JPS6318431B2

JPS6318431B2 -

Info

Publication number: JPS6318431B2
Application number: JP57065636A
Authority: JP
Inventors: Toyoaki Tooda
Original assignee: Iwasaki Tsushinki KK
Current assignee: Iwasaki Tsushinki KK
Priority date: 1982-04-19
Filing date: 1982-04-19
Publication date: 1988-04-18
Also published as: US4527108A; JPS58182469A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はＸ−Ｙプロツタ、製図機等のペンの上
下駆動に好適なリニアアクチユエータに関するも
のである。

Ｘ−Ｙプロツタ等に於ける従来のペン制御装置
は、第１図に示すようにペン１にプランジヤソレ
ノイド２を結合し、復帰バネ３に抗して可動鉄心
４即ちプランジヤを吸引し、これによりペン１を
ダウンさせるように構成されている。ところが、
ペンダウン時の衝撃を小さくすると共に適当なペ
ン圧力を得ることが困難であつた。即ち、第１図
の装置は、ペン圧力調整バネ５を有しているが、
機械的調整機構であるために構造が複雑となり且
つ調整も面倒であつた。またダンパーをプランジ
ヤ作動機構に結合して衝撃荷重を減らす方式もあ
るが、応答速度が遅くなるという問題が生じた。

また、プランジヤソレノイド２を使用する方式
には、大きな移動距離が得られないという欠点、
騒音を発生するという欠点、及び可動及び固定の
両鉄心に残留磁気が生じ、応答特性が悪くなると
いう欠点もある。このため、プランジヤソレノイ
ドの代りにリニアモータの原理を利用したリニア
アクチユエータを使用することが考えられるが、
単にこの種のリニアアクチユエータを使用しても
必要な制御を達成することは不可能である。

そこで、本発明の目的は、制御を容易に行うこ
とが可能なリニアアクチユエータを提供すること
にある。

上記目的を達成するための本発明は、所定空間
の一端部から中央部までの第１の範囲に第１の方
向の磁力線が分布し、前記空間の他端部から前記
中央部までの第２の範囲に第１の方向と反対の第
２の方向の磁力線が分布し、且つ前記中央部から
前記一端部及び前記他端部に向つて磁界の強さが
徐々に大きくなる部分が生じるように配置された
少なくとも２個の永久磁石を含む磁気回路形成装
置と、前記空間の前記第１の範囲に配置されてい
る第１の部分と前記第１の部分に対向するように
配置され且つ前記空間の前記第２の範囲に配置さ
れている第２の部分とを有するコイルと、前記コ
イルに電流を供給する駆動回路と、前記磁気回路
形成装置又は前記コイルのいずれか一方を固定す
る固定部材と、前記固定部材で固定されなかつた
前記コイル又は前記磁気回路形成装置の運動を利
用するために前記コイル又は前記磁気回路形成装
置に結合された移動部材と、前記コイルの中空部
分に配置され且つ前記コイルに対して固定されて
いる位置検出用磁電変換素子と、前記位置検出用
磁電変換素子の出力に基づいて前記コイルの電流
を制御する制御回路とを具備していることを特徴
とするリニアアクチユエータに係わるものであ
る。

上記発明により次の作用効果を得ることができ
る。

(イ) 位置検出用磁電変換素子がコイルの中空部に
配置されているので、磁界の強さが徐々に変化
する部分を位置検出用磁電変換素子が移動す
る。

従つて、直線性の良い位置検出が可能にな
り、位置に応じたコイルの電流制御を正確に行
うことができる。

(ロ) 位置検出用磁電変換素子がコイルの中空部に
配置されているので、位置検出用磁電変換素子
のための特別なスペースが不要になり、装置の
小型化が達成される。

次に、第２図〜第７図を参照して本発明の実施
例に係わるＸ−Ｙプロツタのペン制御装置につい
て述べる。

このペン制御装置は、第１、第２、第３、及び
第４の永久磁石１１，１２，１３，１４から成る
磁気回路形成装置１５を有する。この４つの永久
磁石１１〜１４は、夫々、偏平な希土類コバルト
磁石であつて四角形の主面を有し、第１及び第２
の永久磁石１１，１２と第３及び第４の永久磁石
１３，１４とに分割配置され、第１及び第２の永
久磁石１１，１２は第３図〜第５図から明らかな
ように互いに異極になるように隣接配置されてい
る。即ち、第１の永久磁石１１の一方の主面がＮ
極となり他方の主面がＳ極となるように配置さ
れ、第２の永久磁石１２の一方の主面がＳ極とな
り他方の主面がＮ極となるように配置されてい
る。また、第３及び第４の永久磁石１３，１４は
第５図で点線で示す閉磁路１６を得るために第１
及び第２の永久磁石１１，１２に対して異極とな
るように対向配置されている。従つて第１及び第
２の永久磁石１１，１２と第３及び第４の永久磁
石１３，１４との間に対向空間即ちギヤツプが生
じ、この対向空間の一端部から中央部までの第１
の範囲は第１及び第３の永久磁石１１，１３の対
向による上部空間１７によつて決定され、対向空
間の他端部から中央部までの第２の範囲は第２及
び第４の永久磁石１２，１４の対向による下部空
間１８によつて決定されている。そして、第１の
永久磁石１１、上部空間１７、第３の永久磁石１
３、第４の永久磁石１４、下部空間１８、第２の
永久磁石１２から成る閉磁路１６が形成される。

