JP4307699B2

JP4307699B2 - Heat fixing device

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Publication number: JP4307699B2
Application number: JP2000241533A
Authority: JP
Inventors: 恵里子千葉; 好夫渡邉
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002055546A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる加熱定着装置に関し、特に、未定着画像を被定着物に加熱定着する際に加熱源として用いられるヒータに特徴を有する加熱定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、レーザービームプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に搭載され記録材上の未定着画像を定着する加熱定着装置として、特開昭６３−３１３１８２号公報等には、固定ヒータと、このヒータと摺動する薄膜フィルムを用いた加熱定着装置が提案されている。このようなヒータの一例を図８、図９に示す。
図８、図９において、ヒータ１０１は、電気絶縁性・耐熱性・低熱容量の細長い基板１０２と、この基板１０２の一方面側（表面側）の基板幅方向中央部に基板長手に沿って直線細帯状に形成した通電発熱抵抗体１０３と、この通電発熱抵抗体１０３の両端部にそれぞれ導通させて基板面に形成した電極端子（接続端子）１０４，１０５と、基板１０２の通電発熱抵抗体形成面を被覆させたヒータ表面保護層としてのガラス等からなる電気絶縁保護層１０６と、基板１０２の他方面側（背面側）に設けたサーミスター等の温度検出素子１０７とを有する。基板１０２は、例えば、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ２４０ｍｍのＡｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，ＳｉＣ等のセラミック板等である。通電発熱抵抗体１０３は、例えば、厚さ１０μｍ、幅１ｍｍの、スクリーン印刷等で塗工したＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム合金）、ＲｕＯ₂，Ｔａ₂Ｎ等を大気焼成して形成したパターン層である。電極端子（接続端子）１０４，１０５は、通常、厚さ１０μｍのスクリーン印刷等で塗工したＡｇを大気焼成して形成したパターン層であり、この両端子１０４，１０５には、通常、コネクター（不図示）を介して電線を接続し給電する。
【０００３】
ヒータ１０１は定着面の温度を管理・制御するために装置の横断面において、通電発熱抵抗体１０３を定着ニップ部１１５（合接ニップ部、加圧部）の幅領域のほぼ中央部に位置させる構造となっている。尚、ヒータ１０１の絶縁保護層１０６側が薄膜フィルム接触摺動面側である。
ヒータ１０１は通電発熱抵抗体１０３の両端の電極端子１０４，１０５間に交流電源１１２より電圧が印加され、この通電発熱抵抗体１０３が発熱することにより昇温する。
ヒータ１０１の温度は、基板背面の温度検出素子１０７で検出されて、その検出情報が通電制御回路１１３へフィードバックされて、交流電源１１２から通電発熱抵抗体１０３への通電が制御され、ヒータ１０１が所定の温度に温度制御される。ヒータ１０１の温度検出素子１０７は熱応答性の最も良い定着面、つまりヒータ基板表面側の通電発熱抵抗体１０３の形成位置に対応する基板背面側部分位置（通電発熱抵抗体１０３の直下に対応する基板背面側部分位置）に配設される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような加熱定着装置により未定着画像を定着するためには、ヒータ上の絶縁保護層並びに薄膜フィルム接触摺動面を介してヒータの熱を伝熱させて熱定着する。しかしながら、絶縁保護層と薄膜フィルムとの接触摺動時の摩耗により、接触摺動距離が長くなるほど、薄膜フィルムの摩耗が激しくなってくる。このとき生じる摩耗粉が薄膜フィルムを駆動するローラーに不均一に付着することから、薄膜フィルムの駆動速度が不規則となり、結果として未定着画像の定着が不均一になるという問題が発生する。
絶縁保護層に用いられるガラス質層は、低軟化点ガラスを印刷、焼成することにより形成される。このガラス質層とフィルムの表面形状差（摩擦係数）、硬度差により、薄膜フィルムの摩耗が生じるものと考えられる。そこで、ポリイミド等の耐熱性フィルムの摩耗を防ぐために、ポリイミド・フィルムにフィラーを混入したり、テフロンコーティング等を施して絶縁保護層との摩擦係数を小さくしているが、十分な効果が得られていない。
また、ヒータの発熱抵抗体は高温安定性や耐薬品性に優れていることが必要である。しかしながら、スクリーン印刷等で塗工したＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム合金）抵抗体は、同様に形成されるガラス等の電気絶縁保護層の形成に際し、焼成時に絶縁保護層中に拡散し絶縁性を低下させるという問題があった。さらに、発熱抵抗体層の形成プロセス（スクリーン印刷等）は膜厚制御に制約があるため、発熱抵抗体層を薄くすることが困難であるだけでなく、その膜質も不安定であった。
このように、現状では加熱定着方式による定着のより高速化と定着ボリュームの増大に対処することは困難であり、ヒータの寿命（接触摺動距離）をできるだけ長くすることが必要とされている。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、上述の問題を解決し、性能が安定し、寿命の長いヒータを備えた加熱定着装置を提供することを目的とする（請求項１〜７）。
さらに本発明では、発熱抵抗体層に金属を含むことで、基板との密着性を向上し、さらに寿命の長いヒータを備えた加熱定着装置を提供することを目的とする（請求項３、請求項４）。
さらにまた本発明では、ＢＣＮ化合物である絶縁保護層上に潤滑保護層として、あるいはＢＣＮ化合物である発熱抵抗体層上に絶縁および潤滑保護層として、非晶質のＢＮ（a-ＢＮ）を用いることで、特に摺動性に優れ、また、下地層と保護層との密着性に優れた、さらに寿命の長いヒータを備えた加熱定着装置を提供することを目的とする（請求項１、請求項６、請求項７）。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、画像形成装置に搭載され被定着物を加熱定着する加熱定着装置であって、少なくとも、基板と該基板上に形成された発熱抵抗体層と該発熱抵抗体層を覆う絶縁保護層とからなるヒータと、前記ヒータの絶縁保護層に接触して摺動する耐熱フィルムと、前記耐熱フィルムを前記ヒータに圧着して摺動させる加圧ローラとからなり、前記被定着物が前記耐熱フィルムと加圧ローラ間に挟み込まれて耐熱フィルムと共に移動する間に加熱定着される加熱定着装置において、前記ヒータの発熱抵抗体層は導電性を有するＢＣＮ化合物からなり、前記絶縁保護層は絶縁性を有するＢＣＮ化合物からなり、前記絶縁保護層上に潤滑保護層として、非晶質のＢＮ（a-ＢＮ）を設けることを特徴としている。
ここで、ＢＣＮ化合物は、その組成により金属から絶縁体までの性質を示すことが知られているが（特開平９−２８３７９７号公報参照）、本発明では、金属性、絶縁性のＢＣＮ化合物を積層して、加熱定着用のヒータとするものである。
【０００７】
さらに、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の加熱定着装置において、前記ヒータの発熱抵抗体層は、ＢＣ_３あるいはＣＮ_Ｚからなる導電性を有するＢＣＮ化合物であることを特徴としている。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の加熱定着装置において、前記ヒータの発熱抵抗体層は、金属元素を混入した導電性を有するＢＣＮ化合物であることを特徴としている。
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の加熱定着装置において、前記金属元素は、周期律表のIＶａ，Ｖａ，ＶIａ，ＶIII，Ｉｂ，IIｂまたはIIIｂ族の金属であることを特徴としている。
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の加熱定着装置において、前記絶縁保護層は、ＢＣ_ＹＮ，h-ＢＮ，あるいはc-ＢＮからなるＢＣＮ化合物であることを特徴としている。
【０００８】
さらに、請求項６に係る発明は、請求項１に記載の加熱定着装置において、前記絶縁保護層と前記潤滑保護層を兼ねた絶縁及び潤滑保護層として、前記発熱抵抗体層上に、非晶質のＢＮ（a-ＢＮ）を設けることを特徴としている。
請求項７に係る発明は、請求項１または６に記載の加熱定着装置において、前記非晶質のＢＮ（a-ＢＮ）の赤外吸収スペクトルにおける、a-ＢＮの六員環中のＢ−Ｎ伸縮振動による吸収ピークが約１５００ｃｍ^−１、六員環中のＢ−Ｎ屈曲振動による吸収ピークが約７６０ｃｍ^−１に出現することを特徴としている。
ここで、a-ＢＮ薄膜は潤滑性と耐摩耗性の複合的な作用として顕れる摺動性に優れた部材であるので（特開平１１−９２９１４号公報参照）、本発明では、絶縁保護層上の潤滑保護層として、あるいは発熱抵抗体層上の絶縁および潤滑保護層として、a-ＢＮを用いているが、本発明では、潤滑保護層の下地層がＢＣＮ化合物であるので、他の下地層に積層するよりも密着性が格段に良いという利点がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成・動作および作用について詳細に説明する。
本発明は、画像形成装置に搭載され被定着物を加熱定着する加熱定着装置であって、少なくとも、基板と該基板上に形成された発熱抵抗体層と該発熱抵抗体層を覆う絶縁保護層とからなるヒータと、前記ヒータの絶縁保護層に接触して摺動する耐熱フィルムと、前記耐熱フィルムを前記ヒータに圧着して摺動させる加圧ローラとからなり、前記被定着物が前記耐熱フィルムと加圧ローラ間に挟み込まれて耐熱フィルムと共に移動する間に加熱定着される加熱定着装置において、
（１）ヒータの発熱抵抗体として導電性を有するＢＣＮ化合物、具体例としては体積抵抗率が１０^−３Ω・ｃｍより小さいＢＣＮ化合物、または金属を含有するＢＣＮ化合物を用い、この発熱抵抗体の絶縁と潤滑を目的とした絶縁保護層として高絶縁抵抗を有するＢＣＮ化合物、具体例としては１０^６Ω・ｃｍより大きい体積抵抗率を有するＢＣＮ化合物を用いること、及び、
（２）ＢＣＮ化合物である絶縁保護層上、あるいはＢＣＮ化合物である発熱抵抗体層上に、特に摺動性の良いa-ＢＮを潤滑保護層として設けることにより、
ヒータと耐熱フィルム間の耐摩耗性と摺動性を改善し、耐熱性、化学的安定性に優れた長寿命のヒータを備えた加熱定着装置を実現するものである（請求項１〜請求項７）。
【００１０】
以下、本発明についてより詳細に説明する。まず上記の（１）に関して詳細に説明する。
本発明に係る発熱抵抗体層を形成するＢＣＮ化合物膜は、導電性を有するＢＣＮ化合物膜（例えば、ＢＣ_３，ＣＮ_Ｚ（０＜Ｚ≦１／５）等）、または、導電性を有するＢＣＮ化合物に金属元素を混入した膜である。これらの膜は、組成を変化させること、あるいは金属元素の含有量を調整することにより、電気抵抗（体積抵抗率）を１０^−３Ω・ｃｍ以下とすることができる（請求項２、請求項３、請求項４）。
