專利名稱：應力從軸向改變?yōu)閺较虻谋”诙ㄓ拜伒闹谱鞣椒?br> 技術領域：
本發(fā)明涉及一種薄壁定影輥芯滾筒組件。
背景技術：
靜電成像系統(tǒng)中使用的定影輥通常包括一個金屬芯滾筒，其包覆有一層或多層彈性體層。傳統(tǒng)的定影輥芯滾筒是壁相對較厚的鋁合金滾筒。希望達到該厚度是為了提供定影輥壓靠鄰接壓緊輥輥隙時的強度和耐久性。對于外徑為35.00mm的定影輥芯而言，5.5mm的厚度已是相當標準。相似的尺寸在每分鐘能成像超過50頁的辦公和生產(chǎn)打印系統(tǒng)中是常見的。有關這種厚度的一個缺陷就是，壁越厚，滾筒就越顯笨重。由于一個典型的定影器必須達到大約150℃的定影溫度，就需要相當多的電能和時間來將定影器加熱到定影溫度并予以維持。就厚度約5.5mm的傳統(tǒng)定影芯而言，加熱時間持續(xù)至約7-約30分鐘。
為了節(jié)約能量并縮短加熱次數(shù)，希望盡可能地減小定影滾筒芯的壁厚。不過，實踐表明，僅僅讓滾筒壁變薄，會在滾筒的端部區(qū)域產(chǎn)生很多問題。特別是，如果在定影芯滾筒中加工有傳統(tǒng)的傳動槽，端部就會變得脆弱且開裂。傳動槽被用作系統(tǒng)的一部分以使定影滾筒芯旋轉。如圖1所示，旋轉一般是通過使芯滾筒10與傳動齒輪11緊密配合而發(fā)生的。通過將鍵銷15插入槽14中而產(chǎn)生配合。因為在傳動齒輪11與滾筒10配合之后需要將加熱燈放入定影輥芯中，傳動齒輪11的內徑就形成了一個襯套12，其以所示方式在芯滾筒10上滑動。鍵銷15從襯套12中向內突出，以與槽12相接合。襯套12滑過滾筒10而不是滑入滾筒10的另一前提是，傳動齒輪11加上襯套12一般都是由硬質塑料制成的。該塑料的膨脹系數(shù)與滾筒10金屬的膨脹系數(shù)不同。因而，如果襯套12從滾筒10的內部突出，滾筒10的金屬就會在定影期間以大于傳動齒輪11塑料的速度膨脹，由此而在傳動齒輪11與滾筒10之間造成不期望的松動。

發(fā)明內容
希望提供一種耐用的薄壁芯定影滾筒，其節(jié)約了能量，縮短了加熱次數(shù)，同時滿足或超越了耐久性和成像性能的技術要求。
本發(fā)明薄壁定影輥組件的一個實施例是這樣一種薄壁的定影輥芯組件，其包括金屬芯滾筒，其具有約0.5毫米-約2.0毫米的壁厚和一端部區(qū)域，并具有軸向和徑向；傳動齒輪，其具有內徑襯套，用以裝配在芯滾筒的一端上，和用于迫使該芯滾筒旋轉的鍵銷；位于芯滾筒端部區(qū)域中的鍵槽，其用以接納傳動齒輪的鍵銷，所述鍵槽具有一終端；以及改向部件，其用以將鍵槽終端處定向的軸向應力改向到徑向。
本發(fā)明的另一個實施例是一種靜電成像系統(tǒng)，其包括薄壁的定影輥組件，該定影輥組件包括有金屬芯滾筒，其具有約0.5毫米-約2.0毫米的壁厚和一端部區(qū)域，并具有軸向和徑向；傳動齒輪，其具有一內徑襯套，其用以裝配在芯滾筒的一端上，和用于迫使芯滾筒旋轉的鍵銷；位于芯滾筒端部區(qū)域中的鍵槽，其用以接納傳動齒輪的鍵銷；改向部件，其用以將軸向應力改向到徑向。
本發(fā)明的又一個實施例是一種使得色粉定影到復印紙上的方法，其包括在少于約1分鐘的時段內，對薄壁的定影輥預熱，該定影輥包括壁厚約0.5毫米-約2.0毫米的芯滾筒壁，其中，改向部件使得形成于薄壁中的軸向鍵槽的終端處軸向定向的應力改向到徑向；使復印薄片移動以便與由定影輥和加壓輥形成的輥隙相接合；借助傳動齒輪驅動該定影輥旋轉，該傳動齒輪具有用以裝配在該芯滾筒的一端上的內徑襯套和用以用以與該芯滾筒的該鍵槽接合的鍵銷，由此使得紙張移動經(jīng)過該輥隙。


