FR2805706A1

FR2805706A1 - Linear heating element for photocopier or laser printer use has a longitudinal substrate with a groove on its active edge with a filament housed in the bottom of the groove, thus preventing damage to the filament

Info

Publication number: FR2805706A1
Application number: FR0002290A
Authority: FR
Inventors: Stephane Michel; Veronique Roux
Original assignee: Canon Research Center France SAS
Current assignee: Canon Research Center France SAS
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-31

Abstract

Linear heating element has a longitudinally aligned substrate (11') with an active surface that is opposite to a surface to be heated. A filament (12') made of a resistive material layer is deposited along the length of the substrate in a groove (14') so that a surface is still effectively heated but there is no risk of friction on the filament itself.

Description

L'invention a pour objet un élément linéaire de chauffage. Elle vise notamment mais non exclusivement un élément linéaire de chauffage pour une unité de fixation d'image, c'est-à-dire pour la mise en oeuvre du procédé électrophotographique pour la fixation d'une encre appelée toner transférée d'un tambour photo-sensitif sur une feuille de papier. Dans ce procédé connu d'électrophotographie, le toner (c'est une encre à base de poudre de carbone) est transféré sur la feuille papier puis fondu grâce à l'apport de chaleur effectué par un élément chauffant et de cette façon fixé sur la feuille de papier. Le procédé électrophotographique a de nombreuses applications, notamment dans le domaine bureautique, dans les copieurs, imprimantes laser, les unités d'impression pour télécopieurs, etc... II existe toutefois d'autres applications faisant intervenir des éléments linéaires de chauffage, par exemple les appareils de scellement de poches matériaux thermoplastiques. Pour permettre la réalisation d'une unité de fixation d'images compacte légère, et pour permettre une montée rapide de la température de l'élément chauffage jusqu'à sa température de service, l'élément de chauffage, a longtemps eu la forme d'un tube contenant lampe halogène, a remplacé par un élément linéaire de chauffage comprenant une bande résistive fixée sur un substrat isolant. Un tel élément linéaire de chauffage est décrit, notamment, dans le brevet US-5068517. Il y est enseigné de réaliser filament de l'élément chauffant à partir d'une bande de pâte d'argent/palladium ou similaire, imprimée sur un substrat en céramique, en alumine par exemple. Le tout est ensuite cuit pour former finalement une résistance linéaire chauffante. Cette résistance, généralement de faible épaisseur, peut être amenée presque instantanément à la température nécessaire à la fixation du toper par application d'un courant aux deux extrémités de la résistance. C'est pourquoi un élément linéaire de chauffage est utilisé dans les unités de fixation pour procédé électrophotographique, en raison de sa compacité, mais aussi en raison du fait qu'il présente un faible temps d'attente après le début passage du courant. The invention relates to a linear heating element. It relates in particular but not exclusively to a linear heating element for an image fixing unit, that is to say for the implementation of the electrophotographic method for fixing an ink called toner transferred from a photo drum. -sensitive on a sheet of paper. In this known process of electrophotography, the toner (it is an ink based on carbon powder) is transferred on the paper sheet then melted thanks to the contribution of heat carried out by a heating element and in this way fixed on the sheet of paper. The electrophotographic process has numerous applications, in particular in the office automation field, in copiers, laser printers, printing units for fax machines, etc. There are however other applications involving linear heating elements, for example pouch sealing devices for thermoplastic materials. To allow the realization of a light compact image fixing unit, and to allow a rapid rise of the temperature of the heating element to its operating temperature, the heating element, has long had the form of 'a tube containing halogen lamp, replaced by a linear heating element comprising a resistive strip fixed on an insulating substrate. Such a linear heating element is described, in particular, in patent US-5068517. It is taught there to make the filament of the heating element from a strip of silver / palladium paste or the like, printed on a ceramic substrate, in alumina for example. The whole is then cooked to finally form a linear heating resistance. This resistance, generally of low thickness, can be brought almost instantaneously to the temperature necessary for fixing the toper by applying a current to the two ends of the resistance. This is why a linear heating element is used in the fixing units for electrophotographic process, because of its compactness, but also because of the fact that it has a short waiting time after the start of the current flow.

Plus précisément, les éléments linéaires chauffage du type précité sont composés d'un substrat isolant en céramique de forme parallélépipédique allongée (sa longueur est très supérieure à sa largeur, qui est très supérieure à son épaisseur), d'un filament formé d'une bande chauffante déposée sur le substrat, et de deux électrodes conductrices recouvrant partiellement chaque extrémité de cette bande chauffante. La résistance est généralement protégée par une couche vitreuse électriquement isolante. More specifically, the linear heating elements of the aforementioned type are composed of an insulating ceramic substrate of elongated parallelepiped shape (its length is much greater than its width, which is much greater than its thickness), a filament formed of a heating strip deposited on the substrate, and two conductive electrodes partially covering each end of this heating strip. The resistance is generally protected by an electrically insulating glass layer.

