JP2005347310A

JP2005347310A - 電子部品実装装置

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Publication number: JP2005347310A
Application number: JP2004161731A
Authority: JP
Inventors: Masaru Saito; 勝斉藤; Hiroshi Anzai; 洋安西; Naoyuki Hachiman; 直幸八幡
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-05-31
Also published as: JP4413083B2

Abstract

【課題】移載ヘッドの移動にシャフトモータ式のリニアモータを用いた場合に、固定子の振動及び変形を抑制する。電子部品実装装置の提供。
【解決手段】電子部品を移載する移載ヘッド１２と、移載ヘッド１２を保持してＸ軸方向へ移動させるＸ軸リニアモータ７と、Ｘ軸リニアモータ７を支持しＸ軸方向へ延びるＸ軸ビーム部材６と、Ｘ軸ビーム部材６ごと移載ヘッド１２をＸ軸リニアモータ７の移動方向と垂直なＹ軸方向へ移動させるＹ軸リニアモータ３と、を備えた電子部品実装装置１において、Ｘ軸リニアモータ７は、Ｘ軸方向へ延びＸ軸ビーム部材６に両端が支持されるシャフト状の固定子７ａと、移載ヘッド１２に設けられ固定子７ａを包囲し固定子７ａに沿って移動する可動子７ｂと、を有し、固定子７ａに張力を付与する張力付与手段を具備した。
【選択図】図２

Description

本発明は、供給された電子部品を、移載ヘッドを用いて電子基板の所定位置へ搬送して実装する電子部品実装装置に関する。

電子部品実装装置において、電子部品を搬送する移載ヘッドは、Ｘ軸の移動に関するモータと、Ｙ軸の移動に関するモータとにより、水平方向へ移動する。近年、移載ヘッドの移動にリニアモータを用い、移載ヘッドの整定精度を向上させたものが知られている。この場合、リニアモータの可動子は移載ヘッドに設けられ、固定子は移動方向へ延びるビーム部材に支持されることとなる。電子部品実装装置に用いられるリニアモータとしては、可動子にヨークが配されないコアレスタイプのものと（例えば、特許文献１参照）、可動子にヨークが配されるコア付きタイプのものと（例えば、特許文献２参照）、が公知である。

コアレスタイプのリニアモータを用いた場合、可動子と固定子の吸引力が生じないためこれらの組付が容易であるし、可動子を保持して軸方向へ案内するリニアガイドに加わる負荷が比較的小さいことからリニアガイドに大きな剛性が要求されないという利点がある。しかし、可動子にヨークが存在しないので駆動の効率が悪く、可動子のコイルに比較的大きな電流を流すこととなり、可動子の発熱量が大きくなる。従って、可動子に生じる熱により、装置の各構成部品等が変形して、移載ヘッドの整定精度が低下するという問題点がある。

一方、コア付きタイプのリニアモータを用いた場合は、可動子にヨークが存在するので駆動の効率が良く、可動子の発熱量を抑制して装置の各構成部品等の熱変形を抑止することができる。しかし、固定子との吸引力が可動子に作用するとともに、可動子にヨークを配するために可動子の重量が増加するので、リニアガイドに大きな剛性が要求され、リニアガイドを強固に構成する必要が生じる。
特開２００１−３０９６３４号公報特開２００１−５１２６２７号公報

上記各問題点を解決するため、シャフトモータ式のリニアモータを採用することが考えられる。シャフトモータ式では、シャフト状の固定子を可動子により包囲するので、コアレスタイプの利点を活かしつつ、固定子により生じた磁界を無駄なく利用して可動子の発熱量を抑制することができる。

