JPH0829637B2 - 自動作画装置における筆記具昇降装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動作画装置（XYプロッター）の筆記具を作
画面に対し直角方向に駆動制御する装置に関する。

〔従来の技術〕

特公昭53−34532号公報には、自動作画装置の筆記具
装置の筆記具を紙面又は製図台に対し直角方向に駆動制
御する装置において、前記筆記具と直結または間接的に
接続したムービングコイルと、このムービングコイルを
駆動する界磁構成部と、前記筆記具を加減速駆動し紙面
または製図台に到着したのち上記筆記具に筆圧を与える
駆動回路を設けたことを特徴とする高速筆記具上下駆動
制御方式が開示されている。上記方式において、筆記具
下降時、ムービングコイルに筆記具を急速に下降させる
プラスの電流を流し、しかる後に逆のマイナスの電流を
流して、筆記具を減速させて着地させている。筆記具が
紙面又は製図台に到着したことを検出するのは、比較器
の一方の入力端にムービングコイルの移動量を検出して
電圧信号を出力する位置検出器の出力端を接続し、比較
器の他方の入力端に所定の基準電圧を印加し、この基準
電圧に位置検出器の出力電圧が一致したときを、比較器
によって検出して、この一致したときを筆記具が紙面又
は製図台に到着したときとしている。上記基準電圧は、
筆記具が紙面又は製図台に到着したときの位置検出器の
出力電圧と丁度一致する値に設定されている。

筆記具を上昇させる場合には、ムービングコイルに筆
記具を急速に上昇させるマイナスの電流を流し、しかる
後に逆のプラスの電流を流して、筆記具を減速させて、
筆記具保持部材を上限ストッパーに当接させている。位
置検出器と比較器の構成によって、筆記具保持部材の上
限ストッパーとの当接位置を検出し、この検出後、ムー
ビングコイルにマイナスの電流を流して筆記具保持部材
を上限ストッパーに所定の圧力で押し付けている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、位置検出器と比較器を用いて筆記具が
作画面に到着したことを検出する方式を採用した場合、
筆記具上昇時において、筆記具の先端と作画面との距離
ｌが作画面の全域において常に一定であれば問題はな
い。しかしながら、作画面の水平度に誤差があり、ま
た、作画面に凹凸があると、作画面上における筆記具の
位置によって、上記距離ｌが変化してしまう。このこと
は、上記基準電圧を一定とした場合、位置検出器と比較
器の構成では筆記具の作画面到着時を正確に検出し得な
いことを意味する。

しかるに筆記具が作画面に到着したとき、筆記具の上
方向反発力Faと下方向の筆圧FbがFa＞Fbの関係にあると
き筆記具が作画面に対してバウンドしてしまう。従っ
て、筆記具が作画面に到着した直後に反発力Faより大き
な筆圧をかければ筆記具はバウンドしないが、従来の筆
記具制御方式では、筆記具が作画面に到着した時点を正
確に検出することができず、そのため筆記具が作画面に
到達後バウンドしてしまう欠陥が存した。

本発明は上記欠陥を除去することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決する手段〕

上記問題点を解決するため、本発明は、作画面に対し
て相対的に平行移動可能なヘッドの基板にガイドを介し
て昇降部材を昇降自在に支承し、該昇降部材に筆記具を
支承し、前記基板に配設した界磁構成部にムービングコ
イルを対向し、該ムービングコイルに昇降駆動部材を連
結し、該昇降駆動部材と前記昇降部材とを接離方向にス
ライド自在に連結し、前記昇降駆動部材と前記昇降部材
間にばねを両者が互いに密着する方向に付勢配置した装
置において、前記筆記具が上昇位置から急下降するよう
に前記ムービングコイルに筆記具急下降用電流を通電し
次に該ムービングコイルに筆記具の下降速度を減速させ
るための電流を通電して筆記具がその最大下降ストロー
クの略1/2に達したとき下降速度がゼロとなるように成
し、次に絶対値が小さな値から所定の筆圧設定電流値に
向けて徐々に増加変化する変化電流を前記ムービングコ
イルに通電する制御部を有するコントローラを設けたも
のである。

