JP7223695B2

JP7223695B2 - 部品装着機

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Publication number: JP7223695B2
Application number: JP2019536380A
Authority: JP
Inventors: 進一加藤; 壮志野村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-08-15
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2037-08-15
Also published as: WO2019035181A1; US11424662B2; EP3672045A4; EP3672045A1; US20210152054A1; JPWO2019035181A1; CN111033987A

Description

本明細書には、リニアモータ、そのリニアモータによって移動体を基体に対して移動させるリニアモータ駆動装置、および、そのリニアモータ駆動装置を採用した部品装着機を開示し、特に、リニアモータを冷却するための構造および方法について開示する。

下記特許文献１には、互いに向かい合うようにして移動方向に沿って設けられた１対の固定子と、それら１対の固定子の間を移動可能に設けられた可動子とを備えたリニアモータ、いわゆるＴ型リニアモータが記載されるとともに、そのリニアモータを駆動源として移動体を基体に対して移動させるリニアモータ駆動装置が記載されている。なお、そのようなリニアモータ駆動装置は、例えば、特許文献１に記載されているような加工機や、電子部品を基板に装着させる部品装着機等、種々の装置に採用されている。リニアモータは、コイルの発熱による構成部材の熱変形や熱劣化が問題となるため、下記特許文献１のように、コイルを冷却するように構成されている。

国際公開第ＷＯ２０１２／１４５０８５Ａ１号パンフレット

解決しようとする課題

しかしながら、上述のようなリニアモータを冷却するための構成は、改良の余地が多分に残されており、改良を施すことにより、リニアモータおよびリニアモータ駆動装置の実用性を向上させることが可能である。そのような実情に鑑み、本出願は、実用性の高いリニアモータの冷却方法を提供するとともに、その冷却方法を用いた実用性の高いリニアモータおよびリニアモータ駆動装置を提供することで、そのリニアモータ駆動装置を採用した実用性の高い部品装着機を提供すること課題とする。

本明細書に開示するリニアモータは、上述したＴ型リニアモータを前提としている。そして、上記課題を解決するために、本明細書には、
部品を保持してその部品を基板に装着するための部品装着ヘッドと、その部品装着ヘッドを移動させるヘッド移動装置とを備えた部品装着機であって、
前記ヘッド移動装置が、
基体と、
前記部品装着ヘッドが取り付けられる移動体としてのヘッド取付体と、
駆動源であるリニアモータを有し、前記基体に対して、前記ヘッド取付体を水平な移動方向に移動させる移動方向移動装置と
を備え、
前記リニアモータが、
前記基体に固定され、上下方向に間隔をおいて互いに向かい合うようにして前記移動方向に沿って設けられた１対の固定子と、
前記ヘッド取付体に固定され、前記１対の固定子の間を移動可能とされた可動子と、
(A) 前記可動子の内部に設けられて前記可動子の熱を吸収する集熱部と、(B) 前記可動子から外部に突出し、前記１対の固定子が対向する方向に延びて前記１対の固定子のうちの上側のものの背面側にまで延び出した放熱部とを有する冷却用部材と、
前記１対の固定子のうちの上側のものの背面側である上方に位置する状態で前記冷却用部材の前記放熱部に固定され、前記冷却用部材の前記放熱部を冷却するためのヒートシンクと
を備えた部品装着機を開示する。

効果

本明細書に開示されたリニアモータ冷却方法、その方法を用いたリニアモータによれば、放熱部を１対の固定子の少なくも一方の背面側にまで延び出させたことで、冷却構造の自由度が高いものとなる。また、本明細書に開示されたリニアモータ駆動装置は、冷却用部材の放熱部を可動子の移動体側の部分から突出させ、１対の固定子の一方と移動体との間を通って１対の固定子の背面側に延び出させたことで、放熱部を可動子の移動体側とは反対側の部分から延び出させた場合に比較して、移動体とともに移動する部分の、移動体と可動子とが並ぶ方向における寸法を小さくすることが可能である。本明細書に開示されたリニアモータ駆動装置は、Ｔ型リニアモータによって大きな推力を確保しつつ、移動体と可動子とが並ぶ方向における寸法が抑えられているため、種々の機器への搭載の自由度が高いものとなる。その結果、上記リニアモータ駆動装置を採用する部品装着機は、実用的なものとなる。

