JP2021176622A - 振動発生装置及び画像形成装置 - Google Patents

振動発生装置及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】微細な振動に的確に対応可能とする振動発生装置を提供する。【解決手段】固定された永久磁石４７及びヨーク４９とコイル５１とを含むと共にヨーク４９にバネ５３により支持されコイル５１への通電を正逆切り換えることによりヨーク４９に対し振動する可動子５５を含み、可動子５５の両端部５５ａは、ヨーク４９の各組の先端４９ｈ，４９ｉ、４０ｊ、４９ｋとの間に均一な第１の隙間ｔ１でそれぞれ配置され、少なくとも４個の断面涙型のバネ５３は、可動子５５を支持し、可動子５５は、中央部５５ｂがコイル５１の貫通穴５１ａに対し均等な第２の隙間ｔ２をもって配置され、第２の隙間ｔ２は、第１の隙間ｔ１との関係で可動子５５の中央部５５ｂの揺動を許容する大きさに設定され、可動子５５の両端部５５ａを第１の隙間ｔ１内で振動させたとき可動子５５の中央部５５ｂが第２の隙間ｔ２内で揺動振動して可動子５５にシーソー運動の振動を行わせることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、微細振動を取り出す振動発生装置及び振動発生装置を用いてスタイラスと被彫刻媒体との相対動作により被彫刻媒体へ彫刻を行わせる画像彫刻装置に関する。
従来、パスポート等の小冊子状の被彫刻媒体や、紙等からなるシート状やカード状等の被彫刻媒体に画像彫刻を施して偽造防止や美的付加価値の付与に用いられる画像彫刻装置が知られている（例えば、特許文献１、２）。
この画像彫刻装置は、画像データを電気信号に変換した画像信号に基づいて振動するスタイラスにより微細彫刻を行ない、写真や図形等の画像を被彫刻媒体上に生成するものである。
かかる画像彫刻装置は、振動発生装置として永久磁石と電磁石とを用い、永久磁石はベースに取り付けられ、永久磁石に対し、可動子を振動させて前記スタイラスに振動を与える構造となっている。つまり、可動子に支持したコイルへの通電を正逆切り替えることで可動子の磁極を切り替え、永久磁石に対し電磁石の可動子を振動させるようにしている。
しかし、コイルが可動子と共に振動するため、微細な振動への対応に限界があり、正確な微細彫刻等に限界を招いていた。
特開２００６−２８９８２３号公報 特開２００９−２０７９５５号公報
解決しようとする問題点は、振動側の可動子にコイルが支持されているため微細な振動への対応に限界があった点である。
本発明は、微細な振動に的確に対応可能とするため、固定側の永久磁石及びヨークとコイルとを含むと共に前記ヨークにバネにより支持され前記コイルへの通電を正逆切り換えることにより前記ヨークに対し振動する可動側の可動子を含み、前記ヨークは、一対備えてそれぞれの一端が前記永久磁石のＮ極とＳ極とに各別に接合され、前記一対のヨークの他端に、対向してＮ極とＳ極とを構成する先端の組を対称に対として備え、前記ヨークは、前記先端の組の対の相互間で中央に前記コイルを収容して固定するコイル固定部を備え、前記ヨークは、前記コイル固定部の両側で前記先端の組との間に前記バネを支持するバネ支持部を前記先端に応じて対称配置となるように少なくとも４カ所に備え、前記可動子は、中央部の両側で対称に突出する端部を備え、前記可動子の両端部は、前記ヨークの各組の先端との間に均一な第１の隙間でそれぞれ配置され、前記可動子の中央部は、前記コイル固定部に配置され、前記可動子は、一端部に局部的に突出する振動取り出し用のアーム部を備え、前記バネは、前記バネ支持部に応じて少なくとも４個備えられ、前記少なくとも４個のバネは、それぞれ一側に尖端部を備えると共に他側に円弧状部を備える断面涙型の同一形状であり、前記各バネの尖端部が、前記各バネ支持部にそれぞれ支持され、前記各バネの円弧状部が、前記可動子を前記中央部の両側で支持し、前記コイルは、前記コイル固定部に収容されて外周部が樹脂により前記ヨークに固定され、前記コイルの内周に、前記可動子の中央部を配置させる貫通穴を備え、前記可動子は、前記中央部が前記貫通穴に対し均等な第２の隙間をもって配置され、前記第２の隙間は、前記第１の隙間との関係で前記可動子の中央部の揺動を許容する大きさに設定され、前記コイルへの通電を正逆切り換えることで前記可動子の両端部を前記第１の隙間内で振動させたとき前記可動子の中央部が前記第２の隙間内で揺動振動して前記可動子にシーソー運動の振動を行わせることを振動発生装置の特徴とする。
また、前記振動発生装置を備えた画像彫刻装置であって、前記振動発生装置は、前記アーム部がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされ、前記アーム部にＺ軸方向の連結部材を介してＺ軸方向に連動構成されたスタイラスホルダーを備え、前記スタイラスホルダーは、Ｚ軸方向の振動を許容する支持バネの先端に支持され、前記支持バネは、基端が固定部に固定されて前記スタイラスホルターへ向かって横方向に延伸するように配置され、前記スタイラスホルダーにスタイラスを支持し、前記コイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせ前記可動子のシーソー運動の振動に連動してＺ軸方向に振動する前記スタイラスが前記彫刻信号に基づく被彫刻媒体との間のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻することを画像彫刻装置の特徴とする。
本発明の振動発生装置は、上記構成であるからコイルへの通電を正逆切り換えることで可動子の両端部を第１の隙間内で無理なく振動させたとき可動子の中央部が第２の隙間内で揺動振動することができる。このため、可動子のより微細な振動を可能とする。
本発明の画像彫刻装置は、コイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせＺ軸方向に振動するスタイラスと被彫刻媒体との間の彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により被彫刻媒体に彫刻することができる。
画像彫刻装置の主要部を示す概略斜視図である。（実施例１） 振動発生装置とスタイラスとの関係を示す斜視図である。（実施例１） 振動発生装置の斜視図である。（実施例１） 振動発生装置の側面図である。（実施例１） 振動発生装置の正面図である。（実施例１） 電磁石を備えるヨークの正面図である。（実施例１） ヨーク積層体の斜視図である。（実施例１） ヨークプレートの斜視図である。（実施例１） 可動子積層体の斜視図である。（実施例１） 可動子プレートの斜視図である。（実施例１） 可動子プレートの正面図である。（実施例１） 涙型バネの斜視図である。（実施例１） 涙型バネの断面図である。（実施例１） コイルの斜視図である。（実施例１） 振動発生装置をダブルにした概念図である。（実施例２） （Ａ）は、比較例であるシングルソレノイド方式による彫刻画像の解像度の模式図である。（Ｂ）は、ダブルソレノイド方式による彫刻画像の解像度の模式図である。（実施例２） （Ａ）は、比較例であるシングルソレノイド方式による彫刻面像の模式図である。（Ｂ）は、ダブルソレノイド方式による彫刻画像の模式図である。（実施例２） 加算回路及び減算回路の信号の振り分けイメージを示す図表である。（実施例２） （Ａ）は、信号図を説明する図表、（Ｂ）は、対応する彫刻図を説明する図表である。（実施例２）
本発明の振動発生装置は、固定側の永久磁石及びヨークとコイルとを含むと共に前記ヨークにバネにより支持され前記コイルへの通電を正逆切り換えることにより前記ヨークに対し振動する可動側の可動子を含み、前記ヨークは、一対備えてそれぞれの一端が前記永久磁石のＮ極とＳ極とに各別に接合され、前記一対のヨークの他端に、対向してＮ極とＳ極とを構成する先端の組を対称に対として備え、前記ヨークは、前記先端の組の対の相互間で中央に前記コイルを収容して固定するコイル固定部を備え、前記ヨークは、前記コイル固定部の両側で前記先端の組との間に前記バネを支持するバネ支持部を前記先端に応じて対称配置となるように少なくとも４カ所に備え、前記可動子は、中央部の両側で対称に突出する端部を備え、前記可動子の両端部は、前記ヨークの各組の先端との間に均一な第１の隙間でそれぞれ配置され、前記可動子の中央部は、前記コイル固定部に配置され、前記可動子は、一端部に局部的に突出する振動取り出し用のアーム部を備え、前記バネは、前記バネ支持部に応じて少なくとも４個備えられ、前記少なくとも４個のバネは、それぞれ一側に尖端部を備えると共に他側に円弧状部を備える断面涙型の同一形状であり、前記各バネの尖端部が、前記各バネ支持部にそれぞれ支持され、前記各バネの円弧状部が、前記可動子を前記中央部の両側で支持し、前記コイルは、前記コイル固定部に収容されて外周部が樹脂により前記ヨークに固定され、前記コイルの内周に、前記可動子の中央部を配置させる貫通穴を備え、前記可動子は、前記中央部が前記貫通穴に対し均等な第２の隙間をもって配置され、前記第２の隙間は、前記第１の隙間との関係で前記可動子の中央部の揺動を許容する大きさに設定され、前記コイルへの通電を正逆切り換えることで前記可動子の両端部を前記第１の隙間内で振動させたとき前記可動子の中央部が前記第２の隙間内で揺動振動して前記可動子にシーソー運動の振動を行わせる。
前記バネ支持部は、対称配置となるように少なくとも４カ所に備えればよく、さらに数を増加することもできる。
前記バネは、前記バネ支持部の数の増加に応じて個数を増加することができる。
前記ヨークに樹脂により固定されるコイルの外周部は、コイルの貫通穴以外で有れば良く、最外周部、側面部等を意味する。
前記第２の隙間の大きさは、可動子の両端部が第１の隙間の範囲内で振動するとき可動子の中央部の揺動を許容する大きさで有れば良く、揺動を許容するぎりぎりの大きさ、或はそれ以上で有ればよい。少なくとも可動子の振動で第１の隙間がなくなり可動子の両端部がヨークの先端に当接する前に第２の隙間がなくなることは無い。第１、第２の隙間が同時になくなることはあり得る。
前記貫通穴は、内周部が樹脂の被覆材により平坦に形成されると共に開口縁部が樹脂の被覆材により前記バネの円弧状部に対向するアール形状に形成されている。開口縁部のアール形状は、限られたスペースでバネの円弧形状部の変形を許容することができればよく、面取り形状でも良い。