しかしながら、可動子がシャフト状の固定子を包囲し固定子に沿って移動するため、可動子の移動範囲内で固定子を支持することができない。従って、長尺な固定子をその両端でビーム部材により支持することとなり、固定子の曲げ剛性が低くなるという問題点が生じる。すなわち、可動子により移載ヘッドをＸ軸方向へ移動させ、ビーム部材ごと移載ヘッドをＹ軸方向へ移動させるもののように、ビーム部材に垂直な方向へ加速度が加わると、固定子が振動しつつ変形して可動子と干渉するおそれがある。また、固定子が振動することから、移載ヘッドの移動制御における追従性が悪化することは勿論、移載ヘッドの整定時間が長くなるとともに、整定精度が悪化するという問題点も生じる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、移載ヘッドの移動にシャフトモータ式のリニアモータを用いた場合に、固定子の振動及び変形を抑制することのできる電子部品実装装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電子部品を移載する移載ヘッドと、前記移載ヘッドを保持して所定の軸方向へ移動させるリニアモータと、前記リニアモータを支持し前記軸方向へ延びるビーム部材と、前記ビーム部材ごと前記移載ヘッドを前記リニアモータの移動方向と垂直な軸方向へ移動させるビーム移動装置と、を備えた電子部品実装装置において、前記リニアモータは、前記軸方向へ延び前記ビーム部材に両端が支持されるシャフト状の固定子と、前記移載ヘッドに設けられ、前記固定子を包囲し前記固定子に沿って移動する可動子と、を有し、前記固定子に張力を付与する張力付与手段を具備したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、供給される電子部品の電子基板への搬送に際し、移載ヘッドは、所定の軸方向へリニアモータにより移動されるとともに、この移動方向と垂直な軸方向にビーム移動装置によりビーム部材ごと移動される。
ここで、固定子には張力付与手段により張力が付与され、固定子の固有振動数が増大している。すなわち、シャフト状の固定子は固有振動数が高いので振動時の変形量が小さくなっており、この結果、動的な剛性が向上している。これにより、ビーム移動装置の駆動時には、長尺な固定子に軸方向と垂直な方向の加速度が作用することとなるが、固定子の動的な剛性が向上していることから振動を抑制することができるし、振動しても変形量が小さなものとなる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電子部品実装装置において、前記張力付与手段は、前記ビーム移動装置の駆動により前記ビーム部材に加速度が作用するときに、前記固定子に張力を付与することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の作用に加え、ビーム部材に加速度が生じて固定子が曲げ方向に変形するときに固定子に張力が付与されるので、曲げ方向の負荷が加わらないときにまで固定子に張力が付与されることはない。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の電子部品実装装置において、前記張力付与手段は、前記ビーム移動装置の駆動により前記ビーム部材に生じる加速度に応じて、前記固定子の張力を変動させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２の作用に加え、ビーム部材に生じる加速度に応じて固定子に張力が付与されるので、固定子に要求される剛性に対応したきめ細やかな張力付与制御が実現される。

請求項４に記載の発明では、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品実装装置において、前記固定子の応力を検出する応力検出手段を備え、前記張力付与手段は、前記応力検出手段により検出された応力に対応して、前記固定子に張力を付与することを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項の作用に加え、応力検出手段により検出された固定子の応力に対応して張力を付与するので、固定子に要求される剛性に対応したきめ細やかな張力付与制御が実現される。また、固定子の応力を直接検出することから、例えば、吸着ノズルの交換により移載ヘッドの重量が変化したり、電子部品の積載状態と非積載状態とで移載ヘッドの重量が変化したり、搬送する電子部品の種類により移載ヘッドの重量が変化して、固定子に加わる応力が変化する場合にも、これに対応して的確に固定子に張力を付与することができる。
また、例えば経年劣化により固定子に付与される張力が所期の値から変化した場合にも、固定子に加わる応力が変化する。従って、経年劣化により応力変化に対応して、的確に固定子に張力を付与することもできる。

請求項５に記載の発明では、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品実装装置において、前記固定子の応力を検出する応力検出手段と、前記応力検出手段により検出された応力に基づく情報を表示する応力情報表示手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項の作用に加え、応力検出手段により検出された固定子の応力に基づく情報を応力情報表示手段により表示するようにしたので、作業者は応力に基づく情報を確認することができる。これにより、例えば、吸着ノズルの交換により移載ヘッドの重量が変化したり、電子部品の積載状態と非積載状態とで移載ヘッドの重量が変化したり、搬送する電子部品の種類により移載ヘッドの重量が変化して、固定子に加わる応力が変化する場合にも、作業者はこれに対応して固定子に付与される張力を調整することができる。
また、例えば、経年劣化により固定子に付与される張力が所期の値から変化した場合や、張力付与手段が正常に動作しない場合にも、固定子に加わる応力が変化する。従って、作業者は、経年劣化に対応して固定子に付与される張力を付与したり、装置の故障等を認識したりすることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１から５のいずれか一項に記載の電子部品実装装置において、前記ビーム部材における前記固定子と軸中心反対側に両端が支持される補正ロッドと、前記張力付与手段により前記固定子に付与される張力に応じて、前記補正ロッドに張力を付与する張力補正手段を備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１から５のいずれか一項の作用に加え、張力付与手段により固定子に張力が付与されると、張力補正手段により補正ロッドに張力が付与される。このとき、ビーム部材には、固定子から加わる曲げ方向の力と、補正ロッドから加わる曲げ方向の力とが加わることとなる。ここで、補正ロッドは固定子と軸中心について反対側に配されていることから、ビーム部材において固定子からの曲げ方向の力と、補正ロッドから加わる曲げ方向の力とが相殺される。

