专利名称：在卷材纵向上打孔的设备和方法
技术领域：
本发明背景和概述本发明涉及按照外部信号(一般为计算机控制器)即时生成与所处理卷筒纸精确配准的严格纵向跳跃孔的方法和设备。尽管有大量现有技术属于通常所谓的″快速跳跃″或″跳跃″打孔，从而在一移动卷材(一般为公事表格卷筒纸)上所需部位打孔，但在现有技术中，打孔动作与即时控制的配合精度并不高。
现有打孔设备的基本原理有两种。第一种或是一圆周不全的从动砧，或是打孔轮与一全圆周打孔轮或砧筒在转动的同时相互压靠。第二种是一受凸轮操纵的转动打孔轮压靠一淬火砧筒。该凸轮操纵装置便于即时印刷，但凸轮操纵装置的速度通常受到很大限制，在冲力作用下容易过早磨损。此外，使用该装置很难获得孔的精确的开始/结束位置。因此按照本发明，使用一种打孔轮/砧筒装置，其结构和操作新颖，从而可按照外部信号即时生成与所处理卷筒纸精确配准的严格纵向跳跃孔，并且寿命提高。而且本发明设备和方法的结构和使用较简单。
按照本发明的一个方面，提供了表格卷材的一种精确配准的即时打孔设备，包括下列部件沿一预定路径在第一方向上传送一表格卷材的装置；装在在该预定路径上相间距的两静止轴上、在该第一方向路径上相互对齐的第一和第二可转动全圆周打孔轮；在该预定路径上相间距的第一和第二砧筒，每一砧筒包括一包括一突起圆周部和一下凹圆周部的不全圆周以及该砧筒围绕其转动的一可动轴；使两砧筒与卷材传送装置同步地围绕该两轴转动的装置；以及使两砧筒的两轴从第一位置到第二位置移向(或从第二位置到第一位置移离)打孔轮的装置，在第一位置上砧筒的整个圆周与卷材相间距而不与打孔轮配合，在第二位置上砧筒圆周的突起部压靠卷材、与打孔轮配合而在卷材上与第一方向平行地进行打孔。
该表格卷材一般为多张公事表格，每一表格在该预定路径上的预定长度为x，每一打孔轮有一最靠近一砧筒的圆周点，这些圆周点在预定路径上相距yx，其中，y为正整数(一般为1或2)。每一砧筒的由突起部和下凹部构成的不全圆周补全后的圆周周长为2x。
该移动装置可为把两砧筒移入与打孔轮配合而进行打孔但不影响砧筒的转动的任何现有装置。最好是，当该移动装置把两砧筒移向两打孔轮时，在第二位置上的两砧筒的中心线与两打孔轮的中心线对齐而与卷材垂直。在本发明优选实施例中，两砧筒装在偏心轴承箱中，该移动装置转动偏心轴承箱、从而轴承箱的偏心转动生成在第一位置与第二位置之间的移动，从而使砧筒的轴移向和移离打孔轮。转动偏心轴承箱的该装置可为任何能实现该功能的现有装置，例如直线致动器(例如用曲柄与该轴承箱连接的一高性能气缸)或转动致动器、步进电动机、伺服电动机，步进电动机和伺服电动机特别适合于较高速打孔。转动偏心轴承箱的装置在第一与第二位置之间转动轴承箱的角度一般约为15-25°(最好约为20°)，从而在第一位置上打孔轮与圆周不全砧筒的突起部之间的间隙约为0.007英寸。
沿预定路径在第一方向上传送表格卷材的装置可为任何现有卷材传送机构，例如与动力装置连接的主动轮、收片轴或收片筒等。在本发明优选实施例中，卷材传送装置至少包括第一、第二和第三导轮、预定路径上位于第一与第三导轮之间的两砧筒和预定路径上位于两砧筒之间的第二导轮。这些导轮相对打孔轮的位置布置成卷材抵靠这些导轮时与打孔轮相切。由于打孔轮不受驱动而为隋轮，因此只有在砧筒的突起部压靠卷材在打孔轮的另一边的表面时才进行打孔。通过第一和第三导轮的中心的第一平面与通过两打孔轮的轴线的第二平面平行，第一与第二平面之间相距第一距离。通过第二导轮的中心、与第一平面平行的第三平面与第二平面之间的第二距离小于第一距离，也即该预定路径在打孔区稍呈V形。
打孔轮的轴静止不动，但打孔轮相对预定路径的位置可作微调，从而调节打孔轮压力。