De tels éléments linéaires de chauffage font actuellement partie d'unités de fixation incorporées dans des copieurs, pour fixation d'images sur feuille papier. L'unité de fixation comporte en outre un film protecteur qui se déplace sans sur une face, appelée face active, de l'élément chauffant, convoyé par rouleaux d'entraînement. Une feuille de papier sur laquelle une image a formée mais non fixée, se déplace suivant un trajet de feuille, dans une direction transversale à l'élément de chauffage, à la même vitesse que le film (pour ne pas risquer d'étaler le toper qui se trouve sur la face de papier qui en contact avec ce film), cette feuille étant maintenue contre l'élément chauffage par un rouleau de pression. L'image est fixée sur le papier par chaleur transmise par l'élément chauffant au travers du film, pendant le mouvement de la feuille. filament constitué par la bande chauffante en matériau résistif est le plus souvent disposé sur la face active du substrat de manière à générer la chaleur au plus près de l'endroit où elle est utile. Such linear heating elements are currently part of fixing units incorporated in copiers, for fixing images on paper sheet. The fixing unit further comprises a protective film which moves without on one side, called the active side, of the heating element, conveyed by drive rollers. A sheet of paper on which an image has formed but is not fixed, moves along a sheet path, in a direction transverse to the heating element, at the same speed as the film (so as not to risk spreading the topper which is on the face of paper which in contact with this film), this sheet being held against the heating element by a pressure roller. The image is fixed on the paper by heat transmitted by the heating element through the film, during the movement of the sheet. filament formed by the heating strip made of resistive material is most often placed on the active face of the substrate so as to generate heat as close as possible to the place where it is useful.

Lorsque dans un copieur, la réalisation d'une ou plusieurs copie(s) est commandée, un cycle thermique se produit : le filament voit sa température augmenter depuis l'ambiante jusqu'à une valeur maximale pendant une durée qui peut aller quelques secondes à quelques minutes selon les copieurs. A une température supérieure à la température de fusion du toner, les particules de celui-ci fondent et sont fixées sur le papier. When, in a copier, the production of one or more copies is ordered, a thermal cycle occurs: the filament sees its temperature increase from the ambient to a maximum value for a period which can range from a few seconds to a few minutes according to the copiers. At a temperature above the melting temperature of the toner, the particles of the toner melt and are fixed on the paper.

La montée élevée et rapide de température génère une différence d'expansion thermique entre les matériaux présents : le filament, son substrat et une éventuelle couche intermédiaire. La nature du substrat (ou de la couche intermédiaire) confère en pratique à celui-ci (ou à celle-ci) une dilatation plus importante la dilatation du filament, et ce dans toutes les directions du matériau. contraintes thermiques apparaissent alors dans le filament : un cisaillement produit le long des bords longitudinaux, et des contraintes de traction sont générées dans la bande longitudinale centrale (donc entre ces bords). La forme du substrat génère également une force qui pousse le filament perpendiculairement au plan du substrat vers l'extérieur de pièce (parallèlement sens de l'épaisseur). Ainsi, un troisième déplacement, perpendiculaire aux précédents, apparaît au milieu du filament. ailleurs, lorsqu'une ou des copies sont réalisées, ledit film de protection l'unité de fixation d'image est animé d'un mouvement uniforme au cours duquel il glisse sur l'élément linéaire de chauffage, en sorte d'entraîner la ou les feuilles) de papier tout en protégeant cet élément contre l'usure par le papier. Ce film glisse et frotte sur la face avant ou active de l'élément linéaire de chauffage, laquelle présente souvent des arêtes, ainsi que sur le filament lorsqu'il réalisé sur cette face active (il a déjà été indiqué que c' un cas très fréquent). Ce type d'élément linéaire de chauffage présente un certain nombre défauts. The high and rapid rise in temperature generates a difference in thermal expansion between the materials present: the filament, its substrate and a possible intermediate layer. The nature of the substrate (or of the intermediate layer) in practice gives it (or this one) a greater expansion the expansion of the filament, and this in all directions of the material. thermal stresses then appear in the filament: a shear produced along the longitudinal edges, and tensile stresses are generated in the central longitudinal strip (therefore between these edges). The shape of the substrate also generates a force which pushes the filament perpendicular to the plane of the substrate towards the outside of the part (parallel to the thickness direction). Thus, a third displacement, perpendicular to the previous ones, appears in the middle of the filament. moreover, when one or more copies are made, said protective film the image fixing unit is animated with a uniform movement during which it slides on the linear heating element, so as to cause the or the sheets) of paper while protecting this element against wear by the paper. This film slides and rubs on the front or active face of the linear heating element, which often has edges, as well as on the filament when produced on this active face (it has already been indicated that this is a very frequent). This type of linear heating element has a number of shortcomings.

Concernant le phénomène de cycles thermiques, la différence nature des matériaux est à l'origine du principal problème qui est l'expansion thermique différentielle pendant les variations de température. Lorsque matériaux constituant l'élément linéaire de chauffage (filament et substrat) coefficients de dilatation thermique éloignés, les différences d'expansion sont à l'origine d'une fatigue thermique qui, à long terme, peut générer rupture du filament :les déplacements verticaux induits dans ce filament par dilatation de son substrat auquel il est fixé sont en effet trop importants en reférence à la résistance à la traction du matériau constitutif du filament et provoquent une fissuration dans la zone longitudinale centrale puisque celle-ci sollicitée régulièrement par les cycles thermiques. Concerning the phenomenon of thermal cycles, the difference in nature of the materials is at the origin of the main problem which is the differential thermal expansion during temperature variations. When materials constituting the linear heating element (filament and substrate) distant thermal expansion coefficients, the differences in expansion are at the origin of a thermal fatigue which, in the long term, can generate rupture of the filament: vertical displacements induced in this filament by expansion of its substrate to which it is fixed are indeed too large in reference to the tensile strength of the material of the filament and cause cracking in the central longitudinal zone since the latter is regularly stressed by thermal cycles .

