JP2013010113A - Work processor by laser beam - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve work efficiency by suppressing reduction of scanning speed when scanning with a laser beam along a processing line including curves such as a circle, arc and S-shape, etc.SOLUTION: This work processor, processing a work such as a glass substrate, etc. by irradiation with a laser beam, includes a work table 2 that is mounted with a to-be-processed work, a table moving mechanism 5, a laser beam output part 15 that outputs a laser beam, a deflecting and rotating mechanism 18 and a scanning control means. The table moving mechanism 5 moves the work table 2 in x and y directions orthogonal to each other in a plane parallel to a mounting surface. The deflecting and rotating mechanism 18 deflects the laser beam emitted from the laser beam output part 15 from an emission axis, and further, the deflected laser beam is rotated around the emission axis. The scanning control means cooperatively controls driving of the table moving mechanism 5 and the deflecting and rotating mechanism 18 to scan the work with the laser beam.

Description

本発明は、ワーク加工装置、特に、ガラス基板等のワークにレーザ光を照射して加工を行うワーク加工装置に関する。   The present invention relates to a workpiece processing apparatus, and more particularly to a workpiece processing apparatus that performs processing by irradiating a workpiece such as a glass substrate with laser light.

レーザ光によるワーク加工装置としては、例えば特許文献１に示された装置が知られている。この種の加工装置では、波長が５３２ｎｍ程度のグリーンレーザ光がガラス基板等のワークに照射される。グリーンレーザ光は、一般的にはガラス基板を透過するが、レーザ光を集光し、その強度があるしきい値を越えると、ガラス基板はレーザ光を吸収することになる。このような状態では、レーザ光の集光部にプラズマが発生し、これによりガラス基板は蒸散する。以上のような原理を利用して、ガラス基板に孔を形成する等の加工が可能である。   As a workpiece processing apparatus using laser light, for example, an apparatus disclosed in Patent Document 1 is known. In this type of processing apparatus, a green laser beam having a wavelength of about 532 nm is irradiated onto a workpiece such as a glass substrate. The green laser light is generally transmitted through the glass substrate, but when the laser light is collected and the intensity exceeds a certain threshold value, the glass substrate absorbs the laser light. In such a state, plasma is generated in the condensing part of the laser beam, and thereby the glass substrate is evaporated. Processing such as forming a hole in the glass substrate can be performed using the principle described above.

また、特許文献２には、レーザ光集光用光学系の下方に、偏芯用光学系及びアシストガスノズルを設けたレーザ加工ヘッドが示されている。偏芯用光学系は、回転駆動自在であり、レーザ光をレーザ光集光用光学系の光軸から偏芯させる。また、アシストガスノズルは、偏芯用光学系からのレーザ光を通過させると同時に、アシストガスを同軸に噴射する。この特許文献２の偏芯用光学系は、間隔をあけて配置された１組のウェッジプリズムを有している。そして、各ウェッジプリズムはそれぞれモータによって光軸の回りに回転自在である。   Patent Document 2 discloses a laser processing head in which an eccentric optical system and an assist gas nozzle are provided below a laser beam condensing optical system. The decentering optical system is freely rotatable and decenters the laser beam from the optical axis of the laser beam condensing optical system. Further, the assist gas nozzle allows the laser light from the decentering optical system to pass through and simultaneously ejects the assist gas coaxially. The decentering optical system of Patent Document 2 has a set of wedge prisms arranged at intervals. Each wedge prism is rotatable around the optical axis by a motor.

特開２００７−１１８０５４号公報JP 2007-118054 A 特開平１１−１５６５７９号公報JP 11-156579 A

前述のような従来のレーザ光による加工装置を用いて、円、円弧、Ｓ字等の曲線に沿ってガラス基板上にレーザ光を走査する場合、ガラス基板が載置されたテーブルをｘ方向及びｙ方向に同期させて駆動する必要がある。例えば、ｘ方向に延びる直線から円弧状の曲線部分を介してｙ方向に延びる直線の軌跡に沿ってレーザ光を走査する場合、当初はｘ方向駆動用のモータのみでテーブルを移動し、円弧状の軌跡の開始位置でｙ方向駆動用モータを駆動させ、円弧状の軌跡の終了位置でｘ方向駆動用モータを停止させる必要がある。   When a laser beam is scanned on a glass substrate along a curved line such as a circle, an arc, or an S shape using the conventional laser beam processing apparatus as described above, the table on which the glass substrate is placed is moved in the x direction and It is necessary to drive in synchronization with the y direction. For example, when a laser beam is scanned from a straight line extending in the x direction along a linear trajectory extending in the y direction via an arcuate curved portion, the table is initially moved only by a motor for driving in the x direction. It is necessary to drive the y-direction drive motor at the start position of the locus and stop the x-direction drive motor at the end position of the arc-shaped locus.

しかし、テーブルは比較的大きな慣性を有しているので、各モータの駆動制御に対して即座にテーブルを移動させたり、停止させたりすることができない。すなわち、円弧状軌跡の開始位置でｙ方向駆動用モータの駆動を開始しても、テーブルのｙ方向の動きが遅れ、また逆に円弧状軌跡の終了位置でｘ方向駆動用モータを停止させてもテーブルの慣性でｘ方向の動きが即座に停止するわけではない。   However, since the table has a relatively large inertia, the table cannot be immediately moved or stopped with respect to the drive control of each motor. That is, even if the drive of the y-direction drive motor is started at the start position of the arcuate locus, the movement of the table in the y-direction is delayed, and conversely, the x-direction drive motor is stopped at the end position of the arcuate locus. However, the motion in the x direction does not stop immediately due to the inertia of the table.

このため、以上のようなテーブルの慣性による追従性の低下を見込んで制御を行うか、あるいは走査速度（テーブルの移動速度）を低くして加工を行う必要がある。この場合は、制御が複雑になり、また加工速度が低下するので加工効率が低下する。   For this reason, it is necessary to perform control in anticipation of a decrease in followability due to the inertia of the table as described above, or to perform processing at a low scanning speed (table moving speed). In this case, the control becomes complicated, and the processing speed decreases, so the processing efficiency decreases.

本発明の課題は、円、円弧、Ｓ字等の曲線を含む加工ラインに沿ってレーザ光を走査する際に、走査速度の低下を抑えて、加工効率を向上させることにある。   An object of the present invention is to suppress a decrease in scanning speed and improve processing efficiency when scanning laser light along a processing line including a curve such as a circle, an arc, or an S-shape.

第１発明に係るレーザ光によるワーク加工装置は、ワークにレーザ光を照射して加工を行う装置であって、加工すべきワークが載置されるワークテーブルと、テーブル駆動手段と、レーザ光を出力するレーザ光出力部と、偏向・回転手段と、走査制御手段と、を備えている。テーブル駆動手段は、ワークテーブルを、載置面と平行な面内において互いに直交するｘ，ｙ方向に移動する。偏向・回転手段は、レーザ光出力部から出射されたレーザ光を出射軸から偏向させるとともに、偏向されたレーザ光を出射軸の回りに回転させる。走査制御手段は、テーブル駆動手段及び偏向・回転手段の駆動を協調制御して、レーザ光をワーク上で走査する。   A workpiece processing apparatus using a laser beam according to a first aspect of the invention is a device that performs processing by irradiating a workpiece with a laser beam, a workpiece table on which a workpiece to be processed is placed, a table driving unit, and a laser beam. A laser beam output unit for outputting, a deflection / rotation unit, and a scanning control unit are provided. The table driving means moves the work table in x and y directions orthogonal to each other in a plane parallel to the placement surface. The deflecting / rotating unit deflects the laser beam emitted from the laser beam output unit from the emission axis and rotates the deflected laser beam around the emission axis. The scanning control unit performs coordinated control of driving of the table driving unit and the deflection / rotation unit, and scans the laser beam on the workpiece.

この装置では、ワークの載置されたワークテーブルがテーブル駆動手段によってｘ及びｙ方向に駆動されるとともに、出射軸から偏向されたレーザ光が偏向・回転手段によって出射軸の回りに回転させられる。このため、加工ラインが曲線を含む場合、その曲線部分において、ワークテーブルをｘ，ｙ方向に移動させながらレーザ光を偏向、回転させることによって、ワークテーブルを、加工ラインの曲線よりも大きな半径を描くような軌跡で移動させることが可能になる。   In this apparatus, the work table on which the work is placed is driven in the x and y directions by the table driving means, and the laser light deflected from the emission axis is rotated around the emission axis by the deflection / rotation means. For this reason, when the machining line includes a curve, the work table has a larger radius than the curve of the machining line by deflecting and rotating the laser beam while moving the work table in the x and y directions. It is possible to move along a locus like drawing.

ここでは、ワークテーブルによる走査軌跡の半径を、より大きくすることができるので、駆動手段に対するワークテーブルの追従性が鈍い場合でも、走査速度を比較的速くすることができる。したがって、加工速度が速くなり、加工効率が向上する。   Here, since the radius of the scanning trajectory by the work table can be increased, the scanning speed can be made relatively high even when the followability of the work table with respect to the driving means is low. Therefore, the processing speed is increased and the processing efficiency is improved.

