特許 6161683 静電結合方式非接触給電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6161683

(24)【登録日】2017年6月23日

(45)【発行日】2017年7月12日

(54)【発明の名称】静電結合方式非接触給電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/05 20160101AFI20170703BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/05

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-500065(P2015-500065)

(86)(22)【出願日】2013年2月15日

(86)【国際出願番号】JP2013053745

(87)【国際公開番号】WO2014125629

(87)【国際公開日】20140821

【審査請求日】2015年11月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】富士機械製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089082

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 脩

(74)【代理人】

【識別番号】100191433

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 友希

(74)【代理人】

【識別番号】100130188

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 喜一

(74)【代理人】

【識別番号】100190333

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 群司

(72)【発明者】

【氏名】野村 壮志

(72)【発明者】

【氏名】瀧川 慎二

【審査官】 高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６０６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３２０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０３１１８２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−１１０１１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／００ − ５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電材料で形成されて接地された固定部に電気的に絶縁して配設された給電用電極と、
前記給電用電極に高周波電力を給電する高周波電源回路と、
前記固定部に移動可能に装架された可動部に配設され、前記給電用電極に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る受電用電極と、
前記受電用電極が受け取った高周波電力を変換して前記可動部上の電気負荷に給電する受電回路と、を備えた静電結合方式非接触給電装置であって、
前記固定部と前記給電用電極との間で寄生静電容量が形成される静電結合領域の一部に、電気絶縁材料で形成されて前記給電用電極を支持する絶縁支持体が配設され、前記静電結合領域の残部が空隙とされており、
前記可動部の移動範囲にわたって、前記受電用電極の全面が略一定の間隔で前記給電用電極に対向する、
静電結合方式非接触給電装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記固定部は、底板および２つの側板からなる溝形状に形成されて複数の磁石が列設された軌道部材を有し、
前記可動部は、通電されることにより前記磁石との間に電磁推進力を発生するコイルが配設されるとともに、前記軌道部材の２つの前記側板の上部に移動可能に装架され、複数の前記磁石および前記コイルを含んで構成されたリニアモータ装置によって駆動される、静電結合方式非接触給電装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記固定部は、前記軌道部材の内側面に前記複数の磁石が列設され、
前記可動部は、複数の前記磁石と離隔対向する側面に前記コイルが配設され、
前記給電用電極は、前記軌道部材の外側面の外側に配設され、
前記受電用電極は、前記給電用電極のさらに外側に配置されて前記可動部から延在する支持体により支持されている静電結合方式非接触給電装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項において、前記絶縁支持体は、前記可動部の移動方向と直角な断面において前記給電用電極の幅方向の両端に離隔してそれぞれ配設され、かつ前記可動部の移動方向に延在または点在して配設されている静電結合方式非接触給電装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項において、前記絶縁支持体は、前記給電用電極の電極形状の範囲内で線対称または点対称に配設されている静電結合方式非接触給電装置。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項において、
前記可動部は、基板に部品を実装する部品実装機に装備されており、かつ部品実装動作を行う実装ヘッドを有する静電結合方式非接触給電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可動部上の電気負荷に固定部から非接触で給電する非接触給電装置に関し、より詳細には、電極を離隔対向して配置した静電結合方式非接触給電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

多数の部品が実装された基板を生産する基板用作業機器として、はんだ印刷機、部品実装機、リフロー機、基板検査機などがあり、これらを基板搬送装置で連結して基板生産ラインを構築する場合が多い。これらの基板用作業機器の多くは基板の上方を移動して所定の作業を行う可動部を備えており、可動部を駆動する一手段としてリニアモータ装置を用いることができる。リニアモータ装置は、移動方向に沿い複数の磁石のＮ極およびＳ極が交互に列設された軌道部材と、コアおよびコイルを有する電機子を含んで構成された可動部とを備えるのが一般的である。リニアモータ装置を始めとする可動部上の電気負荷に給電するために、従来から変形可能な給電用ケーブルが用いられてきた。また、近年では、給電用ケーブルによる荷搬重量の増加や金属疲労による断線のリスクなどの弊害を解消するために、非接触給電装置の適用が提案されている。

