JP6111023B2 - 電子部品装着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品装着装置に関し、特に、電子部品装着装置に用いられる駆動ステージに関する。
電子部品装着装置は、電子部品を基板に装着するマウント機構を搭載した移動体を駆動案内に沿って移動させる駆動ステージと、その駆動ステージを上記の方向と垂直な方向に移動させる駆動ステージ移動手段と、で構成され、電子部品を基板上の所定の位置に装着することを目的とした装置である。駆動ステージや移動体を移動させるアクチュエータとしてリニアモータが用いられている。
電子部品実装装置として、特許文献1が開示されている。図6は、第1従来例の駆動ステージの断面図である。なお、図6は、特許文献1の図3に相当する図面である。
第1従来例の駆動ステージは、マウント機構を搭載するための移動体17と、その移動体17を搭載するためのビーム16と、これらを駆動するためのリニアモータ18と、駆動案内(ガイドレール19、スライダ20)と、で構成されている。なお、移動体17とビーム16とは、駆動案内(ガイドレール19、スライダ20)を介して接続されている。
駆動案内は、ビーム16の長手方向(図6の紙面を貫く方向)に沿って設置されたガイドレール19と、そのガイドレール19上を摺動可能なスライダ20と、で構成され、スライダ20は移動体17に設置されている。
リニアモータ18は、可動子18aと、固定子18bと、で構成され、可動子18aが固定子18bに対向する位置に配置される。移動体17には可動子18aが設置され、ビーム16には移動体17の移動距離に応じた長さの固定子18bが設置される。
図6に示すように、固定子18bは、ビーム16の上にボルト22で締結固定されるのが一般的である。ここで、リニアモータ18を作動させると、固定子18bと可動子18aとの間にはお互いを吸い寄せる磁気吸引力が図6のy方向に作用する。このため、ボルト22は、ボルト22の軸方向と磁気吸引力の作用方向(図6のy方向)が平行になるようにして、固定子18bとビーム16とを締結固定する。これにより、磁気吸引力がボルト22の軸直角方向の力として作用しないので、締結部のすべりやボルトのせん断破壊を防ぎ、締結部の信頼性を確保することができる。
しかし、可動子18aと固定子18bとの磁気吸引力によって生じるビーム16のねじれ変形を抑制するためにビーム16の高剛性化を図ると、ビーム16や駆動ステージ10全体の質量が増加するという課題が生じる。
そこで、2個に分割された固定子18bで可動子18aを挟みようにリニアモータ18を構成する技術が特許文献2に開示されている。図7は、第2従来例の駆動ステージの断面図である。なお、図7は、特許文献2の図1に相当する図面である。
図7に示す第2従来例の駆動ステージにおいて、可動子18aとそれぞれの固定子18bとの間に作用する磁気吸引力は、その作用方向が反対方向で同軸上に作用するので、磁気吸引力は相殺される。この構成により、締結部の信頼性の確保だけでなく、ビーム16のたわみやねじれ変形も抑制することができる。
また、可動子18aと固定子18bとの磁気吸引力を相殺する駆動ステージとして、特許文献3が開示されている。図8は、第3従来例の駆動ステージの断面図である。なお、図8は、特許文献3の図2に相当する図面である。
図8に示す固定子18bは図7の構成とは異なり、固定子18bが一体構造となっているものの、固定子18bが可動子(図示せず)を挟む構造となっているため、この場合も磁気吸引力は相殺されるようになっている。
しかし、駆動ステージが図8の水平方向(y方向)に加速動作する場合、駆動部分の質量と加速度を乗じた力に相当する慣性力が駆動ステージに作用する。このy方向の慣性力は固定子18bを締結固定するボルト22の軸直角方向の力として作用することになり、大きな加速度で駆動ステージを動作させると、締結部にすべりやボルトのせん断破壊が発生するおそれがある。その結果、リニアモータ18と駆動案内のスムーズな動作を妨げ、駆動ステージの案内精度や動作速度を低下させる要因となる。
