(57)【要約】【課題】  駆動用シャフトを回転させることができ、小型かつ簡単な構成で前記駆動用シャフトの軸方向の位置を高精度に検出可能なシャフト型リニアモータを提供する。【解決手段】  シャフト型リニアモータ４０は、中央の貫通穴を直線状に配列して軸挿入穴を形成するよう複数の中空円筒状コイル４８を配設した固定子４７と、永久磁石４５ａのＮ極、Ｓ極同士を当接させて軸方向に配置し、固定子４７内に移動可能に挿入された駆動用シャフト４５と、固定子４７の軸方向に所定間隔をおいて配設され、前記永久磁石４５ａの磁界の強さを検出して磁界強度信号を出力する複数の磁極検出センサ４９１〜４９４を備えるセンサユニット４９ａ、４９ｂと、磁極検出センサ４９１〜４９４からそれぞれ出力された磁界強度信号を受信し、当該複数の磁界強さ信号に基づいて駆動用シャフト４５の位置を検出する検出部１００とから構成される。【選択図】  図９Ａ
2006067771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の複数のコイルを同心で直線状に配設した中空の固定子と、
軸方向に沿ってほぼ等間隔にＮ極とＳ極の各磁極が交互に設けられ、前記固定子の中空部に挿入されて前記複数のコイルと前記磁極との相互作用で軸方向に移動する駆動用シャフトと、
前記駆動用シャフトの外周面に対向して前記軸方向に所定間隔をおいて配設される少なくとも一対の磁気検出センサを含み、それぞれの磁気検出センサが検出する駆動用シャフトに設けられた前記磁極の磁界の強さを磁界強度信号として出力するセンサユニットと、
前記出力された複数の磁界強度信号を受信し、当該磁界強度信号に基づいて前記固定子に対する前記駆動用シャフトの移動位置を検出する検出部と、から構成されることを特徴とするシャフト型リニアモータ。
【請求項２】
前記駆動用シャフトに設けられた磁極が、当該駆動用シャフト自身に着磁された磁極であることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト型リニアモータ。
【請求項３】
当該駆動用シャフトが棒状芯材と当該棒状芯材に外装された永久磁石とから構成され、前記駆動用シャフトに設けられた磁極は、前記外装された永久磁石の磁極であることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト型リニアモータ。
【請求項４】
前記駆動用シャフトが、Ｎ極又はＳ極同士を突き合わせて前記軸方向に積み重ねて固定された連続する複数の永久磁石から構成され、前記駆動用シャフトに設けられた磁極は、前記複数の永久磁石の磁極であることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト型リニアモータ。
【請求項５】
前記駆動用シャフトの軸に交差する方向の前記駆動用シャフトのずれ、または前記軸に対する前記駆動用シャフトの傾斜を抑制する軸受部を前記固定子が備えていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一に記載のシャフト型リニアモータ。
【請求項６】
前記センサユニットの少なくとも一対の磁極検出センサは、いずれか一方の磁極検出センサが略最大又は略最小の磁界強さを検出するときにいずれか他方の磁極検出センサが略０の磁界強さを検出する相互間隔を設けて配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一に記載のシャフト型リニアモータ。
【請求項７】
前記センサユニットが、前記固定子の中空部の中心軸を中心に放射状に配設された複数のセンサユニットから構成され、
前記検出部が、前記複数のセンサユニットからそれぞれ出力される複数の磁界強度信号に基づいて前記駆動用シャフトの軸に直交する方向の前記駆動用シャフトのずれ、または前記軸に対する前記駆動用シャフトの傾斜に伴う磁界強さの変動を補正して前記駆動用シャフトの移動位置を検出することを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一に記載のシャフト型リニアモータ。
【請求項８】
前記検出部が、前記駆動用シャフトに設けられた磁極間の長さに基づいて前記駆動用シャフトの移動量を記憶し、前記駆動用シャフトの移動位置検出時に前記記憶された移動量を基に前記駆動用シャフトの位置補正を行うことを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のシャフト型リニアモータ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一に記載のシャフト型リニアモータを軸平行に複数配置して構成されたことを特徴とする多軸式シャフト型リニアモータ。
【請求項１０】
前記複数配置されたシャフト型リニアモータの内、隣接するシャフト型リニアモータ相互間での磁力障害を排除する磁力遮蔽手段をさらに備えていることを特徴とする、請求項９に記載の多軸式シャフト型リニアモータ。
【請求項１１】
前記磁力遮蔽手段は、１つのシャフト型リニアモータの磁石が発生する各磁力線が隣接するシャフト型リニアモータの磁石が発生する磁力線と相互作用しないよう、隣接するシャフト型リニアモータ同士の間に配設される強磁性体材料であることを特徴とする、請求項１０に記載の多軸式シャフト型リニアモータ。
【請求項１２】
前記シャフト型リニアモータが、他のシャフト型リニアモータと一方の側でのみ隣接し、前記一方の側と軸対称となる他方の側には他のシャフト型リニアモータが存在していない場合、前記他方の側にも磁力遮蔽手段をさらに備えていることを特徴とする、請求項１１に記載の多軸式シャフト型リニアモータ。
【請求項１３】
部品供給部に供給された部品を取り出して回路基板の実装位置に実装する部品実装用の実装ヘッドであって、
請求項１から請求項１２のいずれか一に記載のシャフト型リニアモータと、
前記シャフト型リニアモータの前記駆動用シャフトに連結されたスプラインシャフトと、
前記スプラインシャフトに連結され、かつ吸引により部品を保持可能なノズル部と、
前記スプラインシャフトに嵌合して当該スプラインシャフトの軸方向に摺動可能であり、前記スプラインシャフトと共に回動自在となるよう回転駆動源に連なったボールスプラインナットとを備え、
前記シャフト型リニアモータの駆動で前記スプラインシャフトの軸方向へ移動するノズル部の高さ位置を前記シャフト型リニアモータの検出部により検出することを特徴とする実装ヘッド。
【請求項１４】
前記センサユニットが、前記コイルと前記ボールスプラインナットとの間に配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の実装ヘッド。
【請求項１５】
前記駆動用シャフトと前記スプラインシャフトとがそれぞれ中空で構成され、かつ一体となるよう連結され、前記駆動用シャフトの上端から前記ノズル部に至るまで連通するエア吸引路が形成されていることを特徴とする、請求項１３又は請求項１４に記載の実装ヘッド。
【請求項１６】
部品を連続的に供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を取り出して回路基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを搬送するロボットと、回路基板を搬入して保持する基板搬送保持装置と、全体の動作を制御する実装制御装置とから構成され、前記実装ヘッドに装着されたノズル部を利用して吸引作用により前記部品供給部から部品を取り出し、吹出し作用により当該部品を回路基板の実装位置に実装する部品実装装置において、
前記実装ヘッドが、請求項１３から請求項１５のいずれか一に記載の実装ヘッドであることを特徴とする部品実装装置。
【請求項１７】
軸方向に所定間隔を設けてＮ極とＳ極の各磁極を交互に設けた駆動用シャフトを、複数のコイルからなる中空状の固定子内に挿入し、前記複数のコイルと前記磁極との相互作用によって前記駆動用シャフトを前記軸方向に移動させるシャフト型リニアモータの前記駆動用シャフトの移動位置を検出する検出方法において、
前記軸方向に所定間隔を設けて前記固定子側に配置された少なくとも一対の磁極検出センサにより駆動用シャフトに設けられた前記磁極の磁界の強さ検出し、それぞれの検出結果を基に前記駆動用シャフトの移動位置を検出することを特徴とする検出方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一対の磁極検出センサを、いずれか一方の磁極検出センサが略最大又は略最小の磁界強さを検出するときにいずれか他方の磁極検出センサが略０の磁界強さを検出するような相互間隔を設けて配置することを特徴とする、請求項１７に記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動用シャフトが直線運動をするシャフト型リニアモータ、そのシャフト型リニアモータを用いた実装ヘッド、その実装ヘッドを用いた部品実装装置、さらにシャフト型リニアモータの駆動用シャフトの移動位置を検出する検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されているように、固定子と駆動用シャフトとを備えたシャフト型リニアモータが従来から知られている。このようなリニアモータは、複数の永久磁石を互いに同じ磁極同士が対向するように直列に組み合わせてなる可動部と、この可動部の外側にこれを囲むように配置され、可動部を軸方向にスライド可能なコイルを含むステータ部とを有している。永久磁石で発生する磁界の磁力線と交叉するようにコイルに電流を流すことにより、この電流と磁界との相互作用に基づいてコイル部に軸方向に向けた駆動力が発生し、その結果、可動部が移動する。
【０００３】
これらのリニアモータをＦＡ機器などの精密機器に用いる場合、可動部の位置決め精度が問題となる。リニアモータの位置決め精度を向上させるための位置検出方法としては、特許文献２に開示されているように、光学的に位置を検出するリニアスケールを用いた構成のものや、特許文献３に開示されているように、リニアレゾルバを用いたものが開示されている。
【０００４】
しかし、光学的な位置検出器を用いたリニアスケールは価格が高く、シャフト型リニアモータの価格を低減することへの障害になっている。また、リニアスケールと読み取りヘッドとの高度のクリアランス管理が要求されている。一方、リニアレゾルバを用いたリニアモータは、レゾルバ用のシャフトを別に設けるため構造が複雑化大型化し、かつモータのストロークがレゾルバのシャフト長に依存するため、レゾルバのシャフト長を超えたストロークを実現できないという問題がある。
【０００５】
また、特許文献４には、可動部に駆動用着磁部分と位置検出用着磁部分、ステータ部に駆動用コイルと位置検出用磁気センサを設けたリニアモータが開示されている。これは、駆動用の着磁部分とは別に、より精細に配置された位置検出用の着磁部分を備えることで、可動部の位置検出の精度を向上させようとするものである。
