專利名稱：環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄壁環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)方法，更具體地說，本發(fā)明涉及在電子照相打印機(jī)或復(fù)印機(jī)中可用作感光鼓或定影輥的金屬結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
例如，根據(jù)日本未審公開專利10-10893，形成傳統(tǒng)電子照相打印機(jī)或復(fù)印機(jī)中使用的感光鼓或定影鼓的膜一般是由有機(jī)材料如聚酰亞胺或無(wú)機(jī)金屬材料如鐵、鋁、不銹鋼和鎳組成的。
該膜的實(shí)際厚度一般是0.03-0.20mm。但是，這樣的實(shí)際厚度只能由用聚酰亞胺或鎳組成的膜完成。例如，可以用電鑄法制成具有該厚度的鎳膜。
一般來(lái)說，定影部分消耗的能量是整個(gè)電子照相打印機(jī)或復(fù)印機(jī)中消耗能量的約80％。另外，能耗高度取決于組成定影輥或定影膜的材料。
例如，如果定影輥或膜由聚酰亞胺組成，所述聚酰亞胺是其導(dǎo)熱率比上述鐵、鋁、不銹鋼或鎳的導(dǎo)熱率小1/510-1/40的有機(jī)材料，則必須將定影輥或膜加熱很長(zhǎng)時(shí)間，直到定影輥或膜能夠工作為止。加熱定影輥或膜的時(shí)間是打印機(jī)或復(fù)印機(jī)啟動(dòng)后用戶必須等到打印機(jī)或復(fù)印機(jī)變得能夠工作的時(shí)間。
實(shí)際業(yè)務(wù)中需要使打印機(jī)或復(fù)印機(jī)能夠盡可能快地開始工作，因此，即使不使用打印機(jī)或復(fù)印機(jī)時(shí)，也必須預(yù)熱定影輥或膜，這將導(dǎo)致能耗增加。
相反，如果定影輥或膜是由導(dǎo)熱率比聚酰亞胺的導(dǎo)熱率大210倍的鎳組成，則可以縮短將定影輥或膜加熱至其可以工作的時(shí)間。因此不再需要預(yù)熱定影輥或膜，所以當(dāng)啟動(dòng)打印機(jī)或復(fù)印機(jī)時(shí)，包括由鎳制成的定影輥或膜的打印機(jī)或復(fù)印機(jī)立即就可以工作。
如上所述，用鎳膜作為定影膜時(shí)，可以降低打印機(jī)或復(fù)印機(jī)的能耗。但是，傳統(tǒng)的制造鎳膜的方法中存在下述問題。
如上所述，厚度為0.03-0.20mm的鎳膜是用電鑄法制造的。即，這樣的鎳膜是通過電解沉積鎳離子制成的。因此，如此制造的鎳膜具有這樣的柱形晶體結(jié)構(gòu)，由此造成的缺點(diǎn)是鎳膜對(duì)機(jī)械重復(fù)應(yīng)力的抵抗性弱。
另外，根據(jù)疲勞試驗(yàn)，鎳膜的壽命是幾萬(wàn)轉(zhuǎn)至幾百萬(wàn)轉(zhuǎn)。鎳膜的壽命有很大的彌散性。
具體來(lái)說，當(dāng)將用電鑄法制造的鎳膜加熱到200℃以上時(shí)，其熱脆裂性很明顯。因此，用電鑄法制造的鎳膜不適合用作定影膜。
盡管用電鑄法易于從純金屬中沉積出離子，但是從合金如不銹鋼中沉積出離子幾乎是不可能的。
作為另一種制造金屬柱形膜的方法，有人提出的一種方法包括下述步驟將厚度為0.03-0.20mm的薄膜圓整，將如此圓整的膜焊接成柱形膜。根據(jù)該方法，可以用任何金屬制造金屬柱形膜。
但是該方法存在的問題是欠缺機(jī)械強(qiáng)度，圓柱形狀不均勻，這是因?yàn)樵诤附硬糠诌M(jìn)行了焊珠處理，還因?yàn)樵诤附硬糠种写嬖谟信c金屬結(jié)構(gòu)相關(guān)的缺陷。另外，因?yàn)榻饘僦文な怯脤⒈∧は嗷ソY(jié)合的方法制造的，所以制造金屬柱形膜需要技巧和花費(fèi)很多時(shí)間，這將導(dǎo)致成本增加，缺乏規(guī)模生產(chǎn)率。因此該方法目前還沒有實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到傳統(tǒng)金屬柱形膜制造方法中存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度和壽命且適于大規(guī)模生產(chǎn)的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)如金屬柱形膜。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的制造方法。
申請(qǐng)人提出了對(duì)應(yīng)于2003年5月13日授權(quán)的US6561001的日本公開專利申請(qǐng)2001-225134中的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)。申請(qǐng)人提出本發(fā)明是為了對(duì)該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步改善。
本發(fā)明一方面提供了一種通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其壁厚是0.03mm-0.09mm(包括兩個(gè)端點(diǎn))，其特征在于在環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的表面上涂覆由(a)硅和氟碳樹脂及(b)銅中的一種構(gòu)成的膜。
在本申請(qǐng)的說明書中，術(shù)語(yǔ)“環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)”涵蓋在垂直于其軸的方向上具有閉環(huán)形狀的橫截面的由金屬構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。例如，典型的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)是金屬圓柱。帶、套管、管等都包括在術(shù)語(yǔ)“環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)”中。
