(57)【要約】【課題】  彫刻装置において、比較的簡単な構成で、かつ、多様なワークを様々な角度から彫刻することが可能な彫刻装置を提供すること。【解決手段】  彫刻装置１０においては、ワーク８０に切削刃５１を押し当て続けることによって、位置センサ７０が信号を送出してコイル５４に通電され、チャック支持部材３０及びシャフト２５の摺動に伴って切削刃５１が飛び出すように動作するので、一般的な直動型ソレノイドの構成部品にチャック支持部材４６や切削刃５１を組み合わせることによって、非常に簡単な構成の彫刻装置１０を実現することができる。したがって、彫刻装置１０が手持ちできる大きさ及び重さになるので、作業者がワーク８０に対して切削刃５１を様々な角度で押し当てながら彫刻することが可能となる。【選択図】  図１
2020163630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削刃と、
前記切削刃を着脱可能に保持するチャックと、
前記チャックを支持すると共に、摺動可能に設けられたチャック支持部材と、
摺動可能に、かつ、前記チャック支持部材を押圧して摺動させるように設けられたシャフトと、
前記シャフトと連動して摺動可能に設けられたプランジャと、
磁性材によって略円筒状に、かつ、両端部に開口部が形成されると共に、前記プランジャが内部に配置されたケースと、
前記ケースの内部に配置されたコイルと、
前記ケースの内部に配置されると共に、前記コイルに通電したときに前記プランジャを吸引するように設けられたベースと、
前記チャック支持部材を前記切削刃側に付勢するように設けられた復帰用スプリングと、
前記シャフトの前記切削刃から遠い側の端部の位置を検出するように設けられた位置センサを有し、
前記チャック支持部材及び前記シャフトは、前記復帰用スプリングの弾発力よりも大きな力によって前記切削刃が前記チャック支持部材側に押圧されたときに、前記切削刃がある側と反対の方向に連動して摺動し、
前記位置センサは、前記切削刃がある側と反対方向に所定距離を摺動したときに、前記コイルへの通電に対応する信号を送出するようになされていることを特徴とする彫刻装置。
【請求項２】
前記シャフトは、前記コイルが通電状態にないときに、前記切削刃に近い側の端面が前記チャック支持部材の前記切削刃から遠い側の端面と離隔するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の彫刻装置。
【請求項３】
前記ケースの前記切削刃から遠い側の前記開口部に固定された蓋部材と、
前記切削刃に近い側の端部が前記プランジャに当接し、前記切削刃から遠い側の端部が前記蓋部材に当接するように配置されると共に、前記プランジャを前記切削刃側に向かって付勢するように設けられた押し付け用スプリングをさらに有し、
前記プランジャは、中心軸に沿って延びる貫通孔が生成され、
前記シャフトは、前記切削刃に近い側の端部の近傍部分の径が前記プランジャの前記貫通孔の径よりも大きくなるように形成されると共に、中間部分が前記プランジャの前記貫通孔に挿通された状態で設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の彫刻装置。
【請求項４】
前記ケースの前記切削刃に近い側の前記開口部に固定されると共に、前記切削刃に近い側の端部と前記切削刃から遠い側の端部とに開口した貫通孔が形成された基礎構造部材と、
前記チャック支持部材に固定された止め輪をさらに有し、
前記基礎構造部材は、前記貫通孔の中間部分の径が前記貫通孔の前記切削刃に近い側の前記端部及び前記切削刃から遠い側の前記端部の近傍部分の径よりも小さい径小貫通孔として形成され、前記貫通孔の前記切削刃に近い側の前記端部及び前記切削刃から遠い側の前記端部の前記近傍部分の径が前記中間部分の径よりも大きい径大貫通孔として形成され、
前記復帰用スプリングは、前記切削刃に近い側の端部が前記止め輪に当接し、前記切削刃から遠い側の端部が前記基礎構造部材の前記貫通孔の前記径大貫通孔と前記径小貫通孔との段差面に当接するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の彫刻装置。
【請求項５】
前記ケースの前記切削刃から遠い側の前記開口部に固定されると共に、前記蓋部材を覆うように設けられたエンドキャップをさらに有し、
前記位置センサは、前記蓋部材と前記エンドキャップとの間隙に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の彫刻装置。
【請求項６】
前記蓋部材は、前記シャフトの前記切削刃から遠い側の前記端部の近傍部分が挿通された開口部が形成され、
前記シャフトは、前記切削刃から遠い側の前記端部の近傍部分が前記蓋部材の前記開口部を介して前記位置センサの近傍に突出していることを特徴とする請求項５に記載の彫刻装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可搬型の彫刻装置に関し、特に、ソレノイドによって駆動する彫刻装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
彫刻装置においては、比較的簡単な構成で、かつ、精確な位置制御を可能とするために様々な構成のものが発明されている。図１６は、従来技術に係る彫刻装置の断面図である。図１６において、１１０は彫刻装置、１１１はヘッド、１１２は彫刻ペン、１１３はホルダ、１１４はスプリング、１１５はスプリングガイド兼ドグ軸、１１６は光電式センサ、１１７はボールねじ、１１８はナット、１１９は支持体、１２０はサーボモータ、１２１はパルスエンコーダ、１２２はＮＣ装置、１２３はサーボアンプである。
【０００３】
