JP2015002251A - 駆動ステージ及び駆動ステージを用いた部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモータシステムの長寿命化を実現可能な駆動ステージを提供する。
【解決手段】駆動ステージ１０は、支持体２００と、該支持体２００に対してリニアモータシステム１０３と支持プレート１０８とを介在してＹ軸方向に移動可能に支持されたビーム１０４と、を備える。リニアモータシステム１０３は、支持体２００に固定された複数のリニアレール１１０ａ，１１０ａと、リニアレール１１０ａ，１１０ａ上を移動する支持プレート１０８に固定されたリニアモータ１３０と、を有する。支持体２００の材料の線膨張係数は、支持プレート１０８の材料の線膨張係数より大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動ステージ及び該駆動ステージを用いた部品実装装置に係り、例えば支持体に対してビームを特定の往復方向に駆動させる駆動ステージ及び該駆動ステージのビームに部品実装ヘッドを装着した部品実装装置に関する。

部品実装装置においては、部品を保持するノズルが１つ以上搭載された部品実装ヘッドと、リニアモータシステムを用いて部品実装ヘッドを駆動する駆動ステージとを備えたものが提案され、実用に供されている（例えば、下記特許文献１、２を参照）。

駆動ステージは、前記部品実装装置に用いられる基部構造であって、例えば、架台に設けられた支持体と、該支持体に対してリニアモータシステムと支持プレートとを介在して特定往復方向（例えば、Ｙ軸の正方向及び負方向。以下、Ｙ軸方向という。）に移動可能に支持されたビームを備えている。リニアモータシステムは、例えば、支持体に固定された複数のリニアレールと、リニアレール上を移動する支持プレートに固定されたリニアモータを有している。

前記の駆動ステージのビームに対して、例えばリニアガイドを介在して部品実装ヘッドを前記Ｙ軸方向と直交する往復方向（例えば、Ｘ軸の正方向及び負方向。以下、Ｘ軸方向という。）に移動可能に支持することで、部品実装装置が構成される。部品実装装置は、支持プレートに支持されたビームを前記Ｙ軸方向に移動させると共に、ビームに支持された部品実装ヘッドを前記Ｘ軸方向に移動させることにより、基板上に部品を実装することが可能となる。

前記部品実装装置においては、部品実装作業が長時間継続されると、リニアモータの発熱に伴い、ビームや支持プレートをはじめ、部品実装装置を構成する部材の温度が上昇して熱膨張する。リニアレールは支持体に固定されると共に、リニアレールに移動可能に係合するリニアブロックが支持プレートに固定されている。しかし、支持体と支持プレートとは、例えば材料、寸法、温度の上昇幅の違い等により、熱膨張量が異なる。この支持体と支持プレートとの熱膨張量の差は、リニアレールとリニアブロックとの位置ずれを発生させ、リニアレールとリニアブロックからなるリニアガイドに不都合な荷重を生じさせる。

リニアガイドの健全性を所定の寿命以上の期間に亘って保証するために、リニアガイドに加わる前記荷重が大きい場合には、例えば耐荷重性がより高い上位の型番のリニアガイドを選定する必要がある。このようなリニアガイドの制約は、装置全体の大きさ及び重量を増大させ、リニアモータの大型化や装置稼働速度の低下を招く可能性がある。

特許文献１に記載の部品実装装置は、実装ヘッドを支持してガイド上を移動するスライダにスペーサを介してリニアモータの可動子を設けることで、可動子とスライダの間に空隙部を形成している。そして、該空隙部に突出する放熱フィンを可動子に設け、該空隙部に空気流を形成するファンを設けている。これにより、該空隙部による断熱効果と、熱伝導率の小さい断熱素材で形成されるスペーサによる断熱効果と、放熱フィンによる熱の発散と、ファンが発生する空気流による放熱効果が得られ、リニアモータの可動子からスライダへの熱の伝達が抑制される。したがって、スライダの熱変形に起因してスライダのスムーズな移動が阻害されることが防止される。

また、特許文献２に記載の部品実装装置は、ヘッド移動機構が移動自在に設けられたＹ軸テーブルの一端側から他端側に延びるエア通路と、該エア通路内でエアを流通させる一対のファンとを有している。これにより、リニアモータの可動子が備えるコイルの発熱によりヘッド移動機構のベース部材が局部的な熱変形を生じることを防止して装着ヘッドの位置決め精度の低下を抑えることができる。

