JPS6319891B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、Ｘ―Ｙプロツタ、製図機等のペンを
駆動するための制御装置に関する。

従来技術 Ｘ―Ｙプロツタ等のペンを筆記面に衝撃の少な
い状態で接触させるために、エアーダンパーを使
用して機械的に制動することがある。しかし、こ
の方式を採用すると、高速応答を得ることが出来
ない。この種の問題を解決するために、ペン駆動
コイルの電流を電気的に制御することが考えられ
るが、高速応答が可能で且つ構成が簡単なペン制
御装置は、まだ提案されていない。

発明の目的 そこで、本発明の目的は、高速応答が可能で且
つ構成が簡単で且つソフトランデングが可能であ
るペン制御装置を提供することにある。

発明の構成 上記目的を達成するための本発明は、筆記用ペ
ンと、駆動コイルを含んで電磁作用によつて前記
ペンを記録面に選択的に接触させるように駆動す
るペン駆動装置と、前記ペンと前記記録面との間
隔を検出するペン位置検出器と、前記ペンの移動
速度を検出するペン速度検出器と、前記駆動コイ
ルに流れる電流を検出する電流検出器と、前記記
録面に対する前記ペンの所望の圧力に対応したペ
ン圧力設定信号を供給するペン圧力設定信号供給
回路と、前記ペン位置検出器から得られるペン位
置検出信号と前記ペン圧力設定信号供給回路で設
定された前記ペン圧力設定信号との内の大きい方
の信号を選択する選択回路と、前記ペンと前記記
録面との接触及び離間を制御する信号を発生する
ペン接離制御信号発生回路と、前記速度検出器か
ら得られる速度検出信号及び前記電流検出器から
得られる電流検出信号による前記駆動コイルの駆
動電流の制御を伴なつて、前記ペン接離制御信号
発生回路から前記ペンを前記記録面に接触させる
信号が発生している時に、前記選択回路の出力に
基づく駆動電流を前記駆動コイルに供給するよう
に形成されたペン駆動電流制御回路と、から成る
ペン制御装置に係わるものである。

発明の作用効果 本発明では、ペンが記録面から十分に離れてい
る状態では大きな位置検出信号が発生し、これが
選択回路で選択されて制御回路に入力し、位置検
出信号に対応して比較的大きな電流が駆動コイル
に流れる。従つて、ペンの移動の応答速度が大に
なる。しかる後、ペンが記録面に近付くと位置検
出信号が小になり、ペン圧力設定信号が選択さ
れ、これが制御回路に供給される。また、速度検
出信号に対応する制動が働く。従つて、速度検出
信号に対応した制動状態が得られ、ペンのソフト
ランデングが可能になる。ペンが記録面に接触す
ると、速度検出信号が得られなくなるので、ペン
圧力設定信号に対応した電流が駆動コイルに供給
され、ほぼ一定の筆圧を得ることが出来る。この
結果、高速応答且つソフトランデングが可能なペ
ン制御装置を比較的簡単に構成することが出来
る。

実施例 次に、図面を参照して本発明の実施例に係わる
ペン制御装置について述べる。

第１図、第２図及び第３図に示されている本発
明の実施例のＸ―Ｙプロツタのためのペン制御装
置は、磁気回路を形成するために、第１、第２、
第３、及び第４の板状永久磁石１１，１２，１
３，１４を含む。この４つの磁石１１，１２，１
３，１４は、夫々、偏平な希土類コバルト磁石で
あり、四角形に夫々形成されている。尚、第11及
び第３の永久磁石１１，１３はその一方の主面即
ち左側の面がＮ極となり、その他方の主面即ち右
側の面がＳ極となるようにほぼ均一に磁化されて
いる。また、第２及び第４の永久磁石１２，１４
はその一方の主面即ち左側の面がＳ極となり、そ
の他方の主面即ち右側の面がＮ極となるようにほ
ぼ均一に磁化されている。第２図〜第５図から明
らかな如く、第１の永久磁石１１は垂直方向即ち
Ｙ軸方向に延びるように一方の支持部材１５に固
着されている。第２の永久磁石１２は第１の永久
磁石１１の下に隣接配置され、一方の支持部材１
５に固着されている。第３の永久磁石１３は他方
の支持部材１６に固着され且つ第１の永久磁石１
１と向い合せに配置されている。第４の永久磁石
１４は第３の永久磁石１３の下で支持部材１６に
固着され、且つ第２の永久磁石１２に対向配置さ
れている。この結果、第１の永久磁石１１と第３
の永久磁石１３との間に第１の空間１７が生ま
れ、第２の永久磁石１２と第４の永久磁石１４と
の間に第２の空間１８が生まれている。

