JP4543463B2

JP4543463B2 - 移動体システム

Info

Publication number: JP4543463B2
Application number: JP34674199A
Authority: JP
Inventors: 洋中川; 雅章成久; 豊前田; 克好中野; 洋介村口
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2019-12-06
Also published as: JP2001169528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータを用いた移動体システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体工場などにおいては、半導体部品を搬送したり、作業ロボットを移動させる移動体システムが用いられている。このような移動体システムにおいては、リニアモータ方式やボールスクリュー方式などがある。
【０００３】
ここで、図１に従来のリニアモータ方式を用いた移動体システムの構成を示す。同図に示すように、このシステムでは、移動体３は、図の紙面垂直方向に敷設された軌道１上をリニアガイド２により移動可能に案内支持されている。移動体３は、コア４と、コア４に券回されるコイル５と、コア４を支持する支持部材９とを備える磁界発生機構８を備えている。この磁界発生機構８では、コイル５に電流を供給することにより、軌道１におけるコア４と対向する位置に配置された二次側コア６との間に磁界を発生し、これにより推力を発生して移動体３を移動させる。
【０００４】
このような移動体３には、上述した推力を発生する磁界発生機構８に加え、半導体部品を実装する実装ロボットなどが載置される載置部材７が設けられている。ここで、載置部材７と上記磁界発生機構８の支持部材９とがボルト１０により固定されている。従って、載置部材７上に実装ロボット等を搭載すれば、この実装ロボットを軌道１中の任意の位置に移動させることができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、移動体システムにおいては、上述した移動体３に搭載したロボットなどをある直線上だけでなく、所定範囲内で平面的（Ｘ方向、Ｙ方向）に任意に移動させるために、図２に示すようなシステムが用いられることがある。同図に示すように、このシステムでは、Ｘ軸方向に敷設される軌道１および移動体３などを含む上記のリニアモータシステム１６（図１参照）自体をボールスクリュー方式でＹ軸方向に移動できるようにしている。具体的には、リニアモータシステム１６をボールスクリュー１５によって駆動される架台に固定し、ボールスクリュー１５をモータ１７で駆動することにより、リニアモータシステム１６全体をＹ軸方向に移動させることができるようになっている。このシステムによれば、ボールスクリュー１５およびリニアモータの両者の駆動を制御することにより、移動体３をＸＹ平面の任意の位置に移動させることができる。
【０００６】
このようなＸＹ平面で移動可能な移動体システムでは、リニアモータシステム１６自体をＹ軸方向に移動させる構成であるため、リニアモータシステム１６の重量が大きくなると、それを駆動するために大きな動力が必要となり、システム全体の大型化および消費電力が増加してしまうといった問題がある。従って、リニアモータシステムを軽量化することが望まれている。もちろん、リニアモータシステムを小型・軽量化することは可能であるが、この場合、軌道１が短くする必要があったり、移動体３の移動能力等を低下させる必要があった。また、上記のような平面的な移動体システムに限らず、軌道１などを天井につり下げて保持するような場合にも、リニアモータシステムを軽量化することが望まれる。
