(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリエンコーダを備えたサーボモータを予め設定した動作プログラムに従って制御する制御手段を少なくとも備えた打刻装置であって、
前記制御手段は、前記サーボモータを動作させるための刻印の文字の位置決め制御の値や速度制御の値、および予め試験打刻で得られた、打刻する単数あるいは複数の刻印の文字のそれぞれに対する最適打刻条件の位置決め制御や速度制御と電流制限の値を保存する記憶回路を備えたプログラマブル・ロジック・コントローラと、
前記プログラマブル・ロジック・コントローラから出力される、位置決め制御の値や速度制御の値と電流制限の値に基づき演算された前記サーボモータへの位置決め指令、速度指令および電流制限指令の出力を行うモーションコントローラと、
前記モーションコントローラからの前記指令に基づいて、前記サーボモータを動作させ、前記指令通りに前記サーボモータが動作しているかどうかを、前記ロータリエンコーダからのフィードバック信号および電流検出部からのフィードバック信号で確認して前記サーボモータを制御するサーボコントローラと、を少なくとも備え、
打刻深さを含む品質基準を満足する打刻が行われるように制御することを特徴とする打刻装置。
【請求項２】
前記サーボモータのトルクを増大させるための減速手段と、
前記減速手段からの回転とトルクを送りねじに伝えて動作させる伝達手段と、
前記減速手段からの回転とトルクを直線方向の動作と力に変換する送りねじと、
前記送りねじを支持する軸受手段と、
前記送りねじの動きを被打刻物に打刻する刻印の動きに置き換えるスライダと、
スライダの動きに直線性を与える案内手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の打刻装置。
【請求項３】
請求項１あるいは２記載の打刻装置を用い下記工程（１）〜（６）を含む工程により制御して打刻することを特徴とする打刻装置の制御方法。
（１）前記制御手段のプログラマブル・ロジック・コントローラの記憶回路に、予め試験打刻で得られた、打刻する単数あるいは複数の刻印の文字のそれぞれに対する最適打刻条件の位置決め制御や速度制御と電流制限の値を入力して保存する。
（２）スタート指令信号により前記制御手段のモーションコントローラから指令の出力を行ってロータリエンコーダを備えたサーボモータを動作させ、刻印を被打刻物に衝突しないアプローチ位置まで前記位置決め制御の値で急速に前進させる。
（３）前進させた後、前記制御手段のモーションコントローラから指令の出力を行って前記サーボモータを前記速度制御と電流制限に切り替えて動作させて、前記制御手段のプログラマブル・ロジック・コントローラの記憶回路に入力した刻印の文字に対する前記速度制御の値と、前記電流制限の値で前進させ、前記電流制限の値で発生したトルクで生じる力で被打刻物に前記刻印の文字を押し込む。
（４）前記制御手段のサーボコントローラによって、前記電流制限の値で発生したトルクで生じる前記刻印の文字を押し込む力と、前記刻印の文字が被打刻物から受ける反力がつりあって前記刻印の前進が止まり、速度が０（ゼロ）になったことを前記サーボモータに備えたロータリエンコーダからの信号で検知して、品質基準を満足する打刻深さの打刻が行われたことを確認する。
（５）前記ロータリエンコーダからの信号で、品質基準を満足する打刻深さの打刻が行われたことを確認した後、前記刻印をアプローチ位置まで前記位置決め制御の値で後退させて、打刻深さを含む品質基準を満足する刻印の打刻を完了する。
（６）単数の刻印の打刻だけでなく、複数の刻印を打刻する場合は、打刻装置を移動機構により次の刻印の打刻位置に移動させて位置決めするか、被打刻物を次の刻印の打刻位置に移動させて位置決めするか、あるいは両者を組み合わせて位置決めし、前記工程（３）からの打刻をすることを繰り返す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打刻装置およびその制御方法に関するものであり、さらに詳しくは、従来の打刻装置の場合は、品質基準を満足しない打刻深さの浅い打刻を避けるために、あえて過大な負荷を与えて深い打刻をすることがあり、その結果、打刻しようとする文字によっては品質基準を大きく超える打刻深さとなり、刻印の文字の摩耗を速めたり、割れや欠けを誘発して打刻不良を発生させることもあるなど問題があったが、これらの問題を解決し、打刻深さが目標値となる品質基準を満足する均質で鮮明な打刻を行うことができる打刻装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
刻印の文字（例えば、数字や英字、漢字、平仮名、カタカナ、記号など）は、鍛造や彫刻、あるいは放電加工などで製作される。文字の断面形状は山形のくさび形状であることが多く、刻印の文字を被打刻物に押し付けると、押し付けられた部分が塑性変形して文字の形状が転写される。一般にこの動作は打刻と呼ばれる。
【０００３】
打刻には、被打刻物に刻印の文字が転写できさえすればよいとする基本的な用途のほかに、自動車工場における車両識別番号に代表されるような、機種、グレード、製造工場名、生産台数に係わる情報を付与する用途があり、この車両識別番号は、工場での車両生産や管理に利用するだけでなく、販売後はユーザーの特定および盗難車両の特定などに利用され、リコールが生じたような場合には対象車両を特定する上において重要な標識ともなるものであるので、自動車の戸籍として重要な役割と品質が求められる。
【０００４】
車両識別番号は、通常は文字リングを備えた打刻機で車体の部材の所定の箇所に十数桁の文字列として打刻されるもので、前記重要性に鑑みて絶対に誤打刻があってはならないこと、たとえ正打刻であってもその打刻した文字に欠けがあってはならず、すべて鮮明で且つ、文字列が所定のピッチで上下にずれていないことなどの厳しい品質が要求される。
この要求を満たすため、自動車の生産においては各種規定の一つに打刻文字の大きさ、打刻深さ、文字ピッチ、位置ずれなどを規定する品質基準が設けられており、刻印の文字の割れ、欠け、その他摩耗などによる打刻不良の検査が義務付けられている（特許文献１参照）。
【０００５】
振動ペンを使った刻印の刻印不良の主な原因は、振動ペンの振動不良とペン先の欠損や折損などの異常および振動ペンを移動制御するサーボ機構の不良などであるので、振動ペンの振動不良を振動センサで、ペン先の欠損や折損などの異常をタッチセンサで検出し、刻印前または刻印中の段階で被刻印物への刻印ミスを防止できるようにした振動ペン刻印装置が提案されている（特許文献２参照）。
また、自動車の車台やエンジンなどに製造番号などを打刻する際の刻印の文字の破損を防止するために、刻印の文字部の底部に紙詰まり防止用の弾性体を取り付けた刻印文字部破損防止機構が提案されている（特許文献３参照）。
また、ポケット形状の金型などのワークを制作するに際し、切削工具による自動切削加工で金型の凹部ポケット部を創成し、その後、そのポケット部表面を研磨工具で自動研磨加工する複合加工装置であって、工作機械の主軸の回転動を往復直線動に変換しながら伝達して加工工具を主軸方向に調整可能な振幅でもって振動させる工具振動機構と、加工工具を主軸と直角な平面内で変位可能とし、その加工工具の変位量に応じた求心力を付与するとともにその変位量が０の時にも所定の求心力を保持する求心力付与手段を備えた工具変位機構とを具備した複合加工装置が提案されている（特許文献４参照）。
【０００６】
