JPH06338380A - Heater and manufacture thereof - Google Patents

Heater and manufacture thereof

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JPH06338380A
JPH06338380A JP12710293A JP12710293A JPH06338380A JP H06338380 A JPH06338380 A JP H06338380A JP 12710293 A JP12710293 A JP 12710293A JP 12710293 A JP12710293 A JP 12710293A JP H06338380 A JPH06338380 A JP H06338380A
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Japan
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heater
diamond
substrate
protective layer
film
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JP12710293A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Taniguchi
靖 谷口
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the thermal efficiency of a heater section and reduce the power consumption by using a diamond film formed by the vapor phase synthesis method as the protective layer of a heater. CONSTITUTION:A heater 1 is fixed and supported by a heat support section 9 via an adiabatic heater holder 8. A film 10 is rotated or traveled while being slid on the heater 1 face in close contact with the heater 1 face in the direction of an arrow at the prescribed speed by a driving member. The heater 1 is heated to the prescribed temperature by the excitation to the excitation heating resistor 3 of the heater 1. A protective layer made of a polycrystalline diamond film formed by the vapor phase synthesis method is used as the protective layer 6 of the resistor 3. The heat conductivity of the protective layer 6 is increased, and the improvement of the thermal efficiency of the heater 1 section and the reduction of the power consumption can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、レーザービー
ムプリンタ等の画像形成装置に用いられるヒーターに関
し、特に未定着画像の加熱定着に用いられるヒーターに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heater used in an image forming apparatus such as a copying machine or a laser beam printer, and more particularly to a heater used for heat fixing an unfixed image.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、特開昭63−313182号公報
等で固定ヒーターと、このヒーターと摺動する薄膜フィ
ルムを用いた加熱装置が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, Japanese Patent Laid-Open No. 63-313182 proposes a heating device using a fixed heater and a thin film that slides on the heater.

【0003】このようなヒーターに関し、本発明に係る
ヒーターを示す図1、図2を参照して説明する。ヒータ
ー1は、電気絶縁性・耐熱性・低熱容量の細長い基板2
と、この基板2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体
3と、この通電発熱抵抗体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)4・5と、基
板2の通電発熱抵抗体形成面を被覆させたヒーター表面
保護層としてのガラス等の電気絶縁性保護層6と、基板
2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7を有する。基板2は、例えば、幅10mm・
厚さ1mm・長さ240mmのAl2 3 、AlN、S
iC等のセラミック板等である。通電発熱抵抗体3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
Ta2 N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)4・5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、この電極4・5に通常は、コネクタ
ー(不図示)を介して電線を接続し給電する。
Such a heater will be described with reference to FIGS. 1 and 2 showing the heater according to the present invention. The heater 1 is an elongated substrate 2 having electrical insulation, heat resistance and low heat capacity.
And a current-carrying heating element 3 formed in the shape of a straight strip along the length of the board in the center of the board 2 on the one surface side (front surface side) in the board width direction, and conducting current to both ends of the current-carrying heating resistor. Electrode terminals (connection terminals) 4 and 5 formed on the surface of the substrate, an electrically insulating protective layer 6 such as glass as a heater surface protective layer that covers the surface of the substrate 2 on which the electric heating resistors are formed, and the substrate 2 It has a temperature detecting element 7 such as a thermistor provided on the side (back side). The substrate 2 has, for example, a width of 10 mm
Al 2 O 3 , AlN, S with a thickness of 1 mm and a length of 240 mm
It is a ceramic plate such as iC. The energization heating resistor 3 is
For example, Ag / Pd (silver-palladium alloy), RuO 2 , which has a thickness of 10 μm and a width of 1 mm, is applied by screen printing or the like.
This is a pattern layer formed by firing Ta 2 N or the like in the atmosphere.
The electrode terminals (connection terminals) 4 and 5 are pattern layers formed by normally baking 10 μm thick Ag coated by screen printing or the like in the air. The electrodes 4 and 5 are usually connectors (not shown). Connect the electric wire via and supply power.

