KR101489750B1 - 유브이 경화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 유브이 경화장치는 유브이램프에서 피경화품으로 직접조사되거나, 반사갓에 반사되어 조사되는 빛이 유실되지 않고 온전히 피경화품으로 도달하게 하게 하는 최적의 곡률로 제작된 반사갓을 사용하므로, 피경화품에 도달하는 광량이 높아지므로 유브이 램프의 설치비와 유지비 및 전력소모량을 감소시키고, 유브이 램프의 수명을 늘릴 수 있다.

Description

유브이 경화장치{UV CURING APPARATUS}

본 발명은 유브이 경화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유브이 램프에서 조사되는 유브이가 유실되지 않고 제품에 조사되어 경화품질을 향상시키는 유브이 경화장치에 관한 것이다.

유브이 경화장치는 유브이본드가 도포된 제품에 유브이를 조사하면 유브이 본드가 순간적으로 경화되는 화학반응을 이용하는 것으로, 유브이 경화장치를 이용해 제품의 표면경도를 향상시키거나 제품에 내스크래치성을 부여할 수 있다. 이런 유브이 경화과정이 제품의 생산에 필수적으로 요구됨에 따라 반도체, 전자, 의료, 통신 등 여러 기술분야에서 다양하게 활용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 유브이 경화장치의 유브이 램프 유닛을 나타낸 단면도이다. 종래기술에 따른 자외선 경화장치는 유브이램프(1)와 유브이램프(1)에서 제품을 향하지 않은 방향으로 조사되는 빛을 반사시키는 반사갓(2)을 포함하여 이루어진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 유브이 경화장치는, 유브이램프(1)에서 조사되고, 반사각(2)을 통해 반사된 빛이 피경화품(3)이 위치하는 유브이 램프(1)의 하측으로 온전히 조사되는 것이 아니라, 피경화품(3)의 주변부로 유브이가 조사되므로 제품에 도달하는 광량이 낮아지게 된다. 따라서 광량을 높이기 위해 다수의 유브이램프(1)를 설치하거나, 높은 전력을 사용해야하기 때문에 장치의 설치비 및 유지비가 증가되고, 전력 소모량이 증가되고, 유브이램프(1)의 수명이 짧아진다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0023397에는 상기의 종래의 기술과 유사한 구조의 유브이 경화장치가 예시된다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 유브이램프에서 조사되는 빛을 피경화품으로 온전히 조사되도록 하여, 유브이램프의 설치비 및 유지비와 전력소모량을 감소시키고, 유브이램프의 수명을 늘리기 위한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유브이 경화장치는,내부에 공간을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하며, 유브이를 조사하는 유브이 램프; 상기 유브이 램프에서 피경화물의 방향이 아닌 다른 방향으로 조사되는 유브이를 상기 피경화물을 향해 반사시키는 반사갓; 상기 유브이 램프와 상기 피경화물의 사이의 공간을 차단하거나 개방하는 셔터; 상기 셔터를 구동시키는 셔터회전장치;를 포함하여 이루어지되, 상기 셔터회전장치는, 상하로 구동하는 실린더;와 상기 실린더에 고정되고 일정한 간격으로 다수의 돌기가 형성된 기어;와 상기 기어가 상하로 이동할 때에 상기 기어에 형성된 다수의 돌기와 맞물려 회전하는 링크기어;와 한쪽 끝 부분에 상기 링크기어가 연결되고 반대쪽 끝 부분에 상기 셔터가 연결되는 셔터암;을 포함하여 이루어지며, 상기 실린더가 상측으로 구동하면, 상기 기어가 상측으로 이동하고, 상기 기어에 형성된 다수의 돌기와 맞물린 상기 링크기어가 상기 셔터암을 통해 상기 링크기어와 연결된 상기 셔터가 함께 상기 유브이 램프와 상기 피경화물의 사이를 차단하는 방향으로 회전하며, 상기 실린더가 하측으로 구동하면, 상기 기어가 하측으로 이동하며, 상기 링크기어와 상기 셔터를 상기 유브이 램프와 상기 피경화물의 사이를 개방하는 방향으로 회전시킨다.

