JP4883732B2 - シート材穿孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、および、これら複合機器等の画像形成装置の本体に、あるいは印刷機に搭載される穿孔装置に係り、シート状の形態を有する各種のシート材に穿孔する穿孔数の切替機能、例えば２孔と３孔などの切替機能を有するシート材穿孔装置に関する。

従来、穿孔数の切替が可能なシート材穿孔装置には、ダイ孔に向かってパンチを直線的に移動してシート材に穿孔する、例えば特許文献１〜４に開示されるレシプロ式のパンチ駆動機構が多用される。
特許文献１に開示されるパンチ駆動機構は、穿孔方向と直交する軸方向に移動可能とした回転軸上に、回転方向においてカム曲線の位相を２グループに区分してパンチの上方に位置決めした偏心カムを配設し、回転軸の軸方向における移動方向の切替により、所望するグループの偏心カムがパンチ頭部を穿孔方向に押圧できる構成により、当該偏心カムの下方に位置するパンチに限り穿孔駆動することができる。

また、特許文献２に開示されるパンチ駆動機構は、穿孔方向との直交方向に移動可能としたスライドバーに、カム曲線を２グループに区分してパンチの上方に位置決めしたカム面またはカム溝を配設し、スライドバーの移動方向の切替により、所望するグループのカム面またはカム溝がパンチ頭部を穿孔方向に押圧できる構成により、当該カム面またはカム溝の下方に位置するパンチに限り穿孔駆動することができる。

また、特許文献３に開示されるパンチ駆動機構は、穿孔方向との直交方向に移動可能としたスライド板に、カム曲線を２グループに区分してカム溝を配設し、スライド板の移動方向の切替により、所望するグループのカム溝がこれに連結するパンチを穿孔方向に押圧できる構成により、当該カム溝に連結するパンチに限り穿孔駆動することができる。

また、特許文献４に開示されるパンチ駆動機構は、パンチを連結した溝カムを有する扇形部材を、穿孔方向との直交方向に移動可能としたスライド板の移動方向に対応して揺動するようにカム曲線を２グループに区分して配設し、スライド板の移動方向の切替により、所望するグループの扇形部材が揺動できる構成により、当該扇形部材の溝カムに連結するパンチに限り穿孔駆動することができる。

このうち特許文献３に開示されるパンチ駆動機構は、シート材穿孔装置のコンパクト化や低コスト化が比較的容易となる利点がある。しかしながら、駆動力伝達の観点では、駆動源からの駆動力がスライド板によりシート面に対して平行方向に伝達された後にカム面やカム溝によりパンチの穿孔方向となるシート面に対する垂直方向に変換されることから、比較的大きな駆動力損失を伴ってしまう。従って、駆動力損失分を補償するに十分な大型の駆動源を要し、このことがシート材穿孔装置のコンパクト化や低コスト化のさらなる進展や省エネルギー化のための障害となっていた。

そこで、本出願人は、特許文献５において、上述した従来のパンチ駆動機構よりも駆動力損失の少ない梃子クランク機構を適用した簡易な構成のレシプロ式のシート材穿孔装置を提案した。具体的には、梃子クランク機構を構成する連接部材にパンチを係止し、連接部材をパンチの穿孔方向へ揺動することでパンチを穿孔駆動する構成とした。この構成により、駆動力の伝達効率を向上して駆動源の小型化を可能とし、加えて機械的構造の簡素化を図り、シート材穿孔装置のさらなるコンパクト化や低コスト化、および省エネルギー化を可能とした。

特開平１０−２９６６９４号公報 特開２００１−１７１９００号公報 特開２００１−１９８８８９号公報 特開２００３−２００３９１号公報 特開２００９−２５５２７９号公報

上述した特許文献１〜４が開示するシート材穿孔装置は、２グループに区分したパンチ群のいずれかを選択して穿孔駆動できる穿孔数の切替機能をいずれも有しているが、このような穿孔数の切替機能はシート材穿孔装置において必須の機能ではない。実用上は利用する穿孔数に対応してパンチを具備しておけばよい。しかしながら、例えば主に欧州圏で多く利用される２孔と４孔あるいは主に北米圏で多く利用される２孔と３孔など、利用する穿孔数が異なったり混在したりといった世界地域的な習慣の違いは無視できず、穿孔数の切替機能を有するシート材穿孔装置が望まれた。

こうした事情により、本出願人が特許文献５で提案した梃子クランク機構を適用したシート材穿孔装置に対し、特許文献１〜４と同様に穿孔数の切替機能を付加してなお、さらなるコンパクト化や低コスト化を図ることを強く所望された。

本発明の目的は、特許文献５で提案した梃子クランク機構を適用したパンチ駆動機構を備え、かつ、シート材に穿孔する穿孔数の切替機能を有する、例えば主に北米圏で多く利用される孔間距離が７０ｍｍなどの２孔か、孔間距離が１０８ｍｍなどの３孔を適宜選択してシート材に穿孔することが可能な、また、例えば主に欧州圏で多く利用される孔間距離が８０ｍｍなどで２孔か４孔を適宜選択してシート材に穿孔することが可能な、簡易な構造でなる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、駆動源と、穿孔位置が異なる２組のパンチ機構部Ａおよびパンチ機構部Ｂと、切替機構部とを備え、前記パンチ機構部Ａ、Ｂは、ダイ孔と噛み合うことでシート材に穿孔するパンチと、該パンチを穿孔駆動する梃子クランク機構と、をそれぞれ具備し、前記切替機構部は、軸周りに円環状に配置された複数の歯を２ヶ所に有してなる歯形を具備して前記駆動源の駆動方向に対応して双方向に回転する主動部と、該主動部の一方ヶ所の前記歯形の歯形状に対応する複数の歯を具備して前記駆動源の一方駆動により前記主動部に対して互いの歯の噛み合いにより連結して回転し、前記駆動源の他方駆動によっては互いの歯が噛み合うことのないラチェット機構により連結が解除される第一の従動部と、前記主動部の他方ヶ所の前記歯形の歯形状に対応する複数の歯を具備して前記駆動源の他方駆動により前記主動部に対して互いの歯の噛み合いにより連結して回転し、前記駆動源の一方駆動によっては互いの歯が噛み合うことのないラチェット機構により連結が解除される第二の従動部と、を有し、前記第一の従動部は前記パンチ機構部Ａを駆動する梃子クランク機構に連結され、前記第二の従動部は前記パンチ機構部Ｂを駆動する梃子クランク機構に連結され、前記駆動源の駆動方向の切替により、前記パンチ機構部Ａを駆動するか、前記パンチ機構部Ｂを駆動するかを切り替える、シート材穿孔装置である。

また、前記切替機構部において、前記主動部の歯は、前記主動部の前記従動部と連結する回転方向において、前側となる前歯面と、後側となる後歯面と、を有して形成され、前記前歯面を含む平面と、前記主動部の回転中心と直行する平面とでなす傾斜角が７０〜１１０度に形成される、機械的構成を適用することが望ましい。

また、前記パンチ機構部Ａ、Ｂにおいて、前記梃子クランク機構は、前記切替機構部に連結されて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、パンチが付設され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することで前記パンチを穿孔駆動する、機械的構成を適用できる。

また、前記梃子クランク機構において、前記クランク部材の回転運動を抑止するか、もしくは前記梃子部材の揺動を抑止する、ディテント機構部を備える、機械的構成を適用することが望ましい。

また、本発明においては、前記パンチ機構部Ａ、Ｂの一方に２個のパンチを具備し、他方に３個のパンチを具備し、前記パンチ機構部Ａ、Ｂの一方の駆動により２孔をシート材に穿孔し、他方の駆動により３孔をシート材に穿孔する、シート材穿孔装置にできる。

本発明のシート材穿孔装置は、駆動源の駆動方向の切替により、パンチ機構部Ａを穿孔駆動することもできるし、パンチ機構部Ｂを穿孔駆動することもできる。従って、例えばシート材に穿孔される２孔または３孔の位置に対応させてパンチ機構部Ａ、Ｂにパンチを具備することで、一方のパンチ機構部の駆動により２孔を穿孔することができ、他方のパンチ機構部の駆動により３孔を穿孔することができる。これは２孔または４孔の場合も同様である。加えて、本発明のシート材穿孔装置は、特許文献５で提案した従来よりも駆動力損失の少ない梃子クランク機構を適用した簡易な機械的構造でなる穿孔駆動機構を適用しているため、コンパクト化や低コスト化や省エネルギー化に有効といった利点も併せ持っている。

