(57)【要約】【課題】移動している厚いシート材に穿孔可能な簡易な構成の穿孔装置を提供する。【解決手段】穿孔装置１は、ダイ１０と、パンチ２０と、パンチホルダ５０と、ダイ軸部１２と、パンチ軸部２５と、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５を反対向きに同期回転させる第一同期回転機構と、パンチ２０をダイ１０に向けて移動させる往復移動機構３０とを有する。往復移動機構３０は、パンチ２０の往復移動を支持するパンチホルダ５０と、カム３１と、付勢部材３２と、カム軸部３３とを有する。さらに、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５とカム軸部３３を相対位置が変化しないように支持する共通のフレーム２を有する。同期して回転するパンチ２０とダイ１０が対向して互いの軸心が合致したときに、カム３１がパンチ２０をダイ１０に向けて移動させる移動量が最大となるように構成される。【選択図】図２
2020075309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに反対向きに同期して回転するダイとパンチとが噛み合うことによってシート材に穿孔する穿孔装置であって、
ダイ軸部に固定され、前記ダイ軸部のダイ軸線回りに回転可能な前記ダイと、
パンチ軸部に固定されるパンチホルダを介して前記パンチ軸部のパンチ軸線回りに回転可能な前記パンチと、
前記パンチ軸部と前記ダイ軸部とを互いに反対向きに同期して回転させる第一同期回転機構と、
前記パンチを前記ダイに向けて移動させる往復移動機構と、を有し、
前記往復移動機構は、
前記パンチを前記パンチ軸線に対して直交する移動軸線に沿って往復移動可能に支持する前記パンチホルダと、
前記パンチを前記ダイに向けて移動可能なカムと、
前記パンチを前記ダイから離間する向きに常に付勢する付勢部材と、
前記カムを支持するカム軸部と、を有し、
前記ダイ軸部と前記パンチ軸部と前記カム軸部のそれぞれを支持する支持部によって、前記ダイ軸線と前記パンチ軸線と前記カム軸線とは互いの相対位置が変化しないように構成され、
前記ダイ軸線に対して前記移動軸線が直交する位置に前記パンチが回転し、前記パンチの刃先が前記ダイに向けて位置したときに、前記ダイに向けて前記カムにより移動される前記パンチの移動量が最大となるように構成されている、穿孔装置。
【請求項２】
前記付勢部材は、一端が前記パンチホルダに支持され、他端が前記パンチに支持されたコイルばねである、請求項１に記載の穿孔装置。
【請求項３】
前記ダイに対する前記パンチの前記刃先の噛み合い開始から噛み合い終了までに対応する前記パンチ軸部の回転角度を噛み合い角度と呼び、
前記パンチに対する前記カムの当接開始から当接終了までに対応する前記パンチ軸部の回転角度を往路移動角度と呼ぶとき、
前記噛み合い角度が前記往路移動角度よりも大きい、請求項１または２に記載の穿孔装置。
【請求項４】
前記ダイに対する前記パンチの前記刃先の噛み合い開始から噛み合い終了までに対応する前記パンチ軸部の回転角度を噛み合い角度と呼び、
前記パンチに対する前記カムの当接開始から当接終了までに対応する前記パンチ軸部の回転角度を往路移動角度と呼ぶとき、
前記噛み合い角度が前記往路移動角度よりも小さい、請求項１または２に記載の穿孔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穿孔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シート材に孔をあける穿孔装置として、特許文献１に記載のロータリーパンチと、特許文献２に記載のレシプロパンチが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３９０９０４号明細書
【特許文献２】特許第４２４７９３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ロータリーパンチは、各々回転軸線回りに回転しているダイとパンチとの噛み合いによって、シート材に孔をあける。ダイとパンチがともに１回転する間にダイとパンチが噛み合う状態と噛み合わない状態とが生じることによって、移動しているシート材に同期させてダイおよびパンチを移動させることなく、移動しているシート材に孔をあけることができる。しかしながら、ダイを回転させる回転軸線とパンチを回転させる回転軸線とは互いに近づかない。このため、ダイとパンチの噛み合いによって生じる穿孔力が比較的小さく、厚いシート材に孔をあけにくい。
【０００５】
レシプロパンチは、ダイに対してパンチが直線的に近づきながらシート材に孔をあける。このため、ダイとパンチの噛み合いによって大きな穿孔力を生じさせやすく、厚いシート材に孔をあけやすい。しかしながら、レシプロパンチは、移動しているシート材に孔をあけるには、ダイとパンチをシート材に同期させて移動させるための別の機構を設ける必要がある。
【０００６】