L'expansion thermique est également à l'origine d'un cisaillement le long des bords longitudinaux du filament, étant rappelé que celui-ci a une epaisseur très inférieure à celle du substrat. Thermal expansion is also the source of shearing along the longitudinal edges of the filament, it being recalled that it has a thickness much less than that of the substrate.

En ce qui concerne le film de protection, il a déjà été proposé, pour minimiser les phénomènes de frottement et d'abrasion liés à son mouvement glissement, de recouvrir le filament d'un verre ou d'un vernis quelconque, mais la mise en place de ce revêtement engendre une étape de fabrication supplémentaire et donc un coût additionnel. With regard to the protective film, it has already been proposed, to minimize the friction and abrasion phenomena linked to its sliding movement, to cover the filament with any glass or varnish, but the setting place of this coating generates an additional manufacturing step and therefore an additional cost.

L'invention vise à pallier les inconvénients précités en donnant filament et à son substrat une géométrie propre à leur permettre - d'une part, une dilatation des matériaux sans que cela génère trop grand déplacement perpendiculaire au filament, qui serait susceptible de conduire à une rupture ; - d'autre part, un mouvement du film de protection sans frottement nocif sur le filament. The invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by giving filament and its substrate a geometry suitable for allowing them - on the one hand, expansion of the materials without this generating too great a displacement perpendicular to the filament, which would be liable to lead to a rupture; - on the other hand, a movement of the protective film without harmful friction on the filament.

L'invention propose à cet effet un élément linéaire de chauffage comportant un substrat allongé selon une direction longitudinale, ayant une surface avant ou active destinée à être en regard, directement ou indirectement d'une zone à chauffer, et un filament formé d'une couche d'un matériau résistif disposé sur le substrat le long de cette direction longitudinale, caractérisé ce que le substrat comporte, dans sa face active, une rainure ménagée longitudinalement, au fond de laquelle le filament est réalisé, en sorte d'être en retrait par rapport à cette surface active. The invention proposes for this purpose a linear heating element comprising a substrate elongated in a longitudinal direction, having a front or active surface intended to be facing, directly or indirectly, an area to be heated, and a filament formed of a layer of a resistive material placed on the substrate along this longitudinal direction, characterized in that the substrate has, in its active face, a groove formed longitudinally, at the bottom of which the filament is produced, so as to be set back with respect to this active surface.

Cette disposition en retrait du filament, par rapport à la surface active du substrat, garantit, d'une part que la chaleur générée par le filament à proximité immédiate de la zone où l'on souhaite l'utiliser, sans toutefois risquer que ce filament puisse être dégradé par tout élément qui viendrait glisser le long du substrat. Dans la mesure où l'homme de métier sait comment réaliser une rainure dans un substrat sans laisser subsister d'arêtes en saillie, fait que le filament soit sur la face active, mais en retrait par rapport à celui-ci, permet un glissement aisé d'un film de protection prévu au sein d'une unité de fixation d'images le long du substrat. This arrangement set back from the filament, relative to the active surface of the substrate, guarantees, on the one hand, that the heat generated by the filament in the immediate vicinity of the area where it is desired to use it, without however risking that this filament could be degraded by any element which would slide along the substrate. Insofar as the skilled person knows how to make a groove in a substrate without leaving any protruding edges, the fact that the filament is on the active face, but recessed from it, allows easy sliding a protective film provided within an image fixing unit along the substrate.

II n'est généralement pas nécessaire de donner au filament disposé au fond de la rainure une grande épaisseur. II est toutefois avantageux le filament occupe sensiblement toute la surface du fond de cette rainure. Cela permet d'optimiser, pour une quantité donnée de matériau résistif, la surface rayonnante. Le filament peut être réalisé par toute technique connue appropriée, par exemple par sérigraphie ou selon la technologie des couches minces ou épaisses. La rainure a avantageusement un fond concave, avec pour conséquence que le filament a lui aussi une forme concave. Avantageusement, cette forme concave a une section semi-elliptique. Une telle géométrie, aussi bien pour le substrat que pour le filament, apporte plusieurs avantages - cela diminue les contraintes thermiques présentes dans les matériaux réalisant l'élément linéaire de chauffage ; - cela contribue à réduire le déplacement perpendiculaire au substrat, induit dans le filament par la dilatation du substrat lors des montées en température ; - cela permet de minimiser le cisaillement le long des bords longitudinaux du filament; - cela évite la formation de fissures dans la zone longitudinale centrale du filament subissant la fatigue thermique ; - cela permet d'améliorer la tenue en fatigue et la résistance en température de l'élément linéaire de chauffage. It is generally not necessary to give the filament disposed at the bottom of the groove a great thickness. However, it is advantageous for the filament to occupy substantially the entire surface of the bottom of this groove. This makes it possible to optimize, for a given quantity of resistive material, the radiating surface. The filament can be produced by any suitable known technique, for example by screen printing or according to the technology of thin or thick layers. The groove advantageously has a concave bottom, with the consequence that the filament also has a concave shape. Advantageously, this concave shape has a semi-elliptical section. Such a geometry, both for the substrate and for the filament, brings several advantages - this reduces the thermal stresses present in the materials making the linear heating element; - This contributes to reducing the displacement perpendicular to the substrate, induced in the filament by the expansion of the substrate during temperature rises; - This minimizes shearing along the longitudinal edges of the filament; - This avoids the formation of cracks in the central longitudinal area of the filament undergoing thermal fatigue; - This improves the fatigue strength and temperature resistance of the linear heating element.