図１６は、特開平７−２６６７９７公報で開示されている彫刻装置である。彫刻装置１１０は、図１６に示すように、彫刻ペン１１２を振動自在に保持したホルダ１１３と、このホルダ１１３を彫刻ペン１１２の軸方向に摺動可能に保持したヘッド１１１を有している。ヘッド１１１は、彫刻ペン１１２の軸方向と同じ方向に移動可能であり、ヘッド１１１に固定されたナット１１８と、支持体１１９に回転自在に支持されたボールねじ１１７からなるねじ送り機構が連結されている。さらに、ホルダ１１３にはスプリングガイド兼ドグ軸１１５が取りつけられている。スプリングガイド兼ドグ軸１１５には、スプリング１１４が介装されている。スプリング１１４は、常に彫刻ペン１１２の軸方向に前進する方向にホルダ１１３を付勢している。また、ヘッド１１１のスプリングガイド兼ドグ軸１１５の先端部に対応する所定位置には、位置検知部材としての光電式センサ１１６が設けられ、スプリングガイド兼ドグ軸１１５の位置を検出している。光電式センサ１１６の出力は、サーボモータ１２０の制御部であるＮＣ装置１２２に入力される。
【０００４】
また、彫刻装置１１０は、彫刻の開始前にはワークの上方に位置し、サーボモータ１２０の回転によって彫刻ペン１１２がヘッド１１１及びホルダ１１３とともに下降して行く。この時、彫刻ペン１１２は、図示しないエア駆動機構により、所定の振動数で振動させられる。そして、彫刻ペン１１２が、ワークの表面に接触するが、さらにサーボモータ１２０の回転によってヘッド１１１が下降する。すると、彫刻ペン１１２は、ワークに当接して停止するので、ヘッド１１１に対しホルダ１１３がスプリング１１４に抗して相対的に上方へ移動する位置関係になる。これにより、スプリング１１４が圧縮されるため、ホルダ１１３を介して彫刻ペン１１２にスプリング１１４による力が加えられる。そして、サーボモータ１２０の回転によりヘッド１１１がさらに降下し、スプリング１１４が所定量縮んで彫刻ペン１１２に所定の圧力が加えられる位置に達すると、光電式センサ１１６がスプリングガイド兼ドグ軸１１５を感知し、その信号がＮＣ装置１２２に出力される。この光電式センサ１１６からの割り込み信号が入力すると、ＮＣ装置１２２は、パルスエンコーダ１２１の出力に応じてサーボアンプ１２３の出力を制御し、サーボモータ１２０を停止させる。この後、ＮＣ装置は、サーボモータ１２０等を制御し、所定の文字等の刻印作業を行なう。刻印作業が終了すると、ＮＣ装置１２２は、サーボアンプ１２３によりサーボモータ１２０を逆転させ、ヘッド１１１を原点位置に上昇させて刻印作業が終了する。
【０００５】
ところで、上述の彫刻装置１１０においては、彫刻ペン１１２の軸方向、すなわち上下方向には移動可能であるが、例えば傾斜した面に対して彫刻ペン１１２を斜めにした状態で彫刻することはできない。したがって、彫刻装置１１０は、比較的簡単な構成で、かつ、精確な位置制御を可能になったが、彫刻対象となるワークの形状が相当に限定されるという課題が解決されていないと言える。つまり、比較的簡単な構成で、かつ、多様なワークを様々な角度から彫刻できるようにすることが次の課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２６６７９７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するために、彫刻装置において、比較的簡単な構成で、かつ、多様なワークを様々な角度から彫刻することが可能な彫刻装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、切削刃と、前記切削刃を着脱可能に保持するチャックと、前記チャックを支持すると共に、摺動可能に設けられたチャック支持部材と、摺動可能に、かつ、前記チャック支持部材を押圧して摺動させるように設けられたシャフトと、前記シャフトと連動して摺動可能に設けられたプランジャと、磁性材によって略円筒状に、かつ、両端部に開口部が形成されると共に、前記プランジャが内部に配置されたケースと、前記ケースの内部に配置されたコイルと、前記ケースの内部に配置されると共に、前記コイルに通電したときに前記プランジャを吸引するように設けられたベースと、前記チャック支持部材を前記切削刃側に付勢するように設けられた復帰用スプリングと、前記シャフトの前記切削刃から遠い側の端部の位置を検出するように設けられた位置センサを有し、前記チャック支持部材及び前記シャフトは、前記復帰用スプリングの弾発力よりも大きな力によって前記切削刃が前記チャック支持部材側に押圧されたときに、前記切削刃がある側と反対の方向に連動して摺動し、前記位置センサは、前記切削刃がある側と反対方向に所定距離を摺動したときに、前記コイルへの通電に対応する信号を送出するようになされていることを特徴とする彫刻装置である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シャフトは、前記コイルが通電状態にないときに、前記切削刃に近い側の端面が前記チャック支持部材の前記切削刃から遠い側の端面と離隔するように設けられていることを特徴とする彫刻装置である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ケースの前記切削刃から遠い側の前記開口部に固定された蓋部材と、前記切削刃に近い側の端部が前記プランジャに当接し、前記切削刃から遠い側の端部が前記蓋部材に当接するように配置されると共に、前記プランジャを前記切削刃側に向かって付勢するように設けられた押し付け用スプリングをさらに有し、前記プランジャは、中心軸に沿って延びる貫通孔が生成され、前記シャフトは、前記切削刃に近い側の端部の近傍部分の径が前記プランジャの前記貫通孔の径よりも大きくなるように形成されると共に、中間部分が前記プランジャの前記貫通孔に挿通された状態で設けられていることを特徴とする彫刻装置である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記ケースの前記切削刃に近い側の前記開口部に固定されると共に、前記切削刃に近い側の端部と前記切削刃から遠い側の端部とに開口した貫通孔が形成された基礎構造部材と、前記チャック支持部材に固定された止め輪をさらに有し、前記基礎構造部材は、前記貫通孔の中間部分の径