JP4775977B2 - シート材穿孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、紙、樹脂、食品、木材、金属、セラミックス、あるいはこれらの複合材等でなるシート状の形態を有する各種のシート材に対して穿孔するために使用されるシート材穿孔装置に関する。

近年、例えば複写機やその後処理装置などの装置内で、自動的に揃えたシート材に穿孔して冊子を作製するためにシート材穿孔装置を搭載した事務機器などが普及してきた。このような用途に使用されるシート材穿孔装置としては、ダイに有するダイ孔に噛み合わせるパンチを直線的に移動させて穿孔するレシプロ式や、ダイとパンチをともに回転させてダイ孔とパンチを噛み合わせて穿孔するロータリ式といった穿孔機構を有するものが知られている。特に、小型で低コストといった利点を有するレシプロ式のシート材穿孔装置は多用されている。

レシプロ式のシート材穿孔装置としては、例えば特許文献１〜４に提案されるものが知られている。これらに提案されたシート材穿孔装置のうち、パンチの穿孔方向に対して交差して傾斜するスライド面やスライド溝を備えたカム部材によってパンチを穿孔動作する構成を有する穿孔装置や、あるいはさらに該カム部材を動作する移動部材を備える構成を有する穿孔装置は、前記カム部材や前記移動部材を実質的にシート面に対して平行移動する簡易な構造によってパンチを穿孔方向に移動でき、シート材穿孔装置のコンパクト化や低コスト化のためには有効である。

特開２００１−９７９１号公報 特開２００１−１９８８８９号公報 特開２００１−１７１９００号公報 特開２００２−３３７０９５号公報

上述した前記カム部材や前記移動部材を実質的にシート面に対して平行移動することでパンチを穿孔方向に移動するシート材穿孔装置は、駆動源からの駆動力をシート面に対する平行方向から垂直方向に、すなわちパンチの穿孔方向に変換する必要がある。このため、パンチの穿孔方向に対して交差して傾斜する上述したスライド面やスライド溝によって駆動力の作用方向を変換する構成が専ら採用されている。しかしながら、このような駆動力変換手段では、駆動力の作用方向を変換する過程における駆動力損失が大きい。従って、このような駆動力変換手段を適用する場合には、駆動力の損失分を考慮して大型の駆動源を設けることが必要となり、駆動源が大型となるが故に、これがシート材穿孔装置のコンパクト化や低コスト化を阻害する大きな要因になっていた。

本発明の目的は、パンチを穿孔移動させるために駆動源から伝達されてくる駆動力の損失を最小限に抑制できる簡易な構造のシート材穿孔装置を提供することである。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものである。
すなわち、本発明は、シート材に穿孔するパンチと、該パンチと噛み合うダイ孔を有するダイと、梃子クランク機構とを有し、該梃子クランク機構は、駆動装置に連結され回転運動するクランク部材と、一端が揺動可能に支持された梃子部材と、前記パンチが連結して前記クランク部材と前記梃子部材とを連結する連接部材と、前記クランク部材の回転軸および前記梃子部材の前記一端を支持する固定部材とを具備し、前記クランク部材の回転運動によって前記連接部材がパンチの穿孔方向に揺動運動することで前記パンチを穿孔移動させる、シート材穿孔装置である。

本発明においては、前記パンチと前記ダイ孔の組み合わせを複数有することができる。

また、前記連接部材は前記パンチを係止する長孔を有することが好ましい。

また、前記長孔は前記クランク部材の側が前記ダイから離間するように傾斜を有することが好ましい。

また、前記連接部材と前記複数のパンチとの間にパンチ係止手段を有し、該パンチ係止手段は、前記複数のパンチに連通して個別に係止する複数の穿孔方向に対して略直交するピンと、該ピンを連通して個別に支持する複数の穿孔方向に対して傾斜する傾斜孔とを具備し、該傾斜孔においてシート材に対して穿孔可能としたい所定パンチを係止する前記ピンを前記ダイ孔に対する近接側で支持して所定パンチを穿孔移動させることができる。

本発明のシート材穿孔装置は、梃子クランク機構を構成する連接部材がパンチの穿孔方向に揺動運動することでパンチを穿孔移動させるため、簡易な構造によって駆動力の作用方向の変換に係る損失を低減することができる。これにより、パンチを穿孔移動させるための駆動源を小型化することができる故に、シート材穿孔装置のコンパクト化や低コスト化さらには省エネルギー化に貢献することができる。