第２発明に係るレーザ光によるワーク加工装置は、第１発明の装置において、偏向・回転手段は、対向して配置された第１ウェッジプリズム及び第２ウェッジプリズムと、第１及び第２ウェッジプリズムを出射軸の回りに回転させるための回転手段と、レーザ光をワーク上に集光させる集光レンズと、を有する。   The workpiece processing apparatus using laser light according to the second invention is the apparatus according to the first invention, wherein the deflection / rotation means is a first wedge prism and a second wedge prism arranged opposite to each other, and a first and a second wedge prism. And rotating means for rotating the laser beam around the emission axis, and a condensing lens for condensing the laser beam on the workpiece.

ここでは、１対のウェッジプリズムを出射軸回りに回転させることによって、ワーク上に集光されているレーザ光を回転させることができる。   Here, the laser beam condensed on the workpiece can be rotated by rotating the pair of wedge prisms around the emission axis.

第３発明に係るレーザ光によるワーク加工装置は、第２発明の装置において、偏向・回転手段の回転手段は、第１ウェッジプリズムを出射軸の回りに回転させるための第１モータと、第２ウェッジプリズムを出射軸の回りに回転させるための第２モータと、をさらに有する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the laser beam work processing apparatus according to the second aspect, wherein the rotation means of the deflection / rotation means includes a first motor for rotating the first wedge prism around the output axis, and a second motor. And a second motor for rotating the wedge prism about the output axis.

ここでは、各ウェッジプリズムを別々に回転制御できる。このため、レーザ光の偏向量を任意に制御することができる。   Here, the rotation of each wedge prism can be controlled separately. For this reason, the deflection amount of the laser beam can be arbitrarily controlled.

第４発明に係るレーザ光によるワーク加工装置は、第１発明の装置において、偏向・回転手段の回転手段は、第１及び第２ウェッジプリズムが内部に配置された中空モータである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the laser beam workpiece processing apparatus according to the first aspect, wherein the rotation means of the deflection / rotation means is a hollow motor in which the first and second wedge prisms are disposed.

第５発明に係るレーザ光によるワーク加工装置は、第１発明の装置において、走査制御手段は、直線状の加工ラインを走査する場合は、テーブル駆動手段によってワークテーブルをｘ方向又はｙ方向に移動制御する。また、曲線状の加工ラインを走査する場合は、テーブル駆動手段によってワークテーブルをX方向及びＹ方向に移動制御するとともに、偏向・回転手段によってレーザ光を回転させる。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the work processing apparatus using laser light in the apparatus of the first aspect, wherein the scanning control means moves the work table in the x direction or the y direction by the table driving means when scanning a straight processing line. Control. When scanning a curved processing line, the work table is moved and controlled in the X and Y directions by the table driving means, and the laser beam is rotated by the deflection / rotation means.

ここでは、前記同様に、ワークテーブルによる走査軌跡の半径を、より大きくすることができる。したがって、駆動手段に対するワークテーブルの追従性が鈍い場合でも、走査速度を比較的速くすることができ、加工効率が向上する。   Here, similarly to the above, the radius of the scanning locus by the work table can be further increased. Therefore, even when the followability of the work table with respect to the driving means is low, the scanning speed can be made relatively high, and the processing efficiency is improved.

第６発明に係るレーザ光によるワーク加工装置は、第５発明の装置において、偏向・回転手段は、対向して配置された第１ウェッジプリズム及び第２ウェッジプリズムと、第１及び第２ウェッジプリズムを出射軸の回りに回転させるための回転手段と、レーザ光をワーク上に集光させる集光レンズと、を有している。そして、走査制御手段は、直線部及び曲線部を含む加工ラインに沿ってレーザ光を走査する際に、加工ラインの直線部を走査する場合は、テーブル駆動手段によってワークテーブルをｘ方向又はｙ方向に移動制御する。また、加工ラインの曲線部を走査する場合は、テーブル駆動手段によってワークテーブルをｘ方向及びｙ方向に移動制御するとともに、第１及び第２ウェッジプリズムを出射軸の回りに同じ方向に回転させる。   A workpiece processing apparatus using laser light according to a sixth aspect of the present invention is the apparatus according to the fifth aspect of the present invention, wherein the deflecting / rotating means includes a first wedge prism and a second wedge prism arranged opposite to each other, and a first and a second wedge prism. And a condensing lens for condensing the laser beam on the workpiece. When the scanning control means scans the laser beam along the processing line including the straight line portion and the curved line portion, when scanning the straight line portion of the processing line, the table driving means moves the work table in the x direction or the y direction. Move to control. Further, when scanning the curved portion of the processing line, the work table is controlled to move in the x and y directions by the table driving means, and the first and second wedge prisms are rotated in the same direction around the output axis.

ここでは、前記同様に、ワークテーブルによる走査軌跡の半径を、より大きくすることができる。   Here, similarly to the above, the radius of the scanning locus by the work table can be further increased.

第７発明に係るレーザ光によるワーク加工装置は、第５発明の装置において、偏向・回転手段は、対向して配置された第１ウェッジプリズム及び第２ウェッジプリズムと、第１及び第２ウェッジプリズムを出射軸の回りに回転させるための回転手段と、レーザ光をワーク上に集光させる集光レンズと、を有している。そして、走査制御手段は、直線部及び曲線部を含む加工ラインに沿ってレーザ光を走査する際に、加工ラインの直線部を走査する場合は、テーブル駆動手段によってワークテーブルをｘ方向又はｙ方向に移動制御する。また、加工ラインの曲線部を走査する場合は、テーブル駆動手段によってワークテーブルをｘ方向及びｙ方向に移動制御するとともに、第１及び第２ウェッジプリズムを出射軸の回りに逆方向に回転させる。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the workpiece processing apparatus using laser light according to the fifth aspect of the invention, wherein the deflection / rotation means includes a first wedge prism and a second wedge prism arranged opposite to each other, and a first and a second wedge prism. And a condensing lens for condensing the laser beam on the workpiece. When the scanning control means scans the laser beam along the processing line including the straight line portion and the curved line portion, when scanning the straight line portion of the processing line, the table driving means moves the work table in the x direction or the y direction. Move to control. Further, when scanning the curved portion of the processing line, the work table is controlled to move in the x and y directions by the table driving means, and the first and second wedge prisms are rotated in the opposite directions around the emission axis.

ここでは、ワークテーブルの走査半径をより大きくすることができ、加工効率をより向上させることができる。   Here, the scanning radius of the work table can be increased, and the processing efficiency can be further improved.

第８発明に係るレーザ光によるワーク加工装置は、第１から第７発明のいずれかの装置において、レーザ光出力部と偏向・回転手段との間に配置され、１対のウェッジプリズム及び１対のウェッジプリズムが内部に配置された中空モータからなり、レーザ光の集光点を回転させるための集光点回転機構をさらに備えている。   A workpiece processing apparatus using a laser beam according to an eighth aspect of the present invention is the apparatus according to any one of the first to seventh aspects of the present invention, disposed between the laser beam output section and the deflection / rotation means, and a pair of wedge prisms and a pair of wedge prisms. The wedge prism is composed of a hollow motor disposed inside, and further includes a condensing point rotating mechanism for rotating the condensing point of the laser beam.

ここでは、１対のウェッジプリズムを通過して偏向されたレーザ光は、入射光軸の周りに回転させられる。この偏向され、かつ回転するレーザ光は、ワーク上に集光され、円形を描く。そして、この円形の軌跡全体が加工ラインに沿って走査される。   Here, the laser light deflected through the pair of wedge prisms is rotated around the incident optical axis. The deflected and rotating laser light is collected on the work and draws a circle. The entire circular trajectory is scanned along the processing line.

以上のような本発明では、レーザ光を用いたワークの加工において、曲線状の軌跡を含む走査線に沿ってレーザ加工する場合に、走査速度の低下を抑えて、加工効率を向上することができる。   In the present invention as described above, in the processing of a workpiece using laser light, when laser processing is performed along a scanning line including a curved locus, it is possible to suppress a decrease in scanning speed and improve processing efficiency. it can.

本発明の一実施形態によるワーク加工装置の外観斜視図。The external appearance perspective view of the workpiece processing apparatus by one Embodiment of this invention. ワークテーブルの拡大斜視図。The expansion perspective view of a work table. レーザ照射ヘッドの構成を拡大して示す斜視図。The perspective view which expands and shows the structure of a laser irradiation head. 高速中空モータ及び高速回転用ウェッジプリズムの配置を模式的に示した図。The figure which showed typically arrangement | positioning of the high-speed hollow motor and the wedge prism for high-speed rotation. プリズムの頂角と偏角との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the vertex angle of a prism, and a deflection angle. 第１及び第２低速モータ、第１及び第２ウェッジプリズム、並びに集光レンズの配置を模式的に示した図。The figure which showed typically arrangement | positioning of a 1st and 2nd low speed motor, a 1st and 2nd wedge prism, and a condensing lens. 本装置の制御ブロック図。The control block diagram of this apparatus. レーザ光の軌跡を示す図。The figure which shows the locus | trajectory of a laser beam. 集光点をｚ軸方向に制御する作用を説明する模式図。The schematic diagram explaining the effect | action which controls a condensing point to a z-axis direction. 本装置による第１加工例の加工ライン及び走査軌跡を示す図。The figure which shows the process line and scanning locus | trajectory of the 1st process example by this apparatus. 第１加工例の各モータの速度制御を示すタイムチャート。The time chart which shows speed control of each motor of the 1st processing example. 第１加工例の制御フローチャート。The control flowchart of the 1st process example. 本装置による第２加工例の加工ライン及び走査軌跡を示す図。The figure which shows the process line and scanning locus | trajectory of the 2nd process example by this apparatus. 第２加工例の各モータの速度制御を示すタイムチャート。The time chart which shows speed control of each motor of the 2nd processing example. 第２加工例の制御フローチャート。The control flowchart of the 2nd processing example.

