KR101864111B1

KR101864111B1 - 자외선 광을 발생시키기 위한 램프 시스템들 및 방법들

Info

Publication number: KR101864111B1
Application number: KR1020137003723A
Authority: KR
Inventors: 제임스 엠. 보석; 그레그 하렐; 에드워드 씨. 맥기; 제임스 스미쓰
Original assignee: 노드슨 코포레이션
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2018-06-05
Also published as: JP2013532885A; US20130092848A1; JP5859001B2; CN103038572B; WO2012009628A1; US9378857B2; DE112011102371T5; CN103038572A; KR20130133164A

Abstract

자외선 광을 발생시키기 위한 장치 및 자외선 광원을 동작시키는 방법들. 상기 장치는 내부 공간을 둘러싸는 마이크로파 챔버(16), 상기 마이크로파 챔버에 결합된 램프 헤드(28)를 가진 광원(10), 그 사이에서의 플리넘(116)을 한정하기 위해 상기 램프 면(32) 위 및 내부 공간 아래에 위치된 자외선(UV) 투과성 부재(88), 및 상기 플리넘과 유체 소통하여 결합된 배기 시스템(100)을 포함할 수 있다. 상기 램프 헤드(28)는 자외선 광(34) 및 냉각 공기(30)가 관통 방출되는 램프 면(32)을 가진다. 상기 UV 투과성 부재(88)는 상기 자외선 광(34)을 상기 내부 공간으로 투과시키고 상기 내부 공간으로부터 상기 냉각 공기(30)를 우회시키도록 구성된다. 상기 배기 시스템(100)은 상기 플리넘(116)으로부터 상기 냉각 공기(30)를 배기시키도록 구성된다.

Description

자외선 광을 발생시키기 위한 램프 시스템들 및 방법들{LAMP SYSTEMS AND METHODS FOR GENERATING ULTRAVIOLET LIGHT}

본 발명은 일반적으로 자외선 광을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자외선 광의 인가에 의해 기판 또는 제품상에서의 재료들을 처리 또는 경화시키기 위한 램프 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

예를 들면, 접착제들, 밀봉재들, 잉크들 또는 다른 코팅들의 가열 또는 경화에 사용된 것들과 같은, 자외선 램프 시스템들이 상기 램프 시스템의 마이크로파 챔버 내에 장착된 자외선(UV) 플라즈마 램프 벌브(bulb)와 같은, 무전극 램프에 마이크로파 에너지를 결합시키기 위해 설계된다. 자외선 램프 가열 및 경화 적용예들에서, 하나 이상의 마그네트론들이 통상적으로 상기 마이크로파 챔버 내에서 상기 플라즈마 램프 벌브에 마이크로파 복사를 결합하기 위해 상기 램프 시스템에 제공된다. 상기 마그네트론들은 상기 챔버의 상단부에 연결된 출력 포트들을 포함하는 마이크로 챔버에 도파관들을 통해 결합된다. 상기 플라즈마 램프 벌브가 상기 마이크로파 에너지에 의해 충분히 여기될 때, 그것은 일반적으로 개방 램프면 가까이에 위치되는 기판을 조사하기 위해 상기 램프 시스템의 상기 개방 램프면을 통해 한 방향으로 자외선 조사를 방출한다.

가압된 공기의 소스는 상기 마그네트론들, 상기 마이크로파 챔버 및 상기 플라즈마 램프 벌브를 포함하는 상기 램프 시스템의 하우징에 유동적으로 연결된다. 상기 가압된 공기의 소스는 상기 램프 시스템의 기판의 조사 동안 상기 마그네트론들 및 상기 플라즈마 램프 벌브를 적절히 냉각시키기 위해 예를 들면 냉각 공기의 350 CFM과 같은, 냉각 공기를 상기 하우징을 통해 상기 마이크로파 내로 향하게 하도록 동작가능하다.

몇몇 UV 가열 및 경화 적용예들에서, 상기 램프 시스템은 자외선 복사에 투과성이지만 마이크로파들에 불투명한 상기 개방 램프 면에 장착된 메쉬 스크린(mesh screen)을 포함한다. 상기 메쉬 스크린의 구성은 또한 냉각 공기의 상당한 공기 흐름이 관통해 상기 기판을 향해 통과하도록 허용한다.

그러나, 몇몇 적용예들에서, 상기 기판은 경화 챔버에서와 같은, 깨끗한 환경을 요구할 수 있으며, 따라서 상기 기판은 상기 기판과 접촉하는 냉각 공기에 의해 운반된 오염물들에 의해 상기 가열 및 경화 프로세스 동안 오염되지 않을 것이다. 게다가, 상기 기판은 또한 다소 섬세하며 그러므로 상기 기판에 나쁜 영향을 주고 가능하게는 이를 방해하는 냉각 공기의 상당한 공기 흐름의 영향 하에서와 같이, 혹독한 환경들에서 손상되기 쉬울 수 있다. 종종, 상기 기판은 또한 상기 조사 프로세스 동안 상기 플라즈마 램프 벌브에 의해 발생될 수 있는 과도한 열에 의해 악영향을 받을 수 있다. 또한, 상기 기판은 재료의 둘레에 관해 구성될 수 있으며, 따라서 상기 제품 주변의 기판을 조사하기 위해 UV 광의 복수의 상이한 적용예을 요구한다.

본 발명의 실시예들은 자외선 광원을 발생시키기 위한 장치 및 자외선 광원을 동작시키기 위한 방법들을 제공함으로써 종래 기술과 연관된 이들 및 다른 문제점들을 처리한다.

