KR100300600B1 - 레이저빔을이용한유리절단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저빔을 이용하여 평판 유리의 절단 부분을 가열시킨 후에 이를 냉각시켜 절단되도록 하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치(A cutting apparatus using of laser beam)에 관한 것으로서,

레이저빔을 통해 유리를 절단할 경우에 레이저빔이 균일하게 분포될 수 있도록 중공 타원형 형태로 출사시키는 한편 냉각제의 분사 형태도 타원형 또는 중공 타원형 형태로 분사시킴으로써 유리의 절단 속도 및 가공 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

레이저빔을 이용한 유리 절단장치

본 발명은 레이저빔을 이용하여 평판 유리의 절단 부분을 가열시킨 후에 이를 냉각시켜 절단되도록 하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치에 관한 것으로서, 특히 레이저빔의 출사 형태와 냉각제의 분사 형태를 타원형 내지는 중공 타원형으로 함으로써 유리의 절단 속도 및 가공 성능을 향상시킬 수 있는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치에 관한 것이다.

최근, 유리의 가공 기술이 발전하면서 전자 제품이나 생활 용품을 비롯한 장식품에 다양한 크기와 모양의 유리가 제공되고 있다. 이런 유리의 가공 기술 중에서 기본 공정이면서도 가공 품질을 결정하는 절단 공정은 다양한 방식으로 수행되고 있다.

상기 유리의 절단 공정 중에서 종래 기술에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 구성이 도시된 도면인데, 도 1의 (a)는 레이저빔의 출사 형태 및 냉각제의 분사 형태가 도시된 도면이며, 도 2는 도 1의 일부 구성요소인 레이저 가열부의 단면이 도시된 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 평판 유리(1)의 절단 부위를 가열시키기 위해 레이저빔을 출사시키는 레이저 가열부(2)와, 상기 레이저 가열부(2)에 의해 가열된 평판 유리(1)를 격심하게 냉각시킴으로써 절단되도록 냉각수나 냉각 가스를 냉각노즐(3)을 통해 분사하는 냉각분사기(미도시)가 포함된다.

특히, 상기 레이저 가열부(2)는 도 2에 도시된 바와 같이 출사되는 레이저빔의 에너지 밀도를 상기 평판 유리(1)의 가열 부위에 집중시킬 수 있는 스피어로-실린드리컬 렌즈(Sphero-Cylindrical Lens)(2')가 내장되어 있다.

따라서, 상기 평판 유리(1)를 절단할 경우에는 절단 부위를 레이저 가열부(2)를 이용하여 가열시킨 후에 상기 냉각분사기는 냉각노즐(3)을 통해 냉각수나 냉각가스를 분사시키면서 상기 레이저 가열부(2)와 동축으로 이동되어 상기 평판 유리(1)의 가열부위를 격심하게 냉각시켜 절단되도록 하게 된다.

그런데, 레이저빔의 열분포 특성은 가우시안(Gaussian) 특성을 갖게 되므로 상기 레이저 가열부(2)에서 레이저빔이 상기 평판 유리(1)의 절단 부위에 타원 형태로 출사되어 특히, 도 1의 (a)의 좌측에 도시된 바와 같이 타원 형태의 중앙부에 열이 집중되게 된다. 따라서, 상기 타원형 레이저빔의 중앙부에 열이 집중되므로 인해 상기 평판 유리(1) 표면에 불균일한 균열이 쉽게 발생될 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 상기 타원 형태의 레이저빔이 그 중앙부로 열이 집중되기 때문에 높은 레이저빔 출력을 사용할 수 없게 된다는 문제점도 있다.