［全体構成］
図１に本発明の一実施形態によるワーク加工装置の全体構成を示す。このワーク加工装置は、ガラス基板等のワークに加工ラインに沿ってレーザ光を照射し、孔開け等の加工を行うための装置である。この装置は、ベッド１と、ワークとしてのガラス基板が載置されるワークテーブル２と、ガラス基板にレーザ光を照射するためのレーザ光照射ヘッド３と、を備えている。ここで、図１に示すように、ベッド１の上面に沿った平面において、互いに直交する軸をｘ軸、ｙ軸とし、これらの軸に直交する鉛直方向の軸をｚ軸と定義する。また、ｘ軸に沿った両方向（＋方向及び−方向）をｘ軸方向、ｙ軸に沿った両方向をｙ軸方向、ｚ軸に沿った両方向をｚ軸方向と定義する。 [overall structure]
FIG. 1 shows the overall configuration of a workpiece machining apparatus according to an embodiment of the present invention. This work processing apparatus is an apparatus for performing processing such as drilling by irradiating a work such as a glass substrate with laser light along a processing line. This apparatus includes a bed 1, a work table 2 on which a glass substrate as a work is placed, and a laser light irradiation head 3 for irradiating the glass substrate with laser light. Here, as shown in FIG. 1, in the plane along the upper surface of the bed 1, the axes orthogonal to each other are defined as the x-axis and the y-axis, and the vertical axis perpendicular to these axes is defined as the z-axis. Further, both directions along the x axis (+ direction and − direction) are defined as the x axis direction, both directions along the y axis are defined as the y axis direction, and both directions along the z axis are defined as the z axis direction.

［ワークテーブル及びその移動機構］
＜ワークテーブル＞
ワークテーブル２は、矩形状に形成されており、ワークテーブル２の下方には、ワークテーブル２をｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させるためのテーブル移動機構５が設けられている。 [Work table and its moving mechanism]
<Worktable>
The work table 2 is formed in a rectangular shape, and a table moving mechanism 5 for moving the work table 2 in the x-axis direction and the y-axis direction is provided below the work table 2.

ワークテーブル２は、図２に拡大して示すように、複数のブロック６を有している。この複数のブロック６は、図中、一点鎖線で示すガラス基板Ｇをワークテーブル２の表面から持ち上げて支持するための部材であり、ガラス基板Ｇの加工ラインＬ（破線で示す）を避けるために、ワークテーブル２の任意の位置に取り付けることが可能である。また、ワークテーブル２には複数の吸気口２ａが格子状に形成されるとともに、各ブロック６には上下方向に貫通する吸気孔６ａが形成されている。そして、ブロック６の吸気孔６ａとワークテーブル２の吸気口２ａとを接続することによって、ブロック６上に配置されるガラス基板Ｇを吸着固定することが可能である。なお、吸気のための機構は、周知の排気ポンプ等によって構成されており、詳細は省略する。   The work table 2 has a plurality of blocks 6 as shown in an enlarged view in FIG. The plurality of blocks 6 are members for lifting and supporting the glass substrate G indicated by the alternate long and short dash line from the surface of the work table 2 in the drawing, in order to avoid a processing line L (shown by a broken line) of the glass substrate G. It is possible to attach to any position of the work table 2. The work table 2 is formed with a plurality of air inlets 2a in a lattice shape, and each block 6 is formed with an air inlet hole 6a penetrating in the vertical direction. Then, by connecting the intake hole 6a of the block 6 and the intake port 2a of the work table 2, the glass substrate G disposed on the block 6 can be adsorbed and fixed. The intake mechanism is constituted by a well-known exhaust pump or the like and will not be described in detail.

＜テーブル移動機構＞
テーブル移動機構５は、図１に示すように、それぞれ１対の第１及び第２ガイドレール８，９と、第１及び第２移動テーブル１０，１１と、各移動テーブル１０，１１を駆動するためのｙ軸モータ５ａ及びｘ軸モータ５ｂ（図７参照）と、を有している。１対の第１ガイドレール８はベッド１の上面にｙ軸方向に延びて設けられている。第１移動テーブル１０は、第１ガイドレール８の上部に設けられ、第１ガイドレール８に移動自在に係合する複数のガイド部１０ａを下面に有している。第２ガイドレール９は第１移動テーブル１０の上面にｘ軸方向に延びて設けられている。第２移動テーブル１１は、第２ガイドレール９の上部に設けられ、第２ガイドレール９に移動自在に係合する複数のガイド部１１ａを下面に有している。第２移動テーブル１１の上部には、固定部材１２を介してワークテーブル２が取り付けられている。 <Table moving mechanism>
As shown in FIG. 1, the table moving mechanism 5 drives the pair of first and second guide rails 8 and 9, the first and second moving tables 10 and 11, and the moving tables 10 and 11, respectively. A y-axis motor 5a and an x-axis motor 5b (see FIG. 7). The pair of first guide rails 8 is provided on the upper surface of the bed 1 so as to extend in the y-axis direction. The first moving table 10 is provided on the upper part of the first guide rail 8, and has a plurality of guide portions 10 a that are movably engaged with the first guide rail 8 on the lower surface. The second guide rail 9 is provided on the upper surface of the first moving table 10 so as to extend in the x-axis direction. The second moving table 11 is provided on the upper part of the second guide rail 9 and has a plurality of guide portions 11 a that are movably engaged with the second guide rail 9 on the lower surface. The work table 2 is attached to the upper part of the second moving table 11 via a fixing member 12.

以上のようなテーブル移動機構５によって、ワークテーブル２は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動自在である。   By the table moving mechanism 5 as described above, the work table 2 is movable in the x-axis direction and the y-axis direction.

［レーザ光照射ヘッド］
レーザ光照射ヘッド３は、図１及び図３に示すように、ベッド１の上面に配置された門型フレーム１ａに装着されており、レーザ光出力部１５と、光学系１６と、内部に１対の高速回転用ウェッジプリズム（後述）が組み込まれた高速中空モータ１７と、内部に１対の低速回転用ウェッジプリズム（後述）及び集光レンズが組み込まれた偏向・回転機構１８と、を有している。また、レーザ光照射ヘッド３をｘ軸方向に移動させるためのｘ軸方向移動機構２１と、高速中空モータ１７及び偏向・回転機構１８をｚ軸方向に移動させるためのｚ軸方向移動機構２２と、が設けられている。ｚ軸方向移動機構２２はｚ軸モータ２２ａ（図７参照）等を有している。 [Laser irradiation head]
As shown in FIGS. 1 and 3, the laser beam irradiation head 3 is mounted on a portal frame 1a disposed on the upper surface of the bed 1, and includes a laser beam output unit 15, an optical system 16, and 1 inside. A high-speed hollow motor 17 in which a pair of high-speed rotation wedge prisms (described later) is incorporated, and a pair of low-speed rotation wedge prisms (described later) and a deflection / rotation mechanism 18 in which a condenser lens is incorporated. doing. Further, an x-axis direction moving mechanism 21 for moving the laser light irradiation head 3 in the x-axis direction, and a z-axis direction moving mechanism 22 for moving the high-speed hollow motor 17 and the deflection / rotation mechanism 18 in the z-axis direction; , Is provided. The z-axis direction moving mechanism 22 has a z-axis motor 22a (see FIG. 7) and the like.

＜レーザ光出力部＞
レーザ光出力部１５は従来と同様のレーザ管により構成されている。このレーザ光出力部１５によって、波長５３２ｎｍのグリーンレーザがｙ軸に沿ってワークテーブル２とは逆側に出射される。 <Laser light output unit>
The laser beam output unit 15 is composed of a laser tube similar to the conventional one. The laser beam output unit 15 emits a green laser having a wavelength of 532 nm to the opposite side of the work table 2 along the y-axis.

＜光学系＞
光学系１６は、レーザ光出力部１５からのレーザ光を高速中空モータ１７に組み込まれた１対の高速回転用ウェッジプリズムに導くものである。この光学系１６は、図３に拡大して示すように、第１〜第４ミラー２５〜２８と、レーザ出力を計測するパワーモニタ２９と、ビームエキスパンダ３０と、を有している。 <Optical system>
The optical system 16 guides the laser beam from the laser beam output unit 15 to a pair of high-speed rotating wedge prisms incorporated in the high-speed hollow motor 17. The optical system 16 includes first to fourth mirrors 25 to 28, a power monitor 29 for measuring laser output, and a beam expander 30, as shown in an enlarged manner in FIG.

