JP4670790B2 - 直動装置および電子部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビームの延伸方向にスライダを移動可能にした直動装置および直動装置を備えた電子部品実装装置に関するものである。

実装分野においては、固定された本体に対し実装ヘッドを水平移動させる機構を備えた実装装置が広く用いられている。この水平移動機構としては、実装ヘッドを第１の方向に移動させる第１のビームと、第１のビームを第１の方向と直交する第２の方向に移動させる第２のビームとで構成された直交移動機構が広く用いられ、第１のビームと第２のビームのそれぞれの移動長さを直交する２辺とした矩形領域内で実装ヘッドが移動自在となっている。

近年、更なる面積生産性の向上を目的として、従来は第１のビームの両端部を平行して配置された２つの第２のビームで支持した両持ち支持形式であった直交移動機構を、第１のビームの一端のみを１つの第２のビームで支持する片持ち支持形式に変更したものが用いられている。片持ち支持形式では、自重による下方への撓みと、移動の際の加減速による水平方向への撓みにより、特に自由端側において実装ヘッドの位置決め精度が悪化するため、従来のスチール等に比べ格段に比重の小さいＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を素材としたビームを用い、変形を最小限に抑えることが行われている。

実装ヘッドの移動機構としてはリニアモータや送りねじ機構等が用いられる。特にリニアモータは、実装ヘッド側に装着された可動子とビーム側に装着された固定子の間で作用する強力な磁力や可動子から発生する熱の影響でビームに変形が生じ、実装ヘッドのスムーズな移動を妨げるとともに位置決め精度を悪化させる要因となっていた。特許文献１には、ビームの全長に亘って補強用の複数のリブを設け、ビームの変形を極小化したものが記載されている。
特表２００６−５１４４３７号公報

ＣＦＲＰは、炭素繊維を織り込んだシートにエポキシ樹脂等を含浸させたものを複数積層して所定の形状に成形後に加熱硬化させて構成されるため、形状の自由度が比較的低く、複雑な形状のものにはあまり適さないという性質を持つ。特許文献１に記載されたものは、断面形状が中空のビームの内側に複数のリブを設けた複雑な形状であるので、製造工程が複雑になり、コストアップの要因となるという問題がある。

そこで本発明は、製造が容易で、かつ強度的に優れたビームを備えた直動装置および直動装置を備えた電子部品実装装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の直動装置は、作業面に平行な一方向に延伸されたビームと、前記ビームに前記一方向に延伸して設けられたガイドと、前記ガイドに前記一方向に移動可能に設けられたスライダと、前記スライダに設けられた可動部と前記ビームに設けられた固定部を備えた直動機構と、を備え、前記ビームが、前記一方向に延伸された断面矩形状のＣＦＲＰ製筒状体を積層して構成された。

請求項２に記載の直動装置は、請求項１に記載の直動装置において、前記ＣＦＲＰ製筒
状体が、前記固定部が設けられる第１の筒状体と、前記ガイドが設けられる第２の筒状体とを備えた。

請求項３に記載の電子部品実装装置は、請求項１または２記載の直動装置を備えた電子部品実装装置であって、前記スライダに電子部品の実装ヘッドが設けられ、前記作業面において基板に電子部品の実装を行う。

本発明によれば、製造が容易な断面矩形状のＣＦＲＰ製筒状体を積層してビームを構成しているので、各筒状体同士が対向する面がリブの役割を果たし、強度を確保することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図２は本実施の形態の直動装置の斜視図、図３は図２のＡＡ断面図、図４は本実施の形態の直動装置の側面図である。

最初に、電子部品実装装置の構成および動作について説明する。図１において電子部品実装装置１は、基台２に設けられた基板搬送装置３、電子部品供給装置４、第１の直動装置５、第２の直動装置６、実装ヘッド７とで構成されている。基台２の上面は水平面をなす作業面２ａとなっており、この作業面２ａ上で実装作業が行われる。基板搬送装置３は、基板８をＸ方向に搬送する機能を有するとともに作業面２ａ上の所定の位置に保持する機能を有し、実装前の基板８を電子部品実装装置１に搬入し、実装中は所定の位置で保持した状態を維持し、実装後は基板８の保持を解除して電子部品実装装置１から搬出する。なお、以下の説明においては、基板８の搬送方向をＸ方向とし、これに水平面内で直交する方向をＹ方向としている。電子部品供給装置４は、内部に収納した複数の電子部品を所定の個数ずつ所定の姿勢で外部に供給する機能を備え、基板搬送装置３の両側方に複数個ずつ配置されている。

第１の直動装置５および第２の直動装置６は、基台２の上方で対象物をそれぞれＹ方向およびＸ方向に直線的に移動させる機能を備えている。第２の直動装置６は、その一端が第１の直動装置５に支持されており、第１の直動装置５の駆動によりＹ方向に移動することができる。また、第２の直動装置６には実装ヘッド７が支持されており、第２の直動装置６の駆動によりＸ方向に移動することができる。従って、第１の直動装置５と第２の直動装置６の駆動の組み合わせにより、実装ヘッド７を基台２の上方で水平移動させ、任意の位置に位置決めすることができる。実装ヘッド７には電子部品を吸着するノズル９が設けられており、ノズル９は電子部品供給装置４から供給された電子部品を吸着して基板４に実装する。

