DE69412007T2 - Heating element and image heating device using this element - Google Patents

Heating element and image heating device using this element

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DE69412007T2
DE69412007T2 DE1994612007 DE69412007T DE69412007T2 DE 69412007 T2 DE69412007 T2 DE 69412007T2 DE 1994612007 DE1994612007 DE 1994612007 DE 69412007 T DE69412007 T DE 69412007T DE 69412007 T2 DE69412007 T2 DE 69412007T2
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Yasushi C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo 146 Taniguchi
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Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bilderzeugungsgerät, wie ein Kopiergerät, einen Laserstrahldrucker od. dgl., und insbesondere auf ein Heizelement und eine Bildheizvorrichtung, die zur Erwärmung einer unfixierten Abbildung imstande sind.The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a laser beam printer or the like, and more particularly to a heating element and an image heating device capable of heating an unfixed image.

Relevanter Stand der TechnikRelevant state of the art

Eine Bildheizvorrichtung, die ein festes Heizelement und eine dünne, am Heizelement gleitende Folie verwendet, wie in Fig. 51 gezeigt ist, ist beispielsweise im US-Patent Nr. 5 149 941 vorgeschlagen. In Fig. 51 sind eine Heizvorrichtung 500, eine an der Heizvorrichtung 500 gleitende Folie 505, eine Antriebswalze 506, um die Folie 505 anzutreiben, eine angetriebene Walze 507 und eine mit der Heizvorrichtung 500 unter Zwischenfügung der Folie 505 in Berührung befindliche Andruckwalze 508 gezeigt. Die Heizvorrichtung 500 ist mit einem Substrat 501, mit einer am Substrat 501 befindlichen und durch elektrische Stromzufuhr Wärme erzeugenden Widerstandsschicht 502; mit einer isolierenden Schutzschicht 503, um die Widerstaridsschicht 502 zu schützen, und mit einem Traggestell 504, um die vorgenannten Bauteile zu lagern, versehen.An image heating device using a fixed heating element and a thin film sliding on the heating element as shown in Fig. 51 is proposed, for example, in U.S. Patent No. 5,149,941. In Fig. 51, there are shown a heater 500, a film 505 sliding on the heater 500, a drive roller 506 for driving the film 505, a driven roller 507, and a pressure roller 508 in contact with the heater 500 with the film 505 interposed therebetween. The heater 500 is provided with a substrate 501, a resistance layer 502 provided on the substrate 501 and generating heat by supplying electric current; with an insulating protective layer 503 to protect the resistance layer 502, and with a support frame 504 to support the aforesaid components.

Eine thermische Fixierung einer unfixierten Abbildung wird durch Übertragung von Wärme der Heizvorrichtung durch die isolierende Schutzschicht an dieser und eine Gleitberührungsfläche der Folie hindurch erreicht. Wegen der Gleitberührung zwischen der isolierenden Schutzschicht und der Folie tritt jedoch im allgemeinen ein merkbarer Abrieb der Folie auf, wenn die gesamte Strecke einer Gleitbewegung etwa 60 km erreicht. Das resultierende abgeriebene Pulver wird ungleichförmig an der Walze zum Antrieb der Folie niedergeschlagen. Im Ergebnis wird die An triebsgeschwindigkeit für die Folie unregelmäßig, so daß die Fixierung der unfixierten Abbildung ebenfalls ungleichförmig wird.Thermal fixation of an unfixed image is achieved by transferring heat from the heater through the insulating protective layer on the film and a sliding contact surface of the film. However, due to the sliding contact between the insulating protective layer and the film, noticeable abrasion of the film generally occurs when the total distance of a sliding movement reaches about 60 km. The resulting abraded powder is deposited unevenly on the roller for driving the film. As a result, the drive speed for the film is irregular, so that the fixation of the unfixed image also becomes uneven.

Abriß der ErfindungSummary of the invention

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein mit einer Schutzschicht, die in einem Gleitverhalten gegenüber einer Folie ausgezeichent ist, versehenes Heizelement und eine Bildheizvorrichtung zu schaffen.It is an object of the present invention to provide a heating element provided with a protective layer which is excellent in sliding performance against a film and an image heating device.

Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist, eine Bildheizvorrichtung zu schaffen, die mit einer Folie ausgestattet ist, welche im Gleitverhalten gegenüber einem Heizelement ausgezeichnet ist.Another object of this invention is to provide an image heating device equipped with a film which is excellent in sliding performance against a heating element.

Ein noch, weiteres Ziel dieser Erfindung ist, ein Heizelement und eine Bildheizvorrichtung zu schaffen, die mit einer im Gleitverhalten und in der Wärmeleitfähigkeit ausgezeichneten Schutzschicht ausgestattet sind.A still further object of this invention is to provide a heating element and an image heating device which are provided with a protective layer which is excellent in sliding properties and thermal conductivity.

Noch weitere Ziele dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in vollem Umfang deutlich.Still further objects of this invention will become more fully apparent from the following description.

Die Ziele werden durch das Heizelement, das im Anspruch 1 definiert ist, und durch die Bildheizvorrichtung, die im Anspruch 17 definiert ist, erreicht.The objects are achieved by the heating element defined in claim 1 and by the image heating device defined in claim 17.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Heizvorrichtung dieser Erfindung auf der Seite von deren Wärmeerzeugungswiderstand;Fig. 1 is a plan view of a heating device of this invention on the side of its heat generating resistor;

Fig. 2 ist eine Draufsicht einer Heizvorrichtung dieser Erfindung an deren Rückseite;Fig. 2 is a plan view of a heater of this invention from the rear thereof;

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, welche die die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizvorrichtung verwendet;Fig. 3 is a sectional view of a fixing device using the heating device embodying the present invention;

Fig. 4A bis 4E sind Teil-Schnittdarstellungen einer diese Erfindung verkörpernden Heizvorrichtung;Figs. 4A to 4E are partial sectional views of a heating device embodying this invention;

Fig. 5 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer harten Kohleschicht bei einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 5 is an illustration of an apparatus used in the production of a hard carbon layer in an embodiment of this invention;

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung dieser Erfindung in einer anderen Ausführungsform verwendet;Fig. 6 is a sectional view of a fixing device using the heating device of this invention in another embodiment;

Fig. 7 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die zur Erzeugung einer harten Kohleschicht bei einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 7 is an illustration of an apparatus used for producing a hard carbon layer in another embodiment of this invention;

Fig. 8 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer harten Kohleschicht bei einer noch anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 8 is an illustration of an apparatus used in producing a hard carbon layer in still another embodiment of this invention;

Fig. 9 und 10 sind Schnittdarstellungen einer Fixiervorrichtung, die Heizvorrichtungen noch anderer Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet;Figs. 9 and 10 are sectional views of a fixing device using heaters of still other embodiments of this invention;

Fig. 11A bis 11E sind Teil-Schnittdarstellungen der Heizvorrichtung einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung;Figs. 11A to 11E are partial sectional views of the heating device of another embodiment of this invention;

Fig. 12 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer DLC-Folie bei einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 12 is an illustration of an apparatus used in producing a DLC film in another embodiment of this invention;

Fig. 13 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer a-C:H-Folie bei einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 13 is an illustration of an apparatus used in producing an a-C:H film in another embodiment of this invention;

Fig. 14 ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung einer noch anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet;Fig. 14 is a sectional view of a fixing device using the heating device of still another embodiment of this invention;

Fig. 15A bis 15E sind Teil-Schnittdarstellungen der Heizvorrichtung einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung;Figs. 15A to 15E are partial sectional views of the heating device of another embodiment of this invention;

Fig. 16 bis 18 sind Schnittdarstellungen einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung von noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet;Figs. 16 to 18 are sectional views of a fixing device using the heating device of still further embodiments of the present invention;

Fig. 19A bis 19E sind Teil-Schnittdarstellungen der Heizvorrichtung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Figs. 19A to 19E are partial sectional views of the heating device of another embodiment of the present invention;

Fig. 20 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer DLC-Folie in einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 20 is an illustration of an apparatus used in producing a DLC film in another embodiment of this invention;

Fig. 21 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer a-C:H-Folie in einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 21 is an illustration of an apparatus used in producing an a-C:H film in another embodiment of this invention;

Fig. 22 und 23 sind Schnittdarstellungen einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung noch anderer Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet;Figs. 22 and 23 are sectional views of a fixing device using the heating device of still other embodiments of this invention;

Fig. 24A bis 24E sind Teil-Schnittdarstellungen der Heizvorrichtung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Figs. 24A to 24E are partial sectional views of the heating device of another embodiment of the present invention;

Fig. 25 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung. einer DLC-Folie in einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 25 is an illustration of an apparatus used in the production of a DLC film in another embodiment of this invention;

Fig. 26 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer a-C:H-Folie in einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 26 is an illustration of an apparatus used in producing an a-C:H film in another embodiment of this invention;

Fig. 27A ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung einer noch anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet;Fig. 27A is a sectional view of a fixing device using the heating device of still another embodiment of this invention;

Fig. 27B ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Anteil an zugesetztem Metall dieser Erfindung und dem Reibungskoeffizienten zeigt;Fig. 27B is a graph showing the relationship between the amount of metal added in this invention and the friction coefficient;

Fig. 28A bis 28E sind Teil-Querschnittdarstellungen der Heizvorrichtung einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung;Figs. 28A to 28E are partial cross-sectional views of the heating device of another embodiment of this invention;

Fig. 29 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer DLC-Folie in einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 29 is an illustration of an apparatus used in producing a DLC film in another embodiment of this invention;

Fig. 30 ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung einer noch anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet;Fig. 30 is a sectional view of a fixing device using the heating device of still another embodiment of this invention;

Fig. 31 und 32 sind Darstellungen, die eine Vorrichtung zeigen, welche bei der Erzeugung einer a-C:H-Folie in anderen Ausführungsformen dieser Erifndung verwendet wird;Figs. 31 and 32 are diagrams showing an apparatus used in producing an a-C:H film in other embodiments of this invention;

Fig. 33 ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung einer noch anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet;Fig. 33 is a sectional view of a fixing device using the heating device of still another embodiment of this invention;

Fig. 34A bis 34E sind Teil-Schnittdarstellungen der Heizvorrichtung einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung;Figs. 34A to 34E are partial sectional views of the heating device of another embodiment of this invention;

Fig. 35 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, welche bei der Erzeugung einer DLC-Folie in einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 35 is an illustration of an apparatus used in producing a DLC film in another embodiment of this invention;

Fig. 36 ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung einer noch weiteren Ausführungsform dieser Erfindung verwendet;Fig. 36 is a sectional view of a fixing device using the heating device of still another embodiment of this invention;

Fig. 37 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, welche bei der Erzeugung einer a-C:H-Folie in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;Fig. 37 is an illustration of an apparatus used in producing an a-C:H film in another embodiment of the present invention;

Fig. 38 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Fluorierung einer a-C:H-Folie in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;Fig. 38 is an illustration of an apparatus used in fluorinating an a-C:H film in another embodiment of the present invention;

Fig. 39 ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung einer noch anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet;Fig. 39 is a sectional view of a fixing device using the heating device of still another embodiment of this invention;

Fig. 40 ist ein Diagramm, das das Raman-Spektrum von Diamantkristallen dieser Erfindung zeigt;Fig. 40 is a diagram showing the Raman spectrum of diamond crystals of this invention;

Fig. 41 ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung einer noch weiteren Ausführungsform dieser Erfindung verwendet;Fig. 41 is a sectional view of a fixing device using the heating device of still another embodiment of this invention;

Fig. 42A bis 42F sind Teil-Schnittdarstellungen der Heizvorrichtung einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung;Figs. 42A to 42F are partial sectional views of the heating device of another embodiment of this invention;

Fig. 43 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung von Diamanten in einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 43 is an illustration of an apparatus used in the production of diamonds in another embodiment of this invention;

Fig. 44 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, welche bei der Erzeugung von Diamanten in einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 44 is an illustration of an apparatus used in the production of diamonds in another embodiment of this invention;

Fig. 45 ist eine Schnittdarstellung einer Fixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung einer noch anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet;Fig. 45 is a sectional view of a fixing device using the heating device of still another embodiment of this invention;

Fig. 46A bis 46E sind Teil-Schnittdarstellungen der Heizvorrichtung einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung;Figs. 46A to 46E are partial sectional views of the heating device of another embodiment of this invention;

Fig. 47 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer DLC-Folie in einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 47 is an illustration of an apparatus used in producing a DLC film in another embodiment of this invention;

Fig. 48 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Erzeugung einer a-C:H-Folie in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;Fig. 48 is an illustration of an apparatus used in producing an a-C:H film in another embodiment of the present invention;

Fig. 49 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, welche bei der Erzeugung einer harten Kohleschicht bei einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird;Fig. 49 is an illustration of an apparatus used in producing a hard carbon layer in another embodiment of this invention;

Fig. 50 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die bei der Veraschung einer harten Kohleschicht bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;Fig. 50 is an illustration of an apparatus used in ashing a hard carbon layer in another embodiment of the present invention;

Fig. 51 ist eine Darstellung einer herkömmlichen Fixiervorrichtung.Fig. 51 is an illustration of a conventional fixing device.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed description of the preferred embodiments

Die vorliegende Erfindung wird anhand von bevorzugten Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, beschrieben.The present invention is described using preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

Eine Heizvorrichtung dieser Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 jeweils bei Betrachtung von der Seite des Wärmeerzeugungswiderstandes und der Rückseite (Substratseite) gezeigt.A heating device of this invention is shown in Figs. 1 and 2, as viewed from the heat generating resistor side and the back side (substrate side), respectively.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist die Heizvorrichtung 1 mit einem schmalen, elektrisch isolierenden Substrat 2 einer hohen Wärmebeständigkeit und einer niedrigen Wärmekapazität, mit einem elektrisch Wärme erzeugenden Element 3, das als ein schmaler, gerader Streifen an einer Fläche (Frontseite) des Substrats 2 längs dessen Längsrichtung in der Mitte dessen Breite ausgebildet ist, mit Elektrodenanschlüssen (Anschlußklemmen) 4 und 5, die an der Oberfläche des Substrats an beiden Enden des Wärmeerzeugungswiderstandes ausgestaltet sind, mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht 6, welche beispielsweise aus Glas besteht und die den Wärmeerzeugungswiderstand tragen de Fläche des Substrats 2 abdeckt, und mit einem Temperaturfühler 7, z. B. einem Thermistor, der an der anderen Fläche (Rückseite) des Substrats 2 ausgebildet ist, versehen. Das Substrat 2 besteht beispielsweise aus einer keramischen Platte, z. B. aus Al&sub2;O&sub3;, AlN oder SiC, einer Breite von 10 mm, einer Dicke von 1 mm und einer Länge von 240 mm. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 ist eine strukturierte Schicht aus Ag/Pd (Silber-Palladium-Legierung), RuO&sub2; oder Ta&sub2;N, die durch Siebdruck aufgetragen ist, woran sich ein Sintern in Luft anschließt, und die beispielsweise eine Dicke von 10 um sowie eine Breite von 1 mm hat. Die Elektrodenanschlüsse 4, 5 sind strukturierte Schichten aus beispielsweise Ag, das mit einer Dicke von 10 um durch Siebdruck aufgetragen wird, woran sich ein Sintern in Luft anschließt. Die Elektroden 4, 5 werden durch einen (nicht dargestellten) Verbinder an Drähte für eine elektrische Energiezufuhr angeschlossen.According to Figs. 1 and 2, the heating device 1 is provided with a narrow, electrically insulating substrate 2 of high heat resistance and low heat capacity, with an electrically heat generating element 3 formed as a narrow, straight strip on a surface (front side) of the substrate 2 along its longitudinal direction in the middle of its width, with electrode terminals (terminals) 4 and 5 formed on the surface of the substrate at both ends of the heat generating resistor, with an electrically insulating protective layer 6 made of, for example, glass and supporting the heat generating resistor de surface of the substrate 2, and with a temperature sensor 7, e.g. a thermistor, formed on the other surface (back surface) of the substrate 2. The substrate 2 consists of, for example, a ceramic plate, e.g. of Al₂O₃, AlN or SiC, a width of 10 mm, a thickness of 1 mm and a length of 240 mm. The heat generating resistor 3 is a patterned layer of Ag/Pd (silver-palladium alloy), RuO₂ or Ta₂N which is deposited by screen printing followed by sintering in air and which has, for example, a thickness of 10 µm and a width of 1 mm. The electrode terminals 4, 5 are patterned layers of, for example, Ag which is deposited by screen printing to a thickness of 10 µm followed by sintering in air. The electrodes 4, 5 are connected to wires for electrical energy supply by a connector (not shown).

Um die Temperatur an der Fixierfläche der Heizvorrichtung 1 aufrechtzuerhalten und zu kontrollieren, wird der Wärmeerzeugungswiderstand 3 im Querschnitt in der angenäherten Mitte der Breite eines Fixierklemmspalts 15 angeordnet. Die Heizvorrichtung 1 ist auf der Seite ihrer elektrisch isolierenden Schutzschicht 6 mit einer gleitenden Folie in Berührung. Zwischen die Elektrodenanschlüsse 4, 5 des Wärmeerzeugungswiderstandes 3 wird von einer Wechselstromquelle 12a eine Spannung gelegt, um den Wärmeerzeugungswiderstand 3 zu beheizen, wodurch die Temperatur der Heizvorrichtung 1 ansteigt.In order to maintain and control the temperature at the fixing surface of the heater 1, the heat generating resistor 3 is arranged in cross section at the approximate center of the width of a fixing clamping gap 15. The heater 1 is in contact with a sliding film on the side of its electrically insulating protective layer 6. A voltage is applied between the electrode terminals 4, 5 of the heat generating resistor 3 from an alternating current source 12a to heat the heat generating resistor 3, thereby raising the temperature of the heater 1.

Die Temperatur der Heizvorrichtung 1 wird durch den an der Rückseite des Substrats angeordneten Temperaturfühler 7 ermittelt, und die ermittelte Information wird an eine Energiezufuhr-Steuerschaltung rückgekoppelt, um die Energiezufuhr von der Wechselstromquelle 12a zum Wärmeerzeugungswiderstand 3 zu regeln, so daß die Heizvorrichtung auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird. Der Temperaturfühler 7 der Heizvorrichtung ist an einer Stelle auf der Rückseite des Substrats angeordnet, die der Position der besten Wärmewirkung an der Fixierfläche entspricht, d. h. in der Position des Wärmeerzeugungswiderstandes 3 an der Frontseite des Substrats.The temperature of the heater 1 is detected by the temperature sensor 7 arranged on the back of the substrate, and the detected information is fed back to a power supply control circuit to control the power supply from the AC power source 12a to the heat generating resistor 3 so that the heater is maintained at a predetermined temperature. The temperature sensor 7 of the heater is arranged at a position on the back of the substrate corresponding to the position of the best heating effect on the Fixing surface, ie in the position of the heat generating resistor 3 on the front side of the substrate.

Zuerst wird die Erzeugung einer harten Kohleschicht gemäß der vorliegenden Erfindung an der isolierenden Schutzschicht oder dem Wärmeerzeugungswiderstand der Heizvorrichtung erläutert.First, the formation of a hard carbon layer according to the present invention on the insulating protective layer or the heat generating resistor of the heater will be explained.

Die harte Kohleschicht dieser Erfindung hat makroskopisch eine amorphe Struktur, besteht aus Kohlenstoffatomen von sp²-, sp³-Bindungen und ist nahezu frei von Wasserstoff, und zwar weniger als 1 Atom-%, falls er vorhanden ist. Die Dichte der harten Kohleschicht liegt in einem Bereich größer als diejenige von Graphit (2,26 g/cm³) und kleiner als diejenige von Diamant (3,51 g/cm³). Auch werden die physikalischen Eigenschaften der harten Kohleschicht beispielsweise durch eine Härte von 2000-5000 kg/mm², durch einen Reibungskoeffizienten u < 0,2 und durch einen elektrischen Widerstand (spezifischer Durchgangswiderstand) von 10&sup5;-10¹¹ &Omega;cm wiedergegeben.The hard carbon layer of this invention has a macroscopically amorphous structure, consists of carbon atoms of sp², sp³ bonds and is almost free of hydrogen, less than 1 atomic % if it is present. The density of the hard carbon layer is in a range larger than that of graphite (2.26 g/cm³) and smaller than that of diamond (3.51 g/cm³). Also, the physical properties of the hard carbon layer are represented by, for example, a hardness of 2000-5000 kg/mm², a friction coefficient u < 0.2 and an electrical resistance (volume resistivity) of 10⁵-10¹¹ Ωcm.

Die bei der vorliegenden Erfindung zu verwendende harte Kohleschicht kann beispielsweise mittels Plasmazerstäubung, Ionenstrahlzerstäubung, Ionenstrahlverdampfung, Ionenstrahlmischung, Ionenplattierung, durch einen Komplexionenstrahl, durch Ionenimplantation, Bogenentladung oder Laserverdampfung gebildet werden. Die bei diesen Verfahren zu verwendende feste Kohlenstoffquelle kann Graphit oder glasartiger Kohlenstoff von hoher Reinheit sein. Wenn kohlenstoffhaltiges Gas, z. B. ein Kohlenwasserstoff, wie Methan, Äthan, Propan, Äthylen, Benzol oder Azetylen; ein halogenierter Kohlenwasserstoff, wie Methylenchlorid, Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform oder Trichloräthan; ein Alkohol, wie Methylalkohol oder Äthylalkohol; ein Keton, wie (CH&sub3;)&sub2;CO oder (C&sub6;H&sub5;)&sub2;CO; oder CO oder CO&sub2; als gasförmige Kohlenstoffquelle gebraucht wird, wird es als ein Kohlenstoffionenstrahl nach einer Massentrennung verwendet. Auch kann ein Ausgangsmaterialgas, um den Ionenstrahl zu unter stützen, He, N&sub2;, H&sub2;, O&sub2;, H&sub2;O, Ar, Ne, Kr oder Xe sein.The hard carbon layer to be used in the present invention can be formed by, for example, plasma sputtering, ion beam sputtering, ion beam evaporation, ion beam mixing, ion plating, by a complex ion beam, by ion implantation, arc discharge or laser evaporation. The solid carbon source to be used in these methods may be graphite or glassy carbon of high purity. When carbon-containing gas, e.g., a hydrocarbon such as methane, ethane, propane, ethylene, benzene or acetylene; a halogenated hydrocarbon such as methylene chloride, carbon tetrachloride, chloroform or trichloroethane; an alcohol such as methyl alcohol or ethyl alcohol; a ketone such as (CH₃)₂CO or (C₆H₅)₂CO; or CO or CO₂ is used as a gaseous carbon source, it is used as a carbon ion beam after mass separation. A source material gas can also be used to control the ion beam. support, He, N₂, H₂, O₂, H₂O, Ar, Ne, Kr or Xe.

Die Dicke der an der isolierenden Schutzschicht oder an dem Wärmeerzeugungswiderstand der Heizvorrichtung zu erzeugenden harten Kohleschicht kann innerhalb eines Bereichs von einigen Nanometern bis einigen zehn Mikron, vorzugsweise von einigen zehn Nanometern bis mehreren Mikron liegen, weil eine Schicht dünner als einige Nanometer kein ausreichendes Schmier- oder Isoliervermögen erbringen kann, während eine Schicht dicker als mehrere zehn Mikron leicht vom Substrat durch die Spannung der Folie abgeschält werden kann. Im Fall einer unmittelbaren Schichterzeugung am Wärmeerzeugungswiderstand ist eine Schicht von hohem elektrischen Widerstand erforderlich, um das hinreichende Isoliervermögen zu gewährleisten. Im Fall einer Erzeugung an der Folie ist eine Dicke von einigen bis mehreren hundert Nanometern vorzuziehen, weil eine Dicke geringer als einige Nanometer kein ausreichendes Schmiervermögen bieten kann, während eine Dicke größer als einige hundert Nanometer zu einem Abschälen der Kohleschicht von der Kunststoffolie oder zum Ringeln der Kunststoffolie aufgrund der Spannung in der Kohleschicht führen kann. Falls sich die Kunststoffolie noch innerhalb des oben erwähnten bevorzugten Dickenbereichs der Kohleschicht ringelt, kann die harte Kohleschicht an beiden Seiten der Kunststoffolie ausgebildet werden.The thickness of the hard carbon layer to be formed on the insulating protective layer or on the heat generating resistor of the heater may be within a range of several nanometers to several tens of microns, preferably several tens of nanometers to several microns, because a layer thinner than several nanometers cannot provide sufficient lubrication or insulation, while a layer thicker than several tens of microns can easily be peeled off from the substrate by the tension of the film. In the case of direct layer formation on the heat generating resistor, a layer of high electrical resistance is required to ensure sufficient insulation. In the case of formation on the film, a thickness of several to several hundred nanometers is preferable, because a thickness less than several nanometers cannot provide sufficient lubrication, while a thickness greater than several hundred nanometers can result in peeling off of the carbon layer from the plastic film or in curling of the plastic film due to the tension in the carbon layer. If the plastic film still curls within the above-mentioned preferred thickness range of the carbon layer, the hard carbon layer can be formed on both sides of the plastic film.

Die Dichte der harten Kohleschicht wird, wie oben gesagt wurde, zwischen jene von Graphit und jene von Diamant gelegt, sie muß praktisch jedoch gleich oder höher als 2,0 g/cm³ sein. Eine Schicht, deren Dichte geringer als 2,0 g/cm³ ist, ist von geringer Härte, von niedrigem elektrischen Widerstand und von niedriger Adhäsionsfestigkeit, und zwar wegen eines erhöhten Anteils der sp²-gebundenen (Graphit-)Komponente, und ist nicht als die schmierende Schutzschicht der vorliegenden Erfindung geeignet.The density of the hard carbon layer is, as stated above, placed between that of graphite and that of diamond, but practically it must be equal to or higher than 2.0 g/cm³. A layer whose density is less than 2.0 g/cm³ is of low hardness, low electrical resistance and low adhesion strength due to an increased proportion of the sp²-bonded (graphite) component, and is not suitable as the lubricating protective layer of the present invention.

Die schmierende Schutzschicht dieser Erfindung kann nicht nur an der isolierenden Schutzschicht oder dem Wärmeerzeugungswiderstand der Heizvorrichtung oder der Kunststoffolie ausgebildet werden, sondern auch an einer Heizelementhalterung, die mit der Kunststoffolie in Berührung kommt, wodurch das Gleitverhalten zwischen der Heizvorrichtung und der Folie verbessert wird.The lubricating protective layer of this invention can be formed not only on the insulating protective layer or the heat generating resistor of the heater or the plastic film, but also on a heating element holder that comes into contact with the plastic film, thereby improving the sliding performance between the heater and the film.

Die vorliegende Erfindung dient dazu, den Abriebwiderstand und das Gleitverhalten zwischen der Heizvorrichtung und der Folie zu verbessern, indem eine harte Kohleschicht als eine schmierende Schutzschicht durch Gassynthese an der isolierenden Schutzschicht oder dem Wärmeerzeugungswiderstand der Heizvorrichtung, der mit der Kunststoffolie in Berührung kommt, oder an der Kunststoffolie ausgebildet wird, wodurch die Lebensdauer der Heizvorrichtung verlängert wird.The present invention is to improve the abrasion resistance and the sliding performance between the heater and the film by forming a hard carbon layer as a lubricating protective layer by gas synthesis on the insulating protective layer or the heat generating resistor of the heater which comes into contact with the plastic film or on the plastic film, thereby prolonging the life of the heater.

Im folgenden werden spezielle Ausführungsformen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.In the following, specific embodiments of this invention will be explained with reference to the accompanying drawings.

[Ausführungsform 1][Embodiment 1]

Die Fig. 3 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizvorrichtung verwendet, wobei ein Heizelement 1 von einem Heizelementträger 9 unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Heizelementhalterung 8 getragen wird. In dem Heizelement 1 sind ein Keramiksubstrat 2, ein aus Ag/Pd bestehender Wärmeerzeugungswiderstand 3, eine glasartige, isolierende Schutzschicht 6, eine an der isolierenden Schutzschicht 6 ausgebildete harte Kohleschicht 18 und ein Temperaturfühler 7 vorgesehen. Eine wärmebeständige Folie 10 besteht beispielsweise aus Polyimid mit einer Dicke von etwa 40 um und ist als Endlosband oder als langgestreckte Materialbahn ausgebildet. Eine drehende Andruckwalze 11 dient als ein Druckglied, um die Folie zum Heizelement 1 hin zu drücken. Die Folie 10 läuft um oder bewegt sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Berührung mit den Kanten der Heizelementhalterung 8, während sie an einer Fläche des Heizelements 1 in enger Berührung mit der Fläche des Heizelements gleitet, und zwar durch ein (nicht dargestelltes) Antriebsorgan oder durch die Drehkraft der Andruckwalze 11. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wird elektrisch betrieben, um das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, und ein ein unfixiertes Tonerbild 17 auf der Seite der Folie 10 tragendes Aufzeichnungsmaterial 16 wird in einen Fixierklemmspalt 15 eingeführt, der sich in dem Zustand befindet, daß die Folie 10 bewegt wird. Auf diese Weise wird das Aufzeichnungsmaterial 16 in Berührung mit der Folie 10 gehalten und durchläuft zusammen mit der Folie 10 den Fixierklemmspalt 15. Während des Durchlaufens wird dem Aufzeichnungsmaterial 16 über die Folie 10 hinweg vom Heizelement 1 Wärmeenergie vermittelt, um das unfixierte Tonerbild 17 am Aufzeichnungsmaterial 16 durch Schmelzen zu fixieren.Fig. 3 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing apparatus using a heating device embodying the present invention, wherein a heating element 1 is supported by a heating element support 9 with a heat insulating heating element holder 8 interposed therebetween. In the heating element 1, a ceramic substrate 2, a heat generating resistor 3 made of Ag/Pd, a glassy insulating protective layer 6, a hard carbon layer 18 formed on the insulating protective layer 6, and a temperature sensor 7 are provided. A heat-resistant film 10 is made of, for example, polyimide with a thickness of about 40 µm and is formed as an endless belt or an elongated sheet. A rotating pressure roller 11 serves as a pressing member for pressing the film toward the heating element 1. The film 10 rotates or moves at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow in contact with the edges of the heater holder 8 while sliding on a surface of the heater 1 in close contact with the surface of the heater by a driving member (not shown) or by the rotating force of the pressure roller 11. The heat generating resistor 3 is electrically operated to heat the heater to a predetermined temperature, and a recording material 16 carrying an unfixed toner image 17 on the side of the film 10 is introduced into a fixing nip 15 which is in the state that the film 10 is moved. In this way, the recording material 16 is held in contact with the film 10 and passes through the fixing nip 15 together with the film 10. During the passage, heat energy is imparted to the recording material 16 across the film 10 from the heater 1 to fuse the unfixed toner image 17 to the recording material 16.

Die Fig. 4A bis 4E sind schematische Schnittdarstellungen der Heizvorrichtung der ersten Ausführungsform, worin aus Cu bestehende Elektrodenanschlüsse 4 und 5, eine Heizelementhalterung 8, eine Elektroden-Kontaktfahne 12, AuSi-Lötmittel 13 und ein Drahtleiter 14 gezeigt sind.4A to 4E are schematic sectional views of the heating device of the first embodiment, showing Cu made electrode terminals 4 and 5, a heater holder 8, an electrode tab 12, AuSi solder 13 and a wire conductor 14.

Das Heizelement der in Rede stehenden Ausführungsform wurde hergestellt, indem zuerst Ag/Pd-Paste durch Siebdruck auf ein Al&sub2;O&sub3;-Substrat 2 aufgebracht wurde, woran sich ein Brennen in Luft anschloß. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wurde, nachdem dessen Widerstandswert gemessen war, auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Anschließend wurde Cu-Paste durch Siebdruck aufgebracht, und die Elektrodenanschlüsse 4, 5 wurden durch Brennen unter kontrolliertem Sauerstoff-Partialdruck ausgebildet (Fig. 4A). Hierauf wurde die isolierende Schutzschicht 6 erzeugt, indem Silikatglas mit einem niedrigen Erweichungspunkt durch Siebdruck aufgebracht wurde, woran sich ein Brennen in Luft anschloß (Fig. 4B). Hierauf wurde eine harte Kohleschicht 18 mit einer Dicke von 500 nm durch Gleichstrom-Zerstäubung ausgebildet (Fig. 4C). Die Fig. 5 ist eine schemati sche Darstellung einer Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung, die für die Erzeugung der harten Kohleschicht verwendet wurde. Hierin sind eine Vakuumkammer 40, ein Substrat 41, ein Graphittarget 42 mit einer Reinheit von 99, 99%, ein Gaszufuhrsystem 43, eine Gleichstromquelle 44 und ein Evakuiersystem 45 gezeigt. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurde vom Gaszufuhrsystem Ar auf einen Druck von 0,9 Pa eingeführt. Das Substrat wurde auf Raumtemperatur gehalten, und eine Entladeleistung von 50 W sowie ein Substrat- Target-Abstand von 40 mm sind angewendet worden. Vor der Schichterzeugung wurde eine Vorzerstäubung mit 300 W für 20 Minuten durchgeführt. Wenn eine unter den gleichen Bedingungen hergestellte Schicht durch HFS (Wasserstoff-Vorwärtsstreuungsspektrometrie), analysiert wurde, war eine Wasserstoffkonzentration gleich 0 Atom-%. Die Schichthärte, gemessen mit einem Dünnschicht-Härtemeßgerät, betrug in Vickers-Härte 2200 kg/mm². Die Reibungseigenschaften wurden durch die Stift-auf-Platte- Methode bewertet. Der Reibungskoeffizient betrug 0,10 bei einer in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 45% durchgeführten Messung, wobei eine Kugel (5 mm im Durchmesser) eines Lagerstahls (SUJ2) als der Stift mit einer Belastung von 2,2 N und einer Gleitgeschwindigkeit von 0,04 m/s angewendet wurde. Die durch RBS (Rutherford-Rückstreuungsspektrometrie) gemessene Dichte war 2,8 g/cm'.The heating element of the present embodiment was manufactured by first applying Ag/Pd paste by screen printing on an Al₂O₃ substrate 2, followed by firing in air. The heat generating resistor 3 was trimmed to a desired resistance value after its resistance value was measured. Then, Cu paste was applied by screen printing, and the electrode terminals 4, 5 were formed by firing under controlled oxygen partial pressure (Fig. 4A). Thereafter, the insulating protective layer 6 was formed by applying silicate glass with a low softening point by screen printing, followed by firing in air (Fig. 4B). Thereafter, a hard carbon layer 18 with a thickness of 500 nm was formed by DC sputtering (Fig. 4C). Fig. 5 is a schematic 1. Schematic representation of a DC magnetron sputtering apparatus used for the formation of the hard carbon film. Herein, a vacuum chamber 40, a substrate 41, a graphite target 42 with a purity of 99.99%, a gas supply system 43, a DC power source 44 and an evacuation system 45 are shown. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, Ar was introduced from the gas supply system to a pressure of 0.9 Pa. The substrate was kept at room temperature, and a discharge power of 50 W and a substrate-target distance of 40 mm were applied. Before the film formation, pre-sputtering was carried out at 300 W for 20 minutes. When a film formed under the same conditions was analyzed by HFS (hydrogen forward scattering spectrometry), a hydrogen concentration was equal to 0 atomic %. The film hardness measured by a thin film hardness meter was 2200 kg/mm2 in Vickers hardness. The friction properties were evaluated by the pin-on-plate method. The friction coefficient was 0.10 when measured in air at a relative humidity of 45% using a ball (5 mm in diameter) of a bearing steel (SUJ2) as the pin with a load of 2.2 N and a sliding speed of 0.04 m/s. The density measured by RBS (Rutherford backscattering spectrometry) was 2.8 g/cm'.

