专利名称:应力从轴向改变为径向的薄壁定影辊的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种薄壁定影辊芯滚筒组件。
背景技术:
静电成像系统中使用的定影辊通常包括一个金属芯滚筒,其包覆有一层或多层弹性体层。传统的定影辊芯滚筒是壁相对较厚的铝合金滚筒。希望达到该厚度是为了提供定影辊压靠邻接压紧辊辊隙时的强度和耐久性。对于外径为35.00mm的定影辊芯而言,5.5mm的厚度已是相当标准。相似的尺寸在每分钟能成像超过50页的办公和生产打印系统中是常见的。有关这种厚度的一个缺陷就是,壁越厚,滚筒就越显笨重。由于一个典型的定影器必须达到大约150℃的定影温度,就需要相当多的电能和时间来将定影器加热到定影温度并予以维持。就厚度约5.5mm的传统定影芯而言,加热时间持续至约7-约30分钟。
为了节约能量并缩短加热次数,希望尽可能地减小定影滚筒芯的壁厚。不过,实践表明,仅仅让滚筒壁变薄,会在滚筒的端部区域产生很多问题。特别是,如果在定影芯滚筒中加工有传统的传动槽,端部就会变得脆弱且开裂。传动槽被用作系统的一部分以使定影滚筒芯旋转。如图1所示,旋转一般是通过使芯滚筒10与传动齿轮11紧密配合而发生的。通过将键销15插入槽14中而产生配合。因为在传动齿轮11与滚筒10配合之后需要将加热灯放入定影辊芯中,传动齿轮11的内径就形成了一个衬套12,其以所示方式在芯滚筒10上滑动。键销15从衬套12中向内突出,以与槽12相接合。衬套12滑过滚筒10而不是滑入滚筒10的另一前提是,传动齿轮11加上衬套12一般都是由硬质塑料制成的。该塑料的膨胀系数与滚筒10金属的膨胀系数不同。因而,如果衬套12从滚筒10的内部突出,滚筒10的金属就会在定影期间以大于传动齿轮11塑料的速度膨胀,由此而在传动齿轮11与滚筒10之间造成不期望的松动。
发明内容
希望提供一种耐用的薄壁芯定影滚筒,其节约了能量,缩短了加热次数,同时满足或超越了耐久性和成像性能的技术要求。
本发明薄壁定影辊组件的一个实施例是这样一种薄壁的定影辊芯组件,其包括金属芯滚筒,其具有约0.5毫米-约2.0毫米的壁厚和一端部区域,并具有轴向和径向;传动齿轮,其具有内径衬套,用以装配在芯滚筒的一端上,和用于迫使该芯滚筒旋转的键销;位于芯滚筒端部区域中的键槽,其用以接纳传动齿轮的键销,所述键槽具有一终端;以及改向部件,其用以将键槽终端处定向的轴向应力改向到径向。
本发明的另一个实施例是一种静电成像系统,其包括薄壁的定影辊组件,该定影辊组件包括有金属芯滚筒,其具有约0.5毫米-约2.0毫米的壁厚和一端部区域,并具有轴向和径向;传动齿轮,其具有一内径衬套,其用以装配在芯滚筒的一端上,和用于迫使芯滚筒旋转的键销;位于芯滚筒端部区域中的键槽,其用以接纳传动齿轮的键销;改向部件,其用以将轴向应力改向到径向。
本发明的又一个实施例是一种使得色粉定影到复印纸上的方法,其包括在少于约1分钟的时段内,对薄壁的定影辊预热,该定影辊包括壁厚约0.5毫米-约2.0毫米的芯滚筒壁,其中,改向部件使得形成于薄壁中的轴向键槽的终端处轴向定向的应力改向到径向;使复印薄片移动以便与由定影辊和加压辊形成的辊隙相接合;借助传动齿轮驱动该定影辊旋转,该传动齿轮具有用以装配在该芯滚筒的一端上的内径衬套和用以用以与该芯滚筒的该键槽接合的键销,由此使得纸张移动经过该辊隙。
图1是一幅本发明薄壁定影辊芯滚筒组件的透视图,示出了该组件未经加固的破损型式;图2是一幅与一加压辊挤压的薄壁定影辊芯滚筒的横剖端视图;图3是一幅定影辊芯滚筒的透视图,其具有一个与键槽相交的径向槽;图4是一幅定影辊芯滚筒组件的透视图,其具有一个用于增加强度的加压键槽和一个狭窄的径向槽。
具体实施例方式
为了全面地理解本发明,下面参照附图。在附图中,相同的参考标号在全文中用来表示相同的元件。
