KR100745577B1 - 자기식 압력 조절 스크라이버 - Google Patents

Abstract

기판에 대한 가압력이 최적 상태로 일정하게 작용하게 해 주는 자기식 압력 조절 스크라이버에 관한 것으로, 취성 기판에 크랙을 형성하는 휠에 연결된 제 1자석; 상기 제 1자석에 대하여 미리 설정된 척력을 작용하는 제 2자석; 및 상기 제 2자석에 대하여 상기 제 1자석이 이동 가능하게 장착된 헤드로 구성된다.

스크라이버의 헤드와 휠 홀더 사이에 자석을 설치하여 자석 사이에 발생되는 척력으로 휠 홀더에 인가되는 가압력을 일정하게 유지할 수 있어서 크랙의 깊이를 균일하게 유지해 주는 효과를 제공한다.

스크라이버, 자석, 크랙

Description

자기식 압력 조절 스크라이버{Scriber for Controlling Pressure Using Magnetic Force}

도 1은 종래의 공압 실린더 방식 압력 조절 스크라이버를 설명하기 위한 구성도.

도 2는 종래의 VCM 방식 압력 조절 스크라이버를 설명하기 위한 구성도.

도 3은 종래의 복합 방식 압력 조절 스크라이버를 설명하기 위한 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 자기식 압력 조절 스크라이버의 제 1실시예 구성을 설명하기 위한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 자기식 압력 조절 스크라이버의 제 2실시예 구성을 설명하기 위한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

40, 60 : 헤드 42, 62 : 케이싱

44, 64 : 가압 자석 43, 63 : 케이싱 단부

44, 64 : 가압자 46, 66 : 가압 자석

50, 70 : 가동 헤드 51, 71 : 수압부

52, 72 : 수압 자석 53, 73 : 수압부 축

55, 75 : 베어링 56, 76 : 휠 홀더

58, 78 : 휠

본 발명은 자기식 압력 조절 스크라이버에 관한 것으로, 특히 기판에 대한 가압력이 최적 상태로 일정하게 작용하게 해 주는 자기식 압력 조절 스크라이버에 관한 것이다.

일반적으로, LCD 등과 같은 평판 디스플레이 등의 기판으로 사용되는 유리기판은 대형의 모기판을 디스플레이의 규격에 따른 크기로 절단 가공된다.

상기 유리기판과 같은 취성 물질을 절단하기 위한 공정은 유리기판보다 경도가 높은 다이아몬드 재질의 공구를 이용하여 기판의 표면에 절단선을 형성하는 스크라이브(Scribe) 공정과, 상기 유리기판에 형성된 절단선을 중심으로 가압하여 절단하는 브레이크(Break) 공정으로 이루어진다.

상기 스크라이브 공정은 다이아몬드 커터나, 초경합금으로 만든 휠 커터(wheel cutter)를 이용하여 유리기판의 표면에 크랙(crack)을 형성하는 공정이다.

그리고, 상기 브레이크 공정은 유리기판에 형성된 크랙을 따라 휨모멘트나 충격력 등을 작용시켜 유리의 내부 깊게 크랙을 성장시켜 절단하는 방법이다.

다시 말하면, 커터로 유리기판에 크랙을 발생시키기 위해 상기 커터를 유리기판의 표면에 대고 누를 때, 누르는 압력이 유리의 스트레스 디스토션(stress distortion)의 임계치를 넘으면 압력이 가해지는 방향 즉, 유리기판의 표면에 대하여 수직 방향으로 크랙이 생기는데, 이를 수직크랙이라고 한다.

상기 수직크랙이 성장하여 유리기판의 반대 측까지 성장하여 도달하면 유리기판은 정상적으로 절단된다.

그런데, 커터를 누르는 압력이 너무 큰 경우에는 유리기판 표면의 수평방향으로 크랙이 생기며, 이를 수평크랙이라고 한다.

상기 수평크랙이 발생하기 시작하면 휠에 대한 가압력이 수직크랙 형성으로 작용하지 못하고 수평크랙을 성장시키는 힘으로 작용한다.

따라서 커터로 유리기판의 표면을 스크라이브할 때에 수평크랙이 발생하지 않도록 하는 것이 중요하다.

이렇게 스크라이브에 영향을 미치는 요인으로서는 대표적으로 다음과 같은 것이 있다.

