二維移動機構的製作方法
2023-05-17 18:00:31 2
專利名稱：二維移動機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及使臺在X軸方向和Y軸方向自由移動且結構簡單、廉價且易於小型化的二維移動機構。
背景技術：
作為使臺在X軸方向和Y軸方向自由移動的二維移動裝置，已經提出了各種各樣的方案。例如，日本特開平5-92376號公報中公開了如下的二維移動裝置。S卩，在該公報中公開了具備如下部件的二維移動機構各為1對的X軸導杆(Ha、 14b)和X軸齒條(12a、12b)；各為1對的Y軸導杆(26a、26b)和Y軸齒條(24a,24b)；橫跨 Y軸導杆之間設置的、兩端具有與各個齒條(Ma、Mb)嚙合的小齒輪(33a、33b)並可沿Y軸導杆在Y軸方向上移動的X軸滑塊導杆(30)以及與之平行的滾珠絲槓(34)；橫跨X軸導杆之間設置的、兩端具有與各個齒條(12a、12b)嚙合的小齒輪(22a、22b)並可沿X軸導杆在X軸方向上移動的Y軸滑塊導杆(18)以及與之平行的滾珠絲槓(38)；與滾珠絲槓(34、 38)螺紋結合併可在X軸滑塊導杆和Y軸滑塊導杆上朝X-Y方向移動的滑塊0 ；以及旋轉驅動滾珠絲槓(34、38)而使滑塊朝X-Y方向移動的電機(38、40)。可是，在這樣的結構中，必須配置與滑塊在X軸和Y軸方向上的移動的距離相當長度的齒條或滾珠絲槓，因此難以小型化。在該公報中，並沒有述及齒條或滾珠絲槓的材質， 但是齒條一般是用合成樹脂形成的。對於合成樹脂制的齒條而言，越長就越難以成形，並且成本也越高。另外，滾珠絲槓一般是用金屬圓棒經切削加工而製成的，而長的滾珠絲槓存在價格極其昂貴的問題。此外，在日本特開2008-109762號公報中，公開了不使用齒條的二維移動裝置。S卩，該裝置的結構為使進給絲槓軸(12)與X軸驅動臺(15)螺紋結合，並由X電機(14)旋轉驅動進給絲槓軸(12)而使X軸驅動臺(15)朝X軸方向移動，並且，使安裝於X 軸驅動臺(15)的進給絲槓軸(16)與Y軸驅動臺(18)螺紋結合，並由Y電機(19)旋轉驅動進給絲槓軸(16)而使Y軸驅動臺(18)朝Y軸方向移動。可是，在這樣的結構中，也必須在X軸和Y軸方向上配置與X軸驅動臺和Y軸驅動臺的移動距離相當長度的進給絲槓軸，因此難以將其小型化。另外，雖然該公報中沒有敘及進給絲槓軸的材質，但如前所述，這種進給絲槓軸一般都是將金屬制的圓棒切削加工而製成的，而長的絲杆軸存在其價格極其昂貴的問題。現有技術文獻專利文獻 專利文獻1 日本特開平5-92376
專利文獻2 日本特開2008-109762
發明內容
因此，本發明旨在提供結構簡單、製造成本低且裝置本身容易小型化的二維移動機構。