KR100300418B1 - 비금속 재료의 절단방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

테이블에 유리기판을 장착하고 유기기판의 절단부에 제1열충격부에 의해 열충격을 가하여 마이크로 크랙을 형성하고, 상기 마이크로 크랙이 형성된 절단부에 제2열충격부에 의해 열충격을 가하여 마이크로 크랙을 확산시킴으로써 유리를 절단하는 것이다.

Description

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

본 발명은 비금속 재료의 절단방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 다중의 레이저 빔을 이용한 2중 열충격에 의한 비금속 재료를 절단하는 절단 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

화상표시장치의 기판은 비금속 물질인 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 유리가절단된다.

그러나 상기와 같은 열충격에 의한 절단은 절단되는 유리기판이 평평한 테이블상에 놓인 상태에서 이루어지므로 절단부에 열충격에 의해 마이크로 크랙이 발생되어도 마이크로 크랙의 전파가 원활하게 이루어지지 않게되어 유리기판의 절단이 원할하게 이루어지지 않게되며, 결과적으로 유리기판의 절단속도를 크게 높일 수 없어 생산성의 향상을 도모할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유리기판 절단부의 열충격에 의한 마이크로 크랙의 전파를 가속시켜 절단속도를 향상시킬 수 있있는 비금속 재료의 절단 방법 및 그 장치를 제공함에 목적이 있다.

도 1는 본 발명에 따른 비금속 재료의 절단장치를 도시한 사시도,

도 2는 유리기판이 절단되는 상태를 나타내 보인 일부절제 사시도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 비금속 재료의 절단방법은 절단하고자하는 비금속 재료를 준비하는 제1단계와, 비금속 재료의 절단부위에 1차적으로 가열 및 냉각하여 열충격을 가하는 제2단계와, 상기 2단계에서 열충격이 가하여진 절단부를 가열 및 급냉시켜 2차 열충격을 가하는 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 가열 및 냉각시켜 가한 1차 열충격으로 마이크로 크랙을 형성하는 제1열충격수단과, 상기 제1열충격이 가하여진 절단부를 가열 및 냉각시켜 2차 열충격을 가하는 제2열충격수단을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1열충격수단은 테이블의 상부에 설치되는 레이저와, 상기 레이저로부터 조사되는 레이저빔의 광경로를 변경하는 빔스플리터와 상기빔스플리터에 의해 경로가 변경된 광을 집속하여 레이저빔의 초점을 소정의 형상으로 형성하여 유리기판의 절단부에 조사하는 렌즈군과 상기 가열된 절단부를 냉각시키는 제1냉각수단을 포함한다. 그리고 상기 제2열충격수단은 상기 빔스플리터로부터 분기된 레이저빔을 상기 열충격수단이 가하여진 절단부로 조사하는 반사판과 상기 절단부를 냉각시키는 제2냉각수단을 포함한다.

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

비금속 재료를 절단하기 위한 절단방법은 다양한 비금속 재료중 화상표시 장치의 기판으로 이용되는 유리기판을 절단하는 것을 예로 들어 설명한다.

상기 절단방법을 실시하기 위하여 절단하고자 하는 유리기판을 준비한다. 상기 유리기판의 준비가 완료되면 유리기판의 절단부 시작점에 노치를 형성하는 단계를 수행한다. 이 상태 상기 절단부의 노치가 형성된 부위로부터 점진적으로 레이저빔을 이용하여 가열하는 단계를 수행하고, 후속적으로 가열된 절단부를 급냉시키는 단계를 수행하여 상기 절단부에 1차적으로 열충격을 가함으로써 마이크로 크랙을 형성한다.

상기 1차적인 열충격에 의해 마이크로 크랙이 형성된 절단부를 레이저빔을 이용하여 점진적으로 가열하는 단계를 수행함과 아울러 냉각수 또는 냉각가스를 이용하여 급냉시키는 단계를 수행하여 상기 절단부에 2차적인 열충격을 가한다. 상기와 같이 절단부에 2차 열충격이 가하여짐으로써 상기 1차 열충격에 의해 형성된 마이크로 크랙이 확산되어 유리기판이 완전히 절단되도록 한다.

