JP5322396B2 - 螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構及びそのブレードの構造 - Google Patents

螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構及びそのブレードの構造 Download PDF

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Description

本発明は一種の裁断機器のカッターフレームに関する。特に一種の螺旋曲線回転角上ブレードの構造で、該上ブレードの薄紙裁断機構を含み、該薄紙裁断機構は紙折りローラーと折畳み圧爪に対応し、輸送、裁断、折畳み積み重ねを経由し、棒状薄紙を取り出し式用紙に形成する螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構及びそのブレードの構造に係る。
薄紙裁断技術の領域において、業者は様々なタイプの裁断技術を発展させて来た。
例えば、公知のローラー直線カッター式裁断機構は直線排列式裁断カッターとローラーを含む。該構造により紙の裁断作業を行う時には、裁断を待つ棒状の紙ロールを該ローラーの周囲面に巻き付け、該ローラーは回転状態を保持する。同時に、該裁断カッターを該ローラーに対応するように制御し、往復式の運動を行う。該裁断カッターのブレードとローラーが相互に接触する時、薄紙の裁断作業を達成する。
しかし、該公知構造の裁断作業の過程においては、該裁断カッターのブレードと該ローラー周囲面に巻き付ける紙ロールの間に線接触の形態を呈するため、両者の接触は瞬間的である。そのため、該裁断カッターのブレード(特にブレードの両端点)は極めて大きな正方向或いは斜め方向の接触力を受け、断裂し易い。
現在薄紙裁断の技術においては相互に対応する上ブレードと底カッターローラーブレードを使用し類似の裁断原理を持つ裁断動作が広く用いられ、薄紙裁断の目的を達成している。この類の技術において、現在最もよく見られる薄紙裁断機構は斜線或いは単片或いは多数のカッターを備え、或いは単純な螺旋曲線カッターを備えるものである。しかし、該構造では裁断時に接触力が平均でなく、或いは多点同時接触により、カッターフレーム、ブレード、ローラーに瞬間的に比較的大きい、或いは不均一な衝撃力がかかり、ブレードの変形或いは損壊を招き易く、ブレードの使用寿命を減少させている。
公知の多片斜線型上ブレードN1と直線型底カッターブレードN2の作動関係の概略図である図1に示すように、この方式の作動は、裁断の瞬間に多点が同時に接触するため、ブレードは比較的大きな衝撃と振動を受けとめなければならない。業者は該多片斜線型上ブレードの欠点に対して単片斜線型或いは単純螺旋型上ブレードと直線型底カッターブレードの構造を開発した。図2は、公知の単片斜線型或いは単純螺旋型上ブレードN3と直線型底カッターブレードN4の作動関係概略図である。この方式の作動は裁断瞬間に一点のみの接触であるが、カッターの進む速度がやはり速いため、ブレードは依然として比較的大きな衝撃と振動を受けとめなければならない。
本発明は螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構を提供し、螺旋曲線回転角上ブレードを採用し、カッターフレームのカッターフレーム構造面に結合し、薄紙の裁断作業を行う時には、該上ブレード軸線と該底カッターホイール外円切線の挟角は裁断位置の改変に従い、非線性の多角度変化を行い。
またそれは螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構を提供し、該上ブレードは該カッターフレームのカッターフレーム構造面に結合し、しかも該上ブレードは該カッターフレームの長軸方向に沿って、該カッターフレームの片方のエッジから該カッターフレームの反対のエッジへと延伸し、該カッターフレームのカッターフレーム構造面において螺旋方向により延伸形成されることを特徴とする螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構及びそのブレードの構造である。
上記のように現行の技術に比較し、本発明の螺旋曲線回転角上ブレードは、裁断作動時に、単一点の点接触で、しかも多変化の角度調整を行うことができる。裁断位置の改変に応じて、ブレード曲率もまた変動し、こうして上ブレードと底カッターローラーブレードは随時、より安定的な点接触を保持し、ブレードの使用寿命を向上させることができる。
