JPH1178385A - ウオータジェットによる描画方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジェットノズルの移動速度および方向を制御
することで、モルタル壁、ＰＣ版、石材などを描画面と
して線刻、あるいはレリーフなどの立体図形を描画でき
るようにし、既存の画像データからこれに相似する画像
を描画面に描画する。 【解決手段】 描画装置は、モルタルパネル１に着脱可
能に取付けられる枠状の装置本体２と、ジェットポンプ
３およびタンク４と、制御装置５と、画像データ処理装
置としてのパソコン６とから構成されている。そして、
パソコン６に取込んだ画像データに基づくプログラムに
応じて装置本体２に配置されたヘッド１１をＸＹ方向に
移動させながらヘッド１１に設けたノズル１４より描画
面に向けてジェット噴射することにより、モルタルパネ
ル１の表面に画像データに相似する凹凸を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウオータジェット
を用いてモルタル壁、ＰＣ版、石材などの表面に絵や文
字などの彫刻を施す方法に関し、特に既存の画像データ
そのままの形状を自動的に描画できるようにした方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】素材表面に自動彫刻を行う従来技術とし
て、レーザ加工機、ＮＣ切削盤などの機械的加工方法が
あり、画像データを読込んで、その画像通りに線刻を行
ったり、レリーフを自動的に形成する方法が知られてい
る。

【０００３】但し、これらは、プラスチック板や金属板
などの加工に好適であるが、モルタル壁やＰＣ板などに
素材に加工適用する場合には、レーザ加工機では、加工
時の発熱により材質を変質させる。また特に切削による
ものは、作業工程が膨大であり、また割れや欠けを生じ
易いため、実用化はされていない。

【０００４】従って、この種の素材表面に対する彫刻
は、従来では専ら手彫や、こて塗りなどで行われてお
り、熟練者の手になるものは、品質の良い、芸術的な加
工表面が得られるが、時間、費用を多く費やし、大量生
産には不向きとなっていた。

【０００５】ところで、モルタル壁、ＰＣ板などに対す
るこの種の表面加工の従来技術として、特公平５−３３
１２６号公報に示す技術が開示されている。この技術
は、モルタル表面の切除したい部分に硬化遅延剤を含浸
させてモルタルを固結させ、次いでモルタル表面にウオ
ータジェットを噴射することにより未硬化部位を洗浄除
去し、その除去部分に浮彫り模様を形成する方法であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この公
報に開示された方法では、下地処理作業とジェット噴射
作業の二段階にわたっているため、ＰＣ版製作過程での
作業に限られ、かつ作業が面倒であるほか、硬化部位と
未硬化部位との境界が不明瞭であることから、不定形の
浮彫り模様を得ることはできるが、具象化した画像、例
えば文字、記号、マーク、具象画などの形成には不向き
であった。

【０００７】なお、ウオータジェットの高いせん断力
は、切断面に影響を与えない切削技術として従来より広
く利用されてきたが、切削深さを調節する技術が確立さ
れていないため、専ら部材を貫通して切断するために使
用されており、ウオータジェットを絵筆代りとして描画
と同様の手法により彫刻を施すことは考えられておら
ず、せいぜい前述のごとき未硬化部位の洗堀に用いられ
ているだけであった。

【０００８】本発明者は、描画面に対しジェットノズル
の離間距離が一定であれば、描画面に対するジェットノ
ズルの平行方向への移動速度を一定とすれば、常時一定
の溝深さが得られること、またその溝は、ジェットノズ
ルに特有の、面に影響を与えることなくシャープな幅に
切削することができることおよび加工時の静粛性などに
着目した。

【０００９】本発明は以上の着眼に基づきなされたもの
であって、その目的はジェットノズルの移動速度および
方向を制御することで、モルタル壁、ＰＣ版、石材など
を描画面として線刻、あるいはレリーフなどの立体図形
を描画できるようにしたウオータジェットによる描画方
法を提供するものである。

【００１０】また、本発明は、既存の画像データからこ
れに相似する画像を描画面に描画できるようにすること
を他の目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明は、描画面との離間距離を一定に保ちつつ描
画面に対してＸＹ方向に移動可能なヘッドと、ヘッドに
保持されて噴射面を描画面に向けたジェットノズルと、
ジェットノズルに接続されたジェットポンプと、前記ヘ
ッドをＸＹ方向に移動させるための駆動手段と、画像デ
ータに基づき前記駆動手段およびジェットポンプを駆動
制御するための制御手段とを備え、前記画像データに基
づくプログラムに応じてヘッドをＸＹ方向に移動させな
がら描画面に向けてジェット噴射することにより、前記
描画面に画像データに相似する凹凸を形成することを特
徴とする。したがって、本発明方法によれば、与えられ
た画像データにより簡単かつ短時間にモルタル壁面や、
ＰＣ版、石材表面に線刻による描画ができ、また異なる
面に繰返し同一画像を描画形成できる。

