JP2008078212A - 精密部品の位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３個以上の精密部品を正確に位置決めして重ね合わせ、あるいは組み付けできる位置決め装置を実現する。
【解決手段】水平面内の位置を正確に位置決めするセンタリングチャック4a、4bを上下２段に設け、それぞれの位置決め位置を鉛直方向に一致させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子回路基板等の精密部品（以下チップともいう）を台座等に位置決めする精密部品の位置決め装置に関する。

例えば１ｍｍ角で厚さ0.5ｍｍの水晶発振子など、電子回路等に使用する精密部品（チップ）を互いに積み重ねたり、台座等の他の精密部品の所定位置に貼り付けるマウント作業のため、組立セルとも呼ばれる組み付け装置が使用される。
マウント作業の一例を特許文献１の記載を引用して説明する。図５は組み付けを行う電子部品の一例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図で、Ｓはマウントベースとなるステム、ＰはステムＳ上の所定位置にマウントされる半導体等の固体素子のチップ（ワーク）である。

図６はマウントを行う組立セルにおける位置関係を説明する平面図で、ウエハからダイシングにより切り出されたチップＰを載置した第１のトレイ（ワークステージ）3aから、ロボットアームが１個のチップＰを取り出し、水平移動してそのチップＰを位置決め装置（センタリングチャック）４に置き、位置決めを行ったのち、このチップＰを所定位置に整列させた第２のトレイ3b上に移動させてステムＳ上の所定位置にマウントする。センタリングチャックによりロボットアームに対してチップＰを位置決めしておくことにより、ステムＳ上の所定位置に正確にチップＰをマウントすることができる。

このようなマウント作業を行なう従来の組み付け装置として、特許文献２に記載のものを図面により簡単に説明する。
図７は特許文献２に記載の従来の組立セルの一例を示す斜視図で、１はテーブル、２は先端でワークを吸着する吸着ヘッド20を取り付けた移動フレーム、21は移動フレーム２をＺ軸方向（上下方向）に移動させる昇降機構（Ｚ軸駆動部）、３はチップ、ステムなどの精密部品を上面に載置して水平移動するワークステージ、４は位置決め装置であるセンタリングチャック、５はこれらを操作するスイッチや制御盤を含む操作盤である。

つづいてセンタリングチャックの一例として、特許文献３に記載のものを図８、９により説明する。
図８はセンタリングチャック４の要部を示す平面図で、Ｘ字状の突条を有する吸着台40を囲んで、41a 〜41d は吸着台40の四方から接近あるいは離反してチップを移動させる挟持体（爪）、42a 〜42d はそれぞれ挟持体41a 〜41d を取り付けた移動ブロックである。挟持体41a 〜41d およびこれと一体になった移動ブロック42a 〜42d は図示しないガイドレール等の案内機構によって矢印の方向に直線状に往復移動する。

図９は一対の挟持体の移動機構を示す平面図で、41a、41bを取り付けた移動ブロック42ａ、42bがエンドレスワイヤ44に固定され、プーリ45により駆動され、互いに接近、あるいは離反する。
図10はこのセンタリングチャック４によりチップの位置決めを行う様子を説明するセンタリングチャック４の中央部分の部分平面図である。

（ａ）に示すように、移送ロボット等によってチップＰが吸着台の中央付近に置かれる。この段階ではチップの位置は正確な中心ではなく、また向きも多少斜めになっている可能性がある。
つづいて位置決め装置が作動して四方の挟持体41a 〜41d がチップＰを押しながら中心に向けて移動し、軽く押す状態となって（ｂ）に示すようにチップＰが正確に位置決めされる。

以上、１対の挟持体を２組有する位置決め装置について説明したが、挟持体は120度間隔で３方から挟持する構成であってもよい。
特開昭６３−２６６８４９号公報 特開２００３−１３３３３９号公報 特開２００４−３８３５６号公報