【0003】

非接触給電装置の方式として、従来からコイルを用いた電磁誘導方式が多用されてきたが、最近では離隔対向する電極によりコンデンサを構成した静電結合方式も用いられるようになってきており、他に磁界共鳴方式なども検討されている。非接触給電装置の用途は、基板用作業機器に限定されるものではなく、他の業種の産業用機器や家電製品などの幅広い分野に広まりつつある。この種の非接触給電装置の一技術例が特許文献１に開示されている。

【0004】

特許文献１に開示されたエネルギー搬送装置は、主として２つの離れた能動電極間に容量結合が存在し、これらの電極が強い電位にされ、強い場のゾーンがこれらの電極間に位置する空間に限定されることを特徴としている。さらに、請求項２には、能動電極が高圧高周波発生器に結合され、電位エネルギーが電極間の空間に供給される態様が示されている。これにより、遠隔エネルギー伝送を行うことができる。特許文献１は、静電結合方式の非接触給電技術の一例を示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２００９−５３１００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、特許文献１の技術は、非接触給電における電極の構造などを開示しているが、基板用作業機器を始めとする産業用機器へ適用できる具体的な構成を開示するものではない。従来技術において、電力を供給する側の給電用電極は絶縁板や絶縁シートなどを介し機台に絶縁して設けられ、電力を受け取る側の受電用電極も絶縁物を介して設けられていた。機台は、鉄やアルミニウムなどの金属製とされるのが一般的であり、通常は接地されて安全性が確保されている。この構成によれば、給電用電極と機台との間に好ましくない寄生静電容量が形成される。さらに、機台を含んだ大地と高周波電源回路との間にも寄生静電容量は存在している。したがって、高周波電源回路から給電用電極に電力が供給されると、寄生静電容量および機台を経由してリーク電流が流れ、電力ロスが発生する。特に、非接触給電の対象が可動部になっている構成では、可動部の移動距離に対応して給電用電極が長大化するため、電力ロスが増大して給電効率が著しく低下する。

【0007】

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、非接触給電の給電効率を従来よりも向上でき、加えて電気絶縁材料の使用量を減らして材料費を削減できる静電結合方式非接触給電装置を提供することを解決すべき課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する請求項１に係る静電結合方式非接触給電装置の発明は、導電材料で形成されて接地された固定部に電気的に絶縁して配設された給電用電極と、前記給電用電極に高周波電力を給電する高周波電源回路と、前記固定部に移動可能に装架された可動部に配設され、前記給電用電極に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る受電用電極と、前記受電用電極が受け取った高周波電力を変換して前記可動部上の電気負荷に給電する受電回路と、を備えた静電結合方式非接触給電装置であって、前記固定部と前記給電用電極との間で寄生静電容量が形成される静電結合領域の一部に、電気絶縁材料で形成されて前記給電用電極を支持する絶縁支持体が配設され、前記静電結合領域の残部が空隙とされており、前記可動部の移動範囲にわたって、前記受電用電極の全面が略一定の間隔で前記給電用電極に対向する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態の静電結合方式非接触給電装置を適用できる部品実装機の全体構成を示した斜視図である。

【図2】実施形態の静電結合方式非接触給電装置を概念的に説明する構成断面図である。

【図3】線状絶縁支持体がリニア可動部の移動方向に延在する第１配置例の部分斜視図である。

【図4】チップ状絶縁支持体がリニア可動部の移動方向に点在する第２配置例の部分斜視図である。

【図5】従来技術の静電結合方式非接触給電装置を概念的に説明する構成断面図である。

【図6】図２および図３の実施形態で、受電用電極と軌道部材の側板との間に形成される寄生静電容量を模式的に説明する図である。

【図7】図５の従来技術で、受電用電極と軌道部材の底板との間に形成される寄生静電容量を模式的に説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

まず、本発明を適用できる部品実装機１０について、図１を参考にして説明する。図１は、本発明の実施形態の静電結合方式非接触給電装置１を適用できる部品実装機１０の全体構成を示した斜視図である。部品実装機１０は、基板に多数の部品を実装する装置であり、２セットの同一構造の部品実装ユニットが概ね左右対称に配置されて構成されている。ここでは、図１の右手前側のカバーを取り外した状態の部品実装ユニットを例にして説明する。なお、図中の左奥側から右手前側に向かう部品実装機１０の幅方向をＸ軸方向とし、部品実装機１０の長手方向をＹ軸方向とする。

