CN110809676A - 弹性辊 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弹性辊，能够在低载荷下弹性变形，轻量且低成本，并且辊的表面速度稳定化。在从侧面观察构成辊(1)的管(2)及凸缘(3)的图中，具有管及凸缘的本发明的辊由插通于轴(8)的轴心(8a)的轴(8)支承，并且由加压体(11)从管的上方以压力(P)向下方按压而成为弹性变形了的状态。图6的(a)是配置于凸缘(3)的最外层的环(4a)与在其内侧相邻的中层的环(4b)之间的最外侧的间隙(6a)的4个最外侧的肋(7a)不存在于管(2)的上部的图，并且是由加压体(11)从在外侧的间隙(6a)的左右分离且相邻的2个肋(7a)的中间的位置的外侧的间隙(6a)的正上方的薄壁圆筒状管的上方以压力(P)按压的图，最外层的环(4a)与该位置处的薄壁圆筒状管在向上方反弹的状态下向下方以凹陷量(12)凹陷。

Description

弹性辊
技术领域
本申请涉及需要用于在机械领域中适用的弹性的辊即弹性辊的构造。
背景技术
对于需要一般的弹性的辊，例如，印刷用的辊，由于搬运薄纸，因此使用了以橡胶覆盖辊的表面而具有弹性的辊。这些需要弹性的辊是在金属芯上设置有橡胶(弹性体)、塑料泡沫体，并通过橡胶(弹性体)的回弹弹性、塑料泡沫体的回弹弹性而得到弹性的构造。然而，这些弹性辊的外径通过模具的成型、表面研磨等形成。
然而，作为像这样的弹性辊公开有将液体和大气压以上的压力的气体密封于内表面而成的弹性辊(例如，参照专利文献1。)。但是，对于像这样的在弹性辊的内表面密封了液体和大气压以上的气体的弹性辊，辊的构造变得复杂，成本变高，作为用于通用产品的弹性辊不合适。
此外，公开有多个多孔材料的弹性体沿旋转轴的轴心层叠而成的弹性辊(例如，参照专利文献2。)。然而，如果像这样沿轴心层叠弹性体，由于出现结合部位的纹痕，因此不适合用于需要在表面相对于轴向无纹痕的辊的弹性辊。
另外，还公开有在辊轴体的外周部配置多个小口径弹性管，并使用大口径弹性管覆盖小口径弹性管的集合体而成的弹性辊(例如，参照专利文献3。)。然而，像这样的在轴体外周部配置小口径弹性管的集合体并使用大口径弹性管覆盖而成的弹性辊具有小口径管与大口径管接触的区域及不接触的区域，在一定载荷下变形量不同。于是，在使变形量一定时存在接触压力不同的问题。另外，由于在沿轴体配置有多个小口径管的状态下覆盖由橡胶材料制成的大口径弹性管，因此会出现如下问题：在小口径弹性管与大口径弹性管接触的位置之间，在大口径弹性管的覆盖张力大的情况下，由于张力而大口径弹性管的外径应该为圆弧的状态变为弦的状态，成为多边形的辊，或者小口径管发生变形；反之，即使在为了不变成多边形而减低覆盖张力来覆盖的情况下也存在小口径弹性管变得易于拔脱等的问题。因此，所公开的技术在实际的使用中不适合。
此外，公开有使用中空的薄壁管并且安装有硅橡胶的弹性体作为两端部的结构的作为显影辊的弹性辊(例如，参照专利文献4。)。另外公开有在中空圆筒状的一端的内周面安装有由泡沫体制成的弹性凸缘的作为墨粉载体的弹性辊(例如，参照专利文献5。)。此外，提出了具有环状弹性体的弹性辊(例如，参照专利文献6。)。
然而，如在这些文献中公开的使用了中空的薄壁圆筒管的弹性辊中的中空的薄壁圆筒管由嵌合于其两端部的硅橡胶部件、弹性凸缘、环状弹性体支承，但在插入有像这样的环状弹性体时，由于因相对于中空的薄壁圆筒管的旋转方向的剪切力(切变弹性)而出现剪切变形，因此当剪切力变大时，这些硅橡胶部件、弹性凸缘、环状弹性体的变形量也变大而容易发生弹性体的剥落、破损。进一步地，在因像这样插入有弹性体的弹性辊的振动等而产生了压力变动的情况下，剪切力的变动出现而剪切变形量也变动，也存在容易出现弹性辊表面的速度变动的问题。因此作为需要稳定的表面速度的弹性辊是不适合的。
这样，作为形成弹性辊的方法，根据现有技术公开有：在辊的内部密封了液体、气体的弹性辊；在金属芯的表面设置弹性部件而利用了弹性部件的回弹弹性的弹性辊；还有使用中空的薄壁管并在端部使用了弹性体的辊。
然而，在金属芯覆盖了弹性部件的弹性辊中，为了在规定的载荷下多地获得弹性部件的变形量，采取了增厚弹性体的厚度的方法或者使用弹性率低的材料的方法。在这样的辊中具有如下因素：将金属芯与弹性体的橡胶部件的质量合计则形成了较重的辊；在使用了厚度较厚的橡胶等弹性体的辊中，进一步地在插入了弹性体的弹性辊中，因弹性体的切变弹性而表面的速度变得不稳定。进一步地，在使用橡胶的情况下，由于有加硫工序、研磨工序，因此制造工序花费时间，成本也变高。
另外，记载有在能够弹性变形的薄壁管的端部使用由橡胶等弹性体、塑料泡沫体制成的弹性体的弹性辊中，如上所述，由于经由弹性凸缘连接驱动轴，因此旋转驱动轴力变得不稳定而引起问题(例如，参照专利文献7。)。考虑是由于该辊经由弹性凸缘而连接驱动轴，因此由负荷在弹性凸缘的弹性体产生切变弹性，表面速度变得不稳定。
进一步地，在覆盖了能够弹性变形的壁厚的橡胶的橡胶辊中，在搬运宽度比辊宽极端狭窄的厚片材的情况等之下，由于在橡胶辊彼此接触的位置与夹住厚片材的位置的变形情况不同，因此存在产生切变弹性而使橡胶辊的橡胶破损的现象。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-207790号公报