상기 셔터에는 다수의 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 셔터의 휘어짐을 방지하고, 상기 셔터에 가해지는 열을 방열하는 기능을 하며, 상기 하우징에는 하우징 돌출부가 형성되고, 상기 셔터에는 셔터걸림부가 형성되며, 상기 셔터가 상기 유브이 램프와 상기 피경화물의 사이를 차단하는 방향으로 회전할 때에 상기 셔터걸림부가 상기 하우징 돌출부와 맞닿으며 회전이 정지된다.

또한 상기 링크기어와 상기 셔터암을 고정하기 위한 링크기어연결브라켓과, 상기 셔터암의 회전축을 고정하고 상기 셔터암이 회전할 때에 마찰력을 줄이기 위한 베어링과, 상기 베어링의 이탈을 방지하기 위한 스냅링과, 상기 베어링과 상기 링크기어연결브라켓의 거리를 유지하기 위한 갭링을 더 포함한다.

본 발명은 유브이램프에서 피경화품으로 직접조사되거나, 반사갓에 반사되어 조사되는 빛이 유실되지 않고 온전히 피경화품으로 도달하게 하게 하는 최적의 곡률로 제작된 반사갓을 사용하므로, 피경화품에 도달하는 광량이 높아진다. 즉, 낮은 전력과 적은 수의 유브이 램프를 사용하여 유브이 경화가 가능하기 때문에 유브이 램프의 설치비와 유지비 및 전력소모량을 감소시키고, 유브이 램프의 수명을 늘리는 효과가 있다.

도 1은 종래의 유브이 경화장치의 반사갓에 따른 유브이의 조사 범위를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유브이 경화장치를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유브이 경화장치를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유브이 경화장치의 셔터회전장치를 나타낸 분해 사시도.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유브이 경화장치에서 유브이 램프 유닛의 셔터가 회전하는 모습을 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유브이 경화장치의 반사갓에 따른 유브이의 조사 범위를 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유브이 경화장치의 반사갓과 종래의 기술에 따른 반사갓의 광량을 비교한 표.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유브이 경화장치의 반사갓의 곡률을 나타낸 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예를 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유브이 경화 장치는, 유브이 램프 유닛(110)과 환풍장치(120) 등이 위치하는 장치부(100)와, 피경화물(3)을 장치의 내부 및 외부로 이동시키는 컨베이어부(200)와, 장치부(100)의 하측에 위치하는 지지부(300)로 이루어진다.

도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 유브이 램프 유닛(110)은 내부에 공간을 형성하는 하우징(116)과, 하우징(116)에 내부에 장착되는 유브이 램프(111)와, 유브이 램프(111)의 주변부를 감싸는 반사갓(112)과, 반사갓(112)을 고정하는 커버(113)와, 반사갓(112)의 하측에 위치하고 회전을 통해 유브이 램프(111)와 피경화물(3)의 사이를 차단하는 두 개의 셔터(114)와, 셔터(114)의 셔터회전장치(115)로 이루어진다. 반사갓(112)은 콜드미러로 제작되어 유브이 램프(111)에서 발산하는 빛이 반사갓(112)을 향해 조사되면, 적외선은 투과시키고 자외선만을 반사시켜 피경화물(3)을 향해 조사한다. 반사갓(112)은 곡선형태의 단면을 가진 판의 형상이 유브이 램프(111)를 중심으로 좌우로 대칭되는 형태로, 두 개의 판이 한 쌍으로 이루어지며, 한 쌍의 반사갓(112)은 유브이 램프(111)의 빛이 하방을 향해 조사되도록 유브이 램프(111)의 하방이 개방된 형태이다.

