KR102347680B1 - 가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 피가공물이 안치되는 스테이지가 설치된 가공영역에서 개방된 전면(前面)을 제외한 양측면과 후면의 전체 벽면에 집진블록 설치하여 레이저 가공시 발생하여 가공영역의 공간에 체류하고 있는 분진, 흄(fume), 미스트, 연기 등을 효과적이고 신속하게 석션하여 배출시킴으로써 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는, 가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치{Laser processing machine equipped with a particle collection system generated during processing}

본 발명은 레이저 가공장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 피가공물을 가공하는 가공영역에 개방된 전면(前面)을 제외한 전체 측면에 집진블록을 설치하여 레이저 가공시 발생하는 분진, 흄(fume), 미스트, 연기 등을 효과적이고 신속하게 집진하여 배출시킬 수 있는, 가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치에 관한 것이다.

레이저 가공장치는 피가공물에 레이저 빔을 조사하여 피가공물을 컷팅하거나 표면에 일정 형상 또는 패턴 등을 초정밀 가공하는 장치인데, 반도체 및 2차 전지산업 등 많은 첨단산업 분야에서 기판이나 필름 등의 절단, 스크라이빙, 패터닝 등 초정밀 가공의 정도(精度)에 따라 제품의 품질과 성능을 좌우하게 되는 공정에서 레이저 가공이 많이 사용되고 있다. 레이저가공 공정 중에는 분진, 파티클, 흄(fume), 미스트, 냄새 등이 발생할 수밖에 없고, 이와 같이 공정 중에 발생하는 분진 등을 효과적으로 신속하게 제거해 주지 않으면 피가공물 표면에 쌓이게 되어 정밀도에 영향을 주면서 피가공물의 품질과 성능을 저하시키게 되므로 레이저 가공장치에는 이들을 제거하기 위한 집진장치가 필수적으로 구비되어야 한다.

예를 들면, 특허등록 제1141932호 "다층 기판을 가공하는 레이저 가공장치"에서는 레이저 가공시 다층 기판으로부터 발생되는 분진을 집진하기 위하여 레이저 가공부의 반대편에 집진부를 설치하고 집진부를 소정 각도만큼 회전시키는 회전장치를 설치하여 집진효율을 극대화시키기 위한 기술을 게시하고 있다.

특허등록 제2226130호 "레이저 가공용 분진 제거장치"에서는 스테이지의 상부에 흡입블록을 설치하고, 기판에 에어를 분사하여 레이저 가공시 발생되는 분진 등에 대해 높은 동적 진공도와 에어 흐름이 형성되어 레이저 가공시 발생하는 분진에 대한 효율적인 석션(suction)이 이루어지도록 한 기술을 게시하고 있다.

특허등록 제1650206호 "레이저 가공장치"에서는 스테이지의 상부에 집진기를 설치하고, 집진기에 구비된 집진실에 외기를 공급하여 레이저 가공시 발생한 분진이 집진실의 하부를 통해 석션된 분진과 함께 외부로 배출되도록 하여 집진실에 석션된 분진을 효과적으로 배출되게 한다는 기술을 게시하고 있다.