本発明の実施例であるリニアモータ駆動装置が搭載された部品装着機の斜視図である。本発明の実施例であるリニアモータ駆動装置を含んで構成される図１に示したヘッド移動装置を拡大して示す斜視図である。本発明の実施例であるリニアモータ駆動装置であるＸ方向移動装置の斜視図である。本発明の実施例であるリニアモータ駆動装置であるＸ方向移動装置の側面図である。リニアモータの可動子の前方側からの視点における断面図である。図３，４に示す冷却機構を拡大して示す斜視図である。図３，４に示す冷却機構を拡大して示す側面図である。

以下、一実施例であるリニアモータ、リニアモータ駆動装置、および、リニアモータ冷却方法を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。

一実施例であるリニアモータおよびリニアモータ駆動装置は、図１に示す部品装着機１０に搭載される。基板に部品を装着する作業は、複数の種類の部品を基板に装着するために、複数の部品装着機１０が配置される。図１は、複数の部品装着機１０のうちの２つのものを示し、そのうちの１つのものは、外装パネルを外した状態の部品装着機１０を示している。その部品装着機１０は、ベース２０と、そのベース２０に上架されたビーム２２と、ベース２０に配設された基板コンベア装置２４と、当該部品装着機１０の正面側においてベース２０に交換可能に取り付けられた複数の部品フィーダ２６と、複数の部品フィーダ２６のいずれかから供給される部品を保持してその部品を基板Ｓに装着するための部品装着ヘッド２８と、ビーム２２に配設されて部品装着ヘッド２８を移動させるヘッド移動装置３０とを備えている。なお、以下の説明において、基板コンベア装置１４によって基板が搬送される方向を左右方向（Ｘ方向）と、水平面上においてその左右方向に直角な方向を前後方向（Ｙ方向）と、それら左右方向および前後方向に直角な方向を上下方向（Ｚ方向）と称する場合がある。

複数の部品フィーダ２６の各々には、部品保持テープ（複数の部品がテープに保持されたものであり、「部品テーピング」とも呼ばれる）が捲回されたリールが、セットされており、複数の部品フィーダ２６の各々は、その部品保持テープを間欠的に送り出すことによって、所定の部品供給部位において、順次、部品を１つずつ供給する。

部品装着ヘッド２８は、それぞれが、負圧の供給によって部品を下端部において吸着保持する複数の吸着ノズル４０を有しており、それらが、リボルバに保持されている。そのリボルバは、間欠回転し、特定位置に位置する吸着ノズル４０がノズル昇降装置によって昇降可能とされている。特定位置に位置する吸着ノズル４０は、下降した際に、負圧が供給されることによって、部品フィーダ２６から供給される部品を保持し、また、負圧の供給が断たれることで、吸着保持している部品を基板に装着させる。ちなみに、複数の吸着ノズル４０の各々は、自身の軸線回りに回転させられるようになっており、当該部品装着ヘッド２８は、各吸着ノズル４０によって保持されている部品の回転位置を、変更・調整することが可能とされている。

ヘッド移動装置３０は、いわゆるＸＹ型の移動装置である。そのヘッド移動装置３０は、部品装着ヘッド２８が脱着可能に取り付けられるヘッド取付体５０と、そのヘッド取付体５０をＸ方向に移動させるＸ方向移動装置５２と、ビーム２２に支持されてそのＸ方向移動装置５２を移動させることで部品装着ヘッド２８を部品フィーダ２６と基板とにわたって移動させるＹ方向移動装置５４とを含んで構成される。そのＸ方向移動装置５２が、本実施例のリニアモータ駆動装置であり、リニアモータ５６を駆動源として、部品装着ヘッド２８をＸ軸方向の任意の位置へ移動させるものである。

Ｙ方向移動装置５４は、Ｙ軸スライド６０を備え、そのＹ軸スライド６０をベース２０に対してＹ方向に移動させるものである。また、Ｙ方向移動装置５４は、そのＹ軸スライド６０のＹ方向への移動を案内するＹ軸ガイド６２を備えている。そのＹ軸ガイド６２は、１対のガイドレール６４と、それら１対ガイドレール６４の各々に摺動可能に係合させられた２つずつの摺動部材６６とを含んで構成される。さらに、Ｙ方向移動装置５４は、ビーム２２に設けられてＹ軸方向に延びるボールねじ６８と、ボールねじに螺合して回転可能にかつ位置を固定されてＹ軸スライド６０に設けられたナット７０と、ボールねじ６８を回転させるモータ（エンコーダ付サーボモータ）７２とを備えている。

