JP6635282B2 - 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、およびこの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。

電子部品実装分野においては、直動装置によって水平方向に移動可能な実装ヘッドを用いて基板に部品を実装する電子部品実装装置が広く知られている。直動装置としては、水平な一方向に延伸した金属製（例えば鉄やアルミニウム）のビームを備え、リニアモータや送りねじ機構などの移動機構を駆動することによって実装ヘッドをビームに沿って移動させる構成のものが用いられている。

近年、生産性と実装品質を向上させる目的で実装ヘッドの移動の高速化と位置決め精度の高精度化要求されており、その要求に応えるべくビームの剛性強化と軽量化が進んでいる。その一例として、筒状に成形されたＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ Ｐｌａｓｔｉｃ（炭素繊維強化樹脂））で構成されたビームが提案されている（例えば特許文献１，２を参照）。ＣＦＲＰは、炭素繊維にエポキシ樹脂などの高分子材料を含浸した後、硬化させて成形した複合材料である。このＣＦＲＰは強度に優れ、且つ鉄やアルミニウムなどの金属に比べて格段に比重が小さいため、上記問題の解決を目的としたビームの材料に適している。

特開２００８−１０８９４９号公報 特開２０１３−２０６９３４号公報

しかしながら、ＣＦＲＰはコストが高いため、ビーム全体をこの材料で成形することは現実的でなかった。また、ビームには直動装置の構成部品である金属製のガイド部材をネジ等で固定する必要があるが、ＣＦＲＰは穴あけやネジ穴を形成するためのタップ加工が困難であり、さらに加工するための特殊な工具も必要であるため、さらなるコストアップの要因にもなっていた。

そこで本発明は、炭素繊維強化樹脂を用いつつネジ穴等を形成するための加工を容易に行うことができるビームを備えた直動装置およびこの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。

本発明の直動装置は、水平な一方向に細長いビームと、前記ビームに前記一方向に延伸して設けられたガイド部材と、前記ガイド部材に沿って移動自在に設けられた移動部材と、前記移動部材を移動させる移動手段を有する直動機構を備え、前記ビームは、前記一方向に貫通する複数の開口部が形成された金属製の筒状体と、炭素繊維強化樹脂シートが前記複数の開口部の内面に密着した複数の炭素繊維強化樹脂製の筒状補強部を備え、前記筒状体は前記一方向に延伸して形成された厚肉部と薄肉部を有し、前記厚肉部には少なくともネジ部材によって前記ガイド部材を前記筒状体に固定するためのネジ穴が形成されている。

本発明の電子部品実装装置は、水平な一方向に細長いビームと、前記ビームに前記一方向に延伸して設けられたガイド部材と、前記ガイド部材に沿って移動自在に設けられた移動部材と、前記移動部材を移動させる移動手段を有する第１の直動機構と、前記第１の直動機構を前記一方向に直交する水平な方向に移動させる第２の直動機構によって構成されたＸＹ移動機構と、前記移動部材に装着された実装ヘッドを備え、電子部品を保持した前記実装ヘッドを前記ＸＹ移動機構によって基板に位置決めし、位置決めされた前記実装ヘッドによって前記電子部品を前記基板に搭載する電子部品実装装置であって、前記ビームは、前記一方向に貫通する複数の開口部が形成された金属製の筒状体と、炭素繊維強化樹脂シートが前記複数の開口部の内面に密着した複数の炭素繊維強化樹脂製の筒状補強部を備え、前記筒状体は前記一方向に延伸して形成された厚肉部と薄肉部を有し、前記厚肉部には少なくともネジ部材によって前記ガイド部材を前記筒状体に固定するためのネジ穴が形成されている。

本発明によれば、炭素繊維強化樹脂を用いつつネジ穴等を形成するための加工を容易に行うことができるビームを実現することができる。

本発明の実施の形態１における電子部品実装装置の斜視図 本発明の実施の形態１における電子部品実装装置に備えられた第１の直動機構の構造説明図 （ａ）（ｂ）本発明の実施の形態１における電子部品実装装置に備えられた第１の直動機構を構成するガイド部材とビームを固定する構造説明図 （ａ）（ｂ）本発明の実施の形態１における電子部品実装装置に備えられた第１の直動機構を構成する固定子とビームを固定する構造の説明図 本発明の実施の形態２における電子部品実装装置に備えられた第１の直動機構の構造説明図 本発明の実施の形態２における電子部品実装装置に備えられた第１の直動機構を構成する固定子とビームを固定する構造の説明図

