JP2009171665A - リニアモータ及び部品移載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製の磁石カバーで保護した永久磁石で発生する磁束と、電機子で発生する磁束との相互作用により可動部を駆動するリニアモータにおいて、長期間安定して可動部を駆動する。
【解決手段】永久磁石６の内部で発生する熱や電機子３で発生して可動子（樹脂層１０＋永久磁石６＋ヨーク５）に与えられる輻射熱は可動ベース４の一方端部側面を介して放熱部４ｄに伝達される。そして、こうして放熱部４ｄに伝達してきた熱は可動ベース４の移動中に効率的に放熱される。その結果、磁石カバーとして機能する樹脂層１０への蓄熱が抑制されて樹脂層１０の劣化が効果的に防止される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ベースプレートに対して可動部を直線的に移動させるリニアモータおよび該リニアモータを用いた部品移載装置に関するものである。

電子部品などの部品をハンドリングする部品移載装置、半導体装置や液晶表示装置などを製造するための製造装置などを中心として、リニアモータの用途が年々拡大している。リニアモータは、複数のコイルが磁極鉄心に列設された１次側要素と、強磁性材料より形成されたヨークに複数の永久磁石が列設された２次側要素とを有しており、永久磁石がコイルに対向しながら離間配置されている。そして、コイルに印加する駆動電流を制御することによって磁極鉄心の磁界を移動させることによって、１次側要素（または２次側要素）が２次側要素（または１次側要素）に対して相対移動する。

このように構成されたリニアモータでは、磁極側表面と磁石側表面の間隔、いわゆるエアギャップを可能な限り小さく設定するのが望ましいが、リニアモータの駆動中に両者が接すると、永久磁石が損傷してしまうことがある。そこで、これを防止するために、永久磁石を樹脂製のマグネットケースや磁石カバーで覆って保護する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１１９０３９号公報（図１、図２）

ところで、磁石カバーを設置する主目的は、単に永久磁石の表面を保護する点のみならず、エアギャップに異物が進入した際に樹脂内に埋没されて電機子の磁極側表面を保護する点にもある。しかしながら、リニアモータの駆動中に発生する熱により次のような問題が発生することがあった。すなわち、リニアモータでは、電機子のコイルに駆動電流を印加することにより電機子側で熱が発生し、磁極側表面からの輻射熱が永久磁石側に放射される。このように永久磁石を保護する磁石カバーに対して種々の熱が与えられており、リニアモータの長期使用中に磁石カバーを構成する樹脂が劣化して硬化することがあった。その結果、エアギャップに異物が進入してきた際に、当該異物に応じて磁石カバーが柔軟に変形することができず、異物を埋没させることが困難となってしまうことがあった。また、樹脂材料の劣化によって磁石カバーの一部あるいは全部が脱落してしまい永久磁石が露出してしまうことがあった。その結果、リニアモータを長期に渡って安定して使用することが難しかった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、樹脂製の磁石カバーで保護した永久磁石で発生する磁束と、電機子で発生する磁束との相互作用により可動部を駆動するリニアモータにおいて、長期間安定して可動部を駆動することを第１の目的とする。

また、この発明は上記リニアモータを用いた部品移載装置を提供することを第２の目的とする。

この発明にかかるリニアモータは、上記第１の目的を達成するため、ベースプレートと、ベースプレートに対して所定の移動方向に移動自在となっている可動部と、移動方向と直交する幅方向の可動部の一方端部側面に対して移動方向に延設されたヨークと、移動方向に配列された状態でヨークに固定された複数の永久磁石と、複数の永久磁石を覆うように設けられた樹脂製の磁石カバーとを有する可動子と、幅方向に可動子から離間して対向するようにベースプレートに対して移動方向に延設された電機子とを備え、可動部は可動子から一方端部側面を介して伝達されてくる熱を一方端部側面から離間した位置で放熱する放熱部を有することを特徴としている。

このように構成された発明では、可動部に対し、その一方端部側面に可動子が設けられるとともに、その一方端部側面から離間した位置に放熱部が設けられている。このため、電機子で発生して可動子に与えられる輻射熱は可動部の一方端部側面を介して放熱部に伝達される。この放熱部は可動部に設けられており、可動部の移動中に一方端部側面を介して放熱部に伝達してきた熱が効率的に放熱される。このため、磁石カバーへの蓄熱が抑制されて磁石カバーの劣化が効果的に防止される。また、可動部の一方端部側面に永久磁石を保持するヨークを設けているので、ヨークは変形し難く、当該ヨークに永久磁石を保持することで電機子の磁極側表面と可動子の磁石側表面の間隔、いわゆるエアギャップの変動が抑制される。したがって、長期間安定した推進力で可動部を駆動することができる。

ここで、放熱部を次のように構成することで移動中での放熱効率を高めることができる。例えば、可動部の表面領域のうち一方端部側面と異なる表面領域に設けられた複数のリブにより放熱部を構成してもよい。この放熱部によれば、放熱面積が増大して放熱効率を高めることができる。

また、可動部の表面領域のうち一方端部側面と異なる表面領域に貫通孔を放熱部として設けてもよい。このように貫通孔を設けた場合、可動部の移動により貫通孔の開口付近で空気が撹拌され、貫通孔付近の表面領域での放熱効率が高まる。また、このように構成された貫通孔に連通する内部空間を可動部に形成し、可動部の駆動中に放熱部から放熱された熱により暖められた空気を貫通孔および内部空間を介して可動部の外部に廃棄可能に構成してもよい。このような構成を採用したことにより、暖められた放熱部周囲の空気が廃棄されるのと入れ替わりに、比較的冷たい空気が放熱部周囲に流れ込んで放熱効率をさらに高めることができる。なお、貫通孔に複数のリブを設けて放熱効率のさらなる向上を図ってもよい。