Dann wurden die Elektroden-Kontaktfahne 12 aus einer Kupferlegierung und das Keramiksubstrat 2 mit AuSi-Lötmittel 13 gelötet (Fig. 4C). Anschließend wurde der Drahtleiter 14 durch Druck mit der Elektrodenkontaktfahne 12 verbunden und das Heizelement an der Heizelementhalterung 8 zum Haften gebracht (Fig. 4D und 4E). Bei der Herstellung der Heizvorrichtung 1 wurden die Oberfläche der Elektrodenanschlüsse 4, 5 mit einem Au-Schnellüberzug versehen, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern, wodurch eine konstante Zuverlässigkeit für die Verbindung erreicht wird. Anstatt aus einer Kupferlegierung kann die Elektroden-Kontaktfahne auch aus Covar, aus 42-Legierung oder aus Phosphorbronze hergestellt werden. Das Lötmittel hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mindestens 250ºC und kann anstatt aus AuSi auch aus AuGe oder AuSn bestehen. Ferner könnte das Löten in stabilerer Weise durch einen Schnellüberzug der Cu-Elektrodenanschlüsse mit Au, Ni oder Au/Ni ausgeführt werden, um eine Oxydation und Kontamination bis zum Lötvorgang zu verhindern. Die Ni-Schicht dient dazu, eine übermäßige Diffusion von Cu in das Lötmittel zu unterbinden.Then, the electrode tab 12 made of a copper alloy and the ceramic substrate 2 were soldered with AuSi solder 13 (Fig. 4C). Then, the wire conductor 14 was pressure-connected to the electrode tab 12 and the heating element was adhered to the heating element holder 8 (Fig. 4D and 4E). When manufacturing the heater 1, the surface of the electrode terminals 4, 5 were provided with Au quick plating to improve the wettability with the solder, thereby achieving constant reliability for the connection. Instead of a copper alloy, the electrode tab can also be made of Covar, 42 alloy or phosphor bronze. The Solder preferably has a melting point of at least 250ºC and can be AuGe or AuSn instead of AuSi. Furthermore, soldering could be carried out in a more stable manner by quickly plating the Cu electrode terminals with Au, Ni or Au/Ni to prevent oxidation and contamination until soldering. The Ni layer serves to prevent excessive diffusion of Cu into the solder.

Die auf diese Weise hergestellte Wärmefixiervorrichtung war frei von der Erzeugung von abgeriebenem Pulver durch die Reibung zwischen der Heizvorrichtung und der Kunststoffolie und ist insofern imstande, ein beständiges Gleitverhalten über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten.The heat fixing device thus manufactured was free from the generation of abraded powder by the friction between the heater and the plastic film and is thus able to maintain a stable sliding behavior over a long period of time.

[Ausführungsform 2][Embodiment 2]

Die Fig. 6 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die ein Heizelement, das die vorliegende Erfindung verkörpert, verwendet, wobei dieselben Komponenten wie jene in der Fig. 3 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind und im folgenden nicht weiter erläutert werden. In der Fig. 6 sind eine Ausnehmung G und eine harte Kohleschicht 18 gezeigt.Fig. 6 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using a heating element embodying the present invention, wherein the same components as those in Fig. 3 are designated by the same reference numerals and will not be further explained hereinafter. In Fig. 6, a recess G and a hard carbon layer 18 are shown.

Eine Ausnehmung G mit der Abmessung 350 mm · 2 mm · 12 um zur Ausbildung des Wärmeerzeugungswiderstandes wurde mechanisch an einem zur Ausführungsform 1 gleichen Al&sub2;O&sub3;-Substrat ausgebildet. In die Ausnehmung wurde Ag/Pd-Paste mit einer Dicke von 11 um durch Siebdruck eingebracht, woran sich ein Brennen in Luft anschloß. Nach dem Messen des Widerstandswerts wurde der Wärmeerzeugungswiderstand 3 auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Hierauf wurde das Substrat in eine (nicht dargestellte) Zerstäubungsvorrichtung eingebracht und eine W- (Wolfram-)Schicht 3a mit einer Dicke von 1 um an der Widerstandsschicht erzeugt, um eine wechselseitige Diffusion von Ag/Pd und C zu verhindern. Anschließend wurde mit einer in Fig. 7 gezeigten Dual-Ionenstrahl-Zerstäubungsvorrichtung eine harte Kohleschicht mit einer Dicke von 600 nm ausgebildet. Die Fig. 7 zeigt eine Vakuumkammer 20, eine Ionenzerstäubungsquelle 21, eine Hilfs-Ionenquelle 22, ein Graphittarget 23, ein Substrat 24, ein Gaszufuhrsystem 25 und ein Vakuumsystem 26. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurde Ar mit 20 sccm (cm³/min bei Normalbedingung) vom Gaszufuhrsystem zur Ionenzerstäubungsquelle und zur Hilfs-Ionenquelle auf einen Druck von 4 · 10. 4 eingeführt. Das Graphittarget wurde durch die Ionenzerstäubungsquelle mit einem Ar-Ionenstrahl einer Ionenenergie von 1 keV und mit einer Ionenstromdichte von 4 mA/cm² zerstäubt, und gleichzeitig wurde das Substrat durch die Hilfs-Ionenquelle mit einem Ar-Ionenstrahl einer Ionenenergie von 200 eV und einer Ionenstromdichte von 0,1 mA/cm², bestrahlt. Die Schichthärte< gemessen mit einem Dünnschicht-Härtemeßgerät wie bei der Ausführungsform 1, betrug in Vickers-Härte 2500 kg/mm². Die Reibungseigenschaften wurden durch die Stift-auf-Platte-Methode bewertet. Der Reibungskoeffizient betrug bei einer in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 50% ausgeführten Messung 0,08, wobei eine Kugel (5 mm im Durchmesser) eines Lagerstahls (SUJ2) als Stift mit einer Belastung von 1,0 N und einer Gleitgeschwindigkeit von 0,04 m/s verwendet wurde. Die durch RBS (Rutherford-Rückstreuungsspektrometrie) gemessene Dichte betrug 2,6 g/cm³, und die Wasserstoffkonzentration der Schicht, gemessen durch HFS (Wasserstoff-Vorwärtsstreuungsspektrometrie) war geringer als 1 Atom-%. Anschließend wurde die Heizvorrichtung vervollständigt, indem die Elektroden-Kontaktfahnen und Drahtleiter mit den Elektrodenanschlüssen verbunden und an der Heizelementhalterung wie bei der Ausführungsform 1 zum Haften gebracht wurden.A recess G of 350 mm x 2 mm x 12 µm for forming the heat generating resistor was mechanically formed on an Al₂O₃ substrate similar to Embodiment 1. Ag/Pd paste of 11 µm thickness was screen printed into the recess, followed by firing in air. After measuring the resistance value, the heat generating resistor 3 was trimmed to a desired resistance value. Then, the substrate was placed in a sputtering apparatus (not shown), and a W (tungsten) layer 3a of 1 µm thickness was formed on the resistor layer to prevent mutual diffusion of Ag/Pd and C. Then, a dual ion beam sputtering apparatus shown in Fig. 7 was used to form a hard carbon layer having a thickness of 600 nm was formed. Fig. 7 shows a vacuum chamber 20, a sputtering ion source 21, an auxiliary ion source 22, a graphite target 23, a substrate 24, a gas supply system 25 and a vacuum system 26. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, Ar was introduced at 20 sccm (cm³/min at standard condition) from the gas supply system to the sputtering ion source and the auxiliary ion source to a pressure of 4 x 10. 4 . The graphite target was sputtered by the ion sputtering source with an Ar ion beam having an ion energy of 1 keV and an ion current density of 4 mA/cm2, and at the same time the substrate was irradiated by the auxiliary ion source with an Ar ion beam having an ion energy of 200 eV and an ion current density of 0.1 mA/cm2. The film hardness measured by a thin film hardness meter as in Embodiment 1 was 2500 kg/mm2 in Vickers hardness. The friction properties were evaluated by the pin-on-plate method. The friction coefficient was 0.08 when measured in air at a relative humidity of 50% using a ball (5 mm in diameter) of a bearing steel (SUJ2) as a pin with a load of 1.0 N and a sliding speed of 0.04 m/s. The density measured by RBS (Rutherford backscattering spectrometry) was 2.6 g/cm3, and the hydrogen concentration of the film measured by HFS (hydrogen forward scattering spectrometry) was less than 1 atomic %. Then, the heater was completed by connecting the electrode tabs and wire leads to the electrode terminals and adhering them to the heater holder as in Embodiment 1.

Die Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials wurde unter Verwendung einer mit dem auf diese Weise erhaltenen Heizelement ausgerüsteten Wärmefixiervorrichtung wie in der Ausführungsform 1 durchgeführt. Als Resultat wurden ein stabiles Fixiervermögen und eine konstante Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 1 erlangt.The heat fixing of the recording material was carried out using a heat fixing device equipped with the heating element thus obtained as in Embodiment 1. As a result, stable fixing ability and constant durability as in Embodiment 1 were obtained.

[Ausführungsform 3][Embodiment 3]

Eine harte Kohleschicht wurde als eine schmierende Schutzschicht an der isolierenden Schutzschicht in einer zur Ausführungsform 1 gleichartigen Weise ausgebildet. Die Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer bei der Ausführungsform 1 verwendeten Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung, der eine Hilfs-IonenqLjelle zugefügt wurde. Hier sind eine Vakuumkammer 30, eine Hilfs-Ionenquelle 31, eine Ionisationskammer 32, ein Gaszufuhrsystem 33, eine Ionenstrahl-Absaugelektrode 34, ein Substrat 35, ein Graphittarget 36, ein Vakuumsystem 37 und eine Gleichstromquelle 38 gezeigt. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10'7 Torr evakuiert war, wurde Ar vom Gaszufuhrsystem zur Vakuumkammer bzw. zur Hilfs-Ionenquelle mit 100 sccm bzw. 35 sccm auf einen Druck von 6 · 10&supmin;² Pa eingeführt. Graphit wurde mit einer Entladeleistung von 1 kW zerstäubt, und das Substrat wurde gleichzeitig von der Hilfs-Ionenquelle mit einem Ar-Ionenstrahl einer Ionenenergie von 300 eV sowie einer Ionenstromdichte von 0,2 mA/cm² bestrahlt, so daß eine harte Kohleschicht mit einer Dicke von 500 nm erzeugt wurde.A hard carbon layer was formed as a lubricating protective layer on the insulating protective layer in a similar manner to Embodiment 1. Fig. 8 is a schematic diagram of a DC magnetron sputtering apparatus used in Embodiment 1 to which an auxiliary ion source was added. Here, a vacuum chamber 30, an auxiliary ion source 31, an ionization chamber 32, a gas supply system 33, an ion beam extraction electrode 34, a substrate 35, a graphite target 36, a vacuum system 37, and a DC power source 38 are shown. After the vacuum chamber was evacuated to 1 × 10'7 Torr, Ar was introduced from the gas supply system to the vacuum chamber and the auxiliary ion source at 100 sccm and 35 sccm, respectively, to a pressure of 6 × 10-2 Pa. Graphite was sputtered with a discharge power of 1 kW, and the substrate was simultaneously irradiated with an Ar ion beam with an ion energy of 300 eV and an ion current density of 0.2 mA/cm2 from the auxiliary ion source, so that a hard carbon layer with a thickness of 500 nm was produced.

Die mit dem Dünnschicht-Härtemeßgerät wie bei der Ausführungsform 1 gemessene Schichthärte betrug in Vickers-Härte 2700 kg/mm². Die Reibungseigenschaften wurden durch die Stift-auf- Platte-Methode bewertet. Bei einer in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 45% durchgeführten Messung, wobei eine Kugel (5 mm im Durchmesser) eines Lagerstahls (SUJ2) als der Stift mit einer Belastung von 1,0 N und einer Gleitgeschwindigkeit von 0,04 m/s verwendet wurde, betrug der Reibungskoeffizient 0,07. Die durch RBS (Rutherford-Rückstreuungsspektrometrie) bewertete Dichte betrug 2,8 g/cm³, und die durch HFS (Wasserstoff-Uorwärtsstreuungsspektrometrie) gemessene Wasserstoffkonzentration in der Schicht war geringer als 1 Atom-%. Durch Verbinden der Elektrodenfahnen und Drahtleiter mit den Elektrodenanschlüssen und Herstellen einer Haftverbindung mit der Heizelementhalterung wurde dann die Heizvorrichtung vervollständigt.The film hardness measured by the thin film hardness meter as in Embodiment 1 was 2700 kg/mm2 in Vickers hardness. The friction properties were evaluated by the pin-on-plate method. When measured in air at a relative humidity of 45% using a ball (5 mm in diameter) of a bearing steel (SUJ2) as the pin with a load of 1.0 N and a sliding speed of 0.04 m/s, the friction coefficient was 0.07. The density evaluated by RBS (Rutherford backscattering spectrometry) was 2.8 g/cm3, and the hydrogen concentration in the film measured by HFS (hydrogen forward scattering spectrometry) was less than 1 atomic %. The heating device was then completed by connecting the electrode tabs and wire conductors to the electrode terminals and creating an adhesive connection to the heating element holder.

Die Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials wurde unter Verwendung einer mit dem auf diese Weise erhaltenen Heizelement ausgestatteten Wärmefixiervorrichtung in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 1 durchgeführt. Als Ergebnis wurden ein stabiles Fixiervermögen und eine betändige Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 1 erlangt.The heat fixing of the recording material was carried out using a heat fixing device equipped with the heating element thus obtained in the same manner as in Embodiment 1. As a result, stable fixing ability and durability were obtained as in Embodiment 1.

[Ausführungsform 4][Embodiment 4]

An der isolierenden Schutzschicht des Heizelements wurde unter denselben Bedingungen wie bei der Ausführungsform 1 mit der Ausnahme, daß die Ionenstromdichte des Ar-Ionenstrahls von der Hilfs-Ionenstrahlquelle mit 0,2 mA/cm² festgelegt und die Ionenenergie innerhalb eines Bereichs von 0-500 eV verändert wurde, eine harte Kohleschicht mit ein2r Dicke von 450 nm erzeugt. Die Probestücke 1-4 der auf diese Weise hergestellten Heizelemente wurden der Bewertung der Wasserstoffkonzentration, der Schichtdicke, der Schichthärte, des elektrischen Widerstandes (spezifischer Durchgangswiderstand) und des Reibungskoeffizienten unterworfen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt. Die Wasserstoffkonzentration wurde mittels HFS, die Dichte mittels RBS, die Härte mittels des Dünnschicht-Härtemeßgeräts, der elektrische Widerstand mittels der Vierpunktmethode und der Reibungskoeffizient unter denselben Bedingungen wie bei der Ausführungsform 3 gemessen. Tabelle 1 A hard carbon film having a thickness of 450 nm was formed on the insulating protective layer of the heater under the same conditions as in Embodiment 1 except that the ion current density of the Ar ion beam from the auxiliary ion beam source was set at 0.2 mA/cm2 and the ion energy was varied within a range of 0-500 eV. Samples 1-4 of the heaters thus prepared were subjected to evaluation of hydrogen concentration, film thickness, film hardness, electrical resistance (volume resistivity) and friction coefficient. The results obtained are summarized in Table 1. The hydrogen concentration was measured by HFS, the density by RBS, the hardness by the thin film hardness meter, the electrical resistance by the four-point method and the friction coefficient under the same conditions as in Embodiment 3. Table 1

Eine mit dem auf diese Weise erlangten Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung wurde für die Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 1 verwendet. Die Probestücke 1 bis 3 zeigen eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 1, das Probestück 4 zeigt jedoch eine geringfügige Schichtabschälung mit einem Anstieg in der Anzahl der Fixiervorgänge.A heat fixing device equipped with the heating element thus obtained was used for heat fixing the recording material as in Embodiment 1. Samples 1 to 3 show stable fixing performance and durability as in Embodiment 1, but sample 4 shows slight layer peeling with an increase in the number of fixing times.

[Ausführungsform 5][Embodiment 5]

Unter denselben Bedingungen wie bei der Ausführungsform 1 wurde eine harte Kohleschicht mit einer Dicke von 50 nm an beiden Flächen 10a einer Polyimidfolie, wie in Fig. 9 gezeigt ist, ausgebildet. Auch wurde in gleichartiger Weise eine harte Kohleschicht mit einer Dicke von 200 nm an einem Teil 8a der Heizelementhalterung, das mit der Kunststoffolie in Berührung kommt, ausgebildet.Under the same conditions as in Embodiment 1, a hard carbon layer having a thickness of 50 nm was formed on both surfaces 10a of a polyimide film as shown in Fig. 9. Also, in a similar manner, a hard carbon layer having a thickness of 200 nm was formed on a part 8a of the heater holder that comes into contact with the plastic film.

Eine die auf diese Weise erhaltene Heizvorrichtung und Folie verwendende Wärmefixiervorrichtung wurde der Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 1 unterworfen und zeigte eine stabile Fixierleistung sowie Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 1.A heat fixing device using the heater and film thus obtained was subjected to heat fixing of the recording material as in Embodiment 1 and exhibited stable fixing performance and durability as in Embodiment 1.

Im folgenden wird eine Erzeugung gemäß der vorliegenden Erfindung einer hydrierten amorphen Kohleschicht (die nachfolgend als a-C:H-Schicht bezeichnet wird) oder einer diamantartigen Kohleschicht (die nachstehend als DLC-Schicht bezeichnet wird) welche von einem hohen elektrischen Isolationsvermögen, einer hohen Wärmeleitfähigkeit, einer hohen Härte und einem niedrigen Reibungskoeffizienten ist, am Heizelement oder an dessen isolierender Schutzschicht durch Gassynthese erläutert.In the following, a production according to the present invention of a hydrogenated amorphous carbon layer (hereinafter referred to as a-C:H layer) or a diamond-like carbon layer (hereinafter referred to as DLC layer) having high electrical insulation property, high thermal conductivity, high hardness and low friction coefficient on the heating element or its insulating protective layer by gas synthesis will be explained.

Die a-C:H-Schicht oder DLC-Schicht der vorliegenden Erfindung ist durch eine Wärmeleitfähigkeit von 200-600 W/m-K, durch einen elektrischen Widerstand (spezifischer Durchgangswiderstand) von 10&sup8;-10¹¹ &Omega;cm und durch eine Härte von 2000 -5000 kg/mm² gekennzeichnet.The a-C:H layer or DLC layer of the present invention is characterized by a thermal conductivity of 200-600 W/m-K, an electrical resistance (volume resistivity) of 10⁸-10¹¹ Ωcm and a hardness of 2000-5000 kg/mm².

Die bei dieser Erfindung anzuwendende a-C:H-Schicht oder DLC- Schicht kann beispielsweise durch Mikrowellenplasma-CVD, Gleichstromplasma-CVD, Hochfrequenzplasma-CVD, Magnetfeld-Mikrowellenplasma-CVD, Ionenstrahlzerstäubung, Ionenstrahlverdampfung oder reaktive Plasmazerstäubung erzeugt werden. Beispiele des bei diesen Methoden zu verwendenden kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialg~ses schließen Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan, Propan, Äthylen, Benzol und Azetylen; halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform und Trichloräthan; Alkohole, wie Methylalkohol und Äthylalkohl; Ketone, wie (CH&sub3;)&sub2;CO und (C&sub6;H&sub5;)&sub2;CO; sowie Gase, wie CO und CO&sub2;; und Mischungen dieser mit anderen Gasen, wie N&sub2;, H&sub2;, O&sub2;, H&sub2;O und Ar, ein.The a-C:H film or DLC film to be used in this invention can be formed by, for example, microwave plasma CVD, DC plasma CVD, high frequency plasma CVD, magnetic field microwave plasma CVD, ion beam sputtering, ion beam evaporation or reactive plasma sputtering. Examples of the carbonaceous raw material gas to be used in these methods include hydrocarbons such as methane, ethane, propane, ethylene, benzene and acetylene; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, carbon tetrachloride, chloroform and trichloroethane; alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol; ketones such as (CH3)2CO and (C6H5)2CO; and gases such as CO and CO2; and mixtures of these with other gases such as N₂, H₂, O₂, H₂O and Ar.

Die a-C:H-Schicht oder die DLC-Schicht enthält Wasserstoff in mehreren zehn Atom-% in der Schicht. Die Eigenschaften der Schicht ändern sich erheblich mit dem Wasserstoffgehalt. Beispielsweise ist eine a-C:H-Schicht, die Wasserstoff mit 50 Atom-% oder höher enthält, eine transparente polymerartige Schicht mit einem großen optischen Bandabstand, einem hohen elektrischen Widerstand, einer hohen Wärmeleitfähigkeit, jedoch von niedriger Härte. Andererseits ist eine Wasserstoff mit 10-40 Atom-% enthaltende a-C:H-Schicht durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, ein hohes Isoliervermögen und eine hohe Härte, die eine Vickers-Härte so hoch wie 2000-5000 kg/mm² aufweist, durch einen elektrischen Widerstand, der 10&sup8; &Omega;cm überschreitet, durch eine 200 W/m·K übersteigende Wärmeleitfähigkeit und durch einen Reibungskoeffizienten geringer als 0,2 gekennzeichnet. Es wird angenommen, daß diese Eigenschaften den in einem Anteil von 40-70% in der Schicht vorhandenen sp3-Bindungen zuzuschreiben sind. Folglich sollte für die Schutzschicht der vorliegenden Erfindung die a-C:H-Schicht oder die DLC- Schicht mit einem Wasserstoffanteil von 10&supmin;&sup4;&sup0; Atom-% verwendet werden. Auch ist es schwierig, die a-C:H-Schicht deutlich von der DLC-Schicht zu unterscheiden. Beide Schichten sind makroskopisch amorph, enthalten Wasserstoff in der Schicht, bestehen aus sp²- und sp³-gebundenem Kohlenstoff und haben gleichartige physikalische Eigenschaften, wie oben erläutert wurde. Die DLC-Schicht hat bei dieser Erfindung mikroskopisch die Kristallstruktur von Diamant, z. B. ein Beugungsbild, das in der Elektronenstrahl-Beugungsanalyse als Diamant spezifiziert ist.The aC:H layer or the DLC layer contains hydrogen in several tens of atomic % in the layer. The properties of the layer change significantly with the hydrogen content. For example, an aC:H layer containing hydrogen at 50 atomic % or higher is a transparent polymer-like layer with a wide optical band gap, high electrical resistance, high thermal conductivity, but low hardness. On the other hand, an aC:H layer containing hydrogen at 10-40 atomic % is characterized by high thermal conductivity, high insulating capacity, and high hardness, having a Vickers hardness as high as 2000-5000 kg/mm2, an electrical resistance exceeding 10⁸Ωcm, a thermal conductivity exceeding 200 W/m·K, and a friction coefficient less than 0.2. It is believed that these properties are due to the sp3 bonds present in the layer in a proportion of 40-70%. Therefore, the aC:H layer or the DLC layer containing 10⁻⁴ atomic % of hydrogen should be used for the protective layer of the present invention. It is also difficult to clearly distinguish the aC:H layer from the DLC layer. Both layers are macroscopically amorphous, contain hydrogen in the layer, consist of sp²- and sp³-bonded carbon and have similar physical properties as explained above. The DLC layer in this invention has the crystal structure of diamond microscopically, e.g. a diffraction pattern specified as diamond in the electron beam diffraction analysis.

An dem vorerwähnten isolierenden Keramiksubstrat, z. B. aus Al&sub2;O&sub3;, AlN oder SiC, wird der Wärmeerzeugungswiderstand beispielsweise durch Zerstäuben erzeugt, und er wird, nachdem der Widerstandswert gemessen ist, notwendigenfalls auf einen gewünschten Widersstandswert getrimmt. Dann werden Elektrodenanschlüsse in ähnlicher Weise durch Zerstäuben von Au, Ag oder Cu gebildet. Hierauf wird die aus beispielsweise Bleisilikatglas eines niedrigen Erweichungspunkts bestehende isolierende Schutzschicht am Wärmeerzeugungswiderstand und an den Elektrodenanschlüssen durch Siebdruck mit anschließendem Brennen ausgebildet. Das Heizelement wird hergestellt, indem an der isolierenden Schutzschicht eine Schutzschicht, die aus einer a-C:H-Schicht oder einer DLC-Schicht besteht, ausgestaltet wird. Die Dicke der a-C:H- oder der DLC-Schicht sollte in einem Bereich liegen, der imstande ist, eine mechanische Festigkeit und einen Reibungskoeffizienten zum Schutz des Heizelements gegenüber dem Fixierdruck bei der Anwendung der Heizvorrichtung zu garantieren, und kann in einem Bereich von einigen Nanometern bis einigen zehn Mikron, vorzugsweise von einigen zehn Nanometern bis mehreren Mikron, liegen. Die Ausbildung des Wärmeerzeugungswiderstandes und der Elektrodenanschlüsse ist nicht auf eine PVD-Methode, wie Zerstäubung, Vakuumverdampfung oder Ionenplattierung, beschränkt, sondern kann auch durch eine CVD-Methode, Plattieren oder Siebdruck erreicht werden. Danach wird das Heizelement durch Anbringen der Elektroden-Kontaktfahnen an den Elektrodenanschlüssen beispielsweise durch Löten, dann durch Verbinden der Drahtleiter mit den Elektroden-Kontaktfahnen und durch Herstellen der Haftverbindung des Heizelements mit der Heizelementhalterung vervollständigt.On the above-mentioned insulating ceramic substrate, e.g. made of Al₂O₃, AlN or SiC, the heat generating resistor is formed, for example, by sputtering, and after the resistance value is measured, it is trimmed to a desired resistance value if necessary. Then, electrode terminals are formed in a similar manner by sputtering Au, Ag or Cu. Then, the insulating protective layer made of, for example, lead silicate glass of a low softening point is formed on the heat generating resistor and the electrode terminals by screen printing followed by firing. The heating element is manufactured by forming a protective layer made of an a-C:H layer or a DLC layer on the insulating protective layer. The thickness of the a-C:H or DLC layer should be in a range capable of guaranteeing mechanical strength and friction coefficient for protecting the heating element against the fixing pressure when the heating device is used, and may be in a range from several nanometers to several tens of microns, preferably from several tens of nanometers to several microns. The formation of the heat generating resistor and the electrode terminals is not limited to a PVD method such as sputtering, vacuum evaporation or ion plating, but may also be achieved by a CVD method, plating or screen printing. Thereafter, the heating element is completed by attaching the electrode contact tabs to the electrode terminals, for example by soldering, then by connecting the wire conductors to the electrode contact tabs and by making the adhesive connection of the heating element to the heating element holder.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine durch Gassynthese als die Schutzschicht für das Heizelement ausgebildete a-C:H- oder DLC-Schicht, um den Abriebwiderstand und das Gleitverhalten der Heizelement-Schutzschicht zu verbessern, wodurch die Lebensdauer des Heizelements verlängert wird.The present invention uses an a-C:H or DLC layer formed by gas synthesis as the protective layer for the heating element to improve the abrasion resistance and sliding properties of the heating element protective layer, thereby extending the service life of the heating element.

[Ausführungsform 6][Embodiment 6]

Die Fig. 10 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement verwendet, wobei eine Heizvorrichtung 1 von einem Heizelementträger 9 unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Heizelementhalterung getragen wird.Fig. 10 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing apparatus using the heater embodying the present invention, wherein a heater 1 is supported by a heater support 9 with the interposition of a heat insulating heater holder.

Die Heizvorrichtung 1 ist mit einem Keramiksubstrat 2, einem Ag/Pd-Wärmeerzeugungswiderstand 3, einer isolierenden Glasschutzschicht 6, einer aus einer DLC-Schicht bestehenden Schutzschicht 18a und einem Temperturfühler 7 ausgestattet. Eine wärmebeständige Folie 10 besteht beispielsweise aus Polyimid mit einer Dicke von etwa 40 um und ist als Endlosband oder eine langgestreckte Materialbahn ausgebildet. Eine drehende Andruckwalze 11 dient als Druckorgan, um die Folie zum Heizelement 1 hin zu pressen. Die Folie 10 dreht oder bewegt sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Berührung mit der Fläche des Heizelements 1, an welchem sie entlanggleitet, und zwar durch ein (nicht dargestelltes) Antriebsorgan oder durch die Drehkraft der Andruckwalze 11. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wird elektrisch betrieben, um das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, und ein eine unfixierte Tonerabbildung 17 auf der Seite der Folie 10 tragendes Aufzeichnungsmaterial 16 wird in den Fixierklemmspalt 15 in dem Zustand, wobei die Folie 10 bewegt wird, eingeführt. Somit wird das Aufzeichnungsmaterial 16 mit der Folie 10 · in Berührung gehalten und durchläuft den Fixierklemmspalt zusammen mit der Folie 10. Während des Durchlaufs wird dem Aufzeichnungsmaterial 16 über die Folie 10 vom Heizelement 1 Wärmeenergie vermittelt, um die unfixierte Tonerabbildung 10 am Aufzeichnungsmaterial 16 durch Schmelzen zu fixieren. Die Fig. 11A bis 11E sind schematische Schnittdarstellungen des Heizelements der Ausführungsform 6, wobei Elektrodenanschlüsse 4 und 5, die aus Cu bestehen, eine Heizelementhalterung 8, eine Elektrodenkontaktfahne 12, AuSi-Lötmittel 13 und ein Drahtleiter 14 gezeigt sind.The heating device 1 is equipped with a ceramic substrate 2, an Ag/Pd heat generating resistor 3, an insulating glass protective layer 6, a protective layer 18a consisting of a DLC layer and a temperature sensor 7. A heat-resistant film 10 consists, for example, of polyimide with a thickness of about 40 µm and is designed as an endless belt or an elongated material web. A rotating pressure roller 11 serves as a pressure element to press the film towards the heating element 1. The film 10 rotates or moves at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow in contact with the surface of the heating element 1 on which it slides by a driving member (not shown) or by the rotating force of the pressure roller 11. The heat generating resistor 3 is electrically operated to heat the heating element to a predetermined temperature, and a recording material 16 carrying an unfixed toner image 17 on the side of the film 10 is introduced into the fixing nip 15 in the state that the film 10 is moved. Thus, the recording material 16 is kept in contact with the film 10 and passes through the fixing nip together with the film 10. During the passage, heat energy is imparted to the recording material 16 via the film 10 from the heating element 1 to fix the unfixed toner image 10 to the recording material 16 by melting. 11A to 11E are schematic sectional views of the heater of Embodiment 6, showing electrode terminals 4 and 5 made of Cu, a heater holder 8, an electrode tab 12, AuSi solder 13, and a wire conductor 14.

Das Heizelement der in Rede stehenden Ausführungsform wurde hergestellt, indem zuerst Ag/Pd-Paste durch Siebdruck auf ein Al&sub2;O&sub3;-Substrat 2 aufgebracht wurde. Nach einem Messen des Widerstandswerts wurde der Wärmeerzeugungswiderstand 3 auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Anschließend wurde durch Siebdruck Cu-Paste aufgetragen, und die Elektrodenanschlüsse 4, 5 wurden durch Brennen unter einem kontrollierten Sauerstoff-Partialdruck gebrannt (Fig. 11A). Hierauf wurde durch Auftragen eines Bleisilikatglases mit niedrigem Erweichungspunkt mit Hilfe von Siebdruck, worauf sich ein Brennen in Luft anschloß, die isolierende Schutzschicht 6 ausgestaltet (Fig. 11B). Hierauf wurde durch ECR-Plasma-CUD eine DLC-Schicht 18a mit einer Dicke von 200 nm erzeugt. Die Fig. 12 ist eine schematische Darstellung einer ECR-Plasma-CUD-Vorrichtung, die für die Erzeugung der DLC-Schicht verwendet wurde. Die Fig. 12 zeigt eine Plasmakammer vom Hohlraumresonatortyp 50; ein Gaszufuhrsystem 51, ein Mikrowellen-Einführfenster 52, ein Mikrowellen-Leitrohr 53, einen Magneten 54, einen Mikrowellenoszillator 55, ein Substrat sowie eine Halterung 56 für dieses, eine Vakuumkammer 57 und ein Vakuumsystem 58. Nach der Elekrodenerzeugung wurde das Substrat auf der Substrathalterung angebracht und die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert. Dann wurden C6H6 mit 31 sccm und H&sub2; mit 14 sccm vom Gaszufuhrsystem auf einen Druck von 3, 3 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeleitet, und durch Einführen einer Mikrowelle von 2,45 GHz mit 1,2 kW in die Plasmakammer wurde Plasma erzeugt. In diesem Zustand wurde durch den Magneten ein externes Magnetfeld hervorgerufen, um so ECR-Bedingungen von 1600 Gauß am Einführfenster, von 875 Gauß am Austritt des Hohlraumresonators und von 700 Gauß in der Position des Substrats zu schaffen. Die DLC-Schicht wurde unter dem Anlegen einer Spannung von -500 V an das Substrat durch eine (nicht dargestellte) Gleichstrom-Energiequelle erzeugt. Die mit dem Dünnschicht-Härtemeßgerät gemessene Härte der DLC- Schicht betrug in Vickers-Härte 3000 kg/mm². Die Reibungseigenschaften wurden durch die Stift-auf-Platte-Methode bewertet. Bei einer in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 45% ausgeführten Messung, wobei eine Kugel (5 mm im Durchmesser) eines Lagerstahls als der Stift mit einer Belastung von 2,2 N und einer Verschiebegeschwindigkeit von 0,04 m/s verwendet wurde, betrug der Reibungskoeffizient 0,08 - 0,09.The heating element of the present embodiment was manufactured by first applying Ag/Pd paste by screen printing on an Al₂O₃ substrate 2. After measuring the resistance value, the heat generating resistor 3 was trimmed to a desired resistance value. Then, Cu paste was applied by screen printing, and the electrode terminals 4, 5 were fired by firing under a controlled oxygen partial pressure (Fig. 11A). Then, the insulating protective layer 6 was formed by applying a lead silicate glass with a low softening point by screen printing, followed by firing in air (Fig. 11B). Then, a DLC layer 18a with a thickness of 200 nm was formed by ECR plasma CUD. Fig. 12 is a schematic diagram of an ECR plasma CUD apparatus used for forming the DLC layer. Fig. 12 shows a cavity resonator type plasma chamber 50; a gas supply system 51, a microwave introduction window 52, a microwave guide tube 53, a magnet 54, a microwave oscillator 55, a substrate and a support 56 therefor, a vacuum chamber 57 and a vacuum system 58. After electrode formation, the substrate was mounted on the substrate support and the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr. Then, C6H6 at 31 sccm and H2 at 14 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 3.3 x 10-4 Torr and plasma was generated by introducing a 2.45 GHz microwave at 1.2 kW into the plasma chamber. In this state, an external magnetic field was induced by the magnet to create ECR conditions of 1600 gauss at the insertion window, 875 gauss at the cavity exit and 700 gauss at the substrate position. The DLC layer was deposited by applying a voltage of -500 V to the substrate through a (not shown) DC power source. The hardness of the DLC layer measured by the thin film hardness meter was 3000 kg/mm2 in Vickers hardness. The friction properties were evaluated by the pin-on-plate method. When measured in air with a relative humidity of 45%, using a ball (5 mm in diameter) of a bearing steel as the pin with a load of 2.2 N and a displacement speed of 0.04 m/s, the friction coefficient was 0.08 - 0.09.

Dann wurden die Elektroden-Anschlußfahne 12 aus einer Kupferlegierung und das Keramiksubstrat 2 mit AuSi-Lötmittel 13 gelötet (Fig. 11C). Anschließend wurde der Drahtleiter 14 mit der Elektroden-Kontaktfahne 12 in Berührung gehalten (Fig. 11D), und das Heizelement 1 wurde an der Heizelementhalterung 8 zum Haften gebracht (Fig. 11E). Bei der Herstellung des Heizelements 1 erhielten die Oberflächen der Elektrodenanschlüsse 4, 5 einen Au-Schnellüberzug, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern, so daß eine beständige Zuverlässigkeit für die Verbindung erreicht wird. Die Elektroden-Kontaktfahne kann anstatt aus Kupferlegierung auch aus Covar, 42-Legierung oder Phosphorbronze gebildet werden. Das Lötmittel hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mindestens 250ºC und kann auch aus AuGe oder AuSn statt aus AuSi bestehen. Ferner könnte ein Löten in stabilerer Weise durch einen Schnellüberzug der Cu- Elektrodenanschlüsse mit Au, Ni oder Au/Ni erreicht werden, um eine Oxydation und Kontamination bis zum Lötvorgang zu unterbinden. Die Ni-Schicht dient dazu, eine übermäßige Diffusion von Cu in das Lötmittel zu verhindern.Then, the electrode tab 12 made of copper alloy and the ceramic substrate 2 were soldered with AuSi solder 13 (Fig. 11C). Then, the wire conductor 14 was held in contact with the electrode tab 12 (Fig. 11D), and the heater 1 was adhered to the heater holder 8 (Fig. 11E). In the manufacture of the heater 1, the surfaces of the electrode tabs 4, 5 were given Au flash plating to improve the wettability with the solder so that a stable reliability for the connection is achieved. The electrode tab may be formed of Covar, 42 alloy or phosphor bronze instead of copper alloy. The solder preferably has a melting point of at least 250°C and may also be made of AuGe or AuSn instead of AuSi. Furthermore, soldering could be achieved in a more stable manner by quickly coating the Cu electrode terminals with Au, Ni or Au/Ni to prevent oxidation and contamination until soldering. The Ni layer serves to prevent excessive diffusion of Cu into the solder.

