JP6083896B2 - 円筒状穿孔刃 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、紙類、樹脂フィルム類、金属箔類、あるいはこれらが積層されたもの（以下、まとめて「被穿孔物」という。）に対し、穿孔刃を接触させて穿孔する穿孔装置に適用可能な円筒状穿孔刃に関する。

従来、穿孔刃が自らの軸周りに回転することなく被穿孔物に接触して穿孔する単動式の穿孔装置（例えば特許文献１、２）や、穿孔刃が自らの軸周りに回転（自転）しながら被穿孔物に接触して穿孔する自転式の穿孔装置（例えば特許文献３、４）には、円柱状に形成された中実刃や、円筒状に形成された中空刃が適用されている。これら穿孔刃は、穿孔時の被穿孔物からの抗力を受けるため、穿孔刃の軸方向荷重や周方向荷重に対する機械的強度が問題になるが、同じ外径であれば中実刃が優る。

しかし、材料歩留や加工工数またはリードタイムの観点からいえば、専ら刃物用棒鋼から外観を切り出す中実刃よりも、専ら中空パイプの外周切削などで作製できる中空刃が有利である。また、特に単動式の場合、中実であるため面になる刃先部が被穿孔物を押圧してしまう中実刃よりも、中空であるため薄肉になる刃先部が被穿孔物に容易に喰い込む中空刃が、穿孔抵抗が小さいため有利である。

中空刃の一例を図７に示す。この中空刃は、特許文献５に開示され、円筒状のスリーブ１１０の一端縁を鋭利にして一方傾斜の刃先１１２（１つの尖頭刃）としている。そして、スリーブ１１０の円筒面内において、穿孔時の抗力を受けていると考えられる。また、板金を円筒状に曲げた両端辺が長手方向（軸方向）に隙間１１５を形成可能に突合せた構造になっており、スリーブ１１０の外周には環状にリブ１１３が形成されている。スリーブ１１０の隙間１１５は、穿孔時にスリーブ１１０が楔効果により拡径するときに形成され、リブ１１３が押圧され隙間１１５が閉じた結果、スリーブ１１０の外周面と被穿孔物との摩擦が軽減し、被穿孔物に突き刺さった中空刃の引き抜きが容易になる旨が記載されている。

また、この中空刃は、外周切削などをする中空パイプを用いず、例えばプレス装置で打抜いて作製できる板金製であるため、中空パイプを用いるよりも生産効率が良く、材料や製造コストについても有利である。さらに、板金は中空パイプよりも薄肉のものが多く流通しており、板金の厚みを利用することで鋭利な薄刃が形成でき、良好な切れ味を有する刃先を得ることができる。

特開２０００−３０１４９５号公報 特開２０００−１４１２９４号公報 特開２００６−９４３号公報 特開平５−１３８５９９号公報 特表２００９−５０５８４９号公報

本発明者は、特許文献５が開示する板金製の中空刃の技術思想を、２つ以上の尖頭刃を有する中空刃に適用することを検討した。
例えば、２つの尖頭刃を刃先部に有する板金製の中空刃は、穿孔時、刃先に対して被穿孔物から不均等な軸方向荷重（抗力）を受けることがある。このとき、中空刃は、スリーブの円筒面内において軸方向荷重を受けており、その機械的強度にはスリーブの材質、肉厚（板厚）や長さが影響すると考えられる。

このような板金製の中空刃において、スリーブの長手方向（軸方向）に隙間を有していると、この隙間を形成する２つの辺縁が相対的にずれるような軸方向変位を起こしやすくなる。もし、この荷重が想定を超えて過大であると、一方の尖頭刃が他方の尖頭刃と相対的に軸方向に大きくずれて塑性変形し、穿孔刃として使用できなくなる。なお、スリーブの刃先部と反対の端部を支持して軸方向荷重を受けることは可能であるが、スリーブがより長尺になると機械的強度が低下するため、スリーブは刃先の近傍に止まらず全体的な変形を起こしやすくなる。