La rainure peut, dans sa totalité, avoir une section semi elliptique. Toutefois, si l'on souhaite augmenter le retrait du filament par rapport à la surface active du substrat, on peut choisir pour la rainure une section formée d'une portion de fond semi-elliptique longée par une bande section rectangulaire ou trapézoïdale, bordée par des flancs parallèles ou non raccordant cette portion de fond semi-elliptique à la surface active du filament. The groove may, in its entirety, have a semi-elliptical section. However, if it is desired to increase the shrinkage of the filament relative to the active surface of the substrate, it is possible to choose for the groove a section formed by a portion of semi-elliptical bottom bordered by a strip of rectangular or trapezoidal section, bordered by parallel or non-flanks connecting this portion of semi-elliptical bottom to the active surface of the filament.

Un rapport de l'ordre de 10 à 20 % entre la profondeur de la rainure et sa largeur s'est révélée conduire à des résultats tout à fait satisfaisants du point de vue thermique. A ratio of the order of 10 to 20% between the depth of the groove and its width has been found to lead to completely satisfactory results from the thermal point of view.

Le filament est par exemple réalisé en nickel, sur un substrat en matériau thermoplastique résistant aux hautes températures. II s'agit par exemple de Nylon Polyamide (PA66) , de Polyphtalamide (PPA) ou encore de résine phénolique. The filament is for example made of nickel, on a substrate of thermoplastic material resistant to high temperatures. It is for example Nylon Polyamide (PA66), Polyphthalamide (PPA) or even phenolic resin.

Lorsque le matériau constitutif du substrat est suffisamment isolant des points de vue thermique et électrique, aucune couche de séparation n'est nécessaire entre le filament et ce substrat. Par ailleurs, dans la mesure où le filament est disposé en retrait par rapport à la surface active du substrat, il n'est pas non plus nécessaire de prévoir une couche externe de protection. When the material constituting the substrate is sufficiently insulating from the thermal and electrical points of view, no separation layer is necessary between the filament and this substrate. Furthermore, since the filament is set back from the active surface of the substrate, it is also not necessary to provide an external protective layer.

