JP2009169137A

JP2009169137A - 感光体の異常画像予測方法

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Publication number: JP2009169137A
Application number: JP2008007633A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Masuda; 潔増田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-17
Also published as: JP4950084B2

Abstract

【課題】感光体上の潜像計測結果と潜像電位に関するモデル式の数値計算結果を組み合わせ、この感光体を使用したときの画像形成装置における画像出力結果を精度良く予想できる方法を提供する。
【解決手段】感光体表面に形成された静電潜像の形を電位として測定する手段と、静電潜像の電荷の動きを表面電位の変動として感光体表面の表面抵抗および経過時間をパラメータとするモデル式の数値計算で算出する手段とを組み合わせて、感光体の表面抵抗を特定する方法であって、測定における露光書込から測定開始までに要する時間を数値計算における書込からの経過時間として使用し、潜像の形の測定結果と感光体表面抵抗をパラメータとした潜像の形の数値計算結果から感光体表面抵抗値を決定し、表面抵抗値と感光体が搭載される画像形成装置の露光から現像までの時間を使用し、該条件下の潜像の形を計算し、感光体の画像形成装置における画像のくずれを予測する方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真用感光体上の潜像のくずれ、ひいては画像のくずれを予測する方法に関する。

まず、本発明と係わる微小領域の潜像計測技術に関することについて説明する。
複写機やレーザプリンタで用いられる電子写真方式は、感光体の表面を均一に帯電する工程と、帯電した感光体表面を露光して感光体表面に静電潜像を形成する工程と、形成された静電潜像を現像剤中のトナーで現像する工程と、トナー像を紙、あるいは中間転写ベルトに転写する工程と、転写されたトナー像を定着する工程と、転写後の感光体上の残トナーを除去するクリーンング工程と、感光体上の静電潜像を除去する除電工程とからなる。

最終画像のアウトプット品質には各工程が作用しているため、最終画像から露光工程での潜像品質を知ることは従来容易ではなく、一定の帯電条件に対する帯電電位と一定の露光条件に対する露光後電位を測定し、これら特性値が温度、湿度の環境下でどのように変わるか、あるいは帯電、露光の繰り返しサイクルの後、どのように変わるかをみて、形成される潜像の品質を推測するしかなかった。しかしながら、この方法では潜像の劣化である、いわゆる地汚れと言われる背景の汚れ、画像ボケ（あるいは画像流れ）という異常画像の評価は、表面電位計が感光体上の広い領域（感光体表面と表面電位計プローブの距離２ｍｍに対し１０〜１５ｍｍφの領域）の帯電電位をマクロに測定するため、潜像の異常を知ることはできなかった。

高画質化の流れのなかで、微小な領域の静電潜像を直接測定し、潜像の状態を評価する方法が求められている。このため微小領域の静電潜像を直接評価する方法が最近いくつか提案されている。
例を挙げると、（１）カンチレバー方式：感光体表面と探針の間に働く力Ｆ（静電引力など）による片持ち梁の機械的変位、あるいは振動状態の変化を片持ち梁の背面にレーザ光を照射し、反射した光を光検出し、その変位量の値から表面電位を知る方法（特許文献１：特開平５−１１９０９３号公報、特許文献２：特開平５−１４９９８８号公報参照）、（２）エレクトロメータ方式：感光体表面に近接して、ある面積を持つ電極を配置し、電極に誘導された電荷がグランドに対して持つ電位を測定する方法（特許文献３：特開平１１−１８４１８８号公報、特許文献４：特開平１１−１８４１８９号公報、非特許文献１：W. Hillen et al, SPIE Vol.914 Medical Imaging II(1988) p253、非特許文献２:Enrique Garcia et al, IEEE Transaction Devices 38(5)(1991) p1077参照）、（３）光減衰による変位電流方式（誘導電流方式）：感光体表面に近接して設置された電極で、帯電した感光体表面に極小の光スポットを照射し、光減衰による表面電荷の消失によって電極に誘導される電荷量（誘導電流）を測定し、表面電位を知る方法（非特許文献３:竹嶋基治他、Japan Hardcopy 2001論文集,B-32,第281頁、非特許文献４：J.A.Rowlands et al, Med. Phys. 18(3), May/Jun 1991,p421参照）等がある。

前記（１）の方式では感光体のような数百Ｖの帯電電位ではカンチレバーと感光体が静電気力で接触してしまう。また、接触しない程度に距離をとると、空間分解能の低下が生じ、距離はそのままに接触しない程度の撓み力の材料を片持ち梁に使うと感度の劣化が避けられない、という問題がある。