本發明提供一種二維移動機構，其中，利用包含X軸用電機的第一驅動機構使X軸滑塊沿著X軸導杆朝X軸方向移動，利用包含Y軸用電機的第二驅動機構使Y軸滑塊沿著Y 軸導杆朝Y軸方向移動，並利用X軸滑塊和Y軸滑塊的移動使臺朝X軸方向和Y軸方向移動，其構成為所述X軸滑塊具有與X軸導杆平行的齒條和與Y軸平行的延伸部，所述Y軸滑塊具有與Y軸導杆平行的齒條和與X軸平行的延伸部，所述臺具有可同時沿著所述兩個延伸部移動的滑座，所述第一驅動機構具有一對χ軸用小齒輪，所述一對χ軸用小齒輪配置在當所述X軸滑塊位於其移動範圍的中心時與所述X軸滑塊的齒條的兩端附近的齒同時嚙合的位置上並由所述X軸用電機驅動而同步旋轉；所述第二驅動機構具有一對Y軸用小齒輪，所述一對Y軸用小齒輪配置在當所述Y軸滑塊位於其移動範圍的中心時與所述Y軸滑塊的齒條的兩端附近的齒同時嚙合的位置上並由所述Y軸用電機驅動而同步旋轉。所述的各個小齒輪可以由二段齒輪構成，各一對的第一段齒輪與所述齒條嚙合， 並可以經由具有分別與各一對的第二段齒輪嚙合的第一蝸杆和第二蝸杆的蝸輪副將所述各個電機的動力傳遞到各個小齒輪。發明的效果本發明的二維移動機構通過使各一對的小齒輪與分別設置於X軸滑塊和Y軸滑塊的各個齒條嚙合，從而使各一對的小齒輪同步旋轉，據此，齒條就可從一端的小齒輪到另一端的小齒輪繼續地移動。因此，能夠使各個齒條的長度成為X軸滑塊和Y軸滑塊的最大移動距離的一半長度。其結果是，在用合成樹脂來製造這些滑塊時，能夠簡單地成形，可以降低零件成本，並且機構本身也能夠廉價地製造。另外，由於各個齒條形成得短，因此能夠將機構本身小型化。此外，將各個小齒輪製成二段齒輪，使第二段齒輪分別與蝸輪副的第一蝸杆和第二蝸杆嚙合，據此，作為蝸輪副僅需對與各小齒輪嚙合的部分作螺紋加工即可，可以做得比傳統方式的長的進給絲槓短，能夠大幅度地降低製造費用。
圖1是使用本發明的二維移動機構的無觸點式充電器的外觀透視圖；圖2是該充電器的分解透視圖；圖3是表示X軸滑塊、一對小齒輪和蝸輪副之間的關係的平面圖；圖4是表示X軸滑塊、一對小齒輪和蝸輪副之間的關係的透視圖；圖5是表示Y軸滑塊、一對小齒輪和蝸輪副之間的關係的平面圖；圖6是表示Y軸滑塊、一對小齒輪和蝸輪副之間的關係的透視圖；圖7是滑座的透視圖；圖8是以局部剖面示出滑座安裝於臺本體的的狀態的側視圖；圖9是表示臺移動後的狀態的透視圖；圖10是說明本發明的效果的圖；圖11是說明本發明的另一個實施例的圖；圖12是表示本發明的驅動機構的另一個實施例的側視圖。
具體實施例方式以下，參照
實施本發明的優選方式。圖1是表示安裝有本發明的二維移動機構的無觸點式充電器1和用作電子設備等的電源的可充電電池2的外觀的透視圖。這種無觸點式的充電器1不需要通過連接器等在充電器一側和可充電電池一側之間繼續連接，而只需如圖1所示將可充電電池2放置在充電器1的上表面，就可以無觸點地將充電器1的電力傳遞到可充電電池2而對可充電電池2繼續充電。將充電器的電力傳遞給可充電電池的方法已經採用了各種各樣的方法。在本實施例中，在充電器一側和可充電電池一側分別設置線圈，利用這些線圈通過電磁感應作用而將充電器的電力傳遞給可充電電池，從而給可充電電池充電，以下對此有詳細描述。但是，充電方法不限於此。如圖2所示，充電器1通過將二維移動機構4設置在由薄壁從矩形的四邊向上延伸而形成的下殼體3內並在其上覆蓋上殼體5而構成，在下殼體3和上殼體5之間用未圖示的螺釘固定。圖中箭頭分別表示各個軸方向，X為X軸方向，Y為Y軸方向，而Z為Z軸方向。