(57)【要約】　　　（修正有）【課題】刻印時、大きな加圧力を必要とせず、被刻印物の電気伝導性に関係無く、長時間の使用に際しても刻印性能の劣化の少ない超音波刻印ペンを提供すること。【解決手段】圧電振動子単体或いは圧電振動子１０４と変位量拡大コーン１０１を組み合わせた圧電振動複合体を共振周波数近傍で駆動し堅牢物表面に刻印する超音波刻印ペンにおいて、振動先端部の面積が１ｍｍ２以下で、ダイヤモンド粉末の電着を施した振動先端部や、炭素鋼に焼き入れを行った振動先端部を有する超音波刻印ペン。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子単体或いは圧電振動子と変位量拡大コーンを組み合わせた圧電振動複合体を共振周波数近傍で駆動し堅牢物表面に刻印する超音波刻印ペンにおいて、振動先端部の面積が１ｍｍ２以下であることを特徴とする超音波刻印ペン。
【請求項２】
請求項１記載の超音波刻印ペンにおいて、炭素鋼に焼き入れを行った振動先端部を有することを特徴とする超音波刻印ペン。
【請求項３】
請求項１または２記載の超音波刻印ペンにおいて、ダイヤモンド粉末の電着を施した振動先端部を有することを特徴とする超音波刻印ペン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属等の堅牢物表面に、文字やマーキングを形成する刻印ペンに関し、特に超音波振動を利用して刻印を施す超音波刻印ペンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の堅牢物表面に文字やマーキングを刻印する装置としては、モーターを高速回転させて回転軸に連結した先端回転部分で被刻印物表面を研削し刻印する電動モータペンや、高電圧の放電現象を利用し金属表面を溶融させ刻印する電気ペンなどが一般的である。
【０００３】
これらの装置において、電動モータペンは短時間で深い刻印を行う為には先端部を被刻印物表面に強力に圧接する加圧力が必要である。また、電気ペンは、ペン先端部と被刻印物の距離の変化によって、放電が不安定になり、明瞭な刻印が得られないという問題点や被刻印物が金属の導電性物質に限定される。
【０００４】
圧電振動子単体での超音波振動を利用した堅牢物表面への刻印については、振動先端部分の磨耗量が大きく、長時間、同一の刻印能力を保持することが困難である。
【０００５】
また、圧電振動子の超音波振動を利用して刻印を行う場合、振動先端部の振動振幅は５ミクロンから２５ミクロン程度必要である。圧電振動子単体で前記振動振幅量を得ることが困難である場合は、通常コーンと呼ばれる変位量拡大治具と圧電振動子を組み合わせた圧電振動複合体として、振動先端部の振動振幅を拡大する方法が用いられる。この際、前記コーンの材料としては、弾性係数の大きなステンレス、或いはチタン合金、鉄系の材料等が通常用いられている。
【０００６】
しかしながら、前述のコーン用材料は、被刻印物の硬さより十分大きな硬さを有する材料でなければ、コーン自体の磨耗が大きくなり、長時間の使用に耐えられない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、前述の問題点を解決するためになされたもので、刻印時、大きな加圧力を必要とせず、被刻印物の電気伝導性に関係無く、長時間の使用に際しても刻印性能の劣化の少ない超音波刻印ペンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧電振動子単体或いは圧電振動子と変位量拡大コーンを組み合わせた圧電振動複合体を共振周波数近傍で駆動し堅牢物表面に刻印する超音波刻印ペンにおいて、振動先端部の面積が１ｍｍ２以下であることを特徴とする超音波刻印ペンが得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、炭素鋼に焼き入れを行った振動先端部や、ダイヤモンド粉末の電着を施した振動先端部を有する超音波刻印ペンが得られる。
【００１０】
振動先端部の面積が１ｍｍ２より大きくなると、刻印やマーキングの線の太さが１．２ｍｍより太くなり、精細な文字やマーキングを表示できなくなるので、振動先端部の面積は１ｍｍ２以下の必要がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面をもとに説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態の超音波刻印ペンの側面図を示す。図１中、各部位は次のように構成してある。１０１は振動振幅拡大用のコーン部である。１０３は振動部で、２個の圧電振動子１０４を金属ブロック１０６と１０７で締結したボルト締めランジュバン型振動子を用いている。１０２は圧電振動子１０４に電気入力を与える電気端子である。１０５はフランジ状突起で、本発明の超音波刻印ペンの長さ振動の節の部分に当たり超音波刻印ペンを固定する役割を有する。