【0004】ヒーター1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3を定
着ニップ部15(合接ニップ部、加圧部)の幅領域の略
中央部に位置させる構造となっている。ヒーター1の絶
縁保護層6側がフィルム接触摺動面側である。ヒーター
1は通電発熱抵抗体3の両端電極端子4・5間に交流電
源12より電圧印加され、該通電発熱抵抗体3が発熱す
ることで昇温する。ヒーター1の温度は基板背面の温度
検出素子7で検出されてその検出情報が通電制御回路1
3へフィードバックされて、交流電源12から通電発熱
抵抗体3への通電が制御され、ヒーター1が所定の温度
に温度制御される。ヒーター1の温度検出素子7は熱応
答性の最も良い定着面、つまりヒーター基板表面側の通
電発熱抵抗体3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3の直下に対応する基板背面側部分
位置)に配設される。
In the heater 1, in order to control and control the temperature of the fixing surface, in the cross section of the apparatus, the current-carrying heat-generating resistor 3 is provided in the central portion of the width region of the fixing nip portion 15 (joining nip portion, pressure portion). The structure is located in. The insulating protective layer 6 side of the heater 1 is the film contact sliding surface side. A voltage is applied to the heater 1 from an AC power source 12 between the electrode terminals 4 and 5 of the energization heating resistor 3, and the energization heating resistor 3 generates heat to raise the temperature. The temperature of the heater 1 is detected by the temperature detection element 7 on the back surface of the substrate, and the detected information is used as the energization control circuit 1
3 is fed back to control the energization from the AC power supply 12 to the energization heating resistor 3, and the temperature of the heater 1 is controlled to a predetermined temperature. The temperature detecting element 7 of the heater 1 has a fixing surface having the best thermal response, that is, a substrate rear surface partial position (corresponding to a position directly below the energization heating resistor 3) corresponding to the formation position of the energization heating resistor 3 on the heater substrate surface side. It is arranged at the substrate rear side partial position).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】未定着画像を定着する
ためには、ヒーター上の絶縁性保護層並びにフィルム接
触摺動面を介してヒーターの熱を伝熱させて熱定着す
る。しかしながら、絶縁性保護層とフィルムとの接触摺
動時の摩耗により、接触摺動距離が約60kmに達する
と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、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、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。絶縁保護膜に使用されているガラス質層は低
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
差)、硬度差により、フィルムの摩耗が生じるものと考
えられる。このため、耐熱性のポリ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摩
擦係数を小さくし、フィルムの摩擦を防いでいるが、十
分な効果を得るに至っていない。
In order to fix an unfixed image, the heat of the heater is transferred through the insulating protective layer on the heater and the film contact sliding surface to fix the image. However, the abrasion of the film becomes severe when the contact sliding distance reaches about 60 km due to abrasion at the time of sliding contact between the insulating protective layer and the film. The abrasion powder generated at this time is nonuniformly attached to the roller that drives the film, so that the driving speed of the film becomes irregular, and as a result, the unfixed image is unfixed. The glassy layer used for the insulating protective film is formed by printing and baking low softening point glass.
It is considered that the film is worn due to the difference in surface shape (difference in friction coefficient) and the difference in hardness between the glassy layer and the film. Therefore, although a filler is mixed in the heat-resistant polyimide film or a Teflon coating or the like is applied to reduce the friction coefficient to prevent the film from being rubbed, the sufficient effect has not been obtained yet.

【0006】また、保護層がガラス等の熱伝導率の小さ
い材料であるため、ヒーターの熱が効率的に未定着画像
に供給されず、定着に過大な熱量を必要とする。通電電
流を大きくすると、図3に示すようなコネクターを形成
しているバネ材(一般にはリン青銅)が高温クリープに
より劣化し、コンタクト圧力の低下、接続抵抗値の上
昇、更には熱暴走を引き起こす結果、接続部及び装置の
信頼性に問題を生じることになる。このため、定着速度
の高速化と定着ボリュームの増大に対応することができ
ず、より長寿命(接触摺動距離の長い)の加熱定着装置
が求められている。
Further, since the protective layer is made of a material such as glass having a small thermal conductivity, the heat of the heater is not efficiently supplied to the unfixed image, and an excessive amount of heat is required for fixing. When the energization current is increased, the spring material (generally phosphor bronze) forming the connector as shown in FIG. 3 deteriorates due to high temperature creep, causing a drop in contact pressure, an increase in connection resistance value, and further thermal runaway. As a result, the reliability of the connection part and the device is deteriorated. For this reason, there is a demand for a heat fixing device having a longer life (long contact sliding distance), which cannot cope with the increase in fixing speed and the increase in fixing volume.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、ヒーターの保
護層として気相合成法で形成した電気絶縁性が高く、高
熱伝導率、高硬度、低摩擦係数であるダイヤモンド膜を
用いることにより、上述の問題を解決したものである。
According to the present invention, by using a diamond film having a high electrical insulation property, a high thermal conductivity, a high hardness and a low friction coefficient, which is formed by a vapor phase synthesis method as a protective layer of a heater, This is a solution to the above problem.

【0008】以下、本発明に関して詳細に説明する。本
発明に係るダイヤモンド結晶は、熱伝導率が600〜2
100W/m・k、電気抵抗(体積抵抗率)1010〜1
16Ωcm、硬度10000kgf/mm2 等に代表さ
れる物理的性質を有するものである。
The present invention will be described in detail below. The diamond crystal according to the present invention has a thermal conductivity of 600 to 2
100 W / m · k, electric resistance (volume resistivity) 10 10 -1
It has physical properties represented by 0 16 Ωcm and a hardness of 10000 kgf / mm 2 .

【0009】本発明においてダイヤモンド膜を形成する
ための基板としては、ダイヤモンド結晶を形成するため
に適した材料であると同時に、機械的研磨、エッチング
が可能であることが好ましい。このような材料として
は、Si、Ta、Mo、W、SiC、WC、SiO2
Al2 3 、Si3 4 等が挙げられる。
In the present invention, the substrate for forming the diamond film is preferably a material suitable for forming a diamond crystal and at the same time capable of mechanical polishing and etching. Such materials include Si, Ta, Mo, W, SiC, WC, SiO 2 ,
Examples include Al 2 O 3 and Si 3 N 4 .

