JP5249729B2 - 穿孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば複写機、印刷機、プリンタなどの画像形成装置から搬出されるシートにパンチ穴を穿孔する穿孔装置に係わり、穿孔時の騒音を防止する穿孔機構の改良に関する。

一般に、紙などのシートにファイリング用のパンチ穴を穿孔する穿孔装置は事務機器として数枚のシートにパンチ部材を手動で押下して穿孔するものと、印刷機、複写機などから搬出されたシートに自動的に穿孔するものが知られている。前者はシートを挟んでフレーム部材に円柱状のパンチ部材を上下動自在に配置し、これを操作レバーで押し下げてシートを貫通させる装置として広く知られている。一方後者は順次搬出されるシートを所定の処理位置にセットし、これにパンチ部材を駆動モータで押下して穴あけする装置として種々の装置に組み込まれて使用されている。そしてこれらの装置ではシートに所定間隔で２個所、３個所若しくは４個所に同時に穿孔処理し、これらの穴数および間隔は統一した規格に設定されている。

そこで従来、画像形成装置から搬出されたシートに自動的に穿孔する装置としては例えば特許文献１に開示されている構造が知られている。同文献にはシートを上部ガイドプレートと下部ガイドプレートとの間を移送するシートにパンチ部材でパンチ孔を穿孔するパンチ構造が開示されている。このため図１２に示すように上部ガイドプレート１００にロッド形状のパンチ部材１０１を軸受部材１０２で上下動可能に支持し、この軸受部材１０２に支持されたパンチ部材１０１を駆動モータに連結した駆動回転軸に偏心カム１０６を設け、このカムでパンチ部材１０１を上下動させている。また上部ガイドプレート１００にシートをセットする間隔を隔てて下部ガイドプレート１０３を対向配置し、この下部ガイドプレートに刃受孔（ダイ）１０７を形成している。

このような構造で上記偏心カム１０６はパンチ部材１０１を上下動する際の上死点は同図に示すように刃先１０１ａが軸受孔内部に没入する位置に設定されている。これはパンチ動作時に刃先に付着した紙片（穿孔屑）を刃先から分離して落下させる為である。
特開２００３−１７０３９４号公報（図２）

上述のようにパンチ部材を所定ストロークで上下動させてシート類に穿孔する場合、従来は先端に穿孔刃を有するパンチ部材のロッド軸部を軸受部材で上下動可能に支持している。このとき従来は上部フレームにスリーブ状の軸受孔を有する軸受部材を取付け、この軸受に沿ってパンチ部材が上下動するように構成している。

このような軸受構造で、従来はパンチ部材の刃先端縁が軸受孔内に没入するポジションを上死点に設定している。このように刃先端縁を完全に軸受孔内に没入させることによって刃先に付着した紙片（穿孔屑）を軸受孔の下端縁で掻き落とすように作用させている。

ところがパンチ刃の刃先端縁を軸受孔の内部と外部との間で往復動させると当然に紙粉が軸受け内部に進入する。この紙粉の影響で軸受孔内部の摩耗が進化し、耐久性を劣らせる原因となっている。

上述の紙粉による軸受係合部の摩耗は、特にパンチ部材をラジアル方向に回転させながらスラスト方向に上下動する穿孔機構を採用すると軸受孔ないに進入した紙粉はスパイラル状に旋回しながら内部に進入することとなり、この旋回運動による摩耗は著しい劣化をもたらす。

そこで本発明者は、穿孔時に刃先に付着した紙粉その他の塵埃が軸受孔内部に進入しないように穿孔刃の上死点位置を設定し、同時にパンチ部材に付着して軸受孔内部に進入する紙粉を掻き落とす紙粉の落下空間を形成するとの着想に至った。

本発明は先端に穿孔刃を有するパンチ部材を上下往復動する際に、軸受孔内に紙粉が進入して摩耗を促進することのない穿孔装置の提供をその課題としている。

上記課題を解決するため本発明は以下の構成を採用する。ロッド形状に形成されたパンチ部材と、上記パンチ部材の先端に形成された穿孔刃と、上記穿孔刃に適合する刃受孔と、上記パンチ部材を穿孔方向に往復動可能に支持する上部フレームと、上記上部フレームに対向配置され上記刃受孔を有する下部フレームと、上記パンチ部材を上死点と下死点との間で往復動するカム溝を有する円筒カムと、上記円筒カムを駆動回転する駆動手段とを備える。
上記円筒カムは、上カム面を有する上カム部材と下カム面を有する下カム部材に上下分割して構成し、この上カム部材と下カム部材とは、それぞれ上記パンチ部材に嵌合されていると共に下カム部材はパンチ部材に一体的に固定し、上記上部フレームには、上記パンチ部材の少なくとも下端部を軸受け支持する軸受部材と、被穿孔シートの上面を規制する上ガイド面とを設け、上記軸受部材には、上記パンチ部材を嵌合支持する軸受面と、この軸受面に連なり軸受面の内径より大径の開口部とを形成する。
上記開口部は上記軸受面の下方で上記上ガイド面の上方に配置し、上記パンチ部材は、上死点では刃先端面が上記軸受面の下方に位置し、下死点では刃先端面が上記上ガイド面より上方に位置するように設定し、上記軸受面と上記開口部とは上記穿孔刃に付着した紙粉を軸受面の下端エッジで掻き落として開口部から落下させるように形成する。

