JP2008040363A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱回転体の低寿命化等の弊害を抑制しつつ、加熱回転体上の記録材の通過跡による画像上のグロスムラを抑制することのできる画像加熱装置を提供する。
【解決手段】記録材Ｓ上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体１と、加熱回転体１を摺擦することにより表面性を回復させる摺擦材３３Ａを備えた摺擦部材３と、を有する画像加熱装置１３０は、加熱回転体１への摺擦部材３の荷重をＰ［Ｎ］、加熱回転体１の周速をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］、摺擦部材３の周速をｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］、加熱回転体１の微小硬度をＨ［ＧＰａ］、摺擦材３３Ａの半頂角をθ［°］としたとき、７×１０^-3≦（Ｐ／πＨｔａｎθ）・（｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ）≦６８×１０^-3を満たす構成とされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式等を利用してトナーによって記録材上に形成された画像を加熱する画像加熱装置に関するものである。

従来、電子写真方式等を利用した画像形成装置において、トナーによって記録材上に形成された画像を記録材に定着させるために、画像加熱装置である定着装置が用いられる。定着装置としては、加熱回転体である定着ローラと、加圧回転体である加圧ローラとを用いた熱ローラ対方式の定着装置が一般的に用いられている。又、近年では、離型剤を含むトナーからなる未定着画像を定着するオイルレス定着方式が広く用いられている。これに応じて、定着ローラとして、アルミニウムや鉄から成る芯金の上に設けられたシリコーンゴムやフッ素ゴムからなる弾性層と、この弾性層上に設けられた表層である離型層と、を有するものが広く用いられている。離型層は、一般に、フッ素樹脂等の離型性に優れた材料から成るチューブやコーティングで形成される。

オイルレス定着方式は、定着ローラに離型剤としてシリコーンオイル等を塗布するようになっているオイル定着方式と比較して、オイルスジ等による画像の光沢ムラ（グロスムラ）が発生し難い点で有利である。

又、近年では、溶融性をより高めたトナーの開発が盛んに行なわれている。トナーの溶融性を高めることによって、トナーが定着装置によって均一、良好に溶けるようになる。これによって、定着後のトナー層が、より均一、平滑に形成される結果、画像のグロス（光沢度）が向上する。

従って、例えば上記オイルレス定着方式によれば、コート紙のような高光沢の記録材に対して、従来よりも更に高グロスで高画質な画像を追求することが可能である。

しかしながら、従来、定着ローラの表面が通紙によるアタックや、紙粉、オフセットトナーなどの汚れにより、徐々に荒れてくるという問題がある。

又、上述のようにトナーの溶融性が向上すると、定着ローラの表面の細かい凹凸が画像として顕在化し易くなることがある。即ち、紙との摺擦や、定着装置外からの異物の混入等によって、定着ローラの表面に微小な凹凸が発生すると、トナーの溶融性が高い場合には、定着ローラの表面の形状がトナー層へと反映されて定着され易くなる。このような性質を写像性と呼ぶ。例えば、このようにトナーの溶融性の向上などにより写像性が高まる傾向にあることから、高グロスで高画質の画像の形成のためには、定着ローラの表面上を所望の状態に安定的に維持するかが、これまで以上に重要になってきている。

定着ローラの表面の状態（形状）を変化させる要因で最も顕著なものは、紙の裁断時に生じる両端部のバリである。一般的に、紙の裁断は鋭利なカッターで行なわれるが、その時の裁断跡として紙のバリが生じてしまう。紙のバリの大きさは、紙種によって異なるが、大きなものでは数μｍ〜十数μｍ程度である。

定着工程において、紙のバリが定着ローラと加圧ローラとに挟み込まれると、定着ローラ表面に微小な穴が生じる。同一サイズの紙種が連続的に通紙されるときが最も定着ローラにダメージを与える。このときの紙の両端部（以下「コバ部」という）の微小な穴は、コバ部が通過していない部分よりも大きく且つ深い状態で連続的に連なった状態になっている。連続して同一のサイズの紙種が連続的に通紙されると、定着ローラの表面のコバ部の通過位置は荒らされて、方向性の無い傷がついた状態となる（図１１参照）。

そして、連続的に通紙した紙種よりも幅の広いサイズを通紙した場合に、画像上にグロスムラが生じることがある。つまり、コバ部によって生じた連続した微小な穴部（記録材の通過により荒れた表面）で定着工程が行われることによって、画像上では微小な穴を写像した凹凸が形成されてしまう。この画像の凹凸部は、コバ部以外に対応する定着ローラで定着工程が行われた画像と比べてグロスが低くなる。そして、その凹凸が連続的に続くことによって、グロスの低い部分が連続的に形成される。グロスの低い部分が連続的に形成されることによって、画像スジとなって顕在化される（図１２参照）。

このように、耐久により通紙域と非通紙域とで定着ローラの表面の荒れが異なってくることで、画像上にグロスの差が生じる。特に、紙の端部位置（通紙域と非通紙域との境界部）は紙のバリによって荒れやすく、グロス差を生じ易い。

ここで、定着ローラの表面の汚れ、荒れ等の問題に関しては、次のような先行技術がある。

特許文献１、２では、離型層を持たない定着ローラを備えたオイル定着方式の定着装置において、金属を含有するクリーニングウェブ（ニッケルメッキウェブ）を定着ローラの表面に当接させて、定着ローラの表面から汚れを除去する方法が提案されている。

又、特許文献３は、離型層を持たない定着ローラを備えたオイル定着方式の定着装置において、サーミスタの当接する部位の摺擦跡を消すように、定着ローラにクリーニングウェブを当接させる方法が提案されている。

又、積極的に定着ローラの表面を制御しようとする技術として、次のような先行技術がある。特許文献４には、定着ローラの表層を加熱・融解した後、表面状態変更部材を定着ローラに押し当てることで、その表面状態を定着ローラに転写させることで、表面の修復やグロスコントロールを行うことが提案されている。
特公平７−８９２５７号公報 特開平２−２６６３８３号公報 特開平４−２１３４８２号公報 特開２００５−２６６７８５号公報

しかしながら、特許文献１、２、３の方法はいずれも、定着ローラ上を研磨する方法である。即ち、クリーニングウェブをシリコーンゴム等の定着ローラの表面に対して当接させて、定着ローラの表面を削りとって新しい面を出している。そのため、弾性層が徐々に無くなっていき、定着ローラの低寿命化を招き、例えば、その寿命が５万枚程度であることがある。

このような方法を、特に、表層に離型層を有する定着ローラを備えたオイルレス定着方式の定着装置に適用すると、表層が薄い場合には寿命が著しく短くなる虞がある。

又、従来の定着ローラの表面を削り取る方法では、定着ローラの表面の傷が画像上に現れる。特に、記録材として高グロス画像を目的としたコート紙を用いる場合には、画像上の傷が顕著となる。例えば、特許文献２によれば、削り取った面の表面粗さがＲｚ３μｍ程度とある。しかし、例えば、オイルレス定着方式における表層の離型層をＲｚ３μｍに削ってしまうと、その傷が画像上にグロスムラとして発生してしまう。

又、特許文献４の方法では、定着ローラの表層の融点付近までの加熱と、通常温調までの冷却とが必須で、定着ローラの表面の修復動作に時間がかかる。更に、定着ローラの表層の離型層の材料が融点の低いものに制限され、定着性や離型性に影響を与えるなどの課題がある。

従って、本発明の目的は、加熱回転体の低寿命化等の弊害を抑制しつつ、加熱回転体上の記録材の通過跡による画像上のグロスムラを抑制することのできる画像加熱装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像加熱装置にて達成される。要約すれば、本発明は、記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、前記加熱回転体を摺擦することによりその表面性を回復させる摺擦材を備えた摺擦部材と、を有する画像加熱装置において、前記加熱回転体への前記摺擦部材の荷重をＰ［Ｎ］、前記加熱回転体の周速をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］、前記摺擦部材の周速をｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］、前記加熱回転体の微小硬度をＨ［ＧＰａ］、前記摺擦材の半頂角をθ［°］としたとき、７×１０^-3≦（Ｐ／πＨｔａｎθ）・（｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ）≦６８×１０^-3を満たすことを特徴とする画像加熱装置である。