（実施の形態１）
まず図１、図２を参照して、本発明の実施の形態１における電子部品実装装置１について説明する。電子部品実装装置１は、基板２に電子部品３（図２）を実装する機能を有する。以下、基板２の搬送方向をＸ方向、Ｘ方向と水平面内において直交する方向をＹ方向と定義する。

基台４の中央部には、Ｘ方向に延びた一対の搬送コンベアを備えた基板搬送機構５が設けられている。基板搬送機構５は、基板２を搬送して所定の実装作業位置に位置決めする。基板搬送機構５の両側には、部品供給部６がそれぞれ配置されている。部品供給部６は、基台４の両側に配置された台車７ａと台車７ａに装着された複数のテープフィーダ７ｂより構成される。テープフィーダ７ｂは、電子部品３を保持したキャリアテープ（図示省略）をピッチ送りすることによって、後述する実装ヘッド１１による部品取出位置まで電子部品３を供給する。

基台４の上方には、第１の直動機構８（直動装置）が設けられている。第１の直動機構８は、基台４のＸ方向における両側部に設けられたＹ軸移動テーブル９にジョイントブラケット１０を介して支持されている。Ｙ軸移動テーブル９はリニア駆動機構を備えており、また、Ｙ方向に延伸したガイド部材９ａを有している。このガイド部材９ａに、ジョイントブラケット１０が備えるえるスライダがＹ方向に移動自在に装着されている。Ｙ軸移動テーブル９は、第１の直動機構８を一方向（Ｘ方向）に直交する水平な方向（Ｙ方向）に移動させる第２の直動機構となっている。

第１の直動機構８には実装ヘッド１１がＸ方向に移動自在に装着されている。第１の直動機構８と第２の直動機構は、実装ヘッド１１をＸ方向とＹ方向に移動させるＸＹ移動機構を構成する。実装ヘッド１１は吸着ノズル１２を備えている（図２）。実装ヘッド１１は部品取出位置まで供給された電子部品３を吸着ノズル１２によって吸着して取り出す。ＸＹ移動機構は電子部品３を保持した実装ヘッド１１を基板２に対して位置決めする。その後、実装ヘッド１１は電子部品３を基板２に搭載する。このように、電子部品実装装置１は、電子部品３を保持した実装ヘッド１１をＸＹ移動機構によって基板２に位置決めし、位置決めされた実装ヘッド１１によって電子部品３を基板に搭載する。

次に図２を参照して、第１の直動機構８の構造について説明する。第１の直動機構８は、水平な一方向（図１、図２ではＸ方向）に延伸された細長いビーム１３と、ビーム１３に装着されたガイド部材１７と、ガイド部材１７に沿って移動自在に設けられた移動部材１８と、移動部材１８を移動させるリニアモータ１９を備えている。ビーム１３は、金属製の筒状体１４とこれを補強する筒状補強部１６で構成されている。筒状体１４はＸ方向に細長い筒状であり、Ｘ方向に貫通する第１の開口部１５ａ、第２の開口部１５ｂ、第３の開口部１５ｃ、第４の開口部１５ｄを備えている。筒状体１４は断面形状が略コの字状である。筒状体１４は金属製であり、例えば鉄やアルミニウムで構成されている。

開口部１５ａ〜１５ｄは、ビーム１３の軽量化を目的として形成されたものである。本実施の形態１において、第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂは上下方向に並んだ位置に形成されている。また、第３の開口部１５ｃと第４の開口部１５ｄは、略コの字状の筒状体１４において水平方向に延出した上部と下部の位置にそれぞれ形成されている。また、第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂ、第３の開口部１５ｃと第４の開口部１５ｄは開口面積が略同一に設定されている。さらに、第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂは、第３の開口部１５ｃと第４の開口部１５ｄよりも開口面積が大きく設定されている。なお、本実施の形態１の筒状体１４は４つの開口部を備えているが、開口部の数はこれに限定されるものではなく、例えば１個でもよい。

次に、筒状補強部１６について説明する。筒状補強部１６は筒状体１４の内面１４ａに密着した状態で形成されている。筒状補強部１６は炭素繊維強化樹脂によって形成されている。炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）は強度に優れ、鉄やアルミニウムなどの金属に比べて格段に比重が小さい材料として知られている。筒状補強部１６を炭素繊維強化樹脂とすることで筒状補強部１６による重量増加を低く抑えることができる。また、筒状体１４については補強された分だけ肉厚を薄くして比重の大きな金属を減らし、筒状補強部１６による重量増加分を大幅に超える軽量化を実現することができる。結果としてビーム１３全体では、従来の金属製のビームと同等以上の剛性を実現しつつ大幅な軽量化を図ることができる。