第２図及び第３図に示す一方及び他方の支持部
材１５，１６は、磁気飽和しないような磁性板で
あるので、４つの永久磁石１１〜１４によつて、
第４図で点線で示すような磁気閉回路が形成され
る。第４図で鎖線で示す第１の空間１７及びこの
下部の第２の空間１８の中心線上から導出されて
いる複数の矢印は、この中心線上に於ける磁界の
方向及び強さを示す。即ち、矢印の長さが磁界の
強さを示し、矢印の方向が磁界の方向を示す。こ
の第４図から明らかなように、第１の空間１７に
は右から左に向う第１の方向の磁界が発生し、第
２の空間１８には、第１の方向と反対の第２の方
向の磁界が発生している。第１の永久磁石１１と
第２の永久磁石１２とが異なる極性を有して垂直
方向に隣接配置され且つ第３の永久磁石１３と第
４の永久磁石１４とが異なる極性を有して垂直方
向に隣接配置されているので、第１及び第２の空
間１７，１８に於ける磁界即ち磁力線の分布は４
つの永久磁石１１〜１４の相互作用によつて決定
される。この結果、第４図に示す第１の空間１７
と第２の空間１８との境界P₀に於ける磁界の強
さは、上の２つの永久磁石１１，１３の作用と下
の２つの永久磁石１２，１４の作用との打ち消し
合により実質的に零である。また、境界P₀の近
傍領域では磁界の強さがほぼ直線的に徐々に増大
する。第１及び第２の空間１７，１８に於ける磁
界の強さを更に詳しく述べると、第１の空間１７
では境界P₀からP₁位置まで磁界の強さが徐々に
増大し、その後徐々に小さくなる。一方、第２の
空間１８では境界P₀からP₂位置まで第２の方向
の磁界の強さが徐々に増大し、その後徐々に小さ
くなる。このため、磁束分布即ち磁界の強さは全
体としてほぼＳ字形となる。

第１図〜第３図に示されている四角形に巻かれ
た駆動コイル１９は、第１及び第２の空間１７，
１８の中に移動自在に配置され、且つ実質的に第
１の空間１７の中で変位する第１の部分１９ａと
実質的に第２の空間１８の中で変位する第２の部
分１９ｂとを有する。この駆動コイル１９に、電
流制御回路３３からペンをダウンさせるための直
流電流を流すと、第１図に示す如く第１の部分１
９ａには矢印で示すように右から左に向う方向性
を有して電流が流れ、第２の部分１９ｂには矢印
で示すように左から右に向う方向性を有して電流
が流れる。しかし、第１の部分１９ａに作用する
磁界の方向は第２の部分１９ｂに作用する磁界の
方向と反対であるので、結局第１の部分１９ａと
第２の部分１９ｂとの両方が下向きに運動する。
駆動コイル１９が第５図の位置から第６図の位置
まで移動する時に、コイル１９に作用する磁界の
強さがコイル１９の位置の変化に応じて変化す
る。もし、コイル１９の電流を一定に保つてコイ
ル１９を第５図の位置から第６図の位置に降下さ
せるためのトルクを与えると、第４図の位置P₁
から位置P₂の範囲をコイル１９が移動するとき
には、第１の部分１９ａに作用する磁界の強さが
減少するのに対し、第２の部分１９ｂに作用する
磁界の強さが増加する。従つて、駆動コイル１９
のトルクの変動が少ない。

