(57)【要約】【課題】モータの駆動による温度上昇の影響を排除することができるアルミ合金等製のロボット等用フレームを提供することにある。【解決手段】その第１のフレームは、アルミ合金等の押出形材からなるフレーム本体の外面へ長さ方向に沿って形成された溝部に、ヒートパイプが埋め込み状に取り付けられていることを最も主要な特徴としている。第２のフレームは、アルミ合金等の押出形材からなるフレーム本体の外面に、長さ方向に沿う多数のフィンが形成されていることを最も特徴としている。【選択図】        図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金（以下「アルミ合金等」と言う。）の押出形材からなるフレーム本体の外面へ長さ方向に沿って形成された溝部に、ヒートパイプが埋め込み状に取り付けられていることを特徴とするロボット等用フレーム。
【請求項２】
設置状態が水平である場合において、前記ヒートパイプがフレーム本体の側方へ面する状態で傾斜状に取り付けられている請求項１に記載のロボット等用フレーム。
【請求項３】
前記フレーム本体は水平又は垂直な壁部と当該水平壁部に対して直角若しくは所定角度で交差する他の壁部とを有し、前記ヒートパイプは両壁部の交差部へ取り付けられている、請求項１に記載のロボット等用フレーム。
【請求項４】
フレーム本体の外面に長さ方向に沿う多数のフィンが一体に形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のロボット等用フレーム。
【請求項５】
アルミ合金等の押出;形材からなるフレーム本体の外面に、長さ方向に沿う多数のフィンが一体に形成されていることを特徴とする、ロボット等用フレーム。
【請求項６】
フレーム本体に通気用の孔が多数形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のロボット等用フレーム。
【請求項７】
フレーム本体は少なくとも一つのホロー部を有し、前記通気孔は設置状態において一側方から他側方へ空気が吹き抜けるように形成されている、請求項６に記載のロボット等用フレーム。
【請求項８】
前記ホロー部の一側部の縦方向壁部へ形成されている通気孔と他側部の縦方向壁部へ形成されている通気孔とは長さ方向に対してずれている、請求項７に記載のロボット等用フレーム。
【請求項９】
設置状態において下部あるいは上部の水平壁部へ通気孔が形成されている、請求項８に記載のロボット等用フレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップマウンタ（電子部品装着装置）その他のロボット等のアームやビームに用いられるロボット等用フレームに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
部品の組立や搬送などに使われる産業用ロボットや、基板へチップをマウントする電子部品装着装置等のいわゆるロボットは、それらによって製造される製品の高密度化、微細化、複雑化の要求にともない、より高精度な動きが要求されているほか、動作の高速度化が求められている。
ロボットにおけるアームや、電子部品装着装置におけるヘッドが取り付けられるビーム等のフレームは、前記高精度作動の要請から高精度な仕上がり寸法が必要となっており、同時に作動の高速化により一層の軽量化が求められ、フレーム材の材料にアルミ二ウム又はアルミニウム合金（以下「アルミ合金等」と言う。）の採用が試みられている。
【０００３】
一方、前記フレームにはそれらを作動させるためにモータが取り付けられており、作動の高速化によりモータの起動・停止の頻度は多く、連続運転になるとモータに過大な負荷が加わり、発熱量が大きくなる。その熱が輻射や伝熱によってフレームに伝わると、フレームは熱によって膨張するので部品装着等の精度が低下する。
また、フレームが局部的に加熱されて温度が高くなると熱ひずみが発生して当該フレームが歪むこともあり、熱が周りに伝われば周りの構造物が膨張して、やはり熱ひずみが発生する。この熱ひずみによっても部品装着等の精度が低下する。
さらに、フレームが高温になるとモータからの熱の逃げ場がなくなるので、モータ自身の温度が上昇し、許容温度を超えて動作しなくなる恐れがある。
【０００４】
上記課題への対策として、第１にはモータを内蔵したフレーム（アーム）の外周壁の適所に冷却用通気孔を設け、モータの駆動による発熱で暖められた空気を一部の冷却用通気孔から外部に放出し、外気を他の一部の冷却用通気孔からフレーム内部に導入して空気流を生じさせ、モータを冷却させる手段が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、前記対策手段では外周壁に伝わった熱は十分に拡散されず、外周壁に熱ひずみが発生する可能性が依然として存在し、また、それによってモータの温度上昇が大きくなるので、当該モータは許容温度を超えて動作しなくなる恐れがある。
