JP2007036020A - 位置決め方法及び保持部材 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡素な構成を用いて効率的に位置決めを行うことができる位置決め方法及びそれに用いると好適な保持部材を提供する。
【解決手段】
保持部材２０を基板１０に取り付ける前に、ケース３０を保持部材２０に対してプリアライメントするため、その後、保持部材２０をケース３０ごと基板１０に取り付けたときに、高精度な位置決めが必要な３軸方向にアライメントするのみで、ケース３０を精度良く位置決めすることができ、それにより全てのＬＥＤ３１を基板１０上で所定方向に配列することが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、位置決め方法及び保持部材に関し、特に複数のワークをそれぞれ精度良く位置決めできる位置決め方法及び保持部材に関する。

例えば、ある種の表示装置などにおいて、多数のＬＥＤを所定方向に整列させて配置し、個々に駆動することで、高精細な画像を表示できるようになっている。ここで、多数のＬＥＤを個々に基板に取り付けるのでは、取り付けの手間がかかり、大きな表示装置を製造するのに時間がかかる。そこで、効率的にＬＥＤを搭載するために、所定数のＬＥＤを収容したケースを複数個形成し、このケースごと基板に搭載することが考えられている。

ところで、ケースに収容した所定数のＬＥＤを基板に取り付ける際の一つの問題は、基板上で、いかにしてＬＥＤを所定方向に配置するかである。即ち、ケース上において所定数のＬＥＤが精度良く配列していたとしても、基板上の複数のケースの相対位置関係がずれていれば、最終的にＬＥＤを基板に対して精度良く配置することができない。

特開２００３−１７０２７０号公報

ここで、複数のケースに収容した所定数のＬＥＤを基板に対して所定方向に精度良く並べるためには、ケースを基板に取り付ける保持部材を、６軸方向に位置決め調整できる構造とし、保持部材ごとケースを基板に取り付けた状態で、ＬＥＤが所定方向に並ぶように調整を行うことが考えられる。そのために、特許文献１に記載されているような６軸方向に位置決め可能な６軸ステージを保持部材に設けることも考えられる。しかしながら、一般的に６軸ステージの構成は複雑且つ大型であり、複数のケースのそれぞれに対して６軸ステージを備えた保持部材を用意することは、ほとんどの場合不可能である。

そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、簡素な構成を用いて効率的に位置決めを行うことができる位置決め方法及びそれに用いると好適な保持部材を提供することを目的とする。

第１の本発明の位置決め方法は、２以上の素子を所定の配列で収容した複数のケースを、保持部材を介して基板に対して６軸方向に位置決めする位置決め方法であって、
前記ケースの第１の基準位置に基づいて、前記ケースを前記保持部材に対してプリアライメント（第３ステップでアライメントを行わず第１ステップで完了する３軸方向のアライメントを含む６軸方向のアライメントをいう）する第１ステップと、
前記保持部材を前記基板に取り付ける第２ステップと、
前記ケースの第２の基準位置に基づいて、前記ケースを前記基板に対して、高精度な位置決めが必要な３軸方向にのみアライメントする第３ステップとを有することを特徴とする。

第２の本発明の位置決め方法は、２以上の素子を所定の配列で収容した複数のケースを、基板に対して位置決めする位置決め方法であって、
前記ケースに第１のアライメントマークを設け、前記基板に、前記ケースごとに第２のアライメントマークを設け、前記第１のアライメントマークと、前記第２のアライメントマークに基づいて、前記ケースを前記基板に対して位置決めすることを特徴とする。

第１の本発明の位置決め方法によれば、前記第１のステップで、前記ケースの第１の基準位置に基づいて、前記ケースを前記保持部材に対して６軸方向にプリアライメントするため、前記第３のステップでは、前記ケースを前記基板に対して、高精度な位置決めが必要な３軸方向にのみアライメントすることで、前記ケースを、精度と効率とを両立させて位置決めすることができ、それにより２以上の素子を前記基板上で所定方向に配列することが可能となる。又、前記保持部材は、前記ケースを３軸方向に位置決めできる構成であれば足り、前記保持部材をより簡素且つコンパクトなものとすることができる。

