JPH05208593A - 自動製図機の筆圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 筆圧発生源にムービングコイルを用いる自動
製図機において、このムービングコイルのストローク長
対推力特性を補正し、常に一定の指定筆圧を実現できる
ようにする。 【構成】 複数本の鉛筆芯４２を内蔵したノック機構３
４と、このノック機構の上下動作により把持開放動作が
行われる芯チャック機構３６と、この芯チャック機構に
対して相対的に上下して鉛筆芯の保持位置を変化する鉛
筆芯変位管３８と、この変位管を下方に押し下げるスプ
リング６４とを有するノック式ペンシル２０を上下動可
能なペンホルダ２２で保持し、このペンホルダをムービ
ングコイル使用の昇降駆動装置１０で降下させて作画面
に対し所望とする筆圧をかける自動製図機において、前
記ムービングコイルのストローク長対推力特性を補正し
て一定の指定筆圧を実現する高さ補正値を記憶した手段
と、前記ペンシルの現在高さを検出する手段と、この現
在高さに対応する前記高さ補正値を読み出して前記ムー
ビングコイルの駆動電流値を決定する手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、筆圧発生源にムービン
グコイルを用いる自動製図機において、ペンシルの高さ
によらず常に一定の指定筆圧を実現可能とする自動製図
機の筆圧制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ−Ｙプロッタと呼ばれる自動製図機
は、コンピュータから出力される作画データを基に作画
用のペンシルを移動させて順次作画を行うものである。
このペンシルは複数本の鉛筆芯を内蔵し、その内の１本
を順番に繰り出しながら使用するノック式であるため、
内部にはこの動作に必要な鉛筆芯変位管（中駒）や芯チ
ャック機構等を備えている。

【０００３】鉛筆芯変位管は中心部に鉛筆芯を貫通させ
て保持するゴム環を有し、スプリングの弾性で芯チャッ
ク機構から遠ざかろうとする。芯チャック機構は鉛筆芯
を保持して把持、開放動作を行い、開放時に変位管がス
プリングの弾性で遠ざかると、その分鉛筆芯が芯チャッ
ク機構から繰り出される。この動作が「芯出し」にな
る。この芯チャック機構が鉛筆芯を把持している時は、
上記のように変位管がスプリングの弾性により遠ざかろ
うとしても鉛筆芯は引き出されない。これとは逆に、変
位管の先端を後述する下部ノック板に衝合させること
で、上記スプリングの弾性に抗して変位管を芯チャック
機構に接近させたときも、鉛筆芯は変位できない。但
し、このときは鉛筆芯の先端が、変位管の移動量だけ変
位管から外部に突出する。

【０００４】１回の芯出しで作画できる最大距離は、変
位管が最も突出した状態から最もペンシル内に入り込ん
だ状態になるまでであり、この間に鉛筆芯はすり減って
短くなる。この場合、上下方向の動作としては、変位管
を下部ノック板に当接させてその高さを一定に保ち、こ
の状態でペンシルを昇降駆動装置で除々に降下させて次
第に変位管をペンシル内に押し込むという形をとる。

【０００５】ペンシルを降下させて鉛筆芯を作画面に当
接させた場合、鉛筆芯は作画面に対し何らかの圧力を持
って接触する。これが「筆圧」であり、前記昇降駆動装
置はこの筆圧の発生源にもなる。この筆圧は画質を左右
するので、通常は所望とする指定筆圧を設定して作画を
行う。この昇降駆動装置の代表的なものは、ムービング
コイルを使用して構成され、このコイルに流す電流値を
制御して所望とする筆圧を発生するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ムービ
ングコイルの推力特性は、図１２に示すようにストロー
ク方向に一様ではないので、ペンシルを次第に降下させ
た場合、筆圧はこの推力特性に従って変動し、これが画
質を不均一にする作画位置によって濃淡ムラが生ずる原
因になる。図１２の特性はストローク中央でＭＣ推力が
高く、これよりストロークが減っても増えてもＭＣ推力
が低くなる。

