专利名称：具有加强键槽的薄壁碾压加热器辊的制作方法
背景技术：
在静电学成像系统中使用的碾压加热器辊通常包括涂覆了一层或多层弹性体层的金属芯筒。常规的碾压加热器辊芯筒是比较厚壁的铝合金滚筒。期望这一厚度是当碾压加热器辊压靠在毗邻压辊的辊隙上时为了提供强度和耐用性。对于35.00毫米外径的碾压加热器辊芯，厚度为5.5毫米是相当标准的。
为了节约能源和缩短预热时间，期望的是尽可能地减小碾压加热器滚筒芯的壁厚。然而，经验表明简单地使滚筒壁变薄会在滚筒的端部区域产生很多问题。特别地，如果在碾压加热器芯筒中机械加工出常规的传动槽，就会导致脆弱和破裂。使用传动槽作为系统的部件来旋转碾压加热器滚筒芯。如图1所示，通常通过使芯筒10紧密地与驱动齿轮11结合产生旋转。通过使健15插入槽14中产生配合。由于需要将加热灯插入到碾压加热器辊芯中，然后使驱动齿轮11与芯筒10配合，因此驱动齿轮11的内径形成一套筒12，该套筒以示出的方式在芯筒10上滑动。键销15从套筒12向内突出以啮合槽14。套筒12在芯筒10上而不是在芯筒10中滑动的另一个原因是驱动齿轮11和套筒12通常是由硬质塑料制成的。这种塑料具有与芯筒10的金属不同的膨胀系数。因此，如果套筒12向芯筒10内部突出，那么在熔化的过程中芯筒10的金属将以比驱动齿轮11更大的比率膨胀，由此在驱动齿轮11和芯筒10之间产生不期望的松动。
发明内容
期望的是制造一种耐用的薄壁芯碾压加热器辊，其能量效率高并具有更短的预热时间，同时满足或者超过对于耐用性和成像性能的技术要求。
本发明的薄壁碾压加热器辊组件的一个实施例是一种薄壁碾压加热器辊组件，其包括具有一壁厚在大约0.5毫米和大约2.0毫米之间和一端部区域的金属芯筒，该金属芯筒具有轴向和径向方向；一驱动齿轮，该驱动齿轮具有用于在芯筒的端部上配合的内径套筒和用于迫使芯筒旋转的键；一在芯筒的端部区域中的键槽，用于容纳驱动齿轮的键；以及一用于为靠近键槽的芯筒壁提供强度的构件，其足以防止由于反复的循环压缩而产生的破裂。
本发明的另一个实施例是一个静电学成像系统，其包括一薄壁碾压加热器辊组件，该薄壁碾压加热器辊组件包括具有一壁厚在大约0.5毫米和大约2.0毫米之间和一端部区域的金属芯筒，该金属芯筒具有轴向和径向方向；一驱动齿轮，该驱动齿轮具有用于在芯筒的端部上配合的内径套筒和用于迫使芯筒旋转的键；一在芯筒的端部区域中的键槽，用于容纳驱动齿轮的键；以及一用于为靠近键槽的芯筒壁提供强度的构件，其足以防止由于反复的循环压缩而产生的破裂。
本发明的又一个实施例是用于将色粉熔化在复制片材上的方法，其包括预热薄壁碾压加热器辊小于大约一(1)分钟的时间，该薄壁碾压加热器辊包括一壁厚在大约0.5毫米和大约2.0毫米之间的芯筒壁，其中加强构件为靠近形成于芯筒中的键槽的薄壁提供强度；使复制片材与由碾压加热器辊和压力辊形成的辊隙进入啮合；以及利用驱动齿轮驱动碾压加热器辊旋转，该驱动齿轮具有用于在芯筒的端部上配合的内径套筒和用于啮合芯筒的键槽的键，由此将纸张移动通过辊隙。
图1是薄壁碾压加热器辊芯筒细件的透视图，表示没有本发明的加强件的这种组件的故障形式。
图2是利用压力辊压紧的薄壁碾压加热器辊芯筒的端部截面图。
图3是为了增加强度具有压制的键槽的碾压加热器辊芯筒的透视图。
图4是具有键孔和驱动齿轮上的可推动销的碾压加热器辊芯筒组件的透视图。
图5是具有加强薄滚筒壁的加强元件的碾压加热器辊芯筒组件的透视图。
为了全面地理解本发明，可参考附图。图中，所有所使用的相同的标号表示相同的元件。
具体实施例方式