하지만, 상기 특허 기술을 비롯한 대부분의 레이저 가공장치는 레이저 빔이 조사되는 피가공물의 상부 또는 레이저 가공이 이루어지고 있는 부분에서만 석션이 이루어지기 때문에 특히 피가공물의 크기가 커서 레이저 빔이 조사되는 부분에서 멀리 떨어져 있는 부분에서는 분진에 대한 석션이 효율적이고 신속하게 이루어질 수 없으므로 분진이 레이저 가공장치의 내부에서 맴돌다가 피가공물의 표면에 가라앉아 피가공물을 손상시키거나 불량을 유발하게 되고, 레이저 가공장치의 부품에도 부착되어 레이저 가공장치의 성능 저하와 부품의 수명을 단축시키게 되는 등 많은 문제를 야기하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 피가공물이 안치되는 스테이지가 설치된 가공영역에 개방된 전면(前面)을 제외한 양측면과 후면의 전체 벽면에 집진블록 설치하여 레이저 가공시 발생하여 가공영역의 공간에 체류하고 있는 분진, 흄(fume), 미스트, 연기 등을 효과적이고 신속하게 석션하여 배출시킴으로써 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는, 가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치는, 판상(板狀)의 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트와 일정 간격 이격되어 베이스 플레이트의 상부에 설치된 판상의 상부플레이트; 상기 베이스 플레이트와 상부플레이트 사이에 설치되어 피가공물의 레이저가공이 이루어지게 되는 레이저가공부; 상기 상부플레이트 상에 설치되어 레이저를 발생시키는 레이저 발생기; 상기 레이저 발생기에서 발생한 레이저를 레이저가공부에 안치된 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 스캐너를 포함하여 구성되고, 상기 레이저가공부는, 레이저가공이 이루어지게 되는 가공영역의 내부에 설치된 스테이지; 상기 스테이지 상부에 설치되어, 피가공물을 고정시켜 주게 되는 척(chuck); 내부에 분진수집부 공간이 구비되고, 가공영역을 향한 면에 다수의 석션홀(suction hole)이 형성되어, 상기 가공영역의 양측면과 후면에 걸쳐 설치된 집진블록; 상기 집진블록의 분진수집부에 연결되어, 석션홀을 통해 분진수집부로 수집된 분진을 배출시키게 되는 진공석션파이프를 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 집진블록은 판상(板狀)의 부재가 가공영역의 양측면과 후면에 걸쳐 'ㄷ'자 형상으로 설치되게 되고, 석션홀이 형성된 판상의 부재에서 후방으로 일정 간격 이격되어 판상의 부재가 더 설치되어 두 판상의 부재 사이에 분진수집부 공간이 형성되게 된다.

바람직하게는, 피가공물의 두께에 따라 레이저 스캐너 또는 스테이지는 상하방향으로 일정 거리를 이동시킬 수 있도록 구성된다.

바람직하게는, 상부플레이트에는 송풍구가 더 구비되어 있어서, 피가공물을 가공하게 되는 가공영역의 상부에서 에어를 송풍(送風)해 줄 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치는, 피가공물이 안치되는 스테이지가 설치되어 있고 레이저가공이 이루어지게 되는 가공영역에서 개방된 전면(前面)을 제외한 측면과 후면의 전체 벽면에 다수의 석션홀(suction hole)이 형성된 집진블록을 설치하여 레이저 빔이 조사되고 있는 부분에서 이격된 부분에서도 레이저가공 하면서 발생하는 미세입자 등으로 인한 분진이나 파티클(particle), 흄(fume), 미스트(mist), 냄새, 연기 등을 가공역역의 내부공간에서 효과적이고 신속하게 석션하여 배출시킴으로써 가공 정밀도를 향상시켜 피가공물의 품질과 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

또, 레이저 가공장치에 블로워(blower)를 설치하여 피가공물의 가공이 이루어지는 가공영역 상부에서 피가공물을 향해 에어를 송풍(送風)해 줌으로써 가공영역의 내부공간에 체류하는 분진을 강제적으로 비산(飛散)시켜 분진이 피가공물 표면에 쌓이지 않도록 하면서 가공영역 측면과 후면의 전체 벽면에 설치된 집진블록에 형성되어 있는 다수의 석션홀을 통해서 분진을 더욱 효과적이고 신속하게 석션하여 진공 석션파이프를 통해 외부에 설치된 집진기로 배출시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 사시도이다.
도 2는 레이저 가공장치의 정면도이다.
도 3은 레이저가공부와 레이저 스캐너를 도시한 도면이다.
도 4는 레이저가공부와 집진블록을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치의 기술적 특징은, 피가공물이 안치되는 스테이지가 설치된 가공영역에서 개방된 전면(前面)을 제외한 측벽 전체에 집진블록을 설치하여 레이저 가공시 발생하여 가공영역의 내부공간에 체류하고 있는 분진을 효과적이고 신속하게 석션하여 배출시킬 수 있도록 했다는 점이다.

본 발명의 명세서에서 '분진'이란 레이저 가공시 발생하게 되는 미세입자 등으로 인한 분진이나 파티클(particle), 흄(fume), 미스트(mist), 냄새, 연기 등을 모두 포함하는 의미로 사용한다는 점을 미리 밝혀둔다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치는 베이스 플레이트(21)와, 상부플레이트(22)와, 베이스 플레이트(21)와 상부플레이트(22) 사이에 위치하게 되는 레이저가공부(20)와, 레이저를 발생시키는 레이저 발생기(10)와, 레이저 빔을 조사하는 레이저 스캐너(1)를 기본적인 구성으로 포함하게 되며, 집진기는 외부에 별도의 구성으로 구비하게 된다.

