KR20130116510A

KR20130116510A - 초음파를 이용하는 유리연마장치

Info

Publication number: KR20130116510A
Application number: KR1020120038921A
Authority: KR
Inventors: 장우환
Original assignee: 주식회사 모린스
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-10-24
Also published as: KR101324886B1

Abstract

본 발명은 기존의 연마휠을 사용하여 유리 기판의 모서리를 연마하는 방식에서 벗어나, 말단이 둥글게 패인 홈을 가진 공구가 초음파 진동을 함으로써 유리 기판의 모서리에 충격력을 전달하고, 유리 기판의 모서리를 따라 이동하면서 연마하고 버(burr: B)를 제거하는 초음파를 이용하는 유리연마장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 에어홀이 형성되어 있어서 연마하고자 하는 유리 기판이 흡착고정되도록 하는 기판지지대가 설치된 테이블과, 상기 유리 기판을 일시 지지하도록 승하강하는 고정벽을 구비하고, 상기 기판지지대의 에어홀을 통하여 진공압을 형성하는 고정부와, 상기 테이블의 상단에 설치되며 상기 유리 기판을 연마하는 초음파연마기를 X축과 Y축 상에서 이송하는 X, Y축이송부와, 상기 X, Y축이송부 상에 탑재되고 말단이 둥글게 패인 홈을 가진 공구를 장착한 초음파연마기의 상하 및 회전운동이 가능하도록 하는 Z축이송부와, 상기 초음파연마기에 초음파 발생을 위한 고주파전원을 공급하는 고주파발생기와, 초음파연마기 내부의 과열을 방지하기 위해 초음파연마기에 연결된 냉각호스를 통해 냉각수를 순환시키는 냉각순환장치, 및 상기 유리 기판의 탈착과 초음파연마기의 이송 및 동작을 설정된 순서로 제어하는 제어기를 포함한다.
따라서 본 발명에 따르면 유리 기판의 모서리를 둥근 모양으로 연마할 수 있으며 유리 조각이나 가루와 같은 분진이 거의 생기지 않으므로 작업장의 청결도가 향상되는 효과가 있다.

Description

초음파를 이용하는 유리연마장치{Glass grinding apparatus using ultrasonic wave}

본 발명은 초음파를 이용하는 유리연마장치에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 액정디스플레이 패널에 사용되는 액정유리를 구성하기 위한 유리 기판의 에지(edge)를 초음파 가공법을 이용해서 연마하고, 유리 기판의 에지(edge) 부분에 절단 흔적으로서 발생하는 버(burr)를 제거하기 위한 초음파를 이용하는 유리연마장치에 관한 것이다.

근래에 널리 사용되는 평판 디스플레이 중에서 대표적인 것은 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display)이다. 이를 제작하기 위해서는, 중간층에 액정 물질을 담고 있는 두 장의 얇은 유리 기판이 필요한데, 이러한 유리 기판의 공정 과정에서 유리 기판을 절단한 후에는 에지(edge)의 모서리 부분에 버(burr: B)라고 하는 날카롭게 돌출된 부위가 남게 된다. 이러한 불규칙한 형태를 제거하지 않을 경우 안전사고나 고장, 품질저하의 원인이 되기 때문에 절단 공정 후에는 유리 기판의 에지(edge)를 연마하는 공정을 수행하게 된다.

도 1은 통상적으로 수행되는 종래기술에 따른 연마 방식을 도시하고 있다. 회전 모터에 의해서 축(101)을 따라 고속 회전하는 연마휠(100)이 유리 기판(P)의 모서리를 따라 이동하면서 연마를 수행하는 방식이다. 대한민국 등록특허공보 제10-0793040호(2008.01.03)에 따르면 이와 같은 일반적인 방식의 유리 기판 연마 장치가 개시되어 있다.

그러나, 회전하는 연마휠을 사용하여 유리 기판을 연마하는 종래의 방법은 모서리를 둥근 모양으로 연마하기는 어려우며 연마 과정에서 유리 조각이나 가루와 같은 분진이 생기므로 작업장의 청결도가 저하되어 미세함을 요하는 디스플레이 패널의 품질을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

한편, 초음파 가공법은 공구가 가지는 모양에 따라 자유자재로 피가공물을 성형할 수 있는 장점을 가지고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0793040호(2008.01.03)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 기존의 연마휠을 사용하여 유리 기판(P)의 모서리를 연마하는 방식에서 벗어나, 말단이 둥글게 패인 홈을 가진 공구가 초음파 진동을 함으로써 유리 기판의 모서리에 충격력을 전달하고, 유리 기판의 모서리를 따라 이동하면서 연마하고 버(B)를 제거하는 초음파를 이용하는 유리연마장치를 제공하는데 목적이 있다.