前記ケースの第１及び第２の基準位置は、前記ケースに形成されたアライメントマーク又は素子自体により定まると好ましい。この場合、前記アライメントマークと、前記２以上の素子とは、既知の位置関係となっていることが重要である。

前記第３ステップにおいて、前記高精度な位置決めが必要な３軸方向とは、前記素子の並んだＸ方向と、前記素子の並んだＸ方向に対して直交するＺ方向と、前記Ｚ方向回りのθｚ方向であると好ましいが、これに限られない。

前記第３ステップにおいて、前記保持部材を調整することにより、前記ケースを前記基板に対して、前記高精度な位置決めが必要な３軸方向にアライメントするのが好ましい。

上記位置決め方法に用いる保持部材は、単一の面に設けられた調整部を調整することで、前記ケースを前記基板に対して前記高精度な位置決めが必要な３軸方向にアライメント可能となっていると好ましい。

第２の本発明の位置決め方法によれば、前記ケースに第１のアライメントマークを設け、前記基板に、前記ケースごとに第２のアライメントマークを設け、前記第１のアライメントマークと、前記第２のアライメントマークに基づいて、前記ケースを前記基板に対して位置決めするので、前記ケースを高精度に位置決めすることができる。

前記第１及び第２のアライメントマークの３次元座標を検出して比較すると、それぞれ２点のアライメントマークを検出することで６軸方向が定まるので好ましい。

前記基板の線膨張係数と前記ケースの線膨張係数とは等しくなっていると、雰囲気温度の影響を受けないため好ましい。

なお、「アライメントマーク」の検出は、ＣＣＤなどを用いてアライメントマークの画像を読みとって画像処理するほか、顕微鏡を用いて作業者が目視しても良い。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる位置決め方法を説明するための概略図である。図２は、図１の一部を拡大して示す図であるが、ケースと保持部材とは一点鎖線で示している。

矩形板状の基板１０には、上下に貫通した開口１０ａ（図２参照）がマトリクス状に形成されている。各開口１０ａの近傍における基板１０の上面には、保持部材２０がねじ止めされ、アタッチメントＡＴ（図５参照）を介して保持部材２０が保持するケース３０は、その下端を開口３０内に挿入している。ケース３０は、下面にＬＥＤ３１（図５参照）を一列に配置している。ここで、ＬＥＤ３１の並び方向をＸ軸方向とし、それに直交する方向（図１，２で上下方向）をＺ軸方向とし、Ｚ軸回りをθｚ軸方向とする。基板１０と保持部材２０とケース３０とは、線膨張係数が等しい素材から形成されると、雰囲気温度による影響を受けないので望ましい。或いは、基板１０は線膨張係数が極端に小さい素材を用いても良い。

図３は、保持部材２０の正面図であり、図４は、保持部材２０を矢印IV方向に見た下面図であり、図５は、保持部材２０を矢印V方向に見た上面図であり、図６は、保持部材２０を矢印VI方向に見た側面図である。図７、８は、図５の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た断面図であるが、それぞれ一部を省略している。図７，８において、上下方向をＺ軸方向とし、左右方向をＸ軸方向とする。図９は、図５の構成をIX-IX線で切断して矢印方向に見た断面図であり、図１０は、図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た断面図であるが、ケース３０は取り外した状態で示している。

Ｚ軸方向駆動機構について説明する。図７に示すように、保持部材２０は、基板１０に取り付けられる支持部２１と、支持部２１に取り付けられた外枠２２と、外枠２２に対して移動可能な移動枠２３と、移動枠２３に対して移動可能なテーブル２４とを有している。ケース３０は、アタッチメントＡＴを介してテーブル２４にねじ止めされている。

