Brevet FR2805707A1 — publié le 20010831

présente invention concerne la régulation en température élément chauffant, notamment pour feuille, plus particulièrement utilisé dans procédé électrophotographique pour la fixation de toner transféré d'un tambour photosensitif sur une feuille de papier. Dans le procédé appelé électrophotographique, le toner est transferé d'un tambour photosensitif sur une feuille de papier, puis fondu l'échauffement d'un élément chauffant et de cette façon fixé sur la feuille papier. Le procédé électrophotographique trouve une large application dans domaine copieurs, des imprimantes lasers, des unités d'impression pour télécopieurs, etc... Pour permettre l'utilisation d'une unité de fixation compacte et légere dans le procedé électrophotographique et pour porter l'unité de chauffe à une température opérationnelle sur une période de temps très courte, l'élément chauffant de fixation, qui est traditionnellement de forme tubulaire contenant une lampe halogène, est remplacé dans certains cas par un chauffage qui comprend bande d'élément chauffant, appelée résistance chauffante, pourvue sur substrat. Cette résistance, généralement de faible épaisseur, peut être chauffée presque instantanément à la température de fixation toner après le passage d'un courant entre les deux extrémités de la résistance. Selon l'état dans lequel se trouve l'élément chauffant avant le passage courant, la quantité d'énergie nécessaire pour atteindre la température fusion du toner sera différente. Ainsi, un cycle thermique doit être fourni par bande chauffante. La régulation en température de la bande chauffante réalisée classiquement par un composant semi-conducteur type thermistance place à proximité de la bande chauffante. Les éléments de chauffages conventionnels de ce type sont composés d'un substrat en céramique isolant en forme de plaque rectangulaire allongée, d'un filament déposé sous forme d'une bandelette sur la surface superieure active du substrat et de deux électrodes conductrices recouvrant partiellement chaque extrémité opposée du filament. La résistance géneralement protégée par une couche vitreuse isolante. Sur la face opposee à face active, une thermistance est montée en surface : elle repose directement sur le substrat isolant céramique. Deux électrodes conductrices assurent le passage de courant entre la thermistance et les extrémités l'élement de chauffage. Le contact entre les électrodes et la thermistance réalisé par deux points de colle conductrice électrique. Afin de favoriser transfert thermique, une colle conductrice thermique est également appliquee entre la thermistance et le substrat. Lorsqu'un courant électrique est appliqué la bande chauffante, la chaleur générée se propage vers la thermistance. propriété de Coefficient de Température Négatif (CTN) permet à thermistance de voir la valeur de sa résistance électrique diminuer quand température augmente. Cette variation suit une loi exponentielle connue qui permet une régulation thermique du procédé de fixation du toner sur le papier. Un tel élément chauffant faisant partie d'une unité de fixation est incorporé dans un copieur, pour la fixation d'image sur feuille de papier. L'unité de fixation comporte en outre un film protecteur, qui se déplace sans fin sur la face active de l'élément chauffant, convoyée par des rouleaux d'entraînement. Une feuille de papier, sur laquelle une image non fixée est imprimée, se déplace dans la direction transverse de l'élément chauffant, à la même vitesse que le film, maintenue contre ce dernier par un rouleau de pression. L'image est fixée sur le papier par la chaleur transmise par l'élément chauffant et régulée par la thermistance, pendant le mouvement de la feuille fait, le fonctionnement d'une unité de fixation de toner ou plus généralement d'un dispositif de chauffage destiné à appliquer de la chaleur à une succession de produits, est discontinu. II est en effet inutile de maintenir l'élément chauffant ou filament à sa température de service dès lors qu'il n'y a pas de feuille (ou autre produit à chauffer) qui soit sur point d'arriver à la zone de fixation. C'est pourquoi, en pratique, il est généralement prévu d'ajouter détecteurs de feuilles destinés à détecter le franchissement ou la sortie feuilles hors de la zone de fixation, et de commander un arrêt de l'alimentation de l'élément chauffant, dès lors qu'il a eté vérifié