专利文献2：日本特开2006-75718号公报
专利文献3：日本特开2007-147990号公报
专利文献4：日本特开平4-75073号公报
专利文献5：日本特开平9-171296号公报
专利文献6：日本特开2011-149461号公报
专利文献7：日本特开2001-42633号公报
发明内容
发明所要解决的课题
因此，本发明所要解决的课题为提供一种弹性辊，能够在低载荷下弹性变形，轻量且低成本，并且辊的表面速度稳定。
用于解决课题的技术方案
对于用于解决本发明的课题的技术方案，在第一技术方案中是一种具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，在具有圆筒状的管且在该圆筒状的管的两端部具有凸缘的辊中，圆筒状的管是薄壁圆筒状管，由对向该管的轴心方向施加的载荷具有回弹载荷及回弹弹性而变形的材质制成。此外，在薄壁圆筒状管的两端部配置的凸缘的构造在与轴心同一位置的周围的直径不同的圆周(即同心圆周)上具有多个薄壁的直径不同的环状的环，在这些直径不同的环状的环中的直径小的环和与该直径小的环相邻的直径大的环之间的环状的间隙具有等间隔地与各个环垂直配置的多个肋。由上述多个肋与直径不同的环状的环形成能够一体地弹性变形的两端部的凸缘。在上述两端部的凸缘的最外周的环的外周上嵌合卡定有薄壁圆筒状管的两端部，上述薄壁圆筒状管及两端部的凸缘通过与薄壁圆筒状管抵接的载荷而能够一起向同一方向弹性变形。
在第二技术方案中，根据在第一技术方案中所述的具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，薄壁圆筒状管的两端部所具有的凸缘在其中心部具有支承弹性辊的轴所通过的孔并在该孔的外部配置轴端部，或者薄壁圆筒状管的两端部所具有的凸缘在凸缘的中心部的外侧配置支承弹性辊的轴形状体。
在第三技术方案中，根据在第一或第二技术方案中所述的具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，薄壁圆筒状管的两端部所具有的凸缘是通过树脂成型制成的树脂凸缘。该树脂凸缘同心圆状地具有多个直径不同的环状的薄壁的环，该多个直径不同的环由等间隔地配置的肋支承且最外层的环嵌合于薄壁圆筒状管。树脂凸缘的中心部形成为通过肋与环支承而具有轴所通过的孔的结构或者形成为轴形状体，由该薄壁圆筒状管及具有多个环状的环的树脂凸缘形成弹性辊，成为通过向该弹性辊的压接载荷而两端部的树脂凸缘向与薄壁圆筒状管的变形方向相同的方向变形的状态。
在第四技术方案中，根据在第一～第三技术方案中所述的任一种具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，当在薄壁圆筒状的管中将圆筒状的管的材料的杨氏模量为E1，将圆筒状管的截面二次轴矩设为I1，将圆筒状的管的长度方向的长度设为L，将圆筒状的管的壁厚设为t1，将圆筒状的管的两端部的凸缘的材料的杨氏模量设为E2，将凸缘的环的截面二次轴矩设为I2，将凸缘的环的宽度设为b，将凸缘的环的厚度设为t2时，通过关系式(1)或(2)形成的辊，
E1×I1≥E2×I2…(1)
E1×L×(t1)3≥E2×b×(t2)3…(2)
该辊的两端部的凸缘具有包含最外层的环在内的同心圆状的多个环，这些同心圆状的多个环由向离心方向以等间隔环状地配置的多个肋对相邻的环彼此进行支承，相对于为了在这些中层的环与其外侧的环之间的间隙以等间隔环状地维持各个环而向离心方向以环状等间隔地配置的多个肋，为了在上述的中层的环与其内侧的环之间的间隙以等间隔环状地维持各个环而向离心方向环状地等间隔地配置的多个肋在支承其外侧的环的多个以等间隔环状地配置的肋彼此的中间部以等间隔环状地配置，由该以等间隔环状地配置的多个肋对两端部的凸缘的具有轴所通过的孔的区域或者具有由成型品制成的轴形状体的区域的最内层的环进行支承，由该最内层的环与其外侧的多个环组成的环一体化，在最外层的环形成由轴的轴心方向的应力产生的回弹弹性，如上所述使辊在圆筒状的管的两端部具有能够向直径方向变形的凸缘，由向该辊的按压载荷产生的薄壁圆筒状管的变形方向与凸缘的变形方向为同一方向。
在第五技术方案中，根据在第一～第四技术方案中所述的任一种具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，弹性辊的表面使用涂层剂而覆盖，所述涂层剂是从硅树脂、氨基甲酸酯、铁氟龙(注册商标)中选择出的至少一种。
在第六技术方案中，根据在第一～第四技术方案中所述的任一种具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，弹性辊的表面由编织物覆盖。
在第七技术方案中，根据在第一～第四技术方案中所述的任一种具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，用于弹性辊的能够弹性变形的薄壁圆筒状管由导电性材料制成。
发明效果
