JPH023730A

JPH023730A - 直線往復運動装置およびそれを用いた光学式カード記録読取装置

Info

Publication number: JPH023730A
Application number: JP63238820A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kobayashi; 光一小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-09-26
Publication date: 1990-01-09
Also published as: US5047618A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、定速回転駆動を直線往復運動に変換する装置
に係り、特に任意の速度パターンで直線往復運動を行な
える直線往復運動装置およびそれを用いた光学式カード
記録読取装置に関する。

（従来の技術）従来の直線運動装置としては、モータの正転。

逆転を一往復毎に繰返して、これをベルトまたはラック
およびピニオン等によって直線往復運ｖＪに変換する方
法がある。しかし、このように−往復毎にモータの正転
、逆転を繰返す方法では短時間のうちにモータを高速回
転に立上げたり急減速して逆回転立上げを繰返す必要が
あり、モータのパワーをある程度大きく設定する必要が
ある。

これに対し、例えば第２６図に示すようなクランク機構
を用いる構造とすることにより、モータを一方向に連続
回転させて直線往復運動を得ることができる。この例で
は、直線往復運動装置が適用された光学式カード記録読
取装置を示している。

ここでクランクアームｌｏｔの腕の長さをＲ１連接捧１
０３の長さをＬ、光学式カード１０５の直線往復運動の
ストロークをＳとする。　クランクアーム１０１の腕が
モータ１０７の回転により一定角度ωで回転すると、光
学式カード１０５のストロークＳはＳ＝Ｌ＋Ｒ（１−ｃ
ｏｓｃ、＋ｔ） −４Ｌ”−Ｒ”ｓｉｎωｔとなる、この光学式カード１０５の直線往復運動は。

クランクアーム１０１の長さＲの値や連接棒１０３の長
さＬの値を変えることにより速度パターンを変化そせる
ことができるが、任意の速度パターンを得るにはある程
度限界があり、例えば光学式カード１０５を等速往復運
動させるのは困難である。

一方、光学式カード１０５の記録を読取るにはある程度
の精度をもった等速直線往復運動が必要とされている。

このようにクランク機構を用いて等速直線往復運動を得
るには、クランク機構の移動速度およびクランク機構の
角度、位相を検出して、これらをモータ１０７の回転駆
動部にフィードバックし、　かつフィードバック値とモ
ータ回転速度とを比較してモータ１０７の回転速度を変
化させる電気的回転速度制御を行なうことが考えられる
０反面、このような方法では、制御回路が大がかりにな
るばかりでなく、高速化等の要請に対し、モータ１０７
側の慣性や電気的加速・減速制御の負担が大きくなると
いった問題が生じていた。

この間層に対し、本出願人は１例えば第２７図に示すよ
うに光学式カードの速度パターンを加速区間および減速
区間の加速度が一定となるようにする発明を開示した（
特開昭６２−１２７５５９号公報参照）。

ところで、光学式カードの記録読取装置の場合、直線往
復遠度のそれぞれの片道のストロークの中で、等速区間
とその前後に立−ヒリ加速区間および減速区間とが存在
する。

しかるに１本出願人が既に開示した装置によると第２８
図のように加速度線図は等速状態から減速状態に移行す
るときや加速状態から等速状態になるとき、加速度の変
化がステップ状に急激に行なわれ、これに伴い被駆動体
の質量による慣性力も急激に変化する。

このため、駆動モータの負荷トルクが急変動したり、往
復運動の反転の際には被駆動体の慣性力が衝突力として
作用し、往復運動駆動装置に性能ト有害な振動を生じ第
２９図のように速度線図が乱れたり、不要で耳ざわりな
動作音を発生する原因になることがわかった。

（発明が解決しようとする課題）上記のように、従来の直線往復運動装置では。

駆動モータの一方向連続回転で所望の速度パターンで直
線往復運動をさせることができるが、加速度が急激に変
化する状態が存在し被駆動体の慣性力が装置に衝撃振動
などの形で影響を与え速度パターンが乱される虞れがあ
ることがわかった。

また、被駆動体の慣性力が衝撃力となって装置に騒音が
発生する虞れもある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、駆動用モー
タの一方向連続回転で所望の速度パターンで直線往復運
動が行なえる構成でありながら、更に往復運動の加速度
が急変せず安定した速度パターンが得られる直線往復運
動装置およびそれを用いた光学式カード記録再生装置を
提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明においては、被駆動体
と、この被駆動体が直線往復運動するよう該被駆動体を
案内支持する支持手段と、この支持手段に支持された被
駆動体を直線往復運動させるための一方向に定速回転す
る駆動用モータと、この駆動用モータの回転運動を前記被駆動体の直線往復
運動に変換し、かつ腕の長さが伸縮可能なクランク機構
と。

このクランク機構の腕の長さの伸縮量を決定し、前記被
駆動体が所定の速度パターンで直線往復運動するように
前記腕を案内するカムとを具備し。

このカムは、前記被駆動体の速度パターンの加速度が直
線往復運動中のいずれの状態においても非ステツプ状に
変化するような形状をしている構成とした。

また上記構成の直線往復運動装置を利用し、被駆動体と
して光学式カードを用い、この光学式カードに情報を記
録あるいは記録された情報を読取る光学式ヘッド装置を
具備した光学式カード記録読取装置とした。

（作用）上記構成において、駆動用モータを一方向に定速回転さ
せると、クランクアームがカムにより案内されてその腕
の長さを伸縮させながらこの回転を変換して支持手段に
支持された被駆動体を直線往復運動させる。このとき、
被駆動体の運動は、加速度が直線往復運動のいずれの状
態においてもカムにより連続的に変化する。

（実施例）以下図面に基づき、この発明の実施例な詳細に説明する
。

第１図は本発明の直線往復運動装置の一実施例を示す主
要部の分解斜視図、第２図は第１図の組付斜視図、第３
図は作用説明例を示す。

第１図および第２図において、クランクサブアーム１に
は駆動用モータ（図示省略）側からの回転力が伝達され
る軸３が設けられ、クランクサブアーム１は軸３を中心
に回転自在となっている。

