KR20170108844A - 광 조사장치 - Google Patents

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Abstract

일방향으로 이동하는 입체적인 조사 대상물에 대해, 반송방향 측방측뿐만 아니라, 전방측 및 후방측으로부터도 자외광을 조사할 수 있는 광 조사장치를 제공한다. 제1 방향을 따라 상대적으로 이동하는 입체적인 조사 대상물에 대해 자외광을 조사하여, 조사 대상물의 표면에 도포된 자외선 경화 수지를 경화시키는 광 조사장치가, 기판 상에 제1 방향을 따라 배치되고, 조사 대상물에 대해 자외광을 조사하는 복수의 LED 소자 및, 각 LED 소자의 광로 중에 배치되고, 각 LED 소자로부터 출사되는 자외광의 확산각이 좁아지도록 정형하는 복수의 집광 수단을 구비하고, 집광 수단을 통과하여 조사 대상물을 향하는 자외광이, 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 중심으로 하여, 제1 방향의 상류측으로 제1 각도로 경사진 제1 배광 피크와, 제1 방향의 하류측으로 제2 각도로 경사진 제2 배광 피크를 가진다.

Description

광 조사장치{LIGHT IRRADIATING DEVICE}
본 발명은, 일방향으로 상대적으로 이동하는 입체적인 조사 대상물에 대해 자외광을 조사하는 광 조사장치로서, 특히, LED(Light Emitting Diode)를 광원으로서 이용하여, 조사 대상물의 표면에 도포된 자외선 경화 수지를 경화시키는 광 조사장치에 관한 것이다.
종래, 오프셋 매엽(Sheet-fed) 인쇄용 잉크로서, 자외광의 조사에 의해 경화하는 자외선 경화형 잉크가 이용되고 있다. 또한, 최근에는, 금속이나 플라스틱 등, 종이 이외의 잘 마르지 않는 재료에 인쇄하는 경우에도, 건조를 빠르게 하고, 시간당 생산성을 올리기 위해, 자외선 경화형 잉크가 이용되고 있다. 이러한 자외선 경화형 잉크의 경화에는, 일반적으로, 자외광을 조사하는 자외광 조사장치가 이용된다.
자외광 조사장치로서는, 종래부터 고압 수은 램프나 수은 크세논 램프 등을 광원으로 하는 램프형 조사장치가 알려져 있으며, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 반송 벨트에 의해 반송되는 워크를 램프형 조사장치에 의해 조사하여, 워크 표면의 자외선 경화형 잉크를 경화시키는 구성이 기재되어 있다.
또한, 최근에는, 소비 전력의 삭감, 긴 수명화, 장치 사이즈의 컴팩트화에 대한 요청으로 인해, 종래의 방전 램프 대신에, LED를 광원으로서 이용한 자외광 조사장치도 개발되어 있다. 이러한, LED를 광원으로서 이용한 자외광 조사장치는, 예를 들면, 특허문헌 2에 기재되어 있으며, 복수의 발광 소자(LED)가 탑재된 기판을 직선 형상으로 복수개 나열함으로써, 라인 형상의 자외광을 얻고 있다.
일본국 공개특허공보 제1996-174567호 일본국 공개특허공보 제2015-153771호
특허문헌 1의 구성과 같이, 자외선 경화형 잉크가 워크의 상면에만 도포되어 있는 경우에는, 워크 상면에 대향하도록 자외선 조사장치를 배치하고, 일방향으로부터 자외광을 조사함으로써 자외선 경화형 잉크를 경화시킬 수 있다. 그러나, 맥주나 쥬스캔·패트병, 샴푸나 화장품병 등, 입체적인 형상을 가지는 워크(조사 대상물)의 경우에는, 자외선 경화형 잉크가 도포된 표면의 형상에 맞춰 복수의 방향(예를 들면, 반송방향 전방, 후방, 우방, 좌방)으로부터 자외광을 조사하거나, 또는 워크를 회전시키면서 자외광을 조사할 필요가 있다.
워크에 대해 복수의 방향으로부터 자외광을 조사하는 구성으로서는, 워크를 둘러싸도록 복수의 자외선 조사장치를 배치하는 구성을 생각할 수 있지만, 이 경우, 워크의 반송방향 전방 및 후방에 자외선 조사장치를 배치하면 워크를 반송할 수 없게 된다. 따라서, 워크의 반송방향 전방측 및 후방측에도 자외광을 조사하기 위해서는, 복수의 자외선 조사장치로 둘러싸인 공간 내에 워크를 정지시킨 상태로 자외광을 조사하게 되는데, 워크를 정지시키면, 생산 효율이 나빠진다라는 문제가 있다.
