JP2020090046A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鮮明な画像を形成できる画像形成方法または画像形成装置を提供する。【解決手段】レーザー光を発振する発振器と、発振器から発振されたレーザー光を外部へ照射可能な照射部３２と、レーザー光を吸収して熱に変換する光吸収部９０と、制御部と、を備え、制御部は、照射部を光吸収部を介して被加工材Ｃに対して押圧し、光吸収部を介してレーザー光を被加工材に照射することにより画像形成する、画像形成処理を実行可能である画像形成装置。【選択図】図１

Description

本発明は画像形成装置及び画像形成方法に関する。

レーザー光を被加工材に照射し、被加工材の表面に画像形成を行う画像形成装置または画像形成方法が、従来技術として知られている（特許文献１）。

特開２００４−００１０４３号公報

上記の画像形成方法または画像形成装置を用いて画像形成を行う場合、被加工材の表面の凹凸や材質の変化などに影響されて、形成された画像が不鮮明となる虞があった。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、鮮明な画像を形成できる画像形成方法または画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、レーザー光を発振する発振器と、前記発振器から発振された前記レーザー光を外部へ照射可能な照射部と、前記レーザー光を吸収して熱に変換する光吸収部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記照射部を前記光吸収部を介して被加工材に対して押圧し、前記光吸収部を介して前記レーザー光を前記被加工材に照射することにより画像形成する、画像形成処理を実行可能である画像形成装置を提供する。

また、レーザー光を照射可能な照射部を、前記レーザー光を吸収して熱に変換する光吸収部を介して被加工材に対して押圧し、前記光吸収部を介して前記レーザー光を前記被加工材に照射することにより画像形成を行う画像形成方法を提供する。

上記構成により本発明は、鮮明な画像を形成できる画像形成方法または画像形成装置を提供する。

実施形態に係る画像形成装置を示す外観斜視図である。 実施形態に係る駆動機構を模式的に示す左側面図である。 実施形態に係る画像形成部のうち、キャリッジを除いた部分を示す模式図である。 実施形態に係る画像形成装置の機能的繋がりを示すブロック図である。 実施形態に係る（ａ）設置部と、準備位置に配置された光吸収部とを示す上面図、及び（ｂ）設置部と、設置位置に配置された光吸収部とを示す上面図である。なお、理解を容易にするため、固定具の図示を省略している。 実施形態に係る、制御部が行う画像形成処理を示すフローチャートである。 実施形態に係る画像形成処理を示す模式図である。

＜実施形態＞
図１〜図７を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置１について説明を行う。本実施形態に係る画像形成装置１は、被加工材Ｃに対してレーザー光を走査させ、被加工材Ｃに対して画像を形成する。図１から図４に示すように、画像形成装置１は、筐体１０、制御部２０、画像形成部３０、上下方向駆動機構４０、前後方向駆動機構５０、左右方向駆動機構６０、設置部８０、及び光吸収部９０を含む。画像形成装置１は、外部のコンピュータ２と通信可能に接続されている。画像形成装置１自体がコンピュータ２の機能を有していてもよい。

コンピュータ２は、所定の図柄（文字の輪郭等）の形状に沿った走査経路のデータを作成して画像形成装置１に送信する。コンピュータ２は、たとえば一般的なパーソナルコンピュータを使用することができる。走査経路の作成処理は、コンピュータ２に予めインストールされた、所定のプログラムを用いて実行する。

〔筐体〕
図１及び図２に示すように、筐体１０はベース部１２を備える。ベース部１２には、制御部２０と電気的に接続する電源スイッチ１１が設けられる。また、ベース部１２の上面には、設置部８０が固定される。

なお、本実施形態においては、図１に示すように、前後左右及び上下の方向を定める。詳細には、筐体１０に対して電源スイッチ１１の備わる方向を前方とし、その反対の方向を後方とする。また、筐体１０を前面から見た場合を基準として、左右の方向を定める。筐体１０において、ベース部１２が配置される側を下方とし、その反対を上方とする。