前記永久磁石及びヨークは、固定側の一対の取付ブラケットで挟持され、前記一対の取付ブラケットにコイル固定部に対応する開口を備え、前記コイルの両側部が前記取付ブラケットの開口外に突出し、前記コイルが前記取付ブラケットの外面に樹脂により固定された。
本発明の画像彫刻装置は、前記振動発生装置を備えた画像彫刻装置であって、前記振動発生装置は、前記アーム部がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされ、前記アーム部にＺ軸方向の連結部材を介してＺ軸方向に連動構成されたスタイラスホルダーを備え、前記スタイラスホルダーは、Ｚ軸方向の振動を許容する支持バネの先端に支持され、前記支持バネは、基端が固定部に固定されて前記スタイラスホルダーへ向かって横方向に延伸するように配置され、前記スタイラスホルダーにスタイラスを支持し、前記コイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせＺ軸方向に振動する前記スタイラスと前記被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻する。
前記連結部材は、アーム部からスタイラスホルダーに振動を伝達でき、且つ振動を妨害しないものであればよい。
前記支持バネは、スタイラスホルダーのＺ軸方向の振動を許容するものであればよい。
前記彫刻信号に基づき振動するスタイラスと被彫刻媒体との間の彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作の具体的な構造は任意である。つまり、Ｘ軸方向へ駆動するＸ軸テーブル、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸テーブル、及びＺ軸方向に。駆動するＺ軸駆動機構と振動発生装置及び被彫刻媒体との支持の組み合わせは自由である。
例えば、被彫刻媒体をＸ軸テーブルに支持させ、振動発生装置をＹ軸テーブル及びＺ軸駆動機構に支持させる形態、被彫刻媒体をＹ軸テーブルに支持させ、振動発生装置をＸ軸テーブル及びＺ軸駆動機構に支持させる形態、被彫刻媒体をＺ軸駆動機構に支持させ、振動発生装置をＸ軸テーブル及びＹ軸テーブルに支持させる形態等、種々の組み合わせが考えられる。
前記振動発生装置を備えた画像彫刻装置であって、前記振動発生装置は、２台備えられ、前記２台の振動発生装置は、一方がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされると共に、他方がＺ軸方向に対し直交するＸ軸方向に振動を取り出すようにセットされ、前記Ｚ軸方向に振動を取り出す一方の振動発生装置のアーム部にＺ軸方向の連結部材を介して連動構成されたスタイラスホルダーを備え、前記スタイラスホルダーは、Ｚ軸及びＸ軸方向への振動を許容する支持バネの先端に支持され、前記支持バネは、基端が固定部に固定されて前記スタイラスホルダーへ向かって横方向に延伸するように配置され、前記スタイラスホルダーにスタイラスを支持し、前記Ｘ軸方向に振動を取り出す他方の振動発生装置のアーム部をＸ軸方向の連結部材を介して前記スタイラスホルダーにＸ軸方向へ連動構成し、前記一方及び他方の振動発生装置のコイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせ前記一方の振動発生装置によりＺ軸方向に振動する前記スタイラスに対し前記他方の振動発生装置によりＸ軸方向の振動を付加し前記被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻する。
［画像彫刻装置］
図１は、本発明の実施例１に係る画像彫刻装置の主要部を示す概略斜視図である。図２は、振動発生装置とスタイラスとの関係を示す斜視図である。
図１，図２のように画像彫刻装置１は、制御装置等が格納されている装置本体（図示せず。）を有し、装置本体の上部に、Ｘ軸テーブル５、Ｙ軸テーブル７、Ｚ駆動機構９等を備えている。
前記Ｘ軸テーブル５は、被彫刻媒体を載置固定してＸ軸方向に平面内で往復移動させる。前記Ｙ軸テーブル７は、Ｘ軸方向に対して直交するＹ軸方向に彫刻ヘッド１１を平面内で往復移動させる。Ｚ軸駆動機構９は、彫刻ヘッド１１を上下方向に移動させる。
前記彫刻ヘッド１１は、スタイラス１３を有し、入力される彫刻信号に基づいてスタイラス１３を振動させ、被彫刻媒体との間の彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により被彫刻媒体に画像を彫刻する。彫刻信号は、写真画像等から読み取った画像のデジタル信号をアナログ信号に変換したものである。
この彫刻ヘッド１１は、その後方に配設されているＺ軸駆動機構９が有するステッピングモータ、タイミングベルト、ボールねじ等のＺ軸駆動部により前記上下方向の移動が可能となっている。又、彫刻ヘッド１１は、Ｚ軸駆動機構９の下に配設されているＹ軸駆動部１５により駆動されるＹ軸テーブル７によって前記Ｙ軸方向である前後方向の移動が可能になっている。Ｙ軸方向は、被彫刻媒体に対する走査方向で「行」方向としている。
前記Ｘ軸テーブル５は、Ｘ軸駆動部１５により駆動され、前記Ｘ軸方向である左右方向の移動が可能になっている。Ｘ軸方向は、被彫刻媒体に対する走査方向で「列」方向としている。このＸ軸テーブル５にパスポート或はカード等の被彫刻媒体が保持固定される。
したがって、Ｚ軸方向に振動する彫刻ヘッド１１のスタイラス１３と被彫刻媒体とは、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作が可能となっている。
前記画像彫刻装置１は、彫刻ヘッド１１がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされている。このため、彫刻ヘッド１１に振動発生装置１９を備えている。図２のように、振動発生装置１９は、振動を取り出すアーム部２１を備えている。アーム部２１の先端にピン支持ブロック２２が取り付けられている。ピン支持ブロック２２にＺ軸方向の連結部材２３を介してスタイラスホルダー２５が連結されている。連結部材２３は、Ｚ軸方向に振動伝達ができる剛性を備えた金属製等の長尺の線材である。したがって、スタイラスホルダー２５は、連結部材２３を介してアーム部２１にＺ軸方向に連動構成されている。
前記スタイラスホルダー２５は、Ｚ軸方向の振動を許容する上下の支持バネ２７ａ、２７ｂの先端に支持されている。各支持バネ２７ａ、２７ｂは、Ｚ軸方向の振動を許容するように板ばねで構成され、Ｘ軸方向一対の足を平行に備えている。支持バネ２７ａ、２７ｂは、基端が固定部である固定ブロック２９に固定されている。つまり、支持バネ２７ａ、２７ｂは、固定ブロック２９からスタイラスホルダー２５へ向かって横方向に延伸するように配置されている。このスタイラスホルダー２５に前記スタイラス１３が支持されている。
前記振動発生装置１９は、一側が板バネ部材３１によりフロート板３３に固定されている。振動発生装置１９は、他側がジョイント板３５に結合されている。ジョイン板３５は、スタイラス調節ねじ３７に結合されている。スタイラス調節ねじ３７は、フロート板３３に螺合し、目盛付きの摘み３９により回転操作できるようになっている。フロート板３３は、板バネ４１を介して彫刻ヘッド１１のフレーム４３に連結されている。フロート板３３には、固定ブロック２９の前記固定も行われている。
したがって、後述するコイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせ後述する可動子のシーソー運動の振動に連動してＺ軸方向に振動するスタイラス１３が、被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻する。
［振動発生装置］
図３は、振動発生装置の斜視図である。図４は、振動発生装置の側面図である。図５は、振動発生装置の正面図である。図６は、電磁石を備えるヨークの正面図である。図７は、ヨーク積層体の斜視図である。図８は、ヨークプレートの斜視図である。図９は、可動子積層体の斜視図である。図１０は、可動子プレートの斜視図である。図１１は、可動子プレートの正面図である。図１２は、涙型バネの斜視図である。図１３は、涙型バネの断面図である。図１４は、コイルの斜視図である。
図１〜図５のように、前記振動発生装置１９は、固定側の永久磁石４７及びヨーク４９とコイル５１とを含むと共に前記ヨーク４９にバネ５３により支持され前記コイル５１への通電を正逆切り換えることにより前記ヨーク４９に対し振動する可動側の可動子５５を含んでいる。この場合、ヨーク４９に対して可動子５５が振動する構成であることで永久磁石４７及びヨーク４９とコイル５１とを固定側とし、この固定側に対して振動して動き得る可動子５５を可動側と称している。
図４、図６のように、前記永久磁石４７は、例えば直方体形状の３個のブロック４７ａが上下に直列に積層されたものである。なお、永久磁石のブロックを複数個並列に配置し、ヨーク４９に結合することもできる。
図３〜図８のように、前記ヨーク４９は、ヨーク上部４９ａ、ヨーク下部４９ｂを上下に一対として備えられている。図６〜図８のように、一対のヨーク上下部４９ａ、４９ｂは、それぞれヨークプレート４９Ａの積層構造である。一対のヨーク上下部４９ａ、４９ｂは、相互間の一側に磁石取付部４９ｃが形成され、他側に可動子配置部４９ｄ及びコイル固定部４９ｅが形成されている。
前記磁石取付部４９ｃは、一側が開いた矩形形状に形成されている。磁石取付部４９ｃの上部は、ヨーク上部４９ａの一端４９ｆで形成され、同下部は、ヨーク下部４９ｂの一端４９ｇで形成されている。ヨーク上部４９ａの一端４９ｆは、磁石取付部４９ｃに配置された永久磁石４７の上端の極、例えばＮ極に接合されている。ヨーク下部４９ｂの一端４９ｇは、永久磁石４７の下端の極、例えばＳ極に接合されている。つまり、ヨーク上部４９ａ及びヨーク下部４９ｂのそれぞれの一端４９ｆ、４９ｇが前記永久磁石４７のＮ極とＳ極とに各別に接合された構成となっている。
前記可動子配置部４９ｄは、ヨーク上部４９ａ及びヨーク下部４９ｂのＹ軸方向の他端間に形成されている。可動子配置部４９ｄの上下部に対向する先端４９ｈ，４９ｉの組と先端４９ｊ，４９ｋの組とが備えられている。先端４９ｈ，４９ｉの組と先端４９ｊ，４９ｋの組とは、Ｙ軸方向で対の組をなしている。対の組数は特に限られず、図示の一対の組の他、対の組数を増加して対称に二対の組等にすることもできる。つまり、前記一対のヨークであるヨーク上部４９ａ及びヨーク下部４９ｂの他端に、対向してＮ極とＳ極とを構成する先端の組を対称に対として備えた構成となっている。図示では、ヨーク上部４９ａの先端４９ｈ，４９ｊがＮ極となり、ヨーク下部４９ｂの先端４９ｉ，４９ｋがＳ極となっている。
