シート材穿孔装置
【課題】 本発明は、パンチの先端に有する突出部とダイスのエッジとが干渉することを防止し、耐久性に優れたシート材穿孔装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記カムの軸心の方向と同方向である構成を有する、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向が、前記パンチを前記カムが押圧する力の作用線の移動方向と交差する構成を有する、シート材穿孔装置である。
【解決手段】 本発明は、固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記カムの軸心の方向と同方向である構成を有する、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向が、前記パンチを前記カムが押圧する力の作用線の移動方向と交差する構成を有する、シート材穿孔装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定ダイスと、カム等で駆動されるパンチとが協働してシート材に穿孔するシート材穿孔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コピーした用紙等のシート材をファイルするときには、綴じ孔を穿孔する必要がある。
近年、事務用機器の発達に伴って、該事務用機器に穿孔装置を内臓させ、コピー等の処理と同時に穿孔することで人手による穿孔の煩わしさを排除するものがある。
【０００３】
従来、ファイリング用綴じ孔の穿孔装置の一例として、特開平４−１７１２００号（特許文献１）で開示されているように、ダイスと、パンチガイドにより摺動案内されカムにより軸方向に往復駆動されるパンチからなるシート材穿孔装置が公知である。従来のこれらの穿孔装置におけるパンチの先端は、該公報の第２図に示されるように略矢筈状、つまり、パンチの軸心に直角の方向のＶ字状等の谷が形成されて、パンチの軸心を挟んで対称な２方向の外周が軸方向に突出する形状、または先端面をパンチの軸心に対し非直角の単一面として、外周が一方向で突出する形状とされており、その突出部のパンチの軸心に対する方向はカム軸に直角とされていた。
【０００４】
パンチの先端面に矢筈状等の突出部を設けることの効果は、（１）シート材のせん断が、パンチの突出部から凹部へ移動することで、せん断力が時間的に平均化され最大せん断力が低下する、（２）パンチ屑がパンチの先端面から容易に剥離され、次回等の穿孔でのトラブルや穿孔屑の所定位置外への飛散を防止する、等である。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１７１２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、パンチの先端においてパンチの軸心を挟んで対称な２方向の外周がパンチの軸方向に突出する二つの突出部を有するパンチを、カムにより駆動する上述の特許文献１に開示されるシート材穿孔装置において、先鋭であるべきパンチの先端に有する突出部が、使用の継続中に異常に摩滅し易い原因について検討した。
【０００７】
その結果、カムがパンチを押圧する際の力は、パンチの後端に対して偏心して加わることが判った。また、パンチは、純スラスト荷重の他に、カムがパンチの頂面に対して摩擦力を与えるから、パンチの軸心に直角となる軸の回りのモーメントを受けつつパンチガイド内を摺動案内されるために、パンチが反復移動する間にパンチとパンチガイドの案内面に偏摩耗を生じることが判った。そして、この偏摩耗の発生位置がパンチに有する二つの突出部同士を結ぶ方向と同方向であることから、パンチの先端に有する突出部とダイスのエッジが干渉するに至り、これにより、パンチの先端に有する突出部が異常摩滅することが判った。
【０００８】
特に、小型化等のためパンチガイドの摺動部の長さが短い場合や、多数枚の穿孔等のためパンチ力が大きく、かつパンチガイドの下端とダイス面との間隔が広い場合、さらに、突出部の先端が鋭い形状等の場合にはこれらの影響が大きいことが判った。
【０００９】
本発明の目的は、パンチの先端に有する突出部とダイスのエッジとの干渉を防止し、耐久性に優れたシート材穿孔装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上述の検討結果から、パンチの先端に有する突出部の異常摩滅は、カムによってパンチに加わるモーメントの軸方向と、パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向とが、直交または交差した状態で発生しやすいことを見出した。そして、このカムによるモーメントの方向と、パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向とを、同方向とするような角度関係とすることで、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向と、上述のカムの力の作用線の移動方向とを交差させるような角度関係とすることで、パンチの先端に有する突出部とダイスのエッジとの干渉を防止できることを見出して本発明に想到した。
【００１１】
すなわち、本発明の第１形態は、固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記カムの軸心の方向と同方向である、シート材穿孔装置である。
【００１２】
また、本発明の第２形態は、固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記パンチを前記カムが押圧する力の作用線の移動方向と交差する、シート材穿孔装置である。
