JP6672904B2 - 位置決め装置および位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、部材の中心位置の位置合わせに関するものであり、特に、円形部材の中心位置を合せる技術に関するものである。

情報装置や通信装置の小型化や高性能化が進み、情報装置や通信機器に使用される配線基板や半導体装置等の電子基板の微細化や高密度化が進んでいる。また、微細化や高密度化にともない、配線基板や半導体装置等の電子基板上に実装される部材も微細化されている。

また、配線基板を伝送される信号や半導体装置の動作クロックが高周波数化され、実装される部品の位置のずれが電気特性等に与える影響が大きくなっている。例えば、配線基板や半導体装置等の電子基板上に円柱や円筒形状の部材を実装する場合に、部材の中心位置の精度が配線基板や半導体装置等の特性に大きな影響を及ぼす可能性がある。そのため、配線基板や半導体装置等の電子基板上に微細な部材を実装する際には、高い位置精度が要求される。

円柱や円筒形状の部材の位置決め方法としては、例えば、部材の円周外形を基準面に突き当てて位置を合わせる方法がある。しかし、外形によって位置合わせをする方法では、微小粒子の凝集部材など外形寸法の精度にばらつきがある部材については、中心位置がずれる恐れがある。よって、中心位置に要求される精度が外形寸法の精度以上である場合には、外形によって位置合わせを行う方法を用いることはできない。そのため、円柱や円筒形状の物体の中心位置の位置合わせを精度よく行うことができる技術があることが望ましく、関連する技術の開発が行われている。そのような、円柱や円筒形状の物体の中心位置の位置合わせを精度よく行う技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１は、２枚の基板を円錐状のピンによって位置決めする組み立て装置に関するものである。特許文献１の組み立て装置では、１枚の基板の孔に円錐状の２本の基準ピンを上側から挿入し、基板の下側から加圧流体を孔に挿入することで、基準ピンに対する基板の位置合わせが行われる。位置合わせが行われた基板は、２本の基準ピンに挿入された状態で上板に吸着される。特許文献１の組み立て装置では、１枚目の基板を吸着した状態で、さらに２枚目の基板に基準ピンを挿入し、２枚目の基板の位置合わせが行われる。特許文献１は、このように円錐状の基準ピンを基に２枚の基板の位置合わせを行うことで、ピンと孔の公差に依存せずに、２枚の基板の正確な位置合わせを行うことができるとしている。

特開２００８−１２０００８号公報

しかしながら、特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。特許文献１の組み立て装置は、円錐状のピンと基板の孔の中心位置の位置合わせを、加圧流体を用い行っている。しかし、特許文献１の技術は、組み立て装置に備えられている円錐状の基準ピンに対して、基板の位置を合せる技術であり、円形状の部材の側の中心位置の位置決めを行いたい場合には、特許文献１の技術を用いることはできない。よって、特許文献１の技術は、円柱や円筒形状の部材の中心位置の位置合わせを精度よく行うための技術としては十分ではない。

本発明は、上記の課題を解決するため、円柱や円筒形状の部材の中心位置の位置合わせを精度よく行うことができる位置決め装置を得ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の位置決め装置は、水平降下手段と、空気供給手段を備えている。水平降下手段は、円状の外周の下面と、下面と平行な上面とを有する円形部材の上面と接する水平面を有し、水平面を降下させることで円形部材を水平に降下させる。空気供給手段は、円形部材の上面が水平面に接し続けるように、円形部材の下面側から空気を供給する。また、水平降下手段は、水平面を降下させることで、円形部材を、中心部に対して対称なテーパ形状の側面を有する穴の内部に降下させ、円形部材の下面の中心部と、穴の中心部との位置を合わせる。

本発明の位置決め方法は、円状の外周の下面と、下面と平行な上面とを有する円形部材の上面と接する水平面に、円形部材の上面が接し続けるように、円形部材の下面側から空気を供給する。本発明の位置決め方法は、水平面を降下させることで円形部材を水平に降下させて、円形部材を、中心部に対して対称なテーパ形状の側面を有する穴の内部に降下させ、円形部材の下面の中心部と、穴の中心部との位置を合わせる。

本発明によると、円柱や円筒形状の部材の中心位置の位置合わせを精度よく行うことができる。

本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態において動作を行う際の装置の状態を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態において位置決め動作を行う際の装置の状態を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態において位置決め動作を行う際の装置の状態を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態において位置決め動作を行う際の装置の状態を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態において位置決め動作を行う際の装置の状態を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態の構成の概要を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態の構成の概要を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態において位置決め動作を行う際の装置の状態を模式的に示した図である。 本発明の第４の実施形態の構成の概要を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態の構成の概要を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態において位置決め動作を行う際の装置の状態を模式的に示した図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の位置決め装置の構成の概要を示したものである。本実施形態の位置決め装置は、水平降下手段１と、空気供給手段２を備えている。水平降下手段１は、円状の外周の下面と、下面と平行な上面とを有する円形部材３の上面と接する水平面を有し、水平面を降下させることで円形部材３を水平に降下させる。空気供給手段２は、円形部材３の上面が水平面に接し続けるように、円形部材３の下面側から空気を供給する。また、水平降下手段１は、水平面を降下させることで、円形部材３を、中心部に対して対称なテーパ形状の側面を有する穴４の内部に降下させ、円形部材３の下面の中心部と、穴４の中心部との位置を合わせる。

