JP5475951B2 - リニアモータ及び部品移載装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベースプレートに対して可動ベースを直線的に移動させるリニアモータおよび該リニアモータを用いた部品移載装置に関するものである。

リニアモータは、複数のコイルが磁極鉄心に列設された１次側要素と、強磁性材料より形成されたヨークに複数の永久磁石が列設された２次側要素とを有しており、永久磁石がコイルに対向しながら離間配置されている。そして、コイルに印加する駆動電流を制御することによって磁極鉄心の磁界を移動させることによって、１次側要素（または２次側要素）が２次側要素（または１次側要素）に対して相対移動する。このようなリニアモータとしては、例えば特許文献１に記載されたシャフト型リニアモータがある。このシャフト型リニアモータは、機械的強度に十分な肉厚を有する中空の直方体の形状を有するハウジングを有しており、当該ハウジング内に複数のコイルが固定子として配置されている。各コイルの中央部には、可動子として機能する駆動用シャフトを挿入可能な中空の円形穴が設けられている。また、ハウジングの上下面には、駆動用シャフトを移動可能に受け入れるよう、駆動用シャフトの直径より僅かに大きい貫通孔が形成されている。これらの貫通孔はハウジング内のコイルに設けられた中空穴と連通するように位置決めされている。そして、駆動用シャフトを貫通孔およびコイルの中空穴に挿通し、さらに駆動用シャフトの駆動用永久磁石がコイルに対向するように位置決めされている。

また、特許文献２には、走行用レールを可動子側に設ける一方、固定子側に支持摺動部材（スライダ）を設けて可動子を固定子に対して所定の移動方向に移動させるリニアモータが記載されている。すなわち、リニアモータでは、３枚の強磁性の板状ヨーク（例えばＳＳ４００製）を組み合わせて移動方向に沿って断面形状がコの字の組立体を形成している。そして、相対向するヨークの内面に永久磁石を移動方向に列状に設けて磁気回路を形成する一方、ヨークの外表面に対して走行用レールが移動方向に延設されている。このようにヨークと永久磁石により可動子が構成されている。また、走行用レールに沿って支持摺動部材（スライダ）がスライド自在に設けられるとともに、当該支持摺動部材に固定子が取り付けられている。この固定子には、可動子の磁気回路の磁極と対向しながら当該磁極表面から所定間隔だけ離間するように多相コイルが配置されている。このため、上記したようにコイルに印加する駆動電流を制御することで可動子は固定子に対して相対移動する。

特開２００６−１８０６４５号公報（図５、図８） 特開２００７−７４８３２号公報（図１）

電子部品などの部品をハンドリングする部品移載装置、半導体装置や液晶表示装置などを製造するための製造装置などを中心として、リニアモータの用途が年々拡大しており、特に近年薄型で優れた動作応答性を有する高性能なリニアモータのニーズが高まっている。しかしながら、特許文献１に記載のリニアモータはハウジング表面に設けた貫通孔およびハウジング内に配置されたコイルの中空穴に対して駆動用シャフトを挿通するという構造を採用しているため、必然的にリニアモータの薄型化には限界があり、上記要望を満足するのは難しい。

また、特許文献２に記載のリニアモータでは、ヨークに対して走行用レールを取り付けて可動子を移動可能に構成している。したがって、機械的強度を確保するためにヨークを厚肉化せざるを得ず、可動子は重く、このことがリニアモータの動作応答性を低下させる主要因のひとつとなっていた。また、３枚のヨークを略コの字に配置し、しかも相対向する２つのヨークの間で、永久磁石−コイル−永久磁石という配置が形成されている。したがって、移動方向と直交する方向にリニアモータは厚くなっている。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、薄型で、しかも動作応答性に優れた高性能リニアモータを提供することを第１の目的とする。

また、この発明は上記リニアモータを用いた部品移載装置を提供することを第２の目的とする。

この発明にかかるリニアモータは、ベースプレートと、ベースプレートのベース面に対して所定の移動方向に延設された直線状のレールと、レールに沿って移動方向にスライド自在に設けられたスライダと、スライダに取り付けられた可動ベースと、可動ベースに対して移動方向に延設された可動子と、移動方向と直交する幅方向に可動子から離間して対向するようにベースプレートのベース面に対して移動方向に延設された固定子とを備え、可動子および固定子で発生する磁束の相互作用により可動ベースを移動方向に駆動する。したがって、可動子および固定子が幅方向に並ぶこととなり、ベース面の法線方向においてリニアモータの厚みを抑制することができ、薄型のリニアモータが得られる。また、可動ベースが軽量されてリニアモータの動作応答性が向上する。

本発明では、可動ベースを軽量化するために次のような可動ベースを採用している。すなわち、可動ベースに対し、スライダの取付位置から離間した位置に形成された貫通孔と、移動方向に沿って形成されるとともに貫通孔と連通する内部空間とを設けることで、可動ベースの軽量化が図られている。また、可動ベースが樹脂材料で形成されるとともに、樹脂製の可動ベースに可動子をインサート形成により一体化し、可動ベースと可動子が一体的に移動可能となっている。このような構成を有する発明では、可動ベースの軽量化以外に、可動ベースに対して可動子を取り付けるための取付部品が不要となるという作用効果、可動子が樹脂材料で保護されて可動子の損傷が防止されるという作用効果などが得られる。また、可動ベースを軽量化するために、可動ベースは軽金属材料、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金などで形成されている。