상기와 같이 유리기판을 절단하는 방법에 있어서, 유리기판의 절단부가 교차되는 경우에는 교차영역에서 먼저 절단되는 방향으로는 2차 열충격이 가하여지지 안도록 하는 것이 바람직하다. 예컨데 먼저 수평으로 절단되고 후속으로 수직 방향 절단되어 절단부가 교차되는 경우에 수직방향으로의 절단시 교차되는 영역에서는 2차 열충격이 가하여지지 않고 1차 열충격에 의해 마이크로 크랙만 형성되도록하고, 후속으로 수평방향으로 절단시 절단부에 1,2차 열충격을 가하여 유리를 절단되도록 함이 바람직하다.

상술한 바와 같은 방법에 의한 유리기판의 절단은 절단부를 이중의 열충격을 가하여 절단하게 되므로 마이크로 크랙의 생성과 성장시켜 절단속도를 향상시킬 수 있다.

상기 비금속 재료의 절단 방법을 실시하기 위한 비금속 재료 절단장치의 일 실시예를 도 1 및 도 2에 나타내 보였다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 재료 절단장치는 X,Y축 상으로 이동되는 테이블(21)과, 상기 테이블(21)의 상면에 설치되는 것으로 유리기판(100)의 절단부 절단부(110)를 1차적으로 가열 및 냉각하여 열충격을 가함으로써 마이크로 크랙(200)을 형성하는 제1열충격부(30)와, 상기 제1가열충격부(30)와 인접되게 설치되어 상기 제1열충격부에 의해 마이크로 크랙이 형성된 절단부(110)에 2차적으로열충격을 가하여 마이크로 크랙을 성장시키는 제2열충격부(40)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 베이스 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 상기 제1열충격부(30)은 고체 레이저 또는 기체 레이저(31)와 이 레이저로부터 발생된 레이저 빔의 경로를 유리기판(100) 측으로 반시시키거나 일부를 통과시키는 위한 빔 스플리터(32)와 상기 빔스플리터(32)로부터 조사되는 광을 집속하여 소정 형상의 초점을 형성하는 렌즈군(33)을 포함한다. 그리고 레이저 빔이 조사된 후 유리기판(100)의 절단부(110)를 냉각시키기 위한 제1냉각부(34)가 더 구비되는데,이 냉각부는 절단부(110)와 인접되게 설치되는 제1노즐(34a)와 이 제1노즐(34a)에 냉각 매체를 공급하는 제1펌프(미도시) 또는 가스 탱크를 더 구비한다. 여기에서 상기 레이저로는 CO2레이저를 사용함이 바람직하다.

상기 제2열충격부(40)은 상기 빔 스플리터(32)를 투과한 레이저빔을 유리기판(100)의 절단부측으로 반사시키는 빔스플리터 또는 반사판(41)과 상기 반사판(41)으로부터 조사되는 광을 집속하여 소정 형상의 초점을 형성하는렌즈군(42)을 포함한다. 그리고 레이저 빔이 조사된 후 유리기판(100)의 절단부(110)를 냉각시키기 위한 냉각부(43)가 더 구비되는데, 이 제1냉각부는 절단부(110)와 인접되게 설치되는 제2노즐(43a)와 이 제2노즐(43a)에 냉각 매체를 공급하는 제2펌프(43b) 또는 가스 탱크를 더 구비한다.

상기와 같이 제1,2열충격부 레이저빔을 독립적으로 주사 할 수 있도록 구성할 수 있고, 제1,2노즐은 단일의 펌프 또는 가스 탱크로부터 냉각매체를 공급할 수도 있다.

그리고 상기 빔스플리터(32)와 반사판(41) 사이에는 제2열충격부로의 레이저빔을 단속하는 셔터(45)가 더 구비된다.