第１ミラー２５は、レーザ光出力部１５の出力側の近傍に配置されており、ｙ軸方向に出射されたレーザ光をｘ軸方向に反射する。第２ミラー２６は、ｘ軸方向において第１ミラー２５と並べて配置されており、ｘ軸方向に進行するレーザ光をｙ軸方向に反射して、ワークテーブル２側に導く。第３ミラー２７及び第４ミラー２８は、高速中空モータ１７の上方にｘ軸方向に並べて配置されている。第３ミラー２７は第２ミラー２６によって反射されてきたレーザ光を第４ミラー２８側に導く。第４ミラー２８は第３ミラー２７によって反射されてきたレーザ光を下方の高速中空モータ１７に導く。ビームエキスパンダ３０は、第２ミラー２６と第３ミラー２７との間に配置され、第２ミラー２６によって反射されてきたレーザ光を一定の倍率の平行光束に拡げるために設けられている。このビームエキスパンダ３０によって、レーザ光をより小さなスポットに集光させることが可能となる。   The first mirror 25 is disposed in the vicinity of the output side of the laser beam output unit 15 and reflects the laser beam emitted in the y-axis direction in the x-axis direction. The second mirror 26 is arranged side by side with the first mirror 25 in the x-axis direction, reflects the laser light traveling in the x-axis direction in the y-axis direction, and guides it to the work table 2 side. The third mirror 27 and the fourth mirror 28 are arranged above the high-speed hollow motor 17 in the x-axis direction. The third mirror 27 guides the laser beam reflected by the second mirror 26 to the fourth mirror 28 side. The fourth mirror 28 guides the laser beam reflected by the third mirror 27 to the lower high-speed hollow motor 17. The beam expander 30 is disposed between the second mirror 26 and the third mirror 27, and is provided to spread the laser light reflected by the second mirror 26 into a parallel light beam having a constant magnification. This beam expander 30 makes it possible to focus laser light on a smaller spot.

＜高速回転用ウェッジプリズム及び高速中空モータ＞
内部に高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２が配置された高速中空モータ１７の模式図を図４に示している。高速中空モータ１７は、中心にｚ軸方向に延びる回転軸Ｒを有し、この回転軸Ｒを含む中央部が中空になっている。そして、この中空部に１対の高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２が固定されている。１対のウェッジプリズム３２１，３２２は、同形状、同比重であって、屈折率のみが異なっている。各ウェッジプリズム３２１，３２２は、それぞれ回転軸Ｒに対して傾斜する斜面３２１ａ，３２２ａと、回転軸Ｒに垂直な垂直面３２１ｂ，３２２ｂと、を有している。そして、１対のウェッジプリズム３２１，３２２は、互いの垂直面３２１ｂ，３２２ｂが近接して対向するように配置され、２つの垂直面３２１ｂ，３２２ｂが平行で、かつ２つの斜面３２１ａ，３２２ａが平行になるように配置されている。 <High-speed rotating wedge prism and high-speed hollow motor>
FIG. 4 shows a schematic diagram of the high-speed hollow motor 17 in which wedge prisms 321 and 322 for high-speed rotation are arranged. The high-speed hollow motor 17 has a rotation axis R extending in the z-axis direction at the center, and a central portion including the rotation axis R is hollow. A pair of high-speed rotating wedge prisms 321 and 322 are fixed in the hollow portion. The pair of wedge prisms 321 and 322 have the same shape and specific gravity, and only the refractive index is different. Each of the wedge prisms 321 and 322 has slopes 321a and 322a that are inclined with respect to the rotation axis R, and vertical surfaces 321b and 322b that are perpendicular to the rotation axis R, respectively. The pair of wedge prisms 321 and 322 are arranged so that the vertical surfaces 321b and 322b face each other close to each other, the two vertical surfaces 321b and 322b are parallel, and the two inclined surfaces 321a and 322a are parallel. It is arranged to be.

同形状、同比重の２つの高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２を以上のように配置することにより、２つの高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２の全体の重心は回転軸Ｒ上に位置することになる。このため、これらのウェッジプリズム３２１，３２２を高速で回転させても、動的アンバランス量を非常に小さくすることができる。   By arranging the two high-speed rotation wedge prisms 321 and 322 having the same shape and specific gravity as described above, the entire center of gravity of the two high-speed rotation wedge prisms 321 and 322 is located on the rotation axis R. Become. For this reason, even if these wedge prisms 321 and 322 are rotated at high speed, the amount of dynamic imbalance can be made very small.

＜２つのウェッジプリズムを用いた場合の偏角について＞
図５を参照して、プリズムの頂角をδ、屈折率をｎとした場合、このプリズムの偏角θは、δが小さい場合、
（ｎ−１）・δ
である。なお、上式は、sinδ＝δ（単位はラジアン）で近似できる程度にδが小さい場合の近似式である。本実施形態で用いるプリズムでは、頂角δは大きくても５°程度なので、sinδ＝δと近似しても差し支えない。したがって、同形状（同じ頂角）で屈折率がそれぞれｎ１，ｎ２である２つのウェッジプリズムのそれぞれの偏角θ１，θ２は、
θ１＝（ｎ１−１）・δ
θ２＝（ｎ２−１）・δ
である。そして２つのウェッジプリズムの斜面が平行になるように組み合わせて配置した場合の偏角θは、
θ＝（ｎ１−１）・δ−（ｎ２−１）・δ＝（ｎ１−ｎ２）・δ
となる。以上から明らかなように、頂角δが同じで、かつ同じ材質のウェッジプリズムの組合せであれば、ｎ１＝ｎ２で、トータルの偏角は「０」になる。 <Declination when two wedge prisms are used>
Referring to FIG. 5, when the apex angle of the prism is δ and the refractive index is n, the deflection angle θ of this prism is
(N-1) · δ
It is. The above expression is an approximation expression when δ is small enough to be approximated by sin δ = δ (unit is radians). In the prism used in the present embodiment, the apex angle δ is about 5 ° at most, so it can be approximated as sin δ = δ. Therefore, the respective deflection angles θ1 and θ2 of the two wedge prisms having the same shape (the same apex angle) and the refractive indexes of n1 and n2, respectively,
θ1 = (n1-1) · δ
θ2 = (n2-1) · δ
It is. And the deviation angle θ when the two wedge prisms are arranged in combination so that the slopes are parallel is
θ = (n1-1) · δ− (n2-1) · δ = (n1−n2) · δ
It becomes. As is apparent from the above, if the apex angle δ is the same and the wedge prisms are made of the same material, n1 = n2 and the total declination becomes “0”.

しかし、ｎ１≠ｎ２であれば、トータルの偏角は、「０」にならず、２つのウェッジプリズムの屈折率の差に比例することになる。   However, if n1 ≠ n2, the total declination is not “0”, and is proportional to the difference in refractive index between the two wedge prisms.

そこで、ここでは、２つの高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２の屈折率を異ならせて、両ウェッジプリズム３２１，３２２を通過するレーザ光を偏向するようにしている。すなわち、このようなウェッジプリズム３２１，３２２を用いることによって、回転バランスの良いレーザ光を偏向するための機構を実現することができる。   Therefore, here, the refractive indexes of the two high-speed rotation wedge prisms 321 and 322 are made different to deflect the laser light passing through both the wedge prisms 321 and 322. That is, by using such wedge prisms 321 and 322, it is possible to realize a mechanism for deflecting laser light with a good rotational balance.

なお、同比重で屈折率の異なるウェッジプリズムの例としては、例えば以下のような組み合わせが考えられる。   As examples of wedge prisms having the same specific gravity and different refractive indexes, for example, the following combinations are conceivable.

＜例１＞ S-BSM22＋S-TIH11（比重：3.24、株式会社オハラ製）
この組合せの場合の偏角（°）は、頂角１°に対して、「0.169」である。 <Example 1> S-BSM22 + S-TIH11 (specific gravity: 3.24, manufactured by OHARA INC.)
The deviation angle (°) in this combination is “0.169” with respect to the apex angle of 1 °.

＜例２＞ N-SSK2＋N-SF57（比重：3.53、ショット日本株式会社製）
この組合せの場合の偏角（°）は、頂角１°に対して、「0.232」である。 <Example 2> N-SSK2 + N-SF57 (specific gravity: 3.53, manufactured by Shot Japan Co., Ltd.)
The deviation angle (°) in this combination is “0.232” with respect to the apex angle of 1 °.

＜例３＞ BACD11＋E-FD10（比重：3.07、ＨＯＹＡ株式会社製）
この組合せの場合の偏角（°）は、頂角１°に対して、「0.170」である。 <Example 3> BACD11 + E-FD10 (specific gravity: 3.07, manufactured by HOYA Corporation)
The deviation angle (°) in this combination is “0.170” with respect to the apex angle of 1 °.

なお、両ウェッジプリズム３２１，３２２の形状（頂角）については、後述する集光レンズの焦点距離ｆと偏角θによって決まるレーザ光の回転半径ｒ（＝ｆ・tanθ又はｆ・θ）が、所望の値になるように設定される。   As for the shapes (vertical angles) of the wedge prisms 321 and 322, the rotation radius r (= f · tan θ or f · θ) of the laser light determined by the focal length f and the deviation angle θ of the condenser lens described later is It is set to a desired value.