【0010】本発明で用いるダイヤモンド結晶の気相合
成法は、熱フィラメントCVD法、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CV
D法、有磁場マイクロ波プラズマCVD法、燃焼炎法等
を挙げることができる。このとき用いる原料ガスは、炭
素源としてメタン、エタン、プロパン、エチレン、ベン
ゼン、アセチレン等の炭化水素;塩化メチレン、四塩化
炭素、クロロホルム、トリクロルエタン等のハロゲン化
炭化水素;メチルアルコール、エチルアルコール等のア
ルコール類;(CH3 2 CO、(C6 5 2 CO等
のケトン類;CO、CO2 等のガス、及びこれらのガス
にN2 ,H2 ,O2 ,H2 O,Ar等のガスを混合した
ものが挙げられる。
The vapor phase synthesis method of diamond crystals used in the present invention is a hot filament CVD method, a microwave plasma CVD method, a direct current plasma CVD method, a high frequency plasma CV.
D method, magnetic field microwave plasma CVD method, combustion flame method and the like can be mentioned. The raw material gas used at this time is a hydrocarbon such as methane, ethane, propane, ethylene, benzene, and acetylene as a carbon source; a halogenated hydrocarbon such as methylene chloride, carbon tetrachloride, chloroform, and trichloroethane; methyl alcohol, ethyl alcohol, etc. alcohols; (CH 3) 2 CO, (C 6 H 5) 2 ketone such as CO; CO, N 2 gas, such as CO 2, and these gases, H 2, O 2, H 2 O, A mixture of gases such as Ar may be used.

【0011】ダイヤモンド結晶の合成条件は、例えば、
原料ガスに水素−メタン系を用いたマイクロ波プラズマ
CVD法では、通常メタンガス濃度を0.1〜1.0
%、基板温度を600℃〜900℃、ガス圧を1.33
〜26.6kPa、全ガス流量を100〜1000ml
/min.とする。なお、ダイヤモンド結晶の形成条件
は、合成方法により異なる。
The diamond crystal synthesis conditions are, for example,
In the microwave plasma CVD method using a hydrogen-methane system as a source gas, the methane gas concentration is usually 0.1 to 1.0.
%, Substrate temperature 600 ° C. to 900 ° C., gas pressure 1.33
~ 26.6kPa, total gas flow rate 100 ~ 1000ml
/ Min. And The conditions for forming diamond crystals differ depending on the synthesis method.

【0012】本発明で述べるダイヤモンド結晶とは、例
えば、X線回折や電子線回折、ラマン分光等の分析方法
でダイヤモンド結晶として確認できるものである。例え
ばラマン分光分析法では、図4に示すように1333c
-1付近にダイヤモンドの鋭いピークを持ち、1360
cm-1及び1550cm-1付近に非ダイヤモンド成分の
炭素質に起因するブロードなピークを僅かに持つもので
ある。ダイヤモンド結晶の熱伝導率は、ダイヤモンドの
結晶性に大きく依存し、結晶性が良好で不純物の少ない
結晶ほど熱伝導率は良好である。(大きくなる。)従っ
て、ラマンスペクトルにおいて1360cm-1及び15
50cm-1付近に見られるブロードなピークが観測され
ないものが良く、ダイヤモンドと非晶質炭素の存在の割
合をラマン分光分析の非晶質炭素ピーク(1550cm
-1付近のブロードなピーク)とダイヤモンドピーク(1
333cm-1)との強度比(I1550/I1333)で表す
と、0≦I1550/I1333≦1であることが理想的であ
る。I1550/I1333>1では、ダイヤモンドの結晶性が
劣化し、熱伝導率が低下する。更に、ダイヤモンドの結
晶性は、成膜条件における原料ガスの種類や濃度と相関
が大きい。例えば、メタン−水素系ではメタン濃度が低
下するにしたがい結晶性が向上し、これにともない熱伝
導率も高くなる。あるいは、メタン−水素−酸素系で
は、原料ガス中の炭素と酸素の原子数比をO/C=0.
8とすることにより結晶性の良いダイヤモンド膜を得る
ことができる。なお、ダイヤモンドの結晶性が良好にな
ることは、前述のダイヤモンドの有する物理的性質を満
足することであり、高熱伝導率に加え高絶縁性等の性質
も同時に実現するものである。
The diamond crystal described in the present invention can be confirmed as a diamond crystal by an analysis method such as X-ray diffraction, electron beam diffraction or Raman spectroscopy. For example, in Raman spectroscopy, as shown in FIG.
Has a sharp diamond peak near m -1
a broad peak due to carbonaceous non-diamond components in the vicinity cm -1 and 1550 cm -1 are those slightly with. The thermal conductivity of a diamond crystal largely depends on the crystallinity of diamond, and the crystal having a better crystallinity and less impurities has a better thermal conductivity. (It becomes larger.) Therefore, in the Raman spectrum, 1360 cm -1 and 15
It is preferable that a broad peak around 50 cm -1 is not observed. The ratio of the presence of diamond and amorphous carbon is determined by Raman spectroscopic analysis of the amorphous carbon peak (1550 cm).
Broad peak around -1 ) and diamond peak (1
In terms of intensity ratio (I 1550 / I 1333 ) with respect to 333 cm −1 , it is ideal that 0 ≦ I 1550 / I 1333 ≦ 1. When I 1550 / I 1333 > 1, the crystallinity of diamond deteriorates and the thermal conductivity decreases. Furthermore, the crystallinity of diamond has a large correlation with the type and concentration of the raw material gas under the film forming conditions. For example, in a methane-hydrogen system, the crystallinity improves as the methane concentration decreases, and the thermal conductivity also increases accordingly. Alternatively, in the methane-hydrogen-oxygen system, the atomic ratio of carbon and oxygen in the raw material gas is O / C = 0.
By setting it to 8, a diamond film with good crystallinity can be obtained. It should be noted that improving the crystallinity of diamond means satisfying the above-mentioned physical properties of diamond, and at the same time, in addition to high thermal conductivity, properties such as high insulation are also realized.

