JP5635983B2 - 2次元移動機構 - Google Patents

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Description

本発明は、テーブルをX軸方向およびY軸方向に自在に移動させる、簡単な構成で安価かつ小型化の容易な2次元移動機構に関する。
テーブルをX軸方向およびY軸方向に自在に移動させる2次元移動装置としては、種々のものが提案されている。
例えば、特開平5−92376号公報には次のような2次元移動装置が開示されている。
すなわちこの公報には、各1対のX軸ガイド(14a、14b)およびX軸ラック(12a、12b)と、各1対のY軸ガイド(26a、26b)およびY軸ラック(24a、24b)と、Y軸ガイド間に跨がって配設され、両端に各ラック(24a、24b)に噛合するピニオンギヤ(33a、33b)を有してY軸ガイドに沿ってY軸方向へ移動可能なX軸スライダガイド(30)およびこれと平行なボールネジ(34)と、X軸ガイド間に跨がって配設され、両端に各ラック(12a、12b)に噛合するピニオンギヤ(22a、22b)を有してX軸ガイドに沿ってX軸方向へ移動可能なY軸スライダガイド(18)およびこれと平行なボールネジ(38)と、ボールネジ(34、38)に螺合して、X軸スライダガイドとY軸スライダガイド上をX−Y方向へ移動可能なスライダ(42)と、ボールネジ(34、38)を回転駆動してスライダをX−Y方向へ移動させるモータ(38、40)と、を具備した2次元移動機構が開示されている。
しかし、このような構成では、X軸およびY軸方向にスライダが移動する距離に相当する長さのラックやボールネジを配置しなければならないので、小型化は困難である。この公報では、ラックやボールネジの材質についての記載はないが、ラックとしては合成樹脂で形成するのが一般的である。合成樹脂製のラックは、長くなればなるほど成型が困難となり、部品コストも高くなる。また、ボールネジとしては金属製の丸棒を切削加工して作製するのが一般的であり、長いボールネジは極めて高価なものとなる問題があった。
また、特開2008−109762号公報には、ラックを用いない2次元移動装置が開示されている。
すなわち、送りねじ軸(12)にX軸駆動台(15)を螺合させ、送りねじ軸(12)をXモータ(14)で回転駆動してX軸駆動台(15)をX軸方向へ移動させるとともに、X軸駆動台(15)に装備した送りねじ軸(16)にY軸駆動台(18)を螺合させ、送りねじ軸(16)をYモータ(19)で回転駆動してY軸駆動台(18)をY軸方向へ移動させるように構成されている。
しかし、このような構成でも、当然、X軸およびY軸方向にX軸駆動台およびY軸駆動台の移動距離に相当する長さの送りねじ軸を配置しなければならないので、小型化は困難である。また、この公報には、送りねじ軸の材質は記載されていないが、この種の送りねじ軸としては、前述の通り、金属製の丸棒を切削加工して作製するのが一般的であり、長いねじ軸は極めて高価なものとなってしまう問題がある。
特開平5−92376 特開2008−109762
そこで、本発明は、簡単な構成で安価に製造することができ、かつ装置自体の小型化が容易な2次元移動機構を提供することを目的とする。
本発明は、X軸用スライダを、X軸用モータを含む第一駆動機構によりX軸ガイドに沿ってX軸方向に移動させるとともに、Y軸用スライダを、Y軸用モータを含む第二駆動機構によりY軸ガイドに沿ってY軸方向に移動させ、X軸用スライダおよびY軸用スライダの移動により、テーブルを、X軸方向およびY軸方向へ移動させる2次元移動機構において、前記X軸用スライダは、X軸ガイドと平行なラックおよびY軸と平行な延出部を有し、前記Y軸用スライダは、Y軸ガイドと平行なラックおよびX軸と平行な延出部を有し、前記テーブルは、同時に前記両延出部に沿って移動可能なスライダーベースを有し、前記第一駆動機構は、前記X軸用スライダがその移動範囲の中心に位置するとき、該X軸用スライダのラックの両端近傍の歯に同時に噛合する位置に配置され前記X軸用モータに駆動されて同期回転する一対のX軸用ピニオンを有し、前記第二駆動機構は、前記Y軸用スライダがその移動範囲の中心に位置するとき、該Y軸用スライダのラックの両端近傍の歯に同時に噛合する位置に配置され前記Y軸用モータに駆動されて同期回転する一対のY軸用ピニオンを有する構成としている。
