는 데 도움이 되며, 장치(10)가 교체가 필요한 가능성을 감소시켜, 그 장치가 (앞서 논의한) 시스템의 영구적인 부분이 되게 한다.

미리 정해진 시간이 경과하면(도시를 생략한 전산화된 제어기에 의해 통상 지시됨), 압축 챔버(84)가 감압되어, 압축 스프링(54)이 다시 셔터(32)를 제1 "폐쇄" 위치로 압박한다(도 4 참조). 바람직하게는, 낮은 수준의 가압이 장치에 [스프링(54)의 압박력 이하로] 제공되어, "폐쇄" 위치의 경우에도, 장치(10)의 공차는 장치(10) 내부의 양의 압력이 장치(10)로부터 매우 천천히 누출되게 한다. 가스가 장치 구성 요소의 계면 사이에서 빠져나갈 수 있게 함으로써, 이물질이 장치로 들어가는 것이 방지된다. 특히, 이는 장치가 작동됨에 따라 셔터(32)가 "고착"되는 것을 방지한다.

이러한 방식에서, 투명 튜브(52)의 흐릿해짐 또는 광섬유 요소(66)의 열화로 인한 에너지 포집 장치(10)에서의 지나친 스트레스 없이 에너지 광자(75)에 대한 다수의 측정이 수행될 수 있다. 어떤 전자적 구성 요소도 에너지 포집 장치(10)에 포함되지 않기 때문에, 에너지 포집 장치(10)를 둘러싸는 환경적 유해성(예를 들면, 열, 복사선, 습도 등)의 수준이 에너지 포집 장치(10)의 작동에 영향을 미치지 않는다. 게다가, 비교적 적은 이동 부분이 에너지 포집 장치(10)를 공지의 종래 기술의 포집 장치에 비해 더 작게 하고 덜 성가시게 할 수 있다. 작은 전체 크기는 장치(10)가 종래에는 접근할 수 없었던 환경에 배치될 수 있게 한다. 이러한 이점들 모두는 건조 프로세스에 직접적으로 영향을 미치는 복사선 광자(75)의 직접적인 측정이 이루어 질 수 있는 소정 위치에 에너지 포집 장치(10)를 배치시킬 기회를 제공한다(다시 말해, 본 발명의 복사선 포집 장치는 전진하는 웨브과 동일한 복사 에너지 출력을 나타냄). 보다 정확한 측정으로 인해 프로세스를 보다 양호하게 제어할 수 있고, 생산 손실은 감소하며, 경제적 이윤은 증대한다.

본 발명을 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명하였지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에 대한 변형이 이루어 질 수 있다는 것을 당업자들은 이해 할 것이다.

Claims (24)

1. 에너지 포집체를 구비한 지지 샤프트와,

   상기 지지 사프트에 활주 가능하게 부착되며, 상기 포집체를 덮게 되는 제1 위치와 상기 포집체를 덮지 않게 되는 제2 위치 사이에서 이동할 수 있으며, 상기 위치들 중 하나로 압박되는 셔터와,