特許第４６７０７９０号公報 特開２０１１−１０３３１６号公報

しかしながら、前記従来の技術では、以下に示すような課題がある。すなわち、特許文献１に記載の技術では、可動子とスライダの間に空隙部を形成し、可動子に放熱フィンを設け、さらにファンやその周辺機器を設けることから、装置が大型化する傾向がある。同様に、特許文献２に記載の技術においても、エア通路やファンにより装置が大型化する傾向がある。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、装置の大型化を回避しつつリニアモータシステムの長寿命化が可能となる駆動ステージ及び該駆動ステージを用いた部品実装装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明に係る駆動ステージは、支持体と、該支持体に対してリニアモータシステムと支持プレートとを介在して特定往復方向に移動可能に支持されたビームと、を備え、前記リニアモータシステムは、前記支持体に固定された複数のリニアレールと、前記リニアレール上を移動する前記支持プレートに固定されたリニアモータと、を有し、前記支持体の材料の線膨張係数が、前記支持プレートの材料の線膨張係数より大きいことを特徴としている。

本発明によれば、装置の稼働時に支持体と支持プレートとの間に温度差が生じても、特定の部材を熱膨張係数の異なる材料により構成することで、前記温度差の影響を是正できるので、装置の大型化を回避しつつリニアモータシステムの長寿命化が可能となる駆動ステージ及び該駆動ステージを用いた部品実装装置を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る部品実装装置の斜視図。 図１に示す部品実装装置の正面図。 図１に示す部品実装装置の平面図。 図２の正面図における支持体近傍の拡大詳細図。 図４の拡大図における各部材の熱膨張時の説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態である部品実装装置を説明する。図１は本実施形態の部品実装装置１の斜視図であり、図２は正面図、図３は平面図である。図４は、図２に示す支持体２００近傍の拡大詳細図である。各図は、部品実装装置１における左右、前後、上下の各方向をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸方向とするＸＹＺ直交座標系として示している。

本実施形態の部品実装装置１は、駆動ステージ１０と、該駆動ステージ１０に装着された部品実装ヘッド１０７とを備えている。まず、本実施形態の駆動ステージ１０の構成について詳細に説明する。

駆動ステージ１０は、架台１００と、該架台１００に設けられた支持体２００と、該支持体２００に支持され、左右方向すなわちＸ軸方向に延在するビーム１０４と、を有している。駆動ステージ１０は、さらに支持体２００とビーム１０４との間に介在されるリニアモータシステム１０３及び支持プレート１０８を有している。

ビーム１０４は、支持体２００に対してリニアモータシステム１０３及び支持プレート１０８を介在して特定往復方向である前後方向すなわちＹ軸方向に移動可能に支持されている。ここで、特定往復方向とは、例えば前後方向など、ある特定の往復方向を意味する。

架台１００は、Ｘ軸方向の両端に設けられた側壁部１２０，１２１と、側壁部１２０，１２１の間の水平部分１２２とを有している。架台１００の一対の側壁部１２０，１２１と水平部分１２２とは、所望の剛性を確保する観点から鉄により一体形成することが望ましい。架台１００の左側に位置する側壁部１２０の上部には、支持体２００が固定されている。

支持体２００は、互いに垂直な板状の水平部分２００Ｂと垂直部分２００Ａを有し、正面視で上下が逆のＴ字型に形成されている。水平部分２００Ｂは、上下方向（Ｚ軸方向）に所定の厚みを有し、左右方向（Ｘ軸方向）に所定の幅を有し、前後方向（Ｙ軸方向）に延在している。水平部分２００Ｂの下面は架台１００の側壁部１２０の上面に配置され、水平部分２００Ｂの上面の左右方向中央部に垂直部分２００Ａの下端が接続されている。垂直部分２００Ａは、左右方向に所定の厚みを有し、上下方向に所定の高さを有し、前後方向に延在している。垂直部分２００Ａの右側の面２００ａにはリニアモータシステム１０３が支持され、その反対側の面２００ｂにはバックプレート２０１が固定されている。

リニアモータシステム１０３は、２本のリニアレール１１０ａ，１１０ａとリニアモータ１３０とを有している。２本のリニアレール１１０ａ，１１０ａは、図４に示すように上下方向に間隔Ｄ２をあけて支持体２００の垂直部分２００Ａに固定され、前後方向に延在している。リニアモータ１３０は、支持体２００及び支持プレート１０８に固定され、支持プレート１０８を支持体２００に対して前後方向に移動させる。

リニアモータ１３０は、リニアモータ固定子１３１とリニアモータ可動子１３２を有している。リニアモータ固定子１３１は、支持体２００のリニアレール１１０ａが固定された面２００ａにおいて２本のリニアレール１１０ａ，１１０ａの間に固定され、リニアレール１１０ａに沿って前後方向に延在している。リニアモータ可動子１３２は、支持プレート１０８のビーム１０４を支持する面１０８ｂと反対側の面１０８ａに固定されている。リニアモータ固定子１３１及びリニアモータ可動子１３２は、それぞれボルトまたは接着剤により支持体２００及び支持プレート１０８に固定することができる。