クランクアーム５には長手方向に２つの長穴７ａ。

７ｂが設けられ、長穴７ａ、　７ｂはクランクサブアー
ム１に植立された２つのピン９ａ、　９ｂと摺動自在に
嵌合している。従って、クランクアーム５は長欠７ａ。

７ｂとピン９ａ、９ｂとの摺動によってクランクサブア
ーム１に対してスライド可能となっており、軸３からク
ランクアーム５の一端に固定されたピン１１までの長さ
、つまりクランク機構の腕の長さが伸縮可能となってい
る。なお、これら長欠７ａ、７ｂおよびピン９ａ、９ｂ
によるスライド機構は他の構成で代用してもよい。

クランクアーム５の一端に固定されたピン１１には連接
棒１３の一端が回転自在に係合し、連接棒１３の端には
被駆動体（図示しない）が連結されている。被駆動体は
図示しない支持手段により直線往復運動するよう案内支
持されている。

クランクサブアーム１の軸３は案内カム１５の軸受１７
に嵌合し、ピン１１の案内カム１５側に回動自在に嵌合
されたカムフォロアローラ１９が案内カム１５のカム溝
２１に係合している。従って、クランクサブアーム１が
軸受１７に対し軸３を中心に回転すると、カムフォロア
ローラ１９がカム溝２１に案内されて案内カム１５で定
められた軌跡を描き前述の腕の長さが変化する。

なお、案内カム１５の形状は被駆動体に所望のパターン
で直接往復運動させるように幾何学的に決定されている
。この実施例では案内カム１５の形状が略楕円で、クラ
ンクサブアーム１の回転中心が楕円の中心と一致してい
ない。

このため、クランクサブアーム１が第３図中で反時計ま
わりに回転すると、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順
にクランクアーム５はピン９ａ、９ｂに対して長穴７ａ
、７ｂがスライドし腕の長さが変化して回転する。そし
て被駆動体が直線往復運動する。

次に、この実施例を光学式カード式記録読取装置に組込
んだ場合の適用例について図面を参照して説明する。

まず最初に被駆動体としての光学式カード２３は。

記録を読取るには等速成線運動をする必要があるので第
４図および第５図を参照して光学式カード２３が記録、
読取中等速で直線運動をするように。

クランクアーム５と連接棒１３の連結点Ｑ（第５図に示
す）の軌跡を定めることにする。以下にその手順を述べ
る。

光学式カード２３は、読取時は等法面線運動をし。

運動の方向を変えるときには減速、加速を行なう。

そこで、速度と時間の関係は第６図に示すような線図と
なる。すなわち、縦軸に速度Ｖ、横軸に時間Ｔがパラメ
ータとして設定され、光学式カード２３を時間Ｏからｔ
８の間に速度ＯからＶまで加速し、その後等速度Ｖで直
線運動を行なった後、再び１ｓの時間で速度Ｖから０ま
で減速して半サイクルの動作が行なわれる。そして、次
の半サイクルでは逆方向に同様に加速−等速一減速の直
線運動が行なわれて、１サイクルの動作が終了している
。

そして、この実施例では、加速区間１等速区間および減
速区間、往復運動反転時やこれらの各状態が移り変ると
き、加速度が不連続にステップ状態に変化したり加速度
の大きさが急変したりしないように、即ち加速度αの微
分係数ｄα／ｄｔの値が無限大や、大きな値になったり
しないよう第７図に示すように切れ目がなく連続した直
線で結ばれた形状にする構成とする。

なお、光学式カード２３の加速度の微分係数ｄα／ｄｔ
の値が無限大になったり、大きな値になったりしなけれ
ば、加速度線図は、第７図の例に限られるものではない
、他の例については後述する。このような加速度線図で
、第６図のような速度線図の得られる機構の案内カム１
５の例について説明する。

第６図に示すように、半サイクルの動作に要する時間を
Ｔ、加速と減速に要する時間をそれぞれｔ８とする。

また、第５図および第８図に示すように、直線往復運動
の全ストロークをＳＴ、　　等速運動区間のストローク
をＳｃ、加速区間および減速区間のストロークをそれぞ
れＳｌとする。

第６図において立上り０からｔ８の区間の速度ｙは次式
で表わされる。

ｙ＝−ｖｘ”／ｌｓ”＋２ｖｘ／１ｇそしてこの区間の立上りストロークＳ８はとなり１次式
が求まる。

Ｓ、＝２ｖｔ８／３・・・■ また、往復運動の片道の全ストロークｓＴは５７＝２８
．＋（Ｔ−２ｔｇ）ｖ　　　　　　　　　　−■となり
、０式および■式よりｔ　ｓ＝　３　Ｔ　Ｓ−７２（Ｓｔ＋　Ｓ−）　　　　
　　　　　　　　　　”’　　■となる。

次に、第５図に示すクランクアーム５は０点を中心とし
て一定角速度ω（度／秒）で回転するものとすると、半
サイクルの時間Ｔの間にクランクアーム５が１８０１回
転するのでである。

また、加速区間および減速区間のそれぞれの時間ｔ８で
クランクアーム５が回転する角度をＯＳとすると、 θ５＝　ω１ｓ・・・■ である。

従って、（３）式、（４）式および０式より０８は０８
＝　２７０８よ／（Ｓｔ＋Ｓｔ）　　　　　　　　　・
・・０となる。

次に、第６図および第８図を参照して、クランクアーム
５が任意の回転角度θのときのストロークＳを求める。

第８図の加速区間（ａｂ間）でのストロークＳａｂは、となり、これを変形すると次式のようになるωＴ　　＝
　　１８０・・・（４）Ｓａｂ＝１．５Ｓ、（０２／θｇ”−ｏ３／（：ａθＳ
３）　　　・・、■次に定速区間（ｂｃ間）でのストロ
ークＳｈｅは、５ｂｃ＝８１＋Ｓｃ（θ−θｓ）／　（
１８０−２・０ｇ）　　−・・■となる。