前記ヨーク４９は、前記先端４９ｈ，４９ｉの組と先端４９ｊ，４９ｋの組との対の相互間で中央に前記コイル５１を収容して固定するコイル固定部４９ｅを備えている。コイル固定部４９ｅは、上下左右対称形状に形成され、ヨーク４９にＸ軸方向に貫通形成されている。コイル固定部４９ｅは、ヨーク上部４９ａの他側に形成された下向きの切欠き部４９ｅａとヨーク下部４９ｂの他側に形成された上向きの切欠き部４９ｅｂとで形成されている。切欠き部４９ｅａ、４９ｅｂは、前記可動子配置部４９ｄの上下両側に位置する。この場合、他側とは、前記磁石取付部４９ｃ側を一側とするものである。
前記ヨーク４９は、バネ支持部５７を前記先端４９ｈ，４９ｉ、４９ｊ，４９ｋに応じて対称配置となるように少なくとも４カ所に備えている。このバネ支持部５７は、前記コイル固定部４９ｅのＹ軸方向の両側で前記先端４９ｈ，４９ｉの組と先端４９ｊ，４９ｋの組との間に前記バネ５３を支持するものである。４カ所のバネ支持部５７は、同一形状に形成されている。上側２カ所のバネ支持部５７は、下向きの切欠き部４９ｅａの下部内側に指向して傾斜設定されている。下側２カ所のバネ支持部５７は、上向きの切欠き部４９ｅｂの上部内側に指向して傾斜設定されている。各バネ支持部５は、コイル固定部４９ｅと先端４９ｈ，４９ｉ、４９ｊ，４９ｋとの間の切欠きの辺部に三角形状の２辺を形成するように切り欠くかれている。このバネ支持部５７の形状は、後述のバネ５３の尖端部側の形状に対応している。バネ支持部５７は、バネ５３の尖端部を隙間無く嵌合支持させる構成となっている。
前記永久磁石４７及びヨーク４９は、一対の取付ブラケット５９で挟持され、取付ブラケット５９間がボルトナット６１により締結されることで組み上げられている。一対の取付ブラケット５９には、コイル固定部４９ｅに対応する開口５９ａが形成され、コイル固定部４９ｅを一対の取付ブラケット５９外に開放している。この取付ブラケット５９は、締結部５９ｂが、固定側である彫刻ヘッド１１のフロート板３５に締結固定されている。
前記可動子５５は、図３〜図５、図９〜図１１のように、可動子プレート５５Ａの積層体である。この積層体の可動子５５のＹ軸方向の一端の中央部に前記アーム部２１が一体に備えている。アーム部２１は、可動子５５から局部的に突出するように形成されている。図９では、中央部側の２枚の可動子プレート５５Ａから一体に突出し、振動取り出し用として備えられている。
前記可動子５５は、中央部の両側でＹ軸方向の横方向に対称に突出する端部５５ａを備えている。可動子５５の両端部５５ａは、前記ヨーク４９の各組の先端４９ｈ，４９ｉとの間及び先端４９ｊ，４９ｋとの間に均一な第１の隙間ｔ１でそれぞれ配置されている。可動子５５の中央部５５ｂは、上下に幅広に形成されている。この中央部５５ｂは、前記コイル固定部４９ｅの下向きの切欠き部４９ｅａ及び上向きの切欠き部４９ｅｂ間に配置されている。可動子５５の左右両端部５５ａ及び中央部５５ｂ間は、傾斜した段差によるバネ受け部５５ｃが形成されている。これらバネ受け部５５ｃは、バネ５３の円弧状部を当接支持させるものである。
前記バネ５３は、前記バネ支持部５７に応じて少なくとも４個備えられている。バネ５３及びバネ支持部５７をＹ軸方向に設置スペースを確保し、増設することも可能である。
図４、図１２、図１３のように、バネ５３は、板ばねで断面涙型の線対称に形成されている。バネ５３の断面において一側に尖端部５３ａを備えると共に他側に円弧状部５３ｂを備えている。尖端部５３ａは、板ばねを屈曲形成した突き合わせ部となっている。円弧状部５３ｂは、半径ｒの円に沿って形成され、尖端部５３ｂは、半径ｒの円の接線に沿って形成されている。尖端部５３ａの頂点５３ａｂと半径ｒの円までの最短距離は、半径ｒよりも小さく設定されている。
前記尖端部５３ａは、前記バネ支持部５７にほぼ隙間無く嵌合される形状であり、尖端部５３ａの両側面がバネ支持部５７に当接支持される。円弧状部５３ｂは、前記可動子５５のバネ受け部５５ｃを支持する曲率を有している。
前記バネ５３がバネ支持部５７及びバネ受け部５５ｃ間に介設されると、バネ５３の対称線が、傾斜するように設定配置される。
このバネ５３は、尖端部５３ａの両側部５３ｃが円弧状部５３ｂ側に対し長手方向に突出するように形成されている。従って、尖端部５３ａ側をバネ支持部５７に確実に支持させながら、円弧状部５３ｂを、バネ受け部５５ｃに確実に当接させることができる。
こうして前記バネ支持部５７に支持されたバネ５３の円弧状部５３ｂが、前記可動子５５を支持し、前記第１の隙間ｔ１が設定される。
図３〜図５、図１４のように、前記コイル５１は、矩形状に巻かれている。コイル５１の巻き形状は自由であり、外周が楕円形等になるように巻くこともできる。コイル５１の巻き方向は可動子５５の配置方向に交差する方向であり、図ではコイル５１の上下左右が、ＺＸ軸方向となっている。コイル５１の矩形状の内周に、前記可動子５５の中央部５５ｂを配置させる貫通穴５１ａを備えている。コイル５１の貫通穴５１ａは、コイル５１の線材の巻き回しにより精緻な平面を構成している。コイル５１は、全体が樹脂で被覆されている。
前記貫通穴５１ａは、内周部５１ａａが樹脂の被覆により平坦に形成されると共に開口縁部５１ａｂが樹脂の被覆によりアール形状又は面取り形状に形成されている。開口縁部５１ａｂのアール形状又は面取り形状等は、バネ５３の円弧状部５３ｂに対向する。この対向によりコイル５１とバネ５３との間隔をより狭小にすることができる。
前記貫通孔５１ａの内周部５１ａａの平坦、開口縁部５１ａｂのアール形状又は面取り形状等は、可動子５５の中央部５５ｂの揺動範囲を正確に許容し、バネ５３の円弧状部５３ｂの動作を正確に許容する。このため、可動子５５の中央部５５ｂとコイル５１の貫通穴５１ａの内周部５１ａａとの間の第２の隙間ｔ２を第１の隙間ｔ１との関係において極力小さくし、且つコイル５５とバネ５３との間を近接させ、全体の小型化に寄与させることができる。
前記コイル５１には温度センサ５１ｃが取り付けられ、稼働中のコイル温度を検出する。この検出温度の信号は、制御部に入力され、コイル５１の稼働温度の管理が行われるようになっている。
前記コイル５１は、前記コイル固定部４９ｅに収容されて外周部が樹脂Ｐにより前記ヨーク４９に固定されている。実施例では、コイル５１の上下外端と前記取付ブラケット５９の外面との間が樹脂Ｐで固定されている。このため、本実施例において、コイル５１は、ヨーク４９に対し間接的な固定となっている。但し、コイル５１をヨーク４９のコイル固定部４９ｅに直接固定することもできる。コイル５１を取付ブラケット５９の外面に固定する実施例では、コイル５１のＸ軸方向の長さが、コイル固定部４９ｅよりも大きく、コイル５１のＸ軸方向の両端部が取付ブラケット５９の開口５９ａ外に突出している。取付ブラケット５９の外面に対し樹脂Ｐによるコイル５１の固定を容易としている。
図４のように、前記可動子５５は、前記中央部５５ｂが前記コイル５１の貫通穴５１ａの内周部５１ａａに対し均等な第２の隙間ｔ２をもって配置されている。第２の隙間ｔ２の均等は、Ｚ軸方向で中央部５５ｂの上下両側と貫通穴５１ａの内周部５１ａａの上下両側との間に上下等しく第２の隙間ｔ２が均一に形成されることを意味する。上下の第２の隙間ｔ２は、第１の隙間ｔ１との関係で可動子５５の中央部５５ｂの揺動を許容する大きさに設定されている。
前記コイル５１への通電を正逆切り換えることで前記可動子５５の両端部５５ａを前記第１の隙間ｔ１内で振動させたとき前記可動子５５の中央部５５ｂが前記第２の隙間ｔ２内で揺動振動して前記可動子５５にシーソー運動の振動を行わせることができる。
前記コイル５１への通電前、可動子５５は４個のバネ５３によるヨーク４９に対する支持により平衡を保ち、両端部５５ａがヨーク４９の先端４９ｈ，４９ｉ、４０ｊ、４９ｋに対して第１の隙間ｔ１を維持する。
前記コイル５１への通電によりコイル５１の両側、つまり可動子５５の両端部５５ａは、一方がＮ極、他方がＳ極となる。これに対し、コイル５１への通電を正逆切り換えると両端部５５ａの一方がＳ極、他方がＮ極に切り替わる。
この通電の切り換えにより、端部５５ａがＮ極であるときはヨーク４９のＮ極である上方の先端４９ｈ又は先端４９ｊに対して反発すると共に同Ｓ極である下方の先端４９ｉ，４９ｋに引き付けられる。端部５５ａがＳ極であるときはヨーク４９のＮ極である上方の先端４９ｈ又は先端４９ｊに引き付けられると共に同Ｓ極である下方の先端４９ｉ，４９ｋに対して反発する。
このため、コイル５１への通電の切り換えを正逆切り換えることで可動子５５を微小に揺動回転させることができる。揺動回転の程度は、電流の制御で行わせる。つまり、第１の隙間ｔ１内での可動子５５の振幅の程度が電流によって変わり、彫刻深さが制御される。
この揺動回転時に、バネ５３が可動子５５のバネ受け部５５ｃから荷重を受けて断面を変形させるように撓み、バネ受け部５５ｃからの荷重が解放されると断面形状を復帰させるようにバネ受け部５５ｃを付勢する。
従って、小型のバネ５３でも可動子５５の微小な揺動回転に的確に追従し、可動子５５の微小振動を付勢することができる。
しかも、可動子５５は、中央部５５ｂがコイル５１の貫通穴５１ａ内で揺動回転するから可動子５５の微小振動にコイル５１の重量が関わることが無く、可動子５５の微小振動を正確且つ確実に行わせることができる。振動中にバネ５３が撓むと円弧状部５３ｂが若干潰れるような変形をするためその外面がコイル５１側に突出する。このとき、コイル５１の開口縁部５１ａｂがバネ５３の撓みを許容し、可動子５５を無理なく振動させることができる。しかも、可動子５５の中央部５５ｂに可能な限り近接させてバネ５３を配置するから、バネ５３による可動子５５の確実な支持と可動子５５の確実な振動とを両立させることが容易となる。
そして、４個のバネ５３が、対称に傾斜配置され、バネ５３の付勢力が円弧状部５３ｂに均一に作用させることが可能となり、微小揺動振動に対して的確な付勢力を働かせることができる。
このような微小振動は、アーム部２１を介してピン支持ブロック２２、連結部材２３へと伝達され、画像データを電気信号に変換した信号に基づいてスタイラス１３を振動させることにより微細彫刻を確実に行わせることができる。
