JP6710003B2 - 対象物の面合わせ・調心装置 - Google Patents

Description

本発明は対象物の面合わせ及び調心のための面合わせ・調心装置に関するものである。

対象物と、この対象物に接続等される部材と面合わせや調心を行う場合には、一般に、ステージ部に対象物を保持しておき、その対象物の位置をステージ部の位置、傾きを変えながら行っている。特に、対象物が光部品等の場合には、面合わせや調心にミクロンオーダーの高精度が要求されるため、従来からさまざまな対象物の面合わせ・調心装置が提案されている。

そこで、いわゆるジンバル機構を用いて、ジンバルの下部を凸状の球面形状にして、この球面形状の下に転動体としてのボールベアリングや、ローラベアリングを有する支持部材を配置して、ジンバルを自由に傾動させることが検討されている（特許文献１）。
そのようなボールベアリングや、ローラベアリングでは、ジンバルに低荷重が加えられるような場合には、何ら問題無いが、半導体パッケージの封印（封止）工程等に使用して、自由に傾動可能なジンバルに高荷重が加わるような場合には、ジンバルを支持する部材を構成するボールベアリングは、点接触であり、ローラベアリングは、線接触であり、非常に狭い面積領域に大きな荷重が加わることになり、支持部材を構成するボールベアリング等の部品の塑性変形や破断等のおそれがあり、ジンバルに高荷重が加わるようなものには適用できないという問題点があった。

特許第４１４０８１１号公報

本発明は、斯かる実情に鑑み、面合わせなどで高荷重が加わるような場合であっても、当該荷重による変形や摩耗性が少ない、いわゆる耐荷重性の高いステージ構造を有する面合わせ・調心装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、請求項に記載の発明は以下のような構成を有する。

（第１の発明）
第１の発明に係る面合わせ・調心装置は、対象物が載置されるステージ部と、
前記ステージ部を下方から支持する基台部と、
前記ステージ部に設けられ、下方に凸となる球面状の凸球面状外形部と、
前記基台部に軸支されると共に、前記凸球面状外形部の水平接線方向への水平移動と前記水平接線方向を軸とする回転移動とが可能であって、前記凸球面状外形部を下方から支持する少なくとも３個のロール状支持部と、
前記基台部に設けられ、前記凸球面状外形部と整合する下方に凹む球面状の凹球面状外形部と、
前記ロール状支持部の軸を支持すると共に、前記凹球面状外形部から離間している前記凸球面状外形部が、前記ステージ部に対する荷重の増加に伴い前記凹球面状外形部に密着するように弾性変形する弾性部材と、
枠状で前記ステージ部の周囲に配置され、水平面の一方向において前記ステージ部を挟んで向かい合う２箇所で前記ステージ部に対して固定される変形可能な撓みプレートと、
前記基台部に支持されると共に、水平面の前記一方向と交差する他方向において前記ステージ部を挟んで向かい合う２箇所で前記撓みプレートに対して固定される固定プレートと、
を備える。

本発明の対象物の面合わせ・調心装置は、大きく二つの部位を有しており、ステージ部と基台部とを備えている。本発明におけるステージ部とは、対象物が配置されるように構成されたものを含むものであれば良く、その対象物を固定した状態で保持するように構成されたものである。さらに、基台部とは、このステージ部を下部から支持する構成のものであって、ステージ部の荷重が加わる部分を含む概念のものである。

つまり、本発明においてステージ部は対象物が配置できれば全て該当するものであり、例えば、表面が平坦な円板形状で構成されて、その平坦部に対象物を直接配置するものや、取付部を別に備えステージ部と一体で可動するものであってもよく、例えば、表面に凹凸のある矩形状の板の上面に対象物取り付け用の部材（取付部）を設けたものであっても、この取付部を含めて本発明におけるステージ部に該当するものである。

本発明のロール状支持部は、その軸方向に対して回転可能で、かつ、軸方向へ平行移動も可能なロール状の支持部からなるものである。このロール状支持部の回転軸は、ステージ部の下面部に形成された凸球面状外形部の水平接線方向へ配設されたものである。これにより、ロール状支持部が軸方向に水平移動するので、そこに支持されているステージ部も水平方向への移動（球中心とステージ中心を結んだ中心を軸とする回転移動）が可能になる。

さらに、ロール状支持部で構成されているので、そのロール部が軸回転することで、そこに支持されているステージ部は、前記凸球面状外形部に沿った方向の移動が可能となる。そして、これらの複数のロール状支持部における軸回転と軸方向の相互の移動可能な状態の組み合わせの作用で、ステージ部の凸球面状外形部に沿った自由な移動が確保されている。

ちなみに、ステージ部の下面部を三つ以上のロール状支持部で下方から支持しても、各ロール状支持部で凸球面状外形部の水平接線方向へ移動する方向成分が全くないと、凸球面状外形部に沿ったスムーズ（自由）な移動は確保されない。例えば、前記水平接線方向を軸とする単純ロール部（軸方向の水平移動無し）のもので、支持した場合には、そのロール部の回転方向に正確に沿った移動の場合はスムーズであるが、各ロール状支持部のロールの回転方向とは異なる移動方向の場合には、いずれかのロール状支持部のロールに横方向（水平方向）の移動成分が発生し、それを許容しないと移動抵抗となって、スムーズな移動が確保できないものとなる。即ち、凸球面状外形部を支持する各ロール状支持部の水平移動が可能なものでない場合には、各ロール状支持部での支持状態が、互いにステージ部の水平方向への移動を拘束してしまい、ステージ部の水平移動が滑らかでない場合も生じてしまう。

そこで、本発明のロール状支持部は、凸球面状外形部の水平接線方向を軸とする回転移動が可能なロール状支持部が、更に軸方向への水平移動も可能な構成としている。つまり、ロール状支持部が凸球面状外形部の水平接線方向に水平移動すると共に、凸球面状外形部の水平接線方向を軸として回転移動して、ステージ部は滑らかに水平方向への移動も可能となるのである。