本実施系形態の位置決め装置は、空気供給手段２が円形部材３の下面側から空気を供給し、円形部材３の上面が水平降下手段１の水平面に接し続けるようにしている。また、水平降下手段１が水平面を降下させることで、円形部材３を、中心部に対して対称なテーパ形状の側面を有する穴４の内部に降下させ、円形部材３の下面の中心部と、穴４の中心部との位置を合わせている。本実施形態の位置決め装置では、対称なテーパ形状の側面を有する穴４に円状の下面を有する円形部材３を水平に降下させているので、降下とともに円形部材３の中心部は、テーパ形状の側面に沿って穴４の中心部に水平に移動する。また、円形部材３の下面の複数の箇所が穴４のテーパ形状の側面に接する状態まで下降させたときに、円形部材３の下面の中心部は、穴４の中心部と一致する位置まで移動している。そのため、本実施形態の位置決め装置では、円形部材３の下面の複数の箇所が穴４のテーパ形状の側面に接する状態まで下降させたときに、円形部材３の下面の中心部は、穴４の中心部と一致する。その結果、本実施形態の位置決め装置は、円柱や円筒形状の部材の中心位置の位置合わせを精度よく行うことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態の位置決め装置の構成の概要を示した断面図である。また、図３は、本実施形態の位置決め装置を上側から見た際の平面図である。図３は、平面板が位置決め装置に設置されていない状態を示している。

本実施形態の位置決め装置は、位置決め治具本体１１、ガイド機構１２と、平面板１３と、空気供給源１４と、配管１７を備えている。位置決め治具本体１１は、テーパ形状穴１５と、空気供給口１６をさらに備えている。本実施形態の位置決め装置は、位置決め治具本体１１のテーパ形状穴１５を基準として、円形部材２０の中心位置を決める装置である。

位置決め治具本体１１は、円形部材２０の中心位置を合せる際の基準となる治具である。位置決め治具本体１１は、平面方向が水平になるように設置されている。位置決め治具本体１１は、例えば、アルミニウム等の金属によって形成されている。

テーパ形状穴１５は、位置決め治具本体１１の上面側に開口部を有する穴として形成されている。本実施形態において、位置決め治具本体１１の上面側とは、ガイド機構１２や平面板１３が設置されている側のことをいう。また、テーパ形状穴１５は、テーパ形状の側面１８と、底面１９を有している。底面１９には、空気供給口１６の開口部が形成されている。本実施形態のテーパ形状穴１５では、テーパ形状穴１５の中心部に対して対称な側面１８が、テーパ形状となるように形成されている。側面１８がテーパ形状となるように形成されているので、テーパ形状穴１５の開口部の面積は、底面１９の面積よりも大きい。

本実施形態において、位置決め治具本体１１の平面方向に対して平行な任意の平面上に形成されるテーパ形状穴１５の断面は、全て中心部に対して対称な形状となる。すなわち、位置決め治具本体１１の平面方向に対して平行な任意の平面上に形成されるテーパ形状穴１５の断面の外周部において、中心部を介して対向する２点は、中心部に対して対称な位置に存在する。また、位置決め治具本体１１の平面方向と平行な任意の平面上に形成されるテーパ形状穴１５の断面を、位置決め治具本体１１の平面方向と平行な面に投影したとした場合の正射影の中心部は、どの平面の正射影であっても一致する。

本実施形態のテーパ形状穴１５の開口部および底面１９は、円状となるように形成されている。テーパ形状穴１５の形状は、偏心が無い形状であれば円状以外であってもよい。例えば、テーパ形状穴１５の形状は、偏心が無い角錐や円錐などの形状であってもよい。

空気供給口１６は、テーパ形状穴１５内に空気供給源１４から送られてくる圧縮空気を導入する際の供給口としての機能を有する。空気供給口１６は、位置決め治具本体１１の下面側からテーパ形状穴１５の底面１９まで貫通する穴として形成されている。本実施形態の空気供給口１６は、テーパ形状穴１５の底面１９の中心部に開口部を有するように形成されている。本実施形態の空気供給口１６は、テーパ形状穴１５の底面１９に複数の開口部を有するように形成されていてもよい。

ガイド機構１２は、平面板１３を、平面方向を水平に保った状態で上下動させる機能を有する。本実施形態のガイド機構１２は、平面板１３を、平面方向を水平に保った状態で上下動させるブッシュガイドとして位置決め治具本体１１の上面側に備えられている。本実施形態では、位置決め治具本体１１のテーパ形状穴１５を挟む２か所にガイド機構１２のガイドが備えられている。ガイド機構１２のガイドの本数は、２本以外であってもよい。例えば、ガイド機構１２は、平面板１３の対角線上の端部の４か所にそれぞれガイドを備える構成であってもよい。また、ガイド機構１２において平面板１３を、水平を保った状態で上下動させる方式は、ブッシュガイド以外の方式であってもよい。

