KR20070009389A - 자외선 조사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피처리물에 대해 자외선을 조사하는 자외선 조사 장치에 있어서, 광조사 영역의 광강도를 부분적으로 변화시켜, 조사량의 제어를 용이하게 행할 수 있는 자외선 조사 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.

자외선을 조사하는 자외선 조사부와, 이 자외선 조사부에 전력을 공급하는 전원부와, 이 전원부에 제어 신호를 공급하는 제어부를 구비하는 자외선 조사 장치에 있어서, 자외선 조사부에는, 선 형상으로 배열된 복수의 자외선 발광 다이오드를 설치한다. 자외선 발광 다이오드로부터 출사된 자외선은 렌즈에 의해 가늘고 긴 선 형상의 광조사 영역으로 성형되고, 각 발광 다이오드에 공급되는 전력을 제어함으로써, 광조사 영역의 자외선 강도는 부분적으로 변화된다.

Description

자외선 조사 장치 {ULTRAVIOLET IRRADIATION APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예인 자외선 조사 장치의 개략 구성을 도시한 도면,

도 2는 자외선 조사부의 구성을 도시한 분해도,

도 3은 자외선 조사 장치의 전원 제어부의 구성을 도시한 도면,

도 4는 피처리물을 일방향으로 이동시키면서 가늘고 긴 광조사 영역에 의해 광을 조사하고 있는 도면,

도 5는 피처리물을 회전시키면서 가늘고 긴 광조사 영역에 의해 광을 조사하고 있는 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 자외선 조사부 11: UV-LED(자외선 발광 다이오드)

12: 프린트 기판 13: 볼록 렌즈

14: 렌즈 홀더 15: 실린드리컬 렌즈

16: 히트싱크 17: 석영창

18: 통풍로 20: 전원 제어부

21: 전원부 22: 제어부

23: 입력부 24: 표시부

30: 케이블 40: 덕트

50: 커넥터 100: 피처리물

200: 광조사 영역 C1, C2, C3, C4: 외장 커버

D: 디스크 L: 냉각풍

P: 회전축 S: 피처리물의 각속도

VI:내주측의 선속도 V0: 외주측의 선속도

본 발명은, 피처리물에 자외선을 조사하는 자외선 조사 장치에 관한 것이다.

자외선 조사 장치로부터 출사되는, 365㎚를 중심으로 한 파장 300㎚∼4OO㎚ 범위의 자외선을, 이 파장에 감도(感度)를 갖는 접착제, 도료, 잉크, 레지스트 등에 조사하여, 경화 또는 건조시키는, 또 반대로, 용융 또는 연화시키는 등, 여러 가지 처리가 행해지고 있다. 이하 이러한 처리를 총칭하여 광처리라고 부른다.

상기와 같은 광처리에서, 예를 들면, 시트 형상의 긴 피처리물의 전면(全面)에 도포된 광경화형의 보호막을 경화시키는 것과 같은 경우, 도 4에 도시하는 바와 같이, 피처리물(100)의 폭에 대응하는 길이가 가늘고 긴 선 형상의 광조사 영역(200)을 형성하고, 피처리물(100)을 도면 중 화살표로 나타낸 방향으로 이동시키면서, 피처리물(100) 전체에 자외선을 조사한다는 것이 행해지고 있다.

종래, 상기와 같은 가늘고 긴 선 형상의 광조사 영역을 형성하는 자외선 광원으로서는, 피처리물의 폭에 상당하는 길이를 갖는, 봉 형상의 자외선 램프, 예를 들면 고압 수은 램프나 메탈 할라이드(halide) 램프가 사용되고 있었다.

[특허문헌 1] 일본국 특개2005-15764호 공보

[비특허문헌 1] 닛케이 일렉트로닉스에 2002년 10월 21일호 P28 「발광 파장은 수은등과 동일 광출력 100㎽의 자외 LED」

최근, DVD나 CD라는 디스크 기판상에 도포된 보호막 등에 대해, 디스크를 회전시키면서, 디스크의 반경에 대응하는 길이의 선 형상의 광조사 영역에 의해 자외선 조사를 행하고자 하는 요망이 생기고 있다.

