KR100740456B1 - 예냉각에 의한 비금속판 절단 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저빔을 이용하여 비금속기판을 절단시 스크라이브라인을 생성하기 전에 비금속판을 냉각시켜 열충격을 일으켜 절단특성을 향상시킬 수 있는 비금속판 절단 방법 및 장치에 관한 것이다.

상기 비금속판 절단 방법은, 비금속 재료의 절단이 시작되는 곳에 절단을 원하는 방향으로 초기 크랙을 형성하는 크래킹단계; 절단하려고 하는 예정선을 따라 냉각하는 예냉단계; 예냉된 상기 예정선을 따라 스크라이빙용 레이저빔을 이용하여 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이빙 단계; 상기 스크라이브라인을 냉각액으로 냉각하는 1차냉각단계; 및 상기 냉각된 스크라이브라인을 따라 브레이킹용 레이저빔을 이용하여 절단하는 브레이킹 단계를 포함한다.

상기 금속판 절단장치는 몸체를 이루는 하우징; 상기 하우징의 하부에 마련되어 비금속판을 고정시키는 하부베이스; 상기 하우징에 결합되어 비금속판의 절단초기부분에 절단방향과 일치하는 초기크랙을 형성하는 크랙커; 상기 하우징에 결합되고 상기 크래커의 후방에 연결되어 절단하려고 하는 예정선을 따라 레이저빔을 이용하여 스크라이브라인을 생성하는 스크라이버; 상기 스크라이브라인을 냉각하는 1차냉각장치; 상기 하우징에 결합되고 상기 스크라이버 후방에 연결되어 위치하여 스크라이버에 의해 생성된 스크라이브라인을 따라 레이저빔을 이용하여 비금속판을 절단분리하는 브레이커; 상기 하우징 또는 하부베이스에 고정된 비금속판을 소정의 속도곡선에 따라 이송시키는 이송장치; 및 상기 크래커와 상기 스크라이 버 사이에 절단예정선을 예냉하는 예냉장치를 포함한다.

레이저커팅

Description

예냉각에 의한 비금속판 절단 방법 및 장치{Nonmetal-plate cutting method and device using precooling}

도 1은 종래기술에 따른 비금속판 절단방법의 블럭도.

도 2는 본 발명에 따른 비금속판 절단 방법의 블럭도.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 비금속판 절단장치의 개념도.

도 4는 도 3의 비금속판 절단장치의 작업상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2: 레이저 발진기 3: 집광렌즈

4: 레이저빔 5: 레이저빔

6: 반사경 7: 렌즈

8: 스크라이브빔 조사형태 9: 냉각매체 공급구

10: 냉각매체 공급관 11: 흡입헤더

12: 흡입관 13: 레이저빔

14: 반사경 15: 렌즈

16: 브레이킹빔 조사형태 19: 절단 예정선

20: 비금속판 21: 초기크랙

22: 절단부 30: 예냉물질 공급관

31: 예냉물질 유출구

본 발명은 예냉각에 의한 비금속판 절단 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저빔을 이용하여 비금속기판을 절단시 스크라이브라인을 생성하기 전에 비금속판을 냉각시켜 열충격을 일으켜 절단특성을 향상시킬 수 있는 비금속판 절단 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 유리판의 절단방법으로는, 다이아몬드등의 초경 재료에 의해 스크라이브라인을 생성한 후, 기계적 응력을 가하여 절단하는 절단 방법과, 이보다 다소 발전하여 상기의 스트라이브라인의 생성을 레이저빔에 의하고, 기계적응력 또는 브레이킹용 레이저빔을 가하여 상기 스크라이브라인을 따라 절단하는 절단 방법 등이 있다.

상기의 방법 중 전자는 절단면이 날카롭고 불규칙하여 액정과 같은 정밀한 제품에는 적합하지 않으며, 별도의 연마공정이 필요하므로, 현재 후자의 방법이 사용되고 있다.

이 때, 상기 스크라이브라인을 깊고, 예리하게 형성할수록 이후의 브레이킹 작업에 도움이 된다.