qu'aucune nouvelle feuille n'est sur le point de parvenir à la zone de fixation. L'implantation des moyens de détection feuille, destinés à détecter sortie de feuilles, peut poser des problèmes. est en effet difficile d'implanter de tels dispositifs à l'intérieur même de la zone fixation, pour des raisons place ; par ailleurs, le fait de les disposer en aval peut nuire à la compacite d'ensemble de l'unité dans laquelle l'élément chauffage est intégré. D'autre part, il a été proposé dans le brevet 5 262 834 une configuration permettant de disposer d'un filament résistif et détecteur de température sur un même substrat, sur l'une ou l'autre face de celui ci, notamment par sérigraphie, ceci afin de mesurer la température du filament. Toutefois, n'était pas prévu d'utiliser ce détecteur, situé à proximité immédiate du trajet feuille, pour détecter la présence de feuille et ainsi se dispenser de la présence détecteur spécifique pour cette fonction. L'invention vise à pallier ces inconvénients en permettant un contrôle efficace de température d'un dispositif de chauffage, et ce pendant les périodes utiles, tout en garantissant, avec un nombre minimum de pièces, un déclenchement fiable et rapide de l'interruption de l'alimentation à la fin de l'opération chauffage d'une série donnée de feuilles. L'invention propose à cet effet un procédé de commande d'un dispositif chauffage comportant un filament résistif pour l'application de chaleur à des produits suivant un trajet, dans une direction donnée mais selon une séquence inconnue, comportant les étapes consistant à - surveiller l'arrivée d'un produit à chauffer en amont du filament; - amener et maintenir le filament à une température sensiblement constante de service lorsqu'un produit est détecté en amont ; - laisser refroidir le filament lorsqu'un produit a franchi le filament alors qu'aucun autre produit n'est détecté en amont ; caractérisé en ce qu'on détecte qu'un produit a franchi le filament par détection d'une transition caractéristique dans un signal de mesure représentatif de la température du filament. L'invention tire en fait profit de ce que les détecteurs de température peuvent désormais être d'une précision suffisante pour permettre de détecter de manière fiable l'arrivée ou la sortie d'une feuille, grâce à une bonne détection des perturbations de la température qui sont induites, qui permet de se dispenser d'un détecteur spécifique de produit dans la zone de chauffage ou en aval de celle-ci. En pratique, dans la mesure où le produit qui arrive est en pratique relativement froid, sa présence dans la zone de chauffage se traduit par une baisse de température, et sa sortie par une hausse de température, relativement nette voire brutale (par exemple, une dizaine de degrés en une dizaine de secondes), ce qui correspond à une transition aisément distinguable à de simples fluctuations de température. Pour la mise en oeuvre du procédé, l'invention propose également un dispositif de chauffage comportant * un trajet de produit que des produits destinés à être chauffés sont adaptés à suivre selon une direction donnée, selon une séquence inconnue; * un élément linéaire de chauffage disposé auprès de ce trajet en une zone de chauffage et comportant un filament de chauffage longeant un substrat ; * un détecteur de température disposé dans la zone de chauffage destiné à fournir un signal représentatif de la température du filament; * un détecteur de produit disposé en regard du trajet en amont de l'élément linéaire de chauffage ; * des moyens pour détecter la sortie d'un produit hors de zone de chauffage ; et un dispositif de contrôle d'alimentation connecté au filament, au détecteur produit et au détecteur de température conçu en sorte garantir le maintien la température du filament dans une plage donnée lorsque un produit prealablement détecté par le détecteur de produit traverse zone de chauffage suivant le trajet, et connecté aux moyens de détection de sortie pour interrompre l'alimentation du filament lorsque ces moyens de detection de sortie ont detecté la sortie du produit hors de cette zone caractérisé en ce que les moyens pour détecter la sortie produit hors de zone de chauffage comportent des moyens pour detecter une transition donnée dans le signal du détecteur de température. manière préférée, pour des raisons de compacité et pour optimiser l'asservissement en température, le détecteur