KR102292024B1 - 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저빔을 통해 피대상물을 커팅한 다음, 작업자 또는 후속 공정을 통해 커팅된 피대상물을 따로 분리시키지 않고도 커팅된 피대상물이 구조적으로 분리될 수 있는 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지는, 하부스테이지와 상부스테이지로 이루어지는 작업스테이지; 및 상기 작업스테이지의 상면에 안착된 피대상물을 레이저로 커팅하는 레이저빔 발생기를 포함하는 레이저 커팅장치에 있어서, 상기 작업스테이지 상면에 진공 흡착되어 고정되는 상기 피대상물이 레이저빔을 통해 커팅된 다음, 상기 피대상물을 고정하는 진공 흡착력에 비해 상대적으로 높은 압력의 진공 흡인력을 레이저빔으로 커팅된 부분을 따라 순간적으로 인가하여 커팅된 상기 피대상물 부분이 분리되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

Description

초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지{Breaking Stage for Ultra-thin Glass Laser Cutting}

본 발명은 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이 제조용 필름이나 UTG(Ultra Thin Glass)를 레이저로 커팅하는 데에 사용되는 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지에 관한 것이다.

일반적으로 디스플레이용 필름이나 UTG(이하 '피대상물'이라 한다)를 커팅하기 위해 레이저 커팅장치가 사용되는데, 이러한 레이저 커팅장치는 필름이나 글라스를 스테이지 위에 진공 흡착하여 고정시킨 상태에서 커팅 작업이 이루어지게 된다.

상기와 같은 종래의 레이저 커팅장치의 예로는 등록특허공보 제2182608호의 레이저 커팅시스템(이하 '특허문헌'이라 한다)이 개시되어 있다.

상기 특허문헌에 개시된 레이저 커팅시스템은, 레이저 빔을 발생시키는 레이저빔 발생기; 상기 레이저빔 발생기를 통해 발생되는 레이저 빔의 방향을 전환하는 광학장치; 상기 광학장치의 하부에 소정 간격 이격되어 설치되면서 상면에 피대상물이 안착되어 상기 광학장치를 통해 방향이 전환된 레이저 빔을 통해 상기 피대상물이 커팅되도록 하는 작업스테이지; 및 상기 광학장치와 상기 작업스테이지 사이에 설치되면서 상기 작업스테이지의 위쪽으로 배출되는 흄과 분진을 흡인하여 외부로 배출시키는 배출장치를 포함하고, 상기 작업스테이지는, 소정 크기를 가지는 판 형상의 하부스테이지; 및 상기 하부스테이지의 상면에 조립되면서 소정 간격을 두고 상기 피대상물이 커팅될 커팅라인이 형성되는 상부스테이지를 포함하며, 상기 상부스테이지에는, 상기 커팅라인을 기준으로 상기 피대상물의 내외측에 각각 위치되도록 제1, 2 흡입부가 형성되고, 상기 제1, 2 흡입부를 통해 상기 작업스테이지의 상기 피대상물의 아래쪽으로 발생하는 흄과 분진이 흡인되어 배출되도록 구성되고, 상기 배출장치는, 상기 작업스테이지의 상부에 소정 간격 이격되어 설치되면서 상하로 관통되는 소정 크기의 관통공이 형성되는 메인챔버; 상기 관통공에 설치되는 투명 재질의 윈도우글라스; 상기 윈도우글라스의 상면에 안착되며, 상기 윈도우글라스를 상기 메인챔버에 고정시키는 링 모양의 고정구; 상기 메인챔버의 일측에 설치되면서 상기 메인챔버의 아래쪽 공기를 흡인하여 외부로 배출시키는 소정 길이의 배기관; 및 상기 메인챔버에 설치되면서 회전 동작에 의해 상기 메인챔버의 아래쪽 주변 공기를 흡인 유도하는 링 모양의 배기팬을 포함하고, 상기 관통공은, 상기 고정구가 삽입되어 안착되는 소정 지름의 상부안착부; 상기 상부안착부의 아래쪽에 소정 간격 이격되어 형성되면서 상기 상부안착부에 비해 상대적으로 지름이 작게 형성되어 상기 윈도우글라스가 안착되는 중간안착부; 및 상기 중간안착부의 아래쪽에 소정 간격 이격되어 형성되면서 상기 중간안착부에 비해 상대적으로 지름이 작게 형성되어 상기 배기팬이 안착되는 하부안착부를 포함하며, 상기 윈도우글라스의 저면과 상기 배기팬의 상면 사이에 소정 간격이 형성되고, 상기 소정 간격을 통해 상기 메인챔버의 내부로 유입된 흄과 분진이 잔류할 수 있는 소정의 공간이 형성되도록 하여 상기 메인챔버의 내부로 유입된 공기가 저면 쪽으로 역류하여 공기 중으로 배출되지 않도록 구성되는 것으로 이루어진다.

