FR2805705A1

FR2805705A1 - Unite de chauffage, notamment de fixation de toner

Info

Publication number: FR2805705A1
Application number: FR0002288A
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

L'invention concerne une unité de chauffage, par exemple au sein d'une unité de fixation d'image. Cet unité de chauffage comporte un châssis et un élément chauffant (10) fixe par rapport à ce châssis, cet élément chauffant comportant un filament (3) longeant un élément porteur lié au châssis. Cet élément porteur (1) comporte, d'un côté au moins du filament, une série de trous (15a - 15e) sensiblement parallèle à ce filament permettant d'isoler la zone chauffée par le filament vis-à-vis du reste du châssis.

Description

L'invention concerne une unité de chauffage, par exemple au sein d'une unité de fixation d'image. Cette unité de formation d'image est notamment, mais pas exclusivement du type mettant en oeuvre procédé électrophotographique, selon lequel une encre, parfois appelée toner, préalablement transférée depuis un tambour photo-sensitif sur un support, le plus souvent en papier, est fixée thermiquement sur ce support.

Dans ce procédé connu d'électrophotographie, le toner transféré sur la feuille de papier puis fondu grâceà l'apport de chaleur effectué par un élément chauffant et de cette façon fixé sur la feuille de papier. procédé électrophotographique a de nombreuses applications, notamment dans le domaine bureautique, dans les copieurs, les imprimantes laser, unités d'impression pour télécopieurs, etc... Il existe toutefois d'autres applications faisant intervenir des éléments linéaires de chauffage, par exemple les appareils scellement de poches en matériaux thermoplastiques.

Pour permettre la réalisation d'une unité de fixation d'images compacte légère, et pour permettre une montée rapide de la temperature de l'élément chauffage jusqu'à sa température de service, Félement de chauffage, a longtemps eu la forme d'un tube contenant une 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 le filament de l'élément chauffantà 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 faible épaisseur, peut être amenée presque instantanémentà la température necessaire à la fixation du toner par application d'un courant aux deux extrémités de la résistance. C'est pourquoi un tel élément 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 presente un faible temps d'attente après le début du passage du courant.

Plus précisément, les éléments linéaires de chauffage du type précité sont composés d'un substrat isolant en céramique de forme rectangulaire allongée, d'une bande chauffante déposée sur substrat, et de deux électrodes conductrices recouvrant partiellement chaque extrémité de cet élément chauffant. La résistance est généralement protégée une couche vitreuse électriquement isolante.

De tels éléments linéaires de chauffage font actuellement partie d'unités de fixation incorporées dans des copieurs, pour la 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 transversaleà l'élément de chauffage,à même vitesse que le film, cette feuille étant maintenue contre l'élément de chauffage par un rouleau de pression. L'image est fixée sur le papier par la chaleur transmise par l'élément chauffant au travers du film, pendant le mouvement la feuille.

Ces eléments de chauffage donnent globalement satisfaction quant à leur fonction première qui est d'atteindre une température service qui peut aller jusqu'à 250"C, en quelques secondes. lis présentent cependant de nombreux inconvénients dusà leur structure même. Une part non négligeable de chaleur dissipée via le substrat par le châssis. Pour réduire cette perte, une quantité plus importante d'énergie est nécessaire pour atteindre la température de fusion du toner.

D'autre part, la température moyenne de fonctionnement de l'élément de chauffage étant élevée, la structure du châssis subit un vieillissement important par fatigue thermique. Afin lutter contre ce vieillissement, les matériaux utilisés pour réaliser le châssis doivent être de haute performance, ce qui entraîne un coût important pour ces pièces.

On comprendra aisément que les inconvénients précités peuvent se retrouverà propos d'autres utilisations d'éléments linéaires de chauffage, par exemple dans des appareils de scellement de pochettes thermoplastiques.

L'invention a pour objet de pallier les inconvénients précités.

Elle propose très généralement de prévoir une rangée de trous qui permet d'isoler la zone chauffée par le filament vis-à-vis du reste du châssis de l'unité dans lequel l'élément linéaire de chauffage est intégré.

L'invention propose ainsi une unité de chauffage comportant un châssis et un élément chauffant fixe par rapportà ce châssis, cet élément chauffant comportant un filament longeant un élément porteur liéà ce châssis, caractérisé en ce que cet élément porteur comporte, d'un coté au moins du filament, une série de trous sensiblement parallèleà ce filament.

Bien entendu, il est avantageux que cet élément porteur comporte une série de trous de chaque côté du filament, ce qui contribueà une meilleure isolation thermique du filament vis-à-vis du reste de l'unité.