셔터(114)는 유브이 램프(111)의 조사량을 조절하기 위해 설치되며, 셔터(114)의 회전을 통해 유브이 램프(111)와 피경화물(3)의 사이가 차단되거나 개방된다. 또한 셔터(114)에는 핀형상으로 돌출된 다수의 돌출부(114b)가 형성되어 있는데, 이는 셔터(114)의 휘어짐을 방지하는 동시에 셔터(114)에 전달된 열을 방열하는 기능을 한다. 따라서 알루미늄과 같이 열 전도율이 높은 재료를 사용하여 셔터(114)를 제작하면 전술한 방열기능을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한 셔터(114)에는 걸림부(114a)가 형성되며, 걸림부(114a)는 셔터(114)가 회전할 때에 하우징(116)에 형성된 하우징돌출부(116a)와 맞닿는다.

셔터(114)는 셔터회전장치(115)를 이용해 회전하며, 셔터회전장치(115)는 상하로 구동하는 실린더(115a)와 실린더(115a)의 구동부에 고정되는 고정부(115i), 고정부(115i)에 연결되고 실린더(115a)에 의해 상하로 구동하며 좌우면에 같은 간격으로 돌기가 형성되는 기어(115b)와, 기어(115b)의 좌우면에 형성된 돌기와 맞물려 서로 반대방향으로 회전하는 두 개의 링크기어(115c), 한쪽 끝이 셔터(114)에 연결되고 다른 한쪽 끝부분이 하우징(116)을 통과하여 링크기어(115c)와 연결되는 셔터암(115d)과, 링크기어(115c)와 셔터암(115d)을 고정하는 링크기어연결브라켓(115e)과 하우징(116)의 내부에 위치하고 셔터암(115d)의 회전축의 고정 및 회전시의 마찰력을 줄이기 위한 베어링(115g)과, 베어링(115g)의 이탈을 방지하기 위한 스냅링(115h)과 베어링(115g)과 링크기어연결브라켓(115e)간의 거리를 유지하기 위한 갭링(115f)으로 이루어진다.

실린더(115a) 및 고정부(115i)와 기어(115b)를 제외한 부품들은 모두 2개씩 형성되며 대칭한 형태로 형성되고 그 회전의 방향도 반대이다. 셔터(114)와 셔터암(115d)의 일부는 하우징(116)의 내부에 형성되고 실린더(115a)와 고정부(115i), 기어(115b)와 링크기어(115c)는 유브이 램프 유닛(110)의 장축의 양쪽 면 중 어느 한 면의 외부에 설치된다.

도 5와 도 6을 참조하면, 실린더(115a)가 하측으로 구동하면, 실린더(115a)에 고정된 고정부(115b)와 고정부(115b)에 연결된 기어(115b)가 함께 하측으로 이동하고, 이때에 기어(115b)와 돌기가 맞물린 링크기어(115c)가 링크기어(115c)와 연결된 셔터(114)와 함께 유브이 램프(111)와 피경화물(3)의 사이를 개방하는 방향으로 회전하면서, 셔터(114)로 차단되었던 유브이 램프(111)와 피경화물(3)의 사이가 개방된다. 또한, 유브이 램프(111)와 피경화물(3)의 사이가 개방된 상태에서, 실린더(115a)가 상측으로 구동하면, 실린더(115a)에 고정된 고정부(115b)와 고정부(115b)에 연결된 기어(115b)가 함께 상측으로 이동하고, 이때에 기어(115b)와 돌기가 맞물린 링크기어(115c)가 실린더(115a)가 하측으로 구동할 때와 반대의 방향으로 회전하면서, 링크기어(115c)와 연결된 셔터(114)가 링크기어(115c)와 함께 회전하므로, 유브이 램프(111)와 피경화물(3)의 사이를 차단하게 된다. 이때에 셔터(114)의 회전 각도는 실린더(115a)의 구동거리를 이용하여 조절할 수 있으며, 셔터(114)에 형성된 걸림부(114a)가 하우징(116)에 장착된 하우징 돌출부(116a)에 걸리게 되어 유브이 램프(111)에서 발생하는 유브이가 셔터(114)와 하우징(116)의 사이의 틈으로 조사되지 않도록 차단하는 역할을 한다.

