(57)【要約】【課題】    高硬度な部品に文字、数字、マーク等を高品位な書体で刻印することができ、しかも従来よりもはるかに長寿命なスタイラスを備えたマーキング装置用振動ペンを提供する。【解決手段】  シリンダ２と、シリンダ２に往復自在に取り付けられたピストン３と、ピストン３の先端側に取り付けられたスタイラス４と、ピストン３の基端側に備えられてピストン３をその長手方向に振動させる振動手段５とを具備してなり、スタイラス４が、ピストン３に接続されるスタイラス本体と、スタイラス本体の先端側に取り付けられて被加工体に打刻される多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化ホウ素からなる打刻体とからなることを特徴とするマーキング装置用振動ペン１を採用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、該シリンダに往復自在に取り付けられたピストンと、該ピストンの先端側に取り付けられたスタイラスと、前記ピストンの基端側に備えられて前記ピストンをその長手方向に振動させる振動手段とを具備してなり、
前記スタイラスが、前記ピストンに接続されるスタイラス本体と、前記スタイラス本体の先端側に取り付けられて被加工体に打刻される多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化ホウ素からなる打刻体とからなることを特徴とするマーキング装置用振動ペン。
【請求項２】
前記スタイラス本体の先端に座金が接合され、該座金に前記打刻体がろう付けされていることを特徴とする請求項１に記載のマーキング装置用振動ペン。
【請求項３】
前記打刻体が略円錐形状とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマーキング装置用振動ペン。
【請求項４】
スタイラスを振動させながら被加工体にその先端を打刻させるマーキング装置用振動ペンに使用されるスタイラスであり、
スタイラス本体と、前記スタイラス本体の先端側に取り付けられて被加工体に打刻される多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化ホウ素からなる打刻体とからなることを特徴とするマーキング装置用振動ペンのスタイラス。
【請求項５】
前記スタイラス本体の先端に座金が接合され、該座金に前記打刻体がろう付けされていることを特徴とする請求項４に記載のマーキング装置用振動ペンのスタイラス。
【請求項６】
前記打刻体が略円錐形状とされていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のマーキング装置用振動ペンのスタイラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーキング装置用振動ペンおよびマーキング装置用振動ペンのスタイラスに関するものであり、特に、高硬度の機械部品等に二次元コード、ロット番号等を刻印するために使用されるマーキング装置用振動ペンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マーキング装置は、自動車や建設機械等の自動化された工場においてロット番号等の英数字や合いマークの刻印に使用されている。例えば下記特許文献１に示す従来のマーキング装置は、超硬合金からなる打刻部を先端に備えたスタイラスと、スタイラスを長手方向に振動させる超音波振動装置等の振動手段とから概略構成された打刻機と、この打刻機をＸＹ方向に移動させる駆動装置に取り付けられている。このマーキング装置を用いて機械部品に印字を行なうには、まずスタイラス先端の打刻部を機械部品の被刻印部に押し当てて、次に振動手段によってスタイラスを振動させつつ、駆動装置によってスタイラスを打刻機ごと移動させる。この操作により、機械部品の被刻印部の表面に、スタイラスの軌跡に沿って溝が形成される。このようにして、機械部品の被刻印部に文字、数字、記号などをマーキングすることができる。また、スタイラスを一カ所で振動させるとその部分にドットが形成されるので、このドットを所定のパターンに複数形成することにより、いわゆる二次元コードを形成することができる。
【０００３】
ところで最近では、コンピュータネットワーク上での機械部品の国際的な流通がますます盛んになり、これに伴って世界的に共通した機械部品の品質規格の制定が望まれている。そのため、国際標準化機構が中心となってＩＳＯ９０００やＩＳＯ／ＴＳ１６９４９等の規格が制定され、この国際的な規格を採用する企業が急速に増えてきている。特に自動車分野では、自動車部品の全てに、その部品の製造年月日や製造された工場などの製造履歴を記録することが求められている。このため、自動車部品に刻印する文字量等が飛躍的に増大しており、マーキング装置用振動ペンの長寿命化が望まれている。