所述二維移動機構4包括以下部分平行於X軸方向設置的X軸導杆6 ；由所述X 軸導杆6導引的X軸滑塊7 ；使所述X軸滑塊7移動的第一驅動機構8 ；平行於Y軸方向設置的Y軸導杆9 ；由所述Y軸導杆9導引的Y軸滑塊10 ；使所述Y軸滑塊10移動的第二驅動機構11 ；安裝在所述X軸滑塊7和所述Y軸滑塊10這二者上的滑座12 ；以及固定在所述滑座12上的臺本體13。在所述臺本體13的上表面裝有線圈14，臺15由臺本體13、線圈 14和滑座12構成。所述X軸導杆6和Y軸導杆9為金屬制的圓棒，各自的兩端部從上方插入設置於所述下殼體3上的凹狀的軸安裝部20、20，並用軸安裝片21、21防止從各個軸安裝部20、20脫落。圖3表示所述X軸滑塊7位於X軸方向的移動範圍的正中心的狀態。在X軸滑塊 7的在X軸方向上長的基座部25的兩個端部設置有用於安裝於所述X軸導杆6的一對導引部沈、26，並且在所述基座部25的圖中所示的下邊緣設有與X軸導杆6平行的齒條27。所述齒條27被設定為X軸滑塊7的最大移動距離的一半的長度。另外，所述基座部25具有從圖中所示的上邊緣的中央朝Y軸方向延伸的延伸部觀。所述第一驅動機構8包括X軸用電機30、與所述電機30的軸31直接聯結的蝸輪副32以及介於所述蝸輪副32和所述齒條27之間的一對X軸用小齒輪33、34。在X軸滑塊7位於X軸方向的移動範圍的正中心的狀態下，一對X軸用小齒輪33、34同時與所述齒條27的兩端附近的齒嚙合。再者，在本實施例中，一對小齒輪33、34的形狀和尺寸設為相同，以求零件的通用化，但是也可根據設計等的情況而採用不同的形狀和尺寸。後述的Y軸用小齒輪5354亦如此。所述蝸輪副32與X軸導杆6平行地配置，其在與所述X軸用電機30對置一側的端部由設置於下殼體3的軸支承部35旋轉自由地支持。所述蝸輪副32具有第一蝸杆36 和第二蝸杆37，兩個蝸杆36、37之間為聯接部38。如圖4所示，X軸用小齒輪33、34構成為具有上下兩段的二段齒輪。位於下方的第一段齒輪41、43為與所述齒條27嚙合的正齒齒輪，位於上方的第二段齒輪40、42形成為分別與第一蝸杆36和第二蝸杆37嚙合的斜齒齒輪。圖5示出所述Y軸滑塊10位於Y軸方向的移動範圍的正中心的狀態。在Y軸滑塊10中，在Y軸方向上長的基座部45的兩個端部設置有用於安裝於所述Y軸導杆9的一對導引部46、46，並且在所述基座部45的圖中所示的下邊緣設置有與Y軸導杆9平行的齒條47。所述齒條47被設定為Y軸滑塊10的最大移動距離的一半的長度。另外，所述基座部45具有從圖中所示的上邊緣的中央朝X軸方向延伸的延伸部48。所述第二驅動機構11包括Y軸用電機50、與所述電機50的軸51直接聯接的蝸輪副52以及介於所述蝸輪副52和所述齒條47之間的一對Y軸用小齒輪53、54。在Y軸滑塊 10位於Y軸方向的移動範圍的正中心的狀態下，一對Y軸用小齒輪53、54同時與所述齒條 47的兩端附近的齒嚙合。所述蝸輪副52與Y軸導杆9平行配置，其在與所述Y軸用電機50對置一側的端部由設置於下殼體3的軸支承55旋轉自由地支持。所述蝸輪副52具有第一蝸杆56和第二蝸杆57，兩個蝸杆56、57之間為聯接部58。如圖6所示，Y軸用小齒輪5354構成為具有上下兩段的二段齒輪。