(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を固定するクランプ部と当接する当接面と該当接面の反対側に凸状の半球面を備えた凸球ブロックと、該凸球ブロックの前記半球面を受けて該凸球ブロックを回転自在に保持する凹状部を備えたベースブロックとで構成されるユニットを、前記当接面が相対向するように２ユニット配置したことを特徴とする面合わせ装置。
【請求項２】
前記凸球ブロックの半球面と前記ベースブロックの凹状部との間に空気膜を形成する空気膜形成手段と、前記２つのベースブロックを互いに近接または離間する方向に平行移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の面合わせ装置。
【請求項３】
前記クランプ部の前記被処理物を固定する部分にベアリングを設け、前記被処理物を回動可能に保持することを特徴とする請求項１または２記載の面合わせ装置。
【請求項４】
前記クランプ部によって前記被処理物を前記２つのユニットの外側に突出した状態で保持し、前記クランプ部の前記被処理物の突出方向とは反対方向にウエイトを延設したことを特徴とする請求項１、２または３記載の面合わせ装置。
【請求項５】
被処理物を固定するクランプ部と当接する当接面と該当接面の反対側に凸状の半球面を備えた凸球ブロックと、該凸球ブロックの前記半球面を受けて該凸球ブロックを回転自在に保持する凹状部を備えたベースブロックとで構成されるユニットを、前記当接面が相対向するように２ユニット配置し、一方の被処理物を前記クランプ部によって固定し、前記クランプ部を前記各ユニットの各々の当接面に当接させて保持する際に、前記凸球ブロックの中心軸から偏芯した位置で保持することを特徴とする面合わせ方法。
【請求項６】
被処理物を固定するクランプ部と当接する当接面と該当接面の反対側に凸状の半球面を備えた凸球ブロックと、該凸球ブロックの前記半球面を受けて該凸球ブロックを回転自在に保持する凹状部を備えたベースブロックとで構成されるユニットを、前記当接面が相対向するように２ユニット配置し、一方の被処理物を前記クランプ部によって固定し、前記クランプ部を前記各ユニットの各々の当接面に当接させて保持する際に、相対向する前記凸球ブロックの半球面によって形成される仮想球の中心点に一方の被処理物の接合面の中心点を一致させて両被処理物の面合せを行うことを特徴とする面合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面合わせ装置及び面合わせ方法に関し、特に、光部品の接合時の部品間の面及び中心軸の調整等に用いられる面合わせ装置及び面合わせ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光部品の接合時における部品間の面及び中心軸を調整するため、図６に示すような倣い・中心軸調整機構が用いられている。
【０００３】
この機構は、被処理物１２０をクランプするクランプ部１２１が固定された調整ステージユニットが階層的に重ねられ、上下ステージ１２２と、左右ステージ１２３と、前後ステージ１２４とを備える。また、この機構は、上下ステージ１１４と、左右ステージ１１５と、前後ステージ１１６と、前後あおりステージ１１７と、左右あおりステージ１２５と、被処理物１１９をクランプするクランプ部１１８とを備える。
【０００４】
そして、上記構成により、被処理物１１９をクランプ部１１８にセットクランプし、被処理物１２０をクランプ部１２１にセットクランプする。ここで、被処理物１１９と被処理物１２０の中心軸は、各ステージを調整して外観形状を確認したり、特性を確認することにより一致しているものとする。
【０００５】
次に、被処理物１２０を上下ステージ１２２にて下降させ、被処理物１１９と面の接触を確認する。次に、面合せの調整を行う。面接触を確認し、一度被処理物１２０と被処理物１１９の接触面を離し、左右あおりステージ１２５と、前後あおりステージ１１７とを調整し、面が平行になる位置を見つける、この時、再度両被処理物１１９、１２０の中心軸の確認を行う。ほとんどの場合、これらの中心軸がずれているので、上記調整を数回繰り返し、両被処理物１１９、１２０の中心軸と面合せを行う。
【０００６】
他の従来例として、例えば、特開平８−２８１４６４号公報に図７に示すような面合わせ装置が開示されている。
【０００７】
