JP5084189B2 - リニアモータ及び部品搭載装置 - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータ及び部品搭載装置に係り、特に、部品搭載装置に用いるのに好適な、両面固定子を有するリニアモータ、及び、該リニアモータを備えた部品搭載装置に関する。

ＩＣ、抵抗、コンデンサ等の電子部品を、プリント基板やセラミック基板等に自動的に搭載する部品搭載装置が知られている。

この部品搭載装置として、特許文献１には、電子部品を吸着保持するための吸着ノズルを備える搭載ヘッドを、リニアモータによりＸ軸方向に沿って移動自在に構成されたものが提案されている。

ところで、リニアモータによる軸駆動システムの多くは、磁石が固定子、コイルが可動子となっている場合が多い。これは、一般に磁石の質量が大きく、可動子に向かないためである。

前記部品搭載装置においても、可動側のコイルに搭載ヘッドが設けられている。この場合、軸に平行に更に１軸を追加しようとすると、更に固定子としての磁石を設置する必要があり、大変高価になる。

なお、特許文献２には、コイルでなる固定子の両面に、磁石でなる可動子を設けることが記載されている。

又、特許文献３には、ヨークに永久磁石を埋め込むことが記載されている。この場合、図１に示すギャップ（磁石５１０から可動子５２０までの距離）Ｇは小さいことが好ましく、構造としては、図１に示す磁石５１０から固定子５００の表面までの肉厚Ｃを極小（例えば１ｍｍ以下）にしたい。固定子５００の片面のみを使用する場合は、図２に示す如く、使用しない側の肉厚Ｄを厚く（Ｃ＜Ｄ）することで、剛性を保つことができる。

特開２００１−３０９６３４号公報 特開２０００−１５９３０５号公報 特開２００４−２１５４１４号公報

しかしながら、高価な磁石５１０を固定子５００の中央に埋め込んで両面に可動子５２０を設けたい場合には、肉厚Ｄも肉厚Ｃと同様極小（例えば１ｍｍ以下）にする必要がある。すると、磁石５１０そのものは軸の構成要素ではあるが剛性要素ではないため、軸の強度が低下し、図３に例示する如く、薄肉の部分で破断する恐れがあった。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、磁石の両面を使用する際に、両面固定子の軸の母材としての強度を保ちながら、磁石と可動子のギャップを小さくすることを課題とする。

本発明は、軸方向に沿って並設された永久磁石を含む固定子と、該固定子の両面に沿ってそれぞれ移動する複数の可動子とを有するリニアモータであって、前記固定子が、軸方向に伸びる軸強度部材と、該軸強度部材に埋設された永久磁石を含むと共に、前記軸強度部材がフランジを有し、前記永久磁石が、該軸強度部材にフランジ側から形成された、軸方向に列をなす孔に、該フランジ側の端面から挿入配置されるようにして、前記課題を解決したものである。

又、前記永久磁石の側面を露出させることができる。

本発明は、又、前記のリニアモータにより、少なくとも部品搭載ヘッドが駆動するようにされた部品搭載装置を提供するものである。

本発明によれば、磁石を両面使用する際に、両面固定子の軸の部材としての強度を保ちながら、ギャップを小さくすることができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図４は、本発明を適用した部品搭載装置１００の実施形態を示す平面図であり、図５は、部品搭載装置１００の制御系を示すブロック図である。

図４及び図５に示すように、本実施形態の部品搭載装置１００は、基板Ｋに搭載される電子部品Ｐ（図７参照）を供給する複数の電子部品フィーダ１１が並べて保持される部品供給部１と、基板Ｋに対する電子部品Ｐの搭載作業を行なう搭載作業部２と、電子部品Ｐを吸着保持する複数（図４には４つ図示）の吸着ノズル３１をそれぞれ搭載する第１ヘッド部３Ａ及び第２ヘッド部３Ｂと、第１ヘッド部３Ａ及び第２ヘッド部３Ｂを所定範囲内の任意の位置に駆動させるＸ−Ｙガントリ４と、吸着ノズル３１に保持された電子部品Ｐの撮像を行なう撮像装置５と、上記各部の動作制御を行なう制御部６等を備えている。