前記（２）の方式は、電極には感光体表面の所定領域の電荷量に対応した電荷量が誘起される必要があり、感光体と電極のギャップを狭くする必要がある。この方式では一般的に、測定の空間分解能としてＡ（μｍ）が必要なとき、ギャップはＡ（μｍ）以内、かつ電極のサイズはＡ（μｍ）以内×Ａ（μｍ）以内とする必要があると言われている（非特許文献２参照）。従って、１０μｍの空間分解能実現のためには１０×１０μｍ^２以下の小さな電極で１０μｍ以下のギャップにする必要がある。また、この方式では帯電した感光体が移動し、感光体表面の電荷が電極を横切るときに誘起される変位電流を測定する方法をとるため、この極小のギャップを常に維持する必要があり、これは極めて困難である。この方式をとる特許文献３、特許文献４では感光体表面と電位センサの検出部の間隔は一定に保たれる手段が設けられているとの記載があり、具体的な手段として、コロ、スペーサーを用いて、メカ的に一定間隔を保つ機構を設けたり、レーザ隙間センサや渦電流式変位センサを用いて、間隔をモニターし、常に一定間隔を保つようにモーター等で制御を行なう方法等が挙げられている。ただし、スペーサーを感光体表面と電極とのギャップに挟むと、感光体表面の移動に伴い表面にキズがつくことになり、好ましくないことは明らかである。また、距離をモニターするための渦電流式は距離計測の応答性の問題があり、レーザ式は感光体で光が吸収され反射光が小さくなり誤差が生じやすくなり、強い光にすると感光体を不要に光劣化させることになるため感光体を相手に使用するのは好ましくないといえる。また、非特許文献１では１つのサイズが０．２×０．２ｍｍ^２のマイクロエレクトロメータ（電極）３２個が１２ｍｍピッチでドラム軸方向に並び、感光体とのギャップは平均０．１ｍｍ±０．０２ｍｍを実現している。誤差は一つ一つの電極の配置誤差、感光体ドラムの回転偏差によるとし、ギャップを高精度に保つための具体的な機構について記述はない。非特許文献２では電極としてＣＣＤアレイ（５×５μｍ^２）を利用しているが、ギャップ５μｍの目標に対し、空圧軸受けのベアリングを利用して２０μｍ程度にしか制御維持できなかったと記載されている。機構について詳細は不明。いずれにしても、空間分解能のために電極を小さくせざるを得ず、小さいがために得られる信号が極めて小さくなり、かつ、μｍオーダの極小のギャップを維持する機構を用意するという、本質的な困難さがあり、測定は容易ではない。

前記（３）の方式は透明ガラスに透明導電膜が成膜された電極が使用され、背面より光照射を行なう方式であり、原理的に空間分解能は照射するスポット光のサイズのみに依存するので、電極サイズは任意である。感光体表面とプローブ間距離（ギャップ）も最大２ｍｍ程度まで任意である（ただし、当然であるが、ギャップが大きくなれば、検出信号は小さくなる）。ところで、上記非特許文献３に依れば、透明ガラス電極の背面より１０μｍサイズのビームスポットを照射し、１０μｍ領域で生じる光減衰電位変化による誘導電流（変位電流）を検出し、その信号の大きさからスポット光照射前の電位を知り、順次測定位置を変え、潜像プロファイル（副走査方向の１次元プロファイル）を得ているが、８０μｍ幅（副走査方向）のビームで１ラインの潜像書き込みしたときの潜像幅が８０μｍ幅の約２倍強の幅（μｍ）に測定されており、技術的には優れた方式であるがこの方式も更なる改善が望まれる方式である。

なお、非特許文献４も（３）の方式に関係し、感光体の光減衰特性を利用した測定の原理について言及しているが、測定装置ではなく、人体のＸ線透視画像を銀塩フィルムではなく、帯電した無機感光体（Ｓｅ）へ投射し、感光体表面に形成された２次元静電潜像を電子データとしてコンピュータに読み取る装置のＸ線と関係する技術課題について記載している。

非特許文献５（D.S.Weiss, 他「Analysis of Electrostatic Latent Image Blurring Caused by Photoreceptor Surface Treatments」J of IS&T 40,No.4,1996）は感光体表面抵抗をパラメータとした拡散のモデル式で、潜像の時間変化について記載されている。本発明と密接に関係するが、潜像の実測データとモデル式を組み合わせ、画像出しをせずに画像のくずれを予測することについては言及していない。また、オーバーコート層の有無による繰返し使用後の画像幅変化を見るため、キセノンランプ光（非ガウス分布）をモノクロフィルタを介して０．２５ｃｍ幅の幅広スリットから露光したときのアナログ電圧信号から露光域と非露光域の境界を見るマクロ的なものであり、微小領域の潜像計測によく適したものとは云い難い。

また、これ以外にも電子線による微小領域の潜像計測関係（特許文献５〜８）のものがある。
特許文献５：特開２００６−８４４３４号公報には、耐絶縁性をμｍオーダの精度で評価することが記載されており、特許文献６：特開２００６−１０４３０号公報には、検出手段の引き込み電圧の影響に起因する測定誤差を防止することが記載されており、特許文献７：特開２００５−１６６５４２号公報には、表面電位分布を２次電子によらずに極めて高精度に測定することが記載され、特許文献８：特開２００４−２５１８００号公報には、荷電粒子ビームの照射電流を、表面電荷分布を消失させない大きさに設定し、表面電荷分布を精度よく測定する方法が記載されている。
しかし、サンプルを真空中においての測定となり、劣化したサンプル上につくられた静電潜像を評価したいときには、測定までに時間が経過することと、真空に引くことで、表面に何かがついていた場合には、それが除かれてしまい、劣化状態が変わってしまうことは十分あり得る。したがって、本発明とは構成、技術課題、および目的が異なる。特許文献９は本発明者に係る既発明の公開公報であり、本発明は特許文献９の改良された応用発明に当たる。
特許文献９：特開２００６−３８６６６号公報には、光減衰電位変化による変位電流測定において、副走査方向の空間分解能を確保しながら検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることが記載されている。

