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JP2007006691A - モータ及び半導体用接続装置 - Google Patents

モータ及び半導体用接続装置 Download PDF

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JP2007006691A JP2006090674A JP2006090674A JP2007006691A JP 2007006691 A JP2007006691 A JP 2007006691A JP 2006090674 A JP2006090674 A JP 2006090674A JP 2006090674 A JP2006090674 A JP 2006090674A JP 2007006691 A JP2007006691 A JP 2007006691A
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Masato Nagata
正人 永田
Masahiro Kuroda
昌寛 黒田
Mitsuyuki Yokoyama
光之 横山
Takanobu Kushihira
孝信 串平
Tadahiro Nakayama
忠弘 中山
Takeshi Shinohara
剛 篠原
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Toshiba Corp
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

【課題】 複数に分割された分割鉄心を接合して固定子鉄心を構成した場合における磁気回路を改善する。
【解決手段】 ヨーク部22及びティース部23を接合することにより固定子鉄心31を構成する。ヨーク部22及びティース部23はいずれも打ち抜き鋼板26,27を積層して構成されている。前記ヨーク部22及びティース部23は、その接合部分に樹脂バインダーに鉄粉を混入してなる混合材30を介在されている。
【選択図】 図3

Description

本発明は、複数の分割鉄心を接合することにより固定子鉄心を構成してなるモータに関し、特には、前記分割鉄心が多数の打ち抜き鋼板を積層して構成されているモータと、前記モータを利用したボンディング装置などの半導体用接続装置に関する。
複数の分割鉄心を接合して固定子鉄心を構成すると共に、前記分割鉄心を積層鋼板から構成することは従来より知られている(例えば特許文献1参照)。
図16は、環状のヨーク部1の内周部に環状のティース部2を接合して構成された固定子鉄心3と、前記固定子鉄心3の内周に配置された回転子4と示している。回転子4は、回転子鉄心5と、その外周に配置された複数の永久磁石6とを備えて構成されている。前記ヨーク部1及びティース部2は、いずれも多数の打ち抜き鋼板7,8(図17参照)を積層し、かしめ等の方法で結束することにより構成されている。ティース部2は、複数のティース2aが、そのヘッド部分で繋がって構成されており、ヨーク部1の内周面には前記ティース2aに対応する複数の凹部1aが設けられている。この場合、前記凹部1aに前記ティース2aを圧入したときに前記凹部1a及び前記ティース2aの接合部分に歪みが生じることを防止するような寸法公差が前記凹部1a及び前記ティース2aには設定されている。
特開2003−134702号公報
ところで、打ち抜き鋼板7,8を積層して構成されたヨーク部1やティース部2の外面は、巨視的には滑らかな曲面或いは平面に見えても、実際は各打ち抜き鋼板7,8の寸法誤差や積層時のずれ等により微小な凹凸が存在する。また、上述した寸法公差が設定されていることにも起因して、図17に示すように前記ヨーク部1と前記ティース部2との接合部分には微小な隙間9が生じる。図17では、一部の鋼板7,8の間に隙間9が生じ、残りの鋼板7,8は密着状態にある様子を示している。
上記構成のモータでは、前記永久磁石6のN極からティース部2、ヨーク部1、ティース部2、永久磁石6のS極に戻る磁気回路が形成される。このような磁気回路の途中に隙間9が存在すると、その部分における磁気抵抗が大きくなる。一方、鋼板7,8同士が密着状態にある部分では磁気抵抗が小さい。このため、ヨーク部1とティース部2の接合部分における磁気抵抗が軸方向及び周方向にばらつくという問題があった。