通过上述的技术方案，本发明的弹性辊是能够在低载荷下弹性变形、轻量且低成本并且辊表面的旋转速度稳定化的弹性辊。进一步地，本发明的弹性辊由于在薄壁圆筒状管的两端面设置有支承管的凸缘，因此是能够在由应力造成的薄壁圆筒状管的变形的同时，其两端部的凸缘也变形的弹性辊。另外，本发明的弹性辊与有无薄壁圆筒状管的表面的弹性部件无关，是通过所施加的应力而薄壁圆筒状管与其两端部的凸缘变为一体地进行弹性变形的弹性辊。进一步地，为了使弹性辊具有抓持性，在弹性辊的薄壁圆筒状管的表面形成有由摩擦系数高的素材制成的覆盖物，且由于所述覆盖物的厚度为不会因载荷而产生切变弹性的厚度，因此使用寿命提高。
附图说明
图1是在本发明的弹性辊的两侧端具有轴形状体的例子的图，(a)是弹性辊的主视图，(b)是(a)的侧视图，(c)是(b)的B-B剖视图，(d)是(a)的A-A剖视图。
图2是示出本发明的弹性辊的组装方法的例子的图。
图3是示出本发明的其他的弹性辊的构造的图。
图4是示出以往的辊的凸缘的构造的例子的图。
图5是示出在本发明的轴心具有轴的弹性辊与凸缘的构造的例子的图。
图6是示出本发明的辊发生弹性变形的状态的例子的图。
图7是上方为刚性辊下方为本发明的弹性辊的组合使用例的图。
图8是上方为本发明的弹性辊下方为刚性辊的组合使用例的图。
图9是上下均为本发明的弹性辊的组合使用例的图。
图10是示出由张力计进行的回弹载荷及变形量的测定的图。
具体实施方式
在图1中示出相当于轴并进行相同的动作的轴形状体9与凸缘3被一体化设置的本发明的辊1的例子。图1的(a)示出弹性辊的主视图，图1的(b)示出侧视图，图1的(c)示出(b)的B-B剖面的主视图，图1的(d)示出作为(a)的主视图的A-A剖面的侧视图。在该例中设置有能够弹性变形的薄壁圆筒状管2a和在该薄壁圆筒状管2a的两端部2b嵌插设置的能够弹性变形的凸缘3。凸缘3示出由树脂成型制成的树脂成型品的凸缘的例子，凸缘3由大中小的各个环4与轴8组成。在这些大中小的环4与相当于轴的轴形状体9之间分别具有间隙6。在这些多个环状的间隙6中分别以等间距环状地设置有多个肋7，通过各个肋7将大中小的环4与轴形状体9彼此连结支承。相当于轴的左右的轴形状体9从凸缘3分别向左右突出而形成。在由这些结构组成的本发明的辊1中，伴随于由施加于薄壁圆筒状管2a的压力产生的向相当于轴8的轴心8a的方向的弹性变形，凸缘3也向轴心8a的方向弹性变形。
即，在图1中示出的例子中，设置于凸缘3的大中小3个环4与相当于轴的轴心8a由在环状的间隙6中等间隔地设置的多个肋7连结支承而一体化。因此，当向辊1的管2施加应力时，通过该载荷，形成凸缘3的环4向它们的中心即相当于轴的轴心8a的方向分别弹性变形。在该情况下，如上所述，存在于构成凸缘3的最外层的环4与中层的环4之间的环状的间隙6的肋7与存在于中层的环4与最内层的环4之间的环状的间隙6的肋7以在间隙彼此之间为互相不同的位置的方式配置，此外，存在于中层的环4与最内层的环4之间的环状的间隙6的肋7与存在于最内层的环4与轴形状体9之间的环状的间隙6的肋7以在间隙彼此之间为互相不同的位置的方式配置。因此，如上所述，当对辊1的管2施加向相当于轴的轴心8a的方向的应力时，形成凸缘3的环4向它们的中心即相当于轴的轴心8a的方向被按压而分别弹性变形。另外，在最外层的环4，为了不使管2的两端部2a向两端的凸缘3的外部伸出，作为管2的压入时的止动件的突边3c以薄壁圆筒状管2a的厚度的程度使凸缘3的外径面的最端侧部环状地增高并一体化，从而在薄壁圆筒状管2a的端面承受凸缘3，不会使其进入薄壁圆筒状管2a之中。
图2是通过图解示出在图1中示出的本发明的辊1的组装方法的例子的图。在图2的(a)中示出的管2即薄壁圆筒状管2a的左端嵌插有具有向图2的(b)的左侧突出的轴形状体9的凸缘3，在右端嵌插有具有向图2的(c)的右侧突出的轴形状体9的凸缘3，从而形成辊1。此外，图2的(d)是在(b)中示出的左侧的凸缘3的侧视图，图2的(e)是在(c)中示出的右侧的凸缘3的侧视图。
图3示出用于本发明的弹性辊1a的端部的凸缘3的构造的例子，在图1中示出的本发明的辊1的例子中，凸缘3是由树脂成型品制成的使轴形状体9一体化地在凸缘3的端部配置的例子。图3的(a)是从在图3的(b)中示出的凸缘3的左侧观察的图。由于凸缘3的例子是树脂成型，因此不需要的位置镂空(减材)而成型，图3的(a)的中心部是轴形状体9的背面9a，周围的环状部是轴承接部相当体5a。在轴承接部相当体5a的周围具有由4个内侧的肋7c支承的最内层的环4c，在最内层的环4c的周围具有由4个中间的肋7b支承的中层的环4b，进一步地在中层的环4b的周围具有由外侧的肋7a支承的最外层的环4a。图3的(c)是在箭头方向上观察图3的(a)的E-E的剖面，图3的(d)是在箭头方向上观察图3的(b)的F-F的剖面，图3的(e)是在箭头方向上观察图3的(b)的G-G的轴形状体9的剖面9b。当该在图3中示出的本发明的凸缘3从上方被加压时，如后述那样向下方弹性凹陷。
图4是示出在以往的辊1的由树脂成型品制成的凸缘3的端部具有轴形状体9的凸缘3的例子的图，图4的(a)是以往的树脂成型品，是以材料厚的部分被减材后壁厚变得均匀的方式构成的刚体的凸缘3，是从在图4的(b)中示出的凸缘3的左侧观察的图。图4的(a)的中心部是轴形状体9的背面9a，另外，图4的(a)的扇面形状的4处位置分别是最外层的环4a与中外层的环4b之间的环状的外侧的间隙6a、中外层的环4b与最内层的环4c之间的环状的中间的间隙6b及最内层的环4c，图4的(c)是在箭头方向上观察图4的(a)的e-e的剖面。图4的(d)是在f-f的箭头方向上观察图4的(b)的剖面。图4的(e)是在g-g的箭头方向上观察图4的(b)的剖面。该以往的刚性凸缘3b如在图4的(e)的g-g的部分的剖面中看起来那样由一体的固体制成。因此，这些凸缘3即使由从上方施加的压力按压，由于是刚性的因此也不会向下方凹陷。
