JP6095661B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、可動部上の電気負荷に固定部から非接触で給電する非接触給電装置に関し、より詳細には、複数の駆動機構を組合せることで可動部を複数の方向に移動可能とした機器に装備できる非接触給電装置に関する。
多数の部品が実装された基板を生産する基板用作業機器として、はんだ印刷機、部品実装機、リフロー機、基板検査機などがあり、これらを基板搬送装置で連結して基板生産ラインを構築する場合が多い。これらの基板用作業機器の多くは、基板の上方を移動して所定の作業を行う可動部と、可動部を直交2軸方向にそれぞれ駆動する2組の駆動機構とを備えている。駆動機構としては、リニアモータ装置やボールねじ送り機構が多用されている。リニアモータ装置は、移動方向に沿い複数の磁石のN極およびS極が交互に列設された軌道部材と、コアおよびコイルを有する電機子を含んで構成された可動部とを備え、電磁力の作用で可動部が軌道部材に沿って移動する。また、ボールねじ送り機構では、駆動モータによりボールねじを回転駆動すると、ボールねじに螺合するナットを有した可動部が前後に移動する。
リニアモータ装置の電機子やボールねじ送り機構の駆動モータを可動部に設けた構成では、これらの駆動源や可動部上の他の電気負荷に給電するために、従来から変形可能な給電用ケーブルが用いられてきた。しかしながら、給電用ケーブルには荷搬重量の増加や金属疲労による断線のリスクなどの弊害が有り、この弊害を解消するために近年では非接触給電装置の適用が提案されている。非接触給電装置の方式として、従来からコイルを用いた電磁誘導方式が多用されてきたが、最近では対向する電極板によりコンデンサを構成した静電結合方式も用いられるようになってきており、他に磁界共鳴方式なども検討されている。
本願出願人は、非接触給電により移動体を軌道に沿って往復移動させることができ、基板用作業機器への装備も可能な往復移動装置を特許文献1に開示している。この往復移動装置は、軌道の一端側の第1送電部および他端側の第2送電部の少なくとも一方から移動体の受電部に非接触給電を行うものである。さらに、部品実装機に往復移動装置を装備し、部品実装ヘッドまたはヘッドが移動可能に装架されたスライドを移動体とし、部品実装ヘッドまたはスライドの移動を案内するレールを軌道とした態様を開示している。これにより、部品実装機において給電用ケーブルが不要となり、部品実装ヘッドの高速移動や部品実装機の省スペース化を図ることができる。
特開2012−110118号公報
ところで、部品実装機の部品実装ヘッドは、直交2軸方向のそれぞれの駆動機構により、基板の上方のX−Y平面内で駆動される。つまり、部品実装機の一般的な構成では、機台に対してY軸方向に移動可能にY軸移動子が装架され、Y軸移動子に対してX軸方向に移動可能にX軸移動子が装架され、X軸移動子に部品実装ヘッドが設けられている。そして、X軸方向およびY軸方向の駆動は、それぞれ別の駆動機構により行われる。このような部品実装機の構成において、特許文献1に例示された従来技術の非接触給電装置は、機台からY軸移動子への給電、あるいはY軸移動子からX軸移動子への給電の一方に適用され、他方の給電はケーブルにより行われてきた。すなわち、基台からY軸移動子を経由しX軸移動子までを通した非接触給電は、従来行われていなかった。
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたもので、複数の駆動機構を組み合わせて駆動する可動部の電気負荷に固定部から非接触給電を行える非接触給電装置を提供することを解決すべき課題とする。
上記課題を解決する請求項1に係る非接触給電装置の発明は、固定部と、前記固定部に移動可能に装架された第1可動部と、前記第1可動部に相対移動可能に装架された第2可動部と、前記固定部から前記第1可動部上の第1電気負荷に非接触で給電する第1非接触給電機構と、前記固定部から前記第1可動部を経由して前記第2可動部上の第2電気負荷に非接触で給電する第2非接触給電機構とを備えた非接触給電装置であって、前記固定部は、底壁部材および2つの側壁部材を含んで形成された溝形状の軌道部材を有し、前記第1非接触給電機構は、前記底壁部材に配設された第1給電用素子を有し、前記第1可動部を駆動するリニアモータ装置は、前記2つの側壁部材に列設されたリニア用固定子を有する。
請求項2に係る発明は、請求項1において、前記第1非接触給電機構は、前記固定部に設けられた前記第1給電用素子、および前記第1給電用素子に高周波電力を給電する高周波電源回路と、前記第1可動部に設けられ、前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第1受電用素子、および前記第1受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第1電気負荷に給電する第1受電回路とを有し、前記第2非接触給電機構は、前記第1非接触給電機構の前記第1給電用素子、前記高周波電源回路、前記第1受電用素子、および前記第1受電回路を共有するとともに、前記第1可動部に設けられた第2給電用素子、および前記第1受電回路から給電されて前記第2給電用素子に高周波電力を給電する高周波送電回路と、前記第2可動部に設けられ、前記第2給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第2受電用素子、および前記第2受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第2電気負荷に給電する第2受電回路とを有する。
請求項3に係る発明は、請求項1において、前記第1非接触給電機構は、前記固定部に設けられた前記第1給電用素子、および前記第1給電用素子に高周波電力を給電する高周波電源回路と、前記第1可動部に設けられ、前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第1受電用素子、および前記第1受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第1電気負荷に給電する第1受電回路とを有し、前記第2非接触給電機構は、前記第1非接触給電機構の前記第1給電用素子、および前記高周波電源回路を共有するとともに、前記第1可動部に設けられ、前記第1受電用素子に並ぶとともに前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る中継受電用素子、および前記中継受電用素子に電気接続された中継給電用素子と、前記第2可動部に設けられ、前記中継給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第2受電用素子、および前記第2受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第2電気負荷に給電する第2受電回路とを有する。