목적을 달성하기 위한 구성으로는, 다수의 에어홀이 형성되어 있어서 연마하고자 하는 유리 기판(P)이 흡착고정되도록 하는 기판지지대가 설치된 테이블과; 상기 유리 기판을 일시 지지하도록 승하강하는 고정벽을 구비하고, 상기 기판지지대의 에어홀을 통하여 진공압을 형성하는 고정부와; 상기 테이블의 상단에 설치되며 상기 유리 기판을 연마하는 초음파연마기를 X축과 Y축 상에서 이송하는 X, Y축이송부와; 상기 X, Y축이송부 상에 탑재되고 초음파연마기의 상하 및 회전운동이 가능하도록 하는 Z축이송부와; 상기 초음파연마기에 초음파 발생을 위한 고주파전원을 공급하는 고주파발생기와; 초음파연마기 내부의 과열을 방지하기 위해 초음파연마기에 연결된 냉각호스를 통해 냉각수를 순환시키는 냉각순환장치; 및 상기 유리 기판의 탈착과 초음파연마기의 이송 및 동작을 설정된 순서로 제어하는 제어기;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 상기 고정부의 고정벽은 기판지지대의 대각선 방향에 'ㄱ' 혹은 'ㄴ' 형상으로 배치되고, 이동실린더에 의해 상하운동 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 상기 Z축이송부는 유리 기판을 연마하기 위해 Z축이송부의 끝단에 탑재되는 초음파연마기와; 상기 초음파연마기를 Z축 상에서 이송하는 승하강모터와; 초음파연마기를 직각 단위로 회전하는 회전모터와; 초음파연마기를 테이블에 대하여 45도의 경사각을 유지하는 경사각고정대와; 초음파연마기에 진동방향으로 압력을 제공하는 가압실린더; 및 초음파연마기와 유리 기판과의 거리를 미세조정하는 전진조절나사;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 상기 초음파연마기는 내부에 초음파를 발생시키는 진동자와 코일이 구비된 초음파실과; 상기 진동자에서 발생한 진동을 증폭시키는 혼; 및 말단에 반원 모양의 홈을 지닌 원통 형상으로 형성되어서 초음파 진동에 의한 충격력으로 유리 기판의 모서리를 둥글게 연마하는 공구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 기존의 연마휠을 사용하지 않고, 말단이 둥글게 패인 홈을 가진 공구가 초음파 진동을 함으로써 유리 기판의 모서리에 충격력을 전달함으로써 모서리를 연마하고 버를 제거하므로, 둥근 모양으로 모서리를 연마할 수 있으며 유리 조각이나 가루와 같은 분진이 거의 생기지 않으므로 작업장의 청결도가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 유리 기판 연마 방법을 나타내는 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 장치를 전체적으로 나타내는 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 고정벽의 작동에 의한 유리 기판 로딩을 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 주요부인 Z축이송부를 나타내는 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 장치에 의해 연마를 실시하는 방법을 나타내는 측면도.

도 1은 종래기술에 따른 유리 기판 연마 방법을 나타내는 측면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 장치를 전체적으로 나타내는 정면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 고정벽의 작동에 의한 유리 기판 로딩을 나타내는 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 장치의 주요부인 Z축이송부를 나타내는 정면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 장치에 의해 연마를 실시하는 방법을 나타내는 측면도이다.

이하, 도면을 참고로 본 발명에 따른 구성요소를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2와 3을 참조하면, 먼저, 다수의 에어홀(11a)이 형성되어 있어서 유리기판(P)이 흡착고정되도록 하는 기판지지대(11)가 설치된 테이블(10)이 마련된다. 상기 기판지지대(11)의 에어홀(11a)은 균일한 간격으로 형성되어 도면에 도시되지는 않았으나 저면에서 흡입라인과 연동된다. 이러한 흡입라인의 타단은 흡착력을 발생시키는 고정부(20)와 연결된다.