【００１３】
本実施の形態では、前記振動部１０３はボルト締めランジュバン型振動子を用いたが、フェライト系振動子及び圧電素子単体等で振動部を構成することも可能である。また、前記ボルト締めランジュバン型振動子の金属ブロック１０６と１０７は機械的品質係数が高く、発熱が少なく、振動振幅を容易に取り出すが可能であるジュラルミン材を使用した。
【００１４】
前述の本実施の形態における振動部は、直径が１５ｍｍ、長さが３８ｍｍで共振周波数は６３ｋＨｚである。同様にコーン部は振幅を拡大させる為、断面がステップ形状で、大断面部直径は１５ｍｍで小断面直径は６ｍｍの形状寸法で、約６倍の振動振幅拡大機能を有している。このコーンの材質としては、ニッケルクロム系鋼材のＳＮＣ材を使用した。
【００１５】
図２は、図１のコーン先端部の拡大図を示す。この先端部には、ダイヤモンド粉末を電着し、ダイヤモンド粉末層の厚みは、およそ１００ミクロンである。また、振動先端部の直径ｄは０．３０ｍｍである。被刻印物が酸化アルミニウム板やステンレス板の場合、ダイヤモンド粉末との硬度差からコーン先端部は磨耗しにくい構造となる。
【００１６】
図３は、本実施の形態における超音波刻印ペンを駆動する回路ブロック図である。本回路では、負荷による振動系の共振周波数の変化及びインピーダンスの変化を電流計測ブロックで計測し、発振回路の周波数並びにアンプゲインにフィードバックし、負荷変動に対して、一定の電流が供給されるようにしている。これにより、振動先端部に負荷となる被刻印物が接触した際、振幅を一定に保つことで振動先端に駆動力が発生し、この駆動力により被刻印物の表面を研削加工することが可能で、回転モータのような特別に強力な加圧力は必要無い。
【００１７】
図４には、本発明の超音波刻印ペンの駆動状態のモデル図を示した。本発明の超音波刻印ペンでは、回転モータのような特別に強力な加圧力は必要無いが、被刻印物の表面を研削加工できることは、反作用として、超音波刻印ペンの振動先端部も僅かずつ研磨され、負荷をかけている時間とともに、振動先端部の面の直径が少しずつ変化する。
【００１８】
図５には、図４の状態で被刻印物として酸化アルミニウム板を使用し、振動先端部の振動振幅を１３ミクロンとした場合で、負荷をかけている時間と振動先端面の直径ｄの大きさの変化の測定結果を示した。実線Ａが本実施の形態を示す。比較例として、コーン材質にステンレスを使用した超音波刻印ペンの測定結果も実線Ｂとして同時に示した。
【００１９】
図５によれば、振動先端部をダイヤモンド粉末電着品とした場合、従来のステンレスと比較すると、連続１００時間後の振動部先端の直径が本実施の形態では０．３１５ｍｍ、比較例が０．３８５ｍｍで、振動先端部の直径ｄの変化が五分の一以上小さく、磨耗が軽減されている事が分かる。
【００２０】
以上、本発明の一実施の形態としてダイヤモンド粉末を電着した振動先端部を有する超音波刻印ペンについて説明したが、コーン材質に炭素鋼の焼き入れ品を用いた場合についても、振動先端部の硬度を大きくすることが可能であり、ダイヤモンド粉末の電着品と同様の効化が得られることは明らかである。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被刻印物の電気伝導性に関係無く、特別の加圧力も必要無く、振動先端部の寸法を長時間一定に保つことが可能となり、高寿命の超音波刻印ペンが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の超音波刻印ペンの側面図。
【図２】図１のコーン先端部の拡大図。
【図３】超音波刻印ペンを駆動する回路ブロック図。
【図４】本発明の超音波刻印ペンの駆動状態のモデル図。
【図５】振動先端面の直径ｄの大きさの変化の測定結果示す図。
【符号の説明】
１０１　　コーン部
１０２　　電気端子
１０３　　振動部
１０４　　圧電振動子
１０５　　フランジ状突起
１０６，１０７　　金属ブロック
２０１　　ダイヤモンド粉末電着層
２０２　　コーン部
２０３　　振動先端部
【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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