前記第２の隙間ｔ２は、前記第１の隙間ｔ１との関係で前記可動子５５の中央部５５ｂの揺動を許容する大きさに設定するから、コイル５５の巻き数を確保しながら極力小型化を図ることができる。
図１５は、振動発生装置をダブルにした概念図である。図１６（Ａ）は、比較例であるシングルソレノイド方式による彫刻画像の解像度の模式図である。図１６（Ｂ）は、ダブルソレノイド方式による彫刻画像の解像度の模式図である。図１７（Ａ）は、比較例であるシングルソレノイド方式による彫刻画像の模式図である。図１７（Ｂ）は、ダブルソレノイド方式による彫刻画像の模式図である。図１８は、加算回路及び減算回路の信号の振り分けイメージを示す図表である。図１９（Ａ）は、信号図を説明する図表である。図１９（Ｂ）は、信号図に対応する彫刻図を説明する図表である。
図１５のように、実施例２は、振動発生装置１９Ａ、１９Ｂとして２台備えている。
前記２台の振動発生装置１９Ａ、１９Ｂは、一方がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされると共に、他方がＺ軸方向に対し直交する例えばＸ軸方向に振動を取り出すようにセットされている。
前記Ｚ軸方向に振動を取り出す一方の振動発生装置１９Ａは、実施例１の振動発生装置１と同一構成であり、アーム部２１にＺ軸方向の連結部材２３を介して連動構成されたスタイラスホルダー２５を備え、スタイラスホルダー２５は、Ｚ軸及びＸ軸方向への振動を許容する支持バネ２７ｃ、２７ｄの先端に支持されている。支持バネ２７ｃ、２７ｄは、実施例１同様に基端が固定部である固定ブロック２９に固定されてスタイラスホルダー２５へ向かって横方向に延伸するように配置されている。スタイラスホルダー２５にスタイラス１３が支持されている。
前記支持バネ２７ｃ、２７ｄは、実施例１とは異なって棒状等に形成され、スタイラスホルダー２５のＸＺ方向の振動を許容する。
前記Ｘ軸方向に振動を取り出す他方の振動発生装置１９Ｂは、アーム部２１ＢをＸ軸方向の連結部材２３Ｂを介して振動発生装置１９Ａのスタイラスホルダー２５にＸ軸方向へ連動構成している。つまり、振動発生装置１９Ｂは、連結部材２３Ｂまでの構造を振動発生装置１９Ａと同一に構成している。但し、連結部材２３Ｂについては、振動発生装置１９Ｂの横置き構造に応じて材質、太さ、長さを変更することもできる。振動発生装置１９Ｂは、横置きに応じて形状、支持構造等を変更することができる。
前記振動発生装置１９Ａ、１９Ｂは、駆動回路６３に接続されている。駆動回路６３は、概念的に示したものであり、画像信号６５と振動発生装置１９Ａ、１９Ｂとの関係を示している。画像信号６５は、出力側に一対の増幅器６７ａ、６７ｂが接続されている。一対の増幅器６７ａ、６７ｂは、それぞれ加算回路６９及び減算回路７１に接続されている。加算回路６９は、増幅器７３ａを介して振動発生装置１９Ａのコイル５１に接続されている。減算回路７１は、増幅器７３ｂを介して振動発生装置１９Ｂのコイル５１に接続されている。
そして、前記一方及び他方の振動発生装置１９Ａのコイル５１への通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせる。前記一方の振動発生装置１９Ａの可動子５５のシーソー運動の振動に連動してＺ軸方向に振動するスタイラス１３が、被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により被彫刻媒体に彫刻可能とする。この彫刻可能な動作に対し、振動発生装置１９Ｂが、前記彫刻信号に基づく可動子５５のシーソー運動の振動によりスタイラスホルダー２５にＸ軸方向の振動を付加して彫刻するようにする。
この振動発生装置１９Ａ、１９Ｂのダブルソレノイド方式により高精細な彫刻を行わせることができる。
前記振動発生装置１９Ａのみによるシングルソレノイド方式の彫刻画像の解像度は、図１６（Ａ）であり、前記振動発生装置１９Ｂを追加したダブルソレノイド方式での彫刻画像の解像度は、図１６（Ｂ）となった。つまり、列方向の解像度がｄからｄ１へと倍になった。
前記シングルソレノイド方式で「Ｗｏｒｌｄ」の文字を彫刻すると、図１７（Ａ）のようになる。前記ダブルソレノイド方式で「Ｗｏｒｌｄ」の文字を彫刻すると、図１７（Ｂ）のようになり、ダブルソレノイド方式では、高精細な彫刻画像を得ることができた。
前記ダブルソレノイド方式で解像度が倍になるメカニズムは以下の通りである。
前記振動発生装置１９Ａのみによるシングルソレノイド方式を用いると、１ドット内での列方向でのスタイラス１３の位置が変わらずに行方向一定の直線上にて彫刻信号に応じ彫刻を行う。つまり、スタイラス１３は、一定の直線上で深さを変化させながら彫刻することになる。このため、１ドット毎の画像データに濃淡の偏りがあってもドットの列方向中央位置で二値化の濃淡を表現することになる。このため、写真から生成した画像信号において１ドット内で濃淡の中央値が列方向にずれてもシングルソレノイド方式のスタイラス１３は、ドットの列方向中央位置でその濃淡を表現しなければならず、列方向の解像度は一定以上にはならない。
これに対し、前記振動発生装置１９Ａ、１９Ｂによるダブルソレノイド方式を用いると列方向の解像度を向上させることができる。図１８、図１９により、一例として黒カード彫刻の例を説明する。
図１８は、１ドットにおける列方向での信号の振り分けと彫刻との関係を示す。図１８のａ、ｂに０〜１を当てた。画像データでは、２５６の諧調値などにすることができる。信号の欄は、彫刻最小単位の色の状態（黒〜灰〜白）を示す。最小単位を１ドット内で上下２段のａ、ｂに分割し処理する。
ａ：信号１ドットの上段を指す。ａの「白黒度合い」を数値で示す。０は、真黒、１は、真っ白を意味する。
ｂ：信号１ドットの下段を指す。ｂの「白黒度合い」を数値で示す。０は、真黒、２は、真っ白を意味する。
ａ＋ｂ：彫刻１ドットの「彫刻深さ」を数値で示す。０は、彫刻なし、２ は、最深を意味する。深さに対しては振動発生装置１９Ａが動作する。
ａ−ｂ：彫刻１ドットの「偏移位置」を数値で示す。０は、中心、＋１は、最上位置、−１は、最下位置を意味する。偏移に対してはて振動発生装置１９Ｂが動作する。
したがって、図１９の（Ａ）の信号に対し、図１９（Ｂ）のような彫刻が１ドット毎に行われる。例えば、信号が１ドットの上段及び下段共に真黒（０，０）であるとき（図１９（Ａ）の上段１列目）、彫刻及び偏移ともになし（０，０）である（図１９（Ｂ）の上段１列目）。信号が１ドットの上段が真白、下段が真黒（１，０）であるとき（図１９（Ａ）の上段２列目）、彫刻深さは１、偏移は１となり（１，１）である。つまり、１ドットの上段が深さ１で彫刻される。以下、図１９の上段３列目、及び下段１〜３列目の対応関係も同様である。
このようにして、１ドット内の画像データの濃淡の偏りを見込んで加算回路６９及び減算回路７１を機能させ、信号の振り分けにより振動発生装置１９Ａ、１９Ｂを動作させることで、１ドット内でのスタイラス１３の位置、彫刻深さを制御し、列方向の解像度を向上させることができる。
なお、スタイラス１３が１ドット内で位置を列方向に変化させて彫刻すると、列方向でドットの範囲が隣のドット領域に及ぶ恐れがある。この場合は、そのままでも彫刻画像に問題はないが、スタイラス１３の１ドット内での位置変更制御をキャンセルして列方向でドットの範囲が隣のドット領域に及ばないようにすることもできる。
以上により、ダブルソレノイド方式では、より高精細な彫刻画像を得ることができる。
１ 画像彫刻装置
５ Ｘ軸テーブル
７ Ｙ軸テーブル
９ Ｚ駆動機構
１３ スタイラス
１９、１９Ａ、１９Ｂ 振動発生装置
２１ アーム部
２２ ピン支持ブロック
２３ 連結部材
２５ スタイラスホルダー
２７ 支持バネ
２９ 固定ブロック（固定側）
４７ 永久磁石
４９ ヨーク
４９ｅ コイル固定部
４９ｆ、４９ｇ 一端
４９ｈ，４９ｉ、４０ｊ、４９ｋ 先端
５１ コイル
５１ａ 貫通穴
５１ａａ 内周部
５１ａｂ 開口縁部
５３ バネ
５３ａ尖端部
５３ｂ 円弧状部
５５ 可動子
５５ａ 両端部
５５ｂ 中央部
５７ バネ支持部
５９ 取付ブラケット
５９ａ 開口
６１ ボルトナット
本発明は、微細振動を取り出す振動発生装置及び振動発生装置を用いてスタイラスと被彫刻媒体との相対動作により被彫刻媒体へ彫刻を行わせる画像彫刻装置に関する。
従来、パスポート等の小冊子状の被彫刻媒体や、紙等からなるシート状やカード状等の被彫刻媒体に画像彫刻を施して偽造防止や美的付加価値の付与に用いられる画像彫刻装置が知られている（例えば、特許文献１、２）。
この画像彫刻装置は、画像データを電気信号に変換した画像信号に基づいて振動するスタイラスにより微細彫刻を行ない、写真や図形等の画像を被彫刻媒体上に生成するものである。
かかる画像彫刻装置は、振動発生装置として永久磁石と電磁石とを用い、永久磁石はベースに取り付けられ、永久磁石に対し、可動子を振動させて前記スタイラスに振動を与える構造となっている。つまり、可動子に支持したコイルへの通電を正逆切り替えることで可動子の磁極を切り替え、永久磁石に対し電磁石の可動子を振動させるようにしている。
しかし、コイルが可動子と共に振動するため、微細な振動への対応に限界があり、正確な微細彫刻等に限界を招いていた。
特開２００６−２８９８２３号公報 特開２００９−２０７９５５号公報
解決しようとする問題点は、振動側の可動子にコイルが支持されているため微細な振動への対応に限界があった点である。