〔作用〕

筆記具の下降ストロークが図板の平面度、紙の厚さ、
筆記具の製作精度等の誤差によって変化した場合、筆記
具が作画面に到着するのが早すぎたり、遅すぎたりす
る。筆記具の作画面への到着が早すぎると、筆記具に任
意の下降力が付与されるときに、筆記具は作画面に到着
する。この状態では、筆記具の下降速度がゼロとなった
直後なので、筆記具は作画面に対してバウンドしない。
筆記具の作画面への到着が遅すぎると、筆記具に徐々に
適正筆圧がかかっているときに筆記具が作画面に到着す
るが、その直後に、さらに大きな筆圧がかかるため筆記
具のバウンドが最小に押えられる。筆記具が作画面に到
着するのは、これに任意の下降力が付与されていると
き、又は、筆記具に徐々に適正筆圧がかかっているとき
範囲に設定されている。尚、昇降部材20の下降により筆
記具46の先端が用紙面に衝突すると、昇降部材20の下降
は用紙面によって係止される。このとき、昇降駆動部材
24がなおも若干下降すると昇降部材20はばね28の付勢力
に抗して昇降駆動部材24から、該昇降駆動部材24の下降
分だけ離反する。ばね28は、昇降駆動部材24と昇降部材
20との両者を密着方向に付勢しているため、昇降部材20
が昇降駆動部材24に対して離反すると、ばね28にたわみ
が生じ、このたわみは、昇降部材20を昇降駆動部材24に
密着する方向に作用する。この密着方向の作用力は、筆
記具46のバウンドにより生じる昇降部材20の上昇力を阻
止する方向に作用し、これによっても筆記具46のバウン
ドが防止される。

〔実施例〕

以下に本発明の構成を添付図面に示す実施例を参照し
て詳細に説明する。

２は数値制御系に連繋されたヘッドであり、移動Ｙレ
ール４及び移動ガイド軸６に沿って移動自在に取り付け
られたＹカーソル８に固定され、図板９上の所定の方向
に平行移動制御されるように構成されている。前記ヘッ
ド２の基板2aにはガイド軸10,12が立設され、該ガイド
軸10,12に、スライドボールベアリング14及びコロ16,18
を介して、昇降部材20が、昇降自在に支承されている。
前記ガイド軸12の上端は前記基板2aに一体的に形成され
た枠体の上位水平部の穴に嵌合固定されている。該上位
水平部は上限ストッパー2bを構成している。22は、管状
部が前記昇降部材20の穴に嵌合する軸受部材であり、こ
れの鍔部がねじによって前記昇降部材20の下面に固定さ
れている。前記軸受部材22の鍔部にはボビン保持凹部が
形成されている。24は筒状のボビンから成る昇降駆動部
材であり、これの天壁に形成された穴に、前記軸受部材
22の管部にスライド自在に嵌挿されている軸体26がスラ
イド自在に嵌挿され、前記軸体26の盤状部26aの上面
は、コイルばね28の弾発力によって前記部材24水平壁に
形成された凹部の水平面に弾接している。前記ばね28は
前記軸体26の上部に係止された盤30と昇降部材20の上面
間に位置して、前記軸受部材22の管状部に遊嵌圧縮配置
され、該ばね28は、昇降駆動部材24と昇降部材20とを密
着付勢している。32は、前記基板2aに固定されたヨーク
であり、これにマグネット34が配置され、該マグネット
34には、ポールピース36を介してマグネット38が連結し
ている。前記ポールピース36の外周面には、前記昇降駆
動部材24に接着されたリング状のムービングコイル40の
内周面が対向している。42は前記昇降部材20に固設され
たペンホルダーであり、これに揺動アーム44が枢支さ
れ、該揺動アーム44とペンホルダー42とで筆記具46を支
承している。前記筆記具46の鍔部46aは、前記ペンホル
ダーの溝に嵌合し、筆記具46のペンホルダー42に対する
上下方向の移動が係止されている。48は、前記基板2a上
面と昇降部材20の管状部の下端との間に配置されたペン
アップ用コイルばねであり、該48の弾発力昇降部材20は
基板2aに対して、所定の位置まで上昇している。尚、前
記ペンアップ用コイルばね48の弾発力の強さは、上記バ
ウンド防止用のばね28の弾発力の強さよりも弱く設定さ
れている。前記ヨーク32、マグネット34,38、ポールピ
ース36は界磁構成部に構成している。