該上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線の挟角は裁断位置に従い変化し、非線性の多角度変化を行い、螺旋曲率の変化に応じて調整後、ブレード両端点と中間点の変形量は徐々に平均に近づき、こうしてブレード上のある一点が力を受けた後、特別大きな変形量を生じ損壊することを回避可能で、カッターの使用寿命を延長し、生産効率を高めることができる。設計においては裁断開始時の裁断速度を特に遅くし、こうして裁断瞬間の衝撃力を効果的に低下させ、カッターの振動を減少させることができる。
請求項1の発明は、棒状薄紙を裁断し複数の固定長さの紙片に成型し、ベース、底カッターホイール、カッターフレーム、上ブレード、気圧制御棒装置を含み、
該底カッターホイールはホイール軸を備え、該ベースに結合し、所定の回転方向により回転可能で、該底カッターホイールの周囲面には相互に所定の間隔を開け、底カッターホイール直線型ブレードをそれぞれ配置し、
該カッターフレームはカッターフレーム軸を備え、該ベースに結合し、該カッターフレームは該底カッターホイールに近い位置に配置し、該カッターフレームと該底カッターホイール間には軸線偏斜角を備え、
該上ブレードは該カッターフレームのカッターフレーム構造面に結合し、しかも該上ブレードは該カッターフレームの長軸方向に沿って、該カッターフレームの片方のエッジから該カッターフレームの反対のエッジへと延伸し、該カッターフレームのカッターフレーム構造面において螺旋方向により延伸形成され、
該気圧制御棒装置は気圧シリンダー及び該カッターフレームに連結するレバーにより構成し、該気圧シリンダーは該レバーの伸縮を制御し伸縮させるとともに、該カッターフレームの回転を制御し、これにより、該上ブレードを相互に対応する該底カッターホイール直線型ブレードを離れさせ一定の間隔を開けさせ、或いは該底カッターホイールを近くに移動させ、裁断位置に戻し、
該棒状薄紙は輸送され該カッターフレームと該底カッターホイール間を通過する時、該上ブレードと該底カッターホイールの直線型ブレードにより裁断接触を形成され、しかも該上ブレード軸線と該底カッターホイール外円切線との挟角が裁断位置の改変に従い周期的な非線性角度変化を行い、これにより該棒状薄紙を固定長さを備えた紙片に裁断することを特徴とする螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構としている。
請求項2の発明は、請求項1記載の螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構において、前記螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構はさらに複数のプーリーを含み、該棒状薄紙を輸送し、該底カッターホイールと該カッターフレームの間を通過させることを特徴とする螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構としている。
請求項3の発明は、請求項1記載の螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構において、前記螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構はさらに紙折りローラーを含み、該底カッターホイールに隣接し配置し、該裁断され固定長さを備えた紙片を圧迫し折り痕を付けることを特徴とする螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構としている。
請求項4の発明は、請求項1記載の螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構において、前記カッターフレームはさらにブレード長さ調整装置、ブレード緊密クリップ装置、ブレード曲率調整装置を配置し、それぞれ該上ブレードの突出長さ、挟持、曲率を調整することを特徴とする螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構としている。
