KR20160102661A

KR20160102661A - 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치

Info

Publication number: KR20160102661A
Application number: KR1020150025009A
Authority: KR
Inventors: 정재일
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-08-31
Also published as: KR101676721B1

Abstract

본 발명은 가공물 이외의 구성품에 빔이 직접 조사되는 것을 방지함으로써 진공챔버 내부의 과열을 방지하여 가공의 정밀도 향상을 도모할 수 있는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치에 관한 것으로, 내부에 진공압을 제공하는 진공챔버; 상기 진공챔버에 내장되어 빔을 하부로 조사하는 빔조사기; 상기 빔조사기의 하부에 설치된 상태로 표면에 가공물이 고정되는 픽스쳐; 상기 픽스쳐의 하부에서 상기 픽스쳐를 지지하면서 Y축방향으로 이동가능하게 설치되어 상기 픽스쳐와 함께 Y축방향으로 이동하는 Y축스테이지; 상기 Y축스테이지의 하부에 배치된 상태로 상기 Y축스테이지가 Y축방향으로 이동가능하게 결합되고, 상기 진공챔버에 X축방향으로 이동가능하게 결합되어 상기 Y축스테이지와 함께 X축방향으로 이동하는 X축스테이지; 상기 Y축스테이지와 상기 X축스테이지에 제각기 이동력을 제공하는 이송유닛; 및 상기 빔조사기의 빔을 상기 X축스테이지나 상기 Y축스테이지에 직적 조사됨이 없이 상기 진공챔버의 바닥면으로 안내하면서 상기 바닥면을 냉각시켜서 상기 진공챔버 내부의 과열을 방지하는 과열방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치{CONTACTLESS MACHINING APPARATUS USING BEAM WITH RADIATING STRUCTURE}

본 발명은 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가공물 이외의 구성품에 빔이 직접 조사되는 것을 방지함으로써 진공챔버 내부의 과열을 방지하여 가공의 정밀도 향상을 도모할 수 있는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치에 관한 것이다.

글라스(glass), 실리콘, 세라믹 등의 취성 기판을 절단하여 분리시키기 위해 스크라이빙(scribing), 블레이드 다이싱(blade dicing), 레이저 절단, 스텔스 다이싱(stealth dicing), TLS(Thermal Laser Separation) 및 전기 방전 가공(Electrical discharge machining, EDM)등의 방법을 사용할 수 있다.

이 중 스크라이빙과 블레이드 다이싱은 기계적인 절단 방법이기 때문에 가공물에 다량의 칩과 잔류 응력을 남기게 되는 문제점이 있어서 박막을 가공할 경우에는 레이저빔이나 전자빔을 이용한 비접촉 가공장치를 사용하게 된다.

통상의 비접촉 가공장치는 대상 가공물을 고정다이에 고정시킨 상태로 스테이지를 통해 이동시키면서 가공물의 상부에서 빔조사기로 빔을 조사함으로써 가공물을 설정된 패턴으로 가공한다.

그런데, 상기와 같은 종래기술은 가공물을 관통한 빔이 고정다이나 스테이지에 조사되면서 열기에 의해 가공물이 가열됨은 물론 전체장치가 과열됨에 따라 가공의 정밀도가 저하되는 문제점이 있다.

특히, 전자빔에 경우에는 진공에서 사용되기 때문에 열전달에 의한 과열문제가 레이저빔보다 심각하다.