(1) 커터 : 종류, 재질, 커터 끝 각도, 휠의 직경(휠 커터의 경우)

(2) 유리 : 표면 부근의 특성, 유리 조성, 잔류 응력

(3) 스크라이브 조건 : 커터 하중, 스크라이브 속도

(4) 환경 : 분위기의 온도와 습도, 커터 오일의 유무

따라서, 두꺼운 유리기판을 정확하게 절단하기 위해서는 깊은 수직크랙을 형성해야 할 필요가 있다. 이 때문에 커터 끝의 각도를 크게 하고, 커터의 하중을 크게 하면 좋다. 또한 휠 커터의 경우에는 휠의 직경을 크게 하는 것도 유효하다.

그리고, 커터를 이용하여 유리기판을 스크라이브할 때, 스크라이브를 시작하 는 시작점에서 끝점까지 충분한 하중으로 균일하게 해야만 균일한 깊이의 수직크랙을 형성할 수 있고, 균일한 수직크랙 깊이가 균일하게 형성되어야만 유리기판의 절단면이 깨끗하게 이루어진다.

이를 위해, 종래에는 도 1에 나타낸 바와 같이, 공압식 실린더를 이용하여 휠을 가압하는 방식을 이용하였다.

즉, 특허공개번호 제 10-2005-0032834호의 기판 절단장치 및 이의 구동방법에 소개되어 있는 방식의 스크라이버는 휠 팁(17)이 장착된 휠 홀더(16)가 베어링(18)을 통해 장착된 지지부(15)와, 상기 지지부(15)를 이동시켜 주면서 스크라이브 라인 형성에 필요한 압력을 가하는 헤드(10)로 구성되는데, 상기 헤드(10)는 헤드 유닛(11)에 형성된 공압 라인(14)을 통해 공급되는 압축 공기에 의해 상기 지지부(15)를 가압시켜 주는 피스톤(13)을 구동시켜 주는 에어 실린더(12)로 구성된다.

그런데, 상기와 같은 공압식은 공압 라인의 특성 상 응답성이 느려서 정확한 하중 제어가 이루어지 않고, 부수적인 공압 라인을 필요로 하고, 공압 라인의 경우에는 균일한 압력을 유지하는 것이 다른 방식에 비하여 상대적으로 떨어지기 때문에 스크라이브 공정 중에 유리기판에 충격이 가해질 위험이 많아 매우 정밀한 압력 제어 기능을 가지는 공압라인을 사용할 필요가 있기 때문에 생산성을 저해하는 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

이러한 공압 라인을 이용한 하중 제어 방식의 문제점을 해소하기 위해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 휠(28)이 장착된 휠 홀더(26)와, 상기 휠 홀더(26)의 홀더 축(27)이 베어링(25)을 통하여 회동 가능하게 장착된 헤드 유닛(24)과, 상기 헤드 유닛(24)의 상단에 설치되어 상기 헤드 유닛(24)을 가압시켜 주는 모터(20)로 구성된 모터 제어 방식을 이용하였다.

상기 모터(20)는 보이스 코일 모터(VCM; Voice Coil Motor)로 구성되며, 상기 모터(20)는 스크라이버의 헤드에 고정되는 고정자(21)와, 상기 고정자(21)에 대하여 상하 이동하는 가동자(22) 부분으로 구성된다.

그런데, 상기와 같은 VCM 모터를 이용한 종래의 방식은 유리기판에 가해지는 충격을 제한하기 위해 설정되는 토크 제한치 때문에 휠에 충분한 하중을 인가할 수 없는 문제점이 있다.

아울러, 도면에 나타내지 않았지만 로터리 모터(rotary motor)를 이용하는 방식이 제안되어 있지만, 로터리 모터의 속성상 구조가 매우 복잡한 문제점이 있었다.

한편, 2002년 2월 20일에 공개된 특허공개번호 제 10-2002-13400호의 취성재료 절단용 커터, 이를 이용한 스크라이버 및 스크라이브 방법에 공압과 스프링을 이용하여 하중을 제어하는 방식이 소개되어 있다.