前記ムービングコイル40に正の電流が通電されると、
昇降部材20がばね48に抗して下降し、該昇降部材20と連
動して筆記具46が下降し、その先端が図板９上の用紙に
当接するように構成されている。前記ムービングコイル
40に負の極性の電流が流されると、昇降部材20は基板2a
に固設された上限ストッパー2bに係止されるまで上昇す
るように構成されている。前記Ｙレール４及び軸６はＸ
モータが駆動されると、図板９に沿ってＸ座標方向に平
行移動し、前記Ｙカーソル８はＹモータが駆動されると
Ｙレール4,軸６に沿って移動するように構成されてい
る。自動作画装置において、筆記具の昇降ストロークは
テーブル面の平面度、紙の厚さ、筆記具の製作精度等に
より一定しない。ストロークが変化する範囲を1mmと
し、最小ストロークを1mm、最大ストロークを2mmとして
説明する。第１図において、筆記具46が最上昇位置にあ
る状態において、まず、時間T1でプラスの下降加速電流
D1がムービングコイル40に供給され、これにより、筆記
具46は急速下降する。次に時間T2で負の逆電流UP1がム
ービングコイル40に供給され、筆記具は、急激に減速さ
れ、最上昇位置から1mm下に速度ゼロで到達する。このT
1,T2の区間では筆記具46が用紙面に着地しないように設
定されている。次に、時間T3でプラスの下降加速電流D2
がムービングコイル40に供給され、筆記具46は下方向に
加速される。筆記具の下降ストロークが最小ストローク
のときには、T3のところで筆記具の先端が紙面に着地す
ることになる。このときは、筆記具の下降速度がゼロで
筆記具46が紙面に着地し、その直後に下降力が加わるた
め、筆記具46は紙面に対してバウンドしない。筆記具46
の下降ストロークが最大ストロークのときには、時間T3
におけるプラスの電流は、第１図に示す筆圧降下区間の
時間短縮のために筆記具を下降方向に加速させる働きが
ある。次に、時間T4で小さな値から所定の筆圧設定電流
値に向けて徐々に増加する変化電流PF1及び筆圧電流PF2
がムービングコイル40に供給される。筆記具が第９図に
示すように、ａ点で紙面に着地した場合について考察す
る。第10図ａに示すように、筆記具46のバウンドは、Fa
（反発力）−Fb（筆圧）が小さいほど少ない。そこで、
ａ点において、筆圧F1で着しているが、その直後に、F1
よりも大きい力F2が加わっている。従って一定な筆圧を
与えた時よりもFa−Fbが小さくなり、筆記具のバウンド
が小さくなる。

また、筆記具46が着地した後、徐々にF2よりもさらに
大きな筆圧が加わっていくため、上記変化電流PFによる
筆記具下降力は筆記具46を押さえつけるように働き筆記
具のハネ即ちバウンドの周期も短かくなる。尚、筆記具
46が着地した瞬間は、Fa−Fbは大きいが第10図に示すよ
うに、用紙50及び図板９表面が多少沈むため、b,c,dの
順で時間が経過し、ｄの状態では、Fc（筆圧）より大き
な力Feが筆記具46に加わるため、Fa−Fbは小さくなり、
筆記具46のバウンドを押さえることができる。