图5与在图1中示出的弹性辊的两侧端具有轴形状体9的辊1不同，将轴8穿通辊1的轴心8a并使轴8的端部向两端部的凸缘3的外侧突出而配置。即，在图5的(a)中示出的辊1取代轴形状体9而在薄壁圆筒形状的管2a中在其轴心8a的部分插通轴8并如图5的(a)所示配置，并且该辊1使轴8的左右端从管2a的左右端的凸缘3突出而配置。此外，图5的(a’)是从右侧观察(a)的薄壁圆筒状管2a的侧视图，图5的(b)是将轴8从薄壁圆筒状的管2a的轴承接部5除去后的薄壁圆筒状管2a的图，图5的(b’)是从图5的(b)的薄壁圆筒状管2a的右端观察凸缘3的侧视图。图5的(c)是示出薄壁圆筒状管2a的右端的凸缘3的图，即在箭头方向上观察(b’)的B-B剖面的图的薄壁圆筒状管3的主视图，(c’)是在箭头方向上从右侧观察图5的(b)的A-A剖面的侧视图。
图6是示出向本发明的辊1施加了压力时的管2及凸缘3变形了的状态的图的例子。具有这些管2及凸缘3的本发明的辊1由在图1或者图2中可见的从具有轴8的轴心8a的凸缘的中心部3a向外侧突出的轴形状体9支承，或者由在图5的(a)中可见的穿过轴心8a并从凸缘的中心部3a向辊1的外部突出的轴8的两端部支承，如图6的(a)所示，从管2的上方由加压体11以压力P向下方按压而成为弹性变形了的状态。该图6的(a)是在凸缘3的最外层的环4a与在其内侧相邻的中层的环4b之间的最外侧的间隙6a不存在以等间隔配置的4个最外侧的肋7a的位置，外侧的间隙6a的换言之左右分离且相邻的2个肋7a的中间的位置的外侧的间隙6a的正上方的弹性辊1a的薄壁圆筒状管2a由具有来自上方的压力P的加压体11向下方按压。因此，最外层的环4a及所述位置的薄壁圆筒状管2a成为向上方反弹的状态并以凹陷量12向下方凹陷。即，示出了在上部左右的外侧的肋7a、7a的2点支承上部的最外层的环4a并通过挠度理论变形了的状态。
进一步地，图6的(b)是在凸缘3的最外层的环4a与其内侧的环4b之间的外侧的间隙6a，以等间隔配置的4个外侧的肋7a中的一个存在于左右的间隙6a、6a的上方的中间位置，此外，由中层的环4b与内层的环4c之间的上部的左右的两个中间的肋7b、7b支承连结最外层的环4a与中层的环4b。在该状态下示出了在从上部的加压体11向弹性辊1a的管2的最外层的环4a的上部施加了压力P时，最外层的环4a的上部中央向下方变形，并通过外侧的肋7a而由上部左右的中间的肋7b、7b支承的中层的环4b的中央上部被向下方按压而变形的状态。即示出了由上部左右的中间的肋7b、7b两点支承的中层的环4b也因梁的挠度理论而变形的状态。像这样在本发明的弹性辊1a中，薄壁圆筒状管2a的两端部的凸缘3的构造构成为由肋7支承多个环4而多个弯曲梁重叠存在。即，在由多个弯梁形成了环4的构造制成的凸缘3的构造中，通过应力并基于梁的挠度理论，环4成为能够变形的凸缘3。并且将该能够弹性变形的凸缘3设置于能够弹性变形的薄壁圆筒状管2a的两端部来构成弹性辊1a。通过像这样来构成，形成了如下结构：即使不使用泡沫体、橡胶和弹性体，在向能够变形的弹性辊1a施加了压力时，环4与薄壁圆筒状管2a同时变形，基于梁的挠度理论也能够抑制回弹载荷。
本申请发明的弹性辊1a由能够产生弹性变量的薄壁圆筒状管2a与设置于薄壁圆筒状管2a的端部的凸缘3组成，通过凸缘3向与薄壁圆筒状管2a的变形相同的方向变形的结构，凸缘3在梁的挠度理论中成为由等间隔地配置的肋7对环4的部分进行两点支承的结构，该被两点支承的环4的部分处于梁的理论能够适用的条件。因此，凸缘3的挠曲量(变形量)由载荷：P、肋间的环4(梁)的部分的长度：l的乘方、凸缘3(梁)的材料的弹性率：E2的倒数、凸缘3的环4的截面二次轴矩：I2的倒数确定。此外，关于薄壁圆筒状管2a的变形量也由载荷：P、薄壁圆筒状管2a的曲率半径：ρ的立方、薄壁圆筒状管2a的材料的弹性率：E1的倒数、管2的截面二次轴矩：I1的倒数确定。因此，为了在抵接载荷下使弹性辊1a变形，需要使端部的凸缘3变形并且需要使薄壁圆筒状管2a变形，优选至少将薄壁圆筒状管2a与凸缘3的弯曲强度的关系构成为E1×I1≥E2×I2，或者E1×L×(t1)3≥E2×b×(t2)3，进一步地在两端的凸缘3的基本结构相同的情况下更优选为：
E1×I1≥2×E2×I2，
或者，
E1×L×(t1)3≥2×E2×L×(t2)3，
能够使轴向上的辊隙(变形量)均匀。需要说明的是，L是管2的轴8方向上的长度，b是凸缘3的环4的部分的轴向上的宽度(幅宽)，t1是管2的壁厚，t2是凸缘3的环4的部分的厚度。
另外，薄壁圆筒状管2a的铅垂方向的直径位移量的一般表达式为，
位移量：δy＝-Pρ3/(E×I)×{(1/π)-(1/4)}＝-Pρ3/{E×(L×t1 3/12)}×{(1/π)-(1/4)}，