【0013】ダイヤモンド層の厚さは、ヒーター使用条
件において十分な絶縁耐圧と定着時の押圧力からヒータ
ーを保護できる機械的強度を保証することのできる厚さ
で、数μm〜数1000μmの範囲であれば良い。好ま
しくは、数10μm〜数100μmが好適である。
The thickness of the diamond layer is a thickness that can ensure a sufficient dielectric strength under the conditions of use of the heater and a mechanical strength capable of protecting the heater from the pressing force at the time of fixing, and is in the range of several μm to several 1000 μm. I wish I had it. Preferably, it is several tens of μm to several hundreds of μm.

【0014】前述の基板にダイヤモンド膜又は層を形成
した後、ヒーターとなる発熱抵抗体をスパッタリング法
等のPVD法により形成し、抵抗値を測定して必要によ
りトリミングを行う。同様に、Au、Ag、Cuをスパ
ッタリング法により電極端子を形成する。次に、ダイヤ
モンド膜、発熱抵抗体、電極端子の上にセラミックス系
のペースト(接着剤)をスクリーン印刷等で形成した
後、セラミックス製絶縁性基板を貼り合わせ、焼成する
ことにより接着する。なお、発熱抵抗体、電極端子の形
成方法は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレ
ーティング法等のPVD法に限定されるものではなく、
CVD法やメッキ、スクリーン印刷等の方法を用いても
良い。この後、ダイヤモンド膜形成用基板を機械的研磨
あるいは化学的なエッチングにより除去する。ここで、
ダイヤモンド膜の表面は、多結晶性を反映し結晶性が良
好であるほど表面粗度が大きく、Rmax.で数100
0Å〜数μmである。しかしながら、基板除去後のダイ
ヤモンド膜の表面粗度は、ダイヤモンド膜の形成に用い
た基板の表面粗度と同等であるため、オーバーコート層
の表面粗さは、Rmax.で数100Å以下にすること
ができる。更に、電極端子に電極タブをロウ付け等によ
り取り付け、電極タブにワイヤーを圧接しヒーターをヒ
ーターホルダーに接着して、本発明のヒーターを完成す
る。
After forming the diamond film or layer on the above-mentioned substrate, a heating resistor serving as a heater is formed by a PVD method such as a sputtering method, the resistance value is measured, and trimming is performed if necessary. Similarly, Au, Ag, and Cu are used to form electrode terminals by a sputtering method. Next, after a ceramic paste (adhesive) is formed on the diamond film, the heating resistor, and the electrode terminals by screen printing or the like, a ceramic insulating substrate is attached and baked to bond them. The method of forming the heating resistor and the electrode terminal is not limited to the PVD method such as the sputtering method, the vacuum deposition method, the ion plating method, and the like.
You may use methods, such as CVD method, plating, and screen printing. After that, the diamond film forming substrate is removed by mechanical polishing or chemical etching. here,
The surface of the diamond film reflects polycrystallinity, and the better the crystallinity, the higher the surface roughness. A few hundred
It is 0Å to several μm. However, since the surface roughness of the diamond film after removing the substrate is equal to the surface roughness of the substrate used for forming the diamond film, the surface roughness of the overcoat layer is Rmax. Can be less than a few 100Å. Further, an electrode tab is attached to the electrode terminal by brazing, a wire is pressed against the electrode tab, and the heater is bonded to the heater holder to complete the heater of the present invention.

