(57)【要約】      （修正有）【課題】チタニウム板の表面に高精度で描画できる描画装置を提供する。【解決手段】チタニウム板Ｔｉの表面に電解液を付着させるペン２と、ペン２の先端がチタニウム板Ｔｉの表面に密着した状態でペン２をチタニウム板に対してＸ方向およびＹ方向に相対移動させるベルト機構６および載置台移動機構１２と、電解液をペン２に供給するペン軸部と、ペン２内部の電解液とチタニウム板Ｔｉとの間に交番電流を印加する交流電源８と、を備える描画装置。【選択図】図１
2010185111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタニウムまたはその合金の板材であるチタニウム板の表面に電解液を付着させるペンと、
前記ペンの先端が前記チタニウム板の表面に密着した状態で前記ペンを前記チタニウム板に対して第１の方向および前記第１の方向に対して交差する第２の方向に相対移動させるペン移動手段と、
前記電解液をペンに供給する電解液供給手段と、
前記ペン内部の電解液と前記チタニウム板との間に電流を印加する電流印加手段と、
を備える描画装置。
【請求項２】
前記ペンは、内部に電解液が収容されるペン軸部と、前記ペン軸部の先端に装着されるとともに、前記ペン軸部の内腔に連通する開口を先端に有し、加硫ゴム、熱可塑性エラストマ、および軟質樹脂からなる群から選択された軟質材料から形成され、前記開口の周縁がエッジ状とされているペン先部と、を有する請求項１に記載の描画装置。
【請求項３】
前記ペン先部の内腔は、円筒面または先端に向かって縮小する縮小面である請求項２に記載の描画装置。
【請求項４】
前記ペンにおけるペン軸部は、電解液供給手段としての電解液貯留部である請求項２または３に記載の描画装置。
【請求項５】
前記ペンのペン先部をチタニウム板に押圧すると開き、前記ペン先部への押圧力が除去されると閉じる出口弁が前記ペン軸部の内部に設けられている請求項２〜４の何れか１項に記載の描画装置。
【請求項６】
電解液に交番電流を印加する交番電流印加手段としての交番電流印加電極がペン軸部内部に設けられている請求項１〜５の何れか１項に記載の描画装置。
【請求項７】
前記ペン軸部は金属性材料から形成され、交番電流が印加される請求項１〜５の何れか１項に記載の描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、描画装置にかかり、特に、チタニウム板への正確な描画が可能な描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタニウムまたはその合金の陽極酸化法としては、たとえば、陽極酸化処理に使用する電解浴として炭酸塩およびハロゲン化物を含有し、陽極酸化処理時にその電極側に火花放電を発生せしめてチタニウムまたはその合金の表面に結晶性酸化皮膜を形成する方法がある（特許文献１）。
【０００３】
チタニウムまたはその合金の陽極酸化法としては、また、電解処理時に通電波形として断続波形を用い、火花放電電圧以上の電圧で電解処理する方法がある（特許文献２）。
【０００４】
更に、表面に形成された酸化物層が一方向にのみ電流を通すチタニウムのようなバルブ金属の表面に陽極酸化皮膜を形成する方法であって、低電流密度で陽極酸化を行う第１陽極酸化工程と、高電流密度で陽極酸化を行う第２陽極酸化工程とを備えているものがある（特許文献３）。
【０００５】
これらの陽極酸化処理方法は、何れも電解槽内でチタニウム又はその合金を陽極酸化処理するものであるが、近年、電解槽が不要な陽極酸化処理方法として、電解液を含浸させたブラシや筆と、模様を描こうとするチタニウム板との間に交番電流を印加し、前記ブラシや筆でチタニウム板の表面に模様を描く描画方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭６１−２７６９９６号公報
【特許文献２】特開平０４−１０７２９４号公報