ヒータの発熱抵抗体層の厚さは、数１００ｎｍ〜数１０μｍの範囲であればよく、特に数１００ｎｍ〜数μｍが好適である。膜厚が数１００ｎｍより薄いときには、耐電流性に問題があり、数１０μｍを超える場合には基板との密着性の低下に伴う剥離が生じたり、あるいは厚膜形成に要する製造時間が長くなったり、発熱抵抗体層上に形成する絶縁保護層の厚さも厚くなる等の問題がある。
【００１１】
ヒータの発熱抵抗体として要求される電気抵抗は数Ω〜数１０Ωである。例えば、数Ωの抵抗を１μｍ厚の発熱抵抗体層によって得るためには、１０^−５Ω・ｃｍオーダーの体積抵抗率を持つＢＣＮ化合物を形成すればよい。ＢＣＮ化合物に含有する金属としては、周期律表のIＶａ（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ），Ｖａ（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ），ＶIａ（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ），ＶIII（Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ），Ｉｂ（Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ），IIｂ（Ｚｎ），IIIｂ（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）等が挙げられる。これら金属元素をＢＣＮ化合物に添加する方法としては、これらの元素からなる固体金属もしくは有機金属ガス、金属塩化物のガスを成膜時に原料ガスに添加したり、蒸発、スパッタリング、あるいはイオン注入することにより実現することができる。また、膜中への添加量は、原料ガスや固体のＢ，Ｃ，Ｎ源との混合比によって制御し、イオン注入の場合には注入量によって制御する（請求項３、請求項４）。
【００１２】
一方、本発明に係るヒータの絶縁保護層を形成するＢＣＮ化合物膜は、高絶縁性ＢＣＮ化合物膜（例えば、ＢＣ_ＹＮ（０＜Ｙ≦１／３），h-ＢＮ，c-ＢＮ等）である。これらの膜は、電気抵抗（体積抵抗率）１０^６〜１０^１４Ω・ｃｍ、ビッカース硬度２０００〜５０００ｋｇｆ／ｍｍ^２、等に代表される物理的性質を有するものである（請求項５）。
発熱抵抗体層上に設ける絶縁保護層は、発熱抵抗体層の膜厚の２〜１０倍程度であれば十分である。これは、膜厚が薄い場合には発熱抵抗体層に対するステップカバレージが不十分で絶縁性能が得られず、膜厚が厚い場合には膜応力により膜が基板から剥離し易いからである。
【００１３】
ここで用いるＢＣＮ化合物は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法、有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法、レーザープラズマＣＶＤ法、イオンビーム・スパッタ法、イオンビーム蒸着法、イオンプレーティング法、反応性プラズマ・スパッタ法、イオン注入法等により形成される。以下、本発明のＢＣＮ化合物の製造方法について説明する。
本発明では、反応装置内にＢ，ＣおよびＮの原料ガスを導入して分解し、基板上にＢＣＮ化合物を形成する工程を、原料ガスの供給比を変えて、導電性ＢＣＮ化合物の層（発熱抵抗体層）と、絶縁性ＢＣＮ化合物の層（絶縁保護層）とを積層し、加熱定着装置用ヒータを製造する。
【００１４】
一般的に、ＢＣＮ化合物をＣＶＤ法により形成する場合、Ｂ原料ガスとしてＢＣｌ₃ 、Ｃ原料ガスとしてＣＨ₄ 、Ｎ原料ガスとしてＮＨ₃ を用いるか、またはＢ原料ガスとしてＢＣｌ₃ 、ＣおよびＮ原料ガスとしてＣＨ₃ ，ＣＮを用いる。この場合、基板温度を８５０℃以上に設定して、これらの原料ガスを分解させて基板上にＢＣＮ化合物を形成する。これは、基板温度が低すぎると、分解温度の高い原料が成長に寄与しなくなり、得られるＢＣＮ化合物は所望の組成でなくなり結晶性も著しく劣化するためである。
ただし、上記のように基板温度を高温にすると、ＢＣＮ化合物中でグラファイトとＢＮとの相分離が生じて均一な組成を有するＢＣＮ層が得られ難くなる。
【００１５】
ＣＶＤ法によりＢＣＮ化合物を形成する場合に、形成されるＢＣＮ層の結晶性、組成を良好にするためには、原料ガスの分解温度に関係なく、基板温度を６００〜８００℃に設定できることが望ましい。これは、基板温度が８００℃を超えるとＢＣＮ層の組成を制御できなくなり、６００℃未満ではＢＣＮ層の結晶性が劣化するためである。
この条件を満たすために、本発明ではＣの原料ガスとしてＭＲm Ｈn（ここで、Ｍは金属元素、Ｒは有機基、ｎは０または１以上の整数、ｍは１以上の整数である）で表される化合物を用いる。具体的にはＡｌ(ＣＨ₃)₃やＧａ(ＣＨ₃)₃を用いる。下記に示すように、これらの原料ガスは６００〜８００℃の低温でも分解してＣＨ₃ラジカルを発生し、ＣＨ₃ラジカルは基板表面でＣを析出する。
Ａｌ(ＣＨ₃)₃ → Ａｌ↓＋３ＣＨ₃
Ｇａ(ＣＨ₃)₃ → Ｇａ↓＋３ＣＨ₃
２ＣＨ₃ → ２Ｃ↓＋３Ｈ₂
【００１６】
一方、Ｎの原料ガスとして用いられるＮＨ₃は単独では約１０００℃程度の高温でないと分解しない。これに対して、本発明では下記に示すように、Ｃの原料ガスから生成したＣＨ₃ラジカルとＮＨ₃ガスとが気相または基板表面で衝突して反応し、ＮＨ₂ラジカルを発生させる。こうして発生した活性なＮＨ₂ラジカルは基板表面でＮを析出する。
ＣＨ₃＋ＮＨ₃ → ＣＨ₄＋ＮＨ₂
また、Ｂの原料ガスとしては、Ｂ(ＣＨ₃)₃またはＢ(Ｃ₂Ｈ₅)₃を用いる。これらの原料ガスも６００〜８００℃の低温でも良好に分解する。尚、Ｂの原料ガスとしてＢＣｌ₃を用いてもよいが、分解時に発生するＣｌやＨＣｌが装置を腐食させるので使用を避けることが好ましい。
ただし、Ｃの原料ガスを基板上で分解させるとＢＣＮ化合物層中にＡｌやＧａが混入する。そこで本発明でＢＣＮ化合物層中に金属元素を混入させない場合においては、Ｃの原料ガスを予備加熱して基板表面に達する前に予め完全に分解させて、金属成分であるＡｌやＧａを装置壁面にトラップさせて基板まで達しないようにする一方で、ＣＨ₃ラジカルのみを基板上に送る。こうして、基板表面でＣＨ₃ラジカルからＣを析出させるとともに、ＣＨ₃ラジカルとＮＨ₃との反応によりＮを析出させる。
【００１７】
以上のように、本発明では基板温度を６００〜８００℃という低温に設定しても、全ての原料ガスを基板表面で分解させることが可能であり、Ｂ、Ｃ、Ｎともに原料供給量を調節でき、ＢＣＮ層の組成を精度よく制御できる。
さらに、本発明においてはＣ−Ｎ結合を確実に得るために、ＣＮ結合を含み、しかも６００〜８００℃の低温で分解可能な原料ガスを用いてもよい。このようなＣおよびＮの原料ガスとしては、Ｍ［ＣＮＣＨ₂］m Ｈn（ここで、Ｍは金属元素、ｎは０または１以上の整数、ｍは１以上の整数である）で表される化合物が挙げられる。具体的には、(ＣＮＣＨ₂)₂ ＡｌＨなどを用いることができる。下記に示すように、(ＣＮＣＨ₂)₂ ＡｌＨを予め熱分解して基板表面へ供給すると、Ｃ−Ｎ結合を有する成分を析出させることができる。
２(ＣＮＣＨ₂)₂ ＡｌＨ → ２Ａｌ↓＋２Ｈ₂＋４ＣＮＣＨ₂
また、添加する金属元素としては前述のもの以外に、アルカリ金属、アルカリ土類、稀土類金属等を用いることもできる。
【００１８】
尚、本発明では、ヒータの発熱抵抗体層と絶縁保護層とがともにＢＣＮ化合物から構成されるために、発熱抵抗体層と絶縁保護層の密着性は良好である。また、製造プロセスとしても発熱抵抗体層と絶縁保護層を連続して形成することができる（請求項１〜請求項５）。
さらに、セラミックス基板に形成される発熱抵抗体層に金属元素を含有させる場合には、ＢＣＮ化合物膜中に金属を含有しているため、金属を含有しないＢＣＮ化合物膜に比べ基板との密着性に優れている（請求項３、請求項４）。
【００１９】
次に、上記の（２）に関して詳細に説明する。
c-ＢＮ膜は非常に硬い反面で、脆いという性質をもつ。また、h-ＢＮ膜は潤滑性に優れているものの、c-ＢＮ膜より耐摩耗性が低いという欠点がある。a-ＢＮは両者の中間的性質を持ち、潤滑性と耐摩耗性の２つの機能の複合的な作用として顕れる摺動性に優れた摺動部材であり、特に、ＢＣＮ化合物を下地層とした場合には、下地層との密着性にも優れる。
本発明は、耐熱フィルムと接触摺動するヒータの絶縁保護層（ＢＣＮ化合物膜）上に潤滑保護層として、あるいはヒータの発熱抵抗体層（ＢＣＮ化合物膜）上に絶縁および潤滑保護層としてa-ＢＮ膜を形成することにより、ヒータと耐熱フィルム間の耐摩耗性及び摺動性を改善し、さらに長寿命のヒータ及び加熱定着装置を実現するものである。
【００２０】
a-ＢＮ薄膜の窒素（Ｎ）とホウ素（Ｂ）の組成比（Ｎ／Ｂ）が０.７〜１.０であることを特徴とするa-ＢＮ薄膜は、c-ＢＮ膜に比べて硬さは劣るが、潤滑性と耐摩耗性の複合的な作用である摺動性は高い。硬さをはじめとするa-ＢＮ薄膜の特性は、組成比（Ｎ／Ｂ比）によって変化する非晶質の構造によって決まるものと考えられるが、詳細は明らかではない。また、組成の変化に伴い、非晶質の構造を反映した赤外吸収スペクトルも異なったものとなる。尚、組成比（Ｎ／Ｂ比）が０．７〜１．０の或る特有の非晶質構造をもつa-ＢＮ薄膜が、優れた摺動性を有しているものと考えられる（請求項１、請求項６）。
【００２１】
ここで、図６はa-ＢＮ薄膜の赤外吸収スペクトルの一例を示す図である。同図に示すように、a-ＢＮ薄膜の赤外吸収スペクトルにおいて、a-ＢＮの六員環中のＢ−Ｎ伸縮振動による吸収ピークが約１５００ｃｍ^−１、六員環間のＢ−Ｎ屈曲振動による吸収ピークが約７６０ｃｍ^−１に出現するa-ＢＮ薄膜被覆摺動部材は、優れた摺動特性を持つ。また、h-ＢＮの場合、六員環中のＢ−Ｎ伸縮振動による吸収ピークが約１３７０ｃｍ^−１、六員環間のＢ−Ｎ屈曲振動による吸収ピークが約８１０ｃｍ^−１に出現することが知られている。a-ＢＮとh-ＢＮのピーク出現位置の違いは、ＢＮの構造が異なること、あるいは内部応力に起因するものであると考えられる（請求項７）。
【００２２】
a-ＢＮ膜はヒータの絶縁保護層上あるいは発熱抵抗体上だけに形成するのではなく、ヒータホルダー上に前述の形成方法により形成してもよい。a-ＢＮ膜の厚さは、絶縁保護層上あるいは発熱抵抗体上に設ける場合には、数ｎｍ〜数１０μｍの範囲であればよく、特に数１０ｎｍ〜数μｍが好適である。これは、膜厚が数ｎｍより薄いときには、十分な潤滑性能や絶縁性能が得られず、数１０μｍよりも厚いときには膜応力により膜が基板から剥離し易いからである。尚、発熱抵抗体上に直接形成する場合には、十分な絶縁性が確保できるよう（所望の電気抵抗となるよう）にする必要がある。
【００２３】
ここで、a-ＢＮ膜の成膜例をダイナミックミキシング法を用いて示す。ダイナミックミキシング法によりa-ＢＮ薄膜を被覆する場合、窒素イオンビーム照射により、基材と薄膜との混合層が形成されるため、密着性も良好である。また、窒素イオンの加速エネルギーおよび照射する窒素イオン数と蒸着するホウ素原子数の比（Ｎ／Ｂ供給比）を変化させることによって、様々な組成比（Ｎ／Ｂ比）のa-ＢＮ薄膜を得ることができる。この方法により、潤滑保護層としての機能を発揮するのに充分な厚さと均一性を有する成膜を行うことができる。
図７は、ダイナミックミキシング法により本発明を実施する場合に用いられる薄膜形成装置の概略を示す図である。これは、気密の成膜室２００内に、基板２０１を下面に保持するホルダー２０２と、これの下方に配置された蒸発源２０３と、基板２０１に対して斜め下方からイオンを入射可能なイオン源２０４を備えている。ホルダー２０２は、イオンビーム照射による基板２０１の温度上昇を防ぐため水冷されており、また、基板２０１を面内均一に成膜するために回転軸２０５により回転するようにしている。
