CN102120329A - 穿孔单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了穿孔单元。在旋转式穿孔单元中，开始穿孔时和结束穿孔时产生穿孔转矩的峰值，不能在厚纸等上进行穿孔的同时穿孔的质量也会降低。将冲头(13)的刀头面(13a)制成前端(A)侧高、后端(C)侧低且倾斜角θ＝5°～15°(优选的是10°)范围的倾斜面。将冲模的冲压面(22a)制成以轴的旋转轴芯(O)为中心的圆弧面。减小穿孔转矩的峰值的同时保证穿孔为高品质。

Description

穿孔单元
技术领域
本发明涉及附设在复印机、打印机等图像形成装置上的穿孔单元，该穿孔单元用于在记录纸张上进行穿孔，具体涉及旋转式穿孔单元。
背景技术
以往有过如下的旋转式穿孔单元：通过旋转相互平行配置且分别具有多个冲头以及冲模的冲头轴以及冲模轴，使冲头轴的冲头和冲模轴的冲模卡合，以在纸张上进行穿孔。
上述旋转式穿孔单元一般如图8(b)所示，冲头13’以及冲模22’的前端面(刀头面以及冲压面)由与穿过轴的旋转轴芯O的半径方向线r正交的平面构成，用冲头刀头面13’a以及冲压面22’a的前端缘开始卡合(开始穿孔)，通过结合两个轴的同步旋转以及纸张的输送来进行刀头面13’a以及冲压面22’a的卡合(穿孔中)，并通过上述刀头面以及冲压面的后端缘卡合来结束纸张的穿孔行程(穿孔结束)。在上述一系列穿孔行程中，由于同步旋转的冲头以及冲模轴的旋转角α的变化而纸张的冲裁(穿孔)转矩T如图8(a)所示地变化，该穿孔转矩T在刚开始穿孔(开始切割)以及即将结束穿孔(结束切割)时存在大的峰值。
作为降低上述峰值的装置，以往提出过下述专利文献1所述的装置。该装置的构成如下：冲头的刀头面形状为旋转方向的前后向旋转中心侧倾斜的凸面形状，其前部由比后部陡度小的倾斜面构成。由于冲头的上述凸面形状，嵌合刚刚开始之后的冲头刀头面和冲模的冲压面之间的相对角度(剪断角)，相比上述冲头刀头面为平面的冲头更接近于平行，因此从开始卡合到穿孔形成途中的每单位旋转角度所对应的切断长度增加，且在穿孔行程的后半部分中切断长度缩短。由此，可以使从冲头和冲模卡合开始到完全卡合时的每单位旋转角所对应的切断长度平均化，以降低上述穿孔转矩的峰值。
专利文献1：日本特许第3257405号公报
上述专利文献1所记载的装置通过降低穿孔转矩的峰值来减小冲头以及冲模的驱动转矩，且降低冲头以及冲模轴的刚性，可以实现驱动机构的小型化，但是冲头刀头面的形状复杂，并在与冲模卡合时由于受到间隙的影响很难充分降低穿孔转矩，特别是切割结束时的转矩。
近来出现了进行轻印刷以及装订的大型且高性能复印机，该复印机有时使用由表面被涂层的硬纸形成的彩纸以及用于封面、背封面的厚纸，若从复印机的电源容量或者成本的角度考虑，穿孔单元的电机或刚性的提高都受到限制，因此用上述穿孔单元很难在上述彩纸以及厚纸上进行穿孔。
并且，冲头的刀头面形状为凸面的上述穿孔单元中与冲模的间隙取值应大，其结果是存在锋利程度下降、切口处发生毛羽、孔的质量下降等问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能解决上述课题的穿孔单元，该穿孔单元中的冲头以及冲模的形状比较简单，还能以高精度制造冲头及冲模，该穿孔单元在冲头和冲模的整个卡合过程中始终能保持最优卡合间隙，并保证高质量的穿孔的同时大幅降低穿孔转矩的峰值。