그러나, 회전하는 피처리물에 대해 광처리를 행하는 경우, 종래와 동일한 봉 형상 램프를 사용하면, 다음과 같은 문제가 있으며, 도 5를 이용하여 설명한다.

시트 형상의 피처리물을 일방향으로 반송(搬送)하는 경우와 달리, 피처리물(100)이 회전축(P)을 중심으로 일정한 각속도(S)로 회전하고 있는 경우, 피처리물(100)의 내주측의 선속도(VI)는 느리고, 외주측의 선속도(VO)는 빨라진다.

따라서, 피처리물(100)에 조사되는 선 형상의 광조사 영역(200)의 자외선 강도가 전체에 균일하면, 자외선의 조사량이 내주측에서는 많아지고, 외주측에서는 적어진다.

그 때문에, 보호막의 경화 정도가 내주측과 외주측에서는 차이가 있게 되어, 내주측에서는 충분히 경화되어 있지만, 외주측에서는 미경화된 부분이 남는다는 문제가 발생하는 경우가 있다.

피처리물(100)의 내주측과 외주측에서 조사량을 균일하게 하기 위해서는, 내 주측의 광강도를 약하게, 외주측의 강도를 강하게 해야 하지만, 봉 형상의 램프로부터 출사되는 광의 강도를 부분적으로 변화시키는 것은 곤란하다.

이러한 경우, 봉 형상 램프와 피처리물 사이에 투과율이 부분적으로 다르도록 하는 필터를 이용하는 것이 고려되지만, 광처리 조건의 변경에 의해 조사량을 변화시킬 필요가 생기면, 그때마다 투과율을 변화시킨 새로운 필터를 제작하여 대응해야 하기 때문에, 장치의 비용이 많이 들게 된다.

본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 회전하는 피처리물에 대하여 자외선을 조사하는 자외선 조사 장치에 있어서, 광조사 영역의 광강도를 부분적으로 변화시켜, 조사량의 제어를 용이하게 행할 수 있는 자외선 조사 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 상기 과제를 다음과 같이 행하여 해결한다.

자외선을 조사하는 자외선 조사부와, 이 자외선 조사부에 전력을 공급하는 전원부와, 이 전원부에 제어 신호를 공급하는 제어부를 구비하는 자외선 조사 장치에서, 자외선 조사부에는, 프린트 기판에 선 형상으로 나란히 실장(實裝)된 복수의 자외선 발광 다이오드가 설치된다.

선 형상으로 배열된 자외선 발광 다이오드의 광출사측에는, 각 자외선 발광 다이오드에 대응하여 설치된 복수의 볼록 렌즈와, 실린드리컬(cylindrical) 렌즈가 설치된다.

또, 자외선 발광 다이오드가 설치된 프린트 기판의, 자외선 발광 다이오드와 반대되는 측에는, 한 개의 히트싱크가 장착된다.

자외선 발광 다이오드로부터 출사된 자외선은, 각 자외선 발광 다이오드에 대응하여 설치된 볼록 렌즈에 의해 어느 정도 집광되고, 또한 실린드리컬 렌즈에 의해 일 축 방향(배열된 자외선 발광 다이오드가 신장되는 방향에 대하여 직교하는 방향)으로만 집광되고, 가늘고 긴 선 형상의 광조사 영역을 형성하여, 자외선 조사부로부터 출사된다.

복수의 자외선 발광 다이오드에는, 각 자외선 발광 다이오드에 대응하여 설치된 전원부의 전원으로부터, 각각 독립하여 전력이 공급되고, 제어부는, 전원부의 전원을 개별로 제어함으로써, 각 자외선 발광 다이오드부터의 자외선 강도를 변화시켜, 광조사부로부터 출사되는 광조사 영역의 광강도를 부분적으로 변화시킨다.

또, 자외선 발광 다이오드는 점등 시 발열하지만, 이 열은 자외선 발광 다이오드가 실장된 프린트 기판의, 자외선 발광 다이오드와는 반대되는 측에 장착된 한 개의 히트싱크에 전달되어 방열 냉각된다.