셔터(114)의 개폐여부는 제어부에서 제어하며, 제어부에서는 유브이 조사량과 경화 진행 여부를 감지하여 셔터(114)의 개폐여부를 결정한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유브이 경화장치의 유브이 램프(111)에서 조사되는 유브이의 조사 범위는 반사갓(112)의 하부의 구간에 조사되므로 유브이의 유실이 발생하지 않고, 피경화물(3)에 유브이가 집중되어 조사된다. 이는 최적의 반사갓(112)의 곡률이 적용되었기 때문에 유브이의 유실이 발생하지 않는 것이다.

도 8a 및 도 8b, 도 8c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반사갓(112)의 효과를 알아보기 위해, 종래의 반사갓과 최적의 곡률로 제작된 본 발명에 따른 반사갓(112)의 광량을 비교해 보았으며, 비교를 위해 2개의 챔버를 준비하였다. 종래의 반사갓을 기존 반사갓으로 칭하고, 본 발명에 따른 반사갓(112)을 개선 반사갓으로 칭한다. 광량은 mJ/㎠의 단위와 mW/㎠의 단위로 측정되었으며, 두 단위 중에 mJ/㎠의 단위를 기준으로 설명하고자 한다.

도 8a를 참조하면, 첫 번째 실험에서는, 1번 챔버와 2번 챔버에 모두 기존 반사갓을 설치하고, 챔버당 2등의 유브이 램프(111)를 설치한 후 120W의 전력을 사용하여 광량을 측정한 결과를 나타내었다. 1번 챔버의 광량은 3695mJ/㎠이고, 2번 챔버의 광량은 3373mJ/㎠로, 1번 챔버와 2번 챔버의 광량은 유사한 값으로 측정된다.

도 8b를 참조하면, 두 번째 실험에서는, 1번 챔버에 개선 반사갓(112)을 설치하고, 2번 챔버에 기존 반사갓을 설치하며, 챔버당 2등의 유브이 램프(111)를 설치하고, 100W와 120W, 160W의 전력에서 각각의 광량을 측정한 결과를 나타내었다. 또한 개선 반사갓을 사용한 챔버가 기존 반사갓을 사용한 챔버 대비하여 증가한 광량의 비율을 나타내기 위해 광량 증가율을 표기하였다.

100W의 전력에서 1번 챔버의 광량은 5762mJ/㎠이고, 2번 챔버의 광량은 2904mJ/㎠이며, 광량 증가율은 98%이다. 또한 120W의 전력에서 1번 챔버의 광량은 7231mJ/㎠이고, 2번 챔버의 광량은 3343mJ/㎠으며, 광량 증가율은 123%이다. 160W의 전력에서의 1번 챔버의 광량은 8351mJ/㎠이고, 2번 챔버의 광량은 3948mJ/㎠이며, 광량 증가율은 112%이다. 두 번째 실험의 결과에 따르면, 개선 반사갓(112)을 사용했을 때에 기존 반사갓을 사용할 때보다 광량이 두 배정도 증가함을 알 수 있다.

도 8c를 참조하면, 세 번째 실험에서는 1번 챔버에 개선 반사갓(112)을 설치하고, 2번 챔버에 기존 반사갓을 설치하며, 챔버당 1등의 유브이 램프(111)를 설치하고, 100W와 120W, 160W의 전력에서 각각의 광량을 측정한 결과를 나타내었다.

