JP6495400B2 - 製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１部品を第２部品に装着する工程に用いられる製造装置および製造方法に関する。特に、車両に搭載される照明装置が備える半導体発光装置を支持体に装着する製造装置および製造方法に関する。

画像認識技術を用いることにより、第１部品の第２部品への装着精度を高めた製造装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−１４０９４５号公報

特に車両に搭載される照明装置においては、光学系を構成する各要素部品の位置決めについて高い精度が要求される。しかしながら当該精度を実現するために画像認識技術を用いると、設備コストの上昇を招く。

よって本発明は、設備コストを抑制しつつ、第１部品を高い位置決め精度で第２部品に装着しうる技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第１の態様は、第１部品を、第１方向に延びる被係合部が形成された第２部品に装着する製造装置であって、
前記第１部品を保持可能な構成とされた保持部と、
前記第１方向に延び、前記被係合部と係合可能な構成とされた係合部と、
前記保持部と前記係合部を支持する支持部と、
前記支持部を前記第１方向に変位させる第１機構と、
前記第１方向と交差する平面内で前記支持部の変位を許容する第２機構とを備える。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第２の態様は、製造方法であって、
保持部で第１部品を保持する保持工程と、
第１方向に延びる係合部を、第２部品に形成されて当該第１方向に延びる被係合部と係合させて位置決めをする位置決め工程と、
前記保持部に保持された前記第１部品を、前記第２部品に装着する装着工程と、
前記第２部品に装着された前記第１部品の保持を解消する解放工程とを備え、
前記位置決め工程において、前記保持部と前記係合部を支持する支持部材の、前記第１方向と交差する平面内での変位を許容する。

上記の構成によれば、係合部の被係合部に対する係合が、支持部の第１方向への変位に伴って進行する。係合の開始時において両者の間に多少の位置ずれがあったとしても、位置ずれを解消するような支持部の上記平面内における変位が、第２機構によって許容される。係合部の被係合部に対する係合が確実になされることにより、ともに支持部に支持されている保持部の第２部品に対する位置が精度よく定まる。したがって、設備コストの上昇を伴う画像認識技術などを用いずとも、第１部品を第２部品に精度よく装着することができる。また位置ずれが発生したまま係合部の被係合部に対する係合が進行することがないため、これらの部材の破損などが回避されうる。

上記の製造装置は、第３機構と制御部を備える構成としてもよい。第３機構は前記平面内での前記支持部の変位を規制する。制御部は、前記係合部が前記被係合部と係合されるときには前記第２機構を有効とし、前記保持部が前記第１部品を前記第２部品に装着するときには前記第３機構を有効とする。

すなわち上記の製造方法において、前記装着工程では前記支持部材の前記平面内での変位が規制される。

すなわち、少なくとも保持部の第２部品に対する位置決めの際において、支持部は上記平面内における変位を許容される。一方、少なくとも保持部が第１部品を第２部品に装着する際において、支持部の上記平面内における変位が規制される。これにより、保持部による第１部品の装着動作を安定した状態で行なうことができる。したがって、第１部品を第２部品に精度よく装着することができる。

例えば、前記保持部は、第１把持部材と第２把持部材を備える。ここで前記第１把持部材と前記第２把持部材は、前記平面に沿う第２方向に配列され、当該第２方向における相対距離を変化させることにより、前記第１部品を把持可能な構成とされている。この場合、簡易な構成で確実かつ正確に光源を保持することができる。

前記係合部は、第１係合部材と第２係合部材を備える構成としてもよい。ここで前記第１係合部材は、前記第２部品に形成された第１被係合部材と係合可能とされており、前記第２係合部材は、前記第２部品に形成された第２被係合部材と係合可能とされている。この場合、２つの係合部材により支持部の上記平面内における回転が防止され、保持部の第２部品に対する位置決めをより確実に行なうことができる。

前記第１係合部材と前記第２係合部材は、前記保持部に保持された前記第１部品の中央部が配置される位置を通る直線に対して線対称となるように配置されている構成としてもよい。この場合、位置決め動作の安定性を高めることができる。

前記第１係合部材と前記第２係合部材は、前記保持部に保持された前記第１部品の中央部が配置される位置に対して点対称となるように配置されている構成としてもよい。この場合、位置決め動作の安定性を最も高めることができる。