(발명의 실시 형태)

도 1에, 본 발명의 실시예인 자외선 조사 장치의 개략 구성을 도시한다.

자외선 조사 장치는, 자외선을 조사하는 자외선 조사부(10)와, 전원부(21)와 제어부(22)를 하나의 상자체(箱體) 내에 수납한 전원 제어부(20)로 이루어지며, 자외선 조사부(10)와 전원 제어부(20)는, 케이블(30)에 의해 접속되어 있다.

자외선 조사부(10)는, 자외선을 출사하는 복수의 발광 다이오드와, 이들 복수의 자외선 발광 다이오드로부터 출사되는 자외선을 집광하는 렌즈 등을 구비하고 있지만, 상세한 구조에 대해서는 후술한다.

전원 제어부(20)는 상용(商用) 전원에 접속되고, 자외선 조사부(10) 내의 UV-LED에 전력을 공급하는 전원부(21)와, 전원부(21)를 제어하는 제어부(22)를 구비하고 있다.

또, 전원 제어부(20)의 전면(前面)은 조작 패널로 되어 있으며, 조작 패널에는 전원의 켜짐·꺼짐이나 광처리에 관련된 자외선 강도나 조사 시간이라는 각종의 파라미터를 제어부(22)에 입력하는 입력부(23)와, 제어부(22)에 접속되어, 입력한 각종 파라미터의 수치 등을 표시하는 표시부(24)가 설치되어 있다.

도 2에, 자외선 조사부(10)의 구성을 도시한 분해도를 도시한다. 또한, 동 도면에서는, 배선이나 작은 부품에 대해서는 생략하고 있다.

자외선 조사부(10)는, 외장 커버(C1, C2, C3, C4) 등에 의해 둘러싸인 상자체 내에, 자외선을 출사하는 광원으로서, 복수의 발광 다이오드(11)(LED light- emitting diode)를 구비한다.

자외선을 방사하는 발광 다이오드(이하, UV-LED라고 부른다)로서는, 비특허문헌 1에 게시되는 바와 같은, 최근 개발된, 자외선을 높은 출력으로 방사하는, 질화갈륨(갈륨나이트라이드(GaN)) 등을 발광 재료로 이용한 발광 다이오드를 이용할 수 있으며, 이와 같은 UV-LED를 사용한 자외선 조사 장치로서는, 예를 들면 특허문헌 1이 있다.

UV-LED(11)는, 한 장의 프린트 기판(12) 상에 선 형상으로 8개가 나란히 실장되고, 그 광출사측에는, 각 UV-LED(11)에 대응하여 1개씩, 따라서 8개의 볼록 렌 즈(13)가 렌즈 홀더(14)에 의해 유지되어 배치된다.

이 볼록 렌즈(13)는, 각 UV-LED(11)로부터 확산되어 출사되는 자외선을 어느 정도 집광한다.

일반적으로 UV-LED로부터 출사되는 자외선은 발산각이 크고, 넓은 범위에 광이 조사된다.

그 때문에, 선 형상으로 배열한 UV-LED(11)로부터 광이 출사되면, 그 상태에서는, 나란히 배치된 복수의 UV-LED(11)의 각각으로부터 출사된 광이, 광조사 영역 전체로 확산되어, 즉, 복수의 UV-LED로부터의 광이 모두 오버랩되어 광조사 영역이 형성된다.

그러한 이유로, 복수 설치한 UV-LED 중, 어떤 UV-LED의 자외선 강도를 변화시킨다 하더라도, 광조사 영역 전체의 조도가 변화해 버려, 광조사 영역의 자외선 강도를 부분적으로 변화시키는 것이 어렵다.

이 문제를 해결하기 위해, 볼록 렌즈(13)에 의해 UV-LED로부터 출사되는 광을, 옆의 UV-LED의 광과는 오버랩하지만, 그 다음 옆의 UV-LED의 광과는 오버랩되지 않을 정도로까지 집광한다.