本发明涉及的的穿孔单元，具备：冲头轴10，其在外周面设有冲头13；和冲模轴20，其在与上述冲头相对应的位置设有冲模22，同步且反方向旋转上述冲头轴10以及冲模轴20，使上述冲头13和上述冲模22卡合，以在纸张上穿孔，其特征在于，上述冲头的刀头面13a以及上述冲模的冲压面22a、221a中的一方，由在旋转方向的前端缘A侧高且后端缘C侧低的倾斜面构成，该倾斜面的倾斜角θ的范围为5°～15°。
并且，上述冲头的刀头面13a以及上述冲模的冲压面22a中的另外一个，由旋转方向的中央部分增高的中高形状的圆弧面构成。
优选的是，上述冲头的刀头面13a由上述倾斜面构成，上述冲模的冲压面22a由上述圆弧面构成。
例如，如图3(c)所示，上述冲头13的刀头面13a由上述倾斜面构成，且该倾斜面的中央部分由凹部13D构成。
上述倾斜角θ为10°。
上述圆弧面22a是以上述冲模轴或者上述冲头轴的旋转轴芯O为中心的圆弧面。
其中，上述标号用于对照图示，该标号对专利申请范围内所记载的构成不产生任何影响。
根据技术方案1涉及的本发明，由于相互卡合的冲头的刀头面以及冲模的冲压面中的一方是前端缘侧高、后端缘侧低的倾斜面，因此可以降低纸张穿孔时的穿孔转矩的峰值，使用较小转矩容量的电动机，也可以在例如彩纸或形成封面、后封面的厚纸上进行穿孔。
并且，由于冲头的刀头面或者冲模的冲压面的构成为具有一定角的倾斜面，因此可以很容易且高精度地制造冲头及冲模，并且可以适当保持刀头面以及冲压面卡合时的间隙，提高穿孔的质量。
上述倾斜面的倾斜角若小于为5°，则降低穿孔转矩的峰值的效果不明显，不能在基于空间等的规定范围内用电动机正确且切实地进行穿孔，若上述倾斜角为15°以上时，由于处于穿孔状态的轴的旋转角过大，用于防止冲头以及冲模干涉的间隙变大，很难保证穿孔为高质量，上述倾斜角在5°～15°范围时，由于能够降低穿孔转矩的峰值，所以可以在厚纸等上进行穿孔以及提高穿孔的质量。
根据技术方案2涉及的本发明，由于冲头的刀头面或者冲模的冲压面中另外一个为中高形状的圆弧面，所以卡合冲头以及冲模时沿着圆弧面进行纸张的剪断，可以进一步减小穿孔转矩的峰值的同时还能减小穿孔状态下轴的旋转角，并减小穿孔时用于防止冲头以及冲模的旋转产生的干涉所需的间隙，因此可以同时实现使由于减小最大穿孔转矩而带来的穿孔单元的小型化和保持穿孔为高质量。
根据技术方案3涉及的本发明，在冲头的刀头面上形成倾斜面且将冲模的冲压面制成圆弧面，这对于制造、穿孔转矩以及穿孔的质量来说是最优的组合。
根据技术方案4涉及的本发明，由于在冲头刀头面的倾斜面的中央部分形成了凹部，因此可以使与冲压面卡合的冲头刀头面变锋利的同时实现冲头前端的轻量化，能够高速形成穿孔，容易应对复印机的高速化。
根据技术方案5涉及的本发明，上述倾斜面的倾斜角最优的是10°，减小穿孔转矩的峰值，从而能够用小型电动机在厚纸等上进行穿孔，同时正确且切实地进行高质量的穿孔，提高可靠性。
根据技术方案6涉及的本发明，由于将圆弧面制成以轴的旋转轴芯为中心的圆弧面，并且使冲头以及冲模的卡合以沿着该圆弧面滚动的方式进行，因此总是维持冲头刀头面和冲压面所形成的剪断角，顺利地在纸张上进行穿孔，减小穿孔转矩的峰值的同时还能持续形成高品质的穿孔。
附图说明
