CN102483958A - 二维移动机构 - Google Patents

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CN102483958A CN2010800265835A CN201080026583A CN102483958A CN 102483958 A CN102483958 A CN 102483958A CN 2010800265835 A CN2010800265835 A CN 2010800265835A CN 201080026583 A CN201080026583 A CN 201080026583A CN 102483958 A CN102483958 A CN 102483958A
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山中隆
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Abstract

本发明提供一种使台(15)在X轴方向和Y轴方向自由移动的、结构简单、廉价且容易小型化的二维移动机构。在二维移动机构中，配置有与分别设置于X轴滑块(7)和Y轴滑块(10)上的各个齿条(27、47)的两端附近的齿同时啮合的各一对的小齿轮(33、34、53、54)。所述各一对的小齿轮由各个电机驱动而同步旋转。

Description

二维移动机构
技术领域
本发明涉及使台在X轴方向和Y轴方向自由移动且结构简单、廉价且易于小型化的二维移动机构。
背景技术
作为使台在X轴方向和Y轴方向自由移动的二维移动装置，已经提出了各种各样的方案。
例如，日本特开平5-92376号公报中公开了如下的二维移动装置。
即，在该公报中公开了具备如下部件的二维移动机构：各为1对的X轴导杆(14a、14b)和X轴齿条(12a、12b)；各为1对的Y轴导杆(26a、26b)和Y轴齿条(24a、24b)；横跨Y轴导杆之间设置的、两端具有与各个齿条(24a、24b)啮合的小齿轮(33a、33b)并可沿Y轴导杆在Y轴方向上移动的X轴滑块导杆(30)以及与之平行的滚珠丝杠(34)；横跨X轴导杆之间设置的、两端具有与各个齿条(12a、12b)啮合的小齿轮(22a、22b)并可沿X轴导杆在X轴方向上移动的Y轴滑块导杆(18)以及与之平行的滚珠丝杠(38)；与滚珠丝杠(34、38)螺纹结合并可在X轴滑块导杆和Y轴滑块导杆上朝X-Y方向移动的滑块(42)；以及旋转驱动滚珠丝杠(34、38)而使滑块朝X-Y方向移动的电机(38、40)。
可是，在这样的结构中，必须配置与滑块在X轴和Y轴方向上的移动的距离相当长度的齿条或滚珠丝杠，因此难以小型化。在该公报中，并没有述及齿条或滚珠丝杠的材质，但是齿条一般是用合成树脂形成的。对于合成树脂制的齿条而言，越长就越难以成形，并且成本也越高。另外，滚珠丝杠一般是用金属圆棒经切削加工而制成的，而长的滚珠丝杠存在价格极其昂贵的问题。
此外，在日本特开2008-109762号公报中，公开了不使用齿条的二维移动装置。
即，该装置的结构为：使进给丝杠轴(12)与X轴驱动台(15)螺纹结合，并由X电机(14)旋转驱动进给丝杠轴(12)而使X轴驱动台(15)朝X轴方向移动，并且，使安装于X轴驱动台(15)的进给丝杠轴(16)与Y轴驱动台(18)螺纹结合，并由Y电机(19)旋转驱动进给丝杠轴(16)而使Y轴驱动台(18)朝Y轴方向移动。
可是，在这样的结构中，也必须在X轴和Y轴方向上配置与X轴驱动台和Y轴驱动台的移动距离相当长度的进给丝杠轴，因此难以将其小型化。另外，虽然该公报中没有叙及进给丝杠轴的材质，但如前所述，这种进给丝杠轴一般都是将金属制的圆棒切削加工而制成的，而长的丝杆轴存在其价格极其昂贵的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-92376
专利文献2：日本特开2008-109762