즉, 상기 특허공개번호 제 10-2002-13400호에 소개되어 있는 여러 실시예 중 대표적인 실시예는 도 3에 나타낸 바와 같이, 휠(39)이 장착된 휠 홀더(38)에 상방으로 연장되는 홀더 축(38a)의 중간에는 스토퍼(31)가 부착되고, 상제성체인 철로 이루어진 보빈(33)이 슬라이딩 하도록 통체(30)에 삽입되고, 상기 홀더 축(38a)의 상단은 자석(34)의 밑면에 나사를 체결하여 고정되어 있다.

그리고, 상기 스토퍼(31)의 밑면은 상기 통체(30)의 하단부에 형성된 홀더 축 지지부(37)의 내측 하단에 형성된 하부 단차(37a)에 접촉되고, 상기 보빈(33)의 밑면은 상기 홀더 축 지지부(37)의 내측 상단에 형성된 상부 단차(37b)에 접촉되어 있다.

또 상기 자석(34)의 밑면은 상기 통체(30)의 내주면에 형성되는 플랜지 모양의 결합부(30a)에 접촉되어 있다. 그리고 상기 보빈(33)의 하단부에 형성되는 직경 방향의 돌출부(33a)와 상기 결합부(30a) 밑면과의 사이에 스프링(35)이 삽입되어 있다. 또한 상기 통체(30)의 상단에 형성된 상한 스토퍼(36)는 상기 자석(34)이 상방으로 이동하는 것을 제한하기 위한 것이다.

상기와 같이 구성된 종래의 스크라이버는 대기 시에 상기 보빈(33)이 상기 스프링(35)에 의하여 하방으로 작용하는 탄성력을 받고 있고, 상기 자석(34)에 일체로 흡착되어 있기 때문에 상기 홀더 축(38a) 및 휠 홀더(38)도 하방으로 작용하는 탄성력을 받고 있다.

따라서, 상기 휠(39)을 유리기판에 대고 누르면 상기 자석(34)과 상기 보빈(33)이 일체가 되어 상방으로 이동하고, 상기 보빈(33)의 이동에 의하여 상기 스프링(35)이 압축된다. 따라서, 상기 스프링(35)의 반작용에 의하여 상기 보빈(33)에 하방을 향하는 힘(즉 상기 자석(34)으로부터 상기 보빈(33)을 분리시키는 힘)이 작용한다.

상기 휠(39)을 유리기판에 대고 더 누르면 상기 자석(34)의 이동량에 비례하여 상기 스프링(35)의 반발력이 증대되고, 그 반발력이 상기 자석(34)과 상기 보빈(33) 사이의 흡인력보다 커지면 상기 보빈(33)만 상기 스프링(35)의 탄성력에 의하 여 순간적으로 하강하여 상기 스토퍼(31)의 윗면을 내려친다. 이에 따라 상기 홀더 축(38a)을 통하여 휠 홀더(38)의 휠(39)에 하방을 향하는 충격력이 가해져 스크라이브 시작점부터 유효한 크랙을 형성할 수 있다.

이때, 상기 통체(30)의 상단을 통하여 상기 자석(34)에 공압을 가하여 상기 휠(39)에 인가되는 스크라이브 압력을 설정할 수도 있다.

그런데, 상기와 같은 방식으로 이루어진 종래의 스크라이버는 스크라이브 시작점부터 유리기판에 유효한 수직 크랙을 형성하는 기능만을 할 뿐, 스크라이브 전 공정에 대한 일정한 하중 제어는 불가능한 문제점을 안고 있다.

물론, 경우에 따라서 상기 자석(34)에 인가되는 공압을 이용하여 가압력을 제어할 수 있지만, 상기 다른 종래기술로 설명한 공압식 스크라이버와 유사한 문제점을 안고 있다.

본 발명의 목적은 스크라이버의 휠이 유리기판에 일정한 하중으로 가압되게 하여 균일한 크랙을 형성할 수 있는 자기식 압력 조절 스크라이버를 제공하는 데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 간단한 구성으로 이루어져, 유리기판에 대하여 스크라이버의 휠이 균일하게 가압되는 자기식 압력 조절 스크라이버를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 취성 기판에 크랙을 형성하는 휠에 연결된 제 1자석; 상기 제 1자석에 대하여 미리 설정된 척력을 작용하는 제 2자석; 및 상기 제 2자석에 대하여 상기 제 1자석이 이동 가능하게 장착된 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기식 압력 조절 스크라이버를 제공한다.