【００２４】
本発明のヒータにおいて、発熱抵抗体層は、耐熱性、化学的安定性に優れ、従来よりも薄く形成することができる。また、金属を添加することにより所望の抵抗を自由に得ることができると同時に、基板との良好な密着性を実現できる。さらに、発熱抵抗体層を形成した後、連続的に絶縁保護層を形成することにより、各層間の密着性を良好にすると共に製造プロセスの簡略化を図ることができる。この発熱抵抗体を組み込んだヒータを使用すれば、ヒータと耐熱フィルム間で生じる接触摺動に対して、耐熱フィルムの摩耗を生じることなく、安定した摺動特性を保持することができ、極めて信頼性、耐久性に優れたヒータを備えた加熱定着装置を提供することができる。
また、潤滑保護層は優れた耐摩耗性、摺動特性を有するので加熱定着装置の性能を長期間にわたって良好に保持することができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
（実施例１）
まず、請求項１、請求項２、請求項５に係る実施例について説明する。
図１は本発明の一実施例を示す図であって、ヒータと耐熱フィルムを用いた加熱定着装置の部分拡大断面図である。図１に示すように、ヒータ１１は、断熱性のヒータホルダー１８を介してヒータ支持部（裏面断熱材）１９に固定支持されている。また、図中の符号２０は、例えば厚さ４０μｍ程度のポリイミド等のエンドレスベルト状あるいは長尺ウェブ状の耐熱フィルム、２１はこの耐熱フィルム２０をヒータ１１に対して押圧する加圧部材としての回転加圧ローラーである。耐熱性フィルム２０は、図示しない駆動部材により、あるいは加圧ローラー２１の回転力により、所定の速度で矢印の方向にヒータホルダー２８のエッジ部に接触しながら、ヒータ１１面に密着した状態でヒータ１１面に摺動しながら回転あるいは走行移動する。また、ヒータ１１の発熱抵抗体層１３に対する通電によりヒータ１１を所定温度に昇温させる。この発熱抵抗体層１３は、絶縁保護層１６により表面を覆われている。
【００２７】
ヒータ１１の温度は、セラミックス基板１２の発熱抵抗体層１３が形成されている面とは反対の面（裏面）に設けられたサーミスター等の温度測定素子１７により検出され、その情報は図示しない通電制御回路へフィードバックされ、発熱抵抗体層１３への通電が制御され所定の値に保たれる。そして、耐熱フィルム２０を移動駆動させた状態で定着ニップ部２５に被定着物として記録材２６を、未定着トナー画像２７側の面を耐熱フィルム２０面側にして導入することにより、記録材２６が耐熱フィルム２０面に密着して、この耐熱フィルム２０と共に定着ニップ部２５を移動通過し、その移動通過過程でヒータ１１から耐熱フィルム２０を介して記録材２６に熱エネルギーが付与されて、記録材２６上の未定着トナー画像２７が加熱溶融定着される。
【００２８】
図２は、図１に示す加熱定着装置のヒータ部の製造過程の要部断面を模式的に示す説明図である。図中の符号１１はヒータ、１２はセラミックス基板、１３は導電性のＢＣＮ化合物であるＣ₆Ｎからなる発熱抵抗体層、１４，１５は銅（Ｃｕ）からなる電極端子部、１６は高絶縁性のＢＣＮ化合物であるc-ＢＮからなる絶縁保護層、１８はヒータホルダー、２２は電極タブ、２３はＡｕＳｉからなるロウ材、２４はワイヤー（電線）である。
【００２９】
本実施例では図１，２に示す構造のヒータ１１の製造に当って、図３に示すＣＶＤ装置を用いてセラミックス基板１２上にＢＣＮ化合物の成膜を行った。ステンレス製のＣＶＤ装置は、主ガス導入管３１、副ガス導入管３２、およびイオン導入管３３を有する。ＣＶＤ装置内部の全ての導入管の下流側にセラミックス基板１２が設置され、基板温度は随時適温に設定される。主ガス導入管３１の周囲には予備加熱ヒータ３５が設けられている。
セラミックス基板１２としては、幅１０ｍｍ×長さ２４０ｍｍ×厚さ１ｍｍのＡｌ₂Ｏ₃基板を用い、基板温度を９００℃とした。
【００３０】
まず、主ガス導入管３１から、Ｃの原料ガスとしてＣＨ₄およびＮの原料ガスとしてＮＨ₃を導入し、厚さ２μｍのＣ₆Ｎ膜を発熱抵抗体層１３となるよう成長させた。ここでは、予備加熱ヒータ３５は必要ないので使用していない。同一条件で作製した膜の発熱抵抗体層１３としての抵抗値を測定したところ１０Ωであった。この発熱抵抗体層１３の形成に引き続き、ＣＨ₄の供給を停止し、副ガス導入管３２からＢの原料ガスとしてＢ(ＣＨ₃)₃を導入し、厚さ５μｍのc-ＢＮ絶縁保護層１６を成長させた（図２（ａ））。尚、膜の硬度を薄膜硬度計で測定した結果、ピッカース硬度換算で４０００ｋｇｆ／ｍｍ²であった。また、ピン・オン・ディスク法により摩擦特性を評価した。測定は相対湿度６０％の空気中で行い、ピンとして軸受け鋼（ＳＵＪ２）の球（直径５ｍｍ）を用い、加重２．２Ｎ、摺動速度０．０４ｍ／ｓで行った結果、摩擦係数μは０．１であった。
次に、基板上にＣｕペーストをスクリーン印刷により塗工し、電極端子部１４，１５を酸素分圧に注意しながら焼成し、形成した（図２（ｂ））。
次に、ＡｕＳｉからなるロウ材２３を用いて銅合金からなる電極タブ２２と、セラミックス基板１２とをロウ付けした（図２（ｃ））。引き続き、電極タブ２２にワイヤー２４を圧接し、ヒータ１１をヒータホルダー１８に接着した（図２（ｄ）、（ｅ））。
【００３１】
尚、ヒータ１１の製作時に電極端子部１４，１５の表面にＡｕをフラッシュメッキすることにより、ロウ付け時のロウ材の濡れ性を向上させ、安定した接続信頼性を得ることができた。電極タブ材料としては、銅合金のほかにコバール、４２アロイ、リン青銅等の金属が使用できる。ロウ材は、融点２５０℃以上のものが好ましく、ＡｕＳｉの他にＡｕＧｅ，ＡｕＳｕ等を用いることができる。また、Ｃｕ電極端子部の表面にロウ付けまでの表面酸化防止や汚染を防ぐため、Ａｕ，Ｎｉ，Ａｕ／Ｎｉをフラッシュメッキ等で形成することにより、より安定したロウ付けが実現できた。このとき、Ｎｉ層を形成する理由は、ロウ材中にＣｕが過度に拡散することを防ぐためである。
以上のようにして得られた加熱定着装置は、ヒータ１１と耐熱フィルム２０間の摩擦、摺動に対しても耐熱フィルム２０の摩耗粉の発生がなく、安定した摺動性能を長期間保持することができた。
【００３２】
（比較例１）
本発明の実施例１に対する比較例として、図８に示した構造の従来のヒータを作製した。この従来のヒータを用いた加熱定着装置は、ヒータとフィルム間の摩擦が大きく、摺動に対してフィルムの摩耗粉が発生し、実施例１と比較して、安定した摺動性能を長期間保持することができなかった。
【００３３】
（実施例２）
次に、請求項１、請求項３、請求項４に係る実施例について説明する。
本実施例では、実施例１において、セラミックス基板１２をＳｉＣ，発熱抵抗体層１３をＡｌを混入させた厚さ１μｍのＢＣ_３に、絶縁保護層６を厚さ３μｍのＢ_３ＣＮ_３とした以外は、実施例１と全く同様の構成とした。
【００３４】
図３に示すＣＶＤ装置を用い、主ガス導入管３１からＣの原料ガスとしてＡｌ(ＣＨ₃)₃、および副ガス導入管からＢの原料ガスとしてＢＣｌ₃を導入し、厚さ１μｍのＢＣ₃膜（Ａｌ含有）を発熱抵抗体層１３となるよう成長させた。
この発熱抵抗体層１３の形成に引き続き、Ａｌ(ＣＨ₃)₃の供給を停止し、主ガス導入管３１からＣの原料ガスとしてＣＨ₄およびＮの原料ガスとしてＮＨ₃を導入し、副ガス導入管からＢの原料ガスとしてＢＣｌ₃を導入し、厚さ３μｍのＢ₃ＣＮ₃絶縁保護層１６を成長させた。この膜の硬度、摩擦係数を実施例１と同様に評価したところ、硬度：Ｈｖ＝２５００ｋｇｆ／ｍｍ²、摩擦係数：μ＝０．１５であった。
引き続き、実施例１と同様にして、基板上にＣｕペーストをスクリーン印刷により塗工し、電極端子部１４，１５を酸素分圧に注意しながら焼成し、形成した。そして、ＡｕＳｉからなるロウ材２３を用いて銅合金からなる電極タブ２２と、セラミックス基板１２とをロウ付けし、電極タブ２２にワイヤー２４を圧接した後、ヒータ１１をヒータホルダー１８に接着してヒータを完成した。
以上のようにして得られたヒータを装着した加熱定着装置を用い、実施例１と同様に記録材の熱定着を行った結果、実施例１と同様の安定した定着と耐久性が得られた。
【００３５】
（実施例３）
次に、請求項１、請求項３、請求項４、請求項５に係る実施例について説明する。
本実施例では、実施例２において発熱抵抗体層１３に混入する金属元素をＡｌではなく、Ｔａ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎとした以外は、実施例２と全く同様の構成とした。
【００３６】
図３に示す構成のＣＶＤ装置を用い、主ガス導入管３１からＣの原料ガスとしてＣＨ₄、および副ガス導入管３２からＢの原料ガスとしてＢＣｌ₃を導入し、イオン導入管３３からＴａ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎイオンをそれぞれ導入し、厚さ１μｍのＢＣ₃膜（前記金属のうち１種類含有）を発熱抵抗体層１３となるよう成長させた。この発熱抵抗体層１３の形成に引き続き、主ガス導入管３１からＣの原料ガスとしてＣＨ₄およびＮの原料ガスとしてＮＨ₃を導入し、副ガス導入管３２からＢの原料ガスとしてＢＣｌ₃を導入し、厚さ３μｍのＢ₃ＣＮ₃絶縁保護層１６を成長させた。
引き続き、実施例１，２と同様にして、基板上にＣｕペーストをスクリーン印刷により塗工し、電極端子部１４，１５を酸素分圧に注意しながら焼成し、形成した。そして、ＡｕＳｉからなるロウ材２３を用いて銅合金からなる電極タブ２２と、セラミックス基板１２とをロウ付けし、電極タブ２２にワイヤー２４を圧接した後、ヒータ１１をヒータホルダー１８に接着して、発熱抵抗体１３に混入する金属元素を変えた５種類のヒータを完成した。
【００３７】
各金属の添加率は、それぞれＴａ：６０原子％、Ｗ：７０原子％、Ｎｉ：６７原子％、Ｃｕ：５８原子％、Ｚｎ：６３原子％とした。これらの膜の硬度、摩擦係数を実施例２と同様に評価したところ、いずれも、硬度：Ｈｖ＝２５００ｋｇ／ｍｍ²、摩擦係数：μ＝０．１５であった。
以上のようにして得られた５種類のヒータを装着した加熱定着装置を用い、実施例２と同様に記録材の熱定着を行った結果、いずれのヒータにおいても実施例２と同様の安定した定着と耐久性が得られた。
【００３８】
（実施例４）
次に、請求項１、請求項３、請求項６、請求項７に係る実施例について説明する。
図４は本発明の別の実施例を示す図であって、ヒータと耐熱フィルムを用いた加熱定着装置の部分拡大断面図である。尚、図４において、図１に示した実施例１と同じ機能を有する部分の符号は同一とした。
図４に示すように、ヒータ１１は、断熱性のヒータホルダー１８を介してヒータ支持部（裏面断熱材）１９に固定支持されている。また、図中の符号２０は、例えば厚さ４０μｍ程度のポリイミド等のエンドレスベルト状あるいは長尺ウェブ状の耐熱フィルム、２１はこの耐熱フィルム２０をヒータ１１に対して押圧する加圧部材としての回転加圧ローラーである。耐熱フィルム２０は、図示しない駆動部材により、あるいは加圧ローラー２１の回転力により、所定の速度で矢印の方向にヒータホルダー１８のエッジ部に接触しながら、ヒータ１１面に密着した状態でヒータ１１面を摺動しながら回転あるいは走行移動する。また、ヒータ１１の発熱抵抗体層１３に対する通電により、ヒータ１１を所定温度に昇温させる。ヒータ温度の調整は、温度測定素子１７を介して行われることは図１（実施例１）の場合と同様である。
【００３９】