本発明の螺旋曲線回転角上ブレードは、裁断作動時に、単一点の点接触で、しかも多変化の角度調整を行うことができる。裁断位置の改変に応じて、ブレード曲率もまた変動し、こうして上ブレードと底カッターローラーブレードは随時、より安定的な点接触を保持し、ブレードの使用寿命を向上させることができる。該上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線の挟角は裁断位置に従い変化し、非線性の多角度変化を行い、螺旋曲率の変化に応じて調整後、ブレード両端点と中間点の変形量は徐々に平均に近づき、こうしてブレード上のある一点が力を受けた後、特別大きな変形量を生じ損壊することを回避可能で、カッターの使用寿命を延長し、生産効率を高めることができる。設計においては裁断開始時の裁断速度を特に遅くし、こうして裁断瞬間の衝撃力を効果的に低下させ、カッターの振動を減少させることができる。
本発明螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構の各関連構成部品の配置概略図である図3に示すように、ベース1上には左右対称の第一裁断機構100と第二裁断機構200を配置する。該第一裁断機構100と該第二裁断機構200は本発明の薄紙裁断装置を組成し、これにより2本の一定の幅を備えた棒状薄紙S1、S2はそれぞれ該薄紙裁断装置の輸送、裁断、圧迫、折畳み積み重ねを経由後、取り出し式用紙Sを形成する。
該第一裁断機構100はプーリー2、底カッターホイール3、カッターフレーム4、上ブレード5、紙折りローラー6、折畳み圧爪7、気圧制御棒装置8を含む。
該底カッターホイール3の周囲面には相互に所定の間隔を開け、底カッターホイール直線型ブレード32をそれぞれ配置する。該底カッターホイール3はホイール軸31を備え、これにより該底カッターホイール3は回転しながら該ベース1の所定位置に結合することができる。
該カッターフレーム4はカッターフレーム軸41を備え、これにより該カッターフレーム4を該底カッターホイール3に近い位置に配置する。
該棒状薄紙S1は該第一裁断機構100のプーリー2を経由し、該底カッターホイール3へと送り込まれる時、該底カッターホイール3は一定の回転方向により回転する。この時、該上ブレード5と該底カッターホイール3の1個の底カッターホイール直線型ブレード32は裁断接触を形成し、こうして該棒状薄紙S1は裁断され長さ固定紙片S11となる。続いて、該長さ固定紙片S11は該紙折りローラー6上に伝送される。
同様に、該第二裁断機構200はプーリー2a、底カッターホイール3a、カッターフレーム4a、上ブレード5a、紙折りローラー6a、折畳み圧爪7a、気圧制御棒装置8aを含む。
該底カッターホイール3aの周囲面には相互に所定の間隔を開け、底カッターホイール直線型ブレード32aをそれぞれ配置する。該底カッターホイール3aはホイール軸31aを備え、これにより該底カッターホイール3aは回転しながら該ベース1の所定位置に結合することができる。
該カッターフレーム4aはカッターフレーム軸41aを備え、これにより該カッターフレーム4aを該底カッターホイール3aに近い位置に配置する。
該棒状薄紙S2は該第二裁断機構200のプーリー2aを経由し、該底カッターホイール3aへと送り込まれる。この時、該上ブレード5aと該底カッターホイール3aの1個の底カッターホイール直線型ブレード32aは裁断接触を形成し、こうして該棒状薄紙S2は裁断され、長さ固定紙片S21となる。続いて、該長さ固定紙片S21は該紙折りローラー6a上に伝送される。
該紙折りローラー6、6aのローラー面には折り痕構造を設置するため、該紙折りローラー6、6aはそれぞれ該長さ固定紙片S11、S21を圧迫し折り痕を付け、さらに該折畳み圧爪7、7aの爪圧を経て、該長さ固定紙片S11、S21は折り痕に沿って交互に積み重ねられ、取り出し式用紙Sを形成する。
該底カッターホイール3、3a及び該紙折りローラー6、6aはそれぞれ公知の抽気装置(図示なし)を連接し、そのホイール面において複数の気孔を配置する。該抽気装置を制御する動作により紙片を制御することができ、該紙片をホイール円周面上に吸着させ、或いはホイール面から離れさせる。