【００１３】
本発明の第１形態および第２形態においては、前記カムを偏心カムとすることができ、該偏心カムを相対する二面でフォローするカムフォロアを有することができる。
【００１４】
また、本発明の第１形態および第２形態においては、前記パンチをガイドするパンチガイドを有することができ、該パンチガイドのガイド部の長さと、該パンチガイド下端から前記カムの軸心までの距離との比を、０．２５以上とすることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の第１形態および第２形態においては、前記パンチの軸心を前記カムの軸心に対して離心させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鋭利であるべきパンチの先端に有する二つの突出部が、長時間使用後も、ダイスとの間で有害な接触を生じず、このため異常摩耗の発生がなく、耐久性に優れたシート材穿孔装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明における重要な特徴は、上述したように、パンチの先端に有する二つの突出部同士を結ぶ方向と、カムによってパンチに加わるモーメントの方向との関係において、パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カムによるモーメントの軸方向とを同方向とするように構成したことである（本発明の第１形態）。言い換えるならば、パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、前記カムがパンチを押圧する力の作用線の移動方向とが交差するように構成したことである（本発明の第２形態）。
【００１８】
上述した構成を有するシート材穿孔装置は、カムによるモーメントがパンチに作用することでパンチの軸心が傾いたとしても、パンチの先端に有する突出部とダイスのエッジとが干渉して異常な接触を生じることがなく、したがって、パンチの先端の突出部の異常摩耗を防止することができる。
【００１９】
本発明の第１形態において、同方向とは、４５度またはこれより平行に近い角度関係を意味する。パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カムの軸心の方向とがなす角度は、望ましくは３０度以内とすることであり、より望ましくは１５度以内とすることである。理想的には、該角度を０度として平行とすることである。なお、上述の角度が４５度を越えると、パンチの先端の突起部の異常摩滅が早期に発生し易くなる。
【００２０】
また、本発明の第２形態において、交差とは、交差によってなす角度が４５度またはこれより直角に近い角度であることを意味する。パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カムがパンチを押圧する力の作用線の移動方向とがなす角度は、望ましくは６０度以上、より望ましくは７５度以上とすることである。理想的には、該角度を９０度として直交させることである。なお、上述の角度が４５度未満では、パンチの先端に有する二つの突起部の異常摩滅が早期に発生し易くなる。
【００２１】
また、本発明の第１形態および第２形態において、使用するカムは偏心カムとすることができる。図５（ａ）〜（ｄ）は、半径Ｒｏの基円に対してリフトＬｉが同じになるように設計された４種のカムを模式的に示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）は突出カムであり、図５（ｄ）は偏心カムである。各カムが回転してパンチを押圧する時、仮に基円と突出部円（半径：Ｒａ〜Ｒｃ）の２円を接線状に結んだときの該接線の長さＤａ〜ＤｃまたはＤｄが長くなるほど、パンチに加わるモーメントの腕の長さが増加し、したがってモーメントが増加し、パンチおよびパンチガイドの偏摩耗を生じ易くなる。
【００２２】
一方、図５（ｄ）に示す偏心カムは、上述の接線の長さＤｄが図５（ａ）〜（ｃ）に示すそれぞれの突出カムに比べると短く、このためにカムがパンチに与える押圧力が小さくなり、かつ、パンチが偏心荷重の影響を受け難くなり、したがって腕の長さが同じであってもモーメントは小さくなるので、偏摩耗に対して効果的である。
【００２３】
また、カムを偏心カムとし、該偏心カムをフォローするカムフォロアを相対する二面で該偏心カムを挟むものとすることができる。この構成により、穿孔後、偏心カムをさらに回転することによって、該偏心カムに有する偏心部によってパンチをダイスから離間する方向に移動させることができ、例えば図１に示すようなパンチをダイスから離間するための復帰ばねが不要となる利点がある。
【００２４】
また、本発明の第１形態および第２形態において、パンチを案内するパンチガイドは、そのガイド部の長さを長くすることでモーメントの支持能力を大きくすることができる。また、パンチの傾きを防止すること、具体的にはパンチガイドの長さ（図１中にＬで示す）と、パンチガイド下端からカムの軸心までの距離（図１中にｌで示す）との比は０．２５以上とすることが望ましく、さらには０．３以上とすることが望ましい。しかしながら、パンチガイドの長さを長くすると装置自体が大型となるため、この比は０．５以下さらには０．４５以下とすることが装置自体の小型化をするためには望ましい。
【００２５】
また、本発明の第１形態および第２形態において、パンチの軸心はカムの軸心に対し離心させることができる。この構成によって、パンチの穿孔ストローク（往行程）中にパンチに加わるモーメントを小さくしてパンチとパンチガイドの偏摩耗を低減することができる。
【実施例】
【００２６】