L'invention concerne également un dispositif de fixation de toner comportant un châssis, des moyens de transfert de feuilles définissant un trajet de feuilles et un élément linéaire de chauffage solidaire du châssis ou faisant partie intégrante du châssis et disposé transversalement auprès du trajet de feuilles, les moyens de transfert de feuilles comportant un film glissant sur l'élément linéaire de chauffage le long de ce trajet de feuilles, cet élément linéaire de chauffage étant du type précité. manière préférée, de la graisse est (de façon connue en soi) utilisée pour lubrifier la surface du film qui glisse sur l'élément linéaire chauffage; rainure sert alors de réserve pour cette graisse tandis que cette dernière réalise un très bon transfert thermique entre le filament et ce film. objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard dessins annexés sur lesquels figure 1 est une vue en coupe transversale d'un élément chauffant lineaire classique ; figure 2 est une vue de dessus d'un élément linéaire chauffage conforme à l'invention ; figure 3 est une vue en coupe transversale, selon la ligne coupe A-A la figure 2 de cet élément linéaire de chauffage ; figure 4 est un graphe représentant les amplitudes déplacements existant dans la partie longitudinale centrale de l'élément linéaire de chauffage, dans une configuration classique et dans la configuration l'invention, pour deux couples de matériaux constitutifs du substrat, d'une et du filament, d'autre part ; la figure 5 est un graphe représentant les amplitudes contraintes de cisaillement existant sur les bords longitudinaux du filament, pour les mêmes configurations et les mêmes couples de matériaux qu'à figure 4 ; la figure 6 est une vue schématique partielle d'une unité de fixation de toper comportant un autre élément linéaire de chauffage conforme a l'invention ; - la figure 7 en est une vue agrandie représentant la zone contenant le filament; - la figure 8a est une vue agrandie de la section de la rainure que comporte le dispositif des figures 2 et 3 ; - la figure 8b en est une variante de réalisation correspondant à une rainure moins profonde ; et - la figure 8c est une variante de réalisation correspondant à une rainure, dont le fond a le même profil que celui de la figure 8b, mais qui est plus en retrait par rapport à la surface active du substrat. La figure 1 représente un élément linéaire de chauffage classique, repéré 10, constitué d'un substrat 11 sur lequel se trouve un filament chauffant 12. Une couche intermédiaire de séparation 13 est fréquemment disposée entre le substrat et le filament. Des zones de contact électrique repérées 15A et 15B sont disposées aux extrémités du filament, pour permettre la connexion de ce filament à un circuit électrique d'alimentation. De manière également classique, une couche protectrice externe 17 recouvre le filament 12. Les figures 2 et 3 représentent par contre un élément linéaire de chauffage conforme à l'invention. Cet élément linéaire de chauffage comporte un substrat 11 en une matière avantageusement polymérique (en pratique un materiau thermoplastique résistant à haute température, ou un matériau composite), et une bande résistive chauffante 12, par exemple réalisée en nickel, appelée filament par commodité. Ce substrat comporte une face active (ici la supérieure) destinée à venir en regard, directement ou indirectement d'une zone à chauffer (cela ressortira plus clairement des figures 6 et 7). Selon l'invention, dans cette face active du substrat est ménagee une rainure ou encoche 14, ici de forme demi-elliptique. Le filament ménagé dans cette rainure, en retrait par rapport à la surface active substrat. A titre d'exemple, le substrat 11 a une longueur d'environ 260 une épaisseur de l'ordre de 2,5 mm ; la rainure 14 a une profondeur maximale de 250 pm ; la largeur du filament est de 1,5 mm et son épaisseur, avantageusement uniforme, est de l'ordre de 2 à 3 pm. On peut noter que largeur du filament est ici sensiblement égale à celle de l'encoche ou rainure ; en d'autres termes, le filament occupe sensiblement toute la surface de fond de la rainure 14. Ce filament peut etre déposé au fond de la rainure 14 du substrat par tout procédé connu approprié, choisi notamment en fonction du matériau constitutif du filament. II peut s'agir d'un procédé par sérigraphie, ou d'une procédé de dépôt de couches minces. Dans l'exemple considéré, dans lequel le matériau constitutif du filament est le nickel, ce filament est déposé par un procédé de couches minces, que la métallisation sous vide (dépôt physique de vapeur), procédé connu sous l'appellation anglaise de "Physical Vapor Deposition" ou un procède type MID correspondant aux initiales de l'expression anglaise "Molded Interconnect Device", de métallisation tridimensionnelle sur pièces plastiques obtenues par injection. Dans l'exemple considéré, les portions terminales 15A et 15B sont réalisées en même temps que l'ensemble du filament, donc par le même procédé. The invention also relates to a toner fixing device comprising a frame, sheet transfer means defining a sheet path and a linear heating element integral with the frame or forming an integral part of the frame and arranged transversely near the sheet path, the sheet transfer means comprising a film sliding on the linear heating element along this path of sheets, this linear heating element being of the aforementioned type. preferably, grease is (in a manner known per se) used to lubricate the surface of the film which slides on the linear heating element; groove then serves as a reserve for this grease while the latter achieves a very good heat transfer between the filament and this film. Objects, characteristics and advantages of the invention emerge from the description which follows, given by way of nonlimiting example with reference to the appended drawings in which FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional linear heating element; Figure 2 is a top view of a linear heating element according to the invention; Figure 3 is a cross-sectional view along the line section A-A in Figure 2 of this linear heating element; FIG. 4 is a graph representing the displacement amplitudes existing in the central longitudinal part of the linear heating element, in a conventional configuration and in the configuration of the invention, for two pairs of materials constituting the substrate, one and the filament , on the other hand ; FIG. 5 is a graph representing the shear stress amplitudes existing on the longitudinal edges of the filament, for the same configurations and the same pairs of materials as in FIG. 4; Figure 6 is a partial schematic view of a topper fixing unit comprising another linear heating element according to the invention; - Figure 7 is an enlarged view showing the area containing the filament; - Figure 8a is an enlarged view of the section of the groove that comprises the device of Figures 2 and 3; - Figure 8b is an alternative embodiment corresponding to a shallower groove; and - Figure 8c is an alternative embodiment corresponding to a groove, the bottom of which has the same profile as that of Figure 8b, but which is further back from the active surface of the substrate. FIG. 1 represents a conventional linear heating element, marked 10, consisting of a substrate 11 on which there is a heating filament 12. An intermediate separation layer 13 is frequently placed between the substrate and the filament. Electrical contact zones marked 15A and 15B are arranged at the ends of the filament, to allow the connection of this filament to an electrical supply circuit. Also conventionally, an outer protective layer 17 covers the filament 12. FIGS. 2 and 3, on the other hand, show a linear heating element according to the invention. This linear heating element comprises a substrate 11 of an advantageously polymeric material (in practice a thermoplastic material resistant to high temperature, or a composite material), and a resistive heating strip 12, for example made of nickel, called filament for convenience. This substrate has an active face (here the upper) intended to come opposite, directly or indirectly from an area to be heated (this will emerge more clearly from FIGS. 6 and 7). According to the invention, in this active face of the substrate is formed a groove or notch 14, here of semi-elliptical shape. The filament formed in this groove, set back from the active substrate surface. By way of example, the substrate 11 has a length of around 260 and a thickness of the order of 2.5 mm; the groove 14 has a maximum depth of 250 µm; the width of the filament is 1.5 mm and its thickness, advantageously uniform, is of the order of 2 to 3 μm. It can be noted that the width of the filament here is substantially equal to that of the notch or groove; in other words, the filament occupies substantially the entire bottom surface of the groove 14. This filament can be deposited at the bottom of the groove 14 of the substrate by any suitable known method, chosen in particular as a function of the material constituting the filament. It can be a screen printing process, or a process for depositing thin layers. In the example considered, in which the constituent material of the filament is nickel, this filament is deposited by a process of thin layers, as vacuum metallization (physical vapor deposition), process known by the English name of "Physical Vapor Deposition "or a MID type process corresponding to the initials of the English expression" Molded Interconnect Device ", three-dimensional metallization on plastic parts obtained by injection. In the example considered, the terminal portions 15A and 15B are produced at the same time as the entire filament, therefore by the same process.