그리고, 상기 냉각분사기는 냉각노즐(3)을 통해 냉각제를 분사시키는데, 대부분의 냉각노즐(3)의 단면이 원형이기 때문에 도 1의 (a)의 우측에 도시된 바와 같이 냉각제가 상기 평판 유리(1)에 원형으로 분사되게 된다. 상기 냉각제 중에서 냉각수를 이용하여 상기 냉각노즐(3)을 통해 분사시킬 경우에는 상기 평판 유리(1)를 절단시킨 후에 절단된 면의 주위에 분사된 냉각수가 잔존하게 되어 이를 제거하기 위한 세정 공정이 추가된다는 문제점이 있고, 반면에 상기 냉각노즐(3)을 통해 냉각 매질이 공기인 냉각 가스를 분사시킬 경우에 냉각 공기를 분사시키면 냉각 공기가 사방으로 분산되어 냉각속도가 저하된다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 레이저빔을 통해 유리를 절단할 경우에 레이저빔이 균일하게 분포될 수 있도록 중공 타원형 형태로 출사시키는 한편 냉각제의 분사 형태도 타원형 또는 중공 타원형 형태로 분사시킴으로써 유리의 절단 속도 및 가공 품질을 향상시킬 수 있는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 구성이 도시된 도면인데, 도 1의 (a)는 레이저빔의 출사 형태 및 냉각제의 분사 형태가 도시된 도면,

도 2는 도 1의 일부 구성요소인 레이저 가열부의 단면이 도시된 도면,

도 3은 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 구성 및 절단 공정이 도시된 도면인데, (a)는 레이저빔의 출사 형태 및 냉각제의 분사 형태가 도시된 도면,

도 4는 도 3의 일부 구성요소인 레이저 가열부의 단면이 도시된 도면.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 평판 유리 20 : 레이저가열부

21 : 스피어로-실린드리컬 렌즈(Sphero-Cylindrical Lens)

22 : 액시콘 렌즈(Axicon lens) 30 : 냉각노즐

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 제1 특징에 따르면, 레이저빔을 출사하여 평판 유리의 절단부위를 가열하는 가열부와, 상기 가열부와 동일 방향으로 이동되면서 냉각노즐을 통해 냉각제를 분사하여 상기 가열된 평판 유리를 급랭시킴으로써 절단되도록 하는 냉각부를 포함하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치에 있어서, 상기 냉각노즐은 유리의 절단 속도를 증가시키기 위해 냉각제를 타원 또는 중공 타원의 형태로 분사시킬 수 있게 형성된다.

또한, 본 발명의 제2 특징에 따르면, 레이저빔을 출사하여 상기 평판 유리의 절단부위를 가열하는 가열부와, 상기 가열부와 동축 이동되면서 냉각노즐을 통해 냉각제를 분사하여 상기 가열된 평판 유리를 급랭시킴으로써 절단되도록 하는 냉각부를 포함하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치에 있어서, 상기 가열부는 상기 유리에 레이저빔의 열이 비교적 고르게 분포될 수 있도록 중공 타원형 형태의 레이저빔을 생성 출력한다. 이를 위해 상기 가열부는 레이저빔의 열이 중앙에 집중되지 않고 균일하게 분포될 수 있도록 액시콘 렌즈(Axicon lens)를 포함하기도 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 구성 및 절단 공정이 도시된 도면인데, (a)는 레이저빔의 출사 형태 및 냉각제의 분사 형태가 도시된 도면이고, 도 4는 본 발명의 요부구성인 냉각노즐이 도시된 단면도이고, 도 5는 역시 본 발명의 요부구성인 레이저 가열부의 단면이 도시된 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 평판 유리(10)를 절단하기 위해 레이저빔을 이용하여 상기 평판 유리(10)의 절단 부위를 가열하는 레이저 가열부(20)와, 상기 레이저 가열부(20)와 동일한 방향으로 이동되면서 냉각노즐(30)을 통해 냉각수 또는 냉각가스를 분사시켜 상기 가열된 평판 유리(10)를 급랭시킴으로써 평판 유리가 절단되도록 하는 냉각부를 포함하여 구성된다.

상기 레이저 가열부(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 평판 유리(10)의 절단 부위에 레이저빔의 에너지 밀도를 집중 출사시킬 수 있도록 스피어로-실린드리컬 렌즈(Sphero-Cylindrical Lens)(21)가 내장되어 있고, 상기 스피어로-실린드리컬 렌즈(21)의 상부에는 상기 평판 유리(10)의 절단 부위에 중앙부가 중공된 타원형 형태의 레이저빔이 출사되어 상기 평판 유리(10)가 가열된 후에 그 가열부위의 중앙부분에 열이 집중되지 않도록 하는 원추형의 액시콘 렌즈(Axicon lens)(22)가 위치되어 있다.

