KR101070192B1 - 레이저 가공 척과 이를 이용한 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 척과 이를 이용한 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 가공 척과 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관한 것으로서, 레이저빔에 의해 패턴이 절단 가공되는 가공대상물을 고정시키는 레이저 가공 척에 있어서, 가공대상물이 안착되는 안착부재와, 안착부재를 지지하는 서포트와, 서포트가 설치되는 척 베이스와, 서포트 하측의 부산물을 외부로 배출시키는 부산물 배출수단을 포함하고, 안착부재는 레이저빔에 의해 절단 가공이 가능한 재질로 이루어진다. 따라서, 본 발명은 가공대상물이 놓여지는 안착부재에 레이저빔이 통과하도록 함으로써 안착부재에 레이저빔의 조사로 인한 불꽃이나 버(Burr) 등의 발생을 방지하고, 이로 인해 가공대상물의 뒷면에 영향을 미침으로써 불량이 발생하는 것을 방지하며, 가공대상물이 얇은 필름이더라도 뛰어난 편평도를 가지도록 고정시킴으로써 고정대상물에 패턴을 정확하게 형성시킬 수 있으며, 가공대상물의 레이저 가공 시 발생되는 부산물의 배출을 용이하도록 하여 부산물의 2차 가공에 의한 불량 발생을 방지하고, 그을음이나 이물질 발생을 최소화하여 척의 유지 및 보수 작업이 간편하도록 하는 효과를 가진다.
레이저빔, 패턴, 안착부재, 가공 경로, 서포트, 척 베이스, 부산물

Description

레이저 가공 척과 이를 이용한 레이저 가공 방법{LASER MACHINING CHUCK AND LASER MACHINING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 레이저빔에 의해 패턴이 절단 가공되는 가공대상물의 불량 발생을 방지하고, 고정대상물이 얇은 필름의 형태를 가지더라도 정확한 패턴의 형성을 가능하도록 하며, 유지 및 보수 작업이 간편하도록 하는 레이저 가공 척과 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 가공은 고밀도의 열원으로서 레이저빔을 사용하여 가공대상물에 마킹을 형성하거나 패턴을 절단 형성하거나, 가공대상물을 용접 또는 열처리 등을 하는 것으로서, 재료의 가공이 용이하고, 가공 시 열변형층이 좁으며, 비접촉식으로 인해 공구의 마모가 없고, 복잡한 모양의 미세 가공이 가능하다는 장점 등으로 인해 그 사용 분야가 확대되고 있다.
레이저 가공 시 가공대상물은 레이저 가공 척(Chuck)에 의해 정해진 위치에 고정되는데, 종래의 기술에 따른 레이저 가공 척은 허니컴 구조로 이루어진 안착부에 가공대상물을 진공으로 흡착하여 고정시킨다.
이와 같은 종래의 레이저 가공 척은 안착부 상에 가공대상물이 로딩되면, 진공공급부로부터 공급되는 진공에 의해 가공대상물을 고정시키며, 가공대상물의 상부에 위치하는 레이저 발생장치로부터 발진되는 레이저빔에 의해 가공대상물에 정해진 패턴을 절단 가공에 의해 형성시킨다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 레이저 가공 척은 가공대상물을 통과한 레이저빔이 가공대상물이 안착된 안착부의 허니컴 구조에 조사됨으로써 발생되는 불꽃, 버(Burr) 등으로 인해 가공대상물에 영향을 미치고, 이로 인해 가공대상물의 불량을 발생시키며, 안착부가 편평도를 유지하지 못하게 됨으로써 가공대상물에 정확한 패턴의 형성을 어렵게 하는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 종래의 기술에 따른 레이저 가공 척은 레이저빔에 의해 가공대상물로부터 떨어지는 잔여물이 부착됨으로써 후속 레이저 가공에서 잔여물의 2차 가공으로 인해 가공대상물의 가공 불량을 발생시키며, 사용을 거듭함에 따라 안착부로부터 발생하는 그을음과 고점도의 이물질을 주기적으로 제거해야 하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가공대상물이 놓여지는 안착부재에 레이저빔의 조사로 인한 불꽃이나 버(Burr) 등의 발생을 억제함으로써 가공대상물의 뒷면에 미치는 영향을 차단하여 불량 발생을 방지하고, 가공대상물이 얇은 필름이더라도 뛰어난 편평도를 가지도록 고정시킴으 로써 고정대상물에 패턴을 정확하게 형성시킬 수 있으며, 그을음이나 이물질 발생을 최소화하여 유지 및 보수 작업이 용이하도록 한다.