リニアモータシステム１０３は、さらに各リニアレール１１０ａ，１１０ａにスライド可能に係合する２つのリニアブロック１１０ｂを有している。これら２本のリニアレール１１０ａと２つのリニアブロック１１０ｂによりリニアガイド１１０が構成されている。リニアブロック１１０ｂは、支持プレート１０８のビーム１０４を支持する面１０８ｂと反対側の面１０８ａに例えばボルトあるいは接着剤により固定されている。ここで、リニアブロック１１０ｂ，１１０ｂの上下方向の中心間の距離Ｄ１は、リニアレール１１０ａ，１１０ａの上下方向の中心間の距離Ｄ２と一致している。これにより、支持プレート１０８は、２つのリニアブロック１１０ｂ、１１０ｂを介して２本のリニアレール１１０ａ，１１０ａにスライド可能に係合し、前後方向に移動可能に構成されている。なお、本実施形態においてリニアブロック１１０ｂと支持プレート１０８は別部材としているが、リニアブロック１１０ｂを支持プレート１０８と一体的に形成して支持プレート１０８の一部としてもよい。

支持プレート１０８は板状の部材であり、左側の面１０８ａに上下方向に間隔をあけて２つのリニアブロック１１０ｂ、１１０ｂが固定され、その反対側の面１０８ｂにビーム１０４を支持固定している。ビーム１０４は例えばボルト、接着剤、溶接などにより支持プレート１０８に固定される。支持プレート１０８は、ビーム１０４の一端を支持してビーム１０４を左右方向すなわちＸ軸方向に平行に支持するのに十分な剛性及び強度を有する材質及び厚さとされている。支持プレート１０８の材質については後述する。支持プレート１０８のビーム１０４を支持固定する面１０８ｂは、室温において前後方向に沿う鉛直面であるＹＺ平面に平行な平坦面となっている。

ビーム１０４は、支持プレート１０８のリニアモータ可動子１３２が固定された面１０８ａと反対側の面１０８ｂに支持されている。ビーム１０４は、リニアモータシステム１０３によって前後方向へ移動されることから、剛性と軽量性に優れたアルミニウム合金により構成されることが望ましい。なお、ビーム１０４の材質と支持プレート１０８の材質は異なっていても同一であってもよい。ビーム１０４の材質と支持プレート１０８の材質が同一である場合には、支持プレート１０８とビーム１０４を例えば鋳造や鍛造により実質的に一体成形することも可能である。

バックプレート２０１は、支持体２００のリニアモータシステム１０３が支持された面２００ａと反対側の面２００ｂに固定された板状の部材であり、支持体２００の垂直部分２００Ａに沿って前後方向に延在している。バックプレート２０１は、例えば図４に示すようにボルト２０５，２０７によって支持体２００の垂直部分２００Ａに固定することができる。バックプレート２０１を支持体２００に固定するボルトは１本であってもよく、２本以上であってもよい。支持体２００に対するバックプレート２０１の固定は、ボルトによる固定に限られず、例えば接着剤を用いることができる。

ここで、駆動ステージ１０は、支持体２００からバックプレート２０１への熱の伝達を抑制する断熱構造を有することが好ましい。断熱構造の一例として、図４に示すように、バックプレート２０１は支持体２００に対向する面２０１ａに凹部２１０を有している。また、断熱構造の他の例として、支持体２００のバックプレート２０１に対向する面２００ｂに同様の凹部を設けてもよく、バックプレート２０１と支持体２００との間に断熱材を挟んでもよい。

本実施形態において、支持体２００を構成する材料の線膨張係数は、支持プレート１０８を構成する材料の線膨張係数より大きくされている。すなわち、支持体２００の材質と支持プレート１０８の材質は異なっている。換言すると支持体２００と支持プレート１０８は異材で構成されている。具体的には、支持プレート１０８を鉄またはステンレス鋼により構成し、支持体２００をアルミニウム合金により構成することができる。あるいは、支持プレート１０８を鉄により構成し、支持体２００をステンレス鋼により構成することができる。

また、バックプレート２０１を構成する材料の線膨張係数は、支持体２００を構成する材料の線膨張係数よりも小さくされている。すなわち、バックプレート２０１の材質と支持体２００の材質は異なっている。換言するとバックプレート２０１と支持体２００とは異材で構成されている。具体的には、支持体２００をアルミニウム合金またはステンレス鋼により構成し、バックプレート２０１を鉄により構成することができる。あるいは、支持体２００をアルミニウム合金により構成し、バックプレート２０１をステンレス鋼により構成することができる。このように、本実施形態の駆動ステージ１０は、材質の異なるバックプレート２０１と支持体２００とにより構成されるバイメタル部２２０を有している。

