KR20080056709A

KR20080056709A - 레이저 할단 장치, 할단 방법

Info

Publication number: KR20080056709A
Application number: KR1020080053518A
Authority: KR
Inventors: 스스무 야하기; 아쯔시 오오에; 마사까즈 하야시
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2008-06-23
Also published as: JP2007191363A; TW200728219A; US20070169849A1; CN101003416A; CN101003416B; TWI336317B; KR20070077115A; JP4675786B2; KR100892390B1

Abstract

본 발명은 가공 정밀도를 향상할 수 있는 레이저 할단 장치를 제공하는 것이다.

레이저 할단 장치(10)는, 피가공물(7)을 유지하는 유지 기구(20)와, 유지 기구(20)에 유지된 피가공물(7)에 레이저 빔(41a)을 조사하여 상기 피가공물(7)을 국소적으로 가열하고, 물 등의 냉각재(46)를 공급하여 국소적으로 냉각하는 가공 기구(40)를 구비한다. 유지 기구(20)는, 피가공물(7)을 상기 피가공물(7)에 상정되는 할단 예정선(7a)이 돌출하도록 만곡시킨다.

레이저 할단 장치, 피가공물, 레이저 빔, 유지 기구, 할단 예정선

Description

레이저 할단 장치, 할단 방법{LASER CUTTING DEVICE AND CUTTING METHOD}

본 발명은, 예를 들어 유리나 세라믹스 등의 취성 재료를 할단하는 레이저 할단 장치, 및 예를 들어 유리나 세라믹스 등의 취성 재료를 할단하는 방법에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어 액정 디스플레이 패널이나 플라즈마 디스플레이에 이용되는 유리 기판 등의 취성 재료로 형성되는 피가공물을 할단하는 방법으로서, 이들 피가공물을 국소적으로 가열 및 냉각하고, 그때에 생기는 열 응력(인장 응력)에 의해, 미리 피가공물에 형성되는 초기 균열을 진전시켜 상기 피가공물을 할단하는 방법이 제안되어 있다.

이러한 종류의 할단 방법의 구체적인 내용으로서는, 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 것에 의해, 상기 피가공물을 국소적으로 가열하고 있다. 그리고, 피가공물에 있어서 레이저 빔이 조사되는 영역을 할단 예정선을 따라 이동하는 것에 의해, 피가공물에 형성된 초기 균열을 진전시키고 있다.

상기한 바와 같이 피가공물을 할단할 때에는, 가공 정밀도를 좋게 하는 것이 요구되고 있다. 그로 인해, 피가공물에 생기는 균열을 안정하여 진전시키기 위해, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 기구를 개량하는 것이 제안되어 있다.

구체적으로는, 피가공물에 있어서 할단 예정선을 사이에 두고 양측에는, 상기 피가공물에 강성을 부여하는 고정 지그가 설치되어 있다. 고정 지그는, 피가공물에 있어서 할단 예정선의 양측의 강성을 균등하게 한다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평2002-110589호 공보

한편, 피가공물에 있어서의 균열의 진전에는, 상기 피가공물 내에 생기고 있는 내부 응력이 크게 영향을 미친다.

특허 문헌 1에 개시되어 있는 고정 지그를 이용하는 할단 방법이라도, 내부 응력의 영향에 의해, 피가공물에 있어서의 균열의 진전과 할단 예정선이 어긋나는 것이 고려된다.

따라서, 본 발명은, 가공 정밀도를 향상할 수 있는 레이저 할단 장치와, 가공 정밀도를 향상할 수 있는 취성 재료의 할단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 레이저 할단 장치는, 피가공물을 유지하는 유지 기구와, 유지 기구에 유지된 피가공물에 레이저 빔을 조사하여 상기 피가공물을 국소적으로 가열ㆍ냉각하는 가공 기구를 구비한다. 유지 기구는, 피가공물을, 상기 피가공물에 상정되는 할단 예정선이 돌출하도록 만곡한다.

본 발명의 바람직한 형태에서는, 유지 기구는 서로 대략 평행하고, 또한 서로 대략 동일한 간격에 배치된 복수의 지지부를 구비한다. 유지 기구는 지지부의 높이를 조정하여 할단 예정선이 돌출하도록 피가공물을 유지한다.

또는, 유지 기구는 공기 부양(air float) 기구를 구비한다. 공기 부양 기구는 피가공물과 대향하는 대향면을 갖는 동시에, 피가공물을 향해 기체를 분출하는 것에 의해 피가공물을 대향면에 대해 부유하게 한 상태로 유지한다. 피가공물에 있어서 할단 예정선의 근방으로의 공기의 분출 압력은 할단 예정선이 가장 돌출하도록, 피가공물에 있어서 할단 예정선의 근방 이외의 부위로의 분출 압력보다도 높다.

본 발명의 바람직한 형태에서는, 유지 기구는 공기 부양 기구를 구비한다. 공기 부양 기구는 피가공물과 대향하는 대향면을 갖는 동시에, 피가공물을 향해 기체를 분출하는 것에 의해 피가공물을 대향면에 대해 부유하게 한 상태로 유지한다. 공기 부양 기구는 분출되기 전의 기체를 수용하는 수용부를 구비한다. 대향면에는, 수용부 내에 수용된 기체가 분출될 때에 통과하는 분출 구멍이 복수 형성된다. 대향면은, 상기 대향면에 있어서 할단 예정선과 대향하는 부위가 돌출하도록 만곡하고 있다.

상기 형태의 더 바람직한 형태에서는, 대향면은 피가공물의 코너부와 대향하는 제1 범위와, 그 이외의 제2 범위를 갖고, 제1 범위 내에 형성되는 분출 구멍은 제2 범위 내에 형성되는 분출 구멍보다도 크다.

