JP4697850B2

JP4697850B2 - ストッパー機能を備えた紙断裁装置

Info

Publication number: JP4697850B2
Application number: JP2004352190A
Authority: JP
Inventors: 和夫西村; 利幸間嶋
Original assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2024-12-06
Also published as: JP2006159327A

Description

本発明は重ね合わせた複数枚の紙等を切断するに際して、カッター刃の停止位置を最適化した紙の断裁装置に関するものである。

積み重ねた複数枚の紙を一気に切断する為の断裁装置にも色々あるが、一般的には大掛かりで大きな装置である。例えば１０００枚以上重ねた紙を位置ズレしないように紙押えを降下してクランプし、上方から降下するカッターによって切断することが出来る。そして紙押え及びカッターは油圧駆動方式と成っていて、数トンの力を発揮して紙を切断している。勿論、油圧駆動方式ではなくてモータを利用した断裁装置もあるが、一般には交流電源で数百〜数千Ｗのモータが用いられている。

従って、従来の紙断裁装置はサイズ並びに重量が大きく、その為に事務機の付属装置として内蔵することは出来ない。又、従来の断裁装置ではカッターのストロークが定まっている為に、重ね合わせる紙の枚数が多くても少なくても同じストロークとなり、枚数が少ない紙を切断する場合にはカッターの動きに無駄が生じ、その分だけ切断作業の能率が低下する。

又、カッターを上方から降下して紙を切断する場合、紙屑が刃先面と擦れ合って静電気が発生し、刃先には切断された紙屑が付着してしまい、これを除去しなくてはならない。すなわち、上方から降下するカッターでは紙屑が完全に自然落下することが出来ない為に、風を送ったり、ブラシで擦って強制的に除去する方法が採られている。このような、紙屑除去の補助的な機能を備えることで断裁装置全体が大型化し、本発明が求めるコンパクトな紙の断裁装置からかけ離れてしまう。

ところで、カッター刃はその移動停止位置がリミットスイッチにて検知されて、紙の切残りが発生しないように制御されている。しかし、該リミットスイッチによる電気的制御方法は作動誤差が避けられず、又リミットスイッチの取付け誤差、及び取付け部品の製作誤差などの影響を受けることになり、切断すべき最後の１枚が切残されたり、逆に紙押えの受木面にカッター刃が必要以上に深く食い込んでしまう。

その結果、カッター刃の寿命は短くなり、安定した切断を困難にしている。そして、電気制御が故障した際には、カッター刃が受木に食い込んで非常停止するが、断裁装置は損傷して大きなダメージを受ける危険性がある。
特開２００１−８８０８４号公報

このように、従来の紙断裁装置には上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、非常にコンパクト化すると共に消費電力の小さい小型モータで駆動することが出来、又切断時間の短縮と省力化による効率化を図ることが出来、さらには切断後のカッター刃の停止位置が安定し、切り残しや受木面への食い込み過ぎを防止し、ひいてはカッター刃の寿命を向上させることが出来るようにストッパー機能を備えた紙断裁装置を提供する。

本発明に係る紙断裁装置は重ね合わせた複数枚の紙が位置ズレしないように押さえる紙押えを有し、カッターは紙押えの下方に取付けられ、斜め上方へ上昇することが出来る。紙押えの押え機構には倍力リンク機構が取付けられ、該紙押さえと並設しているスクリューに螺合しているナットにリンクの先端が連結し、該スクリュウーが回転することでナットが移動するならば、紙押えは上下動することが出来る。そしてスクリューは小型モータにて回転駆動される。

一方、カッターはガイドに沿って斜め上方へスライドすることで紙を切断することが出来、その為にカッターと平行にスクリューが設けられ、該スクリューにはナットが螺合している。スクリューが回転するならばナットは移動し、該ナットと連動してカッターはガイドに形成したガイド溝に沿って斜め上方へスライドすることが出来る。

一般に、刃物で被切断材を切断する場合、その刃物の切断性能を表現するのに「切れ味」という言葉で表現されることが多い。この切れ味は、切断時に刃物に加わる力の大小(切断抵抗)、その切断面に切断筋等が付いて損傷が付いているか否かの切断面の良否、刃物の耐久性などにて判断される。

切断抵抗の要因として、幾何学的要因(刃物の形状)、力学的要因(切断の方法など)、材料学的要因(刃物の材質など)の３つがある。
力学的要因は、切断抵抗Ｆａを２つの要素抵抗で表現すると、
Ｆａ＝Ｆｂ＋Ｆｃとなる。

