JP2012228770A - シート穿孔装置及びこれを備えた後処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】装置フレームに複数のパンチ部材を所定の間隔を隔てて直線上に配置し、この各パンチと交差する方向(穿孔方向と直交する方向)に駆動モータに連結した回転軸を配置する。各交差部の回転軸側に駆動側歯車手段を、パンチ部材側に受動側歯車手段を互いに噛合するように配置する。このとき駆動側と従動側の歯車手段を食い違い軸歯車で形成すると共に、受動側歯車手段は各パンチ部材を構成するロッド部に穿孔方向に摺動可能に嵌合支持する。
【選択図】図1
Description
また、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穿孔機構として印刷システムの仕上げ装置などに組み込まれて使用されている。
そしてこれらの装置は、2個所、3個所若しくは4個所など統一した規格に従って穴数、穴間隔が設定されている。
そしてカム板に設けた溝カムにパンチ部材のフォロアピンを係合し、カム板の移動でパンチ部材が上下動することによってシートに穿孔するように構成されている。
複数のパンチ部材をシート幅方向に所定間隔で配列し、このパンチ列と同方向(シート幅方向)にカムプレートなどのスライド部材を所定ストロークで往復動可能に配置するため、スライド部材自体及びこれを支持するフレーム機構がシート幅方向に大型となる。
つまり、ユニットフレームがシート幅方向に長尺となり大型化とコスト高の問題を招く。
直線配列されたパンチ部材に対し、その穿孔方向の上方に駆動軸と偏心カムを配置しているため、装置の高さ寸法が大きくなり大型化とコスト高の問題を招くこととなる。
この力の影響でパンチ部材とフレームとの軸受部のクリアランス、或いはパンチ部材自体の弾性変形によってパンチ部材はカムピンから反対側に逃れる方向に反り返る。このパンチ部材の反り返り方向に歯先係合部が位置するとバッククラッシュ(刃先の動作間隙)が失われる。
これによってパンチ部材にマウントされている受動歯車とフレームにマウントされている駆動歯車は噛みついて動作不良を引き起こし、ロック状態となる。
本発明者は、駆動系の動作不良が、カム機構部に作用する負荷重と歯車機構の噛合い部との角度位置に影響することを究明した。そしてこの角度位置が±45度(計90度)範囲が好適であることを究明した。
上記課題を達成するため本発明は、装置フレームに複数のパンチ部材を所定の間隔を隔てて直線上に配置し、この各パンチと交差する方向(穿孔方向と直交する方向)に駆動モータに連結した回転軸を配置する。各交差部の回転軸側に駆動側歯車手段を、パンチ部材側に受動側歯車手段を互いに噛合するように配置する。
このとき駆動側と従動側の歯車手段を食い違い軸歯車で形成すると共に、受動側歯車手段は各パンチ部材を構成するロッド部に穿孔方向に摺動可能に嵌合支持することを特徴としている。
これによってカム係合部に作用する穿孔負荷でパンチ部材が傾くとき歯先係合部は互いに離れる方向となり、バックラッシュがゼロとなるように接近することがない。従って円滑な刃車伝動が保証されることとなる。
複数のパンチ部材は先端に穿孔刃(41)を基端にロッド部(42)を有すると共にこのロッド部を装置フレームに往復動可能に軸受け支持され、前記駆動手段は駆動モータ(M)とこの駆動モータの回転を複数のパンチ部材各々に回転運動として伝達する伝動手段(51)と各パンチ部材と装置フレームとの間に配置されたカム手段(45)とで構成され伝動手段は駆動モータに連結する。
図1に示すシート穿孔装置Aはシートに2穴又は3穴の穿孔を選択的に施す装置構成を示す。シート穿孔装置Aは装置フレーム30とパンチ部材40と駆動手段50で構成されている。
この紙載フレーム35には後述するパンチ部材40と対向する位置にダイ(刃受孔)38が設けられている。そして紙載フレーム35の下方にはダイ38から落下した屑紙片を収納する屑ボックス33が設けられている。
