JP2007008133A - 打刻機 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速で打刻できる打刻機を提供する。
【解決手段】 先端部が円錐形状のヘッドワイヤが設けられたドットインパクトプリンタの駆動部を用い、ヘッドワイヤとして超硬金属線で形成した打刻ヘッド２０をＸ方向に移動させるとともに、被加工物７が載置された台座５をＹ方向に移動させ、被加工物７を加工するためのデータが与えられたことに応じて、そのデータに基づいて被加工物７を押圧する加圧力に強弱を付け加えてソレノイドを駆動し、プランジャによりヘッドワイヤを打刻ヘッド２０から被加工物７に押圧するように制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は打刻機に関し、特に、被加工物の表面に加工工具を押圧して画像などを形成する打刻機に関する。

特開２００２−４６３９４号公報（特許文献１）には、アクセサリや宝飾品などの加工を行うための打刻機が記載されている。打刻機は、ソレノイドを貫通するようにプランジャを設け、プランジャの下部に加工工具を設けて構成されている。ソレノイドに通電することでプランジャを吸引し、加工工具を下降させて台座の上面に載置された被加工物の表面に当接させ、電圧を変えて当接時の加圧力に強弱をつけることにより、所望の凹部を被加工物に付与する。

加工工具としては、例えば先端を９０°に加工したダイヤモンドチップを直径２ｍｍの針の先端に取り付けたものが使用されている。打刻機の他の例として、一定の力で刻印するものもある。
特開２００２−４６３９４号公報（段落番号００２０、図２)

特許文献１に記載されている従来の打刻機は、最大１００Ｈｚの打刻速度で加工することができるが、針の重さや機構上の問題から、これ以上打刻速度を上げることができなくなっていた。打刻速度を上げるために針を細くすることで軽くすることも考えられるが、あまり細くするとダイヤモンドチップが取り付けられなくなる。

そこで、この発明の目的は、高速で打刻できる打刻機を提供することである。

この発明は、被加工物に対して加工工具を押圧することで被加工物上に加工を行う打刻機において、ドットインパクトプリンタの印字部の駆動機構を用いて加工工具を駆動することで被加工物上に加工を行うことを特徴とする。

ドットインパクトプリンタの印字部の駆動機構を用いることで打刻速度を向上できる。

好ましくは、加工工具は、ワイヤ部材を含む。

好ましくは、ワイヤ部材は、先端部が尖った超硬金属線を含む。

具体的には、ワイヤ部材の先端部は９０度の角度を有している。

さらに、加工工具の押圧時の加圧力を制御する制御手段を含む。

以上のように、この発明によれば、ドットインパクトプリンタの印字部の駆動機構を用いて加工工具を駆動するようにしたので、高速で打刻できる。

図１はこの発明の一実施形態における打刻機の外観斜視図である。

筐体１は内部に空間を有する箱型形状に形成されており、中央部に開口部２が形成されている。開口部２の内部には、図１中のＹ方向に延びるガイド軸３，４が所定の間隔を隔てて平行に設けられている。このガイド軸３，４に沿って台座５がＹ方向に移動できるように、内部にＹ軸駆動用モータ６が設けられている。台座５上には被加工物７が載置されている。被加工物７はゴムを介して、あるいは両面テープで台座５上に固定される。

筐体１の上部には打刻部８が設けられており、打刻部８内にはＸ方向に延びるガイド軸９と、駆動軸１０と、台座５の上方に位置して被加工物７に対向するように、加工工具としての打刻ヘッド２０が設けられている。ガイド軸９は図１では１本のみ示されているが、後述の図２（Ｃ）に示すように、上下に所定の間隔を隔てて１対設けられている。駆動軸１０には、螺旋状に溝が形成されており、打刻部８の外側に設けられているＸ軸駆動用モータ１１によって回転駆動される。駆動軸１０の溝には、後述の図２（Ａ）に示すように係合片２７が係合している。

ガイド軸９にはスライド部材１２が摺動可能に設けられており、打刻ヘッド２０は図２（Ｂ）に示す取付具２３を介してスライド部材１２に取付けられている。駆動軸１０がＸ軸駆動用モータ１１によって駆動されることで、打刻ヘッド２０がガイド軸９に沿ってＸ方向に移動する。したがって、台座５をＹ方向に移動させ、打刻ヘッド２０をＸ方向に移動させることにより、打刻ヘッド２０を被加工物７の所望の位置に対向させることができる。

打刻部８は回転ダイヤル１３を回転させることで、図示しない支軸を軸にして、図１の矢印で示すように、手前側が開くように形成されており、台座５上の被加工物７を取り替え可能にされている。

図２は打刻ヘッド２０を示す図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向から見た矢視図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ方向から見た矢視図であり、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ方向から見たヘッド先端部のワイヤ配列図であり、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ方向から見た矢視図であり、（Ｆ）ヘッドワイヤを示す図であり、（Ｇ）ヘッドワイヤの先端を拡大して示した図である。