が前記貫通孔の前記切削刃に近い側の前記端部及び前記切削刃から遠い側の前記端部の近傍部分の径よりも小さい径小貫通孔として形成され、前記貫通孔の前記切削刃に近い側の前記端部及び前記切削刃から遠い側の前記端部の前記近傍部分の径が前記中間部分の径よりも大きい径大貫通孔として形成され、前記復帰用スプリングは、前記切削刃に近い側の端部が前記止め輪に当接し、前記切削刃から遠い側の端部が前記基礎構造部材の前記貫通孔の前記径大貫通孔と前記径小貫通孔との段差面に当接するように配置されていることを特徴とする彫刻装置である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記ケースの前記切削刃から遠い側の前記開口部に固定されると共に、前記蓋部材を覆うように設けられたエンドキャップをさらに有し、前記位置センサは、前記蓋部材と前記エンドキャップとの間隙に配置されていることを特徴とする彫刻装置である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記蓋部材は、前記シャフトの前記切削刃から遠い側の前記端部の近傍部分が挿通された開口部が形成され、前記シャフトは、前記切削刃から遠い側の前記端部の近傍部分が前記蓋部材の前記開口部を介して前記位置センサの近傍に突出していることを特徴とする彫刻装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、ワークに切削刃を押し当て続けることによって、位置センサが信号を送出してコイルに通電され、チャック支持部材及びシャフトの摺動に伴って切削刃が飛び出すように動作するので、一般的な直動型ソレノイドの構成部品にチャック支持部材や切削刃を組み合わせることによって、非常に簡単な構成の彫刻装置を実現することができる。したがって、彫刻装置が手持ちできる大きさ及び重さになるので、作業者がワークに対して切削刃を様々な角度で押し当てながら彫刻することが可能となる。逆に、例えば、ロボットアームに装着して同じ動作を反復的に実行することも可能であり、非常に多様なワークに対して非常に多様な彫刻を施すことが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、コイルが通電状態にないときに、シャフトとチャック支持部材との間に間隙ができるので、コイルが通電状態にないときに切削刃に意図せずに何かを接触させて、切削刃をわずかに押圧し、これに連動して切削刃がある側と反対方向にチャック支持部材がわずかに摺動しても、シャフトは摺動しないので、彫刻装置が意図せずに動作することを防止できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、押し付け用スプリングによってプランジャをシャフトの切削刃に近い側の端部の近傍部分に押し付けているので、シャフトがプランジャに連動して直ちに作動する。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、復帰用スプリングをコイルや、プランジャ、チャック支持部材に干渉しないように配置できるので、彫刻装置の径を細くすることができる。ひいては、彫刻装置を手持ちしながら作業することが容易になる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、ケースの内部に位置センサを設けるための空間を確保する必要がなく、彫刻装置の径を細くすることができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、蓋部材の開口部に軸受を配置したので、シャフトの摺動がスムーズになり、切削刃の切削する力を安定的に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の非通電状態における断面図である。
【図２】Ａ−Ｂ線部分拡大である。
【図３】Ｃ−Ｄ線部分拡大である。
【図４】本発明の実施の形態に係る彫刻装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（１）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（２）である。
【図７】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（３）である。
【図８】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（４）である。
【図９】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（５）である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の基礎構造部材の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る彫刻装置のケースの断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の通電時における磁束の状態を示す断面図（１）である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の通電時における磁束の状態を示す断面図（２）である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の通電停止後における切削刃の投擲状態を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る彫刻装置の変形例の非通電状態における断面図である。