又、本発明の他の態様によると、記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、前記加熱回転体を摺擦することによりその表面性を回復させる摺擦材を備えた摺擦部材と、を有する画像加熱装置において、前記摺擦部材の摺擦動作により、前記加熱回転体は、表面粗さＲｚが０．５μｍ以上２．０μｍ以下となり、且つ、前記摺擦材による幅が１０μｍ以下とされる凹部が回転軸線方向において１００μｍあたり１０本以上形成されることを特徴とする画像加熱装置が提供される。

本発明によれば、加熱回転体の低寿命化等の弊害を抑制しつつ、加熱回転体上の記録材の通過跡による画像上のグロスムラを抑制することができる。

以下、本発明に係る画像加熱装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
本実施例では、本発明に係る画像加熱装置は、電子写真方式の画像形成装置にてトナーによって記録材上に形成された画像を記録材上に定着させる定着装置として具現化される。

［画像形成装置］
図１は、本発明に従う定着装置を備えた画像形成装置の一実施例の概略断面構成図である。本実施例の画像形成装置１００は、電子写真方式を用いたフルカラーレーザービームプリンタであり、装置内には、第１、第２、第３、第４の画像形成部１１０ａ〜１１０ｄが併設されている。各画像形成部１１０ａ〜１１０ｄでは、各々異なった色のトナー像が、潜像形成、現像、転写のプロセスを経て形成される。

画像形成部１１０ａ〜１１０ｄは、それぞれ専用の像担持体として、ドラム型の電子写真感光体、即ち、感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄを具備している。各感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄは、図中矢印Ｒ１方向に所定の表面移動速度（周速度）で回転駆動される。これら感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄ上に各色のトナー像が形成される。各感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄに隣接して、中間転写体としての中間転写ベルト１２０が設置されている。各感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄ上に形成された各色のトナー像は、各１次転写部Ｎ１ａ〜Ｎ１ｄで中間転写ベルト１２０上に１次転写され、２次転写部Ｎ２で記録材Ｓ上に２次転写される。そして、トナー像が転写された記録材Ｓは、定着装置１３０へと搬送され、定着装置１３０において記録材Ｓが加熱及び加圧されることにより、記録材Ｓにトナー像が定着される。その後、記録材Ｓは、記録画像として装置外に排出される。

各画像形成部１１０ａ〜１１０ｄにおいて、各感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄの周囲には、それぞれ帯電手段としての帯電ローラ１１２ａ〜１１２ｄ、現像手段としての現像器１１４ａ〜１１４ｄが配置されている。又、各感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄの周囲には、１次帯電手段としての１次転写ローラ１１５ａ〜１１５ｄ、クリーニング手段としてのクリーナ１１６ａ〜１１６ｄが設けられている。更に、各感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄの図中上方部には、光源装置及びポリゴンミラーを備えた露光手段としてのレーザースキャナー１１３ａ〜１１３ｄが設置されている。

感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄは、帯電ローラ１１２ａ〜１１２ｄによって略一様に帯電される。レーザースキャナー１１３ａ〜１１３ｄにおいて、光源装置から発せられたレーザー光が回転するポリゴンミラーによって走査され、その走査光の光束が反射ミラーによって偏向されて、ｆθレンズにより感光ドラム１１１ａ１１１ｄの母線上に集光される。こうして感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄが露光されることにより、感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄ上に画像信号に応じた静電像（潜像）が形成される。

各現像器１１４ａ〜１１４ｄには、現像剤としてそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーが所定量充填されている。各現像器１１４ａ〜１１４ｄには、供給装置１１７ａ〜１１７ｄによりトナーが適宜補給される。各現像器１１４ａ〜１１４ｄは、それぞれ感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄ上の潜像を現像して、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像として可視化する。

中間転写ベルト１２０は、図中矢印Ｒ２方向に、各感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄと同じ表面移動速度（周速度）で回転駆動されている。

例えば、フルカラー画像形成時には、先ず、感光ドラム１１１ａ上に第１色のイエロートナー像が形成されて担持される。このイエロートナー像は、感光ドラム１１１ａと中間転写ベルト１２０とが当接して形成するニップ部（１次転写部）Ｎ１ａを通過する過程で、中間転写ベルト１２０の外周面に転写（１次転写）される。この時、１次転写ローラ１１５ａを介して中間転写ベルト１２０に１次転写バイアスが印加され、この１次転写バイアスにより形成される電界と、圧力と、によって、感光ドラム１１１ａから中間転写ベルト１２０にトナー像が転写される。

同様に、第２色のマゼンタトナー像、第３色のシアントナー像、第４色のブラックトナー像が、順次、中間転写ベルト１２０上に重畳して転写され、目的のカラー画像に対応した合成カラートナー画像が形成される。

２次転写部Ｎ２では、２次転写手段としての２次転写ローラ１２１が、中間転写ベルト１２０に対向して平行に軸受されている。そして、２次転写ローラ１２１は、中間転写ベルト１２０の図中下面部に接触するように配設されている。２次転写ローラ１２１には、２次転写バイアス電源によって所定の２次転写バイアスが印加されるようになっている。

一方、記録材供給手段１４０において、給紙カセット１４１からレジストローラ１４２、転写前ガイド（図示せず）等を通過して、記録材Ｓが供給される。この記録材Ｓは、中間転写ベルト１２０と２次転写ローラ１２１とが当接して形成するニップ部（２次転写部）Ｎ２に、所定のタイミングで記録材Ｓが給送される。それと同時に、２次転写バイアスが２次転写バイアス電源から２次転写ローラ１２１に印加される。この２次転写バイアスにより、中間転写ベルト１２０上に重畳転写された合成カラートナー画像は、中間転写体１３０から記録材Ｓへ転写（２次転写）される。

尚、一次転写が終了した各感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄ上に残留するトナー（転写残トナー）は、それぞれのクリーナ１１６ａ〜１１６ｄにより除去、回収される。こうして各感光ドラム１１１ａ〜１１１ｄはクリーニングされて、引き続き次の潜像の形成に供される。又、中間転写ベルト１２０上に残留したトナー及びその他の異物は、中間転写ベルト１２０の表面にクリーニングウェブ（不織布）１２２を当接して、拭い取るようにしている。

そして、２次転写部Ｎ２においてトナー像の転写を受けた記録材Ｓは、詳しくは後述する定着装置１３０へ導入される。そして、定着装置１３０において、記録材Ｓに熱と圧力とが加えられることで、トナー像が転写材Ｓに定着される。

［定着装置］
図２は、本発明に係る画像加熱装置である定着装置１３０の一実施例の概略断面構成を示す。定着装置１３０は、記録材Ｓ上の画像を加熱する回転可能な加熱回転体としての定着ローラ（加熱定着部材）１と、定着ローラ１に圧接してニップ部（定着ニップ）Ｎ３を形成する回転可能な加圧回転体としての加圧ローラ（加圧定着部材）２と、を有する。定着ローラ１を、その内部に設けられた加熱源１５で加熱し、定着ニップＮ３においてトナー像を担持した記録材Ｓを挟持搬送することにより、トナー像を記録材Ｓに定着させる。又、本実施例では、定着装置１３０には、定着ローラ１の表面を摺擦することによりその表面性を回復させる摺擦部材として、回転体であるリフレッシュローラ３が設けられている。

詳しくは後述するが、リフレッシュローラ３は、記録材Ｓの通過によって荒れた定着ローラ１の表面と、荒れていない表面の両方に対して細かい摺擦傷を多数付けることで、画像上のグロス差を視認できないようにする。リフレッシュローラ３は、定着ローラ１の表面を実質的に削り取らずに、摺擦傷を付ける。リフレッシュローラ３を用いて定着ローラ１の表面を所望のレベルで荒らして、表面状態を均す（均一化する）ことで、画像上のグロス差を解消できるようになっている。

（１）定着ローラ
定着ローラ１は、金属製の芯軸（基層）１１上に、ゴム層から成る弾性層１２を設け、更にその上に表層として離型層１３を被覆して形成される。本実施例では、外径６８ｍｍのアルミニウムから成る中空芯金上に、弾性層としてゴム硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ １ｋｇ加重）のシリコーンゴムを１．０ｍｍ成形し、更にその表面に離型層として厚さ３０μｍのフッ素樹脂を被覆した、外径７０ｍｍのローラを用いた。定着ローラ１は、芯金１１の長手方向（回転軸線方向）両端部に設けられた支持部材によって回転自在に支持されており、図示しない駆動手段としてのモータによって図中矢印方向に回転駆動される。