可在第一和第二打孔轮的同一轴上另装一在与第一方向横交的第二方向上与第一和第二打孔轮相间距的打孔轮。
按照本发明的另一个方面，提供在一表格卷材上打孔的设备，包括下列部件一表格卷材移动的预定路径；装在所述预定路径的第一边上一静止不动轴上的可转动全圆周打孔轮；一砧筒，包括一包括一突起部和下凹部的不全圆周以及该砧筒围绕其转动的一可动轴，该砧筒装在一偏心轴承箱中，该可动轴位于预定路径的与第一边相反的第二边上；围绕该轴转动该砧筒的装置；以及使该砧筒的该轴从第一位置到第二位置移向(或从第二位置到第一位置移离)打孔轮的装置，在第一位置上砧筒的整个圆周与卷材相间距而不与打孔轮配合，在第二位置上砧筒圆周的突起部与预定路径相交而压靠在预定路径上传送的卷材、与打孔轮配合而在卷材上与第一方向平行地进行打孔，该移动装置包括这样的装置，它转动偏心轴承箱，从而偏心轴承箱的转动生成在第一与第二位置之间的移动。
转动偏心轴承箱的装置的详情最好与上述本发明第一方面所述相同。
按照本发明的另一个方面，提供一种对一公事表格卷材打孔的方法，该方法使用一在预定路径上相间距的第一和第二全圆周打孔轮；也在该卷材路径上相间距的第一和第二砧筒，每一砧筒包括一突起圆周部和一下凹圆周部，该突起部与打孔轮配合而对该卷材打孔。该方法最好包括下列步骤(a)沿该预定卷材路径在第一方向上传送该卷材；(b)砧筒从第一位置自动移动到第二位置，在第一位置上砧筒没有圆周部压靠卷材，而在第二位置上砧筒的突起圆周部压靠卷材、从而与打孔轮配合而在卷材上与第一方向平行的方向上打孔；(c)转动砧筒、使得其圆周上的一点沿第一方向与第一方向上的卷材的传送同步地作切向运动；以及(d)砧筒从第二位置自动移向第一位置。
两打孔轮和两砧筒在该预定路径上相距yx，其中，x为卷材的一张表格在该预定路径上的长度，y为正整数，砧筒的由突起部和下凹部构成的不全圆周在补全后的圆周周长为2x；然后进行步骤(a)-(d)，用第一打孔轮和砧筒在卷材的偶数页表格上打孔，用第二打孔轮和砧筒在卷材的奇数页表格上打孔。在进行步骤(b)和(d)时最好按照一计算机控制器(例如Moore USA，Inc.of Lake Forest，Illinois出品的Moore XL数据系统[XL Data System])发出的电信号把每一砧筒的中心线移动到与其对应的打孔轮的中心线对齐而与卷材垂直的位置。
本发明的主要目的是按照外部信号与待处理卷筒纸精确配准地进行有效、严格纵向的跳跃打孔并提高所使用部件的寿命。从对本发明的详细说明和后附权利要求中可清楚看出本发明的上述和其他目的。
附图的简要说明
图1为本发明即时、精确配准的表格卷材打孔设备的侧视示意图；图2为本发明设备所使用的一打孔轮的一部分打孔圆周的放大图；图3为图1设备的一打孔轮与砧筒相配合、对一卷材进行打孔的侧视详图；图4为图1设备在一卷材上与卷材传送方向平行的方向上打孔的俯视图；以及图5为图1设备的控制图。
对附图的详细说明图1中用标号10示出本发明即时、精确配准表格卷材打孔设备的一实施例。该设备10包括沿一预定路径(图1中用表示卷筒纸11的粗线表示)在第一方向12上传送公事表格卷筒纸11的装置。该卷筒纸传送装置可为任何现有卷筒纸驱动部件，例如主动轮、收片轴或收片筒、拖动装置等等。例如，图1和5示出以一电动机14(见图5)为动力的现有拖动和收片装置13。该卷筒纸传送装置最好还包括在该方向12上相间距的至少第一、第二和第三导轮15、16和17，它们的转动轴线18-20互相平行。卷筒纸11在导轮15、17之间的该预定路径一般为直线，但可如图1所示稍呈V形。即，如轴线18-20平行，轴线18、20在同一高度，则轴线19稍高。
