JP2588026B2 - レーザ加工方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、レーザ加工方法およびその装置に関し、
更に詳しくは、天然ゴムやエラストマーに代表されるゴ
ム系材質からなる印材等の被加工物を加工して印鑑やス
タンプ等を製作するに際し、その印字面における強度の
増大が図られ、また多孔質体にあっては、インキの浸透
を良好にして捺印ムラを解消し得る新規なレーザ加工方
法およびその装置に関するものである。

従来技術 第17図は、従来のレーザ加工装置の概略構成を示す説
明図であって、該加工装置には、天然ゴムやエラストマ
ーに代表されるゴム系材質からなる被加工物５と、被加
工物５の表面上に彫る文字等のパターン６を描いた原図
14とが、加工テーブル７に載置されている。原図14の上
方にはパターン検出センサ８が置かれ、被加工物５の上
方には、レーザ電源９およびレーザ発振器10からなるレ
ーザ光発生装置が設置されている。そして、前記加工テ
ーブル７が図示しない走査装置により駆動され、パター
ン検出センサ８やレーザ発振器10に対して相対的に左右
方向に走査されると、前記パターン検出センサ８は、そ
の真下に来た原図14上に描かれたパターン６を検出する
よう構成されている。

前記センサ８がパターン６を検出していない間（すな
わちセンサ８が白色部分を走査している間）は、白色を
検出した信号がレーザ電源９に送出され、レーザ電源９
は100％の出力となるようにレーザ発振器10を発振させ
る。従って、レーザ発振器10から射出されたレーザ光
は、反射鏡11で反射されて被加工物５の表面に照射さ
れ、加工テーブル７の走査に従って溝が刻設される。ま
た、センサ８の走査中に、白色部分の箇所から黒色部分
の箇所の走査に入ると、黒色を検出した旨の信号がセン
サ８からレーザ電源９に送出される。これにより、被加
工物５の表面へのレーザ光の照射が中断される。以上の
走査の繰り返しにより、被加工物５の表面には、原図14
上に描かれたパターン６と同形あるいは類似形のパター
ンを表わす凸部が彫られる。

発明が解決しようとする課題 第12図は、手彫りや製版等の従来の加工技術により、
天然ゴムやエラストマー等のゴム系材質の被加工物につ
き、その表面を加工してなる印鑑やスタンプ等の表面凸
部１の断面を示している。この図に示すように、朱肉や
インクが乗る凸部１の頂面の幅に対し、テーパを付けて
凸部１の底面（基底部）の幅を広くしてある。これは、
象牙等の堅い被加工物とは異なり、ゴム系材質からなる
被加工物は柔らかいので、凸部１の物理的強度を向上さ
せて、該凸部１の破損を防止すると共に使用寿命を長く
するためである。

これに対して第13図は、上述した従来のレーザ加工装
置により、ゴム系材質からなる被加工物の表面を加工し
て製作した印鑑やスタンプ等の表面凸部２の断面を示す
ものである。図から判明するように、従来のレーザ加工
技術で物体表面を加工すると、凸部２の頂面の幅と底面
の幅が等しくなり、かつ底部に少し深い切れ込み３が生
ずる。また或る深さでは、逆テーパ４にさえなってしま
い、凸部２の頂面の幅よりも底面の幅の方が狭くなる場
合もある。従ってこのような場合、前記凸部２の物理的
強度が小さくなり、使用寿命が短くなると共に破損し易
くなると云う問題があった。またインクを多孔質の印材
に染み込ませて使用するスタンプの場合、前記切れ込み
３の存在によりインクの均一な供給が遮断され、インク
の伝達不足を来たす原因にもなっていた。

前記凸部２の頂面と底部の幅が同じになるという現象
は、レーザ光を被加工物表面に真上から照射し、かつ、
レーザ光をオン−オフ制御するしかない従来技術では止
むをえないことである。また、第13図に示す切れ込み３
が生じるのは、第18図に示すレーザ発振器の出力特性か
ら判明する如く、レーザ光オフ状態からオン状態に遷移
させたとき、一時的に高いパワーのレーザ光が出力され
るためであることが判っている。

またレーザ加工スポットは、第14図に示すように、加
工深さが浅いほど小さくすることが可能で、加工深さは
加工解像度に及ぼす影響が大きい。すなわち浅く彫った
ほうが解像度は良くなるものである。しかし、印鑑など
の性質上、必要な深さは決まってくるため、第15図に示
す加工深さが浅い場合に比べ、第16図に示す印鑑等に必
要な深さにすると、加工解像度が低下することに起因し
て凸部分12が痩せ、更に細い部分13では潰れるという悪
影響が起きる。