本発明は、微細な振動に的確に対応可能とするため、固定側の永久磁石及びヨークとコイルとを含むと共に前記ヨークにバネにより支持され前記コイルへの通電を正逆切り換えることにより前記ヨークに対し振動する可動側の可動子を含み、前記ヨークは、一対備えてそれぞれの一端が前記永久磁石のＮ極とＳ極とに各別に接合され、前記一対のヨークの他端に、対向してＮ極とＳ極とを構成する先端の組を対称に対として備え、前記ヨークは、前記先端の組の対の相互間で中央に前記コイルを収容して固定するコイル固定部を備え、前記ヨークは、前記コイル固定部の両側で前記先端の組との間に前記バネを支持するバネ支持部を前記先端に応じて対称配置となるように少なくとも４カ所に備え、前記可動子は、中央部の両側で対称に突出する端部を備え、前記可動子の両端部は、前記ヨークの各組の先端との間に均一な第１の隙間でそれぞれ配置され、前記可動子の中央部は、前記コイル固定部に配置され、前記可動子は、一端部に局部的に突出する振動取り出し用のアーム部を備え、前記バネは、前記バネ支持部に応じて少なくとも４個備えられ、前記少なくとも４個のバネは、それぞれ一側に尖端部を備えると共に他側に円弧状部を備える断面涙型の同一形状であり、前記各バネの尖端部が、前記各バネ支持部にそれぞれ支持され、前記各バネの円弧状部が、前記可動子を前記中央部の両側で支持し、前記コイルは、前記コイル固定部に収容されて外周部が樹脂により前記ヨークに固定され、前記コイルの内周に、前記可動子の中央部を配置させる貫通穴を備え、前記貫通穴は、内周部を前記コイルの線材の巻き回し及び樹脂の被覆材により平坦に形成して前記コイルの巻き数を前記貫通穴に配置された前記可動子の中央部で前記可動子の配置方向に沿って確保すると共に前記平坦な内周部の両側で開口縁部が樹脂の被覆材により前記バネの円弧状部に対向するアール形状又は面取り形状に形成され、前記可動子は、前記中央部の上下両側と前記貫通穴の平坦な内周部の上下両側との間に上下等しく前記可動子の配置方向で均一に形成された第２の隙間をもって配置され、前記第２の隙間は、前記第１の隙間との関係で前記可動子の中央部の揺動を許容する大きさに設定され、前記コイルへの通電を正逆切り換えることで前記可動子の両端部を前記第１の隙間内で振動させたとき前記可動子の中央部が前記第２の隙間内で揺動振動して前記可動子にシーソー運動の振動を行わせることを振動発生装置の特徴とする。
また、前記振動発生装置を備えた画像彫刻装置であって、前記振動発生装置は、前記アーム部が上下方向に振動を取り出すようにセットされ、前記アーム部に上下方向の連結部材を介して上下方向に連動構成されたスタイラスホルダーを備え、前記スタイラスホルダーは、上下方向の振動を許容する支持バネの先端に支持され、前記支持バネは、基端が固定部に固定されて前記スタイラスホルダーへ向かって横方向に延伸するように配置され、前記スタイラスホルダーにスタイラスを支持し、前記コイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせ上下方向に振動する前記スタイラスと前記被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づく列方向，行方向，上下方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻することを画像彫刻装置の特徴とする。
本発明の振動発生装置は、上記構成であるからコイルへの通電を正逆切り換えることで可動子の両端部を第１の隙間内で無理なく振動させたとき可動子の中央部が第２の隙間内で揺動振動することができる。このため、可動子のより微細な振動を可能とする。
本発明の画像彫刻装置は、コイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせ上下方向に振動するスタイラスと被彫刻媒体との間の彫刻信号に基づく列方向，行方向，上下方向への相対動作により被彫刻媒体に彫刻することができる。
画像彫刻装置の主要部を示す概略斜視図である。（実施例１） 振動発生装置とスタイラスとの関係を示す斜視図である。（実施例１） 振動発生装置の斜視図である。（実施例１） 振動発生装置の側面図である。（実施例１） 振動発生装置の正面図である。（実施例１） 電磁石を備えるヨークの正面図である。（実施例１） ヨーク積層体の斜視図である。（実施例１） ヨークプレートの斜視図である。（実施例１） 可動子積層体の斜視図である。（実施例１） 可動子プレートの斜視図である。（実施例１） 可動子プレートの正面図である。（実施例１） 涙型バネの斜視図である。（実施例１） 涙型バネの断面図である。（実施例１） コイルの斜視図である。（実施例１） 振動発生装置をダブルにした概念図である。（実施例２） （Ａ）は、比較例であるシングルソレノイド方式による彫刻画像の解像度の模式図である。（Ｂ）は、ダブルソレノイド方式による彫刻画像の解像度の模式図である。（実施例２） （Ａ）は、比較例であるシングルソレノイド方式による彫刻画像の模式図である。（Ｂ）は、ダブルソレノイド方式による彫刻画像の模式図である。（実施例２） 加算回路及び減算回路の信号の振り分けイメージを示す図表である。（実施例２） （Ａ）は、信号図を説明する図表、（Ｂ）は、対応する彫刻図を説明する図表である。（実施例２）
本発明の振動発生装置は、固定側の永久磁石及びヨークとコイルとを含むと共に前記ヨークにバネにより支持され前記コイルへの通電を正逆切り換えることにより前記ヨークに対し振動する可動側の可動子を含み、前記ヨークは、一対備えてそれぞれの一端が前記永久磁石のＮ極とＳ極とに各別に接合され、前記一対のヨークの他端に、対向してＮ極とＳ極とを構成する先端の組を対称に対として備え、前記ヨークは、前記先端の組の対の相互間で中央に前記コイルを収容して固定するコイル固定部を備え、前記ヨークは、前記コイル固定部の両側で前記先端の組との間に前記バネを支持するバネ支持部を前記先端に応じて対称配置となるように少なくとも４カ所に備え、前記可動子は、中央部の両側で対称に突出する端部を備え、前記可動子の両端部は、前記ヨークの各組の先端との間に均一な第１の隙間でそれぞれ配置され、前記可動子の中央部は、前記コイル固定部に配置され、前記可動子は、一端部に局部的に突出する振動取り出し用のアーム部を備え、前記バネは、前記バネ支持部に応じて少なくとも４個備えられ、前記少なくとも４個のバネは、それぞれ一側に尖端部を備えると共に他側に円弧状部を備える断面涙型の同一形状であり、前記各バネの尖端部が、前記各バネ支持部にそれぞれ支持され、前記各バネの円弧状部が、前記可動子を前記中央部の両側で支持し、前記コイルは、前記コイル固定部に収容されて外周部が樹脂により前記ヨークに固定され、前記コイルの内周に、前記可動子の中央部を配置させる貫通穴を備え、前記可動子は、前記中央部が前記貫通穴に対し均等な第２の隙間をもって配置され、前記第２の隙間は、前記第１の隙間との関係で前記可動子の中央部の揺動を許容する大きさに設定され、前記コイルへの通電を正逆切り換えることで前記可動子の両端部を前記第１の隙間内で振動させたとき前記可動子の中央部が前記第２の隙間内で揺動振動して前記可動子にシーソー運動の振動を行わせる。
前記バネ支持部は、対称配置となるように少なくとも４カ所に備えればよく、さらに数を増加することもできる。
前記バネは、前記バネ支持部の数の増加に応じて個数を増加することができる。
前記ヨークに樹脂により固定されるコイルの外周部は、コイルの貫通穴以外で有れば良く、最外周部、側面部等を意味する。
前記第２の隙間の大きさは、可動子の両端部が第１の隙間の範囲内で振動するとき可動子の中央部の揺動を許容する大きさで有れば良く、揺動を許容するぎりぎりの大きさ、或はそれ以上で有ればよい。少なくとも可動子の振動で第１の隙間がなくなり可動子の両端部がヨークの先端に当接する前に第２の隙間がなくなることは無い。第１、第２の隙間が同時になくなることはあり得る。
前記貫通穴は、内周部が樹脂の被覆材により平坦に形成されると共に開口縁部が樹脂の被覆材により前記バネの円弧状部に対向するアール形状に形成されている。開口縁部のアール形状は、限られたスペースでバネの円弧形状部の変形を許容することができればよく、面取り形状でも良い。
前記永久磁石及びヨークは、固定側の一対の取付ブラケットで挟持され、前記一対の取付ブラケットにコイル固定部に対応する開口を備え、前記コイルの両側部が前記取付ブラケットの開口外に突出し、前記コイルが前記取付ブラケットの外面に樹脂により固定された。
本発明の画像彫刻装置は、前記振動発生装置を備えた画像彫刻装置であって、前記振動発生装置は、前記アーム部がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされ、前記アーム部にＺ軸方向の連結部材を介してＺ軸方向に連動構成されたスタイラスホルダーを備え、前記スタイラスホルダーは、Ｚ軸方向の振動を許容する支持バネの先端に支持され、前記支持バネは、基端が固定部に固定されて前記スタイラスホルダーへ向かって横方向に延伸するように配置され、前記スタイラスホルダーにスタイラスを支持し、前記コイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせＺ軸方向に振動する前記スタイラスと前記被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻する。
前記連結部材は、アーム部からスタイラスホルダーに振動を伝達でき、且つ振動を妨害しないものであればよい。
前記支持バネは、スタイラスホルダーのＺ軸方向の振動を許容するものであればよい。
前記彫刻信号に基づき振動するスタイラスと被彫刻媒体との間の彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作の具体的な構造は任意である。つまり、Ｘ軸方向へ駆動するＸ軸テーブル、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸テーブル、及びＺ軸方向に駆動するＺ軸駆動機構と振動発生装置及び被彫刻媒体との支持の組み合わせは自由である。例えば、被彫刻媒体をＸ軸テーブルに支持させ、振動発生装置をＹ軸テーブル及びＺ軸駆動機構に支持させる形態、被彫刻媒体をＹ軸テーブルに支持させ、振動発生装置をＸ軸テーブル及びＺ軸駆動機構に支持させる形態、被彫刻媒体をＺ軸駆動機構に支持させ、振動発生装置をＸ軸テーブル及びＹ軸テーブルに支持させる形態等、種々の組み合わせが考えられる。
前記振動発生装置を備えた画像彫刻装置であって、前記振動発生装置は、２台備えられ、前記２台の振動発生装置は、一方がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされると共に、他方がＺ軸方向に対し直交するＸ軸方向に振動を取り出すようにセットされ、前記Ｚ軸方向に振動を取り出す一方の振動発生装置のアーム部にＺ軸方向の連結部材を介して連動構成されたスタイラスホルダーを備え、前記スタイラスホルダーは、Ｚ軸及びＸ軸方向への振動を許容する支持バネの先端に支持され、前記支持バネは、基端が固定部に固定されて前記スタイラスホルダーへ向かって横方向に延伸するように配置され、前記スタイラスホルダーにスタイラスを支持し、前記Ｘ軸方向に振動を取り出す他方の振動発生装置のアーム部をＸ軸方向の連結部材を介して前記スタイラスホルダーにＸ軸方向へ連動構成し、前記一方及び他方の振動発生装置のコイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせ前記一方の振動発生装置によりＺ軸方向に振動する前記スタイラスに対し前記他方の振動発生装置によりＸ軸方向の振動を付加し前記被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻する。
