KR20000054977A - 유리의 절단장치 - Google Patents

Abstract

베이스 부재와, 상기 베이스 부재에 설치되며 제1구동수단에 의해 소정의 각도로 정역회전 가능한 테이블과, 상기 베이스부재에 설치되는 적어도 하나의 지주에 의해 지지되는 아암과, 상기 아암에 제2구동수단에 의해 슬라이딩 가능하게 설치되는 슬라이더와, 상기 제2구동수단에 의해 승강가능하게 상기 슬라이더에 설치되는 승강부재와, 상기 승강부재에 설치되는 광학계와, 상기 아암의 일측에 설치되어 상기 광학계에 레이저빔을 조사하는 레이저 발생부와, 상기 테이블상에 설치되어 레이저빔에 의해 가열된 절단부를 냉각시키는 냉각수단을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

유리의 절단장치{Apparatus for cutting a glass}

본 발명은 비금속 재료의 절단장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 비금속재료인 유리를 절단하기 위한 절단장치에 관한 것이다.

화상표시장치의 기판은 비금속 물질인 유리 또는 세라믹 등이 이용된다. 이러한 기판으로 사용되는 유리는 다이아몬드 소오(saw)나 열충격을 가하여 절단하는 방법이 이용되어 왔다.

상기 열충격에 의해 절단하는 방법이 미국특허인 US5,609,284호에 개시되어있다. 이 방법은 절단부위를 가열하고 절단부위를 냉각시킴으로써 마이크로 크랙을 발생시켜 절단하는 것이다.

그러나 상술한 바와 같이 열충격을 이용하여 유리를 절단하는 방법은 열전도율이 좋지 않은 유리의 특성을 이용하는 것이다. 즉, 유리의 절단되는 부위를 짧은 시간 내에 가열하고 가열된 부위를 급냉시킴으로써 이들 부위의 열팽창량 차이에 의해 마이크로 크랙을 형성하여 절단하는 방법이다.

상술한 바와 같은 방법을 실시하기 위한 장치는 유리의 절단부위를 순간적으로 가열하기 위한 레이저 발생부와, 가열된 부위를 급랭시키기 위해 냉각된 물과 공기를 혼합하여 분사하는 냉각부를 구비한다. 이러한 장치는 단순히 레이저 발생부로부터 발생된 레이저빔을 가열하고, 냉각수를 물과 공기를 사용하게 되므로 절단부위에 물의 잔류량이 남게 되어 얼룩이 형성된다. 따라서 물의 잔류량을 제가하는 별도의 공정이 필요하다. 그리고 레이저 발생부로부터 발생되는 전자빔의 스폿은 단순한 형상(원형)을 이루고 있으므로 절단부위를 충분히 가열하여 냉각시 열충격의 극대화가 용이하지 않다. 이러한 장치는 대량생산에 적용이 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유리 절단 속도를 높일 수 있어 대량생산에 적용이 가능하며, 절단부위의 냉각에 따른 냉각수의 오염을 근본적으로 해결할 수 있는 유리의 절단장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 절단부위를 가열하는 레이저 빔의 형상을 한정하여 가열 및 냉각에 따른 열응력을 극대화 할 수 있는 유리기판의 절단장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 비금속 재료의 절단장치를 도시한 사시도,

도 2는 테이블을 도시한 측면도,

도 3은 광학계와 제1구동부를 발췌하여 도시한 사시도,

도 4a 도 4b는 광학계를 도시한 단면도,

도 5는 냉각부를 개략적으로 도시한 도면.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 유리의 절단장치는 베이스 부재와, 상기 베이스 부재에 설치되며 제1구동수단에 의해 소정의 각도로 정역회전 가능한 테이블과, 상기 베이스부재에 설치되는 적어도 하나의 지주에 의해 지지되는 아암과, 상기 아암에 제2구동수단에 의해 슬라이딩 가능하게 설치되는 슬라이더와, 상기 제2구동수단에 의해 승강가능하게 상기 슬라이더에 설치되는 승강부재와, 상기 승강부재에 설치되는 광학계와, 상기 아암의 일측에 설치되어 상기 광학계에 레이저빔을 조사하는 레이저 발생부와, 상기 테이블상에 설치되어 레이저빔에 의해 가열된 절단부를 냉각시키는 냉각수단을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 테이블과 베이스 부재의 사이 또는 지주와 베이스부재의 사이에는 슬라이더의 이동방향과 직교하는 방향으로 테이블 또는 아암을 이송시키는 왕복이송수단이 설치된다.