請求項4に係る発明は、請求項1において、前記第1非接触給電機構は、前記固定部に設けられた前記第1給電用素子、および前記第1給電用素子に高周波電力を給電する高周波電源回路と、前記第1可動部に設けられ、前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第1受電用素子、および前記第1受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第1電気負荷に給電する第1受電回路とを有し、前記第2非接触給電機構は、前記固定部に設けられた第3給電用素子、および前記第3給電用素子に高周波電力を給電する第2高周波電源回路と、前記第1可動部に設けられ、前記第3給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る中継受電用素子、および前記中継受電用素子に電気接続された中継給電用素子と、前記第2可動部に設けられ、前記中継給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第2受電用素子、および前記第2受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第2電気負荷に給電する第2受電回路とを有する。
請求項5に係る発明は、請求項2において、前記高周波電源回路および前記高周波送電回路の少なくとも一回路は、前記高周波電力の周波数を可変に調整して共振回路を用いた非接触給電を行い、または、請求項3において、前記高周波電源回路は、前記高周波電力の周波数を可変に調整して共振回路を用いた非接触給電を行い、または、請求項4において、前記高周波電源回路および前記第2高周波電源回路の少なくとも一回路は、前記高周波電力の周波数を可変に調整して共振回路を用いた非接触給電を行う。
請求項6に係る発明は、固定部と、前記固定部に移動可能に装架された第1可動部と、前記第1可動部に相対移動可能に装架された第2可動部と、前記固定部から前記第1可動部上の第1電気負荷に非接触で給電する第1非接触給電機構と、前記固定部から前記第1可動部を経由して前記第2可動部上の第2電気負荷に非接触で給電する第2非接触給電機構とを備えた非接触給電装置であって、前記第1非接触給電機構は、前記固定部に設けられた第1給電用素子、および前記第1給電用素子に高周波電力を給電しかつ周波数を可変に調整して共振回路を用いた非接触給電を行う高周波電源回路と、前記第1可動部に設けられ、前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第1受電用素子、および前記第1受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第1電気負荷に給電する第1受電回路とを有し、前記第2非接触給電機構は、前記第1非接触給電機構の前記第1給電用素子、前記高周波電源回路、前記第1受電用素子、および前記第1受電回路を共有するとともに、前記第1可動部に設けられた第2給電用素子、および前記第1受電回路から給電されて前記第2給電用素子に高周波電力を給電しかつ周波数を前記高周波電源回路と別々に調整して共振回路を用いた非接触給電を行う高周波送電回路と、前記第2可動部に設けられ、前記第2給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第2受電用素子、および前記第2受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第2電気負荷に給電する第2受電回路とを有する。
請求項7に係る発明は、請求項1において、前記第1給電用素子は電極板であり、あるいは、請求項2、または請求項2を引用する請求項5、または請求項6において、前記第1給電用素子、前記第1受電用素子、前記第2給電用素子、および前記第2受電用素子は、それぞれ電極板であり、あるいは、請求項3、または請求項3を引用する請求項5において、前記第1給電用素子、前記第1受電用素子、前記中継受電用素子、前記中継給電用素子、および前記第2受電用素子は、それぞれ電極板であり、あるいは、請求項4、または請求項4を引用する請求項5において、前記第1給電用素子、前記第1受電用素子、前記第3給電用素子、前記中継受電用素子、前記中継給電用素子、および前記第2受電用素子は、それぞれ電極板である。
請求項8に係る発明は、請求項1〜7のいずれか一項において、前記第1可動部は、基板に部品を実装する部品実装機に装備され、前記基板を搬入出するX軸方向と直角なY軸方向に移動可能なY軸可動子であり、前記第2可動部は、部品実装動作を行う部品実装ヘッドを有して、前記X軸方向に相対移動可能なX軸可動子である。
請求項1に係る非接触給電装置の発明では、第1非接触給電機構により固定部から第1可動部上の第1電気負荷へと非接触給電を行うことはもとより、第2非接触給電機構により固定部から第1可動部を経由して第2可動部上の第2電気負荷へと非接触給電を行える。また、第1可動部はリニアモータ装置によって駆動され、第2可動部の駆動機構は限定されない。したがって、複数の駆動機構を組み合わせて駆動する第2可動部の第2電気負荷に固定部から非接触給電を行える。これにより、従来の変形可能な給電用ケーブルが全く不要になり、ケーブルの荷搬重量の増加や金属疲労による断線のリスクなどの弊害を完全に解消できる。
請求項2に係る発明では、第1可動部の第1受電用素子および第1受電回路は、第1電気負荷と第2電気負荷の両方を賄えるだけの電力を給電する。また、第1可動部上で第1受電回路から給電された高周波送電回路は、第2可動部の第2電気負荷を賄えるだけの電力を給電し、その出力周波数は固定部の高周波電源回路と別々に調整できる。したがって、複数の駆動機構を組み合わせて駆動する第2可動部の第2電気負荷に固定部から非接触給電を行える。また、固定部から第1可動部への非接触給電と、第1可動部から第2可動部への非接触給電とで別々の周波数を使用できるので、周波数の調整が比較的容易である。
