JP2010072102A - Method for evaluating electrostatic latent image - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感光体についての静電潜像の評価方法、該評価方法を実施するための評価装置、その評価結果に基づいて作製された電子写真用感光体、該電子写真用感光体を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも1つを含む複合機等の画像形成装置に関する。
本発明は、光走査装置、感光体の静電特性の計測装置、電荷分布の測定装置、残留電荷の評価装置に応用することができる。
The present invention has an electrostatic latent image evaluation method for a photoreceptor, an evaluation apparatus for carrying out the evaluation method, an electrophotographic photoreceptor produced based on the evaluation result, and the electrophotographic photoreceptor. The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, a plotter, and a multifunction machine including at least one of them.
The present invention can be applied to an optical scanning device, a device for measuring electrostatic characteristics of a photoconductor, a device for measuring charge distribution, and a device for evaluating residual charge.
従来表面電位を計測する方法としては、センサヘッドを電位分布を有する試料に近づけ、そのときの相互作用として起こる、静電引力や誘導電流を計測して、電位分布に換算する方式が知られている。しかしながら、この方式では、分解能が原理的に数ミリ程度と悪く、1ミクロンの分解能を得ることができない。
また、LSIチップの評価として、電子ビームを用い、1ミクロンオーダーの電位を計測する方法は、従来から知られているが、評価は、LSIの電気が流れる導電部に対してであり、電位は高々+5V程度の低電位であり、かつ電位を限定され、本発明の対象である感光体における数百〜数千Vの負電荷に対応することはできない。
電子ビームによる静電潜像の観察方法としては、特許文献1に記載の方法などがあるが、試料としては、LSIチップや静電潜像を記憶・保持できる試料に限定されている。
すなわち、暗減衰を生じる通常の感光体は、測定することができない。
Conventionally, as a method for measuring the surface potential, a method is known in which a sensor head is brought close to a sample having a potential distribution, and electrostatic attraction and induced current that occur as an interaction at that time are measured and converted into a potential distribution. Yes. However, with this method, the resolution is as low as several millimeters in principle, and a resolution of 1 micron cannot be obtained.
Moreover, as an evaluation of LSI chips, a method of measuring an electric potential on the order of 1 micron using an electron beam has been conventionally known. However, the evaluation is for a conductive part through which LSI electricity flows, and the electric potential is The potential is as low as about +5 V at most, and the potential is limited, and it is not possible to cope with negative charges of several hundred to several thousand V in the photoconductor that is the subject of the present invention.
As a method for observing an electrostatic latent image using an electron beam, there is a method described in
That is, a normal photoconductor that causes dark decay cannot be measured.
通常の誘電体は電荷を半永久的に保持することができるので、電荷分布を形成後、時間をかけて測定を行っても、測定結果に影響を与えることはない。しかしながら、感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持できず、暗減衰が生じ時間とともに表面電位が低下してしまう。
感光体が電荷を保持できる時間は、暗室であってもせいぜい10〜60秒である。従って、帯電・露光後に電子顕微鏡(SEM)内で観察しようとしても、その準備段階で静電潜像は消失してしまう。潜像形成後、遅くても数秒以下で計測しなければならない。
Since a normal dielectric can hold a charge semipermanently, even if measurement is performed over time after forming a charge distribution, the measurement result is not affected. However, in the case of a photoconductor, since the resistance value is not infinite, the charge cannot be held for a long time, dark decay occurs, and the surface potential decreases with time.
The time that the photoconductor can hold the charge is at most 10 to 60 seconds even in the dark room. Therefore, even if an attempt is made to observe in an electron microscope (SEM) after charging and exposure, the electrostatic latent image disappears at the preparation stage. After the latent image is formed, it must be measured within a few seconds at the latest.
特許文献2に記載の装置においては、X線であり使用波長が全く異なる上に、電子写真プロセスでの帯電電位−500〜−1000Vに設定することができず、電子写真の実機と同等環境を再現するという目的を達成することができない。
そこで、本出願人は、暗減衰を有する感光体試料であっても静電潜像を測定する方式を考案した(特許文献3、4、5、6参照)。
In the apparatus described in
Accordingly, the present applicant has devised a method for measuring an electrostatic latent image even for a photoconductor sample having dark decay (see
ところで、感光体の一般的な構成としては、図22に示すように、導電層としての基盤(Sub)、下引き層(UL)、電荷発生層(CGL)、電荷輸送層(CTL)からなる。ULは基盤側からの電荷注入リークを防止する目的で設けられている。
有機感光体(OPC)は、出力画像枚数が増えるにつれ、画像が乱れる現象がある。この理由は、感光体が疲労することによる劣化によるものである。劣化の原因のひとつとして、残留電荷が増えることに有る。
正常品であれば、光照射によって、CGLで電荷が発生したキャリアは、表面に生じた帯電電荷と打ち消しあう。しかしながら、十分な光照射を行っても、図23に示すように、感光体内に残ってしまう電荷が有る。これが残留電荷である。画像枚数が増えるにつれ、残留電荷が増えてくると、帯電電位と露光電位の差が少なくなり、良好な画像が得られなくなる。
By the way, as shown in FIG. 22, the general structure of the photosensitive member includes a base (Sub) as a conductive layer, an undercoat layer (UL), a charge generation layer (CGL), and a charge transport layer (CTL). . The UL is provided for the purpose of preventing leakage of charge injection from the substrate side.
The organic photoreceptor (OPC) has a phenomenon that the image is disturbed as the number of output images increases. This reason is due to deterioration due to fatigue of the photoreceptor. One of the causes of deterioration is an increase in residual charge.
In the case of a normal product, carriers in which charges are generated in the CGL due to light irradiation cancel out the charged charges generated on the surface. However, even if sufficient light irradiation is performed, there is a charge that remains in the photoconductor as shown in FIG. This is the residual charge. As the number of images increases, as the residual charge increases, the difference between the charged potential and the exposure potential decreases, and a good image cannot be obtained.
この残留電荷を評価することは、感光体の高画質化及び高耐久化を実現する上で重要であり、特許文献7に記載のOPCドラム試験装置のような疲労試験機を用い、振動容量方式で残留電荷による電位を計測することが知られている。
しかしながら、一般に表面電位計測に用いられる従来の振動容量方式では、空間分解能が数mm程度と悪く、マクロ的な評価しかできなかった。このため、出力画像で評価する場合には転写・定着の工程を経なければならず、感光体単独での特性を評価することができなかった。
また従来技術で大気中で疲労試験を実施した後で、真空装置内で観察しようとした場合、その間の作業時間の経過と共に疲労が回復してしまって、正当な評価ができなかった。
残留電荷を巨視的にしか把握することができないと、高画質化への最適化設計をすることが難しく、ミクロンスケールでの微視的状態を計測することが望まれていた。
Evaluation of this residual charge is important in realizing high image quality and high durability of the photoreceptor, and using a fatigue tester such as the OPC drum test apparatus described in Patent Document 7, the vibration capacity method It is known to measure the potential due to residual charges.
However, the conventional vibration capacity method generally used for surface potential measurement has a poor spatial resolution of about several millimeters and can only be evaluated macroscopically. For this reason, when evaluating an output image, it is necessary to go through a transfer / fixing process, and the characteristics of the photoreceptor alone cannot be evaluated.
In addition, when an attempt was made to observe in a vacuum apparatus after performing a fatigue test in the atmosphere using the conventional technique, the fatigue was recovered with the lapse of working time during that time, and a proper evaluation could not be performed.
If the residual charge can only be grasped macroscopically, it is difficult to optimize the design for high image quality, and it has been desired to measure the microscopic state on the micron scale.
本発明は、従来技術ではきわめて困難であった、誘電体の電荷分布をミクロンオーダーの高分解能で計測し、電子写真プロセス上で起こる静電潜像の潜像形成能力を高精度に評価できる静電潜像の評価方法を提供することを、その主な目的とする。
電荷は、電子だけでなく、イオンも含める。また表面に導電部があり、導電部分に電圧が印加されて、それにより、試料表面あるいはその近傍が電位分布を生じている状態であってもよい。
The present invention is a static that can measure the latent image forming capability of an electrostatic latent image occurring in an electrophotographic process with high accuracy by measuring the charge distribution of a dielectric with high resolution on the order of microns, which has been extremely difficult with the prior art. The main purpose is to provide a method for evaluating an electrostatic latent image.