【０００７】本発明は、筆圧発生源にムービングコイル
を用いる自動製図機において、このムービングコイルの
ストローク長対推力特性を補正し、常に一定の指定筆圧
を実現できるようにすることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、複数本の鉛筆芯４２を内蔵したノック機構
３４と、このノック機構の上下動作により把持開放動作
が行われる芯チャック機構３６と、この芯チャック機構
に対して相対的に上下して鉛筆芯の保持位置を変化する
鉛筆芯変位管３８と、この変位管を下方に押し下げるス
プリング６４とを有するノック式ペンシル２０を上下動
可能なペンホルダ２２で保持し、このペンホルダをムー
ビングコイル使用の昇降駆動装置１０で降下させて作画
面に対し所望とする筆圧をかける自動製図機において、
前記ムービングコイルのストローク長対推力特性を補正
して一定の指定筆圧を実現する高さ補正値を記憶した手
段と、前記ペンシルの現在高さを検出する手段と、この
現在高さに対応する前記高さ補正値を読み出して前記ム
ービングコイルの駆動電流値を決定する手段とを備えて
なることを特徴としている。

【０００９】

【作用】筆圧発生源として使用するムービングコイルが
ストローク長によって変動する推力特性を持つとすれ
ば、その特性を相殺する逆特性の補正値を用いることに
より、ペンシルの高さによらず常に一定の指定筆圧を実
現することができ、作画位置によらず均一な画質を保つ
ことができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。先ず、図１及び図２を参照して自動製図機におけ
る作画ヘッドの説明をする。これらの図において、２は
Ｘ−Ｙプロッタの作画ヘッドであり、用紙載置部材４上
の用紙６に対して、Ｘ−Ｙの２軸方向に相対的に移動可
能に支持されている。作画ヘッド２の基盤８にはムービ
ングコイルから成る昇降駆動装置１０が固定され、この
駆動装置１０の昇降出力体１２に昇降体１４が固定さ
れ、この昇降体１４は基盤８に固定されたガイド軸１
６，１８に昇降自在に支持されている。

【００１１】昇降体１４には、ノック式ペンシル２０を
脱着自在に保持するペンホルダ２２が設けられている。
基盤８に立設された取付板２４には、上部ノック板２６
が固定されている。この上部ノック板２６は、ペンシル
２０のフランジ２８の上方に位置して配置され、この上
部ノック板２６のＵ字状の溝穴２６ａ（図４参照）に、
ペンシル２０のノック管３４ａが遊嵌配置されている。

【００１２】一方、基板８には、下部ノック板３０が固
設され、この下部ノック板３０は、前期ペンシル２０の
鉛筆芯変位管３８のガイドを兼用している。下部ノック
板３０の、前方が開放された溝穴３１（図３参照）に前
記変位管３８の先端突部３８ａ（図４参照）がスライド
自在に嵌合し得るように構成され、変位管３８の下部水
平面は、下部ノック板３０の溝穴３１の周囲の段部水平
面３０ａに係止されるように構成されている。

【００１３】基板８には、フォトセンサを用いた変位管
検出センサ２９がペンシル２０に向けて配設されてい
る。このセンサ２９は、ペンシル２０を所定位置まで上
昇させたとき、ノック管３４ａのフランジ２８が上部ノ
ック板２６に係合する手前でペンシル２０の鉛筆芯変位
管３８がペンシル２０のケース４０の先端から突出して
いるか、あるいはケース４０の内部方向に後退している
か否かを検出する高さ位置に配置されている。６８は基
板８に固設されたストローク検出用フォトセンサであ
り、昇降体１４に取り付けられた変位板７０との相互作
用によって、昇降体１４の昇降変位を電気信号に変換し
て、コントローラにフィードバックするためのものであ
る。

【００１４】Ｘ−Ｙプロッタの機体には、複数ノック式
ペンシルを保持するストッカが配設され、このストッカ
と作画ヘッド２のペンホルダ２２との間で、相互ペンシ
ルの交換を自動的に行なうことができるように構成され
ているが、この部分の図示及び説明は省略してある。