そこで本発明は、移動している厚いシート材に穿孔可能な簡易な構成の穿孔装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る穿孔装置は、互いに反対向きに同期して回転するダイとパンチとが噛み合うことによってシート材に穿孔する穿孔装置であって、ダイ軸部に固定され、前記ダイ軸部のダイ軸線回りに回転可能な前記ダイと、パンチ軸部に固定されるパンチホルダを介して前記パンチ軸部のパンチ軸線回りに回転可能な前記パンチと、前記パンチ軸部と前記ダイ軸部とを互いに反対向きに同期して回転させる第一同期回転機構と、前記パンチを前記ダイに向けて移動させる往復移動機構と、を有し、前記往復移動機構は、前記パンチを前記パンチ軸線に対して直交する移動軸線に沿って往復移動可能に支持する前記パンチホルダと、前記パンチを前記ダイに向けて移動可能なカムと、前記パンチを前記ダイから離間する向きに常に付勢する付勢部材と、前記カムを支持するカム軸部と、を有し、前記ダイ軸部と前記パンチ軸部と前記カム軸部のそれぞれを支持する支持部によって、前記ダイ軸線と前記パンチ軸線と前記カム軸線とは互いの相対位置が変化しないように構成され、前記ダイ軸線に対して前記移動軸線が直交する位置に前記パンチが回転し、前記パンチの刃先が前記ダイに向けて位置したときに、前記ダイに向けて前記カムにより移動される前記パンチの移動量が最大となるように構成されている。
【０００８】
上記穿孔装置において、前記付勢部材は、一端が前記パンチホルダに支持され、他端が前記パンチに支持されたコイルばねであってもよい。
【０００９】
上記穿孔装置において、前記ダイに対する前記パンチの前記刃先の噛み合い開始から噛み合い終了までに対応する前記パンチ軸部の回転角度を噛み合い角度と呼び、前記パンチに対する前記カムの当接開始から当接終了までに対応する前記パンチ軸部の回転角度を往路移動角度と呼ぶとき、前記噛み合い角度が前記往路移動角度よりも大きくてもよい。
【００１０】
上記穿孔装置において、前記ダイに対する前記パンチの前記刃先の噛み合い開始から噛み合い終了までに対応する前記パンチ軸部の回転角度を噛み合い角度と呼び、前記パンチに対する前記カムの当接開始から当接終了までに対応する前記パンチ軸部の回転角度を往路移動角度と呼ぶとき、前記噛み合い角度が前記往路移動角度よりも小さくてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、移動している厚いシート材に穿孔可能な簡易な構成の穿孔装置が提供される。なお、本発明に係る穿孔装置に適用可能なシート材およびその厚みは、普通紙や印画紙などの紙類で例えば０．３ｍｍ以下、Ｘ線撮像用フィルムなどの樹脂類で例えば０．３ｍｍ以下、銅箔やアルミニウム箔などの軟質金属箔類で例えば０．２５ｍｍ以下、フェルトや不織布などの布地類で例えば１．５ｍｍ以下など、であってよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る穿孔装置の正面図である。
【図２】噛み合い開始前の穿孔装置の側面図である。
【図３】噛み合い開始時の穿孔装置の側面図である。
【図４】穿孔時の穿孔装置の側面図である。
【図５】噛み合い終了時の穿孔装置の側面図である。
【図６】噛み合い終了後の穿孔装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る穿孔装置の実施形態の例を、図面を参照して説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る穿孔装置１の正面図である。本実施形態の穿孔装置１は、シート材Ｓに穿孔する。穿孔装置１は、例えば、紙類、樹脂類、軟質金属類、布地類などの単一材料またはこれらを含む複合材料により構成されるシート材Ｓに穿孔することができる。穿孔装置１により穿孔できるシート材Ｓの厚みは、材質で区分すると、普通紙や印画紙などの紙類で例えば０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、Ｘ線撮像用フィルムなどの樹脂類で例えば０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、銅箔やアルミニウム箔などの軟質金属箔類で例えば０．０１ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下、フェルトや不織布などの布地類で例えば０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。穿孔装置１は、例えば、複写機などの画像形成装置の後処理機として搭載されうるし、フォトブックなどの製本装置などにも搭載されうる。
【００１５】
図１に示すように穿孔装置１は、ダイ１０と、パンチ２０と、第一同期回転機構４０と、往復移動機構３０とを有している。往復移動機構３０は、パンチホルダ５０と、カム３１と、付勢部材３２と、カム軸部３３と、第二同期回転機構７０とを有している。第一同期回転機構４０は、ダイ軸部１２、ダイ歯車１３、パンチ軸部２５およびパンチ歯車２６を含む。
【００１６】