상기 제 1자석은 전자석인 것을 특징으로 한다.

상기 전자석은 전류량을 가변할 수 있고, 전류의 극성을 전환할 수 있는 전원 공급 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2자석은 전자석인 것을 특징으로 한다.

상기 전자석은 전류량을 가변할 수 있고, 전류의 극성을 전환할 수 있는 전원 공급 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제 2자석인 상기 전자석은 상기 헤드에 고정된 것을 특징으로 한다.

상기 제 1자석은 영구자석인 것을 특징으로 한다.

상기 제 2자석은 영구자석인 것을 특징으로 한다.

상기 제 2자석인 상기 영구자석은 상기 헤드에 이동 가능하게 장착된 것을 특징으로 한다.

(실시예)

본 발명에 따른 자기식 압력 조절 스크라이버에 대하여 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부한 도면, 도 4는 본 발명에 따른 자기식 압력 조절 스크라이버의 제 1실시예 구성을 설명하기 위한 단면도, 도 5는 본 발명에 따른 자기식 압력 조절 스크라이버의 제 2실시예 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명에 따른 자기식 압력 조절 스크라이버는 영구자석을 이용한 제 1실시예와 전자석을 이용한 제 2실시예로 이루어지는데, 이하 각 실시예별로 구분하여 설명한다.

1. 제 1실시예

본 발명의 제 1실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 영구자석으로 이루어진 가압 자석(46)이 내장된 헤드(40)와, 영구자석으로 이루어진 수압 자석(52)이 장착되어 상기 헤드(40)의 하단에 이동 가능하게 결합된 가동 헤드(50), 그리고 상기 가동헤드(50)에 장착된 휠 홀더(56)로 구성된다.

상기 헤드(40)는 그 하단에 상기 가동헤드(50)가 일정 범위 내에서 이동 가능하게 결합되는 케이싱 단부(43)가 형성되고, 그 내부에 중공부가 형성되어 상기 가압 자석(46)이 장착된 가압자(44)와, 상기 가압자(44)가 그 내부에 형성된 중공부에 수용되는 케이싱(42)으로 구성된다.

그리고, 상기 가동헤드(50)는 상기 휠 홀더(56) 즉, 유리기판에 크랙을 형성하는 휠(58)이 장착된 휠 홀더(56)의 홀더 축이 베어링(55)을 통하여 결합된 휠 홀더 결합부(54)와, 상기 케이싱(42)의 케이싱 단부(43)에 이동 가능하게 결합되는 수압부축(53), 그리고 상기 수압 자석(52)이 장착되어 상기 케이싱(42)의 내부에 수용되는 수압부(51)로 구성된다.

이때, 상기 가압 자석(46)과 상기 수압 자석(52)은 서로 간에 척력을 발생시키기 위해 대면하는 면의 극성이 서로 반대로 설정되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제 1실시예는 상기 가압 자석(46)과 상기 수압 자석(52)간에 발생된 척력에 의해 상기 가동헤드(50)가 유리기판 쪽으로 밀린다.

따라서, 상기 휠(58)에 의해 유리기판에 크랙이 형성될 때에 상기 가압 자석(46)과 상기 수압 자석(52)간에 발생된 척력에 의한 가압력이 일정하게 유지되기 때문에 유리기판에 형성된 크랙의 깊이를 균일하게 유지할 수 있다.

한편, 상기 가압자(44)는 상기 케이싱(42)의 미리 설정된 위치 즉, 상기 수압부(51)에 대하여 미리 설정된 척력을 발생할 수 있는 거리를 유지하는 위치에 고정되는 것이 바람직하지만, 상기 휠 홀더(56)에 장착된 휠(58)의 기계적 특징이나 유리기판의 두께 등을 고려하여 가압력을 가변할 수 있게 상기 가압자(44)의 위치는 상기 케이싱(42)에 대하여 가변되는 구조로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

2. 제 2실시예

본 발명의 제 2실시예는 도 5에 나타낸 바와 같이, 전자석으로 이루어진 가압 자석(66)이 내장된 헤드(50)와, 영구자석으로 이루어진 수압 자석(72)이 장착되어 상기 헤드(60)의 하단에 이동 가능하게 결합된 가동 헤드(70), 그리고 상기 가동헤드(70)에 장착된 휠 홀더(76)로 구성된다.