サーボモータの動作位置及び通電電流を入力するサーボ制御装置により、位置のフィードバック制御を行って、サーボモータの駆動力により圧入物体を被圧入物体に圧入する圧入装置において、圧入物体の位置決め目標位置であって、圧入完了位置を越える位置に設定された第１目標位置を記憶する第１目標位置記憶手段、サーボ制御装置に第１目標位置を出力して、この第１目標位置に向けてサーボモータを制御することを指令する第１位置指令手段を有する。サーボモータの現在の通電電流と、サーボモータの現在の動作位置を入力する。通電電流が、所定値以上となった時には、その時の動作位置を、圧入完了位置として、サーボ制御装置に出力して、この圧入完了位置に向けてサーボモータを制御する圧入装置が提案されている（特許文献５参照）。
【０００７】
また、スライドの高荷重がかかった状態での停止を良好に維持でき、かつ過負荷異常の発生を未然に防いでサーボアンプ等の焼損をも確実に防止できるサーボプレスにおいて、サーボプレスを、サーボモータへ電流を出力するサーボアンプと、スライドをスライドモーションの途中位置で寸動動作およびその場停止させる制御装置を備えて構成し、この制御装置を、サーボアンプから出力された電流によって生じる熱の熱量電流積算値を演算する熱量積算値演算手段と、熱量積算値演算手段で演算された積算値が予め設定された第１熱量積算閾値に達したか否かを判定する熱量積算値比較手段と、熱量積算値比較手段により熱量積算値が第１熱量積算閾値に達したと判定された場合に、電流の電流値を下げる方向に制御する電流出力制限手段とを備えて構成したサーボプレスが提案されている（特許文献６参照）。
また、速度制限と電流制限を合わせて行うなどサーボモータの制御については非特許文献１、サーボモータについては非特許文献２、ステッピングモータについては非特許文献３に記載されている。
【０００８】
前記品質基準の中の打刻深さは、被打刻物に転写された刻印の文字の条痕の浅さの限界値で規定され、視認性や判読の曖昧さを防ぐと共に、後工程に塗装工程があるときには塗料で文字が埋もれてしまうことも防ぐ。
この打刻深さは、被打刻物の材質や硬さ、被打刻物の厚さ、刻印の文字や記号の大きさと形状などの影響を受ける。
また、前記車両識別番号の十数桁の文字列は同じ文字のみで構成されることはなく、通常、数字や英字および記号の組合せで構成される。
【０００９】
十数桁の文字列を一度に打刻するとき、一律の負荷で打刻すると、打刻深さは文字列の組み合わせの影響を受けて深くなったり、あるいは浅くなったり変化する。
そのため、前記品質基準を満足しない打刻深さの浅い打刻を避けるために、あえて過大な負荷を与えて深い打刻をすることになり、その結果、文字列の組み合わせによっては前記品質基準を大きく超える打刻深さとなり、刻印の文字は過大な負荷を受けて摩耗を速めたり、割れや欠けを誘発して打刻不良の原因になることもあるなど問題があった。
また、刻印の文字の断面形状は山形のくさび形状であることがほとんどであるから、打刻深さが変化すれば刻印された文字の条痕の幅も変化するので、打刻された文字の視覚的な品質は大きくばらつく。
【００１０】
近年の傾向として、数桁から十数桁の文字列を打刻するとき、必要な文字のすべてを一枚の円盤の外周に一定間隔で彫刻した刻印リングを用いて、一文字ずつ打刻することが行われる。打刻に必要な文字の全文字を配置していることから、文字列の組み合わせについての制約がなく、運用上の都合が良く、また打刻の負荷も一文字分でよいことから、文字列を一度に打刻する場合に比べて小型化を図ることができる上、文字に応じて打刻の負荷を適切に変化させて制御すると、打刻深さが揃うので、条痕の幅も揃い、視覚的にも鮮明な打刻ができるという利点がある。
【００１１】
一方、負荷を得る手段としては、人力や圧縮空気、油圧、電動機などがあるが、前記品質基準があり、かつ短時間で打刻することが要求される場合には、油圧あるいは電動機が選択されることが多い。
油圧は一般的で、油圧駆動機器類の発達によって以前よりも優れた制御特性を持つものも出現している。しかし、作動油による環境汚染や鉱物資源（作動油）の削減意識などから利用が忌避される傾向がある。
他方、サーボモータを使った電動化した打刻装置があり、位置や速度といった要素が制御できるので、良い手段であり、顧客のニーズも高く、多用される傾向にある。
【００１２】
しかし、打刻装置の場合は、サーボモータだけで構成されるのではなく、サーボモータの回転トルクを機械的な力の拡大機構を介して増大させて用いることが多く使用されており、力の拡大機構には、梃子の応用であるクランク・ピストン機構やトグル機構も利用されている。
【００１３】
しかし、力の拡大機構としてクランク・ピストン機構やトグル機構を備えた前記打刻装置は、
（１）拡大される力が直線的に変化しない
（２）期待する大きな力が限られた領域でしか得られない
（３）力が急激に大きくなると同時に動作端の移動距離が急激に小さくなるので、被打刻物の厚さが複数ある場合や、被打刻物の厚さが変化したときの制御や調整が容易でないので、品質基準を満足する打刻深さが得られるようにあえて過大な負荷を与えて深い打刻をする場合があり、過大な負荷を与えると刻印の文字の摩耗を速めると共に、割れや欠けを誘発して打刻不良の原因になることもあるなど問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第２８０８２３４号公報
【特許文献２】特許第４０３６３４６号公報
【特許文献３】実用新案出願公告昭６１-１６１３６号公報
【特許文献４】特開平４-１８３５６２号公報
【特許文献５】特開２００９-１９６０２０号公報
【特許文献６】特開２００９-２０８１３４号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】http://www.nc-net.or.jp/knowledge/morilog/detail/34602/
【非特許文献２】http://www.softech.co.jp/mm_051207_plc.htm
【非特許文献３】http://www.softech.co.jp/mm_060201_plc.htm
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の第１の目的は、従来の打刻装置の場合は、品質基準を満足しない打刻深さの浅い打刻を避けるために、あえて過大な負荷を与えて深い打刻をすることがあり、その結果、刻印の文字によっては前記品質基準を大きく超える打刻深さとなり、刻印の文字は過大な負荷を受けて摩耗を速めたり、割れや欠けを誘発して打刻不良を発生させることもあるなどの問題があったが、これらの問題を解決し、運転回数によって打刻装置およびその制御手段が不安定となることがなく安定に維持され、打刻深さが目標値となるなど品質基準を満足する均質で鮮明な打刻を容易に行うことができる打刻装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、本発明の打刻装置を用いて、打刻深さが目標値となるなど品質基準を満足する均質で鮮明な打刻を容易に行うことができるように制御する制御方法に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、従来の問題を解決するために鋭意研究の結果、前記制御手段の記憶回路に、予め試験打刻で得られた、打刻する単数あるいは複数の刻印の文字のそれぞれに対する最適打刻条件の位置決め制御や速度制御と電流制限の値を入力して保存し、指令信号により前記制御手段がサーボモータを動作させ、前記刻印を被打刻物に衝突しない定められたアプローチ位置まで前記位置決め制御の値で急速に前進させた後、前記制御手段が前記速度制御と電流制限に切り替えてサーボモータを動作させて、前記アプローチ位置から前記刻印を前記制御手段に入力した刻印の文字に対する前記速度制御の値と電流制限の値で前進させ、前記電流制限の値で発生したトルクで生じる力で被打刻物に前記刻印の文字を押し込み、前記電流制限の値で発生したトルクで生じる前期刻印の文字を押し込む力と、前記刻印の文字が被打刻物から受ける反力がつりあって前記刻印の前進が止まり、速度が０（ゼロ）になったことをサーボモータに付属するロータリエンコーダからの信号で検知して、品質を満足する打刻深さの打刻が行われたことを確認した後、前記刻印をアプローチ位置まで前記位置決め制御の値で後退させ、複数の刻印を打刻するときは、例えば打刻装置を移動機構により次の刻印の打刻位置に移動させて位置決めし、前記打刻をすることを繰り返して、打刻深さを含む品質基準を満足する打刻を繰り返すことを特徴とする打刻装置により、前記課題を解決できることを見出して、本発明を成すに至った。
