JP4608272B2 - 耐絶縁性測定方法および装置および潜像担持体評価方法 - Google Patents

Description

この発明は耐絶縁性測定方法および装置および潜像担持体評価方法に関する。

誘電材料や誘電性の材料は産業のあらゆる分野において広く利用されており、その特性である絶縁耐性は極めて重要な意義を持つ。
誘電体は電気的に絶縁状態であるので、誘電体内を電子やホールが流れることは無いが、誘電体内の電界強度が強く絶縁耐圧を超える部分では局所的な絶縁破壊が生じる。かかる絶縁破壊の状態は、誘電体の表面や内部が機械的に破壊された状態を光学顕微鏡などで高分解能に観察することは可能であるが、機械的に破壊された状態では、絶縁破壊の原因を解析できない。機械的には未だ破壊されていないが、電気的に破壊されている状態のときの、局所的な絶縁破壊状態を計測することが望まれる。どのような条件のときに「どのような個所」で絶縁破壊が発生するかを特定できれば、原因の解析が可能である。

誘電性の良否が重要な問題となるものとして、例えば、電子複写機や光プリンタ等の画像形成装置に関連してよく知られた「光導電性の感光体」を挙げることができる。光導電性の感光体は暗中において誘電性であり、均一に帯電されたのち、露光により画像を書き込まれて静電潜像が形成される。このような感光体では、静電潜像を形成すべき領域における誘電性の良否である絶縁耐性が均一であることが必要である。

１例として、機能分離型の感光体について見ると、機能分離型の感光体は、良く知られたように、導電性の基板の上に下引き層が形成され、下引き層上に電荷発生層と電荷輸送層が積層された構成となっている。下引き層は基盤側からの電荷注入による帯電電荷のリークを防止する目的で設けられているが、一般に高電界では電荷のリークが起こりやすいためにそれに耐える下引き層が要望されている。

かかる機能分離型の感光体に静電線像が形成されるときには、感光体表面が高電位に均一帯電され、感光体表面を均一帯電する電荷と、この電荷により「基板と下引き層との境界部に誘起した逆極性の電荷」とにより、下引き層・電荷発生層・電荷輸送層に高電界がかかる。

このとき、下引き層に欠陥部位や「電気的に異常な部位」があると、これらの部位は高電界に耐え得ず、基板からのホールの流入を許し、流入したホールが電荷発生層・電荷輸送層を通過して感光体表面に達すると帯電電荷を中和する。従って、このような部分では、感光体表面電位が低下して「あたかも露光されたような状態」となる。

このような電位低下は、初期段階では形成された画像に異常としては現れ無いが、画像形成枚数が増えるにつれて上記部位での静電疲労が蓄積し、電位低下が次第に増大する。その結果、感光体表面電位が現像バイアスより小さくなると、このような部分に反転現像されるトナーが付着して画像異常となる。

下引き層における欠陥部位や電気的に異常な部位は、ピンポイント状のものがランダムに散らばっており、上記の画像異常は、これらに応じてドット状の汚れがランダムに散らばった状態で発生する。

このように、感光体が内包する電気的な欠陥部位は、感光体を均一帯電した後にこれをトナー画像として可視化することにより、ある程度把握できるが、画像異常が感光体の欠陥によるものか、現像・転写・定着等の異常によるものかを特定することは必ずしも容易でない。
従って、感光体等における絶縁耐性をμｍオーダーで評価する手法が望まれている。

特許文献として、発明者が提案し、この発明において原理的に利用する静電潜像の測定に関する特許文献１、２を挙げる。

特開２００３−２９５６９６ 特開２００３−３０５８８２

この発明は、感光体等の潜像担持体の絶縁耐性をμｍオーダーの精密度で評価できる耐絶縁性測定方法および装置、および耐絶縁性の面から見て良好な感光体の実現を課題とする。