发明内容
因此，本发明旨在提供结构简单、制造成本低且装置本身容易小型化的二维移动机构。
本发明提供一种二维移动机构，其中，利用包含X轴用电机的第一驱动机构使X轴滑块沿着X轴导杆朝X轴方向移动，利用包含Y轴用电机的第二驱动机构使Y轴滑块沿着Y轴导杆朝Y轴方向移动，并利用X轴滑块和Y轴滑块的移动使台朝X轴方向和Y轴方向移动，其构成为：所述X轴滑块具有与X轴导杆平行的齿条和与Y轴平行的延伸部，所述Y轴滑块具有与Y轴导杆平行的齿条和与X轴平行的延伸部，所述台具有可同时沿着所述两个延伸部移动的滑座，所述第一驱动机构具有一对X轴用小齿轮，所述一对X轴用小齿轮配置在当所述X轴滑块位于其移动范围的中心时与所述X轴滑块的齿条的两端附近的齿同时啮合的位置上并由所述X轴用电机驱动而同步旋转；所述第二驱动机构具有一对Y轴用小齿轮，所述一对Y轴用小齿轮配置在当所述Y轴滑块位于其移动范围的中心时与所述Y轴滑块的齿条的两端附近的齿同时啮合的位置上并由所述Y轴用电机驱动而同步旋转。
所述的各个小齿轮可以由二段齿轮构成，各一对的第一段齿轮与所述齿条啮合，并可以经由具有分别与各一对的第二段齿轮啮合的第一蜗杆和第二蜗杆的蜗轮副将所述各个电机的动力传递到各个小齿轮。
发明的效果
本发明的二维移动机构通过使各一对的小齿轮与分别设置于X轴滑块和Y轴滑块的各个齿条啮合，从而使各一对的小齿轮同步旋转，据此，齿条就可从一端的小齿轮到另一端的小齿轮继续地移动。因此，能够使各个齿条的长度成为X轴滑块和Y轴滑块的最大移动距离的一半长度。其结果是，在用合成树脂来制造这些滑块时，能够简单地成形，可以降低零件成本，并且机构本身也能够廉价地制造。另外，由于各个齿条形成得短，因此能够将机构本身小型化。
此外，将各个小齿轮制成二段齿轮，使第二段齿轮分别与蜗轮副的第一蜗杆和第二蜗杆啮合，据此，作为蜗轮副仅需对与各小齿轮啮合的部分作螺纹加工即可，可以做得比传统方式的长的进给丝杠短，能够大幅度地降低制造费用。
附图说明
图1是使用本发明的二维移动机构的无触点式充电器的外观透视图；
图2是该充电器的分解透视图；
图3是表示X轴滑块、一对小齿轮和蜗轮副之间的关系的平面图；
图4是表示X轴滑块、一对小齿轮和蜗轮副之间的关系的透视图；
图5是表示Y轴滑块、一对小齿轮和蜗轮副之间的关系的平面图；
图6是表示Y轴滑块、一对小齿轮和蜗轮副之间的关系的透视图；
图7是滑座的透视图；
图8是以局部剖面示出滑座安装于台本体的的状态的侧视图；
图9是表示台移动后的状态的透视图；
图10是说明本发明的效果的图；
图11是说明本发明的另一个实施例的图；
图12是表示本发明的驱动机构的另一个实施例的侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施本发明的优选方式。图1是表示安装有本发明的二维移动机构的无触点式充电器1和用作电子设备等的电源的可充电电池2的外观的透视图。
这种无触点式的充电器1不需要通过连接器等在充电器一侧和可充电电池一侧之间继续连接，而只需如图1所示将可充电电池2放置在充电器1的上表面，就可以无触点地将充电器1的电力传递到可充电电池2而对可充电电池2继续充电。将充电器的电力传递给可充电电池的方法已经采用了各种各样的方法。在本实施例中，在充电器一侧和可充电电池一侧分别设置线圈，利用这些线圈通过电磁感应作用而将充电器的电力传递给可充电电池，从而给可充电电池充电，以下对此有详细描述。但是，充电方法不限于此。
如图2所示，充电器1通过将二维移动机构4设置在由薄壁从矩形的四边向上延伸而形成的下壳体3内并在其上覆盖上壳体5而构成，在下壳体3和上壳体5之间用未图示的螺钉固定。
图中箭头分别表示各个轴方向，X为X轴方向，Y为Y轴方向，而Z为Z轴方向。
所述二维移动机构4包括以下部分：平行于X轴方向设置的X轴导杆6；由所述X轴导杆6导引的X轴滑块7；使所述X轴滑块7移动的第一驱动机构8；平行于Y轴方向设置的Y轴导杆9；由所述Y轴导杆9导引的Y轴滑块10；使所述Y轴滑块10移动的第二驱动机构11；安装在所述X轴滑块7和所述Y轴滑块10这二者上的滑座12；以及固定在所述滑座12上的台本体13。在所述台本体13的上表面装有线圈14，台15由台本体13、线圈14和滑座12构成。