平面板１３は、水平な平面を有し、ガイド機構１２によって上下動を行う。平面板１３は、位置決め治具本体１１の平面に対して水平に下降する。本実施形態の平面板１３は、位置決め治具本体１１の上面部の外形と同じ大きさの長方形の板として形成されている。平面板１３は、テーパ形状穴１５の上部を十分に覆う大きさであれば、位置決め治具本体１１の上面部の外形よりも小さく形成されていてもよい。また、平面板１３の形状は、長方形以外の形状であってもよい。平面板１３は、例えば、アルミニウム等の金属によって形成されている。また、本実施形態のガイド機構１２および平面板１３は、第１の実施形態の水平降下手段１に相当する。

空気供給源１４は、空気供給口１６を介してテーパ形状穴１５の内部に圧縮空気を供給する機能を有する。空気供給源１４は、圧縮空気を生成するコンプレッサー、圧力を調整するレギュレータおよび圧縮空気の供給および停止を制御するバルブ等によって構成されている。空気供給源１４と空気供給口１６の間は、配管１７で接続されている。空気供給源１４は、空気供給口１６を介してテーパ形状穴１５の内部に供給される圧縮空気の圧力をレギュレータの制御によって動作中に変更できる構成を有していてもよい。

配管１７は、空気供給源１４と空気供給口１６の間を接続するエアー配管として備えられている。配管１７には、例えば、ステンレス製のエアー配管が用いられる。また、本実施形態の空気供給源１４、空気供給口１６および配管１７は、第１の実施形態の空気供給手段２に相当する。

円形部材２０は、円状の外周部の底面を有する円柱または円筒状の部材である。円形部材２０の底面の径は、テーパ形状穴１５の開口部の径よりも小さく、底面１９の径よりも大きい。テーパ形状穴１５の開口部および底面１９が円状以外の形状の場合には、円形部材２０の底面の径は、テーパ形状穴１５の開口部の最小部の径より小さく、底面１９の最小部の径より大きい。また、円形部材２０の上面側は、平面板１３と接する水平な面を有する。円形部材２０としては、例えば、高周波信号の配線基板において非可逆回路素子として用いられる磁性体が相当する。

本実施形態の位置決め装置の動作について説明する。図４乃至図８は、本実施形態の位置決め装置において、円形部材２０の中心位置を決める際の各ステップにおける各部位の状態等を模式的に示したものである。

始めに、図４に示すように、円形部材２０が、位置決め治具本体１１のテーパ形状穴１５の上側から、テーパ形状穴１５の内部に載置される。円形部材２０は、底面側がテーパ形状穴１５の底面１９側に向くように、テーパ形状穴１５に載置される。テーパ形状穴１５に載置されたとき、円形部材２０は、水平ではなく、底面が位置決め治具本体１１の平面方向に対して傾いている可能性が高い。また、テーパ形状穴１５に載置されたとき、円形部材２０の中心部は、テーパ形状穴１５の中心部とずれている可能性が高い。

テーパ形状穴１５に円形部材２０が載置されると図５に示すように、平面板１３がテーパ形状穴１５の上方に水平に設置される。平面板１３がテーパ形状穴１５の上方に設置されると、空気供給源１４から空気供給口１６を介して、テーパ形状穴１５内に圧縮空気の供給が開始される。圧縮空気の供給が開始されると、テーパ形状穴１５の底面から吹き出した圧縮空気が円形部材２０を浮上させる。圧縮空気によって浮上した円形部材２０は、平面板１３の下側の水平面に突き当たることで水平な状態となる。

平面板１３に突き当たって水平な状態となった円形部材２０は、図６に示すように空気供給口１６から供給される圧縮空気によって平面板１３に接触して水平を保った状態に保持される。円形部材２０が平面板１３に水平に保持されると、平面板１３は、円形部材２０を水平に保持した状態で降下する。

平面板１３が円形部材２０を水平に保持した状態で徐々に降下すると、図７に示すように円形部材２０の底面の外周部の一部がテーパ形状穴１５の側面１８に接する。円形部材２０の底面の外周部の一部がテーパ形状穴１５の側面１８に接し始めた状態では、円形部材２０の中心部と、テーパ形状穴１５の中心部は、一致してない可能性が高い。円形部材２０の底面の外周部の一部がテーパ形状穴１５の側面に接した状態で、さらに平面板１３が降下すると、円形部材２０は、テーパ形状穴１５の側面１８に沿って押し下げられながら、テーパ形状穴１５の中心側に移動する。

さらに平面板１３が下降すると、円形部材２０は、底面の外周部の複数の箇所でテーパ形状穴１５の側面１８と接する。例えば、円形部材２０の底面の外周部のある点でテーパ形状穴１５の側面１８に接したとき、その点と円形部材２０の底面の中心部に対して対称な外周部の点においてもテーパ形状穴１５の側面１８と接する。このように、円形部材２０が底面の外周部の複数の箇所でテーパ形状穴１５の側面１８と接すと、テーパ形状穴１５と円形部材２０の中心部が一致した状態となる。

円形部材２０が底面の外周部の複数の箇所でテーパ形状穴１５の側面１８と接し、中心部が一致した状態になると、空気供給源１４から空気供給口１６を介して行われていたテーパ形状穴１５内への圧縮空気の供給が停止される。圧縮空気の供給が停止されと、円形部材２０は、図８に示すように、テーパ形状穴１５と中心部が一致した状態で、テーパ形状穴１５の側面１８で支持された状態となる。

