CN107108139B - 旋转轴、辊、片材传送装置和成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转轴，增加了形成弯曲的灵活性，并且在减少材料的量的同时提高了强度。通过弯曲金属板形成V形旋转轴。在弯曲部的内侧形成的角度小于90°。

Description

旋转轴、辊、片材传送装置和成像设备

技术领域

本发明涉及用于片材传送装置和成像设备中的接收扭矩和弯曲力的旋转轴，并且本发明涉及包括所述旋转轴的辊、片材传送装置和成像设备。

背景技术

具有圆形截面的金属轴已广泛用作成像设备和片材传送装置的典型旋转轴(驱动轴和从动轴)，例如传送辊的旋转轴。然而，从生产率和成本的观点来看，现在也使用通过将金属板弯曲为U形而形成的旋转轴。图11A示出了通过将金属板弯曲成U形而形成的旋转轴90。

引用列表

专利文献

PTL 1：日本专利特开号2010-199175

发明内容

技术问题

然而，对于通过将金属板弯曲成U形而形成的这种旋转轴，通常由于制造的原因而存在形成弯曲的限制。形成弯曲的这种限制之一是：例如在图11B的旋转轴90中，当高度为H，宽度为W，板厚度为b，弯曲部的曲率半径为R时，要求H和W为2b+R(mm)以上。

此外，通过将金属板弯曲成U形而形成的上述旋转轴的强度低于具有圆形截面的金属轴的强度。因此，期望在减少材料的量的同时提高强度。

因此，本发明提供了一种旋转轴，增加了轴设计的灵活性，并且在减少材料的量的同时提高了强度。

问题解决方案

本发明提供一种通过弯曲金属板形成的V形旋转轴。在弯曲部的内侧形成的角度小于90°。

参考附图从示例性实施例的以下描述中，本发明的其它特征将变得显而易见。

发明的有益效果

根据本发明，可以由更少量的金属板制成具有更高强度的结构。此外，由于金属板仅在单个部分弯曲成V形，因此增加了轴设计的灵活性。此外，通过将弯曲部的内侧角度设定为小于90°，能够生产较小直径的旋转轴。这还能够降低成本。

附图说明

图1是根据实施例的旋转轴的立体图。

图2A是具有各种形状中的一种形状的旋转轴的剖视图。

图2B是具有各种形状中的一种形状的旋转轴的剖视图。

图2C是具有各种形状中的一种形状的旋转轴的剖视图。

图2D是具有各种形状中的一种形状的旋转轴的剖视图。

图2E是具有各种形状中的一种形状的旋转轴的截面图。

图2F是具有各种形状中的一种形状的旋转轴的剖视图。

图3A是示出了具有图2A的形状的旋转轴的面积惯性矩的计算结果的曲线图。

图3B是示出了具有图2B的形状的旋转轴的面积惯性矩的计算结果的曲线图。

图3C是示出了具有图2C的形状的旋转轴的面积惯性矩的计算结果的曲线图。

图3D是示出了具有图2D的形状的旋转轴的面积惯性矩的计算结果的曲线图。

图3E是示出了具有图2E的形状的旋转轴的面积惯性矩的计算结果的曲线图。

图3F是示出了具有2F的形状的旋转轴的面积惯性矩的计算结果的曲线图。

图4A是示出了弯曲恒定的情况下对于各侧面长度/厚度比值的弯曲部内侧弯曲角度的曲线图。

图4B是旋转轴的剖视图。

图5是成像设备的结构的示意性剖视图。

图6是使用第一示例的旋转轴的进给辊单元的立体图。

图7是使用第一示例的旋转轴的进给辊单元的立体图。

图8是使用第二示例的旋转轴的传送辊对的立体图。

图9是第三示例的定影装置的立体图。

图10A是第三示例的定影装置的压力释放结构的示意性剖视图。

图10B是第三示例的定影装置的压力释放结构的示意性剖视图。

图11A是现有技术的旋转轴的立体图。

图11B是现有技术的旋转轴的剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图通过示例详细描述本发明的实施例。应当理解，根据应用本发明的装置的结构和条件可以适当地改变以下实施例中描述的元件的尺寸、材料、形状、相对布置等。因此，除非另有具体描述，否则本发明的范围并不旨在限于以下实施例。

下面将参照附图详细说明本发明的实施例。如图1所示，根据实施例的旋转轴是通过弯曲金属板形成的V形旋转轴10。形成在该旋转轴10的弯曲部的内侧上的角度θ(以下称为“内侧角度”)小于90°。详情如下。

强度计算方法

通常，通过弯曲金属板(板状金属材料)形成的旋转轴接收扭矩和弯曲应力。对于这样的旋转轴，需要考虑以下两个方面：(1)即使当轴接收扭矩，所述轴也不会扭转；(2)即使轴接收弯曲应力，轴也不会弯曲。这些将在下文进行详细描述。这里，旋转轴可以是在旋转的时候驱动的旋转驱动轴、或被驱动旋转的旋转从动轴。

