【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
(1) 発明の技術分野
本発明は、微小な力（２〜10グラム程度）を例
えばマイクロスイツチなどのような機械式動作型
のスイツチを用いて検出する機構に関し、特に微
小力を機械的に検出且つ増幅してスイツチを作動
させるように構成された微小力検出機構（以下単
に「検出機構」とも略記）に関するものである。
このような微小力検出機構は種々の分野におい
て用いられ、例えば情報処理分野においてはプリ
ンタの記録用紙折りたたみ装置（スタツカ）の用
紙始端検出機構などに用いられている。
(2) 技術の背景
微小力をマイクロスイツチなどを用いて検出す
るには、原理的には、検出すべき力以下の力で確
実に作動可能な軽作動型スイツチを使用する。例
えば検出すべき力が２グラムの場合、１〜２グラ
ムの力で作動するスイツチを選定する必要があ
る。しかし実際には作動力がこのように微小なス
イツチは極く限られている。
このため、従来は、レバーなどを用いて微小力
を機械的に検出且つ増幅してスイツチを作動させ
る検出機構が一般に用いられている。この場合、
検出力よりも大きな作動力のスイツチを使用で
き、しかもスイツチ作動力のマージンを大きくす
ることが可能であるが、一方ではスイツチの解除
力のマージンが不十分となりやすい。このためス
イツチの動作、特に解除動作が信頼性に欠けると
いう問題があり、その対策が要望されている。
(3) 従来技術と問題点
第１図は従来の検出機構の原理を示す図であ
る。図において、１は微小力検出レバー、２はレ
バー回転軸、３はアクチユエータ、４はマイクロ
スイツチ、F0は検出すべき微小力、Ａは微小力
検出点、Ｂはスイツチ作動点、1はスイツチ４が
ONとなるときの力（作動力）、2はスイツチ４
がOFFとなるときの力（解除力）、F1は検出点Ａ
と動作点Ｂとの間の系全体の復旧力、FMは同じ
く系全体の機械的摩擦力、Ｌ，l1，l2，l3はレバ
ー１及びアクチユエータ３のアーム長をそれぞれ
示す。
レバー１に微小力F0が作用すると、レバー１
は回転軸２を中心に回動してアクチユエータ３を
押圧し、作動点Ｂにおいてスイツチ４を作動させ
る（ON）。微小力F0がレバー１から除去される
と、スイツチ４は解除される（OFF）。この場
合、スイツチ４の作動または解除が行われるため
には、アクチユエータ３が作動点Ｂにおいてスイ
ツチ４に及ぼす力がそれぞれ、スイツチ作動力1
より大きいか、またはスイツチ解除力2より小さ
いことが要件であり、従つて次式が成り立つ。
まず、微小力F0が作用点Ａに作用し、マイク
ロスイツチ（作用点Ｂ）がONになるには、
1・l3／l2＜（F0−F1−FM）・Ｌ／l1
つまり、1＜（F0−F1−FM）・Ｌ・l2／l1・l3
ここで、Ｌ・l2／l1・l3＝α（増幅率）とすると、
1＜−α（FM−F0＋F1） ……(1)
次に、微小力F0がなくなり、摩擦力FMに逆ら
つてマイクロスイツチがOFFになるには、
１／α・2＋F1＞FM
つまり、2＞α（FM−F1） ……(2)
上記の式(1)及び(2)をグラフで示したのが第２図
である。第２図において、横軸が摩力FM、縦軸
がスイツチ動作力（1，2）である。
ここで、線L1が上記の式(1)に相当し、作動力
の限界値を示す。また線L2が上記の式(2)に相当
し、解除力2の限界値を示す。そして式(1)及び(2)
を満足する1，2及びFMの選定範囲は、及び
FMがいずれも正と考えれば、領域S1（シングルハ
ツチング部）となる。また、実際にはFMがゼロ
ということはあり得ないので最低限の摩擦力FM0
を考慮し、更にスイツチの1，2の一般的関係が
1：2＝３：１であることを考慮すれば、実際の
選定範囲は更に線及びで限定された領域S2
（ダブルハツチング部）となり、非常に狭くなる。
更にまた、スイツチの動作マージンを作動力及び
解除力共にできるだけ大きく且つほぼ同等になる
ように選定しようとすれば、選定範囲は極めて制
限され、これに適合するものを限られたスイツチ
の中から選定することは現実には不可能に近い。
(4) 発明の目的
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、スイ
ツチの動作マージンを作動力及び解除力共に十分
大きく且つほぼ均等になすことができ、従つて信
頼性の高いスイツチ動作を実現可能な微小力検出
機構を提供することを目的とする。
(5) 発明の構成
本発明による微小力検出機構は、概略的には、
前述したような検出機構においてその微小力検出
点とスイツチ作動点との間の系に、スイツチを解
除する方向の周期的に変動する復旧力を付与する
ように構成し、これによつていずれも十分大きく
且つほぼ均等なスイツチの作動力マージン及び解
除力マージンが周期的に且つ交互に実現されるよ
うにしたものである。復旧力の変動範囲は、それ
が最小のときに十分大きな作動力マージンが得ら
れ、逆に最大のときに十分大きな解除力マージン
が得られるように選定する。以下、本発明を実施
例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
(6) 発明の実施例
第３図は本発明による微小力検出機構の一実施
例の原理を示す。この例の基本構成は第１図に示
す従来例のものと同じであり、本発明による特徴
点は復旧力F1を偏心カム５によつて周期的に変
動、つまり脈動させる構成にある。尚、復旧力を
脈動させる手段としては、この例や、後述する第
３図の実施例の他、種々の方法が考えられる。
次に復旧力F1の脈動の作用効果を説明する。
例えば、第３図に示す偏心カム５の短径ｒの部分
が作用しているときが復旧力が最小で、これを
F1nとすると、上記の式(1)及び(2)と同様の式
1＜−α（FM−F0＋F1n） ……(a)
2＞α（FM−F1n） ……(b)
が成り立つ。
一方、偏心カム５の長径Ｒの部分が作用してい
るときが復旧力が最大で、これをF1nとすると、
F1M＝（Ｒ−ｒ）・ｋ＋F1n
となる。ここで、ｋはバネ定数である。
更に、Fk＝（Ｒ−ｒ）・ｋとすると、
1＜−α（FM−F0＋F1M）
＝−α（FM−F0＋F1M＋Fk） ……(c)
また、
f2＞α（FM−F1M）＝α（FM−F1n−Fk） ……(d)
となる。
これらの式(a)〜(d)をグラフで示したのが第４図
であり、これは第２図と同様に（1，2）とFM
との関係を示している。この図で、線M1，M2
は復旧力が最小のときの1，2の限界値を示し、
そのときの選定範囲は領域S3（右下りハツチング
部）である。一方、復旧力F1が最大のときの1，
2の限界値は線N1，N2となり、選定範囲は領
域S4（右上りハツチング部）となる。なお、領域
S3およびS4は更に第２図で説明したのと同様の線
及びによつて限定される。
いま、スイツチの作動力1及び解除力2を第４
図の如く選定したとすると、復旧力F1が最小の
ときの1及び2のマージンはそれぞれ「ａ」、
「ｃ」となる。一方、復旧力が最大のときは、1
のマージンは「ｂ」だけ減少して「ａ−ｂ」とな
り、2のマージンは逆に「ｄ」だけ増加して「ｃ
＋ｄ」となる。これを表にすれば以下の如くであ
る。
