(57)【要約】鑿等の彫刻道具を用いて熟練工が彫刻対象物の本体表面に彫刻道具で彫り込んで上下方向の動作を行って制作する彫刻結果と同等の彫刻を作成するために、宝石や金属または他の材料の板状の対象物を彫刻する数値制御彫刻機において、彫刻経路が曲線状の経路を成し、工具ホルダの移動の自由度であるＸ，Ｙ，Ｚの３軸に加えて、彫刻経路の深さ方向の軸ＰＴとベクトルトレース軸ＳＶの２つの相補軸をも形成することにより、熟練工の制作物と同等の彫刻物を作成する。ＰＴ軸は、彫刻経路の方向と向きを規定するベクトルの経路に跨る深さ方向の曲線形状の彫り込み動作を制御し、ＳＶ軸は工具の切削端部の向きを正確な彫刻角度方向に方向付けする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
宝石と金属板を含む対象物を彫刻するための数値制御方式の彫刻機において、
工具ホルダのヘッドの自由度を成すＸ，Ｙ，Ｚの３軸に加えて、新たに２つのＰＴ軸とＳＶ軸を有することで、熟練者による鑿を用いた彫刻と同等の彫刻を制作することを可能とし、工具（７）による彫り込みの深さ方向に曲線形状をなす経路をトレースするとともに、該工具（７）を適宜方向付けするための彫刻経路の方向と向きを規定するベクトルをトレースすることを特徴とする彫刻機。
【請求項２】
前記軸方向の移動または工具ホルダのヘッドの自由度はステッピングモータまたはサーボモータによって成されることを特徴とする請求項１に記載の彫刻機。
【請求項３】
前記モータは数値制御によるとともに、その制御結果に関するプログラムにより制御されることを特徴とする請求項２に記載の彫刻機。
【請求項４】
前記ＳＶ軸は前記彫刻機のヘッドの主軸（１６）に直接または間接的に連結されたことを特徴とする請求項１に記載の彫刻機。
【請求項５】
前記ＰＴ軸は前記彫刻経路の深さを制御することを特徴とする請求項１に記載の彫刻機。
【請求項６】
前記彫刻機のヘッドの主軸（１６）のモータは、対象物のレリーフの表面を摺動しながらトレースするスプリング・ノズル装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の彫刻機。
【請求項７】
前記工具（７）は、その切削面が、作業中は方向付けされている前記ＳＶ軸の元のゼロ位置と直線状に配置するために、前記工具ホルダ（６）またはヘッドに位置決めする手段（８）を有することを特徴とする請求項１に記載の彫刻機。
【請求項８】
前記位置決め手段は、前記工具ホルダ（６）に固定するために前記工具の端部に設けられたミル（８）で構成されたことを特徴とする請求項７に記載の彫刻機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に数値制御彫刻機に関し、特に、熟練工が鑿や鏨等の彫刻工具を用いて彫刻することにより制作するのと同様の彫刻結果が得られるように、宝石や金属板または他の材料の板状の異なる対象物を彫刻するのに使用される数値制御方式またはデジタル制御の彫刻機に関する。この彫刻機は、鑿や鏨等の彫刻工具を用いて彫刻を行うとき、熟練工は、彫刻すべき対象物本体の表面に形成する彫り込みにおいて、彫刻工具を上下方向に移動させる。彫刻された線状経路は開いた曲線または多角形の経路を形成し、該経路の深さは、彫刻開始時点ではゼロであり、ある時点で最大となり、最後にまたゼロとなるように構成されている。
【背景技術】
【０００２】
手動及び数値制御式の彫刻機は現在では市場に出回っている。数値制御彫刻機のうち、一般的なものとしては、移動軸が２軸構成、２．５軸構成及び３軸構成のものが公知であり、そのうち特に３軸構成のものが最も進んでいる。Ｘ，Ｙの２軸構成の場合は、２つの直線軸または１つの直線軸ともう１つの径方向の軸で構成される。
【０００３】
彫刻機は、所望の動きを行うのに必要な複数の軸を有する本体を備え、該彫刻機のヘッドはソフトウェアで制御される。このヘッドは、切削工具（または「バイト」）を固定するための工具ホルダを構成するスピンドル（以後「主軸」と呼ぶ）を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの軸は本体の一端部に配置されたステッピングモータまたはサーボモータによって移動され、数値制御と目標数値に関するソフトウェアとによって順に制御される。製作しようとする彫刻はソフトウェアによって実行され、その命令は彫刻機に伝達されることで、彫刻機は対象物の表面に対して彫刻を行う。
【０００５】
Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸構成または自由度が３の彫刻機では、ＸとＹ軸は彫刻機のヘッドにより成される縱方向と横方向の移動に対応し、Ｚ軸は彫刻経路の深さ方向の移動に対応する。
【０００６】