特開平５−１１９０９３号公報特開平５−１４９９８８号公報特開平１１−１８４１８８号公報特開平１１−１８４１８９号公報特開２００６−８４４３４号公報特開２００６−１０４３０号公報特開２００５−１６６５４２号公報特開２００４−２５１８００号公報特開２００６−３８６６６号公報 W.Hillen 「A selenium-based detector system for digital slot-radiograph」 SPIE Vol.914 Medical ImagingII, P253,1988 Enrique Garcia 「CCD Arrays for Readout of Electrophotographic Latent Images」 IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES 38, NO.5, P1077, 1991 竹嶋，会沢「１ＤＯＴ潜像電位の検討」Japan Hardcopy 2001 論文集 p281 J. A Rowlands 他「X-ray imaging using amorphous selenium:A photoinduded discharge readout method for digital mammography」 Med.phys 18(3), 1991 D.S.Weiss, 他「Analysis of Electrostatic Latent Image Blurring Caused by Photoreceptor Surface Treatments」J of IS&T 40,No.4,1996

本発明者らは従来技術の（３）に属する方式の応用技術を既に提案（特願２００７−１８４８４７号）している。この方式は大気中での測定であるので、感光体の初期状態、および負荷による劣化状態を損なうことがなく、感光体上の静電潜像を直接評価し、負荷に対する感光体の耐性を知ることができる潜像計測装置に関するものであり、具体的には、円筒状感光体の周囲に、帯電器、露光器（１）（潜像書込手段）、透明導電電極と、その背面に配置される露光器（２）（検知光露光手段）、除電器がこの順序に配置されており、露光器（１）で感光体表面上に潜像パターンを形成し、該パターンが透明導電電極部に来たとき、感光体の回転移動を停止し、露光器（２）で１ショットパルス露光を行ない、感光体上の電荷の光減衰に伴い透明導電電極に誘起される信号を採取し、次に感光体を露光器（２）の周方向のビーム幅（厚み）以上にステップで移動し、同等にして信号採取を繰り返す測定装置にあって、露光器（１）により形成される潜像パターンが、感光体回転方向に少なくとも２本/ｍｍ以上のラインパターンであるように露光器（１）を制御することを内容とする微小領域潜像計測装置に係るものであった。しかしながら、この潜像計測装置で潜像の「くずれ」が計測された感光体が、画像形成装置にて画像を出力させたとき、画像の「くずれ」が認められない場合のあることが分かった。すなわち、微小領域潜像計測の結果と画像出力の結果が対応しない場合があった。原因を追及した結果、潜像計測において、帯電した感光体に露光により潜像パターンを形成し、このパターンが透明電極部に到達し、測定を開始するまでの時間が１秒以上要していたことと、画像形成装置においては露光書込から現像までの時間が０．１秒前後であり、この点が異なることがわかった。このことは、感光体の表面抵抗が負荷により劣化したとき、ある抵抗レベルでは、潜像形成から０．１秒後と１秒以上経過後では潜像のくずれ方に大きなちがいが生じることを示唆しているが、発明者らの微小領域の潜像計測では測定装置の制約から、潜像形成から測定開始まで０．１秒前後で行なうことは困難であり、一方、一般的な電子写真方式の画像形成装置は潜像形成から１秒以上後に画像出力をすることも困難であり、劣化した感光体の潜像計測の結果と画像出力結果とを時間を同じにし、対応させることは困難であった。このことは潜像に対する時間の影響を直接確認することが難しいことを意味している。
本発明は、上記に鑑み、感光体上の潜像計測結果と潜像電位に関するモデル式の数値計算結果を組み合わせ、この感光体を使用したときの画像形成装置における画像出力結果を精度良く予想できる方法を提供しようとするものである。
〔目的１〕
感光体表面に形成された静電潜像に対し、該静電潜像の形を電位として測定する手段と、静電潜像の電荷の動きを表面電位の変動として感光体表面の表面抵抗および経過時間をパラメータとするモデル式の数値計算で算出する手段とを組み合わせて、該感光体の表面抵抗を特定する方法において、該測定における露光書込から測定開始までに要する時間を数値計算における書込からの経過時間として使用し、潜像の形の測定結果と感光体表面抵抗をパラメータとした潜像の形の数値計算結果から感光体表面抵抗値を決定し、該表面抵抗値と該感光体が搭載される画像形成装置の露光から現像までの時間を使用し、該条件下の潜像の形を計算することで、画像形成装置での画像のくずれを精度よく予測することを目的とする。
〔目的２〕
前記潜像の形を測定する手段が、大気中にて１本／ｍｍ以上の解像性を評価できる手段とすることで、感光体表面が負荷を受け劣化しても、その状態が損なわれることなく測定可能であり、測定の解像性が１本／ｍｍ以上であることから、潜像の形について、測定精度が高く、数値計算結果との対応について信頼性の高い判断が可能とする。
〔目的３〕
前記潜像の形を測定する手段が、感光体の光減衰機能を利用した測定方法とすることで、前記目的２を具体的に達成できる手段を提供する。