The charge includes not only electrons but also ions. Further, there may be a state in which there is a conductive portion on the surface and a voltage is applied to the conductive portion, thereby causing a potential distribution on the surface of the sample or in the vicinity thereof.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明では、電荷分布を有する感光体試料に対して、荷電粒子ビームを照射し、該照射によって得られる検出信号により、感光体試料の静電潜像を計測する方法において、
帯電を与えた感光体試料に対して、真空内で、感光体感度を有する光を用い、感光体の必要露光エネルギ密度よりも大きい光量を照射することで、帯電電荷を取り除いた状態で、荷電粒子ビームを走査し、該走査によって得られる電子を検出することで、感光体試料に生成された残留電荷を評価することを特徴とする静電潜像の評価方法とした。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a charged particle beam is irradiated to a photoconductor sample having a charge distribution, and the electrostatic latent image of the photoconductor sample is detected by a detection signal obtained by the irradiation. In a method of measuring an image,
The charged photoconductor sample is charged in a state in which the charged charge is removed by irradiating light in a vacuum with light having photoconductor sensitivity and irradiating a light amount larger than the required exposure energy density of the photoconductor. The electrostatic latent image evaluation method is characterized in that the residual charge generated on the photosensitive member sample is evaluated by scanning the particle beam and detecting electrons obtained by the scanning.
請求項2記載の発明では、請求項1記載の静電潜像の評価方法において、電子線を照射しながら、光を照射することで、感光体に対して光疲労を与えることを特徴とする。
請求項3記載の発明では、請求項2記載の静電潜像の評価方法において、電子線を照射しながら、光を照射するプロセスにおいて、電子検出器の増幅率が観察時に比べて小さい条件に設定することを特徴とする。
請求項4記載の発明では、請求項2又は3記載の静電潜像の評価方法において、感光体試料に照射する電子ビームの電流を変えることで、光疲労状態を制御することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the method for evaluating an electrostatic latent image according to the first aspect, light fatigue is given to the photosensitive member by irradiating light while irradiating an electron beam. .
According to a third aspect of the invention, in the method for evaluating an electrostatic latent image according to the second aspect, in the process of irradiating light while irradiating an electron beam, the amplification factor of the electron detector is smaller than that during observation. It is characterized by setting.
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for evaluating an electrostatic latent image according to the second or third aspect, the light fatigue state is controlled by changing a current of an electron beam applied to the photosensitive member sample. .
請求項5記載の発明では、請求項1〜4のいずれかに記載の静電潜像の評価方法において、感光体試料への電界強度を10^4V/cm以上10^6V/cm以下の範囲に設定することを特徴とする。
請求項6記載の発明では、請求項1〜5のいずれかに記載の静電潜像の評価方法において、感光体感度を有する光として、波長400〜800nmの可視光を用い、光学系により感光体試料の所定の領域に照射することを特徴とする。
請求項7記載の発明では、請求項1〜6のいずれかに記載の静電潜像の評価方法において、光照射を半導体レーザで行い、該半導体レーザの光量を変えて、感光体試料の基板に流れる電流量を制御することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for evaluating an electrostatic latent image according to any one of the first to fourth aspects, the electric field strength to the photosensitive member sample is in the range of 10 ^ 4 V / cm to 10 ^ 6 V / cm. It is characterized by setting to.
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for evaluating an electrostatic latent image according to any one of the first to fifth aspects, visible light having a wavelength of 400 to 800 nm is used as light having photoconductor sensitivity, and the photosensitive system is exposed by an optical system. Irradiating a predetermined region of the body sample.
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for evaluating an electrostatic latent image according to any one of the first to sixth aspects, the light irradiation is performed with a semiconductor laser, and the amount of the semiconductor laser is changed to change the substrate of the photoreceptor sample. It controls the amount of current flowing through the.
請求項8記載の発明では、請求項1〜7のいずれかに記載の静電潜像の評価方法において、入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、反転するような領域が存在する条件下で測定し、試料表面の電位ポテンシャルを変えるために試料背面に電圧を印加することで、残留電位を計測することを特徴とする。
請求項9記載の発明では、電荷分布を有する感光体試料に対して、荷電粒子ビームを照射し、該照射によって得られる検出信号により、試料の静電潜像を計測する装置において、真空内で、電子線照射により試料を帯電させる手段と、感光体感度を有する光を照射することで、感光体に対して光疲労を与える手段と、帯電電荷を取り除いて、残留電荷を残す手段と、を備え、荷電粒子ビームを走査し、該走査によって得られる電子を検出することで、感光体試料の残留電荷を評価することを特徴とする静電潜像の評価装置とした。
According to an eighth aspect of the present invention, in the method for evaluating an electrostatic latent image according to any one of the first to seventh aspects, there is a condition that there is a region where the velocity vector in the sample vertical direction of the incident charged particle is reversed. The residual potential is measured by applying a voltage to the back surface of the sample to change the potential potential of the sample surface.
According to the ninth aspect of the present invention, there is provided a device for irradiating a photosensitive sample having a charge distribution with a charged particle beam and measuring an electrostatic latent image of the sample by a detection signal obtained by the irradiation. , Means for charging the sample by electron beam irradiation, means for irradiating the photoconductor with light having photosensitivity, and means for removing photocharge and leaving residual charge. The apparatus for evaluating an electrostatic latent image is characterized by evaluating a residual charge of a photoreceptor sample by scanning a charged particle beam and detecting electrons obtained by the scanning.
請求項10記載の発明では、請求項9記載の静電潜像の評価装置において、上記光疲労を与える手段と上記残留電荷を残す手段のうち、いずれか一方が他方を兼ねることを特徴とする。
請求項11記載の発明では、請求項1〜10のいずれかに記載の評価方法及び評価装置を用いて、残留電荷を評価したときに、平均残留電位が−50Vより大きく、なおかつ観察範囲200μm以下での残留電位の最大値−最小値が20V以下である電子写真用感光体とした。
請求項12記載の発明では、画像形成装置において、請求項11記載の電子写真用感光体を用いて潜像を形成し、現像して可視化することを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the apparatus for evaluating an electrostatic latent image according to the ninth aspect, one of the means for imparting light fatigue and the means for leaving the residual charge also serves as the other. .
In the invention described in claim 11, when the residual charge is evaluated using the evaluation method and the evaluation apparatus according to any one of
According to a twelfth aspect of the present invention, in the image forming apparatus, a latent image is formed using the electrophotographic photosensitive member according to the eleventh aspect, and is developed and visualized.
本発明によれば、感光体試料に生成された残留電荷をミクロンスケールで評価することが可能となり、電子写真プロセス上で起こる静電潜像の潜像形成能力を高精度に評価することができる。
電子線を照射させながら、光を照射させることで、感光体に対して光疲労を与えることが可能となる。真空内で生成させるため、大気中での疲労実験のように、Noxガスによる暴露の影響も顕著に受けることもない。電子線照射と光照射の同時照射が可能となり、効率良く疲労を実施することができる。
帯電と露光を同時に照射することで、効率的に短時間で光疲労をかけることができる。
電子検出器の増幅率が観察時に比べて小さい条件に設定することにより、電子検出器を破損・劣化させることなく、光疲労時の過程をモニターすることができる。
従来、コロナ帯電やスコロトロン帯電では、空気中の放電を利用しているため、基板に流れる通過電流は制御できても、感光体試料に照射される電子量を制御することが困難であったが、本発明では、真空装置内で電子ビームを照射させて帯電させることができ、光疲労に直接影響を与える電子照射電流密度を制御できるため、効率良く光疲労を与えることができる。
According to the present invention, it is possible to evaluate the residual charge generated on the photoreceptor sample on a micron scale, and it is possible to evaluate the latent image forming ability of the electrostatic latent image occurring in the electrophotographic process with high accuracy. .
By irradiating light while irradiating an electron beam, it is possible to give light fatigue to the photoreceptor. Since it is generated in a vacuum, it is not significantly affected by exposure to Nox gas as in the fatigue experiment in the atmosphere. Simultaneous irradiation of electron beam irradiation and light irradiation is possible, and fatigue can be carried out efficiently.
By simultaneously performing charging and exposure, light fatigue can be efficiently applied in a short time.
By setting the amplification factor of the electron detector to be smaller than that at the time of observation, the process during light fatigue can be monitored without damaging or degrading the electron detector.
Conventionally, in corona charging and scorotron charging, since discharge in the air is used, it has been difficult to control the amount of electrons irradiated to the photoreceptor sample even though the passing current flowing through the substrate can be controlled. In the present invention, the electron beam can be irradiated and charged in the vacuum apparatus, and the electron irradiation current density that directly affects the light fatigue can be controlled, so that the light fatigue can be efficiently given.