【０００７】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、軌道レールに沿って移動体を移動させる能力の低下を招くことなく、システム全体の軽量化が可能な移動体システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の移動体システムは、レール軌道と、該レール軌道に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、リニアモータにより前記移動体に推力を付与する移動体システムであって、前記レール軌道は、第１の端板部材と、前記第１の端板部材の両端部にそれぞれ設けられ、互いに対をなして対向する二次側コアと、前記二次側コアの各々に設けられる対をなす第２の端板部材と、前記第２の端板部材の各々に設けられる対をなすガイド部材を備え、前記移動体は、各前記ガイド部材によって両端部がそれぞれ支持され、機器を搭載するための略板状の作業用保持部材と、前記作業用保持部材に支持され、前記二次側コアにそれぞれ対向する位置に設けられた対をなす一次側コアと、前記一次側コアにそれぞれ巻回されたコイルとを備え、前記作業用保持部材は、前記一次側コアと前記二次側コアとの間に発生する磁束の方向と平行をなすように設けられ、且つ、前記二次側コア、前記第２の端板部材、及び前記ガイド部材は、前記第１の端板部材の両端部において、この順に一直線状に積み重ねられて、前記第１の端板部材と作業用保持部材との間に挟み込まれていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の移動体システムは、直線状に敷設されるレール軌道と、該レール軌道に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、リニアモータにより前記移動体に推力を付与する第１の移動体機構と、前記第１の移動体機構を、前記レール軌道が敷設される直線に対して直交する方向に移動させる第２の移動体機構とを具備し、前記レール軌道は、第１の端板部材と、前記第１の端板部材の両端部にそれぞれ設けられ、互いに対をなして対向する二次側コアと、前記二次側コアの各々に設けられる対をなす第２の端板部材と、前記第２の端板部材の各々に設けられる対をなすガイド部材を備え、前記移動体は、各前記ガイド部材によって両端部がそれぞれ支持され、機器を搭載するための略板状の作業用保持部材と、前記作業用保持部材に支持され、前記二次側コアにそれぞれ対向する位置に設けられた対をなす一次側コアと、前記一次側コアにそれぞれ巻回されたコイルとを備え、前記作業用保持部材は、前記一次側コアと前記二次側コアとの間に発生する磁束の方向と平行をなすように設けられ、且つ、前記二次側コア、前記第２の端板部材、及び前記ガイド部材は、前記第１の端板部材の両端部において、この順に一直線状に積み重ねられて、前記第１の端板部材と作業用保持部材との間に挟み込まれていることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
Ａ．移動体システムの全体構成
まず、図３は本発明の一実施形態に係る移動体システムの主要部の概略構成を示す斜視図である。同図に示すように、この移動体システムは、Ｘ軸方向に伸びる直線状に敷設された軌道レール３０と、軌道レール３０に沿って移動可能に設けられる移動体３１とを有する第１移動体機構３２と、移動体機構３２をＸ軸と直交するＹ軸方向に移動させる第２移動体機構３３とを備えている。
【００１１】
第２移動体機構３３は、軌道レール３０の両端側にそれぞれ設けられるボールスクリュー４０と、ボールスクリュー４０を駆動するモータ４１とを備えている。各ボールスクリュー４０には、ボールスクリュー４０の回転によりＹ軸方向に移動させられる移動架台４２が設けられており、各移動架台４２に軌道レール３０の両端部がそれぞれ固定されている。これにより、軌道レール３０は移動架台４２の移動に伴ってＹ軸方向に移動させられるようになっている。
【００１２】
この構成の下、モータ４１は、図示せぬ制御回路等から入力されるＹ座標を示す位置情報に基づいて、ボールスクリュー４０を回転駆動し、位置情報に示される位置（Ｙ座標）に移動架台４２に固定された軌道レール３０を移動させる。このとき、図示せぬ制御回路からは第１移動体機構３２にＸ座標を示す位置情報が入力される。この情報を取得した第１移動体機構３２では、位置情報に示される位置（Ｘ座標）に位置するように移動体３１を移動させる。この移動体システムでは、このようにして移動体３１をＸＹ平面内の任意の位置に移動させることができるようになっている。
【００１３】
Ｂ．第１移動体機構
上述した移動体システムにおける第２移動体機構３３は、従来の一般的なボールスクリュー方式を用いて移動架台４２を駆動する機構であるが、本発明は駆動方式としてリニアモータを用いた第１移動体機構３２の軽量化を容易とする点を特徴としており、以下、第１移動体機構３２について図４および図５を参照しながら説明する。
