(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工工具と、
前記加工工具を被加工材料に当接させるように前記加工工具を前記被加工材料に対向して上下方向に移動させるソレノイドと、
前記ソレノイドへの印加電圧および印加時間を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は前記印加電圧を一定とした状態で、前記印加時間を制御する、打刻機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ソレノイドを介して第１の電位に接続された第１の電極と、前記第１の電位と異なる第２の電位に接続された第２の電極と、制御電極とからなるトランジスタを含み、
前記制御電極に前記印加時間を制御する信号が入力される、請求項１に記載の打刻機。
【請求項３】
前記被加工材料に前記加工工具を当接して前記被加工材料を加工するとき、所定の印加時間で前記被加工材料に所定の大きさの径を有する窪みが形成され、
前記制御手段は前記被加工材料ごとの前記所定の径の窪みを形成するための印加時間を記憶する記憶手段を含む、請求項２に記載の打刻機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は加工工具を用いて金属等の被加工物を加工する打刻機に関し、特にコストダウンの可能な打刻機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクセサリや宝飾品等を加工する加工機械が市販されている。
【０００３】
このような加工機械は、平らな金属やプラスチックの表面に、写真・絵・文字などを刻むことができる。
【０００４】
従来の打刻機においては、被加工材料の表面に打刻するときに加工工具をソレノイドの吸着力を用いて被加工材料に当接させ、そのときのソレノイドの吸着力を制御することで打刻深さを変えて模様を形成する。そのために、従来はＰＷＭ（Pulse Width Modulation）による電流実効値の制御等を行なうことによって印加電圧を制御していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の打刻機の加工工具を制御する制御方法は上記のように行なわれていた。
【０００６】
図１１は従来の打刻機におけるソレノイド２００の制御を行なう制御回路の一例を示す回路図である。
【０００７】
図１１を参照して、従来のソレノイド２００の制御部は、加工工具の加圧力に対応する加圧信号Ｖrefとフィードバック信号とが入力されるＯＲ回路１０２と、加工工具の上下動を指示するＵＰ／ＤＯＷＮ信号とＯＲ回路１０２からの出力信号とが入力されるＡＮＤ回路１０１と、ＡＮＤ回路１０１の出力が入力されるインバータ１０３と、ＡＮＤ回路１０１の出力およびインバータ１０３からの出力信号に応じて供給電圧Ｖmmを制御する２つのトランジスタ１１１、１１２と、トランジスタ１１１に接続され、出力信号の反転信号によってトランジスタ１１１からの出力を制御するトランジスタ１１３と、トランジスタ１１２の出力に接続され、インバータ１０３からの出力信号の反転信号に応じてトランジスタ１１２からの出力を制御するトランジスタ１１４とを含み、トランジスタ１１１および１１２の出力部にソレノイド２００が接続されている。
【０００８】
図１２は図１１に示した回路におけるＵＰ/ＤＯＷＮ信号と加圧信号Ｖrefとのタイミングチャートである。図１２を参照して、従来はＵＰ/ＤＯＷＮ信号の立ち上がりに同期して必要な加圧力が加工工具に印加されていた。
【０００９】
図１１および図１２を参照して、従来の打刻機の制御においては、加圧信号Ｖrefに基づいてソレノイド２００に与える電流を制御していた。そのため、回路構成が複雑となり、高価であるという問題点があった。
【００１０】
また、近年の加工速度の向上に追従しきれないという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、安価でかつ高速の加工が可能な打刻機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる打刻機は加工工具と、加工工具を被加工材料に当接させるように加工工具を被加工材料に対向して上下方向に移動させるソレノイドと、ソレノイドへの印加電圧および印加時間を制御する制御手段とを含み、制御手段は印加電圧を一定とした状態で、印加時間を制御する。
【００１２】
ソレノイドには、電圧を印加しても、電流値は徐々にしか上がらないといった特性がある。この発明においては、この特性を利用して、印加電圧を一定として、印加時間を制御することにより電流値を制御するようにした。印加時間を制御することによって電流値を制御することができるため、電圧を一定にしておけばそれによって加圧力（電力＝電圧×電流）を制御することができる。その結果、従来のように複雑な回路を使用することなく、加圧力を制御することができる。