또한, 워크를 회전시키면서 자외광을 조사하는 구성의 경우, 워크를 지지하면서 회전시키는 장치가 필요하기 때문에, 장치 전체가 복잡해지고, 또한 대형화 된다라는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 일방향으로 이동하는 입체적인 조사 대상물에 대해, 반송방향 측방측뿐만 아니라, 전방측 및 후방측으로부터도 자외광을 조사할 수 있는 광 조사장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 광 조사장치는, 제1 방향을 따라 상대적으로 이동하는 입체적인 조사 대상물에 대해 자외광을 조사하여, 상기 조사 대상물의 표면에 도포된 자외선 경화 수지를 경화시키는 광 조사장치로서, 기판 상에 제1 방향을 따라 배치되고, 조사 대상물에 대해 자외광을 조사하는 복수의 LED 소자와, 각 LED 소자의 광로 중에 배치되고, 각 LED 소자로부터 출사되는 자외광의 확산각이 좁아지도록 정형하는 복수의 집광 수단을 구비하고, 복수의 집광 수단을 통과하여 조사 대상물을 향하는 자외광이, 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 중심으로 하여, 제1 방향의 상류측으로 제1 각도로 경사진 제1 배광 피크 및, 제1 방향의 하류측으로 제2 각도로 경사진 제2 배광 피크를 가지는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 조사 대상물에 조사되는 자외광이, 제2 방향에 대해 경사진 제1 배광 피크와 제2 배광 피크를 가지기 때문에, 조사 대상물에 대해, 반송방향 측방측뿐만 아니라, 전방측 및 후방측으로부터도 자외광이 조사된다.
또한, 복수의 LED 소자와 복수의 집광 수단이, 제2 방향에 평행한 공통의 광축을 가지고, 광축에 대해 제1 방향의 상류측으로 경사지는 제1 입사면과, 제1 방향의 하류측으로 경사지는 제2 입사면을 구비하고, 복수의 집광 수단으로부터 출사된 자외광을 제1 각도 및 제2 각도로 굴절시켜 출사하는 배광 제어 수단을 더 구비할 수 있다. 또한, 이 경우, 제1 입사면 및 제2 입사면은, 제1 방향을 따라 교대로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 복수의 LED 소자는, 제1 방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되고, 제1 입사면 및 제2 입사면은, 각 LED 소자에 대응하도록, 소정의 간격으로 교대로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 복수의 LED 소자는, 제1 방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되고, 제1 입사면 및 제2 입사면은, 소정의 간격보다 좁은 간격으로 형성될 수 있다.
또한, 복수의 LED 소자는, 제1 방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되고, 제1 입사면 및 제2 입사면은, 소정의 간격보다 넓은 간격으로 형성될 수 있다.
또한, 배광 제어 수단이, 프리즘인 것이 바람직하다.
각 LED 소자와 각 집광 수단이, LED 모듈을 구성하고, LED 모듈이, 제2 방향에 대해 제1 각도로 경사진 광축을 가지는 제1 LED 모듈 및, 제2 방향에 대해 제2 각도로 경사진 광축을 가지는 제2 LED 모듈로 이루어지도록 구성할 수 있다.
각 LED 소자와 각 집광 수단이, 공통의 광축을 가지고, 제1 LED 모듈 및 제2 LED 모듈의 부착면이, 제2 방향에 대해 경사져 있는 것이 바람직하다.
또한, 각 LED 소자와 각 집광 수단이, 각각 상이한 광축을 가지고, 제1 LED 모듈 및 제2 LED 모듈의 부착면이, 제2 방향에 대해 수직인 평면인 것이 바람직하다.
또한, 집광 수단이, 각 LED 소자로부터 출사되는 자외광을 제1 각도의 광과 제2 각도의 광으로 분리되도록 구성할 수 있다.