離型層１３としては、離型性に優れたフッ素樹脂をチューブ状に形成したフッ素樹脂チューブを使用した。フッ素樹脂としては、ＰＦＡ樹脂（４フッ化エチレン樹脂、パーフロロアルコキシエチレン樹脂の共重合体）、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）等が用いられる。本実施例では、離型層１３としてＰＦＡ樹脂チューブを用いた。定着ローラ１の表層である離型層１３の厚さは、好ましくは、１０μｍ以上６０μｍ以下である。そして、特に、定着ローラ１の表層の微小硬度は、本実施例では、１．０ＧＰａであった。尚、この微小硬度の詳細については後述する。

定着ローラ１は、内部に加熱源としてハロゲンヒータ１５を有している。そして、図示しない温度センサーと温度制御回路とによって、１６０℃に温調される。

（２）加圧ローラ
加圧ローラ２は、金属製の芯軸（基層）２１上に、ゴム層から成る弾性層２２を設け、更にその上に表層として離型層２３を被覆して形成される。本実施例では、外径４８ｍｍのアルミニウムから成る中空芯金上に、弾性層としてゴム硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ １ｋｇ加重）のシリコーンゴムを１．０ｍｍ成形し、更にその表面に離型層として厚さ３０μｍのフッ素樹脂を被覆した、外径５０ｍｍのローラを用いた。加圧ローラ２は、芯金２１の長手方向（回転軸線方向）両端部に設けられた支持部材によって回転自在に支持されている。又、加圧ローラ２の長手方向両端部の支持部材が付勢手段としての加圧バネ（図示せず）によってそれぞれ付勢されることによって、加圧ローラ２は、定着ローラ１に所定の圧力で加圧されている。これにより、定着ローラ１と加圧ローラ２との間に、それぞれの表面移動方向において所定幅の定着ニップＮ３が形成される。本実施例では、加圧ローラ２は、定着ローラ１に対して総圧８００Ｎで加圧される。

尚、本実施例では、定着ローラ１の表面移動速度（周速度）は、２２０ｍｍ／ｓｅｃとした。この定着ローラ１の周速度は、画像形成装置１００のプロセススピード（画像出力速度）に相当する。

（３）リフレッシュローラ
図３をも参照して、摺擦部材としてのリフレッシュローラ３は、外径１２ｍｍのＳＵＳ３０４（ステンレススチール）の芯金（基材）３１上に、接着層（中間層）３２を介して、摺擦材としての砥粒を密に接着して形成した摺擦層（表層）３３を設けたものである。

図４は、リフレッシュローラ３の断面を模式的に拡大して示したものである。リフレッシュローラ３の表層の摺擦層３３を構成する摺擦材３３Ａとしては、酸化アルミニウム、水酸化酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化チタン、ジルコニア、リチウムシリケート、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化鉄、酸化クロム、酸化アンチモン、ダイヤモンド、及びこれらの混合物の何れかの砥粒を接着層３２で接着処理したもの等が挙げられる。

本実施例では、摺擦材３３Ａとして、アルミナ（酸化アルミニウム）系（「アランダム」又は「モランダム」とも称される）のものを用いた。アルミナ系は最も幅広く用いられる砥粒で、定着ローラ１に比べて十分硬度が高く、鋭角形状のため切削性に優れており、本実施例における摺擦材３３Ａとして好適である。

リフレッシュローラ３は、芯金３１の長手方向（回転軸線方向）両端部に設けられた支持部材によって回転自在に支持されている。リフレッシュローラ３は、駆動手段としてのモータ３４によって回転駆動可能とされている。又、リフレッシュローラ３の長手方向両端部の支持部材が付勢手段としての加圧バネ（図示せず）によってそれぞれ付勢されることによって、リフレッシュローラ３は、定着ローラ１に所定の圧力で加圧される。これにより、リフレッシュローラ３と定着ローラ１との間に、それぞれの表面移動方向において所定幅の摺擦ニップＮ４が形成される。リフレッシュローラ３は、リフレッシュローラ３と定着ローラ１との当接部（摺擦部）において、それぞれの表面移動方向が順方向、逆方向のいずれになるように回転させてもよい。尚、後述するように、好ましくは、定着ローラ１とリフレッシュローラ３との間には周速差が設けられる。

リフレッシュローラ３の加圧力、回転方向、表面移動速度（周速度）等の構成及び動作の設定についての詳細は後述する。

（４）定着ローラの表面状態
ここで、記録材Ｓの通過による定着ローラの表面状態の変化について説明する。

定着ローラ１の表面が、通紙によるアタックや、紙粉、オフセットトナーなどの汚れにより、徐々に荒れてくるという問題の中で、特に、通紙によるアタックに関して本発明者らが検討したところ、次のことが分かった。

つまり、定着ローラ１に対して一定の位置に記録紙が多数枚通紙されると、次のように、定着ローラ１上の荒れ方が異なる。即ち、図９（ａ）に示すように、（Ｉ）通紙域、（ＩＩ）非通紙域、及び（ＩＩＩ）通紙域と非通紙域の境界のコバ部に対応する領域で、定着ローラ１の表面の荒れ方が異なってくる。

表層にフッ素樹脂等の離型層を備えた定着ローラ１の表面は鏡面状態であり、使用初期の状態では、表面粗さはＲｚ（ＪＩＳ 十点平均粗さ）が０．１μｍ〜０．３μｍ程度である。これに対し、上記（Ｉ）の定着ローラ１上の記録紙が通過する領域（紙の接触領域）では、紙の繊維、内外添剤等のアタックにより、定着ローラ１の表面が徐々に均される。そして、この領域の定着ローラ１の表面粗さＲｚは１．０μｍ程度まで徐々に大きくなっていく（図１０参照）。

尚、表面粗さＲｚは、（株）小坂研究所の表面粗さ測定器ＳＥ−３４００を使用し、測定条件として送り速さ：０．５ｍｍ／ｓ、カットオフ：０．８ｍｍ、測定長さ：２．５ｍｍで測定することができる。

記録紙のコバ部では、紙を切断するときに発生するバリがある（図１１参照）。そのため、上記（ＩＩＩ）のコバ部に対応する領域では、より定着ローラ１に対してアタックが大きく、この領域の定着ローラ１の表面粗さＲｚは１．０μｍ〜２．０μｍ程度まで徐々に大きくなっていく（図１０参照）。紙のバリは、大判からの裁断工程で、裁断する刃が磨耗して切れ味が悪くなったときなどに発生し易い。

上記（ＩＩ）の記録紙が通過しない領域（紙の非接触領域）では、定着ローラ１の表面は、対向する加圧ローラ２に当接する。そして、この領域の定着ローラ１の表面粗さＲｚは、１．０μｍ程度まで、通紙域（Ｉ）に比べてゆっくりと大きくなっていく。

この結果、連続通紙後の定着ローラの表面粗さは、
（ＩＩＩ）コバ部＞（Ｉ）通紙域＞（ＩＩＩ）非通紙域＞初期状態
の順に変化する。従って、定着ローラ１は、長手位置により表面状態が異なってしまう。

次に、定着ローラ１の表面状態と画像上のグロスムラに関して説明する。

未定着のトナー像を記録材Ｓに定着する時、定着装置１３０は、記録材Ｓに圧力及び熱を与える。このとき、定着ローラ１の微小な表面状態が定着後のトナー像の表面に転写される。定着ローラ１上の表面状態が異なると、それに対応してトナー像上に表面状態の差が生じ、その結果、画像上の光沢ムラ（グロスムラ）が生じる（図１２参照）。

この現象は、表面の平滑性が良く、グロスの高いコート紙では顕著になる。オフィスで使用する上質紙等では、通常、視認できないレベルである。本発明者らの検討によると、コバ部による傷の発生状況は、紙種に依存するが、紙裁断時のバリの悪い紙がレベルが悪く、その他の厚紙やコート紙等でのコバ部による傷は、上記と同様のレベルかそれ以下であった。

一般に、光沢は正反射光像の再現性が高いと高光沢、再現性が低いか或いは無い状態を低光沢と認識する。例えば、蛍光灯照明下で銀塩写真のような画像を見ると、蛍光灯の光が反射するだけでなく、蛍光灯の形状まで写り込んでいる。そして、意識するかしないかによらず高光沢と認識している。これは、写真画像の表面状態が、凹凸の少ない鏡面状態であることを示している。一方、低光沢の場合は逆のことが言える。そして、低光沢の場合には、画像の表面状態は、凹凸が大きく、蛍光灯の光は乱反射してその形状が画像上に写りこむことはない。このように、画像上の表面状態の凹凸と光沢には相関がある。