そこで、上記のような駆動ステージの故障や性能低下を防ぐことを目的に、ビーム16の上に固定子18bを締結固定する構成や、ボルト22の大径化や固定子18bの構成材料の変更などが検討され、例えば、特許文献4が開示されている。図9は、第4従来例の駆動ステージの断面図である。なお、図9は、特許文献4の図4に相当する図面である。
図9に示す第4従来例の駆動ステージにおいて、水平方向(y方向)に駆動ステージが加速動作しても、y方向の慣性力は固定子18bの設置面に対して法線方向に作用し、ボルト22はy方向の慣性力を軸方向成分で全て負担することができる。したがって、慣性力に対する締結部のすべりやボルトのせん断破壊を防止することができる。
特開2008−198685号公報 特許第4643685号公報 特開2006−49384号公報 特開2011−155167号公報
図9に示す第4従来例の駆動ステージの締結構造では、固定子18bの自重がボルト22の軸直角方向に作用することになるが、ボルト22を大径化したり、小型軽量な固定子18bを用いたりすることで、固定子18bの自重に対する締結部のすべりやボルトのせん断破壊を防ぐことができる。
一方で、電子部品装着装置は小から大まで幅広いサイズの基板への対応を要求されることから、大面積の基板に電子部品を装着できるようマウント機構を搭載した移動体17の移動範囲を広げるために固定子18bを長尺化する必要が発生する。固定子18bの長尺化は移動体17やビーム16の大型化に繋がることから、ボルト径を小さく、かつ、ボルト本数をできる限り少なくした軽量化設計が望まれる。
しかし、ボルト径を小さく、かつ、ボルト本数を少なくすると、結果としてボルト1本あたりに作用する軸直角成分の力は大きくなり、締結部のすべりやボルトのせん断破壊の発生の可能性が高まることになる。
そこで、本発明は、電子部品装着装置の長寿命化と高精度化を図ることを課題とする。
このような課題を解決するために、本発明は、ビーム、前記ビームの長手方向に沿って移動可能な駆動案内を介して前記ビームに搭載される移動体、および、前記ビームに固定される固定子および前記移動体に固定される可動子を有するリニアモータを有する駆動ステージと、前記駆動ステージを前記移動体の移動方向と垂直方向に移動させる駆動ステージ移動手段と、を備える電子部品装着装置であって、前記ビームは、その長手方向の垂直断面が2つのビーム突出部で略L字状に形成され、前記固定子は、長手方向に永久磁石が配される第1固定子突出部と、長手方向に永久磁石が配される第2固定子突出部と、前記第1固定子突出部と前記第2固定子突出部とを接続する固定子接続部とで、略コ字状に形成され、前記2つのビーム突出部のうち一方のビーム突出部には前記固定子接続部と接するように一方の穴部が形成され、他方のビーム突出部には前記固定子接続部と接するように他方の穴部が貫通穴として形成され、前記一方の穴部および前記他方の穴部は前記長手方向において千鳥配置され、前記ビームと前記固定子とは、前記固定子接続部と前記一方のビーム突出部とが接して前記一方の穴部を通したボルトで締結固定されるとともに、前記固定子接続部と前記他方のビーム突出部とが接して前記他方のビーム突出部から前記貫通穴を通して挿入されたボルトで締結固定されることを特徴とする電子部品装着装置である。
リニアモータの固定子とビームとを締結固定する締結部のすべりやボルトのせん断破壊の発生を防止するとともに、磁気吸引力によるビームのねじれ変形を抑えることができるので、電子部品装着装置の長寿命化と高精度化を図ることができる。
本実施形態に係る電子部品装着装置の概略構成の正面図である。 本実施形態に係る電子部品装着装置の概略構成の上面図である。 本実施形態に係る電子部品装着装置が備える駆動ステージをyz平面で切断した断面図である。 駆動ステージの斜視図である。 ビームとガイドレールの斜視図である。 第1従来例の駆動ステージの断面図である。 第2従来例の駆動ステージの断面図である。 第3従来例の駆動ステージの断面図である。 第4従来例の駆動ステージの断面図である。
以下、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
≪電子部品装着装置≫
本実施形態に係る電子部品装着装置30の構成について説明する。
図1および図2は、本実施形態に係る電子部品装着装置30の概略構成図であり、図1は、電子部品装着装置30の正面図であり、図2は、電子部品装着装置30の上面図である。
