JP5094065B2

JP5094065B2 - テラヘルツ波を用いる検査装置を備える画像形成装置

Info

Publication number: JP5094065B2
Application number: JP2006197526A
Authority: JP
Inventors: 道徳塩田; 敏彦尾内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2026-07-20
Also published as: JP2008026087A

Description

本発明は、電磁波、特には、ミリ波からテラヘルツ領域の周波数（30GHz乃至30THzの範囲の周波数）を含む電磁波を用いて、電子写真感光体等の帯電可能な材料の電気特性に関わる情報の分布を検査ないし検出する検査装置を装着して、該材料を用いて画像を形成する画像形成装置に関するものである。本明細書では、30GHz乃至30THzの範囲にある周波数の少なくとも一部を含む電磁波を、単にテラヘルツ波などとも言う。

複写機やレーザープリンターなどの、電子写真プロセスを応用した画像形成装置によって形成される画像を鮮明かつ濃度が均一なものとするためには、感光体ドラムは帯電特性など様々な特性を満足しなければならない。従来の感光体ドラムの特性評価装置としては、感光体ドラムの周囲に、帯電器、露光装置（帯電除去手段）、電位測定センサー（表面電位計）などの測定に必要な装置を配置したものが知られている。さらに、帯電器、露光装置、電位測定センサーなどの装置を取り付けたユニットを感光体ドラムの軸方向に移動させて、感光ドラムの軸方向の特性ムラを測定する技術もある（特許文献1参照）。
特開平6−27082号公報

しかしながら、これらの表面電位計での電位測定では、その測定エリアが10 mm 乃至12mm程度であり、得られる電位分布の情報の精度が不十分である。

また、最近では膜厚測定による感光体の膜厚評価と上記の電位測定による感光体の特性評価とを組み合わせて膜質を評価することも行なわれている。しかしながら、この場合の電位測定と膜厚測定は別々の装置で行なわれており、しかも感光体上でそれらの測定位置は一致していなかったため、膜質特性を正確に評価することはできなかった。

今後の高性能化を目的とする電子写真装置の感光体ドラムの開発及び評価において、感光体ドラムの膜質特性の正確な評価は必須であり、それを実現するための手段を確立することは重要である。

上記課題に鑑み、本発明の検査装置は、テラヘルツ波を反射あるいは透過する部材と、該部材の表面に分布する帯電可能な材料と、を含み構成される検査物を装着して、該材料を用いて画像を形成する画像形成装置であって、テラヘルツ波を発生させる発生器と、前記発生器から発生されたテラヘルツ波を前記検査物に照射する位置を移動するための移動手段と、前記材料を透過し、且つ前記部材で反射または前記部材を透過したテラヘルツ波の強度を検出する検出器と、前記材料の厚みと、該材料の帯電量と、該材料を透過したテラヘルツ波の強度との関係を記憶する記憶部と、前記移動手段により移動した距離から前記照射位置を算出するための位置検出手段と、前記検出器で検出したテラヘルツ波と前記関係とを用いて、前記照射位置ごとに前記材料の厚みと該材料の帯電量とを取得するための情報処理手段と、を備え、前記厚み及び前記帯電量に関する前記部材の表面に対する分布を取得可能に構成された検査装置、を有し、該検査装置を用いて、前記帯電可能な材料を用いた画像形成の条件を調整することを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の検査方法は、少なくとも表面が帯電可能な材料からなる検査物に対して、電磁波発生器から発生した電磁波（典型的には、テラヘルツ波）を相対的に移動させて照射する。そして、検査物で反射した反射電磁波または検査物を透過した透過電磁波を電磁波検出器で検出して、この検出結果を用いて検査物の電気特性に関わる情報の分布を取得する。更に、前記電磁波検出器によって検知される反射電磁波または透過電磁波の最大振幅を、予め用意した検量線と比較することによって、電磁波の照射位置における検査物の電気特性に関わる情報の分布を取得する。