本發(fā)明還提供一種通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其壁厚是0.03mm-0.09mm(包括兩個(gè)端點(diǎn))，其特征在于環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)由多種相互不同的金屬構(gòu)成，并且是整體輥壓而成。
例如，可以選擇不銹鋼和銅作為金屬。
作為不銹鋼，可以選擇對(duì)應(yīng)于US中的AISI304的SUS304。
本發(fā)明另一方面提供了一種環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括繞其軸旋轉(zhuǎn)管，管由可塑性加工的金屬構(gòu)成，在管旋轉(zhuǎn)的同時(shí)拉拔管的外壁，降低管的壁厚，延長(zhǎng)管的壁長(zhǎng)，并且在環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的表面上涂覆由(a)硅和氟碳樹脂及(b)銅中的一種構(gòu)成的膜。
本發(fā)明還提供一種環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括將多種相互不同的金屬輥壓成一個(gè)金屬片，用該金屬制造管，繞其軸旋轉(zhuǎn)管，在管旋轉(zhuǎn)的同時(shí)拉拔管的外壁，降低管的壁厚，延長(zhǎng)管的壁長(zhǎng)。
根據(jù)上述方法，通過對(duì)管旋轉(zhuǎn)加工可以制造可用作感光鼓或定影輥的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)。
當(dāng)環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的表面上粘附諸如保護(hù)紙的薄片時(shí)，通過在管表面上涂覆由硅和氟碳樹脂或銅構(gòu)成的膜，可以使薄片易于剝落。
在本申請(qǐng)的說明書中，術(shù)語(yǔ)“管”包括有底面的管和無(wú)底面的管。有底面的管可以通過溫或冷拔生產(chǎn)，無(wú)底面的管可以通過將薄膜圓整后焊接相對(duì)端處的薄膜而制成。如果需要，將管退火以控制其硬度，然后將其旋轉(zhuǎn)加工，使其厚度為0.03mm-0.09mm(包括兩個(gè)端點(diǎn))。
然后如果需要，將管在低溫下再次退火。得到的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)是剛性的，具有很高的疲勞強(qiáng)度，具有很高的導(dǎo)熱率，作為感光鼓或定影鼓時(shí)具有優(yōu)異的性能。
表1示出根據(jù)上述方法制造的薄壁環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)和用傳統(tǒng)的拉拔法制造的薄壁環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的性能對(duì)比。表1中假定用環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)作為定影輥。


在表1中，“A”列表示厚度的均勻性，“B”列表示平直度或彎曲度，“C”列表示硬度，“D”列表示總體評(píng)價(jià)。A、B和C列中的圓圈(○)表示環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)通過了試驗(yàn)，A、B和C列中的叉(×)表示環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)沒有通過試驗(yàn)。
例如，根據(jù)本發(fā)明制造的厚度為0.09mm的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)通過了厚度均勻性、平直度和硬度試驗(yàn)，而根據(jù)傳統(tǒng)方法制造的厚度為0.09mm的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)沒有通過厚度均勻性、平直度和硬度試驗(yàn)。
在表1中，根據(jù)本發(fā)明制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)和根據(jù)傳統(tǒng)方法即拉拔法制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了厚度均勻性、平直度和硬度試驗(yàn)。考慮到A、B和C列中的試驗(yàn)結(jié)果，D列中給出了總體評(píng)價(jià)。D列中的圓圈(○)表示環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)可以實(shí)際應(yīng)用，D列中的叉(×)表示環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)實(shí)際上不可用。
從表1可以清楚地看出為了能夠?qū)嶋H應(yīng)用，根據(jù)傳統(tǒng)方法制造的薄壁環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的壁厚必須是0.10mm或更大。即使根據(jù)傳統(tǒng)方法能夠制造厚度為0.09mm或更小的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，這樣的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)實(shí)際上也不能應(yīng)用。