感光体試料への電界強度を10^4V/cm以上10^6V/cm以下の範囲に設定することで、効率良く、キャリアを発生させることができ、光疲労を与えることができる。
感光体試料の所定の領域に照射する光学系を用いることで、感光体疲労に直接的影響を与える領域に対して、均一照明が可能となる。
半導体レーザーの注入電流を変え、感光体疲労に直接的影響を与える光照射の光量及び時間を制御することで、感光体の疲労状態での潜像特性を把握することが可能となる。
入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、反転するような領域が存在する条件下で測定し、試料表面の電位ポテンシャルを変えるために試料背面に電圧を印加することで、残留電位をミクロスケールで計測することが可能となる。
また、従来できなかった、電子写真感光体上に形成される静電潜像の潜像形成能力を定量的に評価する装置を実現できる。
従来のマクロ評価では見落としがちな、電荷分布変動量をドットスケール評価で、高画質、高耐久、高安定、省エネルギ化に優れた電子写真感光体を提供することができる。
残留電荷をミクロスケールで評価することにより、設計にフィードバックすることができ、各工程のプロセスクォリティが向上するため、高画質、高耐久、高安定、省エネルギ化に優れた電子写真感光体を提供することができる。
高画質、高耐久、高安定、省エネルギ化に優れた潜像担持体及び走査光学系を提供することができ、現像して可視化することにより、高密度・高画質・高耐久な画像形成装置を提供することができる。
By setting the electric field strength to the photosensitive member sample in the range of 10 4 V / cm or more and 10 6 V / cm or less, carriers can be generated efficiently and photo fatigue can be given.
By using an optical system that irradiates a predetermined area of the photoreceptor sample, uniform illumination can be performed on an area that directly affects photoreceptor fatigue.
By changing the injection current of the semiconductor laser and controlling the light irradiation amount and time that directly affect the photoreceptor fatigue, it is possible to grasp the latent image characteristics of the photoreceptor in the fatigued state.
The residual potential is measured by applying a voltage to the back of the sample in order to change the potential potential of the sample surface by measuring under conditions where there is a region where the velocity vector of the incident charged particles in the sample vertical direction is reversed. It is possible to measure with a scale.
In addition, it is possible to realize an apparatus for quantitatively evaluating the latent image forming ability of an electrostatic latent image formed on an electrophotographic photosensitive member, which has not been possible conventionally.
It is possible to provide an electrophotographic photosensitive member excellent in high image quality, high durability, high stability, and energy saving by dot scale evaluation of charge distribution variation, which is often overlooked in conventional macro evaluation.
By evaluating the residual charge on a micro scale, it can be fed back to the design, and the process quality of each process is improved, providing an electrophotographic photoreceptor excellent in high image quality, high durability, high stability, and energy saving. can do.
A high-quality, high-durability, high-stability, energy-saving latent image carrier and scanning optical system can be provided. By developing and visualizing, a high-density, high-quality, high-durability image forming apparatus Can be provided.
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図1に本実施形態に係る静電潜像の評価装置を示す。図1(a)は該評価装置を残留電荷生成手段としての側面から、図1(b)は残留電荷検出手段としての側面から示している。
残留電荷生成手段の構成を図1(a)に示す。残留電荷生成手段は、感光体としての感光体試料2に対して帯電させ、光疲労を与えるための電子線照射手段3と光照射手段4、帯電電荷を消去するための帯電消去手段5と、試料設置部としての導電性支持体6に流れる微弱な電流を計測する手段としての電流計7と、これらを収容する真空チャンバ8とを有している。
電子線照射手段3としては、タングステンやLab6を陰極とした電子銃から放出された電子を走査せずに直接照射しても良いが、各走査領域に均一に照射するために走査させても良い。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an apparatus for evaluating an electrostatic latent image according to this embodiment. FIG. 1A shows the evaluation apparatus from a side as a residual charge generation means, and FIG. 1B shows a side as a residual charge detection means.
The configuration of the residual charge generating means is shown in FIG. The residual charge generating means charges the
As the electron beam irradiation means 3, electrons emitted from an electron gun having tungsten or Lab6 as a cathode may be directly irradiated without scanning, but scanning may be performed to uniformly irradiate each scanning region. .
感光体の構成は、主に図22に示すように、導電性支持体(導電層)の上に下引き層(UL)、電荷発生層(CGL)、電荷輸送層(CTL)層から構成され、表面電荷が帯電している状態で、露光されると、CGLの電荷発生材料(CGM)によって、光が吸収され、正負両極性のチャージキャリアが発生する。このキャリアは、電界によって、一方(例えば正キャリア)は、CTLに注入されたキャリアはCTL中を電界によって、CTL表面にまで移動し、感光体表面の電荷と結合して消去する。他方(例えば負キャリア)は、導電性支持体に到達する。通常はこのようにして、キャリアが移動するがが、光照射が大量にあるいは長時間続くと、感光体が疲労し、図23に示すように、感光体にトラップされて残留電荷となる。
図24は、感光体試料への電界強度とCGLに光が照射されたときに、発生するキャリア生成量の量子効率との関係を示している。感光体試料への電界強度E=帯電電位/感光体膜厚である。
CGMはフタロシアニン系(Y-TiOPc)で、光源波長は780nmである。感光体膜厚は約30μmである。電界強度が高いほど量子効率は高くなり、10^6V/cmでほぼ量子効率は1に収束する。電界強度が小さくなると量子効率が低下し、10^4V/cm以下ではほぼ0となり、光を照射させてもキャリアがほとんど生成しないことになる。
As shown in FIG. 22, the photoconductor is composed of an undercoat layer (UL), a charge generation layer (CGL), and a charge transport layer (CTL) layer on a conductive support (conductive layer). When exposed with the surface charge being charged, the CGL charge generation material (CGM) absorbs light and generates positive and negative charge carriers. One of these carriers (for example, positive carrier) is moved by the electric field to the CTL surface by the electric field, and the carrier injected into the CTL is combined with the charge on the surface of the photoreceptor to be erased. The other (eg, negative carrier) reaches the conductive support. Normally, the carrier moves in this way, but if the light irradiation continues for a long time or for a long time, the photoconductor is fatigued and trapped by the photoconductor to become a residual charge as shown in FIG.
FIG. 24 shows the relationship between the electric field strength applied to the photoconductor sample and the quantum efficiency of the amount of generated carriers generated when the CGL is irradiated with light. Electric field strength E on the photosensitive member sample = charge potential / photosensitive member film thickness.
CGM is a phthalocyanine-based (Y-TiOPc) and has a light source wavelength of 780 nm. The photoreceptor film thickness is about 30 μm. The higher the electric field strength, the higher the quantum efficiency, and the quantum efficiency converges to 1 at 10 ^ 6 V / cm. When the electric field strength decreases, the quantum efficiency decreases, and when it is 10 ^ 4 V / cm or less, the quantum efficiency is almost zero, and even when light is irradiated, carriers are hardly generated.
従って、光を照射させることで、光疲労を与えるには、感光体試料への電界強度を10^4V/cm以上10^6V/cm以下の範囲に設定することが望ましい。
電界強度は、入射電子の加速電圧を変えることで、実現することができる。
加速電圧は、2次電子放出比が1となる加速電圧より高い加速電圧に設定することにより、入射電子量が、放出電子量より上回るため電子が試料に蓄積され、チャージアップを起こす(図6)。この結果、試料はマイナスの一様帯電を生じることができる。
加速電圧と帯電電位には、図7に示すような相関関係があり、加速電圧と照射時間を適切に行うことにより、電子写真における実機と同じ帯電電位を形成することができる。
Therefore, in order to give light fatigue by irradiating light, it is desirable to set the electric field strength to the photosensitive member sample in the range of 10 ^ 4 V / cm or more and 10 ^ 6 V / cm or less.
The electric field strength can be realized by changing the acceleration voltage of incident electrons.
By setting the acceleration voltage to an acceleration voltage higher than the acceleration voltage at which the secondary electron emission ratio is 1, the amount of incident electrons exceeds the amount of emitted electrons, so that electrons are accumulated in the sample and charge up occurs (FIG. 6). ). As a result, the sample can be negatively charged uniformly.
There is a correlation as shown in FIG. 7 between the acceleration voltage and the charging potential. By appropriately performing the acceleration voltage and the irradiation time, the same charging potential as that of an actual machine in electrophotography can be formed.