この発明の耐絶縁性測定方法は以下の如き特徴を有する（請求項１）。
即ち、帯電させて厚さ方向に電界強度を与えた試料の表面を、電子ビームで２次元的に走査し、この走査によって得られる検出信号に基づき、「試料の絶縁耐性」を評価する。
測定対象としての試料は、潜像担持体であって誘電性であり、試料を帯電することは一般には試料の表面に帯電電荷を付加することを意味するが、この発明の測定方法・装置において、試料を帯電させたときの電荷は、必ずしも試料表面にのみ存在するのではなく、試料表面からさほど深くない「表層領域」に存在することもある。従って、この明細書において、試料の表面を帯電させた状態とは「帯電電荷の分布は３次元的であるが、試料の表面からの深さ方向の分布領域に比して試料表面方向の分布が十分に大きい状態」をも含むものとする。「潜像担持体」については後述する。
試料である潜像担持体の帯電は、試料表面の所望領域に対して「帯電用の電子ビーム」を２次元的に走査して行い、上記所望領域において試料の厚さ方向に所定の電界強度を与える。
このように与えられた電界強度に応じた「試料の帯電電位」を「電位検出用の電子ビーム」により２次元的に走査して、この走査に伴う２次電子の検出により上記所望領域の帯電状態を「２次元的な画像データ」として取得し、この画像データにより試料の絶縁耐性の評価を行う。
帯電用の電子ビームによる２次元的な走査を行なう電子ビームの加速電圧は、走査の際の試料表面からの２次電子放出比：δが極大を越えた後に１となる加速電圧：Ｅ２よりも高い加速電圧：Ｅ（＞Ｅ２）に設定される。このように帯電用の電子ビームの加速電圧を設定することにより、潜像担持体表面の上記所望領域は負極性に帯電される。
上記において、例えば「２次電子放出比：δ」は、２次電子放出比を「δ」なる記号で表すことを意味する。加速電圧等、他の量についても同様である。「２次電子放出比」の定義については後述する。
「電位検出用の電子ビームによる２次元的な走査」は、帯電用の電子ビームによる走査の際とは異なる照射電流量で行なわれる。
上記耐絶縁性測定方法は、帯電用の電子ビームによる２次元的な走査により「試料の厚さ方向に１０Ｖ／μｍ以上の電界強度を与える」ことが好ましい。
試料の厚さ方向に与える電界強度が上記より小さいと絶縁破壊を起こしにくく、評価しにくい恐れがあるからである。勿論、潜像担持体の帯電領域全域で絶縁破壊が生じるような電界強度に帯電するわけでな無いことは言うまでも無い。

この発明の耐絶縁性測定装置は、上記測定方法を実施する装置であって、保持手段と、帯電手段と、走査手段と、信号検出手段と、評価手段とを有する。
「保持手段」は、絶縁耐性を評価すべき試料（潜像担持体）を保持する手段である。
「試料を保持する」とは、絶縁耐性を評価すべき試料を測定可能な状態として保持することを意味する。

「帯電手段」は、保持手段に保持された試料を帯電させ、試料の厚さ方向に電界強度を与える手段であり、帯電用の電子ビームにより上記試料の所望の２次元領域を２次元的に走査する。
「走査手段」は、帯電された試料の表面を電子ビームで走査する手段であるが「帯電手段において照射電流を切り替えた検出用の電子ビームにより上記所望の２次元領域を２次元的に走査する。
「荷電粒子ビーム」は、電子ビーム（電子線とも言う。）であり、電子ビームによる試料の走査は２次元的に行われる。

「信号検出手段」は、走査手段による走査により検出信号を得る手段である。
「評価手段」は、信号検出手段により検出される信号に基づき試料の絶縁耐性を評価する手段であり、コンピュータやマイクロプロセッサ等を用いて構成され、検出信号に基づき演算等の必要な処理を行う。

上記評価手段では、所望領域の帯電状態を２次元的な画像データとして取得し、この画像データにより上記耐絶縁性の評価が行なわれる。

「試料の表面を２次元的に走査する電子ビーム」は、上記のごとく、潜像担持体の帯電と、帯電状態に応じた帯電電位の検出とに用いられるが、帯電電位の検出の際には「帯電手段における照射電流を切り替えた検出用の電子ビーム」により上記所望の２次元領域を２次元的に走査する。
帯電用の電子ビームによる２次元的な走査の際には、電子ビームの加速電圧が、走査に伴う試料表面からの２次電子放出比：δが極大を越えた後に１となる加速電圧：Ｅ２よりも高い加速電圧：Ｅ（＞Ｅ２）に設定される。

電子線を走査する走査手段（帯電手段）が、コンデンサレンズとアパ−チャを有するようにし、コンデンサレンズおよび／またはアパ−チャによって、照射電流量を「試料を帯電させる」ときと「検出信号を得る」ときとで切り替えるようにすることができる。このような切り替えは「瞬時の切り替え」が可能であるから、このように構成することにより「過渡状態における測定」も可能となる。

耐絶縁性測定装置においては「電子線の走査により試料から発生する２次電子」を検出して検出信号を得る。ここに言う「２次電子」は、電子線の照射により試料から放出される２次電子のみならず、２次電子が試料に衝突することにより放出される所謂３次電子等、電子線の照射に起因して試料から放出される電子一般を含むものとする。電子線以外の荷電粒子ビーム、例えばイオンビームによる走査を行う場合も同様である。

「２次電子を検出して得られる検出信号に基づき、試料における電荷リーク箇所の検出を行うことができる。
「潜像担持体」は、静電潜像を担持する媒体であり、従来から広く知られた各種の光導電性感光体や誘電性媒体であることができる。