電子部品装着装置30は、基板31(例えば、半導体ウェハや電子回路基板など)が配置された基台32と、その基台32の上に設けられた駆動ステージ10を支持するとともに駆動ステージ10を所定の方向(図2に示すy方向)に移動させる駆動ステージ移動手段33と、その駆動ステージ移動手段33の上に設けられ前記所定の方向(図2に示すy方向)と垂直な方向(図1、図2に示すx方向)に移動する移動体17を備える駆動ステージ10と、で構成されている。
駆動ステージ移動手段33は、基板31を挟んで互いに平行となるように基台32の上に配置された一対のy軸用ガイドレール34と、そのy軸用ガイドレール34に沿って摺動可能なy軸用スライダ35と、そのy軸用スライダ35に固定され駆動ステージ10の両端を支持する支持部材36と、駆動ステージ10を移動させるためのy軸用リニアモータ37と、を備えている。
駆動ステージ10は、2本のy軸用ガイドレール34の間を架橋する程度に長尺なビーム16と、そのビーム16の長手方向(図1,2に示すx方向)に沿ってビーム16の上に設けられた2本のx軸用ガイドレール19と、そのx軸用ガイドレール19に沿って摺動可能なx軸用スライダ20(後述する図3参照)と、そのx軸用スライダ20に固定された移動体17と、移動体17を移動させるためのx軸用リニアモータ18と、を備えている。
また、移動体17には、基板31の上に電子部品(図示せず)を装着するためのマウント機構38が搭載されている。
電子部品装着装置30の動作の流れについて説明する。
まず、電子部品装着装置30は、y軸用リニアモータ37を動作させることにより、駆動ステージ10を、y軸用ガイドレール34に沿って、y軸方向に移動させる。そして、電子部品装着装置30は、x軸用リニアモータ18を動作させることにより、移動体17を、x軸用ガイドレール19に沿って、x軸方向に移動させる。
このような構成により、電子部品装着装置30は、移動体17を基台32の上に配置された基板31上の任意位置(xy平面)に移動させることができ、移動体17に設置されたマウント機構38が基板31上の所定位置に電子部品(図示せず)を装着させることができるようになっている。
≪駆動ステージ≫
本実施形態に係る電子部品装着装置30が備える駆動ステージ10について、図3から図5を用いて更に説明する。
図3は、本実施形態に係る電子部品装着装置30が備える駆動ステージ10をyz平面で切断した断面図である。図4は、駆動ステージ10の斜視図である。図5は、ビーム16とx軸用ガイドレール19の斜視図である。
なお、図4および図5に示す斜視図においては、駆動ステージ移動手段33の支持部材36と接続される駆動ステージ10の両端部は省略し、移動体17をx軸方向に移動可能な領域の駆動ステージ10(ビーム16)についてのみ図示している。
駆動ステージ10は、x軸方向に長尺なビーム16と、移動体17と、移動体17を移動させるためのx軸用リニアモータ18と、ビーム16に設けられた2本のx軸用ガイドレール19と、移動体17に固定されx軸用ガイドレール19に沿って摺動可能なx軸用スライダ20と、を備え、x軸用リニアモータ18を動作させることにより、移動体17を、x軸用ガイドレール19に沿って、x軸方向に移動させることができるようになっている。
ビーム16は、図3に示すように、その長手方向(図3の紙面を貫く方向)に垂直な断面(yz断面)が略L字状に形成され、図5に示すように、その長手方向(x方向)に一様で同断面に形成されている。
ここで、略L字状のビーム16の各部について、図3において垂直方向(z方向)の上側に突出した部分を上側突出部16aと定義し、水平方向(y方向)の左側に突出した部分を下側突出部16bと定義し、上側突出部16aと下側突出部16b間の領域を開口部16d(図5参照)と定義する。本実施形態におけるビーム16は、図3に示すように、上側突出部16aのz方向に突出した長さが下側突出部16bのy方向に突出した長さよりも短く形成されている。
