CN101987463B - 穿孔装置 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提供一种穿孔装置，把沿上下方向引导冲头(6)的导向孔(21)做成下部(21b)比宽度较窄的上部(21a)宽的形状(b＞a)，且在上部(21a)与下部(21b)之间形成倾斜面(21c1、21c2)。通过使作动销(11)与凸轮(10)卡合并利用凸轮板(3)的往复移动使冲头(6)上下移动进行穿孔。在穿孔位置上，作动销(11)与导向孔的倾斜面(21c1)抵接，在使冲头(6)旋转的同时使凸轮倾斜角(α)减小导向孔倾斜角(β)，从而得到较大的穿孔力。本发明的穿孔装置能够在基本结构与以往的装置相同的前提下获得更大的穿孔力，并能利用冲头的旋转进行高性能的穿孔。

Description

穿孔装置
技术领域
本发明涉及使冲头与冲模卡合、在片材上穿孔的穿孔装置，尤其涉及适用于复印机、打印机、传真机、印刷机以及附属在这些复合设备等图像形成装置上使用的、在纸上穿装订孔的穿孔装置。 
背景技术
本发明的申请人等曾经开发出一种穿孔装置，这种穿孔装置通过凸轮板的与冲头的移动方向正交的往复移动使冲头上下移动，从而在纸上穿孔(参见专利文献1)。该穿孔装置1如图6所示，具有主体框架2，凸轮板3能够沿左右方向自由移动地支承在该主体框架2上，并且多个冲头6能够沿上下方向自由移动地支承在该主体框架2上。另外，还配设有冲模板7，该冲模板7与主体框架2之间隔着供纸张通过的空间S，在该冲模板7上对着上述冲头6形成模孔9...。在上述凸轮板3上隔着规定间隔形成由槽孔构成的多个凸轮10...，且在前述各冲头6上分别植入设置有作动销11。另外，在上述主体框架2上形成由沿上下方向延伸的直线状长孔构成的导向孔12，前述销11受上述凸轮10及导向孔12的引导。 
电动马达13的旋转经过减速装置15而传递给小齿轮16，该小齿轮16与齿条17啮合而使凸轮板3往复移动。由于该凸轮板3的往复移动，销11受凸轮10及导向孔12的引导而使冲头6沿上下方向移动，且与模孔9之间对位于空间S的纸进行穿孔。上述冲头6通过凸轮板3向一个方向移动而以位于凸轮10的一端直线部10a的状态被保持在上部，且在凸轮10的V字状部10b沿上下方向往复移动，并在移动到另一端直线部10c的状态下再次被保持在上部。此时，由于上述销11是受由直线状长孔构成的导向孔12引导，因此冲头6沿上下方向移动，而不围绕轴线旋转。 
专利文献：日本发明专利特开2001-9791号公报 
考虑到设置空间等因素，该穿孔装置1要将驱动马达13的容量限制在规定的尺寸，由此凸轮板3的推力Q受到限制，为了在这种情况下得到冲头6的较大穿孔力F，有效的方法是将凸轮10的V字状部10b的倾斜角(楔形角)α设定得较小。
为了在纸张上穿孔，必须确保必要的冲头移动距离PL，因此如果将凸轮10的倾斜角α设定得较小，就必须增大凸轮板3的移动距离(滑动冲程)SL。而一旦增大凸轮板3的移动距离SL，穿孔所需的时间就会延长，而且穿孔装置的尺寸也会增大，不能适应近来打印机等图像形成装置的高速化要求，且不能适应在厚纸上的穿孔。因此希望出现一种设置空间与以往相同、无须作大的变更的高性能的穿孔装置。 
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种穿孔装置，该装置结构较为简单，无须增加凸轮部件的移动距离，能够可靠有效地在被穿孔物上穿孔，从而能够解决已有技术的上述问题。 
本发明的技术方案1是一种通过使冲头与冲模卡合而在被穿孔物上穿孔的穿孔装置，其特征在于， 
具有：作动销，其以从所述冲头的侧面突出的方式被固定； 