上記の製造装置および製造方法が対象とする前記第１部品は、例えば車両に搭載される照明装置が備える半導体発光装置であり、前記第２部品は、前記半導体発光装置を支持する支持体である。

この場合、前記係合部は、前記第２部品に形成された丸孔に挿入可能とされたピンであることが好ましい。最終製品としての照明装置において装着された半導体発光装置から出射される光が、ピン状の被係合部によって阻害される事態を回避しうる。また支持体の成形コストを抑制可能である。

本発明の一実施形態に係る製造装置により製造された部品を備える照明装置 の外観を示す斜視図である。 上記照明装置が備えるヒートシンクの外観を示す斜視図である。 上記製造装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る製造方法を示すフローチャートである。 上記製造方法の保持工程における製造装置の動作を説明する図である。 上記製造方法の位置決め工程における製造装置の動作を説明する図である。 上記製造方法の装着工程および解放工程における製造装置の動作を説明する 図である。 上記製造装置が備える係合部の変形例を模式的に示す図である。

添付の図面を参照しつつ本発明に係る実施形態の例について以下詳細に説明する。なお以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

図１は、車両に搭載される照明装置の一例としての灯具ユニット１０を示す。灯具ユニット１０は、光源１１、ヒートシンク１２、リフレクタ１３、投影レンズ１４、およびレンズホルダ１５を備えている。

光源１１は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）や有機ＥＬ素子などの半導体発光素子が高放熱回路基板に実装されてなる発光素子パッケージである。当該発光素子パッケージは、ヒートシンク１２に対して固定されている。ヒートシンク１２は、光源１１から発する熱を発散させるのに適した材質および形状とされている。

光源１１から出射された光は、リフレクタ１３によって反射され前方に向かう。その光の少なくとも一部は、リフレクタ１３の前方に配置された投影レンズ１４を通過する。投影レンズ１４の周縁部はレンズホルダ１５により保持され、ヒートシンク１２に対して固定されている。

図２は、上記灯具ユニット１０が備えるヒートシンク１２のみの外観を示す斜視図である。ヒートシンク１２は、背板１２ａを備えている。背板１２ａの後面からは複数の放熱板１２ｂが後方に延びている。背板１２ａの前方には、基台１２ｃが設けられている。基台１２ｃの上面には光源搭載部１２ｄが設けられている。基台１２ｃの前部からは複数の放熱板１２ｅが前方に延びている。基台１２ｃにおける背板１２ａと光源搭載部１２ｄの間の部分には、第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇが形成されている。第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇは、それぞれ基台１２ｃの上面に開口している。

図３の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る製造装置２０の構成を模式的に示す正面図である。製造装置２０は、上記の光源（発光素子パッケージ）１１を、ヒートシンク１２の光源搭載部１２ｄに装着する装置である。製造装置２０は、保持部３０、係合部４０、支持部５０、第１機構６０、第２機構７０、第３機構８０、および制御部９０を備えている。

保持部３０は、第１把持部材３１と第２把持部材３２を備えている。第１把持部材３１と第２把持部材３２は、その間に光源１１を把持可能な構成とされている。係合部４０は、第１ピン４１と第２ピン４２を備えている。

第１ピン４１の径は、ヒートシンク１２の基台１２ｃに形成された第１丸孔１２ｆの径と略同一とされている。また第１ピン４１の先端部４１ａは先細り形状とされている。第２ピン４２の径は、ヒートシンク１２の基台１２ｃに形成された第２丸孔１２ｇの径と略同一とされている。また第２ピン４２の先端部４２ａは先細り形状とされている。

図３の（ｂ）は、第１把持部材３１、第２把持部材３２、第１ピン４１、第２ピン４２、および光源搭載部１２ｄの位置関係を模式的に示す平面図である。

第１把持部材３１と第２把持部材３２は、Ｘ方向に沿って配列され、それぞれ同方向に沿って変位可能とされている。当該変位により第１把持部材３１と第２把持部材３２の間隔が変化する。図３の（ｂ）においては、第１把持部材３１と第２把持部材３２の初期位置を実線で示し、光源１１を把持するときの第１把持部材３１と第２把持部材３２の位置を二点鎖線で示している。すなわち、第１把持部材３１と第２把持部材３２は、初期位置からＸ方向に沿って間隔を狭めるように変位することにより、両者の間に光源１１を把持する。