그러나, 현재까지는 상기 레이저빔의 출력 및 비금속판과 레이저빔의 상대속도의 조절에 의해서만 상기 스크라이브 라인을 조절할 수 있었으나, 스크라이브빔을 깊고, 예리하게 형성하는 데에는 한계가 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 레이저빔을 이용하여 비금속기판을 절단시 스크라이브라인을 생성하기 전에 비금속판을 냉각시켜 열충격을 일으켜 절단특성을 향상시킬 수 있는 비금속판 절단 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비금속판의 절단 방법에 있어서,

비금속 재료의 절단이 시작되는 곳에 절단을 원하는 방향으로 초기 크랙을 형성하는 크래킹단계; 절단하려고 하는 예정선을 따라 냉각하는 예냉단계; 예냉된 상기 예정선을 따라 스크라이빙용 레이저빔을 이용하여 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이빙 단계; 상기 스크라이브라인을 냉각액으로 냉각하는 1차냉각단계; 및 상기 냉각된 스크라이브라인을 따라 브레이킹용 레이저빔을 이용하여 절단하는 브레이킹 단계를 포함하는 레이저빔에 의한 비금속판의 절단 방법이다.

상기 예냉단계는 냉각가스의 공급에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 예냉단계는 냉각액의 공급에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 브레이킹용 레이저빔에 의하여 가열된 부분을 냉각하는 2차냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 발명은, 비금속판의 절단장치에 있어서, 몸체를 이루는 하우징;

상기 하우징의 하부에 마련되어 비금속판을 고정시키는 하부베이스; 상기 하우징에 결합되어 비금속판의 절단초기부분에 절단방향과 일치하는 초기크랙을 형성하는 크랙커; 상기 하우징에 결합되고 상기 크래커의 후방에 연결되어 절단하려고 하는 예정선을 따라 레이저빔을 이용하여 스크라이브라인을 생성하는 스크라이버; 상기 스크라이브라인을 냉각하는 1차냉각장치; 상기 하우징에 결합되고 상기 스크라이버 후방에 연결되어 위치하여 스크라이버에 의해 생성된 스크라이브라인을 따라 레이저빔을 이용하여 비금속판을 절단분리하는 브레이커; 상기 하우징 또는 하부베이스에 고정된 비금속판을 소정의 속도곡선에 따라 이송시키는 이송장치; 및 상기 크래커와 상기 스크라이버 사이에 절단예정선을 예냉하는 예냉장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 비금속판 절단장치이다.

상기 브레이커에 의해 가열된 부분을 냉각하는 2차냉각장치가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 예냉장치는 절단예정선을 따라 냉각액 또는 냉각가스를 공급하는 냉각매체공급원과 연결된 예냉물질 공급관인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 예냉물질이 냉각액인 경우, 상기 공급된 냉각액을 흡입하는 흡입장치가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 스크라이브라인을 생성하기 전에 절단예정선을 따라 예냉시킴으로써 스크라이빙 레이저빔에 의한 열량과의 급격한 차이에 의한 열충격이 비금속판에 전파되도록 하는 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 비금속판 절단방법의 블럭도로써, 비금속 재료의 절단이 시작되는 곳에 절단을 원하는 방향으로 초기 크랙을 형성하는 크랙킹단계; 절단하려고 하는 예정선을 따라 상기 예정선을 따라 스크라이빙용 레이저빔을 이용하여 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이빙 단계; 상기 스크라이브라인을 냉각액으로 냉각하는 1차냉각단계; 및 상기 냉각된 스크라이브라인을 따라 브레이킹용 레이저빔을 이용하여 절단하는 브레이킹 단계를 포함한다.

이와 달리 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 크래킹단계와 상기 스크라이빙단계 사이에, 예냉단계를 위치시킨다.

상기 예냉단계는 냉각가스 또는 냉각액의 냉각매체를 공급하여 이루어질 수 있으며, 상기 냉각매체는 He 또는 N₂ 또는 He과 순수한물의 혼합물 등으로 이 루어질 수 있다.