相反，從表1可以清楚地看出本發(fā)明提供的厚度為0.03mm-0.10mm(包括兩個(gè)端點(diǎn))的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)可以實(shí)際應(yīng)用。
因此，本發(fā)明可以制造用傳統(tǒng)方法不能制造的厚度為0.09mm或更小的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)。
上述環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)在電子照相打印機(jī)中可以用作感光鼓或定影帶。
本發(fā)明另一方面提供了一種輥組件，其包括(a)至少兩個(gè)輥，這些輥以其軸相互平行的方式排列，和(b)環(huán)繞這些輥的帶，其中，帶是由上述環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。
下面說明前述的本發(fā)明帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。
打印機(jī)或復(fù)印機(jī)中的印刷技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。例如，可以全色復(fù)印任何文獻(xiàn)。因此，對(duì)黑白打印機(jī)或復(fù)印機(jī)的要求是將來(lái)要有更高的精度，對(duì)彩色打印機(jī)或復(fù)印機(jī)的要求是高質(zhì)量和高速度，并且制造成本更低。為了滿足這些要求，感光鼓和熱定影裝置是非常關(guān)鍵的部件。
在熱定影輥或膜中，無(wú)論熱定影輥或膜是帶式或薄壁套管式，為了提高導(dǎo)熱系數(shù)，提供有質(zhì)量的圖像，都要求輥隙區(qū)盡可能寬。響應(yīng)這種要求，根據(jù)本發(fā)明制造的薄壁環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)可以用作具有高彈性、高機(jī)械強(qiáng)度和高抗疲勞性的帶或套管。
根據(jù)本發(fā)明制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)與根據(jù)傳統(tǒng)方法制造的由樹脂或鎳構(gòu)成的帶相比，具有更高的持久性、更高的耐熱性、更高的剛性和更長(zhǎng)的壽命。根據(jù)本發(fā)明制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)可以用作帶。因此，用根據(jù)本發(fā)明制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)代替厚度較大的傳統(tǒng)輥或套管作為帶時(shí)，可以使打印機(jī)或復(fù)印機(jī)小型化。
另外，環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)具有高的導(dǎo)熱率和小的熱容。因此，當(dāng)用環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)作為定影鼓時(shí)，定影鼓能夠快速加熱。從而可以縮短定影時(shí)間。另外，定影鼓具有很高的導(dǎo)熱率，這樣將降低能耗，從而大幅節(jié)約成本。
例如，根據(jù)本發(fā)明制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)可以用作感光鼓中的帶。因?yàn)橹瞥森h(huán)形金屬結(jié)構(gòu)用的不銹鋼通過旋轉(zhuǎn)(spin)可以提高強(qiáng)度，所以與用樹脂構(gòu)成的傳統(tǒng)帶相比，當(dāng)在用作帶的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)上施加張力時(shí)，可以提高軸之間的平整度和剛性。
另外，當(dāng)用環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)作為帶時(shí)，因?yàn)榄h(huán)形金屬結(jié)構(gòu)具有很高的楊氏(Young’s)模量，所以與用樹脂構(gòu)成的傳統(tǒng)帶不同，可以消除在旋轉(zhuǎn)中由于伸展和/或拉拔帶造成的旋轉(zhuǎn)不均勻性。因此可以提高供料的精確度，從而能夠保證圖像質(zhì)量。
大多數(shù)傳統(tǒng)感光鼓是由用鋁制成的大柱體構(gòu)成。用環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)代替這種傳統(tǒng)的感光鼓作為帶時(shí)，可以使打印機(jī)或復(fù)印機(jī)小型化。
另外，在彩色打印機(jī)或復(fù)印機(jī)中可以縮短紙張經(jīng)過與不同顏色如紅、綠、藍(lán)相關(guān)的多個(gè)感光鼓的時(shí)間，保證很高的速度，減輕重量，節(jié)約空間。
附圖簡(jiǎn)述

圖1包括示出通過溫或冷拔制造有底面的管的截面圖和透視圖。
圖2是示出旋轉(zhuǎn)有底面的管的裝置的截面圖。
圖3是示出通過將薄膜圓整后將彼此相對(duì)端處焊接而制成的無(wú)底面的管的透視圖。
圖4是示出在管的相對(duì)端切割通過旋轉(zhuǎn)制造的管的截面圖。
圖5是示出在由SUS304構(gòu)成的圓柱膜中當(dāng)厚度減小率等于50％時(shí)發(fā)現(xiàn)的S-N曲線的座標(biāo)圖。
圖6是涂膜金屬柱體的截面圖。
圖7是用作輥組件的零件的柱狀金屬膜的透視圖。
圖8是圖7所示的輥組件的前視圖。
圖9是圖7所示的輥組件的前視圖。
圖10是用作定影輥的柱狀金屬膜的透視圖。
具體實(shí)施例方式