【特許文献１】特開平１０−３１３５６６号公報
【特許文献２】特開２０００−２６２０３４号公報
【特許文献３】特開２００３−３２９９５号公報
【特許文献４】特開平７−１０７７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献４に開示の技術では、可動部に駆動用着磁部分と位置検出用着磁部分、固定子に駆動用コイルと位置検出用磁気センサをそれぞれ個別に設けなければならないという問題がある。より具体的に、一つの可動軸に１０ｍｍピッチの駆動用着磁部分と１０μｍピッチの位置検出用着磁部分との２つを設けなければならないという難しさがある。さらに可動部の位置精度を向上させるためには、さらに極小ピッチで位置検出用着磁部分を設けなければならず、構成を複雑にするものである。
【０００７】
また、可動部に駆動用着磁部分と位置検出用着磁部分が設けられており、それぞれの着磁部分は固定子の駆動用コイル、位置検出用磁気センサに対向するような位置に存在させる必要があるので、可動軸が固定子に対して回転可能な構成を有するシャフト型リニアモータに用いることは困難であるという問題があった。
【０００８】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、シャフトを回転させることができ、小型かつ簡単な構成で高精度に位置検出をすることができるシャフト型リニアモータ、そのシャフト型リニアモータを用いた実装ヘッド、その実装ヘッドを用いた部品実装装置、さらにはシャフト型リニアモータの可動部の移動位置を検出するための検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成のシャフト型リニアモータを提供している。
【００１０】
本発明の第１態様によれば、リング状の複数のコイルを同心で直線状に配設した中空の固定子と、
軸方向に沿ってほぼ等間隔にＮ極とＳ極の各磁極が交互に設けられ、前記固定子の中空部に挿入されて前記複数のコイルと前記磁極との相互作用で軸方向に移動する駆動用シャフトと、
前記駆動用シャフトの外周面に対向して前記軸方向に所定間隔をおいて配設される少なくとも一対の磁気検出センサを含み、それぞれの磁気検出センサが検出する駆動用シャフトに設けられた前記磁極の磁界の強さを磁界強度信号として出力するセンサユニットと、
前記出力された複数の磁界強度信号を受信し、当該磁界強度信号に基づいて前記固定子に対する前記駆動用シャフトの移動位置を検出する検出部と、から構成されることを特徴とするシャフト型リニアモータを提供する。
【００１１】
前記駆動用シャフトに設けられた磁極は、当該駆動用シャフト自身に着磁された磁極とすることができる。又は、当該駆動用シャフトを棒状芯材と当該棒状芯材に外装された永久磁石とから構成し、前記駆動用シャフトに設けられた磁極を、前記外装された永久磁石の磁極とすることができる。さらには、前記駆動用シャフトを、Ｎ極又はＳ極同士を突き合わせて前記軸方向に積み重ねて固定された連続する複数の永久磁石から構成し、前記駆動用シャフトに設けられた磁極を、前記複数の永久磁石の磁極とすることもできる。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、前記駆動用シャフトの軸に交差する方向の前記駆動用シャフトのずれ、または前記軸に対する前記駆動用シャフトの傾斜を抑制するための軸受部を前記固定子が備えている第１態様のシャフト型リニアモータを提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記センサユニットの少なくとも２つの磁極検出センサは、一方の磁極検出センサが略最大又は最小の磁界強さを検出するときに他方の磁極検出センサが略０の磁界強さを検出するような前記軸方向の間隔を設けて配置されている、第１又は第２態様のシャフト型リニアモータを提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記センサユニットが前記固定子の中空部の中心軸を中心に放射状に配設された複数のセンサユニットから構成され、前記検出部が、前記複数のセンサユニットからそれぞれ出力される複数の磁界強度信号に基づいて前記駆動用シャフトの軸に直交する方向の前記駆動用シャフトのずれ、または前記軸に対する前記駆動用シャフトの傾斜に伴う磁界強さの変動を補正して前記駆動用シャフトの移動位置を検出する第１から第３態様のいずれか１つのシャフト型リニアモータを提供する。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記検出部は、前記前記駆動用シャフトに設けられた磁極間の長さに応じた駆動用シャフトの移動量を記憶し、前記駆動用シャフトの位置検出時において前記駆動用シャフトの位置補正を行う第１から第４態様のいずれか１つのシャフト型リニアモータを提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、第１態様から第５態様のいずれか一のシャフト型リニアモータを軸平行に複数配置して構成されたことを特徴とする多軸式シャフト型リニアモータを提供する。当該多軸式シャフト型リニアモータは、前記複数配置されたシャフト型リニアモータの内、隣接するシャフト型リニアモータ相互間での磁力障害を排除する磁力遮蔽手段をさらに備えることができる。前記磁力遮蔽手段は、１つのシャフト型リニアモータの磁石が発生する各磁力線が隣接するシャフト型リニアモータの磁石が発生する磁力線と相互作用しないよう、隣接するシャフト型リニアモータ同士の間に配設される強磁性体材料とすることができる。前記シャフト型リニアモータが他のシャフト型リニアモータと一方の側でのみ隣接し、前記一方の側と軸対称となる他方の側には他のシャフト型リニアモータが存在していない場合、前記他方の側にも磁力遮蔽手段をさらに備えていることが望ましい。
【００１７】
本発明の第７態様によれば、第１から第５態様のいずれか１つのシャフト型リニアモータと、当該シャフト型リニアモータの前記駆動用シャフトに連結されたスプラインシャフトと、前記スプラインシャフトに連結されかつ吸引により部品を保持可能なノズル部と、前記スプラインシャフトに嵌合し前記スプラインシャフトを摺動かつ回動自在でかつ回転駆動源に連なるボールスプラインナットとを有し、シャフト型リニアモータの検出部により、前記ノズル部の高さ位置を検出可能に構成されている実装ヘッドを提供する。
【００１８】
本発明の第８態様によれば、前記シャフト型リニアモータのセンサユニットが、前記コイルとボールスプラインナットとの間に配置されている第７態様の実装ヘッドを提供する。
【００１９】
本発明の第９態様によれば、前記駆動用シャフトとスプラインシャフトは中空で構成されかつ一体的に連結されており、前記駆動用シャフトの上部から前記ノズル部に連通するエア吸引路が形成される第６態様の実装ヘッドを提供する。
【００２０】
本発明の第１０態様によれば、部品を連続的に供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を取り出して回路基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを搬送するロボットと、回路基板を搬入して保持する基板搬送保持装置と、全体の動作を制御する実装制御装置とから構成され、前記実装ヘッドに装着されたノズル部を利用して吸引作用により前記部品供給部から部品を取り出し、吹出し作用により前記部品を回路基板の実装位置に実装する部品実装装置であって、前記実装ヘッドが、第７態様から第９態様のいずれか一の実装ヘッドを搭載した部品実装装置を提供する。
【００２１】
本発明の第１１態様によれば、軸方向に所定間隔を設けてＮ極とＳ極の各磁極を交互に着磁させた駆動用シャフトを複数のコイルからなる中空状の固定子内に挿入し、前記複数のコイルと前期駆動用シャフトに設けられた磁極との相互作用によって前記駆動用シャフトを前記軸方向に移動させるシャフト型リニアモータの前記駆動用シャフトの移動位置を検出する検出方法であって、前記軸方向に所定間隔を設けて前記固定子側に配置された少なくとも一対の磁極検出センサにより前記駆動用シャフトに設けられた磁極の磁界の強さ検出し、それぞれの検出結果を基に前記駆動用シャフトの移動位置を検出することを特徴とする検出方法を提供する。前記少なくとも一対の磁極検出センサは、いずれか一方の磁極検出センサが略最大又は略最小の磁界強さを検出するときにいずれか他方の磁極検出センサが略０の磁界強さを検出するような相互間隔を設けて配置することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１態様及び第１１態様によれば、例としてリング状のコイルのように、中央に好ましくは円形の貫通穴を有する複数のコイルを配列し、当該貫通穴に円柱形状の駆動用シャフトを挿入するように構成している。よって、駆動用シャフトとその周囲に位置するコイルとの間隔を略一定に保つことができる。また、駆動用シャフトには、周方向に延在して、好ましくは全周にわたって永久磁石の同極が配置される。駆動用シャフトに設けられる磁極は、例えば、均一長さの円柱形状の磁石を複数用いて棒状芯材に組み込むように構成されていてもよいし、シート状の永久磁石を棒状芯材の周りに外装してもよい。また、駆動用シャフトを直接着磁するように構成してもよい。
【００２３】
駆動用シャフトは、磁極の同極が対向するように駆動用シャフトの軸方向に並んで設けられている。よって、永久磁石の磁界に基づいて、駆動用シャフトに沿って略正弦波状の強度分布を有する磁界が駆動用シャフトの周囲に形成される。したがって、コイルに対して駆動用シャフトが軸中心に回転した場合であっても、駆動用シャフトとコイルの間隔が変わることがなく、リニアモータとしての駆動推力に影響を及ぼすことがない。なお駆動用シャフトに配置される永久磁石の大きさは、リニアモータの用途やサイズに応じて適宜設計すればよく、また、その数は、少なくとも２つ配置されていれば一方の極を両端とする磁界周期が形成されるため、リニアモータとしての実現することができる。
【００２４】
また、上記態様においては、駆動用の永久磁石の磁界を軸方向に異なる位置に設けられた複数の磁極検出センサを有するセンサユニットで検出し、当該２つのセンサユニット出力に基づいて、位置を検出することとしているため、前記磁界周期中の位置検出を行うことで位置検出用の着磁部分を別途設ける必要がなく、簡単な構成で駆動用シャフトの位置を検出することができる。
【００２５】
本発明の第２態様において、軸受部は、例えば、複数のコイルの両端に設けることが望ましく、また、センサユニットは、軸受部の直近に設けることが好ましい。本態様によれば、軸受部により駆動用シャフトが軸に交差する方向にずれたり、あるいは駆動用シャフトが前記軸に対して傾斜したりすることがないようにガイドされているため、コイルと駆動用シャフトとの間隔の変化が極力抑えられ、センサユニットの出力に与える影響を少なくして位置検出の精度を向上させることができる。
