JP2014007200A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業ヘッドがガイドビームに沿って移動する作業機械において、直接給電手段を設置することなく、作業ヘッドへの電力の供給を可能にすること。
【解決手段】作業ヘッド１０がガイドビーム２０に沿って移動する作業機械において、ガイドビーム２０に送電部を設け、前記送電部から電力を受電する受電部を作業ヘッド１０に設け、作業ヘッド１０が、前記送電部から前記受電部を介して受電した電力により駆動するようにした。前記送電部から前記受電部への電力の伝送は電界結合方式であり、前記送電部が送電電極２１を備え、前記受電部が送電電極２１と対向する受電電極１４を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、作業ヘッドがガイドビームに沿って移動する作業機械に関する。

かかる作業機械の一例として、ＩＣチップ等の電子部品をプリント基板上に実装する電子部品実装装置が挙げられる。

電子部品実装装置は、図７に示すように、作業ヘッドとして、ノズルを備えた実装ヘッド１００を有する。実装ヘッド１００はガイドビームとしてのＸ方向ビーム２００に沿ってＸ方向に移動可能に取り付けられている。また、Ｘ方向ビーム２００は、これと直交しＸ方向に所定の間隔をおいて配置された一対（２本）のＹ方向ビーム３００間に架け渡されるとともに、Ｙ方向ビーム３００にＹ方向に沿って移動可能に取り付けられている。このように、Ｘ方向ビーム２００とＹ方向ビーム３００の組合せにより、実装ヘッド１００は、水平面内でＸ方向及びＹ方向に自在に移動可能である。そして、実装ヘッド１００は、Ｘ方向及びＹ方向の移動の組合せにより、部品供給部（図示省略）に移動してそのノズルによって電子部品を吸着し、更に実装位置に搬送されてきたプリント基板（図示省略）上の所定位置に移動してそのプリント基板上の所定位置に電子部品を実装する。

このような電子部品実装装置を駆動させるには、実装ヘッド１００等に電力を供給する必要がある。従来、実装ヘッド１００への電力の供給は、外部電源からケーブルを介して行っており、このとき、実装ヘッド１００のＸ方向の可動範囲をケーブルやスリップリング等の直接給電手段が移動可能なようにケーブルベア（登録商標）２１０が設置される（例えば特許文献１）。

しかし、これらの電力供給方法では摩耗や断線を完全になくすことはできず、実装ヘッド毎にケーブルベア（登録商標）を設置する場合は、実装ヘッドのＸ−Ｙ方向への可動範囲を制限する要因となっていた。したがって、実装効率を向上させるために、１本のＸ方向ビームに複数の実装ヘッドを搭載しようとしても、各実装ヘッドの可動範囲を十分に確保することができず、現実的には１本のＸ方向ビームに複数の実装ヘッドを搭載することは困難であった。

このような電力供給上の問題は、電子部品実装装置に限定されず、作業ヘッドがガイドビームに沿って移動する作業機械に共通の問題である。

特開２００８−２４３８３９号公報

本発明が解決しようとする課題は、作業ヘッドがガイドビームに沿って移動する作業機械において、直接給電手段を設置することなく、作業ヘッドへの電力の供給を可能にすることにある。

本発明は、作業ヘッドがガイドビームに沿って移動する作業機械において、前記ガイドビームに送電部を設け、前記送電部から電力を受電する受電部を前記作業ヘッドに設け、前記作業ヘッドが、前記送電部から非接触で前記受電部を介して受電した電力により駆動することを特徴とするものである。

本発明において、前記送電部から前記受電部への電力の伝送は、電界結合方式、磁界結合方式、電磁誘導方式等の非接触方式（ワイヤレス方式）で行われる。特に電力伝送効率の点から電界結合方式が好ましく、この場合、前記送電部に送電電極を設け、前記受電部に前記送電電極と対向する受電電極を設ける構成とすることができる。