圧縮空気の供給が停止されと、平面板１３が上昇し、テーパ形状穴１５の上方から撤去される。平面板１３がテーパ形状穴１５の上方から撤去されると、ピックアップ装置等で円形部材２０が、テーパ形状穴１５から取り出され、電子基板等に実装される。ピックアップ装置等は、中心が正確に位置決めされた状態で円形部材２０を取り出すことができるので、中心精度が高い状態で電子基板等に実装することができる。

本実施形態の位置決め装置では、テーパ形状穴１５内に載置された円形部材２０が圧縮空気によって平面板１３の下面に水平に保持される。平面板１３の下面に水平に保持された状態でテーパ形状穴１５内に、円形部材２０を降下させると、円形部材２０の底面の外周部は、テーパ形状穴１５の側面１８に接し始める。底面の外周部が側面１８に接し始めてからさらに降下させると、上面が水平面によって水平に保持され、底面が圧縮空気によって支えられている円形部材２０は、水平な状態を保ったままテーパ形状穴１５の側面に沿って降下する。

円形部材２０が水平な状態を保ったままテーパ形状穴１５の側面に沿って降下すると、円形部材２０の底面の中心部は、テーパ形状穴１５の中心部に向かって水平に移動する。そのような状態で円形部材２０を降下させると、円形部材２０の底面の外周部の複数の箇所が、テーパ形状穴１５の側面で支持されたときに、円形部材２０の底面の中心部と、テーパ形状穴１５の中心部が一致した状態となる。そのため、本実施形態の位置決め装置を用いることで、円形部材２０の中心位置を正確に決めることができる。

また、本実施形態の位置決め装置では、円形部材２０の底面の外周部は、円形部材２０の底面の径に応じた高さで、複数の箇所がテーパ形状穴１５の側面１８で支持される状態になる。そのため、中心位置の位置合わせの作業を行う円形部材２０ごとに底面の径がばらついたとしても、円形部材２０の底面の中心部と、テーパ形状穴１５の中心部が正確に一致する。よって、本実施形態の位置決め装置を用いることで、円形部材２０の径のばらつきの影響を抑え、中心位置を正確に決めることができる。

また、本実施形態の位置決め装置では、円形部材２０とテーパ形状穴１５の側面１８との間を流れる圧縮空気によって円形部材２０の底面の外周部が保護される。そのため、円形部材２０の底面の外周部が、テーパ形状穴１５の側面１８との接触によって、損傷することを防ぐことができる。底面の外周部の損傷を防ぐことで、位置合わせの正確性を維持しつつ、歩留まりの低下を抑制することができる。また、テーパ形状穴１５の側面１８の円形部材２０との接触による損傷も防ぐことができるので、装置の保守の頻度を抑制することができる。また、円形部材２０を圧縮空気で浮上させた際に、円形部材２０が平面板１３に突き当たる構成のため、円形部材２０の垂直方向の回転や、横方向等への吹き飛びを防ぐことができる。そのため、本実施形態の位置決め装置では、円形部材２０をテーパ形状穴１５の上方に水平に保つことができ、円形部材２０の位置決めを確実に行うことができる。以上より、本実施形態の位置決め装置は、円柱や円筒形状の部材の中心位置の位置合わせを精度よく行うことができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図９は、本実施形態の位置決め装置の構成の概要を示した断面図である。また、図１０は、本実施形態の位置決め装置を上側から見た際の平面図である。図１０は、平面板が位置決め装置に設置されていない状態を示している。第２の実施形態の位置決め装置は、円形部材の中心位置の位置決めを１つずつ行っているが、本実施形態の位置決め装置は、複数の円形部材の中心位置の位置決めを同時に行うことを特徴とする。

本実施形態の位置決め装置は、位置決め治具本体３１と、ガイド機構３２と、平面板３３と、空気供給源３４と、配管３７を備えている。本実施形態のガイド機構３２および平面板３３の構成と機能は、第２の実施形態の同名称の部位とそれぞれ同様である。

位置決め治具本体３１は、テーパ形状穴３５と、空気供給口３６をそれぞれ複数、備えている。本実施形態の位置決め治具本体３１には、９個のテーパ形状穴３５が格子状に形成されている。本実施形態の各テーパ形状穴３５は、同一形状で大きさも同じになるように形成されている。また、空気供給口３６は、テーパ形状穴３５ごとにそれぞれ備えられている。個々のテーパ形状穴３５および空気供給口３６の構造と機能は、第２の実施形態のテーパ形状穴１５および空気供給口１６とそれぞれ同様である。すなわち、テーパ形状穴３５は、テーパ形状の側面３８と底面３９を有する。側面３８は、テーパ形状穴３５の中心部に対して対称に形成されている。また、底面３９には、空気供給口３６の開口部が形成さている。テーパ形状穴３５および空気供給口３６の数は９個以外であってもよい。また、位置決め治具本体３１上のテーパ形状穴３５の配列は、直線状など他の配列方法であってもよい。