de température et le filament sont portés par un même substrat au sein de l'élément linéaire de chauffage. est tout particulièrement intéressant de disposer le filament et le détecteur sur une même face tournée vers le trajet de produit, ce combine un très bon rendement thermique (la chaleur est générée là où elle utile) et une mesure de la température de la zone de chauffage elle-même, est à dire de la température à laquelle le produit est soumis lors de son passage ; cela permet un asservissement de température de très bonne qualité. Le détecteur de température peut être en amont ou en aval du filament. Le détecteur de température et le filament peuvent même être superposés. Ces éléments sont avantageusement réalisés en couches minces ou épaisses (par exemple par sérigraphie). . L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement dans le domaine de la fixation de toner, et propose ainsi une unité de fixation comportant un trajet de circulation de feuilles et un dispositif de chauffage du type précité. Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de chauffage conforme à l'invention ; - la figure 2 est un diagramme représentant un exemple d'évolution au cours du temps de divers paramètres de ce dispositif de chauffage ; - la figure 3 est un organigramme simplifié du fonctionnement de ce dispositif de chauffage ; - la figure 4 est une vue schématique de dessus d'un élément linéaire de chauffage adapté à la mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe de cet élément selon ligne IV-IV de cette figure 4 ; - la figure 6 est une variante de cette figure 5 ; - la figure 7 est une vue schématique de dessus d'un autre élément linéaire de chauffage ; - la figure 8 en est une vue en coupe selon la ligne de coupe VIII-VIII ; - la figure 9 est une variante de la figure 8 ; - la figure 10 est une vue de dessus d'encore un autre élément de chauffage; - la figure 11 en est une vue en coupe selon la ligne XX ; et - la figure 12 est une vue de ce dispositif selon la ligne XII-XII de cette figure 10. La figure 1 représente schématiquement un dispositif chauffage, par exemple intégré à une unité de fixation de toner, comportant trajet que des produits, tels que des feuilles, suivent, de droite à gauche, selon une séquence inconnue, c'est à dire qu'il y a des séries de produits de nombre quelconque. Un élément linéaire de chauffage 10 est disposé auprès de ce trajet en une zone de chauffage ; il comporte un filament de chauffage 2 longeant un substrat 1 transversal au trajet de produit. Un détecteur de température 3 disposé dans la zone de chauffage est destiné à fournir un signal représentatif de la température du filament. Un détecteur de produit 60 disposé sur le trajet de produit en amont de l'élément linéaire de chauffage Le trajet est matérialisé par une ligne horizontale, qui passe entre un film 25 qui glisse sur la face active du substrat de l'élément linéaire de chauffage, c'est à dire la face qui est dirigée vers le trajet produit, et un rouleau d'appui 70. L'élément de chauffage et ce rouleau définissent la zone de chauffage. Le filament 2, le détecteur de température 3 et détecteur de produit 60 sont connectés à un dispositif de contrôle d'alimentation 50 conçu en sorte de garantir le maintien de la température du filament dans une plage donnée lorsqu'un produit préalablement détecté par le détecteur de produit 60 traverse la zone de chauffage. Selon l'invention le détecteur de température 3 en outre de détecteur de présence de sortie de feuille. En effet la disposition de ce détecteur à proximité immédiate de la zone de fixation permet détecter la modification induite localement par l'entrée ou la sortie d'une feuille. L'asservissement en température réalisé, de toute manière connue appropriée, le dispositif 50, tend à compenser rapidement les fluctuations constatées, mais le passage d'une feuille, notamment sa sortie, induit une fluctuation qu'il possible de caractériser, et donc d'identifier avant qu'elle soit compensée. L'invention propose de surveiller l'apparition de cette fluctuation particulière, spécifique de la sortie d'un produit, dans le signal du détecteur température et d'interpréter la présence de cette fluctuation pour, notamment, déclencher (après une éventuelle temporisation) l'arrêt de l'alimentation du filament. Cette détection, effectuée par des moyens à la portée de l'homme de métier schématisés en 