ダイ軸部１２、パンチ軸部２５およびカム軸部３３はそれぞれ軸受９０ａ、９０ｂ、９０ｃにより支持されている。より詳しくは、軸受９０ａ、９０ｂ、９０ｃの内輪はそれぞれ、ダイ軸部１２、パンチ軸部２５およびカム軸部３３に固定されている。軸受９０ａ、９０ｂ、９０ｃの外輪はフレーム２に固定されている。このため、支持部であるフレーム２により、ダイ軸部１２のダイ軸線とパンチ軸部２５のパンチ軸線とカム軸部３３のカム軸線との互いの相対位置が変化しないように構成されている。軸受９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、玉軸受、ころ軸受、円錐ころ軸受などの転がり軸受やすべり軸受けなどを用いることができる。
【００１７】
なお、ダイ１０とパンチ２０によりシート材Ｓに穿孔される孔の直径は例えば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。ダイ１０とパンチ２０の噛み合い調整の難易性を考慮した場合、シート材Ｓに穿孔される孔の直径は例えば５ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、６ｍｍ以上８ｍｍ以下がより好ましい。
【００１８】
ダイ１０は、第一刃先１１を備えている。ダイ１０はダイ軸部１２に固定されている。ダイ軸部１２はダイ１０をダイ軸線Ｘ回りに回転させる。なお、ダイ１０はダイ軸部１２が静止しているときはダイ軸線Ｘ回りに回転されない。ダイ軸部１２は、軸受９０ａを介して、フレーム２によってダイ軸線Ｘ回りに回転可能に支持されている。なお、本明細書で「回転」とは軸線回りに３６０度以上の角度に回転することをいい、３６０度未満の角度で揺動することは含まない。
【００１９】
パンチ２０は、本体部２１と、本体部２１から本体部２１の径方向に突出したパンチ側フランジ部２２を備えている。パンチ２０は、本体部２１の一方の端部に、第二刃先２３が設けられている。パンチ２０の第二刃先２３は、ダイ１０の第一刃先１１と噛み合うことができる。パンチ２０は、本体部２１の第二刃先２３とは反対側の端部に、カム当接部２４が設けられている。パンチ２０はパンチホルダ５０に支持されている。パンチ軸部２５は、軸受９０ｂを介して、フレーム２によってパンチ軸線Ｙ回りに回転可能に支持されている。
【００２０】
ダイ軸部１２にはダイ歯車１３が固定されている。パンチ軸部２５にはパンチ歯車２６が固定されている。パンチ歯車２６はダイ歯車１３と噛み合っている。これにより、ダイ軸部１２、ダイ歯車１３、パンチ軸部２５およびパンチ歯車２６を含む第一同期回転機構４０が構成される。ダイ１０の刃先（第一刃先１１）が１つである穿孔装置１の場合、ダイ歯車１３の歯数とパンチ歯車２６の歯数を等しくすることによって、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５の回転数が等しくなるように構成している。パンチ歯車２６とダイ歯車１３の噛み合いにより、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５は互いに反対向きに同期して回転される。
【００２１】
ここで、ダイ軸部とパンチ軸部とが同期して回転する状態とは、ダイ軸部の回転速度（回転数）をＤｖとし、パンチ軸部の回転速度（回転数）をＰｖとし、ダイに設けられる孔（刃先）の数をｎとするとき、Ｐｖ＝ｎ・Ｄｖを満たす状態をいう。本実施形態の穿孔装置１において、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５とが同期して回転する状態とは、ダイ１０に設けられた孔（第一刃先１１）が１つ（ｎ＝１）であるため、Ｐｖ＝Ｄｖを満たす状態すなわちパンチ軸部２５とダイ軸部１２の回転速度（回転数）が等しい状態を言う。また、例えば、２つの孔が対向して設けられた２つ孔のダイ（ｎ＝２）を有する穿孔装置においては、ダイ軸部とパンチ軸部とが同期して回転する状態とは、Ｐｖ＝２Ｄｖを満たす状態すなわちパンチ軸部がダイ軸部の２倍の回転速度（回転数）である状態を言う。この場合、ダイ軸部が１回転する間にパンチ軸部が２回転することによって、シート材に２つの孔をあけることができる。
【００２２】
パンチ２０は、往復移動機構３０によってダイ１０に向けて移動される。往復移動機構３０は、パンチホルダ５０と、カム３１と、付勢部材３２と、カム軸部３３と、第二同期回転機構７０とを有している。
【００２３】
パンチホルダ５０は、パンチ２０をパンチ軸線Ｙに対して直交する移動軸線Ａに沿って往復移動可能に支持している。パンチホルダ５０は、筒状のパンチ支持部５１と、パンチ支持部５１のカム３１側の一端に設けられたホルダ側フランジ部５２を備えている。パンチ支持部５１の筒状の孔（貫通孔）にはパンチ２０の本体部２１が挿通されている。パンチ２０を支持するパンチホルダ５０はパンチ軸部２５に固定されている。パンチ軸部２５はパンチ２０を支持するパンチホルダ５０をパンチ軸線Ｙ回りに回転させる。パンチ軸部２５の回転に伴い、パンチ軸線Ｙに対して直交する移動軸線Ａもパンチ軸線Ｙ回りに回転される。なお、パンチホルダ５０および移動軸線Ａはパンチ軸部２５が静止しているときはパンチ軸線Ｙ回りに回転されない。なお、本明細書では、三次元空間においてねじれの位置にある２本の直線のなす角が９０度であるとき、その２本の直線は垂直であるといい、さらに、垂直である２本の直線が１点で交わるとき、その２本の直線は直交するという。