同様に、２つ以上の尖頭刃や波状刃を有する中空刃とし、これを穿孔時に大きな周方向荷重が作用する自転式に用いた場合、刃先に対して自転により生じる被穿孔物からの周方向荷重を円筒面内において受けることになる。この周方向荷重により、スリーブは隙間を形成している刃先から続く板金の一方の辺縁が、隙間を拡大するような変位を起こしやすくなる。もし、この荷重が想定を超えて過大であるとスリーブが塑性変形し、穿孔刃として使用できなくなる。

また、スリーブの長手方向（軸方向）に隙間を有していると、スリーブの縮径により、スリーブの内側（中空部）に入った穿孔屑が脱落し難くなり、スリーブの内側が穿孔屑の残留により目詰まりして中実刃のようになり、穿孔抵抗が増大してしまう可能性がある。

本発明は、特許文献５が開示する板金製の中空刃に係る上述した課題を解決し、軸方向荷重や周方向荷重に対する機械的強度が高く、単動式さらには自転式の穿孔装置に適用可能な構成にでき、さらには生産性や製造コストについても有利であり、切れ味が良好で穿孔抵抗がより小さい中空刃である円筒状穿孔刃を提供するものである。

本発明者は、中空刃を用いる穿孔メカニズムを詳細に検討し、金属板を曲げて穿孔刃を円筒状に形成するに当たり、金属板の２つの辺縁を突合せて継ぐことに係る新規な構成を見出し、本発明に到達した。

すなわち本発明は、金属板の２つの辺縁の突合せにより形成され、前記金属板の一方の辺縁に形成された凹部と、該凹部に対応して前記金属板の他方の辺縁に形成された凸部とが、円筒面内において拡径可能に組み合わされている円筒部と、該円筒部の軸方向の一端に形成された刃先部とを有している、円筒状穿孔刃である。

本発明においては、前記凹部と前記凸部とが蟻継手になっていることが好ましい。また、前記刃先部が２以上の尖頭刃に形成されていることが好ましい。また、前記刃先部が波状刃に形成されている穿孔刃にすることができる。

本発明によれば、軸方向荷重や周方向荷重に対する機械的強度が高く、単動式や自転式の穿孔装置に適用でき、さらには生産性や製造コストについても有利であり、切れ味が良好で穿孔抵抗がより小さい円筒状穿孔刃を得ることができる。

本発明の円筒状穿孔刃の一例を示す斜視図である。 図１に示す円筒状穿孔刃の正面図である。 本発明の円筒状穿孔刃の別例を示す斜視図である。 図３に示す円筒状穿孔刃の正面図である。 図１乃至図４に示す以外の凹部と凸部との組み合わせ構造例を示す模式図である。 図１乃至図５に示す以外の凹部と凸部との組み合わせ構造例を示す模式図である。 特許文献５の図９から抜粋した穿孔刃部分の正面図である。

本発明は、円筒状に形成した穿孔刃の金属板の２つの辺縁を突合せて継いだ組み合わせ構造に技術的特徴がある。本発明の円筒状穿孔刃は、金属板の２つの辺縁の突合せにより形成された円筒部と、該円筒部の軸方向の一端に形成された刃先部とを有する。そして、前記円筒部の形成においては、前記金属板の一方の辺縁に形成された凹部と、該凹部に対応して他方の辺縁に形成された凸部とを有するようにし、凹部と凸部とが形成しようとする円筒部の円筒面内において組み合わされている。

この金属板の２つの辺縁を継ぐための凹部と凸部とによる組み合わせ構造こそが、特許文献５が開示する板金製の中空刃には認められない、本発明における重要な技術思想である。この凹部と凸部との組み合わせ構造により、スリーブの変形を効果的に防止できる。例えば、刃先に対して不均等な軸方向荷重を受けて金属板の２つの辺縁が相対的にずれて軸方向に変位しようとしたとしても、円筒面内において凹部と凸部とがジクソーパズルのパーツのように互いに組み合わされているため、上述の軸方向の変位を確実に抑止することができ、スリーブの好ましくない塑性変形を防止することができる。

また、例えば、刃先に対して大きな周方向荷重を受けて、刃先から遠い側の辺縁にくらべて刃先に近い側の辺縁の隙間がより大きく拡大しようとした場合には、凸部の角が凹部に当接し、互いに円筒面内の回転運動を妨げるように作用するため、穿孔の支障になる程に大きな円筒部の拡径による変形を抑止できる。この凹部と凸部が円周面内における回転運動を妨げるように互いに作用することについては、刃先から遠い側の辺縁にくらべて刃先に近い側の辺縁の隙間を閉じさせる周方向荷重を受ける場合も同様である。