前記スリーブ形状の軸受面と前記凹陥状開口部とは、前記穿孔刃に付着した紙粉を軸受面の下端エッジで掻き落として凹陥状開口部から落下させるように連結する。

前記上ガイド面は、穿孔不能シートの穿孔処理部が前記パンチ部材に追随して前記凹陥状開口部に没入しないように該凹陥状開口部の下方に配置する。

前記駆動手段は、前記パンチ部材に穿孔方向のスラスト力と、穿孔方向と直交するラジアル方向の回転力を伝達し、前記パンチ部材はラジアル方向に回転しながらスラスト方向に往復動してシートに穿孔する。

前記駆動手段は、駆動モータと、上記駆動モータの回転を前記パンチ部材の回転運動に伝達する伝動手段と、このパンチ部材の回転運動を穿孔方向運動に変換するカム手段と、から構成し、前記パンチ部材は被穿孔シートに回転しながら穿孔する。

本発明は、先端に穿孔刃を有するパンチ部材を軸受部材で上下動可能に支持する際に、この軸受孔の下側に軸受内径より大径の凹陥状開口部を形成し、パンチ部材の上死点を最上端に位置する刃先端が軸受面より下方に位置し、最下端に位置する刃先端が被穿孔シートの上紙面を規制する上ガイド面より上方に位置するように設定したものであるから、次の効果を奏する。

パンチ部材とこれを支持する軸受部材とは上死点位置で刃先端縁が軸受孔内部に進入することがないから、従来は穿孔時に刃先端縁に付着した紙粉が軸受孔内部に導かれることがない。

またパンチ部材に静電気等の影響で付着した紙粉は軸受孔の下端縁（孔エッジ部）とこれに連続する凹陥状開口部によって掻き落とされる。またこの凹陥状開口部は被穿孔シートの上紙面を規制する上ガイド面の上方に配置されているから穿孔不能となったシートはこの上ガイド面で規制され開口部に押し込まれることがない。これによって穿孔不能に原因するシートジャムを逓減させることができる。

以下図示の好適な実施の形態に基づいて本発明を詳述する。図１は本発明に係わる穿孔装置の全体構成を示す説明図であり、図２はその要部の断面図である。図３（ａ）はパンチ部材の軸受支持部の構造説明図であり、同図（ｂ）はその一部を拡大した説明図である。

［穿孔装置］
まず本発明に係わる穿孔装置Ａの全体構成について説明する。図１に示すように穿孔装置Ａは、被穿孔シートＳをセットする下部フレーム（刃受孔プレート）３５と、この下部フレーム３５との間に少許の間隙Ｓｄを形成して配置された上部フレーム（ベースフレーム）３０と、この上部フレーム３０に取り付けられたパンチ部材４０と、下部フレーム３５に設けられた刃受孔（ダイ；以下同様）３８と、から構成されている。そしてこの上部フレーム３０にはパンチ部材４０を上下方向（穿孔方向）に昇降する駆動手段（後述の駆動モータＭ）と、この駆動モータＭの駆動をパンチ部材４０に伝達する伝動部材（後述のラック歯車５１）と、伝動部材５１の運動をパンチ部材４０の穿孔運動に変換するカム手段（後述の円筒カム４４）とから構成されている。各構成について詳述する。

上記上部フレーム３０と下部フレーム３５は被穿孔シートＳの幅サイズに応じた長さ寸法に形成され、下部フレーム上に搬送されるシートに上部フレーム３０に設けられたパンチ部材４０で所定数のパンチ穴を形成する。この為、上記パンチ部材４０は通常の円柱形状に構成され、その先端に穿孔刃４１が設けてある。このパンチ部材４０は上部フレーム３０に所定の規格(ファイル穴規格)に応じた間隔で、２穴、３穴、４穴など装置仕様に応じて複数配置される。図示のものは４個所に第１パンチ部材４０ａ、第２パンチ部材４０ｂ、第３パンチ部材４０ｃ、第４パンチ部材４０ｄが配置され、シートに２穴、４穴のパンチ穴を選択的に穿孔するようになっている。

［パンチ部材の構成］
上記各パンチ部材４０ａ〜４０ｄは、同一構造で構成されているので以下その１つについて図２乃至図５に基づいて説明する。図２に示すようにパンチ部材４０は、ロッド軸（以下「パンチ軸」という）４２と、その先端に設けられた穿孔刃４１で構成されている。このパンチ軸４２は穿孔方向（図２（ａ）上下方向）に所定長さの棒状部材で構成され、図示のパンチ軸４２には受動歯車４６と円筒カム（カム手段；以下同様）４４が一体的に取付けられている。この受動歯車４６及び円筒カム４４については後述する。そこでこのパンチ部材４０の穿孔刃４１の形状（刃先形状）と、軸受支持構造について説明する。

穿孔刃４１の刃先端面は図４（ａ）に示すような外径ｄ１の円環形状に形成されている。そして円周方向に波状の凹凸部を形成する形状で構成されている。この凹凸形状を同図（ｂ）及び（ｃ）に示す。同図（ａ）のように断面円環形状の穿孔刃４１は、同図（ｂ）のように山形状部４１ｘ１，４１ｘ２と谷形状部４１ｙ１，４１ｙ２に凹凸端面が形成されている。そして同図（ａ）に示す０度、９０度、１８０度、２７０度の端面形状を展開すると同図（ｃ）のように波形形状となる。このように円周方向に凹凸面を形成したのは穿孔負荷を軽減する為である。特に図示の刃先形状は山形状部４１ｘ１と４１ｘ２との間に位相差（段差）αを形成している。これは山形状部を２個所以上に形成する場合に４１ｘ１と４１ｘ２との間に段差αを形成して穿孔負荷を更に軽減している。谷形状部についても同様に４１ｙ１と４１ｙ２との間に位相差（段差）αが形成してある（図４（ｂ）（ｃ）参照）。