圖1是一幅本發(fā)明薄壁定影輥芯滾筒組件的透視圖，示出了該組件未經(jīng)加固的破損型式；圖2是一幅與一加壓輥擠壓的薄壁定影輥芯滾筒的橫剖端視圖；圖3是一幅定影輥芯滾筒的透視圖，其具有一個與鍵槽相交的徑向槽；圖4是一幅定影輥芯滾筒組件的透視圖，其具有一個用于增加強度的加壓鍵槽和一個狹窄的徑向槽。
具體實施例方式
為了全面地理解本發(fā)明，下面參照附圖。在附圖中，相同的參考標號在全文中用來表示相同的元件。
包括本發(fā)明的一個實施例的一示范性電子系統(tǒng)是一臺能夠提供打印、復印、掃描和傳真服務的多功能打印機。這種多功能打印機在本領域中是眾所周知的，可以包括基于噴墨、靜電攝影式和其他成像裝置的打印機械。靜電攝影式成像的普遍原理對于本領域的技術人員來說是眾所周知的。通常，靜電攝影式復制工藝是通過給一個感光部件充分均勻地充電來啟動的，然后對其上原始文件的光圖像進行曝光。通過針對光圖像對已充電的感光部件曝光，而使相應于原始文件中無圖像區(qū)的區(qū)域中的光敏表面層放電，同時維持圖像區(qū)域上的電荷，以便在感光部件上生成原始文件的靜電潛像。該潛像隨后通過這樣一個程序被顯影成可見圖像，即，將充電的顯影材料沉積到光敏表面層，這樣顯影材料就被吸引到感光部件上的充電圖像區(qū)域。此后，顯影材料從感光部件轉印到復印紙或一些其他的圖像載體基片，圖像可永久地固定在其上，以形成原始文件的復制品。永久的定影通常是使用熱壓將顯影材料或色粉熔化固定到載體基片上而完成的。在該程序中使用了本發(fā)明的定影輥。在程序的最后一步中，感光部件的光敏表面層受到清潔處理，以將其中任何殘留的顯影材料去除，為隨后的成像循環(huán)作準備。
上述靜電攝影式復制工藝是眾所周知的，對于數(shù)碼復印、打印以及用原稿復制的光透鏡都有用。在這些諸多應用中，上述工藝在操作中通過給一些位置的電荷放電而在成像部件上形成潛像，其中，這些位置是光子從透鏡、激光或LED照到感光器上的位置。此類打印工藝一般在稱作DAD或“顯黑”系統(tǒng)的放電區(qū)域上對色粉進行顯影。光透鏡成像系統(tǒng)一般在稱作CAD或“顯白”系統(tǒng)的充電區(qū)域上對色粉進行顯影。本發(fā)明的實施例適用于DAD和CAD兩系統(tǒng)。因為靜電攝影式成像技術再為人所熟知不過，就沒必要作進一步的說明了。例如參見Dash等人的美國專利US-A-6069624和Coonan等人的美國專利US-A-5687297，兩份專利的內容在此一并引入作為參考。
再次參照圖1，定影輥的旋轉是由傳動齒輪11的齒13與促使齒輪11轉動的驅動機構(未示出)相嚙合而引起的。襯套12包括齒輪11的內徑，因此襯套12也就在齒13嚙合時被驅動了。如上所述，鍵銷15與槽14相接合，以便讓滾筒10受到傳動齒輪11的驅動。當定影輥轉動時，打印基片就被帶到定影輥與鄰接加壓輥之間的輥隙中，并被牽拉引導經(jīng)過定影輥。因為定影輥被加熱到定影溫度，結果通過至少部分地使色粉在壓力下熔化而將色粉固定到復印基片上。
圖1中示出了具有傳統(tǒng)傳動槽的薄壁定影芯滾筒的破損型式。在該圖中，滾筒芯10的壁厚大大小于標準厚度5.5毫米。壁厚為約0.5毫米-約2.0毫米，就會使加熱次數(shù)大大縮短，且能量效率大大提高。壁越薄，加熱時間越短，能量效率越高。預熱時間小于約1分鐘是理想的，小于約30秒是優(yōu)選的。測試表明，對外徑為約35.0毫米的定影輥來說，壁厚為約1.1毫米是足夠的。此類定影輥一般用在能每分鐘打印超過50頁的靜電成像系統(tǒng)中。不過，如圖1所示，在少達30,000次復制中，裂紋11從鍵槽14的底部逐漸顯露。此類定影輥的預期使用壽命應至少維持400,000次復制。