【００１５】次に、ノック式ペンシル２０の構造を図４
を参照して説明する。図中、３４はノック機構、３６は
芯チャック機構、３８は鉛筆芯変位管、４０はケースで
ある。ノック機構３４は複数の鉛筆芯４２を保持する芯
通路４４を有するノック管３４ａと、ノックスプリング
４６を有している。

【００１６】芯チャック機構３６は、先割れしたチャッ
ク部材４８と、このチャック部材４８に取りつけられる
ボール５０と、管体５３を介して内ケース６２に固定さ
れたチャックケース５２、および２つのチャックスプリ
ング５４，５６を有している。前記チャック部材４８は
チャックスプリング５４，５６の弾発力によって内部の
芯４２を圧接保持している。

【００１７】鉛筆芯変位管３８はペンシル２０の先端部
に設けられ、その中心部に適当な摩擦力を持って鉛筆芯
４２を保持するゴム環６０を有している。この鉛筆芯変
位管３８は上下にスライド可能に支持されており、スプ
リング６４により下方向に付勢されている。

【００１８】次にノック式ペンシル２０の作用を説明す
る。芯通路４４内に保持された１本の鉛筆芯４２は芯チ
ャック機構３６の上部に形成された漏斗状部材６６によ
りその芯通路内に取りこまれる。ここでは先に取り込ま
れた鉛筆芯（旧芯）を第１の鉛筆芯４２ａとし、後から
取り込まれる鉛筆芯（新芯）を第２の鉛筆芯４２ｂとす
る。

【００１９】ノック機構３４を１回または複数回上下
し、その数だけチャック部材４８の開放及び把持動作を
行わせることにより、第１の鉛筆芯４２ａは自重で落下
して芯チャック機構３６のチャック部材４８に把持され
る。この時、第１の鉛筆芯４２ａの先端は、一般的には
鉛筆芯変位管３８のゴム環６０の上端に当接するまで落
下する。この状態で鉛筆芯変位管３８を上下動させるこ
とにより第１の鉛筆芯４２ａは除々に繰り出される。

【００２０】この動作を、さらに詳しく説明すると、こ
のペンシル２０の芯チャック機構３６は、鉛筆芯を把持
した状態において、鉛筆芯を取り出す方向と鉛筆芯を押
しもどす方向には極めて強い保持力を有するように構成
されている。従って、鉛筆芯変位管３８が上方向に移動
する時には第１の鉛筆芯４２ａは、チャック部材４８に
把持されているので第１の鉛筆芯４２ａは変位せず、従
って、鉛筆芯変位管３８が第１の鉛筆芯４２ａに対して
位置変化する。

【００２１】この状態からチャック部材４８を開放する
と、鉛筆芯変位管３８は、スプリング６４の弾発力によ
り元の位置に復帰する。このとき、ゴム環６０の摩擦力
により第１の鉛筆芯４２ａが変位管３８の上下ストロー
ク分だけ引き出される。これで第１の鉛筆芯４２ａがペ
ンシル２０の先端から出ると作画を行うことができる。

【００２２】次に作画動作を説明する。この作画動作
は、ペンダウン、ペンアップ、芯出し、芯なし検出、給
芯等の各動作を伴う。作画動作がスタートし、ホストコ
ンピュータからコントローラに作画命令が入力される
と、コントローラは昇降駆動装置１０を通電制御し、昇
降体１４を下降する。この状態において、鉛筆芯変位管
３８は、図４に示す如く、スプリング６４の弾発力によ
って、ケース４０から最も長く突出した状態にある。昇
降体１４が下降すると、変位管３８の水平面は下部ノッ
ク板３０に係止され、鉛筆芯４２ａの先端はケース４０
からの下降力によって用紙載置部材４の用紙６面に圧接
する（ペンダウン状態）。

【００２３】コントローラが作画命令によって、作画ヘ
ッド２を用紙６に対して相対的にＸ−Ｙ方向に移動する
と、作画ヘッド２の用紙６に対する相対的移動軌跡に沿
って用紙６上に鉛筆芯４２ａによる作画が行なわれる。
この作画を行なっているうちに、鉛筆芯４２ａが消耗す
ると、この鉛筆芯４２ａの減りに伴ってケース４０は、
昇降駆動装置１０からの下降力によって下降し、鉛筆芯
４２ａの用紙６に対する筆圧は常に一定に保持される。