凸轮部件，其沿与所述冲头的移动方向(例如上下方向)正交的方向(例如左右直线或摆动方向)往复移动； 
凸轮，其形成于所述凸轮部件、由与所述作动销卡合的槽孔构成、且该凸轮具有V字状部、从该V字状部的一端延伸的一方直线部及从所述V字状部的另一端延伸的另一方直线部； 
规定形状的导向孔，其形成于固定部件、用于对所述作动销进行引导， 
所述导向孔具有位于与所述凸轮的直线部对应的位置且其宽度与所述作动销适称的一端部，以及位于与所述凸轮的V字状部对应的位置且是从该一端部向所述凸轮部件的移动方向的两侧扩开的倾斜面， 
该穿孔装置以如下的方式进行作用，即、基于所述凸轮部件的移动，所述作动销与所述凸轮的V字状部的倾斜面卡合而使所述冲头沿轴向移动，且在对被穿孔物进行穿孔的穿孔位置，所述作动销受所述导向孔的一方倾斜面引导，使所述冲头围绕其轴线旋转，同时将使该冲头沿轴向移动的所述凸轮的倾斜面的倾斜角减小。 
本发明的技术方案2是，所述导向孔具有位于与所述凸轮的V字状部的底部对应的位置且其宽度比所述一端部宽的另一端部，并且所述导向孔通过所述一端部、两个倾斜面以及另一端部形成为瓶状。 
本发明的技术方案3是，该穿孔装置构成为，具有对所述凸轮部件及所述冲头进行自由移动地支承的主体框架， 
在该主体框架上形成所述导向孔。 
不过，上述括号内的附图标记只是用于与附图对照，不影响权利要求的保护范围。 
采用本发明技术方案1，是在对被穿孔物上穿孔的穿孔位置上，作动销受导向孔的倾斜面引导而将使冲头沿穿孔方向移动的凸轮的倾斜面的倾斜角度减小，并得到较大的穿孔力F，同时冲头自身围绕轴线旋转，从而在由上述穿孔力所产生的剪断(所谓冲切)上增加由上述冲头刀尖部的旋转而产生的切断(所谓拉断)，能够高效地、可靠且容易地对片材等被穿孔物进行穿孔。 
冲头在需要用较大穿孔力的穿孔位置上会延迟与导向孔的倾斜角度对应的量，但在凸轮部件的至少一个行程中，例如返回行程中，上述冲头的延迟会得到恢复，因此凸轮部件的往复移动量(SL)以及冲头的冲程(PL)相同，且由于上述高效率的穿孔，能够对厚纸进行穿孔，还能对用于高速化图像形成的纸张进行批量处理。 
本发明只需对引导作动销的导向孔的形状作改变即可，能够设置在与已有的穿孔装置相同的空间内，且能够按照已有的图像形成装置的规格来安装本穿孔装置，还能够与已有的装置进行置换。 
采用本发明技术方案2，由于导向孔的倾斜面与需要最大穿孔力的穿孔开始位置对应，且由于冲头在该穿孔开始位置附近的旋转而产生的巨大穿孔力，能够容易且可靠地在被穿孔物上穿孔。 
采用本发明技术方案3，由于在支承凸轮部件及冲头的主体框架上形成导向孔，因此能够在主体框架的前壁上容易且可靠地、结构紧凑且低成本地形成规定形状的导向孔。 
附图说明
图1是表示本发明的穿孔装置的纵剖视图。 
图2是图1的A向视图。 
图3表示穿孔装置的动作，其中(a)表示凸轮板及冲头的各种力及作动距离的关系，(b)表示从前的装置的动作，(c)表示本发明的装置的动作。 
图4表示本发明的穿孔装置的效果，其中(a)是表格，(b)是曲线图。 
图5表示其他实施形态的导向孔，其中(a)、(b)、(c)分别表示不同的形状。 
图6是表示以往穿孔装置整体的正面剖视图。 
符号说明： 
11...穿孔装置；2...固定部件(主体框架)；2a...前壁；3...凸轮板；6...冲头；9...冲模(模孔)；10...凸轮；10a...一方(一端)直线部；10b...V字状部；10c...另一方(另一端)直线部；11...作动销；21...导向孔；21a...一端部(上部)；21b...另一端部(下部)；21c1，21c2...倾斜面；α...凸轮倾斜角；β...导向孔倾斜角；μ...底部。 
