專利名稱：紙片穿孔針結構的制作方法
背景技術：
非平面穿孔針已被提出并用于紙片穿孔設備(美國專利說明書No.4,257,300；4,449,436和4,763,552)。雖然其中一些穿孔操作得令人滿意，但它們需要相當大的力去通過一摞紙穿孔。這反過來又要求穿孔部件被制造得可承受這些力。要穿孔的紙堆越大，要求的穿孔力越高。對于手工操作的穿孔，即個人得施加穿孔力的情況，這一點尤其顯著。
發明概述本發明是現有穿孔技術的一種改進，實現穿孔操作所要求的力較小。概括地說，本發明包括一個帶有V型槽的穿孔針，調整槽的尺寸和結構以給紙堆穿孔，紙堆的高度可在一定范圍內改變。根據本發明，所制造槽的高度大于被穿孔紙堆的最大高度。此外，改動了其他傳統穿孔針的結構細節，以制造出所需操作力明顯降低的穿孔針。
附圖簡述
圖1是穿孔機的側面正視圖，包括本發明所制造的穿孔針；圖2是本發明穿孔針的局部放大正視圖；圖3是圖2中穿孔針的仰視圖；圖4是即將穿入一個多頁紙堆的本發明穿孔針的局部放大正視圖；圖5a-5c是顯示第一個現有技術模型關于加載于穿孔針的力相對于穿孔針延伸量的曲線圖；圖5d-5f是類似于圖5a-5c的圖，顯示按照本發明制造的第一個模型關于加載力相對于穿孔針延伸量的關系；圖6a-6c是與圖5a-5c類似的顯示第二個現有技術模型的圖；圖6d-6f是類似于圖5d-5f的顯示按照本發明制造的第二個模型的圖；圖7a-7c是與圖5a-5c類似的顯示第三個現有技術模型的圖7d-7f是類似于圖5d-5f的顯示按照本發明制造的第三個模型的圖；圖8是一個局部截面示意圖，顯示一個位于各種延伸位置的現有技術穿孔針的實施例；圖9是一個類似于圖8的視圖，顯示了另一個現有技術穿孔針的實施例；及圖10是一個類似于圖8的視圖，顯示了符合本發明的穿孔針在各種位置時的穿孔針延伸量。
發明詳述如圖1所示，本發明的穿孔機1包括一個帶有穿孔基座3的穿孔機框架2，基座有一個紙模出口開孔4。穿孔機框架也包括一個水平穿孔機框架部件5和一個紙厚度限制部件6。這些部件中的每一個都分別包括一個穿孔導向開孔7、8，用于安裝穿孔針9，使其沿著穿孔針的縱軸方向運動。導向開孔7和8沿著穿孔針9的縱軸方向與紙模出口開孔4軸向對齊，穿孔針向下方向的縱向運動將導致穿孔針運動進入紙出口開孔4。
穿孔針的運動通過穿孔針驅動部件10來實現，用樞軸安裝的驅動部件可繞點11旋轉。通過施加一個壓向驅動部件延伸端11的力F，可實現驅動部件向下方向的樞轉運動。這將導致中間驅動表面12與穿孔針9的第一上端13接合，并使其向下移動。
如圖1和4所示，紙厚度限制部件6位于穿孔基座3之上，兩者間的間隔限定了堆厚度為SH的紙堆開口，SH是沿穿孔針縱軸方向測量的。該堆厚度SH等于多頁紙堆S的最大厚度，紙堆S將通過穿孔針9打出一個孔來。
如圖1和4所示，穿孔針9的第二下端14在向下運動過程中，將從頂部頁面TS通過直至底部頁面BS，并進入基座部件3的開孔4中，從而穿過紙堆S。在實踐中，穿孔機一般包括兩個或多個穿孔針，以在紙堆中打出兩個或多個孔。出于清楚的目的，在附圖中只顯示了一個穿孔針。
按照本發明的技術，加工穿孔針的下端14的形狀，以限定單個倒置的V型槽15。該槽包括位于穿孔針直徑相對的表面上的終止端面16，其垂直于穿孔針縱軸方向成平面延伸。穿孔針主體部分的截面是圓柱形的，至少其下端14處是這樣。V型槽15包括側平表面17和連接這兩個側表面17的上曲面18。帶有周邊的側表面和曲面一起形成了穿孔針的切割邊19(圖3)。
