JP4711725B2 - 紙断裁装置 - Google Patents

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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、紙押えとカッター刃の停止位置を最適制御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。そして、複数枚の紙を切断するには、積層した紙が切断時に位置ズレしないように紙押えにて強力に押圧クランプされるが、この押圧力も最適な強さになるように定めることが必要である。
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ように構成し、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るように構成した紙断裁装置を提供する。そして、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制御し、紙押え力も最適になるように制御し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。その為にスクリューは小型モータにて回転駆動される。そして、テーブル上に積層された複数枚の紙を押圧する押圧力が所定の大きさ達し、モータの負荷電流が漸増したところで停止するように制御されている。
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。ストッパーは紙押え側に取着されている。
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、カッターを上昇移動させる駆動モータには大きな負荷が作用し、この負荷に基づく電流値の増大を検出してモータを瞬時に停止するようにカッター作動制御手段を備えている。一方、安全装置としてカッターがオーバーランした際にモータが緊急停止するように、カッター停止検知センサーを設けることが出来る。
全ての紙の切断が終了したところで、カッター用モータは逆回転を開始して降下し、所定の位置にて停止して待機状態となるようにカッター待機位置検知センサーを有している。同じく紙押え用モータも逆回転し、紙押えは所定の位置まで上昇して待機状態と成る。その為に、紙押え待機位置検知センサーを取付けている。紙押えの上昇はカッターの降下より時間的に多少早く作動するが、紙押え待機位置検知センサー及びカッター待機位置検知センサーが共にONの状態にある時、紙断裁装置は待機状態にあることが確認される。紙断裁装置の作動は待機状態であることを確認してスタートするように制御される。
又、紙押えは紙の切断が完了すると上昇して次に切断される紙がテーブル上にセットされる。この際、紙押えが所定の待機位置まで上昇したのでは時間の無駄が発生する為に、中間待機位置検知センサーを調整可能に取付け、この中間待機位置まで上昇して停止するように制御することが出来る。すなわち、テーブルに載置される紙の枚数は紙押え機構のリンクの傾き又はスクリューに螺合しているナットを包着しているスライダーの位置にて分かる為に、この紙の枚数に応じた中間待機位置が定められる。
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。そして、クランプすることで増大するモータの負荷電流値を検出してモータが停止するように制御される為に、積層された複数枚の紙は紙押えにて常に安定した押圧力にてクランプされる。
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、ナットの移動範囲が前以て分かる為に、紙の枚数に応じた紙押え中間待機位置検知センサーを追加して、紙の枚数に応じて制御することで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。すなわち、カッターがストッパーに当接することでモータの負荷電流値が増大して停止するように制御されることで、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して停止するようになる。
そして、切断が終了したところでカッターは降下して所定の位置で停止し、紙押えは上昇して所定の位置で停止することで待機状態となる。このように、本発明の紙断裁装置には、紙押え及びカッターの作動を所定の位置で停止する作動制御手段を有し、又紙押え及びカッターを所定の位置で待機させる位置検知手段を備えている為に、紙の切断を効率よくしかも安全に行うことが出来、紙断裁装置の寿命を向上させることが出来る。
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、紙の枚数に応じたナットを包着しているスライダー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追加して取付けられ、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、紙押え中間待機位置検知センサーを追加することで紙押え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。
図7は本発明の紙断裁装置の紙押え及びカッターの動きを表すフローチャートである。テーブル4には切断される紙1が載置され、この紙1は紙押え2にて押圧される。この場合、紙押え2が所定の待機位置にない時にはエラーと成って、モータ10が稼働しない。紙断裁装置には紙押え部材の待機位置を検知する紙押え待機位置検知センサー31を有しており、上記紙押え待機位置検知センサー31がONされている場合に、モータ10が稼働して紙押え2を降下する。
ここで、上記紙押え2が降下している無負荷状態でのモータ10に流れる電流値を測定する。そして、紙押え2が紙1に接して押圧するならば、モータ10にかかる負荷が増大して電流値が大きくなる。この電流値が設定値を越えた場合に紙押え駆動モータ10は停止し、紙1が所定の押圧力にてクランプされることに成る。従って、モータ10に流れる電流値が設定値を越えない限り、紙押え2は降下し続ける。
ところで、紙押え2は両リンク5a,5bを介して昇降動する機構と成っているが、切断される紙1の枚数が少ない場合には、クランプ時の両リンク5a,5bは垂直状態に近くなって、その為にモータ10に作用する負荷はそれ程大きくならない。このような場合に安全装置として紙押え2の限界降下位置にて停止するように紙押え停止検知センサー32を設けており、この紙押え停止検知センサー32がONに成った時にもモータ10は停止するように制御されている。すなわち、一種の安全装置である。
一方、紙押え2にて押圧クランプされた紙1はカッター3によって切断される。該カッター3はモータ23が稼働することで斜め上方へ上昇することが出来るが、該モータ23が稼働するにはカッター3が所定の待機位置にあることが条件とされる。待機位置にない場合にはモータ23は稼働せずにエラーとなる。装置にはカッター待機位置検知センサー33が取付けられ、該カッター待機位置検知センサー33がONである場合にモータ23が稼働してカッター3は上昇するように制御される。
この際、無負荷状態でカッターが上昇する場合の電流値を測定する。そして、カッター3がさらに上昇することで紙1は下側から1枚づつ切断される。この際、モータ23の負荷はある程度大きくなるが、そのまま上昇して切断を継続し、ストッパー11にカッター3が当接する。この場合、最後の1枚を切断して刃先が受木面に僅かに食い込んだところで停止するようにストッパー11は調整されている。
カッター3がストッパー11に当接するならば、モータ23にかかる負荷は急増して電流値が設定値を超え、その為に該モータ23は停止するように制御されている。一方、カッター3の上昇に対しても安全装置としてカッター停止検知センサー34を設けている。例えば、モータ23の電流値測定機能が喪失した場合、ストッパー11の設定位置が正しくない場合に、上記カッター停止検知センサー34が該カッター3の位置を検知してモータ23を緊急停止することが出来る。
このように紙が切断されたならば、モータ10が逆回転して上昇し、クランプが解除される。紙押え2が所定の位置まで上昇したならば、紙押え待機位置検知センサー31がその位置を検知してモータ10は停止する。そして、紙押え2が上昇し始めてからの時間Tを測定し、この時間が設定時間を越えた時点でモータ23が逆回転してカッター3は降下し始める。
カッター3が降下して所定の位置に達したならば、カッター待機位置検知センサー33が該カッター3の位置を確認したところでモータ23は停止する。このように、紙押え2及びカッター3共に所定の位置で待機状態となり、1工程が完了する。
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。 紙断裁装置における紙押え及びカッターの制御フローチャート。
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
31 紙押え待機位置検知センサー
32 紙押え停止検知センサー
33 カッター待機位置検知センサー
34 カッター停止位置検知センサー