また、この発明にかかる部品移載装置は、部品収容部から部品搭載領域に部品を移載するものであって、上記第２の目的を達成するため、ベース部材と、ベース部材に対して上下方向に移動自在に支持され、先端部に吸着ノズルが取り付けられるとともに、後端部に接続された負圧配管を介して供給される負圧を吸着ノズルに与えるノズルシャフトと、ノズルシャフトを上下方向に駆動する上下駆動機構とを有する、ヘッドユニットと、部品収容部の上方位置と部品搭載領域の上方位置との間でヘッドユニットを移動させるヘッド駆動手段とを備え、上下駆動機構が請求項１ないし５のいずれかに記載のリニアモータであり、リニアモータは移動方向が上下方向と平行となるようにベース部材に取り付けられ、リニアモータの可動ベースがノズルシャフトに連結されていることを特徴としている。

このように構成された部品移載装置では、上記リニアモータの可動ベースがノズルシャフトに連結されて可動ベースを駆動することでノズルシャフトが上下方向に駆動される。このように薄型で、しかも動作応答性に優れたリニアモータを用いてノズルシャフトを駆動するように構成しているため、ノズルシャフトの先端部に取り付けられた吸着ノズルによって部品を高速に移載することができる。また、リニアモータの薄型化によって部品移載装置の小型化を図ることができる。

本発明は、ベースプレートに対して可動ベースを直線的に移動させるリニアモータおよび当該リニアモータを用いた部品移載装置に関するものであり、以下においては、本発明にかかるリニアモータと、同リニアモータを用いた部品移載装置の一実施形態である表面実装機に分けて詳述する。

＜リニアモータ＞
図１は本発明にかかるリニアモータの第１実施形態を示す斜視図である。また、図２は図１のリニアモータのＡ−Ａ線断面図である。さらに、図３は図１のリニアモータの分解組立斜視図である。なお、これらの図面及び後で説明する図面では、各図の方向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が示されている。これら３つの方向Ｘ、Ｙ、ＺのうちＺ方向が本発明の「移動方向」に相当し、Ｙ方向が本発明の「幅方向」に相当し、Ｘ方向が「移動方向」および「幅方向」の両方向に直交する「厚み方向」に相当している。

このリニアモータＬＭは所定の移動方向Ｚに伸びる薄型トレイー状のベースプレート１を有している。このベースプレート１では、図３に示すように、その内底面がベース面１ａとなっており、ベースプレート１の（＋Ｙ）方向側端部、（−Ｙ）方向側端部および（＋Ｚ）方向側端部に立壁１ｂ〜１ｄが厚み方向（＋Ｘ）にそれぞれ立設され、これらの立壁１ｂ〜１ｄとベース面１ａにより上方向（＋Ｘ）に開口する凹部１ｅが形成されている。そして、当該凹部１ｅにリニアモータＬＭの構成部品が後述するように収納される。なお、この実施形態では、ベース面１ａと立壁１ｂ〜１ｄを一体的に成形してベースプレート１を構成しているが、ベース面１ａと立壁１ｂ〜１ｄを個別に形成した上、これらの構成要素を組み付けてベースプレート１を構成してもよい。なお、図１および図２中の符号１ｈはリターンスプリングを取り付けるためのスプリング係合部である。

このように、本実施形態では、（＋Ｘ）方向がベース面１ａの法線方向に相当しており、この法線方向（＋Ｘ）に延びる立壁１ｂ〜１ｄとベース面１ａに囲まれた空間、つまり凹部１ｅの内部空間がリニアモータの各構成要素を収納する収納空間となっている。また、本実施形態では、移動方向Ｚのベースプレート１の両端部のうち（−Ｚ）側端部には立壁は形成されておらず、（−Ｚ）側端部が開放部１ｊとなって凹部１ｅの内部空間（収納空間）と当該空間の外部とを連通している。このように開放部１ｊを設けることによって、本実施形態では後述する可動ベースの（−Ｚ）側端部およびブロック部材の一部が移動方向Ｚへの可動ベースの駆動に応じて凹部１ｅの内部空間に対して出入移動されるように構成している。

このベース面１ａ上には、１本のリニアガイド２がＺ方向に延設されている。すなわち、ベースプレート１に対して移動方向Ｚに延びる直線状のレール２ａが固定されるとともに該レール２ａに沿って２つのスライダ２ｂ１、２ｂ２が移動方向Ｚにスライド自在に（Ｙ方向及びＸ方向に規制されて）取り付けられている。また、レール２ａからのスライダ２ｂ１、２ｂ２の抜け落ちを防止するために、２つのリニアガイドストッパ２ｃ１、２ｃ２がベースプレート１のベース面１ａに取り付け可能となっている。

また、これらのスライダ２ｂ１、２ｂ２に対して逆凹状またはＨ字状の断面を有する可動ベース４が取り付けられ、Ｚ方向に移動自在となっている。より詳しくは、可動ベース４はＸＹ断面にて逆凹形状を有する内部空間４ｃ（図３、図４）を有しており、この内部空間の天井面がスライダ２ｂ１、２ｂ２の上面上に位置した状態で、可動ベース４がスライダ２ｂ１、２ｂ２に固定されている。このように本実施形態では、可動ベース４およびスライダ２ｂ１、２ｂ２が一体的に移動方向Ｚに移動自在となっている。そして、次に説明するように可動ベース４の（−Ｙ）側端部側面に可動子が取り付けられる一方、（＋Ｙ）側端部側面にリニアスケール７ｂが取り付けられている。

