KR100300416B1 - 비금속 재료의 절단방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

절단부위에 인장력을 가하기 위한 인장력 제공수단이 마련된 테이블에 유리기판을 장착하여 절단부위에 인장력이 가하여지도록 하고, 인장력이 가하여진 절단부에 레이저 발상부로부터 발생된 레이저빔을 이용하여 가열하고, 상기 가열된 부위를 냉각부로 급냉시켜 열충격을 가함으로써 크랙을 발생을 유발시켜 절단하는 것을 특징으로 한다.

Description

비금속 재료의 절단 방법 및 그 장치{Method and apparatus of splitting non-metallic materials}

본 발명은 비금속물질의 절단방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 레이저 빔을 이용한 비금속 물질의 절단 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

화상표시장치의 기판은 비금속 재료인 유리 또는 세라믹 등이 이용된다. 이러한 기판으로 사용되는 유리는 다이아 몬드 소오(saw)나 CO2레이저 및 급냉기구를 이용하여 절단한다.

상기 CO2레이저 및 급냉기구를 이용한 절단은 유리의 절단부위를 CO2레이저를 이용하여 순간 가열하고, 상기 급냉기구를 이용하여 CO2레이저에 의해 가열된 부위를 급냉시킴으로써 유리의 절단부위에 열충격을 가하여 마이크로 크랙을 발생시킨다. 상기 마이크로 크랙으로 유리를 재료의 손실 즉, 칩의 발생 없이 유리가 절단된다. 그러나 상기와 같은 열충격에 의한 절단은 절단되는 유리판이 평평한 테이블상에 놓인 상태에서 이루어지므로 절단부에 열충격에 의한 마이크로 크랙에 발생되어도 완전하게 절단되지 않게되는 문제점이 발생된다.

또한 절단되는 유리판이 평면상에 놓이게 되면 유리기판의 절단부에 인장력이 가하여지지 않게 되므로 열충격의 유리판의 절단속도를 크게 높일 수 없어 생산성의 향상을 도모할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 것으로서, 유리기판의 절단에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 절단속도를 높일 수 있는 비금속 재료의 절단 방법 및 그 장치를 제공함에 목적이 있다.

도 1는 본 발명에 따른 비금속 재료의 절단장치를 도시한 도면,

도 2은 도 1에 도시된 인장력 제공부를 도시한 단면도,

도 3는 도 1에 도시된 인장력 제공부의 다른 실시예를 도시한 단면도,

도 4는 테이블의 평면도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 비금속 재료의 절단방법은

절단하고자 하는 비금속 재료를 준비하는 제1단계와, 상기 비금속재료의 절단부위에 인장력을 가하는 제2단계와, 상기 비금속 재료의 절단부위를 가열하는 단계와, 상기 가열된 부위를 급냉시켜 열충격을 가함으로써 크랙을 발생을 유소하는 제3단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

상기 방법을 적용하기 위한 본 발명의 비금속 재료 절단 장치는 절단하고자하는 비금속 재료가 장착되는 테이블과, 상기 테이블의 상부에 설치되는 절단부위를 가열하기 위한 레이저 조사수단과, 상기 테이블과 인접되게 설치되어 비금속재료의 절단부위를 냉각시키기 위한 냉각수단과, 상기 테이블에 마련되어 상기 비금속 재료의 절단부위에 인장력을 가하는 인장력 제공수단을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 인장력 제공수단은 상기 테이블의 상면이 곡면으로 형성되어 이루어진다. 또한 상기 인장력 제공수단은 상기 테이블 상면의 주변부에 절단되는 비금속 재료를 흡입하여 지지하는 복수개의 흡입공이 형성되고 비금속 재료의 절단부와 대응되는 테이블의 상면에 공압을 공급하는 토출공이 형성되며 상기 흡입공들과 토출공들은 펌프들과 연결되어 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

비금속 재료를 절단하기 위한 절단방법은 절단하고자 하는 비금속 재료를 준비한다. 상기 비금속 재료로는 다양한 것이 있는데, 여기에서는 화상표시장치의 기판으로 이용되는 유리기판을 일예로 들어 설명한다.

