KR101532757B1 - 자외선을 이용한 경화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경화 장치에 관한 것으로, 본 발명은 일측이 개구된 하우징과, 상기 하우징 내부에 구비되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에 구비되는 다수 개의 램프 케이스들과, 상기 램프 케이스들에 각각 결합되며, 내부에 제논 가스를 포함하는 충진 가스가 구비되는 다수 개의 펄스 자외선 램프들과, 상기 베이스 플레이트를 상하로 움직이는 상하 구동유닛을 포함한다. 본 발명에 따르면, 경화 대상물에 열에 의한 영향을 최소화하면서, 상기 경화 대상물을 균일하게 경화시키는 것이다. 또한, 상기 경화 대상물의 크기에 따라 경화 대상물과 자외선을 방사시키는 광원사이의 간격을 조절하는 것이다.

Description

자외선을 이용한 경화 장치{DRYING APPARATUS USING ULTRAVIOLET RAY}
본 발명은 자외선을 이용한 경화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광화학반응을 일으키는 도료, 접착제 등의 코팅막이나 불투명한 소재를 경화 또는 접착시킬 경우 수은(Mercury;Hg) 자외선 램프 또는 갈륨(Gallium; Ga) 자외선 램프 또는 메탈할라이드(Metal halide) 자외선 램프 등을 이용하여 두꺼운 코팅막이나 불투명한 소재를 경화시킨다. 상기 수은 자외선 램프, 갈륨 자외선 램프, 메탈할라이드 자외선 램프 등을 통칭하여 자외선 램프라 한다.
도 1은 상기 자외선 램프가 적용된 경화 장비의 일예를 도시한 측면도이다. 도 2는 상기 경화 장비의 일부분을 단면한 단면도이다.
도 1, 2에 도시한 바와 같이, 상기 경화 장비는 베이스 프레임(100)과, 상기 베이스 프레임(100)에 구비되며, 경화시킬 경화 대상물을 이송시키는 컨베이어 시스템(200)과, 상기 컨베이어 시스템(200)의 상측에 구비된 경화 장치(300)를 포함한다.
상기 경화 장치(300)는 내부 공간이 구비된 하우징(310)과, 상기 하우징(310)의 내부 공간을 이루는 내면에 구비된 다수 개의 램프 케이스(320)들과, 상기 램프 케이스(320)에 구비되는 램프 결합부(330)와, 상기 램프 케이스(320)의 내부에 구비되는 콜드 미러(340)와, 상기 램프 케이스(320)의 램프 결합부(330)에 장착되는 자외선 램프(350)와, 상기 램프 케이스를 복개하는 핫 미러(360)와, 상기 자외선 램프(350)에 전원을 공급하는 전원 공급유닛(미도시)을 포함한다.
상기 하우징(310)은 한쪽이 개구된 형상이다. 상기 하우징(310)의 외측면에 손잡이(311)가 구비된다. 상기 하우징(310)은 상기 컨베이어 시스템(200)의 중간 부분 한쪽에 회전 가능하게 결합된다. 상기 하우징(310)이 수평으로 위치한 상태에서는 상기 하우징(310)의 개구된 쪽이 상기 컨베이어 시스템(200)의 컨베이어 벨트(210)와 일정 간격을 두고 그 컨베이어 벨트(210)의 위쪽에 위치한다. 상기 하우징(310)은 상기 컨베이어 벨트(210)의 일부분을 복개하게 된다.
상기 램프 케이스(320)는 한쪽이 개구된 육면체 형상이다. 상기 램프 케이스(320)의 양쪽에 각각 상기 램프 결합부(330)가 구비된다. 상기 램프 케이스(320)는 하우징(310)의 내면에 일정 간격을 두고 복수 개 구비된다.
상기 콜드 미러(340)는 반원통 형태이며, 내면에 거울면이 구비된다. 상기 콜드 미러(340)는 상기 자외선 램프(350)에서 발생되는 자외선을 램프 케이스(320)의 전면으로 반사시키며, 아울러 열을 외부로 방출시킨다.
상기 자외선 램프(330)의 일예로, 도 3, 4에 도시한 바와 같이, 석영으로 이루어진 석영관(351)의 양단에 접속 단자(352)가 각각 구비된다. 상기 석영관(351) 내부에 아르곤(Ar) 가스와 액체의 수은을 포함한 물질이 채워져 있다. 상기 접속 단자(352)와 석영관(351)의 단부사이에 절연 부재(353)가 구비된다. 상기 접속 단자(352)에 상기 전원 공급유닛이 연결된다. 상기 석영관에 수은 대신에 메탈할라이드 또는 갈륨이 채워질 수 있다.