なお、バックプレート２０１を構成する材料の線膨張係数と支持プレート１０８を構成する材料の線膨張係数は同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、支持体２００を構成する材料がアルミニウム合金である場合には、バックプレート２０１及び支持プレート１０８を構成する材料を鉄またはステンレス鋼とすることができる。また、支持体２００を構成する材料がステンレス鋼である場合には、バックプレート２０１及び支持プレート１０８を構成する材料を鉄とすることができる。

ここで、鉄とは、Ｆｅの純度が９９％以上の純鉄、一般的な構造用鋼、炭素鋼を含む。また、ステンレス鋼とは、例えばクロムを１２％以上含有する鋼材であり、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト二相ステンレス鋼及び析出硬化ステンレス鋼を含む。また、アルミニウム合金とは、Ａｌの純度が９９％以上の１０００系（純アルミ）を含み、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系及び７０００系のアルミニウム合金を含む。

次に、本実施形態の部品実装装置１について説明する。図１から図３に示すように、部品実装装置１は、前述の駆動ステージ１０と、基板１０１に電子部品を実装する部品実装ヘッド１０７と、駆動装置１０のビーム１０４に対して部品実装ヘッド１０７を移動可能に支持するリニアガイド１１１と、を有している。

リニアガイド１１１は、ビーム１０４の上面及び側面に固定されて左右方向（Ｘ軸方向）に延在するリニアレール１１１ａ，１１１ａと、リニアレール１１１ａ，１１１ａにスライド可能に係合するリニアブロック１１１ｂ，１１１ｂとを有している。リニアブロック１１１ｂ，１１１ｂにはブラケット１０６が固定されている。

ブラケット１０６は、水平部分と垂直部分を有するＬ字型の断面形状を有し、水平部分及び垂直部分がそれぞれリニアブロック１１１ｂ，１１１ｂに固定されている。ブラケット１０６は、例えば前述のリニアモータ１３０と同様のリニアモータまたはモータ及び動力伝達部などを備えたヘッド駆動手段により、Ｘ軸方向に沿って左右に駆動される。部品実装ヘッド１０７は例えばボルト、接着剤などによりブラケット１０６に固定され、ブラケット１０６が駆動されることにより第２の特定往復方向すなわちＸ軸方向に沿って左右に移動する。

また、駆動ステージ１０の架台１００上に、基板１０１を搬送する基板搬送ステム１０２が設置されている。基板搬送システム１０２は、基板１０１を架台１００の水平部分１２２上で前後、左右、上下の各方向、すなわちＸ，Ｙ，Ｚ各軸方向に沿って搬送可能に構成されている。部品実装装置１によって部品を実装する基板１０１は、基板搬送システム１０２によって架台１００上に保持される。

次に、本実施形態の駆動ステージ１０及び部品実装装置１の作用について説明する。部品実装装置１による基板１０１への電子部品の実装時には、基板搬送システム１０２によって基板１０１を搬送して架台１００上の所定の位置に配置する。また、部品実装装置１は、不図示のヘッド駆動手段により駆動ステージ１０のビーム１０４に装着された部品実装ヘッド１０７をＸ軸方向に沿って左右に移動させるとともに、駆動ステージ１０のリニアモータシステム１０３によってビーム１０４をＹ軸方向に沿って前後に移動させる。

リニアモータシステム１０３は、リニアモータ１３０が備えるリニアモータ固定子１３１とリニアモータ可動子１３２との間に作用する磁気吸引力を制御してリニアモータ可動子１３２にＹ軸方向の駆動力を発生させる。これによりリニアモータシステム１０３は、リニアモータ可動子１３２が固定された支持プレート１０８をリニアレール１１０ａに沿ってＹ方向に移動させる。支持プレート１０８がＹ軸方向に移動することで、支持プレート１０８に支持されたビーム１０４がＹ軸方向に移動し、ビーム１０４に支持された部品実装ヘッド１０７がＹ軸方向に移動する。

なお、リニアモータ固定子１３１によって発生する磁気吸引力とリニアモータ可動子１３２によって発生する磁気吸引力は左右方向で対向しているので、リニアモータシステム１０３を磁気対向型のリニアモータシステムと表現することができる。磁気対向型のリニアモータシステム１０３の利点は、例えば磁気相殺型などの他の形式と比較して固定子の使用量を少なくすることができ、低コスト化が可能な点である。なお、リニアモータシステム１０３は例えばコアレス型、磁気相殺型などの他の形式を採用することもできる。