従って、特に、高画質を要求される高光沢のコート紙等に画像を定着するような場合には、定着ローラ１のコバ部に対応する位置（荒れた位置）に低光沢のスジが付いたり、通紙域と非通紙域との間にグロス差が生じたりする。即ち、画像上にグロスムラが生じる。

（５）リフレッシュローラによる摺擦動作（リフレッシュ動作）
本実施例では、上述のように記録材Ｓの通過により荒れた定着ローラ１の表面の傷による画像上のグロスムラを、リフレッシュローラ３を用いて解消する。即ち、リフレッシュローラ３により定着ローラ１上の長手方向全域（通紙域、非通紙域及びコバ部）に細かい摺擦傷を付けることで、表面状態の凹凸の差を無くす。このように、リフレッシュローラ３によって、定着ローラ１の表面状態を変更（更新）することができる。これにより、画像上のコバ部に対応する位置の低光沢のスジや通紙域と非通紙域のグロス差を解消する。つまり、定着ローラの表面状態を良化（改善）することができる。このような、細かい多数の摺擦傷とすることで、リフレッシュローラ３で定着ローラ１上に付けた傷が画像上では視認不可能となる。つまり、本実施例によれば、定着ローラ１の表面に付いていた傷に細かい摺擦傷を重畳させ、記録材Ｓ上では視認不可能とする（図９（ｂ）参照）。

より具体的には、例えば、表層にフッ素樹脂等の離型層を備えた定着ローラ１では、荒れていない定着ローラ１の表面の表面粗さＲｚが０．１μｍ〜０．３μｍ程度、荒れた表面（方向性の無い凹部）の表面粗さＲｚが０．５μｍ〜２．０μｍ程度である。これに対して、本実施例では、詳しくは後述するように、リフレッシュローラ３による摺擦動作により、定着ローラ１に、表面粗さＲｚが０．５μｍ以上２．０μｍ以下となるような摺擦傷（方向性のある細い凹部）を定着ローラ１の回転方向に沿って付ける。しかも、摺擦材３３Ａによる幅が１０μｍ以下とされる摺擦傷（凹部）が回転軸線方向に１００μｍあたり１０本以上形成されるようにする。これにより、定着ローラ１の表面は修復される。

ここで、リフレッシュローラ３による摺擦動作は、定着ローラ１の表面に細かい摺擦傷をつけることが目的であり、定着ローラ１の表面を削り取って新しい面を出すことが目的ではない。即ち、リフレッシュローラ３による定着ローラ１の摺擦レベルは、従来の定着ローラ１を研磨するようなレベルではなく、定着ローラ１の表面の凹凸状態を初期の状態に戻すレベル（型押し程度）である。つまり、リフレッシュローラ３による定着ローラ１の摺擦によって、定着ローラ３の表面状態を回復（復帰）させる。従って、リフレッシュローラ３による定着ローラ１の離型層１３の削れ量は、定着ローラ１の寿命に渡っても測定不可能なレベルか、測定誤差レベルしかない。但し、リフレッシュローラ３によって傷を付けているため、この削れ量は、定着ローラ１の表面が全く削れていないとは言えないレベルである。

（６）摺擦動作の実行
リフレッシュローラ３は、画像形成中も常に定着ローラ１を摺擦しつづける必要は無い。例えば、通紙カウンタを備えて、通紙枚数によって定期的に自動で摺擦動作を行っても良いし、ユーザーが画像上のグロスムラが気になるときに摺擦動作を行わせ得るように、ユーザーモードとして画像形成装置１００の操作部に操作ボタンを設けても良い。そのために、本実施例では、定着装置１３０は、定着ローラ１に対してリフレッシュローラ３を接離可能とする離接手段有していてよい。

本実施例では、離接機構と回転機構とを備えたリフレッシュローラ３が、適宜のタイミングで定着ローラ１に当接される。離接機構３６によるリフレッシュローラ３の定着ローラ１に対する離接動作は、制御手段としてのコントローラ３７によってモータ３５を通じて制御される。又、本実施例では、コントローラ３７は、リフレッシュローラ３に駆動力を伝達するモータ３４の動作を制御する。リフレッシュローラ３の定着ローラ１への加圧は、上述のように、リフレッシュローラ３の両端部をバネで押圧することによって行われる。

このように、本実施例では、リフレッシュローラ３は離接機構により定着ローラ１に対して離接可能な構成を有し、通常の画像形成時の離間状態から、所望のタイミングで所望の時間だけ当接状態とすることで、定着ローラの表面を改変することができる。

より具体的には、一例を示せば、リフレッシュローラ３は、次の条件で定着ローラ１に当接させることができる。即ち、画像形成装置１００において、例えば、Ａ３より幅の小さいサイズの記録材Ｓが通紙されるときに、その累積通紙枚数をカウントする。累積枚数が所定の値を超えたとき（通常は１００枚〜１０００枚、例えば、５００枚）に、画像形成装置１００は定着ローラ１の摺擦動作モードに移行する。摺擦動作モードでは、画像形成動作を一旦停止した状態で、リフレッシュローラ３の離接機構３６が動作し、リフレッシュローラ３が定着ローラ１に当接する動作に移行する。例えば、加圧ローラ２を定着ローラ１から離間させる機構が設けられている場合には、リフレッシュローラ３が定着ローラ１に当接する動作を終えたと同時に、加圧ローラ２を定着ローラ１から離間させる動作に移行する。そして、加圧ローラ２の離間動作が終了した時点で、定着ローラ１は所定の周速度（通常、画像形成時の周速度と同じ）で回転動作を開始する。そして、リフレッシュローラ３が所定の周速差で回転動作を開始し、設定された時間動作した後に、定着ローラ１とリフレッシュローラ３の動作が終了し、再び画像形成状態に移行する。

このように、リフレッシュローラ３の定着ローラ１に対する離接機構を備えることができる。紙のコバによって生じる定着ローラ１上の傷は、典型的には、その紙よりも大きなサイズに紙種変更したときに画像上で顕在化する。従って、そのような紙種変更時のみにリフレッシュローラ３を定着ローラ１に当接させる動作を行い、定着ローラ１上を摺擦することができる。これにより、定着ローラ１とリフレッシュローラ３の寿命を延ばすことができるため好ましい。

又、他の例を示せば、リフレッシュローラ３は、次の条件で定着ローラ１に当接させることができる。即ち、リフレッシュローラ３が定着ローラ１に対して加圧されるタイミングは、記録紙の端部のコバや異物によって定着ローラ１の表面にキズや粗さの異なる個所が発生し、画像上にキズや光沢ムラ等の画像不良が発生した時とすることができる。この場合には、ユーザーが画像形成装置１００の操作部から定着ローラ１の摺擦動作（均一化処理）を選択することで、リフレッシュローラ３が定着ローラ１に加圧され、所望の時間回転されるようにすることができる。

尚、本実施例では、リフレッシュローラ３は、専用の駆動手段によって駆動されるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、駆動ギアによって、定着ローラ１に対して周速差を持って回転駆動されるように定着ローラ１の駆動手段から駆動力が伝達されるようになっていてもよい。例えば、定着ローラ１とリフレッシュローラ３とのギアを１対２のギア比で連結することで、定着ローラ１の表面速度の２倍の表面速度でリフレッシュローラ３を駆動することができる。

（７）試験例
次に、定着ローラに細かい摺擦傷を付けることによって、コバ部等による定着ローラ上の傷に起因するグロスムラを解消するための、好ましい定着装置の設定について更に詳しく説明する。ここでは、摺擦部材と摺擦動作の条件を振ることで、定着ローラにレベルの異なる摺擦傷を付け、コバ部による定着ローラ上の傷（コバ部傷）に起因する画像上のグロスムラの解消能力及び弊害傷が発生するか否かを検討した。