상기 테이블(10)의 하단에는 유리 기판(P)을 일시 지지하도록 승하강하는 고정벽(21)을 구비하고, 상기 에어홀(11a)에 진공압을 형성하여 주는 고정부(20)가 설치된다. 고정부(20)는 상기 흡입라인의 타단에 설치된 진공펌프와, 테이블(10)의 상면으로 돌출되거나 은폐되면서 유리 기판(P)의 로딩을 안내하는 고정벽(21)을 포함한다.

이때, 상기 고정부(20)의 고정벽(21)은 상기 기판지지대(11)의 대각선 방향에 'ㄱ' 혹은 'ㄴ' 형상으로 배치되고, 각각의 고정벽(21)은 공압으로 작동되는 이동실린더(22)에 의해 승하강된다. 이에 따라 평상시 테이블(10) 속에 은폐되는 고정벽(21)은 유리 기판(P)을 로딩할 때만 테이블(10)의 상면으로 노출되어 유리 기판(P)의 원점이 기판지지대(11)의 원점과 일치되도록 안내하는 동작을 신속하고 정확하게 처리한다.

상기 테이블(10)의 상단에는 후술하는 초음파연마기(41)를 X, Y 좌표축 방향으로 이송하는 X, Y축이송부(30)가 설치된다. X, Y축이송부(30)는 유리 기판(P)을 연마하는 동안 유리 기판(P)의 모서리를 따라 초음파연마기(41)를 이송하며, AC 서보모터를 채용할 수 있다.

상기 X, Y축이송부(30)에는 초음파연마기(41)의 상하 및 회전 운동이 가능하도록 Z축이송부(40)가 탑재된다.

도 4를 참조하면, Z축이송부(40)는 유리 기판(P)을 연마하는 초음파연마기(41)와, 상기 초음파연마기(41)를 Z축 상에서 이송하는 승하강모터(42)와, 초음파연마기(41)를 직각 단위로 회전하는 회전모터(43)와, 초음파연마기(41)를 테이블(10)에 대하여 45도의 경사각을 유지시키는 경사각고정대(44)와, 초음파연마기(41)에 진동방향으로 압력을 제공하는 가압실린더(45) 및 초음파연마기(41)와 유리 기판(P)과의 거리를 미세조정하는 전진조절나사(46)를 포함한다.

초음파연마기(41)는 상하운동 및 회전운동이 가능하도록 Z축이송부(40)의 끝단에 탑재되며, 초음파를 발생시키는 초음파실(41a)과, 초음파실(41a)과 연동되어 진동을 증폭시키는 혼(41b)과, 혼(41b)의 끝단을 성형하여 피가공물을 가공할 수 있는 형상을 취한 공구(41c)로 구성된다.

초음파실(41a)의 내부에는 도면에 도시되지 않았으나 초음파 진동을 발생시키는 진동자가 설치된다. 진동자는 후술하는 고주파발생기(50)에 연결된 코일이 감겨있어서 교류 전기 에너지를 진동 에너지로 변환시킨다. 진동자에서 발생한 진동은 진동자의 하단에 접합된 상기 혼(41b)에 전달된다. 진동자와 혼(41b)의 접합부에는 냉각파이프를 접촉하거나 냉각수노즐에서 분사되는 냉각수로 열을 식히도록 한다. 상기 냉각파이프나 냉각수노즐은 후술하는 냉각순환장치(60)와 연결되도록 설치하여 냉각수가 순환되도록 한다.

혼(41b)은 진동을 증폭시켜서 공구에 전달하는데 일예로 중량 대비 강도가 뛰어난 알루미늄 합금인 듀랄루민(Duralumin)의 재질을 채용할 수 있다. 혼(41b)의 하단은 원통형의 돌출된 모양으로 만들어져 공구(41c)의 기능을 하도록 한다. 원통형 공구(41c)의 말단에는 홈이 형성된다. 초음파 가공의 특성대로 피가공물은 공구의 형상과 동일하게 가공되어지므로 유리 기판(P)의 모서리를 부드럽게 연마하기 위해서 공구(41c) 말단은 반원 형상으로 패여지도록 형성한다.

상기 승하강모터(42)는 Z축이송부(40)를 X, Y축이송부(30) 상에 탑재, 고정하는 역할의 지지브래킷(47) 상에 설치되며, 공지의 스테핑모터를 사용하거나 일반 서보모터를 위치센서와 병용하여 사용할 수도 있다. 승하강모터(42)는 하단의 승하강실린더(42a)와 연동되며 승하강실린더(42a) 내부로 출입하는 지주(42b)를 승하강 운동시킨다.