図８において、移動枠２３は、図で下方を向いた袋孔２３ａを内周面に形成しており、その内部には、コイルばね２５Ｚが配置されている。更に移動枠２３は、袋孔２３ａに対向してねじ孔２３ｂを形成している。ねじ孔２３ｂには、支持部２１に形成された貫通孔２１ａ及び外枠２２に形成された貫通孔２２ａに挿通されたＺ軸方向調整ねじ２６Ｚが螺合している。

上面をコイルばね２５Ｚに当接させ、下面をＺ軸方向調整ねじ２６Ｚに当接させるようにして配置されたテーブル２４は、図で水平に延在する２枚のＺ軸方向平行ばね２７Ｚ、２７Ｚにより移動枠２３に対して支持されている。中立の状態では、移動枠２３とテーブル２４とは直接接触していない。

Ｘ軸方向駆動機構について説明する。図７において、外枠２２は、図で左方を向いた袋孔２２ｂを内周面に形成しており、その内部には、コイルばね２５Ｘが配置されている。更に外枠２２は、袋孔２２ｂに対向して貫通孔２２ｃを形成している。貫通孔２２ｃ内には、ブロック２２ｄが配置されており、ブロック２２ｄは、板ばね２２ｅを介して傾き可能に、外枠２２に対して取り付けられている。ブロック２２ｄの中央に、先端が球面の微調整ねじ２２ｆが貫通螺合している。更に外枠２２は、ブロック２２ｄの側面に対向してねじ孔２２ｇを形成している。ねじ孔２２ｇには、支持部２１に形成された貫通孔２１ｂに挿通されたＸ軸方向調整ねじ２６Ｘが螺合している。

一方の側面をコイルばね２５Ｘに当接させ、他方の側面を微調整ねじ２２ｆに当接させるようにして配置された移動枠２３は、図で垂直に延在する２枚のＸ軸方向平行ばね２７Ｘ、２７Ｘにより支持部２１に対して支持されている。中立の状態では、支持部２１と外枠２２とテーブル２４とは直接接触していない。

θｚ軸方向駆動機構について説明する。図９において、支持部２１は、支持板２１Ａを取り付けている。支持板２１Ａは、図９で左方を向いた袋孔２１ｃを内側面に形成しており、その内部には、コイルばね２５θが配置されている。更に外枠２２は、袋孔２１ｃに対向して凹部２２ｈを形成している。凹部２２ｈ内には、凸部２２ｍを有するブロック２２ｉが配置されている。凸部２２ｍは、コイルばね２５θとの間に配置された中間板２２ｋに当接している。更にブロック２２ｉは、板ばね２２ｊを介して傾き可能に、支持部２１に対して取り付けられている。更に支持部２１は、ブロック２２ｉの側面に対向してねじ孔２１ｄを形成している。ねじ孔２１ｄには、θｚ軸方向調整ねじ２６θが螺合している。なお、調整部を構成するＸ軸方向調整ねじ２６Ｘ、θｚ軸方向調整ねじ２６θ、及びＺ軸方向調整ねじ２６Ｚは、図４に示すように一列に並んでいる。

図１０において、支持板２１Ａと外枠２２とは、両者に対してねじ止めされた板ばね２９と細長い板状のブロック２８、２８とで構成された蝶番を介して回動自在に連結されている。

次に、本実施の形態にかかる位置決め方法について説明する。ここで、ケース３０は、図４に示すように、下面に６個のＬＥＤ（素子）３１を一列に配置しているものとする。又、ケース３０は、ＬＥＤ３１を挟んで２つのアライメントマーク３２ａ、３２ｂを形成している。更に、保持部材２０の下面には、アライメントマーク２０ａ、２０ｂを形成している。