在打一個通過最大厚度紙堆的孔的過程中，為降低操作穿孔機所需要的最大力，已發現穿孔針下端的結構是很關鍵的。最重要的是，V型槽15的高度GH需要大于堆開口的高度SH，紙堆S可插入該堆開口以便穿孔。同時，曲面18所加工形狀的半徑R以及V型槽側表面17之間的包容角V也是很重要的。
在下述表A中，給出了三個不同穿孔機模型槽高度與紙堆高度SH的比率、以及穿孔針的其他尺寸。其給出了原現有技術模型和符合本發明的相應改制的新模型的信息。此外，表A顯示了原模型和本發明新模型實現穿孔操作所需的平均最大峰值力。
表A穿孔針結構(舊和新)和所需最大峰值力
表A中包含的關于穿孔機所需的最大峰值力的信息是對表A中標識的三個模型分別進行測試的結果。模型I的測試由圖5a-5f的曲線圖來代表，其中最大峰值力顯示于A。該最大峰值力處的穿孔針延伸量用曲線圖中的參考點C來指明。前三個曲線圖(5a-5c)代表對現有技術中模型I的一個樣品的三次測試，其尺寸示于表A中。后三個曲線圖(5d-5f)代表相同的模型I的結果，其按照本發明制造，尺寸也列在表A中。圖6a-6f和圖7a-7f中的曲線圖代表對舊(圖6a-6c和7a-7c)和新(6d-6f和7d-7f)模型II和III的測試結果。
對于按本發明制造的每一個模型I、II和III的穿孔機結構，實現穿孔操作所需的力分成了對應于穿孔針延伸量C的最大峰值力A和其后的對應于穿孔針延伸量D的第二峰值力B。見圖5d-5f、6d-6f和7d-7f。現有技術的模型I和II沒有第二峰值力，只在穿孔針延伸量C處有單一的最大峰值力。在這方面，顯示于圖5b中的模型I的第二個測試指示出了雙峰值。然而，可確信這是一種異常，第二峰值是由于穿孔針的粘性或一些其他不明原因造成的。可清楚看出，模型I相同樣品的圖5a和5c的曲線中沒有第二峰值。
雖然前兩個模型的現有技術只有單個最大峰值力，模型III的現有技術的確產生了最大峰值力A和第二峰值力B，與按本發明制造的所有模型遇到的情況相似。
顯示于圖5-7曲線中的力A和C的數值以及相應的針延伸量數值B和D列于下列表B中。
表BA BC D模型和測 最大峰值力 第二峰值力 最大峰值力處 第二峰值力處試號 (磅) (磅) 的穿孔針延伸 的穿孔針延伸量(英寸) 量(英寸)模型I測試舊1310.9 0.2361舊2303.4 0.2379舊3293.3 0.2333新4157.4 132.5 0.2501 0.2950新5167.7 134.4 0.2483 0.3060新6169.0 130.6 0.2483 0.2997模型II測試舊1467.7 0.2442舊2441.1 0.2428舊3417.4 0.2355新4173.0 166.3 0.2057 0.2979新5185.2 144.1 0.2083 0.2947新6183.4 142.8 0.2052 0.2915模型III測試舊1325.8 296.6 0.2756 0.3173舊2324.1 286.3 0.2769 0.3125舊3319.6 258.6 0.2726 0.3117新4233.0 180.0 0.3055 0.3636新5226.8 174.7 0.3089 0.3796新6252.6 172.6 0.3099 0.3780
從圖5-7的曲線和表A、B中可容易地看出新模型的最大峰值力顯著地小于相應的現有技術舊模型。如表A的底部所示，本發明的改進導致最大峰值力降低27％至59％。該最大峰值力的降低不但使操作員手工實現穿孔操作變得更容易，而且由于材料所受的力較小這個事實，可允許使用廉價材料來制造穿孔機。