상기 특허문헌에 개시된 레이저 커팅장치는 피대상물이 스테이지 위에 진공 흡착되어 고정되고, 이 상태에서 레이저빔이 조사되어 피대상물이 커팅라인을 따라 커팅되도록 구성되는 것으로, 이때 레이저빔을 통해 피대상물이 커팅되는 동안 발생하는 인체에 유해한 흄과 미세한 분진은 스테이지에서 인가되는 진공 흡인력에 의해 스테이지 내부 유로를 따라 외부로 배출되게 된다.

그러나 위와 같이 레이저빔을 통해 피대상물이 커팅되더라도 커팅된 피대상물이 서로 붙은 상태로 유지되기 때문에 커팅된 피대상물을 구조적으로 완전히 분리시키는 추가 작업이 요구되고, 이 때문에 레이저 커팅 작업에 소요되는 시간이 전체적으로 길어지고 공정이 복잡해지는 문제가 있다.

따라서 레이저빔을 통해 피대상물을 커팅한 다음, 작업자 또는 후속 공정을 통해 커팅된 피대상물을 따로 분리시키지 않고도 커팅된 피대상물이 구조적으로 분리될 수 있도록 하는 레이저 커팅용 스테이지의 개발이 요구된다.

KR 10-2182608 B1 (2020. 11. 18.) KR 10-2245462 B1 (2021. 04. 22.) KR 10-2017-0106562 A (2017. 09. 21.) KR 10-1680843 B1 (2016. 11. 23.) KR 10-1407838 B1 (2014. 06. 09.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 레이저 커팅용 스테이지가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레이저빔을 통해 피대상물을 커팅한 다음, 작업자 또는 후속 공정을 통해 커팅된 피대상물을 따로 분리시키지 않고도 커팅된 피대상물이 구조적으로 분리될 수 있는 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지는, 하부스테이지와 상부스테이지로 이루어지는 작업스테이지; 및 상기 작업스테이지의 상면에 안착된 피대상물을 레이저로 커팅하는 레이저빔 발생기를 포함하는 레이저 커팅장치에 있어서, 상기 작업스테이지 상면에 진공 흡착되어 고정되는 상기 피대상물이 레이저빔을 통해 커팅된 다음, 상기 피대상물을 고정하는 진공 흡착력에 비해 상대적으로 높은 압력의 진공 흡인력을 레이저빔으로 커팅된 부분을 따라 순간적으로 인가하여 커팅된 상기 피대상물 부분이 분리되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 상기 하부스테이지는 상기 상부스테이지가 삽입 안착되는 소정 깊이의 설치홈; 및 상기 설치홈의 둘레를 따라 소정 간격 이격되어 소정 깊이를 가지는 그립홈이 형성되고, 상기 상부스테이지는, 상기 설치홈에 삽입 고정되어 상기 설치홈의 내부 측면과 상기 상부스테이지의 측면 둘레 사이에 소정 폭 이격되어 커팅공간이 형성되며, 상기 레이저빔 발생기는, 상기 커팅공간을 따라 레이저빔이 조사되어 상기 피대상물을 커팅하도록 구성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 하부스테이지의 일측면에 상기 설치홈과 연통되어 진공 흡인력이 상기 커팅공간 쪽으로 작용하도록 하는 소정 지름의 제1 흡인공이 형성되고, 상기 하부스테이지의 타측면에는, 상기 그립홈과 연통되어 진공 흡인력이 상기 피대상물의 둘레 부분에 작용하도록 하는 소정 지름의 제2 흡인공이 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명은 상기 레이저빔을 통해 상기 피대상물이 커팅되는 동안에 상기 제1 흡인공을 통해 진공 흡인력이 작용하여 미세한 크기의 흄과 분진이 상기 커팅공간 안쪽으로 흡인되게 하고, 상기 레이저빔을 통한 상기 피대상물의 커팅이 완료되면, 상기 제1 흡인공을 통해 커팅시 작용하는 진공 흡인력 대비 1.3 ~ 5배의 진공 흡인력이 작용하도록 제어되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 커팅공간의 폭이 0.1~5㎜로 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 작업스테이지의 상면에 진공 흡착되어 위치 고정되는 피대상물이 커팅공간을 따라 레이저빔이 조사되면서 커팅 작업이 진행되고, 피대상물의 커팅 작업이 완료되면, 커팅공간 쪽에서 짧고 강한 진공 흡인력이 작용하며, 이에 의해 피대상물의 커팅된 부분이 진공 흡인력에 의해 서로 떨어지게 되면서 구조적으로 완전히 분리된 상태가 되고, 그 결과 레이저 커팅후 별도로 피대상물을 분리하는 작업이 요구되지 않으므로 커팅 작업이 빠르고 간편한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지의 예를 보인 사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 하부스테이지의 예를 보인 사시도.
도 4는 도 2의 A-A선 단면도.
도 5는 도 2의 B-B선 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지를 통해 피대상물이 커팅되는 예를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지를 통해 피대상물이 레이저 커팅된 다음, 진공 흡인력에 의해 절단되는 예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 레이저빔을 통해 피대상물을 커팅한 다음, 작업자 또는 후속 공정을 통해 커팅된 피대상물을 따로 분리시키지 않고도 커팅된 피대상물이 구조적으로 분리될 수 있는 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지를 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 작업스테이지 및 레이저빔 발생기를 포함한다.