このベースフレーム31には、複数のパンチ部材40a〜40eが直線上に所定間隔でそれぞれ穿孔方向(図1上下方向)に上下動可能に支持されている。
この上部フレーム31aに後述するパンチ部材40の上半部が軸受孔31gに軸受支持され、パンチ部材の下半部が軸受孔31hに軸受支持されている。
このようにベースフレーム31は必ずしも断面コの字状に形成する必要はないが、パンチ部材40を上下2個所で軸受支持することが好ましい。
このとき、パンチ部材40を回転することなく穿孔方向にのみ上下移動する穿孔機構では、屑紙片が落下するダイ38の直下に山盛り状態に積み上がる。
このため屑ボックス33内には収納可能な空間が存在しても部分的に山積した屑紙片がダイ38からあふれて装置内に散乱しないように満杯として処理しなければならない
本発明はパンチ部材40をシートの穿孔の都度回転方向も反転させるから、ダイ38から落下する屑紙片は右方向あるいは左方向に広範に分散される。このため屑ボックス33内に収納する屑紙片の許容容量が増大する。
これと共に穿孔刃41は回転方向に切り刃を有するように逆V字形状(図5(b))、逆U字形状(図5(c))、或いは斜裁形状(図5(d))形成されている。
このように穿孔刃41はパンチ部材40を穿孔方向に回転しながら穿孔方向に移動する際に、シートに穿孔方向のせん断力と、回転方向のせん断力の両方を作用させるためである。
円筒カム45は各パンチ部材40に回転運動を穿孔方向(図1上下方向)に変換するためパンチ部材40とベースフレーム31との間に設けられる。
図1の装置は駆動回転軸52と各パンチ軸42とは略直交する方向に交差する(食い違い軸関係)ように構成されている。
駆動回転軸52の一端部には傘歯車46が設けられ、駆動モータMの回転軸49からの回転を伝達するための傘歯車56と互いに噛合している。
図示の食い違い軸歯車はねじ歯車で構成され、駆動回転軸52に取付けられた駆動歯車55a、55b、55c、55d、55eの捩れ角度と各パンチ部材40a〜40eに取付けられた受動歯車44a、44b、44c、44d、44eの捩れ角度はそれぞれ約45度に設定されている。
そして受動歯車(ねじ歯車)44と各パンチ部材40のパンチ軸42とは穿孔方向に摺動可能に嵌合されている。図3に示すように受動歯車44は各パンチ部材のパンチ軸42に上下方向に移動可能に遊嵌され、この受動歯車44と各パンチ軸42とは貫挿ピン43と長溝47で係合されている。
なお、穿孔方向に遊嵌状態で嵌合するパンチ軸42と受動歯車44とは、長溝−ピン結合の他、キィ−キィ溝結合であっても良い。
パンチ部材40は4本構成、5本構成その他複数本で構成され、4本構成の場合は2穴と4穴パンチ穴を選択可能であり、5本構成の場合は2穴3穴のパンチ穴を選択可能となる。
このため受動歯車44の回転はパンチ軸42に伝達され、パンチ軸42は受動歯車44と一体に回転し、これと分離した状態で独立して穿孔方向に上下動する。
このとき受動歯車44は駆動歯車55と結合しているため駆動歯車55を一体的に支持する駆動回転軸52によって穿孔方向の位置も固定され、位置保持されている。
図1に示す装置(実施形態)はねじ歯車で駆動歯車55と、受動歯車44を構成している。駆動歯車55は+側に45度の捩れ角に、受動歯車44は−側に45度の捩れ角に構成され、両歯車は直交方向で噛合している。
また、図11に示す駆動歯車70と、受動歯車75とは、駆動歯車70をウォームギアで、受動歯車75をウォームホイールで構成する場合を示している。この他駆動歯車と、受動歯車とは、図示しないがハイポイドギアで構成しても良い。
次に図3に示すカム機構について説明する。各パンチ部材40a〜40eには、パンチ部材40とベースフレーム31との間にパンチ部材の回転運動を回転と穿孔方向運動に変換する円筒カム(カム手段)45が設けられている。
