Brevet FR2701575A1 — publié le 19940819

L'invention concerne un appareil de fixage pour le fixage thermique d'une image portée sur un support d'enregistrement, en particulier un appareil de fixage dans lequel l'alimentation en énergie d'un élément chauffant est arrêtée lorsque l'appareil est en attente. Dans le passé, un système à rouleau chauffant tel que montré sur la figure 2 des dessins annexés et décrits ci- après était largement utilisé en tant que système pour fixer thermiquement une image en poudre pigmentaire ou 11 tonerl' sur le support d'enregistrement. Dans ce système, un rouleau 9 de fixage, compre- nant un noyau métallique réalisé en aluminium ou en une matière analogue, et une couche de séparation résistant à la chaleur, formée d'une matière PFA ou analogue, est chauffé depuis l'intérieur par un élément chauffant 10 La tempéra- ture du rouleau 9 de fixage est lue par un élément de détection de température placé en contact avec la surface du rouleau de fixage et elle est transmise à un circuit de commande, non représenté, qui met en marche ou arrête l'élément chauffant 10 afin que la température du rouleau de fixage soit maintenue à une valeur prédéterminée Le rouleau 9 de fixage forme un intervalle de serrage en coopération avec un rouleau presseur 2, et on fait passer dans cet intervalle une feuille de papier P portant une image en toner T de façon que cette dernière se lie par fusion à la feuille de papier P c'est-à-dire qu'elle soit fixée. Cependant, dans ce système, la température du rouleau 9 de fixage devait être maintenue à une valeur élevée même pendant la période d'attente, car il faut un temps relativement long pour que la chaleur provenant de l'élément chauffant 9 atteigne la surface du rouleau de fixage. Par conséquent, pour minimiser le temps de mise en chauffe ainsi que pour économiser entièrement l'énergie consommée pendant la période d'attente ou la réduire à un minimum, on a conçu un appareil de fixage d'un type différent qui comporte un élément chauffant ayant une capacité thermi- que extrêment petite et dont la température s'élève rapide- ment, et un film qui glisse sur cet élément chauffant. Dans un tel appareil dans lequel la température élevée n'est pas limitée pendant la période d'attente, les performances de fixage sont nobablement affectées par la température de l'appareil au moment o l'opération de fixage commence; par exemple, un maculage à haute température est provoqué par une fusion excessive du toner, ou bien, par10 contre, un fixage insuffisant est provoqué par le manque de chaleur. Par conséquent, on a conçu un autre type d'appa- reil de fixage, tel que décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 636 241, dans lequel une température de fixage différente est choisie suivant la température de l'appareil. Cependant, un problème proposé par ce type d'appareil est que, lorsque l'opération d'impression est exécutée par intermittence, la température de l'appareil ne peut pas être connue avec précision Par exemple, la tempé- rature du rouleau chauffant détectée par l'élément de détection de température après que l'appareil a été arrêté varie suivant la température de l'appareil, comme montré par les courbes de rayonnement de chaleur de la figure 5 Une ligne en traits pleins ( 1) représente le cas d'un appareil froid et une ligne en traits tiretés ( 2) et une ligne en traits mixtes à un seul point ( 3) représentent les cas d'appareils relativement chauds et plus chauds, respec- tivement La différence entre ces trois courbes n'est pas détectée dans l'appareil antérieur; par conséquent, la température de fixage de consigne est choisie uniquement sur la base de la température du rouleau chauffant à ce moment. En conséquence, au moment de la reprise de l'opération d'impression avant que la chaleur ait complètement rayonne, une température élevée était parfois choisie en tant que température de fixage de consigne malgré le fait que l'appa- reil était chaud, provoquant ainsi un maculage à chaud et, dans d'autres cas, une basse température était choisie de consigne malgré le refroidissement de l'appareil, provoquant ainsi un fixage insuffisant. Un objet principal de l'invention est donc de procurer un appareil de fixage dans lequel la