专利名称：圆形金属结构及其制作方法和其生产设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及薄壁圆形金属结构和制作该结构的方法，更具体涉及能用 在电子照相印刷机或者复印机中的光敏鼓或者定影辊子的金属结构以及 制作该结构的方法。
背景技术：
例如，日本专利申请出版物No.2001-225134提出了制作圆形金属结构 的方法，包括绕其轴旋转管子和在管子保持旋转时将模具压到管子外表面 的步骤。管子由可塑形加工的金属组成，该管子可有底或者没底。所述的 方法能减小管壁的厚度，且加长管子的长度。然而，上述的方法却伴随着问题因为减小管壁厚度而使管子沿轴向 加长，所以想保持管壁厚度均匀并获得期望的管外径是非常困难的或者几 乎不可能。此外，若用上述的方法制作壁厚非常小的管子，就必须多次将模具压 到管壁上。发明内容考虑到传统制作圆形结构的方法所面临的上述问题，本发明的目的是 提出一种圆形金属结构，其具有稳定的壁厚和稳定的外径。本发明的另外目的是进一步提供制作所述结构的方法和设备，其均能 保持壁厚稳定，进而保持管壁外径稳定。本发明的再个目的是提供壁非常薄的圆形金属结构，及制作该金属结4构的方法和设备。
本发明的一个方面内容提供了塑形加工而成且厚度公差等于或者小
于士2.5微米的圆形金属结构。例如，塑形加工是用旋压加工方法。
说明书中，术语"圆形金属结构"涵盖了由金属制成且有垂直其轴的、 封闭的、环形的横截面的结构。例如，典型的圆形金属结构是金属圆柱体。 带，套，管等都包括在圆形金属结构中。
圆形金属结构可能有沿轴向伸展的接缝。然而，最好是圆形金属结构 没有沿轴向伸展的接缝。
进一步会提供塑形加工而成的、壁厚小于0.03毫米的圆形金属结构。
用在电子照相印刷机或者复印机中的具有小体积的定影辊子或者定 影膜能在短时间内被加热到期望的温度，而能量消耗小。因此，壁厚小于 0.03毫米的圆形金属结构能縮短加热其自身所需的时间，进而减少加热其 自身时的能量消耗。
此外，因为使用塑形加工而成的圆形金属结构具有小于0.03毫米的壁
厚，所以该圆形金属结构的强度能比锻造的圆形金属结构的强度高。
例如，使用镍膜作为定影膜会降低印刷机或者复印机的能量消耗。然 而，因为传统上用作薄膜的镍膜是电铸的，因此制作出的镍膜有柱状晶体 结构，从而产生在重复的机械应力作用下不耐用的缺点。
制作圆形金属结构的方法包括步骤将薄膜弄成圆形，和焊接被弄成 圆形的模成圆柱形膜。根据此方法，任何金属都可用来制作金属圆柱体膜。
然而，由于会对焊接部分进行焊道处理，进一步由于金属结构焊接部 分中的缺陷，上述方法在圆柱体形状下会产生机械强度差和不均匀的问 题。此外，因为上述方法是接合薄膜来制作金属圆柱体膜的，因此需要相 关技术，这会花费很多时间，从而导致成本的增加和批量生产能力的下降。 因此，此方法还没有投入实际的使用中。
为了解决上述的问题，将进一步提供塑形加工而成的圆形金属结构， 其具有相对的开口底端，其中所述开口底端的外径公差等于或者小于 0.05%。
本发明的另一方面内容中，提供制作圆形金属结构的方法，该方法包 括(a)绕其轴旋转管子，该管子由可塑形加工的金属制成，(b)沿垂直轴的方向将模具移向管子直到模具与管子的外表面相接触，并将模具压到 管子上，和(C)在保持管子旋转且保持模具压在管子上时，沿与轴平行 的方向移动模具，其特征在于还包括(d)在步骤(C)中测量管壁厚度，和(e)根据步骤(d)测量的厚度调整模具压管子的压力。在本发明的再个方面内容中，提供制作圆形金属结构的设备，包括(a) 使管子绕其轴旋转的管子旋转器，其中管子由可塑形加工的金属制成； (b)模具；(c)第一设备，其将模具沿与轴垂直的方向移向管子直到模 具与管子外表面接触，并且将模具压在管子上；和(d)第二设备，管子 保持旋转且模具保持压在管子上的同时，该设备沿与轴平行的方向移动模 具；其特征在于还包括(e)第三设备，其测量管壁的厚度，和(f)第四 设备，其根据第三设备测量出的厚度调整模具压到管子上的压力。 