JP2016093832A - レーザ加飾装置、加飾部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザの描画速度を高くした場合であっても、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成することができるレーザ加飾装置を提供すること。
【解決手段】レーザ加飾装置１１は、連続発振レーザであるレーザＬ１を部品素材２に照射することにより、レーザ加工溝からなる柄を描く機能を有する。また、レーザ加飾装置１１は、光シャッタ３２及び光シャッタ制御装置４１を備える。光シャッタ３２は、レーザＬ１を回折させるとともに、回折したレーザＬ１の出力を変化させる。また、光シャッタ制御装置４１は、柄を示す画像データによって生成されたレーザ照射用データに基づいて、レーザＬ１の描画速度に応じてレーザＬ１の出力が変化するように光シャッタ３２を動作させる制御を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ加工溝からなる柄を描くレーザ加飾装置、レーザ加工溝からなる柄による装飾が施された加飾部品の製造方法に関するものである。

従来、部品素材の表面にレーザを照射することにより、レーザ加工溝からなる柄を描くレーザ加飾装置が実用化されている。レーザ加飾装置は、ガルバノスキャナとレーザ発振器とを組み合わせることによって構成されている。ガルバノスキャナは、互いに直交する２組のガルバノミラーとそれらを駆動するモータとを備えている。

また、近年、製造効率を向上させるために、レーザの描画速度を高くして加工時間の短縮を図ることが要求されている。そこで、レーザ発振器から発生するレーザとして、出力応答の時間が短いパルスレーザを用いることにより、高速でレーザ加工を行う際の出力調整を容易にするレーザ加飾装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２００７４５号公報（［００２７］、図５など）

ところが、図１３に示されるように、パルスレーザは、短い間隔で出力され、パルス幅が極めて小さい（具体的には、１５０〜２００ｎｓ程度）レーザである。よって、部品素材の表面にパルスレーザを照射したとしても、部品素材に加わるエネルギーの積算量は小さいため、パルスレーザの出力を高くしなければ、レーザ加工溝を形成することができない。しかしながら、高出力のパルスレーザは、熱に弱い部位、例えば、部品素材上に形成した塗膜などに対する加工には不向きである。つまり、塗膜の表面にパルスレーザを照射してレーザ加工溝を形成したとしても、レーザ加工溝の形成部位には、レーザが強く照射されて大きく溶融した領域と、レーザが強く照射されないために殆ど溶融しなかった領域とが生じるため、レーザ加工溝の深さが不均一となってしまう。この場合、レーザ加工溝の内面に凹凸が生じるため、加工品質が低下するという問題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザの描画速度を高くした場合であっても、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成することができるレーザ加飾装置及び加飾部品の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、手段１に記載の発明は、レーザを発生させるレーザ発生部と、複数のガルバノミラーを駆動して前記レーザを偏向させるレーザ偏向部とを制御し、部品素材に前記レーザを照射することにより、レーザ加工溝からなる柄を描くレーザ加飾装置であって、前記レーザは連続発振レーザであり、前記レーザ発生部と前記レーザ偏向部とを繋ぐレーザ経路上に配置され、前記レーザ発生部から発生した前記レーザを回折させるとともに、回折した前記レーザの出力を変化させる光シャッタと、前記柄を示す画像データによって生成されたレーザ照射用データに基づいて、前記光シャッタの動作制御を行う光シャッタ制御装置とを備え、前記光シャッタ制御装置は、前記ガルバノミラーよりも短い周期で前記光シャッタを動作させる制御を行うとともに、前記レーザの描画速度に応じて前記レーザの出力が変化するように前記光シャッタを動作させる制御を行うことを特徴とするレーザ加飾装置をその要旨とする。

手段１に記載の発明によれば、部品素材に連続発振レーザを照射することにより、レーザ加工溝が形成される。この連続発振レーザは、所定の間隔で出力されるレーザではなく、連続して出力されるレーザであるため、部品素材にレーザを照射すれば、レーザ加工溝の形成部位全体が均一に溶融し、レーザ加工溝の深さが均一になる。しかも、光シャッタ制御装置は、レーザの描画速度（換言すると、レーザの照射時間）に応じてレーザの出力が変化するように光シャッタを動作させる制御を行っている。その結果、レーザの描画速度が高い領域と低い領域との間で、部品素材に加わるエネルギー積算量の差が小さくなるため、レーザ加工溝の深さがよりいっそう均一になる。以上のことから、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成できるため、加工品質の低下を防止することができる。

なお、光シャッタ制御装置による光シャッタの制御内容は特に限定されないが、例えば、光シャッタ制御装置は、レーザの描画速度が低下するのに従ってレーザの出力が低下するように、光シャッタを動作させる制御を行うことがよい。この場合、レーザの描画速度が低下、即ち、レーザの照射時間が増大するのに従ってレーザの出力を低下させているため、レーザの描画速度が高い領域と低い領域との間で、部品素材に加わるエネルギー積算量の差を確実に小さくすることができる。その結果、レーザ加工溝の深さが確実に均一になるため、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成することができる。

さらに、部品素材の表面にレーザを照射することにより、部品素材の表面側から見て湾曲部分を有するレーザ加工溝を連続的に形成する場合、光シャッタ制御装置は、湾曲部分の曲率が大きくなるに従ってレーザの出力が低下するように、光シャッタを動作させる制御を行うことがよい。このようにした場合、湾曲部分の曲率が大きくなるに従って、レーザの描画速度が低下し、レーザの照射時間が増大するため、レーザの出力を低下させれば、湾曲部分の曲率が大きい領域と小さい領域との間で、部品素材に加わるエネルギー積算量の差を確実に小さくすることができる。その結果、レーザ加工溝の深さがよりいっそう均一になるため、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成することができる。