本発明の一例となるシート材穿孔装置の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図１（ａ）に示す切替機構部Ｃの構成を拡大して示す平面図である。 パンチ機構部Ａを図１（ｂ）に示す待機位置から駆動してシート材に２孔を穿孔した状態を示す正面図である。 パンチ機構部Ｂを図１（ｂ）に示す待機位置から駆動してシート材に３孔を穿孔した状態を、図１（ｂ）とは反対方向の視点から示す正面図である。 図１に示すシート材穿孔装置を用いてシート材に２孔を穿孔する場合の一連の穿孔動作を、切替機構部Ｃやパンチ機構部Ｂなどを略すことでパンチ機構部Ａを明確化して示す正面図である。 図２とは別の構成でなる切替機構部の一例を示す平面図である。

本発明のシート材穿孔装置は、基本構成として、駆動源と、２組のパンチ機構部Ａ、Ｂと、切替機構部とを備え、前記パンチ機構部Ａ、Ｂは、ダイ孔と噛み合うことでシート材に穿孔する１個以上のパンチと、該パンチを穿孔駆動する梃子クランク機構をそれぞれ具備する。このような基本構成を有する本発明のシート材穿孔装置における重要な特徴は、後述する切替機構部の機械的構成により、駆動源の駆動方向を選択して切り替えるだけの簡単な制御で、パンチ機構部Ａを駆動するか、もしくはパンチ機構部Ｂを駆動するか、を選択して切り替えることを可能としたことである。

本発明における切替機構部は、パンチ機構部Ａ、Ｂの一端側に位置し、駆動源に連結して該駆動源の駆動方向の切替に対応して双方向に回転する主動部と、前記駆動源の一方駆動により前記主動部に対して連結して一方向に回転する第一の従動部と、前記駆動源の他方駆動により前記主動部に対して連結して一方向に回転する第二の従動部と、を有し、第一の従動部にはパンチ機構部Ａが連結し、第二の従動部にはパンチ機構部Ｂが連結する。特に重要となるのは、主動部に対する第一の従動部の連結維持および第二の従動部の連結解除と、主動部に対する第二の従動部の連結維持および第一の従動部の連結解除とを、駆動源の駆動方向の切替に対応して行うことを可能とする機械的構成である。

以下、本発明において重要な切替機構部の主動部および従動部について説明する。
本発明において主動部は、駆動源と第一および第二の従動部に対して連結し、駆動源の駆動方向の切替に対応して双方向に回転可能な構成を有する機械的構成とする。従って、主動部は、例えば、駆動源がモータなどの回転駆動源であればその回転運動をギヤなどの機械要素を有して自らの回転運動にできる構成を有するものとなり、駆動源がシリンダなどの直線駆動源であればその直線運動をラックピニオンやクランクなどの機械的機構を有して自らの回転運動にできる構成を有するものとなる。

本発明において第一および第二の従動部は、自らが主動部に対して連結したときに主動部の回転運動を自らの回転運動として受けて一方向に回転することができる構成を有する機械的構成とする。さらに、第一の従動部は自らに直接もしくは間接に連結するパンチ機構部Ａを駆動することができる構成を有するものとし、第二の従動部は自らに直接もしくは間接に連結するパンチ機構部Ｂを駆動することができる構成を有するものとする。従って、第一および第二の従動部は、例えば、主動部との間に後述する連結機構などを適用し、連結する主動部の回転運動を自らの回転運動として受け、受けた回転運動をギヤなどの機械要素を有して自らに連結する側のパンチ機構部に回転運動として伝達する構成となる。

上述した一方向に回転する第一および第二の従動部を構成するにおいては、例えば、ギヤによる噛み合い方式や摩擦もしくは磁気を利用した圧接方式などの一方向性クラッチ機構、爪などの歯止めを有する歯車方式や保持器で内包軸の転がり方向に指向性を付与する方式などのラチェット機構、これらを適用した市販の一方向性クラッチ部品などの連結機構が適用でき、これらの出力側を従動部とし、入力側を主動部とすることができる。

また、上述した第一および第二の従動部は、駆動源の駆動方向に対応して一方の従動部が主動部に対して連結して回転する場合には他方の従動部は主動部に対して連結せずに回転することがない構成であることが重要である。すなわち、駆動源の一方駆動により第一の従動部が主動部に対して連結して一方向に回転する場合には第二の従動部は回転することがなく、駆動源の他方駆動により第二の従動部が主動部に対して連結して一方向に回転する場合には第一の従動部は回転することがない構成である。

ここで、「主動部に対して連結して一方向に回転する」構成とは、駆動源の駆動により主動部が双方向のいずれかへ回転するとき、主動部の一方回転に対しては連結して自らが一方向に回転するものの、主動部の他方回転に対しては連結せずに自らが回転しないか、もしくは主動部に対して連結した状態であったとしても主動部との連結が解除されてしまうために自らが回転しない、といった構成を意味する。

こうした主動部と２つの従動部の特殊な連結関係を構成するにおいては、例えば、主動部に対して円環状に配置された複数の歯を具備し、従動部に対して主動部の歯形状に対応する複数の歯を具備し、主動部および従動部の歯の噛み合いにより従動部が主動部に対して連結する、といった機械的構成が好適である。このような歯形を利用した機械的噛み合い構成は、上述した磁気を利用した一方向性クラッチ機構や爪などの歯止めを有する歯車方式や内包軸に指向性を付与する方式のラチェット機構を適用する構成に比べ、機械的構成が簡素化できてコンパクト化や軽量化しやすい、駆動力伝達が高効率化できるなど多くの利点を有する。

また、主動部と２つの従動部の連結構成において、上述した歯形を利用した噛み合い構成を適用する場合は、歯形の噛み合いによって接触した歯面間で主動部から従動部への駆動力の伝達が行われる。このとき、噛み合う歯面の上述した傾斜角が小さくなるに連れて伝達効率は低下する。よって、上述した主動部の歯形に適用する歯としては、主動部の従動部と連結する回転方向において、前側となる前歯面と、後側となる後歯面と、を有して形成され、前歯面を含む平面と、主動部の回転中心と直行する平面とでなす傾斜角が７０〜１１０度に形成されるものであることが望ましい。特に傾斜角が９０度近傍であるときは互いの歯の接触摩擦による影響をほとんど受けることがなくなって高効率の駆動力伝達が可能となる。

ただし、この傾斜角を７０度未満に設定すると、歯面間に生じる滑りの影響により歯形の噛み合いで生じる圧接力が過少となって駆動力の伝達効率が急激に劣化する。場合によっては、歯形の噛み合い状態が不安定になって従動部が回転できないことがある。また、この傾斜角を１１０度を超えて設定すると、９０度からの角度差分だけ隙間を有することになり、歯形の噛み合いによる回転駆動の初期の動作が不安定になりやすく、加えて、個々の歯の歯先が薄肉となるため機械的強度不足により歯先に欠損を生じやすくなる。

上述した歯形を利用した構成の適用により、従動部を主動部に対して連結して回転したい場合に、歯形の噛み合いで生じる主動部と従動部との連結状態をより安定に維持できる。加えて、主動部の歯形をなす歯の後歯面に係る傾斜を好適に形成できるため、従動部を主動部に対して連結せずに回転したくない場合に、主動部側の歯が従動部側の歯に乗り上げて乗り越すことで生じる主動部と従動部との非連結状態の実現をより確実にできる。このことは、主動部に対しての第一および第二の従動部のいずれの関係においても成立する。

本発明のシート材穿孔装置は、上述した切替機構部を有することにより、第一の従動部に対してパンチ機構部Ａの梃子クランク機構を連結することで当該第一の従動部の一方向への回転によりパンチ機構部Ａが駆動し、第二の従動部に対してパンチ機構部Ｂの梃子クランク機構を連結することで当該第二の従動部の一方向への回転によりパンチ機構部Ｂが駆動するものとなる。

例えば、上述したパンチ機構部Ａ、Ｂにおいて、シート材に穿孔する２孔の孔位置に対応して孔間距離が７０ｍｍなどとなるようにパンチ機構部Ａに２個のパンチを具備し、３孔の孔位置に対応して孔間距離が１０８ｍｍなどとなるようにパンチ機構部Ｂに３個のパンチを具備することで、シート材に穿孔する穿孔数を北米圏で多く利用される２孔か３孔の穿孔が選択可能な切替機能を有する本発明の一例となるシート材穿孔装置を得ることができる。この場合、パンチ機構部Ａの片側駆動により２孔が穿孔でき、パンチ機構部Ｂの片側駆動により３孔が穿孔できる。このとき、すべてのパンチを直線上に揃えてパンチ列を構成することで、シート材に穿孔する孔列を直線上に配置できる。