由前述本发明获得的优点将在下面描述。印刷机或者复印机的印刷技术得到了显著地发展。例如，任何文件都 能全色复制。因此，在将来，黑白印刷机和复印机需要有更高的清晰度， 而彩色印刷机或者复印机需要有高质量和高印刷速度，而且制造成本要 低。光敏鼓和热定影部分是满足这种需求的关键所在。在热定影辊子或者膜中，为了增大导热率和获得合格的图象，需要尽 可能宽的压送区，而无需考虑热定影辊子或者膜是带型还是薄壁套型。为 满足此需求，根据本发明制作的薄壁圆形金属结构可以用作带或者套，其 具有高弹性，高机械强度，和高抗疲劳性。与根据传统方法制作的、由树脂或者镍制成的用作带的圆形金属结构 相比，根据本发明制作的圆形金属结构有较高的耐用性，较高的抗热性， 较高的硬度和较长的使用寿命。根据本发明制作的圆形金属结构可以用作 带。因此，将根据本发明制作的圆形金属结构用作带替换相对较厚的传统 的辊子或者套能降低印刷机或者复印机的尺寸。此外，圆形金属结构具有高的热导性和小的热容量。由此，当圆形金 属结构用作定影鼓时，定影鼓能快速变热。因此，能縮短定影时间。此外， 定影鼓有高的热导性能减少能量消耗，从而显著降低成本。例如，根据本发明制作的圆形金属结构在光敏鼓中能用作带。因为制 作圆形金属结构的不锈钢经旋压强度增强，因此与传统的由树脂制成的带相比，当拉伸力作用在用作带的圆形金属结构上时，能够增强平滑性和硬 度。
此外，与传统的由树脂制成的带不同，当圆形金属结构用作带时，由 于圆形金属结构有高的杨氏模量，所以旋转时由拉伸和/或抽拔造成的不均 匀性可以消除。结果，反馈时精确度增大，确保图象合格。
大多数传统的光敏鼓由铝制的大圆柱体组成。将用作带的圆形金属结 构替代传统的光敏鼓，能够縮小印刷机或者复印机的尺寸。此外，彩色印 刷机或者复印机中，所述结构还能缩短纸张经过多个有诸如红、绿、蓝等 不同颜色的光敏鼓的时间，确保了高速，并减少重量，节约空间。
附图简述
图1为剖面图和透视图，示出了通过热拉或者冷拉制作有底的管子的 步骤。
图2为剖面图，示出了旋压管子的设备。
图3为剖面图，示出了在其相对底端处裁切管子的步骤，其中管子由 旋压制成。
图4为剖面图，示出了另一个旋压管子的设备。 图5为透视图，示出了用作辊子组件一部分的圆柱体金属膜。 图6为前视图，示出了图5中的辊子组件。 图7为前视图，示出了图5中的辊子组件。 图8为透视图，示出了用作定影辊子的圆柱体金属膜。
具体实施例方式
下面将根据实施例解释圆形金属结构的制作方法。在实施例中，根据 该方法，假设金属圆柱体制作为圆形金属结构。
首先，如图1所示，薄金属片1放在凹形模具2和冲孔机3之间用来 制作有底的管子4。管子4越深，管子4越容易旋压成形。因此，推荐用 热拉方法制作管子4，其中凹形模具2被加热而冲孔机3被冷却。
例如，假设用热拉和冷拉的方法压SUS304板。如果在室温下压板 SUS304，则临界拉拔率为2.0，其中临界拉拔率定义为圆柱体物体的直径(A)与冲孔机的直径(B)的比(A/B)。相反，如果用热拉方法压SUS304 板，临界拉拔率能增大到2.6。因此，当要冲压有底的管子时，热拉冲压 形成的管子的深度比冷拉冲压形成的管子的深度深。
然而，应该指出，有底的管子4即使用普通的冷拉也能制成。 在热拉中，推荐金属片1的厚度在0.1到1.0毫米之间，最好是在0.3 到0.5毫米之间。
然后，将管子4退火使管子4具有期望的硬度。 然后，如图2所示，用旋压机对管子4进行旋压加工。 旋压机由管子旋转器5、模具6、移动物7、传感器20和控制器30组 成，其中所述管子旋转器5绕管子轴旋转管子4，所述模具6有锐角顶端， 所述移动物7能沿垂直管子4轴的方向B和平行管子4轴的方向A移动， 所述传感器20测量管子4的管壁4a的厚度并传输指示测得的管子4管壁 厚度的信号20a，而所述控制器30则根据传感器20传输的信号20a沿B 方向移动移动物7从而减少管子4管壁的厚度，且该控制器还控制A方向 上移动物7的移动速度。