前記各ピニオンを二段ギヤで構成し、各一対の一段目ギヤを前記ラックに噛合させ、各一対の二段目ギヤにそれぞれ噛合する第一ウォームと第二ウォームとを有するウォームギヤを介して前記各モータの動力を各ピニオンに伝達するとよい。
本発明の2次元移動機構は、X軸用スライダおよびY軸用スライダにそれぞれ設けられた各ラックに対して各一対のピニオンを噛合させ、各一対のピニオンを同期回転させるようにしたことにより、ラックは、一方のピニオンから他方のピニオンへ引継がれて移動することになる。従って、各ラックの長さを、X軸用スライダおよびY軸用スライダの最大移動距離の半分の長さにすることができる。その結果、これらのスライダを合成樹脂にて作製する場合でも成型が簡単になり、部品コストを安くでき、ひいては、機構自体を安価に製造することができる。さらに、それぞれのラックが短くなることにより、機構自体を小型化することができる。
また、各ピニオンを二段ギヤとし、二段目のギヤにそれぞれウォームギヤの第一ウォームと第二ウォームを噛合させることで、ウォームギヤとしては各ピニオンに噛合する部分にのみ、ねじ加工を施せばよく、従来のような長い送りねじに比して短くて済み、製造費も大幅に低下させることができる。
本発明の2次元移動機構を使用した無接点式充電器の外観斜視図 該充電器の分解斜視図 X軸用スライダ、一対のピニオンおよびウォームギヤの関係を示す平面図 X軸用スライダ、一対のピニオンおよびウォームギヤの関係を示す斜視図 Y軸用スライダ、一対のピニオンおよびウォームギヤの関係を示す平面図 Y軸用スライダ、一対のピニオンおよびウォームギヤの関係を示す斜視図 スライダーベースの斜視図 スライダーベースのテーブル本体への取付け状態を、一部断面にして示す側面図 テーブルが移動した状態を示す斜視図 本発明の効果を説明するための説明図 本発明の別の実施の形態を示す説明図 本発明の駆動機構に関する別の実施の形態を示す側面図
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。図1は本発明の2次元移動機構を搭載した無接点式の充電器1および電子機器等の電源用充電池2の外観を示す斜視図である。
この無接点式の充電器1とは、充電器側と充電池側とをコネクタ等によって接続をする必要がなく、図1に示すように、充電器1の上面に充電池2を載せるだけで、無接点で充電器1の電力を充電池2へ伝達して、充電池2を充電するものである。充電器の電力を充電池へ伝達する方法は様々な方法が用いられている。本実施の形態では、以下に詳細を記載するが、充電器側と充電池側にそれぞれコイルを設け、それらのコイルを利用して、充電器の電力を磁気誘電作用により充電池へ伝達して充電池を充電させるものである。ただし、充電の方法はこれに限定されるものではない。
図2に示す如く、充電器1は、矩形状の四辺から薄壁を上方に向けて形成した下ケース3内に2次元移動機構4を配置し、その上から上ケース5を被せて構成され、下ケース3と上ケース5とは図示しないねじにより固定される。
図中矢印はそれぞれの軸方向を示しており、XはX軸方向、YはY軸方向、ZはZ軸方向を示している。
前記2次元移動機構4は、X軸方向に平行に配置されるX軸ガイド6と、該X軸ガイド6にガイドされるX軸用スライダ7と、該X軸用スライダ7を移動させる第一駆動機構8と、Y軸方向に平行に配置されるY軸ガイド9と、該Y軸ガイド9にガイドされるY軸用スライダ10と、該Y軸用スライダ10を移動させる第二駆動機構11と、前記X軸用スライダ7および前記Y軸用スライダ10の双方に対して取付けられたスライダーベース12と、このスライダーベース12上に固着されるテーブル本体13とで構成される。前記テーブル本体13の上面にはコイル14が装着され、テーブル本体13とコイル14とスライダーベース12とでテーブル15が構成される。