本発明のシート穿孔装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本発明のシート穿孔装置においてパンチを押圧するカムに突出カムを使用した一例を示しており、図１Ａはカム軸直角断面図、図１Ｂは正面図である。
パンチ１は、パンチガイド４で摺動案内されるとともに、復帰コイルばね６で上方に付勢され、後端（上端）をカム３で押圧される。そして、軸方向に往復駆動されるパンチ１は、固定ダイス２と協働して図示しないシート材に穿孔することができる。該パンチ１は、その先端面をＶ字形谷形状の面１ｆで構成され、したがって、パンチ１の先端の外周は、パンチ１の軸心を挟む対称な二個所で軸方向に突出する形状とされており、この二つの突出部の突端同士を結ぶ方向は、図１Ｂにおいては左右方向であり、カム３の軸心の方向と平行すなわち同方向となっている。
【００２７】
また、パンチ１は回り止め手段となるキー５により回り止めされるとともに、パンチ１の軸心はカム３の軸心に対して、カム３が所定の回転方向ｄでパンチ１を押圧し始めるときのカム３の突出部側に離心量ｅだけ離心されている。
【００２８】
図１Ａにおいて、カム３が矢印ｄ方向に回転すると、該カム３はパンチ１を押圧する。パンチ１は、復帰コイルばね６の付勢力に抗して下降し、パンチ１の先端に有する二つの突起部とダイス２とにより図示しないシート材を穿孔する。そして、穿孔後、下死点に達したパンチ１は、復帰コイルばね６の付勢力により、カム３と接触を保ちつつ元位置に復帰する。ここで、パンチ１に対する押圧力をＰ、その押圧点を軸心から偏心距離ｑだけ偏心した点とし、この押圧に係る摩擦係数をμ、摩擦力をＦとすると、パンチ１はそのパンチガイド４でのガイド中心位置に対して、式：Ｍ＝−Ｐ・ｑ＋Ｐ・μ・ｆ（第１項は偏心距離ｑにより正負に変化、第２項はＰ・μ＝Ｆであって常に正）で算定されるモーメントＭを受けつつ往復動する。このため、シート材穿孔装置を反復使用する間に、パンチ１とパンチガイド４の案内面に偏摩耗を生じてしまう。
【００２９】
上述した偏摩耗が進行することによってパンチ１の軸心ｃが傾斜している状況につき、本発明のシート材穿孔装置（以下、発明装置という）の場合を図３に、従来のシート材穿孔装置（以下、従来装置という）の場合を図４に、それぞれ誇張して模式的に示す。
パンチ１の先端に有する二つの突出部は、穿孔動作の最初の段階でシート材に突き刺さってシート材を剪断し始めるため、図４に示す従来装置のように、パンチ１の軸心ｃの傾き方向と、パンチ１の先端に有する二つの突起部の突端同士を結ぶ方向とが同方向である場合は、パンチ１の図中では右側の突出部の先端部がダイス２と干渉して損傷を受けることとなる。パンチ１の先端に有する突出部は、シート材に突き刺すために鋭利に形成されて刃先角が小さいので、従来装置のような構成ではパンチ１の突出部に欠けや摩耗を生じ易い。
【００３０】
これに対し、図３に示す発明装置のように、パンチ１の軸心ｃの傾き方向と、パンチ１の先端に有する二つの突起部の突端同士を結ぶ方向とが同方向ではない場合は、パンチ１の先端に有する二つの突出部（図中では前後に重なり一つの突出部のように示される）のいずれの突端も、ダイス２との有害な接触を行うことがなく干渉を生じることがない。したがって、パンチ１の先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カム３の軸心の方向とを同方向とすることによって、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向と、カム３がパンチ１を押圧する力の作用線の移動方向とを交差させることによって、パンチ１の突起部に有する突端の偏摩耗を防止することができる。なお、本発明において、カム３がパンチ１を押圧する力の作用線の移動方向とは、図１に一例として示すシート材穿孔装置においては、カム３の回転によって移動する押圧力Ｐの作用点の移動方向に対応し、この場合は上述した摩擦力Ｆの作用方向と同方向となっている。
【００３１】
本発明において、上述したパンチ１の軸心のカム３の軸心に対する離心量ｅは、パンチ１の穿孔行程におけるモーメントＭの平均値が零となるように設定することが望ましい。具体的には、モーメントＭを算定する上述の式のうち、第２項は第１項（振幅）に比べて一般には小さい値となることを勘案しつつ、パンチ１の穿孔行程におけるモーメントＭの平均値が零となるように設定することによって、パンチ１の先端に有する二つの突出部に生じると予測される偏摩耗量をモーメントＭの正側および負側の両方に振り分けることができる。このように設定することにより、パンチ１の先端に有する二つの突出部に生じると予測される偏摩耗量の絶対値の低減を図ることが可能となる。
【００３２】
図１に本発明の一例として示すシート材穿孔装置は、上述した作用効果を得るために、パンチ１の先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カム３の軸心の方向とを一致させて同方向とする構成（本発明の第１形態）を有し、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向と、パンチ１を押圧するカム３の力の作用線の移動方向と交差させる構成（本発明の第２形態）を有している。
【００３３】
この構成を有することによって、カム３によるモーメントＭがパンチ１に作用することでパンチ１の軸心が傾いたとしても、パンチ１の先端に有する突出部とダイス２のエッジとが干渉して異常な接触を生じることがなくなった。このため、パンチ１の先端の突出部の異常摩耗を防止することができた。また、パンチ１の軸心をカム３の軸心に対してカム３の回転方向ｄ側に離心させることで、そして、パンチ１のカム３との接触面（頂面）を平面とすることで、パンチ１に作用するモーメントＭを低減することができた。