작업스테이지는 커팅시 피대상물이 움직이지 않도록 진공 흡착하여 위치 고정시키는 구성이다.

이러한 작업스테이지는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 소정 크기를 가지는 사각 판 모양으로 형성되면서 상면이 개방된 소정 깊이의 설치홈(11)이 형성되는 하부스테이지(10)와, 상기 설치홈(11)에 안착되는 소정 크기의 상부스테이지(20)를 포함하고, 상기 설치홈(11)의 내부 측면과 설치홈(11)의 측면 사이에 소정 간격의 커팅공간(G)이 형성된다.

이때 하부스테이지(10)와 상부스테이지(20)의 상면 높이는 동일하게 형성되고, 이를 통해 하부스테이지(10)와 상부스테이지(20)에 걸쳐 피대상물(1)이 수평으로 안착되게 된다.

또한, 하부스테이지(10)에는 설치홈(11)의 외측 둘레를 따라 소정 깊이의 그립홈(12)이 형성되고, 상기 그립홈(12)을 통해 작용하는 진공 흡인력에 의해 작업스테이지의 상면에 안착된 피대상물(1)의 둘레 부분이 진공 흡착되어 위치 고정되게 된다.

이때 하부스테이지(10)의 일측면에는 도 4에 도시된 바와 같이 커팅공간(G) 쪽으로 연통되는 소정 지름의 제1 흡인공(13)이 형성되고, 상기 제1 흡인공(13)에는 진공발생장치(도시하지 않음)와 연결되는 유로의 일단이 연결되어 상기 커팅공간(G) 쪽으로 진공 흡인력이 선택적으로 발생하도록 구성된다.

또한, 하부스테이지(10)의 제1 흡인공(13)이 형성되지 않은 타측면(또는 제1 흡인공(13)이 형성된 측면과 동일한 측면)에는 도 5에 도시된 바와 같이 그립홈(12)과 연통되는 소정 지름의 제2 흡인공(14)이 형성되고, 상기 제2 흡인공(14)에 진공발생장치와 연결되는 유로의 일단이 연결되어 그립홈(12) 쪽으로 진공 흡인력이 선택적으로 발생하도록 구성된다.

이때 제2 흡인공(14)은 그립홈(12)의 측면을 관통하여 연통되도록 구성되거나 또는 그립홈(12)의 저면에 소정 지름의 연통공(14A)이 더 형성되어 제2 흡인공(14)과 연통되도록 구성될 수 있다.