(1) Technical field of the invention The present invention relates to a mechanism for detecting minute forces (about 2 to 10 grams) using a mechanically operated switch such as a micro switch, and in particular to a mechanism for detecting minute forces mechanically. This invention relates to a micro-force detection mechanism (hereinafter simply referred to as "detection mechanism") configured to detect and amplify the force to operate a switch. Such minute force detection mechanisms are used in various fields, for example, in the information processing field, they are used in paper start edge detection mechanisms for recording paper folding devices (stackers) of printers. (2) Background of the technology To detect minute forces using microswitches, etc., in principle, use light-actuating switches that can be operated reliably with less force than the force to be detected. For example, if the force to be detected is 2 grams, it is necessary to select a switch that operates with a force of 1 to 2 grams. However, in reality, switches with such a small operating force are extremely limited. For this reason, conventionally, a detection mechanism is generally used that uses a lever or the like to mechanically detect and amplify a minute force to operate a switch. in this case,
Although it is possible to use a switch with an actuation force larger than the detection force and to increase the margin of the switch actuation force, on the other hand, the margin of the switch release force tends to be insufficient. For this reason, there is a problem that the operation of the switch, especially the release operation, lacks reliability, and a countermeasure is desired. (3) Prior art and problems FIG. 1 is a diagram showing the principle of a conventional detection mechanism. In the figure, 1 is the minute force detection lever, 2 is the lever rotation axis, 3 is the actuator, 4 is the micro switch, F 0 is the minute force to be detected, A is the minute force detection point, B is the switch actuation point, 1 is the switch 4 is
The force when turning on (actuation force), 2 is switch 4
The force when turns OFF (release force), F 1 is the detection point A
Similarly, F M is the restoring force of the entire system between and the operating point B, F M is the mechanical friction force of the entire system, and L, l 1 , l 2 , and l 3 are the arm lengths of the lever 1 and the actuator 3, respectively. When a minute force F 0 acts on lever 1, lever 1
rotates around the rotating shaft 2 to press the actuator 3, and operates the switch 4 at the operating point B (ON). When the minute force F 0 is removed from the lever 1, the switch 4 is released (OFF). In this case, in order for the switch 4 to be actuated or released, the force exerted by the actuator 3 on the switch 4 at the actuation point B must be