この発明によれば、十分小さな径の測定エリアをも可能とするテラヘルツ波などの電磁波を用いることで、感光体などの帯電可能な材料の検査物の膜質特性を正確に評価することが可能となる。この膜質特性は、検査物の厚みムラや帯電量分布のムラなど、検査物の厚みや帯電量ないし電位などである電気特性に関わる情報の分布で表される。

以下に、本発明の実施形態について説明する。検査装置ないし方法の一実施形態では、少なくとも表面が帯電可能な材料からなる検査物に対して、電磁波発生器から発生したテラヘルツ波を相対的に移動させて照射する。そして、検査物で反射した反射電磁波または検査物を透過した透過電磁波を検出器で検出して、この検出結果を用いて検査物の電気特性に関わる情報の分布を取得する。また、検出器によって検知される反射電磁波または透過電磁波の最大振幅を、予め用意した検量線と比較することによって、テラヘルツ波の照射位置における検査物の電気特性に関わる情報の分布を取得する。

更に、前記検査物は、回転可能または移動可能に装着される検査物であって、検査物を回転させるための回転手段と検査物を回転軸方向に移動させるための移動手段、または検査物を2次元方向に移動させるための移動手段を備える。テラヘルツ波の検査物への照射位置を算出するための位置検出手段と、検査物の電気特性に関わる情報の分布を算出するための情報処理手段をも備えている。

前記検量線は、例えば、テラヘルツ波の最大振幅値と、検査物の厚みと、検査物の測定位置における帯電量の3つのパラメータによって構成される検量線である。また、前記検査物を帯電させない状態でテラヘルツ波の最大振幅値を検出し、予め用意した最大振幅値と検査物の厚みとからなる検量線から、検査物の厚みを検知することもできる。

具体的な実施例を図面に基づいて説明する。

（実施例1）
図1は本発明の実施例1を示す概略図である。本実施例では、図1の様に検査物5が支柱9によって回転可能に装着されている。検査物5は、金属ドラム6の外周面に感光性材料からなる感光層7が形成されたものである。感光層7は、帯電部材8などによって帯電させられる。

検査物5の回りには、図示してはいないが、検査物5を回転させるための回転手段と、検査物5を回転軸方向（図1の紙面に垂直な方向）に移動させるための移動手段が備え付けられている。上記回転手段と上記移動手段により、図2に示す様に、検査物5を回転方向（A）と回転軸方向（B）に移動させることができる様になっている。回転方向に一回転するごとに回転軸方向に予め設定した距離だけ移動させていくことで、図2のCに示す様に、検査物5の表面をまんべんなく検査することができる。また、これらの手段に備え付けられた位置検出手段10により、検査物5の検査位置を算出・検出できる様になっている。

一方、電磁波発生器1から発生した電磁波3は、検査物5に照射され、検査物5で反射された反射電磁波4は、電磁波検出器2で検出される様になっている。電磁波検出器2で反射電磁波4を検知しているときの検査物5における測定位置は、上記位置検出手段10を用いて知ることが可能である。上記電磁波検出器2で検出された反射電磁波4の最大振幅値（検査物5の状態の情報を最も反映したものである）と、そのときの検査物5の測定位置情報は、情報処理手段11に入力される。

上記電磁波としては、テラヘルツ波を用いる。周波数が1THz近傍の電磁波を用いた場合、検査物5での測定エリアはおよそ径0.3mmとなる。これは、検査の精度を十分に上げる数値である。

図1に示すデータベース12には、上記感光層7の厚みと電磁波検出器2で検知した最大振幅値と帯電量（これは基準電位に対する電位を表す情報としても用いることができる）との3つのパラメータからなる検量線がデータベースとして登録されている。図3には、感光層7の厚みと、電磁波検出器2で検知した最大振幅値と、帯電量の3つのパラメータからなる検量線の例が示されている。横軸は、規格化された感光層7の厚みを線形で表示していて、縦軸は、規格化された最大振幅値を対数で表示している。図3において、帯電量Yは帯電量Xよりも大きい値である。

以下、検査物5の状態の分布情報の測定方法について説明する。まず、検査物5を帯電させない状態で、電磁波3を検査物5に照射し、反射電磁波4の最大振幅値を電磁波検出器2で検出する。この場合は、上記検量線における帯電量が0のときの検量線を使用することで、最大振幅値から、感光層7の厚みを検知することができる。