次にパンチ部材４０の軸受構造について説明する。パンチ部材４０はパンチ軸４２を上部フレーム３０に軸受け支持され、図２（ａ）上下方向に所定ストロークＳｔで往復動する。このため前述の上部フレーム３０は図２（ａ）に示すように断面コ字状のチャンネル部材で構成され、上下に対向する上ガイド３１と下ガイド３２に摺動自在に軸受け支持されている。

図示の軸受構造は上ガイド３１に嵌合孔３１ａが形成してあり、この嵌合孔３１ａにロッド軸上部４２ａが嵌合され、ロッド軸４２は上下動可能に支持されている。このロッド軸４２は少なくともそのロッド軸下部（下端部）４２ｂが軸受部材６０に支持されている。この軸受部材６０について説明すると、図３（ａ）（ｂ）に拡大断面図を示すように、軸受部材６０は軸受面６０ａを有するスリーブ状軸受孔６０ｂが形成されている。この軸受面６０ａの内径は穿孔刃４１の外径ｄ１と実質的に等しい径に構成されている。

軸受部材６０は例えば焼結金属で構成され、場合に応じて潤滑油を含浸し、その軸受長さ（スラスト方向長さ）はパンチ軸４２が傾斜しない嵌合条件に設定されている。そしてこの軸受面６０ａの下端エッジ６０ｅは穿孔刃４１の外周面に緊密に嵌合するように形成されている。そこで軸受孔内にパンチ部材４０を嵌合して上下動すると穿孔刃４１の外周面に付着した異物は下端エッジ６０ｅで掻き落とされるように配慮されている。

上記の様に構成されたスリーブ状の軸受面６０ａの下端部には形状的に連続して凹陥状開口部６１が形成してある。つまりスリーブ状の軸受面６０ａの下端部には段差を形成して軸受内径ｄ１′より大径の凹陥状開口部６１が設けてある。この凹陥状開口部６１の内径ｄ２は軸受内径ｄ１′より大きく（ｄ２＞ｄ１）設定してある。従って穿孔刃４１の外周に付着した紙粉などの異物は軸受面６０ａの下端エッジ６０ｅで掻き剥され、凹陥状開口部６１から落下し、軸受面６０ａ内に進入することがない。

そこで本発明は後述する駆動手段（駆動モータＭ、ラック歯車５１、円筒カム４４）で軸受面６０ａに支持されたパンチ部材４０を上死点ｐｕと下死点ｐｄとの間で、ストロークＳｔで往復動する。このとき上死点ｐｕと下死点ｐｄを次のように設定してある。まず上死点ｐｕは図３（ｂ）に示すように穿孔刃４１の最上端に位置する刃先端面（図３（ｂ）の形態では谷形状部）４１ｙ１（４１ｙ２）が軸受面６０ａより下方に位置するように設定する。図示の例では軸受面６０ａより距離ｔ１だけ下側に刃先端面４１ｙ１（４１ｙ２）が位置するようになっている。また最下端に位置する刃先端面（図３（ｂ）の形態では山形状部）４１ｘ１（４１ｘ２）は図３（ｂ）に示す上ガイド面６２より上方に位置するように設定されている。図示の例では上ガイド面６２より距離ｔ２だけ上側に刃先端面４１ｘ１（４１ｘ２）が位置するように設定されている。

尚、上ガイド面６２は被穿孔シートＳの上面を規制（ガイド）するように軸受部材６０又は上部フレーム３０に設けられている。図示のものは軸受部材６０に上ガイド面６２を配置する場合を示す。

上述のように構成されたパンチ部材４０の穿孔動作を図６及び図７に基づいて説明する。図６（ａ）はパンチ部材４０が上死点ｐｕに位置する状態を示している。この状態で穿孔刃４１はシートの搬送経路（上部フレーム３０と下部フレーム３５の間）から上方に待機し、搬送経路にシートを給排送可能となる。図６（ｂ）はパンチ部材４０がシートを穿孔する状態を示し、穿孔刃４１は上死点ｐｕから下死点ｐｄに移動する途中の状態である。このとき穿孔刃４１は図示矢示方向に回転しながら下死点側に下降する。図７（ｃ）はパンチ部材４０が下死点ｐｄに位置する状態を示し、シートには穿孔が施されている。このとき穿孔刃４１の刃先には屑紙片６６が付着している場合がある。そこで図７（ｄ）はパンチ部材４０が下死点ｐｄから上死点ｐｕに移行する途中の状態を示し、穿孔が施されたシートが上ガイド面６２でパンチ部材４０から分離され、穿孔刃４１は先と反対方向に回転（図示矢示方向）しながら上死点方向に上昇する。このとき刃先に付着した屑紙片６６はパンチ部材の回転方向の反転による衝撃で確実に振り落とされる。また穿孔刃４１の外周に付着した紙粉６６ｚは下端エッジ６０ｅで掻き剥がされ、凹陥状開口部６１から落下される。従って紙粉６６ｚが軸受面６０ａ内部に侵入することが少ない。