【００２６】
本発明の第３態様によれば、２つの磁極検出センサを磁界検出強さが一定の位相差を有する位置に設け磁界周期中の位置検出において、演算処理を行うことができる。特に好ましくは、一方の磁極検出センサが駆動用シャフトに設けられた磁極による略最大又は略最小の磁界強さを検出するときに、他方の磁極検出センサが略０の磁界強さを検出するような位置に配置すれば、駆動用シャフトの磁界周期に対してπ／２だけ位相がずれて配置されることとなるため、磁界周期中の位置検出において、直交座標を用いた円内角度として演算処理を行うことができる。したがって、磁界周期内の位置検出を簡単かつ高精度にすることができる。
【００２７】
本発明の第４態様によれば、センサユニットが、固定子の軸挿入穴の中心軸上に中心を有し、かつ当該中心軸に直交する平面上に存在する略同一円周上に複数設けられているため、駆動用シャフトが軸挿入穴からずれた場合や駆動用シャフトの回転方向位置で磁極の大きさに差がある場合であっても、それぞれのセンサユニットと駆動用シャフトとの間隔距離の合計距離としてはあまり変化がない。すなわち、一方のセンサユニットに近づくように駆動用シャフトがずれた場合には、他方のセンサユニットからは遠ざかることとなるため、双方のセンサユニットの出力の合計は相殺されることとなる。よって、複数のセンサユニットの出力に基づいて、当該出力を補正することで、駆動用シャフトのずれによる位置検出に及ぼす影響を少なくすることができる。出力の補正としては、具体的には、例えば、それぞれのセンサユニットからの各磁極検出センサの出力値を加算平均した値に基づいて、駆動用シャフトの位置検出を行うことができる。
【００２８】
なお、略同一円周上に設けられたセンサユニットは３つを均等間隔に配置することで駆動用シャフトがいずれの方向にずれを生じた場合であっても、それぞれのセンサユニットの出力を相殺することで好適に位置を検出することができる。また、略同一円周上に複数設けられたセンサユニットが均等間隔に配置されない場合は位置に応じた補正をすることで位置を検出することができる。
【００２９】
本発明の第５態様によれば、検出部で駆動用シャフトのＮ極とＳ極の磁極変化が繰り返されるごとに磁界の周期長を記憶することにより、駆動用シャフトの位置検出の精度を向上させることができる。すなわち、本実施の形態にかかるリニアモータでは、磁界周期における位置から駆動用シャフトの位置を検出するため、磁界周期長の情報を格納することにより、より精度の高い駆動用シャフトの位置検出を行うことができる。特に、連続するＮ極とＳ極間の間隔がわずかに異なり、その結果磁界周期の長さにばらつきがあるような場合に、当該ばらつきが位置精度に与える影響を少なくすることができる。
【００３０】
本発明の第６態様によれば、複数の上述したシャフト型リニアモータを配置した多軸式シャフト型リニアモータを利用し、各シャフト型リニアモータをそれぞれ個別に制御することで複数の動作を同時に行うことを可能にする。当該多軸式シャフト型リニアモータに、隣接するシャフト型リニアモータ相互間での磁力障害を排除する磁力遮蔽手段を設けることにより、各シャフト型リニアモータの動作制御への支障を回避することができ、シャフト型リニアモータを接近して配置することが可能となってアクチュエータ全体をコンパクトに形成することができる。
【００３１】
本発明の第７態様によれば、第１から第６態様のリニアモータは、シャフトの軸に対して回転した場合であっても位置検出に与える影響が少ないため、部品実装において、実装方向の回転のために駆動用シャフトを回転させる必要がある実装ヘッドに好適に用いることができる。また、ノズル部の高さ位置検出のための機構として駆動用シャフトの駆動用永久磁石の磁界を用いた小型のリニアモータを用いることにより、実装ヘッドも小型化することができる。実装ヘッドは、その先端に設けられたノズル部が駆動用シャフト方向に上下移動する必要があるため、駆動用シャフトの軸を中心に回転可能でかつ軸方向に移動可能に保持するためにスプラインシャフトとボールスプラインナットを用いることが好ましい。
【００３２】
本発明の第８態様によれば、上からシャフト型リニアモータ、センサユニット、スプラインシャフト、ノズル部の順に設けることにより、実装ヘッドを最もコンパクトに構成することができる。
【００３３】
本発明の第９態様によれば、駆動用シャフトとスプラインシャフトとを中空で構成してシャフトの上部からノズル吸引を行うことで、ノズル部にはエア回転ジョイントと電磁弁が不要になり、より一層にコンパクトな実装ヘッドを実現することができる。
【００３４】
本発明の第１０態様によれば、前記コンパクトに構成された実装ヘッドを利用することで、部品実装装置自身を軽量コンパクトに構成することができ、駆動エネルギの減少、搬送速度の向上に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明にかかるシャフト型リニアモータ、及び当該シャフト型リニアモータの駆動軸の移動位置検出方法の実施の形態につき、部品実装装置を例にして図面を参照しながら説明する。
【００３６】
本発明の実施の形態にかかる部品実装装置１０１の全体概略斜視図を図１に示す。部品実装装置１０１は、回路基板２を部品実装装置１０１に搬入するローダー１と、部品が実装された回路基板２を部品実装装置１０１より搬出可能なアンローダー１１と、部品が回路基板２上に実装される間、ローダー１から搬入される回路基板２を搬送保持する一対のサポートレール部を備える第１基板搬送保持装置３とを備えている。図１においては、ローダー１に積載された回路基板２−０を部品実装装置１０１に搬入している状態、第１基板搬送保持装置３に積載された回路基板２−１に部品が実装される状態、及び、部品が実装された回路基板２−３を部品実装装置１０１からアンローダ１１により搬出している状態を同時に示している。なお、以降の説明においては、位置に関係なく一般に回路基板を示す場合には「回路基板２」というように示し、また、特定の位置に位置されている回路基板を示す場合には「回路基板２−０、２−１、２−２、又は２−３」のように示すものとする。また、各構成要素を示す符号にａ、ｂ、ｃ、‥などのサフィックスを付ける場合も同様とする。
【００３７】
部品実装装置１０１はさらに、部品実装作業領域における図示Ｙ軸方向手前側の端部にそれぞれ配置され、かつ、回路基板２に実装すべき複数の部品を部品取出し位置に連続的に順次供給する複数の部品供給カセット８０を有する部品供給部８Ａ、８Ｂと、部品供給部８Ｂの近傍に配置され、かつ、回路基板２に実装すべき部品をトレー上に収納する部品供給部８Ｃを備える。なお、部品供給部８Ａ及び８Ｂにおける夫々の部品供給カセット８０から供給される部品は、例えば、主に微細なチップ部品であり、一方、部品供給部８Ｃから供給される部品には、例えば、主にＩＣチップに代表されるようなＩＣ部品やコネクタ等の異形部品等である。
【００３８】
また、部品実装装置１０１は、部品を供給する部品供給部８Ａ、８Ｂが取り付けられる取り付け部と、部品供給部８Ａ、８Ｂ、８Ｃから供給される部品を吸着して回路基板２上に実装する第１実装ヘッド４と、部品供給部８Ａの近傍の部品実装作業領域中央に近い側に配置され、かつ、第１実装ヘッド４における夫々の吸着ノズル組立体１０の先端に設けられたノズル部３９が吸着保持した部品の吸着姿勢を撮像する撮像装置の一例である認識カメラ９と、実装制御装置１００とを備えている。
【００３９】
第１実装ヘッド４は、部品実装装置１０１における装置上面である部品実装作業領域内の直行する２方向であるＸ軸方向及びＹ軸方向の所定位置に位置決めするＸＹロボット５により移動可能に構成されている。第１実装ヘッド４には、部品を解除可能に吸着保持するノズル部３９が交換可能に複数本、例えば１２本装備されている。第１実装ヘッド４は、ＸＹロボット５により、部品実装作業領域を２次元的に移動することができる。例えば、第１実装ヘッド４は、部品供給部８Ａ、８Ｂ、８Ｃからそれぞれ供給される部品を吸着保持するために部品供給部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの部品取出し位置へ、第１基板搬送保持装置３に保持される回路基板２−１に部品を実装するために第１基板搬送保持装置３に対向する位置へ、必要に応じて実装ヘッド４に装備されたノズル部３９を交換するためにノズルステーション７に対向する位置へ、それぞれ移動することができる。なお、ノズルステーション７は、部品実装作業領域において部品供給部８Ａの近傍に配置されかつ複数の種類の部品に適した複数の種類のノズル部３９を収納するものである。
【００４０】
さらに、図１に示す部品実装装置１０１は、第１基板搬送保持装置３から搬送される回路基板２−１を受け取るとともに搬送保持する一対のサポートレール部を備える第２基板搬送保持装置１３、部品を解除可能に吸着保持する部品保持部材の一例である吸着ノズル組立体１０を着脱可能に複数本、例えば１２本装備する第２実装ヘッド１４、第２ヘッド１４をＸ軸方向及びＹ軸方向の所定位置に位置決めするＸＹロボット１５、部品供給部１８Ａの近傍に配置され、かつ、複数の種類の部品に適した複数の種類のノズル部３９を収納して必要に応じて実装ヘッド１４に装備されたノズル部３９と交換するノズルステーション１７、部品実装作業領域の作業者に対する奥側である図示Ｙ軸方向奥側の端部に夫々配置され、かつ上記回路基板２−１に実装すべき部品を部品取出し位置に１つずつ連続的に供給する複数の部品供給カセッ卜を有する部品供給部１８Ａ、１８Ｂ、部品供給部１８Ｂの近傍に配置され、かつ上記回路基板２に実装すべき部品をトレー状に収納保持されたトレー部品を収納する部品供給部１８Ｃ、部品供給部１８Ａの近傍の部品実装作業領域中央に近い側に配置され、かつ第２実装ヘッド１４のノズル部３９が吸着した部品の吸着姿勢を撮像する認識カメラ１９をそれぞれ備える。また、第１実装ヘッド４及び第２実装ヘッド１４のノズル部３９が当接されたときの加重を計測し、ノズル部３９の高さを調整するためのロードセル１２が部品実装作業領域内に２カ所に設けられている。
【００４１】
このように、部品実装装置１０１においては、実装装置基台１６の上面に配置された２つの部品実装作業領域を有しており、第１基板搬送保持装置３及び第２基板搬送保持装置１３の夫々に保持された夫々の回路基板２に対して、第１実装ヘッド４及び第２実装ヘッド１４を利用して同時的かつ個別的に部品実装動作を施すことが可能となっている。
【００４２】
図２は、図１に示す部品実装装置に用いられるＸＹロボット５及び１５の概略斜視図を示している。ＸＹロボット５及び１５は、図２に示すように、第１実装ヘッド４（図示略）を図のＸ軸方向に移動可能に支持し、かつ第１実装ヘッド４のＸ軸方向の移動を駆動する第１Ｘ軸部６ｂと、第２実装ヘッド１４を図示Ｘ軸方向に移動可能に支持し、かつ第２実装ヘッド１４のＸ軸方向の移動を駆動する第２Ｘ軸部６ｃと、実装装置基台１６（図１参照）上におけるＸ軸方向の夫々の端部近傍に設置され、かつ夫々のＸ軸部６ｂ及び６ｃを夫々の端部で支持し、かつ夫々のＸ軸方向駆動部６ｂ及び６ｃの図示Ｙ軸方向への移動を駆動するＹ軸部６ａと備えている。