なお、以下の説明において、水平面に沿って互いに直交する一の方向をＸ軸方向とし、他の方向をＹ軸方向とし、垂直上下方向をＺ軸方向と称することとする。

前記搭載作業部２は、装置外部から搬入される基板Ｋの搬送装置２１の搬送経路の途中に設けられ、基板ステーション（図示略）に搭載された基板Ｋを挟持するクランプ部２２等を備えている。

まず、搬送装置２１は、例えば、その搬送経路（Ｘ軸方向）に沿って配設される搬送レール２１１と、この搬送レール２１１に沿って装置の一端部から搬入される基板Ｋを当該搭載作業部２に搬入したり、所定の電子部品Ｐが搭載済みの基板Ｋを搭載作業部２から装置外部に搬出するためのベルトコンベア（図示略）等を備えている。

そして、搬送装置２１により搭載作業部２に搬送される基板ステーションに搭載された基板Ｋは、クランプ部２２に挟持されることにより保持されるようになっている。

なお、クランプ部２２に保持された基板Ｋは、当該基板Ｋに対する電子部品Ｐの搭載の際に、図示しないＸ軸方向駆動部により所定のタイミングでＸ軸方向に駆動させるようにしてもよい。

前記部品供給部１は、搬送装置２１を挟むようにＹ軸方向両側に設けられ、フィーダバンク（図示省略）の所定位置にＸ軸方向に沿って並設されるように複数の電子部品フィーダ１１が取付けられている。

前記Ｘ−Ｙガントリ４は、Ｘ軸方向に第１ヘッド部３Ａ及び第２ヘッド部３Ｂを移動させるためのリニアモータ４１と、該リニアモータ４１と共に第１ヘッド３Ａ及び第２ヘッド３ＢをＹ軸方向に案内する２本のＹ軸ガイドレール４２と、前記リニアモータ４１を介して第１ヘッド部３Ａ及び第２ヘッド部３ＢをＹ軸方向に駆動するＹ軸モータ４３とを備えている。又、Ｘ−Ｙガントリ４は、第１ヘッド部３Ａ及び第２ヘッド部３Ｂを２本のＹ軸ガイドレール４２の間となる領域の略全体に搬送可能に構成されている。

なお、部品供給部１からの電子部品Ｐの受け渡し部、搭載作業部２による基板Ｋに対する電子部品Ｐの搭載作業領域は、何れもＸ−Ｙガントリ４による第１ヘッド部３Ａ及び第２ヘッド部３Ｂの搬送可能領域内に配置されている。

次に、リニアモータ４１について図６及び図７を参照して説明する。

ここで、図６は、リニアモータ４１を示す斜視図であり、図７は、図６のVII−VII線におけるリニアモータ４１の断面図である。

図６及び図７に示すように、リニアモータ４１は、Ｘ軸方向に長尺となるように配設された固定子４１１と、該固定子４１１のＺ軸方向側の両端部に接続されて当該固定子４１１を支持する上側支持部４１２Ａ及び下側支持部４１２Ｂと、上側支持部４１２Ａ及び下側支持部４１２ＢのＹ軸方向側の両端面にＸ軸方向に沿って配設されたＸ軸ガイドレール４１３と、該Ｘ軸ガイドレール４１３により案内支持されながらＸ軸方向に移動自在に構成され、第１ヘッド部３Ａを搭載する第１可動子４１４Ａ及び第２ヘッド部３Ｂを搭載する第２可動子４１４Ｂとを備えて構成されている。