請求項１に記載の発明によれば、移載ヘッドの移動にシャフトモータ式のリニアモータを用いた場合に、長尺な固定子に軸方向と垂直な方向の加速度が作用しても、固定子の振動及び変形を抑制することができる。また、シャフトモータ式のリニアモータを用いたので、可動子を案内するリニアガイドを簡素な構成とすることができ、固定子により生じた磁界を無駄なく利用して可動子の発熱量を抑制することができる。
これにより、リニアモータ自体の整定性が向上するし、リニアモータの固定子と可動子が干渉しないビーム移動装置の駆動によるビーム部材の加速度の上限が高くなり、ひいてはビーム移動装置の整定性も向上する。従って、電子部品を搬送する際の移載ヘッドの移動時間が短縮され、且つ、移動後の整定時間も短縮されるとともに、移載ヘッドの停止精度が向上する。すなわち、電子基板に対する電子部品の搭載タクト及び搭載精度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、曲げ方向の負荷が加わらないときにまで固定子に張力が付与されることはなく、固定子に加わる負荷を最小限に抑えることができ、固定子における永久歪みの発生を抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２の効果に加え、固定子に要求される剛性に対応したきめ細やかな張力付与制御が実現され、固定子を安定的に制御することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項の効果に加え、固定子に要求される剛性に対応したきめ細やかな張力付与制御が実現され、固定子を安定的に制御することができる。また、固定子の応力を直接検出することから、固定子に加わる応力が変化する場合にも、これに対応して的確に固定子に張力を付与することができる。
また、曲げ方向の負荷が加わらないときにまで固定子に張力が付与されることはなく、固定子に加わる負荷を最小限に抑えることができ、固定子における永久歪みの発生を抑制することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項の効果に加え、
作業者は、固定子の応力に基づく情報を把握し、固定子に加わる応力が変化する場合にも、これに対応して固定子に付与される張力を調整することができる。

請求項６に記載の発明によれば、ビーム部材において固定子からの曲げ方向の力と、補正ロッドから加わる曲げ方向の力とが相殺されるので、ビーム部材の内部応力を低減して曲げ変形を抑制し、ビーム部材の形状精度を維持し、剛性、強度、信頼耐久性を向上することができる。

図１から図５は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は電子部品実装装置の外観斜視図、図２は移載ヘッドの一部の分解した状態の電子部品実装装置の一部分解斜視図、図３はＸ軸リニアモータの概略図、図４はＸ軸ビーム部材及びＸ軸リニアモータの縦断面図、図５はＸ軸ビーム部材及びＸ軸リニアモータの横断面図である。尚、図１及び図２においては、Ｘ軸リニアモータ、Ｙ軸リニアモータ等を模式的に図示している。

図１に示すように、この電子部品実装装置１００は、略直方体形状を呈する基台１の上側に、移載ヘッド１２をＸ軸へ移動させるＸ軸リニアモータ７、移載ヘッド１２をＹ軸へ移動させるＹ軸リニアモータ３等が載置されている。電子部品実装装置１００は、パーツフィーダ１３から供給される電子部品を、移載ヘッド１２に載せてＸ軸方向へ延びる搬送路９にて位置決めされる電子基板１０まで搬送して実装する。

図１に示すように、基台１の上面のＸ軸方向両端には、基台１の周縁に沿ってＹ軸方向へ延びるＹ軸固定テーブル２がそれぞれ設けられる。各Ｙ軸固定テーブル２の外側面には、Ｙ軸リニアモータ３の固定子３ａが設けられる。また、各Ｙ軸固定テーブル２の上面には、Ｙ軸リニアガイド４のレール４ａが固定される。

図１に示すように、各Ｙ軸リニアモータ３は、固定子３ａと所定の空隙をおいて配される可動子３ｂを有する。本実施形態においては、各固定子３ａはＹ軸固定テーブル２に両端が支持されるシャフトであり、各可動子３ｂは内部にコイルを有し固定子３ａを包囲する略直方体状を呈する。これにより、可動子３ｂが固定子３ａに沿ってＹ軸方向へ移動自在となっている。

この可動子３ｂは、Ｙ軸移動テーブル５の下面と係合する。また、各Ｙ軸移動テーブル５の下面には、Ｙ軸リニアガイド４のスライダ４ｂが可動子３ｂと隣接して係合されている。ここで、スライダ４ｂはレール４ａによりＹ軸方向へ案内される。これにより、各Ｙ軸移動テーブル５は、Ｙ軸リニアガイド４のレール４ｂに沿ってＹ軸方向へ移動自在であり、Ｙ軸リニアモータ３により駆動される。

図２に示すように、各Ｙ軸移動テーブル５には、Ｘ軸ビーム部材６が架設される。このＸ軸ビーム部材６は、基台１を跨いでＸ軸方向へ延び、Ｙ軸の一方に対して凹状の断面略コ字状を呈する。すなわち、本実施形態においては、Ｙ軸リニアモータ３が、Ｘ軸ビーム部材６ごと移載ヘッド１２をＸ軸リニアモータ７の移動方向と垂直な軸方向へ移動させるビーム移動手段をなす。このＸ軸ビーム部材６の凹部分に、Ｘ軸リニアモータ７の固定子７ａが設けられる。また、Ｘ軸ビーム部材６の上下の突出部分には、Ｘ軸リニアガイド８のレール８ａがそれぞれ固定される。

図２に示すように、Ｘ軸リニアモータ７は、固定子７ａと所定の空隙をおいて配される可動子７ｂを有する。本実施形態においては、固定子７ａはＸ軸ビーム部材６に両端が支持されるシャフトであり、可動子７ｂは内部にコイルを有し固定子７ａを包囲する略直方体状を呈する。これにより、可動子７ｂが固定子７ａに沿ってＸ軸方向へ移動自在となっている。