前述のように、部品実装装置１は、部品実装ヘッド１０７の移動と基板搬送システム１０２による基板１０１の移動とを共働させ、基板１０１上の所定の位置に電子部品を実装する。基板搬送システム１０２による基板１０１の移動と、部品実装装置１による部品実装ヘッド１０７の移動を繰り返し行うことで、電子部品を基板１０１に連続して実装することができる。前記の部品実装工程が長時間継続して行われると、駆動ステージ１０のリニアモータシステム１０３を構成するリニアモータ１３０の温度が上昇する。特にリニアモータ可動子１３２が発熱することで、リニアモータ可動子１３２が固定された支持プレート１０８の温度が上昇する。また、リニアモータ固定子１３１の温度が上昇して支持体２００の温度が上昇する。

リニアモータシステム１０３においては、リニアモータ可動子１３２から発生する熱量が最も多くなるため、リニアモータ可動子１３２に隣接する支持プレート１０８の温度の上昇幅は支持体２００の温度の上昇幅よりも大きくなる。各部材の熱膨張量は各部材の線膨張係数と温度の上昇幅との積によって決定される。仮に、支持プレート１０８と支持体２００とを同じアルミニウム合金により構成した場合、支持プレート１０８の線膨張係数と支持体２００の線膨張係数が等しくなる。そのため、支持プレート１０８の温度の上昇幅が支持体２００の温度の上昇幅よりも大きい場合、支持プレート１０８の熱膨張量が支持体２００の熱膨張量よりも大きくなる。ここで、熱膨張量とは各部材の常温時の寸法と温度上昇後の寸法との差である。

この場合、図５に示すように、例えば支持プレート１０８の上下方向の熱膨張が、支持体２００に固定されたリニアレール１１０ａ，１１０ａ及びリニアレール１１０ａ，１１０ａに係合するリニアブロック１１０ｂ，１１０ｂよって拘束される。これにより、リニアレール１１０ａ，１１０ａとリニアブロック１１０ｂ，１１０ｂとの間に、支持プレート１０８の熱膨張量と支持体２００の熱膨張量との差に起因する荷重が発生する。この荷重は、リニアブロック１１０ｂをリニアレール１１０ａの側面に対して上下方向に押し付けるように作用する。

このような荷重が作用した状態でリニアレール１１０ａ上をリニアブロック１１０ｂがスライドすると、リニアレール１１０ａとリニアブロック１１０ｂとの間に作用する摩擦力は、荷重が作用していない場合と比較して大きくなる。そのため、例えばリニアレール１１０ａ及びリニアブロック１１０ｂが摩耗しやすくなり、リニアモータシステム１０３が所定の寿命を超えて健全であることを保証するために、例えば上位の型番を選択するなどして、耐荷重性、耐摩耗性あるいは耐久性を向上させることが必要になる。リニアモータシステム１０３の上位の型番の選定は、例えば駆動ステージ１０の大型化、装置重量の増大、リニアモータ１３０の大型化、装置稼働速度の低下に繋がる虞がある。

また、支持プレート１０８の熱膨張量が支持体２００の熱膨張量よりも大きくなり、支持プレート１０８の熱膨張がリニアレール１１０ａ，１１０ａ及びリニアブロック１１０ｂよって拘束されると、図５に示すように支持プレート１０８が撓むことがある。このときの支持プレート１０８の変形量、例えばＸ軸方向における変形量δ_１０８が大きくなると、部品実装ヘッド１０７が所定の位置からずれて部品実装精度が低下する虞がある。また、支持プレート１０８がＸ軸方向に膨出するように撓むことで、ビーム１０４の重量によって支持プレート１０８に作用するＹ軸周りモーメントにより、ビーム１０４の支持プレート１０８と反対側の端部が下方に傾くことがある。この場合にも、部品実装ヘッド１０７が所定の位置からずれて部品実装精度が低下する虞がある。

前記のように支持プレート１０８の熱膨張量と支持体２００の熱膨張量の差は、支持プレート１０８と支持体２００のそれぞれの線膨張係数と温度の上昇幅との関係によって決定される。そして、本実施形態において、支持プレート１０８の温度の上昇幅は支持体２００の温度の上昇幅よりも大きい。

そこで、本実施形態の駆動ステージ１０は、支持プレート１０８を鉄またはステンレス鋼により構成し、支持体をアルミニウム合金により構成する。あるいは、支持プレート１０８を鉄により構成し、支持体２００をステンレス鋼により構成する。これにより、支持体２００を構成する材料の線膨張係数が、支持プレート１０８を構成する材料の線膨張係数よりも大きくなるようにしている。