【0011】

部品実装機１０は、基板搬送装置１１０、部品供給装置１２０、２つの部品移載装置１３０、１４０などが機台１９０に組み付けられて構成されている。基板搬送装置１１０は、部品実装機１０の長手方向の中央付近をＸ軸方向に横断するように配設されている。基板搬送装置１１０は、図略の搬送コンベアを有しており、基板をＸ軸方向に搬送する。また、基板搬送装置１１０は、図略のクランプ装置を有しており、基板を所定の実装作業位置に固定および保持する。部品供給装置１２０は、部品実装機１０の長手方向の前部（図１の左前側）及び後部（図には見えない）に設けられている。部品供給装置１２０は、複数のカセット式フィーダ１２１を有し、各フィーダ１２１にセットされたキャリアテープから２つの部品移載装置１３０、１４０に連続的に部品を供給するようになっている。

【0012】

２つの部品移載装置１３０、１４０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能ないわゆるＸＹロボットタイプの装置である。２つの部品移載装置１３０、１４０は、部品実装機１０の長手方向の前側および後側に、相互に対向するように配設されている。各部品移載装置１３０、１４０は、Ｙ軸方向の移動のためのリニアモータ装置２を有している。

【0013】

リニアモータ装置２は、２つの部品移載装置１３０、１４０に共通な軌道部材３および補助レール１５５と、２つの部品移載装置１３０、１４０ごとのリニア可動部４で構成されている。軌道部材３は、本発明の固定部の一部に相当し、リニア可動部４は本発明の可動部に相当する。軌道部材３は、リニア可動部４の移動方向となるＹ軸方向に延在している。軌道部材３は、底板３１および両方の側板３２、３３からなり（図２示）、上方に開口する溝形状になっている。軌道部材３の向かい合う側板３２、３３の内側には、Ｙ軸方向に沿って複数の磁石３４が列設されている。

【0014】

リニア可動部４は、軌道部材３の溝形状の内部に移動可能に装架されている。リニア可動部４は、可動本体部１６０、Ｘ軸レール１６１、および実装ヘッド１７０などで構成されている。可動本体部１６０は、Ｙ軸方向に延在しており、その両側面には軌道部材３の磁石３４に対向して推進力を発生する電機子が配設されている。電機子は、通電されて磁界を発生するコイル４１（図２示）と、磁界の磁力を強めるためのコア（図示省略）とを含んで構成されている。Ｘ軸レール１６１は、可動本体部１６０からＸ軸方向に延在している。Ｘ軸レール１６１は、一端１６２が可動本体部１６０に結合され、他端１６３が補助レール１５５に移動可能に装架されており、可動本体部１６０と一体的にＹ軸方向に移動するようになっている。

【0015】

実装ヘッド１７０は、Ｘ軸レール１６１に装架され、Ｘ軸方向に移動するようになっている。実装ヘッド１７０の下端には図略の吸着ノズルが設けられている。吸着ノズルは、負圧を利用して部品供給装置１２０から部品を吸着採取し、実装作業位置の基板に実装する。部品の実装作業を行うために、実装ヘッド１７０には複数の電気負荷が装備されている。Ｘ軸レール１６１上に設けられた図略のボールねじ送り機構は、ボールねじを回転駆動するＸ軸モータを有しており、実装ヘッド１７０をＸ軸方向に駆動する。Ｘ軸モータやリニアモータ装置２のコイル４１も、リニア可動部４上の電気負荷に含まれている。

【0016】

部品実装機１０は、他に、オペレータと情報を交換するための表示設定装置１８０および、基板や部品を撮像する図略のカメラなどを備えている。

【0017】

次に、部品実装機１０に装備された実施形態の静電結合方式非接触給電装置１について、図２を参考にして説明する。図２は、実施形態の静電結合方式非接触給電装置１を概念的に説明する構成断面図である。図２の紙面表裏方向がリニア可動部４の移動方向であり、かつ、軌道部材３の延在方向である。図示されるように、軌道部材３は、鉄やアルミニウムなどの金属導電材料製の底板３１および両方の側板３２、３３からなり、上方に開口する矩形の溝形状に形成されている。軌道部材３は、接地線３５で大地Ｇに接地されて安全性が確保されている。リニア可動部４は、軌道部材３の溝形状の内部に移動可能に装荷されている。

