KR101032398B1 - 질소 퍼지 장치를 이용한 ｕｖ 경화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 UV 램프에서 방사되는 자외선 광을 이용하여 피 처리물의 표면을 경화시키기 위한 챔버 내에 질소 퍼지 장치를 구비하여, UV 도료가 자외선 광에 의해 초기 반응이 일어나기 전 질소 퍼지에 의해 산소를 차단하여 UV 도료의 경화 밀도를 높여 주는 UV 경화 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일면에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치은 UV 공정 챔버 내의 일 측면에 배열되어 피처리물의 일 면에자외선 광을 방사하는 UV 램프, 상기 UV 램프 상부에 배열되어 자외선 광을 피처리물에 조사하기 위한 곡률이 형성된 반사체를 포함하여 이루어진 UV 램프 모듈과, UV 공정 챔버 내에서 UV 램프 모듈과 마주보게 설치되는 질소 퍼지 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 방법은, 피처리물이 UV 공정 챔버 내로 제공되는 단계와, 상기 피처리물의 일 면으로 질소 가스를 분사하는 단계와, 분사된 상기 질소 가스에 의해 조성된 질소 환경에서 상기 피처리물의 다른 면으로 자외선 광을 방사하는 단계로 구성된다.

Description

질소 퍼지 장치를 이용한 ＵＶ 경화 장치{UV CURING APPARATUS USING NITROGEN PURGE DEVICE}

본 발명은 UV 경화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 UV 램프에서 방사되는 자외선 광을 이용하여 피 처리물의 표면을 경화시키기 위한 챔버 내에 질소 퍼지 장치를 구비하여, UV 도료가 자외선 광에 의해 초기 반응이 일어나기 전 질소 퍼지에 의해 산소를 차단하여 UV 도료의 경화 밀도를 높여 주는 UV 경화 장치에 관한 것이다.

현재 전세계의 코팅산업에서 거세게 일고 있는 환경보호운동 및 각 국들의 VOC(Volatile Organic Compound) 배출규제로 인하여 원료산업에서 코팅방법에 이르기까지 급속히 변하고 있다.

따라서 전세계적인 추세에 맞추어 도료산업은 서서히 증가하고 있는 반면에 UV 경화코팅, 수계도료 및 분체도료와 같이 대기오염을 줄일 수 있는 환경 친화적인 코팅산업은 급속도로 성장하고 있다.

그 중에서 UV 경화코팅의 역사는 1968년 서독 바이엘사에 의해 개발된 UV 경화형 불포화 폴리에스터 수지의 출현으로 시작되었으며, 그 후 1970년대 후반에 들어 UV 경화형 수지 조성물인 올리고머(oligomer), 모노머(monomer) 및 광개시제(photoinintiator) 등의 원료개발과 배합기술이 향상되고, 고출력 UV 램프가 개발되어 UV 경화코팅 분야는 급속하게 발전되어 왔다.

그리고 현재에는 목재, 종이, 금속, 플라스틱 및 광섬유 등의 도료뿐 만 아니라 인쇄 잉크, 접착제, 자동차, 포토레지스트(photoresist) 및 광도파로 소재와 같은 첨단산업 분야까지 응용범위가 확대되고 있다.

여기서, UV 경화에 대하여 간략하게 설명하면, UV 경화란 UV, 즉 자외선 광에 의한 화학반응으로 인하여 경화되고, 경화 메카니즘은 크게 라디칼 반응과 양이온 반응으로 구분된다.

UV는 파장의 길이와 용도에 따라서 여러 가지의 분류 방법이 있는데, 일반적인 특성을 살펴보면 파장이 짧을수록 에너지는 강하고 침투력은 약하게 된다. UV는 파장에 따라 UV-A, UV-B, UV-C 및 UV-V로 분류되지만, 보라색에 가까이 있는 것은 근자외선, 보라색에서 멀리 있는 것은 원자외선, 그리고 그 중간에 있는 것은 중자외선이라 분류하기도 한다.