【００１４】
図４に示すように、第１移動体機構３２は、第１移動体機構３２は、上述したようにＸ軸方向に沿った直線状に敷設される軌道レール３０を有しており、この軌道レール３０に沿って移動体３１が移動可能になされている。図５に示すように、軌道レール３０は、上方が開放した断面コ字状の部材であり、その左右両端部（端板部材）３０ａには、それぞれリニアガイド（ガイド部材）５３が設けられており、このリニアガイド５３に移動体３１が摺動可能に支持されている。これにより、移動体３１は軌道レール３０に沿って移動することができるようになっている。また、軌道レール３０は、後述する移動体３１の磁界発生機構と協働して移動体３１に推力を付与するための磁界を発生する二次側コア５２を有している。ここで、二次側コア５２は、上述した磁界発生機能を有するとともに、断面コ字状の軌道レール３０の左右の側面部となっている。つまり、二次側コア５２は断面コ字状の軌道レール３０を構成する一部分であり、各二次側コア５２の上部に上述したリニアガイド５３が設けられている。ここで、二次側コア５２は、端部３０ａおよび二次側コア５２の図の下方側の部分（端板部材）３０ｂによって挟まれた状態で支持されている。本実施形態では、このように二次側コア５２を支持する端部３０ａをリニアガイド５３を支持する部材として兼用している。
【００１５】
移動体３１は、大別すると、箱状の軌道レール３０の内部に配置され、上記二次側コア５２とともに磁界を発生してこの移動体３１に推力を付与する磁界発生機構５４と、磁界発生機構５４の上方に配置され、半導体部品実装ロボットなど所定の作業を実行する機器などを搭載する作業用保持部材５５と、磁界発生機構５４と作業用保持部材５５とを連結する結合機構５６とを備えている。
【００１６】
磁界発生機構５４は、上述した軌道レール３０の側面を構成する各二次側コア５２に対向する位置に設けられる一次側コア５７と、各一次側コア５７に券回されるコイル５８と、一次側コア５７およびこれに券回されるコイル５８を支持する支持部材５９とを備えている。ここで、図６を参照しながら、磁界発生機構５４と軌道レール３０の一部を構成する二次側コア５２とによる移動体３１の具体的な駆動構成例について説明する。本実施形態では、二次側コア５２と、一次側コア５７およびコイル５８とは、支持部材５９を挟んで２組設けられているが、両者は同一の原理で動作するため、一方のみを図示してその動作原理について説明する。
【００１７】
図６に示すように、軌道レール３０の一部を構成する二次側コア５２の一次側コア５７と対向する面には、歯部５２ａが長手方向に沿って等間隔に形成されている。移動体３１の一次側コア５７は、コ字状のＡ相鉄心７０およびＢ相鉄心７１と、Ａ相鉄心７０のＡ相磁極７０ａおよび相磁極７０ｂに券回されるコイル５８ａ，５８ｂと、Ｂ相鉄心７１のＢ相磁極７１ａおよび相磁極７１ｂに券回されるコイル５８ｃ，５８ｄと、Ａ相鉄心７０およびＢ相鉄心７１の二次側コア５２と反対側の面に設けられた永久磁石７２，７３と、永久磁石７２，７３に取り付けられた板状の磁性体によって構成されるバックプレート７４とから構成されている。Ａ相磁極７０ａの二次側コア５２と対向する面には、歯部５２ａのピッチＰと同一ピッチで３個の極歯７５ａが形成されており、その他の磁極７０ｂ，７１ａ，７１ｂにも同様に３個の極歯７６ｂ，７７ａ，７７ｂが形成されている。
また、各磁極７０ｂ，７１ａ，７１ｂはＡ相磁極７０ａに対して順次Ｐ／４ずつずらして配置され、これにより各磁極７０ｂ，７１ａ，７１ｂは互いに位相が９０°ずつ異なった位置関係となっている。このような構成の下、コイル５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄに一相励磁方式等によりパルス信号を供給することにより、コイル５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄに順次発生する磁束と、永久磁石７２，７３が発生する磁束とが各磁極７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂにおいて順次加減され、二次側コア５２に対する移動体３１の磁気的安定位置が順次移動し、これにより移動体３１が二次側コア５２に沿った方向に移動させられる。