【図１６】従来技術に係る彫刻装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の非通電状態における断面図である。図１において、１０は彫刻装置、２０はプランジャ、２０ｃは基端側端面、２５はシャフト、２６は先端近傍部分、２７は中間部分、２７ａは段差面、２８は基端近傍部分、３０は基礎構造部材、３１は圧入部、３７はベース、３８は非磁性円筒部材、３９は第１の軸受、４０はカバー部材、４５はシャフト部支持部材４５はチャック支持部材、４７はチャック支持部、４８はシャフト部、４９は止め輪、５０はチャック、５１は切削刃、５２は復帰用スプリング、５３はスリーブ、５４はコイル、５５はケース、６０は補助磁極、６１は蓋部材、６５は第２の軸受、６６は押し付け用スプリング、６７はエンドキャップ、６８は円筒状部、６９はフランジ部、７０は位置センサである。また、図２は、Ａ−Ｂ線部分拡大である。図２において、２０ａはテーパ面、２０ｂは先端側端面、２１は中空部、３２は基体部、３３は基端側凹陥部、３３ａは底面、３４は先端側凹陥部、３４ａは底面、３５ａは段差面、４１は圧入部、４２はカバー部、４３は径大中空部、４４は径小中空部、４４ａは段差面、４８ａは環状溝であり、その他の符号は図１と同じものを示す。さらに、図３は、Ｃ−Ｄ線部分拡大である。図３において、６２は円筒状部、６３はフランジ部、６４はストッパ、６４ａは基端側端面であり、その他の符号は図１及び図２と同じものを示す。くわえて、図４は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。図４において、１５は胴体、その他の符号は図１と同じものを示す。
【００２２】
なお、本願明細書において、「先端側」との記載は、特許請求の範囲の記載における「切削刃に近い側」と同義であり、具体的には、図１乃至図４において図の下側を示すものとする。また、「基端側」との記載は、特許請求の範囲の記載における「切削刃から遠い側」と同義であり、具体的には、図１乃至図４において図の上側を示すものとする。言い換えると、「先端側」は切削刃５１が配置された側であり、「基端側」は切削刃５１が配置されたとは逆側、つまり、エンドキャップ６７が配置されている側である。なお、「先端近傍部分」及び「基端近傍部分」も同じ側の近傍部分を示す。また、図１以下の各図において、電源ケーブルの記載を省略している。なお、彫刻装置の内部にバッテリーを設けることによって実際にコードレス化することも可能である。さらに、「中心軸」との記載は、彫刻装置１０の長手方向に延びる中心軸を示すものとする。なお、彫刻装置１０の中心軸は、プランジャ２０、シャフト２５、基礎構造部材３０、チャック支持部材４６、ケース５５などの主要な構成部品の中心軸と一致している。
【００２３】
まず、本発明の実施の形態に係る彫刻装置１０の概要について説明する。彫刻装置１０は、可搬型で、かつ、直動型ソレノイドを動力源とするものである。すなわち、図４に示すように、彫刻装置１０は、略円筒状に形成された胴体１５の先端側から切削刃５１が突出した外観を有しており、胴体１５の大部分が直動型ソレノイドとして構成されている。胴体１５の太さは、切削刃５１に求められる打撃力の大きさによって異なるが、例えば電動式歯ブラシ程度の細さにすることも可能である。図１は彫刻装置１０の非通電状態、つまり、切削刃５１が動作していない状態を示すものであり、切削刃５１は復帰用スプリング５２の弾発力によって先端側に押し付けられている。彫刻装置１０を使用する際は、切削刃５１をワークに当てながら基端側に強く押し込むと、押し込む過程の途中からチャック支持部材４６がシャフト２５を基端側に押し込んで行き、所定距離押し込まれると位置センサ７０が検出信号を送信してコイルに通電される構成となっている。
【００２４】
さらに、彫刻装置１０の各部の構成について詳しく説明する。図１０は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の基礎構造部材の断面図である。図１０において、３０ａはシャフト部進入位置、３１ａは基端側端面、３５は径大貫通孔、３６は径小貫通孔であり、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図１１は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置のケースの断面図である。図１１において、５６は先端側薄肉部、５６ａは段差面、５７は先端側径小中空部、５８は基端側径大中空部、５８ａは段差面、５９は基端側薄肉部、５９ａは段差面であり、その他の符号は図１と同じものを示す。
【００２５】
彫刻装置１０の胴体１５は、図１に示すように、基礎構造部材３０とケース５５とを先端側と基端側とに中心軸に沿って直列に配置している。基礎構造部材３０は、図１０に示すように、略砲弾形状に形成された基体部３２の基端側に圧入部３１が設けられている。圧入部３１は、基体部３２の基端側端面よりも径が小さく形成されており、ケース５５の先端側に圧入して固定されている。また、基礎構造部材３０には、その中心軸に沿って貫通孔が形成されている。この貫通孔は、中間部に形成されると共に最も径が小さい径小貫通孔３６、径小貫通孔３６の先端側に形成されると共に径小貫通孔３６よりも径が大きい径大貫通孔３５から構成されている。さらに、径大貫通孔３５の先端側には、径大貫通孔３５よりも径が大きい先端側凹陥部３４が形成されている。くわえて、径小貫通孔３６の基端側には、径小貫通孔３６よりも径が大きい基端側凹陥部３３が形成されている。先端側凹陥部３４及び基端側凹陥部３３の中心軸は、径大貫通孔３５及び径小貫通孔３６の中心軸と一致しているので、先端側凹陥部３４、径大貫通孔３５、径小貫通孔３６及び基端側凹陥部３３が１つの貫通孔を構成していると捉えることもできる。
【００２６】
基端側凹陥部３３は、図２に示すように、シャフト２５の先端近傍部分２６が進入する領域であり、先端近傍部分２６の径よりも大きな径に形成されている。くわえて、チャック支持部材４６のシャフト部４８の基端側の一部が径小貫通孔３６を介して図１０のシャフト部進入位置３０ａまで進入してくるので、シャフト部４８の通路としての役割も併せ持っている。また、径小貫通孔３６は、シャフト２５の先端近傍部分２６よりも径が小さく、シャフト２５の先端近傍部分２６が進入できない領域として形成されている。したがって、図２及び図１０に示すように、基端側凹陥部３３の底面３３ａは、シャフト２５の摺動時に先端近傍部分２６に当接して、シャフト２５及びプランジャ２０を停止させるストッパとなる。