上記パンチ部材４０の駆動手段について説明する。上記パンチ軸４２は、炭素鋼などの金属材料で円筒軸形状に形成され、円筒カム４４と受動歯車４６が一体に形成されている。この円筒カム４４にはその外周に逆Ｖ字形状のカム溝４５が形成され、後述するカムピン３３ｃと嵌合する。この円筒カム４４は図２（ｂ）に示すように、上カム部材４４Ａと下カム部材４４Ｂに上下分割して構成され、上カム部材４４Ａには上カム面４５ａが、下カム部材４４Ｂには下カム面４５ｂが形成されている。そしてこの上カム面４５ａと下カム面４５ｂとで逆Ｖ字状のカム溝４５が形成されている。

このように逆Ｖ字形状のカム溝４５を形成する上下カム部材４４Ａ、４４Ｂを上下分割形成したのはカム溝４５を形成する上カム面４５ａと下カム面４５ｂのいずれか一方を軸方向（図２上下方向）に移動可能にするためである。このように分割形成された上下カム部材４４Ａ、４４Ｂはパンチ軸４２に嵌合することによって逆Ｖ字形状のカム溝４５を次のように形成している。図２（ｂ）に示すように下カム部材４４Ｂは中央に中空孔４４ｂｘが形成され、この中空孔４４ｂｘにパンチ軸４２が貫挿され、回転止めピン４４ｂｙで両者が一体的に結合されている。

一方、上カム部材４４Ａにも中空孔４４ａｘが設けられ、この中空孔４４ａｘにパンチ軸４２が貫挿されている。この上カム部材４４Ａはパンチ軸４２に沿って上下動自在に嵌合されている。つまり図２（ｂ）に示すように下カム部材４４Ｂには嵌合凹溝４４ｂｕが設けられ、この嵌合凹溝４４ｂｕに上カム部材４４Ａの嵌合凸部４４ａｕが嵌合されている。従って上カム部材４４Ａと下カム部材４４Ｂはパンチ軸４２に嵌合され、その一方（図示のものは下カム部材４４Ｂ）がパンチ軸４２に一体的に固定され、他方（図示のものは上カム部材４４Ａ）がパンチ軸４２に沿って上下動自在に嵌合支持されている。

上記上カム部材４４Ａには上記パンチ軸４２に沿って常時下方に付勢するバネ手段４７が設けられている。図示のバネ手段４７は円盤形状の板バネで形成され、その中央にはパンチ軸４２を貫挿する中孔が形成されている。この板バネ４７はパンチ軸４２に貫挿され、このパンチ軸４２にワッシャ４８ａを介してＥリング４８ｂで固定されている。そして板バネ４７の下面は上記上カム部材４４Ａの上端面４４ａｚを常時下方に押圧付勢している。

上述の円筒カム４４には後述する駆動モータＭから回転力が付与され、その回転運動を上記カム溝４５で穿孔方向に運動変換するように構成されている。このため上記下カム部材４４Ｂの外周にはカム溝４５と異なる位置に受動歯車４６が一体形成されている。この受動歯車４６には後述するラック歯車（伝動部材）５１が歯合され、このラック歯車５１が駆動モータＭで往復動してパンチ部材４０を上下動するように構成されている（駆動機構については後述する）。

次に上述のカム溝４５のカム形状について図５に従って説明する。穿孔装置Ａは、パンチ部材４０を２孔穴開け用の第１パンチ部材４０ａ，第４パンチ部材４０ｄと、更に４孔穴開け用の第２パンチ部材４０ｂ，第３パンチ部材４０ｃの合計４つのパンチ部材で構成する場合を示している。そこで各パンチ部材４０ａ〜４０ｄの円筒カム４４には穿孔方向に（図５（ａ）上下方向）に対し所定角度（θ）傾斜した傾斜カム面４５θが設けられ、第１，第４カム溝４５ａｋ、４５ｄｋには１個所、第２，第３カム溝４５ｂｋ、４５ｃｋには２個所に傾斜カム面４５θが形成されている（図３（ｂ）参照）。そして第１，第４カム溝４５ａｋ、４５ｄｋの傾斜カム面４５θと第２，第３カム溝４５ｂｋ、４５ｃｋの１つの傾斜カム面４５θはそれぞれ円筒カム４４の同一角度位置（第１角度位置）に配置され、この第１角度位置で被穿孔シートＳに４孔開けする。また円筒カム４４の第２角度位置で被穿孔シートＳに２孔開けするように構成されている。

この第２角度位置では第１，第４カム溝４５ａｋ、４５ｄｋは円筒カム４４の外周方向に水平な直線溝で形成されている。従って上部フレーム３０に固定されたカムピン３３ｃと係合している第１乃至第４カム溝４５ａｋ〜４５ｄｋは上記第１角度位置では第１乃至第４パンチ部材４０ａ〜４０ｄが被穿孔シートＳに４穴穿孔し、上記第２角度位置では第２、第３パンチ部材４０ｂ、４０ｃが被穿孔シートＳに２穴穿孔することとなる。

また第２，第３カム溝４５ｂｋ、４５ｃｋの他の傾斜カム面４５θは円筒カム４４の上記第１角度位置と異なる角度位置（第２角度位置）で同一角度位置に形成され、この第２角度位置ではシートに２孔開けする。