上述した切替機能は２孔と４孔の場合にも同様に適用できる。例えば、上述したパンチ機構部Ａ、Ｂにおいて、シート材に穿孔する２孔の孔位置に対応して孔間距離が８０ｍｍなどとなるようにパンチ機構部Ａに２個のパンチを具備し、４孔の孔位置に対応して孔間距離が８０ｍｍなどとなるようにパンチ機構部Ｂに４個のパンチを具備することで、シート材に穿孔する穿孔数を北米圏で多く利用される２孔か４孔の穿孔が選択可能な切替機能を有する本発明の一例となるシート材穿孔装置を得ることができる。この場合、パンチ機構部Ａの片側駆動により２孔が穿孔でき、パンチ機構部Ｂの片側駆動により４孔が穿孔できる。

また、本発明のシート材穿孔装置は、パンチ機構部Ａ、Ｂにおいてパンチを穿孔駆動する機械的機構として梃子クランク機構を適用している。このため、クランク機構により駆動源の駆動力を切替機構部を介して高効率でパンチに伝達し、梃子構造により駆動力を増幅しながらパンチを直線的に穿孔駆動する、といった有効な機能を簡素な機械的構造で実現できるため、パンチ機構部などのコンパクト化、低コスト化、省エネルギー化をなすことができる。

上述したことから、本発明のシート材穿孔装置は、シート材に対する穿孔数の切替を可能とするレシプロ式のシート材穿孔装置として利用できるものであって、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特に好適となる。また、本発明のシート材穿孔装置の穿孔対象となるシート材は、シート状の形態を有する各種のシート材であってよく、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ものに適用可能である。

次に、パンチ機構部Ａ、Ｂにおいて、パンチを穿孔駆動する本発明における梃子クランク機構について説明する。
本発明において適用する梃子クランク機構としては、上述した本発明における切替機構部に連結されて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、パンチが付設されクランク部材と梃子部材とを連結する連接部材と、クランク部材の回転軸および梃子部材の前記一端を支持する固定部材とを具備し、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することでパンチを穿孔駆動する、機械的機構を適用できる。

ここで、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。上述した構成においては、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。

上述した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り、連接部材がパンチの穿孔方向に揺動する。そして、該連接部材が穿孔方向に揺動することにより、該連接部材に連結したパンチを穿孔駆動する。従って、切替機構部からの出力として伝達される駆動力をクランク部材への入力として伝達できるように構成することにより、切替機構部を介して駆動源からの駆動力をパンチ機構部Ａ、Ｂのそれぞれの梃子クランク機構に伝達し、これらを駆動することができる。

連接部材が揺動するとき、これに付設されたパンチは、連接部材の穿孔方向への揺動に追従して穿孔方向に駆動する。このため、パンチを穿孔駆動するために駆動源から伝達される駆動力の損失は、その作用方向が大きく変換されることがなくなって最小限に抑制される。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になるため、パンチの穿孔駆動に係る駆動機構部に加わる負荷が低減される。よって、連接部材に付設されるパンチ数が多くなるほど効果的であって、例えば２孔、３孔、４孔、さらに多数孔を穿孔するシート材穿孔装置に適用するほどに高い作用効果が発揮できる。

また、梃子クランク機構を構成する連接部材に対して１個以上のパンチを付設し、該連接部材をシート材幅方向に沿って配置することにより、シート材に穿孔する孔列を形成するためのパンチ列を構成する。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することができる。ここで、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付設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駆動できる。なお、連接部材に対してパンチを付設する場合は、パンチに軸部材などを設けて直接的に連接部材に付設する構成にもできるし、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付設するなどの構成にもできる。

なお、上述した切替機構部とそれぞれのパンチ機構部Ａ、Ｂに備えた梃子クランク機構との連結の仕方によっては、パンチの穿孔駆動後の待機位置が不安定になる可能性がある。例えば、上述した歯形の噛み合いを利用して構成した主動部および従動部を適用した切替機構部である場合は、主動部側の歯が従動部側の歯に乗り上げて乗り越すとき、従動部の歯形に対して乗り越えに抗する方向に荷重（以下、乗り越え反力という）が作用する。このとき、従動部の歯形は、乗り越え反力が作用したとしても必ずしも回転されないものの、仮に回転された場合には従動部に連結する梃子クランク機構をなすクランク部材が回転運動することとなって、パンチを穿孔駆動してしまう。

このような意図しないパンチの振れを生じる可能性がある場合は、梃子クランク機構をなすクランク部材もしくは梃子部材を構成するにあたり、クランク部材もしくは梃子部材に対して振れ止め機構（以下、ディテント機構という）を設けて、クランク部材もしくは梃子部材の不要な振れを抑止することが望ましい。例えば、バネの弾性力やカムの押圧力などを利用し、所望箇所において一方側に凸部を他方側に凸部形状に対応する凹部を設けて凸部の凹部に対する嵌り込み状態を保持し、従動部が主動部に連結して伝達された駆動力により前記嵌り込み状態が解消できる、といったディテント機構が適用できる。

次に、本発明のシート材穿孔装置について、本発明者が好適と考える具体的構成を挙げて詳細に説明する。
図１は、本発明の一例となる２組のパンチ機構部Ａ、Ｂを有するシート材穿孔装置１（以下、穿孔装置１という）である。図１（ａ）は上方からの視点で、図１（ｂ）はシート材（図示せず）の通紙方向からの視点で、穿孔装置１の待機状態を示す。また、図２（ａ）は図１（ａ）に示す切替機構部Ｃの拡大図で、さらに図２（ｂ）、図２（ｃ）は主動部４３に具備する歯形４３Ａ、４３Ｂ近傍の拡大図である。なお、穿孔装置１は一例であって、パンチ機構部Ａ、Ｂや第一および第二の従動部をどちら側に配置するかなどは適宜選択することができる。

図１に示す穿孔装置１は、梃子クランク機構をなすそれぞれの連接アーム６Ａ、６Ｂが互いに平行となるようにシート材の搬送方向と直交する方向すなわちシート材幅方向に沿って配置された２組のパンチ機構部Ａ、Ｂと、ダイフレーム２０と、シート材幅方向の一端側に回転軸が連接アーム６Ａ、６Ｂと同方向となるように配置された駆動源となるモータ９と、パンチ機構部Ａ、Ｂの一端側すなわちシート材幅方向の一端側に位置してモータ９とパンチ機構部Ａ、Ｂを連結する切替機構部Ｃと、を備える。なお、穿孔対象となるシート材はダイフレーム２０とパンチフレーム７でなすパンチ列に沿った狭隘な空間に挿入され、このパンチ列方向がすなわちシート材幅方向に対応する。

穿孔装置１において、パンチ機構部Ａ、Ｂは、シート材に穿孔する１個以上のパンチと、これを穿孔駆動する梃子クランク機構をそれぞれ備え、切替機構部Ｃ側に対して梃子クランク機構をなすそれぞれのクランクギヤ４Ａ、４Ｂによって連結する。それぞれのクランクギヤ４Ａ、４Ｂは、切替機構部Ｃからの出力として伝達された駆動力をそれぞれの梃子クランク機構に対する入力として受け取ることができる。

パンチ機構部Ａは、連接アーム６Ａの長手方向すなわちシート材幅方向に沿って２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂが付設され、ダイフレーム２０にシート材幅方向に沿って設けた５個のダイ孔のうちの２個のダイ孔３Ａａ、３Ａｂと噛み合うことで、シート材に２孔を穿孔することができる。また、パンチ機構部Ｂは、同様に連接アーム６Ｂの長手方向に沿ってパンチ２Ａａ、２Ａｂとは異なる位置に３個のパンチ２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃが付設され、上述した５個のダイ孔のうちの３個のダイ孔３Ｂａ、３Ｂｂ、３Ｂｃと噛み合うことで、シート材のパンチ機構部Ａによる穿孔位置とは異なる位置に３孔を穿孔することができる。

切替機構部Ｃは、パンチ機構部Ａを駆動するか、あるいはパンチ機構部Ｂを駆動するかを、駆動源であるモータ９の駆動方向の切替により決定する機械的機構である。穿孔装置１における切替機構部Ｃは、基本構成として、駆動源であるモータ９を固設するフレーム８に両端を固設し、シート材搬送方向すなわちパンチ機構部Ａ、Ｂの連接アーム６Ａ、６Ｂに対して直行方向に配置した１本の軸４２により回転可能に軸支された主動部４３と第一および第二の従動部４４Ａ、４４Ｂを有する。本発明においては、パンチ機構部Ａ、Ｂと直行する１本の軸４２上に主動部４３と第一および第二の従動部４４Ａ、４４Ｂを配設する上述したような構成の採用により、シート材幅方向において切替機構部Ｃをコンパクト化しやすくなる。