第１図及び第２図に示す移動部材２１は駆動コ
イル１９に固着され、且つＸ―Ｙプロツタの筆記
のためのペン２２を支持しているアーム２１ａを
有する。この移動部材２１をＹ軸に沿つて移動さ
せるために、スライドベアリング２３が移動部材
２１に装着され、このベアリング２３に垂直方向
に伸びる軸即ちピン２４が係合されている。更
に、移動部材２１の右端がガイド部材２５によつ
て垂直方向にリニアにガイドされている。尚、ピ
ン２４及びガイド部材２５は固定部材２７の上に
配置されている。２６は移動部材２１を復帰させ
るためのコイルスプリングであり、ピン２４に巻
回されて移動部材２１と固定部材２７との間に配
されている。２８は移動部材２１の上限を決める
ためにガイド部材２５に設けられたストツパであ
る。

位置検出を行う為のホール素子２９は、駆動コ
イル１９の中空部分３０の中央に配置され、且つ
コイル１９と一定の位置関係を有して移動部材２
１に固着されている。このホール素子２９は第４
図に示す磁界を有する第１及び第２の空間１７，
１８中を移動し、磁界に対応した電圧を発生す
る。即ち、このホール素子２９は駆動コイル１９
及びペン２２の位置に対応した出力電圧を発生す
る。そして、この位置検出用のホール素子２９
は、コイル１９の中央に配されているので、磁界
の強さが直線的に徐々に変化する第４図のP₁〜
P₂の範囲で移動し、その位置に比較的に正確に
対応した電圧を発生する。このため、駆動コイル
１９の電流を駆動コイル１９の位置の変化に応じ
て制御することが可能になる。また、位置検出器
用のホール素子２９は駆動コイル１９の中空部３
０に配されているので、位置検知手段を設けるた
めの特別なスペースが少なくてすむ。

第１図〜第３図から明らかなように、速度検出
器としての速度検出コイル３２が駆動コイル１９
の外周に同軸的に巻回されている。従つて、この
速度検出コイル３２は駆動コイル１９と一緒に第
１及び第２の空間１７，１８の磁界の中で運動す
る。この結果、速度検出コイル３２の速度に対応
した電圧即ち速度検出信号がこのコイル３２から
得られる。即ち、ペン２２の速度をコイル３２で
検知することが出来る。この速度検出コイル３２
は駆動コイル１９と同様に、実質的に第１の空間
１７に位置する上部３２ａと実質的に第２の空間
１８に位置する下部３２ｂとを有するので、この
速度検出コイル３２が第４図の位置P₁から位置
P₂の範囲で移動する際に、上部３２ａに作用す
る磁界の強さが減少すれば、下部３２ｂに作用す
る磁界の強さが増大する。このため、コイル３２
の全体の誘起電圧はコイル３２の位置の変化によ
つてあまり変化せず、コイル３２の移動速度に対
応した出力電圧を発生する。

第１図から明らかなように、駆動コイル１９に
制御された電流を供給するために、電流制御回路
３３、ペン圧力設定信号供給回路３４、及び電流
検出抵抗３５を含む電流検出器３６、選択回路３
９、及びペンダウン・アツプ制御信号発生回路４
０が設けられている。本実施例のペン制御装置
は、位置検出器２９及び速度検出コイル３２を有
するので、ペン２２の速度及び位置に対応させて
駆動コイル１９の電流を制御することが可能にな
る。このため、第１図に於いてペン２２を筆記用
紙３７に接触させるために要する時間を短縮する
こと、及び用紙３７に対するペン２２の接触圧の
調整が可能になる。