〔画像形成部〕
図１から図４に示すように、筐体１０には、画像形成部３０が設けられる。画像形成部３０は、レーザー発振器３１、照射部３２、光ファイバ３３、及びキャリッジ３４を備える。

レーザー発振器３１は、半導体レーザー発振器である（図３）。レーザー発振器３１に所定の電流を流すことにより、レーザー発振器３１からレーザー光が発振される。レーザー発振器３１の性能は、たとえば、波長４５０ｎｍ、最大出力１Ｗである。なお、レーザー発振器３１は、半導体レーザーに限らず、固体レーザーや、炭酸ガスレーザーなどの気体レーザーであってもよい。

図３に示すように、照射部３２は、レーザー発振器３１と光ファイバ３３を介して接続される。照射部３２は、レンズ３２ａと、下部においてレンズ３２ａを支持し、上下に延びる略円筒形部材３２ｂとを備える。

レンズ３２ａは、本実施形態では球状に形成され、レーザー光が透過する材料で形成されている。なお、レンズ３２ａは、球状に限定されず、レンズ状や半球状であっても良い。レーザー発振器３１から発振されたレーザー光は、光ファイバ３３を介して照射部３２に伝達され、レンズ３２ａを介して外部に照射される。画像形成は、レンズ３２ａを、光吸収部９０を介して被加工材Ｃに押し付け、レーザー光を照射することにより行われる。

図１に示すように、キャリッジ３４は、照射部３２をキャリッジ３４の前部において支持する。キャリッジ３４は、左右方向駆動機構６０、前後方向駆動機構５０、及び上下方向駆動機構４０によって駆動可能に支持される。これらの駆動機構によって、キャリッジ３４及びこれに支持される照射部３２は、被加工材Ｃに対して、三次元方向に相対移動可能、すなわち走査可能である。

〔上下方向駆動機構〕
図１及び図２に示すように、上下方向駆動機構４０は、上下方向駆動シャフト４１と、駆動用モータ４２と、昇降ベース４３とを備えている。上下方向駆動シャフト４１は、上下方向に延び、螺旋状にねじが切られている。上下方向駆動シャフト４１の上部は筐体１０に回転可能に支持され、下端部は、ベース部１２に回転可能に支持されている。駆動用モータ４２は、筐体１０の上部に固定されるとともに、制御部２０と電気的に接続されている。また駆動用モータ４２の出力軸は上下方向駆動シャフト４１と機械的に接続しており、上下方向駆動シャフト４１を回転駆動させることが可能である。

昇降ベース４３は、水平方向に延出する部材であり、図示せぬ上下に延びるスライドシャフトによって摺動可能に支持される。また、昇降ベース４３は、上下方向駆動シャフト４１と螺合している。上下方向駆動シャフト４１が回転することにより、昇降ベース４３は、上下方向に移動する。昇降ベース４３は、前後方向に延びるスライドシャフト４３ａ、４３ｂを備える。

〔前後方向駆動機構〕
前後方向駆動機構５０は、前後方向駆動シャフト５１と、駆動用モータ５２と、スライドベース５４とを備える。前後方向駆動シャフト５１は、前後方向に延びるように昇降ベース４３に設けられ、螺旋状にネジが切られている。駆動用モータ５２は、昇降ベース４３の後部に固定され、制御部２０に電気的に接続されている。駆動用モータ５２の出力軸は、前後方向駆動シャフト５１の後端部と接続されており、前後方向駆動シャフト５１を回転駆動させることが可能である。

スライドベース５４は、前後方向駆動シャフト５１と螺合する。また、スライドベース５４は、スライドシャフト４３ａ、４３ｂによって摺動可能に支持されている。スライドベース５４は、駆動用モータ５２が駆動されると、前後方向駆動シャフト５１の回転により前後方向に移動する。スライドベース５４は、左右方向に延びるスライドシャフト５３ａ、５３ｂを備える。