第１ピン４１と第２ピン４２はＺ方向に延びており、Ｘ方向に沿って配列されている。第１ピン４１と第２ピン４２は、第１把持部材３１と第２把持部材３２の可動域をＹ方向に避けるように配置されている。また第１ピン４１と第２ピン４２は、保持部３０に保持される光源１１の中央部が配置される位置Ｃを通り、光源１１の短手方向に延びる直線Ｌ１に対し、線対称となるように配置されている。

第１機構６０は、支持部５０をＺ方向に沿って変位させる機構である。また第１機構６０は、第１把持部材３１と第２把持部材３２をＸ方向に沿って変位させる機構も備えている。

第２機構７０は、ＸＹ平面内で支持部５０の変位を許容するように、第１機構６０と連結されている。第３機構８０は、ＸＹ平面内における支持部５０の変位を許容する状態（実線で示す状態）と、当該変位を規制する状態（二点鎖線で示す状態）をとりうるように構成されている。

制御部９０は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ等を備え、少なくとも保持部３０、第１機構６０、および第３機構８０の動作を制御する。

なお図示しない適宜の移動機構により、製造装置２０全体もＸＹ平面内で移動可能されている。制御部９０は、当該移動機構を制御して、実装前の光源１１（発光素子パッケージ）が配置されている場所と、光源１１の装着を待機するヒートシンク１２が配置されている場所との間で、製造装置２０を移動可能とされている。

次に図４から図７を参照しつつ、上記の製造装置２０を用いて光源１１をヒートシンク１２の光源搭載部１２ｄに装着する製造方法について説明する。図４に示すように、本実施形態に係る製造方法は、保持工程Ｓ１、位置決め工程Ｓ２、装着工程Ｓ３、および解放工程Ｓ４を備える。

図５は、保持工程Ｓ１における製造装置２０の各部の状態を模式的に示す正面図である。まず制御部９０は、移動機構を制御して、実装前の光源１１が配置されている場所の上方へ製造装置２０を移動させる。次いで制御部９０は、第３機構８０を制御して、支持部５０のＸＹ平面内における変位が規制される状態とする。

また制御部９０は、第１機構６０を制御して、支持部５０をＺ方向に沿って下方に変位させる（二点鎖線は変位前の位置を示す）。次いで制御部９０は、保持部３０を制御して、第１把持部材３１と第２把持部材３２の間隔を狭め、両者の間に光源１１を把持させる。光源１１が把持された後、制御部９０は、第１機構６０を制御して、支持部５０をＺ方向に沿って上方に変位させる。

図６は、位置決め工程Ｓ２における製造装置２０の各部の状態を模式的に示す正面図である。まず制御部９０は、移動機構を制御して、光源１１の実装を待機するヒートシンク１２が配置されている場所の上方へ製造装置２０を移動させる。なおヒートシンク１２は、基台１２ｃに形成された第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇがＺ方向に延びるように配置される。

次いで制御部９０は、第１機構６０を制御して、支持部５０をＺ方向に沿って下方に変位させる。これにより、第１ピン４１の先端部４１ａと第２ピン４２の先端部４２ａが、それぞれヒートシンク１２の基台１２ｃに形成された第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇに接近する。

このとき制御部９０は、第３機構８０を制御して、ＸＹ平面内で支持部５０の変位を許容する状態とする。

第１ピン４１の先端部４１ａと第２ピン４２の先端部４２ａの先細り形状がセンタリング機能を果たし、支持部５０が、ＸＹ平面内で変位しながら、第１ピン４１と第１丸孔１２ｆ、第２ピン４２と第２丸孔１２ｇが係合する。これにより、ヒートシンク１２上の光源搭載部１２ｄに対する光源１１の位置が一義的に定まる。

図７は、装着工程Ｓ３および解放工程Ｓ４における製造装置２０の各部の状態を模式的に示す正面図である。光源搭載部１２ｄに対する光源１１の位置が定まると、まず装着工程Ｓ３が実行される。制御部９０は、第３機構８０を制御して、再び支持部５０のＸＹ平面内における変位が規制された状態とする。

この状態で制御部９０は、第１機構６０を制御し、支持部５０をＺ方向に沿ってさらに下方に変位させる。第１ピン４１と第２ピン４２は、それぞれ第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇにさらに深く挿入されるとともに、光源１１が光源搭載部１２ｄ上に装着される。