また、この発明にかかる部品移載装置は、部品収容部から部品搭載領域に部品を移載するものであって、上記第２の目的を達成するため、ベース部材と、ベース部材に対して上下方向に移動自在に支持され、先端部に吸着ノズルが取り付けられるとともに、後端部に接続された負圧配管を介して供給される負圧を吸着ノズルに与えるノズルシャフトと、ノズルシャフトを上下方向に駆動する上下駆動機構とを有する、ヘッドユニットと、部品収容部の上方位置と部品搭載領域の上方位置との間でヘッドユニットを移動させるヘッド駆動手段とを備え、上下駆動機構が請求項１ないし５のいずれかに記載のリニアモータであり、リニアモータは移動方向が上下方向と平行となるようにベース部材に取り付けられ、リニアモータの可動部がノズルシャフトに連結されていることを特徴としている。

このように構成された部品移載装置では、上記リニアモータの可動部がノズルシャフトに連結されて可動部を駆動することでノズルシャフトが上下方向に駆動される。このように長期間安定して可動部を駆動することができるリニアモータを用いてノズルシャフトを駆動するように構成しているため、ノズルシャフトの先端部に取り付けられた吸着ノズルによる部品移送を安定して行うことができ、装置の信頼性を高めることができる。

本発明は、ベースプレートに対して可動部を直線的に移動させるリニアモータおよび当該リニアモータを用いた部品移載装置に関するものであり、以下においては、本発明にかかるリニアモータと、同リニアモータを用いた部品移載装置の一実施形態である表面実装機に分けて詳述する。

＜リニアモータ＞
図１は本発明にかかるリニアモータの第１実施形態を示す斜視図である。また、図２は図１のリニアモータのＡ−Ａ線断面図である。さらに、図３は図１のリニアモータの分解組立斜視図である。なお、これらの図面及び後で説明する図面では、各図の方向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が示されている。これら３つの方向Ｘ、Ｙ、ＺのうちＺ方向が本発明の「移動方向」に相当し、Ｙ方向が本発明の「幅方向」に相当し、Ｘ方向が「移動方向」および「幅方向」の両方向に直交する「厚み方向」に相当している。

この単軸リニアモータＬＭは所定の移動方向Ｚに伸びる薄型トレイー状のベースプレート１を有している。このベースプレート１では、図３に示すように、その内底面がベース面１ａとなっており、ベースプレート１の（＋Ｙ）方向側端部、（−Ｙ）方向側端部および（＋Ｚ）方向側端部に立壁１ｂ〜１ｄが厚み方向（＋Ｘ）にそれぞれ立設され、これらの立壁１ｂ〜１ｄとベース面１ａにより上方向（＋Ｘ）に開口する凹部１ｅが形成されている。そして、当該凹部１ｅにリニアモータＬＭの構成部品が後述するように収容される。なお、この実施形態では、アルミニウム合金等によりベース面１ａと立壁１ｂ〜１ｄを一体的に成形して非磁性のベースプレート１を構成しているが、ベース面１ａと立壁１ｂ〜１ｄを個別に形成した上、これらの構成要素を組み付けてベースプレート１を構成してもよい。このようにベースプレート１を非磁性体材料で構成しているが、ベースプレート１を樹脂材料で構成してもよいことは言うまでもない。なお、図１および図２中の符号１ｈはリターンスプリングを取り付けるためのスプリング係合部である。

このように、本実施形態では、（＋Ｘ）方向がベース面１ａの法線方向に相当しており、この法線方向（＋Ｘ）に延びる立壁１ｂ〜１ｄとベース面１ａに囲まれた空間、つまり凹部１ｅの内部空間がリニアモータの各構成要素を収納する収納空間となっている。また、本実施形態では、移動方向Ｚのベースプレート１の両端部のうち（−Ｚ）側端部には立壁は形成されておらず、（−Ｚ）側端部が開放部１ｊとなって凹部１ｅの内部空間（収納空間）と当該空間の外部とを連通している。このように開放部１ｊを設けることによって、本実施形態では後述する可動ベースの（−Ｚ）側端部およびブロック部材の一部が移動方向Ｚへの可動ベースの駆動に応じて凹部１ｅの内部空間に対して出入移動されるように構成している。

このベース面１ａ上には、１本のリニアガイド２がＺ方向に延設されている。すなわち、ベースプレート１に対して移動方向Ｚに延びる直線状のレール２ａが固定されるとともに該レール２ａに沿って２つのスライダ２ｂ１、２ｂ２が移動方向Ｚにスライド自在に（Ｙ方向及びＸ方向に規制されて）取り付けられている。また、レール２ａからのスライダ２ｂ１、２ｂ２の抜け落ちを防止するために、２つのリニアガイドストッパ２ｃ１、２ｃ２がベースプレート１のベース面１ａに取り付け可能となっている。

また、これらのスライダ２ｂ１、２ｂ２に対して逆凹状またはＨ字状の断面を有する可動ベース４が取り付けられ、Ｚ方向に移動自在となっている。より詳しくは、可動ベース４はＸＹ断面にて逆凹形状を有する内部空間４ｃ（図３、図４）を有しており、この内部空間の天井面がスライダ２ｂ１、２ｂ２の上面上に位置した状態で、可動ベース４がスライダ２ｂ１、２ｂ２に固定されている。また、可動ベース４の軽量化を図るために、本実施形態では、複数個の貫通孔４ａが可動ベース４の天井面に形成されている。このように本実施形態では、可動ベース４およびスライダ２ｂ１、２ｂ２が一体的に移動方向Ｚに移動自在となっており、本発明の「可動部」に相当している。そして、次に説明するように可動ベース４の（−Ｙ）側端部側面に可動子が取り付けられる一方、（＋Ｙ）側端部側面にリニアスケール７ｂが取り付けられている。

各貫通孔４ａは、可動ベース４の軽量化以外に、本発明の「放熱部」としても機能しており、後述するように可動ベース４を駆動している際に発生する熱を放熱する。また、各貫通孔４ａは内部空間４ｃと連通されており、上記のように放熱部から放熱されて暖められた放熱部周囲の空気を内部空間４ｃを介して可動ベース４の外部に廃棄可能となっている。これらの放熱構造および作用効果については後で詳述する。