〔左右方向駆動機構〕
左右方向駆動機構６０は、スライドベース５４と連結される。左右方向駆動機構６０は、左右方向駆動シャフト６１と、駆動用モータ６２とを備えている。左右方向駆動シャフト６１は、左右方向に延び、螺旋状にねじが切られている。駆動用モータ６２の出力軸は、左右方向駆動シャフト６１の右端部と機械的に接続し、左右方向駆動シャフト６１を回転駆動することが可能である。駆動用モータ６２は、制御部２０と電気的に接続されている。

左右方向駆動シャフト６１は、キャリッジ３４と螺合する。また、スライドシャフト５３ａ、５３ｂは、キャリッジ３４を摺動可能に支持している。駆動用モータ６２が駆動されると、左右方向駆動シャフト６１が回転し、キャリッジ３４は、スライドシャフト５３ａ、５３ｂに沿って左右方向に駆動される。

〔設置部〕
図１及び図２に示すように、設置部８０は、ベース部１２上に固定される平板状の台座８１と、台座８１上に着脱可能に固定される固定具８２と、支持体８３ａ、８３ｂとを備える。本実施形態による固定具８２は、左右の１対の部材を備え、被加工材Ｃを狭持することが可能である。固定具８２は、被加工材Ｃを左右から狭持することにより、被加工材Ｃをベース部１２上に固定する機能を備える。

支持体８３ａ、８３ｂは、下端部が台座８１に固定され、上方向に延出する略円柱状の部材である。支持体８３ａの上部は、光吸収部９０を回動可能に支持する。

〔光吸収部〕
光吸収部９０は、枠体９１と透明または半透明のフィルム９２とを備える。枠体９１は、上面視で矩形の枠状部材であり、フィルム９２を支持する。フィルム９２は、レーザー光などの光線を吸収し、熱に変換する機能を備える。

図５に示すように、光吸収部９０は支持体８３ａによって回動可能に支持され、準備位置（図５（ａ））と設置位置（図５（ｂ））との間を略水平に回動可能である。光吸収部９０が設置位置に配置されると枠体９１が支持体８３ｂと係合し、このため光吸収部９０は、設置位置に固定される。

〔被加工材〕
被加工材Ｃは、加熱によって変色する性質を有する材料によって表面が形成される。そのため、被加工材Ｃに画像を形成する際には、被加工材Ｃに供給されるエネルギー量すなわち熱量を調整することにより、画像濃度を調整することが可能である。被加工材Ｃの表面の材料として、例えば、ヌメ革などの皮革が挙げられる。

〔制御部〕
画像形成装置１の全体の動作は、制御部２０によって制御される。制御部２０の構成は特に限定されないが、本実施形態においては、プログラムを記憶するＲＯＭと、プログラムを実行するＣＰＵと、ＣＰＵによる処理において作業領域を提供するＲＡＭと、不揮発性メモリであって各種データを記憶するＮＶＲＡＭとを主に備える。

図４に示すように、制御部２０は、画像形成部３０のレーザー発振器３１と電気的に接続し、制御する機能を有する。さらに制御部２０は、上下方向駆動機構４０、前後方向駆動機構５０、及び左右方向駆動機構６０と通信可能に接続され、それらを制御する。これらの駆動機構を制御することにより、制御部２０は、画像形成部３０の走査方向、走査経路、及び走査回数を制御し、被加工材Ｃに対して画像形成を実行することができる。