【００３４】
（実施例２）
図２は、本発明のシート穿孔装置においてパンチを押圧するカムに偏心カムを使用した一例を示しており、図２Ａはカム軸直角断面図、図２Ｂは正面図、図２Ｃはパンチ１のカムホルダ８に係る構成を明確にした斜視図である。
このシート材穿孔装置は、偏心カム３を用いることでモーメントの腕の長さを短くすることによってパンチ１に作用するモーメントＭを低減させている。また、偏心カム３をフォローするカムフォロアとなるカムホルダ８は、該偏心カム３を相対する二面でフォローする構造を有しており、これによって図１に示すシート材穿孔装置の構成においては必要となるパンチ１の復帰ばね６を排している。
【００３５】
パンチ１は、後端部にＤ字形の頭部１ｂと首部１ａを、先端部に突出形状１ｆを有して形成されている。押え板７は、プラスチック製であって略短冊形状を有して形成され、その下面には二つのピン部７ａと、パンチ１の頭部１ｂに対応する形状を有する凹部７ｂとを有する。カムホルダ８は、略短冊状の板材を略Ｄ字形に曲げて形成され、該板材の両端がＤ字形の弦部の中央で対向するごとくの形状を有する。そして、カムホルダ８におけるＤ字形の弦部には、押え板７の二つのピン部７ａに対応するように二つのピン孔８ｂを有し、また、上述の板材を対向させた個所にはパンチ１の首部１ａに対応するように切り欠き８ａを有するとともに下方に折り曲げて形成された回り止め舌状部８ｃを有する。
【００３６】
上述の部品は、パンチ１の頭部１ｂが押え板７の凹部７ｂに嵌入され、カムホルダ８の両端の切り欠き８ａがパンチ１の首部１ａを囲み、押え板７のピン部７ａがカムホルダ８のピン孔８ｂに嵌入されるように組み立てられている。この組み立てにおいて、回り止め舌状部８ｃの方向をパンチガイド４のＤ字形外形の弦部側となるようにして、パンチ１をパンチガイド穴４ａに挿入した後、偏心カム３がカムホルダ８部に挿入されている。また、パンチ１は、パンチ１のＤ字形の頭部１ｂが、押え板７、カムホルダ８を介して、パンチガイド４の弦部を経て回り止めされている。
【００３７】
図２に本発明の一例として示すシート材穿孔装置は、上述した作用効果を得るために、パンチ１の先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カム３の軸心の方向とを一致させて同方向とする構成（本発明の第１形態）を有し、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向と、パンチ１を押圧するカム３の力の作用線の移動方向と交差させる構成（本発明の第２形態）を有している。
【００３８】
この構成を有することによって、上述した実施例１の場合と同様に、パンチ１の先端に有する突出部とダイス２のエッジとが干渉して異常な接触を生じることがなくなり、パンチ１の先端の突出部の異常摩耗を防止することができた。また、パンチ１のカム３との接触面（頂面）を平面とすることで、パンチ１に作用するモーメントＭを低減することができた。加えて、偏心カム３を用い、該偏心カム３を相対する二面で挟む構造を有するカムホルダ８をカムフォロアとして使用とすることで構造を簡素化することができ、これによりシート材穿孔装置の低コスト化に寄与することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のシート穿孔装置の一例を示すカム軸直角断面図および正面図である。
【図２】本発明のシート穿孔装置の別の一例を示すカム軸直角断面図と正面図およびパンチのカムホルダ部に係る構成を明確にした斜視図である。
【図３】本発明のシート穿孔装置において偏摩耗の進行によってパンチの軸心が傾斜した状況を示す模式図である
【図４】従来のシート穿孔装置において偏摩耗の進行によってパンチの軸心が傾斜した状況を示す模式図である
【図５】半径Ｒｏの基円に対してリフトＬｉが同じになるように設計された４種のカムを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１．パンチ、１ａ．首部、１ｂ．頭部、１ｆ．先端、２．ダイス、３．カム、４．パンチガイド、４ａ．パンチガイド穴、５．キー、６．復帰コイルばね、７．押え板、７ａ．ピン部、７ｂ．凹部、８．カムホルダ、８ａ．切り欠き部、８ｂ．ピン孔、８ｃ．回り止め舌状部、９．シートガイド、ｃ．パンチの軸心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定ダイスと、カム等で駆動されるパンチとが協働してシート材に穿孔するシート材穿孔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コピーした用紙等のシート材をファイルするときには、綴じ孔を穿孔する必要がある。
近年、事務用機器の発達に伴って、該事務用機器に穿孔装置を内臓させ、コピー等の処理と同時に穿孔することで人手による穿孔の煩わしさを排除するものがある。
【０００３】
従来、ファイリング用綴じ孔の穿孔装置の一例として、特開平４−１７１２００号（特許文献１）で開示されているように、ダイスと、パンチガイドにより摺動案内されカムにより軸方向に往復駆動されるパンチからなるシート材穿孔装置が公知である。従来のこれらの穿孔装置におけるパンチの先端は、該公報の第２図に示されるように略矢筈状、つまり、パンチの軸心に直角の方向のＶ字状等の谷が形成されて、パンチの軸心を挟んで対称な２方向の外周が軸方向に突出する形状、または先端面をパンチの軸心に対し非直角の単一面として、外周が一方向で突出する形状とされており、その突出部のパンチの軸心に対する方向はカム軸に直角とされていた。
【０００４】