圖8、9和10顯示了穿孔針在移動穿孔操作中的各種位置。第一和最后位置代表穿孔針的起始和完成位置，而第二和第三位置代表遇到不同峰值力A和B時的穿孔針位置。
具體說，圖8顯示了模型I和II的舊的現有技術的穿孔針位置，其中只遇到單個最大峰值力A。另一方面，圖9顯示了模型III的現有技術的穿孔針位置，其中也遇到了第二個峰值力C。最后，圖10顯示了模型I、II和III的按本發明技術制造的穿孔針位置。
經測定，在穿孔針通過紙堆時產生的切割操作中，切割并不總是嚴格作為穿孔針的切割邊和模開孔之間的剪切操作來發生的。在紙穿孔中，通過穿孔針進入紙堆并將對齊的紙擠壓、彎入穿孔針的中心來進行穿孔。在穿孔針移動穿過紙堆并到達最大值，即頂部頁面TS接觸V型槽上曲面時，進一步發生擠壓。如果在穿孔針中沒有足夠的空間容納紙，紙將被高度壓緊，而這會導致最大峰值力相應變高。在某些情形下，這能導致穿孔針停止工作。
對于穿孔針的現有技術結構，其中V型槽的高度小于被穿孔紙堆的高度，因為沒有足夠數量的空余空間來容納被穿孔的紙，將發生不合需要的紙堆高度擠壓。如圖8和9中現有技術穿孔針的第二個位置所示，最大峰值力相應于穿孔針的位置是V型槽的曲面18’接觸紙堆頂部頁面(圖8)或非常接近頂部頁面(圖9)。此時穿孔針的終止面16’仍然位于紙堆S的內部，在頂部頁面BS之上有相當的距離。
相反，當到達最大峰值力時，本發明的穿孔針在頂部頁面TS和V型槽上表面18之間仍提供相當大的空間。同時，穿孔針的終止面16已幾乎整個切穿紙堆S的體部，向下直至底部頁面BS。因此，現有技術結構遇到的高度擠壓在本發明的結構中將不會遇到。這反過來導致實現穿孔操作所需的最大力降低了。
此外，對于本發明的穿孔針，與模型III現有技術結構在不同的穿孔針位置處遇到第二峰值載荷。圖10顯示了當V型槽的上曲面18普遍與位于穿孔針之下的紙堆頂部頁面TS水平對齊時，發生第二峰值力。此時下終止面16已穿出紙堆的底部頁面BS。對于遇到第二峰值力的模型III現有技術結構，當終止面16’恰好通過紙堆底部頁面BS、且上曲面18’位于紙堆S內部時，將遇到這個力。
最后應說明表B中C列和D列中的穿孔針延伸量數值包含一個增量，其相應于開始位置時穿孔針在紙堆之上的垂直間隔，如圖8、9和10的左側所示。同樣，關于圖8所示的現有技術穿孔針的位置，因為只有一個最大峰值力而沒有第二峰值力，圖8中從左起第三個圖所示的穿孔針位置，相應于沿著示于圖5a、5c、6a、6b和6c的曲線斜率下移的穿孔針。至于示于圖5b中的第二峰值力，確信在穿孔針的下終止面16’穿出紙堆的底部頁面BS時可產生該峰值。因此，穿孔針的該位置顯示于圖8中。
權利要求
1.一種紙穿孔機，包括a)一個帶有一縱軸的穿孔針；b)一個帶有一穿孔基座和一框架部件的穿孔機框架，其中基座有一個紙出口開孔，框架部件位于所述基座之上，用于安裝所述穿孔針，使其沿縱軸運動并進入所述出口開孔；c)一個紙厚度限制部件，包括一個穿孔導向開孔，沿所述縱軸與所述出口開孔對齊，所述紙厚度限制部件在所述穿孔基座上方隔開一個預定高度，以限定一個帶有沿所述縱軸測量的紙堆高度的紙堆開口，其等于待穿孔的多重頁面紙堆的最大厚度，即從所述紙堆的頂部頁面到底部頁面；e)一個安裝于所述穿孔機框架上的穿孔針驅動部件，需要一個預定的最大峰值力和一個后續的第二峰值力來移動所述穿孔針，使其通過所述最大厚度的紙堆；及f)所述穿孔針帶有一個圓柱形截面的主體部分和相對的第一和第二端；i)定位所述第一端，以便與所述