상기 핫 미러(360)는 투명체이며, 자외선은 투과시키고 열은 반사시킨다.
상기한 바와 같은 경화 장비의 작동은 다음과 같다.
상기 경화 장치(300)의 하우징(310)이 수평으로 위치한 상태에서 상기 전원 공급유닛으로부터 상기 자외선 램프(350)들에 전원이 공급된다. 상기 자외선 램프(350)들에 전원이 공급됨에 따라 석영관(351)에 채워진 액체 상태의 수은이 가열되면서 증기화되어 아르곤 가스 및 다른 물질과 함께 플라즈마 상태가 된다. 상기 자외선 램프(350)의 접속 단자(352)들에서 방출되는 전자와 증기화된 수은 입자와 충돌하면서 충돌하면서 자외선을 발생시키게 된다. 상기 접속 단자(352)를 통해 공급되는 전류는 사이파(sine wave)를 이룬다.
상기 컨베이어 시스템(200)을 통해 경화 대상물들이 이송된다. 상기 경화 대상물이 하우징(310)의 내부 공간을 지나가면서 상기 자외선 램프(350)들에서 방출되는 자외선에 의해 경화된다.
그러나 상기한 바와 같은 경화 장치(300)는 상기 자외선 램프(350)에서 열이 많이 발생하게 되어 자외선 램프(350)들과 경화 대상물사이의 간격을 가깝게 유지하지 못하게 된다. 상기 자외선 램프(350)와 경화 대상물 사이의 간격이 멀어질수록, 도 5에 도시한 바와 같이, 자외선 램프(350)의 중간 부분에 위치하는 경화 대상물의 부분과 상기 자외선 램프(350)의 양끝 부분에 위치하는 경화 대상물의 부분에 조사되는(쐬어지는) 자외선의 광도 차가 크게 되어 상기 자외선 램프(350)에서 방사되는 자외선이 경화 대상물에 균일하게 쐬어지지 못하게 된다.
상기 경화 대상물에 쐬어지는 자외선을 균일하게 하기 위하여 상기 자외선 램프(350)와 경화 대상물사이의 거리를 가깝게 할 경우 상기 경화 장치에 열을 방출시키기 위한 장치가 더 필요하게 된다. 상기 자외선 램프(350)를 과도하게 냉각시킬 경우 플라즈마 상태가 약화되어 자외선 방출이 줄어든다.
또한, 상기 자외선 램프(350)들이 하우징(310)의 내부에 고정되어 있어 상기 경화 대상물이 크기가 다른 경화 대상물로 바뀌게 될 경우 상기 자외선 램프(350)들과 경화 대상물사이의 거리를 조절하지 못하게 된다.
본 발명의 목적은 경화 대상물을 균일하게 경화시킬 뿐만 아니라 경화 대상물에 열에 의한 영향을 최소화하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 경화 대상물의 크기에 따라 경화 대상물과 자외선을 방출시키는 광원사이의 간격을 조절하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일측이 개구된 하우징과, 상기 하우징 내부에 구비되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에 구비되는 다수 개의 램프 케이스들과, 상기 램프 케이스들에 각각 결합되며, 내부에 제논 가스를 포함하는 충진 가스가 구비되는 다수 개의 펄스 자외선 램프들과, 상기 베이스 플레이트를 상하로 움직이는 상하 구동유닛을 포함하는 경화 장치가 제공된다.
상기 펄스 자외선 램프는 밀봉된 석영관과, 상기 석영관의 양쪽에 각각 구비되는 접속 단자를 포함하며, 상기 석영관 내부에 제논 가스를 포함하는 충진 가스를 포함한다.
상기 석영관은 직선 형태일 수 있고, 또한 상기 석영관은 곡선 형태일 수 있다.
상기 펄스 자외선 램프들과 상기 펄스 자외선 램프들의 자외선에 의해 경화되는 경화 대상물사이의 간격은 5mm ~ 10mm를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 펄스 자외선 램프에 가해지는 펄스 폭은 5 ~ 15 마이크로초이고, 상기 펄스 자외선 램프에 가해지는 최대 펄스 수는 10 Hz/s ~ 120 Hz/s인 것이 바람직하다.
상기 상하 구동유닛은 상기 하우징의 내벽에 구비되는 다수 개의 가이드 레일들과, 상기 베이스 플레이트에 구비되며 상기 가이드 레일들에 각각 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩 블록들과, 상기 슬라이딩 블록에 결합되는 볼 스크류 어셈블리와, 상기 볼 스크류 어셈블리를 회전시키는 회전 모터를 포함한다.