其中P是载荷，ρ是管的曲率半径，E是弹性率，I是截面二次轴矩，L是管的长度，t1是管的壁厚。因此，为了在低载荷下变形，需要选定弹性率低的材料并设定管2的壁厚。所以，为了使预先确定了辊载荷、辊长度、辊外径的弹性辊1a变形，选定材料(弹性率的选定)及管的壁厚t1，构成向铅垂方向(轴心方向)的变形所需要的薄壁圆筒状管2a，并且需要凸缘3不会对薄壁圆筒状管2a的变形造成显著的阻碍。因此，构成为凸缘3的环4的部分的弯曲强度与薄壁圆筒状管2a的弯曲强度相同或者为其以下，从而构成为使薄壁圆筒状管2a与凸缘3一起变形而成为弹性辊1a的变形。因此，通过至少将薄壁圆筒状管2a与凸缘3的弯曲强度的关系构成为在上述的关系中示出的
E1×I1≥E2×I2，或者E1×L×(t1)3≥E2×b×(t2)3，的关系，能够使可在铅垂方向上变形的薄壁圆筒状管2a及具有环4的凸缘3变形，进一步地在两端的凸缘3的基本结构相同的情况下，通过使
E1×I1≥2×E2×I2，
或者，
E1×L×(t1)3≥2×E2×b×(t2)3，
能够在更低的载荷下变形，因此更优选。
另外，在具有多个环的凸缘3为以等角度(等间隔)配置了支承环4的肋7的状态时，由肋7形成的圆弧的长度为最外层的环4a最长，越靠近中心方向则由肋7支承的环4的圆弧越短而回弹载荷变高。因此，使决定回弹载荷的环4的厚度t2越接近中心方向越薄是更优选的结构，或者进一步优选构成为以使由肋7支承而形成的圆弧的长度几乎固定的方式配置肋7。
通过如以上的方式构成，可以构成管2为树脂、凸缘3由树脂制成的弹性辊1a，管2为金属薄壁圆筒状管2a、凸缘3由树脂制成的弹性辊1a，管2为树脂、凸缘3由金属制成的弹性辊1a，管2为金属薄壁圆筒状管2a、凸缘3也由金属制成的弹性辊1a。另外，通过构成为使端部的凸缘3的结构不同，也能够用作能够在一定载荷下形成轴8方向上的变形量的梯度的、在辊隙上具有梯度的弹性辊1a。
图7是由上下2段的辊1组成的例子。在图7的(a)中，上段的辊1是具有刚体的刚性辊1b，是加压体11。下段的辊1是本发明的具有弹性的弹性辊1a。图7的(b)是在箭头方向上观察图7的(a)的H-H剖面的图，在固定好各辊1轴间的状态下，下段的弹性辊1a的上方中央部向下方变形而形成变形量12，即，通过弹性辊1a的变形而形成辊隙。此外，下部的管2由薄壁圆筒状管2a形成并且管的两端部2b被外嵌于凸缘3的周围。
图8是由上下2段的辊1组成的例子。然而在该例中，在图8的(a)中，上段的辊1是本发明的具有弹性的弹性辊1a，下段的辊1是具有刚体的刚性辊1b，是加压体11。图8的(b)是在箭头方向上观察图8的(a)的I-I剖面的图，在固定好各辊1的轴间的状态下，上段的弹性辊1a的下方中央部向上方变形，形成变形量12，即，通过弹性辊1a的变形形成辊隙。此外，形成上部的弹性辊1a的管2由薄壁圆筒状管2a形成并且管的两端部2b外嵌于凸缘3的周围。
图9是由相同的上下2段的辊1组成的例子。在该例子中与图7及图8的例子不同，在图9的(a)中，上下2段的各个辊1均由本发明的具有弹性的弹性辊1a形成。图9的(b)是在箭头方向上观察图9的(a)的J-J剖面的图，在固定好各辊1的轴间的状态下，上段的弹性辊1a的下方中央部向上方变形，下段的弹性辊1a的上方中央部向下方也变形，将这两方的辊1、1的变形合并而形成变形量12，即，由上下的弹性辊1a、1a的变形形成辊隙。此外，形成上下的弹性辊1a、1a的上下的管2、2由各个薄壁圆筒状管2a形成并且管的两端部2b外嵌于凸缘3的周围。
图10是示出由张力计(载荷计)13进行的对相对于本发明的具有弹性的弹性辊1a的载荷的回弹力即变形量(挠曲量)12进行测定的情况的图。图10的(a)示出测定装置，在辊载置台15的支承部件14载置支承作为被检测体的辊1的轴8，通过未图示的方法，在辊1的弹性辊1a的上方从被支承的张力计13将加压体11与弹性辊1a抵接并向下方以压力P按压，读取由张力计13显示的辊1即弹性辊1a的上部的变形量(挠曲量)12。图10的(b)示出了测定中的辊1即弹性辊1a、从上方以压力P按压的加压体11及由按压形成的辊1即弹性辊1a的上表面的变形量(挠曲量)12。
如上所述，通过使用在图7、图8、图9中示出的本发明的具有薄壁圆筒状管2a的弹性辊1a，将上下的辊1、1之间的轴间始终固定为适当量而保持的技术，仅通过本发明的弹性辊1a能够实现。因此，与在图4中示出的由以往的刚性凸缘3b即凸缘3制成的刚性辊1不同，在图7、图8、图9中示出的本发明的弹性辊1a中，轴形状体9或者轴8由支承部件14支承且该支承部件14的位置被固定于辊载置台15，本发明的弹性辊1a弹性变形而上下的辊1、1成为压接状态。因此，在上下的辊1、1间被夹持的宽度(辊隙)即变形量(挠曲量)12成为定值。因此，能够稳定进行薄的印刷用纸的搬运、用于多种由多个板状弹性体制成的电子部件的清洁的搬运等。另外，通过使用本发明的弹性辊1a，由于压接的压力可以是低载荷，因此能够在不易划伤被搬运物的表面的状态下进行搬运。另外，使用普通的弹簧也可以使本发明的弹性辊1a变形。
【实施例】
以下对本发明的实施例进行记述。首先，使用张力计(载荷计)即市售的HV-500NI-S，对本发明的辊1的凸缘3的结构进行测定，将测定出的数据在表1中示出为实施例1及实施例2。
【表1】
Figure BDA0002314619990000151