空気供給源３４は、各テーパ形状穴３５の底面３９にそれぞれ形成されている空気供給口３６を介して、テーパ形状穴３５内に圧縮空気を供給する機能を有する。空気供給源３４は、各テーパ形状穴３５の空気供給口３６と配管３７を介して接続されている。空気供給源３４の構成および圧縮空気を供給する方法は、第２の実施形態の空気供給源１４と同様である。また、空気供給源３４は、配管３７の分岐部から空気供給口３６に間に備えたバルブによって、テーパ形状穴３５ごとに圧縮空気の供給の開始および停止を制御できる構成を備えていてもよい。また、空気供給源３４は、配管３７の分岐部から空気供給口３６に間にレギュレータを備えて、テーパ形状穴３５ごとに供給される圧縮空気の圧力を調節する機能を備えていてもよい。

配管３７は、空気供給源３４から各空気供給口３６に圧縮空気を送るエアー配管である。配管３７は、空気供給源３４から空気供給口３６の間で分岐され、各空気供給口３６に圧縮空気を送る。

本実施形態の位置決め装置の動作について説明する。始めに、円形部材２０が、位置決め治具本体３１のテーパ形状穴３５の上側から、テーパ形状穴３５の内部にそれぞれ１つずつ載置される。円形部材２０をテーパ形状穴３５の内部に載置する動作は、複数のテーパ形状穴３５に対して同時に行われてもよく、また、１つのテーパ形状穴３５ごとに順番に行われてもよい。円形部材２０は、底面側がテーパ形状穴３５の底面３９側に向くように、テーパ形状穴３５に載置される。

円形部材２０がテーパ形状穴３５に載置されると、全てのテーパ形状穴３５の上を覆うように、平面板３３がテーパ形状穴３５の上方に水平に設置される。平面板３３がテーパ形状穴３５の情報に設置されると、第２の実施形態と同様に圧縮空気の供給および平面板３３の降下が行われる。圧縮空気の供給および平面板３３の降下が行われると、各テーパ形状穴３５において円形部材２０の位置合わせが行われ、図１１のように、各テーパ形状穴３５の中心部と各円形部材２０の中心部がそれぞれ一致する。

各テーパ形状穴３５の中心部と各円形部材２０の中心部がそれぞれ一致した状態となると、第２の実施形態と同様に圧縮空気の供給が停止される。圧縮空気の供給が停止されと、平面板３３が上昇し、テーパ形状穴３５の上方から撤去される。平面板３３がテーパ形状穴３５の上方から撤去されると、ピックアップ装置等で各円形部材２０が、各テーパ形状穴３５からそれぞれ取り出され、電子基板等に実装される。ピックアップ装置等は、複数のテーパ形状穴３５から円形部材２０を同時に取出してもよく、また、１つずつ取り出す構成であってもよい。ピックアップ装置等は、中心が正確に位置決めされた状態で円形部材２０を取り出すことができるので、中心位置の精度が高い状態で円形部材２０を電子基板等に実装することができる。

本実施形態の位置決め装置は、同一の径のテーパ形状穴３５を複数、備えているが、異なる径のテーパ形状穴３５を備える構成としてもよい。異なる径のテーパ形状穴３５を備えることで、径の異なる円形部材２０の位置決めを行う際に、１台の位置決め装置で対応できるようになる。

本実施形態の位置決め装置は、第２の実施形態と同様の効果を有する。また、本実施形態の位置決め装置は、複数の円形部材２０のそれぞれの中心位置の位置合わせを同時に行うことができる。そのため、本実施形態の位置決め装置を用いることで、円柱や円筒形状の部材の実装等を行う際の生産性を高めることができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１２は、本実施形態の位置決め装置の構成の概要を示す断面図である。また、図１３は、本実施形態の位置決め装置を上側から見た際の平面図である。図１３は、ヘッドの下面よりも下の高さから位置決め装置を上側から見た場合の平面図である。

第２および第３の実施形態では、位置決め治具本体のテーパ形状穴を基準として、円形部材の中心の位置決めを行ったが、本実施形態の位置決め装置は、円形部材を固定する基板のテーパ形状穴を基準として、円形部材の位置合わせを行うことを特徴とする。

本実施形態の位置決め装置は、ステージ４１と、固定機構４２と、ヘッド４３と、空気供給源４４と、配管４６を備えている。本実施形態の位置決め装置は、テーパ形状穴５２、貫通穴５３および電極５４を有する基板５１に、はんだ６２が形成された円形部材６１の位置合わせを行って固定する装置である。

ステージ４１は、基板５１を水平に保持する機能を有する。ステージ４１は、空気供給口４５をさらに備えている。空気供給口４５は、空気供給源４４から供給される圧縮空気を基板５１の貫通穴５３を介してテーパ形状穴５２の内部に供給する供給口としての機能を有する。空気供給口４５は、基板５１をステージにセットしたときに、基板５１の貫通穴５３の位置と一致するようにステージ４１に形成されている。

固定機構４２は、基板５１をステージ４１に固定する機能を有する。固定機構４２は、空気供給口４５から供給される圧縮空気によって基板５１が浮き上がらないように上部から固定する。固定機構４２は、基板５１がステージ４１にセットされるとき、および、基板５１がステージ４１から他の装置等に移送されるときに、基板５１のステージ４１への固定を解除し、基板５１を動かす際に支障が無い位置に退避する。