筒状補強部１６は内圧成形方法により形成されている。内圧成形方法とは、炭素繊維強化樹脂シートを心材の外周に巻き付けた状態で筒状体１４の内面１４ａに沿って配置し、加熱処理により心材熱膨張させて炭素繊維強化樹脂シートを内面１４ａに加圧すると共に炭素繊維強化樹脂シートを熱硬化させて筒状に形成する方法である。これにより簡単に内面１４ａに密着する筒状補強部１６を形成することができる。筒状補強部１６は内面１４ａの全体に密着させるのが理想的だが、製造の都合で密着しない部分が残ったとしても内面１４ａの大半が密着していれば所期の剛性を損なうことはない。

なお、本実施の形態１では筒状補強部１６を全ての開口部１５ａ〜１５ｄに対応する内面１４ａに形成した例を説明したが、必要な開口部の内面１４ａにのみ形成するようにしてもよい。炭素繊維強化樹脂は高価であるため、所定の開口部にのみ筒状補強部１６を形成することによって製造コストを抑えることができる。例えば、第３の開口部１５ｃ、第４の開口部１５ｄは面積が小さく、そこに筒状補強部１６を設けたとしてもビーム１３の剛性改善への寄与度は低いと考えられる。このため、比較的開口面積が大きい第１の開口部１５ａ、第２の開口部１５ｂに対応する内面１４ａにのみ筒状補強部１６を形成して剛性強化と経済性を両立させるようにしてもよい。

再び話を筒状体１４に戻す。筒状体１４は、軽量化のため厚み（肉厚）を全体的に薄くしているが、組立や機械加工の都合で部分的に厚みを増した厚肉部１４ｂを設けている。すなわち、筒状体１４は、薄肉部と厚肉部１４ｂを有している。なお、図２には厚肉部１４ｂのみ破線で示している。本実施の形態１における筒状体１４は、実装ヘッド１１の装着側であって、略コの字状における水平方向に延出した上部と下部の先端の位置にそれぞれ第１の厚肉部１４ｂ１、第２の厚肉部１４ｂ２を有している。また、筒状体１４は、実装ヘッド１１の装着側であって、略中間の位置（第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂの間の位置）に第３の厚肉部１４ｂ３を有している。その他にも、筒状体１４は所望の位置に第４の厚肉部１４ｂ４、第５の厚肉部１４ｂ５、第６の厚肉部１４ｂ６、第７の厚肉部１４ｂ７、第８の厚肉部１４ｂ８、第９の厚肉部１４ｂ９を有している。厚肉部１４ｂ１〜１４ｂ９には、以下に説明する各種の部材をビーム１３に取り付けるためのネジ穴が穴あけやタップ加工などの工程を経て形成されている。

筒状体１４において、第１の厚肉部１４ｂ１と第２の厚肉部１４ｂ２に対応する位置には、金属製のガイド部材１７が一方向（ビーム１３の長手方向）に平行に装着されている。このガイド部材１７には、スライダ１８ａが当該ガイド部材１７に沿ってＸ方向に移動自在に設けられている。スライダ１８ａには平板状のプレート部材１８ｂが固定されている。スライダ１８ａとプレート部材１８ｂは移動部材１８を構成し、この移動部材１８に実装ヘッド１１が装着されている。

次に、実装ヘッド１１をＸ方向に移動させるリニア駆動機構（移動手段）について説明する。リニア駆動機構はビーム１３側に設けた固定子２０と実装ヘッド１１側に設けた可動子２１を含んで構成される。固定子２０は筒状体１４の第３の厚肉部１４ｂ３に対応する位置に装着されている。固定子２０は、ガイド部材１７と平行な平板状の鉄板部材２２と、鉄板部材２２の表面に配置されたマグネット部材２３を含んで構成される。一方、可動子２１はプレート部材１８ｂに装着されている。可動子２１は断面形状が略コの字状であって、僅かな隙間を空けて固定子２０を包囲している。可動子２１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、マグネット部材２３との間で作用する引斥力により可動子２１に推進力が発生する。この推進力を利用して、実装ヘッド１１はガイド部材１７に沿って移動する。固定子２０と可動子２１はリニアモータ１９を構成し、移動部材１８をＸ方向に移動させる移動手段となっている。なお、移動手段としてはリニアモータ以外、例えば送りねじやベルトを使用したものでもよい。このように、第１の直動機構８は、ビーム１３、ガイド部材１７、移動部材１８および移動手段を有する。