100W의 전력에서 1번 챔버의 광량은 2991mJ/㎠이고, 2번 챔버의 광량은 1312mJ/㎠이며, 광량 증가율은 128%이다. 또한 120W의 전력에서 1번 챔버의 광량은 3878mJ/㎠이고, 2번 챔버의 광량은 1629mJ/㎠이며, 광량 증가율은 138%이다. 160W의 전력에서의 1번 챔버의 광량은 4331mJ/㎠이고, 2번 챔버의 광량은 1906mJ/㎠이며, 광량 증가율은 127%이다. 세 번째 실험의 결과에 따르면, 개선 반사갓(112)을 사용했을 때에 기존 반사갓을 사용할 때보다 광량이 두 배 이상 증가함을 알 수 있으며, 첫 번째 실험과 세 번째 실험을 비교해 보면, 120W의 전력을 사용했을 때에, 기존 반사갓을 사용하고 2개의 유브이 램프(111)를 사용했을 때의 광량인 3695mJ/㎠와, 개선 반사갓을 사용하고 1개의 유브이 램프(111)를 사용했을 때의 광량인 3878mJ/㎠가 유사한 값을 보이기 때문에, 유브이 램프(111)를 1등만 설치하여도 개선 반사갓(112)을 사용하면 기존 반사갓을 사용할 때에 유브이 램프(111)를 2등을 설치했을 때와 유사한 광량을 나타낼 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

따라서 개선 반사갓(112)을 사용하면, 전력의 사용량과 유브이 램프(111)의 수를 줄일 수 있기 때문에, 기존 반사갓을 사용할 때보다 생산비용을 절감할 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 유브이 경화 장치의 실시예에 따른 반사갓(112)의 내측 곡률을 나타내었다. 반사갓(112)의 내측 곡률은 수직 길이를 기준으로 3구간으로 나누어 설명할 수 있으며, 반사갓(112)의 전체의 수직 길이를 1로 보았을 때에 상측부에 해당하는 제1구간(410)은 전체 수직 길이의 0.4~0.5의 범위 내의 길이를 가지고, 중간부에 해당하는 제2구간(420)은 전체 수직길이의 0.4~0.5의 범위 내의 길이를 가지고, 하측부에 해당하는 제3구간(430)은 전체 수직길이의 0.05~0.15의 범위 내의 길이를 가진다.

제1구간(410)에는 30~100mm의 반경을 갖는 다수의 원호가 연결되어 곡선의 형태를 그리며, 다수의 원호의 반경은 하측으로 이동할수록 상기 범위 내에서 커진다. 또한 제2구간(420)에는 100~180mm의 반경을 갖는 다수의 원호가 연결되어 곡선의 형태를 그리며, 각 원호의 반경도 하측으로 이동할수록 상기 범위 내에서 커진다. 제3구간(430)은 50~100mm의 반경을 갖는 다수의 원호가 연결되어 곡선의 형태를 그리며, 각 원호의 반경은 하측 이동할수록 상기 범위 내에서 작아진다.

상기 제1구간(410)과 제2구간(420) 및 제3구간(430)의 수평 방향 길이의 비율은 각 구간별 수직길이와 반경에 따라 그 비율이 정해지고, 그 비율은 도면과 같다.

반사갓(112)의 곡률을 표현하기 위해 우측부의 반사갓(112)만 표기하였으나, 실제 반사갓(112)은 표기된 우측부의 반사갓(112)과 일정거리만큼 이격된 좌측부의 반사갓(112)이 우측부의 반사갓(112)과 대칭되게 설치된다.

본 발명인 유브이 경화장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 청구 범위에 기재된 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

3 : 피경화물, 100 : 장치부, 110 : 유브이 램프 유닛,
111 : 유브이 램프, 112 : 반사갓, 113 : 커버,
114 : 셔터, 114a : 걸림부, 114b : 돌출부,
115 : 셔터회전장치, 115a : 실린더, 115b : 기어,
115c : 링크기어, 115d : 셔터암,
115e : 링크기어연결브라켓, 115f : 갭링,
115g : 베어링, 115h : 스냅링, 115i : 고정부,
116 : 하우징, 116a : 하우징 돌출부, 120 : 환풍장치,
200 : 컨베이어부, 300 : 지지부, 410 : 제1구간,
420 : 제2구간, 430 : 제3구간