位於上方的第一段齒輪60、62為與所述齒條47嚙合的正齒齒輪，位於下方的第二段齒輪61、63形成為分別與第一蝸杆56和第二蝸杆57嚙合的斜齒齒輪。圖7為所述滑座12的透視圖。在所述滑座12中，在形成為方筒狀的方筒部65的底面的三個部位設置突出的L形的腳部66。S卩，兩個腳部66設置於圖中的左方，並且下端的彎折部67朝右，而一個腳部66設置於圖中的右方，並且下端的彎折部67朝左。所述方筒部65在圖中的正面和背面的上部分別形成有突出的凸緣部69、69，在頂面上設置有帶底的圓孔70，在所述圓孔70內收納有壓縮彈簧71。所述壓縮彈簧71的上端從方體部65的上表面突出。如圖2所示，所述滑座12按下述方式相對於X軸滑塊7的延伸部觀和Y軸滑塊 10的延伸部48裝配。即，所述方筒部65滑動自由地裝配在所述Y軸滑塊10的延伸部48 上，所述三個腳部66滑動自由地裝配在所述X軸滑塊7的延伸部28上。通過這種方式，如果X軸滑塊7朝X軸方向移動，滑座12就沿著Y軸滑塊10的延伸部48朝X軸方向移動， 而如果Y軸滑塊10朝Y軸方向移動，滑座12就沿著X軸滑塊7的延伸部觀朝Y軸方向移動。因此，滑座12按照X軸滑塊7和Y軸滑塊10的移動而在X-Y方向上移動。如圖8所示，所述臺本體13在下表面的中央部有圓形凹部75，同時有一對爪部76 夾著凹部75向下方突出。另外，在所述壓縮彈簧71的上端被壓接於所述凹部75的內底面的狀態下，將所述滑座12的一對凸緣部69卡扣在一對爪部76上，據此將滑座12固定在臺本體13的下面。如圖8所示，在所述滑座12的上表面和臺本體13的下表面之間設置有微小的間隙t。因此，安裝於臺本體13的上表面的線圈14(參照圖2、圖9)能夠抵抗壓縮彈簧71而相對於滑座12在圖中所示的上下方向即Z軸方向以間隙t的量移動。本實施例中，間隙t 為約0. 3mm，但並不限於此。所述線圈14與上殼體5的下表面滑動接觸並在X軸方向和Y軸方向上移動。雖然省略了圖示，但如果在線圈14與上殼體5之間插入薄的墊片等，則可以防止線圈的磨損。下面，說明二維移動機構4的動作。圖9示出了二維移動機構4的線圈14(以實線表示)處於圖示的面前一側的原位置的狀態。如果在該狀態下，將可充電電池2置於如圖1所示那樣的大致中央位置處，則由未圖示的檢測裝置檢測可充電電池2。於是，未圖示的控制裝置起動所述X軸用電機30和Y軸用電機50，以使所述線圈14向可充電電池2的位置移動。X軸用電機30的動力從第一蝸杆36經由X軸用小齒輪33傳遞給X軸滑塊7，使所述滑塊7沿著X軸導杆6朝箭頭Xl方向移動。同時，Y軸用電機50的動力從第二蝸杆 57經由Y軸用小齒輪M傳遞給Y軸滑塊10，使所述滑塊10沿著Y軸導杆9朝箭頭Yl方向移動。於是，由於所述臺15位於X軸滑塊7和Y軸滑塊10的延伸部觀、48的交叉部，安裝在所述臺15上的線圈14也隨著所述交叉部的移動而移動。而當線圈14被移動到預定的位置時，控制裝置就將X軸用電機30和Y軸用電機50停止，從線圈14向可充電電池2 傳送電力，開始給充電器2充電。根據以上的結構，通過分別設置一對的X軸用小齒輪33、34和一對的Y軸用小齒輪53、54，能夠縮短齒條27、47的長度，能夠使零件的成形簡單並降低零件成本，而且如果齒條縮短，機構本身也可以小型化。