したがって、前記のようなフレームへのアルミ合金等の採用は、前記提案に係る対策手段を前提としても、軽量ではあるが鉄と比較すると線膨張係数が大きく熱の影響が大きいため、前記フレームへのアルミ合金等の採用は試験段階にあって実用化されていない。
【０００６】
前記対策として第２には、フレームの表面に長手方向にわたり、複数のフィンを有した放熱部材を設け、発熱体からの熱で部分的に温度上昇したフレーム本体からの熱を放熱部材に伝えて、放熱部材全体から放熱させる手段が提案されている（特許文献２参照）。
しかし、放熱部材がフレーム本体とは別体となっており、例えば、高熱伝導性接着剤によって取り付けられているだけなので、その接合部分の熱抵抗により、放熱部材への熱の伝わりが悪くなるため、十分な放熱性能は得られない。
また、放熱部材とその取り付け部品のために部品点数が多くなるという問題もある。
【０００７】
前記対策とし第３には、フレームの熱伝導率より高い熱伝導率を有する例えばヒートレーン（アルミや銅などの金属で薄い板状に形成されたヒートパイプを折り重ねたもの。）などの熱伝導部材を取り付け、発熱体からの熱で部分的に温度上昇したフレーム本体からの熱を熱伝導部材に伝えて、熱伝導部材の全体に短時間伝えて放熱させる手段が提案されている（特許文献３参照）。
しかし、熱伝導部材のフレームへの取り付けは、高熱伝導性接着剤を用いるか、あるいは高熱伝導性グリスを挟んで金属板で固定する方法が例示されているが、長尺の熱伝導部材を、十分な熱接触状態でフレームに取り付けるのは容易ではなく、手間がかかる。
また、放熱部材と熱伝導部材の両方を同じ位置に付けようとすると、取り付け面に順番に重ねるか、並べて取り付ける必要があるが、前者は、熱がフィンに伝わるまでに接触部が２ヵ所あるために熱伝導性が劣り、後者は、放熱部材の十分な表面積を確保できない。
【特許文献１】特開昭５８−１４９１９５号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９８９６号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、ロボット等用フレームへのアルミ合金等の採用を可能とする技術の提供にある。
本発明の目的は、モータの駆動による温度上昇の影響を排除することができるアルミ合金等を材質とするロボット等用フレームを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る第１のロボット等用フレームは、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下「アルミ合金等」と言う。）の押出形材からなるフレーム本体の外面へ長さ方向に沿って形成された溝部に、ヒートパイプが埋め込み状に取り付けられていることを最も主要な特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る第２のロボット等用フレームは、アルミ合金等の押出形材からなるフレーム本体の外面に、長さ方向に沿う多数のフィンが一体に形成されていることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る第１のロボット等用フレームによれば、フレーム本体の長さ方向に沿って取り付けられたヒートパイプの均熱化作用により、当該フレームが部分的に加熱された場合、その熱はフレーム全長（全体）へより均一になるように拡散され、フレーム全体により放熱される。
また、押出形材の特徴を活かして、フレーム本体の押出加工時にヒートパイプ取り付けるための溝部を同時に形成しているので、手間をかけずに溝形状を付与することができ、その溝にヒートパイプを埋め込むように取り付けるようにすれば、位置決めがしやすく、高熱伝導性接着剤や高熱伝導性グリスを使うにしても、十分な熱接触状態を得ることができる。
【００１２】
本発明に係る第２のロボット等用フレームによれば、フレーム本体の長さ方向に沿う多数のフィンにより、当該フレームが部分的に加熱された場合でもその熱は効率的に放熱される。また、フィンはフレームと別体ではなく一体に形成されるので、接合部の熱抵抗は無く、部品点数も減らすことができる。
また、第１と第２の発明を組み合わせたフレームとして、ヒートパイプ取り付け用の溝部とフィンを同じ位置に配置することも容易である。このようにヒートパイプとフィンを同じ位置に共存させることにより、スペースを有効に活用することができ、放熱性能が格段に優れたものとすることができる。