この円筒カム45はパンチ部材40とベースフレーム31との間に配置され、パンチ部材40の回転運動を回転と同時に穿孔方向(図3上下方向)に移動するように運動変換する。このためパンチ部材40とベースフレーム31の一方にV字状溝カム45Cを、他方にカムピン(カムフォロア)37を設ける。
V字状溝カム45Cはパンチ部材40の回転方向に沿って山形と谷形の波形形状に形成され、カムピン37はフレーム固定されたピンで構成されている。
このようにパンチ部材40をホームポジションからV字状溝カム45Cの谷形部45x1にカムピン37が位置するように回転制御すると図6(a)の状態にパンチ部材40は上死点に待機する。このとき紙載フレーム35上のシートに対して穿孔刃41は上方に退避した状態に保持され、この位置が待機位置に設定されている。
例えば円筒カム45の角度ゼロで第1第2グループいずれの溝カムも谷形部45x1で待機位置、円筒カム45の角度90度で第1グループの溝カムは山形部45x2で穿孔位置、第2グループの溝カムは谷形部45x1で待機位置に設定し、円筒カム45の角度180度で第1グループの溝カムは谷形部45x1で待機位置、第2グループの溝カムは山形部45x2で穿孔位置に設定する。
前述したように複数のパンチ部材40a〜40dには、各パンチ部材40と装置フレーム30との間に円筒カム45が配置してある。
この円筒カム45にはV字状溝カム45Cが設けられている。このV字状溝カム45Cが各パンチ部材40を回転と同時に穿孔方向に移動するように運動変換する。これと共にこのV字状溝カム45Cの有無によってパンチ部材40に穿孔動作を執行させるか否かを選定する。
駆動回転軸52の回転で各パンチ部材40は回転し、駆動回転軸52の回転方向を正逆異ならせるとパンチ部材40の回転方向も正逆異なる。駆動回転軸52は後述するモータ制御手段64によって所定回転範囲で正転方向(α角度)と逆転方向(β角度)で往復動する。
そして駆動回転軸52には、予め設定した基準点Hpと第1リターンポジションRp1との間の第1穿孔ストロークSR1及び、基準点Hpと第2リターンポジションRp2との間の第2穿孔ストロークSR2で往復回転動する。
このときSR1=(Hp−Rp1)=α角度、SR2=(Hp−Rp2)=β角度となる。
図示の装置では基準点Hpを境に時計方向回転で第1穿孔ストロークSR1が、反時計方向回転で第2穿孔ストロークSR2が形成されている。
第1穿孔ストロークSR1について説明するが、第2穿孔ストロークSR2も同一の動作を行なうのでその説明を省略する。
後述するモータ制御手段64は、ポジションセンサによって予め設定された基準点Hpから穿孔数によって指定された回転方向(時計方向)に駆動回転軸52を回転させる。この回転で円筒カム45も同方向に回転を開始する。
このとき第1パンチ部材40a,第4パンチ部材40dは回転するが穿孔方向には上下動しない(非穿孔動作)。
駆動回転軸52が回転すると、第2パンチ部材40b、第3パンチ部材40cは基準点Hpから図示v0の間(Hp−v0)は回転のみで穿孔方向には移動しない。
次いで駆動回転軸52の回転でv0−v1間で各パンチ部材は徐々に傾斜カム面(V−カム面)45αに沿って回転と同時に下降動作をする。このパンチ部材40b、40cが最下降したv1のときシートへの穿孔動作が終了する。
そしてパンチ部材40b、40cが上死点に復帰すると各パンチ部材は回転方向にのみ回転し穿孔方向にはその位置に保持される。
なお、第2パンチ部材40bと第3パンチ部材40cの間には時間的な遅れ(位相差Δ2)が形成してあり、この遅れ動作で、駆動モータMに作用する第2第3パンチ部材40b、40cの剪断負荷は軽減されることとなる。
次いで引き続く駆動回転軸52の回転で各パンチ部材40は上死点位置に上昇し、基準点Hpに戻る。
このようにパンチ部材40は先行するシートには、例えば時計方向回転で穿孔し、後続するシートには反時計方向回転で穿孔することとなる。