光疲労を与える照明方法として、発光ダイオード(LED)を用い、レンズは用いずに発散光を試料全体に照射する方法でも良い。LEDに供給する電流量を調整することで、光照射光量密度を適切に設定することができる。
フィルタを介して、必要波長のみ露光させても良い。また、半導体レーザ(LD)であれば、注入電流を制御することで、露光量を適切に調整することが可能となる。
最も簡単な構成としては、レンズを使わないで、光を発散して照射させても光疲労を与えることは可能である。また、レンズやアパーチャなどの光学系を配置して、必要な光照射領域に適切な光量を与える構成にすると尚良い。
As an illumination method for giving light fatigue, a method of using a light emitting diode (LED) and irradiating the entire sample with divergent light without using a lens may be used. By adjusting the amount of current supplied to the LED, the light irradiation light density can be set appropriately.
You may expose only a required wavelength through a filter. Further, in the case of a semiconductor laser (LD), the exposure amount can be appropriately adjusted by controlling the injection current.
In the simplest configuration, it is possible to give light fatigue even if light is emitted and emitted without using a lens. Further, it is more preferable that an optical system such as a lens or an aperture is arranged so as to give an appropriate amount of light to a necessary light irradiation region.
感光体試料に対して、均一に照明する別な実施例として、照明光学系のレイアウトを図15に示す。電子ビームと光学系との干渉を避けるため、角度θから入射する配置となっている(図14)。
波長400〜800nmの半導体レーザあるいは発光ダイオード17から放射された光束はコリメートレンズ18により平行光束化され、アパーチャ19により光束径を規制されて開口マスク20を照射する。開口マスクマスク20を通過した光束は、結像レンズ210の作用により、開口マスク20の有する像を像面上に結像する。「像面」は、試料載置台28上に載置された感光体等の光導電性試料SPの「均一に帯電された面」である。
このようにして、光導電性試料SPの露光が行われ、開口マスク20に対応する領域にほぼ均一に照明することができる。
開口マスク20は、図16(a)に示すような矩形や図16(b)に示すような円形であっても良いし、もっと複雑なパターンであっても良い。
FIG. 15 shows a layout of an illumination optical system as another embodiment for uniformly illuminating the photoconductor sample. In order to avoid interference between the electron beam and the optical system, the light beam is incident from an angle θ (FIG. 14).
A light beam emitted from a semiconductor laser or a
In this way, the photoconductive sample SP is exposed, and the region corresponding to the
The opening
図15に示す如く、結像レンズ210における開口マスク20の物体距離をL1、像距離をL2とすると、結像レンズ210の「光軸に対して垂直な方向」の結像倍率:β=L2/L1であり、この倍率に応じたマスクパターン像が結像される。
結像レンズ210は、開口マスク20と光導電性試料の表面とが共役となるように配置される。結像倍率:βとマスクパターンのサイズは予め分かっているので、光導電性試料の面上に結像される照明領域を算出でき、光導電性試料に所望のパターンを形成できる露光手段における露光用の光路を「光導電性試料の2次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外」に設定するため、結像レンズ210の光軸は、光導電性試料の均一帯電された面に立てた法線に対して傾いている。
従って、結像レンズ20による「マスクパターンの像」が、光導電性試料の面に合致するように、マスク20も、図15に示すように結像レンズ210の光軸に対して傾けて配置されている。マスク20および光導電性試料表面の「結像レンズ210の光軸に対する傾き角:α、θ」は、説明中の実施の形態においてはα=θ=45度であり、これは結像倍率が等倍(L1=L2)であることによる。
このため、光導電性試料の表面に結像するマスクパターンの像は、図15の図面に直交する方向に対して、図面に平行な面内では√2倍になるが、その分を考慮してマスクパターンを設計できる。
結像倍率が等倍以外の一般的な場合では、上記物体距離:L1、像距離:L2とすると、これらの距離:L1、L2と、上記傾き角:α、θの間に関係:L1・tanα=L2・tanθ
が成り立つ。
上記光学系によって照明される領域をS(mm)、像面上での光出力をPi(mW)とすれば、光照射光量密度は、Pi/S(mW/mm2)で表すことができる。このような光学系を用いることで、感光体試料の所定の領域に照射することが可能となる。
As shown in FIG. 15, when the object distance of the
The
Accordingly, the
For this reason, the mask pattern image formed on the surface of the photoconductive sample is √2 times in the plane parallel to the drawing with respect to the direction orthogonal to the drawing of FIG. To design a mask pattern.
In a general case where the imaging magnification is other than equal magnification, if the object distance is L1 and the image distance is L2, the relationship between these distances L1 and L2 and the inclination angles α and θ is L1. tanα = L2 · tanθ
Holds.
If the area illuminated by the optical system is S (mm) and the light output on the image plane is Pi (mW), the light irradiation light density can be expressed by Pi / S (mW / mm 2). By using such an optical system, it is possible to irradiate a predetermined region of the photoreceptor sample.
LD駆動電流と光出力との関係を図17に示す。駆動電流を閾値電流以上に上げることによって、LD発光を起こす。閾値電流以上の条件で電流量を変えることで光出力を制御することができ、それにほぼ比例して像面光量を調整することができ、適切な光照射光量密度を設定することができる。
なお、光疲労を与えるための光照射手段4と、帯電電荷を消去するための光源及び光学系(帯電消去手段5)は、共通に使用することも可能である。このようにすれば静電潜像の評価装置の構成の簡易化・コスト低下を実現できる。
このような構成を用いて光疲労を与え、帯電電荷を消去することで、例えば、図1(a)に示すように感光体内部にトラップされた残留電荷を生成することが可能となる。
FIG. 17 shows the relationship between the LD drive current and the optical output. Raising the drive current to a threshold current or higher causes LD light emission. The light output can be controlled by changing the amount of current under conditions equal to or higher than the threshold current, and the amount of image plane light can be adjusted in proportion to the amount of light, and an appropriate light irradiation light amount density can be set.
The light irradiation means 4 for giving light fatigue and the light source and the optical system (charging erasing means 5) for erasing the charged charges can be used in common. In this way, it is possible to realize simplification and cost reduction of the configuration of the electrostatic latent image evaluation apparatus.
By applying photo fatigue using such a configuration and erasing the charged charges, for example, residual charges trapped inside the photoreceptor can be generated as shown in FIG.
残留電荷検出手段の構成を図1(b)に示す。残留電荷検出手段としては、電子ビームを走査する手段(電子線照射手段3)と走査電子によって得られる信号を検出する電子検出器9を有している。導電性支持体6は、GNDでも良いが、後述する印加電圧を加えて電位を正確に計測する構成であっても良い。
換言すると、静電潜像の評価装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部と露光部、試料設置部、1次反転荷電粒子や2次電子などの検出部からなる。
ここでいう、荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど電界や磁界の影響を受ける粒子を指す。
The configuration of the residual charge detection means is shown in FIG. The residual charge detecting means includes means for scanning an electron beam (electron beam irradiation means 3) and an electron detector 9 for detecting a signal obtained by scanning electrons. The
In other words, the electrostatic latent image evaluation apparatus includes a charged particle irradiation unit that irradiates a charged particle beam, an exposure unit, a sample setting unit, a detection unit such as primary inversion charged particles and secondary electrons.
As used herein, charged particles refer to particles that are affected by an electric or magnetic field, such as an electron beam or an ion beam.
以下、図2に基づいて、電子ビームを走査させて照射する実施例で説明する。
電子ビーム照射部(電子線照射手段3)は、電子ビームを発生させるための電子銃30と、電子ビームを制御するための、サプレッサ電極31、引き出し電極32と、電子ビームのエネルギを制御するための加速電極33と、電子銃30から発生された電子ビームを集束させるためのコンデンサレンズ34と、電子ビームをON/OFFさせるためのビームブランカ(ビームブランキング電極)35と、電子ビームの照射電流を制御するためのアパーチャ(荷電粒子光学系可動絞り)36と、スティグメータ(非点補正)37と、ビームブランカ35を通過した電子ビームを走査させるための走査レンズ(偏向電極)38と、走査レンズを再び集光させるための対物レンズ39からなる。それぞれのレンズ等には、図示しない駆動用電源が接続されている。
なお、イオンビームの場合には、電子銃の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。
Hereinafter, an embodiment in which an electron beam is irradiated by scanning will be described with reference to FIG.
The electron beam irradiation unit (electron beam irradiation means 3) controls the
In the case of an ion beam, a liquid metal ion gun or the like is used instead of an electron gun.