【特許文献３】特開２００５−３２０６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、只単に前記ブラシや筆でチタニウム板の表面に模様を描くのでは、正確な描画は殆ど不可能である。また、交番電流を印加したブラシや筆を直接把持して描画するのでは感電の危険がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、チタニウム板の表面に高精度で描画でき、また、感電の危険もない描画装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、チタニウムまたはその合金の板材であるチタニウム板の表面に電解液を付着させるペンと、前記ペンの先端が前記チタニウム板の表面に密着した状態で前記ペンを前記チタニウム板に対して第１の方向および前記第１の方向に対して交差する第２の方向に相対移動させるペン移動手段と、前記電解液をペンに供給する電解液供給手段と、前記ペン内部の電解液と前記チタニウム板との間に電流を印加する電流印加手段と、を備える描画装置に関する。
【０００９】
前記描画装置においては、前記ペンの先端を、文字や各種図形などの画像を描画しようとするチタニウム板に密着させつつ、前記電解液供給手段によって前記ペンに電解液を供給しながら前記電流印加手段で前記ペン内の電解液とチタニウム板との間に交番電流または直流電流を印加し、この状態でペン移動手段によって前記ペンを第１の方向と第２の方向との何れかまたは両方に沿って移動させることにより、前記チタニウム板の表面において、前記ペンが移動した軌跡に対応する領域が陽極酸化反応する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の描画装置において、前記ペンが、内部に電解液が収容されるペン軸部と、前記ペン軸部の先端に装着されるとともに、前記ペン軸部の内腔に連通する開口を先端に有し、加硫ゴム、熱可塑性エラストマ、および軟質樹脂からなる群から選択された軟質材料から形成され、前記開口の周縁がエッジ状とされているペン先部と、を有するものに関する。
【００１１】
前記描画装置においては、チタニウム板上でペンを移動させると、ペン軸部に収容されている電解液がチタニウム板に少量付着するが、ペン先部の開口の周縁がエッジとされているため、チタニウム板におけるペン先が接触している部分よりも外側は、ペン先が接触している部分に対して電気的に絶縁される。したがって、ペン先の内側における電解液が接触している部分のみが発色するので滲みの無い線が描ける。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の描画装置において、前記ペン先部の内腔が、円筒面または先端に向かって縮小する縮小面であるものに関する。
【００１３】
前記描画装置においては、チタニウム板における電解液が接触している部分において電解反応が生起し、その結果気泡が発生し、ペン軸部の内壁に吸着される。しかしながら、ペン先部の内腔が、円筒面または先端に向かって縮小する縮小面である故に、ペン先部の内腔が、先端に向かって拡大する拡大面であるものと比較してペン軸部の内径を大きく取ることができるから、ペン軸部の内壁に吸着された気泡によって電流の流れが阻害されることが効果的に抑止される。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の描画装置において、前記ペンにおけるペン軸部が電解液供給手段としての電解液貯留部であるものに関する。
【００１５】
前記描画装置においては、ペンにおけるペン先部をチタニウム板に押圧しつつ、前記第１の方向と第２の方向との何れかまたは両方に沿って移動させることにより、ペン軸部内部の電解液がチタニウム板表面に向かって流出してチタニウム板表面に付着し、次いで電解液が付着した領域が陽極酸化処理されて前記チタニウム板の表面に画像が形成される。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４の何れか１項に記載の描画装置において、前記ペンのペン先部をチタニウム板に押圧すると開成し、前記ペン先部への押圧力が除去されると閉止する出口弁が前記ペン軸部の内部に設けられているものに関する。
【００１７】
前記描画装置においては、ペンのペン先部をチタニウム板に押圧するとペン軸部内部の出口弁が開成し、ペンを移動させることにより、電解液が流出してチタニウム板に付着する。一方、ペン先部への押圧力を除去すると前記出口弁が閉止し、電解液の流出が停止する。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の描画装置において、電解液に交番電流を印加する交番電流印加手段としての交番電流印加電極がペン軸部内部に設けられているものに関する。
【００１９】