初始檢查表明，裂紋是因為由鍵銷施加到薄壁滾筒上的扭力而形成的。不過，隨后的研究揭示了，當輥子從槽90度地轉入轉出加壓輥輥隙時，裂紋通過循環(huán)的擠壓力形成在輥子上，尤其是槽位置上。為足以在旋轉過程中抵抗相當大的反復擠壓，從槽14切掉滾筒10的大部分長度。不過，如圖2所示，壁在端部區(qū)域不具有充足的強度來阻止被加壓輥16部分地推入槽的寬度中，因為所開的通槽14排除了所有端部區(qū)域的支承。結果，在槽從加壓輥的輥隙旋轉大約90°的期間，來自加壓輥16的壓力將端部區(qū)域壓平到槽14的附近。在傳統(tǒng)的芯滾筒中，芯滾筒的壁厚提供了足以防止反復擠壓的強度。
進一步的分析表明，槽14區(qū)域中的壓應力被軸向地沿著滾筒10的長度引導。該軸向應力在圖1中由箭頭17示出。認識到這一點，人們便致力于著手設計這樣一種定影輥芯滾筒組件，其具有薄壁并具有將周期圓周應力從軸向應力改向為徑向應力的部件。
圖3中示出了一種解決方案，其使疲勞應力相對于傳統(tǒng)芯滾筒鍵槽的軸向應力集中區(qū)域改向。在該實施例中，鍵槽24終止于徑向槽28。如箭頭29所示，結果擠壓過程中的疲勞應力減小且相對于定影芯滾筒軸向壓應力改向。這種重定向是明顯的，因為滾筒10的金屬紋理通常沿軸向而非徑向走向。沿軸向定位紋理是一項優(yōu)選的實踐操作，因為滾筒是通過將金屬片材彎曲而成形的，而這樣越過紋理的彎曲防止了開裂并形成一個較堅硬的滾筒。通過使周期壓應力沿著徑向箭頭29而不是沿著滾筒的軸向軸線改向，應力流經(jīng)金屬的紋理。盡管滾筒20的端部區(qū)域如圖2所示在旋轉過程中仍被壓平，像圖1中所示那樣的裂紋已不太可能形成了。
在圖3中，芯滾筒30的鍵槽24的大小被設計成接納圖1中所示的鍵銷15。芯滾筒20可由此以與圖1中滾筒10相同的方式由傳動齒輪11驅動。鍵銷15可伸入徑向槽28中，但優(yōu)選將其作用力施加到鍵槽24的側面。采用類似于滾筒10的方式，滾筒20的壁厚僅為約0.5毫米-約2.0毫米，優(yōu)選為約1.1毫米厚。由此基本實現(xiàn)了與滾筒10相同的縮短加熱時間、提高能量效率的優(yōu)點。反復擠壓并未通過圖3所示的實施例消除或減小。相反，應力沿著紋理被改向到徑向，這樣裂紋就更不可能出現(xiàn)了。采用了圖3所示的實施例，通常就能實現(xiàn)超過400,000次復制的預期壽命。
圖4中示出了另一個定影芯滾筒的實施例，其中應力從軸向改向到徑向。徑向槽38是一個狹窄的橢圓形的槽，其將應力改向到徑向。除了進行這樣的應力改向外，圖4中的滾筒30還例證了一種減小周期壓力的部件。滾筒30被示出具有一個無槽的鍵槽，其被壓入滾筒30的壁中。鍵槽34的大小被設計成接納圖1中所示的鍵銷15。芯滾筒30由此可以與圖1中滾筒10相同的方式由傳動齒輪11驅動。同樣，芯滾筒30的壁厚可為約0.5毫米-約2.0毫米，優(yōu)選為約1.1毫米厚。不過，因為鍵槽34替代了槽14，金屬仍處于原來被槽14空出的區(qū)域中。盡管受壓變形，但金屬仍提供了足夠減小圖2所示的周期壓力的強度。當與徑向槽38結合時，無論怎樣的周期應力都從軸向改向到徑向。結果周期壓力不但減小了，還被重新定向。因此，像圖1中所示那樣的裂紋就相當不可能出現(xiàn)了。