図４は可動部材と可動子の取付構造を示す斜視図であり、また図５は可動部材と可動子の取付構造を示す図である。これらの図に示すように、可動ベース４の（−Ｙ）側端部側面に強磁性材料より形成されたヨーク５が取り付けられ、さらに当該ヨーク５の表面には、Ｎ極側が該表面に対向する永久磁石６と、Ｓ極側が該表面に対向する永久磁石とが、交互にＺ方向に沿って複数（この実施形態では１４個）配列されて取り付けられており、これら永久磁石６とヨーク５によりリニアモータＬＭの可動子が構成されている。また、この実施形態では、永久磁石６は樹脂層１０によりモールドされて表面保護されており、永久磁石６の破損などを効果的に防止することができる。このように本実施形態では、樹脂層１０が本発明の「磁石カバー」に相当している。さらに、可動ベース４の（−Ｙ）側端部側面では、可動子（樹脂層１０＋永久磁石６＋ヨーク５）の（−Ｚ）側に雌ネジ部４ｂが２箇所形成されている。これらの雌ネジ部４ｂは可動ベース４の（−Ｙ）側端部に被駆動物を直接または連結部を介して取り付けるためのものである。例えば後で説明する表面実装機では、雌ネジ部４ｂを用いて可動ベース４に連結部を連結し、さらに当該連結部にノズルシャフトを被駆動物として接続している。つまり、雌ネジ部４ｂを用いて可動ベース４の端部に連結される、連結部を介して被駆動物を可動ベース４に取付可能となっている。なお、それについては後の「表面実装機」の項で詳述する。

このように構成された可動子（樹脂層１０＋永久磁石６＋ヨーク５）の幅方向（−Ｙ）側に電機子３が配置され、ベースプレート１のベース面１ａに固定されている。この電機子３は、コア３ａと、複数の中空形状のボビン３ｂと、各ボビン３ｂの外周部に電線を巻きつけてなるコイル３ｃとで構成されている。このコア３ａはＺ方向に延びる矩形プレート部から一定間隔で（＋Ｙ）方向に設けられた歯部を有する櫛型形状の珪素鋼板を複数枚Ｘ方向に積層したものである。このように構成されたコア３ａでは、複数の歯部がＺ方向に一定間隔で並設されて歯部列を形成している。そして、各歯部に対し、予めコイル３ｃが巻き付けられたボビン３ｂが装着されている。こうして、複数（この実施形態では９個）のコア３ａの歯部とこの歯部の周りに巻かれたコイル３ｃがＺ方向に同一間隔で設けられて電機子３を構成しており、可動子（樹脂層１０＋永久磁石６＋ヨーク５）に対向配置されている。なお、本実施形態では、図２（ｂ）に示すようにコイル３ｃが巻かれたコア３ａの歯部の先端面８と、その先端面８の対向面となる可動子の永久磁石６の対向面８’との共通の法線８ａが移動方向Ｚおよび幅方向Ｙを含むＹＺ平面に対して平行となるように、電機子３は構成されている。そして、図示を省略するモータコントローラから各コイル３ｃに所定の順番で通電が行われると、上記のように先端面８の磁極と対向面８’の磁極の相互作用により可動子（樹脂層１０＋永久磁石６＋ヨーク５）にＺ方向の推力が生じて可動ベース４をＺ方向に駆動する。

また、本実施形態では、可動子に永久磁石を用い、固定子に磁性体で構成されるコア３ａを用いているため、コア３ａの歯部と可動子の永久磁石との間にコギング力が発生する。「コギング力の発生」とは、従来周知のようにコア３ａの歯部位置により永久磁石６の磁束密度が変化し、これによって磁気エネルギーが変化するため、電機子３に作用する電磁気力の脈動が生じる現象である。そこで、コギング力を低減するために、電機子３の歯部列の両端に磁性体からなるサブティース９ａ、９ｂが設けられている。すなわち、歯部列の（＋Ｚ）側において歯列ピッチと一致あるいは異なる所望の位置にサブティース９ａが、また（−Ｚ）側において同歯列ピッチと一致あるいは異なる所望の位置にサブティース９ｂが、永久磁石６からの離間距離がそれぞれ所望の距離となるように、それぞれベースプレート１のベース面１ａに対して着脱自在に設けられている。

ところで、上記のように構成したリニアモータＬＭでは、コア３ａに繋がるプレート部位がサブティース９ａ、９ｂの近傍まで延ており、電機子のコアとサブティースとが磁気的結合を生じ、磁束密度分布の偏在を生じてしまう。このため、サブティース９ａ、９ｂを所定の位置に配置しただけでは、安定したコギング力低減機能を発揮できない場合がある。特に、加速・減速時等において、あるいは作動条件（加速後の一定移動速度）そのものが変化する場合においては、コイル３ｃに流れる電流量が想定値より変化し、サブティース９ａ、９ｂにおける永久磁石との対向面の磁極あるいはその強さが所望のものとはならず、サブティース９ａ、９ｂによるコギング力低減の効果が必ずしも得られない場合がある。そこで、本実施形態では、サブティース９ａ、９ｂによるコギング力の低減効果を補うために、サブティース９ａ、９ｂとベースプレート１の間に磁性体プレート１１が設けられている。より詳しくは、次のように構成されている。

図６はサブティースと磁性体プレートの配置関係を示す平面図である。同図においては、サブティース９ａ、９ｂに対する磁性体プレート１１の相対位置と、磁性体プレート１１の平面形状を明確にするため、磁性体プレート１１にハッチングを付している。ベースプレート１のベース面１ａには、磁性体プレート１１の平面形状とほぼ同一形状のプレート嵌合部１ｇが（−Ｘ）方向に形成されている（図２（ａ）参照）。そして、当該プレート嵌合部１ｇに磁性体プレート１１が嵌合されて磁性体プレート１１の表面がベース面１ａと面一状態となっている。この磁性体プレート１１の配設によって、Ｙ−Ｚ面上においてコア３ａ，サブティース９ａ、永久磁石６、ヨーク５、隣の永久磁石６、そして隣の歯部を通ってコア３aに到る磁束だけでなく、サブティース９ａ、永久磁石６、ヨーク５、磁性体プレート１１を通じてサブティース９ａに到るＸ−Ｙ面上の磁束が発生し、コギング力の効果的な低減を図っている。

