(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真用感光体の試料片をセットする開口部を持つターンテーブルと、該試料片を開口部にセットする手段であって、かつ導電性金属板からなり充電電流取出部と電気的に接続されているサンプル押さえ板と、該ターンテーブルを回転させるための手段と、ターンテーブルに対向して配置され該感光体試料片を帯電させるコロナ帯電器と、ターンテーブルの開口部に装着された感光体試験片表面の平均帯電電位と感光体試料片に流れ込む充電電流を同時に計測するための手段とを有し、該充電電流は時間で積分され充電電荷として処理され、Ｑ＝Ｃ・Ｖ（Ｑは充電電荷、Ｖは感光体の帯電電位、Ｃは感光体の静電容量）の関係式より感光体試料片の静電容量を非破壊、非接触で測定する装置であって、前記ターンテーブルの開口部にセットされた導電性試料片を前記コロナ帯電器に対向静止させ前記コロナ帯電器に高電圧を印加した際に該高電圧により導電性試料片に流れる静止コロナ電流（Ｉ０）、及び、ターンテーブルを所定のスピードで回転させ、静止コロナ電流を測定する条件と同じ帯電出力条件でコロナ帯電器に高電圧を印加した際に該導電性試料片に流れ込む動的コロナ電流（Ｉ）が計測されて、前記Ｉ０と前記Ｉから両電流の比（Ｋｍ）がＫｍ＝Ｉ／Ｉ０として計算され、また、前記開口部がターンテーブルの全周に設けられると仮定したときの面積（Ａ）とターンテーブル上の開口部面積（Ｓ）とが実測されて、該ＡとＳから該面積Ａと該面積Ｓの比(Ｋ）がＫ＝Ｓ／Ａとして計算されることにより、感光体試料片の静電容量の測定時に、回転するターンテーブルの感光体試料片に流れ込む充電電流（Ｉ’）に対する真の充電電流を、（Ｋ／Ｋｍ）×Ｉ’として処理する静電容量測定装置。
【請求項２】
前記Ｋ／Ｋｍの倍率設定処理を充電電流のＡ／Ｄ変換取り込み後、デジタル演算処理で行なう請求項１に記載の静電容量測定装置。
【請求項３】
前記Ｋ／Ｋｍの倍率設定処理をアナログアンプのゲイン調節で行ない、充電電流の取り込み処理を行なう請求項１に記載の静電容量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真用感光体の静電容量測定装置に関する。この静電容量測定装置は、一般的な誘電体の非破壊、非接触な静電容量の測定に適用可能のものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真用感光体に要求される帯電能、電荷保持能、感度等の特性は電子写真プロセスで必要とされる特性であることから、これら特性の測定には電子写真プロセスと同様にコロナ帯電が施され、上記特性が評価されることが多い。帯電能の特性では、コロナ帯電器の高圧出力電圧を固定条件とし、試料片がコロナ帯電器を実機と同程度のスピードで１回通過した時、何ボルト帯電したか、で帯電能が評価される。しかしこの方法では、帯電の立ち上がりのプロフィール等細かい様子が分からない。そこで試料片を高速で回転させ、帯電器を何度も通過させ（１回当たりの帯電電位を小さくする）、徐々に帯電させて帯電の立ち上がりの様子を観察することがある。このとき一般的には帯電開始から何秒目に何ボルトになったかが評価される。しかし、これらの評価方法にしても、コロナ帯電器の出力が変わると当然評価項目とした帯電電位が変わり、測定の繰り返し精度でも問題があり、感光体の特性値とするには測定上の条件・制約が多かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、感光体の静電容量を非接触、非破壊のコロナ帯電法で測定する測定器において、測定精度の向上した測定装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、本発明の（１）「電子写真用感光体の試料片をセットする開口部を持つターンテーブルと、該試料片を開口部にセットする手段であって、かつ導電性金属板からなり充電電流取出部と電気的に接続されているサンプル押さえ板と、該ターンテーブルを回転させるための手段と、ターンテーブルに対向して配置され該感光体試料片を帯電させるコロナ帯電器と、ターンテーブルの開口部に装着された感光体試験片表面の平均帯電電位と感光体試料片に流れ込む充電電流を同時に計測するための手段とを有し、該充電電流は時間で積分され充電電荷として処理され、Ｑ＝Ｃ・Ｖ（Ｑは充電電荷、Ｖは感光体の帯電電位、Ｃは感光体の静電容量）の関係式より感光体試料片の静電容量を非破壊、非接触で測定する装置であって、前記ターンテーブルの開口部にセットされた導電性試料片を前記コロナ帯電器に対向静止させ前記コロナ帯電器に高電圧を印加した際に該高電圧により導電性試料片に流れる静止コロナ電流（Ｉ０）、及び、ターンテーブルを所定のスピードで回転させ、静止コロナ電流を測定する条件と同じ帯電出力条件でコロナ帯電器に高電圧を印加した際に該導電性試料片に流れ込む動的コロナ電流（Ｉ）が計測されて、前記Ｉ０と前記Ｉから両電流の比（Ｋｍ）がＫｍ＝Ｉ／Ｉ０として計算され、また、前記開口部がターンテーブルの全周に設けられると仮定したときの面積（Ａ）とターンテーブル上の開口部面積（Ｓ）とが実測されて、該ＡとＳから該面積Ａと該面積Ｓの比(Ｋ）がＫ＝Ｓ／Ａとして計算されることにより、感光体試料片の静電容量の測定時に、回転するターンテーブルの感光体試料片に流れ込む充電電流（Ｉ’）に対する真の充電電流を、（Ｋ／Ｋｍ）×Ｉ’として処理する静電容量測定装置)、（２）「前記Ｋ／Ｋｍの倍率設定処理を充電電流のＡ／Ｄ変換取り込み後、デジタル演算処理で行なう前記（１）項に記載の静電容量測定装置」、（３）「前記Ｋ／Ｋｍの倍率設定処理をアナログアンプのゲイン調節で行ない、充電電流の取り込み処理を行なう前記（１）項に記載の静電容量測定装置」によって達成される。
以下本発明を詳細に説明する。
【０００５】
本発明者らは以前より測定時の帯電条件設定の影響を受けにくい特性項目として、静電容量を帯電能の特性値として、非破壊、非接触のコロナ帯電法による静電容量測定を試みてきた。
【０００６】
その原理の概略を図１に説明する。コロナ帯電法を利用するには、感光体をコンデンサとするモデルで考える必要がある。感光体コンデンサモデルではコロナ帯電により高速回転する感光体試料に流れる充電電流と、この時の表面電位を同時計測し、充電電流は時間で積算され充電電荷として扱われ、図１中の下部のグラフで示されるように、Ｑ＝Ｃ・Ｖ（Ｑは充電電荷、Ｖは感光体の帯電電位、Ｃは感光体の静電容量）の関係より静電容量（Ｃ）を求める。すなわち、感光体にコロナ放電を施すとその帯電電位は、通常、図１中の上部のグラフで示されるように立ち上がって行く。この間、感光体の充電電荷は図１中の中部のグラフで示されるように推移する。つまり、充電電荷（Ｑ）は、各時間（△ｔ）当りの各充電電荷（ｑ１），（ｑ２），（ｑ３），・・・（ｑｎ）の積算値で表され、増大して行く。各充電電荷（ｑ１），（ｑ２），（ｑ３），・・・（ｑｎ）は、それぞれ、時間（△ｔ）と電流（Ｉ）との積で表される積分値であり、電流（Ｉ）は実測の試料通過電流値／Ｓ（Ｓは帯電される試料の面積）で定まる。
【０００７】
充電電荷は積分電流計を利用しても、電流を計測して後から積算の演算処理を行なってもよい。現在では、電流をＡ／Ｄ変換器でコンピュータに取り込み演算処理するのが安価にシステムが組め、また、計測できる電荷量の上限もほとんどフリーで計測上の自由度が高く都合がよい。いずれにしても計測される電流（電荷）の大きさは測定開口部（サンプルサイズ）に依存するため、計測される電流（Ｉ）を測定開口部の面積で割り、単位面積当たりの値にする必要がある。この電荷量（Ｑ）とこれに対応する表面電位（Ｖ）をプロットして直線を引き、この傾きから静電容量（Ｃ）を算出する。こうすると、帯電初期の複数の前記Ｑ値とＶ値の対応関係を平均した値が求められ、測定の精度が増すことになる。
【０００８】
