JP4204617B2 - 位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置決め装置、特に基板に電子的な構成エレメントを実装するための自動実装装置の実装ヘッドのための位置決め装置に関する。

国際公開第９９／４４４０７号に基づき公知の位置決め装置は、リニアガイドに沿って移動可能にガイドされている１つの支持アームを有している。支持アームが一方の端部で固定支承部によって支承されているのに対して、リニアモータの可動子は支持アームの反対側の端部に固定されている。この可動子は、位置決め装置のシャシに固定されていてＵ字形に形成されたリニアモータの固定子によって取り囲まれる。加えてリニアモータの側でガイドレールがシャシに取り付けられていて、このガイドレールは支持アームに取り付けられたガイドローラによって上下から把持される。しかしこの位置決め装置は次のような欠点を有していて、つまり支持アームの急速な加速および急激な減速の際に、運動方向での支持アームの弾性的な変形が生ぜしめられ、その結果、支持アームの振動が十分に治まった後に正確な位置決めをようやく確定することができるということである。固定支承部内の遊びも不正確な位置決めの原因となる。

したがって、本発明の課題は、所望の位置に迅速にかつ正確に到達できるような位置決め装置を提供することである。

この課題は、独立請求項１記載の位置決め装置により解決される。

本発明により、位置決め装置の支持アームは一方の端部で固定支承部により、かつ反対側の他方の端部でルーズな（自由な）支持支承部により、支持アームの運動方向に移動可能に支承されている。支持アームは可動支承部の側でガイド面に支持されていて、このガイド面は運動方向に対して平行に、かつ支持アームの運動方向および長手方向軸線によって規定された面に対して傾斜して形成されている。さらに、支持アームに作用する力を形成するための手段は、支持アームが支持支承部の側で支持支承部のガイド面に対して垂直方向の付加的な支承力によって加圧されるように設けられている。この場合に「付加的な支承力」という概念は、この支承力が支持アームの重力によって生ぜしめられた支承力に対して、支持アームに付加的に作用する力と理解される。すなわち支持アームはガイド面へ向かう方向の力作用を受け、これによりガイド面に引き付けられるもしくは押圧される。これによって多数の利点が生じる。１つの利点としては、支持アームが、支持アームの長手方向軸線の方向で締め付け力をかけられているということである。これにより遊びが、反対側にある固定支承部から取り除かれ、その結果、位置決めの精度は向上する。別の利点としては、ルーズな支持支承部のガイド面の傾斜した構成は、熱による支持アームの延長を許容するということである。これにより、支持アームにおける熱による材料応力または支持アームの支承部への傾動が回避される。さらに、ガイド面の傾斜により支持アームのために鉛直方向の支持だけではなく、とりわけ良好な側方向での支持も得られ、この場合には支持作用は上述の手段により形成された力によって著しく増強される。このような側方向での支持により、運動方向での支持アームの弾性的な変形もしくは支持アームのたわみ（これは特に、支持アームの急速な加速または急激な減速の際に生じる）は著しく減少される。したがって、本発明による位置決め装置により、所望の位置に迅速にかつ正確に到達することができる。

請求項２記載の本発明による位置決め装置の実施態様では、支持アームはリニアモータによって駆動され、このリニアモータの可動子と固定子とは、リニアモータが駆動装置の機能と、支持アームに作用する力を形成するための手段としての機能とを有するように配置されている。これによりリニアモータの位置決めの高い精度も、固定子と可動子の間で作用する強い磁力も十分に利用される。

請求項３記載の実施態様により、リニアモータの可動子は支持アームの、ルーズな支持支承部が配置されている端部に設けられていると、ガイド面に対して垂直方向に向けられていて支持アームに作用する力およびこの力による支持アームの側方向での支持作用は、特に高い値で得られる。

本発明による位置決め装置は、請求項４により、固定支承部も運動方向に対して平行にかつ、支持アームの運動方向および長手方向軸線によって規定された面に対して斜めに向けられるように形成されている。これにより、支持アームの剛性と安定性とをさらに高めることができる。