所述X轴导杆6和Y轴导杆9为金属制的圆棒，各自的两端部从上方插入设置于所述下壳体3上的凹状的轴安装部20、20，并用轴安装片21、21防止从各个轴安装部20、20脱落。
图3表示所述X轴滑块7位于X轴方向的移动范围的正中心的状态。在X轴滑块7的在X轴方向上长的基座部25的两个端部设置有用于安装于所述X轴导杆6的一对导引部26、26，并且在所述基座部25的图中所示的下边缘设有与X轴导杆6平行的齿条27。所述齿条27被设定为X轴滑块7的最大移动距离的一半的长度。另外，所述基座部25具有从图中所示的上边缘的中央朝Y轴方向延伸的延伸部28。
所述第一驱动机构8包括X轴用电机30、与所述电机30的轴31直接联结的蜗轮副32以及介于所述蜗轮副32和所述齿条27之间的一对X轴用小齿轮33、34。在X轴滑块7位于X轴方向的移动范围的正中心的状态下，一对X轴用小齿轮33、34同时与所述齿条27的两端附近的齿啮合。再者，在本实施例中，一对小齿轮33、34的形状和尺寸设为相同，以求零件的通用化，但是也可根据设计等的情况而采用不同的形状和尺寸。后述的Y轴用小齿轮53、54亦如此。
所述蜗轮副32与X轴导杆6平行地配置，其在与所述X轴用电机30对置一侧的端部由设置于下壳体3的轴支承部35旋转自由地支持。所述蜗轮副32具有第一蜗杆36和第二蜗杆37，两个蜗杆36、37之间为联接部38。
如图4所示，X轴用小齿轮33、34构成为具有上下两段的二段齿轮。位于下方的第一段齿轮41、43为与所述齿条27啮合的正齿齿轮，位于上方的第二段齿轮40、42形成为分别与第一蜗杆36和第二蜗杆37啮合的斜齿齿轮。
图5示出所述Y轴滑块10位于Y轴方向的移动范围的正中心的状态。在Y轴滑块10中，在Y轴方向上长的基座部45的两个端部设置有用于安装于所述Y轴导杆9的一对导引部46、46，并且在所述基座部45的图中所示的下边缘设置有与Y轴导杆9平行的齿条47。所述齿条47被设定为Y轴滑块10的最大移动距离的一半的长度。另外，所述基座部45具有从图中所示的上边缘的中央朝X轴方向延伸的延伸部48。
所述第二驱动机构11包括Y轴用电机50、与所述电机50的轴51直接联接的蜗轮副52以及介于所述蜗轮副52和所述齿条47之间的一对Y轴用小齿轮53、54。在Y轴滑块10位于Y轴方向的移动范围的正中心的状态下，一对Y轴用小齿轮53、54同时与所述齿条47的两端附近的齿啮合。
所述蜗轮副52与Y轴导杆9平行配置，其在与所述Y轴用电机50对置一侧的端部由设置于下壳体3的轴支承55旋转自由地支持。所述蜗轮副52具有第一蜗杆56和第二蜗杆57，两个蜗杆56、57之间为联接部58。
如图6所示，Y轴用小齿轮53、54构成为具有上下两段的二段齿轮。位于上方的第一段齿轮60、62为与所述齿条47啮合的正齿齿轮，位于下方的第二段齿轮61、63形成为分别与第一蜗杆56和第二蜗杆57啮合的斜齿齿轮。
图7为所述滑座12的透视图。在所述滑座12中，在形成为方筒状的方筒部65的底面的三个部位设置突出的L形的脚部66。即，两个脚部66设置于图中的左方，并且下端的弯折部67朝右，而一个脚部66设置于图中的右方，并且下端的弯折部67朝左。
所述方筒部65在图中的正面和背面的上部分别形成有突出的凸缘部69、69，在顶面上设置有带底的圆孔70，在所述圆孔70内收纳有压缩弹簧71。所述压缩弹簧71的上端从方体部65的上表面突出。
如图2所示，所述滑座12按下述方式相对于X轴滑块7的延伸部28和Y轴滑块10的延伸部48装配。即，所述方筒部65滑动自由地装配在所述Y轴滑块10的延伸部48上，所述三个脚部66滑动自由地装配在所述X轴滑块7的延伸部28上。通过这种方式，如果X轴滑块7朝X轴方向移动，滑座12就沿着Y轴滑块10的延伸部48朝X轴方向移动，而如果Y轴滑块10朝Y轴方向移动，滑座12就沿着X轴滑块7的延伸部28朝Y轴方向移动。因此，滑座12按照X轴滑块7和Y轴滑块10的移动而在X-Y方向上移动。