또는, 대향면은, 피가공물의 코너부와 대향하는 제1 범위와, 그 이외의 제2 범위를 갖고, 제1 범위 내에 형성되는 분출 구멍의 밀도는 제2 범위 내에 형성되는 분출 구멍의 밀도보다도 높다.

본 발명의 바람직한 형태에서는, 유지 기구는 공기 부양 기구를 구비한다. 공기 부양 기구는, 피가공물과 대향하는 대향면을 갖는 동시에, 피가공물을 향해 기체를 분출하는 것에 의해 피가공물을 대향면에 대해 부유하게 한 상태로 유지한 다. 공기 부양 기구는 할단 예정선을 따라 연장하는 동시에, 서로 할단 예정선을 횡단하는 방향으로 나란히 배치되어 분출되기 전의 기체를 수용하는 복수의 수용부를 구비한다. 대향면에는, 각 수용부 내에 수용된 기체가 분출될 때에 통과하는 분출 구멍이 복수 형성된다. 상기 각 수용부에 기체를 유도하는 통로부에는 기체의 분출 압력을 조정하는 밸브가 설치되어 있다.

본 발명의 바람직한 형태에서는, 유지 기구는, 피가공물을, 할단 예정선을 사이에 둔 양측으로부터 끼우는 것에 의해 지지하는 가이드부를 구비한다. 가이드부는, 할단될 때의 피가공물의 변위를 흡수하도록 변형한다.

본 발명의 할단 방법에서는, 피가공물에 상정되는 할단 예정선을 중심으로 하여 상기 피가공물의 양측에 인장 응력이 작용하도록 상기 피가공물을 변형시킨다.

본 발명의 할단 방법의 바람직한 형태에서는, 피가공물을, 상기 피가공물을 유지하는 유지 기구에 의해 변형시킨다. 유지 기구는 할단 예정선을 사이에 두고 양측에 적어도 1개씩 배치되는 동시에, 할단 예정선을 대략 따라 연장하여 피가공물에 있어서 유지 기구와 대향하는 대향면과 접촉하고, 할단 예정선을 돌출시키는 지지부를 구비한다.

상기 형태의 더 바람직한 형태에서는, 지지부는 복수 형성된다. 유지 기구는 제1 내지 제6 지지 부재의 높이를 조정하는 높이 조정 기구를 구비한다.

본 발명의 할단 방법의 바람직한 형태에서는, 피가공물을, 다수의 공기 분출구로부터 분출시킨 공기에 의해 부유하게 한 상태로 유지한다. 피가공물에 있어서 할단 예정선의 근방으로의 분출 압력은 할단 예정선이 가장 돌출하도록, 피가공물에 있어서 할단 예정선의 근방 이외의 부위로의 분출 압력보다도 높게 한다.

본 발명의 할단 방법의 바람직한 형태에서는, 피가공물을, 상기 피가공물을 유지하는 유지 기구에 의해 변형시킨다. 유지 기구는 공기 부양 기구를 구비한다. 공기 부양 기구는 피가공물과 대향하는 대향면을 갖는 동시에, 피가공물을 향해 기체를 분출하는 것에 의해 피가공물을 대향면에 대해 부유하게 한 상태로 유지하는 공기 부양 기구를 구비한다. 공기 부양 기구는 분출되기 전의 기체를 수용하는 수용부를 구비한다. 대향면에는, 수용부 내에 수용된 기체가 분출될 때에 통과하는 분출 구멍이 복수 형성된다. 대향면은, 상기 대향면에 있어서 할단 예정선과 대향하는 부위가 돌출하도록 만곡하고 있다.

상기 형태의 더 바람직한 형태에서는, 대향면은 피가공물의 코너부와 대향하는 제1 범위와, 그 이외의 제2 범위를 갖는다. 제1 범위 내에 형성되는 분출 구멍은, 제2 범위 외에 형성되는 분출 구멍보다도 크다.

또는, 대향면은, 피가공물의 코너부와 대향하는 제1 범위와, 그 이외의 제2 범위를 갖는다. 제1 범위 내에 형성되는 분출 구멍의 밀도는, 제2 범위 내에 형성되는 분출 구멍의 밀도보다도 높다.

본 발명의 할단 방법의 바람직한 형태에서는, 피가공물을, 상기 피가공물을 유지하는 유지 기구에 의해 변형시킨다. 유지 기구는 공기 부양 기구를 구비한다. 공기 부양 기구는 피가공물과 대향하는 대향면을 갖는 동시에, 피가공물을 향해 기체를 분출하는 것에 의해 피가공물을 대향면에 대해 부유하게 한 상태로 유지하는 공기 부양 기구를 구비한다. 공기 부양 기구는 할단 예정선을 따라 연장하는 동시에, 서로 할단 예정선을 횡단하는 방향으로 나란히 배치되어 분출되기 전의 기체를 수용하는 복수의 수용부를 구비한다. 대향면에는, 각 수용부 내에 수용된 기체가 분출될 때에 통과하는 분출 구멍이 복수 형성된다. 각 수용부에 기체를 유도하는 통로부에는, 기체의 양을 조정하는 밸브가 설치된다.

본 발명의 할단 방법의 바람직한 형태에서는, 피가공물을, 상기 피가공물을 유지하는 유지 기구에 의해 변형시킨다. 유지 기구는, 피가공물을, 할단 예정선을 사이에 둔 양측으로부터 끼우는 것에 의해 지지하는 가이드부를 구비한다. 가이드부는 할단될 때의 상기 피가공물의 변위를 흡수하도록 변형한다.

