JP2009142911A - 穿孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パンチ部材で被穿孔シートに孔開けする際に、駆動負荷が小さく、迅速に穿孔することが可能で、小型軽量で安価な穿孔装置を提供する。
【解決手段】先端に穿孔刃を備えたパンチ部材をベースフレームに穿孔方向に移動自在に支持する。このパンチ部材にスラスト力を付与する駆動手段を設け、上記ベースフレームとパンチ部材との間に、その一方にカム手段を、他方にこのカム手段に係合するカムフォロア部材を設ける。そして上記カム手段には上記駆動手段により穿孔方向に移動するパンチ部材にラジアル方向の回転力を付与するように穿孔方向に対し所定角度傾斜した傾斜カム面を備える。これによって例えば円柱形状のパンチ部材は上記駆動手段によって穿孔方向に移動する際にラジアル方向に回転しながら紙などの被穿孔シートに孔開けすることとなり穿孔時の剪断力による駆動負荷を著しく軽減することが可能となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば複写機、印刷機、プリンタなどの画像形成装置から搬出されるシートにパンチ穴を穿孔する穿孔装置に係わり、穿孔時の騒音を防止する穿孔機構の改良に関する。

一般に、紙などのシートにファイリング用のパンチ穴を穿孔する穿孔装置は事務機器として数枚のシートにパンチ部材を手動で押下して穿孔するものと、印刷機、複写機などから搬出されたシートに自動的に穿孔するものが知られている。前者はシートを挟んでフレーム部材に円柱状のパンチ部材を上下動自在に配置し、これを操作レバーで押し下げてシートを貫通させる装置として広く知られている。一方後者は順次搬出されるシートを所定の処理位置にセットし、これにパンチ部材を駆動モータで押下して穴あけする装置として種々の装置に組み込まれて使用されている。そしてこれらの装置ではシートに所定間隔で２個所、３個所若しくは４個所に同時に穿孔処理し、これらの穴数および間隔は統一した規格に設定されている。

そこで従来、後者の装置としては例えば特許文献１に開示されている構造が知られている。同文献にはシートを挟んでセットする上部フレームと下部フレームが所定間隔で配置され、この上部フレームに複数のパンチ部材を上下動自在に支持し、下部フレームにはパンチ部材と適合するダイ（刃受孔）が形成されている。そしてこの複数のパンチ部材を駆動モータで穿孔方向に作動してシートの所定位置に穿孔する装置が開示されている。そこで複数のパンチ部材を規格に応じて例えば２穴パンチ、３穴パンチなど選択的に作動し、またこの選択された複数のパンチ部材を時間的に少しずつ遅らせて作動し、これによって駆動モータの負荷トルクを軽減させている。

この為、上記複数のパンチ部材はカム手段を介して駆動モータに連結している。上記特許文献１には各パンチ部材に設けたフォロアピンを逆Ｖ字状のカム溝を有するスライドカムに係合し、このスライドカムを上部フレームに沿って移動自在に支持し、スライドカムの一部に一体形成したラック歯車に駆動モータのピニオンを連結している。そして各パンチ部材の偏心カムは駆動軸の回転角度に応じて選択的にシートを穿孔し、同様に選択された複数のパンチ部材の作動に時間差を持たせて孔開けタイミングを異ならせている。

上記特許文献１の装置におけるパンチ部材は穿孔方向のスラスト力をＶ字状カムから受けてラジアル方向に回転することなくスラスト方向の上死点から下死点に移動する過程でシートに孔開けする構造が開示されている。
特開２００１−９７９１号公報（図６乃至図８）

上述のように複数のパンチ部材を選択的にカム手段で穿孔方向に作動する際に、従来は例えば前掲特許文献１のように直線方向に往復動する伝動部材（スライドカム部材）に溝カムを設け、この溝カムにパンチ部材に一体形成したカムフォロア部材（以下「カムピン」という）を嵌合している。そしてこの伝動部材を駆動モータに連結して直線的に往復動することによってカムピンが溝カムに沿って上下動するようにこの溝カムをＶ溝形状（図１１参照）に構成している。

また、上述の従来装置と同様に、パンチ部材側にＶ溝形状の溝カムを有する円筒カムを設け、この溝カムに係合するカムピンをベースフレームに固定する。そしてこの円筒カム（パンチ部材）を駆動モータに連結して回転駆動するとパンチ部材はラジアル方向に回転しながら溝カムに沿って上下動することとなる。このようにパンチ部材をラジアル方向に回転しながら穿孔方向に上下動して紙葉類にパンチ穴を形成することによって紙葉類に低負荷（軽負荷）で高速に穿孔することが可能となる。この円筒カムを用いた穿孔構造について本出願人は特願２００７−０６０８４１として特許出願した。

ところが、上述のようにカム溝とカムピンでパンチ部材に上死点から下死点への穿孔動作を行わせると、次の騒音の問題が発生する。つまりカム溝とカムピンとは少許の間隙（クリアランス）ｄを有するように嵌合しないと円滑な運動が得られない。そこで例えばＶ溝形状のカム面を有するスライドカムを高速で往復駆動する場合、或いは円筒カムを高速で回転駆動するとカムピンとカム溝のカム面とが衝突して騒音（衝撃音）が発生する。これを図１１に示すスライドカムの動作状態図に従って説明すると、スライドカム９０を図面左側に移動する。このときパンチ部材９１は、同図（ａ）の状態で上死点に位置し、同（ｂ）の状態で下死点側に移動開始し、同（ｃ）の状態で下死点直前に位置し、同（ｄ）の状態で下死点に至る。この動作の過程でカム溝９２とカムピン９３との間にはクリアランスｄが存在する。このクリアランスｄはカム面９２ａとカムピン９３が円滑に運動する最適値に設定されるが、通常このクリアランスｄは部品精度、使用過程の摩耗などでバラツキ（機体差）が生ずる。