以上説明した従来のセンタリングチャックは、例えば図５に示したような２個の精密部品を互いに重ねたりする際の位置決めを想定したものであったが、例えば図11に示すように、３個以上の精密部品を組み付ける場合、センタリングチャックを上下２段に設けると都合がよい。
図11は、携帯電話に内蔵させる超小型カメラ用レンズの概念図である。鏡胴Ｍの底部に第１のレンズＬ１が挿入され、スペーサＤ１、Ｄ２を介して第２、第３のレンズＬ２、Ｌ３が挿入され、最後にレンズ押えＨが嵌められる。鏡胴Ｍの内径はわずか３ｍｍ程度であり、またこの中に挿入される複数のレンズやスペーサの鏡胴Ｍとの隙間は１〜３μｍしかない。圧入に加えて接着剤も適宜使用される。

センタリングチャックを上下２段に設け、例えば下段のセンタリングチャックに鏡胴Ｍを位置決めしておき、あとの精密部品を上段のセンタリングチャックで次々に位置を合わせながら鏡胴Ｍ内に挿入すれば、図11に示したようなレンズを効率的に組み立てることができる。
本発明は、このような上下２段の位置決め装置におけるセンタリングチャックのセンタ位置を鉛直方向に一致させて、３個以上の精密部品の組み付けを効率的に行なうことのできる精密部品の位置決め装置を実現すること目的とする。

本発明の精密部品の位置決め装置は、水平面内の位置を精密に位置決めする位置決め装置を上下２段に設け、上下それぞれの位置決め装置の位置決め位置を鉛直方向に一致させたことを特徴とする。
また本発明の精密部品の組み立て方法は、水平面内の位置を精密に位置決めする位置決め装置を上下２段に設けて上下それぞれの位置決め位置を鉛直方向に一致させ、下段の位置決め装置で位置決めした第１の精密部品に、上段の位置決め装置で位置決めした第２の精密部品を重ねることを特徴とする。

本発明によれば、３個以上の複数の精密部品を、互いに正確に位置決めして効率的に組み付けることができるという、すぐれた効果を奏する。

本発明の好ましい実施例を図面により詳細に説明する。
図１は実施例の位置決め装置４を示す斜視図で、ほぼ同一の構成のセンタリングチャック4a、4bが上下２段に設けられている。41は挟持体、43はこれを出入りさせるガイドブロックであるが、開閉機構はこれまでのものと同様であるから説明は省略する。また挟持体は３方に配置しているが、４方でもよい。

図２は、上下２段のセンタリングチャック4a、4bの位置決め位置（センタ）を一致させる手順を示す説明図で、１は上下２段のセンタリングチャック4a、4bの置かれるテーブル、２は精密部品をハンドリングする吸着ヘッド20の取り付けられる移動フレームである。テーブル１は一応動かないものとするが、上下２段のセンタリングチャック4a、4bはそれぞれ独立に、図２における左右方向（Ｘ方向）ならびに紙面と垂直の方向（Ｙ方向）に調整できる。この実施例では移動フレーム２は左右方向（Ｘ方向）のみに移動する。いずれの移動も、リニアセンサ等によってμｍ単位で計測できる。

まず、大きさや形状が正確に仕上げられているマスタゲージを用意する。例えばすりガラス製の円板状のものなどがよい。
第１段階として、テーブル１上にカメラ6aを上向きにセットする。光軸は真上を向くようにする。つぎに下段のセンタリングチャック4aにマスタゲージＧを置く。上段でもよい。この時点ではまだセンタリングチャック4aは正しい位置とはなっていない。吸着ヘッド20でマスタゲージＧを吸着し、カメラの上まで移動させ、下から画像を撮影して、吸着ヘッド20の先端の丸孔の輪郭と、マスタゲージＧの円とのそれぞれの中心を求める。

図３は中心位置を求める説明図である。点Ｃ１を中心に、120度間隔で３つのウインドウ7a、7b、7cが配置されている。これに対して吸着されたマスタゲージＧが３つのウインドウ7a、7b、7cを部分的にふさぐ形となる。マスタゲージＧのある部分とない部分とでは透過光の光量が異なるので、適当な「しきい値」を設けて解析すると、それぞれの偏りからマスタゲージＧの中心Ｃ２が求められる。このような演算ソフトは市販されていて、公知である。

偏り量から、これを相殺するためのＸ、Ｙ各座標値がわかるので、これにより下段のセンタリングチャック4aの位置を修正すると、下段のセンタリングチャック4aと、吸着ヘッド20の先端の位置とを一致させることができる。
なお、ここまでの調整は、吸着ヘッド20によるハンドリングを円滑に行なうために行なった方が望ましいものであるが、省略することもできる。本発明において必ず行なわなければならないのは、以下に説明する第２段階の調整である。