また、部品素材の表面にレーザを照射することにより、部品素材の表面側から見て屈曲部分を有するレーザ加工溝を連続的に形成する場合、光シャッタ制御装置は、屈曲部分を形成する際にレーザの出力が低下するように、光シャッタを動作させる制御を行うことがよい。このようにした場合、屈曲部分においてレーザの描画速度が低下し、レーザの照射時間が増大するため、屈曲部分を形成する際にレーザの出力を低下させれば、屈曲部分とそれ以外の部分との間で、部品素材に加わるエネルギー積算量の差を確実に小さくすることができる。その結果、レーザ加工溝の深さがよりいっそう均一になるため、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成することができる。

なお、レーザ加工溝は、部品素材上に形成された塗膜の表面にレーザを照射することによって形成されたものであり、レーザ加工溝の深さは、塗膜の厚さよりも小さいことが好ましい。ここで、レーザ加工溝の形成に用いられるレーザは、連続して出力される連続発振レーザであり、所定の間隔で出力されるレーザよりも部品素材に加わるエネルギー積算量を大きくしやすいレーザであるため、レーザの出力を低くしたとしても、レーザ加工溝を確実に形成することができる。従って、熱に弱い部位である塗膜に対して低出力のレーザを照射することにより、塗膜を破損（発泡など）させることなく、レーザ加工溝を確実に形成することができる。

手段２に記載の発明は、レーザを発生させるレーザ発生部と、複数のガルバノミラーを駆動して前記レーザを偏向させるレーザ偏向部とを制御し、部品素材の表面に前記レーザを照射するレーザ照射工程を行うことにより、レーザ加工溝からなる柄による装飾が施された加飾部品を製造する方法であって、前記レーザは連続発振レーザであり、前記ガルバノミラーよりも短い周期で動作する光シャッタを用いて、前記レーザの出力を変化させるレーザ出力変化工程が行われ、前記レーザ出力変化工程では、前記柄を示す画像データによって生成されたレーザ照射用データに基づいて、前記レーザの描画速度に応じて前記レーザの出力が変化するように前記光シャッタが動作することを特徴とする加飾部品の製造方法をその要旨とする。

手段２に記載の発明によれば、レーザ照射工程において、部品素材に連続発振レーザを照射することにより、レーザ加工溝を形成している。この連続発振レーザは、所定の間隔で出力されるレーザではなく、連続して出力されるレーザであるため、部品素材にレーザを照射すれば、レーザ加工溝の形成部位全体が均一に溶融し、レーザ加工溝の深さが均一になる。しかも、レーザ出力変化工程では、レーザの描画速度（換言すると、レーザの照射時間）に応じてレーザの出力が変化するように光シャッタが動作する。その結果、レーザの描画速度が高い領域と低い領域との間で、部品素材に加わるエネルギー積算量の差が小さくなるため、レーザ加工溝の深さがよりいっそう均一になる。以上のことから、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成できるため、加工品質の低下を防止することができる。

なお、レーザ出力変化工程では、レーザの描画速度が低下するのに従ってレーザの出力が低下するように、光シャッタが動作することがよい。この場合、レーザの描画速度が低下、即ち、レーザの照射時間が増大するのに従ってレーザの出力が低下するため、レーザの描画速度が高い領域と低い領域との間で、部品素材に加わるエネルギー積算量の差を確実に小さくすることができる。その結果、レーザ加工溝の深さが確実に均一になるため、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成することができる。

さらに、レーザ照射工程では、部品素材の表面にレーザを照射することにより、部品素材の表面側から見て湾曲部分を有するレーザ加工溝を連続的に形成し、レーザ出力変化工程では、湾曲部分の曲率が大きくなるに従ってレーザの出力が低下するように、光シャッタが動作するものであってもよい。このようにした場合、湾曲部分の曲率が大きくなるに従って、レーザの描画速度が低下し、レーザの照射時間が増大するため、レーザの出力を低下させれば、湾曲部分の曲率が大きい領域と小さい領域との間で、部品素材に加わるエネルギー積算量の差を確実に小さくすることができる。その結果、レーザ加工溝の深さがよりいっそう均一になるため、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成することができる。

また、レーザ照射工程では、部品素材の表面にレーザを照射することにより、部品素材の表面側から見て屈曲部分を有するレーザ加工溝を連続的に形成し、レーザ出力変化工程では、屈曲部分を形成する際にレーザの出力が低下するように、光シャッタが動作するものであってもよい。このようにした場合、屈曲部分においてレーザの描画速度が低下し、レーザの照射時間が増大するため、屈曲部分を形成する際にレーザの出力を低下させれば、屈曲部分とそれ以外の部分との間で、部品素材に加わるエネルギー積算量の差を確実に小さくすることができる。その結果、レーザ加工溝の深さがよりいっそう均一になるため、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成することができる。

なお、レーザ照射工程では、部品素材上に形成された塗膜の表面にレーザを照射することにより、深さが塗膜の厚さよりも小さく設定されたレーザ加工溝を形成してもよい。ここで、レーザ加工溝の形成に用いられるレーザは、連続して出力される連続発振レーザであり、所定間隔で出力されるレーザよりも部品素材に加わるエネルギー積算量を大きくしやすいレーザであるため、レーザの出力を低くしたとしても、レーザ加工溝を確実に形成することができる。従って、熱に弱い部位である塗膜に対して低出力のレーザを照射することにより、塗膜を破損（発泡など）させることなく、レーザ加工溝を確実に形成することができる。