以下に、本発明による位置決め装置の２つの実施例を、添付図面に関連して詳しく説明する。

図１は本発明による位置決め装置の第１の実施例を支持アームの運動方向で見た側面図であり、
図２は図１に示された、本発明による位置決め装置の第１の実施例を上から見た図であり、
図３は本発明による位置決め装置の第２の実施例の側面図を示す。

本発明による位置決め装置１の第１の実施例が図１および図２に図示されている。図１および図２は、自動実装装置３の実装ヘッド２のための位置決め装置１であり、つまりどのようにして実装ヘッド２が電子的な構成エレメントを基板４に実装するために使用されるかを示す図である。自動実装装置３はシャシ（支持台）５を有していて、このシャシ５の上側に作業平面が形成されている。作業平面の中央の部分には搬送路が設けられていて、この搬送路の上を実装されるべき基板４が実装位置へと搬送され、かつ実装の後に前記実装位置から再び搬出されうる。作業平面は、位置決め装置１から基板４の搬送方向に対して直交する方向へ広がっている。位置決め装置１は支持アーム７を有していて、この支持アーム７は、支持アーム７の一方の端部において固定支承部８（支持アーム７の長手方向で位置固定または位置規定された支承部）により、かつ反対側にある他方の端部でルーズな、すなわち固定されていない支持支承部９（支持アーム７の長手方向で位置固定されていない支承部）により、基板４の搬送方向に対して平行な運動方向ｘに移動可能に支承されている。つまり支持アーム７は運動方向ｘに対して直交する方向で延びている。位置決め装置１のための駆動装置としては、ルーズな支持支承部９の側に設けられたリニアモータ１０が用いられる。この場合、リニアモータ１０の可動子１１は支持アーム７に設けられていて、リニアモータ１０の固定子１２は可動子１１に対してわずかな間隔を有して自動実装装置３のシャシ５に設けられている。さらに実装ヘッド２は支持アーム７に配置され、この実装ヘッド２は専用の駆動装置（図示されていない）によって支持アーム７の長手方向軸線の方向ｙ、すなわち支持アーム７の運動方向ｘに対して直交する方向に移動可能である。

位置決め装置１のルーズな支持支承部９は、支持アーム７に設けられた少なくとも１つの支持ローラ１３（１つだけの支持ローラの実施例は図示されていない）から成っている。この支持ローラ１３は、自動実装装置３のシャシ５に形成されたガイド面１４に沿って支持されている。支持ローラ１３の転動方向は、支持アーム７の運動方向ｘに向いている。可動支承部９として支持ローラ１３を１つだけ使用する場合、この支持ローラ１３は支持アーム７の中立的な位置、つまり運動方向ｘで支持アームの中心に配置されていると有利である。この場合に運動方向ｘでの支持アーム７の傾動を回避するために、運動方向ｘで、唯一の支持ローラ１３の前後に空気支承部（エアベアリング）または滑り支承部が設けられてよい。