【００２４】ケース４０が下降すると、下部ノック板３
０により定位置に係止されている変位管３８は、スプリ
ング６４の弾発力に抗してケース４０内に次第に後退し
ていく。作画中におけるペンアップ動作は、昇降駆動装
置１０の昇降出力体１２が若干上昇することにより行わ
れる。昇降出力体１２の上昇により、ケース４０がその
下降位置から若干上昇し、これと連動して鉛筆芯４２ａ
が用紙６面から上昇する。

【００２５】作画中鉛筆芯４２ａが消耗し、ケース４０
が所定の最下降位置まで下降すると、この下降位置の信
号は、ストローク検出用センサ７０によってコントロー
ラに供給される。コントローラは、ケース４０が最下降
位置まで下降したか否かを判断し、下降したと判断する
と、昇降駆動装置１０を駆動制御してケース４０を所定
の最大上昇位置まで上昇させる。このケース４０の最大
上昇位置までの上昇過程において、フランジ２８が上部
ノック板２６に係止される手前で、コントローラは、セ
ンサ２９がオンか否かを判断する。

【００２６】変位管３８が、ケース４０内に最も後退し
た状態（図２参照）においては、変位管３８はセンサ２
９によって検出されない。即ちセンサ２９はオフの状態
にある。この状態は、鉛筆芯４２ａが未だ充分に長く、
芯チャック機構３６によって把持されていることを示し
ている。即ち鉛筆芯４２ａが芯チャック機構３６によっ
て把持されている場合には、変位管３８はケース４０の
上昇により、下部ノック板３０との係合が解除されて
も、芯４２ａとの摩擦によりケース４０内に引込んだ状
態を保持する。コントローラは、この変位管３８が引込
んだ状態を認識すると、「芯あり」と判断し、作画を続
行する。

【００２７】ケース４０の上昇により、フランジ２８が
上部ノック板２６と係合して、これにより押し下げられ
ると、芯チャック機構３６が開放され、スプリング６４
の弾発力によって、変位管３８はケース４０から最大量
突出する方向に変位する。このとき、ゴム環６０の摩擦
力によって、鉛筆芯４２ａは変位管３８の変位ストロー
ク分、芯チャック機構３６から繰り出される。これが
「芯出し」動作である。

【００２８】次に鉛筆芯４２ａが磨耗して短くなり、芯
チャック機構３６から外れた場合（芯なし状態）につい
て説明する。鉛筆芯４２ａが短くなり、芯チャック機構
３６から外れた状態において、ケース４０が上昇する
と、変位管３８はスプリング６４の弾発力によってケー
ス４０に対して、図１に示すように、最大突出位置まで
突出する。コントローラは、フランジ２８が上部ノック
板２６に係止される手前で、センサ２９がオンか否かを
判断する。この場合、変位管３８は図５のようにセンサ
２９の検出軸線上に位置しているので、センサ２９は変
位管３８を検出してオンとなる。従って、コントローラ
は、センサ２９のオンにより「芯なし」と判断する。

【００２９】次に、芯なし検出後の「給芯」動作と「給
芯完了認識」動作を図５〜図９を参照して説明する。鉛
筆芯変位管３８のゴム環６０に保持された旧芯４２ａが
図５のように短くなったときは、給芯動作に移行し、ケ
ース４０の昇降動作をくり返し行う。先ず、図６のよう
にケース４０を上昇して、上部ノック板２６によりケー
ス４０に対して、ノック管３４ａが相対的に押し下げら
れると、芯チャック機構３６に把持されていた新芯４２
ｂが開放されて自重で落下し、その下端が旧芯４２ａ上
端に当接する。旧芯がない場合は、鉛筆芯変位管３８の
ゴム環６０の上端に当接する。

【００３０】次に、ケース４０を図７のように下降して
下部ノック板３０により、鉛筆芯変位管３８がケース４
０に対して相対的に押し上げられると、芯チャック機構
３６に把持された新芯４２ｂにより係止されている旧芯
４２ａは、鉛筆芯変位管３８内を該鉛筆芯変位管３８の
上昇ストローク分だけ下方向に繰り出される。