따라서, 스크라이빙 레이저빔을 조사하기 전에 상기 비금속판의 온도가 하강하기 때문에, 비금속판에 스크라이빙 레이저빔이 조사될 때 비금속판에 가해지는 열충격량이 커지게 된다.

그러므로, 스크라이브라인이 종래기술에 의한 스크라이브 라인보다 예리하고 깊게 형성될 수 있다.

또, 상기 브레이킹용 레이저빔에 의하여 가열된 부분을 냉각하는 2차냉각단계를 더 포함하는 것도 가능하다. 즉, 브레이킹용 레이저빔에 의해 가열된 비금속판을 급속하게 냉각시켜서, 열응력에 의한 절단이 신속하고 미려한 절단면을 가지도록 할 수 있다.

상기와 같은 예열단계를 가지는 비금속판 절단방법을 구현하는 본 발명의 실시예에 따른 비금속판 절단장치는 도 3에 도시된 바와 같다.

본 발명은 크게 하우징(18)에 설치되는 레이저빔 등이 조사되는 부분과, 비금속판(20)을 장착하는 하부베이스(도시생략)으로 이루어진다.

상기 하우징(18)에는 크래커, 스크라이버, 1차냉각장치, 브레이커, 및 본 발명의 특징인 예냉장치가 설치된다. 그리고, 상기 하우징은 이송장치에 의해 전체적으로 상기 비금속판(20)의 절단예정선을 따라 이송된다.

상기 크래커는 절단예정선(19)을 향해 초기크랙(21)을 형성하며, 다이아몬드, 줄, 석영 유리 등의 초경도재료로 형성된 노칭크래커를 사용할 수 있으며, 본 실시예의 경우 YAG 펄스 레이저를 사용하였으며, 레이저 발진기(2)와 집광렌즈(3) 를 포함하여 이루어진다.

상기 크래커에 의한 미소 크랙의 길이는 0.5~5mm 면 충분하다.

상기 레이저 발진기(2)로부터 나온 레이저빔은 집광렌즈(3)에 의해 집광되어 소재에 조사되어 초기 크랙(21)을 낸다.

상기 예냉장치는 도시되지 않은 냉각매체공급원과 연결된 예냉물질 공급관(30)으로 이루어진다.

상기 예냉물질 공급관(30)에는 냉각 질소등의 기체 또는 물미립자를 포함한 공기 또는 액체상의 물이 가능하며, 액체상을 사용할 경우에는 별도의 흡입장치를 마련하여야 한다.

상기의 스크라이버는 비금속판에 레이저빔을 조사하여 비금속 재료를 가열하는 가열광학기구(미도시)와, 상기 가열광학기구로부터 조사된 레이저빔(6)을 반사경(6) 및 렌즈(7)에 의해 일정한 형상으로 비금속판(20)에 조사한다.

상기 비금속판(20)에 조사되는 스크라이브 라인을 생상하기 위한 레이저빔의 조사형태(8)는 도 3에 도시된 바와 같이 대략 타원을 이룬다.

상기 타원의 단위면적 및 단위시간 당, 상기의 본 특정 조사 강도로 함으로써 매끄럽고 깊은 스크라이브라인을 생성시킬 수가 있다.

그리고, 상기 스크라이버에 의해 가열된 영역을 1차냉각장치에 의해 급냉시킨다.

상기 1차냉각장치는 도시되지 않은 냉각매체공급원과 연결된 냉각매체공급관(10)으로 이루어지며, 냉각매체가 액체인 경우 흡입장치인 흡입헤더(11)와 흡입 관(12)을 더 포함한다.

따라서, 냉각매체가 상기 냉각매체공급관(10)을 통해 상기 비금속판(20) 상에 공급되어 상기 비금속판(20)을 냉각시킨다.

상기 냉각매체로는 냉각 질소등의 기체 또는 물미립자를 포함한 공기 또는 액체상의 물이 가능하며, 액체상을 사용할 경우에는 별도의 흡입장치를 마련하여야 한다.