本発明において、上述した凹部および凸部は、穿孔刃に対する負荷や使用条件などを考慮して選定するのがよい。例えば、図１および図２に示す四角形状、図５（Ａ）に示す台形状、図５（Ｂ）に示す半円形状または半楕円形状、あるいは図５（Ｃ）に示す三角形状などにすることができる。このような形状であれば、凹部に対応する凸部に形成することにより、円筒面内において凹部と凸部とが軸方向の変位を互いに防止できる。また、例えば、図３および図４に示す逆台形状、図６（Ａ）に示すＴ字形状、図６（Ｂ）に示す風船形状または茸形状、図６（Ｃ）に示す切欠のある風船形状または茸形状などの形状であれば、上述した軸方向の変位の防止に加え、円周面内における回転運動を妨げるように互いが作用することができる。

また、凹部と凸部との組み合わせ箇所や金属板の２つの辺縁の突合せ箇所は、穿孔に支障しない程のスリーブの弾性的な変形ができる構造にしておくと、金属板の可撓性をより効果的に利用できるため好ましい。例えば、凹部と凸部との間に適度の隙間を設けるとともに、当該突合せ箇所を溶接や接着などで固着しないでおくことが簡易である。また、凹部と凸部とを中間嵌めや締り嵌めによる組み合わせ構造にすることもでき、スリーブの拡径や縮径に対する機械的強度を高めることができる。

以下、本発明における円筒状穿孔刃の一例を具体的に挙げ、詳細に説明する。
図１（斜視図）、図２（正面図）に示す穿孔刃１１は、金属板製の中空刃であって、プレス装置により所定形状に打抜いた金属板を円筒状に曲げ加工することにより、スリーブ１１ａ（円筒部）が形成されている。また、スリーブ１１ａの長手方向（軸方向）の一端が刃先部に形成され、２つの鋭利な刃先１１ｂ（尖頭刃）を有する。この刃先部は、１つの尖頭刃であってもよいし、波状刃に形成されていてもよい。

例えば、２つの刃先１１ｂを有する場合、２つの刃先１１ｂがなす谷底の位置に突合せ部１１ｆを対応させると、穿孔時の金属板の辺縁の引っ掛かりを回避しやすい。なお、刃先を１つの尖頭刃にする場合は、刃先部において刃先端から最も離れた位置に突合せ部（突合せ部１１ｆの相当箇所）を対応させることが好ましい。これにより、上述した引っ掛かり回避効果に加え、穿孔時に大きな軸方向荷重を受けても円筒部が座屈のような変形をし難くなる。

また、上述の曲げ加工された金属板の２つの辺縁は、突合せ部１１ｅ、１１ｆの箇所で組み合わされている。この金属板の２つの辺縁を継ぐスリーブ１１ａの突合せ部１１ｅの構造こそが、本発明における重要な特徴である。この突合せ部１１ｅにおいては、角形溝状の凹部１１ｄを設けた金属板の一方の辺縁と、この凹部１１ｄに対応するように角形凸状の凸部１１ｃを設けた金属板の他方の辺縁とが、円筒状のスリーブ１１ａの円筒面内において組み合わされた構造になっている。

この組み合わせ構造は、スリーブ１１ａの軸方向において１箇所だけでも構わないが、穿孔刃の全長や穿孔荷重などの諸条件に適するように、複数の箇所に設けることもできる。なお、「円筒面内において」とは、穿孔の障害になる程には、前記凹部および前記凸部が、円筒（スリーブ１１ａ）の外径よりも外側に張り出さない態様をいう。

この凸部１１ｃと凹部１１ｄとの組み合わせ構造により、穿孔刃１１の刃先１１ｂに対して不均等な軸方向荷重が作用しても、金属板の両辺縁の相対的な変位が抑止でき、スリーブ１１ａの変形を防止できる。例えば、凸部１１ｃのある側の刃先１１ｂ（図４において右側に示す尖頭刃）に対する被穿孔物からの抗力がより大きく作用した場合には、凸部１１ｃのある側の金属板の辺縁が軸方向に変位しようとする。

