JPH11166915A - 静電画像部材における微小欠陥の非接触検出方法及び非接触走査システム - Google Patents

静電画像部材における微小欠陥の非接触検出方法及び非接触走査システム

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JPH11166915A
JPH11166915A JP10275140A JP27514098A JPH11166915A JP H11166915 A JPH11166915 A JP H11166915A JP 10275140 A JP10275140 A JP 10275140A JP 27514098 A JP27514098 A JP 27514098A JP H11166915 A JPH11166915 A JP H11166915A
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Zoran D Popovic
ディー ポポビック ゾラン
Steven I Dejak
アイ デジャック スティーブン
Satchidanand Mishra
ミシュラ サチダナンド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子写真画像形成部材の電荷欠失点を非接触
で検出する。 【解決手段】 導電性接地回転ドラム１４に搭載される
可撓性光受容体ベルト１２は、スコロトロン１６により
帯電される。スコロトロン１６は、光受容体ベルト１２
を一定電圧に静電的に帯電させる。低解像度静電電圧計
探針１５とバイアス電圧増幅器２０は、高解像度探針１
８と光受容体ベルト１２の平均表面電位の間の電圧差を
ほぼゼロに維持する。高解像度探針１８、光結合電荷蓄
積器２１、データ取得コンピュータ２２は、帯電後移動
する光受容体ベルト１２の電位の変化を測定する。探針
１８の下端２４は、平滑な面を持ち、これは、ベルト１
２の外側画像形成面に平行に配置される。探針１８の下
端２４と光受容体ベルト１２の外側画像形成面の組み合
わせにより、小さい平行板キャパシタが形成される。こ
のキャパシタを通し、電荷欠失点が検出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電複写に関し、
特に、電子写真光受容体の微小欠陥を非接触で検出する
装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】優れた
トナー画像は、複数層の光受容体により得られるが、さ
らに進んだ高速電子写真の複写機、印刷機、印字機が開
発されたため、長期のサイクルの間に寿命が短くなる場
合がある。驚くことに、同一の材料から造られていて
も、異なる複写機、印刷機、印字機に使用され、全体の
大きさ、使われ方が異なれば、光受容体のサイクルの寿
命期間が異なる。この故障の原因の一つは暗減衰であ
る。さらに、所与のいずれの複写機、印刷機、印字機も
暗減衰故障に達するまでサイクルさせたときに、製造群
が異なる光受容体は異なる寿命期間を有する。光受容体
の特性は、製造群ごとに、またサイクルごとに変わるの
で、多くの機械の複写品質は、帰還制御システムで維持
される。この帰還制御システムは、機械動作パラメータ
を常時調整し、任意の所与の光受容体の暗減衰電気特性
の変動を補償する。したがって、許容できない暗減衰が
故障となる機械では、光受容体の寿命は、制御システム
の設計により部分的に制御され、同一の光受容体でも機
械が異なれば寿命期間が異なることになる。しかし、任
意の所与の機械の制御システムであっても、制御システ
ムの制御範囲の外に出る光受容体の暗減衰特性の変動を
補償することはできない。
【０００３】電子写真画像形成部材の製造において、バ
ッチごとに、また、月ごとに、製造工程の複雑さのた
め、被覆される光受容体に予期されない電気特性が造り
込まれる。たとえば、環境の変化に伴う光受容体の寿命
の低減が、光受容体が製造ラインから離れる時点に間に
合う妥当な時間の間に識別されるのは困難である。この
光受容体の寿命の低減は、新しい被覆塗布機の設置また
は調整、または光受容体の多くの層の一つに対し新しく
用意されるバッチの被覆材料の初めての使用に影響を与
えるものである。この光受容体の層は、たとえば、ホー
ル阻止層、電荷生成層、電荷移動層である。
【０００４】光受容体における多くの種類の微小欠陥
は、電子写真画像の品質低下の原因となる。これらの微
小欠陥には、粒子の吸蔵、被覆層の泡、光受容体電荷生
成層が欠落した微小領域、被覆の厚さの不均一性、暗減
衰の不均一性、光感度の不均一性、電荷欠失点(charge
deficient spots(CDS's))がある。この最後の種類の欠
陥である電荷欠失点、すなわちＣＤＳ’ｓは、光による
活性化によらず局所的に放電された領域である。使用さ
れる現像方法に従い、２種類の画像欠陥が生じる。電荷
欠失点は、一般に、電気的、すなわち電子写真現像によ
ってのみ検出されるので、顕微鏡的または化学的検出は
行われない。
【０００５】放電領域現像法においては、光受容体は負
に帯電される。静電潜像は、特定の領域が選択的に放電
され、電荷の分布として、光受容体に形成される。放電
領域に引きつけられるトナーにより、この潜像が現像さ
れる。レーザプリンタは、一般にこの原理で動作する。
トナーが光受容体から受像媒体たとえば紙に転写された
後、最終画像を検査すると、光受容体に電荷欠失点が存
在すると、電荷欠失点に負電荷が存在しないので白い背
景に黒点が見られる。
【０００６】一般に光学レンズ電子写真に使用される、
帯電領域現像法においては、光受容体の帯電領域が現像
されることにより、トナー画像が形成される。トナー画
像が紙のような受像媒体に転写されると、光受容体の電
荷欠失点は、黒の背景の中の微小白(microwhite)と呼ば
れる小さな白点となる。この微小白は、放電領域現像法
の特徴である“微小黒”(microblack)点ほどは目立たな
い。