【0015】本発明は、ヒーターの保護層として気相合
成法で形成したダイヤモンド膜を用いることにより、ヒ
ーター部の熱効率を向上させ、消費電力を低減すると共
に、保護層としての耐摩耗性と摺動性に優れたヒーター
を実現するものである。
In the present invention, by using the diamond film formed by the vapor phase synthesis method as the protective layer of the heater, the thermal efficiency of the heater portion is improved, the power consumption is reduced, and the abrasion resistance and the sliding property of the protective layer are improved. It realizes a heater with excellent movability.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の具体的実
施例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】<実施例1>図5は、本発明の実施例のヒ
ーターを用いた加熱定着装置の部分拡大断面図である。
ヒーター1は、断熱性のヒーターホルダー8を介してヒ
ーター支持部9に固定支持されている。10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性フィルム、11はこ
のフィルムをヒーター1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。フィルム10は、不図示
の駆動部材により或は加圧ローラー11の回転力によ
り、所定の速度で矢印の方向にヒーター1面に密着した
状態でヒーター1面を摺動しながら回転或は走行移動す
る。ヒーター1の通電発熱抵抗体3に対する通電により
ヒーター1を所定温度に昇温させ、またフィルム10を
移動駆動させた状態である定着ニップ部15に被加熱材
として記録材16を未定着トナー画像面をフィルム10
面側にして導入することで、記録材16がフィルム10
面に密着してフィルム10と共に定着ニップ部15を移
動通過し、その移動通過過程でヒーター1からフィルム
10を介して記録材16に熱エネルギーが付与されて記
録材16上の未定着トナー画像17が加熱溶融定着され
る。
<Embodiment 1> FIG. 5 is a partially enlarged sectional view of a heating and fixing apparatus using a heater according to an embodiment of the present invention.
The heater 1 is fixedly supported by a heater supporting portion 9 via a heat insulating heater holder 8. Reference numeral 10 denotes an endless belt-shaped or long web-shaped heat-resistant film such as polyimide having a thickness of about 40 μm, and 11 denotes a rotary pressure roller as a pressure member for pressing the film against the heater 1. The film 10 is rotated or moved while sliding on the heater 1 surface in a state of being in close contact with the heater 1 surface in a direction of an arrow at a predetermined speed by a driving member (not shown) or a rotational force of the pressure roller 11. To do. The heater 1 is heated to a predetermined temperature by energizing the energization heating resistor 3 of the heater 1, and the recording material 16 is used as a material to be heated in the fixing nip portion 15 in a state where the film 10 is moved and driven. The film 10
The recording material 16 becomes the film 10 by introducing the recording material 16 on the surface side.
The recording material 16 is passed through the fixing nip portion 15 together with the film 10 while closely adhering to the surface, and heat energy is applied to the recording material 16 from the heater 1 via the film 10 in the course of the movement, and the unfixed toner image 17 on the recording material 16 is applied. Is melted and fixed by heating.

【0018】図6は、第1実施例を示す断面模式図であ
る。図中1はヒーター、2はセラミックス基板、3はA
g/Pdからなる発熱抵抗体、4はCuからなる電極端
子部、5はダイヤモンド膜形成用のSi等の基板、6は
多結晶ダイヤモンド膜からなる保護層、8はヒーターホ
ルダー、12は電極タブ、13はAuSiからなるロウ
材、14はワイヤーである。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing the first embodiment. In the figure, 1 is a heater, 2 is a ceramic substrate, and 3 is A.
A heating resistor made of g / Pd, 4 an electrode terminal made of Cu, 5 a substrate such as Si for forming a diamond film, 6 a protective layer made of a polycrystalline diamond film, 8 a heater holder, 12 an electrode tab , 13 are brazing materials made of AuSi, and 14 are wires.