【００４３】
Ｙ軸部６ａは、２つのＸ軸部６ｂ、６ｃを、夫々のＹ軸方向へ互いに独立させて駆動することが可能である。すなわち、Ｘ軸部６ｂ及びＹ軸部６ａにより、第１実装ヘッド４は図示手前側における部品実装領域の上方を、第２実装ヘッド１４とは独立してＸ軸方向又はＹ軸方向に移動可能となっている。一方、Ｘ軸部６ｃ及びＹ軸部６ａにより、第２実装ヘッド１４は図示奥側における部品実装領域の上方を第１実装ヘッド４とは独立してＸ軸方向又はＹ軸方向に移動可能となっている。さらに、両Ｘ軸部６ｂ及び６ｃは、夫々のＹ軸方向への移動範囲が制限されており、夫々の移動による互いの衝突の発生が未然に防止されている。
【００４４】
ＸＹロボット５及び１５は、リニアモータを駆動源として第１実装ヘッド４及び第２実装ヘッド１４をＸＹ方向に移動可能に構成されている。この構成については後に説明する。
【００４５】
加えて、部品実装装置１０１には、図１に示すように上記基板搬入・搬出、部品保持、部品認識、及び部品装着動作等を互いの動作を関連付けながら統括的な制御を行うことが可能な実装制御装置１００が備えられている。実装制御装置１００は、夫々の部品供給部８Ａと８Ｂ、及び１８Ａと１８Ｂ、部品供給カセット８０、第１実装ヘッド４及び第２実装ヘッド１４、認識カメラ９と１９、第１基板搬送保持装置３、第２基板搬送保持装置１３、ＸＹロボット５と１５、ローダー１、並びに、アンローダー１１等が接続されている。また、実装制御装置１００には、後に説明かつ図示するようなデータベース部及びメモリ部が備えられている。このデータベース部には、部品の種類に応じた形状や高さ等に関する部品情報のライブラリー、回路基板の種類に応じた形状等に関する基板情報、部品の種類に対応された夫々の種類のノズル部３９の形状やノズル位置情報等が予め取り出し可能に記憶されている。またメモリ部には、どの部品をどの位置にどの順番で実装するか等の実装プログラムであるＮＣデータ、どの部品をどの部品供給部材に配列するかなどの配列プログラム又は当該配列された配列情報、後述する部品保持可能範囲に関する情報、及び夫々の基板搬送保持装置における基板搬送位置の情報等が取り出し可能に記憶されている。なお、実装制御装置１００において、上述した夫々の情報をデータベース部に記憶させるのかメモリ部に記憶させるのかは、その部品実装の実情に応じて様々な形態を取り得る。
【００４６】
次に、ＸＹロボット５及び１５の構成について図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。上述したようにＸＹロボット５及び１５は、リニアモータにより第１実装ヘッド４及び第２実装ヘッド１４をＸＹ方向に移動させるものである。図３Ａは、図２のIII-IIIにおける断面図を示している。図３Ｂは、図３Ａに示すＸ軸部６ｃの側面図である。図３Ａに示すように、Ｙ軸部６ａ（図２参照）は、それぞれＹ軸方向に延在するＹ軸リニアモータシャフト２０とＹ軸ガイドビーム２１とが平行に配置された構成である。Ｙ軸ガイドビーム２１の上面には、Ｙ軸方向に延在するＹ軸リニアガイド２２、第１リニアスケール２５、第２リニアスケール２３が設けられている。
【００４７】
Ｙ軸リニアモータシャフト２０とＹ軸ガイドビーム２１とは、上述のように実装装置基台１６上におけるＸ軸方向の夫々の端部近傍に設置される。それぞれのＹ軸ガイドビーム２１には、第１Ｘ軸部６ｂの位置検出に用いられる第１リニアスケール２５と、第２Ｘ軸部６ｃの位置検出に用いられる第２リニアスケール２３が設けられている。第１リニアスケール２５は、Ｙ軸ガイドビーム２１の図２の図示手前側端部から中央方向に延在するように設けられ、一方、第２リニアスケール２３は、Ｙ軸ガイドビーム２１の図２の図示奥側端部から中央方向に延在するように設けられる。第１Ｘ軸部６ｂには、図２の図示左側の第１リニアスケール２５に対向するように配置された第１Ｙ軸位置センサ２６（図面略）が設けられ、第２Ｘ軸部６ｃには、図２の図示右側の第２リニアスケール２３に対向するように配置された第２Ｙ軸位置センサ２４が設けられる。これらの第１及び第２リニアスケール２５、２３と第１及び第２のＹ軸位置センサ２６、２４により、第１及び第２Ｘ軸部６ｂ、６ｃの位置を高精度に検出することができる。
【００４８】
Ｙ軸部６ａのＹ軸リニアモータシャフト２０には、それぞれＳ極・Ｎ極同士が対向する方向に繰り返し配置されるように円柱状の永久磁石が設けられている。双方のＹ軸リニアモータシャフト２０は、第１Ｘ軸部６ｂ及び第２Ｘ軸部６ｃの両端にそれぞれ設けられたＹ軸可動部３０に挿入され、第１Ｘ軸部６ｂ及び第２Ｘ軸部６ｃをＹ軸方向に移動可能に保持する。第１Ｘ軸部６ｂ及び第２Ｘ軸部６ｃの両端にそれぞれ設けられたＹ軸可動部３０には、コイルによる電磁石が配置される。当該コイルに駆動電流を流すことにより、電磁石が磁性を持ちリニアモータとして機能する。
【００４９】
第１Ｘ軸部６ｂのＸ軸方向両端のそれぞれのＹ軸可動部３０に配置されたコイルには、上述の実装制御装置１００から同時に駆動電流が供給され、また、第２Ｘ軸部６ｃのＸ軸方向両端のそれぞれのＹ軸可動部３０に配置されたコイルには、上述の実装制御装置１００から同時に駆動電流が供給される。したがって、第１Ｘ軸部６ｂ及び第２Ｘ軸部６ｃは、両端に設けられたＹ軸可動部が完全に同期して磁性を有するため、独立してＹ軸部６ａを移動可能である。
【００５０】
このように、第１Ｘ軸部６ｂ及び第２Ｘ軸部６ｃの駆動にリニアモータを用いまた、駆動源であるコイルを両端に配置させた構成により、第１Ｘ軸部６ｂ及び第２Ｘ軸部６ｃの加振により実装ヘッドのぶれを少なくして部品実装の影響を少なくすることができるとともに、Ｘ軸部６ｂ及び６ｃの両端に１つの制御ドライバから同時に駆動電流を供給することができるので、Ｘ軸部６ｂ及び６ｃの両端の駆動機構の動作を完全に同期させることができ、第１Ｘ軸部６ｂ及び第２Ｘ軸部６ｃをほぼ完全にＸ軸に平行な状態に維持したままで移動させることができる。
【００５１】
第１Ｘ軸部６ｂ及び第２Ｘ軸部６ｃは、実装ヘッドを取り付ける実装ヘッド可動部３１が互いに対向する方向に配置されている以外は、大略同じ構成である。以下、図３Ａ、図３Ｂを参照し、第２Ｘ軸部６ｃを例にとって説明する。第２Ｘ軸部６ｃは、図３Ｂに示すように、断面の外形が略Ｙ字形のＸ軸フレーム３６にＸ軸リニアモータシャフト３２と、その上下２カ所にＸ軸リニアガイド３３が設けられている。Ｘ軸リニアモータシャフト３２は、実装ヘッド可動部３１のＸ軸可動部３４に挿入されて両者を係合する。実装ヘッド可動部３１は、２つのＸ軸リニアガイド３３に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成されている。Ｘ軸フレーム３６には、Ｘ軸リニアスケール３８が設けられており、実装ヘッド可動部３１に設けられたＸ軸位置センサ３７により実装ヘッド可動部３１の位置を検出することができるように構成されている。
【００５２】
Ｘ軸リニアモータシャフト３２には、それぞれＳ極・Ｎ極同士が対向する方向に繰り返して配置されるように配置された円柱状の永久磁石が設けられている。Ｘ軸可動部３４には、コイルによる電磁石が配置される。当該コイルに駆動電流を流すことにより、電磁石が磁性を持ちリニアモータとして機能する。
【００５３】
Ｘ軸可動部３４に配置されたコイルには、上述の実装制御装置１００から駆動電流が供給される。したがって、実装ヘッド可動部３１は、Ｘ軸可動部３４に発生された磁性によってＸ軸リニアモータシャフト３２に沿って移動する。
【００５４】
実装ヘッド可動部３１は第１実装ヘッド４又は第２実装ヘッド１４を固定する取り付け面３５を備える。
【００５５】
次に、実装ヘッド４、１４の構造について図面を参照して詳細に説明する。なお、第１実装ヘッド４と第２実装ヘッド１４とは同様な構造を有しているため、以下の説明においては代表して第１実装ヘッド４の構造につき説明するものとする。図４には実装ヘッド４の全体像を、図５〜図８にはその部分詳細を示す。
【００５６】
図４において、第１実装ヘッド４は、複数本、例えば１２本の吸着ノズル組立体１０ａ〜１０ｌが、図示Ｘ軸方向に沿って６列が一定の間隔ピッチＰｘで、図示Ｙ軸方向に沿って２列が一定の間隔ピッチＰｙでもって配列された状態で備える、いわゆる多軸式実装ヘッドとして構成されている。このような第１実装ヘッド４が備える夫々の吸着ノズル組立体１０を、Ｙ軸方向図示手前側かつＸ軸方向図示左側から右側へ順に、第１吸着ノズル組立体１０ａ、第２吸着ノズル組立体１０ｂ、第３吸着ノズル組立体１０ｃ、第４吸着ノズル組立体１０ｄ、第５吸着ノズル組立体１０ｅ、第６吸着ノズル組立体１０ｆとし、Ｙ軸方向図示奥側かつＸ軸方向図示左側から右側へ順に、第７吸着ノズル組立体１０ｇ（以下、図面上での符号表示略。）、第８吸着ノズル組立体１０ｈ、第９吸着ノズル組立体１０ｉ、第１０吸着ノズル組立体１０ｊ、第１１吸着ノズル組立体１０ｋ、第１２吸着ノズル組立体１０ｌとする。また、部品供給部８Ａ（あるいは８Ｂ。図１参照）には複数の部品供給カセット８０が、一定の間隔ピッチＬでもって図示Ｘ軸方向に沿って配列されている。また、夫々の吸着ノズル組立体１０の配列における一定の間隔ピッチＰｘは、夫々の部品供給カセット８０の配列における一定の間隔ピッチＬの整数倍の寸法（Ｐｘ＝Ｌ×ｎ）であればよく、本実施の形態においては、間隔ピッチＰｘと間隔ピッチＬは同一寸法（ｎ＝１）となっている。
【００５７】
第１吸着ノズル組立体１０ａ〜第１２吸着ノズル組立体１０ｌは、互いに略同一構造を有しており、第１実装ヘッド４の上方に設けられたハウジング４６及びボールスプラインナット５３ａを備える外筒５３（図６参照）によって、図示のＺ軸方向に移動可能であり、また軸を中心に回動可能に保持される。吸着ノズル組立体１０は、後述するようにハウジング４６内に設けられたアクチュエータ４０によってその軸方向（Ｚ軸方向）に上下移動可能に構成されるとともに、その軸を中心とした回転であるθ回転ができるようにスプラインシャフト４４を備える。
【００５８】
図６において、各吸着ノズル組立体１０（図６では最も手前側にある第１吸着ノズル組立体１０ａと第７ノズル組立体１０ｇのみを表示。他はこれらの背後に現れる。）は、スプラインシャフト４４と、スプラインシャフト４４の下側先端に設けられたノズル部３９と、スプラインシャフト４４と同軸に一体構成された駆動用シャフト４５と、吸着ノズル組立体１０をθ回転させるためのタイミングプーリ４１とを備える。
【００５９】