１９は駆動コイルであつて、上部空間１７に位
置する第１の部分１９ａとこれに対向して下部空
間１８に位置する第２の部分１９ｂとを有する。
そして、コイル１９が最も上に移動しても第２の
部分１９ｂが第６図に示すように第２及び第４の
永久磁石１２，１４の対向によつて決定される下
部空間１８内に保たれ、またコイル１９が最も下
に移動しても第１の部分１９ａが第７図に示すよ
うに第１及び第３の永久磁石１１，１３の対向に
よつて決定される上部空間１７内に保たれるよう
に、コイル１９と永久磁石１１〜１４との関係が
設定されている。尚このコイル１９には第２図に
示す如く駆動回路が２０が結合され、ペンダウン
時に矢印に示す方向の直流電流が流される。

２１はコイル１９に結合された移動部材であ
り、この実施例ではここにペン２２が装着されて
いる。この移動部材２１は所定範囲で上下動しな
ければならないので、スライドベアリング２３に
係合する軸２４で移動自在に支持されていると共
に、ガイド部材２５でガイドされている。尚移動
部材２１を復帰させるためのコイルバネ２６が移
動部材２１と固定部材２７との間に配設されてい
る。また移動部材２１の上限はストツパ部２８で
決定され、下限は固定部材２７で決定されてい
る。また固定部材２７は永久磁石１１〜１４の固
定にも使用されている。

２９はホール素子からなる磁電変換方式の位置
検出器であり、コイル１９の中空部分３０に配置
され、コイル１９と共に移動部材２１に固着され
ている。この位置検出器２９が配置されている空
間１７，１８中の磁界の向き及び強さは第５図で
矢印で示すようになるので、コイル１９と共に位
置検出器２９が変位すればこの磁電変換出力が変
化し、この位置を検知することが可能になる。
尚、磁界の強さが第５図のようになるので、位置
の変化と検出器２９の出力の変化との間に比較的
直線性のよい関係が得られる。

３２は速度検出器を構成する速度検出コイルで
あつて、駆動コイル１９の外周に同軸的に設けら
れ、且つ空間１７，１８の磁界中に位置する従つ
てこの速度検出コイル３２には、駆動コイル１９
の移動速度に対応した電圧が発生し、この電圧の
変化から速度を知ることが可能になる。

３３は制御回路であつて、位置検出器２９の出
力及び速度検出コイル３２の出力及びペン圧力設
定回路３４の出力に応答して適切な駆動電流をコ
イル１９に供給するための制御をなす。制御形態
は装置の種類及び使用方法等によつて種々変更可
能であるが、本実施例の場合には、ペン２２の先
端が記録紙３５に接近した位置になつたことが位
置検出器２９によつて検出されるまではペン２２
を急速に降下させ、接近位置検出後はゆつくりと
降下させるような電流をコイル１９に流す制御信
号を形成し、この制御信号にて駆動回路２０を制
御する。また、速度検出コイル３２から得られる
速度検出信号に基づいてペン２２の衝撃荷重が少
なくなるように駆動電流を制御する。また最終的
なコイル１９の駆動電流値がペン２２の圧力を調
整する場合には、圧力設定回路３４で駆動電流の
最大値を決定する。

上述の如く構成された装置でペン２２を記録紙
３５まで移動する場合には、駆動コイル１９に第
２図で矢印で示す方向に電流を流す。これによ
り、フレミングの左手の法則に基づいて第１のコ
イル部分１９ａと第２のコイル部分１９ｂとの両
方に下方向の力が働き、コイル１９と共に移動部
材２１、ペン２２、位置検出器２９、及び速度検
出コイル３２がバネ２６に抗して下方に変位す
る。この際、位置検出器２９及び速度検出コイル
３２から位置検出信号及び速度検出信号が得られ
るので、単に一定電流を駆動コイル１９に供給せ
ずに、応答速度が速くて且つペン衝撃を小さくす
ることが可能な電流を供給する。尚この実施例で
は復帰バネとして圧縮コイルバネ２６が使用され
ているため、圧縮が進むに従つて大きな力が要求
されるので、コイル１９の電流値を徐々に増大さ
せる。しかし、ペン２２の先端が記録紙３５に接
近したことが位置検出器２９で検出された時に
は、制動を加えてペン２２の衝撃を緩和するよう
な制御状態とする。これにより、ペン２２の先端
の衝撃荷重が減少し、ペンの先端の変形及び破損
が防止され、更に騒音も低下する。

ペン２２を記録紙３５から離間させる場合に
は、駆動コイル１９の電流を遮断する。これによ
り、復帰バネ２６の力で元の位置に戻る。

上述から明らかなように本実施例のペン制御装
置には次の利点がある。

(a) 位置検出器２９及び速度検出コイル３２を駆
動コイル１９と一体的に構成し、駆動コイル１
９を変位させるための永久磁石１１〜１４によ
る磁界との関係で位置検出及び速度検出を行う
ように構成しているので、位置検出装置及び速
度検出装置の構成が極めて簡単且つ小型にな
る。

