專利名稱：管構(gòu)件、制造管構(gòu)件的方法和使用管構(gòu)件的輥子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管構(gòu)件、制造管構(gòu)件的方法和使用管構(gòu)件的輥子。具體而言，本發(fā)明涉及通過彎曲金屬板制成的管構(gòu)件、制造管構(gòu)件的方法和使用管構(gòu)件的輥子。
背景技術(shù)：
已經(jīng)存在通過彎曲金屬板來制造管構(gòu)件的許多技術(shù)。在這些技術(shù)中，日本專利公開號2003-245721A(JP-A-2003-245721)中公開了通過彎曲相對薄的金屬板來制造具有較小直徑的管構(gòu)件的技術(shù)。就是說，JP-A-2003-245721教導了管構(gòu)件被形成為使得由導向帶運送的金屬板通過一對擠壓輥與芯輥子緊密接觸。芯輥子具有與將要制造的管構(gòu)件的內(nèi)徑大致相同的直徑。該對擠壓輥是芯輥子的從動輥子。根據(jù)此構(gòu)造，可以形成管構(gòu)件而沒有桶狀變形。
為了降低成本，代替由切割工藝制造的非中空金屬棒，需要管構(gòu)件。但是，還沒有提出如何制造具有足夠的表面圓度和軸向線性度的管構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個有利的方面是提供一種具有表面圓度和軸向線性度的管構(gòu)件、制造管構(gòu)件的方法和使用管構(gòu)件的輥子。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種由金屬板形成的管構(gòu)件，其包括連接部分，所述金屬板的在所述管構(gòu)件的軸向上延伸的第一端和第二端在所述連接部分處連接，所述連接部分包括交替布置在所述金屬板的第一端上的第一凸部和第一凹部；和交替布置在所述金屬板的第二端上的第二凸部和第二凹部，其中所述第一凸部和所述第二凸部中的每個具有分別隨著遠離所述金屬板的所述第一端和所述第二端而變大的寬度；所述第一凹部中的每個具有與所述第二凸部中相關(guān)的一個互補的形狀，使得所述第二凸部配合到所述第一凹部中；并且所述第二凹部中的每個具有與所述第一凸部中相關(guān)的一個互補的形狀，使得所述第一凸部配合到所述第二凹部中。
所述第一凸部和所述第二凸部中的每個可以形成有在所述管構(gòu)件的軸向上突出的突起。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種輥子，包括上述的管構(gòu)件；和彈性層，所述彈性層形成在所述管構(gòu)件的外周上。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種制造管構(gòu)件的方法，包括提供具有第一端和第二端的金屬板，所述第一端和第二端在與所述管構(gòu)件的軸向?qū)牡谝环较蛏涎由?；在所述金屬板的第一端上交替形成第一凸部和第一凹部；在所述金屬板的第二端上交替形成第二凸部和第二凹部；彎曲所述金屬板的所述第一端和所述第二端，以在所述第一方向上觀察時具有弓形的橫截面；相對于與所述管構(gòu)件的周向?qū)牡诙较驈澢鼋饘侔宓闹虚g部分，以在所述第一方向上觀察時具有弓形的橫截面；以及在與所述管構(gòu)件的徑向相對應的第三方向上，將所述第一凸部和所述第二凸部分別壓配合到所述第二凹部和所述第一凹部中。
所述第一凸部和所述第二凸部中的每個可以被形成為使得分別隨著遠離所述金屬板的所述第一端和所述第二端而具有更大的寬度。
所述第一凸部和所述第二凸部中的每個可以形成有在所述第一方向上突出的突起。
金屬板可以通過在所述第二方向上軋制金屬塊來提供。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種制造輥子的方法，包括將通過上述方法制造的管構(gòu)件放置在模具中；并且將熔化的彈性材料注射到所述模具中以在所述管構(gòu)件的外周上形成彈性層。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的管構(gòu)件的局部立體圖。
圖2A是用于形成管構(gòu)件的金屬板的平面圖。
圖2B的放大平面圖示出形成在金屬板連接端上的凸部和凹部。
圖3A-7B是示出如何進行用于彎曲金屬板的工作的側(cè)視圖。
圖8A-8C是示出如何進行用于彎曲金屬板的工作的立體圖。