また、本発明においては、同一のガイドビームに複数の作業ヘッドを搭載した構成とすることができる。

更に本発明では、作業ヘッドが、無線通信手段、正圧発生手段及び負圧発生手段を備えたものとすることができる。

本発明によれば、ガイドビームに設けた送電部から、非接触で、作業ヘッドに設けた受電部に電力を伝送するので、摩耗や断線等のトラブルを起こすことなく、作業ヘッドへの電力の供給が可能となる。また、同一のガイドビームに複数の作業ヘッドを搭載しても、その給電手段が相互干渉することがなくなる。

本発明を適用した電子部品実装装置の基本構成を示す概念図である。 図１の電子部品実装装置において、実装ヘッドに電力を供給するための構成の一例を示す断面視による説明図である。 図２の電力伝送系の等価回路を示す。 図１の電子部品実装装置において、実装ヘッドに電力を供給するための構成の他の例を示す断面視による説明図である。 正圧発生手段の構成例を示す断面図である。 正圧発生手段の構成例を示す断面図である。 従来の電子部品実装装置の基本構成を示す概念図である。

以下、本発明を電子部品実装装置に適用した実施例に基づき、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、電子部品実装装置の基本構成を示す概念図である。電子部品実装装置は、電子部品を吸着しプリント基板上に実装するために実装ヘッド１０を有する。実装ヘッド１０には、１本又は複数本のノズル１１がＸ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に移動可能、すなわち上下移動可能に組み込まれている。

図１の電子部品実装装置は、１本のＸ方向ビーム２０に３個の実装ヘッド１０を、それぞれＸ方向ビーム２０に沿ってＸ方向に移動可能に搭載している。これらの３個の実装ヘッドの種類としては、複数本のノズルを備えたロータリー式又はリニア式、あるいは１本のノズルを備えたものなど、公知のものとすることができ、３個の実装ヘッド１０は、複数種類の組合せ、又は全て同一種類とすることができる。これらの実装ヘッド１０は、Ｘ方向ビーム２０に沿って、隣り合う実装ヘッドとの衝突及び干渉を避けながら、公知の最適化されたプログラムにより自在に移動する。

Ｘ方向ビーム２０は、これと直交しＸ方向に所定の間隔をおいて配置された一対（２本）のＹ方向ビーム３０間に架け渡されるとともに、Ｙ方向ビーム３０にＹ方向に沿って移動可能に取り付けられている。このように、Ｘ方向ビーム２０とＹ方向ビーム３０の組合せにより、実装ヘッド１０は、水平面内でＸ方向及びＹ方向に自在に移動可能である。そして、実装ヘッド１０は、Ｘ方向及びＹ方向の移動の組合せにより、部品供給部（図示省略）に移動してそのノズル１１によって電子部品を吸着し、更に実装位置に搬送されてきたプリント基板（図示省略）上の所定位置に移動してそのプリント基板上の所定位置に電子部品を実装する。

なお、図１では、Ｘ方向ビームを１本のみ示すが、図７に示したように一対（２本）のＸ方向ビーム２０をＹ方向ビーム３０間に架け渡し、各Ｘ方向ビーム２０に一又は複数の実装ヘッド１０を搭載することもできる。

図２は、実装ヘッド１０に電力を供給するための構成の一例を示す断面視による説明図である。図２に示すように、実装ヘッド１０は、その基板プレート１２に設けたリニアガイド１３を介して、Ｘ方向ビーム２０に、その長手方向（Ｘ方向）に沿って移動可能に取り付けられている。すなわち、実装ヘッド１０は、Ｘ方向ビーム２０と常に一定の間隔を保ちながらＸ方向に自在に移動する。

図２の例では、実装ヘッド１０に電力を供給する方式として、非接触方式（ワイヤレス方式）の一つである電界結合方式を採用している。電界結合方式とは、送電側に送電電極、受電側に受電電極を設置し、送電電極と受電電極が近接したときに発生する電界を利用して電力を伝送する方式である。