图1是表示可以适用本发明的穿孔单元的实施方式的主视图。
图2是表示基于本发明的冲头和冲模进行穿孔的各种不同状态的图。
图3(a)是表示基于本发明的冲头以及冲模的放大概略图，(b)是表示冲头的刀头面的示意图，(c)是表示基于不同实施方式的冲头刀头面的剖视图。
图4是说明现有的穿孔单元和本发明的穿孔单元之间的不同点的图，(a)是表示开始切断时的切断长度S的图，(b)是表示切断结束时的切断旋转角β的图，(c)是说明轴旋转角α和切断位置(旋转角)β的图。图5是表示轴的旋转角α对穿孔转矩的曲线的图。
图6是冲模的冲压面为平面的实施方式的与图2相同的图。
图7是冲模的冲压面的放大表示的示意图。
图8是表示现有的穿孔单元的图，(a)是表示穿孔转矩曲线的图，(b)是表示冲头以及冲模的概略图。
标号说明：
1...穿孔单元；10...穿孔轴；13...冲头；13a...刀头面(倾斜面)；20...冲模轴；22...冲模；22a...冲压面(圆弧面)；221a...冲压面(平面)；α...旋转角；θ...倾斜角(刀头角)。
具体实施方式
以下，按照附图对本发明的实施方式进行说明。如图1所示，穿孔单元1具有台座6，该台座6固定在打印机、复印机等图像形成装置(包含后处理装置)的机架上，在该台座6上经由多个支脚部5通过螺栓固定有底板4。在该底板4的左右端固定有左右侧板3L、3R，由这些一体的底板4以及侧板3L、3R构成了机架2。而且，在上述侧板3L、3R上平行配置了冲头轴10以及冲模轴20，并使它们的两端自由旋转地被支承，这些冲头轴10以及冲模轴20与上述机架2相互结合而形成了穿孔单元1的构造部件(强度构件)。其中，上述冲头轴10以及冲模轴20相隔预定的间隙W并被上述侧板3L，3R支承，该间隙W形成了供纸张通过的卡合间隙。
上述冲头轴10由冲头部主体11和冲头轴部构成和，其中，冲头部主体11由铝合金等轻合金制的中空圆筒部件形成，冲头轴部设在冲头部主体11的两侧端部，在该冲头轴主体11的轴芯方向(图1箭头A、B方向)的多个部位，例如在3个部位设有冲头13，该冲头13在圆筒内侧的中空部11a呈防脱状态并从外周面突出。
并且，冲头轴部被安装成阻塞冲头轴主体11侧部的开口，并经由轴承14自由旋转地被轴支承在侧板3L、3R上。在图1箭头B方向(以下图1箭头A方向称为左方向，图1箭头B方向称为右方向)的冲头轴部上固设有冲头齿轮15，该冲头齿轮15向冲头轴10传递驱动力，同时在该齿轮15上与其邻接且调整相位后安装无齿隙齿轮16，在该齿轮16上安装有构成穿孔位置检测装置60的检测板61。
上述穿孔位置检测装置60由检测板61和穿孔位置检测传感器62构成，其中穿孔位置检测检测器62由光电传感器构成，该穿孔位置检测传感器62安装在L字状的托架63上，该托架63固设在右侧板3R上部。基于上述检测板61通过穿孔位置检测装置62之间，检测出冲头13位于穿孔位置。
另一方面，上述冲模轴20也和冲头轴10同样地由铝合金等轻合金形成，并具有由中空圆筒部件构成的冲模轴主体21。在该冲模轴主体21的轴芯方向(图1箭头A、B方向)上，与冲头轴10的冲头13相对应的3个部位的外围上设有冲模22，该冲模22具有冲模孔(孔)22d，该冲模孔22d从冲模轴主体21的外周面沿直径方向一直贯通到中空部21a为止。