(b) 位置検出器２９はホール素子から成る磁電変
換素子で構成されているので、小型且つ軽量で
あるのみならず、直線性、温度特性、安定性の
点でも優れており、且つ非接触であるので組立
及び調整が容易で信頼性も高い。

(c) 位置検出器２９をコイル１９の中空部分３０
に配したので、特別なスペースが不要となり、
小型化が可能になる。

(d) 位置検出器２９を有するので、所定位置まで
ペン２２の先端を急速に移動させることが可能
になり、応答速度を良くすることが可能にな
る。

(e) 速度検出コイル３２を有するので、ペン先端
の衝撃荷重が過大にならないように制御し、ペ
ン先端の変形、破損を防ぎ且つ騒音を低減する
ことができる。

(f) 永久磁石１１〜１４の大きさ及びコイル１９
の大きさを変えることによつて種々の移動量を
得ることが可能になる。従つて、比較的大きな
移動量を容易に得ることが出来る。

(g) コイル１９の電流値を変えることによつてペ
ン圧力を調整することが可能であるので、圧力
調整を容易に達成することが出来る。

以上、本発明の実施例について述べたが、本発
明にこれに限定されるものでなく、更に変形可能
なものである。即ち、第３及び第４の永久磁石１
３，１４をヨーク即ち磁気回路を形成するための
磁性体としてもよい。また第２及び第３の永久磁
石１２，１３をヨークとしてもよい。また、磁石
１１と１３及び磁石１２と１４とを結ぶヨークを
設けてもよい。またペン２２の復帰をコイル１９
に逆方向の電流を流すことによつて達成してもよ
い。要するにコイル１９に第１の方向と第２の方
向の電流を切換えて流すようにしてもよい。ま
た、コイル１９を固定し、永久磁石１１〜１４を
可動構成とし、ここに移動部材２１を結合しても
よい。また、ペン２２のアツプダウンに限ること
なく、種々の直線移動装置に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のペン制御装置を示す一部切断正
面図、第２図は発明の実施例に係わるペン制御装
置を示す一部切欠正面図、第３図は第２図の−
線断面図、第４図は第１図の一部を示す斜視
図、第５図は磁気回路を示す断面図、第６図及び
第７図はコイルと磁石との関係を示す断面図であ
る。尚図面に用いられている符号に於いて、１１は
第１の永久磁石、１２は第２の永久磁石、１３は
第３の永久磁石、１４は第４の永久磁石、１５は
磁気回路形成装置、１７は上部空間（第１の範
囲）、１８は下部空間（第２の範囲）、１９はコイ
ル、１９ａは第１のコイル部分、１９ｂは第２の
コイル部分、２０は駆動回路、２１は移動部材、
２２はペン、２９は位置検出器、３２は速度検出
コイルである。

Claims

【特許請求の範囲】１所定空間の一端部から中央部までの第１の範
囲に第１の方向の磁力線が分布し、前記空間の他
端部から前記中央部までの第２の範囲に第１の方
向と反対の第２の方向の磁力線が分布し、且つ前
記中央部から前記一端部及び前記他端部に向つて
磁界の強さが徐々に大きくなる部分が生じるよう
に配置された少なくとも２個の永久磁石を含む磁
気回路形成装置と、前記空間の前記第１の範囲に配置されている第
１の部分と前記第１の部分に対向するように配置
され且つ前記空間の前記第２の範囲に配置されて
いる第２の部分とを有するコイルと、前記コイルに電流を供給する駆動回路と、前記磁気回路形成装置又は前記コイルのいずれ
か一方を固定する固定部材と、前記固定部材で固定されなかつた前記コイル又
は前記磁気回路形成装置の運動を利用するために
前記コイル又は前記磁気回路形成装置に結合され
た移動部材と、前記コイルの中空部分に配置され且つ前記コイ
ルに対して固定されている位置検出用磁電変換素
子と、前記位置検出用磁電変換素子の出力に基づいて
前記コイルの電流を制御する制御回路とを具備していることを特徴とするリニアアクチユ
エータ。２前記磁気回路形成装置は、互いに異極となる
ように隣接配置された第１及び第２の永久磁石
と、前記第１及び第２の永久磁石に対して互いに
異極となるように所定の空間を有して対向配置さ
れた第３及び第４の永久磁石とから成るものであ
る特許請求の範囲第１項記載のリニアアクチユエ
ータ。３前記磁気回路形成装置は、互いに異極となる
ように隣接配置された第１及び第２の永久磁石
と、前記第１及び第２の永久磁石に所定の空間を
有して対向配置された磁性部材とから成るもので
ある特許請求の範囲第１項記載のリニアアクチユ
エータ。４前記移動部材は、記録用ペンを上下動するも
のである特許請求の範囲第１項又は第２項又は第
３項記載のリニアアクチユエータ。