【００２４】
カム３１はカム軸部３３に固定されている。カム３１の外周面はパンチ２０のカム当接部２４と当接可能に構成されている。カム軸部３３はカム３１をカム軸線Ｚ回りに回転させる。なお、カム３１はカム軸部３３が静止しているときはカム軸線Ｚ回りに回転されない。カム軸部３３は、軸受９０ｃを介して、フレーム２によってカム軸線Ｚ回りに回転可能に支持されている。カム軸部３３の回転によって、カム３１はカム当接部２４を介してパンチ２０を移動軸線Ａの第二刃先２３側に向けて移動可能である。したがって、パンチ２０は、カム軸部３３の回転によるカム３１の回転によって、ダイ１０に接近するように移動する。
【００２５】
付勢部材３２は、パンチ２０を移動軸線Ａの第二刃先２３側と反対側に向けて常に付勢している。したがって、パンチ２０は、付勢部材３２による付勢の程度が小さくなることによって、ダイ１０から遠ざかるように移動する。付勢部材３２は、パンチ２０とパンチホルダ５０との間に設けられている。本実施形態において付勢部材３２は、一端がパンチ２０に支持され、他端がパンチホルダ５０に支持されたコイルばねである。コイルばねの一端がパンチ側フランジ部２２に支持され、コイルばねの他端がホルダ側フランジ部５２に支持されている。コイルばねは圧縮された状態でパンチ側フランジ部２２とホルダ側フランジ部５２との間に設けられており、両者を遠ざけようとする付勢力を常に作用させている。これにより、コイルばねはパンチ２０の第二刃先２３をダイ１０から遠ざけようとする力を常にパンチ２０に作用させている。
【００２６】
なお、付勢部材３２によって付勢されているパンチ２０がパンチホルダ５０から抜け落ちないように、パンチ２０には抜止部材６０が設けられていてもよい。抜止部材６０は、例えば、パンチ２０のパンチホルダ５０に支持された部位よりも刃先側に取り付けられたゴムリングや止め輪である。あるいは抜止部材６０は、パンチ２０のパンチホルダ５０に支持された部位よりも刃先側に設けられたフランジ部である。
【００２７】
カム軸部３３にはカム歯車３４が固定されている。カム歯車３４はパンチ歯車２６と噛み合っている。これにより、カム軸部３３、カム歯車３４、パンチ軸部２５およびパンチ歯車２６を含む第二同期回転機構７０が構成される。カム歯車３４の歯数とパンチ歯車２６の歯数は等しい。カム歯車３４とパンチ歯車２６の歯数を等しくすることによって、カム軸部３３とパンチ軸部２５の回転速度（回転数）が等しくなる。カム歯車３４とパンチ歯車２６の噛み合いにより、カム軸部３３とパンチ軸部２５は互いに反対向きに同期して回転可能になる。
【００２８】
穿孔装置１では、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５とカム軸部３３のそれぞれが共通のフレーム２に支持されている。したがって、穿孔装置１が動作しても、ダイ軸線Ｘとパンチ軸線Ｙとカム軸線Ｚの間の相対位置は変化しない。なお、穿孔装置１では、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５とカム軸部３３のそれぞれが回転可能に構成されている。穿孔装置１のフレーム２は、単一の部材からなるフレームであってよく、複数の部材が一体化されてなるフレームであってもよい。一体化されたフレームとは、ネジやカシメや溶接などにより組立や接合が行われたフレームを言う。
【００２９】
穿孔装置１の動作を説明しながらカム３１の形状を説明する。図２から図６は穿孔装置１の動作を説明する図である。図２から図６は、穿孔装置１をパンチ軸線Ｙの方向から見た側面図である。なお、図２から図６に示す穿孔装置１は、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５の軸心間距離とパンチ軸部２５とカム軸部３３の軸心間距離とが等しくなるように構成されている。また、図２から図６の各図に二点鎖線で示す３つの円は、上記の軸心間距離を直径とし、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５およびカム軸部３３のそれぞれの軸心を中心とする円である。
【００３０】
図２に示す穿孔装置１は、ダイ１０とパンチ２０の噛み合い開始前の状態である。噛み合い開始前は、ダイ１０の第一刃先１１とパンチ２０の第二刃先２３が離れている。パンチ２０を支持するパンチホルダ５０は、パンチ軸線Ｙ回りに矢印で示す反時計回りに回転される。ダイ１０は、ダイ軸線Ｘ回りに矢印で示す時計回りに回転される。カム３１は、カム軸線Ｚ回りに矢印で示す時計回りに回転される。また、シート材Ｓは、ダイ軸線Ｘとパンチ軸線Ｙとの間の空間を通過し、ダイ軸線Ｘおよびパンチ軸線Ｙと交差する矢印で示す搬送方向Ｂに移動する。