より詳細には、ロール状支持部は凸球面状外形部を支持しているから、ステージ部が一つのロール状支持部の回転方向に沿って移動すると、他のロール状支持部は前記一つのロール状支持部と１８０度の位置関係にあれば、単に回転移動だけを行うが、その他の位置にある場合には、回転移動と共に、水平方向への移動成分（支持反力）が生ずることになるので、この凸球面状外形部に沿って他のロール状支持部では水平接線方向の水平移動を許容すれば、スムーズな移動が確保できる。

言い換えれば、このとき、他の支持部では、ロールの回転方向の移動成分と、軸方向の移動成分とが生ずる移動状態となるので、前記他のロール状支持部では、凸球面状外形部に沿って水平接線方向を軸とする回転移動が行われると同時に、ステージ部に水平方向への力も加わるので、凸球面状外形部に沿って水平接線方向の水平移動するように作用し、その力をロール状軸受け部の軸方向への移動で受けるので、移動抵抗となりにくい。このように、本発明のロール状支持部では、前記凸球面状外形部に沿った色々な方向への移動に関して、ロールの回転方向と軸方向への移動を許容することで、凸球面状外形部に沿った自由で且つスムーズな移動を許容するものとなっている。

これにより、ステージ部が前記凸球面状外形部に沿った移動を行っても、互いのロール状支持部がステージ部の移動を拘束することがなく、ステージ部は前記水平方向への移動成分も許容して移動する。このとき、ロール状支持部は凸球面状外形部を支持しているので、ステージ部が各ロール状支持部において前記水平方向への移動成分を持って移動しても、各ロール状支持部がその水平方向への移動成分をロール状支持部の軸方向への移動として許容するので、結果としてステージ部は凸球面状外形部に沿った球面軌跡を描きながら自在にかつスムーズに傾きを変えて移動することとなる。

即ち、本発明の対象物の面合わせ・調心装置によれば、基台部のロール状支持部が、ステージ部の凸球面状外形部の水平接線方向への水平移動と、凸球面状外形部の水平接線を軸とする回転移動とが可能なロール状支持部で構成されているから、ステージ部が水平面内の全ての方向に対して、いずれの方向でも振り子のように自在に傾きを変えるように移動するので、対象物の傾きを任意に変更でき、面合わせや調心をスムーズ且つ確実に行うことができるのである。

ここで、本発明において、ロール状支持部とは、凸球面状外形部を支持するためのロール状の部材を有し、該ロール状部材が凸球面状外形部の水平接線方向の水平移動と水平接線方向を軸とする回転移動を可能とする構成のものであれば何れのものでも使用可能である。

例えば、一つの軸にロール状部材を挿入し、軸とロール状部材との隙間に球状の転動体（ボールベアリングなど）を内部に装着して構成され、ロール状部材は球状転動体の転動に伴って軸方向移動と軸回りの回動が可能となり、本発明のロール状支持部となる。

さらに、本発明では、ロール状支持部の軸は、ステージ部に荷重が加わった場合に弾性変形可能な弾性部材で支持されている。
これにより、ステージ部に弾性部材が弾性変形可能な小さな荷重が加わった場合、すなわち、そのような低荷重がステージ部に加わった場合は、弾性部材が弾性変形することで、ステージ部と共にロール状支持部が（下方に移動して）沈むことで、ロール状支持部を構成する例えば点接触するボールベアリング等が塑性変形したり、破断することなく、上述したようなステージ部の自由な傾動動作を支持しながら、ステージ部に加わる荷重を受け止めることができる。
一方、ステージ部へ大きな荷重が加わった場合、弾性部材が大きく弾性変形して、ステージ部が大きく下方に移動して沈み込み量が大きくなると、凸球面状外形部と凹球面状外形部とは互いに整合するような外形曲面に形成されていることで、ステージ部の凸球面状外形部の全体と、基台部の凹球面状外形部の全体とが互いに密着し、凸球面状外形部の全体を、凹球面状外形部の全体で支持することになる。これにより、ステージ部へ大きな荷重が加わったような場合であっても、当該荷重がロール状支持部の狭い面積領域に加わるようなことを防止することができ、ロール状支持部を構成する部品の塑性変形や破断等の発生を防止することができ、ロール状支持部が破損してしまうようなことを回避することができる。
これにより、面合わせなどで高荷重が加わるような場合であっても、当該荷重による変形や摩耗性が少ない、いわゆる耐荷重性の高いステージ構造を有する装置を提供することができる。

第１の発明に係る対象物の面合わせ・調心装置によれば、上述したような撓みプレートと、固定プレートとが設けられていることで、ステージ部の傾動動作を撓みプレートの変形により吸収することができ、さらに、さらにこの撓みプレートが、直接基台部に固定されずに、それらの間に固定プレートを介していることで、ステージ部の傾動動作を撓みプレート及び固定プレートの二つにより吸収することができる。
また、傾動動作可能なジンバルは、撓みプレートを介して固定プレートに連結されることになるので、所定の傾動動作が自由に行うことができると共に、ステージ部の回転方向の動きを記載することができる。これにより、ステージ部が他数回の傾動動作で際限なく回転移動してしまうようなことを防止することができる。

（第２の発明）
第２の発明に係る対象物の面合わせ・調心装置は、前記固定プレートと前記基台部との間には、水平面上の直交する２軸でスライド可能なスライド装置を備えたことを特徴とする。
本発明に係るスライド装置は、水平面方向に任意に移動調整可能なものを全て含むものであり、例えば、ＸＹ平面状の直交する２軸で自由にスライド可能なＸＹスライド装置が含まれるものである。
本発明によれば、固定プレートは、撓みプレートを介して、ステージ部に連結されている。固定プレートと基台部との間にスライド装置を備えていることで、ステージ部を、水平面状の直交する２軸方向へ移動させることが可能となる。これにより、自由に傾動可能なステージ部の水平方向への移動をガイドすることが可能となる。
ステージ部を自由に傾動動作することができる上に、水平方向への移動ができることで、種々の大きさの対象物を適用可能にすることができ、面合わせ・調心装置としての作業性を向上させることができる。