＜低速回転用ウェッジプリズム、集光レンズ＞
内部に１対の低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２が配置された偏向・回転機構１８を、図６に模式的に示す。偏向・回転機構１８は、中心にｚ軸方向に延びる回転軸を有している。この回転軸は、高速中空モータ１７の回転軸Ｒと同軸である。この偏向・回転機構１８は、回転軸Ｒを含む中心部に１対の低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２と、これらのウェッジプリズム３４１，３４２のそれぞれに対応して設けられた低速回転用の第１低速モータ３４５及び第２低速モータ３４６と、を有している。第１低速モータ３４５及び第２低速モータ３４６は中空モータであり、中空の回転軸の内部にウェッジプリズム３４１，３４２が装着されている。これらのウェッジプリズム３４１，３４２のそれぞれは、対応して設けられた低速回転用の第１低速モータ３４５及び第２低速モータ３４６によって個別に回転し、また所定の回転角度で維持することが可能である。 <Wedge prism for low-speed rotation, condenser lens>
FIG. 6 schematically shows the deflection / rotation mechanism 18 in which a pair of low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 are disposed. The deflection / rotation mechanism 18 has a rotation axis extending in the z-axis direction at the center. This rotation axis is coaxial with the rotation axis R of the high-speed hollow motor 17. The deflection / rotation mechanism 18 includes a pair of low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 in the center including the rotation axis R, and a low-speed rotation first provided corresponding to each of the wedge prisms 341 and 342. A first low-speed motor 345 and a second low-speed motor 346. The first low-speed motor 345 and the second low-speed motor 346 are hollow motors, and wedge prisms 341 and 342 are mounted inside hollow rotation shafts. Each of these wedge prisms 341 and 342 is individually rotated by a first low-speed motor 345 and a second low-speed motor 346 for low-speed rotation provided correspondingly, and can be maintained at a predetermined rotation angle. is there.

１対の低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２は、同形状、同材質（同比重）であり、したがって屈折率も同じである。また、１対の低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２は、それぞれ回転軸に対して傾斜する斜面３４１ａ，３４２ａと、回転軸に対して垂直な垂直面３４１ｂ，３４２ｂを有している。このような２つのウェッジプリズム３４１，３４２の組合せによって、１対の低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２は所定の偏角を有することができる。   The pair of low-speed rotating wedge prisms 341 and 342 have the same shape and the same material (same specific gravity), and therefore have the same refractive index. In addition, the pair of low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 includes slopes 341a and 342a that are inclined with respect to the rotation axis, and vertical surfaces 341b and 342b that are perpendicular to the rotation axis, respectively. By combining the two wedge prisms 341 and 342 as described above, the pair of low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 can have a predetermined deflection angle.

また、偏向・回転機構１８の１対の低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２の出力側には、集光レンズ３５が固定されている。なお、集光レンズ３５は偏向・回転機構１８とは別に単独で配置するようにしても良い。   A condensing lens 35 is fixed to the output side of the pair of low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 of the deflection / rotation mechanism 18. The condensing lens 35 may be arranged separately from the deflection / rotation mechanism 18.

＜レーザ照射ヘッドの支持及び搬送系＞
以上のようなレーザ照射ヘッド３は、前述のように、ベッド１の門型フレーム１ａに支持されている。より詳細には、図３に示すように、門型フレーム１ａの上面にはｘ軸方向に延びる１対の第３ガイドレール３６が設けられており、この１対の第３ガイドレール３６及び図示しない駆動機構がｘ軸方向移動機構２１を構成している。そして、１対の第３ガイドレール３６には、支持部材３７が移動自在に支持されている。支持部材３７は、第３ガイドレール３６に支持された横支持部材３８と、横支持部材３８のワークテーブル２側の一端側から下方に延びる縦支持部材３９と、を有している。縦支持部材３９の側面には、ｚ軸方向に延びる１対の第４ガイドレール４０が設けられており、この１対の第４ガイドレール４０及び図示しない駆動機構がｚ軸方向移動機構２２を構成している。第４ガイドレール４０には、ｚ軸方向に移動自在に第３移動テーブル４１が支持されている。 <Support and transport system of laser irradiation head>
The laser irradiation head 3 as described above is supported on the portal frame 1a of the bed 1 as described above. More specifically, as shown in FIG. 3, a pair of third guide rails 36 extending in the x-axis direction are provided on the upper surface of the portal frame 1a. The drive mechanism that does not constitute the x-axis direction moving mechanism 21. A support member 37 is movably supported by the pair of third guide rails 36. The support member 37 includes a lateral support member 38 supported by the third guide rail 36, and a longitudinal support member 39 extending downward from one end side of the lateral support member 38 on the work table 2 side. A pair of fourth guide rails 40 extending in the z-axis direction are provided on the side surface of the vertical support member 39, and the pair of fourth guide rails 40 and a driving mechanism (not shown) drive the z-axis direction moving mechanism 22. It is composed. A third moving table 41 is supported on the fourth guide rail 40 so as to be movable in the z-axis direction.

そして、レーザ光出力部１５、第１〜第４ミラー２５〜２８、パワーモニタ２９、及びビームエキスパンダ３０が、横支持部材３８に支持されている。また、第３移動テーブル４１にはモータ支持部材４２が固定されており、このモータ支持部材４２に、高速中空モータ１７及び偏向・回転機構１８が支持されている。   The laser beam output unit 15, the first to fourth mirrors 25 to 28, the power monitor 29, and the beam expander 30 are supported by the lateral support member 38. A motor support member 42 is fixed to the third moving table 41, and the high-speed hollow motor 17 and the deflection / rotation mechanism 18 are supported on the motor support member 42.

［制御ブロック図］
このガラス基板加工装置は、図７に示すように、コントローラ５０を有している。コントローラ５０には、レーザ出力部１５や、各移動テーブル１０，１１を駆動するためのｙ軸モータ５ａ、ｘ軸モータ５ｂ、ｚ軸モータ２２ａ、高速中空モータ１７、第１及び第２低速モータ３４５，３４６が接続されている。そして、コントローラ５０は、レーザ出力部１５からのレーザ出力等を制御するとともに、各モータの回転を制御することによってレーザ光の走査軌跡等を制御する。 [Control block diagram]
This glass substrate processing apparatus has a controller 50 as shown in FIG. The controller 50 includes a laser output unit 15 and a y-axis motor 5a, an x-axis motor 5b, a z-axis motor 22a, a high-speed hollow motor 17, and first and second low-speed motors 345 for driving the moving tables 10 and 11. , 346 are connected. The controller 50 controls the laser output from the laser output unit 15 and the like, and controls the scanning trajectory of the laser light by controlling the rotation of each motor.

［動作］
＜基本的な加工動作＞
次に、レーザ光によるガラス基板の加工動作について説明する。 [Operation]
<Basic machining operations>
Next, the processing operation of the glass substrate with laser light will be described.

まず、ワークテーブル２の表面に複数のブロック６を設置する。このとき、複数のブロック６は、図２に示すように、ガラス基板Ｇの加工ラインＬを避けるように配置する。以上のようにして設置された複数のブロック６上に、加工すべきガラス基板Ｇを載置する。   First, a plurality of blocks 6 are installed on the surface of the work table 2. At this time, the plurality of blocks 6 are arranged so as to avoid the processing line L of the glass substrate G, as shown in FIG. The glass substrate G to be processed is placed on the plurality of blocks 6 installed as described above.

次に、ｘ軸方向移動機構２１によってレーザ照射ヘッド３をｘ軸方向に移動し、またテーブル移動機構５によってワークテーブル２をｙ軸方向に移動し、レーザ照射ヘッド３によるレーザ光の集光点が加工ラインＬのスタート位置にくるように位置させる。   Next, the laser irradiation head 3 is moved in the x-axis direction by the x-axis direction moving mechanism 21, and the work table 2 is moved in the y-axis direction by the table moving mechanism 5. Is positioned at the start position of the processing line L.

以上のようにしてレーザ照射ヘッド３及びガラス基板Ｇを加工位置に移動させた後、レーザ光をガラス基板に照射して加工を行う。ここでは、レーザ光出力部１５から出射されたレーザ光は、第１ミラー２５によって反射されて第２ミラー２６に導かれる。なお、第１ミラー２５に入射したレーザ光はパワーモニタ２９によってレーザ出力が計測される。第２ミラー２６に入射したレーザ光はｙ軸方向に反射され、ビームエキスパンダ３０によって光束が拡げられて第３ミラー２７に導かれる。そして、第３ミラー２７で反射され、さらに第４ミラー２８で反射されたレーザ光は、高速中空モータ１７の中心部に設けられた１対の高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２に入力される。   After the laser irradiation head 3 and the glass substrate G are moved to the processing position as described above, processing is performed by irradiating the glass substrate with laser light. Here, the laser beam emitted from the laser beam output unit 15 is reflected by the first mirror 25 and guided to the second mirror 26. The laser output of the laser light incident on the first mirror 25 is measured by the power monitor 29. The laser light incident on the second mirror 26 is reflected in the y-axis direction, and the light beam is expanded by the beam expander 30 and guided to the third mirror 27. The laser light reflected by the third mirror 27 and further reflected by the fourth mirror 28 is input to a pair of high-speed rotating wedge prisms 321 and 322 provided at the center of the high-speed hollow motor 17.

