KR100908492B1 - 자동 펀칭 가공 시스템 - Google Patents

Abstract

미세 관통공을 포함하는 다양한 직경의 구멍을 천공할 수 있도록 하고 천공작업시간을 단축시킬 수 있도록 한 시트 자동 펀칭 가공 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템은, 클램프에 베이스 상의 원하는 위치에 견고하게 고정되는 복수의 니들 유닛; 내부에 마스크와 레이저 빔 방사부를 포함하고 레이저 빔 방사부가 마스크에 의해 가려진 영역을 제외한 영역에 관통공을 형성하도록 하는 레이저 천공 유닛; 및 시트를 상기 니들 유닛이나 상기 레이저 천공 유닛에서 천공 작업을 수행할 수 있도록 이송하는 시트 정밀 이송 기구부를 포함한다. 이와 같은 자동 펀칭 가공 시스템은 니들 유닛의 니들에 의한 시트 펀칭과 레이저 천공 유닛에 의한 레이저 구멍 형성으로 미세한 직경으로부터 비교적 큰 직경에 이르는 다양한 범위의 수많은 관통공의 천공 작업 시간을 크게 단축하고 고품위의 관통공을 형성할 수 있게 한다.

시트, 펀칭, 니들, 레이저

Description

자동 펀칭 가공 시스템{System of automatic punching}

본 발명은 자동 펀칭 가공 시스템에 관한 것으로서, 특히 미세 관통공을 포함하는 다양한 직경의 구멍을 천공할 수 있도록 하고 천공 작업 시간을 크게 단축시킬 수 있도록 한 자동 펀칭 가공 시스템에 관한 것이다.

휴대용 전자기기와 무선통신기기의 소형화와 비용절감을 위한 노력이 계속되어 오면서 필연적으로 이들을 구성하는 수동소자들의 집적화에 대한 관심과 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 배경에 따라 특히 수동소자(저항기, 캐패시터, 인덕터 등)의 집적화에 대한 요구가 높아지게 되었고, 이를 실현할 수 있는 방법으로 개발된 것이 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기술이다.

상기 LTCC 기술이란 테이퍼 캐스팅(tape casting)의 방법으로 제조된 후막(수십~수백㎛의 두께)형태의 세라믹 유전체와 여러가지 회로요소를 구현하기 위한 전도성 금속 페이스트를 이용하여 여러층의 적층형 소자를 제조하는 기법으로서, 이러한 적층형 소자 내부에 각종 수동소자를 모두 포함시킬 수 있다.

상기와 같은 LTCC 제조 공정 중 관통공을 형성하는 과정에서 시트 펀칭기가 사용되어진다.

본 발명에서 말하는 관통공이란, LTCC 기술에 의해 제작되는 적층형 소자를 이루는 개별 시트에 적당한 크기로 펀칭기를 이용하여 천공된 구멍을 말한다. 관통공에는 각 층간의 전기적 연결을 위한 구멍, 열 확산을 용이하게 하기 위한 구멍, 적층단계에서 각 층을 정확한 위치로 정렬하기 위한 도구결합 구멍 및 패턴을 인쇄할때 기준점을 정하기 위한 구멍 등이 있다.

이러한 관통공은 펀칭기에 의해서 펀칭되어 천공되어지는데, 그 일예의 펀칭기로서 기계적 방식에 의해 관통공을 형성하는 펀칭기가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 펀칭기는 펀칭기 몸체(10)와, 펀칭기 몸체(10)에 상하 왕복이동가능하게 결합되어 공압 튜브(2)(3)를 통한 공압에 의해서 상하 왕복 이동되는 펀칭니들(11)과, 펀칭니들(11)을 적절한 높이로 위치 조정시키는 고정볼트(1)와, 시트(12)가 안착되고 펀칭니들(11)이 통과되는 관통공(미도시)이 형성된 관통공 다이(20)로 구성된다.

이러한 기계식 방식의 펀칭기에서는 니들(11)이 상하 고속으로 왕복 이동되면서 구멍을 천공하게 되는데, 니들(11)은 그 직경을 최소화하는 것은 기구적으로 한계가 있으므로 미세한 관통공의 형성이 어려운 면이 있다. 또한 공압 튜브(2)(3)를 통한 공압에 의해서 상하 왕복되는 니들(11)의 왕복속도에도 한계가 있다. 이에 따라서 100㎛ 이하의 관통공의 형성이 어렵고 니들(11)이 왕복 이동되면서 관통공을 형성하게 되므로 작업속도의 향상에도 한계가 있을 수밖에 없다.

특히, 하나의 시트에 대해 수십, 수백개의 관통공을 천공하고, 수십, 수백장 의 시트를 적층하여 적층형 소자를 제작하는 LTCC 기술에 있어서는 천공 시간의 단축은 제작 시간과 비용에 직접적으로 영향을 미치는 중요한 요소가 된다. 이에 작업속도를 향상시킬 수 있는 새로운 자동 펀칭 가공 시스템의 개발은 LTCC 기술에 있어서는 대단히 중요한 과제이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 한 번의 세팅으로 시트에 다양한 크기의 구멍을 천공 가능하여 천공 작업 시간을 크게 단축시킬 수 있도록 한 자동 펀칭 가공 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적,

펀칭하고자 하는 시트가 복수 매 적층된 적재 유닛(200);

상기 적재 유닛으로부터 일정간격 이격되어 설치되며 상기 시트가 안착될 수 있는 공급판(410)을 구비하는 공급 유닛(400);

상기 공급 유닛의 공급판(410)을 안내 레일(420)을 따라 제1위치와 제2위치 사이로 왕복 이동시키는 이동수단;