본 발명은 경화 대상물의 크기(높이)에 따라 펄스 자외선 램프들이 장착된 베이스 플레이트를 상하로 움직여 펄스 자외선 램프들과 경화 대상물사이의 간격을 조절하게 되어 다양한 크기의 경화 대상물을 경화시키게 된다. 또한, 경화 대상물의 크기(높이)에 따라 펄스 자외선 램프들이 장착된 베이스 플레이트를 상하로 움직여 상기 펄스 자외선 램프들과 경화 대상물사이의 간격을 가깝게 유지하게 되어 펄스 자외선 램프들에서 방사되는 펄스 자외선에 의해 경화 대상물이 균일하게 되므로 경화 성능을 높이게 된다.
도 1은 경화 장비의 일예를 도시한 정면도,
도 2는 상기 경화 장비를 구성하는 종래 경화 장치를 도시한 평단면도,
도 3,4는 상기 경화 장치를 구성하는 램프 케이스와 자외선 램프를 도시한 정단면도 및 측단면도,
도 5는 상기 종래 경화 장치의 자외선 램프에서 방사되는 자외선 분포를 나타낸 그래프,
도 6, 7은 본 발명에 따른 자외선을 이용한 경화 장치의 일실시예를 도시한 정단면도 및 평단면도,
도 8,9는 본 발명에 따른 자외선을 이용한 경화 장치의 일실시예를 구성하는 램프 케이스와 펄스 자외선 램프를 도시한 정단면도 및 측단면도,
도 10은 수은 램프와 펄스 자외선 램프의 에너지 세기를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명에 따른 자외선을 이용한 경화 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 자외선을 이용한 경화 장치의 일실시예를 도시한 측단면도이다. 도 7은 본 발명에 따른 자외선을 이용한 경화 장치의 일실시예를 도시한 평단면도이다.
도 6, 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선을 이용한 경화 장치의 일실시예는 하우징(400), 베이스 플레이트(500), 다수 개의 램프 케이스(600)들과, 상기 펄스 자외선 램프(700)들, 자외선 반사유닛(900)과, 상하 구동유닛(800)을 포함한다.
상기 하우징(400)은 내부 공간을 가지며 한쪽이 개구된 형상이다. 상기 하우징(400)을 위에서 볼 때 사각형인 것이 바람직하다. 상기 하우징(400)의 외측면에 손잡이(410)가 구비됨이 바람직하다.
상기 베이스 플레이트(500)는 일정 두께와 면적을 갖는다. 상기 베이스 플레이트(500)는 상기 하우징(400) 내부에 구비된다.
상기 램프 케이스(600)는 한쪽이 개구된 육면체 형상이다. 상기 램프 케이스(600)의 양쪽에 각각 상기 램프 결합부(610)가 구비된다.
상기 램프 케이스(600)는 상기 베이스 플레이트(500)의 일면에 다수 개 배열된다. 상기 램프 케이스(600)들은 일정 간격을 두고 배열됨이 바람직하다. 상기 램프 케이스(600)는 체결 수단(미도시)에 의해 상기 베이스 플레이트(500)에 고정되도록 결합된다.
상기 펄스 자외선 램프(700)의 양단부가 상기 램프 케이스(600)의 램프 결합부(610)에 각각 결합된다. 펄스 자외선 램프(700)는 짧은 주기로 지속적으로 방사되는 펄스 자외선을 발생시킨다.
상기 펄스 자외선 램프의 일실시예는, 도 8, 9에 도시한 바와 같이, 밀봉된 석영관(710)과, 상기 석영관(710)의 양단부에 각각 구비되는 접속 단자(720)들과, 상기 석영관(710) 내부에 충진되며 제논 가스(Xenon Gas)를 포함하는 충진 가스와, 상기 접속 단자(720)와 석영관(710)의 단부 사이에 구비되는 절연 부재(730)를 포함한다.
상기 석영관(710)은 일정 길이를 갖는 원통 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 석영관(710)은 직선 형태이다. 상기 석영관(710)은 곡선 형태로 형성될 수도 있다. 상기 곡선 형태로 유자 형상으로 형성됨이 바람직하다.
상기 펄스 자외선 램프(700)에 가해지는 펄스 폭은 5 ~ 15 마이크로초(micro second)임이 바람직하다. 그리고 상기 펄스 자외선 램프(700)에 가해지는 최대 펄스 수는 10 Hz/s ~ 120 Hz/s(hertz per second)인 것이 바람직하다.