베이스 플레이트(21)는 판상(板狀)의 플레이트로 형성되어 그 상부에 레이저가공부(20) 등이 설치되게 되며, 상부플레이트(22)는 베이스 플레이트(21)와 일정 간격 이격되어 베이스 플레이트(21)의 상부에 설치된 판상의 플레이트이며, 상부플레이트(22) 상에 레이저를 발생시키는 레이저 발생기(10)와 레이저 빔을 조사하는 레이저 스캐너(1) 등이 설치된다. 미설명부호 12는 레이저 발생기(10)를 비롯한 장치를 제어하는 컨트롤러이다.

레이저 스캐너(1)에는 대물렌즈와 스캐너 등이 구비되어, 레이저 발생기(10)에서 발생한 레이저를 레이저가공부(20)에 안치된 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 구성인데, 대물렌즈만 구비된 경우에는 레이저 빔(111)이 직선 형태로만 조사되지만, 필터가 구비된 스캐너를 설치할 경우에는 스캐너에 도면만 로딩시켜 주면 사각형 형상은 물론 원하는 형상의 영역에 동시에 레이저 빔(111)을 조사하게 된다. 이와 같은 레이저 스캐너는 본 발명만의 특징적인 구성이 아니고 다양한 분야에서 사용되고 있기 때문에 구체적인 설명은 생략한다.

피가공물의 두께에 따라 조사되는 레이저 빔의 초점을 맞춰 주어야 하므로 레이저 스캐너(11)에 구동부를 장착하여 레이저 스캐너(11)가 상하방향으로 일정 거리를 이동할 수 있도록 구성되어야 한다. 또는, 레이저 스캐너(11) 대신 스테이지(24)를 상하방향으로 일정 거리를 이동시킬 수도 있다.

레이저가공부(20)는 피가공물에 대한 레이저가공을 진행하게 되는 부분인데, 베이스 플레이트(21)와 상부플레이트(22) 사이에 설치되며, 레이저가공부(20)는 피가공물을 안치시킬 스테이지(24)와 척(25), 가공역역(26) 내의 분진을 석션하기 위한 집진블록(23), 분진수집부(232)에 집진된 분진을 집진기 쪽으로 배출시키기 위한 진공석션파이프(27)를 기본적인 구성으로 구비하게 된다.

스테이지(24)는 레이저가공이 이루어지게 되는 가공영역(26)의 내부 바닥면에 설치되어 피가공물을 지지해 주기 위한 일종의 받침대이고, 척(chuck)(25)은 스테이지(24) 상부에 설치되어 진공 흡착방식에 의해 피가공물을 고정시켜 주게 되는 구성이다.

레이저가공부(20)는 전면(前面)이 개방되어 있고, 양측면과 후면에 걸쳐서 'ㄷ'자 형상으로 집진블록(23)이 설치되어 'ㄷ'자 형상으로 둘러싸여 내측에 형성된 내부공간이 가공영역(26)을 형성하게 된다. 집진블록(23)은 판상(板狀)의 부재가 전면(前面)을 제외한 3면을 에워싸서 가공영역(26)을 형성하게 되고, 가공영역(26)을 향한 면에 설치된 판상의 부재에는 다수의 석션홀(231)이 균등 분포를 이루도록 형성되어 있고, 석션홀(231)이 형성된 판상의 부재에서 후방으로 일정 간격 이격되어 판상의 부재가 더 설치되어 두 판상의 부재 사이에 형성된 공간이 분진수집부(232)를 이루게 되며, 분진수집부(232)는 하나의 공간으로 형성되는 것이 바람직하다(도 4 참조).

석션홀(suction hole)(231)은 양측면과 후면에 설치된 판상의 부재마다 균등 분포를 이루도록 하여 바(bar) 형상으로 형성하여 바 형상을 상하방향으로 배치할 수도 있고 측면방향으로 세워서 배치할 수도 있으며, 원형이나 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 레이저가공 중에 발생하여 가공영역(26)의 공간에 체류하는 분진이 석션홀(231)을 통해 진공 흡입되어 분진수집부(232)로 모이게 되는데, 본 발명은 피가공물을 가운데 두고 석션홀(231)이 형성된 집진블록(23)이 피가공물을 둘러싸고 있으므로 레이저 빔(111)이 조사되고 있는 부분으로부터 이격된 부분에서도 레이저가공 하면서 발생하는 분진을 가공역역(26)의 내부공간에서 효과적이고 신속하게 석션하여 배출시킴으로써 가공 정밀도를 향상시켜 피가공물의 품질과 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

진공석션파이프(27)는 집진블록의 분진수집부(232)와 연결되어, 석션홀(231)을 통해 분진수집부(232)로 수집된 분진을 진공 흡입하여 집진기(미도시) 쪽으로 배출시키기 위한 구성인데, 진공석션파이프(27)는 복수개를 설치할 수도 있다.