前記X軸ガイド6およびY軸ガイド9は金属製の丸棒で、それぞれ両端部を前記下ケース3に設けられた凹状の軸取付部20,20に上方より挿入し、各軸取付部20,20からの抜出しが、軸取付片21,21により防止されている。
図3は、前記X軸用スライダ7がX軸方向の移動範囲におけるちょうど中心に位置している状態を示している。X軸用スライダ7は、X軸方向に長いベース部25の両端部に、該X軸ガイド6に装着するための一対のガイド部26,26を有するとともに、該ベース部25の図中下縁にX軸ガイド6と平行なラック27を有している。該ラック27はX軸用スライダ7の最大移動距離の半分の長さに設定されている。また、前記ベース部25は、図中上縁の中央より、Y軸方向に延出する延出部28も有している。
前記第一駆動機構8は、X軸用モータ30と、このモータ30の軸31に直結したウォームギヤ32と、このウォームギヤ32と前記ラック27との間に介在する一対のX軸用ピニオン33,34とで構成されている。一対のX軸用ピニオン33,34は、X軸用スライダ7がX軸方向の移動範囲におけるちょうど中心に位置している状態で、前記ラック27の両端近傍の歯に同時に噛合する。なお、この実施の形態では一対のピニオン33,34の形状および寸法を同一にし、部品の共通化を図っているが、設計等の都合により異なる形状および寸法とすることができる。後述するY軸用ピニオン53,54についても同様である。
前記ウォームギヤ32は、X軸ガイド6と平行に配置され、前記X軸用モータ30と反対側の端部を下ケース3に設けられた軸支部35に回転自在に支持されている。該ウォームギヤ32は、第一ウォーム36と第二ウォーム37とを有し、両ウォーム36,37間は連結部38となっている。
図4に示す如く、X軸用ピニオン33,34は上下二段の二段ギヤとなっている。下方に位置する第一段目のギヤ41,43は前記ラック27に噛合する平ギヤであり、上方に位置する第二段目のギヤ40,42はそれぞれ第一ウォーム36および第二ウォーム37と噛合するはすばギヤとなっている。
図5は、前記Y軸用スライダ10がY軸方向の移動範囲におけるちょうど中心に位置している状態を示している。Y軸用スライダ10は、Y軸方向に長いベース部45の両端部に、該Y軸ガイド9に装着するための一対のガイド部46,46を有するとともに、該ベース部45の図中下縁にY軸ガイド9と平行なラック47を有している。該ラック47はY軸用スライダ10の最大移動距離の半分の長さに設定されている。また、前記ベース部45は、図中上縁の中央より、X軸方向に延出する延出部48も有している。
前記第二駆動機構11は、Y軸用モータ50と、このモータ50の軸51に直結したウォームギヤ52と、このウォームギヤ52と前記ラック47との間に介在する一対のY軸用ピニオン53,54とで構成されている。一対のY軸用ピニオン53,54は、Y軸用スライダ10がY軸方向の移動範囲におけるちょうど中心に位置している状態で、前記ラック47の両端近傍の歯に同時に噛合する。
前記ウォームギヤ52は、Y軸ガイド9と平行に配置され、前記Y軸用モータ50と反対側の端部を下ケース3に設けられた軸支部55に回転自在に支持されている。該ウォームギヤ52は、第一ウォーム56と第二ウォーム57とを有し、両ウォーム56,57間は連結部58となっている。
図6に示す如く、Y軸用ピニオン53,54は上下二段の二段ギヤとなっている。上方に位置する第一段目のギヤ60,62は前記ラック47に噛合する平ギヤであり、下方に位置する第二段目のギヤ61,63はそれぞれ第一ウォーム56および第二ウォーム57と噛合するはすばギヤとなっている。
図7は、前記スライダーベース12の斜視図である。該スライダーベース12は、角筒状をなす角筒部65の底面三箇所に、L字状の脚部66を突出させている。すなわち、2つの脚部66は下端の屈曲部67を右方へ向けて図中左方に設けられ、1つの脚部66は下端の屈曲部67を左方へ向けて図中右方に設けられている。