【００１２】また、前記制御手段は、画像データの階調
に応じてジェットノズルの噴射圧力および／またはヘッ
ドの移動速度を制御することによって、階調に応じた溝
深さにより刻設作業がなされることで、レリーフなどの
立体的な造形の画像を得ることができる。

【００１３】さらに、前記ヘッドに対してジェットノズ
ルは角度調整可能に設けられ、角度変更により前記描画
面に対する噴射角度を変えて噴射することで、溝角度に
応じた特殊効果の画像を形成できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明方法に用いる描画装置のシス
テム構成を示している。この装置は、モルタルパネル１
に着脱可能に取付けられる枠状の装置本体２と、ジェッ
トポンプ３およびタンク４と、制御装置５と、画像デー
タ処理装置としてのパソコン６とから構成されている。

【００１６】モルタルパネル１の壁面は、成分が細骨材
とセメントで構成されるため、ウオータジェット加工に
伴う溝縁形状や面形状がきわめてきれいな仕上りとな
り、推奨される加工素材である。また、線刻の容易さと
表面仕上りとの兼合いから、圧縮強度は３００〜７００
kg／cm² の範囲のパネルを用いることが望ましい。

【００１７】装置本体２は、製図用に用いられるＸ−Ｙ
プロッタと類似する構成であるが、モルタルパネル１の
縦横比に応じた大きさに枠組みされ、その枠内部をＸ，
Ｙ座標系の空間としたものである。そして、この枠組の
四隅にあって、モルタルパネル１に先端を固定した隙間
調整具７によって所定の離間距離を保って平行に保持さ
れている。

【００１８】装置本体２の両側の縦バー８にはリニアガ
イドが内蔵され、一方の縦バー８の側部に配置されたＹ
方向移動用モータ９により両縦バー８間に掛渡される可
動バー１０を上下方向に移動させる。

【００１９】この可動バー１０は、横方向リニアガイド
を備え、このリニアガイドに沿ってヘッド１１が移動可
能に配置されている。そして、このヘッド１１の後部に
固定したＸ方向移動用モータ１２よりヘッド１１は可動
バー１１に沿って水平方向に走行する。

【００２０】ヘッド１１には描画用のペンとなるジェッ
トノズル１４が固定され、そのノズル先端を描画面とな
るモルタルパネル１に接近位置させている。ノズル１４
の後端はホース１５を介して前記ジェットポンプ３に接
続されている。

【００２１】ジェットポンプ３は、タンク４からアブレ
ーシブの供給を受けつつ、ポンプ駆動によりこれを所定
圧力、流量で吐出し、前記ノズル１４を通じてアブレー
シブを噴出し、このジェット噴流により壁面に描画用の
溝を形成する。

【００２２】なお、アブレーシブ材としては、一般に砥
粒として用いられているガーネットなどが好ましく、こ
れらを混入しない場合には、溝周縁が薄くはげるなど、
仕上げ面に影響を与えることがある。

【００２３】制御装置５は、ケーブル１６，１７，１８
を介してその出力端を各駆動モータ９，１２およびジェ
ットポンプ３に接続しているとともに、入力端側をケー
ブル１９を介して、パソコン６のプリンタポートなどに
接続している。

【００２４】この制御装置５は、一種のプリントバッフ
ァ機能を備えたもので、パソコン６から出力された画像
変換データを一時的に蓄え、前記装置本体２に設定され
た座標系に応じた画像の座標位置データにしたがって前
記各モータ９，１２を定速駆動し、ヘッド１１をＸ，Ｙ
方向に移動させつつ、描画位置、非描画位置に応じてジ
ェットポンプ３をオンオフする制御を行う。

【００２５】パソコン６には各種グラフィックソフトが
内蔵されているほか、取得した画像データを前記制御装
置５側に読取り可能なデータに変換するソフトが組込ま
れている。

【００２６】なお、一般的グラフィックソフトは大別し
て、工業用などに用いるＣＡＤソフト、２次元／３次元
ＣＧソフトなどのように、線の長さと方向および色の三
種類を基本要素として持つベクタデータ形式のものと、
ペイントブラシや、フォトレタッチソフトなどのよう
に、縦横の画素数と色数や濃淡を決定化する階調の二つ
の情報で構成されるラスタデータ形式の二つがある。