设备10还包括第一和第二可转动全圆周打孔轮21、22。打孔轮21、22的圆周23连续，即没有很大的起伏。但由于打孔轮21、22为普通打孔轮，因此它们的轮廓面呈图2所示尖峰24和低谷25。尖峰24与低谷25的相对长度和每英寸(25.4毫米)的尖峰和低谷数可按照在卷筒纸11上待打出的孔的类型(例如标准孔、微孔等等)加以调节。
如图1所示，打孔轮21、22装在静止轴26、27上，这两个轴在卷筒纸11的预定移动路径上相间距并沿该路径在第一方向上互相对齐。打孔轮21、22位于从导轮15到17的路径的两边。在图1所示实施例中，通过轴线18、20的平面与通过轴线26、27的平面平行，通过轴线19、与通过轴线18、20以及26、27的两平面平行的平面更靠近通过轴线26、27的平面而不是通过轴线18、20的平面。
打孔轮21、22不受驱动，而是隋轮。轴26、27静止不动是指在运行过程中保持不动。但为了调节打孔轮压力，轴26、27的位置可稍作调节。图3示出可在方向30上调节打孔轮与卷筒纸的相对位置的调节机构29。还可用调节机构29调节打孔轮21、22的轴向位置。调节机构29可为任何现有调节机构，例如EMT Corporation ofGreen Bay，Wisconsin制造的打孔轮支架。
设备10还包括也在卷筒纸11的预定路径上相间距、分别与打孔轮21、22配合的第一和第二砧筒31、32。每一砧筒31、32包括一突起圆周部33和一下凹圆周部34。砧筒31、32可由现有裂壳弧形砧段(通常称为Kidder技术)构成，从而突起部33的弧长可调节。在各附图所示实施例中，每一突起部33连续而占砧筒31、32的约180°弧长，下凹部34也连续，其弧长也约为180°。砧筒31、32为现有砧筒，其结构任意，只要能如图3所示与打孔轮21、22配合，从而在卷筒纸11上在与第一方向12平行的方向上打孔。
砧筒31、32与在方向12上传送的卷筒纸11同步地受驱动而以图1、3和5中方向箭头37所示分别围绕轴35、36转动。即，砧筒31、32圆周上打孔点(见图3)的切线与卷筒纸传送路径和方向12重合。
可用任何现有方法实现砧筒31、32围绕轴35、36的同步转动，例如使用由驱动收片轴13(或其他卷筒纸传送装置)的同一电动机14驱动的齿轮(在图5中用标号38和39表示)。即，电动机14、收片轴13和齿轮38、39可用图5中标号40表示的一同步轴驱动，从而确保砧筒31、32和卷筒纸11的运动精确配准。
设备10还包括使砧筒31、32的轴35、36从第一位置(图1中虚线41所示)到第二位置(图1和3中实线所示，包括图1所示轴的中心线42)移向和移离打孔轮21、22的装置，在第一位置上，砧筒31、32的整个圆周与卷筒纸11相间距而不与打孔轮21、22配合，而在第二位置上，砧筒31、32转动时其突起部33压靠卷筒纸11，从而与打孔轮21、22配合(如图3所示)而在与第一方向平行的方向上对卷筒纸11进行打孔。
移动轴35、36的该装置可为任何现有装置。在各附图所示优选实施例中，该移动装置为偏心轴承箱44、45。轴承箱44、45的几何形状做成图1中用标号46表示的打孔轮中心线、图1中用直线42表示的轴承箱偏心的高点(砧筒中心线)以及轴承箱44、45的外径的中心线(例如支架横梁47)在如图1所示工作位置时处于一直线上。即，该移动装置把砧筒31、32移向打孔轮21、22而处于第二位置时，砧筒的中心线47与打孔轮21、22的中心线46对齐而与卷筒纸11垂直。这种几何形状消除了由传送或偏转过度(相对致动而言)造成的冲力，从而打孔速度提高，打孔轮21、22的使用寿命提高。