更に減速区間（ｃｄ間）でのストロークＳｃｄは、５ｃ
ｄ＝　５Ｔ−ｔ、ｓｓ、　（（１８０−〇）”１０ｇ−
（ｔｓｏ−〇）’／（３−０８３））・・・０のようになる。

次に第５図で、クランクアーム５と連接棒１３の連結点
Ｑ（ｘ、ｙ）はＱｌからＱ２の方向へ移動していくもの
とし、Ｑ、からＱ２すなわち、　θ＝０８がらθ＝１８
０−０３の範囲で光学式カード２３は等法面線運動をす
る。

そして、連接棒１３の光学式カード２３側との連結点を
Ｐ（ｐ、ｏ）とし、加速終了時、すなわち等速連動区間
の最初の点の座標をＰ＋（ＰｔｅＯ）とする。

ここで、連接棒１３の長さをＬとすると、Ｑ点の軌跡の
座標の（ｘ、ｙ）は次の関係式で表わせる。

ここでＰ点は等法面線運動をすることから（へ）式％式
％（１２）そして、第５図Ｑ点がＱｉからＱ２へ向って移動すると
き、　θ＝０８からｏ＝ｔａｏ−０８までの６値につい
て（１２）式、　（１０）式、　（１１）式を満たすＱ
点の座ｗ（Ｘｌ　ｙ）を求めることにより１等速運動区
間の軌跡が定まる。　この時に第９図（ａ）　、　（ｂ
）　、　（ｃ）のようにＱの６値によって、求めるＱ点
は０６点と０４点との２つが存在する。０６点又はＱｌ
の選択は、第９図（ｂ）のようにＱα＝Ｑβの時以外は
、クランクアーム５の回転中心からの距離が近い方。

すなわち、第９図（ａ）では０６点が、第９図（ｃ）で
は０４点がＱ点の軌跡として採用される。　このＱ点の
軌跡は連続的でなければならず、つまりクランクアーム
５の回転角０の増加に伴なって、　０６点の軌跡からＱ
ａ点の軌跡に円滑に切換っていく必要があり、切換点は
Ｑα＝Ｑβすなわち第９図（ｂ）に示す状態である。

このことからＱα＝Ｑβとなる点が存在することが条件
となり、（ｌＯ）式、　（１１）式から導かれる二次方
程式％式％（１３）の判別式りが、Ｄ≧０と等号も成立するようにＬの値が
選定されなければならない。

（１３）式は条件Ｄ；ｉｉ：ＯよりＬ２≧ｐ”　ｓｉｎ”θ すなわちＬ≧　ｐ　　ｓｉｎθ ・・・（］４）となる。

（１２）式を（１４）式に代入すると、Ｌ≧（ｐ”　　
Ｓｃ（θ−θｇ）　／　（１８０２・θｓ））　ｓｉｎ
θとなり、したがって、Ｌ＝ｍａｘ（ｐｔ−８ｃ（θ−θｇ）／　（１８０２・
θ５））ｓｉｎθ・・・（１５）このように連接棒１３の長さＬの値を決定することがで
きる。

以上のごとく、　θ８≦０１８０−０８の範囲における
Ｑ点の軌跡は、設計条件として半サイクルの時間Ｔ、往
復運動の全ストロークＳＴｓ　　等速走行区間のストロ
ークＳ　Ｃ＋　　等速運動が等速運動にな、る最初の点
Ｐ、の座標（ｐｔ−０）を決定すると、（１２）式、　
（１５）式、　（１０）式、　（１１）式より各Ｑ点の
座標（ｘ、ｙ）を求めることで求めることができる。

次に、　０≦０≦０８の範囲は第７図に示されるように
加速度は直線的に変化し、速度は二次曲線の形で増加し
ている期間である。したがって第１０図におけるＰ点の
座標（ｐ、Ｏ）は０式よりｐ＝ｐ＋＋ｓ、−ｔ、５ｓｉ
（θ２／θｓ２−θ３／（３θ５３））−・・（１６）となり、同様ニ（１６）式、　（１５）式、　（１０）
式、　（１１）式より加速区間の各Ｑ点の座４１１（ｘ
ｔ　ｙ）を求めることができ、Ｑ点の軌跡が求まる。

さらに、１８０−０８≦θ≦１８０の範囲では、第７図
に示されるように加速度は直線的に変化し、速度は二次
曲線の形で減少している区間である。従って第１１図の
形で減少している区間である。従って第１１図における
Ｐ点の座標（ｐ、Ｏ）は０式よりｐ＝ｐ、＋ｓ、−ｓＴ
＋ｔ、ｓｓ、（（１８０−θ）２７θｇ”−（１８０−
（１）”／（３・０８勺）・・・（１７）となり、同様に（１７）式、　（ｔＳ）式、　（１０）
式、　（１１）式より減速区間の各Ｑ点の座標（ｘ、ｙ
）を求めることができ、Ｑ点の軌跡が求まる。

このようにして、クランクアーム５の回転角度θがＯ′
から１８０’までの範囲でクランクアーム５と連接棒１
３の連結点Ｑの軌跡が求まる。クランクアーム５の回転
角度θが１８０”から３６０　”までの範囲でのＱ点の
軌跡はＸ軸と線対称であることは明らかである。

以上述べてきたように設計条件として往復運動の全スト
ロークＳＴｅ　　等速走行区間のストロークＳ　Ｃｅ加
速区間から等速運動に移る最初の点Ｐ１の座ＩＩ（ｐ　
、　、　Ｏ）を決めると、加速区間および減速区間のク
ランクアーム５の回転角θ８が求まり、連接棒１３の長
さＬも計算されていて、光学式カード２３が記録や読取
り中に等速で運動し、その前後には所定の加速度線図を
もった加速や減速を行いながら直線往復運動をするクラ
ンクアーム５と連接棒１３の連結点Ｑの軌跡を求めるこ
とができる。

