(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物４ａに設けた通孔に棒状部材６を通して複数の被加工物４ａを連設した被加工物搭載手段を有し、レーザー光発生手段からのレーザー光の照射により被加工物４ａを刻削するレーザー彫刻装置において、
前記被加工物搭載手段が、
棒状部材６と、棒状部材６を間にした１対の連結部材１４、１６と、貫通孔７２を有して被加工物４ａを連結部材１４とで挟んだ押部材７０と、連結部材１６と押部材７０との間に配され棒状部材６を挿通させたバネ７８とを備える装着子８と、
連結部材１４と連結されて装着子８を棒状部材６の軸心の回りに回転させる駆動手段と、
装着子８を係止し連結部材１６と連結された受部材８１と
を含んで構成され、
棒状部材６の一端６３が連結部材１４に連結し、
連結部材１６は、一端に皿状の穴８８が設けられて他端で受部材８１と回転自在に連結された軸受け部材１７と、棒状部材６の他端７７を挿入させる孔７６を有して穴８８に着脱自在に嵌合するバネ受け部材１９と、から構成されて、
連結部材１６をバネ７８及び押部材７０を介して被加工物４ａに押しつけ、被加工物４ａを押部材７０と連結部材１４とで挟むようになしたレーザー彫刻装置。
【請求項２】
前記連結部材１４がすり鉢状の受け穴を有し、前記駆動手段がテーパーコーン状の先端部を有し、該先端部が該受け穴に嵌入させられている請求項１に記載のレーザー彫刻装置。
【請求項３】
前記レーザー彫刻装置が、前記被加工物を支承し前記棒状部材の軸心と平行な軸心を有する回転支持ロール群を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザー彫刻装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザー彫刻機に関する。なかでも球面、曲面等、フラットでない面への彫刻を行なうレーザー彫刻機に関する。又、複数個の小さな被加工物への彫刻を行なうレーザー彫刻機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザーを彫刻面に走査して所定のパターンを彫刻してゆくレーザー彫刻機により、銘板、表札、ゴム印、アクセサリー、記念物、シンボル、信仰対象具等への彫刻を行なうことが普及している。この場合、彫刻すべき被加工物を台座に載置し、レーザーを彫刻面に走査して特定のエリアに所定のパターンを彫刻し、その彫刻と同期して台座を順次移動させて加工面の全面に彫刻を行なうという方法がとられる。このような態様は、加工面が平面であれば、台座の移動を所謂ＸＹの２軸に逐次移動するメカニズムにより行なえば実施出来る。
【０００３】
しかし、加工面が平面でない場合、あるいは、被加工物の周面を巡って加工する場合はこのような態様は採用出来ず、被加工物を加工時に移動させる複雑なメカニズムと、その移動とレーザーの走査との複雑な同期が必要で、それを行なう装置は複雑かつ高価なものとなり効率的な加工が困難である。
【０００４】
又、被加工物が数センチ以下と小さい場合は、台座への搭載が細かい作業となり手間がかかり、且つ、彫刻面が少ない割りには被加工物の加工装置への着脱に時間がかかり、一個あたりの加工時間が彫刻面が少ない割りには大きくなるのである。
【０００５】
特に、数珠玉の周面に帯状に紋様もしくは宗教上の意味を持つ文字を彫刻することは容易ではなく、従来は、一個づつ彫刻刀による手作業や、小型ルーター錐による手作業や、刻印機によるエンボッシングンにより一個づつ加工され、極めて能率が悪いものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このようなレーザー彫刻加工の問題点に鑑み、特に、小型で、球状、回転楕円体状、回転体状の被加工物の加工を効率よく、高精度で行なう装置、及び方法を提供しようとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、レーザー光発生手段からのレーザー光の照射により被加工物を刻削するレーザー彫刻装置において、該被加工物に設けた貫通孔に通して該被加工物を複数個連設状態で装着する棒状部材と、該棒状部材を該棒状部材の軸心の回りに回転させる駆動手段と、レーザー光走査部を備えたレーザー光照射手段と、該レーザー光照射手段を搭載して該軸心と平行に移動する移動フレームとを含むことを特徴とするレーザー彫刻装置である。
【０００８】