또한, 집광 수단이, 집광 렌즈 또는 집광 미러인 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 일방향으로 이동하는 입체적인 조사 대상물에 대해, 반송방향 측방측뿐만 아니라, 전방측 및 후방측으로부터도 자외광을 조사할 수 있는 광 조사장치가 실현된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치를 이용한 광 조사 시스템의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치의 Y-Z 평면의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치에 구비되는 광 조사 유닛의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치에 구비되는 광 조사 유닛으로부터 출사되는 자외광의 모습을 설명하는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치에 구비되는 봉지(封止) 렌즈로부터 출사되는 자외광의 배광 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치로부터 출사되는 자외광의 배광 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치에 의해 조사되는 조사 대상물의 모습을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치로부터 출사되는 자외광의 배광 특성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치로부터 출사되는 자외광의 배광 특성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광 조사장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 광 조사장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 광 조사장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 광 조사장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시형태에 따른 광 조사장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제7 실시형태에 따른 광 조사장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 광 조사장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 도면 중 동일하거나 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치(10A, 10B)를 이용한 광 조사 시스템(1)의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 광 조사 시스템(1)은, 조사 대상물(P)의 표면에 도포된 자외선 경화 수지를 경화시키는 시스템으로서, 조사 대상물(P)을 올려놓고 소정의 방향(도 1의 화살표 방향)으로 이동시키는 반송 벨트(20), 및 반송 벨트(20)를 사이에 두고 대향하여 배치되고, 조사 대상물(P)에 대해 두 방향으로부터 라인 형상의 자외광을 조사하는 한쌍의 광 조사장치(10A, 10B)로 구성되어 있다. 본 실시형태의 한쌍의 광 조사장치(10A, 10B)는, 배치되는 위치 및 방향이 상이하지만, 장치 구성 자체는 동일하기 때문에, 이하에서는 대표적으로 광 조사장치(10A)에 대해 설명한다. 또한, 이하, 본 명세서에 있어서는, 광 조사장치(10A)로부터 출사되는 라인 형상의 자외광의 길이가 긴(선 길이)방향을 X축 방향, 길이가 짧은 방향(즉, 도 1의 상하방향)을 Y축 방향, X축 및 Y축과 직교하는 방향을 Z축 방향으로 정의하여 설명한다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 설명의 편의를 위해, 조사 대상물(P)은, 전면이 반송방향(X축 방향)을 향하는 직방체인 것으로서 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광 조사장치(10A)의 Y-Z 평면의 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 광 조사장치(10A)는, 라인 형상의 자외광을 출사하는 광 조사 유닛(100)과, 프리즘(배광 제어 수단) (200)및, 광 조사 유닛(100)과 프리즘(200)을 수용하는 케이스(300)로 구성되어 있다.
케이스(300)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전면에 개구(310a)를 가지는 알루미늄제 케이스 본체부(310) 및, 개구(310a)에 끼워진 유리제 윈도우부(320)로 구성되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사 유닛(100)은, 복수의 LED 유닛(110) 및, 수냉 히트싱크 유닛(150) 등을 구비하고 있다.
수냉 히트싱크 유닛(150)은, LED 유닛(110)의 기판(112)의 후면에 밀착하도록 배치되고, 각 LED 유닛(110)에서 발생한 열을 방열하는, 소위 수냉 히트싱크이다. 수냉 히트싱크 유닛(150)은, 알루미늄이나 구리 등의 열전도성이 양호한 재료로 이루어지고, X축 방향으로 연장되는 박판 형상의 부재이다. 수냉 히트싱크 유닛(150)의 내부에는 냉매가 흐르는 냉매관(유로)(152)이 형성되어 있으며, 냉매관(152)의 X축 방향의 일단부로부터 타단부를 향하여 냉매(미도시)가 흐르도록 되어 있다. 또한, 냉매로서는, 물이나, 부동액(예를 들면, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 또는 그것들과 물과의 혼합물)을 사용할 수 있으며, 또한, 물이나 부동액에는, 몰리브덴산 나트륨 수화물이나 탄소수 등의 방식제(防蝕劑)를 첨가한 것을 사용할 수 있다.
도 3은 광 조사 유닛(100)의 평면도(Z축 방향에서 본 도면)이다. 또한, 도 4는 LED 유닛(110)으로부터 출사되는 자외광의 모습을 설명하는 측면도(Y축 방향에서 본 도면)이다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도 4에 있어서는, LED 유닛(110)과 프리즘(200)만을 나타내고, 그 밖의 구성은 생략하고 있다. 또한, 도 4에 있어서, 각 화살표는, 각 LED 소자(114)로부터 출사되는 자외광의 광로의 중심을 나타내고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 LED 유닛(110)은, X축 방향 및 Y축 방향으로 평행한 직사각형 형상의 기판(112)과, 기판(112) 상에 배치된 복수의 LED 소자(114) 및, 각 LED 소자(114)를 봉지(封止)하도록 광로 상에 배치된 복수의 봉지 렌즈(116)(집광 수단)를 구비하고 있으며, 복수의 LED 유닛(110)이 수냉 히트싱크 유닛(150)의 표면 상에 X축 방향으로 나란히 배치되어 있다.