본 발명에 따르면, 피가공물이 정밀도 좋게 할단된다.

본 발명의 제1 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치를, 도1 내지 도7을 이용하여 설명한다. 도1은 레이저 할단 장치(10)의 개략도이다. 도1은 레이저 할단 장치(10)를 측방으로부터 보고 있다. 레이저 할단 장치(10)는, 취성 재료로 형성되는 피가공물(7)에 균열을 생기게 하여 피가공물(7)을 할단한다.

또한, 본 발명에서 말하는 취성 재료라 함은, 예를 들어 유리나 세라믹스 등이다. 본 실시 형태에서 설명되는 피가공물(7)은, 예를 들어 유리 기판이다.

도1에 도시하는 바와 같이, 레이저 할단 장치(10)는, 피가공물(7)을 유지하는 유지 기구(20)와, 유지 기구(20)가 탑재되어 X-Y 방향으로 이동 가능한 XY 스테 이지(9)와, 피가공물(7)에 대해 가열ㆍ냉각하여 상기 피가공물(7)을 할단하는 가공 기구(40)를 구비하고 있다.

유지 기구(20)는 XY 스테이지(9) 상에 설치되어 있다. 유지 기구(20), XY 스테이지(9)에 의해 방향 X, Y로 이동 가능하다. 또한, 방향 X는 도면 중 좌우 방향이다. 방향 Y는 지면 안쪽과 지면 전방측을 왕래하는 방향이다. 유지 기구(20)는 피가공물(7)을 유지한다.

유지 기구(20)는 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)와, 높이 조정 기구(30)와, 한 쌍의 가이드 부재(28)를 구비하고 있다. 도2는 레이저 할단 장치(10)를 상방으로부터 본 평면도이다. 도2에서는, 가공 기구(40)는 생략되어 있다. 도1과 도2에 도시하는 바와 같이, 피가공물(7)은 예를 들어 상방으로부터 본 형상이 대략 직사각형인 판형이다.

제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)는, 후술되는 높이 조정 기구(30)의 하우징(31) 내에 수용되어 있다. 도2에 도시하는 바와 같이, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)는 직선형이며, 서로 대략 동일한 형상이다. 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)는 서로 이격하는 동시에, 서로 대략 평행해지도록 배치되어 있다.

도3은, 도1에 도시되는 F3을 따라 레이저 할단 장치(10)를 보는 측면도이다. 도3에 도시하는 바와 같이, 높이 조정 기구(30)는 하우징(31)과, 제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)과, 복수의 캠(38)과, 구동부(39)(도1에 도시함)를 구비하고 있다.

하우징(31)은 XY 스테이지(9) 상에 탑재되어 있다. 하우징(31)의 상측 벽 부(31a)에는 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)를, 상기 지지 부재(21 내지 26)가 상하 이동 가능해지도록 수용하는 관통 구멍(31b)이 형성되어 있다. 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)는 관통 구멍(31b)을 통해 하우징(31) 내에 그 일부가 수용되어 있다.

또한, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)는, 도3 중 우측으로부터 순서로 배치되어 있다. 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)의 단면 형상은 직사각형이다.

제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)은 하우징(31) 내에 수용되어 있다. 제1 구동축(32)은 제1 지지 부재(21)의 하방에 배치되어 있다. 제1 구동축(32)은 제1 지지 부재(21)와 평행하게 연장하고 있다. 제2 구동축(33)은 제2 지지 부재(22)의 하방에 배치되어 있다. 제2 구동축(33)은 제2 지지 부재(22)와 평행하게 연장하고 있다.

제3 구동축(34)은 제3 지지 부재(23)의 하방에 배치되어 있다. 제3 구동축(34)은 제3 지지 부재(23)와 평행하게 연장하고 있다. 제4 구동축(35)은 제4 지지 부재(24)의 하방에 배치되어 있다. 제4 구동축(35)은 제4 지지 부재(24)와 평행하게 연장하고 있다. 제5 구동축(36)은 제5 지지 부재(25)의 하방에 배치되어 있다. 제5 구동축(36)은 제5 지지 부재(25)와 평행하게 연장하고 있다. 제6 구동축(37)은 제6 지지 부재(26)의 하방에 배치되어 있다. 제6 구동축(37)은 제6 지지 부재(26)와 평행하게 연장하고 있다.

캠(38)은 제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)에 각각 예를 들어 복수 설치되어 있다. 캠(38)은 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)에 접촉한다.

도1에 도시하는 바와 같이, 구동부(39)는, 예를 들어 하우징(31)의 외측에 배치되어 있다. 제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)은 구동부(39)에 연결되어 있다. 제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)은 구동부(39)에 의해 축방향 주위로 회전된다. 또한, 그 회전은 도시하지 않은 제어부에 의해 제어된다.

상기한 바와 같이 제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)이 회전하는 것에 의해 각 캠(38)이 회전한다. 캠(38)이 회전하는 것에 의해, 캠(38)에 있어서 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)와 접촉하는 부위가 변동한다. 이것에 의해, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)는 상하 방향으로 변위한다.

한 쌍 설치되는 가이드 부재(28)는, 그 사이에서 피가공물(7)을 끼움 지지하는 것에 의해 피가공물(7)을 위치 결정한다. 도1과 도2에 도시하는 바와 같이, 각 가이드 부재(28)는 하우징(31)의 양측에 배치되어 있다. 또한, 도1 중 가이드 부재(28)는 2점 쇄선으로 나타내고 있다. 각 가이드 부재(28)는, 예를 들어 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)와 평행하게 연장하는 직선형이다. 각 가이드 부재(28)는, 예를 들어 서로 근접하는 방향과 이격되는 방향으로 이동할 수 있도록 되고 있고, 피가공물(7)의 크기에 대응할 수 있도록 되어 있다. 가이드 부재(28)는, 본 발명에서 말하는 가이드부로서 기능한다.

