KR20110104313A

KR20110104313A - 자외선 경화장치

Info

Publication number: KR20110104313A
Application number: KR1020100023391A
Authority: KR
Inventors: 정두희; 공배성
Original assignee: 한국산업기술대학교산학협력단; 공배성
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2011-09-22

Abstract

본 발명은 자외선 램프가 내장되고 경화대상(예 : 도료)에 이 자외선 램프의 자외선을 조사하는 자외선 조사구를 갖춘 케이스, 자외선 램프를 감싸며 내부에 액상냉매가 수용되어 자외선 램프를 수냉식으로 냉각하는 냉각재킷을 포함하는 자외선 경화장치를 제공한다.

Description

자외선 경화장치{Ultraviolet Rays Curing Apparatus}

본 발명은 자외선을 이용하여 액상의 경화대상(예를 들어, 도료)을 딱딱하게 굳히는 장치이다.

자외선 경화장치는 도료에 자외선(UV)을 조사하면 도료가 순간적으로 경화되는 화학반응을 이용, 제품의 표면경도를 향상시키거나 제품에 내스크래치성을 부여하는 첨단 기계로서, 자외선 경화과정이 제품 생산에 필수적으로 요구됨에 따라 반도체, 전자, 의료, 통신 등 여러 기술분야에서 다양하게 활용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 자외선 경화장치가 도시된 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 자외선 경화장치는 자외선 램프(1)와 이 자외선 램프(1)가 내장된 케이스(3)를 포함한다. 케이스(3)의 하단에는 자외선 램프(1)의 자외선을 외부로 조사하는 자외선 조사구(5)가 형성되어, 자외선 램프(1)로부터의 자외선은 이 자외선 조사구(5)를 통하여 케이스(3)의 하측에 위치한 액상의 경화대상(7)에 조사된다.

금속, 목재, 종이, 합성수지 또는 필름상의 제품에 액상의 경화대상(7)을 코팅한 후, 자외선 램프(1)를 작동시켜 이 경화대상(7)에 자외선을 조사하면, 경화대상(7)은 액상에서 고상이 된다.

이와 같은 자외선 경화 시, 자외선 램프(1)에서는 고온(자외선 램프의 한 종류인 고압수은램프의 경우, 800~1000℃)이 발생되므로, 과열에 의한 장치의 수명단축을 방지하기 위해서는 자외선 램프(1)를 효과적으로 냉각시킬 필요가 있다. 따라서, 이에 대한 개선책 마련이 시급히 요구되고 있다.

본 발명은 자외선 램프의 발열에 따른 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 자외선 경화장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자외선 램프와; 상기 자외선 램프가 내장되고 경화대상의 경화를 위하여 이 경화대상에 상기 자외선 램프로부터의 자외선을 조사하는 자외선 조사구를 가지는 케이스와; 상기 자외선 램프의 적어도 일부를 감싸며 내부에 액상냉매가 수용되어 상기 자외선 램프를 수냉식으로 냉각하는 투명의 냉각재킷을 포함하는 자외선 경화장치가 제공된다.

여기에서, 상기 자외선 램프는 펄스 플래시 램프일 수 있다. 그리고 상기 냉매는 순수일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자외선 경화장치는 상기 냉각재킷으로부터 냉매를 회수, 냉각하여 상기 냉각재킷에 공급하는 식으로 냉매를 순환시키는 냉매순환수단을 더 포함할 수 있다.

상기 냉매순환수단은 냉매탱크와; 상기 냉매탱크에 저장되는 냉매를 냉각시키는 냉각유닛과; 상기 냉매탱크의 냉매를 상기 냉각재킷에 공급하는 냉매공급라인과; 상기 냉매탱크의 냉매를 상기 냉매공급라인을 따라 압송시키는 냉매펌프와; 상기 냉각재킷의 냉매를 상기 냉매탱크로 회수하는 냉매회수라인을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자외선 경화장치는 상기 자외선 램프로부터의 자외선을 상기 자외선 조사구 측으로 반사하는 자외선 반사체를 더 포함할 수 있다. 아울러, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 경화장치는 냉각공기에 의한 공랭식으로 상기 자외선 반사체를 냉각하는 냉풍공급수단을 더 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 케이스는 내부에 상기 자외선 램프가 수용되는 수용공간이 형성되고 이 수용공간의 자외선 조사구 측 부분이 이 자외선 조사구 측으로 갈수록 점차 축소되도록 내벽이 경사면으로 구성되며, 상기 자외선 반사체는 가장자리와 상기 경사면 사이에 상기 수용공간과 통하는 냉풍토출구멍이 형성되도록 상기 수용공간에 구비되고, 상기 냉풍공급수단은 상기 수용공간에 공기를 공급하며, 상기 수용공간에 유입된 상기 냉풍공급수단으로부터의 공기는 상기 냉풍토출구멍을 통하여 토출될 수 있다.

본 발명은 자외선 램프를 냉각하는 수냉식 냉각기구에 의하여 자외선 램프의 과열에 따른 수명단축을 방지할 수 있다.