駆動用シャフト４５は、吸着ノズル組立体１０を上下動作させるためのアクチュエータ４０の駆動軸として機能する。上述したように、本実施の形態では、駆動用シャフト４５は軸方向両端に磁石の極が形成された円筒形の永久磁石を同極同士が対向するように同軸に複数配置して固定され、シャフト状に形成されている（図７Ａ参照）。タイミングプーリ４１はスプラインシャフト４４に連結されており、両者はＺ軸方向には相対移動可能であり、Ｚ軸を中心とした回転方向への相対移動は制限されている。図５は、吸着ノズル組立体１０とタイミングプーリ４１、及びタイミングベルト４３との関係を上から見た状態で示している。第１から第６の吸着ノズル組立体１０ａ〜１０ｆの各タイミングプーリ４１には１つのタイミングベルト４３が係合している。タイミングベルト４３は、６つの吸着ノズル組立体１０ａ〜１０ｆのプーリ４１に完全に係合させるために、それぞれ５つのテンションプーリ４３ａ、４３ｂを介して係合する。当該タイミングベルト４３の係合によりθ回転用モータ４２ａの正逆回転駆動がタイミングベルト４３を介して伝達されて、第１から第６の吸着ノズル組立体１０ａ〜１０ｆを同時的にθ回転（吸着ノズル組立体１０の軸芯周り回転）させることが可能となっている。
【００６０】
同様に、第７から第１２の吸着ノズル組立体１０ｇ〜１０ｌの各タイミングプーリ４１には別のタイミングベルト４３が係合されており、これにより別のθ回転用モータ４２ｂの正逆回転駆動力がタイミングベルト４３を介して伝達されて、第７から第１２の吸着ノズル組立体１０ｇ〜１０ｌを同時的にθ回転させることが可能となっている。
【００６１】
図６に戻って、アクチュエータ４０はシャフト型のリニアモータ（以下、これを符号４０で示す。）により構成され、当該シャフト型リニアモータ４０によって対応する吸着ノズル３９を上下動させ、選択的に部品吸着保持又は部品実装動作を行うことが可能となっている。シャフト型リニアモータ４０の具体的構成については後述する。なお、本実施の形態では、１つのθ回転用モータ４２ａの動力がタイミングベルト４３を介して伝達されて第１から第６の吸着ノズル組立体１０ａ〜１０ｆを夫々θ回転させ、別のθ回転用モータ４２ｂの動力がタイミングベルト４３を介して伝達されて第７から第１２の吸着ノズル組立体１０ｇ〜１０ｌを夫々θ回転させるように構成されているが、このような構成は一例であって、夫々の吸着ノズル組立体１０の上下動とθ回転が夫々１つのアクチュエータ４０、１つのθ回転用モータ４２のみで行うことを可能として、複数の吸着ノズル組立体１０を選択的に駆動させるような構成でもあっても構わない。
【００６２】
また、夫々の部品供給カセット８０は、取り出し可能に複数の部品を収容するとともに、当該部品を取り出し可能に配置する部品取出し位置を備えている。また、夫々の部品取出し位置は、上述のように、図示Ｘ軸方向に一定の間隔ピッチＬでもって一列に配列されている。このように、夫々の部品取出し位置が配置されていることにより、例えば、第１部品供給カセット８０における部品取出し位置の上方に第１吸着ノズル組立体１０ａを、第２部品供給カセット８０における部品取出し位置の上方に第２吸着ノズル組立体１０ｂを同時に配置させるなどのように、Ｘ軸方向に配列された部品供給カセット８０のそれぞれ上方に、Ｘ軸方向に配列するノズル部３９を配置させることができ、夫々の吸着ノズル組立体１０による夫々の部品取出し位置からの部品の吸着保持取出しを同時に行うことが可能となっている。
【００６３】
次に実装ヘッド４、１４のアクチュエータとしてのシャフト型リニアモータ４０について図面を参照して説明する。図６において、シャフト型リニアモータ４０は、吸着ノズル組立体１０のスプラインシャフト４４と同軸に構成された駆動用シャフト４５と、実装ヘッド４のハウジング４６内に設けられ、コイル４８と位置検出用磁極センサ４９とを備えた固定子４７とを備える。駆動用シャフト４５は、複数の円筒形の磁石を、そのＳ極同士・Ｎ極同士が軸方向に対向するように当接して固定され（図７Ａ参照）、中空部分に空気の吸引穴が形成されている。なお、後述するように、本実施の形態の第７から第１２の吸引ノズル組立体１０ｇ〜１０ｌの各駆動用シャフト４５については、両端までの中空に構成されていない。しかしながら、同極同士を軸方向にして複数の磁石を固定する構成に関しては同様である。
【００６４】
ハウジング４６は、図８に示すように、機械的強度に十分な肉厚を有する中空の直方体の形状を有し、非磁性材料、例えばプラスチック材、あるいはアルミニウムやセラミック材などで作られている。ハウジング４６は、駆動用シャフト４５を移動可能に受け入れるよう、駆動用シャフト４５の直径より僅かに大きい貫通孔５６をその上面に有している。当該貫通孔５６は、後述するように、ハウジング４６に配置される固定子４７のコイルに設けられた中空穴と連通するように位置合わせされる。ハウジング４６の側面には、実装ヘッド可動部３１の取り付け面３５（図３Ｂ参照）にネジ止めするための雌ネジ５７が設けられている。
【００６５】
第１から第６の吸着ノズル組立体１０ａ〜１０ｆ（図６に示す２個の吸着ノズル組立体の内、右側の列）に固定されている駆動用シャフト４５は、上述したように中空に構成されており、その上端に設けられた吸引接続口４５ｂからエアを吸引することで中空穴４５ｅを介して駆動用シャフト４５の先端に設けられたノズル部３９まで吸引エアを通すことができるように構成されている。また、第７から第１２の吸着ノズル組立体１０ｇ〜１０ｌ（図６に示す２個の吸着ノズル組立体の内、左側の列）に固定されている駆動用シャフト４５は中実に構成されており、スプラインシャフト４４に空気吸引用の吸引口４５ｃが設けられている。吸引口４５ｃは、外筒５３に設けられた吸引接続ノズル４５ｄと接続され、スプラインシャフト４４中の空気を吸引することにより、スプラインシャフト４４の先端に設けられたノズル部３９まで吸引エアを通すことができるように構成されている。
【００６６】
次に、図７Ａにおいて、駆動用シャフト４５を構成する複数の駆動用永久磁石４５ａは、いずれも長さがほぼ等しい中空の円筒形の永久磁石であり、その軸方向両端がＳ極、Ｎ極に着磁している。駆動用シャフト４５には、Ｓ極およびＮ極同士がそれぞれ軸方向に対向するように当該駆動用永久磁石４５ａが軸方向に同心に積み重ねられて固定されている。なお、駆動用シャフト４５に設けられる磁極は、例えば、均一長さの円柱形状の磁石を複数用いて棒状芯材に組み込むように構成されていてもよいし、シート状の永久磁石を棒状芯材の外周面上に外装して配置してもよい。また、駆動用シャフトを直接着磁するように構成してもよい。
【００６７】
固定子４７は、中央に駆動用シャフト４５を挿入可能な中空の円形穴が設けられたリング状の複数のコイル４８を、当該穴が同心でＺ軸方向に重なるように積層配置され、各コイル４８の穴が駆動用シャフト４５の挿入穴として形成される。コイル４８は、駆動用シャフト４５をこの挿入穴に受け入れたとき、駆動用シャフト４５の永久磁石４５ａに対向するように固定子４７内に位置決めされている。具体的には、駆動用永久磁石４５ａの外周面に沿うようにこれを囲み、かつコイルを巻くためのコア部分を備える部材にコイルをループ状に巻き、コイルが駆動用永久磁石４５ａに対向するように固定子４７内に取付けられている。コイル４８と駆動用永久磁石４５ａとの接触を回避するため、コイル４８外面にはポリ四フッ化エチレン・フィルム等の保護フィルムが貼られている。このようにコイル４８は、磁力線のロスを最小化するために駆動用永久磁石４５ａの湾曲した外周面に沿うように配置されていることが好ましい。
【００６８】
積層されたコイル４８の上下には、軸受５０ａ、５０ｂ（図６参照）が設けられており、駆動用シャフト４５が積層されたコイル４８の軸中心からずれないようにガイドするとともに、駆動用シャフト４５の軸方向の移動が可能な状態に保持している。図示の下側にある軸受５０ｂのさらに下方に、位置検出用磁極センサ４９が配置されている。この位置検出用磁極センサ４９には、図７Ａ、７Ｂに示すように、軸方向に並べて配置された各２つの磁極検出センサ４９１、４９２、及び４９３、４９４からそれぞれ構成される２つのセンサユニット４９ａ、４９ｂが設けられている。両図において、２つのセンサユニット４９ａ、４９ｂに用いられる磁極検出センサ４９１〜４９４は、駆動用シャフト４５の位置によって、駆動用永久磁石４５ａの磁界の強さを検出する。本実施例では、駆動用永久磁石４５ａはパーマロイ合金からなり、磁界が加わると磁気抵抗効果によってその電気抵抗が変化するＭＲセンサ（Magnetoresistance Sensor) が用いられており、これには一定の電流が流されている。従って、ＭＲセンサに電流を流し、その電圧の変化を測定することによって、磁界の変化を検出して、固定子４７に対する駆動用シャフト４５の位置を検出することができる。
【００６９】
各センサユニット４９ａ、４９ｂは、図７Ｂの平面図に示すように、駆動用シャフト４５を軸心とした略同一円周上で軸対称に配設されている。また、各センサユニット４９ａ、４９ｂを構成するそれぞれ２つの磁極検出センサ４９１、４９２、及び４９３、４９４は、図７Ａに示すように駆動用シャフト４５に組み込まれる１つの永久磁石４５ａの軸方向寸法の略半分の間隔をおいて配置されている。その結果、図７Ａの状態では、磁極検出センサ４９２又は４９４のいずれか一方が略最大の磁界強さを検出するときに（すなわち、１つの駆動用永久磁石４５ａの軸方向先端部に対向する位置にあるときに）、他方の磁極検出センサ４９１又は４９３が略０の磁界強さ（すなわち、１つの駆動用永久磁石４５ａの軸方向の中央位置）を検出することができる。センサユニット４９ａ、４９ｂにより駆動用シャフト４５の位置検出及びその検出方法については、後述する。
【００７０】
再度図６に戻って、各吸着ノズル組立体１０は、シャフト型リニアモータ４０によりＺ軸方向に上下移動することができるように構成される一方、重力により吸着ノズル組立体１０が下がらないように、バネ５２により図示上方向に付勢された状態で保持されている。すなわち、各吸着ノズル組立体１０のスプラインシャフト４４を受けるボールスプラインナット５３ａを有する外筒５３側に設けられたバネ座５４と、各スプラインシャフト４４と一体的に構成されている駆動用シャフト４５に固定されたバネ座５５との間に、両バネ座５４、５５間の距離よりも長い自然長のバネ５２を駆動用シャフト４５と同軸に配置することにより、駆動用シャフト４５が図示上側に付勢され、重力により吸着ノズル組立体１０が落下しないように構成されている。なお、バネ座５５は、駆動用シャフトが原点位置にある時、固定子４７の下端と接触し、これ以上駆動用シャフトが上昇しないようにするストッパとしても機能する。これによる駆動用シャフトの原点検出の方法については後述する。
【００７１】
次に、シャフト型リニアモータ４０の駆動により移動する駆動用シャフト４５の移動位置を検出、制御する手段について図９〜図１３を参照して説明する。図９Ａは、シャフト型リニアモータ４０の駆動制御及び位置検出するための制御回路のブロック図を示す。図において、シャフト型リニアモータ４０を駆動制御するサーボコントローラサーボアンプ１１０は、実装制御装置１００の一部を構成するものであり、アンプ部１１２と、コントローラ部１１１とから構成される。アンプ部１１２は、例えば実装制御装置１００中の上位コントローラ１００ａから入力される動作指令信号を受け、動力線を介して固定子４７のコイル４８に給電する。サーボコントローラサーボアンプ１１０のアンプ部１１２から出力された駆動電流によってコイル４８に電流が流れ、コイル４８と駆動用永久磁石４５ａのＮ極或いはＳ極との間に斥力が働き、駆動用シャフト４５が固定子４７に沿って所定のＺ軸方向に移動する。