以上詳述したように、請求項１〜１０に記載の発明によると、レーザの描画速度を高くした場合であっても、レーザ加工溝の内面を滑らかに形成することができる。

本実施形態の車両用加飾部品を示す拡大平面図。 車両用加飾部品を示す拡大断面図。 第１ブロックを示す拡大平面図。 レーザ加飾装置を示す概略構成図。 連続発振レーザ（ＣＷレーザ）の出力波形を示すグラフ。 第１ブロックの柄パターンを描画する方法を示す説明図。 第１ブロックの柄パターンを描画する方法を示す説明図。 第１ブロックの柄パターンを描画する方法を示す説明図。 第１ブロックを描画する方法を示す説明図。 第２ブロックを描画する方法を示す説明図。 第１ブロック及び第２ブロックの柄パターンを描画する方法を示す説明図。 他の実施形態における第１ブロックを示す拡大平面図。 パルスレーザの出力波形を示すグラフ。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１，図２に示されるように、車両用加飾部品１は、立体形状をなすワーク２（部品素材）と、ワーク２の表面２ａ上に形成された塗膜３とを有している。塗膜３の表面３ａには、炭素繊維織布を模したカーボン調の柄４による装飾が施されている。本実施形態の車両用加飾部品１は、ドアのアームレストを構成する内装部品である。ワーク２は、ＡＢＳ樹脂を用いて形成され、全体的に黒色に着色されている。また、塗膜３は、高光沢黒色（ピアノブラック）の塗料を用いて形成されており、厚さＨ１が２５μｍに設定されている。

図１に示されるように、本実施形態の柄４は、縦方向に細長形状をなす複数の柄パターン５を配向してなる第１ブロック６と、横方向に細長形状をなす複数の柄パターン７を配向してなる第２ブロック８とを複数個ずつ組み合わせることにより描画されている。即ち、柄パターン５の配向方向と柄パターン７の配向方向とは直交する関係にある。具体的に言うと、柄パターン５は、横方向の直径よりも縦方向の直径が長い縦長の長楕円パターンであり、柄パターン７は、縦方向の直径よりも横方向の直径が長い横長の長楕円パターンである。

図２，図３に示されるように、各柄パターン５，７は、レーザ照射によって描画された断面略Ｖ字状のレーザ加工溝９からなる。なお、塗膜３の表面３ａにおけるレーザ加工溝９の線幅Ｗ１は、８０μｍに設定されている。また、塗膜３の表面３ａを基準とするレーザ加工溝９の深さＤ１は、塗膜３の厚さＨ１（２５μｍ）よりも小さく、本実施形態では１２μｍに設定されている。なお、レーザ加工溝９の内面の表面粗さＲａは０．１μｍである。そして、隣接するレーザ加工溝９同士の間隔は、２００μｍに設定されている。

また、図３に示されるように、第１ブロック６の柄パターン５（レーザ加工溝９）は、ワーク２の表面２ａ側から見て湾曲部分が連続した形状を有している。柄パターン５は、短径Ｘ１が０．２ｍｍ、長径Ｘ２が４ｍｍとなっている。さらに、第１ブロック６の縦幅は、柄パターン５の長径Ｘ２と等しく、第１ブロック６における縦幅と横幅Ｘ３との比は２：１となっている。同様に、第２ブロック８の柄パターン７（レーザ加工溝９）も、ワーク２の表面２ａ側から見て湾曲部分が連続した形状を有している。また、柄パターン７も、短径が０．２ｍｍ、長径が４ｍｍとなっている。しかし、第２ブロック８では、第２ブロック８の横幅が柄パターン７の長径と等しく、第２ブロック８における縦幅と横幅との比が、１：２となっている。

そして、図１に示されるように、複数個の第１ブロック６は、横方向に１ブロック、縦方向に半ブロックずつずらした位置にそれぞれ連続して配置されている。一方、複数個の第２ブロック８は、横方向に半ブロック、縦方向に１ブロックずつずらした位置にそれぞれ連続して配置されている。また、第１ブロック６及び第２ブロック８は、縦方向及び横方向に交互に配置されている。そして、これらブロック６，８の柄パターン５，７により、朱子織の炭素繊維織布を模した柄４が形成されるようになっている。

次に、レーザ加飾装置１１について説明する。

図４に示されるように、本実施形態のレーザ加飾装置１１は、ワーク２上に形成された塗膜３の表面３ａにレーザＬ１を照射することにより、レーザ加工溝９からなる柄４を描くための装置である。レーザ加飾装置１１は、支持台１２及びレーザ照射装置１３を備えている。支持台１２は、ワーク２（車両用加飾部品１）を支持するためのものである。

レーザ照射装置１３は、支持台１２によって支持されたワーク２の上方に設置されている。また、レーザ照射装置１３は、ワーク２の表面２ａ（塗膜３の表面３ａ）を臨むように配置されており、塗膜３の表面３ａに対してレーザＬ１を照射して柄４を描くようになっている。なお、レーザ照射装置１３は、レーザＬ１を発生させるレーザ発生部２１（レーザ発振器）と、レーザＬ１を偏向させるレーザ偏向部２２と、レーザ発生部２１及びレーザ偏向部２２を制御するレーザ制御部２３とを備えている。