예컨대, 대한민국 등록특허공보 제10-1210653호에 제안된 가공장치를 살펴보면, 가공물을 지지하는 가공 스테이지에 빔이 조사됨에 따라 가공 스테이지가 과열됨과 아울러 가공물 또한 과열되어 정밀도가 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1210653호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 가공물을 관통한 빔을 스테이지와 같은 다른 구성품에 조사됨이 없이 진공챔버의 바닥면으로 안내하면서 진공챔버의 바닥면을 냉각시킴으로써 진공챔버 내부의 과열을 방지할 수 있는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치를 제공하는 것이 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치는, 내부에 진공압을 제공하는 진공챔버; 상기 진공챔버에 내장되어 빔을 하부로 조사하는 빔조사기; 상기 빔조사기의 하부에 설치된 상태로 표면에 가공물이 고정되는 픽스쳐; 상기 픽스쳐의 하부에서 상기 픽스쳐를 지지하면서 Y축방향으로 이동가능하게 설치되어 상기 픽스쳐와 함께 Y축방향으로 이동하는 Y축스테이지; 상기 Y축스테이지의 하부에 배치된 상태로 상기 Y축스테이지가 Y축방향으로 이동가능하게 결합되고, 상기 진공챔버에 X축방향으로 이동가능하게 결합되어 상기 Y축스테이지와 함께 X축방향으로 이동하는 X축스테이지; 상기 Y축스테이지와 상기 X축스테이지에 제각기 이동력을 제공하는 이송유닛; 및 상기 빔조사기의 빔을 상기 X축스테이지나 상기 Y축스테이지에 직적 조사됨이 없이 상기 진공챔버의 바닥면으로 안내하면서 상기 바닥면을 냉각시켜서 상기 진공챔버 내부의 과열을 방지하는 과열방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

예컨대, 상기 과열방지부는, 상기 Y축스테이지에 구멍형태로 관통형성되어 상기 Y축스테이지가 상기 픽스쳐와 함께 Y축방향 또는 X축방향으로 이동함에 따라 상기 빔조사기의 빔을 상기 X축스테이지로 투과시키는 Y축관통홀; 상기 X축스테이지의 X축 방향을 따라 틈새형태로 관통형성되어 상기 X축스테이지가 X축방향으로 이동함에 따라 상기 Y축관통홀을 관통한 상기 빔을 상기 진공챔버의 바닥면으로 투과시키는 X축슬릿; 및 상기 빔이 도달하는 상기 진공챔버의 바닥면을 냉각시키는 바닥쿨러를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 X축슬릿은, 상기 X축스테이지의 이동거리에 대응하는 길이로 형성되고, 상기 Y축관통홀은, 상기 X축슬릿의 길이에 대응하는 길이를 가지면서 상기 Y축스테이지의 이동거리에 대응하는 폭으로 형성되는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 바닥쿨러는, 상기 바닥면에 설치되면서 상기 빔이 도달하는 부위의 외측면에 설치되고, 냉매를 관류시키면서 상기 바닥면을 냉매와 열교환시키는 쿨링챔버; 및 상기 쿨링챔버에 냉매를 순환시키면서 상기 쿨링챔버에서 열교환된 냉매를 저온상태로 재공급하는 냉매순환펌프를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 과열방지부는, 상기 Y축스테이지와 상기 픽스쳐의 사이에 개재되어 상기 Y축스테이지와 상기 픽스쳐 사이의 열전달을 차단하는 열차단패드를 더 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 이송유닛은, 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지의 이동방향을 따라 각각 고정되어 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지와 함께 이동하는 LM가이드; 및 상기 X축스테이지 및 상기 진공챔버에 각각 고정된 상태로 상기 각각의 LM가이드에 제각기 결합되어 상기 LM가이드를 이동시키면서 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지를 각각 이동시키는 LM모터를 포함하여 구성될 수 있다.

이와 달리, 상기 이송유닛은, 상기 X축스테이지 및 상기 진공챔버에 각각 고정된 상태로 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지의 이동방향을 따라 각각 회전가능하게 설치되어 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지의 이동경로를 제공하는 볼스크류; 상기 각각의 볼스크류에 나사결합된 상태로 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지에 각각 고정되어 상기 볼스크류의 회전에 의해 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지와 함께 이동하는 볼너트; 및 상기 각각의 볼스크류에 회전력을 제공하는 서보모터를 포함하여 구성될 수도 있다.