Deux matériaux thermoplastiques haute performance peuvent notamment être utilisés comme substrat dans un élément linéaire de chauffage conforme à l'invention. Two high performance thermoplastic materials can in particular be used as a substrate in a linear heating element according to the invention.

Les amplitudes déplacement induit dans le filament au cours de l'utilisation sont reportées figure 4, pour deux couples de matériaux substrat-filament. Le couple représente l'association d'un filament 12 en nickel déposé sur un substrat 11 en Nylon Polyamide (PA6fi) haute performance ; le couple 2 représente l'association d'un filament 12 en nickel déposé sur un substrat 11 Polyphtalamide (PPA). Ce graphe de la figure 4 représente le déplacement vertical maximal mesuré en mm (en ordonné) por les deux couples de matériaux précités. Ces déplacements maximaux sont mesurés à la température maximale d'utilisation (typiquement de l'ordre de 200 C), au milieu (représente en fond blanc) et sur le bord longitudinal (représenté en fond noir) du filament, dans la section transversale de la figure 3. Les résultats de la configuration classique sont confrontés à ceux obtenus selon l'invention. De par le choix des matériaux (couple 1) et grâce à la présence de l'encoche ou rainure 14, le déplacement vertical au centre du filament peut être diminué jusqu'à 41%, alors que le déplacement vertical le long des bords de ce filament n'est augmenté que de 20% (la partie la plus sollicitée et donc la plus propice à la rupture était classiquement la partie centrale ; il est donc très intéressant que les contraintes soient fortement abaissées dans la région centrale). Cette même constatation peut se faire en relation avec le couple 2. Les amplitudes des contraintes de cisaillement induites dans le filament au cours de l'utilisation sont reportées sur la figure 5 pour chacun des couples de matériaux substrat-filament définis ci-dessus. Le graphe de la figure 5 représente la contrainte de cisaillement mesuré en Mpa (en ordonné) pour les deux couples de matériaux précités. Les contraintes présentes sur le bord longitudinal du filament dont données pour, en relation avec l'orientation de la figure 2, la face inférieure ou inactive (représenté en fond noir), et la face supérieure ou active (représenté en fond blanc) du filament, est-à-dire pour les faces ce filament qui sont respectivement en contact avec le substrat et avec l'air. résultats de la configuration classique sont confrontés à ceux correspondant à l'invention. Il s'agit, d'une part de comparer niveaux de contrainte d'une configuration à l'autre, d'autre part de mesurer différence de contrainte existant entre la face supérieure et la face inférieure du filament à proximité de ses bords longitudinaux. En ce qui concerne premier point, les amplitudes de contrainte sont sensiblement identiques ou fortement diminuées selon la face considérée : la face supérieure, c'est-a-dire la face la moins sollicitée dans les solutions connues, garde un niveau de contrainte faible dans configuration proposée par l'invention tandis que la face inférieure, celle en contact avec le substrat, fortement sollicitée dans les solutions antérieur, est le siège d'un cisaillement qui diminue, jusqu'à 83%, grâce à configuration proposée par l'invention. En ce concerne la différence contrainte au sein des bords du filament, l'invention réduit cet écart d'environ fois et ce quelque soit le couple de matériau envisagé. The displacement amplitudes induced in the filament during use are shown in FIG. 4, for two pairs of substrate-filament materials. The pair represents the association of a nickel filament 12 deposited on a substrate 11 of high performance nylon polyamide (PA6fi); the pair 2 represents the association of a nickel filament 12 deposited on a substrate 11 Polyphthalamide (PPA). This graph in FIG. 4 represents the maximum vertical displacement measured in mm (on the ordinate) for the two pairs of aforementioned materials. These maximum displacements are measured at the maximum temperature of use (typically of the order of 200 C), in the middle (represents in white background) and on the longitudinal edge (represented in black background) of the filament, in the cross section of Figure 3. The results of the conventional configuration are compared with those obtained according to the invention. By the choice of materials (couple 1) and thanks to the presence of the notch or groove 14, the vertical displacement in the center of the filament can be reduced up to 41%, while the vertical displacement along the edges of this filament is only increased by 20% (the most stressed part and therefore the most conducive to rupture was conventionally the central part; it is therefore very interesting that the stresses are greatly lowered in the central region). This same observation can be made in relation to the couple 2. The amplitudes of the shear stresses induced in the filament during use are reported in FIG. 5 for each of the pairs of substrate-filament materials defined above. The graph in FIG. 5 represents the shear stress measured in Mpa (on the ordinate) for the two pairs of aforementioned materials. The stresses present on the longitudinal edge of the filament of which given for, in relation to the orientation of FIG. 2, the lower or inactive face (represented in black background), and the upper or active face (represented in white background) of the filament , that is to say for the faces this filament which are respectively in contact with the substrate and with air. results of the conventional configuration are compared with those corresponding to the invention. On the one hand, it is a question of comparing stress levels from one configuration to another, on the other hand of measuring the difference in stress existing between the upper face and the lower face of the filament near its longitudinal edges. Regarding the first point, the stress amplitudes are substantially identical or greatly reduced depending on the face considered: the upper face, that is to say the face least stressed in known solutions, keeps a low stress level in configuration proposed by the invention while the underside, that in contact with the substrate, highly stressed in the previous solutions, is the seat of a shear which decreases, up to 83%, thanks to the configuration proposed by the invention . As regards the constrained difference within the edges of the filament, the invention reduces this difference by approximately times, whatever the couple of material envisaged.