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的实施形态。本发明除了对销11进行引导的导向孔外，基本结构与图6所示的相同。 
穿孔装置11如图1及图2所示，具有主体框架2，冲头6被支承为能够在形成于主体框架2的上壁2a及下壁2b上的孔19、20中上下方向自由移动。凸轮板3被支承为能够沿着主体框架2的前壁2c并在上壁及下壁2b之间被引导并在左右方向自由移动。在所述冲头6上以与冲头6的轴线V-V正交的方式，通过螺丝固定等方式固定着圆筒状的作动销11，且该作动销11贯通在凸轮板3上形成的由槽孔构成的凸轮10以及在前壁2c上形成的由规定形状的缺口构成的导向孔21而延伸。 
不过，在以上说明中，冲头6的移动方向为上下方向(Y方向)，凸轮板3的移动方向为左右方向(X方向)，作动销11的轴向方向为前后方向，这样规定是因为一般来说，纸张是沿水平方向运送，冲头则垂直于纸张进行穿孔，但并不限于上述情况，上述各个方向只是要相互正交的3个方向(X、Y、Z)即可。 
对着所述主体框架2的下壁2b配设着冲模板7。在冲模板7上，在对着上述冲头6的位置上形成模孔9，并且冲模板7与主体框架的下壁2b两者之间隔着纸张通过空间S而定位。另外，冲头6的前端成为V字状的刀尖部6a，模孔9形成比该刀尖部6a的直径稍大的孔径，通过刀尖部6a与冲模孔9的嵌合/卡合来切断纸张而形成圆孔。不过，冲头的刀尖部不限于图中所示的相对于中心线而左右对称的形状，也可以是其他形状，例如WO2006/038291号公报所示的那样，使切断角的顶部偏离冲头轴中心线若干量，或是做成2段切断角。 
在所述凸轮板3上形成的凸轮10如图2所示，由V字状部10b、一端直线部10a及另一端直线部10c构成，其中V字状部10b由左下倾斜部10b1及右下倾斜部10b2构成，一端直线部10a从左下倾斜部的上端沿水平方向延伸，另一端直线部10c从右下倾斜部的上端沿水平方向延伸。不过，一端直线部10a比另一端直线部10c长，这一点如WO2004/035274号公报所述，这种凸轮形状能够将2孔或3孔等的第1组和4孔等的第2组用通用冲头进行切换穿孔，当然，本发明并不限于这种形状，也可以采用其他的凸轮形状，例如图6所示的凸轮和冲头一对一的形状。 
本发明涉及的形成于前壁2c上的导向孔21如图2所示，构成下部21b比上部21a宽的瓶状。即，导向孔上部21a形成比销11的直径稍大(适合于销11)的宽度a，并且形成于与凸轮10的直线部10a、10c对应的位置(水平线)上，作动销11处于上述凸轮直线部10a、10c时，对冲头6进行保持而使其不转动，并且引导冲头6沿上下方向直线状地移动。导向孔下部21b位于与凸轮10的V字状部10b的底部U对应的水平线上，形成比销11的直径大的宽度b，例如下部的宽度b为上部的宽度a的1.3～2.0倍、最好是1.5～1.6倍，从而形成能够使销11沿左右方向移动一定距离(b-a)的宽度。 
而且导向孔21的上部21a与下部21b之间用以规定角度β形成的倾斜面21c1、21c2圆滑地进行连接。左右的倾斜面21c处于相同的高度位置并且左右对称，且与凸轮10的以角度α形成的倾斜面10b1、10b2对应，至少与包括冲头6在纸张上穿孔时需要最大穿孔力的部分在内的附近部分对应。 