次に、検査物5を帯電させた状態で、同様に、電磁波3を検査物5に照射し、反射電磁波4の最大振幅値を電磁波検出器2で検出する。帯電により検査物5上にキャリアが存在すると、テラヘルツ波が吸収されて減衰する。したがって、感光層7の厚みが同じときには反射電磁波4の最大振幅値は、帯電させない状態で測定したときよりも小さくなる。感光層7の厚みと、電磁波検出器2で検知した最大振幅値と、帯電量の3つのパラメータからなる検量線において、感光層7を帯電させた状態で検出した最大振幅値と上記方法で得られた感光層7の厚みの2つのパラメータが決まるので、残りの帯電量が求まる。

感光層7を帯電させない状態と帯電させた状態でそれぞれ最大振幅値を測定する際には、感光層7における反射電磁波4の測定位置を、両状態で全く同じにしておく。そのために、感光層7を帯電させない状態と帯電させた状態で反射電磁波4を測定するときに、感光層7（検査物5）は停止させておく。そして、上記の検査物5の回転手段と移動手段を用いて、検査物5における反射電磁波4の測定位置を順次変えて停止させ、上記両状態における測定を繰り返していく。このことにより、感光層7全体の厚み分布及び帯電量分布を検知することができる。

または、次の様にしてもよい。まず、感光層7を帯電させない状態で、上記の検査物5の回転手段と移動手段を用いて、感光層7における反射電磁波4の測定位置を順次変えて、その最大振幅値分布から感光層全体の厚み分布を求める。その後に、感光層7を帯電させた状態で、同様に、感光層7における反射電磁波4の測定位置を順次変えて、その最大振幅値分布から帯電量分布を求める。このとき位置検出手段10で得られた反射電磁波4の測定位置情報を、検出した最大振幅値と対応させて情報処理手段に入力しておけば、全く同じ測定位置での感光層7の厚さと帯電量を検知できる。そして、それとともに、感光層7全体の厚み分布及び帯電量分布を検知することができる。

得られた感光層全体の厚み分布及び帯電量分布は、画像表示部13に2次元画像として表示させることができる。これにより、感光層7の厚みムラや帯電量分布のムラなど、帯電可能な材料の厚みや帯電量ないし電位である電気特性に関わる情報の分布としての膜質特性を正確に取得でき、これを評価できる。

また、本実施例の構成は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に、感光体の電位センサーとして組み込んで、感光体の電位をフィードバック制御する手段としても用いることができる。この場合は、検量線としては、例えば、各測定位置の感光層の厚みは均一として、電磁波の最大振幅値と感光体の測定位置における帯電量ないし電位の2つのパラメータによって構成される検量線を用いればよい。

（実施例2）
図4は本発明の実施例2を横から見た図である。本実施例では、図4の様に、電磁波発生器1から発生した電磁波3を、検査物5に照射し、検査物5を透過した透過電磁波14を電磁波検出器2によって検出する。電磁波3は、30GHz乃至30THzのミリ波からテラヘルツ領域の一部の周波数を含む電磁波を使用する。検査物5は、帯電可能な材料15と、電磁波3を透過する材料からなる容器16で構成されている。帯電可能な材料15としては、例えば、トナーを、容器16としては、例えば、テフロン（登録商標）、ポリエチレンなどを挙げることができる。容器16は、帯電可能な材料15を保持するためのものであり、その厚みは既知とする。電磁波3の容器16による減衰を少なくするために、容器16の厚みはできるだけ薄くする。

ここで、検査物5はＸ−Ｙステージ17によって水平方向に2次元的に移動できる様になっている。電磁波検出器2で透過電磁波14を検知しているときの検査物5の測定位置は、Ｘ−Ｙステージ17に組み込まれた位置検出手段10によって知ることができる様になっている。

データベース12には、帯電可能な材料15の厚みと、電磁波検出器2で検知した透過電磁波14の最大振幅値と、帯電可能な材料15の帯電量の3つのパラメータからなる検量線（図5参照）がデータベースとして登録されている。図3と同様に、図5において、横軸は線形表示であるが、縦軸は対数表示となっている。また、縦軸と横軸は規格化してある。

