JP3651219B2 - 電子写真感光体の膜厚測定装置および膜厚測定方法、電子写真感光体の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性基体上に複数の層を積層してなる電子写真感光体において、下引層の膜厚を測定する測定装置および測定方法、さらにはその電子写真感光体の製造装置および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機やプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置に使用される電子写真感光体としては、導電性基体上に下引層と電荷発生層と電荷輸送層とを順次積層させたものが知られている。このような電子写真感光体を製造する際には、各層を構成するための光導電性材料を結着剤樹脂とともに有機溶剤に溶解または分散させて感光体塗布液として作成し、この感光体塗布液を導電性基体の上に順次塗布、乾燥させることにより製造する方法が知られている。
【０００３】
導電性基体の上に感光体塗布液を塗布する方法として、多くの方法が知られている。例えば浸漬塗布法は、前述の感光体塗布液を満たした塗布槽に導電性基体を浸漬した後に、所定の速度で引き上げることにより、感光層を形成する方法である。特にこの方法は、その生産性の高さから電子写真感光体の製造において広く利用されている。
【０００４】
しかし、この浸漬塗布方法は、垂直方向にだれが生じやすいという欠点をもっており、基体上に形成される感光層に塗布むらや筋が発生したり、あるいは膜厚の上下差が大きくなり、画像の濃淡むら等の画質欠陥の原因となることがある。また、塗布液には、塗膜形成のための蒸発しやすい有機溶剤を使用していることが多い。そのため、塗布槽内の塗布液から溶剤が蒸発して、塗布液の粘度や濃度が変化するため、その製造工程において一定の条件で塗布することが難しい。このため、上記のような電子写真感光体の製造工程においては、各層の膜厚の測定および評価を行ない、それを管理することにより塗布工程の変動を検出し、塗布量の調整を行なっている。
【０００５】
膜厚の測定方法も多種の方法が考えられており、代表的なものとして例えば段差計、過電流式膜厚計等の接触式膜厚測定方法や、色彩色差法、干渉法、光吸収法等を用いた非接触式膜厚測定方法がある。特に、光干渉法を用いた膜厚測定方法は、比較的平易かつ短時間での測定が可能なことから、電子写真感光体の下引層や電荷輸送層のような透明膜の膜厚を測定する場合によく用いられている。例えば特開平４−３３６５４０号公報や特開平６−１３０６８３号公報には、下引層等の透明膜を塗布する際に、光干渉法により逐次膜厚を測定し、その測定結果をフィードバックして塗布速度を自動制御し、膜厚の変動を抑えて均一化を図る方法が開示されている。
【０００６】
図３は、光干渉法の原理説明図、図４は、光干渉法によって得られるスペクトルの一例を示すグラフである。図中、２１は基板、２２は透明膜、２３は光源、２４，２５は反射光である。図３に示した例では、基板２１上に、膜厚ｄ、膜の比屈折率ｎの薄い透明膜２２が形成されている。このような試料に、透明膜２２の表面側から光源２３によって光を照射する。照射された光の一部は透明膜２２の表面で反射して反射光２４となり、一部は透明膜２２の表面で比屈折率ｎに応じて屈折して透明膜２２内へと進む。透明膜２２内に進入した光は、基板２１の表面で反射され、再び透明膜２２の表面で屈折して反射光２５として放出される。このとき、反射光２４と反射光２５の進行方向は同じであるが、反射光２５は基板２１の表面における反射の際に１８０゜位相がずれるとともに、透明膜２２内を通る分だけ位相がずれている。
【０００７】
これらの反射光を受光してそのスペクトルを採取した場合、スペクトルは例えば図４のような波形になる。すなわち、反射光２４および反射光２５はその位相差によって互いに干渉し、波長によって光量が変化するのである。従来は、このような波形から得られる、２つの隣り合った光量が極大となる波長（以下ピーク波長と略す）または２つの隣り合った光量が極小となる波長（以下ボトム波長と略す）であるλ₁ ，λ₂ を求める。そして、それらを膜厚算出式である、
ｄ＝λ₁ λ₂ ／２ｎ（λ₁ −λ₂ ） …（１）
に代入することにより、膜厚ｄを求めることができる。図４に示した例は、隣り合った２つのピーク波長から膜厚を算出する例であるが、波形によっては隣り合った２つのボトム波長を用いてもよい。