該気圧制御棒装置8、8aはそれぞれ気圧シリンダー81、81a及び該カッターフレーム4、4aに連結するレバー82、82aを含む。該長さ固定紙片S11、S21の幅に応じて、該気圧シリンダー81、81aを利用し該レバー82、82aを制御し伸縮させる。さらに、それぞれ該カッターフレーム4、4aの適当な角度の回転を制御し、これにより該上ブレード5、5aは相互に対応する該底カッターホイール直線型ブレード32、32aを離れさせ一定の間隔を開けさせる。こうして操作者が新しい棒状薄紙をセットする時、該新しい棒状薄紙のセットの後に、さらに該気圧シリンダー81、81aを利用し、該レバー82、82aを制御し該カッターフレーム4、4aの回転を駆動する。これにより、該カッターフレーム4、4aは元の裁断位置に戻り(すなわち、底カッターホイールに近づく)、生産を継続する。
該第一裁断機構100と該第二裁断機構200中の相互に対応する部品は相同であるため、以下は該第一裁断機構100により機構の説明を行う。
本発明の上ブレードをカッターフレームに配置する概略図である図4、本発明の上ブレードをカッターフレームに配置する側面図である図5に示すように、該カッターフレーム4はカッター台42を設置し、これにより該上ブレード5を固定する。
該カッター台42は該カッターフレーム4の長軸方向11に沿って、該カッターフレーム4のエッジ40aから該カッターフレーム4の反対のエッジ40bへと延伸し、さらに螺旋方向により該カッターフレーム4におけるカッターフレーム構造面43を延伸し形成する。
該上ブレード5は該カッター台42に嵌設、定位され、これにより該上ブレード5と該カッターフレーム4間の対応関係もまた、該カッターフレーム4の長軸方向11に沿って、該カッターフレーム4のエッジ40aから該カッターフレーム4の反対のエッジ40bへと延伸し、さらに螺旋方向により該カッターフレーム4におけるカッターフレーム構造面43を延伸し形成する。
該カッターフレーム4は別にブレード長さ調整装置44、ブレード緊密クリップ装置4、ブレード曲率調整装置4を配置し、それぞれ該上ブレード5の突出長さ、挟持、曲率を調整する。
本発明のカッターフレーム4と底カッターホイール3組み合わせの相対関係立体図である図6に示すように、該底カッターホイール3は回転方向12により回転し、該カッターフレーム4と該底カッターホイール3間には軸線偏斜角Θxを備える。
本発明上ブレードと底カッターホイール直線型ブレード作動関係の平面展開概略図である図7に示すように、この方式の作動は、単一点の点接触であるばかりか、多くの変化の角度調整を備える。裁断位置の変化に従い、ブレード曲率も変動する。こうして、該上ブレード5と該底カッターホイール直線型ブレード32は随時最適な点接触を保持し、ブレードの使用寿命は延長される。設計の上でも、裁断を開始する時の裁断速度を落とし、ブレードが受ける振動を減少させることができる。
一般に常用されるブレードと本発明上ブレードの裁断時の特性比較図である図8に示すように、横座標は裁断時間(秒)を示し、縦座標はブレードの長さ(mm)を示す。
図中の曲線X1は公知の多数斜線型上ブレードが裁断の瞬間に多点同時接触を呈することを示し、これによりブレードが瞬間的により大きな衝撃と振動を受けることを示している。
曲線X2は公知の単片斜線型上ブレードが裁断の瞬間に一点のみの接触を呈し、しかし裁断時間が短いことを示し、これによりブレードが進む速度が比較的速いため、ブレードはやはり比較的大きな衝撃と振動を受けることを示している。
曲線X3は単純螺旋型上ブレードが裁断を開始し中間点まで進む時間T1は、中間点から裁断終結点までの時間T2にほぼ等しいことを示し、裁断速度が一定であることが分かる。
これに対して図中の曲線X4は本発明の上ブレードが裁断を開始し中間点まで進む時間T1は、中間点から裁断終結点までの時間T2よりはるかに大きいことを示し、裁断を開始した時の裁断速度を特に緩慢としていることが分かる。こうして、裁断開始時の瞬間的な衝撃力を低減し、カッターの振動を減少させ、ブレードの損耗を減らしカッターの寿命を延長することができる。
図9は本発明上ブレード5と底カッターホイール直線型ブレード32が裁断接触(A点)を形成し裁断を開始する状況を示し、図10のΘ1は相互に対応する上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線との挟角である。
図11は上ブレード5と底カッターホイール直線型ブレード32が中点(B点)まで裁断する状況を示し、図12のΘ2は相互に対応する上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線との挟角である。