次に、第１図の電気回路部分を第７図を参照し
て更に詳しく説明する。位置検出器３８は、第１
図の駆動コイル１９の中空部に配される位置検出
を行う為のホール素子２９を含み、更に、抵抗
R_AとツエナーダイオードZDとから成る基準電圧
回路と、バイアス電圧（オフセツト調整電圧）を
得るための可変抵抗R_Bと、加算増幅器A₁とを有
し、ペン２２の位置に応じて第８図に示す位置検
出信号V_Aを発生する。なお、加算増幅器A₁では、
ホール素子２９から得られる電圧とバイアス電圧
との加算がなされる。この結果、ホール素子２９
が第１の空間１７から第２の空間１８に移ること
によつてホール電圧の向きが反対になつても、第
８図及び第９図で示す一方向の位置検出信号V_A
即ち位置検出電圧を得ることが出来る。

ペン圧力設定信号供給回路３４はペン２２を筆
記用紙３７に接触させる圧力に対応した一定レベ
ルの電圧から成るペン圧力設定信号V_Bを第８図
及び第９図に示すように発生する。

選択回路３９は、ダイオードD₁と２つの抵抗
R_P、R_Hとから成り、位置検出信号V_Aがペン圧力
設定信号V_Bよりも高い時にはダイオードD₁が導
通し、位置検出信号V_Aを選択し、位置検出信号
V_Aがペン設定信号V_Bよりも低い時にはダイオー
ドD₁が非導通になり、ペン設定電圧V_Bを選択す
る。この実施例では、第９図に示す如くペン２２
の上限位置P_Aからペン２２の筆記用紙３７への
接触位置P_Cに向うに従つて位置検出信号V_Aが
徐々に減少し、ペン２２が筆記用紙３７に接近し
た位置P_Bでペン圧力設定信号V_Bより小さくなる。
そこで、選択回路３９は位置P_AからP_Bまでに対
応して位置検出信号V_Aを選択し、位置P_BからP_C
に対応してペン圧力設定信号V_Bを選択する。

ペン接離制御信号発生回路としてのペンダウ
ン・アツプ制御信号発生回路４０は、電源E₁と
スイツチS₁とから成り、スイツチS₁がオフの時に
零ボルトのダウン信号V_L即ちペンを接触させる
ための信号を発生し、オンの時にE₁に対応した
高レベルのアツプ信号V_H即ちペンを離間させる
信号を発生する。

電流制御回路３３は、サーボ回路を構成するた
めに差動増幅器として働く演算増幅器A₂、加算
回路４３、抵抗R_TとコンデンサC_Tとから成る位
相補償回路４４、抵抗R_F及びR_U、及びダイオー
ドD₂を含み、種々の信号に応答して駆動電流I_aを
供給する。更に詳しく述べると、電流検出器３６
から得られる電流検出信号は、加算回路４３と位
相補償回路４４とを介して演算増幅器４２の反転
入力端子に供給される。速度検出コイル３２から
得られる速度検出信号も加算回路４３と位相補償
回路４４を介して演算増幅器A₂の反転入力端子
に供給される。従つて、駆動電流I_aは、電流検出
信号と速度検出信号とによつて負帰還制御され
る。尚、加算回路４３は電流検出信号と速度検出
信号V_Cとを加算する回路であり、位相補償回路
４４は、ローパスフイルタであり、電流検出信号
及び速度検出信号の立上りの位相を遅らせる作用
を有する。演算増幅器A₂の反転入力端子には、
更に、ペンダウン・アツプ制御信号発生回路４０
も接続されている。演算増幅器A₂の非反転入力
端子には、選択回路３９の出力が結合されてい
る。従つて、演算増幅器A₂は、選択回路３９の
出力に応じた駆動電流I_aを、速度検出信号と電流
検出信号との負帰還制御を伴なつて供給する。
尚、ペンダウン・アツプ制御信号発生回路４０か
ら供給するペンアツプ信号V_Hは、位置検出信号
V_Aの最大値よりも十分に大きく設定されている
ため、ペンアツプ信号V_Hが演算増幅器A₂に入力
すると、選択回路３９の出力に応答した駆動電流
I_aが実質的に遮断される。