如表1所示，在实施例1中，在辊1(即凸缘3)的结构中，凸缘3的材料是聚甲醛(POM)树脂，由3个各个环的厚度t2为0.5mm的环4构成。支承这些环4彼此之间的肋7以60°的等间隔环状地配置。凸缘3的幅宽b为4.5mm，相对于该辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.1mm时的载荷的回弹载荷的实测值为37g，计算值为26g，相对于辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.3mm时的载荷的回弹载荷的实测值为77g，计算值为77g，相对于辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.5mm时的载荷的回弹载荷的实测值为124g，计算值为128g。
在实施例2中，在辊1(即凸缘3)的结构中，凸缘3的材料为聚甲醛(POM)树脂，由3个各个环的厚度t2为1.0mm的环4构成。支承这些环4彼此之间的肋7以60°的等间隔环状地配置。凸缘3的幅宽b为4.5mm，相对于该辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.1mm时的载荷的回弹载荷的实测值为152g，计算值为137g，相对于辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.3mm时的载荷的回弹载荷的实测值为370g，计算值为410g，相对于辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.5mm时的载荷的回弹载荷的实测值为565g，计算值为683g。
此外，在以往的刚性辊1b中使用的以往的刚性凸缘3b为即使对管2进行支承也不会出现弹性变形的硬度。与此相对，本发明的凸缘3是对管2进行支承并能够弹性变形的凸缘3，并且能够在低载荷下变形。
如表1的实施例1所示，使3个各个环4的厚度t2为0.5mm，如实施例2所示，使3个各个环4的厚度t2为1.0mm，通过改变各个环4的厚度t，如表1所示，即使凸缘3的变形量(弯曲量)12相同也能够使回弹载荷不同。
以上，如表1的实施例1及实施例2所示，由于回弹载荷的实测值与力学上的计算值大致近似，因此能够进行力学上的相对于凸缘变形量的载荷的计算，并能够通过计算求出所需要的变形量及载荷。
表2示出对在能够弹性变形的树脂制的管的两端部2b嵌合在表1中示出的凸缘3而形成了具有凸缘3的弹性辊1a中的凸缘3的回弹载荷相对于辊(即凸缘3)的变形量进行了测定的实施例3及实施例4。此外，相对于辊变形量的辊(即凸缘)的回弹载荷通过在图10中示出的由张力计进行的测定方法进行测定。
【表2】
Figure BDA0002314619990000171
如表2所示，当在实施例3的辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.1mm时的载荷下进行比较时，实施例3的弹性辊的回弹载荷的实测值在凸缘3的各个环4的厚度t2为0.5mm时为72g，进一步地当在实施例4的辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.1mm时的载荷下进行比较时，实施例4的弹性辊的回弹载荷的实测值在凸缘3的各个环4的厚度t2为1.0mm时为130g。进一步地，当在实施例3的辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.3mm时的载荷下进行比较时，实施例3的弹性辊的回弹载荷的实测值在凸缘3的各个环4的厚度t2为0.5mm时为330g，进一步地当在实施例4的辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.3mm时的载荷下进行比较时，实施例4的弹性辊的回弹载荷的实测值在凸缘3的各个环4的厚度t2为1.0mm时为660g。进一步地，当在实施例3的辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.5mm时的载荷下进行比较时，实施例3的弹性辊的回弹载荷的实测值在凸缘3的各个环4的厚度t为0.5mm时为590g，进一步地，当在实施例4的辊变形量(即凸缘3的变形量)为0.5mm时的载荷下进行比较时，实施例4的弹性辊的回弹载荷的实测值在凸缘3的各个环4的厚度t为1.0mm时为1400g。另外，对于管2与凸缘3的关系，当以245(Kg/mm2)计算作为管2的材料即聚碳酸酯纤维的杨氏模量时，如关系式所示，管2一方为较高数值，可知在该条件下出现变形。
需要说明的是，表2中的实施例3、4的管材料的PC是指聚碳酸酯纤维塑料。
表2还示出机上计算的橡胶辊1c的比较例1及比较例2。该表2的比较例1(橡胶辊1c)是在金属芯的表面以橡胶硬度30度(JIS-A硬度)、橡胶的厚度t为0.5mm覆盖而成的橡胶辊1c，当在比较例1的辊变形量为0.1mm时的载荷下进行比较时，比较例1的橡胶辊1c的回弹载荷的计算值为800g。另一方面，表2的比较例2(橡胶辊1c)是在金属芯的表面以橡胶硬度10度(JIS-A硬度)、橡胶的厚度t为0.5mm覆盖而成的橡胶辊1c，当在比较例2的辊变形量为0.1mm时的载荷下进行比较时，比较例2的橡胶辊1c的回弹载荷的计算值为300g。进一步地，当表2的比较例1(橡胶辊1c)在辊变形量为0.3mm时的载荷下进行比较时，比较例1的橡胶辊1c的回弹载荷的计算值为6900g。另一方面，当表2的比较例2(橡胶辊1c)在辊变形量为0.3mm时的载荷下进行比较时，比较例2的橡胶辊1c的回弹载荷的计算值为2500g。进一步地，当表2的比较例1(橡胶辊1c)在辊变形量为0.5mm时的载荷下进行比较时，比较例1的橡胶辊1c的回弹载荷的计算值为19000g。另一方面，当表2的比较例2(橡胶辊1c)在辊变形量为0.5mm时的载荷下进行比较时，比较例2的橡胶辊1c的回弹载荷的计算值为6800g。