すなわち、支持体２００は支持プレート１０８よりも熱膨張をしやすく、支持プレート１０８は支持体２００よりも熱膨張をしにくくなっている。したがって、支持プレート１０８の温度上昇幅が支持体２００の温度上昇幅よりも大きくても、これらの線膨張係数が等しい場合と比較して支持プレート１０８の熱膨張量と支持体２００の熱膨張量との差を小さくすることができる。

これにより、リニアレール１１０ａとリニアブロック１１０ｂとの間に作用する荷重を低減することができる。したがって、リニアモータシステム１０３の選定において必要以上に上位の仕様を選定する必要がなく、駆動ステージ１０の大型化を回避しつつリニアモータシステム１０３の長寿命化を実現することができる。また、ファンやその周辺機器あるいはエア通路などの冷却手段を用いなくても、リニアモータシステム１０３の長寿命化を実現することができるので、装置の小型化に寄与する。

また、支持プレート１０８の熱膨張量と支持体２００の熱膨張量との差を小さくすることで、支持プレート１０８の変形量δ_１０８を減少させることができる。そのため、支持プレート１０８に作用するビーム１０４の重量によるＹ軸周りモーメントにより、ビーム１０４が下方に傾くことが防止される。したがって、本実施形態の部品実装装置１によれば、部品実装ヘッド１０７の位置ずれを抑制し、部品実装精度の低下を回避することができる。

ここで、支持プレート１０８の熱膨張量と支持体２００の熱膨張量との差を無くすことができれば、前記の効果を最大にすることができる。しかし、各部材の温度の上昇幅は各種の条件によって変動するため、現実的には各部材の熱膨張量の差を０にすることは困難である。そのため、支持プレート１０８と支持体２００のそれぞれの温度の上昇幅を考慮して、支持プレート１０８と支持体２００の熱膨張量の差が最小になるように、支持プレート１０８と支持体２００の線膨張係数を選定することが好ましい。

例えば、支持プレート１０８の線膨張係数をα、温度の上昇幅をΔＴ１とし、支持体２００の線膨張係数をβ、温度の上昇幅をΔＴ２とする。このとき以下の式（１）及び（２）を満たし、かつ式（２）の右辺が最小値となるように線膨張係数α、βを決定する。
α＜β …（１）
０＜ΔＴ１／ΔＴ２−β／α …（２）

すなわち、支持体２００の線膨張係数βを支持プレート１０８の線膨張係数αよりも大きくし、かつ支持プレート１０８の温度上昇幅ΔＴ１を支持体２００の温度上昇幅ΔＴ２で除した値から支持体２００の線膨張係数βを支持プレート１０８の線膨張係数αで除した値を差し引き、その値が正の最小値となるように線膨張係数α及びβを選定する。

これにより、支持プレート１０８と支持体２００の熱膨張量の差を最小にすることができる。したがって、部品実装装置１において部品実装精度の低下及び駆動ステージ１０の装置の大型化をより確実に回避しつつ、駆動ステージ１０のリニアモータシステム１０３の長寿命化をより効果的に実現することができる。

また、本実施形態の駆動ステージ１０は、支持体２００とバックプレート２０１からなるバイメタル部２２０を有している。部品実装装置１において前記の部品実装工程が長時間継続して行われると、リニアモータ可動子１３２の熱がリニアモータ固定子１３１を介してあるいは輻射により支持体２００に伝わり、さらにバックプレート２０１に伝達される。これにより、支持体２００及びバックプレート２０１の温度が上昇し、これらが例えば上下方向に熱膨張する。

ここで、本実施形態の駆動ステージ１０は、前述のように支持体２００をアルミニウム合金またはステンレス鋼により構成し、バックプレート２０１を鉄により構成する。あるいは、支持体２００をアルミニウム合金により構成し、バックプレート２０１をステンレス鋼により構成する。これにより、バックプレート２０１を構成する材料の線膨張係数が、支持体２００を構成する材料の線膨張係数よりも小さくされている。

すなわち、バックプレート２０１は支持体２００よりも熱膨張をしにくく、支持体２００はバックプレート２０１よりも熱膨張をしやすくなっている。また、リニアモータ可動子１３２の熱は、支持体２００を介してバックプレート２０１に伝達されるため、バックプレート２０１の温度上昇幅は支持体２００の温度上昇幅よりも小さい。そのため、例えばバックプレート２０１の上下方向の熱膨張量は支持体２００の上下方向の熱膨張量よりも小さくなる。これにより、図５に示すように、バイメタル部２２０は、支持プレート１０８が膨出する方向と逆方向に反るように変形する。そのため、例えばバイメタル部２２０のＸ軸方向の反り量δ_２２０を調整することにより、支持プレート１０８の変形量δ_１０８を相殺することができる。