模具6固定在移动物7上，因此，模具6能随移动物7在A和B方向 上移动。
首先，如图2所示，管子旋转器5插入有底端4b的管子4中，然后 管子旋转器5开始绕管子4的轴旋转管子4。
然后，控制器30沿B方向移动移动物7和模具6直到与管子4管壁 4a的外表面接触。然后，控制器30沿B方向进一步移动移动物7和模具 6，从而使得模具6以均匀的压力压到管子4壁4a上。然后，开始旋压加 工管子4外管壁4a。
如早先提到的，模具6固定在移动物7上。通过移动物7移动模具6， 从而能够在远离管子旋转器5外表面特定距离处设置模具6。如稍后提到 的，模具6和管子旋转器5外表面之间的距离与稍后提到的金属圆柱体8 的厚度相同。
然后，移动物7移动模具6使其从管子4的底端4b向方向C移动并 远离管子4的底端4b，同时模具6压到管子4的外壁4a上。当模具6移 向方向C时，管子4的外壁4a被加工，由此管子4的外壁4a加长了，同时厚度减少。
结果，管子4的壁厚等于模具6顶端和管子旋转器5外表面之间的距离。
在实施例中，模具6设计的具有圆锥形顶端以便加工形成管子4的外 壁4a。作为可选方案，由硬质材料制成的辊子可以代替模具6。
在模具6加工管子4的外壁4a时，传感器20沿A方向测量管子4壁 4a的厚度，并传输测得的指示管子4壁4a厚度的信号20a到控制器30。
收到来自传感器20的信号20a时，如果控制器30判定管壁4a的厚度 大于预定厚度，则控制器30控制移动物7进一步向管子4移动，也就是， 变化施加在管壁4a外表面上的压力，从而使模具6加工管壁4a直到管壁 4a达到预定的厚度。因此，传感器20配合控制器30实现了管子4的管壁 4a厚度均匀。
例如，如果控制器30判定管壁4a某部分的厚度比预定厚度厚，则控 制器30能将模具6移回到该部分，并使模具6加工该部分直到该部分达 到预定的厚度。
由此，在制作管壁4a厚度等于或者小于0.09毫米的管子4时，可以 在形成达到预期厚度的管壁4a的同时将公差保持在士2.5微米之间。
例如，传感器20可由超声波脉冲反射型传感器组成，此类型传感器 能传输超声波脉冲到物体并接收物体反射回来的超声波脉冲。因为超声波 脉冲对不同的材料有不同的反射率，所以若管子4和管子旋转器5彼此由 不同的材料制成，则能够测量管子4管壁4a的厚度。
应该指出，任何传感器都可用作传感器20以感应管子4管壁4a的厚 度，除非它不能测量管壁4a的厚度。
实施例中，虽然移动物7作为一个设备来设计，但移动物7可被设计 为包含沿B方向移动模具6的第一设备和沿A方向移动模具6的第二设 备。
控制器30进一步控制移动物7沿A方向的移动速度。 例如，如果信号20a显示管壁4a的厚度大于预定厚度，则控制器30 不仅可以控制移动物7进一步向管子4移，还可以沿A方向慢慢移动移动 物7，从而使模具6加工管壁4a直到管壁4a达到预定的厚度。用上述的方法加工管壁4a到预定的厚度后，从管子旋转器5上取下 管子4。
旋压机可以是水平样式或者垂直样式。从可用性的角度来看，推荐使 用水平样式的旋压机。
如图3所示，完成旋压加工管子4后，用切割机27在管子4相对底 端处裁切管子4，以便管子4有预期的长度和小于0.03毫米的厚度。
然后，开口底端外径公差的等于或者小于0.05%的管子4就完成了。
例如，如果管子4的开口底端外径为30毫米，则其公差等于或者小 于15微米。
因此，获得了可用作光敏或者定影鼓的金属圆柱体8。
虽然金属圆柱体8由SUS304组成，但金属圆柱体也可以由除SUS以 外的其他材料制成。例如，金属圆柱体可由不锈钢、辊轧镍、镍合金、钛、 钛合金、钽、钼、镍基合金、镍铁导磁合金、高镍合金钢、铝、铝合金、 铜、铜合金、纯铁或者钢材料制成。
在上述的实施例中，使用一个模具6加工管子4的管壁4a。代替单个 模具6，可以使用多个模具6加工管子4。
图4示出了使用阵列模具的一个例子，其中6A、 6B和6C三个模具 围绕管子4的中心每隔120度圆周角排列。6A， 6B和6C分别固定在移动 物7A， 7B禾卩7C上。