가공 기구(40)는 유지 기구(20)의 상방에 배치되어 있다. 가공 기구(40)의 위치는 고정되어 있어 방향 X, Y로 이동하지 않는다. 가공 기구(40)는 유지 기구(20)에 유지된 피가공물(7)에 레이저 빔을 조사하여, 피가공물(7)을 국소적으로 가열하고, 물 등의 냉각재(46)를 공급하여 국소적으로 냉각하는 것에 의해 피가공물(7)을 할단한다.

가공 기구(40)는 레이저 발진기(41)와, 반사 미러(42)와, 폴리곤 미러(43)와, 냉각 노즐(44)을 구비하고 있다. 레이저 발진기(41)는 레이저 빔(41a)을 조사한다. 반사 미러(42)는 레이저 빔(41a)을 반사한다. 폴리곤 미러(43)는, 반사 미러(42)에서 반사된 레이저 빔(41a)을 반사한다. 폴리곤 미러(43)가 회전하는 것에 의해, 폴리곤 미러(43)에 의해 반사된 레이저 빔(41a)은 피가공물(7) 상을 주사한다. 도2에 도시되는 바와 같이, 레이저 빔(41a)은 피가공물(7) 상에 규정되는 조사 범위(45)를 주사한다.

또한, 상기한 바와 같이, 레이저 발진기(41)는 방향 X, Y로 이동하지 않는다. 그로 인해, 유지 기구(20)가 방향 X, Y로 이동하는 것에 의해 피가공물(7)에 규정되는 조사 범위(45)의 위치는 이동한다.

냉각 노즐(44)은 피가공물(7)을 향해 냉각재(46)를 분사한다. 냉각재(46)의 예로서는, 물이나 안개(물과 기체의 혼합물), 질소 등의 기체, 이산화탄소 입자 등의 미립자 고체, 알코올 등의 기체, 안개형의 알코올 등이 있다.

냉각 노즐(44)의 자세는 피가공물(7)에 있어서 레이저 빔(41a)에 의해 가열된 부위에 냉각재(46)가 분사되도록 조정되어 있다. 냉각 노즐(44)은 방향 X, Y로 이동하지 않으므로, 유지 기구(20)가 변위하면, 피가공물(7) 상에 규정되는 냉각재(46)가 분사되는 범위(47)의 위치는 변위한다.

다음에, 레이저 할단 장치(10)를 이용하여 피가공물(7)을 할단하는 방법의 일례를 설명한다. 우선, 유지 기구(20)에 피가공물(7)을 설치한다. 구체적으로는, 도2에 도시하는 바와 같이 피가공물(7)에 상정되는 할단 예정선(7a)(2점 쇄선으로 나타냄)이 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)와 평행해지도록, 피가공물(7)을 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26) 상에 탑재한다. 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)는 피가공물(7)의 하면(7d)에 접촉한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 할단 예정선(7a)은 피가공물(7)의 대략 중앙에 위치하고 있다. 할단 예정선(7a)은 제3 지지 부재(23)와 제4 지지 부재(24)의 중간 위치에 배치된다. 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 27)는 피가공물(7)의 하면(7d) 전체 영역을 지지할 수 있는 만큼의 길이를 갖고 있다. 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 27)는, 본 발명에서 말하는 지지부로서 기능한다.

계속해서, 도3에 도시하는 바와 같이, 구동부(39)를 구동하는 것에 의해 제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)을 회전시키는 동시에, 제어부에 의해 제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)의 회전 각도를 조정한다.

제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)의 자세는 할단 예정선(7a)이 가장 상방으로 돌출하도록 설정된다. 구체적으로는, 도3에 도시하는 바와 같이, 제1, 제6의 구동축(32, 37)의 회전 각도는 조립 부착되는 캠(38)의 짧은 직경 부분(38a)이 제1, 제6 지지 부재(21, 26)에 접촉하도록 조정된다.

제3, 제4 구동축(34, 35)의 회전 각도는, 조립 부착되는 캠(38)의 긴 직경 부분(38b)의 선단부가 제3, 제4 지지 부재(23, 24)에 접촉하도록 조정된다. 제2, 제5 구동축(33, 36)의 회전 각도는, 그 선단부의 위치가 제3, 제4 구동축(34, 35) 의 선단부와 제1, 제6 구동축(32, 37)의 선단부의 대략 중간의 높이가 되도록 조정된다.

상기한 바와 같이 제1 내지 제6 구동축(32 내지 37)의 회전 각도가 조정되는 것에 의해, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)의 선단부는 제3, 제4 지지 부재(23, 24)의 선단부가 가장 돌출하도록 만곡형으로 배치된다.

이것에 의해, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)의 선단부 상에 배치되는 피가공물(7)도, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)의 선단부에 맞추어 만곡형이 된다. 상기한 바와 같이, 할단 예정선(7a)은 제3, 제4 지지 부재(23, 24)의 중간 위치에 배치되어 있으므로, 할단 예정선(7a)이 상방으로 가장 돌출하게 된다. 피가공물(7)이 만곡하는 것에 의해, 피가공물(7)의 자중에 의해, 할단 예정선(7a)에는 항상 인장 응력이 가해진다. 인장 응력이 가해지는 것에 의해, 피가공물(7) 내에 생기는 내부 응력은 소거된다.