如圖3和4所示，減小壓力并將壓力改向的徑向槽可采取多種形式。此類槽可基本上為橢圓形、圓形、矩形或具有圓頭的直邊。徑向槽優(yōu)選與軸向鍵槽的終端相交，但實際上它可位于終端的附近，而不用與鍵槽相交，或者可比終端更遠地朝著芯滾筒的端部與鍵槽相交。此外，徑向槽可通過加壓或其他變形操作成形，不用去除材料。
如圖4中的滾筒30所示，應力改向方法可通過這樣的部件增強，即，利用通槽比如圖1中的槽14在可達到的強度上加固芯滾筒壁。其他具有加固壁的實施例包括在槽周圍設加強件的滾筒。這樣的加強件可采取任何形式，包括內環(huán)、外環(huán)或環(huán)段。另一種在芯滾筒的端部區(qū)域中加固壁的部件是用孔來替換比如圖1中槽14的槽?？筛膶⒁粋€滑動銷裝到襯套12上來取代鍵銷15。一旦銷與孔對齊，就可將銷壓入孔中，從而能讓比如傳動齒輪11的傳動齒輪驅動芯滾筒。
在檢查中，本發(fā)明的薄壁芯定影滾筒組件包括薄壁外加部件，其將由周期壓力引起的應力從滾筒的軸向軸線改向到徑向軸線。當與現(xiàn)有技術中的定影芯滾筒相比時，本發(fā)明可縮短加熱次數(shù)、提高能量效率，同時能防止芯滾筒過早出現(xiàn)裂紋。
應當理解的是，各種上述及其他的特征和功能或其替換物都可理想地組合到許多其他不同的體系或應用中。并且，本領域的技術人員隨后可作出多種當前意想不到或無法預料的替換、改型、變化或改進，其同樣要被下列權利要求包括。
權利要求
1.一種薄壁的定影輥芯組件，其包括金屬芯滾筒，其具有約0.5毫米-約2.0毫米的壁厚和端部區(qū)域，并具有軸向和徑向方向；傳動齒輪，其具有用以裝配在該芯滾筒的一端上的內徑襯套和用以迫使該芯滾筒旋轉的鍵銷；位于該芯滾筒的該端部區(qū)域中的鍵槽，其用以接納該傳動齒輪的鍵銷，所述鍵槽具有一個終端；改向部件，其用以使在鍵槽終端處軸向定向的應力改向到徑向。
2.如權利要求1所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該芯滾筒的直徑為約35毫米。
3.如權利要求1所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該芯滾筒的直徑大于約35毫米。
4.如權利要求1所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該壁厚為約0.9-1.4毫米。
5.如權利要求1所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該壁厚為約1.1毫米。
6.如權利要求1所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該鍵槽具有與該芯滾筒的端部相反的終端，并且該改向部件是靠近該鍵槽的該終端成形的徑向槽。
7.如權利要求6所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該徑向槽基本上呈圓形。
8.如權利要求6所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該徑向槽基本上呈橢圓形。
9.如權利要求6所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該徑向槽和該鍵槽終端不相交。
10.如權利要求1所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該徑向槽包括金屬變形并保持金屬的位置。