상기 냉각수단은 상기 승강부재에 단부에 설치되는 노즐과, 상기 노즐에 냉각을 위한 가스를 공급하는 가스 공급수단을 구비한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 발명에 따른 유리 절단장치의 일 실시예를 나타내 보였다.

도시된 바와 같이 유리 절단장치(10)는 베이스 부재(11)와, 상기 베이스 부재(11)에 설치되며 제1구동부(21)에 의해 소정의 각도로 정역회전 가능한 테이블(20)을 구비한다. 상기 베이스부재(11)에는 적어도 하나의 지주(12)에 의해 지지되어 베이스 부재(11)의 아암(13)이 설치된다. 그리고 상기 아암에는 제2구동부(31)에 의해 슬라이딩 가능하게 설치되는 제1슬라이더(30)가 설치된다. 상기 슬라이더(30)에는 제3구동부(41)에 의해 승강가능하게 상기 슬라이더에 설치되는 승강부재(40)가 구비되고, 이 승강부재(40)에는 광학계(50)가 설치되고, 상기 아암(13)의 일측에는 상기 광학계(50)에 레이저빔을 조사하는 레이저 발생부(60)가 구비된다. 또한 상기 테이블의 상부에는 레이저빔에 의해 가열된 절단부를 냉각시키는 냉각부(70)가 더 구비된다.

상기와 같이 구성된 유리 절단장치를 구성요소별 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 제1구동부(21)는 베이스 부재(11)의 상부에 설치되는 테이블(20)을 소정의 각도로 정역회전시키는 것으로, 테이블(20)을 지지하는 지지부재(22)를 구비하는데, 이 테이블(20)과 지지부재(22)에는 트러스트 베어링(21a)이 설치된다. 그리고 상기 테이블(20)의 하면에는 외륜(21b)이 설치되고 이 외륜(21b)은 구동모우터(21c)의 회전축에 설치된 구동기어(21d)와 치합된다. 상기 테이블(20)의 회전중심은 구동모우터의 회전축과 직접 연결될 수도 있다. 여기에서 상기 모우터는 회전각도를 제어할 수 있는 서어보 모우터가 이용된다. 그리고 상기 테이블(20)에는 절단하고자하는 유리기판(100)을 고정하기 위한 고정부가 더 구비되는데, 이 고정부는 상기 테이블의 상면에 다수의 흡입공(20a)이 형성되고, 이 흡입공(20a)에는 진공펌프(미도시)에 의해 진공압이 가하여진다. 그리고 상기 테이블의 상면은 유리판의 절단부에 인장력을 가하기 위하여 소정의 곡율을 가지는 볼록면으로 형성함이 바람직하며, 또한 상기 테이블(20)에는 공기의 토출공을 형성하여 흡입공에 의해 흡착된 유리기판의 절단부를 부상시켜 유리기판(100)이 절단부에 인장력을 가함이 바람직하다.

상기와 같이 테이블(20)을 지지하는 지지부재(22)는 베이스부재(11)에 설치된 왕복이송수단(25)에 의해 베이스부재(11)에 아암과 직교하는 방향 즉, X축 방향으로 왕복 이송된다. 왕복이송수단(25)은 베이스부재(11)의 상면에 설치되는 가이드 레일(25a)과, 상기 가이드 레일(25a)을 따라 슬라이딩되면 지지부재(22)가 지지된 제2슬라이더(25b)와, 상기 베이스 부재(11)에 양단부가 지지되면 상기 제2슬라이더(25b)와 나사 결합되는 볼스크류(25c)와, 상기 베이스부재에 지지되며 상기 볼스크류(25c)를 정역회전시키는 구동모우터(25d)를 포함한다. 상기 왕복이송수단(25)은 테이블(20)의 하부에 설치되어 테이블(20)를 X축 방향으로 이송시키는 것을 일 실시예로 들어 설명하였으나 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 상기 베이스부재(11)와 지주(12)의 기부 사이에 설치될 수도 있다. 그리고 상기 왕복이송수단 볼스크류 뿐만 아니라 제2슬라이더를 왕복 이송시킬 있는 유압실린더, 리이어 모우터 등이 이용될 수 있다.