각 LED 유닛(110)의 기판(112)은, 열전도율이 높은 재료(예를 들면, 질화 알루미늄)로 형성된 직사각형 형상의 배선 기판으로서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 그 표면의 Y축 방향 대략 중앙에는, X축 방향을 따라 소정의 간격을 두고, 12개의 LED 소자(114)가 COB(Chip On Board) 실장되어 있다. 기판(112) 상에는, 각 LED 소자(114)에 전력을 공급하기 위한 애노드 패턴(미도시) 및 캐소드 패턴(미도시)이 형성되어 있으며, 각 LED 소자(114)는, 애노드 패턴 및 캐소드 패턴에 각각 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 기판(112)은, 도시하지 않은 배선 케이블에 의해 드라이버 회로(미도시)와 전기적으로 접속되어 있으며, 각 LED 소자(114)에는, 애노드 패턴 및 캐소드 패턴을 통해, 드라이버 회로로부터 구동 전류가 공급되도록 되어 있다. 각 LED 소자(114)에 구동 전류가 공급되면, 각 LED 소자(114)로부터는 구동 전류에 따른 광량의 자외광(예를 들면, 파장 365nm)이 출사되고, LED 유닛(110)으로부터는 X축 방향에 평행한 라인 형상의 자외광이 출사된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 복수의(예를 들면, 10개의) LED 유닛(110)이 X축 방향으로 나란히 배치되어 있으며, 각 LED 유닛(110)으로부터 출사되는 라인 형상의 자외광이 X축 방향으로 연속하도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태의 각 LED 소자(114)는, 대략 동일한 광량의 자외광을 출사하도록 각 LED 소자(114)에 공급되는 구동 전류가 조정되어 있으며, 복수의 LED 유닛(110)으로부터 출사되는 라인 형상의 자외광은, X축 방향에 있어서 대략 균일한 광량 분포를 가지고 있다.
LED 유닛(110)에 전력이 공급되고, 각 LED 소자(114)로부터 자외광이 출사되면, LED 소자(114)의 자기 발열에 의해 온도가 상승하고, 발광 효율이 현저히 저하된다라는 문제가 발생하지만, 본 실시형태에 있어서는, 수냉 히트싱크 유닛(150)에 의해 각 LED 유닛(110)이 동일하게 냉각되기 때문에, 이러한 문제 발생이 억제된다.
봉지 렌즈(116)는, LED 소자(114)와 공통의 광축을 가지는 수지(예를 들면, 실리콘)제 포탄형(砲?e型) 렌즈로서, LED 소자(114)를 봉지함과 아울러, LED 소자(114)로부터 출사된 자외광을 소정의 확산각의 자외광으로 정형하는 렌즈로서 기능하는 부재이다. 도 5는 본 실시형태의 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광의 배광 특성을 나타내는 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, LED 소자(114)로부터 출사된 자외광이 봉지 렌즈(116)를 통과하면, Z축 방향으로 확산각(±15°)이 좁은(즉, 지향성이 강한) 자외광으로 정형된다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 각 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광의 광로 상에, 프리즘(200)의 입사면(200a, 200b)이 배치되어 있으며, 각 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광은 프리즘(200)을 통과하여 출사되도록 되어 있다.
프리즘(200)은, 윈도우부(320)와 광 조사 유닛(100) 사이에 배치되고(도 2), 각 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광을 X축 방향으로 소정의 각도로 굴절시키는, 유리 또는 수지(예를 들면, 실리콘)제 광학 소자이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 프리즘(200)은, X축 방향으로 연장되는 박판 모양의 형상을 가지고 있고, 프리즘(200)의 광 조사 유닛(100)측(Z축 방향 상류측)은 톱니 형상으로 되어 있으며, 복수의 입사면(200a, 200b)이 형성되어 있다. 또한, 프리즘(200)의 윈도우부(320)측(Z축 방향 하류측)에는, 평면 형상의 출사면(200c)이 형성되어 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 입사면(200a)은, Z축 방향에 대해, 반시계방향으로(즉, X축 방향 상류측으로) 소정의 경사 각도(예를 들면, -30°)로 경사져 있고, 입사면(200b)은, Z축 방향에 대해, 시계방향으로(즉, X축 방향 하류측으로) 소정의 경사 각도(예를 들면, +30°)로 경사져 있으며, 각 입사면(200a 및 200b)이, 각 LED 소자(114)에 대응하여, X축 방향으로 교대로(순차적으로) 형성되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 봉지 렌즈(116)로부터 출사된 자외광이 입사면(200a)에 입사하면, 자외광은 프리즘(200)에 의해 굴절되고, Z축 방향에 대해 소정의 제1 출사 각도(δ1)(예를 들면, X축 방향의 하류측으로 +40°)로 출사된다. 또한, 봉지 렌즈(116)로부터 출사된 자외광이 입사면(200b)에 입사하면, 자외광은 프리즘(200)에 의해 굴절되고, Z축 방향에 대해 소정의 제2 출사 각도(δ2)(예를 들면, X축 방향의 상류측으로 -40°)로 출사된다. 이처럼, 본 실시형태에 있어서는, 각 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광이 프리즘(200)을 통과함으로써, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)에 따른 두 방향으로 출사된다. 따라서, LED 유닛(110) 전체(즉, 광 조사장치(10A))부터 출사되는 자외광의 배광 특성은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)에 따른 2개의 배광 피크(즉, 제1 배광 피크(D1)와 제2 배광 피크(D2))를 가지게 된다.