軸４２上に配設される主動部４３は、モータ９の回転軸に固設したギヤ１０に対して連結する２つのギヤ４３ａ、４３ｂで構成される。ギヤ４３ａは、軸４２方向に突出する歯形４３Ａを有して連接アーム６Ａと平行に配設され、軸４２を回転中心としてモータ９の駆動方向の切替に対応して双方向に回転可能となっている。同様に、ギヤ４３ｂは、軸４２方向に突出する歯形４３Ｂを有して連接アーム６Ｂに対して平行に配設され、軸４２を回転中心としてモータ９の回転方向に対応して双方向に回転可能となっている。そして、主動部４３を構成するギヤ４３ａ、４３ｂは、それぞれの歯形４３Ａ、４３Ｂの箇所において第一および第二の従動部４４Ａ、４４Ｂの側に対して連結可能となっている。

軸４２上に配設される第一の従動部４４Ａは、軸４２方向に突出する歯形４５Ａを有して連接アーム６Ａと平行に配設されたギヤ４４Ａａで構成される。同様に、第二の従動部４４Ｂは、軸４２方向に突出する歯形４５Ｂを有して連接アーム６Ｂと平行に配設されたギヤ４４Ｂａで構成される。そして、第一および第二の従動部４４Ａ、４４Ｂは、軸４２方向において２つのギヤ４３ａ、４３ｂで構成される主動部４３を挟み込むかのように対向配設され、それぞれがバネ４１Ａ、４１Ｂの弾性力により主動部４３の側に適正に押圧されている。

また、切替機構部Ｃにおいて、第一の従動部４４Ａに具備するギヤ４４Ａａに対して軸１９Ａで軸支して連接アーム６Ａと平行に配設した２段ギヤ１１Ａが連結し、第二の従動部４４Ｂに具備するギヤ４４Ｂａに対して軸１９Ｂで軸支して連接アーム６Ｂと平行に配設した２段ギヤ１１Ｂが連結する。そして、２段ギヤ１１Ａに対して軸１２Ａで軸支して連接アーム６Ａと平行に配設したクランクギヤ４Ａが連結し、２段ギヤ１１Ｂに対して軸１２Ｂで軸支して連接アーム６Ｂと平行に配設したクランクギヤ４Ｂが連結する。

従って、駆動源であるモータ９の駆動力は、まずギヤ１０を介して主動部４３を構成する２つのギヤ４３ａ、４３ｂに伝達される。そして、第一の従動部４４Ａが主動部４３に対して連結する場合には、主動部４３を構成する一方のギヤ４３ａを介して第一の従動部４４Ａに伝達され、さらに２段ギヤ１１Ａを介してパンチ機構部Ａ側のクランクギヤ４Ａへと伝達される。あるいは、第二の従動部４４Ｂが主動部４３に対して連結する場合には、主動部４３を構成する他方のギヤ４３ｂを介して第二の従動部４４Ｂに伝達され、さらに２段ギヤ１１Ｂを介してパンチ機構部Ｂ側のクランクギヤ４Ｂへと伝達される。

上述した主動部４３と第一の従動部４４Ａとの連結構成に係る、第一の従動部４４Ａ側に突出して配置した主動部４３の歯形４３Ａおよび主動部４３側に突出して配置した第一の従動部４４Ａの歯形４５Ａは同等の構成を有してなり、互いに自らを貫通する軸４２を中心として円環状に８個の歯を具備する。また、上述した主動部４３と第二の従動部４４Ｂとの連結構成に係る、第二の従動部４４Ｂ側に突出して配置した主動部４３の歯形４３Ｂおよび主動部４３側に突出して配置した第二の従動部４４Ｂの歯形４５Ｂもまた同等の構成を有してなり、互いに自らを貫通する軸４２を中心として円環状に８個の歯を具備る。

歯形４３Ａについて説明すると、歯形４３Ａにおける個々の歯は、図２（ｂ）に示すように、主動部４３の回転方向において、前側となる前歯面４３Ａａと、後側となる後歯面４３Ａｂとを、主たる面として形成された歯形状を有する。また、歯形４３Ａの個々の歯において、主たる２面がなす歯先の向きに係る傾斜角は、すなわち、前歯面４３Ａａを含む平面と、主動部４３の回転中心となる回転軸との直交平面つまり軸４２が直交する平面とでなす傾斜角は約９０度に、同様に後歯面４３Ａｂを含む平面がなす傾斜角は約６０度に形成される。

一方、第一および第二の従動部４４Ａ、４４Ｂのそれぞれの歯形４５Ａ、４５Ｂは、上述したように軸４２を中心として主動部４３のそれぞれの歯形４３Ａ、４３Ｂに対向するように円環状に８個の歯を具備する。そして、歯形４５Ａについて説明すると、歯形４５Ａにおける個々の歯において歯先の向きに係る主たる２面がなす傾斜角は、図２（ｂ）に示すように、主動部４３の歯形４３Ａにおける個々の歯形状に対応する歯形状を有する。すなわち、第一の従動部４４Ａの歯形４５Ａにおける個々の歯において、主動部４３の歯形４３Ａにおける個々の歯の前歯面４３Ａａに対応する歯面４５Ａａがなす傾斜角は約９０度に、同様に後歯面４３Ａｂに対応する歯面４５Ａｂがなす傾斜角は約６０度に形成される。

図２（ａ）に示す静止状態において、主動部４３のそれぞれの歯形４３Ａ、４３Ｂに対する第一および第二の従動部４４Ａ、４４Ｂのそれぞれの歯形４５Ａ、４５Ｂは、見掛け上、バネ４１Ａ、４１Ｂの弾性力により噛み合い状態にある。この後、モータ９の駆動により主動部４３が実線で示す矢印方向に回転すると、主動部４３の歯形４３Ａの個々の歯が対応する第一の従動部４４Ａの歯形４５Ａの個々の歯に対してより近接して歯面間の圧接力を増すように挙動するため、歯形４３Ａと歯形４５Ａ間の噛み合い状態が維持できて第一の従動部４４Ａを回転することができる。一方、主動部４３の歯形４３Ｂの個々の歯は対応する第二の従動部４４Ｂの歯形４５Ｂの個々の歯から離間するように挙動し、終には歯形４３Ｂの個々の歯が対応する歯形４５Ｂの個々の歯に乗り上げて乗り越すことになるため、歯形４３Ｂと歯形４５Ｂの噛み合い状態が維持できず、第二の従動部４４Ｂを回転することができない。

また、モータ９の駆動方向の切替により主動部４３が破線で示す矢印方向に回転すると、主動部４３の歯形４３Ｂの個々の歯が対応する第二の従動部４４Ｂの歯形４５Ｂの個々の歯に対してより近接して歯面間の圧接力を増すように挙動するため、歯形４３Ｂと歯形４５Ｂ間の噛み合い状態が維持できて第二の従動部４５Ｂを回転することができる。一方、主動部４３の歯形４３Ａの個々の歯は対応する第一の従動部４４Ａの歯形４５Ａの個々の歯から離間するように挙動し、終には歯形４３Ａの個々の歯が歯形４５Ａの個々の歯に乗り上げて乗り越すことになるため、歯形４３Ａと歯形４５Ａの噛み合い状態が維持できず、第一の従動部４４Ａを回転することができない。

従って、穿孔装置１は、駆動源であるモータ９の駆動方向の切替により、第一の従動部４４Ａに連結するパンチ機構部Ａを駆動するか、あるいは第二の従動部４４Ｂに連結するパンチ機構部Ｂを駆動するか、を選択して切り替えることが可能なものとなる。そして、パンチ機構部Ａの駆動では、２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂが穿孔駆動されてダイ孔３Ａａ、３Ａｂと噛み合うことでシート材に２孔を穿孔できる。また、パンチ機構部Ｂの駆動では、３個のパンチ２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃが穿孔駆動されてダイ孔３Ｂａ、３Ｂｂ、３Ｂｃと噛み合うことでシート材に３孔を穿孔できる。すなわち、穿孔装置１は、駆動源の駆動方向の切替により、シート材に対する穿孔数を２孔もしくは３孔に選択して切り替える切替機能を有するものとなる。