又、本発明の要旨とするところは、前記レーザー彫刻装置が被加工物搭載手段を含み、該被加工物搭載手段が、前記棒状部材を備える装着子と、前記駆動手段と、該装着子を回転可能に係止する受部材と、から構成され、該装着子は該棒状部材を間にして１対の連結部材を備え、１の該連結部材は該駆動手段と連結され、他の連結部材は該受部材と連結されているレーザー彫刻装置である。
【０００９】
前記駆動手段は、回転駆動軸を有し、前記１の該連結部材の回転軸心と該回転駆動軸の回転軸心とが合致するように、前記１の該連結部材と該回転駆動軸とが嵌め合わせにより連結され得る。又、前記１の該連結部材は、すり鉢状の受け穴を有し、前記回転駆動軸がテーパーコーン状の先端部を有し、該先端部が該受け穴に嵌入させられ得る。
【００１０】
更に又、前記レーザー彫刻装置が、前記装着子に装着された複数個の前記被加工物を支承する支持手段を備えることを特徴とするレーザー彫刻装置である。又、前記支持手段が、前記棒状部材の軸心と平行な軸心を有する回転支持ロール群から成ることを特徴とするレーザー彫刻装置である。
【００１１】
更に、前記支持手段が、固定された支持台から成ることを特徴とするレーザー彫刻装置である。
【００１２】
又、前記装着子が、装着された複数個の前記被加工物を、前記棒状部材の軸心の方向に挟持する手段を備えることを特徴とするレーザー彫刻装置である。
【００１３】
又、前記連結部材が、前記棒状部材の軸心と軸心の方向を一致して配された円筒又は円柱形の部材であり、前記駆動手段が該棒状部材の軸心と軸心を平行にして配された、少なくとも１の駆動ロールを含む複数の回転ロールから構成され、該回転ロールの周面と該連結部材の周面とが接触するように構成されたことを特徴とするレーザー彫刻装置である。
【００１４】
又、前記装着子の前記棒状部材を含む少なくとも一部が前記駆動手段から着脱自在であることを特徴とするレーザー彫刻装置である。
【００１５】
更に、本発明の要旨とするところは、前記レーザー彫刻装置を用い、前記貫通孔を有する複数個の前記被加工物を、前記棒状部材に、該貫通孔に該棒状部材を通して連設状態で装着し、該棒状部材を該棒状部材の軸心の回りに前記駆動手段によって回転させつつ、前記レーザー光照射手段を該軸心と平行に逐次移動させ、該レーザー光照射手段によって該被加工物にレーザー光を照射するレーザー彫刻方法である。
【００１６】
又、前記被加工物の外形が回転体状であることを特徴とするレーザー彫刻方法である。
【００１７】
又、前記被加工物の、前記貫通孔の軸を含む外断面が外に対して凸な部分の頂上部に相当する周面に、前記レーザー光を照射することを特徴とするレーザー彫刻方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のレーザー彫刻機は図１のような球状の被加工物の加工に適したレーザー彫刻機である。図１の球状の被加工物４ａは径が１乃至数ｃｍ程であり、中心を通って径が１ｍｍ程の円筒状に貫通孔２０ａがあけられている。貫通孔の出口を南北の極にみたてたときの赤道に相当する被加工物の周面２２の全周にわたってマークや文字等の模様５が彫刻される。
【００１９】
本発明のレーザー彫刻機の構成を図２に示す。図２において、レーザー彫刻機２は、レーザー光照射手段１２と被加工物搭載手段３から成り、被加工物搭載手段３は、被加工物４を装着する装着子８と、装着子８をその長手方向を軸に回転させる駆動手段１０と、装着子８を回転可能に係止する受部材８１とから構成される。装着子８は棒状部材６を備え、被加工物４にあけられた貫通孔２０に棒状部材６を通すことにより、装着子８に被加工物４が装着される。尚、駆動手段１０は、装着子８を棒状部材６の軸心の回りに回転させる。又、装着子８は棒状部材６を間にして一対の連結部材１４、１６を備える。１の該連結部材１４は駆動手段１０と連結され、他の連結部材１６は受部材８１と回転可能に連結されている。
【００２０】
レーザー光照射手段１２はレーザー発光部３０、走査部３２、収束部３８を備え、走査部３２、収束部３８は移動フレーム４０に搭載されている。移動フレーム４０は電気的な指令によりワイヤ４２、サーボモータ３６を介してレール４３に沿って往復する。移動フレーム４０の往復の方向は棒状部材６の軸心の方向と平行である。
【００２１】
このような構成により、棒状部材６を被加工物４の貫通孔に通し、通常は１０個程の複数の被加工物４を装着子８に並べて装着し、装着子８を矢印１５のように回転させつつ、且つ、移動フレーム４０を移動させつつレーザー光を走査して被加工物４の面上に照射してレーザー彫刻を行なう。