次に図２、図３を参照して、ガイド部材１７をビーム１３に固定する構造について説明する。なお、図３は第１の厚肉部１４ｂ１のみを示しているが、第２の厚肉部１４ｂ２についても同様である。図３（ａ）において、第１の厚肉部１４ｂ１には、穴あけやタップ加工などの工程を経てネジ溝を有するネジ穴２４が形成されている。筒状体１４は金属製のためタップ加工などを容易に行うことができる。図３（ａ）において、ネジ穴２４の底部Ａは隣接する第３の開口部１５ｃの筒状補強部１６まで到達（貫通）していない。つまり、ネジ穴２４は有底である。第２の厚肉部１４ｂ２側でのネジ穴２４と第４の開口部１５ｄの筒状補強部１６との間においても同様である。

図３（ｂ）において、ガイド部材１７には第１のネジ部材２５を挿入するための挿入孔１７ａが形成されている。挿入孔１７ａを介して第１のネジ部材２５をネジ穴２４に螺合させることで、ガイド部材１７は筒状体１４に固定される。

次に図４を参照して、固定子２０をビーム１３に固定する構造について説明する。第３の厚肉部１４ｂ３には、ネジ溝を有するネジ穴２６が形成されている。図４（ａ）において、ネジ穴２６の底部Ｂは第１の開口部１５ａ、第２の開口部１５ｂを避けた位置に設定されている。つまり、ネジ穴２６も有底であり、いずれの筒状補強部１６にも到達していない。また、筒状体１４の表面であって、第３の厚肉部１４ｂ３に対応する位置には、鉄板部材２２の厚みｔ（図４（ｂ））に対応した幅を有する凹部１４ｃが形成されている。

図４（ｂ）において、鉄板部材２２の内部には第２のネジ部材２７を挿入するための挿入孔２２ａが形成されている。鉄板部材２２の先端部を凹部１４ｃに嵌め込み、この状態で挿入孔２２ａを介して第２のネジ部材２７をネジ穴２６に螺合させることで、固定子２０は筒状体１４に固定される。

次に図２を参照して、第１の直動機構８をジョイントブラケット１０に固定する構造について説明する。筒状体１４において、第４の厚肉部１４ｂ４〜第９の厚肉部１４ｂ９と対応する位置にはネジ穴２８がそれぞれ形成されている。また、ジョイントブラケット１０において、第４の厚肉部１４ｂ４〜第９の厚肉部１４ｂ９と対応する位置には図示しない第３のネジ部材を挿入するための挿入孔が形成されている。ジョイントブラケット１０の挿入孔を介して第３のネジ部材をネジ穴２８に螺合させることで、第１の直動機構８はジョイントブラケット１０に固定される。

このように、本実施の形態１におけるビーム１３では、金属製の筒状体１４の内面１４ａに炭素繊維強化樹脂製の筒状補強部１６を密着して形成している。これにより、筒状補強部１６を用いつつネジ穴を形成するための加工を容易に行えるビーム１３を実現することができる。なお、筒状体１４にはタップ加工以外の各種の加工を施してもよい。

（実施の形態２）
次に図５を参照して、本発明の実施の形態２における第１の直動機構８Ａついて説明する。本実施の形態１における第１の直動機構８と共通する部材については同じ符号（若しくは同じ符号に「Ａ」）を付し、説明を省略する。本実施の形態２は、移動手段の構成が本実施の形態１と異なる。

図５において、ビーム１３ＡはＸ方向に貫通する開口部１５Ａａ〜１５Ａｄを備えた断面形状が略コの字状の筒状体１４Ａと、筒状体１４Ａの内面１４Ａａに密着した状態で形成された炭素繊維強化樹脂製の筒状補強部１６Ａを備えている。筒状体１４Ａにおいて、実装ヘッド１１の装着側であって水平方向に延出した上部と下部の間の位置には、リニアモータ１９Ａを構成する固定子２０Ａが装着されている。また、プレート部材１８ｂの固定子２０Ａと相対する位置には、同じくリニアモータ１９Ａを構成する可動子２１Ａが装着されている。移動部材１８をＸ方向に移動させる原理は、本実施の形態１で説明したとおりである。