【0018】

２枚の給電用電極５１、５２は、軌道部材３の側板３２、３３の外側面の外側に離隔して配置され、絶縁支持体６で側板３２、３３に支持されている。給電用電極５１、５２は、側板３２、３３にほぼ等しい大きさの矩形の金属製薄板である。絶縁支持体６は、例えば、比誘電率が小さい特性を有する樹脂などの電気絶縁材料で形成されている。給電用電極５１、５２と絶縁支持体６との間、および、絶縁支持体６と側板３２、３３との間は、それぞれ接着などにより固定される。

【0019】

給電用電極５１、５２と側板３２、３３とが離隔対向する空間は静電結合領域となり、好ましくない寄生静電容量Ｃ１が形成される。この静電結合領域の一部に、絶縁支持体６が配設される。本実施形態において、絶縁支持体６は、リニア可動部４の移動方向と直角な断面において給電用電極５１、５２の幅方向の両端に離隔してそれぞれ配設されている。これにより、静電結合領域の残部が空隙Ｅとされる。図２では、給電用電極５１、５２の幅方向寸法の両端を除いた中央の半分以上の静電結合領域、換言すると高さ方向の上部及び下部を除いた中間高さの静電結合領域が空隙Ｅとなっている。

【0020】

絶縁支持体６は、例えば、図３及び図４に示される形状および配置とすることができる。図３は線状絶縁支持体６１がリニア可動部４の移動方向に延在する第１配置例の部分斜視図であり、図４はチップ状絶縁支持体６２がリニア可動部４の移動方向に点在する第２配置例の部分斜視図である。図３の第１配置例で、絶縁支持体６は、断面矩形で細長い２本の線状絶縁支持体６１とされている。２本の線状絶縁支持体６１は、リニア可動部４の移動方向のほぼ全長にわたり連続的に延在し、給電用電極５１、５２の２つの長辺を連続的に支持している。また、図４の第２配置例で、絶縁支持体６は、小さな直方体形状の多数のチップ状絶縁支持体６２とされている。多数のチップ状絶縁支持体６２は、リニア可動部４の移動方向に２列に離散的に並んで点在し、給電用電極５１、５２の２つの長辺を離散的な多数の箇所で支持している。線状絶縁支持体６１およびチップ状絶縁支持体６２は、給電用電極５１、５２の電極形状の範囲内で線対称かつ点対称に配設されている。

【0021】

なお、絶縁支持体６の形状、大きさ、個数、および配置は、図３および図４の例に限定されない。つまり、使用時に発生する各種の機械的応力や電気的応力に対抗して給電用電極５１、５２の平坦度を確保する支持力を得られる範囲で、絶縁支持体６を小形化、少数化することが好ましい。また、各種応力に対抗する観点から、絶縁支持体６を線対称または点対称に配置して、支持力を偏らせずに給電用電極５１、５２の全体に均等に配分することが好ましい。

【0022】

図２に戻り、高周波電源回路７は、固定部側に配設されている。高周波電源回路７は、例えば、１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ帯の高周波電力を２個の給電用電極５１、５２の間に給電する。高周波電源回路７の出力電圧および出力周波数は調整可能とされており、出力電圧波形として正弦波や矩形波などを例示できる。高周波電源回路７の出力ラインと、軌道部材３を含んだ大地Ｇとの間には、寄生静電容量Ｃｇが存在している。

【0023】

一方、リニア可動部４には、２枚の受電用電極８１、８２が設けられている。詳述すると、図２に示されるように、リニア可動部４の側面の上端寄りから外向き水平に支持体８３、８４が張り出している。支持体８３、８４の端部には、下向きに延在する板状の絶縁支持体８５、８６が結合されている。各絶縁支持体８５、８６の軌道部材３に対向する面にそれぞれ、受電用電極８１、８２が配設されている。２枚の受電用電極８１、８２は、リニア可動部４の概ね全長にわたって配設されているが、給電用電極５１、５２よりも格段に短い。２枚の受電用電極８１、８２は、それぞれ軌道部材３の給電用電極５１、５２に離隔対向して平行配置される。これにより、給電用電極５１、５２と受電用電極８１、８２との間にそれぞれコンデンサが構成され、静電結合方式の非接触給電が行われる。