次に、Ｘ方向移動装置５２について、図３および図４をも参照しつつ詳しく説明する。Ｘ方向移動装置５２は、基体としてのＹ軸スライド６０に対して、移動体としてヘッド取付体５０を、駆動源であるリニアモータ５６によって移動させるものである。そのＸ方向移動装置５２は、ヘッド取付体５０のＸ方向への移動を案内する１対のＸ軸ガイド８０を備えている。Ｘ軸ガイド８０は、１対のガイドレール８２と、それら１対のガイドレール８２の各々に摺動可能に係合させられた１対の摺動部材８４とを含んで構成される。図３に示すように、１対のガイドレール８２が、Ｙ軸スライド６０の内側の側面に、Ｘ方向に延びる状態で平行に固定され、１対の摺動部材８４が、ヘッド取付体５０に固定された状態でガイドレール８２に係合させられている。そのような構成により、Ｘ軸ガイド８０は、ヘッド取付体５０のＸ方向への移動を案内する。

リニアモータ５６は、いわゆるコア付きＴ型リニアモータであり、間隔をおいて互い向かい合うようにして設けられた１対の固定子１００ａ，１００ｂと、それら１対の固定子１００ａ，１００ｂの間を移動させられる可動子１０２とを備えている。１対の固定子１００ａ，１００ｂの各々は、複数の永久磁石１１０と、その永久磁石１１０が固定された磁性体であるヨーク１１２と、そのヨーク１１２を保持する非磁性体のベースプレート１１４とを含んで構成されている。そして、それら１対の固定子１００ａ，１００ｂは、Ｘ軸方向に延び、上下方向に間隔をおいて互いに向かい合うように、Ｙ軸スライド６０の内側の側面に立設させられている。なお、１対の固定子１００ａ，１００ｂの各々の互いに向かい合う面である正面に、複数の永久磁石１１０が交互に磁極が異なるようにＸ方向に配列された状態となっている。また、向かい合う永久磁石１１０は、互いに異なる磁極とされている。

一方、可動子１０２は、図５の断面図に示すように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相に対応するコア１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗと、それらコア１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗの各々に巻き回されたコイル１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗとを含んで構成されている。それら三相のコア１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗおよびコイル１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗは、可動子１０２の移動方向であるＸ軸方向に並んで配設されている。なお、三相のコア１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗは、断面形状が概して十字形状のものとされており、三相のコイル１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗの各々において、コア１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗの上方側に巻き回された部分を、上方部１２４Ｕ，１２４Ｖ，１２４Ｗと、下方側に巻き回された部分を、下方部１２５Ｕ，１２５Ｖ，１２５Ｗと呼ぶこととする。

可動子１０２は、移動体としてのヘッド取付体５０における上下方向に延びる部分の後方側に位置しており、それら可動子１０２とヘッド取付体５０とは、取付プレート１３０を介して固定されている。詳しく言えば、その取付プレート１３０は、ＸＺ平面に平行に設けられており、その前面側にヘッド取付体５０が固定されるとともに、後面側に可動子１０２が固定されることで、それら可動子１０２とヘッド取付体５０とが固定されている。つまり、可動子１０２とヘッド取付体５０とは、前記１対の固定子１００の立設方向（Ｙ軸方向，前後方向）に、互いに隣接する状態で固定されている。

また、Ｘ方向移動装置５２は、リニアモータ５６を冷却するための冷却機構１４０を備えている。冷却機構１４０は、４本のヒートパイプ１４２と、そのヒートパイプ１４２が集熱した熱を冷却するためのヒートシンク１４４とを含んで構成されている。以下、その冷却機構１４０について、図５に加えて、図６および図７をも参照しつつ詳しく説明する。

４本のヒートパイプ１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄは、それぞれの一端部が、Ｕ相のコイル１２２Ｕの上方部１２４ＵとＶ相のコイル１２２Ｖの上方部１２４Ｖとの間、Ｖ相のコイル１２２Ｖの上方部１２４ＶとＷ相のコイル１２２Ｗの上方部１２４Ｗとの間、Ｕ相のコイル１２２Ｕの下方部１２５ＵとＶ相のコイル１２２Ｖの下方部１２５Ｖとの間、Ｖ相のコイル１２２Ｖの下方部１２５ＶとＷ相のコイル１２２Ｗの下方部１２５Ｗとの間に、Ｙ軸方向に延びる状態で挿入されている。４本のヒートパイプ１４２の各々の上記一端部が、コイル１２２の熱を吸収する集熱部として機能する。以下、その４本のヒートパイプ１４２の一端部を、集熱部１５０と呼ぶ場合がある。