Ｆｂ：被切断材の変形・破壊抵抗、
Ｆｃ：被切断材と刃物間の摩擦抵抗
ところで、多数枚を重ねた被切断材(シート束、積層紙、金属箔、薄金属板層)を切断する断裁装置の切断抵抗は、刃物による被切断材の変形量である圧縮弾性の変動や、摩擦力の変動により、不規則に変動することが認められている。このような断裁装置を駆動モータなどで駆動するには、その駆動モータなどの駆動力は、最大切断抵抗に基づいて設定すると共に、断裁装置自体の剛性も最大切断抵抗に基づいて設定する必要がある。

本発明の断裁装置では積層された複数枚の紙を切断するカッターが、カッターの長手方向に斜動するように、傾斜したガイド溝に沿って移動しながら切断するが、例えば、カッターには低周波数の振動を付加することが出来、カッターの切断抵抗の安定化及び軽減を図ることが可能である。

そして本発明の断裁装置のカッターはカッター刃とホルダーから成り、ホルダーの上部に上記カッター刃を取着した構造と成っている。そして、該カッターは水平状態でガイドに沿って斜め上方へスライドすることが出来る。又、本発明ではカッターのストッパー機構を備えている。すなわち、重ね合わされた被切断材である積層紙が切れ残されないように、又カッター刃が受木に食い込み過ぎないように、所定の高さ位置にて停止することが出来る。紙押さえ側にはストッパーが取着されている。

そこで、カッターが移動して紙の切断が完了すると同時に上記ストッパーに当接してカッターの移動が停止する。カッターのホルダー両側に平坦面にて形成した当接部がストッパーに当接することで、カッターを移動させる駆動モータには大きな負荷が作用し、この負荷を検出してモータを瞬時に停止するように制御している。ところで、ストッパーは調整可能な構造と成っていて、積層紙が全て切断されたところでストッパーに当接するように調整される。

本発明に係る紙の断裁装置は、紙押えによって重ね合わせた紙をクランプし、下方より斜め上方へ上昇するカッターによって切断するように構成したものである。紙押えの押え機構はスクリューとリンクの組み合せで構成している為に、小型のモータでもって積層した紙を強力にクランプすることが出来、クランプした紙のズレを防止する。すなわち、スクリューとリンクとの組合せで倍力機構を構成している。

一方、カッターはスクリューにナットを螺合したネジ機構を採用し、スクリューの回転に伴うナットの移動をガイドに形成した傾斜ガイド溝に沿ってカッターを斜め上方へ押上げることが出来る為に、小型のモータによって切断することが可能となる。そして、下方から紙を１枚づつ切断することが出来る為に、切断した紙屑は自然に落下し、カッターの刃先に付着することはない。

又、紙押えのリンクの傾き又はスクリューに螺合しているナットの位置を検出することで、重ね合わされてテーブル上に置かれた積層紙の厚さが分かり、その結果、カッターをスライドさせる移動範囲が前以て分かる為に、無駄な動きは不要となる。すなわち必要最小限のスライドで済む為に、切断作業は効率化する。

さらに、本発明の断裁装置にはカッターのストッパー機能が備わっている為に、切残しはなく、逆にカッター刃の受木面への食い込み過ぎが防止される。従って、安定した切断が行われると共に、カッター刃に無理がかかることなく、寿命は大きく向上する。ここで、ストッパーは紙押え両側に取付けられ、水平状態に保たれて上昇するカッターのホルダー両側が上記ストッパーに当接する。

図１〜図３は本発明に係る紙断裁装置を示す実施例であり、図１は正面図、図２は左側面拡大図、図３は右側面拡大図を表している。同図の１は重ね合わせた複数枚の紙を示し、２は該紙１が位置ズレしないように押える紙押え、３は該紙１を切断する為のカッターである。重ね合わされた紙１は平坦なテーブル４の上に載置され、紙押え２は上方から降下し、紙１が切断される際にズレないように紙押え２にて強固にクランプされる。

紙押え２はコ型断面の紙押えフレーム6の下面に取着されると共に紙１の全幅にわたって当り、該紙押えフレーム6は中立軸に対して等距離に設けているリンク５ａ，５ｂにて連結されている。該リンク５ａ，５ｂは軸２４に設けたスクリューに螺合しているナットを挟み込んでいるスライダーと連結している。そこで、軸２４がモータ１０にて回転するならば、軸２４に設けているスクリューに螺合しているナットの間隔は増減し、その結果、紙押えフレーム６と連結しているリンク５ａ，５ｂの傾きが変化する。両リンク５ａ，５ｂが起立することで紙押えフレーム６は降下してテーブル上の紙１を押え、逆に両リンク５ａ，５ｂが倒れるならば紙押えフレーム６は上昇する。