【００３１】再び、ケース４０を図６のように上昇させ
ると、鉛筆芯変位管３８は下部ノック板３０からの圧力
が解除され、スプリング６４の弾発力によって旧芯４２
ａを保持したまま、ケース４０に対して突出方向に移動
し、この移動によって旧芯４２ａと新芯４２ｂとの間に
は、鉛筆芯変位管３８の突出ストロークと同じ長さの間
隔が生じる。ケース４０が更に上昇して、ノック管３４
ａが上部ノック板２６に係合して芯チャック機構３６が
開放されると、新芯４２ｂは、自重により旧芯４２ａに
衝突する位置まで下方向にくり出される。

【００３２】上記動作をくり返し行なうことにより、新
芯４２ｂは鉛筆芯変位管３８のゴム環６０に圧入し、こ
の新芯４２ｂにより押し出された旧芯４２ａは図８のよ
うに鉛筆芯変位管３８から離脱して下方に落下する。新
芯４２ｂが鉛筆芯変位管３８のゴム環６０に圧入する
と、鉛筆芯変位管３８は、ケース４０が図９のように上
昇し、鉛筆芯変位管３８に対する下部ノック板３０から
の押し上げ力が解除されても、ケース４０の奥方向に後
退した状態を保持する。この後退状態は、ノック管３４
ａが上部ノック板２６に係合して、芯チャック機構３６
が開放されるまで保持される。これが給芯動作である。

【００３３】コントローラは、ノック管３４ａが上部ノ
ック板２６に係合する手前で、鉛筆芯変位管３８がケー
ス４０の先端から所定量突出しているか否かを、センサ
２９の出力により認識し、図９のように鉛筆芯変位管３
８が、ケース４０から所定量突出していない場合即ち後
退している場合に「給芯の完了」を認識する。

【００３４】以下、本発明の筆圧制御について詳細に説
明する。図１０は本発明の筆圧制御装置のブロック図で
ある。この図において、８０は前述したコントローラに
相当するＣＰＵで、他の作画制御と共に本発明の筆圧制
御を行う。８１はムービングコイル（ＭＣ）１０に流す
平均電流値をパルス幅変調（ＰＷＭ）して制御するＰＷ
Ｍ変調器、８２はＭＣ１０に流れる電流値をデジタル値
に変換してＣＰＵ８０にフィードバックするＡ／Ｄ変換
器（ＡＤＣ）である。使用中のＭＣ１０が例えば図１２
に示すような推力特性を有していたとすると、ＣＰＵ８
０は予めこの特性を補正して筆圧を一定に保つことがで
きる高さ補正値を補正バァッファに格納している。この
高さ補正値は、ＭＣ１０の推力特性を相殺する逆特性で
あり、これをペンシルの現在高さに応じて使い分ける。

【００３５】図１１はＣＰＵ８０が行う処理の内、作画
中に行う筆圧制御部分を示したフローチャートである。
先ず、ステップＳＡ１で作画中か否かを判定し、作画中
でなければ終了するが、作画中であれば次のステップＳ
Ａ２で作画可能なペンダウン状態か否かを判定する。こ
こで、ペンダウン状態でなければ筆圧制御は不要なので
終了するが、ペンダウン状態と判定されたら次のステッ
プＳＡ３でペンシルの現在高さを判定する。この現在高
さは、前述したストローク検出用センサ７０の出力から
判定できる。現在高さが判明したら、これで補正バァッ
ファをアクセスして現在高さに対応する高さ補正値を読
み出す（ステップＳＡ４）。