次に、第２の直動装置の構成および動作について説明する。図２および図３において、第２の直動装置６は、作業面２ａ（図１参照）と平行なＸ方向に延伸されたビーム１０と、ビーム１０のＹ方向における側部にＸ方向に延伸して設けられた一対のガイド１１と、一対のガイド１１にＸ方向に移動可能に設けられたスライダ１２と、スライダ１２に設けられた可動子１３とビーム１０に設けられた固定子１４からなるリニアモータとで構成されている。

ビーム１０は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ＝Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製の筒状体１０ａ、１０ｂ、１０ｃをＺ方向に積層し、第１の筒状体１０ａの両側に第２の筒状体１０ｂ、１０ｃを配置した構成となっている。ＣＦＲＰは、炭素繊維にエポキシ樹脂などの高分子材料を含浸させた後、硬化さ
せて成形した複合材料であり、強度に優れ、鉄やアルミ等の金属に比べ、同等の強度、剛性であっても、より軽量化できるという特長を有しているが、炭素繊維の加工が難しく、複雑な形状に成形することは困難であり、コストアップの要因となる。ビーム１０は、個々の断面形状は比較的単純な矩形状である３つの筒状体１０ａ、１０ｂ、１０ｃをＺ方向に積層して一体的に成形するため、製造工程において特別な困難性はない。

第２の筒状体１０ｂ、１０ｃのスライダ１２と相対する面には一対のガイド１１がＸ方向に延伸して設けられ、第１の筒状体１０ａのスライダ１２と相対する面には固定子１４がＸ方向に延伸して設けられている。なお、第１の筒状体１０ａと第２の筒状体１０ｂ、１０ｃのスライダ１２と相対する面には一対のガイド１１とリニアモータのＹ方向における寸法差に応じた段差が必要となるため、第１の筒状体１０ａは第２の筒状体１０ｂ、１０ｃに比べＹ方向における延長が短くなっている。

スライダ１２の第２の筒状体１０ｂ、１０ｃと相対する箇所にはガイドブロック１５が設けられ、一対のガイド１１と係合してＸ方向に摺動自在となっている。スライダ１２の第１の筒状体１０ａと相対する箇所には、スペーサ１６を介して可動子１３が設けられ、固定子１４と所定の距離（ギャップ）をおいて対向している。可動子１３のスライダ１２と対向する側には、可動子１３とスライダ１２の間に形成された空隙部ａに突出する放熱フィン１７がＸ方向に沿って設けられている。ビーム１０の先端部には、可動子１３とスライダ１２の間に形成された空隙部ａにＸ方向の空気流を形成するファン１８が設けられている。

直動機構を構成するリニアモータの可動子１３側に内蔵されたコイルに電気を流して磁束を発生させると、固定子１４に配列された永久磁石との間で作用する引斥力により可動子１３に推進力が発生し、スライダ１２がＸ方向に移動する。可動子１３には電流により発熱が生じるが、空隙部ａに存在する空気層による断熱効果と、セラミックやフェノール樹脂等の熱伝導率の小さい断熱性素材で形成されるスペーサ１６による断熱効果によりスライダ１２側に伝達しにくくなっている。また、スライダ１２が移動する際には、空隙部ａが通気孔の役割を果たすため、電流により可動子１３に発生した熱が放熱フィン１７から発散される。なお、スライダ１２の停止中には、可動子１３の発熱が放熱フィン１７の周囲に滞留してしまうので、ファン１８の駆動により空隙部ａにＸ方向の空気流を強制的に形成して放熱を促す。

これにより、スライダ１２やガイド１１の熱変形に起因するスライダ１２のスムーズな移動の阻害を防止し、位置決め精度の向上とガイド１１の耐久性の向上を図ることができる。さらに、可動子１３と固定子１４の間には磁力による強力な吸引力が作用するが、ビーム１０を構成する３つの筒状体１０ａ、１０ｂ、１０ｃの対向する側面で形成される２つの接合部１９がリブの役割を果たし、可動子１３と固定子１４の間のギャップの変位や一対のガイド１１の変形を極小化し、可動子１３と固定子１４の間に作用する吸引力に起因するスライダ１２のスムーズな移動の阻害と位置決め精度の悪化を防止している。なお、空気流形成手段であるファン１８は、放熱フィン１７に近接している程より強力な空気流を形成することができるので、スライダ１２に一体的に設け、スライダ１２の位置に関わらず常に放熱フィン１７に近接した状態に維持することで高い放熱効果が期待できる。

第１の直動装置５についても、以上説明した第２の直動装置６と同様の構成となっており、Ｙ方向に延伸されたビーム２５と、ビーム２５のＸ方向における側部にＹ方向に延伸して設けられた一対のガイド２６と、一対のガイド２６にＹ方向に移動可能に設けられたスライダ２７を備え、直動機構としてリニアモータを備えている。スライダ２７のガイド２６と対向する側には一対のガイド１１と係合するガイドブロック２８が設けられ、スライダ２７はリニアモータの駆動によりＹ方向に摺動自在となっている。第２の直動装置６
は、その一端がスライダ２７に片持ち支持された状態で装着されている。