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数に分割された分割鉄心を接合して固定子鉄心を構成した場合における磁気回路を改善したモータと、このモータを利用したボンディング装置などの半導体用接続装置を提供することである。
本発明のモータは、複数の分割鉄心を接合することにより構成された固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、界磁用永久磁石を備えた回転子とを備え、前記分割鉄心の接合部分に、バインダーに細粒状の磁性体を混入してなる混合材が介在していることを特徴とする。
さらに、本発明は、半導体チップの電極にリードを接続させるための上下動可能なボンディングヘッドを備えた半導体用接続装置において、前記ボンディングヘッドの上下動を行うための揺動機構と、この揺動機構を駆動するための揺動モータとを備え、前記揺動モータを上記構成のモータとしたところに特徴を有する。
本発明によれば、分割鉄心同士を接合したときに、その接合部分に生じる隙間に混合材が充填される。このため、分割鉄心の接合部分における磁気抵抗を小さく、しかも、接合部分の全体における磁気抵抗を略均一にすることができる。このため、界磁用永久磁石の有効磁束が増加し、モータ出力の増加を図ることができる。
本発明の半導体用接続装置によれば、上述の磁気抵抗が略均一化された揺動モータをボンディングヘッドの揺動機構に用いているので、揺動アームのアーム部は円滑に上下動し、均一化した品質の半導体チップを製造することができる。
以下、本発明の第1の実施例について図1ないし図4を参照しながら説明する。図1に示すように、本実施例に係るモータ11は、図1中、左部に開口12aを有する円筒状のフレーム12及び前記開口12aを塞ぐブラケット13からなるハウジング14の内部に固定子15及び回転子16が収容されている。フレーム12の図1中、右端面及びブラケット13には軸受17,18がそれぞれ固定されている。
図1及び図2に示すように、前記回転子16は、前記軸受17,18に回転可能に支持された回転軸19を有する回転子鉄心20と、前記回転子鉄心20の外周面に配置された例えば6個の界磁用永久磁石21とから構成されている。前記永久磁石21は、N極、S極が交互に位置するように構成されている。
一方、前記固定子15は、フレーム12の内周面に固化された環状のヨーク部22(分割鉄心に相当)及び前記ヨーク部22の内周部に接合された環状のティース部23(分割鉄心に相当)からなる固定子鉄心31と、前記ティース部23が有する複数のティース24に巻回された固定子巻線25(図1にのみ示す)とから構成されている。前記回転子16は前記固定子15の内周部に位置しており、前記回転子16の永久磁石21はティース部23の内周面と小さな間隙をもって径方向に対向している。
前記ヨーク部22及びティース部23は、いずれも複数の打ち抜き鋼板26,27(図3にのみ示す)を積層し、かしめ等の方法で結束することにより構成されている。前記ヨーク部22は、その内周面に前記ティース24に対応する複数の凹部28を有しており、前記凹部28に各ティース24の外周端部を圧入することにより前記ヨーク部22と前記ティース部23とが接合される。従って、ヨーク部22の凹部28及びティース24の外周端部が接合部分となる。
ところで、ヨーク部22及びティース部23は、いずれも打ち抜き鋼板26,27を積層して構成されているため、各打ち抜き鋼板26,27の寸法誤差や積層時のずれ等に起因してヨーク部22及び前記ティース部23の外面に多数の微小な凹凸が存在する。このため、ティース24をヨーク部22の凹部28に圧入して接合したときに、その接合部分に隙間が生じる。そこで、本実施例では、ヨーク部22とティース部23の接合部分に細粒状の磁性体、例えば鉄粉を樹脂バインダーに混入してなる混合材30を介在させている。
ここで、上記構成の固定子15の製造方法について説明する。まず、ティース部23のティース24に固定子巻線25を巻回した後、ヨーク部22の凹部28或いはティース24の外周端部の少なくとも一方に混合材30を塗布、或いは吹き付けて薄膜を形成する。
続いて、成形治具(図示せず)を用いて前記ティース24の外周端部を前記凹部28に圧入する。これにより、ティース24が凹部28内に強く押し当てられ、ヨーク部22とティース部23とが接合される。このとき、図3に示すように、ティース24と凹部28との接合部分に生じている隙間29に混合材30が充填される。