前記描画装置においては、チタニウム板と前記交番電流印加電極とを交流電源に接続し、交番電流を印加することにより、電解液に交番電流が印加される。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の描画装置において、前記ペン軸部が金属性材料から形成され、交番電流が印加されるものに関する。
【００２１】
前記描画装置においては、ペン軸部そのものが交番電流印加電極として機能する。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明によれば、ペンが移動すると同時にチタニウム板における電解液が付着した領域が陽極酸化されて画像が形成されるから、チタニウム板の表面に高精度で描画でき、また、ペンを直接把持する必要がないから感電の危険もない描画装置が提供される。
【００２３】
請求項２の発明によれば、画像の滲みが効果的に防止できる描画装置が提供される。
【００２４】
請求項３の発明によれば、長時間の描画においても陽極酸化処理で生じた気泡による電流の流れの阻害が生じて画像が途切れることが効果的に抑止できる描画装置が提供される。
【００２５】
請求項４の発明によれば、ペンとは別に電解液貯留部を設ける必要がないから、ペンとは別に電解液貯留部を設けた形態の描画装置に比較して構成の単純な描画装置が提供される。
【００２６】
請求項５の発明によれば、ペンの先端をチタニウム板から離したときの電解液の流出が防止できる描画装置が提供される。
【００２７】
請求項６の発明によれば、ペン軸部の材質としてアクリル樹脂などの透明絶縁性材料を使用できるから、画像形成中にペンに触れても感電の危険がなく、安全性の高い描画装置が提供される。
【００２８】
請求項７の発明によれば、ペン軸部とは別に交番電流印加電極を設ける必要がないから、請求項６の発明に比較して構成が簡略化された描画装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、実施形態１に係る描画装置の一例について構成を示す平面図および正面図である。
【図２】図２は、図１に示す描画装置の備えるペンの一例を示す側面図および前記ペンの軸線に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示す描画装置の備えるペンの別の例について軸線に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図４】図４は、図１に示す描画装置の備えるペンの更に別の例について軸線に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図５】図５は、図１に示す描画装置においてペンおよびチタニウム板に印加される交番電流の波形の一例を示す波形図である。
【図６】図６は、図１に示す描画装置において文字「山」を描くところを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
１．実施形態１
【００３１】
以下、本発明に係る描画装置の一例について説明する。
【００３２】
図１において（Ａ）に平面図を、（Ｂ）に正面図を示すように、実施形態１に係る描画装置１は、内部に電解液が貯留されたペン２と、ペン２を垂直に保持するペン保持部材４と、ペン保持部材４を図１におけるＸ方向に移動させるベルト機構６と、ペン２で描画しようとするチタニウム板Ｔｉが載置され、Ｘ方向に対して直交するＹ方向に移動可能な載置台１０と、載置台１０をＹ方向に移動させる載置台移動機構１２と、ベルト機構６が支持されている垂直部１４Ａと載置台移動機構１２が装着されている水平部１４Ｂとを有する基台１４と、載置台上のチタニウム板Ｔｉとペン２の内部において頂部から下端部に向かって延在する棒状電極２６に交番電流を印加する交流電源８とを備える。ベルト機構６、および載置台移動機構１２は本発明におけるペン移動手段に相当し、交流電源８および棒状電極２６は本発明における交番電流印加手段に相当する。また、Ｘ方向およびＹ方向は夫々本発明における第１の方向および第２の方向に相当する。
【００３３】
ペン２は、図２の（Ａ）に側面図を、（Ｂ）に長手方向に沿った断面図を示すように、全体として略円筒状であって内部に電解液が収容されるペン軸部２２と、ペン軸部２２の下端に嵌装されたペン先部２４と、ペン軸部２２の内部に設けられ、ペン２の上端から下端に向かって延在する棒状電極２６とを備える。
【００３４】