そこでスライドカム９０を高速で同図左側に移動するとパンチ部材９１は図（ｂ）の上死点から下死点側に変位する位置でカムピン９３がカム溝９２のカム面９２ａに衝突する。この衝突で衝撃音が発生し、カムピン９３は激しく振動する。その後カムピン９３はクリアランスｄの範囲内で振動しながら下死点方向に移動（図（ｃ）の状態）し、このときカムピン９３はクリアランスｄに機体差があるためカム面９２ａの上面と下面との間で衝突を繰り返しながら下死点に到達する。そしてこの下死点位置でカムピン９３はクリアランスｄの範囲内でその位置に機体差が生ずる。

このようにカム溝９２に沿って移動するカムピン９３は、上記（ｂ）でカム面９２ａに衝突して衝撃音を発生し、上記（ｃ）でカム面間を振動して不安定な速度で下死点に向かい、上記（ｄ）で下死点に到達するがその最下位置はクリアランスｄの機体差によって異なることとなる。

従って従来の溝カムに沿ってカムピンが上死点から下死点に移動するカム機構においては、高速駆動時にカムピンの衝撃音が装置騒音として問題となる。特にパンチ部材を例えば４穴同時穿孔など複数配置した場合には、その騒音は異音として使用者に伝わる。また、下死点位置でピンとカム面との間にクリアランスが存在すると最下端に達したパンチ部材の刃先位置が異なるため穿孔するシート材質によって確実な穿孔が得られないことがある。つまり薄紙のときには刃先が必要以上にシート内に刺入（オーバラン現象）し、厚紙のときには刃先が完全にシートを貫通しない（不完全穿孔）ことがある。

そこで本発明者は、カム溝を形成する上カム面と下カム面とを相対的に移動可能（ギャップ調整可能）に構成し、この上下カム面の一方を弾性的にバネ付勢することによって上述の騒音の問題と下死点位置のバラツキの問題を解決し得るとの着想に至った。

本発明は、紙葉類にパンチ穴を形成する際に、パンチ部材による穿孔動作の高速化と静音化をその主な課題としている。
更に、本発明はパンチ部材をラジアル方向に回転しながら穿孔方向に移動して紙葉類に穿孔する際に、このパンチ部材の高速化と静音化をその課題としている。

本発明は、上記第一の課題を達成するため、適宜のベースフレームに上下動自在に支持したパンチ部材を上死点と下死点との間で穿孔動させるカム手段を設け、このカム手段をカム溝とこれに係合するカムフォロア部材で構成する。そしてこのカム溝のカム面とカムフォロア部材とを相対的に位置移動可能に構成すると共に、このカム面とフォロア部材の一方にバネ手段を設けて互いに圧接して摺動するように構成する。これによってフォロア部材がカム面に衝突するときには弾性力の作用で消音され装置騒音を抑えることとなり、このフォロア部材が下死点に位置するときにはカム面に弾性力で押圧され、その位置がパンチ動作の都度位置ズレすることがない。

また、上記第二の課題を達成するため、パンチ部材にカム溝を有する円筒カムを設け、このパンチ部材を駆動手段で回転動するように構成する。そしてパンチ部材のカム面に係合したフォロア部材をベースフレームに固定する。これによってパンチ部材はラジアル方向に回転しながら穿孔方向に上下動する。そこでこのカム面とフォロア部材を上述のように構成する。これによって高速、小トルクで紙葉類にパンチ穴を穿孔することが可能となり、同時にその静音化が達成される。

先端に穿孔刃を有するパンチ部材と、上記パンチ部材を上死点と下死点との間で穿孔方向に往復動可能に支持するベースフレームと、上記パンチ部材を駆動する駆動手段と、上記駆動手段の駆動を上記パンチ部材に伝達する伝動部材と、上記伝動部材の運動を上記パンチ部材の穿孔方向運動に変換するカム手段とを備える。上記カム手段は、上記パンチ部材と上記ベースフレームとの間／若しくは上記パンチ部材と上記伝動部材との間に、その一方に配置されたカム溝と、他方に配置されたカムフォロア部材とで構成し、上記カム溝とカムフォロア部材とは、互いの係合方向に少許の間隙で移動可能に構成されると共に、このカム溝とカムフォロア部材との少なくとも一方に係合方向の弾圧力を付与するバネ手段を配置する。

前記カム手段は、前記パンチ部材に一体的に取り付けられた円筒カムで構成し、この円筒カムに前記カム溝が穿孔方向に少許の間隙で移動可能に構成され、前記バネ手段はこの円筒カムに穿孔方向の弾圧力を付与するように配置する。

前記円筒カムは、前記パンチ部材に取り付けられた上部カム部材と下部カム部材で構成し、前記カム溝は上記上部カム部材に形成された上カム面と、上記下部カム部材に形成された下カム面とで構成され、前記バネ手段は、上記上部カム部材と下部カム部材を互いに圧接する板バネで構成される。

前記伝動部材は、前記パンチ部材に穿孔方向と直交するラジアル方向に回転する回転力を付与するように構成され、前記カム手段は、パンチ部材の回転運動を穿孔方向運動に変換するカム溝を有する前記円筒カムと、前記ベースフレームに取り付けられたカムフォロア部材で構成され、上記パンチ部材は紙葉類に回転しながら穿孔する。