上記構成のモータ11では、回転子16に設けられた永久磁石21のN極から出た磁束は、ティース部23(ティース24)、ヨーク部22、ティース部23(ティース24)を通った後、永久磁石21のS極に戻る磁気回路が形成される。このとき、ティース部23とヨーク部22の接合部分の隙間29には鉄粉を含む混合材30が充填されているため、前記隙間29における軸方向(打ち抜き鋼板26,27の積層方向)及び径方向の磁気抵抗の増大を抑えることができる。従って、ティース部23とヨーク部22との接合部分における磁気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
図4は、本実施例のモータ11と、従来例のモータ(図16及び図17参照)の出力を固定子巻線の鎖交磁束量にて比較する図である。図4中、横軸は電気角(deg)を、縦軸は磁束(Wb)を示している。図4に示すように、従来のモータに比べて、本実施例のモータ11の方が、鎖交磁束量が約6%増加する。従って、本実施例に係るモータ11は、従来のモータに比べて出力が約6%向上し、この結果、モータ効率の向上、消費電力の低減、ひいては、モータ11の小型化を図ることができる。
また、ティース部23とヨーク部22の接合部分に生じた隙間29に混合材30を充填したことにより、当該接合部分における磁束のばらつきも低減することができる。このため、高調波成分の少ない誘起電圧波形を得ることができ、トルクリップルを小さく抑えることができる。
更に、ヨーク部22及びティース部23の製作精度に依存することなく接合部分における磁気抵抗を小さくすることができるため、ヨーク部22とティース部との組み立て作業性の向上を図ることができる。
図5は本発明の第2の実施例を示すものであり、第1の実施例と異なるところを説明する。この第2の実施例は、分割鉄心を構成する打ち抜き鋼板が斜め積みの場合に好適するものであり、固定子鉄心の製造方法が第1の実施例と異なる。
図5は、分割鉄心であるティース部23を構成する打ち抜き鋼板27が斜め積みにされた様子を示している。一方、ヨーク部22は、打ち抜き鋼板26が略垂直に積み上げられている。図5に示すように、打ち抜き鋼板27が斜め積みされると、ティース部23とヨーク部22との接合部分の隙間29が積層方向一方側から他方側(図5では、上側から下側)に向かって徐々に大きくなる。そこで、次のようにして固定子鉄心31を製造する。
まず、ティース部23の外周端部に混合材30を塗布、或いは吹き付けて薄膜を形成した後、温間成形により前記薄膜を固化する。このとき、打ち抜き鋼板27の斜め積み状態を補正するように薄膜を形成する。続いて、前記ティース部23に固定子巻線25を巻回した後、前記ティース部23をヨーク部22の凹部28に圧入する。この結果、打ち抜き鋼板27の斜め積みによりティース部23とヨーク部22との接合部分に生じた隙間29を混合材30で埋めることができる。従って、本実施例においても、第1の実施例と同様に、モータ出力の向上、モータ効率の向上を図り、消費電力の低減、モータの小型化を図ることができる。
また、本実施例では、混合材30を固化したため、ヨーク部22の凹部28に対してティース部23を容易に圧入することができる。
図6乃至9は本発明の第3の実施例を示すものであり、第1の実施例と異なるところを説明する。図6に示すように、第3の実施例の固定子鉄心31は9個の分割鉄心41と混合材30で構成されている。各分割鉄心41は、ティース42を1個ずつ備えるように固定子鉄心31を周方向に均等に9分割した形状であり、図6及び7に示すように、ヨークを周方向に9分割したヨーク部43と1個のティース42とから構成されている。各分割鉄心41は、打ち抜かれた複数の鋼板を積層し、かしめ等の方法で結束することにより構成されている。分割鉄心41は、ティース42が内周に位置するように円環状に配置され、隣り合う分割鉄心41のヨーク部43の周方向の端面43a同士の接合部分の隙間には、混合材30が充填されている。固定子鉄心31の各ティース42に図示しない固定子巻線25を巻回することにより、第3の実施例の固定子15は構成されている。
ここで、固定子15の製造方法について、図8及び9を参照しながら説明する。図8は、固定子15の製造に用いる組み立て治具44(成形治具)を9個の分割鉄心41と共に示している。組み立て治具44は、真円精度が高い円柱形状であり、この組み立て治具44は、分割鉄心41を円環状に配置したとき、9個のティース42の内周側端面42aで構成される円柱形の空間にほぼぴったり収まるように構成されている。