【００２７】
先端側凹陥部３４は、カバー部材４０の圧入部４１を圧入するために形成されている。さらに、先端側凹陥部３４には、圧入部４１の内側にシャフト部支持部材４５が段底面３４ａに接するところまで圧入されている。また、径大貫通孔３５は、図２に示すように、復帰用スプリング５２及びチャック支持部材４６のシャフト部４８を収納するために形成されており、径大貫通孔３５と径小貫通孔３６との段差面３５ａは復帰用スプリング５２の基端側端部のばね受けとなる。径小貫通孔３６は、径大貫通孔３５と共に、チャック支持部材４６のシャフト部４８の通路となるが、シャフト部４８の外周面と接しないように形成されている。以上のように、基礎構造部材３０は、胴体１５の一部を構成すると共に、ケース５５に収納されたソレノイドを構成する部品と先端側の利器を構成する部品とを連結する役割を果たしている。
【００２８】
ケース５５は、ソレノイドを構成する部品を収納する役割に加えて、コイル５４に通電したときに、補助磁極６０、プランジャ２０及びベース３７と共に磁気回路を構成する。また、ケース５５は、図１１に示すように、円筒状の外形を有しており、先端側の中空部はやや径が小さい先端側径小中空部５７とし、基端側の中空部は先端側径小中空部５７よりもやや径が大きい基端側径大中空部５８として形成されている。基端側径大中空部５８には、補助磁極６０が圧入されている。くわえて、先端側径小中空部５７と基端側径大中空部５８との段差面５８ａは、補助磁極６０の圧入深さを規定している。また、先端側径小中空部５７の開口部近傍に浅く形成された先端側薄肉部５６は、図２に示すように、基礎構造部材３０の圧入部３１が圧入されている。先端側薄肉部５６と先端側径小中空部５７との段差面５６ａは、圧入部３１の圧入深さを規定している。さらに、基端側径大中空部５８の開口部近傍にも基端側薄肉部５９が形成され、図３に示すように、蓋部材６１及びエンドキャップ６７が圧入されている。基端側径大中空部５８と基端側薄肉部５９との段差面５９ａは、蓋部材６１の圧入深さを規定している。
【００２９】
カバー部材４０は、シャフト部支持部材４５を保護するものであり、図２に示すように、略円筒状の外形を有している。また、カバー部材４０の圧入部４１はカバー部４２よりも肉薄に形成されており、前述のように、基礎構造部材３０の先端側凹陥部３４に圧入されている。また、カバー部材４０の内空部は、先端側がやや径が小さい径小中空部４４とし、基端側が径小中空部４４よりもやや径が大きい径大中空部４３として形成されている。径大中空部４３にはシャフト部支持部材４５が圧入されるが、この圧入深さは径大中空部４３と径小中空部４４との段差面４４ａによって規定されている。また、図２等に図示していないが、径大中空部４３には、図面に表れていない部位において中心軸方向に延びる溝が形成されている。さらに、チャック支持部４７の図面に表れていない部位にピンが打ち込まれている。このピンの頭部は、径大中空部４３の溝の内部に進入した状態で設けられており、チャック支持部材４６の回り止めの役割を果たす。シャフト部支持部材４５は、チャック支持部材４６のシャフト部４８を支持する役割と共に、止め輪４９と当接することによって、チャック支持部材４６が基礎構造部材３０から離脱することを阻止する役割を併せ持っている。
【００３０】
チャック支持部材４６は、図１及び図２に示すように、チャック５０を支持すると共に、シャフト２５の動作をチャック５０に伝える役割を持っている。すなわち、チャック支持部材４６は、先端側のチャック支持部４７と基端側のシャフト部４８を中心軸に沿って直列に配置した構成となっている。チャック支持部４７は、その先端近傍部分にチャック５０が取り付けられており、外周面の一部がカバー部材４０によって覆われている。シャフト部４８は、カバー部材４０の径大中空部４３から基礎構造部材３０の径小貫通孔３６までの範囲に配置され、復帰用スプリング５２に挿通された状態で設けられている。なお、チャック支持部材４６が基端側に押し込まれたときには、シャフト部４８の基端近傍部分が基端側凹陥部３３のシャフト部進入位置３０ａまで進入する。
【００３１】
さらに、シャフト部４８は、切削刃５１を基端側、つまりカバー部材４０の内側に強く押し込んだときに、シャフト２５を基端側に押し込んで、位置センサ７０にシャフト２５の移動を検出させる。また、切削刃５１に外力が作用せず、かつ、コイル５４に通電されていないときには、シャフト２５の先端近傍部分２６との間に所定距離だけ離隔している状態となる。この所定距離は、例えば、彫刻装置１０を持ち運んでいるや、ワークを彫刻する準備をしているときに、不注意によって切削刃５１を基端側に軽く押し込んでもコイル５４に通電されないという安全性を考慮したものとなっている。したがって、ワークに対して切削刃５１を強く押し当て続けると、コイル５４への通電によって切削刃５１が先端側に飛び出す。しかし、切削刃５１が先端側に飛び出すと、シャフト部４８とシャフト２５の先端近傍部分２６との間に所定距離だけ離隔した状態になるので、コイル５４への通電が停止する。ここで、ワークに対して切削刃５１を強く押し当て続けると、コイル５４が再び通電状態となる。そこで、コイル５４への通電状態に関係なく、ワークに対して切削刃５１を強く押し当て続けると、切削刃５１が概ね１００〜５００Ｈｚで繰り返し動作させることができる。もちろん、切削刃５１を１回だけ押し当てることによって、単発的に動作させることも可能である。
【００３２】