ヘッド４３は、水平な平面を有し上下動する機能を有する。また、ヘッド４３は、円形部材６１のはんだ６２を溶融するヒータを内部に備えている。ヘッド４３は、降下した際に水平面で円形部材６１の上部を押し、ヒータによる加熱ではんだ６２を溶融する。

空気供給源４４の構成と機能は、第２の実施形態の空気供給源１４と同様である。空気供給源４４は、配管４６を介してステージ４１の空気供給口４５と接続されている。空気供給源４４は、空気供給口４５および基板５１の貫通穴５３を介して、基板５１のテーパ形状穴５２の内部に圧縮空気を供給する。

空気供給口４５は、配管４６を介して空気供給源４４から送られてくる圧縮空気を、基板５１の貫通穴５３を介してテーパ形状穴５２内に供給する機能を有する。空気供給口４５は、基板５１をステージ４１にセットした際に、基板５１の貫通穴５３の位置と対応するステージ４１上の位置に形成されている。空気供給口４５は、ステージ４１を貫通するように形成されている。また、配管４６の構成は、第２の実施形態の配管１７と同様である。

基板５１は、配線基板や半導体装置等の電子基板である。基板５１は、テーパ形状穴５２および貫通穴５３を備えている。基板５１のテーパ形状穴５２には、はんだ６２によって円形部材６１が固定される。

テーパ形状穴５２は、基板５１の上面側に開口部を有する穴として形成されている。本実施形態において、基板５１の上面側とは、回路パターンが形成され円形部材６１を実装する側の面のことをいう。本実施形態のテーパ形状穴５２では、テーパ形状穴５２の中心部に対して対称な側面が、テーパ形状となるように形成されている。側面がテーパ形状となるように形成されているので、テーパ形状穴５２の開口部の面積は、底面の面積よりも大きい。

本実施形態において、基板５１の平面方向に対して平行な任意の平面上に形成されるテーパ形状穴５２の断面は、全て中心部に対して対称な形状となる。すなわち、基板５１の平面方向に対して平行な任意の平面上に形成されるテーパ形状穴５２の断面の外周部において、中心部を介して対向する２点は、中心部に対して対称な位置に存在する。また、基板５１の平面方向と平行な任意の平面上に形成されるテーパ形状穴５２の断面を、基板５１の平面方向と平行な面に投影したとした場合の正射影の中心部は、どの平面の正射影であっても一致する。

本実施形態のテーパ形状穴５２の開口部および底面は、円状となるように形成されている。テーパ形状穴５２の形状は、偏心が無い形状であれば円状以外であってもよい。例えば、テーパ形状穴５２の形状は、偏心が無い角錐や円錐などの形状であってもよい。

貫通穴５３は、テーパ形状穴５２内にステージ４１の空気供給口４５を介して空気供給源４４から送られてくる圧縮空気を導入する際の導入口としての機能を有する。貫通穴５３は、テーパ形状穴５２の底面に形成され、基板５１を裏面側まで貫通している。本実施形態の貫通穴５３は、テーパ形状穴５２の底面の中心部に開口部を有するように形成されている。貫通穴５３は、テーパ形状穴５２の底面に複数の開口部を有するように形成されていてもよい。

電極５４は、テーパ形状穴５２の側面および底面に形成されている。テーパ形状穴５２の側面の電極５４の膜厚は、均一になるように形成されている。電極５４は、例えば、銅やその他の金属によって形成されている。電極５４は、合金によって形成されていてもよい。また、電極５４は、基板５１に形成されている信号配線等と電気的に接続されている。

円形部材６１は、円状の外周の底面を有する円柱または円筒状の部材である。円形部材６１の底面の径は、テーパ形状穴５２の開口部の径よりも小さく、底面の径よりも大きい。テーパ形状穴５２の開口部および底面が円状以外の形状の場合には、円形部材６１の底面の径は、テーパ形状穴５２の開口部の最小部の径より小さく、底面の最小部の径より大きい。また、円形部材６１の上面側は、ヘッド４３と接する水平な面を有する。

はんだ６２は、円形部材６１の基板５１と接続される側の面に形成されている。はんだ６２は、円形部材６１の外周部、すなわち、円形部材６１がテーパ形状穴５２の側面と接する部分には形成されていない。はんだ６２は、ヘッド４３から円形部材６１を介して加えられる熱によって溶融する。

本実施形態の位置決め装置の動作について説明する。始めにステージ４１上に、基板５１がセットされる。ステージ４１上に基板５１がセットされると、固定機構４２で基板５１が固定される。

基板５１が固定されると、基板５１のテーパ形状穴５２の中に、円形部材６１が載置される。円形部材６１は、はんだ６２が形成されている面がテーパ形状穴５２の底面側になるように載置される。円形部材６１を載置する際には、ヘッド４３は、円形部材６１をテーパ形状穴５２に載置する動作を行えるように十分な高さまで上昇しているか、テーパ形状穴５２の上方から退避している。テーパ形状穴５２に載置された際には、円形部材６１は、基板５１の平面方向に対して傾いている可能性が高い。また、円形部材６１の底面の中心部がテーパ形状穴５２の中心部とずれている可能性が高い。