상기 아암(13)에 설치되어 제1슬라이더(30)를 아암(13)을 따라 왕복 이송시키는 제2구동부(31)는 아암(13)의 일측면에 단면 더브테일 형상의 가이드 레일(31a)이 형성되고 이 가이드 레일(31a)에 상기 제1슬라이더(30)가 결합되어 슬라이딩된다. 그리고 상기 아암에는 구동모우터(31c)에 의해 정역회전되는 볼스크류(31b)가 설치되는데, 이 볼스크류(31b)는 상기 슬라이더(30)의 일측과 나사 결합된다. 상기 제2슬라이더(30)를 왕복 이송시키는 기구로서 볼스크류를 일예로 들어 설명하였으나 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 유압실린더 또는 리니어 모우터가 이용될 수 있다.

그리고 상기 제2슬라이더(30)에는 광학계(50)가 설치되는 승강부재(40)가 제3구동부에 의해 승강된다. 상기 제3구동부는 레이저 발생부로부터 광학계로 조사되는 광축의 조정 등을 위하여 구동된다. 상기 제3구동부에 의한 승강은 레이저 발생부로부터 광학계로 조사되는 광축의 조성시 이루어질 수 있다. 이러한 상기 제3구동부는 제2구동부와 동일한 구조를 가지는 것으로, 가이드 레일과 볼스크류가 수직으로 설치된 것이므로 상세한 구성설명은 생략하기로 한다. 여기에서 상기 제3승강부는 승강부재를 승강시키는 것을 일예로 들어 설명하였으나 베이스 부재에 대해 아암을 승강시킬 수 도 있다. 이 경우 지주에 대해 아암은 승강가능한 구조를 가져야 함은 물론이다.

상기 승강부재(40)에는 광학계(50)가 설치되는데, 이 광학계(50)는 레이저빔의 궤적을 가변시키기 위한 빔스플리터(51)가 설치되는 하우징(52)과 상기 하우징과 결합되는 것으로, 도 3 및 도 4a, 도4b에 도시된 바와 같이 되며 포커싱 조정이 가능한 복수개의 렌즈유니트(54)가 설치되는 경통(53)들을 포함한다.

상기 경통에 설치되는 렌즈군(54)들은 적어도 한쌍의 렌즈로 이루어져 레이저빔의 직경을 가변시킴과 아울러 물점을 가변시키는 제1렌즈군(54a)과, 상기 제1렌즈군(54a)을 통과한 레이저빔을 평행한 레이저빔으로 만들기 위한 제2렌즈(54b)를 포함한다. 상기 제2렌즈(54b)는 플라이 아이 렌즈를 사용함이 바람직하다. 그리고 상기 제2렌즈(54b)를 통과하면서 평행화된 전자빔을 소정의 레이저 빔 초점을 갖도록 하는 제3렌즈(54c)를 포함한다. 상기 제3렌즈(54c)는 그 곡율반경이 Y축방향의 곡율반경이 X축 방향의 곡율반경보다 크게 하여 레이저빔을 절단방향으로 종장형화 시키는 것이 바람직하다. 여기에서 상기 제2,3렌즈(54b)(54c)는 한 개의 렌즈로 이루어져 있으나 음의 파워를 가진 렌즈와 양의 파워를 가진 렌즈를 조합하여 구성할 수 있다. 그리고 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 렌즈를 지지하는 경통을 분할하여 상호 슬라이딩 가능하게 결합하고 이 경통을 상대이동 시키는 구동부를 마련함으로써 함으로써 렌즈의 거리를 가변시킬 수 있다. 상기 구동부는 경통의 외주면 또는 승강부재에 수광소자와 발광소자를 설치하여 포커싱 상태를 자동 조절할 수 있다.

상기 아암(13)의 상부에는 레이저 발생부(60)가 설치되는데, 상기 레이저 발생부(60)는 고체 또는 기체를 이용하여 레이저를 발생할 수 있는 장치이면 어느 것이나 가능한데, CO₂레이저를 사용함이 바람직하다. 그리고 상기 아암(13)에 상기 레이저 발생부(60)로부터 발생된 레이저빔을 상기 광학계(50)의 빔스플리터(51)로 조사할 수 있도록 콜리메이터 렌즈(62)와 레이저빔의 경로를 변경시키는 레이저빔 경로 변경부(61)가 더 구비되는데, 이 레이저빔 경로 변경부(61)는 레이저빔을 반사시키는 미러로 이루어진다. 상기 레이저빔 경로의 조정은 제3구동부에 의해 주사상태가 조정될 수 있다.