일 실시예에서, 상기 장치는 내부 공간을 둘러싸는 챔버, 상기 챔버에 결합된 램프 헤드를 포함한 광원, 및 자외선(UV) 투과성 부재를 포함한다. 상기 램프 헤드는 상기 장치에 제공된 상기 자외선 광 및 냉각 공기를 투과시키도록 구성된 램프 면(lamp face)을 포함한다. 상기 자외선(UV) 투과성 부재는 그 사이에서의 플리넘(plenum)을 한정하기 위해 상기 램프 면 위 및 상기 내부 공간 아래에 위치된다. 상기 UV 투과성 부재는 상기 자외선 광을 상기 내부 공간으로 투과시키고 상기 내부 공간에 들어가는 것으로부터 상기 냉각 공기를 우회시키도록 구성된다. 상기 플리넘과 유체 전달시 결합되는 배기 시스템은 상기 플리넘으로부터 상기 냉각 공기를 배기시키도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 상기 방법은 상기 램프 헤드로부터 자외선 광을 방출하는 단계, 냉각 공기를 갖고 상기 램프 헤드를 냉각시키는 단계, UV 투과성 부재를 통해 챔버의 내부 공간으로 상기 자외선 광을 투과시키는 단계, 및 상기 냉각 공기를 상기 챔버의 내부 공간으로부터 멀리 우회시키는 단계를 포함한다.

이들 및 다른 이점들은 다음의 도면들 및 상세한 설명을 고려하여 명백해질 것이다.

본 명세서의 일부에 포함되고 이를 구성하는 첨부한 도면들은 본 발명의 실시예들을 도시하며 상기 주어진 본 발명의 일반적인 설명과 함께, 이하에 주어진 실시예들의 상세한 설명은 본 발명의 원리들을 설명하도록 작용한다.
도 1은 본 발명의 실시예들과 일치하는 마이크로파 여기된 자외선 광원의 투시도이다.
도 2는 라인(2-2)을 따라 취해진 도 1의 광원의 단면도이다.
도 3은 라인(3-3)을 따라 취해진 도 1의 광원의 단면도이다.
도 4는 가압된 공기 소스, 경화 챔버, 및 배기 시스템과 함께, 도 1의 광원을 포함하는 램프 시스템의 투시도이다.
도 5는 상기 경화 챔버의 내부 구성요소들을 예시하는 도 4의 램프 시스템의 투시도이다.
도 6은 상기 경화 챔버의 내부 구성요소들 및 상기 광원 및 배기 시스템으로의 상기 경화 챔버의 연결을 예시하는 도 4의 램프 시스템의 일부의 부분 확대도이다.
도 7은 라인(7-7)을 따라 취해진 도 4의 광원, 경화 챔버, 및 배기 시스템의 일부의 단면도이다.
도 8은 뷰 8을 따라 취해진 도 7의 경화 챔버의 상부 및 하부 하우징 사이에서의 연결의 상세에 대한 부분 단면도이다.
도 9는 라인(9-9)을 따라 취해진 도 4의 경화 챔버의 광 슈라우드의 단면도이다.
첨부된 도면들은 반드시 일정한 비율이 아니며 본 발명의 실시예들의 기본 원리들을 도시하는 다양한 특징들의 다소 간략화된 표현을 제공한다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 다양한 도시된 구성요소들의 특정 치수들, 방향들, 위치들, 및 형상들, 뿐만 아니라 동작들의 특정 시퀀스들(예로서, 동시에 및/또는 순차적인 동작들을 포함한)을 포함하는, 여기에 개시된 바와 같은 본 발명의 실시예들의 특정 설계 특징들은 특정 의도된 적용예 및 사용 환경에 의해 부분적으로 결정될 것이다. 예시된 실시예들의 특정 특징들은 시각화를 용이하게 하고 이해를 명료 하게 하기 위해 다른 것들에 대해 확대되거나 또는 왜곡될 수 있다.

유사한 숫자들이 여러 개의 도면들 전체에 걸쳐 유사한 부분들을 나타내는 도면들로 이제 돌아가면, 도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들과 일치하는 마이크로파-여기된 UV 램프 시스템 또는 광원(10)을 도시한다. 광원(10)은 한 쌍의 마그네트론들(14)로서 도시된, 각각의 도파관(18)을 통해 길이 방향으로 연장한 마이크로파 챔버(16)에 각각 결합되는 한 쌍의 마이크로파 발생기들을 포함한다.

각각의 도파관(18)은 상기 쌍의 마이크로파 발생기들(14)에 의해 발생된 마이크로파 에너지가 상기 마이크로파 챔버(16)의 반대 하단부들에 인접하여 이격된 종단적 관계로 상기 마이크로파 챔버(16)에 결합되도록 상기 마이크로파 챔버(16)의 하단부에 결합된 배출구 포트(20)를 가진다. 밀봉된, 길이 방향으로 연장한 플라즈마 램프 벌브의 형태의, 무전극 플라즈마 램프(22)는 이 기술분야에 잘 알려진 바와 같이 상기 마이크로파 챔버(16) 내에 장착되고 상기 마이크로파 챔버(16)의 상단부에 인접하여 지지된다.

