Brevet FR2805705A1 — publié le 20010831

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 grâce à 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 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 faible épaisseur, peut être amenée presque instantanément à 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 transversale à 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 dus à 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 retrouver à 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 rapport à ce châssis, cet élément chauffant comportant un filament longeant un élément porteur lié à ce châssis, caractérisé en ce que cet élément porteur comporte, d'un coté au moins du filament, une série de trous sensiblement parallèle à ce filament. Bien entendu, il est avantageux que cet élément porteur comporte une série de trous de chaque côté du filament, ce qui contribue à 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 rapport à celui-ci ; cela correspond à 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 (correspondant à 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, destinées à être fixées à 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 destiné à presenter une face en regard d'une zone à 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 substrat dû 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 appel à des techniques de fabrication bien connues et faciles d'emploi : ce substrat peut être moule ou obtenu à 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 nécessaires à 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, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : - figure 1 est une vue de dessus d'un élément linéaire de chauffage conforme à l'invention ; - figure 2 est un graphe illustrant la répartition de température en service le long de l'élément linéaire de chauffage de cette figure 1 ; - figure 3 est une vue en coupe de cet élément linéaire de chauffage, selon la ligne longitudinale de coupe 111-111 de la figure ; - figure 4 est une vue en perspective d'un autre élement linéaire de chauffage conforme à l'invention ; et - figure 5 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. figures 1 et 3 représentent à titre d'exemple un élément linéaire de chauffage conforme à l'invention, désigné sous la référence générale 10. Celui-ci comporte un substrat métallique 1, une couche vitreuse un filament ou bande chauffe 3, deux terminaisons conductrices 4, et une couche de protection vitreuse 5. tel élément linéaire de chauffage est notamment adapté à être intégré dans une unité de fixation de toner, par exemple pour une formation d'images. substrat métallique 1 est ici de forme parallélépipédique dont dimension principale (typiquement 260 mm) est légèrement supérieure à zone où toner doit être fixé. La couche vitreuse 2 (d'épaisseur par exemple égale à #tm environ) est déposée sur le substrat 1. 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 chauffe 3, en la chevauchant partiellement. La couche de protection 5 déposée telle sorte qu'elle couvre la bande de chauffe 3, la couche vitreuse 2 et partiellement les terminaisons conductrices 4. Dans le mode de réalisation décrit, la bande de chauffe 3 réalisée exemple avec une épaisseur de l'ordre de 20 #tm) à partir d'une pâte d'argent palladium sérigraphiée et cuite à 850"C environ. Le choix acier inoxydable classique (par exemple de nuance A430) comme substrat métallique est justifié notam ment par sa bonne résistance à cette température. Les terminaisons conductrices 4 sont réalisées à partir d'argent. fonctionnement d'un tel élément chauffant 10 est le suivant bande chauffe 3 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 chauffe 3 atteint rapidement sa température de fonctionnement, en réponse a la puissance appliquée. La couche de protection 5 est ici une fine épaisseur l'ordre Ainsi la chaleur générée par la bande de chauffe 3 est aussi transmise rapidement à la surface libre de la couche de protection 5. figure 5 représente un autre type d'élément chauffant 30, configuration générale originale en soi, qui comporte un substrat en acier inox sous forme corps 11 formant un élément de châssis, rigidifié par sa forme en U. corps 11 est obtenu par estampillage et comporte un tronc principal 14, prolonge à chacune de ses extrémités par deux pattes d'attache 12 et un embout flottant 13. tronc principal 14 est en forme de U, afin de résister notamment à la force exerce un rouleau de pression 18. A chaque extrémité du tronc 14, les trois branches formant le U se séparent : la partie centrale reste dans son prolongement formant l'embout flottant 13 et les deux parties latérales sont pliées à vers l'extérieur, formant deux des pattes d'attache 12. Le corps 1 étant symetrique en ce qui concerne au moins sa fonction, il est donc pourvu de deux embouts 13 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 corps 11 d'autres éléments nécessaires à l'unité de fixation, tels que des rouleaux de convoyage, ou de le positionner dans le reste de la machine. L'élément chauffant 30 obtenu en déposant la couche isolante 2 sous forme de bande rectangulaire, d'un embout 13 à l'autre, en passant par le corps et ce à l'extérieur du U. bande de chauffe 3 est ensuite déposée sur la couche isolante 2, mais seulement au niveau du corps 11. Une terminaison conductrice 4 est déposee sur chacun des embouts 13, chevauchant sur quelques millimètres la bande chauffe 3. Le tronc a par exemple une épaisseur de 1,6 mm et une largeur 20 mm. Enfin, la couche de protection 5 est déposée de telle sorte qu'elle couvre la bande de chauffe 3, la couche isolante 2 et partiellement terminaisons conductrices 4. On notera que, de façon intéressante en soi, le corps 11 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 embouts 13. 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 chauffant 30 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 chauffant 30 conforme à l'invention et un châssis 100. L'unité de fixation comporte aussi un film protecteur 25, qui se déplace sans fin sur la face active l'élément chauffant 30, convoyée par deux rouleaux d'entraînement portés par le châssis. Une feuille de papier 19, sur laquelle une image non fixée (particules de toner 20) est imprimée, se déplace dans la direction transverse de la bande de chauffe 3, à la même vitesse que le film 25, en sorte de définir localement un trajet de feuille, matérialisé par cette feuille. Le rouleau de pression 18 la maintient contre le film 25. L'image est fixée sur le papier la chaleur transmise par la bande de chauffe 3, pendant le mouvement de feuille. Cette zone de contact, définie entre le rouleau de pression 18 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 corps 11 de figure 5, respectivement le substrat 1 des figures 1 et 3, comporte une série de trous ou perforations s'étendant sur toute sa longueur, de préférence part et d'autre du filament 3. Ces séries trous sont ici symétriques rapport au filament (trous de diamètre de 1 Une barrière thermique ainsi créée, limitant les pertes thermiques au niveau des parois latérales corps 14, respectivement du substrat 1. Les parties latérales du corps 11, ainsi les pattes d'attache 12, sont, par conséquent, soumises à des variations température restreintes : la déformation l'unité de fixation en est limitee. trous sont désignés sous les références 1 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 trous 15b 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 chauffant 10 ou 30, doté, comme le montre la figure 1 ou 5, 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 substrat 1 ou 11). 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 donner à 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 figure 1 représente un élément de chauffage constitué des parties 2, 3 et 4 lié à un support 1, 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. REVENDICATIONS 1. Unité de chauffage comportant un châssis (100) et un élément chauffant (10, 30) fixe rapport à 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 parallèle à ce filament. 2. Unité selon revendication 1, 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 revendications 1 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 revendications 1 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 revendications 1 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 destinée à etre tournée vers une zone à 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 revendications 1 à 9.