上記のように可動子（樹脂層１０＋永久磁石６＋ヨーク５）と電機子３で発生する磁束の相互作用により可動ベース４が移動方向Ｚに駆動されるが、可動ベース４が所定の移動範囲を超えてしまうのを防止するために、ベースプレート１のベース面１ａに２つの移動規制ストッパ１２ａ、１２ｂが取付可能となっている。

また、可動ベース４の位置を正確に検出するため、可動ベース４の反電機子側、つまり（＋Ｙ）側にセンサ７ａとリニアスケール７ｂを有する検出ユニット７が設けられている。このリニアスケール７ｂは可動ベース４の（＋Ｙ）側端部側面に対してＺ方向に延設されている。また、リニアスケール７ｂの（−Ｙ）側でセンサ７ａがベースプレート１に固定配置されている。このため、可動ベース４のＺ方向移動に応じてリニアスケール７ｂのうちセンサ７ａと対向する領域が変位し、その変位に基づき移動方向Ｚにおける可動ベース４の位置を正確に検出することが可能となっている。

このセンサ７ａはセンサ制御ユニット７ｃと一体的に構成されており、この構造体（センサ７ａ＋センサ制御ユニット７ｃ）は図３に示すように立壁１ｂに形成された切欠部１ｆを介して凹部１ｅに対して挿脱自在となっている。すなわち、構造体は切欠部１ｆを介してベースプレート１内に挿入され、図２に示すように幅方向Ｙにおいてセンサ７ａがリニアスケール７ｂに対向して配置されるとともにセンサ制御ユニット７ｃがセンサ７ａの反リニアスケール側、つまり（＋Ｙ）側に配置された状態で、ベースプレート１に固定される。特に、この実施形態では、図２（ｃ）に示すように、リニアスケール７ｂの表面７ｅと、当該表面７ｅと対向するセンサ７ａのセンシング面７ｅ’との共通の法線７ｆが移動方向Ｚおよび幅方向Ｙを含むＹＺ平面に対して平行となるように、センサ７ａおよびリニアスケール７ｂの取付位置が設定されている。なお、センサ制御ユニット７ｃに埃やゴミなどの異物が進入を防止するため、上記構造体を取り付けた後にセンサカバー７ｄがセンサ制御ユニット７ｃを覆うようにベースプレート１の立壁１ｂに取り付けられている。

なお、この実施形態では、可動ベース４にリニアスケール７ｂを取り付ける一方、ベースプレート１にセンサ７ａを配置しているが、センサ７ａとリニアスケール７ｂを逆転配置してもよい。また、検出ユニット７の構成要素（センサ７ａ、リニアスケール７ｂ）の一方を可動ベース４に取り付ける代わりに、スライダ２ｂ１、２ｂ２に取り付けるように構成してもよい。また、検出ユニット７の検出方式としては、磁気を用いた磁気方式であっても、光学方式であってもよい。

次に、可動ベース４に設けた放熱構造および作用効果について図１〜図４を参照しつつ説明する。第１実施形態では、可動ベース４の一方端部側面に可動子（永久磁石６＋ヨーク５）を取り付けているが、その一方端部側面から離間した位置に放熱部４ｄが設けられている。より詳しくは、可動ベース４の天井面に貫通孔４ａが形成されており、可動ベース４の表面領域のうち一方端部側面から離間した貫通孔形成領域が放熱部４ｄとして機能する。つまり、このように貫通孔４ａを設けることで、可動ベース４の移動により貫通孔４ａの開口付近に存在している空気が撹拌され、貫通孔４ａ付近の表面領域（貫通孔形成領域）で単位時間当りに放熱される熱量が増加して放熱効率が高まる。

また、これらの貫通孔４ａは可動ベース４の内部空間４ｃに連通されている。このため、可動ベース４の駆動中に放熱部４ｄから放熱された熱により暖められた貫通孔４ａの周囲（放熱部周囲）の空気が貫通孔４ａおよび内部空間４ｃを介して可動ベース４の外部に廃棄される。特に、第１実施形態では、移動方向Ｚのベースプレート１の両端部のうち（−Ｚ）側端部が開放部１ｊとなっており、貫通孔４ａを介して内部空間４ｃに導かれた暖かい空気はさらに可動ベース４の移動に伴って開放部１ｊを介してリニアモータＬＭの外部に廃棄される。このような空気の流れが発生するため、放熱部４ｄの周囲では暖められた空気と入れ替わりに比較的冷たい空気が流れ込んで放熱効率をさらに高めることができる。

以上のように、第１実施形態によれば、永久磁石６の内部で発生する熱や電機子３で発生して可動子（樹脂層１０＋永久磁石６＋ヨーク５）に与えられる輻射熱は可動ベース４の一方端部側面を介して放熱部４ｄに伝達される。そして、こうして放熱部４ｄに伝達してきた熱は可動ベース４の移動中に効率的に放熱される。その結果、磁石カバーとして機能する樹脂層１０への蓄熱が抑制されて樹脂層１０の劣化を効果的に防止することができる。また、可動ベース４の一方端部側面に永久磁石６を保持するヨーク５を取り付けているので、ヨーク５は変形し難くなっている。そして、当該ヨーク５に永久磁石６が保持されているため、電機子３の磁極側表面と可動子の磁石側表面の間隔、いわゆるエアギャップの変動が抑制される。したがって、長期間安定した推進力で可動ベース４を駆動することができる。