上記課題は、以下のような本発明によって達成される。
（１）「感光体表面に形成された静電潜像に対し、該静電潜像の形を電位として測定する手段と、静電潜像の電荷の動きを表面電位の変動として感光体表面の表面抵抗および経過時間をパラメータとするモデル式の数値計算で算出する手段とを組み合わせて、該感光体の表面抵抗を特定する方法であって、該測定における露光書込から測定開始までに要する時間を数値計算における書込からの経過時間として使用し、潜像の形の測定結果と感光体表面抵抗をパラメータとした潜像の形の数値計算結果から感光体表面抵抗値を決定し、該表面抵抗値と該感光体が搭載される画像形成装置の露光から現像までの時間を使用し、該条件下の潜像の形を計算し、該感光体の該画像形成装置における画像のくずれを予測する方法」、
（２）「前記潜像の形を測定する手段が、大気中にて１本／ｍｍ以上の解像性を評価できる手段であることを特徴とする前記第（１）項に記載の画像のくずれを予測する方法」、
（３）「前記潜像の形を測定する手段が、感光体の光減衰機能を利用した測定方法であることを特徴とする前記第（１）項に記載の画像のくずれを予測する方法」。

本発明の請求項１により、潜像測定の結果と電荷拡散のモデル式による数値計算結果との組み合わせから、画像形成装置における画像のくずれを精度良く予測できる。
また、請求項２、３により、潜像測定の精度が上がり、請求項１の目的が容易に達成される。

本発明は、帯電した感光体に露光を行ない、１ｍｍ幅内の微小領域に矩形の潜像パターンを形成し、この潜像へラインビームレーザをワンショット露光し、光減衰による表面電位の変化を生じさせ、その電位変化により感光体に近接して設置された電極に誘導される電荷量の変化、すなわち誘導電流（変位電流）を測定し、その信号の大きさから露光前の表面電位のレベルを知る方式の応用に関するものであり、感光体上の電荷、すなわち代用特性として潜像電位であるが、この潜像電位の形を測定したときの結果と潜像電位のモデル式に基づく拡散・移動の数値計算結果を組み合わせ、画像形成装置で画像出力したときの画像の状態を精度良く予測する方法である。

これまで、感光体の表面電位を測定する測定器は振動容量型と言われる方式のもので行なわれてきた。この表面電位測定器の市販製品にはトレック社モデル３４４がある。感光体と表面電位計プローブ間のギャップは通常１ｍｍ〜３ｍｍで使用されることが多いが、このとき、表面電位計のプローブが検出する領域は５ｍｍφ〜２０ｍｍφになり、ギャップが０．５ｍｍであっても検出領域は２ｍｍφであり、空間分解能の点から、精度のよい潜像計測は不可能であった。そこで先述した種々の技術が検討されているが、それぞれ実用化する上で困難な問題があり、鋭意開発努力が続けられている。本発明では潜像計測は感光体の光減衰を利用した方式をベースにしているため、この方式で感光体上の１ｍｍ幅以下の領域における潜像電位のくずれを空間分解能の観点で精度よく評価でき、また、コロナ帯電を受けることで感光体表面がコロナ放電生成物で汚染され、表面抵抗が劣化したときも、大気中での測定が可能であること、測定の準備に多くの時間を要しないことから、劣化状態を損なうことなく、その条件下の潜像形成の状態を測定可能となる。

次に、潜像計測における書込のパターンであるが、１ｍｍ幅内にＶ字型の電位パターンが２つ以上並ぶように形成することが、潜像電位のくずれを判別しやすいことが分かっている。しかしながら、本発明は感光体上の潜像電位の測定結果がくずれていたとき、画像出力もくずれるのか、を判断するために、モデル式に基づき潜像電位の拡散・移動の数値計算を行なうことになる。このモデル式については後述するが、モデル式の出発点は偏微分方程式であり、これを簡単に解くために、潜像電位のパターンは矩形のパターン（＝井戸型ポテンシャル）であることが好ましい。そのため、潜像計測における書込パターンも矩形のパターンとすることになる。
線速ｖで移動（回転）している帯電した感光体に矩形のパターンを露光する方法は、
（ｉ）幅Ａの矩形パターンを極短時間露光する、例えば、Ａが０．５ｍｍ幅、感光体の線速ｖが５０ｍｍ／ｓの場合、形成される幅Ａが誤差１％以下であるためには、少なくとも０．５×０．０１÷５０＝０．０００１ｓ（＝１００μｓ）以下で露光する。また、この場合、露光パターンは幅Ａ内で照度が極力均一であることが必要である。
別の方法は、（ii）幅Ａの１／１０以下の露光幅のパターンをＡ÷ｖ＝０．５／５０＝０．０１ｓの時間だけ照射する。形成される潜像が矩形の幅Ａであるためには露光幅パターンは極力狭く、その幅内で均一の照度であることが好ましい。
本発明で利用する微小領域測定では（ii）の方式で線状ビームを用いるが、その幅（厚み）は４５μｍである。また、その幅方向での照度分布はガウシアン分布をしており、裾切れの影響があり、理想的な露光ができている訳ではない。しかし、（ｉ）の方法も、均一な照度分布で露光することが極めて難しい方法である。

ここで、感光体表面上の静電荷の移動・拡散、したがって潜像電位の移動・拡散のモデル式について説明する。電位をＶとすると、位置と時間の関数として１次元では次の偏微分方程式で表わされる。