また、可動ベース４の天井面には、図４および図５に示すように、スライダ２ｂ１、２ｂ２の取付位置４ｅから離間した位置に貫通孔４ａが形成されて肉盗み部４ｄを構成している。このように可動ベース４に肉盗み部４ｄを設けることで可動ベース４が軽量化されている。また、この肉盗み部４ｄは放熱部としても機能しており、後述するように可動ベース４を駆動している際に発生する熱を放熱する。また、各貫通孔４ａは内部空間４ｃと連通されており、上記のように肉盗み部（放熱部）から放熱されて暖められた肉盗み部周囲の空気を内部空間４ｃを介して可動ベース４の外部に廃棄可能となっている。

図４は可動部材と可動子の取付構造を示す斜視図であり、また図５は可動部材と可動子の取付構造を示す図である。これらの図に示すように、可動ベース４の（−Ｙ）側端部側面に強磁性材料より形成されたヨーク５が取り付けられ、さらに当該ヨーク５の表面には、Ｎ極側が該表面に対向する永久磁石６と、Ｓ極側が該表面に対向する永久磁石とが、交互にＺ方向に沿って複数（この実施形態では１４個）配列されて取り付けられており、これら永久磁石６とヨーク５によりリニアモータＬＭの可動子が構成されている。また、この実施形態では、永久磁石６は樹脂層１０によりモールドされて表面保護されており、永久磁石６の破損などを効果的に防止することができる。さらに、可動ベース４の（−Ｙ）側端部側面では、可動子（永久磁石６＋ヨーク５）の（−Ｚ）側に雌ネジ部４ｂが２箇所形成されている。これらの雌ネジ部４ｂは可動ベース４の（−Ｙ）側端部に被駆動物を直接または連結部を介して取り付けるためのものである。例えば後で説明する表面実装機では、雌ネジ部４ｂを用いて可動ベース４に連結部を連結し、さらに当該連結部にノズルシャフトを被駆動物として接続している。つまり、雌ネジ部４ｂを用いて可動ベース４の端部に連結される、連結部を介して被駆動物を可動ベース４に取付可能となっている。なお、それについては後の「表面実装機」の項で詳述する。

このように構成された可動子（永久磁石６＋ヨーク５）の幅方向（−Ｙ）側に電機子３が配置され、ベースプレート１のベース面１ａに固定されている。この電機子３は、コア３ａと、複数の中空形状のボビン３ｂと、各ボビン３ｂの外周部に電線を巻きつけてなるコイル３ｃとで構成されている。このコア３ａはＺ方向に延びる矩形プレート部から一定間隔で（＋Ｙ）方向に設けられた歯部を有する櫛型形状の珪素鋼板を複数枚Ｘ方向に積層したものである。このように構成されたコア３ａでは、複数の歯部がＺ方向に一定間隔で並設されて歯部列を形成している。そして、各歯部に対し、予めコイル３ｃが巻き付けられたボビン３ｂが装着されている。こうして、複数（この実施形態では９個）のコア３ａの歯部とこの歯部の周りに巻かれたコイル３ｃがＺ方向に同一間隔で設けられて電機子３を構成しており、可動子（永久磁石６＋ヨーク５）に対向配置されている。なお、本実施形態では、図２（ｂ）に示すようにコイル３ｃが巻かれたコア３ａの歯部の先端面８と、その先端面８の対向面となる可動子の永久磁石６の対向面８’との共通の法線８ａが移動方向Ｚおよび幅方向Ｙを含むＹＺ平面に対して平行となるように、電機子３は構成されている。そして、図示を省略するモータコントローラから各コイル３ｃに所定の順番で通電が行われると、上記のように先端面８の磁極と対向面８’の磁極の相互作用により可動子（永久磁石６＋ヨーク５）にＺ方向の推力が生じて可動ベース４をＺ方向に駆動する。

また、本実施形態では、可動子に永久磁石を用い、固定子に磁性体で構成されるコア３ａを用いているため、コア３ａの歯部と可動子の永久磁石との間にコギング力が発生する。「コギング力の発生」とは、従来周知のようにコア３ａの歯部位置により永久磁石６の磁束密度が変化し、これによって磁気エネルギーが変化するため、電機子３に作用する電磁気力の脈動が生じる現象である。そこで、コギング力を低減するために、電機子３の歯部列の両端に磁性体からなるサブティース９ａ、９ｂが設けられている。すなわち、歯部列の（＋Ｚ）側において歯列ピッチと一致あるいは異なる所望の位置にサブティース９ａが、また（−Ｚ）側において同歯列ピッチと一致あるいは異なる所望の位置にサブティース９ｂが、永久磁石６からの離間距離がそれぞれ所望の距離となるように、それぞれベースプレート１のベース面１ａに対して着脱自在に設けられている。

ところで、上記のように構成したリニアモータＬＭでは、コア３ａに繋がるプレート部位がサブティース９ａ、９ｂの近傍まで延ており、電機子のコアとサブティースとが磁気的結合を生じ、磁束密度分布の偏在を生じてしまう。このため、サブティース９ａ、９ｂを所定の位置に配置しただけでは、安定したコギング力低減機能を発揮できない場合がある。特に、加速・減速時等において、あるいは作動条件（加速後の一定移動速度）そのものが変化する場合においては、コイル３ｃに流れる電流量が想定値より変化し、サブティース９ａ、９ｂにおける永久磁石との対向面の磁極あるいはその強さが所望のものとはならず、サブティース９ａ、９ｂによるコギング力低減の効果が必ずしも得られない場合がある。そこで、本実施形態では、サブティース９ａ、９ｂによるコギング力の低減効果を補うために、サブティース９ａ、９ｂとベースプレート１の間に磁性体プレート１１が設けられている。より詳しくは、次のように構成されている。