＜具体例及び比較例＞
表１に、後述するような好ましい装置条件設定を満足する具体例、及び比較例についての各種条件設定を示す。

ここで、比較例としては、オイル塗布系の定着装置も用いた。この定着装置の定着ローラとしては、外径６８ｍｍのアルミニウムから成る中空芯金上に、弾性層としてゴム硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ １ｋｇ加重）のシリコーンゴムを１．０ｍｍ成形した、外径７０ｍｍのものを用いた。そして、定着ローラの外周上にはオイル塗布ローラが当接している。尚、斯かるオイル塗布系の定着装置の定着ローラの表層の微小硬度は０．０２ＧＰａであった。又、斯かる定着装置の加圧ローラとしては、外径４８ｍｍのアルミニウムからなる中空芯金上に、弾性層としてゴム硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ １ｋｇ加重）のシリコーンゴムを１．０ｍｍ成形した、外径５０ｍｍのものを用いた。この加圧ローラは、定着ローラに対して総圧８００Ｎで加圧される。

尚、オイルレス系の定着装置については、表１に示す各種条件設定を振ったことを除いては、それぞれ上記実施例の定着装置と同様の構成である。

比較例１、２では、図８に示すように、定着ローラ１を摺擦する摺擦部材として、リフレッシュローラ３ではなく、クリーニングウェブ２００を用いた。クリーニングウェブ２００としては、従来一般的に用いられている耐熱性の繊維（ノーメックス（商品名））を用いた。クリーニングウェブ２００は、弾性層を備えたウェブローラ２１０が長手方向両端部で総圧２０Ｎにてバネで加圧されることで、定着ローラ１に加圧されている。クリーニングウェブ２００は、供給側（巻き出しローラ）２１１から巻取り側（巻き取りローラ）２１２へ、記録材Ｓの１枚あたり０．５ｍｍ程度ずつ間欠的に移動する。しかし、定着ローラ１の周速度２２０ｍｍ／ｓｅｃに対してはほぼ停止していると考えてよい。

摺擦時間（摺擦動作時間）は、定着ローラ１の表面を摺擦部材で荒らす動作を行った時間である。定着ローラ１の外径が７０ｍｍなので、外周長は２２０ｍｍ（７０πｍｍ）であり、摺擦時間５秒は、定着ローラ１の５周分の摺擦動作を行うことになる。

比較例３〜９及び具体例１〜５では、リフレッシュローラ３を用いた。上述のように、リフレッシュローラ３は外径１２ｍｍのＳＵＳの芯金３１上に接着層３２を介して砥粒３３Ａを密に接着させたものである（図４）。表１中の＃８００、＃１０００、＃４０００、＃６０００は、各リフレッシュローラ３の砥粒３３Ａの番手を示している。砥粒３３Ａの粒径は、分布をもつものの、平均粒径では、＃８００が２０μｍ程度、＃１０００が１６μｍ程度、＃４０００が３μｍ程度、＃６０００が２μｍ程度である。又、砥粒３３Ａとしては、上述のようなアルミナ系のものを用いた。

尚、上述の砥粒の番手に対応して、砥粒の平均粒径は５μｍ以上２０μｍ以下のものを用いるのが好ましい。

ここで、砥粒の粒径は、走査型電子顕微鏡Ｓ−４５００（日立製作所（株）製）を用いてランダムに１００個以上抽出した砥粒を、画像処理解析装置Ｌｕｚｅｘ３（ニレコ（株）製）を用いて個数平均粒径を算出することにより得ることができる。

又、ローラの加圧力（総圧）［Ｎ］は、面圧力測定分布システムＩ−ＳＣＡＮ（ニッタ（株）製）により測定することができる。なお、測定は、定着ローラ、加圧ローラを共に停止させた状態で行った。

各例において、リフレッシュローラ３は、定着ローラ１に対して総圧１０Ｎ〜１５０Ｎにて、その長手方向両端部でバネによって加圧されている。

比較例３の周速０ｍｍ／ｓｅｃとは、リフレッシュローラ３が停止されていることを意味する。又、比較例４、５の周速２２０ｍｍ／ｓｅｃとは、リフレッシュローラ３が、定着ローラ１に対して従動回転していることを意味する。又、比較例６〜９及び具体例１〜４の周速−１１０ｍｍ／ｓｅｃとは、リフレッシュローラ３が、定着ローラ１に対して当接部にてカウンタ方向（逆方向）に移動するように１１０ｍｍ／ｓｅｃにて回転駆動されていることを意味する。更に、具体例５の周速４４０ｍｍ／ｓｅｃとは、リフレッシュローラ３が、定着ローラ１に対して当接部にて同方向に移動するように４４０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されていることを意味する。

＜試験方法＞
比較例及び具体例の試験方法について説明する。先ず、前述の定着装置に対して、上質紙カラーレーザーコピア用紙８０ｇ／ｍ²（キヤノン製）をＡ４Ｒ送り（長手方向に搬送）で１０００枚通紙し、定着ローラ１の表面に紙の横方向（搬送方向と直交する方向）の端部のコバ部による傷を付ける。次に、コート紙ＯＫトップコート１２８ｇ／ｍ²（王子製紙製）をＡ４送り（短手方向に搬送）にして、シアンのハーフトーン均一画像を形成する。この画像上のＡ４Ｒ幅の紙端部に対応する位置に、コバ部による定着ローラ上の傷（コバ部傷）に起因するグロスムラが見られる。このグロスムラの、前述の摺擦部材による解消具合と、画像上に弊害となる傷（弊害傷）が発生するかどうかを試験した。定着ローラ１上のコバ部傷部分の表面粗さはＲｚ０．５μｍ〜２．０μｍ程度であり、その後１０万枚まで通紙しても表面粗さは大きくならなかったため、１０００枚通紙後で評価した。又、弊害の確認のため、定着ローラ１と各摺擦部材とのニップ部よりも定着ローラ１の表面移動方向上流にゴミ等の異物が滞留するか否かを確認した。

＜試験結果＞
前述の試験方法により試験を行った結果を表２に示す。

ここで、図１３（ａ）〜（ｅ）は、コバ部に対応する位置近傍の定着ローラ１の表面を模式的に示す。図１３（ａ）は、摺擦動作を行う前の定着ローラ１の表面状態である。この状態の時、画像上にグロスムラが生じる。図１３（ｂ）は、摺擦動作により定着ローラ１の表面移動方向に沿って画像上で見える程度の傷が形成され、且つ、コバ部傷部分と他の部分とでの荒れの差が残っている状態を示している。この状態の時、画像上にグロスムラと弊害傷とが生じる。図１３（ｃ）は、摺擦動作により定着ローラ１の表面移動方向に沿って画像上で見える程度の傷が形成されたが、コバ部傷部分と他の部分とでの荒れの差が消されている状態を示している。この状態の時、画像上にグロスムラは生じないが、弊害傷が生じる。図１３（ｄ）は、摺擦動作により定着ローラ１の表面移動方向に沿って画像上で見えない程度の細かい傷が多数形成されたが、コバ部傷部分と他の部分とでの荒れの差が残っている状態を示している。この状態の時、画像上にグロスムラは生じるが、弊害傷は生じない。図１３（ｅ）は、摺擦動作により定着ローラ１の表面移動方向に沿って画像上で見えない程度の細かい傷が多数形成され、且つ、コバ部傷部分と他の部分とでの荒れの差が消されている状態を示している。この状態の時、画像上にグロスムラも弊害傷も生じない。

比較例１、２は、クリーニングウェブ２００でコバ部傷が消えるかを実験したものであるが、オイル塗布系、オイルレス系ともに、コバ部傷による画像上のグロスムラは消えず、又弊害傷が発生してしまった。又、摺擦動作中に、外部からの異物が滞留してしまった。

比較例３は、リフレッシュローラ３を定着ローラ１に当接するだけ（回転なし）で、コバ部傷が消えるかを実験したものだが、コバ部傷による画像上のグロスムラは消えたが、異物が滞留し、又弊害傷が発生してしまった。

比較例４は、弊害傷が付かないようにリフレッシュローラ３を定着ローラ１に当接させ、従動回転させることで、コバ部傷が消えるかを実験したものだが、コバ部傷は消えなかった。但し、弊害傷は発生しなかった。又、摺擦動作中に、外部からの異物が滞留することもなかった。

比較例５は、比較例４の摺擦時間を延ばしたものである。即ち、比較例５は、比較例４の従動回転では定着ローラに傷を付けることができなかったので時間を延ばすことでコバ部傷が消えるかを実験したものだが、コバ部傷による画像上のグロスムラは消えなかった。但し、異物が滞留することはなく、又弊害傷も発生しなかった。