請求項3に係る発明では、第1可動部の第1受電用素子および第1受電回路は、第1電気負荷を賄えるだけの電力を給電する。また、第1可動部の中継受電用素子および中継給電用素子は、第2可動部の第2電気負荷を賄えるだけの電力を中継給電する。したがって、複数の駆動機構を組み合わせて駆動する第2可動部の第2電気負荷に固定部から非接触給電を行える。また、請求項2の構成と比較すると、中継受電用素子および中継給電用素子は増加するが、高周波送電回路は不要になり、第1受電回路の給電容量も小さくできるので、その差分だけ第1可動部を軽量化でき、かつ装置コストを低減できる。
請求項4に係る発明では、第1可動部の第1受電用素子および第1受電回路は、第1電気負荷を賄えるだけの電力を給電する。また、第1可動部の中継受電用素子および中継給電用素子は、第2可動部の第2電気負荷を賄えるだけの電力を中継給電する。そして、固定部の高周波電源回路および第2高周波電源回路は、出力周波数を独立して別々に調整できる。したがって、複数の駆動機構を組み合わせて駆動する第2可動部の第2電気負荷に固定部から非接触給電を行える。また、請求項2と同様に、固定部から第1可動部への非接触給電と、固定部から第2可動部への非接触給電とで別々の周波数を使用できるので、周波数の調整が比較的容易である。
請求項5に係る発明では、高周波電源回路、高周波送電回路、および第2高周波電源回路のうちの少なくとも一回路は、高周波電力の周波数を可変に調整して共振回路を用いた非接触給電を行う。したがって、共振電流を流して大きな給電容量ならびに高い給電効率を確保できる。
請求項6に係る発明では、第1可動部の第1受電用素子および第1受電回路は、第1電気負荷と第2電気負荷の両方を賄えるだけの電力を給電する。また、第1可動部上で第1受電回路から給電された高周波送電回路は、第2可動部の第2電気負荷を賄えるだけの電力を給電し、その出力周波数は固定部の高周波電源回路と別々に調整できる。したがって、複数の駆動機構を組み合わせて駆動する第2可動部の第2電気負荷に固定部から非接触給電を行える。また、固定部から第1可動部への非接触給電と、第1可動部から第2可動部への非接触給電とで別々の周波数を使用できるので、周波数の調整が比較的容易である。
請求項7に係る発明では、第1給電用素子、第1受電用素子、第2給電用素子、第2受電用素子、中継受電用素子、中継給電用素子、および第3給電用素子をそれぞれ電極板として、静電結合方式により第1可動部の第1電気負荷ならびに第2可動部の第2電気負荷へ非接触給電できる。これにより、第1可動部や第2可動部の駆動機構にリニアモータ装置を用いても、相互の静電干渉や磁気干渉を考慮する必要がなく、部材配置の自由度が大きい。また、電磁誘導方式の給電用コイルおよび受電用コイルと比較して、電極板のほうが軽量であるので、第1可動部および第2可動部を軽量化できる。
請求項8に係る発明では、第1可動部は部品実装機のY軸可動子、第2可動部は部品実装ヘッドを有するX軸可動子とされている。本発明の非接触給電装置は部品実装機に装備でき、固定部から部品実装ヘッドまで給電するケーブルが全く不要になる。これにより、ケーブルの荷搬重量が無くなって部品実装ヘッドを従来よりも高速駆動でき、かつ、ケーブル断線のリスクを解消できる。
本発明の第1実施形態の非接触給電装置を適用できる部品実装機の全体構成を示した斜視図である。 本発明の第1実施形態の非接触給電装置の要部を示す斜視図である。 第1実施形態の非接触給電装置のY軸移動子の斜視図である。 Y軸移動子を斜め下方から見た斜視図である。 第1実施形態の非接触給電装置の要部のY軸方向視図である。 第1実施形態の非接触給電装置の電気回路図である。 第2実施形態の非接触給電装置の要部を示す斜視図である。 第2実施形態の非接触給電装置のY軸移動子の斜視図である。 Y軸移動子を斜め下方から見た斜視図である。 第2実施形態の非接触給電装置の要部のY軸方向視図である。 第2実施形態の非接触給電装置の電気回路図である。 第3実施形態の非接触給電装置の電気回路図である。
まず、本発明を適用できる部品実装機10について説明する。図1は、本発明の第1実施形態の非接触給電装置1を適用できる部品実装機10の全体構成を示した斜視図である。部品実装機10は、基板に多数の部品を実装する装置であり、2セットの同一構造の部品実装ユニットが概ね対称に配置されて構成されている。ここでは、図1の右手前側のカバーを取り外した状態の部品実装ユニットを例にして説明する。なお、図中の左奥側から右手前側に向かう部品実装機10の幅方向が基板を搬入出するX軸方向であり、図中の左手前側から右奥側に向かう部品実装機10の長手方向がY軸方向である。
部品実装機10は、基板搬送装置110、部品供給装置120、2つの部品移載装置130、140などが機台190に組み付けられて構成されている。基板搬送装置110は、部品実装機10の長手方向の中央付近をX軸方向に横断するように配設されている。基板搬送装置110は、図略の搬送コンベアを有しており、基板をX軸方向に搬送する。また、基板搬送装置110は、図略のクランプ装置を有しており、基板を所定の実装作業位置に固定および保持する。部品供給装置120は、部品実装機10の長手方向の前部(図1の左前側)及び後部(図には見えない)に設けられている。部品供給装置120は、複数のカセット式フィーダ121を有し、各フィーダ121にセットされたキャリアテープから2つの部品移載装置130、140に連続的に部品を供給するようになっている。
2つの部品移載装置130、140は、X軸方向およびY軸方向に移動可能ないわゆるXYロボットタイプの装置である。2つの部品移載装置130、140は、部品実装機10の長手方向の前側および後側に、相互に対向するように配設されている。各部品移載装置130、140は、Y軸方向の移動のためのリニアモータ装置150を有している。
リニアモータ装置150は、2つの部品移載装置130、140に共通な軌道部材151および補助レール155と、2つの部品移載装置130、140ごとのY軸移動子3で構成されている。軌道部材151は、本発明の固定部2の一部に相当し、上方に開口する溝形状で、Y軸方向に延在している。Y軸移動子3は、本発明の第1可動部に相当し、可動本体部31、スライド部材32などで構成されている。可動本体部31は、Y軸方向に延在しており、軌道部材151の上縁にY軸方向に移動可能に装架されている。スライド部材32は、可動本体部31からX軸方向に延在している。スライド部材32は、その一端321が可動本体部31に結合され、その他端322が補助レール155に移動可能に装架されており、可動本体部31と一体的にY軸方向に移動するようになっている。部品実装ヘッド4は、スライド部材32に装架されてX軸方向に移動するようになっている。部品実装ヘッド4は、本発明の第2可動部に相当する。