比較例に係るリニアモータ４１の前記固定子４１１は、図８（分解斜視図）及び図９（三面図）に詳細に示す如く、軸方向に列をなす窓４１１Ｂが形成された梯子上の軸強度部材４１１Ａと、該軸強度部材４１１Ａの窓４１１Ｂに、側方から挿入配置された、円柱の両側面を平面状に切断した形状の磁石４１１Ｃを含んで構成されている。各磁石４１１Ｃは、例えば止めねじ４１１Ｄ又はピンにより軸強度部材４１１Ａに固定されている。

なお、図８及び図９の例では、止めねじ４１１Ｄ又はピンが軸強度部材４１１Ａの一方側（図の上側）に１個設けられていたが、図９中に破線で示す如く、反対側（図の下側）にも設けたり、図１０に示す変形例の如く、片側に２個以上設けることも可能である。

前記上側支持部４１２Ａ及び下側支持部４１２Ｂ並びにＸ軸ガイドレール４１３は、第１可動子４１４Ａ及び第２可動子４１４ＢをＸ軸方向（リニアモータ４１の軸方向）に沿った移動を案内支持する案内支持部を構成している。

第１可動子４１４Ａ及び第２可動子４１４Ｂは、固定子４１１をそれらのＹ軸方向側から挟むように、対向して配置されている。

具体的には、第１可動子４１４Ａは、各Ｘ軸ガイドレール４１３に係止され、Ｘ軸方向に往復移動自在なスライダ４１５Ａと、固定子４１１のＹ軸方向の図７における左側面に対向して配設され、通電により磁界を発生して固定子４１１の磁界との磁気的な相互作用によりＸ軸方向に移動するための第１可動コイル４１６Ａと、第１ヘッド部３Ａ並びにスライダ４１５Ａ及び第１可動コイル４１６Ａを搭載支持する支持板４１７Ａとを備えて構成されている。

一方、第２可動子４１４Ｂも、第１可動子４１４Ａと同様に、スライダ４１５Ｂと、固定子４１１のＹ軸方向の図７における右側面に対向して配設された第２可動コイル４１６Ｂと、第２ヘッド部３Ｂ並びにスライダ４１５Ｂ及び第２可動コイル４１６ｂを搭載支持する支持板４１７ｂとを備えて構成されている。

前記第１可動コイル４１６Ａ及び第２可動コイル４１６Ｂは、例えば、制御部６と電気的に接続されており、制御部６の制御下にて通電される電流値が変動されることにより、当該第１可動コイル４１６Ａ及び第２可動コイル４１６Ｂに発生される磁界の大きさが変動するようになっている。

そして、第１可動子４１４Ａは、固定子４１１のＹ軸方向の手前側面から発生される磁界と第１可動コイル４１６Ａに対する通電により発生される磁界との磁気的な相互作用によりＸ軸方向に移動自在に構成されている。一方、第２可動子４１４Ｂは、固定子４１１のＹ軸方向の奥側面から発生される磁界と第２可動コイル４１６Ｂに対する通電により発生される磁界との磁気的な相互作用によりＸ軸方向に移動自在に構成されている。

前記第１ヘッド部３Ａ及び第２ヘッド部３Ｂの各々は、その先端部で空気吸引により電子部品Ｐを保持する４つの吸着ノズル３１と、これら吸着ノズル３１の各々をＺ軸方向（上下方向）に移動させるＺ軸モータ３２と、吸着ノズル３１を介して保持された電子部品ＰをＺ軸方向を中心として回転駆動させるθ軸モータ３３とを備えている。

又、第１ヘッド部３Ａは、例えば、搬送装置２１よりも図４の下側に配設された複数の分子部品フィーダ１１から電子部品Ｐを吸着保持するためのものであり、第２ヘッド部３Ｂは、搬送装置２１よりも図４の上側に配設された複数の電子部品フィーダ１１から電子部品Ｐを吸着保持するためのものである。

複数の吸着ノズル３１は、Ｘ軸方向に並んで配設され、各吸着ノズル３１は、開閉制御が行なわれる吸気バルブ（図示略）を介して真空発生器７と接続されており、所定のタイミングで吸気バルブが開かれることによりその先端部が吸引状態とされて、電子部品Ｐの吸着保持を行なうことができるようになっている。

