JP2002035983A

JP2002035983A - レーザ加工機

Info

Publication number: JP2002035983A
Application number: JP2000228019A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ichikawa; 隆司市川; Yukihiko Shibagaki; 幸彦柴垣; Kensuke Suzuki; 健介鈴木; Masayoshi Ando; 政敬安藤; Iwao Kamiya; 岩雄神谷; Hiroshi Shimizu; 博清水; Masaki Sakai; 正樹酒井; Yoshinori Tomita; 良憲冨田
Original assignee: Shachihata Inc; Hagiwara Electric Co Ltd
Current assignee: Shachihata Inc; Hagiwara Electric Co Ltd
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【解決手段】テーブル１上にＹ軸方向アーム４とＹ軸
方向アーム上にＸ軸方向に可動可能なＸ軸方向アーム５
を配置し、前記Ｘ軸方向アーム５にはレーザ光線を発射
可能なヘッド部１０をＸ軸方向に可動可能に設けて、更
には作業台７又はヘッド部１０をＺ軸方向に可動可能に
設けたことを特徴とするレーザ加工機である。【効果】加工物の材質及び厚さの変化に対応し、レー
ザ光線発射ノズルと加工物への正確な焦点距離を得るこ
とができて、その都度自動的に焦点距離を合わせること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工機に関する
ものであり、特にはレーザ光線により樹脂、木材、ゴム
等の表面に文字、記号、図形等を彫刻し印判、印鑑、名
板等とするレーザ加工機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工機及びレーザ彫刻機の出願は
過去から多く見られる。例えば、特公昭６１−４７６３
６号（以下、（イ）とする。）は、印鑑をレーザ光線に
よって彫刻する方法が記載されており、Ｘ方向・Ｙ方向
の動きが記載されている。また、特許登録番号第２５８
８０２６号（以下、（ロ）とする。）は、天然ゴムやエ
ラストマー等のゴム系材質からなる加工物を加工するも
のであり、パターンを読み取りセンサにより読み取り、
レーザ光発生装置に連動させ加工する方法である。２件
の(イ)（ロ）の公報には、焦点距離の記載はなく本発明
と異なるものである。

【０００３】更に、特開平５−３０９４８３号（以下、
（ハ）とする。）があり、（ハ）は、読み取りセンサと
レーザ加工ヘッドが設けられており、原稿と加工物がそ
れぞれ回転ターンテーブルに保持されており、この回転
ターンテーブルは相互に同期されているものである。こ
の（ハ）は、前記（イ）（ロ）と同様にＺ軸（高さ）方
向の焦点距離の記載はない。

【０００４】これらは詳細な文字等の加工を必要としな
い為である。こうして、加工物がある程度一定な材質、
厚み寸法および図や文字が大きい為、レーザ発振器から
発射される光をある程度まで収束することでこと足りる
状態であった。一方従来より加工機及び彫刻機のレーザ
光線には、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等が用いられ
ている。

【０００５】また、レーザ光線の発射ノズル先端と加工
物との焦点距離の調整は、従来、ダイアルゲージあるい
は治具にて調整されており、その調整に手間を要するほ
か、レーザ光線発射ノズルが近くにある状態で露呈され
る為、作業時の眼への影響も懸念される。こうした中
で、市場要望として加工の表面の凹凸形状が微細化して
きており、例えば、文字であるなら７級以上が求めら
れ、図や絵等であれば６００ＤＰＩ以上のデータ解析度
に対応できる鮮明さが必要となってきている。

【０００６】しかし、こうした鮮明な凹凸形状を求める
と、レーザ光線の収束率（最大限度）はもとより、正確
な焦点距離を維持する必要がある。また、加工物の材質
が多種多様になり、その厚さも当然異なってくると、前
記したダイヤルゲージ等の人での焦点距離調整には正確
さが欠けて行なえず、加工物への鮮明な凹凸形状の加工
が出来なくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の様に、印判や印
鑑を加工するレーザ加工機において、加工物の材質及び
厚さの変化に対応し、レーザ光線発射ノズルと加工物へ
の正確な焦点距離を得ることが出来ず、その都度焦点距
離を合わせたりして非常な手間を要していた。また、焦
点を合わすことを失敗すると加工した文字や絵が潰れた
り、欠けたりして鮮明な印影が得られないといった問題
点が生じていた。