前記伝動部材は所定方向に往復動するスライド部材で構成し、前記カム手段は、上記スライド部材と前記パンチ部材との間に、その一方に形成したカム溝と他方に形成したカムフォロア部材で構成する。

本発明は、ベースフレームに上下動自在に支持したパンチ部材を上死点と下死点との間で穿孔動させるカム手段を設け、このカム手段をカム溝とこれに係合するカムフォロア部材で構成し、このカム溝のカム面とカムフォロア部材とを相対的に位置移動可能にすると共に、このカム面とフォロア部材の一方にバネ手段を設けて互いに圧接して摺動するように構成したものであるから次の効果を奏する。

カム溝を形成するカム面と、これに嵌合するフォロア部材（以下「カムピン」という）とは互いの相対的位置が位置移動可能でバネ手段によって弾性的に係合するように構成されているから、カム溝若しくはカムピンを高速で移動しても両者が衝突する際の衝撃はバネ手段の弾性力で緩和され衝撃音を抑えることとなる。従って、パンチ部材を上下動するカム部材を高速で移動してもこれによる装置騒音を抑制することが出来、穿孔動作の高速化と静音化を達成することが可能である。特にパンチ部材を複数配置して２穴、３穴、４穴などのパンチ穴を同時穿孔する装置構成における騒音の低減は著しいものがある。

また、本発明にあってパンチ部材にカム溝を有する円筒カムを設け、このパンチ部材を駆動手段で回転動させ、このカム面に係合したフォロア部材をベースフレームに固定することによってパンチ部材はラジアル方向に回転しながら穿孔方向に上下動することとなる。このようにパンチ部材を回転させながら穿孔動作させることによって駆動トルクの軽減と穿孔動作の高速化を図ることが出来る。この場合に生起する騒音を軽減することが可能となり、本発明はパンチ部材による穿孔動作の高速化と静音化を同時に達成することが可能である。

以下図示の好適な実施の形態に基づいて本発明を詳述する。図１は本発明に係わる穿孔装置の全体構成を示す説明図であり、図２はその要部の断面図である。図３（ａ）はパンチ部材の斜視図であり、同図（ｂ）は傾斜カムの形状説明図である。

［穿孔装置］
まず本発明に係わる穿孔装置Ａについて説明する。図１に示すように穿孔装置Ａは、被穿孔シートＳをセットする下部フレーム（ダイプレート）３５と、この下部フレーム３５との間に少許の間隙Ｓｄを形成して配置された上部フレーム（ベースフレーム）３０と、この上部フレーム３０に取り付けられたパンチ部材４０と、下部フレーム３５に設けられた刃受孔３８とから構成されている。そしてこの上部フレーム３０にはパンチ部材４０を上下方向（穿孔方向）に昇降する駆動手段（後述の駆動モータＭ）と、この駆動モータＭの駆動をパンチ部材４０に伝達する伝動部材（後述のラック歯車５１）と、伝動部材の運動をパンチ部材４０の穿孔運動に変換するカム手段（後述の円筒カム４４）とから構成されている。各構成について詳述受する。

上記上部フレーム３０と下部フレーム３５は被穿孔シートＳの幅サイズに応じた長さ寸法に形成され、下部フレーム上に搬送されるシートに上部フレーム３０に設けられたパンチ部材４０で所定数のパンチ穴を形成する。この為、上記パンチ部材４０は通常の円柱形状に構成され、その先端に穿孔刃４１が設けてある。このパンチ部材４０は上部フレーム３０に所定の規格(ファイル穴規格)に応じた間隔で、２穴、３穴、４穴など装置仕様に応じて複数配置される。図示のものは４個所に第１パンチ部材４０ａ、第２パンチ部材４０ｂ、第３パンチ部材４０ｃ、第４パンチ部材４０ｄが配置され、シートに２穴、４穴のパンチ穴を選択的に穿孔するようになっている。

［パンチ部材の構成］
上記各パンチ部材４０ａ〜４０ｄは、同一構造で構成されているので以下その１つについて図２乃至図４に基づいて説明する。図２に示すパンチ部材４０は、上死点と下死点との間で上下動する穿孔動作を円筒カム（カム手段；以下同様）４４で構成する場合を示す。図示のパンチ部材４０は、先端に穿孔刃４１を有するパンチ軸４２と、このパンチ軸４２に一体的に取り付けた円筒カム４４とで構成されている。

上記パンチ軸４２は、炭素鋼などの金属材料で円筒軸形状に形成され、その先端（図３（ａ）下端）には穿孔刃４１が形成されている。この穿孔刃４１の形状は中空円筒形状でその先端は先鋭状の斜裁形状に形成されている。また、上記円筒カム４４は円筒形状の合成樹脂筒で形成されている。この円筒カム４４にはその外周に逆Ｖ字形状のカム溝４５が形成され、後述するカムピン３３ｃと嵌合する。この円筒カム４４は図４（ｃ）に示すように、上カム部材４４Ａと下カム部材４４Ｂに上下分割して構成され、上カム部材４４Ａには上カム面４５ａが、下カム部材４４Ｂには下カム面４５ｂが形成されている。そしてこの上カム面４５ａと下カム面４５ｂとで逆Ｖ字状のカム溝４５が形成されている。