전술한 해결수단에 의한 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치는, 가공물을 관통한 빔이 과열방지부를 구성하는 Y축관통홀과, X축슬릿을 통해 진공챔버의 바닥면으로 안내됨에 따라 빔이 X축스테이지나 Y축스테이지에 직접조사되는 것이 방지되는 동시에 진공챔버의 바닥면이 바닥쿨러에 의해 냉각되므로 진공챔버 내부의 과열이 방지되면서 가공의 정밀도가 향상될 수 있다.

구체적으로, Y축관통홀이 X축슬릿에 대응하는 길이를 가지면서 Y축스테이지의 이동거리에 대응하는 폭으로 형성되므로 빔이 원활하게 진공챔버의 바닥면으로 안내될 수 있다.

또한, 바닥쿨러를 구성하는 쿨링챔버가 빔이 도달하는 부위에 설치되어 냉매순환펌프에서 공급된 냉매를 통해 냉각하므로 바닥면의 열기가 원활하게 냉각될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치를 나타내는 일부절개사시도.
도 2는 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치를 나타내는 종단면도.
도 3은 도 2에 도시된 X축스테이지 및 Y축스테이지를 나타내는 분해사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 진공챔버(100), 빔조사기(200), 픽스쳐(300), Y축스테이지(400), X축스테이지(500), 이송유닛(600) 및 과열방지부(700)를 포함하여 구성될 수 있다.

진공챔버(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 함체형으로 구성되어 후술되는 빔조사기(200), 픽스쳐(300), Y축스테이지(400), X축스테이지(500), 이송유닛(600)을 수용하면서 내부에 진공을 형성한다.

이러한 진공챔버(100)는 미도시된 진공펌프에 연결되어 내부에 진공을 형성하며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 Y축스테이지(400)와 X축스테이지(500)의 이동을 허용할 수 있는 크기를 갖는다.

여기서, 진공챔버(100)는 바닥면(110)의 재질이 벽면보다 열전도성이 높은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

이는 후술되는 과열방지부(700)에 의해 바닥면(110)으로 안내된 빔의 열기를 바닥쿨러(730)를 통해 원활하게 냉각시키기 위함이다.

빔조사기(200)는 가공물의 절단과 같은 가공을 위한 빔을 가공물에 조사하는 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이 진공챔버(100)의 상부에 내장되어 빔을 하부로 조사하면서 가공물(1)을 가공한다.

여기서, 본 발명에 적용되는 빔은 예컨대 레이저빔이나 전자빔 또는 이온빔과 같이 비접촉 가공분야에 사용되는 빔이 적용될 수 있다.

즉, 빔조사기(200)는 빔의 종류에 따라 레이저발생기나 전자빔가속기 또는 이온빔가속기 등으로 구성될 수 있다.

픽스쳐(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 가공물(1)의 고정부위를 이루는 구성요소로서, 빔조사기(200)의 하부에 배치되면서 후술되는 Y축스테이지(400)에 고정되고, 상면에 가공물(1)이 분리가능하게 고정된다.

이러한 픽스쳐(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 틀체형으로 형성되면서 외곽을 따라 가공물(1)을 고정하기 위한 고정구(310)가 구비되어 가공물(1)이 고정구(210)를 통해 분리가능하게 고정된다.

여기서, 고정구(310)는 예컨대 가공물(1)을 관통하여 픽스쳐(300)에 체결되면서 가공물(1)을 고정하거나 가공물(1)을 가압하여 고정하는 방식 등 본 발명이 속하는 분야에 알려진 임의의 구성이 채택될 수 있다.

Y축스테이지(400)는 도 1에 도시된 바와 같이 픽스쳐(300)의 하부에서 픽스쳐(300)를 지지하면서 후술되는 X축스테이지(500)에 Y축방향으로 이동가능하게 결합된다.