次いで解放工程Ｓ４が実行される。制御部９０は、保持部３０を制御して、第１把持部材３１と第２把持部材３２の間隔を広げ、両者による光源１１の把持を解除する。その後、制御部９０は、第１機構６０を制御して、第１ピン４１と第２ピン４２が第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇから離脱するまで、支持部５０をＺ方向に沿って上方に変位させる。これをもって、光源１１の光源搭載部１２ｄへの装着が完了する。

以上説明したように、本実施形態の製造装置２０は、光源１１（第１部品の一例）をＺ方向（第１方向の一例）に延びる第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇ（被係合部の一例）が形成されたヒートシンク１２の光源搭載部１２ｄ（第２部品の一例）に装着する。保持部３０は、光源１１を保持可能な構成とされている。係合部４０は、第１丸孔１２ｆおよび第２丸孔１２ｇと係合可能な構成とされた第１ピン４１および第２ピン４２を備えている。第１ピン４１と第２ピン４２は、Ｚ方向に延びている。支持部５０は、保持部３０と係合部４０を支持する。第１機構６０は、支持部５０をＺ方向に変位させる。第２機構７０は、Ｚ方向と交差するＸＹ平面内で支持部５０の変位を許容する。

上記の構成によれば、係合部４０の第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇ（被係合部）に対する係合が、支持部５０のＺ方向への変位に伴って進行する。係合の開始時において両者の間に多少の位置ずれがあったとしても、位置ずれを解消するような支持部５０のＸＹ平面内における変位が、第２機構７０によって許容される。

係合部４０の被係合部に対する係合が確実になされることにより、ともに支持部５０に支持されている保持部３０の光源搭載部１２ｄに対する位置が精度よく定まる。したがって、設備コストの上昇を伴う画像認識技術などを用いずとも、光源１１を光源搭載部１２ｄに精度よく装着することができる。また位置ずれが発生したまま係合部４０の被係合部に対する係合が進行することがないため、これらの部材の破損などが回避されうる。

本実施形態において、第３機構８０は、ＸＹ平面内での支持部５０の変位を規制する。制御部９０は、係合部４０が被係合部と係合されるときには第２機構７０を有効とし、保持部３０が光源１１を光源搭載部１２ｄに装着するときには第３機構８０を有効とする。

すなわち、少なくとも保持部３０の光源搭載部１２ｄに対する位置決めの際において、支持部５０はＸＹ平面内における変位を許容される。一方、少なくとも保持部３０が光源１１を光源搭載部１２ｄに装着する際において、支持部５０のＸＹ平面内における変位が規制される。これにより、保持部３０による光源１１の装着動作を安定した状態で行なうことができる。したがって、光源１１を光源搭載部１２ｄに精度よく装着することができる。

係合部４０は、第１ピン４１（第１係合部材の一例）と第２ピン４２（第２係合部材の一例）を備えている。第１ピン４１は、ヒートシンク１２に形成された第１丸孔１２ｆ（第１被係合部材の一例）と係合可能とされている。第２ピン４２は、ヒートシンク１２に形成された第２丸孔１２ｇ（第２被係合部材の一例）と係合可能とされている。

この場合、２本のピンにより支持部５０のＸＹ平面内における回転が防止され、保持部３０の光源搭載部１２ｄに対する位置決めをより確実に行なうことができる。

上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。

上記の実施形態においては、第１機構６０による支持部５０の変位方向（第１方向；Ｚ方向）は、第２機構７０により許容される支持部５０の変位方向（ＸＹ平面内）に直交している。しかしながら、第１機構６０による支持部５０の変位方向と、係合部４０および被係合部が延びる方向が一致している限りにおいて、当該方向は、第２機構７０により許容される支持部５０の変位方向に交差していればよい。

上記の実施形態においては、係合部４０は、被係合部としての第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇにそれぞれ挿入される第１ピン４１と第２ピン４２を備えている。しかしながら、ピンの数は２本に限られない。１本でもよいし、３本以上としてもよい。

またヒートシンク１２の側にピン状の被係合部を設け、係合部４０は、これを受容する孔を有するように構成してもよい。但し、ヒートシンク１２の側に被係合部としての孔を形成する構成によれば、最終製品としての灯具ユニット１０（照明装置の一例）において装着された光源１１から出射される光が、ピン状の被係合部によって阻害される事態を回避しうる。またヒートシンク１２の成形コストを抑制可能である。