下面說明作為本發(fā)明的實(shí)施方案的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的制造方法。在該實(shí)施方案中，根據(jù)該方法制造作為環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的金屬圓柱體。
首先如圖1所示，將金屬薄片10放置在母夾具11和沖頭12之間，制造有底面的管13。管13越深，管13越易于旋轉(zhuǎn)。因此優(yōu)選用其中將母夾具11加熱而將沖頭12冷卻的溫拔法制造管13。
例如，假定通過溫和冷拔放置SUS304。如果在室溫下放置SUS304，則定義為圓柱體直徑(A)與沖頭直徑(B)之比(A/B)的臨界拉伸比是2.0。相反，如果通過溫拔放置SUS304，則臨界拉伸比可以升高到2.6。因此，當(dāng)放置有底面的管時(shí)，通過溫拔放置比通過冷拔放置制成的管深度更大。
但是應(yīng)當(dāng)注意可以通過普通冷拔制造有底面的管13。
在溫拔法中，金屬片10的厚度優(yōu)選是0.1-1.0mm，更優(yōu)選0.3-0.5mm。
然后將管13退火，使其具有所需的硬度。
然后如圖2所示，用旋轉(zhuǎn)機(jī)將管13旋轉(zhuǎn)加工。
參考圖2，旋轉(zhuǎn)機(jī)由下述部件構(gòu)成可以繞管13的軸轉(zhuǎn)動(dòng)管13的管旋轉(zhuǎn)器14，其末端是銳角的夾具15，既可沿垂直于管13的軸的方向B移動(dòng)又可沿平行于管13的軸的方向A移動(dòng)的移動(dòng)器15a。
管13固定在移動(dòng)器15a上，因此可以和移動(dòng)器15a一起沿方向A和B移動(dòng)。
首先如圖2所示，將管旋轉(zhuǎn)器14插入有底面的管13，然后開始旋轉(zhuǎn)管旋轉(zhuǎn)器14。
然后，移動(dòng)器15a使夾具15沿方向B移動(dòng)，直到夾具15與管13的外壁13a接觸。然后，移動(dòng)器15a使夾具15再沿方向B移動(dòng)，使夾具15以均勻壓力擠壓到外壁13a上。這時(shí)候開始對(duì)管13的外壁13a進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工。
如上所述，夾具15固定在移動(dòng)器15a上。通過用移動(dòng)器15a移動(dòng)夾具15，可以在管旋轉(zhuǎn)器14外表面的遠(yuǎn)處對(duì)夾具15進(jìn)行定位。如下所述，夾具15的末端與管旋轉(zhuǎn)器14的外表面之間的距離等于下述的金屬圓柱體18的厚度。
然后，在夾具15擠壓管13的外壁13a的情況下，移動(dòng)器15a移動(dòng)夾具15，使其遠(yuǎn)離管13的底面，即，向方向C移動(dòng)。當(dāng)夾具15向方向C移動(dòng)時(shí)，管13的外壁13a被拉伸，從而使其長(zhǎng)度得以延長(zhǎng)。
結(jié)果，管13的厚度等于夾具15的末端與管旋轉(zhuǎn)器14的外表面之間的距離。
盡管該實(shí)施方案中用夾具15拉伸管13的外壁13a，但是可以用由硬質(zhì)材料制成的輥代替夾具15。
用上述方法將外壁13a的厚度拉伸到很小后，將管13從管旋轉(zhuǎn)器14取下。
旋轉(zhuǎn)機(jī)可以是水平式或垂直式。從使用性方面考慮，優(yōu)選水平式旋轉(zhuǎn)機(jī)。
例如，日本公開專利申請(qǐng)7-284452和9-140583中都提到通過旋轉(zhuǎn)制造管的方法。但是，這些公開申請(qǐng)都沒有提及用該方法制造的管的厚度。
例如，如果通過旋轉(zhuǎn)制造由SUS304構(gòu)成的管，則由于管的旋轉(zhuǎn)表面存在膨脹問題，據(jù)說這樣的管可以具有等于或小于0.10mm的厚度。
相反，該實(shí)施方案的方法可以使管13具有表1所示的0.03-0.09mm(包括兩個(gè)端點(diǎn))的厚度。
根據(jù)發(fā)明人進(jìn)行的試驗(yàn)，用0.5mm厚的金屬片通過冷或溫拔得到的有底面的管的維氏(Vickers)硬度Hv是330，這意味著加工硬化性能(work-hardening)在管中有很大發(fā)展。因此而發(fā)現(xiàn)如果通過旋轉(zhuǎn)將管加工成0.15mm厚，此時(shí)的厚度減小率是70％，則管的維氏硬度Hv是500或更高，結(jié)果將導(dǎo)致非常難以對(duì)管進(jìn)行再加工。因此，本發(fā)明的發(fā)明人決定對(duì)通過冷或溫拔制造的管13進(jìn)行退火步驟，以使其具有所需的硬度，然后旋轉(zhuǎn)管13。這些步驟使得到厚度為0.03-0.09mm(包括兩個(gè)端點(diǎn))的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)成為可能。
對(duì)通過冷或溫拔制造的管13進(jìn)行退火，以控制其硬度，退火溫度優(yōu)選是400-1200℃，更優(yōu)選800-1100℃。
退火后，管13的維氏硬度Hv優(yōu)選是100-250(包括兩個(gè)端點(diǎn))，更優(yōu)選100-150(包括兩個(gè)端點(diǎn))。
如圖3所示，通過將金屬片10圓整后將金屬片10的相對(duì)端彼此焊接而制成的無(wú)底面的管16的維氏硬度Hv約為150。因此，通過旋轉(zhuǎn)可以加工厚度為0.03-0.09mm的管16，不需要退火。
制造管16的金屬片厚度優(yōu)選是0.08-0.50mm，更優(yōu)選0.10-0.15mm。
管13或16旋轉(zhuǎn)后的厚度減小率是40-91％，維氏硬度Hv是380-500。管13或16旋轉(zhuǎn)后的抗張強(qiáng)度是150-160kgf/mm2(1078-1568MPa)。
鎳膜的維氏硬度Hv約為400-500，其抗張強(qiáng)度約為122kgf/mm2(約1196MPa)。至于抗張強(qiáng)度與硬度的比值，鎳膜小于通過上述旋轉(zhuǎn)法制造的金屬圓柱體。