次に、ペンのダウン・アツプ動作を説明する。
今、第５図に示すような駆動コイル１９のアツプ
状態に於いて、ダウン・アツプ制御信号発生回路
４０から零ボルトのダウン信号V_Lが第８図のt₁時
点で発生すると、アツプ信号V_Hによる制御が解
除され、選択回路３９の出力による制御状態にな
る。ペンダウン開始時点では、ペン２２が上限位
置P_Aにあるので、比較的高い位置検出信号V_Aが
発生している。また、この時には速度検出信号及
び電流検出信号も零である。従つて、演算増幅器
A₂から比較的大きな駆動電流I_aが駆動コイル１９
に供給される。駆動電流が増大すると、電流検出
信号及び速度検出信号が増大する。しかし、ロー
パスフイルタから成る位相補償回路４４が設けら
れているので、電流検出信号及び速度検出信号の
増大にも拘らず、起動時に十分な電流を駆動コイ
ル１９に供給することが出来る。このため、ペン
２２は復帰スプリング２６に抗して急速に降下す
る。ペン２２が第９図に示す位置P_Bを過ぎると、
位置検出信号V_Aがペン圧力設定信号V_Bよりも低
くなるので、選択回路３９からペン圧力設定電圧
V_Bが出力され、この設定信号V_Bが演算増幅器A₂
に入力する。このペン圧力設定信号V_Bは比較的
低い一定値であるので、駆動コイル１９に供給さ
れる電流も比較的に小さな値となり、ペン２２の
用紙３７に対する衝撃を小さくすることが出来
る。即ちペン２２のソフトランデングが可能にな
る。尚、速度検出信号V_C及び電流検出信号は、
駆動電流I_aを減少させるように作用するので、制
動を加えたと等価な動作となり、ペン２２のソフ
トランデングを助ける。

第８図のt₂時点で、ペン２２が用紙３７に接触
すると、速度検出信号が零になる。このため、ペ
ン圧力設定信号V_Bに対応した一定の電流が駆動
コイルに供給され、t₂を少し過ぎた時点からペン
２２の接触圧はほぼ一定になる。

第８図のt₃時点でペン２２をアツプさせるため
に、ダウン・アツプ制御信号供給回路４０の出力
をダウン信号V_Lからアツプ信号V_Hに切り換える
と、位置検出信号V_Aの最大値よりも大きく設定
されたアツプ信号V_Hが演算増幅器A₂に入力する。
演算増幅器A₂は片電源構成であるので、アツプ
信号V_Hが入力している期間には駆動電流I_aが遮断
された状態になる。この結果、復帰スプリング２
６の働きで、駆動コイル１９及びペン２２が上昇
する。

ペン２２の用紙３７に対する接触圧力を調整し
たい場合には、第７図のペン圧力設定信号供給回
路３４から供給する電圧V_Bの値を変える。

上述から明らかな如く、本実施例によれば、速
い応答速度を有してペン２２をソフトランデング
させることが可能になる。また、サーボループに
於ける各信号を単に加算する構成であるから、回
路構成の簡略化及び低コスト化が出来る。

変形例 本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば、次のような変形例が可能なものであ
る。

(A) 電流制御回路３３の一部を第１０図に示すよ
うに変形してもよい。即ち、第７図の演算増幅
器A₂の代りに、２つの差動増幅器A₂₁，A₂₂と
１つの駆動増幅器A₂₃とを設けてもよい。第１
０図の前段の差動増幅器A₂₁は、ダウン・アツ
プ制御信号供給回路４０の出力電圧と選択回路
３９の出力電圧との減算を行う。後段の差動増
幅器A₂₂は非反転入力端子に供給される前段の
差動増幅器A₂₁の出力と反転入力端子に供給さ
れる速度検出信号及び電流検出信号との差の信
号を発生する。駆動増幅器A₂₃は差動増幅器
A₂₂の出力に対応した駆動電流を駆動コイル１
９に供給する。

(B) 第１０図の差動増幅器A₂₁の代りに加算器を
使用し、例えば、ダウン信号V_Lとして零ボル
トと入力させ、アツプ信号V_Hとして負の電圧
を入力させてもよい。また、差動増幅器A₂₁の
代りに、ダウン信号V_Lに応答して、位置検出
信号V_A又はペン圧力設定信号V_Bの通過を制御
するスイツチ回路を設けてもよい。