打刻ヘッド２０は、ドットインパクトプリンタの機構を応用したものであり、主として円筒状のヘッドフレーム２１と、ほぼ四角柱で延びる先端部２２と、取付具２３を含む。従来の打刻機が１００Ｈｚ程度の速度で打刻できなかったのに比べて、打刻ヘッド２０は、理論上では例えば１０００Ｈｚの速度で打刻することも可能であるが、安全を見込んで３５０Ｈｚの速度で打刻するのが好ましい。また、ドットインパクトプリンタの印字ワイヤの先端は通常平担であり、そのままでは金属に刻印できない。また、通常のドットインパクトプリンタでは、印字ヘッドを駆動するとき強弱をつけることはしていないので、ドットインパクトクプリンタをそのまま打刻機に転用することはできない。

そこで、この発明の打刻機では、ドットインパクトプリンタの印字部の駆動機構を用い、かつ次のような工夫を行っている。すなわち、ドットインパクトプリンタの印字ワイヤに代えて、例えば直径が０．３ｍｍの超硬合金でヘッドワイヤ３０を形成した。そして、ヘッドワイヤ３０には、図２（Ｆ）に示すように、一端にナイロンなどの樹脂からなるボタン３１が形成されており、他端は先端部３２が図２(Ｇ)に拡大して示すように９０度の角度を有する錘状、より具体的には円錐状に形成されている。ボタン３１はワイヤガイド２４との間でコイルばね４５を保持している。

打刻ヘッド２０は、主として円筒状のヘッドフレーム２１と、ほぼ四角柱で延びる先端部２２と、取付具２３を含み、取付具２３は図１に示したスライド部材１２にねじ止めされ、これにより打刻ヘッド２０はＸ方向に移動可能にされている。先端部２２内には、例えば９本のワイヤ部材であるヘッドワイヤ３０が収納されている。

図２（Ａ）に示すように、スライド部材１２には、１対のガイド軸９，９が貫通する貫通孔２６，２６が形成されているとともに、駆動軸１０の溝に係合する係合片２７が形成されている。打刻ヘッド２０は、駆動軸１０が駆動されて回転すると、係合片２７が駆動軸１０の溝に係合され、ガイド軸９が貫通孔２６を貫通しているので、ガイド軸９に沿って、図１に示すＸ方向に移動する。

打刻ヘッド２０の先端には、被加工物７に対向して平坦面が形成されており、この平坦面には、９本のヘッドワイヤ３０の先端部が突出している。９本のヘッドワイヤ３０の先端部は、図２（Ｄ），（Ｅ）に示すように、隣接するヘッドワイヤ３０間に隙間が開かないように、中心線を跨いで千鳥状に配列されている。

また、ヘッドワイヤ３０のボタン３１側は、ヘッドフレーム２１内に設けられているワイヤガイド２４によってガイドされており、ヘッドワイヤ３０の一端のボタン３１は、ヘッドフレーム２１内に設けられているアーム４１の一端に着脱自在に取付けられている。

なお、ヘッドワイヤ３０は、９本設けられているが、９本同時に使用すれば打刻時間を短くでき、９本のうちの１本を順次使用すれば打刻ヘッド２０としての寿命を長くできる。あるいは、ヘッドワイヤ３０をマトリックス状に配列すれば加工時間を短縮できる。

アーム４１の他端は板バネ４２の一端に当接しており、アーム４１の中央部はソレノイド４３で駆動されるプランジャ４４の一端が固着されている。板バネ４２の他端はヘッドフレーム２１の壁面に固定されている。９本のヘッドワイヤ３０は、ボタン３１がアーム４１の一端に取付られており、アーム４１の他端が板バネ４２によりヘッドフレーム２１の壁面側に付勢されているので、常時はその先端部が打刻ヘッド２０の先端面に整列している。データに応じてソレノイド４３が駆動されると、プランジャ４４がソレノイド４３に吸引されるので、ヘッドワイヤ３０がコイルばね４５の弾性力に抗して打刻ヘッド２０の先端面から突出し、先端部３２が９０度の円錐形に形成されているので、被加工物７に円錐形の穴を形成することができる。打刻強さを変えれば穴径が変化し、被加工物７の表面にデータに対応した画像を表現できる。ソレノイド４３が駆動されなくなると、ヘッドワイヤ３０はコイルばね４５の弾性力により元の位置に復帰する。

なお、駆動部としてソレノイド４３を用いることなく、コアーに永久磁石を設け、コアーに吸引されて運動するアーマチュアの先端部にヘッドワイヤ３０を取付け、コアーに巻回したコイルを駆動することでヘッドワイヤ３０の先端部を被加工物７に押し付けるようにしてもよい。

図３は図１に示した打刻機を制御する制御回路の概略ブロック図であり、図４はソレノイドとドライバの接続状態を示す回路図である。

図３において、制御手段としてのホストコンピュータ５０は、ＣＰＵ５１とソレノイド制御部５２とドライバ５３とを含む。また、ホストコンピュータ５０には表示部５５が接続されている。ＣＰＵ５１には、プランジャ４４を駆動するソレノイド４３の印加時間と加圧力との関係を示す印加時間ー加圧力の変換テーブルが記憶されている。