【０００７】特定の製造群の光受容体の電荷欠失点を検
出する一つの技術に、光受容体が組み込まれる特定の種
類の複写機、印刷機、印字機において、実際に光受容体
を循環させる方法がある。一般に、実機械試験は、所与
の製造群の光受容体の電荷欠失点を検出する最も正確な
方法を提供することが判っている。しかし、電荷欠失点
を検出する機械試験は、極めて面倒で時間のかかる方法
である。この方法では、すべてのシートの最終品質を一
定に監視しながら、検査者が人手によりシートを供給す
る必要がある。さらに、検査結果の正確度は、シートを
供給し評価する人の解釈と対応に大きく依存する。さら
に、任意の所与のモデルまたはタイプの機械の特性は機
械ごとに異なるため、任意の所与のモデルの最終試験の
信頼性には、同一モデルまたは同一タイプの他の機械の
特性に対する、その特定の機械のすべての特有の特性が
係数として含まれなければならない。機械の複雑さと機
械ごとの変動のため、単一の機械の試験データでは、光
受容体の一つの製造群のすべてを正当に破棄するほど信
頼はできない。したがって、試験は、一般に３台または
それ以上の機械において実行される。与えられる光受容
体は、著しく異なる動作環境のもとに、異なる種類の機
械、たとえば、複写機、印刷機、印字機に使用されるの
で、代表的試験光受容体サンプルの機械試験にもとづく
電荷欠失点は、試験されるバッチの光受容体がたまたま
使用される実機械に固有のものとなる。したがって、一
つの機械で行う光受容体試験では、同一の種類の光受容
体が別の異なる種類の機械に使用される場合の、電荷欠
失点の生じる状態を予測するには不十分である。したが
って、実機械電荷欠失点試験は、それぞれ異なる種類の
機械について行わなければならない。これは、極めて不
経済でありまた時間を要する。さらに、機械試験に要す
る時間が長くなるため、機械試験にもとづき承認を待つ
光受容体が蓄積され在庫が許容できない高い水準に達す
る。たとえば、一バッチは多くのロールから成り、各ロ
ールから数千のベルトが製造される。電荷欠失点試験が
満足に終了しても、これに続き、ウェブはベルトに形成
され、包装され出荷されなければならないためさらに遅
延が見込まれる。
【０００８】別の試験法では、スタイラススキャナーが
使用される。これは、たとえば、ゼット ディー ポポ
ビック(Z.D.Popovic)他により発表された、“Character
ization of microscopic Electrical Defects in Xerog
raphic Photoreceptors”、Journal of Imaging Techno
logy、１７巻２号、１９９１年４月／５月、７１〜７５
ページに示されている。スタイラススキャナーでは、遮
蔽された探針にバイアス電圧がかけられ、探針はシリコ
ンオイルに浸され、光受容体の表面に接触される。シリ
コンオイルにより、電気アーク放電すなわち電気破壊が
防がれる。探針を流れる電流には、欠陥に関する情報が
含まれ、また、約１５分に６×６ｍｍ2を超える走査速
度が得られている。スタイラススキャナーは、再現性の
高い試験器であり、電荷欠失点の性質について幾つかの
重要な発見が得られたが、低速度と云う基本的な欠点が
ある。
【０００９】非接触探針の設計により走査時間を短縮す
る多くの試みが過去行われてきた。たとえば、Ｘ線電子
写真（Ｘ線）アモルファスセレン板の読み出しに使用さ
れる探針が、論文に発表されている。これら探針は、探
針から光受容体の表面までの距離を短縮し、測定解像度
を向上させている。探針から光受容体表面までの代表的
な距離は、５０〜１５０μｍである。空中破壊を避ける
ため、Ｘ線電子写真板の接地面に適当なバイアスがかけ
られ、探針と光受容体表面の間の電圧差がほぼゼロにさ
れる。
【００１０】米国特許第５，１７５，５０３号におい
て、電子写真画像形成部材の設計画像形成サイクル寿命
を確認する方法が開示されている。これには、（ａ）既
知の画像形成サイクル数の画像形成サイクルを持つ少な
くとも１つの電子写真画像形成部材を提供し、この画像
形成部材は、導電性層と少なくとも１つの光導電性層を
含み、（ｂ）電子写真画像形成部材に、静電帯電と光放
電が含まれるサイクルを繰り返し披検させ、（ｃ）暗減
衰の量が波高値に到達するまで、サイクル中の光導電性
層の暗減衰を測定し、（ｄ）波高値を使用し、画像形成
サイクルに対応する暗減衰の基準値を確定し、（ｅ）さ
らにサイクルを続けてもほぼ一定に留まる波高値に暗減
衰の量が到達するまで、新しい電子写真画像形成部材
に、前述の静電帯電と光放電が含まれるサイクルを繰り
返し披検させ、（ｆ）新しい電子写真画像形成部材の暗
減衰波高値を基準値と比較し、新しい電子写真画像形成
部材の設計サイクル寿命を確定することが含まれる。
【００１１】したがって、本発明の目的は、上述の欠点
を解決する静電画像形成部材の電荷欠失点を検出する改
善された方法と装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、電子写真画
像形成部材の表面電位電荷パターンを検出する非接触法
を提供する本発明に従い達成される。電子写真画像形成
部材には、一方の側に第１の主面、反対の側に第２の主
面を持つ少なくとも１つの光導電性画像形成層が含ま
れ、第２の主面には、画像形成面が含まれる。非接触法
は、外部遮蔽電極を持つ容量性探針が含まれるスキャナ
ーを提供し、画像形成面の近くに間隔をおき探針を保持
し、探針と画像形成面の間に、気体を持つ平行板キャパ
シタを形成し、探針に光結合される探針増幅器を提供
し、探針と画像形成面の間に相対的な運動を確立し、探
針と画像形成面の間の距離を一定に保ち、探針と画像形
成面が互いに通り過ぎる相対的運動に先だって画像形成
面に一定電圧の電荷を加え、画像形成面の平均表面電位
のバイアスを探針に同期的に加え、探針により表面電位
の変動を測定し、探針と画像形成面の間の距離の変動に
対し表面電位の変動を補償し、補償された電圧値と基線
電圧値を比較し、電子写真画像形成部材の電荷パターン