再参考图1，通过使驱动齿轮11的齿13与使齿轮11旋转的驱动机构(未示出)啮合，使碾压加热器辊旋转。套筒12包括齿轮11的内径，结果当啮合齿13时也可驱动套筒12。如上所述，键15啮合槽14，从而芯筒10由驱动齿轮11驱动。当碾压加热器辊旋转时，在碾压加热器辊和毗邻的压力辊之间的辊隙中载运印刷基片，并在碾压加热器辊上和经过碾压加热器辊将其拉出和导向。由于将碾压加热器辊加热到熔化温度，结果是通过至少局部在压力下熔化色粉以将色粉熔合在复制基片上。
图1示出了具有常规的传动槽的薄壁碾压加热器芯筒的故障形式。在该图中，芯筒10具有远小于标准的5.5毫米的壁厚。大约为0.5毫米至2.0毫米的壁厚基本导致大大缩短的预热时间并可以大大改善能量效率。壁越薄，预热时间越短，能量效率越高。期望的是预热的预热时间小于大约1分钟，优选小于30秒。试验表明大约1.1毫米的壁厚对于具有大约35.0毫米外径的碾压加热器辊是足够的。典型地在静电学成像系统中使用的这种碾压加热器辊能够每分钟印刷超过50页。然而，如图1所示，裂缝例如裂缝11在少至30,000个复制片材时从键槽槽的底部形成。对于这种碾压加热器辊的预期寿命是持续至少400,000个复制片材。
初始的检查表明由于通过键施加在薄壁芯筒上的扭力而形成裂缝。然而，随后的检查揭示裂缝是在作用在芯筒上的循环压缩力下、尤其是在当芯筒从槽进入和离开压力辊辊隙旋转90°时在槽位置处形成。当芯筒旋转时，其侧壁的每一部分都承受反复的压缩和拉伸循环。在旋转过程中从槽14充分去除芯筒10的大部分长度，以抵抗相当大的循环压缩。然而如图2所示，这些壁在端部区域没有足够的强度来抵抗由于压力辊16而被部分地推入到槽的宽度中，因为通槽14从该端部区域去除了所有支承。结果是在其中槽从压力辊的辊隙旋转大约90°的过程中，来自压力辊16的压力使靠近槽14的端部区域变平。在常规的芯筒中，芯筒壁的厚度要提供足够的强度以预防循环压缩。
进一步的分析揭示槽14的区域中的压缩应力被轴向地沿芯筒10的长度指向。这种轴向指向的应力如图1中的箭头17所示。了解该信息后，开始努力设计一种具有薄壁以及加强构件的碾压加热器芯筒组件。
一种加强芯筒壁的解决方案如图3所示。图3中，示出的芯筒20具有一无槽键槽24，该键槽被压入芯筒20的壁中。键槽24的尺寸确定为接受如图1所示的键15。因此以和如图1所示的芯筒10相同的方式使用驱动齿轮11驱动芯筒20。以类似于芯筒10的方式，芯筒20的壁厚仅仅从大约0.5毫米至大约2.0毫米，优选地厚度为1.1毫米。因此快速的预热时间和能量效率高的优点是基本上与芯筒10相同，即大约1分钟或更少的时间，以及优选地是大约30秒或更少的时间。然而，因为键槽24替代了槽14，所以金属保持在前面由槽14空出的区域中。尽管由于挤压金属会变形，但是金属仍可提供足够的强度以预防如图2所示的循环压缩，从而可防止如图1所示的裂缝。
本发明的另一个实施例如图4所示。在该实施例中，用通孔34替代图1中的键槽槽14。使套筒12从齿轮11向外延伸，同时键35包括一可移动的销。优选地销35具有带凸缘的顶部，以便防止销35滑动穿过套筒32中的孔并进入芯筒30的中心。只要套筒32配合在芯筒30上，且销35与键孔34对准，于是就将销35压入键孔34中。除了相对小的孔34，端部区域包括全部的芯筒，结果是键35能够驱动芯筒30，并且芯筒30的端部区域保持对循环压缩相当的抵抗。