発明の目的 本発明は、前述した従来のレーザ加工技術に内在して
いる問題点に鑑み、これを好適に解決するべく提案され
たものであって、天然ゴムやエラストマーに代表される
ゴム系材質からなる被加工物の表面をレーザ光で加工す
る場合に、加工した凸部が容易に壊れることがなく、ま
たインク等の乗りや伝達が良好となるレーザ加工方法お
よびその装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 前記問題点を克服し、所期の目的を好適に達成するた
め本発明は、天然ゴムやエラストマー等のゴム系材質か
らなる被加工物の表面を、レーザ光で走査しながら加工
するレーザ加工方法であって、 その走査中にレーザ光出力・大の状態からレーザ光出
力・零の状態に移行し、あるいはレーザ光出力・零の状
態から出力・大の状態に移行して被加工物表面に凸部を
形成するに際し、 前記レーザ光出力・大の状態からレーザ光出力・零の
状態に移動する途中、あるいはレーザ光出力・零の状態
からレーザ光出力・大の状態に移行する途中において、
レーザ光出力・中の状態で所要距離あるいは所要時間走
査した後に、レーザ光出力・零あるいはレーザ光出力・
大の状態に移行させるようにして、前記凸部を複数段形
状の凸部に加工することを特徴とする。

また前述の方法を好適に実施するため本願の別の発明
は、所要のパターンを有する原図を走査しながら該パタ
ーンを検出するセンサと、被加工物の表面に前記センサ
のパターン検出信号に応じてレーザ光を照射するレーザ
光発生装置と、前記レーザ光を前記被加工物に対し相対
的かつ前記原図の走査に同期して走査する走査装置とを
備えるレーザ加工装置において、 前記レーザ光発生装置の出力を、前記センサのパター
ン検出信号に応じて制御する手段を備え、この手段は前
記原図の走査中にレーザ光出力・大の状態からレーザ光
出力・零の状態に移行し、あるいはレーザ光出力・零の
状態から出力・大の状態に移行して被加工物表面に凸部
を形成するに際し、その移行前後の中間でレーザ光出力
を所要時間・中程度の状態にする装置であることを特徴
とする。

作用 レーザ光出力・大の状態から出力・零の状態に移行
し、あるいはこの逆に移行するとき、レーザ光出力・中
の状態を設けることで、第１図に例示するように、凸部
は、複数段（実施例では２段）形状となり、頂部に比べ
て底部の方が広く形成された第12図に示す手彫り形状に
近似させることができる。これにより、２段凸部40の物
理的強度を大きくして、該凸部40の破損を防止すると共
に、インク等の乗りや伝達も良好にし得る。

実施例 次に、本発明に係るレーザ加工方法につき、これを好
適に実施させ得る装置との関係において、好適な実施例
を挙げて以下説明する。なお実施例でレーザ加工される
対象物となる被加工物は、天然ゴムやエラストマーに代
表されるゴム系材質のものであって、何れも印鑑やスタ
ンプ等の印材に好適に使用されるものとする。例えば、
天然ゴムを素材とし、また合成ゴムや弾性プラスチ
ック（低密度ポリエチレン、軟質塩化ビニルプラスチッ
ク等）を総称する高分子エラストマーを素材とするもの
がこれである。このゴム系材質の被加工物としては、イ
ンクの含浸性が良好な多孔質体も含まれることは勿論で
ある。

第２図は、本発明の一実施例に係るレーザ加工装置の
構成図を示している。このレーザ加工装置は２段彫り加
工用であり、そのために第17図に示す従来のレーザ加工
装置に比べ、先読みセンサ20と、該センサ20のパターン
検出信号の立ち下がり時間を所定時間遅らせるタイマ21
と、レーザ光出力２段切り替えレーザ光発生装置23とを
設けている。なお、タイマ21は、先読みセンサ20が原図
14上に描かれた文字等のパターン６を検出すると、その
作動を開始するよう設定される。

レーザ光発生装置23は、レーザ電源として、パターン
検出センサ８のパターン検出信号に応じた電力を発生す
るコンバータ24と、タイマ21の出力信号に応じた電力を
発生するコンバータ25とを備えている。コンバータ24
は、検出センサ８が原図14の白色部分を検出すると最大
電力を発生し、前記パターン６を検出すると出力を遮断
するよう設定されている。また、コンバータ25は、前記
タイマ21がオフのときに最大電力を発生し、センサ20が
パターン６を検出してタイマ21がオンすると出力を遮断
するよう設定されている。

更にレーザ光発生装置23のレーザ発振器（レーザ共振
器）26は、全反射鏡27,28,29およびハーフミラー30と、
アース電極31と、コンバータ24に接続された電極32およ
びコンバータ25に接続された電極33とを備えている。