température précise de fixage peut être sélectionnée quel que soit le niveau de rayonnement thermique provenant de l'appareil.10 Conformément à un aspect de l'invention, l'appa- reil de fixage comporte un élément chauffant; un élément de détection de température destiné à détecter la température de l'élément chauffant; des moyens de commande d'alimentation en énergie destinés à commander l'alimentation en énergie de l'élément chauffant afin que la température détectée par l'élément de détection de température durant une opération de fixage soit maintenue constante à une valeur prédéterminée de fixage; et des moyens de sélection de température destinés à sélectionner une température de fixage en réponse à la fois à la température de l'élément chauffant obtenue avant le commencement du réglage de la température de fixage, et au rythme de variation de la température de l'élément chauffant obtenu par l'application d'une quantité prédéterminée d'énergie à l'élément chauffant ou par son arrêt. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la f igure 1 est une vue en coupe transversale d'une forme avantageuse de réalisation de l'appareil de fixage selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe d'un appareil chauffant antérieur du type à rouleaux; la figure 3 est un diagramme montrant la relation entre la température immédiatement avant le commencement d'une opération et la température de consigne pour l'opéra- tion de fixage; la figure 4 est un diagramme de commande pour commuter la température de fixage durant une opération continue effectuée dans l'appareil de cette forme de réalisa- tion; la figure 5 est un graphique montrant la baisse de la température détectée par le capteur de température dans cette forme de réalisation de l'appareil de l'invention après l'achèvement d'une opération;10 la figure 6 est un diagramme de commande de la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 7 est un diagramme de commande de la seconde forme de réalisation de la présente invention; et la figure 8 est un diagramme de commande pour commuter la température de fixage dans l'appareil selon la présente invention durant une opération continue. La figure 1 est une vue en coupe d'une forme préférée de réalisation de l'appareil de fixage selon l'invention. Sur la figure 1, la référence numérique 1 désigne un film de fixage comprenant un film de base en résine résistant à la chaleur telle qu'un polyimide, et une couche de séparation en matière résistant à la chaleur telle que du PFA ou du PTFE appliquée sur le film de base. La référence numérique 6 désigne un élément chauffant comprenant un substrat conducteur de la chaleur et résistant à la chaleur, en aluminium ou analogue, et une résistance exothermique 5 imprimée suivant une certaine configuration sur le substrat Un capteur 4 de température est collé à la surface arrière de l'élément chauffant 6 La référence numérique 3 désigne un support réalisé en résine d'isolation thermique et maintenant l'élément chauffant 6 et guidant le fil coulissant. La référence numérique 11 désigne un rouleau destiné à entraîner le film 1 de fixage depuis l'intérieur, et la référence numérique 12 désigne un rouleau tendeur destiné à tendre le film 1 de fixage pour l'empêcher de se décaler Le film 1 est entraîné dans le sens indiqué par une flèche.5 Une matière ou un support d'enregistrement P portant une image en toner non fixée est introduite dans la zone de serrage o l'image en toner est chauffée et comprimée pour être fixée de façon permanente sur le support P, puis le support P portant à présent une image fixée est déchargé de10 la zone de serrage. Dès qu'un signal de formation d'une image est appliqué en entrée, l'alimentation en énergie de l'élément chauffant 6 est mise en marche, l'alimentation en énergie de l'élément chauffant 6 étant commandée afin que la température détectée par le capteur de température soit maintenue à une valeur prédéterminée. Après l'achèvement de l'opération de fixage, l'alimentation en énergie de l'élément chauffant 6 est arrêtée à moins qu'un signal de formation de l'image suivante ait été appliqué en entrée. On décrira d'abord un procédé (procédé No 1) utilisé avec la structure décrite ci-dessus, dans lequel une