【０００８】
しかし、上述のような光干渉法で電子写真感光体の下引層の膜厚を測定する場合、膜厚が薄くなると隣り合った２つのピーク波長または隣り合った２つのボトム波長の間隔が広がり、スペクトルを得た測定波長領域中に２つのピーク波長あるいは２つのボトム波長が出現しなくなる。そのため、結果として膜厚の測定が不可能になるという問題がある。
【０００９】
図５は、膜厚が薄い場合の反射光のスペクトルの一例を示すグラフである。図５では、実際に膜厚約０．１μｍの下引層を形成した電子写真感光体に可視光を投射し、その反射光スペクトルを可視分光光度計の４００〜８００ｎｍのレンジで採取した場合の例を示している。図５に示した例では、上述のような光干渉法で膜厚を評価する際に必要なピーク波長が１点しか採取できず、（１）式による膜厚の算出が不可能である。
【００１０】
この問題を解決するための手段として、分光光度計の測定波長域を拡大することなどの対策も考えられるが、分光器の波長分解能が悪くなり、測定精度が悪くなるといった二次障害の懸念があり、この問題点の根本的な解決にはならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、電子写真感光体の製造工程において、下引層の膜厚が薄い場合でも精度よく下引層の膜厚を測定できる電子写真感光体の膜厚測定装置および膜厚測定方法を提供するとともに、その測定結果を製造工程に反映させた電子写真感光体の製造装置および製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下引層が形成された電子写真感光体の表面に光を照射して反射光の干渉特性を検出し、検出した干渉波形が予め設定された複数の干渉波形パターンのいずれに該当するかを識別するとともに干渉次数を同定する。干渉波形パターンとしては、１つのピークまたは１つのボトムを有するパターンや、ピークとボトムを１つずつ有するパターンなどを設定しておくことができる。干渉波形パターンの数は、例えば６種類とすることができる。これらの干渉波形パターンでは、それぞれについて膜厚計算式を設定しておくことができる。干渉波形から得られるピーク波長またはボトム波長と、干渉波形パターンとともに同定した干渉次数を、識別した干渉波形パターンに対応した膜厚計算式に代入することによって下引層の膜厚を求めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の電子写真感光体の膜厚測定装置の実施の一形態を示す概略構成図である。図中、１は電子写真感光体、２は検出エリア、３は干渉特性検出部、４はプローブ、５は光ファイバ、６は光源、７は分光光度計、８は膜厚算出部、９は干渉波形識別部、１０は膜厚演算部である。電子写真感光体１は、導電性基体上に下引層が形成されたものである。
【００１４】
干渉特性検出部３は、この例ではプローブ４、光ファイバ５、光源６、分光光度計７などによって構成されている。光源６は、例えばハロゲン、キセノン等の一般的に用いられる光源を用いたものである。光源６から出射された光は光ファイバ５を経由してプローブ４から電子写真感光体１の検出エリア２に照射される。検出エリア２に照射された光は、上述のように電子写真感光体１の下引層を通過し、導電性基体表面で反射した後、再びプローブ４に到着する光と、電子写真感光体１の下引層上で反射して再びプローブ４に到達する光とに分かれる。この際、２つの光には２・ｎ・ｄの光路差を生じている。また、導電性基体表面で反射する光は、反射する際に位相が１８０゜ずれている。従って、
２ｎｄ＝ｍλ （ｍ＝０，１，２，３，・・・） …（２）
のときに反射光の光量は極大となり、
２ｎｄ＝（２ｍ＋１）λ／２ （ｍ＝０，１，２，３，・・・） …（３）
のときに反射光の光量は極小となる。ここで、ｎは膜の比屈折率、ｍは干渉次数である。プローブ４に入射した光は、光ファイバ５を経由して、分光光度計７の分光器に結像する。分光光度計７は、検出エリア２からの反射光の干渉特性をスペクトルとして採取する。採取したスペクトルでは、上述の式２および式３が成立している。
【００１５】
なお、干渉特性検出部３の構成は一例であって、例えば光源６をプローブ４内に収納したり、光ファイバ５の代わりにレンズ系等の他の光学素子を用いてもよい。干渉特性検出部３は、電子写真感光体１の検出エリア２に光を照射し、その反射光のスペクトルを得られる構成であればよい。