(1)为了使得即使当轴接收扭矩时所述轴也不会扭转，需要高扭转常数。在金属板旋转轴的情况下，当板厚度为b并且侧面总长度为ht时，扭转常数J由以下等式1给出：

数学式1

因此，当各种截面形状具有相同的板厚度b以及具有相同的侧面总长度ht时，这些截面形状中的任一个具有相同的扭转常数J。

这里，通过弯曲具有相同扭转常数J的金属板形成的各种形状的旋转轴在图2A至图2F中示出。图2A和图2B中示出的旋转轴具有U形。这些旋转轴的弯曲部的内侧角度θ为90°。图2C中示出的旋转轴具有L形。该旋转轴的弯曲部的内侧角度θ为90°。图2D中示出的旋转轴具有V形。该旋转轴的弯曲部的内侧角度θ为49.9°。图2E中示出的旋转轴具有折叠形状。该旋转轴的弯曲部的内侧角度θ为0°。图2F中示出的旋转轴具有中空圆形。在图2A至图2F中示出的各种形状的旋转轴的每一个中，板厚度b＝1，并且侧面总长度ht＝20。因此，每个旋转轴的扭转常数均为J＝6.67。

(2)为了使得即使轴接收弯曲应力所述轴也不会弯曲，需要高面积惯性矩。通过使用spreadsheet、仿真软件等，当截面中垂直于x轴的轴是y轴时，可以通过以下等式2来计算关于x轴(包括重心)的面积惯性矩Ix。

数学式2

Ix＝∫y²dA 等式2

在旋转轴的情况下，旋转轴接收弯曲的方向根据旋转轴的旋转角度而变化。因此，需要在整周旋转期间的各旋转角度计算面积惯性矩，并且比较计算的面积惯性矩的各最小值。通过比较具有相同侧面总长度ht的各种形状的面积惯性矩，可以以最合理的方式找到具有高强度的形状。

各种形状的旋转轴的强度计算结果

图3A至图3F和表1示出了图2A至图2F中示出的具有相同扭转常数J的各种形状旋转轴在整周旋转期间的各旋转角度计算的面积惯性矩计算结果。图2A至图2F中示出的各种形状的旋转轴分别对应于图3A至图3F以及表1中的a～f。当比较图3A至图3F以及表1中示出的各种形状的旋转轴的面积惯性矩的各最小值时，图2D的V形旋转轴在各种形状的旋转轴中具有最大的面积惯性矩。注意，进行如下所述的计算，使得采用的图2D所示V形旋转轴的弯曲部内侧角度θ是能够使在整周旋转期间各旋转角度处面积惯性矩都为恒定的角度。

表1

(mm<sup>4</sup>)	a	b	c	d	e	f
							最大	174	119	386	163	210	104
最小	99.3	119	95	163	7	104

强度计算的结果与最优内侧弯曲角度的结果

在不管旋转角度如何面积惯性矩都恒定的情况下，只要施加到旋转轴的径向载荷恒定，不管旋转角度如何旋转轴弯曲量都恒定。也就是说，这样的内侧弯曲角度(弯曲部的内侧角度)是不管旋转角度如何面积惯性矩都恒定的最优内侧弯曲角度。

具有图4B中示出的V形截面的旋转轴对应于具有图2D中示出的形状的旋转轴。图4B示出了旋转轴10的截面，所述旋转轴10通过仅将金属板的单一部分弯曲成V形而形成。图1是图4B中示出的旋转轴10的立体图。在具有图4B中示出的V形截面的旋转轴10中，b是板厚度，h是侧面长度，R是弯曲部的内侧的曲率半径，并且θ是弯曲部的内侧角度。在具有图4B中示出的V形截面的旋转轴10中，作为不管旋转角度如何面积惯性矩都恒定的条件，针对侧面长度h和板厚度b的比率h/b，确定了最优的内侧弯曲角度θ。根据上述说明进行计算的结果在图4A中示出并且在表2中列出。对于每个h/b，通过改变图4B的内侧弯曲角度θ来进行计算以获得最优的内侧弯曲角度θ。表2列出了在恒定弯曲情况下对于各侧面长度/厚度比值的内侧弯曲角度。这里，在通过弯曲金属板而形成旋转轴的制造中，存在用于弯曲的条件(h≥2b+R)。考虑到这种条件，根据图4A中所示出以及表2中所列出的结果，最优内侧弯曲角度θ为约33°至53°。

表2

侧面长度/板厚度	最优内侧弯曲角度
		2	33.1
2.5	38.0
		3	41.0
4	44.5
		5	46.4
6	47.6
		8	49.1
10	49.9
		15	51.0
20	51.6
		50	52.5
100	52.8