を検出する。この方法は、非接触走査システムにより実
行する。この非接触走査システムには、高解像度容量性
探針、バイアス電圧増幅器に結合される低空間解像度静
電電圧計、探針と電圧計に容量的に結合され、また、間
隔がおかれる画像形成面を持つ画像形成部材、同軸外部
ファラデー遮蔽電極に囲まれ、これと絶縁される内部電
極が含まれる探針、光結合増幅器に接続される内部電
極、バイアス電圧増幅器に接続されるファラデー遮蔽電
極が含まれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
【００１４】図１を参照すると、本発明のスキャナーシ
ステム１０の概略が示される。ドラムは、パルスモータ
１１により一定速度で回転される。電子写真画像形成シ
ステムと同様に、導電性接地回転ドラム１４に搭載され
る可撓性光受容体ベルト１２は、スコロトロン１６によ
り帯電される。スコロトロン１６は、光受容体ベルト１
２を一定電圧に静電的に帯電させる。この替わりに、ド
ラム１４が、少なくとも１つの電子写真被覆１２により
被覆される光受容体ドラム基板であってもよい。低解像
度静電電圧計探針１５とバイアス電圧増幅器２０は、高
解像度探針１８と光受容体ベルト１２の平均表面電位の
間の電圧差をほぼゼロに維持する。高解像度探針１８、
光結合電荷蓄積器２１、データ取得コンピュータ２２
は、帯電後移動する光受容体ベルト１２の電位の変化を
測定する。探針１８の下端２４は、平滑な面を持ち、こ
れは、ベルト１２の外側画像形成面に平行に、また、典
型的には約１００μｍ上に配置される。スコロトロン１
６により帯電された区画の光受容体ベルト１２は、時間
をかけ探針１８に到達することにより、電荷欠失点が形
成され、探針１８によりその点が走査される。光受容体
ベルト１２が探針１８を通過したあと、ベルト１２上の
電荷は、消去光２６により取り除かれる。パルスモータ
と微動ねじの組み合わせ体２８は、探針１８を新しい走
査線位置に動かし、この処理を繰り返す。一定の角度位
置の符号器３０からのパルスにより、各走査線の測定が
開始される。
【００１５】ここで使用する“走査の方向”(direction
of scan)または“走査する方向”(scanning directio
n)の用語は、探針による読み取りが行われている期間
に、光受容体ベルトまたはドラムの画像形成面の上を移
動する探針の相対的な方向を規定するものである。たと
えば、図１に示す実施形態においては、“走査する方
向”は、データ取得中、ドラムが回転し、静止している
探針を通過するので、ドラムの周縁の周りの円形通路に
沿うものとなる。
【００１６】探針１８の下端２４と光受容体ベルト１２
の外側画像形成面の組み合わせにより、小さい平行板キ
ャパシタが形成される。このキャパシタを通し、電荷欠
失点が検出される。探針１８の中心電極３２（図２参
照）は、絶縁を除くと、典型的には１１３μｍの直径の
円形断面を持つ。探針端２４（これには中心電極３２の
端が含まれる）と光受容体ベルト１２の外側画像形成面
の間の典型的な距離１００μｍにおいて、近似関係式
【数１】Ｃ＝Ａε0／ｄ を使用すると約１ｆＦとなる。探針端２４に０．１ｐＣ
（Ｑ＝ＣＶ）の電荷が存在すると、このキャパシタンス
の間の電圧は、１００Ｖとなる。キャパシタンスは、距
離に反比例するので、探針端２４と光受容体１２の間隔
が減ると、距離の変化に伴いキャパシタンスは変動し増
加する。数学的に、
【数２】Ｃ＝Ａε0／ｄ であると、
【数３】ΔＣ＝−Ａε0Δｄ／ｄ2 であり、これは距離が短くなると大きくなる。スキャナ
ーの機械的ハードウェアを精密に加工することにより、
間隔の変動に伴う余分な測定誤差が防がれる。パルスモ
ータ１１の振動は、円滑に走行するマイクロパルスモー
タを選ぶことにより軽減される。ドラム軸に平行する増
進探針運動に使用されるパルスモータと微動ねじの組み
合わせ体２８は、雑音の影響を与えない。これは、デー
タが探針１８により取得されているときは動作しないか
らである。
【００１７】図２に示す、探針１８は、外部雑音からよ
く遮蔽され、適当に高い耐久性が与えられる。これは、
接地線３６により電気的に接地される遮蔽電極３４に、
小さい直径の線中心電極３２が埋め込まれることにより
行われる。小さい直径の線中心電極３２には、エナメル
が塗布される。すなわち、薄い電気的絶縁被覆（図示さ
れない）により被覆される。これには、任意の適当な絶
縁被覆が使用される。一般には、絶縁被覆は、約１０13
オームｃｍを超える抵抗、約５μｍから約５０μｍの間
の厚さの被覆形成材料である。接地される遮蔽電極３４
は、電磁雑音に対する遮蔽として使用される。電位の変
化は、埋め込まれた中心電極３２により検出される。中
心電極３２の線の一連の小さな曲げ３７と、遮蔽電極３
４による線の包み込みにより、線が遮蔽部に埋没し、と
きには、完全に遮蔽部から突出することが防がれる。探
針１８の端２４と光受容体１２の外側画像形成面の間の
容量性結合は、中心電極３２が遮蔽部の中に引き込まれ
始めると変化し、したがって、読み取りに大きく影響す
る。低溶融温度の金属、たとえば、７０゜Ｃの溶融温度
を持つビスマス、すず、鉛、カドミウムの合金が、探針
１８の遮蔽電極３４に使用される。遮蔽電極３４に電気
的接地接続を与えるため、裸接地線３６も、端部の輪３
８が埋め込まれ、金属の中に配置される。
【００１８】探針１８の縁は、鋭い縁が取り除かれ少し
丸みが付けられる。探針１８の下端２４の磨かれた面
は、探針１８の中心線と直角である。このようにして、
余分な電界が防がれ、また、探針１８が、光受容体１２
に接触することがあっても、かき傷は最小に抑えられ
る。また、中心電極３２の下端と遮蔽電極３４の下部
は、同一の平面にあり、良好な遮蔽と検出特性が得られ
る。中心電極３２が、遮蔽電極３４の中に引き込まれ過
ぎると、中心電極３２に向かうよりも多くの電束が遮蔽
電極３４に向かい、信号が低減される。中心電極３２の
下端が、遮蔽電極３４を超えて延びると、光受容体１２
に掻き傷がつくられる。したがって、中心電極３２の下
