KR101170326B1 - 리니어 구동 기구 및 이를 이용한 전자부품 실장 장치 - Google Patents

리니어 구동 기구 및 이를 이용한 전자부품 실장 장치 Download PDF

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Abstract

기판상에 전자부품을 실장하는 실장 작업을 수행하고, 리니어 모터를 이용하여 이동빔(8)을 Y방향으로 직선 구동하는 전자부품 실장 장치에 설치되는 리니어 구동 기구에 있어서, 피구동체 및 리니어 모터는 이동빔(8)을 Y방향으로 구동하는 리니어 모터의 추진력 발생 위치(P)가 이동빔(8), 탑재헤드(9), 및 이동 플레이트(12) 등의 피구동체의 관성 저항 중심 위치(D1)에 거의 일치하도록 배치된다. 따라서, 가감속시에 관성력으로 인하여 이동빔(8)에 작용되는 비틀림 모멘트가 제거되고, 탑재 위치 정밀도가 확보되며, 부품 수명이 연장될 수 있다.
Figure R1020067017582
전자부품, 실장, 리니어 모터, 탑재헤드

Description

리니어 구동 기구 및 이를 이용한 전자부품 실장 장치{Linear driving mechanism and electronic component mounting apparatus using the same}
본 발명은 전자부품 탑재 장치 등의 전자부품 실장 장치에 설치되고, 탑재헤드 등의 피구동체를 직선 구동하는 리니어 구동 기구에 관한 것이다.
전자부품 탑재 장치와 같은 전자부품 실장 장치에 있어서, 탑재헤드 등의 작업헤드를 이동시키기 위한 헤드 이송기구로서 리니어 구동 기구가 일반적으로 사용되고 있다. 최근에는, 종래에 사용되던 볼 스크류(ball screw)를 이용하여 모터에 의한 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 볼 스크류 방식의 리니어 구동 기구를 대신하여, 직선 운동을 위해 리니어 모터를 이용하는 방식의 리니어 구동 기구의 사용이 증가되고 있다(예를 들면 일본특허공개 제2002-299892호 참조).
이 리니어 구동 기구에 있어서, 탑재헤드가 장착된 이동빔의 단부에 리니어 모터의 추진력이 작용된다. 상기 예에서, 리니어 모터는 볼 스크류 구동 타입의 종래 장치에서의 볼 스크류의 배열 위치와 마찬가지로 가이드 레일에 인접하고 평행하게 배치된다.
리니어 모터를 사용하는 리니어 구동 기구는 고속 작업 및 높은 위치 정밀도의 특징을 갖고, 리니어 모터에 의해 구동되는 이동빔은 높은 가속도의 출발 및 정지 동작을 고빈도로 수행한다. 이로 인해, 상기 구성을 갖는 리니어 구동 기구는, 리니어 모터의 배열 위치가 가이드 레일 근처에 위치함으로 인하여 다음과 같은 문제가 있었다.
리니어 모터에 의해 이동빔이 구동될때, 이동빔의 무게 중심 위치가 가감속시의 관성 저항의 작용위치가 된다. 그러나 상술한 구성에 있어서, 리니어 모터에 의해 발생되는 추진력 위치는 이동빔의 관성 저항 중심으로부터 상당히 떨어져 있고, 비틀림 모멘트가 가감속시에 이 관성력으로 인해 이동빔에 작용한다. 따라서, 이동빔은 비틀림에 의해 변형되어 탑재헤드의 탑재 정밀도에 영향을 미치고, 비틀림 모멘트가 가이드 기구에 고빈도로 작용되어 가이드 기구 부품의 수명단축을 초래하였다.