上述冲模轴主体21，其右冲模轴部经由轴承可自由旋转地被支承在右侧板3R上，同时其左冲模轴部经由轴承可自由旋转地被支承在左侧板3L上。上述右冲模轴部由冲模齿轮24的凸台部24a构成，该冲模齿轮24与上述冲头齿轮15以及无齿隙齿轮16啮合。并且，在右侧板3R的下端部上安装有双轴型电动机50，在该电动机的一个输出轴上固定有小齿轮51，同时在另一个输出端上固定有拾取传感器55的检测体54。拾取传感器55安装托架56上，能检测电动机50的转数，其中，该托架56固定在底板4上。在右侧板3R上安装有支承2个中间齿轮71、72的中间轴70，一方的中间齿轮71与上述小齿轮51啮合，另一方的中间齿轮72与上述冲模齿轮24啮合。
在上述冲模轴主体21的中空部21a中安装有排屑螺旋板30，该螺旋板30的一端固定在右侧板3R上，另外一端被配置成在左侧板3L部分面对上述冲模轴21的开口部21c。该螺旋板30是将板状部件扭转而形成螺旋状，并相对于旋转的冲模轴20相对旋转，从而在中空部22a内基于上述相对旋转将从冲模22导入的穿孔屑向箭头A方向输送，从开口部21c排出到中空部21a之外。
本穿孔单元1具有如上所述的构成，安装在例如大型复印机上。配合该复印机的图像形成完了纸张的输送，电动机50被驱动，该电动机的旋转经由小齿轮51、中间齿轮71、72以及冲模齿轮24传递至冲模轴20，同时再经由冲头齿轮15以及无齿隙齿轮16传递至冲头轴10。由此，冲模轴20以及冲头轴10，在与纸张的输送对应的时刻且在两轴实现正确同步的相位下反方向旋转，从而利用冲头13以及冲模22在纸张的预定部位穿孔。
下面，参照图2、3对本发明的主要部分即冲头以及冲模的形状进行说明。安装在冲头轴10上的冲头13，由其前端面构成的刀头面13a为相对于轴10的旋转方向切线(与半径方向线r正交的线)呈预定的倾斜角θ的倾斜面。上述倾斜面以旋转方向的前端缘A侧高且后端缘C侧低的方式倾斜(OA＞OC)，其倾斜角θ的范围为5°～15°，优选的是设定为10°。
具体为：冲头轴10以及冲模轴20的旋转轴芯O-O间的距离2R0为32mm(R0＝16mm)，上述倾斜角(刀头角)θ＝10°、冲头径d＝8mm时，从冲头轴旋转轴芯O到刀头前端缘A的长度R1，以往的(13’a)为约16.5mm，而本发明中的(13a)为约17.4mm，从旋转轴芯O到刀头后端缘C的长度R2为约16.0mm(以往的为约16.5mm)。
并且，为了防止和冲模22的刃口(冲压面)22a产生干涉，沿冲头13的刀头面13a的整个外周形成有半圆状的凹槽13b。
安装在冲模轴20上的冲模22，由其前端面构成的冲压面为前端缘D以及后端缘E低且中央部分高的中高形状的圆弧面22a，且呈与冲头的刀头面13a以预定的间隙嵌合的圆筒形状。如图2、图3所示，由该冲模的刀头构成的冲压面形成为以冲模轴20的旋转轴芯O为中心的圆筒状的圆弧面22a。
如图2的待机位置所示，冲头13以及冲模22在彼此分离的位置上待机。在该状态下，当图像形成完了的纸张P从复印机等传送到穿孔单元1时，在与其对应的时刻，冲头轴10以及冲模轴20以相同的相位彼此反方向旋转。冲头13的刀头面13a以及冲模22的冲压面22a的前端缘A、D夹持着纸开始互相卡合时，开始进行对纸的预定位置上的穿孔，而且进一步旋转两个轴10、20，使得冲头的刀头面13a和冲模的冲压面22a的卡合位置随着纸的输送而向后方移动，以进行穿孔(穿孔中)。冲头刀头面13a的后端缘C与冲压面(刃口)22a的后端缘E在嵌合的状态下，在纸的预定位置上形成圆孔，然后通过两个后端缘C、E彼此分离，结束穿孔。在纸上形成的穿孔的穿孔屑通过冲模孔22d被送往冲模轴20的中空部21a，并且纸张直接传送至以下的装订等工序中。