このように逆Ｖ字形状のカム溝４５を形成するカム部材４４Ａ、４４Ｂを上下分割形成したのはカム溝４５を形成する上カム面４５ａと下カム面４５ｂのいずれか一方を軸方向（図２上下方向）に移動可能にするためである。このように分割形成された上下カム部材４４Ａ、４４Ｂはパンチ軸４２に嵌合することによって逆Ｖ字形状のカム溝４５を次のように形成している。図４（ｂ）に示すように下カム部材４４Ｂは中央に中空孔４４ｂｘが形成され、この中空孔４４ｂｘにパンチ軸４２が貫挿され、回転止めピン４４ｂｙで両者が一体的に結合されている。

一方、上カム部材４４Ａにも中空孔４４ａｘが設けられ、この中空孔４４ａｘにパンチ軸４２が貫挿されている。この上カム部材４４Ａはパンチ軸４２に沿って上下動自在に嵌合されている。つまり図４（ｂ）（ｃ）に示すように下カム部材４４Ｂには嵌合凹溝４４ｂｕが設けられ、この嵌合凹溝４４ｂｕに上カム部材４４Ａの嵌合凸部４４ａｕが嵌合されている。従って上カム部材４４Ａと下カム部材４４Ｂはパンチ軸４２に嵌合され、その一方（図示のものは下カム部材４４Ｂ）がパンチ軸４２に一体的に固定され、他方（図示のものは上カム部材４４Ａ）がパンチ軸４２に沿って上下動自在に嵌合支持されている。

上記上カム部材４４Ａには上記パンチ軸４２に沿って常時下方に付勢するバネ手段４７が設けられている。図示のバネ手段４７は円盤形状の板バネで形成され、その中央にはパンチ軸４２を貫挿する中孔４７ｘが形成されている。この板バネ４７はパンチ軸４２に貫挿され、このパンチ軸４２にワッシャ４８ａを介してＥリング４８ｂで固定されている。そして板バネ４７の下面は上記上カム部材４４Ａの上端面４４ａｚを常時下方に押圧付勢している。

上述の円筒カム４４には後述する駆動モータＭから回転力が付与され、その回転運動を上記カム溝４５で穿孔方向に運動変換するように構成されている。このため上記下カム部材４４Ｂの外周にはカム溝４５と異なる位置に受動歯車４６が一体形成されている。この受動歯車４６には後述するラック歯車（伝動部材）５１が歯合され、このラック歯車５１が駆動モータＭで往復動してパンチ部材４０を上下動するように構成されている（駆動機構については後述する）。

次に上述のカム溝４５のカム形状について図３に従って説明する。穿孔装置Ａは、パンチ部材４０を２孔穴開け用の第１パンチ部材４０ａと第４パンチ部材４０ｄと、更に４孔穴開け用の第２パンチ部材４０ｂと第３パンチ部材４０ｃの合計４つのパンチ部材で構成する場合を示している。そこで各パンチ部材４０ａ〜４０ｄの円筒カム４４には穿孔方向に（図３（ａ）上下方向）に対し所定角度（θ）傾斜した傾斜カム面４５θが設けられ、第１，第４カム溝４５ａｋ、４５ｄｋには１個所、第２，第３カム溝４５ｂｋ、４５ｃｋには２個所に傾斜カム面４５θが形成されている（図３（ｂ）参照）。そして第１，第４カム溝４５ａｋ、４５ｄｋの傾斜カム面４５θと第２，第３カム溝４５ｂｋ、４５ｃｋの１つの傾斜カム面４５θはそれぞれ円筒カム４４の同一角度位置（第１角度位置）に配置され、この第１角度位置で被穿孔シートＳに４孔開けする。また円筒カム４４の第２角度位置で被穿孔シートＳに２孔開けするように構成されている。

この第２角度位置では第１，第４カム溝４５ａｋ、４５ｄｋは円筒カム４４の外周方向に水平な直線溝で形成されている。従って上部フレーム３０に固定されたカムピン３３ｃと係合している第１乃至第４カム溝４５ａｋ〜４５ｄｋは上記第１角度位置では第１乃至第４パンチ部材４０ａ〜４０ｄが被穿孔シートＳに４穴穿孔し、上記第２角度位置では第２、第３パンチ部材４０ｂ、４０ｃが被穿孔シートＳに２穴穿孔することとなる。

また第２，第３カム溝４５ｂｋ、４５ｃｋの他の傾斜カム面４５θは円筒カム４４の上記第１角度位置と異なる角度位置（第２角度位置）で同一角度位置に形成され、この第２角度位置ではシートに２孔開けする。

また上記各円筒カム４４は所定角度ずつ位相差を有するように上部フレーム３０に取り付けられ、同時孔開けする際に各パンチ部材４０ａ〜４０ｄの孔開けタイミングを異ならせている。つまり図１に示すように４孔開けの時、各パンチ部材４０ａ〜４０ｄは、第１パンチ部材４０ａ、第２パンチ部材４０ｂ、第３パンチ部材４０ｃ、第４パンチ部材４０ｄの順に時間差（カム溝の変移差）を持って孔開けタイミングをズラしている。２孔開けの時も同様に第２パンチ部材４０ｂ、第３パンチ部材４０ｃの順に位相差を持たせている。

［円筒カムの作用］
上述のように構成されている円筒カム（カム手段）４４は、逆Ｖ字形状のカム溝４５を構成する上カム面４５ａと下カム面４５ｂのいずれか一方が穿孔方向に少許のスパンで上下動自在に構成され、その可動側カム面（上述の上カム面４５ａ）にバネ手段４７が設けられている。そしてこの上カム面４５ａと下カム面４５ｂとの間にカムピン３３ｃを嵌合し、このカムピン３３ｃを装置フレーム（上部フレーム３０）に固定する。