【００２７】したがって、前記変換ソフトは、これら二
つのデータ形式に対応して変換作業を行い、その変換デ
ータを制御装置５に与えるための言語プログラムが組込
まれている。

【００２８】前者のベクタデータ形式のものは、線の方
向も情報として持っているため、比較的簡単にデータ変
換ができ、溝の切削深さに応じた一定の切削速度に変換
し、一定速度で各モータ９，１２をドライブすれば良い
ものとなる。但し、得られる画像は単純な線刻画のみと
なる。

【００２９】これに対し、後者のラスタデータ形式のも
のは、写真のポジまたはネガフィルムの画像を、スキャ
ナまたはフィルムスキャナを介して取込んだり、ディジ
タルスチルカメラで撮像した画像データ、あるいはフォ
トＣＤのデータを、そのままパソコン内に取入れること
ができ、自然の状態に近い画像データが得られるが、こ
のままの形では装置本体２を駆動することはできない。

【００３０】なぜならば、装置本体２の駆動方式は、図
示のごとく画像データの線に沿ってＸ，Ｙ方向にモータ
を駆動し、連続してその線をトレースする方式に限られ
るからである。

【００３１】これに対し、ラスタスキャン方式、あるい
はワイヤドットプリンタのように、Ｘ方向にヘッド１１
を移動させつつ、順次Ｙ方向に移動するステップを繰返
しながら、画素が存在する座標位置でノズルからジェッ
ト噴射する方式の場合には、ジェットポンプ３を頻繁に
オンオフしなければならず、また機械系の応答遅れなど
により、実用化が難しいからである。

【００３２】但し、実際に描画する画像は、モノクロの
グレースケールであるから、ラスタ画像を取込んで変換
する場合には、階調の境界を検出して輪郭を抽出し、そ
の輪郭をベクタ変換データとすることで、階調別の等高
線を得られる。そして、その等高線で囲われた内部を階
調に応じた切削深さ、およびピッチでくまなく線刻する
ことで、あたかもレリーフのごとき立体形状が得られ
る。

【００３３】以上のように、変換ソフトは、取込んだ画
像がベクタデータ形式の場合、その画像の座標を前記装
置本体２に設定される座標に変換する機能、およびキー
ボードなどの入力によって設定される線刻の溝深さに応
じた速度設定機能を有する。

【００３４】また、取込んだ画像がラスタデータ形式の
場合には、輪郭を抽出し、その輪郭の等高線で囲われた
範囲を予め階調に応じた速度、ハッチングピッチを指定
する機能を有する。

【００３５】また、その他には、ハッチングパターンお
よびハッチング間隔ないしは塗りつぶしモードを、ユー
ザの好みに応じて選択できる機能や、マウスなどを使用
した簡単な描画機能などを備えている。

【００３６】したがって、ユーザが画像データを選択
し、この画像データを変換ソフトに取込むとともに、線
刻深さや、ハッチングパターン、ピッチ間隔など必要な
変換作業を行った後、作業実行を選択すれば、以後装置
本体２は駆動され、ヘッド１１をＸ，Ｙ方向に移動させ
つつ、ジェットノズル１４からアブレーシブが噴射さ
れ、その画像データに相似形の線刻模様を壁面に所定の
手順で自動描画する。

【００３７】なお、変換データを保存しておけば、その
後は変換操作することなく、その保存データを取込むだ
けで繰返し別の壁面に同一画像の描画作業を実行できる
ことは言うまでもない。

【００３８】また、前記実施の形態では垂直な壁面に適
用した場合を示し、装置本体２を垂直にして使用した場
合を示したが、ＰＣ版、石材などの加工の場合には、水
平にして用いることも可能である。

【００３９】図２は、本発明の第二の実施の形態を示す
もので、ジェットノズル１４は、ヘッド１１上にチルト
装置２０を介して保持されている。このチルト装置２０
は、ジェットノズル１４を壁面に向けて垂直に保持する
ほか、複数の傾斜角に変更可能となっている。

【００４０】図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はジェットノ
ズル１４の傾斜角を変更して、線刻溝３０を９０°、僅
かな傾斜角、および深い傾斜角に形成した場合を示し、
いずれの場合においてもモルタルパネル１の正面で画像
を見た場合と、斜めから見た場合には、それぞれの傾斜
角度に応じて陰影が微妙に異なり、これにより特殊意匠
効果を得ることになる。