検査物15の状態の分布情報の測定方法は、実施例1と同じ様に、まず最初に、帯電可能な材料15を帯電させない状態で、透過電磁波14の最大振幅値を、測定位置情報とともに、メモリに格納する。図5の帯電量が0の検量線を用いることで、測定位置のトナー15の厚みを算出できる。

次に、帯電可能な材料15を、帯電手段（図示せず）を用いて帯電させ、同様に、透過電磁波14の最大振幅値を、測定位置情報とともに、メモリに格納する。その後、先ほど算出したトナー15の厚みと、その後に得られた透過電磁波14の最大振幅値とから、測定位置における帯電量を算出することができる。Ｘ−Ｙステージ17により、トナー15の測定位置を変えていくことで、トナー15の厚み分布と帯電量分布を得ることができる。その他の測定方法については、実施例1と同じである。

得られたトナー15の厚み分布及び帯電量分布を、画像表示部13に2次元画像として表示させることで、トナー15の帯電状態を、径0.3mm程度の精度で検知することができる。こうしたトナー情報は、例えば、電子写真方式の画像形成装置において、高品質の画像を形成するための画像形成条件の調整に利用することができる。

本発明の実施例1の画像形成装置ないし方法を示す概略図。検査物の回転及び移動の様子を示す図。感光層の厚みと反射電磁波の最大振幅値と帯電量の関係を示す検量線を示す図。本発明の実施例2の画像形成装置ないし方法を示す概略図。トナーの厚みと透過電磁波の最大振幅値と帯電量の関係を示す検量線を示す図。

符号の説明

1…電磁波発生器
2…電磁波検出器
3…電磁波（照射電磁波）
4…反射電磁波
5、6、7、15…検査物
6…金属ドラム
7…感光層
10…位置検出手段
11…情報処理手段
12…データベース
13…画像表示部
14…透過電磁波
15…帯電可能な材料（トナー）
16…容器
17…移動手段（Ｘ−Ｙステージ）

Claims

テラヘルツ波を反射あるいは透過する部材と、該部材の表面に分布する帯電可能な材料と、を含み構成される検査物を装着して、該材料を用いて画像を形成する画像形成装置であって、
テラヘルツ波を発生させる発生器と、前記発生器から発生されたテラヘルツ波を前記検査物に照射する位置を移動するための移動手段と、前記材料を透過し、且つ前記部材で反射または前記部材を透過したテラヘルツ波の強度を検出する検出器と、前記材料の厚みと、該材料の帯電量と、該材料を透過したテラヘルツ波の強度との関係を記憶する記憶部と、前記移動手段により移動した距離から前記照射位置を算出するための位置検出手段と、前記検出器で検出したテラヘルツ波と前記関係とを用いて、前記照射位置ごとに前記材料の厚みと該材料の帯電量とを取得するための情報処理手段と、を備え、前記厚み及び前記帯電量に関する前記部材の表面に対する分布を取得可能に構成された検査装置、を有し、
該検査装置を用いて、前記帯電可能な材料を用いた画像形成の条件を調整することを特徴とする画像形成装置。
回転軸で回転可能に構成される前記検査物を回転させるための回転手段を備え、
前記移動手段が、前記検査物を前記回転軸方向に移動可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記回転手段により前記検査物を回転するごとに、前記移動手段により前記回転軸方向に予め設定した距離を移動可能に構成されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記部材である金属ドラムの外周面に形成される感光性材料からなる感光層を帯電する帯電部材を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記移動手段は、前記検査物を面内方向に移動可能に構成され、
前記面内方向における前記分布を取得可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記関係が、テラヘルツ波の最大振幅値と、前記材料の厚みと、前記材料の帯電量と、の３つのパラメータによって構成される検量線であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記材料が帯電していない状態のときに前記検出器で検出したテラヘルツ波の最大振幅値を用いて、前記検量線から前記材料の厚みを取得可能に構成されることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。