本発明における切替機構部は上述した構成に限らない。例えば、上述した切替機構部Ｃにおいて、モータ９配置を見直し、傘歯車であるギヤ１０や駆動速度および駆動トルクを調整する平歯車である２段ギヤ１１Ａ、１１Ｂなどの部品を置換することで別の形態に構成した切替機構部の一例を図６に示す。
図６に示す切替機構部は、モータ１０９を固設するフレーム１０８に両端を軸支して双方向に回転可能に構成した主動部１４３となる軸１４２と、該軸１４２を回転中心とする第一の従動部１４４Ａおよび第二の従動部１４４Ｂを有する。

主動部１４３を構成する軸１４２は、軸１４２方向において、第一の従動部１４４Ａ側に歯形１４３Ａを有し、第二の従動部１４４Ｂ側に歯形１４３Ｂを有し、それぞれの歯形１４３Ａ、１４３Ｂは軸１４２と一体に形成されている。そして、主動部１４３は、モータ１０９と第一および第二の従動部１４４Ａ、１４４Ｂの両方に対して連結する。具体的には、主動部１４３は、モータ１０９に対してはモータ軸に固設したギヤ１１０に対して軸１１３で軸支したギヤ１１１および軸１４２に固設したギヤ１１２を介して連結し、第一および第二の従動部１４４Ａ、１４４Ｂに対しては歯形１４３Ａ、１４３Ｂによりそれぞれ連結し、軸１４２を回転中心としてモータ１０９の駆動方向の切替に対応して双方向に回転可能となっている。なお、軸１４２に固設したギヤ１１２も主動部１４３に含めても構わない。

また、第一および第二の従動部１４４Ａ、１４４Ｂは、軸１４２方向において主動部１４３に有する歯形１４３Ａ、１４３Ｂにそれぞれ対向する歯形１４５Ａ、１４５Ｂを有する。また、それぞれの歯形１４５Ａ、１４５Ｂは、主動部１４３に有する歯形１４５Ａ、１４５Ｂ部分を挟み込むかのようにしてバネ１４１Ａ、１４１Ｂの弾性力により主動部１４３側に適度に押圧されている。そして、第一の従動部１４４Ａに有するギヤ１４４Ａａに対して軸１２Ａで軸支したクランクギヤ４Ａが連結し、第二の従動部１４４Ｂに有するギヤ１４４Ｂａに対して軸１２Ｂで軸支したクランクギヤ４Ｂが連結し、この構成によりモータ１０９の駆動力をパンチ機構部Ａ、Ｂに対して伝達することができる。

具体的には、モータ１０９の駆動により主動部１４３が実線で示す矢印方向に回転した場合には、第一の従動部１４４Ａ側では、歯形１４５Ａが主動部１４３の歯形１４３Ａと噛み合って第一の従動部１４４Ａが主動部１４３に対して連結して回転するため、モータ１０９の駆動力はギヤ１４４Ａａを介してパンチ機構部Ａ側のクランクギヤ４Ａへと伝達される。このとき、第二の従動部１４４Ｂ側では、主動部１４３の歯形１４３Ｂの個々の歯が対応する歯形１４５Ｂの個々の歯に乗り上げて乗り越すことになって第二の従動部１４４Ｂが主動部１４３に対して連結できず回転することがないため、モータ１０９の駆動力はパンチ機構部Ｂ側のクランクギヤ４Ｂに対しては伝達されない。

また、モータ１０９の駆動方向の切替により主動部１４３が破線で示す矢印方向に回転した場合には、第二の従動部１４４Ｂ側では、歯形１４３Ｂが主動部１４３の歯形１４５Ｂと噛み合って第二の従動部１４４Ｂが主動部１４３に対して連結して回転するため、モータ１０９の駆動力はギヤ１４４Ｂａを介してパンチ機構部Ｂ側のクランクギヤ４Ｂへと伝達される。このとき、第一の従動部１４４Ａ側では、主動部１４３の歯形１４３Ａの個々の歯が対応する歯形１４５Ａの個々の歯に乗り上げて乗り越すことになって第一の従動部１４４Ａが主動部１４３に対して連結できず回転することがないため、モータ１０９の駆動力はパンチ機構部Ａ側のクランクギヤ４Ａに対しては伝達されない。

従って、上述した図６に示す切替機構部の構成によっても、駆動源であるモータ１０９の駆動方向の切替により、主動部１４３に対して第一の従動部１４４Ａを連結して回転するとともに第二の従動部１４４Ｂを連結しないで回転しないようにしたり、あるいは主動部１４３に対して第二の従動部１４４Ｂを連結して回転するとともに第一の従動部１４４Ａを連結しないで回転しないようにしたり、といった機能を得ることができる。

次に、穿孔装置１におけるパンチ機構部Ａ、Ｂのそれぞれに備える梃子クランク機構について説明する。
穿孔装置１では、パンチ機構部Ａ側のクランクギヤ４Ａが２段ギヤ１１Ａを介して第一の従動部４４Ａのギヤ４４Ａａに連結し、パンチ機構部Ｂ側のクランクギヤ４Ｂが２段ギヤ１１Ｂを介して第二の従動部４４Ｂのギヤ４４Ｂａに連結する。具体的には、パンチ機構部Ａは、回転運動するクランク部材となるクランクギヤ４Ａと、一端が揺動可能となるように他端をピン１４で軸支した梃子部材となる揺動アーム５Ａと、揺動アーム５Ａとクランクギヤ４Ａとを連結するとともにパンチ２Ａａ、２Ａｂが付設された連接部材となる連接アーム６Ａと、シート材のシート面に対向配置したパンチフレーム７と、これら部材を繋ぐ前記ピン１４およびピン１５Ａによって構成される。

同様に、パンチ機構部Ｂは、回転運動するクランク部材となるクランクギヤ４Ｂと、一端が揺動可能となるように他端をピン１４で軸支した梃子部材となる揺動アーム５Ｂと、揺動アーム５Ｂとクランクギヤ４Ｂとを連結するとともにパンチ２Ｂａ、２Ｂｂが付設された連接部材となる連接アーム６Ｂと、フレーム８とで固定部材となるパンチフレーム７と、これら部材を繋ぐ前記ピン１４およびピン１５Ｂによって構成される。

梃子クランク機構において駆動力の入力側となるクランクギヤ４Ａ、４Ｂは、それぞれ軸１２Ａ、１２Ｂから所定の離間位置に駆動ピン１３Ａ、１３Ｂを具備し、それぞれ軸１２Ａ、１２Ｂ回りに回転可能に構成される。そして、モータ９の回転により切替機構部Ｃを介してクランクギヤ４Ａ、４Ｂが回転運動することで、駆動ピン１３Ａ、１３Ｂは所定の回転半径で回転軌跡を描いて回転運動できる。従って、クランクギヤ４Ａ、４Ｂは、クランクとしての機能を有することができ、梃子クランク機構をなすクランク部材となる。

連接アーム６Ａ、６Ｂは、クランクギヤ４Ａ、４Ｂに具備する駆動ピン１３Ａ、１３Ｂに対して連結し、かつ、ピン１５Ａ、１５Ｂにより揺動アーム５Ａ、５Ｂに対して連結し、ダイ孔３Ａａ、３Ａｂの孔列方向に沿うように配置される。この構成により、連接アーム６Ａ、６Ｂは、クランクギヤ４Ａ、４Ｂの駆動ピン１３Ａ、１３Ｂと揺動アーム５Ａ、５Ｂとを連結しながら、駆動ピン１３Ａ、１３Ｂおよびピン１５Ａ、１５Ｂの個所を揺動支点として揺動可能となる。従って、連接アーム６Ａ、６Ｂは、連接棒としての機能を有することができ、梃子クランク機構をなす連接部材となる。

揺動アーム５Ａ、５Ｂは、パンチフレーム７で軸支したピン１４に対して一端を固設し、他端はピン１５Ａ、１５Ｂにより連接アーム６Ａ、６Ｂに対して連結する。そして、ピン１４をパンチフレーム７で支持して回転可能になす。この構成により、揺動アーム５Ａ、５Ｂは、ピン１４を揺動支点として揺動可能となる。従って、揺動アーム５Ａ、５Ｂは、梃子としての機能を有することができ、梃子クランク機構をなす梃子部材となる。なお、揺動アーム５Ａ、５Ｂの一端の支持は固定リンクとしての機能を有する後述する固定部材のいずれかを利用して行えばよい。