상기 적재 유닛과 공급 유닛 사이를 왕복이동하면서 상기 적재 유닛의 시트를 흡착하여 상기 공급판으로 이동시키는 이송 유닛(300);

상기 이송 유닛을 왕복 이동시키는 이송 가이드 블록(301);

상기 제2위치에 위치된 공급판(410)에 안착된 시트를 에어 흡착시키는 흡착 윈도우(500);

상기 흡착 윈도우(500)를 각각 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 X축 가이드 블록(510)과 Y축 가이드 블록(520)을 포함하는 평면 이송 기구(530);

상기 흡착 윈도우(500)에 에어 흡착된 상태로 상기 평면 이송 기구(530)에 의해 필요한 위치로 이동되는 시트(50)를 천공하는 니들 유닛 조립체(60);

복수의 관통공이 형성된 마스크(805)를 스캔하면서 레이저 빔을 조사하여 마스크(805) 아래에 정지 상태로 유지되는 시트(50)에 복수의 관통공을 신속하게 천공하는 레이저 천공 유닛(800); 및

천공이 완료된 시트(50)가 배출되는 배출 유닛(600)을 구비하고,

상기 니들 유닛 조립체(60)는,

베이스(100); 및

상기 베이스(100)에 결합 및 분리가능하게 결합되는 메인몸체(110)와, 메인몸체(110)에 공압 튜브(130)를 통한 공압에 의해서 상하 왕복 이동 가능하게 결합되어 상기 시트(50)에 관통공(51)을 형성시키는 각기 직경이 상이한 니들(11)을 구비하는 복수 개의 니들 유닛(61~68); 및

상기 각각의 니들 유닛을 상기 베이스에 견고하게 고정하는 클램프(105)를 구비하고,

상기 베이스(100)는,

상기 베이스 상에서 니들 유닛의 니들이 위치하는 전방에 배치되고, 상기 베이스의 일측면으로부터 상측으로 돌출되도록 배치된 전방 고정핀(101)과, 상기 전방 고정핀(101)에 비해 크기가 작고 높이는 동일하며 상기 전방 고정핀(101)에 비해 후방에 위치하는 후방 고정핀(102)을 구비하며,

상기 전방 고정핀(101) 및 후방 고정핀(102) 사이에 전후 방향으로 길게 형성된 클램프 삽입용 베이스측 슬롯(103)이 형성되고,

상기 각각의 니들 유닛(61~68)은,

그 메인몸체의 저면에 그 길이 방향에 나란하게 고정용 슬롯이 형성되고,

상기 고정용 슬롯에는 전방의 전방 고정핀용 단차(112)와, 후방의 후방 고정핀용 단차(111)와, 클램프 삽입용 니들 유닛측 슬롯(113)이 형성되며,

상기 클램프 삽입용 베이스측 슬롯(103)에 하단부(105c)가 삽입되고, 상기 클램프 삽입용 니들 유닛측 슬롯(113)에 상단부(105b)가 삽입되며, 상단부와 하단부를 제외한 중앙부(105d)는 상단부와 하단부에 비해 폭이 좁게 형성된 클램프(105)와, 이 클램프를 베이스측으로 당기면서 고정하는 나사부재(107)와, 상기 나사부재와 상기 클램프 사이에서 서로 멀어지는 방향으로 탄성력을 작용하는 스프링(106)에 의해 상기 니들 유닛이 상기 베이스 상의 원하는 위치에 정밀하고 견고하게 고정되고,

상기 레이저 천공 유닛(800)은,

정지된 상태로 유지되는 시트(50)에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 방사부(801);

상기 레이저 빔의 크기를 조절하는 광학계(809);

상기 레이저 빔 방사부(801)를 상기 시트(50)에 대해 상대 이동 시키는 이저 빔 이송부(806); 및

상기 레이저 빔 방사부(801)와 상기 시트(50) 사이에 배치되고, 레이저 빔이 상기 시트 상의 천공될 부분에 천공될 크기로 조사되도록 하면서 천공이 이루어질 부분이 아닌 부분을 레이저 빔으로부터 보호하는 마스크(805)를 구비하며,

상기 시트의 두께와 상기 시트에 천공될 구멍의 직경을 고려하여 니들 유닛에 의해 천공하는 것이 작업 시간이 더 적게 걸리는 관통공을 미리 결정하고, 이 관통공들에 대해서는 X축 및 Y축 가이드 블록에 의해 상기 니들 유닛들이 위치한 영역에서 상기 흡착 윈도우가 이동되도록 하면서 천공하고,

상기 시트의 두께와 상기 시트에 천공될 구멍의 직경을 고려하여 레이저 천공 유닛에 의해 천공하는 것이 작업 시간이 더 적게 걸리는 관통공을 미리 결정하고, 상기 마스크에 해당 관통공들에 대응하는 관통공들이 형성되도록 한 후, X축 및 Y축 가이드 블록에 의해 상기 레이저 빔 방사부의 하부에 상기 흡착 윈도우가 고정되도록 하고, 상기 레이저 빔 이송부를 이송하면서 상기 마스크에 의해 상기 시트 상의 원하는 위치에만 미세 관통공이 천공되도록 하는 것을 특징으로 하는 자동 펀칭 가공 시스템을 제공함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템에 의하면, 한 번의 세팅으로 시트에 대한 니들 유닛의 니들에 의한 관통공 형성과 레이저 천공 유닛에 의한 초미세 관통공 형성이 가능하다.