１対の高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２に入力されたレーザ光は、２つのウェッジプリズム３２１，３２２の屈折率が異なることにより、偏向されて出力される。また、高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２は，例えば１５０００rpm以上で高速回転させられるので、これらのウェッジプリズム３２１，３２２を透過したレーザ光は、小さい回転半径（例えば直径０．４mm〜０．８mm）で高速回転している。   The laser light input to the pair of high-speed rotation wedge prisms 321 and 322 is deflected and output because the refractive indexes of the two wedge prisms 321 and 322 are different. Further, since the high-speed rotation wedge prisms 321 and 322 are rotated at a high speed of, for example, 15000 rpm or more, the laser light transmitted through the wedge prisms 321 and 322 has a small rotation radius (for example, a diameter of 0.4 mm to 0.8 mm). At high speed.

高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２から出射されたレーザ光は、低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２に入力される。この低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２は、一方が他方に対して回転させられており、高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２に比較して大きな偏角を有している。このため、低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２を回転させることにより、高速回転するレーザ光が、比較的大きな回転半径（例えば外側直径５．０mm）で回転走査される。なお、低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２の回転数は低く、例えば４００〜８００rpm程度である。   Laser light emitted from the high-speed rotation wedge prisms 321 and 322 is input to the low-speed rotation wedge prisms 341 and 342. One of the low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 is rotated with respect to the other, and has a larger declination than the high-speed rotation wedge prisms 321 and 322. Therefore, by rotating the low-speed rotating wedge prisms 341 and 342, the laser beam rotating at a high speed is rotationally scanned with a relatively large rotation radius (for example, the outer diameter is 5.0 mm). The rotation speed of the low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 is low, for example, about 400 to 800 rpm.

以上のようなレーザ光のガラス基板上での軌跡を図８に示している。ここで、１対の高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２における加工誤差や取付誤差等によって、高速回転用ウェッジプリズム３２１，３２２によって偏向、回転されたレーザ光により描かれる円の径に誤差が生じる。この誤差によって、最終的に加工される孔の径に誤差が生じる。この場合は、低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２の一方を他方に対して回転させて、偏角を調整し、低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２を通過したレーザ光による走査軌跡を調整すればよい。これにより、高い精度で所望の径の孔を加工することができる。   The locus of the laser beam on the glass substrate as described above is shown in FIG. Here, due to processing errors and attachment errors in the pair of high-speed rotation wedge prisms 321 and 322, an error occurs in the diameter of the circle drawn by the laser light deflected and rotated by the high-speed rotation wedge prisms 321 and 322. This error causes an error in the diameter of the hole finally processed. In this case, one of the low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 may be rotated with respect to the other to adjust the deflection angle, and the scanning trajectory by the laser light that has passed through the low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 may be adjusted. . Thereby, a hole of a desired diameter can be processed with high accuracy.

ここで、レーザ光による１回の加工でガラスが除去される高さは数十μｍである。したがって、ガラス基板Ｇに孔開け加工を行う場合、集光点を加工ラインに沿って一度だけ走査しても孔を形成すること、すなわち加工ラインの内側の部分を抜き落とすことは、一般的に困難である。   Here, the height at which the glass is removed by one processing with a laser beam is several tens of μm. Therefore, when a hole is formed in the glass substrate G, it is generally possible to form a hole even if the condensing point is scanned only once along the processing line, that is, to remove a portion inside the processing line. Have difficulty.

そこで通常は、まず、集光点（加工部位）がガラス基板の下面に形成されるように、集光レンズ３５を含む偏向・回転機構１８のｚ軸方向の位置をｚ軸移動装置２２によって制御する（図９（ａ）参照）。この状態で集光点を加工ラインに沿って１周させた後、偏向・回転機構１８のｚ軸方向の位置を制御することにより、図９（ｂ）に示すように、集光点を上昇させる。そして、同様に集光点を加工ラインに沿って１周させた後、さらに集光点を上昇させる。以上の動作を繰り返し実行することにより、加工ラインの内側部分を抜き落として孔を形成することができる。   Therefore, usually, the z-axis moving device 22 controls the position in the z-axis direction of the deflection / rotation mechanism 18 including the condensing lens 35 so that the condensing point (processing part) is formed on the lower surface of the glass substrate. (See FIG. 9A). In this state, the condensing point is rotated once along the processing line, and then the condensing point is raised as shown in FIG. 9B by controlling the position of the deflection / rotation mechanism 18 in the z-axis direction. Let And after making a condensing point make one round along a processing line similarly, a condensing point is raised further. By repeatedly executing the above operation, a hole can be formed by removing the inner portion of the processing line.

あるいは、集光点を加工ラインに沿って１周させる毎に上昇させる代わりに、適切な速さで連続的にｚ軸方向に上昇させ、螺旋状に加工することでも同様に孔開け加工を行うことができる。   Alternatively, instead of increasing the condensing point once every time along the processing line, the hole is similarly drilled by increasing it in the z-axis direction continuously at an appropriate speed and processing it in a spiral shape. be able to.

＜コーナー部の第１加工例＞
次に、図１０に示すような、ｘ軸方向及びｙ軸方向に延びる２つの直線部と、２つの直線部の間に円弧状の曲線部と、を有する加工ラインに沿ってレーザ光を照射し、加工する場合の協調制御について説明する。図１０に示す例では、加工ラインの曲線部の前後において低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２のそれぞれを逆方向に回転させながら移動テーブル１０，１１が移動制御される。図１０において、実線が加工ラインであり、一点鎖線がワークテーブル２（レーザ光照射ヘッド３の光学系の中心：レーザ出力部１５の出射軸）の移動軌跡である。また、図１０における「９０°」、「０°」は、それぞれヘッド３の光学系の中心である出射軸に対するレーザ光の位置の角度を示している。 <First machining example of the corner>
Next, as shown in FIG. 10, the laser beam is irradiated along a processing line having two straight portions extending in the x-axis direction and the y-axis direction and an arcuate curved portion between the two straight portions. Then, cooperative control in the case of processing will be described. In the example shown in FIG. 10, the movement tables 10 and 11 are controlled to move while rotating the low-speed rotating wedge prisms 341 and 342 in the reverse direction before and after the curved line of the processing line. In FIG. 10, the solid line is the processing line, and the alternate long and short dash line is the movement locus of the work table 2 (the center of the optical system of the laser light irradiation head 3: the emission axis of the laser output unit 15). Further, “90 °” and “0 °” in FIG. 10 indicate the angle of the position of the laser beam with respect to the emission axis, which is the center of the optical system of the head 3.

なお、図１１は図１０に示す加工を行う場合の、各モータの速度制御のタイムチャートである。   FIG. 11 is a time chart for speed control of each motor when the processing shown in FIG. 10 is performed.

以上の加工を行う場合の、移動テーブル１０，１１の移動と低速モータの駆動の協調制御について、図１２のフローチャートを用いて説明する。   The coordinated control of the movement of the movement tables 10 and 11 and the driving of the low-speed motor when performing the above processing will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップＳ１では、直線部分の加工を行う。ここでは、ｘ軸モータ５ｂによってワークテーブル２は−ｘ軸方向に定速で移動している。ステップＳ２では、ワークテーブル２の位置情報を取得する。そして、ステップＳ３では、ステップＳ２で得た位置情報から、円弧開始位置か否かを判断する。ここで、円弧開始位置とは、図１０の一点鎖線で示すワークテーブル２の走査軌跡において、直線部分が終了し、円弧部分が始まる位置である。   In step S1, the straight portion is processed. Here, the work table 2 is moved at a constant speed in the -x-axis direction by the x-axis motor 5b. In step S2, position information of the work table 2 is acquired. In step S3, it is determined from the position information obtained in step S2 whether or not it is an arc start position. Here, the arc start position is a position where the straight line portion ends and the arc portion starts in the scanning trajectory of the work table 2 indicated by the one-dot chain line in FIG.

円弧の開始位置に到達するまでは、ステップＳ２及びステップＳ３を繰り返し実行する。円弧の開始位置に達した場合は、ステップＳ３からステップＳ４及びステップＳ５に移行する。   Steps S2 and S3 are repeatedly executed until the arc start position is reached. When the start position of the arc is reached, the process proceeds from step S3 to step S4 and step S5.

ステップＳ４では、円弧補間動作を実行する。すなわち、図１１に示すように、ｘ軸モータ５ｂの回転を徐々に低くして、ｘ軸方向の速度を低下させるとともに、ｙ軸モータ５ａの回転を「０」から徐々に高くして、ｙ軸方向の速度を上げる。   In step S4, a circular interpolation operation is executed. That is, as shown in FIG. 11, the rotation of the x-axis motor 5b is gradually decreased to reduce the speed in the x-axis direction, and the rotation of the y-axis motor 5a is gradually increased from “0” to Increase axial speed.