본 발명은 자외선 반사체를 냉각하는 공랭식 냉각기구에 의하여 자외선 램프의 과열을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 공랭식 냉각기구에 의한 냉각공기가 경화대상에 토출되므로 경화대상의 열변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, PVC와 같이 열에 민감한 제품에 대해서도 우수하게 경화할 수 있다. 아울러, 경화대상에 토출되는 냉각공기가 경화대상에 조사되는 자외선의 주위에 에어 나이프(air knife)를 형성하기 때문에 경화대상의 오염물질이 자외선 램프 측으로 상승되는 것을 차단, 자외선 램프가 오염되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 자외선 경화장치가 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자외선 경화장치가 도시된 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 자외선 램프용 수냉식 냉각기구의 구성도이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면 사시도로서, 냉각재킷을 나타낸다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의를 위하여 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 이러한 용어에 대한 정의는 이 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 2는 본 발명에 따른 자외선 경화장치가 도시된 구성도이다. 이 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선 경화장치는 내부에 수용공간(14)이 마련된 케이스(10), 이 케이스(10)의 수용공간(14)에 수용된 자외선 램프(20)를 포함한다. 케이스(10)의 하단에는 자외선 램프(20)로부터의 자외선을 케이스(10)의 외부로 조사하기 위한 자외선 조사구(12)가 형성되고, 수용공간(14)의 하부를 형성하는 케이스(14)의 내벽은 이 자외선 조사구(12) 측으로 갈수록 점차 축소되도록 경사면(16)으로 구성된다.

자외선 램프(20)는 펄스 폭 약 10마이크로 초(백만분의 10초), 최대 펄스 수 약 120Pulse/Sec, 최대 에너지 약 400,000W/Pulse의 자외선을 방사할 수 있는 펄스 플래시 램프(pulse flash lamp)이다. 이 펄스 플래시 램프를 이용하는 자외선 경화방식은 고압수은램프나 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp)를 이용하는 기존의 자외선 경화방식과 달리, 소비전력이 낮고, 침투력이 우수하여 한층 향상된 경화속도를 보장한다.

이와 같은 본 발명에 따른 자외선 경화장치는 자외선 램프(20)로부터의 자외선을 자외선 조사구(12) 측으로 반사하는 고효율의 자외선 반사체(30)를 더 포함하는데, 이 자외선 반사체(30)는 수용공간(14)에 위치된다. 자외선 반사체(30)는 또, 하부가 상측으로 오목하여 대략 역 Ｖ자형 구조를 가지는 것과 동시에, 가장자리와 경사면(16) 사이에 냉풍토출구멍(18)이 마련되도록 형성된다. 자외선 반사체(30)의 상측으로 오목한 부분에는 자외선 램프(20)가 위치된다.

또한, 본 발명에 따른 자외선 경화장치는 자외선 램프(20)를 위한 수냉식 냉각기구(40)와 자외선 반사체(30)를 위한 공랭식 냉각기구(50)를 더 포함한다.

도 3은 도 2에 도시된 수냉식 냉각기구(40)를 보인 구성도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면 사시도이다. 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 수냉식 냉각기구(40)는 자외선 램프(20)가 수용되며 냉매유로(44)를 가지는 냉각재킷(42), 이 냉각재킷(42)의 냉매유로(44)에 연결된 냉매순환수단을 포함한다.

냉각재킷(42)은 자외선 투과가 가능한 투명한 재질로 이루어진다. 냉각재킷(42)은 자외선 램프(20)를 일정한 간격을 두고 감싸는 파이프형상으로 형성되는 한편, 이중 구조를 가지도록 구성되어 내부의 빈 공간인 중공부를 냉매유로(44)로 한다. 도면상에는 냉각재킷(42)이 자외선 램프(20)의 전체를 감싸는 것으로 도시되어 있으나, 냉각재킷(42)은 자외선 램프(20)의 일부분을 감싸는 형상을 가지도록 구성될 수도 있다.

냉매순환수단은 냉매로서 순수가 저장되는 냉매탱크(45), 이 냉매탱크(45)에 저장되는 냉매를 냉각시키는 냉각유닛(46), 이 냉각유닛(46)에 의하여 냉각된 냉매를 냉각재킷(42)에 공급하고 이 공급된 냉매를 회수하는 냉매공급라인(47) 및 냉매회수라인(48), 냉매공급라인(47) 상에 설치된 냉매펌프(49)를 포함한다. 이 때, 냉매공급라인(47)과 냉매회수라인(48)은 각각 냉매유로(44)와 냉매탱크(45)를 연결하여 냉매탱크(45)의 냉매를 냉각재킷(42)으로 수송하고 냉각재킷(42)의 냉매를 냉매탱크(45)로 수송한다.

공랭식 냉각기구(50)는 공기를 냉각하는 유닛 및 냉각공기를 수용공간(14)에 공급하는 송풍팬을 포함한다.

한편, 도시된 바는 없으나, 케이스(10)는 경화대상(7)이 놓이는 스테이지 상에 전후좌우 이동 및 승강 가능하도록 설치될 수 있고, 수냉식 및 공랭식 냉각기구(40,50) 또한 이 케이스(10)와 함께 이동 가능하도록 설치될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 자외선 경화장치는 다음과 같이 작동한다.