電子検出器9の構成を図3に示す。約10kV程度の引き込み電圧が印加されたシンチレータと光電子増倍管からなる。光電子増倍管の光電陰極から放出された光電子は、電子レンズ系に導かれて第1ダイノードに衝突し、その(数倍)の2次電子を放出する(図4)。その2次電子は後続のダイノードでさらに増倍を繰り返し、陽極に達するときは10^4〜7倍に増幅される。
ダイノード一段あたりの2次電子放出比δはダイノード間の印加電圧をVdiとすれば
δ=A×Vdi^α
で表される。αはダイノードの形状・材質によってきまり、通常0.7〜0.8である。
ここでn段のダイノードを持つ光電子増倍管の陰極・陽極間に電圧Vallを印加すると、ゲインμは
μ=K・Vall^(αn)
となる。
ゲイン電圧(陰極−陽極間電圧)とゲインの関係を図5に示す。わずかな電圧差で大きな利得を得ることができる。
The configuration of the electron detector 9 is shown in FIG. It consists of a scintillator to which a pull-in voltage of about 10 kV is applied and a photomultiplier tube. Photoelectrons emitted from the photocathode of the photomultiplier tube are guided to the electron lens system, collide with the first dynode, and emit (seconds) secondary electrons (FIG. 4). The secondary electrons are further multiplied by subsequent dynodes, and when they reach the anode, they are amplified by 10 ^ 4 to 7 times.
The secondary electron emission ratio δ per dynode is δ = A × Vdi ^ α if the applied voltage between dynodes is Vdi.
It is represented by α depends on the shape and material of the dynode, and is usually 0.7 to 0.8.
Here, when a voltage Vall is applied between the cathode and anode of a photomultiplier tube having n stages of dynodes, the gain μ is μ = K · Vall ^ (αn)
It becomes.
FIG. 5 shows the relationship between the gain voltage (cathode-anode voltage) and the gain. A large gain can be obtained with a slight voltage difference.
電荷分布を有する感光体試料を電子ビームで走査し、放出される2次電子をシンチレータで検出し、電気信号に変換してコントラスト像を観察する。
試料に電荷分布があると、空間に電荷分布に応じた電界分布が形成される。周辺に比べて、負電荷密度が相対的に高い部分では、加速電界が生じるため2次電子が電子検出器9に到達する。
周辺に比べて、負電荷密度が相対的に低い部分では、逆に減速電界が生じるため2次電子が試料に引き戻される。この結果、検出器9に到達する電子量が変化し、電荷分布に応じたコントラスト像を得ることが可能となる。
図10(a)は、電子検出器9と、試料表面との間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図的に示したものである。図10(b)は、相対的な電荷分布であり、Q3は、Q1、Q2に比べて電荷密度が低い部分である。el1、el2、el3は電子の軌道を示すものである。
例えば、捕獲される2次電子の強度を「明るさの強弱で表現」すれば、粗電荷部は暗く、密電荷部は明るくコントラストがつき、電荷分布に応じた明暗像として表現(出力)することができる。
なお、上記説明では2次電子と記載したが、2次電子が装置内の部材に当たって発生する3次電子あるいはそれ以上の電子の検出も含む。
このようにして、残留電荷の有無による電荷分布も上記の現象に基づき、残留電荷をミクロンスケールでの分布を評価することが可能となる。
A photoconductor sample having a charge distribution is scanned with an electron beam, secondary electrons emitted are detected with a scintillator, converted into an electrical signal, and a contrast image is observed.
When the sample has a charge distribution, an electric field distribution corresponding to the charge distribution is formed in the space. In a portion where the negative charge density is relatively higher than that of the periphery, an accelerating electric field is generated and secondary electrons reach the electron detector 9.
In a portion where the negative charge density is relatively lower than that of the periphery, a deceleration electric field is generated, and secondary electrons are pulled back to the sample. As a result, the amount of electrons reaching the detector 9 changes, and a contrast image corresponding to the charge distribution can be obtained.
FIG. 10A illustrates the potential distribution in the space between the electron detector 9 and the sample surface in an explanatory manner with contour lines. FIG. 10B shows a relative charge distribution, and Q3 is a portion where the charge density is lower than Q1 and Q2. el1, el2, and el3 indicate electron trajectories.
For example, if the intensity of the secondary electrons to be captured is expressed by “brightness and weakness”, the coarse charge portion is dark and the dense charge portion is bright and contrasted, and is expressed (output) as a bright and dark image corresponding to the charge distribution. be able to.
In addition, although described as secondary electrons in the above description, it also includes detection of tertiary electrons or more electrons generated when the secondary electrons hit a member in the apparatus.
In this way, the charge distribution depending on the presence / absence of the residual charge can also be evaluated based on the above phenomenon.
図8に残留電荷解析のフローを、図9に残留電荷計測のタイミングチャートを示す。
時刻:0〜t1は、電子ビームと光の両方が照射されている時間があるプロセスである。なお、電子ビームと光の両方が照射されている時間があるプロセスといっても、一時的に一方が照射されていない状態があっても良い。
電子ビームを照射電流密度EB1(C/mm2)で照射させることで電界強度を与え、光量P1(W/mm2)で光照射させることで、多数のキャリアを発生させることができる。これにより、光疲労を与えることができる。
光照射量あるいは電子ビーム照射電流密度を適切に設定することで、導電性支持体に流れる通過電流密度I0(A/m2)を適切に制御することができる。
従来技術にあるような、感光体ドラムを回転させる方法では、帯電手段と露光手段が別々のところに配置されているため、両方同時に照射することはできない。本発明は両方照射を可能とすることで、効率的に短時間で光疲労をかけることができる。
FIG. 8 shows a flow of residual charge analysis, and FIG. 9 shows a timing chart of residual charge measurement.
Time: 0 to t1 is a process in which both the electron beam and the light are irradiated. In addition, even if it is said that there is a process in which both the electron beam and the light are irradiated, there may be a state in which one of them is not irradiated temporarily.
By irradiating the electron beam with the irradiation current density EB1 (C / mm 2 ), the electric field strength is given, and by irradiating the light with the light amount P1 (W / mm 2 ), a large number of carriers can be generated. Thereby, light fatigue can be given.
By appropriately setting the light irradiation amount or the electron beam irradiation current density, the passing current density I0 (A / m 2 ) flowing through the conductive support can be appropriately controlled.
In the method of rotating the photosensitive drum as in the prior art, both the charging unit and the exposure unit are arranged at different locations, and therefore both cannot be irradiated simultaneously. Since the present invention enables both irradiations, light fatigue can be efficiently applied in a short time.
時刻:t1〜t3は、帯電消去のためのプロセスである。
光疲労終了後は、電子ビーム照射電流密度を一旦OFFにする。OFFでなくても1/100以下程度の微弱であれば、ほとんど帯電しないため、同等の効果が得られる。
このとき、光量P2で光照射を行うことで、表面帯電は消去されると共に、基板に流れる通過電流も低下し、t2(<t3)でほぼ0になる。このときの光照射量は、光疲労時と同じP1でも構わないが、感光体の必要露光エネルギ密度に比べて、大きいことが重要である。
通常のOPCの露光エネルギは、数〜十数mJ/m2である。10倍の露光エネルギ密度を与えれば十分大きいといえる。
Time: t1 to t3 are processes for charge erasing.
After completion of light fatigue, the electron beam irradiation current density is once turned off. Even if it is not OFF, if it is as weak as about 1/100 or less, it is hardly charged, so the same effect can be obtained.
At this time, by performing light irradiation with the amount of light P2, the surface charge is erased and the passing current flowing through the substrate also decreases, and becomes almost zero at t2 (<t3). The light irradiation amount at this time may be the same P1 as that during light fatigue, but it is important that the light irradiation amount is larger than the required exposure energy density of the photoreceptor.
The exposure energy of normal OPC is several to tens of mJ / m 2 . It can be said that it is sufficiently large if an exposure energy density of 10 times is given.
図25はフタロシアニン系感光体(膜厚30μm)の光減衰特性の例である。4mJ/m2を超えるとほぼ一定になることから、この場合の必要露光エネルギは、4mJ/m2であり、40mJ/m2相当の光照射をすれば、帯電電荷を消去するのに十分な光量といえる。
これにより、表面の帯電電荷は消去される。このプロセスにより、残留電荷のみを残すことができる。
時刻:t4〜t5は、計測のためのプロセスである。
電子ビームで走査することで、電子検出器で、走査によって得られた信号を検出することにより、残留電荷を観察することが可能となる。S/N比を上げるためには、ビーム照射電流が高い方がよいが、その場合、帯電が再度発生して区別がつかなくなる。このため、観察するために1〜20pA程度の微弱な電子ビーム照射電流で走査すると良い。
FIG. 25 shows an example of light attenuation characteristics of a phthalocyanine photoconductor (film thickness: 30 μm). It exceeds 4 mJ / m 2 since it substantially constant, necessary exposure energy in this case is 4 mJ / m 2, if the light irradiation 40 mJ / m 2 equivalent, sufficient to erase the charge It can be said that the amount of light.