複数のケース３０を基板１０に載置するに当たり、一つの問題は、ケース３０を一方向に並べたときに、それらが収容するＬＥＤ３１を一方向に高精度に並べることができるか否かである。即ち、ＬＥＤ３１のアライメントは、その中央の点を所定位置に合わせ込むことのほか、照射光が所定の方向を向くように、その光軸の傾きも調整しなくてはならない。即ち、ＬＥＤ３１を６軸方向に位置決めする必要がある。なお、ここでは、ケース３０に対してＬＥＤ３１は高精度に位置決めされているものとする。

本実施の形態では、第１のステップとして、ケース３０を基板１０上に取り付ける前に、まずケース３０を保持部材２０に対して３軸方向に位置決め（プリアライメント）する。より具体的には、図４を参照し、ケース３０のアライメントマーク（第１の基準位置）３２ａ、３２ｂと、保持部材２０のアライメントマーク２０ａ、２０ｂの３次元座標を、不図示の測定器で読み取り、その座標に基づいて、Ｙ軸方向、Ｘ軸回りのθｘ軸方向、Ｙ軸回りのθｙ軸方向について、テーブル２４に取り付けたケース３０が保持部材２０に対して所定の関係となるように位置決めを行う。所定の関係にない場合には、テーブル２４とケース３０との間にシムを介在させるようにする。このとき同時にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りのθｚ軸方向についてもラフなアライメントを行う。ラフなアライメントとは、第３ステップで調整可能範囲に入る程度の位置決め精度を有するアライメントを言う。なお、ＬＥＤ３１の並び方向に対して、ケース３０の外形が精度良く形成されていれば、これを第１の基準位置として、ケース３０をテーブル２４に押し当てることで、それに基づき所定の関係を迅速に得ることができる。

続いて、第２のステップとして、保持部材２０を突き当て等により精度良く基板１０に取り付ける。かかる場合、図４に示すように、支持部２１の下面に形成された３つのねじ孔２１ｅに、基板１０を貫通する不図示のボルトを螺合させることで、保持部材２０の取り付けを行うことができる。ここで、ねじ孔２１ｅを片側に寄せることで、基板１０と保持部材２０の線膨張係数の差と、温度差により発生する歪の影響を小さく抑えている。

更に、第３のステップとして、ケース３０のアライメントマーク３２ａ、３２ｂに基づいて、ケース３０を基板１０に対して、高精度な位置決めが必要な３軸方向にアライメントする。ここで、基板１０には、図２に示すように３つの調整孔１０Ｘ、１０θ、１０Ｚが形成されており、且つ各開口１０ａの近傍に、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃが形成されているものとする。まず、図２を参照し、ケース３０のアライメントマーク３２ａ、３２ｂと、基板１０のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃの３次元座標を測定器ＤＴで読み取り、その座標に基づいて、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、θｚ軸方向について個々に位置決めを行うことで、各ケース３０のＬＥＤ３１が基板１０に対して所定の方向に並ぶように位置決めを行う。

まず、Ｚ軸方向のアライメント調整について説明する。図８を参照し、調整孔１０Ｚ（図２）から差し込んだ工具（不図示）を用いて、作業者がＺ軸方向調整ねじ２６Ｚを回すと、その回転方向に応じて、Ｚ軸方向調整ねじ２６Ｚは上方もしくは下方に移動する。Ｚ軸方向調整ねじ２６Ｚが上方に移動すると、コイルばね２５Ｚを圧縮する方向にテーブル２４を押圧するが、テーブル２４は平行ばね２７Ｚ、２７Ｚにより支持されているので、限られた移動範囲では上方に平行移動をする。一方、Ｚ軸方向調整ねじ２６Ｚが下方に移動すると、コイルばね２５Ｚの付勢力により、テーブル２４は下方に平行移動をする。それにより、テーブル２４に取り付けたケース３０のＺ軸方向の調整のみを行うことができる。