圖9A是包含管構(gòu)件的定影輥的局部立體圖。
圖9B是定影輥的側(cè)視圖。
圖10是示出如何制造定影輥的示意性剖視圖。
圖11是用于說明定影輥優(yōu)點的局部立體圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。
如圖1至2B所示，通過彎曲金屬板11形成圓筒形的管構(gòu)件10。在金屬板11的一對連接端12和12’(有時總體由參考標號12表示)處，在管構(gòu)件10的軸向上交替布置凸部13和凹部14，凸部13包括隨著遠離端部12而變寬的部分，凹部14具有與凸部13互補的形狀并被配合到凸部13中。此外，在管構(gòu)件10中，下述的壓配合部15設(shè)置在凸部13合凹部14之間。然后，凸部13和凹部14在管構(gòu)件10的徑向上壓配合。凸部13和凹部14以相同的間隔布置在管構(gòu)件10的軸向上。
如圖2B所示，凸部13中的每個都具有錐形部13a和突起部13b，錐形部13a具有隨著遠離端部12而變大的寬度，突起部13b在管構(gòu)件10的軸向上從錐形部13a的末端兩側(cè)突起。
在此實施例中，當用參考標號12a來表示用于在端部12處形成凸部13和凹部14的基準線時，壓配合部15形成為滿足以下條件θ1＜θ2
W1＜W2L1＜L2這里，θ1是基準線12a和凸部13中的錐形部13a的側(cè)邊緣之間的角度，θ2是凹部14中與錐形部13a的所述側(cè)邊緣相對應的內(nèi)側(cè)邊緣和基準線12a之間的角度。此外，W2是凸部13中的突起部13b的寬度，W1是凹部14中的突起部的寬度。此外，L2是不包括凸部13的突起部13b的弧形的最大長度，L1是凹部14中與凸部13對應的長度。
例如，當金屬板11的厚度為0.4mm時，端部12和12’之間(在基準線12a之間)的長度L3(見圖2A)是101.484mm，軸長是336mm，壓配合部15形成為滿足以下條件。
θ1(＝70度)＜θ2(＝71度)W1(＝0.95mm)＜W2(＝1mm)L1(＝8.1mm)＜L2(＝8.2mm)在此實施例中，已經(jīng)描述了凸部13的高度H2與凹部14的深度H1一致的情況?？商鎿Q地，除了上述的尺寸關(guān)系，壓配合部15可以形成為滿足條件H1＜H2(例如差值大約為0.05mm)。
圖1所示的管構(gòu)件10通過如下步驟形成首先，將圖2A所示的金屬板11的端部12彎曲成在管構(gòu)件的軸向上觀察時為圓弧形狀，然后，將金屬板11的中間部分彎曲成在管構(gòu)件的軸向上觀察時為圓弧形狀，并且接下來，在管構(gòu)件的徑向上在端部12處壓配合凸部13和凹部14。
接下來將參考圖3A至7B描述金屬板11的彎曲工作。
如圖3A所示，首先提供形成有凸部13和凹部14的金屬板11。在圖2A和3A中，箭頭X的方向表示當通過軋制工作制造金屬板11時的軋制方向。
如圖3B所示，然后通過陽模和陰模101和102擠壓金屬板11，然后端部12和12’被彎曲成圓弧形狀。優(yōu)選地，金屬板11的端部12和12’中的每個的寬度的四分之一被彎曲成四分之一圓弧形狀。
如圖3C所示，通過用陽模和陰模103和104進行擠壓，通過圖3B的工作獲得的金屬板的中間部分然后被彎曲以在管構(gòu)件10的軸向上觀察時具有弓形的橫截面(優(yōu)選的是具有130度中心角的弧)。陽模103具有窄的寬度以使金屬板11的端部12和12’具有自由度。
接下來，如圖4A所示，芯模105布置在通過圖3C的工作獲得的金屬板11內(nèi)部。然后，如圖4B至7所示，金屬板11被形成為在管構(gòu)件10的軸向上具有“6”形狀的橫截面，然后，端部12和12’被彼此壓配合以形成圓筒形管構(gòu)件10。以下將參考圖8A至8C描述細節(jié)。
芯模105的外徑小于將要制造的管構(gòu)件10的內(nèi)徑。這是因為考慮了加工中發(fā)生的金屬板11的彈性回彈。
圖4A至8C所示的下模106是被劃分為左、右部分的模具。右模106b可以上下移動并由未示出的驅(qū)動構(gòu)件(例如彈簧)向上驅(qū)動。
左模106a和右模106b的擠壓表面106c和106c’中的每個的半徑小于將要制造的管構(gòu)件10的內(nèi)徑(半徑)。這是因為考慮了金屬板11的彈性回彈，如下所述。