また、上述したピン１４には、揺動アーム５Ａと一体となって同期回転するディテントカム５０Ａ、および揺動アーム５Ｂと一体となって同期回転するディテントカム５０Ｂが固設される。また、パンチフレーム７には、ディテントカム５０Ａ、５０Ｂに形成したそれぞれの凹部に対し、それぞれ嵌り込み可能な凸部を有してなるディテントバネ５１Ａ、５１Ｂが固設される。この構成により、ピン１４の移動により、ディテントバネ５１Ａ、５１Ｂの凸部いずれかが、もしくはいずれもが、ディテントカム５０Ａ、５０Ｂの凹部に嵌り込む位置関係となった場合は、凸部が凹部から離脱できる程の駆動力がピン１４に作用しない限り、揺動アーム５Ａ、５Ｂはその位置から揺動できずに振れ止めされる。従って、揺動アーム５Ａ、５Ｂと連結する連接アーム６Ａ、６Ｂ、さらにこれに連結するクランクギヤ４Ａ、４Ｂもまた振れ止めされる。

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、パンチフレーム７により揺動アーム５Ａ、５Ｂの一端を支持し、フレーム８に固設した軸１２Ａ、１２Ｂによりクランクギヤ４Ａ、４Ｂを軸支し、かつ、パンチフレーム７とフレーム８とを一体に組み立てる構造体によって得られる。さらに、ダイフレーム２０もまた、パンチフレーム７と一体に組み立てることで固定リンクとしての機能を有することができる。なお、パンチフレーム７とダイフレーム２０は、パンチ機構部Ａ、Ｂで共有可能に構成できる。これらパンチフレーム７、フレーム８、ダイフレーム２０は、構造体として一体化することで、穿孔装置１における固定部材となる。

穿孔装置１では、上述したように連接アーム６Ａに対して２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂが付設され、連接アーム６Ｂに対して３個のパンチ２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃが付設される。パンチ２Ａａ、２Ａｂはその刃先と反対側の一端に設けたパンチ取付部３０Ａａ、３０Ａｂに対してパンチピン３１Ａａ、３１Ａｂが貫通して固設される。パンチ２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃに対するパンチ取付部３０Ｂａ、３０Ｂｂ、３０Ｂｃおよびパンチピン３１Ｂａ、３１Ｂｂ、３１Ｂｃの関係も同様である。そして、パンチ取付部３０Ａａ、３０Ａｂは、連接アーム６Ａに設けた２個の長孔１７Ａａ、１７Ａｂを連通する係止ピン１８Ａａ、１８Ａｂが貫通することで係止される。同様に、パンチ取付部３０Ｂａ、３０Ｂｂ、３０Ｂｃは、連接アーム６Ｂに設けた３個の長孔１７Ｂａ、１７Ｂｂ、１７Ｂｃを連通する係止ピン１８Ｂａ、１８Ｂｂ、１８Ｂｃが貫通することで係止される。

また、それぞれのパンチ２Ａａ、２Ａｂ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃは、パンチフレーム７に設けたそれぞれのパンチ案内部１６Ａａ、１６Ａｂ、１６Ｂａ、１６Ｂｂ、１６Ｂｃに挿入され、これにより穿孔方向および離間方向に移動自在に案内される。なお、連接アーム６Ａ、６Ｂに設けた長孔１７Ａａ、１７Ａｂ、１７Ｂａ、１７Ｂｂ、１７Ｂｃには、それぞれクランクギヤ４Ａ、４Ｂ側に近づくに従って傾斜角度が大きくなるように、それぞれに好適となる所定の傾斜を設けている。

連接アーム６Ａ、６Ｂが穿孔方向へ接近するとき、揺動する連接アーム６Ａ、６Ｂはシート材に対して平行を維持しながら移動することがないため、シート材とそれぞれのパンチ２Ａａ、２Ａｂ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃの刃先との距離は、連接アーム６Ａ、６Ｂの長手方向における付設位置によって差を生じる。そこで、それぞれのパンチ２Ａａ、２Ａｂ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃの穿孔方向への移動量を同等量に近似するために、当該付設位置における差分に対応して長孔１７Ａａ、１７Ａｂ、１７Ｂａ、１７Ｂｂ、１７Ｂｃの傾斜角度を調整することが望ましい。

以上、穿孔装置１において、パンチ機構部Ａでは、クランクギヤ４Ａ、駆動ピン１３Ａ、連接アーム６Ａ、ピン１５Ａ、揺動アーム５Ａの間を連結し、固定リンクを形成するかのようにクランクギヤ４Ａの回転中心すなわち軸１２Ａ軸心とピン１４軸心との間をパンチフレーム７およびフレーム８とで固定し、この構成によりクランクギヤ４Ａ、連接アーム６Ａ、揺動アーム５Ａの連動によるパンチ２Ａａ、２Ａｂの穿孔駆動が可能となる。同様に、パンチ機構部Ｂでは、クランクギヤ４Ｂ、駆動ピン１３Ｂ、連接アーム６Ｂ、ピン１５Ｂ、揺動アーム５Ｂの間を連結し、固定リンクを形成するかのようにクランクギヤ４Ｂの回転中心すなわち軸１２Ｂ軸心とピン１４軸心との間をパンチフレーム７およびフレーム８とで固定し、この構成によりクランクギヤ４Ｂ、連接アーム６Ｂ、揺動アーム５Ｂの連動によるパンチ２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃの穿孔駆動が可能となる。

上述した本発明における梃子クランク機構に関し、その機構学的な特徴や好適と考える構成について、パンチ機構部Ａを例に挙げて説明する。なお、特に断りのない限り、パンチ機構部Ｂに対しても同様に該当する。
本発明において梃子クランク機構は、式：（ＣＡ＋ＲＡ）＜（ＬＡ＋ＦＡ）の関係が成立するように各部材を配置する。ただし、ＣＡは駆動ピン１３Ａの軸心と軸１２Ａの軸心の離間距離、ＲＡは駆動ピン１３Ａの軸心とピン１５Ａの軸心の離間距離、ＬＡはピン１４の軸心とピン１５Ａの軸心の離間距離、ＦＡは軸１２Ａの軸心とピン１４の軸心の離間距離である。

この配置において、式：ＬＡ＞ＣＡの関係を成立させることで、パンチをより安定して穿孔駆動することができる。なお、ピン１４が梃子の対偶に対応し、クランクギヤ４Ａの回転中心つまり軸１２Ａの軸心がクランクの対偶に対応し、軸１２Ａの軸心とピン１４の間の離間距離がそれぞれの固定リンクの長さに対応する。

また、クランクギヤ４Ａの回転角度に応じた駆動ピン１３Ａおよび揺動アーム５Ａなどの位置関係を、連接アーム６Ａがシート材のシート面に対して水平状態に位置するときに揺動アーム５Ａがシート面に対して垂直状態に位置できるように、調整することが望ましい。梃子クランク機構に対して駆動力を与えたとき、揺動アーム５Ａの姿勢が揺動によりシート面に対する垂直状態から水平状態に近づいていく。このとき、連接アーム６Ａに生じるシート面に対する垂直方向の駆動力は、クランクギヤ４Ａおよび揺動アーム５Ａのそれぞれの運動によって次第に大きくなっていく。

従って、揺動アーム５Ａの揺動による連接アーム６Ａの揺動によりパンチ２Ａａ、２Ａｂがシート材に対して穿孔駆動するとき、揺動アーム５Ａ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によって大きな穿孔力を得ることができる。加えて、パンチ２Ａａ、２Ａｂの穿孔方向に対して大きな移動量を得ることができ、シート材穿孔装置のコンパクト化に有効となる。

また、穿孔装置１を穿孔前の待機状態にしたとき、シート材のシート面に対し、揺動アーム５Ａはできる限り垂直状態に、連接アーム６Ａにおけるパンチ２Ａａ、２Ａｂの付設点はできる限り水平状態に、クランクギヤ４Ａにおいて回転中心すなわち軸１２Ａ軸心と駆動ピン１３Ａ軸心とはできる限り水平状態に、それぞれ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６Ａはシート面に対して水平に近い姿勢を保ちながら揺動でき、連接アーム６Ａ動作に要する空間容積を低減でき、シート材穿孔装置のコンパクト化に有効となる。

加えて、連接アーム６Ａにおいて、揺動アーム５Ａ側のパンチ２Ａａの穿孔方向への移動量を大きくすることで、それぞれのパンチ２Ａａ、２Ａｂの穿孔方向への移動量を近似することができる。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り、シート材穿孔装置の低コスト化に有効となる。