本発明の一例となるシート材穿孔装置の概略構成をシート材（図示せず）の通紙方向から示す構成図である。 図１に示すシート材穿孔装置を側面から示す構成図である。 図２中に示す線分ＱＱにおいてパンチの待機状態を断面で示す構成図である。 図２中に示す線分ＱＱにおいてパンチのシート材に対する穿孔状態を断面で示す構成図である。 図１に示すシート材穿孔装置とは別の一例を用い、シート材への一連の穿孔動作をシート材（図示せず）の通紙方向から示す構成図である。 パンチ係止手段の一例であって、シート材に対して所定パンチを穿孔移動させることを可能とする構成に係る要部の概略構成を示す構成図である。

本発明の重要な特徴は、パンチを穿孔移動させる機械的機構に梃子クランク機構を適用し、該梃子クランク機構を構成する連接部材にパンチを連結し、該連接部材をパンチの穿孔方向に揺動運動させることでパンチを穿孔移動させる構成を採用したことである。
本発明において、梃子クランク機構は、駆動装置に連結され回転運動するクランク部材と、一端が揺動可能に支持された梃子部材と、前記パンチが連結して前記クランク部材と前記梃子部材とを連結する連接部材と、前記クランク部材の回転軸および前記梃子部材の前記一端を支持する固定部材とを具備する。

また、本発明においては、梃子クランク機構において、クランク部材の回転運動によって連接部材がパンチの穿孔方向に揺動運動する。そして、該連接部材が穿孔方向に揺動運動することによって、連接部材に連結したパンチを穿孔移動させる。このときパンチは、連接部材の穿孔方向への揺動運動に追従して穿孔方向に移動されるため、パンチを穿孔移動させるために駆動源から伝達される駆動力は実質的にはその作用方向が変換されることがなくなって、駆動力の損失を最小限に抑制することができる。さらには、駆動力の損失分が低減されて駆動源の小型化が可能となるため、パンチの穿孔移動に係る駆動機構部に加わる負荷が低減される。よって、本発明における上述した構成は、パンチとダイ孔の組み合わせを複数有する場合には特に有効となり、例えば２孔、３孔、４孔、さらに多数の孔を穿孔するシート材穿孔装置に適用することにより、上述した作用効果を十分に得ることができる。

ここで、本発明における梃子クランク機構について述べる。
梃子クランク機構とは、一般に四つのリンクを有し、全ての前記リンクが回り対偶によって連鎖をなす四節回転連鎖に属する機械的機構であって、前記リンクの中で長さが最小のリンクと対偶をなすリンクを固定した機械的機構をいう。つまり、該梃子クランク機構とは、回り対偶によって連鎖をなす４つのリンクのうち、１つは運動できない固定リンクであり、最小長さのリンクを含む３つのリンクが運動可能に構成されてなる機械的機構をいう。また、一般に、回転運動するリンクをクランク、揺動運動するリンクを梃子、該梃子と前記クランクとを連結するリンクを連接棒という。そして、前記クランクが最小長さのリンクとなる。また、上述の対偶とは、隣り合ったリンクが互いに接して運動する構成において、互いに接する接触部分の組み合わせ部をいう。
本発明においては、上述のクランクが前記クランク部材に、梃子が前記梃子部材に、連接棒が前記連接部材に、および固定リンクが前記固定部材に対応する。

次に、本発明のシート材穿孔装置の基本構成は、シート材に穿孔するパンチと、該パンチと噛み合うダイ孔を有するダイと、前記パンチを穿孔方向にほぼ直線的に移動させる機械的機構とを有する、いわゆるレシプロ式のシート材穿孔装置である。本発明においては、該機械的機構に、上述した梃子クランク機構を適用している。従って、従来のレシプロ式のシート材穿孔装置が有する作用効果、例えば小型で低コストといった利点を有することができる。よって、複写用紙等を使用する複写機やその後処理装置などの事務機器への搭載は好適である。この他、紙に限らず、例えば、樹脂、食品、木材、金属、セラミックス、あるいはこれらの複合材等でなるシート状の形態を有する各種のシート材に対して穿孔する用途にも、本発明のシート材穿孔装置は適用可能である。

また、本発明のシート材穿孔装置においては、梃子クランク機構を構成する連接部材に対してパンチが連結する。連接部材は、クランク部材と梃子部材との間に位置し、クランク部材の回転運動によってパンチの穿孔方向に揺動運動することができる。ここでいうパンチの穿孔方向とは、シート材のシート面との直行方向であって、固定リンクとなる前記固定部材のシート材載置面に対して実質的に直行する方向に対応する。よって、連接部材に対してパンチを連結しておくことにより、駆動力の作用方向を変換することなくパンチを穿孔方向に直接的に穿孔移動することができる。なお、連接部材に対してパンチを連結する場合は、パンチに軸部材などを設けて直接的に連接部材に連結する構成にすることもできるし、例えばパンチと連接部材との間にパンチ係止手段を設けて連結する構成にすることもできる。