【００４１】なお、図示省略するが、画像データによっ
ては複数の線幅情報を持っているものもあるので、ノズ
ル径の切替手段などを設けておけば、指定された線幅に
応じた溝幅の線刻模様を描画することもできる。この場
合の切替は、例えばリボルバー式に複数のノズルを配置
し、線幅情報に基づき回動させて自動交換する制御形態
などを採用することができる。

【００４２】［実施例］本発明方法をモルタルパネルに
以下の条件で実施した場合について説明する。 モルタル強度 ５００kg／cm² ノズル径 １．１４mm 噴射圧力 １０００気圧 流量 １ｌ／min 送り速度 ２５００mm／min ノズル距離 ２mm この結果得られた線刻画の溝深さは５mmであり、明瞭な
線刻溝の描画画像を得られた。

【００４３】なお、同一条件で送り速度を種々変更して
溝深さを変更し、見栄えを確認したところ、２〜５mmの
溝深さが、見栄え上から最適範囲であり、２mmより浅い
場合には凹凸面の区別が付かなくなり、また５mmより深
く切削した場合には、切削部分周囲が欠落しやすくなる
ことが判明した。

【００４４】更にハッチングのピッチ幅はハッチング部
の濃淡をどのようにするかによって異なり、淡くする場
合には、ピッチ幅を大きく、濃くする場合にはピッチ幅
を狭く取ればよい。

【００４５】但し、ピッチ幅をノズル径の１〜２倍に設
定した場合には、溝の凸部分がなくなることがあるた
め、逆にハッチング部分を全て凹面とする塗りつぶしパ
ターンの場合には、ノズル径の１．５倍以下のピッチと
すればよく、レリーフ等立体的な造形に好適な描画ピッ
チとなる。

【００４６】図４および図５に、ノズルの移動速度、噴
射圧力と削られた溝の深さとの関係を示す。このよう
に、ノズルの移動速度または噴射圧力を変化させて溝の
深さを任意に変えることができることを確認した。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明のウオータジェットによる描画方法にあっては、与え
られた画像データにより簡単かつ短時間にモルタル壁面
や、ＰＣ版、石材表面に線刻による描画ができ、また異
なる面に繰返し同一画像を描画形成できる。

【００４８】したがって、本発明方法は、以下に述べる
各種の用途に広範に利用できる。 ビル壁面、境界壁、大空間などに原画のシンボル的な
デザイン ＰＣ壁の化粧デザイン（タイル、煉瓦などの目地等） 道路、敷石などのシンボル、標識などに利用 ダムや河川の土手などの景観デザイン リニューアルビルなどの外壁化粧用等

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に用いる装置のシステム構成を示す
説明図である。

【図２】本発明の第二の実施の形態におけるノズル部分
の説明図である。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は第二の実施の形態に
おける溝の見え方を示す断面図である。

【図４】モルタルの圧縮強度１０００ｋｇ／ｃｍ² のモ
ルタルパネルに対するノズルの離間距離を２ｍｍとした
ときのノズルの移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、噴射圧力と
削られた溝の深さとの関係を示すグラフである。

【図５】モルタルの圧縮強度５００ｋｇ／ｃｍ² のモル
タルパネルに対するノズルの離間距離を２ｍｍとしたと
きのノズルの移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、噴射圧力と削
られた溝の深さとの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ モルタルパネル（描画面） ２ 装置本体 ３ ジェットポンプ ５ 制御装置 ６ パソコン（画像データ処理手段） １１ ヘッド １４ ノズル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 描画面との離間距離を一定に保ちつつ描
   画面に対してＸＹ方向に移動可能なヘッドと、ヘッドに
   保持されて噴射面を描画面に向けたジェットノズルと、
   ジェットノズルに接続されたジェットポンプと、前記ヘ
   ッドをＸＹ方向に移動させるための駆動手段と、画像デ
   ータに基づき前記駆動手段及びジェットポンプを駆動制
   御するための制御手段とを備え、 前記画像データに基づくプログラムに応じてヘッドをＸ
   Ｙ方向に移動させながら描画面に向けてジェット噴射す
   ることにより、前記描画面に画像データに相似する凹凸
   を形成することを特徴とするウオータジェットによる描
   画方法。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、画像データの階調に応
   じてジェットノズルの噴射圧力および／またはヘッドの
   移動速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の
   ウオータジェットによる描画方法。
3. 【請求項３】 前記ヘッドに対してジェットノズルは角
   度調整可能であり、角度変更により前記描画面に対する
   噴射角度を変えて噴射することを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載のウオータジェットによる描画方法。