상기 광원(10)은 이 기술분야에 잘 알려진 바와 같이 공기 유입구 덕트(26)를 통해 일 실시예에서 가입된 공기의 소스(도 1 내지 도 3에 도시되지 않음)와 유체 소통하여 연결되는 하우징(24)을 포함한다. 공기 유입구 덕트(26)는 하우징(24)의 하단부에 위치하고 하우징(24)의 상단부는 램프 헤드(28)를 형성한다. 가압된 공기의 소스는 이하에 보다 상세히 설명될 바와 같이 상기 마그네트론들(14) 및 플라즈마 램프 벌브(22)를 냉각시키기 위해 상기 하우징(24)을 통해 상기 마이크로파 챔버(16)로, 도 1 및 도 2에서의 화살표(30)에 의해 도해적으로 표현된, 냉각 공기의 흐름을 향하게 하도록 동작가능하다. 냉각 공기(30)의 흐름은 상기 마이크로파 챔버(16)를 통과하며 상기 램프 헤드(28)의 개방 램프 면(32)에서의 개방부들을 통해 방출되거나 또는 투과된다.

광원(10)은 상기 쌍의 마이크로파 발생기들(14)로부터 상기 마이크로파 챔버(16)에 결합된 마이크로파 에너지에 의해 상기 플라즈마 램프 벌브(22)의 충분한 여기시 상기 광원(10)의 상기 개방 램프 면(32)을 통해 도 2에서의 화살표들(34)에 의해 도해적으로 나타내어 도시된, 자외선 광을 방출하도록 설계 및 구성된다. 한 쌍의 마그네트론들(14)이 여기에 도시되고 설명되지만, 상기 광원(10)은 본 발명의 실시예들과 일치하는 상기 플라즈마 램프 벌브(22)를 여기시키기 위해 단지 단일 마그네트론(14)만을 포함할 수 있다는 것이 이해된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 광원(10)은 스타터 벌브(starter bulb;36) 및 이 기술분야의 숙련자들에 의해 이해되는 바와 같이, 상기 마그네트론들(14)의 필라멘트들을 활성화(energize)시키기 위해 상기 마그네트론들(14)의 각각의 것에 각각 전기적으로 결합되는 한 쌍의 변압기들(38)(하나가 도시됨)을 포함한다. 상기 마그네트론들(14)은 상기 마그네트론들(14)에 의해 발생된 마이크로파들이 상기 도파관들(18)의 길이 방향으로 이격된 배출구 포트(20)들을 통해 상기 마이크로파 챔버(16)로 배출되도록 상기 도파관들(18)의 유입구 포트들(40)에 장착된다. 바람직하게는, 두 개의 마그네트론들(14)의 주파수들은 상기 광원(10)의 동작 동안 그것들 사이에서의 상호결합을 방지하기 위해 작은 양만큼 분리되거나 또는 오프셋된다. 특정 실시예들에서, 제 1 마그네트론(14)은 약 2.4 GHz의 신호를 생성할 수 있지만, 제 2 마그네트론(14)은 상기 제 1 마그네트론(14)으로부터 최대 약 20 MHz까지 차이를 가진 신호를 생성한다.

길이 방향으로 연장한 램프 반사기(42)는 상기 램프 헤드(28)의 개방 램프 면(32) 밖에 위치되는 기판(도시되지 않음)을 향해 상기 플라즈마 램프 벌브(22)로부터 방출된 상기 자외선 광(34)을 반사하기 위한 상기 마이크로파 챔버(16) 내에 장착된다. 상기 램프 반사기(42)는 비록 포물선 또는 다른 단면 구성들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 가능하지만, 횡 단면에서의 타원형 구성을 가질 수 있다. 대안적으로, 상기 램프 반사기(42)는 이 기술분야에 알려진 바와 같이 플러드 반사기(flood reflector)(또한 이 기술분야에 알려진, 초점 반사기와 대조적으로)로서 구성될 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, 자외선 광은 전자기 스펙트럼의 자외선 대역 내에서의 파장(또는 주파수)을 가진 복사이다.

상기 램프 반사기(42)는 코팅된 유리로 만들어진다. 예를 들면, 상기 반사기(42)의 다른 측면이 샌드블라스트될 수 있는 반면, 상기 반사기(42)의 한 측면(예로서, 상기 플라즈마 램프 벌브 측)은 색선별 코팅을 포함한다. 따라서, 상기 반사기(42)는 상기 쌍의 마그네트론들(12)에 의해 발생된 상기 마이크로파 에너지에 실질적으로 투명하지만, 상기 플라즈마 램프 벌브(22)에 의해 방출된 상기 자외선 광(34)에 대해 실질적으로 불투명하며 실질적으로 이를 반영한다. 대안적으로, 상기 램프 반사기(42)는 연마된 알루미늄과 같이, 적절한 반사, 굴절, 및/또는 열 특성들을 가진 또 다른 재료로 만들어질 수 있으며, 이것은 또한 마그네트론(14)에 의해 발생된 상기 마이크로파 에너지에 실질적으로 투명하지만 상기 플라즈마 램프 벌브(22)에 의해 방출된 상기 자외선 광(34)에 실질적으로 불투명하며 실질적으로 이를 반사한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 램프 반사기(42)는 상기 마이크로파 챔버(16) 내에서의 대향하는, 즉 미러를 향하는 관계로 및 상기 플라즈마 램프 벌브(22)에 대해 이격된 관계로 장착되는 한 쌍의 길이 방향으로 연장한 반사기 패널들(44)을 포함한다. 각각의 반사기 패널(44)은, 적절한 반사 및 열 특성들을 가진 다른 재료들이 또한 가능하지만, 바람직하게는 코팅된 유리로 만들어진다. 예를 들면, 코팅된 유리로 만들어질 때, 각각의 반사기 패널(44)은 상기 쌍의 마그네트론들(14)에 의해 발생된 상기 마이크로파 에너지에 대해 투명하지만 상기 플라즈마 램프 벌브(22)에 의해 방출된 상기 자외선 광(34)에 대해 불투명하며 이를 반사한다.