51, peut aussi être mise à profit dans un éventuel circuit de surveillance non bourrage de papier. La figure 2 montre à titre d'exemple les évolutions schématiques au cours du temps de trois signaux A, B et C : le premier signal est formé d'impulsions emises par le détecteur amont (60) lors du passage d'une série feuilles ; le second signal représente l'évolution du courant d'alimentation appliqué au filament et le troisième signal représente l'évolution de température détectée par le détecteur de température (3). déclenchement de l'alimentation du filament par la détection d'une impulsion dans le signal A peut se faire après une temporisation, fonction de l'éloignement du détecteur amont. Ce signal B commence par monter jusqu'à un maximum puis redescendre et osciller autour d'une valeur moyenne (les fluctuations réelles ne sont pas représentées). Le signal C suit à peu près le même profil, avec toutefois des variations plus lentes, compte tenu l'inertie thermique des éléments entourant la zone de fixation. L'entrée de première feuille provoque une baisse de température qui peut être de l'ordre 20 C en quelques secondes (moins de 5 secondes), qui est rapidement compensée l'asservissement. La sortie de cette feuille provoque une fluctuation sens inverse, laquelle est quasi-instantanément masquée l'arrivée feuille suivante. Par contre, lorsque sort la dernière feuille de série, le signal C présente une nette remontée (exagérée sur le dessin pour des raisons lisibilité, indiquée par la flèche D) qui représente une transition caractéristique correspondant à une montée brutale de la température filament pendant une durée donnée, par exemple une montée d'au moins degrés sur une durée de l'ordre de 10 secondes. Cette transition caractéristique est alors interprétée comme étant la fin de la série de feuilles. Dans la mesure où aucune nouvelle impulsion n'a été émise dans le signal , le courant d'alimentation B est coupé et la température C cesse d'être régulée et baisse. Cette baisse va être interrompue car une impulsion apparaît à droite annonçant une nouvelle série de feuille, ce qui va induire un réenclenchement de l'alimentation. figure 3 est un exemple d'organigramme simplifié boucle décrivant procédé mis en oeuvre par le dispositif de commande 50. test 110 est conduit sur la présence d'une feuille amont détecté par détecteur 60. Si ce n'est pas le cas, on commande ou on confirme 1 1 que le de courant d'alimentation est éteint (position OFF). Dans le contraire, on continue par un test 120 qui consiste à détecter la température filament. Si la température du filament mesurée en n'est pas de l'ordre de 5 C (To étant la température de fonctionnement l'élément chauffant, exemple 200 C), on commande un cycle 121 chauffage accéléré filament en mettant le courant d'alimentation en marche (position ON); sinon applique un cycle de régulation 122 maintenant la temperature à To 5 C , surveillant en 130 l'apparition de la transition caractéristique dans le signal représentatif de la température. Lorsque cette transition détectée, on recommence la boucle. figures 4 et suivantes décrivent plus en détail la realisation de plusieurs exemples d'éléments linéaires adaptés à être intégrés à dispositif de chauffage type schématisé à la figure 1. figures 4 et 5, l'élément chauffant 10 comporte substrat céramique , une bande de chauffe 2 ou filament, une résistance regulation 3, deux terminaisons conductrices 4 pour la bande de chauffe, deux terminaisons conductrices 5 pour la résistance de régulation et couche de protection vitreuse 6. substrat 1 est ici un prisme dont la dimension principale est légèrement supérieure à la zone où le toner doit être fixé. La partie supérieure, ou face active, est la surface fonctionnelle de transfert de chaleur. La bande de chauffe 2 déposée sur le substrat 1. Les terminaisons conductrices 4 et 5 sont déposees sous forme de couches aux extrémités respectivement de la bande de chauffe 2 et de la résistance de régulation 3, en les chevauchant partiellement. La résistance de régulation 3 est déposée par sérigraphie au milieu du substrat 1, à proximité de la bande de chauffe 2. figure 5, la couche de protection 6 est déposee de telle sorte qu'elle couvre la bande de chauffe 2, la résistance de régulation 3 et partiellement les terminaisons conductrices 4 et 5. Afin d'optimiser encore le temps de reponse de la résistance de régulation, la