（第３の発明）
第３の発明に係る対象物の面合わせ・調心装置は、前記撓みプレートの上方には、前記撓みプレートの上方を覆う保護カバーを設けたことを特徴とする。

第３の発明に係る対象物の面合わせ・調心装置によれば、撓みプレートの上方に、撓みプレートの上方を覆う保護カバーを設けたことで、容易に変形可能な薄板枠状の撓みプレートに作業中、対象物や、作業用部品等が落下して、損傷したり変形したりするようなことを防止することができる。

（第４の発明）
第４の発明に係る対象物の面合わせ・調心装置は、前記凸球面状外形部が前記凹球面状外形部と密着するように前記ステージ部を前記基台部側に移動させて保持する保持機構を備える。
なお、この保持機構は、ステージ部を下方に強制的に移動させて沈みこませて、ステージ部の凸球面状外形部と、基台部の凹球面状外形部とを密着させることができるようなものであれば、その機構の構成は特に限定されるものではない。

第４の発明に係る対象物の面合わせ・調心装置によれば、保持機構により、ステージ部を下方に移動させることで、ステージ部の凸球面状外形部と、基台部の凹球面状外形部とを密着させ、ステージ部の傾動動作や水平方向への移動を制限し、ステージ部の傾きを当該状態に維持したまま保持させることができる。

本実施形態であって、対象物の面合わせ・調心装置の外観斜視図である。 本実施形態であって、（Ａ）は弾性部材を説明するための対象物の面合わせ・調心装置の一部の外観斜視図、（Ｂ）は弾性部材を説明するための対象物の面合わせ・調心装置の一部の外観側面図である。 本実施形態であって、ロール状支持部の概略断面図である。 本実施形態であって、（Ａ）は対象物の面合わせ・調心装置の分解斜視図、（Ｂ）は、対象物の面合わせ・調心装置のジンバルより下側を構成する部品の外観斜視図である。 本実施形態であって、対象物の面合わせ・調心装置の上面図である。 本実施形態であって、対象物の面合わせ・調心装置の外観側面図である。 本実施形態であって、対象物の面合わせ・調心装置の縦断面図である。 本実施形態であって、対象物の面合わせ・調心装置の外観斜視図である。 本実施形態であって、対象物の面合わせ・調心装置の外観側面図である。 本実施形態であって、対象物の面合わせ・調心装置の縦断面図である。

以下、本実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

先ず、本実施の形態に係る対象物の面合わせ・調心装置１０の主要な特徴点について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る対象物の面合わせ・調心装置１０は、対象物１７（図７参照）を配置するステージ部である円板状のジンバル１１と、該ジンバル１１を下部から支持する基台部１６であるジンバルベース１２とを備えている。
ステージ部としてのジンバル１１は、その下面部に、球面状の凸状外形が形成された凸球面状外形部１３を有している（図７参照）。
基台部１６としてのジンバルベース１２は、ジンバル１１の凸球面状外形部１３を支持するロール状支持部６０と、ステージ部としてのジンバル１１の凸球面状外形部１３に整合する凹状外形が形成された凹球面状外形部１５（図７参照）とを有している。
ロール状支持部６０は、ステージ部の凸球面状外形部を下方から支持して、少なくとも３つ以上設けられており、このロール状支持部６０は、凸球面状外形部１３の水平接線方向へ水平移動可能に構成されると共に、凸球面状外形部１３の水平接線方向を軸とする回転移動が可能に構成されている。
ロール状支持部６０の軸は、ステージ部としてのジンバル１１の上面において、荷重が加わった場合に弾性変形可能な弾性部材７０で支持されている。
ステージ部としてのジンバル１１へ荷重が加わると弾性部材７０が弾性変形することでステージ部としてのジンバル１１と共にロール状支持部６０が沈む（下方に移動する）ように形成されている。
ステージ部としてのジンバル１１への荷重が増加して大きな荷重になると、ジンバル１１の凸球面状外形部１３と、基台部１６としてのジンバルベース１２の凹球面状外形部１５とが密着し、凸球面状外形部１３を凹球面状外形部１５で支持するように形成されている。
図２に示すように、ジンバルベース１２は底部を有する略円筒形状の外形を成し、その上部にはジンバル１１を下方から支持する上部ジンバルベース１２ａと、この上部ジンバルベース１２ａを支持する下部ジンバルベース１２ｂとを備えている。
三つのロール状支持部６０はジンバル１１の中心部から同心円上に１２０度間隔をあけて均等に取外し可能に配置されている。

図１に示すように、ステージ部であるジンバル１１と、ジンバルベース１２である基台部１６との間には、ジンバル１１の下部に設けられた移動調整手段１９を備えている。
この移動調整手段１９は、ジンバル１１の周囲に位置して、ジンバル１１と複数箇所で接続される変形可能な薄板四角枠状の撓みプレート２０と、この撓みプレート２０と複数箇所で接続されると共に、ジンバルベース１２により支持されて撓みプレート２０よりも剛性の高い固定プレート２５とを備えている。
撓みプレート２０は、枠状でステージ部の周囲に配置され、水平面の一方向においてステージ部を挟んで向かい合う２箇所でステージ部に対して固定されている。
固定プレート２５は、基台部１６に支持されると共に、水平面の一方向と交差する他方向においてステージ部を挟んで向かい合う２箇所で撓みプレート２０に対して固定されている。