請求項４に記載の潜像担持体評価方法は、潜像担持体を試料として、潜像担持体としての適合性を評価する方法であって、厚さ方向にかかる電界強度が３０Ｖ／μｍ以上４０Ｖ／μｍ以下の条件下で、試料（潜像担持体）に対して帯電用の電子ビームを１Ｅ−８クーロン／ｍｍ^２以上照射したとき「請求項１〜３の任意の１に記載の耐絶縁性測定方法により測定された耐絶縁領域（試料における耐絶縁性を評価する評価領域面積のうちで、絶縁破壊されない領域）の面積」が、試料の評価領域面積の９９％以上であるか否かにより潜像担持体としての適否を定めることを特徴とする。
なお、１Ｅ−８クーロン／ｍｍ^２は「１×１０^-8クーロン／ｍｍ^２」を意味する。以下においても同様である。

請求項４記載の潜像担持体評価方法は、試料の厚さ方向にかかる電界強度が３０Ｖ／μｍ以上４０Ｖ／μｍ以下の条件下で、帯電用の電子ビームを１Ｅ−８クーロン／ｍｍ^２以上照射したとき、電荷リーク領域の面積が、評価領域面積の０．０５％以上１．０％以下であることをもって、良好な潜像担持体と評価することができる。

電荷の照射は、帯電用電子ビームにより行なわれる。

この発明の耐絶縁性測定方法および装置によれば、誘電体試料や誘電性試料である潜像担持体の絶縁耐性を、試料が未だ機械的に破壊されていないが、電気的に破壊されている状態のときの、局所的な絶縁破壊状態や、製造された潜像担持体における耐絶縁性状況を、μｍオーダーの精度で計測することができる。この測定により、試料における絶縁破壊の原因の解析も可能である。

また、この発明の潜像担持体評価方法は、上記測定方法・測定装置で耐絶縁性をμｍオーダーの精度で測定評価して一定水準以上の絶縁耐性か否かを評価できる。

以下、発明の実施の形態を説明する。
図１に示す耐絶縁性測定装置は、薄板状の誘電体試料０の絶縁耐性を評価する装置である。
図１（ａ）において、絶縁耐性を評価されるべき誘電体試料０は、接地された導電性の板状保持部２３上に密着して載置される。載置された誘電体試料０の表面側の上方には、電子線照射部１１Ａが配置されている。

電子線照射部１１Ａは、電子線を放射する電子銃１０、ビームモニタ１３、コンデンサレンズ１５、アパ−チャ１７、ビームブランカ１８、走査レンズ１９、対物レンズ２１を有する。これらは図示されない電源に接続され、コンピュータ等による制御手段（図示されず）により制御される。

ビームモニタ１３は電子銃１０から放射される電子線の強度をモニタするためのものであり、コンデンサレンズ１５は、電子銃１０から照射された電子線を集束させるための電子レンズである。アパ−チャ１７は電子線による照射電流の電流密度（単位時間あたりの照射電位数）を制御するためのものであり、ビームブランカ１８は、誘電体試料０に照射される電子線をＯＮ／ＯＦＦさせるためのものである。

走査レンズ１９は、ビームブランカ１８を通過した電子線を２次元的に走査させるための「偏向コイル」であり、対物レンズ２１は、走査される電子線を誘電体試料０の表面に向けて集束させるためのものである。

即ち、電子銃１０から放射された電子線はビームモニタ１３を通過し、コンデンサレンズ１５によりアパ−チャ１７、ビームブランカ１８の位置を集束しつつ通過し、偏向コイルにおよる走査レンズ１９により２次元的に偏向される。このように偏向される電子ビームは対物レンズ２１により誘電体試料０の表面に向かって集束される。

上記の如くして、走査レンズ１９により２次元的に偏向された電子線は、誘電体試料０の表面を２次元的に走査する。
即ち、電子線照射部１１Ａと制御手段とは「走査手段」を構成している。

図１（ａ）において、符号２５は「荷電粒子捕獲器」を示す。荷電粒子捕獲器２５から出力される信号は図示されない信号処理部（例えば、上述の制御手段をなすコンピュータの機能の一部として構成することができる。）へ送られ、信号処理部は入力される情報に従い、所定の処理を行って誘電体試料０の絶縁耐性を評価する。

即ち、荷電粒子捕獲器２５は「信号検出手段」を構成する。また、図示されない信号処理部は「評価手段」を構成する。
電子線照射部１１Ａ、板状保持部２３、荷電粒子捕獲器２５は、密閉ケーシング３０Ａ内に収められ、密閉ケーシング３０Ａ内は吸引手段３２により「実質的な真空状態」に減圧できるようになっている。吸引手段３２は上述の図示されない制御手段により制御される。従って、板状保持部２３と密閉ケーシング３０Ａと吸引手段３２および図示されない制御手段とは「絶縁耐性を評価すべき試料を保持する保持手段」を構成する。
この実施の形態ではまた、前述の「走査手段」が「帯電手段」としても用いられる。