【0024】

リニア可動部４には、受電回路９および前述した電気負荷が装備されている。２個の受電用電極８１、８２は、受電回路９の入力端子９１に電気接続されている。受電回路９の出力端子９２は電気負荷に電気接続されている。受電回路９は、受電用電極８１、８２が受け取った高周波電力を変換して、電気負荷に給電する。受電回路９は、電気負荷の動作電圧仕様に合わせて回路構成されており、例えば、全波整流回路やインバータ回路などが用いられる。図２には、電気負荷としてコイル４１のみが例示されているが、実際には受電回路９は多数の電気負荷に給電する。

【0025】

また通常、給電容量および給電効率の向上を図るために、直列共振回路が用いられる。つまり、高周波電源回路７の出力周波数で直列共振が発生するように、高周波電源回路７内または受電回路９内に共振用インダクタが挿入接続される。共振用インダクタとして、一般的にはコイルを用いる。共振用インダクタは、給電用電極５１、５２および受電用電極８１、８２で構成されるコンデンサに対して直列接続される。共振用インダクタのインダクタンス値は、直列共振回路の出力周波数におけるインピーダンスの虚数部がゼロになるように定められている。さらに、高周波電源回路７の出力周波数も、共振周波数に一致するように可変に調整される。

【0026】

リニアモータ装置２について追加説明すると、磁石３４は、軌道部材３の側板３２、３３の内側面に配設されている。一方、コイル４１は、リニア可動部４の側面に配設され、磁石３４に対向している。また、リニア可動部４の張り出した支持体８３、８４の下面の途中にはそれぞれ、直線状の移動を可能とするボール軸受部８７、８８が配設されている。両方のボール軸受部８７、８８により、リニア可動部４は、軌道部材３の側板３２、３３の上部に移動可能に装架されている。

【0027】

上述のように構成された実施形態の静電結合方式非接触給電装置１では、２種類の寄生静電容量Ｃ１、Ｃｇにより、軌道部材３および大地Ｇを経由するリーク回路が形成される。リーク回路の経路として、例えば、高周波電源回路７の電源ラインの一方から給電用電極５１を経由し、寄生静電容量Ｃ１を介して軌道部材３及び大地Ｇを経由し、寄生静電容量Ｃｇを介して高周波電源回路７の電源ラインの他方に戻る経路を例示できる。したがって、高周波電源回路７から給電用電極５１、５２に電力が供給されると、リーク回路の複数の経路にリーク電流が流れ、電力ロスが発生する。リーク電流の大きさは、高周波電源回路７の出力周波数および寄生静電容量Ｃ１、Ｃｇに依存して変化する。電力ロスの大きさは、リーク電流の大きさに加え、リーク回路中の抵抗分の大きさに依存して変化する。

【0028】

次に、上述のように構成された実施形態の静電結合方式非接触給電装置１でリーク電流を従来よりも低減する作用について説明する。図５は、従来技術の静電結合方式非接触給電装置１Ｚを概念的に説明する構成断面図である。なお、比較を容易にするため、従来技術においても、部品実装機１０に搭載されかつリニア可動部４Ｚに非接触給電する構成を想定する。

【0029】

図５に示されるように、従来技術では、２枚の給電用電極５１Ｚ、５２Ｚは、軌道部材３Ｚの底板３１Ｚの内底面の上側に離隔して配設され、絶縁板６Ｚで底板３１Ｚに支持されている。実施形態と異なり、絶縁板６Ｚは、給電用電極５１Ｚ、５２Ｚと底板３１Ｚとが離隔対向する静電結合領域のほぼ全体に充填されており、空隙は殆どない。給電用電極５１Ｚ、５２Ｚと軌道部材３Ｚとの間には、好ましくない寄生静電容量Ｃ２が形成される。また、給電用電極５１Ｚ、５２Ｚの幅寸法を確保する必要から、軌道部材３Ｚの幅寸法ＷＺが実施形態の幅寸法Ｗよりも大きくなっている。一方、２枚の受電用電極８１Ｚ、８２Ｚは、リニア可動部４Ｚの底面に絶縁板８９を介して配設されている。