【０００８】そこで本発明は、この焦点距離調整の動作
を自動に行ない、加工物の材質の厚さ・硬さの違いによ
る焦点距離調整作業の手間を省き、鮮明な凹凸加工表面
を得るレーザ加工機を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】テーブル上にＹ軸方向ア
ームとＹ軸方向アーム上にＹ軸方向に可動可能なＸ軸方
向アームを配置し、前記Ｘ軸方向アームにはレーザ光線
を発射可能なヘッド部をＸ軸方向に可動可能に設けて、
更には作業台又はヘッド部をＺ軸方向に可動可能に設け
たことを特徴とするレーザ加工機であったり、作業台を
Ｚ軸方向に可動制御可能な焦点自動調整機構を設けたも
のや、制御装置は、タッチセンサによる焦点自動調整機
構をヘッド部に設けたものや制御装置は、赤外線による
オートフォーカス機構をヘッド部に設けたレーザ加工機
である。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図１、図２、図３、図４、
図５、図６、図７、図８より詳細に説明する。１は、テ
ーブルであり、テーブル内部には集塵機２、脱臭機３を
配しており、テーブル机上にはＹ軸方向アーム４、ヘッ
ド部１０を有するＸ軸方向アーム５、作業台７を上下可
能に支持するＺ軸方向アーム８を有している。

【００１１】４は、Ｙ軸方向アームであり、前記テーブ
ル１の上面に固定支持されている。前記Ｙ軸方向アーム
４には、棒状のＸ軸方向アーム５が、直交しＹ軸方向ア
ーム上に摺動自在に設けられている。ここで前記Ｘ軸方
向アーム５は、Ｙ軸方向アーム上としてあるが、特には
Ｙ軸方向アーム４の上とする必要も無く、Ｙ軸方向アー
ム４に直交した形態で設けられていればよい。前記Ｙ軸
方向アーム４に並行してボールネジロッド１１がモータ
１２により回転可能に設けれており、前記ボールネジロ
ッド１１には、Ｘ軸方向アーム５を支持する移動部材１
３が設けられている。したがって、ボールネジロッド１
１が回転運動を始めると、移動部材１３が前後に移動可
能となり、前記移動部材１３とＸ軸方向アーム５が連結
されている為、Ｘ軸方向アーム５が同時に前後（Ｙ軸方
向）に摺動移動可能となる。

【００１２】５は、前記したように棒状のＸ軸方向アー
ムであり、前記Ｘ軸方向アーム５には、Ｘ軸方向アーム
５に並行するよう（Ｙ軸方向アーム４に直交するよう）
にボールネジロッド１４が設けられている。ボールネジ
ロッド１４の一方端には、前記ボールネジロッド１４を
回転させるモータを設けている。更に、前記Ｘ軸方向ア
ーム５には、ヘッド部１０が設けられており、前記ヘッ
ド部１０は移動部材１６によりボールネジロッド１４に
移動可能に設けられている。

【００１３】Ｘ軸方向アーム５は、Ｙ軸方向アーム４上
に直交状態で設けられており、この状態のまま前後に移
動する。こうしたことから、ボールネジロッド１１を２
本のＹ軸方向アーム４に設けてもよい。本実施例では、
１本のＹ軸方向アーム４に設けており、したがって前記
Ｘ軸方向アーム５は一方端を移動部材１３により前記ボ
ールネジロッド１１を設けたＹ軸方向アーム４に支持さ
れ、他方端を移動ローラ１７によりもう一方のＹ軸方向
アーム４上を移動可能として設けられている。

【００１４】７は、作業台であり、表面には加工物を吸
引吸着可能に空気吸込み孔２８が多数設けられており、
前記孔は吸引ブロア等の空気吸引装置２５（図示なし）
につながれている。前記作業台７は、テーブル１に立設
されたＺ軸方向アーム８により上下摺動可能に保持され
ている。本実施例においては、作業台７は、４本のＺ軸
方向アーム８により支持されており、前記作業台７の中
央下面には作業台昇降機２２が設けられている。作業台
昇降機２２は、油圧方式、ボールネジによる方法、パン
タグラフ方式等作業台７を上下に昇降できれば本発明の
目的を達成出来るものである。本発明のＺ軸方向アーム
８は、４本設けられているがその本数は問わない。