また、パンチに軸部材などを設けて直接的に連接部材に連結する場合は、連接部材に長孔を設け、該長孔によってパンチを係止して連結することが望ましく、長孔を穿つだけの簡易な構成でパンチを連接部材に連結することができる。また、連接部材に設ける長孔は、該長孔におけるクランク部材の側がダイから、より離間するように傾斜を有して設けることが望ましい。このように長孔に傾斜を設けることにより、連接部材の揺動運動の所定ストロークの中にあっても、傾斜を設けた分だけパンチの穿孔移動のストロークを短縮することができる。また、複数のパンチを有し、これに対応する複数の長孔を有する場合、クランク部材の側に近い長孔ほど傾斜の角度を大きくすることが望ましい。このようにそれぞれの長孔の傾斜角度を変えることにより、傾斜角度の差分だけそれぞれのパンチの穿孔移動のストロークを短縮することができる。

以下、本発明について、本発明の一例となるシート材に対して３孔の穿孔を行うことができるシート材穿孔装置を挙げ、図を用いて詳細に述べる。
図１は、本発明の一例となるシート材穿孔装置１（以下、穿孔装置１という）の概略構成をシート材（図示せず）の通紙方向から示す構成図であり、連接アーム６に設けた３つの長孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃのうち長孔１７ｂ、１７ｃには傾斜角度の異なる傾斜を設けている。図２は、図１に示す穿孔装置１を側面から示す構成図である。図３および図４は、図２中に示す線分ＱＱにおける断面図であって、図３はパンチ２ａの待機状態、図４はパンチ２ａのシート材Ｓに対する穿孔状態を示す。図５は、図１に示す穿孔装置１において連接アーム６に設けた長孔に傾斜を有さないシート材穿孔装置１’（以下、穿孔装置１’という）であって、該穿孔装置１’を用いたシート材Ｓに対する一連の穿孔動作を示す。

穿孔装置１は、３つのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃと、これらに噛み合う３つのダイ孔３ａ、３ｂ、３ｃを有するダイフレーム２０と、梃子クランク機構とを有し、シート材Ｓに対して３孔を穿孔することができる。なお、パンチ２ａ、２ｂ、２ｃおよびダイ孔３ａ、３ｂ、３ｃは互いに噛み合うことでシート材Ｓに対して穿孔できる構成であればよく、それらの形状寸法や材質などは用途や目的に応じて適宜選択することができる。

穿孔装置１において、梃子クランク機構は、回転軸１２と駆動ピン１３を有してクランク部材に対応するギヤ４と、梃子部材に対応する揺動アーム５と、連接部材に対応する連接アーム６と、ダイフレーム２０と一体になしたフレーム７およびブラケット８からなる固定リンクに対応する固定部材とを有し、加えて、これら部材を繋ぐピン１４およびピン１５によって構成される。そして、連接アーム６に対して３つのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃを連結している。

上述したクランク部材に対応するギヤ４には駆動装置が連結されており、ギヤ４を回転運動させることができる。駆動装置は、モータ９と、該モータ９の回転軸に装着したピニオンギヤ１０と、該ピニオンギヤ１０に連結する中間ギヤ１１とで構成され、該中間ギヤ１１はギヤ４に連結される。また、該ギヤ４には、固定部材をなすブラケット８で支持した回転軸１２から所定の間隔位置に駆動ピン１３を設けている。そして、該駆動ピン１３を所定の回転半径で回転軌跡を描いて回転運動させることにより、ギヤ４は梃子クランク機構におけるクランクとしての機能を有することができる。また、駆動ピン１３と回転軸１２との距離がクランクの長さに対応する。なお、クランク部材に対応するギヤ４に設けた回転軸１２の支持は、上述のブラケット８に限らず、フレーム７やダイフレーム２０など、固定部材に対応するいずれかの部材によって行えばよい。

上述した梃子部材に対応する揺動アーム５は、その一端がピン１４で固定部材をなすフレーム７に揺動可能に支持されている。これにより、揺動アーム５は、ピン１４で支持された個所を揺動支点として揺動可能となって、梃子クランク機構における梃子としての機能を有することができる。また、ピン１４は、揺動支点としての機能を有すればよく、例えば軸受などの部材を使用できる。なお、梃子部材に対応する揺動アーム５の一端の支持は、上述のフレーム７に限らず、フレーム７やダイフレーム２０など、固定部材に対応するいずれかの部材によって行えばよい。