パンチの先端面に矢筈状等の突出部を設けることの効果は、（１）シート材のせん断が、パンチの突出部から凹部へ移動することで、せん断力が時間的に平均化され最大せん断力が低下する、（２）パンチ屑がパンチの先端面から容易に剥離され、次回等の穿孔でのトラブルや穿孔屑の所定位置外への飛散を防止する、等である。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１７１２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、パンチの先端においてパンチの軸心を挟んで対称な２方向の外周がパンチの軸方向に突出する二つの突出部を有するパンチを、カムにより駆動する上述の特許文献１に開示されるシート材穿孔装置において、先鋭であるべきパンチの先端に有する突出部が、使用の継続中に異常に摩滅し易い原因について検討した。
【０００７】
その結果、カムがパンチを押圧する際の力は、パンチの後端に対して偏心して加わることが判った。また、パンチは、純スラスト荷重の他に、カムがパンチの頂面に対して摩擦力を与えるから、パンチの軸心に直角となる軸の回りのモーメントを受けつつパンチガイド内を摺動案内されるために、パンチが反復移動する間にパンチとパンチガイドの案内面に偏摩耗を生じることが判った。そして、この偏摩耗の発生位置がパンチに有する二つの突出部同士を結ぶ方向と同方向であることから、パンチの先端に有する突出部とダイスのエッジが干渉するに至り、これにより、パンチの先端に有する突出部が異常摩滅することが判った。
【０００８】
特に、小型化等のためパンチガイドの摺動部の長さが短い場合や、多数枚の穿孔等のためパンチ力が大きく、かつパンチガイドの下端とダイス面との間隔が広い場合、さらに、突出部の先端が鋭い形状等の場合にはこれらの影響が大きいことが判った。
【０００９】
本発明の目的は、パンチの先端に有する突出部とダイスのエッジとの干渉を防止し、耐久性に優れたシート材穿孔装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上述の検討結果から、パンチの先端に有する突出部の異常摩滅は、カムによってパンチに加わるモーメントの軸方向と、パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向とが、直交または交差した状態で発生しやすいことを見出した。そして、このカムによるモーメントの方向と、パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向とを、同方向とするような角度関係とすることで、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向と、上述のカムの力の作用線の移動方向とを交差させるような角度関係とすることで、パンチの先端に有する突出部とダイスのエッジとの干渉を防止できることを見出して本発明に想到した。
【００１１】
すなわち、本発明の第１形態は、固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記カムの軸心の方向と同方向である、シート材穿孔装置である。
【００１２】
また、本発明の第２形態は、固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記パンチを前記カムが押圧する力の作用線の移動方向と交差する、シート材穿孔装置である。
【００１３】
本発明の第１形態および第２形態においては、前記カムを偏心カムとすることができ、該偏心カムを相対する二面でフォローするカムフォロアを有することができる。
【００１４】
また、本発明の第１形態および第２形態においては、前記パンチをガイドするパンチガイドを有することができ、該パンチガイドのガイド部の長さと、該パンチガイド下端から前記カムの軸心までの距離との比を、０．２５以上とすることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の第１形態および第２形態においては、前記パンチの軸心を前記カムの軸心に対して離心させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鋭利であるべきパンチの先端に有する二つの突出部が、長時間使用後も、ダイスとの間で有害な接触を生じず、このため異常摩耗の発生がなく、耐久性に優れたシート材穿孔装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明における重要な特徴は、上述したように、パンチの先端に有する二つの突出部同士を結ぶ方向と、カムによってパンチに加わるモーメントの方向との関係において、パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カムによるモーメントの軸方向とを同方向とするように構成したことである（本発明の第１形態）。言い換えるならば、パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、前記カムがパンチを押圧する力の作用線の移動方向とが交差するように構成したことである（本発明の第２形態）。
【００１８】
上述した構成を有するシート材穿孔装置は、カムによるモーメントがパンチに作用することでパンチの軸心が傾いたとしても、パンチの先端に有する突出部とダイスのエッジとが干渉して異常な接触を生じることがなく、したがって、パンチの先端の突出部の異常摩耗を防止することができる。
【００１９】
本発明の第１形態において、同方向とは、４５度またはこれより平行に近い角度関係を意味する。パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カムの軸心の方向とがなす角度は、望ましくは３０度以内とすることであり、より望ましくは１５度以内とすることである。理想的には、該角度を０度として平行とすることである。なお、上述の角度が４５度を越えると、パンチの先端の突起部の異常摩滅が早期に発生し易くなる。