部品実装機10は、他に、オペレータと情報を交換するための表示設定装置180および、基板や部品を撮像する図略のカメラなどを備えている。
次に、本発明の第1実施形態の非接触給電装置1を部品実装機10に適用した態様について、図2〜図6を参考にして説明する。図2は、本発明の第1実施形態の非接触給電装置1の要部を示す斜視図である。図3は、第1実施形態の非接触給電装置1のY軸移動子3の斜視図であり、図4は、Y軸移動子3を斜め下方から見た斜視図である。また、図5は、第1実施形態の非接触給電装置1の要部のY軸方向視図である。
軌道部材151は、図2および図5に示されるように、底壁部材21および、底壁部材21の両方の側縁から起立した2つの側壁部材22、23で形成され、上方に開口する溝形状になっている。側壁部材22、23の向かい合う内側面にはそれぞれ、Y軸方向に沿って複数の磁石24が列設されている。なお、図3で、手前側の側壁部材22の一部は省略されている。
底壁部材21の上面には、一対の第1給電用電極板52、53が配設されている。第1給電用電極板52、53は、本発明の第1給電用素子に相当する。第1給電用電極板52、53は、金属板などを用いて帯状に形成され、互いに離隔しつつY軸方向に平行して延在している。底壁部材21の一方の端部(図2の右手前側)の下面には、高周波電源回路51が設けられている。一対の第1給電用電極板52、53の一方の端部(図2の右手前側)は、底壁部材21の一方の端面で下方に折り曲げられて、高周波電源回路51の出力端子に電気接続されている。高周波電源回路51は、例えば、100kHz〜MHz帯の高周波電力を給電する。高周波電源回路51の出力周波数および出力電圧は調整可能とされており、出力電圧波形として正弦波や矩形波などを例示できる。高周波電源回路51の具体的な回路構成は、後で述べる。
Y軸移動子3の可動本体部31は、Y軸方向に延在するとともに、その下部が軌道部材151の溝形状に嵌入している。可動本体部31は、補助レール155に近い側の側壁部材23の上縁に装架されており、Y軸方向に移動可能となっている。可動本体部31の両側面には、軌道部材151の磁石24に対向して推進力を発生する電機子33が配設されている(図3、図4参照)。電機子33は、通電されるコイルと、コイルを流れる電流によって磁化されるコアとにより形成されている。コイルを流れる電流の大きさおよび通電時間帯は、可動本体部31上に設けられた図略の制御部によって制御される。
また、図4に示されるように、可動本体部31の底面に、一対の第1受電用電極板55、56が配設されている。第1受電用電極板55、56は、本発明の第1受電用素子に相当する。第1受電用電極板55、56は、金属板などを用いて可動本体部31のY軸方向長にほぼ等しい長さの帯状に形成され、互いに離隔しつつY軸方向に平行して延在している。一対の第1受電用電極板55、56は、底壁部材21の第1給電用電極板52、53に離隔対向して一対のコンデンサを構成している。Y軸移動子3がY軸方向に移動しても、コンデンサの静電容量は概ね一定に保たれる。第1受電用電極板55、56は、可動本体部31の一方の端面(図3の右手前側の端面)で折れ曲がって上方に延在している。そして、第1受電用電極板55、56の折れ曲がった先の上端部551、561は、可動本体部31の上側に配設された第1受電回路57の入力端子に電気接続されている。
第1受電回路57は、第1受電用電極板55、56が受け取った高周波電力を変換して第1電気負荷L1(詳細後述)および高周波送電回路61に給電する回路である。高周波送電回路61は、第1受電回路57の上側に配設されている。高周波送電回路61は、その入力端子が第1受電回路57の出力端子に電気接続されており、第1受電回路57から給電される。高周波送電回路61は、その出力端子が後述する第2給電用電極板62、63に電気接続されており、高周波電力を給電する。第1受電回路57および高周波送電回路61の具体的な回路構成は、後で述べる。
Y軸移動子3のスライド部材32は、可動本体部31からX軸方向に延在している。スライド部材32の一側面側の上部および下部に、X軸方向に延在するX軸レール34、35が配設されている。また、スライド部材32の一側面側の概ね中間高さには、ボールねじ送り機構を構成するボールねじ36が回転自在に軸承されている。ボールねじ36は、可動本体部31の第1受電回路57に並んで配設された駆動モータ37により回転駆動される。駆動モータ37は、可動本体部31に設けられた図略の制御部からの制御により、回転速度および回転方向が可変に制御される。
Y軸移動子3には、電装品としてリニアモータ装置150の電機子33、ボールねじ送り機構の駆動モータ37、図略の制御部、および説明を省略したセンサ類が設けられている。これらの電装品は、本発明の第1可動部上の第1電気負荷L1に相当しており、第1実施形態においては直流負荷が用いられている。
スライド部材32の上面に、一対の第2給電用電極板62、63が配設されている。第2給電用電極板62、63は、本発明の第2給電用素子に相当する。第2給電用電極板62、63は、金属板などを用いて帯状に形成され、互いに離隔しつつX軸方向に平行して延在している。一対の第2給電用電極板62、63は、給電線621、631を用いて可動本体部31の高周波送電回路61の出力端子に電気接続されている。
部品実装ヘッド4は、スライド部材32の上下のX軸レール34、35に装架されてX軸方向に移動可能となっている。図5に示されるように、部品実装ヘッド4は、スライド部材32のボールねじ36に螺合するナット駆動部41を有している。したがって、駆動モータ37がボールねじ36を回転駆動すると、ナット駆動部41が螺進または螺退して、部品実装ヘッド4の全体がX軸方向に移動する。部品実装ヘッド4の下端には、ノズルホルダおよび吸着ノズル42が設けられている。吸着ノズル42は、昇降および回転が可能であり、負圧を利用して部品供給装置120から部品を吸着採取し、実装作業位置の基板に実装する。
部品実装ヘッド4には、電装品として吸着ノズル42を昇降および回転させるためのモータ、負圧を発生させるためのエアポンプや弁類、吸着ノズル41の動作を制御するための制御部、および説明を省略したセンサ類が設けられている。これらの電装品は、本発明の第2可動部上の第2電気負荷L2に相当しており、第1実施形態においては直流負荷が用いられている。