以下结合附图3说明采用上述结构的本实施形态的作用。一旦将凸轮板3向左右方向中的一个方向、例如图3(a)所示的右方移动，且设作用于凸轮板3上的推力为Q、设因凸轮10的作用而沿上下方向变化的穿孔力为F、设在凸轮10与作动销11间作用的摩擦系数为μ，则摩擦力为μ*F。在此，如图3(b)所示，如果导向孔12是直线状的长孔(参见图6)，则在凸轮板的右方向一个行程中，冲头6就经过作动销11位于一端直线部10a的待机位置A、位于V字状部10b的左下倾斜面10b1的穿孔位置B、位于V字状部10b的底部U的排屑位置C、以及位于右下倾斜面10b2的返回行程(C→B)而回归到作动销11位于另一端直线部10c的待机位置A。从该位置起，一旦使凸轮板3向左方移动，同样，经过待机位置A、穿孔位置B、排屑位置C以及返回行程(C→B)而回归到作动销11位于一端直线部10a的待机位置A。 
在上述冲头6的上下移动(A-B-C)过程中，除了由槽孔构成的凸轮10与作动销11间的摩擦力μ＊F外，作为其反力，在凸轮板3与主体框架2之间也会作用相同的摩擦力μ＊F，因此摩擦力变成〔2＊μ＊F〕。由于凸轮10的倾斜面10b1、10b2的倾斜角(楔形角)为α，因此作用于凸轮板3上的推力Q和作用于冲头6上的穿孔力F便成为： 
Q＝F＊(tanα+2＊μ)                            (1) 
倾斜角(楔形角)α的效果(穿孔力F/凸轮板推力Q)的关系成为： 
F/Q＝1/(tanα+2＊μ)                            (2) 
这时，凸轮板3沿左右方向移动距离SL，由此使冲头6沿上下方向移动距离PL。 
另外，在进行上述图3(b)中所示的穿孔时，冲头6受直线状的导向孔12引导，因此不会以轴线V-V为中心旋转，而只是利用基于上述穿孔力的、与模孔9之间的剪断力、也就是使冲头垂直地按压纸张而穿孔的冲切方法进行穿孔。 
以下结合图3(c)说明本发明的穿孔过程。从作动销11位于凸轮10的一端直线部10a的待机位置A的状态开始，一旦以规定推力Q使凸轮板3向右方向移动，作动销11便进入凸轮10的V字状部的左下倾斜面10b1，并且转移成从导向孔21的直线状的上部21a与倾斜面21c1抵接的状态。随着凸轮板3进一步向右方向移动，作动销11受到由凸轮的倾斜角α构成的倾斜面10b1的引导而向下方移动，与此同时，受导向孔的倾斜面21c1的引导，冲头6以轴线V-V为中心转动规定量。一旦凸轮板3进一步向右方向移动，作动销11便从导向孔的倾斜面21c1移动到较宽的下部21b的右直线壁，冲头6的旋转停止，与此同时，到达凸轮的V字状部10b的底部U。冲头6的与上述凸轮及导向孔的倾斜面10b1及21c1部分对应的部分成为穿孔位置B1，与底部U及下部21b对应的部分成为排屑位置C1。 
在上述穿孔位置B1上，冲头6向对凸轮10的倾斜角α减去导向孔21的倾斜角β的方向(缩小方向)起作用。由此使冲头6向着相对于凸轮10的倾斜面而延迟的方向围绕轴线转动，且使因凸轮10的倾斜面而导致的向下方向的移动按导向孔的倾斜角β延迟，相应地，冲头6就得到较大的穿孔力F。即，凸轮板3的推力Q与冲头6的穿孔力F之间的关系为： 
Q＝F＊{(tan(α-β)+2＊μ)}            (3) 
倾斜角的效果(穿孔力F/推力Q)为： 
F/Q＝1/{tan(α-β)+2＊μ)}            (4) 
从而，导向孔21的倾斜角β就补充了凸轮10的倾斜角(楔形角)，相应地(以倾斜角β的量)就增大了冲头的穿孔力F。 
进而，在上述穿孔位置B1上，冲头6沿着导向孔21的倾斜面21c1转动，在利用上述穿孔力F进行切断的冲切过程中增加了通过使冲头的刀尖部6a旋转来进行进行切削的所谓拉断方法(通过螺纹使管状的刀 尖部一边按压一边旋转以进行穿孔的方法)，能够有效地在纸张上穿孔。 