一般的には、創意性のある目標物を形成する数値制御彫刻機は、その形態の他の部品とともに、彫刻機が摺動するベッドフレームを構成し、ベッドフレームは工具ホルダのタレット（回転台）を適正に案内し、ヘッドは自由度３を有するかまたは３軸方向の移動を可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の基本的な特徴は、これら３つの自由度とともに、新たにＰＴ及びＳＶと呼ばれる２軸が付加されたことに集約される。上記構成により、材料の切削のために深さ方向に曲線をなす経路とともに、直線または直線と曲線の混合よりなるその他の経路の両方を有することができ、熟練工が彫刻工具を用いて制作する彫刻と同種の彫刻を可能とするものである。
【０００８】
彫刻したい活字及び／又は図面は、ベクトルやその数学的定義により表わされる。このようにして、彫刻の方向とともにそれらの位置と長さも示され、これらのデータを基に彫刻作業を行うため、上記複数の軸が移動可能とされる。Ｘ−Ｙ面における移動についてはすでに公知であるのでここでは詳述しないが、図面の平面幾何図形については通常の方法で彫刻するのに用いられる。
【０００９】
彫刻経路の深さ方向に対応するＰＴ軸は垂直面内で移動する新たな軸であり、鑿や鏨等の彫刻工具や切削工具は、彫刻中の幾何学図形のトレース（透写）を進めるときに、彫刻対象の材料の内部方向に徐々に切り込むことができる。この切り込みは所望の彫刻深さに到達するまでＰＴ軸を下降させることにより成され、次いで工具を材料表面からできるだけ離れるように徐々に引き抜かれて材料から切り離される。この切り離し時点は、彫刻されている経路のベクトルの最終端と一致している。
【００１０】
工具が材料に切り込まれると同時に、その他の軸で補間されて、ベクトル・トレーシング用のＳＶ軸はベクトルのスタート地点から終点方向に工具の切削面または工具先端部が向くように工具を方向付けし、幾何学図形のトレーシングを続行し、工具の切削面が常に彫刻されているベクトルをトレースする方向に向くように、必要に応じて工具の方向が転換される。このために、工具は、彫刻機のヘッドの固定片に位置決めする最も適した手段を有するものである。
【００１１】
このＳＶ軸は、彫刻されているベクトルの向きに従って工具を方向付けするために彫刻機の主軸を回転させるとともに、主軸と直接または間接的に連結される。これにより、従来の切削工具を使用することが望まれるとき、又は、鑿や鏨等の彫刻工具で彫刻を行うことが望ましくない作業のために、ダイヤモンドの工具を使用することが望ましい場合には、主軸は停止された状態であり、ＳＶ軸は工具を好適な回転速度で回転させることも可能である。
【００１２】
第５の軸は従来のＺ軸であり、これは、規定面から離れるように下降と上昇のみ可能な半軸（half-axis）、または、作業が行われている断片の形状がトレースされることを可能とする３次元用の真軸（true axis）である。彫刻機の主軸は、不規則な材料表面をトレースするために、材料表面上を摺動させるバネ・ノズル装置を備えることも可能である。
【００１３】
数値制御彫刻機用に使用される彫刻工具は、その進入面または切削面がＳＶ軸の原点又はゼロ地点と直線配列されるように基準ガイドを有する必要がある。これにより、彫刻機が初期設定されたときに、その位置を知ることができ、前述のように方向付けを行うことができる。
【００１４】
工具の切削部の形状については、種々の方法で研がれ、彫刻で成すべき彫刻線の種類に応じて、例えば、三角形、丸み形状や台形等の形状とされる。
【発明の効果】
【００１５】
各ベクトルを再生するときに、複数の軸を補間することによりトレースされた３次元曲線によって記述された上下方向の動きを実現するために、彫刻機のプログラムはＰＴ軸の移動に対する値の割り当てを考慮しなければならない。これにより、工具に作用する負荷が超過しないで材料を鮮明に切削することができるとともに、彫刻中のベクトルの深さと長さの割合を一定に保持することができる。深さをより大きな値としたい場合は、各通路での深さを大きくすることにより成された連続した通路を用いて実現することができる。
【００１６】
このようにして、曲線に変換されたトルータイプ（True Type）として公知の種類のタイポグラフィーや任意の種類のベクトル図形を彫刻することが可能となる。更に、この彫刻システム用に特定のタイポグラフィーを設計することが可能であり、彫刻機の可能性を最大限に活用することができる。
【００１７】
これらの特別に設計されたタイポグラフィーは３次元的であり、Ｘ−Ｙ面における移動とともに、ベクトルの上下方向の移動も補間する。ここで、各ベクトルは、彫刻工程において工具の最適な制御を実現するための３次元曲線である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を検討することで、更によく理解される。ただし、以下の詳細な説明は本発明の例示であり、本発明を限定するものではないことを理解すべきである。
【００１９】