図６はサブティースと磁性体プレートの配置関係を示す平面図である。同図においては、サブティース９ａ、９ｂに対する磁性体プレート１１の相対位置と、磁性体プレート１１の平面形状を明確にするため、磁性体プレート１１にハッチングを付している。ベースプレート１のベース面１ａには、磁性体プレート１１の平面形状とほぼ同一形状のプレート嵌合部１ｇが（−Ｘ）方向に形成されている（図２（ａ）参照）。そして、当該プレート嵌合部１ｇに磁性体プレート１１が嵌合されて磁性体プレート１１の表面がベース面１ａと面一状態となっている。この磁性体プレート１１の配設によって、Ｙ−Ｚ面上においてコア３ａ，サブティース９ａ、永久磁石６、ヨーク５、隣の永久磁石６、そして隣の歯部を通ってコア３ａに到る磁束だけでなく、サブティース９ａ、永久磁石６、ヨーク５、磁性体プレート１１を通じてサブティース９ａに到るＸ−Ｙ面上の磁束が発生し、コギング力の効果的な低減を図っている。

上記のように可動子（永久磁石６＋ヨーク５）と電機子３で発生する磁束の相互作用により可動ベース４が移動方向Ｚに駆動されるが、可動ベース４が所定の移動範囲を超えてしまうのを防止するために、ベースプレート１のベース面１ａに２つの移動規制ストッパ１２ａ、１２ｂが取付可能となっている。

また、可動ベース４の位置を正確に検出するため、可動ベース４の反電機子側、つまり（＋Ｙ）側にセンサ７ａとリニアスケール７ｂを有する検出ユニット７が設けられている。このリニアスケール７ｂは可動ベース４の（＋Ｙ）側端部側面に対してＺ方向に延設されている。また、リニアスケール７ｂの（−Ｙ）側でセンサ７ａがベースプレート１に固定配置されている。このため、可動ベース４のＺ方向移動に応じてリニアスケール７ｂのうちセンサ７ａと対向する領域が変位し、その変位に基づき移動方向Ｚにおける可動ベース４の位置を正確に検出することが可能となっている。

このセンサ７ａはセンサ制御ユニット７ｃと一体的に構成されており、この構造体（センサ７ａ＋センサ制御ユニット７ｃ）は図３に示すように立壁１ｂに形成された切欠部１ｆを介して凹部１ｅに対して挿脱自在となっている。すなわち、構造体は切欠部１ｆを介してベースプレート１内に挿入され、図２に示すように幅方向Ｙにおいてセンサ７ａがリニアスケール７ｂに対向して配置されるとともにセンサ制御ユニット７ｃがセンサ７ａの反リニアスケール側、つまり（＋Ｙ）側に配置された状態で、ベースプレート１に固定される。特に、この実施形態では、図２（ｃ）に示すように、リニアスケール７ｂの表面７ｅと、当該表面７ｅと対向するセンサ７ａのセンシング面７ｅ’との共通の法線７ｆが移動方向Ｚおよび幅方向Ｙを含むＹＺ平面に対して平行となるように、センサ７ａおよびリニアスケール７ｂの取付位置が設定されている。なお、センサ制御ユニット７ｃに埃やゴミなどの異物が進入を防止するため、上記構造体を取り付けた後にセンサカバー７ｄがセンサ制御ユニット７ｃを覆うようにベースプレート１の立壁１ｂに取り付けられている。

なお、この実施形態では、可動ベース４にリニアスケール７ｂを取り付ける一方、ベースプレート１にセンサ７ａを配置しているが、センサ７ａとリニアスケール７ｂを逆転配置してもよい。また、検出ユニット７の構成要素（センサ７ａ、リニアスケール７ｂ）の一方を可動ベース４に取り付ける代わりに、スライダ２ｂ１、２ｂ２に取り付けるように構成してもよい。また、検出ユニット７の検出方式としては、磁気を用いた磁気方式であっても、光学方式であってもよい。

以上のように、第１実施形態によれば、ベースプレート１のベース面１ａ上で電機子３、可動子（永久磁石６＋ヨーク５）および可動ベース４が幅方向Ｙに並ぶこととなり、特許文献１のシャフト型リニアモータや特許文献２に記載されているように可動子と固定子が厚み方向に並んだリニアモータに比べ、ベース面１ａの法線方向（＋Ｘ）においてリニアモータＬＭの厚みを抑制することができ、薄型のリニアモータＬＭが得られる。しかも、同リニアモータＬＭでは、可動ベース４に貫通孔４ａによる肉盗み部４ｄが形成されているため、可動ベース４が軽量化されてリニアモータＬＭの動作応答性を向上させることができる。

なお、本発明にかかるリニアモータは上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記第１実施形態では、貫通孔４ａによって肉盗み部４ｄを形成しているが、当該肉盗み部４ｄに代えて、あるいは当該肉盗み部４ｄに加えて可動ベース４の肉厚を薄くした肉盗み部を設けてもよい。

また、可動ベース４を軽量化するために、可動ベース４をアルミニウム合金やマグネシウム合金に代表される軽合金材料で形成してもよい（第２実施形態）。また、このように軽合金で可動ベース４を形成した上でさらに上記したように肉盗み部４ｄを付加して可動ベース４のさらなる軽量化を図ってもよい。