【００３６】図１０の筆圧制御装置はフィードバックル
ープを構成しているので、ＣＰＵ８０は指定筆圧出力を
出しているときのＡＤＣ８２の出力Ａ／Ｄ値から、ＭＣ
１０に実際に流れている平均電流値を把握できる。ＣＰ
Ｕ８０が出力する指定筆圧出力は、ＰＷＭ変調器８１の
出力として捉えることができる。このＰＷＭ出力値は、
目標Ａ／Ｄ値に筆圧ゲインを乗じたものであり（ステッ
プＳＡ６）、また目標Ａ／Ｄ値は、指定Ａ／Ｄ値に高さ
補正値を乗じたものである（ステップＳＡ５）。この指
定Ａ／Ｄ値は、指定筆圧［ｇ］に変換ゲインＦを乗じた
ものである。以上の関係を列記すると次のようになる。

【００３７】

【数１】 指定Ａ／Ｄ値＝指定筆圧×変換ゲインＦ 目標Ａ／Ｄ値＝指定Ａ／Ｄ値×高さ補正値 ＰＷＭ出力値＝目標Ａ／Ｄ値×筆圧ゲイン

【００３８】指定筆圧は、パネルオペレーションやホス
トコンピュータから設定される値である。また、変換ゲ
インＦはグラム単位で設定された筆圧を電流値（Ａ／Ｄ
値）に変換するためのものである。

【００３９】従来の筆圧制御では目標Ａ／Ｄ値は指定Ａ
／Ｄ値そのものであるため、ＭＣの推力特性の影響をそ
のまま受けていたが、本発明では図１１のステップＳＡ
５において、目標Ａ／Ｄ値の算出に高さ補正値を導入し
たため、このＭＣの推力特性の影響を除去する事ができ
る。従って、作画中に鉛筆芯が消耗し、次第にペンシル
が降下しても、常に同じ指定筆圧で作画を続けることが
でき、作画位置によって濃淡が生じるような不都合を未
然に回避することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、筆圧
発生源にムービングコイルを用いる自動製図機におい
て、このムービングコイルのストローク長対推力特性を
補正するように駆動するため、常に一定の指定筆圧で作
画することができ、作画位置によって濃淡が生じるよう
な不都合を未然に回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 作画ヘッドの側面図である。

【図２】 作画ヘッドの異なる状態の側面図である。

【図３】 下部ノック板の外観図である。

【図４】 ノック式ペンシルの断面図である。

【図５】 芯なし状態のペンシルの部分断面図である。

【図６】 給芯開始時のペンシルの部分断面図である。

【図７】 給芯動作中のペンシルの部分断面図である。

【図８】 給芯完了時のペンシルの部分断面図である。

【図９】 給芯完了認識時のペンシルの部分断面図であ
る。

【図１０】本発明の筆圧制御装置のブロック図である。

【図１１】本発明の筆圧制御のフローチャートである。

【図１２】ムービングコイルのストローク長対推力特性
図である。

【符号の説明】

２…作画ヘッド、６…作画面、１０…ムービングコイ
ル、２０…ペンシル、２２…ペンシルホルダ、２６…上
部ノック板、２８…フランジ、２９…変位管検出用セン
サ、３０…下部ノック板、３４…ノック機構、３６…芯
チャック機構、３８…鉛筆芯変位管、４２…鉛筆芯、６
４…スプリング、６８…ストローク検出用センサ、８０
…ＣＰＵ、８１…ＰＷＭ変調器、８２…Ａ／Ｄ変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の鉛筆芯４２を内蔵したノック機
   構３４と、このノック機構の上下動作により把持開放動
   作が行われる芯チャック機構３６と、この芯チャック機
   構に対して相対的に上下して鉛筆芯の保持位置を変化す
   る鉛筆芯変位管３８と、この変位管を下方に押し下げる
   スプリング６４とを有するノック式ペンシル２０を上下
   動可能なペンホルダ２２で保持し、このペンホルダをム
   ービングコイル使用の昇降駆動装置１０で降下させて作
   画面に対し所望とする筆圧をかける自動製図機におい
   て、 前記ムービングコイルのストローク長対推力特性を補正
   して一定の指定筆圧を実現する高さ補正値を記憶した手
   段と、 前記ペンシルの現在高さを検出する手段と、 この現在高さに対応する前記高さ補正値を読み出して前
   記ムービングコイルの駆動電流値を決定する手段とを備
   えてなることを特徴とする自動製図機の筆圧制御装置。