根据本实施例，可以从更少量的金属板获得具有更高强度的结构。此外，由于金属板仅在单一部分弯曲成V形，所以增加了轴设计的灵活性。此外，通过将弯曲部的内侧角度θ设定为小于90°，可以制造更小直径的旋转轴。这还能够降低成本。

应用到成像设备的示例

下文中通过示例描述使用具有V形截面的上述旋转轴的成像设备。图5是用作成像设备的打印机的结构的示意性剖视图。

图5的激光束打印机1包括形成图像的成像部、将片材一张接一张地从多个片材分离并且将每张片材进给到成像部的片材进给装置(进给辊单元)、激光扫描器单元2、定影装置40、输出托盘3等。这里，成像部包括处理盒5、转印辊4等，所述处理盒5能够可拆卸地附接到激光束打印机主体(以下称为“设备主体”)。处理盒5包括感光鼓6、充电辊7、显影装置8、清洁装置9等。

当从个人计算机等发出图像信息、并且已经对图像信息进行了成像处理的控制器发出打印信号时，通过螺线管来实施吸引以便仅当进给片材时允许旋转，并且进给辊201旋转。因此，装载在供给盒11中的片材被一张接一张地进给。已经进给的每个片材通过传送辊对13和30被传送到成像部。同时，随着该打印指令，根据图像信息在感光鼓6上形成潜像。将潜像显影并转印到片材上以形成图像。已经转印有图像的片材被进给到定影装置40，使得图像定影。随后，片材穿过传送辊对16，并且通过输出辊对17输出到输出托盘3上。

下面将描述结构的示例，在所述示例中，使用上述V形旋转轴作为旋转轴，所述旋转轴支撑上述成像设备的片材进给装置(供给片材)、片材传送装置(传送已经被进给的片材)、以及定影装置的旋转构件。

第一示例

如图6所示，用作片材进给装置的进给辊单元20包括进给辊201、进给从动辊202、进给驱动轴203、进给辊芯204、进给辊保持件205和进给凸轮206。支撑用作旋转构件的进给辊201的进给驱动轴203是通过弯曲金属板形成的V形旋转轴。进给驱动轴203的弯曲部的内侧角度θ为33°至53°。

参考图7，分离垫21和中间板22设置在面向进给辊单元20的一侧上。中间板22通过弹簧(未示出)被朝向进给辊201推压。通过进给凸轮206与中间板22的接触部22a的接触，进给辊201和中间板22彼此分离。通过由螺线管(未示出)来实施吸引，逆时针旋转进给辊单元20，由此将进给凸轮206和中间板22的接触部22a彼此分离。这会将装载有片材的中间板22朝向进给辊201推压。因此，使得片材与进给辊201压接触，并且由进给辊201进给。

利用上述结构，进给驱动轴203的弯曲在由进给辊201实施进给期间是恒定的。因此，可以实现稳定的进给，并且可以用更少量的材料实现弯曲更少的轴。

第二示例

如图8所示，进给之后的传送辊对30包括传送辊单元31、从动辊单元32、传送辊侧板33、从动辊轴承34、压力弹簧35等。传送辊单元31面向从动辊单元32并且恒定地旋转。已经由布置在上游侧的辊传送并且进入传送辊单元31和从动辊单元32之间夹持部的片材通过传送辊对30来传送。

传送辊单元31包括传送辊311、传送辊芯312、传送辊轴313和传送辊法兰314。每个传送辊311均用作旋转构件。包括从动辊321、从动辊法兰322和从动辊轴323的从动辊单元32作为单个部件旋转。每个从动辊321均用作旋转构件。传送辊轴313和从动辊轴323是通过弯曲金属板形成的V形旋转轴。传送辊轴313和从动辊轴323的弯曲部的内侧角度θ均为33°至53°。此外，从动辊轴323的弯曲部的内侧角度设定成使得面积惯性矩在压力施加方向上增加。

利用上述结构，旋转的传送辊轴313和从动辊轴323的弯曲是恒定的。因此，可以实现稳定的进给，并且可以用更少量的材料实现弯曲更少的轴。此外，虽然接收了扭转(由于传送辊311的驱动力和来自相面向的从动辊321的力而产生)，但由于旋转而产生的弯曲可以保持在恒定值，并且可以通过相同的金属板材料来最有效地提高强度。

第三示例

如图9所示，定影装置40包括加热器41、加压辊42、固定框架43、加压辊轴承44、加压构件45、压力弹簧46等。加压构件45被压力弹簧46向下推压。加热器41通过加压构件45被朝向加压辊42推压。此外，压力释放凸轮47R和47L设置在加压构件45的下方。左右压力释放凸轮47R、47L通过压力释放凸轮轴48彼此连接。压力释放凸轮轴48是通过弯曲金属板形成的V形旋转轴。压力释放凸轮轴48的弯曲部的内侧角度θ为33°至53°，并且设定为使得面积惯性矩在压力释放凸轮47R和47L的使用范围内增加。