上述した連接部材に対応する連接アーム６は、上述の揺動アーム５に対してはピン１５で連結され、かつ、上述のギヤ４に対しては駆動ピン１３で連結されている。これにより、連接アーム６は、クランク部材であるギヤ４の駆動ピン１３と梃子部材である揺動アーム５とを連結し、駆動ピン１３およびピン１５の個所を揺動支点として揺動可能となって、梃子クランク機構における連接棒としての機能を有することができる。なお、ピン１５は、揺動支点としての機能を有すればよく、例えば軸受などの部材を使用できる。

本発明においては、連接アーム６がシート材Ｓのシート面に対して水平状態にあるとき、揺動アーム５がシート面に対して垂直状態になるように、ギヤ４の駆動ピン１３および回転軸１２、揺動アーム５などの配置を調整することが望ましい。梃子クランク機構に駆動力を与えたとき、揺動運動によって揺動アーム５の姿勢がシート材Ｓのシート面に対する垂直状態から水平状態に近づく。このとき、ギヤ４および揺動アーム５の各運動によって連接アーム６に生じるシート面に対する垂直方向の駆動力は、次第に大きくなっていく。よって、揺動アーム５の待機位置での姿勢をできる限りシート面に対する垂直状態に近い姿勢にすることで、揺動アーム５の揺動運動によって連接アーム６が揺動し、該連接アーム６の揺動運動によってパンチがシート材Ｓに対して穿孔移動されるときに大きな穿孔力を得ることができる。加えて、パンチの穿孔方向に対して大きな移動量を得ることができるため、シート材穿孔装置自体のコンパクト化のために有効である。

また、穿孔装置１において、梃子クランク機構における固定リンクとしての機能は、シート材Ｓのシート面に対向配置されたフレーム７と該フレーム７と一体化したブラケット８からなる構造体によって得ることができる。加えて、一体化したフレーム７やブラケット８に対して一体化するように取り付けたダイフレーム２０もまた、穿孔装置１において固定リンクとしての機能を有することができる。つまり、穿孔装置１においては、シート材Ｓのシート面に対して実質的に対向配置して互いに固定したフレーム７およびダイフレーム２０と、これに対して固定したブラケット８とが固定部材に相当する。

上述した固定部材をなすフレーム７には、パンチ２ａ、２ｂ、２ｃの穿孔移動を案内する案内部１６ａ、１６ｂ、１６ｃを設けている。また、該フレーム７には、上述したように揺動アーム５の一端を揺動可能に支持するピン１４を設け、該ピン１４により梃子部材支持部としての機能を持たせている。また、上述のブラケット８においては、上述したようにクランク部材であるギヤ４の回転軸１２を回転可能に支持し、該回転軸１２によりクランク部材支持部としての機能を持たせている。

上述した構成により、ギヤ４、駆動ピン１３、連接アーム６、ピン１５、揺動アーム５の間を連結でき、かつ、回転軸１２とピン１４との間をブラケット８およびフレーム７とで固定することができ、それ故に、ギヤ４、連接アーム６、揺動アーム５のそれぞれを梃子クランクとして動作させることができる。なお、梃子クランク機構においては、ピン１４が梃子の対偶に対応し、回転軸１２がクランクの対偶に対応し、回転軸１２とピン１４の間の距離が固定リンクの長さに対応する。なお、梃子クランク機構においては、駆動ピン１３と回転軸１２の間の距離すなわちクランクの長さをＡとし、駆動ピン１３とピン１５の間の距離すなわち連接棒の長さをＢとし、ピン１４とピン１５の間の距離すなわち梃子の長さをＣとし、回転軸１２とピン１４の間の距離すなわち固定リンクの長さをＤとするとき、式：（Ａ＋Ｂ）＜（Ｃ＋Ｄ）が成立するように各部材が配置される。

また、梃子クランク機構を構成するにおいて、駆動ピン１３と回転軸１２の間の距離Ａと、ピン１４とピン１５の間の距離Ｃとは、駆動ピン１３を有してクランク部材に対応するギヤ４が回転可能となるようにＣ＞Ａの関係が成立するように設定することにより、梃子クランク機構の動作の安定化を図ることができる。

上述した構成を有してなる本発明のシート材穿孔装置は、穿孔前の待機状態にしたとき、例えば穿孔装置１でいうならば、シート材Ｓのシート面に対し、揺動アーム５はできる限り垂直状態に、連接アーム６においてパンチ２ａ、２ｂ、２ｃを係止する係止点はできる限り水平状態に、ギヤ４において回転軸１２と駆動ピン１３とができる限り水平状態に位置するように構成することが望ましい。この構成により、連接アーム６は、シート材Ｓのシート面に対して水平に近い姿勢を保ちながら揺動動作することができる。加えて、連接アーム６における揺動アーム５側のパンチの穿孔方向への移動量が大きくなるため、それぞれのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃの穿孔移動量を近似することができ、これによりパンチ自体やパンチの案内部などに係る部材の共通化が可能となる。