Das auf diese Weise hergestellte Heizelement war imstande, das Aufzeichnungsmaterial effizient mit durch Elektroenergie erzeugter Wärme zu versorgen und eine beständige Heizelementleistung ohne eine thermische oder elektrische Verschlechterung der Komponenten des Heizelements zu verwirklichen. Insbesondere ergaben die Verbesserung im Abriebwiderstand und in der Gleitleistung der Heizelement-Schutzschicht eine mehr als doppelte Lebensdauer gegenüber der herkömmlichen Lebensdauer.The heater thus manufactured was able to efficiently supply the recording material with heat generated by electric energy and to realize a stable heater performance without thermal or electrical deterioration of the components of the heater. In particular, the improvement in the abrasion resistance and sliding performance of the heater protective layer resulted in more than double Lifespan compared to conventional lifespan.

[Ausführungsform 7][Embodiment 7]

An einem Keramiksubstrat wurde wie bei der Ausführungsform 6 Au mit einer Dicke von 10 um als der Wärmeerzeugungswiderstand 3 zerstäubt. Nachdem der Widerstandswert gemessen war, wurde der Widerstand auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Anschließend wurde Cu zerstäubt, um die Elektrodenanschlüsse 4, 5 auszubilden. Hierauf wurde die isolierende Glasschutzschicht 6 ausgebildet, und an dieser wurde eine a-C:H-Schicht 18b ausgestaltet. Die Fig. 13 ist eine schematische Darstellung einer Ionenstrahl-Verdampfungsvorrichtung, die bei der Herstellung der a-C:H-Schicht verwendet wird. Hierin sind eine Vakuumkammer 60; eine Ionenstrahlquelle 61, eine Ionisationskammer 62, ein Gaszufuhrsystem 63, eine Ionenstrahl-Absaugelektrode 64, ein Substrat 65, eine Substrathalterung 66 und ein Vakuumsystem 67 gezeigt. Nach der Elektrodenausbildung wurde das Substrat an der Substrathalterung angeordnet und die Vakuumkammer auf 1 · 10 7 Torr evakuiert. Hierauf wurden CH&sub4; mit 16 sccm und H&sub2; mit 31 sccm vom Gaszufuhrsystem eingeführt, und der Gasdruck wurde auf 3,2 · 10 4 Torr eingeregelt, um in der Plasmakammer ein Plasma zu erzeugen. Das Substrat wurde mit einem mit einer Spannung von 1 kV, die an die Absaugelektrode gelegt wurde, abgesaugten Ionenstrahl bestrahlt, wodurch eine a-C:H-Schicht mit einer Dicke von 1 um in einer vorbestimmten Position an der isolierenden Glasschutzschicht ausgebildet wurde. Eine in gleichartiger Weise hergestellte a-C:H-Schicht zeigte in der HFS (Wasserstoff-Vorwärtsstreuungsspektrometrie) einen Wasserstoffgehalt von 30 Atom-%. Die Schichthärte und der Reibungswiderstand, gemessen auf dieselbe Art wie bei der Ausführungsform 6, waren 2500 kg/mm² bzw. 0,07. Anschließend wurde das Heizelement in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 6, indem die Elektroden-Kontaktfahnen sowie die Drahtleiter verbunden wurden und die Haftverbindung gegenüber der Heizelementhalterung hergestellt wurde, fertiggestellt.On a ceramic substrate, as in Embodiment 6, Au was sputtered to a thickness of 10 µm as the heat generating resistor 3. After the resistance value was measured, the resistor was trimmed to a desired resistance value. Then, Cu was sputtered to form the electrode terminals 4, 5. The insulating glass protective layer 6 was formed thereon, and an a-C:H layer 18b was formed thereon. Fig. 13 is a schematic diagram of an ion beam evaporation apparatus used in the formation of the a-C:H layer. Therein, a vacuum chamber 60, an ion beam source 61, an ionization chamber 62, a gas supply system 63, an ion beam exhaust electrode 64, a substrate 65, a substrate holder 66, and a vacuum system 67 are shown. After the electrode formation, the substrate was placed on the substrate holder and the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10 7 Torr. Then, CH 4 at 16 sccm and H 2 at 31 sccm were introduced from the gas supply system and the gas pressure was controlled to 3.2 x 10 4 Torr to generate plasma in the plasma chamber. The substrate was irradiated with an ion beam extracted with a voltage of 1 kV applied to the extraction electrode, whereby an a-C:H layer with a thickness of 1 µm was formed at a predetermined position on the insulating glass protective layer. An a-C:H layer prepared in the same manner showed a hydrogen content of 30 atomic % by HFS (hydrogen forward scattering spectrometry). The film hardness and frictional resistance measured in the same manner as in Embodiment 6 were 2500 kg/mm2 and 0.07, respectively. Then, the heating element was completed in the same manner as in Embodiment 6 by connecting the electrode tabs and the wire conductors and making the adhesive bond to the heating element holder.

Bei der Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 6 konnte dieses Heizelement eine stabile Fixierung wie bei der Ausführungsform 6 erzielen.When heat-fixing the recording material as in Embodiment 6, this heating element could achieve stable fixation as in Embodiment 6.

Bei den vorausgehenden Ausführungsformen kann die a-C: H- oder die DLC-Schicht unmittelbar am Widerstand 3 ohne die isoliereide Schutzschicht 6 ausgebildet werden.In the preceding embodiments, the a-C:H or the DLC layer can be formed directly on the resistor 3 without the insulating protective layer 6.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei eine Ausnehmung zur Ausbildung des Wärmeerzeugungswiderstandes im voraus an einem Keramiksubstrat ausgearbeitet, dann der Wärmeerzeugungswiderstand so ausgebildet wird, daß er nicht über die Oberfläche des Keramiksubstrats vorragt, und eine a-C: H- oder eine DLC-Schicht von hohem elektrischen Isoliervermögen, von hoher Wärmeleitfähigkeit, von hoher Härte und mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten daran durch Gassynthese als die isolierende Schutzschicht erzeugt wird.An embodiment of the present invention is explained below, wherein a recess for forming the heat generating resistor is machined in advance on a ceramic substrate, then the heat generating resistor is formed so as not to protrude from the surface of the ceramic substrate, and an a-C:H or DLC layer having high electrical insulation, high thermal conductivity, high hardness and low friction coefficient is formed thereon by gas synthesis as the insulating protective layer.

Eine Ausnehmung zur Ausbildung des Wärmeerzeugungswiderstandes wird am vorerwähnten Keramiksubstrat aus z. B. Al&sub2;O&sub3;, AlN oder SiC mechanisch ausgearbeitet. Im einzelnen wird ein ablösbarer Film oder ein Resistmaterial an der gesamten Fläche eines Keramiksubstrats mit einer Abmessung von 350 mm · 350 mm ausgestaltet und eine der Schicht des Wärmeerzeugungswiderstandes entsprechende Ausnehmung von z. B. einer Abmessung von 2 mm · 350 mm · 10 um in einer vorbestimmten Position ausgearbeitet. Der Wärmeerzeugungswiderstand wird in der Ausnehmung durch ein PUD-Verfahren, z. B. Zerstäubung, erzeugt und, falls es notwendig ist, nachdem der Widerstandswert gemessen ist, auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Die Ausbildung wird so ausgeführt, daß die wärmeerzeugende Widerstandsschicht nicht mehr als 2 um von der Oberfläche des Keramiksubstrats vorragt. Falls sie mehr als 2 um vorragt, wird die a-C: H- oder die DLC-Schicht unvermeidlich dicker, um eine ausreichende Absatzüberdeckung zu erlangen, und sie ruft ein Abschälen hervor. Nachdem der Film oder das Resistmaterial, die am Keramik substrat aufgebracht wurden, entfernt sind, werden die Elektrodenanschlüsse durch Zerstäuben von Au, Ag oder Cu ausgebildet. Dann wird am Wärmeerzeugungswiderstand eine a-C: H- oder eine DLC-Schicht erzeugt, um das Heizelementsubstrat fertigzustellen. Die Dicke der a-C:H- oder der DLC-Schicht sollte in einem Bereich liegen, der imstande ist, eine mechanische Festigkeit und einen Reibungskoeffizienten zum Schutz des Heizelements gegenüber dem Fixierdruck bei der Anwendung der Heizvorrichtung zu gewährleisten, und sie kann in einem Bereich von einigen Nanometern bis einigen zehn Mikron, vorzugsweise von einigen zehn Nanometern bis mehreren Mikron liegen. Die Ausbildung des Wärmeerzeugungswiderstandes und der Elektrodenanschlüsse ist nicht auf ein PUD-Verfahren, wie Zerstäubung, Vakuumverdampfung oder Ionenplattierung beschränkt, sondern kann auch durch eine CVD-Methode, durch Plattieren oder durch Siebdruck erreicht werden. Anschließend wird die Heizvorrichtung dieser Erfindung durch Montieren der Elektroden-Kontaktfahnen an den Elektrodenanschlüssen eines jeden Heizelements, durch Kappen auf eine gewünschte Größe beispielsweise durch Löten, und dann durch Verbinden der Drahtleiter mit den Elektrodenanschlußfahnen mittels Druck und Herstellen der Haftverbindung des Heizelements an der Heizelementhalterung fertiggestellt. Es ist auch möglich, das Gleitverhalten der Heizvorrichtung und der Folie zu verbessern, indem in gleichartiger Weise eine a-C:H-Schicht oder eine DLC-Schicht an einem Teil der Heizelementhalterung, das mit der Folie in Berührung kommt, ausgebildet wird.A recess for forming the heat generating resistor is machined on the above-mentioned ceramic substrate made of, for example, Al₂O₃, AlN or SiC. Specifically, a peelable film or a resist material is formed on the entire surface of a ceramic substrate having a dimension of 350 mm x 350 mm, and a recess corresponding to the heat generating resistor layer, for example, having a dimension of 2 mm x 350 mm x 10 µm, is machined at a predetermined position. The heat generating resistor is formed in the recess by a PUD method such as sputtering, and, if necessary, trimmed to a desired resistance value after the resistance value is measured. The formation is carried out so that the heat generating resistor layer protrudes not more than 2 µm from the surface of the ceramic substrate. If it protrudes more than 2 µm, the aC:H or DLC layer inevitably becomes thicker to obtain sufficient step coverage and causes peeling. After the film or resist material attached to the ceramic substrate are removed, the electrode terminals are formed by sputtering Au, Ag or Cu. Then, an aC:H or a DLC layer is formed on the heat generating resistor to complete the heater substrate. The thickness of the aC:H or the DLC layer should be in a range capable of ensuring mechanical strength and a friction coefficient for protecting the heater against the fixing pressure in the application of the heater, and may be in a range from several nanometers to several tens of microns, preferably from several tens of nanometers to several microns. The formation of the heat generating resistor and the electrode terminals is not limited to a PUD method such as sputtering, vacuum evaporation or ion plating, but can also be achieved by a CVD method, by plating or by screen printing. Then, the heater of this invention is completed by mounting the electrode tabs on the electrode terminals of each heater, capping them to a desired size by, for example, soldering, and then connecting the wire leads to the electrode tabs by pressure and adhesively bonding the heater to the heater support. It is also possible to improve the sliding performance of the heater and the film by similarly forming an aC:H layer or a DLC layer on a part of the heater support that comes into contact with the film.

Die vorliegende Erfindung verwendet somit eine durch Gassynthese erzeugte a-C:H- oder DLC-Schicht als die Schutzschicht für das Heizelement, wodurch der Abriebwiderstand und das Gleitverhalten zwischen dem Heizelement sowie der Folie verbessert werden und die Lebensdauer der Heizvorrichtung verlängert wird.The present invention thus uses a gas-synthesized a-C:H or DLC layer as the protective layer for the heating element, thereby improving the abrasion resistance and sliding behavior between the heating element and the film and extending the service life of the heating device.

[Ausführungsform 8][Embodiment 8]

Die Fig. 14 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung ver körpernde Heizelement verwendet. Ein Heizelement 1 wird über eine wärmeisolierende Heizelementhalterung 8 von einem Heizelementträger 9 getragen. Eine wärmebeständige Folie 10 besteht beispielsweise aus Polyimid mit einer Dicke von etwa 40 um und ist als Endlosband oder als langgestreckte Materialbahn ausgebildet. Eine drehende Andruckwalze 11 dient als das Druckglied, um die Folie an das Heizelement 1 zu pressen. Die Folie 10 dreht oder bewegt sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Berührung mit den Kanten der Heizelementhalterung 8 und der Frontfläche des Heizelements 1, wobei sie daran gleitet, durch ein (nicht dargestelltes) Antriebsorgan oder durch die Drehkraft der Andruckwalze 11. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wird elektrisch betrieben, um das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, und ein Aufzeichnungsmaterial 16, das an diesem auf der Seite der Folie 10 eine unfixierte Tonerabbildung trägt, wird in einen Fixierklemmspalt 15 in dem Zustand, wobei die Folie 10 bewegt wird, eingeführt. Auf diese Weise wird das Aufzeichnungsmaterial 16 in Berührung mit der Folie 10 gehalten und durchläuft zusammen mit der Folie 10 den Fixierklemmspalt. Während des Durchlaufens wird vom Heizelement 1 über die Folie 10 hinweg dem Aufzeichnungsmaterial 16 Wärmeenergie vermittelt, um die unfixierte Tonerabbildung am Aufzeichnungsmaterial 16 durch Schmelzen zu fixieren.Fig. 14 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device embodying the present invention. embodying heating element is used. A heating element 1 is carried by a heating element carrier 9 via a heat-insulating heating element holder 8. A heat-resistant film 10 consists for example of polyimide with a thickness of about 40 µm and is designed as an endless belt or as an elongated material web. A rotating pressure roller 11 serves as the pressure member to press the film onto the heating element 1. The film 10 rotates or moves at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow in contact with the edges of the heater holder 8 and the front surface of the heater 1 while sliding thereon by a driving member (not shown) or by the rotational force of the pressure roller 11. The heat generating resistor 3 is electrically operated to heat the heater to a predetermined temperature, and a recording material 16 carrying an unfixed toner image thereon on the side of the film 10 is introduced into a fixing nip 15 in the state that the film 10 is moved. In this way, the recording material 16 is held in contact with the film 10 and passes through the fixing nip together with the film 10. During the passage, heat energy is imparted from the heater 1 across the film 10 to the recording material 16 to fix the unfixed toner image to the recording material 16 by melting.

Die Fig. 15A bis 15E sind schematische Schnittdarstellungen der Ausführungsform 8, wobei ein Heizelement 1, ein Keramiksubstrat 2, ein Ag/Pd-Wärmeerzeugungswiderstand 3, Cu-Elektrodenanschlüsse 4 und 5, eine aus einer DLC-Schicht bestehende Schutzschicht 18a, eine Heizelementhalterung 8, eine Elektroden-Kontaktfahne 12, ein AuSi-Lötmittel 13 und ein Drahtleiter 14 gezeigt sind.15A to 15E are schematic sectional views of Embodiment 8, showing a heater 1, a ceramic substrate 2, an Ag/Pd heat generating resistor 3, Cu electrode terminals 4 and 5, a protective layer 18a made of a DLC film, a heater holder 8, an electrode tab 12, an AuSi solder 13, and a wire lead 14.

Bei dieser Ausführungsform wurde zuerst eine Ausnehmung G mit einer Abmessung von 350 mm · 2 mm · 12 um zur Ausbildung des Wärmeerzeugungswiderstandes mechanisch an einem Substrat aus Al&sub2;O&sub3; ausgearbeitet, und in der Ausnehmung wurde durch Auftragen von Ag/Pd-Paste mittels Siebdrucks, woran sich ein Brennen in Luft anschloß, der Wärmeerzeugungswiderstand 3 ausgebildet, der nach einem Messen des Widerstandswerts auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt wurde. In diesem Zustand stimmt die Oberfläche der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht mit der Oberfläche des Keramiksubstrats 2 überein. Dann wurde durch Siebdruck Cu-Paste aufgebracht, und durch Brennen unter kontrolliertem Sauerstoff-Partialdruck wurden die Elektrodenanschlüsse 4, 5 erzeugt (Fig. 15A). Hierauf wurde die als die isolierende Schutzschicht dienende DLC- Schicht 18a ausgestaltet. Die DLC-Schicht wurde mittels der in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung erzeugt.In this embodiment, a recess G with a dimension of 350 mm · 2 mm · 12 um was first mechanically formed on a substrate to form the heat generating resistor made of Al₂O₃, and the heat generating resistor 3 was formed in the recess by applying Ag/Pd paste by screen printing, followed by firing in air, and was trimmed to a desired resistance value after measuring the resistance value. In this state, the surface of the heat generating resistor layer is in agreement with the surface of the ceramic substrate 2. Then, Cu paste was applied by screen printing, and by firing under controlled oxygen partial pressure, the electrode terminals 4, 5 were formed (Fig. 15A). Thereupon, the DLC layer 18a serving as the insulating protective layer was formed. The DLC layer was formed by the apparatus shown in Fig. 12.

Hierauf wurden die Elektroden-Kontaktfahne 12 aus einer Kupferlegierung und das Keramiksubstrat 2 mittels AuSi-Lötmittel 13 gelötet (Fig. 15C). Anschließend wurde der Drahtleiter 14 in Berührung mit der Elektroden-Anschlußfahne 12 gehalten (Fig. 15D), und die Haftverbindung für das Heizelement 1 an der Heizelementhalterung 8 wurde hergestellt (Fig. 15E). Bei der Herstellung des Heizelements 1 erhielten die Oberflächen der Elektrodenanschlüsse 4, 5 einen Au-Schnellüberzug, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern, so daß eine konstant zuverlässige Verbindung zu erreichen ist. Die Elektroden- Anschlußfahne kann auch anstatt aus einer Kupferlegierung aus Covar, 42-Legierung oder Phosphorbronze hergestellt werden. Das Lötmittel hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mindestens 250ºC und kann auch aus AuGe oder AuSn statt aus AuSi bestehen. Ferner könnte ein Löten in stabilerer Weise erreicht werden, indem die Cu-Elektrodenanschlüsse einen Schnellüberzug mit Au, Ni oder Au/Ni erhalten, um eine Oxydation und Kontamination bis zum Lötvorgang zu unterbinden. Die Ni-Schicht dient dazu, eine übermäßige Diffusion von Cu in das Lötmittel zu verhindern.Then, the electrode tab 12 made of a copper alloy and the ceramic substrate 2 were soldered using AuSi solder 13 (Fig. 15C). Then, the wire conductor 14 was held in contact with the electrode tab 12 (Fig. 15D), and the adhesive connection for the heating element 1 to the heating element holder 8 was made (Fig. 15E). In the manufacture of the heating element 1, the surfaces of the electrode terminals 4, 5 were given a quick Au coating to improve the wettability with the solder so that a consistently reliable connection can be achieved. The electrode tab can also be made of Covar, 42 alloy or phosphor bronze instead of a copper alloy. The solder preferably has a melting point of at least 250°C and can also consist of AuGe or AuSn instead of AuSi. Furthermore, soldering could be achieved in a more stable manner by quickly plating the Cu electrode terminals with Au, Ni or Au/Ni to prevent oxidation and contamination until soldering. The Ni layer serves to prevent excessive diffusion of Cu into the solder.

Die auf diese Weise erzeugte Heizvorrichtung war imstande, das Aufzeichnungsmaterial effizient mit durch Elektroenergie erzeugter Wärme zu versorgen und eine stabile Heizleistung ohne eine thermische oder elektrische Verschlechterung der Komponenten der Heizvorrichtung hervorzubringen. Insbesondere war sie von der Erzeugung von durch Reibung zwischen der Heizvorrichtung sowie der Folie verursachtem abgeriebenen Pulver frei und konnte ein stabiles Gleitverhalten aufrechterhalten.The heating device created in this way was able to heat the recording material efficiently with electrical energy generated heat and to produce a stable heating performance without thermal or electrical deterioration of the components of the heater. In particular, it was free from the generation of abraded powder caused by friction between the heater and the film and could maintain a stable sliding performance.

[Ausführungsform 9][Embodiment 9]

Die Fig. 16 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement verwendet. Die Bauweisen der Komponenten sind denjenigen von Fig. 14 gleich.Fig. 16 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using the heating element embodying the present invention. The constructions of the components are the same as those of Fig. 14.

Wie in der Ausführungsform 8 wurde eine Ausnehmung zur Ausbildung des Wärmeerzeugungswiderstandes mechanisch an einem Keramiksubstrat ausgearbeitet. In der Ausnehmung wurde durch Zerstäuben von Au mit einer Dicke von 10 um und durch eine W- (Wolfram-) Schicht 3a mit einer Dicke von 50 nm der Wärmeerzeugungswiderstand ausgebildet. Die Ausnehmung zur Ausbildung des Wärmeerzeugungswiderstandes wurde wie bei der Ausführungsform 8 gestaltet, und die W-Schicht wurde ausgebildet, um die wechselseitige Diffusion von Au und C zu verhindern. Nach der Messung des Widerstandswerts wurde der Wärmeerzeugungswiderstand auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Anschließend wurde durch Cu-Zerstäubung der Elektrodenanschluß 4 ausgebildet, und hierauf wurde eine als die isolierende Schutzschicht dienende a-C:H-Schicht 18b erzeugt.As in Embodiment 8, a recess for forming the heat generating resistor was mechanically machined on a ceramic substrate. The heat generating resistor was formed in the recess by sputtering Au with a thickness of 10 µm and a W (tungsten) layer 3a with a thickness of 50 nm. The recess for forming the heat generating resistor was designed as in Embodiment 8, and the W layer was formed to prevent the mutual diffusion of Au and C. After measuring the resistance value, the heat generating resistor was trimmed to a desired resistance value. Then, the electrode terminal 4 was formed by Cu sputtering, and an a-C:H layer 18b serving as the insulating protective layer was formed thereon.

Die a-C:H-Schicht 18b wurde mit der in Fig. 13 gezeigten Vorrichtung erzeugt. Nach der Elektrodenausbildung wurde das Substrat an der Substrathalterung angeordnet und die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert. Dann wurden vom Gaszufuhrsystem CH&sub4; mit 12 sccm und H&sub2; mit 25 sccm eingeführt, wobei der Gasdruck auf 2,8 · 10&supmin;&sup4; Torr geregelt wurde, um in der Plasmakammer ein Plasma zu erzeugen. Das Substrat wurde mit einem durch eine Spannung von 0,75 kV, die an die Absaugelektrode gelegt wurde, abgesaugten Elektronenstrahl bestrahlt, wodurch eine a-C:H-Schicht mit einer Dicke von 400 nm in einer vorbestimmten Position am Wärmeerzeugungswiderstand ausgebildet wurde. Eine in gleicher Weise hergestellte a-C:H-Schicht zeigte in der HFS (Wasserstoff-Vorwärtsstreuungsspektrometrie) einen Wasserstoffgehalt von 27 Atom-%. Auch waren die Schichthärte und der Reibungswiderstand, gemessen in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 6, jeweils 2500 kg/mm² bzw. 0,07. Die Heizvorrichtung wurde anschließend durch Verbinden der Elektroden-Kontaktfahnen sowie der Drahtleiter mit den Elektrodenanschlüssen und Herstellen der Haftverbindung des Heizelements mit der Heizelementhalterung komplettiert.The aC:H layer 18b was formed by the apparatus shown in Fig. 13. After the electrode formation, the substrate was placed on the substrate holder and the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr. Then, CH4 at 12 sccm and H2 at 25 sccm were introduced from the gas supply system with the gas pressure controlled to 2.8 x 10-4 Torr to generate a plasma in the plasma chamber. The substrate was irradiated with an electron beam extracted by a voltage of 0.75 kV applied to the extraction electrode, whereby an aC:H layer having a thickness of 400 nm was formed at a predetermined position on the heat generating resistor. An aC:H layer prepared in the same manner showed a hydrogen content of 27 atomic % by HFS (hydrogen forward scattering spectrometry). Also, the layer hardness and frictional resistance measured in the same manner as in Embodiment 6 were 2500 kg/mm² and 0.07, respectively. The heating device was then completed by connecting the electrode tabs and the wire conductors to the electrode terminals and adhesively bonding the heating element to the heating element holder.

Bei der Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 8 zeigte die auf diese Weise hergestellte Heizvorrichtung wie bei der Ausführungsform 6 ein stabiles Fixiervermögen und eine beständige Haltbarkeit.When heat-fixing the recording material as in Embodiment 8, the thus-manufactured heating device showed stable fixing ability and durability as in Embodiment 6.

[Ausführungsform 10][Embodiment 10]

Die Fig. 17 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement verwendet. Die Strukturen der Komponenten sind dieselben wie jene, die in Fig. 14 gezeigt sind.Fig. 17 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using the heating element embodying the present invention. The structures of the components are the same as those shown in Fig. 14.

Die wärmeerzeugende Widerstandsschicht wurde in gleichartiger Weise wie bei der Ausführungsform 8 mit einer Dicke von etwa 10 um ausgebildet. Die Tiefe der Ausnehmung zur Ausgestaltung des Wärmeerzeugungswiderstandes wurde mit 12 um ausgearbeitet. Nach der Herstellung des Elektrodenanschlusses 4 wie bei der Ausführungsform 8 wurde durch Siebdruck Bleisilikatglas mit niedrigem Erweichungspunkt auf die den Wärmeerzeugungswiderstand enthaltende Ausnehmung aufgebracht und in Luft gebrannt, um eine isolierende Schutzschicht 6' mit einer Dicke von etwa 2 um auszubilden. Anschließend wurde an der gesamten Oberfläche des Heizelements eine DLC-Schicht 18a mittels derselben Methode oder Bedingungen wie bei der Ausführungsform 8 erzeugt.The heat generating resistor layer was formed in a similar manner as in Embodiment 8 to have a thickness of about 10 µm. The depth of the recess for forming the heat generating resistor was made to be 12 µm. After the electrode terminal 4 was formed as in Embodiment 8, lead silicate glass with a low softening point was screen-printed onto the recess containing the heat generating resistor and fired in air to form an insulating protective layer 6' having a thickness of about 2 µm. Then, a DLC layer 18a was formed on the entire surface of the heater element by the same method or conditions as in Embodiment 8.

Anschließend wurden die Elektroden-Kontaktfahnen und die Drahtleiter mit den Elektrodenanschlüssen wie bei der Ausführungsform 8 verbunden und das Substrat an der Heizelementhalterung, die eine DLC-Schicht mit einer Dicke von 60 nm im Berührungsbereich mit der Folie wie bei der Ausführungsform 9 trägt, zum Haften gebracht, um das Heizelement zu vervollständigen.Then, the electrode tabs and the wire leads were connected to the electrode terminals as in Embodiment 8, and the substrate was adhered to the heater holder carrying a DLC layer having a thickness of 60 nm in the area of contact with the foil as in Embodiment 9, to complete the heater.

Bei der Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 8 zeigte das auf diese Weise erhaltene Heizelement ein stabiles Fixiervermögen und eine beständige Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 8.When the recording material was heat-fixed as in Embodiment 8, the heating element thus obtained exhibited stable fixing ability and stable durability as in Embodiment 8.

Im folgenden wird eine Ausführungsform dieser Erfindung erläutert, wobei eine hydrierte, amorphe Kohleschicht (a-C:H-Schicht) oder eine DLC-Schicht mit einer hohen Härte und einem niedrigen Reibungskoeffizienten durch Gassynthese an der Fläche der mit dem Heizelement in Gleitberührung befindlichen Folie ausgebildet wird.An embodiment of this invention is explained below, wherein a hydrogenated amorphous carbon layer (a-C:H layer) or a DLC layer having a high hardness and a low friction coefficient is formed by gas synthesis on the surface of the film in sliding contact with the heating element.

Eine a-C:H- oder eine DLC-Schicht wird durch das vorerwähnte Verfahren an einer mit dem Heizelement in Berührung kommenden Fläche einer wärmebeständigen Folie, z. B. aus Polyimid, die als Endlosband oder eine langgestreckte Materialbahn gefertigt ist, ausgebildet. Die Dicke der a-C: H- oder der DLC- Schicht liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von einigen Nanometern bis einigen hundert Nanometern, weil eine Dicke geringer als einige Nanometer keine ausreichende Schmierleistung hervorbringen kann, während eine Dicke größer als einige hundert Nanometer in einem Abschälen der Schicht von der Kunststoffolie oder aufgrund der Spannung in der Schicht in deren Ringeln resultiert. Die Kunststoffolie kann selbst dann geringelt werden, wenn die Schicht im vorerwähnten bevorzugten Dickenbereich liegt. In diesem Fall kann die a-C:H- oder die DLC-Schicht an beiden Seiten der Kunststoffolie ausgebildet werden. Das Gleitverhalten zwischen dem Heizelement und der Kunststoffolie kann weiter durch Ausgestalten der a-C: H- oder der DLC-Schicht auch an der isolierenden Schutzschicht des Heizelements oder an der Heizelementhalterung, die mit der Kunststoffolie in Berührung kommen, verbessert werden.An aC:H or a DLC layer is formed by the above-mentioned method on a surface of a heat-resistant film, e.g. made of polyimide, which is made as an endless belt or an elongated sheet of material, which comes into contact with the heating element. The thickness of the aC:H or the DLC layer is preferably within a range of several nanometers to several hundred nanometers, because a thickness less than several nanometers cannot provide sufficient lubricating performance, while a thickness greater than several hundred nanometers results in peeling of the layer from the plastic film or in the layer curling due to the tension in the layer. The plastic film can be curled even if the layer is in the above-mentioned preferred thickness range. In this case, the aC:H or the DLC layer can be formed on both sides of the plastic film. The sliding behavior between the heating element and the plastic film can be further improved by designing the aC:H or The DLC layer can also be improved on the insulating protective layer of the heating element or on the heating element holder, which come into contact with the plastic film.

Somit dient die vorliegende Erfindung dazu, als eine schmierende Schutzschicht eine a-C: H- oder eine DLC-Schicht durch Garsynthese an der Fläche der Kunststoffolie, die mit dem Heizelement in Gleitberührung ist, zu erzeugen, so daß der Abriebwiderstand und die Gleiteigenschaft zwischen dem Heizelement sowie der Kunststoffolie verbessert werden und die Lebensdauer des Heizelements verlängert wird.Thus, the present invention serves to form an a-C:H or a DLC layer as a lubricating protective layer by gas synthesis on the surface of the plastic film which is in sliding contact with the heating element, so that the abrasion resistance and sliding property between the heating element and the plastic film are improved and the service life of the heating element is prolonged.

[Ausführungsform 11][Embodiment 11]

Die Fig. 18 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, bei der das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement zur Anwendung kommt und ein Heizelement 1 durch einen Heizelementträger 9 unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Heizelementhalterung 8 getragen wird. Eine wärmebeständige Folie 10 besteht beispielsweise aus Polyimid mit einer Dicke von etwa 40 um und ist als ein Endlosband oder eine langgestreckte Materialbahn ausgebildet. Eine drehende Andruckwalze 11 dient als das Druckorgan, um die Folie an das Heizelement 1 zu drücken. Die Folie 10 läuft um oder bewegt sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Berührung mit den Kanten der Heizelementhalterung 8 und der Fläche des Heizelements 1, an dem sie gleitet, und zwar mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Antriebsorgans oder mittels der Drehkraft der Andruckwalze 11. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wird elektrisch betrieben, um das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, und ein Aufzeichnungsmaterial 16, das eine unfixierte Tonerabbilung 17 an diesem auf der Seite der Folie 10 trägt, wird in einen Fixierklemmspalt 15 in dem Zustand, da die Folie 10 bewegt wird, eingeführt. Auf diese Weise wird das Aufzeichnungsmaterial 16 mit der Folie 10 in Berührung gehalten und durchläuft zusammen mit der Folie 10 den Fixierklemmspalt. Im Verlauf des Durchgangs wird vom Heizelement 1 über die Folie 10 dem Aufzeichnungsmaterial 16 Wärmeenergie vermittelt, um die unfixierte Tonerabbildung 17 am Aufzeichnungsmaterial 16 durch Schmelzen zu fixieren.Fig. 18 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing apparatus using the heating element embodying the present invention, in which a heating element 1 is supported by a heating element support 9 with the interposition of a heat-insulating heating element holder 8. A heat-resistant film 10 is made of, for example, polyimide with a thickness of about 40 µm and is formed into an endless belt or an elongated sheet. A rotating pressure roller 11 serves as the pressing member for pressing the film onto the heating element 1. The film 10 revolves or moves at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow in contact with the edges of the heating element holder 8 and the surface of the heating element 1 on which it slides, by means of a driving member (not shown) or by means of the rotational force of the pressure roller 11. The heat generating resistor 3 is electrically operated to heat the heating element to a predetermined temperature, and a recording material 16 carrying an unfixed toner image 17 thereon on the side of the film 10 is introduced into a fixing nip 15 in the state that the film 10 is moved. In this way, the recording material 16 is kept in contact with the film 10 and passes through the fixing nip together with the film 10. In the course of the passage, heat is transferred from the heating element 1 via the Film 10 imparts heat energy to the recording material 16 in order to fix the unfixed toner image 17 to the recording material 16 by melting.

Die Fig. 19A bis 19E sind schematische Schnittdarstellungen der Heizvorrichtung der Ausführungsform 11, wobei ein Heizelement 1, ein isolierendes Substrat aus z. B. Keramikwerkstoffen, ein Ag/Pd-Wärmeerzeugungswiderstand 3, ein Cu-Elektrodenanschluß 4, eine isolierende Glasschutzschicht 6, eine Heizelementhalterung 8, eine Elektroden-Kontaktfahne 12, ein AuSi- Lötmittel 13 und ein Drahtleiter 14 dargestellt sind.19A to 19E are schematic sectional views of the heating device of Embodiment 11, showing a heating element 1, an insulating substrate made of, for example, ceramics, an Ag/Pd heat generating resistor 3, a Cu electrode terminal 4, an insulating glass protective layer 6, a heating element holder 8, an electrode tab 12, an AuSi solder 13, and a wire conductor 14.

Bei dem Heizelement dieser Erfindung wurde zuerst Ag/Pd-Paste durch Siebdruck an einem Al&sub2;O&sub3;-Substrat aufgebracht und in Luft gebrannt, um den Wärmeerzeugungswiderstand 3 auszubilden, der nach Messung des Widerstandswerts dann auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt wurde. Hierauf wurde durch Siebdruck Cu-Paste aufgetragen und der Elektrodenanschluß 4 durch Brennen unter einem kontrollierten Sauerstoff-Partialdruck ausgestaltet. Anschließend wurde Bleisilikatglas mit niedrigem Erweichungspunkt mittels Siebdruck aufgebracht und in Luft gebrannt, um die isolierende Schutzschicht zu erzeugen.In the heating element of this invention, Ag/Pd paste was first screen-printed on an Al₂O₃ substrate and fired in air to form the heat generating resistor 3, which was then trimmed to a desired resistance value after measuring the resistance value. Cu paste was then screen-printed and the electrode terminal 4 was formed by firing under a controlled oxygen partial pressure. Then, lead silicate glass with a low softening point was screen-printed and fired in air to form the insulating protective layer.