図１において、参照番号１は直線経路２に沿って現今の彫刻機で彫刻された材料断片であり、その長さ方向に一定の深さの切り込みが形成されている。従って、これ自体には、本発明で求められるような彫刻工具を用いた場合の彫刻効果はない。
【００２０】
図２ａでは、断片１の長さ方向に直線状で厚み方向に曲線状で対称性の深み４を工具３で彫刻したときの３つの位置ａ），ｂ），ｃ）の各段階における形状を示す。位置ａ）では、ベクトルで示す方向に彫刻が開始され、工具３はベクトルの方向に断片を彫り進められると同時に、位置ｂ）では曲線状の彫刻経路底部を形成するために最大深さとなるまで彫り進められる。この地点で、工具３の図で左方向への進行は持続されるとともに、連続的に上向きに引き戻される。位置ｃ）の段階では、工具３はベクトルで示す彫刻の終端に到達した状態を示す。
【００２１】
図２ｂは、曲線状の深みを有し、その最大深さの位置が彫刻経路の中央点からずれた位置にある経路の彫刻例を示す。図２ｃに示す例では、トレースされたベクトルの輪郭断面は波状または多角形となり、また、図２ｄに示すようにこれらの複合した形状となる。
【００２２】
図３の状態ａ）に示す工具５は、ｂ）に示すように彫刻機のヘッド用の固定部品６の任意の位置に自在に設けられ、どのような方向にも向けられる。
【００２３】
図４は本発明に係る彫刻の形態を実現するために使用された特別な工具７を示し、その上部、即ち、彫刻機のヘッドにける固定部品６との接続端部には、本実施の形態ではミル（フライス工具）８が備えられている。ミル８を、彫刻対象の断片１に対してベクトルで示す方向に適切に進入させるために、正確な初期位置をマーク付けしている。図４の左手に示すように、ベクトルに基づく彫刻線経路は原点９から開始して矢印の先端１０で終端する。このベクトルからは、更に長さの大きい２本のベクトル１１が延びており、本発明に係る曲線状の深みのある長さ方向に直線状の経路を形成している。図４の右手に示すように、彫刻経路用に更に別の２本のベクトル１２，１３も有している。
【００２４】
図４に示す工具７は、彫刻線経路が進行中であるベクトルの向きに基づいた異なる方向付けを行う機能を備える。その回転の方向は曲線矢印１４で示している。
【００２５】
図５ａは、文字「Ａ」を彫刻するために、３つのベクトルがどのように形成されるのかと、それを実行するために工具の方向付けを変更する必要があることを示している。図５ｂは５つのアーチ状ベクトル線でイタリック体の文字「Ａ」の彫刻経路を示す。
【００２６】
図６は本発明の数値制御彫刻機の外形を示す斜視図であり、同図に示す構成では、従来からすでに公知の３軸を補間するために、新たに２つの軸が形成されている。これにより、従来の彫刻機では実現できなかったような熟練工が彫刻工具で制作するのと同等の結果を得ることが可能となる。上記新たな２つの軸の１つは彫刻経路の深さ方向に移動する軸ＰＴであり、これにより、工具７の彫刻対象物に対する彫り込み深さ度合いを調整する。具体的には、工具ホルダの主軸１６に連結されるとともにガイド１７に沿って垂直方向に移動されるブロック１５によって、彫り込み深さを調整することができる。もう一方の軸はベクトル・トレーシングと呼ばれる軸ＳＶであり、これにより、円形の矢印１４で示すように、工具７の向きを回転調整して方向付けするために主軸１６を回転させることができる。
【００２７】
漸進的な彫り込みのために工具７を垂直下方に変位させることは、彫り込みの深さが最大となるまで持続され、工具を垂直上向きに回収することは、彫刻線経路の終端に到達するまで継続される。このような工具７の垂直方向の変位動作は、ガイド１９に沿ってブロック１８を垂直方向に変位させることによって成されるヘッドのＺ軸に沿った垂直移動とは独立して行われる動作である。
【００２８】
このようなＳＶ軸を組み入れた理由は、工具７の動作先端部を形成する複数の面の１つだけが切削し続けることになり、その切削面がベクトルの向きに基づいて切削し続けるためである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明による彫刻機によれば、トルータイプTrue Type（マイクロソフト）、ポートスクリプトPortscript（アドーベ構造）等のタイポグラフィー、及び任意の形態のベクトルグラフィックスの図形等を彫刻することが可能となるとともに、この新規な彫刻システム用の特別なタイポグラフィーを設計することも可能であり、彫刻機の可能性を最大限に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の彫刻機で生成される直線経路で彫刻した一例を示す図である。
【図２ａ】本発明の彫刻機で得られた深さ方向に曲線状の経路で長さ方向に直線の彫刻を３つの連続した位置で示す図である。
【図２ｂ】本発明による、深さ方向に彫り込みの経路で彫刻した例を示す図である。
【図２ｃ】本発明による、深さ方向に彫り込みの経路で彫刻した他の例を示す図である。