包括本发明的一个实施例的一示范性电子系统是一台能够提供打印、复印、扫描和传真服务的多功能打印机。这种多功能打印机在本领域中是众所周知的,可以包括基于喷墨、静电摄影式和其他成像装置的打印机械。静电摄影式成像的普遍原理对于本领域的技术人员来说是众所周知的。通常,静电摄影式复制工艺是通过给一个感光部件充分均匀地充电来启动的,然后对其上原始文件的光图像进行曝光。通过针对光图像对已充电的感光部件曝光,而使相应于原始文件中无图像区的区域中的光敏表面层放电,同时维持图像区域上的电荷,以便在感光部件上生成原始文件的静电潜像。该潜像随后通过这样一个程序被显影成可见图像,即,将充电的显影材料沉积到光敏表面层,这样显影材料就被吸引到感光部件上的充电图像区域。此后,显影材料从感光部件转印到复印纸或一些其他的图像载体基片,图像可永久地固定在其上,以形成原始文件的复制品。永久的定影通常是使用热压将显影材料或色粉熔化固定到载体基片上而完成的。在该程序中使用了本发明的定影辊。在程序的最后一步中,感光部件的光敏表面层受到清洁处理,以将其中任何残留的显影材料去除,为随后的成像循环作准备。
上述静电摄影式复制工艺是众所周知的,对于数码复印、打印以及用原稿复制的光透镜都有用。在这些诸多应用中,上述工艺在操作中通过给一些位置的电荷放电而在成像部件上形成潜像,其中,这些位置是光子从透镜、激光或LED照到感光器上的位置。此类打印工艺一般在称作DAD或“显黑”系统的放电区域上对色粉进行显影。光透镜成像系统一般在称作CAD或“显白”系统的充电区域上对色粉进行显影。本发明的实施例适用于DAD和CAD两系统。因为静电摄影式成像技术再为人所熟知不过,就没必要作进一步的说明了。例如参见Dash等人的美国专利US-A-6069624和Coonan等人的美国专利US-A-5687297,两份专利的内容在此一并引入作为参考。
再次参照图1,定影辊的旋转是由传动齿轮11的齿13与促使齿轮11转动的驱动机构(未示出)相啮合而引起的。衬套12包括齿轮11的内径,因此衬套12也就在齿13啮合时被驱动了。如上所述,键销15与槽14相接合,以便让滚筒10受到传动齿轮11的驱动。当定影辊转动时,打印基片就被带到定影辊与邻接加压辊之间的辊隙中,并被牵拉引导经过定影辊。因为定影辊被加热到定影温度,结果通过至少部分地使色粉在压力下熔化而将色粉固定到复印基片上。
图1中示出了具有传统传动槽的薄壁定影芯滚筒的破损型式。在该图中,滚筒芯10的壁厚大大小于标准厚度5.5毫米。壁厚为约0.5毫米-约2.0毫米,就会使加热次数大大缩短,且能量效率大大提高。壁越薄,加热时间越短,能量效率越高。预热时间小于约1分钟是理想的,小于约30秒是优选的。测试表明,对外径为约35.0毫米的定影辊来说,壁厚为约1.1毫米是足够的。此类定影辊一般用在能每分钟打印超过50页的静电成像系统中。不过,如图1所示,在少达30,000次复制中,裂纹11从键槽14的底部逐渐显露。此类定影辊的预期使用寿命应至少维持400,000次复制。
初始检查表明,裂纹是因为由键销施加到薄壁滚筒上的扭力而形成的。不过,随后的研究揭示了,当辊子从槽90度地转入转出加压辊辊隙时,裂纹通过循环的挤压力形成在辊子上,尤其是槽位置上。为足以在旋转过程中抵抗相当大的反复挤压,从槽14切掉滚筒10的大部分长度。不过,如图2所示,壁在端部区域不具有充足的强度来阻止被加压辊16部分地推入槽的宽度中,因为所开的通槽14排除了所有端部区域的支承。结果,在槽从加压辊的辊隙旋转大约90°的期间,来自加压辊16的压力将端部区域压平到槽14的附近。在传统的芯滚筒中,芯滚筒的壁厚提供了足以防止反复挤压的强度。
进一步的分析表明,槽14区域中的压应力被轴向地沿着滚筒10的长度引导。该轴向应力在图1中由箭头17示出。认识到这一点,人们便致力于着手设计这样一种定影辊芯滚筒组件,其具有薄壁并具有将周期圆周应力从轴向应力改向为径向应力的部件。
图3中示出了一种解决方案,其使疲劳应力相对于传统芯滚筒键槽的轴向应力集中区域改向。在该实施例中,键槽24终止于径向槽28。如箭头29所示,结果挤压过程中的疲劳应力减小且相对于定影芯滚筒轴向压应力改向。这种重定向是明显的,因为滚筒10的金属纹理通常沿轴向而非径向走向。沿轴向定位纹理是一项优选的实践操作,因为滚筒是通过将金属片材弯曲而成形的,而这样越过纹理的弯曲防止了开裂并形成一个较坚硬的滚筒。通过使周期压应力沿着径向箭头29而不是沿着滚筒的轴向轴线改向,应力流经金属的纹理。尽管滚筒20的端部区域如图2所示在旋转过程中仍被压平,像图1中所示那样的裂纹已不太可能形成了。