【特許文献１】特開２００３−３９１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のマーキング装置用振動ペンは、上述したようにスタイラス先端が超硬合金で構成されているので、アルミニウム部品や軟鉄部品等のような比較的低硬度の部品に対しては十分な寿命を示す。しかし、自動車部品には歯車等のように高硬度材料で構成された部品も存在し、このような高硬度の部品に従来のマーキンギ装置を用いて文字等を刻印するとスタイラス先端が急速に摩耗し、数文字から十数文字程度しか刻印できないという問題があった。
このため、従来の切削工具の技術分野におけるコーティング技術を応用して、スタイラス先端に各種のコーティングを施す手段が検討されているが、スタイラスを部品に打刻させたときの衝撃でコーティングがすぐに剥がれてしまい、マーキング装置用振動ペンの長寿命化が図れないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高硬度な部品に文字、数字、マーク等を高品位な書体で刻印することができ、しかも従来よりもはるかに長寿命なスタイラスを備えたマーキング装置用振動ペンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のマーキグ装置は、シリンダと、該シリンダに往復自在に取り付けられたピストンと、該ピストンの先端側に取り付けられたスタイラスと、前記ピストンの基端側に備えられて前記ピストンをその長手方向に振動させる振動手段とを具備してなり、前記スタイラスが、前記ピストンに接続されるスタイラス本体と、前記スタイラス本体の先端側に取り付けられて被加工体に打刻される多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化ホウ素からなる打刻体とからなることを特徴とする。
また本発明のマーキング装置用振動ペンは、先に記載のマーキング装置用振動ペンであり、前記スタイラス本体の先端に座金が接合され、該座金に前記打刻体がろう付けされていることを特徴とする。
また本発明のマーキング装置用振動ペンは、先に記載のマーキング装置用振動ペンであり、前記打刻体が略円錐形状とされていることを特徴とする。
【０００７】
次に本発明のマーキング装置用振動ペンのスタイラスは、スタイラスを振動させながら被加工体にその先端を打刻させるマーキング装置用振動ペンに使用されるスタイラスであり、スタイラス本体と、前記スタイラス本体の先端側に取り付けられて被加工体に打刻される多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化ホウ素からなる打刻体とからなることを特徴とする。
【０００８】
また本発明のマーキング装置用振動ペンのスタイラスは、先に記載のマーキング装置用振動ペンのスタイラスであり、前記スタイラス本体の先端に座金が接合され、該座金に前記打刻体がろう付けされていることを特徴とする。
また本発明のマーキング装置用振動ペンのスタイラスは、先に記載のマーキング装置用振動ペンのスタイラスであり、前記打刻体が略円錐形状とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成によれば、スタイラス先端に多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化ホウ素からなる打刻体が備えられており、この打刻体は、超硬合金からなる従来のスタイラス先端部よりも耐摩耗性およびヌープ硬度に優れているので、従来のスタイラスの数千倍程度の打刻を行なうことができ、マーキング装置用振動ペンの長寿命化を図ることができる。
【００１０】
また、座金を介してスタイラス本体と打刻体とを接合することにより、座金が打刻時の緩衝材として機能するので、打刻体の破損を防止することができる。
【００１１】
更に、打刻体が略円錐形状に成形されているので、スタイラスを被加工体に押し当てたままでどの方向に移動させても打刻体には均一な応力が加わるため、打刻体が破損するおそれがなく、マーキング装置用振動ペンの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１には本実施形態のマーキング装置用振動ペンの断面模式図を示し、図２にはマーキング装置用振動ペンに備えられたスタイラスの先端部分の拡大図を示す。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のマーキグ装置１は、シリンダ２と、このシリンダ２に往復自在に取り付けられたピストン３と、ピストン３の先端側に取り付けられたスタイラス４と、ピストン３の基端側に備えられてこのピストン３をその長手方向に振動させる振動部（振動手段）５と、ピストン３を振動部５寄りに付勢させる圧縮バネ６とを具備して概略構成されている。