Thereby, the charged charge on the surface is erased. This process can leave only residual charge.
Time: t4 to t5 are processes for measurement.
By scanning with the electron beam, the residual charge can be observed by detecting the signal obtained by the scanning with the electron detector. In order to increase the S / N ratio, it is better that the beam irradiation current is high, but in this case, charging occurs again and the distinction cannot be made. For this reason, it is preferable to scan with a weak electron beam irradiation current of about 1 to 20 pA for observation.
電子線を照射させながら、光を照射させるプロセスにおいては、2次電子放出量が膨大となるため、電子検出器の増幅率が通常観察状態である場合には、シンチレータが破損する可能性がある。破損を防ぎながら、光疲労状態をモニターする場合には、電子検出器の増幅率(ゲイン)G2が観察時増幅率G1に比べて小さい条件に設定するとさらによい。増幅率を下げるためには、陰極−陽極間電圧を下げると良い。
図18(a)、(b)に示すがごとく、電子ビームのコンデンサレンズの印加電圧を変えることで、ピンホールを通過する電子量を調整することが可能となる。
電子量は、試料位置にファラデーカップで電流に変換することで、容易に計測することが可能である。
コロナ帯電やスコロトロン帯電では、空気中の放電を利用しているため、基板に流れる通過電流は制御できても、感光体試料に照射される電子量を制御することが困難であった。
本発明では、真空装置内で電子ビームを照射させて帯電させることができ、光疲労に直接影響を与える電子ビーム電流を制御できることが特徴の一つであり、これにより、効率良く光疲労を与えることができる。
In the process of irradiating light while irradiating with an electron beam, the amount of secondary electron emission becomes enormous, and the scintillator may be damaged when the amplification factor of the electron detector is in a normal observation state. . When monitoring the light fatigue state while preventing breakage, it is better to set the amplification factor (gain) G2 of the electron detector to a smaller condition than the observation amplification factor G1. In order to lower the amplification factor, the voltage between the cathode and the anode is preferably lowered.
As shown in FIGS. 18A and 18B, the amount of electrons passing through the pinhole can be adjusted by changing the voltage applied to the condenser lens of the electron beam.
The amount of electrons can be easily measured by converting the amount of electrons into a current at the sample position using a Faraday cup.
In corona charging and scorotron charging, since discharge in the air is used, it is difficult to control the amount of electrons irradiated to the photoreceptor sample even though the passing current flowing through the substrate can be controlled.
One feature of the present invention is that it can be charged by irradiating with an electron beam in a vacuum apparatus, and an electron beam current that directly affects light fatigue can be controlled, thereby efficiently giving light fatigue. be able to.
帯電電位−800V、1秒当たりの電子ビーム照射電流1.8nC/mm2で、通過電流が830pA/mm2となるように光量を調整し、30分間にわたって光疲労を実施した。その後、光照射を30秒行うことで、感光体の必要露光エネルギである4mJ/m2の10倍以上の光量を照射して、帯電電荷を除電し、残留電荷を検出した。
評価に用いたサンプルA、B、CはCTL膜厚はほぼ30μmで同じであるが、ULの処方が異なっている。
2mm角以上の領域での平均残留電位VRを事前に計測したところ、VRの絶対値がサンプルAは、−50V以上、サンプルBが約−30V、サンプルCが−10V以下であった。
測定結果を図11に示す。残留電荷の大きい、サンプルAが検出信号が大きく、残留電荷の小さいサンプルCが検出信号が小さく暗く表示されている。サンプルBは、局所的に明暗が混在している。
局所的に残留電荷が残っている状態であることを示す。これは、ULなど感光体処方の材料の分散性が良くないことを示す。
計測断面の輝度信号を図12に示す。従来のマクロ的な平均残留電位は、C、B、Aの順番に良い。バイアス的な電位増加は、現像バイアス電位等で調整することができるが、局所的な変動は、補正することができず、劣化画像として出力されてしまう。
ドットスケールで考えれば、200μmの範囲でPV値が20Vあると、例えば、600dpiの2by2画像のドット再現性が劣化する。
従って、電子写真用感光体としては、図13に示すように、200μm以下の範囲において、残留電位のPV値が20V以下であることが望ましい。このように、ミクロ領域での空間的な残留電位変動を評価することが可能となった。
この結果、高画質化により直接的な特性値を評価することが可能となった。
The amount of light was adjusted so that the passing current was 830 pA / mm 2 at a charging potential of −800 V and an electron beam irradiation current of 1.8 nC / mm 2 per second, and light fatigue was performed for 30 minutes. Thereafter, light irradiation was performed for 30 seconds to irradiate a
Samples A, B, and C used for evaluation have the same CTL film thickness of about 30 μm, but have different UL prescriptions.
When the average residual potential VR in a region of 2 mm square or more was measured in advance, the absolute value of VR was -50 V or more for sample A, about -30 V for sample B, and -10 V or less for sample C.
The measurement results are shown in FIG. Sample A with a large residual charge has a large detection signal, and sample C with a small residual charge has a small detection signal and is displayed dark. In sample B, light and dark are mixed locally.
It shows that the residual charge remains locally. This indicates that the dispersibility of the material of the photoconductor formulation such as UL is not good.
The luminance signal of the measurement cross section is shown in FIG. The conventional macro average residual potential is good in the order of C, B, and A. The bias potential increase can be adjusted by the development bias potential or the like, but the local variation cannot be corrected and is output as a deteriorated image.
Considering the dot scale, if the PV value is 20 V in the range of 200 μm, for example, the dot reproducibility of a 600
Therefore, as shown in FIG. 13, the electrophotographic photoreceptor desirably has a residual potential PV value of 20 V or less in a range of 200 μm or less. Thus, it became possible to evaluate the spatial residual potential fluctuation in the micro region.
As a result, it has become possible to directly evaluate characteristic values by improving the image quality.
表面電荷分布や表面電位分布のプロファイルを測定することにより、さらに高精度に測定することが可能である。
図19は本発明の表面電位分布測定装置(静電潜像の評価装置)の他の実施例を示す図である。
試料下部の試料設置部には、電圧±Vsubを印加できる電圧印加部が接続されている。
また、試料上部は、入射電子ビームが試料電荷の影響を受けることを抑制するために、グリッドを配置した構成となっている。
図20は入射電子と試料の関係を示す図である。同図(a)は加速電圧が表面電位ポテンシャルより大きい場合、同図(b)は加速電圧が表面電位ポテンシャルより小さい場合をそれぞれ示す。
入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、試料到達前に反転するような状態が存在する領域が存在し、その1次入射荷電粒子を検出する構成となっている。
なお、加速電圧は、正で表現することが一般的であるが、加速電圧の印加電圧Vaccは負であり、電位ポテンシャルとして、物理的意味を持たせるためには、負で表現する方が説明しやすいため、ここでは加速電圧は負(Vacc<0)と表現する。
電子ビームの加速電位ポテンシャルをVacc(<0)、試料の電位ポテンシャルをVp(<0)とする。
電位とは、単位電荷が持つ電気的な位置エネルギである。したがって、入射電子は、電位0(V)では加速電圧Vaccに相当する速度で移動する。すなわち、電子の電荷量をeとし電子の質量をmとすると、電子の初速度v0は、
mv02/2=e×|Vacc|
で表される。真空中ではエネルギ保存の法則により、加速電圧の働かない領域では等速で運動し、試料面に接近するに従い、電位が高くなり、試料電荷のクーロン反発の影響を受けて速度が遅くなる。
By measuring the profile of the surface charge distribution and the surface potential distribution, it is possible to measure with higher accuracy.
FIG. 19 is a diagram showing another embodiment of the surface potential distribution measuring apparatus (electrostatic latent image evaluation apparatus) of the present invention.
A voltage application unit capable of applying a voltage ± Vsub is connected to the sample installation part below the sample.
Further, the upper portion of the sample has a configuration in which a grid is arranged in order to suppress the incident electron beam from being affected by the sample charge.