また、ビーム16は、図3および図5に示すように、その内部に中空部16cを有した一様同断面の中空構造で形成されている。ビーム16の上側突出部16aと下側突出部16bには、図5に示すように、いずれもボルト(後述する図3に示すボルト22a,22b)で別の部材(後述する図3に示す固定子18b)を締結固定可能なように穴25a,25bが形成され、ビーム16の長手方向に等間隔に整列している。ここで、穴25a,25bの長手方向の間隔配置は、締結部の信頼性が確保される範囲であれば、ビーム16の長手方向に等間隔でなくてもよい。
本実施形態においては、下側突出部16bの穴25bには雌ねじが形成され、上側突出部16aの穴25aは雌ねじを形成しない通常の貫通穴としている。
また、この穴25a,25bの径について、ボルト締結部の信頼性の確保を目的に、下側突出部16bの穴25bの穴径は、上側突出部16aの穴25aの穴径よりも大きく、1.5〜2倍程度の大きさで形成し、後述するように、下側突出部16bのボルト22b方が上側突出部16aのボルト22aよりも径の大きいボルトを用いている。
また、ビーム16は、アルミニウム等の軽量な材料を押出し成型することにより安価に作製される。図3に示すように、その内部にはビーム16を補強するための補強壁23,24が形成され、穴25a,25bの形成される周辺部は、ボルト22a,22bの過重負担の低減とねじ込み深さを確保する程度に厚肉な厚肉部16a1,16b1として形成されている。補強壁24の厚さは、補強壁23よりも厚肉に形成することが好ましい。また、厚肉部16a1,16b1の厚さは少なくともボルトの径以上が必要であり、信頼性と軽量化を両立する観点からボルトの径の2〜3倍程度であるのが好ましい。
移動体17は、図3に示すように、ビーム16の長手方向に垂直な断面(yz断面)がΓ字状に形成されている。移動体17は、ビーム16の下側突出部16bの端面側に配置される縦板部17aと、その縦板部17aに垂直に設けられ上側突出部16aの上面側に配置される横板部17bと、から構成される。なお、図3および図4では省略しているが、本実施形態では、マウント機構38(図1,図2参照)は、移動体17の縦板部17aに搭載されている。
リニアモータ18は、移動体17に固定される可動子18aと、ビーム16に固定される固定子18bと、から構成される。
可動子18aは、ビーム16の開口部16d(図5参照)に収まるように、移動体17の縦板部17aに固定される。
また、固定子18bは、ビーム16の開口部16d(図5参照)に、ビーム16の上側突出部16aおよび下側突出部16bに形成された穴25a,穴25bを利用してボルト22a,22bで締結固定される。
ここで、固定子18bは、図3に示すように、その長手方向に垂直な断面(yz断面)が略コ字状に形成され、図3の水平方向(y方向)の左側に2個同じ長さに突出した上側突出部18b1および下側突出部18b2と、それらよりも短く形成された接続部18b3から構成され、固定子18bの2個の突出部(上側突出部18b1,下側突出部18b2)には、その長手方向に永久磁石が対向するように配置されている。
固定子18bは、下側突出部18b2とビーム16の下側突出部16b(厚肉部16b1)とが接し、上側突出部18b1はビーム16とは接さず、接続部18b3とビーム16の上側突出部16a(厚肉部16a1)とが接するようにビーム16の上に設置される。また、ビーム16と固定子18bとの間には、2つの設置面が形成され、お互いの面の法線方向が直交するようになっている。
固定子18bをビーム16に締結固定するボルトは、接続部18b3とビーム16の上側突出部16a(厚肉部16a1)を締結固定するボルト22aと、接続部18b3とビーム16の下側突出部16b(厚肉部16b1)を締結固定するボルト22bと、を有し、お互いの軸方向が直交するよう配置される。
本実施形態においては、いずれのボルト締結部の信頼性が確保される程度に、ボルト22bの呼び径がボルト22aの呼び径よりも大きく、1.5〜2倍程度の大きさのものを用いている。
ここで、ボルト22aは、穴25a(図5参照)を通して、ビーム16の上側突出部16a(厚肉部16a1)と固定子18bの接続部18b3とが接する面の略中央で締結固定するようになっている。
また、ボルト22bは、接続部18b3を通して下側突出部16b(厚肉部16b1)の雌ねじが形成された穴25b(図5参照)に締結固定するようになっている。