이에 따라, 어느 1개의 UV-LED의 자외선 강도를 변화시키면, 그 바로 아래와 그 근방의 자외선 강도만이 변화하여, 자외선 조사부로부터 출사되는 광조사 영역의 자외선 강도를 부분적으로 변화시킬 수 있게 된다.

또한, 볼록 렌즈(13)의 광출사측에는, 선 형상으로 배열된 UV-LED(11)의 길이에 따른 실린드리컬 렌즈(15)가 설치되어 있다.

실린드리컬 렌즈는, 광이 조사되는 방향에 대해, 일방향으로는 집광 작용이 있지만, 그것에 직교하는 방향에 대해서는 집광 확산 작용이 없는 렌즈의 경우로서, 예를 들면, 원기둥 형상으로 된 것이나, 도 2에 도시되는 바와 같은 원기둥을 높이 방향을 따라 2분할한 것과 같은 형상으로 된 것을 들 수 있다.

실린드리컬 렌즈(15)는, 볼록 렌즈(13)에 의해 어느 정도 집광된 UV-LED(11)로부터의 자외선을, UV-LED(11)가 배열되는 방향에 대해 직교하는 방향으로만 집광하여, 폭이 좁고 조도(照度)가 높은 선 형상의 광조사 영역을 형성한다.

또, 자외선 조사부(10)의 광출사측에는, 석영창(17)이 설치되어 있다. 예를 들면 피처리물이 자외선 경화성의 수지인 경우, 자외선을 조사하면, 수지로부터 휘발하는 성분이, 자외선 조사부(10) 내의 실린드리컬 렌즈(15) 등을 더럽히는 경우가 있으므로, 이를 방지하기 위해 설치된다.

휘발 성분에 의해 더러워진 석영창(17)은, 적절하게 클리닝이나 교환을 행한다.

한편, 프리트 기판(12)의, UV-LED(11)를 배열한 측의 반대측에는, 1개의 방열핀(161)이 부착된 히트싱크(16)가 밀착해 장착되어 있다.

히트싱크(16)의 방열핀(161)은, 외장 커버(C1, C2, C3, C4)에 의해 형성된 통풍로(18) 내에 배치된다.

외장 커버(C3, C4)에는 덕트(40)가 설치되어 있다. 덕트(40)에는, 도시하지 않은 외부의 송풍팬 또는 배기팬이 접속되고, 통풍로(18)에는 냉각풍이 흐른다.

이 냉각풍에 의해 히트싱크(16)가 냉각되고, 히트싱크(16)에 밀착한 프린트 기판(12)에 실장되어 있는 UV-LED(11)가 냉각된다.

UV-LED로부터 출사되는 자외선 강도는, UV-LED의 온도에 크게 의존하여, 온도가 높아지면, 동일한 전력을 공급하고 있더라도 자외선 강도가 저하한다는 것을, 최근 우리들은 발견하였다.

UV-LED의 각각에 다른 히트싱크를 장착하면, 각 UV-LED의 냉각 조건이 다르기 쉽고, 장시간 점등하면, 각 UV-LED의 온도에 차가 나기 쉬워지며, 이에 따라, 자외선 조사부로부터 출사되는 광조사 영역에서, 부분적인 자외선 강도의 변화가 발생한다.

그러나, 본 실시예의 구성에 있어서는, 복수의 UV-LED가 하나의 히트싱크에 의해 방열되기 때문에, 각 UV-LED의 냉각 조건이 거의 동일하게 되어, 상호 거의 같은 온도로 유지되고, 일부의 UV-LED가 다른 UV-LED에 비해 고온이 되거나, 혹은 저온이 되는 일은 없다.

따라서, 자외선 조사부로부터 출사되는 광조사 영역에서, 개개의 UV-LED의 온도차에 따른 자외선 강도의 편차가 발생하는 일 없이, 안정된 자외선 강도에서의 광처리를 행할 수 있다.

또, 자외선 조사부(10)의 광출사측과 반대되는 측에는, 전원 제어부(20)로부터의 케이블을 접속하는 커넥터(50)가 설치되어 있다.