しかし、凸部１１ｃと組み合わされた凹部１１ｄが凸部１１ｃを係止し続けて、凹部１１ｄと凸部１１ｃとがスリーブ１１ａ面内において一体で変位しようとする。このため、凸部１１ｃのある側の金属板の辺縁のみが軸方向へ変位することが妨げられる。よって、軸方向荷重を受けても軸方向に変形し難いためスリーブ１１ａを有する穿孔刃１１は、通常の不均等な軸方向荷重によっては変形し難いものとなる。

上述した凹部１１ｄと凸部１１ｃとの組み合わせにおいて、図４中にθとして示す、凹部１１ｄの辺縁が金属板の辺縁と交差してなす実部の角度（以下「溝角度」という。）は、言い換えれば凸部１１ｃの辺縁が金属板の辺縁と交差してなす虚部の角度であるが、力学的には９０度（軸方向と直角）が最も軸方向荷重に抗しやすく、０度（周方向に直角）に近づくにつれて軸方向荷重に抗し難くなる。

この溝角度θが９０度以上になると、スリーブ１１ａを縮径する周方向荷重には抗することができるが、スリーブ１１ａを拡径する周方向荷重には力学的に抗することができなくなる。したがって、主たる抗力が軸方向荷重である単動式の穿孔装置に具備する穿孔刃としては、溝角度θが９０度で形成された凹部１１ｄと、この凹部１１ｄに対応して形成された凸部１１ｃとの組み合わせ構造を有している穿孔刃１１は好ましいものになる。

また、穿孔刃１１において、穿孔時の楔効果が穿孔刃の引き抜きを困難にしない程度であれば、スリーブ１１ａを拡径可能に形成しておくことは好ましい。例えば、突合せ部１１ｅ、１１ｆにおいて、上述したように金属板の２つの辺縁を溶接や接着などで固着しない構造に形成しておくのである。これにより金属板の可撓性が利用でき、例えば、スリーブ１１ａの内側（中空部）に入り込んだ穿孔屑を刃先部とは反対端から押して排出しようとする場合などでは、スリーブ１１ａが弾性変形して拡径できるため穿孔屑の排出が容易になる。

次に、円筒状穿孔刃を拡径するような周方向荷重が作用する場合に好適と考える、凹部と凸部との組み合わせ例を挙げて説明する。
図７（斜視図）、図８（正面図）に示す穿孔刃３１は、上述した穿孔刃１１と同様に、スリーブ３１ａ（円筒部）と、２つの鋭利な刃先３１ｂ（尖頭刃）が形成された刃先部を有する。この刃先部は、１つの尖頭刃であってもよいし、波状刃に形成されていてもよい。なお、被穿孔物を引き切りながら穿孔する自転式の穿孔装置に具備する穿孔刃は、引き切りを営む刃数を考慮し、複数の尖頭刃を有するか、もしくは波状刃が好ましい。

また、穿孔刃３１は、曲げ加工された金属板の２つの辺縁が、突合せ部３１ｅ、３１ｆの箇所で組み合わされている。この突合せ部３１ｅにおいて、蟻溝（ありみぞ）状の凹部３１ｄを設けた金属板の一方の辺縁と、この凹部３１ｄに対応するように蟻形（ありがた）状の凸部３１ｃを設けた金属板の他方の辺縁とが、スリーブ３１ａの円筒面内において組み合わされた構造になっている。なお、穿孔刃１１と同様に、突合せ部３１ｅ、３１ｆにおいて、スリーブ３１ａが僅かに弾性変位して拡径できるようにしておくことは好ましい。

穿孔刃３１における凸部３１ｃと凹部１１ｄとの組み合わせ構造は、蟻継手（ありつぎて）と呼ばれる接合態様に属するものである。この蟻継手は、一般に、溝形状が逆ハの字状あるいは台形状に形成された蟻溝と呼ばれる凹部（雌型）に対し、この蟻溝に対応するよう形成された蟻形と呼ばれる凸部（雄型）を挿入して組み合わせることにより、凹部のある側と凸部のある側とを継ぐ、継手構造の一種である。