【００１８】
本発明の請求項１記載の発明は、ロータリエンコーダを備えたサーボモータを予め設定した動作プログラムに従って制御する制御手段を少なくとも備えた打刻装置であって、
前記制御手段は、前記サーボモータを動作させるための刻印の文字の位置決め制御の値や速度制御の値、および予め試験打刻で得られた、打刻する単数あるいは複数の刻印の文字のそれぞれに対する最適打刻条件の位置決め制御や速度制御と電流制限の値を保存する記憶回路を備えたプログラマブル・ロジック・コントローラと、
前記プログラマブル・ロジック・コントローラから出力される、位置決め制御の値や速度制御の値と電流制限の値に基づき演算された前記サーボモータへの位置決め指令、速度指令および電流制限指令の出力を行うモーションコントローラと、
前記モーションコントローラからの前記指令に基づいて、前記サーボモータを動作させ、前記指令通りに前記サーボモータが動作しているかどうかを、前記ロータリエンコーダからのフィードバック信号および電流検出部からのフィードバック信号で確認して前記サーボモータを制御するサーボコントローラと、を少なくとも備え、
打刻深さを含む品質基準を満足する打刻が行われるように制御することを特徴とする打刻装置である。
【００１９】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の打刻装置において、前記サーボモータのトルクを増大させるための減速手段と、
前記減速手段からの回転とトルクを送りねじに伝えて動作させる伝達手段と、
前記減速手段からの回転とトルクを直線方向の動作と力に変換する送りねじと、
前記送りねじを支持する軸受手段と、
前記送りねじの動きを被打刻物に打刻する刻印の動きに置き換えるスライダと、
スライダの動きに直線性を与える案内手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１あるいは２記載の打刻装置を用い下記工程（１）〜（６）を含む工程により制御して打刻することを特徴とする打刻装置の制御方法である。
（１）前記制御手段のプログラマブル・ロジック・コントローラの記憶回路に、予め試験打刻で得られた、打刻する単数あるいは複数の刻印の文字のそれぞれに対する最適打刻条件の位置決め制御や速度制御と電流制限の値を入力して保存する。
（２）スタート指令信号により前記制御手段のモーションコントローラから指令の出力を行ってロータリエンコーダを備えたサーボモータを動作させ、刻印を被打刻物に衝突しないアプローチ位置まで前記位置決め制御の値で急速に前進させる。
（３）前進させた後、前記制御手段のモーションコントローラから指令の出力を行って前記サーボモータを前記速度制御と電流制限に切り替えて動作させて、前記制御手段のプログラマブル・ロジック・コントローラの記憶回路に入力した刻印の文字に対する前記速度制御の値と、前記電流制限の値で前進させ、前記電流制限の値で発生したトルクで生じる力で被打刻物に前記刻印の文字を押し込む。
（４）前記制御手段のサーボコントローラによって、前記電流制限の値で発生したトルクで生じる前記刻印の文字を押し込む力と、前記刻印の文字が被打刻物から受ける反力がつりあって前記刻印の前進が止まり、速度が０（ゼロ）になったことを前記サーボモータに備えたロータリエンコーダからの信号で検知して、品質基準を満足する打刻深さの打刻が行われたことを確認する。
（５）前記ロータリエンコーダからの信号で、品質基準を満足する打刻深さの打刻が行われたことを確認した後、前記刻印をアプローチ位置まで前記位置決め制御の値で後退させて、打刻深さを含む品質基準を満足する刻印の打刻を完了する。
（６）単数の刻印の打刻だけでなく、複数の刻印を打刻する場合は、打刻装置を移動機構により次の刻印の打刻位置に移動させて位置決めするか、被打刻物を次の刻印の打刻位置に移動させて位置決めするか、あるいは両者を組み合わせて位置決めし、前記工程（３）からの打刻をすることを繰り返す。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の請求項１記載の発明は、ロータリエンコーダを備えたサーボモータを予め設定した動作プログラムに従って制御する制御手段を少なくとも備えた打刻装置であって、
前記制御手段は、前記サーボモータを動作させるための位置決め制御の値や速度制御の値、および予め試験打刻で得られた、打刻する単数あるいは複数の刻印の文字のそれぞれに対する最適打刻条件の位置決め制御や速度制御と電流制限の値を保存する記憶回路を備えたプログラマブル・ロジック・コントローラと、
前記プログラマブル・ロジック・コントローラから出力される、位置決め制御の値や速度制御の値と電流制限の値に基づき演算された前記サーボモータへの位置決め指令、速度指令および電流制限指令の出力を行うモーションコントローラと、
前記モーションコントローラからの前記指令に基づいて、前記サーボモータを動作させ、前記指令通りに前記サーボモータが動作しているかどうかを、前記ロータリエンコーダからのフィードバック信号および電流検出部からのフィードバック信号で確認して前記サーボモータを制御するサーボコントローラと、を少なくとも備え、
打刻深さを含む品質基準を満足する打刻が行われるように制御することを特徴とする打刻装置であり、
従来の打刻装置の場合は、品質基準を満足しない打刻深さの浅い打刻を避けるために、あえて過大な負荷を与えて深い打刻をすることがあり、その結果、文字によっては前記品質基準を大きく超える打刻深さとなり、刻印の文字は過大な負荷を受けて摩耗を速めたり、割れや欠けを誘発して打刻不良を発生させることもあるなど問題があったが、これらの問題を解決し、運転回数によって打刻装置およびその制御手段が不安定となることがなく安定に維持され、打刻深さが目標値となるなど品質基準を満足する均質で鮮明な打刻を容易に行うことができるという顕著な効果を奏す。
本発明において、打刻する単数あるいは複数の刻印の文字とは、被打刻物に数字や英字、漢字、平仮名、カタカナなどの文字、記号、模様などを含む単数あるいは文字列などのような複数の打刻を行うための刻印という意味であり、単数あるいは複数あるいは両者の組み合わせを含むものである。
【００２２】
本発明の打刻装置は、前記制御手段を少なくとも備えた打刻装置であれば特に限定されるものではなく、具体的には、例えば、後述する直動式打刻装置以外に、打刻手段（スライド手段）を得る機構として、次の（１）〜（５）あるいはこれらを２つ以上組み合わせた機構を備えた打刻装置などを挙げることができる。
（１）ラックギアとピニオンギヤにより直線動作を得るラックアンドピニオン式機構
（２）円盤を回転軸の中心からずらして（偏心させて）回転させ、円盤の偏心回転運動
を連結棒やプッシュロッドを使って直線運動に置き換える偏心カム式機構
（３）回転軸の回転運動を往復直線運動に変換する機構。偏心軸（クランク軸）と連結
棒および、スライドからなるクランク式機構
（４）二つのリンクと一つのスライダから構成されるリンク機構の一種で、倍力機構で
あるトグル式機構
（５）トグル機構以外のリンク機構を使用してスライドを直線運動させる機構であるリンク式機構
【００２３】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の打刻装置において、前記サーボモータのトルクを増大させるための減速手段と、