上記の実施形態においては、保持部３０は、第１把持部材３１と第２把持部材３２を備えている。第１把持部材３１と第２把持部材３２は、ＸＹ平面に沿うＸ方向（第２方向の一例）に配列され、当該方向における両者の間隔を変化させることにより、光源１１を把持可能な構成とされている。この場合、簡易な構成で確実かつ正確に光源１１を保持することができる。

なお上記の間隔を変化させるにあたっては、必ずしも第１把持部材３１と第２把持部材３２の双方を変位させることを要しない。両者の相対距離が変化する限りにおいて、第１把持部材３１と第２把持部材３２の一方を変位可能としてもよい。

また保持部３０は、必ずしも第１把持部材３１と第２把持部材３２を備えることを要しない。光源１１を保持しうる限りにおいて、例えば特許文献１に記載のような吸着機構を用いてもよい。また磁力を利用して光源１１を保持する構成としてもよい。

上記の実施形態において、第１ピン４１と第２ピン４２は、保持部３０に保持される光源１１の中央部が配置される位置Ｃを通り、光源１１の短手方向に延びる直線Ｌ１に対し、線対称となるように配置されている。しかしながら、第１ピン４１と第２ピン４２の配置は、光源搭載部１２ｄの近傍におけるヒートシンク１２の形状・構造に応じて適宜に定められうる。

例えば図８の（ａ）に示すように、第１ピン４１と第２ピン４２は、保持部３０に保持される光源１１の中央部が配置される位置Ｃを通り、光源１１の長手方向に延びる直線Ｌ２に対し、線対称に配置されてもよい。

また図８の（ｂ）に示すように、第１ピン４１と第２ピン４２は、保持部３０に保持される光源１１の中央部が配置される位置Ｃに対し、点対称に配置されてもよい。特にこの配置によれば、位置決め動作の安定性を最も高めることができる。

なお上記の実施形態においては、第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇの径は、第１ピン４１と第２ピン４２の径と略同一とされている。しかしながら、第１丸孔１２ｆと第２丸孔１２ｇのいずれか一方の径を幾分大きくしてもよい。このような構成によれば位置決め公差の範囲内で係合部４０の変位が許容され、位置決め動作を円滑に進めることができる。

上記の実施形態においては、車両に搭載される灯具ユニット１０が備える光源１１（半導体発光装置の一例）が、製造装置２０によりヒートシンク１２に装着される。しかしながら、半導体発光装置を支持する支持体である限りにおいて、光源１１が装着される対象はヒートシンク１２に限られない。

また本発明に係る製造装置２０の用途は、半導体発光装置を支持体に装着する工程に限定されるものではない。第１部品を高い位置決め精度で第２部品に装着する必要があり、かつ設備コストの抑制が要求される適宜の製造装置に本発明を適用することができる。

１１：光源、１２：ヒートシンク、１２ｆ：第１丸孔、１２ｇ：第２丸孔、２０：製造装置、３０：保持部、３１：第１把持部材、３２：第２把持部材、４０：係合部、４１：第１ピン、４２：第２ピン、５０：支持部、６０：第１機構、７０：第２機構、８０：第３機構、９０：制御部、Ｃ：保持部に保持された光源の中央部が配置される位置、Ｌ１、Ｌ２：保持部に保持された光源の中央部を通る直線、Ｓ１：保持工程、Ｓ２：位置決め工程、Ｓ３：装着工程、Ｓ４：解放工程

Claims (2)

1. 第１方向に光を出射する光源を前記第１方向と交差する第２方向に沿う可動域を有する把持部で把持する把持工程と、
   前記第１方向に延びるピンと前記把持部を支持する支持部材の前記第２方向を含む平面内での変位を許容しつつ、ヒートシンクに形成されて当該第１方向に延びる孔に当該ピンを係合させて前記光源の位置決めをする位置決め工程と、
   位置決めされた前記光源を、前記ヒートシンクに装着する装着工程と、
   前記ヒートシンクに装着された前記光源の把持を解消する解放工程と、
   を備えており、
   前記ピンは、前記把持部の可動域を前記第１方向および前記第２方向と交差する第３方向に避けるように配置された第１のピンと第２のピンを含んでおり、
   前記孔は、前記第１のピンと係合する第１の孔、および前記第２のピンと係合する第２の孔を含んでいる、
   照明装置の製造方法。
2. 前記第１の孔の径と前記第２の孔の径の一方は、前記第１のピンの径と前記第２のピンの径よりも大きい、
   請求項１に記載の照明装置の製造方法。

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