상기 상하 구동유닛(800)의 일예로, 상기 상하 구동유닛(800)은 상기 하우징(400)의 내벽에 구비되는 다수 개의 가이드 레일(810)들과, 상기 베이스 플레이트(500)에 구비되며 상기 가이드 레일(810)들에 각각 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩 블록(820)들과, 상기 슬라이딩 블록(820)에 결합되는 볼 스크류 어셈블리(830)와, 상기 볼 스크류 어셈블리(830)를 회전시키는 회전 모터(840)를 포함한다.
상기 회전 모터(840)가 정회전 또는 역회전에 따라 상기 슬라이딩 블록(820) 및 베이스 플레이트(500)가 상 또는 하로 움직인다.
상기 자외선 반사유닛(900)은 상기 램프 케이스(600)에 구비된다. 상기 자외선 반사유닛(900)은 상기 펄스 자외선 램프(700)에서 발생되는 펄스 자외선을 상기 램프 케이스(600)의 개구쪽으로 반사시킨다.
상기 자외선 반사유닛(900)은 콜드 미러(910)와 핫 미러(920)를 포함한다. 상기 콜드 미러(910)는 반원통 형태이며, 내면에 거울면이 구비된다. 상기 콜드 미러(910)는 상기 자외선 램프(700)에서 발생되는 자외선을 램프 케이스(600)의 전면으로 반사시키며, 아울러 열을 외부로 방출시킨다. 상기 핫 미러(920)는 투명체이며, 자외선은 투과시키고 열은 반사시킨다.
한편, 상기 한 개의 펄스 자외선 램프(700)가 구비된 램프 케이스(600)가 상기 베이스 플레이트(500)에 한 개 장착될 수 도 있다. 또한 상기 상하 구동유닛(800)이 상기 한 개의 램프 케이스(600)만을 상하로 구동시킬 수 있다.
상기 경화 장치는 경화 장비를 구성한다. 상기 경화 장비는, 도 1에 도시한 바와 같이, 베이스 프레임(100)과, 상기 베이스 프레임(100)에 구비되어 경화 대상물을 이송시키는 컨베이어 시스템(200)과, 상기 컨베이어 시스템(200)의 상측에 구비된 상기 경화 장치를 포함한다.
상기 경화 장치의 하우징(400)은 상기 컨베이어 시스템(200)의 중간 부분 한쪽에 회전 가능하게 결합된다. 상기 하우징(400)이 수평으로 위치한 상태에서는 상기 하우징(400)의 개구된 쪽이 상기 컨베이어 시스템(200)의 컨베이어 벨트(210)와 일정 간격을 두고 그 컨베이어 벨트(210)의 위쪽에 위치하여 상기 컨베이어 벨트(210)의 일부분을 복개하게 된다.
상기 펄스 자외선 램프(700)들과 상기 펄스 자외선 램프(700)들에서 방사되는 자외선에 의해 경화되는 경화 대상물사이의 간격은 5mm ~ 10mm를 유지하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 펄스 자외선 램프(700)들과 상기 컨베이어 벨트(210)에 놓여져 이송되는 경화 대상물사이의 간격이 5mm ~ 10mm를 유지하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 경화 장치의 작용과 효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 경화 장치의 하우징(400)이 수평으로 위치한 상태에서 전원 공급유닛을 통해 다수 개의 펄스 자외선 램프(700)들에 전원을 공급하게 된다. 상기 펄스 자외선 램프(700)에 전원이 공급됨에 따라 펄스 자외선 램프(700)의 양쪽 접속 단자(720)에서 석영관(710) 내부로 전자를 방출시키면서 석영관(710)에 채워진 플라즈마 상태의 충진 가스와 충돌하면서 자외선을 방출시키게 된다. 이때, 상기 전원 공급유닛에 의해 공급되는 전원은 펄스 폭이 5 ~ 15 마이크로 초(micro second)임이 바람직하고, 상기 펄스 자외선 램프(700)에 가해지는 최대 펄스 수는 10 Hz/s ~ 120 Hz/s인 것이 바람직하다. 최대 에너지는 400,000 Watt/Pulse인 것이 바람직하다.
상기 컨베이어 시스템(200)을 통해 경화 대상물들이 이송된다. 상기 경화 대상물이 하우징(400)의 내부 공간을 지나가면서 상기 다수 개의 펄스 자외선 램프(700)들에서 방출되는 펄스 자외선에 의해 경화된다.