Hierauf wurden die Elektroden-Kontaktfahne 12 aus einer Kupferlegierung und das Keramiksubstrat 2 mit AuSi-Lötmittel 13 gelötet. Anschließend wurde der Drahtleiter 14 mit der Elektroden-Kontaktfahne 12 in Berührung gehalten und die Haftverbindung des Heizelements an der Heizelementhalterung 8 hergestellt. Bei der Fertigung des Heizelements 1 wurde die Oberfläche des Elektrodenanschlusses 4 mit einem Au-Schnellüberzug versehen, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern und für die Verbindung eine konstante Zuverlässigkeit zu erreichen. Die Elektroden-Anschlußfahne kann auch statt einer Kupferlegierung aus Covar, 42-Legierung oder Phosphorbronze ausgebildet werden. Das Lötmittel hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mindestens 250ºC und kann auch aus AuGe oder AuSn statt aus AuSi bestehen. Ferner könnte ein Löten in stabilerer Weise erreicht werden, indem die Cu-Elektrodenanschlüsse einen Schnellüberzug aus Au, NI oder Au/NI erhalten, um eine Oxydation und Kontamination bis zum Lötvorgang zu unterbinden. Die Ni-Schicht dient dazu, eine übermäßige Diffusion von Cu in das Lötmittel zu verhindern.Then the electrode contact lug 12 made of a copper alloy and the ceramic substrate 2 were soldered with AuSi solder 13. The wire conductor 14 was then held in contact with the electrode contact lug 12 and the adhesive connection of the heating element to the heating element holder 8 was made. During the manufacture of the heating element 1, the surface of the electrode terminal 4 was provided with an Au quick coating in order to improve the wettability with the solder and to achieve a constant reliability for the connection. The electrode terminal lug can also be made of Covar, 42 alloy or phosphor bronze instead of a copper alloy. The solder preferably has a melting point of at least 250ºC and can also consist of AuGe or AuSn instead of AuSi. Furthermore, a Soldering can be achieved in a more stable manner by applying a quick coating of Au, Ni or Au/NI to the Cu electrode terminals to prevent oxidation and contamination until soldering. The Ni layer serves to prevent excessive diffusion of Cu into the solder.

Die Fig. 20 ist eine schematische Darstellung einer ECR-Plasma- CUD-Vorrichtung, die bei der Ausbildung der DLC-Schicht 118a (Fig. 18) an der Polyimidfolie 10 zur Anwendung kommt. Hierin sind eine Plasmakammer 70 vom Hohlraumresonatortyp, ein Gaszufuhrsystem 71, ein Mikrowellen-Einführfenster 72, ein Mikrowellen-Leitrohr 73, ein Magnet 74, ein Mikrowellenoszillator 75, ein Mechanismus 76 zum Zuführen und Aufwickeln einer Folie unter einer konstanten Spannung sowie einer konstanten Geschwindigkeit, eine Vakuumkammer 77, ein Vakuumsystem 78 und eine Ummantelung 79, um den Schichterzeugungsbereich abzugrenzen, gezeigt. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden C&sub6;H&sub6; mit 40 sccm und H&sub2; mit 25 sccm vom Gaszufuhrsystem auf einen Druck von 4,0 · 10 4 Torr eingeführt, und durch Einleiten, einer Mikrowelle von 2,45 GHz mit 1,0 kW wurde in der Plasmakammer ein Plasma erzeugt. In diesem Zustand wurde durch den Magneten ein externes Magnetfeld hervorgerufen, um die ECR-Bedingungen von 1200 Gauß am Einführfenster, von 875 Gauß am Austritt des Hohlraumresonators und von 700 Gauß in der Position des Substrats zu verwirklichen. Die in Fig. 18 gezeigte DLC-Schicht 118a wurde unter Anlegen einer Spannung von -500 U von einer (nicht dargestellten) Gleichstromquelle an das Substrat mit einer Dicke von 70 nm erzeugt. Die mit dem Dünnschicht-Härtemeßgerät gemessene Härte der DLC-Schicht betrug 2500 kg/mm² in Vickers-Härtegraden. Die Reibungseigenschaften wurden mittels der Stift-auf-Platte- Methode bewertet. Bei einer in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 50% durchgeführten Messung, wobei eine Kugel (5 mm im Durchmesser) eines Lagerstahls (SUJ2) als der Stift mit einer Belastung von 2,2 N und einer Verschiebegeschwindigkeit von 0,04 m/s verwendet wurde, war der Reibungskoeffizient 0,10. Bei dem vorerwähnten Vorgang betrug die Bewegungsge schwindigkeit der Folie 1 m/min. und die Schichterzeugungsgeschwindigkeit betrug 0,5 nm/sec.Fig. 20 is a schematic diagram of an ECR plasma CUD apparatus used in forming the DLC layer 118a (Fig. 18) on the polyimide film 10. Therein, a cavity resonator type plasma chamber 70, a gas supply system 71, a microwave introduction window 72, a microwave guide tube 73, a magnet 74, a microwave oscillator 75, a mechanism 76 for feeding and winding a film under a constant tension and a constant speed, a vacuum chamber 77, a vacuum system 78, and an enclosure 79 for defining the film formation region are shown. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, C6H6 at 40 sccm and H2 were introduced into the plasma chamber 70. at 25 sccm from the gas supply system to a pressure of 4.0 10 4 Torr, and a plasma was generated in the plasma chamber by introducing a microwave of 2.45 GHz at 1.0 kW. In this state, an external magnetic field was induced by the magnet to realize the ECR conditions of 1200 gauss at the insertion window, 875 gauss at the exit of the cavity resonator, and 700 gauss at the position of the substrate. The DLC layer 118a shown in Fig. 18 was formed by applying a voltage of -500 U from a DC power source (not shown) to the substrate to a thickness of 70 nm. The hardness of the DLC layer measured by the thin film hardness meter was 2500 kg/mm2 in Vickers hardness. The friction properties were evaluated by the pin-on-plate method. When a measurement was carried out in air with a relative humidity of 50%, using a ball (5 mm in diameter) of a bearing steel (SUJ2) as the pin with a load of 2.2 N and a displacement speed of 0.04 m/s, the friction coefficient was 0.10. In the above-mentioned operation, the speed of motion was speed of the film was 1 m/min. and the layer formation speed was 0.5 nm/sec.

Die auf diese Weise hergestellte Wärmefixiervorrichtung war von der Erzeugung abgeriebenen Pulvers, was aus der Reibung zwischen dem Heizelement und der Kunststoffolie resultiert, frei und imstande, ein stabiles Gleitverhalten über eine verlängerte Zeitspanne aufrechtzuerhalten.The heat fixing device thus prepared was free from the generation of abraded powder resulting from the friction between the heating element and the plastic film and was able to maintain a stable sliding behavior over a prolonged period of time.

[Ausführungsform 12][Embodiment 12]

Eine a-C:H-Schicht wurde wie bei der Ausführungsform 11 als eine schmierende Schutzschicht an der Kunststoffolie ausgebildet. Die Fig. 21 ist eine schematische Darstellung einer Ionenstrahl-Aufdampfapparatur (IBD-Apparatur), die bei der Erzeugung der a-C:H-Schicht verwendetwird. Die Fig. 21 zeigt eine Vakuumkammer 80,Ionenstrahlquellen 81, Ionisationskammern 82, Gaszufuhrsysteme 83, Ionenstrahl-Absaugelektroden 84, ein Substrat 85, einen Mechanismus 86 zum Zuführen und Aufwickeln einer Folie unter einer konstanten Spannung und einer konstanten Geschwindigkeit, ein Vakuumsystem 87 und Ummantelungen 88, um den Schichtbildungsbereich einzugrenzen. Es ist ein Paar von Ionenstrahlquellen 81 in mit Bezug zur Kunststoffolie zueinander gegenüberliegenden Positionen vorgesehen. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden CH&sub4; mit 12 sccm und H&sub2; mit 25 sccm vom Gaszufuhrsystem aus auf einen Druck von 2,5 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeführt, um in der Plasmakammer ein Plasma zu erzeugen. Die Kunststoffolie wurde an ihren beiden Seiten mit durch eine Spannung von 0,8 kW, die an die Absaugelektroden gelegt wurde, abgesaugten Ionenstrahlen bestrahlt, wodurch an beiden Flächen der Kunststoffolie a-C:H-Schichten mit einer Dicke von 60 nm ausgebildet wurden. In der HFS-Analyse zeigte die a-C:H-Schicht einen Wasserstoffanteil von 27 Atom-%. Auch betrugen die Schichthärte und der Reibungskoeffizient, gemessen wie bei der Ausführungsform 6, 3000 kg/mm² bzw. 0,12.An a-C:H layer was formed as a lubricating protective layer on the plastic film as in Embodiment 11. Fig. 21 is a schematic diagram of an ion beam vapor deposition (IBD) apparatus used in forming the a-C:H layer. Fig. 21 shows a vacuum chamber 80, ion beam sources 81, ionization chambers 82, gas supply systems 83, ion beam exhaust electrodes 84, a substrate 85, a mechanism 86 for feeding and winding a film under a constant tension and a constant speed, a vacuum system 87, and shrouds 88 for confining the film forming region. A pair of ion beam sources 81 are provided in positions opposite to each other with respect to the plastic film. After the vacuum chamber is heated to 1 x 10-7 Torr, CH4 at 12 sccm and H2 at 25 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 2.5 x 10-4 Torr to generate a plasma in the plasma chamber. The plastic film was irradiated on both sides thereof with ion beams extracted by a voltage of 0.8 kW applied to the extraction electrodes, thereby forming a-C:H layers with a thickness of 60 nm on both surfaces of the plastic film. In the HFS analysis, the a-C:H layer showed a hydrogen content of 27 atomic %. Also, the film hardness and friction coefficient, measured as in Embodiment 6, were 3000 kg/mm2 and 0.12, respectively.

Eine mit einer in der oben beschriebenen Weise hergestellten Kunststoffolie ausgestattete Wärmefixiervorrichtung zeigte eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 11 bei einer Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 6.A heat fixing device equipped with a plastic film prepared as described above showed stable fixing performance and durability as in Embodiment 11 when heat fixing the recording material as in Embodiment 6.

[Ausführungsform 13][Embodiment 13]

Die Fig. 22 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement verwendet, wobei hier eine zusätzliche DLC-Schicht 119 gezeigt ist. Die anderen Komponenten sind dieselben wie jene in der Fig. 18.Fig. 22 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using the heating element embodying the present invention, showing an additional DLC layer 119. The other components are the same as those in Fig. 18.

Eine DLC-Schicht 118 wurde in gleichartiger Weise wie bei der Ausführungsform 11 an einer Polyimidfolie mit einer Dicke von 65 nm ausgebildet. Auch wurde eine DLC-Schicht 119 mit einer Dicke von 200 nm an der isolierenden Schutzschicht 6, die an der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht des Heizelements bei der Ausführungsform 11 und an einem Teil der Heizelementhalterung 8, das mit der Kunststoffolie in Berührung kommt, vorgesehen ist, ausgestaltet.A DLC layer 118 was formed on a polyimide film having a thickness of 65 nm in the same manner as in Embodiment 11. Also, a DLC layer 119 having a thickness of 200 nm was formed on the insulating protective layer 6 provided on the heat generating resistance layer of the heater in Embodiment 11 and on a part of the heater holder 8 that comes into contact with the plastic film.

Eine die auf diese Weise hergestellte Kunststoffolie und Heizvorrichtung verwendende Wärmefixiervorrichtung lieferte eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 11 bei der Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 11.A heat fixing device using the plastic film and heater thus prepared provided stable fixing performance and durability as in Embodiment 11 in heat fixing the recording material in the same manner as in Embodiment 11.

Die a-C:H-Schicht oder die DLC-Schicht kann auch lediglich am Heizelement oder der Heizelementhalterung vorgesehen sein. Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, wonach eine durch Gassynthese erzeugte hydrierte amorphe Kohleschicht (a-C:H-Schicht) oder eine diamantartige Kohleschicht (DLC-Schicht) von hohem elektrischen Isoliervermögen, von hoher Wärmeleitfähigkeit, von hoher Härte und mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten als eine Schutzschicht der Heizvorrichtung verwendet wird.The a-C:H layer or the DLC layer may also be provided only on the heating element or the heating element holder. Hereinafter, an embodiment of the present invention is explained, according to which a hydrogenated amorphous carbon layer (a-C:H layer) produced by gas synthesis or a diamond-like carbon layer (DLC layer) of high electrical insulation, high thermal conductivity, high hardness and low friction coefficient is used as a protective layer of the heater.

Die a-C:H-Schicht oder die DLC-Schicht dieser Erfindung ist durch eine Wärmeleitfähigkeit von 200-600 W/m·K, durch einen elektrischen Widerstand (spezifischer Durchgangswiderstand) von 10&sup8; bis 10¹¹ &Omega;cm und durch eine Härte von 2000-5000 kg/mm² gekennzeichnet.The a-C:H layer or the DLC layer of this invention is characterized by a thermal conductivity of 200-600 W/m·K, an electrical resistance (volume resistivity) of 10⁸ to 10¹¹ Ωcm and a hardness of 2000-5000 kg/mm².

Die bei der vorliegenden Erfindung zu verwendende a-C: H- oder DLC-Schicht kann beispielsweise durch Mikrowellen-CUD, Gleichstrom-Plasma-CUD, HF-Plasma-CUD, Magnetfeld-Mikrowellenplasma- CVD, Ionenstrahlzerstäubung, Ionenstrahlverdampfung oder reaktive Plasmazerstäubung erzeugt werden. Beispiele des bei diesen Methoden anzuwendenden kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialgases schließen Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan, Propan, Äthylen, Benzol und Azethylen; halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform und Trichloräthan; Alkohole, wie Methylalkohol und Äthylalkohol; Ketone, wie (CH&sub3;)&sub2;CO und (C&sub6;H&sub5;)&sub2;CO; sowie Gase, wie CO und CO&sub2; und Mischungen dieser mit anderen Gasen, wie N&sub2;, H&sub2;, O&sub2;, H&sub2;O und Ar, ein.The a-C:H or DLC layer to be used in the present invention can be formed by, for example, microwave CUD, DC plasma CUD, RF plasma CUD, magnetic field microwave plasma CVD, ion beam sputtering, ion beam evaporation or reactive plasma sputtering. Examples of the carbonaceous raw material gas to be used in these methods include hydrocarbons such as methane, ethane, propane, ethylene, benzene and acetylene; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, carbon tetrachloride, chloroform and trichloroethane; alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol; ketones such as (CH3)2CO and (C6H5)2CO; and gases such as CO and CO2. and mixtures of these with other gases such as N₂, H₂, O₂, H₂O and Ar.

Die a-C: H- oder die DLC-Schicht enthält Wasserstoff in mehreren zehn Atom-% in der Schicht, und die Eigenschaften der Schicht verändern sich erheblich mit dem Wasserstoffanteil. Beispielsweise ist eine Wasserstoff mit 50 Atom-% oder höher enthaltende a-C:H-Schicht eine transparente polymerartige Schicht, die einen großen optischen Bandabstand, einen hohen elektrischen Widerstand, jedoch eine niedrige Härte und eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Andererseits ist eine Wasserstoff mit 15-35 Atom-% enthaltende a-C:H-Schicht durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, ein hohes Isoliervermögen und eine hohe Härte mit einer Vickers-Härte so hoch wie 2000-5000 kg/mm², durch einen 10$ qcm übersteigenden elektrischen Widerstand, eine 200 W/m-K überschreitende Wärmeleitfähigkeit und durch einen Reibungskoeffizienten, der geringer als 0,2 ist, gekennzeichnet. Es wird angenommen, daß diese Eigenschaften den sp³- Bindungen, die in einem Anteil von 40-70% in der Schicht vorhanden sind, zuzuschreiben sind. Folglich sollte für die Schutzschicht dieser Erfindung die a-C:H-Schicht oder die DLC- Schicht mit einem Wasserstoffanteil von 15-35 Atom-% zur Anwendung kommen.The aC:H or DLC film contains hydrogen in several tens of atomic % in the film, and the properties of the film change significantly with the hydrogen content. For example, an aC:H film containing hydrogen in 50 atomic % or more is a transparent polymer-like film which has a wide optical band gap, high electrical resistance, but low hardness and high thermal conductivity. On the other hand, an aC:H film containing hydrogen in 15-35 atomic % is characterized by high thermal conductivity, high insulating property and high hardness with a Vickers hardness as high as 2000-5000 kg/mm2, an electrical resistance exceeding 10% qcm, a thermal conductivity exceeding 200 W/mK and a friction coefficient less than 0.2. These properties are believed to be attributable to the sp3 bonds present in a proportion of 40-70% in the film. Consequently, for the The protective layer of this invention may be the aC:H layer or the DLC layer with a hydrogen content of 15-35 atomic %.

An dem vorerwähnten isolierenden Keramiksubstrat, z. B. aus Al&sub2;O&sub3;, AlN oder SiC, wird der Wärmeerzeugungswiderstand durch eine PVD-Methode, wie Zerstäubung, erzeugt und nach der Messung des Widerstandswerts, falls es notwendig ist, auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Hierauf werden in ähnlicher Weise die Elektrodenanschlüsse durch Zerstäuben von Au, Ag oder Cu ausgebildet. Das Heizelementsubstrat wird dann durch Erzeugen der aus einer a-C: H- oder einer DLC-Schicht bestehenden Schutzschicht hergestellt. Die Dicke der a-C: H- oder DLC- Schicht sollte in einem Bereich liegen, der imstande ist, eine ausreichende Isolierung im Gebrauch der Heizvorrichtung und eine mechanische Festigkeit zum Schutz der Heizvorrichtung gegenüber dem Fixierdruck zu gewährleisten, und sie kann innerhalb eines Bereichs von einigen Mikron bis einigen hundert Mikron, vorzugsweise von einigen Mikron bis einigen zehn Mikron, liegen. Die Ausbildung des Wärmeerzeugungswiderstandes und der Elektrodenanschlüsse ist nicht auf eine PUD-Methode, wie Zerstäuben, Vakuumverdampfung oder Ionenplattierung begrenzt, sondern kann auch durch eine CVD-Methode, Plattieren oder Siebdruck erzielt werden. Danach wird die Heizvorrichtung durch Anbringen der Elektroden-Kontaktfahnen beispielsweise durch Löten, dann durch Verbinden der Drahtleiter mit den Elektroden- Kontaktfahnen und Herstellen der Heftverbindung des Heizelementsubstrats mit der Heizelementhalterung vervollständigt.On the above-mentioned insulating ceramic substrate, e.g., made of Al2O3, AlN or SiC, the heat generating resistor is formed by a PVD method such as sputtering and, if necessary, trimmed to a desired resistance value after measuring the resistance value. Thereafter, the electrode terminals are similarly formed by sputtering Au, Ag or Cu. The heater substrate is then manufactured by forming the protective layer consisting of an a-C:H or a DLC layer. The thickness of the a-C:H or DLC layer should be in a range capable of ensuring sufficient insulation in use of the heater and mechanical strength for protecting the heater against the fixing pressure, and may be within a range of several microns to several hundred microns, preferably several microns to several tens of microns. The formation of the heat generating resistor and the electrode terminals is not limited to a PUD method such as sputtering, vacuum evaporation or ion plating, but can also be achieved by a CVD method, plating or screen printing. After that, the heater device is completed by attaching the electrode contact tabs such as by soldering, then connecting the wire leads to the electrode contact tabs and making the tack connection of the heating element substrate to the heating element holder.

Die vorliegende Erfindung verwendet somit eine durch Gassynthese erzeugte a-C:H-Schicht oder DLC-Schicht als die Schutzschicht für das Heizelement, so daß die Wärmeleistung des Heizelements verbessert, dessen Energieverbrauch vermindert und ein im Abriebwiderstand sowie im Gleitverhalten ausgezeichnetes Heizelement verwirklicht wird.The present invention thus uses an a-C:H layer or DLC layer produced by gas synthesis as the protective layer for the heating element, so that the thermal performance of the heating element is improved, its energy consumption is reduced and a heating element excellent in abrasion resistance and sliding behavior is realized.

[Ausführungsform 14][Embodiment 14]

Die Fig. 23 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement verwendet. Ein Heizelement 1 wird unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Heizelementhalterung 8 von einem Heizelementträger &beta; getragen. Eine hitzebeständige Folie 10 besteht beispielsweise aus Polyimid mit einer Dicke von etwa 40 um und ist als Endlosband oder als langgestreckte Materialbahn ausgebildet. Eine drehende Andruckwalze 11 dient als Druckorgan, um die Folie an das Heizelement 1 zu pressen. Die Folie 10 läuft mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung um oder bewegt sich mit der vorbestimmten Geschwindigkeit in dieser Richtungen Berührung mit der Fläche des Heizelements 1, wobei sie an dieser gleitet, und zwar durch ein (nicht dargestelltes) Antriebsorgan oder durch die Drehkraft der Andruckwalze 1. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wird elektrisch betrieben, um das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, und ein Aufzeichnungsmaterial 16, das auf der Seite der Folie 10 daran eine unfixierte Tonerabbildung 17 trägt, wird in einen Klemmspalt 15 im Zustand der Bewegung der Folie 10 eingeführt. Somit wird das Aufzeichnungsmaterial 16 in Berührung mit der Folie 10 gehalten und durchläuft den Fixierklemmspalt zusammen mit der Folie 10. Während des Durchlaufs wird dem Aufzeichnungsmaterial 16 über die Folie 10 Wärmeenergie vom Heizelement 1 vermittelt, um die unfixierte Tonerabbildung 17 am Aufzeichnungsmaterial 16 durch Schmelzen zu fixieren.Fig. 23 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using the heating element embodying the present invention. A heating element 1 is supported by a heating element support β with the interposition of a heat-insulating heating element holder 8. A heat-resistant film 10 is made of, for example, polyimide with a thickness of about 40 µm and is formed as an endless belt or an elongated sheet. A rotating pressure roller 11 serves as a pressing member to press the film against the heating element 1. The film 10 rotates at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow or moves at the predetermined speed in that direction in contact with the surface of the heating element 1 while sliding thereon by a drive means (not shown) or by the rotational force of the pressure roller 1. The heat generating resistor 3 is electrically operated to heat the heating element to a predetermined temperature, and a recording material 16 having an unfixed toner image 17 thereon on the side of the film 10 is introduced into a nip 15 in the state of movement of the film 10. Thus, the recording material 16 is held in contact with the film 10 and passes through the fixing clamping gap together with the film 10. During the passage, heat energy is imparted to the recording material 16 via the film 10 from the heating element 1 in order to fix the unfixed toner image 17 to the recording material 16 by melting it.

Die Fig. 24A bis 24E sind schematische Schnittdarstellungen der Ausführungsform 14 und zeigen ein Heizelement 1, ein Keramiksubstrat 2, einen Ag/Pd-Wärmeerzeugungswiderstand 3, Cu- Elektrodenanschlüsse 4 und 5, eine aus einer DLC-Schicht bestehende Schutzschicht 6, eine Heizelementhalterung 8, eine Elektroden-Kontaktfahne 12, ein AuSi-Lötmittel 13 und einen Drahtleiter 14.24A to 24E are schematic sectional views of Embodiment 14, showing a heater 1, a ceramic substrate 2, an Ag/Pd heat generating resistor 3, Cu electrode terminals 4 and 5, a protective layer 6 made of a DLC film, a heater holder 8, an electrode tab 12, an AuSi solder 13, and a wire lead 14.

Bei dieser Ausführungsform wurde zuerst Ag/Pd-Paste durch Siebdruck an einer vorbestimmten Stelle an einem Al&sub2;O&sub3;-Substrat aufgebracht und in Luft gesintert, um den Wärmeerzeugungswiderstand 3 auszubilden, der dann auf der Grundlage der Messung des Widerstandswerts auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt wurde. Hierauf wurde im Siebdruck Cu-Paste aufgetragen und dei Elektrodenanschluß 4 durch Sintern unter einem kontrollierten Sauerstoff-Partialdruck ausgestaltet (Fig. 24A). Anschließend wurde eine DLC-Schicht als die isolierende Schutzschicht erzeugt (Fig. 24B). Die Fig. 25 ist eine schematische Darstellung einer ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung, die bei der Erzeugung der DLC-Schicht zur Anwendung kommt. Hierin sind eine Plasmakammer 90 vom Hohlraumresonatortyp, ein Gaszufuhrsystem 91, ein Mikrowellen-Einführfenster 92, ein Mikrowellen-Leitrohr 93, ein Magnet 94, ein Mikrowellenoszillator 95, eine Substrathalterung 96 mit einem Substrat, eine Vakuumkammer 97 und ein Vakuumsystem 98 gezeigt. Nach der Elektrodenausbildung wurde das Substrat an der Substrathalterung angebracht und die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert. Dann wurden C&sub6;H&sub6; mit 30 sccm und H&sub2; mit 15 sccm vom Gaszufuhrsystem aus auf einen Druck von 3, 4 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeführt, und durch Einleiten einer Mikrowelle von 2,45 GHz mit 1 kW wurde in der Plasmakammer ein Plasma erzeugt. In diesem Zustand wurde durch den Magneten ein externes Magnetfeld hervorgerufen, um ECR-Bedingungen von 1500 Gauß am Einführfenster, von 875 Gauß am Auslaß des Hohlraumresonators und von 700 Gauß in der Position des Substrats herzustellen. Ferner wurde durch eine (nicht dargestellte) Gleichstromenergiequelle eine Spannung von -500 V an das Substrat gelegt und die DLC-Schicht mit einer Dicke von 10 um erzeugt. Die Wärmeleitfähigkeit der DLC-Schicht, gemessen mit einem Wechselstrom-Photo-Thermokonstantmeßgerät, betrug 400 W/m-K. Auch betrug der elektrische Widerstand 2 · 10¹¹ &Omega;cm.In this embodiment, Ag/Pd paste was first screen-printed at a predetermined location on an Al₂O₃ substrate and sintered in air to form the heat generating resistor 3, which was then trimmed to a desired resistance value based on the measurement of the resistance value. Cu paste was then screen-printed and the electrode terminal 4 was formed by sintering under a controlled oxygen partial pressure (Fig. 24A). Then, a DLC film was formed as the insulating protective film (Fig. 24B). Fig. 25 is a schematic diagram of an ECR plasma CVD apparatus used in forming the DLC film. Herein, a cavity resonator type plasma chamber 90, a gas supply system 91, a microwave introduction window 92, a microwave guide tube 93, a magnet 94, a microwave oscillator 95, a substrate holder 96 with a substrate, a vacuum chamber 97, and a vacuum system 98 are shown. After the electrode formation, the substrate was attached to the substrate holder, and the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr. Then, C6H6 at 30 sccm and H2 at 15 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 3.4 x 10-4 Torr, and a plasma was generated in the plasma chamber by introducing a microwave of 2.45 GHz at 1 kW. In this state, an external magnetic field was induced by the magnet to establish ECR conditions of 1500 gauss at the insertion window, 875 gauss at the cavity resonator outlet, and 700 gauss at the substrate position. Further, a voltage of -500 V was applied to the substrate by a DC power source (not shown) and the DLC layer with a thickness of 10 µm was formed. The thermal conductivity of the DLC layer, measured by an AC photothermoconstantometer, was 400 W/m-K. Also, the electrical resistance was 2 × 10¹¹ Ωcm.

Anschließend wurden die Elektroden-Kontaktfahne 12 aus Kupferlegierung und das Keramiksubstrat 2 mit AuSi-Lötmittel 13 gelötet (Fig. 24C). Der Drahtleiter 14 wurde dann mit der Elektroden-Kontaktfahne 12 in Berührung gehalten (Fig. 24D) und das Heizelementsubstrat an der Heizelementhalterung zum Haften gebracht (Fig. 24E). Bei der Herstellung des Heizelements 1 erhielt die Oberfläche des Elektrodenanschlusses 4 einen Au- Schnellüberzug, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern, wodurch eine stabile Zuverlässigkeit für eine Verbindung erreicht wird. Anstatt aus einer Kupferlegierung kann die Elektrodenkontaktfahne auch aus Covar, 42-Legierung oder Phosphorbronze gebildet werden. Das Lötmittel hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mindestens 250ºC und kann statt aus AuSi auch aus AuGe oder AuSn bestehen. Ferner könnte das Löten in stabilerer Weise erzielt werden, indem die Cu-Elektrodenanschlüsse einen Schnellüberzug mit Au, Ni oder Au/Ni erhalten, um eine Oxydation und Kontamination bis zum Lötvorgang zu unterbinden. Die Ni-Schicht dient dazu eine übermäßige Diffusion von Cu in das Lötmittel zu verhindern.Subsequently, the copper alloy electrode tab 12 and the ceramic substrate 2 were soldered with AuSi solder 13 (Fig. 24C). The wire conductor 14 was then held in contact with the electrode tab 12 (Fig. 24D) and the Heating element substrate is adhered to the heating element holder (Fig. 24E). In the manufacture of the heating element 1, the surface of the electrode terminal 4 is given a Au flash plating to improve the wettability with the solder, thereby achieving a stable reliability for a connection. Instead of a copper alloy, the electrode tab may be formed of Covar, 42 alloy or phosphor bronze. The solder preferably has a melting point of at least 250°C and may be made of AuGe or AuSn instead of AuSi. Furthermore, soldering could be achieved in a more stable manner by flash plating the Cu electrode terminals with Au, Ni or Au/Ni to prevent oxidation and contamination until soldering. The Ni layer serves to prevent excessive diffusion of Cu into the solder.

Das auf diese Weise hergestellte Heizelement ist imstande, effizient das Aufzeichnungsmateril mit der durch Elektroenergie erzeugten Wärme zu versorgen, und kann eine konstante Leistung ohne thermische Verschlechterung der Heizelementkomponenten realisieren.The heater manufactured in this way is capable of efficiently supplying the recording material with the heat generated by electric power and can realize constant performance without thermal deterioration of the heater components.

[Ausführungsform 15][Embodiment 15]

In einer zur Ausführungsform 14 gleichartigen Weise wurde ein Wärmeerzeugungswiderstand 3 an einem Keramiksubstrat durch aufeinanderfolgendes Zerstäuben von Ti mit 20 nm und Au mit 10 um ausgebildet sowie dann in Übereinstimmung mit der Widerstandswertmessung auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Hierauf wurden durch Cu-Zerstäubung die Elektrodenanschlüsse 4, 5 gefertigt. Anschließend wurde eine a-C:H-Schicht als die isolierende Schutzschicht erzeugt. Die Fig. 26 ist eine schematische Darstellung einer Ionenstrahl-Aufdampfapparatur (IDB-Apparatur), die bei der Ausbildung der a-C:H-Schicht verwendet wird. Die Fig. 26 zeigt eine Vakuumkammer 200, eine Innenstrahlquelle 201, eine Ionisationskammer 202, ein Gaszufuhrsystem 203, eine Ionenstrahl-Absaugelektrode 204, ein Substrat 205, eine Substrathalterung 206 und ein Vakuumsystem 207.In a similar manner to Embodiment 14, a heat generating resistor 3 was formed on a ceramic substrate by sequentially sputtering Ti of 20 nm and Au of 10 µm and then trimmed to a desired resistance value in accordance with the resistance value measurement. Then, electrode terminals 4, 5 were fabricated by Cu sputtering. Then, an a-C:H layer was formed as the insulating protective layer. Fig. 26 is a schematic diagram of an ion beam evaporation (IDB) apparatus used in forming the a-C:H layer. Fig. 26 shows a vacuum chamber 200, an ion beam source 201, an ionization chamber 202, a gas supply system 203, an ion beam extraction electrode 204, a substrate 205, a substrate holder 206 and a vacuum system 207.

Nach der Elektrodenausbildung wurde das Substrat an der Substrathalterung angebracht und die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert. Dann wurden CH&sub4; mit 15 sccm und H&sub2; mit 30 sccm vom Gaszufuhrsystem aus auf einen Druck von 3,1 · 10&supmin;&sup4; eingeleitet, um in der Plasmakammer ein Plasma zu erzeugen. Das Substrat wurde mit einem durch eine Spannung von 0,7 kV, die an die Absaugelektrode gelegt wurde, abgesaugten Ionenstrahl bestrahlt, wodurch in einer vorbestimmten Position am Wärmeerzeugungswiderstand ein a-C:H-Schicht mit einer Dicke von 15 um ausgebildet wurde. Eine in gleichartiger Weise hergestellte Schicht zeigte in der HFS-Analyse einen Wasserstoffgehalt von 25 Atom-%. Auch waren die Wärmeleitfähigkeit und der elektrische Widerstand, gemessen wie bei der Ausführungsform 14, 250 W/m·K·bzw. 2 · 10¹¹ &Omega;cm. Das Heizelement wurde anschließend durch die Verbindung der Elektroden-Kontaktfahnen und der Drahtleiter mit den Elektrodenanschlüssen und durch Herstellen der Haftverbindung mit der Heizelementhalterung wie in der Ausführungsform 14 fertiggestellt.After the electrode formation, the substrate was attached to the substrate holder and the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr. Then, CH4 at 15 sccm and H2 at 30 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 3.1 x 10-4 to generate a plasma in the plasma chamber. The substrate was irradiated with an ion beam extracted by a voltage of 0.7 kV applied to the extraction electrode, whereby an a-C:H film with a thickness of 15 µm was formed at a predetermined position on the heat generating resistor. A film prepared in the same manner showed a hydrogen content of 25 atomic % by HFS analysis. Also, the thermal conductivity and electrical resistance, measured as in Embodiment 14, were 250 W/m·K·and 2·10¹¹ Ωcm, respectively. The heating element was then completed by connecting the electrode contact tabs and the wire leads to the electrode terminals and by making the adhesive connection to the heating element holder as in Embodiment 14.

Bei der Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 14 zeigte das auf diese Weise hergestellte Heizelement ein stabiles Fixiervermögen wie bei der Ausführungsform 14.When heat-fixing the recording material as in Embodiment 14, the heating element thus manufactured showed a stable fixing ability as in Embodiment 14.

Im folgenden wird eine Ausführungsform dieser Erfindung erläutert, wobei eine ein metallisches Element enthaltende a-C:H- Schicht oder DLC-Schicht durch Gassynthese an der isolierenden Schutzschicht oder am Wärmeerzeugungswiderstand des Heizelements ausgebildet wird.An embodiment of this invention is explained below, wherein an a-C:H layer or DLC layer containing a metallic element is formed on the insulating protective layer or the heat generating resistor of the heating element by gas synthesis.

Die a-C:H- oder DLC-Schicht dieser Erfindung ist durch eine Wärmeleitfähigkeit von 200-600 W/m·K, durch einen elektrischen Widerstand (spezifischer Widerstand) von 10&sup8;-10¹¹ &Omega;cm und durch eine Härte von 2000-5000 kg/mm² gekennzeichnet.The a-C:H or DLC layer of this invention is characterized by a thermal conductivity of 200-600 W/m·K, an electrical resistance (resistivity) of 10⁸-10¹¹ Ωcm and a hardness of 2000-5000 kg/mm².

Die bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung zu bringende a-C: H- oder DLC-Schicht kann beispielsweise durch Mikrowellen- Plasma-CVD, Gleichstrom-Plasma-CVD, Hochfrequenz-Plasma-CVD, Magnetfeld-Mikrowellenplasma-CUD, Ionenstrahlzerstäubung, Ionenstrahlverdampfung oder reaktive Plasmazerstäubung erzeugt werden. Beispiele des bei diesen Methoden zu verwendenden kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialgases schließen Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan, Propan, Äthylen, Benzol und Azetylen; halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform und Trichloräthan; Alkohole, wie Methylalkohol und Äthylalkohol; Ketone, wie (CH&sub3;)&sub2;CO sowie (C&sub6;H&sub5;)&sub2;CO; und Gase, wie CO sowie CO&sub2;, und Mischungen dieser mit anderen Gasen, wie N&sub2;, H&sub2;, O&sub2;, H&sub2;O und Ar, ein. Auch kann eine feste Kohlenstoffquelle, wie Graphit oder glasartiger Kohlenstoff von hoher Reinheit, verwendet werden. Ein der a-C:H-Schicht oder der DLC-Schicht zuzusetzendes Element, wie Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B oder Si, kann von einem festen Metall, einem Halbleiter oder von organometallischem Gas, Silangas, höherem Silangas, Diborangas oder höherem Borangas, die ein solches Metall enthalten, zugeführt werden.The aC: H or DLC layer to be used in the present invention can be deposited, for example, by microwave Plasma CVD, direct current plasma CVD, high frequency plasma CVD, magnetic field microwave plasma CUD, ion beam sputtering, ion beam evaporation or reactive plasma sputtering. Examples of the carbonaceous raw material gas to be used in these methods include hydrocarbons such as methane, ethane, propane, ethylene, benzene and acetylene; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, carbon tetrachloride, chloroform and trichloroethane; alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol; ketones such as (CH₃)₂CO and (C₆H₅)₂CO; and gases such as CO and CO₂, and mixtures of these with other gases such as N₂, H₂, O₂, H₂O and Ar. Also, a solid carbon source such as graphite or glassy carbon of high purity may be used. An element to be added to the aC:H layer or the DLC layer such as Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B or Si may be supplied from a solid metal, a semiconductor or from organometallic gas, silane gas, higher silane gas, diborane gas or higher boron gas containing such a metal.