次に、Ｘ軸方向のアライメント調整について説明する。図７を参照し、調整孔１０Ｘ（図２）から差し込んだ工具（不図示）を用いて、作業者がＸ軸方向調整ねじ２６Ｘを回すと、Ｘ軸方向調整ねじ２６Ｘが軸線方向に移動する。Ｘ軸方向調整ねじ２６Ｘが下方に移動すると、Ｘ軸方向調整ねじ２６Ｘが当接していたブロック２２ｄが、コイルばね２５Ｘの付勢力により傾動し、移動枠２３に当接している微調整ねじ２２ｆの先端が図７で左方に移動するので、平行ばね２７Ｘ、２７Ｘにより支持された移動枠２３も左方に向かう力を受けて平行に移動する。明らかであるがＸ軸方向調整ねじ２６Ｘを逆方向に回せば、移動枠２３は逆方向に移動する。それにより、テーブル２４に取り付けたケース３０のＸ軸方向の調整のみを行うことができる。

更に、θｚ軸方向のアライメント調整について説明する。図９，１０を参照し、調整孔１０θ（図２）から差し込んだ工具（不図示）を用いて、作業者がθｚ軸方向調整ねじ２６θを回すと、θｚ軸方向調整ねじ２６θが軸線方向に移動する。図９に示す基準位置から、θｚ軸方向調整ねじ２６θが下方に移動すると、θｚ軸方向調整ねじ２６θが当接していたブロック２２ｄが、コイルばね２５θの付勢力により傾動し、凸部２２ｍが図９で左方に移動するので、外枠２２も左方に向かう力を受ける。このとき、支持板２１Ａと外枠２２とは、板ばね２９とブロック２８，２８とで構成された蝶番により連結されているので、支持板２１Ａに対して外枠２２は回動するようになる。明らかであるがθｚ軸方向調整ねじ２６θを逆方向に回せば、外枠２２は、板ばね２９の付勢力により逆方向に回動する。それにより、テーブル２４に取り付けたケース３０のθｚ軸方向の調整を行うことができる。

本実施の形態によれば、保持部材２０を基板１０に取り付ける前に、ケース３０を保持部材２０に対してプリアライメントするため、最終的に精度にあまり関係のない３軸については位置決めを完了させることで、後のステップにおける位置決めを効率的に行えるようにしている。従って、保持部材２０をケース３０ごと基板１０に取り付けたときに、高精度な位置決めが必要な３軸方向にアライメントするのみで、ケース３０を精度良く位置決めすることができ、それにより全てのＬＥＤ３１を基板１０上で所定方向に配列することが可能となる。又、保持部材２０は、ケース３０を３軸方向に位置決めできる構成であれば足りるため、構成を簡素且つコンパクトなものとすることができる。

更に、保持部材２０は、図４に示す下面側から３軸方向の調整ができるので、基板１０に取り付けた状態で容易に調整作業を行える。又、Ｘ軸方向調整ねじ２６Ｘ、Ｚ軸方向調整ねじ２６Ｚ、θｚ軸方向調整ねじ２６θは、いずれも細目のねじを用いているので、逆回りしないため調整位置を維持できる。テーブル２４と移動枠２３とは、平行ばね２７Ｚ、コイルばね２５Ｚ、Ｚ軸方向調整ねじ２６Ｚのみを介して接触しているので、熱伝導性が低く、ケース３０が加熱された場合でも、移動枠２３の温度上昇を抑えることができる。同様に、移動枠２３と外枠２２とは、平行ばね２７Ｘ、コイルばね２５Ｘ、Ｘ軸方向調整ねじ２６Ｘのみを介して接触しているので、熱伝導性が低く、ケース３０が加熱された場合でも、外枠２２の温度上昇を抑えることができる。従って、ケース３０が加熱された場合にも、基板１０の温度上昇が抑制されることから、異なる素材を用いたときも熱膨張の影響を抑制できる。

又、本実施の形態によれば、ケース３０のアライメントマーク（第１のアライメントマーク）３２ａ、３２ｂと、基板１０のアライメントマーク（第２のアライメントマーク）１０ｂ、１０ｃの３次元座標を読みとることで位置決めを行うため、より高精度な位置決めが可能となる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば２以上の素子としては、ＬＥＤに限らず、フォトトランジスタ、ＤＬＰ、インクジェットプリンタのノズルなど種々のものが考えられる。

