JP2000062398A

JP2000062398A - 描画方法および描画装置

Info

Publication number: JP2000062398A
Application number: JP10238237A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Tomita; 泰央冨田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、コストや時間があまりかからない
描画方法および描画装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る描画方法では、画像データ
を陰影に応じて、ワークの各位置に形成する圧痕を決定
し、ワークの各々の位置毎に決定された圧痕の状態に対
応するように圧子のワークに対する押圧制御を行ない、
ワークに画像データに基づく形状を形成することとし
た。この様に圧子を画像データに基づいてワークに打痕
することにより、画像データで見られる画をワーク上に
形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック成形
品などの外観部品や光学素子、或いは装飾品などに任意
の画像を形成するための描画方法および描画装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、装飾品や成形用金型などに画
像を形成する方法としては、形成しようとする画像のマ
スクを用意し、ガラスや金型母材などのワーク上にマス
クを介してフォトエッチングやブラストなどの加工を行
う方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術においては、マスクを製造するための工程が必要なの
で時間と製造コストがかかるという問題点があった。ま
た、エッチングやブラストなどの加工による処理液や砥
粒などの処理のためにも時間や費用がかかるという問題
点があった。

【０００４】そこで本発明は、コストや時間があまりか
からない描画方法および描画装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的のために本発明
に係る描画方法では、画像データを陰影に応じて、ワー
クの各位置に形成する圧痕を決定し、ワークの各々の位
置毎に決定された圧痕の状態に対応するように圧子のワ
ークに対する押圧制御を行ない、ワークに画像データに
基づく形状を形成することとした。この様に圧子を画像
データに基づいてワークに打痕することにより、画像デ
ータで見られる画をワーク上に形成した。

【０００６】更に本発明の描画方法では、打痕する圧子
を複数備えて、ワークに圧痕を形成することにより、画
像データで見られる画をワーク上に形成することとし
た。この様に複数の圧子を備えることにより、ワーク全
体に圧痕によって描画する時間を短縮することができ
た。また、本発明の描画装置は、ワークに圧痕を形成す
る圧子と、圧子をワークに押圧するための圧子押圧手段
と、ワークと圧子とを相対的に移動させる移動手段と、
画像データを取得しその画像データの陰影に基づきワー
クの位置毎に形成する圧痕を決定し、制御信号を出力す
るデータ変換手段と、その制御信号に基づき、圧子押圧
手段と移動手段とを制御する制御手段とを有することと
した。

【０００７】以下に、本発明の実施の形態を説明する
が、本発明はこれに限られるものではない。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る描画装置の
一実施の形態を示す概略構成図である。この図を用いて
本発明に係る描画方法と描画装置の実施の形態について
説明する。この装置は、圧子５と、圧子５をワークに押
圧するための圧子押圧手段１１と、ワーク１０を保持し
て移動するワーク移動手段６と、画像データを読み取る
ための画像読取手段８と、画像読取手段８で得られる画
素情報から圧子押圧手段１１やワーク移動手段の制御に
用いられるＮＣプログラムに変換するためのデータ変換
手段９と、データ変換手段９からのＮＣプロブラムを取
り込んで圧子押圧手段１１とワーク移動手段６とを制御
するための制御手段７とを備えている。

【０００９】ところで、図２は、本描画装置に用いられ
る圧子の概略構成図であるが、使用する圧子５は、台金
１３の材質として工具鋼や超硬合金などを用い、加工対
象が特に単純な２階調画像であれば、先端部分に＃６０
０から＃８００程度の焼結ダイヤモンド１４が用いられ
ている。圧子の表面状態としては、求められるワークの
性状に併せて鏡面加工を行ってもよいが、通常では焼結
されたままの状態でも構わない。圧子の大きさとしては
０．０２角から０．１角程度の範囲が好ましい。

【００１０】このとき、加工された圧痕の表面粗さとし
ては最大粗さとして１から２マイクロメートル程度のも
のが得られている。なお、後述する高精細画像を圧痕で
形成する場合は、先端の曲率及び先端角錐角度の異なる
複数の圧子を組み合わせて用いた方が好ましい。この場
合、圧子の表面状態は、最大粗さ０．１マイクロメート
ルの鏡面状態となったものを用いることが好ましい。