前記センサ８の視野8aとセンサ20の視野20aとの関係
は、前記加工テーブル７の移動方向に対して、センサ８
の視野8aよりもセンサ20の視野20aが上流側に位置し
て、常にセンサ20の方がセンサ８よりも先にパターン６
を検出し得るよう設定されている。

実施例の作用 次に、前述した構成に係る実施例の作用につき説明す
る。例えば前記加工テーブル７が第２図において右方向
に移動しているとすると、先読みセンサ20の視野20a
は、第３図に示す如く、センサ８の視野8aよりも左側と
なるよう設定される。この場合に、加工テーブル７の移
動中また両センサ20,8共に白色部分を検出している間
は、前述した如く、両コンバータ24,25は共に最大電力
を夫々アース電極31−電極32間とアース電極31−電極33
間に供給している。従って、ハーフミラー30から射出す
るレーザ光の強度は最大（レーザ光出力・大の状態）と
なり、被加工物５の表面に溝部が形成される。

加工テーブル７の移動により、パターン６が先読みセ
ンサ20の視野20aに入り、パターン検出信号ｂがタイマ2
1に入力されると、該タイマ21がオン状態となり、この
信号ｃがコンバータ25に入力されてコンバータ25は出力
を遮断する。なお、前記センサ８の視野8aは、未だパタ
ーン６を検出していないので、前記コンバータ24は最大
電力を供給している。すなわち、タイマ21の出力がオン
の時は、レーザ発振器26は、コンバータ24の供給電力の
みで発振し、ハーフミラー30から射出されるレーザ光の
出力は最大出力時に比べて半減（レーザ光出力・中の状
態）する。従って、このレーザ光で彫られる溝の深さは
最大出力時の半分となり、第１図に示す中間段部40aが
形成される。

前記コンバータ25からの電力供給が遮断されている途
中、すなわちタイマ21の出力がオンのときの中間で（予
めそのようになるように、両センサ8,20の視野配置とタ
イマ21の遅延時間が調節されている）、パターン６がセ
ンサ８の視野8aに入ると、センサ８からパターン検出信
号ａがコンバータ24に入り、コンバータ24は電力の供給
を遮断（レーザ光出力・零の状態）する。これにより、
第１図に示す凸部頂面40b、すなわちインクや朱肉を付
ける部分が形成される。

更にテーブル７が移動して、パターン６がセンサ８の
視野8aを外れると、コンバータ24からの電力供給が開始
され、半分のレーザ光出力（レーザ光出力・中の状態）
での彫刻加工となり、別の中間段部40aが形成される
（第１図参照）。その後、前記タイマ21の設定時間が経
過してその出力がオフになると、前記コンバータ25から
の電力供給が開始されて、レーザ光出力が最大（レーザ
光出力・大の状態）となる。すなわち、レーザ光出力ｄ
は、第３図のタイムチャートに示す如く変化し、これに
より被加工物５の表面に、第１図に示す如き２段凸部40
を形成し得る。

次に、加工テーブル７の右方向の走査が終了し、次に
左方向の走査が開始されると、これに先立ちセンサ8,20
を中心軸回りに回転し、第４図に示す配置とする。これ
により、パターン６と各センサ8,20の視野配置は、第５
図に示すようになり、加工テーブル７が左方向に移動し
ても、常にセンサ20がセンサ８よりも先きにパターン６
を検出する。以上の走査を繰り返すことによって、被加
工物５の表面に、原図14のパターン６に応じた２段凸部
40が形成される。

別実施例 前述の実施例では、両センサ8,20の視野配置を第４図
に示すようにしたので、加工テーブル７の走査を反転さ
せたとき、両センサ8,20を第４図に示すように回転させ
た。しかし、例えば第６図に示す如く、センサ20の視野
20aの中心にセンサ８の視野8aが位置するよう設定すれ
ば、走査の反転毎に両センサ8,20を回転移動させる必要
はなくなる。なおこの場合、両センサ8,20の視野が重な
っているので、タイマ21を使用してセンサ20のパターン
検出信号の立ち下がり時間を遅らせる必要がなく、タイ
マ21を省略することができる。また第７図に示す如く、
センサ20を複眼とし、その視野20a,20aの間にセンサ８
の視野8aを位置するようにしても同様の加工を施し得
る。

更に、前述した実施例では、センサ８の他に先読みセ
ンサ20を用いたが、センサ８のみを用い、センサ８のパ
ターン検出信号でコンバータ24を制御し、センサ８のパ
ターン検出信号の立ち下がりをタイマ21で遅延させた信
号でコンバータ25を制御するようにしても、本発明の所
期の目的を達成することができる。この場合、右方向の
走査のみレーザ光を照射することで、第９図に示す如
く、片側のみの２段加工ができる。なお、この例で、往
復走査を行なうと、第１図の凸部40の両袖に当たる中間
段部40a,40aがレーザ光のビーム径周期のくし歯状とな
る。