穿孔转矩T和冲头刀头面的切断长度S以及冲头的切断位置β之间具有如下关系：T∝(S×sinβ)。在这里，如图4所示，α为冲头13的中心线的旋转角，即冲头轴10的旋转角，上述切断位置β为冲头刀头面(倾斜面)13a和冲压面(圆弧面)22a与纸(纸张)的下表面的交点X相对于两个轴的旋转轴芯O-O的角度。如图4(a)所示，开始切断(开始穿孔)时，基于本发明中具有刀头角θ的冲头刀头面13a(AC)的切断长度S相比基于以往的由切线构成的冲头刀头面13’a(A’C’)的切断长度S’小(S＜S’)。如图4(b)所示，结束切断(穿孔结束)时，基于本发明的冲头以及冲模的切断位置β相比基于以往冲头以及冲模的切断位置β’小，从而sinβ比sinβ’小(sinβ＜sinβ’)。其结果，可以在开始切断和结束切断时降低冲裁转矩T的峰值。
并且，对于在开始切断时从冲头轴的旋转轴芯O到冲头刀头面13a的前端缘A的长度，具有刀头角θ的本发明(OA)相比由切线构成的以往的发明(OA’)长(OA＞OA’)，因此，本发明的刀头面13a相比以往的刀头面13a’穿孔的启动更快(切断旋转角β1变大；参照图2的穿孔开始)。并且，对于结束切断时从冲头轴的旋转轴芯O到冲头刀头面的后端缘C的长度，具有刀头角θ的本发明(OC)相比由切线构成的以往的发明(OC’)更短(OC＜OC’)，因此本发明的刀头面13a与以往的刀头面13’a相比穿孔结束得更晚(旋转角β2变小；参照图2的结束穿孔)。其结果，穿孔所需的时间变长，即冲头轴的旋转角β1-β2变大，其每个单位角度所对应的切断长度变小(平均化)，可以降低上述穿孔(冲裁)转矩T的峰值。
具体地：使用两轴10、20的中心距离2R0为32mm、冲头径为
Figure BSA00000383599300081
且上述的倾斜角θ＝10°的冲头刀头面的情况下，开始穿孔的旋转角(∠OOA)β1以往是9.84°，而在本发明中是16.02°，穿孔结束时的旋转角(∠OOC)β2以往是9.84°，而在本发明中是3.08°。
图5是在两轴10、20的旋转轴芯O-O的距离为2R0＝32mm、冲头径8mm情况下，在各种纸上进行模拟穿孔的状态图，其中包括冲头刀头面由切线(θ＝0)构成的以往的发明(用实线表示)和使用刀头角θ＝10°的本发明(用虚线表示)。其中，在本模拟中使用的冲模22的冲压面由圆弧面22a构成(参照图2)。
由图5可知，在所有种类的纸(310g、200g、80g)中，穿孔转矩(冲裁转矩)的峰值减少的同时旋转角α变大。特别是在用于封面以及背封面的厚纸310g纸的情况下，使用以往的刀头角θ＝0的冲头时变为229kgf·mm，若使用适合穿孔单元的小型电动机则不能进行穿孔，但是使用本发明时变为118kgf·mm，使用可收纳在穿孔单元空间内的小型电动机也能进行穿孔。