La figure 6 représente l'environnement immédiat élément linéaire de chauffage conforme à l'invention, au sein d'une unité fixation de toner. Cette unité de fixation de toner comporte essentiellement un châssis, représenté sous forme schématique sous la référence 1, des moyens de transfert de feuilles définissant un trajet feuilles (la référence 18 représente une feuille en train de suivre ce trajet) un élément linéaire de chauffage désigné sous la référence générale 1 solidaire du châssis et disposé transversalement auprès du trajet de feuilles. Les moyens de transfert de feuilles comportent un film 16 glissant face active de l'élément linéaire de chauffage, le long de ce trajet de feuilles. moyens de transfert de feuilles comportent également un rouleau 20 d'arbre Z sensiblement fixe par rapport au châssis, ainsi que des rouleaux représentés d'axes parallèles à Z-Z contribuant au guidage en mouvement ce film 16. FIG. 6 represents the immediate environment of a linear heating element according to the invention, within a toner fixing unit. This toner fixing unit essentially comprises a chassis, represented in schematic form under the reference 1, sheet transfer means defining a sheet path (the reference 18 represents a sheet following this path) a linear heating element designated under the general reference 1 secured to the chassis and arranged transversely near the path of sheets. The sheet transfer means comprise a film 16 sliding on the active face of the linear heating element, along this path of sheets. sheet transfer means also comprise a roller 20 of shaft Z substantially fixed relative to the frame, as well as rollers represented by axes parallel to Z-Z contributing to the guiding in motion of this film 16.

Comme dans l'exemple de realisation représenté aux figures 2 et 3, l'élément linéaire de chauffage 10' de figure 6 comporte un substrat ayant une face active dans laquelle une rainure ménagée, une bande de matériau résistif désignée sous la référence génerale 12' étant réalisée au fond de cette gorge ou rainure. La seule différence.. présente cet élément linéaire de chauffage 10' par rapport à l'élément linéaire de chauffage représenté sous la référence 10 aux figures 2 et 3 est que substrat de cet élément linéaire de chauffage au lieu d'être plan (avec donc une section rectangulaire), a une forme en U. Plus précisément, ce substrat 1 comporte une portion de fond qui, localement auprès du filament 12, est assimilable à une portion plane, et deux ailes verticales raccordées à cette portion fond pour constituer la forme en U. II faut toutefois bien comprendre présence des ailes ne gêne en aucune manière les performances indiquees ci-dessus à propos d'un substrat tel que celui représenté aux figures 2 et La feuille de papier repérée (ou tout autre support) circule de droite à gauche. Dans sa portion droite, feuille de papier porte des particules de toper non fixées, désignées sous référence 19A, tandis que, après franchissement de la zone d'appui ménagée par la surface active de l'élément linéaire de chauffage et la surface du rouleau d'appui 20, ces particules de toper sont fondues et définitivement fixées après refroidissement. As in the embodiment shown in Figures 2 and 3, the linear heating element 10 'of Figure 6 comprises a substrate having an active face in which a groove formed, a strip of resistive material designated under the general reference 12' being made at the bottom of this groove or groove. The only difference .. presents this linear heating element 10 'with respect to the linear heating element represented under the reference 10 in FIGS. 2 and 3 is that the substrate of this linear heating element instead of being planar (with therefore a rectangular section), has a U shape. More precisely, this substrate 1 comprises a bottom portion which, locally near the filament 12, is comparable to a flat portion, and two vertical wings connected to this bottom portion to form the shape in U. It must however be understood that the presence of the wings does not in any way interfere with the performance indicated above with respect to a substrate such as that shown in Figures 2 and The marked sheet of paper (or any other medium) flows from the right to the left. In its straight portion, sheet of paper carries loose topper particles, designated under reference 19A, while, after crossing the support zone formed by the active surface of the linear heating element and the surface of the roller d 'support 20, these topper particles are melted and permanently fixed after cooling.

II est intéressant de noter, et cela ressort tout particulièrement de la figure 7, que le film 16 ne vient pas en contact avec le filament 12' réalisé au fond de la gorge 14'. Ce film 16 n'est en contact avec l'élément linéaire de chauffage que par des zones du substrat situé part et d'autre de la rainure. Bien entendu, il est utile, lors de la réalisation la rainure, de ne pas laisser subsister d'arêtes disposées en saillie, mais ménager plutôt des zones arrondies facilitant le glissement sans abrasion film, lorsque l'élément est placé en configuration opérationnelle. En pratique, de la graisse est, de façon connue en soi, appliquée sur la face interne film 16 ; cette graisse s'accumule dans la rainure (qui forme ainsi reserve) tout en assurant un bon transfert thermique entre le filament et film. It is interesting to note, and this emerges very particularly from FIG. 7, that the film 16 does not come into contact with the filament 12 'produced at the bottom of the groove 14'. This film 16 is in contact with the linear heating element only through areas of the substrate located on either side of the groove. Of course, it is useful, during the production of the groove, not to leave any edges arranged projecting, but rather to provide rounded areas facilitating the sliding without film abrasion, when the element is placed in operational configuration. In practice, grease is, in a manner known per se, applied to the internal face of film 16; this fat accumulates in the groove (which thus forms a reserve) while ensuring good heat transfer between the filament and film.