상기와 같이 구성된 비금속 재료를 절단하는 절단장치를 이용하여 유리기판을 절단하기 위해서는 먼저 유리기판(100)을 테이블(21) 상에 올려 놓는다.이 상태에서 제1열충격부(30)의 상기 기체 또는 고체 레이저(31)로부터 조사된 레이저빔을 빔스플리터(32)와 렌즈군(33)를 유리기판(100)의 절단부(110)에 조사하여 절단부(110)를 따라 점진적으로 가열한다. 이상태에서 상기 제1냉각부의 노즐(34a)로부터 냉각매체를 분사하여 가열된 절단부(110)을 급냉시켜 열충격을 가함으로써 마이크로 크랙을 형성한다.

상술한 바와 같이 마이크로 크랙이 형성된 절단부는 상기 제2열충격부(40)에 의해 2차적으로 열충격을 가한다. 즉, 상기 빔스플리터로부터 분기된 레이저빔이 반사판(41)에 의해 렌즈군(42)으로 광경로를 변환되고, 이 렌즈군(42)으로 조사된 레이저빔은 마이크로 크랙이 형성된 절단부(110)를 따라 조사되어 절단부를 가열하게 된다. 그리고 가열된 절단부(110)는 제2냉각부의 노즐(43a)로부터 냉각매체가 냉각매체가 분사되어 급냉된다. 따라서 제1열충격부에 의해 형성된 마이크로 크랙은 2차 열충격에 의해 마이크로 크랙이 성장되어 유리가 완전하게 절단된다.

그리고 절단부위가 교차되는 경우에는 빔스플리터(32)과 반사판(41)의 사이에 형성된 셔터(45)에 의해 교차되는 영역의 절단부가 한번만 열충격이 가하여지게 할 수 있다. 이 경우 교차되는 절단부 영역의 시작부에서 노치를 다시 형성하여야 할 필요가 없게 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 비금속 재료의 절단방법 및 그 장치는 유리기판의 절단부에 열충격을 가하여 1차적으로 마이크로 크랙의 형성한 후 다시 2차적으로 열충격을 가하여 마이크로 크랙을 확장시킴으로써 유리기판의 절단이 확실하게 이루이지게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 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 (3)

1. 절단하고자 하는 비금속 재료를 준비하는 제1단계와, 비금속재료의 절단부위에 1차적으로 가열 및 냉각하여 열충격을 가하는 제2단계와, 상기 2단계에서 열충격이 가하여지는 절단부를 가열 및 급냉시켜 2차 열충격을 가하는 제3단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 비금속 재료의 절단방법.
2. 절단하고자하는 비금속 재료가 장착되는 테이블과; 상기 테이블의 상부에 설치되는 절단부위를 가열 및 냉각시켜 가한 1차 열충격에 의해 마이크로 크랙을 형성하는 것으로 테이블의 상부에 설치되는 레이저와, 상기 레이저로부터 조사되는 레이저빔의 경로를 변환시키는 빔 스플리터와, 경로가 변환된 레이저빔을 집속하여 상기 절단부에 조사되도록 하는 렌즈군과, 상기 절단부에 조사된 레이저빔에 의해 가열된 절단부를 냉각시키는 제1냉각수단을 포함하여 된 제1열충격수단과;

   상기 제1열충격수단에 의해 열충격이 가하여진 절단부를 가열 및 냉각시켜 2차 열충격을 가하는 것으로 상기 빔스플리터로부터 분기된 레이저빔을 상기 절단부로 조사하는 반사판과, 상기 반사판을 통과한 레이저빔을 집속하여 절단부에 조사하기 위한 렌즈군과, 레이저빔에 의해 가열된 절단부를 냉각시키는 제2냉각수단을 포함하여 된 제2열충격수단;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 비금속 재료의 절단장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 빔스플리터와 반사판 사이에 레이저빔의 조사를 단속하는 셔터를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 비금속 재료의 절단장치.