筒状体１４Ａは、実装ヘッド１１の装着側であって、固定子２０Ａを上下方向に挟んだそれぞれの位置に第１の厚肉部１４Ａｂ１と第２の厚肉部１４Ａｂ２を有している。

次に図６を参照して、固定子２０Ａをビーム１３Ａに固定する構造について説明する。なお、図６は第１の厚肉部１４Ａｂ１のみを示しているが、第２の厚肉部１４Ａｂ２についても同様である。第１の厚肉部１４Ａｂ１には、ネジ溝を有するネジ穴２９が形成されている。ネジ穴２９の底部Ｃは、隣接する第１の開口部１５Ａａの筒状補強部１６Ａまで到達していない。つまり、ネジ穴２９は有底である。第２の厚肉部１４Ａｂ２側でのネジ穴２９と第２の開口部１５Ａｂの筒状補強部１６Ａとの間においても同様である。

固定子２０Ａは、筒状体１４Ａの長手方向に沿って延伸したプレート部材３０を介してビーム１３Ａに固定される。プレート部材３０の第１の厚肉部１４Ａｂ１に対応する位置には第４のネジ部材３１を挿入するための挿入孔３０ａが形成されている。挿入孔３０ａを介して第４のネジ部材３１をネジ穴２９に螺合させることにより、固定子２０Ａはプレート部材３０を介してビーム１３Ａに固定される。第２の厚肉部１４Ａｂ２側についても同様である。本実施の形態２においても、炭素繊維強化樹脂製の筒状補強部１６Ａを用いつつネジ穴などを形成するための加工を容易に行うことができる。

本発明の直動装置および電子部品実装装置は、本実施の形態１，２で説明したものに限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。なお、ネジ穴は少なくともガイド部材を筒状体に固定するために形成されていればよい。

本発明によれば、炭素繊維強化樹脂を用いつつネジ穴等を形成するための加工を容易に行えるビームを実現することができ、電子部品実装分野において有用である。

１ 電子部品実装装置
２ 基板
３ 電子部品
８ 第１の直動機構（直動装置）
９ Ｙ軸移動テーブル（第２の直動機構）
１１ 実装ヘッド
１３，１３Ａ ビーム
１４，１４Ａ 筒状体
１４ａ，１４Ａａ 内面
１４ｂ（１４ｂ１，１４ｂ２，１４ｂ３，１４ｂ４，１４ｂ５，１４ｂ６，１４ｂ７，１４ｂ８，１４ｂ９），１４Ａｂ１，１４Ａｂ２ 厚肉部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５Ａａ，１５Ａｂ，１５Ａｃ，１５Ａｄ
開口部
１６，１６Ａ 筒状補強部
１７ ガイド部材
１８ 移動部材
１９，１９Ａ リニアモータ
２４，２６，２８，２９ ネジ穴
２５ 第１のネジ部材
２７ 第２のネジ部材
３１ 第４のネジ部材

Claims (2)

1. 水平な一方向に細長いビームと、前記ビームに前記一方向に延伸して設けられたガイド部材と、前記ガイド部材に沿って移動自在に設けられた移動部材と、前記移動部材を移動させる移動手段を有する直動機構を備え、
   前記ビームは、前記一方向に貫通する複数の開口部が形成された金属製の筒状体と、炭素繊維強化樹脂シートが前記複数の開口部の内面に密着した複数の炭素繊維強化樹脂製の筒状補強部を備え、
   前記筒状体は前記一方向に延伸して形成された厚肉部と薄肉部を有し、
   前記厚肉部には少なくともネジ部材によって前記ガイド部材を前記筒状体に固定するためのネジ穴が形成されていることを特徴とする直動装置。
2. 水平な一方向に細長いビームと、前記ビームに前記一方向に延伸して設けられたガイド部材と、前記ガイド部材に沿って移動自在に設けられた移動部材と、前記移動部材を移動させる移動手段を有する第１の直動機構と、前記第１の直動機構を前記一方向に直交する水平な方向に移動させる第２の直動機構によって構成されたＸＹ移動機構と、前記移動部材に装着された実装ヘッドを備え、
   電子部品を保持した前記実装ヘッドを前記ＸＹ移動機構によって基板に位置決めし、位置決めされた前記実装ヘッドによって前記電子部品を前記基板に搭載する電子部品実装装置であって、
   前記ビームは、前記一方向に貫通する複数の開口部が形成された金属製の筒状体と、炭素繊維強化樹脂シートが前記複数の開口部の内面に密着した複数の炭素繊維強化樹脂製の筒状補強部を備え、
   前記筒状体は前記一方向に延伸して形成された厚肉部と薄肉部を有し、
   前記厚肉部には少なくともネジ部材によって前記ガイド部材を前記筒状体に固定するためのネジ穴が形成されていることを特徴とする電子部品実装装置。

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