【００２２】
レーザー光の走査は各種の態様があるが、例えば、装着子８を停止し、先ず、並んだ被加工物４の一端の被加工物の頂面部を照射して彫刻を行ない、次いで  移動フレーム４０を移動させてその隣の被加工物の頂面部を照射して彫刻を行ない、順次これを繰り返して他の端の被加工物まで彫刻を行ない、次に装着子８を所定の角度回転して、新たな頂面部に対して順次彫刻を行ない、この操作を次々と進めて頂面部を一巡する。これにより、頂面部を一巡した帯状に彫刻がなされる。
【００２３】
他の加工の態様としては、一端の被加工物の頂面部を照射して彫刻を行ない、次いで装着子８を所定の角度回転して、新たな頂面部に対して順次彫刻を行ない、頂面部を一巡した帯状に彫刻をしてから、移動フレーム４０を移動させてその隣の被加工物に対して一巡した帯状に彫刻を行ない、この操作を次々と進めて最後の被加工物まで加工を進めるという手順もある。
【００２４】
本発明のレーザー彫刻機によるこのような操作により、多数の小型な被加工物の曲面に対して微細な彫刻を能率的に行なうことが出来る。また、多数の被加工物を位置の精度よく並べ、平面的な移動を伴わずに、回転のみの移動により加工がなされるので、微細な彫刻を被加工物の所定の位置に精度よく行なうことが出来る。
【００２５】
本発明においては、装着子８に備えられた棒状部材６の径は１．５ｍｍ程度がよい。又、材質はピアノ線が剛直でよい。被加工物にあけられる貫通孔の径のはめあいは、棒状部材をややきつめに手で貫入出来る程度がよい。
【００２６】
尚、装着子８を回転させる態様としては、駆動手段１０に設けられた回転駆動軸と、装着子８に設けられた連結部材１４とを軸心をあわせて直接固定して連結して、装着子８を回転させてもよい。又、連結部材を円筒形にして、一対の回転ロールにまたがって連結部材を載せて、回転ロールの周面から連結部材の周面へ駆動を伝えてもよい。
【００２７】
図３は、被加工物搭載手段３の構成を示す。被加工物搭載手段３は装着子８、駆動手段１０、受部材８１を備えている。装着子８は連結部材１４、１６を備えている。連結部材１４は  その一端面６２の中央の位置に盲貫孔６４が設けられ、棒状部材６の一端６３が挿入され止めネジ６５で固定されている。連結部材１４の他端面６６には、すり鉢状の受け穴６８が設けられている。駆動手段１０に設けられた回転駆動軸６０の先端部７０はテーパーコーン状になっており、すり鉢状の受け穴６８にはめ合わされている。棒状部材６には、装着された被加工物４を連結部材１４とで挟んで押部材７０が配されている。押部材７０は中央に貫通孔７２を有し、棒状部材６が貫通している。棒状部材６の他端７７には連結部材１６が配されている。連結部材１６はバネ受け部材１９と、軸受け部材１７とから構成され、軸受け部材１７の一端には皿状の穴８８が設けられ、穴８８にバネ受け部材１９の一端が着脱自在に嵌合している。バネ受け部材１９に設けられた貫通孔７６に棒状部材６の他端７７が挿入されている。連結部材１６と押部材７０との間には、コイルバネ７８が配されている。コイルバネ７８はコイルの中側に棒状部材６が通されている。軸受け部材１７の他端にはベアリング８２が配され、軸受け部材１７は、ベアリング８２を介して受部材８１を構成するロッド８０と、回転自在に連結されている。ロッド８０はブラケット８４に固定されている。ブラケット８４はスライド板９１を脚部に備えている。スライド板９１は長孔９３を有し、止めボルト８６によりベース盤９５に固定されている。
【００２８】
被加工物４ａを棒状部材６に装着し、止めボルト８６を緩めた状態で、ブラケット８４とブラケット８４に連なる連結部材１６を図面視右方へ移動させて押部材７０をコイルバネ７８を介して被加工物４ａに押しつけ、被加工物４ａを押部材７０と連結部材１４とで挟む。そしてその状態で、止めボルト８６を締めてブラケット８４をベース盤９５に固定する。
【００２９】
これにより、連結部材１４が回転駆動軸６０の先端部７０のテーパーコーン状の部分に押しつけられ、回転駆動軸６０を回転させることにより、棒状部材６従って装着子８がその軸心のまわりに回転し、従って被加工物４が棒状部材６の軸心のまわりに回転する。
【００３０】
この態様においては、装着子８は駆動手段１０に着脱が容易に可能である。又、棒状部材６は、連結部材１４、連結部材１６、コイルバネ７８、押部材７０それぞれに対して着脱が可能である。従って、棒状部材６からこれら部材等の幾つかをはずして被加工物４を棒状部材６に装着することが容易に出来る。