如图10B所示，通过打开设在前侧的门51，将前门51连接到压力释放凸轮47R的压力释放连杆52被向前移动(图10B中向左)。这样使压力释放凸轮47R顺时针旋转指定角度(这里约45°)。通过旋转压力释放凸轮47R，图9的压力释放凸轮轴48旋转，并且压力释放凸轮47L也旋转。这使得压力释放凸轮47R和47L的接触部47a与加压构件45接触，从而向上移动加压构件45。因此，释放了推压加热器41的负载。为了从设备前方(图10A和图10B中的左侧)解决卡纸问题，需要打开前侧的门51以允许进出片材路径。此时，由于前侧的门51如图10B所示被打开，定影装置40的压力也如上所述地被释放。因此，便于移除卡住的片材。此外，通过关闭门51，压力释放连杆52向后移动(图10A和10B中向右)。这样使压力释放凸轮47R逆时针旋转并返回到图10A的初始位置。

采用上述结构，通过将V形旋转轴的弯曲部的内侧角度θ设定为小于90°，并且更优选地设定为处于33°至53°范围的适当角度，可以用更少量的材料实现弯曲更少的轴。

其他示例

在上述实施例中，进给辊、传送辊和定影辊已经被描述为包括旋转轴的旋转构件的示例，所述进给辊将片材从多张片材一张接一张地进给，所述传送辊传送片材，所述定影辊在传送片材的同时定影图像。然而，旋转构件不限于此。本发明对于在与片材接触的同时旋转的其他旋转构件也是有效的，例如将再次形成图像的片材进给到成像部的辊、或用于折叠片材或弯曲片材的辊。本发明对于不限于在与片材接触同时旋转的旋转构件的其他旋转构件也是有效的。也即，本发明对于如下旋转构件是有效的，例如供应显影剂的旋转构件或传递驱动力的旋转构件。

根据上述实施例，打印机被描述为成像设备的示例。然而，本发明不限于此。例如，成像设备可以是例如为扫描仪、复印机或传真机之类的其他成像设备，或者可以为例如多功能机器(即扫描仪、复印机、传真机等功能集成到多功能机器中)之类的其他成像设备。通过将本发明应用到用于支撑在这些成像设备中使用的轨道旋转构件的旋转轴可以获得类似的效果。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便包含所有变型和等同的结构和功能。

本申请要求2014年12月24日提交的日本专利申请No.2014-260468的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

附图标记列表

10 旋转轴

13、16、30 传送辊对

20 进给辊单元

31 传送辊单元

32 从动辊单元

40 定影装置

41 加热器

42 加压辊

47R、47L 压力释放凸轮

48 压力释放凸轮轴

201 进给辊

203 进给驱动轴

311 传送辊

313 传送辊轴

321 从动辊

323 从动辊轴

Claims (4)

1.一种可旋转辊的旋转轴，通过弯曲金属板形成，旋转轴包括：

弯曲部，弯曲成使得旋转轴的截面为V形，

其中，在弯曲部的内侧形成的角度为33°至53°，并且

其中，当旋转轴的板厚度为b，所述V形的侧面长度为h，并且弯曲部的内侧的曲率半径为R时，h大于等于2b+R。

2.一种可旋转辊，包括：

旋转轴，通过弯曲金属板而形成，

其中，旋转轴包括弯曲部，弯曲部弯曲成使得旋转轴的截面为V形，并且在所述弯曲部的内侧形成的角度为33°至53°，并且

其中，当旋转轴的板厚度为b，所述V形的侧面长度为h，并且弯曲部的内侧的曲率半径为R时，h大于等于2b+R。

3.一种片材传送装置，包括：

传送片材的辊，

其中，所述辊包括：

旋转轴，通过弯曲金属板而形成，

其中，旋转轴包括弯曲部，弯曲部弯曲成使得旋转轴的截面为V形，并且在弯曲部的内侧形成的角度为33°至53°，并且

其中，当旋转轴的板厚度为b，所述V形的侧面长度为h，并且弯曲部的内侧的曲率半径为R时，h大于等于2b+R。

4.一种在片材上形成图像的成像设备，包括：

传送片材的辊，

其中，所述辊包括：

旋转轴，通过弯曲金属板而形成，

其中，旋转轴包括弯曲部，弯曲部弯曲成使得旋转轴的截面为V形，并且在弯曲部的内侧形成的角度为33°至53°，并且

其中，当旋转轴的板厚度为b，所述V形的侧面长度为h，并且弯曲部的内侧的曲率半径为R时，h大于等于2b+R。