図示の実施例では２つの支持ローラ１３が設けられている。この場合、これらの支持ローラ１３は運動方向で互いに前後に配置されていて、前記支持ローラ１３の転動方向は支持アーム７の運動方向ｘに向いている。この場合、安定化のための空気支承部または滑り支承部を省くことができる。支持支承部９のガイド面１４は、支持アーム７の運動方向に対して平行に、かつ支持アーム７の運動方向と長手方向軸線とによって規定された面（仮想面）に対して傾斜して形成されている。本実施例ではリニアモータ１０の滑走面も、支持アーム７の運動方向と長手方向軸線とによって規定された面に対して同様に傾斜して延在している。可動子１１と固定子１２との間に生じた磁気の引き付け力Ｆ_Ｍは、支持アーム７が力Ｆ_Ｌによって支持支承部９のガイド面１４に対して垂直方向に引っぱられるように作用している。言い換えると、リニアモータ１０は、磁気の引き付け力Ｆ_Ｍが支持支承部９のガイド面１４に対して垂直方向の力Ｆ_Ｌを支持アーム７に生ぜしめるように配置されている。永久磁石によって形成されるこのような力は、一般的に数キロニュートン（ｋＮ）の範囲で作用している。支持支承部９の傾斜したガイド面１４に生ぜしめられるこのような付加的な支持力により、運動方向ｘに対して側方向に向けられた、つまり支持アーム７の長手方向軸線の方向に向けられた、位置決め装置１の支持作用が得られる。位置決め装置１のこのような安定性（支持作用）は、リニアモータ１０の急速な加速または急激な減速の際に、運動方向ｘの方向での支持アーム７の弾性的なたわみもしくは振動を著しく減少させるように作用している。これにより実装過程中に所定の実装位置をより迅速にかつ極めて正確に調節することができる。本発明による位置決め装置１のさらなる利点は、支持支承部９の傾斜したガイド面１４が、熱による支持アーム７の長手方向軸線の熱変形を許容することである。したがって、支持アーム７は、たとえば温度上昇時に、支持アーム７の長手方向軸線の方向に伸びることができる。なぜならば支持ローラ１３は、支持支承部９のガイド面１４に沿って上方に動くことができるからである。これにより、熱による材料応力または支承部の傾動は起こらない。さらに支持アーム７は磁力によって支持アーム７の長手方向軸線の方向で締め付け力をかけられているので、遊びが、相対する側の固定支承部８から取り除かれる。これにより位置決め精度をさらに向上させることができる。図１の側面図から明らかなように、固定支承部８も可動支承部と同じように運動方向に対して平行に形成されていて、支持アーム７の運動方向と長手方向軸線とによって規定された面に対して傾斜して形成されている。このような構成は剛性を高めるものである。図２からわかるように、支持アーム７は支承部の領域において拡張して形成されている。これにより剛性は増大され、減速および加速の際のねじれ傾向は著しく減少される。

上述の実施例から明らかなように、本発明の根底を成す原理は、位置決め装置１が支持アーム７に作用する力を形成するための手段（実施例ではリニアモータ１０）を有しているので、ルーズな支持支承部９のガイド面１４に向かう方向での力（この場合には力Ｆ_Ｌ）が支持アーム７に作用し、支持アーム７が支持支承部９のガイド面１４に向けて引っぱられるかまたは押圧されることにある。このことは上述の実施例の場合にも、リニアモータ１０の滑走面が必ずしも傾斜して設定されなければならないということではなく、固定子１２と可動子１１との間で作用する磁力Ｆ_Ｍの少なくとも１つの力成分が、支持アーム７を支持支承部９のガイド面１４に向けて引き付けるようになっているとよいことを意味している。したがって、上述の側方向での支持効果が獲得されうる。しかしながらこの場合に注意することは、最も大きな支持力が支持支承部９のガイド面１４と滑走面とを互いに平行に配置してある場合に得られるということである。平行の誤差が大きければ大きいほど、磁力Ｆ_Ｍの、支持アーム７をガイド面１４に向けて引っぱる力成分は小さくなる。

上述の実施例においては、位置決め装置１の駆動装置が、リニアモータ１０として形成されており、リニアモータ１０が発生する磁力Ｆ_Ｍによって、支持アーム７に作用する支持力Ｆ_Ｌを形成するための手段の機能をも有するものの、本発明の別の実施例も可能である。たとえば位置決め装置１の駆動装置は、ベルト駆動装置またはスピンドル駆動装置によっても実施することができ、この場合には支持アーム７に作用する支持力を形成するための手段は別個に設けられなければならない。この手段は、たとえば支持アーム７に相応に設けられた永久磁石１５（図３に図示）であってよく、この永久磁石１５はわずかな間隔でシャシ５に設けられた強磁性のプレートと相互作用している。支持アーム７に作用する力を形成するための別の可能性は、本発明による作用原理に相応して、支持アームを支持支承部９のガイド面１４に引っぱるもしくは押圧するニューマチック式のサクション装置（逆作用の空気支承）を、支持アーム７に取り付けることである。さらに付言すれば、ルーズな支持支承部９を転がり支承の代わりに空気支承としても実施することができる。空気支承には摩擦がないので位置決め装置１にとってさらなる利点が得られる。