【００３１】
本発明のレーザー彫刻機における装着子の駆動の他の態様を図４に示す。図４において、被加工物搭載手段３ｂは装着子８ｂ、連結部材１４ｂ、１６ｂ、駆動手段１０ｂを備えている。装着子８ｂが、棒状部材６ｂを備え、又、被加工物４ｂを間に連結部材１４ｂと連結部材１６ｂとを備える。又、装着子８ｂには、被加工物４ｂを挟むための挟持部材１１４、１１６が配されている。連結部材１４ｂは駆動手段１０ｂと連結され、連結部材１６ｂは受部材８１ｂと連結されている。連結部材１４ｂ、１６ｂは円筒状であり、それぞれ軸心に棒状部材６ｂを通す貫通孔９０、９４が設けられ、貫通孔９０、９４に通された棒状部材６ｂはそれぞれ止めネジ９２、９６により固定される。駆動手段１０ｂは、回転可能な一対の回転ロール１０４、１０６から成り、回転ロール１０４、１０６のそれぞれの周面が連結部材１４ｂの周面に接して、連結部材１４ｂを支承する。受部材８１ｂは、回転可能な一対の回転ロール１００、１０２から成り、回転ロール１００、１０２のそれぞれの周面が連結部材１６ｂの周面に接して、連結部材１６ｂを支承する。回転ロール１００、１０２は連結部材１６ｂを駆動するように積極回転してもよい。連結部材１６ｂの回転につれて従動してもよい。又、連結部材１６ｂは一端にフランジ１１０を備える。一方、フランジ１１０の近傍にスラスト止め部材１１２が設けられている。スラスト止め部材１１２には溝１１７が設けられ、この溝１１７にフランジ１１０が摺動可能に嵌合している。
【００３２】
この態様により、回転ロール１０４、１０６の少なくとも一方を積極回転させることにより、装着子８ｂ、従って棒状部材６ｂがその軸心のまわりに回転し、被加工物４ｂが棒状部材６ｂの軸心のまわりに回転する。なお、挟持部材１１４、１１６により被加工物４ｂは棒状部材６ｂに配されて並んだまま挟まれて固定される。
【００３３】
このような態様においては、装着子８ｂが、駆動手段１０ｂと受部材８１ｂの上に載置されているだけなので、装着子８ｂの着脱が、図３の態様の場合よりさらに容易である。
【００３４】
尚、図４のような態様においては、連結部材１４ｂ、１６ｂの形状は円筒状：円柱状のいずれでもよい。テーパーコーン状であってもよい。又、連結部材１４ｂ、１６ｂの少なくとも一方の周面が歯車の歯を有し、対応する回転ロール１０４、１０６、１００、１０２のうち対応する回転ロールの周面も歯車の歯を有し、互いに噛み合って回転力の伝達を確実にするような構成であってもよい。
【００３５】
本発明のレーザー彫刻機における被加工物搭載手段の更に他の態様を図５に示す。図５において、被加工物搭載手段３ｃは装着子８ｃ、駆動手段１０ｃ、受部材８１ｃを備えている。装着子８ｃは連結部材１４ｃ、１６ｃを備えている。又、被加工物搭載手段３ｃは一対のバックアップロール１２０、１２２から成る支持手段１３４を備える。バックアップロール１２０、１２２はその軸心を被加工物を装着した棒状部材６ｃの軸心と平行にして、一列に並んだ球状の被加工物４ｃを一対のバックアップロール１２０、１２２の各周面で支えるように配置されている。図６は、支える様子を示す図５のＡ−Ａ’断面図である。図６において、バックアップロール１２０の周面１２４と被加工物４ｃの周面１３２とが接点１２８で接しており、バックアップロール１２２の周面１２６と被加工物４ｃの周面１３２とが接点１３０で接している。
【００３６】
支持手段は図７のように、固定台１３６であってもよい。固定台１３６は長尺のブロック材から成り、棒状部材６ｄの軸心と平行に断面Ｖ字型の溝１３８が設けられている。溝１３８の面１４０、１４２には被加工物４ｃの周面が接し、これにより一列に並んだ球状の被加工物４ｃが支えられる。図８は、支える様子を示す図７のＡ−Ａ’断面図である。図８において、固定台１３６の面１４０、１４２とが被加工物４ｄの周面１３２ｄとがそれぞれ接点１３０ｄ、１２８ｄで接している。固定台１３６の面１４０、１４２は被加工物との摩擦係数が小さい材質から成るものがよい。固定台１３６の面１４０、１４２にテフロンやフェルトから成るシート１３１を貼り付けるのがよい。
【００３７】
このような図６、７の支持手段１３４、１３４ｄの態様により、一個の装着子に装着する被加工物の数が多くて、棒状部材が長かったり、被加工物が重かったり、被加工物の貫通孔が細くて棒状部材を細くせざるを得なかったりしたときに、棒状部材が撓むのを防止出来る。
【００３８】