특히, 시트에 형성된 관통공의 직경과 시트의 두께를 고려하여, 레이저 천공 유닛을 사용하는 것이 시간이 단축될 경우에는 미리 해당 관통공에 대응하는 관통공이 형성된 마스크를 사용하여 아주 짧은 시간 내에 복수의 미세 관통공을 시트에 형성하고, 니들 유닛을 사용하는 것이 유리한 경우에는 니들 유닛 조립체가 위치하는 영역에서 X-Y축 가이드 블록으로 흡착 윈도우를 이동시키면서 천공 작업을 수행할 수 있다. 이와 같이 동일한 시트에서 관통공을 나누어 작업하도록 하는 경우에는 하나의 시트에 대한 관통공 형성 작업을 획기적으로 빠른 시간 내에 수행할 수 있다. 이에 따라, 개별 시트들을 적층하여 제조하는 적층 소자의 제조 시간을 크게 단축할 수 있다.

또한, 정확한 위치에 원하는 크기의 관통공을 정밀하게 형성하기 위해서는 관통공을 형성하는 니들 유닛의 위치를 원하는 위치에 정확하고 견고하게 배치하는 것이 중요한데, 이러한 니들 유닛 설치 작업을 베이스 상에 고정핀을 위치시키고 니들 유닛과 클림프를 사용하여 결합하여 진행함으로써, 니들 교체 보수 등이 수행된 이후라도 니들 유닛의 설치 위치를 항상 원하는 위치로 유지하도록 할 수 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 평면도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템은 시트 정밀 이송 기구부, 니들 유닛 조립체(60), 레이저 천공 유닛(800) 및 배출 유닛(600)을 포함한다.

상기 시트 정밀 이송 기구부는 천공될 시트를 상기 니들 유닛이나 상기 레이 저 천공 유닛에서 천공 작업을 수행할 수 있도록 이송하는 기능을 수행하는 부분으로, 적재 유닛(200), 공급 유닛(400), 이송 유닛(300) 및 흡착 윈도우(500)를 포함한다.

상기 적재 유닛(200)은 펀칭하고자 하는 시트가 복수 매 적층되는 적재대를 구비한다.

상기 공급 유닛(400)은 상기 적재 유닛(200)로부터 일정간격 이격되어 설치되고, 상기 시트가 안착될 수 있는 공급판(410), 상기 공급판(410)이 이동하는 경로를 안내하는 안내레일(420) 및 상기 안내레일(420)을 따라 상기 공급판(410)을 이동시키는 이동수단(도시하지 않음)을 구비한다. 상기 공급 유닛(400)은 이동수단에 의해 안내레일(420)을 따라 제1위치와 제2위치 사이에서 이동된다. 상기 제1위치는 상기 이송 유닛(301)으로부터 시트를 전달받는 위치로써, 도 2, 도 6 및 도 8에서 공급판(410)이 놓인 위치이다. 상기 제2위치는 상기 흡착 윈도우(500)로 시트를 전달하는 흡착 윈도우(500)의 하부 위치로써, 도 7 및 도 9에서 공급판(410)이 놓인 위치이다.

상기 이송 유닛(300)은 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이, 흡착 수단(341), 이송 가이드 블록(301) 및 시트 분리 수단을 포함한다. 상기 흡착 수단은 상기 적제 유닛의 시트를 흡착하고 이를 공급판 위에 내려놓는 기능을 한다. 상기 이송 가이드 블록(301)은 상기 적재 유닛(200)과 공급 유닛(400) 사이에서 상기 흡착 수단이 왕복 이동할 수 있게 하는 것으로 이송 스크류(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 상기 분리 수단은 흡착 수단에 흡착된 시트를 요동시켜서 흡착된 시트의 저면에 부착된 다른 시트를 분리함으로써 한 번에 여러 장의 시트가 이송되는 것을 방지한다. 분리 수단의 작동에 대해서는 아래에서 보다 상세히 살펴보도록 한다.

상기 공급 유닛(400)의 공급판(410)이 안내레일(420)을 따라 흡착 윈도우(500)의 하부(제2위치)로 이동되면, 상기 흡착 윈도우(500)는 상기 공급판(410)에 안착된 시트를 에어 흡착시킨다. 상기 흡착 윈도우(500)는 X축 가이드 블록(510)과 Y축 가이드 블록(520)에 순차적으로 연결되어 있어서, X축 가이드 블록(510) 및 Y축 가이드 블록(520)을 포함하는 평면 이송 유닛(530)에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이동될 수 있다.

상기 니들 유닛 조립체(60)는, 상기 흡착 윈도우(500)에 에어 흡착된 상태로 X축 및 Y축 방향으로 이동되는 시트에서 미리 설정된 위치에 설정된 직경의 관통공을 천공한다. 즉, 세라믹 시트를 흡착시킨 흡착 윈도우(500)는 니들 유닛 조립체(60)에 대하여 전후좌우로 상대 이동되면서 시트 상의 설정된 위치에 설정된 직경의 관통공을 형성하게 된다.

도 12에는 본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템에 을 구성하는 레이저 천공 유닛에서의 천공 방식을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도 12에 도시된 것과 같이, 상기 레이저 천공 유닛의 내부에는 레이저 천공부(810)가 배치되는데, 이 레이저 천공부(810)는, 정지된 상태로 유지되는 시트(50)에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 방사부(801); 상기 레이저 빔의 크기를 조절하는 광학계(809); 상기 레이저 빔 방사부(801)를 상기 시트(50)에 대해 상대 이동 시키는 이저 빔 이송부(806); 및 상기 레이저 빔 방사부(801)와 상기 시트(50) 사이에 배치되고, 레이저 빔이 상기 시트 상의 천공될 부분에 천공될 크기로 조사되도록 하면서 천공이 이루어질 부분이 아닌 부분을 레이저 빔으로부터 보호하는 마스크(805)를 구비한다.