따라서, 상기 레이저 가열부(20)는 레이저빔의 열을 고르게 분산시켜 상기 평판 유리(10)의 절단 부위를 비교적 고르게 가열시킬 수 있어 상기 평판 유리(10)의 표면에 무리한 손상 없어지고, 높은 레이저빔 출력도 사용할 수도 있게 된다.

그리고, 상기 냉각부는 상기 평판 유리(10) 위에서 냉각수 또는 냉각 공기를 분사시키는데, 상기 레이저 가열부(20)에 의해 가열된 가열 부위를 집중적으로 급랭시킬 수 있게 냉각수 또는 냉각 공기가 상기 평판 유리(10)에 타원형 또는 중공 타원 형태로 분사될 수 있도록 냉각노즐(30)이 타원형 또는 중공 타원형 형태로 형성되어 있다. 즉, 냉각 노즐(30)의 선단부 단면이 타원형으로 형성되거나, 도 4에 도시된 바와 같이 냉각노즐의 내부에 타원형의 코어(30')를 설치함으로써 냉각제가 중공 타원의 형태로 분사될 수 있도록 한다.

상기에서 상술한 바와 같이 형성된 상기 레이저 가열부(20) 또는 냉각부는 경우에 따라 선택적으로 사용될 수 있지만, 유리의 절단 속도나 성능을 향상시키기 위해서는 동시에 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 레이저빔을 이용한 유리 절단장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 평판 유리(10)를 절단할 경우에 절단 부위를 레이저 가열부(20)로 가열시킨 후에 냉각부가 상기 레이저 가열부(20)와 동일한 방향으로 이동되면서 상기 레이저 가열부(20)에 의해 가열된 상기 평판 유리(10)를 급랭시키게 된다.

이때, 상기 레이저 가열부(20)는 그 레이저빔을 중공 타원형 형태로 상기 평판 유리(10)의 절단 부위에 출사시켜 그 절단 부위가 비교적 고른 열 분포를 갖도록 하는 한편, 상기 냉각부도 상기 레이저 가열부(20)에 의해 가열된 상기 평판 유리(10)의 가열 부위에 냉각노즐(30)을 통해 냉각수 또는 냉각 가스를 타원 또는 중공 타원 형태로 분사시켜 냉각 정도가 균일하게 되도록 한다. 따라서, 절단되는 평판 유리에 손상이 가지 않게 되어 가공 품질이 향상되며, 냉각제가 타원의 형태로 분사되므로 냉각 속도가 빨라져 절단 속도가 향상되는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 레이저빔을 이용한 유리 절단장치는 레이저빔을 통해 유리를 절단할 경우에 레이저빔이 균일하게 분포될 수 있도록 중공 타원형 형태로 출사시키는 한편 냉각제의 분사 형태도 타원형 또는 중공 타원형 형태로 분사시킴으로써 유리의 절단 속도 및 가공 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 레이저빔을 출사하여 평판 유리의 절단부위를 가열하는 가열부와, 상기 가열부와 동일한 방향으로 이동되면서 냉각노즐을 통해 냉각제를 분사하여 상기 가열된 평판 유리를 급랭시킴으로써 절단되도록 하는 냉각부를 포함하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치에 있어서, 상기 냉각노즐은 유리의 절단 속도를 증가시킬 수 있도록 냉각제가 분사될때 절단방향이 장축을 이루는 타원의 형태로 분사되도록 형성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 냉각노즐은 냉각제가 중공 타원의 형태로 분사되도록 형성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치.
3. 레이저빔을 출사하여 평판 유리의 절단부위를 가열하는 가열부와, 상기 가열부와 동일한 방향으로 이동되면서 냉각노즐을 통해 냉각제를 분사하여 상기 가열된 평판 유리를 급랭시킴으로써 절단되도록 하는 냉각부를 포함하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치에 있어서, 상기 가열부는 상기 유리에 레이저빔의 열이 비교적 고르게 분포될 수 있도록 중공 타원형 형태의 레이저빔을 생성 출력하는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 가열부는 레이저빔의 열이 비교적 고르게 분포되도록 레이저 빔의 중앙부에 공동을 형성하는 액시콘 렌즈(Axicon lens)가 포함된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 유리 절단장치.