ＣＰＵ５１はソレノイド制御部５２とドライバ５３とを介してソレノイド４３に加工信号を出力する。ドライバ５３は、図４に示すように例えばＮＰＮトランジスタ５４によって構成されていて、ＮＰＮトランジスタ５４のベースに加工信号が与えられ、エミッタは接地され、コレクタはソレノイド４３のコイルの一端に接続されている。コイルの他端には直流電圧＋Ｖが供給されている。ＮＰＮトランジスタ５４はベースに加工信号が与えられると、導通してコレクタに接続されているソレノイド４３のコイルに電流が流れる。

図５は印加電圧を一定にした状態でのソレノイドに流れる電流と時間との関係を示す図である。図５を参照して、ソレノイド４３は、電圧を印加しても電流値は除々にしか上がらないという特性がある。この特性を利用して、印加電圧を一定として、印加時間を制御することでソレノイド４３のコイルに流れる電流値を制御する。すなわち、前記印加時間と加圧力との関係を示す変換テーブルにより、加圧力に相当する印加時間を知ることができる。そして、印加時間を可変することによって電流値を制御できるため、電圧を一定にして印加時間を可変すれば加圧力（電力＝電圧×電流）を制御することが可能になる。また、この制御により無段階で加圧力を制御することも可能になる。

図６はソレノイド制御部５２から出力されるソレノイド４３を駆動する駆動信号のタイミングチャートである。ソレノイド４３の駆動力と加圧力とが１つの信号で与えられる。すなわち、印加時間Ｔ１，Ｔ２…に比例してヘッドワイヤ３０の加圧力が大きくなり、被加工物７上に印加時間に比例した所望の大きさの円錐形の穴を形成することができる。

図７は打刻動作を説明するためのフローチャートである。図７に示すステップ（以下、ＳＰと略称する）ＳＰ１において、ホストコンピュータ５０に画像濃度データが与えられる。ホストコンピュータ５０のＣＰＵ５１は、ステップＳＰ２において、画像濃度データをハードウェア制御パラメータに変換する。ここで、ハードウェア制御パラメータとは加圧力＝ソレノイド吸引力のことであって、ソレノイド４３に電圧を印加する印加時間に等しい。ステップＳＰ３において、ハードウェア制御パラメータを出力してソレノイド４３を駆動する。

したがって、この実施形態によれば、被加工物７を加工するためのデータが与えられたことに応じて、そのデータに基づいて印加時間を制御して、加圧力に強弱を付け加えてソレノイド４３を駆動することで、ヘッドワイヤ３０の加圧力を制御して、先端部３２の円錐状部により被加工物を押圧するときの加工深さを制御できるので、高速で打刻できる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の打刻機は、アクセサリや宝飾品などの加工を行うために利用される。

この発明の一実施形態における打刻機の外観斜視図である。 打刻ヘッドを示す図である。 図１に示した打刻機を制御する制御回路の概略ブロック図である。 ソレノイドとドライバの接続状態を示す回路図である。 印加電圧を一定にした状態でのソレノイドの電流と時間との関係を示す図である。 ソレノイド制御部から出力されるソレノイドを駆動する駆動信号のタイミングチャートである。 打刻動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 筐体、２ 開口部、３，４ ガイド軸、５ 台座、６ Ｙ軸駆動用モータ、７ 被加工物、８ 打刻部、９ ガイド軸、１０ 駆動軸、１１ Ｘ軸駆動用モータ、１２ スライド部材、１３ 回転ダイヤル、２０ 打刻ヘッド、２１ ヘッドフレーム、２２ 先端部、２３ 取付具、２４ ワイヤガイド、２６ 貫通孔、２７ 係合片、３０ ヘッドワイヤ、３１ ボタン、４１ アーム、４２ 板バネ、４３ ソレノイド、４４ プランジャ、４５ コイルばね、５１ ＣＰＵ、５２ ソレノイド制御部、５３ ドライバ、５４ ＮＰＮトランジスタ、５５ 表示部。

Claims (5)

1. 被加工物に対して加工工具を押圧することで前記被加工物に加工を行う打刻機において、
   ドットインパクトプリンタの印字部の駆動機構を用いて前記加工工具を駆動することで前記被加工物上に加工を行うことを特徴とする、打刻機。
2. 前記加工工具は、ワイヤ部材を含む、請求項１に記載の打刻機。
3. 前記ワイヤ部材は、先端部が尖った超硬金属線を含む、請求項２に記載の打刻機。
4. 前記ワイヤ部材の先端部は９０度の角度を有している、請求項２または３に記載の打刻機。
5. さらに、前記加工工具の押圧時の加圧力を制御する制御手段を含む、請求項１から４のいずれかに記載の打刻機。

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