도 2를 추가로 참조하면, 길이 방향으로 연장한 중간 부재(46)가 상기 반사기 패널들(44)에 대해 이격된 관계로, 및 또한 상기 플라즈마 램프 벌브(22)에 대해 이격된 관계로 상기 마이크로파 챔버(16) 내에 장착된다. 상기 중간 부재(46)는 PYREX®와 같은, 유리로 만들어질 수 있으며, 상기 플라즈마 램프 벌브(22)에 의해 방출된 상기 자외선 광(34)을 반사하지 않도록 코팅되지 않을 수 있다.

상기 쌍의 반사기 패널들(44) 및 상기 중간 부재(46)가 램프 반사기(42)를 형성하기 위해 상기 마이크로파 챔버(16) 내에 장착될 때, 한 쌍의 이격된 길이 방향으로 연장한 슬롯들(48)이 상기 반사기 패널들(44) 및 상기 중간 부재(46) 사이에 형성된다. 상기 쌍의 이격된, 길이 방향으로 연장한 슬롯들(48)은 냉각 공기(30)가 상기 벌브(22)를 냉각시키기 위해 상기 플라즈마 램프 벌브(22)의 외부 표면을 실질적으로 감싸도록 상기 가압된 공기 소스로부터 상기 플라즈마 램프 벌브(22)를 향해 냉각 공기(30)를 전달하도록 동작가능하다. 상기 램프 반사기(42)의 구성에 대한 상세들이, 그 개시가 여기에 전체적으로 참조로서 통합되는, "개선된 냉각을 가진 마이크로파 여기된 자외선 램프 시스템(Microwave Excited Ultraviolet Lamp System With Improved Cooling)으로 명명된, 공동 소유되고 공동-계류중인 미국 특허 번호 제6,696,801호에 완전히 설명된다. 대안적으로, 다른 반사기 구성들이 이 기술분야의 숙련자들에 의해 쉽게 이해될 바와 같이 또한 가능하다. 상기 냉각 공기(30)는 상기 마이크로파 챔버(16)를 통해 지나가며 상기 램프 헤드(28)의 개방 램프 면(32)을 통해 방출된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광원(10)은 또한 경화 챔버 및/또는 배기 시스템을 상기 광원(10)에 장착하기 위해 이용될 수 있는 나사 개구들(threaded apertures)(52)을 가진 장착 플랜지(50)를 갖고 구성된다.

상기 냉각 공기(30)에 대하여, 예를 들면 약 350 CFM과 같은 충분한 유량이 상기 마그네트론들(14) 및 상기 플라즈마 램프 벌브(22)의 적절한 동작을 보장하기 위해 상기 하우징(24) 내에 제공된다. 충분한 냉각 공기 유량이 상기 광원(10)의 동작 동안 제공된다는 것을 보장하기 위해, 차동 압력 트랜듀서(56)가 상기 램프 헤드(28) 및 상기 하우징(24)과 유체 소통하여 장착된다. 상기 차동 압력 트랜듀서(56)는 상기 하우징(24)에서의 압력 저하를 감지하며 상기 광원(10)을 멈추고, 상기 마그네트론들(14)에 대한 에너지의 흐름을 조정하고(그에 의해 상기 플라즈마 램프 벌브(22)로부터 상기 UV 광의 강도를 조정하는), 및/또는 원하는 압력이 감지되지 않을 때 상기 광원(10)에서의 공기의 흐름을 조정하기 위해 상기 광원(10)의 제어기(도시되지 않음)에 신호를 제공한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 램프 시스템은 가압된 공기(60)에 대한 소스를 포함하고 및/또는 경화 챔버(70)는 상기 광원(10)에 장착된다. 상기 가압된 공기 소스(60)는 주위 공기를 수집하고, 상기 공기를 필터링하며, 상기 공기를 냉각시킬 수 있다. 상기 가압된 공기 소스(60)는 그 후 냉각 공기(30)로서 상기 수집되고, 필터링되며, 냉각된 공기를 상기 공기 유입구 덕트(26)를 통해 상기 광원(10)에 제공할 수 있다. 상기 광원(10)과 함께, 상기 경화 챔버(70)는 상기 램프 헤드(28)의 개방 램프 면(32)을 통해 방출된 상기 냉각 공기(30)로부터 기판을 분리할 뿐만 아니라 상기 기판(도시되지 않음)의 둘레의 실질적으로 모두에 UV 광을 제공하도록 구성된다.