자외선 램프(20)를 작동시키면, 이 자외선 램프(20)에서는 강한 자외선이 방사되는데, 이 방사되는 자외선 중 일부는 자외선 조사구(12)를 통하여 바로 경화대상(7)에 조사되고, 나머지는 자외선 반사체(30)에 의하여 반사된 후 자외선 조사구(12)를 통하여 경화대상(7)에 조사되어 경화대상(7)을 경화시킨다.

이러한 상태에서 수냉식 냉각기구(40)를 작동시키면, 냉각유닛(46)은 냉매탱크(45)에 저장된 냉매를 냉각시키고, 냉매펌프(49)는 이렇게 냉각된 냉매가 냉매공급라인(47)을 따라 흐르도록 압송시킨다. 이후, 냉매공급라인(47)을 따라 수송되는 냉매는 냉각재킷(42)에 공급, 냉매유로(44)를 따라 흐르면서 자외선 램프(20)를 냉각한 후, 냉매회수라인(48)을 따라 흘러 냉매탱크(45)에 저장된다.

한편, 자외선 램프(20)로부터의 자외선은 냉각재킷(42)이 투명하고 냉매로서 순수가 이용되기 때문에 냉각재킷(42)을 투과하여 방사된다.

공랭식 냉각기구(50)를 작동시키면, 수용공간(14)에는 냉각공기가 공급된다. 이 공급된 냉각공기는 자외선 램프(20)에 의하여 가열된 자외선 반사체(30)를 냉각한 후, 냉풍토출구멍(18)을 통하여 경화대상(7)에 토출된다. 이 때, 이 냉풍토출구멍(18)을 통하여 토출되는 냉각공기(도 2의 도면부호 55 참조)는 경화대상(7)의 열변형을 방지하는 것과 동시에, 자외선 조사구(12)로부터 조사되는 자외선의 주위에 에어 나이프(air knife)를 형성함으로써, 경화대상(7)으로부터의 각종 오염물질(증발되는 수분 등)이 자외선 램프(20) 측으로 상승되어 이 자외선 램프(20)가 오염되는 것을 방지한다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

10 : 케이스 12 : 자외선 조사구
14 : 수용공간 16 : 경사면
18 : 냉풍토출구멍 20 : 자외선 램프
30 : 자외선 반사체 40 : 수냉식 냉각기구
42 : 냉각재킷 44 : 냉매유로
45 : 냉매탱크 46 : 냉각유닛
47 : 냉매공급라인 48 : 냉매회수라인
49 : 냉매펌프 50 : 공랭식 냉각기구

Claims

자외선 램프와;
상기 자외선 램프가 내장되고 경화대상의 경화를 위하여 이 경화대상에 상기 자외선 램프로부터의 자외선을 조사하는 자외선 조사구를 가지는 케이스와;
상기 자외선 램프의 적어도 일부를 감싸며 내부에 액상냉매가 수용되어 상기 자외선 램프를 수냉식으로 냉각하는 투명의 냉각재킷을 포함하는 자외선 경화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 자외선 램프는 펄스 플래시 램프인 자외선 경화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉매는 순수인 자외선 경화장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 한 항에 있어서,
상기 냉각재킷으로부터 냉매를 회수, 냉각하여 상기 냉각재킷에 공급하는 식으로 냉매를 순환시키는 냉매순환수단을 더 포함하는 자외선 경화장치.
청구항 4에 있어서, 상기 냉매순환수단은,
냉매탱크와;
상기 냉매탱크에 저장되는 냉매를 냉각시키는 냉각유닛과;
상기 냉매탱크의 냉매를 상기 냉각재킷에 공급하는 냉매공급라인과;
상기 냉매탱크의 냉매를 상기 냉매공급라인을 따라 압송시키는 냉매펌프와;
상기 냉각재킷의 냉매를 상기 냉매탱크로 회수하는 냉매회수라인을 포함하는 자외선 경화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 자외선 램프로부터의 자외선을 상기 자외선 조사구 측으로 반사하는 자외선 반사체를 더 포함하는 자외선 경화장치.
청구항 6에 있어서,
냉각공기에 의한 공랭식으로 상기 자외선 반사체를 냉각하는 냉풍공급수단을 더 포함하는 자외선 경화장치.
청구항 7에 있어서,
상기 케이스는 내부에 상기 자외선 램프가 수용되는 수용공간이 형성되고 이 수용공간의 자외선 조사구 측 부분이 이 자외선 조사구 측으로 갈수록 점차 축소되도록 내벽이 경사면으로 구성되며,
상기 자외선 반사체는 가장자리와 상기 경사면 사이에 상기 수용공간과 통하는 냉풍토출구멍이 형성되도록 상기 수용공간에 구비되고,
상기 냉풍공급수단은 상기 수용공간에 공기를 공급하며,
상기 수용공간에 유입된 상기 냉풍공급수단으로부터의 공기는 상기 냉풍토출구멍을 통하여 토출되는 자외선 경화장치.