図２の例では、Ｘ方向ビーム２０が送電側、実装ヘッド１０が受電側であり、Ｘ方向ビーム２０に送電部、実装ヘッド１０に受電部を設けている。そして、Ｘ方向ビーム２０の送電部に送電電極２１、実装ヘッド１０の受電電極１４を設置している。具体的には、送電電極２１はＸ方向ビームの上面及び下面から垂直に突き出すように設置し、受電電極１４は、送電電極２１と対向するように、実装ヘッド１０の基板プレート１２の上面及び下面から垂直に突き出すように設置している。この図２の電力伝送系は図３に示す等価回路で表すことができる。すなわち、送電電極２１と受電電極１４との電界結合により、電力が送電部から受電部に伝送され、その電力により、実装ヘッド１０が駆動する。

ここで、前述のとおり実装ヘッド１０は、Ｘ方向ビーム２０と常に一定の間隔を保ちながらＸ方向に移動するので、送電電極２１と受電電極１４との間隔も常に一定であり、その間隔を容易に小さくすることができる。このことは、電界結合方式による電力の電送において好都合である。

図４は、実装ヘッド１０に電力を供給するための構成の他の例を示す断面視による説明図である。図４の例では、実装ヘッド１０に電力を供給する方式として、非接触方式（ワイヤレス方式）の一つである電磁誘導方式を採用している。電磁誘導方式とは、送電側に送電コイル、受電側に受電コイルを設置し、電磁誘導により電力を伝送する方式である。

図４の例においても実装ヘッド１０は、その基板プレート１２に設けたリニアガイド１３を介して、Ｘ方向ビーム２０に、その長手方向（Ｘ方向）に沿って移動可能に取り付けられている。

図４の例では、送電部としてＸ方向ビーム２０の長手方向に沿って電源レール２２を設置している。電源レール２２には電源が供給され、この電源レール２２上を実装ヘッド１０の基板プレート１２とＸ方向に同期して移動するローラ１５が電気的に接触しながら回転する。ローラ１５には送電コイル１６が取り付けられており、送電コイル１６と対向する位置に受電コイル１７が配置されている。受電コイル１７は実装ヘッド１０の基板プレート１２に取り付けられており、送電コイル１６との間で電磁誘導により発生した電力を実装ヘッド１０に供給する。

図２及び図４の例のように、Ｘ方向ビームに送電部（送電電極１４、電源レール２２）を設け、この送電部から非接触方式（ワイヤレス方式）で電力を受電する受電部（受電電極１４、受電コイル１７）を実装ヘッド１０に設け、実装ヘッド１０が、前記送電部から前記受電部を介して受電した電力により駆動されることで、直接給電手段を設置することなく、作業ヘッド１０への電力の供給が可能になる。

実装ヘッド１０が駆動して電子部品を吸着及び実装するには、電力のほか、真空及び圧縮空気の供給が必要である。すなわち、真空は、実装ヘッド１０のノズル１１が電子部品を吸着するために必要であり、圧縮空気は、実装時に電子部品を吸着したノズルの真空を破壊（微弱ブロー）するために必要である。従来の電子部品実装装置は、真空を供給するための負圧発生手段、圧縮空気を供給するための正圧発生手段を実装ヘッド１０の外部に設置するのが一般的であり、外部の正圧発生手段及び負圧発生手段から、実装ヘッド１０までをそれぞれ空気配管により接続している。

また、実装ヘッド１０の制御を行うには信号の供給も必要である。この信号の供給は、従来の電子部品実装装置では有線で行うのが主流であり、制御部から実装ヘッド１０までを信号ケーブルで接続している。

これらの空気配管及び信号ケーブルも、電力供給用のケーブルと同様に、図７に示したケーブルベア（登録商標）２１０を介して実装ヘッドに接続されている。したがって、ケーブルベア２１０（登録商標）をなくすには、空気配管及び信号ケーブルもなくすことが求められる。