前記角筒部65は、その図中前面および後面の上部に、それぞれ、鍔部69,69を突出させ、天面には有底の丸穴70を有し、その丸孔70内に圧縮ばね71収納している。この圧縮ばね71の上端は、角筒部65の上面より突出している。
前記スライダーベース12は、図2に示す如く、X軸用スライダ7の延出部28およびY軸用スライダ10の延出部48に対して、次のように装着されている。すなわち、前記角筒部65は前記Y軸用スライダ10の延出部48に摺動自在に装着され、前記三つの脚部66は前記X軸用スライダ7の延出部28に摺動自在に装着されている。これにより、スライダーベース12は、X軸用スライダ7がX軸方向へ移動すると、Y軸用スライダ10の延出部48に沿ってX軸方向へ移動し、Y軸用スライダ10がY軸方向へ移動すると、X軸用スライダ7の延出部28に沿ってY軸方向へ移動する。従って、スライダーベース12は、X軸用スライダ7およびY軸用スライダ10の移動に合わせてX−Y方向に移動することになる。
前記テーブル本体13は、図8に示す如く、下面中央部に円形凹部75を有するとともに、この凹部75を挟んで一対の爪部76を下方へ向けて突出させている。そして、その凹部75の内底面に前記圧縮ばね71の上端を圧接させた状態で一対の爪部76に前記スライダーベース12の一対の鍔部69を係止させ、これによって、スライダーベース12がテーブル本体13の下面に固着されている。
図8に示す如く、前記スライダーベース12の上面とテーブル本体13の下面との間には僅かな隙間tが設けられている。従って、テーブル本体13の上面に装着されるコイル14(図2、図9参照)は、圧縮ばね71に抗して、スライダーベース12に対し図中上下方向、すなわち、Z軸方向に隙間t分だけ移動可能となっている。本実施の形態では、隙間tは約0.3mmとしているが、これに限るものではない。
前記コイル14は、上ケース5の下面に摺接しながらX軸方向およびY軸方向に移動する。図面では省略するが、コイル14と上ケース5との間に薄いワッシャー等を介在させると、コイルの摩耗を防ぐことができる。
次に、2次元移動機構4の動作について説明する。図9は、2次元移動機構4のコイル14(実線で示す)が図中手前側のホームポジションに位置した状態を示している。この状態において、図1のように充電池2を装置のほぼ中央に置くと、図示しない検知手段が充電池2を検知する。すると、図示しない制御手段が充電池2の位置に向けて前記コイル14を移動させるべく、前記X軸用モータ30およびY軸用モータ50を起動させる。
X軸用モータ30の動力は、第一ウォーム36からX軸用ピニオン33を介してX軸用スライダ7へ伝達され、該スライダ7がX軸ガイド6に沿って矢印X1方向へ移動する。同時にY軸用モータ50の動力は、第二ウォーム57からY軸用ピニオン54を介してY軸用スライダ10へ伝達され、該スライダ10がY軸ガイド9に沿って矢印Y1方向へ移動する。
すると、前記テーブル15は、X軸用スライダ7およびY軸用スライダ10の延出部28,48の交差部に位置するため、このテーブル15に装着されたコイル14も該交差部の移動にともない移動する。そして、コイル14が所定の位置まで移動すると、制御手段によりX軸用モータ30およびY軸用モータ50を停止して、コイル14から充電池2へ電力を伝達し充電器2への充電が開始される。
以上の構成によれば、X軸用ピニオン33,34およびY軸用ピニオン53,54を一対ずつ設けたことにより、ラック27,47の長さを短くすることができ、部品の成型が簡単となり部品を安価にすることができ、ラックが短くなれば機構自体も小型になる。これらの点を図10に基づいて説明する。図10(a)は、スライダSに設けられたラックRに1箇のピニオンPを噛合させた構成を示しており、図10(b)は、スライダSに設けられたラックRに対して2箇のピニオンP1,P2を噛合させた、本発明の構成を示している。これらの構成において、スライダSを同じ距離Lだけ移動させるものとする。なお、図10ではスライダSをX軸方向へ移動させる場合を示すが、Y軸方向へ移動させる場合についても同様である。