따라서, 본 발명은 리니어 모터를 이용한 리니어 구동 기구에서, 탑재위치 정밀도가 확보되고, 기계 부품의 수명이 연장될 수 있는 전자부품 실장장치의 리니어 구동 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 기판에 전자부품을 탑재하기 위한 탑재 작업을 수행하고, 제1방향으로 피구동체를 직선 구동하는 전자부품 실장장치용 리니어 구동 기구는, 피구동체를 제1방향으로 안내하는 가이드부와 피구동체를 제1방향으로 구동하는 리니어 모터를 포함하고, 여기서, 상기 피구동체 및 리니어 모터는 상기 리니어 모터의 추진력 발생 위치가 피구동체의 관성 저항 중심에 거의 일치하도록 배치된다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판에 전자부품을 탑재하기 위한 탑재 작업을 수행하고, 제1방향으로 피구동체를 직선 구동하는 전자부품 실장장치용 리니어 구동 기구는, 피구동체를 제1방향으로 안내하는 가이드부와 피구동체를 제1방향으로 구동하는 리니어 모터를 포함하고, 여기서, 상기 피구동체, 리니어 모터, 및 가이드부는 리니어 모터의 추진력 발생 위치가 피구동체의 관성 저항 중심 위치와 가이드부의 습동 저항 중심 위치와의 사이에 위치하도록 배치된다.
따라서, 기구의 각 부분은 리니어 모터의 추진력 발생 위치가 피구동체의 관성 저항 중심 위치에 거의 일치하거나, 관성 저항 중심 위치와 가이드부의 습동 저항 중심 위치와의 사이에 위치하도록 배치되어 가감속시에 관성력에 의해 피구동체에 작용되는 비틀림 모멘트가 제거되고, 탑재 위치 정밀도가 확보되어 부품 수명이 연장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자부품 탑재 장치의 평면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전자부품 탑재 장치의 단면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전자부품 탑재 장치의 Y 리니어 구동 기구의 구조를 도시한 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전자부품 탑재 장치의 단면도.
이어서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 전자부품 탑재 장치의 구조를 설명한다. 전자부품 탑재 장치는 전자부품을 기판상에 실장하기 위한 실장 작업을 수행하는 전자부품 실장 장치이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 전자부품 탑재 장치의 베이스(1)에 X방향으로 반송로(2)가 설치된다. 반송로(2)는 전자부품이 실장되는 기판(3)을 반송하고, 반송로(2)상에 설정되는 실장 위치에 기판(3)이 위치되도록 한다. 반송로(2)는 기판(3)을 반송하고 위치 결정하는 기판 위치 결정부이다. 반송로(2)의 양측에는 평행하게 다수의 부품 피더(part feeder;5)를 갖는 부품 공급부(4), 및 부품 공급부(4)로부터 전자부품을 꺼내고 이를 기판(3)에 탑재하는 탑재 기구가 설치된다.
탑재 기구를 설명한다. 베이스(1)의 우단부 및 좌단부에 각각 Y 리니어 구동 기구(6) 및 가이드 레일(7)이 Y방향으로 설치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, Y 리니어 구동 기구(6) 및 가이드 레일(7)은 각각 베이스(1)의 상부에 Y방향으로 설치된 프레임(16, 22)상에 제공된다. Y 리니어 구동 기구(6)는 후술되는 바와 같이 리니어 모터에 의해 구동되는 리니어 구동 기구이고, 좌단부가 가이드 레일(7)에 의해 안내되는 이동빔(8)은 리니어 구동 기구에 의해 Y방향(제1방향)으로 이송된다. 즉, Y 리니어 구동 기구(6)는 리니어 모터를 사용하여 피구동체인 이동빔(8)을 제1방향으로 직선 구동한다. 이동빔(8)은 마찬가지로 리니어 모터를 사용하여 구동되는 X 리니어 구동 기구을 내장하고, X 리니어 구동 기구를 사용하여 탑재헤드(9)를 X방향(제2방향)으로 이동시킨다. 상기 제2방향은 제1방향에 수직한 방향이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 탑재헤드(9)는 다수의 단위 탑재헤드(9a)를 구비한 멀티 타입 탑재헤드이고, 각 단위 탑재헤드(9a)에 설치된 흡착 노즐(9b)을 사용하여 전자부품을 흡착하고 파지한다. 또한, 탑재헤드(9)는 일체로 이동하는 기판 인식 카메라(9c)를 구비하고, 이 기판 인식 카메라(9c)는 탑재헤드(9)와 함께 기판 (3)상으로 이동하게 되고, 그 위치를 인식한다.
