(57)【要約】【課題】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。【解決手段】真空チャンバ８内で電子線照射手段３により感光体試料２を帯電させながら光照射手段４により光を照射して感光体試料２に光疲労を与え、帯電消去手段５により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、電子線照射手段３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電子検出器９で検出することで、感光体試料２に生成された残留電荷を評価する。【選択図】図１
2010072102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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静電潜像の評価方法。
【請求項３】
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静電潜像の評価方法。
【請求項４】
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静電潜像の評価方法。
【請求項５】
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静電潜像の評価方法。
【請求項６】
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静電潜像の評価方法。
【請求項７】
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静電潜像の評価方法。
【請求項８】
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静電潜像の評価方法。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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静電潜像の評価装置。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
【特許文献１】特開平３−０４９１４３号公報
【特許文献２】特開平３−２００１００号公報
【特許文献３】特開２００３−２９５６９６号公報
【特許文献４】特開２００３−３０５８８１号公報
【特許文献５】特開２００５−１６６５４２号公報
【特許文献６】特開２００６−８４４３４号公報
【特許文献７】特開平３−５３１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る静電潜像の評価装置を示す図で、（ａ）が残留電荷生成手段としての側面からの概要構成図、（ｂ）は残留電荷検出手段としての側面からの概要構成図である。
【図２】電子線照射手段の概要構成図である。
【図３】電子検出器の構成を示すブロック図である。
【図４】電子検出器における光電子倍増管の機能を説明するための図である。
【図５】光電子倍増管のゲイン電圧をゲインの関係を示す特性図である。
【図６】加速電圧と帯電の関係を示す特性図である。
【図７】加速電圧と帯電電位の関係を示す特性図である。
【図８】残留電荷計測のフローチャートである。
【図９】残留電荷計測のタイミングチャートである。
【図１０】２次電子による電荷分布検出の原理モデルを示す図である。
【図１１】サンプル別の残留電荷の計測結果を示す図である。
【図１２】サンプル別の残留電荷の断面分布評価結果を示す特性図である。
【図１３】残留電荷評価の指標を示す図である。
【図１４】静電潜像の評価装置における照明光学系の概要構成図である。
【図１５】照明光学系のレイアウトを示す図である。
【図１６】照明光学系における開口マスクの形状を示す図である。
【図１７】ＬＤ駆動電流と光出力との関係を示す特性図である。
【図１８】電子銃からの電子量の調整機能を説明するための図である。
【図１９】静電潜像の評価装置の他例を示す図である。
【図２０】入射電子と感光体試料との関係を示す特性図である。
【図２１】潜像深さ計測結果の一例を示す図である。
【図２２】感光体試料の概要断面図である。
【図２３】残留電荷を有する感光体試料の概要断面図である。
【図２４】量子効率を示す特性図である。
【図２５】露光エネルギ密度と表面電位との関係を示す特性図である。
【図２６】画像形成装置の概要構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2010072102.tif 000017
【図１６】
2010072102.tif 000018
【図１７】
2010072102.tif 000019
【図１８】
2010072102.tif 000020
【図１９】
2010072102.tif 000021
【図２０】
2010072102.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2010072102.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2010072102.tif 000026
【図２５】
2010072102.tif 000027
【図２６】
2010072102.tif 000028