température de consigne T O est sélectionnée en réponse à une température T, détectée par le capteur 4 de température immédiatement avant le commencement de l'opération réelle de fixage. La f igure 3 montre un exemple dans lequel la température T 1 détectée par le capteur de température est classée dans l'un de trois niveaux de températures à chacun desquels est affectée une température de fixage différente Tc. Conformément à ce tableau, lorsque la température détectée Ti n'est pas supérieure à 500 C, il est déterminé que l'appareil s'est refroidi, et une température de 1900 C, qui est d'une valeur relativement élevée, est sélectionnée en tant que température de fixage. Par contre, lorsque la température détectée T 1 n'est pas inférieure à 700 C, il est déterminé que l'appareil est relativement chaud et une température de 1700 C est5 sélectionnée en tant que température de fixage. On décrira à présent un procédé pour sélectionner la température de fixage durant l'opération d'impression continue. La température de fixage doit être commutée même durant l'opération d'impression continue, suivant l'état d'échauffement de l'appareil Ceci est dû au fait que la chaleur est également transmise au support d'enregistrement à partir du rouleau presseur au fur et à mesure que l'appa- reil s'échauffe; par conséquent, la température de consigne à laquelle l'élément chauffant est porté doit être abaissée progressivement pour maintenir constante la quantité globale de chaleur cédée au support d'enregistrement. Si la température du rouleau chauffant n'est pas abaissée, une quantité excessive de chaleur est transmise au support d'enregistrement, provoquant une fusion excessive du toner et, par conséquent, un maculage à chaud. En ce qui concerne le moyen pour estimer le moment o la température de fixage doit être commutée durant l'opération d'impression continue, l'élément chauffant est25 arrêté durant l'intervalle d'une feuille ou pendant la période de post-rotation, puis la température du rouleau chauffant est détectée par le capteur de température afin de déterminer le rythme de variation de température d T/df, sur la base duquel la température de l'appareil est estimée; en d'autres termes, la température de fixage peut être sélec- tionnée en réponse à ce rythme de variation de la tempéra- ture. En référence à la figure 4, lorsque l'appareil s'est refroidi, la valeur d T/df obtenue en arrêtant l'élément chauffant durant l'intervalle d'une feuille devient plus grande, comme montré en (a), qu'une valeur prédéterminée de référence; par conséquent, le réglage de la température est effectué sans modification de la température de consigne. Par ailleurs, lorsque la valeur d T/df est plus petite, comme montré par (b), que la valeur de référence, l'appareil est considéré comme étant chaud; par conséquent, la température de consigne est abaissée. Lorsque le réglage de la température est exécuté de cette manière durant l'opération d'impression continue, la température de fixage est abaissée pas à pas, comme indiqué par la ligne en traits pleins sur la f igure 8 Lorsque l'opération d'impression continue pendant laquelle la température de fixage est modifiée de cette manière est achevée ou interrompue, une température de consigne T 2 est15 stockée, laquelle est sélectionnée en réponse au rythme de variation de température d T/df tandis que la dernière impression avant l'interruption est réalisée. Un procédé par lequel cette température de consigne T 2 est utilisée en tant que température de fixage pour l'opération d'impression relancée est appelé procédé N O 2. Dans cette forme de réalisation, deux températu- res de fixage T 1 et T 2 sélectionnées dans le procédé 1 et dans le procédé 2, respectivement, sont comparées, et la tempéra- ture de valeur plus élevée est sélectionnée en tant que température de fixage pour la reprise de l'opération d'im- pression; Une description plus détaillée sera donnée en référence à la figure 5. Dans le cas de ( 1), dans lequel l'appareil n'a pas été échauffé, la valeur d T/df obtenue en arrêtant l'élément chauffant pendant l'intervalle d'une feuille avant l'arrêt de l'opération d'impression est plus grand, et la température de consigne est établie à 1900 C, qui est une valeur relativement