如图8所示，所述台本体13在下表面的中央部有圆形凹部75，同时有一对爪部76夹着凹部75向下方突出。另外，在所述压缩弹簧71的上端被压接于所述凹部75的内底面的状态下，将所述滑座12的一对凸缘部69卡扣在一对爪部76上，据此将滑座12固定在台本体13的下面。
如图8所示，在所述滑座12的上表面和台本体13的下表面之间设置有微小的间隙t。因此，安装于台本体13的上表面的线圈14(参照图2、图9)能够抵抗压缩弹簧71而相对于滑座12在图中所示的上下方向即Z轴方向以间隙t的量移动。本实施例中，间隙t为约0.3mm，但并不限于此。
所述线圈14与上壳体5的下表面滑动接触并在X轴方向和Y轴方向上移动。虽然省略了图示，但如果在线圈14与上壳体5之间插入薄的垫片等，则可以防止线圈的磨损。
下面，说明二维移动机构4的动作。图9示出了二维移动机构4的线圈14(以实线表示)处于图示的面前一侧的原位置的状态。如果在该状态下，将可充电电池2置于如图1所示那样的大致中央位置处，则由未图示的检测装置检测可充电电池2。于是，未图示的控制装置起动所述X轴用电机30和Y轴用电机50，以使所述线圈14向可充电电池2的位置移动。
X轴用电机30的动力从第一蜗杆36经由X轴用小齿轮33传递给X轴滑块7，使所述滑块7沿着X轴导杆6朝箭头X1方向移动。同时，Y轴用电机50的动力从第二蜗杆57经由Y轴用小齿轮54传递给Y轴滑块10，使所述滑块10沿着Y轴导杆9朝箭头Y1方向移动。
于是，由于所述台15位于X轴滑块7和Y轴滑块10的延伸部28、48的交叉部，安装在所述台15上的线圈14也随着所述交叉部的移动而移动。而当线圈14被移动到预定的位置时，控制装置就将X轴用电机30和Y轴用电机50停止，从线圈14向可充电电池2传送电力，开始给充电器2充电。
根据以上的结构，通过分别设置一对的X轴用小齿轮33、34和一对的Y轴用小齿轮53、54，能够缩短齿条27、47的长度，能够使零件的成形简单并降低零件成本，而且如果齿条缩短，机构本身也可以小型化。现参照图10对这几点进行说明。图10(a)表示使1个小齿轮P与设置在滑块S上的齿条R啮合的结构，图10(b)表示本发明的使2个小齿轮P1、P2与设置在滑块S上的齿条R啮合的结构。在这两种结构中，使滑块S移动相同的距离L。再者，在图10中表示了使滑块S朝X轴方向移动的情况，但是朝Y轴方向移动也同样如此。
在设置1个小齿轮P的图10(a)的结构中，为了使滑块S移动L的量，齿条R也必须具有与滑块S的移动距离L至少相同的长度。于是，从齿条R的左端的与小齿轮P啮合的实线位置到齿条R的右端的与小齿轮P啮合的假想线位置的齿条R的移动空间必须为齿条R的长度的2倍即2L的量，机构本身的在X轴方向的尺寸也至少为2L。
另一方面，如图10(b)所示，在本发明的结构中，使齿条R从一方的小齿轮P1到另一方的小齿轮P2继续地移动，因此齿条R的长度为滑块S的移动距离的一半即0.5L即可。于是，齿条R的移动空间为滑块S的移动距离L与齿条R的长度0.5L之和即1.5L即可，因此利用图10(a)的机构能够将机构本身在X轴方向的尺寸缩短0.5L。
以上根据一个实施方式说明了本发明的结构，但本发明不限于此。例如，不是通过蜗轮副32、52执行从电机30、50到小齿轮33、34、53、54的动力传递，而可以如图11(a)所示，通过在一对小齿轮33、34之间插入奇数个小齿轮或齿轮并将电机的动力传递给这些小齿轮或齿轮中的一个，也可以如图11(b)所示，在一对小齿轮33、34设置皮带轮并在两个皮带轮之间架设橡胶皮带，以将电机的动力传递给任何一方的小齿轮。
就所述第一驱动机构8和第二驱动机构11的结构而言，本发明也不上述的结构。例如，也可以如图12所示，将电机100、与所述电机100的轴102直接联接的蜗轮副102以及介于蜗轮副102与所述齿条27(未作图示)之间的一对小齿轮103、104安装在金属制支架105上，从而将驱动机构106单元化。