【００１５】１０は、ヘッド部であり、レーザ光線を発
射する発射ノズル９と加工物の高さを測定する焦点自動
調整機構１５、吸引ノズル１８を設けている。前記ヘッ
ド部１０には、レーザ光線を発射する発射ノズル９と、
レーザ光線の向きを変更させる反射鏡２９が１枚設けら
れており、更には、レーザ光線を最終段階で収束させる
収束レンズ１９が設けられている。

【００１６】１５は、焦点自動調整機構であり、本実施
例としてはタッチセンサ２０を使用している。前記タッ
チセンサ２０は、レーザ光線を発射する発射ノズル９よ
り下方位置に位置している。特には、２信号目が発信さ
れる位置より上方のところに発射ノズル９の先端が位置
している必要がある。例えば、タッチセンサ２０は、プ
ランジャ式２信号形式のものを使用している。他にタッ
チセンサ２０は、１信号形式のものを２個組み合わせて
使用しても本発明の意図するところであり、また１信号
のものだけでも良い。

【００１７】前記２信号形式のタッチセンサ２０は、例
えば加工物とタッチセンサ２０が近づき当接した段階で
１信号目（Ｐ点位置）の発信がされる。その後、タッチ
センサ２０と加工物が更に近づく方向に移動し２信号目
（Ｈ点位置）の発信がされるとこの時点を基準点として
捉えこの位置からヘッド部１０、タッチセンサ２０、発
射ノズル９から離れ、予め一定距離（距離Ｌ）を記憶し
ておいた制御装置にてこの一定距離（距離Ｌ）を確認し
て、停止する。この一定距離とＨ点位置から発射ノズル
９の最下端までの距離がレーザ光線の焦点距離である。

【００１８】加工物の材質による焦点距離の合わせ方に
ついては、前記タッチセンサ２０の１信号目（Ｐ点位
置）から２信号目（Ｈ点位置）までの圧力により、加工
物の材質硬さが異なれば２信号目までの加工物の圧縮程
度が異なる為、焦点距離が少々ずれることになる。しか
し、予め材質の硬さを制御装置に入力しておき、加工物
の材質選択のみで圧縮程度が選定できれば焦点距離は一
定になる。また、前記タッチセンサ２０の感度を上げ、
１信号目及び２信号目のタッチ圧力を極微小なものとす
ることも可能である。

【００１９】また、焦点自動調整機構１５の第２の実施
例は、ヘッド部１０に距離測定用赤外線発信装置２６と
この発射された赤外線の反射を受ける距離測定用赤外線
受信装置２７により、加工物までの距離を測定し、その
距離と加工機内に設けられた制御装置に入力された一定
距離のデータにより、制御装置が作業台昇降機を上下さ
せ作業台７上の加工物と発射ノズル９の距離を一定に保
つ。例えばこのような装置は、赤外線発射装置とその反
射光をフォトダイオードアレイで検出し加工物表面まで
の距離を測定する装置が１例としてあげられる。

【００２０】１８は、吸引ノズルであり、レーザ光線の
発射ノズルの周囲に設けられており、レーザ光線により
焼却されたゴミ、煙、および除去された物質を周囲の空
気と一緒に吸引する為のノズルである。吸引ノズル１８
で吸引された空気は集塵機２、脱臭機３（ろ過装置他）
を通り、燃え滓（ゴミ）、臭気等を除去して排出され
る。