도 4 내지 도 9를 참조하면, 상기 경화 챔버(70)는 상기 장착 플랜지들(50)의 각각의 개구들(52)과 나사 체결되는 복수의 나사 볼트들(71)을 이용하여 상기 광원(10)에 고정된다. 상기 경화 챔버(70)는 힌지(hinge)(76)에 의해 연결된 하부 하우징(72) 및 상부 하우징(74)에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 내부 공간을 포함한다. 상기 하부 하우징(72)은 폐쇄될 때 래치 어셈블리(latch assembly;78)[예로서, 상기 하부 하우징(72) 상에서의 고정 메커니즘(78b)에 의해 고정되는 상기 상부 하우징(74) 상에서의 래치(78a)]에 의해 상기 상부 하우징(72)에 고정되지만, 전술된 나사 볼트들(71)을 통해 상기 광원(10)에 고정된다. 상기 경화 챔버(70)는 최상부 패널(79)을 포함하지만 최하부 패널을 포함하지 않는다. 오히려, 상기 경화 챔버(70)의 최하부는 상기 광원(10)에 의해 방출된 자외선 광(34) 및 상기 냉각 공기(30)에 대해 개방된다.

두 개의 광 슈라우드들(light shrouds)(80)이 상기 경화 챔버(70)의 측면들 상에 구성된다. 구체적으로, 상기 광 슈라우드들(80)의 내부들은 비록 유입구(81a) 및 배출구(81b)가 스와핑(swap)될 수 있지만, 상기 유입구(81a) 및 상기 배출구(81b)를 통해 상기 경화 챔버(70)의 내부 공간과 유체 소통한다. 상기 광 슈라우드들(80)은 상당한 양들의 UV 광이 상기 경화 챔버(70)를 빠져나가는 것을 방지하도록 구성된다.

각각의 광 슈라우드(80)는 또한 각각의 단부 캡들(86)(예로서, 상부 슈라우드 하우징(84) 상에서의 단부 캡(86a) 및 하부 슈라우드 하우징(82) 상에서의 단부 캡(86b)) 뿐만 아니라 하부 슈라우드 하우징(82) 및 상부 슈라우드 하우징(84)을 포함한다. 상기 단부 캡들(86)은 상기 UV 경화 가능한 재료를 운반하는 기판(예로서, 로프, 바, 또는 파이프와 같은 대상체)으로 하여금 도입되거나 또는 상기 경화 챔버(70)를 통해 하나의 광 슈라우드(80)에 공급되며, 또 다른 광 슈라우드(80)를 공급받도록 허용하기 위해 제거될 수 있다. 대안적으로, 상기 단부 캡들(86)은 상기 기판 및 UV 경화 가능한 재료가 상기 경화 챔버(70)를 통해 도입되거나 또는 하나의 광 슈라우드(80)를 통해 공급하고, 또 다른 광 슈라우드(80)를 공급받을 수 있도록 상기 기판의 단면과 실질적으로 유사한 상기 단부 캡들(86)을 통해 연장하는 개구(89)(예로서, 상기 개구는 전술된 로프, 바, 또는 파이프에 대응하는 유사한 단면을 가질 수 있다)를 포함하도록 기계 가공(machine)될 수 있다. 도면들 전체에 걸쳐 도시된 바와 같이, 각각의 광 슈라우드(80)는 안내 메커니즘(도시되지 않음)이 상기 경화 챔버(70)를 통해 제품을 지원하고 및/또는 안내하기 위해 상기 광 슈라우드의 최하부에 위치될 수 있도록 실질적으로 속이 비어 있다.

도 6 및 도 7에서 최상으로 도시된 바와 같이, 상기 경화 챔버(70)는 장착 브라켓(90)에 의해 제자리에 유지된 자외선 광(UV) 투과성 부재(88)를 포함한다. 상기 UV 투과성 부재(88)는 석영으로 구성될 수 있다. 상기 장착 브라켓(90)이 차례로 상기 경화 챔버(70)의 전면 벽(92) 및 후면 벽(94)에 고정된다. 상기 전면 벽(92)은 상기 후면 벽(94)에 직접 연결되지 않지만, 대신에 상기 후면 벽(94)과 간접적으로 연결된다. 경화 챔버 반사기(120)는 상기 전면 벽(92) 및 상기 후면 벽(94) 사이에 위치된다.

일반적으로 기밀 밀봉이 상기 UV 투과성 부재(88) 및 상기 경화 부재(70)의 벽들 사이에 형성된다. 이러한 기밀 밀봉은 상기 광 슈라우드들(80)과 유체 소통하는 상기 경화 챔버(70)의 내부, 및 그에 따라 상기 기판이 위치되는 상기 경화 챔버(70)의 내부가 상기 램프 헤드(28)의 개방 램프 면(32)으로부터 방출된 임의의 냉각 공기(30)를 수신하지 않는다는 것을 보장한다. 밀봉재 또는 다른 가스켓(도시되지 않음)은 일반적으로 기밀 밀봉을 형성하기 위해 상기 UV 투과성 부재(88)의 에지들, 또는 상기 UV 투과성 부재(88) 및 상기 장착 브라켓(90) 또는 상기 경화 챔버(70)의 다른 벽들과 소통할 수 있다. 적어도 하나의 고무 가스켓(96)이 또한 그 사이에 일반적으로 기밀 밀봉을 생성하기 위해 상기 광원(10) 및 상기 경화 챔버(70) 사이에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 UV 투과성 부재(88)는 그그를 통해 투과된 상기 자외선 광(34)의 수렴 또는 확산을 실질적으로 야기하지 않고 상기 경화 챔버(70)의 최상부 뷰 단면에 일반적으로 대응하는 실질적으로 편평한 단면 및 둘레를 가진 실질적으로 직사각형 부재이다. 대안적인 실시예들에서, 상기 UV 투과성 부재(88)는 상기 UV 투과성 부재(88)를 통해 투과된 상기 자외선 광(34)이 확산되거나 또는 수렴되도록 단면을 가질 수 있다.