さらに、可動ベース４を軽量化するために、可動ベース４を樹脂材料で形成してもよい。この場合、ネジなどの取付部材を用いて樹脂製の可動ベース４にヨーク５を取り付けてもよいが、例えば図７に示すように、移動方向Ｘに延びるヨーク５に複数の永久磁石６を移動方向Ｘに配置した可動子の全体を樹脂材料１９でインサート形成し、可動子と可動ベース４を一体的に形成してもよい（第３実施形態）。このような構造を採用することによって、可動ベース４の軽量化に止まらず、上記取付部品が不要となるという作用効果や永久磁石６が樹脂材料で保護されて永久磁石６の損傷が防止されるという作用効果が得られる。なお、このように可動ベース４を樹脂材料で形成した場合にも、上記したように肉盗み部４ｄを付加して可動ベース４のさらなる軽量化を図ってもよい。

また、上記第１実施形態ないし第３実施形態では、可動ベース４の（−Ｙ）側にのみ可動子および電機子（固定子）３を配置して可動ベース４を駆動しているが、可動ベース４の（＋Ｙ）側にも可動子および電機子（固定子）３を配置してもよい。このように構成することで可動ベース４を駆動するための推進力をさらに高めることができる。

また、上記第１実施形態ではスライダ２ｂ１，２ｂ２に固定された可動ベース４の幅方向Ｙの端部側面にヨーク５を取り付け、さらに当該ヨーク５に永久磁石６を取り付けているが、可動ベース４を強磁性材料で形成し、当該可動ベース４の幅方向Ｙの端部側面に直接永久磁石６をＺ方向に延設し、磁気回路を形成してもよい。この場合、可動ベース４は「ヨーク」としても機能する。

また、上記第１実施形態では１本のレール２ａに沿ってスライダ２ｂ１，２ｂ２、可動ベース４および可動子（ヨーク５＋永久磁石６）を一体的に移動方向Ｚに移動自在に構成しているが、複数本のレールの各々にスライダを設け、これら複数のスライダに対して可動ベースを取り付けて可動子を移動可能に構成してもよい。

また、上記実施形態のいずれも、いわゆる単軸リニアモータであるが、図８に示すように２つの単軸リニアモータＬＭ１、ＬＭ２を組み合わせて多軸リニアモータＭＬＭを構成してもよい。

図８は本発明にかかる多軸リニアモータの一実施形態を示す斜視図である。この実施形態では、同一構成の単軸リニアモータを２個準備し、その一方のリニアモータＬＭ１の立壁１ｂ〜１ｄの（＋Ｘ）側端面がもう一方のリニアモータＬＭ２のベースプレート１の裏面に当接してリニアモータＬＭ１、ＬＭ２がＸ方向に積層配置されて多軸リニアモータＭＬＭが形成されている。また、各リニアモータＬＭ１、ＬＭ２のベースプレート１には、３個の貫通孔１ｐ〜１ｒが形成されている。そして、リニアモータＬＭ１、ＬＭ２の貫通孔１ｐを貫くようにボルト１３ｐが挿通されるとともに、ボルト１３ｐの先端部に対してナット１４ｐが螺合される。また、他の貫通孔１ｑ、１ｒについても、貫通孔１ｐと同様に、ボルト１３ｑ、１３ｒが挿通されるとともにナットが螺合される。また、各単軸リニアモーターＬＭ１、ＬＭ２に各々２個づつ取り付けられる位置決めピン２０が貫通穴２１（図３参照）の（−Ｘ）側端部に勘合して位置決めを果たす。このように３箇所でリニアモータＬＭ１、ＬＭ２が相互に締結固定されて一体化されて２軸のリニアモータＭＬＭが形成される。

このように構成された２軸のリニアモータＭＬＭでは、第１実施形態にかかる薄型のリニアモータＬＭ１、ＬＭ２をＸ方向に積層配置したものであるため、２軸のＸ方向ピッチを狭く設定することができる。また、各リニアモータＬＭ１、ＬＭ２では、可動子や電機子（固定子）などの全構成部品の厚み（Ｘ方向の長さ）はベースプレート１の立壁１ｂ〜１ｄのそれ以下となっており、しかもリニアモータの主要構成（可動部、電機子３および可動子）はベース面１ａと立壁１ｂ〜１ｄで囲まれた凹部１ｅの内部空間（収納空間）に収納されている。このため、２軸の相対位置を高精度に保ちながらモータ組立を容易に行うことができる。

また、上記したように構成された単軸リニアモータを複数個、ベース面１ａの法線方向（＋Ｘ）と平行な積層方向に積層配置することで多軸リニアモータＭＬＭが構成されているので、２つの可動部を互いに干渉させることなく、それぞれ独立して移動方向に駆動可能となっている。また、この積層構造を採用した結果、積層方向（＋Ｘ）の上流側に位置する上流側単軸リニアモータＬＭ１の凹部１ｅの内部空間（収納空間）が上流側単軸リニアモータＬＭ１の下流側で隣接する下流側単軸リニアモータＬＭ２のベースプレート１の裏面、つまり反ベース面１ｋで覆われる。このため、上流側単軸リニアモータＬＭ１への異物の侵入を効果的に防止することができる。ここで、下流側単軸リニアモータＬＭ２の（＋Ｘ）側にサイドプレート（図示省略）を配置し、凹部１ｅの内部空間（収納空間）および当該内部空間に挿入配置された可動部（スライダ２ｂ１、２ｂ２）、固定子（電機子３）および可動子（永久磁石６＋ヨーク５）を法線方向（＋Ｘ）側から覆うように、立壁１ｂ〜１ｄの頂部に取り付けもよい。このサイドプレートの取付によって下流側単軸リニアモータＬＭ２についても異物の侵入を効果的に防止することができる。