端と遮蔽電極３４の下端は、互いにほぼ同一面にあるこ
とが望ましい。
【００１９】上で説明したように、探針１８の下端２４
の間の典型的な１００μｍの間隙距離と１００Ｖの電圧
は、探針１８に誘起される０．１ｐＣの電荷に対応す
る。好ましくは、間隙距離は、約２０μｍから約２００
μｍまでの間にあり、さらに好ましくは、約５０μｍか
ら１００μｍまでの間にある。間隙が約２０μｍより小
さいと、探針が面に接触する危険性が増し、誤った結果
を出力する。間隙が、２００μｍより大きくなると、探
針の感度と解像度が急激に低減する。
【００２０】図３を参照すると、本発明の光結合スキャ
ナーシステムの光結合電荷蓄積増幅器の回路の例が示さ
れる。増幅器の光結合部分を仮想線で囲み示す。増幅器
の第１段は、探針１８からの信号ＶCDSを蓄積し増幅す
る。電荷蓄積増幅器４０、たとえば、内部Ｃ1＝７ｐ
Ｆ、Ｒ1＝３００ＭΩの帰還部品を持つアンプテック(Am
ptek)Ａ２５０演算増幅器が、第１段として使用され
る。バッファ増幅器４２が、第２段として使用され、蓄
積増幅器４０からの信号電位をさらに増幅する。増幅器
４２は、バイアス電圧増幅器２０を持ち、データ取得ボ
ードに適した電位に信号を増幅する。第２段の可変抵抗
器Ｒ１０は、不要なオフセットを補償するために使用さ
れる。第１段蓄積増幅器４０からのオフセットの補償
は、利得が変更される都度再調整される。探針１８の接
地と増幅器回路がゼロボルトに接地されると、重大な問
題が発生する。光受容体１２の外側画像形成面が１００
０Ｖで、遮蔽電極３４が０Ｖであると、誘電破壊が発生
する。
【００２１】図４は、図３で与えられる増幅器の出力Ｖ
２を示す図である。この出力Ｖ２は、増幅器の入力に、
１００Ｖ、１ｍｓ、方形パルスを加えたときの、増幅器
のａｃ結合と時定数を示す。
【００２２】探針１８と光受容体ベルト１２の接地面の
間のキャパシタンスは、探針１８の端部２４と光受容体
ベルト１２の外側画像形成面の間の距離に反比例する。
距離を継続的に測定するため、データ取得周波数と同期
し、光受容体面電位に等しいバイアス電圧に１００Ｖ方
形波形パルスを加え探針１８に印加する。データ取得シ
ステムは、１００Ｖ波形の最大点と最小点において読み
取りを行う。コンピュータ２２により連続して２つの読
み取りを行い、波形の０Ｖ点と１００Ｖ点の測定値を得
る。これら２つの値の間の距離は、探針１８の端部２４
と光受容体ベルト１２の外側画像形成面の間の局部的な
距離に反比例する。一連の読み取りについて、較正を行
う。探針１８の端部２４と光受容体ベルト１２の接地面
の間の距離を、各読み取り後、所定の固定量だけ増や
す。この値の逆数をとり、直線に当てはめ、較正に使用
する曲線を生成する。与えられた読み取りの差に対し、
この曲線を使用し距離を計算する。この測定を使用する
と、ベルト１２の回転中の探針距離の±２５μｍの変動
が識別される。
【００２３】図５に示すように、１００μｍの間隙にお
いて破壊が発生する時点の予測にパッシェン曲線が使用
される。パッシェン曲線は、この技術分野では周知であ
り、また、発表も行われている。たとえば、アール エ
ム シャファート(R.M.Schaffert)による、“Electroph
otography”、フォーカルプレス有限(Focal Press Limi
ted)会社、ロンドン、１９７５年、に見られる。遮蔽電
極３４と探針１８の接地にバイアス電圧を加えることに
より、電圧勾配はゼロ近くまでに低減され、これによ
り、破壊が防がれる。静電電圧計探針１５、たとえば、
トレク(Trek)モデル３６８（図１参照）が、光受容体１
２の外側画像形成面の平均表面電位の測定に使用され
る。電圧計探針１５の出力は、バイアス電圧増幅器２
０、たとえば、トレク６０９Ａ（図１参照）に供給され
る。このトレク６０９Ａは、たとえば探針１８の遮蔽電
極３４に電気的バイアスを加える。静電電圧計探針１５
は、低空間解像度静電電圧計であり、電荷欠失点のよう
な小さな欠陥は検出しないので、遮蔽電極３４のバイア
スは、電荷欠失点には影響されない。遮蔽電極３４に、
光受容体１２の外側画像形成面の平均表面電位の約±３
００Ｖの範囲のバイアスがかけられていればアークが避
けられるので、また、平均表面電位は、スコトロングリ
ッド電圧から、暗減衰による電位降下が差し引かれた値
により大略決定されるので、加えられるバイアスが、光
受容体１２の外側画像形成面の約±３００Ｖの平均表面
電位の範囲にあるときは、静電電圧計探針１５を使用す
る替わりに、遮蔽電極３４にバイアスをかけることがで
きる。
【００２４】したがって、たとえば、帯電スコロトロン
の電圧が１０００Ｖで、光受容体の暗減衰により光受容
体表面電位が８００Ｖに下がると、探針の遮蔽電極に加
えられるバイアスは、好ましくは約５００Ｖから約１１
００Ｖまでの間、すなわち、光受容体１２の外側画像形
成面の約±３００Ｖの平均表面電位となる。高電圧探針
バイアスからコンピュータデータ取得システムを分離す
るため、発光ダイオードと光トランジスタを含む光アイ
ソレータ４６が使用される。光アイソレータ４６には、
１つのパッケージに発光ダイオードと光トランジスタが
含まれる。電流コンバータに加えるハウランド(Howlan
d)電圧が、４Ｎ３５光アイソレータ４６の発光ダイオー
ド（図３の仮想線の中の部品を参照）に電源を供給す
る。電流コンバータには、演算増幅器４８と抵抗Ｒ4，
Ｒ5，Ｒ6，Ｒ7が含まれる。電流コンバータに加えるハ
ウランド電圧は、周知のものであり、また、発表も行わ
れている。たとえば、ジェイ アイ スミス(J.I.Smit
h)による、“Modern Operational Circuit Design”、
ジョン ウィリイ アンド サンズ、インク(John Wile
y＆ Sons,Inc.)、ニューヨーク、１９７１年に見られ
る。電流コンバータに加える電圧のバイアス電流は、Ｖ
5の電圧に依存し、演算増幅器４９と可変抵抗器
（Ｒ11）が使用され調整される。
【００２５】回路の分離される端部、すなわち、光アイ