【0030】

また、リニアモータ装置２の磁石３４は、実施形態と同様に軌道部材３Ｚの側板３２Ｚ、３３Ｚの内側面に配設されている。一方、コイル４１は、リニア可動部４Ｚの側面のうち受電用電極８１Ｚ、８２Ｚ及び絶縁板８９に邪魔されない上部に限定されて配設されている。これにより、従来技術のリニア可動部４Ｚの高さは実施形態の高さより大きくなっている。さらに、リニア可動部４Ｚが入り込む軌道部材３Ｚの高さ寸法ＨＺも、実施形態の高さ寸法Ｈより大きくなっている。つまり、実施形態では、軌道部材３の幅寸法Ｗおよび高さ寸法Ｈが従来技術よりも削減されている。

【0031】

なお、従来技術において、高周波電源回路７．受電回路９、およびボール軸受部８７、８８の構成は実施形態と同様であり、電気的な接続方法も実施形態と同様である。

【0032】

ここで、実施形態および従来技術で寄生静電容量Ｃ１、Ｃ２を模式的に考えて、その大小関係を比較する。図６は、図２および図３の実施形態で、給電用電極５１と軌道部材３の側板３２との間に形成される寄生静電容量Ｃ１を模式的に説明する図である。また、図７は、図５の従来技術で、給電用電極５１Ｚと軌道部材３Ｚの底板３１Ｚとの間に形成される寄生静電容量Ｃ２を模式的に説明する図である。説明を簡易にするために、両者の静電結合領域はともに、電極対向面積Ｓと電極間距離ｄとの積で表わされる領域で一致しているものとする。また、図６の実施形態では、図３に示された線状絶縁支持体６１を考える。さらに、実施形態の線状絶縁支持体６１および従来技術の絶縁板６Ｚは同じ電気絶縁材料で形成されており、その比誘電率εｉであるとする。

【0033】

図６の実施形態において、１本の線状絶縁支持体６１が静電結合領域内で占める面積Ｓ１とする。すると、空隙Ｅの占める面積Ｓ２は、全部の電極対向面積Ｓから面積Ｓ１を２個分差し引いたものになる（Ｓ２＝Ｓ−２・Ｓ１）。また、寄生静電容量Ｃ１は、３つの平行板コンデンサが並列接続されて構成されているとみなせるので、次式により求めることができる。ただし、ε０は真空の絶対誘電率、εａは空隙Ｅ（空気）の比誘電率である。

【0034】

【数1】

【0035】

一方、図７の従来技術において、寄生静電容量Ｃ２は、単一の平行板コンデンサとみなせるので、次式により求めることができる。

【0036】

【数2】

【0037】

したがって、実施形態における寄生静電容量の低減率Ｒｄｃ（＝Ｃ１／Ｃ２）は次式で表される。

【0038】

【数3】

【0039】

低減率Ｒｄｃは、空気の比誘電率εａが電気絶縁材料の比誘電率εｉよりも小さいことから、必ず１よりも小さくなる。例えば、εａ≒１、εｉ≒３、Ｓ１＝２０％のとき、低減率Ｒｄｃ＝０．６になる。つまり、実施形態の寄生静電容量Ｃ１は、従来技術の寄生静電容量Ｃ２の６０％まで低減される。さらに、図４に示されたチップ状絶縁支持体６２を用いればその占める面積が減少するので、低減率Ｒｄｃはさらに顕著に低減される。なお、高周波電源回路７の出力ラインと大地Ｇとの間の寄生静電容量Ｃｇは、実施形態および従来技術で著変しない。

【0040】

以上説明したように、実施形態では、寄生静電容量Ｃ１を従来技術の寄生静電容量Ｃ２よりも格段に低減でき、リーク電流を低減できる。したがって、実施形態の静電結合方式非接触給電装置１によれば、電力ロスが減少して、非接触給電の給電効率を従来よりも向上できる。換言すれば、部品実装機１０のリニアモータ装置２のコイル４１および実装ヘッド１７０上の電気負荷に対して、従来技術よりも高効率で非接触給電することができる。加えて、線状絶縁支持体６１やチップ状絶縁支持体６２に用いる電気絶縁材料の使用量を減らせるので、材料費を削減できる。