具体的には、ジンバル１１の上面周縁と、ジンバル１１の中心から円周方向１８０度間隔で撓みプレート２０の枠状内縁とが第１連結部２２（具体的にはねじ）で２箇所連結されている。
また、撓みプレート２０の枠状外縁と、撓みプレート２０の中心から円周方向１８０度間隔で固定プレート２５とが第２連結部２６（具体的にはねじ）により２箇所連結されている。２箇所の第１連結部２２を結ぶラインと、２箇所の第２連結部２６を結ぶラインとは、互いに直行するように配置されている。このように、第１連結部２２と第２連結部２６とが、ジンバル１１の円周方向の周囲に９０度間隔で離れた位置となるように設定されていることで、ジンバル１１の水平方向、垂直方向、回転方向の移動を、撓みプレート２０及び固定プレート２５の変形で吸収することが十分可能となるように形成されている。
なお、本実施の形態では、２箇所の第１連結部２２を結ぶラインと、２箇所の第２連結部２６を結ぶラインとは、直交するように形成されているが、特に直交することに限定されるものではなく、交差していれば特に直交していなくてもよいものである。

固定プレート２５と基台部１６としてのジンバルベース１２との間には、水平面上の直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）でスライド可能なスライド装置３０を備えている。
具体的には、このスライド装置３０は、固定プレート２５と基台部１６としてのジンバルベース１２との間に位置して、水平面上のＸ軸方向にスライド可能なＸ軸スライド装置３１（図１、図５、図６、図８参照）と、固定プレート２５と基台部１６としてのジンバルベース１２との間に位置して、水平面上のＹ軸方向にスライド可能なＹ軸スライド装置４１（図１、図６、図８、図９参照）とを備えている。
また、撓みプレート２０の上方には、撓みプレート２０の上方を覆う保護カバー８０を設けている。なお、この保護カバー８０は、ジンバルベース１２からの延設さている縦断面形状が略コ字状の保護カバー支持板８１により支持されているものである。
また、図７に示すように、ステージ部としてのジンバル１１を下方に移動させて、ステージ部としてのジンバル１１の凸球面状外形部１３と、基台部１６としてのジンバルベース１２の凹球面状外形部１５とを密着させたまま保持することで、ステージ部の移動を制限する保持機構５０を備えている。

以下、本実施の形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０について、さらに詳細に説明する。
図７に示すように、ジンバル１１は、その下面部に仮想の点を中心（仮想中心Ｇ、なお、仮想中心Ｇは、ジンバル１１の回転中心となる。）とする球面状の外形が形成された凸球面状外形部１３を有する略円形状を成している。

さらに、ジンバル１１の下面部中央部は、保持機構５０の取り付けのために円柱状の円柱状空間部５１が成されている（図７参照）。

スライド装置３０は、図６及び図９に示すようにジンバルベース１２の上にＸ軸スライド装置３１が設けられ、このＸ軸スライド装置３１の上にＹ軸スライド装置４１が固定されている。具体的には、ジンバルベース１２の上面に固定されると共に、ジンバルベース１２のＸ軸方向に長手方向を有するＸ軸スライドレール３２と、このＸ軸スライドレール３２上をスライド可能なＸ軸スライド部３３と、Ｘ軸スライド部３３の上に固定されてＹ軸方向に長手方向を有するＹ軸スライドレール４２と、このＹ軸スライドレール４２の上をスライド可能であると共に上面が固定プレート２５に固定されるＹ軸スライド部４３とが順に上下に配置されている。
なお、図８〜図１０において、ジンバル１１の上面に載置されている立方体状のものは、ジンバル１１の上面に対象物１７を載置する際に作業性を考慮して便宜上使用している治具としてのスペーサ１００である。
また、本実施の形態では有していないが、２つのスライドレール３２、４２の上をスライドするスライド部３３、４３の移動を拘束する拘束手段を、別途設けてもよいものである。具体的には例えばエアシリンダーから伸縮する棒状部材等によりスライド部３３、４３の移動を拘束するように形成するようなものが含まれる。

また、本実施の形態では有していないが、スライド装置３０は、Ｘ軸スライドレール３２とＹ軸スライドレール４２とが交差する部分に、二つのスライドレール３２、４２が連通するようにそれぞれ下方に広がるテーパ状の穴を開けることで、原点位置を自動復帰できるような機能を設けてもよい。

具体的には、それらの穴には、穴と同径の球を挿入し、穴と連通するエアー供給口からエアーを供給することで球を穴の内壁にガイドされて上方に移動させ、かつ、エアーを排気すると球は下方へ移動するように形成することができる。このエアーの供給によって球が上方へ移動して穴のテーパ部まで到達すると、球の上方への押し上げ力がテーパ部に作用して、球が下部に位置してスライドレールが自由に移動できる状態から、スライドレールが中心位置へ復帰するように構成するように形成することが可能である。つまり、スライド装置３０にエアーを供給することでスライド装置３０の中心位置（原点）に自動復帰できる機能を有した構成にすることができる。

一方、図３に示すように、本実施形態において複数（３個）のロール状支持部６０はそれぞれ三つの部材で構成されている。即ち、軸６２と、軸６２が挿入される筒状の円筒筐体６６と、軸６２及び円筒筐体６６の間の隙間に転動自在に挿入された複数の球状のボールベアリング６４とであり、これにより、ロール状支持部６０を構成する。この構成により、円筒筐体６６はボールベアリング６４の転動に伴って軸６２の軸方向へ水平移動し（矢印Ｓ１、Ｓ２参照）、かつ、軸６２回りに回転移動する（矢印Ｒ１、Ｒ２参照）ことが可能となる。

また、図２に示すように、本実施形態における弾性部材７０は、直方体の両端部から上方に立設された板状部材の上面において、ロール状支持部６０の軸６２の両端を軸支可能に形成されているとともに、当該板状部材には、水平方向にスリット状に切り欠かれた切欠スリット７２が形成されていることで、当該板状部材の縦断面形状が略コ字状に形成されることになり、ロール状支持部６０にジンバル１１からの荷重が作用すると，切欠スリット７２の切欠の間隔が狭まる方向に弾性変形することで、弾性部材７０の両端の板状部材が撓んで、ロール状支持部６０の軸６２も一緒に下方側に移動することができるように形成されている。この弾性部材７０の弾性変形により、ジンバル１１に高荷重が加わった場合のロール状支持部６０の下方側への垂直方向移動成分を吸収（許容）することができるように形成されている。