在图3中,芯滚筒30的键槽24的大小被设计成接纳图1中所示的键销15。芯滚筒20可由此以与图1中滚筒10相同的方式由传动齿轮11驱动。键销15可伸入径向槽28中,但优选将其作用力施加到键槽24的侧面。采用类似于滚筒10的方式,滚筒20的壁厚仅为约0.5毫米-约2.0毫米,优选为约1.1毫米厚。由此基本实现了与滚筒10相同的缩短加热时间、提高能量效率的优点。反复挤压并未通过图3所示的实施例消除或减小。相反,应力沿着纹理被改向到径向,这样裂纹就更不可能出现了。采用了图3所示的实施例,通常就能实现超过400,000次复制的预期寿命。
图4中示出了另一个定影芯滚筒的实施例,其中应力从轴向改向到径向。径向槽38是一个狭窄的椭圆形的槽,其将应力改向到径向。除了进行这样的应力改向外,图4中的滚筒30还例证了一种减小周期压力的部件。滚筒30被示出具有一个无槽的键槽,其被压入滚筒30的壁中。键槽34的大小被设计成接纳图1中所示的键销15。芯滚筒30由此可以与图1中滚筒10相同的方式由传动齿轮11驱动。同样,芯滚筒30的壁厚可为约0.5毫米-约2.0毫米,优选为约1.1毫米厚。不过,因为键槽34替代了槽14,金属仍处于原来被槽14空出的区域中。尽管受压变形,但金属仍提供了足够减小图2所示的周期压力的强度。当与径向槽38结合时,无论怎样的周期应力都从轴向改向到径向。结果周期压力不但减小了,还被重新定向。因此,像图1中所示那样的裂纹就相当不可能出现了。
如图3和4所示,减小压力并将压力改向的径向槽可采取多种形式。此类槽可基本上为椭圆形、圆形、矩形或具有圆头的直边。径向槽优选与轴向键槽的终端相交,但实际上它可位于终端的附近,而不用与键槽相交,或者可比终端更远地朝着芯滚筒的端部与键槽相交。此外,径向槽可通过加压或其他变形操作成形,不用去除材料。
如图4中的滚筒30所示,应力改向方法可通过这样的部件增强,即,利用通槽比如图1中的槽14在可达到的强度上加固芯滚筒壁。其他具有加固壁的实施例包括在槽周围设加强件的滚筒。这样的加强件可采取任何形式,包括内环、外环或环段。另一种在芯滚筒的端部区域中加固壁的部件是用孔来替换比如图1中槽14的槽。可改将一个滑动销装到衬套12上来取代键销15。一旦销与孔对齐,就可将销压入孔中,从而能让比如传动齿轮11的传动齿轮驱动芯滚筒。
在检查中,本发明的薄壁芯定影滚筒组件包括薄壁外加部件,其将由周期压力引起的应力从滚筒的轴向轴线改向到径向轴线。当与现有技术中的定影芯滚筒相比时,本发明可缩短加热次数、提高能量效率,同时能防止芯滚筒过早出现裂纹。
应当理解的是,各种上述及其他的特征和功能或其替换物都可理想地组合到许多其他不同的体系或应用中。并且,本领域的技术人员随后可作出多种当前意想不到或无法预料的替换、改型、变化或改进,其同样要被下列权利要求包括。
权利要求
1.一种薄壁的定影辊芯组件,其包括金属芯滚筒,其具有约0.5毫米-约2.0毫米的壁厚和端部区域,并具有轴向和径向方向;传动齿轮,其具有用以装配在该芯滚筒的一端上的内径衬套和用以迫使该芯滚筒旋转的键销;位于该芯滚筒的该端部区域中的键槽,其用以接纳该传动齿轮的键销,所述键槽具有一个终端;改向部件,其用以使在键槽终端处轴向定向的应力改向到径向。
2.如权利要求1所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该芯滚筒的直径为约35毫米。
3.如权利要求1所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该芯滚筒的直径大于约35毫米。
4.如权利要求1所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该壁厚为约0.9-1.4毫米。
5.如权利要求1所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该壁厚为约1.1毫米。