以下に、図１（ａ）の装置を用い、誘電体試料０が薄板状のポリカーボネイト（ＰＣ）である場合の絶縁耐性を評価する例を説明する。ＰＣの絶縁耐性は「約２０Ｖ／μｍ」であるため、これを今回の評価値とすると、誘電体試料の厚さが５０μｍの場合であれば、厚さ方向に１ｋＶあるいはそれ以上の帯電電位を与えればよい。

まず、誘電体試料０を電子線の走査で帯電させる。即ち、走査手段を帯電手段として使用して誘電体試料０の帯電を行うのである。帯電は、誘電体試料０の表面側が負極性になるように行う。

「走査手段を帯電手段として使用」する場合、帯電時の照射電流を「信号検出時の照射電流よりも大きく」して、帯電時間を短縮することが測定時間の短縮につながる。照射電流量（電流密度）を電気的に切り替えるためには、コンデンサレンズ１５の焦点距離を電気的に変え、アパーチャ１７を通過する電流量を変化させるのがよい。

即ち、図１（ｂ）に示すように、コンデンサレンズ１５により電子線をアパ−チャ１７の開口部に集束させれば照射電流は大きいが、図１（ｃ）に示すように、コンデンサレンズ１５の焦点距離を短くすると、電子線はアパ−チャ１７の手前で集束し、発散しつつアパ−チャ１７に入射するので、電子線の一部はアパ−チャ１７により遮断され、誘電体試料０に向かう照射電流が小さくなる。コンデンサレンズ１５の焦点距離を図１（ｂ）の場合よりも長くしても、上記と同様に照射電流を小さくできる。

照射電流の大きさを変化させることは、アパ−チャ１７の開口径を変化させることによっても可能である。その他、アパ−チャ１７とコンデンサレンズ１５との調整により、照射電流を切り替え、あるいは変化させることができる。説明中の例では、コンデンサレンズ１５は「磁界レンズ」であるが、電界レンズでも同様である。

さて、誘電体試料０を帯電させるときは上記の如く照射電流を信号検出時よりも大きくして誘電体試料０の表面の測定領域（例えば、１ｍｍ四方）を２次元的に走査する。このとき、電子線の加速電圧：Ｅの大きさにより誘電体試料０の帯電極性が異なる。

即ち、２次電子放出比：δは、照射される入射電子数：Ｎinに対して放出される２次電子数をＮotとしてＮot／Ｎinで定義される。加速電圧を０から次第に増大して電子線のエネルギを大きくしていくと、放出される２次電子数は当初増大するが、加速電圧の増大と共に２次電子数は極大を取りその後は減少する。

即ち、加速電圧の増大と共に２次電子放出比：δは先ず増大し、加速電圧：Ｅ１でδ＝１となり、その後、加速電圧が増加すると極大を迎えた後、加速電圧：Ｅ２以上で１以下に減少する。従って、加速電圧：Ｅを「Ｅ１≦Ｅ≦Ｅ２の範囲」に設定すると、電子線の走査に伴い誘電体試料０の表面は正極性に帯電する。

説明中の例では、２次電子放出比：δが極大を越えた後に１となる加速電圧：Ｅ２よりも高い加速電圧（Ｅ＞Ｅ２）に設定し、誘電体試料０を負帯電させる。このようにして２次元的な走査を行うと、走査による入射電子量が、放出電子量を上回るため電子が誘電体試料０の表層に蓄積され、誘電体試料０の表面側は負極性に均一帯電する。図１（ａ）において符号Ｃが「蓄積した電子」を示す。なお、図１（ａ）では誘電体試料０の表面が正帯電した状態が示されている。

また、誘電体試料０の裏面側に密接する板状保持部２３は導電性で接地されているので、誘電体試料０の「表面側の負電荷」に釣り合う正電荷（図１（ａ）に符号Ｄで示す）が誘電体試料０との境界面に誘起し、誘電体試料０の厚さ方向に電界強度が与えられることになる。加速電圧：Ｅと照射時間を適切に設定することにより、所望の帯電電位を形成することができる。

誘電体試料０が帯電電位１ｋＶに到達した後も帯電をつづけると、帯電電圧は増大し、部分的に絶縁耐性の悪い部位では絶縁破壊が生じ、板状保持部２３から誘電体試料０にホールが流れ込み、試料表面側の負電荷を相殺する。このような電気的な相殺が局所的に生じて誘電体試料０の表面側に電荷分布が生じる。そして誘電体試料０の表面側の空間に、上記表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。