また上記各円筒カム４４は所定角度ずつ位相差を有するように上部フレーム３０に取り付けられ、同時孔開けする際に各パンチ部材４０ａ〜４０ｄの孔開けタイミングを異ならせている。つまり図１に示すように４孔開けの時、各パンチ部材４０ａ〜４０ｄは、第１パンチ部材４０ａ、第２パンチ部材４０ｂ、第３パンチ部材４０ｃ、第４パンチ部材４０ｄの順に時間差（カム溝の変移差）を持って孔開けタイミングをズラしている。２孔開けの時も同様に第２パンチ部材４０ｂ、第３パンチ部材４０ｃの順に位相差を持たせている。

［円筒カムの作用］
上述のように構成されている円筒カム（カム手段）４４は、逆Ｖ字形状のカム溝４５を構成する上カム面４５ａと下カム面４５ｂのいずれか一方が穿孔方向に少許のスパンで上下動自在に構成され、その可動側カム面（上述の上カム面４５ａ）にバネ手段４７が設けられている。そしてこの上カム面４５ａと下カム面４５ｂとの間にカムピン３３ｃを嵌合し、このカムピン３３ｃを上部フレーム３０に固定する。

そこで下カム部材４４Ｂに形成した受動歯車４６に回転力をラック歯車５１で付与する。例えばラック歯車５１が図１左側に移動するとき、パンチ部材４０は同図反時計方向に回転する。このとき図８（ａ）に示す上死点ｐｕから下死点側に変位する位置ｐ１でカムピン３３ｃがカム溝４５の下カム面４５ｂに当接する（図８（ｂ）の状態）。その後、カムピン３３ｃは下カム面４５ｂに沿って上カム面４５ａに案内されて下死点方向に移動（図８（ｃ）、図９（ｄ）の状態）する。そして下死点ｐｄ（図９（ｅ）の状態）に到達し、この下死点ｐｄから若干オーバランして停止位置ｐ３（図９（ｆ）の状態）で停止する。

上述の動作でシートに穿孔した後は、前記駆動モータＭを逆回転させてラック歯車５１を図１右側に移動（復帰動）する。するとパンチ部材４０は、停止位置ｐ３から下死点ｐｄに戻り、次いで上死点側に図示ｐ２位置、ｐ１位置、そして上死点ｐｕに戻ることとなる。このときパンチ部材４０は最初に下死点側に降下した後、方向を反転して上死点側に上昇移動することとなる。このときパンチ部材４０には下死点方向の運動から上死点方向の運動に反転する方向変換の負荷と、穿孔刃４１の刃先を穿孔済シートから引き剥がす負荷が作用する。ところが本発明のパンチ部材４０には前述の板バネ４７が作用しているため、バネ力が上カム面４５ａに作用し、このバネ力で板バネ（バネ手段）４７は撓み、このバネの撓みで上カム部材４４Ａに作用する衝撃は緩和され、衝撃音が低減される。この衝撃音の低減と同時に板バネ４７のバネ力は、その直後にパンチ部材４０を上死点ｐｕに変位させる復元力として作用する。

次にフレーム構造について説明する。前述の上部フレーム３０は図２（ａ）に示すように断面コ字状のチャンネル部材で構成され、上下に対向する上ガイド３１と下ガイド３２に嵌合孔３１ａ、３２ａが設けられている。パンチ部材４０はこの嵌合孔３１ａにロッド軸上部４２ａが、嵌合孔３２ａに軸受部材６０が取り付けられ、その軸受部材６０の軸受孔６０ｂにロッド軸下部４２ｂが嵌合支持されている。従ってパンチ部材４０は上部フレーム３０に図２（ａ）上下方向（穿孔方向）に摺動自在に支持されている。

また、上記下部フレーム３５には穿孔刃４１に適合する刃受孔（ダイ）３８が設けられている。上記下部フレーム３５は上部フレーム３０に少許の間隙Ｓｄを形成して固定ネジ３９で一体に取り付けてあり、この上部フレーム３０，下部フレーム３５でユニット化されている。そして上部フレーム３０には上述のカム溝４５と係合するカムフォロア部材３３が固定してある。図示のカムフォロア部材３３は、台座部３３ａとガイド軸部３３ｂとカムピン３３ｃとを備え、前記嵌合孔３１ａ、３２ａと所定の位置関係となるように上部フレーム３０に形成した取付け孔に嵌合し台座部３３ａをビスなどで固定する。そしてガイド軸部３３ｂは後述するスライド部材５０をガイドし、カムピン３３ｃは上記カム溝４５と係合するピン形状に構成されている。従ってパンチ部材４０は上部フレーム３０に上下摺動自在に支持され、これに設けたカムピン３３ｃにカム溝４５が係合保持される。このカムピン３３ｃがカムフォロア部材を構成している。

また、上記パンチ部材４０には受動歯車４６が一体に取り付けられている。この受動歯車４６は後述する駆動モータＭに伝動部材（ラック歯車）５１を介して連結される。このように構成されたパンチ部材４０は、穿孔刃４１及びロッド軸上下部４２ａ、４２ｂを例えばＳＵＳ系鋼材のような研磨性の良い素材で構成する。この他鉄系金属或いはセラミックなどで形成しても良い。また、円筒カム４４と受動歯車４６とはＰＯＭ（ジュラコン樹脂）などの合成樹脂で成形することが加工性、静音性などから好ましいが、特にその材質を限定するものではない。そしてパンチ部材４０の穿孔刃４１と円筒カム４４と受動歯車４６とを一体化する。この一体化はこれらの三者を一体的に回転させる為であり、成型時にインサート成形によって一体化するか或いは固定ビス、接着剤などで固定する。

