特開 2024-8085 リニアモータ及び部品実装機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024008085

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】リニアモータ及び部品実装機

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20240112BHJP

   H05K 13/04 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03 A

H05K13/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109639

(22)【出願日】2022-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 進一

【テーマコード（参考）】

5E353

5H641

【Ｆターム（参考）】

5E353GG01

5E353JJ22

5E353JJ26

5E353LL04

5E353QQ30

5H641BB06

5H641BB15

5H641BB16

5H641GG03

5H641GG06

5H641GG10

5H641HH02

5H641HH08

5H641JA09

5H641JB04

(57)【要約】

【課題】リニアモータにおいてコイルを効率よく冷却する。
【解決手段】本開示のリニアモータは、リニア固定子と、圧粉磁心で形成されたコアとコアに巻回したコイルとを有し、リニア固定子に対向するリニア可動子と、コアと冷媒との熱交換により前記コイルを冷却する冷却部材と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リニア固定子と、
圧粉磁心で形成されたコアと前記コアに巻回したコイルとを有し、前記リニア固定子に対向するリニア可動子と、
前記コアと冷媒との熱交換により前記コイルを冷却する冷却部材と、
を備えたリニアモータ。

【請求項2】

請求項１に記載のリニアモータであって、
前記コイルは、直線部と屈曲部とを有する略楕円状に巻回され、
前記コアは、前記コイルの前記直線部及び前記屈曲部におけるそれぞれの内周面に当接するように形成されている、
リニアモータ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のリニアモータであって、
前記冷却部材は、前記コアと当接して冷媒の流路を形成する流路形成部材を有する、
リニアモータ。

【請求項4】

請求項３に記載のリニアモータであって、
前記流路は、前記コイルの長手方向に沿って形成されている、
リニアモータ。

【請求項5】

部品を採取可能な採取部材と、
前記採取部材を保持するヘッドと、
前記ヘッドを水平方向に移動させるヘッド移動装置と、
前記ヘッド移動装置の駆動源として、リニア固定子と、圧粉磁心で形成されたコアと前記コアに巻回したコイルとを有し前記リニア固定子に対向するリニア可動子と、前記コアと冷媒との熱交換により前記コイルを冷却する冷却部材と、を有するリニアモータと、
を備えた部品実装機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、リニアモータ及び部品実装機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のリニアモータとしては、コイルと圧粉磁心で作製されたコアとを含むコイルユニットを備えたものが知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－３５２７４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、圧粉磁心で形成されたコアについては記載されているものの、駆動に伴って発熱したコイルを冷却することについては言及されていない。

【0005】

本開示は、リニアモータにおいてコイルを効率よく冷却することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本開示のリニアモータは、
リニア固定子と、
圧粉磁心で形成されたコアと前記コアに巻回されたコイルとを有し、前記リニア固定子に対向するリニア可動子と、
前記コアと冷媒との熱交換により前記コイルを冷却する冷却部材と、
を備えることを要旨とする。

【0008】

このリニアモータでは、コイルが巻回されるコアを圧粉磁心で形成し、当該コアを冷媒との熱交換により冷却する。圧粉磁心は、電磁鋼板を積層する場合と比べて、成形の自由度が高いため、コイルとコアとの密着性を向上させ、コイルで発熱した熱をコアに効率よく伝えることができる。したがって、コアを冷媒との熱交換により冷却することで、コイルを効率よく冷却することができる。

【0009】

本開示の部品実装機は、
部品を採取可能な採取部材と、
前記採取部材を保持するヘッドと、
前記ヘッドを水平方向に移動させるヘッド移動装置と、
前記ヘッド移動装置の駆動源として、リニア固定子と、圧粉磁心で形成されたコアと前記コアに巻回したコイルとを有し前記リニア固定子に対向するリニア可動子と、前記コアと冷媒との熱交換により前記コイルを冷却する冷却部材と、を有するリニアモータと、
を備えることを要旨とする。

【0010】

本開示の部品実装機は、本開示のリニアモータと同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】部品実装機１０の斜視図である。