このため、パンチ屑はシート穿孔の都度回転方向が異なるので右方向或いは左方向に換算して屑ボックス33に収納される。
そこで穿孔負荷の小さい第1穿孔ストロークSR1は、穿孔数の多い第2穿孔ストロークSR2により短く設定してある。そして図示角度αと角度βは、角度α<角度βに設定してある。
本発明は各パンチ部材40(40a〜40e)に受動歯車44とカム手段45を配置する際に、歯車噛合部Egとカム係合部Ecとの位置関係を次のようにしたことを特徴としている。
まず図1(第1実施形態)及び図11(第2実施形態)に示すように直線上に配列した複数のパンチ部材40と駆動回転軸52は交差する方向に食い違い軸関係(non-parallel and non-intersecting axes)に配置されている。
なお、受動歯車44は各パンチ部材40のロッド部(パンチ軸)42に遊嵌され、貫挿ピン43で受動歯車44の回転をロッド部42に回転運動として伝達するが、各パンチ部材40は受動歯車44に拘束(運動規制)されることなく穿孔方向に上下動する。このため各受動歯車44には長溝47が貫通ピン43の上下動を許容するように設けてある。
図示のカム手段(円筒カム)45は、各パンチ部材40に一体形成したV字状溝カム45Cと、ベースフレーム31に固定したカムピン(カムフォロア)37で構成されている。
このような構成において各パンチ部材40は上死点から回転しながら下死点に移動する動作でシート上に所定数のファイル穴を穿孔する。
この角度範囲(カム係合部Ecと歯車噛合部Egとの角度差)が±η(η=45度)のときには、カムピン37から図8矢印方向に反力Fが作用したとすると、各パンチ部材40の軸部(パンチ軸42)は同図一点差線方向に例えば角度γで傾くように反り返る。このときカム係合部Ecと歯車噛合部Egは±45度角度範囲に設定されているから歯先間のバックラッシュは確保され、駆動・受動歯車の回転を阻害(ロッキング)することがない。
上述の構成についてその作用を説明する。パンチ部材40は4本構成、5本構成、その他複数本で構成され、各パンチ部材40は所定間隔で直線上に配列されている。
各パンチ部材40は装置フレーム30に穿孔方向に往復動(レシプロ運動)可能に支持されている。各パンチ部材40は断面が円形などの軸形状のパンチ軸42を有するように構成されている。
そしてこのパンチ軸42をベースフレーム31の上部の軸受孔31gと下部の軸受孔31hに嵌合支持され、図3断面図上下方向(穿孔方向)に往復動可能に支持されている。
これと共に各パンチ部材40は上部の軸受孔31gと下部の軸受孔31hに回転可能に軸支持されている。
そして装置フレーム30には各パンチ部材を軸承する上部の軸受孔31gと下部の軸受孔31hの中間位置に駆動回転軸52が食い違い軸関係に配置されている。
また上述の各受動歯車44は各パンチ部材40のパンチ軸42に穿孔方向に移動可能に遊嵌され、駆動歯車55と噛合して位置決メされる受動歯車44に対して各パンチ部材40は穿孔方向に移動可能に構成されている。
この状態でパンチ部材40はカムピン37で高さ位置が規制され、穿孔刃41は紙載フレーム35のシートから上方に退避した位置に待機する。
図示のものはモータ回転軸49の回転が傘歯車(伝動歯車)46で駆動回転軸52に伝達される。この駆動回転軸52の所定方向回転で複数の駆動歯車55が軸と一体に回転し、受動歯車44を連動回転する。
次に各パンチ部材40の回転運動は、このパンチ部材40に一体形成された円筒カム45とカムピン37によって図6(a)の待機位置から図6(b)の穿孔位置にパンチ部材40を位置移動する。
駆動モータMはPWM制御が可能なように図示しないドライブ回路に電気的に結線されている。この他、駆動モータをステッピングモータで構成して、PWM制御しても良い。