參考標號105d表示用于芯模105的下壓構(gòu)件，下壓構(gòu)件設(shè)置在芯模105的兩端上。參考標號106d表示右模106b的下壓構(gòu)件，其設(shè)置在右模106b上以不與金屬板11發(fā)生干涉(見圖5A和5B)。下壓構(gòu)件106d與下壓構(gòu)件105d一起向下移動。在此說明書中，模具的移動方向表示為相對的移動方向。
如圖4A所示，通過圖3C的工作獲得的金屬板11設(shè)置在下模106上，芯模105插入到金屬板11中。
如圖4B和8A所示，然后下壓構(gòu)件105d和106d向下移動，使得芯模105朝向下模106擠壓金屬板11。
接下來，如圖5A和8B所示，當下壓構(gòu)件105d和106d向下移動使得芯模105朝向下模106擠壓金屬板11時，下壓構(gòu)件106d將右模106b向下移動到與左模106a相同的位置。此外，在圖中所示的擠壓設(shè)備中，設(shè)置擋塊(未示出)以確定左模106a的向下移動的位置。
由此，金屬板11的大致下半部分形成為半圓形，整個金屬板11形成為在管構(gòu)件10的軸向上具有“6”形的橫截面。
如圖4B和5A所示，當芯模105向下移動并且金屬板11被朝向下模106向下擠壓時，引導金屬板11以與左、右下模106a和106b的上端的內(nèi)邊緣106a1和106b1接觸。此處，一個下模(圖中的左模106a)的上端的內(nèi)邊緣106a1的曲率半徑較小，而另一個下模(圖中的右模106b)的上端的內(nèi)邊緣106b1的曲率半徑較大。具體而言，左模106a的擠壓表面106c具有在管構(gòu)件10的軸向上觀察時為90度中心角的弓形橫截面，而右模106b的擠壓表面106c’具有在管構(gòu)件10的軸向上觀察時為小于90度中心角的弓形橫截面。根據(jù)此布置，在以上加工中，金屬板11的右半部分(此圖中)基本上沒有被加工。結(jié)果，金屬板11的下半部分形成為半圓筒形狀，并且整個金屬板11被加工為在管構(gòu)件10的軸向上具有“6”形的橫截面。
在圖5B中，參考標號107表示上模。盡管上模107包含在圖4A至5A的工作中，但是為了簡化沒有在圖中示出。
上模107具有擠壓表面107a，擠壓表面107a具有在管構(gòu)件10的軸向上觀察時為大于90度中心角的弓形橫截面。但是，擠壓表面107a在金屬板11的開放側(cè)上不與端部12’干涉。擠壓表面107a的半徑與下模106的擠壓表面106c相同，但是小于將要制造的管構(gòu)件10的外徑(半徑)。
如圖6和8C所示，上模107向下移動，然后金屬板11的左半部分(圖中)形成為半圓筒形狀。
如圖7A所示，通過圖6的工作獲得的金屬板11設(shè)置在最終上模108和最終下模109之間，然后最終芯模110插入到金屬板11中。金屬板11被設(shè)置處于非加工端部12’面對最終上模108的擠壓表面108a的狀態(tài)下。就是說，金屬板11被設(shè)置處于從圖6所示的狀態(tài)逆時針旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。
最終上模108的擠壓表面108a的半徑和最終下模109的擠壓表面109a的半徑與將要制造的管構(gòu)件10的外徑相同。最終芯模110的外徑與將要制造的管構(gòu)件10的內(nèi)徑相同。
如圖7B所示，最終上模108向下移動以向內(nèi)移動金屬板11的端部12和12’，以使其彼此壓配合，使得金屬板11的上半部(此圖中)形成為半圓筒形狀。結(jié)果，金屬板11形成為完整的圓筒形，獲得了圖1所示的管構(gòu)件10。
在圖4A至6的工作中，如果模具105、106和107的擠壓表面的半徑與將要制造的管構(gòu)件10的外徑相同，類似于最終模具108、109和110，則由于金屬板11的彈性回彈，當金屬板11設(shè)定在最終模具108和109以及最終芯模110中時，存在端部12和12’的凸部13和凹部14不能對準的可能性，使得不能恰當?shù)剡M行壓配合。
但是，根據(jù)此實施例，即使在圖6的工作之后金屬板11中發(fā)生彈性回彈，端部12和12’可以適當?shù)乇舜藟号浜?。換言之，考慮到圖6的工作之后金屬板11發(fā)生的彈性回彈來確定圖4A至6中所示的模具106、107的擠壓表面的半徑和芯模105的外徑。