信号ケーブルについては、実装ヘッド１０に無線通信手段を内蔵させることでなくすことができる。無線通信手段自体は周知であり、説明をするまでもない。

空気配管については、実装ヘッド１０に正圧発生手段及び負圧発生手段を内蔵させることでなくすことができる。

正圧発生手段は、図５に示すマイクロブロアで構成できる。図５に示すマイクロブロア４０は、可撓性を有する膜又は薄板からなる振動板４１と、振動板に貼付された圧電素子４２と、振動板４１とともに空気室４３ａ及び空気流入室４３ｂを構成する構造体４３とを備える。圧電素子４２により振動板４１を振動させると、空気室４２ａから連続的に吐出される空気によって空気流入室４２ｂ内の空気が一緒に、構造体４３に設けた吐出部４３ｃから吐出される。この吐出部４３ｃから吐出される空気を実装ヘッドの各ノズルに供給することで、実装時に電子部品を吸着したノズルの真空を破壊（微弱ブロー）することができる。

負圧発生手段は、マイクロブロア４０を使用して構成できる。その構成例を図６に示す。図６に示す負圧発生手段５０は、真っ直ぐな主管路５１と主管路５１に対して直交して分岐した分岐管路５２とを備え、主管路５１の一端部は図５で説明したマイクロブロア４０の吐出部４３ｃに接続され、他端部は大気に開放されている。また、分岐管路５２は実装ヘッドの各ノズル１１に接続されている。このような構成により、主管路５１内をマイクロブロア４０からの吐出空気が流動すると、その流速に応じて主管路５１内が負圧となり、これに伴って分岐管路５２も負圧となることで、ノズル１１に負圧を供給することが可能となる。

なお、マイクロブロア４０は、縦横寸法が２０ｍｍ×２０ｍｍ程度、吐出部４３ｃ部分を除く厚みが２ｍｍ程度と小型であるので、実装ヘッド１０に容易に内蔵させることができる。また、マイクロブロア４０は、小型ながら、空気吐出圧は１９００Ｐａ程度、
風量は毎分１Ｌ程度の性能を有するので、本発明における正圧発生手段及びこれを使用した負圧発生手段としての機能を果たしうる。

以上のように、先に説明した実装ヘッド１０への非接触方式（ワイヤレス方式）での給電手段を使用するとともに、実装ヘッド１０に、無線通信手段、正圧発生手段（マイクロブロア４０）及び負圧発生手段５０を内蔵させることで、ケーブルベア（登録商標）を使用せずに、電力、信号、圧縮空気及び真空を供給することができる。このようにケーブルベア（登録商標）を使用しないで済むようにすることで、図１に示したように、同一のＸ方向ビーム２０に複数の実装ヘッド１０を問題なく搭載できるようになる。

本発明は、電子部品実装装置のみならず、溶接ヘッドがガイドビームに沿って移動する溶接装置など、作業ヘッドがガイドビームに沿って移動する作業機械に適用可能である。

１０ 実装ヘッド
１１ ノズル
１２ 基板プレート
１３ リニアガイド
１４ 受電電極（受電部）
１５ ローラ
１６ 送電コイル
１７ 受電コイル（受電部）
２０ Ｘ方向ビーム
２１ 送電電極（送電部）
２２ 電源レール（送電部）
３０ Ｙ方向ビーム
４０ マイクロブロア（正圧発生手段）
４１ 振動板
４２ 圧電素子
４３ 構造体
４３ａ 空気室
４３ｂ 空気流入室
４３ｃ 吐出部
５０ 負圧発生手段
５１ 主管路
５２ 分岐管路

Claims (4)

1. 作業ヘッドがガイドビームに沿って移動する作業機械において、
   前記ガイドビームに送電部を設け、前記送電部から電力を受電する受電部を前記作業ヘッドに設け、
   前記作業ヘッドが、前記送電部から非接触で前記受電部を介して受電した電力により駆動することを特徴とする作業機械。
2. 前記送電部から前記受電部への非接触での電力の伝送が電界結合方式であり、前記送電部が送電電極を備え、前記受電部が前記送電電極と対向する受電電極を備える請求項１に記載の作業機械。
3. 複数の作業ヘッドが同一のガイドビームに沿って移動する請求項１又は２に記載の作業機械。
4. 前記作業ヘッドが、無線通信手段、正圧発生手段及び負圧発生手段を備える請求項１〜３のいずれかに記載の作業機械。

Images