이러한 Y축스테이지(400)는 후술되는 이송유닛(600)의 작동에 따라 픽스쳐(300)와 함께 Y축방향으로 이동하면서 가공물(1)을 Y축방향으로 이동시킨다.

구체적으로, Y축스테이지(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 후술되는 이송유닛(600)을 구성하는 LM가이드(610)가 Y축방향으로 설치되고, LM가이드(610)에 결합되는 LM모터(620)가 X축스테이지(500)에 고정된 상태로 작동함에 따라 픽스쳐(300)와 함께 Y축방향으로 이동한다.

X축스테이지(500)는 도 1에 도시된 바와 같이 Y축스테이지(400)의 하부에 설치되어 Y축스테이지(400)를 이동가능하게 지지하며, 이송유닛(600)을 통해 진공챔버(100)에 X축방향으로 이동가능하게 결합되어 Y축스테이지와 함께 X축방향으로 이동하면서 가공물(1)을 X축방향으로 이동시킨다.

구체적으로, X축스테이지(500)는 도 3에 도시된 바와 같이 후술되는 이송유닛(600)을 구성하는 LM가이드(610)가 X축방향으로 설치되고, LM가이드(610)에 결합되는 LM모터(620)가 진공챔버에 고정된 상태로 작동함에 따라 Y축스테이지(400)와 함께 X축방향으로 이동한다.

이송유닛(600)은 전술한 바와 같이 LM가이드(510) 및 LM모터(520)로 구성되어 미도시된 컨트롤러의 제어에 따라 Y축스테이지(400)와 X축스테이지(500) 각각에 구동력을 제공하여 가공물(1)을 설정된 패턴으로 이동시키면서 빔을 통해 가공시키는 구성요소이다.

구체적으로, LM가이드(510)는 도 3에 도시된 바와 같이 Y축스테이지(400)의 Y축방향 및 X축스테이지(500)의 X축방향으로 각각 설치되어 Y축스테이지(400) 및 X축스테이지(500)의 이동경로를 각각 이루며, 후술되는 LM모터(520)의 작동에 의해 Y축스테이지(400) 및 X축스테이지(500)와 함께 각각 이동한다.

그리고, LM모터(520)는 X축스테이지(400)와 진공챔버(100)에 각각 설치된 상태로 LM가이드(510)에 제각기 결합되어 컨트롤러에 의해 작동하면서 Y축스테이지(400)와 X축스테이지(500)를 각각 이동시킨다.

이러한 LM가이드(510) 및 LM모터(520)의 세부구성이나 작동방식은 본 발명이 속하는 분야에 알려진 사항이므로 상세한 설명을 생략한다.

이와 달리, 본 발명의 이송유닛(600)은 도 5에 도시된 바와 같이 볼스크류(650), 볼너트(660) 및 서보모터(670)를 포함하여 구성될 수도 있다.

볼스크류(650)는 Y축스테이지(400) 및 X축스테이지(500)의 이동경로를 제공하는 구성요소로서, 도 5에 도시된 바와 같이 각각 X축스테이지(400)와 진공챔버(100)에 제각기 고정되면서 각 스테이지의 이동방향을 따라 회전가능하게 설치되어 후술되는 서보모터(670)에 의해 회전한다.

볼너트(660)는 볼스크류(650)의 회전에 의해 볼스크류(660)의 길이방향을 따라 직선이동하는 구성요소로서, 강구가 개재된 상태로 볼스크류(660)에 나사결합된다.

즉, 볼너트(660) 및 볼스크류(650)는 어느 하나의 회전운동에 따라 나머지 하나가 직선운동함으로써 회전운동을 직선운동으로 전환시키는 구성요소이다.

이러한 볼너트(660)는 도 5에 도시된 바와 같이 각각 Y축스테이지(400) 및 X축스테이지(500)에 고정된 상태로 각각에 대응하는 볼스크류(650)에 나사결합되며, 후술되는 서보모터(670)에 의한 볼스크류(650)의 회전에 의해 Y축스테이지(400) 및 X축스테이지(500)와 함께 이동한다.