The requirement is that the switch release force be greater than or less than 2 , so the following equation holds. First, in order for the micro-force F 0 to act on the point of application A and the micro switch (point of application B) to turn on, 1・l 3 /l 2 < (F 0 −F 1 −F M )・L/l 1 , that is, , 1 < (F 0 −F 1 −F M )・L・l 2 /l 1・l 3Here , if L・l 2 /l 1・l 3 = α (amplification factor), then 1 <−α (F M −F 0 +F 1 ) ...(1) Next, in order for the minute force F 0 to disappear and the micro switch to turn OFF against the frictional force F M , 1/α・2 + F 1 > F M , 2 > α(F M −F 1 ) (2) FIG. 2 is a graph showing the above equations (1) and (2). In Fig. 2, the horizontal axis is the friction force F M and the vertical axis is the switch operating force ( 1 , 2 ). Here, the line L 1 corresponds to the above equation (1) and indicates the limit value of the actuation force. Further, the line L 2 corresponds to the above equation (2) and indicates the limit value of the release force 2 . and equations (1) and (2)
The selection range of 1 , 2 and F M that satisfies is and
If we assume that all F M are positive, it becomes region S 1 (single hatching region). In addition, since it is impossible for F M to be zero in reality, the minimum frictional force F M0
In addition, the general relationship between switches 1 and 2 is
Considering that 1 : 2 = 3:1, the actual selection range is an area S 2 further limited by the line and
(double hatching part) and becomes very narrow.
Furthermore, if we try to select a switch so that the operating margin of the switch is as large as possible and the same as the operating force and release force, the range of selection is extremely limited, and it is necessary to select a switch that meets this requirement from among a limited number of switches. In reality, it is nearly impossible to do so. (4) Purpose of the Invention In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention is capable of making the operating margin of the switch sufficiently large and approximately equal for both the actuation force and the release force, and thus achieving highly reliable switch operation. The purpose is to provide a realizable micro-force detection mechanism. (5) Structure of the invention The micro-force detection mechanism according to the present invention generally includes the following:
In the detection mechanism as described above, a restoring force that periodically fluctuates in the direction of releasing the switch is applied to the system between the minute force detection point and the switch operating point, and thereby both Sufficiently large and substantially equal switch actuation force margins and release force margins are periodically and alternately realized. The variation range of the restoring force is selected so that a sufficiently large operating force margin can be obtained when it is minimum, and a sufficiently large releasing force margin can be obtained when it is maximum. Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings. (6) Embodiment of the Invention FIG. 3 shows the principle of an embodiment of the minute force detection mechanism according to the present invention. The basic configuration of this example is the same as that of the conventional example shown in FIG. 1, and the feature of the present invention is that the restoring force F1 is periodically varied, that is, pulsated, by the eccentric cam 5. In addition to this example and the embodiment shown in FIG. 3, which will be described later, various methods can be considered as means for pulsating the restoring force. Next, the effect of the pulsation of the restoring force F1 will be explained.