在加工管子4时，使用6A， 6B和6C三个模具加工管子4的管壁4a 可以防止管子旋转器5的X轴向的偏差，确保加工出高精度的管壁4a。 结果，例如，可以加工出等于或小于0.03毫米的管壁4a。
应该指出，可以使用四个或者更多的模具加工管子4，在此情况下，
推荐围绕圆周以共同的圆周角排列放置模具。
图5到图7讲述了使用上述金属圆柱体膜的例子。如图5到7所示，
金属圆柱体膜可用作辊子组件的一部分。
如图5和6所示，金属圆柱体膜8A绕在两个辊子9和11上，其中辊 子9和11以辊子9和11的轴彼此平行的方式放置。金属圆柱体膜8A具 有和辊子9和11长度相同的宽度，因此，金属圆柱体膜8A能完全覆盖住 辊子9和11。金属圆柱体膜8A由SUS304制成，且厚度为0.05毫米或者50微米。
如图5所示，辊子9和11分别有支撑轴12和13,支撑轴12和13 分别从辊子9和11的对立端面沿轴向伸展开。如图7所示，辊子9和11 被支撑，其中侧墙将支撑轴12和13可旋转地支撑住。
圆孔15和伸长孔16形成侧墙14，其中所述圆孔15的直径与支撑轴 12的直径相等，所述伸长孔16的高度与支撑轴13的直径相等且水平方向 上的长度比支撑轴13的直径长。
将支撑轴12插入圆孔15中，辊子9就支撑在侧墙14上了。将支撑 轴13插入伸长孔16中就将辊子11固定到了侧墙14上，例如可用螺钉和 螺母将支撑轴13固定在伸长孔16中期望的位置。因此，由于辊子11可 以固定在期望的位置上，因此通过调整辊子11固定的位置可用保持金属 圆柱体膜8A的张力。
如图5到7所示，辊子组件可以用作印刷机中的光敏鼓，或者加热辊 子，或者定影辊子。
辊子9和11的直径可以比传统光敏鼓的直径小。由此，可以制成高 度比传统光敏鼓高度小的光敏鼓。因此，将包含金属圆柱体膜8A的辊子 组件应用到印刷机中，可以制成高度很小的印刷机。
因为传统的加热辊子是圆柱形的，因此在加热辊子外表面有不平坦部 分。相反，如图6所示，包含有金属圆柱体膜8A的辊子组件在金属圆柱 体膜8A上有平坦部分17，该平坦部分大小依赖辊子9和11之间的距离。
例如，粘附在纸上的调色剂能热固定到平坦部分17上的纸上，确保 用来热固定调色剂的区域比传统的加热辊子提供的区域宽。从而能够更稳 定地进行热定影，提高了印刷图象和/或字符的质量。
作为可选方案，显影单元可以放置在平坦部分17上。
此外，因为金属圆柱体膜8A薄，金属圆柱体膜8A有高的热导性。 也就是，热很容易通过金属圆柱体膜8A转移。与传统的加热辊子相比， 此结构使加热加热辊子所需的时间大大縮短。由此，从印刷机打开后到印 刷机可以工作的时间将縮短。
图8示出了另一使用金属圆柱体膜的例子。
金属圆柱体膜8B用作热定影辊子。如图8所示， 一对导轨18与金属
ii圆柱体膜8B配合。导轨18有弓形的外表面，因此能保持金属圆柱体膜 8B仍是圆柱体。
加热器19夹在导轨18之间。加热器19由诸如卤素灯、陶瓷加热器 等组成。
压送辊子21与作为热定影辊子的金属圆柱体膜8B相对。
纸22送向金属圆柱体膜8B和压送辊子21 ，其中纸22上粘附着调色
剂。然后，纸22夹在金属圆柱体膜8B和压送辊子21之间，随后被加热
器19加热。结果，调色剂热定影在纸22上。
通过将金属圆柱体膜8B作为热定影辊子使用，加热器19可以放置在
金属圆柱体膜8B里，因此，由加热器19产生的热可以直接传到金属圆柱
体膜8B上。这样，从加热器19到金属圆柱体膜8B可以显著地提高热传
递效率。
此外，由于金属圆柱体膜8B由薄金属纸形成，因此能快速加热金属 圆柱体8B到固定调色剂到纸22上所需的温度。也就是说，能縮短从印刷 机被打开到印刷机能工作之间的时间。
权利要求