【００２１】次にレーザ光線の経路は、発振器２１によ
りレーザ光線を発生させ、そのレーザ光線は第１反射鏡
２９Ａを保持する保持部材の中に入り、前記第１反射鏡
２９Ａにより方向を９０度以上変えられ、第２反射鏡２
９Ｂを保持する保持部材の中に入り、前記第２反射鏡２
９Ｂにより方向を９０度以上変えられる。こうして次に
第３反射鏡２９Ｃと第４反射鏡２９Ｄを保持する保持部
材の中に入り、レーザ光線の方向を変えられ、ヘッド部
１０に設けられた、第５反射鏡２９Ｅにより反射され収
束レンズ１９に向かう。ここで特に本発明は、発振器２
１はテーブル１の上に設けられ、Ｘ軸方向に並行に横設
置されている。また、Ｙ軸方向に横設置してもよい。更
に、直方体の発振器２１を縦設置してもよい。こうする
ことにより、反射鏡を１枚少なくすることが出来、レー
ザ光線の経路も短くなり、効率アップとなる。また、第
１反射鏡２９Ａまた第２反射鏡２９Ｂは、あってもなく
ても良く、この時、発信器２１は、作業台の上にＹ軸方
向に並行に設けることも出来る。

【００２２】２３は、制御装置（図示せず）であり、設
定パソコン２４から送られるデータと、サーボアンプに
よってＸ軸、Ｙ軸を駆動させるとともに、前記制御装置
２３から直接にレーザ光線の発振器２１を制御する。ま
た集塵機２、脱臭機３をも動作させる。２４は、パソナ
ルコンピュータであって、版下データ作成手段、データ
変換手段、版下組み合せ手段を有するものである。前記
設定パソコン２４は、レーザ加工機に組みこまれていて
も、ネットワークにより接続されていてもよい。

【００２３】次に印判や印鑑の版下データ作成手段（工
程）について、詳細に説明する。パーソナルコンピュー
タにてイメージ作成ソフトウエア、ＤＴＰソフトウエ
ア、イメージスキャナによるスキャニング、版下作成専
用ソフト等を使用して版下を作成し、このデータを画像
ファイル化する。画像ファイルは、マイクロソフト社の
ＢＭＰファイル、アドビシステム社のＴＩＦＦファイ
ル、アップルコンピュータ社のＰＩＣＴファイル等、特
に各種画像ファイルが使用可能である。（版下データ作
成手段とデータ変換手段）画像の解像度は、６００ＤＰ
Ｉから２４００ＤＰＩで使用可能である。

【００２４】次に、画像ファイル化したデータをバッチ
（対応している加工物面積）処理をしているが、バッチ
内に空いている領域があれば版下組み合せ手段を用いて
１つのバッチにまとめる。そして画像ファイル形式で再
保存する。この画像データをレーザ加工機に送信し稼動
させる。同時に印判や印鑑の印面を表示するラベル作成
を画像ファイル形式のデータを使用して、カラープリン
タにより印刷することが可能である。

【００２５】本発明のレーザ加工機を用いて印判や印鑑
の印面を加工する方法について詳細に説明する。先ず印
面加工制御プログラムを内在させておいた設定パソコン
２４に、画像ファイルを読込み、版下データをイメージ
で入力され、設定パソコン２４の画面に表示する。この
時、必要に応じて読み込んだ画像ファイルを拡大又は縮
小して用いることも出来る。加工物（例えば、ポーラス
ＮＢＲゴムシート）をレーザ加工機の作業台７に載せ、
カバーを閉じる。

【００２６】次に、加工作業の開始命令をするとレーザ
の発振器２１、集塵機２、脱臭機３、吸引装置２５等に
電力が供給され、作業台７に載せられた加工物を吸引し
固定する。更に、制御装置２３（図示せず）は、設定パ
ソコン２４により印面加工制御プログラムに従い前記版
下データを解析し、版下の外側に広がり角度を付加した
実行ファイルを作成したデータをトレースする。通常の
活字体が先端部の周縁の広がり角度θ１より基端部の周
縁の広がり角度θ２が大きくなるよう形成する為であ
り、本実施例では図の様に多段階に段差を彫りこんで広
がり角度θ２を実現する。

【００２７】実行ファイルを作成すると次にヘッド部１
０を初期加工位置にセットし、版下の余白部分（通常は
白色の部分）に相当する部分はレーザ出力を１００％と
しながら加工物上をＸ軸方向にトレースする。１ドット
分をトレースし終えたら、Ｙ軸方向に１ドット移動し、
また１ドット分Ｘ軸方向にトレースする。ヘッド部１０
が前記基端部に差掛かると前記広がり角度を形成するよ
うにレーザ出力を減少させていく。版下の印面部分（通
常黒色部分）に相当する部分はレーザ出力を０％にす
る。この時１００％と０％としているが、特にこの数字
にはとらわれることはない。加工物が加工できる出力
と、加工物が加工できない出力であれば十分である。