前記減速手段からの回転とトルクを送りねじに伝えて動作させる伝達手段と、
前記減速手段からの回転とトルクを直線方向の動作と力に変換する送りねじと、
前記送りねじを支持する軸受手段と、
前記送りねじの動きを被打刻物に打刻する刻印の動きに置き換えるスライダと、
スライダの動きに直線性を与える案内手段と、
を備えたことを特徴とするものであり、
請求項１記載の打刻装置と同じ顕著な効果を奏するとともに、機構の点でより優れているので、動作回数が増しても機構上の不具合の発生がなく安定しており、信頼性が非常に高いという更なる顕著な効果を奏す。
【００２４】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１あるいは２記載の打刻装置を用い、前記工程（１）〜（６）を含む工程により打刻することを特徴とする打刻装置の制御方法であり、打刻深さが目標値となるなど品質基準を満足する均質で鮮明な打刻を容易に経済的に行うことができるという顕著な効果を奏す。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の直動式打刻装置の全体構成の一例を説明する図である。
【図２】サーボモータの位置決め制御を説明するブロック図である。
【図３】サーボモータの速度制御を説明するブロック図である。
【図４】サーボモータの電流制限を説明するブロック図である。
【図５】打刻動作を説明するフローチャートである。
【図６】打刻動作を説明する模式図である。
【図７】打刻するように指令された文字列の最初の文字の、打刻の完了までの動作チャートを説明する説明図である。
【図８】速度制御と電流制限のときのサーボモータの速度と電流値の変化を説明する説明図である。
【図９】刻印の文字の断面形状と条痕の打刻深さを説明する説明図である。
【図１０】平均値ｍと標準偏差σ、２σ、３σの関係を説明するグラフである。
【図１１】実施例で打刻された被打刻物を説明する説明図である。
【図１２】実施例で打刻された被打刻物の打刻深さの測定位置を説明する説明図である。
【図１３】実施例で２００万回被打刻物に打刻された文字Ｘの上側測定位置における打刻深さの分布を説明するグラフである。
【図１４】実施例で２００万回被打刻物に打刻された文字Ｘの下側測定位置における打刻深さの分布を説明するグラフである。
【図１５】連続運転３００万回目運転時における文字のない刻印による１９回の繰り返し打刻動作を行った際のサーボモータの速度と電流の変化を示すグラフである。
【図１６】実施例における３σの最大値と打刻回数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の打刻装置の例である直動式打刻装置の全体構成の一例を説明する説明図である。
図１において、本発明の直動式打刻装置５０は、サーボモータ１と、サーボモータ1のトルクを増大させるための減速機２と、サーボモータ1に結合した減速機２を固定する取り付け板３と、減速機２からの回転とトルクを直線方向の動作と力に変換する送りねじ４と、送りねじ４に組み合わされた送りナット５と、減速機２の出力軸に取り付けたタイミングプーリ６と、送りねじ４に取り付けたタイミングプーリ７と、タイミングプーリ6とタイミングプーリ７に架けられたタイミングベルト8と、送りねじ4を支持する軸受9と、軸受９を固定する軸受ハウジング１０と、送りナット５を取り付けるプレート１１と、プレート１１を送りねじ４の軸方向に案内するスライド軸受１２と、プレート１１に取り付けたスリーブ１３と、スライド軸受１２に組み合わせたガイドシャフト１５と、ガイドシャフト１５を固定するガイドシャフトホルダ１６と、タイミングプーリ6およびタイミングプーリ7およびタイミングベルト8を覆うカバー１７と、取り付け板3と、送りねじ4と、軸受ハウジング10と、ガイドシャフト15と、ガイドシャフトホルダ１６と、カバー１７を取り付けるハウジング１８を備えた直動式打刻機構５１と、
スリーブ１３の先端部に設置された刻印リング１９と、刻印リング１９を介して被打刻物２０に加える打刻の荷重を受ける受け台２１と、
前記直動式打刻機構５１の制御手段２２と、前記直動式打刻機構５１と制御手段２２の間でサーボモータ１に電力を供給する主回路ケーブル２３と、同じくサーボモータ１に付属する図示しないロータリエンコーダに接続するエンコーダケーブル２４を備えている。
プレート１１と、スリーブ１３と、スライド軸受１２は組み合わされスライダ１４として動作する。
【００２７】
制御手段２２は、記憶回路を備えたＰＬＣ(ＰＬＣは、プログラマブル・ロジック・コントローラProgrammable Logic Controllerの略)２５と、モーションコントローラ２６と、サーボコントローラ２７を備えていて、ＰＬＣ２５は、動作プログラムの設定や管理、サーボモータ１を動作させるための位置決め制御の値や、速度制御の値や、電流制限の値の記憶と保存を行い、予め試験打刻で得られた、刻印リング１９にある文字のそれぞれに対する最適打刻条件の位置決め制御と速度制御および電流制限の値も入力され保存されている。
モーションコントローラ２６は動作の演算、位置決め指令の出力、速度指令の出力、電流制限指令の出力を行う。
動作プログラムと位置決め制御の値や、速度制御の値や、電流制限の値がＰＬＣ２５からモーションコントローラ２６に出力され、モーションコントローラ２６は動作の演算をして、位置決め指令の出力、速度指令の出力、電流制限指令の出力をサーボコントローラ２７に行い、サーボコントローラ２７は指令通りにサーボモータ１が動作するように電力を供給し、指令通りにサーボモータ１が動作しているかどうかをサーボモータ１に備えたロータリエンコーダからのフィードバック信号や、サーボコントローラ２７の中にある図示しない電流検出部からのフィードバック信号で確認してサーボモータ１を制御する。
【００２８】
図２から図４は、制御手段２２の構成を示すブロック図である。直動式打刻装置は、図２で説明する位置決め制御、図３で説明する速度制御、図４で説明する電流制限でサーボモータ1を制御して打刻を行う。
【００２９】
図２は、制御手段２２による位置決め制御を説明するブロック図である。ＰＬＣ２５から位置決め指令信号がモーションコントローラ２６に出力され、モーションコントローラ２６から位置決め指令信号がパルス列でサーボコントローラ２７に出力されると、サーボコントローラ２７内の偏差カウンタに入力されたパルスが積算され、パルス積算値（以後、溜りパルスと呼ぶ）がＤ／Ａ変換機によって直流アナログ電圧となってサーボモータ１の速度指令になり、サーボコントローラ２７からの速度指令によりサーボモータ１は回転を開始する。移動位置は、モーションコントローラ２６から出力されるパルス数による。
サーボモータ１が回転すると、サーボモータ１に備えたロータリエンコーダから回転数に比例したフィードバックパルスが発生し、発生したフィードバックパルスはサーボコントローラ２７にフィードバックされ、偏差カウンタの溜りパルスを減算する。偏差カウンタは、ある一定の溜りパルス量を保ってサーボモータ１の回転を続けさせる。
モーションコントローラ２６からの指令パルスの出力が停止すると、偏差カウンタの溜りパルスが減少して速度が遅くなり、溜りパルスが0（ゼロ）になるとサーボモータ１は停止する。偏差カウンタの溜りパルスが0（ゼロ）になった信号がサーボコントローラ２７からモーションコントローラ２６に出力され、モーションコントローラ２６が指令パルスの出力完了状態であれば、モーションコントローラ２６はＰＬＣ２５に位置決め完了信号を送って位置決め制御は終了する。
【００３０】
図３は、制御手段２２による速度制御を説明するブロック図である。