［画像彫刻装置］
図１は、本発明の実施例１に係る画像彫刻装置の主要部を示す概略斜視図である。図２は、振動発生装置とスタイラスとの関係を示す斜視図である。
図１，図２のように画像彫刻装置１は、制御装置等が格納されている装置本体（図示せず。）を有し、装置本体の上部に、Ｘ軸テーブル５、Ｙ軸テーブル７、Ｚ駆動機構９等を備えている。
前記Ｘ軸テーブル５は、被彫刻媒体を載置固定してＸ軸方向に平面内で往復移動させる。前記Ｙ軸テーブル７は、Ｘ軸方向に対して直交するＹ軸方向に彫刻ヘッド１１を平面内で往復移動させる。Ｚ軸駆動機構９は、彫刻ヘッド１１を上下方向に移動させる。
前記彫刻ヘッド１１は、スタイラス１３を有し、入力される彫刻信号に基づいてスタイラス１３を振動させ、被彫刻媒体との間の彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により被彫刻媒体に画像を彫刻する。彫刻信号は、写真画像等から読み取った画像のデジタル信号をアナログ信号に変換したものである。
この彫刻ヘッド１１は、その後方に配設されているＺ軸駆動機構９が有するステッピングモータ、タイミングベルト、ボールねじ等のＺ軸駆動部により前記上下方向の移動が可能となっている。又、彫刻ヘッド１１は、Ｚ軸駆動機構９の下に配設されているＹ軸駆動部１５により駆動されるＹ軸テーブル７によって前記Ｙ軸方向である前後方向の移動が可能になっている。Ｙ軸方向は、被彫刻媒体に対する走査方向で「行」方向としている。
前記Ｘ軸テーブル５は、Ｘ軸駆動部１５により駆動され、前記Ｘ軸方向である左右方向の移動が可能になっている。Ｘ軸方向は、被彫刻媒体に対する走査方向で「列」方向としている。このＸ軸テーブル５にパスポート或はカード等の被彫刻媒体が保持固定される。
したがって、Ｚ軸方向に振動する彫刻ヘッド１１のスタイラス１３と被彫刻媒体とは、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作が可能となっている。
前記画像彫刻装置１は、彫刻ヘッド１１がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされている。このため、彫刻ヘッド１１に振動発生装置１９を備えている。図２のように、振動発生装置１９は、振動を取り出すアーム部２１を備えている。アーム部２１の先端にピン支持ブロック２２が取り付けられている。ピン支持ブロック２２にＺ軸方向の連結部材２３を介してスタイラスホルダー２５が連結されている。連結部材２３は、Ｚ軸方向に振動伝達ができる剛性を備えた金属製等の長尺の線材である。したがって、スタイラスホルダー２５は、連結部材２３を介してアーム部２１にＺ軸方向に連動構成されている。
前記スタイラスホルダー２５は、Ｚ軸方向の振動を許容する上下の支持バネ２７ａ、２７ｂの先端に支持されている。各支持バネ２７ａ、２７ｂは、Ｚ軸方向の振動を許容するように板ばねで構成され、Ｘ軸方向一対の足を平行に備えている。支持バネ２７ａ、２７ｂは、基端が固定部である固定ブロック２９に固定されている。つまり、支持バネ２７ａ、２７ｂは、固定ブロック２９からスタイラスホルダー２５へ向かって横方向に延伸するように配置されている。このスタイラスホルダー２５に前記スタイラス１３が支持されている。
前記振動発生装置１９は、一側が板バネ部材３１によりフロート板３３に固定されている。振動発生装置１９は、他側がジョイント板３５に結合されている。ジョイン板３５は、スタイラス調節ねじ３７に結合されている。スタイラス調節ねじ３７は、フロート板３３に螺合し、目盛付きの摘み３９により回転操作できるようになっている。フロート板３３は、板バネ４１を介して彫刻ヘッド１１のフレーム４３に連結されている。フロート板３３には、固定ブロック２９の前記固定も行われている。
したがって、後述するコイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせ後述する可動子のシーソー運動の振動に連動してＺ軸方向に振動するスタイラス１３が、被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻する。
[振動発生装置]
図３は、振動発生装置の斜視図である。図４は、振動発生装置の側面図である。図５は、振動発生装置の正面図である。図６は、電磁石を備えるヨークの正面図である。図７は、ヨーク積層体の斜視図である。図８は、ヨークプレートの斜視図である。図９は、可動子積層体の斜視図である。図１０は、可動子プレートの斜視図である。図１１は、可動子プレートの正面図である。図１２は、涙型バネの斜視図である。図１３は、涙型バネの断面図である。図１４は、コイルの斜視図である。
図１〜図５のように、前記振動発生装置１９は、固定側の永久磁石４７及びヨーク４９とコイル５１とを含むと共に前記ヨーク４９にバネ５３により支持され前記コイル５１への通電を正逆切り換えることにより前記ヨーク４９に対し振動する可動側の可動子５５を含んでいる。この場合、ヨーク４９に対して可動子５５が振動する構成であることで永久磁石４７及びヨーク４９とコイル５１とを固定側とし、この固定側に対して振動して動き得る可動子５５を可動側と称している。
図４、図６のように、前記永久磁石４７は、例えば直方体形状の３個のブロック４７ａが上下に直列に積層されたものである。なお、永久磁石のブロックを複数個並列に配置し、ヨーク４９に結合することもできる。
図３〜図８のように、前記ヨーク４９は、ヨーク上部４９ａ、ヨーク下部４９ｂを上下に一対として備えられている。図６〜図８のように、一対のヨーク上下部４９ａ、４９ｂは、それぞれヨークプレート４９Ａの積層構造である。一対のヨーク上下部４９ａ、４９ｂは、相互間の一側に磁石取付部４９ｃが形成され、他側に可動子配置部４９ｄ及びコイル固定部４９ｅが形成されている。
前記磁石取付部４９ｃは、一側が開いた矩形形状に形成されている。磁石取付部４９ｃの上部は、ヨーク上部４９ａの一端４９ｆで形成され、同下部は、ヨーク下部４９ｂの一端４９ｇで形成されている。ヨーク上部４９ａの一端４９ｆは、磁石取付部４９ｃに配置された永久磁石４７の上端の極、例えばＮ極に接合されている。ヨーク下部４９ｂの一端４９ｇは、永久磁石４７の下端の極、例えばＳ極に接合されている。つまり、ヨーク上部４９ａ及びヨーク下部４９ｂのそれぞれの一端４９ｆ、４９ｇが前記永久磁石４７のＮ極とＳ極とに各別に接合された構成となっている。
前記可動子配置部４９ｄは、ヨーク上部４９ａ及びヨーク下部４９ｂのＹ軸方向の他端間に形成されている。可動子配置部４９ｄの上下部に対向する先端４９ｈ，４９ｉの組と先端４９ｊ，４９ｋの組とが備えられている。先端４９ｈ，４９ｉの組と先端４９ｊ，４９ｋの組とは、Ｙ軸方向で対の組をなしている。対の組数は特に限られず、図示の一対の組の他、対の組数を増加して対称に二対の組等にすることもできる。つまり、前記一対のヨークであるヨーク上部４９ａ及びヨーク下部４９ｂの他端に、対向してＮ極とＳ極とを構成する先端の組を対称に対として備えた構成となっている。図示では、ヨーク上部４９ａの先端４９ｈ，４９ｊがＮ極となり、ヨーク下部４９ｂの先端４９ｉ，４９ｋがＳ極となっている。
前記ヨーク４９は、前記先端４９ｈ，４９ｉの組と先端４９ｊ，４９ｋの組との対の相互間で中央に前記コイル５１を収容して固定するコイル固定部４９ｅを備えている。コイル固定部４９ｅは、上下左右対称形状に形成され、ヨーク４９にＸ軸方向に貫通形成されている。コイル固定部４９ｅは、ヨーク上部４９ａの他側に形成された下向きの切欠き部４９ｅａとヨーク下部４９ｂの他側に形成された上向きの切欠き部４９ｅｂとで形成されている。切欠き部４９ｅａ、４９ｅｂは、前記可動子配置部４９ｄの上下両側に位置する。この場合、他側とは、前記磁石取付部４９ｃ側を一側とするものである。
前記ヨーク４９は、バネ支持部５７を前記先端４９ｈ，４９ｉ、４９ｊ，４９ｋに応じて対称配置となるように少なくとも４カ所に備えている。このバネ支持部５７は、前記コイル固定部４９ｅのＹ軸方向の両側で前記先端４９ｈ，４９ｉの組と先端４９ｊ，４９ｋの組との間に前記バネ５３を支持するものである。４カ所のバネ支持部５７は、同一形状に形成されている。上側２カ所のバネ支持部５７は、下向きの切欠き部４９ｅａの下部内側に指向して傾斜設定されている。下側２カ所のバネ支持部５７は、上向きの切欠き部４９ｅｂの上部内側に指向して傾斜設定されている。各バネ支持部５は、コイル固定部４９ｅと先端４９ｈ，４９ｉ、４９ｊ，４９ｋとの間の切欠きの辺部に三角形状の２辺を形成するように切り欠かれている。このバネ支持部５７の形状は、後述のバネ５３の尖端部側の形状に対応している。バネ支持部５７は、バネ５３の尖端部を隙間無く嵌合支持させる構成となっている。
前記永久磁石４７及びヨーク４９は、一対の取付ブラケット５９で挟持され、取付ブラケット５９間がボルトナット６１により締結されることで組み上げられている。一対の取付ブラケット５９には、コイル固定部４９ｅに対応する開口５９ａが形成され、コイル固定部４９ｅを一対の取付ブラケット５９外に開放している。この取付ブラケット５９は、締結部５９ｂが、固定側である彫刻ヘッド１１のフロート板３５に締結固定されている。
前記可動子５５は、図３〜図５、図９〜図１１のように、可動子プレート５５Ａの積層体である。この積層体の可動子５５のＹ軸方向の一端の中央部に前記アーム部２１が一体に備えている。アーム部２１は、可動子５５から局部的に突出するように形成されている。図９では、中央部側の２枚の可動子プレート５５Ａから一体に突出し、振動取り出し用として備えられている。
前記可動子５５は、中央部の両側でＹ軸方向の横方向に対称に突出する端部５５ａを備えている。可動子５５の両端部５５ａは、前記ヨーク４９の各組の先端４９ｈ，４９ｉとの間及び先端４９ｊ，４９ｋとの間に均一な第１の隙間ｔ１でそれぞれ配置されている。可動子５５の中央部５５ｂは、上下に幅広に形成されている。この中央部５５ｂは、前記コイル固定部４９ｅの下向きの切欠き部４９ｅａ及び上向きの切欠き部４９ｅｂ間に配置されている。可動子５５の左右両端部５５ａ及び中央部５５ｂ間は、傾斜した段差によるバネ受け部５５ｃが形成されている。これらバネ受け部５５ｃは、バネ５３の円弧状部を当接支持させるものである。