本実施の形態にかかる位置決め方法を説明するための概略図である。 図１の一部を拡大して示す図である。 保持部材２０の正面図である。 保持部材２０を矢印IV方向に見た下面図である。 保持部材２０を矢印V方向に見た上面図である。 保持部材２０を矢印VI方向に見た側面図である。 図５の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た断面図である。 図５の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た断面図である。 図５の構成をIX-IX線で切断して矢印方向に見た断面図である。 図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た断面図である。

符号の説明

１０ 基板
１０θ 調整孔
１０Ｘ 調整孔
１０Ｚ 調整孔
１０ａ 開口
１０ｂ、１０ｃ アライメントマーク
２０ 保持部材
２０ａ、２０ｂ アライメントマーク
２１ 支持部
２１Ａ 支持板
２１ａ 貫通孔
２１ｂ 貫通孔
２１ｃ 袋孔
２１ｄ ねじ孔
２１ｅ ねじ孔
２２ 外枠
２２ａ 貫通孔
２２ｂ 袋孔
２２ｃ 貫通孔
２２ｄ ブロック
２２ｇ ねじ孔
２２ｈ 凹部
２２ｉ ブロック
２２ｋ 中間板
２２ｍ 凸部
２３ 移動枠
２３ａ 袋孔
２３ｂ 袋孔
２４ テーブル
２５Ｘ コイルばね
２５Ｚ コイルばね
２５θｚ コイルばね
２６Ｘ Ｘ軸方向調整ねじ
２６Ｚ Ｚ軸方向調整ねじ
２６θ θｚ軸方向調整ねじ
２７Ｘ 平行ばね
２７Ｚ 平行ばね
２７θ 板ばね
２８ ブロック
２９ 板ばね
３０ ケース
３２ａ、３２ｂ アライメントマーク

Claims (7)

1. ２以上の素子を所定の配列で収容した複数のケースを、保持部材を介して基板に対して６軸方向に位置決めする位置決め方法であって、
   前記ケースの第１の基準位置に基づいて、前記ケースを前記保持部材に対してプリアライメントする第１ステップと、
   前記保持部材を前記基板に取り付ける第２ステップと、
   前記ケースの第２の基準位置に基づいて、前記ケースを前記基板に対して、高精度な位置決めが必要な３軸方向にのみアライメントする第３ステップとを有することを特徴とする位置決め方法。
2. 前記ケースの第１及び第２の基準位置は、前記ケースに形成されたアライメントマーク又は素子自体により定まることを特徴とする請求項１に記載の位置決め方法。
3. 前記第３ステップにおいて、前記高精度な位置決めが必要な３軸方向とは、前記素子の並んだＸ方向と、前記素子の並んだＸ方向に対して直交するＺ方向と、前記Ｚ方向回りのθｚ方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め方法。
4. 前記第３ステップにおいて、前記保持部材を調整することにより、前記ケースを前記基板に対して、前記高精度な位置決めが必要な３軸方向にアライメントすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置決め方法。
5. 請求項４の位置決め方法に用いる保持部材であって、単一の面に設けられた調整部を調整することで、前記ケースを前記基板に対して、前記高精度な位置決めが必要な３軸方向にのみアライメント可能となっていることを特徴とする保持部材。
6. ２以上の素子を所定の配列で収容した複数のケースを、基板に対して位置決めする位置決め方法であって、
   前記ケースに第１のアライメントマークを設け、前記基板に、前記ケースごとに第２のアライメントマークを設け、前記第１のアライメントマークと、前記第２のアライメントマークに基づいて、前記ケースを前記基板に対して位置決めすることを特徴とする位置決め方法。
7. 前記第１及び第２のアライメントマークの３次元座標を検出して比較することを特徴とする請求項６に記載の位置決め方法。
   
   

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