前記撮像装置５は、例えば、Ｘ−Ｙガントリ４による第１ヘッド部３Ａ及び第２ヘッド部３Ｂの搬送可能領域内に配置され、ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラ等から構成され、電子部品Ｐの撮像に基づいて光電変換して画像データを生成し、当該画像データをＣＰＵ６１に対して出力する。

前記制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３等を備えて構成されている。

ＣＰＵ６１は、当該部品搭載装置１００を構成する各部を統括して制御するものであり、ＲＯＭ６３に格納されている所定のプログラムを読み出してＲＡＭ６２の作業領域に展開し、当該プログラムに従って各種処理を実行する。

又、ＣＰＵ６１は、撮像装置５から出力され入力された画像データに基づいて、所定の画像処理プログラムを実行して、吸着ノズル３１に吸着された電子部品Ｐの姿勢等を認識するようになっている。

ＲＡＭ６２は、例えば、揮発性の半導体メモリであり、ＣＰＵ６１の制御下にてＲＯＭ６３から読み出されたプログラムやデータ等の格納領域や作業領域等を構成している。

ＲＯＭ６３は、制御、判断等各種処理用の各種プログラムが記憶され、ＣＰＵ６１の制御下にて実行される各種プログラム並びに各プログラムの処理に係るデータ等を記憶するものである。

次に、基板Ｋに対する電子部品Ｐの搭載動作について説明する。

まず、吸着ノズル３１による電子部品Ｐの吸着保持を行なう。具体的には、制御部６の制御下にて、Ｘ−Ｙガントリ４のリニアモータ４１及びＹ軸モータ４３が駆動して第１ヘッド部３Ａ及び第２ヘッド部３Ｂを所定の電子部品フィーダ１１上に移動させる。より具体的には、制御部６による第１可動コイル４１６Ａに対する通電制御に基づいて、第１ヘッド部３Ａを搬送装置２１よりも図４の下側に配設された所定の電子部品フィーダ１１上に移動させ、制御部６による第２可動コイル４１６Ｂに対する通電制御に基づいて、第２ヘッド部３Ｂを搬送装置２１よりも図４の上側に配設された所定の電子部品フィーダ１１上に移動させる。

そして、制御部６が所定のＺ軸モータ３２の駆動を制御して、所定の吸着ノズル３１を下方向（Ｚ軸方向）に移動させて、真空発生器７の駆動により当該吸着ノズル３１にて所定の電子部品Ｐを吸着保持する。

次に、吸着ノズル３１に保持された電子部品Ｐを撮像装置５により撮像し、当該撮像により生成された画像データに基づいて、ＣＰＵ６１により所定の画像処理を行なって電子部品Ｐの姿勢等の認識を行なう。なお、認識の結果によっては、制御部６の制御下にてθ軸モータ３３を駆動させて、吸着ノズル３１に吸着された電子部品ＰをＺ軸周りに所定方向に回転させて当該電子部品Ｐの中心合わせ（センタリング）を行なうようになっている。

そして、制御部６の制御下にてリニアモータ駆動機構４１及びＹ軸モータ４３を駆動させて、電子部品Ｐを保持する吸着ノズル３１を基板Ｋ上の所定の部品搭載位置に移動させて、当該基板Ｋに対する電子部品Ｐの搭載を行なう。

一つの電子部品Ｐの搭載が完了すると、制御部６は、基板Ｋに対する電子部品Ｐの搭載動作を順次制御する。

比較例においては、軸強度部材４１１Ａの窓４１１Ｂにより磁石４１１Ｃを保持しつつ、窓４１１Ｂ以外の部分により軌道面としての剛性を確保することができる。

なお、図１１（分解斜視図）及び図１２（三面図）に示す本発明の第１実施形態の如く、軸強度部材４１１Ａの断面を例えばＨ型としてフランジ４１１Ｆを設け、例えば円柱状の磁石４１１Ｃを、軸強度部材４１１Ａにフランジ４１１Ｆから形成した孔４１１Ｇに該フランジ端面から挿入配置して、例えば接着により固定することも可能である。