이에 더해 하부스테이지(10)에는 설치홈(11)의 저면을 관통하는 복수 개의 관통공(도면부호 없음)이 형성되고, 상기 관통공을 통해 볼트(B) 등의 체결부재가 조립되어 상부스테이지(20)가 하부스테이지(10)의 설치홈(11)에 안착된 다음 복수 개의 볼트(B)를 통해 강건하게 고정되도록 구성될 수 있다.

한편, 커팅공간(G)의 폭은 0.1~5㎜로 형성되는데, 이는 커팅공간(G)의 폭이 0.1㎜미만으로 좁게 형성되면 레이저빔을 통한 커팅 작업시 커팅공간(G)을 벗어날 수 있으므로 바람직하지 못하고, 또한 커팅된 피대상물의 단부가 커팅공간(G)에서 작용하는 고압의 진공 흡인력에도 쉽게 하향 변형되지 못하여 커팅된 피대상물을 분리시키는 기능이 제대로 발현되지 못하게 되므로 바람직하지 못하다.

그리고 커팅공간(G)의 폭이 5㎜를 초과하여 형성되면 커팅된 피대상물을 분리시키기 위해 순간적으로 작용하는 고압의 진공 흡인력에 의해 피대상물의 단부가 과도하게 하향 변형되면서 피대상물에 균열이 생기거나 깨지는 등의 파손이 발생할 수 있으므로 바람직하지 못하다.

한편, 피대상물(1)이 레이저빔을 통해 커팅되고 난 다음, 제1 흡인공(13)을 통해 커팅공간(G) 쪽으로 고압의 진공 흡인력이 순간적으로 작용하도록 제어되어 커팅된 라인을 기준으로 피대상물(1)의 단부가 커팅공간(G) 쪽으로 소정 폭 하향 인입되도록 하고, 이를 통해 피대상물(1)이 구조적으로 완전히 분리되도록 하는데, 이때 고압의 진공 흡인력은 커팅시 커팅공간(G) 쪽으로 흄과 분진 등을 흡인하는 진공 흡인력에 비해 상대적으로 1.3 ~ 5배 높은 압력으로 작용하도록 진공발생장치의 동작이 제어된다.

이때 고압의 진공 흡인력이 연속하여 작용하게 되면 피대상물(1)의 단부가 진공 흡인력에 의해 커팅공간(G) 쪽으로 하향 변형된 다음, 자체 탄성에 의해 형상 복원되는 것을 반복하게 되면서 빠르게 흔들리게 되고, 결과적으로 피대상물(1)에 과도한 흔들림이 빠르게 발생하게 되면서 균열이 발생하거나 깨지는 등의 파손이 발생하게 되고, 따라서 본 발명은 피대상물(1)의 커팅이 완료되고 나면 0.5~1초 이내의 짧은 시간 동안 고압의 진공 흡인력이 순간적으로 작용하도록 제어하여, 피대상물(1)의 파손이 방지되도록 함과 동시에 커팅된 부분을 구조적으로 분리시키게 된다.

레이저빔 발생기는 작업스테이지의 상부에 소정 간격 이격되어 설치되면서 작업스테이지 위에 안착된 피대상물에 레이저빔을 조사하여 커팅하는 구성으로, 이를 위한 레이저빔 발생기에는 레이저빔 발생기에서 발생된 레이저빔의 방향과 초점 등을 조절하는 광학장치가 포함될 수 있고, 이러한 광학장치에는 빔 스플리터와 반사부재 등의 구성이 포함될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지를 통해 피대상물이 커팅되는 예에 대하여 설명한다.

별도의 픽업장치를 통해 피대상물(1)이 픽업되어 작업스테이지 위에 안착되면, 제2 흡인공(14)을 통해 진공 흡인력이 작용하도록 제어되어 피대상물(1)의 위치가 고정된다.

그런 다음, 도 6에 도시된 바와 같이 레이저빔 발생기를 통해 레이저빔이 커팅공간(G) 쪽으로 조사되며, 이때 제1 흡인공(13)을 통해 진공 흡인력이 작용하여 레이저 커팅 과정에서 발생하는 흄과 분진 등이 커팅공간(G)을 통해 외부로 배출되게 된다.