Claims (3)

  1. 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ことで漸増するモータの電流値を検出してモータを停止する作動制御手段、及び紙押えが紙を押圧することで漸増するモータの電流値を検出してモータを停止する作動制御手段を備え、上記ストッパーは、紙押えフレームの両側にL形ブラケットの縦片をネジ止めすると共に高さ調整が出来るように取着し、このL形ブラケットの水平下片に上記カッターのホルダー両側に形成したストッパー当接部が当るようにし、そして、紙押えフレームの底部には筒状のナットを固定して起立すると共に該ナットに調整ネジを螺合し、調整ネジ下端を紙押えフレームの底部から下方へ突出すると共にL形ブラケットの下片に当接した構造とし、さらに、スタート前の紙押え及びカッターの位置を確認する為の紙押え待機位置検知センサーとカッター待機位置検知センサーを設けたことを特徴とする紙断裁装置。
  2. 紙押え及びカッターがオーバーランした際の安全装置としてモータを救急停止する紙押え停止検知センサーとカッター停止検知センサーを取付けた請求項1記載の紙断裁装置。
  3. 紙切断完了後に、上記紙押えがテーブル上に載置される紙の枚数に応じて必要最小限の高さまで上昇するように、中間待機位置検知センサーを取付けた請求項1、又は請求項2記載の紙断裁装置。
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