couche de protection 6 peut être deposée seulement autour de la résistance (variante de la figure 6), en laissant libre et non couverte la surface supérieure de la résistance 3. Dans le mode de réalisation décrit, la bande chauffe 2, les terminaisons conductrices 4 et 5 sont sérigraphiées et cuites sur le substrat céramique . La résistance de régulation 3 est ensuite déposee par sérigraphie à 850 C environ. La couche vitreuse de protection 6 est enfin déposée et cuite. fonctionnement d'un tel élément chauffant le suivant : la bande de chauffe 2 génère de la chaleur quand une puissance lui est appliquée les terminaisons conductrices 4; elles-mêmes alimentées par des fils d'alimentation (non représentés). La chaleur se propage dans le substrat 1 et dans couche de protection 6. La couche de protection 6 a une fine épaisseur l'ordre de 75 #im. Ainsi la chaleur générée la bande de chauffe transmise à la résistance de régulation 3. Cette dernière voit sa résistance varier avec la température selon une loi connue, lineaire ou non, liée au Coefficient de Température de la Résistance 3 (TCR). Lorsque la température "lue" par la résistance 3 atteint la température fonctionnement nécessaire a la fusion du toner, le système de régulation, lié à résistance 3 et relié au reste de l'unité par les terminaisons 5 et alimenté des fils (non représentés), coupe la puissance électrique apportée à la bande de chauffe 2 ou régule à cette température de fonctionnement. Les figures 7 et 8 présentent un autre type d'élément chauffant qui comporte un substrat métallique 7, une couche vitreuse une bande de chauffe 2, deux terminaisons conductrices 4 pour la bande chauffe, deux terminaisons conductrices 5 pour la résistance de régulation une couche de protection vitreuse 6. Le substrat 7 est toujours un prisme dont la dimension principale est légèrement supérieure à la zone où le toner doit être fixé. revanche, sa nature metallique nécessite la présence d'une couche vitreuse 8 déposée sur le substrat qui constitue une barrière isolante électrique. Le choix d'un acier inoxydable, comme substrat 7 est fonction de sa tenue en température, particulièrement lors de l'étape de cuisson. La couche vitreuse 8 est déposée par sérigraphie sur le substrat 7 et cuite autour de 850 C. La bande de chauffe 2 est déposée sur la couche vitreuse 8. Les terminaisons conductrices 4 et 5 sont déposées sous forme de couches aux extrémités respectivement de la bande chauffe 2 et de la résistance de régulation 3, en les chevauchant partiellement. La résistance de régulation 3 est déposée par sérigraphie au milieu substrat 7, sur la couche vitreuse 8, à proximité de la bande chauffe En figure 8, la couche de protection 6 est déposée de telle sorte qu'elle couvre la bande de chauffe 2, la résistance de régulation 3 partiellement les terminaisons conductrices 4 et 5. Afin d'optimiser encore temps réponse de la résistance de régulation, la couche de protection peut être déposée seulement autour de la résistance (figure 9), en laissant libre et non couverte la surface supérieure de la résistance 3. Pour les cas décrits en figures 4 à 9, la distance minimale entre pistes la bande de chauffe 2 et celles de la résistance de régulation 3 définie des conditions de sécurité liées à la tension de claquage : un minimum 1.5 mm entre ces pistes est nécessaire pour éviter qu'une tension de 1500v appliquée entre les pistes conductrices ne génère plus qu'un courant de fuite 10mA pendant 1 minute. Les figures 10 et 11 présentent une autre position possible pour résistance de régulation conforme à l'invention. Afin de se placer au plus pres de la bande de chauffe 2 tout en respectant les consignes de sécurité liées à tension claquage, la résistance de régulation est déposée sous la bande chauffe Dans le cas d'un substrat métallique 7, une couche vitreuse 8 déposée sérigraphie sur le substrat 7 pour assurer l'isolation électrique. terminaisons 5 et la résistance de régulation 3 sont ensuite déposées sur couche vitreuse 8 et cuites autour de 850 C. Une seconde couche vitreuse est sérigraphiee, recouvrant totalement la résistance de regulation 3 et partiellement première couche vitreuse 8 et les terminaisons La bande de chauffe 2 est déposée sur la couche vitreuse 9. Les terminaisons conductrices 4 sont déposees sous forme de couches aux extrémités de la bande de chauffe 2, en la chevauchant partiellement. La