상기 헤드(60)는 그 하단에 상기 가동헤드(70)가 일정 범위 내에서 이동 가 능하게 결합되는 케이싱 단부(73)가 형성되고, 그 내부에 중공부가 형성되어 상기 가압 자석(66)이 장착된 가압자(64)와, 상기 가압자(64)가 그 내부에 형성된 중공부에 수용되는 케이싱(62)으로 구성된다.

상기 가압 자석(66)으로 이용되는 상기 전자석은 자기장 형성을 위해 전류를 공급해 주는 전원 공급 수단에 전기적으로 연결되며, 상기 전원 공급 수단은 출력되는 전류량의 가변과 전류의 극성 전환이 가능한 것이어야 한다.

그리고, 상기 가동헤드(70)는 상기 휠 홀더(76) 즉, 유리기판에 크랙을 형성하는 휠(78)이 장착된 휠 홀더(76)의 홀더 축이 베어링(75)을 통하여 결합된 휠 홀더 결합부(74)와, 상기 케이싱(62)의 케이싱 단부(63)에 이동 가능하게 결합되는 수압부축(73), 그리고 상기 수압 자석(72)이 장착되어 상기 케이싱(62)의 내부에 수용되는 수압부(71)로 구성된다.

여기서, 상기 가압 자석(66)은 전자석으로 구성되어 있으므로, 상기 수압 자석(72)에 대하여 척력을 발생시키려면, 수압 자석(72)에 대면하는 전자석의 대면 극성이 상기 수압 자석(72)의 대면 극성과 반대 극성으로 동작하도록 전자석을 구성하는 코일의 권취 방향이나 상기 전원 공급 수단에 의해 공급되는 전류 방향을 설정해 주어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제 2실시예는 상기 가압 자석(66)을 구성하는 전자석에 전류를 공급하면 상기 수압 자석(52)의 대면 극성과 반대 극성의 자기장이 전자석에 형성되어 척력이 발생되고, 이 척력은 상기 가동헤드(50)를 유리기판 쪽으로 밀어주는 작용을 한다.

따라서, 상기 휠(78)에 의해 유리기판에 크랙이 형성될 때에 상기 가압 자석(66)과 상기 수압 자석(72)간에 발생된 척력에 의한 가압력이 일정하게 유지되기 때문에 유리기판에 형성된 크랙의 깊이를 균일하게 유지할 수 있다.

한편, 상기 가압 자석(66)은 전자석으로 구성되어 있으므로, 상기 제 1실시예의 가압 자석(46) 달리 위치를 조절할 필요 없이 상기 전자석에 공급되는 전류량을 가변시켜서 척력을 조절할 수 있다.

그리고, 상기 실시예 설명에서는 상기 수압 자석(72)이 영구자석으로 이루어진 것을 예로 들어 설명하였으나, 상기 가압 자석(66)과 같이 전자석으로 구성하여도 무방하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 스크라이버의 헤드와 휠 홀더 사이에 자석을 설치하여 자석 사이에 발생되는 척력으로 휠 홀더에 인가되는 가압력을 일정하게 유지할 수 있어서 크랙의 깊이를 균일하게 유지해 주는 효과를 제공한다.

그리고, 본 발명은 스크라이버의 가압력을 설정하기 위해 자석을 이용하여 간단하게 구성되기 때문에 운용 비용이 절감되는 효과를 제공한다.

Claims (9)

1. 취성 기판에 크랙을 형성하는 휠에 연결된 제 1자석;

   상기 제 1자석에 대하여 미리 설정된 척력을 작용하는 제 2자석; 및

   상기 제 2자석에 대하여 상기 제 1자석이 이동 가능하게 장착된 헤드; 를 포함하며,

   상기 제 2자석은 상기 헤드에 이동 가능하게 장착되는 영구자석인 것을 특징으로 하는 자기식 압력 조절 스크라이버.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1자석은 전자석인 것을 특징으로 하는 자기식 압력 조절 스크라이버.
3. 제 2항에 있어서, 상기 전자석은 전류량을 가변할 수 있고, 전류의 극성을 전환할 수 있는 전원 공급 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기식 압력 조절 스크라이버.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1자석은 영구자석인 것을 특징으로 하는 자기식 압력 조절 스크라이버.
8. 삭제
9. 삭제

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