Claims (4)

1. 내부에 공간을 형성하는 하우징;
   상기 하우징의 내부에 위치하며, 유브이를 조사하는 유브이 램프;
   상기 유브이 램프에서 피경화물의 방향이 아닌 다른 방향으로 조사되는 유브이를 상기 피경화물을 향해 반사시키는 반사갓;
   상기 유브이 램프와 상기 피경화물의 사이의 공간을 차단하거나 개방하는 셔터;
   상기 셔터를 구동시키는 셔터회전장치;를 포함하여 이루어지되,
   상기 반사갓은 상기 유브이 램프로부터 조사되는 유브이에 포함된 적외선을 투과시키고 자외선만을 상기 피경화물 방향으로 반사시키는 콜드미러로 이루어지며,
   상기 반사갓은 내측 형상에 따라 제1구간, 제2구간 및 제3구간으로 구분되고,
   상기 제1구간은 30~100mm의 반경을 갖는 다수의 원호가 연결된 곡선 형태로 이루이지며, 하부로 갈수록 곡률 반경이 점점 커지고,
   상기 제2구간은 상기 제1구간의 하부에서 연장 형성되어 100~180mm의 반경을 갖는 다수의 원호가 연결된 곡선 형태로 이루어지며, 하부로 갈수록 곡률 반경이 점점 커지고,
   상기 제3구간은 상기 제2구간의 하부에서 연장 형성되어 50~100mm의 반경을 갖는 다수의 원호가 연결된 곡선 형태로 이루어지며, 하부로 갈수록 곡률 반경이 점점 작아지고,
   상기 셔터회전장치는,
   상하로 구동하는 실린더;와 상기 실린더에 고정되고 일정한 간격으로 다수의 돌기가 형성된 기어;와 상기 기어가 상하로 이동할 때에 상기 기어에 형성된 다수의 돌기와 맞물려 회전하는 링크기어;와 한쪽 끝 부분에 상기 링크기어가 연결되고 반대쪽 끝 부분에 상기 셔터가 연결되는 셔터암; 상기 링크기어와 상기 셔터암을 고정하기 위한 링크기어연결브라켓;과 상기 셔터암의 회전축을 고정하고 상기 셔터암이 회전할 때에 마찰력을 줄이기 위한 베어링; 상기 베어링의 이탈을 방지하기 위한 스냅링;과 상기 베어링과 상기 링크기어연결브라켓의 거리를 유지하기 위한 갭링;을 포함하여 이루어지며,
   상기 실린더가 상측으로 구동하면, 상기 기어가 상측으로 이동하고, 상기 기어에 형성된 다수의 돌기와 맞물린 상기 링크기어가 상기 셔터암을 통해 상기 링크기어와 연결된 상기 셔터가 함께 상기 유브이 램프와 상기 피경화물의 사이를 차단하는 방향으로 회전하며, 상기 실린더가 하측으로 구동하면, 상기 기어가 하측으로 이동하며, 상기 링크기어와 상기 셔터를 상기 유브이 램프와 상기 피경화물의 사이를 개방하는 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 유브이 경화장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 셔터에는 다수의 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 셔터의 휘어짐을 방지하고, 상기 셔터에 가해지는 열을 방열하는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 유브이 경화장치.
3. 청구항 1에 있어서.
   상기 하우징에는 하우징 돌출부가 형성되고, 상기 셔터에는 걸림부가 형성되며,
   상기 셔터가 상기 유브이 램프와 상기 피경화물의 사이를 차단하는 방향으로 회전할 때에 상기 걸림부가 상기 하우징 돌출부와 맞닿으며 상기 유브이 램프에서 발생하는 유브이가 셔터와 하우징의 사이의 틈으로 조사되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 유브이 경화장치.
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