また、ステップＳ５では、図１１に示すように、第２低速モータ３４６を速度ＶＨで時計周りに回転させるとともに、第１低速モータ３４５を速度ＶＬで反時計周りに回転させる。なお、速度ＶＨは速度ＶＬの３倍程度に設定されている。 In step S5, as shown in FIG. 11, the second low-speed motor 346 is rotated clockwise at the speed VH , and the first low-speed motor 345 is rotated counterclockwise at the speed VL . The speed V H is set to about 3 times the speed V L.

ステップＳ６では、円弧終了位置であるか否かを判断する。円弧の終了位置に到達するまでは、ステップＳ４及びステップＳ５を繰り返し実行する。   In step S6, it is determined whether or not the arc end position is reached. Steps S4 and S5 are repeatedly executed until the end position of the arc is reached.

円弧の終了位置に到達した場合は、ステップＳ６からステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、ｙ軸方向の直線部分の加工を実行する。すなわち、図１１に示すように、ｘ軸モータ５ｂ、第１及び第２低速モータ３４５，３４６の回転を停止し、ｙ軸モータ５ａのみを回転させて、ワークテーブル２をｙ軸方向に定速で移動させる。   When the end position of the arc is reached, the process proceeds from step S6 to step S7. In step S7, processing of the linear portion in the y-axis direction is executed. That is, as shown in FIG. 11, the rotation of the x-axis motor 5b, the first and second low-speed motors 345 and 346 is stopped, and only the y-axis motor 5a is rotated to move the work table 2 at a constant speed in the y-axis direction. Move with.

以上のような協調制御によって、実線の加工ラインに対して、偏向・回転機構１８の回転中心が一点鎖線上を移動するように移動テーブル１０，１１を移動制御すればよい。すなわち、ワークテーブル２の走査半径を、加工ラインの曲線部の半径よりも大きくすることができ、ワークテーブル２の走査制御が容易になる。   By the cooperative control as described above, the movement tables 10 and 11 may be controlled so that the rotation center of the deflection / rotation mechanism 18 moves on the one-dot chain line with respect to the solid processing line. That is, the scanning radius of the work table 2 can be made larger than the radius of the curved portion of the processing line, and the scanning control of the work table 2 becomes easy.

＜コーナー部の加工例２＞
次に、第１加工例と同様の形状の加工ラインを別の制御処理によって加工する場合の第２加工例を図１３及び図１４に示す。この図１３及び図１４に示す例では、加工ラインの曲線部において低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２を同方向に回転させながら移動テーブル１０，１１が移動制御される。図１０において、実線が加工ラインであり、一点鎖線がワークテーブル２の移動軌跡である。図１４は図１３に示す加工を行う場合の、各モータの速度制御のタイムチャートである。 <Corner example 2>
Next, FIG. 13 and FIG. 14 show a second processing example when processing a processing line having the same shape as the first processing example by another control process. In the example shown in FIGS. 13 and 14, the movement tables 10 and 11 are controlled to move while rotating the low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 in the same direction in the curved portion of the processing line. In FIG. 10, the solid line is the machining line, and the alternate long and short dash line is the movement locus of the work table 2. FIG. 14 is a time chart of speed control of each motor when the processing shown in FIG. 13 is performed.

以上の加工を行う場合の、移動テーブルの移動と低速モータの駆動の協調制御について、図１５のフローチャートを用いて説明する。   Coordinated control of movement of the moving table and driving of the low-speed motor when performing the above processing will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップＰ１では、直線部分の加工を行う。ここでは、ｘ軸モータ５ｂによってワークテーブル２は−ｘ軸方向に定速で移動している。ステップＰ２では、ワークテーブル２の位置情報を取得する。そして、ステップＰ３では、ステップＰ２で得た位置情報から、円弧開始位置か否かを判断する。この加工例２の場合の円弧開始位置とは、加工ラインにおいて、直線部分が終了し、円弧部分が始まる位置である。   In step P1, the straight portion is processed. Here, the work table 2 is moved at a constant speed in the -x-axis direction by the x-axis motor 5b. In step P2, the position information of the work table 2 is acquired. In step P3, it is determined from the position information obtained in step P2 whether or not it is an arc start position. The arc start position in the processing example 2 is a position where the straight line portion ends and the arc portion starts in the processing line.

円弧の開始位置に到達するまでは、ステップＰ２及びステップＰ３を繰り返し実行する。円弧の開始位置に達した場合は、ステップＰ３からステップＰ４及びステップＰ５に移行する。   Steps P2 and P3 are repeatedly executed until the arc start position is reached. When the start position of the arc is reached, the process proceeds from step P3 to step P4 and step P5.

ステップＰ４では、円弧補間動作を実行する。すなわち、図１４に示すように、ｘ軸モータ５ｂの回転を徐々に低くして、ｘ軸方向の速度を低下させるとともに、ｙ軸モータ５ａの回転を「０」から徐々に高くして、ｙ軸方向の速度を上げる。   In step P4, a circular interpolation operation is executed. That is, as shown in FIG. 14, the rotation of the x-axis motor 5b is gradually decreased to reduce the speed in the x-axis direction, and the rotation of the y-axis motor 5a is gradually increased from “0” to Increase axial speed.

また、ステップＰ５では、図１４に示すように、第１低速モータ３４５及び第２低速モータ３４６を所定の速度で時計周りに回転させる。   In Step P5, as shown in FIG. 14, the first low speed motor 345 and the second low speed motor 346 are rotated clockwise at a predetermined speed.

ステップＰ６では、円弧終了位置であるか否かを判断する。円弧の終了位置に到達するまでは、ステップＰ４及びステップＰ５を繰り返し実行する。   In Step P6, it is determined whether or not it is the arc end position. Steps P4 and P5 are repeatedly executed until the end position of the arc is reached.

円弧の終了位置に到達した場合は、ステップＰ６からステップＰ７に移行する。ステップＳ７では、ｙ軸方向の直線部分の加工を実行する。すなわち、図１４に示すように、ｘ軸モータ５ｂ、第１及び第２低速モータ３４５，３４６の回転を停止し、ｙ軸モータ５ａのみを回転させて、ワークテーブル２をｙ軸方向に定速で移動させる。   When the end position of the arc is reached, the process proceeds from step P6 to step P7. In step S7, processing of the linear portion in the y-axis direction is executed. That is, as shown in FIG. 14, the rotation of the x-axis motor 5b, the first and second low-speed motors 345 and 346 is stopped, only the y-axis motor 5a is rotated, and the work table 2 is moved at a constant speed in the y-axis direction. Move with.

以上のような協調制御によって、実線の加工ラインに対して、偏向・回転機構１８の回転中心が一点鎖線上を移動するように移動テーブル１０，１１を移動制御すればよい。すなわち、ワークテーブル２の走査半径を、加工ラインの曲線部の半径よりも大きくすることができ、ワークテーブル２の走査制御が容易になる。   By the cooperative control as described above, the movement tables 10 and 11 may be controlled so that the rotation center of the deflection / rotation mechanism 18 moves on the one-dot chain line with respect to the solid processing line. That is, the scanning radius of the work table 2 can be made larger than the radius of the curved portion of the processing line, and the scanning control of the work table 2 becomes easy.

なお、加工例２のように低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２を同じ速度で同じ方向に回転させる場合には、１つのモータで低速回転用ウェッジプリズム３４１，３４２を一体的に回転させてもよい。   When the low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 are rotated in the same direction at the same speed as in Processing Example 2, the low-speed rotation wedge prisms 341 and 342 may be integrally rotated by one motor. .

［特徴］
以上のような本実施形態では、ワークテーブル２をｘ，ｙ方向に移動させながらレーザ光を偏向、回転させることによって、加工ラインの曲線部分を加工する際に、加工ラインよりも大きな半径を描くような軌跡でワークテーブル２を移動させることが可能になる。したがって、各モータに対するワークテーブルの追従性が鈍い場合でも、走査速度を比較的速くすることができ、加工効率が向上する。 [Feature]
In the present embodiment as described above, a laser beam is deflected and rotated while moving the work table 2 in the x and y directions, thereby drawing a larger radius than the processing line when processing the curved portion of the processing line. The work table 2 can be moved along such a locus. Therefore, even when the followability of the work table with respect to each motor is dull, the scanning speed can be made relatively high, and the processing efficiency is improved.

また、１対の第２ウェッジプリズムを別々に回転制御できるために、レーザ光の光軸からの偏向量を任意に制御することができる。   In addition, since the pair of second wedge prisms can be separately rotationally controlled, the amount of deflection of the laser light from the optical axis can be arbitrarily controlled.

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。 [Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes or modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

前記実施形態では、１対の高速回転用ウェッジプリズムを設け、レーザ光を高速で回転させながら走査するようにしたが、高速回転用ウェッジプリズムを省略してもよい。   In the above-described embodiment, a pair of high-speed rotation wedge prisms are provided and scanning is performed while rotating the laser beam at high speed. However, the high-speed rotation wedge prisms may be omitted.