そこで下カム部材４４Ｂに形成した受動歯車４６に回転力をラック歯車５１で付与する。例えばラック歯車５１が図５左側に移動するとき、パンチ部材４０は同図反時計方向に回転する。このとき同図（ａ）に示す上死点ｐ１から下死点側に変位する位置ｐ２でカムピン３３ｃがカム溝４５の下カム面４５ｂに当接する（同図（ｂ）の状態）。その後、カムピン３３ｃは下カム面４５ｂに沿って上カム面４５ａに案内されて下死点方向に移動（同図（ｃ）、図６（ｄ）の状態）する。そして下死点ｐ４（図６（ｅ）の状態）に到達し、この下死点ｐ４から若干オーバランして停止位置ｐ５（図６（ｆ）の状態）で停止する。

この下死点ｐ４から停止位置ｐ５におけるカムピン３３ｃとカム溝４５との係合関係は、図７（ａ）に示すようにカムピン３３ｃが上カム面４５ａに衝突する。このとき上カム面４５ａはバネ手段４７の作用で同図鎖線のように上方に逃げる。このバネ手段４７の作用で衝撃音が緩和され、装置騒音が抑制される。尚この停止位置ｐ５はシートの厚さ或いは材質によって下死点ｐ４における負荷が変動する。このため、パンチ部材４０は下死点ｐ４に勢いよく下降（撃打）させる必要があり、パンチ部材４０は必然的に下死点ｐ４から若干オーバランした停止位置ｐ５に停止する。このときカムピン３３ｃは上カム面４５ａに衝突するが上カム面４５ａが上方に逃げるため騒音が緩和される。

上述の動作でシートに穿孔した後は、前記駆動モータＭを逆回転させてラック歯車５１を図５右側に移動（復帰動）する。するとパンチ部材４０は、停止位置ｐ５から下死点ｐ４に戻り、次いで上死点側に図示ｐ３位置、ｐ２位置、そして上死点ｐ１に戻ることとなる。このときパンチ部材４０は最初に下死点側に降下した後、方向を反転して上死点側に上昇移動することとなる。このときパンチ部材４０には下死点方向の運動から上死点方向の運動に反転する方向変換の負荷と、穿孔刃４１の刃先を穿孔済シートから引き剥がす負荷が作用する。これに対してパンチ部材４０に作用するラック歯車５１の駆動力はモータの起動直後であるため低トルクである。そこでパンチ部材４０の復帰動作が緩慢となり、穿孔したシートを外部に搬出するタイミングを遅くしなければならない問題が生ずる。

ところが本発明のパンチ部材４０には前述の板バネ（バネ手段）４７が作用しているため、図７（ｂ）に示すバネ力ｆｂが上カム面４５ａに作用し、このバネ力ｆｂで板バネ（バネ手段）４７は同図のように撓む。このバネの撓みで上カム部材４４Ａに作用する衝撃は緩和され、衝撃音が低減される。この衝撃音の低減と同時にバネ力ｆｂは、その直後にパンチ部材４０を上死点（同図上方）に変位させる復元力として作用する。従ってパンチ部材４０が停止位置ｐ５で停止した直後にラック歯車５１を逆回転させると上述のトルク不足の問題が生ずる。ところが、板バネ（バネ手段）４７が復元する際にパンチ部材４０には同図矢示方向の力が作用する。これによってパンチ部材４０は俊敏に下死点ｐ４から上死点方向に移動して上死点ｐ１に復帰する。

次にフレーム構造について説明する。前述の上部フレーム３０は図２に示すように断面コ字状のチャンネル部材で構成され、上下に対向する上ガイド３１と下ガイド３２にガイド孔３１ａ、３２ａが設けられている。パンチ部材４０はこのカイド孔３１ａに上軸部４２ａが、ガイド孔３２ａに下軸部４２ｂが嵌合支持されている。従ってパンチ部材４０は上部フレーム３０に図２上下方向（穿孔方向）に摺動自在に支持されている。

また、上記下部フレーム３５には穿孔刃４１に適合する刃受孔３８が設けられている。上記下部フレーム３５は上部フレーム３０に少許の間隙Ｓｄを形成して固定ネジ３９で一体に取り付けてあり、この上部フレーム３０，下部フレーム３５でユニット化されている。そして上部フレーム３０には上述のカム溝４５と係合するカムフォロア部材３３が固定してある。図示のカムフォロア部材３３は、台座部３３ａとガイド軸部３３ｂとカムピン３３ｃとを備え、前記ガイド孔３１ａ、３２ａと所定の位置関係となるように上部フレーム３０に形成した取付け孔に嵌合し台座部３３ａをビスなどで固定する。そしてガイド軸部３３ｂは後述するスライド部材５０をガイドし、カムピン３３ｃは上記カム溝４５と係合するピン形状に構成されている。従ってパンチ部材４０は上部フレーム３０に上下摺動自在に支持され、これに設けたカムピン３３ｃにカム溝４５が係合保持される。このカムピン３３ｃがカムフォロア部材を構成している。

また、上記パンチ部材４０には受動歯車４６が一体に取り付けられている。この受動歯車４６は後述する駆動モータＭに伝動手段（ラック歯車５１）を介して連結される。このように構成されたパンチ部材４０は、穿孔刃４１及び上下軸部４２ａ、４２ｂを例えばＳＵＳ系鋼材のような研磨性の良い素材で構成する。この他鉄系金属或いはセラミックなどで形成しても良い。また、円筒カム４４と受動歯車４６とはＰＯＭ（ジュラコン樹脂）などの合成樹脂で成形することが加工性、静音性などから好ましが、特にその材質を限定するものではない。そしてパンチ部材４０の穿孔刃４１と円筒カム４４と受動歯車４６とを一体化する。この一体化はこれらの三者を一体的に回転させる為であり、成型時にインサート成形によって一体化するか或いは固定ビス、接着剤などで固定する。