ピニオンPを1箇とした図10(a)の構成では、スライダSをLだけ移動させるには、ラックRもスライダSの移動距離Lと少なくとも同じ長さが必要である。そして、ラックRの左端がピニオンPに噛合する実線位置から、ラックRの右端がピニオンPに噛合する仮想線位置に至るまでのラックRの移動スペースは、ラックRの長さの2倍すなわち2Lだけ必要となり、機構自体のX軸方向の寸法も、少なくとも2Lとなる。
一方、図10(b)に示す、本発明の構成では、一方のピニオンP1から他方のピニオンP2へラックRを引継いで移動させるので、ラックRの長さはスライダSの移動距離の半分、すなわち0.5Lで足りることになる。そして、ラックRの移動スペースは、スライダSの移動距離LとラックRの長さ0.5Lの和、すなわち1.5Lで足りるので、図10(a)の機構より、機構自体のX軸方向の寸法を0.5L小さくすることができる。
以上、本発明の構成を一実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、モータ30,50からピニオン33,34,53,54への動力伝達を、ウォームギヤ32,52を介して行わず、図11(a)に示すように一対のピニオン33,34間に奇数箇のピニオンまたはギヤを介挿し、これらのいずれか一つにモータの動力を伝達するようにしてもよいし、図11(b)に示すように、一対のピニオン33,34にプーリを設け、両プーリ間にゴムベルトを掛け渡し、いずれか一方のピニオンにモータの動力を伝達するようにしてもよい。
前記第一駆動機構8および第二駆動機構11の構成についても、本発明はこれに限定させるものではない。例えば、図12に示すように、モータ100と、このモータ100の軸102に直結したウォームギヤ102と、前記ラック27(図示せず)との間に介在する一対のピニオン103,104とを、金属製のブラケット105に取り付けて駆動機構106をユニット化しても良い。
なお、前記ピニオン103,104は、前述した実施の形態と同様に前記スライダ7(図示せず)がその移動範囲の中心に位置するとき、該スライダ27のラック27両端近傍の歯に噛合する位置に配置される。更に例えば、前記ウォームギヤ102は、金属製の丸棒を切削加工して形成しても、上述したように各ラックに対して各一対のピニオンを噛合させ一対のピニオンを同期回転させるようにしているので、ウォームギヤを短くすることが可能であるため、ウォームギヤ金属製で作成したとしても安価にすることができる。そして、この駆動機構106の前記ブラケット105の一部を前記下ケース3の一部にねじ(図示せず)等で固定するとよい。
このように駆動機構106をユニット化することにより、モータ、ウォームギヤ、ピニオン等の個々の部品を下ケース3へ直接取付ける必要がなく、下ケースの部品寸法精度を緩和させる効果がある。更に下ケース3に直接モータを取付けないため、モータの振動が下ケース3に伝達されにくくなるという更なる効果も得ることができる。このモータの振動が下ケースに伝達されにくくなると駆動ノイズも抑制することができ更なる効果を得ることができる。仮にこれでもモータの振動が下ケースに伝達されるようであれば、下ケースとモータとの間に緩衝材を介在させることも可能であるため、下ケースに直接モータを取付けるよりも駆動ノイズを抑制することが容易となる。
図12は、X軸用として駆動機構106を記載しているが、図中上下方向を逆転させることで、Y軸用の駆動機構として使用可能であるため、X軸用、Y軸用の専用部品を作成する必要はなく、部品の統一化を図ることができる。
6 X軸ガイド
7 X軸用スライダ
9 Y軸ガイド
10 Y軸用スライダ
12 スライダーベース
15 テーブル
27 ラック
28 延出部
30 X軸用モータ
32 ウォームギヤ
33,34 X軸用ピニオン
36 第一ウォーム
37 第二ウォーム
47 ラック
50 Y軸用モータ
52 ウォームギヤ
53,54 Y軸用ピニオン
56 第一ウォーム
57 第二ウォーム
100 モータ
102 ウォームギヤ
103,104 ピニオン
105 ブラケット
106 駆動機構

Claims (4)