以上實施例的管構(gòu)件10是通過將金屬板11彎曲成圓筒形狀來形成的。具體而言，交替設(shè)置了凸部13和凹部14，凸部13包括隨著遠離金屬板11的連接端12、12’而寬度變大的部分，凹部14具有與凸部13互補的形狀并配合到凸部13中。此外，壓配合部15設(shè)置在凸部13和凹部14之間，并且凸部13和凹部14在管構(gòu)件10的徑向上彼此壓配合。由此，可靠地防止了端部12和12’通過金屬板11的彈性回彈而分離和打開。因此，可以提供具有優(yōu)良的表面圓度和軸向線性度的管構(gòu)件，而不需使用諸如焊接之類的特定連接工藝。
就是說，在管構(gòu)件10中，即使由于金屬板11的彈性回彈，張力沿著其圓周作用在管構(gòu)件10上，凸部13和凹部14之間的壓配合不會釋放。結(jié)果，管構(gòu)件10可以以其本身用作筒形軸，而不需要諸如焊接或粘結(jié)之類的工作。
每個凸部13具有錐形部13a和突起部13b，錐形部13a具有隨著遠離連接端12、12’而變大的寬度，突起部13b在管構(gòu)件10的軸向上在錐形部13a的兩個末端處突起。由此，可以進一步可靠地避免由于金屬板11的彈性回彈而造成的端部12和12’的分離。
一般來說，管構(gòu)件可以通過進行擠壓模塑和沖壓加工來提供金屬板、并連接管構(gòu)件的軸向上筆直延伸的兩端來形成。但是，需要焊接，由此很難保持外徑的高精度(圓度和線性度)。為了提高直徑的精確度，還需要研磨加工。此外，具有如上所述的凸部和凹部的金屬板不能通過已知的擠壓模塑和沖壓加工來形成圓筒形狀。
另一方面，根據(jù)此實施例，通過彎曲金屬板11的兩端12和12’以在管構(gòu)件10的軸向上具有弓形的橫截面、然后彎曲金屬板11的中間部分以在管構(gòu)件10的軸向上具有弓形的橫截面、最后在管構(gòu)件10的徑向上壓配合端部12和12’的凸部13和凹部14，可以容易地制造圓筒形管構(gòu)件10。
圖9A示出使用包含在圖像形成設(shè)備中的定影輥20，并用于在諸如紙的記錄介質(zhì)上定影調(diào)色劑圖像。定影輥20具有軸構(gòu)件21和圍繞軸構(gòu)件21形成的彈性層22。具有優(yōu)良調(diào)色劑分離性能的外層23圍繞彈性層22的表面形成。熱源24(例如鹵燈)布置在構(gòu)件21內(nèi)。
如圖9B所示，具有空心軸部25a的凸緣25配合到以上管構(gòu)件10的兩個軸向端(在圖中僅示出一個)中的每個中。彈性層22通過下述的噴射模塑法圍繞管構(gòu)件10形成。
定影輥20的空心軸部25a通過軸承機構(gòu)可旋轉(zhuǎn)地支撐在圖像形成設(shè)備中的定影裝置的框架上。
使用如圖10所示的模具120來形成彈性層22。在此圖中，參考標號121、122和123分別表示上、下端蓋和設(shè)置在上端蓋121中的熔化彈性材料(例如熔化的橡膠)的門。通過在模具中設(shè)置軸構(gòu)件21然后通過門123注射熔化的彈性材料來制造定影輥20。
在具有上述構(gòu)造的定影輥20中，通過噴射模塑來圍繞管構(gòu)件10形成彈性層22。此外，在管構(gòu)件10中，金屬板11的凸部13和凹部14通過它們之間的壓配合部15在管構(gòu)件10的徑向上壓配合，使得可靠地防止了由于金屬板11的彈性回彈而引起的端部12和12’的分離。結(jié)果，可以實現(xiàn)具有良好精度的外徑的定影輥。
此外，因為金屬板的凸部13和凹部14在管構(gòu)件10的徑向上壓配合，所以間隙不存在于凸部13和凹部14之間。因此，當圍繞管構(gòu)件10形成彈性層22時，彈性材料不會泄漏到管構(gòu)件10的內(nèi)部。結(jié)果，可以以良好精度的外徑制造彈性層22。
如圖1所示，因為凸部13和凹部14在管構(gòu)件10的徑向上交替設(shè)置在金屬板11的端部12和12’處，所以作用在管構(gòu)件10上的扭力可以通過相對部分在管構(gòu)件10的軸向上的凸-凹形狀中的接觸(圖1中的參考標號13d所示的接觸部分)而被吸收。此外，扭力通過錐形部13a的反作用而作用在凸部13和凹部14的嚙合方向上(不會釋放壓配合的方向)。由此，即使端部12和12’未通過焊接等連接，也可以提供強烈抵抗扭力的管構(gòu)件。
因為管構(gòu)件10被彎曲，使得用于制造管構(gòu)件10的金屬板11的軋制方向(圖2中的X方向)垂直于管構(gòu)件10的軸向，所以通過軋制加工在金屬板11中形成的晶體結(jié)構(gòu)(含晶纖維)的方向(由圖11中的虛線所示)垂直于管構(gòu)件10的軸向。因此，可以獲得強烈抵抗作用在與管構(gòu)件10的軸向垂直的方向上的壓力P的管構(gòu)件(見圖11)。結(jié)果，可以獲得適于定影輥的管構(gòu)件10。