여기서 레이저 천공부(810)라고 지칭하는 부분은 레이저 천공 유닛에서 표면의 케이싱 등을 제외한 상태로서 스캔 방식으로 레이저 천공 작업을 수행할 때에 필요한 필수 구성요소들을 총칭하는 용어로 사용되고, 시트(50)는 포함하지 않는다.

상기 광학계(809)는 하나 이상의 볼록 렌즈(803)와 하나 이상의 오목 렌즈(802)를 포함하여 레이저 빔(808)의 크기를 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템에서는 상기 니들 유닛 조립체와 상기 레이저 천공 유닛이 시트에 관통공을 천공하는 작업을 수행하게 된다. 어느 관통공을 어느 유닛을 이용하여 형성할 것인지는 천공할 시트의 두께와 시트에 천공될 구멍의 직경을 고려하여 미리 결정한다. 즉, 각각의 니들 유닛에 의해 천공하는 것이 작업 시간이 더 적게 걸리는 관통공을 미리 결정하고, 이 관통공들에 대해서는 X축 및 Y축 가이드 블록에 의해 상기 니들 유닛들이 위치한 영역에서 상기 흡착 윈도우가 이동되도록 하면서 천공되도록 한다. 또한, 레이저 천공 유닛에 의해 천공하는 것이 작업 시간이 더 적게 걸리는 관통공을 미리 결정하고, 상기 마스크에 해당 관통공들에 대응하는 관통공들이 형성되도록 한 후, X축 및 Y축 가이드 블록에 의해 상기 레이저 빔 방사부의 하부에서 상기 흡착 윈도우가 고정되도록 하고, 상기 레이저 빔 이송부를 이송하면서 상기 마스크에 의해 상기 시트 상의 원하는 위치에만 미세 관통공이 천공되도록 한다.

상기 배출 유닛(600)은 펀칭 가공이 완료된 세라믹 시트를 수거한다.

도 3 및 도 4를 참조하여 상기 니들 유닛 조립체의 구성을 보다 상세히 설명한다.

상기 니들 유닛 조립체는, 복수의 니들 유닛, 베이스 및 클램프를 포함한다.

각각의 니들 유닛은, 상기 베이스(100)에 결합 및 분리가능하게 결합되는 메인몸체(110)과, 메인몸체(110)에 공압 튜브(130)를 통한 공압에 의해서 상하 왕복이동가능하게 결합되어 시트(50)에 관통공(51)을 형성시키는 소정 직경의 펀칭 니들(11)을 구비한다.

각각의 니들 유닛(61~68)의 구성은 펀칭 니들의 직경을 제외하고는 실질적으로 동일하다.

상기 니들 유닛(61~68)은 상기 베이스(100)에 결합되는 메인몸체(110)와, 상기 메인몸체(110)에 결합 및 분리가능하게 결합되는 부몸체(120)를 포함한다.

상기 메인몸체(110)에는 니들(11)의 직하방에서 상기 시트(50)가 왕복 이동될 수 있는 홈(85)이 형성되어 있다. 시트의 평면 방향에서 상기 홈의 깊이는 시트의 Y축 방향 폭에 대응된다.

상기와 같은 구성의 니들 유닛(60)은 시트(50)를 흡착시킨 흡착 윈도우(500)가 도 4에 도시된 바와 같이 X축 가이드 블록(510) 및 Y축 가이드 블록(520)을 포 함하는 평면 이송 유닛(530)에 의해 X축 및 Y축을 따라 홈(85) 내에서 왕복 이동될 때, 각 공압 튜브(130)에 공압을 공급 및 차단시키는 제어부(도시하지 않음)에 의해서 시트(50)의 설정된 위치에서 해당되는 니들 유닛의 니들(11)이 상하 왕복 작동되도록 하여 시트(50)에 관통공(51)을 형성시킨다.

즉, 시트(50)가 왕복 이동되고 해당 위치에서 각 니들 유닛(61~68)의 니들(11)이 선택적으로 상하 왕복 이동되어 설정된 크기의 관통공(51)을 시트(50)에 형성시킨다.

한편, 상기 니들 주변에는 도 14에 도시된 것과 같이 탄성 캡(13)이 설치될 수 있다. 상기 탄성 캡(13)은 탄성을 가지는 고분자 소재로 만들어지고, 하방으로 볼록하게 돌출된 형태를 가지며, 중앙에 니들이 상하로 이송할 때 통과하는 관통홀(13a)이 형성되어 있다. 이 탄성 캡(13)은 펀칭 작업이 수행되지 않을 때에는 니들의 단부를 보호하고, 작업자의 니들에 의한 부상을 방지하며, 펀칭 작업 중에는 시트를 관통한 니들이 상승할 때 니들과 시트가 순간적으로 함께 상승하는 경우 시트를 니들로부터 분리되어 하방으로 원위치 되도록 하는 기능을 한다.

상기 베이스와 상기 클램프의 구성은 도 13에 잘 도시되어 있다.

도 13에 도시된 것과 같이, 상기 베이스(100)에는, 전방 고정핀(101) 및 후방 고정핀(102)이 배치되고, 클램프 삽입용 베이스측 슬롯(103)이 형성되어 있다.