なお、本実施形態のレーザＬ１は、連続発振レーザ（以下「ＣＷレーザ（Continuous Wave Laser ）」という）である。ＣＷレーザは、レーザ加工溝９を形成する際（図５の領域Ａ１参照）に、一定の出力で連続的に出力されるようになっている。一方、レーザ加工溝９を形成していないとき（図５の領域Ａ２参照）には、ＣＷレーザの出力が低下する。しかし、後述するＡＯＭ３２の特性により、ＣＷレーザの出力が０になることはない。このときのＣＷレーザの出力は、ワーク２に影響しない程度（具体的には、塗膜３を溶かさない程度）の大きさとなる。

図４に示されるように、レーザ偏向部２２は、第１レンズ２４と、第２レンズ２５と、第３レンズ２６と、互いに直交する２組のガルバノミラー２７ａ，２７ｂとを備える。レーザ偏向部２２は、第３レンズ２６及びガルバノミラー２７ａ，２７ｂを駆動モータ（図示略）で駆動することにより、レーザＬ１を偏向させる。そして、第１レンズ２４は、レーザ発生部２１から発生したレーザＬ１の径を絞るとともに、径を絞ったレーザＬ１を第２レンズ２５に導く。第２レンズ２５は、第１レンズ２４から導かれてきたレーザＬ１の径を広げるとともに、径を広げたレーザＬ１を第３レンズ２６に導く。第３レンズ２６は、第２レンズ２５から導かれてきたレーザＬ１の径を絞るとともに、径を絞ったレーザＬ１をガルバノミラー２７ａ，２７ｂに導く。ガルバノミラー２７ａ，２７ｂは、第３レンズ２６から導かれてきたレーザＬ１を反射させるとともに、反射したレーザＬ１をワーク２に照射する。その結果、レーザ照射装置１３から照射されるレーザＬ１の照射位置や焦点位置が調整されるようになる。

また、図４に示されるレーザ制御部２３は、レーザ発生部２１及びレーザ偏向部２２を制御することにより、レーザＬ１の照射強度、レーザＬ１の走査速度などのレーザ照射条件を調整する。

さらに、レーザ発生部２１とレーザ偏向部２２とを繋ぐレーザ経路３１上には、光シャッタである音響光学変調器３２（以下「ＡＯＭ（Acoust-Optic Modulator）３２」という）が設置されている。ＡＯＭ３２は、ガルバノミラー２７ａ，２７ｂよりも応答性が高く、ガルバノミラー２７ａ，２７ｂの制御周期（本実施形態では１０μｓ）以下の短い周期（本実施形態では１３ｎｓ）で動作するようになっている。なお、ＡＯＭ３２の応答周波数は、約８０ＭＨｚである。

また、ＡＯＭ３２内には、テルライトガラスやモリブデン酸鉛（ＰｂＭｏＯ_４）などからなる音響光学媒体が充填されている。さらに、音響光学媒体には、同音響光学媒体に超音波を発生させるための圧電素子が接着されている。なお、レーザ発生部２１から発生したレーザＬ１がＡＯＭ３２内の音響光学媒体に入射すると、レーザＬ１の一部は、ＡＯＭ３２内を伝播する超音波の影響を受けて回折するようになる。それとともに、ＡＯＭ３２は、回折したレーザＬ１の出力を、超音波の周波数に応じて変化させる。また、ＡＯＭ３２は、オン状態に切り替えられた際に、レーザＬ１を、回折が生じなかったために比較的出力が低い０次回折光Ｌ２と、回折が生じたために比較的出力が高い１次回折光Ｌ３とに分けるようになっている。なお、１次回折光Ｌ３は、レーザ経路３１に沿ってレーザ偏向部２２側に伝播し、最終的にワーク２に照射されるレーザＬ１となる。一方、０次回折光Ｌ２は、ビームダンパ３３に導かれて吸収される。また、ＡＯＭ３２は、オフ状態に切り替えられた際に、全てのレーザＬ１をビームダンパ３３に導くようになっている。

次に、レーザ加飾装置１１の電気的構成について説明する。

図４に示されるように、レーザ加飾装置１１は、装置全体を統括的に制御する制御装置４０を備えている。制御装置４０は、ＣＰＵ４１、メモリ４２及び入出力ポート４３等からなる周知のコンピュータにより構成されている。ＣＰＵ４１は、レーザ照射装置１３に電気的に接続されており、各種の制御信号によってレーザ照射装置１３を制御する。

メモリ４２には、ワーク２の三次元形状を示す形状データが記憶されている。また、メモリ４２には、塗装機（図示略）の塗装条件（塗装時間、塗料の噴霧量、塗膜３の厚さなど）を示す塗膜形成用データがあらかじめ記憶されている。さらに、メモリ４２には、レーザ照射装置１３を制御するためのプログラムが記憶されている。また、メモリ４２には、柄４の柄パターン５，７に応じた柄データや、レーザ照射装置１３のレーザ照射条件（レーザＬ１の照射時間、レーザＬ１の照射強度、レーザＬ１のスポット径など）を示すデータがあらかじめ記憶されている。

次に、車両用加飾部品１の製造方法を説明する。

まず、樹脂材料（本実施形態ではＡＢＳ樹脂）を用いて所定の立体形状に成形したワーク２を準備する。なお、ワーク２は、作業者によって支持台１２（図４参照）にセットされる。