【００２０】
また、本発明の第２形態において、交差とは、交差によってなす角度が４５度またはこれより直角に近い角度であることを意味する。パンチの先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カムがパンチを押圧する力の作用線の移動方向とがなす角度は、望ましくは６０度以上、より望ましくは７５度以上とすることである。理想的には、該角度を９０度として直交させることである。なお、上述の角度が４５度未満では、パンチの先端に有する二つの突起部の異常摩滅が早期に発生し易くなる。
【００２１】
また、本発明の第１形態および第２形態において、使用するカムは偏心カムとすることができる。図５（ａ）〜（ｄ）は、半径Ｒｏの基円に対してリフトＬｉが同じになるように設計された４種のカムを模式的に示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）は突出カムであり、図５（ｄ）は偏心カムである。各カムが回転してパンチを押圧する時、仮に基円と突出部円（半径：Ｒａ〜Ｒｃ）の２円を接線状に結んだときの該接線の長さＤａ〜ＤｃまたはＤｄが長くなるほど、パンチに加わるモーメントの腕の長さが増加し、したがってモーメントが増加し、パンチおよびパンチガイドの偏摩耗を生じ易くなる。
【００２２】
一方、図５（ｄ）に示す偏心カムは、上述の接線の長さＤｄが図５（ａ）〜（ｃ）に示すそれぞれの突出カムに比べると短く、このためにカムがパンチに与える押圧力が小さくなり、かつ、パンチが偏心荷重の影響を受け難くなり、したがって腕の長さが同じであってもモーメントは小さくなるので、偏摩耗に対して効果的である。
【００２３】
また、カムを偏心カムとし、該偏心カムをフォローするカムフォロアを相対する二面で該偏心カムを挟むものとすることができる。この構成により、穿孔後、偏心カムをさらに回転することによって、該偏心カムに有する偏心部によってパンチをダイスから離間する方向に移動させることができ、例えば図１に示すようなパンチをダイスから離間するための復帰ばねが不要となる利点がある。
【００２４】
また、本発明の第１形態および第２形態において、パンチを案内するパンチガイドは、そのガイド部の長さを長くすることでモーメントの支持能力を大きくすることができる。また、パンチの傾きを防止すること、具体的にはパンチガイドの長さ（図１中にＬで示す）と、パンチガイド下端からカムの軸心までの距離（図１中にｌで示す）との比は０．２５以上とすることが望ましく、さらには０．３以上とすることが望ましい。しかしながら、パンチガイドの長さを長くすると装置自体が大型となるため、この比は０．５以下さらには０．４５以下とすることが装置自体の小型化をするためには望ましい。
【００２５】
また、本発明の第１形態および第２形態において、パンチの軸心はカムの軸心に対し離心させることができる。この構成によって、パンチの穿孔ストローク（往行程）中にパンチに加わるモーメントを小さくしてパンチとパンチガイドの偏摩耗を低減することができる。
【実施例】
【００２６】
本発明のシート穿孔装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本発明のシート穿孔装置においてパンチを押圧するカムに突出カムを使用した一例を示しており、図１Ａはカム軸直角断面図、図１Ｂは正面図である。
パンチ１は、パンチガイド４で摺動案内されるとともに、復帰コイルばね６で上方に付勢され、後端（上端）をカム３で押圧される。そして、軸方向に往復駆動されるパンチ１は、固定ダイス２と協働して図示しないシート材に穿孔することができる。該パンチ１は、その先端面をＶ字形谷形状の面１ｆで構成され、したがって、パンチ１の先端の外周は、パンチ１の軸心を挟む対称な二個所で軸方向に突出する形状とされており、この二つの突出部の突端同士を結ぶ方向は、図１Ｂにおいては左右方向であり、カム３の軸心の方向と平行すなわち同方向となっている。
【００２７】
また、パンチ１は回り止め手段となるキー５により回り止めされるとともに、パンチ１の軸心はカム３の軸心に対して、カム３が所定の回転方向ｄでパンチ１を押圧し始めるときのカム３の突出部側に離心量ｅだけ離心されている。
【００２８】
図１Ａにおいて、カム３が矢印ｄ方向に回転すると、該カム３はパンチ１を押圧する。パンチ１は、復帰コイルばね６の付勢力に抗して下降し、パンチ１の先端に有する二つの突起部とダイス２とにより図示しないシート材を穿孔する。そして、穿孔後、下死点に達したパンチ１は、復帰コイルばね６の付勢力により、カム３と接触を保ちつつ元位置に復帰する。ここで、パンチ１に対する押圧力をＰ、その押圧点を軸心から偏心距離ｑだけ偏心した点とし、この押圧に係る摩擦係数をμ、摩擦力をＦとすると、パンチ１はそのパンチガイド４でのガイド中心位置に対して、式：Ｍ＝−Ｐ・ｑ＋Ｐ・μ・ｆ（第１項は偏心距離ｑにより正負に変化、第２項はＰ・μ＝Ｆであって常に正）で算定されるモーメントＭを受けつつ往復動する。このため、シート材穿孔装置を反復使用する間に、パンチ１とパンチガイド４の案内面に偏摩耗を生じてしまう。
【００２９】
上述した偏摩耗が進行することによってパンチ１の軸心ｃが傾斜している状況につき、本発明のシート材穿孔装置（以下、発明装置という）の場合を図３に、従来のシート材穿孔装置（以下、従来装置という）の場合を図４に、それぞれ誇張して模式的に示す。