【図2】部品実装機１０の上面図である。

【図3】ビーム部材２１の斜視図である。

【図4】ヘッド２０及びビーム部材２１の斜視図である。

【図5】Ｘ軸移動装置３０の外観斜視図である。

【図6】図５のＡ－Ａ断面図である。

【図7】コア７０にコイル６０が巻回された状態を示す平面図である。

【図8】コア７０にコイル６０が巻回された状態を示す斜視図である。

【図9】コア７０の斜視図である。

【図10】Ｘ軸冷却装置４０の側面図である。

【図11】従来例のコア１７０にコイル６０が巻回された状態を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

【0013】

図１は、部品実装機１０の斜視図である。図２は、部品実装機１０の上面図である。図３は、ビーム部材２１の斜視図である。図４は、ヘッド２０及びビーム部材２１の斜視図である。図５は、Ｘ軸移動装置３０の外観斜視図である。図６は、図５のＡ－Ａ断面図である。図７は、コア７０にコイル６０が巻回された状態を示す平面図である。図８は、コア７０にコイル６０が巻回された状態を示す斜視図である。図９は、コア７０の斜視図である。図１０は、Ｘ軸冷却装置４０の側面図である。図１１は、従来例のコア１７０にコイル６０が巻回された状態を示す平面図である。なお、左右方向（Ｘ軸方向）、前後方向（Ｙ軸方向）、上下方向（Ｚ軸方向）は、各図に示した通りである。

【0014】

本実施形態の部品実装機１０は、図１，図２に示すように、フィーダＦから供給される部品をピックアップして基板Ｓ上に実装するものである。この部品実装機１０は、基台１２と、基板搬送装置（図示せず）と、第１および第２ヘッド２０ａ，２０ｂと、第１および第２ビーム部材２１ａ、２１ｂと、第１および第２Ｙ軸移動装置５０ａ，５０ｂと、第１および第２Ｘ軸移動装置３０ａ，３０ｂと、を備える。これらは、筐体１１内に収容されている。基台１２上段における左右両側には、前後に延在する帯状の支持台１３が設けられている。また、筐体１１の前面には、作業者によって操作されると共に各種情報の表示が可能な操作パネル１４が設置されている。なお、第１ヘッド２０ａと第２ヘッド２０ｂとは、単にヘッド２０と呼ぶ場合がある。第１ビーム部材２１ａと第２ビーム部材２１ｂは、単にビーム部材２１と呼ぶ場合がある。第１Ｘ軸移動装置３０ａと第２Ｘ軸移動装置３０ｂは、単にＸ軸移動装置３０と呼ぶ場合がある。第１Ｙ軸移動装置５０ａと第２Ｙ軸移動装置５０ｂは、単にＹ軸移動装置５０と呼ぶ場合がある。

【0015】

基板搬送装置は、前後一対のコンベアベルトと、コンベアベルトを周回駆動するモータと、を有する。基板搬送装置は、モータによりコンベアベルトを駆動することで、コンベアベルト上の基板Ｓを左から右へと搬送する。なお、基板搬送装置は、基板Ｓを搬送するレーンを基板搬送方向に直交する幅方向に複数備えてもよい。また、基板搬送装置は、基板搬送方向に複数並ぶように基板Ｓを搬送してもよい。

【0016】

ヘッド２０は、部品を吸着するノズル（本開示の採取部材に相当）を有する。図１および図２に示すように、ヘッド２０は、左右（Ｘ軸）に移動可能にビーム部材２１に支持される。

【0017】

ビーム部材２１は、左右（Ｘ軸）に延在する長尺部材である。ビーム部材２１は、Ｙ軸リニアガイド５１（ガイドレール）に架け渡されて当該一対のＹ軸リニアガイド５１に沿って前後（Ｙ軸）に移動可能である。ビーム部材２１は、図３～図５に示すように、側面には、上下一対のＸ軸リニアガイド３１（ガイドレール）が接合されている。上下一対のＸ軸リニアガイド３１は、例えば、接着とねじ接合やピン接合との併用によりビーム部材２１に接合されている。また、ビーム部材２１の両端部には、Ｙ軸ブロック部材２２が固定され、ビーム部材２１は、両端部において各Ｙ軸ブロック部材２２がそれぞれ対応するＹ軸リニアガイド５１上を移動することにより、前後（Ｙ軸）に移動する。