서보모터(670)는 각각의 볼스크류(650)에 설치되어 미도시된 컨트롤러에 의해 작동하면서 각각의 볼스크류(650)를 회전시킴으로써 Y축스테이지(400) 및 X축스테이지(500)를 제각기 이동시킨다.

본 발명의 이송유닛은 전술한 구성 이외에도 각 스테이지를 직선운동시킬 수 있는 구성이라면 어떠한 구성도 무방하다.

과열방지부(700)는 빔을 진공챔버(100)의 내부에 수용된 구성품, 즉 Y축스테이지(400)나 X축스테이지(500)에 직접 조사됨이 없이 진공챔버(100)의 바닥면(110)으로 안내하여 과열을 방지하면서 바닥면(110)을 냉각하여 진공챔버(100) 내부의 과열을 방지하는 구성요소이다.

예컨대, 과열방지부(700)는 Y축관통홀(710), X축슬릿(720) 및 바닥쿨러(730)을 포함하여 구성될 수 있다.

Y축관통홀(710)은 도 3에 도시된 바와 같이 Y축스테이지(400)에 구멍형태를 이루면서 관통형성되어 빔조사기(200)에서 조사된 빔을 X축스테이지(500)로 투과시킨다.

이러한 Y축관통홀(710)은 Y축스테이지(400)가 픽스쳐(300)와 함께 Y축방향으로 이동하거나 X축스테이지(500)와 함께 X축방향으로 이동하는 경우에 빔을 하부로 투과시켜야 하므로 도 3에 도시된 바와 같이 장방형으로 형성된다.

구체적으로, Y축관통홀(710)은 X축스테이지(500)의 이동거리에 대응하는 길이를 가지면서 Y축스테이지(400)의 이동거리에 대응하는 폭을 갖는 장방형으로 형성되는 것이 바람직하다.

X축슬릿(720)은 도 3에 도시된 바와 같이 X축스테이지(500)에 X축방향을 따라 틈새형태로 관통형성되어 진공챔버(100)의 바닥면(110)으로 투과시킨다.

이러한 X축슬릿(720)은 X축스테이지(500)가 X축방향으로만 이동함에 따라 X축방향의 틈새형태로 형성되며, X축스테이지(500)의 이동거리에 대응하는 길이로 형성되는 것이 바람직하다.

바닥쿨러(730)는 Y축관통홀(710)과 X축슬릿(720)을 통해 빔이 진공챔버(100)의 바닥면(110)으로 안내됨에 따라 빔이 도달한 바닥면(110)을 냉각시키는 구성요소이다.

예컨대, 바닥쿨러(730)는 도 2에 도시된 바와 같이 쿨링챔버(731) 및 냉매순환펌프(732)를 포함하여 구성될 수 있다.

쿨링챔버(731)는 도 2에 도시된 바와 같이 빔이 도달하는 부위의 바닥면(110) 외측에 설치된 상태로 냉매를 관류시키면서 냉매와의 열교환을 통해 바닥면(110)을 냉각시킨다.

냉매순환펌프(732)는 도 2에 도시된 바와 같이 쿨링챔버(731)에 연결되며, 쿨링챔버(731)에서 열교환된 냉매를 저온상태로 재공급하면서 진공챔버(100)의 바닥면을 지속적으로 냉각시킨다.

즉, 바닥쿨러(730)를 구성하는 쿨링챔버(731)와 냉매순환펌프(732)는 통상의 냉동사이클을 이루면서 냉매와의 열교환을 통해 진공챔버(100)의 바닥면(110)을 냉각시킨다.

이때, 진공챔버(100)의 바닥면(110)은 열전도성이 높은 재질로 구성됨에 따라 좀 더 원활하게 바닥쿨러(730)에 의해 냉각될 수 있다.