次に上部フレーム３０にはスライド部材５０が図１左右方向に移動自在に組み込まれる。このスライド部材５０にはラック歯車５１が形成され、このラック歯車５１は上述のように上部フレーム３０に複数（図示のものは４個所）配置されたパンチ部材４０ａ〜４０ｄの各受動歯車４６と噛合するようになっている。そしてスライド部材５０は前述のカムフォロア部材３３のガイド軸部３３ｂと下ガイド３２の間で上下方向を摺動自在に案内され、また上部フレーム３０の背面と各受動歯車４６との間で前後方向を案内（図２参照）され図１左右方向に移動自在に支持されている。これによって各パンチ部材４０ａ〜４０ｄの受動歯車４６とスライド部材５０のラック歯車５１とが噛合され、スライド部材５０の移動量に応じて各パンチ部材４０ａ〜４０ｄは所定の角度関係（後述の位相差）でそれぞれ回転されることとなる。

上記スライド部材５０には駆動モータＭが次のように連結されている。前記上部フレーム３０にはブラケット５３で駆動モータＭが取り付けてあり、その回転軸は減速歯車を介して駆動歯車Ｇ１に連結されている。そしてこの駆動歯車Ｇ１がスライド部材５０のラック歯車５１に歯合してある。従って駆動モータＭの正逆転でスライド部材５０は図１左右方向に移動することとなる。尚図示５４はモータの回転軸に設けたエンコーダであり、Ｓｅはこれを検出するエンコードセンサである。また、上記スライド部材５０にはその位置を検出するポジションセンサが配置されている。

以上説明した装置構成において、紙などの被穿孔シートＳに２穴、若しくは４穴の孔開けを施す穿孔動作は次のように行う。穿孔装置Ａには図示しない制御手段が例えば制御ＣＰＵで設けられている。そこでこの制御ＣＰＵ（制御手段）の動作を図８のフローチャートに基づいて説明する。

装置電源が投入され、装置が起動する（Ｓｔ１００）と制御手段は例えば後処理装置から２穴孔開けであるか４穴孔開けであるか孔開けモードの選択信号（Ｓｔ１０１）を受ける。この指示信号で制御手段は前記スライド部材５０をホームポジション（スタート位置）に移動する（Ｓｔ１０２）。このとき、制御手段は駆動モータＭを上記ホームポジションから所定量オーバランさせた後、その回転方向を逆転する。するとスライド部材５０はバックラッシュなくホームポジションに位置付けられる。制御手段はこの状態で駆動モータＭを停止し、被穿孔シートＳの搬送セットを待つ。

次いで被穿孔シートＳが所定のセット位置に準備されるとそのセット終了信号（Ｓｔ１０３）で制御手段は駆動モータＭを回転駆動しスライド部材５０を図１右方向に移動する（Ｓｔ１０４）。スライド部材５０が右方向に移動すると、これに一体形成されているラック歯車５１が受動歯車４６を反時計方向に回転させる。するとパンチ部材４０は図５（ａ）の状態から図６（ｆ）の状態に徐々に反時計方向に回転しながら穿孔方向（スラスト方向）に移動する。この過程で被穿孔シートＳには４穴又は２穴のパンチ孔が穿孔される（Ｓｔ１０５）。

次いで制御手段は孔開け動作が終了したか否かをホームポジションセンサで判断する（Ｓｔ１０６）。このとき例えば予め設定したジャム時間が経過（Ｓｔ１０７）してもセンサが上記動作終了位置を検出しないときにはジャムと判断し、駆動モータＭを逆回転させる（Ｓｔ１０８）。この駆動モータＭの逆回転でスライド部材５０とパンチ部材４０はホームポジションにバックし、これをポジションセンサで検知する（Ｓｔ１０９）。そこで制御手段ジャム信号を発し、例えば後処理装置のコントロールパネルに「ジャム」表示を行わせる。これと同時に装置電源をＯＦＦする（Ｓｔ１１０）。

駆動モータＭの逆回転でスライド部材５０及びパンチ部材４０がホームポジションに移動しないときには装置故障と見なしエラー信号を発し、コントロールパネルに「装置故障」を表示する（Ｓｔ１１１）。シートＳへの穿孔が正常に実行されると制御手段は、例えば後処理装置Ｃに穿孔終了信号を発し、後処理装置ＣはシートＳを所定のセット位置から外部に搬出する。このシートＳの搬出と前後して制御手段は駆動モータＭを逆回転させてスライド部材５０をホームポジションＨＰに復帰させる。この状態で次のシートがセット位置に準備されるのを待つ。

斯かる過程で本発明はパンチ部材４０がホームポジションから穿孔位置に移動する過程で穿孔刃４１はスラスト方向への移動と同時にラジアル方向に回転し図５（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図６（ｄ）（ｅ）（ｆ）の順に捻り運動で被穿孔シートＳにパンチ孔を穿孔する。この為穿孔刃４１の被穿孔シートＳに及ぼす剪断力は穿孔刃４１を単純にスラスト方向に移動する場合に比べ数倍に増大する。例えば本実施形態においては剪断力を２倍に増大させることが出来、結果として駆動モータＭの負荷トルクを半減させることが可能となった。逆に穿孔速度を２倍にしても駆動モータＭに及ぶ負荷が増大することがなく伝動機構の簡素化とパンチ動作の高速化が可能となった。