また、筆記具46は適正筆圧より弱い筆圧で着地するた
め、筆記具46の先端の保護にもなる。

第１図において、筆記具46を上昇させるときは、時間
T5でマイナスの電流UP2をムービングコイル40に供給し
て筆記具46を急速上昇させた後、プラスの電流D1をT6時
間、ムービングコイル40に供給して、昇降部材20の上昇
速度を減速させ、しかる後に、昇降部材20を上方向に付
勢するばね48の弾発力によって昇降部材20を上限ストッ
パー2bに圧接する。

第２図には、ムービングコイル40に上記制御電流を供
給するためのコントローラのブロック回路図が示されて
いる。中央処理装置CPU60から出力された筆記具ダウン
ディジタル信号は、D/A変換器62に供給され、ここでア
ナログ電圧信号に変換される。この電圧信号は、タイミ
ングコントローラ64によって定電流ドライバ66に供給さ
れ、該ドライバ66により、ムービングコイル40に第１図
中、D1の電流がT1のタイミングで供給される。CPU60か
ら出力された筆記具アップディジタル信号はD/A変換器6
8によってD/A変換され、D/A変換器68の出力は、時間T1
後、タイミングコントローラ64の制御で定電流ドライバ
66に供給され、これによりムービングコイル40に、UP1
の電流が供給される。次にCPU60から出力されたダウン
ディジタル信号は、D/A変換器62に供給され、D/A変換器
62の出力がタイミングコントローラ64の制御で定電流ド
ライバ66に供給される。これにより、ムービングコイル
40にT3のタイミングでD2の電流が供給される。次に、CP
U60から小さな値から徐々に所定の値まで変化するディ
ジタル信号がD/A変換器70に供給される。このD/A変換器
70のアナログ電圧信号はタイミングコントローラ64の制
御で、積分器72に供給され、ここで積分されて定電流ド
ライバ66に供給され、時間T4′のタイミングで、変化電
流PF1と筆圧電流PF2がムービングコイル40に通電され
る。上記の要領で、筆記具上昇時には、D/A変換器68の
出力が定電流ドライバ66に供給されて、T5のタイミング
でUP2の電流がムービングコイル40に供給され、次に、D
/A変換器62の出力が定電流ドライバ66に供給され、T6の
タイミングでD1の減速電流信号がムービングコイル46に
供給される。尚、筆記具46のペン先が図板９上の用紙面
に衝突すると、その衝撃で筆記具46は上方向にバウンド
しようとするが、このとき、昇降駆動部材24が磁力によ
って尚も下降し、軸体26が軸受部材22の管状部に対し
て、相対的に下降し、昇降駆動部材24と軸受部材22の水
平面との密着面は互いに離反する。軸体26の下降によっ
てばね28が圧縮し、この圧縮力は昇降部材20に対して下
降力として作用する。この下降力は、筆記具46のバウン
ドしようとする上昇力と丁度タイミングが一致し、筆記
具46のバウンドによる上昇力はばね28のたわみによる下
降力によってほぼ相殺され、この構成によっても筆記具
46のバウンドが阻止される。筆記具46のペン先が磁気力
によって用紙面に圧接した状態において、ヘッド２を図
板９面に対して平行方向に移動制御すれば図板９上の用
紙面に作図が成されるものである。