ＰＬＣ２５から速度指令信号がモーションコントローラ２６に出力され、モーションコントローラ２６から速度指令信号がアナログ電圧でサーボコントローラ２７に出力されると、サーボコントローラ２７はサーボモータ１に直流アナログ電圧を出力し、出力される電圧に応じた回転数でサーボモータ１は回転する。サーボモータ１が回転すると、サーボモータ１に備えたロータリエンコーダからの発生パルスがサーボコントローラ２７にフィードバックされ、フィードバックされた発生パルスをＦ／Ｖ（Frequency Voltage：周波数電圧）変換して、サーボモータ１の現在の速度に応じた速度フィードバック信号電圧をつくり、速度フィードバック信号電圧を比較回路部に送って、指令されたアナログ電圧の値と一致するようにサーボモータ１を制御してサーボモータ１の回転数を維持する。ＰＬＣ２５からの速度指令信号の出力電圧が停止すると、速度指令信号も停止し、サーボモータ１は停止して速度制御は終了する。
【００３１】
図４は、制御手段２２による電流制限を説明するブロック図である。
ＰＬＣ２５から電流制限指令信号がモーションコントローラ２６に出力され、モーションコントローラ２６から電流制限指令信号がアナログ電圧でサーボコントローラ２７に出力されるとサーボモータ１の出力トルク指令になり、サーボコントローラ２７からの電流によりサーボモータ1は出力トルクを発生させる。出力トルクは、サーボコントローラ２７から出力される電流の値の大きさによる。
サーボコントローラ２７からサーボモータ１へ電流が送られると、サーボコントローラ２７の中にある電流検出部からフィードバック電流がサーボコントローラ２７の電流検出アンプに送られ、電流検出アンプに送られた電流は増幅されて比較回路部に送られ、比較回路は電流制限の値で指令された電流の値と一致するようにサーボモータ１に電流を送って出力トルクを維持する。
ＰＬＣ２５からの電流制限指令信号が解除されると、サーボモータ１は通常の状態となる。
【００３２】
図５は、打刻動作を説明するフローチャートである。
打刻スタートの信号がボタンスイッチの操作によってＰＬＣ２５に指令されると、ＰＬＣ２５はモーションコントローラ２６へ、予め試験打刻で得られた、打刻する刻印の文字の位置決め制御の値を出力し、前記位置決め制御でスライダ１４をアプローチ位置へ向けて動作させる。
アプローチ位置になればサーボモータ１の動作は止まり、モーションコントローラ２６はＰＬＣ２５へ位置決め指令の完了信号を送る。
位置決め指令の完了信号を受けたＰＬＣ２５は、モーションコントローラ２６に、予め試験打刻で得られた、打刻する刻印の文字の速度制御と電流制限の値を出力し、モーションコントローラ２６は前記速度制御と前記電流制限を開始してスライダ１４を動作さる。
最初に、打刻する刻印の文字の速度制御の値になるようにサーボモータ１は制御され、指令された速度制御の値であれば、続いて打刻する刻印の文字の電流制限の値になるようにサーボモータ１は制御されて、スライダ１４に取り付けられている刻印リング１９の刻印の文字は被打刻物２０に押し込まれて打刻が行われる。
前記電流制限の値で発生したトルクで生じる刻印リング１９の刻印の文字を被打刻物２０に押し込む力と、刻印リング１９の刻印の文字が被打刻物２０から受ける反力がつりあって刻印リング１９の前進が止まり、速度が0（ゼロ）になったことをサーボモータ１に備えたロータリエンコーダからのフィードバックされた発生パルスで検知して、速度が0（ゼロ）であれば、モーションコントローラ２６は品質を満足する打刻深さの打刻が行われたとして打刻完了の信号をＰＬＣ２５に出力する。
モーションコントローラ２６からの打刻完了信号で、ＰＬＣ２５は打刻する文字列の最後の文字であったか否かを判断する。この判断は、ＰＬＣ２５の記憶回路に保存され、打刻するように指令された文字列の文字と、モーションコントローラ２６からの打刻完了信号とをＰＬＣ２５が比較して判断する。
【００３３】
打刻するように指令された文字列の最後の文字の打刻の完了であれば、ＰＬＣ２５はモーションコントローラ２６にスライダ１４を動作の起点である原点に戻す原点復帰指令を出力し、モーションコントローラ２６は前記位置決め制御でスライダ１４を原点に戻す。
打刻するように指令された文字列の最後の文字の打刻の完了でなければ、ＰＬＣ２５はモーションコントローラ２６にスライダ１４をアプローチ位置に位置決めするように指令し、モーションコントローラ２６は、前記位置決め制御でスライダ１４をアプローチ位置に戻して位置決めする。
スライダ１４がアプローチ位置へ向けて動作を始めると、刻印リング１９の刻印の文字も被打刻物２０から離れはじめ、ＰＬＣ２５に記憶させ、保存した予め試験打刻で得られた刻印リング１９の刻印の文字が被打刻物２０に接触しない位置まで動作したか否かを、サーボモータ１に備えたロータリエンコーダからの信号で検知し、刻印リング１９の刻印の文字が被打刻物２０に接触しない位置であれば、前記直動式打刻装置５０を次に打刻するように指令された文字列の文字の打刻位置へ移動して、位置決めし、刻印リング１９を次に打刻するように指令された文字列の文字が被打刻物２０に正対するように回転させ、位置決めする。
【００３４】
スライダ１４がアプローチ位置に位置決めされ、前記直動式打刻装置５０を次に打刻するように指示された文字列の文字の打刻位置に移動して位置決めし、刻印リング１９が次に打刻するように指示された文字列の文字を被打刻物２０に正対するように回転して、位置決めされると、モーションコントローラ２６からＰＬＣ２５に位置決め指令の完了信号を出力し、ＰＬＣ２５が位置決め指令の完了信号を受ければ、ＰＬＣ２５は、モーションコントローラ２６に、予め試験打刻で得られた、打刻する刻印の文字の速度制御と電流制限の値を出力し、前記速度制御と前記電流制限が開始されてスライダ１４は動作し、刻印リング１９の刻印の文字は被打刻物２０に押し込まれて打刻が行われる。
【００３５】
図６は、打刻の動作を説明する模式図である。
図６に示したように、刻印リング１９は前記原点に位置決めされているが、指令信号がでると前記位置決め制御でアプローチ位置まで急速に前進し、そしてアプローチ位置からは前記速度制御と電流制限の値で動作して、刻印リング１９の刻印の文字は、被打刻物２０に押し込まれる。電流制限の値で発生したトルクで生じる刻印リング１９の刻印の文字を押し込む力と、刻印リング１９の刻印の文字が被打刻物２０から受ける反力がつりあって刻印リング１９の前進が止まり、速度が0（ゼロ）になったことをサーボモータ１に備えたロータリエンコーダからの信号で検知して、品質を満足する打刻深さの打刻が行われたことを確認した後、刻印リング１９をアプローチ位置まで位置決め制御の値で後退させ、そして打刻するように指令された文字列の次の文字の打刻位置へ直動式打刻装置を移動させて位置決めし、刻印リング１９を次に打刻するように指令された文字列の文字が被打刻物２０に正対するように回転させ、位置決めして、打刻をすることを繰り返す。
直動式打刻装置の次の文字の打刻位置への移動は、図示していない移動手段により行い、刻印リング１９の回転と位置決めも図示していない回転手段で行う。
打刻する文字列の文字の数がｎ個であれば、打刻の動作をｎ回繰り返した後、刻印リング１９は前記原点に位置決め制御の値で動作し、位置決めされて打刻を完了する。
【００３６】
図７は、打刻するように指令された文字列の最初の文字の、打刻の完了までの動作チャートを説明する説明図である。
図７に示したように、先ず（１）スライダ１４を前記原点からアプローチ位置まで位置決め制御の値で移動する（図中の位置決め実行矢印）。アプローチ位置への位置決め動作が実行され、完了したら（図中の（２）実行完了）、速度制御と電流制限（規制）の値で動作がはじまり（図中の速度制御実行および電流制限オン実行矢印）、刻印リング１９の刻印の文字が被打刻物２０に押し込まれ、刻印リング１９の刻印の文字が被打刻物２０から受ける反力がつりあって刻印リング１９の前進が止まり、速度が0（ゼロ）になって（図中の（３）、電流制限値到達、ゼロ速度の矢印）、品質を満足する打刻深さの打刻が行われたことを確認した後、スライダ１４をアプローチ位置へ位置決め制御の値で動作させ、アプローチ位置への位置決め動作が実行されて（図中の位置決め実行矢印）最初の文字の打刻動作が完了する（図中の（４）実行完了）。