한편, 과열방지부(700)는 도 4에 도시된 바와 같이 열차단패드(740)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

열차단패드(740)는 가공물(1)이 고정되는 픽스쳐(300)와 Y축스테이지(400) 사이의 열전달을 차단하기 위한 구성요소로서, 도 3에 도시된 바와 같이 Y축스테이지(400)의 상면에 부착되어 픽스쳐(300)와의 사이에 개재된다.

이러한 열차단패드(740)는 픽스쳐(300)나 Y축스테이지(400)보다 열전도성이 낮은 소재로 구성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, Y축스테이지(400)는 열차단패드(740)에 의해 픽스쳐(300)와의 열전달이 차단됨에 따라 가공물(1)에 조사된 빔의 열기가 차단될 수 있으므로 더욱 과열이 방지될 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 구성품은 도 5에 도시된 바와 같이 고정판(800)에 설치된 상태로 진공챔버(100)의 바닥면(110)에 고정될 수도 있다.

즉, 픽스쳐(300), Y축스테이지(400), X축스테이지(500) 및 이송유닛(600)은 진공챔버(100)의 외부에서 고정판(800) 위에 조립된 후, 진공챔버(100)의 내부에 일괄적으로 설치될 수 있다.

상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명의 작동 및 작용을 설명한다.

가공물(1)은 픽스쳐(300)의 표면에 고정된 상태로 Y축스테이지(400) 및 X축스테이지(500)의 이동에 의해 설정된 패턴으로 이동하면서 빔조사기(200)의 빔에 의해 가공된다.

구체적으로, Y축스테이지(400)는 컨트롤러의 제어에 의한 이송유닛(600)의 작동에 따라 Y축방향으로 이동하면서 가공물(1)을 Y축방향으로 이동시키며, X축스테이지(500)와 함께 X축방향으로 이동하면서 가공물(1)을 X축방향으로 이동시킨다.

이때, 가공물(1)을 관통한 빔은 Y축관통홀(710)과 X축슬릿(720)을 통해 안내되어 Y축스테이지(400)나 X축스테이지(500)에 직접 조사됨이 없이 진공챔버(100)의 바닥면(110)으로 안내되며, 진공챔버(100)의 바닥면(110)은 바닥쿨러(730)에 의해 냉각된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치에 의하면, 가공물(1)을 관통한 빔이 과열방지부(700)를 구성하는 Y축관통홀(710)과, X축슬릿(720)을 통해 진공챔버(100)의 바닥면(110)으로 안내됨에 따라 빔이 X축스테이지(500)나 Y축스테이지(400)에 직접조사되는 것이 방지되는 동시에 진공챔버(100)의 바닥면(110)이 바닥쿨러(730)에 의해 냉각되므로 진공챔버(100) 내부의 과열이 방지되면서 가공의 정밀도가 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 Y축관통홀(710)이 X축슬릿(720)에 대응하는 길이를 가지면서 Y축스테이지(400)의 이동거리에 대응하는 폭으로 형성되므로 빔이 원활하게 진공챔버(100)의 바닥면(110)으로 안내될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 바닥쿨러(730)를 구성하는 쿨링챔버(731)가 빔이 도달하는 부위에 설치되어 냉매순환펌프(732)에서 공급된 냉매를 통해 냉각하므로 바닥면(110)의 열기가 원활하게 냉각될 수 있다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

1 : 가공물 100 : 진공챔버
110 : 바닥면 200 : 빔조사기
300 : 픽스쳐 400 : Y축스테이지
500 : X축스테이지 600 : 이송유닛
610 : LM가이드 620 : LM모터
650 : 볼스크류 660 : 볼너트
670 : 서보모터
700 : 과열방지부 710 : Y축관통홀
720 : X축슬릿 730 : 바닥쿨러
731 : 쿨링챔버 732 : 냉매순환펌프
740 : 열차단패드 800 : 고정판