如圖4所示，對(duì)管13或16的旋轉(zhuǎn)加工完成后，用切割器17在相對(duì)的兩端附近切割厚度為0.03-0.09mm的管13或16，使其具有所需長(zhǎng)度。
從而得到可用作感光鼓或定影鼓的金屬圓柱體18。
為了控制SUS304的彈性(spring characteristic)，消除內(nèi)應(yīng)力，保證均勻的形狀，在400-500℃，優(yōu)選在約450℃下將金屬圓柱體18退火。這種退火能夠?qū)⒔饘賵A柱體18的維氏硬度Hv提高到580，還能將抗張強(qiáng)度提高到170kgf/mm2(約1666MPa)。
在厚度減小率為50％的條件下發(fā)明人對(duì)由退火的SUS304構(gòu)成的金屬圓柱體18進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。如圖5所示，金屬圓柱體18在重復(fù)循環(huán)107時(shí)的疲勞強(qiáng)度大于80kgf/mm2(784MPa)。
相反，在厚度減小率為91％的條件下，金屬圓柱體18的疲勞強(qiáng)度是100kgf/mm2(980MPa)。
因此可以發(fā)現(xiàn)通過旋轉(zhuǎn)制造的由SUS304構(gòu)成的金屬圓柱體在持久性方面優(yōu)于鎳圓柱膜。
然后如圖6所示，在金屬圓柱體18的外表面上形成涂層19。涂層19由硅層和形成在硅層上的氟碳樹脂層(所謂的“特氟隆”)構(gòu)成。
涂層19作為保護(hù)金屬圓柱體18的保護(hù)層，還能夠防止金屬圓柱體18在其外表面處被氧化或生銹。另外，當(dāng)諸如膠粘紙的薄片纏繞在金屬圓柱體周圍時(shí)，這些薄片易于剝落。
在金屬圓柱體18的外表面上可以形成銅層，以代替涂層19。銅層能夠提供涂層19帶來(lái)的相同優(yōu)點(diǎn)。例如，可以通過鍍銅在金屬圓柱體18的外表面上形成銅層。
盡管在該實(shí)施方案中只在金屬圓柱體18的外表面上形成涂層19或銅層，但是應(yīng)當(dāng)意識(shí)到可以在金屬圓柱體18的外表面和內(nèi)表面上都形成涂層19或銅層。
該實(shí)施方案中的金屬片10是由SUS304構(gòu)成的。
作為一個(gè)替代實(shí)施方案，金屬片10由多種由相互不同的金屬制成的薄片構(gòu)成，并且是整體輥壓而成。例如，金屬片10優(yōu)選由不銹鋼片和銅片構(gòu)成，并且被壓成一個(gè)單一的片。不銹鋼片使金屬片10的持久性增加，而銅片使金屬片10的導(dǎo)熱率提高。
但是，為了確保持久性的增加和導(dǎo)熱率的提高，必須確定不銹鋼和銅的合適混合比。
為了確定不銹鋼和銅的合適混合比，發(fā)明人進(jìn)行了下述試驗(yàn)。
首先制造13個(gè)金屬片10，每一個(gè)金屬片10都包括不銹鋼片和銅片，二者疊置后被壓成一個(gè)單一的片。在這13個(gè)金屬片10中，不銹鋼片和銅片的厚度比相互是不同的。
測(cè)試每一個(gè)金屬片10的持久性和導(dǎo)熱率。
在持久性試驗(yàn)中，當(dāng)在金屬片10上施加預(yù)定壓力或沖擊力時(shí)，觀察每一個(gè)金屬片10是否變形。為了判斷每一個(gè)金屬片10是否具有所需的導(dǎo)熱率，在導(dǎo)熱率試驗(yàn)中，將每一個(gè)金屬片10的一端加熱至預(yù)定溫度，然后經(jīng)過預(yù)定時(shí)間(如5分鐘)后在另一端測(cè)定溫度。
試驗(yàn)結(jié)果示于表2。


從表2可以清楚地看出假定將比例X定義為A∶B，其中，A表示不銹鋼片的厚度，B表示銅片的厚度，則既能夠通過持久性試驗(yàn)又能夠通過導(dǎo)熱率試驗(yàn)的比例X是1∶2-29∶1(包括兩個(gè)端點(diǎn))。因此，構(gòu)成金屬片10的不銹鋼片和銅片的厚度比在1∶2-29∶1(包括兩個(gè)端點(diǎn))范圍內(nèi)選擇。
例如，如果將金屬片10的厚度設(shè)計(jì)為0.03mm(30微米)，則必須將不銹鋼片的厚度設(shè)計(jì)為0.01-0.29mm，必須將銅片的厚度設(shè)計(jì)為0.02-0.001mm。
下面說明上述方法的優(yōu)選實(shí)施例。
在實(shí)施例1中，用由SUS304構(gòu)成的有底面的管制造圓柱膜，在該圓柱膜的外表面上涂覆涂層19。實(shí)施例1中的圓柱膜的厚度是0.06mm，內(nèi)徑是60.0mm，長(zhǎng)度是319mm。用該圓柱膜作為定影輥或感光鼓。
首先從厚度為0.5mm的SUS304片上切下厚度為0.5mm、內(nèi)徑為140mm的環(huán)片。然后用外徑為60.0mm的沖頭將環(huán)片溫拔，從而制成深度為70mm的有底面的管。
該管從頸部到底面的厚度和硬度示于表3。


從厚度分布可以看出管在頸部附近厚度最大。這意味著材料從頸部流入頸部。管在靠近底面處厚度較小。這意味著管在靠近底面處拉伸的強(qiáng)度更大。
至于硬度，原本以為底面附近部位的硬度最大，因?yàn)樵摬课慌c冷沖頭接觸。但相反，底面附近部位的硬度最小，而材料流動(dòng)性很大的頸部附近部位的硬度最大?？梢哉J(rèn)為材料由于位錯(cuò)而流入頸部，因此，頸部附近的位錯(cuò)密度(dislocation density)最高。結(jié)果，頸部附近的晶格變形最大，最大的變形表現(xiàn)為最大的硬度。
從表3可以清楚地看出如果將在管總高度的一半處，即距管頸35mm處測(cè)定的硬度認(rèn)為是平均硬度，則平均硬度是327。
從表3可以看出通過溫拔制造的管的厚度和硬度隨與頸部的距離的分布是不均勻的，頸部附近的硬度由于加工硬化而較高，這些都是通過旋轉(zhuǎn)制造0.03-0.09mm范圍內(nèi)均勻厚度的障礙。因此必須考慮進(jìn)行退火，以使其具有如此均勻的厚度。
在真空中將通過溫拔制造的有底面的管在1000℃下退火30分鐘。管經(jīng)過退火，距頸部35mm處的維氏硬度是134，管其余部分的維氏硬度低于150。