耐熱フィルム２０を移動駆動させた状態で定着ニップ部２５に被定着物として記録材２６を未定着トナー画像２７の側の面を耐熱フィルム２０面側にして導入することにより、記録材２６が耐熱フィルム２０面に密着してこの耐熱フィルム２０と共に定着ニップ部２５を移動通過し、その移動通過過程でヒータ１１から耐熱フィルム２０を介して記録材２６に熱エネルギーが付与されて記録材２６上に未定着トナー画像２７が加熱溶融定着される。
【００４０】
図５は、図４に示すヒータ部の製造過程の要部断面を模式的に示す説明図である。図中の符号１１はヒータ、１２はセラミックス基板、１３は導電性のＢＣＮ化合物からなる発熱抵抗体層、１４，１５はＣｕからなる電極端子部、１６はc-ＢＮからなる絶縁保護層、２８は非晶質のＢＮ（a-ＢＮ）からなる潤滑保護層、１８はヒータホルダー、２２は電極タブ、２３はＡｕＳｉからなるロウ材、２４はワイヤー（電線）である。
【００４１】
本実施例では図４，５に示す構造のヒータ１１の製造に当って、図３に示した構成のＣＶＤ装置を用いてセラミックス基板１２上にＢＣＮ化合物の成膜を行った。ステンレス製のＣＶＤ装置は、主ガス導入管３１、副ガス導入管３２、イオン導入管３３、および蒸着用の電子銃３４を有する。ＣＶＤ装置内部の全ての導入管の下流側にセラミックス基板１２が設置され、基板温度は随時適温に設定される。また、図示しない基板ホルダーは、必要に応じて電子銃３４に対向するよう方向を変えることができる。また、主ガス導入管３１の周囲には予備加熱ヒータ３５が設けられている。
セラミックス基板１２としては、幅１０ｍｍ×長さ２４０ｍｍ×厚さ１ｍｍのＡｌＮ基板を用い、基板温度を７００℃とした。
【００４２】
まず、主ガス導入管３１から、Ｃの原料ガスとしてＡｌ(ＣＨ₃)₃およびＮの原料ガスとしてＮＨ₃を導入し、厚さ１．５μｍのＣ₅Ｎ膜を発熱抵抗体層１３となるよう成長させた。予備加熱ヒータを９００℃として、Ａｌ(ＣＨ₃)₃を分解し、装置壁面にＡｌをトラップすることで、基板１２へＡｌが供給されないようにした。同一条件で作製した膜の発熱抵抗体層としての抵抗値を測定したところ１０Ωであった。この発熱抵抗体１３の形成に引き続き、Ａｌ(ＣＨ₃)₃の供給を停止し、副ガス導入管３２からＢの原料ガスとしてＢ(Ｃ₂Ｈ₅)₃を導入し、厚さ３μｍのc-ＢＮ絶縁保護層１６を成長させた（図５（ａ））。
続いて、各原料ガスの供給を停止し、基板１２の方向を（点線で示すように）変更し、イオン導入管３３よりＮイオンビームを照射しながら、電子銃３４によりＢを蒸着することで、絶縁保護層１６上にa-ＢＮからなる厚さ１μｍの潤滑保護層２８を形成した（図５（ｂ））。ここで、Ｎ／Ｂの供給比が０．８となるように、Ｂ蒸気の量とＮイオンビームの照射量を調整した。
【００４３】
このようにして作製したa-ＢＮ薄膜の赤外吸収スペクトルは、図６に示すように、六員環中のＢ−Ｎ伸縮振動による吸収ピークが約１５００ｃｍ^-1、六員環間のＢ−Ｎ屈曲振動による吸収ピークが約７６０ｃｍ^-1に出現した。作製したa-ＢＮ薄膜の組成比（Ｎ／Ｂ比）は、表面をアルゴンイオンでスパッタエッチングした後、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により分析したところ、０.７であった。尚、膜の硬度を薄膜硬度計で測定した結果、ピッカース硬度換算で３５００ｋｇｆ／ｍｍ²であった。また、ピン・オン・ディスク法により摩擦特性を評価した。測定は相対湿度５０％の空気中で行い、ピンとして軸受け鋼（ＳＵＪ２）の球（直径５ｍｍ）を用い、加重１．２Ｎ、摺動速度０．０４ｍ／ｓで行った結果、摩擦係数μは０．０６であった。
【００４４】
次に、基板上にＣｕペーストをスクリーン印刷により塗工し、電極端子部１４，１５を酸素分圧に注意しながら焼成し、形成した（図５（ｂ））。
次に、ＡｕＳｉからなるロウ材２３を用いて銅合金からなる電極タブ２２と、セラミックス基板１２とをロウ付けした（図５（ｃ））。引き続き、電極タブ２２にワイヤー２４を圧接し、ヒータ１１をヒータホルダー１８に接着した（図５（ｄ），（ｅ））。
尚、ヒータ１の製作時に電極端子部１４，１５の表面にＡｕをフラッシュメッキすることにより、ロウ付け時のロウ材の濡れ性を向上させ、安定した接続信頼性を得ることができた。電極タブ材料としては、銅合金のほかにコバール、４２アロイ、リン青銅等の金属が使用できる。ロウ材は、融点２５０℃以上のものが好ましく、ＡｕＳｉのほかにＡｕＧｅ，ＡｕＳｕ等を用いることができる。また、Ｃｕ電極端子部の表面にロウ付けまでの表面酸化防止や汚染を防ぐため、Ａｕ，Ｎｉ，Ａｕ／Ｎｉをフラッシュメッキ等で形成することにより、より安定したロウ付けが実現できた。このとき、Ｎｉ層を形成する理由は、ロウ材中にＣｕが過度に拡散することを防ぐためである。
以上のようにして得られた加熱定着装置は、ヒータ１１と耐熱フィルム２０間の摩擦、摺動に対しても耐熱フィルム２０の摩耗粉の発生がなく、安定した摺動性能を長期間保持することができた。
【００４５】
（実施例５）
次に、請求項１、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７に係る実施例について説明する。
本実施例では、実施例４において、絶縁保護層１６の形成を行わず、発熱抵抗体層１３上にa-ＢＮからなる厚さ３．５μｍの潤滑保護層２８を形成した以外は、実施例４と全く同様に行った。尚、膜の硬度を薄膜硬度計で測定した結果、ピッカース硬度換算で３５００ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。また、ピン・オン・ディスク法により摩擦特性を評価した。測定は相対湿度５０％の空気中で行い、ピンとして軸受け鋼（ＳＵＪ２）の球（直径５ｍｍ）を用い加重１．２Ｎ、摺動速度０．０４ｍ／ｓで行った結果、摩擦係数μは０．０６であった。
潤滑保護層２８の形成に引き続き、実施例４と同様にして電極部等を形成してヒータを完成した。
以上のようにして得られたヒータを装着した加熱定着装置を用い、実施例４と同様に記録材の熱定着を行った結果、実施例４と同様の安定した定着と耐久性が得られた。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明では、画像形成装置に搭載され被定着物を加熱定着する加熱定着装置であって、少なくとも、基板と該基板上に形成された発熱抵抗体層と該発熱抵抗体層を覆う絶縁保護層とからなるヒータと、前記ヒータの絶縁保護層に接触して摺動する耐熱フィルムと、前記耐熱フィルムを前記ヒータに圧着して摺動させる加圧ローラとからなり、前記被定着物が前記耐熱フィルムと加圧ローラ間に挟み込まれて耐熱フィルムと共に移動する間に加熱定着される加熱定着装置において、前記ヒータの発熱抵抗体層は導電性を有するＢＣＮ化合物からなり、前記絶縁保護層は絶縁性を有するＢＣＮ化合物からなり、前記絶縁保護層上に潤滑保護層として、非晶質のＢＮ（a-ＢＮ）を設けることを特徴としているので、発熱抵抗体層は、耐熱性、化学的安定性に優れ、従来よりも薄く形成することができ、絶縁保護層の耐久性が高く、２層の密着性が良く、高耐久の加熱定着装置を提供することができる。
【００４７】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の加熱定着装置において、前記ヒータの発熱抵抗体層は、ＢＣ _３あるいはＣＮ _Ｚからなる導電性を有するＢＣＮ化合物であることを特徴としているので、請求項１の効果に加えて、高耐久の加熱定着装置を提供することができる。
【００４８】
請求項３記載の発明では、請求項１または２に記載の加熱定着装置において、前記ヒータの発熱抵抗体層は、金属元素を混入した導電性を有するＢＣＮ化合物であることを特徴としているので、請求項１または２の効果に加えて、金属を添加することにより所望の抵抗を自由に得ることができると同時に、基板との密着性を向上し、さらに高耐久の加熱定着装置を提供することができる。
請求項４記載の発明では、請求項３記載の加熱定着装置において、前記金属元素は、周期律表のIＶａ，Ｖａ，ＶIａ，ＶIII，Ｉｂ，IIｂまたはIIIｂ族の金属であることを特徴としているので、請求項３の効果に加えて、金属を添加することにより所望の抵抗を自由に得ることができると同時に、基板との密着性を向上し、さらに高耐久の加熱定着装置を提供することができる。
請求項５記載の発明では、請求項１に記載の加熱定着装置において、前記絶縁保護層は、ＢＣ_ＹＮ，h-ＢＮ，あるいはc-ＢＮからなるＢＣＮ化合物であることを特徴としているので、請求項１の効果に加えて、高耐久の加熱定着装置を提供することができる。
【００４９】
請求項６記載の発明では、請求項１に記載の加熱定着装置において、前記絶縁保護層と前記潤滑保護層を兼ねた絶縁及び潤滑保護層として、前記発熱抵抗体層上に、非晶質のＢＮ（a-ＢＮ）を設けることを特徴としているので、請求項１の効果に加えて、特に、摺動性、およびa-ＢＮと下地層との密着性に優れた、さらに高耐久で長寿命の加熱定着装置を提供することができる。
請求項７記載の発明では、請求項１または６に記載の加熱定着装置において、前記非晶質のＢＮ（a-ＢＮ）の赤外吸収スペクトルにおける、a-ＢＮの六員環中のＢ−Ｎ伸縮振動による吸収ピークが約１５００ｃｍ^−１、六員環中のＢ−Ｎ屈曲振動による吸収ピークが約７６０ｃｍ^−１に出現することを特徴としているので、請求項１または６の効果に加えて、特に、摺動性、およびa-ＢＮと下地層との密着性に優れた、さらに高耐久で長寿命の加熱定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図であって、ヒータと耐熱フィルムを用いた加熱定着装置の部分拡大断面図である。
【図２】図１に示す加熱定着装置のヒータ部の製造過程の要部断面を模式的に示す工程説明図である。
【図３】図１，２に示す構成のヒータ部の成膜に用いられるＣＶＤ装置の一例を示す図である。
【図４】本発明の別の実施例を示す図であって、ヒータと耐熱フィルムを用いた加熱定着装置の部分拡大断面図である。
【図５】図４に示す加熱定着装置のヒータ部の製造過程の要部断面を模式的に示す工程説明図である。
【図６】非晶質ＢＮ（a-ＢＮ）薄膜の赤外吸収スペクトルの一例を示す図である。
【図７】ダイナミックミキシング法による薄膜形成装置の概略を示す図である。
【図８】従来の加熱定着装置に用いられるヒータの一例を示す構成説明図である。
【図９】図８のヒータ部分を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１１：ヒータ
１２：セラミックス基板
１３：発熱抵抗体層
１４，１５：電極端子部
１６：絶縁保護層
１７：温度測定素子
１８：ヒータホルダー
１９：ヒータ支持部
２０：耐熱フィルム
２１：加圧ローラー
２２：電極タブ
２３：ロウ材
２４：ワイヤー（電線）
２５：定着ニップ部
２６：記録材（被定着物）
２７：未定着トナー画像
２８：潤滑保護層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile, a printer, a plotter, and the like, and more particularly, a heater used as a heat source when heat fixing an unfixed image on an object to be fixed. The present invention relates to a heat fixing device having the characteristics described above.