次に上部フレーム３０にはスライド部材５０が図１左右方向に移動自在に組み込まれる。このスライド部材５０にはラック歯車５１が形成され、このラック歯車５１は上述のように上部フレーム３０に複数（図示のものは４個所）配置されたパンチ部材４０ａ〜４０ｄの各受動歯車４６と噛合するようになっている。そしてスライド部材５０は前述のカムフォロア部材３３のガイド軸部３３ｂと下ガイド３２の間で上下方向を摺動自在に案内され、また上部フレーム３０の背面と各受動歯車４６との間で前後方向を案内（図２（ａ）参照）され図１左右方向に移動自在に支持されている。これによって各パンチ部材４０ａ〜４０ｄの受動歯車４６とスライド部材５０のラック歯車５１とが噛合され、スライド部材５０の移動量に応じて各パンチ部材４０ａ〜４０ｄは所定の角度関係（後述の位相差）でそれぞれ回転されることとなる。

上記スライド部材５０には駆動モータＭが次のように連結されている。前記上部フレーム３０にはブラケット５３で駆動モータＭが取り付けてあり、その回転軸は減速歯車を介して駆動歯車Ｇ１に連結されている。そしてこの駆動歯車Ｇ１がスライド部材５０のラック歯車５１に歯合してある。従って駆動モータＭの正逆転でスライド部材５０は図１左右方向に移動することとなる。尚図示５４はモータの回転軸に設けたエンコーダであり、Ｓｅはこれを検出するエンコードセンサである。また、上記スライド部材５０にはその位置を検出するポジションセンサＳｎが配置されている。

以上説明した装置構成において、紙などの被穿孔シートＳに２穴、若しくは４穴の孔開けを施す穿孔動作は次のように行う。穿孔装置Ａには図示しない制御手段が例えば制御ＣＰＵで設けられている。そこでこの制御ＣＰＵ（制御手段）の動作を図１０のフローチャートに基づいて説明する。

装置電源が投入され、装置が起動する（Ｓｔ１００）と制御手段は例えば後処理装置から２穴孔開けであるか４穴孔開けであるか孔開けモードの選択信号（Ｓｔ１０１）を受ける。この指示信号で制御手段は前記スライド部材５０をホームポジション（スタート位置）に移動する（Ｓｔ１０２）。このとき、制御手段は駆動モータＭを上記ホームポジションから所定量オーバランさせた後、その回転方向を逆転する。するとスライド部材５０はバックラッシュなくホームポジションに位置付けられる。制御手段はこの状態で駆動モータＭを停止し、被穿孔シートＳの搬送セットを待つ。

次いで被穿孔シートＳが所定のセット位置に準備されるとそのセット終了信号（Ｓｔ１０３）で制御手段は駆動モータＭを回転駆動しスライド部材５０を図１左方向に移動する（Ｓｔ１０４）。スライド部材５０が左方向に移動すると、これに一体形成されているラック歯車５１が受動歯車４６を反時計方向に回転させる。するとパンチ部材４０は図８（ａ）の状態から図９（ｆ）の状態に徐々に反時計方向に回転しながら穿孔方向（スラスト方向）に移動する。この過程で被穿孔シートＳには４穴又は２穴のパンチ孔が穿孔される（Ｓｔ１０５）。

次いで制御手段は孔開け動作が終了したか否かをポジションセンサＳｎで判断する（Ｓｔ１０６）。このとき例えば予め設定したジャム時間が経過（Ｓｔ１０７）してもセンサが上記動作終了位置を検出しないときにはジャムと判断し、駆動モータＭを逆回転させる（Ｓｔ１０８）。この駆動モータＭの逆回転でスライド部材５０とパンチ部材４０はホームポジションにバックし、これをポジションセンサＳｎで検知する（Ｓｔ１０９）。そこで制御手段がジャム信号を発し、例えば後処理装置のコントロールパネルに「ジャム」表示を行わせる。これと同時に装置電源をＯＦＦする（Ｓｔ１１０）。

駆動モータＭの逆回転でスライド部材５０及びパンチ部材４０がホームポジションに移動しないときには装置故障と見なしエラー信号を発し、コントロールパネルに「装置故障」を表示する（Ｓｔ１１１）。シートへの穿孔が正常に実行されると制御手段は、例えば後処理装置Ｃに穿孔終了信号を発し、後処理装置Ｃはシートを所定のセット位置から外部に搬出する。このシートの搬出と前後して制御手段は駆動モータＭを逆回転させてスライド部材５０をホームポジションに復帰させる。この状態で次のシートがセット位置に準備されるのを待つ。

パンチ部材４０がホームポジションから穿孔位置に移動する過程で穿孔刃４１はスラスト方向への移動と同時にラジアル方向に回転し図８（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図９（ｄ）（ｅ）（ｆ）の順に捻り運動で被穿孔シートＳにパンチ孔を穿孔する。この為穿孔刃４１の被穿孔シートＳに及ぼす剪断力は穿孔刃４１を単純にスラスト方向に移動する場合に比べ数倍に増大する。例えば本実施形態においては剪断力を２倍に増大させることが出来、結果として駆動モータＭの負荷トルクを半減させることが可能となった。逆に穿孔速度を２倍にしても駆動モータＭに及ぶ負荷が増大することがなく伝動機構の簡素化とパンチ動作の高速化が可能となった。