由于冲模22的冲压面22a如图3(a)所示由圆弧面(圆筒面)构成，因此基于冲模轴20的旋转进行穿孔的过程中，与冲头13的刀头面13a之间的卡合以滚动的方式顺利进行。即，对开始穿孔到结束穿孔时的所有旋转角α，维持由具有刀头角θ的冲头刀头面13a和由圆弧面构成的冲压面22a构成的剪断角，并分散各旋转角α下的切段长度S，减少正比于S×sinβ的穿孔(冲裁)转矩T的峰值。
图6表示冲模22的冲压面由和冲模轴20的半径方向线r正交的平面(切线)221a构成的实施方式。由该平面构成的冲压面221a比前端缘D1以及后端缘E1由上述的圆弧面构成的情况(22a)稍微长一些。图7为表示比较了冲模22的冲压面由平面构成的情况221a(虚线)和由圆弧面构成的情况22a(实线)的图，冲模轴的旋转轴芯O和冲压面的前端缘D、D1以及后端缘E、E1之间的长度，圆弧面时(OD)(OE)比平面时(OD1)(OE1)短(OD＜OD1)(OE＜OE1)，从而开始穿孔时的旋转角α变小的同时穿孔结束时的旋转角α也会变小(接近下止点α＝0)，基于冲头和冲模的穿孔旋转角α变小。由此，减小了防止冲头和冲模之间的干涉所需的间隙，提高了穿孔的精度。
另外，减小上述穿孔旋转角α和穿孔转矩T的分散化虽然是负相关的，但是具有刀头角θ的冲头13的刀头13a和由圆弧面构成的冲压面22a相结合，就可以减小穿孔转矩的峰值，特别是切断结束时的峰值转矩。由此，通过减小穿孔单元的最大驱动转矩使单元的小型化以及向310g纸等厚纸的穿孔成为可能，还能保持穿孔的高质量。
图3(c)是表示基于其他实施方式的冲头刀头面的图。在由倾斜面构成的刀头面的中央部分形成有凹部13d。基于该凹部13d，冲头刀头面13a和冲压面22a、221a之间以锐利的关系进行卡合，且可以减轻冲头前端部的重量。由此，可以对应高速复印机的纸张输送时刻，高速旋转穿孔单元，且可以进行高质量的穿孔。
另外，上述说明中冲头13的刀头面13a上具有预定刀头角θ，冲模22的冲压面22a为圆弧面(或者平面221a)，但也可以采用冲压面由预定倾斜面构成、冲头的刀头面由圆弧面(或者平面)构成的方式。

Claims (6)

1.一种穿孔单元，
具备：
冲头轴，其在外周面设有冲头；和
冲模轴，其在与上述冲头对应的位置上设有冲模，
同步且反方向旋转上述冲头轴以及冲模轴，使上述冲头和上述冲模卡合，以在纸张上穿孔，其特征在于，
上述冲头的刀头面以及上述冲模的冲压面中的一方，由旋转方向的前端缘侧高且后端缘侧低的倾斜面构成，该倾斜面的倾斜角的范围为5°～15°。
2.根据权利要求1所述的穿孔单元，其特征在于，
上述冲头的刀头面以及上述冲模的冲压面中的另一方，由旋转方向的中央部分增高的中高形状的圆弧面构成。
3.根据权利要求2所述的穿孔单元，其特征在于，
上述冲头的刀头面由上述倾斜面构成，上述冲模的冲压面由上述圆弧面构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的穿孔单元，其特征在于，
上述冲头的刀头面由上述倾斜面构成，且该倾斜面的中央部分由凹部构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的穿孔单元，其特征在于，
上述倾斜角为10°。
6.根据权利要求2所述的穿孔单元，其特征在于，
上述圆弧面是以上述冲模轴或者上述冲头轴的旋转轴芯为中心的圆弧面。
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