【0019】本実施例において、まずダイヤモンド膜形
成用Si基板5上に多結晶ダイヤモンド膜6を形成した
(図6の(a))。Si基板上でダイヤモンド膜を形成
しない部分には、予めレジストでマスキングを行ってお
いた。この基板を15〜30μmのダイヤモンド砥粒を
分散させたアルコール溶液中に入れ、超音波発振器を用
いて傷つけ処理を行った後、マスクのレジストを除去し
た。この基板を図7に示す装置に設置し、ダイヤモンド
膜の形成を行った。図7は、ダイヤモンドを形成する熱
フィラメントCVD装置の模式図であり、図中20は石
英反応管、21は電気炉、22はタンタル製フィラメン
ト、23は基板、24は原料ガス導入口で不図示のガス
ボンベ、ガス流量調節器、バルブに接続されている。2
5はガス排気口で不図示のメカニカルブースターポン
プ、ロータリーポンプ、及びバルブに接続されている。
基板を図7の装置に設置し、不図示の真空ポンプで排気
した後、不図示のガスボンベより、メタン1ml/mi
n.、水素999ml/min.の流量で石英製反応管
に導入し、反応管内の圧力を不図示の圧力調整バルブで
6.00kPaに調整し、電気炉21を用いて反応管内
を900℃に、更にフィラメントを2100℃に加熱し
てダイヤモンド膜を形成した。このときの合成時間は2
0時間で、得られたダイヤモンド膜の厚さは40μmで
あった。形成したダイヤモンド膜の走査電子顕微鏡(S
EM)観察によれば、自形面の明瞭な多結晶膜であっ
た。また、ラマン分光分析によれば1333cm-1付近
にダイヤモンドの鋭いピークが観測され、非晶質炭素ピ
ークとダイヤモンドピークとの強度比はI1550/I1333
≦0.1であった。更に、同条件で作製したダイヤモン
ド膜の熱伝導率を放射冷却法により測定した結果、90
0W/m・kであった。
In this embodiment, first, a polycrystalline diamond film 6 was formed on the diamond film forming Si substrate 5 ((a) of FIG. 6). The portion of the Si substrate where the diamond film is not formed was previously masked with a resist. This substrate was placed in an alcohol solution in which diamond abrasive grains of 15 to 30 μm were dispersed, and a scratch treatment was performed using an ultrasonic oscillator, and then the resist on the mask was removed. This substrate was placed in the apparatus shown in FIG. 7 to form a diamond film. FIG. 7 is a schematic view of a hot filament CVD apparatus for forming diamond. In the figure, 20 is a quartz reaction tube, 21 is an electric furnace, 22 is a tantalum filament, 23 is a substrate, and 24 is a raw material gas inlet port, which are not shown. It is connected to the gas cylinder, gas flow controller, and valve. Two
A gas exhaust port 5 is connected to a mechanical booster pump, a rotary pump, and a valve (not shown).
The substrate was installed in the apparatus shown in FIG. 7, and after exhausting it with a vacuum pump (not shown), 1 ml / mi of methane was supplied from a gas cylinder (not shown)
n. , Hydrogen 999 ml / min. At a flow rate of 1, the pressure inside the reaction tube was adjusted to 6.00 kPa by a pressure adjusting valve (not shown), and the electric furnace 21 was used to heat the inside of the reaction tube to 900 ° C. and the filament to 2100 ° C. To form a diamond film. The synthesis time at this time is 2
At 0 hours, the resulting diamond film had a thickness of 40 μm. Scanning electron microscope (S
According to EM observation, it was a polycrystalline film with a clear self-shaped surface. According to Raman spectroscopic analysis, a sharp peak of diamond is observed near 1333 cm −1 , and the intensity ratio between the amorphous carbon peak and the diamond peak is I 1550 / I 1333.
It was ≦ 0.1. Further, the thermal conductivity of the diamond film produced under the same conditions was measured by the radiative cooling method.
It was 0 W / m · k.

【0020】このダイヤモンド膜の上に発熱抵抗体3と
してTiを200Å、Auを10μm、順次スパッタリ
ング法により形成した。発熱抵抗体の抵抗値を測定し、
必要によりトリミングを行い所望の抵抗値とした。引き
続き、Cuをスパッタリングして電極端子部4を形成し
た(以上、図6の(a))。この後、アルミナ系ペース
ト(接着剤)を塗工し、アルミナ製セラミックス基板2
を貼り合わせ、焼成することにより一体化した(図6の
(b))。この段階で、Si基板を機械研磨とSiのエ
ッチャント(例えば、HF/HNO3 /CH3 COO
H)を用いて除去した(図6の(c))。
On this diamond film, as the heating resistor 3, Ti of 200 Å and Au of 10 μm were sequentially formed by the sputtering method. Measure the resistance value of the heating resistor,
Trimming was performed as necessary to obtain a desired resistance value. Subsequently, Cu was sputtered to form the electrode terminal portion 4 (above, (a) of FIG. 6). Then, an alumina paste (adhesive) is applied to the ceramic substrate 2 made of alumina.
Were bonded and fired to be integrated ((b) of FIG. 6). At this stage, the Si substrate is mechanically polished and Si etchant (for example, HF / HNO 3 / CH 3 COO) is used.
H) was used to remove (FIG. 6 (c)).

【0021】Si基板を取り除いたヒーター基板又は絶
縁性基板において、AuSiからなるロウ材13を用い
て電極端子4と銅合金からなる電極タブ12及びセラミ
ック基板2とをロウ材の融点370℃以上に加熱してロ
ウ付けして合金化した(図6の(d))。取りつけた電
極タブ12にワイヤー14を圧接し(図6の(e))、
ヒーター1をヒーターホルダー8に接着した(図6の
(f))。なお、ヒーター1の製作時に電極端子部4の
表面にAuをフラッシュメッキすることにより、ロウ付
け時にロウ材の濡れ性を向上させ、安定した接続信頼性
を得ることができる。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
における表面酸化防止やSi基板除去時の化学的耐性を
持たせる目的から、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
けが実現できる。この時、Ni層を形成する目的は、ロ
ウ材中にCuが過度に拡散することを防ぐためである。
In the heater substrate or insulating substrate from which the Si substrate has been removed, the brazing material 13 made of AuSi is used to bring the electrode terminals 4, the electrode tabs 12 made of a copper alloy and the ceramic substrate 2 to a melting point of the brazing material of 370 ° C. or higher. It heated and brazed and alloyed ((d) of FIG. 6). The wire 14 is pressed against the attached electrode tab 12 ((e) of FIG. 6),
The heater 1 was bonded to the heater holder 8 ((f) in FIG. 6). By flash-plating Au on the surface of the electrode terminal portion 4 when the heater 1 is manufactured, the wettability of the brazing material can be improved during brazing, and stable connection reliability can be obtained. As the electrode tab material, a metal such as Kovar, 42 alloy, phosphor bronze or the like 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. Further, by forming Au, Ni, Au / Ni by flash plating or the like for the purpose of preventing surface oxidation before brazing on the surface of the Cu electrode terminal and providing chemical resistance when removing the Si substrate, more stable The brazing can be realized. At this time, the purpose of forming the Ni layer is to prevent excessive diffusion of Cu in the brazing material.