도 7은 본 발명의 효과를 설명한 도면으로서, 본 실시형태의 광 조사장치(10A 및10B)에 의해 조사되는 조사 대상물(P)의 모습을 나타내고 있다. 상기한 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사장치(10A 및 10B)는, 반송 벨트(20)를 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되고, 조사 대상물(P)의 측면(Z축 방향에 직교하는 두 면)에 대해 두 방향으로부터 라인 형상의 자외광을 조사한다. 여기에서, 상술한 바와 같이, 광 조사장치(10A 및 10B)의 각 LED 소자(114)로부터 출사되는 자외광은, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)에 따른 두 방향(도 7중, 실선의 화살표 및 일점쇄선의 화살표로 나타낸 두 방향)으로 출사되기 때문에, 조사 대상물(P) 사이를 통과하여, 조사 대상물(P)의 측면(Z축 방향에 직교하는 두 면)뿐만 아니라, 조사 대상물(P)의 전면(X축 방향 하류측의 면) 및 후면(X축 방향 상류측의 면)도 조사된다. 즉, 본 실시형태의 구성에 의하면, 광 조사장치(10A 및 10B)의 배치 방향과 직교하는 면(즉, 조사 대상물(P)의 측면)뿐만 아니라, 광 조사장치(10A 및10B)의 배치 방향과 평행한 면(즉, 조사 대상물(P)의 전면 및 후면)까지도 한번에 조사된다. 따라서, 광 조사장치(10A 및 10B)의 배치 방향과 평행한 면(즉, 조사 대상물(P)의 전면 및 후면)에 도포된 자외선 경화 수지를 경화시키기 위한 광 조사장치를 별도로 설치할 필요가 없다.
이상이 본 실시형태의 설명이지만, 본 발명은, 상기 구성에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능하다.
예를 들면, 본 실시형태에 있어서는, 광 조사장치(10A 및 10B)로부터 출사되는 자외광이, 도 6에 나타낸 배광 특성을 가지는(즉, 확산각(±15°)의 자외광이, ±40°의 출사 각도로 출사되는) 것으로서 설명했지만, 배광 특성은, 봉지 렌즈(116)의 형상을 변경함으로써 적절히 변경 가능하며, 예를 들면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 두 방향으로 출사되는 자외광이 각각 ±30° 정도의 확산각을 가지고, ±45°의 출사 각도로 출사하도록 설정하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 광 조사장치(10A 및 10B)로부터 출사되는 자외광이, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)에 따른 2개의 배광 피크(즉, 제1 배광 피크(D1)와 제2 배광 피크(D2))를 가지는 것으로서 설명했지만, 프리즘(200)의 입사면(200a, 200b)의 경사 각도를 변경하거나, 입사면(200a, 200b)과 상이한 경사 각도의 입사면을 더 추가함으로써, 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이 Z축 방향(0°의 방향)으로 어느 정도의 강도를 가지는 배광 특성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)(즉, 제1 배광 피크(D1)와 제2 배광 피크(D2))가 +40° 및 -40°인 것으로서 설명했지만, 반송 벨트(20)에 의해 반송되는 조사 대상물(P)의 배치 간격에 따라서는, 인접하는 조사 대상물(P)의 그림자가 져서, 조사 대상물(P)의 전면 및 후면에 자외광이 입사하지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 프리즘(200)의 입사면(200a 및 200b)의 경사 각도를 조정하고, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)(즉, 제1 배광 피크(D1)와 제2 배광 피크(D2))를, 조사 대상물(P)의 배치 간격에 따라 변경할 수도 있다. 또한, 배광 특성은, X축 방향의 하류측 및 상류측으로 경사진 적어도 2개의 배광 피크를 가지는 것이면 되고, 3개 이상의 배광 피크를 가지는 것일 수도 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 각 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광을 X축 방향으로 소정의 각도로 굴절시키는 광학 소자로서 프리즘(200)을 이용했지만, 프리즘(200) 대신에 회절 무늬를 적용할 수도 있다.