【0041】

また、線状絶縁支持体６１やチップ状絶縁支持体６２は、給電用電極５１、５２の幅方向の両端に離隔してそれぞれ配設され、かつリニア可動部４の移動方向に延在または点在して配設されている。さらに、線状絶縁支持体６１やチップ状絶縁支持体６２は、線対称かつ点対称に配設されている。これにより、実施形態では給電用電極５１、５２を支持する支持力が偏らずに配分され、給電用電極５１、５２の平坦度が確保されて給電性能が安定する。

【0042】

また、実施形態では、軌道部材３の側板３２、３３の内側面をリニアモータ装置２の駆動に用い、外側面を非接触給電に用いるので、内外両面を十分に利用して軌道部材３を小形軽量化できる。さらに、軌道部材３Ｚの底板３１Ｚの内底面を非接触給電に用いる従来技術と比較してリニア可動部４の高さを削減できる。これにより、リニア可動部４は、装架位置となるボール軸受部８７、８８の周りの慣性モーメントが小さくなる。したがって、実施形態では、リニア可動部４が加減速するときなどに発生しがちな振動を抑制できる。

【0043】

なお、給電用電極５１、５２および絶縁支持体６、６１、６２の形状および配置は、上述の実施形態に限定されない。例えば、図５に示される従来技術で、絶縁板６Ｚを線状絶縁支持体６１またはチップ状絶縁支持体６２に置き換えて他の実施形態とすることができる。他の実施形態では、給電効率を向上する効果が生じ、軌道部材３Ｚを小形軽量化することはできない。また、給電用電極５１、５２や受電用電極８１、８２は金属製に限定されず、導電性高分子で形成されたプラスチック電極や樹脂製芯体の表面に金属皮膜を形成した電極などを用いてもよい。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。

【0044】

上述の実施形態は、導電材料で形成されて接地された固定部（軌道部材３）に電気的に絶縁して配設された給電用電極５１、５２と、給電用電極５１、５２に高周波電力を給電する高周波電源回路７と、固定部に移動可能に装架された可動部（リニア可動部４）に配設され、給電用電極５１、５２に離隔対向して非接触で高周波電力を受け取る受電用電極８１、８２と、受電用電極８１、８２が受け取った高周波電力を変換して可動部上の電気負荷に給電する受電回路９と、を備えた静電結合方式非接触給電装置１であって、固定部と給電用電極５１、５２との間で寄生静電容量Ｃ１が形成される静電結合領域の一部に、電気絶縁材料で形成されて給電用電極５１、５２を支持する絶縁支持体６が配設され、静電結合領域の残部が空隙Ｅとされている。

【0045】

これによれば、固定部と給電用電極との間の静電結合領域の一部に電気絶縁材料で形成されて給電用電極を支持する絶縁支持体が配設され、静電結合領域の残部が空隙とされている。つまり、静電結合領域の大部分が絶縁板や絶縁シートなどの絶縁物で充填されていた従来技術と比較して、空隙の比率が大幅に増加する。空隙の比誘電率は概ね１であって絶縁物の比誘電率よりも大幅に小さく、固定部と給電用電極との間の寄生静電容量が従来よりも格段に減少する。これにより、リーク電流および電力ロスが減少し、非接触給電の給電効率を従来よりも向上できる。加えて、絶縁支持体に用いる電気絶縁材料の使用量を減らせるので、材料費を削減できる。

【0046】

そして、絶縁支持体６１、６２は、可動部（リニア可動部４）の移動方向と直角な断面において給電用電極５１、５２の幅方向の両端に離隔してそれぞれ配設され、かつ可動部の移動方向に延在または点在して配設されている。

【0047】

これにより、絶縁支持体は、給電用電極の幅方向の両端に離隔してそれぞれ配設され、かつ可動部の移動方向に延在または点在して配設されている。つまり、絶縁支持体は、細長い矩形形状の給電用電極の２つの長辺を連続的に支持し、または２つの長辺を離散的な多数の箇所で支持する。したがって、必要とされる支持力を確保して給電用電極の平坦度を維持でき、給電性能が安定する。また、静電結合領域のうち給電用電極の幅方向の中央付近の広い範囲を空隙としつつ電気絶縁材料の使用量を大幅に減らせるので、給電効率の向上の効果および材料費の削減の効果が顕著になる。