この面合わせ装置は、凸球面を有する台座１０６に一方の被処理物１０８を固定するクランプ部１０７が設置され、被処理物１０８の上方から他方の被処理物１０９を垂直に降下させて双方の接触面同士を密着させる際に、凸球面を有する台座１０６が凹球面を有するベースブロック１０１に形成された台座支持部１０３に揺動自在に収容され、空圧ポンプ１１３より圧送された空気が、切替え弁１１２、空気導入路１１１、空気だまり１０２を介して台座支持部１０３に形成された空気孔１０４より導入され、空気膜１０５を形成するように構成される。
【０００８】
上記構成によって形成された空気膜１０５により、凸球面を有する台座１０６が浮上し、台座支持部１０３との間の摺動抵抗がなくなる。そして、被処理物１０９に荷重を加えて被処理物１０８の上方から垂直に降下させ、双方の接触面同士を密着させる際に、凸球面を有する台座１０６が自在に揺動し、被処理物１０９の接触面の傾きに対応して、被処理物１０８が倣い動作を行う。
【０００９】
これにより、被処理物１０８と被処理物１０９とは、互いの接着面を加圧しながら面合せができる。その後、噴出した空気を切替え弁１１２を介して真空ポンプ１１４にて吸引し、台座１０６を台座支持部１０３に吸着させて固定する。台座１０６は、接合面の周辺に加圧機構が存在しないため、水平方向に近い状態の任意の位置にレーザ光源１１０を設置することができ、両被処理物１０８、１０を溶着することができる。
【００１０】
また、第３の従来例として、特開平７−６３９６１号公報に記載の光半導モジュールの組立方法は、光半導体装置を有するレンズホルダー部を保持するセット孔を上面に有し、底面側が凸状の半球面として形成される第１のブロックと、凸状の半球面を受けて第１のブロックを回転自在に保持する凹状の半球面を有する第２のブロックとでなる治具により、第１のブロックのセット孔に配置されたレンズホルダー部に光ファイバー側を接触させた状態で、光ファイバー側とレンズホルダー部側との間を固定する。これによって、組立結合時に、レンズホルダー部側と光ファイバー側との調芯を簡単に行うことができ、かつ、組立結合時にも互いの平行度がずれないようにして光学精度を向上させている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記第１従来例にかかる倣い・中心軸調整機構においては、各被処理物が３軸及び５軸からなるステージにより構成された機構により調整されるため、製品の大きさに対して必要以上に大きなシステムを必要とし、作業現場での占有面積も広くなるとともに、軸数が多く制御数が多いため装置を動作させるにあたって長時間を必要とし、生産性が低下するという問題があった。
【００１２】
一方、第２及び第３の従来例にかかる面合わせ装置及び光半導モジュールの組立方法では、凸球面が形成される反対面（平面）の球面中心軸付近に対象物があるため、ほとんどの力は下向きに作用し、面同士の傾きを倣わせる力（球面に沿った球面に回転を促す力）は小さな力になる。このため、中心軸の上面からの荷重によって球面の回転を促して面を倣わせるためには、かなり大きな力を加える必要があり、これにより、被処理物の破壊及び損傷を招くおそれがあるという問題があった。
【００１３】
また、上記第２及び第３の従来例の第２の問題点として、球面の中心に被処理物が存在しないため、軸の中心がずれることが挙げられる。球面の中心に被処理物が存在すれば、これらの中心軸は変化せず、中心軸を基点にして面の傾きが倣うことが可能になるが、従来例では、球面の中心に被処理物が存在せず、軸の中心がずれるため、面を倣わせた後に再度中心軸を調整しなければならない。
【００１４】
この点についてさらに詳細に説明すると、一般的に行われている作業手順として、被処理物の面同士の隙間をなくすように両面を合わせ、次に、被処理物の中心軸を合わせることが行われているが、面を倣わせた後に中心軸を合わせる作業を外観または特性を確認しながら数回繰返し実施する必要があり、多大な時間を費やすことになる。
【００１５】
また、第２の従来例にかかる面合わせ装置では、被処理物がクランプ固定されている凸球面の台座の摺動抵抗をなくすため、凹球面の台座支持部の空気孔から噴出した空気によって膜を形成して凸球面の台座を浮上させている。この時、台座と台座支持部との間に数μｍの空気膜が形成され、両者間の摺動抵抗をなくしている。
【００１６】
そして、次の工程として、被処理物の面同士が倣い、接合後、位置決め固定する際に圧送されていた空気が切替え弁により切り替わり、真空ポンプにて空気が吸引されることで凸球面の台座は凹球面の台座支持部に吸着固定される。これによって、被処理物間に隙間が発生し、上面からの荷重が変化するため、この変化に追従する機構が必要になるとともに、この隙間により特性が変化するという問題があった。
【００１７】