Die a-C:H- oder DLC-Schicht enthält Wasserstoff mit mehreren zehn Atom-% in der Schicht, und die Eigenschaften der Schicht ändern sich bemerkenswert mit dem Wasserstoffgehalt. Beispielsweise ist eine Wasserstoff mit 50 Atom-% oder höher enthaltende a-C:H-Schicht eine transparente polymerartige Schicht, die einen großen optischen Bandabstand, einen hohen elektrischen Widerstand, jedoch eine niedrige Härte und eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Andererseits ist eine a-C:H-Schicht, die Wasserstoff mit 10-45 Atom-% enthält, durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, ein hohes Isoliervermögen und eine hohe Härte mit einer Vickers-Härte so hoch wie 2000-5000 kg/mm², durch einen elektrischen Widerstand, der 10&sup8; &Omega;cm übersteigt, durch eine Wärmeleitfähigkeit, die 200 W/m K überschreitet, und durch einen Reibungskoeffizienten geringer als 0,2 gekennzeichnet. Es wird angenommen, daß diese Eigenschaften den sp³-Bindungen, die in einem Anteil von 40-70% in der Schicht vorhanden sind, zuzuschreiben sind. Folglich sollte für die Schutzschicht dieser Erfindung die a-C: H- oder die DLC-Schicht mit einem Was serstoffanteil von 10&supmin;&sup4;&sup5; Atom-% verwendet werden. Auch ist es schwierig, die a-C:H-Schicht deutlich von der DLC-Schicht zu unterscheiden. Beide Schichten sind makroskopisch amorph, enthalten Wasserstoff in der Schicht, bestehen aus sp²- und sp³-gebundenem Kohlenstoff und haben ähnliche physikalische Eigenschaften, wie oben erläutert wurde. Die DLC-Schicht hat bei der vorliegenden Erfindung mikroskopisch die Kristallstruktur von Diamant, z. B. ein Beugungsbild, das in der Elektronenstrahl-Beugungsanalyse als Diamant spezifiziert wird.The aC:H or DLC layer contains hydrogen at several tens of atomic % in the layer, and the properties of the layer change remarkably with the hydrogen content. For example, an aC:H layer containing hydrogen at 50 atomic % or higher is a transparent polymer-like layer that has a wide optical band gap, high electrical resistance, but low hardness and high thermal conductivity. On the other hand, an aC:H layer containing hydrogen at 10-45 atomic % is characterized by high thermal conductivity, high insulating capacity and high hardness with a Vickers hardness as high as 2000-5000 kg/mm2, an electrical resistance exceeding 10⁸Ωcm, a thermal conductivity exceeding 200 W/m K, and a friction coefficient less than 0.2. It is believed that these properties are due to the sp³ bonds present in the layer in a proportion of 40-70%. Consequently, for the protective layer of this invention, the aC: H or DLC layer should be coated with a water hydrogen content of 10⁻⁴⁴ atomic % can be used. It is also difficult to clearly distinguish the aC:H layer from the DLC layer. Both layers are macroscopically amorphous, contain hydrogen in the layer, consist of sp² and sp³ bonded carbon and have similar physical properties as explained above. The DLC layer in the present invention microscopically has the crystal structure of diamond, e.g. a diffraction pattern specified as diamond in the electron beam diffraction analysis.

Der Reibungskoeffizient der a-C:H-Schicht oder der DLC-Schicht ist im Vakuum oder in einer trockenen Stickstoffatmosphäre so niedrig wie 0,02, er tendiert jedoch zum Größerwerden, wenn die relaUve Feuchtigkeit zunimmt. Im gewöhnlichen Zustand ist der Reibungskoeffizient niedriger als 0,2, er wird jedoch unter einer höheren relativen Feuchtigkeit oder mit einer Zunahme in der Strecke einer Gleitbewegung schlechter. Andererseits bleibt der Reibungskoeffizient der a-C:H-Schicht oder der DLC- Schicht, die Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B oder Si gemäß dieser Erfindung enthält, ungeachtet der Feuchtigkeit oder der Strecke einer Gleitbewegung konstant. Die Konzentration eines solchen Elements in der Schicht sollte 30 Atom-% nicht überschreiten, weil ein 30 Atom-% übersteigender Anteil nicht nur den Reibungskoeffizienten im Vergleich mit dem Fall ohne Zugabe eines solchen Elements erhöht, sondern auch die Schichthärte verschlechtert. Insbesondere wird eine Elementkonzentration von 10-20 Atom-%, die den Reibungskoeffizienten minimiert, bevorzugt. Die Fig. 27B zeigt die Beziehung zwischen der Elementkonzentration und dem Reibungskoeffizienten. Auch kann die Zugabe des oben erwähnten Elements die Adhäsionsfestigkeit am Substrat erhöhen.The friction coefficient of the a-C:H layer or the DLC layer is as low as 0.02 in vacuum or in a dry nitrogen atmosphere, but it tends to increase as the relative humidity increases. In the ordinary state, the friction coefficient is lower than 0.2, but it becomes worse under a higher relative humidity or with an increase in the distance of sliding. On the other hand, the friction coefficient of the a-C:H layer or the DLC layer containing Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B or Si according to this invention remains constant regardless of the humidity or the distance of sliding. The concentration of such an element in the layer should not exceed 30 atomic % because a proportion exceeding 30 atomic % not only increases the friction coefficient compared with the case without adding such an element but also deteriorates the layer hardness. In particular, an element concentration of 10-20 atomic % which minimizes the friction coefficient is preferred. Fig. 27B shows the relationship between the element concentration and the friction coefficient. Also, the addition of the above-mentioned element can increase the adhesion strength to the substrate.

Die Metall enthaltende a-C:H- oder DLC-Schicht wird durch die vorerwähnten Methoden an der isolierenden Schutzschicht oder am Wärmeerzeugungswiderstand des Heizelements ausgebildet. Die Dicke einer solchen a-C:H- oder DLC-Schicht sollte im Bereich von einigen Nanometern bis einigen zehn Mikron, vorzugs weise einigen zehn Nanometern bis mehreren Mikron, liegen, weil eine Dicke geringer als einige Nanometer kein ausreichendes Schmier- oder Isoliervermögen hervorbringen kann, während eine einige zehn Mikron überschreitende Dicke im Abschälen der Schicht vom Substrat aufgrund der Schichtspannung resultieren kann. Im Fall einer direkten Schichtausbildung am Wärmeerzeugungswiderstand sollte das zuzusetzende Element und dessen Menge so gewählt werden, um eine ausreichende Isolierung (zum Erlangen eines gewünschten elektrischen Widerstandes) sicherzustellen.The metal-containing aC:H or DLC layer is formed on the insulating protective layer or the heat generating resistor of the heating element by the above-mentioned methods. The thickness of such aC:H or DLC layer should be in the range of several nanometers to several tens of microns, preferably The thickness of the layer should be between several tens of nanometers and several microns, for example, because a thickness of less than a few nanometers cannot provide sufficient lubrication or insulation, while a thickness exceeding a few tens of microns may result in the layer peeling off from the substrate due to the layer stress. In the case of direct layer formation on the heat generating resistor, the element to be added and its amount should be selected to ensure sufficient insulation (to achieve a desired electrical resistance).

Im folgenden wird das Verfahren zur Zugabe eines Metallelements zur a-C: H- oder DLC-Schicht beispielsweise im Fall der Gleichstrom-Mag~etron-Zerstäubung erläutert. Eine reaktive Zerstäubung wird unter Verwendung eines Targets aus einem zuzugebenden Metallelement (z. B. Ta) und Mischen eines kohlenstoffhaltigen Gases (z. B. C&sub2;H&sub2;) sowie Zerstäuben von Inertgas (Edelgas, z. B. Ar oder Stickstoff) in einem geeigneten Verhältnis ausgeführt. Bei diesem Vorgang wird ein Gleichstrom-Plasma durch Einleiten einer Energie von einigen einhundert W bis einigen kW von einer Gleichstromquelle und Anlegen einer geeigneten Vorspannung an das Substrat erzeugt. Die Konzentration des zuzugebenden Elements wird durch das Durchsatzverhältnis des Reaktionsgases sowie des Zerstäubungsgases kontrolliert. Die Konzentration kann höher gemacht werden, indem die Durchsatzmenge des Zerstäubungsgases vermehrt wird.The following explains the method of adding a metal element to the a-C:H or DLC layer in the case of DC magnetron sputtering, for example. Reactive sputtering is carried out by using a target of a metal element to be added (e.g., Ta) and mixing a carbon-containing gas (e.g., C₂H₂) and sputtering inert gas (noble gas, e.g., Ar or nitrogen) in an appropriate ratio. In this process, a DC plasma is generated by introducing a power of several hundred W to several kW from a DC power source and applying an appropriate bias voltage to the substrate. The concentration of the element to be added is controlled by the flow rate ratio of the reaction gas and the sputtering gas. The concentration can be made higher by increasing the flow rate of the sputtering gas.

Das Gleitverhalten zwischen dem Heizelement und der Kunststofffolie kann weiter verbessert werden, indem die schmierende Schutzschicht dieser Erfindung nicht nur an der isolierenden Schutzschicht oder dem Wärmeerzeugungswiderstand des Heizelements, sondern auch an der Kunststoffolie, die mit dem Heizelement und/oder an der Heizelementhalterung in Berührung kommt, ausgebildet wird.The sliding performance between the heating element and the plastic film can be further improved by forming the lubricating protective layer of this invention not only on the insulating protective layer or the heat generating resistor of the heating element but also on the plastic film that comes into contact with the heating element and/or the heating element holder.

Somit dient die vorliegende Erfindung dazu, eine ein Metallelement enthaltende a-C:H-Schicht oder DLC-Schicht durch Gassyn these als die schmierende Schutzschicht an der isolierenden Schutzschicht oder am Wärmeerzeugungswiderstand des Heizelements, der mit der Kunststoffolie in Gleitberührung ist, auszubilden, so daß die Abriebfestigkeit und das Gleitverhalten zwischen dem Heizelement sowie der Kunststoffolie verbessert werden und die Lebensdauer des Heizelements verlängert wird.Thus, the present invention serves to form a metal element-containing aC:H layer or DLC layer by gas syn these as the lubricating protective layer on the insulating protective layer or on the heat generating resistor of the heating element which is in sliding contact with the plastic film, so that the abrasion resistance and the sliding behavior between the heating element and the plastic film are improved and the service life of the heating element is extended.

[Ausführungsform 16][Embodiment 16]

Die Fig. 27A ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die die Heizvorrichtung dieser Erfindung verwendet, wobei ein Heizelement 1 über eine wärmeisolierende Heizelementhalterung 8 von einem Heizelementträger 9 getragen wird. Eine hitzebeständige Folie 10 besteht beispielsweise aus Polyimid mit einer Dicke von etwa 40 um und ist als Endlosband oder als langgestreckte Materialbahn ausgebildet. Eine drehende Andruckwalze 11 dient als ein Druckorgan, um die Folie an das Heizelement 1 zu drücken. Die Folie wird durch ein (nicht dargestelltes) Antriebsorgan oder durch die Drehkraft der Andruckwalze 11 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung zum Umlauf gebracht oder bewegt, und zwar in Berührung mit den Kanten der Heizelementhalterung 8 sowie der Fläche des Heizelements 1, an denen sie gleitet. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wird elektrisch betrieben, um das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, und ein Aufzeichnungsmaterial 16, das daran auf der Seite der Folie 10 eine unfixierte Tonerabbildung trägt, wird in einen Fixierklemmspalt 15 im Zustand der Bewegung der Folie 10 eingeführt. Auf diese Weise wird das Aufzeichnungsmaterial 16 mit der Folie 10 in Berührung gehalten und durchläuft den Fixierklemmspalt 15 zusammen mit der Folie 10. Während des Durchlaufs wird dem Aufzeichnungsmaterial 16 über die Folie 10 Wärmeenergie vom Heizelement 1 vermittelt, um die unfixierte Tonerabbildung 17 am Aufzeichnungsmaterial durch Schmelzen zu fixieren.Fig. 27A is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using the heating device of this invention, in which a heating element 1 is supported by a heating element support 9 via a heat insulating heating element holder 8. A heat-resistant film 10 is made of, for example, polyimide with a thickness of about 40 µm and is formed as an endless belt or an elongated sheet. A rotating pressure roller 11 serves as a pressing member for pressing the film onto the heating element 1. The film is circulated or moved by a driving member (not shown) or by the rotating force of the pressure roller 11 at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow, in contact with the edges of the heating element holder 8 and the surface of the heating element 1 on which it slides. The heat generating resistor 3 is electrically operated to heat the heating element to a predetermined temperature, and a recording material 16 carrying an unfixed toner image thereon on the side of the film 10 is introduced into a fixing nip 15 in the state of movement of the film 10. In this way, the recording material 16 is kept in contact with the film 10 and passes through the fixing nip 15 together with the film 10. During the passage, heat energy is imparted to the recording material 16 via the film 10 from the heating element 1 to fix the unfixed toner image 17 to the recording material by fusing.

Die Fig. 28A bis 28E sind schematische Schnittdarstellungen der Ausführungsform 16 und zeigen ein Heizelement 1, ein Kera miksubstrat 2, einen Ag/Pd-Wärmeerzeugungswiderstand 3, Cu- Elektrodenanschlüsse 4 und 5, eine isolierende Glasschutzschicht 6, eine ein Metallelement enthaltende DLC-Schicht 120, eine Heizelementhalterung 8, eine Elektroden-Kontaktfahne 12, AuSi-Lötmittel 13 und einen Drahtleiter 14.Figs. 28A to 28E are schematic sectional views of Embodiment 16 and show a heating element 1, a ceramic micro substrate 2, an Ag/Pd heat generating resistor 3, Cu electrode terminals 4 and 5, an insulating glass protective layer 6, a DLC layer 120 containing a metal element, a heating element holder 8, an electrode contact tab 12, AuSi solder 13 and a wire conductor 14.

Bei dieser Ausführungsform wurde zuerst durch Siebdruck eine Ag/Pd-Paste an einem Al&sub2;O&sub3;-Substrat aufgebracht und in Luft gebrannt, um den Wärmeerzeugungswiderstand 3 auszubilden, der auf der Grundlage der Messung des Widerstandswerts dann auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt wurde. Mit Hilfe von Siebdruck wurde hierauf Cu-Paste aufgebracht, und die Elektrodenanschlüsse 4, 5 wurden durch Brennen unter einem kontrollierten Sauerstoff-Partialdruck ausgebildet (Fig. 28A). Anschließend wurde die isolierende Schutzschicht durch Aufbringen eines Bleisilikatglases mit niedrigem Erweichungspunkt mit Hilfe von Siebdruck, woran sich ein Brennen in Luft anschloß, hergestellt. Nachfolgend wurde eine DLC-Schicht mit einer Dicke von 400 nm, die Ta enthält, durch ECR-Plasma-CVD erzeugt (Fig. 28C). Die Fig. 29 ist eine schematische Darstellung einer ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung, die bei der Ausbildung der DLC- Schicht verwendet wird. Die Fig. 29 zeigt eine Plasmakammer 210 vom Hohlraumresonatortyp, ein Gaszufuhrsystem 211, ein Mikrowellen-Einführfenster 212, ein Mikrowellen-Leitrohr 213, einen Magneten 214, einen Mikrowellenoszillator 215, ein Substrat 216, eine Vakuumkammer 217, ein Vakuumsystem 218 und ein Ta-Target 219 mit einer Reinheit von 99, 99%. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden C&sub2;H&sub2; mit 40 sccm, H&sub2; mit 20 sccm und Ar mit 120 sccm vom Gaszufuhrsystem aus zu einem Druck von 2,0 · 10&supmin;³ Torr eingeführt, und durch Einleiten einer Mikrowelle von 2,45 GHz mit 1,0 kW in die Plasmakammer wurde ein Plasma erzeugt. In diesem Zustand wurde mittels des Magneten ein externes Magnetfeld gebildet, um die ECR-Bedingungen von 1200 Gauß am Einführfenster, von 875 Gauß am Ta-Target 219 am Auslaß des Hohlraumresonators und von 600 Gauß in der Position des Substrats herzustellen. Auch wurde durch eine (nicht dargestellte) Gleichstromenergiequelle eine Spannung von -500 U an das Substrat gelegt, und die in Fig. 28C gezeigte DLC-Schicht 120 wurde ausgebildet. Eine in gleichartiger Weise hergestellte Schicht zeigte in der HFS-Analyse (Wasserstoff-Vorwärtsstreuungsanalyse) einen Wasserstoffanteil von 20 Atom-%. Auch war die Ta-Konzentration in der Schicht, analysiert durch EPMA, 10 Atom-%. Die Härte der Schicht, gemessen durch das Dünnschicht-Härtemeßgerät, betrug 2000 kg/mm² in Vickers-Härtegraden. Die Reibungseigenschaften der Schicht wurden durch die Stift-auf-Platte-Methode bewertet. 0er Reibungskoeffizient war 0,06 bei einer Messung, die in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 60% unter Verwendung einer Kugel (5 mm im Durchmesser) eines Lagerstahls (SUJ2) als Stift mit einer Belastung von 2,2 N und einer Verschiebegeschwindigkeit von 0,04 mis durchgeführt wurde.In this embodiment, first, Ag/Pd paste was screen-printed on an Al2O3 substrate and fired in air to form the heat generating resistor 3, which was then trimmed to a desired resistance value based on the measurement of the resistance value. Cu paste was screen-printed thereon, and the electrode terminals 4, 5 were formed by firing under a controlled oxygen partial pressure (Fig. 28A). Then, the insulating protective layer was formed by applying a low-softening point lead silicate glass by screen-printing, followed by firing in air. Subsequently, a DLC layer containing Ta with a thickness of 400 nm was formed by ECR plasma CVD (Fig. 28C). Fig. 29 is a schematic diagram of an ECR plasma CVD apparatus used in forming the DLC layer. Fig. 29 shows a cavity resonator type plasma chamber 210, a gas supply system 211, a microwave introduction window 212, a microwave guide tube 213, a magnet 214, a microwave oscillator 215, a substrate 216, a vacuum chamber 217, a vacuum system 218, and a Ta target 219 having a purity of 99.99%. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, C2H2 of 40 sccm, H2 of 20 sccm, and Ar of 120 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 2.0 x 10-3 Torr, and a plasma was generated by introducing a microwave of 2.45 GHz of 1.0 kW into the plasma chamber. In this state, an external magnetic field was formed by means of the magnet to establish the ECR conditions of 1200 gauss at the insertion window, 875 gauss at the Ta target 219 at the cavity outlet and 600 gauss at the substrate position. Also, a DC power source (not shown) was used to generate a Voltage of -500 U was applied to the substrate, and the DLC film 120 shown in Fig. 28C was formed. A film prepared in a similar manner showed a hydrogen content of 20 atomic % by HFS (hydrogen forward scattering) analysis. Also, the Ta concentration in the film analyzed by EPMA was 10 atomic %. The hardness of the film measured by the thin film hardness meter was 2000 kg/mm² in Vickers hardness. The friction properties of the film were evaluated by the pin-on-plate method. The friction coefficient was 0.06 in a measurement conducted in air with a relative humidity of 60% using a ball (5 mm in diameter) of a bearing steel (SUJ2) as a pin with a load of 2.2 N and a displacement speed of 0.04 ms.

Anschließend wurden die Elektroden-Kontaktfahne 12 aus einer Kupferlegierung und das Keramiksubstrat 2 mit AuSi-Lötmittel 13 verlötet (Fig. 28D). Dann wurde der Drahtleiter 14 mit der Elektroden-Kontaktfahne 12 in Berührung gehalten, und das Heizelementsubstrat wurde an der Heizelementhalterung 8 zum Haften gebracht (Fig. 28E). Bei der Herstellung des Heizelements 1 wurde die Oberfläche der Elektrodenanschlüsse 4, 5 mit einem Au-Schnellüberzug versehen, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern, so daß eine konstante Zuverlässigkeit für die Verbindung erreicht wird. Anstatt aus einer Kupferlegierung kann die Elektroden-Kontaktfahne auch aus Covar, 42- Legierung oder Phosphorbronze hergestellt werden. Das Lötmittel hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mindestens 250ºC und kann anstatt aus AuSi auch aus AuGe oder AuSn bestehen. Ferner könnte das Löten in mehr stabilerer Weise durch einen Schnellüberzug der Cu-Elektrodenanschlüsse mit Au, Ni oder Au/Ni erreicht werden, um die Oxydation und Kontamination bis zum Lötvorgang zu unterbinden. Die Ni-Schicht dient dazu, eine übermäßige Diffusion von Cu in das Lötmittel zu verhindern.Subsequently, the electrode tab 12 made of a copper alloy and the ceramic substrate 2 were soldered with AuSi solder 13 (Fig. 28D). Then, the wire conductor 14 was kept in contact with the electrode tab 12 and the heater substrate was adhered to the heater holder 8 (Fig. 28E). In the manufacture of the heater 1, the surface of the electrode terminals 4, 5 was provided with an Au quick plating to improve the wettability with the solder so that a constant reliability for the connection is achieved. Instead of a copper alloy, the electrode tab can also be made of Covar, 42 alloy or phosphor bronze. The solder preferably has a melting point of at least 250°C and can also be made of AuGe or AuSn instead of AuSi. Furthermore, soldering could be achieved in a more stable manner by quickly plating the Cu electrode terminals with Au, Ni or Au/Ni to prevent oxidation and contamination until the soldering process. The Ni layer serves to prevent excessive diffusion of Cu into the solder.

Die auf diese Weise hergestellte Wärmefixiervorrichtung war von der Erzeugung von abgeriebenem Pulver, was aus der Reibung zwischen dem Heizelement und der Kunststoffolie resultiert, frei und konnte ein stabiles Gleitverhalten über einen langen Zeitraum aufrechterhalten.The heat fixing device produced in this way was free from the generation of abraded powder resulting from the friction between the heating element and the plastic film and was able to maintain stable sliding behavior over a long period of time.

[Ausführungsform 17][Embodiment 17]

Eine Ausnehmung mit der Abmessung 350 mm · 2 mm · 12 um wurde mechanisch an einem Al&sub2;O&sub3;-Substrat wie bei der Ausführungsform 16 ausgearbeitet, um die wärmeerzeugende Widerstandsschicht auszubilden. In diese Ausnehmung wurde im Siebdruck Ag/Pd-Paste mit einer Dicke von 11 um eingebracht und in Luft gesintert, um den Wärmeerzeugungswiderstand 3 zu fertigen, der dann auf der Grundlage der Widerstandswertmessung auf einen gewünschten Widerstand getrimmt wurde. Das Substrat wurde anschließend in eine (nicht dargestellte) Zerstäubungsvorrichtung eingebracht, und eine W- (Wolfram-) Schicht 3a mit einer Dicke von 1 um wurde an der Widerstandsschicht erzeugt, um eine wechselseitige Diffusion von Ag/Pd und C zu verhindern. Hierauf wurde in der ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung, die in Fig. 29 gezeigt ist und bei der Ausführungsform 16 jedoch ohne das Target 219 verwendet wurde, eine a-C:H-Schicht, die Si enthält, ausgebildet. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden C&sub6;H&sub6; mit 25 sccm, H&sub2; mit 15 sccm und SiH&sub4; mit 10 sccm vom Gaszufuhrsystem auf einen Druck von 3,6 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeführt, und durch Einleiten einer Mikrowelle von 2,45 GHz mit 1,2 kW wurde Plasma in der Plasmakammer erzeugt. In diesem Zustand wurde durch den Magneten ein externes Magnetfeld hervorgerufen, um die ECR-Bedingungen von 1500 Gauß am Einführfenster, von 875 Gauß am Auslaß des Hohlraumresonators und von 650 Gauß in der Position des Substrats herzustellen. Auch wurde an die (nicht dargestellte) Absaugelektrode, die am Auslaß des Hohlraumresonators vorgesehen ist, eine Spannung von -700 V gelegt, und es wurde eine a-C&sub1;-xSix:H-Schicht mit einer Dicke von 400 nm ausgestaltet. Der Bereich von x war 0 &le; x &le; 0,4, weil ein 0,4 übersteigender x-Wert die SiC-Komponente in der Schicht erhöht und damit den Reibungskoeffizienten über 0,2 hinaus vergrößert. Die Fig. 30 ist eine vergrößerte Teil- Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement verwendet. Die Härte der Schicht, gemessen mit dem Dünnschicht-Härtemeßgerät, war 2500 kg/mm² in Vickers-Härtegraden. Die Reibungseigenschaften wurden mittels der Stift-auf-Platte-Methode bewertet. Bei einer in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 50% ausgeführten Messung, wobei eine Kugel (5 mm im Durchmesser) eines Lagerstahls (SUJ2) als der Stift mit einer Belastung von 2,2 N und einer Verschiebegeschwindigkeit von 0,04 m/s verwendet wurde, betrug der Reibungskoeffizient 0,05. Der Wasserstoffanteil in der Schicht, gemessen mittels der HFS-Analyse (Wasserstoff-Vorwärtsstreuungsanalyse), war 25 Atom-%.A recess of 350 mm x 2 mm x 12 µm was mechanically machined on an Al₂O₃ substrate as in Embodiment 16 to form the heat generating resistor layer. In this recess, Ag/Pd paste of 11 µm thickness was screen printed and sintered in air to prepare the heat generating resistor 3, which was then trimmed to a desired resistance based on the resistance value measurement. The substrate was then placed in a sputtering device (not shown), and a W (tungsten) layer 3a of 1 µm thickness was formed on the resistor layer to prevent mutual diffusion of Ag/Pd and C. Then, an aC:H layer containing Si was formed in the ECR plasma CVD apparatus shown in Fig. 29 and used in Embodiment 16 but without the target 219. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, C6H6 of 25 sccm, H2 of 15 sccm and SiH4 of 10 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 3.6 x 10-4 Torr, and plasma was generated in the plasma chamber by introducing a microwave of 2.45 GHz of 1.2 kW. In this state, an external magnetic field was induced by the magnet to establish the ECR conditions of 1500 gauss at the insertion window, 875 gauss at the cavity outlet, and 650 gauss at the substrate position. Also, a voltage of -700 V was applied to the exhaust electrode (not shown) provided at the cavity outlet, and an aC₁-xSix:H layer having a thickness of 400 nm was formed. The range of x was 0 ≤ x ≤ 0.4 because an x value exceeding 0.4 increases the SiC component in the layer and thus increases the friction coefficient beyond 0.2. Fig. 30 is an enlarged fragmentary view. A sectional view of a heat fixing device using the heating element embodying the present invention. The hardness of the film measured by the thin film hardness meter was 2500 kg/mm² in Vickers hardness. The friction properties were evaluated by the pin-on-plate method. When measured in air at a relative humidity of 50% using a ball (5 mm in diameter) of a bearing steel (SUJ2) as the pin with a load of 2.2 N and a displacement speed of 0.04 m/s, the friction coefficient was 0.05. The hydrogen content in the film measured by the HFS (hydrogen forward scattering) analysis was 25 atomic %.

Eine mit dem auf diese Weise hergestellten Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung brachte eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 16 bei der Wärmefixierung des Aufzeichnungsmaterials, die in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 16 durchgeführt wurde, hervor.A heat fixing device equipped with the heating element thus prepared exhibited stable fixing performance and durability as in Embodiment 16 in the heat fixing of the recording material performed in the same manner as in Embodiment 16.

[Ausführungsform 18][Embodiment 18]

Eine a-C:H-Schicht wurde als die schmierende Schutzschicht an der isolierenden Schutzschicht in einer zur Ausführungsform 17 gleichartigen Weise erzeugt. Die Fig. 31 ist eine schematische Darstellung einer Ionenstrahl-Aufdampfapparatur (IBD-Apparatur), die bei der Erzeugung der a-C:H-Schicht zur Anwendung kommt. Die Fig. 31 zeigt eine Vakuumkammer 220, eine Ionenstrahlquelle 221, eine Ionisationskammer 222, ein Gaszufuhrsystem 223, eine Ionenstrahl-Absaugelektrode 224, ein Substrat 225, eine Elektronenschleuder 226 und ein Vakuumsystem 227. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden vom Gaszufuhrsystem aus CH&sub4; mit 15 sccm und H&sub2; mit 35 sccm auf einen Druck von 3,8 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeführt, wodurch in der Plasmakammer ein Plasma erzeugt wurde. Das Substrat wurde mit einem durch eine Spannung von 0,8 kV, die an die Absaugelektrode gelegt wurde, abgesaugten Ionenstrahl bestrahlt. Gleichzeitig wurde das zuzugebende Metall mittels der Elektronenschleuder 226 verdampft. Das zugegebene Metall war Ta, W, Mo, Nb, Cr, Fe, B oder Si, und die gesamte Schichtdicke betrug 450 nm. Probestücke 1-9 der auf diese Weise hergestellten Heizelemente sowie ein Probestück 10, das eine undotierte a-C:H-Schicht verwendet, wurden den Messungen des Wasserstoffanteils, des Metallanteils, der Schichthärte und des Reibungskoeffizienten unterworfen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengefaßt. Der Wasserstoffanteil wurde mittels der HFS- Analyse, die Metallkonzentration durch EPMA, die Schichthärte durch das Dünnschicht-Härtemeßgerät und der Reibungskoeffizient unter denselben Bedingungen wie bei der Ausführungsform 17 gemessen. Tabelle 2 An aC:H layer was formed as the lubricating protective layer on the insulating protective layer in a manner similar to Embodiment 17. Fig. 31 is a schematic diagram of an ion beam deposition (IBD) apparatus used in forming the aC:H layer. Fig. 31 shows a vacuum chamber 220, an ion beam source 221, an ionization chamber 222, a gas supply system 223, an ion beam exhaust electrode 224, a substrate 225, an electron gun 226, and a vacuum system 227. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, CH4 of 15 sccm and H2 of 35 sccm were supplied from the gas supply system to a pressure of 3.8 x 10-4 Torr. Torr was introduced, which generated a plasma in the plasma chamber. The substrate was irradiated with an ion beam extracted by a voltage of 0.8 kV, which was applied to the extraction electrode. At the same time, the metal to be added was extracted by means of the electron catapult 226. The metal added was Ta, W, Mo, Nb, Cr, Fe, B or Si, and the total film thickness was 450 nm. Samples 1-9 of the heating elements thus prepared and a sample 10 using an undoped aC:H film were subjected to measurements of hydrogen content, metal content, film hardness and friction coefficient. The results obtained are summarized in Table 2. The hydrogen content was measured by HFS analysis, the metal concentration by EPMA, the film hardness by the thin film hardness meter and the friction coefficient under the same conditions as in Embodiment 17. Table 2

Mit den auf diese Weise hergestellten Heizelementen ausgestattete Wärmefixiervorrichtungen wurden bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 16 verwendet. Die Probestücke 1 bis 9 zeigen eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 16, jedoch zeigt das Probestück 10 eine gewisse Erzeugung eines von der Schicht abgeriebenen Pulvers mit dem Anstieg in der Anzahl an Fixiervorgängen.Thermal fixing devices equipped with the heating elements thus prepared were used in thermally fixing the recording material as in Embodiment 16. Samples 1 to 9 show stable fixing performance and durability as in Embodiment 16, but Sample 10 shows some generation of powder rubbed off from the layer with the increase in the number of fixing operations.

[Ausführungsform 19][Embodiment 19]

Ein mit der isolierenden Schutzschicht wie bei der Ausführungsform 16 versehenes Heizelement wurde in eine in Fig. 32 gezeigte Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung eingebracht. Die Fig. 32 zeigt eine Vakuumkammer 230; , ein Substrat 231, ein Target 232, ein Gaszufuhrsystem 233, eine Gleichstromquelle 234 und ein Vakuumsystem 235. Das Target bestand aus Ta mit einer Reinheit von 99,9%. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden C&sub2;H&sub2; und Ar vom Gaszufuhrsystem eingeleitet, und eine Ta enthaltende a-C:H-Schicht wurde mit einer Dicke von 400 nm gebildet, wobei das C&sub2;H&sub2;/Ar- Durchsatzverhältnis innerhalb eines Bereichs von 0-60% variiert wurde. Bei diesem Vorgang wurden ein Gasdruck von 0,4 Pa, eine der Raumtemperatur gleiche Substrattemperatur, eine Entladeleistung von 2 kW und ein Substrat-Target-Abstand von 70 mm angewendet. Probestücke 11-15 der auf diese Weise hergestellten Heizelemente wurden der Messung des Wasserstoffanteils, des Anteils des zugegebenen Elements, der Schichthärte sowie des Reibungskoeffizienten unterworfen, und die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengefaßt. Der Wasserstoffanteil wurde mittels der HFS-Analyse, der Anteil des zugegebenen Elements durch EPMA, die Schichthärte durch das Dünnschicht-Härtemeßgerät und der Reibungskoeffizient unter denselben Bedingungen wie bei der Ausführungsform 17 gemessen. Tabelle 3 A heater provided with the insulating protective layer as in Embodiment 16 was placed in a DC magnetron sputtering apparatus shown in Fig. 32. Fig. 32 shows a vacuum chamber 230; , a substrate 231, a target 232, a gas supply system 233, a DC power source 234 and a vacuum system 235. The target was made of Ta having a purity of 99.9%. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, C2H2 and Ar were introduced from the gas supply system and an aC:H layer containing Ta was formed to a thickness of 400 nm while the C2H2/Ar flow ratio was varied within a range of 0-60%. In this process, a gas pressure of 0.4 Pa, a substrate temperature equal to room temperature, a discharge power of 2 kW and a substrate-target distance of 70 mm were used. Samples 11-15 of the heaters thus prepared were subjected to measurement of hydrogen content, element content, film hardness and friction coefficient, and the results obtained are summarized in Table 3. The hydrogen content was measured by HFS analysis, the element content by EPMA, the film hardness by the thin film hardness meter and the friction coefficient under the same conditions as in Embodiment 17. Table 3

Mit den auf diese Weise hergestellen Heizelementen ausgestattete Wärmefixiervorrichtungen wurden bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 16 verwendet. Die Probestücke 11 bis 13 zeigen eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 16, die Probestücke 14 und 15 zeigen jedoch eine gewisse Erzeugung von von der Kunststoffolie abgeriebenem Pulver mit einer Zunahme in der Anzahl der Fixiervorgänge.Heat fixing devices equipped with the heating elements thus prepared were used in thermally fixing the recording material as in Embodiment 16. Samples 11 to 13 show stable fixing performance and durability as in Embodiment 16, but Samples 14 and 15 show some generation of powder rubbed off from the plastic film with an increase in the number of fixing operations.

Im folgenden wird eine Ausführungsform dieser Erfindung erläutert, wobei eine Fluor enthaltende a-C:H-Schicht oder DLC- Schicht durch Gassynthese an der isolierenden Schutzschicht oder am Wärmeerzeugungswiderstand der Heizvorrichtung oder an der Kunststoffolie erzeugt wird.An embodiment of this invention is explained below, wherein a fluorine-containing a-C:H layer or DLC layer is formed by gas synthesis on the insulating protective layer or on the heat generating resistor of the heater or on the plastic film.

Die Erzeugungsmethode und die Ausgangsmaterialien für die a-C: H- oder die DLC-Schicht, die bei der in Rede stehenden Ausführungsform zur Anwendung kommen, sind dieselben wie jene bei den vorausgehenden Ausführungsformen, jedoch kann, falls es notwendig ist, die Zugabe eines Elements, wie Ta oder W, durch ein organometallisches Gas weggelassen werden.The formation method and starting materials for the a-C:H or DLC layer used in the present embodiment are the same as those in the previous embodiments, but if necessary, the addition of an element such as Ta or W by an organometallic gas may be omitted.