部品実装ヘッド4の上部には、スライド部材32の第2給電用電極板63、64の上方に張り出すように第2受電回路67が配設されている。第2受電回路67の先端側の底面に、一対の第2受電用電極板65、66が配設されている(図2参照)。第2受電用電極板65、66は、本発明の第2受電用素子に相当する。第2受電用電極板65、66は、金属板などを用いて形成され、互いに離隔して配置されている。一対の第2受電用電極板65、66は、第2給電用電極板62、63に離隔対向して一対のコンデンサを構成している。部品実装ヘッド4がX軸方向に移動しても、コンデンサの静電容量は概ね一定に保たれる。第2受電用電極板65、66は、第2受電回路67の入力端子に電気接続されている。第2受電回路67は、第2受電用電極板65、66が受け取った高周波電力を変換して第2電気負荷L2に給電する。第2受電回路67の具体的な回路構成は、次で述べる。なお、部品実装ヘッド4と第2受電回路67を合わせたものがX軸移動子に相当する。
次に、第1実施形態の非接触給電装置1の電気回路構成について説明する。図6は、第1実施形態の非接触給電装置1の電気回路図である。まず、確認の意味を兼ねて、各構成部材の配置を再度説明する。軌道部材151などで構成された固定部2には、高周波電源回路51、および一対の第1給電用電極板52、53が配設されている。第1可動部に相当するY軸移動子3には、一対の第1受電用電極板55、56、第1受電回路57、高周波送電回路61、第2給電用電極板62、63、および第1電気負荷L1が配設されている。第2可動部に相当する部品実装ヘッド4には、第2受電用電極板65、66、第2受電回路67、および第2電気負荷L2が配設されている。
固定部2の高周波電源回路51は、商用周波数電源511、全波整流回路512、平滑回路513、高周波発生回路514、および同調コイル515で回路構成されている。全波整流回路51は、4個の整流ダイオードのブリッジ接続によって構成されており、商用周波数電源511の交流電力を全波整流して、脈流分を含んだ直流電力を出力する。平滑回路513は、脈流分を平滑して変動の少ない直流電力を出力する。
高周波発生回路514は、4個のスイッチング素子のブリッジ接続によって構成されており、直流電力を高周波電力に変換する。高周波発生回路514のスイッチングのタイミングは、図略の高周波制御部により制御されて、出力周波数が可変に調整される。高周波発生回路514の出力端子の一方は、同調コイル515を介して一方の第1給電用電極板52に電気接続されている。出力端子の他方は、直接的に他方の第1給電用電極板53に電気接続されている。
Y軸移動子3の第1受電回路57は、全波整流回路571および平滑回路572で回路構成されている。全波整流回路571は、4個の整流ダイオードのブリッジ接続によって構成され、入力側は一対の第1受電用電極板55、56に電気接続されている。全波整流回路571は、第1受電用電極板55、56が受け取った高周波電力を全波整流して、脈流分を含んだ直流電力を出力する。平滑回路572は、脈流分を平滑して変動の少ない直流電力を出力し、第1電気負荷L1および高周波送電回路61に給電する。
高周波送電回路61は、4個のスイッチング素子をブリッジ接続した高周波発生回路611および同調コイル612で回路構成されている。高周波発生回路611は、入力側が平滑回路572に電気接続されて直流電力が給電され、この直流電力を高周波電力に変換する。高周波発生回路611のスイッチングのタイミングは、図略の高周波制御部により制御されて、出力周波数が可変に調整される。高周波発生回路611の出力端子の一方は、同調コイル612を介して一方の第2給電用電極板62に電気接続されている。出力端子の他方は、直接的に他方の第2給電用電極板63に電気接続されている。
部品実装ヘッド4の第2受電回路67は、全波整流回路671および平滑回路672で回路構成されている。全波整流回路671は、4個の整流ダイオードのブリッジ接続によって構成されており、入力側は一対の第2受電用電極板65、66に電気接続されている。全波整流回路671は、第2受電用電極板65、66が受け取った高周波電力を全波整流して、脈流分を含んだ直流電力を出力する。平滑回路672は、脈流分を平滑して変動の少ない直流電力を出力し、第2電気負荷L2に給電する。
第1実施形態において、高周波電源回路51、一対の第1給電用電極板52、53、一対の第1受電用電極板55、56、および第1受電回路57を有して本発明の第1非接触給電機構が構成されている。ここで、共振回路を用いた非接触給電を行えるように、同調コイル515が適正に選定され、かつ高周波発生回路514の出力周波数が可変に調整される。これにより、高周波電源回路51と第1受電回路57との間に共振電流が流れ、大きな給電容量ならびに高い給電効率を確保できる。
また、高周波電源回路51、一対の第1給電用電極板52、53、一対の第1受電用電極板55、56、および第1受電回路57を共有するとともに、高周波送電回路61、一対の第2給電用電極板62、63、一対の第2受電用電極板65、66、および第2受電回路67とを有して第2非接触給電機構が構成されている。ここで、Y軸移動子3から部品実装ヘッド4へ共振回路を用いた非接触給電を行えるように、同調コイル612が適正に選定され、かつ高周波発生回路611の出力周波数が可変に調整される。これにより、高周波送電回路61と第2受電回路67の間に共振電流が流れ、大きな給電容量ならびに高い給電効率を確保できる。
以上説明したように、第1実施形態の非接触給電装置1によれば、Y軸移動子3の第1電気負荷L1へ非接触給電できる上に、リニアモータ装置150およびボールねじ送り機構を組み合わせて駆動する部品実装ヘッド4の第2電気負荷L2へも固定部2から非接触給電できる。これに対して従来技術では、固定部2からY軸移動子3への給電、およびY軸移動子3から部品実装ヘッド4への給電の一方のみを非接触化していた。したがって、第1実施形態では、固定部2から部品実装ヘッド4まで給電するケーブルが全く不要になり、ケーブルの荷搬重量が無くなって部品実装ヘッド4を従来よりも高速駆動でき、かつ、ケーブル断線のリスクを解消できる。また、固定部2からY軸移動子3への非接触給電と、Y軸移動子3から部品実装ヘッド4への非接触給電とで別々の周波数を使用できるので、周波数の調整が比較的容易である。