도4는, 도3에 도시된 F4의 범위를 확대하여 도시하고 있다. 도4는, 제3 지지 부재(23)의 선단부와 피가공물(7)의 접촉 상태를 나타내고 있다. 상기한 바와 같이, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)의 단면 형상은 직사각형이다. 그로 인해, 도4에 도시하는 바와 같이 피가공물(7)이 만곡형이 되면, 제3 지지 부재(23)의 선단부(23a)에 있어서 외측 모서리(23b)가 피가공물(7)과 접촉한다. 이것은, 제1, 제2, 제4, 제5, 제6 지지 부재(21, 22, 24, 25, 26)라도 마찬가지이므로, 각각의 선단부(21a 내지 26a)의 외측 모서리(21b 내지 26b)가 피가공물(7)과 접촉한다.

즉, 피가공물(7)이 만곡형이 되는 것에 의해, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내 지 26)와 피가공물(7)은 선으로 접촉하게 된다. 그로 인해, 피가공물(7)과 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26) 사이에 생기는 마찰은 적다.

계속해서, 각 가이드 부재(28)를 변위시키는 것에 의해, 피가공물(7)은 한쪽의 가이드 부재(28)와 다른 쪽의 가이드 부재(28)에 끼움 지지된다. 이것에 의해, 피가공물(7)의 만곡한 자세는 유지 기구(20)에 의해 유지된다.

계속해서, 레이저 발진기(41)를 동작시켜 피가공물(7)에 레이저 빔(41a)을 조사하는 동시에, 냉각 노즐(44)에 의해 피가공물(7)에 냉각재(46)를 분사한다. 또한, 유지 기구(20)를 X 방향으로 변위시킨다. 이것에 의해, 피가공물(7) 상의 레이저 빔(41a)의 조사 범위(45)와 냉각재(46)가 분사되는 범위(47)가 이동하므로, 도5에 도시하는 바와 같이 균열(7b)이 진전된다. 할단 예정선(7a) 상에는 인장 응력이 가해지고 있으므로, 피가공물(7)은 안정되어 할단 예정선(7a)을 따라 할단된다. 또한, 도5는, 피가공물(7)이 할단되어 있는 상태를 상방으로부터 본 평면도이다. 도5 중에서는, 가공 기구(40)는 생략되어 있다.

도6은, 도5에 도시되는 F6-F6선을 따르는 단면도이다. 도6은, 피가공물(7)에 있어서 균열(7b)이 진전하고 있지 않은 범위의 주연부와 가이드 부재(28)와의 접촉 상태를 나타내고 있다. 도6에 도시하는 바와 같이, 가이드 부재(28)에 있어서 피가공물(7)과 접촉하고 있는 부위는 변형하고 있지 않다. 또는 변형해도, 그 변형은 미소하다.

도7은, 도5에 도시되는 F7-F7선을 따르는 단면도이다. 도7은, 피가공물(7)에 있어서 균열(7b)이 진전하고 있는 범위의 주연부와 가이드 부재(28)와의 접촉 상태를 나타내고 있다. 도5에 도시하는 바와 같이, 피가공물(7)에 균열(7b)이 형성되는 것에 의해, 피가공물(7)에 있어서 균열(7b)을 사이에 두고 양측은 서로 이격되는 방향으로 변위한다.

도7에 도시하는 바와 같이, 가이드 부재(28)는 균열(7b)이 형성되는 것에 의한 피가공물(7)의 변위를 저해하지 않도록 변형한다. 가이드 부재(28)는, 피가공물(7)의 미소한 변위를 흡수할 수 있도록 형성되어 있다.

이와 같이 구성되는 레이저 할단 장치(10)에서는, 유지 기구(20)에 의해 할단 예정선(7a)이 상방으로 돌출하도록 피가공물(7)이 만곡되는 것에 의해, 할단 예정선(7a) 상에는 항상 인장 응력이 작용하게 된다. 그로 인해, 피가공물(7) 내에 원래 생기고 있는 내부 응력이 인장 응력에 의해 상쇄되므로, 할단 가공이 원래 피가공물(7) 내에 생기고 있었던 표면의 압축 응력이나 내부 응력의 영향을 받는 것이 억제된다.

따라서, 피가공물(7)의 할단 가공의 정밀도는 향상한다. 또한, 레이저 조사에 의한 열 응력과 인장 응력을 이용하는 것에 의해, 피가공물(7)을 할단하는 힘이 증가하므로 피가공물(7)의 풀 커트가 달성되기 쉬워진다.

또한, 유지 기구(20)는 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)를 구비하는 간소한 구조이므로, 레이저 할단 장치(10)의 비용은 비교적 억제된다.

또한, 유지 기구(20)는 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)를 구비하는 동시에, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)의 높이를 조정하는 높이 조정 기구(30)를 구비하고 있다. 높이 조정 기구(30)에 의해, 피가공물(7)은 완만한 만곡형이 된다. 피가공물(7)이 만곡형이 되는 것에 의해, 피가공물(7)의 대략 전체 영역에는 인장 응력이 작용하게 된다.

즉, 피가공물(7)의 어느 위치에 할단 예정선(7a)이 상정되어도, 할단 가공의 정밀도는 향상한다.

또한, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)는 그 단면 형상이 직사각형이며, 피가공물(7)과 선으로 접촉한다. 그로 인해, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)와 피가공물(7) 사이에 생기는 마찰이 억제된다. 따라서, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)와 피가공물(7) 사이의 마찰에 의해 피가공물(7)의 변위가 저해되는 것이 억제되므로, 할단 가공의 정밀도는 향상한다.