再者，与前述的实施方式一样，所述小齿轮103、104被配置成在所述滑块7(未图示)位于其移动范围的中心时所述小齿轮103、104与所述滑块27的齿条27两端附近的齿啮合。此外，例如，所述蜗轮副102即使是将金属制的圆棒经切削加工而形成的，也可以如上所述那样，使各一对的小齿轮与各个齿条啮合，并使一对小齿轮同步旋转，因此能够使蜗轮副缩短，即使蜗轮副由金属制成也可以降低成本。另外，可以将所述驱动机构106的所述支架105的一部分用螺钉(未图示)等固定在所述下壳体3的一部分上。
通过这样将驱动机构106单元化，不必将电机、蜗轮副、小齿轮等各个零件直接安装到下壳体3上，具有缓和下壳体的零件尺寸精度的效果。此外，由于不将电机直接安装于下壳体3，还能够取得电机的振动不易传递给下壳体3的进一步的效果。如果电机的这种振动不易传递给下壳体，就能够取得抑制驱动噪声的进一步的效果。假设，即使这样电机的振动还是被传递到下壳体，也可在下壳体与电机之间插入缓冲材料，从而比在将电机下直接安装在壳体上时更容易抑制驱动噪声。
图12示出了X轴用的驱动机构106，但只要将图中上下方向倒过来就可作为Y轴用的驱动机构使用，因此不需要制作X轴用、Y轴用的专用零件，能够实现零件的统一化。
附图标记说明
6：X轴导杆；7：X轴滑块；9：Y轴导杆；10：Y轴滑块；12：滑座
15：台；27：齿条；28：延伸部；30：X轴用电机；32：蜗轮副
33、34：X轴用小齿轮；36：第一蜗杆；37：第二蜗杆；47：齿条
50：Y轴用电机；52：蜗轮副；53、54：Y轴用小齿轮；56：第一蜗杆
57：第二蜗杆；100：电机；102：蜗轮副；103、104：小齿轮
105：支架；106：驱动机构

Claims (4)

1.一种二维移动机构，其中，利用包含X轴用电机(30)的第一驱动机构(8)使X轴滑块(7)沿着X轴导杆(6)朝X轴方向移动，并且利用包含Y轴用电机(50)的第二驱动机构(11)使Y轴滑块(10)沿着Y轴导杆(9)朝Y轴方向移动，利用X轴滑块和Y轴滑块的移动使台(15)朝X轴方向和Y轴方向移动，其特征在于：
所述X轴滑块具有与X轴导杆平行的齿条(27)和与Y轴平行的延伸部(28)，
所述Y轴滑块具有与Y轴导杆平行的齿条(47)和与X轴平行的延伸部(48)，
所述台具有能够同时沿着所述两个延伸部移动的滑座(12)，
所述第一驱动机构具有一对X轴用小齿轮(33、34)，所述一对X轴用小齿轮(33、34)被配置在当所述X轴滑块位于其移动范围的中心时与所述X轴滑块的齿条的两端附近的齿同时啮合的位置上并且由所述X轴用电机驱动而同步旋转，以及
所述第二驱动机构具有一对Y轴用小齿轮(53、54)，所述一对Y轴用小齿轮(53、54)被配置在当所述Y轴滑块位于其移动范围的中心时与所述Y轴滑块的齿条的两端附近的齿同时啮合的位置上并且由所述Y轴用电机驱动而同步旋转。
2.如权利要求1所述的二维移动机构，其特征在于：
所述各个小齿轮由二段齿轮构成，各一对的第一段齿轮(41、43、60、62)与所述齿条啮合，经由具有分别与各一对的第二段齿轮(40、42、61、63)啮合的第一蜗杆(36、56)和第二蜗杆(37，57)的蜗轮副(32、52)将所述各个电机的动力传递给各个小齿轮。
3.如权利要求1所述的二维移动机构，其特征在于：
通过在支架105上安装驱动所述X轴滑块或Y轴滑块的电机100并且安装与所述电机直接联接的蜗轮副102以及介于所述蜗轮副与所述X轴滑块或Y轴滑块的齿条之间的一对小齿轮103、104，来使所述第一驱动机构和第二驱动机构单元化，所述一对小齿轮被配置在当所述滑块位于其移动范围的中心时与该滑块的所述齿条两端附近的齿同时啮合的位置上。
4.如权利要求3所述的二维移动机构，其特征在于：所述蜗轮副是金属制的。
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