図３において、スライダ１２の上部はビーム１０の上方を通って反対側方に突出する上部アーム１２ａとなっており、ビーム１０の上方となる箇所に実装ヘッド７の動作制御を行う制御基板２０が設けられている。制御基板２０は、電子部品実装装置１全体の動作制御を行う図示しない主制御部や電源と接続されており、その接続ケーブルがビーム１０を挟んでスライダ１２の反対側方に配線されている。図４において、ビーム１０のＹ方向における側方には、接続ケーブル２１の配線経路を形成する配線ボックス２２が設けられている。

配線ボックス２２は長尺の筒状体であり、その一端はスライダ１２の上部アーム１２ａの突出部に固定され、他端は下部ブラケット２３に固定されている。下部ブラケット２３は、ビーム１０の下部から側方にＸ方向に延伸して設けられ、配線ボックス２２の他端は、ビーム１０が第１の直動装置５に支持される一端側に向けて開口するように固定されている。制御基板２０に接続された配線ケーブル２１は、ビーム１０の一端側に導かれ、第２の直動装置５を経由して主制御部と接続される。配線ボックス２２は可撓性を備えており、スライダ１２のＸ方向への移動に伴って移動する一端と下部ブラケット２３に固定された他端の間に形成される接続ケーブル２１の配線経路を容易に変更できるようになっている。

このように、第２の直動装置６では、比較的重量が嵩む制御基板２０、実装ヘッド７、接続ケーブル２１の配線経路の重量バランスを考慮してビーム１０の所定の位置に配設することで、ビーム１０に作用する重量バランスを整えている。特に重量バランスの中心をビーム１０の断面中心に近づけることで、スライダ２７をガイド２６に係合させるガイドブロック２８にかかる荷重が略均一になるので、ガイド２６とガイドブロックとの間に生じる摩擦力のむらをなくしスライダ２７のスムーズな移動を実現するとともに偏磨耗を防止し、耐久性の向上を図ることができる。また、ビーム１０の捻れ等の変形が抑制されるので、スライダ１２のスムーズな移動の阻害と位置決め精度の悪化を防止することができる。なお、制御基板２０は、ビーム１０の下方に配設することも可能であり、そのＹ方向における位置を実装ヘッド７および接続ケーブル２１の配線経路の重量バランスを考慮して変位させてもよい。

本実施の形態においては、スライダ１２を移動させる直動機構としてリニアモータを用いているが、リニアモータの代わりに送りねじ機構を用い、固定部として機能する固定子を送りねじ駆動部に置換し、可動部として機能する可動子を送りねじと螺合するナットに置換することも可能である。この場合、ビーム１０を構成する断面矩形の筒状体１０ａ、１０ｂ、１０ｃの接合部１９がリブの役割を果たし、送りねじ駆動部の取り付け剛性が向上するので、送りねじの回転軸のずれが抑制され、ナットのスムーズな移動が阻害されず、スライダ１２の位置決め精度の低下を防止することができる。また、スライダ１２には、実装ヘッド７の他にカメラ等の撮像装置やペースト塗布装置等を装着することも可能であり、何れの装置を装着した場合であっても位置決め精度が向上し、品質の向上を図ることができる。

本発明によれば、製造が容易な断面矩形状のＣＦＲＰ製筒状体を積層してビームを構成しているので、各筒状体同士が対向する面がリブの役割を果たし、強度を確保することができるという利点を有し、電子部品の実装分野において有用である。

本実施の形態の電子部品実装装置の斜視図 本実施の形態の直動装置の斜視図 図２のＡＡ断面図 本実施の形態の直動装置の側面図

符号の説明

１ 電子部品実装装置
２ａ 作業面
６ 第２の直動装置
７ 実装ヘッド
８ 基板
１０ ビーム
１０ａ 第１の筒状体
１０ｂ、１０ｃ 第２の筒状体
１１ ガイド
１２ スライダ
１３ 可動子
１４ 固定子

Claims (3)

1. 作業面に平行な一方向に延伸されたビームと、前記ビームに前記一方向に延伸して設けられたガイドと、前記ガイドに前記一方向に移動可能に設けられたスライダと、前記スライダに設けられた可動部と前記ビームに設けられた固定部を備えた直動機構と、を備え、
   前記ビームが、前記一方向に延伸された断面矩形状のＣＦＲＰ製筒状体を積層して構成された直動装置。
2. 前記ＣＦＲＰ製筒状体が、前記固定部が設けられる第１の筒状体と、前記ガイドが設けられる第２の筒状体とを備えた請求項１に記載の直動装置。
3. 請求項１または２記載の直動装置を備えた電子部品実装装置であって、
   前記スライダに電子部品の実装ヘッドが設けられ、前記作業面において基板に電子部品の実装を行う電子部品実装装置。

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