また、穿孔装置１においては、上述の連接アーム６に対してパンチ２ａ、２ｂ、２ｃを連結している。具体的には、連接アーム６には３つの長孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃを設け、パンチ２ａ、２ｂ、２ｃには刃先と反対側の一端に係止ピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃを設け、それぞれの長孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃに対して係止ピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃを連通させて係止する構成としている。また、それぞれのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれに対応してフレーム７に設けた案内部１６ａ、１６ｂ、１６ｃに挿入されて、穿孔方向に移動自在となっている。なお、穿孔装置１においては、連接アーム６に設けた長孔１７ｂ、１７ｃに傾斜を設け、クランク部材に対応するギヤ４側に近づくに従って傾斜角度が大きくなるように設定している。このように長孔に傾斜を設けることによっても、それぞれのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃの穿孔移動量を近似することができる。

次いで、本発明のシート材穿孔装置における穿孔動作について、上述した穿孔装置１に係る図３と図４、および、穿孔装置１と要部構成が同様な穿孔装置１’に係る図５を用いて説明する。なお、図１に示す穿孔装置１と図５に示す穿孔装置１’とは、穿孔装置１の連接アーム６に有する長孔には傾斜を設け、これに対応する穿孔装置１’の連接アーム６に有する長孔には傾斜を設けていないことが相違する。
モータ９を図１に矢印１９で示す方向に回転駆動させると、ピニオンギヤ１０および中間ギヤ１１を介してギヤ４が矢印１９で示す方向に回転し、このギヤ４の回転によって駆動ピン１３が所定の回転半径を持って回転軌跡を描きながら回転運動する。そして、駆動ピン１３が回転運動すると、図５（ａ）に示すようにシート材Ｓ（図５中には図示せず）のシート面に対して水平状態にある連接アーム６は、ギヤ４の駆動ピン１３に連結された連接アーム６の一端側に着目すると、駆動ピン１３の回転運動に対して追従運動することとなって、シート材Ｓから離れる方向に移動する。

一方、連接アーム６の他端側である揺動アーム５にピン１５で連結された側に着目すると、ピン１４を揺動支点として揺動アーム５のピン１５側を穿孔方向と交差する方向に移動するので、この揺動アーム５の移動動作によって連接アーム６のピン１５側は、あたかも揺動アーム５の移動動作に対して追従運動するかの如く動作してシート材Ｓに近づく方向へ移動する。上述の動作によってギヤ４が９０度回転して駆動ピン１３が最上点に到達した状態を図５（ｂ）に示す。

連接アーム６が図５（ｂ）に示す状態にあるとき、パンチ２ａは図３に示すパンチ２ａの待機位置よりも若干シート材Ｓへ近づく方向へ移動し、他の２つのパンチ２ｂ、２ｃはいずれも待機位置よりもシート材Ｓから離れる方向へ移動する。この状態からギヤ４がさらに矢印１９で示す方向に回転すると、連接アーム６の駆動ピン１３側およびピン１５側がともにシート材Ｓに近づく方向に移動するようになるので、連接アーム６の移動によって３つのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃすべてがシート材Ｓに近づく方向へ移動する。また、ギヤ４の駆動ピン１３の回転半径と回転軸１２の位置および揺動アーム５の長さを調整することで、上述したように連接アーム６の駆動ピン１３側とピン１５側とでシート材Ｓに近づく方向への移動動作のタイミングを異ならせることができ、３つのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれの穿孔移動のタイミングも異ならせることができる。

穿孔装置１’の場合は、ギヤ４が図５（ａ）に示す状態から約１２０度回転したとき、図４に示すようにまずパンチ２ａの刃先がダイ孔３ａに達する。この後、図５（ｃ）に示すようにギヤ４が１８０度回転した状態に達する頃には、その他のパンチ２ｂ、２ｃが順次ダイ孔３ｂ、３ｃに達するので、３つのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃの穿孔動作のタイミングをずらすことができる。ギヤ４が１８０度回転したとき、穿孔装置１’におけるピン１５の個所において、揺動アーム５と連接アーム６とがなす角度は約１５６度に設定している。また、揺動アーム５の揺動角度は約６５度に設定している。

図５（ｃ）に示す状態からギヤ４がさらに図５（ｄ）に示すような２７０度回転した状態に達するまでには、それぞれのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃによるシート材Ｓへの穿孔を終了することができる。そして、この後は、ギヤ４の回転とともに、まず連接アーム６のピン１５側が最下点に達した後にシート材Ｓから離れる方向へと移動方向を転じ、次いでパンチ２ｂが最下点に達した後に移動方向を転じ、最後にパンチ２ｃが最下点に達した後に移動方向を転じるように移動する。