FIG. 20 is a diagram showing the relationship between incident electrons and a sample. FIG. 4A shows the case where the acceleration voltage is larger than the surface potential potential, and FIG. 4B shows the case where the acceleration voltage is smaller than the surface potential potential.
There is a region where a state where the velocity vector of the incident charged particles in the sample vertical direction is reversed before reaching the sample, and the primary incident charged particles are detected.
The acceleration voltage is generally expressed as positive, but the applied voltage Vacc of the acceleration voltage is negative, and in order to have a physical meaning as a potential potential, it is more preferable to express it as negative. Here, the acceleration voltage is expressed as negative (Vacc <0).
The acceleration potential of the electron beam is Vacc (<0), and the potential potential of the sample is Vp (<0).
A potential is an electrical potential energy possessed by a unit charge. Therefore, the incident electrons move at a speed corresponding to the acceleration voltage Vacc at the potential 0 (V). That is, assuming that the charge amount of electrons is e and the mass of electrons is m, the initial velocity of electrons v0 is
mv02 / 2 = e × | Vacc |
It is represented by In vacuum, due to the law of conservation of energy, it moves at a constant speed in the region where the acceleration voltage does not work, and as it approaches the sample surface, the potential increases, and the velocity decreases due to the influence of Coulomb repulsion of the sample charge.
したがって、一般的に以下のような現象が起こる。
同図(a)において、|Vacc|≧|Vp|なので、電子は、速度は減速されるものの、試料に到達する。
同図(b)において、|Vacc|<|Vp|の場合には、入射電子の速度は試料の電位ポテンシャルの影響を受けて、徐々に減速し、試料に到達する前に速度が0となって、反対方向に進む。空気抵抗の無い真空中では、エネルギ保存則がほぼ完全に成立する。
したがって、入射電子のエネルギ変えたときの、試料面上でのエネルギすなわちランディングエネルギがほぼ0となる条件を計測することで、表面の電位を計測することができる。ここでは1次反転荷電粒子、特に電子の場合を1次反転電子と呼ぶことにする。試料に到達したとき発生する2次電子と1次反転荷電粒子では、検出器に到達する量が大きく異なるので、明暗のコントラストの境界より、識別することができる。
Therefore, the following phenomenon generally occurs.
In FIG. 9A, since | Vacc | ≧ | Vp |, the electron reaches the sample although the speed is reduced.
In FIG. 4B, in the case of | Vacc | <| Vp |, the velocity of the incident electrons is gradually decelerated by the influence of the potential potential of the sample, and the velocity becomes zero before reaching the sample. And go in the opposite direction. In a vacuum without air resistance, the energy conservation law is almost completely established.
Therefore, the surface potential can be measured by measuring a condition in which the energy on the sample surface, that is, the landing energy when the energy of the incident electrons is changed, is almost zero. Here, primary inversion charged particles, particularly electrons, are referred to as primary inversion electrons. The secondary electrons generated when the sample reaches the sample and the primary inversion charged particles differ greatly in the amount reaching the detector, so that they can be identified from the boundary of contrast between light and dark.
なお、走査電子顕微鏡などには、反射電子検出器があるが、この場合の反射電子とは、一般的に試料の物質との相互作用により、入射電子が後方背面に反射(散乱)され、試料の表面から飛び出す電子のことを指す。反射電子のエネルギは入射電子のエネルギに匹敵する。反射電子の強度は試料の原子番号が大きいほど大きいといわれ、試料の組成の違い、凹凸がわかるための検出方法である。
これに対して、1次反転電子は、試料表面の電位分布の影響を受けて、試料表面に到達する前に反転する電子のことで有り、全く異なる現象である。
A scanning electron microscope or the like has a backscattered electron detector. In this case, the backscattered electrons are generally reflected (scattered) on the rear back surface due to the interaction with the material of the sample, and the sample. It refers to the electrons that jump out of the surface. The energy of the reflected electrons is comparable to the energy of the incident electrons. It is said that the intensity of the reflected electrons increases as the atomic number of the sample increases, and this is a detection method for understanding the difference in composition of the sample and unevenness.
In contrast, primary inversion electrons are electrons that are inverted before reaching the sample surface under the influence of the potential distribution on the sample surface, and are completely different phenomena.
図21は潜像深さ計測結果の一例を示す図である。
各走査位置(x,y)で、加速電圧Vaccと、試料下部印加電圧Vsubとの差をVth(=Vacc−Vsub)とすれば、ランディングエネルギがほぼ0となるときのVth(x,y)を測定することで電位分布V(x,y)を測定することができる。
Vth(x,y)は、電位分布V(x,y)とは一意的な対応関係があり、Vth(x,y)はなだらかな電荷分布などであれば、近似的に電位分布V(x,y)と等価となる。
図21上段の曲線は試料表面の電荷分布によって生じた表面電位分布の例を示している。2次元的に走査する電子銃の加速電圧は−1800Vとした。中心(横軸座標=0)の電位が約−600Vであり、中心から外側に向かうに従って、電位がマイナス方向に大きくなり、中心から半径が75μmを超える周辺領域の電位は約−850V程度になっている。同図中段の楕円形は試料の裏面をVsub=−1150Vに設定したときの検出器出力を画像化した図である。
このとき、Vth=Vacc−Vsub=−650Vとなっている。同図下段の楕円形はVsub=−1100Vとしたほかは上記条件と同じ条件で得られた検出器出力を画像化した図である。このときのVthは−700Vになっている。
したがって、加速電圧Vaccまたは印加電圧Vsubを変えながら、試料表面を電子で走査させ、Vth分布を計測することにより、試料の表面電位情報を計測することが可能となる。
この方法を用いることにより、従来困難であった、潜像プロファイルをミクロンオーダーで可視化することが可能となる。
FIG. 21 is a diagram showing an example of a latent image depth measurement result.
If the difference between the acceleration voltage Vacc and the sample lower applied voltage Vsub is Vth (= Vacc−Vsub) at each scanning position (x, y), Vth (x, y) when the landing energy becomes almost zero. Can be measured to measure the potential distribution V (x, y).
Vth (x, y) has a unique correspondence with the potential distribution V (x, y). If Vth (x, y) is a gentle charge distribution, the potential distribution V (x , Y).
The upper curve in FIG. 21 shows an example of the surface potential distribution generated by the charge distribution on the sample surface. The acceleration voltage of the electron gun for two-dimensional scanning was set to −1800V. The potential at the center (horizontal axis coordinate = 0) is about -600V, the potential increases in the negative direction as it goes from the center to the outside, and the potential in the peripheral region whose radius exceeds 75 μm from the center is about -850V. ing. The oval in the middle of the figure is an image of the detector output when the back surface of the sample is set to Vsub = −1150V.
At this time, Vth = Vacc−Vsub = −650V. The oval in the lower part of the figure is an image of the detector output obtained under the same conditions as above except that Vsub = −1100V. At this time, Vth is -700V.
Therefore, the surface potential information of the sample can be measured by scanning the sample surface with electrons while changing the acceleration voltage Vacc or the applied voltage Vsub and measuring the Vth distribution.
By using this method, it is possible to visualize the latent image profile on the micron order, which has been difficult in the past.
1次反転電子で潜像プロファイルを計測する方式では、入射電子のエネルギが極端に変わるため、入射電子の軌道がずれてくることが生じ、その結果として、走査倍率が変わったり、歪曲収差を生じたりすることになる。
その場合には、静電場環境や電子軌道をあらかじめ計算しておき、それをもとに補正することにより、さらに高精度に計測することが可能となる。
観察範囲2mm以上での平均残留電位が−50Vより大きく、なおかつ観察範囲200μm以下での残留電位の最大値−最小値が20V以下である電子写真用感光体であることが望ましい。
残留電位は、本来低い方が望ましい。しかしながら、コスト高の要因となる。また、ULの抵抗を低く設定することで、残留電位が低くすることは可能であるが、耐絶縁性が低下し、地汚れの原因となる。
平均電位よりは、観察範囲200μm以下といった空間周波数の高い領域で残留電位の最大値−最小値が20V以上であると空間的変動が1ドットや2ドットの再現性に影響を与えることがわかった。
従って、例えば観察範囲2mm以上広い領域での平均電位が−50Vより絶対値が多少大きくても、ULを分散性の高い材料を選択することで、観察範囲200μm以下での残留電位の最大値−最小値が20V以下することが望ましい。
In the method of measuring the latent image profile with primary inversion electrons, the energy of incident electrons changes drastically, causing the trajectory of the incident electrons to shift, resulting in a change in scanning magnification and distortion. Will be.