élevée Dans ce cas, T 2 = 1900 C est stocké en tant que température de fixage sélectionnée par le procédé 2, et lorsque l'opération d'impression est relancée alors que de la chaleur rayonne encore, une température de 1900 C est sélectionnée en tant que température de fixage. Dans cette forme de réalisation, la température de fixage est sélectionnée en réponse au niveau de l'état thermique de l'appareil détecté par l'élément de détection de température, comme montré dans le tableau 1. Tableau 1 Température Procédé 1 Procédé 2 Température de fixage détectée Ti R 2 Tc = MAX (T, T 2) 2 70 'C 1700 C 1900 C 1900 C 2 50 Lorsque l'appareil s'est refroidi comme montré, une température de fixage relativement élevée est sélection- née quelle que soit la température initiale de l'élément chauffant, afin d'éviter un fixage insuffisant. Lorsque l'appareil de fixage est légèrement chaud comme indiqué par la ligne en traits tiretés ( 2), T 2 = 1800 C est stocké; par conséquent, la température de fixage de consigne T, pour la reprise de l'opération d'impression, alors que de la chaleur rayonne encore, est sélectionée comme montré dans le tableau 2 ci-dessous. Tableau 2 Température Procédé 1 Procédé 2 Température de fixage détectée T 1 R 2 Tc = MAX (T 1, T 2) 2 70 WC 1700 C, 1800 C 1800 C 2 50 Lorsque l'appareil est suffisamment chaud comme montré par le courbe en traits mixtes à un seul point, T 2 = 1700 C est stockée; par conséquent, la température de fixage de consigne pour la reprise de l'opération d'impression, alors que de la chaleur rayonne encore, est sélectionnée15 comme montré par le tableau 3 suivant. Tableau 3 Température Procédé 1 Procédé 2 Température de fixage détectée Ti R 2 Tc = MAX (TI, T 2) 2 70 WC 170 WC, 1700 C 1700 C 2 50 Lorsque la commande est exécutée conformément à ce tableau, la température de fixage change parfois comme montré sur la figure 7, suivant le temps de remise en marche. En d'autres termes, lorsque l'appareil est chaud, une température relativement basse de fixage est sélectionnée pour empêcher un maculage à chaud, et lorsque l'appareil est refroidi, une température relativement élevée de fixage est sélectionnée pour éviter un fixage insuffisant. Dans cette forme de réalisation, dans laquelle la température de fixage a été sélectionnée sur la base de l'état d'échauffement de l'appareil, la température elle-même et son rythme de variation ont été détectés pour déterminer5 l'état d'échauffement de l'appareil; par conséquent, il devient possible d'éviter à la fois un fixage insuffisant et un maculage à chaud. De plus, les effets précités peuvent être obtenus dans tout type d'opération d'impression continue. Dans cette forme de réalisation, le rythme de variation de la température d T/df a été obtenu en arrêtant l'alimentation en énergie de l'élément chauffant durant l'intervalle d'une feuille, mais il est inutile d'indiquer qu'il peut être obtenu alors que l'alimentation en énergie15 est en marche. Dans la forme de réalisation précédente, le nombre de niveaux de température en fonction desquels la température de fixage est sélectionnée dans le Procédé 1, était égal à celui sélectionné durant l'opération d'impres- sion continue Il est cependant avantageux que le nombre de niveaux de température pour l'opération d'impression continue soit plus élevé. Par exemple, dans une seconde forme de réalisa- tion et en référence à la ligne en traits tiretés de la figure 8, cinq températures de fixage de 1900 C, 1800 C, 1700 C et 1600 C, qui sont sélectionnées suivant le rythme de variation de température, sont prévues et, de plus, les températures détectées dans le Procédé 1 par le capteur de température sont groupées dans les niveaux de température tels que montrés dans le tableau 4 qui suit. Tableau 4 Niveau Température détectée T 1 D 2 110 C 150 (OC) A' m 70 C B > 50 C C Lorsque ce tableau est combiné avec la tempéra- ture de fixage T 2 déterminée par le Procédé 2, la température de consigne Tc est sélectionnée comme montré dans le tableau qui suit. Tableau 5 Procédé 1 Procédé 2 Température de fixage T 1 R 2 Tc = MAX (Tl, T 2) D 150 C T 2 T 2 (l'un de 5 niveaux entre 150 190 C) A' 170 C T 2 L'une de 170 C, 180 C, o C B 180 C T 2 180 C ou 190 C C 190 C T 2 190 C Dans