次に、本発明のシート材穿孔装置の穿孔動作について、穿孔装置１を例に挙げ、図１〜図５を適宜用いて説明する。なお、図３は、穿孔装置１のパンチ機構部Ａを駆動し、図１（ｂ）に示す待機位置からシート材に２孔を穿孔した後に最下位置に到った状態を示す。また、図４は、穿孔装置１のパンチ機構部Ｂを駆動し、図１（ｂ）に示す待機位置からシート材に３孔を穿孔したした後に最下位置に到った状態を、図１（ｂ）とは反対方向の視点から示す。また、図５は、穿孔装置１を用いてシート材に２孔を穿孔する場合の一連の穿孔動作を示す。ただし、構成の明確化のために、各図においてはシート材を略し、図５では切替機構部Ｃおよびパンチ機構部Ｂなどを、図３ではディテントカム５０Ｂおよびディテントバネ５１Ｂを、図４ではディテントカム５０Ａおよびディテントバネ５１Ａを略して示す。

穿孔装置１において、モータ９の始動前は、バネ４１Ａで押圧された第一の従動部４４Ａの歯形４５Ａは主動部４３の歯形４３Ａに対して見掛け上は噛み合い状態にある。モータ９の駆動により主動部４３がギヤ１０を介して図２に実線で示す矢印方向に回転し始めると、主動部４３の歯形４３Ａは第一の従動部４４Ａの歯形４５Ａとの歯面間の接触圧力を高める方向へ挙動し、歯形４３Ａと歯形４５Ａの噛み合いが強化される。以降、モータ９が当該方向への駆動を継続する限り、歯形４３Ａと歯形４５Ａの噛み合い状態は維持される。従って、第一の従動部４４Ａは、主動部４３に対する連結が確実となって、実線で示す矢印方向に回転することができる。

一方、穿孔装置１において、モータ９の駆動により主動部４３がギヤ１０を介して図２に破線で示す矢印方向に回転し始めると、主動部４３の歯形４３Ａは第一の従動部４４Ａの歯形４５Ａとの歯面間を離間する方向へ挙動し、歯形４３Ａと歯形４５Ａの噛み合いは解消される。そして、終には、主動部４３の歯形４３Ａの個々の歯は対応する第一の従動部４４Ａの歯形４５Ａの個々の歯に乗り上げて乗り越してしまう。以降、モータ９が当該方向への駆動を継続する限り、歯形４３Ａと歯形４５Ａは上述したように噛み合うことができない。従って、第一の従動部４４Ａは、主動部４３に対して連結できないため回転することがない。

また、穿孔装置１では、パンチ機構部Ａ側が待機位置にある状態ではディテントカム５０Ａの凹部に対してディテントバネ５１Ａの凸部が嵌り込むように構成している。この構成がパンチ機構部Ａ側の梃子クランク機構におけるディテント機構として作用し、揺動アーム５Ａが振れ止めされて揺動できないため、この揺動アーム５Ａに連接アーム６Ａを介して連結しているクランクギヤ４Ａもまた回転することができない。従って、パンチ機構部Ａは上述した乗り越え反力により穿孔駆動することがない。

上述した駆動源の駆動方向に対するパンチ機構部Ａの駆動または非駆動の関係は、パンチ機構部Ｂの場合には反対関係となる。すなわち、パンチ機構部Ｂは、モータ９の駆動により主動部４３が図２に破線で示す矢印方向に回転することで第二の従動部４４Ｂが回転して駆動され、主動部４３が実線で示す矢印方向に回転しても第二の従動部４４Ｂが回転しないため駆動されない。よって、パンチ機構部としての動作自体は同様であることから以下、上述した主動部４３および第一の従動部４４Ａの回転によるパンチ機構部Ａの一連の穿孔動作について説明し、第二の従動部４４Ｂの回転によるパンチ機構部Ｂの一連の穿孔動作については説明を略す。

穿孔装置１において、モータ９の駆動により主動部４３が回転してギヤ４３ａが実線で示す矢印方向に回転し始めると、歯形４３Ａと歯形４５Ａとが噛み合って第一の従動部４４Ａが実線で示す矢印方向に回転し始め、さらに２段ギヤ１１Ａを介してクランクギヤ４Ａが実線で示す矢印方向に回転し始める。このとき、主動部４３に対して上述したように連結することができない第二の従動部４４Ｂは回転することがない。

従って、この場合は、パンチ機構部Ａは駆動し、パンチ機構部Ｂは駆動しないことになり、この後もパンチ機構部Ａだけが駆動することになる。なお、穿孔装置１では、それぞれのパンチ２Ａａ、２Ａｂ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃの穿孔方向への移動量やシート面との位置関係が適正となるように、それぞれの長孔１７Ａａ、１７Ａｂ、１７Ｂａ、１７Ｂｂ、１７Ｂｃの傾斜角度などを調整している。

パンチ機構部Ａにおいては、上述したクランクギヤ４Ａの回転により、すなわち図５（ａ）に矢印４９で示す回転により、駆動ピン１３Ａ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し、これにより連接アーム６Ａがパンチの穿孔方向に揺動し始める。このとき、主動部４３の歯形４３Ａと第一の従動部４４Ａの歯形４５Ａとが十分に噛み合っているため、ディテントバネ５１Ａの凸部がディテントカム５０Ａの凹部から離脱できるだけの駆動力が伝達される。

さらに駆動ピン１３Ａが回転運動するとき、シート材のシート面に対して水平状態の姿勢にあった図５（ａ）に示す連接アーム６Ａは、クランクギヤ４Ａの駆動ピン１３Ａに連結した連接アーム６Ａの一端側が、駆動ピン１３Ａの回転運動に対して追従運動してシート材から離間する方向に移動する。また、連接アーム６Ａの揺動アーム５Ａにピン１５Ａで連結された他端側に着目すると、揺動アーム５Ａのピン１５Ａ側がピン１４を揺動支点として穿孔方向と交差する方向に移動するため、連接アーム６Ａのピン１５Ａ側が、あたかも揺動アーム５Ａの移動に対して追従運動するかのように動作してシート材に近づく方向へ移動する。上述した動作により、駆動ピン１３Ａが最上点の位置を通過し、クランクギヤ４Ａが穿孔前の待機状態の位置から約１２０度まで回転し、図５（ｂ）に示す状態となる。

連接アーム６Ａの姿勢が図５（ｂ）に示す状態にあるとき、揺動アーム５Ａ側に位置するパンチ２Ａａは、図５（ａ）に示す待機位置にあるときのパンチ２Ａａよりも若干シート材へ近づく方向へ移動している。また、クランクギヤ４Ａ側に位置するパンチ２Ａｂは、待機位置にあるときのパンチ２Ａｂよりも若干シート材から離間する方向へ移動している。この状態からさらにクランクギヤ４Ａが矢印４９で示す方向に回転すると、連接アーム６Ａの駆動ピン１３Ａ側およびピン１５Ａ側がともにシート材に近づく方向に移動するようになるため、２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂはともにシート材へ近づく方向へ移動するようになる。

このとき、クランクギヤ４Ａの駆動ピン１３Ａの回転半径、軸１２Ａの位置、および揺動アーム５Ａの長さの調整により、上述したように連接アーム６Ａのシート材に近づく方向への移動のタイミングを駆動ピン１３Ａ側とピン１５Ａ側とで異なるものにできるため、これにより２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂの穿孔駆動を異なるタイミングに設定できる。個々のパンチによるシート材への穿孔を異なるタイミングで行うことにより、より小さい穿孔力による穿孔が可能となって駆動力を低減でき、駆動源の小型化が可能となる。

穿孔装置１のパンチ機構部Ａでは、２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂは異なるタイミングで穿孔駆動する。クランクギヤ４Ａの回転が図５（ｂ）に示す約１２０度に達すると、まずパンチ２Ａａの刃先がダイ孔３Ａａに到達する。そして、クランクギヤ４Ａの回転が図５（ｃ）に示す約１５０度に達する頃には、パンチ２Ａｂの刃先がダイ孔３Ａｂに到達する。なお、クランクギヤ４Ａが約１５０度まで回転した場合に、ピン１５Ａの個所において揺動アーム５Ａと連接アーム６Ａとがなす角度は約１５５度となり、揺動アーム５Ａの揺動角度は図５（ａ）に示す状態の位置から約６５度となるように設定している。

さらに、クランクギヤ４Ａの回転が図５（ｄ）に示す１７０度を超える状態に達するまでには、２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂによるシート材への２孔の穿孔が終了する。この後は、クランクギヤ４Ａの回転とともに、連接アーム６Ａがそのピン１５Ａ側が最下点の位置に達した後にシート材から離間する方向へと移動方向を転じ、次いで２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂが最下点の位置に達した後に移動方向を転じるように移動する。