For example, when the portion of the short diameter r of the eccentric cam 5 shown in Fig. 3 is acting, the restoring force is at its minimum, and this
Assuming F 1n , the formula 1 , which is similar to the above equations (1 ) and ( 2 ), is : b) holds true. On the other hand, the restoring force is maximum when the portion of the long axis R of the eccentric cam 5 is acting, and if this is F1n , then F1M = (R-r)·k+ F1n . Here, k is a spring constant. Furthermore, if F k = (R-r)・k, then 1 <-α(F M −F 0 +F 1M ) =−α(F M −F 0 +F 1M +F k ) ...(c) Also, f 2 > α (F M − F 1M ) = α (F M − F 1n − F k ) ...(d). Figure 4 shows these equations (a) to (d) graphically, and as in Figure 2, it shows ( 1 , 2 ) and F M
It shows the relationship between In this figure, lines M 1 , M 2
indicates the limit value of 1 , 2 when the recovery power is minimum,
The selection range at this time is area S 3 (hatched area downward to the right). On the other hand, 1 when the recovery force F 1 is maximum,
The limit value of 2 is the line N 1 and N 2 , and the selection range is the area S 4 (hatched area on the upper right). In addition, the area
S 3 and S 4 are further defined by lines and similar to those described in FIG. Now, change the operating force 1 and release force 2 of the switch to the fourth
Assuming that the selection is made as shown in the figure, the margins of 1 and 2 when the recovery force F 1 is the minimum are ``a'' and ``a'', respectively.
It becomes "c". On the other hand, when the recovery power is maximum, 1
The margin of 2 decreases by ``b'' and becomes ``a-b'', and the margin of 2 increases by ``d'' and becomes ``c''.
+d". This can be expressed in a table as shown below.
【表】
従つて、復旧力F1の最小値F1n及び最大値F1M
を、マージン「ａ」が十分大きく且つａ≒ｃ＋ｄ
となるように選定すれば、復旧力F1の脈動に伴
つて大きな作動マージン「ａ」及び同じように大
きな解除力マージン「ｃ＋ｄ」が周期的且つ交互
に現出することになり、安定したスイツチ動作
（ON，OFF）が保証されることになる。尚、作
動力マージンが「ａ−ｂ」、解除力マージンが
「ｃ」にそれぞれ減少した場合でも、スイツチ４
は動作可能であり、単にマージンが小さい分だけ
安定性に欠けるというだけである。仮に、このマ
ージンが小さい位相の時に、力F0の印加あるい
除去が行われてスイツチが動作しなかつたとして
も、そのすぐ後に高マージンが現出されてそこで
確実にスイツチ動作が行われるので、機能上何ん
ら問題がない。
次に第５図は、本発明による微小力検出機構を
プリンタスタツカの用紙始端検出機構に適用した
場合の一実施例を示す。図中、符号１０は記録用
紙を示し、１対の繰出しローラ１１によつてプリ
ンタからスタツカのテーブル１２上に送出され
る。この場合、用紙始端１０ａは折り目１０ｂの
方向により、テーブル１２の左右に設けたコンベ
ヤ１３によつて矢印ＸまたはＹ方向へ送られる。
コンベヤ１３の両側（図では左側のみ図示）に
は、用紙始端検出機構２０が設けられている。
この検出機構２０は、基本的には始端検出レバ
ー２１と、レバー回転軸２２と、アクチユエータ
２３と、マイクロスイツチ２４とから構成され、
用紙始端１０ａが検出レバー２１の検出点Ａに突
き当つて微小力F0でこれを押すと、レバー２１
回転し、アクチユエータ２３を介し作動点Ｂにお
いてマイクロスイツチ２４を作動（ON）させ
る。その結果、制御回路（図示せず）によりコン
ベヤ１３の停止や、テーブルの上昇停止、下降開
始等の動作が行われる。プリント業務終了後、オ
ペレータが記録用紙をテーブルから取り除くと、
レバー２１が復旧し、マイクロスイツチ２４が解
除（OFF）され、制御回路によりテーブル１２
の上昇やコンベヤ１３の駆動が開始される。
始端検出機構２０の特徴は、検出端Ａと作動点
Ｂとの間の系に脈動復旧力F1を付与する機構を
有する点にある。すなわち、レバー２１の上端に
はおもり２５が固定され、これによつて機構系に
初期復旧力F1a（F1の最小値）を付与する。レバー
２１にはまた板バネ２６が取り付けられ、これは
矢印Ｚ方向へ回転する駆動軸２７に固定された爪
２８によつて周期的にはじかれる。これにより機
構系に復旧力F1bが付与される。従つて機構系に
は、最小値がF1a最大値がF1a＋F1bの脈動復旧力
F1が付与されることになる。この脈動復旧力F1
の付与による作用効果は前に第２図及び第４図を
参照して説明した通りであり、信頼性の高い用紙
始端検出が可能である。
(7) 発明の効果
以上説明したように、本発明の微小力検出機構
は、機械式作動型スイツチを用いて微小力を検出
機構する場合にスイツチの高い動作マージンを確
保して安定したスイツチ動作を保証し、ひいては
信頼性の高い微小力検出を実現可能であり、実用
価値の非常に大きいすぐれたものである。
尚、本発明の用途例としてプリツタスタツカ用
の用紙始端検出機構のみを示したが、これ以外に
も種々適用可能であることは云うまでもない。[Table] Therefore, the minimum value F 1n and maximum value F 1M of the restoring force F 1
, the margin “a” is sufficiently large and a≒c+d
If the selection is made so that Operation (ON, OFF) is guaranteed. Note that even if the operating force margin decreases to "a-b" and the release force margin decreases to "c", switch 4
is workable, it is just less stable due to the smaller margin. Even if the force F0 is applied or removed during a phase with a small margin and the switch does not operate, a high margin will appear soon after and the switch will surely operate there. , there are no functional problems. Next, FIG. 5 shows an embodiment in which the minute force detection mechanism according to the present invention is applied to a paper start edge detection mechanism of a printer stacker. In the figure, reference numeral 10 indicates a recording paper, which is delivered from the printer onto a table 12 of a stacker by a pair of delivery rollers 11. In this case, the paper starting edge 10a is sent in the direction of the arrow X or Y by the conveyor 13 provided on the left and right sides of the table 12, depending on the direction of the fold line 10b.