seconde couche vitreuse assure donc l'isolation électrique entre les deux pistes que constituent les terminaisons 5 et la résistance régulation 3 d'une part, les terminaisons 5 et résistance de régulation 3 d'une part, les terminaisons 4 et la bande de chauffe d'autre part. Les terminaisons 5 sont sensiblement plus longues que les terminaisons 4 (figure 12), manière à permettre la connexion électrique fils (non représentés). Enfin, la couche de verre protecteur 6 recouvre bande de chauffe 2 partiellement les terminaisons 4. Dans cette configuration, la résistance régulation 3 se trouve située à la verticale de la bande de chauffe 2, à environ 75 #tm de la bande de chauffe 2. Cette faible distance, correspondant à l'épaisseur de la couche vitreuse 9, permet une réponse plus rapide de résistance de régulation 3, et une protection de la résistance de régulation qui n'est alors plus en contact avec le film qui tourne autour de l'ensemble de fixation, tout en assurant les conditions de resistance à l'isolement de tension de claquage. nombreuses autres variantes peuvent bien sûr être proposées. REVENDICATIONS Procédé de commande d'un dispositif de chauffage comportant un filament résistif (2) pour l'application de chaleur à des produits suivant un trajet longeant le filament, suivant une direction donnée, mais selon une séquence inconnue, comportant les étapes consistant à - surveiller (60) l'arrivée d'un produit à chauffer en amont filament; - amener et maintenir (50) le filament à une température sensiblement constante de service lorsqu'un produit est détecté en amont; - laisser refroidir le filament lorsqu'un produit a franchi filament alors qu'aucun autre produit n'est détecté en amont ; caractérisé en ce que on détecte qu'un produit a franchi filament détection d'une transition caractéristique dans un signal de mesure (3, C) representatif de la température du filament. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que transition caractéristique correspond à une montée brutale de température filament pendant une durée donnée. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que transition caractéristique est une montée d'au moins 10 degrés sur une duree de l'ordre 10 secondes. Dispositif ce chauffage comportant * un trajet de produit que des produits destinés à être chauffés sont adaptes à suivre selon une direction donnée, selon une séquence inconnue; * un élément linéaire de chauffage (10) disposé auprès de ce trajet en zone de chauffage et comportant un filament de chauffage longeant substrat ; * un détecteur de température (3) disposé dans la zone chauffage destiné à fournir un signal représentatif de la température filament ; * un détecteur de produit (60) disposé en regard du trajet en amont de l'élément linéaire de chauffage ; * des moyens pour détecter la sortie d'un produit hors la zone de chauffage ; et * un dispositif (50) de contrôle d'alimentation connecte au filament, au détecteur de produit et au détecteur de température conçu en sorte de garantir maintien de la température du filament dans une plage donnée lorsque un produit préalablement détecté par le détecteur de produit traverse la zone de chauffage suivant le trajet, et connecté aux moyens de détection de sortie pour interrompre l'alimentation du filament lorsque ces moyens de détection sortie ont détecté la sortie du produit hors de cette zone caractérisé en ce que les moyens pour détecter la sortie d'un produit hors de la zone de chauffage comportent des moyens pour détecter une transition donnée dans le signal du détecteur de température (3). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce le détecteur température et le filament sont portés par un même substrat au sein de l'élement linéaire de chauffage. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce le détecteur température et le filament sont disposés sur une même surface du substrat, est orientée vers le trajet de produit. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce le détecteur température est en amont du filament. Dispositif selon le revendication 6, caractérisé en ce le détecteur température est en aval du filament. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce le détecteur température et le filament sont superposés. Unité de fixation de toner comportant un trajet de circulation de feuilles et un dispositif de chauffage conforme à l'une quelconque revendications 4 à 9.