さて、固定子15は、次のように製造されている。まず、9個の分割鉄心41の各ティース42に固定子巻線25を巻回させる。次に、各分割鉄心41の両端面43aに混合材30を塗布、或いは吹き付けさせて、各分割鉄心41の両端面43aに混合材30の薄膜を形成させる。続いて、図9に示すように、組み立て治具44の外周面44aに9個の分割鉄心41のティース42の内周側端面42aを押し当てる。これにより、隣り合う分割鉄心41の端面43a同士が当接する。すると、混合材30は、各分割鉄心41の端面43a同士の接合部分の隙間に充填された状態となるため、分割鉄心41の端面43a同士の隙間は無くなる。混合材30が隙間に充填された状態で固化すれば、固定子15は完成する。
第3の実施例は、次のような作用効果を得ることができる。分割鉄心41の接合部分の隙間に混合材30が充填されているため、軸方向及び周方向の隙間は無くなり、磁気抵抗の増大を抑えることができる。また、組み立て治具44を用いることにより、固定子15の真円精度は高くできる。
図10は、真円精度の高い組み立て治具44を用いて製造された固定子15で構成されるモータ(以下、「実施品」とする)と、組み立て治具44及び混合材30を用いないで製造された固定子で構成されるモータ(以下、「従来品」とする)のコギングトルクの特性を比較した図である。図10中の横軸は回転子16の回転角度位置を示し、縦軸はコギングトルクを示している。実線Aは、実施品のコギングトルク変化を示し、破線Bは、従来品のコギングトルク変化を示している。図10に示すように、実施品の固定子15は、真円精度が高く、回転子16と各ティース42の内周側端面42aとの間の距離が等しくなるため、磁気抵抗を小さく略均一化でき、コギングトルクの低減を図ることができる。一方、従来品の固定子は、真円精度が低いため、磁気抵抗が不均一になり、コギングトルクの増加を招く。
図11は、本発明の第4の実施例を示すもので、第3の実施例で示した実施品を半導体用接続装置に用いた例を示す。
半導体用接続装置は、ボンディングワイヤ51を用いて半導体チップ52の電極52aとリード53を接続させる装置で、半導体用接続装置のボンディングヘッド部分の外観を図11に示す。ボンディングヘッド54は、ボンディングヘッドフレーム55に揺動アーム56が上下方向に回動可能に設けられた構成とされており、水平面でX方向及びY方向に移動制御可能なX−Yテーブル57上に載置固定されている。このX−Yテーブル57には、ボンディングヘッドフレーム55をX方向に移動させるためのX軸用モータ58及びY方向に移動させるためのY軸用モータ59が配設されている。
揺動アーム56は、揺動モータ60によって上下動されるように構成されている。揺動モータ60は、第3の実施例に示した固定子15で構成されており、固定子巻線25への通電方向を反転させることにより、揺動アーム56を所定の角度範囲で上下動させる。揺動モータ60の回転角度は位置センサ61により検出されるようになっている。
揺動アーム56は、保持部56aにアーム部56bが固定されており、そのアーム部56bの先端部にボンディングツール56cが設けられ、ボンディングツール56cにボンディングワイヤ51が挿通されている。このボンディングツール56cにより、半導体チップ52の電極52aやリード53にボンディングワイヤ51を接合させている。
第4の実施例の効果は次の通りである。揺動モータ60を第3の実施例に示した固定子15で構成したため、コギングトルクが低減する。従って、アーム部56bを円滑に上下動させることができ、高精度なボンディング動作を行わせることができる。これにより、半導体チップ52の電極52aとボンディングワイヤ51の接合状態や、リード53とボンディングワイヤ51の接合状態の均一化を図ることができ、半導体チップ52の品質の均一化を図ることができる。
図12は、本発明の第5の実施例を示すものであり、第3の実施例と異なるところを説明する。第3の実施例と同一部分には同一の符号を付している。
第5の実施例の固定子鉄心31は、各分割鉄心41の両端面43aに接合相手と噛み合わせ可能な複数の鋸刃状の微小な凹凸部71を有している。