6.如权利要求1所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该键槽具有与该芯滚筒的端部相反的终端,并且该改向部件是靠近该键槽的该终端成形的径向槽。
7.如权利要求6所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该径向槽基本上呈圆形。
8.如权利要求6所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该径向槽基本上呈椭圆形。
9.如权利要求6所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该径向槽和该键槽终端不相交。
10.如权利要求1所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该径向槽包括金属变形并保持金属的位置。
11.如权利要求1所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,还包括这样的一个装置,其用以使得邻近键槽的芯滚筒壁具有足以防止因周期压力而出现裂纹的强度。
12.如权利要求11所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该加强装置包括键槽,并且,该键销是固定地从衬套的内侧突出的销。
13.如权利要求12所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该键槽是挤压槽。
14.如权利要求11所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该加强装置包括邻近键槽终端安装的加强件。
15.如权利要求14所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该加强件是环。
16.如权利要求14所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该加强件包括环段。
17.如权利要求11所述的薄壁定影辊芯组件,其特征在于,该加强装置包括围绕着键孔的壁,并且,该键销包括可以推的销,其能在该销与键孔对齐时推入该键孔中。
18.一种静电成像系统,其包括薄壁的定影辊组件,该定影辊组件包括金属芯滚筒,其具有约0.5毫米-约2.0毫米的壁厚和端部区域,并具有轴向和径向方向;传动齿轮,其具有用以装配在该芯滚筒的一端上的内径衬套和用以迫使该芯滚筒旋转的键销;位于该芯滚筒的该端部区域中的键槽,其用以接纳该传动齿轮的键销;改向部件,其用以使在键槽终端处轴向定向的应力改向到径向。
19.如权利要求18所述的静电成像系统,其特征在于,该成像系统为静电摄影式打印机。
20.如权利要求19所述的静电成像系统,其特征在于,该成像系统能每分钟打印超过约50页。
21.一种将色粉熔化固定到复印纸上的方法,其包括在少于约1分钟的时段内,对薄壁的定影辊预热,该定影辊包括壁厚约0.5毫米-约2.0毫米的芯滚筒壁,其中,改向部件使得形成于薄壁中的轴向键槽的终端处轴向定向的应力改向到径向;使复印薄片移动以便与由定影辊和加压辊形成的辊隙相接合;借助传动齿轮驱动该定影辊旋转,该传动齿轮具有用以装配在该芯滚筒的一端上的内径衬套和用以用以与该芯滚筒的该键槽接合的键销,由此使得纸张移动经过该辊隙。
22.如权利要求21所述的方法,其特征在于,预热少于约30秒。
全文摘要
本发明公开了一种薄壁的定影辊芯滚筒组件,其能缩短加热次数并提高能量效率,其中通过将轴向键槽终端的轴向应力改向到径向,防止了因周期压力而在芯滚筒的薄壁上出现裂纹。键槽用来将芯滚筒连接到传动齿轮上。本发明还公开了这种薄壁定影辊在成像系统中的应用以及使用薄壁定影芯将色粉熔化固定到复制基片上的方法。
文档编号G03G15/20GK1629748SQ20041010115
公开日2005年6月22日 申请日期2004年12月16日 优先权日2003年12月16日
发明者T·R·雅斯科维亚克, J·A·赫尔利, L·G·普里斯 申请人:施乐公司