또한, 가이드 부재(28)는 피가공물(7)의 변위를 저해하지 않도록 변형한다. 그로 인해, 피가공물(7)의 변위가 저해되는 것이 억제되므로 할단 가공의 정밀도는 향상한다.

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치를, 도8 내지 도10을 이용하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지의 기능을 갖는 구성은 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 실시 형태는, 유지 기구(20)의 구조가 제1 실시 형태와 다르다. 이 점에 대해 구체적으로 설명한다.

도8은, 본 실시 형태의 레이저 할단 장치(10)를 도시하는 사시도이다. 도8에서는, 가공 기구(40)는 생략되어 있다. 도8에 도시하는 바와 같이, 유지 기구(20)는 한 쌍의 가이드 부재(28)와, 공기 부양 장치(60)를 구비하고 있다.

도9는, 레이저 할단 장치(10)를, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)가 연 장하는 방향을 따라 보는 측면도이다. 도9에 도시하는 바와 같이 공기 부양 장치(60)는 피가공물(7)과 대향한다. 공기 부양 장치(60)는, 피가공물(7)에 하방으로부터 공기를 뿜어내는 것에 의해 피가공물(7)을 부유하게 한다.

도10은, 공기 부양 장치(60)가 분해된 상태를 나타내고 있다. 도10에 도시하는 바와 같이, 공기 부양 장치(60)는 본체(61)와 덮개 부재(62)를 구비하고 있다. 본체(61)는 상단부가 개방되는 상자형이다. 본체(61) 내에는, 제1 내지 제3 수용부(63 내지 65)가 형성되어 있다.

제1 수용부(63)는, 공기 부양 장치(60)에 있어서 할단 예정선(7a)과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 제1 수용부(63)는, 제1, 2 빔(梁)(66, 67)과 본체(61)의 내면에 의해 규정된다. 제1, 제2 빔(66, 67)은, 서로 이격하여 본체(61) 내에 배치되어 있고, 할단 예정선(7a)을 따라 연장하고 있다.

제2 수용부(64)는 제1 빔(66)과 본체(61)의 내면에 의해 규정되어 있다. 제3 수용부(65)는 제2 빔(67)과 본체(61)의 내면에 의해 규정되어 있다.

덮개 부재(62)는 본체(61)의 상단부 통로(61a)를 기밀하게 덮는다. 또한, 제1, 제2 빔(66, 67)이 덮개 부재(62)에 접촉하는 것에 의해, 제1 내지 제3 수용부(63 내지 65)는 서로 기밀해진다.

도9에 도시하는 바와 같이, 피가공물(7)이 유지 기구(20)에 설치되면 덮개 부재(62)는 피가공물(7)과 대향한다. 덮개 부재(62)에는 복수의 분출 구멍(68)이 형성되어 있다. 각 분출 구멍(68)은 균일하게 흩어지고 있다. 분출 구멍(68)의 크기는 균일하다.

도10에 도시하는 바와 같이, 본체(61)에는 제1 수용부(63)에 제1 공기(A1)를 공급하는 제1 공급관(71)이 접속되어 있다. 도8에 도시하는 바와 같이, 제1 공급관(71)은 제1 펌프(P1)에 접속되어 있다. 본체(61)에는, 제2, 제3 수용부(64, 65)에 제2 공기(A2)를 공급하는 제2 공급관(72)이 접속되어 있다. 제2 공급관(72)은 제2 펌프(P2)에 접속되어 있다.

제1 수용부(63) 내에 수용되는 제1 공기(A1)는, 덮개 부재(62)에 있어서 제1 수용부(63)와 대향하는 범위에 배치되는 분출 구멍(68)을 통해, 피가공물(7)을 향해 분출된다. 제2, 제3 수용부(63, 64) 내에 수용되는 제2 공기(A2)는, 덮개 부재(62)에 있어서 제2, 제3 수용부(63, 64)와 대향하는 범위에 배치되는 분출 구멍(68)을 통해, 피가공물(7)을 향해 분출된다. 제1, 제2 공기(A1, A2)가 분출되는 것에 의해, 피가공물(7)은 덮개 부재(62)의 상면(62a)에 대해 부유한 상태가 된다. 상면(62a)은 피가공물(7)보다도 넓고, 상면(62a)은 피가공물(7)의 하면 전체 영역과 대향하고 있다.

제1 펌프(P1)에 있어서의 제1 공기(A1)의 분출 압력은, 할단 예정선(7a)이 가장 상방으로 돌출하도록, 제2 펌프(P2)에 있어서의 제2 공기(A2)의 분출 압력보다도 높게 설정되어 있다.

본 실시 형태의 레이저 할단 장치(10)에 따르면, 공기 부양 장치(60)에 의해 피가공물(7)이 덮개 부재(62)의 상면(62a)에 대해 부유한 상태가 되므로, 피가공물(7)이 할단될 때의 변위를 방해하는 마찰이 생기지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태의 효과에 부가하여 할단 가공의 정밀도가 향상한다.

다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치를, 도11을 이용하여 설명한다. 또한, 제2 실시 형태와 마찬가지의 기능을 갖는 구성은, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

본 실시 형태에서는, 공기 부양 장치(60)의 구조가 제2 실시 형태와 다르다. 이 점에 대해, 구체적으로 설명한다.

도11은, 본 실시 형태의 본체(61)를 상방으로부터 보는 평면도이다. 도11에 도시하는 바와 같이, 본체(61) 내에는 또한 제4 내지 제10 수용부(81 내지 87)가 형성되어 있다. 구체적으로는, 본체(61) 내에는 제3 내지 제8 빔(200 내지 205)이 설치되고 있다.