더욱 상세하게는 UV는 태양광의 스펙트럼 사진으로 찍었을 때 가시광선의 단파장 보다 바깥쪽에 나타나는 눈에 보이지 않는 빛 약 10 ~ 397 nm에 이르는 파장으로 된 넓은 범위의 전자기파를 총칭하며 극단적으로 파장이 짧은 UV는 X선과 거의 구별되지 않는다.

그리고 UV는 화학작용이 강하므로 적외선을 열선이라고 하는 것에 대응하여 화학선이라고 하기도 한다.

또 파장에 따라 근자외선 290nm 이상, 슈만선 190 ~ 120nm, 라이만선 120 ~ 60nm, 밀리컨 60nm 이하 등으로 세분하거나 190nm 이하의 파장을 가지는 UV는 원자외선이라고도 한다.

이에 UV 경화 장치은 에너지가 강한 부분 및 침투력이 강한 부분을 활용하는 기술을 중심으로 발전해 왔으며, 이로 인한 오존 발생, 피 처리물의 열 변형 등의 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

특히, 200nm 이하의 UV는 공기중의 산소가 흡수되어 오존이 발생하게 문제점과, UV 램프 발광 시 800 ~ 900 ℃의 고온이 발생하여 피 처리물의 열변형을 일으키게 하는 문제 등이 있었다.

또한, UV 처리 공정에서 챔버 내에 존재하는 산소는 UV 도료의 자외선 광에 의한 화학반응을 억제하여, UV 도료의 경화 밀도를 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 챔버 내에 질소 퍼지 장치를 구비하여, UV 도료가 자외선 광에 의해 초기 반응이 일어나기 전 질소 퍼지에 의해 산소를 차단하여 UV 도료의 경화 밀도를 높여 주는 UV 경화 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치은, UV 공정 챔버 내의 일 측면에 배열되어 피처리물의 일 면에 자외선 광을 방사하는 UV 램프, 상기 UV 램프 상부에 배열되어 자외선 광을 피처리물에 조사하기 위한 곡률이 형성된 반사체를 포함하여 이루어진 UV 램프 모듈과, UV 공정 챔버 내에서 UV 램프 모듈과 마주보게 설치되는 질소 퍼지 장치를 포함한다.

여기서, 질소 퍼지 장치는 UV 램프로부터 방사되는 자외선 광에 의해 UV 도료의 초기 광 화학 반응이 발생하기 전에 질소 가스를 피처리물의 다른 면으로 분사하여 산소를 차단함으로써 자외선 광에 의한 UV 도료의 광 화학 반응이 질소 환경에서 일어나게 할 수 있다.

한편, 피처리물의 일면으로 방사되는 자외선 광은 400 mj/cm² 이상의 광량을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 면에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 방법은, 피처리물이 UV 공정 챔버 내로 제공되는 단계와, 상기 피처리물의 일 면으로 질소 가스를 분사하는 단계와, 분사된 상기 질소 가스에 의해 조성된 질소 환경에서 상기 피처리물의 다른 면으로 자외선 광을 방사하는 단계로 구성된다.

본 발명에 따른 질소 퍼지 장치을 구비한 UV 경화 장치 및 방법에 의하면, 챔버 내에 구비된 질소 퍼지 장치에 의해 UV 도료가 UV 조사에 의해 초기 광 화학반응이 일어 나기 전, 산소를 차단하여 반응율을 높일 수 있고, 이로 인해 UV 도료의 경화 밀도를 높여줄 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 UV가 공기중의 산소를 흡수하여 발생하는 오존을 센싱하고, 이를 알려줌으로써, 작업자가 위험에 노출되는 빈도를 최소화할 수 있으며, UV 램프 사이의 거리 및 상하 각도 등을 자동으로 제어하여 항시 작업 조건에 맞게 조절이 가능하며, UV 램프에서 방출되는 자외선 광의 광량을 센싱하여 실시간으로 모니터링함으로써, 경화 품질을 높일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치을 도시한 대략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치의 일 실시예를 구체적으로 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치의 다른 실시예를 구체적으로 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 다른 실시예에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 방법을 도시한 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 퍼지 장치를 구비한 UV 경화 장치을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치을 도시한 대략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치은 UV 램프 모듈(200)과, 질소 퍼지 장치(300)를 포함한다.