なお、上記多軸リニアモータＭＬＭでは、第１実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭを２個組み合わせているが、第２実施形態や第３実施形態（図７）にかかる単軸リニアモータを２個組み合わせてもよい。また、第１実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭ（図１）ないし第３実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭ（図７）を適宜組み合わせて積層方向（＋Ｘ）に積層配置して多軸リニアモータを構成してもよい。

また、組み合わせる単軸リニアモータの数は「２」に限定されるものではなく、３以上の単軸リニアモータを組み合わせて多軸リニアモータＭＬＭを構成することができる。例えば、次に説明する表面実装機では、１０本の吸着ノズルを用いて部品を移載するために各吸着ノズルを上下方向に駆動する上下駆動機構を装備するが、１０個の単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０を組み合わせた多軸リニアモータＭＬＭを当該上下駆動機構として用いることができる。

＜表面実装機＞
図９は本発明にかかる部品移載装置の一実施形態である表面実装機の概略構成を示す平面図である。また、図１０はヘッドユニットの正面図および側面図である。さらに、図１１は図９に示す表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。なお、これらの図面及び後で説明する図面では、上記したリニアモータの移動方向Ｚ、幅方向Ｙおよび厚み方向Ｘに対応した三次元の座標系を採用している。

この表面実装機ＭＴでは、基台１１１上に基板搬送機構１０２が配置されており、基板１０３を所定の搬送方向Ｘに搬送可能となっている。より詳しくは、基板搬送機構１０２は、基台１１１上において基板１０３を図９の右側から左側へ搬送する一対のコンベア１２１、１２１を有している。これらのコンベア１２１、１２１は表面実装機ＭＴ全体を制御する制御ユニット１０４の駆動制御部１４１により制御される。すなわち、コンベア１２１，１２１は駆動制御部１４１からの駆動指令に応じて作動し、搬入されてきた基板１０３を所定の実装作業位置（同図に示す基板１０３の位置）で停止させる。そして、このように搬送されてきた基板１０３は図略の保持装置により固定保持される。この基板１０３に対して部品収納部１０５から供給される電子部品（図示省略）がヘッドユニット１０６に搭載された吸着ノズル１６１により移載される。また、基板１０３に実装すべき部品の全部について実装処理が完了すると、基板搬送機構１０２は駆動制御部１４１からの駆動指令に応じて基板１０３を搬出する。

基板搬送機構１０２の両側には、上記した部品収納部１０５が配置されている。これらの部品収納部１０５は多数のテープフィーダ１５１を備えている。また、各テープフィーダ１５１には、電子部品を収納・保持したテープを巻回したリール（図示省略）が配置されており、電子部品を供給可能となっている。すなわち、各テープには、集積回路（ＩＣ）、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等の小片状のチップ電子部品が所定間隔おきに収納、保持されている。そして、テープフィーダ１５１がリールからテープをヘッドユニット１０６側に送り出すことによって該テープ内の電子部品が間欠的に繰り出され、その結果、ヘッドユニット１０６の吸着ノズル１６１による電子部品のピックアップが可能となる。

また、この実施形態では、基板搬送機構１０２の他に、ヘッド駆動機構１０７が設けられている。このヘッド駆動機構１０７はヘッドユニット１０６を基台１１１の所定範囲にわたりＸ方向及びＹ軸方向（Ｘ軸及びＺ方向と直交する方向）に移動するための機構である。そして、ヘッドユニット１０６の移動により吸着ノズル１６１で吸着された電子部品が部品収納部１０５の上方位置から基板１０３の上方位置に搬送される。すなわち、ヘッド駆動機構１０７は、Ｘ方向に延びる実装用ヘッド支持部材１７１を有しており、この実装用ヘッド支持部材１７１はヘッドユニット１０６をＸ軸に沿って移動可能に支持している。また、実装用ヘッド支持部材１７１は、両端部がＹ軸方向の固定レール１７２に支持され、この固定レール１７２に沿ってＹ軸方向に移動可能になっている。さらに、ヘッド駆動機構１０７は、ヘッドユニット１０６をＸ方向に駆動する駆動源たるＸ軸サーボモータ１７３と、ヘッドユニット１０６をＹ軸方向に駆動する駆動源たるＹ軸サーボモータ１７４とを有している。モータ１７３はボールねじ１７５に連結されており、駆動制御部１４１からの動作指令に応じてモータ１７３が作動することでヘッドユニット１０６がボールねじ１７５を介してＸ方向に駆動される。一方、モータ１７４はボールねじ１７６に連結されており、駆動制御部１４１からの動作指令に応じてモータ１７４が作動することで実装用ヘッド支持部材１７１がボールねじ１７６を介してＹ軸方向へ駆動される。

ヘッド駆動機構１０７によりヘッドユニット１０６は電子部品を吸着ノズル１６１により吸着保持したまま基板１０３に搬送するとともに、所定位置に移載する（部品移載動作）。より詳しく説明すると、ヘッドユニット１０６は次のように構成されている。このヘッドユニット１０６では、鉛直方向Ｚに延設された実装用ヘッドが１０本、Ｘ方向（基板搬送機構１０２による基板１０３の搬送方向）に等間隔で列状配置されている。実装用ヘッドのそれぞれの先端部には、吸着ノズル１６１が装着されている。すなわち、図１０に示すように、各実装用ヘッドはＺ方向に伸びるノズルシャフト１６３を備えている。ノズルシャフト１６３の軸心部には、上方（Ｚ方向）に延びる空気通路が形成されている。そして、ノズルシャフト１６３の下方端部には、吸着ノズル１６１が接続されて空気通路と連通している。一方、上方端部は開口しており、連結部１６４、接続部材１６５、空気パイプ１６６および真空切替バルブ機構１６７を介して真空吸引源および正圧源に接続される。