第5の実施例においても、第3の実施例と同様、組み立て治具44を用いて固定子15が製造される。即ち、各ティース42に固定子巻線25を巻回し、各分割鉄心41の両端面43aに混合材30を塗布、或いは吹きつけた後、9個のティース42の内周側端面42aを組み立て治具44の外周面44aに押し当てる。これにより、隣り合う分割鉄心41の両端面43aの複数の鋸刃状の微小な凹凸部71同士が噛合する。この状態で、分割鉄心41を外周面43bから加圧する。この結果、複数の鋸刃状の微小な凹凸部71が押し潰され、分割鉄心41の接合部分が密着状態となる。
従って、分割鉄心41間の隙間を極力小さくすることができ、コギングトルクを一層低減することができる。
図13は、本発明の第6の実施例を示すものであり、第3の実施例と異なるところを説明する。第6の実施例の分割鉄心41は、図13に示すように、接合される分割鉄心41の接合部分の両端面43aの一方の端面43aに段差形の凸部81を有し、他方の端面43aに段差形の凸部81と嵌合可能な凹部82を有している。この固定子鉄心31は、複数の分割鉄心41と混合材30から構成され、一の分割鉄心41と接合相手の分割鉄心41の嵌合部分の隙間に混合材30が充填されている。また、一の分割鉄心41の凸部81と接合相手の凹部82を嵌合させると、固定子鉄心31が真円を形成するように、凸部81と凹部82は構成されている。
上記の第6の実施例は、次のような作用効果を得ることができる。各接合部分に凸部81と凹部82を有する分割鉄心41同士を接合させたとき、一の分割鉄心41の凸部81と接合相手の凹部82は嵌合し、容易に真円精度の高い分割鉄心41を得ることができる。
図14は、本発明の第7の実施例を示すものであり、第6の実施例とは次の点が異なっている。即ち、第7の実施例の分割鉄心41の一方の端面43aには、段差形の凸部81に代えて半円形の凸部91が設けられ、他方の端面43aには、凹部82に代えて半円形の凸部91と嵌合可能な半円形の凹部92が設けられている。
第7の実施例は、上記の第6の実施例と同様に、容易に真円精度の高い固定子鉄心31を得ることができる。
図15は、本発明の第8の実施例を示すものであり、第3の実施例と異なるところを説明する。第8の実施例の固定子15は、製造方法が第3の実施例と異なっている。まず、円筒状の成形型101の内部の中心に、成形型101と同心になるように円柱状の組み立て治具44を配置する。次に、各分割鉄心41のティース42に図示しない固定子巻線25を巻回させ、その後、成形型101と組み立て治具44の間に、各分割鉄心41のティース42の内周側端面42aが組み立て治具44の外周面44aに当接するように円環状に配置させる。そして、成形型101と分割鉄心41のヨーク部43の外周面43bの間に混合材30を注入させ、混合材30を固化させる。
このように製造された固定子15は、複数の分割鉄心41の接合部分の隙間に混合材30が流入する。従って、本実施においても、接合部分における磁気抵抗を小さくすることができる。
本発明は、上記した各実施例に限定されるものではなく、次のように変形又は拡張することができる。
第3及び第5乃至第8の実施例では、固定子鉄心31を周方向に9分割して分割鉄心41を構成したが、分割鉄心は、固定子鉄心を周方向に複数に分割して構成されたものであれば良い。
第5の実施例では、9個の分割鉄心41を組み立て治具44の外周面44aに押し当てた後、分割鉄心41を外側面43bから加圧したが、隣り合う分割鉄心41の凹凸部71同士が噛合しただけでも十分に密着状態となっていれば、加圧する工程は省略しても良い。
第6及び第7の実施例では、分割鉄心41の端面43aに凸部及び凹部を1個ずつ設けたが、2個以上設けても良い。
第1の実施例で示したティース部23とヨーク部22の接合部分に鋸刃状の凹凸部71や、段差形の凸部81と凹部82、半円形状の凸部91と凹部92を設けても良い。
第6及び第7の実施例で示した固定子15も、第3の実施例や第8の実施例に示したように、組み立て治具44や成形型101を用いて製造しても良い。
第1の実施例で示したモータ11を半導体用接続装置の揺動モータ60に適用しても良い。また、半導体用接続装置のX軸用モータ58及びY軸用モータ59に本発明のモータを適用することも可能である。このような構成によれば、ボンディングヘッドフレーム55を精度良く移動させることができる。
本発明は、インナーロータ形モータに限らず、アウタロータ形モータにも適用可能である。