前記バネ５３は、前記バネ支持部５７に応じて少なくとも４個備えられている。バネ５３及びバネ支持部５７をＹ軸方向に設置スペースを確保し、増設することも可能である。
図４、図１２、図１３のように、バネ５３は、板ばねで断面涙型の線対称に形成されている。バネ５３の断面において一側に尖端部５３ａを備えると共に他側に円弧状部５３ｂを備えている。尖端部５３ａは、板ばねを屈曲形成した突き合わせ部となっている。円弧状部５３ｂは、半径ｒの円に沿って形成され、尖端部５３ｂは、半径ｒの円の接線に沿って形成されている。尖端部５３ａの頂点５３ａｂと半径ｒの円までの最短距離は、半径ｒよりも小さく設定されている。
前記尖端部５３ａは、前記バネ支持部５７にほぼ隙間無く嵌合される形状であり、尖端部５３ａの両側面がバネ支持部５７に当接支持される。円弧状部５３ｂは、前記可動子５５のバネ受け部５５ｃを支持する曲率を有している。
前記バネ５３がバネ支持部５７及びバネ受け部５５ｃ間に介設されると、バネ５３の対称線が、傾斜するように設定配置される。
このバネ５３は、尖端部５３ａの両側部５３ｃが円弧状部５３ｂ側に対し長手方向に突出するように形成されている。従って、尖端部５３ａ側をバネ支持部５７に確実に支持させながら、円弧状部５３ｂを、バネ受け部５５ｃに確実に当接させることができる。
こうして前記バネ支持部５７に支持されたバネ５３の円弧状部５３ｂが、前記可動子５５を支持し、前記第１の隙間ｔ１が設定される。
図３〜図５、図１４のように、前記コイル５１は、矩形状に巻かれている。コイル５１の巻き形状は自由であり、外周が楕円形等になるように巻くこともできる。コイル５１の巻き方向は可動子５５の配置方向に交差する方向であり、図ではコイル５１の上下左右が、ＺＸ軸方向となっている。コイル５１の矩形状の内周に、前記可動子５５の中央部５５ｂを配置させる貫通穴５１ａを備えている。コイル５１の貫通穴５１ａは、コイル５１の線材の巻き回しにより精緻な平面を構成している。コイル５１は、全体が樹脂で被覆されている。
前記貫通穴５１ａは、内周部５１ａａが樹脂の被覆により平坦に形成されると共に開口縁部５１ａｂが樹脂の被覆によりアール形状又は面取り形状に形成されている。開口縁部５１ａｂのアール形状又は面取り形状等は、バネ５３の円弧状部５３ｂに対向する。この対向によりコイル５１とバネ５３との間隔をより狭小にすることができる。
前記貫通穴５１ａの内周部５１ａａの平坦、開口縁部５１ａｂのアール形状又は面取り形状等は、可動子５５の中央部５５ｂの揺動範囲を正確に許容し、バネ５３の円弧状部５３ｂの動作を正確に許容する。このため、可動子５５の中央部５５ｂとコイル５１の貫通穴５１ａの内周部５１ａａとの間の第２の隙間ｔ２を第１の隙間ｔ１との関係において極力小さくし、且つコイル５５とバネ５３との間を近接させ、全体の小型化に寄与させることができる。
前記コイル５１には温度センサ５１ｃが取り付けられ、稼働中のコイル温度を検出する。この検出温度の信号は、制御部に入力され、コイル５１の稼働温度の管理が行われるようになっている。
前記コイル５１は、前記コイル固定部４９ｅに収容されて外周部が樹脂Ｐにより前記ヨーク４９に固定されている。実施例では、コイル５１の上下外端と前記取付ブラケット５９の外面との間が樹脂Ｐで固定されている。このため、本実施例において、コイル５１は、ヨーク４９に対し間接的な固定となっている。但し、コイル５１をヨーク４９のコイル固定部４９ｅに直接固定することもできる。コイル５１を取付ブラケット５９の外面に固定する実施例では、コイル５１のＸ軸方向の長さが、コイル固定部４９ｅよりも大きく、コイル５１のＸ軸方向の両端部が取付ブラケット５９の開口５９ａ外に突出している。取付ブラケット５９の外面に対し樹脂Ｐによるコイル51の固定を容易としている。
図４のように、前記可動子５５は、前記中央部５５ｂが前記コイル５１の貫通穴５１ａの内周部５１ａａに対し均等な第２の隙間ｔ２をもって配置されている。第２の隙間ｔ２の均等は、Ｚ軸方向で中央部５５ｂの上下両側と貫通穴５１ａの内周部５１ａａの上下両側との間に上下等しく第２の隙間ｔ２が均一に形成されることを意味する。上下の第２の隙間ｔ２は、第１の隙間ｔ１との関係で可動子５５の中央部５５ｂの揺動を許容する大きさに設定されている。
前記コイル５１への通電を正逆切り換えることで前記可動子５５の両端部５５ａを前記第１の隙間ｔ１内で振動させたとき前記可動子５５の中央部５５ｂが前記第２の隙間ｔ２内で揺動振動して前記可動子５５にシーソー運動の振動を行わせることができる。
前記コイル５１への通電前、可動子５５は４個のバネ５３によるヨーク４９に対する支持により平衡を保ち、両端部５５ａがヨーク４９の先端４９ｈ，４９ｉ、４０ｊ、４９ｋに対して第１の隙間ｔ１を維持する。
前記コイル５１への通電によりコイル５１の両側、つまり可動子５５の両端部５５ａは、一方がＮ極、他方がＳ極となる。これに対し、コイル５１への通電を正逆切り換えると両端部５５ａの一方がＳ極、他方がＮ極に切り替わる。
この通電の切り換えにより、端部５５ａがＮ極であるときはヨーク４９のＮ極である上方の先端４９ｈ又は先端４９ｊに対して反発すると共に同Ｓ極である下方の先端４９ｉ，４９ｋに引き付けられる。端部５５ａがＳ極であるときはヨーク４９のＮ極である上方の先端４９ｈ又は先端４９ｊに引き付けられると共に同Ｓ極である下方の先端４９ｉ，４９ｋに対して反発する。
このため、コイル５１への通電の切り換えを正逆切り換えることで可動子５５を微小に揺動回転させることができる。揺動回転の程度は、電流の制御で行わせる。つまり、第１の隙間ｔ１内での可動子５５の振幅の程度が電流によって変わり、彫刻深さが制御される。
この揺動回転時に、バネ５３が可動子５５のバネ受け部５５ｃから荷重を受けて断面を変形させるように撓み、バネ受け部５５ｃからの荷重が解放されると断面形状を復帰させるようにバネ受け部５５ｃを付勢する。
従って、小型のバネ５３でも可動子５５の微小な揺動回転に的確に追従し、可動子５５の微小振動を付勢することができる。
しかも、可動子５５は、中央部５５ｂがコイル５１の貫通穴５１ａ内で揺動回転するから可動子５５の微小振動にコイル５１の重量が関わることが無く、可動子５５の微小振動を正確且つ確実に行わせることができる。振動中にバネ５３が撓むと円弧状部５３ｂが若干潰れるような変形をするためその外面がコイル５１側に突出する。このとき、コイル５１の開口縁部５１ａｂがバネ５３の撓みを許容し、可動子５５を無理なく振動させることができる。しかも、可動子５５の中央部５５ｂに可能な限り近接させてバネ５３を配置するから、バネ５３による可動子５５の確実な支持と可動子５５の確実な振動とを両立させることが容易となる。
そして、４個のバネ５３が、対称に傾斜配置され、バネ５３の付勢力が円弧状部５３ｂに均一に作用させることが可能となり、微小揺動振動に対して的確な付勢力を働かせることができる。
このような微小振動は、アーム部２１を介してピン支持ブロック２２、連結部材２３へと伝達され、画像データを電気信号に変換した信号に基づいてスタイラス１３を振動させることにより微細彫刻を確実に行わせることができる。
前記第２の隙間ｔ２は、前記第１の隙間ｔ１との関係で前記可動子５５の中央部５５ｂの揺動を許容する大きさに設定するから、コイル５５の巻き数を確保しながら極力小型化を図ることができる。
図１５は、振動発生装置をダブルにした概念図である。図１６（Ａ）は、比較例であるシングルソレノイド方式による彫刻画像の解像度の模式図である。図１６（Ｂ）は、ダブルソレノイド方式による彫刻画像の解像度の模式図である。図１７（Ａ）は、比較例であるシングルソレノイド方式による彫刻画像の模式図である。図１７（Ｂ）は、ダブルソレノイド方式による彫刻画像の模式図である。図１８は、加算回路及び減算回路の信号の振り分けイメージを示す図表である。図１９（Ａ）は、信号図を説明する図表である。図１９（Ｂ）は、信号図に対応する彫刻図を説明する図表である。
図１５のように、実施例２は、振動発生装置１９Ａ、１９Ｂとして２台備えている。
前記２台の振動発生装置１９Ａ、１９Ｂは、一方がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされると共に、他方がＺ軸方向に対し直交する例えばＸ軸方向に振動を取り出すようにセットされている。
前記Ｚ軸方向に振動を取り出す一方の振動発生装置１９Ａは、実施例１の振動発生装置１と同一構成であり、アーム部２１にＺ軸方向の連結部材２３を介して連動構成されたスタイラスホルダー２５を備え、スタイラスホルダー２５は、Ｚ軸及びＸ軸方向への振動を許容する支持バネ２７ｃ、２７ｄの先端に支持されている。支持バネ２７ｃ、２７ｄは、実施例１同様に基端が固定部である固定ブロック２９に固定されてスタイラスホルダー２５へ向かって横方向に延伸するように配置されている。スタイラスホルダー２５にスタイラス１３が支持されている。
前記支持バネ２７ｃ、２７ｄは、実施例１とは異なって棒状等に形成され、スタイラスホルダー２５のＸＺ方向の振動を許容する。
前記Ｘ軸方向に振動を取り出す他方の振動発生装置１９Ｂは、アーム部２１ＢをＸ軸方向の連結部材２３Ｂを介して振動発生装置１９Ａのスタイラスホルダー２５にＸ軸方向へ連動構成している。つまり、振動発生装置１９Ｂは、連結部材２３Ｂまでの構造を振動発生装置１９Ａと同一に構成している。但し、連結部材２３Ｂについては、振動発生装置１９Ｂの横置き構造に応じて材質、太さ、長さを変更することもできる。振動発生装置１９Ｂは、横置きに応じて形状、支持構造等を変更することができる。
前記振動発生装置１９Ａ、１９Ｂは、駆動回路６３に接続されている。駆動回路６３は、概念的に示したものであり、画像信号６５と振動発生装置１９Ａ、１９Ｂとの関係を示している。画像信号６５は、出力側に一対の増幅器６７ａ、６７ｂが接続されている。一対の増幅器６７ａ、６７ｂは、それぞれ加算回路６９及び減算回路７１に接続されている。加算回路６９は、増幅器７３ａを介して振動発生装置１９Ａのコイル５１に接続されている。減算回路７１は、増幅器７３ｂを介して振動発生装置１９Ｂのコイル５１に接続されている。