本発明により、前記のように多数の小型な被加工物の曲面に対して微細な彫刻を能率的に行なうことが出来、又、多数の被加工物に、微細な彫刻を多数の被加工物の所定の位置に、特に、最外周に帯状に精度よく行なうことが出来るのであるが、被加工物の形は球形に限らない。
【００３９】
本発明により加工するのに好適な被加工物の形の一例を図９に示す。図９において、（ａ）乃至（ｇ）の左側は正面図であり、右側は貫通孔２０１乃至２０７の軸方向に見た側面図である。（ａ）乃至（ｇ）はそれぞれ、球形、ラグビー球形、算盤球形、鼓形、バーベル形、陶器製庭石形、瓢箪形のような形状である。
【００４０】
このような形状はいずれも、平面上のある曲線を、その平面上のある直線を軸として３次元的に回転させたときの軌跡を面とする立体の形状であり、このような形状は回転体といわれる。（現代数学百科：矢野健太郎訳補  第４１頁  講談社ブルーバックス  昭和５４年発行）尚、貫通孔はその直線の軸と同一軸心を持つようにあけられている。
【００４１】
本発明により加工するのに好適な被加工物の形はこれに限らない。図１０（ａ）のように突起２１４をもつ円筒形の被加工物４ｈや、図１０（ｂ）のように略三角形断面で、貫通孔の付近にに突起２１６がある被加工物４ｉのにも加工出来る。２０ｈ、２０ｉは貫通孔である。
【００４２】
尚、本発明による彫刻は、図１１のように、被加工物４ｇの貫通孔２０ｇと直角な外断面に沿った帯状の周面２１０、２１２に沿ってなされるのが能率的である。符号２１１、２１３は彫刻されたパターンである。２０ｇは貫通孔である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のレーザー彫刻機により、径が１ｃｍ前後の小さな被加工物でも曲面状の表面に、精度良く、且つ効率的にレーザー彫刻を施すことが出来る。特に球体等の回転体の曲面状の周面を一巡して帯状に彫刻することを効率的に行なうことが出来る。又、多数の被加工物を並べて一度に装着出来、一度の装着で同一の加工を大量に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザー彫刻機により彫刻された被加工物を示す斜視図である。
【図２】本発明のレーザー彫刻機の構成を示す要部正面図である。
【図３】本発明のレーザー彫刻機の主要な構成要素である被加工物搭載手段の構成の態様を示す要部正面図である。
【図４】本発明のレーザー彫刻機の主要な構成要素である被加工物搭載手段の構成の他の態様を示す要部正面図である。
【図５】被加工物搭載手段に付加する、被加工物を支持する支持手段の構成の態様を示す要部斜視図である。本発明の燻煙処理装置の断面図である。
【図６】被加工物を支持する支持手段の構成の態様を示す要部断面図である。
【図７】被加工物搭載手段に付加する、被加工物を支持する支持手段の構成の他の態様を示す要部斜視図である。
【図８】図７の被加工物を支持する支持手段の構成の態様を示す要部断面図である。
【図９】本発明のレーザー彫刻機により彫刻される被加工物の形状を説明する正面図及び側面図である。
【図１０】本発明のレーザー彫刻機により彫刻される被加工物の形状を説明する斜視図である。
【図１１】本発明のレーザー彫刻機により彫刻された被加工物の状態を説明する斜視図である。
【符号の説明】
２；レーザー彫刻機
３、３ｂ、３ｃ、３ｄ；被加工物搭載手段
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ；被加工物
６、６ｂ、６ｃ、６ｄ；棒状部材
８、８ｂ、８ｃ、８ｄ；装着子
１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ；駆動手段
１４、１６、１４ｂ、１６ｂ、１４ｃ、１６ｃ、１４ｄ、１６ｄ；連結部材
８１、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ；受部材
１２０、１２２；バックアップロール
１３４、１３４ｄ；支持手段
１３６；固定台
２０、２０ａ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７；貫通孔
【図１】
0003549103.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
0003549103.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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