円形部材６１がテーパ形状穴５２に載置されると、ヘッド４３が、テーパ形状穴５２の上方の所定の高さの位置に移動する。所定の高さとは、貫通穴５３から圧縮空気の供給が開始された際に、円形部材６１の上面側がヘッド４３の水平面に接触し、テーパ形状穴５２の上方から横方向にはずれない高さのことをいう。また、所定の高さにヘッド４３をあらかじめ設定しておき、円形部材６１がテーパ形状穴５２に載置された基板５１を水平方向からヘッド４３の下に挿入するにしてもよい。

テーパ形状穴５２上にヘッド４３が設置されると、空気供給源４４から空気供給口４５および貫通穴５３を介して、テーパ形状穴５２内に圧縮空気の供給が開始される。圧縮空気の供給が開始されると、円形部材６１は、浮上して上面側がヘッド４３の水平面に接した状態となる。ヘッド４３の水平面に接した状態の円形部材６１の底面は、水平な状態を保ち、基板５１の平面方向と平行な状態となる。

ヘッド４３の水平面に円形部材６１が水平に接した状態となると、ヘッド４３は降下を開始する。ヘッド４３が降下を続けると、円形部材６１の底面の外周部の一部が、テーパ形状穴５２の側面の電極５４に接触する。外周部の一部がテーパ形状穴５２の側面の電極５４に接触した状態で、さらに低下すると、テーパ形状穴５２の側面の電極５４に沿って降下する円形部材６１の底面の中心部は、テーパ形状穴５２の中心部に徐々に近づいていく。

円形部材６１の底面の中心部とテーパ形状穴５２の中心部が一致すると、円形部材６１の底面の外周部は、複数の箇所でテーパ形状穴５２の側面の電極５４によって支持された状態となる。

円形部材６１の底面の中心部とテーパ形状穴５２の中心部が一致した状態になると、ヘッド４３のヒータによって円形部材６１を介してはんだ６２が加熱される。はんだ６２は、加熱されると溶融する。はんだ６２が溶融すると、ヘッド４３のヒータによる加熱が停止され、はんだ６２の冷却が行われる。冷却によってはんだ６２が凝固すると、図１４に示すように、テーパ形状穴５２の側面の電極５４に円形部材６１が固定された状態となる。テーパ形状穴５２の側面の電極５４に円形部材６１が固定された状態となると、テーパ形状穴５２内への圧縮空気の供給が停止される。また、はんだ６２が溶融している際には、貫通穴５３を介して圧縮空気の供給が継続しているので、溶融したはんだ６２が貫通穴５３に流れ込むことは無い。

テーパ形状穴５２の側面の電極５４に円形部材６１が固定された状態となると、ヘッド４３は、円形部材６１の取出しの動作に支障が無い位置に退避する。ヘッド４３が退避すると、固定機構４２による基板５１の固定が解除され、基板５１が他の装置等に搬送される。

また、本実施形態ではヘッド４３の内部に備えられたヒータによってはんだ６２に加熱を行ったが、ヒータはステージ４１側に備えられていてもよい。また、貫通穴５３からテーパ形状穴５２にはんだ６２が溶融する温度の熱風を供給することで、はんだ６２の溶融が行われるようにしてもよい。

本実施形態では基板５１にテーパ形状穴５２が１つのみ備えられている例を示したが、基板５１にテーパ形状穴５２は、複数、形成されていてもよい。テーパ形状穴５２を複数、形成する場合には、ステージ４１は、各テーパ形状穴５２に対応するように空気供給口４５を備える構成とする。また、複数のテーパ形状穴５２は、それぞれ異なる径の穴として形成され、穴の径に対応する円形部材６１が電極５４に固定されるようにしてもよい。

本実施形態の位置決め装置では、基板５１のテーパ形状穴５２内に載置された円形部材６１が圧縮空気によってヘッド４３の下面に水平に保持される。ヘッド４３の下面に水平に保持された状態でテーパ形状穴５２内に、円形部材６１を降下させると、円形部材６１の底面の外周部は、テーパ形状穴５２の側面の電極５４に接し始める。底面の外周部が側面に接し始めてからさらに降下させると、上面が水平面によって水平に保持され、底面が圧縮空気によって支えられている円形部材６１は、水平な状態を保ったままテーパ形状穴５２の側面に沿って降下する。

円形部材６１が水平な状態を保ったままテーパ形状穴５２の側面に沿って降下すると、円形部材６１の底面の中心部は、テーパ形状穴５２の中心部に向かって水平に移動する。そのような状態で円形部材６１を降下させると、円形部材６１の底面の外周部の複数の箇所が、テーパ形状穴５２の側面で支持されたときに、円形部材６１の底面の中心部と、テーパ形状穴５２の中心部が一致した状態となる。円形部材６１の底面の中心部と、テーパ形状穴５２の中心部が一致した状態で、はんだ６２を溶融して、円形部材６１を電極５４に固定することで、円形部材６０を電極５４の位置に対して正確に実装することができる。円形部材６０を電極５４の位置に対して正確に実装することで、基板５１の電気特性等のばらつきを抑制することができる。