ソレータ４６の光トランジスタ部分と抵抗Ｒ９が含まれ
る部分は、エミッタフォロワ増幅器であり、高電圧部分
の含まれない電荷欠失点の信号を提供する。光結合増幅
器は、電子技術の分野では周知のものである。任意の適
当な光結合増幅器が、本発明の走査システムに使用され
る。光結合増幅器に探針を接続することにより、光受容
体の接地面にバイアスをかける替わりに、探針自身に光
受容体平均表面電位のバイアスをかけることができ、こ
れにより、空中破壊とアークが防がれる。仮想線で示す
光結合増幅器は、探針に信号を提供し、この信号は本発
明のスキャナーシステムのデータ取得コンピュータに記
録される。
【００２６】ここで使用する“光学的に結合された”(o
ptically coupled)、または、“光結合された”(optoco
upled)の用語は、電気的に駆動される光源と、光源から
遮蔽される光検出器が使用され、電気的接続なく電気信
号が伝送されることを示す。光結合増幅器の使用により
得られる重要な成果は、増幅器出力から探針が電気的に
分離されることであり、したがって、任意の電位のバイ
アスをかけることができることである。したがって、光
受容体１２の表面の平均表面電位は、標準静電電圧計１
５により測定され、スキャナー探針１８の遮蔽電極３４
には、平均表面電位と同一電位のバイアスがかけられ
る。
【００２７】このようにして、探針端と光受容体表面の
間のアークの危険性が低減され、測定結果に大きな影響
を及ぼす要因が取り除かれる。先ず、光受容体の接地面
にバイアスがかけられ、探針と光受容体面の間の電位が
ゼロまたは極めて小さくされる。これは、ドラムまたは
研究室の実験では可能であるが、大きなベルトでは実際
的ではない。特に、製造環境において、ベルトのロール
の試験を行うことは実際的ではない。探針１５の増幅器
は、ＡＣ結合増幅器である。したがって、増幅器の時定
数により求まる時間目盛りに従い電位の変動のみ測定さ
れる。時定数は、典型的には、約２ｍｓであるが、大き
くも小さくもでき、さらに、増幅器をＤＣ結合増幅器に
することもできる。このようにして、光受容体表面速度
と増幅器の時定数により規定される空間周波数により、
表面電位の変動のみ測定される。探針１８は、これらの
特性を持つので、平均光受容体電位より極めて低い電位
の極めて小さい光受容体の領域である電荷欠失点(CDS'
s)の検出に極めてよく適している。電荷欠失点は、５０
Ｖを超える電位を持ち、約２０μｍから約２００μｍの
間の領域を占める。本発明の走査システムは、他の原
因、たとえば、被覆の不均一性、暗減衰の不均一、その
他同様なものにより誘起される光受容体表面電位の変動
の検出にも使用される。したがって、スキャナーシステ
ムは、標準静電電圧計探針が適さない小さい距離目盛り
（約１ｍｍより小さい）の表面電位の均一性を求める計
器として役立つ。
【００２８】光受容体面の走査速度を上げる一つの方法
は、探針１８の形状と寸法を変えることである。しか
し、走査方向に平行する寸法が短く断面領域の小さい中
心電極の探針に比較すると、走査方向に平行する寸法が
長く断面領域の大きい中心電極の探針の解像度は低減す
る。
【００２９】図６、図７を参照すると、円形断面の替わ
りに、長くて薄い矩形断面を持つ中心電極５９を探針に
使用すると（この長い方の寸法、すなわち、長さはドラ
ム１４の軸に平行に配列される。これは、矩形断面を持
つペイントブラシが、ドラムの周縁に幅広い帯を描くの
に似ている）、走査方向に直角に配列される長さによる
のではなく幅によってのみ解像度が低減される。相互に
近接している（探針の長い方の寸法、すなわち長さ方向
に並んでいる）光受容体の欠陥は、走査方向の単一の大
きな欠陥として検知される。しかし、近接する走査経路
（各経路は異なり、互いに平行する）の個別の欠陥は、
依然として個別に感知される。円形断面を持つ線電極の
埋め込みに比べ、矩形中心電極５９を含む矩形探針６０
の製作は少し複雑である。すなわち、厚さ（断面の幅）
２００μｍ、長さ（断面の長さ）５ｍｍ、青銅のシムス
トック(shim stock)の小片が、中心電極５９として使用
される。中心電極５９は、遮蔽電極６２により支持され
る。遮蔽電極６２には、一方の側に機械加工またはモー
ルド成型された金属構造６４、他方の側にフランジ６６
が含まれる。
【００３０】適当な留め具、たとえば、アレンねじ６８
により、中心電極５９は、機械加工された金属構造６４
とフランジ６６の間に堅く挟み込まれる。中心電極５９
の両側に、電気絶縁材料、たとえば、厚さ０．００１″
テフロン６９が付加され、中心電極５９が遮蔽電極６２
から絶縁される。中心電極５９の縁は、丸められ、鋭い
縁により絶縁材料が貫通され探針が短絡されることが防
がれる。長い矩形の探針６０から下方に延びる延長部７
０は、探針６０を光受容体の外側画像形成面に容易に配
列するために推奨される。この延長部７０は、主探針６
０より小さい適当な幅、たとえば、１０ｍｍの幅を持
つ。探針６０は研磨され、延長部７０の下面が光受容体
の外側の面に平行になるよう保証される。したがって、
図６と図７に示すように、中心電極５９は、遮蔽６４と
遮蔽６６によりすべての側が完全に遮蔽される。
【００３１】１１３μｍの円形断面を持つ中心電極の探
針を使用し、図１に示すシステムと同様のシステムによ
り、異なる帯電電位について、光受容体の同一領域を繰
り返し走査する。結果を、コンピュータを使用し記録
し、インクジェットプリンタに複写する。図８から図１
１にこれを示す。図８に示す第１の走査は、非帯電光受
容体で測定され、これは、システムに存在する雑音のレ
ベルを示す。帯電されていないので欠陥がなく、構造は
現れていない。電圧を増加すると、欠陥構造が現れる。
【００３２】図９、図１０、図１１に、それぞれ、５０
０Ｖ、８００Ｖ、１０００Ｖに帯電したときの欠陥構造
を示す。第１の走査を除き、すべての走査において類似
の構造が現れる。これは、測定結果が再現可能であるこ
とを示す。実際、同一帯電電圧により２回連続して走査