【００７２】
サーボコントローラサーボアンプ１１０のコントローラ部１１１は、周期カウンタ１１３、各周期の分解能テーブル１１４、パルス信号受信部１１５、演算部１１６を備えている。周期カウンタ１１３は、駆動周期のどの位置に駆動用シャフト４５が存在するかを検出するために、後述する磁界周期を複数のパルス（本実施の形態では、説明の便宜上１０００で説明する。但し、実際はコンピュータ処理をする為、２の乗数倍である例えば１０２４となる）に分割して、各周期カウンタの駆動パルスをカウントする。各周期の分解能テーブル１１４は、駆動用シャフト４５に設けられた磁界周期ごとの長さを格納するためのデータであり、後述するように、駆動用周期に設けられた磁界周期が完全に同じでないことに基づく位置検出の補正に用いられるものである。
【００７３】
駆動用シャフト４５が、固定子４７に沿って移動するのに伴い、駆動用シャフト４５に設けられた駆動用永久磁石４５ａは、固定子４７に設けられたセンサユニット４９ａ、４９ｂの磁極検出センサ４９１〜４９４に対向する位置を通過する（図７Ａ参照）。上述したように、駆動用永久磁石４５ａは、例えばそのＺ軸方向の長さが４ｍｍであるとすると、４ｍｍごとにＮ極およびＳ極が形成されているため、磁界周期は磁石２つ分の８ｍｍとなる。駆動用シャフト４５の移動に伴って、磁極検出センサ４９１〜４９４と各永久磁石４５ａとの相対位置が変化するに伴い、磁極検出センサ４９１〜４９４の抵抗値が変化する。
【００７４】
今、一方のセンサユニット４９ａ（図７Ａ参照）の方に注目する（他方のセンサユニット４９ｂも同様である。）。センサユニット４９ａを構成する磁極検出センサ４９１、４９２には一定の電流が流されているから、駆動用永久磁石４５ａが移動すると、磁界周期の磁界強さに応じて磁極検出センサ４９１、４９２からそれぞれ磁界強度信号が出力され、Ａ／Ｄ変換回路１１８に入力される。各磁極検出センサ４９１、４９２から出力される磁界強度信号は、磁界周期の磁界強さと同様、略サイン波の軌跡をとることとなる。Ａ／Ｄ変換回路１１８は、この磁界強度信号をＡ／Ｄ変換して増幅し、コントローラ部１１１のパルス信号受信部１１５に入力する。パルス信号受信部１１５は、連続的に入力されるデジタル信号を波形整形することによって、所定のデジタル信号を生成し、演算部１１６に出力する。演算部１１６は、入力された波形整形されたデジタル信号の値に基づいて、下記のように、駆動用シャフト４５の原点検出及び位置算出を行う。
【００７５】
まず、原点位置検出の方法を説明する。本実施の形態においては、駆動用シャフト４５が上側に移動してバネ座５５が固定子４７の下端と接触したときにコイル４８に印加する電流値が変化することを利用し、その電流値を検出することによって原点検出を行う。すなわち、図９Ｂに示すように、駆動用シャフト４５が上側に移動し、図中の点Ａにおいて、バネ座５５が固定子４７の下端と接触し、これ以上上向きに移動できなくなる。このとき、図９Ｂに示すように、コイル４８に印加される電流の値は、駆動用シャフト４５が移動できないにもかかわらずこれを移動させようとするため、点Ａを境に急上昇する。
【００７６】
サーボコントローラサーボアンプ１１０は、この電流値が上昇を開始し、しきい値を超えた時に存在する駆動用シャフト４５の位置に基づいて原点位置検出を行い、以下に示すように当該位置を基準として駆動用シャフト４５の位置検出を行う。なお、この際、駆動用シャフト４５は停止しているため、それぞれの磁極検出センサから出力される出力値は一定の値を示すので、この要件を原点位置検出の条件に加えることでより安定した検出が可能となる。
【００７７】
本実施の形態では、図９Ｃに示すように、上述した駆動用シャフト４５が上向きに移動し、バネ座５５が固定子４７の下端と接触したことによって、電流値がしきい値を超えかつ２つの磁極検出センサ４９１、４９２の出力が変化しないことが検出されると、当該位置から駆動用シャフト４５を下降させるように制御する。そして、磁極検出センサ４９１、４９２のいずれか一方（図中においては、２つのセンサを区別する必要がないため、第１又は第２の磁極検出センサとして表記している。）の出力が最初に０となった位置を原点と定める。
【００７８】
また、原点位置決定の代替の方法としては、図９Ｄに示すように、駆動用シャフト４５が上向きに移動し、バネ座５５が固定子４７の下端と接触した位置、すなわちコイル４８に印加される電流の値が上昇してしきい値を越えたときに駆動用シャフト４５が存在する位置をそのまま原点する。この場合の原点位置においては、磁極検出センサ４９１、４９２が出力する磁界強さの正弦曲線が、磁界強さ０などの特定位置には必ずしも当てはまらず、それ以外の任意の曲線位置に原点が定まることとなる。
【００７９】
次に、駆動用シャフト４５の位置検出の具体的な検出算出例を、図１０Ａを参照して説明する。図１０Ａにおいて、駆動用シャフト４５を構成する駆動用永久磁石４５ａのＺ軸方向長さが４ｍｍであるとすると、Ｎ極間の距離Ｈは８ｍｍとなる。図１０Ａにおいて、駆動用シャフト４５が矢印で示すＺ軸方向下方へ移動した場合を想定すると、２つの磁極検出センサ４９１、４９２は、それぞれ磁界の強さを電圧（本実施の形態では、−５Ｖ〜＋５Ｖの間の出力範囲とする。）として出力し、その出力信号は、図１０Ｂに示すような略サイン波の磁界強度信号となる。本実施の形態では、２つの磁極検出センサ４９１、４９２は、１つの駆動用永久磁石４５ａのＺ軸方向の長さの略半分の間隔、すなわち２ｍｍの間隔を置いて配置されているため、出力された磁界強度信号のサイン波の位相は相互にπ／２ずれたものとなる。
【００８０】
ここで、２つの磁極検出センサ４９１、４９２から出力された磁界強度信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路１１８の電圧値（図１０Ｂにおいて縦軸方向）の測定分解能を±５００、磁界周期方向（図１０Ｂにおいて横軸方向）を１０００とすると、検出精度の分解能は、８ｍｍ／１０００＝８μｍとなる。
【００８１】
ここで、図１０Ｂを参照して２つの磁極検出センサ４９１、４９２から出力される磁界強度信号について説明する。駆動用シャフト４５の位置を検出するためには、原点からの移動距離を基準として駆動用シャフト４５の位置を検出することとなる。すなわち、上述のように、コイル４８に印加される電流値を検出することにより検出された原点に駆動用シャフト４５を移動させ、次にＺ軸下側方向に移動させる。このとき、磁極検出センサ４９１、４９２の原点位置における出力値と同じ出力値を取る点（図１０Ｂでは、センサ４９１の出力が０を、センサ４９２の出力が極大値をとる位置）をそれぞれ検出点として認識し、原点に近い順に第１検出点、第２検出点・・・とする。原点及び各検出点の間を１つの磁界周期とする。
【００８２】
各周期の分解能テーブル１１４には、図１０Ｃに示すような各周期の周期方向パルス数ごとにおける分解能の情報が格納されている。上述したように本実施の形態においては、磁界周期方向の分解能は１０００に設定しているので、１つの周期、すなわち２つの磁石の合計長さ寸法を１０００で割った値が１つのパルスの分解能となる。また、駆動用シャフト４５に組み込まれる駆動用永久磁石４５ａは、ほぼ同一のＺ軸方向長さに構成されてはいるが、加工時における長さのばらつきなどが生じる場合があり、これが磁界周期のばらつきとなる。このばらつきは、原点から遠ざかるほど累積的に加算されるため、原点から遠い位置における位置検出の精度が劣化する。よってこの周期長のばらつきを補正するために、磁界の周期ごとに各周期の長さの情報を分解能テーブル１１４に記憶させておく。これは、軸方向に積み重ねられる各駆動用永久磁石４５ａの長さを予め測定しておくことによって求められる。図１０Ｃの例では、第１周期が周期長８．１ｍｍで１つのパルスの分解能が８．１μｍとなり、第２周期が周期長８．２ｍｍで１つのパルスの分解能が８．２μｍとなる場合について図示している。
【００８３】
ここで、磁極検出センサ４９１、４９２のそれぞれの出力値が図１０Ｂにおける点Ｂのような出力（例えば、磁極検出センサ４９１の出力が−２Ｖ、磁極検出センサ４９２の出力が＋２Ｖ）であった場合を考察する。点Ｂは、原点からみて第１検出点を通過しているので、点Ｂは第２周期に位置する点であることが判明する。さらに点Ｂは、図１０Ｄに示すように円内角度ＡＴＴＮは、（２／−２）×（１８０／π）＝−４５度であり、磁極検出センサ４９１の出力が負であったので１８０−４５＝１３５度となる。したがって、上記磁極検出センサの波形より、Ｚ１のポイントは２７０度（点Ａから見て−９０度）の位置であり、そのポイントから反時計回りに回転するので、検出位置は、第２周期の周期長８．２ｍｍ×（２２５度／３６０度）＝５．１２５ｍｍとなり、第２周期の開始位置すなわち第１検出点を基準として５．１２５ｍｍ移動したこととなる。前記２２５度は、前記の１３５度＋９０度により得られる。
【００８４】
また、駆動用シャフト４５が１つ周期を超えて移動しているので、第１検出点を基準とした距離に第１周期長（すなわち、駆動用永久磁石２つ分の長さ）の８．１ｍｍを加算する。よって、原点からの移動距離は、１３．２２５ｍｍとして出力される。
【００８５】
なお、移動距離演算時に加えられる磁界の周期長は、上述のようにテーブルデータとして予め記憶する代わりに、一律に駆動用永久磁石２つ分の長さとして算出してもよい。
【００８６】
上述のように、実装ヘッド４、１４は、コイル４８の上下に設けられた軸受５０ａ、５０ｂにより駆動用シャフト４５をその軸がコイル４８の中心軸と一致するようにガイドしているため、駆動用シャフト４５が固定子４７の中でＸ軸方向及びＹ軸方向にずれないように構成されている。したがって、θ回転用モータ４２ａにより吸着ノズル組立体１０をその軸中心に回転した場合であっても、上述のようにセンサユニット４９ａと駆動用シャフト４５に組み込まれる駆動用永久磁石４５ａとの隙間は、略一定になるように構成されている。このような条件下であれば、上述のように２つの磁極検出センサ４９１、４９２を有するセンサユニット４９ａを１つ用いることで駆動用シャフト４５の距離を検出することは可能である。
【００８７】
ただし、長期にわたる使用などにおいて、軸受５０ａ、５０ｂのへたりやその他機械構成要素のガタなどの要因により、駆動用シャフト４５の軸心がコイル４８の中心軸からずれ、あるいは軸に対する傾きが生じることも考えられる。このような場合であっても、上述した２つのセンサユニット４９ａ、４９ｂを利用することで駆動用シャフト４５の位置を高精度に検出することができる。
【００８８】
この状況につき、図１１〜図１３を参照して説明する。図１１Ａにおいては、駆動用シャフト４５の軸心が固定子４７のコイル４８中心軸と一致している。このような場合、２つのセンサユニット４９ａ、４９ｂにある４つの磁極検出センサ４９１〜４９４と、駆動用永久磁石４５ａとの隙間はいずれも等しく、それぞれのセンサユニット４９ａ、４９ｂに含まれる上側２つの磁極検出センサ４９１、４９３、と下側２つの磁極検出センサ４９２、４９４の各出力は、図１１Ｂに示すように同じになる。