以上説明した装置構成において、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。シート穿孔動作を図9のフローチャートに従って説明する。
装置電源をONするとイニシャライズ動作のために駆動回転軸52をホームポジションに移動する(St100)。この移動はフラグセンサがONされた状態であるか否かを判断し、センサがONになるまで駆動モータMを回転制御する。
又はこの位置検出でセンサフラグが基準点Hpにあるときには駆動モータMを時計方向(CW)に回転し、センサフラグが第1リターンポジションRp1になるまで回転させる。この時の駆動モータMの回転制御は先に説明したのと同一である。
このように先行シートには時計方向(CW)で、次シートには反時計方向(CCW)となるように回転方向が反転されることとなる。
なおこの場合に駆動回転軸52は、図7(b)に示す第2リターンポジションRp2と基準点Hpとの間で往復動する。
図10に図1の装置の制御構成を示す。例えば制御CPU60で構成し、図示しないコントロールパネルから穿孔ストローク選択手段61を構成する。そして制御CPU60はROM62のプログラムとRAM63の制御データに従って初期化動作と穿孔動作を実行する。
そしてオペレータが選択した穿孔数を穿孔ストローク選択手段61が認識し、その結果に基づいてモータ制御手段64が駆動モータMを制御するように構成されている。
上記制御CPU60にはフラグセンサの検知信号とエンコーダ57の検知信号がエンコードセンサ57Sから電送される。またジャム検出手段の検知信号が送られる。
次に本発明に係わる画像形成装置Bにおける後処理装置Cの構成を図13に従って説明する。図13に示す画像形成システムは、シートに順次印刷を施す画像形成装置Bと、この画像形成装置Bの下流側に付設された後処理装置Cとから構成されている。
そして画像形成装置Bで画像形成したシートを後処理装置Cで印刷済のシートに穿孔処理を施すように構成されている。
給紙部2にはシートサイズに応じた複数のカセット5が準備され、制御部から指示されたサイズのシートが給紙経路6に繰り出される。この給紙経路6にはレジストローラ7が設けられ、シートを先端揃エした後所定のタイミングで下流側の印字部3に給送する。
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。
またシート搬送経路26には正逆転ローラ26aが配置され、搬入口29からのシートを整合手段27に突キ当テ整合し、同時にこの正逆転ローラ26aはパンチユニットA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Aは先に説明した図1に示す装置若しくは図11に示す装置で構成されている。
この整合後に正逆転ローラ26a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からのエンド信号で正逆転ローラ26aを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。
30 装置フレーム(31,35)
31 ベースフレーム
31a 上部フレーム
31b 下部フレーム
31g 上部軸受孔
31h 下部軸受孔
35 紙載フレーム
37 カムピン(カムフォロア)
38 ダイ(刃受孔)
40 パンチ部材
41 穿孔刃
42 パンチ軸(ロッド部)
43 貫通ピン
44 受動歯車(受動側歯車手段)
45 円筒カム(カム手段)
45C V字状溝カム
47 長溝
50 駆動手段
51 伝動手段
52 駆動回転軸
55 駆動歯車(駆動側歯車手段)
Eg 歯車噛合部
Ec カム係合部
Claims (6)
- シートに複数のパンチ穴を穿孔する装置であって、
直線上に配置された複数のパンチ部材と、
前記複数のパンチ部材を回転と穿孔方向に移動可能に支持する装置フレームと、
前記各パンチ部材を回転しながら穿孔方向に往復動する駆動手段と、