본 발명에 따른 레이저 가공 척은, 레이저빔에 의해 패턴이 절단 가공되는 가공대상물을 고정시키는 레이저 가공 척에 있어서, 가공대상물이 안착되는 안착부재와, 안착부재를 지지하는 서포트와, 서포트가 설치되는 척 베이스와, 서포트 하측의 부산물을 외부로 배출시키는 부산물 배출수단을 포함하고, 안착부재는 레이저빔에 의해 절단 가공이 가능한 재질로 이루어진다.
본 발명에 따른 레이저 가공 방법은, 가공대상물에 레이저빔으로 패턴을 절단 가공하는 방법에 있어서, 가공대상물이 안착되고자 하는 안착부재에 레이저빔이 통과하도록 패턴과 상응하는 가공 경로를 레이저빔으로 형성하는 단계와, 가공 경로가 형성된 안착부재 상에 가공대상물을 로딩하여 고정시키는 단계와, 가공대상물에 레이저빔으로 패턴을 절단 가공하는 단계를 포함한다.
본 발명은 가공대상물이 놓여지는 안착부재에 레이저빔이 통과하도록 함으로써 안착부재에 레이저빔의 조사로 인한 불꽃이나 버(Burr) 등의 발생을 방지하고, 이로 인해 가공대상물의 뒷면에 영향을 미침으로써 불량이 발생하는 것을 방지하며, 가공대상물이 얇은 필름이더라도 뛰어난 편평도를 가지도록 고정시킴으로써 고정대상물에 패턴을 정확하게 형성시킬 수 있으며, 가공대상물의 레이저 가공 시 발생되는 부산물의 배출을 용이하도록 하여 부산물의 2차 가공에 의한 불량 발생을 방지하고, 그을음이나 이물질 발생을 최소화하여 척의 유지 및 보수 작업이 간편하도록 하는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공 척을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 레이저 가공 척을 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 가공 척(100)은 레이저빔에 의해 패턴이 절단 가공되는 가공대상물(200)을 고정시키는 것으로서, 가공대상물(200)이 고정을 위해 안착되는 안착부재(110)가 마련되며, 이러한 안착부재(110)가 레이저빔에 의한 절단 가공이 가능한 재질로 이루어진다.
본 발명에 따른 레이저 가공 척(100)은 가공대상물(200)이 레이저빔에 의한 패턴의 절단 가공이 가능한 재질과 구조를 가진 것이라면 가공대상물(200)에 대한 제한이 없고, 본 실시예에서처럼 얇은 필름(film) 형태의 재료, 일 예로 터치 패널 등에 사용되는 ITO(indium tin oxide) 필름 또는 이러한 ITO 필름에 양면테이프 등이 접착된 소재 등을 가공대상물(200)로 할 수 있다.
한편, 가공대상물(200)과 안착부재(110)를 절단 가공하는데 사용되는 레이저 빔은 그 종류에 제한이 없으며, 일 예로 CO2 레이저 발생장치로부터 발진되는 레이저빔일 수 있다.
안착부재(110)는 레이저빔에 의해 절단 가공할 수 있는 재질, 일 예로 아크릴 재질로 이루어지고, 상면에 고정되는 가공대상물(200)에 패턴을 형성하기 위하여 가공대상물(200)을 통과한 레이저빔이 통과하도록 가공대상물(200)에 형성시키고자 하는 패턴과 상응하는 형태를 가진 가공 경로(111)가 레이저빔에 의한 절단 가공에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 가공 척(100)은 안착부재(110)를 지지하는 서포트(support; 120)와, 서포트(120)가 설치되는 척 베이스(chuck base; 130)를 더 포함할 수 있다.
서포트(120)는 상면에 안착부재(110)가 설치되는데, 안착부재(110)가 상면에 단순히 놓여지거나, 가공 경로(111)의 형상에 따라 또는 그 밖의 필요에 따라 안착부재(110) 전체를 고정시키기 위하여 안착부재(110)가 상면에 양면테이프 등과 같은 매개물을 사용하여 고정될 수도 있다.
서포트(120)는 안착부재(110)의 가공 경로(111)를 통과한 레이저빔에 의해서 자신이 가공되는 것을 최소화하거나, 이러한 레이저빔에 의해 가공대상물(200)의 뒷면에 미치는 영향을 최소화하도록 안착부재(110)의 하면을 지지하는 리브(121)가 배열된다. 즉, 서포트(120)는 일 예로 다수의 리브(121)가 서로 연결되어 배열됨으로써 안착부재(110)의 하면을 부분적으로 지지하면서도 안착부재(110)의 편평도를 유지시키고, 리브(121) 사이로 레이저빔이 조사되는 공간을 확보함으로써 레이저빔에 의해 자신이 가공되거나 이러한 레이저빔의 반사에 의해서 안착부재(110)와 가공대상물(200)에 미치는 영향을 차단한다.