驅動部件接合，以實現所述穿孔針朝向所述基座開孔的運動，ii)定位所述穿孔針的所述第二端，以便在第一端面與所述驅動部件接合后，沿著紙堆開孔運動并進入所述基座開孔，iii)加工所述第二端的形狀，以限定單個倒置的V型槽，其帶有下終止端、側表面和一個預定半徑的、連接所述側表面的上曲面，iv)帶有周邊的所述側表面，和曲面一起限定切割邊，及v)所述槽帶有一個沿所述縱軸測量的從所述終止端到所述曲面的槽高度，其充分大于所述紙堆開口的高度，當所述穿孔針移動穿過所述紙堆時，所述V型槽的上曲面位于所述紙厚度限制部件和所述紙堆頂部頁面之上一個預定高度，以形成所述預定的最大峰值力。
2.根據權利要求1所述的穿孔機，其特征在于a)所述槽高度充分大于所述紙堆開口的高度，使所述V型槽的上曲面距所述紙厚度限制部件一個預定的高度，并和所述紙堆頂部頁面接觸，以形成所述第二峰值力。
3.一種穿孔機，包括a)一個帶有一縱軸的穿孔針；b)一個帶有一穿孔基座和一框架部件的穿孔機框架，其中基座有一個紙出口開孔，框架部件位于所述基座之上，用于安裝所述穿孔針，使其沿縱軸運動并進入所述出口開孔；c)一個紙厚度限制部件，包括一個穿孔導向開孔，沿所述縱軸與所述出口開孔對齊，所述紙厚度限制部件在所述穿孔基座上方隔開，以限定一個帶有沿所述縱軸測量的紙堆高度的紙堆開口，其等于待通過所述穿孔針穿孔的多重頁面紙堆的最大厚度；e)一個安裝于所述穿孔機框架上的穿孔針驅動部件；及f)所述穿孔針帶有一個圓柱形截面的主體部分和相對的第一和第二端；i)定位所述第一端，以便與所述驅動部件接合，以實現所述穿孔針朝向所述基座開孔的運動，ii)定位所述第二端，在第一端面與所述驅動部件接合后，以沿著紙堆開孔運動并進入所述基座開孔，iii)加工所述第二端的形狀，以限定單個倒置的V型槽，其帶有下終止端、側表面和一個預定半徑的、連接所述側表面的上曲面，iv)帶有周邊的所述側表面和曲面一起限定了切割邊，及v)所述槽帶有一個沿所述縱軸測量的從所述終止端到所述曲面的槽高度，其約是所述紙堆開口高度的1.2到2.0倍。
4.根據權利要求2或3中任一項所述的穿孔機，其特征在于a)所述V型槽的所述側表面是平表面。
5.根據權利要求4所述的穿孔機，其特征在于a)所述V型槽的曲面限定一個約.04至.06英寸的半徑。
6.根據權利要求5所述的穿孔機，其特征在于a)V型槽在所述側表面間帶有一個包容角，約在60°到75°之間。
7.根據權利要求6所述的穿孔機，其特征在于a)所述V型槽帶有一個約為0.130至0.160英寸的高度。
8.根據權利要求7所述的穿孔機，其特征在于a)所述穿孔針的主體部分帶有一個約介于0.25至0.28英寸間的直徑；b)紙堆開口有一個約介于.104至.149英寸間的堆高度；c)所述V型槽的曲面形成一個約.05英寸的半徑；及d)V型槽帶有一個約為紙堆開口高度的1.25至1.56倍之間的高度。
9.根據權利要求8所述的穿孔機，其特征在于a)所述穿孔針的下終止端位于穿孔針主體部分直徑相對的表面上，沿垂直于所述縱軸成平面延伸。
全文摘要
一種帶有一個V型槽(18)的穿孔針(9),調整槽的尺寸和結構以在紙堆(s)上穿孔,紙堆的高度可在一定范圍內變化。根據本發明,所制造槽的高度大于被穿孔紙堆的最大高度。
文檔編號B26F1/14GK1244828SQ97181425
公開日2000年2月16日 申請日期1997年11月14日 優先權日1996年11月18日
發明者A·J·埃文斯, B·坎德薩米, D·Q·芬 申請人:阿科美國公司