【0022】以上のようにして製作したヒーター1は、
通電により発生する熱を効率的に記録材側に供給するこ
とが可能となり、ヒーター構成部材の熱的劣化を生じる
ことなく安定したヒーター性能を実現することができ
た。
The heater 1 manufactured as described above is
The heat generated by energization can be efficiently supplied to the recording material side, and stable heater performance can be realized without causing thermal deterioration of heater constituent members.

【0023】<実施例2>実施例1と同様にして、Si
基板上に多結晶ダイヤモンド膜を形成した。ダイヤモン
ド形成に用いたマイクロ波プラズマCVD装置の模式図
を図8に示す。図中26は石英反応管、27はSi基
板、28は原料ガス導入系、29はマイクロ波電源、3
0はマイクロ波導波管、31は真空排気系である。
<Embodiment 2> In the same manner as in Embodiment 1, Si
A polycrystalline diamond film was formed on the substrate. A schematic view of the microwave plasma CVD apparatus used for diamond formation is shown in FIG. In the figure, 26 is a quartz reaction tube, 27 is a Si substrate, 28 is a source gas introduction system, 29 is a microwave power source, 3
Reference numeral 0 is a microwave waveguide, and 31 is a vacuum exhaust system.

【0024】ダイヤモンド砥粒で傷つけ処理を施したS
i基板を図8の装置に入れ、真空排気系31で排気した
後、原料ガス導入系より一酸化炭素25ml/mi
n.、水素375ml/min.の流量で石英反応管に
導入し、反応管内の圧力を圧力調整バルブで5.3kP
aに調整し、マイクロ波電源29よりマイクロ波出力4
kW、基板温度900℃でダイヤモンド膜を合成した。
このときの合成時間は10時間で、膜厚は150μmで
あった。同様にして合成したダイヤモンド膜は、SEM
観察の結果、自形面の明瞭な多結晶膜で、放射冷却法で
測定した熱伝導率は1500W/m・kであった。
S that has been scratched with diamond grains
After the i substrate was put into the apparatus shown in FIG. 8 and exhausted by the vacuum exhaust system 31, 25 ml / mi of carbon monoxide was introduced from the source gas introduction system.
n. , Hydrogen 375 ml / min. It is introduced into the quartz reaction tube at the flow rate of
Adjusted to a and microwave output 4 from microwave power supply 29
A diamond film was synthesized at kW and a substrate temperature of 900 ° C.
At this time, the synthesis time was 10 hours and the film thickness was 150 μm. The diamond film synthesized in the same manner is SEM
As a result of observation, the polycrystalline film had a clear self-shaped surface, and the thermal conductivity measured by the radiative cooling method was 1500 W / m · k.

【0025】このダイヤモンド膜上に、Ag/Pdから
なるペーストを所定の位置に発熱抵抗体3となるように
スクリーン印刷により塗工し、形成した。発熱抵抗体の
抵抗値を測定し、必要によりトリミングを行い所望の抵
抗値とした。次に、Cuペーストをスクリーン印刷によ
り塗工し、電極端子部4を形成した。この後、アルミナ
系のペースト(接着剤)を塗工し、アルミナ製セラミッ
クス基板2を貼り合わせ、焼成することにより一体化し
た。実施例1と同様にしてSi基板を除去してヒーター
を作製した。更に、電極端子部に、電極タブ、ワイヤー
を接続した後、ヒーターホルダー部に接着してヒーター
を完成した。このヒーターを用い、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
定着を実現できた。
On this diamond film, a paste made of Ag / Pd was applied at a predetermined position by screen printing so that the heating resistor 3 would be formed. The resistance value of the heating resistor was measured and trimming was performed as necessary to obtain a desired resistance value. Next, the Cu paste was applied by screen printing to form the electrode terminal portion 4. Thereafter, an alumina-based paste (adhesive) was applied, and the alumina ceramics substrate 2 was attached and fired to be integrated. A heater was produced by removing the Si substrate in the same manner as in Example 1. Furthermore, after connecting an electrode tab and a wire to the electrode terminal portion, they were adhered to the heater holder portion to complete the heater. As a result of thermal fixing of the recording material using this heater in the same manner as in Example 1, stable fixing similar to that in Example 1 could be realized.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、熱定着
による画像形成装置で使用される熱定着用ヒーターにお
いて、ヒーターの保護層を気相合成法で形成したダイヤ
モンド膜とすることにより、保護層の熱伝導率を上げ、
ヒーター部の熱効率の向上と消費電力の低減を実現する
ことができる。併せて、保護層としての耐摩耗性、摺動
性を向上させることができ、極めて信頼性の高いヒータ
ーを提供することができる。この結果、大電流を安定的
に供給することが可能となり、定着スピードの高速化、
定着サイズの大型化が実現できる。
As described above, according to the present invention, in the heat fixing heater used in the image forming apparatus by heat fixing, the protective layer of the heater is a diamond film formed by the vapor phase synthesis method. Increase the thermal conductivity of the protective layer,
It is possible to improve the thermal efficiency of the heater section and reduce the power consumption. At the same time, abrasion resistance and slidability as a protective layer can be improved, and a heater with extremely high reliability can be provided. As a result, it becomes possible to supply a large current in a stable manner, increasing the fixing speed,
The fixing size can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るヒーターの発熱抵抗体側の平面図FIG. 1 is a plan view of a heating resistor side of a heater according to the present invention.