상기와 같이 비금속 재료인 유리기판의 준비가 완료되면 유리기판의 절단부 시작점에 노치를 형성한다. 그리고 상기 유리기판의 절단부에 인장력을 가하는 단계를 수행한다. 상기 절단부의 인장력은 유리기판을 탄성변형 영역 내에서 밴딩하거나 절단부위의 양측으로부터 외측으로 당김으로써 가하여 진다.

상기 절단부위에 인장력이 가하여진 상태에서 상기 절단부의 노치가 형성된 부위로부터 점진적으로 가열하는 단계를 수행한다. 절단부위의 가열은 레이저빔을 이용하여 가열할 수 있다. 그리고 가열된 부위를 냉각수등을 이용하여 급냉시는 단계를 실시하여 절단부에 열충격을 가함으로써 마이크로 크랙이 형성되도록 한다. 상기와 같이 마이크로 크랙이 형성되면 유리기판의 절단부에는 인장력이 가하여진 상태이므로 마이크로 크랙의 발생과 동시에 절단된다.

그리고 본 발명에 따른 비금속 재료의 절단 장치는 도 1에 도시된 바와 같이

X,Y축 상으로 이동되는 테이블(21)과, 상기 테이블의 상면에 설치되는 것으로, 유리기판(100)의 절단부를 가열하는 레이저 발생부(22)와, 상기 테이블(21)과 인접되게 설치되어 레이저 발생부(22)에 의해 가열된 절단부를 냉각시키는 냉각부(23)와, 상기 테이블(21)에 설치되는 유리기판(100)의 절단부에 인장력을 가하는 인장력 제공부(30)를 포함한다.

상기 테이블(21)은 X,Y 축의 이동은 공지의 액튜에이터에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 테이블의 X,Y축 방향으로의 이동은 테이블의 하면에 테이블을 X축 방향으로 이동시키기 위한 리니어 모우터 또는 볼스크류를 설치하고, 테이블 하부의 테이블 프레임에 상기 테이블을 X축 방향으로 이동시키기 위한 리니어 모우터 또는 볼스크류와 더블어 테이블을 Y방향으로 이동시키기 위한 리니어 모우터와 볼스크류가 설치되어 이루어진다. 여기에서 상기 테이블(21)의 X,Y축 방향으로의 이동을 위한 수단은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 테이블(21)을 X,Y축 방향으로 이동시킬 수 있는 구조이면 어느것이나 가능하다.

상기 레이저 발생부(22)는 고체 레이저 또는 기체 레이저와 이 레이저로부터 발생된 레이저 빔을 절단하기 위한 광학계를 포함한다. 상기 기체 레이저로는

CO2 레이저가 이용된다.

상기 냉각장치(23)는 유리의 절단부(110)에 냉각수를 분사하기 위한 노즐(23a)과, 상기 노즐(23a)과 연결관(23b)에 의해 연결되어 냉각수를 공급하는 펌프(23c)를 포함할 수 있다. 여기에서 상기 냉각수는 빙점 이상의 온도에서 가능한한 차갑게 냉각함이 바람직하다. 그리고 상기 냉각장치의 다른 실시예로서는 상기 노즐에 낮은 온도의 가스를 공급하여 절단부(110)를 냉각할 수도 있다.

상기 인장력 제공부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 테이블의 상면이 볼록한 곡면(31)으로 이루어져 절단되는 유리기판의 양측이 절단부위보다 낮아지게 함으로써 절단부위에 인장력을 가할 수 있게 구성된다. 그리고 상기 인장력 제공부의 다른 실시예로서는 도 3에 도시된 바와 같이 절단부와 대응되는 테이블(21)의 상면에 펌프(35)와 연결된 토출공(36)들이 형성된 구성을 가진다. 여기에서 상기 테이블(21)의 토출공 주위에는 다수개의 흡입공(37)이 형성되고 이 흡입공(37)은 진공펌프(38)과 연결된다. 그리고 상기 테이블의 최외곽에는 흡입공이 형성되지 않은 소정의 무공부영역(39)이 형성된다.