【００８９】
しかし、図１２Ａに示すように駆動用シャフト４５が矢印１２０に示すＺ軸と直交する方向にずれたような場合、センサユニット４９ｂ側に駆動用永久磁石４５ａが近づき、センサユニット４９ａ側から駆動用永久磁石４５ａが遠ざかることとなる。この際、センサユニット４９ａ、４９ｂの各磁極検出センサ４９１〜４９４からの出力は、それぞれ図１２Ｂに示すようになる。すなわち、センサユニット４９ａの上側磁極検出センサ４９１は、センサユニット４９ｂの上側磁極検出センサ４９３と比較して、駆動用永久磁石４５ａからの距離が遠くなって出力ゲインが弱まる。また、センサユニット４９ａの下側磁極検出センサ４９２は、センサユニット４９ｂの下側磁極検出センサ４９４と比較して、駆動用永久磁石４５ａからの距離が遠くなって出力ゲインが弱まる。
【００９０】
次に、図１３Ａに示すように駆動用シャフト４５の上部が矢印１２１に示すように図示左側方向に移動し、下部が矢印１２２に示すように図示右側方向に移動して傾いた場合、駆動用シャフト４５のＺ軸方向の移動に伴ってセンサユニット４９ａ、４９ｂと駆動用永久磁石４５ａとの間隔が変化する。すなわち、駆動用シャフト４５は、Ｚ軸方向下側の駆動用永久磁石４５１の位置ではセンサユニット４９ａ側に近接しており、Ｚ軸方向上側の駆動用永久磁石４５２の位置ではセンサユニット４９ｂ側に近接する。したがって、駆動用シャフト４５がＺ１からＺ２間で下方に移動した時の各センサユニット４９ａ、４９ｂの磁極検出センサ４９１〜４９４の出力は図１３Ｂのようになる。すなわち、センサユニット４９ａの上側の磁極検出センサ４９１では移動に伴って出力が小さくなるのに対し、センサユニット４９ｂの上側の磁極検出センサ４９３の出力は移動に伴って大きくなる。また、各センサユニット４９ａ、４９ｂの下側の磁極検出センサでは、磁極検出センサ４９２の出力が移動に伴って小さくなるのに対し、磁極検出センサ４９４の出力が移動に伴って大きくなる。
【００９１】
このように、図１２Ａ、図１３Ａに示すように駆動用シャフト４５の軸心が固定子４７の軸挿入穴の中心軸からずれているような場合、あるいは傾斜している場合、センサユニット４９ａ、４９ｂのいずれか一方のみでの位置検出は困難である。本実施の形態では、２つのセンサユニット４９ａ、４９ｂの出力を用いることにより、駆動用シャフト４５がずれた場合、傾斜した場合の位置検出を可能とした。
【００９２】
すなわち、本実施の形態においては、位置検出用磁極センサ４９に含む２つのセンサユニット４９ａ、４９ｂにある上側の磁極検出センサ４９１、４９３、下側の磁極検出センサ４９２、４９４、の双方の出力値の平均値を算出し、その値に基づいて駆動用シャフト４５の位置を検出するものとしている。２つのセンサユニット４９ａ、４９ｂは、固定子の軸挿入穴の中心を軸心として略同一円周上に放射状（軸対称）に設けられているため、駆動用シャフト４５が固定子の中心軸からいずれかの方向にずれ、あるいは傾き、１つの磁極検出センサの出力が小さくなったとしても、他の磁極検出センサの出力が大きくなるため、２つのセンサユニット４９ａ、４９ｂまでの距離の合計は略一定に保たれる。すなわち、２つのセンサユニット４９ａ、４９ｂの出力の平均をとることにより、駆動用シャフト４５の軸心が固定子４７の中心軸からずれた場合の誤差を吸収することができる。
【００９３】
なお、図示の例では２つの磁極検出センサ４９１、４９３を駆動用シャフト４５の軸心に対して同一平面で対称となる位置に配した場合を示しているが、例えばこの２つが配置された位置を結ぶ線と直交する方向へ駆動用シャフト４５がずれ、又は傾いた場合などの各種異なる方向への位置ずれ、傾斜に対しても精度の高い位置検出を行うには、より多くの数のセンサユニット４９を配置することが好ましい。この場合、各センサユニット４６は、駆動用シャフト４５の軸心を中心として、当該軸心に直交する同一平面内に均等間隔を設けて放射状に配置することが好ましい。
【００９４】
また、これまでの説明では、複数の永久磁石４５ａを積み重ねて構成された駆動用シャフト４５を例に用いているが、駆動用シャフト４５自身に磁極が着磁されている場合、あるいは駆動用シャフト４５を棒状芯材とこれに外装される永久磁石とから構成した場合にあっても、各駆動用シャフト４５に設けられた磁極の磁界強さを検出する手順に関しては全く同様である。
【００９５】
以上説明したように、本実施の形態にかかる部品実装装置１０１によれば、吸着ノズル組立体１０の一部を構成する駆動用シャフト４５をシャフト型リニアモータであるアクチュエータ４０の構成部品とすることができるので、実装ヘッド４、１４を小型化することができる。また、駆動用シャフト４５は、軸受５０ａ、５０ｂによりＸ軸方向及びＹ軸方向への移動が抑制されるように配置されているため、部品実装動作においてノズル部３９のぶれを防止することができる。
【００９６】
さらに、駆動用シャフト４５の位置検出に駆動用永久磁石４５ａの磁界を検出する複数の磁極検出センサ４９１〜４９４を有するセンサユニット４９ａ、４９ｂを用いることとしたため、駆動用シャフト４５がθ回転できる構成をとることができ、また、θ回転した場合であっても、位置検出の精度を高く維持することができる。
【００９７】
さらに、センサユニット４９は、２つの磁極検出センサ４９１、４９２が、１つの駆動用永久磁石４５ａのＺ軸方向寸法の略半分の距離を隔てて設けられているため、一方の磁極検出センサが略最大又は最小の磁界強さを検出するときに、他方の磁極検出センサが略０の磁界強さを検出することとなり、両磁極検出センサの出力に基づいて円内角度を基準に検出することにより、直接的に位置の検出を行うことができる。すなわち、予め基準値として磁極検出センサの出力を保存し、当該基準値との比較により位置を検出する場合と比べ、駆動用シャフトとコイルの状態変化による影響を少なくして位置検出を行うことができる。
【００９８】
特にセンサユニット４９ａ、４９ｂを複数設けた場合は、それぞれのセンサユニット４９ａ、４９ｂのＺ軸方向に同じ位置に配置された対応する磁極検出センサ４９１〜４９１の出力の加算平均をとることにより、駆動用シャフト４５と固定子４７との間隔が変化した場合であっても、高精度に位置検出を行うことができる。
【００９９】
また、各センサユニット４９ａ、４９ｂから出力されたアナログ信号はＡ／Ｄ変換されてデジタル値とされるため、変換されたデジタル値の測定分解能を多くすることにより検出精度の分解能を高くすることができる。すなわち、駆動用永久磁石４５ａの長さにより決定される磁界周期長と測定分解能とによって検出精度を決定することができ、ソフト的に処理可能な測定分解能を多くすることで比較的容易に検出精度を向上させることができる。
【０１００】
なお、駆動用シャフト４５に設けられた複数の磁石４５ａの内、軸方向の末端部にある磁石４５ａの磁界の強さと、両側の磁石４５ａの中間にある磁石４５ａの磁界の強さとは磁界の強さが異なることがある。したがって、末端部の磁石４５ａでの磁界の検出を回避できるような位置に磁極検出センサ４９１〜４９４を設けることが好ましく、あるいは検出しても駆動用シャフト４５の位置を検出する位置情報として採用しない、又は当該出力値を補正して利用するなどの対応を採ることが好ましい。
【０１０１】
また、駆動用シャフト４５の軸方向に間隔を設けて配置される一対の磁気検出センサ４９１、４９２間の間隔は、必ずしも駆動用シャフト４５の磁界周期長の１／４とする必要はなく、両者が検知した磁界強度信号に基づいて駆動用シャフト４５の移動位置が検出可能な位置に配置されていればよい。また、π／２の位相ずれを検出する場合であっても、両者の間隔を必ずしも磁界周期長の１／４とする必要はなく、磁界周期長に対して（ｎサイクル＋１／４）の間隔を設けて両磁気検出センサを配置することでもよい。
【０１０２】
次に、本実施の形態にかかる他の態様について図面を参照して説明する。これまで述べてきたように、実装ヘッド４、１４は、複数のノズル部３９を装着可能とする多軸式シャフト型リニアモータで構成されたヘッドとしている。この場合、各軸はそれぞれシャフト型リニアモータ４０が隣接して配列されており、通常、各シャフト型リニアモータ４０は、実装制御装置１０１によって個別に動作するよう制御される。この際、シャフト型リニアモータ４０の配列間隔が離れている場合には問題ないが、間隔が狭く相互に接近している場合、各軸には複数の永久磁石４５ａ、複数のコイル４８などの磁石が多数含まれているため、これらの磁石の磁力線が相互に影響を及ぼし合い、シャフト型リニアモータ４０の制御に支障が生ずる場合がある。
【０１０３】
上述したように、実装ヘッド４、１４に配置されるシャフト型リニアモータ４０の軸間ピッチＰｘは、部品供給カセット８０の配列間隔ピッチＬの整数倍とすることが望まれ、また１つの実装ヘッド４、１４にはできるだけ多くのノズル部３９を配置することが実装能率を高める上で好ましい。同時に、ＸＹロボット５で搬送される実装ヘッド４、１４の駆動時における慣性モーメントを低くして制御を容易にするには、実装ヘッド４、１４自身をできるだけ軽く、コンパクトに形成することが好ましい。したがって、部品実装装置１０１の仕様要求からは、シャフト型リニアモータ４０の配列ピッチをできるだけ小さくし、相互に接近させて配置することが要求されている。
【０１０４】
どれだけ接近した場合に制御上の障害が生ずるかは、各リニアモータ４０に使用される永久磁石４５ａやコイル（電磁石）４８の磁力の強さによって異なり、一概には設定できない。障害の程度は、特に磁石の最大エネルギ積（ＢＨｍａｘ）、すなわち残留磁束密度（Ｂｒ）と保磁力（ＨＣ）の積の最大値に影響される。極端な場合、１つのシャフト型リニアモータ４０を動かすためにコイル４８に駆動電流を通電しても、隣接するシャフト型リニアモータ４０の永久磁石４５ａなどからの影響を受け、駆動用シャフト４５を動かすことができない場合もある。
【０１０５】
このため従来では、制御上の障害が生じないよう各シャフト型リニアモータ４０の間隔を十分に設けて配置する必要があり、いきおい１つの実装ヘッド４、１４に装備するノズル部３９の数を制限し、あるいは実装ヘッド４、１４を必要以上に大きくするなどの弊害を生じさせる原因となっていた。本態様では、このような障害を排除し、コンパクトな実装ヘッド４、１４の実現を可能にしている。
【０１０６】
図１４Ａは、本態様にかかる実装ヘッド４ａのハウジング４６部分を示した正面図であり、ハウジング４６内の正面に６本の吸着ノズル組立体１０ａ〜１０ｆが配列されている（２列目の吸着ノズル組立体１０ｇ〜１０ｌはこれらの背後に現れる。）。中央に設けられたハウジング４６の窓部には各吸着ノズル組立体１０ａ〜１０ｆのシャフト型リニアモータ４０が整列して配置された状況が見られる。本態様にかかる実装ヘッド４ａでは、隣接するシャフト型リニアモータ４０の中間、及び両端にあるシャフト型リニアモータ４０の各外側に、ハウジング４６の上下方向を貫通し、かつ図面に垂直な方向に配置された磁力遮蔽材６０が（図示の例では合計７つ）設けられている。換言すれば、配置された全てのシャフト型リニアモータ４０は、図のＸ軸方向両側に磁力遮蔽材６０を備えているものとなる。磁力遮蔽材６０は、上端のＬ字上に曲げられた取り付け部６１でハウジング４６に固定され、下端はシャフト型リニアモータ４０の図示しない駆動用シャフト４５が最も下方へ移動したときの位置まで延びている。図の右側には、後述する吸着ノズル組立体１０を冷却するためのファン６５が２つ取り付けられている。