【００３１】
図２に示すように、ダイ１０とパンチ２０の噛み合い開始前の状態では、カム３１はパンチ２０のカム当接部２４に当接しておらず、カム３１とパンチ２０は非接触状態である。パンチ２０は、付勢部材３２によって移動軸線Ａの第二刃先２３と反対側へ常に付勢されているため、ダイ１０から遠ざかるように移動可能な状態である。
【００３２】
図３に示す穿孔装置１は、ダイ１０とパンチ２０の噛み合い開始時の状態である。噛み合い開始時は、ダイ１０の第一刃先１１の回転方向の前方側およびパンチ２０の第二刃先２３の回転方向の前方側によるシート材Ｓへの切り込みが開始される。噛み合い開始時の状態は、図２に示す噛み合い開始前の状態からさらにダイ軸部１２がダイ軸線Ｘ回りに矢印で示す時計回りに回転し、パンチ軸部２５がパンチ軸線Ｙ回りに矢印で示す反時計回りに回転し、カム軸部３３がカム軸線Ｚ回りに矢印で示す時計回りに回転した状態である。図２に示す噛み合い開始前から図３に示す噛み合い開始時までのダイ軸部１２、パンチ軸部２５およびカム軸部３３それぞれの回転角度は等しい。
【００３３】
図３に示すように、ダイ１０とパンチ２０の噛み合い開始時の状態では、カム３１がパンチ２０のカム当接部２４に当接し、カム３１とパンチ２０のカム当接部２４が接触状態になる。図２に示す噛み合い開始前から図３に示す噛み合い開始時に向けて、カム軸部３３の回転が進むとともにカム軸部３３と反対向きに同期して回転するパンチ軸部２５の回転が進むため、カム軸部３３の回転角度およびパンチ軸部２５の回転角度が次第に大きくなる。カム軸部３３の回転角度およびパンチ軸部２５の回転角度が大きくなるにつれて、カム軸部３３によりカム軸線Ｚ回りに回転されるカム３１の回転角度およびパンチ軸部２５によりパンチ軸線Ｙ回りに回転されるパンチ２０の回転角度が大きくなる。このとき、カム３１が付勢部材３２の付勢力に抗してパンチ２０のカム当接部２４を押すため、パンチ２０が移動軸線Ａに沿ってダイ１０に向けて移動される。これにより、回転しているパンチ２０の第二刃先２３が矢印で示す搬送方向Ｂに移動しているシート材Ｓに接触し、回転しているダイ１０の第一刃先１１に噛み合う。そして、回転しているパンチ２０の第二刃先２３がシート材Ｓに切り込み、移動しているシート材Ｓの切断（穿孔）が開始される。なお、パンチ２０は、付勢部材３２によって常にダイ１０から遠ざかる向きに付勢されている。
【００３４】
図４に示す穿孔装置１は、カム３１の外周点３１ａが下死点Ｐに位置する状態であり、図１に示す穿孔装置１の状態に対応する。以降、簡便のため、カム３１の外周点３１ａが下死点Ｐに位置する状態を「カム３１が下死点Ｐに位置する状態」と記述する。カム３１が下死点Ｐに位置する状態は、図３に示す噛み合い開始時の状態からさらにダイ軸部１２がダイ軸線Ｘ回りに矢印で示す時計回りに回転し、パンチ軸部２５がパンチ軸線Ｙ回りに矢印で示す反時計回りに回転し、カム軸部３３がカム軸線Ｚ回りに矢印で示す時計回りに回転した状態である。なお、図３に示す噛み合い開始時から図４に示すカム３１が下死点Ｐに位置するまでのダイ軸部１２、パンチ軸部２５およびカム軸部３３の回転角度は等しい。
【００３５】
図３に示す噛み合い開始時から図４に示すカム３１が下死点Ｐに位置する状態に向けて、カム軸部３３の回転が進むとともにカム軸部３３と反対向きに同期して回転するパンチ軸部２５の回転が進むため、カム軸部３３の回転角度およびパンチ軸部２５の回転角度が次第に大きくなる。カム軸部３３の回転角度およびパンチ軸部２５の回転角度が大きくなるにつれて、カム軸部３３によりカム軸線Ｚ回りに回転されるカム３１の回転角度およびパンチ軸部２５によりパンチ軸線Ｙ回りに回転されるパンチ２０の回転角度が大きくなる。同時に、パンチ軸部２５の回転角度およびパンチ軸部２５と反対向きに同期して回転するダイ軸部１２の回転角度が大きくなるにつれて、パンチ軸部２５によりパンチ軸線Ｙ回りに回転されるパンチ２０の回転角度およびダイ軸部１２によりダイ軸線Ｘ回りに回転されるダイ１０の回転角度が大きくなる。このとき、カム３１がパンチ２０のカム当接部２４を押し続け、パンチ２０が移動軸線Ａに沿って移動され続けるため、パンチ２０がダイ１０に近づいていく。
【００３６】
この間に、図３に示す噛み合い開始時の位置にあったパンチ２０の第二刃先２３は、パンチ軸線Ｙと移動軸線Ａの交点から移動軸線Ａに沿ってパンチ２０の第二刃先２３側に延ばした仮想線Ｌがダイ軸線Ｘに対して直交する位置まで回転される。このとき、パンチ２０の第二刃先２３がシート材Ｓに接触し、ダイ１０の第一刃先１１とパンチ２０の第二刃先２３がシート材Ｓを挟んで噛み合いを開始した時点からシート材Ｓの切断（穿孔）が開始される。そして、パンチ軸部２５の回転角度が大きくなるにつれて、パンチ２０の第二刃先２３がパンチ２０と反対向きに同期して回転しているダイ１０の第一刃先１１（ダイ孔）に深く進入していき、シート材Ｓの切断（穿孔）が進んでいく。やがて、パンチ軸線Ｙ回りに回転しながら移動軸線Ａに沿って移動しているパンチ２０の第二刃先２３が移動しているシート材Ｓを貫通しながら、パンチ２０と反対向きに同期してダイ軸線Ｘ回りに回転しているダイ１０の第一刃先１１と完全に噛み合って、シート材Ｓが完全に切断（穿孔）される。パンチ２０の第二刃先２３がシート材Ｓを貫通した後に、図４に示す状態になる。なお、パンチ２０によって切り抜かれたシート材Ｓの孔に対応する切り屑は、パンチ２０の第二刃先２３によりシート材Ｓからダイ１０側へ押されて移動し、ダイ１０から脱落する。