このような連結点Ｑの軌跡を求める方法について更に他
の実施例をいくつか説明する。

先に述べたように第１の実施例においては直線往復運動
の加速度線図は第７図に示したようになるが、本発明の
主な目的である往復運動の動作の円滑さの向上をはかる
には加速度線図もできるだけ連続的に滑らかな曲線にな
ることが望ましい。

つまり加速度が急激に変化しないことが重要である。

このような加速線図の好ましい形状はおおよそ第１２図
に示されたようになり、曲線ｃｄ区間。

ｄｅ区間ｖｆｇ区間はそれぞれ曲線ａｂ区間と対称な曲
線形状になっている。

動作の円滑さに寄与する要因としては次のようなものが
考えられる。

（ト）加速度αの最大値ｏａあるいはＯｄあるいはｏｇ
（第１２図参照）ができるだけ小さくなるようにする。

■　ａｙ　ｂ＠　Ｏｐ　ｄｇ　ｅ＊　Ｌ　ｇ各点での加
速度αの微分係数ｄα／　ｓ　ｔが０または０に近い値
になるようにすると加速度線図が滑らかになる。

■　ａｂ区間あるいはｃｄ区間、ｄｃ区間、ｆｇ区間の
いずれの位置でも加速度の勾配が急にならないようにす
る。

加速度αを時間ｔで微分した微分係数ｄα／ｄｔを考え
てみると、　時間１＝０からｔｓまでの区間でｄα／ｄ
ｔは第１３図のような形状になる。第１２図の加速度線
図で時間１ｓの区間でａｂ区間のように加速度αは正の
値からＯまで減少しているのでｄα／ｄｔは負の値をと
り、また前述の動作を滑らかにする要因の■よりｄα／
ｄｔは時間ｔ＝０およびｔ３で０または０に近い小さな
値をとるべきである。

ここで第２の実施例としてこのような曲線の次式を選び
これによりカムの軌跡すなわち連結点Ｑの軌跡を求める
ことを説明する。

ｄ　ａ／ｄ　ｔ　＝−Ａｓｉｎ（ｚ　ｔ／　ｔｓ）・・
・（Ｉ８）加速度αは（１８）式をｔで積分することによりａ＝Ａ
ｃｏｓ（ｓ　ｔ／ｌｓ）＋Ａ・・・（１９）時間０からｔ８までの区間でｄα／ｄｔおよび加速度α
は第１４図に示すような線図になる。加速度αを更に七
で積分すると時間０（立上り）からｔ８の区間の速度ｙ
は次のようになる。

ｙ＝（Ａｔｓ／π）　ｓｉｎ　（ｚｔ／ｌｓ）＋Ａｔ　
　・＋ｌｌ　（２０）速度ｙがＯから立上り時間１＝１
．のとき速度Ｖまで立上るものとすると（２０）式よりｖ　　＝　　Ａｔｓ・・・（２１）速度ｙを更にｔで積分すると往復運動の全ストロークＳ
Ｔは次のようになる。

５ｔ＝Ａ（ｔｓ／π）”（１−ｃｏｓ（πｔ／１ｓ））
＋Ａｔ”／２・・・（２２）立上りストロークＳ１は立上りの時間をｔ　＝　ｔ　ｑ
、とＳａｂはおいてＳ、＝Ａｔ、”（４＋π”）／（２π勺・・・（２３）（２１）式と（２３）式よりＡを消去してＳ、＝（４＋
π”）ｖ　ｔ、／（２ｇ”）＝０．７０２６４ｖ　ｔｇ
・・・（２４）（２４）式と０式よりＶを消去するとｔｓ＝ｓ、Ｔ／（０，７０２６４ＳＴ＋０．５９４７２
Ｓ、）　　・（２５）従って、加速区間、減速区間のそ
れぞれの時間ｔ！Ｉでクランクアーム５が回転する角度
を０６とすると、 θ、＝１８Ｏ８，／（０，７０２６４Ｓア＋０．５９４
７２Ｓ、）　　・・・　（２６）となる。

次に、第６図、第８図を参照してクランクアーム５が任
意の回転角θのときのストロークＳを求める。第８図の
加速区間（ａｂ間）でのストローク＝０．１４４２５．
（１−ｃｏｓ（ｇθ／θｇ）＋０．５（πθ／θ８）２
）・・・（２７）次に定速区間におけるストロークＳｂｃは（へ）式の通
りつまり。

５ｂｅ＝Ｓｉ＋Ｓｃ（θ−８ｇ）／　（１８０２・θ、
）　　・ＱＩＫ）である。

更に減速区間ｃｄ間でのストロークＳａｄは５ｅａ＝　
ｓ、−０，１４４２Ｓ、［１−ｅｏｓ（ｘ　（１８０−
８）／θ３）＋Ｏ，Ｓ（π（１８０−θ）／θ３）２］
　　　　・・・（２８）となる。

前述の第１の実施例と同様に連結点Ｑ点の軌跡の座標（
ｘ、ｙ）は前記の（ｌＯ）式、　（１１）式の通り、つ
まり。

ｙ　　＝　（ｔａｎθ）Ｘ・・・　（１０）（ｘ−ｐ）”＋ｙ”＝Ｌ” ・・・（１１）より算出される。Ｌは前述の（１５）式により定められ
る。ｐの値は（２７）式よりＯ≦θ≦０８のときＰ　”
　Ｐ　ｘ　＋　Ｓ　ｔ　　Ｓ　ａｂ＝ｐ、＋ｓ、−０，
１４４２Ｓ、（１−ｃｏｓ（πθ／θＳ）＋０．５（π
θ／θ５）２）　　　　　　　　・・・（２９）θ８≦
θ≦１８０−θＢのときは先に示した（１２）式と同様
になりＰ＝Ｐｔ　　ＳＩ　５ｂｃ＝ｐｉ−８ｃ（θ−θｇ）／（１８０２０３）・・・（
１２）１８０−０８≦θ≦１８０のときＰ＝Ｐｉ　＋　Ｓｔ　　５ａｄ＝ｐｘ＋Ｓ、ＳＴ＋０−１４４２Ｓ１［１ｃｏｓ（ｇ（
１８０−θ）／θ３）＋０．５（π（１８０−θ）／θ
８）２］　　　　　　　・・直（９））である、θを０
から１８０までの各値を代入して（ｌＯ）式、　（１１
）式を解くことにより連結点Ｑ点の軌跡の座ＪＲＣｘｅ
　ｙ）を求めることができる。