上述した蟻継手に属する凹部と凸部との組み合わせ構造においては、凹部と凸部が互いにそれぞれの側の水平位置および垂直位置を相対的に拘束し合うように作用する。穿孔刃３１では、この蟻継手の性質を利用した凹部３１ｄと凸部３１ｃとによる組み合わせ構造により、金属板の２つの辺縁がスリーブ３１ａ面内において軸方向および周方向に相対的に変位することを妨げている。

つまり、凹部３１ｄと凸部３１ｃとが互いを係止し続け、スリーブ３１ａ面内において互いが一体で変位しようとし、あるいはスリーブ３１ａ面内におけるモーメントを互いが解消しようとする。このため、金属板の辺縁の一方のみが、スリーブ３１ａ面内において軸方向あるいは周方向へ変位することが妨げられる。よって、軸方向荷重あるいは周方向荷重を受けてもスリーブ３１ａを有する穿孔刃３１は、単動式で生じる通常の軸方向荷重や、あるいは自転式で生じる通常の周方向荷重によっては変形し難いものとなる。

上述した蟻溝状の凹部３１ｄにおいて、図４中にθとして示す、前記逆ハの字状あるいは前記台形状の傾斜をなす溝角度θは、穿孔時に作用する軸方向荷重や周方向荷重、および凹部や凸部の機械的強度を考慮して決定すべきである。この溝角度θは、穿孔刃３１を軸方向荷重よりも周方向荷重を重視する自転式に具備する場合は、０度に近づけ過ぎると機械的強度が低下してしまうため、好ましくは４０〜８５度であり、より好ましくは５０〜７５度である。また、周方向荷重よりも軸方向荷重を重視する単動式に具備する場合は、溝角度θはより大きな７０〜８５度にしておくことが好ましい。

本発明における穿孔刃は、金属板を用いる中空刃であり、上述したように中空パイプを用いる中空刃よりも、生産効率、材料コスト、市場流通性、切れ味など幾多の点で有利である。特に、刃先の薄肉化による穿孔抵抗の低減効果は重要であり、これによる穿孔刃の寿命向上、穿孔装置のコンパクト化、省エネルギー化など、貢献度は大きい。例えば、中空パイプよりも薄肉の金属板の板厚を使用し、刃先の鋭利性に係る刃先角をなす斜面を狭く形成することができる。この刃先角をなす斜面がより狭いほど、機械的強度は低減するものの、この分以上に被穿孔物に対する刃先の切り込みによる穿孔抵抗が小さくなり、これに続く刃先部の喰い込みによる抵抗も小さくできる。

したがって、本発明における金属板を用いる穿孔刃は、穿孔抵抗が小さくできるとともに、良好な切れ味を得ることができる。また、本発明において金属板の板厚は０．２〜１．０ｍｍが好ましく、薄いほど穿孔抵抗を低減でき、厚いほど機械的強度を向上できる。被穿孔物が、軟質または薄い場合には０．０５〜０．２ｍｍの板厚が好ましく、硬質または厚い場合には１．０ｍｍ以上の板厚を適用することもできる。

１１．穿孔刃、１１ａ．スリーブ、１１ｂ．刃先、１１ｃ．凸部、１１ｄ．凹部、１１ｅ．突合せ部、１１ｆ．突合せ部、３１．穿孔刃、３１ａ．スリーブ、３１ｂ．刃先、３１ｃ．凸部、３１ｄ．凹部、３１ｅ．突合せ部、３１ｆ．突合せ部、１１０．スリーブ、１１２．刃先、１１３．リブ、１１５．隙間、θ：溝角度

Claims (4)

1. 金属板の２つの辺縁の突合せにより形成され、前記金属板の一方の辺縁に形成された凹部と、該凹部に対応して前記金属板の他方の辺縁に形成された凸部とが、円筒面内において拡径可能に組み合わされている円筒部と、該円筒部の軸方向の一端に形成された刃先部とを有していることを特徴とする円筒状穿孔刃。
2. 前記凹部と前記凸部とが蟻継手になっていることを特徴とする請求項１に記載の円筒状穿孔刃。
3. 前記刃先部が２以上の尖頭刃に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の円筒状穿孔刃。
4. 前記刃先部が波状刃に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の円筒状穿孔刃。