本発明の第1の実施例を示すモータの一部(上半部)の縦断正面図 固定子及び回転子の平面図 固定子を構成する分割鉄心の接合部分の拡大図 本実施例のモータと従来例のモータの電気角に対する磁束のカーブを比較する図 本発明の第2の実施例を示す図3相当図 本発明の第3の実施例を示す図2相当図 分割鉄心の外観斜視図 組み立て治具と9個の分割鉄心の位置関係を示す斜視図 組み立て工程時の斜視図 モータの回転角度位置に対するコギングトルクの変化を示す図 ボンディングヘッド装置のヘッド部分を示す外観斜視図 本発明の第5の実施例を示す図6相当図 本発明の第6の実施例を示す図6相当図 本発明の第7の実施例を示す図6相当図 本発明の第8の実施例を示すものであり、組み立て治具及び成形型と9個の分割鉄心の位置関係を示す平面図 従来構成を示す図2相当図 図3相当図
符号の説明
図面中、11はモータ、15は固定子、16は回転子、21は界磁用永久磁石、22はヨーク部(分割鉄心)、23はティース部(分割鉄心)、25は固定子巻線、30は混合材、31は固定子鉄心、41は分割鉄心、42aはティースの内周側端面、44は組み立て治具(成形治具)、51はボンディングワイヤ、52は半導体チップ、52aは電極、53はリード、54はボンディングヘッド、55はボンディングヘッドフレーム、60は揺動モータ、61は位置センサ、71は凹凸部、81,91は凸部、82,92は凹部、101は成形型を示す。

Claims (11)

  1. 複数の分割鉄心を接合することにより構成された固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、
    界磁用永久磁石を備えた回転子とを備えたモータにおいて、
    前記分割鉄心の接合部分には、バインダーに細粒状の磁性体を混入してなる混合材が介在していることを特徴とするモータ。
  2. 分割鉄心は、接合相手である分割鉄心との接合部分に混合材が塗布された後、前記接合相手と接合されるように構成されていることを特徴とする請求項1記載のモータ。
  3. 固定子鉄心は、固定子鉄心をティース部とヨーク部に分割した複数の分割鉄心を接合することにより構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ。
  4. 固定子鉄心は、固定子鉄心を周方向に分割した複数の分割鉄心を接合することにより構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ。
  5. 接合される分割鉄心の各接合部分には複数の微小な凹凸部がそれぞれ設けられ、前記分割鉄心を接合したとき、一の分割鉄心の凹凸部は接合相手の分割鉄心の凹凸部に噛み合うように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のモータ。
  6. 固定子鉄心は、噛み合う凹凸部が密着するように加圧しながら分割鉄心を接合することにより構成されていることを特徴とする請求項5記載のモータ。
  7. 接合される分割鉄心の各接合部分には、少なくとも1個の凹部若しくは凸部が設けられ、前記分割鉄心を接合したとき、一の分割鉄心の凹部は接合相手の分割鉄心の凸部に嵌合するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のモータ。
  8. 分割鉄心は、成形治具を用いて接合されるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のモータ。
  9. 複数の分割鉄心を円環状に配置させた後、円柱状の組み立て治具に各分割鉄心のティースの内周側端面を当接させることにより構成されていることを特徴とする請求項4記載のモータ。
  10. 固定子は、円筒状の成形型の内部に、前記成形型と同心を成す円柱状の組み立て治具を配置し、前記成形型と前記組み立て治具の間に各分割鉄心をティースの内周側端面が前記組み立て治具の外周面に当接するように円環状に配置させた後、成形型と分割鉄心のヨーク部の間に混合材を注入し、混合材を固化させることにより構成されていることを特徴とする請求項5記載のモータ。
  11. 半導体チップの電極にリードを接続させるための上下動可能なボンディングヘッドを備えた半導体用接続装置において、前記ボンディングヘッドの上下動を行うための揺動機構と、この揺動機構を駆動するための揺動モータとを備え、前記揺動モータは、請求項1乃至10のいずれかに記載のモータであることを特徴とする半導体用接続装置。
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