次に、ワーク２の表面２ａに塗膜３を形成する。詳述すると、ＣＰＵ４１は、メモリ４２に記憶されている塗膜形成用データを読み出し、読み出した塗膜形成用データに基づいて塗膜形成信号（駆動信号）を生成し、生成した塗膜形成信号を塗装機（図示略）に出力する。塗装機は、ＣＰＵ４１から出力された塗膜形成信号に基づいて、塗膜３の塗装を開始させる。具体的に言うと、ワーク２の表面２ａ上に、塗装機を用いて塗料を塗装、乾燥することにより、黒色の塗膜３を形成する。この塗膜３は、模様のない層であり、位置合わせをすることなく形成される。なお、本実施形態では、ワーク２を支持台１２にセットした状態で塗装、乾燥を行ったが、別の装置によって塗装、乾燥を行った後にワーク２を支持台１２上に載せ替えてもよい。

続くレーザ照射工程では、ワーク２の表面２ａ（塗膜３の表面３ａ）に対してレーザＬ１を照射することにより、レーザ加工溝９からなる柄４による装飾を施すようにする。詳述すると、まず、作業者は、従来周知の画像作成ソフトを用いて、柄４を示す画像データを作成する。次に、ＣＰＵ４１は、作成した画像データをＣＡＤデータに変換する。なお、本実施形態では、制御装置４０とは別のコンピュータを用いて、画像データをＣＡＤデータに変換するようにしてもよい。

次に、ＣＰＵ４１は、ＣＡＤデータに変換された画像データを、レーザ照射を行うためのレーザ照射用データに変換する。さらに、ＣＰＵ４１は、変換したレーザ照射用データをメモリ４２に記憶する。また、ＣＰＵ４１は、レーザ照射に用いられるレーザ照射パラメータ（レーザＬ１の照射位置、焦点位置、照射角度、照射面積、照射時間、照射強度など）を設定する。

次に、ＣＰＵ４１は、メモリ４２に記憶されているレーザ照射用データに基づいて、ワーク２に形成された塗膜３に対してレーザＬ１を照射させる制御を行うことにより、塗膜３の表面３ａに柄４を形成する。具体的に言うと、ＣＰＵ４１は、読み出したレーザ照射用データに基づいてレーザ照射信号（駆動信号）を生成し、生成したレーザ照射信号をレーザ照射装置１３に出力する。レーザ照射装置１３は、ＣＰＵ４１から出力されたレーザ照射信号に基づいて、ワーク２の表面２ａに形成された塗膜３にレーザＬ１を照射することにより、塗膜３の表面３ａに複数の柄パターン５，７を形成する。

詳述すると、まず、レーザ照射装置１３によるレーザ照射を行い、第１ブロック６を構成する複数の柄パターン５を順次描画する。具体的には、柄４の左上に配置される第１ブロック６の左端の柄パターン５（図１参照）から描画を開始させる。まず、柄パターン５の一方（下側）の頂点部分（描画開始点Ｓ１）からレーザＬ１の照射点を移動させ、柄パターン５を描画する（図６，図７参照）。そして、レーザＬ１の照射点が、柄パターン５の下側の頂点部分（描画完了点Ｅ１）に戻った時点で、レーザ照射を一旦停止させる（図７参照）。

その後、レーザＬ１の照射点を、右隣の柄パターン５の一方（下側）の頂点部分（描画開始点Ｓ１）に移動させ、レーザ照射を再開させる。そして、描画開始点Ｓ１からレーザＬ１の照射点を移動させ、右隣の柄パターン５を描画する（図７，図８参照）。このような手順で、１つの第１ブロック６を構成する柄パターン５を順次描画する。

そして、１つの第１ブロック６において、全ての柄パターン５の描画が完了すると、右下に隣接する別の第１ブロック６の左端の柄パターン５（描画開始点Ｓ１）にレーザＬ１の照射点を移動し、複数の柄パターン５をレーザ照射によって順次描画する動作を繰り返し行う。その結果、複数個の第１ブロック６が順次描画されていく（図９参照）。そして、柄４の右下に位置する第１ブロック６の右端の柄パターン５を描画した後、第２ブロック８を構成する柄パターン７をレーザ照射によって順次描画する。

ここで、第１ブロック６を描画する工程から第２ブロック８を描画する工程への移行を行う場合、最後に描画した柄パターン５の描画完了点Ｅ１から最も近い位置にある第２ブロック８の柄パターン７に移動して、レーザ描画による描画を開始する。具体的には、第２ブロック８の最下部にある柄パターン７の一方（左側）の頂点部分（描画開始点Ｓ１）にレーザＬ１の照射点を移動する。

そして、レーザ照射を再開させた後、柄パターン７の描画開始点Ｓ１からレーザＬ１の照射点を移動させ、柄パターン７を描画する。そして、レーザＬ１の照射点が、柄パターン７の左側の頂点部分（描画完了点Ｅ１）に戻った時点で、レーザ照射を一旦停止させる。

その後、レーザＬ１の照射点を、上側に隣接する柄パターン７の一方（左側）の頂点部分（描画開始点Ｓ１）に移動させ、レーザ描画を再開させる。そして、描画開始点Ｓ１からレーザＬ１の照射点を移動させ、上側に隣接する柄パターン７を描画する。このような手順で、１つの第２ブロック８を構成する柄パターン７を順次描画する。

そして、１つの第２ブロック８において、全ての柄パターン７の描画が完了すると、左上に隣接する第２ブロック８の最下部にある柄パターン７（描画開始点Ｓ１）にレーザＬ１の照射点を移動し、複数の柄パターン７をレーザ照射によって順次描画する動作を繰り返し行う。その結果、複数個の第２ブロック８が順次描画されていく（図１０参照）。そして、第１ブロック６を描画する工程及び第２ブロック８を描画する工程を繰り返すことにより、図１に示されるカーボン調の柄４が塗膜３の表面３ａに描画される。