現參照圖10對這幾點進行說明。圖10(a)表示使1個小齒輪P與設置在滑塊S上的齒條R嚙合的結構，圖10 (b)表示本發明的使2個小齒輪Pl、 P2與設置在滑塊S上的齒條R嚙合的結構。在這兩種結構中，使滑塊S移動相同的距離L。 再者，在圖10中表示了使滑塊S朝X軸方向移動的情況，但是朝Y軸方向移動也同樣如此。在設置1個小齒輪P的圖10 (a)的結構中，為了使滑塊S移動L的量，齒條R也必須具有與滑塊S的移動距離L至少相同的長度。於是，從齒條R的左端的與小齒輪P嚙合的實線位置到齒條R的右端的與小齒輪P嚙合的假想線位置的齒條R的移動空間必須為齒條R的長度的2倍即2L的量，機構本身的在X軸方向的尺寸也至少為2L。另一方面，如圖10 (b)所示，在本發明的結構中，使齒條R從一方的小齒輪Pl到另一方的小齒輪P2繼續地移動，因此齒條R的長度為滑塊S的移動距離的一半即0. 5L即可。 於是，齒條R的移動空間為滑塊S的移動距離L與齒條R的長度0. 5L之和即1. 5L即可，因此利用圖10(a)的機構能夠將機構本身在X軸方向的尺寸縮短0.5L。以上根據一個實施方式說明了本發明的結構，但本發明不限於此。例如，不是通過蝸輪副32、52執行從電機30、50到小齒輪33、34、53、54的動力傳遞，而可以如圖11(a)所示，通過在一對小齒輪33、34之間插入奇數個小齒輪或齒輪並將電機的動力傳遞給這些小齒輪或齒輪中的一個，也可以如圖11(b)所示，在一對小齒輪33、34設置皮帶輪並在兩個皮帶輪之間架設橡膠皮帶，以將電機的動力傳遞給任何一方的小齒輪。就所述第一驅動機構8和第二驅動機構11的結構而言，本發明也不上述的結構。 例如，也可以如圖12所示，將電機100、與所述電機100的軸102直接聯接的蝸輪副102以及介於蝸輪副102與所述齒條27 (未作圖示)之間的一對小齒輪103、104安裝在金屬制支架105上，從而將驅動機構106單元化。再者，與前述的實施方式一樣，所述小齒輪103、104被配置成在所述滑塊7 (未圖示)位於其移動範圍的中心時所述小齒輪103、104與所述滑塊27的齒條27兩端附近的齒嚙合。此外，例如，所述蝸輪副102即使是將金屬制的圓棒經切削加工而形成的，也可以如上所述那樣，使各一對的小齒輪與各個齒條嚙合，並使一對小齒輪同步旋轉，因此能夠使蝸輪副縮短，即使蝸輪副由金屬製成也可以降低成本。另外，可以將所述驅動機構106的所述支架105的一部分用螺釘(未圖示)等固定在所述下殼體3的一部分上。
通過這樣將驅動機構106單元化，不必將電機、蝸輪副、小齒輪等各個零件直接安裝到下殼體3上，具有緩和下殼體的零件尺寸精度的效果。此外，由於不將電機直接安裝於下殼體3，還能夠取得電機的振動不易傳遞給下殼體3的進一步的效果。如果電機的這種振動不易傳遞給下殼體，就能夠取得抑制驅動噪聲的進一步的效果。假設，即使這樣電機的振動還是被傳遞到下殼體，也可在下殼體與電機之間插入緩衝材料，從而比在將電機下直接安裝在殼體上時更容易抑制驅動噪聲。
圖12示出了 X軸用的驅動機構106，但只要將圖中上下方向倒過來就可作為Y軸用的驅動機構使用，因此不需要製作X軸用、Y軸用的專用零件，能夠實現零件的統一化。