≪作用・効果≫
本実施形態に係る電子部品装着装置30の作用および効果を説明する。
図2において、駆動ステージ移動手段33により駆動ステージ10がy方向に移動すると、移動部(駆動ステージ10、y軸用スライダ35、支持部材36、y軸用リニアモータ37)の質量と加速度との積に相当する慣性力がy方向に発生し、この力は図3に示すx軸用リニアモータ18の固定子18bとビーム16のボルト締結部に作用する。
また、固定子18bの自重に相当する力がz方向に発生し、この力も固定子18bとビーム16のボルト締結部に作用する。
即ち、固定子18bのボルト締結部は、必ずy方向とz方向の両方向からの力が作用する。
本実施形態においては、y方向とz方向の力が両方向から発生しても、ビーム16と固定子18b間には2つの設置面が形成され、お互いの面の法線方向が直交し、かつ、それぞれの設置面に締結固定されたボルト22aとボルト22bの軸方向がお互いに直交するよう配置されているので、ボルトの軸直角方向に作用する力をいずれかのボルトで負担して、従来構造よりもボルトの軸直角方向に作用する力を低減(分散)でき、その結果、締結部のすべりやボルトのせん断破壊を防ぐことができる。
さらに、ビーム16の長手方向に垂直な断面(図3に示すyz断面)を略L字状に形成し、移動体17をΓ字状に形成し、可動子18aと固定子18bの間で発生する磁気吸引力を相殺可能なリニアモータ18をビーム16の開口部16d(図5参照)に配置した構成にしたことによって、駆動ステージ10の小型化と軽量化を実現し、かつ、締結部のすべりやボルトのせん断破壊の防止効果を高めている。
また、ビーム16は、その内部が中空の構造で形成され、駆動ステージ10の軽量化に貢献しているので、駆動ステージ移動手段33に作用する力を低減する効果も生み出している。
また、ビーム16の固定子18bを固定する締結部周辺は雌ネジの深さを確保するために厚肉の厚肉部16a1,厚肉部16b1が形成されているので、ボルト22の過重負担の低減と、ボルト22と雌ネジのねじ山に発生する応力集中を低減し、締結部のすべりやボルトのせん断破壊の防止効果を高めている。
また、ビーム16の内部の補強壁23と補強壁24は、上記のボルト締結部の信頼性を向上する効果を有しているだけでなく、y方向の力がビーム16に作用したときのビーム16の開口部16Dが開くような変形(上側突出部16aと下側突出部16bとが離れるように変形する)、あるいは、閉じるような変形(上側突出部16aと下側突出部16bとが近づくように変形する)を抑制する効果を発揮するので、固定子18bの固定の安定性も格段に高めている。さらに、ビーム16に移動体17を搭載した状態で駆動ステージ10が移動したときにビーム16に作用する慣性力によるビーム16のたわみやねじれ変形を防ぐ効果もある。
以上のとおり、本実施形態の駆動ステージ10を備える電子部品装着装置30によれば、ビーム16とリニアモータ18の固定子18bの締結部のすべりやボルトのせん断破壊の発生を防ぐことができ、磁気吸引力によるビーム16のねじれ変形を抑えることができる。また、駆動ステージ10の高速化に向けて加速度を向上させるために高性能なリニアモータ18を用いると、リニアモータ18の質量は増加していくが、この場合も、本実施形態によって、上記の課題を解決することができ、駆動ステージ10の高速化も実現することができるようになる。
<変形例>
なお、本実施形態に係る電子部品装着装置30は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
図5において、ビーム16に形成された穴25aおよび穴26bは、x方向の位置が等しく、かつ、同数形成されているがこれに限られるものではない。
例えば、穴25aおよび穴26bのx方向の位置が千鳥配置となるように形成されていてもよい。このように構成することにより、固定子18bの接続部18b3に形成されるボルト22aが貫通する貫通穴と、ボルト22bが固定される雌ネジ穴との干渉を防ぐことができ、ボルト22bが固定される雌ネジ穴を深く形成することができる。これにより、ボルト22bと雌ネジのねじ山に発生する応力集中を低減し、締結部のすべりやボルトのせん断破壊の防止効果をより高めることができる。