このようにして感光体の静電容量測定は可能であり、コロナ帯電器の出力電圧が少々変わっても、静電容量の値に変化はほとんどなく、測定は従来の帯電電位のみ評価する方法と比較し、飛躍的に安定した帯電能の評価が行なわれる。しかしながら、この方法でも時としてサンプルのサイズに応じて開口部の形状、面積等を変えると、同じサンプルでありながら、静電容量の値が数％変わることがあり、また同型の別の測定器で測定すると測定値が異なる等、測定器として信頼性に欠ける面もあり、精度に少々問題があった。しかも測定器毎で測定値が異なるとき、測定器間の整合性をとるため、従来は１つを基準に測定値の対応関係を求め、換算係数で対処していたが、これでは基準とした測定器の正しさを保証する方法が抜けており、また、対応関係も経時で変化しても気づかない等、測定器の管理としては時間がかかる割に効率も精度も悪いこのような方法としかとられていなかった。
【０００９】
その１つの要因として電流計測上の確度が挙げられる。これは以下のようなことである。つまり、静的な電流測定の精度については、精度の高い電流発生器を用いて、測定系の校正を行なうことは云うまでもないが、図２に示されるように、本件で取り上げているターンテーブル方式の測定では試料を充電する電流は、試料が帯電器の上を通過したときだけ流れるパルス電流であり、この電流信号は電気回路上で平滑化されＤＣ信号となるが、このＤＣ信号電流値の正しさの確認は、動的な開口部に基準信号を印加することができず、従来より行なわれることはなかった。測定精度向上のため原因の解明と一層の改善が望まれていた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図７を参照して、ターンテーブルを高速回転させてコロナ帯電法で静電容量測定を行なう本発明の測定器において、充電電流測定の原理の１例を説明する。
図７の装置例においては、ターンテーブル（１）の開口部（３）に電子写真用感光体の試料片を感光面を下向きに装着して試料片押え板（２）によりセットした後、コロナ帯電器（４）で試料片の感光面を帯電処理する。帯電処理の間、ターンテーブル（１）は、感光体試料片を前記コロナ帯電器（４）に対向静止させるような位置で停止することができ、実機と同程度のスピードで回転させることができ、また、試料片を帯電させて帯電の立ち上がりの様子を観察する等のため、高速で回転させて試料片を帯電器を何度も通過させる（１回当たりの帯電電位を小さくする）ることができる。コロナ帯電器（４）から試料片に与えられ試料片を充電するパルス電流は、充電電流取出部（６）でモニタされて充電電流計（７）に送られその中の平滑化回路で平滑化等がされた後、Ａ／Ｄ変換用インタフェイス（９）でＡ／Ｄ変換され、その出力信号はマイクロコンピュータからなるコントローラ（１０）において演算処理される。一方、試料片の表面電位は、コロナ帯電器（４）と別の位置に配置された表面電位計（８）のモニタ部である表面電位計電極（５）でモニタされ、モニタされた信号は表面電位計（８）に送られその中の増幅器で増幅等がされた後、Ａ／Ｄ変換用インタフェイス（９）でＡ／Ｄ変換され、その出力信号は、計測された前記充電電流の出力信号と共に、マイクロコンピュータからなるコントローラ（１０）において演算処理される。
【００１１】
ここで、ターンテーブル（１）の開口部（３）の移動方向に対してコロナ帯電器（４）のチャージワイヤーは直角に張られ、開口部径方向を完全にカバーしているものとする。
このコロナ帯電器（チャージワイヤー）（４）を前記開口部（３）が１回通過するとき、該開口部（３）内の１点が露曝される単位面積当たりの電荷（ｑ）は次の（１）式で与えられる。
単位面積当たりの電流×露曝領域の通過時間
すなわち
【００１２】
【数１】
0003644788.tif 000002
ｄ：コロナ帯電器（チャージワイヤー）がつくる電流露曝領域の周方向の幅（ｄ・Ｌ）は露曝領域の面積
ｑ：開口部がコロナ帯電器を１回通過する際に露曝する単位面積当たりの電荷量
Ｉ0：ターンテーブルを静止させた状態で開口部に流れる静止コロナ電流値
ｖ：ターンテーブルの線速（線速は径方向で異なるので開口部径方向の中央部の値とする）
Ｌ：ターンテーブル開口部径方向の長さ
ターンテーブルの中心から開口部径方向の一端までの長さをｒ1、他端をｒ2（ｒ1＞ｒ2）とすると（ｒ1−ｒ2）