(제2 실시형태)
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광 조사장치(11A)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도 10에 있어서는, LED 유닛(110)과 프리즘(201)만을 나타내고, 그 밖의 구성은 생략하고 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사장치(11A)는, 프리즘(201)의 각 입사면(201a 및 20lb)이, 각 LED 소자(114)의 간격보다 좁은 피치로 형성되어 있다는 점에서, 제1 실시형태의 광 조사장치(10A)와 상이하다. 이처럼, 각 입사면(201a 및 20lb)을, 각 LED 소자(114)의 간격보다 좁은 피치로 형성하더라도, 각 입사면(201a 및 20lb)이, 각각 Z축 방향에 대해, 소정의 경사 각도(예를 들면, ±30°)로 경사져 있는 한, 각 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광이 프리즘(201)을 통과함으로써, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)에 따른 두 방향으로 출사된다. 따라서, 본 실시형태의 광 조사장치(11A)로부터 출사되는 자외광의 배광 특성도, 제1 실시형태의 배광 특성과 같은 2개의 배광 피크를 가지게 된다.
(제3 실시형태)
도 11은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 광 조사장치(12A)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도 11에 있어서는, LED 유닛(110)과 프리즘(202)만을 나타내고, 그 밖의 구성은 생략하고 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사장치(12A)는, 프리즘(202)의 각 입사면(202a 및 202b)이, 각 LED 소자(114)의 간격보다 넓은 피치로 형성되어 있으며, 각 입사면(202a 및 202b)에, 각각 6개의 LED 소자(114)로부터의 자외광이 입사하도록 구성되어 있다는 점에서, 제1 실시형태의 광 조사장치(10A)와 상이하다. 이처럼, 각 입사면(202a 및 202b)을, 각 LED 소자(114)의 간격보다 넓은 피치로 형성하더라도, 각 입사면(202a 및 202b)이, 각각 Z축 방향에 대해, 소정의 경사 각도(예를 들면, ±30°)로 경사져 있는 한, 각 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광이 프리즘(202)을 통과함으로써, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)에 따른 두 방향으로 출사된다. 따라서, 본 실시형태의 광 조사장치(12A)로부터 출사되는 자외광의 배광 특성도, 제1 실시형태의 배광 특성과 같은 2개의 배광 피크를 가지게 된다.
(제4 실시형태)
도 12는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 광 조사장치(13A)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도 12에 있어서는, LED 유닛(110A)만을 나타내고, 그 밖의 구성은 생략하고 있다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사장치(13A)는, 프리즘(200)을 구비하지 않고 있고, LED 유닛(110A)의 기판(112A)의 표면이 톱니 모양으로 형성되어 있으며, 복수의 경사면(112Aa, 112Ab)이 형성되어 있다는 점에서 제1 실시형태의 광 조사장치(10A)와 상이하다. 본 실시형태의 복수의 경사면(112Aa)은, Z축 방향에 대해, 시계방향으로 소정의 경사 각도(예를 들면, +40°)로 경사져 있고, 경사면(112Ab)은, Z축 방향에 대해, 반시계방향으로 소정의 경사 각도(예를 들면, -40°)로 경사져 있으며, 각 경사면(112Aa 및 112Ab)이, X축 방향으로 교대로(순차적으로) 형성되어 있다. 그리고, 각 경사면(112Aa 및 112Ab)에는, LED 소자(114)와 봉지 렌즈(116)가 탑재되어 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 경사면(112Aa)에 탑재되는 LED 소자(114) 및 봉지 렌즈(116)의 광축이 제2 출사 각도(δ2)와 일치하도록 경사져 있으며, 경사면(112Ab)에 탑재되는 LED 소자(114) 및 봉지 렌즈(116)의 광축이 제1 출사 각도(δ1)와 일치하도록 경사져 있다. 따라서, 이러한 구성에 의해서도, 각 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광이 각 경사면(112Aa 및 112Ab)에 따른 두 방향(즉, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)에 따른 두 방향)으로 출사된다. 따라서, 본 실시형태의 광 조사장치(13A)로부터 출사되는 자외광의 배광 특성도, 제1 실시형태의 배광 특성과 같은 2개의 배광 피크를 가지게 된다.