상기에서 물은, 액정 표시 패널의 TFT 등 반도체는 불순물이 없어야 하므로 순수한 물이 바람직하다.

또, 상기 냉각매체가 상기 비금속판(20) 상에 남는 경우는 상기 흡입장치를 이용해 제거하여야 차후의 공정에 악영향을 끼치지 않는다.

상기 브레이커는 비금속판에 레이저빔을 조사하여 비금속 재료를 가열하는 가열광학기구(미도시)와, 상기 가열광학기구로부터 조사된 레이저빔(13)을 반사경(14) 및 렌즈(15)에 의해 일정한 형상으로 비금속판(20)에 조사한다.

따라서, 상기 브레이커에 의해 절단부(22)가 형성된다.

상기 브레이커에 의해 가열된 부분을 냉각하는 2차냉각장치가 더 포함되어, 절단면을 매끄럽게 하고 절단효율을 높이는데 유리하며, 절단면이 용융하는 것을 막아 치수오차를 줄일 수 있다.

또, 본 발명은 레이저빔의 출력이 수시로 변동하므로 레이저빔 안정기를 추가하여 레이저빔이 무리없이 조사할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명을 통하여 레이저빔을 이용하여 비금속기판을 절단시 스크라이브라인을 생성하기 전에 비금속판을 냉각시켜 열충격을 일으켜 절단특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 비금속판의 절단 방법에 있어서,

   비금속 재료의 절단이 시작되는 곳에 절단을 원하는 방향으로 초기 크랙을 형성하는 크래킹단계;

   절단하려고 하는 예정선을 따라 냉각하는 예냉단계;

   예냉된 상기 예정선을 따라 스크라이빙용 레이저빔을 이용하여 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이빙 단계;

   상기 스크라이브라인을 냉각액으로 냉각하는 냉각단계; 및

   상기 냉각된 스크라이브라인을 따라 브레이킹용 레이저빔을 이용하여 절단하는 브레이킹 단계를 포함하는 레이저빔에 의한 비금속판의 절단 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 예냉단계는 냉각가스의 공급에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저빔에 의한 비금속판의 절단 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 예냉단계는 냉각액의 공급에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저빔에 의한 비금속판의 절단 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 브레이킹용 레이저빔에 의하여 가열된 부분을 냉각하는 2차냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔에 의한 비금속판의 절단 방법.
5. 비금속판의 절단장치에 있어서,

   몸체를 이루는 하우징;

   상기 하우징의 하부에 마련되어 비금속판을 고정시키는 하부베이스;

   상기 하우징에 결합되어 비금속판의 절단초기부분에 절단방향과 일치하는 초기크랙을 형성하는 크랙커;

   상기 하우징에 결합되고 상기 크래커의 후방에 연결되어 절단하려고 하는 예정선을 따라 레이저빔을 이용하여 스크라이브라인을 생성하는 스크라이버;

   상기 스크라이브라인을 냉각하는 1차냉각장치;

   상기 하우징에 결합되고 상기 스크라이버 후방에 연결되어 위치하여 스크라이버에 의해 생성된 스크라이브라인을 따라 레이저빔을 이용하여 비금속판을 절단분리하는 브레이커;

   상기 하우징 또는 하부베이스에 고정된 비금속판을 소정의 속도곡선에 따라 이송시키는 이송장치; 및

   상기 크래커와 상기 스크라이버 사이에 절단예정선을 예냉하는 예냉장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 비금속판 절단장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 브레이커에 의해 가열된 부분을 냉각하는 2차냉각장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 레이저빔에 의한 비금속판 절단장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 예냉장치는 절단예정선을 따라 냉각액 또는 냉각가스를 공급하는 냉각매체공급원과 연결된 예냉물질 공급관인 것을 특징으로 하는 레이저빔에 의한 비금속판 절단장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 예냉물질이 냉각액인 경우, 상기 공급된 냉각액을 흡입하는 흡입장치가 더 설치된 것을 특징으로 하는 레이저빔에 의한 비금속판 절단장치.

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