そこで、本発明は上記従来の面合わせ装置等における問題点に鑑みてなされたものであって、構造が簡単で調整時間が短時間ですみ生産性が高く、被処理物の破壊及び損傷を招くおそれがなく、高精度で面合わせを行うことのできる面合わせ装置及び面合わせ方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、面合わせ装置であって、被処理物を固定するクランプ部と当接する当接面と該当接面の反対側に凸状の半球面を備えた凸球ブロックと、該凸球ブロックの前記半球面を受けて該凸球ブロックを回転自在に保持する凹状部を備えたベースブロックとで構成されるユニットを、前記当接面が相対向するように２ユニット配置したことを特徴とする。
【００１９】
そして、請求項１記載の発明によれば、被処理物が固定されている凸球ブロックを、ベースブロックの凹状部によって回転自在に保持するため、凸球ブロックに固定されている被処理物に接合される他の被処理物によって荷重を加えた時に、被処理物が自由運動を行い、両方の被処理物の突合せを隙間なく行うことができる。また、各ユニットは、凸球ブロック及びベースブロックで構成されるのみであるため、構成が簡単で制御も容易となる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の面合わせ装置において、前記凸球ブロックの半球面と前記ベースブロックの凹状部との間に空気膜を形成する空気膜形成手段と、前記２つのベースブロックを互いに近接または離間する方向に平行移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、凸球ブロックとベースブロックの凹状部との間に空気膜を形成し、凸球ブロックに対して垂直に被処理物を固定した場合、突き当て及び面合せ完了後、両被処理物を互いに接合した後、空気膜の形成を解除して凸球ブロックを凹状部に固定すると、空気膜による隙間分被処理物が移動し、両被処理物間に隙間を作ってしまうことになるが、２つのベースブロックを互いに近接する方向に平行移動させることにより、２つのベースブロックの凹状部が互いに近接する方向に平行移動し、同時に空気膜を消滅させることにより、被処理物同士は動くことがなく、両者を精度良く接着することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の面合わせ装置において、前記クランプ部の前記被処理物を固定する部分にベアリングを設け、前記被処理物を回動可能に保持することを特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、ベアリングによって被処理物を回動可能に保持するため、光部品等の被処理物間の面合せだけでなく、光中心軸を合わせることができ、光部品特性の最も良い位置を探して面合せを行うこと等が可能となる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１、２または３記載の面合わせ装置において、前記クランプ部によって前記被処理物を前記２つのユニットの外側に突出した状態で保持し、前記クランプ部の前記被処理物の突出方向とは反対方向にウエイトを延設したことを特徴とする。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、クランプ部によって被処理物を２つのユニットの外側に突出した状態で保持できるため、両被処理物の周囲に遮へい物がなくなり、接着剤の塗布やレーザによる照射時等により効率良く作業を実施することができる。また、クランプ部の被処理物の突出方向とは反対方向にウエイトを延設したため、被処理物同士の突き当て、面合せ時の荷重により、凸球ブロックが揺動することがなく、安定した状態で作業を行うことができる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、面合わせ方法であって、被処理物を固定するクランプ部と当接する当接面と該当接面の反対側に凸状の半球面を備えた凸球ブロックと、該凸球ブロックの前記半球面を受けて該凸球ブロックを回転自在に保持する凹状部を備えたベースブロックとで構成されるユニットを、前記当接面が相対向するように２ユニット配置し、一方の被処理物を前記クランプ部によって固定し、前記クランプ部を前記各ユニットの各々の当接面に当接させて保持する際に、前記凸球ブロックの中心軸から偏芯した位置で保持することを特徴とする。
【００２７】