盡管以上已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的一些示例性實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應當容易理解在不脫離本發(fā)明的新穎教導和優(yōu)點的情況下，可以在示例性實施例中進行許多修改。由此，所有這些修改都意圖包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
2005年12月14日提交的日本專利申請?zhí)?005-359910的公開中包括說明書、附圖和權(quán)利要求都通過引用將其整體包含在這里。
權(quán)利要求
1.一種由金屬板形成的管構(gòu)件，包括連接部分，所述金屬板的在所述管構(gòu)件的軸向上延伸的第一端和第二端在所述連接部分處連接，所述連接部分包括交替布置在所述金屬板的所述第一端上的第一凸部和第一凹部；和交替布置在所述金屬板的所述第二端上的第二凸部和第二凹部，其中所述第一凸部和所述第二凸部中的每個都具有隨著分別遠離所述金屬板的所述第一端和所述第二端而變大的寬度；所述第一凹部中的每個都具有與所述第二凸部中相關(guān)的一個互補的形狀，使得所述第二凸部配合到所述第一凹部中；并且所述第二凹部中的每個都具有與所述第一凸部中相關(guān)的一個互補的形狀，使得所述第一凸部配合到所述第二凹部中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管構(gòu)件，其中所述第一凸部和所述第二凸部中的每個都形成有在所述管構(gòu)件的所述軸向上突出的突起。
3.一種輥子，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的管構(gòu)件；和彈性層，所述彈性層形成在所述管構(gòu)件的外周上。
4.一種制造管構(gòu)件的方法，包括提供具有第一端和第二端的金屬板，所述第一端和第二端在與所述管構(gòu)件的軸向?qū)牡谝环较蛏涎由?；在所述金屬板的所述第一端上交替形成第一凸部和第一凹部；在所述金屬板的所述第二端上交替形成第二凸部和第二凹部；彎曲所述金屬板的所述第一端和所述第二端，以在所述第一方向上觀察時具有弓形的橫截面；相對于與所述管構(gòu)件的周向?qū)牡诙较驈澢鼋饘侔宓闹虚g部分，以在所述第一方向上觀察時具有弓形的橫截面；并且在與所述管構(gòu)件的徑向相對應的第三方向上，將所述第一凸部和所述第二凸部分別壓配合到所述第二凹部和所述第一凹部中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一凸部和所述第二凸部中的每個都被形成為使得隨著分別遠離所述金屬板的所述第一端和所述第二端而具有更大的寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一凸部和所述第二凸部中的每個都形成有在所述第一方向上突出的突起。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中通過在所述第二方向上軋制金屬塊來提供所述金屬板。
8.一種制造輥子的方法，包括將通過如權(quán)利要求4所述的方法制造的管構(gòu)件放置在模具中；并且將熔化的彈性材料注射到所述模具中以在所述管構(gòu)件的外周上形成彈性層。
全文摘要
為了制作管構(gòu)件，提供了具有第一端和第二端的金屬板，第一端和第二端在與管構(gòu)件的軸向?qū)牡谝环较蛏涎由臁５谝煌共亢偷谝话疾拷惶嫘纬稍诮饘侔宓牡谝欢松?。第二凸部和第二凹部交替形成在金屬板的第二端上。金屬板的第一端和第二端中的每個被彎曲以在第一方向上觀察時具有弓形橫截面。相對于與管構(gòu)件的周向?qū)牡诙较驈澢饘侔宓闹虚g部分，以在第一方向上觀察時具有弓形的橫截面。在與管構(gòu)件的徑向相對應的第三方向上，將第一凸部和第二凸部分別壓配合到第二凹部和第一凹部中。
文檔編號G03G15/00GK1983066SQ200610162380
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者松村孝, 橋詰博 申請人:精工愛普生株式會社