然后用水平式旋轉(zhuǎn)機(jī)將如此退火的管旋轉(zhuǎn)加工成0.06mm的厚度。在旋轉(zhuǎn)中，為了除去夾具和管的接觸生成的摩擦熱，為了防止管溫升高，向夾具和管噴灑足量的冷水。
得到的管具有0.06mm的均勻厚度，其維式硬度是500，其抗張強(qiáng)度是166.7kgf/mm2(約1634MPa)。
因?yàn)楣苋匀挥械酌妫栽谄湎鄬?duì)端切割管。從而得到厚度為0.06mm，內(nèi)徑為60.0mm，長(zhǎng)度為319mm的SUS304圓柱膜。
另外，為了控制其彈性，將圓柱膜在450℃下退火30分鐘。圓柱膜經(jīng)過退火改進(jìn)成剛性圓柱膜，其維式硬度是570，其抗張強(qiáng)度是170.3kgf/mm2(約1669MPa)。
在實(shí)施例2中，用由SUS304構(gòu)成的無(wú)底面的管制造圓柱膜，在該圓柱膜的外表面上涂覆涂層19。實(shí)施例2中的圓柱膜的厚度是0.06mm，內(nèi)徑是60.0mm，長(zhǎng)度是319mm。用該圓柱膜作為定影輥或感光鼓。
將厚度為0.15mm、大小為188.4mm×144.0mm且由SUS304構(gòu)成的片圓整，將其相對(duì)端相互焊接。從而制成內(nèi)徑為60.0mm、長(zhǎng)度為144.0mm的無(wú)底面的管。
因?yàn)榻饘倨木S式硬度是165，所以不經(jīng)退火即將管旋轉(zhuǎn)，直到管的厚度達(dá)到0.06mm，即，厚度減小率成為60％。結(jié)果得到厚度為0.06mm，內(nèi)徑為60.0mm，長(zhǎng)度為360mm金屬圓柱體。
金屬圓柱體具有0.06mm的均勻厚度，其維式硬度是450，其抗張強(qiáng)度是157.6kgf/mm2(約1544MPa)。
然后在金屬圓柱體的兩個(gè)相對(duì)端進(jìn)行切割。從而得到厚度為0.06mm，內(nèi)徑為60.0mm，長(zhǎng)度為319mm的SUS304圓柱膜。
與實(shí)施例1類似，為了控制其彈性，將圓柱膜在450℃下退火30分鐘。圓柱膜經(jīng)過退火改進(jìn)成剛性圓柱膜，其維式硬度是520，其抗張強(qiáng)度是168.3kgf/mm2(約1649MPa)。
盡管實(shí)施例1和2中的圓柱膜均由SUS304構(gòu)成，但是圓柱膜也可以由不是SUS的材料構(gòu)成。例如，圓柱膜可以由不銹鋼、輥壓的鎳(rollednickel)、鎳合金、鈦、鈦合金、鉭、鉬、哈斯特洛伊(hastelloy)合金、坡莫合金、馬氏體時(shí)效鋼(marageing steel)、鋁、鋁合金、銅、銅合金、純鐵和鋼構(gòu)成。
圖7-9示出上述金屬圓柱膜的應(yīng)用實(shí)施例。如圖7-9所示，金屬圓柱膜可以用作輥組件的零件。
如圖7和8所示，金屬圓柱膜20纏繞在兩個(gè)輥21和22上，21和22的排列方式是這兩個(gè)輥的軸相互平行。金屬圓柱膜20的寬度等于輥21和22的長(zhǎng)度，因此，金屬圓柱膜20能夠?qū)⑤?1和22完全覆蓋。
金屬圓柱膜20是由不銹鋼和銅整體輥壓而成，其厚度是0.05mm(50微米)。
如圖7所示，每一個(gè)輥21和22都有沿輥21和22的軸線方向從其相對(duì)端面上突出的支撐軸24。如圖9所示，側(cè)壁25支撐輥21和22，支撐軸24在支撐處可以轉(zhuǎn)動(dòng)。
用直徑與支撐軸24相同的圓孔26和高度等于支撐軸24的直徑和水平長(zhǎng)度長(zhǎng)于支撐軸24的直徑的加長(zhǎng)孔27形成側(cè)壁25。
將支撐軸24插入圓孔26，側(cè)壁25以此方式支撐輥21。輥22固定在側(cè)壁25上的方式是將支撐軸24插入加長(zhǎng)孔27，例如用螺栓和螺母將支撐軸24固定在加長(zhǎng)孔27中的適當(dāng)位置處。所以，因?yàn)檩?2可以固定在需要的位置，所以通過調(diào)節(jié)輥22的固定位置可以使金屬圓柱膜20張緊。
圖7-9所示的輥組件在打印機(jī)中可用作感光鼓、加熱輥或定影輥。
輥21和22的直徑可以小于傳統(tǒng)感光鼓的直徑。因此，可以制造其高度小于傳統(tǒng)感光鼓高度的感光鼓。因此，通過在打印機(jī)中使用包括金屬圓柱膜20的輥組件，可以大幅減小打印機(jī)的高度。
因?yàn)閭鹘y(tǒng)的加熱輥是圓柱形，所以在加熱輥的外表面上沒有平面部分。相反，如圖8所示，包括金屬圓柱膜20的輥組件在金屬圓柱膜20上有取決于輥21和22的距離的平面部分23。
例如，粘附在紙上的調(diào)色劑可以熱固定在處于平面部分23上的紙上，與傳統(tǒng)加熱輥提供的面積相比，可以保證更大的用于熱固定調(diào)色劑的面積。結(jié)果，可以更穩(wěn)定地進(jìn)行熱固定，從而提高印刷圖像的質(zhì)量。
作為一個(gè)替代方案，可以在平面部分23上設(shè)置顯影單元。
另外，因?yàn)榻饘賵A柱膜20很薄，所以金屬圓柱膜20的導(dǎo)熱率很高。即，熱量很容易通過金屬圓柱膜20傳遞。與傳統(tǒng)的加熱輥相比，這樣可以大幅縮短加熱輥需要的加熱時(shí)間。因此可以縮短打印機(jī)啟動(dòng)后至其能夠工作的時(shí)間。
圖10示出金屬圓柱膜的另一種用途。
金屬圓柱膜40可以用作熱定影輥。如圖10所示，金屬圓柱膜40中安裝有一對(duì)導(dǎo)板28。導(dǎo)板28具有弓形外表面，所以能夠使金屬圓柱膜40保持圓柱體。
導(dǎo)板28之間夾置加熱器29。例如，加熱器29由鹵素?zé)艋蛱沾杉訜崞鳂?gòu)成。
壓送輥30與形成為熱定影輥的金屬圓柱膜40對(duì)面放置。
其上粘附有調(diào)色劑的薄片31朝著金屬圓柱膜40和壓送輥30行進(jìn)，然后夾在金屬圓柱膜40和壓送輥30之間，隨后被加熱器29加熱。結(jié)果，調(diào)色劑被熱固定在薄片31上。