【図2】本発明に係るヒーターの背面側の平面図FIG. 2 is a plan view of the back side of the heater according to the present invention.

【図3】本発明に係るヒーターの断面図FIG. 3 is a sectional view of a heater according to the present invention.

【図4】本発明に係るダイヤモンド結晶のラマンスペク
トルの測定データ
FIG. 4 is measurement data of Raman spectrum of diamond crystal according to the present invention.

【図5】本発明の実施例におけるヒーターを用いた定着
装置の断面図
FIG. 5 is a sectional view of a fixing device using a heater according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例におけるヒーターの部分断面図FIG. 6 is a partial sectional view of a heater according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例でダイヤモンド形成に用いた熱
フィラメントCVD装置の模式図
FIG. 7 is a schematic diagram of a hot filament CVD apparatus used for diamond formation in an example of the present invention.

【図8】本発明の実施例でダイヤモンド形成に用いたマ
イクロ波プラズマCVD装置の模式図
FIG. 8 is a schematic diagram of a microwave plasma CVD apparatus used for diamond formation in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ヒーター 2…セラミックス
基板 3…発熱抵抗体 4…電極端子部 5…Si基板 6…絶縁保護層 7…温度測定素子 8…ヒーターホル
ダー 9…裏面断熱層 10…耐熱性フィル
ム 11…加圧ローラー 12…電極タブ 13…ロウ材 14…ワイヤー 15…定着ニップ 16…記録材 17…未定着トナー 20…石英反応管 21…電気炉 22…タンタル製
フィラメント 23…基板 24…ガス導入口 25…排気口 26…石英反応管 27…基板 28…ガス導入系 29…マイクロ波電源 30…マイクロ波
導波管 31…真空排気系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heater 2 ... Ceramics substrate 3 ... Heating resistor 4 ... Electrode terminal part 5 ... Si substrate 6 ... Insulation protective layer 7 ... Temperature measuring element 8 ... Heater holder 9 ... Back heat insulation layer 10 ... Heat resistant film 11 ... Pressure roller 12 ... Electrode tab 13 ... Brazing material 14 ... Wire 15 ... Fixing nip 16 ... Recording material 17 ... Unfixed toner 20 ... Quartz reaction tube 21 ... Electric furnace 22 ... Tantalum filament 23 ... Substrate 24 ... Gas inlet 25 ... Exhaust outlet 26 ... Quartz reaction tube 27 ... Substrate 28 ... Gas introduction system 29 ... Microwave power source 30 ... Microwave waveguide 31 ... Vacuum exhaust system

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性基板と、該絶縁性基板に支持され
通電により発熱する抵抗層と、抵抗層端部に設けられた
電極端子部を有するヒーターにおいて、前記抵抗層の保
護層として気相合成法により形成したダイヤモンド層を
用いることを特徴とするヒーター。
1. A heater having an insulating substrate, a resistance layer supported by the insulating substrate and generating heat when energized, and an electrode terminal portion provided at an end portion of the resistance layer, wherein a gas phase is used as a protective layer for the resistance layer. A heater characterized by using a diamond layer formed by a synthetic method.
【請求項2】 絶縁性基板と、該絶縁性基板に支持され
通電により発熱する抵抗層と、抵抗層端部に設けられた
電極端子部を有するヒーターの製造方法において、前記
抵抗層の保護層としてダイヤモンド層を気相合成法によ
り形成することを特徴とするヒーターの製造方法。
2. A method for manufacturing a heater having an insulating substrate, a resistance layer supported by the insulating substrate and generating heat when energized, and an electrode terminal portion provided at an end portion of the resistance layer, wherein a protective layer for the resistance layer is provided. A method for manufacturing a heater, characterized in that the diamond layer is formed by a vapor phase synthesis method.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004309123A (en) * 2003-04-08 2004-11-04 Lg Electronics Inc Defrosting device for heat exchanger, and its manufacturing method

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