【0018】

Ｙ軸移動装置５０は、ビーム部材２１を前後（Ｙ軸）に移動させるものである。Ｙ軸移動装置５０は、図２に示すように、左右一対のＹ軸リニアガイド５１と、左右にそれぞれ設けられたＹ軸リニアモータ５２と、左右一対のＹ軸リニアガイド５１にそれぞれ複数個ずつ摺動可能に装着されると共にＹ軸ブロック部材２２を支持する図示しないＹ軸ガイドナットと、図示しないＹ軸冷却装置と、を有する。Ｙ軸リニアモータ５２は、図示しないＹ軸電源ケーブルを介して電力の供給を受けて動作する。Ｙ軸リニアモータ５２は、前後に延在するように支持台１３に固定されるＹ軸固定子５３と、Ｙ軸固定子５３と上下に所定の間隔をおいて対向するようにＹ軸ブロック部材２２に固定されるＹ軸可動子５４と、を有するフラット形リニアモータとして構成される。Ｙ軸固定子５３は、Ｙ軸リニアガイド５１と同一平面上に当該Ｙ軸リニアガイド５１に沿ってＮ極、Ｓ極の極性が交互に異なるように平置き配置された複数の永久磁石を有する。Ｙ軸可動子５４は、いずれも図示しない、複数のコアと、当該コアに巻回された複数のコイルとを有する。左右一対のＹ軸リニアガイド５１は、図２に示すように、左右の支持台１３の上面に前後に延在するように配置されている。

【0019】

Ｘ軸移動装置３０は、ヘッド２０を左右（Ｘ軸）に移動させるものである。Ｘ軸移動装置３０は、図３および図４に示すように、上述した上下一対のＸ軸リニアガイド３１と、Ｘ軸リニアモータ３２と、複数個（４個）のＸ軸ガイドナット３６と、Ｘ軸冷却装置４０と、を有する。ヘッド２０は、Ｘ軸リニアガイド３１に沿って左右に移動可能にビーム部材２１に支持されている。

【0020】

Ｘ軸移動装置３０のＸ軸リニアモータ３２は、図示しないＸ軸電源ケーブルを介して電力の供給を受けて動作する。Ｘ軸リニアモータ３２は、本実施形態では、ビーム部材２１の側面に貼り付けられたＸ軸固定子３３と、Ｘ軸固定子３３と前後に所定の間隔をおいて対向するように配置されるＸ軸可動子３４とを有するフラット形リニアモータとして構成される。Ｘ軸固定子３３は、ビーム部材２１の側面における上下一対のＸ軸リニアガイド３１の間に、当該Ｘ軸リニアガイド３１に沿ってＮ極、Ｓ極の極性が交互に異なるように配列された複数の永久磁石を有する。Ｘ軸可動子３４は、複数のコア７０と、コア７０に巻回された複数のコイル６０とを有する。Ｘ軸可動子３４は、上下一対のＸ軸リニアガイド３１にそれぞれ配置されたＸ軸ガイドナット３６により支持されており、複数のコイル６０に三相交流電流を印加することにより左右（Ｘ軸）に移動する。図３～５に示すように、本実施形態では、Ｘ軸ガイドナット３６は、上下一対のＸ軸リニアガイド３１に２個ずつ配置され、Ｘ軸可動子３４は、計４個のＸ軸ガイドナット３６に支持される。

【0021】

コイル６０は、図７，８に示すように、コア７０に対して、直線部６０ａと屈曲部６０ｂとを有する楕円状（トラック状）に巻回されて形成されている。直線部６０ａは、Ｚ軸方向に延びる直線状の部分である。屈曲部６０ｂは、直線部６０ａの端部同士を繋ぐように半円状に形成された部分である。コイル６０は、絶縁被覆された導体を、巻芯に巻線した後、巻芯を取り外して形成される。