次に、上述したような構成を有する本実施形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０の作用効果について説明する。

ジンバル１１の上面の中心位置に対象物１７を載置し、この面合わせ・調心装置１０の上方から所定の形状の部材が当該対象物１７と面合わせが行える程度に接近させた後に、対象物１７に部材を上から油圧装置等の所定の力で押し付ける。ここで、部材の接続面は対象物１７の接続面に対して傾きを有した（接続面同士が平行でない）状態を想定することにする。このような接続面が傾いた状態で部材を対象物１７に所定の力で押し付けると、部材と対象物１７との接続面のずれ（傾きの違い）の分だけロール状支持部６０に支持されたジンバル１１が所定位置を中心として凸球面状外形部１３に沿って傾きを所定方向に回転移動して変化して、対象物１７と部材とが互いに密着して面合わせや調心がなされる。このとき、部材と対象物１７とは所定位置で密着接続される。

このように本実施形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０を使用すれば、部材と対象物１７との接続面の調整（傾き、中心位置の調整）を厳密に行わなくても、部材と対象物１７とをジンバル１１の上面で押し付けるだけでジンバル１１が自在に傾きを変えて部材と対象物１７との面合わせや調心を簡単に行うことができるものである。

さらに、本実施の形態では、ロール状支持部６０の軸は、ジンバル１１に荷重が加わった場合に弾性変形可能な弾性部材７０で支持されている。
これにより、ジンバル１１に低荷重が加わった場合は、弾性部材が弾性変形することで、ステージ部としてのジンバル１１と共にロール状支持部６０が（下方に移動して）沈むことで、ロール状支持部６０を構成する例えば点接触するボールベアリング等が塑性変形したり、破断することなく、上述したようなジンバル１１の自由な傾動動作を支持しながら、ジンバル１１に加わる荷重を受け止めることができる。
一方、ステージ部としてのジンバル１１への荷重が増加して、大きな荷重になった場合、弾性部材７０が大きく弾性変形して、ジンバル１１が大きく（下方に移動し）沈み込み量が大きくなると、凸球面状外形部１３と凹球面状外形部１５とは互いに整合するような外形曲面に形成されていることで、ジンバル１１の凸球面状外形部１３の全体と、ジンバルベース１２の凹球面状外形部１５の全体とが互いに密着し、凸球面状外形部１３の全体を、凹球面状外形部１５の全体で支持することになる。これにより、半導体パッケージの封印（封止）工程等に用いて、ステージ部への荷重が増加して大きな荷重となるような場合であっても、当該荷重がロール状支持部６０の狭い面積領域に加わるようなことを防止することができ、ロール状支持部６０を構成する部品の塑性変形や破断等の発生を防止することができ、ロール状支持部６０が破損してしまうようなことを回避することができる。

本実施の形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０によれば、ステージ部としてのジンバル１１の周囲に位置して、ジンバル１１と複数箇所で接続される変形可能な薄板枠状の撓みプレート２０が設けられ、この撓みプレート２０と複数箇所で接続されると共に、ジンバルベース１２により支持されて撓みプレート２０よりも剛性の高い固定プレート２５が設けられていることで、ジンバル１１の傾動動作を撓みプレート２０の変形により吸収することができ、さらに、さらにこの撓みプレート２０が、直接ジンバルベース１２に固定されずに、それらの間にもう一つの固定プレート２５を介していることで、ジンバル１１の傾動動作を吸収することができる。
また、傾動動作可能なジンバル１１は、撓みプレート２０を介して固定プレート２５に連結されることになるので、所定の傾動動作を自由に行うことができると共に、ジンバル１１の回転方向の動きを規制することができる。これにより、ジンバル１１が他数回の傾動動作で際限なく回転移動してしまうようなことを防止することができる。

本実施の形態によれば、固定プレート２５は、撓みプレート２０を介して、ジンバル１１に連結されている。固定プレート２５をジンバルベース１２との間にスライド装置３０を備えていることで、ジンバル１１を、水平面状の直交する２軸方向へ移動させることが可能となる。これにより、自由に傾動可能なジンバル１１の水平方向への移動をガイドすることが可能となる。
なお、このスライド装置３０には、ジンバル１１の移動状態を定める基準位置のようなものを定めてもよい。基準位置を設けることで、水平面内方向に移動した後も、基準位置に復帰させれば、或いは、基準位置から所定量だけ移動させることで、所定位置に簡単に復帰させることができる。
なお、この基準位置は、例えば、Ｘ−Ｙ二軸のスライドが交差する部分に下方に広がるテーパ形状の連通穴を開けておき、零点復帰させたいときだけその穴に下方から球体をエアー等で押し上げてテーパ作用によって強制的に零点に復帰させる手段や、水平移動の駆動手段としてステッピングモータを使用し、電気的に零点に復帰させる手段等の公知の位置調整手段を用いることができる。

ところで、ジンバル１１が移動（傾き変化）すると、移動調整手段１９を介して、スライド装置３０のスライドレール３２，４２上のスライド部３３，４３も水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸）へ移動することとなる。つまり、ジンバル１１の傾き変化に追従してスライド部３３、４３が水平方向に移動する。ジンバル１１は凸球面状外形部１３に沿って移動しながら傾きを変えるため、第１連結部２２の位置は垂直方向にも変化することとなるが、ジンバル１１とジンバルベース１２とは、薄板枠状で容易に変形可能な撓みプレート２０と固定プレート２５とを介して接続されているため、撓みプレート２０がジンバル１１の垂直方向移動変化量に応じた量だけ自身の形状を変化させて吸収する。従って、スライド装置３０の水平面内の移動に影響を及ぼすことはない。つまり、この撓みプレート２０及び固定プレート２５の作用によってジンバル１１とスライド装置３０とは互いに移動の動作を拘束することなく滑らかに移動が行え、対象物１７の面合わせや調心の精度を低下させることはない。