これは、一般的なリニアパルスモータの構成であるが、この他にも、例えば特開平３−１２４２５９号公報に記載されたリニアパルスモータ方式などを用いるようにしてもよい。
【００１８】
図５に戻り、作業用保持部材５５は、略板状の部材であり、その図の左右両端側において上述したリニアガイド５３に支持されている。また、作業用保持部材５５の上面には、所定の作業を実行するための装置等が搭載されている。例えば、半導体部品実装作業を実行する場合には、半導体部品実装ロボットや半導体部品搬送用ロボットなどが搭載され、単に半導体部品を搬送する作業を実行する場合には、半導体部品等を収容するラックなどが搭載されることになる。なお、作業用保持部材５５が搭載する作業用機器としては、上述した半導体製造に関わるものに限定されるものではなく、他の用途に用いられるロボット等であってもよい。
【００１９】
作業用保持部材５５の下面には、結合機構５６により磁界発生機構５４の支持部材５９が結合されている。これにより、作業用保持部材５５およびこれに搭載されるロボットなどは、軌道レール３０上の任意の位置に移動することができるようになっている。
【００２０】
結合機構５６は、複数のボルト６５を有しており、ボルト６５により作業用保持部材５５と支持部材５９とを結合している。また、これらのボルト６０は、作業用保持部材５５と支持部材５９の間に配置される円筒状のスペーサ６６に挿通させられている。これにより、スペーサ６６が支持部材５９の上面と作業用保持部材５５の下面との間に介在した状態で作業用保持部材５５と支持部材５９が結合され、作業用保持部材５５の下面と支持部材５９の上面の間に空間Ｓが形成されるようになっている。このような空間Ｓを形成することにより、移動体３１駆動時にコイル５８から発生する熱の作業用保持部材５５への伝達を抑制することができる。
【００２１】
Ｃ．効果
次に、本実施形態に係る移動体システムの効果について従来の構成（図１および図２参照）と比較しながら説明する。従来の構造では、図１に示すように、断面コ字状の軌道１の左右の側面部の内周側に二次側コア６が設けられている。これに対し、本実施形態に係る移動体システムの第１移動体機構３２では、図５に示すように、二次側コア５２が移動体３１の磁界発生機構５４と協働して推力を発生させるとともに、軌道レール３０の一部となっている。従って、従来の構造と比較すると、軌道１よりも左右の側面部の分だけ軌道レール３０の重量を小さくすることができるとともに、軌道レール３０の幅方向のサイズも小さくすることができる。もちろん、このような軽量化および幅方向のサイズの小型化を実現した場合にも、リニアパルスモータとしての駆動能力等は、従来の構造と全く同様である。
【００２２】
また、本実施形態に係る移動体システムは、上記のように軽量化が可能となった第１移動体機構３２を第２移動体機構３３が移動させることによりＸＹ平面の任意の位置に移動体３を移動させるものである。従って、上記のように第１移動体機構３２の軽量化が可能となると、第１移動体機構３２をＹ軸方向に駆動する第２移動体機構３３に必要とされる駆動力を低減することができる。従って、従来の構造と比較して、第２移動体機構３３のモータ４１として低い能力のものを使用するといったことができ、第２移動体機構３３の小型化やシステムの製造コストの低減が可能となる。もちろん、これに伴って第２移動体機構３３の消費電力も低減することができる。
【００２３】
Ｄ．変形例
なお、上述した実施形態においては、軌道レール３０は、上方が開放した断面コ字状の部材であり、この左右側面部を二次側コア５２が構成するようになっていたが、これに限らず、軌道レール３０の形状や、二次側コア５２が構成する部分は任意である。例えば、図７に示すレール軌道１００は、断面形状が矩形であり、その両端側にリニアガイド５３が設けられている。そして、レール軌道１００の中央部分を二次側コア５２が配置され、その両側に端板部材１００ａが配置されている。これらの端板部材１００ａに挟まれた状態で二次側コア５２が支持されている。そして、これらの端板部材１００ａが移動体３１を移動可能に支持するリニアガイド５３を支持している。一方、移動体３１は、下側が開放した断面コ字状の作業用保持部材５５とその下面に支持部材５９を介して取り付けられる一次側コア５７を有している。そして、レール軌道１００の中央部分を構成する二次側コア５２と対向する位置に一次側コア５７が配置されるようになっている。