도 3에, 자외선 조사 장치의 전원 제어부(20)의 구성을 도시한다.

전원 제어부(20)는, 자외선 조사부(10)의 UV-LED(11)에 전력을 공급하는 전원부(21)와, 전원부(21)를 제어하는 제어부(22), 제어부(22)에 광처리를 위한 자외 선 강도나 조사 시간이라는 각종 파라미터를 입력하는 입력부(23), 제어부(22)에 접속되어 입력한 각종 파라미터나 장치의 동작 상황을 표시하는 표시부(24)로 구성되어 있다.

전원부(21)는, 광조사부(10)의 복수의 UV-LED(11)에 대해 하나씩 설치된 복수의 전원(212)으로 구성되고, 각 UV-LED(11)에 독립하여 전력을 공급한다.

제어부(22)는, 입력부(23)로부터 입력된 파라미터에 근거하여, 각 전원(212)을 개별로 제어함으로써, 각 UV-LED(11)에 공급되는 전력을 독립하여 변화시키고, 각 자외선 조사부(10)로부터 조사되는 광조사 영역(200)의 자외선의 강도를 부분적으로 조정한다.

UV-LED의 자외선 강도를 변화시켜 조정하는 방법으로서는, UV-LED에 공급하는 전류의 크기를 변화시킴으로써 행해지는 것이 많지만, PWM 제어라고 불리는, UV-LED에 공급되는 전력의 ON/OFF의 시간 비율을 변화시켜 행하는 방법도 있어, 어떤 방법도 채용할 수 있다.

계속해서, 자외선 조사 장치의 동작예에 대해, 도 1, 도 2를 이용하여 설명한다.

또한, 본 실시예에서는, 피처리물로서 디스크에 도포된 보호막을 경화시키는 경우를 예로써 설명한다.

전원 제어부(20)의 입력부(23)의 전원 스위치를 켬으로써, 자외선 조사부(10)의 모든 UV-LED(11)가 점등된다.

도시하지 않은 배기팬이 회전하고, 외장 커버(C3)에 장착된 덕트(40)로부터 통풍로(18)에 냉각풍(L)이 흐르고, 통풍로(18) 내의 히트싱크(16)가 냉각되어, 외장 커버(C4)에 장착된 덕트(40)로 배기된다.

이에 따라, 점등된 UV-LED(1l)는 열을 발생하지만, 히트싱크(16)에 의해 방열되어 냉각된다.

피처리물인 디스크(D)가 회전하였을 때, 디스크(D) 전체에 자외선이 조사되 도록, UV-LED(11)가 배열되는 방향이, 디스크(D)의 반경 방향을 따르도록, 자외선 조사부(10)를 배치한다.

디스크(D)는 회전함에 따라, 외측의 선속도는 빠르고, 내측의 선속도는 느려지기 때문에, 입력부(23)로부터, 디스크(D)의 외측에 위치하는 UV-LED의 자외선 강도가 높고, 내측에 위치하는 UV-LED의 자외선 강도가 낮도록 파라미터를 입력한다.

제어부(22)는, 입력된 파라미터에 근거하여, 외측의 UV-LED에 공급하는 전력이 크고, 내측의 UV-LED에 공급하는 전력이 작도록, 전원부(21)의 전원(212)을 제어한다.

이에 따라, 외측의 UV-LED로부터는 자외선 강도가 강한 광이, 또, 내측의 UV-LED로부터는 자외선 강도가 약한 광이, 각각 출사된다.

각 UV-LED(11)로부터 출사된 광은, 그 출사측에 설치된 볼록 렌즈(13)에 의해, 옆의 UV-LED의 광과는 오버랩되지만, 그 다음 옆의 UV-LED의 광과는 오버랩되지 않을 정도로까지 집광되며, 또한 실린드리컬 렌즈에 의해 UV-LED(11)가 배열되는 방향에 대해 직교하는 방향으로만 집광되어 자외선 조사부(10)로부터 출사되어, 디스크(D)상에, 외측의 자외선 강도가 높고, 내측의 자외선 강도가 낮은, 선 형상 의 가늘고 긴 광조사 영역(200)을 형성하여 조사된다.