  1. 下ケース(3)内に第一のコイル(14)を装着した2次元移動機構(4)を配置し、前記下ケースの上方から上ケース(5)を被せて構成し、前記上ケースの上面に第二のコイルを装着した充電池(2)を戴置すると、前記2次元移動機構により前記第一のコイルを前記充電池近傍に移動させ、前記第一のコイルから電力を前記充電池に向けて供給することによって前記充電池を充電する2次元移動機構を搭載した無接点充電器において、
    前記2次元移動機構は、
    X軸用スライダ(7)を、X軸ガイド(6)に沿ってX軸方向に移動させるX軸用モータ(30)を含む第一駆動機構(8)と、Y軸用スライダ(10)を、Y軸ガイド(9)に沿ってY軸方向に移動させるY軸用モータ(50)を含む第二移動機構(11)と、前記X軸用スライダおよびY軸用スライダの移動によりX軸方向およびY軸方向へ移動するテーブル(15)と、を有し、前記X軸用スライダは、X軸ガイドと平行なラック(27)およびY軸と平行な延出部(28)を有し、前記Y軸用スライダは、Y軸ガイドと平行なラック(47)およびX軸と平行な延出部(48)を有し
    前記テーブルは、
    前記X軸用スライダおよび前記Y軸用スライダに装着され前記X軸用スライダがX軸方向に移動すると前記Y軸用スライダの延出部に沿って前記X軸方向へ移動し、前記Y軸用スライダがY軸方向に移動すると前記X軸用スライダの延出部に沿って前記Y軸方向へ移動するスライダーベース(12)と、前記スライダーベースに固着されるテーブル本体(13)と、前記テーブル本体の上面に装着される前記第一のコイルとを有し、
    前記第一駆動機構は、前記X軸用スライダがその移動範囲の中心に位置するとき、前記X軸用スライダのラックの両端近傍の歯に同時に噛合する位置に配置され前記X軸用モータに駆動されて同期回転する一対のX軸用ピニオン(33,34)を有し、
    前記第二駆動機構は、前記Y軸用スライダがその移動範囲の中心に位置するとき、前記Y軸用スライダのラックの両端近傍の歯に同時に噛合する位置に配置され前記Y軸用モータに駆動されて同期回転する一対のY軸用ピニオン(53,54)を有し、
    前記スライダーベースは、前記X軸方向に前記スライダーベースの内部を貫通する貫通孔と、前記スライダーベースの底面に配置されて互いに対向して前記下ケースの方向に突出した2つ以上のL字状の脚部とを有し、前記貫通孔は前記Y軸用スライダの延出部に摺動自在に装着され、前記2つ以上の脚部は前記X軸用スライダの延出部に摺動自在に装着されることを特徴とする2次元移動機構を搭載した無接点受電器。
  2. 前記X軸用ピニオンおよび前記Y軸用ピニオンそれぞれ二段ギヤで構成し、前記二段ギヤで構成したX軸用ピニオンおよびY軸用ピニオンにおける各一対の一段目ギヤ(41,43,60,62)を前記X軸スライダのラックまたは前記Y軸スライダのラックに噛合させ、各一対の二段目ギヤ(40,42,61,63)にそれぞれ噛合する第一ウォーム(36)と第二ウォーム(37)とを有する第一ウォームギヤ(32,)および第三ウォーム(56)と第四ウォーム(57)とを有する第二ウォームギヤ(52)を介して前記X軸用モータおよび前記Y軸用モータの動力を前記X軸用ピニオンおよび前記Y軸用ピニオンに伝達することを特徴とする請求項1に記載の2次元移動機構を搭載した無接点充電器。
  3. 前記第一駆動機構又は前記第二駆動機構は、前記X軸用スライダを駆動する前記X軸用モータ又はY軸用スライダを駆動する前記Y軸用モータと前記X軸用モータ又は前記Y軸用モータモータに直結したウォームギヤ102と、前記ウォームギヤと前記X軸用スライダ又はY軸用スライダのラックとの間に介在する前記一対のX軸用ピニオン又は前記一対のY軸用ピニオンとをブラケット105に取着することでユニット化されていることを特徴とする請求項1に記載の2次元移動機構を搭載した無接点充電器。
  4. 前記ウォームギヤを金属製としたことを特徴とする請求項に記載の2次元移動機構を搭載した無接点充電器。
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