상기와 같이 구성된 비금속 재료를 절단하는 절단장치를 이용하여 유리기판을 절단하기 위해서는 먼저 유리기판(100)을 테이블(21) 상에 올려 놓는다. 이때에 상기 절단부(110)는 테이블(21)의 상면에 형성된 토출공(36)과 대응되도록 한다.

이 상태에서 상기 레이저 발생부(22)의 CO2레이저를 이용하여 절단부(110)을 가열한다. 상기 CO2레이저에 의해 가열된 절단부는 냉가장치(23)의 노즐(23a)로부터 분사되는 냉각수에 의해 순간적으로 냉각시킨다. 상기 절단부의 급속한 냉각에의해 이 절단부는 열충격이 가하여져 마이크로 크랙이 발생됨으로써 절단된다. 상기 마이크로 크랙의 발생되면 상기 유리기판에는 인장력이 가하여져 있으므로 마이크로 크랙으로 인한 절단이 쉽게 일어난다. 즉, 상기 유리기판(100)의 절단부(110)과 대응되는 위치에 형성된 토출공(36)으로부터 공기가 토출됨으로써 유리기판의 절단부(110)를 상부로 밀어 올리게 되고, 상기 흡입공(37)으로부터 흡입력이 작용하여 양측을 하방으로 흡입하게 된다. 이로 인하여 유리기판은 절단부(110)를 중심으로 하여 휘어지게 되므로 절단부(110)위에 인장력이 가하여지게 된다. 이 인장력에 의해 열충격에 의해 형성된 마이크로 크랙이 벌어지게 되어 절단력을 향상시킬 수 있게 된다. 이 과정에서 상기 테이블(21)의 가장자라에는 토출공(36) 또는 흡입공(37)이 형성되지 않은 무공부영역(39)이 마련되어 있으므로 흡입공(37)에 작용하는 흡입력에 의하여 유리기판(100)이 테이블에 고정되어 마이크로 크랙에 의해 절단력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기 상면이 곡면인 테이블에 유리기판을 올려 놓아도 절단부에 상술한 바와 같은 인장력이 가하여 진다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 비금속 재료의 절단방법 및 그 장치는 유리기판의 절단부에 형성된 마이크로 크랙의 성장을 용이하게 하며, 상기 마이크로 크랙의 성장을 인장력에 의해 가속시키게 되므로 절단속도를 높일 수 있다. 따라서 기판의 절단에 따른 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 절단하고자하는 비금속 재료가 장착되는 테이블(21)과, 상기 테이블의 상부에 설치되며 절단부위를 가열하기 위한 레이저 발생부(22)와, 상기 테이블과 인접되게 설치되어 비금속 재료의 절단부위를 냉각시키기 위한 냉각부(23)과, 상기 테이블의 상면을 곡면으로 형성함으로써 상기 비금속 재료의 절단부위에 인장력을 가하는 인장력 제공부(30)을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 절단 장치.
2. 절단하고자하는 비금속 재료가 장착되는 테이블(21)과, 상기 테이블의 상부에 설치되며 절단부위를 가열하기 위한 레이저 발생부(22)와, 상기 테이블과 인접되게 설치되어 비금속 재료의 절단부위를 냉각시키기 위한 냉각부(23)와, 상기 테이블 상면에 지지된 비금속재료의 절단부와 대응되는 테이블의 상면에 펌프(38)와 연결되어 고압을 공급하는 토출공이 형성되어 상기 비금속 재료의 절단부위에 인장력을 가하는 인장력 제공부(30)를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 비금속 재료의 절단 장치.
3. 제4항에 있어서, 상기 토출공 주위의 테이블에 유리기판의 가장자리를 흡입하는 흡입공(37)이 형성된 것을 특징으로 하는 비금속 재료의 절단장치.
4. 제5항에 있어서, 테이블의 가장자리에 흡입공이 형성되지 않은 무공부영역(39)이 형성된 것을 특징으로 하는 비금속 재료의 절단장치.