【００３７】
上記の下死点とは、図４に示すように、カム３１がパンチ２０のカム当接部２４に当接した状態でカム軸部３３が回転し、カム３１の外周面のうち最も大きいカム半径ｒを有する部位の外周点３１ａがパンチ２０のカム当接部２４に当接したとき、その外周点３１ａが位置する空間上の点を意図する。カム３１の外周点３１ａが下死点Ｐに位置したとき、カム３１はパンチ２０（第二刃先２３）に最大の移動量を付与することができる。なお、カム３１の外周点３１ａが下死点Ｐに位置する状態にあるときのパンチ２０およびその第二刃先２３の位置および状態を示すことを意図して、カム３１とパンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態と記述したり、パンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態と記述したりする。
【００３８】
図４に示すカム３１とパンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態において、ダイ軸部１２によって回転されたダイ１０と、パンチ軸部２５によって回転されたパンチ２０が、互いに対向して位置する。つまり、ダイ１０の第一刃先１１の中心線とパンチ２０の第二刃先２３の中心線（移動軸線Ａと同じ）とが一致する。この状態において、カム３１の中心点からのずれ量（偏心量）の最も大きい部位の外周点３１ａがパンチ２０の当接部に当接している。この状態において、カム３１がパンチ２０をダイ１０に向けて移動軸線Ａに沿って移動させる移動量が最大となるように、カム３１の形状（外周形状）が設定されている。つまり、カム３１は、パンチ軸線Ｙと移動軸線Ａの交点から移動軸線Ａに沿って第二刃先２３側に延ばした仮想線Ｌがダイ軸線Ｘに対して直交する位置までパンチホルダ５０（パンチ２０）が回転したときに、パンチ２０を第二刃先２３側へ移動させる移動量が最大となるように構成されている。
【００３９】
また、図３に示す噛み合い開始時から図４に示すカム３１が下死点Ｐに位置する状態になるまで、カム３１が徐々にパンチ２０を移動させるようにカム３１が構成されている。つまり、カム３１は、噛み合い開始時にパンチ２０のカム当接部２４に当接するカム３１の部位からカム３１が下死点Ｐに位置する状態でパンチ２０のカム当接部２４に当接するカム３１の部位にかけて、カム３１の中心点からのずれ量（偏心量）が徐々に大きくなるように構成されている。これにより、カム３１により移動されるパンチ２０の第二刃先２３には移動軸線Ａに沿う向きに推進力（押圧力）が作用するため、シート材Ｓの切断（穿孔）時にパンチ２０の第二刃先２３に大きなせん断力を作用させることができる。なお、カム３１の回転角度に対する中心点からのずれ量（偏心量）の増加量の度合いが大きいほど、パンチ２０（パンチホルダ５０）の回転角度に対するパンチ２０の移動距離の増加量の度合いが大きくなるため、パンチ２０の移動速度が大きくなる。
【００４０】
図３に示す噛み合い開始時から図４に示すカム３１が下死点Ｐに位置する状態になるまで、パンチ２０の第二刃先２３はダイ１０の第一刃先１１（ダイ孔）に徐々に進入していく。カム３１とパンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態になったとき、パンチ２０の第二刃先２３はダイ１０の第一刃先１１（ダイ孔）に最も深く進入している。この状態から噛み合い終了時（図５参照）に向けて、パンチ２０の第二刃先２３はダイ１０の第一刃先１１（ダイ孔）から徐々に退いていく。そして、パンチ２０の第二刃先２３はダイ１０の第一刃先１１（ダイ孔）から離れ、噛み合い終了後（図６参照）の状態になる。
【００４１】
図５に示す穿孔装置１は、ダイ１０とパンチ２０の噛み合い終了時の状態である。噛み合い終了時の状態は、シート材Ｓの切断（穿孔）が終了し、ダイ１０の第一刃先１１の回転方向の後方側およびパンチ２０の第二刃先２３の回転方向の後方側がシート材Ｓから離間する直前もしくは離間した直後の状態である。図５に示す噛み合い終了時の状態は、図４に示すカム３１とパンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態からさらにダイ軸部１２が矢印で示す時計回りに回転し、パンチ軸部２５が矢印で示す反時計回りに回転し、カム軸部３３が矢印で示す時計回りに回転した状態である。図４に示すカム３１とパンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態から図５に示す噛み合い終了時までのダイ軸部１２、パンチ軸部２５およびカム軸部３３のそれぞれの回転角度は等しい。