した結果は、区別できないことが判る。欠陥の“高さ”
は、帯電電圧を増加するに従い増加する。
【００３３】図１に示すシステムと同様のシステム、図
６、図７に示す探針と同様の探針により、異なる帯電電
位について、矩形断面を持つ中心電極の探針を使用し、
光受容体の同一領域を繰り返し走査する。矩形探針から
得られるデータには、円形断面を持つ探針から得られる
構造が欠けている。これは、大きな領域の探針により構
造が平均化されるため、予期されたことである。
【００３４】直径１１３μｍの円形中心電極の探針を使
用し実行するる走査は、畳み込みコンピュータプログラ
ムにより処理され、幅２００μｍ、長さ５ｍｍの矩形断
面を持つ中心電極から得られる結果に近似される。これ
を図１２に示す。矩形電極の長い側は、ドラム軸に平行
に、走査経路に直角に配列される。図１３に示すゆっく
り変わる曲線は（走査は、実際には幅２００μｍ、長さ
５ｍｍの矩形断面の中心電極により行われた）、図１２
の予測値にすべては対応しないが、図の殆どのピークは
相互に対応する。
【００３５】一般に、円形断面を持つ中心電極の探針
は、矩形断面を持つ中心電極の探針より高い解像度を提
供する。このとき、双方の電極の走査方向の直線寸法は
同一である。丸いすなわち円形断面を持つ中心電極の満
足な結果は、約２０μｍから約５００μｍまでの間の直
径から得られる。好ましくは、直径は、約１００μｍか
ら２００μｍまでの間である。直径が、２０μｍより小
さくなると、探針からの信号が小さく正確には検出でき
ない。直径が、５００μｍより大きくなると、探針解像
度は、標準静電電圧計探針の空間解像度と同じようにな
る。矩形断面を持つ中心電極の満足な結果は、幅が約２
０μｍから約５００μｍまでの間、長さが約０．５ｍｍ
から約１０ｍｍまでの間から得られる。長さ（長い方）
は、電極の側面であり、走査方向と直角である（たとえ
ば、図１に示す実施形態の走査方向は、ドラム１４の軸
に直角で、ドラムに外接する仮想線に平行である）。幅
が、２０μｍより小さくなると、探針の感度は急激に低
減する。幅が、約５００μｍより大きくなると、従来の
静電電圧計探針の方がこの測定に適してくる。長さが、
０．５ｍｍより小さくなると、光受容体領域の走査速度
の増加が比較的小さくなる。長さが約１０ｍｍより大き
くなると、探針雑音が問題になる。
【００３６】直径１００μｍの円形探針に対し、光受容
体ドラム直径３″（７．６２ｃｍ）、回転速度１回転／
１秒、走査速度１インチ2／分（６．４５ｃｍ2／分）
が、本発明の走査システムにより達成される。この速度
を達成するためのデータ取得速度は、約２．５ｋＨｚで
あり、これは、任意の適当なパーソナルコンピュータに
利用可能な従来のディジタルデータ取得装置により容易
にアクセスできるものである。０．２ｍｍ×５ｍｍの矩
形探針中心電極に対し、走査速度１３インチ2／分（８
３．８５ｃｍ2／分）が達成される。この、５ｍｍの側
面は、光受容体ドラムの軸に平行である。実行された実
験の走査速度は、コンピュータ速度と、探針をドラム軸
に平行に動かすために要する時間により制限された。探
針アレイと速いデータ処理コンピュータを使用すること
により、これらの速度は、さらに速められる。これによ
り、光受容体の被覆を行いながら、電荷欠失点のオンラ
イン検査が可能となる。走査速度は、少なくとも毎秒約
１インチであり、たとえば、探針による画像形成面の走
査に、約毎秒１インチから約毎秒１００インチの間の速
度の走査が含まれる。
【００３７】図１４に示すように、第１の探針電極素子
１１０から第Ｎの探針電極素子１１２が含まれる複数ス
キャナー探針が連結され、アレイ１１３が形成され、Ｎ
チャネル光結合増幅器１１４により複数モードで動作さ
れ、データ取得コンピュータに出力される。この種類の
システムは、静電画像部材１１６表面の走査速度を増大
させる。各探針電極素子は、周囲の遮蔽部１１８から電
気的に絶縁される。
【００３８】図１５に示すように、小さな間隙１２０
が、探針アレイ１２４のそれぞれの電極素子１２２の間
に設けられる。好ましくは、しかし必ずしも必要ではな
いが、間隙は、探針アレイ１２４と静電画像部材の近接
面の間の間隙距離より小さい。図１５に示す探針電極素
子１２２は、１行に配列されるが、図１６に示すアレイ
１２６のずらされた探針電極素子１２４のように配列す
ることもできる。ずらされた探針電極配列により、単一
行アレイの個別探針素子の間の小さな間隙に常に付随す
る影響を何ら受けることなく光受容体面の走査を行うこ
とができる。
【００３９】本発明の非接触スキャナーシステムは、静
電画像部材、たとえば、電子写真光受容体の電荷欠失点
を高速に検出する。したがって、たとえば、この分野の
現在の技術、たとえばスタイラススキャナーに比べ、本
発明の走査システムが達成する極めて高い走査速度は、
１００を超える係数の改善となる。スタイラススキャナ
ーによれば、大領域走査、たとえば１ピッチの光受容体
が、１ｃｍ2当たり妥当な時間で走査可能である。本発
明の高速スキャナーシステムが提供する結果は、高度に
再現可能であり、帯電電位を上げると、欠陥のような点
数の大きさと数が増大する。探針距離の変動を考慮する
ことにより、光受容体の電荷欠失点に対応する電荷を、
本発明により検出することができる。この数は、光受容
体の等級と良く相関する。本発明の非接触スキャナーシ
ステムにより計算される統計的な尺度も、光受容体の品
質を示す。光受容体面の電位変動の高次のモーメントに
対応する値は、電荷欠失点の数と大きさを示す。劣る品
質の光受容体は、大きく高いモーメントを持つ。高次の
モーメントは、周知の統計ツールである。
【００４０】電子写真（たとえば光受容体）可撓性ベル
トと堅いドラム画像形成部材は、この技術分野では周知
のものである。これらには、通常基板に支持される一以
上の電気的動作層が含まれる。電荷生成層と電荷移動層
が含まれる少なくとも２つの電気的動作層を持つ感光部
材の典型的な例が、米国特許第４，２６５，９９０号、
第４，２３３，３８４号、第４，３０６，００８号、第