이렇게 피대상물(1)이 레이저빔을 통해 커팅공간(G)을 따라 커팅되고 나면, 제1 흡인공(13)에 작용하는 진공 흡인력을 1.3 ~ 5배로 상승시킨 다음, 0.5~1초 이내의 짧은 시간 동안 고압의 진공 흡인력이 작용하도록 하여 도 7에 도시된 바와 같이 커팅된 피대상물(1)의 단부가 커팅공간(G) 쪽으로 소정 폭 하향 변형되어 인입되도록 한 다음, 형상 복원되도록 하고, 이를 통해 피대상물(1)의 커팅된 부분을 구조적으로 완전히 분리시키게 된다.

이렇게 피대상물(1)의 분리가 완료되고 나면, 별도의 픽업장치를 통해 피대상물(1)이 분리 픽업되어 적재되고, 이후 후속 공정 쪽으로 운반되어 디스플레이 제조가 진행되게 된다.

이상 설명한 바와 같이 작업스테이지의 상면에 진공 흡착되어 위치 고정되는 피대상물이 커팅공간을 따라 레이저빔이 조사되면서 커팅 작업이 진행되고, 피대상물의 커팅 작업이 완료되면, 커팅공간 쪽에서 짧고 강한 진공 흡인력이 작용하며, 이에 의해 피대상물의 커팅된 부분이 진공 흡인력에 의해 서로 떨어지게 되면서 구조적으로 완전히 분리된 상태가 되고, 그 결과 레이저 커팅후 별도로 피대상물을 분리하는 작업이 요구되지 않게 된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

1: 피대상물 10: 하부스테이지
11: 설치홈 12: 그립홈
13: 제1 흡인공 14: 제2 흡인공
14A: 연통공 20: 상부스테이지
B: 볼트 G: 커팅공간

Claims (5)

1. 하부스테이지(10)와 상부스테이지(20)로 이루어지는 작업스테이지; 및
   상기 작업스테이지의 상면에 안착된 피대상물(1)을 레이저로 커팅하는 레이저빔 발생기;
   를 포함하는 레이저 커팅장치에 있어서,
   상기 작업스테이지 상면에 진공 흡착되어 고정되는 상기 피대상물(1)이 레이저빔을 통해 커팅된 다음, 상기 피대상물(1)을 고정하는 진공 흡착력에 비해 상대적으로 높은 압력의 진공 흡인력을 레이저빔으로 커팅된 부분을 따라 순간적으로 인가하여 커팅된 상기 피대상물(1) 부분이 분리되도록 제어되되,
   상기 하부스테이지(10)는,
   상기 상부스테이지(20)가 삽입 안착되는 소정 깊이의 설치홈(11); 및
   상기 설치홈(11)의 둘레를 따라 소정 간격 이격되어 소정 깊이를 가지는 그립홈(12);
   이 형성되며,
   상기 상부스테이지(20)는,
   상기 설치홈(11)에 삽입 고정되어 상기 설치홈(11)의 내부 측면과 상기 상부스테이지(20)의 측면 둘레 사이에 소정 폭 이격되어 커팅공간(G)이 형성되고,
   상기 레이저빔 발생기는,
   상기 커팅공간(G)을 따라 레이저빔이 조사되어 상기 피대상물(1)을 커팅하도록 구성되며,
   상기 하부스테이지(10)의 일측면에는,
   상기 설치홈(11)과 연통되어 진공 흡인력이 상기 커팅공간(G) 쪽으로 작용하도록 하는 소정 지름의 제1 흡인공(13)이 형성되고,
   상기 하부스테이지(10)의 타측면에는,
   상기 그립홈(12)과 연통되어 진공 흡인력이 상기 피대상물(1)의 둘레 부분에 작용하도록 하는 소정 지름의 제2 흡인공(14)이 형성되며,
   상기 레이저빔을 통해 상기 피대상물(1)이 커팅되는 동안에는,
   상기 제1 흡인공(13)을 통해 진공 흡인력이 작용하여 미세한 크기의 흄과 분진이 상기 커팅공간(G) 안쪽으로 흡인되게 하고,
   상기 레이저빔을 통한 상기 피대상물(1)의 커팅이 완료되면,
   상기 제1 흡인공(13)을 통해 커팅시 작용하는 진공 흡인력 대비 1.3 ~ 5배의 진공 흡인력이 작용하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 커팅공간(G)의 폭은,
   0.1 ~ 5㎜로 형성되는 것을 특징으로 하는 초박형 글라스 레이저 커팅용 브레이킹 스테이지.

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