도 3을 참조하여 Y 리니어 구동 기구(6)의 리니어 모터의 구성을 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임(16)의 상부에 3개의 프레임 부재(15a, 15b, 15c)가 'U'자 형상을 형성하며 Y방향으로 설치되어 있다. 프레임(15b)의 하면측 및 프레임(15c)의 윗면에는 각각 리니어 모터의 고정자를 형성하는 2열의 마그넷 부재(14)들이 Y방향을 따라 수평자세로 대향하게 되는 2열에 수직으로 배열된다.
이동빔(8)의 우단부에는 구동 전달부로서의 수직 이동 플레이트(12)가 결합되고, 이동 플레이트(12)의 외측에는 가동자(mover;13), 슬라이더(17), 및 리니어 헤드(19)가 고정된다. 베이스 프레임(16)의 내측에는 가이드 레일(18) 및 리니어 스케일(leaner scale;20)이 각각 Y방향으로 설치된다. 가동자(13)는 2열로 대향하는 마그넷 부재들(14)의 사이에 배치되고, 이동 플레이트(12)를 통하여 Y방향의 구동력을 이동빔(8)에 전달한다.
슬라이더(17)는 Y방향으로 슬라이딩 가능하게 가이드 레일(18)에 장착된다. 가이드 레일(18), 슬라이더(17), 및 이동 플레이트(12)는 피구동체로서의 이동빔(8)을 제1방향으로 안내하기 위한 가이드부를 형성한다. 리니어 헤드(19)는 소정간격을 두고 리니어 스케일(20)과 대향하는 위치에 있고, 이동빔(8)의 이동시에 리니어 헤드(19)가 리니어 스케일(20)을 따라 이동하게 되고, 그로 인해 Y방향으로의 위치신호가 출력된다.
이어서, 리니어 모터의 추진력 발생 위치와 피구동체의 저항 중심 위치와의 관계를 설명한다. 여기서, 피구동체는 이동빔(8)에 더하여 이동빔(8)과 함께 이송 되는 이동 플레이트(12)와 탑제헤드(9)를 포함한다. 도 3에서, 가동자(13)의 중심부에 도시된 점 P는 리니어 모터의 추진력 발생 위치를 나타낸다(2열의 마그넷 부재(14)와 가동자(13) 사이에 작용하는 자력의 작용 중심점).
D1은 피구동체(이동빔(8), 이동 플레이트(12), 및 탑재헤드(9))의 수직 무게 중심 위치, 즉 가감속시에 관성 저항의 중심 위치를 나타내고, 여기에 나타낸 예에서는, 관성 저항의 중심 위치(D1)가 이동빔(8)의 중심축에 거의 일치하도록 각 부분의 배치 및 중량 배분이 설정된다.
도 3에 나타낸 예에서, 피구동체 및 리니어 모터는 추진력의 발생 위치(P)가 관성 저항의 중심 위치(D1)에 거의 일치하도록 배치된다. 즉, 이동 플레이트(12)상에서 가동자(13)의 수직 위치는 가동자(13)의 수직 중심 위치가 이동빔(8)의 중심축의 수직 위치에 거의 일치하도록 설정된다. 따라서, 리니어 모터의 가감속시에 피구동체의 관성 저항 중심 위치에 리니어 모터에 의해 주어지는 추진력이 작용되도록 할 수 있다.
따라서, 종래 장치에 있어서의 문제점, 즉 리니어 모터의 추진력 발생 위치가 이동빔의 관성 저항 중심 위치로부터 상당히 떨어져 있음에 따라 야기되는 비틀림 모멘트의 발생을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 이동빔의 변형에 의한 탑재헤드의 흔들림이 방지되어 탑재 위치 정밀도가 확보될 수 있으며, 가이드부에 과도한 부하가 걸리는 것을 방지하여 부품 수명이 연장될 수 있다.