なお、上述した方法で柄４を描く際に、制御装置４０のＣＰＵ４１は、レーザＬ１の加工条件に基づいて、各柄パターン５，７のレーザ加工溝９に対する走査開始点Ｓ２を描画開始点Ｓ１の延長線上に設定するとともに、走査終了点Ｅ２を描画完了点Ｅ１の延長線上に設定する（図６〜図８，図１１参照）。ここでは、レーザＬ１の加工条件（加工時の走査速度や、描画開始点Ｓ１及び描画完了点Ｅ１の座標等）に応じたガルバノミラー２７ａ，２７ｂの応答遅れを考慮して、走査開始点Ｓ２及び走査終了点Ｅ２の座標を設定している。

具体的には、レーザ偏向部２２の駆動を開始させたときに、走査開始点Ｓ２から描画開始点Ｓ１に向けてレーザＬ１の照射点（ミラー指向点）を走査する。なお、走査開始点Ｓ２の座標は、レーザＬ１の照射点が描画開始点Ｓ１を通過するタイミングであらかじめ設定した走査速度（描画速度）に達するように設定される。また、レーザＬ１の照射点が所定の走査速度で移動して描画完了点Ｅ１に達するタイミングで、レーザ偏向部２２の駆動を停止させる。なお、走査終了点Ｅ２の座標は、レーザＬ１の照射点の走査速度が所定の走査速度から減速して０となる位置に設定される。これら走査開始点Ｓ２、描画開始点Ｓ１、描画完了点Ｅ１、走査終了点Ｅ２の座標は、レーザ照射用データとしてメモリ４２に記憶されている。

本実施形態では、右側（上側）に隣接する柄パターン５（または柄パターン７）の走査開始点Ｓ２と、左側（下側）に隣接する柄パターン５（または柄パターン７）の走査終了点Ｅ２とを同じ位置に設定している。また、柄パターン５（または柄パターン７）において下端（左端）の同じ位置に描画開始点Ｓ１及び描画完了点Ｅ１を設定している。つまり、柄パターン５（または柄パターン７）の下端（左端）（描画開始点Ｓ１）でレーザＬ１の照射を開始して、レーザＬ１の照射点を走査し、レーザＬ１の軌跡が柄パターン５（または柄パターン７）の下端（左端）（描画完了点Ｅ１）に戻った時点で、レーザＬ１の照射を一旦停止する。そして、走査終了点Ｅ２及び走査開始点Ｓ２の位置でレーザＬ１の照射点を折り返し、右側（上側）に隣接する次の柄パターン５（または柄パターン７）の描画開始点Ｓ１に向けてレーザＬ１の照射点を走査する。即ち、各柄パターン５，７を描画する際には、レーザＬ１の照射点が一筆書きの形態で走査される。

なお、各柄パターン５，７（レーザ加工溝９）は、加工品質を維持するために、全ての部位において同じ深さになることが好ましい。しかしながら、柄パターン５，７の曲率が大きい箇所では、レーザＬ１の描画速度が低下し、レーザＬ１の照射時間が増大するため、レーザ加工溝９が深くなってしまう。

そこで、本実施形態のレーザ照射工程では、レーザ出力変化工程を行い、ＡＯＭ３２を用いてレーザＬ１の出力を変化させるようになっている。具体的に言うと、ＣＰＵ４１は、メモリ４２に記憶されているレーザ照射用データを読み出し、読み出したレーザ照射用データに基づいてレーザ出力変化信号（駆動信号）を生成する。そして、ＣＰＵ４１は、レーザＬ１の照射が開始されると同時（即ち、レーザ照射信号がレーザ照射装置１３に出力されると同時）に、生成したレーザ出力変化信号をＡＯＭ４２に出力する。ＡＯＭ４２は、ＣＰＵ４１から出力されたレーザ出力変化信号に基づいて、レーザＬ１の出力を変化させる。即ち、ＣＰＵ４１は、光シャッタであるＡＯＭ３２の動作制御を行う光シャッタ制御装置としての機能を有している。

詳述すると、ＣＰＵ４１は、レーザ照射用データに基づいて、柄パターン５，７の曲率（即ち、レーザＬ１の描画速度）に応じてレーザＬ１の出力が変化するように、ＡＯＭ３２を動作させる制御を行う。本実施形態において、ＣＰＵ４１は、柄パターン５，７の曲率が大きくなるに従って（即ち、レーザＬ１の描画速度が低下するのに伴って）レーザＬ１の出力が低下するように、ＡＯＭ３２を動作させる制御を行う。即ち、ＣＰＵ４１は、レーザ照射用データに基づいてレーザＬ１の出力低下量を決定し、決定した出力低下量に基づいてレーザ出力変化信号を生成する。なお、図１１に示されるように、ＣＰＵ４１は、柄パターン５，７における領域Ｒ１の部位を描画する際にレーザＬ１の出力を１００％とし、領域Ｒ２の部位を描画する際にレーザＬ１の出力を８０％とし、領域Ｒ３の部位を描画する際にレーザＬ１の出力を７０％とし、領域Ｒ４の部位を描画する際にレーザＬ１の出力を６０％とし、領域Ｒ５の部位を描画する際にレーザＬ１の出力を５０％とし、領域Ｒ６の部位を描画する際にレーザＬ１の出力を３０％とする。