従って、図５及び図６に示すようにラック歯車５１を有するスライド部材５０の移動に伴ってパンチ部材４０は上死点ｐ１から傾斜カム面４５θに沿って反時計方向に回転しながら穿孔開始点ｐ２に移動してシートに接し穿孔を開始する。そして同方向に回転しながらシートを貫通し穿孔終了点ｐ３に移動し、次いで下死点ｐ４に移動する。次にスライド部材５０が更に移動するとパンチ部材４０は下死点ｐ４から上死点ｐ１方向に移動（上昇）する。このときパンチ部材４０は傾斜カム面４５θに沿って反時計方向に回転しながら上記穿孔終了点ｐ３に戻り、更に穿孔開始点ｐ２に戻り、最後に上死点ｐ１に復帰する。

次に次シートの穿孔時には上記スライド部材５０は反対方向に移動するため、パンチ部材４０は時計方向に回転しながら同様の動作を繰り返す。つまり順次穿孔するシートの奇数枚目の穿孔時にはパンチ部材４０は例えば時計方向に回転しながら上死点ｐ１から下死点ｐ４に移動し、その後同方向に回転しながら下死点ｐ４から上死点ｐ１に移動する。そして偶数枚目のシートの穿孔時にはパンチ部材４０は逆方向、時計方向に回転しながら上死点ｐ１から下死点ｐ４に、また下死点ｐ４から上死点ｐ１に移動復帰することとなる。

そこで穿孔刃４１の先端に屑紙片８０が詰まっても穿孔時の回転で振り飛ばされるか或いは次シート穿孔時の反対方向の回転で振り飛ばされることとなる。このように穿孔刃４１に付着した屑紙片８０は正逆方向の回転力を受けて遠心力で刃先から分離し、四方八方に分散して下部フレーム３５の下部に配置した屑ボックス８１に略々均等に堆積収納される。

印字部３には静電ドラム１０が設けられ、このドラム１０の周囲には印字ヘッド９、現像器１１、転写チャージャ１２などが配置されている。そして印字ヘッド９は例えばレーザ発光器などで構成され、静電ドラム１０上に静電潜像を形成し、この潜像に現像器１１でトナーインクを付着し、転写チャージャ１２でシートに印刷する。この印刷シートは定着器１３で定着され排紙経路１７に搬出される。排紙部４には上記ケーシング１に形成した排紙口１４と排紙ローラ１５が配置されている。尚図示１６は循環経路であり、排紙経路１７からの印刷シートをスッチバック経路で表裏反転した後再びレジストローラ７に送り、印刷シートの裏面に画像形成する。このように片面若しくは両面に画像形成された印刷シートは排紙口１４から排紙ローラ１５で搬出される。

尚図示２０はスキャナユニットであり、上記印字ヘッド９で印刷する原稿画像を光学的に読み取る。その構造は一般的に知られているように原稿シートを載置セットするプラテン２３と、このプラテン２３に沿って原稿画像をスキャンするキャリッジ２１と、このキャリッジ２１からの光学像を光電変換する光学読取手段（例えばＣＣＤディバイス）２２とから構成されている。また図示のものは原稿シートを自動的にプラテンに給送する原稿送り装置２５がプラテン２３上に装備してある。

そこで上記画像形成装置Ｂの排紙口１４には後処理装置Ｃが連設してある。この後処理装置Ｃはシート搬送経路２６と、この搬送経路２６に配置したパンチユニット２７と排紙スタッカ２８とから構成されている。シート搬送経路２６にはパンチユニット２７の上流側に整合手段２６ａが設けられ、シート後端を整合する。また搬送経路２６には正逆転ローラ２６ｂが配置され、搬入口２６ｃからのシートを整合手段２６ａに突き当て整合し、同時にこの正逆転ローラ２６ｂはパンチユニット２７からシートを排紙スタッカ２８に搬出する。図示Ｓｉはシート検知センサである。尚パンチユニット２７は先に説明した図１に示す装置で構成されている。

このように構成された後処理装置Ｃは画像形成装置Ｂから印刷済のシートを搬入口２６ｃから受け取り、シート後端をシート検知センサＳｉで検知し、シート後端が整合手段２６ａを通過したタイミングで正逆転ローラ２６ｂを逆転（図示反時計方向）する。するとシートはスイッチバックされシート後端が整合手段２６ａに突き当て整合される。この整合後に正逆転ローラ２６ｂは停止し、シートをその位置に保持する。この状態でパンチユニット２７は駆動モータＭを駆動して前述の穿孔動作を実行する。穿孔動作の実行後は前述のポジションセンサＳｐ１からのエンド信号で正逆転ローラ２６ｂを図示時計方向に回転しパンチ穴を施されたシートを排紙スタッカ２８に搬出する。尚この後処理装置Ｃには、図示しないがステープルユニット、スタンプユニットなどが装置仕様に応じて組み込まれる。

以上本発明についてパンチ部材を上下昇降する際に円筒カム４４について説明したが、本発明は図１１に基づいて説明した従来のカム機構に採用することも可能である。この場合を図１０に基づいて説明する。図１０において前述した図１１と同一の構造については同一符号を付して説明を省略する。図１１で説明したようにスライドカム９０は駆動モータに連結され、所定ストロークで往復動するように構成されている。このスライドカム９０には複数の逆Ｖ字状のカム溝９２が設けられている。そしてこのカム溝９２にはパンチ部材９１（図示せず）に一体形成したカムピン９３が嵌合されている。これらの構成については図１０に図示しないが図１１で説明した構成と同一であるので省略する。