この可動子７ｂは、Ｘ軸移動テーブル１１の前面と係合する。また、Ｘ軸移動テーブル１１の前面には、各Ｘ軸リニアガイド８のスライダ８ｂが可動子８ｂと隣接して係合されている。ここで、各スライダ８ｂはレール８ａによりＸ軸方向へ案内される。これにより、Ｘ軸移動テーブル１１は、Ｘ軸リニアガイド８のレール８ｂに沿ってＸ軸方向へ移動自在であり、Ｘ軸リニアモータ７により駆動される。

ここで、Ｘ軸リニアモータ７の可動子７ｂと、Ｘ軸リニアモータ７の固定子７ａについて詳述する。
図３に示されるように、固定子７ａは、永久磁石１５・・・の同極同士が対向するように複数配置され、その周囲を非磁性体であるヨークで覆ったシャフトである。
また、可動子７ｂは、全体としてシャフト状の固定子７ａの周囲を３相のコイルＣが周回するように配置されているスライダである。
つまり、このＸ軸リニアモータ７は、シャフトモータと称される駆動モータである。

固定子７ａは、長さ（高さ）が６０ｍｍから１２０ｍｍ程度であり、一方の端面がＮ極、他方の端面がＳ極となる円筒形の永久磁石１５を複数有し、その磁石の端面がＮ極同士、Ｓ極同士が向かい合うように重ねて配置されている。各永久磁石１５は反発しあるが無理に押し付けるようにして１本の棒状にする。この棒をヨークで覆いシャフトとして形成することにより、リニアモータの固定子７ａが形成される。このシャフトにおいて、Ｎ極とＮ極が対向する部分から磁力線が出て、Ｓ極とＳ極が対向する部分に向かう。

そのシャフトである固定子７ａの外周面を取り囲むように、スライダである可動子７ｂを配置する。この可動子７ｂには別途にＸ軸リニアガイド８を備えるようにし、固定子７ａと可動子７ｂが接触しないように配置されている。
可動子７ｂには、コイルを固定子７ａに巻き付ける方向に３相のコイルＣが、シャフトの軸方向に１組から４組程度並べられている。各コイルの長さ（シャフトの軸方向の長さ）はシャフトの磁石のピッチと同じ、つまり６０ｍｍから１２０ｍｍとする。そして、一つのコイルはＮ極、Ｓ極のどちらかから発生する磁束を横切ることになる。これに電流を流すと同期モータとして動作するシャフトモータとなる。このＸ軸リニアモータ７が動作することにより、可動子７ｂが固定子７ａに沿ってＸ軸方向に摺動するように移動し、この結果、移載ヘッド１２がＸ軸方向へ移動する。

このように、本発明に係る電子部品実装装置１のＸ軸リニアモータ７は、磁石の同極同士が対向するように複数配置し、その周囲を非磁性体であるヨークで覆ったシャフトを固定子とし、シャフトの周囲を３相のコイルＣが周回するように配置されたスライダを可動子７ｂとするシャフトモータであるので、Ｘ軸リニアモータ７の構成を簡素化することができ、組み付け性を向上させることができる。また、電子部品実装装置１におけるスムーズな動作を可能にすることができる。

Ｘ軸移動テーブル１１の背面には、電子部品を吸着する複数の移載ヘッド１２が隣接して設けられる。すなわち、本実施形態においては、Ｘ軸リニアモータ７は、移載ヘッド１２を保持して所定の軸方向へ移動させる。また、特に図示していないが、各移載ヘッド１２はそれぞれエア吸引式の吸着ノズルと、この吸着ノズルをＺ軸方向へ移動させるＺ軸モータと、吸着ノズルをＺ軸を中心としてＸＹ平面内で回転させるθ軸モータと、を有している。

次いで、Ｘビーム部材６におけるＸ軸リニアモータ７の固定子７ａの固定状態について詳述する。図４に示すように、リニアモータ７の固定子７ａは、Ｘ軸方向に延びカーボンコンポジット材からなるパイプ１４と、このパイプ１４の内側に配されＸ軸方向に並べられるリング状の複数の永久磁石１５と、各永久磁石１５の内側にてＸ軸方向へ延びるセンター軸１６と、を有する。

図４に示すように、固定子７ａの一端側には、パイプ１４及びセンター軸１６と螺合するブラケット１７が設けられる。ブラケット１７は、略円柱形状を呈し、周面には軸方向他端側へ向かって下る段部が形成されている。本実施形態においては、図５に示すように、パイプ１４の一端側の外面と、センター軸１６の一端側には雄ねじ部が形成され、それぞれブラケット１７に形成された雌ねじ部と螺合するようになっている。ブラケット１７は、段部に突き当てられるリング状のモータホルダ１８ａにより包持される。これにより、モータホルダ１８ａにブラケット１７が係止されて、固定子７ａの軸方向他端側への移動が規制される。図４に示すように、モータホルダ１８ａにはブラケット１７に対する締め付け具合を調整する締付ねじ１８ａ１が設けられている。