若凸轮板3进一步向右方向移动，作动销11便从凸轮的底部U受右下倾斜面10b2引导而向上方移动，同时沿着宽幅下部21b的右壁面r移动(C1→B1)、且沿着导向孔的倾斜面21c1使冲头6一边逆向旋转一边转移到上部21a，同时转移到另一方直线部10c，使冲头6处于待机位置A。虽然在此行程中在上述位置B1上向着相对于凸轮倾斜角α而使倾斜角β前进的方向、即凸轮倾斜角增大的方向起作用，但该行程是返回行程，无须对冲头6作用太大的力，能够使冲头6迅速地返回待机位置A。 
一旦使凸轮板3向左方向移动，作动销11就从另一端直线部10c经由V字状部10b而移动到一端直线部10a，同时与导向孔21的左壁面l抵接移动，从而按A→B2→C2、进而C2→B2→A的顺序转移，且冲头6如先前说明的那样，在穿孔位置B2上增大穿孔力F，同时进行旋转，从而能够有效地穿孔。在凸轮板3向右方向移动时，作动销11由于与凸轮10之间的摩擦力而必然与导向孔21的右壁面r抵接，在凸轮板3向左方向移动时，同样地，作动销11与导向孔21的左壁面l抵接，以规定的限定运动正确地引导冲头6。 
当利用上述公式(4)且设摩擦系数μ为0.2而进行计算时，就成为图4(a)、(b)所示的情况。当凸轮10的倾斜角α为45°时，如果设导向孔21的倾斜角β为20°，则导向孔与直线状长孔(β＝0)的情况相比，能够得到1.62倍的穿孔力F。 
图5表示导向孔为其他形状的实施形态。其中图5(a)所示的导向孔为长椭圆形状，上端部分与下端部分在左右方向处于相同位置，由于凸轮板向一个方向移动，使倾斜角β以中间为0的方式向上下渐渐变化。图5(b)所示的导向孔为3角形状，倾斜角β从上端部分到下端部分是固定不变的。图5(c)所示的导向孔为灯笼形状，上端部分和下端部分在左右方向处于相同位置，在与穿孔位置B1、B2对应的位置上的倾斜角β最大，然后倾斜角为0，进而为负数，在下端部分返回左右方向的原始位置。导向孔的形状不限于上述实施形态，只要导向孔在用冲头进行的穿孔位置上具有那种使冲头向着与凸轮的倾斜面对应地使该倾斜角减小的方向转动的倾斜面，可以是任何形状。 

Claims (3)

1.一种穿孔装置，其通过使冲头与冲模卡合，在被穿孔物上穿孔，并 
具有： 
作动销，其以从所述冲头的侧面突出的方式被固定； 
凸轮部件，其沿与所述冲头的移动方向正交的方向往复移动； 
凸轮，其形成于所述凸轮部件，由与所述作动销卡合的槽孔构成，且该凸轮具有V字状部、从该V字状部的一端延伸的一方直线部及从所述V字状部的另一端延伸的另一方直线部； 
规定形状的导向孔，其形成于固定部件，用于对所述作动销进行引导， 
该穿孔装置以如下的方式进行作用，即基于所述凸轮部件的移动，所述作动销与所述凸轮的V字状部的倾斜面卡合而使所述冲头沿轴向移动， 
所述穿孔装置的特征在于， 
所述导向孔具有位于与所述凸轮的直线部对应的位置且其宽度与所述作动销适称的一端部、以及位于与所述凸轮的V字状部对应的位置且是从该一端部向所述凸轮部件的移动方向的两侧扩开的方向的倾斜面， 
并且，该穿孔装置以如下的方式进行作用，即在对被穿孔物进行穿孔的穿孔位置，所述作动销受所述导向孔的一方倾斜面引导，使所述冲头围绕其轴线旋转，同时减小使该冲头沿轴向移动的所述凸轮的倾斜面的倾斜角。 
2.如权利要求1所述的穿孔装置，其特征在于， 
所述导向孔具有位于与所述凸轮的V字状部的底部对应的位置且其宽度比所述一端部宽的另一端部，并且所述导向孔通过所述一端部、两个倾斜面以及另一端部形成为瓶状。 
3.如权利要求1或2所述的穿孔装置，其特征在于， 
该穿孔装置构成为，具有对所述凸轮部件及所述冲头进行自由移动地支承的主体框架， 
在该主体框架上形成所述导向孔。 
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