11.如權利要求1所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，還包括這樣的一個裝置，其用以使得鄰近鍵槽的芯滾筒壁具有足以防止因周期壓力而出現(xiàn)裂紋的強度。
12.如權利要求11所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該加強裝置包括鍵槽，并且，該鍵銷是固定地從襯套的內側突出的銷。
13.如權利要求12所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該鍵槽是擠壓槽。
14.如權利要求11所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該加強裝置包括鄰近鍵槽終端安裝的加強件。
15.如權利要求14所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該加強件是環(huán)。
16.如權利要求14所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該加強件包括環(huán)段。
17.如權利要求11所述的薄壁定影輥芯組件，其特征在于，該加強裝置包括圍繞著鍵孔的壁，并且，該鍵銷包括可以推的銷，其能在該銷與鍵孔對齊時推入該鍵孔中。
18.一種靜電成像系統(tǒng)，其包括薄壁的定影輥組件，該定影輥組件包括金屬芯滾筒，其具有約0.5毫米-約2.0毫米的壁厚和端部區(qū)域，并具有軸向和徑向方向；傳動齒輪，其具有用以裝配在該芯滾筒的一端上的內徑襯套和用以迫使該芯滾筒旋轉的鍵銷；位于該芯滾筒的該端部區(qū)域中的鍵槽，其用以接納該傳動齒輪的鍵銷；改向部件，其用以使在鍵槽終端處軸向定向的應力改向到徑向。
19.如權利要求18所述的靜電成像系統(tǒng)，其特征在于，該成像系統(tǒng)為靜電攝影式打印機。
20.如權利要求19所述的靜電成像系統(tǒng)，其特征在于，該成像系統(tǒng)能每分鐘打印超過約50頁。
21.一種將色粉熔化固定到復印紙上的方法，其包括在少于約1分鐘的時段內，對薄壁的定影輥預熱，該定影輥包括壁厚約0.5毫米-約2.0毫米的芯滾筒壁，其中，改向部件使得形成于薄壁中的軸向鍵槽的終端處軸向定向的應力改向到徑向；使復印薄片移動以便與由定影輥和加壓輥形成的輥隙相接合；借助傳動齒輪驅動該定影輥旋轉，該傳動齒輪具有用以裝配在該芯滾筒的一端上的內徑襯套和用以用以與該芯滾筒的該鍵槽接合的鍵銷，由此使得紙張移動經(jīng)過該輥隙。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，預熱少于約30秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄壁的定影輥芯滾筒組件，其能縮短加熱次數(shù)并提高能量效率，其中通過將軸向鍵槽終端的軸向應力改向到徑向，防止了因周期壓力而在芯滾筒的薄壁上出現(xiàn)裂紋。鍵槽用來將芯滾筒連接到傳動齒輪上。本發(fā)明還公開了這種薄壁定影輥在成像系統(tǒng)中的應用以及使用薄壁定影芯將色粉熔化固定到復制基片上的方法。
文檔編號G03G15/20GK1629748SQ20041010115
公開日2005年6月22日 申請日期2004年12月16日 優(yōu)先權日2003年12月16日
發(fā)明者T·R·雅斯科維亞克, J·A·赫爾利, L·G·普里斯 申請人:施樂公司