【００１６】
膜厚算出部８は、分光光度計７で得られた反射光のスペクトルから、下引層の膜厚を算出する。膜厚算出部８は、干渉波形識別部９と膜厚演算部１０等を含んでいる。膜厚算出部８は、例えばパソコン等のデータ処理装置により構成することができる。
【００１７】
干渉波形識別部９は、分光光度計７で得られた反射光のスペクトル（干渉特性）が、あらかじめ決められた複数の干渉波形パターンのうちのいずれに合致するものであるかを識別し、また干渉次数を求める。図２は、干渉波形パターンの一例の説明図である。図２では、膜厚の薄い順に波形パターン１から波形パターン６として並べてある。図２（Ａ）に示すパターン１は、干渉特性のピーク波長が分光光度計７による測定波長範囲の下限より短く、かつ、干渉特性のボトムが長波長側に現われたケースである。図２（Ｂ）に示すパターン２は、干渉特性のピークおよびボトムの双方が分光光度計７の測定波長範囲内に現われ、かつ、ボトム波長がピーク波長より長波長側に出現するケースである。図２（Ｃ）に示すパターン３は、干渉特性のピークのみが分光光度計７の測定波長範囲内に現われるケースである。図２（Ｄ）に示すパターン４は、干渉特性のピークおよびボトムの双方が分光光度計７の測定波長範囲内に現われ、かつ、ボトム波長がピーク波長より短波長側に出現するケースである。図２（Ｅ）に示すパターン５は、干渉特性のピーク波長が分光光度計７の測定波長範囲の上限を超えており、かつ、ボトムが短波長側に現われたケースである。図２（Ｆ）に示すパターン６は、干渉特性のピークおよびボトムの双方が分光光度計７の測定波長範囲内に現われ、かつ、ピークがボトムの長波長側および短波長側の双方に出現するケースである。図２に示した例では、干渉波形識別部９は分光光度計７で得られたスペクトルを、これら６つのパターンのうち、もっとも合致するパターンを識別する。
【００１８】
また干渉波形識別部９では、干渉次数ｍを同定する。干渉次数ｍは、例えば図２に示した各干渉波形パターンに対応して決定される。例えば図２（Ａ）、（Ｂ）に示すパターン１、パターン２のボトム波長の干渉次数ｍは０である。また、図２（Ｂ）〜（Ｄ）に示すパターン２〜４のピーク波長の干渉次数ｍは１である。さらに、図２（Ｄ）〜（Ｆ）に示すパターン４〜６のボトム波長の干渉次数ｍは１である。図２（Ｆ）に示すパターン６の２つのピーク波長のうち、長波長側のピーク波長の干渉次数ｍは２、短波長側のピーク波長の干渉次数は１である。
【００１９】
膜厚演算部１０は、干渉波形識別部９で識別した干渉波形パターンに各々対応した膜厚演算式により、電子写真感光体１の下引層の膜厚を求める。以下、順に各パターンに対応する膜厚演算式について説明する。
【００２０】
図２（Ａ）に示すパターン１の場合、干渉特性のピーク波長は分光光度計７の測定波長範囲の下限より短く、かつ、ボトムがそれより長波長側に現われたケースである。この場合、干渉次数ｍ＝０での極小条件がボトム波長λ_B の位置で成立しているので、上述の（３）式にｍ＝０を代入すると、
ｄ＝λ_B ／４ｎ …（４）
となり、既知であるボトム波長λ_B 、膜の屈折率ｎを代入することにより、膜厚ｄを求めることができる。
【００２１】
次に、図２（Ｂ）に示すパターン２は、干渉特性のピークおよびボトムの双方が分光光度計７の測定波長範囲内に現われ、ボトム波長がピーク波長より長波長側に出現するケースである。この場合、干渉次数ｍ＝１での極大条件がピーク波長λ_P の位置で成立しているので、上述の（２）式にｍ＝１を代入すると、光路差ｎｄは
ｎｄ＝λ_P ／２
となる。また、干渉次数ｍ＝０での極小条件がボトム波長λ_B の位置で成立しているので、上述の（３）式に代入して、光路差ｎｄは
ｎｄ＝λ_B ／４
となる。膜厚ｄは２つの光路差の平均を比屈折率ｎで除して求める。すなわち、
ｄ＝（λ_P ／２＋λ_B ／４）／２ｎ …（５）
となり、膜厚ｄが求められる。
【００２２】
次に、図２（Ｃ）に示すパターン３は、干渉特性のピークのみが分光光度計７の測定波長範囲内に現われているケースである。この場合、干渉次数ｍ＝１での極大条件がピーク波長λ_P の位置で成立しているので、上述の（２）式にｍ＝１を代入すると、
ｄ＝λ_P ／２ｎ …（６）
となり、既知であるボトム波長λ_P 、膜の比屈折率ｎを代入することにより膜厚ｄを求めることができる。