像这样，与以往的橡胶辊相比，如实施例3、实施例4所示本发明的弹性辊1a能够在低载荷下使辊变形。因此，能够形成以往不存在的弹性辊1a。此外，在该实施例3、4的弹性辊1a中是凸缘3由树脂制成且形成辊1的薄壁圆筒状管2a由树脂制成的情况，但也可以由弹性率与树脂不同的金属形成。
如上所述，通过在能够弹性变形的管2嵌合能够进行弹性变形的凸缘3来形成辊1，能够制作出以往不存在的弹性辊1a，且能够形成以往不存在的轻量的弹性辊1a。进一步地由于本发明的弹性辊1a能够使用树脂将能够进行弹性变形的凸缘3成型，因此能够实现生产力的提高并能够低成本且节约资源地制作弹性辊1a。
例如，在以往在需要弹性变形的辊1中，以足够厚度的橡胶覆盖，且在需要外径的精度的情况下，进一步地对覆盖了的橡胶进行研磨来形成橡胶辊1c。与此相反，本发明的辊1在适用于不产生热量的位置的情况下能够使用树脂的成型品形成，能够在低载荷下弹性变形，另一方面，在适用于产生热量的位置的情况下，通过使用耐热树脂的成型或者由金属形成而能够弹性变形。
进一步地，在本发明的辊1的表面需要高摩擦系数的情况下，将氨基甲酸酯等具有高摩擦系数的材料涂覆于辊1的表面即可，进一步地，在辊1的表面需要凹凸的情况下，使用通过挤压成型或者拉制成型在表面形成有沟槽的管2的辊1即可，或者将摩擦系数高的筒状的针织物、筒状的编织物覆盖于辊1的表面即可。进一步地，在本发明的辊1的表面需要细小的凹凸的情况下，在管2的表面实施喷砂处理即可，进一步地，在本发明的辊1的表面需要导电性的情况下，通过使管2的材料为导电性的材料而能够形成具有导电性的弹性辊1a。
另外，作为本发明的弹性辊1a的用途能够用于以下多种多样的用途：向辊1赋予对片材的抓持性而供给片材的供给单元的捡拾辊，夹住片材并搬运的单元的搬运辊，使用于电子照片装置的显影单元的具有导电性及表面粗糙度的显影辊，电子照片装置的在转印显影剂的转印单元中使用的导电性的转印辊，用于定影单元的定影辊，矫正片材的卷曲的平整辊，将胶片等层压的层压用的辊，使用了热敏头的装置的压印辊等。
例如，在用于供给单元的捡拾辊或者供给辊中，由于以片材等的搬运为目的，因此需要辊1的表面为高摩擦系数，以往使用了摩擦系数高的具有弹性的橡胶辊1c，但在本发明的弹性辊1a中，通过在薄壁圆筒状管2a的表面涂覆增大摩擦系数的材料，也能够形成辊发生变形并具有抓持性质的弹性辊1a。
在使用于搬运单元的搬运辊中，由一对辊1、1组成的结构是一般结构，虽然由弹簧部件在辊1、1间以挟持压力进行搬运，但通过使用本发明的弹性辊1a能够将这些弹性辊1a的轴8、8间固定，并能够在低载荷下挟持而搬运，因此，能够减少装置的部件数量。
在使用于电子照片装置的显影单元的显影辊中，以往进行接触显影的辊一般是在金属辊上覆盖导电性橡胶的辊，需要具有弹性及导电性的辊。然而，通过使用本发明的弹性辊1a，则无需由具有厚度的导电性的橡胶进行覆盖，通过将本发明的弹性辊1a的薄壁圆筒状管2a形成为能够搬运显影材料的表面粗糙度并设为具有导电性的薄壁圆筒状管2a，能够在低载荷下弹性变形，并能够作为抑制了对显影剂的负载的辊来使用。
在用于电子照片装置的转印单元的转印辊中，以往的转印辊一般是在金属辊上覆盖导电性海绵或者导电性橡胶，需要构成为具有弹性且得到辊隙的辊。然而，通过使用本发明的弹性辊1a，无需进行具有厚度的导电性橡胶的覆盖，而通过由导电性的管2形成本发明的弹性辊1a的薄壁圆筒状管2a，能够弹性变形并能够得到辊隙，能够用作可获得足够的转印时间的转印辊。
进一步地，在定影辊中由于需要用于进行定影的足够的定影时间，因此在辊1、1间被夹持的辊隙十分重要。以往为了得到辊隙，通过充分地使用橡胶硬度低的橡胶而形成得厚来形成辊隙，进一步地，为了得到所需要的辊隙需要高载荷。然而，通过使用耐热部件形成本发明的弹性辊1a而使用，能够在低载荷下得到足够的辊隙。
另外，虽未图示，通过在本发明的弹性辊1a的表面覆盖编织物作为覆盖物，能够将这些针织物本来所具有的高度差或者间隙形成于本发明的弹性辊1a的表面，能够形成可以减轻长时间使用时的辊表面的污染的辊1。
另外，虽未图示，通过挤压成型或者拉制成型能够在管2的表面容易地形成沟槽，能够容易地在该管2的表面实施基于涂层剂的处理，能够形成具有弹性的凹槽辊。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的弹性辊1a能够作为多种用途的辊1，例如，上述的供给单元的捡拾辊，夹住片材而搬运的单元的搬运辊，用于电子照片装置的显影单元的具有导电性及表面粗糙度的显影辊，在电子照片装置的转印显影剂的转印单元中使用的导电性的转印辊，用于定影单元的定影辊，对片材的卷曲进行矫正的平整辊，胶片等的层压用的辊，使用了热敏头的装置的压印辊等而在多种设备、装置中使用。
标号说明
1 辊
1a 弹性辊
1b 刚性辊