【００３７】
図８は、速度制御と電流制限のときのサーボモータの速度と電流値の変化を説明する説明図である。
打刻するように指令された文字列の最初の文字が、前記原点からアプローチ位置までと、アプローチ位置から打刻までと、打刻を完了してアプローチ位置までと、スライダ１４が動作するときのサーボモータ１の速度と、サーボモータ１へ流れた電流の値の変化を示す。
【００３８】
原点からアプローチ位置までは、前記位置決め制御の値で急速な加速をして動作するので、速度パターン（実線で示す）の勾配（１）は急であり、サーボモータ1は加速に必要なトルクを短時間で発生するため、短時間に大きな電流（２）（破線で示す）がサーボモータ1へ流れる。前記位置決め制御の値まで加速されると、その速度は維持（３）され、サーボモータ1は大きなトルクを必要としないので、流れる電流は低く（４）なる。
アプローチ位置が近くなると、速度は減少（５）して0（ゼロ）になる。アプローチ位置に向けて減速し、停止するためのトルクを必要とするので、サーボモータ1には大きな電流（６）が流れる。
アプローチ位置に位置決めされると、前記速度制御と電流制限が開始されるので、予め試験打刻で得られた速度制御と電流制限の値でサーボモータ1は制御され、動作し、速度制御の値まで加速（７）してその速度を維持（８）し、刻印リング１９の刻印の文字が被打刻物２０に押し込まれ（９）始めると、刻印リング１９の刻印の文字が被打刻物２０に押し込まれるにつれて被打刻物２０からの反力を受けるが、品質基準を満足する打刻深さの打刻になる電流制限の値までサーボモータ１に流す電流を増加（１０）させ、その電流の値を維持する。
【００３９】
前記電流制限の値で発生したトルクで生じる刻印リング１９の刻印の文字を押し込む力と、刻印リング１９の刻印の文字が被打刻物２０から受ける反力がつりあって刻印リング１９の前進が止まり、サーボモータ１の速度は0（ゼロ）（１１）になる。サーボモータ１の速度が0（ゼロ）になったことをサーボモータ１に備えたロータリエンコーダからの信号で検知して、品質基準を満足する打刻深さの打刻が行われたことを確認すると、スライダ１４をアプローチ位置に位置決めするために、前記位置決め制御の値でサーボモータ１を制御し、動作（１２）させる。前記位置決め制御の値で急速な加速をして動作するので、速度パターンの勾配は急であり、サーボモータ１は加速に必要なトルクを短時間で発生するため、短時間に大きな電流がサーボモータ１へ流れる（１３）。前記位置決め制御の値まで加速されると、その速度は維持され（１４）、サーボモータ１は大きなトルクを必要としないので、その間に流れる電流は低くなる（１５）。
アプローチ位置が近くなると、速度は減少して0（ゼロ）になる。アプローチ位置に向けて減速し、停止するためのトルクを必要とするので、サーボモータ１には大きな電流が流れる（１６）。
【００４０】
図９は、刻印の文字の断面形状と条痕の打刻深さを説明する説明図である。
図９に示したように、くさび角度（θ）、稜線を備えた刻印を用いて被打刻物に刻印して、品質基準を満足する打刻深さ（Ｔ）、幅（Ｗ）の打刻が行われた。刻印の文字の断面形状は山形のくさび形状であることが多く、文字の形状は顧客の規格などで異なり一律ではない。
【００４１】
本発明で用いるサーボモータ１はＡＣサーボモータであるが、設計仕様を満たすものであればＤＣサーボモータなどいずれでもよく、市販品を使用できる。
本発明で用いる減速手段の減速機２は、市販のサーボモータ用の遊星歯車減速機を利用しているが、サーボモータの動作特性に適するものであれば遊星歯車減速機に限るものではなく、その他の形式の市販の減速機を使用できる。
本発明で用いる伝達手段のタイミングプーリ６とタイミングプーリ７とタイミングベルト８は、伝達トルクが設計仕様を満足するものであればメーカーを問わずに市販品を使用できる。
本発明で用いる軸受手段の軸受９は、アンギュラ玉軸受を使用しているが、アキシャル方向およびラジアル方向の荷重を負荷できる軸受形式および構成であればアンギュラ玉軸受以外でもよく、他の市販品を使用できる。
本発明で用いる送りねじ手段の送りねじ４はボールねじであり、送りナット５はボールねじのナットであり、市販品を使用できる。
本発明で用いるガイドシャフト１５は、直線案内用の精度を有するものであれば市販品を使用できる。
本発明で用いるスライド軸受１２は、転がり案内式あるいはすべり案内式などいずれでもよく、市販品を使用できる。
本発明で用いる刻印リング１９は、円盤の外周に文字を彫刻した刻印であり、顧客が要求する種類の文字を彫刻することが多いので、専用品となることがほとんどである。
【００４２】
本発明で用いる制御手段２２は、ＰＬＣ２５およびモーションコントローラ２６、サーボコントローラ２７からなり、押ボタンスイッチや表示灯を備えた操作盤機能を合わせ持つ場合もある。
ＰＬＣ２５やモーションコントローラ２６は顧客先の規格や要求仕様により変化することもあるが、その機能や演算処理能力が直動式打刻機構を含む設備の制御を満足することが必要である。
本発明で使用する主回路ケーブル２３は、制御手段２２のサーボコントローラ２７から直動式打刻機構に電力を供給するものであり、サーボモータ１の仕様に適合するものを市販品で製作することが多い。
エンコーダケーブル２４は、制御手段２２のサーボコントローラ２７とサーボモータ１に備えたロータリエンコーダとを接続するものであり、市販品を使用できる。
【００４３】
モーションコントローラ２６からサーボコントローラ２７を経てサーボモータ１へ送られる指令信号は、被打刻物２０に打刻する刻印の文字が品質基準を満足し、均一で鮮明な見栄えになる負荷をサーボモータ１が発生するものでなければならない。そのため事前の何回かの試験打刻で見出す条件出しを行い、この条件出しを打刻する予定の文字のすべてで実施し、その最適打刻条件の位置と速度および電流制限の値を制御手段２２のＰＬＣ２５の記憶回路部分に入力して保存・整理し、制御手段２２に対して打刻する文字列の文字の組み合わせが指令あるいは入力されたされたときは、ＰＬＣ２５の記憶回路から打刻する文字に対応した条件の値がモーションコントローラ２６の演算部に読み込まれ、演算処理されてモーションコントローラ２６から指令信号として出力され、モーションコントローラ２６はサーボコントローラ２７を制御して、サーボモータ１を動作させる。
【００４４】
ＰＬＣ２５からの指令信号により、モーションコントローラ２６が最適条件の位置と速度および電流制限の値でサーボモータ１を動作させて刻印リング１９を被打刻物２０に衝突しない定められたアプローチ位置まで急速に前進させた後、アプローチ位置から予め試験打刻で得られた打刻する文字に対する最適打刻条件の速度制御と電流制限に切り替えて刻印リング１９をさらに前進させて被打刻物２０に刻印の文字を押し当てつつ、連続してサーボモータ１へ流れる電流が入力され保存されている電流制限値に向けて大きくなって刻印の文字を押し込むトルクを増加させて被打刻物２０に刻印の文字を押し込み、入力され保存されている電流制限値とサーボコントローラ２７にフィードバックされるサーボモータ１への電流値が一致した信号および、発生したトルクで生じる刻印の文字を押し込む力と刻印の文字が被打刻物２０から受ける反力がつりあって刻印の前進が止まり、速度が0（ゼロ）になったことをサーボモータ１に付属するエンコーダからサーボコントローラ２７にフィードバックされる速度信号で検知し、この二つ信号が前記制御手段２２に送られると刻印リング１９を定められた位置まで後退させ、打刻深さを含む品質基準を満足する打刻をする。
【００４５】