次に他の実施例を第６図及び第７図を参照して説明す
る。

筆記具46に形成されたペン種即ち、ボールペン、中空
ペン等の種類を示すコード信号を作画ヘッド２側に設け
た光学的読取器から成るペン種指定装置86によって読み
取り、このペン種コード信号がCPU88に入力される。CPU
88は、ペン種コード信号に基いて、ペンダウン時の適正
筆圧を設定し、そのデジタル情報をD/A変換器90,92に入
力する。D/A変換器90,92は、筆圧デジタル情報をそれぞ
れ−v1と＋v1のアナログ電圧信号に変換する。筆記具46
が上昇位置にあるときはムービングコイル40に、第６図
に示すように、−Ｉの電流が供給され、昇降部材20は、
上限ストッパー2bに弾接している。該状態において、CP
U88から第６図中、T1のタイミングで、加速電流D1に相
当するディジタル信号がD/A変換器94に供給され、該D/A
変換器94から、下降加速アナログ電圧信号が定電流ドラ
イバ96に供給されて、ムービングコイル40に電流D1が通
電される。これにより、筆記具46は、図板９面に向けて
急速下降する。次に、CPU88から、T2のタイミングで、
減速電流U1に相当するディジタル信号がD/A変換器94に
供給され、該D/A変換器94から下降減速アナログ電圧が
定電流ドライバ96に供給されて、ムービングコイル40に
電流U1がT2のタイミングで通電される。これにより、筆
記具46は、急速減速され、筆記具46の最大下降ストロー
クの略1/2の位置、本実施例では、上昇位置から1mm下降
したところで筆記具46の下降速度がゼロとなる。次に、
CPU88からT3のタイミングで、加速電流D2に相当するデ
ィジタル信号がD/A変換器94に供給され、該D/A変換器94
から下降加速アナログ電圧信号が定電流ドライバ96に供
給されて、ムービングコイル40に加速電流D2が通電され
る。次に、CPU88からタイミング信号ｂ（第８図参照）
が波形整形回路98の制御端に入力され、波形整形回路98
は、適正筆圧電圧レベルに向けて徐々に変化する変化部
分VSを有する定形電圧信号VSTを出力し、ムービングコ
イル40に、変化部分PFを有する定形電流信号PTがT4′の
タイミングで通電される。筆記具46の着地範囲は、第１
及び本実施例ともT3とT4の範囲内に設定される。従っ
て、筆記具の下降ストロークが最小ストロークのときに
は、T3のところで、筆記具46が紙面に着地することにな
る。このとき、筆記具46の加速速度は、ゼロでその直後
に力が加わるため、筆記具46はバウンドしない。筆記具
46が、T4の間で着地するときには、前記加速電流D2によ
って筆記具が加速され、筆圧降下区間の時間が短縮され
る。T4の間で、筆記具46が着地した場合には、着地した
後、徐々に反発力よりもさらに大きな筆圧が加わってい
くためこれが筆記具46を押えつけるように働き、筆記具
46のバウンドの周期も短くなる。上記電流信号D2のレベ
ルは、筆記具46を数種類使用する場合一番筆圧の弱い筆
記具に合わせ、適正筆圧に20〜30グラム程度を加えた力
に相当する値に設定されている。

次に、筆記具上昇動作について説明する。

CPU88から第６図中、T5のタイミングで、加速電流U1
に相当するディジタル信号がD/A変換器94に供給され、
該D/A変換器94から、上昇加速アナログ電圧信号が定電
流ドライバ96に供給されて、ムービングコイル16に電流
U1が通電される。これにより、筆記具14は、作画面から
急速上昇する。次に、CPU88から、T6のタイミングで、
減速電流D1に相当するディジタル信号がD/A変換器94に
供給され、該D/A変換器94から上昇減速アナログ電圧が
定電流ドライバ96に供給されて、ムービングコイル40に
電流D1が通電される。これにより、筆記具46は、急速減
速され、筆記具46の最大上昇ストロークの略1/2の位
置、本実施例では、作画面から1mm上昇したところで筆
記具46の上昇速度がゼロとなる。次に、CPU88からT7の
タイミングで、加速電流U2に相当するディジタル信号が
D/A変換器94に供給され、該D/A変換器94から上昇加速ア
ナログ電圧信号が定電流ドライバ96に供給されて、ムー
ビングコイル40に加速電流U2が通電される。次に、CPU8
8からタイミング信号ｂ′が波形整形回路100の制御端に
入力され、波形整形回路100は、適正ストッパー圧接電
圧レベルに向けて徐々に変化する変化部分を有する定形
電圧信号を出力し、ムービングコイル40に、変化部分P
F′を有する定形電流信号PT′が通電される。筆記具46
の上昇係止範囲は、T7とT8の範囲内に設定される。従っ
て、筆記具の上昇ストロークが最小ストロークのときに
は、T7のところで、昇降部材20が上限ストッパー2bに当
接することになる。このとき、昇降部材20の上昇速度
は、ゼロでその直後に力が加わるため、昇降部材20はバ
ウンドしない。筆記具46が、T8の間で係止されるときに
は、前記加速電流U2によって筆記具の上昇が加速され、
筆記具上昇区間の時間が短縮される。T8の間で、筆記具
46が上限ストッパー2bに係止された場合には、係止され
た後、徐々に反発力よりもさらに大きな圧力が上限スト
ッパー2bに加わっていくためこれが昇降部材20を上限ス
トッパー2bに押えつけるように働き、筆記具46のバウン
ドの周期も短くなる。