次に第３の実施例として時間Ｏからｔ５までの区間で加
速度αの微分係数ｄα／ｄｔの値が負の値をもち、その
両端（時間０およびｔｓ）で０になる次のような式を選
ぶことにするｄα／ｄ　ｔ　＝Ａ　ｔ　（ｔ　−ｔｓ）　　　　　　
　　・・・（３１）この場合時間Ｏからｔｇまでの区間
でｄα／ｄｔおよび加速度αは第１５図に示したような
線図になる。

先に述べた第２の実施例と同様な手順でＱ点の軌跡の座
標（ｘ、ｙ）を求めることができる。

この第３の実施例では、 θ５＝１８０ｓ、／（０，７Ｓｔ＋０．６Ｓ、）　　　
　　　・・・（３２）となり、ｐを求める式は０≦θ≦０８のときＰ＝Ｐｘ＋５ｔ−ｓ１ｏ″（２Ｂ”　　５１？”　θｇ
＋１０θｇ３）／（７θｇ’）・・・（３３） θ３≦θ≦１８０−０．のときは先述の（１２）式と同
様に、Ｐ＝Ｐｎ−８ｃ（θ−θｓ）／　（１８０−２θＳ）・
・・（１２）１８０−０８≦Ｏ≦１８０のときｐ＝ｐ、＋Ｓ、−５ｔ＋Ｓｍ（１８０−θ）”（２（１
８０−〇）３−５　（１８０−０２）θ８＋ｌＯθｓ”
）／（７θ、ｓ）・・・（３４）のようになる。

これらをもちいて先の（ｌＯ）式、　（１１）式、　（
１５）式よりθの０から１８０”までの各値における連
結点Ｑの軌跡の座標（ｘ＊ｙ）を求めることができる。

次に第４の実施例としてｄ　ａ／ｄ　ｔ＝Ａ（（ｔ−０，５ｃｇ）”−（０，５
ｔｌ、）”）・・・（３５）ただし、（１＝１４，３．・・−Ａｇｏであるとすると
、　この場合も時間１＝０からＴ３までの区間でｄα／
ｄｔは負の値になり、その両端（時間１＝０およびｔｓ
）でＯとなるので動作の円滑なカムの軌跡としての連結
点Ｑを求めることができる。

なお、Ｔ１＝１の場合は前述用３の実施例と同一である
。

またｎを大きくしていくと最初に述べた第１の実施例の
加速度線図に近づいていき加速度αの線図は第７ｖ４の
ようになる。

次に第５の実施例としてｄα／　ｄ　ｔ　＝Ａ（ｃｏｓ２πｔ／１８−１）　　
　・・・（３６）ただし、Ａ〉０とすると、　この場合も時間１＝０からｔｓまでの区間
でｄα／ｄｔは負の値をとり、その両端（時間１＝０お
よびｔｓ）で０となるので動作の円滑なカムの軌跡とし
ての連結点Ｑを求めることが可能である。ｄα／ｄｔと
αの線図を第１６図に示す。

更に第６の実施例としてとして、カムの軌跡としての連結点Ｑを求めることも可
能である。

時間０からｔｓまでの区間で加速度αと微分係数ｄα／
ｄｔの線図は第１７図のようになる。

一般にｄα／ｄｔ＝ｆ（ｔ）においてｆ　（０）＝　ｆ
　（ｔｓ）＝０で時間１＝０からｔ３までの区間でｆ（
ｔ）＜０になるような関数を選ぶことにより加速度αの
線図を第１２図のようになだらかに変化するようにする
ことができる。関数ｄα／ｄｔ＝ｆ（ｔ）はこれまで述
べた第１乃至第６の実施例に限られるものではなく、ま
だまだほかに多く存在する。

またｄα／ｄｔ＝ｆ（ｔ）は、これまで述べた実施例の
ような時間０からｔ８までの区間でｔ＝ｔ、ｓ／２の軸
に対称形になるものと限らない、またｆ（０）≠ｏ　、
　ｆ（ｔｓ）≠Ｏになるようなｄα／ｄｔ＝ｆ（ｔ）で
あっても実用上支障のない円滑動作を得ることも可能で
ある。

なお、第１２図に示したような加速度線図の案内カム１
５の形状は概略第１８図に示すように楕円形状となり、
またその回転中心は偏心した位置にあることが理解され
る。

さらには、加速度線図第７図、第１２ｐｑ　、第１４図
乃至第１７図のものにおいては加速区間中油速度αは連
続的に徐々に小さくなっていき加速区間終了時に０又は
微小値となるような特性となっているが、加速区間の最
終の部は等加速度、あるいは加速度が大きくなっていき
、略等速区間に移る近傍で連続的に徐々に小さくなって
いくような特性としてもよいことはもちろんであり１本
発明は加速区間から略等速区間に移る直前および略等速
区間から減速区間に移った直後に加速度をどのように変
化させるかという点に注目したものもである。

したがって、加速度線図第７図、第１２図、第１４図乃
至第１７図のものは各々加速区間から略等速区間に移る
直前および略等速区間から減速区間に移った直後に適用
されるもので加速区間、減速区間のすべてに適用されな
くてもよい。