以上の比較例１〜５では、クリーニングウェブ２００の当接、リフレッシュローラ３の回転無しでの当接、及びリフレッシュローラ３の従動回転による当接を試みたが、グロスムラを抑制する効果と弊害とで満足できる結果は得られなかった。

次に、比較例６〜９、具体例１〜５では、リフレッシュローラ３を回転駆動した場合について検討している。

比較例６、７及び具体例１、２では、定着ローラ１に対して当接部にてカウンタ方向に移動するようにリフレッシュローラ３を回転駆動（カウンタ駆動）している。そして、リフレッシュローラ３の砥粒３３Ａの番手を、粗い＃８００から、＃１０００、＃４０００、＃６０００と細かい方へと振っている。

この結果、比較例６、具体例１、２では、コバ部傷による画像上のグロスムラを消すことができた。しかし、比較例７では、砥粒３３Ａの番手が細か過ぎたためか、画像上のグロスムラを消すことができないことがあった。又、比較例６では、砥粒３３Ａの番手が粗過ぎたためか、定着ローラ１に弊害傷が発生することがあった。具体例１、２及び比較例７では弊害傷が発生することはなかった。又、リフレッシュローラ３を回転駆動することにより、異物が滞留することもなかった。リフレッシュローラ３を回転駆動することで、リフレッシュローラ３と定着ローラ１とのニップ部に外部から異物が来ても、抜け出ているものと考えられる。

具体例３、４及び比較例８では、リフレッシュローラ３の定着ローラ１への加圧力を振っている。比較例１〜７及び具体例１、２では総圧２０Ｎの加圧力としたが、具体例３、４及び比較例８では、総圧を１０Ｎ、１００Ｎ、１５０Ｎと振った。その結果、具体例３、４ではグロスムラを抑制する効果、弊害とも問題なかった。比較例８ではグロスムラを抑制する効果はあったものの、加圧力が大き過ぎたせいか、定着ローラ１に弊害傷が発生してしまった。

具体例５では、リフレッシュローラ３の回転駆動方向を、その移動方向が当接部にて定着ローラ１と同方向となるようにし、且つ、定着ローラ１の周速の２倍の周速でリフレッシュローラ３を回転させた。その結果、上記カウンタ駆動の場合と同様に、グロスムラを抑制する効果、弊害とも問題なかった。

比較例９では、オイル塗布系の定着ローラを用い、リフレッシュローラ３をカウンタ駆動した場合に、オイルレス系の定着ローラを用いた場合と同様の効果があるか否かを確認した。その結果、グロスムラを抑制する効果はあったものの、定着ローラの表層が軟らか過ぎて、削れ過ぎたせいか、弊害傷が発生してしまった。

以上説明したように、粗し方の条件によっては、定着ローラ１に細かい摺擦傷を付けることで、コバ部等による傷に起因するグロスムラを解消することが可能であり、且つ、画像上の弊害傷を見えなくすることが可能であることが分かった。

＜定着ローラ表面＞
前述の試験結果に基づいて、コバ部等による傷に起因するグロスムラを解消することができ、且つ、画像上の弊害傷が見えない定着ローラ上の傷とはどのような傷であるかを調べた。結果を表３のようになった。

比較例１〜３は、定着ローラ１の表面移動方向に多数の傷（縦傷）が発生しており、オイル塗布系の定着ローラ１で表面粗さＲｚが２μｍ〜５μｍ、オイルレス系の定着ローラ１でＲｚが１μｍ〜３μｍであった。傷の幅は、オイル塗布系、オイルレス系ともに５０μｍ以下程度であった。傷の本数は疎らで、定着ローラ１の軸方向に１００μｍあたり１本以上程度であった。傷は異物が滞留した付近に発生している。クリーニングウェブ２００又はリフレッシュローラ３が停止していることで、異物が滞留して定着ローラ１を傷つけてしまったものと考えられる。クリーニングウェブ２００、リフレッシュローラ３の両方で発生しているため、摺擦部材に依存せず、摺擦部材が停止していることで弊害傷が発生していると考えられる。

比較例４、５は、定着ローラ１上に多数の穴状の凹みが発生しており、表面粗さＲｚが０．５μｍ〜１．０μｍで、傷の幅は１μｍ以下程度であった。これらの例では、リフレッシュローラ３が定着ローラ１の回転に従動回転していることで、砥粒３３Ａの先端凸形状が定着ローラ１の表層に転移しているだけであると考えられる。そのため、コバ部傷を見えなくする効果は無かった。摺擦時間を５０秒としてもその効果を得ることはできなかったが、穴の数は若干増えていた。傷が浅いので、更に加圧力を上げたり、摺擦時間を延ばしたりすることで前述の効果を得られる可能性はある。しかし、摺擦時間が長くなってしまうことは避けられないものと考えられる。

比較例６、８は、定着ローラ１の表面移動方向に多数の傷が発生しており、表面粗さＲｚが１．５μｍ〜４μｍで、傷の幅は２０μｍ以下程度であった。傷の本数は、定着ローラ１の軸方向に１００μｍあたり５本以上程度であった。コバ部傷を見えなくする効果はあったが、傷が広く、深いため、弊害傷が発生することがあった。これらの例では、傷を付け過ぎることがあったものと考えられる。

比較例７は、定着ローラ１の表面移動方向に多数の傷が発生しており、表面粗さＲｚが０．５μｍ〜１μｍで、傷の幅は１μｍ以下程度であった。傷の本数は、定着ローラ１の軸方向に１００μｍあたり１００本以上程度であった。コバ部傷を見えなくする効果は無いことがあった。しかし、傷が細く、浅いため、弊害傷は発生しなかった。本例では、傷を付けなさ過ぎることがあったものと考えられる。

具体例１、４は、定着ローラ１の表面移動方向に多数の傷が発生しており、表面粗さＲｚが１μｍ〜２μｍで、傷の幅は１０μｍ以下程度であった。傷の本数は、定着ローラ１の軸方向に１００μｍあたり１０本以上程度であった。コバ部傷を見えなくする効果があり、弊害傷も発生しなかった。

具体例２、５は、定着ローラ１の表面移動方向に多数の傷が発生しており、表面粗さＲｚが０．５μｍ〜１．５μｍで、傷の幅は２μｍ以下程度であった。傷の本数は、定着ローラ１の軸方向に１００μｍあたり５０本以上程度であった。これらの例も、コバ傷を見えなくする効果があり、弊害傷も発生しなかった。

具体例３は、定着ローラ１の表面移動方向に多数の傷が発生しており、表面粗さＲｚが０．５μｍ〜１．０μｍで、傷の幅は１０μｍ以下程度であった。傷の本数は、定着ローラ１の軸方向に１００μｍあたり１０本以上程度であった。コバ部傷を見えなくする効果があり、弊害傷も発生しなかった。

以上の結果から、画像上視認できない程度の傷であって、コバ部傷を見え難くする傷は、次のような傷であるものと考えられる。即ち、摺擦動作により、定着ローラ上で表面粗さＲｚが０．５μｍ以上２．０μｍ以下となり、且つ、砥粒による幅が１０μｍ以下の傷の密度が定着ローラの回転軸線方向に１００μｍあたり１０本以上である傷である。尚、この摺擦傷は、その数が多ければ多いほど画像上で目立たなくなるが、リフレッシュローラのコストや耐久寿命を考慮すると、定着ローラの回転軸線方向に１００μｍあたり１００本以下が好適であると考えられる。

この場合の画像上（記録材Ｓ上のトナー部）表面粗さＲｚは０．５以下程度であり、この程度であればグロス差として視認不可能であることが分かった。又、傷の密度に対しては、疎らに数本あるとグロススジとして視認可能となり易いが、密（高周波）にスジがあることでグロス差としては視認不可能となる。

＜耐久試験＞
具体例１、２の構成において、定着ローラの表層の耐久性を確認した。又、オイル塗布系の定着ローラのシリコーンゴムの表層に対しての耐久性を確認するために比較例９についても同様に耐久試験を行った。

定着ローラの寿命は３０万枚とし、１０００枚通紙毎に５秒摺擦動作を行う場合、定着ローラの寿命までの摺擦動作の回数Ｎｔは、
Ｎｔ＝３０万枚／１０００枚
＝３００回
となる。