図２において、移動フレーム２にカメラ6bを取り付ける。光軸は正確に鉛直下方に向ける。まず下段のセンタリングチャック4aにマスタゲージＧをセットして画像を撮影する。この数値を記憶し、ついで吸着ヘッド20により下段のマスタゲージＧを上段に移す。ここでカメラの焦点距離を変えて再びマスタゲージＧを撮影して位置を求め、記憶しておいた下段の位置との差を算出して、これを相殺するように上段のセンタリングチャック4bの位置を修正する。これで上下のセンタリングチャック4a、4bの位置が一致したことになる。第１段階においてすでに下段のセンタリングチャック4aと吸着ヘッド20との位置合わせがなされていれば、上下のセンタリングチャック4a、4bの位置がいずれも吸着ヘッド20の位置とも一致し、精密部品のハンドリングが安定して行なわれる。

図４は、本発明の位置決め装置を有する組立セルを使用して、例えば図11に示したような複数の精密部品を同じセンタ位置で組み付ける作業手順の一部を説明する説明図である。（ａ）は待機状態で、第１の精密部品Ｐ１がワークステージ３上に用意されている。（ｂ）はワークステージ３が水平移動して第１の精密部品Ｐ１が吸着ヘッド20の下に来た状態である。吸着ヘッド20が下降して第１の精密部品Ｐ１を取り上げ、ついで（ｃ）に示すように下降してこれを下段のセンタリングチャック4aに置いて位置決めする。

つづいてワークステージから第２の精密部品Ｐ２を取り上げ、（ｄ）に示すようにこれを上段のセンタリングチャック4bに置く。ここで位置決めを行なった上、再びこれを取り上げて（ｅ）に示すように下段にある第１の精密部品Ｐ１に重ねる。これで第１、第２の精密部品Ｐ１、Ｐ２は正しい位置関係で重ねられたことになる。
以上の例では第１の精密部品Ｐ１が鏡胴で、第２の精密部品Ｐ２がこの中に挿入される第１のレンズであるが、さらに、第３、第４の精密部品も、一旦上段のセンタリングチャック4bに仮置きして位置を修正することにより次々に同じセンタ位置で組み付けて行くことができる。

本発明実施例における位置決め装置を示す斜視図である。 本発明実施例の位置決め装置において上下の位置決め位置を一致させる手順を示す説明図である。 本発明実施例において中心位置を求める説明図である。 本発明実施例の位置決め位置の使用例を示す説明図である。 本発明に係わる電子部品の一例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明に係わる組立セルの位置関係を説明する平面図である。 従来の組立セルの一例を示す斜視図である。 本発明に係わる従来公知のセンタリングチャックの要部を示す平面図である。 図８のセンタリングチャックの一部を示す部分平面図である。 従来の技術における位置決めの様子を説明する部分平面図である。 本発明に係わる精密部品の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ テーブル
２ 移動フレーム
３ ワークステージ
４ センタリングチャック（位置決め装置）
５ 操作盤
６ カメラ
７ ウインドウ
２０ 吸着ヘッド
２１ 昇降機構
４０ 吸着台
４１ 挟持体
４２ 移動ブロック
４３ ガイドブロック
４４ エンドレスワイヤ
４５ プーリ
Ｄ スペーサ
Ｇ マスタゲージ
Ｈ レンズ押え
Ｌ レンズ
Ｍ 鏡胴
Ｐ 精密部品（チップ）
Ｓ ステム

Claims (2)

1. 水平面内の位置を精密に位置決めする位置決め装置（４）を上下２段に設け、上下それぞれの位置決め装置（4a、4b）の位置決め位置を鉛直方向に一致させたことを特徴とする精密部品の位置決め装置。
2. 水平面内の位置を精密に位置決めする位置決め装置を上下２段に設けて上下それぞれの位置決め位置を鉛直方向に一致させ、下段の位置決め装置で位置決めした第１の精密部品に、上段の位置決め装置で位置決めした第２の精密部品を重ねることを特徴とする精密部品の組み立て方法。

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