そして、前記一方及び他方の振動発生装置１９Ａのコイル５１への通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせる。前記一方の振動発生装置１９Ａの可動子５５のシーソー運動の振動に連動してＺ軸方向に振動するスタイラス１３が、被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により被彫刻媒体に彫刻可能とする。この彫刻可能な動作に対し、振動発生装置１９Ｂが、前記彫刻信号に基づく可動子５５のシーソー運動の振動によりスタイラスホルダー２５にＸ軸方向の振動を付加して彫刻するようにする。
この振動発生装置１９Ａ、１９Ｂのダブルソレノイド方式により高精細な彫刻を行わせることができる。
前記振動発生装置１９Ａのみによるシングルソレノイド方式の彫刻画像の解像度は、図１６（Ａ）であり、前記振動発生装置１９Ｂを追加したダブルソレノイド方式での彫刻画像の解像度は、図１６（Ｂ）となった。つまり、列方向の解像度がｄからｄ１へと倍になった。
前記シングルソレノイド方式で「Ｗｏｒｌｄ」の文字を彫刻すると、図１７（Ａ）のようになる。前記ダブルソレノイド方式で「Ｗｏｒｌｄ」の文字を彫刻すると、図１７（Ｂ）のようになり、ダブルソレノイド方式では、高精細な彫刻画像を得ることができた。
前記ダブルソレノイド方式で解像度が倍になるメカニズムは以下の通りである。
前記振動発生装置１９Ａのみによるシングルソレノイド方式を用いると、１ドット内での列方向でのスタイラス１３の位置が変わらずに行方向一定の直線上にて彫刻信号に応じ彫刻を行う。つまり、スタイラス１３は、一定の直線上で深さを変化させながら彫刻することになる。このため、１ドット毎の画像データに濃淡の偏りがあってもドットの列方向中央位置で二値化の濃淡を表現することになる。このため、写真から生成した画像信号において１ドット内で濃淡の中央値が列方向にずれてもシングルソレノイド方式のスタイラス１３は、ドットの列方向中央位置でその濃淡を表現しなければならず、列方向の解像度は一定以上にはならない。
これに対し、前記振動発生装置１９Ａ、１９Ｂによるダブルソレノイド方式を用いると列方向の解像度を向上させることができる。図１８、図１９により、一例として黒カード彫刻の例を説明する。図１８は、１ドットにおける列方向での信号の振り分けと彫刻との関係を示す。図１８のａ、ｂに０〜１を当てた。画像データでは、２５６の諧調値などにすることができる。信号の欄は、彫刻最小単位の色の状態（黒〜灰〜白）を示す。最小単位を１ドット内で上下２段のａ、ｂに分割し処理する。
ａ：信号１ドットの上段を指す。aの「白黒度合い」を数値で示す。０は、真黒、１は、真っ白を意味する。
ｂ：信号１ドットの下段を指す。bの「白黒度合い」を数値で示す。０は、真黒、２は、真っ白を意味する。
ａ+ｂ：彫刻１ドットの「彫刻深さ」を数値で示す。０は、彫刻なし、２ は、最深を意味する。深さに対しては振動発生装置１９Ａが動作する。
ａ−ｂ：彫刻１ドットの「偏移位置」を数値で示す。０は、中心、＋1は、最上位置、−1は、最下位置を意味する。偏移に対してはて振動発生装置１９Ｂが動作する。
したがって、図１９の（Ａ）の信号に対し、図１９（Ｂ）のような彫刻が１ドット毎に行われる。例えば、信号が１ドットの上段及び下段共に真黒（０，０）であるとき（図１９（Ａ）の上段１列目）、彫刻及び偏移ともになし（０，０）である（図１９（Ｂ）の上段１列目）。信号が１ドットの上段が真白、下段が真黒（１，０）であるとき（図１９（Ａ）の上段２列目）、彫刻深さは１、偏移は１となり（１，１）である。つまり、１ドットの上段が深さ１で彫刻される。以下、図１９の上段３列目、及び下段１〜３列目の対応関係も同様である。
このようにして、１ドット内の画像データの濃淡の偏りを見込んで加算回路６９及び減算回路７１を機能させ、信号の振り分けにより振動発生装置１９Ａ、１９Ｂを動作させることで、１ドット内でのスタイラス１３の位置、彫刻深さを制御し、列方向の解像度を向上させることができる。
なお、スタイラス１３が１ドット内で位置を列方向に変化させて彫刻すると、列方向でドットの範囲が隣のドット領域に及ぶ恐れがある。この場合は、そのままでも彫刻画像に問題はないが、スタイラス１３の１ドット内での位置変更制御をキャンセルして列方向でドットの範囲が隣のドット領域に及ばないようにすることもできる。
以上により、ダブルソレノイド方式では、より高精細な彫刻画像を得ることができる。
１ 画像彫刻装置
５ Ｘ軸テーブル
７ Ｙ軸テーブル
９ Ｚ駆動機構
１３ スタイラス
１９、１９Ａ、１９Ｂ 振動発生装置
２１ アーム部
２２ ピン支持ブロック
２３ 連結部材
２５ スタイラスホルダー
２７ 支持バネ
２９ 固定ブロック（固定側）
４７ 永久磁石
４９ ヨーク
４９ｅ コイル固定部
４９ｆ、４９ｇ 一端
４９ｈ，４９ｉ、４０ｊ、４９ｋ 先端
５１ コイル
５１ａ 貫通穴
５１ａａ 内周部
５１ａｂ 開口縁部
５３ バネ
５３ａ尖端部
５３ｂ 円弧状部
５５ 可動子
５５ａ 両端部
５５ｂ 中央部
５７ バネ支持部
５９ 取付ブラケット
５９ａ 開口
６１ ボルトナット

Claims (5)

  1. 固定側の永久磁石及びヨークとコイルとを含むと共に前記ヨークにバネにより支持され前記コイルへの通電を正逆切り換えることにより前記ヨークに対し振動する可動側の可動子を含み、
    前記ヨークは、一対備えてそれぞれの一端が前記永久磁石のＮ極とＳ極とに各別に接合され、
    前記一対のヨークの他端に、対向してＮ極とＳ極とを構成する先端の組を対称に対として備え、
    前記ヨークは、前記先端の組の対の相互間で中央に前記コイルを収容して固定するコイル固定部を備え、
    前記ヨークは、前記コイル固定部の両側で前記先端の組との間に前記バネを支持するバネ支持部を前記先端に応じて対称配置となるように少なくとも４カ所に備え、
    前記可動子は、中央部の両側で対称に突出する端部を備え、
    前記可動子の両端部は、前記ヨークの各組の先端との間に均一な第１の隙間でそれぞれ配置され、
    前記可動子の中央部は、前記コイル固定部に配置され、
    前記可動子は、一端部に局部的に突出する振動取り出し用のアーム部を備え、
    前記バネは、前記バネ支持部に応じて少なくとも４個備えられ、
    前記少なくとも４個のバネは、それぞれ一側に尖端部を備えると共に他側に円弧状部を備える断面涙型の同一形状であり、
    前記各バネの尖端部が、前記各バネ支持部にそれぞれ支持され、
    前記各バネの円弧状部が、前記可動子を前記中央部の両側で支持し、
    前記コイルは、前記コイル固定部に収容されて外周部が樹脂により前記ヨークに固定され、
    前記コイルの内周に、前記可動子の中央部を配置させる貫通穴を備え、
    前記可動子は、前記中央部が前記貫通穴に対し均等な第２の隙間をもって配置され、
    前記第２の隙間は、前記第１の隙間との関係で前記可動子の中央部の揺動を許容する大きさに設定され、
    前記コイルへの通電を正逆切り換えることで前記可動子の両端部を前記第１の隙間内で振動させたとき前記可動子の中央部が前記第２の隙間内で揺動振動して前記可動子にシーソー運動の振動を行わせる、
    振動発生装置。
  2. 請求項１記載の振動発生装置であって、
    前記貫通穴は、内周部が樹脂の被覆材により平坦に形成されると共に開口縁部が樹脂の被覆材により前記バネの円弧状部に対向するアール形状又は面取り形状に形成されている、
    振動発生装置。
  3. 請求項１記載の振動発生装置であって、
    前記永久磁石及びヨークは、一対の取付ブラケットで挟持され、
    前記一対の取付ブラケットに前記コイル固定部に対応する開口を備え、
    前記コイルの両側部が前記取付ブラケットの開口外に突出し、
    前記コイルが前記取付ブラケットの外面に樹脂により固定された、
    振動発生装置。
  4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の振動発生装置を備えた画像彫刻装置であって、
    前記振動発生装置は、前記アーム部がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされ、
    前記アーム部にＺ軸方向の連結部材を介してＺ軸方向に連動構成されたスタイラスホルダーを備え、
    前記スタイラスホルダーは、Ｚ軸方向の振動を許容する支持バネの先端に支持され、
    前記支持バネは、基端が固定部に固定されて前記スタイラスホルダーへ向かって横方向に延伸するように配置され、
    前記スタイラスホルダーにスタイラスを支持し、
    前記コイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせＺ軸方向に振動する前記スタイラスと前記被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻する、
    画像彫刻装置。
  5. 請求項１〜３の何れか１項に記載の振動発生装置を備えた画像彫刻装置であって、
    前記振動発生装置は、２台備えられ、
    前記２台の振動発生装置は、一方がＺ軸方向に振動を取り出すようにセットされると共に、他方がＺ軸方向に対し直交するＸ軸方向に振動を取り出すようにセットされ、
    前記Ｚ軸方向に振動を取り出す一方の振動発生装置のアーム部にＺ軸方向の連結部材を介して連動構成されたスタイラスホルダーを備え、
    前記スタイラスホルダーは、Ｚ軸及びＸ軸方向への振動を許容する支持バネの先端に支持され、
    前記支持バネは、基端が固定部に固定されて前記スタイラスホルダーへ向かって横方向に延伸するように配置され、
    前記スタイラスホルダーにスタイラスを支持し、
    前記Ｘ軸方向に振動を取り出す他方の振動発生装置のアーム部をＸ軸方向の連結部材を介して前記スタイラスホルダーにＸ軸方向へ連動構成し、
    前記一方及び他方の振動発生装置のコイルへの通電の切り換えを彫刻信号に基づいて行わせ前記一方の振動発生装置によりＺ軸方向に振動する前記スタイラスに対し前記他方の振動発生装置によりＸ軸方向の振動を付加し前記被彫刻媒体との間の前記彫刻信号に基づくＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向への相対動作により前記被彫刻媒体に彫刻する、
    画像彫刻装置。
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