そこでスライドカム９０に形成するカム溝９２は、スライドカム９０と一体の上カム面９２ａと可動の下カム面９２ｂで構成されている。下カム面９２ｂはスライドカム９０に上下動可能に支軸９５で支持されたブラケット９６に形成されている。このブラケット９６にはバネ９７が下カム面９２ｂを常時上方に付勢している。従ってスライドカム９０を勢いよく同図矢印ａ方向に移動するとカムピン９３が逆Ｖ字カムの下死点位置に衝突した際に、バネ９７の作用で下カム面９２ｂが下方に移動し、その衝撃を緩和する。これと同時にスライドカム９０を反対方向に反転移動する際にはバネ９７に蓄えられている蓄力でパンチ部材の上方復帰を補助する。従って前述の円筒カム４４に設けた板バネ４７と同一の作用を果たすこととなる。

本発明に係わる穿孔装置の全体構成を示す説明図。 図１の装置における要部断面図。 図１の装置におけるパンチ部材の説明図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は傾斜カムの形状説明図。 （ａ）乃至（ｄ）パンチ部材の組立構成図。 （ａ）乃至（ｃ）図１の装置に於ける穿孔状態を示す動作状態説明図。 （ｄ）乃至（ｆ）図１の装置に於ける穿孔状態を示す動作状態説明図。 図１の装置におけるパンチ部材の説明図であり、（ａ）は停止位置におけるカムピンとカム溝との係合関係を示し、（ｂ）はバネ力の作用状態の説明図。 図１の装置における制御手段の動作を示すフローチャート。 （ａ）本発明に係わる画像形成装置及び後処理装置の全体構成を示す説明図であり、（ｂ）後処理装置の要部拡大図。 図１の装置と異なるパンチ部材の駆動機構を示す要部説明図。 従来のパンチ部材の駆動機構を示す説明図。

符号の説明

Ａ 穿孔装置
３０ 上部フレーム（ベースフレーム）
３１ 上ガイド
３２ 下ガイド
３３ｃ カムピン
３５ 下部フレーム（ダイプレート）
３８ 刃受孔
４０ パンチ部材
４０ａ 第１パンチ部材
４０ｂ 第２パンチ部材
４０ｃ 第３パンチ部材
４０ｄ 第４パンチ部材
４１ 穿孔刃
４２ パンチ軸
４２ａ 上軸部
４２ｂ 下軸部
４４ 円筒カム（カム手段）
４４Ａ 上カム部材
４４ａｘ 中空孔
４４ａｕ 嵌合凸部
４４ａｚ 上端面
４４Ｂ 下カム部材
４４ｂｕ 嵌合凹部
４４ｂｘ 中空孔
４４ｂｙ 回転止めピン
４５ カム溝
４５ａ 上カム面
４５ａｋ 第１カム溝
４５ｂ 下カム面
４５ｂｋ 第２カム溝
４５ｃｋ 第３カム溝
４５ｄｋ 第４カム溝
４５θ 傾斜カム面
４６ 受動歯車
４７ バネ手段
４７ｘ 中孔
４８ａ ワッシャ
４８ｂ Ｅリング
５０ スライド部材
５１ ラック歯車（伝動部材）

Claims (5)

1. 先端に穿孔刃を有するパンチ部材と、
   上記パンチ部材を上死点と下死点との間で穿孔方向に往復動可能に支持するベースフレームと、
   上記パンチ部材を駆動する駆動手段と、
   上記駆動手段の駆動を上記パンチ部材に伝達する伝動部材と、
   上記伝動部材の運動を上記パンチ部材の穿孔方向運動に変換するカム手段と、
   を備え、
   上記カム手段は、上記パンチ部材と上記ベースフレームとの間／若しくは上記パンチ部材と上記伝動部材との間に、その一方に配置されたカム溝と、他方に配置されたカムフォロア部材とで構成され、
   上記カム溝とカムフォロア部材とは、互いの係合方向に少許の間隙で移動可能に構成されると共に、
   このカム溝とカムフォロア部材との少なくとも一方に係合方向の弾圧力を付与するバネ手段が配置されていることを特徴とする穿孔装置。
2. 前記カム手段は、前記パンチ部材に一体的に取り付けられた円筒カムで構成され、
   この円筒カムに前記カム溝が穿孔方向に少許の間隙で移動可能に構成され、
   前記バネ手段はこの円筒カムに穿孔方向の弾圧力を付与するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
3. 前記円筒カムは、前記パンチ部材に取り付けられた上部カム部材と下部カム部材で構成され、
   前記カム溝は上記上部カム部材に形成された上カム面と、上記下部カム部材に形成された下カム面とで構成され、
   前記バネ手段は、上記上部カム部材と下部カム部材を互いに圧接する板バネで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の穿孔装置。
4. 前記伝動部材は、前記パンチ部材に穿孔方向と直交するラジアル方向に回転する回転力を付与するように構成され、
   前記カム手段は、パンチ部材の回転運動を穿孔方向運動に変換するカム溝を有する前記円筒カムと、前記ベースフレームに取り付けられたカムフォロア部材で構成され、
   上記パンチ部材は紙葉類に回転しながら穿孔することを特徴とする請求項２に記載の穿孔装置。
5. 前記伝動部材は所定方向に往復動するスライド部材で構成され、
   前記カム手段は、上記スライド部材と前記パンチ部材との間に、その一方に形成したカム溝と他方に形成したカムフォロア部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。

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