【００１３】
以上いずれのフレームにあっても、フレームの一部が高温となった状態が持続するのを効率的に阻止することができ、より軽量でしかもモータ等の駆動部の発熱による影響がより小さいフレームを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１実施形態
図１は本発明に係るロボット等用フレームの第１実施形態を示す端面図である。
フレーム本体１は例えば押出性に優れた６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）アルミ合金からなる中空の押出形材であり、断面四角形で例えば２００×２００ｍｍ、長さ５００〜１０００ｍｍ程度であって、図示されていないロボット等への設置状態（以下単に「設置状態」と言う。）上下方向に長方形の三つのホロー部１ａを有する。
したがって、外周上下の各水平壁部１０と、左右の垂直な各縦方向壁部１１と、各縦方向壁部１１の中間に位置する補強用の他の縦方向壁部１１ａ，１１ａとが一体に形成されている。
なお、フレーム本体１の寸法や断面形状は前記のものに限定されず、ロボット等の設計上種々の寸法や断面形状を採用することができる。したがって設計によっては、例えば各縦方向壁部１１ａは八の字形状又は逆八の字形状に傾斜させることもできる。
【００１５】
上下の水平壁部１０，１０の板部分には、外側に向けて長さ方向に沿う溝部１２が平行に各２本形成されており、これらの各溝部１２内にはヒートパイプ１３が埋め込み状に取り付けられている。
各ヒートパイプ１３は断面円形であるが、断面が扁平な長円形のものでも使用することができるし、内部に溝又は毛細管状のグルーブを設けることができる。
【００１６】
ヒートパイプ１３は、例えば図９又は図１０で示すように溝部１２内へ埋め込み状に取り付けるのが好ましい。
図９の（ａ）図は、溝部１２の内壁面とヒートパイプ１３との隙間に接着剤又は熱伝導性のグリス１６を充填した状態でヒートパイプ１３を溝部１２内へ固定したものである。
図９の（ｂ）図は、蓋板１７により溝部１２内へヒートパイプ１３を押し付けて固定し、蓋板１７を水平壁部１０の表面へ接着その他の手段により定着したものである。
図１０は、（ｃ）図のように溝部１２内へヒートパイプ１３を押し込んだ後、プレス２により溝部１２の両側縁にカシメ部１８を形成し、（ｄ）図のようにヒートパイプ１３を溝部１２内へカシメ止めしたものである。
【００１７】
第１実施形態のフレームによれば、図示しないモータ等の駆動により当該フレーム本体１の長さ方向の一部が加熱された場合、その熱はヒートパイプ１３内の作動液の相変化により輸送されてフレーム１の全長に分散・均熱化され、当該フレーム１の全長により大気中へ放散される。
したがって、フレーム本体１の一部が高温となった状態が持続したり一層高熱となったりするのを効率的に阻止することができ、より軽量でしかもモータ等の駆動部の発熱による影響がより小さいフレームを提供することができる。
なお、この実施形態のフレームでは、入熱部がヒートパイプ１３の周辺へ位置する状態に設置すると、ヒートパイプ１３の作動効率が良好となるのでより好ましい。
【００１８】
第２実施形態
図２は本発明に係るロボット等用フレームの第２実施形態を示す端面図である。
この実施形態では、フレーム本体１の上下の水平壁部１０，１０と各補強用の縦方向壁部１１ａ，１１ａとの各交差部において、溝部１２を形成し、これらの各溝部１２内へそれぞれ第１実施形態と同要領でヒートパイプ１３を固定したものである。壁部の交差部は直角な交差部でなく、直角以外の所定角度の交差部もあり得るほか、二つの壁部の交差部のみでなく三つ以上の壁部が交差した交差部もあり得る。
この実施形態のフレームは、ヒートパイプ１３を取り付けるための溝部１２を、材料肉がより多く集まっている各水平壁部１０と各補強用の縦方向壁部１１ａ，１１ａとの交差部へ形成したので、第１実施形態のフレーム１と比べて溝部１２の形成による重量増大が小さい。また、前記交差部が対応する各溝部１２により補強される。
第２実施形態のフレームにおける他の構成や作用効果は、第１実施形態とほぼ同様であるのでそれらの説明は省略する。
【００１９】
第３実施形態
図３は本発明に係るロボット等用フレームの第３実施形態を示す端面図であり、図４は図３のフレームを縮小して示した側面図である。
この実施形態では、フレーム本体１の両側の縦方向壁部１１，１１へ他の部分より肉の厚い肉厚部１１ｂをそれぞれ形成し、各肉厚部１１ｂの外面へ切削により溝部１２を傾斜状に形成し、各溝部へそれぞれ扁平なヒートパイプ１３を埋め込み状に固定したものである。したがって、一本のフレーム１へ各２本のヒートパイプ１３が取り付けられている。  
【００２０】