상기 전방 고정핀은 상기 베이스 상에서 니들 유닛의 니들이 위치하는 전방에 배치되고, 상기 베이스의 일측면으로부터 상측으로 돌출되도록 배치된다. 상기 후방 고정핀은 상기 전방 고정핀에 비해 크기가 작고 높이는 동일하며 상기 전방 고정핀에 비해 후방에 위치한다. 상기 클램프 삽입용 베이스측 슬롯은 상기 전방 고정핀 및 후방 고정핀 사이에 전후 방향으로 길게 형성된다. 상기 클램프 삽입용 베이스측 슬롯은 후방 측의 폭이 넓고 전방 측의 폭이 좁게 형성된다. 상기 클램프는 상기 슬롯(103)의 후방에서 하방으로 삽입되고, 삽입된 상태에서 전방으로 이동되어 배치된다.

상기 클램프(105)는 상단부(105b)과 하단부(105c)의 폭이 넓게 형성되고, 중간부(105d)는 상대적으로 폭이 좁게 형성되어 있다. 중간부(105d)는 도 13에 도시된 것과 같이 하단부(105c)에는 나사부재(107)가 나사 결합될 수 있는 나사공(105a)이 형성되어 있고, 상기 중간부(105d)에는 나사부재(107)가 하단부(105c)를 관통한 후 노출될 수 있도록 중공부가 형성되어 있다.

상기 각각의 니들 유닛(61~68)은 그 메인몸체(110)의 저면에 그 길이 방향에 나란하게 고정용 슬롯이 형성된다. 상기 고정용 슬롯에는 전방의 전방 고정핀용 단차(112)와, 후방의 후방 고정핀용 단차(111)와, 클램프 삽입용 니들 유닛측 슬롯(113)이 포함된다.

상기 클램프(105)는 상기 클램프 삽입용 베이스측 슬롯(103)에 하단부(105c)가 삽입되고, 상기 클램프 삽입용 니들 유닛측 슬롯(113)에 상단부(105b)가 삽입된다. 상기 베이스 상에서의 상기 니들 유닛의 전후방향의 위치는 상기 전방 고정핀 및 후방 고정핀이 니들 유닛 저면의 단차들(111, 112)에 닿을 때까지 후방으로 니들 유닛을 밀어서 결정될 수 있다. 이 상태에서 클램프(105)를 베이스(110)측으로 당기면서 고정하는 나사부재(107)와, 상기 나사부재(107)와 상기 클램프(105) 사이에서 서로 멀어지는 방향으로 탄성력을 작용하는 스프링(106)에 의해 상기 니들 유닛(61~68)이 상기 베이스(100) 상의 원하는 위치에 정밀하고 견고하게 고정될 수 있다.

한편, 기계적 방식의 천공은 세라믹 시트의 두께가 두꺼워질수록, 직경이 커질수록 레이저 천공에 비해 작업 시간이 감소하게 된다. 예를 들어, 세라믹 시트의 두께가 200㎛ 이상이고, 직경이 400㎛ 이상이면 레이저 천공에 비해 작업 시간이 더 빠를 수 있고, 기계식 방식이 진원에 가까운 관통공을 천공할 수 있다.

또한, 두께가 얇을수록, 직경이 작을 수록 레이저 방식에 의해 관통공을 형성하는 것이 기계식 방식에 비해 작업 시간이 적게 소요될 수 있다. 예를 들어 두께 100㎛에 대해 직경 1500㎛ 이하의 관통공은 레이저 방식이 기계식에 비해 더 작업 시간이 적게 소요될 수 있다.

이러한 특성을 고려할 때, 본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템은 니들(11)에 의한 기구적 펀칭과 레이저에 의한 비접촉식 미세 관통공 펀칭을 선택적으로 할 수 있게 하며, 니들 펀칭과 레이저 펀칭의 장단점을 상호 보완한다.

즉, 니들(11)에 의한 펀칭은 정확하게 관통공(51)을 형성시킬 수는 있으나, 여러 개의 관통공을 형성하는 작업을 위해서는 펀칭 작업 시간이 다소 소요되고, 니들(11)의 가공한계로 인하여 미세크기의 관통공을 형성에는 한계가 있다.

또한, 레이저에 의해 관통공을 형성할 때에는 시트(50)의 두께가 200㎛ 이하 에서만 안정적인 작업이 가능하며, 큰 직경의 관통공(51)을 레이저로 형성하게 되면 기계식 방식을 이용하는 경우에 비해 관통 시간이 더 길어질 수 있고 관통공이 진원보다는 타원에 가까운 형상으로 형성될 수 있다.

따라서 본 발명의 자동 펀칭 가공 시스템은 무엇보다도 미세 관통공을 포함한 다양한 직경의 관통공을 한 번의 세팅으로 형성할 수 있어서 관통공 펀칭 작업 시간을 크게 단축할 수 있다.

아래의 표 1에는 가로 세로 200mm 정도, 두께 100㎛ 정도의 세라믹 시트에 총 5000 정도의 다양한 크기의 관통공을 형성하여야 하는 경우의 작업 시간을 레이저 천공 유닛만을 사용하는 경우, 니들 유닛만을 사용하는 경우, 본 발명의 자동 펀칭 가공 시스템을 사용하는 경우로 나누어 비교하는 내용이 기재되어 있다.

위의 표에 기재를 살펴보면, 레이저 천공 유닛만을 사용하거나 기계식의 니들 유닛만을 사용하는 경우에 비해 본 발명의 자동 펀칭 가공 시스템을 사용하는 경우의 작업 시간이 현저하게 감소함을 볼 수 있다.

표 1에 기재된 예는 레이저 방식 또는 기계식의 두 가지 방식 중 어느 하나만으로도 전체 천공 작업이 가능한 경우에 대해 세팅 시간을 고려하지 않고 비교한 것이다.