ここに、Ｄは拡散係数

（Ｒ_ｓｑは表面抵抗、Ｃは単位面積当たりの静電容量である。）
矩形の潜像電位パターン（＝井戸型ポテンシャル）は、その中央をｘ＝０、幅を２ａとすると、
初期条件はｔ＝０のとき、ｘ＝０ではＶ＝Ｖ_ｅｘｐ（露光直後の電位）、
ｘ＝ａｏｒ −ａではＶ＝Ｖ_０（初期帯電電位）となり、これを解いて（２）式が得られる。

ここに、ΔＶ_０＝Ｖ_０−Ｖ_ｅｘｐ、
Erf は「誤差関数」であり、次式（３）のように表わされる。

（*）は非特許文献５より引用

（２）式からわかるように、Ｖは、表面抵抗（Ｒ_ｓｑ）、静電容量（Ｃ）をパラメータとする関数である。
この式を使い、次の条件で数値計算した結果を図７−１，図７−２，図７−３，図７−４に示す。
ａ＝２００μｍ（幅：４００μｍ）
Ｖ_０＝８００Ｖ
ΔＶ_０＝４００Ｖ
露光後の時間：０．１ｓ，１ｓ，１０ｓ
表面抵抗：１×１０^１６Ω／□，１×１０^１５Ω／□，１×１０^１４Ω／□，３×１０^１３Ω／□
静電容量：１００ｐＦ／ｃｍ^２
計算は表計算ソフト（Microsoft社製、Excel2000）を使用した。
表面抵抗：１×１０^１６Ω／□のとき、０．１ｓのデータがプロットされていないのは、計算ができなかったためである。

数値計算からは、感光体の表面抵抗が３×１０^１３Ω／□程度になると、露光０．１ｓ後と１ｓ後では潜像パターンに大きなちがいがあることが分かる。１ｓ後のデータからは潜像がくずれているので、これでは画像出力もくずれてしまうと、容易に想像されるが、画像形成装置が露光から０．１ｓ後に現像されるものであるなら、画像のくずれはほとんど気にならない程度になることが０．１ｓのデータから読み取れる。すなわち、潜像の測定結果からだけでは、画像の状態について、どのような結果になるか判断がつけられないことがわかる。画像出しをせずに画像の出力結果を予測するには、潜像の時間に依存する拡散を考慮する必要がある。

そこで、劣化した感光体表面の矩形の静電潜像の形を測定し、この測定に要した時間で、式（２）の表面抵抗を種々変更して、潜像の形（くずれ）が概略一致する表面抵抗値をこの感光体の表面抵抗とし、次にこの表面抵抗値と、この感光体を搭載予定の画像形成装置における、露光から現像までの時間を使い、式（２）から潜像電位を計算し、その潜像電位の形から画像出力がくずれるかどうかを予測することが有効となる。

ここまで、静電潜像の測定結果と、表面抵抗を種々かえて数値計算した結果の一致を潜像の形で判断するとして説明したが、判断基準はこれに限るわけではなく、矩形の電位パターンの露光前の電位、露光後の電位（最小値）レベル、露光幅、等の具体的な値を考慮し、判断することが好ましい。これについては後述する。

潜像計測には市販の表面電位計が使われることもあるが、これは空間分解能の性能の点で好ましくない。劣化した感光体を画像出力せずに、画像のくずれを出すか否かを予測しようとする目的において、画像のくずれは、画像のエッジ部分の「太り」あるいは、「ボケ」、あるいは「流れ」等で表現される異常であって、これらは１ｍｍ幅内に現れる現象である。従って、潜像計測では１ｍｍ幅内の潜像を測定できる空間分解能を持つ測定器で行なうことが好ましい。

本発明で使用される潜像計測について説明する。
潜像計測装置では、潜像パターンの形成に使用する露光器は結像光学系、ビームスキャン方式の書込み光学系、等で実現できる。しかしながら本発明で使用する方式においては、ラインパターンは感光体回転方向には１ｍｍ幅、感光体軸方向には検知光（ラインビーム）の長さ（２０ｍｍ）以上が必要であり、このサイズで軸方向に均一な照度の露光が必要となるが、光学系の設計に工夫が必要となり、実現は困難である。また、ビームスキャン方式の露光器では軸方向に一定な照度の露光は容易であるが、感光体の線速、書込みの副走査方向の解像度（ｄｐｉ）、ポリゴンのミラー面数等から、ポリゴンの回転数（ｒｐｍ）を決め、主走査方向の露光開始のビームのタイミングをとる必要があり、また、主走査方向のライン毎にビーム強度を設定する必要があり、光学系の制御はレーザプリンタの書込み光学系の制御と同じ精度で行なう必要があるなど、測定装置への組み込みは使いこなしに難がある。このため、潜像パターンの形成に使用する露光器としては、検知光として使用する露光器と同様にラインビームレーザを別に用意し、使用するのが好ましい。この場合は感光体軸方向（主走査方向）には既に長さが確保されており、回転方向（副走査方向）には感光体線速に合わせて露光幅が１ｍｍになるように露光器の点灯時間を決め、この時間内で光パワーを制御することで、容易に潜像パターンを形成する。