図１と図２に図示された、位置決め装置１の実施例では、リニアモータ１０は支持アーム７の、ルーズな支持支承部９も配置されている側に設けられている。このような実施態様では、力を支持アーム７に効果的に伝達して支持支承部９のガイド面１４に向いた力を支持アーム７に生ぜしめるという利点が必然的に得られる。しかしながら図３の第２の実施例に基づいてわかるように、リニアモータ１０もしくは、支持アームに作用する力を形成するための手段は、原理的には固定支承部８の側に設けられていてよい。このような場合、リニアモータ１０は、支持アーム７の長手方向軸線の方向で固定支承部８と反対側にあるルーズな支持支承部９との間にある。これによって、リニアモータ１０の磁力Ｆ_Ｍは支持アーム７に次のように作用し、すなわち支持アーム７は支持支承部９のガイド面１４に対して垂直方向の付加的な支承力Ｆ_Ｌを受け、つまり支持アームは支持支承部の側で付加的な支承力Ｆ_Ｌにより確実に負荷されるようになる。このようにして生ぜしめられる側方向での支持力を増強するために、支持支承部９の側に永久磁石１５またはニューマチック式の適当な装置が付加的に設けられてよい。

本発明による位置決め装置の第１の実施例を支持アームの運動方向で見た側面図である。 図１に示された、本発明による位置決め装置の第１の実施例を上から見た図である。 本発明による位置決め装置の第２の実施例の側面図である。

Claims (4)

1. 位置決め装置（１）、殊に、電子的な構成エレメントを基板（４）に実装するための自動実装装置（３）の実装ヘッド（２）のための位置決め装置（１）であって、駆動装置により位置決め装置のシャシ（５）に対して所定の運動方向に移動可能で、かつ運動方向に対して直交する方向に延びている支持アーム（７）が設けられている形式のものにおいて、支持アーム（７）は、該支持アーム（７）の一方の端部の領域において固定支承部（８）により、かつ反対側にある他方の端部の領域において自由な支持支承部（９）により運動方向に移動可能に支承されていて、固定支承部（８）は、前記運動方向に支持アーム（７）を可動にし、支持支承部（９）は、前記運動方向および前記直交する方向に支持アーム（７）を可動にし、この場合、支持アーム（７）は支持支承部（９）のガイド面（１４）に支持されていて、該ガイド面（１４）が運動方向に対して平行にかつ、支持アーム（７）の運動方向と長手方向軸線とによって規定された面に対して傾斜して延びていて、支持アーム（７）にガイド面（１４）に対して垂直な付加的な支承力を形成するための作用手段（１０）を備え、該作用手段が、支持アーム（７）を支持支承部（９）の側で支持支承部（９）のガイド面（１４）に対して付加的な支承力によって加圧することを特徴とする位置決め装置。
2. 駆動装置が、リニアモータ（１０）であって、この場合に支持アーム（７）に設けられた、リニアモータ（１０）の可動子（１１）とシャシ（５）に設けられた、リニアモータ（１０）の固定子（１２）とは、可動子（１１）と固定子（１２）との間に生じる磁力が支持アーム（７）に作用して、支持アーム（７）が支持支承部（９）の側で支持支承部（９）のガイド面（１４）に対して垂直方向の付加的な支承力により加圧されるように配置されている、請求項１記載の位置決め装置。
3. リニアモータ（１０）の可動子（１１）は、支持アーム（７）の、自由な支持支承部（９）が配置されている端部に設けられている、請求項２記載の位置決め装置。
4. 固定支承部（８）が、運動方向に対して平行にかつ、支持アーム（７）の運動方向と長手方向軸線とによって規定された面に対して傾斜して形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の位置決め装置。

Images