なお、それら４本のヒートパイプ１４２の集熱部１５０は、平たい形状とされている。詳しく言えば、Ｙ軸方向に延びる集熱部１５０の断面形状が、移動方向（Ｘ軸方向）における寸法が移動方向に直交する方向（Ｚ方向）における寸法より小さくされている。したがって、本実施例のリニアモータ駆動装置であるＸ方向移動装置５２は、効率的に熱を吸収すべく、ヒートパイプ１４２の集熱部１５０を各相のコイル１２２の間に挿入してそれらコイル１２２に直接接触した状態で配設しても、可動子１０２の移動方向における寸法が抑えられているのである。

一方、４本のヒートパイプ１３２の各々の他端部である放熱部１５２は、可動子１０２のヘッド移動体５０側（前方側）の部分から突出し、上方側の固定子１００ａとヘッド取付体５０との間を通って、固定子１００ａの上方にまで延び出している。詳しく言えば、取付プレート１３０には、上下方向に延びる４本の溝１５４が形成されており、４本のヒートパイプ１３２の放熱部１５２が、その溝１５４に沿って、上方に向かって延びている。

なお、４本のヒートパイプ１４２の放熱部１５２も、平たい形状とされている。詳しく言えば、Ｚ軸方向に延びる放熱部１５２の断面形状が、１対の固定子１００の立設方向（Ｙ軸方向）における寸法がその方向に直交する方向（Ｘ方向）における寸法より小さくされている。換言すれば、Ｚ軸方向に延びる放熱部１５２の断面形状が、移動方向（Ｘ方向）に対してその移動方向に直交する方向（Ｙ方向）における寸法より小さくされている。つまり、本実施例のリニアモータ駆動装置であるＸ方向移動装置５２は、１対の固定子１００とヘッド取付体５０との間に４本のヒートパイプ１４２を通していても、それら１対の固定子１００とヘッド取付体５０と隙間が小さくされており、可動子１０２とヘッド取付体５０を含めたＹ軸方向の寸法が抑えられている。以上のように、４本のヒートパイプ１４２の各々は、集熱部１５０と放熱部１５２とで平らな面の向きが異なる形状とされているのである

ちなみに、取付プレート１３０は、熱伝導性が比較的高いアルミニウム製のものとされており、接触させられている４本のヒートパイプ１４２の放熱部１５２から熱を受け取り、放熱するようになっている。そして、この取付プレート１３０の上端部には、ヒートシンク１４４が設けられている。詳しく言えば、ヒートシンク１４４は、複数の突起が形成されたフィン１６０と、そのフィン１６０を空冷するファン１６２とを含んで構成され、取付プレート１３０の上端部の後方側にフィン１６０が固定され、そのフィン１６０のさらに後方にファン１６２が固定されている。つまり、冷却装置であるファン１６２は、１対の固定子１００のうちの上側に位置するもの１００ａの上に位置した状態、換言すれば、上側の固定子１００ａの上方側に位置する状態で、取付プレート１３０を介して、可動子１０２に固定されている。

コア付きＴ型リニアモータにおいては、冷却機構が可動子に対して固定子の立設方向に並んで配設されることが一般的である。本実施例のリニアモータ５６において、冷却機構をそのように、Ｙ軸方向における可動子１０２の後方側に設けてしまうと、可動子１０２とヘッド取付体５０を含めたＹ軸方向の寸法が大きくなってしまうという問題がある。それに対して、本実施例のリニアモータ駆動装置であるＸ方向移動装置５２は、冷却部材であるヒートパイプ１４２の放熱部１５２を、可動子１０２のヘッド移動体５０側（前方側）の部分から突出させ、上方側の固定子１００ａとヘッド取付体５０との間を通って、固定子１００ａの背面側に延び出させたことで、可動子１０２とヘッド取付体５０を含めたＹ軸方向の寸法を抑えることができるのである。