【図２ｄ】本発明による、深さ方向に彫り込みの経路で彫刻した更に他の例を示す図である。
【図３】工具ホルダのヘッドの固定片に自在に設けられる従来の工具の分解図である。
【図４】複数のベクトルにより深さ方向に曲線の経路で彫刻を行う本発明による工具の動きを示す分解斜視図である。
【図５ａ】本発明により、文字「Ａ」をその輪郭を形成する３つのベクトルによる直線で彫刻する場合の図である。
【図５ｂ】本発明により、文字「Ａ」を５つのベクトルによるアーチ形画法の線で彫刻する場合の図である。
【図６】本発明による数値制御方式の彫刻機の斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
６  固定部品、    ７  工具、    １５  ブロック、    １６  主軸、    １７  ガイド
【図１】
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【図２ａ】
2008532812.tif 000004
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
2008532812.tif 000006
【図２ｄ】
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【図３】
2008532812.tif 000008
【図４】
2008532812.tif 000009
【図５ａ】
2008532812.tif 000010
【図５ｂ】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年1月15日(2007.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宝石と金属板を含む対象物とその表面を彫刻するための数値制御方式の彫刻機において、
数値制御により制御される３つの自由度を規定するＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向の移動を補間する工具ホルダ・ヘッドを備え、
前記工具ホルダ・ヘッドは、数値制御により制御される更に２つの自由度を規定する新たに２つの軸ＰＴとＳＶによる移動を補間し、前記２軸ＰＴとＳＶは、それぞれ彫刻動作時の工具による対象物の厚み方向の彫り込みと、それに続けて行われる工具の回収動作の漸進的な進行により規定され、
各彫刻経路の区間においてはＰＴ軸により工具を移動させ、
彫刻経路の各区間における軌道中の工具の回転方向を規定することにより、彫刻経路の方向と向きを規定するベクトルのトレーシングを行い、進入角度を常時維持することはＳＶ軸により行われることで、熟練者による鑿を用いた彫刻と同等の彫刻を制作することを可能とすることを特徴とする彫刻機。
【請求項２】
前記軸方向または工具ホルダのヘッドの自由度の動きはステッピングモータまたはサーボモータによって成されることを特徴とする請求項１に記載の彫刻機。
【請求項３】
前記モータは数値制御によるとともに、その制御結果に関するプログラムにより制御されることを特徴とする請求項２に記載の彫刻機。
【請求項４】
前記ＰＴ軸方向の動きは、ヘッドの主軸（１６）に連結されたブロック（１５）により行われ、前記ブロック（１５）は、Ｚ軸に沿った垂直方向の移動を行うガイドとは異なるガイド（１７）に沿って垂直方向に移動される請求項１に記載の彫刻機。
【請求項５】
前記ＳＶ軸は前記彫刻機のヘッドの主軸（１６）に直接または間接的に連結されたことを特徴とする請求項１に記載の彫刻機。
【請求項６】
前記彫刻機のヘッドの主軸（１６）のモータは、従来の切削工具が使用されたときに、適切な回転速度で回転する請求項５に記載の彫刻機。
【請求項７】
熟練者の鑿を用いた彫刻と同等の彫刻を実行しない作業のためにダイヤモンドの工具を使用するときは、前記主軸（１６）のモータは停止したままである請求項５に記載の彫刻機。
【請求項８】
前記工具（７）は、その切削面が、作業中は方向付けされている前記ＳＶ軸の元のゼロ位置と直線状に配置するために、前記工具ホルダ（６）またはヘッドに位置決めする手段（８）を有することを特徴とする請求項１に記載の彫刻機。
【請求項９】
前記位置決め手段は、前記工具ホルダ（６）に固定するために前記工具の端部に設けられたミル（８）で構成されたことを特徴とする請求項８に記載の彫刻機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第５の軸は従来のＺ軸であり、これは、規定面から離れるように下降と上昇のみ可能な半軸（half-axis）、または、作業が行われている断片の形状がトレースされることを可能とする３次元用の真軸（true axis）である。
【国際調査報告】
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