なお、本発明にかかるリニアモータは上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記第１実施形態では、貫通孔４ａによって放熱部４ｄを形成しているが、当該放熱部４ｄに代えて、あるいは当該放熱部４ｄに加えて別の放熱部を設けてもよい。例えば図７（ａ）に示す本発明の第２実施形態にかかるリニアモータＬＭでは、放熱部４ｄに加えて、可動ベース４の天井面に複数のリブ４ｅを可動ベース４と一体あるいは別体で立設させてなる放熱部４ｆが設けられている。このように広い放熱面積を有する放熱部４ｆを設けることで可動ベース４の一方端部側面を介して伝達されてくる熱が効率的に放熱されて樹脂層１０への蓄熱が抑制される。

ここで、リブ４ｅのＸ方向高さについては、同図（ａ）に示すように、可動ベース４の天井面を超えないように設定するのが望ましい。つまり、可動ベース４の天井面に凹部４ｇを形成する（可動ベース４の断面形状を略Ｈ字状に仕上げる）とともに、その凹部４ｇの深さの範囲内でリブ４ｅを形成するのが望ましい。このように構成することで可動ベース４の天井面から（＋Ｘ）方向にリブ４ｅが突出するのを防止することができ、後述するように複数のリニアモータＬＭをＸ方向に良好に積層配置することが可能となる。

また、リブ４ｅの配設位置は凹部４ｇに限定されるものではなく、例えば同図（ｂ）に示すように貫通孔４ａ内に設けてもよく、この場合、各リブ４ｅの（−Ｘ）側端部を可動ベース４の内部空間４ｃに延ばして放熱面積を広げることができる。また、貫通孔４ａでの空気撹拌も活発となって放熱効率を高めることができる。さらに、各リブ４ｅが貫通孔４ａの周囲で暖められた空気を内部空間４ｃに効率よく案内して可動ベース４からの廃棄を促進させることができる。

また、上記第１実施形態では、図２（ｃ）に示すように、センサ７ａおよびリニアスケール７ｂの対向面７ｅの法線７ｆが移動方向Ｚおよび幅方向Ｙを含む平面に対して平行となるように、検出ユニット７が設けられているが、検出ユニット７の構成はこれに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、可動ベース４の（−Ｙ）側にのみ可動子および電機子（固定子）３を配置して可動ベース４を駆動しているが、可動ベース４の（＋Ｙ）側にも可動子および電機子（固定子）３を配置してもよい。このように構成することで可動ベース４を駆動するための推進力をさらに高めることができる。

また、上記実施形態では、ベースプレート１の（＋Ｘ）側を開口した状態のままリニアモータＬＭを作動させるように構成しているが、例えばリニアモータＬＭの（＋Ｘ）側にサイドプレートを配置し、凹部１ｅの内部空間（収納空間）および当該内部空間に挿入配置された可動部（スライダ２ｂ１、２ｂ２）、固定子（電機子３）および可動子（永久磁石６＋ヨーク５）を法線方向（＋Ｘ）側から覆うように、立壁１ｂ〜１ｄの頂部に取り付けもよい。このサイドプレートの取付によってモータ外部からの異物の侵入を効果的に防止することができるとともに、当該リニアモータと当該モータ以外の構成部品とが干渉するのを防止することができる。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態ではスライダ２ｂ１，２ｂ２に固定された可動ベース４の幅方向Ｙの端部側面にヨーク５を取り付け、さらに当該ヨーク５に永久磁石６を取り付けているが、可動ベース４を強磁性材料で形成し、当該可動ベース４の幅方向Ｙの端部側面に直接永久磁石６をＺ方向に延設し、磁気回路を形成してもよい。この場合、可動ベース４は本発明の「可動部」に相当するのみならず、「ヨーク」としても機能する。

また、上記実施形態のいずれも、いわゆる単軸リニアモータであるが、図８に示すように２つの単軸リニアモータＬＭ１、ＬＭ２を組み合わせて多軸リニアモータＭＬＭを構成してもよい。

図８は本発明にかかる多軸リニアモータの一実施形態を示す斜視図である。この実施形態では、第１実施形態にかかる単軸リニアモータと同一構成を有するものを２個準備し、その一方のリニアモータＬＭ１の立壁１ｂ〜１ｄの（＋Ｘ）側端面がもう一方のリニアモータＬＭ２のベースプレート１の裏面に当接してリニアモータＬＭ１、ＬＭ２がＸ方向に積層配置されて多軸リニアモータＭＬＭが形成されている。また、各リニアモータＬＭ１、ＬＭ２のベースプレート１には、３個の貫通孔１ｐ〜１ｒが形成されている。そして、リニアモータＬＭ１、ＬＭ２の貫通孔１ｐを貫くようにボルト１３ｐが挿通されるとともに、ボルト１３ｐの先端部に対してナット１４ｐが螺合される。また、他の貫通孔１ｑ、１ｒについても、貫通孔１ｐと同様に、ボルト１３ｑ、１３ｒが挿通されるとともにナットが螺合される。また、各単軸リニアモーターＬＭ１、ＬＭ２に各々２個づつ取り付けられる位置決めピン２０が貫通穴２１（図３参照）の（−Ｘ）側端部に嵌合して位置決めを果たす。このように３箇所でリニアモータＬＭ１、ＬＭ２が相互に締結固定されて一体化されて２軸のリニアモータＭＬＭが形成される。

このように構成された２軸のリニアモータＭＬＭでは、第１実施形態にかかる薄型のリニアモータＬＭ１、ＬＭ２をＸ方向に積層配置したものであるため、２軸のＸ方向ピッチを狭く設定することができる。また、各リニアモータＬＭ１、ＬＭ２では、可動子や電機子（固定子）などの全構成部品の厚み（Ｘ方向の長さ）はベースプレート１の立壁１ｂ〜１ｄのそれ以下となっており、しかもリニアモータの主要構成（可動部、電機子３および可動子）はベース面１ａと立壁１ｂ〜１ｄで囲まれた凹部１ｅの内部空間（収納空間）に収納されている。このため、２軸の相対位置を高精度に保ちながらモータ組立を容易に行うことができる。