표 1의 예와 달리 레이저 방식이나 기계식의 두 가지 방식을 하나의 시트에 대해 모두 사용하여야 하는 경우가 있을 수 있다. 이때에는 본 발명에 의하지 않을 경우에는 장비 세팅 시간이 더 소요되어 본 발명의 작업 시간 단축 효과가 더욱 현저하다는 것이 드러나게 된다.

예를 들어, 레이저 천공 유닛으로는 뚫기 어려운 두께의 시트거나, 시간이 분단위로 소요되는 큰 직경의 관통공이 다양한 직경의 관통공들과 함께 하나의 시트에 천공되어야 하는 경우에는, 본 발명에 의하지 않고서는, 기계식 니들 유닛을 적용한 장비로만 작업을 하거나, 기계식 니들 유닛으로 작업한 후 다시 레이저 천공 유닛을 적용한 장비에 시트들을 세팅하고 천공 작업을 수행하여야 할 것인데, 이때에는 세팅 시간까지 더 추가되므로 작업 시간이 길어지는 문제가 발생한다.

또한, 반대로 기계식 니들 유닛으로는 천공하기 어려운 미세 관통홀을 포함한 여러 관통홀을 천공하여야 하는 경우에는 레이저 천공 유닛을 적용한 장비를 반드시 사용하여야 할 것인데, 이때 기계식 니들 유닛으로 가공하는 것이 더 시간이 적게 소요되는 관통공을 천공하기 위해 기계식 니들 유닛에 다시 시트를 세팅하게 되면 세팅 시간까지 추가되므로 작업 시간이 길어지는 문제가 발생한다. 이 두 가지 경우의 문제점은 모두 본 발명의 자동 펀칭 가공 시스템을 사용하는 경우에는 완전히 해소가 가능하다.

본 발명 실시예의 자동 펀칭 가공 시스템은 휴대용 전자기기와 무선통신기기의 수동소자(저항기, 커패시터, 인덕터 등)들을 탑재시키는 세라믹 시트(50, 도 5 참조)와 같이 수많은 관통공을 수많은 시트에 대해 관통하여야 하는 경우에 특히 유용하다고 하겠다.

이하 도 2, 도 6 내지 도 11을 참조하면서, 본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템의 작동을 순차적으로 설명한다.

먼저, 도 2에서와 같이, 적재 유닛(200)에 적층된 시트(50) 상부로 이송 유닛(300)를 이송시킨 후 한 장의 시트를 흡착하여 도 6에서와 같이 흡착된 시트를 공급 유닛(400)에 공급한다.

적재 유닛(200)에서 시트를 흡착하는 공정은 다음과 같이 수행된다. 도 10에서와 같이, 적재 유닛(200)의 적재대(210)에 적층된 시트 상부로 이송 유닛(300)이 이송된 후, 실린더로드(230)를 상승시키면 적재대(210)가 상승되고, 적정한 상승위치에서 센서(미도시)의 감지로 정지되면, 이송 유닛(300)의 승강판(320) 및 요동판(330)이 하강되어 흡착 수단(341)에 시트(50)가 흡착된다.

이때 흡착판(341)에는 도 11에서와 같이, 각 시트(50)간의 정전 흡착 등으로 복수매가 흡착되어질 수 있는데, 이때 요동 실린더(331)가 작동되어서 요동판(330)이 승강판(320)에 대해 좌우로 순간적으로 왕복 이동되면서 요동되어 복수 매 흡착된 하부의 시트들을 적재대(210)로 낙하시킨다.

도 6에 도시된 것과 같이 흡착된 시트가 공급 유닛(400)에 공급된 이후에는, 도 7에서와 같이, 공급 유닛(400)은 안내레일을 따라 흡착 윈도우(500) 하부 위치로 이동되고, 흡착 윈도우(500)는 시트(50)를 흡착시킨다.

이어서, 공급 유닛(400)은 도 8에서와 같이 원위치로 복귀되고, 흡착 윈도우(500)는 X축 가이드 블록(510) 및 Y축가이드 블록(520)을 통하여 X축 및 Y축 방향으로 이동되면서 니들 유닛 조립체(60)와 레이저 천공 유닛(800)에 의해 시트에 펀칭이 되도록 한다.

펀칭이 행하여지는 동안 이송 유닛(300)은 적재 유닛(200)으로부터 앞서 설명한 것과 같이 시트를 흡착하여 공급 유닛(400)으로 공급한다. 펀칭이 완료된 시트는 도 9에서와 같이 배출 유닛(600)에 낙하되어 배출되고, 흡착 윈도우(500)는 X축 및 Y축 방향으로 이동되면서 도 7에서와 같이 복귀하여 다시 상기 시트의 흡착동작을 수행한다.

지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 통상의 기계식 니들 펀칭기의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 평면도.

도 3은 도 2의 자동 펀칭 가공 시스템에 사용되는 펀칭 모듈의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도.

도 4는 도 3에 도시된 펀칭 모듈의 구성을 보여주는 평면도.

도 5는 본 발명의 자동 펀칭 가공 시스템에 의해 펀칭 가공되는 세라믹 시트의 일례를 보여주는 도면.

도 6 내지 도 9는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 자동 펀칭 가공 시스템의 작동 순서를 보여주는 도면.

도 10 및 도 11은 도 2에 도시된 상태에서 세라믹 시트를 흡착할 때 세라믹 시트가 1매 이상 흡착되는 것을 방지하는 작동을 보여주는 도면.

도 12는 본 발명에 적용되는 레이저 천공 유닛의 레이저 천공부의 구성을 보여주는 개략도.

도 13은 니들 유닛들과 베이스가 결합되는 구조를 보여주는 분리 사시도.

도 14는 니들과 탄성 캡의 위치 관계를 보여주는 부분 단면도.