また、ヘッドユニット１０６では、ノズルシャフト１６３を上下方向Ｚに昇降させる上下駆動機構１６８が設けられており、駆動制御部１４１のモータコントローラ１４２により上下駆動機構１６８を駆動制御してノズルシャフト１６３を上下方向Ｚに昇降させ、これによって吸着ノズル１６１を上下方向Ｚに移動し、位置決めする。この実施形態では、１０個の単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０を組み合わせた多軸リニアモータＭＬＭを上下駆動機構１６８として用いている。なお、この構成の詳細については、後で詳述する。

また、吸着ノズル１６１をＲ方向に回転させるＲ軸サーボモータ１６９が設けられており、制御ユニット１０４の駆動制御部１４１からの動作指令に基づきＲ軸サーボモータ１６９が作動して吸着ノズル１６１をＲ方向に回転させる。したがって、上記のようにヘッド駆動機構１０７によってヘッドユニット１０６が部品収納部１０５に移動されるとともに、上下駆動機構１６８およびＲ軸サーボモータ１６９を駆動することによって、部品収納部１０５から供給される電子部品に対して吸着ノズル１６１の先端部が適正な姿勢で当接する。

図１２は上下駆動機構の構成を示す図である。この実施形態において上下駆動機構１６８として用いられている多軸リニアモータＭＬＭは図１２に示すように１０個の単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０と２枚のサイドプレートＳＰａ、ＳＰｂとで構成されている。これらの単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０はＸ方向に積層配置されている。また、リニアモータＬＭ１の（−Ｘ）側にサイドプレートＳＰａが配置される一方、リニアモータＬＭ１０の（＋Ｘ）側にサイドプレートＳＰｂが配置されており、これら２枚のサイドプレートＳＰａ、ＳＰｂにより単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０を挟み込んでいる。これらサイドプレートＳＰａ、ＳＰｂおよび単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０のいずれにも予め設定された位置に３つの締結用の貫通孔が形成されており、これらの締結用貫通孔に貫くようにボルト１３ｐ〜１３ｑが挿通されるとともに、ナットによって締結されてサイドプレートＳＰａ、単軸リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０およびサイドプレートＳＰｂが一体化されて多軸リニアモータＭＬＭが形成されている。この多軸リニアモータＭＬＭは図１０に示すようにヘッドユニット１０６のベースプレート１６０に取り付けられる。なお、サイドプレートＳＰｂは、端部のリニアモータＬＭ１０の凹部１ｅ（図３参照）を覆うカバーとしても機能する。

また、各リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０の可動ベース４には、連結部１６４を介してノズルシャフト１６３が連結されている。各連結部１６４は図１０に示すようにＬ字状のブロック部材１６４ａとシャフトホルダ１６４ｂを備えている。各ブロック部材１６４ａでは、（＋Ｚ）方向に延びる端部により、ネジで可動ベース４に螺合されている。これによって、各リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０でブロック部材１６４ａが可動ベース４の下端部、つまり（−Ｚ）側端部に連結される。また、各ブロック部材１６４ａの（−Ｙ）方向に延びる端部の下面にシャフトホルダ１６４ｂが取り付けられ、シャフトホルダ１６４ｂの下面側、つまり（−Ｚ）方向側でノズルシャフト１６３を保持可能となっている。また、シャフトホルダ１６４ｂの（−Ｙ）側端部側面には接続部材１６５が取り付けられている。この接続部材１６５には空気パイプ１６６の一方端が接続されており、当該空気パイプ１６６を介して真空切替バルブ機構１６７から送られてくる空気をシャフトホルダ１６４ｂに送り込んだり、逆にシャフトホルダ１６４ｂから空気を空気パイプ１６６を介して真空切替バルブ機構１６７に吸引可能としている。このように空気パイプ１６６−シャフトホルダ１６４ｂ内の空気経路（図示省略）−ノズルシャフト１６３という経路で真空切替バルブ機構１６７と吸着ノズル１６１が接続されており、各吸着ノズル１６１に正圧を供給したり、逆に各吸着ノズル１６１に負圧を供給可能となっている。

なお、この実施形態では、多軸リニアモータＭＬＭは上下駆動機構１６８として用いられており、各可動ベース４の移動方向は上下方向Ｚと平行となっている。このため、各可動ベース４には垂直荷重が常時付与されている。そこで、各リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０では、リターンスプリング１５の上端部をベースプレート１のスプリング係合部１ｈに係合させるとともに、その下端部をブロック部材１６４ａの（−Ｙ）側端部に設けられたスプリング係合部１６４ｃに係合させ、このリターンスプリング１５により可動ベース４を上方側、つまり（＋Ｚ）方向側に付勢している。これによって、各リニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０のコイル３ｃへの電流供給を停止している間に、可動ベース４はベースプレート１内に収納される。これにより各吸着ノズル１６１は上方に位置することになり、上下駆動機構１６８が電流停止により機能しない状態で、例えばＸ軸サーボモータ１７３やＹ軸サーボモータ１７４が作動したとしても、各吸着ノズル１６１、あるいは吸着されている電子部品が基板１０３やコンベア１２１等と干渉事故を起こすことがない。