また、上記したように構成された単軸リニアモータを複数個、ベース面１ａの法線方向（＋Ｘ）と平行な積層方向に積層配置することで多軸リニアモータＭＬＭが構成されているので、２つの可動部を互いに干渉させることなく、それぞれ独立して移動方向に駆動可能となっている。また、この積層構造を採用した結果、積層方向（＋Ｘ）の上流側に位置する上流側単軸リニアモータＬＭ１の凹部１ｅの内部空間（収納空間）が上流側単軸リニアモータＬＭ１の下流側で隣接する下流側単軸リニアモータＬＭ２のベースプレート１の裏面、つまり反ベース面１ｋで覆われる。このため、上流側単軸リニアモータＬＭ１への異物の侵入を効果的に防止することができる。ここで、下流側単軸リニアモータＬＭ２の（＋Ｘ）側にサイドプレート（図示省略）を配置し、凹部１ｅの内部空間（収納空間）および当該内部空間に挿入配置された可動部（スライダ２ｂ１、２ｂ２）、固定子（電機子３）および可動子（永久磁石６＋ヨーク５）を法線方向（＋Ｘ）側から覆うように、立壁１ｂ〜１ｄの頂部に取り付けもよい。このサイドプレートＳＰの取付によって下流側単軸リニアモータＬＭ２についても異物の侵入を効果的に防止することができる。

なお、上記多軸リニアモータＭＬＭでは、第１実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭを２個組み合わせているが、第２実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭ（図７（ａ）、（ｂ））を２個組み合わせてもよい。また、第１実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭ（図１）と第２実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭ（図７（ａ）、（ｂ））を積層方向（＋Ｘ）に積層配置して多軸リニアモータを構成してもよい。

また、組み合わせる単軸リニアモータの数は「２」に限定されるものではなく、３以上の単軸リニアモータを組み合わせて多軸リニアモータＭＬＭを構成することができる。例えば、次に説明する表面実装機では、１０本の吸着ノズルを用いて部品を移載するために各吸着ノズルを上下方向に駆動する上下駆動機構を装備するが、１０個の単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０を組み合わせた多軸リニアモータＭＬＭを当該上下駆動機構として用いることができる。

＜表面実装機＞
図９は本発明にかかる部品移載装置の一実施形態である表面実装機の概略構成を示す平面図である。また、図１０はヘッドユニットの正面図および側面図である。さらに、図１１は図９に示す表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。なお、これらの図面及び後で説明する図面では、上記したリニアモータの移動方向Ｚ、幅方向Ｙおよび厚み方向Ｘに対応した三次元の座標系を採用している。

この表面実装機ＭＴでは、基台１１１上に基板搬送機構１０２が配置されており、基板１０３を所定の搬送方向Ｘに搬送可能となっている。より詳しくは、基板搬送機構１０２は、基台１１１上において基板１０３を図９の右側から左側へ搬送する一対のコンベア１２１、１２１を有している。これらのコンベア１２１、１２１は表面実装機ＭＴ全体を制御する制御ユニット１０４の駆動制御部１４１により制御される。すなわち、コンベア１２１，１２１は駆動制御部１４１からの駆動指令に応じて作動し、搬入されてきた基板１０３を所定の実装作業位置（同図に示す基板１０３の位置）で停止させる。そして、このように搬送されてきた基板１０３は図略の保持装置により固定保持される。この基板１０３に対して部品収納部１０５から供給される電子部品（図示省略）がヘッドユニット１０６に搭載された吸着ノズル１６１により移載される。また、基板１０３に実装すべき部品の全部について実装処理が完了すると、基板搬送機構１０２は駆動制御部１４１からの駆動指令に応じて基板１０３を搬出する。

基板搬送機構１０２の両側には、上記した部品収納部１０５が配置されている。これらの部品収納部１０５は多数のテープフィーダ１５１を備えている。また、各テープフィーダ１５１には、電子部品を収納・保持したテープを巻回したリール（図示省略）が配置されており、電子部品を供給可能となっている。すなわち、各テープには、集積回路（ＩＣ）、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等の小片状のチップ電子部品が所定間隔おきに収納、保持されている。そして、テープフィーダ１５１がリールからテープをヘッドユニット１０６側に送り出すことによって該テープ内の電子部品が間欠的に繰り出され、その結果、ヘッドユニット１０６の吸着ノズル１６１による電子部品のピックアップが可能となる。

また、この実施形態では、基板搬送機構１０２の他に、ヘッド駆動機構１０７が設けられている。このヘッド駆動機構１０７はヘッドユニット１０６を基台１１１の所定範囲にわたりＸ方向及びＹ軸方向（Ｘ軸及びＺ方向と直交する方向）に移動するための機構である。そして、ヘッドユニット１０６の移動により吸着ノズル１６１で吸着された電子部品が部品収納部１０５の上方位置から基板１０３の上方位置に搬送される。すなわち、ヘッド駆動機構１０７は、Ｘ方向に延びる実装用ヘッド支持部材１７１を有しており、この実装用ヘッド支持部材１７１はヘッドユニット１０６をＸ軸に沿って移動可能に支持している。また、実装用ヘッド支持部材１７１は、両端部がＹ軸方向の固定レール１７２に支持され、この固定レール１７２に沿ってＹ軸方向に移動可能になっている。さらに、ヘッド駆動機構１０７は、ヘッドユニット１０６をＸ方向に駆動する駆動源たるＸ軸サーボモータ１７３と、ヘッドユニット１０６をＹ軸方向に駆動する駆動源たるＹ軸サーボモータ１７４とを有している。モータ１７３はボールねじ１７５に連結されており、駆動制御部１４１からの動作指令に応じてモータ１７３が作動することでヘッドユニット１０６がボールねじ１７５を介してＸ方向に駆動される。一方、モータ１７４はボールねじ１７６に連結されており、駆動制御部１４１からの動作指令に応じてモータ１７４が作動することで実装用ヘッド支持部材１７１がボールねじ１７６を介してＹ軸方向へ駆動される。