また１本発明は加速区間、減速区間のどちらか一方にだ
け適用した場合も有用である。

このようにして求められた軌跡をもつ案内カム１５に案
内されてクランクアーム５が回転することによって目的
とする光学式カード記録読取装置が実現される。

以下、この光学式カード記録読取装置の構成を説明する
。

第１９図は、本発明に係る光学式カード記録読取装置の
外観図、第２０図は第１９図の内部の断面図、第２１図
は第１９Ｉｐ４の分解斜視図である。

第１９図乃至第２１図において、被駆動体たる光学式カ
ード２３は支持手段たるシャトル本体２５に保持されて
いる。支持手段たるガイドバー２７．２９はシャトル本
体２５の運動方向を案内するためにシャトル本体２５を
摺動可能に支持し、その両端はメインシャーシ３１に固
定されている。

シャトル本体２５は、平板状の主部３３．主部３３の四
隅に突設された軸受３５．３７および主部３３の上部に
形成され光学式カード２３の上面を抑える抑え板３９よ
りなっている。そして、ガイドバー２７．２９はこの軸
受３５，３フをローディング方向（図中Ｘ方向）に貫通
されている。

このように主部３３を平板状とすることによりシャトル
本体２５が柔構造となり、シャトル本体２５自体のねじ
れ変形がガイドバー２７．２９間で矯正されて光学式カ
ード２３の面振れを小さくすることができる。また、シ
ャトル本体２５を箱状とするより軽破化が図れ、往復運
動反転時の慣性力を小さくすることができる。さらに、
軸受３５．３７は主部３３の図中ｙ方向に対して外側に
突設しているため、同方向に対する軸受３５．３７間の
距離がある程度大きくなり光学式カード２３の面振れ振
動を小さくするのに寄与できる。

抑え板３９は例えば主部３３のローディング方向に対す
る両側部に形成されているが、−側部側の抑え板３９の
一部が光学式カード２３の巾方向に延設されている。こ
のように抑え板３９の面積を大きくすることにより、光
学式カード２３のそりをローディング中又はアンローデ
ィング中に矯正することができる。

なお、シャトル本体２５の下部にあって光学式カード２
３をシャトル本体２５に保持させる機構は、板ばねで直
接光学式カード２３を付勢する構成としてもよく、また
光学式カード２３の下面に対して面接触する爪をスプリ
ングにより付勢する構成としてもよい。

クランクアーム５には長穴７ａ、７ｂが設けられ、この
長穴７ａ、　７ｂにクランクサブアーム１の両端に植設
されたピン９ａ、　９ｂが係合している。また、クラン
クアーム５の一端はピン１１を介して連接棒１３の一端
に同動自在に連結されている。連接棒１３の他端は、ピ
ン４１を介してシャトル本体２５に回動自在に連結され
ている。

案内カム１５の形状は先に述べた方法で、シャトル本体
２５が略等速で直線往復運動をするように定められてい
る。そして案内カム１５の所定の位置には軸受１７が設
けられ、この軸受１７にはクランクサブアーム１の略中
央に植設された軸３が係合し、この軸３の下端には大型
の歯車４３が固着されている。Ｆｉ車４３には駆動用モ
ータ４５の駆動軸４７に固着されたビニオンギア４９が
噛合され、歯車４３を通じて駆動用モータ９の回転力が
クランクサブアーム１を介してクランクアーム５に伝達
される。

この実施例では大型の歯車４３を用い駆動用モータ４５
から一段で減速する構成としたが、小型の歯車の複数組
合わせて減速してもよい、ところが。

大型の歯車４３を用いることにより、速度の変動誤差を
小さくすることができ安定した速度パターンを得ること
ができる。

クランクアーム５のピン１１にはカムフォロア０−ラ１
９が取付けられ、カムフォロア０−ラ１９の外周面は案
内カム１５のカム溝２１に嵌合している。駆動用モータ
４５の駆動によりピニオンギヤ４９を介して歯車４３が
回転すると、クランクアーム５が回転する。そして、ク
ランクアーム５のピン１１に係合しているカムフォロア
ローラ１９が案内カム１５のカム溝２１の形状に沿って
軌跡を描き、長穴７ａ、　７ｂをピン９ａ、　９ｂが摺
動することにより９回転の中心である軸受１７からは相
対的にクランクアーム５の長さが伸縮することになる。

案内カム１５および駆動モータ４５等は、サブシャーシ
５１に組込まれている。サブシャーシ５１は、メインシ
ャーシ３１に対して光学式カード２３のローディング方
向に移動自在となっている。メインシャ−シ３１には同
方向にスリット５３ａ、　５３ｂが形成され。

サブシャーシ５１にはスリット５３ａ、　５３ｂと係合
するピン５５ａ、　５５ｂが植立されている。これによ
り、サブシャーシ５１の移動方向が規制されている。

なお、メインシャーシ３１にピン５５ａ、　５５ｂを植
立し、サブシャーシ５１にピン５５ａ、　５５ｂと係合
するスリット５３ａ、　５３ｂを形成してもよいことは
いうまでもない。

光学式カード２３をローディングするには、まず例えば
第２２図（ａ）に示すように光学式カード２３を挿入口
５７から挿入する。このとき、シャトル本体２５の前部
は位ｍＡの状態にある０位置Ａは光学式カード２３を挿
入するときおよび取出すときのシャトル本体２５の状態
で光学式カード２３の端は装置の挿入口５７から外部に
露出しており、把むことができる位置にある。

その後、第２２図（ｂ）のように光学式カード２３が装
置内に挿入されると、シャトル本体２５の前部は第２２
図（Ｃ）のように位１ｉＢの状態に移動し、光学式カー
ド２３は挿入口５７から完全に内部に引込まれる。一方
、アンローディングの際には、シャトル本体２５の前部
が位置Ｂから位置Ａに移動する。そして、この状態から
第２２図（ｄ）のように位置Ｂ、Ｃ間を所定のストロー
クＳで往復動作が行なわれる。

第２２図のシャトル本体２５を位ＦＺＡから位ＷＩＢに
移動させる移動機構は、例えば第２１図に示されている
ようなシフトレバ−５９、ウオームホイール６１、ウオ
ーム６３おびローディング駆動モータ６５等により構成
されている。