ペン軸部２２は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透明樹脂、および各種ガラスや石英などの無機透明材料から形成される。但し、ペン軸部２２を金属性材料から形成し、交流電源装置１６に直接接続すれば、ペン軸部２２そのものを交番電流印加電極として機能させることができるから、棒状電極２６を省略できる。
【００３５】
ペン先部２４は、図２の（Ｂ）に示すように、先端開口に向かって縮小する外面が外側に膨出した凸面状の回転体であって、先端には開口２４Ａ（先端開口）が設けられている。開口２４Ａの周縁２４Ｂはエッジ状に形成されているが、曲率半径が１ｍｍ以下であれば必ずしもエッジ状でなくてもよい。ペン先部２４の内腔２４Ｃは、円筒面とされている。
【００３６】
ペン先部２４は、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、ポリウレタンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体などの加硫ゴム、ポリオレフィン系エラストマ、ポリアミド系エラストマ、ポリエステル系エラストマ、ポリウレタン系エラストマなどの熱可塑性エラストマ、軟質塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体などの軟質樹脂を包含する軟質材料から形成される。
【００３７】
ペン先部２４は、図３に示すように、内腔２４Ｃの壁面が先端に向かって縮小するとともに、外側に向かって膨出する凹面状であってもよい。
【００３８】
ペン軸部２２の先端部には図４に示すように出口弁２８を設けることができる。出口弁２８は、下方に向かって縮小する円錐状の弁体２８Ａと、弁体２８Ａから下方に延在し、先端が球体２８Ｃとされている探針２８Ｂと、弁体２８Ａを上下方向に案内する案内部２８Ｄおよび２８Ｅと、案内部２８Ｄおよび２８Ｅのうち上方に位置する案内部２８Ｄと弁体２８Ａとの間に介装され、弁体２８Ａを下方に付勢する付勢バネ２８Ｆとを備える。案内部２８Ｄおよび２８Ｅのうち下方に位置する案内部２８Ｅの上面は、弁体２８Ａの円錐面が当接すると弁体２８Ａと協働して流路を閉止するように形成されている。なお、探針２８Ｂは、ペン２がチタニウム板Ｔｉから離れると球体２８Ｃがペン先部２４の開口２４Ａから突出するように長さが設定されている。
【００３９】
ベルト機構６は、図１の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ベルト６Ａと、ベルト６Ａが張架されるローラ６Ｂ、６Ｃと、ローラ６Ｂを回転駆動するモータ６Ｄとを備える。ローラ６Ｂ、６Ｃは基台１４における垂直部１４Ａに軸支され、モータ６Ｄは垂直部１４Ａに固定されている。ペン保持部材４には固定ブロック４Ａが設けられ、ベルト６Ａは、１箇所において固定ブロック４Ａに固定されている。
【００４０】
載置台移動機構１２は、図１の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、載置台１０がＹ方向に移動可能に嵌装されるガイド部１２Ａと、ガイド部１２Ａに嵌装された載置台１０をＹ方向に移動させるボール螺子１２Ｂと、ボール螺子１２Ｂを回転させるモータ１２Ｃとを備える。
【００４１】
描画装置１で画像を描画できるチタニウム板Ｔｉとしては、純チタニウムの板材およびシート材のほか、各種チタニウム合金の板材およびシート材が挙げられる。
【００４２】
交流電源８で発生させる交番電流としては、通常の正弦波電流のほか、矩形波電流、および台形波電流も挙げられる。更に、正弦波電流、矩形は電流、または台形波電流に直流を重畳したものも前記交番電流に包含される。但し、正弦波電流、矩形は電流、または台形波電流に直流を重畳する場合には、図５に示すようにチタニウム板Ｔｉが正になる時間が負になる時間よりも長くなるように直流電圧を設定することが好ましい。交流電源８としては、スライダック（登録商標）のほか、各種スイッチング素子を用いた変換回路などの可変電圧電源が好ましい。なお、チタニウム板Ｔｉと棒状電極２６とに印加する電流は直流であってもよいが、このときはチタニウム板Ｔｉに正の電圧が印加されるようにする。また、電源としては、交流電源８に代えて電圧が可変できる直流電源を使用する。
【００４３】
また、ペン２で使用される電解液としては、交流電流を印加する場合は燐酸・過酸化水素１重量％水溶液が一般的であり、直流電流を印加するときは燐酸水素ナトリウム水溶液などが一般的であるが、交番電流や直流電流を印加したときに有毒ガスが生じないようなものであれば、どのような電解液も使用される。