【0022】

コア７０は、圧粉磁心で形成され、図７～９に示すように、平面部７０ａと曲面部７０ｂとを備える。平面部７０ａは、Ｚ軸方向に延びる直線状部の部分である。曲面部７０ｂは、平面部７０ａの端部同士を繋ぐように半円状に形成された部分である。平面部７０ａは、コイル６０における直線部６０ａの内周面と当接している。曲面部７０ｂは、コイル６０における屈曲部６０ｂの内周面に当接している。すなわち、コア７０は、全周にわたりコイル６０の内周面に当接している。コア７０は、絶縁被覆された軟磁性粉末を、金型を用いてプレス加工により圧縮成形することで形成される。

【0023】

Ｘ軸冷却装置４０は、Ｘ軸可動子３４のコイル６０への通電により発生した熱をコア７０との熱交換により放熱するものである。Ｘ軸冷却装置４０は、図５，６に示すように、取付ブラケット４１とＸ軸冷却装置本体４２とを有する。取付ブラケット４１は、Ｘ軸可動子３４にＸ軸冷却装置本体４２を取り付けるための部材である。取付ブラケット４１は、熱伝導性のよい金属（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等）で形成されている。

【0024】

図５，６及び図１０に示すように、Ｘ軸冷却装置本体４２の表面には、所定の間隔をおいて互いに平行にＺ軸方向に延在する複数の溝４２ａが形成されている。具体的には、図１０に示すように、Ｘ軸冷却装置本体４２の側面に形成された凹状の溝形成領域４３に、Ｚ軸方向に延存する複数の仕切部材４４が所定の間隔で取り付けられている。Ｘ軸冷却装置本体４２では、仕切部材４４同士の間が溝４２ａとなっている。各溝４２ａは、Ｘ軸冷却装置本体４２が取付ブラケット４１に取り付けられた状態でエア流路を形成する。仕切部材４４には、溝４２ａ同士の間でエアを流通させるために、仕切部材４４をＸ軸方向に連通する図示しない連通部が設けられている。Ｘ軸冷却装置本体４２は、熱伝導性のよい金属（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等）で形成されている。

【0025】

Ｘ軸冷却装置４０は、図示しないエア供給源に接続されると共に複数のエア流路（溝４２ａ）の一端側に形成されるエア入口部４５と、複数のエア流路の他端側に形成されるエア出口部４７と、エア入口部４５から入力されたエアを複数のエア流路に分配する分配部４６と、を有する（図１０参照）。エア出口部４７は、左右に２箇所設けられ、エア流路（溝４２ａ）及び仕切部材４４に形成された連通部を通過したエアは、左右に分かれてそれぞれのエア出口部４７から排出される。

【0026】

Ｘ軸リニアモータ３２では、コイル６０が巻回されるコア７０を圧粉磁心で形成し、コア７０を冷媒との熱交換により冷却する。コア７０は、図１１に示すような電磁鋼板を積層して形成したコア１７０と比べて、成形の自由度が高い。コア７０の曲面部７０ｂを、金型により容易に成形することができるためである。そのため、コイル６０とコア７０との密着性を向上させ、コイル６０で発熱した熱をコア７０に効率よく伝えることができる。よって、図１１に示すように、電磁鋼板を積層してコア１７０を形成した場合と比べると、コイル６０との密着性が向上させることができる。これにより、Ｘ軸リニアモータ３２では、コア７０を冷媒との熱交換により冷却することで、コイル６０を効率よく冷却することができる。