本実施の形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０によれば、撓みプレート２０の上方に、撓みプレート２０の上方を覆う保護カバー８０を設けたことで、容易に変形可能な薄板枠状の撓みプレート２０に作業中、対象物１７や、作業用部品等が落下して、損傷したり変形したりするようなことを防止することができる。

本実施の形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０によれば、保持機構５０により、ステージ部としてのジンバル１１を下方に移動させることで、ジンバル１１の凸球面状外形部１３と、ジンバルベース１２の凹球面状外形部１５とを密着させることで、ジンバル１１の傾動動作や水平方向への移動を制限し、ジンバル１１の傾きを当該状態に維持したままロックさせることができる。

上記保持機構５０ついて、さらに具体的に説明する。
また、図７に示すように、対象物１７と部材とを、面合わせ、調心後のずれを防ぐ場合には、対象物１７と部材とが面合わせ、調心された状態を保持するように、保持機構５０のロック状態を作動させればよい。
この場合には、ジンバル１１下方のシリンダ５２内のピストン５４の上方側の空間に上部エア調節管１２０よりエアーを供給し、ピストン５４の下方側の空間の空気を下部エア調節管１２５から排気させる。そして、ピストン５４を下方に移動させるとともに、ピストン５４と一緒に移動するロッド５６を下方に移動させる。ロッド５６の上部に連結されているロッド連結棒５７を下方に移動させる。それに伴い、ロッドリング５８及びリング受け部５９を介して、ジンバル１１を下方に移動させることで、ジンバル１１の下部の凸球面状外形部１３が、凹球面状外形部１５に密着して、ジンバル１１の傾きや、水平方向の移動を制限し、固定させることができ、ジンバル１１の傾きは対象物１７と部材とが面合わせ、調心された位置で保持されるから、対象物１７と部材の接続面の接着を行う際に接続面がずれたりする心配もない。
なお、ロッド５６の上部により下方に押圧されるロッドリング５８の下面は、凸球面状外形部１３と同様に下方に向かって凸状外形を有する凸状の球面状外形部が形成され、リング受け部５９の上面は、凹状外形を有する凹状の球面状に形成されている。
これにより、ジンバル１１が傾き変化した際、リング受け部５９の上面をロッドリング５８の下面が同様に傾き変化することで、ロッド連結棒５７がジンバル１１の傾き変化と一緒に傾かないようにすることができ、ジンバル１１の移動の影響がロッド連結棒５７や、ロッド５６等に及ぶことを防ぐことができる。

さらに、本実施の形態では、ロッドリング５８の下面の凸状の球面状外形と、リング受け部５９の上面の凹状の球面状外形とが接する曲面によって定まるロッドリング５８の回転中心は、ジンバル１１の凸球面状外形部１３の曲面と上部ジンバルベース１２ａの凹球面状外形部１５の曲面とによって定まるジンバル１１の回転中心となる仮想中心Ｇと一致するように形成されている。
これにより、保持機構５０において、ピストン５４の下降によりロッド５６及びロッド連結棒５７を介してロッドリング５８が下方に押し込まれても、ロッドリング５８の回転中心と、ジンバル１１の回転中心である仮想中心Ｇとが一致することで、保持機構５０を用いて、ジンバル１１をロックするときに、ジンバル１１の倣い状態を変化させないようにすることができる。結果として、ジンバル１１をロックするときに安定した状態で維持することができる。
さらに、本実施の形態では、ジンバル１１の倣い動作角度のリミットが設けられてあり、ジンバル１１の傾斜角度が当該リミットの範囲内から逸脱しなように規制されている。具体的には、図７に示すように、円柱状空間部５１の下部に当該内径よりも大きな内径を有する規制孔５３が形成されてあり、当該規制孔５３内部には、ロッド５６の周囲に固定されている円筒状のリミットカラー５５が挿入されている。この規制孔５３の内径は、リミットカラー５５の外径より僅かに大きくなるように形成されてあり、規制孔５３の内周面と、リミットカラー５５の外周面との間には、隙間が発生するような寸法形状に形成されている。ジンバル１１が倣い動作により、傾斜した際、リミットカラー５５の外周面の一部が、規制孔５３の内周面の一部に当接しない範囲では自由に傾斜可能であるが、所定の傾斜範囲を超えると、リミットカラー５５の外周面の一部が、規制孔５３の内周面の一部に当接することで、それ以上、ジンバル１１が傾斜しないように規制される。これにより、ジンバル１１が倣い動作により、傾斜しすぎることによる破損等の種々の不具合の発生を防止することができる。
このように上述の使用方法によれば、対象物１７と部材とを面合わせや調心する際に、互いの接続面が傾いたりしてずれていても（接続面の精度が悪くても）、部材を対象物１７に押し付けるだけで簡単に面合わせや調心を行うことができる。しかも、ジンバル１１上の対象物１７の位置は移動しないので、面合わせや調心の精度は高いものとなる。

尚、スライド装置３０の水平移動動作の固定方法としては、上述したものに限定されるものではなく、直接、各スライドレール上のスライド部を別のエアーシリンダの棒状部材等により、押圧して固定するようにしても同様の効果を得ることができる。

本実施の形態では、上述したような方法によりスライド装置３０の水平移動動作を固定でき、ジンバル１１の傾きは対象物１７と部材とが面合わせ、調心された位置で保持されるから、対象物１７と部材の接続面の接着を行う際に接続面がずれたりする心配もない。

一方、本実施形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０を面合わせや調心作業の微調整に用いることもできる。