1c 橡胶辊
2 管
2a 薄壁圆筒状管
2b 管的两端部
3 凸缘
3a 凸缘的中心部
3b 以往的刚性凸缘
3c 突边
4 环
4a 最外层的环
4b 中层的环
4c 最内层的环
5 轴承接部
5a 轴承接部相当体
6 环状的间隙
6a 外侧的间隙
6b 中间的间隙
6c 内侧的间隙
7 肋
7a 外侧的肋
7b 中间的肋
7c 内侧的肋
8 轴
8a 轴心
9 轴形状体
9a 轴形状体的背面
9b 轴形状体的剖面
10 轴所通过的孔
11 加压体
12 变形量
13 张力计(载荷计)
14 支承部件
15 辊载置台
b 凸缘的幅宽(环的轴向上的宽度)
t 橡胶的厚度
t1 (管的)壁厚
t2 环的厚度
L 管的长度
l 肋间的环(梁)的部分的长度
E 弹性率
E1 管的材料的弹性率
E2 凸缘的材料的弹性率
I 截面二次轴矩
I1 管的截面二次轴矩
I2 凸缘的环的截面二次轴矩
P 载荷(压力)
ρ 曲率半径。

Claims (7)

1.一种具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，
在具有圆筒状的管且在该圆筒状的管的两端部具有凸缘的辊中，圆筒状的管是薄壁圆筒状管且具有对向管的轴心方向施加的载荷具有回弹载荷及回弹弹性而变形的材质，薄壁圆筒状管的两端部所具有的凸缘在与轴心同一位置的周围的直径不同的圆周上具有多个薄壁的直径不同的环状的环，在这些直径不同的环状的环中的直径小的环和与该直径小的环相邻的直径大的环之间的环状的间隙具有等间隔地与各个环垂直设置的多个肋，由上述多个肋与直径不同的环状的环形成能够一体地弹性变形的两端部的凸缘，在上述两端部的凸缘的最外周的环的外周上嵌合卡定有薄壁圆筒状管的两端部，上述薄壁圆筒状管及两端部的凸缘通过与薄壁圆筒状管抵接的载荷而能够一起向同一方向弹性变形。
2.根据权利要求1所述的具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，
薄壁圆筒状管的两端部所具有的凸缘在其中心部具有支承弹性辊的轴所通过的孔并在该孔的外部配置轴端部，或者薄壁圆筒状管的两端部所具有的凸缘在凸缘的中心部的外侧配置支承弹性辊的轴形状体。
3.根据权利要求1或2所述的具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，
薄壁圆筒状管的两端部所具有的凸缘是通过树脂成型形成的由树脂制成的凸缘，该由树脂制成的凸缘同心圆状地具有多个直径不同的环状的薄壁的环，该多个直径不同的同心圆状的环由等间隔地配置的多个肋支承且最外层的环嵌合于薄壁圆筒状管，由树脂制成的凸缘的中心部形成为由环及肋支承而具有轴所通过的孔的构造或者形成为轴形状体，由该薄壁圆筒状管及具有多个环状的环的由树脂制成的凸缘形成弹性辊，成为通过向该弹性辊的压接载荷而两端部的由树脂制成的凸缘向与薄壁圆筒状管的变形方向相同的方向变形的状态。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，
当在薄壁圆筒状管中将材料的杨氏模量设为E1，将圆筒状的管的截面二次轴矩设为I1，将管的长度方向上的长度设为L并将管的壁厚设为t1，在薄壁圆筒状管的两端部的凸缘中将凸缘的材料的杨氏模量设为E2，将凸缘的环的截面二次轴矩设为I2，将凸缘的环的轴向的宽度设为b并将凸缘的环的厚度设为t2时，在薄壁圆筒状管与其两端部的凸缘间具有由关系式：
E1×I1≥E2×I2或者E1×L×(t1)3≥E2×b×(t2)3
表示的关系，薄壁圆筒状管的两端部的凸缘同心圆状地具有包含最外层的环在内的多个环，这些多个环利用在相邻的环彼此的间隙以等间隔环状地配置的多个肋对相邻的环彼此进行支承，相对于支承一个环与其外层的环之间的环状的间隙的以等间隔环状地配置的多个肋，支承一个环与其内层的环之间的环状的间隙的以等间隔环状地配置的多个肋在上述的支承一个环的外层的环的以等间隔环状地配置的多个肋的相邻的肋彼此的环状的间隙处以等间隔环状地配置，此外，由内层的环与具有轴所通过的孔或轴形状体的轴承接部或者轴承接部相当体构成的内侧的间隙由以等间隔环状地配置的多个肋支承，该具有轴所通过的孔或轴形状体的轴承接部或者轴承接部相当体与多个环一体化，并在最外层的环形成由轴心方向的应力产生的回弹弹性，使薄壁圆筒状管的两端部为具有能够向直径方向变形的凸缘的弹性辊的两端部，由向该辊的按压载荷产生的薄壁圆筒状管的变形方向与凸缘的变形方向为同一方向。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，
弹性辊的表面使用涂层剂而覆盖，所述涂层剂是从硅树脂、氨基甲酸酯、铁氟龙(注册商标)中选择出的至少一种。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，
弹性辊的表面由编织物覆盖。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的具有薄壁圆筒状的能够弹性变形的管及能够弹性变形的凸缘的弹性辊，其特征在于，
在弹性辊中使用的能够弹性变形的薄壁圆筒状管由导电性材料制成。
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