1.制作圆形金属结构的方法，包括步骤(a)绕其轴旋转管子(4)，其中管子(4)由可塑形加工的金属制成；(b)沿垂直轴的方向将模具(6)移向管子(4)直到模具(6)与管子(4)的外表面接触，并将模具(6)压到管子(4)上；和(c)在管子(4)保持旋转的同时，保持模具(6)压在管子(4)上，并沿与轴平行的方向移动模具(6)，其特征在于还包括步骤(d)在步骤(c)中测量管子(4)的管壁(4a)的厚度；和(e)根据步骤(d)测得的厚度调整模具(6)压在管子(4)上的压力。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括控制步骤(c)中模具移 动速率的步骤。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(b)中同在垂 直管子(4)的平面但彼此方向不同的多个模具(6A， 6B， 6C)移向管子(4)。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于模具(6A， 6B， 6C) 围绕管子(4)排列，从而每个模具(6A， 6B， 6C)在圆周角上与其相邻的模具彼此等距分离。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于模具(6A， 6B， 6C)的数量是3。
6. 根据权利要求1到5中的任何一个权利要求所述的方法，其特征 在于可塑形加工的金属选自不锈钢，辊轧镍，镍合金，钛，钛合金，钽，钼，镍基合金，镍铁导磁合金，高镍合金钢，铝，铝合金，铜，铜合 金，纯铁和钢所构成的组中。
7. 制作圆形金属结构的设备，包括(a) 绕其轴旋转管子(4)的管子(4)旋转器，其中管子(4)由可 塑形加工的金属制成；(b) 模具(6);(c) 第一设备，其将模具(6)沿垂直轴的方向移向管子(4)直到 模具(6)与管子(4)的外表面接触，并且模具(6)压在管子(4)上；和(d) 第二设备，管子(4)保持旋转并且保持模具(6)压在管子(4) 上时，该设备沿与轴平行的方向移动模具(6)，其特征在于(e) 测量管子(4)的管壁(4a)厚度的第三设备；和(f) 第四设备，其根据第三设备测出的厚度调整模具(6)压在管子(4)上的压力。
8. 根据权利要求7所述的设备，进一步包括第五设备，其控制第二 设备移动模具(6)的速率。
9. 根据权利要求7所述的设备，其特征在于模具(6)由多个模 具(6A， 6B， 6C)组成，第一设备将同处在与轴垂直的面但彼此方向不 同的模具(6A， 6B， 6C)移向管子(4)直到模具(6A， 6B， 6C)与管 子(4)的外表面接触，且将模具(6A， 6B， 6C)压在管子(4)上。
10. 根据权利要求9所述设备，其特征在于模具(6A， 6B， 6C) 围绕管子(4)排列，从而每个模具(6A， 6B， 6C)在圆周角上与相邻的模具彼此等距分离。
11. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于模具(6A， 6B， 6C)的数量是3。
12. 根据权利要求7所述的设备，其特征在于模具(6)有锐角顶端。
13. 根据权利要求7所述的设备，其特征在于模具(6)由辊子组成。
14. 根据权利要求7到13中任何一个权利要求所述的设备，其特征 在于可塑形加工的金属选自不锈钢，辊轧镍，镍合金，钛，钛合金， 钽，钼，镍基合金，镍铁导磁合金，高镍合金钢，铝，铝合金，铜， 铜合金，纯铁和钢所构成的组中。
全文摘要
本申请公开了一种制作圆形金属结构的方法，该方法包括步骤(a)绕其轴旋转管子(4)，其中管子(4)是由可塑形加工的金属制成；(b)沿与轴垂直的方向将模具(6)移向管子(4)直到模具(6)与管子(4)外表面接触，且模具(6)压在管子(4)上；和(c)在管子(4)保持旋转且保持模具(6)压在管子(4)上时，沿与轴平行的方向移动模具(6)；和其特征在于还包括(d)在步骤(c)中测量管子(4)壁(4a)的厚度；和(e)根据步骤(d)中测得的厚度调整模具(6)压在管子(4)上的压力。
文档编号G03G15/00GK101318208SQ200810136149
公开日2008年12月10日 申请日期2003年3月21日 优先权日2002年3月22日
发明者伊藤洋治 申请人:株式会社远藤制作所