附圖標記說明
6 =X軸導杆；7 =X軸滑塊；9 =Y軸導杆；10 =Y軸滑塊；12 滑座
15 臺；27 齒條；28 延伸部；30 :X軸用電機；32 蝸輪副
33,34 =X軸用小齒輪；36 第一蝸杆；37 第二蝸杆；47 齒條
50 =Y軸用電機；52 蝸輪副；5354 =Y軸用小齒輪；56 第一蝸杆
57 第二蝸杆；100 電機；102 蝸輪副；103,104 小齒輪
105 支架；106 驅動機構
權利要求
1.一種二維移動機構，其中，利用包含X軸用電機(30)的第一驅動機構(8)使X軸滑塊(7)沿著X軸導杆(6)朝X軸方向移動，並且利用包含Y軸用電機(50)的第二驅動機構 (11)使Y軸滑塊(10)沿著Y軸導杆(9)朝Y軸方向移動，利用X軸滑塊和Y軸滑塊的移動使臺(1 朝X軸方向和Y軸方向移動，其特徵在於所述X軸滑塊具有與X軸導杆平行的齒條(XT)和與Y軸平行的延伸部08)，所述Y軸滑塊具有與Y軸導杆平行的齒條G7)和與X軸平行的延伸部08)，所述臺具有能夠同時沿著所述兩個延伸部移動的滑座(12)，所述第一驅動機構具有一對X軸用小齒輪(33、34)，所述一對X軸用小齒輪(33、34)被配置在當所述X軸滑塊位於其移動範圍的中心時與所述X軸滑塊的齒條的兩端附近的齒同時嚙合的位置上並且由所述X軸用電機驅動而同步旋轉，以及所述第二驅動機構具有一對Y軸用小齒輪(5354)，所述一對Y軸用小齒輪(53、54)被配置在當所述Y軸滑塊位於其移動範圍的中心時與所述Y軸滑塊的齒條的兩端附近的齒同時嚙合的位置上並且由所述Y軸用電機驅動而同步旋轉。
2.如權利要求1所述的二維移動機構，其特徵在於所述各個小齒輪由二段齒輪構成，各一對的第一段齒輪01、43、60、62)與所述齒條嚙合，經由具有分別與各一對的第二段齒輪00、42、61、63)嚙合的第一蝸杆(36、56)和第二蝸杆(37，57)的蝸輪副(32、5幻將所述各個電機的動力傳遞給各個小齒輪。
3.如權利要求1所述的二維移動機構，其特徵在於通過在支架105上安裝驅動所述X軸滑塊或Y軸滑塊的電機100並且安裝與所述電機直接聯接的蝸輪副102以及介於所述蝸輪副與所述X軸滑塊或Y軸滑塊的齒條之間的一對小齒輪103、104，來使所述第一驅動機構和第二驅動機構單元化，所述一對小齒輪被配置在當所述滑塊位於其移動範圍的中心時與該滑塊的所述齒條兩端附近的齒同時嚙合的位置上。
4.如權利要求3所述的二維移動機構，其特徵在於所述蝸輪副是金屬制的。
全文摘要
本發明提供一種使臺(15)在X軸方向和Y軸方向自由移動的、結構簡單、廉價且容易小型化的二維移動機構。在二維移動機構中，配置有與分別設置於X軸滑塊(7)和Y軸滑塊(10)上的各個齒條(27、47)的兩端附近的齒同時嚙合的各一對的小齒輪(33、34、53、54)。所述各一對的小齒輪由各個電機驅動而同步旋轉。
文檔編號G12B5/00GK102483958SQ20108002658
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月15日 優先權日2009年6月25日
發明者宿谷玲, 山中隆 申請人:德利信電子有限公司