【００２３】
次に、図２（Ｄ）に示すパターン４は、干渉特性のピークおよびボトムの双方が分光光度計７の測定波長範囲内に現われ、ボトム波長がピーク波長より短波長側に出現するケースである。この場合、干渉次数ｍ＝１での極大条件がピーク波長λ_P の位置で成立しているので、上述の（２）式に代入して、光路差ｎｄは
ｎｄ＝λ_P ／２
となる。また、干渉次数ｍ＝１での極小条件がボトム波長λ_B の位置で成立しているので、上述の（３）式に代入して、光路差ｎｄは
ｎｄ＝３λ_B ／４
となる。膜厚ｄは２つの光路差の平均を比屈折率ｎで除して求める。すなわち、
ｄ＝（λ_P ／２＋３λ_B ／４）／２ｎ …（７）
となり、膜厚ｄを求めることができる。
【００２４】
図２（Ｅ）に示すパターン５の場合、干渉特性のピーク波長が分光光度計７の測定波長範囲の上限を超えており、かつボトムがそれより短波長側に出現するケースである。この場合、干渉波形の次数ｍ＝１での極大条件がボトム波長λ_B の位置で成立しているので、上述の（３）式にｍ＝１を代入すると、
ｄ＝３λ_B ／４ｎ …（８）
となり、既知であるボトム波長λ_B 、膜の比屈折率ｎを代入することにより、膜厚ｄを求めることができる。
【００２５】
図２（Ｆ）に示すパターン６の場合、干渉特性の２つのピーク、１つのボトムが分光光度計７の測定波長範囲内に現われ、ピーク波長がボトム波長の長波長側と短波長側の双方に出現するケースである。この場合、干渉次数ｍ＝１での極大条件がピーク波長λ_P2の位置で成立し、また干渉次数ｍ＝２での極大条件がピーク波長λ_P1の位置で成立しているので、各々上述の（２）式に代入して、光路差ｎｄは、
ｎｄ＝２λ_P ／２
ｎｄ＝λ_P2／２
となる。また、干渉次数ｍ＝１での極小条件がボトム波長λ_B の位置で成立しているので、上述の（３）式に代入して、光路差ｎｄは
ｎｄ＝３λ_B ／４
となる。膜厚ｄは３つの光路差の平均を比屈折率ｎで除して求める。すなわち、
ｄ＝（λ_P1／２＋３λ_B ／４＋λ_P2）／３ｎ …（９）
となり、膜厚ｄを求めることができる。
【００２６】
このようにして、導電性基体上に成膜した電子写真感光体１の下引層の反射スペクトルを採取し、これを膜厚算出部８において演算することにより膜厚を求めることができる。これによって、電子写真感光体１の下引層の膜厚が薄い場合であっても、中間製品の状態で下引層の膜厚を正確に測定することが可能となり、下引層の塗布工程における変動をいち早く検出でき、工程の安定化、膜厚不良品の後工程への大量流出を防ぐことができる。
【００２７】
電子写真感光体１の製造工程において、導電性基体上に下引層を浸漬塗布法によって塗布する場合、膜厚の制御は塗布速度によって行なうことができる。すなわち、浸漬塗布法における膜厚と塗布速度の関係は、
ｄ＝Ｋ（Ｖη／ρｇ）^0.5 …（１０）
のようになっている。ここで、Ｋは定数、Ｖは塗布速度、ηは液粘度、ρは液密度、ｇは重力加速度である。液粘度η、液密度ρが一定の条件下で、膜厚ｄは塗布速度Ｖの０．５乗に比例するため、膜厚は塗布速度で制御できる。
【００２８】
このような下引層の塗布工程によって下引層が塗布された電子写真感光体１の中間製品に対し、図１に示したような膜厚測定装置を使用し、電子写真感光体１の検出エリア２に光源６により光ファイバ５およびプローブ４を経由して光を照射し、検出エリア２からの反射光をプローブ４および光ファイバ５を経由して分光光度計７の分光器に結像させ、干渉特性としてのスペクトルを得る。
【００２９】
さらに、得られたスペクトルより膜厚算出部８の干渉波形識別部９であらかじめ定めた図２に示すような６つの干渉波形パターンのいずれに該当するかを識別し、それとともに干渉次数を同定する。次に、識別した干渉波形パターンに対応した（４）〜（９）式のいずれかの膜厚算出式を用い、スペクトルから得られるピーク波長またはボトム波長を代入して計算することによって、下引層の膜厚を測定することができる。
【００３０】
このようにして測定された下引層の膜厚を評価し、下引層の塗布工程にフィードバックする。例えば上述のように制御可能な塗布速度を、測定された下引層の膜厚にしたがって制御することにより、均一な膜厚で下引層が塗布された電子写真感光体１を製造することができる。
【００３１】
【実施例】