固定子７ａの他端側には、パイプ１４と螺合するキャップ１９が設けられる。キャップ１９は、略円筒形状を呈し、パイプ１４と反対側へ突出する棒状部１９ａを有する。本実施形態においては、図５に示すように、パイプ１４の他端側の内面に雌ねじ部が形成され、キャップ１９の周面に形成された雄ねじ部と螺合するようになっている。キャップ１９は、リング状のモータホルダ１８ｂにより包持される。モータホルダ１８ｂは一端側のモータホルダ１８ａのように段部に突き当てられておらず、固定子７ａの軸方向の移動は許容される。図４に示すように、モータホルダ１８ｂにはキャップ１９に対する締め付け具合を調整する締付ねじ１８ｂ１が設けられている。また、センター軸１６の他端側には雄ねじ部が形成され、これと螺合するナット２０を締め付けることにより、各永久磁石１５が互いに密着する。図４に示すように、各モータホルダ１８ａ，１８ｂは、ボルト２１，２２によりＸ軸ビーム部材６に固定される。

キャップ１９の棒状部１９ａは、モータプルアングル２３の穴部を貫通し、モータプルアングル２３の他端側にてプルナット２４と螺合する。図５に示すように、モータプルアングル２３は、上面視にて略Ｌ字状に形成され、棒状部１９ａを挿通しＸ軸に垂直な挿通板部２３ａと、この挿通板部２３ａの一端からＸ軸ビーム部材６に沿って軸方向他端側へ延びる固定板部２３ｂと、を有する。モータプルアングル２３は、固定板部２３ｂを挿通するボルト２５によりＸ軸ビーム部材６に固定される。

これにより、プルナット２４を締め付けると、キャップ１９の棒状部１９ａが軸方向他端側へ引っ張られ、固定子７ａが全体的に他端側へ引っ張られる。固定子７ａの一端側においては、前述のように、モータホルダ１８ａによりブラケット１７の軸方向他端側への移動が規制されることから、プルナット２４の締め付け具合を調整することにより、固定子７ａの張力を調節することができる。尚、軸方向一端側のモータホルダ１８ａはピン２６ａにより、モータプルアングル２３はピン２６bにより、それぞれＸ軸ビーム部材６と位置決めされている。これにより、軸方向一端側のモータホルダ１８とモータプルアングル２３は、プルナット２４を締め付けた際に、Ｘ軸ビーム部材６に対するズレ等を生じないようになっている。

以上のように構成された電子部品実装装置１のＸ軸ビーム部材６とＸ軸リニアモータ７の組立方法について説明する。尚、固定子７ａのパイプ１４、各永久磁石１５、センター軸１６、ブラケット１７及びキャップ１９は、予め互いに組み付けられた状態となっている。

作業者は、まず、Ｘ軸ビーム部材６に各モータホルダ１８ａ，１８ｂを係合させ、ボルト２１，２２を用いて各モータホルダ１８ａ，１８ｂをＸ軸ビーム部材６に固定する。次いで、作業者は、固定子７ａをキャップ１９側から一端側のモータホルダ１８ａに挿通させ、ブラケット１７の段部をモータホルダ１８ａに突き当てる。そして、作業者は、この状態でモータホルダ１８ａの締付ねじ１８ａ１を締め付けて、モータホルダ１８ａにより固定子７ａの一端側を包持させる。

また、作業者は、固定子７ａのキャップ１９を他端側のモータホルダ１８ｂに挿通させるとともに、キャップ１９の棒状部１９ａをモータプルアングル２３に挿通させる。そして、モータプルアングル２３をボルト２５によりＸ軸ビーム部材６に固定する。この後、作業者は、プルナット２４を棒状部１９ａと螺合させ、プルナット２４を手で軽く回してモータプルアングル２３と当接させる。続いて、作業者は、予め定められた所定の回転数だけ、工具を用いてプルナット２４をさらに締め込む。このようにして固定子７ａに張力を作用させた状態で、モータホルダ１８ｂの締付ねじ１８ｂ１を締め付けて、モータホルダ１８ｂにより固定子７ａの他端側を包持させる。

次に、以上のように構成された電子部品実装装置１における電子部品を電子基板１０に実装する際の制御系の動作について説明する。
まず、搬送路９を通じて電子基板１０を装置外から搬入し、所定の搭載位置にて固定する。続いて、Ｘ軸リニアモータ７及びＹ軸リニアモータ３の駆動により、移載ヘッド１２をパーツフィーダ１３の上方まで移動し、予め記憶されている生産データに基づいて、各吸着ノズルにより電子部品を順次に吸着して保持する。

この後、Ｘ軸リニアモータ７及びＹ軸リニアモータ３の駆動により、移載ヘッド１２を電子基板１０の上方の電子部品搭載位置へ移動しつつ、移載ヘッド１２に設けられた図示しない電子部品姿勢検出装置によって吸着保持した電子部品の姿勢を検出する。そして、各吸着ノズルのＸＹ軸を位置決めするとともに、θ軸モータにより吸着ノズルを旋回させて部品姿勢の補正を行った上で、電子基板１０に電子部品を順次実装してゆく。