パンチ１の先端に有する二つの突出部は、穿孔動作の最初の段階でシート材に突き刺さってシート材を剪断し始めるため、図４に示す従来装置のように、パンチ１の軸心ｃの傾き方向と、パンチ１の先端に有する二つの突起部の突端同士を結ぶ方向とが同方向である場合は、パンチ１の図中では右側の突出部の先端部がダイス２と干渉して損傷を受けることとなる。パンチ１の先端に有する突出部は、シート材に突き刺すために鋭利に形成されて刃先角が小さいので、従来装置のような構成ではパンチ１の突出部に欠けや摩耗を生じ易い。
【００３０】
これに対し、図３に示す発明装置のように、パンチ１の軸心ｃの傾き方向と、パンチ１の先端に有する二つの突起部の突端同士を結ぶ方向とが同方向ではない場合は、パンチ１の先端に有する二つの突出部（図中では前後に重なり一つの突出部のように示される）のいずれの突端も、ダイス２との有害な接触を行うことがなく干渉を生じることがない。したがって、パンチ１の先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カム３の軸心の方向とを同方向とすることによって、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向と、カム３がパンチ１を押圧する力の作用線の移動方向とを交差させることによって、パンチ１の突起部に有する突端の偏摩耗を防止することができる。なお、本発明において、カム３がパンチ１を押圧する力の作用線の移動方向とは、図１に一例として示すシート材穿孔装置においては、カム３の回転によって移動する押圧力Ｐの作用点の移動方向に対応し、この場合は上述した摩擦力Ｆの作用方向と同方向となっている。
【００３１】
本発明において、上述したパンチ１の軸心のカム３の軸心に対する離心量ｅは、パンチ１の穿孔行程におけるモーメントＭの平均値が零となるように設定することが望ましい。具体的には、モーメントＭを算定する上述の式のうち、第２項は第１項（振幅）に比べて一般には小さい値となることを勘案しつつ、パンチ１の穿孔行程におけるモーメントＭの平均値が零となるように設定することによって、パンチ１の先端に有する二つの突出部に生じると予測される偏摩耗量をモーメントＭの正側および負側の両方に振り分けることができる。このように設定することにより、パンチ１の先端に有する二つの突出部に生じると予測される偏摩耗量の絶対値の低減を図ることが可能となる。
【００３２】
図１に本発明の一例として示すシート材穿孔装置は、上述した作用効果を得るために、パンチ１の先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カム３の軸心の方向とを一致させて同方向とする構成（本発明の第１形態）を有し、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向と、パンチ１を押圧するカム３の力の作用線の移動方向と交差させる構成（本発明の第２形態）を有している。
【００３３】
この構成を有することによって、カム３によるモーメントＭがパンチ１に作用することでパンチ１の軸心が傾いたとしても、パンチ１の先端に有する突出部とダイス２のエッジとが干渉して異常な接触を生じることがなくなった。このため、パンチ１の先端の突出部の異常摩耗を防止することができた。また、パンチ１の軸心をカム３の軸心に対してカム３の回転方向ｄ側に離心させることで、そして、パンチ１のカム３との接触面（頂面）を平面とすることで、パンチ１に作用するモーメントＭを低減することができた。
【００３４】
（実施例２）
図２は、本発明のシート穿孔装置においてパンチを押圧するカムに偏心カムを使用した一例を示しており、図２Ａはカム軸直角断面図、図２Ｂは正面図、図２Ｃはパンチ１のカムホルダ８に係る構成を明確にした斜視図である。
このシート材穿孔装置は、偏心カム３を用いることでモーメントの腕の長さを短くすることによってパンチ１に作用するモーメントＭを低減させている。また、偏心カム３をフォローするカムフォロアとなるカムホルダ８は、該偏心カム３を相対する二面でフォローする構造を有しており、これによって図１に示すシート材穿孔装置の構成においては必要となるパンチ１の復帰ばね６を排している。
【００３５】
パンチ１は、後端部にＤ字形の頭部１ｂと首部１ａを、先端部に突出形状１ｆを有して形成されている。押え板７は、プラスチック製であって略短冊形状を有して形成され、その下面には二つのピン部７ａと、パンチ１の頭部１ｂに対応する形状を有する凹部７ｂとを有する。カムホルダ８は、略短冊状の板材を略Ｄ字形に曲げて形成され、該板材の両端がＤ字形の弦部の中央で対向するごとくの形状を有する。そして、カムホルダ８におけるＤ字形の弦部には、押え板７の二つのピン部７ａに対応するように二つのピン孔８ｂを有し、また、上述の板材を対向させた個所にはパンチ１の首部１ａに対応するように切り欠き８ａを有するとともに下方に折り曲げて形成された回り止め舌状部８ｃを有する。
【００３６】
上述の部品は、パンチ１の頭部１ｂが押え板７の凹部７ｂに嵌入され、カムホルダ８の両端の切り欠き８ａがパンチ１の首部１ａを囲み、押え板７のピン部７ａがカムホルダ８のピン孔８ｂに嵌入されるように組み立てられている。この組み立てにおいて、回り止め舌状部８ｃの方向をパンチガイド４のＤ字形外形の弦部側となるようにして、パンチ１をパンチガイド穴４ａに挿入した後、偏心カム３がカムホルダ８部に挿入されている。また、パンチ１は、パンチ１のＤ字形の頭部１ｂが、押え板７、カムホルダ８を介して、パンチガイド４の弦部を経て回り止めされている。
【００３７】
図２に本発明の一例として示すシート材穿孔装置は、上述した作用効果を得るために、パンチ１の先端に有する二つの突出部の突端同士を結ぶ方向と、カム３の軸心の方向とを一致させて同方向とする構成（本発明の第１形態）を有し、言い換えるならば、上述の突端同士を結ぶ方向と、パンチ１を押圧するカム３の力の作用線の移動方向と交差させる構成（本発明の第２形態）を有している。