を備え、
前記複数のパンチ部材は、
先端に穿孔刃を基端にロッド部を有すると共にこのロッド部を前記装置フレームに回転可能で穿孔孔方向に往復移動可能に軸受け支持され、
前記駆動手段は、
駆動モータと、
この駆動モータの回転を前記各パンチ部材に回転運動として伝達する駆動回転軸と、
前記各パンチ部材と装置フレームとの間に配置されパンチ部材の回転運動を穿孔方向運動に変換するカム機構と、
で構成され、
前記駆動回転軸は、前記パンチ部材の穿孔方向と直交する方向で前記複数のパンチ部材それぞれと交差するように配置され、
この回転軸に取付けられた駆動側歯車手段と、
前記各パンチ部材に取付けられた受動側歯車手段と、
で構成され、
前記回転軸と前記複数のパンチ部材とは、互いに食い違い軸関係に配置されていると共に前記駆動側歯車手段と受動側歯車手段は食い違い軸歯車で互いに噛合するように構成されていることを特徴とするシート穿孔装置。 - 前記駆動側歯車手段と受動側歯車手段は、
ウォームギアとウォームホイールの組合せか、又はネジ歯車の組合せか、又はハイポイドギアの組合せで構成され、
前記受動歯車手段は、前記各パンチ部材に回転を伝達するように配置された受動歯車で構成され、
前記カム機構は、前記各パンチ部材に一体形成された円筒カムと前記装置フレームに配置されたカムピンで構成され、
この各円筒カムには逆V字状溝カムが形成されていることを特徴とする請求項1に記載のシート穿孔装置。 - 前記駆動歯車と受動歯車との歯車噛合部と、
前記溝カムとカムピンとのカム係合部と、
は前記各パンチ部材の軸中心に対して略同一方向に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のシート穿孔装置。 - 前記駆動歯車と受動歯車との歯車噛合部と、
前記溝カムとカムピンとのカム係合部と、
は前記各パンチ部材の軸中心に対して同一角度位置又は±45度角度範囲内に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のシート穿孔装置。 - 一直線上に間隔を隔てて配列された複数のパンチ部材と、
前記各パンチ部材を回転しながら穿孔方向に移動可能に支持するベースフレームと、
前記穿孔刃に対向するダイを有する紙載フレームと、
駆動モータの回転を前記各パンチ部材に回転運動として伝達する伝動回転軸と、
この伝動回転軸の回転を各パンチ部材に伝達する歯車手段と、
各パンチ部材の回転運動を穿孔方向運動に変換するカム手段と、
を備え、
前記ベースフレームは、
穿孔方向に高さ間隔を有する上下対向する上壁フレームと下壁フレーム及び前記パンチ列方向に幅間隔を有する左右対向する側壁フレームで構成され、
前記各パンチ部材は、
先端に穿孔刃を、基端にロッド部を有すると共に、このロッド部を前記上壁フレームと下壁フレームに穿孔方向に移動可能に軸受け支持され、
前記伝動回転軸は、
穿孔方向と略直交する方向で前記各ロッド部の中心軸と食い違い軸関係となるように前記左右対向する側壁フレームに軸受け支持されると共に、前記複数のパンチ部材と対向する駆動側歯車手段が設けられ、
前記各パンチ部材には、ロッド部に受動側歯車手段が穿孔方向は移動可能で回転方向は固定されるように嵌合され、
前記駆動側歯車手段と受動側歯車手段は食い違い軸歯車で構成されていることを特徴とするシート穿孔装置。 - シート上に画像を形成する画像形成装置と、
この画像形成装置からのシートを所定の処理位置に搬送セットする搬送手段と、
上記処理位置に配置され上記シートに穿孔処理を施すシート穿孔装置と、
上記処理位置からシートを搬出する排紙手段と、を備え、
上記シート穿孔装置は請求項1乃至5の何れかの項に記載の構成を備えていることを特徴とする画像形成装置における後処理装置。
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