また、図２に示すように、シャフト部４８の中間部には、環状溝４８ａが形成されており、さらに環状溝４８ａには止め輪４９が設けられている。止め輪４９は、復帰用スプリング５２のばね受けとして機能する。チャック５０は、切削刃５１を支持するものであり、チャック支持部材４６のチャック支持部４７の先端近傍部分に取り付けられている。切削刃５１は、チャック５０に装着された状態でワークの表面を切削して彫刻を施すものである。なお、切削刃５１に代えて、ピックツールや穴あけポンチを装着してもよい。復帰用スプリング５２は、止め輪４９と基礎構造部材３０の段差面３５ａとをばね受けとしており、その弾発力によって基礎構造部材３０を先端側に向かって常時付勢している。
【００３３】
プランジャ２０は、略円筒状に形成されており、コイル５４に通電することによって、スリーブ５３内部を摺動する。また、プランジャ２０は、略円筒状に形成されており、中空部２１にシャフト２５の中間部分２７が挿通されている。また、図２に示すように、先端近傍部分の外周面がテーパ面２０ａに加工されている。また、プランジャ２０は、中空部２１に対して中間部分２７に圧入されているのではなく、両者の間にわずかな間隙がある。しかし、中空部２１の径は、シャフト２５の先端近傍部分２６の径よりも小さいので、プランジャ２０が先端側に向かって摺動すると、先端側端面２０ｂがシャフト２５の段差面２７ａに当接した状態で一体的に摺動することになる。また、プランジャ２０の基端側端面２０ｃには押し付け用スプリング６６が当接しており、プランジャ２０は押し付け用スプリング６６の弾発力によって先端側に向かって常時付勢されている。
【００３４】
シャフト２５は、先端近傍部分２６と中間部分２７との段差面２７ａがプランジャ２０によって押圧されることによって先端側に摺動し、チャック支持部４７を先端側に押圧する。シャフト２５の基端近傍部分２８は、ストッパ６４及び第２の軸受６５に挿通されている。また、また、先端近傍部分２６は、第１の軸受３９に挿通されている。よって、シャフト２５は、第１の軸受３９及び第２の軸受６５によって支持されている。また、第１の軸受３９は非磁性円筒部材３８に圧入して固定され、さらに非磁性円筒部材３８はベース３７に圧入されている。なお、第１の軸受３９及び第２の軸受６５は、ドライブッシュが好ましいが、他種の軸受であってもよい。コイル５４は、ケース５５の内部において、先端側のベース３７と基端側の補助磁極６０との間に介在した状態で設けられている。ベース３７と補助磁極６０とは、コイル５４への通電時に磁気回路の一部を構成するものであり、ケース５５の先端側径小中空部５７と基端側径大中空部５８とにそれぞれ圧入して固定されている。なお、コイル５４は、図示していないリード線を介して外部の電気回路と電気的に接続される。
【００３５】
スリーブ５３は、プランジャ２０の摺動を案内する役割を有しており、コイル５４及び補助磁極６０の中空部に挿入されており、さらに先端側が非磁性円筒部材３８に当接し、基端側は蓋部材６１にと接している。蓋部材６１は、ケース５５の内側（先端側）に延びる円筒状部６２と、円筒状部６２の基端側に設けられたフランジ部６３を備えている。円筒状部６２は、内周側に第２の軸受６５が圧入され、外周側は押し付け用スプリング６６の基端側に挿入されている。また、円筒状部６２の先端側端面にはストッパ６４が貼り付けられている。フランジ部６３は、ケース５５の基端側薄肉部５９に圧入されている。ストッパ６４は、プランジャ２０の基端側への摺動を規制する役割を有しており、略円筒状に形成されている。また、ストッパ６４は、押し付け用スプリング６６に挿通された状態で設けられると共に、その中空部にシャフト２５の基端近傍部分２８が挿通されている。押し付け用スプリング６６は、プランジャ２０をシャフト２５の先端近傍部分２６に対して常時押し付けておく役割を持っている。
【００３６】
また、押し付け用スプリング６６は、先端側の端部がプランジャ２０の基端側端面２０ｃをばね受けとし、基端側の端部が蓋部材６１のフランジ部６３をばね受けとしている。さらに、押し付け用スプリング６６は、プランジャ２０がシャフト２５の先端近傍部分２６に常時接した状態となるのに必要な弾発力を発揮するように押し縮められた状態で設けられている。エンドキャップ６７は、基端側に突出した円筒状部６８と、円筒状部６８の先端側に設けられたフランジ部６９を備えている。円筒状部６８の内部は、位置センサ７０を収納する空間となる。なお、円筒状部６８の内部に、コイル５４のオン・オフさせるデバイスや、位置センサ７０に接続されると共に、コイル５４のオン・オフを制御するＩＣなどを設けてもよい。また、円筒状部６８の内部に収納可能な円形の基板を設け、この基板上に位置センサ７０などを実装するようにしてもよい。フランジ部６９は、ケース５５の基端側薄肉部５９に対して、蓋部材６１のフランジ部６３に上から重なるように圧入されている。
【００３７】
位置センサ７０は、シャフト２５の先端近傍部分２６がチャック支持部材４６によって基端側に押圧され、シャフト２５の基端近傍部分２８が所定距離だけ摺動したことを検出するものである。すなわち、シャフト２５の基端近傍部分２８は円筒状部６８の内部に突出した状態で設けられているので、位置センサ７０において、この突出状態を常時検出し、基準値を超えたときにその旨、つまり、シャフト２５が基端側に所定距離を摺動したことを示す信号を発信するように構成されている。なお、位置センサ７０は、小型で、かつ、簡便なことから光学センサが好ましいが、シャフト２５が基端側に所定距離を摺動したことを検出することが可能で、かつ、円筒状部６８の内部に収納可能なものであれば他種のセンサであってもよい。なお、位置センサ７０が信号を発するシャフト２５の基端側への摺動距離を自由に調整できるように、エンドキャップ６７を貫通するネジ部材を設け、位置センサ７０がこのネジ部材と中心軸方向に一体的に移動するような構成してもよい。
【００３８】