그리고 상기 승강부재(40)의 단부에는 테이블에 장착되어 절단되는 유리에 초기 크랙을 형성하기 위한 크랙 형성부(80)가 더 구비된다. 상기 크랙형성부(80)는 승강부재(40)에 고정된 액튜에이터(81)와 이 액튜에이터(81)에 의해 승강되는 팁(82)을 구비한다. 초기 크랙을 형성하는 방법에 광학적인 방법도 이용될 수 있다. 즉, 다른 파장대의 레이저를 이용하여 크랙을 형성할 수도 있다.

상기 냉각부(70)는 레이저빔에 의해 절단부위가 가열된 유리기판(100)을 급랭시켜 마이크로 크랙을 형성하기 위한 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 승강부재(40)의 단부에 설치되는 노즐(71)과, 이 노즐(71)과 공급관(72)에 연결되며 냉각 매체인 N₂및 CO₂가스가 충전된 가스탱크(73)와, 상기 공급관(72)의 일측에 설치되어 공급관(72)을 따라 공급되는 냉각매체를 냉각시키기 위한 열교환부(74)와, 상기 열교환부(74)와 노즐(71)의 사이에 설치되어 냉각매체의 공급을 단속하는 밸브(75)를 포함한다. 상기 열교환부(74)는 공급관을 냉각시켜 이를 통과하는 냉각매체를 냉각시키는 것으로, 공급관(72)의 냉각의 펠티에(peltier)효과를 이용한 펠티에 소자를 사용함이 바람직하다. 상기 열교환부에서 공급관의 냉각은 상기 실시예에 의해 한정되지 않고 공급관을 냉각시킬 수 있는 구성이면 어느 것이나 가능하다.

상기와 같이 구성된 절단장치는 각 제1,2,3구동부와 밸브 등을 제어하기 위한 제어수단(미도시)을 구비하는데, 상기 제어수단은 아암의 하부에 설치되어 절단되는 유리의 위치의 정열을 위한 카메라(91)와 , 상기 입력된 정보에 따라 상기 각 구동부를 제어하는 데이터 프로세스를 더 구비한다.

그리고 도면에는 도시되어 있지 않으나 테이블의 전후 또는 측면에 유리기판을 간헐적으로 이송하여 공급하는 컨베이어가 설치될 수 있으며, 절단된 유리기판을 로딩 및 언로딩 시키기 위한 매니퓰레이터가 더 구비될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 유리 절단장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 유리 절단장치를 이용하여 유리기판(100)을 절단하기 위해서는 테이블(20)의 상면에 절단하고자 하는 유리판을 올려놓는다. 이 상태에서 진공펌프(미도시)를 작동시켜 테이블(20)의 흡입공(21)에 진공압이 가하여 지도록 함으로써 유리기판(100)을 흡착한다. 이때에 상기 테이블(20)은 볼록한 곡면으로 형성되어 있으므로 상기 유리기판(100)은 테이블(20)의 곡면을 따라 휘게되어 절단부위에 인장력이 가하여지게 된다.

상기와 유리기판(100)의 고정이 완료되면 위치 결정용 카메라(91)를 이용하여 유리기판(100)의 장착상태를 촬영한 후 이 영상신호에 근거하여 제2구동부(31)의 구동모우터(31c)를 작동시켜 제1슬라이더(30)를 이송시켜 상기 승강부재(40)에 지지된 광학계(50)가 절단부(110)의 상부에 위치되도록 한다. 그리고 절단부의 방향이 테이블(20)의 이송방향인 X축에 대해 어긋난 경우에는 제1구동부(21)의 스텝핑 모우터(21c)를 이용하여 테이블(20)을 어긋난 각도에 해당하는 각도로 회전시킨다.

상기와 같이 유리기판(100)의 정열이 완료되면 크랙 형성장치의 액튜에이터(81)를 하강시켜 이의 단부에 설치된 팁(82)에 의해 절단부위에 초기 크랙을 형성한다. 크랙의 형성이 완료되면 냉각부(70)의 열교환부(74)를 냉각시켜 공급관을 냉각시켜 공급되는 냉각매체인 N₂가스 또는 C0₂가스가 냉각되도록 한다.