この状態で、走査手段による照射電流の電流量を「信号検出用」に切り替えて信号検出用の２次元的な走査を行う。そして、荷電粒子捕獲器２５による２次電子ｅｓの捕獲を行う。荷電粒子捕獲器２５は、シンチレータ（蛍光体）と光電子倍増管を組み合わせたもので、２次電子ｅｓは「電源（図示されず）によりシンチレータの表面に印加した引き込み電圧」の電界によりシンチレータに捕獲されシンチレーション光に変換される。この光はライトパイプを通って光電子増倍管で電流として増幅され、検出信号（電流信号）として取り出される。

図２（ａ）は、荷電粒子捕獲器２５におけるシンチレータ２４と誘電体試料０との間の空間における電位分布を「等高線表示」で説明図的に示している。誘電体試料０の表面は「絶縁破壊により電位が減衰した部分」を除いては負極性に一様に帯電した状態であり、荷電粒子捕獲器２５のシンチレータ２４には正極性の電位が与えられているから「実線で示す電位等高線群」においては、誘電体試料０の表面からシンチレータ２４に近づくに従い「電位が高く」なる。

従って、誘電体試料０における「負極性に均一帯電している部分」である図のＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１、ｅｌ２は、荷電粒子捕獲器２４の正電位に引かれ、矢印Ｇ１やＧ２で示すように変位してシンチレータ２４に捕獲される。

一方、図２（ａ）において、Ｑ３点は「絶縁破壊により負電位が減衰した部分」であり、Ｑ３点近傍では電位等高線の配列は「破線で示す如く」であり、この部分電位分布では「Ｑ３点に近いほど電位が高く」なっている。換言すると、Ｑ３点の近傍で発生した２次電子ｅｌ３には、矢印Ｇ３で示すように、誘電体試料０側に拘束する電気力が作用する。

このため２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線の示す「ポテンシャルの穴」に捕獲され、荷電粒子捕獲器２４に向って移動しない。図２（ｂ）は、上記「ポテンシャルの穴」を模式的に示している。

即ち、荷電粒子捕獲器２５により検出される２次電子の強度（２次電子数）は、強度の大きい部分が「絶縁破壊されていない正常な部分（均一に負帯電している部分であって、図２（ａ）の点Ｑ１やＱ２に代表される部分）」に対応し、強度の小さい部分が「絶縁破壊により負電位が絶対値として減少した部分（図２（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。

このとき、「電子線により２次元的に走査される領域（評価領域）：Ｓ」を２次元座標によりＳ(ｘ，ｙ)で表す。例えば、０ｍｍ≦ｘ≦１ｍｍ、０ｍｍ≦ｙ≦１ｍｍである。この領域：Ｓ(ｘ，ｙ)に形成されている表面電位分布をＶ(ｘ，ｙ)（＜０）とする。
電子線による誘電体試料０の２次元的な走査の、開始から終了に至る時間をＴ₀≦Ｔ≦Ｔ_Fとすると、走査が行われているときの時間：Ｔは、走査領域：Ｓ(ｘ，ｙ)内の各走査位置と１：１に対応する。

従って、２次電子検出部２５で得られる電気信号（検出信号）を、信号処理部で適当なサンプリング時間でサンプリングすることにより、サンプリング時刻：τをパラメータとして、表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定でき、信号処理部により表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を２次元的な画像データとして構成し、これをアウトプット装置（図示されず。評価手段の一部をなす。）に出力すれば、上記評価領域における絶縁破壊の状態が可視的な画像として得られる。

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、均一に負帯電している正常な部分の画像部分は明るく、絶縁破壊を生じた部分（電位減衰した部分）は暗くコントラストがついた明暗像として出力できる。なお、実際の評価領域は微小であっても、アウトプット装置から出力される画像は「観察に適した所望の大きさ」に適宜に拡大できる。

このようにして、誘電体試料０が絶縁破壊を起こしているか、絶縁破壊がどこで発生しているかを特定でき、ひいては耐絶縁性を評価できる。

即ち、図１に即して説明した耐絶縁性測定装置は、絶縁耐性を評価すべき試料０を保持する保持手段２３、３０Ａ、３２等と、保持手段に保持された試料０を帯電させ、試料の厚さ方向に電界強度を与える帯電手段１１Ａ等と、帯電された試料０の表面を荷電粒子ビームで走査する走査手段１１Ａ等と、走査手段による走査により検出信号を得る信号検出手段２５と、信号検出手段により検出される信号に基づき試料０の絶縁耐性を評価する評価手段（図示されない信号処理部）とを有する。

また、試料０の厚さ方向に１０Ｖ／μｍ以上の電界強度が与えられ、試料０の表面を走査する荷電粒子ビームとして電子線が使用され、電子線を走査する走査手段１１Ａが試料０を帯電させる帯電手段として使用される。

また、電子線を走査する走査手段が、コンデンサレンズ１５とアパ−チャ１７を有し、コンデンサレンズ１５および／またはアパ−チャ１７によって、照射電流量を、試料０を帯電させるときと検出信号を得るときとで切り替える。そして、電子線の走査により試料０から発生する２次電子を検出して検出信号を得る。