Der Reibungskoeffizient der a-C:H- oder der DLC-Schicht ist im Vakuum oder in einer trockenen Stickstoffatmosphäre so niedrig wie 0,02, jedoch neigt er zum Größerwerden, wenn die relative Feuchtigkeit höher wird. Der Reibungskoeffizient ist im Normalzustand kleiner als 0,2, er wird jedoch höher, wenn die relative Feuchtigkeit höher oder die Strecke einer Gleitbewegung länger wird.The friction coefficient of the a-C:H or DLC layer is as low as 0.02 in a vacuum or dry nitrogen atmosphere, but it tends to increase as the relative humidity increases. The friction coefficient is less than 0.2 in the normal state, but it increases as the relative humidity increases or the distance of sliding becomes longer.

Andererseits zeigt die Fluor gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltende a-C: H- oder DLC-Schicht einen konstanten Reibungskoeffizienten ohne Rücksicht auf die Feuchtigkeit oder die Strecke einer Gleitbewegung. Die Konzentration von Fluor in der Schicht sollte 30 Atom-% nicht überschreiten, weil ein Anteil über 30 Atom-% die der a-C:H- oder der DLC-Schicht inhärenten Eigenschaften verschlechtert. Insbesondere wird ein Verlust in der Schichthärte das Resultat sein, und die Haftung am Substrat wird ebenfalls verschlechtert.On the other hand, the fluorine-containing a-C:H or DLC layer according to the present invention exhibits a constant friction coefficient regardless of the humidity or the distance of sliding motion. The concentration of fluorine in the layer should not exceed 30 atomic % because a content exceeding 30 atomic % deteriorates the properties inherent in the a-C:H or DLC layer. In particular, a loss in the layer hardness will result, and the adhesion to the substrate will also be deteriorated.

Der Grund für den konstanten Reibungskoeffizienten der fluorhaltigen a-C:H- oder DLC-Schicht ungeachtet der Umgebungsbedingungen (insbesondere der Feuchtigkeit) oder des Verwendungszustandes (Länge einer Gleitbewegung) ist noch unklar, jedoch wird angenommen, daß die schwankenden Bindungen, die in der a-C:H- oder DLC-Schicht vorhanden sind, durch Abbruch mittels Fluoratomen reduziert werden, wodurch die Schicht gegenüber den Umgebungsbedingungen oder dem Verwendungszustand stabilisiert wird.The reason for the constant friction coefficient of the fluorine-containing a-C:H or DLC layer regardless of the environmental conditions (especially humidity) or the use condition (length of a sliding motion) is still unclear, but it is believed that the floating bonds present in the a-C:H or DLC layer are reduced by breaking off by fluorine atoms, thereby stabilizing the layer against the environmental conditions or the use condition.

Die fluorhaltige a-C:H- oder DLC-Schicht wird durch die vorerwähnten Methoden an der isolierenden Schutzschicht oder am Wärmeerzeugungswiderstand der Heizvorrichtung oder an der Kunststoffolie ausgebildet. Die Dicke dieser a-C:H- oder DLC- Schicht sollte im Fall der Ausbildung an der isolierenden Schutzschicht oder am Wärmeerzeugungswiderstand innerhalb eines Bereichs von einigen Nanometern bis einigen zehn Mikron, vorzugsweise von einigen zehn Nanometern bis mehreren Mikron, liegen, weil eine Dicke geringer als einige Nanometer kein ausreichendes Schmier- oder Isoliervermögen bieten kann, während eine Dicke größer als einige zehn Mikron dazu neigt, ein Abschälen der Schicht vom Substrat als Ergebnis wegen der Spannung in der Schicht hervorzurufen. Im Fall einer direkten Ausbildung am Wärmeerzeugungswiderstand ist es notwendig, eine ausreichende Isolierung (um einen gewünschten elektrischen Widerstand zu erreichen) zu gewährleisten. Andererseits wird im Fall einer Schichtausbildung an der Kunststoffolie ein Bereich von einigen bis einigen hundert Nanometern bevorzugt, weil eine Dicke geringer als einige Nanometer kein ausreichendes Schmiervermögen bieten kann, während eine Dicke größer als einige hundert Nanometer in einem Abschälen der Schicht von der Kunststoffolie oder einem Ringeln der Kunststoffolie wegen der Spannung in der Schicht resultiert. Wenn das Ringeln der Kunststoffolie selbst innerhalb des oben erwähnten bevorzugten Dickenbereichs auftritt, kann die Schicht an beiden Flächen der Kunststoffolie ausgebildet werden.The fluorine-containing aC:H or DLC layer is formed on the insulating protective layer or the heat generating resistor of the heater or on the plastic film by the above-mentioned methods. The thickness of this aC:H or DLC layer should be within a range of several nanometers to several tens of microns, preferably several tens of nanometers to several microns, in the case of formation on the insulating protective layer or the heat generating resistor, because a thickness of less than several nanometers does not can provide sufficient lubricity or insulation, while a thickness greater than several tens of microns tends to cause peeling of the layer from the substrate as a result of stress in the layer. In the case of direct formation on the heat generating resistor, it is necessary to ensure sufficient insulation (to achieve a desired electrical resistance). On the other hand, in the case of layer formation on the plastic film, a range of several to several hundred nanometers is preferred because a thickness less than several nanometers cannot provide sufficient lubricity, while a thickness greater than several hundred nanometers results in peeling of the layer from the plastic film or curling of the plastic film due to stress in the layer. If curling of the plastic film itself occurs within the above-mentioned preferred thickness range, the layer can be formed on both surfaces of the plastic film.

Bei den vorerwähnten Schichterzeugungsmethoden kann der a-C:H- oder der DLC-Schicht Fluor zugegeben werden, indem beispielsweise ein fluorhaltiges Gas, wie CF4 oder C6H6-mFm(m = 0 bis 6) als das Ausgangsmaterialgas verwendet wird oder indem die a-C:H- oder die DLC-Schicht dem Plasma eines fluorhaltigen Gases, wie CF&sub4;, wodurch die Oberfläche dieser Schicht fluoriert wird, oder einer Implantation von Fluorionen ausgesetzt wird.In the above-mentioned film formation methods, fluorine can be added to the a-C:H or DLC film by, for example, using a fluorine-containing gas such as CF4 or C6H6-mFm (m = 0 to 6) as the raw material gas or by exposing the a-C:H or DLC film to the plasma of a fluorine-containing gas such as CF4, thereby fluorinating the surface of that film, or by implanting fluorine ions.

Das Gleitverhalten zwischen dem Heizelement und der Kunststofffolie kann ferner verbessert werden, indem die schmierende Schutzschicht dieser Erfindung nicht nur am Heizelement oder an der mit der Kunststoffolie in Berührung kommenden Heizelementhalterung, sondern auch an der genannten Kunststoffolie, die mit dem Heizelement in Gleitberührung ist, ausgebildet wird.The sliding behavior between the heating element and the plastic film can be further improved by forming the lubricating protective layer of this invention not only on the heating element or on the heating element holder that comes into contact with the plastic film, but also on the said plastic film that is in sliding contact with the heating element.

Die vorliegende Erfindung erzeugt somit als die schmierende Schutzschicht eine Fluor enthaltende a-C:H- oder DLC-Schicht mittels einer Gassynthese an der isolierenden Schutzschicht oder dem Wärmeerzeugungswiderstand der Heizvorrichtung, die mit der Kunststoffolie in Gleitberührung kommen, wodurch der Abriebwiderstand und das Gleitverhalten zwischen der Heizvorrichtung sowie der Kunststoffolie verbessert werden und die Lebensdauer der Heizvorrichtung verlängert wird.The present invention thus produces as the lubricating protective layer a fluorine-containing aC:H or DLC layer by means of gas synthesis on the insulating protective layer or the heat generation resistance of the heater, which come into sliding contact with the plastic film, thereby improving the abrasion resistance and sliding behavior between the heater and the plastic film and extending the service life of the heater.

[Ausführungsform 20][Embodiment 20]

Die Fig. 33 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement verwendet, wobei das Heizelement 1 unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Heizelementhalterung 8 von einem Heizelementträger 9 getragen wird. Eine wärmebeständige Folie 10 besteht beispielsweise aus Polyimid mit einer Dicke von etwa 40 um und ist als Endlosband oder als langgestreckte Materialbahn ausgebildet. Eine drehende Andruckwalze 11 dient als ein Druckorgan, um diese Folie zum Heizelement 1 hin zu drücken. Mittels eines (nicht dargestellten) Antriebsorgans oder durch die Drehkraft der Andruckwalze 11 führt die Folie 10 einen Umlauf oder eine Bewegung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Berührung mit den Kanten der Heizelementhalterung 8 und mit der Fläche des Heizelements 1 aus, wobei sie daran gleitet. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wird elektrisch betrieben, um das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, und ein Aufzeichnungsmaterial 16, das eine unfixierte Tonerabbildung 17 daran auf der Seite der Folie 10 trägt, wird in dem Zustand, da die Folie 10 bewegt wird, in einen Fixierklemmspalt 15 eingeführt. Auf diese Weise wird das Aufzeichnungsmaterial 16 mit der Folie 10 in Berührung gehalten und durchläuft zusammen mit der Folie 10 den Fixierklemmspalt. Während des Durchlaufs wird dem Aufzeichnungsmaterial 16 über die Folie 10 Wärmeenergie vom Heizelement 1 vermittelt, um die unfixierte Tonerabbildung 17 am Aufzeichnungsmaterial 16 durch Schmelzen zu fixieren.Fig. 33 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using the heating element embodying the present invention, wherein the heating element 1 is supported by a heating element support 9 with the interposition of a heat insulating heating element holder 8. A heat-resistant film 10 is made of, for example, polyimide with a thickness of about 40 µm and is formed as an endless belt or an elongated sheet. A rotating pressure roller 11 serves as a pressing member for pressing this film toward the heating element 1. By means of a drive member (not shown) or by the rotating force of the pressure roller 11, the film 10 makes a revolution or movement at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow in contact with the edges of the heating element holder 8 and with the surface of the heating element 1, while sliding thereon. The heat generating resistor 3 is electrically operated to heat the heating element to a predetermined temperature, and a recording material 16 carrying an unfixed toner image 17 thereon on the side of the film 10 is introduced into a fixing nip 15 in the state that the film 10 is moved. In this way, the recording material 16 is kept in contact with the film 10 and passes through the fixing nip together with the film 10. During the passage, heat energy from the heating element 1 is imparted to the recording material 16 via the film 10 to fix the unfixed toner image 17 to the recording material 16 by melting it.

Die Fig. 34A bis 34E sind schematische Schnittdarstellungen des Heizelements der Ausführungsform 20, worin ein Heizelement 1, ein Keramiksubstrat 2, ein Ag/Pd-Wärmeerzeugungswiderstand 3, ein Cu-Elektrodenanschluß 4, eine isolierende Glasschutzschicht 6, eine Fluor enthaltende DLC-Schicht 121, eine Heizelementhalterung 8, eine Elektroden-Kontaktfahne 12, ein AuSi-Lötmittel 13 und ein Drahtleiter 14 gezeigt sind.Figs. 34A to 34E are schematic sectional views of the heating element of Embodiment 20, wherein a heating element 1, a ceramic substrate 2, an Ag/Pd heat generating resistor 3, a Cu electrode terminal 4, an insulating glass protective layer 6, a fluorine-containing DLC layer 121, a heater holder 8, an electrode contact tab 12, an AuSi solder 13 and a wire conductor 14 are shown.

Bei dem Heizelement dieser Ausführungsform wurde zuerst mittels Siebdrucks Ag/Pd-Paste an einem Al&sub2;O&sub3;-Substrat aufgebracht und in Luft gebrannt, um den Wärmeerzeugungswiderstand auszubilden, der auf der Grundlage einer Messung des Widerstandswerts dann auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt wurde.In the heater of this embodiment, Ag/Pd paste was first screen-printed on an Al₂O₃ substrate and fired in air to form the heat generating resistor, which was then trimmed to a desired resistance value based on a measurement of the resistance value.

Hierauf wurde durch Siebdruck Cu-Paste aufgebracht, und durch Brennen unter einem kontrollierten Sauerstoff-Partialdruck wurden die Elektrodenanschlüsse 4, 5 ausgestaltet. Anschließend wurde die isolierende Schutzschicht durch Aufbringen eines Bleisilikatglases mit niedrigem Erweichungspunkt mittels Siebdrucks, woran sich ein Sintern in Luft anschloß, hergestellt. Hierauf wurde eine Fluor enthaltende DLC-Schicht 121 mit einer Dicke von 800 nm durch ECR-Plasma-CVD erzeugt. Die Fig. 35 ist eine schematische Darstellung einer ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung, die bei der Erzeugung der DLC-Schicht zur Anwendung kommt. Es sind eine Plasmakammer 250 vom Hohlraumresonatortyp, ein Gaszufuhrsystem 251, ein Mikrowellen-Einführfenster 252, ein Mikrowellen-Leitrohr 253, ein Magnet 254, ein Mikrowellenoszillator 255, ein Substrat 256, eine Vakuumkammer 257 und ein Vakuumsystem 258 gezeigt. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden C&sub2;H&sub2; mit 30 sccm, CF&sub4; mit 10 sccm und H&sub2; mit 20 sccm vom Gaszufuhrsystem auf einen Druck von 2,0 · 10&supmin;³ Torr eingeführt, und durch Einleiten einer Mikrowelle von 2,45 GHz mit 1,0 kW wurde in der Plasmakammer ein Plasma erzeugt. In diesem Zustand wurde mittels des Magnets ein externes Magnetfeld hervorgerufen, um die ECR-Bedingungen von 1200 Gauß am Einführfenster, von 875 Gauß am Auslaß des Hohlraumresonators und von 600 Gauß in der Position des Substrats herzustellen. Ferner wurde von einer (nicht dargestellten) Gleichstromenergiequelle eine Spannung von -500 V an das Substrat gelegt, und die in Fig. 34C gezeigte fluorhaltige DLC-Schicht 121 wurde ausgebildet. Eine in gleichartiger Weise hergestellte Schicht zeigte in der HFS-Analyse (Wasserstoff- Vorwärtsstreuungsanalyse) einen Wasserstoffanteil von 20 Atom-%. Auch betrug die durch die RBS (Rutherford-Rückstreuungsspektroskopie) gemessene Fluorkonzentration 10 Atom-%. Die Härte der Schicht, gemessen mit dem Dünnschicht-Härtemeßgerät, betrug 2500 kg/mm² in Vickers-Härtegraden. Die Reibungseigenschaften wurden mittels der Stift-auf-Platte-Methode bewertet. Bei einer Messung in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 50% unter Verwendung einer Kugel (5 mm im Durchmesser) eines Lagerstahls (SUJ2) als Stift mit einer Belastung von 1,5 N und einer Verschiebegeschwindigkeit von 0,04 m/s betrug der Reibungskoeffizient 0,05. Anschließend wurden die Elektroden-Kontaktfahne 12 aus einer Kupferlegierung und das Keramiksubstrat 2 mittels eines AuSi-Lötmittels 13 verlötet. Der Drahtleiter 14 wurde dann in Berührung mit der Elektroden-Kontaktfahne 12 gehalten und das Heizelementsubstrat an der Heizelementhalterung 8 zum Haften gebracht. Bei der Herstellung des Heizelements 1 erhielten die Oberflächen der Elektrodenanschlüsse 4, 5 einen Au-Schnellüberzug, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern und dadurch eine stabile Zuverlässigkeit für die Verbindung zu erzielen. Anstatt aus einer Kupferlegierung kann die Elektroden-Kontaktfahne auch aus Covar, 42-Legierung oder Posphorbronze gebildet werden. Das Lötmittel hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mindestens 250ºC und kann statt aus AuSi auch aus AuGe oder AuSn bestehen. Das Löten könnte ferner in stabilerer Weise erreicht werden, indem die Cu-Elektrodenanschlüsse einen Schnellüberzug aus Au, Ni oder Au/Ni erhalten, um eine Oxydation und Kontamination bis zum Lötvorgang zu unterbinden. Die Ni-Schicht dient dazu, eine übermäßige Diffusion von Cu in das Lötmittel zu verhindern.Cu paste was applied thereon by screen printing, and the electrode terminals 4, 5 were formed by firing under a controlled partial pressure of oxygen. Then, the insulating protective layer was formed by applying a lead silicate glass with a low softening point by screen printing, followed by sintering in air. Thereon, a fluorine-containing DLC layer 121 with a thickness of 800 nm was formed by ECR plasma CVD. Fig. 35 is a schematic representation of an ECR plasma CVD apparatus used in forming the DLC layer. There are shown a cavity resonator type plasma chamber 250, a gas supply system 251, a microwave introduction window 252, a microwave guide tube 253, a magnet 254, a microwave oscillator 255, a substrate 256, a vacuum chamber 257 and a vacuum system 258. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, C2H2 at 30 sccm, CF4 at 10 sccm and H2 at 20 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 2.0 x 10-3 Torr and a plasma was generated in the plasma chamber by introducing a microwave of 2.45 GHz at 1.0 kW. In this state, an external magnetic field was induced by the magnet to establish the ECR conditions of 1200 gauss at the insertion window, 875 gauss at the cavity outlet and 600 gauss at the substrate position. Furthermore, a voltage of -500 V was applied to the substrate, and the fluorine-containing DLC film 121 shown in Fig. 34C was formed. A film prepared in the same manner showed a hydrogen content of 20 atomic % by HFS (hydrogen forward scattering analysis). Also, the fluorine concentration measured by RBS (Rutherford back scattering spectroscopy) was 10 atomic %. The hardness of the film measured by the thin film hardness meter was 2500 kg/mm² in Vickers hardness. The friction properties were evaluated by the pin-on-plate method. When measured in air with a relative humidity of 50% using a ball (5 mm in diameter) of a bearing steel (SUJ2) as a pin with a load of 1.5 N and a displacement speed of 0.04 m/s, the friction coefficient was 0.05. Subsequently, the electrode tab 12 made of a copper alloy and the ceramic substrate 2 were soldered by means of an AuSi solder 13. The wire conductor 14 was then held in contact with the electrode tab 12 and the heater substrate was adhered to the heater support 8. In the manufacture of the heater 1, the surfaces of the electrode terminals 4, 5 were given a quick Au plating to improve the wettability with the solder and thereby achieve a stable reliability for the connection. Instead of a copper alloy, the electrode tab may also be formed of Covar, 42 alloy or phosphor bronze. The solder preferably has a melting point of at least 250°C and may be made of AuGe or AuSn instead of AuSi. The soldering could also be achieved in a more stable manner by giving the Cu electrode terminals a quick Au, Ni or Au/Ni plating to prevent oxidation and contamination until the soldering process. The Ni layer serves to prevent excessive diffusion of Cu into the solder.

Die auf diese Weise hergestellte Wärmefixiervorrichtung war von einer Erzeugung von abgeriebenem Pulver, was aus der Reibung zwischen dem Heizelement und der Kunststoffolie resultiert, frei und konnte ein stabiles Gleitverhalten über einen verlängerten Zeitraum aufrechterhalten.The heat fixing device thus manufactured was free from generation of abraded powder resulting from friction between the heating element and the plastic film and could maintain stable sliding performance over a prolonged period of time.

[Ausführungsform 21][Embodiment 21]

An einem Al&sub2;O&sub3;-Substrat gleich dem der Ausführungsform 20 wurde mechanisch eine Ausnehmung mit einer Abmessung von 350 mm · 2 mm · 12 um ausgearbeitet, um die wärmeerzeugende Widerstandsschicht auszubilden. In diese Ausnehmung wurde mit Hilfe von Siebdruck Ag/Pd-Paste mit einer Dicke von 11 um eingebracht und in Luft gebrannt, um einen Wärmeerzeugungswiderstand 3 auszubilden, der dann auf der Grundlage der Messung des Widerstandswerts auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt wurde. Das Substrat wurde dann in eine (nicht dargestellte) Zerstäubungsvorrichtung eingesetzt, und eine W- (Wolfram-) Schicht 3a mit einer Dicke von 1 um wurde an der Widerstandsschicht ausgebildet, um eine wechselseitige Diffusion von Ag/Pd und C zu verhindern. Dann wurde wie bei der Ausführungsform 20 in der in Fig. 35 gezeigten ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung eine fluorhaltige a-C:H-Schicht erzeugt. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10 Torr evakuiert war, wurden C&sub6;H&sub5;F mit 25 sccm und H&sub2; mit 15 sccm vom Gaszufuhrsystem auf einen Druck von 3,6 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeführt, und durch Einleiten einer Mikrowelle von 2,45 GHz mit 1,2 kW wurde ein Plasma in der Plasmakammer erzeugt. In diesem Zustand wurde durch den Magneten ein äußeres Magnetfeld ausgebildet, um die ECR-Bedingungen von 1500 Gauß am Einführfenster, von 875 Gauß am Auslaß des Hohlraumresonators und von 650 Gauß in der Position des Substrats herzustellen. Auch wurde an eine am Ausgang des Hohlraumresonators vorgesehene (nicht dargestellte) Absaugelektrode (Gitter) eine Spannung von -700 U gelegt, und die a-C:H-F-Schicht wurde mit einer Dicke von 1000 nm erzeugt. Hierauf wurde ein Probestück 1 des Heizelements durch Verbinden der Elektroden-Kontaktfahnen und der Drahtleiter mit den Elektrodenanschlüssen sowie Herstellen der Haftverbindung an der Heizelementhalterung in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 20 fertiggestellt. Die Fig. 36 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das diese Erfindung verkörpernde Heizelement verwendet. Unter denselben Bedingungen wurden Probestücke 2 und 3 mit der Ausnahme hergestellt, daß das Ausgangsmaterialgas jeweils durch C&sub6;H&sub3;F&sub3; bzw. C&sub6;F&sub6; ersetzt wurde. Diese Probestücke wurden der Messung des Wasserstoffanteils, des Fluorgehalts, der Schichthärte und des Reibungskoeffizienten unterworfen, und die erlangten Ergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengefaßt. Der Wasserstoffanteil wurde durch die HFS-Analyse, der Fluorgehalt durch die RBS-Analyse, die Schichthärte mittels des Dünnschicht-Härtemeßgeräts und der Reibungskoeffizient unter denselben Bedingungen wie bei der Ausführungsform 20 gemessen. Tabelle 4 A recess having a dimension of 350 mm x 2 mm x 12 µm was mechanically machined on an Al₂O₃ substrate similar to that of Embodiment 20 to form the heat generating resistor layer. Ag/Pd paste having a thickness of 11 µm was placed in this recess by screen printing and fired in air to form a heat generating resistor 3, which was then trimmed to a desired resistance value based on the measurement of the resistance value. The substrate was then set in a sputtering device (not shown), and a W (tungsten) layer 3a having a thickness of 1 µm was formed on the resistor layer to prevent mutual diffusion of Ag/Pd and C. Then, a fluorine-containing aC:H layer was formed in the ECR plasma CVD apparatus shown in Fig. 35 as in Embodiment 20. After the vacuum chamber was evacuated to 1 × 10 Torr, C6H5F at 25 sccm and H2 at 15 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 3.6 × 10-4 Torr, and a plasma was generated in the plasma chamber by introducing a microwave of 2.45 GHz at 1.2 kW. In this state, an external magnetic field was formed by the magnet to establish the ECR conditions of 1500 gauss at the insertion window, 875 gauss at the outlet of the cavity resonator, and 650 gauss at the position of the substrate. Also, a voltage of -700 U was applied to an exhaust electrode (grid) (not shown) provided at the exit of the cavity resonator, and the aC:HF layer was formed to a thickness of 1000 nm. Then, a heating element sample 1 was prepared by connecting the electrode tabs and the wire leads to the electrode terminals and adhesively bonding them to the heating element holder in the same manner as in Embodiment 20. Fig. 36 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using the heating element embodying this invention. Samples 2 and 3 were prepared under the same conditions except that the Raw material gas was replaced by C₆H₃F₃ and C₆F₆, respectively. These test pieces were subjected to measurement of hydrogen content, fluorine content, film hardness and friction coefficient, and the results obtained are summarized in Table 4. The hydrogen content was measured by the HFS analysis, the fluorine content by the RBS analysis, the film hardness by the thin film hardness meter and the friction coefficient under the same conditions as in Embodiment 20. Table 4

Mit den auf diese Weise hergestellten Heizelementen ausgestattete Wärmefixiervorrichtungen wurden der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 20 ausgesetzt. Die Probestücke 1 und 2 zeigten eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 20, jedoch entwickelte sich bei dem Probestück 3 eine leichte Schichtabschälung mit der Zunahme in der Anzahl der Fixiervorgänge.Thermal fixing devices equipped with the heating elements thus prepared were subjected to thermal fixing of the recording material as in Embodiment 20. Samples 1 and 2 showed stable fixing performance and durability as in Embodiment 20, but in Sample 3, slight layer peeling developed with the increase in the number of fixing operations.

[Ausführungsform 22][Embodiment 22]

An der isolierenden Schutzschicht wurde wie bei der Ausführungsform 20 eine a-C:H-Schicht als die schmierende Schutzschicht ausgebildet. Die Fig. 37 ist eine schematische Darstellung einer Ionenstrahl-Aufdampfapparatur (IBD-Apparatur), die bei der Erzeugung der a-C:H-Schicht zur Anwendung kommt. Die Fig. 37 zeigt eine Vakuumkammer 260, eine Ionenstrahlquelle 261, eine Ionisationskammer 262, ein Gaszufuhrsystem 263, eine Ionenstrahl-Absaugelektrode 264, ein Substrat 265 und ein Vakuumsystem 266. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden CH&sub4; mit 15 sccm und H&sub2; mit 35 sccm vom Gaszufuhrsystem auf einen Druck von 3,0 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeführt, um ein Plasma in der Plasmakammer zu erzeugen. Das Substrat wurde mit einem Ionenstrahl bestrahlt, der durch Anlegen einer Spannung von 0,7 kV an die Absaugelektrode abgesaugt wurde, und die a-C:H-Schicht wurde mit einer Dicke von 400 nm ausgebildet. Das Substrat wurde dann in eine in Fig. 38 gezeigte HF-Plasma-CVD-Vorrichtung eingesetzt. Die Fig. 38 zeigt eine Vakuumkammer 270, ein Gaszufuhrsystem 271, eine Elektrode 272, ein Substrat 273, ein Vakuumsystem 274 und eine HF-Energiequelle 275. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurde vom Gasszufuhrsystem CF&sub4; mit 100 sccm auf einen Druck von 3,0 · 10&supmin;² Torr eingeführt, und durch Einleiten einer Energie von 1,5 kW von der HF-Energiequelle wurde HF-Plasma erzeugt. Das die a-C:H-Schicht tragende Substrat wurde dem HF-Plasma ausgesetzt, wodurch die Oberfläche der Schicht fluoriert wurde. Die Schicht zeigte einen Wasserstoffanteil von 30 Atom-%, einen Fluorgehalt von 5 Atom-%, eine Schichthärte von 2500 kg/mm² und einen Reibungskoeffizienten von 0,05. Die Fluorkonzentration in der Schicht nahm von der Oberfläche zum Substrat hin ab. Die Methoden und Bedingungen dieser Messung waren dieselben wie bei der Ausführungsform 14. Anschließend wurde das Heizelement durch die Verbindung der Elektroden-Kontaktfahnen sowie der Drahtleiter mit den Elektrodenanschlüssen und die Herstellung der Haftverbindung an der Heizelementhalterung in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform 20 fertiggestellt.An aC:H layer was formed on the insulating protective layer as the lubricating protective layer as in Embodiment 20. Fig. 37 is a schematic diagram of an ion beam vapor deposition (IBD) apparatus used in forming the aC:H layer. Fig. 37 shows a vacuum chamber 260, an ion beam source 261, an ionization chamber 262, a gas supply system 263, an ion beam exhaust electrode 264, a substrate 265 and a vacuum system 266. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, CH4 at 15 sccm and H2 at 35 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 3.0 x 10-4 Torr to generate a plasma in the plasma chamber. The substrate was irradiated with an ion beam which was exhausted by applying a voltage of 0.7 kV to the exhaust electrode, and the aC:H layer was formed to a thickness of 400 nm. The substrate was then set in an RF plasma CVD apparatus shown in Fig. 38. Fig. 38 shows a vacuum chamber 270, a gas supply system 271, an electrode 272, a substrate 273, a vacuum system 274 and an RF power source 275. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, CF4 was introduced from the gas supply system at 100 sccm to a pressure of 3.0 x 10-2 Torr, and RF plasma was generated by introducing a power of 1.5 kW from the RF power source. The substrate bearing the aC:H layer was exposed to the RF plasma, thereby fluorinating the surface of the layer. The layer showed a hydrogen content of 30 atomic percent, a fluorine content of 5 atomic percent, a layer hardness of 2500 kg/mm2 and a friction coefficient of 0.05. The fluorine concentration in the film decreased from the surface toward the substrate. The methods and conditions of this measurement were the same as in Embodiment 14. Then, the heater was completed by connecting the electrode tabs and the wire leads to the electrode terminals and making the adhesive bond to the heater holder in the same manner as in Embodiment 20.

Eine mit dem derart hergestellten Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung wurde bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 20 zur Anwendung gebracht, und es wurden, wie bei der Ausführungsform 20, eine stabile Fixierleistung und beständige Haltbarkeit erreicht.A heat fixing device equipped with the heating element thus prepared was applied to the thermal fixation of the recording material in the same manner as in Embodiment 20, and stable fixing performance and stable durability were achieved as in Embodiment 20.

[Ausführungsform 23][Embodiment 23]

In einer gleichartigen Weise wie bei der Ausführungsform 22 wurden a-C:H-Schichten mit einer Dicke von 450 nm an der isolierenden Schutzschicht, mit einer Dicke von 550 nm an der mit der Kunststoffolie in Berührung kommenden Heizelementhalterung und mit einer Dicke von 30 nm an der Kunststoffolie ausgebildet. Dann wurden das Heizelement, die Heizelementhalterung und die Kunststoffolie, die jeweils daran die a-C:H-Schicht tragen, in die HF-Plasma-CVD-Vorrichtung, die in Fig. 38 gezeigt ist, in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 22 eingesetzt, und die Oberfläche der a-C:H-Schichten wurde fluoriert. Die Fig. 39 ist eine vergrößerte TeilSchnittdarstellung einer das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement versendenden Wärmefixiervorrichtung.In a similar manner to Embodiment 22, a-C:H layers were formed with a thickness of 450 nm on the insulating protective layer, with a thickness of 550 nm on the heater holder in contact with the plastic film, and with a thickness of 30 nm on the plastic film. Then, the heater, the heater holder, and the plastic film each carrying the a-C:H layer thereon were set in the RF plasma CVD apparatus shown in Fig. 38 in the same manner as Embodiment 22, and the surface of the a-C:H layers was fluorinated. Fig. 39 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device sending the heater embodying the present invention.

Eine mit dem auf diese Weise hergestellten Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung wurde bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 20 zur Anwendung gebracht, und es wurden eine stabile Fixierleistung sowie Haltbarkeit wie bei der Ausführungsform 20 erlangt.A thermal fixing device equipped with the heating element thus prepared was applied to thermally fix the recording material as in Embodiment 20, and stable fixing performance and durability as in Embodiment 20 were obtained.

Im folgenden wird eine Ausführungsform erläutert, die als die Schutzschicht des Heizelements eine durch Gassynthese erzeugte Diamantschicht eines hohen elektrischen Isoliervermögens, einer hohen Wärmeleitfähigkeit, einer hohen Härte und eines niedrigen Reibungskoeffizienten verwendet.In the following, an embodiment is explained which uses a diamond layer produced by gas synthesis with a high electrical insulation capacity, a high thermal conductivity, a high hardness and a low friction coefficient as the protective layer of the heating element.

Die Diamantkristalle dieser Erfindung sind durch eine Wärmeleitfähigkeit von 600-2100 W/m · K, durch einen elektrischen Widerstand (spezifischen Durchgangswiderstand) von 10¹&sup0;-10¹&sup6; &Omega;cm und durch eine Härte von 10 000 kgf/mm² gekennzeichnet.The diamond crystals of this invention are characterized by a thermal conductivity of 600-2100 W/m K, an electrical resistivity (volume resistivity) of 10¹⁰-10¹⁶ Ωcm and a hardness of 10,000 kgf/mm².

Das Substrat zur Ausbildung der Diamantschicht der vorliegenden Erfindung besteht vorzugsweise aus einem Material, das zur Erzeugung von Diamantkristallen geeignet ist und ein mechanisches Schleifen sowie ein Ätzen zuläßt. Beispiele eines solchen Materials schließen Si, Ta, Mo, W, SiC, WC, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und Si&sub3;N&sub4; ein.The substrate for forming the diamond layer of the present invention is preferably made of a material that is suitable for producing diamond crystals and allows mechanical grinding and etching. Examples of such a Materials include Si, Ta, Mo, W, SiC, WC, SiO₂, Al₂O₃ and Si₃N₄.

Die bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung zu bringende Gassynthese der Diamantkristalle kann beispielsweise durch eine Heizfaden-CVD, Mikrowellenplasma-CVD, Gleichstromplasma- CVD, HF-Plasma-CVD, Magnetfeld-Mikrowellenplasma-CVD oder durch eine Flammenverbrennungsmethode erreicht werden. Beispiele des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialgases schließen Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan, Propan, Äthylen, Benzol und Azethylen; halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform und Trichloräthan; Alkohole, wie Methylalkohol und Äthylalkohol; Ketone, wie (CH&sub3;)&sub2;CO und (C&sub6;H&sub5;)&sub2;CO; Gase, wie CO und CO&sub2;; sowie Mischungen dieser mit anderen Gasen, wie N&sub2;, H&sub2;, O&sub2;, H&sub2;O oder Ar, ein.The gas synthesis of diamond crystals to be used in the present invention can be achieved, for example, by a filament CVD, microwave plasma CVD, DC plasma CVD, RF plasma CVD, magnetic field microwave plasma CVD or a flame combustion method. Examples of the carbonaceous raw material gas include hydrocarbons such as methane, ethane, propane, ethylene, benzene and acetylene; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, carbon tetrachloride, chloroform and trichloroethane; alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol; ketones such as (CH3)2CO and (C6H5)2CO; gases such as CO and CO2; as well as mixtures of these with other gases such as N₂, H₂, O₂, H₂O or Ar.

Die Synthese der Diamantkristalle wird beispielsweise im Fall einer Mikrowellen-CVD-Methode, die Wasserstoff und Methan als das Ausgangsmaterialgas anwendet, mit einer Methangaskonzentration von 0,1-1,0%, mit einer Substrattemperatur von 600-900ºC, mit einem Gasdruck von 1,33-26,6 kPa und mit einer gesamten Gasdurchsatzmenge von 100-1000 ml/min ausgeführt. Die Erzeugungsbedingungen der Diamantkristalle sind gemäß der Synthesemethode veränderlich.For example, in the case of a microwave CVD method using hydrogen and methane as the raw material gas, the synthesis of diamond crystals is carried out with a methane gas concentration of 0.1-1.0%, a substrate temperature of 600-900ºC, a gas pressure of 1.33-26.6 kPa and a total gas flow rate of 100-1000 ml/min. The production conditions of diamond crystals are variable according to the synthesis method.