【0027】

ここで、実施形態の構成要素と本開示の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のＸ軸リニアモータ３２が本開示のリニアモータに相当し、Ｘ軸固定子３３がリニア固定子に相当し、コイル６０がコイルに相当し、コア７０がコアに相当し、Ｘ軸冷却装置４０が冷却部材に相当する。また、本開示の第１ヘッド２０ａ及び第２ヘッド２０ｂが本開示のヘッドに相当し、第１Ｘ軸移動装置３０ａ、第２Ｘ軸移動装置３０ｂ、第１Ｙ軸移動装置５０ａ及び第２Ｙ軸移動装置５０ｂがヘッド移動装置に相当する。

【0028】

以上説明したように、Ｘ軸リニアモータ３２では、コイル６０が巻回されるコア７０を圧粉磁心で形成し、コア７０を冷媒との熱交換により冷却する。コア７０は、電磁鋼板を積層する場合と比べて、成形の自由度が高いため、コイル６０とコア７０との密着性を向上させ、コイル６０で発熱した熱をコア７０に効率よく伝えることができる。したがって、コア７０を冷媒との熱交換により冷却することで、コイル６０を効率よく冷却することができる。

【0029】

また、Ｘ軸リニアモータ３２では、コイル６０は、直線部６０ａと屈曲部６０ｂとを有する楕円状に巻回されており、コア７０は、コイル６０の直線部６０ａ及び屈曲部６０ｂにおけるそれぞれの内周面に当接するように形成されている。これにより、コイル６０をより効率よく冷却することができる。

【0030】

また、Ｘ軸リニアモータ３２では、Ｘ軸冷却装置４０は、コア７０と当接して冷媒の流路を取付ブラケット４１とＸ軸冷却装置本体４２とを有する。これにより、コイル６０を十分効率よく冷却することができる。

【0031】

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0032】

例えば、上述した実施形態では、部品実装機１０は、２つのヘッド２０（第１および第２ヘッド２０ａ，２０ｂ）を備えるものとしたが、単一のヘッド２０を備えるものとしてもよい。この場合、部品実装機１０は、ビーム部材２１、Ｘ軸移動装置３０およびＹ軸移動装置５０をそれぞれ１組ずつ備えればよい。

【0033】

上述した実施形態では、本開示のリニアモータをＸ軸リニアモータ３２に適用して説明したが、Ｙ軸リニアモータ５２に適用してもよい。

【0034】

上述した実施形態では、本開示のリニアモータをフラット形リニアモータとして説明したが、Ｔ形リニアモータとしてもよい。

【0035】

上述した実施形態では、コイル６０の形状を直線部６０ａと屈曲部６０ｂとを有する楕円状（トラック状）とした。しかし、コイル６０は、角丸長方形状に形成されていてもよい。ここで、角丸長方形とは、長方形の四隅が丸みを帯びた形状である。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本開示は、部品実装機の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0037】

１０ 部品実装機、１１ 筐体、１２ 基台、１３ 支持台、１４ 操作パネル、２０ ヘッド、２０ａ 第１ヘッド、２０ｂ 第２ヘッド、２１ ビーム部材、２１ａ 第１ビーム部材、２１ｂ 第２ビーム部材、２２ Ｙ軸ブロック部材、３０ Ｘ軸移動装置、３０ａ 第１Ｘ軸移動装置、３０ｂ 第２Ｘ軸移動装置、３１ Ｘ軸リニアガイド、３２ Ｘ軸リニアモータ、３３ Ｘ軸固定子、３４ Ｘ軸可動子、３６ Ｘ軸ガイドナット、４０ Ｘ軸冷却装置、４１ 取付ブラケット、４２ Ｘ軸冷却装置本体、４２ａ 溝、４３ 溝形成領域、４４ 仕切部材、４５ エア入口部、４６ 分配部、４７ エア出口部、５０ Ｙ軸移動装置、５０ａ 第１Ｙ軸移動装置、５０ｂ 第２Ｙ軸移動装置、５１ Ｙ軸リニアガイド、５２ Ｙ軸リニアモータ、５３ Ｙ軸固定子、５４ Ｙ軸可動子、６０ コイル、６０ａ 直線部、６０ｂ 屈曲部、７０ コア、７０ａ 平面部、７０ｂ 曲面部、Ｆ フィーダ、Ｓ 基板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】