画像形成には２種類の方式がある。１つは強弱制御による画像形成であり、もう１つは、走査制御による画像形成である。

強弱制御において、制御部２０は、画像を形成する画素の濃度に基づいてレーザー発振器３１を制御し、レーザー光の強度を調整する。詳細には、制御部２０は画素毎に画素の濃度を解析し、この解析結果に基づいて画素それぞれに供給すべきエネルギー量を設定する。制御部２０は、レーザー発振器３１に供給する印加電圧の時間当たりのパルス幅を制御する。制御部２０は、パルス幅制御を行うことによって、レーザー発振器３１の単位時間当たりのレーザー発振時間を制御し、画素毎に設定されたエネルギー量を持つレーザー光を発光させる。これにより制御部２０は、照射部３２におけるレーザー照射の時間比率を制御し、レーザー光の強度すなわちエネルギー量が画素濃度に対応するように制御する。なお、レーザー光の強度または画素濃度の階調は、２５６階調や５１２階調など、条件に応じて任意に設定可能である。

走査制御において、制御部２０は、照射部３２の被加工材Ｃに対する走査回数を制御することによって、各画素に供給するエネルギー量を調整する。詳細には、制御部２０は画素濃度の解析結果に基づき、照射部３２の走査回数を計算する。制御部２０は、照射部３２から一定の強度のレーザー光を照射させつつ、走査回数を画素毎に変えることによって、形成画像の濃度を調整する。

なお、走査制御による画像形成は、走査方向に並ぶ画素の濃度が一定である場合に適用することが好ましい。例えば、文字や図形のみによって形成される画像の場合に走査制御を適用することが好ましい。一方、強弱制御による画像形成では、各画素の濃度に応じて画像形成することが可能であるため、絵や写真などの画像にも容易に適用可能である。

走査制御によって画像形成を行った場合には、一定の出力を維持した状態で複数の画素に対する画像形成が実行可能であるため、迅速な処理が可能である。一方、強弱制御による画像形成では、画素の濃度が不ぞろいであった場合にも対応できるため、高精細な画像形成が可能である。

〔画像形成処理〕
画像形成装置１を用いて被加工材Ｃに画像形成する際の、処理内容について以下に詳述する。なお、理解を容易にするため、画像形成処理の具体例として、図７に示すように、画像Ｇ１及び画像Ｇ２を被加工材Ｃ上に順次形成する処理を説明する。画像Ｇ１は文字からなる画像であり、画像Ｇ２は、写真・絵を含む画像である。

画像形成処理において、最初にユーザは、光吸収部９０を、準備位置（図５（ａ））に配置する。次にユーザは、被加工材Ｃを、固定具８２に狭持させることにより、ベース部１２に対して相対移動不能となるように固定する。さらにユーザは、光吸収部９０を準備位置から設置位置に回動させ（図５（ｂ））、被加工材Ｃの設置を完了する。被加工材Ｃの設置が完了すると、ユーザは、コンピュータ２を用いて、形成したい画像Ｇ１、Ｇ２を入力し、制御部２０に対して処理の開始を指示する。

コンピュータ２は、処理の開始を指示する際に、画像Ｇ１、Ｇ２の画像データに加えて、画像Ｇ１、Ｇ２の画像種別に関する情報を制御部２０に送信する。画像種別は、文字・図形画像と写真・絵画像との２種に分類される。

ユーザからの指示を受け、制御部２０は、図６に示される処理を実行する。なお、制御部２０の操作は、筐体１０上に操作部を配置し、これを用いて行う構成としてもよい。

制御部２０の実行する画像形成処理を、図６を用いて以下に説明する。制御部２０は、ユーザからの処理指示があるまで待機しており（Ｓ１：ＮＯ）、指示を受け付けると作業を開始する（Ｓ１：ＹＥＳ）。制御部２０は、ステップＳ３において形成すべき画像の選択を行う。

制御部２０は、ステップＳ５において、コンピュータ２から受信した情報に基づき、画像種別を判別する。ステップＳ３において選択した画像が画像Ｇ１であった場合、制御部２０は画像種別を文字・図形画像であると判別する。また、ステップＳ３において選択した画像が画像Ｇ２であった場合、制御部２０は画像種別を写真・絵画像であると判別する。