Die in dieser Erfindung erwähnten Diamantkristalle sind solche, die als die Diamantkristalle beispielsweise durch Röntgenstrahlenbeugung, Elektronenstrahlbeugung oder Raman-Spektroskopie zu identifizieren sind. Beispielsweise zeigt die Raman-Spektroskopie, wie in Fig. 40 dargestellt ist, einen schroffen, hohen Diamantspitzenwert bei etwa 1333 cm&supmin;¹ und schwache, breite Spitzenwerte, die aus der diamantfreien Kohlenstoffkomponente resultieren, bei etwa 1360 und 1550 cm&supmin;¹. Die Wärmeleitfähigkeit der Diamantkristalle hängt in hohem Maß von der Kristallinität des Diamants ab und wird höher, wenn die Kristallinität höher und die Verunreinigung geringer wird. Folglich werden Diamantkristalle, die die breiten Spitzen bei etwa 1360 und 1550 cm&supmin;¹ im Raman-Spektrum nicht zeigen, bevorzugt. Wenn das Verhältnis der Diamanten und des amorphen Kohlenstoffs durch das Intensitätsverhältnis (I&sub1;&sub5;&sub5;&sub0;/I&sub1;&sub3;&sub3;&sub3;) des Spitzenwerts des amorphen Kohlenstoffs (breite Spitze um 1550 cm&supmin;¹ herum) und der Spitze der Diamanten (1333 cm&supmin;¹) im Raman-Spektrum ausgedrückt wird, so wird ein Bereich 0 &le; I&sub1;&sub5;&sub5;&sub0;/I&sub1;&sub3;&sub3;&sub3; &le; 1 bevorzugt. Über dem oberen Grenzwert dieses Bereichs wird die Kristallinität der Diamanten verschlechtert und die Wärmeleitfähigkeit schlechter. Auch steht die Kristallinität der Diamanten in bemerkenswerter Weise mit der Art und Konzentration der bei der Schichterzeugung verwendeten Ausgangsmaterialgase in Wechselbeziehung. Beispielsweise verbessert im Methan-Wasserstoff-System eine verringerte Methankonzentration die Kristallinität mit einem Anstieg in der Wärmeleitfähigkeit. Im Methan-Wasserstoff- Sauerstoff-System kann eine Diamantschicht mit zufriedenstellender Kristallinität erhalten werden, indem das Kohlenstoff- Sauerstoff-Atomverhältnis als 0/C = 0,8 gewählt wird. Eine zufriedenstellende Diamantkristallinität verwirklicht die vorerwähnten physikalischen Diamanteigenschaften, wodurch zusätzlich zur hohen Wärmeleitfähigkeit ein hohes Isoliervermögen realisiert wird.The diamond crystals mentioned in this invention are those which can be identified as the diamond crystals by, for example, X-ray diffraction, electron beam diffraction or Raman spectroscopy. For example, as shown in Fig. 40, Raman spectroscopy shows a sharp, high diamond peak at about 1333 cm⁻¹ and weak, broad peaks resulting from the diamond-free carbon component at about 1360 and 1550 cm⁻¹. The thermal conductivity of the diamond crystals depends largely on the crystallinity of the diamond and becomes higher as the crystallinity becomes higher and the impurity becomes lower. Consequently, diamond crystals which have the broad peaks at about 1360 and 1550 cm⁻¹ in the Raman spectrum is preferred. When the ratio of diamonds and amorphous carbon is expressed by the intensity ratio (I₁₅₅�0/I₁₃₃₃) of the peak of amorphous carbon (broad peak around 1550 cm⁻¹) and the peak of diamonds (1333 cm⁻¹) in the Raman spectrum, a range of 0 ≤ I₁₅₅�0/I₁₃₃₃ ≤ 1 is preferred. Above the upper limit of this range, the crystallinity of diamonds is deteriorated and the thermal conductivity is worsened. Also, the crystallinity of diamonds is remarkably correlated with the type and concentration of the raw material gases used in film formation. For example, in the methane-hydrogen system, a reduced methane concentration improves the crystallinity with an increase in thermal conductivity. In the methane-hydrogen-oxygen system, a diamond film with satisfactory crystallinity can be obtained by selecting the carbon-oxygen atomic ratio as 0/C = 0.8. Satisfactory diamond crystallinity realizes the aforementioned diamond physical properties, thereby realizing high insulating capacity in addition to high thermal conductivity.

Die Dicke der Diamantschicht sollte derart gewählt werden, um eine mechanische Festigkeit zu gewährleisten, die imstande ist, das Heizelement gegenüber dem Fixierdruck zu schützen sowie eine hinreichende Isolierung im Gebrauch des Heizelements zu bieten, und sie liegt im allgemeinen innerhalb eines Bereichs von mehreren bis einigen tausend Mikron, vorzugsweise von einigen zehn bis einigen hundert Mikron.The thickness of the diamond layer should be selected so as to ensure a mechanical strength capable of protecting the heating element against the fixing pressure as well as providing sufficient insulation during use of the heating element, and is generally within a range of several to several thousand microns, preferably from several tens to several hundred microns.

Nachdem an dem vorerwähnten Substrat ein Diamantüberzug oder eine Diamantschicht erzeugt ist, wird der Wärmeerzeugungswiderstand mittels einer PVD-Methode, z. B. Zerstäubung, ausgebildet und notwendigenfalls auf der Grundlage der Widerstandswertmessung auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Die Elektrodenanschlüsse werden in gleichartiger Weise durch Zerstäuben von Au, Ag oder Cu gebildet. Dann wird eine kerami sche Paste (ein Haftmittel) durch Siebdruck auf der Diamantschicht, den Wärmeerzeugungswiderstand und den Elektrodenanschlüssen aufgebracht sowie daran ein isolierendes Substrat angebracht und daran mittels Brennens haftverbunden. Der Wärmeerzeugungswiderstand und die Elektrodenanschlüsse können nicht nur durch eine PVD-Methode, wie Zerstäubung, Vakuumverdampfung oder Ionenplattierung, sondern auch durch CVD, Elektroplattieren oder Siebdruck ausgebildet werden. Anschließend wird das Substrat zur Diamantschichterzeugung durch mechanisches Schheifen oder chemisches Ätzen entfernt. Die Oberfläche der Diamantschicht, die die polykristalline Beschaffenheit zeigt, hat eine größere Oberflächenrauheit, wenn die Kristallinität zunimmt, und sie liegt im allgemeinen in einem Bereich von einigen tausend Ångström bis mehreren Mikron in Rmax. Jedoch ist die Oberflächenrauheit der Diamantschicht nach der Substratentfernung gleich derjenigen des für die Diamantschichterzeugung verwendeten Substrats, so daß die Oberflächenrauheit einer Deckschicht gleich mehreren oder geringer als mehrere hundert Ångström in Rmax gemacht werden kann. Das Heizelement der vorliegenden Erfindung wird dann durch Anbringen der Elektroden-Kontaktfahnen an den Elektrodenanschlüssen beispielsweise durch töten, anschließendes Pressen der Drahtleiter an die Elektroden-Kontaktfahnen und Herstellen der Haftverbindung des Heizelementsubstrats mit der Heizelementhalterung fertiggestellt.After a diamond coating or layer is formed on the above-mentioned substrate, the heat generating resistor is formed by a PVD method such as sputtering and, if necessary, trimmed to a desired resistance value based on the resistance value measurement. The electrode terminals are formed in a similar manner by sputtering Au, Ag or Cu. Then, a ceramic cal paste (an adhesive) is applied to the diamond layer, the heat generating resistor and the electrode terminals by screen printing, and an insulating substrate is attached thereto and bonded thereto by firing. The heat generating resistor and the electrode terminals can be formed not only by a PVD method such as sputtering, vacuum evaporation or ion plating but also by CVD, electroplating or screen printing. Then, the substrate for diamond layer formation is removed by mechanical grinding or chemical etching. The surface of the diamond layer showing the polycrystalline nature has a larger surface roughness as the crystallinity increases, and it is generally in a range of several thousand angstroms to several microns in Rmax. However, the surface roughness of the diamond layer after substrate removal is equal to that of the substrate used for diamond layer formation, so that the surface roughness of a covering layer can be made equal to or less than several hundred angstroms in Rmax. The heating element of the present invention is then completed by attaching the electrode contact tabs to the electrode terminals, for example by killing, then pressing the wire conductors to the electrode contact tabs and adhesively bonding the heating element substrate to the heating element mount.

Die vorliegende Erfindung verwendet somit eine durch Gassynthese erlangte Diamantschicht als die Schutzschicht des Heizelements, wodurch die thermische Leistungsfähigkeit des Heizelements verbessert, dessen Energieverbrauch vermindert und ein im Abriebwiderstand sowie im Gleitverhalten ausgezeichnetes Heizelement verwirklicht wird.The present invention thus uses a diamond layer obtained by gas synthesis as the protective layer of the heating element, thereby improving the thermal performance of the heating element, reducing its energy consumption and realizing a heating element excellent in abrasion resistance and sliding behavior.

[Ausführungsform 24][Embodiment 24]

Die Fig. 41 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung verwirklichende Heizelement verwendet, wobei ein Heizelement 1 unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Heizelementhalterung 8 von einem Heizelementträger 9 getragen wird. Eine wärmebeständige Folie 10 besteht beispielsweise aus Polyimid mit einer Dicke von etwa 40 um und ist als Endlosband oder als langgestreckte Materialbahn ausgebildet. Eine drehende Andruckwalze 11 dient als ein Druckorgan, um die genannte Folie zum Heizelement 1 hin zu drücken. Die Folie 10 läuft um oder bewegt sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Berührung mit der Frontfläche des Heizelements 1, wobei sie daran gleitet, und zwar durch ein (nicht dargestelltes) Antriebsorgan oder durch die Drehkraft der Andruckwalze 11. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wird elektrisch betrieben, um das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, und ein Aufzeichnungsmaterial 16, das daran auf der Seite der Folie 10 eine unfixierte Tonerabbildung 17 trägt, wird in einen Fixierklemmspalt 15 im Zustand der Bewegung der Folie 10 eingeführt. Auf diese Weise wird das Aufzeichnungsmaterial 16 mit der Folie 10 in Berührung gehalten und durchläuft zusammen mit der Folie 10 den Fixierklemmspalt. Während des Durchlaufens wird vom Heizelement 1 über die Folie 10 dem Aufzeichnungsmaterial 16 Wärmeenergie vermittelt, um durch Schmelzen die unfixierte Tonerabbildung 17 am Aufzeichnungsmaterial 16 zu fixieren.Fig. 41 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using the heating element embodying the present invention, wherein a heating element 1 is supported on a heater support 9 through the interposition of a heat-insulating heater support 8. A heat-resistant film 10 is made of, for example, polyimide and has a thickness of about 40 µm and is formed as an endless belt or an elongated sheet. A rotating pressure roller 11 serves as a pressing member for pressing said film toward the heater 1. The film 10 rotates or moves at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow in contact with the front surface of the heater 1 while sliding thereon by a driving member (not shown) or by the rotating force of the pressure roller 11. The heat generating resistor 3 is electrically operated to heat the heater to a predetermined temperature, and a recording material 16 having an unfixed toner image 17 thereon on the side of the film 10 is introduced into a fixing nip 15 in the state of movement of the film 10. In this way, the recording material 16 is held in contact with the film 10 and passes through the fixing clamping gap together with the film 10. During the passage, heat energy is imparted to the recording material 16 from the heating element 1 via the film 10 in order to fix the unfixed toner image 17 to the recording material 16 by melting it.

Die Fig. 42A bis 42F sind schematische Schnittdarstellungen der 24. Ausführungsform, in denen ein Heizelement 1, ein Keramiksubstrat 2, ein Ag/Pd-Wärmeerzeugungswiderstand 3, ein Cu-Elektrodenanschluß 4, ein Substrat 5 beispielsweise aus Si zur Diamantschichterzeugung, eine aus einer polykristallinen Diamantschicht bestehende Schutzschicht 6, eine Heizelementhalterung 8, eine Elektroden-Kontaktfahne 12, AuSi- Lötmittel 13 und ein Drahtleiter 14 gezeigt sind.42A to 42F are schematic sectional views of the 24th embodiment, showing a heating element 1, a ceramic substrate 2, an Ag/Pd heat generating resistor 3, a Cu electrode terminal 4, a substrate 5 made of, for example, Si for diamond film formation, a protective layer 6 made of a polycrystalline diamond film, a heating element holder 8, an electrode tab 12, AuSi solder 13, and a wire conductor 14.

Bei dieser Ausführungsform wurde zuerst an dem Si-Substrat 5 zur Diamantschichterzeugung eine polykristalline Diamantschicht 6 ausgebildet (Fig. 42A). An dem Si-Substrat wurden Bereiche, die der Diamantschichterzeugung nicht unterworfen wurden, im voraus mittels eines Resistmaterials abgedeckt. Dieses Substrat wurde in eine alkoholische Dispersion von Diamant-Schleifpartikeln von 15 bis 30 um eingetaucht und einer Narbenbildungsbehandlung mittels eines Ultraschalloszil- Iators unterworfen, worauf das abdeckende Resistmaterial entfernt wurde. Das genannte Substrat wurde dann der Ausbildung der Diamantschicht in einer in Fig. 43 gezeigten Heizfaden-CVD- Vorrichtung unterworfen. Die Fig. 43 zeigt ein Quarz-Reaktionsrohr 270, einen Elektroofen 271, einen Tantal-Heizfaden 272, ein Substrat 273, einen Rohgasmaterialeinlaß 274, der an (nicht dargestellten) Gasbehälter, Gasflußregler und Ventile angeschlossen ist, sowie einen mit einer mechanischen Druckerhöhungspumpe, einer Rotationspumpe und einem Ventil (die nicht dargestellt sind) verbundenen Gasauslaß 275. Nachdem das Substrat in der Vorrichtung angeordnet und das Innere mittels der (nicht dargestellten) Vakuumpumpe evakuiert war, wurden Methan mit 1 ml/min und Wasserstoff mit 999 ml/min von den (nicht dargestellten) Gasbehältern in das Quarz-Reaktionsrohr eingeführt, und durch ein (nicht dargestelltes) Regulierventil wurde der Druck in diesem auf 6,0 Pa eingeregelt. Das Innere des Reaktionsrohrs wurde durch den Elektroofen auf 900ºC erhitzt, der Heizfaden wurde auf 2100ºC erhitzt, und die Diamantschicht wurde in 20 Stunden mit einer Dicke von 40 um ausgebildet. Gemäß der Betrachtung unter einem Elektronenabtastmikroskop (SEM) war die erhaltene Diamantschicht eine polykristalline Schicht mit klaren Seitenflächen. Die Raman- Spektroskopie zeigte eine schroffe Diamantspitze um 1333 cm&supmin;¹ herum, und das Intensitätsverhältnis der amorphen Kohlenstoffspitze zur Diamantspitze war I&sub1;&sub5;&sub5;&sub0;/I&sub1;&sub3;&sub3;&sub3; &le; 0,1. Auch zeigte eine unter denselben Bedingungen hergestellte Diamantschicht eine Wärmeleitfähigkeit von 900 W/m·K, gemessen durch das Strahlungskühlungsverfahren.In this embodiment, a polycrystalline diamond layer 6 was first formed on the Si substrate 5 for diamond layer formation (Fig. 42A). On the Si substrate, areas which were not subjected to diamond layer formation were were covered in advance by a resist material. This substrate was immersed in an alcoholic dispersion of diamond abrasive particles of 15 to 30 µm and subjected to a scarring treatment by means of an ultrasonic oscillator, after which the covering resist material was removed. The said substrate was then subjected to formation of the diamond layer in a filament CVD apparatus shown in Fig. 43. Fig. 43 shows a quartz reaction tube 270, an electric furnace 271, a tantalum filament 272, a substrate 273, a raw gas material inlet 274 connected to gas containers, gas flow regulators and valves (not shown), and a gas outlet 275 connected to a mechanical booster pump, a rotary pump and a valve (not shown). After the substrate was placed in the apparatus and the interior was evacuated by the vacuum pump (not shown), methane at 1 ml/min and hydrogen at 999 ml/min were introduced from the gas containers (not shown) into the quartz reaction tube, and the pressure therein was controlled to 6.0 Pa by a regulating valve (not shown). The inside of the reaction tube was heated to 900°C by the electric furnace, the filament was heated to 2100°C, and the diamond film was formed in 20 hours to a thickness of 40 µm. According to the observation under a scanning electron microscope (SEM), the obtained diamond film was a polycrystalline film with clear side faces. Raman spectroscopy showed a sharp diamond peak around 1333 cm-1, and the intensity ratio of the amorphous carbon peak to the diamond peak was I₁₅₅₀/I₁₃₃₃ ≤ 0.1. Also, a diamond film prepared under the same conditions showed a thermal conductivity of 900 W/m·K as measured by the radiation cooling method.

An der Diamantschicht wurde der Wärmeerzeugungswiderstand durch aufeinanderfolgendes Zerstäuben von Ti zu einer Dicke von 200 Å sowie Au zu einer Dicke von 10 um ausgebildet, und auf der Grundlage der Widerstandsmessung wurde er auf einen ge wünschten Widerstandswert getrimmt. Anschließend wurde durch Cu-Zerstäubung der Elektrodenanschluß 4 ausgestaltet. Hierauf wurde Aluminiumoxidpaste (Haftmittel) aufgetragen und ein Aluminiumoxidsubstrat aufgebracht sowie durch Brennen integriert (Fig. 42B). Danach wurde das Si-Substrat mit Hilfe eines mechanischen Läppens und eines Si-Ätzmittels (z. B. HF/HNO&sub3;/CH&sub3;COOH)entfernt (Fig. 42C).On the diamond layer, the heat generation resistor was formed by successively sputtering Ti to a thickness of 200 Å and Au to a thickness of 10 µm, and based on the resistance measurement, it was set to a desired resistance value. Then, the electrode terminal 4 was formed by Cu sputtering. Alumina paste (adhesive) was applied thereon and an alumina substrate was applied and integrated by firing (Fig. 42B). Then, the Si substrate was removed by mechanical lapping and a Si etchant (e.g. HF/HNO₃/CH₃COOH) (Fig. 42C).

Bei dem Heizelement- oder dem Isoliersubstrat, wobei das Si- Substrat entfernt ist, wurden der Elektrodenanschluß 4, die Elektroden-Kontaktfahne 12 aus einer Kupferlegierung und das Keramiksubstrat 2 gelötet und mit dem Lötmittel 13 aus AuSi durch Erhitzen über den Schmelzpunkt (370ºC) des Lötmittels zusammengeschmolzen (Fig. 42D). An die derart angebrachte Elektroden-Kontaktfahne 12 wurde dann der Drahtleiter 14 gepreßt (Fig. 42E), und für das Heizelement 1 wurde die Haftverbindung mit der Heizelementhalterung 8 hergestellt (Fig. 42F). Bei der Herstellung des Heizelements 1 erhielt die Oberfläche des Elektrodenanschlusses 4 einen Au-Schnellüberzug, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern und dadurch eine konstante Zuverlässigkeit in der Verbindung zu erzielen. Die Elektroden-Kontaktfahne kann anstatt aus einer Kupferlegierung auch aus Covar, 42-Legierung oder Phosphorbronze ausgebildet werden. Das Lötmittel hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mindestens 250ºC und kann auch statt aus AuSi aus AuGe oder AuSn bestehen. Ferner könnte ein Löten in stabilerer Weise erreicht werden, indem der Cu-Elektrodenanschluß einen Schnellüberzug mit Au, Ni oder AuJNi erhält, um eine Oberflächenoxidation des Cu-Elektrodenanschlusses bis zum Lötvorgang zu unterbinden und den Anschluß mit einem chemischen Widerstand bei der Entfernung des Si-Substrats zu versehen. Die Ni-Schicht dient dazu, eine übermäßige Diffusion von Gu in das Lötmittel zu verhindern.In the heating element or insulating substrate with the Si substrate removed, the electrode terminal 4, the electrode tab 12 made of a copper alloy and the ceramic substrate 2 were soldered and fused together with the solder 13 made of AuSi by heating above the melting point (370°C) of the solder (Fig. 42D). The wire conductor 14 was then pressed onto the electrode tab 12 thus attached (Fig. 42E), and the heating element 1 was bonded to the heating element holder 8 (Fig. 42F). In the manufacture of the heating element 1, the surface of the electrode terminal 4 was given an Au quick coating to improve the wettability with the solder and thereby achieve constant reliability in the connection. The electrode tab may be made of Covar, 42 alloy or phosphor bronze instead of copper alloy. The solder preferably has a melting point of at least 250ºC and may be made of AuGe or AuSn instead of AuSi. Furthermore, soldering could be achieved in a more stable manner by providing the Cu electrode terminal with a quick coating of Au, Ni or AuJNi to prevent surface oxidation of the Cu electrode terminal until soldering and to provide the terminal with chemical resistance when the Si substrate is removed. The Ni layer serves to prevent excessive diffusion of Gu into the solder.

Das auf diese Weise hergestellte Heizelement war imstande, das Aufzeichnungsmaterial effizient mit der durch Elektroenergiezufuhr erzeugten Hitze zu versorgen, und konnte eine sta bile Heizelementleistung ohne eine thermische Verschlechterung der Heizelementkomponenten realisieren.The heating element produced in this way was able to efficiently supply the recording material with the heat generated by electrical energy supply and was able to achieve a stable achieve optimal heating element performance without thermal deterioration of the heating element components.

[Ausführungsform 25][Embodiment 25]

In gleichartiger Weise wie bei der Ausführungsform 24 wurde an einem Si-Substrat eine polykristalline Diamantschicht ausgebildet. Die Fig·. 44 ist eine schematische Darstellung einer bei der Ausbildung der Diamantschicht verwendeten Mikrowellenplasma-CVD-Vorrichtung und zeigt ein Quarz-Reaktionsrohr 286, ein Si-Substrat 287, ein Rohgasmaterial-Zufuhrsystem 288, eine Mikrowellenquelle 289, ein Mikrowellen-Leitrohr 280 und ein Vakuumsystem 281.In a similar manner to Embodiment 24, a polycrystalline diamond film was formed on a Si substrate. Fig. 44 is a schematic diagram of a microwave plasma CVD apparatus used in the formation of the diamond film, and shows a quartz reaction tube 286, a Si substrate 287, a raw gas material supply system 288, a microwave source 289, a microwave guide tube 280, and a vacuum system 281.

Nachdem ein der Narbenbildungsbehandlung mit Diamantschleifpartikeln unterworfenes Si-Substrat in der in Fig. 44 gezeigten Vorrichtung angeordnet war, wurde das Innere mittels des Vakuumsystems 281 evakuiert, und vom Gaszufuhrsystem wurden Kohlenmonoxid mit einer Rate von 25 ml/min und Wasserstoff mit einer Rate von 375 ml/min in das Quarz-Reaktionsrohr eingeführt. Durch das Regulierventil wurde der Druck im Reaktionsrohr auf 5,3 kPa eingeregelt, und mit einer Mikrowellenausgangsleistung von 4 kW, die von der Mikrowellenquelle 289 geliefert wurde, sowie einer Substrattemperatur von 900ºC wurde in zehn Stunden die Diamtantschicht mit einer Dicke von 150 um synthetisch hergestellt. Eine in gleichartiger Weise synthetisch hergestellte Diamantschicht war eine polykristalline Schicht mit in der SEM-Betrachtung klaren Seitenflächen und zeigte im Strahlungskühlungsverfahren eine Wärmeleitfähigkeit von 1500 W/m-K.After a Si substrate subjected to the scarring treatment with diamond abrasive particles was placed in the apparatus shown in Fig. 44, the interior was evacuated by means of the vacuum system 281, and carbon monoxide at a rate of 25 ml/min and hydrogen at a rate of 375 ml/min were introduced into the quartz reaction tube from the gas supply system. The pressure in the reaction tube was controlled to 5.3 kPa by the regulating valve, and with a microwave output of 4 kW supplied from the microwave source 289 and a substrate temperature of 900°C, the diamond layer with a thickness of 150 µm was synthesized in ten hours. A similarly synthetically produced diamond layer was a polycrystalline layer with clear side surfaces in SEM observation and showed a thermal conductivity of 1500 W/m-K in the radiation cooling process.

An der Diamantschicht wurde in einer vorbestimmten Position der Wärmeerzeugungswiderstand 3 durch Aufbringen von Ag/Pd- Paste mittels Siebdrucks ausgebildet, und er wurde auf der Grundlage der Widerstandswertmessung nötigenfalls auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt. Durch Aufbringen von Cu- Paste durch Siebdruck wurde dann der Elektrodenanschluß 4 hergestellt. Anschließend wurde Aluminiumoxidpaste (Haftmittel) aufgetragen, und dann wurde ein Aluminiumoxid-Keramiksubstrat 2 aufgebracht sowie durch Sintern haftverbunden. Hierauf wurde das Heizelementsubstrat durch Entfernen des Si-Substrats in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 24 hergestellt. Das Heizelement wurde durch Verbinden der Elektroden-Kontaktfahnen sowie Drahtleiter mit den Elektrodenanschlüssen und durch die Haftverbindung mit der Heizelementhalterung fertiggestellt. Das auf diese Weise erlangte Heizelement konnte bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 24 einen stabilen Fixiervorgang wie bei der Ausführungsform 24 erzielen.The heat generating resistor 3 was formed on the diamond layer at a predetermined position by applying Ag/Pd paste by screen printing, and it was trimmed to a desired resistance value if necessary based on the resistance value measurement. Then, the electrode terminal 4 was formed by applying Cu paste by screen printing. Then, aluminum oxide paste (adhesive agent) was applied. and then an alumina ceramic substrate 2 was applied and bonded by sintering. Then, the heater substrate was prepared by removing the Si substrate in the same manner as in Embodiment 24. The heater was completed by connecting the electrode tabs and lead wires to the electrode terminals and bonding to the heater holder. The heater thus obtained could achieve a stable fixing operation as in Embodiment 24 in thermally fixing the recording material as in Embodiment 24.

Bei den vorausgehenden Ausführungsformen ist die Erzeugung einer Kohleschiect an der Schutzschicht, an der Widerstandsschicht oder an der Kunststoffolie erläutert worden, jedoch kann unter gewissen Umständen oder Bedingungen im Gebrauch die auf diese Weise erzeugte Kohleschicht lokal abgeschält oder beschädigt werden, so daß die Wärmefixiervorrichtung nicht länger für die Fixiervorgänge verwendbar sein kann.In the foregoing embodiments, the formation of a carbon layer on the protective layer, the resistance layer or the plastic film has been explained, but under certain circumstances or conditions in use, the carbon layer thus formed may be locally peeled off or damaged so that the heat fixing device may no longer be usable for the fixing operations.

Die vorliegende Erfindung dient auch dazu, den vorerwähnten Nachteil zu beseitigen, indem die lokal abgeschälte oder beschädigte schmierende Kohleschutzschicht am Heizelement oder an der Kunststoffolie wiederaufbereitet wird, um dadurch eine Wärmefixiervorrichtung mit einer hohen Standzeit (lange Lebensdauer) und mit niedrigen Kosten zu schaffen.The present invention also serves to eliminate the above-mentioned disadvantage by regenerating the locally peeled or damaged lubricating carbon protective layer on the heating element or on the plastic film, thereby providing a heat fixing device with a high durability (long life) and at a low cost.

Vor allem kann der vorerwähnte Nachteil gemäß dieser Erfindung beseitigt werden, indem die Kohleschicht mit einer hohen Härte und einem niedrigen Reibungskoeffizienten, die als schmierende Schutzschicht an der isolierenden Schutzschicht oder dem Wärmeerzeugungswiderstand des Heizelements oder an der Kunststofffolie ausgebildet ist, mittels eines Veraschens (einer Oxidationsbehandlung) entfernt und wieder eine Kohleschicht erzeugt wird.Above all, according to this invention, the above-mentioned disadvantage can be eliminated by removing the carbon layer having a high hardness and a low friction coefficient formed as a lubricating protective layer on the insulating protective layer or the heat generating resistor of the heating element or on the plastic film by means of ashing (an oxidation treatment) and forming a carbon layer again.

Die Kohleschicht der vorliegenden Erfindung ist eine hydrierte, amorphe Kohleschicht (a-C:H-Schicht), eine diamantartige Kohleschicht (DLC-Schicht) oder eine harte Kohleschicht. Es wird auch eine a-C:H-Schicht oder eine DLC-Schicht eingeschlossen, die mindestens eines der folgenden Elemente Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B, Si und Fluor enthält. Die a-C:H- und die DLC-Schicht sind·durch gewisse physikalische Eigenschaften gekennzeichnet, die beispielsweise durch eine Wärmeleitfähigkeit von 200-600 W/m·K, einen elektrischen Widerstand (spezifischer Durchgangswiderstand) von 10&sup8;-10¹¹ &Omega;cm, eine Härte von 2000-5000 kg/mm² und einen Reibungskoeffizienten kleiner als 0,2 wiedergegeben werden. Auch ist die harte Kohleschicht durch bestimmte physikalische Eigenschaften gekennzeichnet, die z. B. durch eine Härte von 2000-5000 kg/mm², einen Reibungskoeffizienten u < 0,2 und einen elekrischen Widerstand (spezifischer Durchgangswiderstand) von 10&sup5;-10¹¹ &Omega; cm repräsentiert werden.The carbon layer of the present invention is a hydrogenated amorphous carbon layer (a-C:H layer), a diamond-like carbon layer (DLC layer) or a hard carbon layer. Also included is an a-C:H layer or a DLC layer containing at least one of the following elements: Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B, Si and fluorine. The a-C:H and DLC layers are characterized by certain physical properties, for example, represented by a thermal conductivity of 200-600 W/m·K, an electrical resistance (volume resistivity) of 10⁸-10¹¹ Ωcm, a hardness of 2000-5000 kg/mm² and a friction coefficient of less than 0.2. Also, the hard carbon layer is characterized by certain physical properties, for example, represented by a thermal conductivity of 200-600 W/m·K, an electrical resistance (volume resistivity) of 10⁸-10¹¹ Ωcm, a hardness of 2000-5000 kg/mm² and a friction coefficient of less than 0.2. B. can be represented by a hardness of 2000-5000 kg/mm², a friction coefficient u < 0.2 and an electrical resistivity (specific volume resistance) of 10⁵-10¹¹ Ω cm.

Die Oxidation kann beispielsweise durch Mikrowellenplasma-CVD, Gleichstromplasma-CVD, HF-Plasma-CVD, Magnetfeld-Mikrowellenplasma-CVD, Ionenstrahlzerstäubung, Ionenstrahlverdampfung oder Ionenstrahlplattierung, die bei der Herstellung der vorerwähnten a-C:H-Schicht, DLC-Schicht oder harten Kohleschicht zur Anwendung kommen, erreicht werden. Bei diesen Methoden wird Sauerstoff als das Reaktionsgas angewendet, um ein Sauerstoffplasma oder einen Sauerstoff-Ionenstrahl, denen die Kohleschicht ausgesetzt wird, zu erzeugen, wodurch die Kohleschicht verascht (entoxidiert und beseitigt) wird. Das Reaktionsgas kann ein Gemisch aus Sauerstoff mit H&sub2;, N&sub2;, Luft, Ar oder CF&sub4; sein. Auch kann nach der Oxidation das Substrat mit Plasma oder mit einem Ionenstrahh von H&sub2;, N&sub2;, Luft oder CF&sub4; geätzt werden. Der Veraschungszustand kann durch Überwachen des Plasmas im Veraschungsvorgang mittels einer spektroskopischen Methode wahrgenommen und somit der Endpunkt des Veraschungsvorgangs bestimmt werden.The oxidation can be achieved, for example, by microwave plasma CVD, DC plasma CVD, RF plasma CVD, magnetic field microwave plasma CVD, ion beam sputtering, ion beam evaporation or ion beam plating, which are used in the production of the above-mentioned a-C:H film, DLC film or hard carbon film. In these methods, oxygen is used as the reaction gas to generate an oxygen plasma or an oxygen ion beam to which the carbon film is exposed, thereby ashing (deoxidizing and removing) the carbon film. The reaction gas can be a mixture of oxygen with H₂, N₂, air, Ar or CF₄. Also, after the oxidation, the substrate can be etched with plasma or with an ion beam of H₂, N₂, air or CF₄. The ashing state can be perceived by monitoring the plasma in the ashing process using a spectroscopic method and thus the end point of the ashing process can be determined.

Hierauf wird die schmierende Schutzschicht des Heizelements oder der Kunststoffolie durch erneutes Ausbilden der Kohleschicht durch das oben erläuterte Schichterzeugungsverfahren wiederaufbereitet. Die Veraschung und die Wiederaufbereitung können aufeinanderfolgend in der gleichen Vorrichtung ausgeführt werden oder es wird nach dem Veraschen ein Waschschrit; mit einem organischen Lösungsmittel hinzugefügt.The lubricating protective layer of the heating element or plastic film is then reconditioned by re-forming the carbon layer using the layer formation process explained above. The ashing and reconditioning can be carried out sequentially in the same device or a washing step with an organic solvent is added after the ashing.

[Ausführungsform 26][Embodiment 26]

Die Fig. 45 ist eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung einer Wärmefixiervorrichtung, die das die vorliegende Erfindung verkörpernde Heizelement verwendet, und dieses Heizelement 1 wird unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Heizelementhalterung 8 von einem Heizelementträger 9 getragen. Eine wärmebeständige Folie 10 besteht beispielsweise aus Polyimid mit einer Dicke von etwa 40 um und ist als Endlosband oder als eine langgestreckte Materialbahn ausgebildet. Eine drehende Andruckwalze 11 dient als ein Andruckorgan, um die genannte Folie zum Heizelement 1 hin zu drücken. Die Folie 10 läuft um oder bewegt sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Berührung mit den Kanten der Heizelementhalterung 8 und mit der Frontfläche des Heizelements 1, an denen sie gleitet, und zwar durch ein (nicht dargestelltes) Antriebsorgan oder durch die Drehkraft der Andruckwalze 11. Der Wärmeerzeugungswiderstand 3 wird elektrisch betrieben, um das Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, und ein Aufzeichnungsmaterial 16, das an diesem auf der Seite der Folie 10 eine unfixierte Tonerabbildung 17 trägt, wird in einen Fixierklemmspalt 15 im Zustand der Bewegung der Folie 10 eingeführt. Somit wird das Aufzeichnungsmaterial 16 mit der Folie 10 in Berührung gehalten und durchläuft zusammen mit der Folie 10 den Fixierklemmspalt. Während des Durchlaufs wird über die Folie 10 dem Aufzeichnungsmaterial 16 vom Heizelement 1 Wärme vermittelt, um die unfixierte Tonerabbildung 17 durch Schmelzen am Aufzeichnungsmaterial zu fixieren.Fig. 45 is an enlarged partial sectional view of a heat fixing device using the heating element embodying the present invention, and this heating element 1 is supported by a heating element support 9 with the interposition of a heat insulating heating element holder 8. A heat-resistant film 10 is made of, for example, polyimide with a thickness of about 40 µm and is formed as an endless belt or an elongated sheet. A rotating pressure roller 11 serves as a pressing member for pressing the above-mentioned film toward the heating element 1. The film 10 rotates or moves at a predetermined speed in a direction indicated by an arrow in contact with the edges of the heater holder 8 and the front surface of the heater 1 on which it slides by a drive member (not shown) or by the rotational force of the pressure roller 11. The heat generating resistor 3 is electrically operated to heat the heater to a predetermined temperature, and a recording material 16 carrying an unfixed toner image 17 thereon on the side of the film 10 is introduced into a fixing nip 15 in the state of movement of the film 10. Thus, the recording material 16 is kept in contact with the film 10 and passes through the fixing nip together with the film 10. During the run, heat is imparted to the recording material 16 via the film 10 by the heating element 1 in order to fix the unfixed toner image 17 to the recording material by melting it.