【００１１】また、圧子５が設けられた圧子押圧手段１
１については、圧子駆動部４と、駆動部４をワーク１０
に近づけたり遠ざけたりするために上下に移動可能なＺ
ステージ部３とで構成される。圧子駆動部４には電気的
に振動周期を制御できるムービングコイル装置が用いら
れている。図３は、ムービングコイル装置を用いた場合
の圧子駆動を説明するための図である。ムービングコイ
ル装置は、外側永久磁石２５と、内側永久磁石２２と、
二つの永久磁石２２，２５の間に配置されたコイル部と
で構成されている。さらに、このコイル部はコイル２４
とコア２３とで構成されており、コイル２４はコア２３
に接着されている。またコア２３の中心には、圧子５と
直結しているシャフト２１が固定されている。このシャ
フト２１は不図示の平行バネによって支持されており、
コイル部は図３のような均衡状態を保っている。外側永
久磁石２５は下部がＳ極で上部がＮ極になっており、内
側永久磁石２２は下部がＮ極で上部がＳ極になってい
る。ここで、コイル２４で発生する磁力線がシャフト２
１の中心軸で矢印Ｂのように鉛直下向きとなるように電
流を与えると、コイル２４に対して鉛直下向きの力が働
いてシャフト２１が鉛直下方へ移動する。一方、逆向き
の電流をコイル２４に与えると、鉛直上方の力が働いて
シャフト２１が鉛直上方へ移動する。制御手段７によっ
て、周期的に極性が変化するパルス波形状の電流をコイ
ル２４へ出力することにより圧子５を高速で上下動させ
ることができる。また、コイル２４に供給する電流の大
きさを変えることにより、圧子５の押し付け力を変える
ことができる。

【００１２】また、圧子押圧手段１１に用いられている
Ｚステージ部３の上下移動機構は、直線案内と、送りネ
ジと、モータとで構成されている。モータにはステッピ
ングモータを用いてオープンループで制御すればよい。
圧子５を複数用いる場合には圧子駆動部４も同数必要に
なるが、ワーク１０の形状によっては図１のようにＺス
テージ部３は一つであっても構わない。また、複数の圧
子を交換して押圧するのであれば、圧子駆動部４も一つ
で構わない。なお、本発明の実施の形態における描画装
置では、圧子５を圧子押圧手段１１に複数備えている。
そして、描画するときには形成する画像に応じて、それ
ぞれの圧子５がワークを打痕するように駆動させてい
る。

【００１３】以上のように圧子押圧手段１１が構成され
ている。次に、ワーク移動手段６については、描画面が
平面形状であるワークの場合には少なくとも水平二軸方
向に移動可能なステージ、描画面がロールのように円筒
形状のワークの場合には回転可能な回転軸を有して水平
一軸方向に移動可能なステージを用いる。このステージ
には、動作検出手段としてのエンコーダなどと駆動手段
としてのステッピングモータやサーボモータなどを組み
合わせて用いる。そして、エンコーダの出力とモータへ
の供給する駆動信号とを制御手段７で制御することによ
り、ワーク移動手段６の正確な速度制御や位置制御を行
うことができる。ひいては、所望の画がワーク１０の表
面に形成することができる。

【００１４】また、画像読取手段８については、スキャ
ナーやＣＣＤカメラなどを用いる画像入力部と、入力し
た画像を二階調の情報に処理する画像処理部とで構成さ
れる。この様な構成で、本描画装置は成り立っている。
ところで、本描画装置では、ワーク１０に描画する前
に、次の要領で圧痕を形成する条件を割り出している。

【００１５】まず最初に、ワーク１０に形成しようとす
る画像の原画１２、例えば写真や絵画などを用意して画
像読取手段８によりその原画１２をもととした画像デー
タを読み取り、モノクロの画素情報からなる画像データ
をデータ変換手段９に出力する。なお、画素情報は、各
画素毎に画素が暗か明かを表す二階調情報とで構成され
る。

【００１６】そして、データ変換手段９では、得られた
画素情報と予め制御手段７に記憶した圧痕の形成条件と
から、圧痕を形成するワーク上の位置とその位置に形成
する圧痕サイズを示すＮＣプログラムを出力する。な
お、制御手段７に記憶されている圧痕の形成条件は、次
のようにして決められる。予め作業者が、ワーク１０と
同じ材質の試料を用い、種々の曲率半径を持つ圧子で試
し打ちを行う。そして、そのときに形成された圧子サイ
ズを計測する。また、形成する画像の陰影に好ましい圧
痕のピッチも計測する。この様にして得られた数々の圧
痕の形成条件から、ワーク上のそれぞれの位置における
画像の陰影の度合いに応じて、使用する圧子と圧痕のピ
ッチ等を含む形成条件を選択する。この様にして選択さ
れた最適な圧痕の形成条件をワーク１０に打痕する前に
制御手段７に入力する。

【００１７】ところで、既に圧痕の形成条件が記憶さ
れ、ＮＣプログラムを取り込んだ制御手段７では、取り
込んだＮＣプログラムを基に、圧子押圧手段１１とワー
ク移動手段６とを制御する。そして、ワーク移動手段６
がワーク１０を打痕位置に移動させて、圧子押圧手段１
１がその場所に形成する圧痕に応じた形成条件で打痕を
行う。

【００１８】本発明の実施の形態である描画装置では、
ワークのあるスタート位置から一方向にワークを移動さ
せ、制御手段７によるワーク移動手段６と圧子押圧手段
１１の制御により圧痕を形成する。この時、押圧速度と
しては２０Ｈｚ程度で行われる。実際には、ステージ移
動をモータの加減速と形成する画の陰影とに応じて、押
圧周波数を変化させるようにし、また、ムービングコイ
ル装置への印加電圧も調整しながら、圧痕深さが同一深
さになるようにしてある。