このように構成された表面実装機では、制御ユニット１０４のメモリ（図示省略）に予め記憶されたプログラムにしたがって制御ユニット１０４の主制御部１４３が装置各部を制御してヘッドユニット１０６を部品収納部１０５の上方位置と基板１０３の上方位置の間を往復移動させる。また、ヘッドユニット１０６は部品収納部１０５の上方位置に停止した状態で上下駆動機構１６８およびＲ軸サーボモータ１６９を駆動制御して部品収納部１０５から供給される電子部品に対して吸着ノズル１６１の先端部を適正な姿勢で当接させるとともに、負圧吸着力を吸着ノズル１６１に与えることで、該吸着ノズル１６１による部品保持を行う。そして、部品を吸着保持したままヘッドユニット１０６は基板１０３の上方位置に移動した後、所定位置に移載する。このように部品収納部１０５から基板１０３の部品搭載領域に部品を移載する、部品移載動作が繰り返して行われる。

以上のように、この実施形態にかかる表面実装機では、図１に示す単軸リニアモータＬＭと同一構成を有する１０個のリニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０をＸ方向に積層配置してなる多軸リニアモータＭＬＭを用いてノズルシャフト１６３を上下方向Ｚに昇降駆動するように構成しているので、次のような作用効果が得られる。すなわち、薄型でしかも動作応答性に優れたリニアモータＬＭ１〜ＬＭ１０を用いて上下駆動機構１６８を構成しているため、ノズルシャフト１６３の先端部に取り付けられた吸着ノズル１６１による部品移載を高速で行うことができ、部品移載のスループットを向上させることができる。

なお、上記実施形態では、第１実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭと同一構成のものを用いた多軸リニアモータＭＬＭを上下駆動機構として用いているが、第２実施形態や第３実施形態にかかる単軸リニアモータＬＭと同一構成のものを用いた多軸リニアモータ、第１実施形態ないし第３実施形態にかかる単軸リニアモータを組み合わせた多軸リニアモータなど、本発明にかかるリニアモータを複数個設けたものを用いることができる。

また、上記実施形態では、部品移載装置として機能する表面実装機ＭＴに対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、ＩＣハンドラー等の部品移載装置に対しても本発明を適用することができる。

本発明にかかるリニアモータの第１実施形態を示す斜視図である。 図１のリニアモータのＡ−Ａ線断面図である。 図１のリニアモータの分解組立斜視図である。 可動部材と可動子の取付構造を示す斜視図である。 可動部材と可動子の取付構造を示す図である。 サブティースと磁性体プレートの配置関係を示す平面図である。 本発明にかかるリニアモータの第３実施形態を示す部分拡大図である。 本発明にかかる多軸リニアモータの一実施形態を示す斜視図である。 本発明にかかる部品移載装置の一実施形態である表面実装機の概略構成を示す平面図である。 ヘッドユニットの正面図および側面図である。 図９に示す表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。 上下駆動機構の構成を示す図である。

符号の説明

１…ベースプレート
２ａ…レール
２ｂ１、２ｂ２…スライダ
３…電機子
４…可動ベース（可動部）
４ａ…貫通孔
４ｄ…肉盗み部
４ｅ…取付位置
５…ヨーク
６…永久磁石
１０６…ヘッドユニット
１０７…ヘッド駆動機構
１６１…吸着ノズル
１６３…ノズルシャフト
１６８…上下駆動機構
ＬＭ、ＬＭ１〜ＬＭ１０…単軸リニアモータ
ＭＬＭ…多軸リニアモータ
ＭＴ…表面実装機（部品移載装置）
Ｘ…厚み方向（ベース面の法線方向）
Ｙ…幅方向
Ｚ…移動方向

Claims (6)

1. ベースプレートと、
   前記ベースプレートのベース面に対して所定の移動方向に延設された直線状のレールと、
   前記レールに沿って前記移動方向にスライド自在に設けられたスライダと、
   前記スライダに取り付けられた可動ベースと、
   前記可動ベースに対して前記移動方向に延設された可動子と、
   前記移動方向と直交する幅方向に前記可動子から離間して対向するように前記ベースプレートの前記ベース面に対して前記移動方向に延設された固定子とを備え、
   前記可動ベースは、前記スライダの取付位置から離間した位置に形成された貫通孔と、前記移動方向に沿って形成されるとともに前記貫通孔と連通する内部空間とを有しており、
   前記可動子および前記固定子で発生する磁束の相互作用により前記可動ベースを前記移動方向に駆動することを特徴とするリニアモータ。
2. 前記可動ベースは樹脂材料製であり、前記可動子はインサート成形により前記可動ベースに一体化されている請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記可動ベースは軽金属材料製である請求項１に記載のリニアモータ。
4. 前記可動子は前記幅方向の前記可動ベースの一方端部に配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載のリニアモータ。
5. 前記固定子は電機子であり、
   前記可動子は、前記移動方向に延設されたヨークと、前記電機子に対向しながら前記ヨークに対して前記移動方向に配設された複数の永久磁石とを有する請求項１ないし４のいずれかに記載のリニアモータ。
6. 部品収容部から部品搭載領域に部品を移載する部品移載装置において、
   ベース部材と、前記ベース部材に対して上下方向に移動自在に支持され、先端部に吸着ノズルが取り付けられるとともに、後端部に接続された負圧配管を介して供給される負圧を前記吸着ノズルに与えるノズルシャフトと、前記ノズルシャフトを前記上下方向に駆動する上下駆動機構とを有する、ヘッドユニットと、
   前記部品収容部の上方位置と前記部品搭載領域の上方位置との間で前記ヘッドユニットを移動させるヘッド駆動手段とを備え、
   前記上下駆動機構が請求項１ないし５のいずれかに記載のリニアモータであり、
   前記リニアモータは前記移動方向が前記上下方向と平行となるように前記ベース部材に取り付けられ、
   前記リニアモータの前記可動ベースが前記ノズルシャフトに連結されている
   ことを特徴とする部品移載装置。

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