【0048】

なお、絶縁支持体を給電用電極の幅方向の中央および両端の３箇所に離隔して配設し、かつ可動部の移動方向に延在または点在して配設することも可能である。さらに、絶縁支持体の形状は、実施形態の線状絶縁支持体６１やチップ状絶縁支持体６２に限定されない。例えば、線状絶縁支持体の断面を矩形から台形に変更して、給電用電極５１、５２に接する面積よりも側板３２、３３に接する面積を大きくすることも可能である。また例えば、チップ状絶縁支持体６２を直方体形状でなく円柱形状にすることも可能である。

【0049】

また、絶縁支持体６１、６２は、給電用電極５１、５２の電極形状の範囲内で線対称または点対称に配設されている。これにより、給電用電極を支持する支持力が偏らずに配分されるので、給電用電極の平坦度がさらに一層確実なものとなり、給電性能がさらに一層安定する。

【0050】

そして、本実施形態では、可動部（リニア可動部４）は、固定部（軌道部材３）に列設された複数の磁石３４および可動部に配設されて通電されることにより磁石３４との間に電磁推進力を発生するコイル４１を含んで構成されたリニアモータ装置２によって駆動され、電気負荷にリニアモータ装置のコイルを含んでいる。これにより、リニアモータ装置に非接触給電することができる。なお、可動部を駆動する手段はリニアモータ装置に限定されず、例えば一般的な交流モータや直流モータであっても非接触給電が可能である。

【0051】

そして、固定部は、導電材料を用いて上方に開口する溝形状に形成され内側面に複数の磁石３４が列設された軌道部材３を有し、可動部（リニア可動部４）は、軌道部材３の溝形状の内部に配置されて複数の磁石３４と離隔対向する側面にコイル４１を有し、給電用電極５１、５２は、軌道部材３の外側面の外側に配設され、受電用電極８１、８２は、給電用電極５１、５２のさらに外側に配置されて可動部から延在する支持体８３、８４により支持されている。これによれば、軌道部材の内側面をリニア駆動に用い、外側面を非接触給電に用いるので、内外両面を十分に利用して軌道部材を小形軽量化できる。また、軌道部材の内底面を非接触給電に用いる従来技術と比較して可動部の高さを削減できるので、可動部が加減速するときなどに発生しがちな振動を抑制できる。

【0052】

そして、可動部（リニア可動部４）は、基板に部品を実装する部品実装機１０に装備されており、かつ部品実装動作を行う実装ヘッド１７０を有する。これによれば、部品実装機の実装ヘッド上の複数の電気負荷に非接触給電することができる。なお、基板の外観を検査する基板検査機に本発明の可動部を装備し、かつ可動部が基板の外観を撮像するカメラ装置を有する構成を採用することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0053】

本発明の静電結合方式非接触給電装置は、部品実装機を始めとする基板用作業機器に限定されるものでなく、可動部を有して非接触給電を必要とする他の業種の産業用機器にも広く利用できる。さらには、走行中の電車に対してパンタグラフなどを用いずに非接触給電する用途や、走行中の電気自動車に対して路面から非接触給電する用途などにも利用可能である。

【符号の説明】

【0054】

１：静電結合方式非接触給電装置
２：リニアモータ装置
３、３Ｚ：軌道部材 ３１、３１Ｚ：底板
３２、３２Ｚ、３３、３３Ｚ：側板 ３４：磁石 ３５：接地線
４、４Ｚ：リニア可動部 ４１：コイル
５１、５１Ｚ、５２、５２Ｚ：給電用電極
６：絶縁支持体 ６Ｚ：絶縁板
６１：線状絶縁支持体 ６２：チップ状絶縁支持体
７：高周波電源回路
８１、８１Ｚ、８２、８２Ｚ：受電用電極
８３、８４：支持体 ８５、８６：絶縁支持体
８７、８８：ボール軸受部 ８９：絶縁板
９：受電回路
１０：部品実装機
１１０：基板搬送装置 １２０：部品供給装置
１３０、１４０：部品移載装置 １７０：実装ヘッド
Ｃ１、Ｃ２、Ｃｇ：寄生静電容量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】