その後、ＣＰＵ４１は、塗膜３の表面３ａに対する柄４の描画が終了してレーザＬ１の照射が終了すると同時に、ＡＯＭ３２に対するレーザ出力変化信号の出力を終了し、ＡＯＭ３２によるレーザＬ１の出力変化を終了させる制御を行う。以上の工程を経て、本実施形態の車両用加飾部品１が製造される。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のレーザ加飾装置１１では、ワーク２にＣＷレーザ（レーザＬ１）を照射することにより、レーザ加工溝９が形成される。このＣＷレーザは、所定の間隔で出力される出力されるパルスレーザ（図１３参照）のようなレーザではなく、連続して出力されるレーザであるため（図５参照）、ワーク２にレーザＬ１を照射すれば、レーザ加工溝９の形成部位全体が均一に溶融し、レーザ加工溝９の深さＤ１が均一になる。しかも、ＣＰＵ４１は、レーザＬ１の描画速度（換言すると、レーザＬ１の照射時間）に応じてレーザＬ１の出力が変化するようにＡＯＭ３２を動作させる制御を行っている。その結果、レーザＬ１の描画速度が高い領域と低い領域との間で、ワーク２に加わるエネルギー積算量の差が小さくなるため、レーザ加工溝９の深さＤ１がよりいっそう均一になる。以上のことから、レーザ加工溝９の内面を滑らかに形成できるため、加工品質の低下を防止することができる。

（２）また、本実施形態のレーザ発生部２１は、ＣＷレーザを発生させるＣＷレーザ発振器であるが、この種のレーザ発振器は比較的応答性が悪い。そこで、本実施形態では、ＡＯＭ３２を用いて応答性を向上させている。即ち、ＡＯＭ３２は、ガルバノミラー２７ａ，２７ｂよりも応答性が高く、ガルバノミラー２７ａ，２７ｂの制御周期（１０μｓ）以下の短い周期（１３ｎｓ）で動作するため、ガルバノミラー２７ａ，２７ｂよりも短い周期で制御を行うことができる。このようにすれば、レーザ加工溝９の深さＤ１の調整が容易になる。

（３）本実施形態では、柄パターン５，７の曲率が大きくなるに従って、レーザＬ１の描画速度が低下し、レーザＬ１の照射時間が増大する。そこで、ＣＰＵ４１は、曲率が大きい部分でレーザＬ１の出力が低下するようにＡＯＭ３２を動作させる制御を行っている。その結果、レーザＬ１の曲率が大きい領域と小さい領域との間で、ワーク２に加わるエネルギー積算量の差が小さくなるため、レーザ加工溝９の深さＤ１が均一になり、レーザ加工溝９の内面を滑らかに形成することが可能となる。

（４）本実施形態では、黒色の塗膜３に柄４が描画されているため、車両用加飾部品１の外観を実際の炭素繊維織布の外観に近付けることができる。また、塗膜３はワーク２の表面よりも硬いため、その塗膜３に柄４を描画することで、ワーク２の表面の絵柄４が傷付きにくくなる。

なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、レーザ照射工程において、湾曲部分が連続した形状を有するレーザ加工溝９を連続的に形成し、レーザ出力変化工程において、湾曲部分の曲率が大きくなるに従ってレーザＬ１の出力が低下するように、ＡＯＭ３２を動作させていた。しかし、レーザ加工溝９を他の形状に変更してもよい。例えば図１２に示されるように、レーザ照射工程において、屈曲部分５１を有するレーザ加工溝５０を連続的に形成し、レーザ出力変化工程において、屈曲部分５１を形成する際にレーザＬ１の出力が低下するように、ＡＯＭ３２を動作させてもよい。このようにした場合、屈曲部分５１においてレーザＬ１の描画速度が低下し、レーザＬ１の照射時間が増大するため、屈曲部分５１を形成する際にレーザＬ１の出力を低下させれば、屈曲部分５１とそれ以外の部分との間で、ワーク２に加わるエネルギー積算量の差を確実に小さくすることができる。その結果、レーザ加工溝５０の深さが均一になるため、レーザ加工溝５０の内面を滑らかに形成することができる。

・上記実施形態では、レーザ加工溝９の深さＤ１が塗膜３の厚さＨ１よりも小さくなっていたが、レーザ加工溝９の深さＤ１を塗膜３の厚さＨ１より大きくしてもよい。即ち、レーザ加工溝９は、塗膜３を貫通するものであってもよい。

・上記実施形態の柄４（レーザ加工溝９）は、黒色の塗膜３に形成されていたが、他の有色の塗膜に形成されるものであってもよい。さらに、塗膜３を省略し、ワーク２の表面２ａに柄４を直接描画してもよい。また、塗膜３の表面３ａ上に、塗膜３を保護するクリアコート層を形成し、そのクリアコート層に柄４を描画してもよい。さらには、柄４を描画した塗膜３の表面３ａ上に保護層（クリアコート層）を形成してもよいし、柄４を描画したワーク２の表面２ａ上に保護層を形成してもよい。

・上記実施形態のレーザ照射工程では、塗膜３の表面３ａにおいて平坦面となる領域にレーザＬ１を照射することにより、レーザ加工溝９を形成していた。しかし、表面３ａにおいて曲面となる領域にレーザＬ１を照射することにより、レーザ加工溝９を形成してもよい。

・上記実施形態の車両用加飾部品１では、塗膜３の表面３ａに炭素繊維織物を示す柄４による装飾が施されていたが、他の装飾に変更してもよい。例えば、ヘアライン加工が施されたアルミパネルを示す柄による装飾を、塗膜３の表面３ａに施してもよい。