測定装置で検知光にラインビームを使う理由であるが、光減衰を利用した方式のこれまでの技術では、測定の位置を感光体回転方向に微小ステップで変え、ビームスポットの露光を行なっていた。位置を変え測定を繰り返し、最終的に潜像の１次元プロファイルを得るものであるが、測定の空間分解能を確保するため電位検出用に使用するビームを小さくする必要があり、その結果、電位変化が生じる領域が小さく、得られる信号が小さくなり、測定が不可能になるという問題があった。この問題の解決方法としては、（１）信号処理回路（増幅回路）の改良、（２）電極を感光体に近づけ、Ｓ／Ｎ比を改善する、等が考えられる。（１）では、微小信号に対し、同じ信号を繰り返し取り込み、重ね合わせてＳ／Ｎ比を確保して増幅する手段が知られているが、ワンショットの信号（単発信号の意味）では適用できず、この手法は測定の原理から困難である。（２）の手法は有効であるが、仮に電極−感光体間の距離１ｍｍを０．５ｍｍにしても２倍程度のアップにしかならず、信号がノイズに埋もれているときには効果が小さい。測定方式が潜像の感光体回転方向（副走査方向）の１次元プロファイルを測定するものであることから、感光体の軸方向（主走査方向）の検知光露光サイズを大きくし、すなわち電位変化が生じる領域を大きくすることで、副走査方向の空間分解能を確保し（主走査方向の分解能は無視）、かつ信号のＳ／Ｎ比改善を計るようにしている。

全ての測定は図２に示す装置構成のもので行なった。導電性電極部材は透明ガラスに透明導電性薄膜を成膜したものが良く、これはガラス電極を感光体サンプルに対向させたとき、電極を通して光を照射することが可能であり、露光装置の配置等で使い勝手が向上する。透明ガラスとしては一般のガラスでもよいが、ＢＫ−７、石英ガラス等が通過波長域も広く測定用には好ましい。また、透明導電薄膜としてはＩＴＯが一般的であるが、これ以外でも問題はない。透明導電膜の成膜は、ガラスの片側全面に成膜するのも、パターンマスクを使い、細線（≦１ｍｍ）でメッシュ状に成膜するのもかまわない。また、通過させる光がレーザである場合、レーザ入射側のガラスには反射防止膜をつけるのが好ましい。これはレーザ入射側のガラス表面で反射したレーザが発光部に戻り、複合共振器を形成して、レーザ光に揺らぎが生じる、いわゆる戻り光ノイズを防ぐためである。この透明電極をサンプルに対向して設置する場合、サンプルとの距離は近いほど信号が大きくなり好ましいが、感光体表面の反射光がガラス電極表面で反射し、再入射することが予想され、電極の感光体に対向する面にも反射防止膜をつけるのが望ましい。光の拡がりを小さくする効果が期待できる。

以下に更に具体的に説明する。
＜潜像測定装置の構成について＞
測定装置は図２に示す構成であり、動作は感光体ドラムを回転させ、帯電（スコロトロン帯電器による）、露光器（１）による書き込み（露光時間＝狙いの書込幅／感光体線速）、形成された潜像が電極部に来たところで帯電・回転を停止、露光器（２）（ラインビームレーザ（主走査方向）２０ｍｍ×（副走査方向）２４μｍ−６５５ｎｍ−）を検出光として照射する。電位減衰による誘導電流（変位電流）を測定すると、感光体ドラムを次の測定位置まで回転・移動（５０μｍ）させて次の検出光を照射し、誘導電流（変位電流）を測定する。この測定を潜像幅全体を測定するまで繰り返す（図２、図３）。あらかじめ、帯電電位とそのときの誘導電流（変位電流）の大きさの関係を調べておき、測定した誘導電流（変位電流）の大きさからそのときの帯電電位を求め、これを潜像幅に対してプロットすることで、潜像の１次元プロファイルを知ることができる。

＜実施例１＞
図２に示す実験装置は以下の機器で構成した。
・帯電器：メイン用高圧電源トレック社 610C
グリッドバイアス用電源松定プレシジョン（株） HJPM-1.5
・表面電位計：トレック社モデル344
・露光器（１）：Global Laser社 Lyte-MV レーザラインジェネレーターモジュール放射角３０°、波長６３５ｎｍ、
焦点距離モジュールのレーザ出射端より８３ｍｍの位置になるよう、モジュール内の光学系を調整
露光パワー制御リニア変調DC0〜1V（at DC〜200kHz）
出力される光パワーは減光フィルター1/125で減光した上で、DC0〜0.5V
の範囲で点灯する（図１５参照）。
露光時間制御（形成したい潜像パターン幅／感光体線速）＋調整露光時間、露光パワ
ーの制御は任意波形発生装置（アジレント・テクノロジーHP33220A）に
よる
取り付け位置水平に対し斜め４５°で取り付け