리브(121)는 일 예로, 상단에 안착부재(110)를 지지하도록 수직되게 세워진 블레이드(blade) 형상을 가질 수 있고, 이 때, 그 두께가 0.05∼10mm의 범위를 가질 수 있으며, 안착부재(110)의 가공 경로(111) 형상, 두께, 그 밖의 구조나 재질적인 특성에 따라 안착부재(110)를 편평하게 지지하기 위한 서로간의 다양한 간격을 가질 수 있다.
서포트(120)는 본 실시예서처럼 다수의 리브(121)가 가로 방향과 세로 방향으로 교차되는 격자 모양을 이룰 수 있으며, 이와 달리 리브(121)들이 나란하게 배열되거나, 다각형의 연속 모양 또는 곡률을 가지는 도형 등 다양한 구조로 이루어지도록 배열될 수 있다.
척 베이스(130)는 상면에 서포트(120)가 설치되는데, 안착부재(110)에 형성되는 진공홀(112)을 통해서 안착부재(110) 상에 가공대상물(200)이 흡착되도록 외부의 진공공급부(미도시)로부터 진공공급라인(미도시)을 통해서 내측으로 진공이 공급될 수 있다.
서포트(120)는 척 베이스(130) 내측으로 공급되는 진공이 안착부재(110)의 진공홀(112)로 공급되도록 리브(121) 사이에 상하로 통하는 하나 또는 2 이상의 개구(122)를 형성하며, 척 베이스(130) 상에 진공의 유출을 억제 내지 최소화도록 결합된다.
안착부재(110)는 가공대상물(200)의 균일한 흡착을 가능하도록 진공홀(112)이 전면적에 걸쳐서 분포되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 가공 척(100)은 상기한 바와 같이, 안착부재(110) 상에 가공대상물(200)이 진공에 의해 고정되는 구성을 가질 수 있으며, 이와 달리 안착부재(110) 가장자리에 가공대상물(200)을 기계적인 방식에 의해 클램핑하는 구성을 가질 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 레이저 가공 척(100)은 서포트(120) 하측의 부산물을 외부로 배출시키기 위하여 부산물 배출수단(140)을 더 포함할 수 있다.
부산물 배출수단(140)은 서포트(120)와 척 베이스(130) 사이에 형성되는 부산물 수집공간(141)과, 부산물 수집공간(141) 내의 부산물을 일측으로 모으도록 부산물 수집공간(141) 내측에 왕복 이동하도록 설치되는 수집부재(142)와, 척 베이스(130)에서 부산물이 모이는 부위에 에어가 각각 주입 및 흡입되도록 형성되는 주입홀(143) 및 흡입홀(144)을 포함한다.
부산물 수집공간(141)은 일 예로 척 베이스(130) 상에 형성되나, 이에 한하지 않고, 서포트(120)의 하면에 형성되거나, 서포트(120)와 척 베이스(130)의 마주보는 양측면에 함께 형성될 수 있다.
수집부재(142)는 부산물 수집공간(141) 내측에 작업자의 수작업에 의해 왕복 이동하도록 설치되거나, 구동수단에 의해 왕복 이동하도록 설치될 수 있으며, 수작업에 의해 왕복 이동하는 경우 작업자에 의한 파지가 가능하도록 파지부(미도시)를 형성할 수 있으며, 구동수단에 의해 왕복 이동하는 경우 유압이나 공압 실린더 또 는 모터의 회전력을 직선운동으로 전달하는 장치 등에 의해 부산물 수집공간(141) 내측에서 왕복 이동하게 된다.
주입홀(143) 및 흡입홀(144)은 수집부재(142)에 의해 부산물이 모이는 부위의 양측에 각각 형성됨으로써 외부의 에어공급부(미도시)로부터 주입홀(143)을 통해 공급되는 에어의 정압과 흡입홀(144)을 통해서 공급되는 진공의 부압에 의해 부산물이 외부로 배출되도록 한다.