つまり、部材及び／又は、対象物１７が固定された面合わせ・調心装置１０を空間内で一般的な移動調整手段を用いて移動し、部材と対象物１７の接続面を接近させて面合わせを行う。このとき面合わせが十分であるかの検査、確認をする必要があるが、例えば、対象物１７と部材との接続面を拡大した画像をモニタに取り込んでオペレーターが画像処理しながら確認すれば良い。概ね対象物１７と部材との接続面が合ったら、本実施形態のスライド装置３０のスライド移動量を調整する。スライド移動量の調整はスライド装置３０にステッピングモータ（図示せず）を接続することで当該ステッピングモータで行うことができる。スライド装置３０はジンバルベース１２と固定プレート２５との間に設けられ、ジンバル１１は、撓みプレート２０及び固定プレート２５と連結されている。スライド装置３０を用いてスライドレール３２、４２上のスライド部３３、４３を水平移動すれば、ジンバル１１の傾きは変化し、対象物１７と部材との面合わせ状態（傾き）や中心のずれの微調整が可能となるように形成されている。

微調整が完了した後にスライド装置３０の水平移動動作を固定したい場合には、前述のようなシリンダ５２を用いた保持機構５０による固定方法によって固定しても良いが、ブレーキ機能を備えたステッピングモータを用いれば、このブレーキ機能によってもスライド装置３０を固定できるから、この場合にはエアーシリンダは不要である。

このように、本実施形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０を用いれば、部材と対象物１７とを押し付けることでジンバル１１が自在に傾きを変化させて面合わせや調心を行うことができるばかりでなく、ジンバル１１の傾きをスライド装置３０を調整することによって変化させて対象物１７と部材の接続面の面合わせや調心状態を微調整することも可能となるものである。

本実施の形態では、図７、図９に示すように、ベースプレート１１０とロードセルプレート１１５との間にロードセル１１６を設けていることで、ジンバル１１に加わる荷重を監視することができるように形成されている。
尚、本実施の形態の光部品の面合わせ・調心装置１０は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本実施の形態の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るようにしてもよい。

以上、説明したように本実施の形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０によれば、ステージ部としてのジンバル１１が凸球面状外形部１３に沿って自在に傾きを変えることができる構成のため、簡単に傾き制御を行えるという優れた効果を奏し得る。

また、ステージ部としてのジンバル１１は少なくとも三つのロール状支持部６０で下方から安定して支持された構成のため、構造が単純である。

ステージ部としてのジンバル１１をロール状支持部６０で支持するという単純構造のため、ロール状支持部６０が長期間使用によって摩耗等した場合でも、ロール状支持部６０のみを交換すればよく、メンテナンス時の作業効率が大幅に改善されるという効果もある。

また、本実施の形態に係る対象物１７の面合わせ・調心装置１０によれば、上述のような優れた効果を有するから、高精度が要求される光ファイバー等の光部品同士を接続して接着する際に用いると、特に有利である。

さらに、本実施の形態では、図７に示すように、仮に仮想中心Ｇに対象物１７を設置して、対象物１７内に仮想中心Ｇがあるような場合には、本実施の形態の対象物１７の面合わせ・調心装置１０において、ステージ部としてのジンバル１１は、基台部１６としてのジンバルベース１２に下部から支持されて凸球面状外形部１３に沿った自由な移動が可能となる。このとき、凸球面状外形部１３は対象物１７の仮想中心Ｇ（図７参照）を中心とする球面状の外形を形成しているので、仮想中心に対してある方向に力を加えるとステージ部としてのジンバル１１は凸球面状外形部１３に沿って移動（傾きが変化）し、その移動の軌跡はステージ部としてのジンバル１１に配置された対象物１７の仮想中心Ｇを中心として描いた球の軌跡と一致する。よって、対象物１７の仮想中心Ｇ自体は全く位置を変えることなく、常に同じ位置を維持することができる。

従って、対象物１７を他の部材と接続等するときに、ステージ部としてのジンバル１１が凸球面状外形部１３に沿って移動して対象物１７の仮想中心Ｇを微調整しながら接続等される部材との間で相対接続部位が合致するように面合わせや調心を行うが、この間対象物１７の仮想中心Ｇは前記凸球面状外形部１３の中心位置で動かないので、角度（傾き）のみを変更できるため、高精度で面合わせや調心を行うことができる。
上述したように、仮想中心Ｇに対象物１７を設置するようにすれば、面合わせをしても位置は変わらないことになる。

即ち、本実施の形態では、上述したような配置にすれば、対象物１７の角度（傾き）の変化に際して、仮想中心Ｇがずれないため、ずれを復元する機構を備える必要がなく、しかも、多軸制御等によってステージ部の向きを調整する必要もないため、装置自体の構造が非常に簡素化でき、小型化、低コスト化にも寄与することとなる。

また、さらに、本実施の形態のロール状支持部６０は、基台部１６に設けられた軸方向に対して回転可能で、かつ、軸方向へ平行移動も可能に形成さている。このロール状支持部６０の回転軸は、ジンバル１１の下面部に形成された凸球面状外形部１３の水平接線方向へ配設されたものである。これにより、ロール状支持部６０が軸方向に水平移動するので、そこに支持されているステージ部としてのジンバル１１も水平方向への移動（球中心とステージ中心を結んだ中心を軸とする回転移動）が可能になる。

さらに、ロール状支持部６０で構成されているので、そのロール部（円筒筐体６６）が軸回転することで、そこに支持されているステージ部としてのジンバル１１は、前記凸球面状外形部１３に沿った方向の移動が可能となる。そして、これらの複数のロール状支持部６０における軸回転と軸方向の相互の移動可能な状態の組み合わせの作用で、ステージ部としてのジンバル１１の凸球面状外形部１３に沿った自由な移動が確保されている。

本実施の形態のロール状支持部６０は、凸球面状外形部１３の水平接線方向を軸とする回転移動が可能なロール状支持部６０が、更に軸方向への水平移動も可能な構成としている。つまり、ロール状支持部６０が凸球面状外形部１３の水平接線方向に水平移動すると共に、凸球面状外形部１３の水平接線方向を軸として回転移動して、ステージ部としてのジンバル１１は滑らかに水平方向への移動も可能となるのである。