(제5 실시형태)
도 13은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 광 조사장치(14A)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도 13에 있어서는, LED 유닛(110B)만을 나타내고, 그 밖의 구성은 생략하고 있다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사장치(14A)는, 프리즘(200)을 구비하지 않고 있으며, LED 유닛(110B)의 복수의 LED 소자(114B)가, 봉지 렌즈(116)의 광축에 대해, X축 방향 상류측 및 하류측으로(즉, 두 방향으로) 약간 어긋나게 배치되어 있다는 점에서 제1 실시형태의 광 조사장치(10A)와 상이하다. 이처럼, 복수의 LED 소자(114B)가, 봉지 렌즈(116)의 광축에 대해, X축 방향 상류측 및 하류측으로(즉, 두 방향으로) 약간 어긋나게 배치되면, 각 LED 소자(114B)로부터 출사되는 자외광이, X축 방향 상류측 및 하류측으로(즉, 두 방향으로) 약간 굴절된다. 즉, 본 실시형태의 구성에 의해서도, 봉지 렌즈(116)의 광축에 대한 LED 소자(114B)의 어긋난 양에 따라, 각 봉지 렌즈(116)로부터 출사되는 자외광이 두 방향(즉, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)에 따른 두 방향)으로 출사된다. 따라서, 본 실시형태의 광 조사장치(14A)로부터 출사되는 자외광의 배광 특성도, 제1 실시형태의 배광 특성과 같은 2개의 배광 피크를 가지게 된다.
(제6 실시형태)
도 14는 본 발명의 제6 실시형태에 따른 광 조사장치(15A)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도 14에 있어서는, LED 유닛(110C)만을 나타내고, 그 밖의 구성은 생략하고 있다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사장치(15A)는, 프리즘(200)을 구비하지 않고 있으며, LED 유닛(110C)의 각 봉지 렌즈(116C)가, 2개의 포탄형 렌즈를 X축 방향으로 결합한 형상을 가지고, 2개의 광축을 구비하고 있다는 점에서 제1 실시형태의 광 조사장치(10A)와 상이하다. 이처럼, 각 봉지 렌즈(116C)가 2개의 광축을 구비하면, 각 봉지 렌즈(116C)의 중앙부에 배치된 각 LED 소자(114)로부터 출사되는 자외광은, X축 방향 상류측 및 하류측으로(즉, 두 방향으로) 분할되어 출사된다. 즉, 본 실시형태의 구성에 의해서도, 봉지 렌즈(116C)의 2개의 광축에 대한 LED 소자(114)의 어긋난 양에 따라, 각 봉지 렌즈(116C)로부터 두 방향(즉, 제1 출사 각도(δ1) 및 제2 출사 각도(δ2)에 따른 두 방향)으로 자외광이 출사된다. 따라서, 본 실시형태의 광 조사장치(15A)로부터 출사되는 자외광의 배광 특성도, 제1 실시형태의 배광 특성과 같은 2개의 배광 피크를 가지게 된다.
(제7 실시형태)
도 15는 본 발명의 제7 실시형태에 따른 광 조사장치(16A)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사장치(16A)는, LED 유닛(110D)이, 봉지 렌즈(116) 대신에, 지지 부재(미도시)로 지지된 집광 렌즈(예를 들면, 평 볼록 렌즈)(116D)를 구비하고 있다는 점에서 제1 실시형태의 광 조사장치(10A)와 상이하다. 또한, 설명의 편의를 위해, 도 15에 있어서는, LED 유닛(110D)과 프리즘(200)만을 나타내고, 그 밖의 구성은 생략하고 있다.
이처럼, 일반적인 집광 렌즈(116D)에 의해서도, 제1 실시형태의 봉지 렌즈(116)와 대략 동일한 배광 특성을 실현할 수 있으며(즉, LED 소자(114)로부터 출사되는 자외광을 확산각이 좁은 것으로 정형할 수 있으며), 집광 렌즈(116D)로부터 출사되는 자외광은, 프리즘(200)을 통과함으로써, 제1 실시형태의 배광 특성과 같이 2개의 배광 피크를 가지게 된다.
(제8 실시형태)
도 16은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 광 조사장치(17A)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사장치(17A)는, LED 유닛(110E)이, 봉지 렌즈(116) 대신에, 지지 부재(미도시)로 지지된 집광 미러(116E)를 구비하고 있다는 점에서 제1 실시형태의 광 조사장치(10A)와 상이하다. 또한, 도 16(a)는 본 실시형태의 LED 유닛(110E)과 프리즘(200)의 구성을 나타내는 개략도이고, 도 16(b)는 본 실시형태의 LED 유닛(110E)에 탑재되는 집광 미러(116E)로부터 출사되는 자외광의 모습을 설명하는 확대도이다.
