자외선 경화에 사용되는 자외선 경화장치로부터 나오는 에너지는 자외선뿐 아니라 ,가시광선, 적외선 등이 혼합되어 있는데, 자외선 경화장치의 효율이 아주 좋을 경우 자외선의 함량이 약 30% 정도이고, 가시광선이 약 15 %, 나머지 약 55% 이상의 적외선이 나오게 된다.
이러한 이유로 인하여, 자외선 경화가 적용되는 분야 중, 피도체가 열에 민감한 재질(예, plastic film , plastic sheet , 얇은 종이류 등 ) 인 경우 적외선 열로 인하여 피도체가 뒤틀림, 주름 현상 등을 나타내기도 하며, 심할 경우 끊어지거나 화재위험이 있을 수 있고, 또한 경화장치나 설비 자체도 열 축적에 의해 수명 단축 등을 초래하기도 한다.
특히 자외선 lamp의 효율이 나쁠 경우 자외선 함량이 떨어지는 만큼 적외선 함량이 증가하게 되어 문제는 더욱 심각해질 수 있다.(예로 자외선 함량이 15%인 경우 적외선 함량은 70%로 증가하게 된다. )
이러한 불필요한 적외선을 제거 시키고 효율적으로 자외선을 이용하는 다양한 방법들이 아래와 같이 제시되고 있으나, 대부분 적외선 뿐 아니라 유용한 자외선까지 동시에 감소하는 경향이 있다. 따라서 자외선 감소를 최소화 하면서 적외선을 최대로 제거 시켜 자외선 효율을 극대화하고, 에너지 소비를 감소시키는 것이 관건이 되고 있다.
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1. IR Water Filter
1) Cooling water jacket around the lamp: 자외선 lamp 주위에 water jacket 을 설치하는 방법
2) Cooling water pipes in radiation pass: 자외선 lamp와 피도체 사이에 water pipe를 설치하는방법
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이러한 방법에 사용되는 이온수(de-ionized)는 자외선은 거의 통과를 시키고 대부분의 적외선을 흡수함으로, 아주 유용한 방법인 것 같으나, 아래와 같은 문제가 있다.
① 일반적으로 각 계면(media boundary)을 통과 하면서 굴절에 의해 약 5% 정도의 자외선이
감소하게 된다. 이 경우 (air - to - quartz, quartz - to - water, water - to - quartz,
quartz - to - air) 와 같이 4개의 계면을 통과하게 되어, 총 20% 정도의 자외선 에너지가
감소하게 된다.
② 냉각수의 순도가 떨어지면 자외선의 감소는 더욱 심하게 된다.
③ 별도의 냉각수 순환 및 냉각 설비가 있어야 한다.
④ Water pipe나 water jacket을 청결하게 하기 위한 세심한 유지/보수가 필요하다.
⑤ Quartz가 깨어질 경우 고압으로 가동되는 설비에 큰 문제를 일으킬 수 있다.
⑥ Water filter로 인해 특수한 reflector의 design이 필요하다.
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2. Cold mirror or Dichroic reflector system
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보편적으로 가장 많이 적용되고 있는 방식으로, 불필요한 적외선을 흡수 시키고 자외선 만을 반사
시키는 특수 코팅 처리된 반사판을 사용하는 것으로, 약 25% 가량의 온도 감소 효과가 있다고 한다.
여기에 적용되는 반사판은 크게 두 가지 방식으로 구분 되는데,
1) 주로 일본이나, 국내 자외선 경화장치 제조업체에서 채용하고 있는 방식으로 quartz plate 나
강화유리에 열 흡수막을 코팅 처리한 것으로, 보통 크기가 100 X 60 mm로 한정되어 있어,
lamp의 길이가 길어질 경우 여러 장을 사용하여야 하고, 외부 충격에 의한 파손의 위험이
높고, 유지/관리가 어렵고, 이에 따른 비용이 높다. 또한 기존 aluminum reflector와 호환이
되지 않는다.
2) 주로 유럽의 자외선 경화장치 제조업체에서 채용하는 방식으로, aluminum reflector에 약 50개
층의 특수 열 흡수막을 코팅 처리함으로, 외부 충격에 의한 파손의 위험이 없고, lamp의 길이가
길어질 경우에도 2~3장 만으로도 처리가 가능하며, 기존 aluminum reflector와도 호환이 가능할
뿐 아니라, quartz를 사용할 때 보다 비용이 저렴하고, 유지/관리가 용이하다.
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3. Hot mirror or IR filter
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상기 2.항에서 언급한 cold mirror의 경우 반사판으로부터의 적외선은 거의 제거가 되나, lamp에서 직접 피도체로 내려오는 많은 양의 적외선은 계속 존재하게 된다.
이러한 적외선을 다시 반사판 방향으로 반사 시키고 자외선 만을 통과 시키기 위하여 고안된 것이 hot mirror 인데, 이는 quartz plate에 특수 열 반사막을 코팅 처리하여 사용하고 있다.
그러나 이러한 hot mirror는 모든 적외선을 반사 시키지는 못하고, 일부 파장 영역의 적외선 만을 반사 시킬 뿐 아니라, 아울러 상당량의 자외선도 동시에 반사하게 된다. 따라서 열 감소 효과는 있으나, 동시에 자외선 양도 줄어들게 됨에 따라, 이에 상응 하는 피도체에 도달하는 자외선량을 얻기 위해서는 lamp의 전력량을 늘려야 하는데, 이 경우 다시 적외선량도 증가하게 되는 악순환이 반복된다.
이러한 이유로 인하여, 유럽의 자외선 경화장치 제조 업체에서는 hot mirror를 사용 하지 않고, 아래와 같은 새로운 방식을 채용하여 사용자들로부터 좋은 반응을 얻고 있다. | |