請求項５記載の発明によれば、クランプ部を凸球ブロックの中心軸から偏芯した位置で保持することにより、凸球ブロックの半球面とベースブロックの凹状部との回転摺動のための荷重を小さくすることが可能となる。例えば、この加重は、従来、数百グラムから数キログラムであったものが数十グラムとすることもでき、被処理物の破壊及び損傷を防止することができるとともに、荷重の制御も容易となり、両被処理物の面合せ部に隙間が発生することもなく、性能の向上、ひいては生産性の向上に繋がる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、面合わせ方法であって、被処理物を固定するクランプ部と当接する当接面と該当接面の反対側に凸状の半球面を備えた凸球ブロックと、該凸球ブロックの前記半球面を受けて該凸球ブロックを回転自在に保持する凹状部を備えたベースブロックとで構成されるユニットを、前記当接面が相対向するように２ユニット配置し、一方の被処理物をクランプ部によって固定し、該クランプ部を前記各ユニットの各々の当接面に当接させて保持する際に、相対向する前記凸球ブロックの半球面によって形成される仮想球の中心点に一方の被処理物の接合面の中心点を一致させて両被処理物の面合せを行うことを特徴とする。
【００２９】
請求項６記載の発明によれば、仮想球の中心点に一方の被処理物の接合面の中心点を一致させて両被処理物の面合せを行うため、両被処理物の中心軸がずれることなく面合せを行うことができ、面合わせ作業をより容易に行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
図１及び図２は、本発明にかかる面合わせ装置の第１実施例を示し、この面合わせ装置は、被処理物を固定するクランプ部５と当接する当接面３ａと当接面３ａの反対側に凸状の半球面３ｂを備えた凸球ブロック３と、凸球ブロック３の半球面３ｂを受けて凸球ブロック３を回転自在に保持する多孔質凹球面（凹状部）４を備えたベースブロック１（２）とで構成されるユニットを、当接面３ａが相対向するように２ユニット配置したことを特徴とする。
【００３２】
クランプ部５は、被処理物７をクランプ固定するため、各ユニットの凸球ブロック３の当接面３ａに挟持可能に形成される。
【００３３】
凸球ブロック３の半球面３ｂと多孔質凹球面４との間の摺動抵抗をなくすため、多孔質凹球面４から空気が噴出して数μｍの空気膜１１が形成され、凸球ブロック３を浮上させるように構成される。
【００３４】
切替え弁１８は、多孔質凹球面４に空気を供給するか、多孔質凹球面４側から空気を抜くため、すなわち、多孔質凹球面４への空気の流れを切り換える。
【００３５】
ベースブロック１、２には、テーブル支持部１４が固定され、テーブル支持部１４に固定されているテーブル１２は、ガイド１３上に摺動可能に取り付けられる。
【００３６】
テーブル支持部１４の端部には、テーブル支持部１４を介してベースブロック１、２を互いに近接または離間する方向に移動させるため、空圧シリンダ１５、１６が配置される。
【００３７】
次に、上記構成を有する面合わせ装置の動作について詳細に説明する。
【００３８】
被処理物７がクランプ部５によってクランプ固定された後、切替え弁１８を介して高圧空気が圧送され、空気導入路９を経て多孔質凹球面４より空気が噴出し、数μｍの空気膜１１が形成される。これによって、凸球ブロック３に対して浮上する力が加えられ、凸球ブロック３に固定されたクランプ部５がフリーの状態となる。
【００３９】
次に、クランプ部６にクランプされた被処理物８が下方に移動し、被処理物７に当接する。この時、クランプ部５は、凸球ブロック３の中心軸から外れた位置に挟持されているため、クランプ部６にクランプされた被処理物８は、例えば、数十グラム程度の小さな荷重で凸球ブロック３と多孔質凹球面４とを摺動させることができ、凸球ブロック３に回転方向へのモーメントを加えることが可能となる。
【００４０】
また、被処理物７の中心点を仮想球の中心点１０に搭載することにより、面合せ時の中心軸のずれを極力抑えることができる。すなわち、被処理物７の中心点を２つの凸球ブロック３によって形成される仮想的球の中心点１０と一致させることにより、中心点１０を基点にした点で、面合せ部分を煽って動かすことにより、被処理物７、８の中心軸がずれることなく面だけを合わせることが可能となる。
【００４１】
被処理物７及び８の面同士が倣い、これらが接合された後、切替え弁１８を切り替え、空気膜１１を形成している空気をレギュレータ２１によって排気量を制御しながら排出する。これと同時に、空圧シリンダ１５、１６によりベースブロック１、２を互いに近接する方向に移動させ、被処理物７、８が面合わせされた状態を維持しながら位置決め固定がなされる。
【００４２】
次に、本発明にかかる面合わせ装置の第２実施例について、図３を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