この実施形態のフレームは、ヒートパイプ１３が水平なフレーム本体１に対して傾斜しているので、ヒートパイプ１３の先下がり状端部へ図示しないモータ等の発熱部品が接触する状態でフレーム本体１を設置し、ヒートパイプ１３をボトムヒート作動状態とする。これにより、ヒートパイプ１３が最適設置状態となるので、より少ないヒートパイプ１３により同様な放熱効果を得ることができる。
第３実施形態のフレームにおける他の構成や作用効果は、第１実施形態とほぼ同様であるのでそれらの説明は省略する。
【００２１】
第４実施形態
図５は本発明に係るロボット等用フレームの第４実施形態を示す断面図であり、図６は図５のフレームを縮小して示した側面図である。
この実施形態では、各ヒートパイプ１３は図２の実施形態と同様に、フレーム本体１の上下の水平壁部１０，１０と各補強用の縦方向壁部１１ａ，１１ａとの交差部に形成された溝部１２内へそれぞれ埋め込み状に固定されている。
各補強用の縦方向壁部１１ａ，１１ａは中央の補強用の水平壁部１０ａにより上下に隔てられており、中空の押出形材からなるフレーム１は全体として六個のホロー部１ａから構成されている。
【００２２】
一方の側部の縦方向壁部１１とそれに隣接する縦方向壁部１１ａ、及び、他方の側部の縦方向壁部１１とそれに隣接する縦方向壁部１１ａには、中央の水平壁部１０ａで隔てられた上下の部分へ、上下二列状に通気孔１４が一定の間隔に多数形成されている。
この実施形態では、上下二列の通気孔１４における各通気孔１４相互は図６のように交互にジグザグ状に配置され、それぞれ上部及び下部における両側の通気孔１４の列相互も、各通気孔１４相互は交互にジグザグ上となるように配置されている。
【００２３】
この実施形態のフレームによれば、入熱部の熱は各ヒートパイプ１３による均熱化及びフレーム本体１自体の放熱と、通気孔１４によるホロー部内部の空気の入れ替わりとによって、さらに放熱効果が向上する。また、通気孔１４層後の前記ジグザグ状の配置により、一方の側部から側部ホロー部１ａ内に入った空気は、中央のホロー部１ａで長さ方向に移動し、他方の側部ホロー部１ａを経て他方の側部外へ流れるので、ホロー部にこもった熱を効率よく外部に排出できる。
この実施形態のフレームは、図５の状態において左右に所定ストロークで作動する場合、各通気孔１４による放熱効率はより向上する。
この実施形態の他の構成や作用効果は、第２実施形態のフレームにおけるそれらとほぼ同様であるのでそれらの説明は省略する。
【００２４】
第５実施形態
図７は本発明に係るロボット等用フレームの第５実施形態を示す端面図である。
この実施形態において、フレーム本体１の構成と都合四本のヒートパイプ１３の配置は、第２実施形態（図２）のフレームと同じであるが、上部の水平壁部１０と、各側部の縦方向壁部１１，１１の高さ方向半分の上部領域における外面には、長さ方向に沿って平行に多数のフィン１５が形成されている。
この実施形態のフレームによれば、各ヒートパイプ３の均熱化作用によるフレーム１の長さ方向への熱の拡散と、多数のフィン１５による放熱とにより、より放熱効果が向上する。また、ヒートパイプとフィンを同じ面に設置することが可能なので、特に放熱効果が向上する。
この実施形態におけるフレームの他の構成や作用効果は、第２実施形態のものとほぼ同様であるからそれらの説明は省略する。
【００２５】
第６実施形態
図８は本発明に係るロボット等用フレームの第６実施形態を示す断面図である。
この実施形態において、フレーム本体１の構成と都合四本のヒートパイプ１３の配置、及び、通気孔１４の配置関係は第４実施形態（図５及び図６）のフレームと同じであるが、上部の水平壁部１０と、各側部の縦方向壁部１１，１１の高さ方向半分の上部領域における外面には、長さ方向に沿って平行に多数のフィン１５が形成されている。
この実施形態のフレーム１によれば、各ヒートパイプ３の均熱化作用によるフレーム１の長さ方向への熱の拡散と、多数のフィン１５による放熱と、多数の通気孔１４による各ホロー部１ａ内の空気の入れ替わりとにより、より放熱効果はさらに一層向上する。
この実施形態におけるフレームの他の構成や作用効果は、第４実施形態のものとほぼ同様であるからそれらの説明は省略する。
【００２６】
第７実施形態
図１１は本発明に係るロボット等用フレームの第７実施形態を示す端面図である。
この実施形態において、フレーム本体１はアルミ合金等の押出形材であり、十字状に配置された各補強用の水平壁部１０ａと縦方向壁部１１ａとにより、フレーム本体１の内部は上下四個のホロー部１ａに区分されている。
上部の水平壁部１０と、各側部の縦方向壁部１１，１１の高さ方向半分の上部領域における外面には、長さ方向に沿って平行に多数のフィン１５が形成されている。