画像種別が文字画像であった場合（Ｓ３：文字・図形）、制御部２０は、処理をステップＳ７へ進ませて、走査制御による画像形成を行う。また、画像種別が写真・絵画像であった場合（Ｓ３：写真・絵）、制御部２０は、処理をステップＳ９へ進ませて、強度制御による画像形成を行う。

画像形成作業において、制御部２０は、レーザー発振器３１を起動して、レーザー光を照射部３２のレンズ３２ａから照射する。このとき、レンズ３２ａはフィルム９２に接触するとともに、図示せぬ付勢部材または上下方向駆動機構４０によって、フィルム９２、被加工材Ｃに向けて５００グラム以上の力で付勢、押圧されている。レーザー光は、フィルム９２を介して被加工材Ｃへ照射される。被加工材Ｃのレーザー光の照射を受けた部分は、加熱されることによって変色し、画像が形成される。

ステップＳ７の走査制御において、制御部２０は、上述の通り照射部３２の走査回数を制御することにより、形成画像の画素の濃度を調整する。また、ステップＳ９の強度制御の場合、制御部２０は、照射されるレーザー光の強度を制御することにより、形成画像の濃度を画素毎に調節する。

ステップＳ１１において、制御部２０は、すべての画像が被加工材Ｃ上に形成されたかどうか判断する。形成すべき画像が残っている場合（Ｓ１１：ＮＯ）、制御部２０は処理をステップＳ３に戻し、形成すべき画像の選択を行う。全ての画像が形成されたと判断した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、制御部２０は、画像形成処理を終了する。

＜変形例＞
なお、本実施形態では、画像形成を行うための光発生器として、レーザー発振器３１を用いる構成について述べたが、本発明はこのような構成に限られない。たとえば、レーザー発振器３１に代わり、発光ダイオードを用いることも可能である。また、発光ダイオードに限らず、流す電流を変えることで光の出力を変えることができるような素子等を使用することもできる。

上記実施形態において、制御部２０は、画像Ｇ1と画像Ｇ２とで画像形成時の制御方法を変えていたが、本発明はそのような形態に限定されない。例えばステップＳ３において、画像Ｇ１、Ｇ２を一つの写真・絵であると判別処理し、強弱制御を画像Ｇ１、Ｇ２の全体に対して適用し、画像形成することも可能である。また、処理方法を、画像の内容にかかわらず画像面積で判断しても良い。例えば、画像が所定の面積以上であれば、強弱制御を適用するように設定することも可能である。

画像種別は、ユーザによって指定されても良いし、コンピュータ２によって判断される構成としても良い。あるいは、コンピュータ２は画像種別の情報を送信せず、制御部２０が画像データを解析することによって、画像種別を判断する構成としても良い。

また、本実施形態では、照射部３２のみが移動する例について述べたが、本発明はこのような構成に限定されない。すなわち、固定された照射部３２に対し、設置部８０が前後方向、左右方向、及び上下方向に移動することで画像形成を行ってもよい。この場合、上下方向駆動機構４０、前後方向駆動機構５０、及び左右方向駆動機構６０は、設置部８０を駆動させる構成（たとえば、設置部８０を三軸方向に移動させるための駆動用モータ）を有する。或いは、照射部３２と設置部８０との双方を移動する構成としてもよい。

また、本発明における被加工材の筐体の形状は、本実施形態のように直方体形状に限定されず、各側面が曲面で構成されていても良い。

＜効果＞
上記実施形態の画像形成装置１は、レーザー光を発振するレーザー発振器３１と、レーザー発振器３１から発振されたレーザー光を外部へ照射可能な照射部３２と、レーザー光を吸収して熱に変換する光吸収部９０と、制御部２０と、を備え、制御部は、照射部３２を光吸収部９０を介して被加工材Ｃに対して押圧し、光吸収部９０を介してレーザー光を被加工材Ｃに照射することにより画像形成する。