De manière préférée, les séries de trous disposées part et d'autre du filament sont symétriques par rapportà celui-ci; cela correspondà une grande facilité de réalisation.

De manière préférée, afin de compenser les pertes thermiques au niveau des électrodes situées aux extrémités de l'élément chauffant et augmenter ainsi la longueur active (correspondantà un échauffement homogène du filament), l'importance des parties évidées (matérialisée par une série de trous) augmente depuis un minimum, en regard transversalement de la portion médiane du filament, jusqu'à un maximum en regard transversalement des extrémites de ce filament, destinéesà être fixéesà des électrodes d'alimentation électrique.

Cette importance minimum peut être réalisée soit par une densité de trous minimum, sot par une dimension longitudinale minimum, de même que l'importance maximum peut être réalisé par une densité trous maximum ou une dimension longitudinale plus grande.

Diverses implantations sont possibles, selon nature de l'élément porteur. C'est ainsi que, lorsque l'élément porteur comporte un substrat sur lequel le filament est réalisé, et un support faisant partie châssis, les trous peuvent être réalisés dans le substrat, ou dans le support lui-même. Bien entendu, lorsque l'élément porteur est constitué d'une seule pièce formant support et substrat et que le filament est directement réalise sur ce support, les trous sont réalisés dans cette pièce support.

service, l'élément porteur est destinéà presenter une face en regard d'une zoneà chauffer. De manière préférée, le filament est réalisé sur cette face l'élément porteur, dite face avant ou active.

filament peut être réalisé par sérigraphie d'une matière métallique, exemple de la pâte d'argent/palladium. surface sur laquelle le filament réalisé peut être en tout matériau approprié. Lorsque l'élément porteur comporte au moins une partie métallique, c'est préférence dans cette partie métallique que sont réalisés les trous.

est intéressant de noter que le choix pour l'ensemble de l'élément porteur matériau métallique permet aisément que cet elément porteur soit à la fois un support pour le filament, un élément de structure du châssis et un support pour les fils d'alimentation. En outre, le risque endommagement de ce substratdû à des chocs thermiques ou mécaniques faible. La fiabilité et la durée de vie d'un tel dispositif de chauffage sont donc élevées. L'utilisation pour le substrat d'un matériau métallique offre la possibilite faire appelà des techniques de fabrication bien connues et faciles d'emploi: ce substrat peut être moule ou obtenuà partir d'une simple tôle par découpe mécanique ou chimique, laser, jet d'eau, estampillage, etc...

Il est important de noter que le fait que le filament, selon un aspect de l'invention en soi, soit directement solidaire d'un élément de structure du châssis l'unité de chauffage réduit le nombre et la complexité des pièces nécessairesà une telle unité.Il en résulte une diminution de coût. Cette diminution de coût se rajoute au gain réalisé par le choix d'un matériau métallique plutôt qu'un matériau céramique comme dans les solutions antérieures.

L'invention concerne également une unité de fixation d'images comportant une unité de chauffage du type précité.

objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnéeà titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: - figure1 est une vue de dessus d'un élément linéaire de chauffage conformeà l'invention; - figure 2 est un graphe illustrant la répartition de température en service le long de l'élément linéaire de chauffage de cette figure1 ; - figure3 est une vue en coupe de cet élément linéaire de chauffage, selon la ligne longitudinale de coupe111-111 de la figure; - figure 4 est une vue en perspective d'un autre élement linéaire de chauffage conformeà l'invention; et - figure5 est une vue schématique d'une unité chauffage intégrant l'élément linéaire de chauffage de la figure 4, dans cas d'une fixation de toner.

figures1 et3 représententà titre d'exemple un élément linéaire de chauffage conformeà l'invention, désigné sous la référence générale10. Celui-ci comporte un substrat métallique1, une couche vitreuse un filament ou bande chauffe3, deux terminaisons conductrices 4, et une couche de protection vitreuse5. tel élément linéaire de chauffage est notamment adaptéà être intégré dans une unité de fixation de toner, par exemple pour une formation d'images.

substrat métallique1 est ici de forme parallélépipédique dont dimension principale (typiquement260 mm) est légèrement supérieureà zone où toner doit être fixé. La couche vitreuse 2 (d'épaisseur par exemple égaleà #tm environ) est déposée sur le substrat1. La bande de chauffe est déposee sur la couche vitreuse 2. Les terminaisons conductrices 4 sont déposées sous forme de couches sur chacune des extrémités de la bande chauffe3, en la chevauchant partiellement. La couche de protection5 déposée telle sorte qu'elle couvre la bande de chauffe3, la couche vitreuse 2 et partiellement les terminaisons conductrices 4.