続けて、本発明の実施の形態に係る彫刻装置１０の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（１）である。図５において、８０はワークであり、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図６は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（２）である。さらに、図７は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（３）である。くわえて、図８は本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（４）である。さらに、図９は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の動作を示す断面図（５）である。図６乃至図８において用いた符号は、すべて図５と同じものを示す。また、図１２は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の通電時における磁束の状態を示す断面図（１）である。さらに、図１３は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の通電時における磁束の状態を示す断面図（２）である。くわえて、図１４は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の通電停止後における切削刃の投擲状態を示す断面図である。図１２乃至図１４において用いた符号は、すべて図１と同じものを示す。
【００３９】
彫刻装置１０は、非通電状態にあり、かつ、切削刃５１がワーク８０等に触れていない状態においては、図１に示すように、復帰用スプリング５２の弾発力によって、止め輪４９がシャフト部支持部材４５に接するところまでチャック支持部材４６が先端側に押し出されている。切削刃５１も、先端側に最も突出した状態となる。復帰用スプリング５２の弾発力を上回る力で切削刃５１をワーク８０に押し当てると、図５に示すように、チャック支持部材４６が基端側に摺動し、切削刃５１が基端側に後退して行く。切削刃５１が基端側にさらに後退し、図６に示すように、チャック支持部材４６のシャフト部４８がシャフト２５の先端近傍部分２６に当接する。この段階では、シャフト２５はまだ摺動していないので、位置センサ７０はコイル５４を通電させる旨の信号をまだ発信していない。切削刃５１が後退を続けて、図７に示すように、シャフト２５の基端近傍部分２８が所定距離を超えて摺動すると、位置センサ７０はコイル５４を通電させる旨の信号を発信する。
【００４０】
位置センサ７０はコイル５４を通電させる旨の信号を発信すると、この信号を受信した図示していないコントローラがコイル５４への通電を開始して、プランジャ２０が摺動し始める。プランジャ２０の摺動に伴って、シャフト２５がチャック支持部材４６を先端側に摺動させる。チャック支持部材４６を先端側に摺動することによって、切削刃５１が突出してワーク８０を切削し始める。シャフト２５がさらに摺動し、先端近傍部分２６が基礎構造部材３０の基端側凹陥部３３の底面３３ａに当接するところまで進む。先端近傍部分２６が底面３３ａに当接すると、図９に示すように、プランジャ２０及びシャフト２５の摺動が停止すると共に、コイル５４への通電も停止する。一方、チャック支持部材４６、チャック５０及び切削刃５１は、復帰用スプリング５２の弾発力と慣性力によって、先端側に投擲されたかのように動き続け、ワーク８０をさらに切削する。この後に、復帰用スプリング５２の弾発力を上回る力で切削刃５１をワーク８０に押し当てると、図５から図９までの動作過程を繰り返すことができる。なお、彫刻作業の効率を高めるために、コントローラが位置センサ７０からの信号を受信したときに、コイル５４に対する通電と通電停止とを１００〜５００Ｈｚの周期で数回繰り返すようにしてもよい。
【００４１】
さらに、コイル５４への通電を開始後の磁束状態について説明する。コイル５４への通電を開始されると、図１２に示すように、プランジャ２０、ベース３７、ケース５５及び補助磁極６０を巡ってプランジャ２０に戻る磁束を生じる。プランジャ２０からベース３７へ流れる磁束は、相対向するこれらの角部に集中するために、双方の角の最近部においてもっとも大きな推力を発生する。この大きさはプランジャ２０がテーパを持たないフラットなものが最も大きくなる。ただし、大きな推力を得られる双方の位置関係が極めて狭い範囲に限られる。したがって、フラットなものでは深い切削寸法を得にくくなるが、プランジャ２０の先端部にテーパを設けることで推力を発生する位置関係を広くすることが可能となる。図１３示すように、テーパ面２０ａがベース３７に接近すると、プランジャ２０からベース３７へ流れる磁束において中心軸に直行する方向の成分比が高くなってくるが、ほとんどの磁束が中心軸に直行する方向に流れるフラット型になったものよりも引き続き大きな推力が得られる。コイル５４への通電が停止すると、図１４に示すように、磁束もほとんど消滅するが、チャック支持部材４６、チャック５０及び切削刃５１が復帰用スプリング５２の弾発力と慣性力によって、先端側に放擲されるので、切削刃５１の切削力がほぼそのまま保持される。
【００４２】
さらに、彫刻装置１０の変形例について説明する。図１５は、本発明の実施の形態に係る彫刻装置の変形例の非通電状態における断面図である。図１５において、９０は基礎構造部材、９１はねじ込み部、９２はケース、９３はカバー部材、９４は蓋部材、９５はエンドキャップであり、その他の符号は図１と同じものを示す。
【００４３】
ところで、ワークの材料によっては、ワークの彫刻している部分から塵埃が大量に飛散する場合がある。このような場合、チャック支持部材４６の周側面に付着した微細な塵埃が彫刻装置１０の内部に侵入して、彫刻装置１０の動作に好ましくない影響を与えることも考えられる。そこで、図１５の彫刻装置１１に示すような構成とすることが望ましい。すなわち、彫刻装置１１は、ケース９２の先端側及び基端側の開口部、基礎構造部材９０の先端側の開口部にねじ山が形成され、基礎構造部材９０のねじ込み部９１、カバー部材９３、蓋部材９４及びエンドキャップ９５にもねじ山が形成されている。そして、ケース９２に対して基礎構造部材９０のねじ込み部９１蓋部材９４及びエンドキャップ９５をねじ込むことによって固定し、さらに基礎構造部材９０に対してカバー部材９３をねじ込むことによって固定している。このように、圧入ではなくねじ込みによって固定する構成にすれば、彫刻装置１１を分解し、内部に侵入した微細な塵埃を除去することが非常に容易になる。