Die Fig. 46A bis 46E sind schematische Schnittdarstellungen des Heizelements der Ausführungsform 26 und zeigen ein Heizelement 1, ein Keramiksubstrat 2, einen Ag/Pd-Wärmeerzeugungswiderstand 3, Cu-Elektrodenanschlüsse 4 und 5, eine isolierende Glasschutzschicht 6, eine ein Metallelement enthaltende DLC-Schicht 122, eine Heizelementhalterung 8, eine Elektroden- Kontaktfahne 12, AuSi-Lötmittel 13 und einen Drahtleiter 14. Bei dem Heizelement dieser Ausführungsform wurde zuerst durch Siebdruck Ag/Pd-Paste auf ein Al&sub2;O&sub3;-Substrat aufgetragen und dann in Luft gebrannt, um den Wärmeerzeugungswiderstand 3 auszubilden, der dann auf der Grundlage der Widerstandswertmessung auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt wurde. Hierauf wurde durch Siebdruck Cu-Paste aufgebracht, und durch Brennen unter einem geregelten Sauerstoff-Partialdruck wurden die Elektrodenanschlüsse 4, 5 erzeugt (Fig. 46A). Dann wurde die isolierende Schutzschicht durch Aufbringen eines Bleisilikatglases mit niedrigem Erweichungspunkt mittels Siebdrucks, woran sich ein Brennen in Luft anschloß, hergestellt (Fig. 46B). Anschließend wurde mit Hilfe der ECR-Plasma-CVD eine DLC-Schicht 122 mit einer Dicke von 400 nm erzeugt (Fig. 46C). Die Fig. 47 ist eine schematische Darstellung einer ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung, die bei der Herstellung der DLC-Schicht Verwendung findet, und sie zeigt eine Plasmakammer 290 vom Hohlraumresonatortyp, ein Gaszufuhrsystem 291, ein Mikrowellen-Einführfenster 292, ein Mikrowellen-Leitrohr 293, einen Magneten 294, einen Mikrowellenoszillator 295, ein Substrat 296, eine Vakuumkammer 297 und ein Vakuumsystem 298. In gleichartiger Weise wurden eine Si mit 10 Atom-% enthaltende DLC-Schicht sowie eine Fluor mit 10 Atom-% enthaltende DLC-Schicht mit einer Dicke von 400 nm ausgebildet. Der Wasserstoffanteil, der Si-Gehalt, d er Fluorgehalt, die Schichthärte und der Reibungswiderstand dieser DLC-Schichten wurde jeweils durch HFS (Wasserstoff-Vorwärtsstreuungsspektrometrie), EPMA, RBS (Rutherford-Rückstreuungsspektrometrie), durch ein Dünnschicht-Härtemeßgerät und durch eine Stift-auf-Platte-Methode bewertet. Der Reibungskoeffizient wurde in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 25% unter Verwendung einer Kugel (5 mm im Durchmesser) eines Lager stahls (SUJ2) als Stift mit einer Belastung von 1,2 N und einer Verschiebegeschwindigkeit von 0,04 m/s gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 5 zusammengefaßt. Tabelle 5 46A to 46E are schematic sectional views of the heater of Embodiment 26, showing a heater 1, a ceramic substrate 2, an Ag/Pd heat generating resistor 3, Cu electrode terminals 4 and 5, an insulating glass protective layer 6, a DLC layer 122 containing a metal element, a heater holder 8, an electrode tab 12, AuSi solder 13, and a wire conductor 14. In the heater of this embodiment, Ag/Pd paste was first screen-printed on an Al₂O₃ substrate and then fired in air to form the heat generating resistor 3, which was then trimmed to a desired resistance value based on the resistance value measurement. Cu paste was then applied by screen printing, and the electrode terminals 4, 5 were formed by firing under a controlled oxygen partial pressure (Fig. 46A). Then, the insulating protective layer was formed by applying a lead silicate glass with a low softening point by screen printing, followed by firing in air (Fig. 46B). Then, a DLC layer 122 with a thickness of 400 nm was formed by ECR plasma CVD (Fig. 46C). Fig. 47 is a schematic diagram of an ECR plasma CVD apparatus used in the formation of the DLC film, and shows a cavity resonator type plasma chamber 290, a gas supply system 291, a microwave introduction window 292, a microwave guide tube 293, a magnet 294, a microwave oscillator 295, a substrate 296, a vacuum chamber 297, and a vacuum system 298. In a similar manner, a DLC film containing Si at 10 atomic % and a DLC film containing fluorine at 10 atomic % were formed to a thickness of 400 nm. The hydrogen content, Si content, fluorine content, film hardness and friction resistance of these DLC films were evaluated by HFS (hydrogen forward scattering spectrometry), EPMA, RBS (Rutherford back scattering spectrometry), a thin film hardness meter and a pin-on-plate method, respectively. The friction coefficient was measured in air with a relative humidity of 25% using a ball (5 mm in diameter) of a bearing steel (SUJ2) as a pin with a load of 1.2 N and a displacement speed of 0.04 m/s. The results obtained are summarized in Table 5. Table 5

Anschließend wurden die Elektroden-Kontaktfahne 12 aus einer Kupferlegierung und das Keramiksubstrat 2 mit dem AuSi-Lötmittel 13 verlötet (Fig. 46C). Dann wurde der Drahtleiter 14 mit der Elektroden-Kontaktfahne 12 in Berührung gehalten und das Heizelementsubstrat zum Haften an der Heizelementhalterung 8 gebracht (Fig. 46D und 46E). Bei der Herstellung des Heizelements 1 erhielten die Oberflächen der Elektrodenanschlüsse 4, 5 einen Au-Schnellüberzug, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern und dadurch eine Verbindung von konstanter Zuverlässigkeit zu erreichen. Die Elektroden-Kontaktfahne kann anstatt aus einer Kupferlegierung auch aus Covar, 42-Legierung oder Phosphorbronze gestaltet sein. Das Lötmittel hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von mindestens 250ºC und kann anstelle von AuSi auch aus AuGe oder AuSn bestehen. Ferner könnte ein Löten in stabilerer Weise erreicht werden, indem die Cu-Elektrodenanschlüsse einen Schnellüberzug mit Au, Ni oder Au/Ni erhalten, um eine Oxidation und Kontamination bis zum Lötvorgang zu verhindern. Die Ni-Schicht dient dazu, eine übermäßige Diffusion von Cu in das Lötmittel zu unterbinden.Subsequently, the electrode tab 12 made of a copper alloy and the ceramic substrate 2 were soldered with the AuSi solder 13 (Fig. 46C). Then, the wire conductor 14 was held in contact with the electrode tab 12 and the heater substrate was made to adhere to the heater holder 8 (Figs. 46D and 46E). In the manufacture of the heater 1, the surfaces of the electrode terminals 4, 5 were given a quick Au coating to improve the wettability with the solder and thereby achieve a connection of constant reliability. The electrode tab may be made of Covar, 42 alloy or phosphor bronze instead of a copper alloy. The solder preferably has a melting point of at least 250°C and may be made of AuGe or AuSn instead of AuSi. Furthermore, soldering could be achieved in a more stable manner by flash plating the Cu electrode terminals with Au, Ni or Au/Ni to prevent oxidation and contamination until the soldering process. The Ni layer serves to prevent excessive diffusion of Cu into the solder.

Eine mit dem auf diese Weise hergestellten Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung wurde bei der kontinuierlichen Fixierung von 300 000 unfixierten Abbildungen verwendet, und bei jedem der vorerwähnten Heizelemente konnte ein lokales Abschälen beobachtet werden. Insofern wurde die Regenerierung des Heizelements in der folgenden Weise durchgeführt.A heat fixing device equipped with the heating element thus prepared was used in the continuous fixing of 300,000 unfixed images, and Local peeling was observed in each of the above-mentioned heating elements. Therefore, the regeneration of the heating element was carried out in the following manner.

Nachdem das Heizelement in die ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung, die bei der Ausbildung der Kohleschicht verwendet wurde, eingebracht war, wurde die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert, und 02 wurde in einer Menge von 100 sccm vom Gaszufuhrsystem auf einen Druck von 3 · 10&supmin;³ Torr eingeleitet. Anschließend wurde durch Einführen einer Mikrowelle von 2,45 GHz mit 1,0 kW ein Sauerstoffplasma in der Plasmakammer erzeugt. In diesem Zustand wurde durch den Magneten ein externes Magnetfeld hervorgerufen, um die ECR-Bedingungen von 1500 Gauß am Einführfenster, von 875 Gauß am Auslaß des Hohlraumresonators und von 650 Gauß in der Position des Substrats herzustellen. Unter diesen Bedingungen wurde das Veraschen der Kohleschicht an der isolierenden Schutzschicht ausgeführt. Der Endpunkt des Veraschens wurde durch die Veränderung in der Zeit der Intensität des ultravioletten Lichts bei 297,7 nm, das vom elektronisch erregten CO im Plasma emittiert wurde, mit Hilfe der Plasma-Emissionsspektroskopie überwacht. Bei dem Veraschungsvorgang wurden die Elektroden maskiert, um eine Oxidation zu verhindern.After the heater was placed in the ECR plasma CVD apparatus used in the formation of the carbon layer, the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, and O2 was introduced in an amount of 100 sccm from the gas supply system to a pressure of 3 x 10-3 Torr. Then, an oxygen plasma was generated in the plasma chamber by introducing a microwave of 2.45 GHz with 1.0 kW. In this state, an external magnetic field was induced by the magnet to establish the ECR conditions of 1500 gauss at the insertion window, 875 gauss at the outlet of the cavity resonator, and 650 gauss at the position of the substrate. Under these conditions, ashing of the carbon layer was carried out on the insulating protective layer. The end point of ashing was monitored by the change in time of the intensity of ultraviolet light at 297.7 nm emitted by the electronically excited CO in the plasma using plasma emission spectroscopy. During the ashing process, the electrodes were masked to prevent oxidation.

Nach dem Abschluß des Veraschens wurde das Heizelement herausgenommen und der DLC-Schichterzeugung mit demselben Verfahren und denselben Bedingungen, die oben erläutert wurden, unterworfen. Der Wasserstoffgehalt, der Si-Anteil, der Fluor- Anteil, die Schichthärte und der Reibungskoeffizient in der regenerierten DLC-Schicht waren dieselben wie jene in der Schicht vor der Regenerierung. Die mit dem auf diese Weise regenerierten Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung zeigte eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit gleich jenen vor der Regenerierung. Gleichartige Untersuchungen an der Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe oder B enthaltenden DLC-Schicht brachten gleichartige Ergebnisse wie im Fall der Si enthaltenden DLC-Schicht hervor.After completion of ashing, the heater was taken out and subjected to DLC film formation using the same method and conditions as explained above. The hydrogen content, Si content, fluorine content, film hardness and friction coefficient in the regenerated DLC film were the same as those in the film before regeneration. The heat fixing device equipped with the heater thus regenerated showed stable fixing performance and durability equal to those before regeneration. Similar tests on the DLC film containing Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe or B produced similar results to those in the case of the DLC film containing Si.

[Ausführungsform 27][Embodiment 27]

Zur Ausbildung der wärmeerzeugungenden Widerstandsschicht wurde an einem zur Ausführungsform 26 gleichen Al&sub2;O&sub3;-Substrat eine Ausnehmung mit der Abmessung 350 mm · 2 mm · 12 um mechanisch ausgearbeitet. In die Ausnehmung wurde im Siebdruck Ag/Pd-Paste mit einer Dicke von 11 um eingebracht, und diese wurde in Luft gebrannt, um den Wärmeerzeugungswiderstand 3 auszubilden, der dann auf der Grundlage der Widerstandswertmessung auf einen gewünschten Widerstandswert getrimmt wurde. Hierauf wurde das Substrat in eine (nicht dargestellte) Zerstäubungsvorrichtung eingesetzt, und eine W- (Wolfram-) Schicht 3a mit einer Dicke von 1 um wurde an der Widerstandssicht ausgebildet, um eine wechselseitige Diffusion von Ag/Pd und C zu verhindern. Darin, wurde in einer Ionenstrahl-Äufdampfapparatur (IBD- Apparatur), die in Fig. 48 gezeigt ist, eine a-C:H-Schicht mit einer Dicke von 500 nm erzeugt. Die Fig. 48 zeigt eine Vakuumkammer 300, eine Ionenstrahlquelle 301, eine Ionisationskammer 302, ein Gaszufuhrsystem 303, eine Ionenstrahl-Absaugelektrode 304, ein Substrat 305 und ein Vakuumsystem 306. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden CH&sub4; mit 15 sccm und H&sub2; mit 30 sccm vom Gaszufuhrsystem aus auf einen Druck von 3,0 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeführt, um ein Plasma in der Plasmakammer zu erzeugen. Durch Bestrahlen des Substrats mit einem Ionenstrahl, der unter Anlegen von 0,8 kV an die Absaugelektrode abgesaugt wurde, wurde eine a-C:H-Schicht ausgebildet. Der Wasserstoffgehalt in der a-C:H- Schicht, gemessen mittels der HFS-Analyse, betrug 30 Atom-%. Auch waren die Schichthärte und Reibungskoeffizient, gemessen wie bei der Ausführungsform 26, jeweils 3000 kg/mm² bzw. 0,11.To form the heat generating resistor layer, a recess of 350 mm x 2 mm x 12 µm was mechanically machined on an Al₂O₃ substrate similar to Embodiment 26. Ag/Pd paste of 11 µm thickness was screen printed into the recess and fired in air to form the heat generating resistor 3, which was then trimmed to a desired resistance value based on the resistance value measurement. Then, the substrate was set in a sputtering device (not shown), and a W (tungsten) layer 3a of 1 µm thickness was formed on the resistor layer to prevent mutual diffusion of Ag/Pd and C. In this, an a-C:H layer having a thickness of 500 nm was formed in an ion beam deposition (IBD) apparatus shown in Fig. 48. Fig. 48 shows a vacuum chamber 300, an ion beam source 301, an ionization chamber 302, a gas supply system 303, an ion beam exhaust electrode 304, a substrate 305, and a vacuum system 306. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, CH4 at 15 sccm and H2 at 30 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 3.0 x 10-4 Torr to generate a plasma in the plasma chamber. By irradiating the substrate with an ion beam which was sucked by applying 0.8 kV to the suction electrode, an a-C:H layer was formed. The hydrogen content in the a-C:H layer, measured by HFS analysis, was 30 atomic %. Also, the layer hardness and friction coefficient, measured as in Embodiment 26, were 3000 kg/mm2 and 0.11, respectively.

Eine mit dem auf diese Weise erhaltenen Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung entwickelte bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 26 ein örtliches Abschälen, und das Heizelement wurde auf die folgende Art regeneriert. Nachdem das Heizelement in der in Fig. 48 gezeigten IBD-Vorrichtung angeordnet war, wurde die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakiert, und vom Gaszufuhrsystem wurde O&sub2; mit 30 sccm auf einen Druck von 3 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeleitet, wodurch in der Plasmakammer ein Sauerstoffplasma erzeugt wurde. Die Kohleschicht am Heizelement wurde durch Bestrahlen mit einem Sauerstoff- Ionenstrahl, der durch Anlegen einer Spannung von 0,5 kV an die Absaugelektrode abgesaugt wurde, verascht. Anschließend an das Veraschen wurde vom Gaszufuhrsystem her Ar mit 30 sccm auf einen Druck von 3 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeleitet, und die wärmeerzeugende Widerstandsschicht sowie das Keramiksubstrat wurden um 5 nm mit einem Ar-Ionenstrahl, der mit einer Spannung von 0,5 kV abgesaugt wurde, geätzt. Nach dem Ätzvorgang war die a-C:H-Schicht in derselben Weise, wie oben erläutert wurde, reformiert. Die regenerierte a-C:H-Schicht war von gleicher Qualität wie diejenige vor der Regenerierung. Die mit dem regenerierten Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung zeigte eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit gleich denjenigen vor der Regenerierung bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials.A heat fixing device equipped with the heating element thus obtained developed local peeling when thermally fixing the recording material in the same manner as in Embodiment 26, and the heating element was regenerated in the following manner. After the heating element was used in the IBD device shown in Fig. 48 After the heating element was placed in a vacuum chamber, the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, and O2 was introduced from the gas supply system at 30 sccm to a pressure of 3 x 10-4 Torr, thereby generating an oxygen plasma in the plasma chamber. The carbon layer on the heater was ashed by irradiating it with an oxygen ion beam which was exhausted by applying a voltage of 0.5 kV to the exhaust electrode. Following the ashing, Ar was introduced from the gas supply system at 30 sccm to a pressure of 3 x 10-4 Torr, and the heat generating resistor layer and the ceramic substrate were etched by 5 nm with an Ar ion beam exhausted at a voltage of 0.5 kV. After the etching, the aC:H layer was reformed in the same manner as explained above. The regenerated aC:H layer was of the same quality as that before regeneration. The thermal fixing device equipped with the regenerated heater showed stable fixing performance and durability equal to those before regeneration in thermally fixing the recording material.

[Ausführungsform 28][Embodiment 28]

Eine Si enthaltende a-C:H-Schicht wurde an einer Polyimidfolie mit einer Dicke von 25 nm unter Anwendung der in Fig. 47 gezeigten ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung, die zusätzlich mit einer Absaugelektrode (einem Gitter) am Auslaß des Hohlraumresonators versehen war, ausgebildet. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden C&sub6;H&sub6; mit 30 sccm, H&sub2; mit 15 sccm und SiH&sub4; mit 10 sccm vom Gaszufuhrsystem auf einen Druck von 4,1 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeführt, und durch Einleiten einer Mikrowelle von 2,45 GHz mit 1,5 kW wurde in der Plasmakammer ein Plasma erzeugt. In diesem Zustand wurde mittels des Magneten ein externes Magnetfeld ausgebildet, um die ECR-Bedingungen von 1200 Gauß am Einführfenster, von 875 Gauß am Auslaß des Hohlraumresonators und von 650 Gauß in der Position des Substrats herzustellen. Auch wurde an die am Auslaß des Hohlraumresonators vorgesehene (nicht dargestellte) Absaugelektrode eine Spannung von -500 V gelegt, um einen Ionenstrahl abzusau gen, so daß eine Schicht mit der Zusammensetzung a-C1-xSix:H gebildet wurde, worin x in einem Bereich von 0 &le; · &le; 0,4 lag. Bei zu der Ausführungsform 26 gleichen Bewertungen zeigte die erhaltene Schicht eine Schichthärte von 2500 kg/mm², einen Reibungskoeffizienten von 0,05, einen Wasserstoffgehalt von 20 Atom-% und einen Si-Anteil von 15 Atom-%.An aC:H layer containing Si was formed on a polyimide film having a thickness of 25 nm by using the ECR plasma CVD apparatus shown in Fig. 47, which was additionally provided with an exhaust electrode (grid) at the outlet of the cavity resonator. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, C6H6 at 30 sccm, H2 at 15 sccm and SiH4 at 10 sccm were introduced from the gas supply system to a pressure of 4.1 x 10-4 Torr, and a plasma was generated in the plasma chamber by introducing a microwave of 2.45 GHz at 1.5 kW. In this state, an external magnetic field was formed by means of the magnet to establish the ECR conditions of 1200 gauss at the insertion window, 875 gauss at the cavity resonator outlet and 650 gauss at the substrate position. Also, a voltage of -500 V was applied to the suction electrode (not shown) provided at the cavity resonator outlet to suck an ion beam, so that a layer having the composition a-C1-xSix:H was formed, wherein x was in a range of 0 ≤ · ≤ 0.4. When evaluated the same as in Embodiment 26, the obtained layer showed a layer hardness of 2500 kg/mm², a friction coefficient of 0.05, a hydrogen content of 20 atomic % and a Si content of 15 atomic %.

Bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials gleich derjenigen der Ausführungsform 26 entwickelte die mit der auf diese Weise erhaltenen Schicht ausgestattete Wärmefixiervorrichtung eine örtliche Abschälung, und deshalb wurde die Schicht auf die folgende Art regeneriert. Nachdem die Polyimidfolie in der ECR-Plasma-CVD-Vorrichtung angeordnet war, wurde die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert, und vom Gaszufuhrsystem wurde O&sub2; mit 10 sccm auf einen Druck von 3,0 · 10&supmin;³ Torr eingeleitet, um ein Sauerstoff-Plasma in der Plasmakammer zu erzeugen. Das Veraschen wurde durch Bestrahlen der Schicht mit Sauerstoff-Plasma ohne Anlegen einer Spannung an die Absaugelektrode durchgeführt. Nach dem Veraschen wurde CF&sub4; mit 30 sccm vom Gaszufuhrsystem auf einen Druck von 3 · 10&supmin;&sup4; Torr eingeleitet, und die Schicht wurde mit 5 nm durch die CF&sub4;-Plasmabestrahlung geätzt. Anschließend wurde die a-C1-xSix:H-Schicht wieder mit dem Verfahren und den Bedingungen gleich jenen, die zuvor erläutert wurden, ausgebildet. Die regenerierte Schicht war von gleicher Qualität wie die Schicht vor dem Regenerieren. Die mit dieser regenerierten Schicht ausgestattete Wärmefixiervorrichtung zeigte bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials eine stabile Fixierleistung und Haltbarkeit gleich jenen vor dem Regenerieren.In the thermal fixation of the recording material similar to that of Embodiment 26, the thermal fixation device equipped with the thus obtained layer developed local peeling, and therefore the layer was regenerated in the following manner. After the polyimide film was placed in the ECR plasma CVD apparatus, the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, and O2 was introduced from the gas supply system at 10 sccm to a pressure of 3.0 x 10-3 Torr to generate an oxygen plasma in the plasma chamber. Ashing was carried out by irradiating the layer with oxygen plasma without applying a voltage to the exhaust electrode. After ashing, CF4 was added. at 30 sccm from the gas supply system to a pressure of 3 x 10-4 Torr, and the film was etched to 5 nm by the CF4 plasma irradiation. Then, the a-C1-xSix:H film was again formed by the method and conditions same as those explained previously. The regenerated film was of the same quality as the film before regeneration. The thermal fixing device equipped with this regenerated film showed stable fixing performance and durability in thermally fixing the recording material equal to those before regeneration.

[Ausführungsform 29][Embodiment 29]

In derselben Weise wie bei der Ausführungsform 26 wurde an der isolierenden Schutzschicht eine harte Kohleschicht mit einer Dicke von 300 nm als eine schmierende Schutzschicht ausgebildet. Die Fig. 49 ist eine schematische Darstellung einer bei der Ausbildung der harten Kohleschicht angewendeten Gleich strom-Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung und zeigt eine Vakuumkammer 310, ein Substrat 311, ein Graphittarget 312 mit einer Reinheit von 99, 99%, ein Gaszufuhrsystem 313, eine Gleichstromenergiequelle 314 und ein Vakuumsystem 315. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurde vom Gaszufuhrsystem Ar auf einen Druck von 0,9 Pa eingeführt. Bei diesem Vorgang wurden die Bedingungen einer Substrattemperatur auf der Raumtemperatur, eine Entladeleistung von 50 W und ein Substrat-Target-Abstand von 50 mm angewendet. Vor der Schichterzeugung wurde das Target für 20 Minuten bei 300 W vorzerstäubt. Mit den Bewertungen wie bei der Ausführungsform 26 zeigte die erhaltene Schicht eine Schichthärte von 2100 kg/mm², einen Reibungskoeffizienten von 0,12 und eine Dichte von 2,8 g/cm³.In the same manner as in Embodiment 26, a hard carbon layer having a thickness of 300 nm was formed on the insulating protective layer as a lubricating protective layer. Fig. 49 is a schematic representation of a process used in the formation of the hard carbon layer. current magnetron sputtering apparatus and shows a vacuum chamber 310, a substrate 311, a graphite target 312 with a purity of 99.99%, a gas supply system 313, a DC power source 314 and a vacuum system 315. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, Ar was introduced from the gas supply system to a pressure of 0.9 Pa. In this process, the conditions of a substrate temperature at room temperature, a discharge power of 50 W and a substrate-target distance of 50 mm were used. Before film formation, the target was pre-sputtered for 20 minutes at 300 W. With the evaluations as in Embodiment 26, the obtained layer showed a layer hardness of 2100 kg/mm², a friction coefficient of 0.12 and a density of 2.8 g/cm³.

Bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials wie bei der Ausführungsform 26 entwickelte die mit dem auf diese Weise erhaltenen Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung ein örtliches Abschälen, weshalb das Heizelement auf die folgende Art regeneriert wurde. Das Heizelement wurde in eine in Fig. 50 gezeigte HF-Plasma-CVD-Vorrichtung eingesetzt, die eine Vakuumkammer 320, ein Gaszufuhrsystem 321, eine Elektrode 322, ein Substrat 323, ein Vakuumsystem 324 und eine HF- Energiequelle 325 umfaßt. Nachdem die Vakuumkammer auf 1 · 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert war, wurden vom Gaszufuhrsystem O&sub2; mit 80 sccm und CF&sub4; mit 20 sccm auf einen Druck von 3,0 · 10&supmin;² Torr eingeführt, und durch Einleiten von Elektroenergie mit 1 kW von der HF-Energiequelle wurde ein HF-Plasma erzeugt. Indem das die harte Kohleschicht tragende Heizelement dem genannten HF-Plasma ausgesetzt wurde, wurde das Veraschen durchgeführt. Anschließend wurde mit demselben Verfahren und denselben Bedingungen wie jenen, die vorher erläutert wurden, die harte Kohleschicht erneut gebildet. Die regenerierte Schicht war in der Qualität gleich jener vor der Regenerierung. Die mit dem auf diese Weise regenerierten Heizelement ausgestattete Wärmefixiervorrichtung zeigt eine stabile Fi xierleistung gleich jenen vor der Regenerierung bei der thermischen Fixierung des Aufzeichnungsmaterials.When the recording material was thermally fixed as in Embodiment 26, the thermal fixing device equipped with the heating element thus obtained developed local peeling, and therefore the heating element was regenerated in the following manner. The heating element was set in an RF plasma CVD apparatus shown in Fig. 50, which comprises a vacuum chamber 320, a gas supply system 321, an electrode 322, a substrate 323, a vacuum system 324 and an RF power source 325. After the vacuum chamber was evacuated to 1 x 10-7 Torr, O2 at 80 sccm and CF4 were supplied from the gas supply system. at 20 sccm to a pressure of 3.0 x 10-2 Torr, and an RF plasma was generated by introducing electric power of 1 kW from the RF power source. By exposing the heating element carrying the hard carbon layer to the said RF plasma, ashing was carried out. Then, by the same method and conditions as those previously explained, the hard carbon layer was regenerated. The regenerated layer was the same in quality as that before regeneration. The heat fixing device equipped with the heating element thus regenerated showed a stable fi Fixing performance is equal to that before regeneration during thermal fixation of the recording material.

Obgleich die vorliegende Erfindung durch ihre bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, ist diese Erfindung in keiner Weise auf diese Ausführungsformen beschränkt und Gegenstand von verschiedenen Abwandlungen innerhalb des Rahmens der beigefügten Patentansprüche.Although the present invention has been explained by its preferred embodiments, this invention is in no way limited to these embodiments and is subject to various modifications within the scope of the appended claims.

Claims (35)

1. Ein Heizelement, das umfaßt:1. A heating element comprising: - ein isolierendes Substrat;- an insulating substrate; - eine Widerstandsschicht, die an dem genannten isolierenden Substrat vorgesehen sowie imstande ist, Wärme durch Zufuhr eines elektrischen Stroms zu erzeugen; und- a resistive layer provided on said insulating substrate and capable of generating heat by supplying an electric current; and - eine Schutzschicht, um die besagte Widerstandsschicht zu schützen;- a protective layer to protect the said resistive layer; - dadurch gekennzeichnet, daß- characterized in that - die erwähnte Schutzschicht mindestens an deren Oberfläche eine harte Kohleschicht, eine hydrierte, amorphe Kohleschicht oder eine Diamantstrukturschicht enthält.- the protective layer mentioned contains at least on its surface a hard carbon layer, a hydrogenated, amorphous carbon layer or a diamond structure layer. 2. Ein Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte harte Kohleschicht eine Wasserstoffkonzentration in der Schicht geringer als 1 Atom-% und eine Dichte nicht geringer als 2,0 g/cm³ besitzt.2. A heating element according to claim 1, characterized in that said hard carbon layer has a hydrogen concentration in the layer of less than 1 atomic % and a density of not less than 2.0 g/cm³. 3. Ein Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Diamantstruktschicht eine diamantartige Kohleschicht ist.3. A heating element according to claim 1, characterized in that the said diamond structure layer is a diamond-like carbon layer. 4. Ein Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte hydrierte, amorphe Kohleschicht ein Metall enthält.4. A heating element according to claim 1, characterized in that said hydrogenated amorphous carbon layer contains a metal. 5. Ein Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Metall Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B oder Si ist, dessen Konzentration in der Schicht geringer als 30 Atom-% ist.5. A heating element according to claim 4, characterized in that the said metal is Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B or Si, the concentration of which in the layer is less than 30 atomic %. 6. Ein Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte hydrierte, amorphe Kohleschicht Fluor enthält.6. A heating element according to claim 1, characterized in that said hydrogenated amorphous carbon layer contains fluorine. 7. Ein Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des erwähnten Fluors in der Schicht geringer als 3.0 Atom-% ist.7. A heating element according to claim 6, characterized in that the concentration of said fluorine in the layer is less than 3.0 atomic %. 8. Ein Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte diamantartige Kohleschicht ein Metall enthält.8. A heating element according to claim 3, characterized in that said diamond-like carbon layer contains a metal. 9. Ein Heizelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Metall Ta, W, Mo, Mb, Ti, Cr, Fe, B oder Si ist, dessen Konzentration in der Schicht geringer als 30 Atom-% ist.9. A heating element according to claim 8, characterized in that the said metal is Ta, W, Mo, Mb, Ti, Cr, Fe, B or Si, the concentration of which in the layer is less than 30 atomic %. 10. Ein Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte diamantartige Kohleschicht Fluor enthält.10. A heating element according to claim 3, characterized in that said diamond-like carbon layer contains fluorine. 11. Ein Heizelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des erwähnten Fluors in der Schicht geringer als 30 Atom-% ist.11. A heating element according to claim 10, characterized in that the concentration of said fluorine in the layer is less than 30 atomic %. 12. Ein Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Diamantstrukturschicht mittels Gassynthese erzeugt wird.12. A heating element according to claim 1, characterized in that the said diamond structure layer is produced by means of gas synthesis. 13. Ein Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Schutzschicht gänzlich aus einer harten Kohleschicht, aus einer hydrierten, amorphen Kohleschicht oder aus einer Diamantstrukturschicht besteht.13. A heating element according to claim 1, characterized in that the said protective layer consists entirely of a hard carbon layer, a hydrogenated amorphous carbon layer or a diamond structure layer. 14. Ein Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte isolierende Substrat mit einer Ausnehmung versehen und die besagte Widerstandsschicht in der erwähnten Ausnehmung ausgebildet ist.14. A heating element according to claim 1, characterized in that said insulating substrate is provided with a recess and said resistive layer is formed in said recess. 15. Ein Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte harte Kohleschicht oder die erwähnte hydrierte amorphe Kohleschicht durch eine Oxidationsbehandlung entfernbar ist.15. A heating element according to claim 1, characterized in that said hard carbon layer or said hydrogenated amorphous carbon layer is removable by an oxidation treatment. 16. Ein Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte diamantartige Kohleschicht durch eine Oxidationsbehandlung entfernbar ist.16. A heating element according to claim 3, characterized in that said diamond-like carbon layer is removable by an oxidation treatment. 17. Eine Bildheizvorrichtung, die umfaßt:17. An image heating device comprising: - ein Heizelement; und- a heating element; and - eine Folie, deren eine Fläche über das genannte Heizelement gleitet und deren andere Fläche mit einer Abbildungan einem Aufzeichnungsmaterial in Berührung ist;- a film, one surface of which slides over said heating element and the other surface of which is in contact with an image on a recording material; - in welcher die Abbildung an dem Aufzeichnungsmaterial durch die von dem genannten Heizelement durch die erwähnte Folie hindurch zugeführte Wärme erhitzt wird;- in which the image on the recording material is heated by the heat supplied by said heating element through said foil; - dadurch gekennzeichnet, daß- characterized in that - an einem Gleitteil zwischen dem genannten Heizelement und der erwähnten Folie eine harte Kohleschicht, eine hydrierte, amorphe Kohleschicht oder eine Diamantstrukturschicht vorhanden ist.- a hard carbon layer, a hydrogenated amorphous carbon layer or a diamond structure layer is present on a sliding part between said heating element and said foil. 18. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Heizelement ein isolierendes Substrat und eine an dem besagten isolierenden Substrat vorgesehene sowie zur Erzeugung von Wärme durch elektrische Stromzufuhr fähige Widerstandsschicht enthält und daß die genannte harte Kohleschicht, die hydrierte, amorphe Kohleschicht oder die Diamantstrukturschicht an der besagten Widerstandsschicht ausgestaltet ist.18. An image heating device according to claim 17, characterized in that said heating element comprises an insulating substrate and a resistive layer provided on said insulating substrate and capable of generating heat by supplying electric current, and that said hard carbon layer, hydrogenated amorphous carbon layer or diamond structure layer is formed on said resistive layer. 19. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Heizelement ein isolierendes Substrat, eine an dem besagten isolierenden Substrat vorgesehene und zur Erzeugung von Wärme durch elektrische Stromzufuhr fähige Widerstandsschicht sowie eine Schutz schicht, um die besagte Widerstandsschicht zu schützen, enthält und daß die genannte harte Kohleschicht, die hydrierte, amorphe Kohleschicht oder die Diamantstrukturschicht an der besagten Widerstandsschicht ausgestaltet ist.19. An image heating device according to claim 17, characterized in that said heating element comprises an insulating substrate, a resistive layer provided on said insulating substrate and capable of generating heat by supplying electric current, and a protective layer to protect said resistance layer, and that said hard carbon layer, the hydrogenated amorphous carbon layer or the diamond structure layer is formed on said resistance layer. 20. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte harte Kohleschicht, die hydrierte, amorphe Kohleschicht oder die Diamantstrukturschicht an der erwähnten Folie vorgesehen ist.20. An image heating device according to claim 17, characterized in that said hard carbon layer, the hydrogenated amorphous carbon layer or the diamond structure layer is provided on said film. 21. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte harte Kohleschicht eine Wasserstoffkonzentration in der Schicht geringer als 1 Atom-% und eine Dichte nicht geringer als 2,0 g/cm³ besitzt.21. An image heating device according to claim 17, characterized in that said hard carbon layer has a hydrogen concentration in the layer of less than 1 atomic % and a density of not less than 2.0 g/cm³. 22. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Diamantstrukturschicht eine diamantartige Kohleschicht ist.22. An image heating device according to claim 17, characterized in that said diamond structure layer is a diamond-like carbon layer. 23. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte hydrierte, amorphe Kohleschicht ein Metall enthält.23. An image heating device according to claim 17, characterized in that said hydrogenated amorphous carbon layer contains a metal. 24. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Metall Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B oder Si ist, dessen Konzentration in der Schicht geringer als 30 Atom-% ist.24. An image heating device according to claim 23, characterized in that said metal is Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr, Fe, B or Si, the concentration of which in the layer is less than 30 atomic %. 25. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte hydrierte, amorphe Kohleschicht Fluor enthält.25. An image heating device according to claim 17, characterized in that said hydrogenated amorphous carbon layer contains fluorine. 26. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des erwähnten Fluors in der Schicht geringer als 30 Atom-% ist.26. An image heating device according to claim 25, characterized in that the concentration of said fluorine in the layer is less than 30 atomic %. 27. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte diamantartige Kohleschicht ein Metall enthält.27. An image heating device according to claim 22, characterized in that said diamond-like carbon layer contains a metal. 28. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Metall Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr.28. An image heating device according to claim 27, characterized in that said metal is Ta, W, Mo, Nb, Ti, Cr. Fe, B oder Si ist, dessen Konzentration in der Schicht geringer als 30 Atom-% ist.Fe, B or Si, the concentration of which in the layer is less than 30 atomic %. 29. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte diamantartige Kohleschicht Fluor enthält.29. An image heating device according to claim 22, characterized in that said diamond-like carbon layer contains fluorine. 30. Eine Bildheizvorrichtung nach Ansprüch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des erwähnten Fluors in der Schicht geringer als 30 Atom-% ist.30. An image heating device according to claim 29, characterized in that the concentration of said fluorine in the layer is less than 30 atomic %. 31. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Diamantstrukturschicht mittels Gassynthese erzeugt wird.31. An image heating device according to claim 17, characterized in that said diamond structure layer is produced by means of gas synthesis. 32. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte isolierende Substrat mit einer Ausnehmung versehen und die besagte Widerstandsschicht in der erwähnten Ausnehmung ausgebildet ist.32. An image heating device according to claim 18, characterized in that said insulating substrate is provided with a recess and said resistive layer is formed in said recess. 33. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte isolierende Substrat mit einer Ausnehmung versehen und die besagte Widerstandsschicht in der erwähnten Ausnehmung ausgebildet ist.33. An image heating device according to claim 19, characterized in that said insulating substrate is provided with a recess and said resistive layer is formed in said recess. 34. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte harte Kohleschicht oder die erwähnte hydrierte, amorphe Kohleschicht durch eine Oxidationsbehandlung entfernbar ist.34. An image heating device according to claim 17, characterized in that said hard carbon layer or said hydrogenated amorphous carbon layer is removable by an oxidation treatment. 35. Eine Bildheizvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte diamantartige Kohleschicht durch eine Oxidationsbehandlung entfernbar ist.35. An image heating device according to claim 22, characterized in that said diamond-like carbon layer is removable by an oxidation treatment.
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