该移动装置还包括转动偏心轴承箱44、45、从而轴承箱44、45的偏心转动生成第一与第二位置之间移动的装置。用来转动与砧筒31、32相连的轴承箱的该装置(图1中只示出与砧筒31相连的该装置)可为一用一曲柄51与轴承箱44(例如轴承箱44的一伸长部52)连接的直线致动器50。曲柄51用枢轴53与直线致动器50连接，而用枢轴54与轴承箱的伸长部52连接。在图1中箭头55所示方向上的伸缩运动使轴承箱44从图1所示其伸长部52的实线位置转动到图1所示伸长部52的虚线位置，该转动角如图1所示为α。在优选实施例中，角α约为15-25°，最好为20°。直线致动器50可为一高性能气缸或任何现有直线致动器，也可使用其他致动器，例如现有转动致动器、现有步进电动机和现有伺服电动机，步进和伺服电动机用于高速打孔。
偏心轴承箱44、45的安装细节及其与轴35、36的传动装置的配合多种多样，可使用任何合适的结构。例如，偏心轴承箱44、45可装在装有滚针或滚珠轴承的侧架中，以便于快速压靠和脱离(即在要求高速运转场合，也即卷筒纸11的传送速度比方说超过60.96米/分钟[200ft./min.])。两偏心轴承箱的压靠和脱离动作所需的转动用图1中54所示、装有位于侧架中的抗摩擦轴承的一同步轴实现同步。可使用抗摩擦联动装置或大小齿轮把所需转动从同步轴54传给偏心轴承箱44、45。
图5示出设备10的控制装置。该控制装置最好包括图5中用标号57表示的、由Moore USA，Inc.of Lake Forest，Illinois出品的现有Moore XL数据系统。该XL数据系统57发出两个独立(瞬时)表格滞后信号，一个(n)用于偶数页各位置(例如图1中单元32、22)，一个(n+1)用于奇数页各位置(例如图1中单元21、31)。两单元的相角决定那一个单元致动(即，如上游单元22、32与打孔异相，则-n信号不致动该单元，但下游单元21、31在收到n+1信号时与其后一表格同相，反之亦然)。每一单元(22、32或21、31)受致动而转动180°。
与图1有关的图4例示出在卷筒纸11上打孔的本发明设备10的工作情况。如图4所示，卷筒纸11包括多张公事表格，例如图4中所示从58-61的相连表格，各表格之间用打孔线之类的横向撕裂线62分开。每一表格在卷筒纸11的预定路径上的预定长度为x。每一打孔轮21、22的圆周上有最靠近其砧筒31、32的打孔点(图1中的63和64)。如图1和4所示，打孔点63、64在卷筒纸11预定路径上相距yx，其中，y为正整数。在图1和4所示实施例中，y＝1，但y视打孔轮和砧筒的圆周而定可为2、3或任何其他正整数。使用这种特殊结构，由突起部33和下凹部34构成的圆周不全砧筒31、32在圆周补全后的圆周周长为2x。从而相连表格由不同的单元21、31和22、32打孔。这示出在图4中，即当卷筒纸11在方向12上传送时，打孔轮21和砧筒31在表格59上形成打孔线66，而打孔轮22和砧筒32在表格60上形成打孔线67。
图4还示出可按照本发明作出的若干修正。例如图4示出与诸如收片轴13之类现有拖动装置配合的拖动孔68。图4还示出与打孔轮21、22装在同一轴26、27上，在与第一方向12横交的第二方向上与打孔轮21、22相间距的另一打孔轮71、72。这样就可同时用打孔轮21、71和22、72分别形成打孔线66、66′和67、67′。
在实施本发明方法时，如图1所示沿预定路径在第一方向12上传送卷筒纸11，使用控制致动器50的XL数据系统57砧筒31、32可按需自动在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置上，砧筒31、32的任何圆周部都无法压靠卷筒纸11，而在第二位置上，砧筒31、32在转动的同时其突起部33可压靠卷筒纸11(如图3所示)，从而与打孔轮21、22配合、驱动这两个打孔轮而在卷筒纸11上与第一方向12平行的方向上打孔。如图3所示，砧筒31、32由电动机14及其传动部件转动，从而其圆周上的一点在方向12上与卷筒纸11在第一方向12上的运动同步地作切线运动。该方法还包括在不需要即时打孔时砧筒31、32自动从第二位置移到第一位置，在第一位置上卷筒纸11和打孔轮21、22与突起部33之间的间隙一般约为0.178毫米(0.007英寸)。