L'intérêt de la configuration U conférée au substrat 11' de l'élément linéaire de chauffage des figures 6 est que ce substrat peut avoir, malgré une épaisseur assez faible, rigidité suffisante pour assurer le positionnement précis du filament auprès du trajet feuilles, en coopération avec le rouleau 20. On dit dans ces conditions l'élément linéaire de chauffage est structural, c'est-à-dire qu'il n'a besoin d'un support qui le longe sur toute sa longueur pour en assurer positionnement précis, sans flexion intempestive susceptible de nuire à une bonne fixation du toner. The advantage of the configuration U imparted to the substrate 11 ′ of the linear heating element of FIGS. 6 is that this substrate may have, despite a fairly small thickness, sufficient rigidity to ensure the precise positioning of the filament near the sheet path, in cooperation with the roller 20. In these conditions, the linear heating element is said to be structural, that is to say that it does not need a support which runs along its entire length to ensure precise positioning , without untimely bending, which could affect the toner fixing properly.

La figure 8a représente sous forme agrandie section de la rainure 14 de l'élément linéaire de chauffage des figures 2 et : cette rainure a une profondeur de l'ordre de 250jim, étant rappelé le filament 12 ménagé au fond de cette rainure a une épaisseur typiquement de l'ordre de quelques gm, et que ce n'est que pour des raisons de visibilité ce filament a été représenté avec une épaisseur aussi importante. rainure a une forme globalement semi-elliptique, c'est-à-dire que sa section correspond à une demi- ellipse, dont le grand axe est sensiblement tangent à la surface active du substrat 11. La figure 8b représente une variante réalisation où la rainure 14, qui a toujours une section semi-elliptique, a toutefois une profondeur moindre, de l'ordre de 150 pm. FIG. 8a represents in enlarged form section of the groove 14 of the linear heating element of FIGS. 2 and: this groove has a depth of the order of 250 μm, being recalled the filament 12 formed at the bottom of this groove has a thickness typically of the order of a few gm, and that it is only for reasons of visibility this filament has been shown with such a large thickness. groove has a generally semi-elliptical shape, that is to say that its section corresponds to a half-ellipse, the major axis of which is substantially tangent to the active surface of the substrate 11. FIG. 8b represents a variant embodiment where the groove 14, which always has a semi-elliptical section, however has a lesser depth, of the order of 150 μm.

La figure 8c quant à elle représente une autre variante de réalisation, correspondant à une profondeur sensiblement égale à celle de la figure 8a, par réalisation d'une rainure dont le fond a une section semi-elliptique similaire à celle de la figure 8b c'est-à-dire avec une contribution de 150 l_Lm la profondeur totale de la rainure, des bords verticaux raccordant cette portion de fond semi-elliptique, sur une hauteur de l'ordre de 100 gm, à la surface active superieure du substrat 11. nombreuses autres variantes peuvent bien sûr être proposées. même, d'autres applications de l'élément linéaire de chauffage sont possibles, pour fixer une encre d'une autre nature ou, dans un autre domaine, pour des opérations de soudure, par exemple pour sceller pochettes plastiques.FIG. 8c, for its part, represents another alternative embodiment, corresponding to a depth substantially equal to that of FIG. 8a, by making a groove the bottom of which has a semi-elliptical section similar to that of FIG. 8b c ' that is to say with a contribution of 150 l_Lm the total depth of the groove, of the vertical edges connecting this portion of semi-elliptical bottom, over a height of the order of 100 gm, to the upper active surface of the substrate 11. many other variants can of course be offered. even, other applications of the linear heating element are possible, for fixing an ink of another nature or, in another field, for welding operations, for example for sealing plastic sleeves.

Claims

<U> CLAIMS </U> Linear heating element comprising a substrate (11,11 ') elongated in a longitudinal direction, having a front or active surface intended to be facing, directly or indirectly, an area to be heated, and a filament (12,12 ') formed of a layer of a resistive material disposed on the substrate along this longitudinal direction, characterized in that the substrate, 11') has, in its active face, a groove (14 , 14 ') formed longitudinally, at the bottom of which the filament is produced, so as to be set back relative to this active surface. Element according to claim 1, characterized in that the filament occupies substantially the entire surface of the groove bottom (14,14 '). Element according to claim 1 or claim 2, characterized in that the bottom surface of the groove 14 ') is concave and of semi-elliptical section. Element according to claim 3, characterized in that this bottom surface is connected to the active surface of the substrate (11,11 ') either directly or by side walls. Element according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the ratio between the depth and width of the groove is of the order of 10 to 20%. Element according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the substrate (11,11 ') is made of a thermally and electrically insulating material and the filament 12') is directly applied to the substrate. Element according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that the filament is essentially formed from nickel and the substrate from a thermoplastic material. Element according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the filament is directly exposed to the ambient air. Toner fixing device comprising a frame (10), sheet transfer means defining a path for sheets (18) and a linear heating element (11, 11 ') integral with the frame or integral with the frame, arranged transversely near of the sheet path, sheet transfer means comprising a film (16) sliding on the linear heating element along this sheet path, this linear heating element being according to any one of claims 1 to 8. Fastening device toner according to claim characterized in that the groove is filled with a grease intended to lubricate film.