上述した穿孔動作においては、それぞれのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃの移動ストロークはそれぞれのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃを係止する長孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃの傾斜の有無や傾斜角度を違えることによって調整することができる。例えば、図５に示す穿孔装置１’の場合は、長孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃに傾斜を設けていないので、それぞれのパンチの移動ストロークはパンチ２ａ＜パンチ２ｂ＜パンチ２ｃとなる。また、図１に示す穿孔装置１のように、長孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃに傾斜を設け、かつ、長孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃの傾斜がギヤ４の側に近づくほど大きくなるように傾斜角度を違えることにより、それぞれのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃの移動ストロークをほぼ同じに調整することができ、それぞれのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃに関わる案内部１６ａ、１６ｂ、１６ｃなどの部材を共通化することができる。

以上より、本発明において梃子クランク機構は、ギヤ４の回転運動によって連接アーム６自体を駆動ピン１３およびピン１５を揺動支点としてパンチ２ａ、２ｂ、２ｃの穿孔方向に揺動運動することができる。この梃子クランク機構の一連の動作によって、連接アーム６自体がパンチ２ａ、２ｂ、２ｃの穿孔方向に揺動運動するので、連接アーム６に対して係止ピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃで係止されたパンチ２ａ、２ｂ、２ｃをパンチ軸方向すなわちシート材に対する穿孔方向に移動することができ、パンチ２ａ、２ｂ、２ｃを穿孔移動させてシート材Ｓに対して３孔を穿孔することができる。また、上述したようにシート材Ｓに対して３つのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃのタイミングをずらして穿孔することができるので、３つのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃで同時に穿孔する場合に比べ、シート材Ｓの穿孔に要する駆動力を低減することができる。

本発明のシート材穿孔装置に係る望ましい構成について、さらに付け加えておく。
本発明においては、複数のパンチを有する場合、シート材に対する穿孔数を所望に切り替えることが可能なパンチ切替機構を備えることができる。例えば、５個のパンチを設け、２孔を穿孔するための２孔用パンチと３孔を穿孔するための３孔用パンチとに区分し、シート材に対して２孔を穿孔可能な状態から３孔を穿孔可能な状態に切り替えたり、その逆に切り替えたりすることができる。また例えば、４個のパンチを設け、２個のパンチを用いてシート材に対して２孔を穿孔したり、この状態から切り替えて、４個すべてのパンチを用いてシート材に対して４孔を穿孔したりすることもできる。

上述したようなパンチ切替機構としては、例えば、連接部材に対して複数のパンチを係止可能なパンチ係止手段を設け、そして該パンチ係止手段を構成するにおいて、複数のパンチを個別に係止する複数のパンチ係止部材を設け、これらのパンチ係止部材を個別に支持するための複数の支持部を有する支持部材を具備する構成でなる機械的機構を採用することができる。この機械的構成により、シート材に対して穿孔可能としたい所定パンチを係止するパンチ係止部材を、支持部材に有する支持部においてダイ孔に対する近接側で支持することにより、当該パンチ係止部材に係止された前記所定パンチを他パンチよりもダイ孔に近接して配置することができる。よって、前記所定パンチをよりダイ孔に近接した状態とした後に、梃子クランク機構を駆動して連接部材を揺動運動することで前記所定パンチを穿孔移動させることにより、前記所定パンチによってシート材に対して穿孔することができる。このとき、連接部材の揺動運動により、他パンチも穿孔方向に移動される。しかしながら、該他パンチは、前記所定パンチよりもダイ孔から離間しているため、シート材に対して穿孔できないように予め穿孔方向における移動量を調整しておくことで、シート材に対して穿孔しないようにすることができる。

また、同時に、シート材に対する穿孔を不可能としたい他パンチを係止するパンチ係止部材を、これを支持する前記支持部材に有する支持部において、ダイ孔に対して離間側で支持しておくことが望ましく、当該パンチ係止部材に係止されたパンチをよりダイ孔から離間して配置することができる。これにより、ダイ孔からの該他パンチの離間距離と前記所定パンチの離間距離とを加算した距離分だけ、該他パンチと前記所定パンチとの間に穿孔方向における移動量の差分が確保される。それ故に、より確実に、シート材に対して該他パンチを穿孔不可能とし、前記所定パンチを穿孔可能とすることができる。