また、本実施形態の位置決め装置では、円形部材６１の底面の外周部は、円形部材６１の底面の径に応じた高さで、複数の箇所がテーパ形状穴５２の側面で支持される状態になる。そのため、円形部材６１ごとに底面の径がばらついたとしても、円形部材６１の底面の中心部と、テーパ形状穴５２の中心部が正確に一致する。よって、本実施形態の位置決め装置を用いることで、円形部材６１の径のばらつきの影響を抑え、中心位置を正確に決めて円形部材６１を、基板５１の電極５４に固定することができる。以上より、本実施形態の位置決め装置は、円柱や円筒形状の部材の中心位置の位置合わせを精度よく行うことができる。

第２および第３の実施形態の位置決め治具本体のテーパ形状穴は、底面部分を有していたが、底面部分を形成しない構成としてもよい。すなわち、テーパ形状穴の側面部分が給気供給口の開口部の外周に直接、つながっている構成であってもよい。そのような、構成とすることで、テーパ形状穴の径を小さくすることができるので、微細な円形部材の位置合わせにも対応することができる。

１ 水平降下手段
２ 空気供給手段
３ 円形部材
４ 穴
１１ 位置決め治具本体
１２ ガイド機構
１３ 平面板
１４ 空気供給源
１５ テーパ形状穴
１６ 空気供給口
１７ 配管
１８ 側面
１９ 底面
２０ 円形部材
３１ 位置決め治具本体
３２ ガイド機構
３３ 平面板
３４ 空気供給源
３５ テーパ形状穴
３６ 空気供給口
３７ 配管
３８ 側面
３９ 底面
４１ ステージ
４２ 固定機構
４３ ヘッド
４４ 空気供給源
４５ 空気供給口
４６ 配管
５１ 基板
５２ テーパ形状穴
５３ 貫通穴
５４ 電極
６１ 円形部材
６２ はんだ

Claims (10)

1. 円状の外周の下面と、前記下面と平行な上面とを有する円形部材の前記上面と接する水平面を有し、前記水平面を降下させることで前記円形部材を水平に降下させる水平降下手段と、
   前記円形部材の前記上面が前記水平面に接し続けるように、前記円形部材の前記下面側から空気を供給する空気供給手段と、
   を備え、
   前記水平降下手段は、前記水平面を降下させることで、前記円形部材を、中心部に対して対称なテーパ形状の側面を有する穴の内部に降下させ、前記円形部材の前記下面の中心部と、前記穴の中心部との位置を合わせることを特徴する位置決め装置。
2. 前記円形部材の前記下面の前記外周を、中心部に対して対称なテーパ形状の側面を有する前記穴の側面で保持する下面保持手段をさらに備え、
   前記空気供給手段は、前記下面保持手段の前記穴の下側から前記空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記空気供給手段は、前記下面保持手段の前記穴の内部に前記円形部材が載置されたときに、前記空気の供給を開始し、前記水平面に前記円形部材が接する状態にすることを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
4. 前記下面保持手段は、複数の前記穴を備え、
   前記空気供給手段は、前記穴ごとに前記空気を供給し、前記水平降下手段は、前記穴ごとに内部に前記円形部材を降下させ、前記円形部材の前記下面の中心部と、前記穴の中心部との位置合わせを、複数の前記円形部材について同時に行うことを特徴とする請求項２または３に記載の位置決め装置。
5. 前記空気供給手段は、前記円形部材の前記下面の中心部と、前記穴の中心部が一致したときに、前記空気の供給を停止し、前記水平降下手段は、前記水平面を上昇させることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の位置決め装置。
6. 中心部に対して対称なテーパ形状の側面を有する第１の穴と、前記第１の穴の底面から裏面側まで貫通した第２の穴とを有する基板を裏面側で保持する基板保持手段をさらに備え、
   前記空気供給手段は、前記第２の穴を介して前記第１の穴の内部に前記空気を供給して、前記円形部材の前記上面が前記水平面に接するようにし、
   前記水平降下手段は、前記円形部材を前記第１の穴の内部に降下させ、前記円形部材の前記下面の中心部と、前記第１の穴の中心部を一致させることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
7. 円状の外周の下面と、前記下面と平行な上面とを有する円形部材の前記上面と接する水平面に、前記円形部材の前記上面が接し続けるように、前記円形部材の前記下面側から空気を供給し、
   前記水平面を降下させることで前記円形部材を水平に降下させて、前記円形部材を、中心部に対して対称なテーパ形状の側面を有する穴の内部に降下させ、
   前記円形部材の前記下面の中心部と、前記穴の中心部との位置を合わせることを特徴する位置決め方法。
8. 前記穴の内部に前記円形部材が載置されたときに、前記空気の供給を開始し、前記水平面に前記円形部材が接する状態にすることを特徴とする請求項７に記載の位置決め方法。
9. 前記円形部材の前記下面の中心部と、前記穴の中心部が一致したときに、前記空気の供給を停止し、前記水平面を上昇させることを特徴とする請求項７または８いずれかに記載の位置決め方法。
10. 中心部に対して対称なテーパ形状の側面を有する第１の穴と、前記第１の穴の底面から裏面側まで貫通した第２の穴とを有する基板を裏面側で保持し、
    前記第２の穴を介して前記第１の穴の内部に前記空気を供給して、前記円形部材の前記上面が前記水平面に接するようにし、
    前記円形部材を前記第１の穴の内部に降下させ、前記円形部材の前記下面の中心部と、前記第１の穴の中心部を一致させることを特徴とする請求項７に記載の位置決め方法。

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