본 발명에 따른 레이저 가공 척(100)의 작용을 본 발명에 따른 레이저 가공 방법과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 도시한 흐름도이다 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 가공 방법은 안착부재에 가공 경로를 형성하는 단계(S10)와, 가공대상물을 안착부재 상에 고정시키는 단계(S20)와, 가공대상물에 패턴을 절단 가공하는 단계(S30)를 포함한다.
가공대상물(200; 도 7 및 도 8에 도시)에 패턴(210; 도 8에 도시)을 형성하기 위하여, 먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 가공대상물(200)이 안착되고자 하는 안착부재(110)에 가공대상물(200)이 안착되기 전에 레이저 발생장치(300)로부터 발진되는 레이저빔(L)을 조사하여 도 6에 도시된 바와 같이, 안착부재(110)에 레이저빔이 통과하도록 가공대상물(200)의 패턴(210)에 상응하는 가공 경로(111)를 형성한다(S10).
한편, 본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서 가공대상물(200; 도 7 및 도 8에 도시)은 레이저빔에 의한 패턴의 절단 가공이 가능한 재질과 구조를 가진 소재 라면 제한이 없으며, 본 실시예에서처럼 얇은 필름(film) 형태의 재료, 일 예로 터치 패널 등에 사용되는 ITO(indium tin oxide) 필름 또는 이러한 ITO 필름에 양면테이프 등이 접착된 소재 등이 사용될 수 있으며, 안착부재(110)에 가공 경로(111)를 형성하기 위한 레이저빔과 후술하게 될 가공대상물(200)에 패턴(210; 도 8에 도시)을 형성하는데 사용되는 레이저빔은 그 종류에 제한이 없으며, 일 예로 CO2 레이저 발생장치로부터 발진되는 레이저빔일 수 있으며, 안착부재(110)에 가공 경로(111)를 형성하는 레이저빔과 가공대상물(200)에 패턴(210)을 형성하는 레이저빔이 서로 다른 장치로부터 발진되거나, 서로 다른 종류의 레이저 발생장치가 사용될 수 있음은 물론이다.
안착부재(110)에 가공 경로(111)가 형성되면, 도 7에 도시된 바와 같이, 가공 경로(111)가 형성된 안착부재(110) 상에 가공대상물(200)을 로딩하여 척 베이스(130; 도 1에 도시)로부터 리브(121) 사이를 통해서 안착부재(110)의 진공홀(112; 도 1에 도시)로 공급되는 진공에 의해 가공대상물(200)을 흡착 고정시킨다(S20). 가공대상물(200)의 고정은 이러한 진공 방식 외에도 기계적인 클램핑 방식에 의해 이루어질 수 있다.
안착부재(110) 상에 가공대상물(200)이 고정되면, 레이저 발생장치(300)로부터 발진되는 레이저빔(L)을 가공대상물(200)에 조사하여 도 8에 도시된 바와 같이, 가공대상물(200)에 패턴(210)을 절단 가공한다(S30). 이 때, 가공대상물(200)을 통과한 레이저빔(L)이 안착부재(110)에 도달하지 않도록 가공 경로(111)의 폭(D1)이 패턴(210)의 폭(D2)보다 크게 형성될 수 있으며, 가공대상물(200)이 ITO 필름 등의 소재인 경우 일 예로 가공 경로(111)의 폭(D1)은 0.05∼10mm이며, 패턴(210)의 폭(D2)은 0.01∼5mm일 수 있다.
패턴을 절단 가공하는 단계(S30)를 마치면, 안착부재(110)의 하측에 위치하는 부산물을 외부로 배출시키는 단계(S40)를 실시할 수 있다.
부산물을 외부로 배출시키는 단계(S40)는 부산물을 쓸어서 모이도록 하는 단계(S41)와, 부산물이 모아진 공간의 일측에 에어를 주입함과 아울러 타측에 진공을 공급함으로써 부산물을 배출시키는 단계(S42)를 포함한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 안착부재(110)에 가공 경로(111)를 형성하거나 가공대상물(200)에 패턴(210)을 형성하게 됨으로써 발생된 파티클이나 부스러기 등의 부산물이 하측, 예를 들면 서포트(120; 도 1에 도시)와 척 베이스(130; 도 1에 도시) 사이의 부산물 수집공간(141)으로 떨어지게 되는데, 이 때 수집부재(142)를 수작업에 의해 또는 구동수단에 의해 부산물 수집공간(141)의 일측에서 타측으로 이동시킴으로써 부산물 수집공간(141)으로 떨어지거나 서포트(120)의 리브(121)에 매달린 부산물을 쓸어서 부산물 수집공간(141)의 주입홀(143) 및 흡입홀(144) 측으로 모은 다음, 주입홀(143)을 통해 에어를 주입하여 송풍시킴과 동시에 흡입홀(144)을 통해 진공을 공급함으로써 부산물을 외측으로 배출시킨다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 가공대상물이 놓여지는 안착부재에 레이저빔이 통과하도록 함으로써 안착부재에 레이저빔의 조사로 인한 불꽃이나 버(Burr) 등 의 발생을 방지하고, 이로 인해 가공대상물의 뒷면에 영향을 미침으로써 불량이 발생하는 것을 방지한다.