本実施例では、クランプ部５の被処理物７をクランプする部分にベアリング２０を設けた点が第１実施例と異なり、その他の構成は第１実施例と同様である。
【００４４】
次に、本実施例の動作について説明する。被処理物７をクランプ後、図示しない切替え弁にて高圧空気を圧送し、空気導入路９を介して多孔質凹球面４より空気を噴出させ、空気膜１１を形成し、凸球ブロック３に浮上する力を加える。これによって、凸球ブロック３に固定されたクランプ部５は、フリーの状態となり、被処理物７、８の面合せが可能となる。
【００４５】
次に、クランプ部６にクランプされた被処理物８を下方に移動させることにより、被処理物７に当接させる。この時、クランプ部５は凸球ブロック３の中心軸から外れた位置に取付けられているため、クランプ部６にクランプされた被処理物８は、被処理物７に当接した際、小さな荷重により凸球ブロック３に回転方向へのモーメントを加えることができ、被処理物８の面合せに必要な加圧荷重が数十グラムで済む。以上は、第１実施例と同様の動作である。
【００４６】
次に、本実施例における特徴について説明する。光部品等の面合せ及び倣い機構では、光の進行方向の中心に対して部品間の面を合せたり、倣わせるだけでなく、光中心軸が偏芯していることがあり、これに対応するため、ベアリング２０によって保持された被処理物７を光中心軸に対して回転させることにより、特性の最も良い位置を探し面合せを行うことができる。尚、面合せ倣い後の位置決め固定動作については第１実施例の場合と同様である。
【００４７】
次に、本発明にかかる面合わせ装置の第３実施例について、図４及び図５を参照しながら詳細に説明する。
【００４８】
本実施例の目的は、上記２つのユニットの外側で面合せ調芯作業を実施することにより、面合せ固定時の固定方法（接着剤・溶着等）の選択肢を広げ、作業性の向上を図ることである。
【００４９】
本実施例では、凸球ブロック３の上方にクランプベース２１が取付けられ、これにより前記説明の小荷重にての面合せ倣いを可能にする。クランプベース２１には、２つのユニットの外側に被処理物７を位置決めクランプするためのクランプ部２２が取付けられる。クランプ部２２には、凸球ブロック３が圧送空気により浮上時のバランスを取るためのウエイト２４を支持するウエイト支持部２３が取付けられている。ウエイト２４及びウエイト支持部２３により、被処理物７と被処理物８の突き当て、面合せ時の荷重により、凸球ブロック３が揺動することなく面合せ、突き当てが可能となり、被処理物７と被処理物８の周囲に遮へい物がないため、より接着剤の塗布やレーザによる照射時に効率良く作業を実施することが可能となる。
【００５０】
尚、上記実施例においては、凸球ブロック３の半球面３ｂと多孔質凹球面４との間の摺動抵抗をなくすため、両者の間に空気膜１１を形成していたが、凸球ブロック３の半球面３ｂとこの半球面３ｂを受ける凹状部の間が滑らかに形成することができて摩擦抵抗が小さければ、オイルベアリング等他の手段でも良い。
【００５１】
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる面合わせ装置の第１実施例を示す正面図である。
【図２】本発明にかかる面合わせ装置の第１実施例を示す平面図である。
【図３】本発明にかかる面合わせ装置の第２実施例を示す正面図である。
【図４】本発明にかかる面合わせ装置の第３実施例を示す正面図である。
【図５】本発明にかかる面合わせ装置の第３実施例を示す側面図である。
【図６】従来一般に使用されている倣い・中心軸調整機構を示す正面図である。
【図７】従来の面合わせ装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１      ベースブロック
２      ベースブロック
３      凸球ブロック
３ａ    当接面
３ｂ    半球面
４      多孔質凹球面
５      クランプ部
６      クランプ部
７      被処理物
８      被処理物
９      空気導入路
１０    仮想球中心点
１１    空気膜
１２    テーブル
１３    ガイド
１４    テーブル支持部
１５    空圧シリンダ
１６    空圧シリンダ
１７    切替え弁
１８    切替え弁
１９    レギュレータ
２０    ベアリング
２１    クランプベース
２２    クランプ部
２３    ウェイト支持部
２４    ウェイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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