제3 내지 제8 빔(200 내지 205)은, 서로 이격하여 할단 예정선(7a)을 따라 배치되어 있다. 제3 내지 제8 빔(200 내지 205)은, 본체(61)에 있어서 할단 예정선(7a)이 연장하는 방향의 양단부에 연결되어 있고, 본체(61) 내에 제4 내지 제10 수용부(81 내지 87)를 형성하고 있다. 덮개 부재(62)가 본체(61)에 설치되면, 제3 내지 제8 빔(200 내지 205)은 덮개 부재(62)의 하면에 해당한다. 그로 인해, 덮개 부재(62)가 설치된 상태에 있어서, 제4 내지 제10 수용부(81 내지 87)는 서로 기밀하게 구획된다.

제4 내지 제10 수용부(81 내지 87)에는 제4 내지 제10 공급관(91 내지 99)이 접속되어 있다. 제4 내지 제10 공급관(91 내지 99)으로는, 서로 독립하여 제4 내지 제10 공기(A4 내지 A10)가 공급된다. 제4 내지 제10 공급관(91 내지 97)에는 제4 내지 제10 밸브(V4 내지 V10)가 설치되어 있다. 제4 내지 제10 밸브(V4 내지 V10)는 제4 내지 제10 공기(A4 내지 A10)의 분출 압력을 조정한다.

본 실시 형태에서는 제4 내지 제10 밸브(V4 내지 V10)를 조정하는 것에 의해, 제4 내지 제10 수용부(81 내지 87)에 공급되는 제4 내지 제10 공기(A4 내지 A10)의 압력을 조정할 수 있다. 그로 인해, 할단 예정선(7a)이, 예를 들어 제4 수용부(81) 상에 배치되는 경우 등에서는, 제4 밸브를 조정하는 것에 의해 제4 수용부(81) 내에 공급되는 공기(A4)의 압력을 높게 한다. 이것에 의해, 할단 예정선(7a)이 가장 상방으로 돌출하도록 된다.

할단 예정선(7a)의 위치가 변화해도, 제4 내지 제10 수용부(81 내지 87) 중 할단 예정선(7a)과 대향하는 수용부 내로 공급되는 공기의 압력을 조정하는 것에 의해, 할단 예정선(7a)이 돌출하도록 피가공물(7)을 만곡할 수 있다.

본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 제4 내지 제10 수용부(81 내지 87)가 이용되고 있지만, 수용부의 개수는 한정되지 않는다.

다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치를, 도12 내지 14를 이용하여 설명한다. 또한, 제2 실시 형태와 마찬가지의 기능을 갖는 구성은 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서는, 공기 부양 장치(60)의 구조가 제2 실시 형태와 다르다. 이 점에 대해, 구체적으로 설명한다.

도12는, 본 실시 형태의 공기 부양 장치(60)의 사시도이다. 도13은, 공기 부양 장치(60)가 분해된 상태를 나타내는 사시도이다. 도14는, 레이저 할단 장치(10)를, 제1 내지 제6 지지 부재(21 내지 26)가 연장하는 방향을 따라 보는 측면 도이다.

도12 내지 도13에 도시하는 바와 같이, 덮개 부재(62)의 상면(62a)은 만곡하고 있다. 상면(62a)은 피가공물(7)과 대향한다. 본체(61) 내부에는, 공기(A11)를 수용하는 1개의 수용부로 되어 있다.

본 실시 형태에서는, 상면(62a)이 만곡하고 있는 것에 의해, 각 분출 구멍(68)으로부터 분출되는 공기(A11)의 분출 압력이 일정해도, 피가공물(7)은 상면(62a)에 맞추어 만곡한다. 그로 인해, 본 실시 형태에서는, 복수의 펌프 및 복수의 수용부를 필요로 하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 제2 실시 형태의 효과에 부가하여 레이저 할단 장치(10)의 구조를 간소하게 할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치를, 도15 내지 도17을 이용하여 설명한다. 또한, 제3 실시 형태와 마찬가지의 기능을 갖는 구성은 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서는 분출 구멍(68)의 형상이 제3 실시 형태와 다르다. 이 점에 대해, 구체적으로 설명한다.

도15는, 본 실시 형태의 유지 기구(20)를 도시하고 있다. 도15에서는, 피가공물(7)은 2점 쇄선으로 나타내고 있다. 도16은, 공기 부양 장치(60)를 상방으로부터 본 평면도이다. 도15, 도16에 도시하는 바와 같이, 상면(62a)에 있어서 피가공물(7)의 네 코너에 대향하는 범위를 제1 범위(B1)로 한다. 상면(62a)에 있어서 제1 범위(B1) 이외의 범위를 제2 범위(B2)로 한다.

제2 범위(B2) 내에 형성되는 분출 구멍(68)의 크기는 동일하다. 제1 범위(B1) 내에 형성되는 분출 구멍(68)은, 제2 범위(B2) 내에 형성되는 분출 구 멍(68)보다도 크다. 그로 인해, 피가공물(7)의 네 코너에 작용하는 공기(A11)에 의한 압박력은, 네 코너 이외의 부위에 작용하는 압박력보다도 크다.

여기서, 제1 범위(B1) 내에 형성되는 분출 구멍(68)의 크기에 대해 구체적으로 설명한다. 도17은, 도15에 도시되는 F17-F17선을 따르는 단면도이다. 도17은, 피가공물(7)에 있어서 가이드 부재(28)와 접촉하는 주연부(7c)를 가이드 부재(28)측으로부터 보고 있다.