【００１９】なお、本発明の実施の形態の描画装置で
は、圧子５を複数、圧子押圧手段１１に備え、複数の圧
子５を同時に駆動できるようにしているため、非常に短
時間にワークに画を形成することができる。ところで、
本発明の実施の形態では、必要に応じて異なる曲率を有
する単石ダイヤモンド圧子を用いている。原画に設けら
れた陰影の濃淡の変化は、曲率の違う圧痕で表現するこ
とができる。このことから、曲率の異なる圧子を複数備
え、適宜用いることで、比較的に高精細な画像もワーク
１０に形成することができるからである。

【００２０】図４は圧子のそれぞれの形状において、形
成される圧痕の大きさや圧痕との接線角度を曲率又は角
錐角度毎に示した図である。例えば、図４の（ａ）で示
すように曲率０．０１から１ｍｍまでの単石ダイヤモン
ド圧子を用いると、打痕時において同一深さまで圧子を
押圧した場合、圧痕径は０．０１２から０．１２６ｍｍ
となる。ワークを透かして見るものにおいては、陰影の
濃淡で濃く見せたい部分において曲率の小さい圧子を密
集させて押圧することで、例え圧痕の深さが同じでも透
過光量が減少し、濃くみえることになる。また、図４
（ｂ）で示すように先端が先鋭化した圧子を使用し、圧
痕を形成すると、更に透過光が散乱しやすくなり透過光
量が減少する。また、透過光量も圧子の角錐角度に応じ
て変化する。このことから、打痕する回数を増やさず更
に陰影のコントラストをつけたい場合には、図４（ｂ）
に示す形状を有した圧子で好ましい角錐角度を有した圧
子を使用し、圧痕を形成することで、更に透過光量を減
少させることができる。

【００２１】このように、モノクロで陰影の濃淡をワー
クにつけたい場合、陰影の濃い部分を曲率の小さいダイ
ヤモンド圧子で緻密に形成し、陰影の薄い部分を曲率の
大きいダイヤモンド圧子で形成したり、又は圧痕を形成
しないことで、高精細な画をワークに形成することがで
きる。また、他にも陰影の濃い部分を形成する方法とし
て、大きい曲率や角錐角度の大きい圧子で押圧した箇所
を小さい曲率又は角錐角度を有する圧子で重ね打ちして
も良い。更なる高精細な描画を行う場合は、焼結ダイヤ
モンド圧子、球状圧子、四角錐状圧子を、それぞれの圧
子で形成される陰影の特徴の違いを利用して適宜使いわ
けることが好ましい。

【００２２】なお、本発明はこれだけに限られず、一種
類だけの圧子を用い、圧痕を形成するピッチを変化させ
ることでも、形成する画の陰影をつけることも可能であ
る。なお、この様にして圧痕により描画された成形品は
次の用途で使うことができる。例えばプラスチック製の
装飾品を成形するために、黄銅材からなる金型を用い、
この金型に本発明の実施の形態により圧痕を金型表面に
打痕してゆくことで、金型に圧痕で形成した画を形成す
る。そして、圧痕が形成されている金型に透明な樹脂を
成形することで、その成形品は、形成された各画素の部
分で、光の反射や透過によって、反射率の変化、透過量
の変化が生じて人の目に映る。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、マスクの
製造を必要としないので、画像作製のコストと時間を低
減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による描画装置の概略構成図である。

【図２】圧子先端部の構成を示す斜視図である。

【図３】ムービングコイル装置の構成を示す断面図であ
る。

【図４】圧子サイズと圧痕サイズを示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・定盤２・・・コラム３・・・Ｚステージ４・・・圧子駆動部５・・・圧子６・・・ワーク移動手段７・・・制御手段８・・・画像読取手段９・・・データ変換手段１０・・・ワーク１１・・・圧子押圧手段１２・・・原画１３・・・台金１４・・・焼結ダイヤモンド２１・・・シャフト２２・・・内側永久磁石２３・・・コア２４・・・コイル２５・・・外側永久磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データを陰影に応じて、ワークの各
位置に形成する圧痕を決定し、前記ワークの各々の位置毎に前記決定された圧痕の状態
に対応するように、前記圧子のワークに対する押圧制御
を行ない、前記ワークに前記画像データに基づく像を形成すること
を特徴とする描画方法。
【請求項２】請求項１に記載の描画方法において、複
数の圧子を用いて押圧することを特徴とする描画方法。
【請求項３】ワークに圧痕を形成する圧子と、前記圧子を前記ワークに押圧するための圧子押圧手段
と、前記ワークと前記圧子とを相対的に移動させる移動手段
と、画像データを取得し、前記画像データの陰影に基づき前
記ワークの位置毎に形成する圧痕を決定し、制御信号を
出力するデータ変換手段と、前記制御信号に基づき、前記圧子押圧手段と前記ワーク
移動手段とを制御する制御手段とを有することを特徴と
する描画装置。