또한, 가공대상물이 얇은 필름이더라도 뛰어난 편평도를 가지도록 고정시킴으로써 고정대상물에 패턴을 정확하게 형성시킬 수 있으며, 가공대상물의 레이저 가공 시 발생되는 부산물의 배출을 용이하도록 하여 부산물의 2차 가공에 의한 불량 발생을 방지하고, 그을음이나 이물질 발생을 최소화하여 척의 유지 및 보수 작업이 간편하도록 한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공 척을 도시한 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 레이저 가공 척을 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 레이저 가공 척의 부산물 배출수단을 도시한 평면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 도시한 흐름도이고,
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 순차적으로 설명하기 위한 공정도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 안착부재 111 : 가공 경로
112 : 진공홀 120 : 서포트
121 : 리브 122 : 개구
130 : 척 베이스 140 : 부산물 배출수단
141 : 부산물 수집공간 142 : 수집부재
143 : 주입홀 144 : 흡입홀
200 : 가공대상물 210 : 패턴
300 : 레이저 발생장치

Claims (10)

  1. 레이저빔에 의해 패턴이 절단 가공되는 가공대상물을 고정시키는 레이저 가공 척에 있어서,
    상기 가공대상물이 안착되는 안착부재와,
    상기 안착부재를 지지하는 서포트와,
    상기 서포트가 설치되는 척 베이스와,
    상기 서포트 하측의 부산물을 외부로 배출시키는 부산물 배출수단을 포함하되,
    상기 안착부재는 레이저빔에 의해 절단 가공이 가능한 재질로 이루어지고, 상기 가공대상물을 통과한 레이저빔이 통과하도록 상기 패턴과 상응하는 가공 경로가 형성되는 레이저 가공 척.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착부재는,
    아크릴 재질로 이루어지는 레이저 가공 척.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착부재는,
    상기 척 베이스로부터 공급되는 진공으로 상기 가공대상물을 흡착하도록 진공홀이 형성되는 레이저 가공 척.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부산물 배출수단은,
    상기 서포트와 상기 척 베이스 사이에 형성되는 부산물 수집공간과,
    상기 부산물 수집공간 내의 부산물을 일측으로 모으도록 상기 부산물 수집공간 내측에 왕복 이동하도록 설치되는 수집부재와,
    상기 척 베이스에서 상기 부산물이 모이는 부위에 에어가 각각 주입 및 흡입되도록 형성되는 주입홀 및 흡입홀
    을 포함하는 레이저 가공 척.
  6. 가공대상물에 레이저빔으로 패턴을 절단 가공하는 방법에 있어서,
    상기 가공대상물이 안착되고자 하는 안착부재에 레이저빔이 통과하도록 상기 패턴과 상응하는 가공 경로를 레이저빔으로 형성하는 단계와,
    상기 가공 경로가 형성된 안착부재 상에 상기 가공대상물을 로딩하여 고정시키는 단계와,
    상기 가공대상물에 레이저빔으로 상기 패턴을 절단 가공하는 단계
    를 포함하는 레이저 가공 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가공대상물은 필름 형태로 이루어지며,
    상기 안착부재는 아크릴 재질로 이루어지는 레이저 가공 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저빔은,
    CO2 레이저 발생장치로부터 발진되는 레이저 가공 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가공 경로의 폭은 상기 패턴의 폭보다 크게 형성하되, 상기 가공 경로의 폭은 0.05∼10mm이며, 상기 패턴의 폭은 0.01∼5mm인 레이저 가공 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 패턴을 절단 가공하는 단계를 마치면, 상기 안착부재의 하측에 위치하는 부산물을 외부로 배출시키는 단계를 포함하며,
    상기 부산물을 외부로 배출시키는 단계는,
    상기 부산물을 쓸어서 모이도록 하는 단계와,
    상기 부산물이 모아진 공간의 일측에 에어를 주입함과 아울러 타측에 진공을 공급함으로써 상기 부산물을 배출시키는 단계
    를 포함하는 레이저 가공 방법.
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