・上記実施形態は、車両用加飾部品１をドアのアームレストに具体化するものであったが、これ以外に、コンソールボックス、インストルメントパネルなどの他の内装部品に具体化してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）手段１において、前記光シャッタ制御装置は、前記レーザ照射用データに基づいて、前記レーザの出力低下量を決定させる制御を行うことを特徴とするレーザ加飾装置。

（２）手段１において、前記レーザ加工溝の内面の表面粗さＲａは０．１μｍ以下であることを特徴とするレーザ加飾装置。

（３）手段１において、前記柄は炭素繊維織布を模した絵柄であり、細長形状の複数の柄パターンを配向してなる第１ブロックと、前記柄パターンとは異なる方向に細長形状の複数の柄パターンを配向してなる第２ブロックとを複数個ずつ組み合わせたものであることを特徴とするレーザ加飾装置。

１…加飾部品としての車両用加飾部品
２…部品素材としてのワーク
２ａ…部品素材の表面
３…塗膜
３ａ…塗膜の表面
４…柄
９，５０…レーザ加工溝
１１…レーザ加飾装置
２１…レーザ発生部
２２…レーザ偏向部
２７ａ，２７ｂ…ガルバノミラー
３１…レーザ経路
３２…光シャッタとしての音響光学変調器（ＡＯＭ）
４１…光シャッタ制御装置としてのＣＰＵ
５１…屈曲部分
Ｄ１…レーザ加工溝の深さ
Ｈ１…塗膜の厚さ
Ｌ１…レーザ

Claims (10)

1. レーザを発生させるレーザ発生部と、複数のガルバノミラーを駆動して前記レーザを偏向させるレーザ偏向部とを制御し、部品素材に前記レーザを照射することにより、レーザ加工溝からなる柄を描くレーザ加飾装置であって、
   前記レーザは連続発振レーザであり、
   前記レーザ発生部と前記レーザ偏向部とを繋ぐレーザ経路上に配置され、前記レーザ発生部から発生した前記レーザを回折させるとともに、回折した前記レーザの出力を変化させる光シャッタと、
   前記柄を示す画像データによって生成されたレーザ照射用データに基づいて、前記光シャッタの動作制御を行う光シャッタ制御装置と
   を備え、
   前記光シャッタ制御装置は、前記ガルバノミラーよりも短い周期で前記光シャッタを動作させる制御を行うとともに、前記レーザの描画速度に応じて前記レーザの出力が変化するように前記光シャッタを動作させる制御を行う
   ことを特徴とするレーザ加飾装置。
2. 前記光シャッタ制御装置は、前記レーザの描画速度が低下するのに従って前記レーザの出力が低下するように、前記光シャッタを動作させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加飾装置。
3. 前記部品素材の表面に前記レーザを照射することにより、前記部品素材の表面側から見て湾曲部分を有する前記レーザ加工溝を連続的に形成する場合、
   前記光シャッタ制御装置は、前記湾曲部分の曲率が大きくなるに従って前記レーザの出力が低下するように、前記光シャッタを動作させる制御を行う
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加飾装置。
4. 前記部品素材の表面に前記レーザを照射することにより、前記部品素材の表面側から見て屈曲部分を有する前記レーザ加工溝を連続的に形成する場合、
   前記光シャッタ制御装置は、前記屈曲部分を形成する際に前記レーザの出力が低下するように、前記光シャッタを動作させる制御を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加飾装置。
5. 前記レーザ加工溝は、前記部品素材上に形成された塗膜の表面に前記レーザを照射することによって形成されたものであり、前記レーザ加工溝の深さは、前記塗膜の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加飾装置。
6. レーザを発生させるレーザ発生部と、複数のガルバノミラーを駆動して前記レーザを偏向させるレーザ偏向部とを制御し、部品素材の表面に前記レーザを照射するレーザ照射工程を行うことにより、レーザ加工溝からなる柄による装飾が施された加飾部品を製造する方法であって、
   前記レーザは連続発振レーザであり、
   前記ガルバノミラーよりも短い周期で動作する光シャッタを用いて、前記レーザの出力を変化させるレーザ出力変化工程が行われ、
   前記レーザ出力変化工程では、前記柄を示す画像データによって生成されたレーザ照射用データに基づいて、前記レーザの描画速度に応じて前記レーザの出力が変化するように前記光シャッタが動作する
   ことを特徴とする加飾部品の製造方法。
7. 前記レーザ出力変化工程では、前記レーザの描画速度が低下するのに従って前記レーザの出力が低下するように、前記光シャッタが動作することを特徴とする請求項６に記載の加飾部品の製造方法。
8. 前記レーザ照射工程では、前記部品素材の表面に前記レーザを照射することにより、前記部品素材の表面側から見て湾曲部分を有する前記レーザ加工溝を連続的に形成し、
   前記レーザ出力変化工程では、前記湾曲部分の曲率が大きくなるに従って前記レーザの出力が低下するように、前記光シャッタが動作する
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の加飾部品の製造方法。
9. 前記レーザ照射工程では、前記部品素材の表面に前記レーザを照射することにより、前記部品素材の表面側から見て屈曲部分を有する前記レーザ加工溝を連続的に形成し、
   前記レーザ出力変化工程では、前記屈曲部分を形成する際に前記レーザの出力が低下するように、前記光シャッタが動作する
   ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の加飾部品の製造方法。
10. 前記レーザ照射工程では、前記部品素材上に形成された塗膜の表面に前記レーザを照射することにより、深さが前記塗膜の厚さよりも小さく設定された前記レーザ加工溝を形成することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の加飾部品の製造方法。

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