【００４２】
図６に示す穿孔装置１は、ダイ１０とパンチ２０の噛み合い終了後の状態である。噛み合い終了後の状態は、パンチ２０の第二刃先２３がダイ１０の第一刃先１１（ダイ孔）から完全に離れた状態である。図６に示す噛み合い終了後の状態は、図５に示す噛み合い終了時の状態からさらにダイ軸部１２が矢印で示す時計回りに回転し、パンチ軸部２５が矢印で示す反時計回りに回転し、カム軸部３３が矢印で示す時計回りに回転した状態である。図５に示す噛み合い終了時の状態から図６に示す噛み合い終了後までのダイ軸部１２、パンチ軸部２５およびカム軸部３３のそれぞれの回転角度は等しい。
【００４３】
本実施形態に係る穿孔装置１によれば、ダイ１０とパンチ２０とが同期して回転しながら移動しているシート材Ｓに穿孔することができる。このため、従来のレシプロパンチ（特許文献２参照）のように搬送されてきたシート材Ｓを一旦静止することなく、シート材Ｓを搬送しながらシート材Ｓに孔をあけることができる。
【００４４】
本実施形態に係る穿孔装置１によれば、パンチ２０は往復移動機構３０によってダイ１０に向けて移動される。カム３１は、パンチ軸線Ｙと移動軸線Ａの交点から移動軸線Ａに沿ってパンチ２０の第二刃先２３側に延ばした仮想線Ｌがダイ軸線Ｘに対して直交する位置までパンチホルダ５０が回転したときに、パンチ２０を第二刃先２３側へ移動させる移動量が最大となるように構成されている。このため、シート材Ｓの切断（穿孔）時にパンチ２０の第二刃先２３に大きなせん断力を作用させることができ、従来のロータリーパンチ（特許文献１参照）では穿孔することが難しかった厚みが大きいシート材Ｓにも容易に穿孔することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る穿孔装置１によれば、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５とカム軸部３３のそれぞれが回転可能に構成されるとともに、いずれも共通のフレーム２に支持されており、穿孔装置１が動作しても、ダイ軸線Ｘとパンチ軸線Ｙとカム軸線Ｚの間の相対位置が変化しない。共通のフレーム２によってダイ軸部１２とパンチ軸部２５とカム軸部３３のそれぞれが高い支持剛性で支持されるため、シート材Ｓの穿孔時にダイ１０とパンチ２０に大きな力が作用した場合でも、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５とを強固に支持することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る穿孔装置１において、ダイ軸線Ｘとパンチ軸線Ｙとカム軸線Ｚとは互いに平行になるように構成されている。このため、ダイ軸部１２とパンチ軸部２５とカム軸部３３のうちの１つまたは２つが平行でないように構成された穿孔装置、もしくはダイ軸部１２とパンチ軸部２５とカム軸部３３とが互いに平行にならないように構成された穿孔装置と比べて、簡易な構成の穿孔装置にすることができるとともに、穿孔装置が大型化しにくい。
【００４７】
本実施形態に係る穿孔装置１において、第二同期回転機構はカム軸部３３とパンチ軸部２５とを互いに反対向きに同期して回転させる。カム軸部３３に設けられたカム歯車３４とパンチ軸部２５に設けられたパンチ歯車２６とによって第二同期回転機構を構成することができ、穿孔装置１が簡易な構成にすることができるとともに大型化しにくい。
【００４８】
本実施形態に係る穿孔装置１において、付勢部材３２は、一端がパンチホルダ５０に支持され、他端がパンチ２０に支持されたコイルばねである。こうしたシンプルな部品構成によって、穿孔装置１が簡易な構成にすることができるとともに大型化しにくい。なお、付勢部材３２はコイルばねに限られない。例えば、パンチホルダ５０に支持された第一永久磁石と、この第一永久磁石と反発するようにパンチ２０に支持されたダイ１０に永久磁石とによって付勢部材３２を構成してもよい。
【００４９】
なお、図３に示す噛み合い開始時の状態では、パンチ２０の第二刃先２３がダイ１０の第一刃先１１に噛み合うと同時にカム３１がパンチ２０のカム当接部２４に当接してパンチ２０を移動させる構成を説明したが、本発明はこれに限られない。
【００５０】
本実施形態の図３においては、ダイ１０（第一刃先１１）に対するパンチ２０の第二刃先２３の噛み合い開始から噛み合い終了までに対応するパンチ軸部２５の回転角度（噛み合い角度）がパンチ２０（カム当接部２４）に対するカム３１の当接開始から当接終了までに対応するパンチ軸部２５の回転角度（往路移動角度）と一致している。
【００５１】
この構成に限らず、パンチ２０とダイ１０の噛み合い開始後にカム３１によるパンチ２０のカム当接部２４への当接が開始されるように構成してもよい。つまり、噛み合い角度が往路移動角度よりも大きくてもよい。例えば、穿孔装置１が図４に示すカム３１とパンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態であるときを噛み合い角度が０度となる基準位置に設定して、噛み合い角度が１０度（基準位置から±５度）になるように構成したとき、往路移動角度は１０度未満（基準位置から±５度未満）になるように構成されていてもよく、例えば、８度以下（基準位置から±４度以下）または６度以下（基準位置から±３度以下）の往路移動角度になるように構成することができる。