【００２４】
また、上述した実施形態では、第１移動体機構３２の駆動方式としてリニアパルスモータを利用していたが、これに限らず、移動体３１を案内する軌道レール３０に沿ってコアを設けるリニアモータ、例えば誘導型などの他のタイプのリニアモータに適用することが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軌道レールに沿って移動体を移動させる能力の低下を招くことなく、システム全体の軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のリニアモータを利用した移動体システムの構成を示す断面図である。
【図２】従来の移動体システムの主要部の概略を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る移動体システムの主要部の概略を示す斜視図である。
【図４】実施形態に係る前記移動体システムの構成要素である第１移動体機構の主要部を示す斜視図である。
【図５】実施形態に係る前記移動体システムの前記第１移動体機構の主要部を示す断面図である。
【図６】前記第１移動体機構の動作原理を説明するための図である。
【図７】前記第１移動体機構の変形例の主要部を示す断面図である。
【符号の説明】
３０……軌道レール、３１……移動体、３２……第１移動体機構、３３……第２移動体機構、４０……ボールスクリュー、４１……モータ、４２……移動架台、５２……二次側コア、５３……リニアガイド、５４……磁界発生機構、５５……作業用保持部材、５７……一次側コア、５８……コイル、１００……レール軌道

Claims

レール軌道と、該レール軌道に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、リニアモータにより前記移動体に推力を付与する移動体システムであって、
前記レール軌道は、
第１の端板部材と、
前記第１の端板部材の両端部にそれぞれ設けられ、互いに対をなして対向する二次側コアと、
前記二次側コアの各々に設けられる対をなす第２の端板部材と、
前記第２の端板部材の各々に設けられる対をなすガイド部材を備え、
前記移動体は、
各前記ガイド部材によって両端部がそれぞれ支持され、機器を搭載するための略板状の作業用保持部材と、
前記作業用保持部材に支持され、前記二次側コアにそれぞれ対向する位置に設けられた対をなす一次側コアと、
前記一次側コアにそれぞれ巻回されたコイルとを備え、
前記作業用保持部材は、前記一次側コアと前記二次側コアとの間に発生する磁束の方向と平行をなすように設けられ、且つ、前記二次側コア、前記第２の端板部材、及び前記ガイド部材は、前記第１の端板部材の両端部において、この順に一直線状に積み重ねられて、前記第１の端板部材と作業用保持部材との間に挟み込まれている
ことを特徴とする移動体システム。
直線状に敷設されるレール軌道と、該レール軌道に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、リニアモータにより前記移動体に推力を付与する第１の移動体機構と、
前記第１の移動体機構を、前記レール軌道が敷設される直線に対して直交する方向に移動させる第２の移動体機構とを具備し、
前記レール軌道は、
第１の端板部材と、
前記第１の端板部材の両端部にそれぞれ設けられ、互いに対をなして対向する二次側コアと、
前記二次側コアの各々に設けられる対をなす第２の端板部材と、
前記第２の端板部材の各々に設けられる対をなすガイド部材を備え、
前記移動体は、
各前記ガイド部材によって両端部がそれぞれ支持され、機器を搭載するための略板状の作業用保持部材と、
前記作業用保持部材に支持され、前記二次側コアにそれぞれ対向する位置に設けられた対をなす一次側コアと、
前記一次側コアにそれぞれ巻回されたコイルとを備え、
前記作業用保持部材は、前記一次側コアと前記二次側コアとの間に発生する磁束の方向と平行をなすように設けられ、且つ、前記二次側コア、前記第２の端板部材、及び前記ガイド部材は、前記第１の端板部材の両端部において、この順に一直線状に積み重ねられて、前記第１の端板部材と作業用保持部材との間に挟み込まれている
ことを特徴とする移動体システム。