이동빔(8)이 이동할 때, 가감속시의 관성 저항 뿐만 아니라 가이드 레일(18)을 따라 슬라이딩하는 슬라이더(17)로 인하여 습동 저항이 발생한다. 이 습동 저항 의 크기가 관성 저항의 크기와 비교하여 무시할 수 없는 경우, 추진력 발생 위치(P)가 관성 저항의 중심 위치에 더하여 습동 저항이 작용하는 위치 및 습동 저항의 크기를 고려하여 설정된다.
즉, 도 4에 도시된 것처럼, 피구동체, 리니어 모터, 및 가이드부는 추진력 발생 위치가 피구동체의 관성 저항의 중심 위치(D1)와 가이드부(슬라이더(17) 및 가이드 레일(18))의 슬라이딩에 의한 습동 저항의 중심 위치(D2) 사이의 합력 저항의 중심 위치에 거의 일치하도록 배치된다. 습동 저항의 크기에 관하여는, 대략적인 값이 실측을 통하여 얻어질 수 있으며, 습동 저항의 값은 피구동체의 질량과 가속도로부터 계산 가능한 관성 저항의 값과 조합됨으로써, 합력 저항의 중심 위치를 추정할 수 있게 한다. 추진력 발생 위치(P)는 이러한 방식으로 설정되어 고속에서의 가감속시에 보다 안정적인 작동이 실현될 수 있도록 한다.
도 5 및 도 6은 이와 같은 추진력 발생 위치의 설정이 실시예에 따라 다른 구성을 갖는 이동빔에 적용되는 예를 도시하고 있다. 즉, 도 5에 도시된 예는 도 2에서 이동빔(8)의 일측에만 Y 리니어 구동 기구가 설치된 것 대신에 이동빔의 양측에 Y 리니어 구동 기구가 설치된 예를 나타내고 있다.
도 6은 블럭형 이동 블럭(12A)이 도 2에 도시된 수직 이동 플레이트(12)를 대신하여 리니어 모터의 추진력을 이동빔(8)에 전달하는 구동 전달부로 사용되는 예를 나타낸다. 이 예에서, 이동 블럭(12A)의 하면에 고정되는 슬라이더(17A)와 수평면에 설치되는 가이드 레일(18A)은 피구동체를 Y방향으로 안내하는 가이드부를 형성한다.
비록 기판에 전자부품을 탑재하기 위한 전자부품 탑재 장치의 예는 본 실시예에서 전자부품 실장 장치로 나타내었지만, 본 발명은 스크린 인쇄 장치와 같은 전자부품 실장 라인을 형성하는 실장 장치에도 적용될 수 있다.
본 출원은 2004년 04월 23일에 출원된 일본 특허출원번호 제2004-127842호를 기초로 하고 그 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용이 참고자료로서 전체적으로 본 출원에 포함된다.
본 발명에 따른 전자부품 탑재 장치의 리니어 구동 기구는 가감속시에 관성력에 의해 피구동체에 작용하게 되는 비틀림 모멘트가 제거되고, 탑재 위치 정밀도가 확보될 수 있도록 하여 부품 수명을 연장할 수 있으며, 전자부품 탑재 장치 등의 전자부품 실장 장치에 설치되고 탑재헤드와 같은 피구동체를 직선 구동하는 리니어 구동 기구에 유용하다.