本発明において、所定パンチをシート材に対して穿孔可能とするための構成としては、例えば、上述したように穿孔可能としたい所定パンチを対向するダイ孔に近接して配置し、一方、穿孔不可能としたい他パンチを対向するダイ孔から積極的に離間して配置する構成とすることができる。また例えば、すべてのパンチをシート材に対して穿孔不可能となる位置に配置することを通常とし、穿孔可能としたい所定パンチに限って対向するダイ孔に近接して配置する構成とすることができる。また例えば、シート材に対する穿孔を可能としたり不可能としたりする切替機能を要しないパンチすなわち常時穿孔可能としたいパンチについては、上述したようなパンチ切替機構を設けなくてもよく、例えばシート材に対する２孔の穿孔と４孔の穿孔とを切り替えて使用するシート材穿孔装置においては、２孔を穿孔するための２孔用パンチに対してパンチ切替機構を付加せず、専ら４孔を穿孔するだけの４孔要パンチに限ってパンチ切替機構を付加する構成とすることができる。

上述したパンチ切替機構に適用可能なパンチ係止手段の一例を挙げて説明する。図６は、所定パンチをシート材Ｓに対して穿孔可能とするためのパンチ切替機構に係る要部の概略構成を示す構成図である。
図６に示す構成においては、連接部材に対応する連接アーム６とパンチ３０との間に、穿孔方向に対して略直交してパンチ３０を係止するパンチ係止部材に対応するピン３２と、穿孔方向に対して傾斜する上述した支持部に対応する傾斜孔３４においてピン３２を支持する支持部材に対応するセレクタ３３とを設けてパンチ係止手段とした。また、セレクタ３３に設けた長孔３７と連接アーム６に設けた長孔３８とを連通する連結ピン３９を設け、パンチ係止手段をなすセレクタ３３およびピン３２を介し、梃子クランク機構をなす連接アーム６に対してパンチ３０を連結している。この構成により、傾斜孔３４においてダイ孔３１に対して近接側となる近接側入込部３５でピン３２を支持し、これによりピン３２が係止するパンチ３０をよりダイ孔３１に近接して配置することができる。そして、連接アーム６を揺動運動することにより、パンチ３０を用いてシート材Ｓに対して穿孔することができる。

一方、図示は略すが、パンチ３０を穿孔可能とした場合に穿孔不可能としたい他パンチに係る構成は、上述した構成と同様に、前記他パンチを係止するための他ピンを設け、セレクタ３３に対して傾斜孔３４とは反対傾斜を有する前記支持部に対応する他傾斜孔を設ける構成とすることができる。そして、該他パンチが対向するダイ孔から離間するように他傾斜孔において離間側入込部で他ピンを支持することにより、該他ピンに係止された他パンチを対向するダイ孔からより離間して配置することができる。なお、他パンチを連接アーム６に連結するための構成は、上述したパンチ３０を連結する構成と同様にすればよい。

上述したようにパンチ３０および前記他パンチを支持しておくことにより、パンチ３０はダイ孔３１に近接して配置され、一方、前記他パンチは対向するダイ孔から離間して配置される。このパンチ３０と前記他パンチとのダイ孔からの離間距離の差分により、例えばパンチ３０と前記他パンチの穿孔移動量を同量に調整して穿孔動作することにより、パンチ３０は前記他パンチよりも先にダイ孔３１と噛み合ってシート材Ｓに対して穿孔することができる。また、パンチ３０とダイ孔３１との噛み合いを可能とし、一方、前記他パンチとこれに対向するダイ孔との噛み合いを不可能とするように、予めパンチ３０および前記他パンチの穿孔移動量を調整しておくことにより、より確実に、シート材に対してパンチ３０で穿孔し、前記他パンチによる穿孔を不可能とすることできる。

また、上述の場合とは逆に、前記他パンチを穿孔可能とし、パンチ３０を穿孔不可能としたい場合は、パンチ３０を係止するピン３２を傾斜孔３４において離間側入込部３６で支持し、一方、図示は略すが、前記他パンチを係止する前記他ピンを前記他傾斜孔において近接側入込部で支持するように切り替えればよい。このようにパンチ３０および前記他パンチを支持するように切り替えることにより、パンチ３０はダイ孔３１から離間して配置され、一方、前記他パンチはこれに対向するダイ孔に近接して配置されるため、穿孔方向における互い離間距離分によって、前記他パンチを穿孔可能とし、パンチ３０を穿孔不可能とすることができる。