Claims (3)

1. 천공될 시트(50)를 에어 흡착하는 흡착 윈도우(500)와, 상기 흡착 윈도우(500)를 각각 2차원 평면상에서 이송하는 평면 이송 기구(530)를 포함하고, 니들 유닛 조립체(60)나 레이저 천공 유닛(800)에서 천공 작업을 수행할 수 있도록 상기 시트를 이송하는 시트 정밀 이송 기구부;

   상기 흡착 윈도우(500)에 에어 흡착된 상태로 상기 평면 이송 기구(530)에 의해 필요한 위치로 이동되는 시트(50)를 천공하는 니들 유닛 조립체(60);

   복수의 관통공이 형성된 마스크(805)를 스캔하면서 레이저 빔을 조사하여 마스크(805) 아래에 정지 상태로 유지되는 시트(50)에 복수의 관통공을 천공하는 레이저 천공 유닛(800); 및

   천공이 완료된 시트(50)가 배출되는 배출 유닛(600)을 구비하고,

   상기 니들 유닛 조립체(60)는,

   복수 개의 니들 유닛이 배치되는 베이스(100); 및

   상기 베이스(100)에 결합 및 분리가능하게 결합되는 메인몸체(110)와, 메인몸체(110)에 공압 튜브(130)를 통한 공압에 의해서 상하 왕복 이동 가능하게 결합되어 상기 시트(50)에 관통공(51)을 형성시키는 각기 직경이 상이한 니들(11)을 구비하는 복수 개의 니들 유닛(61~68); 및

   상기 각각의 니들 유닛을 상기 베이스에 견고하게 고정하는 클램프(105)를 구비하고,

   상기 베이스(100)는,

   상기 베이스 상에서 니들 유닛의 니들이 위치하는 전방에 배치되고, 상기 베이스의 일측면으로부터 상측으로 돌출되도록 배치된 전방 고정핀(101)과, 상기 전방 고정핀(101)에 비해 크기가 작고 높이는 동일하며 상기 전방 고정핀(101)에 비해 후방에 위치하는 후방 고정핀(102)을 구비하며,

   상기 전방 고정핀(101) 및 후방 고정핀(102) 사이에 전후 방향으로 길게 형성된 클램프 삽입용 베이스측 슬롯(103)이 형성되고,

   상기 각각의 니들 유닛(61~68)은,

   그 메인몸체의 저면에 그 길이 방향에 나란하게 고정용 슬롯이 형성되고,

   상기 고정용 슬롯에는 전방의 전방 고정핀용 단차(112)와, 후방의 후방 고정핀용 단차(111)와, 클램프 삽입용 니들 유닛측 슬롯(113)이 형성되며,

   상기 클램프 삽입용 베이스측 슬롯(103)에 하단부(105c)가 삽입되고, 상기 클램프 삽입용 니들 유닛측 슬롯(113)에 상단부(105b)가 삽입되며, 상단부와 하단부를 제외한 중앙부(105d)는 상단부와 하단부에 비해 폭이 좁게 형성된 클램프(105)와, 이 클램프를 베이스측으로 당기면서 고정하는 나사부재(107)와, 상기 나사부재와 상기 클램프 사이에서 서로 멀어지는 방향으로 탄성력을 작용하는 스프링(106)에 의해 상기 니들 유닛이 상기 베이스 상의 원하는 위치에 정밀하고 견고하게 고정되며,

   상기 레이저 천공 유닛(800)은,

   정지된 상태로 유지되는 시트(50)에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 방사부(801);

   상기 레이저 빔의 크기를 조절하는 광학계(809);

   상기 레이저 빔 방사부(801)를 상기 시트(50)에 대해 상대 이동 시키는 이저 빔 이송부(806); 및

   상기 레이저 빔 방사부(801)와 상기 시트(50) 사이에 배치되고, 레이저 빔이 상기 시트 상의 천공될 부분에 천공될 크기로 조사되도록 하면서 천공이 이루어질 부분이 아닌 부분을 레이저 빔으로부터 보호하는 마스크(805)를 구비하며,

   상기 시트의 두께와 상기 시트에 천공될 구멍의 직경을 고려하여 니들 유닛에 의해 천공하는 것이 작업 시간이 더 적게 걸리는 관통공을 미리 결정하고, 이 관통공들에 대해서는 X축 및 Y축 가이드 블록에 의해 상기 니들 유닛들이 위치한 영역에서 상기 흡착 윈도우가 이동되도록 하면서 천공하고,

   상기 시트의 두께와 상기 시트에 천공될 구멍의 직경을 고려하여 레이저 천공 유닛에 의해 천공하는 것이 작업 시간이 더 적게 걸리는 관통공을 미리 결정하고, 상기 마스크에 해당 관통공들에 대응하는 관통공들이 형성되도록 한 후, X축 및 Y축 가이드 블록에 의해 상기 레이저 빔 방사부의 하부에 상기 흡착 윈도우가 고정되도록 하고, 상기 레이저 빔 이송부를 이송하면서 상기 마스크에 의해 상기 시트 상의 원하는 위치에만 관통공이 천공되도록 하는 것을 특징으로 하는 자동 펀칭 가공 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 니들의 주변에는 탄성을 가지는 고분자 소재로 만들어지고, 하방으로 볼록하게 돌출된 형태를 가지며, 중앙에 니들이 상하로 이송할 때 통과하는 관통홀이 형성된 탄성 캡이 배치된 것을 특징으로 하는 자동 펀칭 가공 시스템.
3. 펀칭하고자 하는 시트가 복수 매 적층된 적재 유닛(200);