電子部品を保持した全ての吸着ノズルの実装作業が完了すると、再度、Ｘ軸リニアモータ７及びＹ軸リニアモータ３の駆動により、移載ヘッド１２を次回に実装する電子部品を供給するパーツフィーダ１３の上方まで移動する。これらの動作を繰り返して、電子基板１０への複数の電子部品の実装を行う。

この一連の動作の中で、電子部品をＹ軸方向へ移動する際、Ｘ軸リニアモータ７、移載ヘッド１２等は、Ｙ軸リニアモータ３によりＸ軸ビーム部材６ごと移動される。ここで、固定子７ａにはモータプルアングル２３、プルナット２４等からなる張力付与手段により張力が付与され、固定子７ａの固有振動数が増大している。すなわち、シャフト状の固定子７ａは固有振動数が高いので振動時の変形量が小さくなっており、この結果、動的な剛性が向上している。これにより、Ｙ軸リニアモータ３の駆動時には、長尺な固定子７ａに軸方向と垂直な方向の加速度が作用することとなるが、固定子７ａの動的な剛性が向上していることから振動を抑制することができるし、振動しても変形量が小さなものとなる。

このように、本実施形態の電子部品実装装置１００によれば、移載ヘッド１２の移動にシャフトモータ式のリニアモータを用いて、長尺な固定子７ａにＸ軸方向と垂直なＹ軸方向の加速度が作用しても、固定子７ａの振動及び変形を抑制することができる。また、Ｘ軸の駆動にシャフトモータ式のリニアモータを用いたので、可動子７ｂを案内するＸ軸リニアガイド８を簡素な構成とすることができ、固定子７ａにより生じた磁界を無駄なく利用して可動子７ｂの発熱量を抑制することができる。

これにより、Ｘ軸リニアモータ７自体の整定性が向上するし、Ｘ軸リニアモータ７の固定子７ａと可動子７ｂが干渉しないＹ軸リニアモータ３の加速度の上限が高くなり、ひいてはＹ軸リニアモータ３の整定性も向上する。従って、電子部品を搬送する際の移載ヘッド１２の移動時間が短縮され、且つ、移動後の整定時間も短縮されるとともに、移載ヘッド１２の停止精度が向上する。すなわち、電子基板に対する電子部品の搭載タクト及び搭載精度を向上させることができる。

また、本実施形態の電子部品実装装置１００によれば、センター軸１６にナット２０の締め付けによる引張応力が作用しているが、このセンター軸１６に引張応力が作用することなくパイプ１４に引張応力が作用する構成であるので、センター軸１６に過度の引張応力を生じて、センター軸１６が塑性変形したり破断したりすることはなく、実用に際して極めて有利である。
また、パイプ１４を、引っ張り方向の負荷に比較的強く且つ比較的軽量なカーボンコンポジット材により構成したので、パイプ１４の強度を維持しつつ装置の軽量化を図ることができる。

尚、前記実施形態においては、プルナット２４により固定子７ａに張力を付与するものを示したが、例えば図６に示すように、プルボルト２７により固定子７ａに張力を付与するようにしてもよい。この場合、キャップ１９にモータプルアングル２３を挿通する棒状部１９ａを形成せず、キャップ１９に雌ねじ部を形成しておき、これにモータプルアングル２３を挿通するプルボルト２７を螺合させる。この場合は、プルボルト２７、モータプルアングル２３等が張力付与手段をなす。この構成としても、プルボルト２７の締め付け具合で固定子７ａの張力を調整することができ、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、例えば図７に示すように、キャップ１９の周面にブラケット１７と対称的な段部を形成し、モータホルダ１８ｂをこの段部に突き合わせ、モータホルダ１８ｂにより固定子７ａに張力を付与するようにしてもよい。図７では、モータホルダ１８ｂと螺合する調整ねじ２８を、Ｘ軸ビーム部材６の突起部６ａに突き当てる構成となっている。この場合、突起部６ａ、調整ねじ２８等が張力付与手段をなす。この構成としても、調整ねじ２８の締め付け具合で固定子７ａの張力を調整することができる。

また、図８に示すように、Ｘ軸ビーム部材６における固定子７ａと軸中心反対側に両端が支持される補正ロッド２９を備え、プルナット２４により固定子７ａに付与される張力に応じて補正ロッド２９に張力を付与するようにしてもよい。このときの補正ロッド２９に張力を付与する張力補正手段は、Ｘ軸ビーム部材６と同様の構成としてもよいし、例えば電歪素子等を用いたものであってもよい。
斯かる構成とすることにより、Ｘ軸ビーム部材６には、固定子７ａからの曲げ方向の力と、補正ロッド２９からの曲げ方向の力とが加わることとなる。ここで、補正ロッド２９は固定子７ａと軸中心について反対側に配されていることから、Ｘ軸ビーム部材６において固定子７ａからの曲げ方向の力と、補正ロッド２９から加わる曲げ方向の力とが相殺される。従って、Ｘ軸ビーム部材６の内部応力を低減して曲げ変形を抑制し、Ｘ軸ビーム部材６の剛性、強度、信頼耐久性を向上することができる。