従って、図８に示すようにラック歯車５１を有するスライド部材５０の移動に伴ってパンチ部材４０は上死点ｐｕから傾斜カム面４５θに沿って反時計方向に回転しながら穿孔開始点ｐ１に移動してシートに接し穿孔を開始する。そして同方向に回転しながらシートを貫通し穿孔終了点ｐ２に移動し、次いで下死点ｐｄに移動する。次にスライド部材５０が更に移動するとパンチ部材４０は下死点ｐｄから上死点ｐｕ方向に移動（上昇）する。このときパンチ部材４０は傾斜カム面４５θに沿って反時計方向に回転しながら上記穿孔終了点ｐ２に戻り、更に穿孔開始点ｐ１に戻り、最後に上死点ｐｕに復帰する。

次に次シートの穿孔時には上記スライド部材５０は反対方向に移動するため、パンチ部材４０は時計方向に回転しながら同様の動作を繰り返す。つまり順次穿孔するシートの奇数枚目の穿孔時にはパンチ部材４０は例えば時計方向に回転しながら上死点ｐｕから下死点ｐｄに移動し、その後同方向に回転しながら下死点ｐｄから上死点ｐｕに移動する。そして偶数枚目のシートの穿孔時にはパンチ部材４０は逆方向、時計方向に回転しながら上死点ｐｕから下死点ｐｄに、また下死点ｐｄから上死点ｐｕに移動復帰することとなる。

そこで穿孔刃４１の先端に屑紙片６６が詰まっても穿孔時の回転で振り飛ばされるか或いは次シート穿孔時の反対方向の回転で振り飛ばされることとなる。このように穿孔刃４１に付着した屑紙片６６は正逆方向の回転力を受けて遠心力で刃先から分離し、四方八方に分散して下部フレーム３５の下部に配置した屑ボックス６８に略々均等に堆積収納される。

［画像形成ユニットの構成］
図１１に画像形成ユニットの構成を示す。画像形成装置Ｂの印字部３には静電ドラム１０が設けられ、この静電ドラム１０の周囲には印字ヘッド９、現像器１１、転写チャージャ１２などが配置されている。そして印字ヘッド９は例えばレーザ発光器などで構成され、静電ドラム１０上に静電潜像を形成し、この潜像に現像器１１でトナーインクを付着し、転写チャージャ１２でシートに印刷する。この印刷シートは定着器１３で定着され排紙経路１７に搬出される。排紙部４にはケーシング１に形成した排紙口１４と排紙ローラ１５が配置されている。尚図示１６は循環経路であり、排紙経路１７からの印刷シートをスッチバック経路で表裏反転した後再びレジストローラ７に送り、印刷シートの裏面に画像形成する。このように片面若しくは両面に画像形成された印刷シートは排紙口１４から排紙ローラ１５で搬出される。

尚図示２０はスキャナユニットであり、上記印字ヘッド９で印刷する原稿画像を光学的に読み取る。その構造は一般的に知られているように原稿シートを載置セットするプラテン２３と、このプラテン２３に沿って原稿画像をスキャンするキャリッジ２１と、このキャリッジ２１からの光学像を光電変換する光学読取手段（例えばＣＣＤディバイス）２２とから構成されている。また図示のものは原稿シートを自動的にプラテンに給送する原稿送り装置２５がプラテン２３上に装備してある。

そこで上記の排紙口１４には後処理装置Ｃが連設してある。この後処理装置Ｃはシート搬送経路２６と、この搬送経路２６に配置したパンチユニット２７と排紙スタッカ２８とから構成されている。シート搬送経路２６にはパンチユニット２７の上流側に整合手段２６ａが設けられ、シート後端を整合する。またシート搬送経路２６には正逆転ローラ２６ｂが配置され、搬入口２６ｃからのシートを整合手段２６ａに突き当て整合し、同時にこの正逆転ローラ２６ｂはパンチユニット２７からシートを排紙スタッカ２８に搬出する。図示Ｓｉはシート検知センサである。尚パンチユニット２７は先に説明した図１に示す装置で構成されている。

このように構成された後処理装置Ｃは画像形成装置Ｂから印刷済のシートを搬入口２６ｃから受け取り、シート後端をシート検知センサＳｉで検知し、シート後端が整合手段２６ａを通過したタイミングで正逆転ローラ２６ｂを逆転（図示反時計方向）する。するとシートはスイッチバックされシート後端が整合手段２６ａに突き当て整合される。この整合後に正逆転ローラ２６ｂは停止し、シートをその位置に保持する。この状態でパンチユニット２７は駆動モータＭを駆動して前述の穿孔動作を実行する。穿孔動作の実行後は前述のポジションセンサＳｎからのエンド信号で正逆転ローラ２６ｂを図示時計方向に回転しパンチ穴を施されたシートを排紙スタッカ２８に搬出する。尚この後処理装置Ｃには、図示しないがステープルユニット、スタンプユニットなどが装置仕様に応じて組み込まれる。