배기 시스템(100)은 상기 램프 헤드(28)의 상기 개방 램프 면(32)과 유체 소통한다. 구체적으로, 상기 배기 시스템(100)은 상기 경화 챔버(70)의 벽들 및 상기 UV 투과성 부재(88)에 의해 형성된 플리넘으로 상기 개방 램프 면(32)을 통해 방출된 상기 냉각 공기(30)를 수신하기 위해 공기 유입구 포트(102)를 갖고 구성된다. 상기 배기 시스템(100)은 상기 UV 투과성 부재(88) 아래에 위치되는 상기 경화 챔버(70)의 전면 벽(92)을 통해 연장하는 홀(103)을 통해 상기 냉각 공기(30)를 수신한다. 배기 덕트(104)는 상기 냉각 공기(30)가 상기 기판과 접촉하지 않도록 상기 램프 헤드(28)로부터 떨어진 위치로 상기 냉각 공기(30)를 향하게 하도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 배기 시스템(100)은 연장되고 에워싸인 플리넘(116)을 형성하도록 구성되는 차례로 최상부 벽(108), 반대 최하부 벽(110), 한 쌍의 반대 측 벽들(112) 및 단부 벽(114)을 포함하는 배기 덕트이다. 상기 에워싸인 플리넘(116)은 상기 램프 헤드(28)의 개방 램프 면(32)과 유체 소통한다. 상기 배기 시스템(100)은 적어도 하나의 나사(118)를 통해 상기 경화 챔버(70)의 상기 전면 벽(92)에 부착된다.

상기 경화 챔버(70)는 또한 적어도 하나의 측 반사기(122) 뿐만 아니라 상기 상부 하우징(74)의 내부 상에 구성된 적어도 하나의 경화 챔버 반사기(120)를 갖고 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 측 반사기(122)는 상기 전면 벽(92) 및 후면 벽(94)의 각각 상에 구성된다. 특정 실시예들에서 및 도 6에 도시된 바와 같이, 두 개의 측 반사기들(122)은 상기 전면 벽(92) 및 후면 벽(94)의 각각 상에 구성되며: 하나의 측 반사기(122a)는 상기 후면 벽(94)에 부착된 상기 UV 투과성 부재(88) 위에 있고, 하나의 측 반사기(122b)는 상기 후면 벽(94)에 부착된 상기 UV 투과성 부재(88) 아래에 있고, 하나의 측 반사기(122c)는 상기 전면 벽(92)에 부착된 상기 UV 투과성 부재(88) 위에 있으며 하나의 측 반사기(122d)는 상기 전면 벽(92)에 부착된 상기 UV 투과성 부재(88) 아래에 있다. 경화 챔버 반사기(120) 및 측 반사기들(122a 내지 122d)은, 비록 포물선 또는 다른 단면 구성들이 본 발명의 실시예들로부터 벗어나지 않고 가능하지만, 횡 단면에서 타원형 구성을 가질 수 있다(예로서, 측 반사기들(122c, 122d)을 갖고 도시된 바와 같이). 구체적으로, 및 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 측 반사기들(122a, 122b)은 편평한 단면을 포함하며 상기 측 반사기들(122c, 122d)은 곡률을 가지며 상기 측 반사기들(122a 내지 122d)이 상이한 단면 프로파일들을 갖도록 편평하지 않다. 따라서, 상기 경화 챔버 반사기(120) 및 상기 측 반사기들(122)을 이용할 때, 상기 경화 챔버(70)는 제품의 둘레 주변에 위치된 기판에 자외선 광(34)을 제공하도록 구성될 수 있다.

상기 하부 하우징(72)의 적어도 일부는 상부 하우징(74)을 중첩시키도록 구성된다. 구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 상부 하우징(74)의 상기 전면 벽(92)의 적어도 일부는 상기 하부 하우징(72)이 제거된 부분(130)을 중첩시키는 위쪽으로 향해진 돌출부(132)를 포함하는 동안 130에서처럼 제거된다. 유사하게는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 상부 하우징(74)에 연결된 광 슈라우드(80)의 부분은 또한 상기 하부 하우징(72)에 연결된 상기 광 슈라우드(80)의 일부가 상기 제거된 부분(140)을 중첩시키는 위쪽으로 향해진 돌출부(142)를 포함하는 동안 140에서처럼 제거된다. 이와 같이, 상기 하부 하우징(72) 및 상기 상부 하우징(74) 사이에서의 연결로부터 빠져나올 수 있는 자외선 광, 뿐만 아니라 상기 광 슈라우드들(80)의 두 개의 절반들이 만나는 연결로부터 빠져나올 수 있는 광이 방지된다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 강화된 이중 경화를 제공하기 위한 경화 챔버(70) 부착을 포함하는 램프 시스템을 제공한다. 구체적으로, 상기 경화 챔버(70)는 전체 제품 경화(때때로 "3-차원" 또는 "360°경화"로서 불리우는)를 제공하도록 동작가능하다. 상기 경화 챔버(70)는 또한 상기 측 반사기들(122)의 각도들을 조정함으로써 기판 기하학적 구조상에서의 자외선 광 및 그에 따라 상기 기판상으로 반사된 상기 자외선 광의 강도를 최대화하도록 구성될 수 있다. 따라서, 복수의 프라즈마 램프 벌브들(22), 복수의 램프 헤드들(28), 및/또는 기판을 위한 자외선 광의 복수의 상이한 인가들의 사용이 방지된다. 부가적으로, 상기 경화 챔버(70)는 동작 동안 약 300℉로 따듯해지는 내부 공간을 제공하며, 따라서 전체 제품 자외선 광 경화를 제공할 뿐만 아니라 강화된 이중 경화를 위한 열적 경화를 또한 제공한다.