通過使用作為熱定影輥的金屬圓柱膜40，可以將加熱器29設(shè)置在金屬圓柱膜40內(nèi)，因此，加熱器29產(chǎn)生的熱量可以直接傳遞給金屬圓柱膜40。從而可以大幅提高從加熱器29到金屬圓柱膜40的傳熱效率。
另外，因?yàn)榻饘賵A柱膜40是由金屬薄片形成的，所以可以將金屬圓柱膜40快速加熱到將調(diào)色劑固定在薄片31上所需要的溫度。即，可以將打印機(jī)啟動(dòng)后至其能夠工作的時(shí)間縮短。
權(quán)利要求
1.一種通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其壁厚是0.03mm-0.09mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，其特征在于在環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的表面上涂覆由(a)硅和氟碳樹脂及(b)銅中的一種構(gòu)成的膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，只在環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的外表面上涂覆有膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，塑性加工后的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的厚度與塑性加工前的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的厚度相比，其厚度減小率等于或大于40％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，塑性加工后的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的維氏硬度Hv等于或大于380。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，塑性加工然后退火后的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的維氏硬度Hv是100-250，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，塑性加工是旋轉(zhuǎn)加工。
7.一種通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其壁厚是0.03mm-0.09mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，其特征在于環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)由多種相互不同的金屬構(gòu)成，并且是整體輥壓而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，金屬是不銹鋼和銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，A∶B是1∶2-29∶1，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，其中，A表示不銹鋼的厚度，B表示銅的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的壁厚是0.03mm，其中，不銹鋼的厚度是0.01-0.029mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，銅的厚度是0.02-0.001mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7、8、9或10的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，在環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的表面上涂覆由硅和氟碳樹脂構(gòu)成的膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，只在環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的外表面上涂覆膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求7、8、9或10的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，在環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的表面上鍍銅。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)只在其外表面上鍍有銅。
15.根據(jù)權(quán)利要求7、8、9或10的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，塑性加工后的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的厚度與塑性加工前的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的厚度相比，其厚度減小率等于或大于40％。
16.根據(jù)權(quán)利要求7、8、9或10的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，塑性加工后的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的維氏硬度Hv等于或大于380。