上述したパンチ機構部Ａの一連の穿孔動作において、２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂの移動は、それぞれのパンチ２Ａａ、２Ａｂの長さやこれを係止する長孔１７Ａａ、１７Ａｂの傾斜の有無や傾斜角度を違えることで調整できる。例えば、図１（ｂ）に示す穿孔装置１のように、長孔１７Ａａ、１７Ａｂに傾斜を設け、かつ、長孔１７Ａａ、１７Ａｂのクランクギヤ４Ａに近い側の傾斜が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２Ａａ、２Ａｂの移動量をほぼ同じに調整できる。これにより、それぞれのパンチ２Ａａ、２Ａｂに係るパンチ案内部１６Ａａ、１６Ａｂなどの部材の共通化が可能となる。

従って、穿孔装置１は、切替機構部Ｃにおいて、駆動源であるモータ９が一方駆動して主動部４３が図２において実線で示す矢印方向へ回転すると、第一の従動部４４Ａが主動部４３に対して連結して回転し、かつ、第二の従動部４４Ｂが主動部４３に対して連結せずに回転しないため、パンチ機構部Ａの梃子クランク機構だけが駆動されて２個のパンチ２Ａａ、２Ａｂが穿孔駆動し、シート材に２孔を穿孔することができる。あるいは、駆動源であるモータ９の駆動方向の切替により、モータ９が他方駆動して主動部４３が破線で示す矢印方向へ回転すると、第二の従動部４４Ｂが主動部４３に対して連結して回転し、かつ、第一の従動部４４Ａが主動部４３に対して連結せずに回転しないため、パンチ機構部Ｂの梃子クランク機構だけが駆動されて３個のパンチ２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃが穿孔駆動し、シート材に３孔を穿孔することができる。

以上、本発明における切替機構部によれば、２組のパンチ機構部Ａ、Ｂの駆動を駆動源の駆動方向の切替により選択し、パンチ機構部Ａに具備するパンチを穿孔駆動してシート材に穿孔することもできるし、パンチ機構部Ｂに具備するパンチを穿孔駆動してシート材に穿孔することもできる、切替機構を有するシート材穿孔装置を得ることができる。加えて、本発明における梃子クランク機構を適用したパンチ機構部によれば、パンチの穿孔駆動機構の簡素化や、駆動力の変換損失の低減およびこれによる駆動源の小型化が可能となるため、コンパクト性、省エネルギー性、コスト性などの点で優れたシート材穿孔装置を得ることができる。

従って、例えば、主に北米圏で多く利用される孔間距離が７０ｍｍなどの２孔と孔間距離が１０８ｍｍなどの３孔の切替を可能とすべく、シート材への穿孔位置に対応するようにパンチ機構部Ａに２個のパンチを具備し、パンチ機構部Ｂに３個のパンチを具備し、パンチ機構部Ａを駆動してシート材に２孔を穿孔するか、あるいはパンチ機構部Ｂを駆動してシート材に３孔を穿孔するかの選択により、シート材に対する穿孔数を２孔か３孔に選択可能な切替機能を有する本発明の一例となるシート材穿孔装置を得ることができる。

また、例えば、主に欧州圏で多く利用される孔間距離が８０ｍｍなどで２孔と４孔の切替を可能とすべく、シート材への穿孔位置に対応するようにパンチ機構部Ａに２個のパンチを具備し、パンチ機構部Ｂに４個のパンチを具備し、パンチ機構部Ａを駆動してシート材に２孔を穿孔するか、あるいはパンチ機構部Ｂを駆動してシート材に４孔を穿孔するかの選択により、シート材に対する穿孔数を２孔か４孔に選択可能な切替機能を有する本発明の一例となるシート材穿孔装置を得ることができる。

１：穿孔装置、Ａ，Ｂ：パンチ機構部、Ｃ：切替機構部、２Ａａ，２Ａｂ，２Ｂａ，２Ｂｂ，２Ｂｃ：パンチ、３Ａａ，３Ａｂ，３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃ：ダイ孔、４Ａ，４Ｂ：クランクギヤ、５Ａ，５Ｂ：揺動アーム、６Ａ，６Ｂ：連接アーム、７：パンチフレーム、８：フレーム、９：モータ、１０：ギヤ、１１Ａ，１１Ｂ：２段ギヤ、１２Ａ，１２Ｂ：軸、１３Ａ，１３Ｂ：駆動ピン、１４：ピン、１５Ａ，１５Ｂ：ピン、１６Ａａ，１６Ａｂ，１６Ｂａ，１６Ｂｂ，１６Ｂｃ：パンチ案内部、１７Ａａ，１７Ａｂ，１７Ｂａ，１７Ｂｂ，１７Ｂｃ：長孔、１８Ａａ，１８Ａｂ，１８Ｂａ，１８Ｂｂ，１８Ｂｃ：係止ピン、１９Ａ，１９Ｂ：軸、２０：ダイフレーム、３０Ａａ，３０Ａｂ，３０Ｂａ，３０Ｂｂ，３０Ｂｃ：パンチ取付部、３１Ａａ，３１Ａｂ，３１Ｂａ，３１Ｂｂ，３１Ｂｃ：パンチピン、４１Ａ，４１Ｂ：バネ、４２：軸、４３：主動部、４３ａ，４３ｂ：ギヤ、４３Ａ，４３Ｂ：歯形、４３Ａａ，４３Ｂａ：前歯面、４３Ａｂ，４３Ｂｂ：後歯面、４４Ａ：第一の従動部、４４Ａａ：ギヤ、４４Ｂ：第二の従動部、４４Ｂａ：ギヤ、４５Ａ，４５Ｂ：歯形、４５Ａａ，４５Ａｂ，４５Ｂａ，４５Ｂｂ：歯面、４９：矢印、５０Ａ，５０Ｂ：ディテントカム、５１Ａ，５１Ｂ：ディテントバネ、１０８：フレーム、１０９：モータ、１１０，１１１，１１２：ギヤ、１１３：軸、１４１Ａ，１４１Ｂ：バネ、１４２：軸、１４３：主動部、１４３Ａ，１４３Ｂ：歯形、１４４Ａ：第一の従動部、１４４Ａａ：ギヤ、１４４Ｂ：第二の従動部、１４４Ｂａ：ギヤ、１４５Ａ，１４５Ｂ：歯形

Claims (5)

1. 駆動源と、穿孔位置が異なる２組のパンチ機構部Ａおよびパンチ機構部Ｂと、切替機構部とを備え、前記パンチ機構部Ａ、Ｂは、ダイ孔と噛み合うことでシート材に穿孔するパンチと、該パンチを穿孔駆動する梃子クランク機構と、をそれぞれ具備し、前記切替機構部は、軸周りに円環状に配置された複数の歯を２ヶ所に有してなる歯形を具備して前記駆動源の駆動方向に対応して双方向に回転する主動部と、該主動部の一方ヶ所の前記歯形の歯形状に対応する複数の歯を具備して前記駆動源の一方駆動により前記主動部に対して互いの歯の噛み合いにより連結して回転し、前記駆動源の他方駆動によっては互いの歯が噛み合うことのないラチェット機構により連結が解除される第一の従動部と、前記主動部の他方ヶ所の前記歯形の歯形状に対応する複数の歯を具備して前記駆動源の他方駆動により前記主動部に対して互いの歯の噛み合いにより連結して回転し、前記駆動源の一方駆動によっては互いの歯が噛み合うことのないラチェット機構により連結が解除される第二の従動部と、を有し、前記第一の従動部は前記パンチ機構部Ａを駆動する梃子クランク機構に連結され、前記第二の従動部は前記パンチ機構部Ｂを駆動する梃子クランク機構に連結され、前記駆動源の駆動方向の切替により、前記パンチ機構部Ａを駆動するか、前記パンチ機構部Ｂを駆動するかを切り替える、ことを特徴とするシート材穿孔装置。
2. 前記主動部の歯は、前記主動部の前記従動部と連結する回転方向において、前側となる前歯面と、後側となる後歯面と、を有して形成され、前記前歯面を含む平面と、前記主動部の回転中心と直行する平面とでなす傾斜角が７０〜１１０度に形成される、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. 前記梃子クランク機構は、前記切替機構部に連結されて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、パンチが付設され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することで前記パンチを穿孔駆動する、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. 前記梃子クランク機構において、前記クランク部材の回転運動を抑止するか、もしくは前記梃子部材の揺動を抑止する、ディテント機構部を備える、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. 前記パンチ機構部Ａ、Ｂの一方に２個のパンチを具備し、他方に３個のパンチを具備し、前記パンチ機構部Ａ、Ｂの一方の駆動により２孔をシート材に穿孔し、他方の駆動により３孔をシート材に穿孔することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシート材穿孔装置。