그리고 상기 레이저 발생부(60)로부터 레이저빔을 발진시켜 이 레이저빔이 광학계(50)를 통하여 유리의 절단부(110)에 조사되도록 한다. 상기 절단부(110)에 조사되는 레이저빔은 높은 에너지를 가지고 있으므로 조사되는 빔에 의해 절단부가 가열된다. 여기에서 상기 광학계는 레이저빔의 초점을 조정하기 위하여 X, Y축 방향으로 곡율이 다른 제3렌즈를 구비하고 있으므로 절단부에 조사되는 레이저빔의 초점은 소정의 형상을 가진다.

상술한 바와 같이 절단부에 레이저빔이 조사되면, 상기 왕복이송수단(25)에 의해 제2슬라이더(25b)가 아암(13)과 직교방향으로 이동된다. 즉, 구동모우터에 의해 볼스크류를 회전시킴으로써 제2슬라이더(25b)를 절단부의 절단방향으로 이송시킨다. 이 과정에서 상기 냉각부(70)의 밸브(75)가 열려 냉각매체가 노즐(71)을 통하여 가열된 절단부(110)에 분사됨으로써 가열된 절단부를 급냉각시킨다. 상기 노즐(71)로부터 공급되는 N₂가스 또는 C0₂가스는 열교환부에 의해 냉각된 상태이므로 냉각효과를 배가 할 수 있다.

냉각부에 의한 절단부의 급냉각으로 절단부는 열충격이 가하여져 마이크로 크랙이 형성된다.

상기와 같이 열충격에 의해 형성된 마이크로 크랙은 테이블의 곡면으로 인하여 유리판의 절단부에 인장력이 가하여 진 상태이므로 마이크로 크랙이 성장하여 유리가 절단된다.

유리판의 절단이 완료되면 제2구동부를 이용하여 테이블(20)을 최초의 위치로 복귀시킨 후 테이블(20)의 흡입공에 가하여지는 진공압을 해지한다. 그리고 메니퓰레이터 등을 이용하여 절단된 유리를 언로딩 시킨다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 유리의 절단장치는 냉각매체를 가스를 이용하여 냉각시키게 되므로 냉각부위에 잔류물이 남는 것을 근본적으로 해결할 수 있으면, 가열된 절단부를 급랭시킬 수 있어 큰 열충격을 얻을 수 있다. 그리고 상기 유리 절단장치는 유리의 절단에 따른 속도를 높일 수 있어 대량생산 라인에 적용이 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 베이스 부재와, 상기 베이스 부재에 설치되며 제1구동수단에 의해 소정의 각도로 정역회전 가능한 테이블과, 상기 베이스부재에 설치되는 적어도 하나의 지주에 의해 지지되는 아암과, 상기 아암에 제2구동수단에 의해 슬라이딩 가능하게 설치되는 슬라이더와, 상기 제2구동수단에 의해 승강가능하게 상기 슬라이더에 설치되는 승강부재와, 상기 승강부재에 설치되는 광학계와, 상기 아암의 일측에 설치되어 상기 광학계에 레이저빔을 조사하는 레이저 발생부와, 상기 테이블상에 설치되어 레이저빔에 의해 가열된 절단부를 냉각시키는 냉각수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 유리의 절단장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 테이블과 베이스 부재의 사이 또는 지주와 베이스부재의 사이에는 슬라이더의 이동방향과 직교하는 방향으로 테이블 또는 아암을 이송시키는 왕복이송수단이 설치된 것을 특징으로 하는 유리의 절단장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 냉각수단은 상기 승강부재에 단부에 설치되는 노즐과, 상기 노즐과 공급관에 의해 연결되며 냉각매체가 저장된 탱크와, 공급관을 통과하는 냉각매체를 냉각시키기 위한 열교환부와, 공급관에 설치되어 냉각매체의 흐름을 단속하는 적어도 하나의 밸브를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 유리 절단장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 냉각매체는 N₂가스 또는 C0₂가스인 것을 특징으로 하는 유리 절단장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 광학계가 레이저빔의 직경 및 물점을 가변시키는 제1렌즈군과, 상기 제1렌즈군을 통과한 레이저빔을 평행한 레이저빔으로 만들기 위한 제2렌즈와, 상기 제2렌즈를 통과한 레이저빔을 X, Y축방향으로의 집속력을 가변시켜 초점을 가변시키는 제3렌즈를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 유리 절단장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 승강부재의 단부에 절단되는 유리판 절단부에 초기 크랙을 형성하는 초기 크랙 형성수단을 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 유리 절단장치.