两转动装置50由XL数据系统57独立、但同步地控制，打孔压力绝不靠如图1所示由偏心轴承箱44、45的转动、从而砧筒轴在位置31、42之间移动所造成的砧筒31、32的移动调节。打孔轮压力只由调节打孔轮21、22的位置的调节机构29的调节。
从上可见，本发明提供了按照外部信号即时生成与所处理卷筒纸精确配准的严格纵向跳跃孔的方法和设备。尽管以上通过当前最实用、最优选的实施例示出并说明了本发明，但本领域普通技术人员显然可看出，在本发明范围内可作出种种修正，该范围与对权利要求的最宽泛解释相一致，因此包括所有相当结构和方法。
权利要求
1.表格卷材的一种精确配准的即时打孔设备，包括下列部件沿一预定路径在第一方向上传送一表格卷材的装置；装在在所述预定路径上相间距的两静止轴上、在所述第一方向所述路径上相互对齐的第一和第二可转动全圆周打孔轮；在所述预定路径上相间距的第一和第二砧筒，每一砧筒包括一包括一突起圆周部和一下凹圆周部的不全圆周以及所述砧筒围绕其转动的一可动轴；使所述两砧筒与所述卷材传送装置同步地围绕所述两轴转动的装置；以及使所述两砧筒的所述两轴选择性地在第一位置和第二位置之间移向或移离所述打孔轮的装置，在第一位置上所述砧筒的整个圆周与所述卷材相间距而不与所述打孔轮配合，在第二位置上所述砧筒圆周的突起部压靠所述卷材、与所述打孔轮配合而在所述卷材上与第一方向平行地进行打孔。
2.按权利要求1所述的设备，其特征在于，所述表格卷材包括多张公事表格，每一表格在所述预定路径上的预定长度为x；每一所述打孔轮有一最靠近所述一砧筒的圆周点，所述圆周点在所述预定路径上相距yx，其中，y为正整数。
3.按权利要求1所述的设备，其特征在于，所述移动装置把所述砧筒移向所述打孔轮时，在第二位置上的所述砧筒的中心线与所述打孔轮的中心线对齐而与所述卷材垂直。
4.按权利要求2所述的设备，其特征在于，由所述突起部与所述下凹部构成的圆周不全的所述砧筒的圆周补全后的圆周周长为2x。
5.按权利要求3所述的设备，其特征在于，所述砧筒轴装在偏心轴承箱中；把所述砧筒的所述轴移向和移离所述打孔轮的所述装置包括转动所述偏心轴承箱，从而所述轴承箱的偏心转动生成所述第一与第二位置之间的移动的装置。
6.按权利要求5所述的设备，其特征在于，转动所述偏心轴承箱的所述装置包括用曲柄与所述轴承箱连接的直线致动器。
7.按权利要求5所述的设备，其特征在于，转动所述偏心轴承箱的所述装置在所述第一与第二位置之间的转动角度约为15-25° 。
8.按权利要求2所述的设备，其特征在于，沿一预定路径在第一方向上传送所述表格卷材的装置包括至少第一、第二和第三导轮，所述两砧筒在所述预定路径上位于所述第一与第三导轮之间，所述第二导轮在所述预定路径上位于所述两砧筒之间。
9.按权利要求8所述的设备，其特征在于，所述导轮相对所述打孔轮的位置布置成所述卷材抵靠所述导轮时与所述打孔轮相切。
10.按权利要求9所述的设备，其特征在于，通过所述第一和第三导轮的中心的第一平面与通过所述两打孔轮的轴线的第二平面平行，第一与第二平面之间相距第一距离；通过所述第二导轮的中心、与所述第一平面平行的第三平面与所述第二平面之间的第二距离小于所述第一距离。
11.按权利要求2所述的设备，其特征在于，进一步包括装在所述第一和第二打孔轮的同一轴上、在与所述第一方向横交的第二方向上与所述第一和第二打孔轮相间距的另一打孔轮。