ヘッド駆動機構１０７によりヘッドユニット１０６は電子部品を吸着ノズル１６１により吸着保持したまま基板１０３に搬送するとともに、所定位置に移載する（部品移載動作）。より詳しく説明すると、ヘッドユニット１０６は次のように構成されている。このヘッドユニット１０６では、鉛直方向Ｚに延設された実装用ヘッドが１０本、Ｘ方向（基板搬送機構１０２による基板１０３の搬送方向）に等間隔で列状配置されている。実装用ヘッドのそれぞれの先端部には、吸着ノズル１６１が装着されている。すなわち、図１０に示すように、各実装用ヘッドはＺ方向に伸びるノズルシャフト１６３を備えている。ノズルシャフト１６３の軸心部には、上方（Ｚ方向）に延びる空気通路が形成されている。そして、ノズルシャフト１６３の下方端部には、吸着ノズル１６１が接続されて空気通路と連通している。一方、上端部は開口しており、連結部１６４、接続部材１６５、空気パイプ１６６および真空切替バルブ機構１６７を介して真空吸引源および正圧源に接続される。

また、ヘッドユニット１０６では、ノズルシャフト１６３を上下方向Ｚに昇降させる上下駆動機構１６８が設けられており、駆動制御部１４１のモータコントローラ１４２により上下駆動機構１６８を駆動制御してノズルシャフト１６３を上下方向Ｚに昇降させ、これによって吸着ノズル１６１を上下方向Ｚに移動し、位置決めする。この実施形態では、１０個の単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０を組み合わせた多軸リニアモータＭＬＭを上下駆動機構１６８として用いている。なお、この構成の詳細については、後で詳述する。

また、吸着ノズル１６１をＲ方向に回転させるＲ軸サーボモータ１６９が設けられており、制御ユニット１０４の駆動制御部１４１からの動作指令に基づきＲ軸サーボモータ１６９が作動して吸着ノズル１６１をＲ方向に回転させる。したがって、上記のようにヘッド駆動機構１０７によってヘッドユニット１０６が部品収納部１０５に移動されるとともに、上下駆動機構１６８およびＲ軸サーボモータ１６９を駆動することによって、部品収納部１０５から供給される電子部品に対して吸着ノズル１６１の先端部が適正な姿勢で当接する。

図１２は上下駆動機構の構成を示す図である。この実施形態において上下駆動機構１６８として用いられている多軸リニアモータＭＬＭは図１２に示すように１０個の単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０と２枚のサイドプレートＳＰａ、ＳＰｂとで構成されている。これらの単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０はＸ方向に積層配置されている。また、リニアモータＬＭ１の（−Ｘ）側にサイドプレートＳＰａが配置される一方、リニアモータＬＭ１０の（＋Ｘ）側にサイドプレートＳＰｂが配置されており、これら２枚のサイドプレートＳＰａ、ＳＰｂにより単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０を挟み込んでいる。これらサイドプレートＳＰａ、ＳＰｂおよび単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０のいずれにも予め設定された位置に３つの締結用の貫通孔が形成されており、これらの締結用貫通孔に貫くようにボルト１３ｐ〜１３ｑが挿通されるとともに、ナットによって締結されてサイドプレートＳＰａ、単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０およびサイドプレートＳＰｂが一体化されて多軸リニアモータＭＬＭが形成されている。この多軸リニアモータＭＬＭは図１０に示すようにヘッドユニット１０６のベースプレート１６０に取り付けられる。なお、サイドプレートＳＰｂは、端部のリニアモータＬＭ１０の凹部１ｅ（図３参照）を覆うカバーとしても機能する。

また、各リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０の可動ベース４には、連結部１６４を介してノズルシャフト１６３が連結されている。各連結部１６４は図１０に示すようにＬ字状のブロック部材１６４ａとシャフトホルダ１６４ｂを備えている。各ブロック部材１６４ａでは、（＋Ｚ）方向に延びる端部により、ネジで可動ベース４に螺合されている。これによって、各リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０でブロック部材１６４ａが可動ベース４の下端部、つまり（−Ｚ）側端部に連結される。また、各ブロック部材１６４ａの（−Ｙ）方向に延びる端部の下面にシャフトホルダ１６４ｂが取り付けられ、シャフトホルダ１６４ｂの下面側、つまり（−Ｚ）方向側でノズルシャフト１６３を保持可能となっている。また、シャフトホルダ１６４ｂの（−Ｙ）側端部側面には接続部材１６５が取り付けられている。この接続部材１６５には空気パイプ１６６の一方端が接続されており、当該空気パイプ１６６を介して真空切替バルブ機構１６７から送られてくる空気をシャフトホルダ１６４ｂに送り込んだり、逆にシャフトホルダ１６４ｂから空気を空気パイプ１６６を介して真空切替バルブ機構１６７に吸引可能としている。このように空気パイプ１６６−シャフトホルダ１６４ｂ内の空気経路（図示省略）−ノズルシャフト１６３という経路で真空切替バルブ機構１６７と吸着ノズル１６１が接続されており、各吸着ノズル１６１に正圧を供給したり、逆に各吸着ノズル１６１に負圧を供給可能となっている。

なお、この実施形態では、多軸リニアモータＭＬＭは上下駆動機構１６８として用いられており、各可動ベース４の移動方向は上下方向Ｚと平行となっている。このため、各可動ベース４には垂直荷重が常時付与されている。そこで、各リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０では、リターンスプリング１５の上端部をベースプレート１のスプリング係合部１ｈに係合させるとともに、その下端部をブロック部材１６４ａの（−Ｙ）側端部に設けられたスプリング係合部１６４ｃに係合させ、このリターンスプリング１５により可動ベース４を上方側、つまり（＋Ｚ）方向側に付勢している。これによって、各リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０のコイル３ｃへの電流供給を停止している間に、可動ベース４はベースプレート１内に収納される。これにより各吸着ノズル１６１は上方に位置することになり、上下駆動機構１６８が電流停止により機能しない状態で、例えばＸ軸サーボモータ１７３やＹ軸サーボモータ１７４が作動したとしても、各吸着ノズル１６１、あるいは吸着されている電子部品が基板１０３やコンベア１２１等と干渉事故を起こすことがない。