상기 지주(42b)의 하단에는 회전모터(43)와 연동되는 경사각고정대(44)가 설치되어서 초음파연마기(41)를 테이블(10)의 수평면에 대하여 45도의 자세를 유지한 채로 지지한다. 상기 회전모터(43)는 스테핑모터를 채용하며 유리 기판(P)의 한쪽 모서리를 연마한 후 다른 모서리를 연마하기 위해 이송할 때에 초음파연마기(41)를 90도 단위로 회전시키는 기능을 한다.

상기 경사각고정대(44)와 초음파연마기(41)의 결합부에는 공압으로 작동되는 가압실린더(45)가 설치되어 모서리 연마시 피가공물을 향해 일정한 압력을 부가하도록 한다. 또한, 수치상 압력과 실제 가해지는 압력이 정확히 일치할 수 있도록 제어하기 위해서 상기 가압실린더(45)와 함께 레귤레이터(45a)를 병용한다. 레귤레이터(45a)는 가압력이 디스플레이로 표시되는 방식을 선택한다.

또한, 전진조절나사(46)가 상기 초음파연마기(41)의 일측면에 구비되는데, 제어기(70)의 지시와 X, Y축이송부와 Z축이송부에 의해 이송된 공구(41c)의 위치가 유리 기판(P) 모서리에 완전히 접촉하지 않고 미세한 틈이 발생했을 때 상기 초음파연마기(41)를 전진시켜 공구(41c)를 유리 기판(P) 모서리에 접촉시키기 위해 전진조절나사(46)를 조절한다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 초음파연마기(41)에 고주파 전원을 공급하는 고주파발생기(50)와, 초음파연마기(41)에 냉각수를 공급하는 냉각순환장치(60)와, 유리 기판(P)의 탈착과 초음파연마기(41)의 이송을 미리 프로그램된 순서에 따라 제어하는 제어기(70)가 일측에 구비된다.

제어기(70)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스를 구비하는 마이컴 회로를 기반으로 한다. 제어기(70)의 입력 단자에는 각종 센서와 레귤레이터(45a)가 연결되고, 출력단에는 승하강모터(42), 회전모터(43), 가압실린더(45) 등을 구동하기 위한 릴레이 등이 연결된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 작동방법을 설명하면 다음과 같다.

상기 제어기(70)의 전원이 투입되어 도면에 미도시되었으나 제어기(70)와 연결된 컴퓨터에서 초기화 프로그램의 수행이 완료되면 유리 기판(P)의 가로, 세로 길이와 두께 등을 입력하거나 설정한다. 이어서 도 3과 같이 도면에 미도시된 이동실린더(22)를 작동하여 기준블록(21)을 상승시킨 상태에서 유리 기판(P)을 로딩하고 고정부(20)의 진공펌프를 작동하면 기판지지대(11)의 에어홀(11a)에 진공압이 형성되어 유리 기판(P)이 흡착 고정된다. 이어서 고정벽(21)을 다시 하강시켜서 원래의 위치로 은폐되도록 한다.

이후 상기 X, Y축이송부(30)와 Z축이송부(40)의 승하강모터(42)가 작동하여 상기 초음파연마기(41)의 공구(41c) 말단이 유리 기판(P)의 모서리에 위치하도록 한다. 이때 공구(41c) 말단이 유리 기판(P) 모서리에 완전하게 접촉되도록 상기 전진조절나사(46)를 이용해 미세 조정한다. 이 상태에서 가압실린더(45)가 작동하여 공구(41c)가 기판 모서리에서 떨어지지 않은 상태에서 일정한 가압력이 유지되도록 하면서 초음파를 발생시켜서 연마를 시작한다. 유리 기판(P) 모서리를 연마하기 위한 주파수는 40kHz 내외로 설정한다. 상기 고주파발생기(50)에서 공급되는 고주파 전류에 의해 초음파연마기(41)의 초음파실(41a) 내부의 진동자에서 발생한 초음파 진동은 혼(41b)을 지나면서 증폭되어 공구(41c)를 진동시킨다. 이때의 진폭은 일예로 20μm(마이크로미터)가 되도록 한다.