Claims

내부에 진공압을 제공하는 진공챔버;
상기 진공챔버에 내장되어 빔을 하부로 조사하는 빔조사기;
상기 빔조사기의 하부에 설치된 상태로 표면에 가공물이 고정되는 픽스쳐;
상기 픽스쳐의 하부에서 상기 픽스쳐를 지지하면서 Y축방향으로 이동가능하게 설치되어 상기 픽스쳐와 함께 Y축방향으로 이동하는 Y축스테이지;
상기 Y축스테이지의 하부에 배치된 상태로 상기 Y축스테이지가 Y축방향으로 이동가능하게 결합되고, 상기 진공챔버에 X축방향으로 이동가능하게 결합되어 상기 Y축스테이지와 함께 X축방향으로 이동하는 X축스테이지;
상기 Y축스테이지와 상기 X축스테이지에 제각기 이동력을 제공하는 이송유닛; 및
상기 빔조사기의 빔을 상기 X축스테이지나 상기 Y축스테이지에 직접 조사됨이 없이 상기 진공챔버의 바닥면으로 안내하면서 상기 바닥면을 냉각시켜서 상기 진공챔버 내부의 과열을 방지하는 과열방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치.
청구항 1에 있어서,
상기 과열방지부는,
상기 Y축스테이지에 구멍형태로 관통형성되어 상기 Y축스테이지가 상기 픽스쳐와 함께 Y축방향 또는 X축방향으로 이동함에 따라 상기 빔조사기의 빔을 상기 X축스테이지로 투과시키는 Y축관통홀;
상기 X축스테이지의 X축 방향을 따라 틈새형태로 관통형성되어 상기 X축스테이지가 X축방향으로 이동함에 따라 상기 Y축관통홀을 관통한 상기 빔을 상기 진공챔버의 바닥면으로 투과시키는 X축슬릿; 및
상기 빔이 도달하는 상기 진공챔버의 바닥면을 냉각시키는 바닥쿨러를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치.
청구항 2에 있어서,
상기 X축슬릿은,
상기 X축스테이지의 이동거리에 대응하는 길이로 형성되고,
상기 Y축관통홀은,
상기 X축슬릿의 길이에 대응하는 길이를 가지면서 상기 Y축스테이지의 이동거리에 대응하는 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치.
청구항 2에 있어서,
상기 바닥쿨러는,
상기 바닥면에 설치되면서 상기 빔이 도달하는 부위의 외측면에 설치되고, 냉매를 관류시키면서 상기 바닥면을 냉매와 열교환시키는 쿨링챔버; 및
상기 쿨링챔버에 냉매를 순환시키면서 상기 쿨링챔버에서 열교환된 냉매를 저온상태로 재공급하는 냉매순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치.
청구항 2에 있어서,
상기 과열방지부는,
상기 Y축스테이지와 상기 픽스쳐의 사이에 개재되어 상기 Y축스테이지와 상기 픽스쳐 사이의 열전달을 차단하는 열차단패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이송유닛은,
상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지의 이동방향을 따라 각각 고정되어 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지와 함께 이동하는 LM가이드; 및
상기 X축스테이지 및 상기 진공챔버에 각각 고정된 상태로 상기 각각의 LM가이드에 제각기 결합되어 상기 LM가이드를 이동시키면서 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지를 각각 이동시키는 LM모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이송유닛은,
상기 X축스테이지 및 상기 진공챔버에 각각 고정된 상태로 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지의 이동방향을 따라 각각 회전가능하게 설치되어 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지의 이동경로를 제공하는 볼스크류;
상기 각각의 볼스크류에 나사결합된 상태로 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지에 각각 고정되어 상기 볼스크류의 회전에 의해 상기 Y축스테이지 및 상기 X축스테이지와 함께 이동하는 볼너트; 및
상기 각각의 볼스크류에 회전력을 제공하는 서보모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 빔을 이용한 비접촉 가공장치.