本発明に係わる穿孔装置の全体構成を示す説明図。 図１の装置における要部説明図であり、（ａ）は側面断面図を示し、（ｂ）はパンチ部材の断面構成図を示す。 図１の装置におけるパンチ穿孔部の拡大説明図であり、（ａ）は穿孔部の全体を、（ｂ）は穿孔部の拡大図を示す。 図１の装置におけるパンチ部材の説明図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は刃先形状の説明図、（ｃ）は刃先形状の展開説明図。 図１の装置におけるパンチ部材の説明図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は傾斜カムの形状説明図。 図１の装置におけるパンチ動作の説明図であり、（ａ）は穿孔刃が上死点位置のときの状態説明図、（ｂ）は穿孔刃で穿孔が開始されたときの状態説明図である。 図１の装置におけるパンチ動作の説明図であり、（ｃ）は穿孔刃が下死点位置のときの状態説明図、（ｄ）は穿孔刃で上死点に復帰する直前の状態説明図。 （ａ）乃至（ｃ）図１の装置に於ける穿孔状態を示す動作状態説明図。 （ｄ）乃至（ｆ）図１の装置に於ける穿孔状態を示す動作状態説明図。 本発明に係わる穿孔装置の制御動作を示すフローチャート。 （ａ）本発明に係わる画像形成装置及び後処理装置の全体構成を示す説明図であり、（ｂ）後処理装置の要部拡大図。 従来のパンチ部材の駆動機構を示す説明図。

符号の説明

Ａ 穿孔装置
Ｓ 被穿孔シート
Ｓｔ ストローク
ｄ１ 外径
ｄ１′ 軸受内径
ｄ２ 開口部の内径
Ｍ 駆動モータ（駆動手段）
ｐｕ 上死点
ｐｄ 下死点
３０ 上部フレーム（ベースフレーム）
３１ 上ガイド
３２ 下ガイド
３５ 下部フレーム（刃受孔プレート）
４０ パンチ部材
４０ａ 第１パンチ部材
４０ｂ 第２パンチ部材
４０ｃ 第３パンチ部材
４０ｄ 第４パンチ部材
４１ 穿孔刃
４１ｘ１ 山形状部
４１ｘ２ 山形状部
４１ｙ１ 谷形状部
４１ｙ２ 谷形状部
４２ ロッド軸（パンチ軸）
４４ 円筒カム（カム手段）
４５ カム溝
４６ 受動歯車
６０ 軸受部材
６０ａ 軸受面
６０ｂ 軸受孔
６０ｅ 下端エッジ
６１ 開口部
６２ 上ガイド面
６６ 屑紙片
６６ｚ 紙粉
６８ 屑ボックス

Claims (5)

1. ロッド形状に形成されたパンチ部材と、
   上記パンチ部材の先端に形成された穿孔刃と、
   上記穿孔刃に適合する刃受孔と、
   上記パンチ部材を穿孔方向に往復動可能に支持する上部フレームと、
   上記上部フレームに対向配置され上記刃受孔を有する下部フレームと、
   上記パンチ部材を上死点と下死点との間で往復動するカム溝を有する円筒カムと、
   上記円筒カムを駆動回転する駆動手段と、
   を備え、
   上記円筒カムは、
   上カム面を有する上カム部材と下カム面を有する下カム部材に上下分割して構成され、
   この上カム部材と下カム部材とは、それぞれ上記パンチ部材に嵌合されていると共に下カム部材はパンチ部材に一体的に固定され、
   上記上部フレームには、
   上記パンチ部材の少なくとも下端部を軸受け支持する軸受部材と、
   被穿孔シートの上面を規制する上ガイド面と、
   が設けられ、
   上記軸受部材には、上記パンチ部材を嵌合支持する軸受面と、
   この軸受面に連なり軸受面の内径より大径の開口部と、
   が形成され、
   上記開口部は上記軸受面の下方で上記上ガイド面の上方に配置され、
   上記パンチ部材は、
   上死点では刃先端面が上記軸受面の下方に位置し、下死点では刃先端面が上記上ガイド面より上方に位置するように設定され、
   上記軸受面と上記開口部とは上記穿孔刃に付着した紙粉を軸受面の下端エッジで掻き落として開口部から落下させるように形成されていることを特徴とする穿孔装置。
2. 前記円筒カムには、回転力を伝達する受動歯車が設けられ、
   前記円筒カムに形成されたカム溝には前記上部フレームに配置されたカムピンが嵌合され
   ていると共に、この円筒カムには前記駆動手段から回転力を伝達する受動歯車が設けられ、
   前記上カム部材と下カム部材とは、
   下カム部材が前記パンチ部材に一体的に固定され、
   上カム部材にはパンチ部材との間にバネ手段が配置され、
   このバネ手段は、上カム部材を下カム部材側に付勢して両カム部材を結合することを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
3. 前記受動歯車は、下カム部材に一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の穿孔装置。
4. 前記上ガイド面は、穿孔不能シートの穿孔処理部が前記パンチ部材に追随して前記開口部に没入しないように該開口部の下方に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の穿孔装置。
5. 前記駆動手段は、
   駆動モータと、
   上記駆動モータの回転を前記パンチ部材の回転運動に伝達する伝動手段と、
   このパンチ部材の回転運動を穿孔方向運動に変換するカム手段と、
   から構成され、
   前記パンチ部材は被穿孔シートに回転しながら穿孔することを特徴とする請求項２に記載の穿孔装置。

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