Dans le mode de réalisation décrit, la bande de chauffe3 réalisée exemple avec une épaisseur de l'ordre de 20 #tm) à partir d'une pâte d'argent palladium sérigraphiée et cuiteà 850"C environ. Le choix acier inoxydable classique (par exemple de nuance A430) comme substrat métallique est justifié notam ment par sa bonne résistanceà cette température. Les terminaisons conductrices 4 sont réaliséesà partir d'argent.

fonctionnement d'un tel élément chauffant10 est le suivant bande chauffe3 génère de la chaleur quand une puissance lui appliquee les terminaisons conductrices 4, elles-mêmes alimentées des fils d'alimentation (non représentés). L'opération de chauffe de la bande chauffe3 atteint rapidement sa température de fonctionnement, en réponse a la puissance appliquée. La couche de protection5 est ici une fine épaisseur l'ordre Ainsi la chaleur générée par la bande de chauffe3 est aussi transmise rapidementà la surface libre de la couche de protection5.

figure5 représente un autre type d'élément chauffant30, configuration générale originale en soi, qui comporte un substrat en acier inox sous forme corps11 formant un élément de châssis, rigidifié par sa forme enU. corps11 est obtenu par estampillage et comporte un tronc principal 14, prolongeà chacune de ses extrémités par deux pattes d'attache 12 et un embout flottant13.

tronc principal 14 est en forme deU, afin de résister notammentà la force exerce un rouleau de pression18. A chaque extrémité du tronc 14, les trois branches formant leU se séparent: la partie centrale reste dans son prolongement formant l'embout flottant13 et les deux parties latérales sont pliéesà vers l'extérieur, formant deux des pattes d'attache 12. Le corps1 étant symetrique en ce qui concerne au moins sa fonction, il est donc pourvu de deux embouts13 et de quatre pattes d'attache 12.

pattes d'attache présentent des moyens de fixation (un trou représente sur chacune des pattes) afin d'associer au corps11 d'autres éléments nécessairesà l'unité de fixation, tels que des rouleaux de convoyage, ou de le positionner dans le reste de la machine. L'élément chauffant30 obtenu en déposant la couche isolante 2 sous forme de bande rectangulaire, d'un embout13 à l'autre, en passant par le corps et ceà l'extérieur duU. bande de chauffe3 est ensuite déposée sur la couche isolante 2, mais seulement au niveau du corps11. Une terminaison conductrice 4 est déposee sur chacun des embouts13, chevauchant sur quelques millimètres la bande chauffe3. Le tronc a par exemple une épaisseur de1,6 mm et une largeur 20 mm.

Enfin, la couche de protection5 est déposée de telle sorte qu'elle couvre la bande de chauffe3, la couche isolante 2 et partiellement terminaisons conductrices 4.

On notera que, de façon intéressante en soi, le corps11 présente avantageusement les trois fonctions suivantes substrat pour élément chauffant élément de structure pour ensemble mécanique; et support pour fils d'alimentation: des câbles d'alimentation peuvent être vissés directement sur les terminaisons conductrices 4, grâces aux taraudage effectués sur les embouts13. Ainsi, outre ses excellentes performances thermo-mécaniques décrites plus haut, l'utilisation d'un tel élément chauffant, permet de réduire le nombre de pièces et de simplifier l'assemblage de l'unité de fixation.

L'élément chauffant30 est incorporé dans un copieur, pour la fixation d'image sur feuille de papier. La figure 4 représente une unité de fixation faisant partie de ce copieur, comportant l'élément chauffant30 conformeà l'invention et un châssis100. L'unité de fixation comporte aussi un film protecteur25, qui se déplace sans fin sur la face active l'élément chauffant30, convoyée par deux rouleaux d'entraînement portés par le châssis. Une feuille de papier19, sur laquelle une image non fixée (particules de toner 20) est imprimée, se déplace dans la direction transverse de la bande de chauffe3, à la même vitesse que le film25, en sorte de définir localement un trajet de feuille, matérialisé par cette feuille. Le rouleau de pression18 la maintient contre le film25. L'image est fixée sur le papier la chaleur transmise par la bande de chauffe3, pendant le mouvement de feuille. Cette zone de contact, définie entre le rouleau de pression18 et l'élément chauffant, est appelée "zone de fixation".