次に、第2実施形態の非接触給電装置1Aについて、図7〜図11を参考にして説明する。図7は、第2実施形態の非接触給電装置1Aの要部を示す斜視図である。図8は、第2実施形態の非接触給電装置1AのY軸移動子3の斜視図であり、図9は、Y軸移動子3を斜め下方から見た斜視図である。また、図10は、第2実施形態の非接触給電装置1Aの要部のY軸方向視図である。さらに、図11は、第2実施形態の非接触給電装置1Aの電気回路図である。図7〜図11で、第1実施形態と同じ構造や同じ機能を有する部位については、同じ符号を付して説明を省略する。第2実施形態の非接触給電装置1Aは、第1実施形態と同様に部品実装機10に装備できる。第2実施形態において、固定部2側の軌道部材151、Y軸移動子3、および部品実装ヘッド4の基本的な構造は第1実施形態と変わらず、第1および第2非接触給電機構の態様が異なる。
第2実施形態において、軌道部材151に設けられた第1給電用電極板52、53、および高周波電源回路51の態様は、第1実施形態と同じである。
図9に示されるように、Y軸移動子3の可動本体部31の底面に、一対の第1受電用電極板55A、56A、および一対の中継受電用電極板71、72がY軸方向に並んで配設されている。第1受電用電極板55A、56Aは、本発明の第1受電用素子に相当する。第1受電用電極板55A、56Aは、金属板などを用いて可動本体部31のY軸方向長の約60%の長さの帯状に形成され、互いに離隔しつつY軸方向に平行して延在している。一対の第1受電用電極板55A、56Aは、底壁部材21の第1給電用電極板52、53に離隔対向して一対のコンデンサを構成している。Y軸移動子3がY軸方向に移動しても、コンデンサの静電容量は概ね一定に保たれる。
第1受電用電極板55A、56Aは、可動本体部31の一方の端面(図8の右手前側の端面)で折れ曲がって上方に延在している。そして、第1受電用電極板55A、56Aの折れ曲がった先の上端部551、561は、可動本体部31の上側に配設された第1受電回路57Aの入力端子に電気接続されている。第1受電回路57Aは、第1受電用電極板55A、56Aが受け取った高周波電力を変換して第1電気負荷L1に給電する回路である。第2実施形態では、高周波送電回路61は不要である。
中継受電用電極板71、72は、本発明の中継受電用素子に相当する。中継受電用電極板71、72は、金属板などを用いて第1受電用電極板55A、56Aよりも短い長さの帯状に形成され、互いに離隔しつつY軸方向に平行して延在している。一対の中継受電用電極板71、72は、底壁部材21の第1給電用電極板52、53に離隔対向して一対のコンデンサを構成している。Y軸移動子3がY軸方向に移動しても、コンデンサの静電容量は概ね一定に保たれる。中継受電用電極板71、72は、可動本体部31の他方の端面(図8の左奥側の端面)の下側で折れ曲がって上方に延在し、さらに上側でも折れ曲がって可動本体部31の上面にまで延在している。
Y軸移動子3のスライド部材32の構造は第1実施形態と同じであり、Y軸移動子3上の第1電気負荷L1も第1実施形態と同様である。スライド部材32の上面に配設された一対の中継給電用電極板73、74は、第1実施形態の第2給電用電極板62、63と同じ形状である。一対の中継給電用電極板73、74は、中継線731、741を用いて中継受電用電極板71、72に電気接続されている。
部品実装ヘッド4の構造は第1実施形態と同じであり、一対の第2受電用電極板65、66は、中継給電用電極板73、74に離隔対向して一対のコンデンサを構成している。また、第2電気負荷L2も第1実施形態と同様である。
次に、第2実施形態の非接触給電装置1の電気回路構成について、図11を参考にして説明する。まず、確認の意味を兼ねて、各構成部材の配置を再度説明する。軌道部材151などで構成された固定部2には、高周波電源回路51、および一対の第1給電用電極板52、53が配設されている。第1可動部に相当するY軸移動子3には、一対の第1受電用電極板55A、56A、第1受電回路57A、一対の中継受電用電極板71、72、一対の中継給電用電極板73、74、および第1電気負荷L1が配設されている。第2可動部に相当する部品実装ヘッド4には、第2受電用電極板65、66、第2受電回路67、および第2電気負荷L2が配設されている。
第2実施形態において、第1非接触給電機構の第1電気負荷L1への給電ルートは第1実施形態と変わらない。一方、第2非接触給電機構の第2電気負荷L2への給電ルートは、中継受電用電極板71、72から枝分かれしている。第2電気負荷L2への給電ルートは、合計4組の電極板(52と71、53と72、73と65、74と66)で構成された4個のコンデンサを介するが、静電結合方式で非接触給電できる点に変わりはない。
第2実施形態の非接触給電装置1Aによれば、リニアモータ装置150およびボールねじ送り機構を組み合わせて駆動する部品実装ヘッド4の第2電気負荷L2へ固定部2から非接触給電できる。これにより、固定部2から部品実装ヘッド4まで給電するケーブルが全く不要になり、ケーブルの荷搬重量が無くなって部品実装ヘッド4を従来よりも高速駆動でき、かつ、ケーブル断線のリスクを解消できる。また、第1実施形態の構成と比較すると、中継受電用電極板71、72および中継給電用電極板73、74は増加するが、高周波送電回路61は不要になり、第1受電回路57Aの給電容量も小さくできるので、その差分だけY軸移動子3を軽量化でき、かつ装置コストを低減できる。
次に、第3実施形態の非接触給電装置1Bについて説明する。図12は、第3実施形態の非接触給電装置1Bの電気回路図である。第3実施形態の非接触給電装置1Bも、第1実施形態と同様に部品実装機10に装備できる。図12に示されるように、第3実施形態では、第1非接触給電機構RS1と第2非接触給電機構RS2とが完全に分離独立している。第3実施形態で、第1および第2実施形態と同じ構造や同じ機能を有する部位については、同じ符号を付して説明を省略する。
第3実施形態において、第1非接触給電機構RS1は、固定部2に設けられた一対の第1給電用電極板52B、53B、および第1給電用電極板52B、53Bに高周波電力を給電する高周波電源回路51を有している。また、第1非接触給電機構RS1は、Y軸移動子3に設けられ、第1給電用電極板52B、53Bに離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る一対の第1受電用電極板55B、56B、および第1受電用電極板55B、56Bが受け取った高周波電力を変換して第1電気負荷L1に給電する第1受電回路57Bを有している。