【００３８】
この構成を有することによって、上述した実施例１の場合と同様に、パンチ１の先端に有する突出部とダイス２のエッジとが干渉して異常な接触を生じることがなくなり、パンチ１の先端の突出部の異常摩耗を防止することができた。また、パンチ１のカム３との接触面（頂面）を平面とすることで、パンチ１に作用するモーメントＭを低減することができた。加えて、偏心カム３を用い、該偏心カム３を相対する二面で挟む構造を有するカムホルダ８をカムフォロアとして使用とすることで構造を簡素化することができ、これによりシート材穿孔装置の低コスト化に寄与することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のシート穿孔装置の一例を示すカム軸直角断面図および正面図である。
【図２】本発明のシート穿孔装置の別の一例を示すカム軸直角断面図と正面図およびパンチのカムホルダ部に係る構成を明確にした斜視図である。
【図３】本発明のシート穿孔装置において偏摩耗の進行によってパンチの軸心が傾斜した状況を示す模式図である
【図４】従来のシート穿孔装置において偏摩耗の進行によってパンチの軸心が傾斜した状況を示す模式図である
【図５】半径Ｒｏの基円に対してリフトＬｉが同じになるように設計された４種のカムを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１．パンチ、１ａ．首部、１ｂ．頭部、１ｆ．先端、２．ダイス、３．カム、４．パンチガイド、４ａ．パンチガイド穴、５．キー、６．復帰コイルばね、７．押え板、７ａ．ピン部、７ｂ．凹部、８．カムホルダ、８ａ．切り欠き部、８ｂ．ピン孔、８ｃ．回り止め舌状部、９．シートガイド、ｃ．パンチの軸心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記カムの軸心の方向と同方向であることを特徴とするシート材穿孔装置。
【請求項２】
固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記パンチを前記カムが押圧する力の作用線の移動方向と交差することを特徴とするシート材穿孔装置。
【請求項３】
前記カムは偏心カムであり、該偏心カムを相対する二面でフォローするカムフォロア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。
【請求項４】
前記パンチをガイドするパンチガイドを有し、該パンチガイドのガイド部の長さと、該パンチガイド下端から前記カムの軸心までの距離との比は、０．２５以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシート材穿孔装置。
【請求項５】
前記パンチの軸心は前記カムの軸心に対し離心されてい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。
【請求項１】
固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記カムの軸心の方向と同方向であることを特徴とするシート材穿孔装置。
【請求項２】
固定ダイスと、パンチガイドで案内されるとともに後端部をカムで押圧して軸方向に往復駆動され、前記固定ダイスと協働して被穿孔シート材に穿孔するパンチとを有してなるシート材穿孔装置において、前記パンチは、回り止め手段を有し、前記パンチの先端の外周において前記パンチの軸心の回りの対称な２方向で前記パンチの軸方向に突出する二つの突出部を有し、該二つの突出部の突端同士を結ぶ方向が、前記パンチを前記カムが押圧する力の作用線の移動方向と交差することを特徴とするシート材穿孔装置。
【請求項３】
前記カムは偏心カムであり、該偏心カムを相対する二面でフォローするカムフォロア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。
【請求項４】
前記パンチをガイドするパンチガイドを有し、該パンチガイドのガイド部の長さと、該パンチガイド下端から前記カムの軸心までの距離との比は、０．２５以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシート材穿孔装置。
【請求項５】
前記パンチの軸心は前記カムの軸心に対し離心されてい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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−３４８１６（Ｐ２００９−３４８１６Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６２７４９（Ｐ２００８−２６２７４９）
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【分割の表示】特願平１１−１６３３６２の分割
【原出願日】平成１１年６月１０日（１９９９．６．１０）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（３０５０２２５９８）株式会社日立メタルプレシジョン (69)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【分割の表示】特願平１１−１６３３６２の分割
【原出願日】平成１１年６月１０日（１９９９．６．１０）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（３０５０２２５９８）株式会社日立メタルプレシジョン (69)
【Ｆターム（参考）】
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