本実施形態によれば、磁石４１１Ｃの側面を露出させつつ、フランジ４１１Ｆにより十分な強度を確保することができる。又、磁石が円柱状であるため、可動子の通過に伴って磁石４１１Ｃが可動子方向に吸い寄せられても、十分な保持力を有する。なお、フランジ４１１Ｆは、いずれか一方のみでも良い。

又、磁石の形状も円柱状に限定されず、図１３（斜視図）及び図１４（断面図）に示す第２実施形態のように角柱状であってもよい。

又、前記実施形態においては、いずれも磁石４１１Ｃの側面が露出するようにされていたため、高い磁界強度を得ることが可能であるが、図１５（斜視図）及び図１６（平面図）に示す第３実施形態のように、軸強度部材４１１Ａの一部が薄く残っていても構わない。

又、軸強度部材４１１Ａも一体物に限定されず、図１７に示す第４実施形態（第１実施形態に対応）や図１８に示す第５実施形態（第３実施形態に対応）のように、上下のフランジ４１１Ｆと中央部４１１Ｈに分割して、例えば止めねじ４１１Ｉで固定することもできる。

このようにして吸着搭載に用いるヘッドと独立に動く必要のあるヘッドや、認識カメラ又は光学ユニット又はＢＯＣ（Board On Clip）カメラの全て又は一部を磁石の両面に設置することで、モータ用磁石の両面を使用することができる。これにより、磁石を２セット用意せずに同一の効果を得ることができ、コストを削減することができる。又、同一面にこれらの駆動系を設ける場合に比べ、Ｘ方向の占有長さが短くなり、マシンの小型化に繋がる。

磁石を軸強度部材に埋め込んだ固定子を示す斜視図 同じく片面固定子を示す斜視図 同じく両面固定子の問題点を示す斜視図 本発明に係るリニアモータが採用された部品搭載装置の全体構成を示す平面図 同じく制御系の構成を示すブロック図 同じくリニアモータを示す斜視図 同じく断面図 リニアモータの固定子の比較例の構成を示す分解斜視図 同じく三面図 同じく変形例の要部を示す斜視図 本発明に係るリニアモータの固定子の第１実施形態の構成を示す分解斜視図 同じく三面図 本発明に係るリニアモータの固定子の第２実施形態の構成を示す斜視図 同じく断面図 本発明に係るリニアモータの固定子の第３実施形態の構成を示す分解斜視図 同じく水平断面図 本発明に係るリニアモータの固定子の第４実施形態の構成を示す分解斜視図 本発明に係るリニアモータの固定子の第５実施形態の構成を示す分解斜視図

符号の説明

１００…部品搭載装置
４１…リニアモータ
４１１…固定子
４１１Ａ…軸強度部材
４１１Ｂ…窓
４１１Ｃ…磁石
４１１Ｆ…フランジ
４１１Ｇ…孔
４１４Ａ、４１４Ｂ…可動子

Claims (3)

1. 軸方向に沿って並設された永久磁石を含む固定子と、該固定子の両面に沿ってそれぞれ移動する複数の可動子とを有するリニアモータであって、
   前記固定子が、軸方向に伸びる軸強度部材と、該軸強度部材に埋設された永久磁石を含むと共に、
   前記軸強度部材がフランジを有し、前記永久磁石が、該軸強度部材にフランジ側から形成された、軸方向に列をなす孔に、該フランジ側の端面から挿入配置されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記永久磁石の側面が露出するようにされていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 請求項１又は２に記載のリニアモータにより、少なくとも部品搭載ヘッドを駆動するようにされていることを特徴とする部品搭載装置。

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