また、上記実施の形態では、２次電子を検出して得られる検出信号に基づき「試料における電荷リーク箇所（絶縁破壊に伴う電荷リークにより電位減衰した部分）の検出」が行われる。

図１に示した耐絶縁性測定装置によれば、帯電させて厚さ方向に電界強度を与えた試料０の表面を、荷電粒子ビームで２次元的に走査し、該走査によって得られる検出信号に基づき、試料０の絶縁耐性を評価する耐絶縁性測定方法が実施される。

図１に示した耐絶縁性測定装置はまた、潜像担持体を「絶縁耐性を評価すべき試料」として測定を行うことができる。以下、このような場合を説明する。
潜像担持体としては、先に挙げた「機能分離型の感光体」を例にとる。図３（ａ）は、機能分離型の感光体０１の構造を説明図的に模式化して描いている。感光体０１は、良く知られたように、導電性の基板１００の上に下引き層１１０が形成され、下引き層１１０上に電荷発生層１２０と電荷輸送層１３０が積層された構成となっている。

図３（ａ）は、このような感光体（潜像担持体）を誘電体試料０１として、図１の板状保持部２３上に載置して、先の実施の形態でのように、電子線による走査で表面層を電子Ｃにより負帯電させた状態を示している。このとき、板状保持部２３から導電性の基板１００に正電荷Ｄが注入され、下引き層１１０との境界に誘起する。

図３（ｂ）の上図は感光体０１の符号ＤＭ１、ＤＭ２で示す部分に絶縁破壊が生じた状態を模式的に示している。これらの部分ＤＭ１、ＤＭ２では基板１００側からホール（正孔）が下引き層１１０に注入され、電荷発生層１２０、電荷輸送層１３０を移動して感光体表面側の負電荷を相殺する。この相殺によりこれらの部分では帯電電位が減衰する。図３（ｂ）の下図は、この電位減衰の状態を模式的に示している。
このような状態を先に説明したように、電子線で走査し、走査に伴い発生する２次電子を荷電粒子捕獲器２５で捕獲して検出信号を得、これを信号処理部で処理して、例えば、絶縁破壊された状態（電荷リーク箇所）を可視映像化すれば、図３（ｃ）の如きものが得られる。

具体的な例として、感光体１００の膜厚（下引き層１１０と電荷発生層１２０と電荷輸送層１３０との総厚）：ｄ＝３０μｍ、帯電電位：Ｖ＝−９００Ｖとすると、感光体の厚さ方向にかかる電界強度の絶対値：ＥＡは、
ＥＡ＝｜Ｖ／ｄ｜＝３０Ｖ／μｍとなる。

下引き層１１０がこの電界強度：ＥＡに耐えられなくなると、ホールブロッキングで下引き層１１０の「最も絶縁耐性の弱いところ」から電荷リークが発生し、ホールが感光体表面にまで達し、感光体表面のマイナス電荷を相殺して表面に電荷分布を生じさせる。この状態を、電子線で走査して２次電子を検出することにより、絶縁破壊による「電荷リーク箇所（図３（ｃ））」をμｍオーダーで特定出来る。

潜像担持体を誘電体試料として、絶縁耐性を評価する場合であると、試料に照射する総電荷量は単位面積あたり「１Ｅ−８クーロン／ｍｍ^２以上」であることが望ましい。
単位面積あたりの総電荷（電荷密度）：Ｃｍは、照射電流：Ａ、照射面積：Ｓ、照射時間：ｔにより以下のように表される
Ｃｍ＝Ａ・ｔ／Ｓ
例えば、照射電流：５Ｅ−１０Ａ、照射面積：１ｍｍ^２、照射時間：２０秒でも良い。照射時間：ｔは照射面積：Ｓに比例して長くするのが良い。照射電流：Ａを大きくすればそれだけ短い時間で済む。照射時間を長くするなどして、試料に照射する総電荷量を増やすと、それだけ電荷リーク箇所が顕著に現れてくる。

例えば、照射電流：１Ｅ−９Ａ，照射面積：１ｍｍ^２で５分間照射すると、総電荷量は３Ｅ−７クーロン／ｍｍ^２となり、多少時間はかかるが、電荷リーク箇所が顕著に現れるため、正常品との差異がはっきりする。

潜像担持体に要求される絶縁耐圧は通常３０Ｖ／μｍ以上で高いものだと４０Ｖ／μｍ程度が要求される。この条件下で「電荷リーク領域（前述の評価領域の全面積：ＳＡに対する電荷リーク領域の面積：ｓのパーセンテージ）が１％以下」であることが好ましい。電荷リーク領域が１％以下であれば「出力画像に地汚れとして目立たない」ことが経験上知られている。