また、本実施例のリニアモータ駆動装置であるＸ方向移動装置５２は、１対の固定子の一方１００ａの背面側のスペースを利用して、冷却装置を含むヒートシンク１４４を設けたため、可動子１０２とヘッド取付体５０を含めたＹ軸方向の寸法を抑えつつ、リニアモータ５６の冷却効果が高められている。なお、ファン１６２は、ホールセンサを用いているため磁界中で使用することはできないが、本実施例のリニアモータ駆動装置であるＸ方向移動装置５２においては、複数の永久磁石１１０とファン１６２との間に、ヨーク１１２が配置されているため、複数の永久磁石１１０のファン１６２への影響はなく、ファン１６２の誤動作等が起きないようにされている。

なお、本実施例のリニアモータ駆動装置は、リニアモータが横向き、換言すれば、１対の固定子の立設方向が横向きのものであったが、１対の固定子の立設方向が上下方向のものにも、当然に採用することが可能である。

１０：部品装着機２８：部品装着ヘッド３０：ヘッド移動装置５０：ヘッド取付体〔移動体〕５２：Ｘ方向移動装置〔リニアモータ駆動装置〕５４：Ｙ方向移動装置５６：リニアモータ６０：Ｙ軸スライド〔基体〕１００ａ，１００ｂ：固定子１０２：可動子１１０：永久磁石１１２：ヨーク１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗ：コア１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗ：コイル１３０：取付プレート１４０：冷却機構１４２：ヒートパイプ〔冷却用部材〕１４４：ヒートシンク１５０：集熱部１５２：放熱部１６０：フィン１６２：ファン〔冷却装置〕

Claims

部品を保持してその部品を基板に装着するための部品装着ヘッドと、その部品装着ヘッドを移動させるヘッド移動装置とを備えた部品装着機であって、
前記ヘッド移動装置が、
基体と、
前記部品装着ヘッドが取り付けられる移動体としてのヘッド取付体と、
駆動源であるリニアモータを有し、前記基体に対して、前記ヘッド取付体を水平な移動方向に移動させる移動方向移動装置と
を備え、
前記リニアモータが、
前記基体に固定され、上下方向に間隔をおいて互いに向かい合うようにして前記移動方向に沿って設けられた１対の固定子と、
前記ヘッド取付体に固定され、前記１対の固定子の間を移動可能とされた可動子と、
(A) 前記可動子の内部に設けられて前記可動子の熱を吸収する集熱部と、(B) 前記可動子から外部に突出し、前記１対の固定子が対向する方向に延びて前記１対の固定子のうちの上側のものの背面側にまで延び出した放熱部とを有する冷却用部材と、
前記１対の固定子のうちの上側のものの背面側である上方に位置する状態で前記冷却用部材の前記放熱部に固定され、前記冷却用部材の前記放熱部を冷却するためのヒートシンクと
を備えた部品装着機。
前記リニアモータが、
それぞれが水平方向に延びる複数の突起が形成された前記ヒートシンクを空冷することで前記冷却用部材の前記放熱部を冷却するファンを有する請求項１に記載の部品装着機。
前記１対の固定子の各々が、ヨークと、そのヨークに固定された複数の永久磁石とを含んで構成され、
前記ファンが、前記１対の固定子のうちの前記上側のものの前記ヨークの背面側である上方に位置させられるように設けられた請求項２に記載の部品装着機。
前記冷却用部材が、
一端部が、前記可動子の内部に挿入されて前記集熱部として機能するとともに、他端部が、前記可動子の外部に突出して前記放熱部として機能するヒートパイプである請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の部品装着機。
前記リニアモータが、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相を有する三相交流により作動するものであり、
前記可動子が、前記Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する複数のコイルを含んで構成され、
前記ヒートパイプの前記一端部が、各相のコイルとコイルとの間に介装された請求項４に記載の部品装着機。
前記Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のコイルが、前記移動方向に並んで配設され、
前記ヒートパイプの前記一端部が、前記１対の固定子と平行に延び、前記移動方向における寸法が上下方向の寸法より小さな断面形状を有する平たい形状のものとされた請求項５に記載の部品装着機。
前記ヒートパイプの前記他端部が、上下方向に延び、前記移動方向における寸法に対してその移動方向に直交する水平な方向の寸法が小さな断面形状のものとされた請求項４ないし請求項６のいずれか１つに記載の部品装着機。