【００１４】
シリンダ２は先端側が先細りの中空円筒状の部材であり、その先端側にピストン３を案内するための先細り状のスリーブ２ａが備えられ、一方シリンダ２の基端側には振動部５が備えられている。スリーブ２ａにはシリンダ２の先端側から基端側に沿ってスリーブ孔２ｂが設けられ、このスリーブ孔２ｂにピストン３が挿入されている。また、シリンダ２の基端寄りに隔壁２ｃが形成され、シリンダ２にはこの隔壁２ｃによって先端寄りにシリンダ室２Ａが、基端寄りに圧縮空気室２Ｂがそれぞれ区画形成されている。
【００１５】
ピストン３は、棒状のロッド３ａ部と、このロッド部３ａの基端側に取り付けられた円板部３ｂと、円板部３ｂから突出する円板部３ｂよりも小径の円形凸部３ｃとから構成され、シリンダ２のシリンダ室２Ａに収納されている。円板部３ｂの側面３ｂ１はシリンダ室２Ａの内壁面２Ａ１に対向してこの内壁面２Ａ１に対して慴動自在とされている。またロッド部３ａの先端側はスリーブ２ａのスリーブ孔２ｂに往復自在に挿入されている。この構成によって、ピストン３がシリンダ室２Ａ内に往復自在に収納されている。また、シリンダ２のスリーブ２ａとピストン３の円板部３ｂとの間に圧縮バネ６が配置されており、この圧縮バネ６が円板部３ｂを隔壁２ｃ側に付勢することによってピストン３全体がシリンダ２の隔壁２ｃ側に付勢されている。
【００１６】
次に、ピストン３の円形凸部３ｂにはゴム製のＯリング３ｄがはめ込まれ、このＯリング３ｄは円板部３ｂによって係止されている。またピストン３の基端側にシリンダ２の隔壁２ｃが配置され、この隔壁には数カ所に貫通孔２ｃ１が設けられている。そして、圧縮バネ６によってピストン３がシリンダ２の隔壁２ｃ寄りに付勢されたときに、Ｏリング２ｄによって貫通孔２ｃ１が閉塞されるように貫通孔２ｃ１とＯリング２ｄとが位置決めされている。また、上述したように隔壁２ｃとシリンダ基端壁２ｅとの間に圧縮空気室２Ｂが形成されている。この圧縮空気室２Ｂは、基端壁２ｅに設けられた接続孔２ｅ１を介してシリンダ２の外部と流通され、また複数の貫通孔２ｃ１を介してシリンダ２のシリンダ室２Ａと流通されている。また圧縮空気室２Ｂには図示略の制御装置から接続孔２ｅ１を介して圧縮空気が供給されるようになっている。この圧縮空気室２Ｂ、隔壁２ｃ、貫通孔２ｃ１、およびＯリング２ｄ、円板部２ｃ並びに圧縮バネ６によって振動部５が構成されている。
【００１７】
次に、ピストン３のロッド部３ａ先端側にはスタイラス４が取り付けられている。このスタイラス４は、図２に示すように、ピストン３のロッド部３ａに接続されるスタイラス本体４ａと、スタイラス本体４ａの先端側に取り付けられて被加工体に打刻される打刻体４ｂとから概略構成されている。また、スタイラス本体４ａの先端には座金４ｃが接合されており、この座金４ｃに打刻体４ｂがろう付けされている。また打刻体４ｂは略円錐状に成形されている。
【００１８】
スタイラス本体４ａは例えば、超硬合金、鋼材、軟鉄材などで構成されている。また、座金４ｃは例えば、Ｗ：８９質量％ないし９２質量％、Ｃｏ：３質量％ないし５質量％、Ｃ：５質量％ないし７質量％からなるＧ種１号の超硬合金から構成されている。更に、打刻体４ｂは、多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化ホウ素から構成されている。また、座金４ｃと打刻体４ｂをろう付けするろう材は、たとえばＡｇ：５０質量％、Ｃｕ：３０質量％、Ｚｎ：２０質量％からなる銀ろう材が使用されている。なお、座金４ｃについては上記の材質に限定されるものではなく、超硬合金であればどのような材質でもよい。超硬合金からなる座金を使用することで、スタイラス本体４ａを保護することができる。
【００１９】
次に、本実施形態のマーキング装置用振動ペン１の動作を説明する。まず、被加工体の加工面上にスタイラス４を位置させる。次に、図示略の制御部から圧縮空気室２Ｂに圧縮空気を供給する。圧縮空気が供給されると、圧縮空気室２Ｂ内部の圧力が上昇する。圧力がある一定値を越えると、貫通孔２ｅ１を閉塞しているＯリング２ｄに対して圧縮バネ６の付勢力よりも大きな圧力が加わる。これによりＯリング２ｄが押し下げられ、これに伴って圧縮バネ６によって付勢されているピストン３がシリンダ２の先端側に押し下げられる。このとき、圧縮空気室２Ｂの貫通孔２ｃ１が「開」の状態となる。
続いて、圧縮空気室２Ｂ内で圧縮された空気が、「開」となった貫通孔２ｃ１を介してシリンダ室２Ａに流れる。すると、圧縮空気室２Ｂ内の圧力が低下し、圧縮バネ６によってピストン３が再び隔壁２ｃ側に付勢され、Ｏリング２ｄによって貫通孔２ｃ１が「閉」の状態となる。これにより圧縮空気室２Ｂの圧力が再び上昇する。
【００２０】