【００１３】
また、印加時間のみを制御するため、制御を短時間で行うことができる。その結果、高速で加工ができる、好ましくは、制御手段は、ソレノイドを介して第１の電位に接続された第１の電極と、第１の電位と異なる第２の電位に接続された第２の電極と、制御電極とからなるトランジスタを含み、制御電極に印加時間を制御する信号が入力される。制御手段を単一のトランジスタで構成できるため、安価で簡単な構成の打刻機を提供できるという効果がある。
【００１４】
さらに好ましくは、被加工材料に加工工具を当接して被加工材料を加工するとき、所定の印加時間で被加工材料に所定の大きさの径を有する窪みが形成され、制御手段は被加工材料ごとの所定の径の窪みを形成するための印加時間を記憶する記憶手段を含む。
【００１５】
制御手段は被加工材料ごとの所定の径の窪みを形成するための印加時間を記憶しているため、任意の加工材料に対して所望の加工が可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１はこの発明に係る加工工具の制御装置が適用された打刻機の全体構成を示す外観図である。
【００１８】
図１を参照して、打刻機は、加工工具１１を保持するキャリッジ１０と、キャリッジ１０を図中ＸおよびＹ方向に移動するための図示のない移動部と、加工工具１１に設けられ、被加工材料を載置するための台座１２とを含み、全体がカバー５０で覆われている。
【００１９】
なお、加工工具１１の下部には、加工工具１１を図中上方向に付勢する板バネ２２が設けられている。
【００２０】
図２は図１に示した打刻機１の加工工具１１および加工工具１１を制御するホストコンピュータ３０の要部を示した模式図である。
【００２１】
図２を参照して、キャリッジ１０は図示のないキャリッジベースを介して上記したＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なレール（図１の１３参照）に保持されている。キャリッジ１０には、ソレノイド取付部材１７が取付けられている。このソレノイド取付部材１７にソレノイド１５が装着されている。ソレノイド１５のほぼ中央部にはソレノイド１５を貫通してプランジャ１６が設けられる。プランジャ１６の下部は加工工具１１に接続され、ソレノイド１５の駆動によってプランジャ１６および加工工具１１は上下に駆動される。すなわち、ソレノイド１５が通電されるときに、ソレノイド１５はプランジャ１６を吸引し、加工工具１１を板バネ２２の付勢力に抗して下降させる。このため、加工工具１１は台座１２の上面に載置された被加工物２０の表面に当接されて、当接時の押圧力を変えることにより、所望の凹部を被加工物２０に付与することができるようになっている。
【００２２】
ここで、ソレノイド１５に供給される通電時間によってソレノイド１５の吸着力が変化して板バネ２２の曲げ量が変化し、加工工具１１が被加工物２０に当接する圧力も変化する。
【００２３】
以上の構成において、この打刻機１は、公知の技術に基づき、ホストコンピュータ３０から出力された画像データに従って図示のないＸ方向にキャリッジを駆動するモータおよびＹ方向のモータの駆動により、キャリッジ１０を被加工物２０に対してＸ−Ｙ軸方向に相対的に動作するとともに、ソレノイド１５に所定の電流が供給されてプランジャ１６を吸引し、これと一体的な加工工具１１を板バネ２２に対向して下降させる。そして、加工工具１１を被加工物２０の表面に当接させて所定の圧力を付与することになり、加工工具１１により被加工物２０の上面に文字データおよび／または画像データを描画する。
【００２４】
次に打刻機１による描画中において、加工工具１１の加工圧をリアルタイムに制御する方法について説明する。
【００２５】
ホストコンピュータ３０のＣＰＵ３１には、プランジャ１６を昇降させるソレノイド１５の通電時間と加圧力との関係を記憶した通電時間−加圧力変換テーブルが記憶されている。
【００２６】
ＣＰＵ３１はソレノイド制御部３２、ドライバ３３を介してソレノイド１５に加工信号を送信する。
【００２７】
図３はソレノイド１５の印加電圧を一定とした状態で印加時間と電流値の関係を示す図である。図３を参照して、ソレノイド１５には、電圧を印加しても、電流値は徐々にしか上がらないといった特性がある。この発明においては、この特性を利用して、印加電圧を一定として、印加時間を制御することにより電流値を制御するようにした。
【００２８】
すなわち、印加時間を制御することによって電流値を制御することができるため、電圧を一定にしておけばそれによって加圧力（電力＝電圧×電流）を制御することが可能になる。
【００２９】