도 16(b)에 나타낸 바와 같이, 집광 미러(116E)는, 중공(中空)의 대략 원통 형상의 부재이고, LED 소자(114)와 공통의 광축을 가지도록 배치되어 있으며, LED 소자(114)로부터 출사된 확산각이 큰 광(도 16(b)의 파선 화살표)을 Z축 방향에 거의 평행한 광속(光束)이 되도록 반사하는 반사면(116Ea)을 구비하고 있다. 이처럼, 집광 미러(116E)를 이용하면, 집광 미러(116E)로부터 출사되는 자외광은, 확산각이 매우 좁은(지향성이 강한) 것으로 정형되지만, 프리즘(200)을 통과함으로써, 제1 실시형태의 배광 특성과 같이 2개의 배광 피크를 가지게 된다. 또한, 반사면(116Ea)으로서는, 주지의 포물면이나 타원면을 적용할 수 있다. 또한, 집광 미러(116E)는, 중공 형상의 것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 유리나 수지로 형성된 속이 꽉 찬(中) 형상의 것으로 할 수도 있다.
또한, 이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라, 특허청구범위에 의해 나타내지며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것을 의도한다.
1 광 조사 시스템
10A, 10B, 11A, 12A, 13A, 14A, 15A, 16A, 17A 광 조사장치
20 반송 벨트
100 광 조사 유닛
110, 110A, 110B, 110C, 110D, 110E LED유닛
112, 112A 기판
112Aa, 112Ab 경사면
114, 114B LED 소자
116, 116C 봉지 렌즈
116D 집광 렌즈
116E 집광 미러
116Ea 반사면
150 수냉 히트싱크 유닛
152 냉매관
200, 201, 202 프리즘
200a, 200b, 201a, 20lb, 202a, 202b 입사면
200c 출사면
300 케이스
310 케이스 본체부
310a 개구
320 윈도우부

Claims (12)

  1. 제1 방향을 따라 상대적으로 이동하는 입체적인 조사 대상물에 대해 자외광을 조사하여, 상기 조사 대상물의 표면에 도포된 자외선 경화 수지를 경화시키는 광 조사장치로서,
    기판 상에 상기 제1 방향을 따라 배치되고, 상기 조사 대상물에 대해 상기 자외광을 조사하는 복수의 LED 소자 및,
    상기 각 LED 소자의 광로 중에 배치되고, 상기 각 LED 소자로부터 출사되는 상기 자외광의 확산각이 좁아지도록 정형하는 복수의 집광 수단
    을 구비하고,
    상기 집광 수단을 통과하여 상기 조사 대상물을 향하는 상기 자외광이, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 중심으로 하여, 상기 제1 방향의 상류측으로 제1 각도로 경사진 제1 배광 피크와, 상기 제1 방향의 하류측으로 제2 각도로 경사진 제2 배광 피크를 가지는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 소자와 상기 복수의 집광 수단이, 상기 제2 방향에 평행한 공통의 광축을 가지고,
    상기 광축에 대해 상기 제1 방향의 상류측으로 경사지는 제1 입사면과, 상기 제1 방향의 하류측으로 경사지는 제2 입사면을 구비하고, 상기 복수의 집광 수단으로부터 출사된 상기 자외광을 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도로 굴절시켜 출사하는 배광 제어 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 입사면 및 상기 제2 입사면은, 상기 제1 방향을 따라 교대로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 LED 소자는, 상기 제1 방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되고,
    상기 제1 입사면 및 상기 제2 입사면은, 상기 각 LED 소자에 대응하도록, 상기 소정의 간격으로 교대로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 LED 소자는, 상기 제1 방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되고,
    상기 제1 입사면 및 상기 제2 입사면은, 상기 소정의 간격보다 좁은 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 LED 소자는, 상기 제1 방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되고,
    상기 제1 입사면 및 상기 제2 입사면은, 상기 소정의 간격보다 넓은 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배광 제어 수단이, 프리즘인 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 각 LED 소자와 상기 각 집광 수단이, LED 모듈을 구성하고,
    상기 LED 모듈이, 상기 제2 방향에 대해 상기 제1 각도로 경사진 광축을 가지는 제1 LED 모듈과 상기 제2 방향에 대해 상기 제2 각도로 경사진 광축을 가지는 제2 LED 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 각 LED 소자와 상기 각 집광 수단이, 공통의 광축을 가지고,
    상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈의 부착면이, 상기 제2 방향에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 각 LED 소자와 상기 각 집광 수단이, 각각 상이한 광축을 가지고,
    상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈의 부착면이, 상기 제2 방향에 대해 수직인 평면인 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 집광 수단이, 상기 각 LED 소자로부터 출사되는 상기 자외광을 상기 제1 각도의 광과 상기 제2 각도의 광으로 분리하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광 수단이, 집광 렌즈 또는 집광 미러인 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
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