상기 경화 챔버(70)에 대하여, 상기 하부 하우징(72) 및 상기 상부 하우징(74)의 에지들의 중첩 설계, 뿐만 아니라 상기 광 슈라우드들(80)의 에지들의 중첩 설계는 동작 환경에 대한 실질적인 자외선 광 손실 및 투과를 방지한다. 상기 강화된 이중 경화는 또한 상기 제품에 대한 안정된 플랫폼을 제공하면서 기판 및/또는 상기 제품(예로서, UV 경화 가능한 재료)을 오염시키지 않고 또한 제공받는다. 구체적으로, 상기 광원(10)으로부터의 상기 냉각 공기(30)는 상기 기판 또는 제품을 오염시키지 않으며 상기 냉각 공기(30)가 원치 않은 움직임을 상기 기판 또는 상기 기판상에서의 제품에 부여하지 않는다. 상기 제품은 결국 각각의 광 슈라우드들(80)에서의 이전 논의된 안내 메커니즘들에 의해 지원될 수 있다.

이 기술분야의 숙련자는 도 1 내지 도 9에 도시된 환경들이 본 발명의 실시예들의 범위를 제한하려고 의도되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 특히, 상기 광원은 본 발명의 대안적인 실시예들과 일치하는 보다 적거나 또는 부가적인 구성요소들을 포함할 수 있다. 실제로, 이 기술분야의 숙련자는 다른 대안적인 하드웨어 환경들이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 이 기술분야의 숙련자는 상기 광원(10)이 구동 가능한 셔터 어셈블리(도시되지 않음)가 폐쇄될 때 상기 광원(10)으로부터 가능한 적은 자외선 광(34)이 빠져나오는 것을 보장하기 위해 상기 구동가능한 셔터 어셈블리와 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 셔터 어셈블리는 그 개시가 여기에서 전체적으로 참조로서 통합되는, "외부 셔터를 가진 마이크로파 파워링된 램프헤드(Microwave Powered Lamphead Having External Shutter)"로 명명된 미국 특허 번호 제6,933,683호에 개시된다.

더욱이, 본 발명의 실시예들은 다양한 실시예들 및 상기 예들의 설명에 의해 도시되었지만, 및 이들 실시예들이 상당히 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구항들의 범위를 이러한 상세에 한정하거나 또는 임의의 방식으로 제한하는 것이 출원인들의 의도는 아니다. 부가적인 이점들 및 변경들이 이 기술분야의 숙련자들에게 쉽게 나타날 것이다. 따라서, 본 발명은 그것의 보다 광범위한 양상들에서 도시되고 설명되는 특정 상세들, 장치들, 및/또는 방법들에 제한되지 않는다. 따라서, 출원인의 일반적인 발명의 개념의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고 이러한 상세들로부터 일탈이 이루어질 수 있다.

10: 광원 14: 마그네트론
16: 마이크로파 챔버 18: 도파관
20: 배출구 포트 22: 플라즈마 램프 벌브
24: 하우징 26: 공기 유입구 덕트
28: 램프 헤드 30: 냉각 공기
32: 개방 램프 면 34: 자외선 광
36: 스타터 벌브 38: 변압기
40: 유입구 포트 42: 램프 반사기
44: 반사기 패널 46: 중간 부재
48: 슬롯 50: 장착 플랜지
52: 개구 56: 차동 압력 트랜듀서
60: 가압된 공기 70: 경화 챔버
72: 하부 하우징 74: 상부 하우징
76: 힌지 78: 래치 어셈블리
80: 광 슈라우드 82: 하부 슈라우드 하우징
84: 상부 슈라우드 하우징 86: 단부 캡
88: UV 투과성 부재 89: 개구
90: 광 슈라우드 92: 전면 벽
94: 후면 벽 100: 배기 시스템
102: 공기 유입구 포트 103: 홀
104: 배기 덕트 108: 최상부 벽
110: 최하부 벽 112: 측 벽
114: 단부 벽 118: 나사
120: 경화 챔버 반사기 122: 측 반사기
132, 142: 돌출부