４、２９９，８９７号、第４，４３９，５０７号に開示
されている。
【００４１】本発明の革新的な非接触スキャナーシステ
ムには、光結合高解像度探針が含まれ、これは、静電画
像部材の表面に容量的に結合される。外部回路に高解像
度探針電荷蓄積器を光結合することにより、探針に光受
容体面電位の近くのバイアスをかけることができ、空中
破壊の危険度が軽減される。光受容体面の電位は、静電
電圧計により測定され、これにより、バイアス電圧増幅
器に信号が供給され、高解像度探針のバイアスが制御さ
れる。本発明の評価システムは、高速であり、ベルトの
製作、プリントエンジンにおける大量の試験を行う必要
はなく、さらに、大量のスキャナー試験、現場の修理技
術者からの多くの報告も不要である。本発明の試験シス
テムは極めて高速であり、スタイラススキャナーに対し
１００を超える改善係数を持つ。さらに、本発明の方法
により実行される評価は、正確であり、また、機械試験
において発生する機械の相互作用に伴う不要な影響によ
り低減されることはない。また、本発明の走査システム
により、静電画像ウェブ製造においてオンラインによる
測定と選別が達成される。本発明の走査システムによ
り、静電複写画像形成部材の異なる構成、たとえばベル
トとドラムの光受容体が評価される。
【００４２】本発明の走査システムは、画像形成部材に
より搬送される静電潜像の走査とディジタル化にも使用
される。静電潜像は、任意の適当な技術により画像形成
部材の上に形成される。静電潜像を形成する典型的な技
術には、たとえば、電子写真法とエレクトログラフ法が
含まれる。電子写真法においては、光導電性画像形成部
材が暗に均一に帯電され、次いで、画像を形成する活性
化放射に露出され、これにより、光受容体が選択的に放
電され静電潜像が形成される。光導電性画像形成部材
は、光導電性材料が含まれる任意の適当な種類である。
この光導電性材料は、活性化放射線、たとえば、赤外
線、可視光、Ｘ線、紫外線、その他同様なものに感光す
るものである。エレクトログラフ潜像は、適当な画像帯
電素子、たとえば、成形電極、スタイラス、ステンシ
ル、イオン流、その他同様なものが使用され誘電体画像
形成部材に形成される。静電潜像（たとえば、帯電領域
のパターンと、殆どまたは全く電荷を持たない領域が含
まれる）は、本発明の走査システムにより、走査されデ
ィジタル信号に変換される。静電潜像を表すディジタル
化信号は、記憶され、引き続き任意の適当な目的に使用
される。たとえば、Ｘ線画像形成においては診断に使用
されるハードコピーの作成、パターン認識ソフトウェア
による処理、画像欠陥の検出、電子処理、その他同様な
ものに使用される。
【００４３】測定例１ 同一の従来の被覆製作技術を使用し、時間を変え、従来
の光受容体ベルトを準備する。３インチ×１５インチ
（７．６２ｃｍ×３８．１ｃｍ）の光受容体ベルトの矩
形片を切り出し、図１に概略を示すドラムに搭載する。
図１７と図１８に、２つの光受容体ベルトを走査した光
結合スキャナーの印刷出力を示す。図３を参照し、光結
合スキャナー回路の詳細を説明する。スキャナー出力
は、従来のインクジェットプリンタが使用され出力され
る。図１７に使用されたサンプルは、比較的少数の電荷
欠失点を持ち、タイプＩサンプルとして分類される。図
１８に使用されたサンプルは、極めて多数の電荷欠失点
を持ち、タイプIVサンプルとして分類される。この分類
は、電子写真複写機で行われる印刷試験にもとづいてい
る。タイプＩとタイプIVの光受容体は、直径１１３μｍ
の円形断面の中心電極が含まれる探針により、１インチ
2／分（６．４５ｃｍ2／分）の速度で走査される。２つ
のサンプルの間の差は、図１７と図１８に示される走査
結果に容易に見られる。各ベルトは、数回繰り返し走査
される。毎回、同一の図が再現され、欠陥がアーティフ
ァクトではなく、光受容体に生得のものであることを示
す。スキャナーは、極めて正確な光受容体の走査を提供
し、小数の電荷欠失点を持つ光受容体と多数の電荷欠失
点を持つ光受容体を明確に識別する。平均表面電位の回
りの第２モーメントの表面電位の変動は、タイプＩ光受
容体に対しては４７（相対単位）であり、タイプIV光受
容体に対しては４０８（相対単位）である。これは大き
な差を表している。
【００４４】測定例２ 幅０．２ｍｍ、長さ５ｍｍの矩形電極の探針を使用し、
例Ｉと同一の２つの光受容体について測定を行った。走
査速度は、１３インチ2／分（８３．８５ｃｍ2／分）で
ある。タイプＩとタイプIVの光受容体の図を、それぞれ
図１９と図２０に示す。少数の電荷欠失点を持つ光受容
体（タイプＩ）と多数の電荷欠失点を持つ光受容体（タ
イプIV)は、図１９と図２０から明確に区別される。矩
形探針走査により得られる構造は、直径１１３μｍの探
針走査により得られる構造ほど明確でないことが直ちに
判る。また、矩形探針走査についてはデータの基線に変
動がある。それでも、タイプＩ光受容体走査とタイプIV
光受容体走査の差は明らかである。各サンプルは、繰り
返し数回走査される。毎回、走査のピークが再現され、
これは、見られる欠陥が、アーティファクトではなく、
光受容体サンプルに生得なものであることを示してい
る。
【００４５】したがって、円形と矩形の双方の探針は、
従来の走査システム、たとえば走査スタイラスより高い
走査速度を提供する。また、円形中心電極探針は、矩形
中心電極探針より高い解像度を提供し、一方、矩形中心
電極探針は、円形中心電極探針より、単位時間当たり広
い領域を処理する。さらに、本発明の走査システムは、
新しく製作された準標準の光受容体を素早く評価する方
法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光結合スキャナーシステムの実施形
態を示す略図である。
【図２】 本発明の光結合スキャナーシステムに使用さ
れる円形スキャナー探針を示す略側断面図である。
【図３】 本発明の光結合スキャナーシステムの光結合
電荷蓄積増幅器を示す回路図である。