そして、定着ローラの寿命までの総摺擦時間Ｔは、
Ｔ＝５秒×３００回
＝１５００秒
＝２５分
となる。

定着ローラの表層である初期のＰＦＡチューブの厚み３０μｍ（具体例１、２）及びシリコーンゴムの厚み１ｍｍ（比較例９）に対して、定着ローラのほぼ寿命までの３０分の連続摺擦試験、及び１０００枚通紙毎に５秒間摺擦動作を行う実機試験を各３回行った。結果を表４に示す。表４には、初期の厚みに対する差分を示している。ＰＦＡチューブの厚みの測定は、（株）キーエンス製レーザー顕微鏡ＶＫ８５００を用いて行った。一方、シリコーンゴムの厚みはレーザー顕微鏡では測定できないので、定着ローラのゴムの一部を剥がして芯金との段差を測定した。

具体例１、２について、連続摺擦試験及び実機試験ともに、ＰＦＡチューブの厚みが薄くなっているという傾向は見られず、ＰＦＡチューブの削れ量は、測定不可能なレベルか、測定誤差レベルしかなかった。又、具体例１と具体例２とで削れ量に傾向はなく、削れ粉も観測されなかった。

比較例９について、シリコーンゴムの表層の定着ローラはシリコーンゴムの厚みが７０μｍ〜１００μｍ程度薄くなっており、リフレッシュローラ３の周りにシリコーンゴムの削れ粉が観測された。

この結果は、リフレッシュローラ３が、具体例１、２における定着ローラの表層のＰＦＡチューブを観測できない程度に削り取っているか、或いは、削り取っているのではなく単に荒らしているだけであることを示している。一方、比較例９における定着ローラの表層のシリコーンゴムは、明らかにリフレッシュローラ３により削り取られている。これは、特許文献１などにおける従来の研磨作用と同様である。尚、ここでは、具体例１、２と比較例９との定着ローラの表層の差異は、その表層の硬さの差異によって代表される。

又、３０万枚まで実機試験において、コバ部傷によるグロスムラの解消能力の耐久による劣化は見られなかった。但し、５０万枚まで実機試験を追加で行った場合には、グロスムラの解消能力が若干劣化していた。これはＰＦＡチューブの耐久性がなくなったためと考えられる。しかし、定着ローラとしては実用上十分な寿命を保っている。

＜定着装置の設定＞
次に、前述の試験結果に基づいて、グロスムラ抑制のために好ましい定着装置の設定について検討した。

先ず、定着ローラの表層の微小硬度について説明する。

通常、定着ローラの表面の硬度は、例えば、ＡＳＫＥＲ−Ｃなどの硬度計を用いて測定するが、定着ローラの表層の傷に対する硬さの指標とはなり難い。むしろ、ビッカース硬度計のような、試料に対して十分硬い楔を打ち込んで、その深さ、圧力等から定義した方が、傷に対する硬さの指標としては相応しいと考えられる。

そこで、定着ローラの表層の微小硬度の測定には、図５のようなＨＹＳＩＴＲＯＮ社のＴｒｉｂｏＳｃｏｐｅを用いた。微小硬度を測定する測定端子には、Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈチップ（１４２．３°）を用いた。一般的な硬度計に比べて、低荷重、低変位量のため、ナノ硬度と称する場合もある。測定の加重は、１０μＮ〜２０００μＮの範囲で、好ましくは、２０μＮ〜６００μＮである。ここでは、測定の加重は２００μＮとした。５秒間で指定した加重まで加圧し、５秒間かけて加重を解除した。図６には、加重を２００μＮとしたときの加重曲線を示す。このときの硬度Ｈは、以下のように求める。
Ｈ＝Ｐｍａｘ／Ａ
ここでＰｍａｘは、プローブにかかる最大応力、Ａはプローブの接触面積（圧痕面積）である。接触面積Ａは、ここで用いたプローブの場合、
Ａ＝２４．５ｈｃ²
である。ｈｃはプローブのリフレッシュローラへの侵入量である。

上述の２種類の定着ローラの表層の微小硬度を測定したところ、加重２００μＮのときに、表層がＰＦＡチューブのものが硬度Ｈ＝１．０Ｇｐａ、表層がシリコーンゴムのものが硬度Ｈ＝０．０２Ｇｐａであった。

次に、上記微小硬度測定方法を踏まえて、図７を参照して、本発明者らが想定した定着ローラの摺擦モデルについて説明する。

先ず、定着ローラがリフレッシュローラの砥粒（摺擦材）と比べて十分大径であるため、定着ローラの表層を平滑面とみなす。リフレッシュローラの砥粒の突起を半頂角θ［°］の円錐とみなし、この砥粒１個にかかる荷重をｐ［Ｎ］とする。砥粒に比べて軟らかい定着ローラの表層に荷重ｐで砥粒が深さｄ［ｍｍ］に押し込まれ、そのときの圧痕半径をｒ［ｍｍ］とする。定着ローラの微小硬度をＨ［ＧＰａ］とすると、
ｐ＝Ｈ・πｒ²
となる。

押し込まれている砥粒の前面投影面積ｒｄ［ｍｍ²］によって、摩擦距離ｍ［ｍｍ］の間に除去される体積、即ち、磨耗量ｗ［ｍｍ³］は、
ｗ＝ｒｄ・ｍ
となる。ｔａｎθ＝ｒ／ｄであるから、
ｗ＝ｒ・（ｒ／ｔａｎθ）・ｍ
＝ｒ²・（ｍ／ｔａｎθ）
＝（ｐ／πＨ）・（ｍ／ｔａｎθ）
となる。

定着ローラの周速度をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］、リフレッシュローラの周速度をｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］、定着ローラとリフレッシュローラとの成す回転方向のニップ幅をｎ［ｍｍ］とする。尚、定着ローラの周速度Ｖを正の値として、リフレッシュローラの周速度ｖは、定着ローラとリフレッシュローラとの当接部（摺擦部）で表面移動方向が定着ローラと同方向である場合は正の値、逆方向の場合は負の値とする。このとき、本実施例に従う構成の場合、摩擦距離ｍは、定着ローラの一点がニップを通過する時間ｎ／Ｖに、周速差｜Ｖ−ｖ｜の速度で１個の砥粒が通過するので、
ｍ＝（ｎ／Ｖ）・｜Ｖ―ｖ｜
となる。すると、磨耗量ｗは、
ｗ＝（ｐ／πＨ）・（ｎ／ｔａｎθ）・（｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ）
となる。

ｗは砥粒１個あたりの磨耗量であり、次にリフレッシュローラと定着ローラとのニップ内での総磨耗量Ｗ［ｍｍ³］を考える。総荷重をＰ［Ｎ］、リフレッシュローラと定着ローラとのニップ内で接触している砥粒数をＮとすると、
Ｗ＝ｗ・Ｎ
Ｐ＝ｐ・Ｎ
となる。

以上から、リフレッシュローラと定着ローラとのニップ内の総磨耗量Ｗは、
Ｗ＝（ｐ／πＨ）・（ｎ／ｔａｎθ）・（｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ）・Ｎ
＝（Ｐ／πＨ）・（ｎ／ｔａｎθ）・（｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ）
となる。

定着ローラの外周上の単位長さあたりの磨耗量をωとする。Ｗはリフレッシュローラと定着ローラとのニップ内での磨耗量なので、ニップ幅ｎで割るとωとなる。即ち、
ω＝Ｗ／ｎ
＝（Ｐ／πＨｔａｎθ）・（｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ）［ｍｍ³／ｍｍ］
となる。

定着ローラの外径をＲとすると、外周はπＲなので、定着ローラ１周での総磨耗量Ｗ_totalは、
Ｗ_total＝ω・πＲ
＝（ＰＲ／Ｈｔａｎθ）・（｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ）
となる。

単位長さあたりの磨耗量ωは、リフレッシュローラと定着ローラとの総荷重（加圧力）Ｐ、周速比｜Ｖ−ｖ｜／Ｖに比例し、定着ローラの微小硬度Ｈ、砥粒先端の角度（半頂角）θに反比例することが分かる。

定着ローラ上に細かい摺擦傷をつけて、コバ部傷を軽減しようとする場合、傷の長さは、周速比｜Ｖ−ｖ｜／Ｖのパラメータとなる。又、傷の長手方向の密度は、砥粒の数、砥粒の番手（粒径）の関数となり、傷の深さは、総荷重Ｐ、定着ローラの微小硬度Ｈ、砥粒の数の関数となる。定着ローラ上に形成する傷（凹部）の特徴と、そのパラメータを表５にまとめる。