도 5를 참조하면, 상기 공구(41c)는 유리 기판(P)의 모서리와 접촉하면서 진동하여 그 충격력에 의해 버(B)를 제거하고 공구(41c) 말단과 같은 둥근 모양으로 연마한다. 공구(41c)는 모서리를 따라 이동하면서 연마하도록 X축 혹은 Y축의 방향으로 이송된다.

이어서, 인접한 모서리를 연마하기 위해서 X, Y축이송부(30)의 모터가 작동하여 상기 초음파연마기(41)를 X축 또는 Y축 방향으로 이송한다. 이어서 Z축이송부(40)의 회전모터(43)가 작동하여 초음파연마기(41)를 90도 회전하여 공구(41c)가 인접한 모서리에 접촉하도록 한다. 이러한 방식으로 X, Y축이송부(30)와 Z축이송부(40)의 회전모터(43)에 의해 상하좌우 4변의 모서리 모두 연마를 실시한다.

본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10 : 테이블 11 : 기판지지대
11a : 에어홀 20 : 고정부
21 : 고정벽 22 : 이동실린더
30 : X, Y축이송부 40 : Z축이송부
41 : 초음파연마기 41a : 초음파실
41b : 혼 41c : 공구
42 : 승하강모터 42a : 승하강실린더
42b : 지주 43 : 회전모터
44 : 경사각고정대 45 : 가압실린더
45a : 레귤레이터 46 : 전진조절나사
47 : 지지브래킷 50 : 고주파발생기
60 : 냉각순환장치 70 : 제어기
P : 유리 기판 B : 버(burr)

Claims

다수의 에어홀(11a)이 형성되어 있어서 연마하고자 하는 유리 기판(P)이 흡착고정되도록 하는 기판지지대(11)가 설치된 테이블(10)과;
상기 유리 기판(P)을 일시 지지하도록 승하강하는 고정벽(21)을 구비하고, 상기 기판지지대(11)의 에어홀(11a)을 통하여 진공압을 형성하는 고정부(20)와;
상기 테이블(10)의 상단에 설치되며 상기 유리 기판(P)을 연마하는 초음파연마기(41)를 X축과 Y축 상에서 이송하는 X, Y축이송부(30)와;
상기 X, Y축이송부(30) 상에 탑재되고 초음파연마기(41)의 상하 및 회전운동이 가능하도록 하는 Z축이송부(40)와;
상기 초음파연마기(41)에 초음파 발생을 위한 고주파전원을 공급하는 고주파발생기(50)와;
초음파연마기(41) 내부의 과열을 방지하기 위해 초음파연마기(41)에 연결된 냉각호스(X)를 통해 냉각수를 순환시키는 냉각순환장치(60); 및
상기 유리 기판(P)의 탈착과 초음파연마기(41)의 이송 및 동작을 설정된 순서로 제어하는 제어기(70);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용하는 유리연마장치.
제 1항에 있어서,
상기 고정부(20)의 고정벽(21)은 기판지지대(11)의 대각선 방향에 'ㄱ' 혹은 'ㄴ' 형상으로 배치되고, 이동실린더(22)에 의해 상하운동 가능한 것을 특징으로 하는 초음파를 이용하는 유리연마장치.
제 1항에 있어서,
상기 Z축이송부(40)는 유리 기판(P)을 연마하기 위해 Z축이송부(40)의 끝단에 탑재되는 초음파연마기(41)와;
상기 초음파연마기(41)를 Z축 상에서 이송하는 승하강모터(42)와;
초음파연마기(41)를 직각 단위로 회전하는 회전모터(43)와;
초음파연마기(41)를 테이블(10)에 대하여 45도의 경사각을 유지하는 경사각고정대(44)와;
초음파연마기(41)에 진동방향으로 압력을 제공하는 가압실린더(45); 및
초음파연마기(41)와 유리 기판(P)과의 거리를 미세조정하는 전진조절나사(46);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용하는 유리연마장치.
제 3항에 있어서,
상기 초음파연마기(41)는 내부에 초음파를 발생시키는 진동자와 코일이 구비된 초음파실(41a)과;
상기 진동자에서 발생한 진동을 증폭시키는 혼(41b); 및
말단에 반원 모양의 홈을 지닌 원통 형상으로 형성되어서 초음파 진동에 의한 충격력으로 유리 기판(P)의 모서리를 둥글게 연마하는 공구(41c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용하는 유리연마장치.