   내부로 도입되는 압축 가스가 압박력을 극복하여 셔터를 반대의 위치로 이동시키도록, 상기 셔터에 근접하게 배치되는 챔버

   를 포함하는 것인 에너지 포집 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 셔터와 지지 사프트 사이에 배치되어 그 셔터를 제1 위치로 압박하는 스프링을 더 포함하는 것인 에너지 포집 장치.
3. 제1항에 있어서, 제1 다리부와 제2 다리부를 구비하는 장착용 본체를 더 포함하며, 상기 지지 샤프트는 제1 다리부와 제2 다리부에 고정 가능하게 장착되는 것인 에너지 포집 장치.
4. 제3항에 있어서, 제1 지지 보어가 제1 다리부를 통과해 연장하고, 제2 지지 보어가 제2 다리부를 통과해 연장하며, 상기 지지 샤프트는 제1 지지 보어와 제2 지지 보어를 통해 배치되는 것인 에너지 포집 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 지지 샤프트는 제1 지지 보어와 제2 지지 보어 내에 회전 가능하게 배치될 수 있는 것인 에너지 포집 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 장착용 본체에 부착되는 위치 설정 가능한 가드를 더 포함하는 것인 에너지 포집 장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 지지 샤프트는 알루미늄으로 형성되는 것인 에너지 포집 장치.
8. 제2항에 있어서, 상기 장착용 본체는 약 0.625in 미만의 적어도 하나의 전체 치수를 갖는 것인 에너지 포집 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 지지 샤프트는 제1 단부와, 제2 단부와, 제1 단부에서 제2 단부로 연장하는 종방향 축선과, 제2 단부에서부터 상기 포집체로 종방향 축선을 따라 연장하는 광섬유 보어와, 배기 구멍과, 상기 제1 단부에서 배기 구멍으로 종방향 축선을 따라 연장하는 압력 보어를 더 구비하는 것인 에너지 포집 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 지지 샤프트는 제1 단부와 제2 단부를 구비하며, 이 제2 단부에 고정되는 광섬유 장착부를 더 포함하는 것인 에너지 포집 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 지지 샤프트는 제1 단부와 제2 단부를 구비하며, 제1 단부에 고정되는 공압용 이음쇠를 더 포함하는 것인 에너지 포집 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 지지 샤프트는 제1 단부와 제2 단부를 구비하며, 상기 지지 샤프트는 제1 단부에서부터 제2 단부까지가 약 3in 미만인 것인 에너지 포집 장치.
13. 제9항에 있어서, 상기 포집체는, 상기 종방향 축선에 대해 45°각도로 경사져 있고 광섬유 보어가 통과해 연장하게 되는 제1 반사면과, 상기 종방향 축선에 대해 45°각도로 경사져 있고 충돌하게 되는 에너지를 광섬유 보어를 향해 지향시키는 제2 반사면을 더 포함하는 것인 에너지 포집 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 포집체는, 하나 이상의 반사면과, 광섬유 요소를 포함하며, 상기 반사면은 상기 포집체에 충돌하는 에너지 광자를 센서로 향하게 하는 것인 에너지 포집 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 포집체는, 하나 이상의 확산 표면과, 광섬유 요소를 포함하며, 상기 확산 표면은 상기 포집체에 충돌하는 에너지 광자를 센서로 향하게 하는 것인 에너지 포집 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 포집체 위에 장착되는 투명 튜브를 더 포함하는 것인 에너지 포집 장치.
17. 제1항에 있어서, 압축 가스를 상기 포집체 위로 전환하기 위한 배기 구멍을 구비하는 에너지 포집 장치.
18. 제1항에 있어서, 약 4.25in × 1.25in × 0.625in의 최대 전체 치수를 갖는 에너지 포집 장치.
19. 제1항에 있어서, 압축 가스의 일부가 챔버 외부로 항상 누출되는 것인 에너지 포집 장치.
20. 제1 지지체와 제2 지지체를 구비하는 장착용 본체와,

    상기 제1 지지체에 배치되고 압력 보어를 포함하는 제1 단부와 상기 제2 지지체에 배치되고 포집체를 포함하는 제2 단부가 마련된 종방향 지지 샤프트와,

    상기 포집체와 제1 단부 사이에서 지지체에 배치되는 배기 구멍과,

    상기 종방향 지지 샤프트의 제1 단부 둘레에 배치되어 상기 배기 구멍과 연통하는 공압용 이음쇠와,

    상기 종방향 지지 샤프트의 제2 단부에 고정되어 상기 포집체와 복사 연통 상태에 있는 광섬유 장착부와,

    상기 배기 구멍과 광섬유 장착부 사이에서 종방향 지지 샤프트 둘레에 배치되는 셔터와,

    상기 포집체를 덮는 위치를 향해 상기 셔터와 압박하도록 상기 셔터와 공압용 이음쇠 사이에서 종방향 지지 샤프트 둘레에 배치되는 스프링을 포함하며,

    압축 가스가 상기 압력 보어 안으로 도입되며, 이 가스는 셔터에 대항해 배기 구멍 밖으로 강제되어 상기 스프링의 압박력을 극복하며, 또한 셔터가 포집체를 덮지 않도록 셔터를 종방향 지지 샤프트를 따라 병진 운동시키는 것인 에너지 포집 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 포집체 위에 장착되는 투명 쉴드를 더 포함하는 것인 에너지 포집 장치.
22. 제21항에 있어서, 압축 가스의 커튼이 상기 투명 쉴드를 가로질러 향하게 되는 것인 에너지 포집 장치.
23. 계속되는 웨브를 향해 자외선 램프로부터 방출되는 복사 에너지를 포집하는 방법으로,

    상기 계속되는 웨브와 자외선 램프 사이에 포집체를 배치하고,

    어떠한 복사 에너지도 포집체에 도달할 수 없도록 그 포집체를 덮는 제1 위치로 셔터를 압박하며,

    상기 셔터가 포집체를 덮지 않게 하여 복사 에너지가 포집체에 도달할 수 있도록, 공압을 사용하여 상기 셔터를 제2 위치로 병진 운동시키는 것

    을 포함하는 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 셔터가 제2 위치에 있는 동안에 상기 포집체의 위로 공기의 커튼을 향하게 하는 것을 더 포함하는 방법.

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