Claims

냉각 공기의 흐름이 제공되는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치로서,
복수의 벽에 의해 한정되는 내부 공간을 둘러싸는 챔버;
상기 챔버에 결합된 램프 헤드를 포함한 광원으로서, 상기 램프 헤드는 상기 자외선 광을 방출하도록 구성된 램프 벌브 및 상기 자외선 광 및 상기 냉각 공기를 투과시키도록 구성된 램프 면을 포함하는, 상기 광원;
상기 램프 면과 상기 내부 공간 사이에 플리넘을 한정하기 위해 상기 램프 면의 위에 및 상기 내부 공간의 아래에 위치된 자외선(UV) 투과성 부재로서, 상기 자외선 광을 상기 내부 공간으로 투과시키도록 구성되되, 상기 냉각 공기가 상기 내부 공간에 들어가지 않도록 상기 냉각 공기를 우회시키도록 구성된, 상기 자외선(UV) 투과성 부재;
상기 자외선 투과성 부재 및 상기 챔버의 상기 복수의 벽 사이에 형성된 기밀 밀봉(air-tight seal); 및
상기 플리넘과 유체 소통 결합된 배기 시스템으로서, 상기 플리넘으로부터 상기 냉각 공기를 배기시키도록 구성된 상기 배기 시스템을 포함하는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 챔버 내에 및 상기 자외선 투과성 부재 위에 위치된 제 1 반사기로서, 상기 자외선 광을 상기 램프 헤드를 향해 되돌려 반사시키도록 위치된 상기 제 1 반사기를 더 포함하는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 챔버 내에 및 상기 자외선 투과성 부재 위에 위치된 제 2 반사기로서, 상기 자외선 광을 상기 내부 공간을 향해 반사시키도록 위치된 상기 제 2 반사기를 더 포함하는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 챔버 내에 및 상기 자외선 투과성 부재 위에 위치된 제 3 반사기로서, 상기 자외선 광을 상기 내부 공간을 향해 반사시키도록 위치된 상기 제 3 반사기를 더 포함하는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 챔버는 제 1 벽 및 상기 제 1 벽과 간접적으로 연결된 제 2 벽을 포함하며, 상기 제 1 반사기는 상기 제 1 벽 및 상기 제 2 벽 사이에 위치되고, 상기 제 2 반사기는 상기 제 1 벽에 부착되며, 상기 제 3 반사기는 상기 제 2 벽에 부착되는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 플리넘 내에 및 상기 자외선 투과성 부재 아래에 위치된 제 3 반사기를 더 포함하며, 상기 제 3 반사기는 상기 자외선 광을 상기 내부 공간을 향해 반사시키도록 위치되며, 상기 자외선 투과성 부재는 상기 제 2 반사기 및 상기 제 3 반사기 사이에 위치되는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 플리넘 내에 및 상기 자외선 투과성 부재 아래에 위치된 제 2 반사기로서, 상기 자외선 광을 상기 내부 공간을 향해 반사시키도록 위치된 상기 제 2 반사기를 더 포함하는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 플리넘 내에 및 상기 자외선 투과성 부재 아래에 위치된 제 3 반사기로서, 상기 자외선 광을 상기 내부 공간을 향해 반사시키도록 위치된 상기 제 3 반사기를 더 포함하는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 벽은 제 1 벽 및 상기 제 1 벽과 간접적으로 연결된 제 2 벽을 포함하며, 상기 제 1 반사기는 상기 제 1 벽 및 상기 제 2 벽 사이에 위치되고, 상기 제 2 반사기는 상기 제 1 벽에 부착되며, 상기 제 3 반사기는 상기 제 2 벽에 부착되는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 챔버의 상기 내부 공간에 결합되며 상기 자외선 광에 의해 경화될 재료를 운반하는 상기 내부 공간으로 대상체를 도입하기 위해 구성된 광 슈라우드(light shroud)를 더 포함하는, 자외선 광을 발생시키기 위한 장치.
공기-냉각되는 램프 헤드를 가진 자외선 광원을 동작시키기 위한 방법으로서,
상기 램프 헤드 내부의 램프 벌브로부터 자외선 광을 방출하는 단계;
냉각 공기의 흐름으로 상기 램프 헤드를 냉각시키는 단계;
자외선(UV) 투과성 부재를 통해 상기 자외선 광을 챔버의 내부 공간으로 투과시키는 단계; 및
상기 냉각 공기의 흐름이 상기 챔버의 상기 내부 공간에 들어가지 않도록 상기 냉각 공기의 흐름을 우회시키는 단계를 포함하되,
상기 챔버의 내부 공간은 상기 챔버의 복수의 벽에 의해 한정되며, 기밀 밀봉이 상기 자외선 투과성 부재와 상기 챔버의 상기 복수의 벽 사이에 형성되고, 상기 자외선 투과성 부재는 상기 램프 헤드의 램프 면 위에 및 상기 챔버의 상기 내부 공간 아래에 위치된, 자외선 광원을 동작시키기 위한 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 챔버 내에 및 상기 자외선 투과성 부재 위에 위치된 제 1 반사기로 상기 자외선 광을 상기 램프 헤드를 향해 되돌려 반사시키는 단계를 더 포함하는, 자외선 광원을 동작시키기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 챔버 내에 및 상기 자외선 투과성 부재 위에 위치된 제 2 반사기로 상기 자외선 광을 상기 내부 공간을 향해 반사시키는 단계를 더 포함하는, 자외선 광원을 동작시키기 위한 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 챔버 내에 및 상기 자외선 투과성 부재 위에 위치된 제 3 반사기로 상기 자외선 광을 상기 내부 공간을 향해 반사시키는 단계를 더 포함하는, 자외선 광원을 동작시키기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 자외선 투과성 부재 아래에 위치된 제 2 반사기로 상기 자외선 광을 상기 내부 공간을 향해 반사시키는 단계를 더 포함하는, 자외선 광원을 동작시키기 위한 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 자외선 투과성 부재 아래에 위치된 제 3 반사기로 상기 자외선 광을 상기 내부 공간을 향해 반사시키는 단계를 더 포함하는, 자외선 광원을 동작시키기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 자외선 투과성 부재에 의한 상기 챔버의 내부 공간으로부터의 우회를 위하여, 상기 램프 헤드의 상기 램프 면으로부터 상기 챔버의 상기 내부 공간을 향해 방출되는 상기 냉각 공기의 흐름을 지향시키는 단계를 더 포함하는, 자외선 광원을 동작시키기 위한 방법.