直動式打刻機構は、クランク・ピストン機構やトグル機構のように力の拡大率が動作位置によって変化することがなく、送りねじ４のストローク範囲のどこでも同じ負荷を得ることができるので、調整や制御が容易であり、打刻した文字の品質が安定し、過大な負荷を避けられる。
サーボモータ１の発生するトルクは、サーボモータ１に流す電流に比例し、サーボモータ１への電流を制御すればサーボモータ１が発生するトルクをコントロールすることができるので、文字列の文字毎の条件で動作させることができる。
【００４６】
サーボモータは、電流制限（トルク制限）と電流制御（トルク制御）の使い分けができるのが一般で、任意の値以上にトルクが発生しないようにするのが電流制限で、モータの発生トルクを指令した値に保つようにするのが電流制御である。
電流制限はリミット機能となり、負荷や機械に必要以上の力が加わらないようにするときに使用し、電流制御は巻取り装置などで、張力を常に一定としたいとき等に使用される。また、電流制限中は速度を制御できる機能を有するが、電流制御中は速度の制御はできない。電流制御中の負荷が少ないと、サーボモータが発生するトルクは加速トルクになり、サーボモータの回転速度は大きく跳ね上がり、機械的な上限を超える事態もありえる。それを防ぐ機能として、回転速度の上限値を指令する速度制限機能が用意されている。
本発明においては、電流制限と速度制御を行うことが肝要である。
【００４７】
本発明の直動式打刻装置は、制御手段２２のＰＬＣ２５からの指令信号によりモーションコントローラ２６がサーボコントローラ２７を制御して刻印リング１９を回転させ、打刻する文字を選択すると共に打刻位置に割出し、位置決めして停止し、同じく直動式打刻機構を文字列の所定の位置まで移動して位置決めして停止し、直動式打刻装置によって被打刻物２０に文字を打刻する。
１回の打刻動作が完了すると、文字列の次の文字を打刻するための動作を行う。この動作を繰り返して数桁から十数桁の文字列を最後まで打刻し、原点であるスタート位置に戻って動作を完了する。一連の繰り返し動作中は、文字毎に制御手段２２がサーボモータ１を制御するので、品質基準を満足する均質で鮮明な打刻を実現する。
【００４８】
以上の実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は以上の実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【実施例】
【００４９】
次に実施例および比較例により本発明を詳しく説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限りこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１に示した直動式打刻装置５０を用いて、後述する打刻条件下で３００万回までの連続運転を行い、連続運転前と、３０万回、５０万回、７０万回、１００万回、１５０万回、２００万回、２５０万回、そして３００万回の連続運転後に打刻深さの測定を行って、打刻深さに変調を来たさず、目標値の打刻深さが得られることを実証する。
もし、運転回数によって直動式打刻装置５０や制御手段２０が不安定となれば、打刻深さを含む品質基準を満足する打刻を繰り返すことができなくなる。
表１に、実施例で用いた直動式打刻装置の仕様、直動式打刻装置のサーボモータ１の定格、減速手段２の減速比、送りねじ４のリード（送りねじ1回転あたりの送り量）、刻印リング１９の材質、刻印リング１９の硬さ、被打刻物２０の材質、硬さ、厚さをまとめて示す。
【００５０】
【表１】
0006605301.tif 000002
【００５１】
本発明で用いた被打刻物２０は、近年の自動車生産で多用されている高張力鋼板である。衝突安全や燃費向上を目的として、その利用が顕著である。その中で、利用頻度が高い引張り強さが５９０ＭＰａのＳＰＣ５９０を選択した。鋼板の引張り強さを示す数字が大きいほど変形し難くなる。被打刻物が変形し難ければ、刻印の文字を被打刻物に押し付ける力もそれ相応に大きくなるのが一般で、同時に、刻印の文字にかかる負担もそれに比例して増える。この状況で、刻印の文字に過剰な力をかける打刻は好ましくなく、目標値の打刻深さが得られるように打刻を制御しないと、品質基準に合格する打刻が行われない。
【００５２】
（打刻条件）：
前記連続運転においては、被打刻物に当たる面に文字のない刻印を使用した。
第１打目から３０万回までは、文字のない刻印を使用し、表３に示す動作条件で、制御手段によって、アプローチ位置に位置決めする位置決め制御の値や、速度制御と電流制限の値で被打刻物を替えながら被打刻物に打刻の動作を行い、３０万回終了後、文字のない刻印を文字の刻印に取り換えて、表２に示す動作条件で、図１１に示すように、被打刻物１枚に２列の同じ文字配列の文字列を、打刻し、合計で１０枚の被打刻物に打刻した（同じ文字列を２０回打刻したことになるので、各文字のＮ数（試料数）はＮ＝２０である）。
３０万回を超え５０万回までは、文字のない刻印を使用し、前記と同様に被打刻物に打刻の動作を行い、５０万回終了後、文字のない刻印を文字の刻印に取り換えて、前記と同様に被打刻物に打刻した。
５０万回を超え７０万回までは、文字のない刻印を使用し、前記と同様に被打刻物に打刻の動作を行い、７０万回終了後、文字のない刻印を文字の刻印に取り換えて、前記と同様に被打刻物に打刻した。
そして、７０万回を超え１００万回まで、および１００万回を超え１５０万回まで、および１５０万回を超え２００万回まで、および２００万回を超え２５０万回まで、および２５０万回を超え３００万回まで、前記と同様に被打刻物に打刻した。
【００５３】
表２に、文字（〜ＪＴＣＭＷＫＹＲＸ１２３４５６７９〜）をそれぞれ有する刻印（刻印リング）を使用した実施例における連続運転のときの直動式打刻装置の動作条件を示す。
すなわち、表２に、打刻する文字列、アプローチ位置に位置決めする位置決め制御の値や、打刻する刻印を（〜）、（１）および（Ｔ）、（その他のグループ）に分けして記載した刻印の文字の速度制御の値（％：但し、表１記載の定格電流に達した場合を１００％とする）、打刻する刻印の文字のそれぞれの電流制限の値、および打刻深さ品質基準である打刻深さの下限値を示すとともに、比較のために従来の打刻装置で打刻深さ品質基準である打刻深さの前記下限値を達成する際の打刻深さの目標値の例を示す。
【００５４】
【表２】
0006605301.tif 000003
【００５５】
表３に、文字のない刻印を使用した場合の実施例における連続運転のときの直動式打刻装置の動作条件を示す。サーボモータ１の定格電流の９５％を電流制限の値（表１に示した直動式打刻装置５０の仕様の定格電流のほぼ上限の値）として用いた。
【００５６】
【表３】
0006605301.tif 000004
【００５７】
表２に示す打刻深さの下限値は、０.３０ｍｍ未満の浅い打刻深さであってはならないという意味の値である。
また、表２に示す比較のための打刻深さの目標値は、前記制御手段を備えた本発明の直動式打刻装置を用いないで、他の制御手段を有する従来の打刻装置による打刻を行った場合に、打刻深さが品質基準（下限値０.３ｍｍ）に合格しないことを避けるため、あえて過大な負荷を与えて深い打刻をする際の、余裕を含んだ値の例である。
他の制御手段を有する従来の打刻装置では、このように、刻印の文字は過大な負荷を受ける条件で使用されることが多いのである。
本実施例においては、そのようなあえて過大な負荷を与えて深い打刻をすることなく、ゆとりをもって打刻深さ品質基準（下限値０.３ｍｍ）に合格することを実験によって確認するものである。
【００５８】
打刻深さの評価は、統計の計算手法で計測値の平均値と標準偏差σ（シグマ）を求め、さらに、ばらつきの幅（３σ）を計算で求めて行った。
【００５９】
標準偏差の計算式を次に示す。
平均値：Ｎ個のデータX1、X2、X3、…、XNの平均値は次の式（１）で求めた。