図13は上ブレード5と底カッターホイール直線型ブレード32が終結点(C点)まで裁断する状況を示し、図14のΘ3は相互に対応する上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線との挟角である。
上記図により明らかなように、Θ1>Θ2、Θ2<Θ3、Θ1=Θ3である。これにより、該上ブレード5軸線と底カッターホイール外円切線との挟角Θは裁断位置の改変に従い変化し、非線性の多角度変化を行うことがわかる。上ブレード軸線13と底カッターホイール外円切線14との挟角Θを簡化する概略図である図15に示すように、裁断位置の変化に従い、該挟角ΘはΘ1〜Θ2、Θ2〜Θ3の間において周期的な非線性角度変化を行う(△Θ)。
図16は上ブレード5使用時の変形状況を説明する正面図で、図17は上ブレード5使用時のブレード変形状況を説明する側面概略図である。図18〜図20は上ブレード5が異なる受力位置A、B、Cにある時の変形量曲線概略図である。
図18に示すように、上ブレード5が該カッターフレーム4において固定される時、両端の尖角AとCの強度は当然比較的弱く、受力時の変形量は中間点であるBの変形量より大きいことが分かる。ここでは斜線により変形量の大きさを示すが(図16参照)、両端のAとC位置の斜線はより長く、変形量が大きいことを示している。図18中の△Y1は両端点A、Cと中間点Bの変形量の差異を示す。
図19は上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線の挟角が裁断位置の改変に従い変化することを示し、力学の原理に基づき、挟角Θが大きくなればなるほど受力の有効分量は小さくなる。両端点A、Cの挟角Θ1、Θ3は共に中間点Bの挟角Θ2より大きい。この点から単純に言えば、両端点の受力変形量は比較的小さく、中間点の変形量はより大きい。
図20は図18に図19を加えた総効果、△Y2<△Y1で、螺旋曲率の変化調整に従い、両端点A、C及び中間点Bの変形量は徐々に平均に近づき、こうしてブレード上のある一転が力を受け、特別に大きな変形量を生じ損壊することを回避する。これによりカッターの使用寿命を延長することができる。
公知の多片斜線型上ブレードと直線型底カッターブレード作動関係の平面展開概略図である。 公知の単片斜線型或いは単純螺旋型上ブレードと直線型底カッターブレード作動関係の平面展開概略図である。 本発明螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構の各関連構成部品の配置概略図である。 本発明の上ブレードをカッターフレームに配置する概略図である。 本発明の上ブレードをカッターフレームに配置する側面図である。 本発明のカッターフレームと底カッターホイールとの組み合わせの相対関係立体図である。 本発明上ブレードと底カッターホイール直線型ブレード作動関係の平面展開概略図である。 一般に常用されるブレードと本発明上ブレードの裁断時の特性比較図である。 本発明上ブレードと底カッターホイール直線型ブレードが裁断接触(A点)を形成し裁断を開始する状況を示す図である。 図9中のA断面時、上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線間に挟角Θ1を備える概略図である。 上ブレードと底カッターホイール直線型ブレードが中点(B点)まで裁断する状況を示す図である。 図11中のB断面時、上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線間に挟角Θ2を備える概略図である。 上ブレード軸線と底カッターホイール直線型ブレードが終結点(C点)まで裁断する状況を示す図である。 図13中のC断面時、上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線間に挟角Θ3を備える概略図である。 上ブレード軸線と底カッターホイール外円切線との挟角を簡化する概略図である。 上ブレード使用時の変形状況を説明する正面図である。 上ブレード使用時のブレード変形状況を説明する側面概略図である。 上ブレードが一時的に回転角効果を無視するなど、受力時の変形量を示す曲線概略図である。 上ブレードが回転角効果を討論する状況においてのみ、受力時の変形量を示す曲線概略図である。 受力時の上ブレードの総変形量を示す曲線概略図である。
符号の説明
100 第一裁断機構
200 第二裁断機構
1 ベース
2、2a プーリー
3、3a 底カッターホイール
31、31a ホイール軸