図９及び図１０は本発明の第２の実施形態を示すもので、図９はＸ軸ビーム部材及びＸ軸リニアモータの横断面図、図１０は張力制御部の概略構成ブロック図である。第２の実施形態では、電歪素子３０により固定子７ａに張力を付与し、圧電素子３１により固定子７ａの応力を検出する。

第２の実施形態においては、他端側のモータホルダ１８ｂをピン２６bによりＸ軸ビーム部材６に位置決めされる。図９に示すように、キャップ１９の周面にブラケット１７と対称的な段部が形成されており、この段部とモータホルダ１８ｂとの間に、電歪素子３０及び圧電素子３１が介装されている。尚、その他の構成は、第１の実施形態とほぼ同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施形態においては、電歪素子３０及び圧電素子３１は、それぞれリング状に形成され、互いに隣接した状態でキャップ１９を包囲する。電歪素子３０及び圧電素子３１は、それぞれ張力制御部４０と電気的に接続されている。張力付与手段としての電歪素子３０は、電圧を印加するとＸ軸方向に伸張して固定子７ａに張力が付与されるようになっている。また、応力検出手段としての圧電素子３１は、圧力が加えられると電流を出力して固定子７ａに生じる応力を検出するようになっている。

図１０に示すように、張力制御部４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３及びＩ／Ｏインターフェース４４が、バスライン４５を介して互いに接続されたマイクロコンピュータを有する。Ｉ／Ｏインターフェース４４には、Ｙ軸リニアモータ３、Ｘ軸リニアモータ７、電歪素子３０、圧電素子３１等が接続される。

ＲＯＭ１０２には、固定子７ａの張力を調整する張力調整プログラム１１０が記憶されている。この張力調整プログラム１１０は、圧電素子３１により検出された応力に対応して固定子７ａに張力を付与するよう設定されている。本実施形態においては、検出された応力に比例して、電歪素子３０に印加する電流を増大させて固定子７ａに付与される張力が増大するよう設定されている。

この電子部品実装装置によっても、移載ヘッド１２の移動にシャフトモータ式のリニアモータを用いた場合に、長尺な固定子７ａに軸方向と垂直な方向の加速度が作用しても、固定子７ａの振動及び変形を抑制することができる。

これに加え、電歪素子３０により検出された固定子７ａの応力に対応して張力を付与するので、固定子７ａに要求される剛性に対応したきめ細やかな張力付与制御が実現される。また、固定子７ａの応力を直接検出することから、例えば、吸着ノズルの交換により移載ヘッドの重量が変化したり、電子部品の積載状態と非積載状態とで移載ヘッド１２の重量が変化したり、搬送する電子部品の種類により移載ヘッド１２の重量が変化して、固定子７ａに加わる応力が変化する場合にも、これに対応して的確に固定子７ａに張力を付与することができる。
また、例えば経年劣化により固定子７ａに付与される張力が所期の値から変化した場合にも、固定子７ａに加わる応力が変化する。従って、経年劣化により応力変化に対応して、的確に固定子７ａに張力を付与することもできる。

従って、曲げ方向の負荷が加わらないときにまで固定子７ａに張力が付与されることはなく、固定子７ａに加わる負荷を最小限に抑えることができ、固定子７ａにおける永久歪みの発生を抑制することができる。また、固定子７ａに要求される剛性に対応したきめ細やかな張力付与制御が実現され、固定子を安定的に制御することができる。

尚、第２の実施形態においては、応力検出手段として圧電素子３１により応力を検出するもの示したが、歪みゲージにより応力を検出するものであってもよい。さらには、固定子７ａの変形量を検出して応力に換算することにより、間接的に応力を検出するものであってもよい。この場合、固定子７ａの変形量の検出には、光学式のファイバセンサ等を用いる構成が好ましい。

また、第２の実施形態においては、固定子７ａの応力に基づいて固定子７ａに張力を付与するものを示したが、Ｙ軸リニアモータ３の駆動によりＸ軸ビーム部材６に加速度が作用するときに、固定子７ａに張力を付与するようにしてもよい。すなわち、Ｙ軸リニアモータ３の駆動状態を監視して固定子７ａに張力を付与すればよい。この場合、Ｘ軸ビーム部材６に加速度が生じて固定子７ａが曲げ方向に変形するときに固定子７ａに張力が付与されるので、曲げ方向の負荷が加わらないときにまで固定子７ａに張力が付与されることはない。
また、Ｙ軸リニアモータ３の駆動によりＸ軸ビーム部材６に生じる加速度に応じて、固定子７ａの張力を変動させるようにすると好ましい。この場合は、Ｘ軸ビーム部材６に生じる加速度に応じて固定子７ａに張力が付与されるので、固定子７ａに要求される剛性に対応したきめ細やかな張力付与制御が実現される。