まず、電子写真感光体の下引層の膜厚の水準を６水準に振ったサンプルを浸漬塗布法により作成した。膜厚の水準値は不明であるため、水準を制御する因子として塗布速度を取った。浸漬塗布法における膜厚と塗布速度の関係は上述の（１０）式のとおりであり、塗布速度で制御できる。これらのサンプルに、図１に示した本発明の膜厚測定装置を使用し、塗布した下引層の膜厚を求め、評価した。このとき用いる膜厚算出式としては、上述の（４）式〜（９）式を各々のケースに合わせて用いた。
【００３２】
このようにして、各々の塗布速度水準に対して膜厚を算出した後、制御因子である塗布速度と膜厚測定値との相関を評価した。その結果、相関係数で０．９８３という高い相関が得られた。このように、本発明によれば、電子写真感光体の製造工程において、精度よく下引層の膜厚を測定することができた。また、このように精度よく測定した下引層の膜厚から、高い相関関係にある塗布速度を制御可能であるので、均一に下引層を塗布することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、下引層形成後の電子写真感光体の表面に光を照射し反射光の干渉特性を複数の干渉波形パターンと照合していずれのパターンであるかを識別し、また干渉次数の同定を行なった後、下引層の膜厚を得る演算を行なうことにより、電子写真感光体の下引層の膜厚が薄い場合でも、中間製品の状態で正確に測定することが可能となる。また、下引層の膜厚の測定結果を、下引層を形成する工程にフィードバックすることにより、その工程の変動がいち早く検出して膜厚を制御することができ、工程の安定化、膜厚不良品の後工程への大量流出を防ぐことが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電子写真感光体の膜厚測定装置の実施の一形態を示す概略構成図である。
【図２】 干渉波形パターンの一例の説明図である。
【図３】 光干渉法の原理説明図である。
【図４】 光干渉法によって得られるスペクトルの一例を示すグラフである。
【図５】 膜厚が薄い場合の反射光のスペクトルの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…電子写真感光体、２…検出エリア、３…干渉特性検出部、４…プローブ、５…光ファイバ、６…光源、７…分光光度計、８…膜厚算出部、９…干渉波形識別部、１０…膜厚演算部。

Claims (4)

1. 導電性基体上に下引層を積層してなる電子写真感光体の膜厚測定装置において、前記下引層が形成された電子写真感光体の表面に光を照射し反射光の干渉特性を検出する干渉特性検出手段と、該干渉特性検出手段で検出した前記干渉特性を複数の干渉波形パターンのいずれであるかを識別しかつ干渉次数の同定を行なう干渉波形識別手段と、該干渉波形同定手段で識別した前記干渉波形パターンおよび前記干渉次数に基づいて前記干渉特性のピークまたはボトムの波長から前記下引層の膜厚を演算する演算手段を有することを特徴とする電子写真感光体の膜厚測定装置。
2. 導電性基体上に下引層を積層してなる電子写真感光体の膜厚測定方法において、前記下引層が形成された電子写真感光体の表面に光を照射して反射光の干渉特性を検出し、検出した前記干渉特性が予め設定された複数の干渉波形パターンのいずれに該当するかを識別するとともに干渉次数を同定し、識別した前記干渉波形パターンと前記干渉次数に基づいて前記干渉特性のピークまたはボトムの波長から前記下引層の膜厚を演算することを特徴とする電子写真感光体の膜厚測定方法。
3. 導電性基体上に複数の層を積層して電子写真感光体を製造する電子写真感光体の製造装置において、導電性基体上に下引層を塗布する下引層形成手段と、該下引層形成手段で形成された前記下引層の膜厚を測定する請求項１に記載の電子写真感光体の膜厚測定装置を有し、測定した前記膜厚を前記下引層形成手段にフィードバックすることを特徴とする電子写真感光体の製造装置。
4. 導電性基体上に複数の層を積層して電子写真感光体を製造する電子写真感光体の製造方法において、導電性基体上に下引層を塗布する下引層形成工程と、請求項２に記載の電子写真感光体の膜厚測定方法により前記下引層の膜厚を測定する工程を有し、測定した前記膜厚を前記下引層形成工程にフィードバックすることを特徴とする電子写真感光体の製造方法。

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