[0002]
[Prior art]
As a heat fixing device that is mounted on an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a laser beam printer and fixes an unfixed image on a recording material, JP-A-63-313182 discloses a fixed heater, A heat fixing apparatus using a thin film that slides with a heater has been proposed. An example of such a heater is shown in FIGS.
8 and 9, the heater 101 includes an elongated substrate 102 having electrical insulation, heat resistance, and low heat capacity, and a straight line along the length of the substrate at the center in the substrate width direction on one side (front side) of the substrate 102. The energization heating resistor 103 formed in a narrow strip shape, electrode terminals (connection terminals) 104 and 105 formed on the substrate surface by being electrically connected to both ends of the energization heating resistor 103, and formation of the energization heating resistor of the substrate 102 It has an electrically insulating protective layer 106 made of glass or the like as a heater surface protective layer coated on the surface, and a temperature detection element 107 such as a thermistor provided on the other side (back side) of the substrate 102. The substrate 102 is, for example, Al having a width of 10 mm, a thickness of 1 mm, and a length of 240 mm.₂O_Three, AlN, SiC and other ceramic plates. The energization heating resistor 103 is made of, for example, Ag / Pd (silver palladium alloy), RuO having a thickness of 10 μm and a width of 1 mm applied by screen printing or the like.₂, Ta₂It is a pattern layer formed by firing N or the like in the air. The electrode terminals (connection terminals) 104 and 105 are usually patterned layers formed by air-baking Ag coated by 10 μm thick screen printing or the like. Electric power is connected and connected via an unillustrated).
[0003]
In order to manage and control the temperature of the fixing surface of the heater 101, the energization heating resistor 103 is positioned substantially at the center of the width region of the fixing nip portion 115 (joining nip portion, pressure portion) in the cross section of the apparatus. It has a structure. The insulating protective layer 106 side of the heater 101 is the thin film contact sliding surface side.
A voltage is applied to the heater 101 from the AC power source 112 between the electrode terminals 104 and 105 at both ends of the energization heating resistor 103, and the temperature rises when the energization heating resistor 103 generates heat.
The temperature of the heater 101 is detected by the temperature detection element 107 on the back surface of the substrate, and the detection information is fed back to the energization control circuit 113 to control the energization from the AC power source 112 to the energization heating resistor 103. The temperature is controlled to a predetermined temperature. The temperature detecting element 107 of the heater 101 corresponds to the fixing surface having the best thermal response, that is, the position on the back side of the substrate corresponding to the formation position of the energization heating resistor 103 on the heater substrate surface side (corresponding to the position immediately below the energization heating resistor 103 The substrate rear surface side partial position).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to fix an unfixed image by the heat fixing device as described above, the heat of the heater is transferred through the insulating protective layer on the heater and the sliding contact surface of the thin film to fix the image. However, due to wear during contact sliding between the insulating protective layer and the thin film, the wear of the thin film becomes more severe as the contact sliding distance becomes longer. Since the abrasion powder generated at this time adheres unevenly to the roller for driving the thin film, the driving speed of the thin film becomes irregular, resulting in a problem that the fixing of the unfixed image becomes uneven.
The vitreous layer used for the insulating protective layer is formed by printing and baking low-softening point glass. It is considered that wear of the thin film is caused by the difference in surface shape (coefficient of friction) and difference in hardness between the glassy layer and the film. Therefore, in order to prevent wear of heat-resistant films such as polyimide, the friction coefficient with the insulating protective layer is reduced by mixing fillers in the polyimide film or applying Teflon coating etc., but sufficient effect is obtained Not.
Moreover, the heating resistor of the heater needs to be excellent in high temperature stability and chemical resistance. However, the Ag / Pd (silver palladium alloy) resistor coated by screen printing or the like diffuses into the insulating protective layer during the formation of an electrically insulating protective layer such as glass, which is similarly formed, and lowers the insulating property. There was a problem of letting. Further, since the process of forming the heating resistor layer (screen printing or the like) is limited in film thickness control, it is difficult not only to make the heating resistor layer thin, but also the film quality is unstable.
Thus, at present, it is difficult to cope with higher fixing speed and increased fixing volume by the heat fixing method, and it is necessary to make the heater life (contact sliding distance) as long as possible.
[0005]
  The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to solve the above-described problems, and to provide a heat fixing device including a heater having stable performance and a long life.7).
  Furthermore, in the present invention, DepartureAn object of the present invention is to provide a heat fixing device having a heater having a long life by improving the adhesion to the substrate by including a metal in the thermal resistor layer.3, Claims4).
  Furthermore, in the present invention, amorphous BN (a-BN) is used as a lubricating protective layer on the insulating protective layer that is a BCN compound, or as an insulating and lubricating protective layer on the heating resistor layer that is a BCN compound. Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat-fixing device having a heater that has excellent slidability and excellent adhesion between the underlayer and the protective layer and has a longer life (claims 1 and 2). Term6, Claims7).
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a heating and fixing device mounted on an image forming apparatus for heating and fixing an object to be fixed, and includes at least a substrate and a heating resistor layer formed on the substrate. And a heater comprising an insulating protective layer that covers the heating resistor layer, a heat-resistant film that slides in contact with the insulating protective layer of the heater, and a pressure roller that slides the heat-resistant film against the heater And the heating resistor layer of the heater is conductive BCN, wherein the fixing object is heated and fixed while being moved between the heat-resistant film and the pressure roller. The insulating protective layer is made of a compound.InsulationAs a lubricating protective layer on the insulating protective layer, amorphous BN (a-BN)It is characterized by providing.
  Here, it is known that the BCN compound exhibits properties from a metal to an insulator depending on its composition (see JP-A-9-283737), but in the present invention, a metallic or insulating BCN compound is used. A heater for heat fixing is laminated.
[0007]
  Furthermore, the invention according to claim 2 is the heat fixing apparatus according to claim 1,The heating resistor layer of the heater isBC₃Or CN_Z Conductive BCN compound comprisingIt is characterized by being.
  Claim3The invention according to claim 1 or 22In the heat fixing apparatus described,The heating resistor layer of the heater is a conductive BCN compound mixed with a metal element.It is characterized by that.
  Claim4The invention according to claimTo 3In the heat fixing apparatus described above, the metal element is a group IVa, Va, VIa, VIII, Ib, IIb or IIIb metal of the periodic table.
  Claim5The invention according to claim1In the heat fixing apparatus according to claim 1,Insulating protective layerBC_Y N,h-BN or c-BNBCN compound consisting ofIt is characterized by being.
[0008]
  And claims6According to the present invention, in the heat fixing device according to claim 1, an amorphous BN (a) is formed on the heating resistor layer as an insulating and lubricating protective layer serving as the insulating protective layer and the lubricating protective layer. -BN)It is characterized by providing.
  Claim7The invention according to claim 1 or 26In the heat-fixing device described in 1), in the infrared absorption spectrum of the amorphous BN (a-BN), the absorption peak due to BN stretching vibration in the six-membered ring of a-BN is about 1500 cm.^-1The absorption peak due to BN bending vibration in the six-membered ring is about 760 cm.^-1It is characterized by appearing in
  Here, since the a-BN thin film is a member having excellent slidability that appears as a combined action of lubricity and wear resistance (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-92914), in the present invention, on the insulating protective layer. A-BN is used as the lubricating protective layer or as the insulating and lubricating protective layer on the heating resistor layer. However, in the present invention, since the underlying layer of the lubricating protective layer is a BCN compound, other underlying layers are used. There is an advantage that adhesion is much better than laminating.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the configuration, operation and action of the present invention will be described in detail.
  The present invention relates to a heat fixing device that is mounted on an image forming apparatus and heat-fixes an object to be fixed, and includes at least a substrate, a heating resistor layer formed on the substrate, and an insulating protective layer that covers the heating resistor layer A heat-resistant film that slides in contact with the insulating protective layer of the heater, and a pressure roller that slides the heat-resistant film against the heater, and the fixing object is the heat-resistant film. In a heating and fixing apparatus that is sandwiched between a film and a pressure roller and is heated and fixed while moving together with a heat-resistant film,
(1) Conductive BCN compound as a heating resistor of a heater, specifically having a volume resistivity of 10^-3Using a BCN compound smaller than Ω · cm or a BCN compound containing a metal, a BCN compound having a high insulation resistance as an insulating protective layer for the purpose of insulation and lubrication of the heating resistor, specifically 10⁶Using a BCN compound having a volume resistivity greater than Ω · cm; and
(2) A-BN having particularly good sliding properties is provided as a lubricating protective layer on the insulating protective layer that is a BCN compound or on the heating resistor layer that is a BCN compound.
The present invention realizes a heat fixing device having a long-life heater with excellent heat resistance and chemical stability by improving wear resistance and slidability between the heater and the heat resistant film.7).
[0010]
  Hereinafter, the present invention will be described in more detail. First, the above (1) will be described in detail.
  The BCN compound film forming the heating resistor layer according to the present invention is a BCN compound film having conductivity (for example, BC₃, CN_Z(0 <Z ≦ 1/5) or the like, or a film obtained by mixing a conductive BCN compound with a metal element. These films have an electric resistance (volume resistivity) of 10 by changing the composition or adjusting the content of the metal element.^-3Ω · cm or less (Claim 2, Claim)3, Claims4).
  The thickness of the heating resistor layer of the heater may be in the range of several hundred nm to several tens of μm, and several hundred nm to several μm are particularly preferable. When the film thickness is less than several hundreds of nanometers, there is a problem with current resistance. When the film thickness exceeds several tens of μm, peeling occurs due to a decrease in adhesion to the substrate, or the manufacturing time required for forming a thick film becomes long. There is a problem that the thickness of the insulating protective layer formed on the heating resistor layer is also increased.