   상기 적재 유닛(200)으로부터 일정간격 이격되어 설치되며 상기 시트가 안착될 수 있는 공급판(410)을 구비하는 공급 유닛(400);

   상기 공급 유닛(400)의 공급판(410)을 안내 레일(420)을 따라 제1위치와 제2위치 사이로 왕복 이동시키는 이동수단;

   상기 적재 유닛(200)과 상기 공급 유닛(400) 사이를 왕복이동하면서 상기 적재 유닛(200)에 적재된 시트를 흡착하여 상기 공급판(410)으로 이동시키는 이송 유닛(300);

   상기 이송 유닛을 왕복 이동시키는 이송 가이드 블록(301);

   상기 제2위치에 위치된 공급판(410)에 안착된 시트를 에어 흡착시키는 흡착 윈도우(500);

   상기 흡착 윈도우(500)를 각각 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 X축 가이드 블록(510)과 Y축 가이드 블록(520)을 포함하는 평면 이송 기구(530);

   상기 흡착 윈도우(500)에 에어 흡착된 상태로 상기 평면 이송 기구(530)에 의해 필요한 위치로 이동되는 시트(50)를 천공하는 니들 유닛 조립체(60);

   복수의 관통공이 형성된 마스크(805)를 스캔하면서 레이저 빔을 조사하여 마스크(805) 아래에 정지 상태로 유지되는 시트(50)에 복수의 관통공을 천공하는 레이저 천공 유닛(800); 및

   천공이 완료된 시트(50)가 배출되는 배출 유닛(600)을 구비하고,

   상기 니들 유닛 조립체(60)는,

   베이스(100); 및

   상기 베이스(100)에 결합 및 분리가능하게 결합되는 메인몸체(110)와, 메인몸체(110)에 공압 튜브(130)를 통한 공압에 의해서 상하 왕복 이동 가능하게 결합되어 상기 시트(50)에 관통공(51)을 형성시키는 각기 직경이 상이한 니들(11)을 구비하는 복수 개의 니들 유닛(61~68); 및

   상기 각각의 니들 유닛을 상기 베이스에 견고하게 고정하는 클램프(105)를 구비하고,

   상기 베이스(100)는,

   상기 베이스 상에서 니들 유닛의 니들이 위치하는 전방에 배치되고, 상기 베이스의 일측면으로부터 상측으로 돌출되도록 배치된 전방 고정핀(101)과, 상기 전방 고정핀(101)에 비해 크기가 작고 높이는 동일하며 상기 전방 고정핀(101)에 비해 후방에 위치하는 후방 고정핀(102)을 구비하며,

   상기 전방 고정핀(101) 및 후방 고정핀(102) 사이에 전후 방향으로 길게 형성된 클램프 삽입용 베이스측 슬롯(103)이 형성되고,

   상기 각각의 니들 유닛(61~68)은,

   그 메인몸체의 저면에 그 길이 방향에 나란하게 고정용 슬롯이 형성되고,

   상기 고정용 슬롯에는 전방의 전방 고정핀용 단차(112)와, 후방의 후방 고정핀용 단차(111)와, 클램프 삽입용 니들 유닛측 슬롯(113)이 형성되며,

   상기 클램프 삽입용 베이스측 슬롯(103)에 하단부(105c)가 삽입되고, 상기 클램프 삽입용 니들 유닛측 슬롯(113)에 상단부(105b)가 삽입되며, 상단부와 하단부를 제외한 중앙부(105d)는 상단부와 하단부에 비해 폭이 좁게 형성된 클램프(105)와, 이 클램프를 베이스측으로 당기면서 고정하는 나사부재(107)와, 상기 나사부재와 상기 클램프 사이에서 서로 멀어지는 방향으로 탄성력을 작용하는 스프링(106)에 의해 상기 니들 유닛이 상기 베이스 상의 원하는 위치에 정밀하고 견고하게 고정되고,

   상기 레이저 천공 유닛(800)은,

   정지된 상태로 유지되는 시트(50)에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 방사부(801);

   상기 레이저 빔의 크기를 조절하는 광학계(809);

   상기 레이저 빔 방사부(801)를 상기 시트(50)에 대해 상대 이동 시키는 이저 빔 이송부(806); 및

   상기 레이저 빔 방사부(801)와 상기 시트(50) 사이에 배치되고, 레이저 빔이 상기 시트 상의 천공될 부분에 천공될 크기로 조사되도록 하면서 천공이 이루어질 부분이 아닌 부분을 레이저 빔으로부터 보호하는 마스크(805)를 구비하며,

   상기 시트의 두께와 상기 시트에 천공될 구멍의 직경을 고려하여 니들 유닛에 의해 천공하는 것이 작업 시간이 더 적게 걸리는 관통공을 미리 결정하고, 이 관통공들에 대해서는 X축 및 Y축 가이드 블록에 의해 상기 니들 유닛들이 위치한 영역에서 상기 흡착 윈도우가 이동되도록 하면서 천공하고,

   상기 시트의 두께와 상기 시트에 천공될 구멍의 직경을 고려하여 레이저 천공 유닛에 의해 천공하는 것이 작업 시간이 더 적게 걸리는 관통공을 미리 결정하고, 상기 마스크에 해당 관통공들에 대응하는 관통공들이 형성되도록 한 후, X축 및 Y축 가이드 블록에 의해 상기 레이저 빔 방사부의 하부에 상기 흡착 윈도우가 고정되도록 하고, 상기 레이저 빔 이송부를 이송하면서 상기 마스크에 의해 상기 시트 상의 원하는 위치에만 관통공이 천공되도록 하는 것을 특징으로 하는 자동 펀칭 가공 시스템.

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