【数１】
0006605301.tif 000005
【００６０】
標準偏差σ：標準偏差σは、上の式で求めた平均値ｍを使って次の式（２）で求めた。
【数２】
0006605301.tif 000006
【００６１】
データの分布が正規分布に十分に近い場合には、平均値の両側にそれぞれの３倍の値（±３σ）を取ると、この区間に大部分の値が入ることになることが知られている。
すなわち、データの分布が正規分布に従うデータは、以下のような数学的な性質を持っている。
・（平均値±１σ）（すなわち、上限値：平均値＋１σと、下限値：平均値−１σ）の範囲にデータの約６８．２％が存在する 
・（平均値±２σ）（すなわち、上限値：平均値＋２σと、下限値：平均値−２σ）の範囲にデータの約９５．４％が存在する 
・（平均値±３σ）（すなわち、上限値：平均値＋３σと、下限値：平均値−３σ）の範囲にデータの約９９．７％が存在する 
平均値±３σから外れるのは、３／１０００ということである。
図１０に、データの平均値ｍと標準偏差σ、２σ、３σとの前記関係を示す。
【００６２】
図１２に、図１１に示した打刻した前記被打刻物の文字列の各文字の打刻深さを測定した際の測定位置を小さな□印で示した。
図１２に小さな□印で示す測定位置付近を市販のシックネスゲージ（株式会社ミツトヨ社製７・５４７シリーズ）で測定した。刻印文字の条痕の先端部分は幅が狭いので、前記の測定用シックネスゲージの測定子と呼ぶ針状の先端は、先端の半径を０.０２５ｍｍに加工したものであるので各文字の条痕の奥まで届くことができるものであり、打刻深さを正確に測定することができる。
【００６３】
図１３は、実施例で２００万回の連続運転後に被打刻物に打刻された文字Ｘの上側測定位置における打刻深さの分布を示し、図１４に、実施例で２００万回の連続運転後に被打刻物に打刻された文字Ｘの下側測定位置における打刻深さの分布を示す。いずれも正規分布が得られたことが判る。
【００６４】
図１５は、文字のない刻印を使用して連続運転３００万回目運転時における、図１１に示したような１９回の繰り返し打刻動作を文字のない刻印によって行った際のサーボモータの速度と電流の変化を示すグラフである。
図１５から、連続運転３００万回目運転時における１９回の繰り返し動作でも、速度と電流の波形に乱れはなく、安定した動作が繰り返されていることが判る。
これから本発明の直動式打刻装置５０は信頼性が非常に高いと判断できる。
【００６５】
前記のように、図１に示した直動式打刻装置５０を用いて、前記表１と表２および表３に示した条件で連続運転を開始し、連続運転前と、３０万回、５０万回、７０万回、１００万回、１５０万回、２００万回、２５０万回、３００万回の連続運転後に文字列を打刻して、文字毎に打刻深さを計測し、その平均値、最大値、最小値、天地差値、標準偏差、３σおよび上限値、下限値の結果を表４に示す。
【００６６】
そして、表５および図１６に、連続運転スタート時、連続運転３０万回、５０万回、７０万回、１００万回、１５０万回、２００万回、２５０万回、３００万回後に打刻した際の、各打刻回数（万回）と前記３σの最大値（ｍｍ）との関係を示す。
表５に示した３σの最大値の中で最も大きい値は０．０３６８であり、表４に示した打刻深さ平均値の中で最も小さい値である０．３９０５からこの３σの値０．０３６８を引いても、０．３５３７であり、前記打刻深さ品質基準（下限値（０．３ｍｍ））より浅い打刻になることがないことが判る。
【００６７】
したがって、本発明の直動式打刻装置を用いて、予め試験打刻で得られた、打刻する刻印の文字列の文字それぞれに対する最適打刻条件の位置決め制御や速度制御と電流制限の値で打刻すれば、あえて過大な負荷を与えて深い打刻をする必要がなく、その結果、刻印の文字の摩耗は少なくなり、割れや欠けの誘発も起こり難くなることから、品質基準に合格する打刻に有効であることを実証できた。
以上、動作回数が増しても機構上および制御上の不具合の発生は全くなく、さらに繰り返し行った３００万回の連続運転と打刻の結果も安定しており全て同程度であることから、本発明の直動式打刻装置は信頼性が非常に高く、優れていることを実証することができた。
【００６８】
【表４】
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【００６９】
【表５】
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【００７０】
以上述べたように、本発明の直動式打刻装置を用いて、アプローチ位置から被打刻物までの間を電流制限と速度制御で動作させると、あえて過大な負荷を与えて深い打刻をすることなく、品質基準に合格する打刻目標値の打刻深さが得られることが判ったが、前記電流制限と速度制御を逆にして、電流制御と速度制限とすると、アプローチ位置から被打刻物までの間の負荷が少ないことから、発生するトルクの多くが加速トルクとなってモータの回転速度が上昇してスライダ１４は加速され、その結果、刻印リング１９は加速されながら被打刻物に衝突するので、目標値の打刻深さを得ることや、刻印する文字列が均質になる条件の制御と管理が難しくなり、刻印の文字の摩耗を早めたり、刻印の文字の割れや欠けを誘発したりするので、好ましくない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の打刻装置は、従来の打刻装置の場合は、品質基準を満足しない打刻深さの浅い打刻を避けるために、あえて過大な負荷を与えて深い打刻をすることがあり、その結果、文字によっては前記品質基準を大きく超える打刻深さとなり、刻印の文字は過大な負荷を受けて摩耗を速め、割れや欠けを誘発して打刻不良を発生させることもあるなど問題があったが、これらの問題を解決し、運転回数によって打刻装置およびその制御手段が不安定となることがなく安定に維持され、打刻深さが目標値となるなど品質基準を満足する均質で鮮明な打刻を容易に行うことができるという顕著な効果を奏し、本発明の制御方法により、打刻深さが目標値となるなど品質基準を満足する均質で鮮明な打刻を容易に経済的に行うことができるという顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。
【符号の説明】
【００７２】
５０  直動式打刻装置
５１  直動式打刻機構
１  サーボモータ
２  減速機
３  取り付け板
４  送りねじ
５  送りナット
６、７  タイミングプーリ
８  タイミングベルト
９  軸受
１０  軸受ハウジング
１１  プレート
１２  スライド軸受
１３  スリーブ
１４  スライダ
１５  ガイドシャフト
１６  ガイドシャフトホルダ
１７  カバー
１８  ハウジング
１９  刻印リング
２０  被打刻物
２１  受け台
２２  制御手段
２３  主回路ケーブル
２４  エンコーダケーブル
２５  プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）
２６  モーションコントローラ
２７  サーボコントローラ
【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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【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】
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【図１５】
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【図１６】
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