したがって、本実施形態の駆動ステージ１０のバイメタル部２２０によれば、仮に支持プレート１０８と支持体２００を構成する材料の線膨張係数が等しいかあるいは支持プレート１０８を構成する材料の線膨張係数が支持体２００を構成する材料の線膨張係数よりも大きい場合であっても、部品実装装置１の部品実装ヘッド１７の位置ずれを低減して部品実装精度を向上することができる。また、ファンやその周辺機器あるいはエア通路などの冷却手段を用いなくても、部品実装装置１の部品実装精度の向上を実現することができるので、装置の小型化に寄与する。

また、支持プレート１０８が例えば上下方向に熱膨張して撓んだときに、バイメタル部２２０が反るように変形することで、支持プレート１０８上のリニアブロック１１０ｂの変位に追従させるように支持体２００上のリニアレール１１０ａを変位させることが可能になる。これにより、リニアブロック１１０ｂとリニアレール１１０ａとの位置ずれを低減することができる。すなわち、バイメタル部２２０と支持プレート１０８との変形の傾向を一致させ、リニアブロック１１０ｂからリニアレール１１０ａに作用する荷重を低減することができる。

したがって、本実施形態の駆動ステージ１０のバイメタル部２２０によれば、仮に支持プレート１０８と支持体２００を構成する材料の線膨張係数が等しいかあるいは支持プレート１０８を構成する材料の線膨張係数が支持体２００を構成する材料の線膨張係数よりも大きい場合であっても、装置の大型化を回避しつつリニアモータシステム１０３の長寿命化を実現することができる。また、ファンやその周辺機器あるいはエア通路などの冷却手段を用いなくても、リニアモータシステム１０３の長寿命化を実現することができるので、装置の小型化に寄与する。

また、本実施形態のように支持プレート１０８の構成材料の線膨張係数が支持体２００の構成材料の線膨張係数よりも小さくされている場合には、従来よりも減少した支持プレート１０８の変形量δ_１０８をバイメタル部２２０の反り量δ_２２０によって相殺することで、支持プレート１０８の変形による影響をさらに減少させることができる。また、バイメタル部２２０の反りによりリニアブロック１１０ｂからリニアレール１１０ａに作用する荷重をさらに低減することができる。すなわち、支持プレート１０８の構成材料の線膨張係数が支持体２００の構成材料の線膨張係数よりも小さくされていることによる効果と、バイメタル部の反りによる効果との相乗効果により、装置の大型化の回避とリニアモータシステム１０３の長寿命化をより確実に実現することができる。

また、支持体２００からバックプレート２０１への熱の伝達を抑制する断熱構造を有することで、支持体２００からバックプレート２０１へ伝達される熱を減少させ、バイメタル部２２０の反り量δ_２２０を大きくすることができる。すなわち、図４に示すように、バックプレート２０１が支持体２００に対向する面２０１ａに凹部２１０を有する場合には、支持体２００とバックプレート２０１との間の伝熱面積が減少し、支持体２００からバックプレート２０１へ伝達される熱が減少する。支持体２００のバックプレート２０１に対向する面２００ｂに同様の凹部を設けても、バックプレート２０１と支持体２００との間に断熱材を挟んでも、同様の効果を得ることができる。これにより、バイメタル部２２０の反り量δ_２２０を調整し、装置の大型化の回避とリニアモータシステム１０３の長寿命化をより確実に実現することができる。

また、支持プレート１０８及びバックプレート２０１の材料を鉄またはステンレス鋼により構成することで、支持プレート１０８及びバックプレート２０１の強度を確保しつつ、材料のコストを抑制することができる。また、支持体２００の材料をアルミニウム合金により構成することで、支持体２００の軽量化を実現することができる。また、支持体２００の材料をステンレス鋼により構成することで、支持体２００の強度を向上させ、耐久性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、装置の大型化を回避しつつリニアモータシステム１０３の長寿命化が可能な駆動ステージ１０を得ることができる。また、駆動ステージ１０を用いて部品実装精度の向上が可能な部品実装装置１を得ることができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。前述の実施形態は本発明を解りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されない。

例えば、支持プレート１０８とビーム１０４とを断熱材を介して接続してもよい。また、支持体２００と架台１００の側壁部１２０とを断熱材を介して接続してもよい。また、支持プレート１０８、支持体２００またはバックプレート２０１を構成する材料として、銅などの他の金属やＦＲＰ等の炭素系材料を用いてもよい。また、架台１００は例えばアルミニウム、ステンレス鋼、銅、炭素系材料により構成することができる。また、ビーム１０４は例えば鉄、ステンレス鋼、銅、炭素系材料により構成することができる。