【００４４】
以下、描画装置１の作用について説明する。
【００４５】
先ず、ペン２の先端をチタニウム板Ｔｉに押圧する。そして、ペン軸部２２に電解液を注入し、チタニウム板Ｔｉと棒状電極２６とを交流電源８に接続する。この時点では交流電源８はｏｆｆとしておく。次いでベルト機構６および載置台移動機構１２を起動してペン２のＸ方向およびＹ方向への移動を開始し、交流電源８をｏｎにしてペン軸部２２内部の電解液とチタニウム板Ｔｉとへの交番電流の印加を開始する。
【００４６】
ペン先部２４は、上述のように開口２４Ａの周縁２４Ｂがエッジ状に形成され、しかも内腔２４Ｃの壁面が円筒面上、または先端に向かって縮小し、且つ外側に向かって膨出する凹面状に形成されているから、チタニウム板Ｔｉにおける開口２４Ａが当接する部分の外側の領域は、開口２４Ａの接する部分の内側の領域から電気的に絶縁される。したがって、付着領域からの滲み出しも生じない。したがって、開口２４Ａの周縁２４Ｂの外側で陽極酸化反応が生起して画像が滲むことが抑止される。
【００４７】
一方、開口２４Ａの内側の領域では陽極酸化反応により発生した水素の気泡がペン軸部２２の内壁に付着するが、ペン軸部２２の内径を大きくとれば、付着した気泡が電流の流れを阻害し、画像が途中で途切れることが抑止される。また、電解液として燐酸・過酸化水素１重量％水溶液のように過酸化水素のような消泡剤を配合したものを使用すれば、発生した水素は消泡剤と反応して水になるから、気泡の発生が防止される。また、描画精度に影響を与えない程度にペン先部２４を加振したり、ペン軸部２２およびペン先部２４の材質として気泡の付着しないものを選択したり、ペン軸部２２の内壁面およびペン先部２４の内腔２４Ｃに気泡が付着しにくいようなコーティングを施したりすることによっても、ペン軸部２２の内壁やペン先部２４の内腔２４Ｃに気泡が付着するのを防止することができる。
【００４８】
描画装置１でチタニウム板Ｔｉにたとえば文字「山」を描くときは、たとえば、図６に示すように、ペン２をベルト機構６によってＸ軸方向に往復動させつつ、載置台移動機構１２によって図６における上方から下方に向かってＹ軸方向に移動させるとともに、ペン２が文字「山」の縦棒および横棒の占める領域を通過するときのみ交流電源８をｏｎにしてペン２とチタニウム板Ｔｉとに交番電流を印加することにより、チタニウム板Ｔｉに文字「山」を描くことができる。なお、図６において黒色に塗りつぶされた領域は既に文字が描かれた領域を、二点鎖線で囲まれた領域はこれから文字を描く領域を示す。
【００４９】
このように、描画装置１においてはコンピュータからの入力にしたがってベルト機構６および載置台移動機構１２を駆動しつつ、ペン２によってチタニウム板Ｔｉに所定のパターンで電解液を付着させることにより、チタニウム板の表面に所定の画像を自動的に高精度で描画でき、また、オペレータがペン２を直接握る必要がないから、感電の危険もない。
【００５０】
なお、本実施形態においては、ペン２のＸ方向の移動はペン保持部材４をベルト機構６で移動させることにより行い、Ｙ方向の移動は、チタニウム板Ｔｉを載置した載置台１０を載置台移動機構１２によって移動することにより行うが、ペン２をＸ方向およびＹ方向に移動させる機構は上記機構には限定されない。
【符号の説明】
【００５１】
１ 描画装置
２ ペン
４ ペン保持部材
４Ａ      固定ブロック
６ ベルト機構
６Ａ      ベルト
６Ｂ      ローラ
６Ｃ      ローラ
６Ｄ      モータ
８ 交流電源
１０ 載置台
１２ 載置台移動機構
１２Ａ      ガイド部
１２Ｂ      ボール螺子
１２Ｃ      モータ
１４ 基台
１４Ａ      垂直部
１４Ｂ      水平部
１６ 交流電源装置
２２ ペン軸部
２４ ペン先部
２４Ａ      開口
２４Ｂ      周縁
２４Ｃ      内腔
２６ 交番電流印加電極
２８ 出口弁
２８Ａ      弁体
２８Ｂ      探針
２８Ｃ      球体
２８Ｄ      案内部
２８Ｅ      案内部
２８Ｆ      付勢バネ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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