Paper starting edge detection mechanisms 20 are provided on both sides of the conveyor 13 (only the left side is shown in the figure). This detection mechanism 20 basically includes a start end detection lever 21, a lever rotation shaft 22, an actuator 23, and a micro switch 24.
When the paper starting edge 10a hits the detection point A of the detection lever 21 and presses it with a minute force F0 , the lever 21
The microswitch 24 is activated (ON) at the activation point B via the actuator 23. As a result, a control circuit (not shown) performs operations such as stopping the conveyor 13, stopping the table from rising, and starting to lower the table. After the printing job is completed, the operator removes the recording paper from the table.
The lever 21 is restored, the micro switch 24 is released (OFF), and the table 12 is turned off by the control circuit.
The lifting of the conveyor 13 and the driving of the conveyor 13 are started. The feature of the starting end detection mechanism 20 is that it has a mechanism that applies a pulsation restoring force F 1 to the system between the detection end A and the operating point B. That is, a weight 25 is fixed to the upper end of the lever 21, thereby applying an initial restoring force F 1a (minimum value of F 1 ) to the mechanical system. A leaf spring 26 is also attached to the lever 21, and is periodically flipped by a pawl 28 fixed to a drive shaft 27 that rotates in the direction of arrow Z. This gives the mechanical system a restoring force F 1b . Therefore, in the mechanical system, the minimum value is F 1a and the maximum value is F 1a + F 1b .
F1 will be awarded. This pulsating restoring force F 1
The effects of providing the above are as described above with reference to FIGS. 2 and 4, and it is possible to detect the leading edge of the paper with high reliability. (7) Effects of the Invention As explained above, the micro-force detection mechanism of the present invention ensures stable switch operation by ensuring a high operating margin of the switch when using a mechanically actuated switch to detect micro-force. This guarantees that the detection of minute force can be achieved with high reliability, and is of great practical value. It should be noted that, as an example of the application of the present invention, only a paper start edge detection mechanism for a printer stacker has been shown, but it goes without saying that the present invention can be applied to various other applications.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は従来技術の原理を示す図、第２図は第
１図の従来技術の説明のためのグラフ、第３図は
本発明の一実施例の原理を示す図、第４図は第３
図の実施例の作用効果の説明のためのグラフ、第
５図は本発明のもう１つの実施例の概略図であ
る。
１……微小力検出レバー、２……回転軸、３…
…アクチユエータ、４……マイクロスイツチ、５
……偏心カム、２１……用紙始端検出レバー、２
２……回転軸、２３……アクチユエータ、２４…
…マイクロスイツチ、２５……おもり、２６……
板ばね、２７……駆動軸、２８……爪。
FIG. 1 is a diagram showing the principle of the prior art, FIG. 2 is a graph for explaining the prior art in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing the principle of an embodiment of the present invention, and FIG. 3
FIG. 5, which is a graph for explaining the effects of the illustrated embodiment, is a schematic diagram of another embodiment of the present invention. 1...Minute force detection lever, 2...Rotary shaft, 3...
...Actuator, 4...Micro switch, 5
... Eccentric cam, 21 ... Paper start end detection lever, 2
2... Rotating shaft, 23... Actuator, 24...
...Micro switch, 25...Weight, 26...
Leaf spring, 27...drive shaft, 28...claw.