図４は図３に示した特性を利用したこの発明に係るソレノイド１５を制御するソレノイド制御部３２の要部を示す回路図である。図４を参照して、ソレノイド制御部３２は、供給電圧Ｖmmに接続されたソレノイド１５と、ソレノイド１５と接地ＧＮＤとの間に設けられ、加工工具の上下動を指示する信号ＵＰ／ＤＯＷＮの印加時間を制御電力に入力するトランジスタ３とを含む。
【００３０】
加圧時間を制御するＵＰ／ＤＯＷＮの印加時間を制御することによってソレノイド１５への印加電流を制御できる。その結果、従来のＰＷＭ制御回路から、単一のトランジスタによるスイッチング回路とすることができる。
【００３１】
このように、この発明においては、従来の図１１に示した回路に対して大幅に制御回路を簡略化することができる。
【００３２】
図５はソレノイド制御部５４から出力されるＵＰ/ＤＯＷＮ信号を示すタイミングチャートである。ソレノイド１５の上下動を示すＵＰ/ＤＯＷＮ信号と、加圧力とが１つの信号で与えられる。すなわち、印加時間に比例して加工工具の加圧力（図中「筆圧」と表示）は大きくなる。
【００３３】
次に実際の加工データについて説明する。
図６はこの発明に係る打刻機１に適用された加工工具の先端形状を示す図である。図６を参照して、加工工具１１の先端は頂角が９０°のダイヤモンドチップで構成されており、先端の径ＳＲは０．０１ｍｍである。
【００３４】
このような加工工具１１を用いて各種の被加工物２０に加工した状態の実際の荷重量とドット径のデータを図７に、それをグラフに表わしたものを図８に示す。
【００３５】
なお、図７には、印加電流から計算した被加工物２０が黄銅の場合のドット深さも併せて記載している。
【００３６】
ここで、被加工材料としては、アルミ、銅および黄銅を用いた。
次に図７および図８に示したデータの元データについて説明する。図９は、図７および図８に示した荷重の元となった、パルス幅とドット径との関係を示す図であり、各材料ごとの印加されるパルス幅と被加工材料上に形成されるドット径との関係を示す図である。加工条件としては、パルス幅を４６０〜１９００μｓの範囲で変化させ、その間で数ポイントにおけるデータを記録した。
【００３７】
各材料ごとにパルス幅が大きくなるほどドット径が大きくなっているのがわかる。また、あまりパルス幅が小さいとドット径が測定不能になることがわかる。
【００３８】
図１０（Ａ）〜（Ｄ）は図９に示したデータの元となった、ソレノイド１５への印加時間と電流値の波形を実際に測定したデータを示すグラフである。図１０から明らかなように、印加時間に比例して電流値が増し、それによって、電流値に比例したドットが形成される。なお、アルミ、銅および黄銅のいずれの材料においても、図１０に示すように同様の傾向となった。
【００３９】
なお、この場合の電源電圧は３０Ｖで一定で、ソレノイド１５の周期は２００Ｈｚである。
【００４０】
また、これらの被加工材料ごとの所定の径の窪みを形成するための印加時間は図２に示したホストコンピュータ３０の図示のないメモリに記憶されているものとする。
【００４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  打刻機の全体構成を示す外観図である。
【図２】  打刻機の加工工具まわりおよび制御部を示す模式図である。
【図３】  ソレノイドへの印加時間と印加電流との関係を示す図である。
【図４】  この発明に係る制御回路の要部を示す回路図である。
【図５】  ソレノイド制御部から出力されるＵＰ/ＤＯＷＮ信号を示すタイミングチャートである。
【図６】  加工工具の先端部を示す図である。
【図７】  各種被加工材料の荷重ごとのドット径を示す図である。
【図８】  各材料における荷重とドット径との関係を示すグラフである。
【図９】  各材料におけるパルス幅とドット径との関係を示す図である。
【図１０】  各材料の加工時の時間と電流値との関係を示すグラフである。
【図１１】  打刻機における従来の制御回路を示す回路図である。
【図１２】  従来のソレノイドに印加される信号を示す図である。
【符号の説明】
１  打刻機、３  トランジスタ、１０  キャリッジ、１１  加工工具、１２  台座、１５  ソレノイド、１６  プランジャ、２０  被加工物、３０  ホストコンピュータ。
【図１】
0004157261.tif 000002
【図２】
0004157261.tif 000003
【図３】
0004157261.tif 000004
【図４】
0004157261.tif 000005
【図５】
0004157261.tif 000006
【図６】
0004157261.tif 000007
【図７】
0004157261.tif 000008
【図８】
0004157261.tif 000009
【図９】
0004157261.tif 000010
【図１０】
0004157261.tif 000011
【図１１】
0004157261.tif 000012
【図１２】
0004157261.tif 000013