従って「潜像担持体が良好であるための条件」は、絶縁耐圧が３０Ｖ／μｍ以上４０Ｖ／μｍ以下の条件下で、試料に対して電子を１ナノクーロン／ｍｍ^２以上照射したときに、耐絶縁領域（評価領域面積のうち絶縁破壊されない領域）の面積の、評価領域面積に対するパーセンテージが９９％以上あることである。

図４は、照射電流Ａ：１Ｅ−９Ａ、照射面積Ｓ：１．４７ｍｍ^２で潜像担持体に対して照射時間：ｔ＝４分間照射しつづけたときの測定結果である。この間に照射された電荷密度Ｃｍは、Ｃｍ＝Ａｔ／Ｓ＝１．６Ｅ−７クーロン／ｍｍ^２であった。
このとき「電荷リークが発生している領域の面積率」が小さいほど、耐絶縁性が高い。

図４（ａ）に示すのは、電荷リーク面積比が１．２％すなわち耐絶縁領域が９８．８％であり、地汚れが発生しやすい「悪いサンプル」といえる。図４（ｂ）は電荷リーク面積比が０．４％で「ホールサイズ」が小さく、良品（正常品）と言える。

潜像担持体の場合、電荷リークに限れば「耐絶縁性が高く、電荷のリークする電荷リーク領域が少なければ少ないほど良い」が、耐絶縁性が高くなりすぎると「露光させたときに十分に電位が低下しない」という副作用が起こる恐れがある。この点を勘案すると、電荷リーク領域の面積が、評価領域面積の０．０５％以上で１．０％以下の感光体が良好な感光体であると評価できる。

図５は、耐絶縁性測定装置の別形態を示している。煩雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図１におけると同一の符号を付する。図１におけると同一の符号を付した部分は、図１の形態におけると同様のものであるので、これらについての説明は図１に関する説明を援用する。

図５の実施の形態においては、誘電体試料０１は潜像担持体であって、図３に即して説明した「機能分離型の感光体」である。誘電体試料０１は、光導電性の感光体の一般的形態であるドラム状に形成され、図示されない駆動手段により矢印方向（反時計方向）へ等速回転される。試料０１がケーシング３０Ａ内にセットされたのち、ケーシング３０Ａ内部は吸引手段３２により高度に減圧される。

符号４２で示す「帯電手段」は、例えば、帯電ブラシや帯電ローラ等による接触式の帯電手段であり、減圧下のケーシング内で誘電体試料０１を均一に接触帯電させる。このとき、試料０１は矢印方向（反時計回り）に等速回転される。勿論、図１に即して説明した例のように、電子線を利用した帯電により誘電体試料０１の帯電を行うこともできる。

電子線照射部１１Ａによる電子線の走査は、図１の実施の形態と同様に、電子線を２次元的に偏向させて行っても良いが、誘電体試料０１は矢印方向へ等速回転しつつ走査を受けるので、電子線を図面に直交する方向へ１次元的に偏向させ、この偏向と誘電体試料０１の回転とを組み合せて「２次元的な走査」を実現することもできる。

符号２９Ａで示す除電ランプは、絶縁耐性を測定するに先立って、等速回転する誘電体試料０１の表面を均一に照射し、誘電体試料０１の状態を「測定に適した適正な状態」とする。

なお、上に説明した実施の各形態では、荷電粒子ビームとして電子線を用いる場合を説明したが、勿論、他の荷電粒子ビーム、例えば「イオンビーム」を用いることも考えられ、その場合には、電子銃の代わりに液体金属イオン銃などを用いればよい。

図６に、上に説明した実施の形態における測定の手順を、フロー図として簡略化して示す。
誘電体試料（潜像担持体とする。）を測定装置にセット（保持手段に保持させる）し、電子線照射により帯電する。次いで電子線走査を行い誘電体試料で発生する２次電子を検出し、検出結果に基づき２次元画像をマッピングする。次いで、所定のスレッシュレベルにより「マッピングされた２次元画像の各画素でのデータ」を２値化する。この状態で、図４（ａ）や（ｂ）のような白黒画像が得られる。

続いて荷電リーク箇所を特定し、荷電リーク箇所（黒色部分）の総面積（黒色画素の画素数の和として求まる。）を求め、評価領域に対する面積パーセンテージを求め、その結果に応じて、潜像担持体が良品であるか否かを評価する。

耐絶縁性測定装置の実施の１形態を説明するための図である。 ２次電子の検出を説明するための図である。 機能分離型の感光体における絶縁破壊による電荷のリークを説明するための図である。 測定結果の例を示す図である。 耐絶縁性測定装置の１形態を説明するための図である。 耐絶縁性測定の手順を示すフロー図である。