【００２８】ヘッド部１０には吸引ノズル１８が設けら
れており、前記加工時にはレーザ光線によって焼かれた
屑を即座に吸引し、悪臭も吸引する。本発明では、加工
物としてポーラスＮＢＲゴム、多孔性熱可塑性樹脂やノ
ンポーラスゴム、合成樹脂（プラスチックシート）、木
片、Ａｌ金属多孔質体等の金属物質、セラミック多孔質
体にも使用可能である。

【００２９】最後に、レーザ加工機により加工されたも
のが印判や印鑑の平面加工物の場合は、１バッチで加工
されたゴム等を取り外し、特に印判の場合、加工物を洗
浄しインキを含浸させて商品とする。または印鑑として
は加工時のゴミを除去して商品とすることが出来る。

【００３０】

【効果】以上のようなレーザ加工機であるので、本発明
は、加工物の材質及び厚さの変化に対応し、レーザ光線
発射ノズルと加工物への正確な焦点距離を得ることがで
きて、その都度自動的に焦点距離を合わせることができ
る。したがって、この焦点距離調整の動作を自動に行な
い、手間を省き、鮮明な凹凸加工表面を得ることができ
る。

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体一部透過略説明図。

【図２】本発明の実施例の作業台７部分の拡大略説明図

【図３】本発明の実施例のレーザ光線の経路略説明図

【図４】本発明の実施例の作業台７の一部略説明図

【図５】本発明の実施例の発射ノズル９部分の拡大略説
明図

【図６】本発明の実施例のタッチセンサ２０の拡大略説
明図

【図７】本発明の焦点自動調整機構１５の第２の実施例
の略説明図

【図８】本発明の実施例の印面加工状態の略説明図

【符号の説明】

１：テーブル２：集塵機３：脱臭機４：Ｙ軸方向アーム５：Ｘ軸方向アーム７：作業台８：Ｚ軸方向アーム９：発射ノズル１０：ヘッド部１１：ボールネジロッド１２：モータ１３：移動部材１４：ボールネジロッド１５：焦点自動調整機構１６：移動部材１７：移動ローラー１８：吸収ノズル１９：収束レンズ２０：タッチセンサ２１：発振器２２：作業台昇降機２３：制御装置２４：設定パソコン２５：吸引装置２６：距離測定用赤外線発信装置２７：距離測定用赤外線受信装置２８：空気吸い込み孔２９：反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木健介愛知県名古屋市西区天塚町４丁目69番地シヤチハタ株式会社内 (72)発明者安藤政敬愛知県名古屋市西区天塚町４丁目69番地シヤチハタ株式会社内 (72)発明者神谷岩雄愛知県日進市浅田町下小深田７萩原電気株式会社内 (72)発明者清水博愛知県日進市浅田町下小深田７萩原電気株式会社内 (72)発明者酒井正樹愛知県日進市浅田町下小深田７萩原電気株式会社内 (72)発明者冨田良憲愛知県日進市浅田町下小深田７萩原電気株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 CA11 CB05 CC00 CE05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】テーブル上にＹ軸方向アームとＹ軸方向
アーム上にＹ軸方向に可動可能なＸ軸方向アームを配置
し、前記Ｘ軸方向アームにはレーザ光線を発射可能なヘ
ッド部をＸ軸方向に可動可能に設けて、更には作業台又
はヘッド部をＺ軸方向に可動可能に設けたことを特徴と
するレーザ加工機。
【請求項２】作業台をＺ軸方向に可動制御可能な焦点
制御装置を設けた請求項１に記載したレーザ加工機。
【請求項３】焦点制御装置は、タッチセンサによる焦
点自動調整機構をヘッド部に設けたことを特徴とする請
求項２に記載したレーザ加工機。
【請求項４】焦点制御装置は、赤外線によるオートフ
ォーカス機構をヘッド部に設けたことを特徴とする請求
項２に記載したレーザ加工機。