(C) ペン２２をアツプさせる際に、駆動コイル１
９にダウン時と逆の方向の電流を流してもよ
い。この場合には、スプリング２６を省いても
差支えない。

(D) ホール素子の代りに磁気抵抗素子等の磁電変
換器を使用して位置検出器３８を構成してもよ
い。

(E) 第１１図に示すように、第３図に於ける第３
及び第４の永久磁石１３，１４の代りに、第１
及び第２の永久磁石１１，１２に対向させてヨ
ーク４５を配してもよい。

(F) 第１２図に示すように、第３図の第２及び第
３の永久磁石１２，１３の位置にヨーク４６，
４７を配し、第２の永久磁石１２をヨーク４６
に対向配置させてもよい。

(G) 第１３図に示すように、第１の永久磁石１１
と第３の永久磁石１３を結ぶヨーク４８、及び
第２の永久磁石１２と第４の永久磁石１４を結
ぶヨーク４９を付加してもよい。

(H) 第１４図に示す如く、駆動コイル１９、検出
コイル３２、ホール素子２９を固定部材２７に
固定配置し、永久磁石１１，１２，１３，１４
を可動構成とし、ここに移動部材２１を結合し
てもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うペン制御装置の一部を切
断して示す正面図である。第２図は第１図の装置
の２―２線に相当する部分を示す断面図である。
第３図は第１図の装置の永久磁石と駆動コイルと
ホール素子と速度検出コイルとを示す一部切欠き
斜視図である。第４図は第１図の装置に於ける第
１〜第４の永久磁石に基づく磁界の方向及び強さ
を示す断面図である。第５図は第１図の装置で駆
動コイルが上に移動した状態を示す断面図であ
る。第６図は第１図の装置で駆動コイルが下に移
動した状態を示す断面図である。第７図は第１図
の装置の駆動コイル、位置検出器、速度検出コイ
ル、及びこれ等に結合される電気回路を示す回路
図である。第８図は第７図の各部の状態を示す波
形図である。第９図は第７図の回路に於けるペン
位置に検出信号とペン圧力設定信号との関係を示
す図である。第１０図は変形例の制御回路を示す
ブロツク図である。第１１図、第１２図、及び第
１３図は永久磁石の配置の変形例を夫々示す断面
図である。第１４図は駆動コイルを固定した方式
の駆動装置を示す断面図である。 １１〜１４…永久磁石、１９…駆動コイル、２
２…ペン、３８…位置検出器、３２…速度検出コ
イル、３３…電流制御回路、３４…ペン圧力設定
信号供給回路、３６…電流検出器、３９…選択回
路、４０…ペンダウン・アツプ制御信号発生回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筆記用ペンと、 駆動コイルを含んで電磁作用によつて前記ペン
   を記録面に選択的に接触させるように駆動するペ
   ン駆動装置と、 前記ペンと前記記録面との間隔を検出するペン
   位置検出器と、 前記ペンの移動速度を検出するペン速度検出器
   と、 前記駆動コイルに流れる電流を検出する電流検
   出器と、 前記記録面に対する前記ペンの所望の圧力に対
   応したペン圧力設定信号を供給するペン圧力設定
   信号供給回路と、 前記ペン位置検出器から得られるペン位置検出
   信号と前記ペン圧力設定信号供給回路で設定され
   た前記ペン圧力設定信号との内の大きい方の信号
   を選択する選択回路と、 前記ペンと前記記録面との接触及び離間を制御
   する信号を発生するペン接離制御信号発生回路
   と、 前記速度検出器から得られる速度検出信号及び
   前記電流検出器から得られる電流検出信号による
   前記駆動コイルの駆動電流の制御を伴なつて、前
   記ペン接離制御信号発生回路から前記ペンを前記
   記録面に接触させる信号が発生している時に、前
   記選択回路の出力に基づく駆動電流を前記駆動コ
   イルに供給するように形成されたペン駆動電流制
   御回路と、 から成るペン制御装置。