Claims (10)

  1. 기판에 전자부품을 실장하는 실장 작업을 수행하고 피구동체를 제1방향으로 직선 구동하는 전자부품 실장 장치용 리니어 구동 기구로서,
    피구동체를 제1방향으로 안내하는 가이드부; 및
    피구동체를 제1방향으로 구동하는 리니어 모터를 포함하고,
    리니어 스케일이 제1방향으로 설치되고, 피구동체는 상기 리니어 스케일과 대향하는 위치에, 제1방향에서의 위치 신호를 출력하는 리니어 헤드를 구비하며,
    상기 피구동체 및 리니어 모터는 리니어 모터의 추진력 발생 위치가 피구동체의 관성 저항의 중심 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 구동 기구.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리니어 모터는 제1방향을 따라 수평자세로 대향하게 되는 두 열에 수직으로 배열되는 고정자들과, 상기 두 열의 고정자들 사이에 배치되는 가동자를 구비하며, 상기 가동자는 피구동체의 측단면에 설치되는 구동 전달부를 통해 제1방향으로 피구동체에 구동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 리니어 구동 기구.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 피구동체는 전자부품을 흡착하고 파지하는 탑재헤드를 제1방향에 수직인 제2방향으로 이동시키는 리니어 구동 기구를 포함하는 이동빔인 것을 특징으로 하는 리니어 구동 기구.
  5. 기판에 전자부품을 실장하는 실장 작업을 수행하고 피구동체를 제1방향으로 직선 구동하는 전자부품 실장 장치용 리니어 구동 기구로서,
    피구동체를 제1방향으로 안내하는 가이드부; 및
    피구동체를 제1방향으로 구동하는 리니어 모터를 포함하며,
    상기 피구동체, 리니어 모터 및 가이드부는 리니어 모터의 추진력 발생 위치가 피구동체의 관성 저항의 중심 위치와 가이드부의 습동 저항 중심 위치와의 사이에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 구동 기구.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 리니어 모터는 제1방향을 따라 수평자세로 대향하게 되는 두 열에 수직으로 배열되는 고정자들과, 상기 두 열의 고정자들 사이에 배치되는 가동자를 구비하며, 상기 가동자는 피구동체의 측단면에 설치되는 구동 전달부를 통해 제1방향으로 피구동체에 구동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 리니어 구동 기구.
  7. 제 5항에 있어서,
    리니어 스케일이 제1방향으로 설치되고, 피구동체는 상기 리니어 스케일과 대향하는 위치에, 제1방향에서의 위치 신호를 출력하는 리니어 헤드를 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어 구동 기구.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 피구동체는 전자부품을 흡착하고 파지하는 탑재헤드를 제1방향에 수직인 제2방향으로 이동시키는 리니어 구동 기구를 포함하는 이동빔인 것을 특징으로 하는 리니어 구동 기구.
  9. 기판에 전자부품을 실장하는 실장 작업을 수행하고 피구동체를 제1방향으로 직선 구동하는 전자부품 실장 장치로서,
    기판에 전자부품을 실장하는 탑재헤드; 및
    피구동의 탑재헤드를 제1방향으로 안내하는 가이드부와, 피구동의 탑재헤드를 제1방향으로 구동하는 리니어 모터를 포함하는 리니어 구동 기구를 포함하고,
    리니어 스케일이 제1방향으로 설치되고, 피구동체는 상기 리니어 스케일과 대향하는 위치에, 제1방향에서의 위치 신호를 출력하는 리니어 헤드를 구비하며,
    상기 피구동의 탑재헤드 및 리니어 모터는 리니어 모터의 추진력 발생 위치가 피구동체의 관성 저항의 중심 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장 장치.
  10. 기판에 전자부품을 실장하는 실장 작업을 수행하고 피구동체를 제1방향으로 직선 구동하는 전자부품 실장 장치로서,
    기판에 전자부품을 실장하는 탑재헤드; 및
    피구동의 탑재헤드를 제1방향으로 안내하는 가이드부와, 피구동의 탑재헤드를 제1방향으로 구동하는 리니어 모터를 포함하는 리니어 구동 기구를 포함하며,
    상기 피구동의 탑재헤드, 리니어 모터 및 가이드부는 리니어 모터의 추진력 발생 위치가 피구동체의 관성 저항의 중심 위치와 가이드부의 습동 저항 중심 위치와의 사이에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장 장치.
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