Selon une caractéristique importante de l'invention, afin de concentrer l'énergie thermique au niveau de ladite zone de fixation, le tronc 14 du corps11 de figure5, respectivement le substrat1 des figures1 et3, comporte une série de trous ou perforations s'étendant sur toute sa longueur, de préférence part et d'autre du filament3. Ces séries trous sont ici symétriques rapport au filament (trous de diamètre de1 Une barrière thermique ainsi créée, limitant les pertes thermiques au niveau des parois latérales corps 14, respectivement du substrat1. Les parties latérales du corps11, ainsi les pattes d'attache 12, sont, par conséquent, soumisesà des variations température restreintes: la déformation l'unité de fixation en est limitee.

trous sont désignés sous les références1 à 15e.

plus, afin de compenser les pertes thermiques niveau des électrodes fils d'alimentation, il est avantageux d'agencer, voisinage de ces parties, des trous15b à 15e plus grandes tailles qu'en regard transversalement de la zone médiane filament, laquelle peut représenter plus des trois quarts de cette longueur.

Sur la figure 2, la courbe en trait fantôme représente la répartition de température selon la longueur d'un élément chauffant doté d'une barrière thermique dite "homogène" car elle est composée de trous agencés de manière homogène de part et d'autre de la couche isolante. En revanche, la courbe en trait plein représente la répartition température selon la longueur de l'élément chauffant10 ou30, doté, comme le montre la figure1 ou5, d'une barrière thermique dite "non homogène" car elle est composée de trous de tailles croissantes vers les embouts de part et d'autre de la couche isolante (ces deux configurations ont une repartition de trous identique au milieu du substrat1 ou11).

La forme des trous, circulaire, oblongue.... leurs positionnements, alignés, en quinconce.... ainsi que fait d'être débouchants; ou non, permet de concevoir de manière souple efficace cette barrière thermique "non homogène".Il est apparu particulièrement efficace de donnerà ces trous une dimension transversale constante (typiquement de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres jusqu'à l'ordre du millimètre), en faisant varier leur dimension longitudinale; maniere préférée, leurs espacements longitudinaux sont constants.

Ainsi, la dissipation thermique de l'élément de chauffe est concentrée au voisinage du passage la feuille, les autres endroits étant relativement bien isolés naturellement. plus, la surface active de l'élément chauffant est substantiellement augmentee.

Par conséquent, l'utilisation d'un tel élément chauffant s'avère plus performante et nécessite moins de puissance qu'un élément chauffant traditionnel, pour un coût de fabrication de fonctionnement moindre.

Dans un autre mode de réalisation, on peut très bien imaginer que la figure1 représente un élément de chauffage constitué des parties 2,3 et 4 liéà un support1, les trous étant ménagés dans support. Dans ce cas, le substrat de l'élément de chauffage est différent support.

De nombreuses autres variantes peuvent bien sûr être proposées.

Claims

REVENDICATIONS 1. Unité de chauffage comportant un châssis(100) et un élément chauffant(10, 30) fixe rapportà ce châssis, cet élément chauffant comportant un filament longeant un élément porteur lié au châssis, caractérisée en ce que elément porteur (1,14)comporte, d'un côté au moins du filament, une série de trous (15a- 15e) sensiblement parallèleà ce filament. 2. Unité selon revendication1, caractérisée en ce que l'élément porteur comporte une série trous de chaque côté du filament. 3. Unité selon revendication 2, caractérisée en ce que les séries de trous sont symétriques rapport au filament. 4. Unité selon l'une quelconque des revendications1 à 3, caractérisée en ce l'importance des parties évidées augmente depuis un minimum, en regard transversalement de la portion médiane, jusqu'à un maximum, en regard transversalement des extrémités du filament. 5. Unité selon l'une quelconque des revendications1 à 4, caractérisée en ce l'élement porteur comporte un substrat(1) sur lequel le filament est réalisé, un support(101) faisant partie du châssis, les trous étant réalisés dans le substrat. 6. Unité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'elément porteur comporte un substrat(11) faisant partie du châssis sur lequel le filament est réalisé, les trous étant réalisés dans ce substrat. 7. Unité selon l'une quelconque des revendications1 à 4, caractérisée en ce que l'élément porteur comporte un substrat sur lequel le filament est réalisé, et un support faisant partie du châssis, les trous étant réalisés dans le support 8. Unité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que filament est réalisé sur une face de l'élément porteur (Il 0, 30) qui est destinéeà etre tournée vers une zoneà chauffer. 9. Unité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée ce que l'élément porteur comporte au moins partie métallique(1 1), les trous étant réalisés dans cette partie métallique. 10, Unité de fixation d'image comportant un trajet(1 pour un support d'image, et une unité de chauffage auprès de ce trajet qui est conforme à l'une quelconque des revendications1 à 9.