・露光器（２）：リコー光学（株）製ラインビームレーザ
波長６５５ｎｍ
ラインの厚み２４μｍ
ラインの長さ２０ｍｍ
焦点距離レーザ出射端と感光体の距離７４ｍｍ−本露光器の固有な値（固定）
露光エネルギーレーザパワー×レーザ点灯時間で設定する。レーザパワーはＬＤ駆動電
流による。ここでは表面電位800(-V)を100(-V)に減衰させる前記定義の
「必要露光エネルギー」を露光することにし、レーザ点灯時間２μｓに
固定し、レーザパワーを感光体の感度特性に合わせ設定した。すべてこ
の条件で露光する。
・透明導電電極：基板：
石英ガラス１０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍｔ
感光体に対向する面反射防止膜付き導電電極：
ＩＴＯ(102.8)／ＳｉＯ_２（103.15）
裏面（レーザ入射側）反射防止膜：
Ta₂O₅(25.49)／SiO₂(38.15)／Ta₂O₅(86.74)／SiO₂(111.65)
（）の数値は膜厚で単位はｎｍ
感光体とのギャップは全て０．１ｍｍとした。
・露光器（２）のトリガー：任意波形発生装置（アジレント・テクノロジーHP33120A）
One shot pulseを発生させトリガーとした。
発生パルス幅は２μｓにした。
取り付け位置水平位置
・信号処理系：電流増幅器（KEITHLEY 428）＋オシロスコープ（横河電機 DL708）
・コントローラ：ＰＣ（自作ソフト）、測定装置の制御、データ処理
・ドラム回転装置：駿河精機（株）精密回転ステージ KS432-75
ドライバーＤ２２０
分解能 0.0025°／パルス
位置決め精度 0.03°
回転速度５０°／ｓに設定した。
・感光体ドラム：当社製造の積層ＯＰＣ（有機光半導体）ドラム６０ｍｍφ×３３４ｍｍ長、帯電電位８００（−Ｖ）から１００（−Ｖ）への電位減衰に必要な露光エネルギーは６５５ｎｍにおいて概ね０．３μＪ／ｃｍ^２前後である。

この装置を使い、
（１）：まず、測定対象の感光体ドラム（未使用品）について、検量線データを測定した。
帯電器のスコロトロングリッドバイアス、ワイヤに印加の高電圧を順次かえ、帯電部が電極部に来たところで、回転を止め、検知光を照射した。検知光は６回照射し、最初の２回のデータは破棄し、残りの４つのデータの平均値をその帯電電位で得られる信号強度とした。狙いの帯電電位は以下の通り。測定される信号データの例は図４に、得られた検量線データの例は図５に示した。測定時のタイミングは図３に示したタイミングにおいて、露光器（１）「潜像書込」を無効にして行なった。
下記は狙いの帯電電位。
９００（−Ｖ）、８００（−Ｖ）、７００（−Ｖ）、６００（−Ｖ）、５００（−Ｖ）、４００（−Ｖ）、３００（−Ｖ）、２００（−Ｖ）、１００（−Ｖ）

（２）：露光器（１）の光パワーを制御する電圧データを図６−１，図６−２に示す。図６−１は横軸が時間軸となっている。図６−２はこれを感光体線速のデータを使い感光体表面の位置のデータに変換している。露光時間はおよそ３．７５ｍｓ、露光面上の制御幅は９８μｍとした。これは４５μｍ厚（＝幅）の線上ビームで矩形の露光幅を形成するので、線上ビームの厚み、裾切れの影響等を考慮し、目標３００μｍの露光幅よりビーム露光制御幅を小さくした。
帯電を開始し、帯電部の先頭が２７０°回転したところで、露光器（１）を図６−１のデータで制御し、露光する。露光開始位置が電極のある水平位置に来たところで回転を停止し、透明電極の背面より露光器（２）で２μｓで露光し、透明電極に誘起される電流を検出する。露光から測定開始までは５ｓとした。電流増幅器を通った信号はデジタルオシロスコープに集録される。５０μｍステップ（６０φドラムでは０．０９５５°の回転）で測定位置を移動させ、測定を繰り返した。露光器（２）の露光回数は２１回行なった。最初の２回分は破棄し、１９回の測定データを図５の検量線データにあてはめ、対応する表面電位を読み取った。結果を図８に示す。潜像の矩形パターンの幅は３００μｍ狙いであった。図８では約３００μｍで測定されている。５０μｍステップで測定位置を変えているので、３００μｍ±５０μｍの範囲で測定されれば、概ね正確と言える。ただし、４５μｍ厚（＝幅）の線状ライン（図１５参照）のパワーを変え、矩形パターンの露光をしていることもあり、形成された潜像は完全な矩形とはなっていない。したがって、測定結果とモデル式に基づく数値計算の潜像の形と比較するときは、全体的な形の他に、露光幅、露光前の電位、露光後電位のレベル等も考慮することになる。
なお、検量線データ測定時、および潜像パターンデータ測定時に最初の２つのデータを破棄している理由は、露光器（２）のラインビームの周方向のサイズは２４μｍであるが裾切れが完全ではなく、１００μｍ先まで影響を及ぼしているためである。

使用した実験装置では回転速度を５０°／ｓにしており、この矩形の潜像パターンの書込みから測定開始までは平均１．５ｓを要すことが実験の準備段階でわかっていた。この時間が本実験装置の制約条件である。本実験装置では計測制御ソフトで測定開始までの待ち時間を指定できるようにし、書込みから測定開始まで５ｓとなるようにし、測定結果を得た。
次にこの測定結果に合うように、（２）式において、時間ｔ＝５ｓとし、表面抵抗Ｒ_ｓｑの値を変えて数値計算を行なった。この式を使い、次の条件で数値計算した結果を図９に示す。
ａ＝１５０μｍ（幅２ａ＝３００μｍ）
Ｖ_０＝８００Ｖ
ΔＶ_０＝４００Ｖ
図９に示すように、図８の測定結果に近いのは表面抵抗２×１０^１６Ω／□と判断した。