より詳細には、ロール状支持部６０は凸球面状外形部１３を支持しているから、ステージ部としてのジンバル１１が一つの支持部回転方向に沿って移動すると、他のロール状支持部６０は前記一つのロール状支持部６０と１８０度の位置関係にあれば、単に回転移動だけを行うが、その他の位置にある場合には、回転移動と共に、水平方向への移動成分（支持反力）が生ずることになるので、この凸球面状外形部１３に沿って他のロール状支持部６０では水平接線方向の水平移動を許容すれば、スムーズな移動が確保できる。

言い換えれば、このとき、他のロール状支持部６０では、ロール（円筒筐体６６）の回転方向の移動成分と、軸方向の移動成分とが生ずる移動状態となるので、前記他のロール状支持部６０では、凸球面状外形部１３に沿って水平接線方向を軸とする回転移動が行われると同時に、ジンバル１１がある方向へ水平移動するように水平方向への力も加わるので、凸球面状外形部１３に沿って水平接線方向の水平移動するように作用し、その力をロール状支持部６０の軸方向への移動で受けるので、移動抵抗となりにくい。このように、本実施の形態のロール状支持部６０では、前記凸球面状外形部１３に沿った色々な方向への移動に関して、ロール（円筒筐体６６）の回転方向と軸方向への移動を許容することで、凸球面状外形部１３に沿った自由で且つスムーズな移動を許容するものとなっている。

これにより、ステージ部としてのジンバル１１が前記凸球面状外形部１３に沿って水平方向への移動成分を有するような移動を行っても、互いのロール状支持部６０がジンバル１１の移動を拘束することがなく、ステージ部としてのジンバル１１は前記水平方向への移動成分も許容して移動する。このとき、ロール状支持部６０は凸球面状外形部１３を支持しているので、ステージ部としてのジンバル１１が各ロール状支持部６０において前記水平方向への移動成分を持って移動しても、各ロール状支持部６０がその水平方向への移動成分をロール状支持部６０の軸方向への移動として許容するので、結果としてステージ部としてのジンバル１１は凸球面状外形部１３に沿った球面軌跡を描きながら自在にかつスムーズに傾きを変えて移動することとなる。

即ち、本実施の形態の対象物１７の面合わせ・調心装置１０によれば、基台部１６の支持部が、ステージ部としてのジンバル１１の凸球面状外形部１３の水平接線方向への水平移動と、凸球面状外形部１３の水平接線を軸とする回転移動とが可能なロール状支持部６０で構成されているから、ステージ部としてのジンバル１１が、水平面内の全ての方向に対して、いずれの方向でも振り子のように自在に傾きを変えるように移動するので、対象物１７の傾きを任意に変更できるので、面合わせや調心をスムーズ且つ確実に行うことができる。

１０ 面合わせ・調心装置
１１：ジンバル（ステージ部）
１２：ジンバルベース（基台部）
１２ａ：上部ジンバルベース
１２ｂ：下部ジンバルベース
１３：凸球面状外形部
１５：凹球面状外形部
１６：基台部
１７：対象物
Ｇ ：仮想中心
１９：移動調整手段
２０：撓みプレート
２２：第１連結部
２５：固定プレート
２６：第２連結部
３０：スライド装置
３１：Ｘ軸スライド装置
３２：Ｘ軸スライドレール
３３：Ｘ軸スライド部
４１：Ｙ軸スライド装置
４２：Ｙ軸スライドレール
４３：Ｙ軸スライド部
５０：保持機構
５１：円柱状空間部
５２：シリンダ
５３：規制孔
５４：ピストン
５５：リミットカラー
５６：ロッド
５７：ロッド連結棒
５８：ロッドリング
５９：リング受け部
６０：ロール状支持部
６２：軸
６４：ボールベアリング
６６：円筒筐体
７０：弾性部材
７２：切欠部
８０：保護カバー
８１：保護カバー支持板
１００：スペーサ
１１０：ベースプレート
１１５：ロードセルプレート
１１６：ロードセル
１２０：上部エア調節管
１２５：下部エア調節管

Claims (4)

1. 対象物が載置されるステージ部と、
   前記ステージ部を下方から支持する基台部と、
   前記ステージ部に設けられ、下方に凸となる球面状の凸球面状外形部と、
   前記基台部に軸支されると共に、前記凸球面状外形部の水平接線方向への水平移動と前記水平接線方向を軸とする回転移動とが可能であって、前記凸球面状外形部を下方から支持する少なくとも３個のロール状支持部と、
   前記基台部に設けられ、前記凸球面状外形部と整合する下方に凹む球面状の凹球面状外形部と、
   前記ロール状支持部の軸を支持すると共に、前記凹球面状外形部から離間している前記凸球面状外形部が、前記ステージ部に対する荷重の増加に伴い前記凹球面状外形部に密着するように弾性変形する弾性部材と、
   枠状で前記ステージ部の周囲に配置され、水平面の一方向において前記ステージ部を挟んで向かい合う２箇所で前記ステージ部に対して固定される変形可能な撓みプレートと、
   前記基台部に支持されると共に、水平面の前記一方向と交差する他方向において前記ステージ部を挟んで向かい合う２箇所で前記撓みプレートに対して固定される固定プレートと、
   を備える対象物の面合わせ・調心装置。
2. 前記固定プレートと前記基台部との間には、水平面上の直交する２軸でスライド可能なスライド装置を備える請求項１に記載の対象物の面合わせ・調心装置。
3. 前記撓みプレートの上方には、前記撓みプレートの上方を覆う保護カバーを設ける請求項１又は請求項２に記載の対象物の面合わせ・調心装置。
4. 前記凸球面状外形部が前記凹球面状外形部と密着するように前記ステージ部を前記基台部側に移動させて保持する保持機構を備える請求項１、２又は３に記載の対象物の面合わせ・調心装置。