본 발명에 따른 UV 경화 장치에서, UV 램프 모듈(200)은 UV 공정 챔버 내의 일 측면에 배열되어 피처리물의 일 면에 자외선 광을 방사하는 UV 램프(210)와, UV 램프(210) 상부에 배열되어 자외선 광을 피처리물에 조사하기 위한 곡률이 형성된 반사체(220)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 반사체(220)는 UV 램프(210)의 상부에 배열되어 UV 램프(210)에서 방사되는 자외선 광을 피처리물에 조사하기 위해 일정한 곡률이 형성되어 있어, UV 램프(210)에서 방사되는 자외선 광을 반사하여 조사함으로써 피처리물 표면에 도장되어 있는 UV 도료를 경화하게 된다.

이하에서는 본 발명에서 사용되는 경화용 UV 램프(210)에서 방사되는 자외선 광의 파장 및 그 에너지 변화율을 살펴본다.

UV 램프(210)에서 방사되는 자외선 광은 태양 광의 스펙트럼을 사진으로 찍었을 때 가시광선의 단파장보다 바깥쪽에 나타나는 눈에 보이지 않는 약 10 ~ 397 nm에 이르는 파장으로 된 넓은 범위의 전자기파를 총칭하며, 극단적으로 파장이 짧은 자외선 광은 X선과 거의 구별되지 않는다.

다음으로 본 발명에서의 경화용 UV 램프(210)에서 발생되는 에너지를 100% 라고 할 때, UV 램프(210)의 에너지 변화율을 보면, 경화용 UV 파장(자외선 파장)은 16 ~ 18%, 가시광선은 15%, 적외선 67 ~ 70%이며, 따라서 적외선의 에너지가 상대적으로 많아 UV 램프(210)의 표면온도가 700 ~ 800℃에 이르게 된다.

한편, 피처리물에 조사되는 자외선 광의 조사량은 UV 램프(210)와 피처리물 간의 거리에 반비례하며, 총괄 조사되는 적산 UV 조사량은 강도와 조사 시간 즉, 라인 스피드에 반비례한다.

구체적인 UV 조사량은 아래의 수학식 1과 같으며, 본 발명에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치에서 UV 램프(210)는, 400 mj/cm² 이상의 광량을 가지는 자외선 광을 방사하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

UV 조사량(mj/cm²)= UV 강도(용량 KW) * 조사 시간

= mw/cm² * sec

한편, 본 발명에 따른 UV 경화 장치에서, 질소 퍼지 장치(300)는 UV 공정챔버 내에서 UV 램프 모듈(200)과 마주보게 설치되고, UV 램프 모듈(200)로부터 방사되는 자외선 광에 의해 UV 도료의 초기 광 화학 반응이 발생하기 전에 질소 가스를 피처리물의 다른 면으로 분사한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 UV 경화 장치은 UV 경화 공정과 질소 퍼지 공정을 동시에 수행하여, UV 도료가 자외선 광에 의해 초기 광 화학 반응이 발생하기 전에 질소 가스를 피처리물의 일 면으로 분사함으로써, 산소를 차단하고 최대한 질소 환경을 조성하여 UV 도료의 경화 밀도를 높여 줘 코팅 면의 표면을 강화시키는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치을 도 2 및 도 3을 찹조하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치의 일 실시예를 구체적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치의 다른 실시예를 구체적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 UV 경화 장치은 밀폐되지 않은 공간에서, UV 공정 챔버 내의 일 측면에 위치하는 UV 램프 모듈(200)과, UV 램프 모듈(200)과 마주보게 위치하는 질소 퍼지 장치(300)로 구성된 유닛을 복수개 포함하여, 피처리물의 UV 경화를 수행한다.

여기서, 각각의 유닛에는 UV 램프 모듈(200)과, 질소 퍼지 장치(300)가 서로 마주보게 교대로 설치되어, 본 발명에 따른 UV 경화 장치은 피처리물의 일 면뿐 만 아니라, 다른 면도 UV 경화를 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 UV 경화 장치은 도 3에 도시된 바와 같이, UV 챔버내의 일 측면에 위치하는 UV 램프 모듈(200)과 질소 퍼지 장치가 연속하여 교대로 설치된 제1 플레이트와, 이와 마주보게 UV 램프 모듈(200)과 질소 퍼지 장치가 연속하여 교대로 설치된 제2 플레이트로 구성될 수 있다.