[0011]
  The electrical resistance required as a heating resistor of the heater is several Ω to several tens Ω. For example, in order to obtain a resistance of several Ω by a heating resistor layer having a thickness of 1 μm, 10^-5A BCN compound having a volume resistivity on the order of Ω · cm may be formed. As metals contained in the BCN compound, IVa (Ti, Zr, Hf), Va (V, Nb, Ta), VIa (Cr, Mo, W), VIII (Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt), Ib (Cu, Ag, Au), IIb (Zn), IIIb (Al, Ga, In) and the like. As a method of adding these metal elements to the BCN compound, a solid metal or organic metal gas or metal chloride gas composed of these elements is added to a raw material gas during film formation, or evaporation, sputtering, or ion implantation is performed. Can be realized. Further, the amount of addition to the film is controlled by the mixing ratio with the source gas and the solid B, C, N source, and in the case of ion implantation, the amount is controlled by the amount of injection (claims)3, Claims4).
[0012]
  On the other hand, the BCN compound film forming the insulating protective layer of the heater according to the present invention is a highly insulating BCN compound film (for example, BC_YN (0 <Y ≦ 1/3), h-BN, c-BN, etc.). These films have an electrical resistance (volume resistivity) of 10⁶ -10¹⁴Ω · cm, Vickers hardness 2000 to 5000 kgf / mm², Etc. have physical properties (claims)5).
  It is sufficient if the insulating protective layer provided on the heating resistor layer is about 2 to 10 times the film thickness of the heating resistor layer. This is because when the film thickness is thin, the step coverage with respect to the heating resistor layer is insufficient and insulation performance cannot be obtained, and when the film thickness is large, the film is easily peeled off from the substrate due to film stress.
[0013]
The BCN compound used here is a microwave plasma CVD method, a direct current plasma CVD method, a high frequency plasma CVD method, a magnetic field microwave plasma CVD method, a laser plasma CVD method, an ion beam sputtering method, an ion beam deposition method, an ion plating method. It is formed by a method, a reactive plasma sputtering method, an ion implantation method or the like. Hereinafter, the manufacturing method of the BCN compound of this invention is demonstrated.
In the present invention, the step of introducing the B, C, and N source gases into the reactor and decomposing them to form the BCN compound on the substrate is performed by changing the feed ratio of the source gas to the conductive BCN compound layer ( A heater resistor layer) and an insulating BCN compound layer (insulating protective layer) are laminated to produce a heater for a heat fixing device.
[0014]
Generally, when a BCN compound is formed by a CVD method, BCl is used as a B source gas._Three , CH as raw material gas_Four NH as source gas_Three Or BCl as B source gas_Three CH as C and N source gas_Three CN is used. In this case, the substrate temperature is set to 850 ° C. or higher, and these source gases are decomposed to form a BCN compound on the substrate. This is because if the substrate temperature is too low, the raw material having a high decomposition temperature does not contribute to the growth, and the obtained BCN compound does not have a desired composition and the crystallinity is remarkably deteriorated.
However, when the substrate temperature is raised as described above, phase separation between graphite and BN occurs in the BCN compound, making it difficult to obtain a BCN layer having a uniform composition.
[0015]
When forming a BCN compound by a CVD method, in order to improve the crystallinity and composition of the formed BCN layer, it is desirable that the substrate temperature can be set to 600 to 800 ° C. regardless of the decomposition temperature of the source gas. . This is because if the substrate temperature exceeds 800 ° C., the composition of the BCN layer cannot be controlled, and if it is lower than 600 ° C., the crystallinity of the BCN layer deteriorates.
In order to satisfy this condition, the present invention uses MRm Hn (where M is a metal element, R is an organic group, n is an integer of 0 or 1 and m is an integer of 1 or more) as a source gas of C in the present invention. The compound represented is used. Specifically, Al (CH_Three)_ThreeAnd Ga (CH_Three)_ThreeIs used. As shown below, these source gases decompose at low temperatures of 600 to 800 ° C._ThreeGenerate radicals, CH_ThreeThe radical precipitates C on the substrate surface.
Al (CH_Three)_Three  → Al ↓ + 3CH_Three
Ga (CH_Three)_Three  → Ga ↓ + 3CH_Three
2CH_Three  → 2C ↓ + 3H₂
[0016]
On the other hand, NH used as a source gas for N_ThreeAlone does not decompose unless the temperature is about 1000 ° C. On the other hand, in the present invention, as shown below, CH generated from C source gas_ThreeRadicals and NH_ThreeThe gas collides with the gas phase or the substrate surface and reacts, and NH₂Generate radicals. Active NH generated in this way₂The radical precipitates N on the substrate surface.
CH_Three+ NH_Three  → CH_Four+ NH₂
In addition, as a source gas for B, B (CH_Three)_ThreeOr B (C₂H_Five)_ThreeIs used. These source gases also decompose well even at a low temperature of 600 to 800 ° C. BCl is used as B source gas._ThreeHowever, it is preferable to avoid the use of Cl or HCl generated during decomposition because it corrodes the apparatus.
However, when the C source gas is decomposed on the substrate, Al and Ga are mixed in the BCN compound layer. Therefore, in the case where the metal element is not mixed in the BCN compound layer in the present invention, the C source gas is preheated and completely decomposed before reaching the substrate surface, so that Al or Ga, which is a metal component, is removed from the apparatus wall surface. While trapping it to prevent it from reaching the substrate,_ThreeSend only radicals onto the substrate. Thus, CH on the substrate surface_ThreeWhile precipitating C from radicals, CH_ThreeRadicals and NH_ThreeTo precipitate N.
[0017]
As described above, in the present invention, even if the substrate temperature is set to a low temperature of 600 to 800 ° C., all source gases can be decomposed on the substrate surface, and the supply amount of B, C, and N is adjusted. And the composition of the BCN layer can be accurately controlled.
Furthermore, in the present invention, in order to reliably obtain a CN bond, a raw material gas containing a CN bond and decomposable at a low temperature of 600 to 800 ° C. may be used. As such C and N source gases, M [CNCH₂] M Hn (wherein M is a metal element, n is 0 or an integer of 1 or more, and m is an integer of 1 or more). Specifically, (CNCH₂)₂ AlH or the like can be used. As shown below, (CNCH₂)₂ When AlH is thermally decomposed in advance and supplied to the substrate surface, a component having a C—N bond can be precipitated.
2 (CNCH₂)₂ AlH → 2Al ↓ + 2H₂+ 4CNCH₂
In addition to the above elements, alkali metals, alkaline earths, rare earth metals, and the like can be used as the metal element to be added.
[0018]
  In the present invention, since the heating resistor layer and the insulating protective layer of the heater are both made of a BCN compound, the adhesion between the heating resistor layer and the insulating protective layer is good. In addition, the heating resistor layer and the insulating protective layer can be formed continuously as a manufacturing process.5).
  Furthermore, when a metal element is included in the heating resistor layer formed on the ceramic substrate, the metal is contained in the BCN compound film, so that the adhesion to the substrate is higher than that of the BCN compound film not containing metal. Excellent (claims3, Claims4).
[0019]
Next, the above (2) will be described in detail.
The c-BN film is very hard, but is brittle. In addition, although the h-BN film is excellent in lubricity, it has a defect that the wear resistance is lower than that of the c-BN film. a-BN is a sliding member that has an intermediate property between them, and has excellent sliding performance that manifests as a combined action of two functions of lubricity and wear resistance. In particular, a BCN compound is used as an underlayer. In this case, the adhesion with the underlayer is also excellent.
The present invention provides a lubricating protective layer on the insulating protective layer (BCN compound film) of the heater that slides in contact with the heat-resistant film, or an insulating and lubricating protective layer on the heating resistor layer (BCN compound film) of the heater. By forming the BN film, the wear resistance and slidability between the heater and the heat-resistant film are improved, and a long-life heater and heat fixing device are realized.
[0020]
  The a-BN thin film is characterized in that the composition ratio (N / B) of nitrogen (N) and boron (B) in the a-BN thin film is 0.7 to 1.0, compared with the c-BN film. Although the hardness is inferior, the slidability, which is a combined action of lubricity and wear resistance, is high. The properties of the a-BN thin film including the hardness are considered to be determined by the amorphous structure that changes depending on the composition ratio (N / B ratio), but the details are not clear. Further, as the composition changes, the infrared absorption spectrum reflecting the amorphous structure also changes. An a-BN thin film having a specific amorphous structure with a composition ratio (N / B ratio) of 0.7 to 1.0 is considered to have excellent slidability ( Claim 1, claim6).
[0021]
  Here, FIG. 6 is a diagram showing an example of an infrared absorption spectrum of the a-BN thin film. As shown in the figure, in the infrared absorption spectrum of the a-BN thin film, the absorption peak due to BN stretching vibration in the six-membered ring of a-BN is about 1500 cm.^-1The absorption peak due to BN bending vibration between the six-membered rings is about 760 cm.^-1The a-BN thin film-coated sliding member appearing in 1 has excellent sliding characteristics. In the case of h-BN, the absorption peak due to BN stretching vibration in the six-membered ring is about 1370 cm.^-1The absorption peak due to BN bending vibration between the six-membered rings is about 810 cm.^-1It is known to appear in The difference in peak appearance position between a-BN and h-BN is considered to be due to the difference in the structure of BN or internal stress (claims).7).
[0022]
The a-BN film is not formed only on the insulating protective layer of the heater or on the heating resistor, but may be formed on the heater holder by the above-described forming method. When the a-BN film is provided on the insulating protective layer or the heating resistor, the thickness may be in the range of several nanometers to several tens of micrometers, and is preferably several tens of nanometers to several micrometers. This is because when the film thickness is less than several nanometers, sufficient lubrication performance and insulation performance cannot be obtained, and when it is thicker than several tens of micrometers, the film easily peels off from the substrate due to film stress. In addition, when forming directly on a heating resistor, it is necessary to ensure sufficient insulation (so as to have a desired electrical resistance).
[0023]
Here, an example of forming an a-BN film will be described using a dynamic mixing method. When the a-BN thin film is coated by the dynamic mixing method, the mixed layer of the base material and the thin film is formed by the nitrogen ion beam irradiation, so that the adhesion is good. In addition, by changing the acceleration energy of nitrogen ions and the ratio of the number of irradiated nitrogen ions and the number of boron atoms to be deposited (N / B supply ratio), a-BN thin films having various composition ratios (N / B ratios) can be obtained. Obtainable. By this method, it is possible to perform film formation having a thickness and uniformity sufficient to exhibit a function as a lubricating protective layer.
FIG. 7 is a diagram showing an outline of a thin film forming apparatus used when the present invention is carried out by a dynamic mixing method. This is because, in an airtight film forming chamber 200, a holder 202 that holds the substrate 201 on the lower surface, an evaporation source 203 disposed below the holder 202, and an ion source that can inject ions obliquely from below the substrate 201. 204 is provided. The holder 202 is water-cooled to prevent a temperature rise of the substrate 201 due to ion beam irradiation, and is rotated by a rotating shaft 205 in order to form the substrate 201 uniformly in the surface.
[0024]
In the heater of the present invention, the heating resistor layer is excellent in heat resistance and chemical stability, and can be formed thinner than before. Moreover, desired resistance can be freely obtained by adding a metal, and at the same time, good adhesion to the substrate can be realized. Furthermore, after forming the heating resistor layer, the insulating protective layer is continuously formed, whereby the adhesion between the layers can be improved and the manufacturing process can be simplified. If a heater incorporating this heating resistor is used, stable sliding characteristics can be maintained without causing wear of the heat-resistant film against contact sliding that occurs between the heater and the heat-resistant film. It is possible to provide a heat fixing device provided with a heater excellent in performance and durability.
Further, since the lubricating protective layer has excellent wear resistance and sliding properties, the performance of the heat fixing device can be satisfactorily maintained over a long period of time.
[0025]
【Example】
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0026]
  Example 1
  First, claim 1, claim 2, claim5An embodiment according to the invention will be described.
  FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, and is a partially enlarged sectional view of a heat fixing device using a heater and a heat-resistant film. As shown in FIG. 1, the heater 11 is fixedly supported by a heater support portion (back surface heat insulating material) 19 via a heat insulating heater holder 18. Reference numeral 20 in the figure denotes an endless belt-like or long web-like heat-resistant film such as polyimide having a thickness of about 40 μm, for example, and 21 denotes a rotation as a pressure member that presses the heat-resistant film 20 against the heater 11. It is a pressure roller. The heat resistant film 20 is in contact with the edge of the heater holder 28 in a direction indicated by an arrow at a predetermined speed by a driving member (not shown) or by the rotational force of the pressure roller 21 while being in close contact with the heater 11 surface. It rotates or runs while sliding on the 11th surface. Further, the heater 11 is heated to a predetermined temperature by energizing the heating resistor layer 13 of the heater 11. The heating resistor layer 13 is covered with an insulating protective layer 16.
[0027]
The temperature of the heater 11 is detected by a temperature measuring element 17 such as a thermistor provided on the surface (back surface) opposite to the surface on which the heating resistor layer 13 of the ceramic substrate 12 is formed, and the information is not shown. Feedback is made to the energization control circuit, and energization to the heating resistor layer 13 is controlled and kept at a predetermined value. Then, the recording material 26 is introduced as a material to be fixed into the fixing nip portion 25 with the heat-resistant film 20 being moved and driven, with the unfixed toner image 27 side facing the heat-resistant film 20 surface. Adheres to the surface of the heat-resistant film 20 and moves and passes through the fixing nip portion 25 together with the heat-resistant film 20, and heat energy is applied to the recording material 26 from the heater 11 through the heat-resistant film 20 during the movement and passage. The unfixed toner image 27 on the material 26 is heat-melted and fixed.
[0028]
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a cross section of the main part of the manufacturing process of the heater part of the heat fixing apparatus shown in FIG. Reference numeral 11 in the figure is a heater, 12 is a ceramic substrate, and 13 is a conductive BCN compound.₆A heating resistor layer made of N, 14 and 15 are electrode terminal portions made of copper (Cu), 16 is an insulating protective layer made of c-BN, which is a highly insulating BCN compound, 18 is a heater holder, and 22 is an electrode tab. , 23 is a brazing material made of AuSi, and 24 is a wire (electric wire).
[0029]
In this example, in manufacturing the heater 11 having the structure shown in FIGS. 1 and 2, a BCN compound was formed on the ceramic substrate 12 using the CVD apparatus shown in FIG. The stainless steel CVD apparatus has a main gas introduction pipe 31, a sub gas introduction pipe 32, and an ion introduction pipe 33. The ceramic substrate 12 is installed downstream of all the introduction pipes inside the CVD apparatus, and the substrate temperature is set to an appropriate temperature as needed. A preheating heater 35 is provided around the main gas introduction pipe 31.
As the ceramic substrate 12, Al of width 10mm x length 240mm x thickness 1mm₂O_ThreeThe substrate temperature was set to 900 ° C. using the substrate.
[0030]
First, from the main gas introduction pipe 31, CH as the C source gas_FourNH as source gas for N_ThreeAnd C with a thickness of 2 μm₆An N film was grown to become the heating resistor layer 13. Here, the preheating heater 35 is not used because it is not necessary. When the resistance value of the film produced under the same conditions as the heating resistor layer 13 was measured, it was 10Ω. Following the formation of the heating resistor layer 13, CH_FourIs stopped, and B (CH_Three)_ThreeThen, a c-BN insulating protective layer 16 having a thickness of 5 μm was grown (FIG. 2A). In addition, as a result of measuring the hardness of the film with a thin film hardness meter, it was 4000 kgf / mm in terms of Pickers hardness.²Met. In addition, the friction characteristics were evaluated by the pin-on-disk method. The measurement was carried out in air with a relative humidity of 60%, and a ball of bearing steel (SUJ2) (diameter 5 mm) was used as a pin, with a load of 2.2 N and a sliding speed of 0.04 m / s. 0.1.
Next, a Cu paste was applied on the substrate by screen printing, and the electrode terminal portions 14 and 15 were baked while being careful of the oxygen partial pressure (FIG. 2B).
Next, the electrode tab 22 made of a copper alloy and the ceramic substrate 12 were brazed using a brazing material 23 made of AuSi (FIG. 2C). Subsequently, the wire 24 was pressed against the electrode tab 22, and the heater 11 was bonded to the heater holder 18 (FIGS. 2D and 2E).
[0031]
Note that Au was flash plated on the surfaces of the electrode terminal portions 14 and 15 when the heater 11 was manufactured, so that the wettability of the brazing material during brazing was improved and stable connection reliability could be obtained. As the electrode tab material, a metal such as Kovar, 42 alloy, phosphor bronze, etc. can be used in addition to the copper alloy. The brazing material preferably has a melting point of 250 ° C. or higher, and AuGe, AuSu or the like can be used in addition to AuSi. In addition, in order to prevent surface oxidation and contamination before brazing on the surface of the Cu electrode terminal portion, more stable brazing can be realized by forming Au, Ni, Au / Ni by flash plating or the like. At this time, the reason for forming the Ni layer is to prevent Cu from diffusing excessively in the brazing material.
The heat-fixing device obtained as described above does not generate wear powder of the heat-resistant film 20 against friction and sliding between the heater 11 and the heat-resistant film 20, and maintains a stable sliding performance for a long time. I was able to.
[0032]
(Comparative Example 1)
As a comparative example for Example 1 of the present invention, a conventional heater having the structure shown in FIG. 8 was produced. In this heat fixing device using the conventional heater, the friction between the heater and the film is large, and the abrasion powder of the film is generated with respect to the sliding. Could not hold.
[0033]
  (Example 2)
  Next, Claim 1, Claim3, Claims4An embodiment according to the present invention will be described.
  In this embodiment, a BC substrate having a thickness of 1 μm in which the ceramic substrate 12 is mixed with SiC and the heating resistor layer 13 is mixed with Al in the first embodiment.₃Further, the insulating protective layer 6 is made of B having a thickness of 3 μm.₃CN₃Except for the above, the configuration was exactly the same as in Example 1.
[0034]
Using the CVD apparatus shown in FIG. 3, Al (CH_Three)_ThreeAnd BCl as a B source gas from the auxiliary gas introduction pipe_ThreeBC with a thickness of 1 μm_ThreeA film (containing Al) was grown to become the heating resistor layer 13.
Subsequent to the formation of the heating resistor layer 13, Al (CH_Three)_ThreeFrom the main gas introduction pipe 31 as C source gas._FourNH as source gas for N_ThreeAnd BCl as a B source gas from the auxiliary gas introduction pipe_ThreeAnd 3mm thick B_ThreeCN_ThreeAn insulating protective layer 16 was grown. When the hardness and friction coefficient of this film were evaluated in the same manner as in Example 1, the hardness was Hv = 2500 kgf / mm.²Coefficient of friction: μ = 0.15.
Subsequently, in the same manner as in Example 1, a Cu paste was applied on the substrate by screen printing, and the electrode terminal portions 14 and 15 were baked while paying attention to the oxygen partial pressure. Then, the electrode tab 22 made of a copper alloy and the ceramic substrate 12 are brazed using the brazing material 23 made of AuSi, the wire 24 is press-contacted to the electrode tab 22, and the heater 11 is bonded to the heater holder 18. Completed the heater.
Using the heat fixing device equipped with the heater obtained as described above, the recording material was thermally fixed in the same manner as in Example 1. As a result, the same stable fixing and durability as in Example 1 were obtained. .
[0035]
  (Example 3)
  Next, Claim 1, Claim3, Claims4, Claims5An embodiment according to the present invention will be described.
  In this example, the configuration was exactly the same as in Example 2, except that the metal element mixed in the heating resistor layer 13 in Example 2 was not Al, but Ta, W, Ni, Cu, Zn.
[0036]
Using the CVD apparatus having the configuration shown in FIG._Four, And BCl as a B source gas from the auxiliary gas introduction pipe 32_ThreeThen, Ta, W, Ni, Cu, and Zn ions are introduced from the ion introduction tube 33, respectively, and a BC having a thickness of 1 μm is introduced._ThreeA film (containing one of the above metals) was grown to become the heating resistor layer 13. Subsequent to the formation of the heating resistor layer 13, CH gas as a C source gas is supplied from the main gas introduction pipe 31._FourNH as source gas for N_ThreeAnd BCl as a B source gas from the auxiliary gas introduction pipe 32_ThreeAnd 3mm thick B_ThreeCN_ThreeAn insulating protective layer 16 was grown.
Subsequently, in the same manner as in Examples 1 and 2, a Cu paste was applied on the substrate by screen printing, and the electrode terminal portions 14 and 15 were baked while paying attention to the oxygen partial pressure. Then, the electrode tab 22 made of a copper alloy and the ceramic substrate 12 are brazed using the brazing material 23 made of AuSi, the wire 24 is press-contacted to the electrode tab 22, and the heater 11 is bonded to the heater holder 18. Five types of heaters with different metal elements mixed in the heating resistor 13 were completed.
[0037]
The addition ratio of each metal was Ta: 60 atomic%, W: 70 atomic%, Ni: 67 atomic%, Cu: 58 atomic%, and Zn: 63 atomic%. When the hardness and the friction coefficient of these films were evaluated in the same manner as in Example 2, both had a hardness: Hv = 2500 kg / mm.²Coefficient of friction: μ = 0.15.
Using the heat fixing apparatus equipped with the five types of heaters obtained as described above, the recording material was thermally fixed in the same manner as in Example 2. As a result, all the heaters were stable as in Example 2. Fixing and durability were obtained.
[0038]
  (Example 4)
  Next, Claim 1, Claim3, Claims6, Claims7An embodiment according to the present invention will be described.
  FIG. 4 is a view showing another embodiment of the present invention, and is a partially enlarged sectional view of a heat fixing device using a heater and a heat-resistant film. In FIG. 4, the same reference numerals are used for parts having the same functions as those in the first embodiment shown in FIG.
  As shown in FIG. 4, the heater 11 is fixedly supported by a heater support portion (back surface heat insulating material) 19 via a heat insulating heater holder 18. Reference numeral 20 in the figure denotes an endless belt-like or long web-like heat-resistant film such as polyimide having a thickness of about 40 μm, for example, and 21 denotes a rotation as a pressure member that presses the heat-resistant film 20 against the heater 11. It is a pressure roller. The heat-resistant film 20 is in close contact with the surface of the heater 11 while contacting the edge portion of the heater holder 18 in the direction of the arrow at a predetermined speed by a driving member (not shown) or by the rotational force of the pressure roller 21. It rotates or runs while sliding on the surface. Further, the heater 11 is heated to a predetermined temperature by energizing the heating resistor layer 13 of the heater 11. The adjustment of the heater temperature is performed via the temperature measuring element 17 as in the case of FIG. 1 (Example 1).
[0039]
By introducing the recording material 26 as an object to be fixed into the fixing nip portion 25 with the heat-resistant film 20 being moved, the recording material 26 is heat-resistant. In close contact with the surface of the film 20, the heat-resistant film 20 moves and passes through the fixing nip portion 25, and thermal energy is applied to the recording material 26 from the heater 11 through the heat-resistant film 20 in the moving and passing process. The unfixed toner image 27 is heat-melted and fixed.
[0040]
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a cross-section of the main part of the manufacturing process of the heater part shown in FIG. In the figure, 11 is a heater, 12 is a ceramic substrate, 13 is a heating resistor layer made of a conductive BCN compound, 14 and 15 are electrode terminal portions made of Cu, 16 is an insulating protective layer made of c-BN, 28 Is a lubricating protective layer made of amorphous BN (a-BN), 18 is a heater holder, 22 is an electrode tab, 23 is a brazing material made of AuSi, and 24 is a wire (electric wire).