上記実施形態では、レーザー光を照射可能な照射部３２を、レーザー光を吸収して熱に変換する光吸収部９０を介して被加工材Ｃに対して押圧し、光吸収部９０を介してレーザー光を被加工材Ｃに照射する画像形成方法が採用される。

上記構成によれば、照射部３２を被加工材Ｃに対して押圧しながらレーザー光を照射するため、形成された画像にボケやムラなどが生じず鮮明な画像を形成することができる。上記構成では、光吸収部９０によって被加工材Ｃ上での光の吸収率を均質にし、被加工材Ｃに供給される熱を均質化できる。そのため、被加工材Ｃ表面の光の吸収率が部位によって異なる場合であっても、画像のムラが低減、または防止される。また、レーザー光を被加工材Ｃに直接照射せず、光吸収部９０を介して照射するため、画像形成時におけるヒュームの発生を低減または防止することができる。

制御部２０は、画像形成処理において、照射部３２が照射するレーザー光の強度を、形成する画像の濃度に応じて制御する強度制御処理、及び、照射部３２を被加工材Ｃに対して走査させる回数を画像の濃度に応じて制御する走査制御処理の、少なくとも一方を実行可能である。

上記構成によれば、強度制御処理と走査制御処理との２種類の制御方法を使用できる。そのため、目的に応じて適宜、制御方法を選択することができる。

制御部２０は、画像の種別を判断する判断処理をさらに実行可能であり、種別に応じて、走査制御処理と強度制御処理とのいずれかの処理を実行する

上記構成によれば、画像の種別に応じて、制御部２０が処理方法を判断することができる。そのため、ユーザが処理方法を判断する必要がなく、画像形成時の走査が容易である。また、画像に応じて適した処理が採用されるため、作業効率または画質を向上できる。

上記実施形態において、レーザー発振器３１は、半導体レーザー発振装置を備える。そのため、例えば炭酸ガスレーザー発振器等と比較し、小型で消費電力が少ないレーザー発振器３１とすることができる。

制御部２０は、照射部３２を被加工材Ｃに対して５００グラム以上の力で押圧可能である。５００グラム以上の力で押圧することにより、被加工材Ｃが皮革のような柔らかい材料である場合にも、画像形成時において、被加工材Ｃ表面の凹凸や材質変化の影響を低減することができる。そのため、鮮明な画像を形成可能である。

上記実施形態は、発明の例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 画像形成装置
２ コンピュータ
１０ 筐体
２０ 制御部
３０ 画像形成部
３１ レーザー発振器
３２ 照射部
４０ 上下方向駆動機構
５０ 前後方向駆動機構
６０ 左右方向駆動機構
８０ 設置部
９０ 光吸収部
Ｃ 被加工材

Claims (6)

1. レーザー光を発振する発振器と、
   前記発振器から発振された前記レーザー光を外部へ照射可能な照射部と、
   前記レーザー光を吸収して熱に変換する光吸収部と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記照射部を前記光吸収部を介して被加工材に対して押圧し、前記光吸収部を介して前記レーザー光を前記被加工材に照射することにより画像形成する、画像形成処理を実行可能である画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記画像形成処理において、
   前記照射部が照射するレーザー光の強度を、形成する画像の濃度に応じて制御する強度制御処理、及び前記照射部を前記被加工材に対して走査させる回数を前記画像の濃度に応じて制御する走査制御処理の少なくとも一方を実行可能である請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、
   前記画像の種別を判断する判断処理をさらに実行可能であり、
   前記種別に応じて、前記走査制御処理と前記強度制御処理とのいずれかの処理を実行する、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記発振器は、半導体レーザー発振装置を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、前記照射部を前記被加工材に対して５００グラム以上の力で押圧可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. レーザー光を照射可能な照射部を、前記レーザー光を吸収して熱に変換する光吸収部を介して被加工材に対して押圧し、前記光吸収部を介して前記レーザー光を前記被加工材に照射することにより画像形成を行う画像形成方法。
   
   

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