한편, 상기 컨베이어 시스템(200)을 따라 이송되는 경화 대상물이 크기가 다른 새로운 경화 대상물로 바뀐 경우 상기 상하 구동유닛(800)이 작동하여 새로운 경화 대상물과 펄스 자외선 램프(700)들의 간격이 설정된 간격이 되도록 상기 베이스 플레이트(500)를 상 또는 하로 이동시킨다. 즉, 상기 컨베이어 시스템(200)을 통해 이송되는 경화 대상물이 이전 경화 대상물의 높이보다 높을 경우 상기 상하 구동유닛(800)이 작동하여 상기 펄스 자외선 램프(700)들을 위로 이동시킨다. 그리고 상기 컨베이어 시스템(200)을 통해 이송되는 경화 대상물이 이전 경화 대상물의 높이보다 낮은 경우 상기 상하 구동유닛(800)이 작동하여 상기 펄스 자외선 램프(700)들을 아래로 이동시킨다. 상기 펄스 자외선 램프(700)들과 상기 컨베이어 벨트(210)에 놓여져 이송되는 경화 대상물사이의 간격이 5mm ~ 10mm를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 도 10에 도시한 바와 같이, 펄스 자외선 램프(700)들에서 각각 짧은 주기로 지속적으로 방사되는 펄스 자외선에 의해 경화 대상물이 경화되므로 펄스 자외선 램프(700)에서 열 발생이 미미할 뿐만 아니라 경화 대상물의 경화가 잘 이루어진다.
상기 펄스 자외선 램프(700)에서 열 발생이 미미하므로 펄스 자외선 램프(700)들과 경화 대상물과의 간격을 좁게, 즉 5mm ~ 10mm 정도로 유지할 수 있다. 상기 펄스 자외선 램프(700)들과 상기 경화 대상물사이의 간격을 좁게 유지하게 되므로 상기 펄스 자외선 램프(700)의 중간 부분에 위치하는 경화 대상물의 부분과 상기 펄스 자외선 램프(700)의 양끝 부분에 위치하는 경화 대상물의 부분에 쐬어지는 자외선의 광도가 균일하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 경화 대상물의 크기(높이)에 따라 펄스 자외선 램프(700)들이 장착된 베이스 플레이트(500)를 상하로 움직여 상기 펄스 자외선 램프(700)들과 경화 대상물사이의 간격을 가깝게 유지하게 되어 펄스 자외선 램프(700)들에서 방사되는 펄스 자외선에 의해 경화 대상물이 균일하게 되므로 경화 성능을 높이고 다양한 크기의 경화 대상물을 경화시킬 수 있게 된다.
400; 하우징 500; 베이스 플레이트
600; 램프 케이스 700; 펄스 자외선 램프
710; 석영관 720; 접속 단자
800; 상하 구동유닛 810; 가이드 레일
820; 슬라이딩 블록 830; 볼 스크류 어셈블리
840; 회전 모터

Claims (7)

  1. 일측이 개구된 하우징;
    상기 하우징 내부에 구비되는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트에 구비되는 다수 개의 램프 케이스들;
    상기 램프 케이스들에 각각 결합되며, 내부에 제논 가스를 포함하는 충진 가스가 구비되며, 각각 짧은 주기로 지속적으로 방사되는 펄스 자외선을 발생시켜 경화대상물을 경화시키는 다수 개의 펄스 자외선 램프들;
    상기 베이스 플레이트를 상하로 움직이는 상하 구동유닛;을 포함하며,
    상기 펄스 자외선 램프에 가해지는 펄스 폭은 5 ~ 15 마이크로초이고, 상기 펄스 자외선 램프에 가해지는 최대 펄스 수는 10 Hz/s ~ 120 Hz/s인 것을 특징으로 하는 경화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 자외선 램프는 밀봉된 석영관과, 상기 석영관의 양쪽에 각각 구비되는 접속 단자를 포함하며, 상기 석영관 내부에 제논 가스를 포함하는 충진 가스를 포함하는 경화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 석영관은 직선 형태인 것을 특징으로 하는 경화 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 석영관은 곡선 형태인 것을 특징으로 하는 경화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 자외선 램프들과 상기 펄스 자외선 램프들의 자외선에 의해 경화되는 경화 대상물사이의 간격은 5mm ~ 10mm를 유지하는 것을 특징으로 하는 경화 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 상하 구동유닛은 상기 하우징의 내벽에 구비되는 다수 개의 가이드 레일들과, 상기 베이스 플레이트에 구비되며 상기 가이드 레일들에 각각 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩 블록들과, 상기 슬라이딩 블록에 결합되는 볼 스크류 어셈블리와, 상기 볼 스크류 어셈블리를 회전시키는 회전 모터를 포함하는 경화 장치.
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