【０１０７】
なお、隣接するリニアモータ４０からの磁力線による相互作用を遮蔽する目的のみでいえば、隣接するリニアモータ４０同士の中間位置である５つの磁力遮蔽材６０を設けることで十分となり得る。しかしながらこのような磁力遮蔽材６０の配置にすると、両端に位置するリニアモータ４０の磁石、電磁石で発生する磁力線が安定せず、したがって当該リニアモータ４０の制御が困難となることから、磁力障害とは関係なく、両端にあるリニアモータ４０の外側にも磁力遮蔽材６０を同様に配置していることが好ましい。
【０１０８】
図１４Ｂは、図１４Ａに示す実装へッド４ａを側面断面で見た状態を示している。図において、実装ヘッド４ａは、実装ヘッド可動部３１の取り付け面３５に固定されており、図示の状態で１列目と２列目の手前側にある２つの吸着ノズル組立体１０ａ、１０ｇを示している（他の吸着ノズル組立体はこれらの背後に現れる。）。中央部に見られるシャフト型リニアモータ４０の左右両側には、図示しない内部にあるコイル４８からの発熱を冷却するためのフィン４０ａが多数設けられている。特に最も発熱し易い両吸着ノズル組立体１０ａと１０ｂの中央には、図面に垂直な方向に向けて上述したファン６５（図１４Ａ参照）を利用してエアを流入してハウジング４６内を通過させ、冷却効果を高めている。
【０１０９】
図１４Ｂの側面図において、磁力遮蔽材６０は、図１４Ａが厚さ方向であったのに対して幅方向として表されている。図示のように、本態様における磁力遮蔽材６０は１列目と２列目の各吸着ノズル組立体１０を同時にカバーできるよう一体式の板材で形成されていることが分かる。
【０１１０】
図１４Ｃは、同じく本態様にかかる実装ヘッド４ａを上から見た状態で示している。図からも明らかなように、合計７枚の磁力遮蔽材６０は、上端部分を折り曲げて形成された取り付け部６１がハウジング４６の上部で固定され（図面ではボルトなどの締結具は省略している。）、１列目と２列目の双方の吸着ノズル組立体１０をカバーして図のＹ軸方向に延びている。また、本実施の形態では、Ｙ軸方向の１列目と２列目の吸着ノズル組立体１０の間の間隔ピッチＰｙは、同じくＸ軸方向の配列における間隔ピッチＰｘよりも広く（Ｐｙ＞Ｐｘ）設定されており、したがって図のＹ軸方向の吸着ノズル組立体１０の間には磁力遮蔽材６０を設けなくとも各シャフト型リニアモータ４０の制御に支障が生ずることがないようにしている。しかしながら、Ｙ軸方向に対しても必要であれば、同様な磁力遮蔽材６０を配設することが可能である。なお、図の下側には、上述した吸着ノズル組立体１０ａと１０ｂの間にエアを強制的に流通させて冷却するための冷却用ファン６５が見られる。
【０１１１】
図１４Ｄは、本態様で使用される磁力遮蔽材６０の具体例を示している。図において、磁力遮蔽材６０は、例えば鉄板などの強磁性体材料で形成することが好ましいが、これに限らず、磁力線を遮断するものであれば他の材料でもよい。図示の例では鋼板の打ち抜き、及び曲げ加工によって簡便に作られている。上部にはＬ字状に折り曲げて形成された取り付け部６１が設けられ、取り付け部６１に設けられた締結穴６３に固定用のビス６４が差し込まれ、実装ヘッド４ａのハウジング４６の上端に固定される。
【０１１２】
磁力遮蔽材６０の中央部に設けられた長穴６２は、上述した実装ヘッド４ａのＸ軸方向を通過させてシャフト型リニアモータ４０の発熱を冷却する冷却用エアを吹き込む際にエアが通過する穴である。リニアモータ４０がＹ軸方向に２列配列されない場合には長穴６２は不要である。
【０１１３】
このような磁力遮蔽材６０を設けた場合、少なくとも一方側にあるシャフト型リニアモータ４０の磁石から発生する磁力線が、隣接する他のシャフト型リニアモータ４０の磁石の発生する磁力線と相互作用することがさえぎられる結果、自身のモータの磁石とつながる閉ループの磁力線が形成される。このため、シャフト型リニアモータ４０同士が相互に相手方の磁石による弊害を受けることが回避され、シャフト型リニアモータ４０の制御に支障が生ずることがなくなる。
【０１１４】
本願発明者らが行った実験によれば、コイル４８に駆動電流を印加しても全く動作しなかったシャフト型リニアモータ４０が、単に鉄板一枚を差し込んだだけでほとんどの場合に支障なく動作させることができた。鉄板の板厚は各磁石の磁界強さなどの仕様によって異なるが、例えばコンマ数ミリ厚ほどからでも十分な効果がみられる。
【０１１５】
なお、本実施の形態では、駆動用シャフト４５に設けられた永久磁石４５ａを利用して駆動用シャフト４５の移動位置を検出する位置検出用磁力センサ４９と共に磁力遮蔽材６０を用いるものとしており、このような組み合わせは双方の利点を共有できることで好ましくはあるが、本態様にかかる磁力遮蔽材６０は、リニアスケール、光学センサなど他の位置検出機構を備えたシャフト型リニアモータに対しても同様に適用が可能である。
【０１１６】
以上、本発明にかかるシャフト型リニアモータ、及び当該リニアモータの駆動用シャフトの移動位置検出方法について述べてきたが、本発明はこれまで述べた実施の形態への適用に限定されるものではない。例えば、実施の形態で説明した部品実装装置の実装ヘッドへの適用は単なる例示であって、その他の用途に使用される多軸式シャフト型リニアモータに対しても同様に適用可能である。また、部品実装装置においても、実施の形態では独立して動作する２つの実装へッドを備えた形式のものを例としているが、実装ヘッドが１つのもの、あるいは独立して動作する３つ以上の実装ヘッドを備えた形式のものでもよい。さらには、ＸＹロボット形式のものに限定されず、複数の吸着ノズル組立体を円周状に配して間欠回転運動するインデッスクを利用して部品実装を行うロータリ形式の部品実装装置に対しても適用可能である。本明細書では、このインデックスをも搬送用のロボットの概念に含めるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる部品実装装置の全体概略斜視図である。
【図２】図１に示す部品実装装置のＸＹロボットの概略構成を示す斜視図である。
【図３Ａ】図２に示すＸＹロボットのIII-III断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すＸＹロボットのＸ軸部の側面図である。
【図４】図１に示す部品実装装置の第１実装ヘッドの外観構成を示す斜視図である。
【図５】図４に示す第１実装ヘッドの吸着ノズル組立体のθ回転機構である。
【図６】図４に示す第１実装ヘッドのＹ方向断面図である。
【図７Ａ】図４に示す第１実装ヘッドのアクチュエータの部分拡大断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示すアクチュエータのVII-VII断面図である。
【図８】図４に示す第１実装ヘッドの部分拡大斜視図である。
【図９Ａ】模式的に示した図１の部品実装装置に用いられるシャフト型リニアモータを駆動制御するための制御回路のブロック図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す制御回路において、駆動用シャフト位置の原点を検出するための電流値の軌跡を示すグラフである。
【図９Ｃ】図９Ａに示す制御回路において、駆動用シャフトの原点検出の処理の例を説明するための図である。
【図９Ｄ】図９Ａに示す制御回路において駆動用シャフトの原点検出の他の処理の例を説明するための図である。
【図１０Ａ】駆動用シャフトの位置検出機構の説明図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す各磁極検出センサの出力信号の例である。
【図１０Ｃ】各周期の分解能テーブルの構成例である。
【図１０Ｄ】駆動用シャフトの位置検出に用いられる円内角度の説明図である。
【図１１Ａ】駆動用シャフトの軸心がコイルの中心軸と一致する場合の位置検出の機構の説明図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示す磁極検出センサの出力信号の例である。
【図１２Ａ】駆動用シャフトの軸心がコイルの中心軸に対して平行に移動した場合の位置検出の機構の説明図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す磁極検出センサの出力信号の例である。
【図１３Ａ】駆動用シャフトの軸心がコイルの中心軸に対して交差する方向に移動した場合の位置検出の機構の説明図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示す磁極検出センサの出力信号の例である。
【図１４Ａ】本発明の実施の形態の他の態様にかかる実装へッドを示す正面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示す実装へッドの側面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ａに示す実装ヘッドの平面図である。
【図１４Ｄ】図１４Ａに示す実装ヘッドに使用される磁力遮蔽材の斜視図である。
【符号の説明】
【０１１８】
４．第１実装ヘッド、  １０ａ〜１０ｌ．吸着ノズル組立体、  １４．第２実装ヘッド、  ３１．実装ヘッド可動部、  ３５．取り付け面、  ３６．Ｘ軸フレーム、  ３９．ノズル部、  ４０．シャフト型リニアモータ（アクチュエータ）、  ４１．タイミングプーリ、  ４３．タイミングベルト、  ４４．スプラインシャフト、  ４５．駆動用シャフト、  ４５ａ．駆動用永久磁石、  ４６．ハウジング、  ４７．固定子、  ４８．コイル、  ４９．位置検出用磁極センサ、  ４９ａ、４９ｂ．センサユニット、  ５０ａ、５０ｂ．軸受、  ５３．外筒、  ５３ａ．ボールスプラインナット、  ６０．磁力遮蔽材、  ６１．取り付け部、  ６２．長穴、  ６３．締結穴、  １００．実装制御装置、  １０１．部品実装装置、  １１０．サーボコントローラサーボアンプ、  １１１．コントローラ部、  １１２．アンプ部、  １１３．周期カウンタ、  １１４．分解能テーブル、  １１５．パルス信号受信部、  １１６．演算部、  １１８．Ａ／Ｄ変換回路、  ４５１、４５２．駆動用永久磁石、  ４９１、４９２、４９３、４９４．磁極検出センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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