가공영역(26)에 체류하고 있는 분진을 더욱 신속하고 효율적으로 석션하면서 피가공물에 분진이 쌓이지 않도록 하기 위하여 가공영역(26)의 내부공간에 에어를 강제로 송풍(送風)해 주는 블로워(blower)(미도시)를 더 설치할 수도 있다. 이때는 상부플레이트(22)에 송풍구(221)를 더 형성하여 블로워에서 나온 바람을 피가공물이 가공되고 있는 가공영역(26)의 내부공간에 송풍해 주게 되며, 송풍구(221)는 가공영역(26)의 내부공간에서 어느 일측으로 치우치지 않아야 하므로 레이저 스캐너(11)에서 레이저 빔을 조사하는 스캐너를 중심에 두고 그 주위에 형성해 주는 것이 바람직하다(도 1, 3 참조).

가공영역(26) 상부에서 피가공물을 향해 에어를 송풍해 줌으로써 가공영역(26)의 내부공간에 체류하는 분진을 강제적으로 비산(飛散)시켜 분진이 피가공물 표면에 쌓이지 않도록 하면서 피가공물 주위에 설치된 집진블록(23)에 형성되어 있는 다수의 석션홀(231)을 통해 분진을 더욱 효과적이고 신속하게 석션할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 레이저 발생기 11 : 레이저 스캐너
111 : 레이저 빔 12 : 컨트롤러
20 : 레이저가공부 21 : 베이스 플레이트
22 : 상부플레이트 221 : 송풍구
23 : 집진블록 231 : 석션홀(suction hole)
232 : 분진수집부 24 : 스테이지
25 : 척(chuck) 26 : 가공영역
27 : 진공석션파이프

Claims (5)

1. 판상(板狀)의 베이스 플레이트;
   상기 베이스 플레이트와 일정 간격 이격되어 베이스 플레이트의 상부에 설치된 판상의 상부플레이트;
   상기 베이스 플레이트와 상부플레이트 사이에 설치되어 피가공물의 레이저가공이 이루어지게 되는 레이저가공부;
   상기 상부플레이트 상에 설치되어 레이저를 발생시키는 레이저 발생기;
   상기 레이저 발생기에서 발생한 레이저를 레이저가공부에 안치된 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 스캐너;
   를 포함하여 구성되고, 상기 레이저가공부는,
   레이저가공이 이루어지게 되는 가공영역의 내부에 설치된 스테이지;
   상기 스테이지 상부에 설치되어, 피가공물을 고정시켜 주게 되는 척(chuck);
   내부에 분진수집부 공간이 구비되고, 가공영역으로 향한 면에 다수의 석션홀(suction hole)이 형성되어, 상기 가공영역의 양측면과 후면에 걸쳐서 설치된 집진블록;
   상기 집진블록의 분진수집부에 연결되어, 석션홀을 통해 분진수집부로 수집된 분진을 배출시키게 되는 진공석션파이프;
   를 구비하여 구성되고,
   상기 집진블록은 판상(板狀)의 부재가 가공영역의 양측면과 후면에 걸쳐 'ㄷ'자 형상으로 설치되게 되고, 석션홀이 형성된 판상의 부재에서 후방으로 일정 간격 이격되어 판상의 부재가 더 설치되어 두 판상의 부재 사이에 분진수집부 공간이 형성되게 되는 것을 특징으로 하는 가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 스캐너는 상하방향으로 일정 거리를 이동시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 스테이지는 상하방향으로 일정 거리를 이동시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 상부플레이트에는 송풍구가 더 구비되어 있어서, 피가공물을 가공하게 되는 가공영역에 에어를 송풍(送風)해 줄 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 가공시 발생하는 분진 집진 시스템을 구비한 레이저 가공장치.

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