【図４】 図３の増幅器に、１００Ｖ、１ｍｓの方形パ
ルスが入力されたときの出力Ｖ２を示す図である。
【図５】 パッシェン曲線を示す別の図である。
【図６】 本発明の光結合スキャナーシステムに使用さ
れる矩形スキャナー探針の実施形態を示す正面図であ
る。
【図７】 本発明の光結合スキャナーシステムに使用さ
れる矩形スキャナー探針の実施形態を示す側面図であ
る。
【図８】 直径１１３マイクロメートルの円形中心電極
探針を使用し、本発明の光結合スキャナーシステムによ
り帯電電位を変え行なわれた走査プロットを示す等角図
（その１）である。
【図９】 直径１１３マイクロメートルの円形中心電極
探針を使用し、本発明の光結合スキャナーシステムによ
り帯電電位を変え行なわれた走査プロットを示す等角図
（その２）である。
【図１０】 直径１１３マイクロメートルの円形中心電
極探針を使用し、本発明の光結合スキャナーシステムに
より帯電電位を変え行なわれた走査プロットを示す等角
図（その３）である。
【図１１】 直径１１３マイクロメートルの円形中心電
極探針を使用し、本発明の光結合スキャナーシステムに
より帯電電位を変え行なわれた走査プロットを示す等角
図（その４）である。
【図１２】 直径１１３マイクロメートルの円形中心電
極探針のデータを使用し、５ｍｍ探針を近似する走査プ
ロットを示す図である。
【図１３】 長さ５ｍｍ、厚さ２００μｍの矩形探針に
より実行された走査プロットを示す図である。
【図１４】 相互に連結された探針素子のアレイを示す
図である。
【図１５】 図に示すように素子の間に小さな間隙を設
け連結した探針素子のアレイを示す図である。
【図１６】 ずらした行を相互に連結した探針素子のア
レイを示す図である。
【図１７】 直径１１３マイクロメートルの円形中心電
極探針を使用し、本発明の光結合スキャナーシステムに
より実行された光受容体の走査プロットを示す等角図
（その１）である。
【図１８】 直径１１３マイクロメートルの円形中心電
極探針を使用し、本発明の光結合スキャナーシステムに
より実行された光受容体の走査プロットを示す等角図
（その２）である。
【図１９】 矩形電極を使用し実行した少数の電荷欠失
点を持つ光受容体の走査プロットを示す図である。
【図２０】 矩形電極を使用し実行した多数の電荷欠失
点を持つ光受容体の走査プロットを示す図である。
【符号の説明】
１０ スキャナーシステム、１１ パルスモータ、１２
可撓性光受容体ベルト（電子写真被覆）、１４ 導電
性接地回転ドラム、１５ 低解像度静電電圧計探針、１
６ スコロトロン、１８ 高解像度探針、２０ バイア
ス電圧増幅器、２１ 光結合電荷蓄積器、２２ データ
取得コンピュータ、２４ 下端、２６消去光、２８ パ
ルスモータと微動ねじの組み合わせ体、３０ 符号器、
３２中心電極、３４ 遮蔽電極、３６ 裸接地線、３７
曲げ、３８ 輪、４０ 電荷蓄積増幅器、４２ バッ
ファ増幅器、４６ 光アイソレータ、４８，４９ 演算
増幅器、５９ 矩形中心電極、６０ 矩形探針、６２
遮蔽電極、６４ 金属構造（遮蔽部）、６６ フランジ
（遮蔽部）、６８ アレンねじ、７０ 延長部、１１０
第１の探針電極素子、１１２ 第Ｎの探針電極素子、
１１３ アレイ、１１４ Ｎチャネル光結合増幅器、１
１６ 静電画像部材、１１８ 遮蔽部、１２２ 探針電
極素子、１２４ 探針アレイ、１２６ アレイ。
フロントページの続き (72)発明者 スティーブン アイ デジャック カナダ オンタリオ州 ミシソーガ ソル ト セント メリー ノック アベニュー 61 (72)発明者 サチダナンド ミシュラ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ウェブ スター シャーボーン ロード 459

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子写真画像形成部材の微小欠陥に対応
    する表面電位電荷パターンを検出する非接触検出方法に
    おいて、 一方の側に第１の主面、反対の側に画像形成面が含まれ
    る第２の主面を持つ少なくとも１つの光導電性画像形成
    層が含まれる電子写真画像形成部材を供給し、 外部遮蔽電極を持つ容量性探針が含まれるスキャナーを
    供給し、 前記画像形成面に近接し、かつ間隔がおかれて前記探針
    が保持され、前記探針と前記画像形成面の間に気体を持
    つ平行板キャパシタを形成し、 前記探針に光結合される探針増幅器を供給し、 前記探針と前記画像形成面の間に相対的な運動を確立
    し、 前記探針と前記画像形成面の間にほぼ一定の距離を維持
    し、 前記探針と前記画像形成面が互いに通り過ぎる相対的な
    動きに先だって前記画像形成面に一定電圧電荷を加え、 前記画像形成面の平均表面電位の約±３００Ｖの範囲の
    バイアスを前記探針に同期的に加え、 前記探針により表面電位の変動を測定することを特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、 前記増幅器の時定数により決定される時間目盛りに従い
    前記電位の変動を測定するステップが含まれることを特
    徴とする方法。
  3. 【請求項３】 高解像度容量性探針と、 バイアス電圧増幅器に結合される低空間解像度静電電圧
    計と、 探針と電圧計に容量的に結合され、かつ間隔がおかれる
    画像形成面を持つ画像形成部材と、 同軸外部ファラデー遮蔽電極に囲まれ、これと絶縁され
    る内部電極が含まれる探針と、 光結合増幅器に接続される内部電極と、 バイアス電圧増幅器に接続されるファラデー遮蔽電極
    と、 を有することを特徴とする非接触走査システム。
JP10275140A 1997-10-30 1998-09-29 静電画像部材における微小欠陥の非接触検出方法及び非接触走査システム Withdrawn JPH11166915A (ja)

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