디스크(D)를 회전시키면서, 자외선 경화성 보호막의 용액을, 디스크(D)의 내주측에 적하하고, 원심력으로써 외주측으로 연장시키면서 자외선 조사를 행하여, 보호막을 경화시킨다.

보호막의 경화 정도나 막 두께라는 결과에 근거하여, 균일한 경화와 막 두께로 보호막이 형성되도록, 자외선 조사부(10)로부터 조사되는 광조사 영역(200)의 부분적인 자외선 강도를 조정한다.

디스크(D)의 외측에 위치하는 UV-LED로부터 출사되는 자외선 강도가 강한 광과, 내측의 자외선 강도가 약한 광과는 오버랩되지 않기 때문에, 광조사 영역(200)의 자외선 강도의 조정 시에, 예를 들면, 외측의 UV-LED의 자외선 강도를 강하게 하더라도, 내측의 자외선 강도가 그에 따라 강하게 되는 일은 없으며, 또, 내측의 UV-LED의 자외선 강도를 약하게 하더라도, 외측의 자외선 강도가 약하게 되는 일은 없어, 조사량의 제어를 용이하게 행할 수 있다.

본 발명에서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

자외선 조사부로부터 출사되는 가늘고 긴 선 형상의 광조사 영역을 형성하는 자외선 광원으로서, 자외선 발광 다이오드를 선 형상으로 배열한 것을 사용하고, 각 자외선 발광 다이오드에 독립되게 전력을 공급하여, 이 각 발광 다이오드에 공급되는 전력을 제어하도록 하였기 때문에, 광조사부로부터 출사되는 광조사 영역의 광강도를, 부분적으로 변화시킬 수 있다.

따라서, 회전하는 피처리물에 대해서도, 내주측의 광강도를 약하게, 외주측의 광강도를 강하게 함으로써, 피처리물의 내주측과 외주측에서 조사되는 자외선의 조사량이 균일해지도록 하여 광처리를 행할 수 있다.

또, 자외선 발광 다이오드는 온도가 변화하면, 일정한 전력이 공급되고 있다 하더라도, 출사되는 자외선의 강도가 변화하는 경우가 있지만, 선 형상으로 배열된 복수의 자외선 발광 다이오드는, 실장되어 있는 기판의 반대측에 장착된 하나의 히트싱크에 의해 방열 냉각되기 때문에, 상호 냉각 조건이 거의 동일하게 되어 전체가 대략 동일한 온도로 유지된다.

따라서, 선 형상으로 배열한 복수의 자외선 발광 다이오드 중, 일부의 자외선 발광 다이오드가 다른 것에 비해 고온이 되거나, 혹은 저온이 되는 일 없이, 광조사부로부터 조사되는 광조사 영역 전체에 있어서, 안정된 자외선 강도가 유지된다.

Claims (4)

1. 자외선을 조사하는 자외선 조사부와, 이 자외선 조사부에 전력을 공급하는 전원부와, 이 전원부에 제어 신호를 공급하는 제어부를 구비하는 자외선 조사 장치에 있어서,

   상기 자외선 조사부는, 프린트 기판에 선 형상으로 나란히 실장된 복수의 자외선 발광 다이오드와, 상기 복수의 자외선 발광 다이오드의 광출사측에 있는, 각 자외선 발광 다이오드에 대응하여 설치된 복수의 볼록 렌즈를 구비하고,

   상기 복수의 자외선 발광 다이오드는, 각각 독립하여 상기 전원부로부터 전력이 공급되고, 상기 제어부에 의해 이 전력이 제어되는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
2. 청구항1에 있어서,

   상기 볼록 렌즈의 광출사측에는, 이 볼록 렌즈에 의해 집광된 광을 일방향으로 집광하는 실린드리컬 렌즈가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
3. 청구항1에 있어서,

   상기 기판의 상기 자외선 발광 다이오드가 실장된 면과는 반대되는 측의 면에는, 히트싱크가 장착된 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
4. 청구항1에 있어서,

   회전하는 피처리물에 대해 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치. ·

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