【００４４】
以上のように、本発明の実施の形態に係る彫刻装置１０においては、ワーク８０に切削刃５１を押し当て続けることによって、位置センサ７０が信号を送出してコイル５４に通電され、チャック支持部材４６及びシャフト２５の摺動に伴って切削刃５１が飛び出すように動作するので、一般的な直動型ソレノイドの構成部品にチャック支持部材４６や切削刃５１を組み合わせることによって、非常に簡単な構成の彫刻装置１０を実現することができる。したがって、彫刻装置１０が手持ちできる大きさ及び重さになるので、作業者がワーク８０に対して切削刃５１を様々な角度で押し当てながら彫刻することが可能となる。逆に、例えば、ロボットアームに装着して同じ動作を反復的に実行することも可能であり、非常に多様なワークに対して非常に多様な彫刻を施すことが可能となる。また、コイル５４が通電状態にないときに、シャフト２５とチャック支持部材４６との間に間隙ができるので、コイル５４が通電状態にないときに切削刃５１に意図せずに何かを接触させて、切削刃５１をわずかに押圧し、これに連動して基端側にチャック支持部材４６がわずかに摺動しても、シャフト２５は摺動しないので、彫刻装置１０が意図せずに動作することを防止できる。さらに、押し付け用スプリング６６によってプランジャ２０をシャフト２５の先端近傍部分に押し付けているので、シャフト２５がプランジャ２０に連動して直ちに作動する。くわえて、復帰用スプリング５２をコイル５４や、プランジャ２０、チャック支持部材４６等に干渉しないように配置できるので、彫刻装置１０の径を細くすることができる。ひいては、彫刻装置１０を手持ちしながら作業することが容易になる。また、ケース５５の内部に位置センサ７０を設けるための空間を確保する必要がなく、彫刻装置１０の径を細くすることができる。さらに、蓋部材６１の開口部に第２の軸受６５を配置したので、シャフト２５の摺動がスムーズになり、切削刃５１の切削する力を安定的に発揮させることができる。また、コイル５４への通電が停止すると、磁束はほとんど消滅するが、チャック支持部材４６、チャック５０及び切削刃５１が復帰用スプリング５２の弾発力と慣性力によって、先端側に放擲されるので、切削刃５１の切削力がほぼそのまま保持されるという従来技術にない利点がある。
【００４５】
本発明は以上に説明した内容に限定されるものではなく、例えば、本発明の実施の形態に係る彫刻装置１０において、エンドキャップ６７の内部に駆動用電池を収納する構成とする、又は、基礎構造部材３０の外周面にハンドルを設けるなど、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の構成にすることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０    彫刻装置
１１    彫刻装置
１５    胴体
２０    プランジャ
２０ａ  テーパ面
２０ｂ  先端側端面
２０ｃ  基端側端面
２１    中空部
２５    シャフト
２６    先端近傍部分
２７    中間部分
２７ａ  段差面
２８    基端近傍部分
３０    基礎構造部材
３０ａ  シャフト部進入位置
３１    圧入部
３１ａ  基端側端面
３２    基体部
３３    基端側凹陥部
３３ａ  底面
３４    先端側凹陥部
３４ａ  底面
３５    径大貫通孔
３５ａ  段差面
３６    径小貫通孔
３７    ベース
３８    非磁性円筒部材
３９    第１の軸受
４０    カバー部材
４１    圧入部
４２    カバー部
４３    径大中空部
４４    径小中空部
４４ａ  段差面
４５    シャフト部支持部材
４６    チャック支持部材
４７    チャック支持部
４８    シャフト部
４８ａ  環状溝
４９    止め輪
５０    チャック
５１    切削刃
５２    復帰用スプリング
５３    スリーブ
５４    コイル
５５    ケース
５６    先端側薄肉部
５６ａ  段差面
５７    先端側径小中空部
５８    基端側径大中空部
５８ａ  段差面
５９    基端側薄肉部
５９ａ  段差面
６０    補助磁極
６１    蓋部材
６２    円筒状部
６３    フランジ部
６４    ストッパ
６４ａ  基端側端面
６５    第２の軸受
６６    押し付け用スプリング
６７    エンドキャップ
６８    円筒状部
６９    フランジ部
７０    位置センサ
８０    ワーク
９０    基礎構造部材
９１    ねじ込み部
９２    ケース
９３    カバー部材
９４    蓋部材
９５    エンドキャップ
１１０  彫刻装置
１１１  ヘッド
１１２  彫刻ペン
１１３  ホルダ
１１４  スプリング
１１５  スプリングガイド兼ドグ軸
１１６  光電式センサ
１１７  ボールねじ
１１８  ナット
１１９  支持体
１２０  サーボモータ
１２１  パルスエンコーダ
１２２  ＮＣ装置
１２３  サーボアンプ
【図１】
2020163630.tif 000003
【図２】
2020163630.tif 000004
【図３】
2020163630.tif 000005
【図４】
2020163630.tif 000006
【図５】
2020163630.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020163630.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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