次に、この表面抵抗値と、用意した画像形成装置の露光から現像までの時間０．１１ｓを使い、（２）式を計算したが、計算はできなかったので、時間１ｓを使用して計算した結果を代わりに示す（図１０参照）。５ｓの計算結果と大きくは変わらない結果が得られた。書込から１ｓ後、したがって０．１１ｓ後も、５ｓ後も、潜像の形は大差なく、この表面抵抗では画像にくずれは生じないことが分かる。

＜実施例２＞比較例を含む
画像形成装置で画像出しを１００００回ほど繰り返した感光体をオゾンバクロ試験機（濃度５ｐｐｍ）に入れ、５日間のバクロを行なった。この感光体の潜像計測を実施例１と同様に行なった。ただし、書込から測定開始までの時間は２ｓにした。オゾンバクロ前の結果とバクロ後の結果を図１１、図１２に示す。
次に、この測定結果（図１２）と一致するように、（２）式において、時間ｔ＝２とし、表面抵抗Ｒ_ｓｑの値を変えて数値計算を行なった。図１３に示すように、図１２に近いのは表面抵抗１×１０^１４Ω／□であった。
次に、この表面抵抗値と、用意した画像形成装置の露光から現像までの時間０．１１ｓを使い、（２）式で計算すると、図１４に示す結果が得られた。２ｓの計算結果とは大きく異なる結果であり、正常な画像が得られることが期待された。潜像計測結果（図１２）からは、正常な画像は得られないと判断されたが、画像形成装置で画像出力したところ、問題はなかった（図１６−１、図１６−２参照）。画像形成装置の露光から現像までの時間０．１１ｓを使用した計算結果（図１４）の予測に一致した。
潜像計測とモデル式による数値計算を組み合わせることで、画像出力結果を精度良く予測できることが分かる。

本発明における測定方法のフローを示す図である。本発明で使用される微小領域潜像計測装置の構成図である。本発明で使用される潜像計測装置のタイミングを説明する図である。本発明で使用される潜像測定装置で得られる信号の例を示す図である。本発明で使用される潜像測定装置で使用する検量線データの例を示す図である。本発明で使用される潜像測定装置の潜像パターン形成用ラインビームの光パワー制御電圧の例を示す図である。（横軸は時間軸）本発明で使用される潜像測定装置の潜像パターン形成用ラインビームの光パワー制御電圧の例を示す図である。（横軸は感光体上の「位置」に置き換えた軸となっている）本発明におけるモデル式により得られる潜像電位の計算結果を示す図である。感光体表面抵抗１×１０^１６Ω／□ 本発明におけるモデル式により得られる潜像電位の計算結果を示す図である。感光体表面抵抗１×１０^１５Ω／□ 本発明におけるモデル式により得られる潜像電位の計算結果を示す図である。感光体表面抵抗１×１０^１４Ω／□ 本発明におけるモデル式により得られる潜像電位の計算結果を示す図である。感光体表面抵抗３×１０^１３Ω／□ 本発明で使用される潜像測定装置で得られる潜像の形を示す図である。露光から測定開始まで５秒経過後の測定データ。本発明におけるモデル式により得られる潜像電位の計算結果を示す図である。露光後５秒経過後の計算結果。（感光体表面抵抗をパラメータとする）。本発明におけるモデル式により得られる潜像電位の計算結果を示す図である。露光後１秒経過後の計算結果。本発明で使用される潜像測定装置で得られる潜像の形を示す図である。露光から測定開始まで２秒経過後の測定データ（オゾンバクロ前）。本発明で使用される潜像測定装置で得られる潜像の形を示す図である。露光から測定開始まで２秒経過後の測定データ（オゾンバクロ後）。本発明におけるモデル式により得られる潜像電位データの計算結果を示す図である。露光後２秒経過後の計算結果。（感光体表面抵抗をパラメータとする）。本発明で使用されるモデル式により得られる潜像電位の計算結果を示す図である。露光後０．１１秒経過後の計算結果。（感光体表面抵抗は１×１０^１４Ω／□）。本発明で使用される潜像計測装置の潜像パターン形成用ラインビームの光パワープロフィール（厚み方向）の例を示す図である。本発明の実施例２で使用された感光体のオゾンバクロ前の画像出力結果。本発明の実施例２で使用された感光体のオゾンバクロ後の画像出力結果。

Claims

感光体表面に形成された静電潜像に対し、該静電潜像の形を電位として測定する手段と、静電潜像の電荷の動きを表面電位の変動として感光体表面の表面抵抗および経過時間をパラメータとするモデル式の数値計算で算出する手段とを組み合わせて、該感光体の表面抵抗を特定する方法であって、
該測定における露光書込から測定開始までに要する時間を数値計算における書込からの経過時間として使用し、潜像の形の測定結果と感光体表面抵抗をパラメータとした潜像の形の数値計算結果から感光体表面抵抗値を決定し、該表面抵抗値と該感光体が搭載される画像形成装置の露光から現像までの時間を使用し、該条件下の潜像の形を計算し、該感光体の該画像形成装置における画像のくずれを予測する方法。
前記潜像の形を測定する手段が、大気中にて１本／ｍｍ以上の解像性を評価できる手段であることを特徴とする請求項１に記載の画像のくずれを予測する方法。
前記潜像の形を測定する手段が、感光体の光減衰機能を利用した測定方法であることを特徴とする請求項１に記載の画像のくずれを予測する方法。