シフトレバ−５９は略り字形をしており、支点６７を中
心として回動自在となっており、シフトレバ−５９の一
端にはピン６９が植立され、このピン６９がサブシャー
シ５１の切欠き部７１に係合している。

シフトレバ−５９の他端には長穴７３が形成される一方
、ウオームホイール６１上にはピン７５が植立されてお
り、このピン７５が長穴７３に係合している。

ウオームホイール６１にはローディング駆動モータ６５
の駆動軸７７に連結されたウオーム６３が噛合している
。

上記のような移動機構は、ローディングブラケット７９
に組込まれてメインシャーシ３１の下側に配置されてい
るが、メインシャーシ３１の上面から透視図的にこれら
の関係を示すと第２３図（ａ）、　（ｂ）のようになる
。

ここで、第２３図（ａ）は第２２図の（ｃ）又は（ｄ）
の状態であり、第２３図（ｂ）は第２２図の（ａ）又は
（ｂ）の状態である。

第２３図（ａ）から第２３図（ｂ）への状態の切換え動
作はローディング駆動モータ６５が駆動し、ウオーム６
３からウオームホイール６１に回転が伝達され、これに
よりピン６９が長孔７３内を摺動しつつシフトレバ−５
９を回動させる。これによりシフトレバ−５９のピン６
９がサブシャーシ５１をストロークＨだけ動かすことが
できる。

第２３図（ａ）、　（ｂ）のそれぞれのウオームホイー
ル６１の回動角はローディングブラケット７９に取付け
られたマイクロスイッチ８１等で検知され、その位置で
ウオームホイール６１が停止するように制御される。

また、シャトル本体２５が、直線往復運動を終了して停
止するときは、シャトル本体２５．クランクアーム５お
よび歯車４３等のいずれかの位置をセンサー（図示省略
）で検知して第２２図（ｃ）の位置Ｂにシャトル本体が
来るように制御される。この状態から光学式カード２３
のローディングまたはアンローディングのためにサブシ
ャーシがストロークＨだけ移動すると、サブシャーシ５
１に組込まれている案内カム１５．クランクアーム５や
連接棒１３も一体的に移動され、シャトル本体２５もス
トロークＨだけ移動されて第２２図（ｅ）状態から（ｂ
）状態への切換動作が行なわれるのである。

なお、以上のようなローディング駆動モータ６５と駆動
モータ４５とを兼用し、シフトカムを用いてメインシャ
ーシ３１に対するサブシャーシ５１の相対移動を行なわ
せることもできる。これに対し、この実施例によれば、
ローディング駆動モータ６５と駆動用モータ４５とを相
互に独立させたため、兼用による設計上の複雑さを回避
することができる。

第２２図（ａ）や（ｂ）の状態で光学式カード２３を出
し入れしようとするとき、シャトル本体２５は後退する
ことなくその位置を保持していなければならない、この
ため、クランクアーム５が回動できないようにロックガ
イド８３でロックしておく必要がある。ロックガイド８
３は略コの字状の一体形状をなしてメインシャーシ３１
にねじ止めされ、シフトレバ−５９が第２３図（ａ）か
ら（ｂ）状態に変ると、第２４図（ａ）から（ｂ）に示
すようにクランクアーム５の一端がロックガイド８３と
係合し、クランクアーム５が回動できないようにロック
される。

このようなロックガイド８３は一体形状をなしているが
、従来例で示した特開昭６２−１２７５５９号公報で既
に開示したようにロックレバ−、ブツシュアームおよび
ばねの三点構造を適用してもよい、ところが、この実施
例のように一体形状のロックガイド８３を用いることに
より、部品点数が削減できて管理工数および組付工数を
低減することができコストダウンを図ることができる。

なお、光学式カード２３は第２５図に示すようにカード
２３に直線状の平行な情報記録トラックがあり、カード
２３は前述のシャトル本体２５に保持されてトラックと
平行な方向（Ｘ方向）に前述の直線往復運動装置により
直線往復運動させられる。

そして、前述の直線往復運動装置の上部に情報記録又は
再生用の光学式ピックアップ装置９０を装着し、この光
学式ピックアップ装置を周知の駆動手段（図示省略）に
より光学式カード２３の直線往復運動の折返し毎に１ト
ラツクずつ隣のトラック（Ｘ方向）へ移動させて、情報
を記録又は読み取り再生していくものである。

以上述べてきた実施例においては、本発明の直線往復運
動装置を光学式カード記録・読取装置に組込んだ場合に
ついて説明してきたが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。つまり光学式カード２３は、記録・読取時に
は等速で直線往復運動をさせることがあり、案内カムの
形状も被駆動体であるシャトル本体２５が等速成線往復
運動をするように幾何学的に決定したが、本発明は往復
のうち片道のみ等速性をもたせる場合や、不等速で往復
運動を行なわせる場合にも、案内カム１５の形状を変え
ることにより所望の速度パターンとすることができる。

（発明の効果〕以上詳述してきたように本発明によれば、駆動用モータ
を正転・逆転させることなしに一方向の定速連続回転で
直線運動を実現でき、しかもカムの形状を変えることに
より種々の速度パターンの直線往復運動とすることがで
きる。