また、ビーム１０４の両端を支持する構造を採用してもよい。また、支持体２００の断面形状はＩ字型（直線状）、Ｌ字型、上下逆のＬ字型またはチャネル型（角を有するＵ字型）であってもよい。また、リニアレール１１０ａは３本以上であってもよく、リニアモータ固定子１３１がリニアレール１１０ａの間に配置されていなくてもよい。

なお、支持プレート１０８にリニアモータ固定子１３１を固定し、支持体２００にリニアモータ可動子１３２を固定してもよい。これにより、支持体２００の温度上昇幅が支持プレート１０８の温度上昇幅よりも大きくなる場合には、支持プレート１０８を構成する材料の線膨張係数が、支持体２００を構成する材料の線膨張係数よりも大きいことが好ましい。

また、前述の実施の形態で説明した駆動ステージ１０は、部品実装装置１以外の装置に適用してもよい。これらの構成は例えば輸送機械、医療用の検査装置、分析装置などの他の産業機械に適用することが可能である。また、部品実装ヘッド１０７を、液体を吸引あるいは吐出するノズルに置き換えてもよく、支持プレート１０８によりロボットアームを支持することもできる。

１０ 駆動ステージ
１０３ リニアモータシステム
１０４ ビーム
１０７ 部品実装ヘッド
１０８ 支持プレート
１１０ａ リニアレール
１１０ｂ リニアブロック
１３０ リニアモータ
１３１ リニアモータ固定子
１３２ リニアモータ可動子
２００ 支持体
２００ｂ リニアモータシステム側と反対側の面
２０１ バックプレート
２１０ 凹部
Ｘ 第２の特定往復方向
Ｙ 特定往復方向

Claims (11)

1. 支持体と、該支持体に対してリニアモータシステムと支持プレートとを介在して特定往復方向に移動可能に支持されたビームと、を備え、
   前記リニアモータシステムは、前記支持体に固定された複数のリニアレールと、
   前記リニアレール上を移動する前記支持プレートに固定されたリニアモータと、を有し、
   前記支持体の材料の線膨張係数は、前記支持プレートの材料の線膨張係数より大きいことを特徴とする駆動ステージ。
2. 前記支持プレートの材料は、鉄またはステンレス鋼であり、
   前記支持体の材料は、アルミニウム合金である
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動ステージ。
3. 前記支持プレートの材料は、鉄であり、
   前記支持体の材料は、ステンレス鋼である
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動ステージ。
4. 前記リニアモータは、リニアモータ固定子とリニアモータ可動子とを有し、
   前記リニアモータ固定子は、前記支持体に固定され、
   前記リニアモータ可動子は、前記支持プレートに固定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動ステージ。
5. 前記リニアモータシステムは、複数の前記リニアレールにそれぞれスライド可能に係合する複数のリニアブロックを有し、
   複数の前記リニアブロックは、前記支持プレートに固定される
   ことを特徴とする請求項４に記載の駆動ステージ。
6. 前記支持体の前記リニアモータシステム側と反対側の面に固定されたバックプレートを有し、
   前記バックプレートの材料の線膨張係数は、前記支持体の材料の線膨張係数より小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動ステージ。
7. 支持体と、該支持体に対してリニアモータシステムと支持プレートとを介在して特定往復方向に移動可能に支持されたビームと、を備えた駆動ステージであって、
   前記リニアモータシステムは、前記支持体に固定された複数のリニアレールと、前記リニアレール上を移動する前記支持プレートに固定されたリニアモータと、を有し、
   前記支持体は、前記リニアモータシステム側と反対側の面に固定されたバックプレートを有し、
   前記バックプレートの材料の線膨張係数は、前記支持体の材料の線膨張係数より小さいことを特徴とする駆動ステージ。
8. 前記支持体の材料は、アルミニウム合金またはステンレス鋼であり、
   前記バックプレートの材料は、鉄である
   ことを特徴とする請求項７に記載の駆動ステージ。
9. 前記支持体の材料は、アルミニウム合金であり、
   前記バックプレートの材料は、ステンレス鋼である
   ことを特徴とする請求項７に記載の駆動ステージ。
10. 前記バックプレートは、前記支持体に対向する面に凹部を有する
    ことを特徴とする請求項７に記載の駆動ステージ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の駆動ステージを用いた部品実装装置であって、
    前記ビームに対してリニアガイドを介在して前記特定往復方向と直交する第２の特定往復方向に移動可能に支持された部品実装ヘッドを備えることを特徴とする部品実装装置。

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