また、第２の実施形態においては、検出された応力に対応して固定子７ａに張力を付与するものを示したが、検出された応力に基づく情報を応力情報表示手段としのて表示部に表示するようにしてもよい。これにより、作業者は応力に基づく情報を確認することができる。この場合は、第１の実施形態のように固定子７ａへの張力調整は作業者自身が行う構成が好ましく、斯かる構成とすることにより、例えば、吸着ノズルの交換により移載ヘッドの重量が変化したり、電子部品の積載状態と非積載状態とで移載ヘッド１２の重量が変化したり、搬送する電子部品の種類により移載ヘッド１２の重量が変化して、固定子７ａに加わる応力が変化する場合にも、作業者はこれに対応して固定子７ａに付与される張力を調整することができる。
また、例えば、経年劣化により固定子７ａに付与される張力が所期の値から変化した場合や、張力付与手段が正常に動作しない場合にも、固定子７ａに加わる応力が変化する。従って、作業者は、経年劣化に対応して固定子７ａに付与される張力を付与したり、装置の故障等を認識したりすることができる。

また、第２の実施形態においても、Ｘ軸ビーム部材６における固定子７ａと軸中心反対側に両端が支持される補正ロッドを備え、電歪素子３０により固定子７ａに付与される張力に応じて、補正ロッドに張力を付与する電歪素子等の張力補正手段を備えてもよい。

さらに、第１及び第２の実施形態では、移載ヘッド１２のＸ軸リニアモータ７の固定子７ａについて本発明を適用したものを示したが、移載ヘッド１２のＺ軸リニアモータの固定子に本発明を適用することも可能である。この場合、Ｙ軸リニアモータ３及びＸ軸リニアモータ７により移載ヘッド１２がＸＹ平面について移動する際に、Ｚ軸リニアモータの固定子に張力を付与することとなる。

また、前記実施形態においては、Ｘ軸ビーム部材６をＹ軸方向へ移動させるビーム部材移動手段としてシャフトモータ式のリニアモータを用いたものを示したが、他の方式のリニアモータ等であってもよいし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の第１の実施形態を示す電子部品実装装置の外観斜視図である。移載ヘッドの一部の分解した状態の電子部品実装装置の一部分解斜視図である。移載ヘッドの一部の分解した状態の電子部品実装装置の一部分解斜視図である。Ｘ軸ビーム部材及びＸ軸リニアモータの縦断面図である。Ｘ軸ビーム部材及びＸ軸リニアモータの横断面図である。第１の実施形態の変形例を示すＸ軸ビーム部材及びＸ軸リニアモータの横断面図である。第１の実施形態の変形例を示すＸ軸ビーム部材及びＸ軸リニアモータの横断面図である。第１の実施形態の変形例を示すＸ軸ビーム部材及びＸ軸リニアモータの全体図である。第２の実施形態を示すＸ軸ビーム部材及びＸ軸リニアモータの横断面図である。張力制御部の概略構成ブロック図である。

符号の説明

３Ｙ軸リニアモータ
６Ｘ軸ビーム部材
７Ｘ軸リニアモータ
７ａ固定子
７ｂ可動子
１２移載ヘッド
２３モータプルアングル
２４プルナット
２７プルボルト
２８調整ねじ
２９補正ロッド
３０電歪素子
３１圧電素子
４０張力制御部
１００電子部品実装装置

Claims

電子部品を移載する移載ヘッドと、
前記移載ヘッドを保持して所定の軸方向へ移動させるリニアモータと、
前記リニアモータを支持し前記軸方向へ延びるビーム部材と、
前記ビーム部材ごと前記移載ヘッドを前記リニアモータの移動方向と垂直な軸方向へ移動させるビーム移動装置と、を備えた電子部品実装装置において、
前記リニアモータは、
前記軸方向へ延び前記ビーム部材に両端が支持されるシャフト状の固定子と、
前記移載ヘッドに設けられ、前記固定子を包囲し前記固定子に沿って移動する可動子と、を有し、
前記固定子に張力を付与する張力付与手段を具備したことを特徴とする電子部品実装装置。
前記張力付与手段は、前記ビーム移動装置の駆動により前記ビーム部材に加速度が生じるときに、前記固定子に張力を付与することを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。
前記張力付与手段は、前記ビーム移動装置の駆動により前記ビーム部材に生じる加速度に応じて、前記固定子の張力を変動させることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品実装装置。
前記固定子の応力を検出する応力検出手段を備え、
前記張力付与手段は、前記応力検出手段により検出された応力に対応して、前記固定子に張力を付与することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品実装装置。
前記固定子の応力を検出する応力検出手段と、
前記応力検出手段により検出された応力に基づく情報を表示する応力情報表示手段と、を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品実装装置。
前記ビーム部材における前記固定子と軸中心反対側に両端が支持される補正ロッドと、
前記張力付与手段により前記固定子に付与される張力に応じて、前記補正ロッドに張力を付与する張力補正手段を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電子部品実装装置。