本発明の実施例として上述した図１に示す穿孔装置１において、パンチの直径を８ｍｍとし、ダイのダイ孔を該パンチに噛み合うように寸法を設定し、本発明のシート材穿孔装置を評価するための穿孔装置を試作した。このとき、上述した式：（Ａ＋Ｂ）＜（Ｃ＋Ｄ）が成立するように各部材の寸法形状を選定した。具体的には、駆動ピン１３と回転軸１２の間の距離（クランクの長さ）Ａを７ｍｍ、駆動ピン１３とピン１５の間の距離（連接棒の長さ）Ｂを３５８ｍｍ、ピン１４とピン１５の間の距離（梃子の長さ）Ｃを１６ｍｍ、および、回転軸１２とピン１４の間の距離（固定リンクの長さ）Ｄを３６５ｍｍとした。このような寸法構成としたとき、３つのパンチ２ａ、２ｂ、２ｃはそれぞれ６．９ｍｍ、６．８ｍｍ、７．４ｍｍ程度の穿孔移動量となって、パンチの穿孔移動量を７±１ｍｍの精度で設定することができた。

試作した穿孔装置を用い、厚さ０．０８５ｍｍ、０．１７９ｍｍ、０．２３１ｍｍのシート材に対して穿孔した。同時に、穿孔時のギヤ４の回転軸１２回りのトルク（以下、穿孔トルクという）を測定した。測定した穿孔トルクを表１に示す。また、本発明の有効性を評価するために、上述した特許文献１に開示される構成を有する従来のレシプロ式のシート材穿孔装置をパンチの直径を８ｍｍとして試作し、同様にシート材を穿孔した。

シート材への穿孔は、本発明の実施例となる穿孔装置でも、従来の穿孔装置でも、いずれも滑らかに穿孔できることを確認した。しかしながら、表１に示すように穿孔時の穿孔トルクは、従来の穿孔装置の穿孔トルク（Ｔｐ）は、シート材の厚さが厚くなるに従って０．４０Ｎ・ｍ、１．４９Ｎ・ｍ、２．１５Ｎ・ｍと大きくなることが確認できた。これに対して本発明の実施例となる穿孔装置の穿孔トルク（Ｔｎ）は、０．１２Ｎ・ｍ、０．３２Ｎ・ｍ、０．４３Ｎ・ｍとシート材の厚さが厚くなるに従って大きくなるものの、従来の穿孔トルク（Ｔｐ）に比べると格段に小さくなっていることが確認できた。また、式：（Ｔｐ−Ｔｎ）／Ｔｐ×１００％で定義する穿孔トルク低減率は、７１％、７８％、８０％とシート材の厚さが厚くなるに従って大きくなっていた。
以上のことから、本発明のシート材穿孔装置は、従来に比べ、穿孔時の穿孔トルクを十分に低減でき、よって、穿孔に要する駆動力を十分に低減できることが確認できた。

１、１’．穿孔装置、２ａ、２ｂ、２ｃ．パンチ、３ａ、３ｂ、３ｃ．ダイ、４．ギヤ、５．揺動アーム、６．連接アーム、７．フレーム、８．ブラケット、９．モータ、１０．ピニオンギヤ、１１．中間ギヤ、１２．回転軸、１３．駆動ピン、１４．ピン、１５．ピン、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ．案内部、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ．長孔、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ．係止ピン、１９．矢印、２０．ダイフレーム、３０．パンチ、３１．ダイ孔、３２．ピン、３３．セレクタ、３４．傾斜孔、３５．近接側入込部、３６．離間側入込部、３７．長孔、３８．長孔、３９．連結ピン、Ｓ．シート材

Claims (5)

1. シート材に穿孔するパンチと、該パンチと噛み合うダイ孔を有するダイと、梃子クランク機構とを有し、該梃子クランク機構は、駆動装置に連結され回転運動するクランク部材と、一端が揺動可能に支持された梃子部材と、前記パンチが連結して前記クランク部材と前記梃子部材とを連結する連接部材と、前記クランク部材の回転軸および前記梃子部材の前記一端を支持する固定部材とを具備し、前記クランク部材の回転運動によって前記連接部材がパンチの穿孔方向に揺動運動することで前記パンチを穿孔移動させることを特徴とするシート材穿孔装置。
2. 前記パンチと前記ダイ孔の組み合わせを複数有することを特徴とする請求項１に記載のシート材穿孔装置。
3. 前記連接部材は前記パンチを係止する長孔を有することを特徴とする請求項１または２に記載のシート材穿孔装置。
4. 前記長孔は前記クランク部材の側が前記ダイから離間するように傾斜を有することを特徴とする請求項３に記載のシート材穿孔装置。
5. 前記連接部材と前記複数のパンチとの間にパンチ係止手段を有し、該パンチ係止手段は、前記複数のパンチに連通して個別に係止する複数の穿孔方向に対して略直交するピンと、該ピンを連通して個別に支持する複数の穿孔方向に対して傾斜する傾斜孔とを具備し、該傾斜孔においてシート材に対して穿孔可能としたい所定パンチを係止する前記ピンを前記ダイ孔に対する近接側で支持して所定パンチを穿孔移動させることを特徴とする請求項２に記載のシート材穿孔装置。