一方、第2非接触給電機構RS2は、固定部2に設けられた一対の第3給電用電極板75、76(第3給電用素子)、および第3給電用電極板75、76に高周波電力を給電する第2高周波電源回路8を有している。また、第2非接触給電機構RS2は、Y軸移動子3に設けられ、第3給電用電極板75、76に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る一対の中継受電用電極板71B、72B、および中継受電用電極板71B、72Bに中継線732、742で電気接続された一対の中継給電用電極板73B、74Bを有している。さらに、第2非接触給電機構RS2は、部品実装ヘッド4に設けられ、中継給電用電極板73B、74Bに離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る一対の第2受電用素子65B、66B、および第2受電用素子65B、66Bが受け取った高周波電力を変換して第2電気負荷L2に給電する第2受電回路67を有している。
ここで、固定部2側に合計4枚の給電用電極板52B、53B、75、76が必要になる。したがって、軌道部材151の底壁部材21の上面に、4枚の電極板52B、53B、75、76をY軸方向に延在するように離隔平行させて配置する。あるいは、底壁部材21の上面に一対の第1給電用電極板52B、53BをY軸方向に延在するように離隔平行させて配置し、両方の側壁部材22、23の磁石24の表面に一対の第3給電用電極板75、76を配置する。当然ながら、固定部2側の4枚の給電用電極板52B、53B、75、76の配置に合わせて、Y軸移動子3の4枚の受電用電極板55B、56B、71B、72Bを配置する。また、第2高周波電源回路8は、第1非接触給電機構RS1の高周波電源回路51と同じ回路構成にすることができ、必要に応じて同調コイル515Bの特性を変更する。
第3実施形態において、第1非接触給電機構RS1の第1電気負荷L1への給電ルートは第1および第2実施形態と変わらない。一方、第2非接触給電機構RS2の第2電気負荷L2への給電ルートは、合計4組の電極板(75と71B、76と72B、73Bと65B、74Bと66B)で構成された4個のコンデンサを介するが、静電結合方式で非接触給電できる点に変わりはない。
第3実施形態の非接触給電装置1Bによれば、リニアモータ装置150およびボールねじ送り機構を組み合わせて駆動する部品実装ヘッド4の第2電気負荷L2へ固定部2から非接触給電できる。これにより、固定部2から部品実装ヘッド4まで給電するケーブルが全く不要になり、ケーブルの荷搬重量が無くなって部品実装ヘッド4を従来よりも高速駆動でき、かつ、ケーブル断線のリスクを解消できる。また、第1実施形態と同様に、高周波電源回路51および第2高周波電源回路8で別々の出力周波数を使用できるので、周波数の調整が比較的容易である。
なお、各実施形態における複数の駆動機構として、リニアモータ装置150およびボールねじ送り機構を例示したが、駆動機構の組み合わせは自由に選択できる。また、各実施形態の電気回路構成は、適宜変更してもよい。例えば、電気負荷L1、L2が複数の負荷であって互いに定格電源電圧が異なる場合に、マルチ出力電圧式の受電回路を用いることができる。また例えば、電気負荷L1、L2が交流負荷である場合には、受電回路をインバータ装置で構成する。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。
本発明の非接触給電装置は、部品実装機以外にも、直交2軸方向に作業ヘッドを移動させる方式の基板用作業機器に利用できる。
1、1A、1B:非接触給電装置
2:固定部 21:底壁部材 22.23:側壁部材 24:磁石
3:Y軸移動子(第1可動部) 31:可動本体部
32:スライド部材 33:電機子 34、35:X軸レール
36:ボールねじ 37:駆動モータ
4:部品実装ヘッド(第2可動部)
41:ナット駆動部 42:吸着ノズル
51:高周波電源回路
52、53:第1給電用電極板(第1給電用素子)
55、55A、55B、56、56A、56B:第1受電用電極板(第1受電用素子)
57、57A、57B:第1受電回路
61:高周波送電回路
62、63:第2給電用電極板(第2給電用素子)
65、65B、66、66B:第2受電用電極板(第2受電用素子)
67:第2受電回路
71、72:中継受電用電極板(中継受電用素子)
73、74:中継給電用電極板(中継給電用素子)
75、76:第3給電用電極板(第3給電用素子)
8:第2高周波電源回路
10:部品実装機
110:基板搬送装置 120:部品供給装置
130、140:部品移載装置 150:リニアモータ装置
180:表示設定装置 190:機台
L1:第1電気負荷 L2:第2電気負荷

Claims (8)

  1. 固定部と、
    前記固定部に移動可能に装架された第1可動部と、
    前記第1可動部に相対移動可能に装架された第2可動部と、
    前記固定部から前記第1可動部上の第1電気負荷に非接触で給電する第1非接触給電機構と、
    前記固定部から前記第1可動部を経由して前記第2可動部上の第2電気負荷に非接触で給電する第2非接触給電機構とを備えた非接触給電装置であって、
    前記固定部は、底壁部材および2つの側壁部材を含んで形成された溝形状の軌道部材を有し、
    前記第1非接触給電機構は、前記底壁部材に配設された第1給電用素子を有し、
    前記第1可動部を駆動するリニアモータ装置は、前記2つの側壁部材に列設されたリニア用固定子を有する非接触給電装置。
  2. 請求項1において、前記第1非接触給電機構は、
    前記固定部に設けられた前記第1給電用素子、および前記第1給電用素子に高周波電力を給電する高周波電源回路と、
    前記第1可動部に設けられ、前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第1受電用素子、および前記第1受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第1電気負荷に給電する第1受電回路とを有し、
    前記第2非接触給電機構は、
    前記第1非接触給電機構の前記第1給電用素子、前記高周波電源回路、前記第1受電用素子、および前記第1受電回路を共有するとともに、
    前記第1可動部に設けられた第2給電用素子、および前記第1受電回路から給電されて前記第2給電用素子に高周波電力を給電する高周波送電回路と、
    前記第2可動部に設けられ、前記第2給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第2受電用素子、および前記第2受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第2電気負荷に給電する第2受電回路とを有する非接触給電装置。