又一个实施例如图5所示。在该实施例中，将一加强元件例如环46邻近地安装在靠近键槽槽44的末端的芯筒40的内部或外部。在示出的实施例中，在机械加工槽44之前将环46固定在芯筒40上，然后将槽44机械加工成环46的一部分。另一种变化是将环布置在芯筒40的外部，这样当将芯筒40加热到熔化温度时，芯筒40膨胀并由靠近键槽末端的环压缩。尽管被压缩了，但是由于在末端的芯筒保持在恒定的压缩下，所以避免了循环压缩。图5作为示例的这种变化的结果是加强了靠近槽44的端部的区域中的芯筒40的壁，从而避免了破坏性的循环压缩。对于那些通过围绕心轴缠绕扁平片材然后焊接或者密封片材边缘来形成的芯筒，可以在片材为扁平时将加强元件例如环46固定。当片材弯曲成芯筒时，加强元件也被弯曲了。本领域技术人员将理解加强元件不必是完整的环。如果仅仅将多个弓形部分(segments)布置得靠近槽44或靠近槽44和与该槽相对，则加强可能足够了。当槽靠近压力辊或与压力辊相对时，在芯筒旋转的过程中不认为循环压缩是一个很大的问题。
回顾一下，本发明的薄壁芯碾压加热器辊组件包括薄壁附加构件，用于加强这些毗邻驱动齿轮及其套筒的端部区域的薄壁。当与现有技术的碾压加热器器芯筒比较时，本发明允许更短的预热时间和改善的能量效率，同时在端部区域提供足够的强度，从而防止由于循环应力引起的破裂。
权利要求
1.一种薄壁碾压加热器辊组件，其包括具有一壁厚在大约0.5毫米和大约2.0毫米之间和一端部区域的金属芯筒，该金属芯筒具有轴向和径向方向；驱动齿轮，该驱动齿轮具有用于在芯筒的一端部上配合的内径套筒和用于迫使芯筒旋转的键；在芯筒的端部区域中的键槽，用于容纳驱动齿轮的键；以及用于为靠近键槽的芯筒壁提供强度的构件，其足以防止由于循环压缩而产生的破裂。
2.如权利要求1所述的薄壁碾压加热器辊组件，其中强度构件包括一键槽沟，以及该键是从套筒的内侧固定地突出的销。
3.如权利要求1所述的薄壁碾压加热器辊组件，其中该键槽具有一末端，该强度构件包括一靠近键槽的末端安装的加强元件。
4.如权利要求1所述的薄壁碾压加热器辊组件，其中该键槽开口具有一与芯筒的端部相对的端部，以及其中将环的部分靠近键槽槽端固定。
5.如权利要求1所述的薄壁碾压加热器辊组件，其中该强度构件包括围绕键孔的壁，以及其中该键包括一可推入的销，只要销和键孔对准，就能够将该销推入键孔中。
6.一种静电学成像系统，其包括薄壁碾压加热器辊组件，该薄壁碾压加热器辊组件包括具有一壁厚在大约0.5毫米和大约2.0毫米之间和一端部区域的金属芯筒，该金属芯筒具有轴向和径向方向；驱动齿轮，该驱动齿轮具有用于在芯筒的端部上配合的内径套筒和用于迫使芯筒旋转的键；在芯筒的端部区域中的键槽，用于容纳驱动齿轮的键；以及用于为靠近键槽的芯筒壁提供强度的构件，其足以防止由于反复的循环压缩而产生的破裂。
7.如权利要求6所述的静电学成像系统，其中该成像系统能够每分钟印刷超过50页。
8.一种用于将色粉熔合在复制基片上的方法，其包括预热薄壁碾压加热器辊小于大约1分钟的时间，该薄壁碾压加热器辊包括一壁厚在大约0.5毫米和大约2.0毫米之间的金属芯筒，其中加强构件为靠近形成于芯筒中的键槽的薄壁提供强度；使复制基片与由碾压加热器辊和压力辊形成的辊隙进入啮合；以及利用驱动齿轮驱动碾压加热器辊旋转，该驱动齿轮具有用于在芯筒的端部上配合的内径套筒和用于啮合芯筒的键槽的键，由此将纸张移动通过辊隙。
9.如权利要求8所述的方法，其中该预热小于约30秒。
全文摘要
一种薄壁碾压加热器辊芯筒组件，允许更短的预热时间和提高的能量效率，其中通过加强靠近端部区域的薄壁来防止由于循环压力引起的薄壁破裂，在该端部区域芯筒与驱动齿轮啮合。在成像系统中这种薄壁碾压加热器辊的应用以及使用该薄壁碾压加热器芯将色粉熔合在复制基片上的方法。
文档编号G03G15/20GK1629739SQ200410101160
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 申请人:施乐公司