[0041]
In this example, in manufacturing the heater 11 having the structure shown in FIGS. 4 and 5, a BCN compound was formed on the ceramic substrate 12 using the CVD apparatus having the structure shown in FIG. The stainless steel CVD apparatus has a main gas introduction pipe 31, a sub gas introduction pipe 32, an ion introduction pipe 33, and an electron gun 34 for vapor deposition. The ceramic substrate 12 is installed downstream of all the introduction pipes inside the CVD apparatus, and the substrate temperature is set to an appropriate temperature as needed. Further, the direction of the substrate holder (not shown) can be changed so as to face the electron gun 34 as necessary. A preheater 35 is provided around the main gas introduction pipe 31.
As the ceramic substrate 12, an AlN substrate having a width of 10 mm, a length of 240 mm, and a thickness of 1 mm was used, and the substrate temperature was set to 700 ° C.
[0042]
First, from the main gas introduction pipe 31, Al (CH_Three)_ThreeNH as source gas for N_ThreeAnd C with a thickness of 1.5 μm_FiveAn N film was grown to become the heating resistor layer 13. Preheater is set to 900 ° C and Al (CH_Three)_ThreeWas decomposed, and Al was trapped on the wall surface of the apparatus, so that Al was not supplied to the substrate 12. When the resistance value of the film produced under the same conditions as the heating resistor layer was measured, it was 10Ω. Subsequent to the formation of the heating resistor 13, Al (CH_Three)_ThreeIs stopped, and B (C₂H_Five)_ThreeThen, a c-BN insulating protective layer 16 having a thickness of 3 μm was grown (FIG. 5A).
Subsequently, the supply of each source gas is stopped, the direction of the substrate 12 is changed (as indicated by a dotted line), and B is deposited by the electron gun 34 while irradiating the N ion beam from the ion introduction tube 33. Then, a 1 μm thick lubricating protective layer 28 made of a-BN was formed on the insulating protective layer 16 (FIG. 5B). Here, the amount of B vapor and the irradiation amount of the N ion beam were adjusted so that the N / B supply ratio was 0.8.
[0043]
The infrared absorption spectrum of the a-BN thin film thus prepared has an absorption peak of about 1500 cm due to BN stretching vibration in the six-membered ring, as shown in FIG.^-1The absorption peak due to BN bending vibration between the six-membered rings is about 760 cm.^-1Appeared in. The composition ratio (N / B ratio) of the produced a-BN thin film was 0.7 when the surface was sputter etched with argon ions and analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In addition, as a result of measuring the hardness of the film with a thin film hardness meter, it is 3500 kgf / mm in terms of Pickers hardness.²Met. In addition, the friction characteristics were evaluated by the pin-on-disk method. The measurement was performed in air with a relative humidity of 50%, and a ball of bearing steel (SUJ2) (diameter 5 mm) was used as the pin, and the load was 1.2 N and the sliding speed was 0.04 m / s. 0.06.
[0044]
Next, a Cu paste was applied on the substrate by screen printing, and the electrode terminal portions 14 and 15 were baked while being careful of the oxygen partial pressure (FIG. 5B).
Next, the electrode tab 22 made of a copper alloy and the ceramic substrate 12 were brazed using a brazing material 23 made of AuSi (FIG. 5C). Subsequently, the wire 24 was pressed against the electrode tab 22, and the heater 11 was bonded to the heater holder 18 (FIGS. 5D and 5E).
In addition, Au was flash-plated on the surfaces of the electrode terminal portions 14 and 15 when the heater 1 was manufactured, so that the wettability of the brazing material during brazing was improved and stable connection reliability could be obtained. As the electrode tab material, a metal such as Kovar, 42 alloy, phosphor bronze, etc. can be used in addition to the copper alloy. The brazing material preferably has a melting point of 250 ° C. or higher, and AuGe, AuSu or the like can be used in addition to AuSi. In addition, in order to prevent surface oxidation and contamination before brazing on the surface of the Cu electrode terminal portion, more stable brazing can be realized by forming Au, Ni, Au / Ni by flash plating or the like. At this time, the reason for forming the Ni layer is to prevent Cu from diffusing excessively in the brazing material.
The heat-fixing device obtained as described above does not generate wear powder of the heat-resistant film 20 against friction and sliding between the heater 11 and the heat-resistant film 20, and maintains a stable sliding performance for a long time. I was able to.
[0045]
  (Example 5)
  Next, Claim 1, Claim3, Claims4, Claims5, Claims6, Claims7An embodiment according to the present invention will be described.
  In this example, the insulating protective layer 16 was not formed in Example 4, but the lubricating protective layer 28 made of a-BN and having a thickness of 3.5 μm was formed on the heating resistor layer 13. Performed exactly as in 4. In addition, as a result of measuring the hardness of the film with a thin film hardness meter, it is 3500 kgf / mm in terms of Pickers hardness.²Met. In addition, the friction characteristics were evaluated by the pin-on-disk method. Measurement was performed in air with a relative humidity of 50%, and a ball of bearing steel (SUJ2) (diameter 5 mm) was used as a pin at a load of 1.2 N and a sliding speed of 0.04 m / s. 0.06.
  Subsequent to the formation of the lubricating protective layer 28, an electrode portion and the like were formed in the same manner as in Example 4 to complete the heater.
  Using the heat fixing apparatus equipped with the heater obtained as described above, the recording material was thermally fixed in the same manner as in Example 4. As a result, the same stable fixing and durability as in Example 4 were obtained. .
[0046]
【The invention's effect】
  As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a heat fixing device that is mounted on an image forming apparatus and heat-fixes an object to be fixed, and includes at least a substrate and a heating resistor layer formed on the substrate. A heater comprising an insulating protective layer covering the heating resistor layer; a heat-resistant film that slides in contact with the insulating protective layer of the heater; and a pressure roller that slides the heat-resistant film against the heater by pressure bonding And the heating resistor is heated and fixed while the material to be fixed is sandwiched between the heat-resistant film and the pressure roller and moved together with the heat-resistant film. The insulating protective layer is made ofInsulationAs a lubricating protective layer on the insulating protective layer, amorphous BN (a-BN)Since the heating resistor layer is excellent in heat resistance and chemical stability, it can be formed thinner than before, the insulation protective layer has high durability and good adhesion between the two layers. In addition, a highly durable heat fixing device can be provided.
[0047]
  According to a second aspect of the present invention, in the heat fixing apparatus according to the first aspect,The heating resistor layer of the heater is BC ₃ Or CN _Z Is a conductive BCN compound comprisingSo that the claims1In addition to the above effects, a highly durable heat fixing device can be provided.
[0048]
  Claim3In the described invention, claim 1 or2In the heat fixing apparatus described,The heating resistor layer of the heater is a conductive BCN compound mixed with a metal element.Or claim 1 or claim 1 or2In addition to the effect, a desired resistance can be freely obtained by adding a metal, and at the same time, adhesion to the substrate can be improved, and a highly durable heat fixing device can be provided.
  Claim4In the described invention, the claims3In the heat fixing apparatus described above, the metal element is a metal of group IVa, Va, VIa, VIII, Ib, IIb or IIIb of the periodic table.3In addition to the above effect, a desired resistance can be freely obtained by adding a metal, and at the same time, adhesion to the substrate can be improved, and a highly durable heat fixing device can be provided.
  Claim5In the described invention, the claims1In the heat fixing apparatus according to claimInsulating protective layerBC_Y N,h-BN or c-BNBCN compound consisting ofBecause it is characterized by1'sIn addition to the effect, a highly durable heat fixing device can be provided.
[0049]
  Claim6According to the invention described in claim 1, in the heat fixing device according to claim 1, as the insulating and lubricating protective layer serving as the insulating protective layer and the lubricating protective layer, an amorphous BN (a -BN)In addition to the effect of the first aspect, in addition to the effect of the first aspect, a highly durable and long-life heat fixing device that is particularly excellent in slidability and adhesion between the a-BN and the underlayer is provided. can do.
  Claim7In the described invention, the claims1 or 6In the heat-fixing device described in 1), in the infrared absorption spectrum of the amorphous BN (a-BN), the absorption peak due to BN stretching vibration in the six-membered ring of a-BN is about 1500 cm.^-1The absorption peak due to BN bending vibration in the six-membered ring is about 760 cm.^-1So that it appears in the claim.1 or 6In addition to the above effects, it is possible to provide a heat-fixing device that is particularly excellent in slidability and adhesion between a-BN and the underlayer, and that is more durable and has a long life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and is a partially enlarged sectional view of a heat fixing device using a heater and a heat-resistant film.
2 is a process explanatory view schematically showing a cross section of a main part of a manufacturing process of a heater part of the heat fixing apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a view showing an example of a CVD apparatus used for film formation of a heater section having the configuration shown in FIGS.
FIG. 4 is a view showing another embodiment of the present invention, and is a partially enlarged sectional view of a heat fixing device using a heater and a heat-resistant film.
FIG. 5 is a process explanatory view schematically showing a cross section of a main part of a manufacturing process of a heater part of the heat fixing apparatus shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing an example of an infrared absorption spectrum of an amorphous BN (a-BN) thin film.
FIG. 7 is a diagram showing an outline of a thin film forming apparatus by a dynamic mixing method.
FIG. 8 is a configuration explanatory view showing an example of a heater used in a conventional heat fixing device.
9 is a plan view schematically showing a heater portion of FIG. 8. FIG.
[Explanation of symbols]
11: Heater
12: Ceramic substrate
13: Heating resistor layer
14, 15: Electrode terminal portion
16: Insulating protective layer
17: Temperature measuring element
18: Heater holder
19: Heater support
20: Heat resistant film
21: Pressure roller
22: Electrode tab
23: brazing material
24: Wire
25: Fixing nip
26: Recording material (fixed material)
27: Unfixed toner image
28: Lubrication protective layer

Claims

A heating and fixing device mounted on an image forming apparatus and configured to heat and fix an object to be fixed, the heater including at least a substrate, a heating resistor layer formed on the substrate, and an insulating protective layer covering the heating resistor layer And a heat-resistant film that slides in contact with the insulating protective layer of the heater, and a pressure roller that presses and slides the heat-resistant film against the heater, and the object to be fixed is pressed against the heat-resistant film. In a heating and fixing device that is sandwiched between rollers and heated and fixed while moving with a heat-resistant film,
The heating resistor layer of the heater is made of a conductive BCN compound, the insulating protective layer is made of an insulating BCN compound,
A heat fixing device, wherein amorphous BN (a-BN ) is provided as a lubricating protective layer on the insulating protective layer.

The heat fixing apparatus according to claim 1,
A heating resistor layer of the heater, heat fixing apparatus which is a BCN compound having conductivity comprising BC ₃ or CN _Z.

The heat fixing apparatus according to claim 1 or 2 ,
The heating fixing device, wherein the heating resistor layer of the heater is a conductive BCN compound mixed with a metal element .

The heat fixing apparatus according to claim 3 .
The heat-fixing device , wherein the metal element is a metal of group IVa, Va, VIa, VIII, Ib, IIb or IIIb in the periodic table .

The heat fixing apparatus according to claim 1,
The insulating protective layer, _BC Y N, heat fixing apparatus which is a BCN compound consisting h-BN or c-BN,.

The heat fixing apparatus according to claim 1 ,
A heat-fixing device , wherein amorphous BN (a-BN) is provided on the heating resistor layer as an insulating and lubricating protective layer serving as the insulating protective layer and the lubricating protective layer .

In the heat fixing apparatus according to claim 1 or 6 ,
In the infrared absorption spectrum of the amorphous BN (a-BN), the absorption peak due to BN stretching vibration in the six-membered ring of a-BN is about 1500 cm ⁻¹ , and the BN bend in the six-membered ring A heating and fixing apparatus, wherein an absorption peak due to vibration appears at about 760 cm ⁻¹ .