第２図のレーザ加工装置では、２対の放電電極を用い
てレーザ光出力を２段階調節したが、第10図に示す如
く、１対の放電電極を備えるレーザ共振器26を用い、こ
の電極に供給する電力を高速に２段階制御するレーザ電
源41を使用することによっても同様の加工を施すことが
できる。更に第11図に示すように、レーザ光発生装置23
から射出された単一出力のレーザ光を光変調器42を通す
ことで、その出力を多段階調節するようにしてもよい。
なお、実施例では２段加工としたが、２段以上の複数段
加工とすることにしても良いことは勿論である。

発明の効果 以上説明した如く、本発明に係るレーザ加工方法によ
れば、レーザ光出力・零の状態とレーザ光出力・大の状
態の間に、レーザ光出力・中の状態を設けることによ
り、複数段形状の凸部を形成することができるので、レ
ーザ彫刻でゴム印等を製作した場合であっても、凸部の
物理的強度を大きくすることができ、使用寿命を長くし
得る。また、インクの乗りの良好なゴム印等を製作でき
るという効果も奏する。

更に、前述した多孔質体を印材とする場合は、従来技
術の如く複数段形状の凸部を加工してないと、含浸した
インクが印部表面に浸透し難くくなり捺印ムラを生ず
る。しかるに、本発明の方法により複数段形状の凸部を
形成することにより、基底部が広くなるためにインクの
浸透が良好になり、捺印ムラもそっくり解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るレーザ加工方法で加
工したゴム印表面の断面図、第２図は、本発明の一実施
例に係るレーザ加工装置の構成図、第３図は、第２図に
示す２つのセンサの視野配置とセンサ出力およびレーザ
光出力との関係を示すタイミングチャート、第４図は、
第２図に示す装置の走査方向を反転させた状態の両セン
サの配置を示す説明図、第５図は、第４図の両センサの
視野関係を示す説明図、第６図は、両センサにおける視
野関係の別実施例を示す説明図、第７図は、両センサに
おける視野関係の更に別実施例を示す説明図、第８図
は、レーザ加工装置の別実施例の要部構成図、第９図
は、第８図のレーザ加工装置で加工したゴム印の要部断
面図、第10図は、レーザ加工装置の更に別実施例の要部
構成図、第11図はレーザ加工装置の更に別実施例の要部
構成図、第12図は、手彫りで製作したゴム印の要部断面
図、第13図は、従来のレーザ加工装置で製作したゴム印
の要部断面図、第14図，第15図，第16図は、レーザ加工
スポットおよび加工深さと加工解像度との関係を示す説
明図、第17図は、従来のレーザ加工装置の概略構成図、
第18図は、レーザ光出力の特性グラフである。 ５……被加工物、６……パターン ７……加工テーブル、８……パターン検出センサ 14……原図、20……先読みセンサ 21……タイマ、23……レーザ光発生装置 24,25……コンバータ、26……レーザ発振器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】天然ゴムやエラストマー等のゴム系材質か
   らなる被加工物の表面を、レーザ光で走査しながら加工
   するレーザ加工方法であって、 その走査中にレーザ光出力・大の状態からレーザ光出力
   ・零の状態に移行し、あるいはレーザ光出力・零の状態
   から出力・大の状態に移行して被加工物表面に凸部を形
   成するに際し、 前記レーザ光出力・大の状態からレーザ光出力・零の状
   態に移動する途中、あるいはレーザ光出力・零の状態か
   らレーザ光出力・大の状態に移行する途中において、レ
   ーザ光出力・中の状態で所要距離あるいは所要時間走査
   した後に、レーザ光出力・零あるいはレーザ光出力・大
   の状態に移行させるようにして、前記凸部を複数段形状
   の凸部に加工する ことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】所要のパターンを有する原図を走査しなが
   ら該パターンを検出するセンサと、被加工物の表面に前
   記センサのパターン検出信号に応じてレーザ光を照射す
   るレーザ光発生装置と、前記レーザ光を前記被加工物に
   対し相対的かつ前記原図の走査に同期して走査する走査
   装置とを備えるレーザ加工装置において、 前記レーザ光発生装置の出力を、前記センサのパターン
   検出信号に応じて制御する手段を備え、この手段は前記
   原図の走査中にレーザ光出力・大の状態からレーザ光出
   力・零の状態に移行し、あるいはレーザ光出力・零の状
   態から出力・大の状態に移行して被加工物表面に凸部を
   形成するに際し、その移行前後の中間でレーザ光出力を
   所要時間・中程度の状態にする装置である ことを特徴とするレーザ加工装置。