32、32a 底カッターホイール直線型ブレード
4、4a カッターフレーム
40a、40b エッジ
41、41a カッターフレーム軸
42、42a カッター台
43 カッターフレーム構造面
44 ブレード長さ調整装置
ブレード緊密クリップ装置
ブレード曲率調整装置
5、5a 上ブレード
6、6a 紙折りローラー
7、7a 折畳み圧爪
8、8a 気圧制御棒装置
81、81a 気圧シリンダー
82、82a レバー
S1、S2 棒状薄紙
S11、S21 長さ固定紙片
S 取り出し式用紙
Θx 軸線偏斜角
Θ1、Θ2、Θ3 挟角
11 長軸方向
12 回転方向
13 上ブレード軸線
14 底カッターホイール外円切線
N1 多数斜線型上ブレード
N2 直線型底カッターブレード
N3 単片斜線型或いは単純螺旋型上ブレード
N4 直線型底カッターブレード

Claims (4)

  1. 棒状薄紙を裁断し複数の固定長さの紙片に成型し、ベース、底カッターホイール、カッターフレーム、上ブレード、気圧制御棒装置を含み、
    該底カッターホイールはホイール軸を備え、該ベースに結合し、所定の回転方向により回転可能で、該底カッターホイールの周囲面には相互に所定の間隔を開け、底カッターホイール直線型ブレードをそれぞれ配置し、
    該カッターフレームはカッターフレーム軸を備え、該ベースに結合し、該カッターフレームは該底カッターホイールに近い位置に配置し、該カッターフレームと該底カッターホイール間には軸線偏斜角を備え、
    該上ブレードは該カッターフレームのカッターフレーム構造面に結合し、しかも該上ブレードは該カッターフレームの長軸方向に沿って、該カッターフレームの片方のエッジから該カッターフレームの反対のエッジへと延伸し、該カッターフレームのカッターフレーム構造面において螺旋方向により延伸形成され、
    該気圧制御棒装置は気圧シリンダー及び該カッターフレームに連結するレバーにより構成し、該気圧シリンダーは該レバーの伸縮を制御し伸縮させるとともに、該カッターフレームの回転を制御し、これにより、該上ブレードを相互に対応する該底カッターホイール直線型ブレードを離れさせ一定の間隔を開けさせ、或いは該底カッターホイールを近くに移動させ、裁断位置に戻し、
    該棒状薄紙は輸送され該カッターフレームと該底カッターホイール間を通過する時、該上ブレードと該底カッターホイールの直線型ブレードにより裁断接触を形成され、しかも該上ブレード軸線と該底カッターホイール外円切線との挟角が裁断位置の改変に従い周期的な非線性角度変化を行い、これにより該棒状薄紙を固定長さを備えた紙片に裁断することを特徴とする螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構。
  2. 請求項1記載の螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構において、前記螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構はさらに複数のプーリーを含み、該棒状薄紙を輸送し、該底カッターホイールと該カッターフレームの間を通過させることを特徴とする螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構。
  3. 請求項1記載の螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構において、前記螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構はさらに紙折りローラーを含み、該底カッターホイールに隣接し配置し、該裁断され固定長さを備えた紙片を圧迫し折り痕を付けることを特徴とする螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構。
  4. 請求項1記載の螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構において、前記カッターフレームはさらにブレード長さ調整装置、ブレード緊密クリップ装置、ブレード曲率調整装置を配置し、それぞれ該上ブレードの突出長さ、挟持、曲率を調整することを特徴とする螺旋曲線回転角上ブレードを備えた薄紙裁断機構。
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