この実施形態のフレームによれば、多数のフィン１５による熱の大気中への放散により、当該フレームが部分的に加熱された場合でもその熱は効率的に放熱される。
したがって、フレーム本体１の一部が高温となった状態が持続するのを効率的に阻止することができ、より軽量でしかもモータ等の駆動部の発熱による影響がより小さいフレームを提供することができる。
【００２７】
第８実施形態
図１２は本発明に係るロボット等用フレームの第８実施形態を示す断面図である。
この実施形態のフレームは、前記第７実施形態（図１１）のフレームの両側の各縦方向壁部１１，１１の上下部分と、補強用の水平壁部１０ａの左右位置と、下部の水平壁部１０の左右位置に、それぞれ通気孔１４を各一列状に形成したものである。
この実施形態のフレームは、第７実施形態のフレームに対して、多数のフィン１５による方熱と、多数の通気孔１４による四個のホロー部１ａ内の空気の入れ替わりとにより、より放熱効果が向上する。
この実施形態のフレームにおける他の構成や作用効果は、第７実施形態のフレームとほぼ同様であるのでそれらの説明は省略する。
【実施例】
【００２８】
ＪＩＳ  ６０６３  Ｔ５材の押出形材により、以下の実施例１〜８と比較例１，２のサンプルフレーム（肉厚４ｍｍ，全長５００ｍｍ，丸形ヒートパイプ径６ｍｍ，扁平ヒートパイプ径２×８ｍｍ）を試作し、後記試験条件により入熱試験を行い、フレーム長さ方向における表面温度を測定して最高温度と最低温度を記録し、両者の温度差を求めた。
その結果を表１に示した。
表１において、最高温度が低いほど、また温度差が小さいほど熱の影響を受け難く高精度のフレームと認められる。
【００２９】
実施例１：  図１の構成
実施例２：  図２の構成
実施例３：  図３の構成
実施例４：  図３のフレームのヒートパイプを水平にしたもの
実施例５：  図１１の構成
実施例６：  図５，６の構成
実施例７：  図７の構成
実施例８：  図８の構成
比較例１：  図５のフレームのヒートパイプを除いたもの
比較例２：  図１のフレームのヒートパイプを除いたもの
【００３０】
試験条件
入熱条件：フレーム片側端面へヒータ（３０Ｗ）を接触させ、当該接触部以外のヒータ外面を断熱した。
設置状態：フレームは各実施形態を示した図の姿勢で設置し、長手方向は水平とした。
温度測定：フレーム両端の最高温度と最低温度を熱電対で測定し、周囲温度からの温度上昇値で比較評価した。
その他：フレーム全体に２ｍ／ｓの風速（動作状態におけるフレームの状況を模擬）
【００３１】
表１
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【００３２】
表１の結果によれば、各実施例のサンプルフレームは、温度差において比較例１，２に対して有為差を示した。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るロボット等用フレームの第１実施形態を示す端面図である。
【図２】本発明に係るロボット等用フレームの第２実施形態を示す端面図である。
【図３】本発明に係るロボット等用フレームの第３実施形態を示す端面図である。
【図４】図３のフレームを縮小して示した側面図である
【図５】本発明に係るロボット等用フレームの第４実施形態を示す断面図である。
【図６】図５のフレームを縮小して示した側面図である。
【図７】本発明に係るロボット等用フレームの第５実施形態を示す端面図である。
【図８】本発明に係るロボット等用フレームの第６実施形態を示す断面図である。
【図９】図９の（ａ）図はヒートパイプの取付要領の一例を示す部分拡大断面図、同（ｂ）図はヒートパイプの取付要領の他の一例を示す部分拡大断面図である。
【図１０】ヒートパイプの取付要領のさらに他の例を示す部分拡大断面図であり、（ｃ）はその第１段階を示し、（ｄ）図はその固定状態を示す。
【図１１】本発明に係るロボット等用フレームの第７実施形態を示す端面図である。
【図１２】本発明に係るロボット等用フレームの第８実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  フレーム本体
１ａ  ホロー部
１０，１０ａ  水平壁部
１１，１１ａ  縦方向壁部
１２  溝部
１３  ヒートパイプ
１４  通気孔
１５  フィン
１６  接着剤又は熱伝導性グリス
１７  蓋板
１８  カシメ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008302490.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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