図１において、両リンク５ａ，５ｂの傾きが変化することで紙押えフレーム６は上下動するが、本体フレームにガイドされている為に左右方向へ移動することはない。軸２４の一部に設けられているスクリューはモータ１０によって回転駆動され、間には図３に示すようにベルト及び複数のギアが介在することで回転速度を落としてゆっくり回転することが出来る。

このように、本発明では、ギア機構とリンク機構を組合せた紙押えが採用されることで、例えばＤＣ２４Ｖの電源で２５Ｗ相当のモータを使用しても紙１を強力にクランプすることが出来る。そして軸２４のスクリューに螺合しているスライダーの位置を検出することでリンク５ａ，５ｂの傾きθが分かり、その結果、紙押え２にて押えられている紙１の厚さを知ることが出来る為に、カッター３の移動量を無駄なく制御することが可能と成る。この装置にはスライダーの位置を検出するためのリミットスイッチが取付けられ、該リミットスイッチの位置は変更可能と成っている。

一方、カッター３は図４に示すごとくホルダー３０とカッター刃７から成り、該ホルダー３０の両端にはストッパー当接部８，８が形成され、カッター３はガイド１５ａ，１５ｂの間に嵌ってスライドすることが出来る。しかも、カッター３のスライド方向は斜め上下方向であって、ガイド１５ａ，１５ｂには２本のガイド溝１６ａ，１６ｂが所定の距離をおいて夫々形成され、しかもガイド溝１６ａ，１６ｂは斜め方向に傾斜している。

カッター３のホルダー３０には２個の穴９ａ，９ｂが設けられ、この穴９ａ，９ｂには軸ピン１７ａ，１７ｂが貫通し、軸ピン１７ａ，１７ｂの両端にはスライダー１８ａ，１８ｂが取付けられ、このスライダー１８ａ，１８ｂはガイド溝１６ａ，１６ｂに嵌っている。そこで、上記スライダー１８ａ，１８ｂがガイド溝１６ａ，１６ｂに沿って移動するならば、カッター３は斜め方向へスライドすることが出来る。

ただし、カッター３は平行を成して形成している両ガイド溝１６ａ，１６ｂにスライダー１８ａ，１８ｂが嵌って移動することで常に水平に保たれて移動することが出来る。傾斜したガイド溝１６ａ，１６ｂの右端にスライダー１８ａ，１８ｂがあるときカッター３は降下しているが、スライダー１８ａ，１８ｂがスライドして左方向へ移動することで該カッター３は上昇する。

ところで、本発明ではカッター３を昇降動する為の具体的な手段は限定しないことにする。例えば、同図に示す実施例の場合、カッター３の左側端は水平スライダー１９と連結している。水平スライダー１９には垂直ガイド溝２０が形成され、この垂直ガイド溝２０にはカッター側端に取着した連結軸２１が遊嵌している。

水平スライダー１９は２本の平行なスクリュー２２，２２にガイドされ、両スクリュー２２，２２が同一速度で回転することで水平スライダー１９は水平移動することが出来る。水平スライダー１９によってカッター３は引っ張られたり押圧され、その結果、ガイド溝１６ａ，１６ｂに沿って斜め方向に昇降動することが出来る。水平スライダー１９の移動は図２に示すようにモータ２３にて複数のギアを介して駆動されている。

図５はストッパー１１の構造を示す具体例である。紙押えフレーム６にはＬ形のブラケット１２を取着し、このブラケット１２の水平下片１３にカッター３のストッパー当接部８が当たるようにしている。カッター３のホルダー３０には前記図４に示すように、平坦面を有すストッパー当接部８，８を両側に形成し、カッター３が上昇して所定の高さに達したところで、ストッパー当接部８が上記ブラケット下片１３に当接して停止する。

カッター３は上記モータ２３により駆動されてガイド溝１６ａ，１６ｂに沿って斜め上方へ上昇し、テーブル上に載置されて紙押え２にて押圧状態にある積層紙１を切断し、完全に切断し終えたところでカッター３が停止するようにストッパー１１のブラケット１２が位置決めされている。

ところで、紙押えフレーム６の底部１４には筒状のナット２７が固定されて起立し、このナット２７に調整ネジ２５が螺合し、該調整ネジ下端は紙押えフレーム６の底部１４から下方へ突出し、紙押えフレーム６に取着したＬ形ブラケット１２の下片１３に当接している。Ｌ形ブラケット１２の縦片２６は紙押えフレーム６にネジ止めされているが、縦片２６には長穴が設けられて、この長穴の範囲内でブラケット下片１３の高さ位置が調整され、カッター３のストッパー当接部８が当たっても、上記調整ネジ２５によって下片１３が押上げられることはない。