単位長さあたりの磨耗量ωは、砥粒の数、砥粒の番手（粒径）がパラメータとなっていないが、これはむしろ定着ローラ上にどのような摺擦傷を付けたいかというためのパラメータである。

定着ローラ上に細かい摺擦傷を付ける場合、リフレッシュローラ上の砥粒は隙間無く均一に接着されていることが好ましい。従って、砥粒の数と砥粒の粒径（番手）とは、一意に決められる。例えば、リフレッシュローラの長手方向の長さをＬとし、リフレッシュローラ上に圧痕径ｒの砥粒が隙間無く接着されているとき、長手方向の砥粒数はＬ／２ｒと想定される。本例の場合、画像上で視認不可能となる定着ローラの表層の傷を得るための砥粒の番手は、好ましくは、＃１０００〜＃４０００であった。即ち、平均粒径では、好ましくは、約３μｍ〜約１６μｍである。

砥粒先端の角度は、分布をもつものの、本例で使用した一般的なアルミナ系の砥粒では、平均半頂角３０°程度（全頂角で６０°）である。

このモデルによる定着ローラの外周上の単位長さあたりの磨耗量ωを、前述の試験条件毎に計算した結果を表６に示す。ここでは、θ＝３０°、ｔａｎ３０°＝０．７で計算している。

比較例１、２は、摺擦部材として、クリーニングウェブを用いているので、本モデルには合わないため計算していない。

上述の結果から、グロスムラを抑制する効果、弊害とも問題ない磨耗量の範囲は、
７×１０^-3［ｍｍ³／ｍｍ］≦ω≦６８×１０^-3［ｍｍ³／ｍｍ］
であることが分かる。

即ち、定着ローラへのリフレッシュローラの荷重をＰ［Ｎ］、定着ローラの周速をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］、リフレッシュローラの周速をｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］、定着ローラの微小硬度をＨ［ＧＰａ］、砥粒の半頂角をθ［°］とする。このとき、
７×１０^-3≦（Ｐ／πＨｔａｎθ）・（｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ）≦６８×１０^-3
を満たすことが好ましい。

これにより、リフレッシュローラの摺擦動作により、定着ローラは、表面粗さＲｚが０．５μｍ以上２．０μｍ以下となり、且つ、砥粒による幅が１０μｍ以下とされる凹部が回転軸線方向において１００μｍあたり１０本以上形成される。

但し、リフレッシュローラ３が回転駆動していることが望まれる。又、砥粒の番手が＃１０００〜＃４０００、即ち、砥粒の粒径が＃４０００番手の粒径以上＃１０００番手の粒径以下であることが好ましい。

上述のように、砥粒の番手（粒径）は、定着ローラ上にどのような摺擦傷を付けたいかのパラメータと言える。本発明者らの検討によれば、コバ部傷の状態、即ち、記録用紙のバリの状態や、グロスムラを抑制したい画像を形成する記録材の種類（上質紙であるかコート紙であるか等）などの条件で、定着ローラ上に望まれる摺擦傷が異なることがある。より安定してグロスグロス抑制結果及び弊害傷の抑制効果を得るためには、リフレッシュローラの砥粒の番手は、上記の如く＃１０００〜＃４０００であることが好ましい。しかし、場合によっては、リフレッシュローラの砥粒の番手が＃８００〜＃６０００、即ち、平均粒径では約２μｍ〜約２０μｍの範囲で満足いく結果が得られることがある。

上記試験例の条件では、比較例３はω＝９で上記範囲内ではあるが、リフレッシュローラ３が回転していないため、異物滞留による傷も発生してしまうことがある。

又、上記試験例の条件では、比較例６、７はω＝１４で上記範囲内ではあるが、砥粒の番手が粗過ぎ、又は、細か過ぎることがあるので、所望の傷を定着ローラに付けることができないことがある。

耐久試験の結果から、削れ粉は観測されず、定着ローラの表層のＰＦＡチューブの厚みも耐久により減少していないことから、本実施例によれば、磨耗量≠削れ量であり、磨耗量＝荒らし量という方が適切である。上述のモデルで言うと、定着ローラの表層のＰＦＡチューブの表面を鋭角な砥粒断面で切っているだけで、砥粒断面のチューブを全て削り取っているわけではないものと考えられる。

このように、加圧力Ｐ、周速比｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ、定着ローラ微小硬度Ｈ、砥粒の半頂角θの関数として、定着ローラの荒らし量を定義することで、定着ローラを所望の状態に荒して、凹凸状態を初期の状態に戻すことができる条件を規定することができた。

又、本発明者らの検討により、上述の砥粒の番手に対応して、リフレッシュローラの砥粒は、平均粒径としては５μｍ以上２０μｍ以下のものを用いるのが好ましいことが分かった。

以上説明したように、本実施例では、定着ローラに細かい摺擦傷を付けることによって、コバ部等による定着ローラ上の傷に起因する画像上のグロスムラを視認不可能な程度に抑制することができる。従って、本実施例によれば、定着ローラ１の低寿命化等の弊害を抑制しつつ、加熱回転体上の記録材の通過跡による画像上のグロスムラを抑制することができる。

以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、画像加熱装置は、記録材上の未定着のトナー像を記録材に定着させる定着装置として適用される場合に限定されるものではない。例えば、トナー像を記録材に定着した後に再加熱することにより、画像の平滑度や光沢度を増大させるための平滑度増大装置や光沢度増大装置としても適用することができ、上記と同様の効果を得ることができる。

また、以上では、定着ローラや加圧ローラのようにローラ状の部材により定着処理を施す例について説明したが、ベルト状の部材（定着ベルト、加圧ベルト）により定着処理を施す例であっても本発明を同様に適用することが可能である。

本発明に係る画像加熱装置を適用可能な画像形成装置の概略断面構成図である。 本発明に係る画像加熱装置の一実施例である定着装置の概略断面構成図である。 リフレッシュローラの層構成を説明するための模式図である。 リフレッシュローラの模式的拡大断面図である。 微小光度測定を説明するための説明図である。 微小光度測定を説明するためのグラフ図である。 リフレッシュローラによる摺擦モデルを示す説明図である。 比較例の定着装置の一例の概略断面構成図である。 定着ローラの表面状態を説明するための説明図である。 定着ローラの表面状態の推移を説明するためのグラフ図である。 記録紙のバリを説明するための模式図である。 コバ部傷を説明するための説明図である。 摺擦動作前の定着ローラの表面状態、及び種々の条件での摺擦動作後の定着ローラの表面状態を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 定着ローラ（加熱回転体）
２ 加圧ローラ（加圧回転体）
３ リフレッシュローラ（摺擦部材）
３３Ａ 砥粒（摺擦材）
１３０ 定着装置（画像加熱装置）

Claims (6)

1. 記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、前記加熱回転体を摺擦することによりその表面性を回復させる摺擦材を備えた摺擦部材と、を有する画像加熱装置において、
   前記加熱回転体への前記摺擦部材の荷重をＰ［Ｎ］、前記加熱回転体の周速をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］、前記摺擦部材の周速をｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］、前記加熱回転体の微小硬度をＨ［ＧＰａ］、前記摺擦材の半頂角をθ［°］としたとき、
   ７×１０^-3≦（Ｐ／πＨｔａｎθ）・（｜Ｖ−ｖ｜／Ｖ）≦６８×１０^-3
   を満たすことを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記摺擦材の粒径は５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記摺擦部材の摺擦動作により、前記加熱回転体は、表面粗さＲｚが０．５μｍ以上２．０μｍ以下となり、且つ、前記摺擦材による幅が１０μｍ以下とされる凹部が回転軸線方向において１００μｍあたり１０本以上形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。
4. 前記加熱回転体は表層に離型層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の画像加熱装置。
5. 前記摺擦材はアルミナ系の砥粒であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像加熱装置。
6. 記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、前記加熱回転体を摺擦することによりその表面性を回復させる摺擦材を備えた摺擦部材と、を有する画像加熱装置において、
   前記摺擦部材の摺擦動作により、前記加熱回転体は、表面粗さＲｚが０．５μｍ以上２．０μｍ以下となり、且つ、前記摺擦材による幅が１０μｍ以下とされる凹部が回転軸線方向において１００μｍあたり１０本以上形成されることを特徴とする画像加熱装置。
   
   

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