17.根據(jù)權(quán)利要求7、8、9或10的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，塑性加工然后退火后的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的維氏硬度Hv是100-250，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求7、8、9或10的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其中，塑性加工是旋轉(zhuǎn)加工。
19.一種環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括繞管的軸旋轉(zhuǎn)該管，管由可塑性加工的金屬構(gòu)成；在保持管旋轉(zhuǎn)的同時(shí)拉拔該管的外壁，以降低管的壁厚，和延長(zhǎng)管的壁長(zhǎng)；和在管的表面上涂覆由(a)硅和氟碳樹脂及(b)銅中的一種構(gòu)成的膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，只在管的外表面上涂覆膜。
21.一種環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括將多種相互不同的金屬輥壓成一個(gè)金屬片；用該金屬制造管；繞管的軸旋轉(zhuǎn)管；和在管保持旋轉(zhuǎn)的同時(shí)拉拔管的外壁，以降低管的壁厚，和延長(zhǎng)管的壁長(zhǎng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其還包括在管的表面上涂覆由(a)硅和氟碳樹脂及(b)銅中的一種構(gòu)成的膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中，金屬是不銹鋼和銅。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中，只在管的外表面上涂覆膜。
25.一種用在電子照相打印機(jī)中的感光鼓，該感光鼓由一種通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的壁厚是0.03mm-0.09mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，在該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的表面上涂覆由(a)硅和氟碳樹脂及(b)銅中的一種構(gòu)成的膜。
26.一種用在電子照相打印機(jī)中的感光鼓，該感光鼓由一種通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的壁厚是0.03mm-0.09mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)由多種相互不同的金屬構(gòu)成，并且是整體輥壓而成。
27.一種用在電子照相打印機(jī)中的定影帶，該定影帶由一種通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的壁厚是0.03mm-0.09mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，在該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的表面上涂覆由(a)硅和氟碳樹脂及(b)銅中的一種構(gòu)成的膜。
28.一種用在電子照相打印機(jī)中的定影帶，該定影帶由一種通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的壁厚是0.03mm-0.09mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)由多種相互不同的金屬構(gòu)成，并且是整體輥壓而成。
29.一種輥組件，其包括(a)至少兩個(gè)輥，這些輥以其軸相互平行定向的方式排列；和(b)卷繞這些輥的帶，帶是由通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的壁厚是0.03mm-0.09mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，在該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的表面上涂覆由(a)硅和氟碳樹脂及(b)銅中的一種構(gòu)成的膜。
30.一種輥組件，其包括(a)至少兩個(gè)輥，這些輥以其軸相互平行定向的方式排列；和(b)卷繞這些輥的帶，帶是由通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)的壁厚是0.03mm-0.09mm，該范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)，該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)由多種相互不同的金屬構(gòu)成，并且是整體輥壓而成。
全文摘要
一種通過塑性加工制造的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)，其壁厚是0.03mm－0.09mm(包括兩個(gè)端點(diǎn))，在該環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)(18)的表面上涂覆由(a)硅和氟碳樹脂及(b)銅中的一種構(gòu)成的膜(19)。
文檔編號(hào)G03G15/00GK1503076SQ20031011813
公開日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
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