la forme de réalisation précédente, lorsque la température de fixage pour la dernière impression avant l'achèvement ou l'interruption de l'opération d'impression était de 150 C, une température comprise entre 170 C et 190 C était sélectionnée en tant que température de fixage pour l'opération d'impression de reprise mais, dans le cas o l'opération d'impression est reprise immédiatement après l'interruption, la sélection de 1700 C donne parfois une5 quantité excessive de chaleur Par exemple, un cas dans lequel l'opération d'impression est reprise durant la période de post-rotation après l'achèvement d'un cycle d'impression constitue un exemple d'un tel cas Dans ce cas, il existe un risque d'un léger maculage à chaud même dans la forme de réalisation précédente. Dans cette forme de réalisation, lorsqu'un cas tel que décrit ci-dessus se produit, la température de fixage T 2 sélectionnée par le procédé 2 dans lequel le nombre de niveaux de température est encore augmenté, est choisie en tant que température de fixage de consigne T,; en d'autres termes, une commande est exécutée pour amener la température de fixage à être inférieure à celle déterminée en T 1; par conséquent, le maculage à chaud est totalement évité. En outre, dans les deux formes de réalisation, les températures de fixage de consigne étaient sélectionnées en réponse à la température initiale de l'élément chauffant et à son rythme de variation, respectivement, mais la température de fixage de consigne peut être sélectionnée sur la base d'une table produite à l'avance en combinant la température initiale et son rythme de variation. En outre, bien que les formes de réalisation de la présente invention aient été décrites en référence à un appareil de fixage utilisant le système de chauffage par l'intermédiaire d'un film, la présente invention n'est pas limitée à l'appareil de ce type et elle peut être appliquée à des appareils du type à rouleau chauffant dans lequel l'épaisseur du rouleau est diminuée afin que la température du rouleau puisse être élevée rapidement. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil de fixage décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de fixage, caractérisé en ce qu'il comporte un élément chauffant ( 6), un élément ( 4) de détec- tion de température destiné à détecter la température de5 l'élément chauffant; un moyen de commande d'alimentation en énergie destiné à commander l'alimentation en énergie de l'élément chauffant afin que la température détectée par l'élément de détection de la température durant une opération de fixage soit maintenue sensiblement constante à une valeur prédéterminée; et un moyen de sélection de température destiné à sélectionner une température de fixage en réponse à la fois à la température de l'élément chauffant avant le commencement du réglage de la température de fixage et au rythme de variation de la température de l'élément chauffant lorsqu'une quantité prédéterminée d'énergie est fournie à l'élément chauffant ou lorsque celui-ci est arrêté. 2 Appareil de fixage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de sélection de température compare la température de fixage sélectionnée en réponse à la température de l'élément chauffant obtenue avant le commen- cement du réglage de la température de fixage, à la tempéra- ture de fixage sélectionnée en réponse au rythme de variation de la température, et sélectionne la plus élevée de ces valeurs en tant que température réelle de fixage. 3 Appareil de fixage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de sélection de température arrête l'alimentation en énergie de l'élément chauffant après l'achèvement de l'opération de fixage et mesure le rythme de variation de la température à ce moment. 4 Appareil de fixage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un film mobile en contact avec l'élément chauffant et un élément presseur ( 2) pour former une zone de serrage en coopération avec l'élément chauffant, le film étant interposé entre eux. Appareil de fixage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande de l'alimentation en énergie arrête l'alimentation en énergie de l'élément chauffant pendant une période d'attente, quelle que soit la5 température de l'élément chauffant.