피가공물(7)이 커지면, 피가공물(7)의 네 코너는 그 자중에 의해 다른 부위보다도 수직 하강되는 것이 고려된다. 제1 범위(B1) 내에 형성되는 분출 구멍(68)의 크기는, 피가공물(7)의 네 코너가 수직 하강되는 것을 방지할 수 있는 만큼의 압박력을 부여할 수 있도록 고려되어 있다. 그로 인해, 도17에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 피가공물(7)의 주연부(7c)는 그 자세가 대략 직선형으로 유지되어 있다.

본 실시 형태에서는, 피가공물(7)의 자세가 보다 한층 안정되므로, 피가공물(7)의 할단 가공의 정밀도는 향상한다.

다음에, 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치를, 도18, 도19를 이용하여 설명한다. 또한, 제5 실시 형태와 마찬가지의 기능을 갖는 구성은 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서는, 제1 범위(B1) 내에 형성되는 분출 구멍(68)의 밀도, 크기가 제5 실시와 다르다. 이 점에 대해, 구체적으로 설명한다.

도18은, 본 실시 형태의 공기 부양 장치(60)의 사시도이다. 도19는, 공기 부양 장치(60)를 상방으로부터 보는 평면도이다. 도18, 도19에 도시하는 바와 같이 제1 범위(B1) 내에 형성되는 분출 구멍(68)의 크기, 형상은 제2 범위(B2) 내에 형성되는 분출 구멍(68)과 동일하다. 제1 범위(B1) 내에 형성되는 분출 구멍(68)의 밀도는, 제2 범위(B2) 내에 형성되는 분출 구멍(68)의 밀도보다도 높다. 본 실시 형태라도, 제4 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치의 개략도.

도2는 도1에 도시된 레이저 할단 장치를 상방으로부터 본 평면도.

도3은 도1에 도시된 F3 방향을 따라 레이저 할단 장치를 보는 측면도.

도4는 도3에 도시된 F4에 의해 둘러싸이는 범위를 확대하여 도시하는 측면.

도5는 도1에 도시된 피가공물이 할단되어 있는 상태를 상방으로부터 본 평면도.

도6은 도5에 도시된 F6-F6선을 따르는 단면도.

도7은 도5에 도시된 F7-F7선을 따르는 단면도.

도8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치를 도시하는 사시도.

도9는 도8에 도시된 레이저 할단 장치를, 제1 내지 제6 지지 부재가 연장하는 방향을 따라 보는 측면도.

도10은 도8에 도시된 공기 부양 장치의 분해 사시도.

도11은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치의 본체를 상방으로부터 보는 평면도.

도12는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치의 공기 부양 장치의 사시도.

도13은 도12에 도시된 공기 부양 장치의 분해 사시도.

도14는 도12에 도시된 레이저 할단 장치를, 제1 내지 제6 지지 부재가 연장 하는 방향을 따라 보는 측면도.

도15는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 레이저 할단 장치의 유지 기구의 사시도.

도16은 도15에 도시된 공기 부양 장치를 상방으로부터 본 평면도.

도17은 도15에 도시된 F17-F17선을 따르는 단면도.

도18은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 공기 부양 장치의 사시도.

도19는 도18에 도시된 공기 부양 장치를 상방으로부터 보는 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

7 : 피가공물

7a : 할단 예정선

7b : 균열

10 : 레이저 할단 장치

20 : 유지 기구

21 내지 27 : 제1 내지 제6 지지 부재(지지부)

28 : 가이드 부재(가이드부)

30 : 높이 조정 기구

60 : 공기 부양 장치(공기 부양 기구)

62a : 상면(대향면)

63 내지 65 : 제1 내지 제3 수용부

68 : 분출 구멍

81 내지 87 : 제4 내지 제10 수용부

A1 : 제1 공기

A2 : 제2 공기

A4 내지 10 : 제4 내지 제10 공기

A11 : 공기

B1 : 제1 범위

B2 : 제2 범위

Claims

피가공물을 국소적으로 가열ㆍ냉각하고, 그 열 응력에 의해 상기 피가공물에 균열을 생기게 하여 상기 피가공물을 할단하는 레이저 할단 장치이며,

상기 피가공물을 유지하는 유지 기구와,

상기 유지 기구에 유지된 상기 피가공물에 레이저 빔을 조사하여 상기 피가공물을 국소적으로 가열ㆍ냉각하는 가공 기구를 구비하고,

상기 유지 기구는, 상기 피가공물과 대향하는 대향면을 갖는 동시에, 상기 피가공물을 향해 기체를 분출하는 것에 의해 상기 피가공물을 상기 대향면에 대해 부유하게 한 상태로 유지하는 공기 부양 기구를 구비하고,

상기 피가공물에 상정되는 할단 예정선의 근방으로의 분출 압력을 할단 예정선이 가장 돌출하도록 할단 예정선의 근방 이외의 부위로의 분출 압력보다도 높게 하여 피가공물을 만곡시켜 유지하는 것을 특징으로 하는 레이저 할단 장치.
피가공물을 국소적으로 가열ㆍ냉각하고, 그 열 응력에 의해 상기 피가공물에 균열을 생기게 하여 상기 피가공물을 할단하는 할단 방법이며,

상기 피가공물과 대향하는 대향면을 갖는 동시에 상기 피가공물을 향해 기체를 분출하여 상기 피가공물을 상기 대향면에 대해 부유하게 한 상태로 유지하는 공기 부양 기구에 의해, 상기 피가공물을 다수의 공기 분출구로부터 분출시킨 공기에 의해 부유하게 한 상태로 유지하고,

상기 피가공물에 있어서 할단 예정선의 근방으로의 분출 압력을 할단 예정선이 가장 돌출하도록 할단 예정선의 근방 이외의 부위로의 분출 압력보다도 높게 하는 것을 특징으로 하는 할단 방법.