図５に示すカッター３は、カッター刃７とホルダー３０とが別部品によって構成され、カッター刃７はホルダー３０にロウ付けにて固定されているが、図４のような一体型ではなくて、２ピースを組み合わせた構造とすることも可能である。カッター３が上昇してテーブル上に積層された紙１を切断し、最後の１枚が切断し終えたところでブラケット１２にストッパー当接部８が当たって停止するが、停止と同時にモータ２３には大きな負荷が作用する。この瞬時に発生する負荷を検出して該モータ２３が停止するように制御されている。そこで、紙１の切残しを発生することなく、又カッター３のカッター刃先が紙押え２の受木面に食い込み過ぎることなく停止できる。

図６は紙１、紙押え２、カッター３の関係を図案化したもので、
Ａ：紙が入る最大間隔ａ：紙押さえの移動距離ｂ：カッターの移動距離
を表している。
そこで、紙押え２が距離ａだけ降下して一定の力で紙１を押えると、モータ１０には所定の負荷が作用し、この負荷を検出して該モータ１０は瞬時に停止する。
次にカッター３が上昇して紙１を切断し終えたところで、ストッパー当接部８，８がストッパーのブラケット１２，１２に当接して停止する。そして紙１が切断された後は紙押え２は上昇し、カッター３は降下する。この場合、紙１の枚数が少なくて連続して何度も切断する場合には、紙押え２は距離ａだけ戻らず、紙１の取替えに必要な距離だけ戻り、更に時間を短くするように制御することが出来る。

ところで、カッターの切れ味は該カッターと紙の切断抵抗が小さい程良好であり、切断にはカッターが刃先稜と直角方向に押し込まれる「押し切り」と、カッターが刃先稜と平行な移動を伴いながら押し込まれる「引き切り」とがある。本発明は後者の「引き切り」を重視した方法を採用しているが、ここでカッターの先端角(楔角)γ、刃先稜に直角な方向に押し込まれる速度(押し込み速度)Ｖと、カッターが刃先稜と平行な移動をする速度(水平速度)ｖにより、見かけのカッター先端角(有効楔角)βは次の式で表わされる。

ｔａｎβ＝Ｖ／(Ｖ²＋ｖ²)^1/2・ｔａｎγ
この式から分かるように、切断抵抗は紙質とカッターの見掛けの先端角(有効楔角)βにより変化し、紙質に応じた最適楔角βが存在する。本発明の紙断裁装置は上記の式を考慮し、事務機等に装備されることによる実用上の寸法、切断時間等の制約条件に基づいて、最適な押し込み速度Ｖ及び水平速度ｖを制御するガイド溝と該ガイド溝に嵌るスライダーを具備している。

本発明の紙断裁装置の正面図。本発明の紙断裁装置の左側面図。本発明の紙断裁装置の右側面図。カッターの具体例。ストッパー構造の具体例。紙押えとカッター刃及び積層紙との関係。

符号の説明

１紙
２紙押え
３カッター
４テーブル
５リンク
６紙押えフレーム
７カッター刃
８ストッパー当接部
９穴
10 モータ
11 ストッパー
12 ブラケット
13 下片
14 底部
15 ガイド
16 ガイド溝
17 軸ピン
18 スライダー
19 水平スライダー
20 垂直ガイド溝
21 連結軸
22 スクリュー
23 モータ
24 軸
25 調整ネジ
26 縦片
27 ナット
30 ホルダー

Claims

テーブル上に複数枚重ね合せて載置した紙を切断する為の紙の断裁装置において、ガイドに沿って上方から降下する紙押えを有し、また下方から上昇するカッターを備えたもので、上記紙押えの紙押え機構はモータにて回転するスクリューにナットを螺合し、このナットのスクリューの軸方向移動をリンクを介した昇降動に変換する構造とし、カッターは傾斜したガイド溝を形成したガイドに取付けられ、該カッターから突出したスライダーは上記ガイド溝に嵌ると共に、該スライダーはガイド溝に沿った方向にスライド可能とし、さらに紙押えの両側にはストッパーを取付け、カッターのホルダー両側にはストッパー当接部を形成し、カッターが上昇して所定の高さ位置に達したところでストッパー当接部が上記ストッパーに当接するようにしたもので、上記ストッパーとして、紙押えを取着する紙押えフレームにはＬ形ブラケットの縦片をネジ止めすると共に、ナットを紙押えフレームの底部に起立・固定し、上記ナットに螺合して紙押えフレームの底部から下方へ突出した調整ネジの下端を上記Ｌ形ブラケットの下片に当接して構成し、カッターが上昇してストッパー当接部がＬ形ブラケットの下片に当っても上記調整ネジによって押し上げられないようにしたことを特徴とするストッパー機能を備えた紙断裁装置。