また、穴25aおよび穴25bの数(ボルト22aおよびボルト22bの数)は、締結部の信頼性が確保される範囲であればよく、同数でなくともよい。
図3において、固定子18bがy方向(図3の左側)に開口し、可動子18aが移動体17の縦板部17aからy方向(図3の左側から右側)に突出するように配置されているものとして説明したが、これに限られるものではない。
例えば、固定子18bがz方向(図3の上側)に開口し、可動子18aが移動体17の横板部17bからz方向(図3の上側から下側)に突出するように配置されている構成であってもよい。
10 駆動ステージ
16 ビーム
16a 上側突出部(ビーム突出部、他方のビーム突出部)
16a1 厚肉部
16b 下側突出部(ビーム突出部、一方のビーム突出部)
16a1,16b1 厚肉部
16c 中空部
16d 開口部
17 移動体
17a 縦板部
17b 横板部
18 リニアモータ
18a 可動子
18b 固定子
18b1 上側突出部(第固定子突出部)
18b2 下側突出部(第固定子突出部)
18b3 接続部(固定子接続部)
19 ガイドレール(駆動案内)
20 スライダ(駆動案内)
22,22a,22b ボルト
23,24 補強壁
25a,穴25b 穴(ボルト穴部)
30 電子部品装着装置
31 基板
32 基台
33 駆動ステージ移動手段
34 ガイドレール
35 スライダ
36 支持部材
37 リニアモータ
38 マウント機構

Claims (3)

  1. ビーム、前記ビームの長手方向に沿って移動可能な駆動案内を介して前記ビームに搭載される移動体、および、前記ビームに固定される固定子および前記移動体に固定される可動子を有するリニアモータを有する駆動ステージと、
    前記駆動ステージを前記移動体の移動方向と垂直方向に移動させる駆動ステージ移動手段と、を備える電子部品装着装置であって、
    前記ビームは、
    その長手方向の垂直断面が2つのビーム突出部で略L字状に形成され、
    前記固定子は、
    長手方向に永久磁石が配される第1固定子突出部と、長手方向に永久磁石が配される第2固定子突出部と、前記第1固定子突出部と前記第2固定子突出部とを接続する固定子接続部とで、略コ字状に形成され、
    前記2つのビーム突出部のうち一方のビーム突出部には前記固定子接続部と接するように一方の穴部が形成され、他方のビーム突出部には前記固定子接続部と接するように他方の穴部が貫通穴として形成され、
    前記一方の穴部および前記他方の穴部は前記長手方向において千鳥配置され、
    前記ビームと前記固定子とは、
    前記固定子接続部と前記一方のビーム突出部とが接して前記一方の穴部を通したボルトで締結固定されるとともに、
    前記固定子接続部と前記他方のビーム突出部とが接して前記他方のビーム突出部から前記貫通穴を通して挿入されたボルトで締結固定される
    ことを特徴とする電子部品装着装置。
  2. 前記ビームの長手方向に垂直な断面において、前記一方のビーム突出部は第1方向に突出して形成されるとともに前記他方のビーム突出部は前記第1方向と直交する第2方向に突出して形成され、
    前記他方のビーム突出部の前記第2方向における長さは、前記一方のビーム突出部の前記第1方向における長さよりも短く、
    前記固定子接続部は、前記第1固定子突出部および前記第2固定子突出部よりも短く形成され、
    前記他方のビーム突出部と前記固定子接続部とが接する面の略中央でボルト締結により固定される
    ことを特徴とする請求項1に記載の電子部品装着装置。
  3. 前記ビームは、
    その長手方向に一様延伸されてその内部に中空部を有する中空構造に形成され、
    前記一方の穴部および前記他方の穴部を有するビームの板厚は、ボルトの過重負担の低減とねじ込み深さを確保するように厚肉に形成されるとともに、
    前記ビームの補強のための補強壁が設けられる
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子部品装着装置。
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