In that case, the electrostatic field environment and the electron trajectory can be calculated in advance, and correction can be performed based on the calculation, thereby making it possible to measure with higher accuracy.
It is desirable that the photosensitive member for electrophotography has an average residual potential greater than -50V in the observation range of 2 mm or more and a maximum value-minimum value of the residual potential in the observation range of 200 μm or less of 20V or less.
It is desirable that the residual potential is inherently low. However, it becomes a factor of high cost. In addition, the residual potential can be lowered by setting the resistance of UL low, but the insulation resistance is lowered, which causes soiling.
It was found that the spatial variation affects the reproducibility of 1 dot or 2 dots when the maximum value-minimum value of the residual potential is 20 V or more in a region with a high spatial frequency such as an observation range of 200 μm or less than the average potential. .
Therefore, for example, even if the average potential in the region where the observation range is 2 mm or more is slightly larger than the absolute value of −50 V, the maximum value of the residual potential in the observation range of 200 μm or less can be obtained by selecting a material with high UL dispersibility. It is desirable that the minimum value be 20V or less.
以下に、この発明の画像形成装置の実施の1形態を説明する。図26は上記1形態であるレーザプリンタを略示している。レーザプリンタ100は像担持体111として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体111の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ112、現像装置113、転写ローラ114、クリーニング装置115が配備されている。この実施の形態では「帯電手段」として、オゾン発生の少ない接触式の帯電ローラ112を用いているが、コロナ放電を利用するコロナチャージャを帯電手段として用いることもできる。
また、光走査装置117が設けられ、帯電ローラ112と現像装置113との間で「レーザビームLBの光走査による露光」を行うようになっている。図26において、符号116は定着装置、符号118はカセット、符号119はレジストローラ対、符号120は給紙コロ、符号121は搬送路、符号122は排紙ローラ対、符号123はトレイを示している。
Hereinafter, an embodiment of the image forming apparatus of the present invention will be described. FIG. 26 schematically shows the laser printer according to the first embodiment. The
Further, an
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体111が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ112により均一に帯電され、光走査装置117のレーザビームによる光書込による露光により静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。この静電潜像は現像装置113により反転現像され、像担持体111上にトナー画像が形成される。
転写紙を収納したカセット118は画像形成装置100本体に着脱可能で、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙の最上位の1枚が給紙コロ120により給紙される。給紙された転写紙は、その先端部をレジストローラ対119に銜えられる。レジストローラ対119は、像担持体111上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングをあわせて転写紙を転写部へ送りこむ。送りこまれた転写紙は、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ114の作用によりトナー画像を静電転写される。
トナー画像を転写された転写紙は定着装置116でトナー画像を定着されたのち、搬送路21を通り、排紙ローラ対122によりトレイ123上に排出される。トナー画像が転写されたのち、像担持体111の表面はクリーニング装置115によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
When forming an image, the
The
The transfer paper on which the toner image is transferred is fixed on the toner image by the fixing
2 感光体試料
3 電子線照射により試料を帯電させる手段としての電子線照射手段
4 感光体に対して光疲労を与える手段としての光照射手段
5 帯電電荷を取り除いて残留電荷を残す手段としての帯電消去手段
2
Claims (12)
帯電を与えた感光体試料に対して、真空内で、感光体感度を有する光を用い、感光体の必要露光エネルギ密度よりも大きい光量を照射することで、帯電電荷を取り除いた状態で、荷電粒子ビームを走査し、該走査によって得られる電子を検出することで、感光体試料に生成された残留電荷を評価することを特徴とする静電潜像の評価方法。 In a method of irradiating a photoconductor sample having a charge distribution with a charged particle beam and measuring an electrostatic latent image of the photoconductor sample by a detection signal obtained by the irradiation,
The charged photoconductor sample is charged in a state in which the charged charge is removed by irradiating light in a vacuum with light having photoconductor sensitivity and irradiating a light amount larger than the required exposure energy density of the photoconductor. A method for evaluating an electrostatic latent image, comprising: scanning a particle beam and detecting electrons obtained by the scanning to evaluate a residual charge generated on a photoconductor sample.
電子線を照射しながら、光を照射することで、感光体に対して光疲労を与えることを特徴とする静電潜像の評価方法。 The method for evaluating an electrostatic latent image according to claim 1,
A method for evaluating an electrostatic latent image, characterized in that light fatigue is given to a photosensitive member by irradiating light while irradiating an electron beam.
電子線を照射しながら、光を照射するプロセスにおいて、電子検出器の増幅率が観察時に比べて小さい条件に設定することを特徴とする静電潜像の評価方法。 The method for evaluating an electrostatic latent image according to claim 2,
A method for evaluating an electrostatic latent image, characterized in that, in the process of irradiating light while irradiating an electron beam, the amplification factor of the electron detector is set to a condition smaller than that during observation.
感光体試料に照射する電子ビームの電流を変えることで、光疲労状態を制御することを特徴とする静電潜像の評価方法。 In the evaluation method of the electrostatic latent image according to claim 2 or 3,
A method for evaluating an electrostatic latent image, characterized by controlling a light fatigue state by changing a current of an electron beam applied to a photoconductor sample.
感光体試料への電界強度を10^4V/cm以上10^6V/cm以下の範囲に設定することを特徴とする静電潜像の評価方法。 In the evaluation method of the electrostatic latent image according to any one of claims 1 to 4,
A method for evaluating an electrostatic latent image, comprising setting an electric field strength to a photoreceptor sample in a range of 10 ^ 4 V / cm to 10 ^ 6 V / cm.
感光体感度を有する光として、波長400〜800nmの可視光を用い、光学系により感光体試料の所定の領域に照射することを特徴とする静電潜像の評価方法。 In the evaluation method of the electrostatic latent image according to any one of claims 1 to 5,
A method for evaluating an electrostatic latent image, wherein visible light having a wavelength of 400 to 800 nm is used as light having photoconductor sensitivity, and a predetermined region of a photoconductor sample is irradiated by an optical system.
光照射を半導体レーザで行い、該半導体レーザの光量を変えて、感光体試料の基板に流れる電流量を制御することを特徴とする静電潜像の評価方法。 In the evaluation method of the electrostatic latent image according to any one of claims 1 to 6,
A method for evaluating an electrostatic latent image, characterized in that light irradiation is performed by a semiconductor laser, and the amount of current of the semiconductor laser is changed to control the amount of current flowing through the substrate of the photoreceptor sample.
入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、反転するような領域が存在する条件下で測定し、試料表面の電位ポテンシャルを変えるために試料背面に電圧を印加することで、残留電位を計測することを特徴とする静電潜像の評価方法。 In the evaluation method of the electrostatic latent image according to any one of claims 1 to 7,
Measure the residual potential by applying a voltage to the back of the sample in order to change the potential potential on the sample surface. A method for evaluating an electrostatic latent image, comprising:
真空内で、電子線照射により試料を帯電させる手段と、
感光体感度を有する光を照射することで、感光体に対して光疲労を与える手段と、
帯電電荷を取り除いて、残留電荷を残す手段と、
を備え、
荷電粒子ビームを走査し、該走査によって得られる電子を検出することで、感光体試料の残留電荷を評価することを特徴とする静電潜像の評価装置。 In an apparatus for irradiating a photosensitive sample having a charge distribution with a charged particle beam and measuring an electrostatic latent image of the sample by a detection signal obtained by the irradiation,
Means for charging the sample by electron beam irradiation in a vacuum;
Means for irradiating light having photoconductor sensitivity to give light fatigue to the photoconductor,
Means for removing the charged charge and leaving a residual charge;
With
An apparatus for evaluating an electrostatic latent image, characterized by evaluating a residual charge of a photosensitive member sample by scanning a charged particle beam and detecting electrons obtained by the scanning.
上記光疲労を与える手段と上記残留電荷を残す手段のうち、いずれか一方が他方を兼ねることを特徴とする静電潜像の評価装置。 The apparatus for evaluating an electrostatic latent image according to claim 9,
One of the means for giving light fatigue and the means for leaving the residual charge serves as the other.
平均残留電位が−50Vより大きく、なおかつ観察範囲200μm以下での残留電位の最大値−最小値が20V以下である電子写真用感光体。 When the residual charge is evaluated using the evaluation method and the evaluation device according to claim 1,
An electrophotographic photosensitive member having an average residual potential greater than -50 V and a maximum-minimum value of residual potential of 20 V or less in an observation range of 200 μm or less.
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