尚、本実施例では、昇降最大ストロークの略1/2の位
置のところで、筆記具の昇降速度をゼロとするのに逆電
流信号を用いているが、逆電流によって減速する方式に
特に限定されるものではない。また、第12図に示すよう
に、電流信号PF,PF′は直線的に変化するものでも良
く、二次曲線状に変化するものでも良い。また、筆記具
昇降時における加速電流信号D2,U2は設定せず、筆記具
がT4,T8において、着地又は上限ストッパーに係止され
るように設定しても良い。

〔効果〕

本発明は、上述の如く、筆記具の昇降ストロークが変
化しても、筆記具は、上昇又は下降速度がゼロとなった
直後に加圧力が加わる状態で着地又は上方向に係止され
るか、筆圧又は上限ストッパーとの当接圧が徐々に増加
する領域で着地または上方向に係止されることになり、
しかも筆記具の着地時におけるバウンドは、ばねの弾力
によっても阻止されるようにしたので筆記具のバウンド
の発生を相剰効果的に押さえることができ、作画スピー
ドを向上させることができる効果が存する。

【図面の簡単な説明】

第１図は動作説明図、第２図はブロック回路図、第３図
は断面図、第４図は平面図、第５図は側面図、第６図は
説明図、第７図はブロック回路図、第８図は説明図、第
９図は説明図、第10図は説明図、第11図は説明図、第12
図は説明図である。 ２……ヘッド,2a……基板,4……移動レール,6……移動
ガイド軸、８……Ｙカーソル,9……図板,10,12……ガイ
ド軸,14……スライドボールベアリング,16,18……コロ,
20……昇降部材,22……軸受部材,24……昇降駆動部材,2
6……軸体,28……ばね,30……盤,32……ヨーク,34……
マグネット,36……ポールピース,38……マグネット,40
……ムービングコイル,42……ペンホルダー,44……揺動
アーム,46……筆記具,48……コイルばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作画面に対して相対的に平行移動可能なヘ
   ッドの基板にガイドを介して昇降部材を昇降自在に支承
   し、該昇降部材に筆記具を支承し、前記基板に配設した
   界磁構成部にムービングコイルを対向し、該ムービング
   コイルに昇降駆動部材を連結し、該昇降駆動部材と前記
   昇降部材とを接離方向にスライド自在に連結し、前記昇
   降駆動部材と前記昇降部材間にばねを両者が互いに密着
   する方向に付勢配置するとともに、前記筆記具が上昇位
   置から急下降するように前記ムービングコイルに筆記具
   急下降用電流を通電し次に該ムービングコイルに筆記具
   の下降速度を減速させるための電流を通電して筆記具が
   その最大下降ストロークの略1/2に達したとき下降速度
   がゼロとなるように成し、次に絶対値が小さな値から所
   定の筆圧設定電流値に向けて徐々に増加変化する変化電
   流を前記ムービングコイルに通電する制御部を有するコ
   ントローラを設けたことを特徴とする自動作画装置にお
   ける筆記具昇降装置。