また、前記実施形態では、集光点をｚ軸方向に移動させる機構として、集光レンズ３５を含む偏向・回転機構１８をｚ軸移動装置２２によって移動させるようにしたが、集光レンズ３５を含む偏向・回転機構１８を固定しておき、ワークテーブル２をｚ軸方向に移動させるようにしても良い。   In the above embodiment, the deflection / rotation mechanism 18 including the condensing lens 35 is moved by the z-axis moving device 22 as a mechanism for moving the condensing point in the z-axis direction. It is also possible to fix the deflection / rotation mechanism 18 including the workpiece table 2 and move the work table 2 in the z-axis direction.

前記実施形態では、ワークとしてガラス基板を例にとって説明したが、樹脂フィルムを切断加工する場合にも本発明を同様に適用することができる。なお、樹脂フィルムに本発明を適用する場合は、高速回転用の光学系及びｚ軸移動機構は不要である。   In the said embodiment, although demonstrated taking the glass substrate as an example as a workpiece | work, when cutting a resin film, this invention is applicable similarly. In addition, when applying this invention to a resin film, the optical system for high-speed rotation and a z-axis movement mechanism are unnecessary.

図１０及び図１３に示した加工例は一例であって、他のさまざまの曲線部分を含む加工ラインについて本発明を適用することができる。   The processing examples shown in FIGS. 10 and 13 are examples, and the present invention can be applied to processing lines including various other curved portions.

２ ワークテーブル
５ａ ｙ軸モータ
５ｂ ｘ軸モータ
１５ レーザ出力部
１６ 光学系
１７ 高速中空モータ
１８ 偏向・回転機構
３２１，３２２ 高速回転用ウェッジプリズム
３４１，３４２ 低速回転用ウェッジプリズム
３４５，３４６ 低速モータ
３５ 集光レンズ
５０ コントローラ
Ｇ ガラス基板 2 Worktable 5a y-axis motor 5b x-axis motor 15 laser output unit 16 optical system 17 high-speed hollow motor 18 deflection / rotation mechanisms 321 and 322 high-speed rotation wedge prisms 341 and 342 low-speed rotation wedge prisms 345 and 346 low-speed motor 35 Optical lens 50 Controller G Glass substrate

Claims (8)

ワークにレーザ光を照射して加工を行う加工装置であって、
加工すべきワークが載置されるワークテーブルと、
前記ワークテーブルを、載置面と平行な面内において互いに直交するｘ，ｙ方向に移動するためのテーブル駆動手段と、
レーザ光を出力するレーザ光出力部と、
前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を出射軸から偏向させるとともに、偏向されたレーザ光を出射軸の回りに回転させる偏向・回転手段と、
前記テーブル駆動手段及び前記偏向・回転手段の駆動を協調制御して、レーザ光をワーク上で走査する走査制御手段と、
を備えたレーザ光によるワーク加工装置。 A processing apparatus that performs processing by irradiating a workpiece with laser light,
A work table on which a work to be machined is placed;
Table driving means for moving the work table in x and y directions orthogonal to each other in a plane parallel to the mounting surface;
A laser beam output unit for outputting a laser beam;
Deflecting and rotating means for deflecting the laser beam emitted from the laser beam output unit from the emission axis and rotating the deflected laser beam around the emission axis;
Scanning control means for cooperatively controlling the driving of the table driving means and the deflection / rotation means to scan the workpiece with laser light;
Workpiece processing device using laser light. 前記偏向・回転手段は、
対向して配置された第１ウェッジプリズム及び第２ウェッジプリズムと、
前記第１及び第２ウェッジプリズムを前記出射軸の回りに回転させるための回転手段と、
レーザ光をワーク上に集光させる集光レンズと、
を有する、請求項１に記載のレーザ光によるワーク加工装置。 The deflection / rotation means includes:
A first wedge prism and a second wedge prism disposed opposite to each other;
Rotating means for rotating the first and second wedge prisms about the exit axis;
A condensing lens for condensing the laser beam on the workpiece;
The workpiece processing apparatus using a laser beam according to claim 1, comprising: 前記偏向・回転手段の回転手段は、
前記第１ウェッジプリズムを前記出射軸の回りに回転させるための第１モータと、
前記第２ウェッジプリズムを前記出射軸の回りに回転させるための第２モータと、
をさらに有する、請求項２に記載のレーザ光によるワーク加工装置。 The rotation means of the deflection / rotation means is:
A first motor for rotating the first wedge prism about the exit axis;
A second motor for rotating the second wedge prism about the exit axis;
The workpiece processing apparatus using laser light according to claim 2, further comprising: 前記偏向・回転手段の回転手段は、前記第１及び第２ウェッジプリズムが内部に配置された中空モータである、請求項１に記載のレーザ光によるワーク加工装置。   The workpiece processing apparatus using laser light according to claim 1, wherein the rotation unit of the deflection / rotation unit is a hollow motor in which the first and second wedge prisms are disposed. 前記走査制御手段は、
直線状の加工ラインを走査する場合は、前記テーブル駆動手段によって前記ワークテーブルをｘ方向又はｙ方向に移動制御し、
曲線状の加工ラインを走査する場合は、前記テーブル駆動手段によって前記ワークテーブルをｘ方向及びｙ方向に移動制御するとともに、前記偏向・回転手段によってレーザ光を回転させる、
請求項１に記載のレーザ光によるワーク加工装置。 The scanning control means includes
When scanning a straight machining line, the table driving means controls the movement of the work table in the x or y direction,
When scanning a curved processing line, the work table is moved and controlled in the x and y directions by the table driving means, and the laser beam is rotated by the deflection / rotation means.
The work processing apparatus by the laser beam of Claim 1. 前記偏向・回転手段は、
対向して配置された第１ウェッジプリズム及び第２ウェッジプリズムと、
前記第１及び第２ウェッジプリズムを前記出射軸の回りに回転させるための回転手段と、
レーザ光をワーク上に集光させる集光レンズと、
を有し、
前記走査制御手段は、直線部及び曲線部を含む加工ラインに沿ってレーザ光を走査する際に、
加工ラインの直線部を走査する場合は、前記テーブル駆動手段によって前記ワークテーブルをｘ方向又はｙ方向に移動制御し、
加工ラインの曲線部を走査する場合は、前記テーブル駆動手段によって前記ワークテーブルをｘ方向及びｙ方向に移動制御するとともに、前記第１及び第２ウェッジプリズムを前記出射軸の回りに同じ方向に回転させる、
請求項５に記載のレーザ光によるワーク加工装置。 The deflection / rotation means includes:
A first wedge prism and a second wedge prism disposed opposite to each other;
Rotating means for rotating the first and second wedge prisms about the exit axis;
A condensing lens for condensing the laser beam on the workpiece;
Have
When the scanning control means scans the laser beam along a processing line including a straight line portion and a curved line portion,
When scanning a straight portion of a processing line, the work table is moved and controlled in the x direction or the y direction by the table driving means,
When scanning the curved part of the processing line, the table driving means controls the movement of the work table in the x and y directions, and the first and second wedge prisms rotate in the same direction around the output axis. Let
The workpiece processing apparatus by the laser beam of Claim 5. 前記偏向・回転手段は、
対向して配置された第１ウェッジプリズム及び第２ウェッジプリズムと、
前記第１及び第２ウェッジプリズムを光軸の回りに回転させるための回転手段と、
レーザ光をワーク上に集光させる集光レンズと、
を有し、
前記走査制御手段は、直線部及び曲線部を含む加工ラインに沿ってレーザ光を走査する際に、
加工ラインの直線部を走査する場合は、前記テーブル駆動手段によって前記ワークテーブルをｘ方向又はｙ方向に移動制御し、
加工ラインの曲線部を走査する場合は、前記曲線部を含み前記曲線部の前後の領域において、前記テーブル駆動手段によって前記ワークテーブルをｘ方向及びｙ方向に移動制御するとともに、前記第１及び第２ウェッジプリズムを前記出射軸の回りに逆方向に回転させる、
請求項５に記載のレーザ光によるワーク加工装置。 The deflection / rotation means includes:
A first wedge prism and a second wedge prism disposed opposite to each other;
A rotating means for rotating the first and second wedge prisms around an optical axis;
A condensing lens for condensing the laser beam on the workpiece;
Have
When the scanning control means scans the laser beam along a processing line including a straight line portion and a curved line portion,
When scanning a straight portion of a processing line, the work table is moved and controlled in the x direction or the y direction by the table driving means,
When scanning a curved portion of a processing line, the work table is controlled to move in the x direction and the y direction by the table driving means in a region including the curved portion and before and after the curved portion, and the first and first 2 rotate the wedge prism in the opposite direction around the exit axis;
The workpiece processing apparatus by the laser beam of Claim 5. 前記レーザ光出力部と前記偏向・回転手段との間に配置され、１対のウェッジプリズム及び前記１対のウェッジプリズムが内部に配置された中空モータからなり、レーザ光の集光点を回転させるための集光点回転機構をさらに備えた、請求項１から７のいずれかに記載のレーザ光によるワーク加工装置。   The laser beam output unit and the deflecting / rotating unit are arranged and are composed of a pair of wedge prisms and a hollow motor in which the pair of wedge prisms are arranged, and rotates a condensing point of the laser beam. The work processing apparatus by the laser beam according to any one of claims 1 to 7, further comprising a condensing point rotation mechanism.
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