【００５２】
あるいは、パンチ２０とダイ１０の噛み合い開始前にカム３１によるパンチ２０のカム当接部２４への当接が開始するように構成してもよい。つまり、噛み合い角度が往路移動角度よりも小さくてもよい。例えば、穿孔装置１が図４に示すカム３１とパンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態であるときを噛み合い角度が０度となる基準位置に設定して、噛み合い角度が６度（基準位置から±３度）になるように構成したとき、往路移動角度は６度を超える（基準位置から±３度を超える）ように構成されていてもよく、例えば、６度を超え１０度以下（基準位置から±３度を超え±５度以下）または６度を超え８度以下（基準位置から±３度を超え±４度以下）の往路移動角度になるように構成することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、図４に示すカム３１とパンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態から図５に示す噛み合い終了時の状態に至る間のダイ軸部１２とパンチ軸部２５とカム軸部３３のそれぞれの回転角度は、図３に示す噛み合い開始時の状態から図４に示すカム３１とパンチ２０およびその第二刃先２３が下死点に位置する状態に至る間のダイ軸部１２とパンチ軸部２５とカム軸部３３のそれぞれの回転角度と等しい。しかしながら、本発明はこれに限られない。
【００５４】
カム３１によるパンチ２０のカム当接部２４への当接開始からカム３１が下死点Ｐに位置する状態（図４参照）に至る間のカム３１の回転角度（αとする）と、カム３１が下死点Ｐに位置する状態からカム３１によるパンチ２０のカム当接部２４への当接終了（カム３１とパンチ２０の離間時）に至る間のカム３１の回転角度（βとする）とが、異なっていてもよい。回転角度αが回転角度βよりも小さくなるように構成することによって、パンチ２０はより速くシート材Ｓを切り進む。回転角度αが回転角度βよりも大きくなるように構成することによって、パンチ２０はより緩やかにシート材Ｓを切り進む。上記の回転角度の大小は、穿孔装置１の用途、シート材Ｓの材質および厚みなどを考慮し、必要に応じて設定することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、カム３１を支持するカム軸部３３に設けたカム歯車３４をパンチ歯車２６と噛み合わせることによって、カム軸部３３、カム歯車３４、パンチ軸部２５およびパンチ歯車２６を含む第二同期回転機構７０を構成し、カム３１をパンチ２０と反対向きに同期して回転する回転カムとして機能させている。しかしながら、本発明はこれに限られない。
【００５６】
例えば、カム歯車３４とパンチ歯車２６の間に中間歯車を設けることによって、カム３１をパンチ２０と同じ向きに同期して回転する回転カムとして機能させることもできる。
【００５７】
あるいは、例えば、カム３１を回転不能にフレーム２に固定することによって、カム３１を回転しない固定カムとして機能させることができる。カム３１を固定カムとして機能させる構成では、第一同期回転機構４０により回転されるパンチ２０のカム当接部２４が固定カムの外周面に当接した後に、パンチ２０のカム当接部２４が固定カムの外周面に当接したままの状態でさらに回転されることによって、パンチ２０をダイ１０に向かって移動させることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、カム３１として偏心カムを用いたが、カム３１として異形カムを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  穿孔装置
２  フレーム
１０  ダイ
１１  第一刃先
１２  ダイ軸部
１３  ダイ歯車
２０  パンチ
２１  本体部
２２  パンチ側フランジ部
２３  第二刃先
２４  カム当接部
２５  パンチ軸部
２６  パンチ歯車
３０  往復移動機構
３１  カム
３１ａ  外周点
３２  付勢部材
３３  カム軸部
３４  カム歯車
４０  第一同期回転機構
５０  パンチホルダ
５１  パンチ支持部
５２  ホルダ側フランジ部
６０  抜止部材
７０  第二同期回転機構
９０ａ  軸受
９０ｂ  軸受
９０ｃ  軸受
Ａ  移動軸線
Ｌ  仮想線
ｒ  カム半径
Ｐ  下死点
Ｓ  シート材
Ｘ  ダイ軸線
Ｙ  パンチ軸線
Ｚ  カム軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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