このように構成された表面実装機では、制御ユニット１０４のメモリ（図示省略）に予め記憶されたプログラムにしたがって制御ユニット１０４の主制御部１４３が装置各部を制御してヘッドユニット１０６を部品収納部１０５の上方位置と基板１０３の上方位置の間を往復移動させる。また、ヘッドユニット１０６は部品収納部１０５の上方位置に停止した状態で上下駆動機構１６８およびＲ軸サーボモータ１６９を駆動制御して部品収納部１０５から供給される電子部品に対して吸着ノズル１６１の先端部を適正な姿勢で当接させるとともに、負圧吸着力を吸着ノズル１６１に与えることで、該吸着ノズル１６１による部品保持を行う。そして、部品を吸着保持したままヘッドユニット１０６は基板１０３の上方位置に移動した後、所定位置に移載する。このように部品収納部１０５から基板１０３の部品搭載領域に部品を移載する、部品移載動作が繰り返して行われる。

以上のように、この実施形態にかかる表面実装機では、図１に示す単軸リニアモータＬＭと同一構成を有する１０個のリニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０をＸ方向に積層配置してなる多軸リニアモータＭＬＭを用いてノズルシャフト１６３を上下方向Ｚに昇降駆動するように構成しているので、次のような作用効果が得られる。すなわち、上記したように優れた放熱構造により長期間安定して可動ベース４を駆動することができるリニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０を用いて上下駆動機構１６８を構成しているため、ノズルシャフト１６３の先端部に取り付けられた吸着ノズル１６１による部品移送を安定して行うことができ、装置の信頼性を高めることができる。

なお、上記実施形態では、第１実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭと同一構成のものを用いた多軸リニアモータＭＬＭを上下駆動機構として用いているが、第２実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭと同一構成のものを用いた多軸リニアモータ、第１実施形態および第２実施形態にかかる単軸リニアモータを組み合わせた多軸リニアモータなど、本発明にかかるリニアモータを複数個設けたものを用いることができる。

また、上記実施形態では、部品移載装置として機能する表面実装機ＭＴに対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、ＩＣハンドラー等の部品移載装置に対しても本発明を適用することができる。

本発明にかかるリニアモータの第１実施形態を示す斜視図である。 図１のリニアモータのＡ−Ａ線断面図である。 図１のリニアモータの分解組立斜視図である。 可動部材と可動子の取付構造を示す斜視図である。 可動部材と可動子の取付構造を示す図である。 サブティースと磁性体プレートの配置関係を示す平面図である。 本発明にかかるリニアモータの第２実施形態を示す部分拡大図である。 本発明にかかる多軸リニアモータの一実施形態を示す斜視図である。 本発明にかかる部品移載装置の一実施形態である表面実装機の概略構成を示す平面図である。 ヘッドユニットの正面図および側面図である。 図９に示す表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。 上下駆動機構の構成を示す図である。

符号の説明

１…ベースプレート
２ａ…レール
２ｂ１、２ｂ２…スライダ
３…電機子
４…可動ベース（可動部）
４ａ…貫通孔
４ｃ…内部空間
４ｄ、４ｆ…放熱部
４ｅ…リブ
５…ヨーク
６…永久磁石
１０…樹脂層（磁石カバー）
１０６…ヘッドユニット
１０７…ヘッド駆動機構
１６１…吸着ノズル
１６３…ノズルシャフト
１６８…上下駆動機構
ＬＭ、ＬＭ１〜ＬＭ１０…単軸リニアモータ
ＭＬＭ…多軸リニアモータ
ＭＴ…表面実装機（部品移載装置）
Ｘ…厚み方向（ベース面の法線方向）
Ｙ…幅方向
Ｚ…移動方向

Claims (6)

1. ベースプレートと、
   前記ベースプレートに対して所定の移動方向に移動自在となっている可動部と、
   前記移動方向と直交する幅方向の前記可動部の一方端部側面に対して前記移動方向に延設されたヨークと、前記移動方向に配列された状態で前記ヨークに固定された複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石を覆うように設けられた樹脂製の磁石カバーとを有する可動子と、
   前記幅方向に前記可動子から離間して対向するように前記ベースプレートに対して前記移動方向に延設された電機子とを備え、
   前記可動部は前記可動子から前記一方端部側面を介して伝達されてくる熱を前記一方端部側面から離間した位置で放熱する放熱部を有する
   ことを特徴とするリニアモータ。
2. 前記放熱部は前記可動部の表面領域のうち前記一方端部側面と異なる表面領域に設けられた複数のリブで構成されている請求項１記載のリニアモータ。
3. 前記放熱部は前記可動部の表面領域のうち前記一方端部側面と異なる表面領域に設けられた貫通孔で構成されている請求項１記載のリニアモータ。
4. 前記可動部は前記貫通孔に連通された内部空間を有しており、
   前記移動方向への前記可動部の駆動中に、前記放熱部から放熱された熱により暖められた空気を前記貫通孔および前記内部空間を介して前記可動部の外部に廃棄可能となっている請求項３記載のリニアモータ。
5. 前記放熱部は前記貫通孔に設けられた複数のリブを有している請求項３または４記載のリニアモータ。
6. 部品収容部から部品搭載領域に部品を移載する部品移載装置において、
   ベース部材と、前記ベース部材に対して上下方向に移動自在に支持され、先端部に吸着ノズルが取り付けられるとともに、後端部に接続された負圧配管を介して供給される負圧を前記吸着ノズルに与えるノズルシャフトと、前記ノズルシャフトを前記上下方向に駆動する上下駆動機構とを有する、ヘッドユニットと、
   前記部品収容部の上方位置と前記部品搭載領域の上方位置との間で前記ヘッドユニットを移動させるヘッド駆動手段とを備え、
   前記上下駆動機構が請求項１ないし５のいずれかに記載のリニアモータであり、
   前記リニアモータは前記移動方向が前記上下方向と平行となるように前記ベース部材に取り付けられ、
   前記リニアモータの前記可動部が前記ノズルシャフトに連結されている
   ことを特徴とする部品移載装置。

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