  3. 請求項1において、前記第1非接触給電機構は、
    前記固定部に設けられた前記第1給電用素子、および前記第1給電用素子に高周波電力を給電する高周波電源回路と、
    前記第1可動部に設けられ、前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第1受電用素子、および前記第1受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第1電気負荷に給電する第1受電回路とを有し、
    前記第2非接触給電機構は、
    前記第1非接触給電機構の前記第1給電用素子、および前記高周波電源回路を共有するとともに、
    前記第1可動部に設けられ、前記第1受電用素子に並ぶとともに前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る中継受電用素子、および前記中継受電用素子に電気接続された中継給電用素子と、
    前記第2可動部に設けられ、前記中継給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第2受電用素子、および前記第2受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第2電気負荷に給電する第2受電回路とを有する非接触給電装置。
  4. 請求項1において、前記第1非接触給電機構は、
    前記固定部に設けられた前記第1給電用素子、および前記第1給電用素子に高周波電力を給電する高周波電源回路と、
    前記第1可動部に設けられ、前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第1受電用素子、および前記第1受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第1電気負荷に給電する第1受電回路とを有し、
    前記第2非接触給電機構は、
    前記固定部に設けられた第3給電用素子、および前記第3給電用素子に高周波電力を給電する第2高周波電源回路と、
    前記第1可動部に設けられ、前記第3給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る中継受電用素子、および前記中継受電用素子に電気接続された中継給電用素子と、
    前記第2可動部に設けられ、前記中継給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第2受電用素子、および前記第2受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第2電気負荷に給電する第2受電回路とを有する非接触給電装置。
  5. 請求項2において、前記高周波電源回路および前記高周波送電回路の少なくとも一回路は、前記高周波電力の周波数を可変に調整して共振回路を用いた非接触給電を行い、または、
    請求項3において、前記高周波電源回路は、前記高周波電力の周波数を可変に調整して共振回路を用いた非接触給電を行い、または、
    請求項4において、前記高周波電源回路および前記第2高周波電源回路の少なくとも一回路は、前記高周波電力の周波数を可変に調整して共振回路を用いた非接触給電を行う非接触給電装置。
  6. 固定部と、
    前記固定部に移動可能に装架された第1可動部と、
    前記第1可動部に相対移動可能に装架された第2可動部と、
    前記固定部から前記第1可動部上の第1電気負荷に非接触で給電する第1非接触給電機構と、
    前記固定部から前記第1可動部を経由して前記第2可動部上の第2電気負荷に非接触で給電する第2非接触給電機構とを備えた非接触給電装置であって、
    前記第1非接触給電機構は、
    前記固定部に設けられた第1給電用素子、および前記第1給電用素子に高周波電力を給電しかつ周波数を可変に調整して共振回路を用いた非接触給電を行う高周波電源回路と、
    前記第1可動部に設けられ、前記第1給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第1受電用素子、および前記第1受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第1電気負荷に給電する第1受電回路とを有し、
    前記第2非接触給電機構は、
    前記第1非接触給電機構の前記第1給電用素子、前記高周波電源回路、前記第1受電用素子、および前記第1受電回路を共有するとともに、
    前記第1可動部に設けられた第2給電用素子、および前記第1受電回路から給電されて前記第2給電用素子に高周波電力を給電しかつ周波数を前記高周波電源回路と別々に調整して共振回路を用いた非接触給電を行う高周波送電回路と、
    前記第2可動部に設けられ、前記第2給電用素子に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る第2受電用素子、および前記第2受電用素子が受け取った高周波電力を変換して前記第2電気負荷に給電する第2受電回路とを有する非接触給電装置。
  7. 請求項1において、前記第1給電用素子は電極板であり、あるいは、
    請求項2、または請求項2を引用する請求項5、または請求項6において、前記第1給電用素子、前記第1受電用素子、前記第2給電用素子、および前記第2受電用素子は、それぞれ電極板であり、あるいは、
    請求項3、または請求項3を引用する請求項5において、前記第1給電用素子、前記第1受電用素子、前記中継受電用素子、前記中継給電用素子、および前記第2受電用素子は、それぞれ電極板であり、あるいは、
    請求項4、または請求項4を引用する請求項5において、前記第1給電用素子、前記第1受電用素子、前記第3給電用素子、前記中継受電用素子、前記中継給電用素子、および前記第2受電用素子は、それぞれ電極板である非接触給電装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項において、
    前記第1可動部は、基板に部品を実装する部品実装機に装備され、前記基板を搬入出するX軸方向と直角なY軸方向に移動可能なY軸可動子であり、
    前記第2可動部は、部品実装動作を行う部品実装ヘッドを有して、前記X軸方向に相対移動可能なX軸可動子である非接触給電装置。
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