以上の動作を繰り返すことにより、ピストン３およびスタイラス４が一定の周期で往復振動する。この往復振動するスタイラス４を被加工体の被加工面に押し付けることにより、被加工面上にドットが形成される。このドットを複数形成することで、被加工面上に２次元バーコードがマーキングされる。また振動するスタイラス４を被加工面に押し当てながら移動させると、その移動の軌跡に沿って溝が形成される。スタイラス４の移動方向を任意に制御することで、被加工面上に数字や文字や記号等をマーキングすることができる。
【００２１】
打刻体４ｂの材質として、耐摩耗性およびヌープ硬度に優れた多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化ホウ素を採用することで、例えばＨＲＣ硬度が５０ないし６０程度の硬質材料に対しても打刻を行なうことができ、しかも打刻体自体の摩耗量が少なく、これによりスタイラスの長寿命化を図ることが可能になる。特に、従来の超硬合金からなるスタイラスに比べて、数千倍程度の打刻数を確保することができる。また、全ての方向に対して強度が高い多結晶ダイヤモンド焼結体を使用することで、単結晶ダイヤモンドの場合よりも欠けや割れの少ない、長寿命なスタイラスを実現できる。
【００２２】
また、座金４ｃを介してスタイラス本体４ａと打刻体４ｂとを接合するので、座金４ｃが打刻時の緩衝材として機能し、打刻体４ａの破損を防止することができる。
【００２３】
更に、打刻体４ｂが略円錐形状に成形されているので、スタイラス４を被加工体に押し当てたままでどの方向に移動させても打刻体４ｂには均一な応力が加わるため、打刻体４ｂが破損するおそれがなく、マーキング装置用振動ペンの長寿命化を図ることができる。また、打刻体４ｂが略円錐形状なので、打刻時の衝撃が打刻体４ｂと座金４ｃの接合面全面に均等に加わり、衝撃が特定の箇所に偏って集中することがなく、打刻体４ｂの破損を防止できる。
【００２４】
なお、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の振動部５に代えて、超音波振動装置を取り付けてもよい。
【実施例】
【００２５】
直径３ｍｍのスタイラス本体に、直径２ｍｍ、厚み１ｍｍの座金を接合させ、更にこの座金にろう材を介して直径１ｍｍ高さ０．５ｍｍの円錐状の打刻体を接合させた。なお、スタイラス本体の材質はステンレスまたは超硬材とし、座金の材質はＧ種１種の超硬合金とし、打刻体の材質は多結晶ダイヤモンド焼結体とした。多結晶ダイヤモンド焼結体は、ダイヤモンド粒をコバルト等の焼結材で焼結させたものとした。このようにして、実施例１のスタイラスを製造した。
【００２６】
スタイラス全体の材質をステンレス股は超硬材としたこと以外は、上記実施例１と同様にして比較例１のスタイラスを製造した。尚、この比較例１のスタイラスの寸法形状は、スタイラス本体、座金、打刻体を含めた実施例１のスタイラスの全体形状と同一形状とした。
【００２７】
実施例１および比較例１のスタイラスをそれぞれ、図１に示すマーキング装置用振動ペンに取り付けて、マーキング試験を行い、打刻体（スタイラス先端）の摩耗量を調査した。マーキング試験の条件は、被加工体をＨＲＣ硬度５８〜６０の高硬度材とし、マーキンングする文字は「０１２３４５６７８９」の数字を繰り返し円弧状にマーキングすることとし、数字の高さは５ｍｍとし、数字の送りピッチ角度は２．８°とし、マーキング速度は２０００ｍｍ／分とし、供給する圧縮空気の圧力は０．４ＭＰａとし、スタイラスの振動周波数は２００Ｈｚとした。スタイラス先端の摩耗量と、マーキングした文字数との関係を図３に示す。
【００２８】
図３に示すように、実施例１のスタイラスは、マーキングした文字数が１万４千字を越えてもスタイラス先端の摩耗量が１３μｍ程度にとどまっており、マーキングされた数字自体も極めて明確であり、良好な打刻性を示している。
一方、比較例１のスタイラスは、１４文字程度マーキングしただけで摩耗量が２０μｍを越えていることがわかる。
このように、実施例１のスタイラスは、比較例１のスタイラスに対して１０００倍以上の寿命を有していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明の実施形態であるマーキング装置用振動ペンを示す断面模式図。
【図２】図２は図１のマーキング装置用振動ペンに備えられたスタイラスの先端部分を示す拡大模式図。
【図３】図３は、スタイラス先端の摩耗量と打刻形成した文字の文字数との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３０】
１…マーキング装置用振動ペン、２…シリンダ、３…ピストン、４…スタイラス、４ａ…スタイラス本体、４ｂ…打刻体、４ｃ…座金、５…振動部（振動手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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