そして、カムの形状の決定にあたって１本発明で詳述し
たように被駆動体の加速度パターンを不連続なステップ
状にならないようにすることによって、往復運動の速度
誤差が少なく、往復運動の反転時の衝撃反動力や衝撃音
を小さくすることが可能となり、安定した高性能な直線
往復運動装置を経済的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わる直線往復運動装置
の分解斜視図、第２図は第１図の組付斜視図、第３図は
第１図の作用説明図、第４図および第５図は第１図のカ
ム形状を設定するための説明図、第６図乃至第８図は本
発明の直線往復運動装置の第１の実施例に係わる運動特
性説明図、第９図乃至第１１図は本発明のカム形状を設
定するための説明図、第１２図乃至第１７図は本発明の
直線往復運動装置の第２乃至第６の実施例の運動特性説
明図、第１８図は本発明のカム形状の概略形状を示す図
、第１９図は本発明の直線往復運動装置が適用された光
学式カード記録読取装置の外観斜視図、第２０図は第１
９図の■−■断面図、第２１図は第１９図の分解斜視図
、第２２図乃至第２４図は第１９図の作用説明図、第２
５図は光学式カードの記録再生の概念を説明する図、第
２６図は従来のカム形状を設定するための説明図、第２
７図乃至第２９図は第２６図の装置の運動原理説明図で
ある。１５・・・案内カム２３・・・光学式カード（被駆動体）４５・・・駆動用モータ９０・・・光学式ピックアップ装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被駆動体と、この被駆動体が直線往復運動するよ
う該被駆動体を案内支持する支持手段と、この支持手段
に支持された被駆動体を直線往復運動させるための一方
向に定速回転する駆動用モータと、この駆動用モータの回転運動を前記被駆動体の直線往復
運動に変換し、かつ腕の長さが伸縮可能なクランク機構
と、このクランク機構の腕の長さの伸縮量を決定し、前記被
駆動体の速度パターンが加速区間、略等速区間、減速区
間から成り直線往復運動するように前記腕を案内するカ
ムとを具備し、このカムは、前記被駆動体の略等速区間
近傍の加速区間もしくは減速区間の少なくとも一方の加
速度が連続的に変化するような形状をしていることを特
徴とする直線往復運動装置。
（２）光学式カードを保持するシャトル本体と、このシ
ャトル本体が直線往復運動するように案内支持する支持
手段と、前記光学式カードに情報を記録するあるいは記録された
情報を再生するための光学ヘッド装置と、この支持手段に支持された前記シャトル本体を直線往復
運動させるための一方向に定速回転する駆動用モータと
、この駆動用モータの回転運動を前記シャトル本体の直線
往復運動に変換し、かつ腕の長さが伸縮可能なクランク
機構と、このクランク機構の腕の長さの伸縮量を決定し、前記シ
ャトル本体が加速区間、略等速区間、減速区間から成り
直線往復運動するように前記腕を案内するカムとを具備
し、このカムは、被駆動体の略等速区間近傍の加速区間もし
くは減速区間の少なくとも一方の加速度が連続的に変化
するような形状をしていることを特徴とする光学式カー
ド記録読取装置。
（３）前記腕を案内するカムの形状は略楕円形状であり
、このカムの回転中心が楕円の中心位置から偏心した位
置であることを特徴とする請求項１記載の直線往復運動
装置または請求項２記載の光学式カード記録読取装置。
（４）前記カムは、前記被駆動体または前記シャトル本
体の往復運動ストロークの始点と終点で運動方向を反転
する際、前記被駆動体または前記シャトル本体に作用す
る加速度の絶対値が最大値をとり、加速区間終了時およ
び減速区間開始時に加速度が０若しくは微小値になるよ
うな形状をしていることを特徴とする請求項１記載の直
線往復運動装置または請求項２記載の光学式カード記録
読取装置。
（５）前記カムは、前記被駆動体または前記シャトル本
体の往復運動中の現移動方向を正と定義した時にその移
動方向における加速区間および減速区間において、加速
度の時間による微分値が負の値をとり、前記加速区間開
始時および加速区間終了時に前記微分値が０若しくは微
小値になるような形状をしていることを特徴とする請求
項１記載の直線往復運動装置または請求項２記載の光学
式カード記録読取装置。
（６）前記カムは、前記被駆動体または前記シャトル本
体の加速区間若しくは減速区間において、前記被駆動体
または前記シャトル本体の加速度パターンが略一次直線
で表わされ、この加速度の時間による微分値パターンが
略一定値となるような形状をしていることを特徴とする
請求項１記載の直線往復運動装置または請求項２記載の
光学式カード記録読取装置。
（７）前記カムは、前記被駆動体または前記シャトル本
体の加速区間若しくは減速区間において、前記被駆動体
または前記シャトル本体の加速度パターンが略ｓｉｎ曲
線で表わされ、この加速度の時間による微分値パターン
も略ｓｉｎ曲線で表わされるような形状をしていること
を特徴とする請求項１記載の直線往復運動装置または請
求項２記載の光学式カード記録読取装置。
（８）前記カムは、前記被駆動体または前記シャトル本
体の加速区間若しくは減速区間において、前記被駆動体
または前記シャトル本体の加速度パターンが略３次曲線
で表わされ、この加速度の時間による微分値パターンが
略２次曲線で表わされるような形状をしていることを特
徴とする請求項１記載の直線往復運動装置または請求項
２記載の光学式カード記録読取装置。
（９）前記カムは、前記被駆動体または前記シャトル本
体の加速区間若しくは減速区間において、前記被駆動体
または前記シャトル本体の加速度パターンが略（２ｎ＋
１）次曲線（ただしｎ＝１、２、３、・・・）で表わさ
れ、この加速度の時間による微分値パターンが略２ｎ次
曲線（ただしｎ＝１、２、３、・・・）で表わされるよ
うな形形状をしていることを特徴とする請求項１記載の
直線往復運動装置または請求項２記載の光学式カード記
録読取装置。
（１０）前記シャトル本体は平板形状であることを特徴
とする請求項２記載の光学式カード記録読取装置。
（１１）前記光学式カードは前記シャトル本体に移動方
向に沿った両側方で抑え板により保持され、少なくとも
一方の抑え板は、前記光学式カードの記録領域近傍まで
延びて保持することを特徴とする請求項２記載の光学式
カード記録読取装置。
（１２）前記支持手段は、前記シャトル本体の移動方向
に沿った両側方に各々配置されるガイドバーと、これら
ガイドバーに各々前記シャトル本体を摺動自在に支持す
る軸受とからなり、これら軸受は前記シャトル本体の移
動方向に直交する幅よりも離れて前記シャトル本体に取
付けられることを特徴とする請求項２記載の光学式カー
ド記録読取装置。