12.按权利要求1所述的设备，其特征在于，所述打孔轮的所述轴的位置可调节，从而微调所述打孔轮与所述预定路径的相当位置而调节打孔轮压力。
13.在一表格卷材上打孔的设备，包括下列部件一表格卷材移动的预定路径；装在所述预定路径的第一边上一静止不动轴上的可转动全圆周打孔轮；一砧筒，包括一包括一突起部和下凹部的不全圆周以及所述砧筒围绕其转动的一可动轴，所述砧筒装在一偏心轴承箱中，所述可动轴位于预定路径的与第一边相反的第二边上；围绕所述轴转动所述砧筒的装置；以及使所述砧筒的所述轴选择性地在第一位置和第二位置之间移向或移离所述打孔轮的装置，在第一位置上所述砧筒的整个圆周与所述预定路径相间距而不与所述打孔轮配合，在第二位置上所述砧筒圆周突起部与所述预定路径相交而压靠在所述预定路径上传送的一卷材、与所述打孔轮配合而在所述卷材上与第一方向平行地进行打孔，所述移动装置包括这样的装置，它转动所述偏心轴承箱，从而所述偏心轴承箱的转动生成在所述第一与第二位置之间的移动。
14.按权利要求13所述的设备，其特征在于，转动所述偏心轴承箱的所述装置包括用曲柄与所述轴承箱连接的直线致动器。
15.按权利要求13所述的设备，其特征在于，转动所述偏心轴承箱的所述装置在所述第一与第二位置之间的转动角度约为15-25° 。
16.按权利要求13所述的设备，其特征在于，所述移动装置在把所述砧筒移向所述打孔轮时，在第二位置上的所述砧筒的中心线与所述打孔轮的中心线对齐而与该卷材垂直。
17.一种在一公事表格卷材上打孔的方法，该方法使用一在预定路径上相间距的第一和第二全圆周打孔轮；和也在该卷材路径上相间距的第一和第二砧筒，每一砧筒包括一突起圆周部和一下凹圆周部，该突起部与该打孔轮配合而在该卷材上打孔；所述方法包括下列步骤(a)沿该预定卷材路径在第一方向上传送该卷材；(b)砧筒从第一位置自动移动到第二位置，在第一位置上砧筒没有圆周部压靠卷材，而在第二位置上砧筒的突起圆周部压靠卷材、从而与打孔轮配合而在卷材上与第一方向平行的方向上打孔；(c)转动砧筒，使得其圆周上的一点沿第一方向与第一方向上的卷材的传送同步地作切向运动；以及(d)砧筒从第二位置自动移向第一位置。
18.按权利要求17所述的方法，其特征在于，两打孔轮和两砧筒在该预定路径上相距yx，其中，x为卷材的一张表格在该预定路径上的长度，y为正整数；砧筒的由突起部和下凹部构成的不全圆周在补全后的圆周周长为2x；进行步骤(a)-(d)，用第一打孔轮和砧筒在卷材的偶数页表格上打孔，用第二打孔轮和砧筒在卷材的奇数页表格上打孔。
19.按权利要求17所述的方法，其特征在于，进行步骤(b)和(d)，从而把每一砧筒的中心线移动到与其对应的打孔轮的中心线对齐而与卷材垂直的第二位置。
20.按权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(b)和(d)响应从一计算机控制器发出的电信号而进行。
全文摘要
一种卷材(11)打孔设备(10)，包括装在静止不动轴(26、27)上、沿一预定路径相间距并互相对齐的第一和第二打孔轮(21、22)；沿该路径相间距、与打孔轮(21、22)配合的第一和第二砧筒(44、45)，每一砧筒包括一突起部(33)和一下凹部(34)以及一可动轴(35、36)。两砧筒与卷材的移动同步地围绕轴(35、36)转动，两砧筒(44、45)可移向或移离两打孔轮(21、22)。
文档编号B26F1/08GK1228048SQ98800729
公开日1999年9月8日 申请日期1998年4月20日 优先权日1997年5月29日
发明者吉米·哈罗德 申请人:穆尔美国公司