제2 플레이트에도 역시, UV 램프 모듈(200)과 질소 퍼지 장치(300)가 연속하여 교대로 설치되고, 제1 플레이트에 설치된 UV 램프 모듈(200)과 질소 퍼지 장치(300)와 반대의 순서로 설치된다.

즉, 제1 플레이트에 UV 램프 모듈(200), 다음 순서로 질소 퍼지 장치(300)가 설치되면 이와 마주보는 제2 플레이트에는 질소 퍼지 장치(300), 그 다음 순서로 UV 램프 모듈(200)이 교대로 설치된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 UV 경화 장치은 UV 램프 모듈과, 질소 퍼지 장치가 하나의 유닛으로 복수 개 설치되거나, 또는 제1 및 제2 플레이트에 연속하여 교대로 설치되어, 밀폐되지 않은 공간에서도 충분하게 질소 분위기를 조성할 수 있으며, 피처리물의 일 면뿐 만 아니라 다른 면까지 UV 경화를 수행할 수 있다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 방법을 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 방법을 도시한 순서도이다.

먼저, 피처리물이 UV 공정 챔버 내로 제공된다(S410). 여기서, 피처리물은 디스플레이 윈도우용 아크릴 시트 및 폴리 카보네이트 등의 원자재를 포함하고, UV 공정 챔버 내를 수직 방향으로 통과하게 된다.

본 발명에 따르면 UV 공정 챔버는 피처리물에 UV 도료를 분사하고, 자외선 광을 방사하가 위한 UV 램프 모듈과, UV 램프 모듈에서 방사되는 자외선 광에 의해 광중합 화학 반응이 개시 전, 질소 분위기를 만들어 주기 위한 질소 퍼지 장치를 포함한다.

UV 공정 챔버 내로 피처리물이 제공되면, 질소 퍼지 장치는 피처리물의 일 면으로 질소 가스를 분사하여, 산소를 차단하고 최대한 질소 환경을 조성한다(S420).

분사된 상기 질소 가스에 의해 질소 환경이 조성된 상태에서 UV 램프 모듈은 상기 피처리물의 다른 면으로 자외선 광을 방사하여, 피처리물의 경화를 수행한다(S430).

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

200: UV 램프 모듈
210: UV 램프
220: 반사체
300: 질소 퍼지 장치

Claims (7)

1. UV 공정 챔버 내를 수직 방향으로 통과하는 피처리물에 자외선 광을 방사하는 UV 램프 모듈; 및
   상기 UV 램프 모듈과 마주보게 설치되는 질소 퍼지 장치를 포함하되,
   상기 UV 램프 모듈과, 상기 질소 퍼지 장치는 개방된 공간에서 복수 개로 구성되고 연속하여 서로 교대로 설치되고,
   상기 질소 퍼지 장치는,
   개방된 공간에서 상기 UV 램프 모듈로부터 방사되는 상기 자외선 광에 의해 상기 피처리물의 일 면에서 UV 도료의 초기 광 화학 반응이 발생하기 전에 질소 가스를 상기 피처리물의 일 면뿐만 아니라 다른 면에 분사하여, 개방된 공간에서 질소 환경을 조성하고,
   상기 UV 램프 모듈은,
   상기 UV 공정 챔버 내의 일 측면에 배열되어 상기 피처리물의 일 면에 400 mj/cm² 이상의 광량을 가지는 자외선 광을 방사하는 UV 램프; 및
   상기 UV 램프 상부에 배열되어 상기 자외선 광을 상기 피처리물에 조사하기 위한 곡률이 형성된 반사체를 포함하는 것이고,
   개방된 공간에서 상기 질소 퍼지 장치가 상기 피처리물의 일 면뿐만 아니라 다른 면으로 질소 가스를 분사함으로써 형성된 질소 분위기에서, 상기 피처리물의 일 면뿐만 아니라 다른 면에도 UV 경화를 수행하는 것
   인 질소 퍼지 장치를 이용한 UV 경화 장치.
   
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