符号の説明

０ 誘電体試料
１１Ａ 電子線照射部
２３ 板状保持部
２５ 荷電粒子捕獲器

Claims (7)

1. 帯電させて厚さ方向に電界強度を与えた試料の表面を、電子ビームで２次元的に走査し、該走査によって得られる検出信号に基づき、上記試料の絶縁耐性を評価するための耐絶縁性測定方法であって、
   試料が潜像担持体であり、
   試料表面の所望領域に対して、帯電用の電子ビームを２次元的に走査して帯電を行って上記所望領域において上記試料の厚さ方向に所定の電界強度を与え、
   上記電界強度に応じた上記試料の帯電電位を、電位検出用の電子ビームにより２次元的に走査して、この走査に伴う２次電子の検出により上記所望領域の帯電状態を２次元的な画像データとして取得し、この画像データにより上記試料の絶縁耐性の評価を行う方法であって、
   上記電子ビームによる２次元的な走査で照射される入射電子数Ｎinに対して放出される２次電子数Ｎotの比Ｎot／Ｎinで２次電子放出比δを定義するとき、
   上記帯電用の電子ビームによる２次元的な走査を行なう電子ビームの加速電圧を、走査の際の試料表面からの２次電子放出比δが極大を越えた後に１となる加速電圧Ｅ２よりも高い加速電圧Ｅ（＞Ｅ２）に設定し、
   上記電位検出用の電子ビームによる２次元的な走査は、帯電用の電子ビームによる走査の際と異なる照射電流量で行なうことを特徴とする耐絶縁性測定方法。
2. 請求項１記載の耐絶縁性測定方法において、
   帯電用の電子ビームによる２次元的な走査により、試料の厚さ方向に１０Ｖ／μｍ以上の電界強度を与えることを特徴とする耐絶縁性測定方法。
3. 請求項１または２記載の耐絶縁性測定方法において、
   ２次電子を検出して得られる検出信号により取得される２次元的な画像データに基づき、試料における電荷リーク箇所の検出を行うことを特徴とする耐絶縁性測定方法。
4. 潜像担持体を試料として、潜像担持体としての適合性を評価する方法であって、
   試料における耐絶縁性を評価する評価領域面積のうちで、絶縁破壊されない領域を耐絶縁領域とするとき、
   厚さ方向にかかる電界強度が３０Ｖ／μｍ以上４０Ｖ／μｍ以下の条件下で、試料に対して帯電用の電子ビームを１Ｅ−８クーロン／ｍｍ^２以上照射したとき、
   請求項１〜３の任意の１に記載の耐絶縁性測定方法により測定された耐絶縁領域の面積が、評価領域面積の９９％以上であるか否かにより潜像担持体としての適否を定めることを特徴とする潜像担持体評価方法。
5. 請求項４記載の潜像担持体評価方法において、
   試料の厚さ方向にかかる電界強度が３０Ｖ／μｍ以上４０Ｖ／μｍ以下の条件下で、帯電用の電子ビームを１Ｅ−８クーロン／ｍｍ^２以上照射したとき、電荷リーク領域の面積が、評価領域面積の０．０５％以上１．０％以下であることをもって、良好な潜像担持体と評価することを特徴とする潜像担持体評価方法。
6. 絶縁耐性を評価すべき試料である潜像担持体を保持する保持手段と、
   該保持手段に保持された上記試料を帯電させ、上記試料の厚さ方向に電界強度を与える帯電手段と、
   帯電された上記試料の表面を荷電粒子ビームで走査する走査手段と、
   該走査手段による走査により検出信号を得る信号検出手段と、
   該信号検出手段により検出される信号に基づき上記試料の絶縁耐性を評価する評価手段とを有し、
   上記帯電手段は、帯電用の電子ビームにより上記試料の所望の２次元領域を２次元的に走査するものであり、
   上記走査手段は、上記帯電手段における照射電流を切り替えた検出用の電子ビームにより上記所望の２次元領域を２次元的に走査するものであり、
   上記電子ビームによる２次元的な走査で照射される入射電子数Ｎinに対して放出される２次電子数Ｎotの比Ｎot／Ｎinで２次電子放出比δを定義するとき、
   帯電用の電子ビームによる２次元的な走査の際、上記走査手段の電子ビームの加速電圧が、走査に伴う試料表面からの２次電子放出比δが極大を越えた後に１となる加速電圧Ｅ２よりも高い加速電圧Ｅ（＞Ｅ２）に設定されるものであることを特徴とする耐絶縁性測定装置。
7. 請求項６記載の耐絶縁性測定装置において、
   帯電手段が、電子ビームに対するコンデンサレンズとアパ−チャを有し、
   上記コンデンサレンズおよび／またはアパ−チャによって、照射電流量を、試料を帯電させるときと検出信号を得るときとで切り替えることを特徴とする耐絶縁性測定装置。

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