単位時間当たりの回転数（Ｎ）は次の（２）式で与えられる。
【００１３】
【数２】
0003644788.tif 000003
Ｒ：ターンテーブルの中心から開口部径方向中央部までの長さ
ターンテーブルの中心から開口部方向の一端までの長さをｒ1、他端をｒ2とするとＲ＝（ｒ1＋ｒ2）／２
開口部がコロナ帯電器を単位時間当たりＮ回通過するときの開口部が受ける電荷量（Ｑ）は、次の（３）式で与えられる。
【００１４】
【数３】
0003644788.tif 000004
（３）式の分母は、前記開口部がターンテーブルの全周に設けられると仮定したときの面積（Ａ）であって、図３の斜線部面積になる。
本件で取り上げているターンテーブル方式の測定では、開口部は限定された窓となり、試料を充電する電流は試料が帯電器の上を通過したときだけ流れるパルス電流であり、この電流信号は電気回路上で平滑化されたＤＣ信号になり、これを測定することになるので（図２）、ターンテーブル回転時測定されるＤＣ電流信号をＩとするとＩ0との間に次の（４）式の関係が成立するなら、
【００１５】
【数４】
0003644788.tif 000005
Ａ：π(ｒ12−Ｒ22）
Ｓ：開口部の面積
（３）式は次の（５）式のように書き換えられる。
【００１６】
【数５】
0003644788.tif 000006
開口部が受ける電荷量をターンテーブル回転時の電流計測で評価できることになる。
すなわち、感光体試料の静電容量測定では、コロナ放電中、感光体試料表面が帯電上昇（チャージアップ）するため、前記（Ｉ）は刻々と変化する信号となる。このＩを測定し、開口部面積で割ることで、単位面積、単位時間当たりの充電電荷が算出され、任意の時間まで積算するとその時点までの充電電荷が求められる。ターンテーブル方式の静電容量測定でも、感光体試料に流れる充電電流をパルス電流の状態で測定する場合は、（３）式で充電電荷を算出することになるが、平滑化されたＤＣ信号として測定する場合は、（５）式で算出することになる。（５）式は（４）式が成立することが前提になる。したがって、ターンテーブルが静止した状態で開口部に流れる電流（Ｉ0）とターンテーブルが高速回転している状態で開口部に流れる電流（Ｉ）との間で（４）式からの乖離が大きくなると、コロナ帯電法による静電容量測定の精度を悪くする。
【００１７】
（４）式からの乖離を生じさせる原因として、ターンテーブル開口部の形状（これは感光体試料のサイズにより変えることが多い）、回転体から電流をとるための接触帯電部で発生するノイズの影響、パルス電流をＤＣ電流にする平滑化回路の素子の特性、等のマッチング上の問題が関係すると思われるが判然としない。
【００１８】
本発明は上記の点に鑑み、コロナ帯電法で静電容量の測定を行なう装置において、ターンテーブル開口部に導電性試料をセットし、ターンテーブル静止状態でのコロナ電流値とコロナ放電の条件は同一でターンテーブル高速回転状態での平滑化されたＤＣ電流を計測し、両電流値の比Ｋｍ＝Ｉ／Ｉ0と、（４）式の係数Ｋ＝Ｓ／Ａを用いて、次にターンテーブル開口部に感光体試料をセットして高速回転状態でのＤＣ電流（充電電流）を計測したとき、この計測された充電電流にＫ／Ｋｍを乗じて得られる電流値は（４）式を成立させる電流Ｉとなり、この値を開口部面積で割り、積算することで、正確な単位面積、単位時間当たりの充電電荷量を得ようとするものである。
【００１９】
ここで開口部が回転でつくる面積Ａの補足説明をしておく。
図３の面積Ａは開口部径方向の最大半径と最小半径がつくる面積である。これは開口部がターンテーブル中心から見て扇形になっているときに意味を持つ。
開口部が四角形の場合には、図４において（ｒ1＋ｒ'1)／２、（ｒ2＋ｒ'2)／２がつくる面積となる。
【００２０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。
実施例１
ターンテーブルをもつ測定器として、川口電機製作所（株）製の静電気帯電試験装置（型式ｓｐ−４２８）を利用した。測定システムの概略は図７に示すとおりである。なお、ターンテーブル静止状態でのコロナ帯電器よりターンテーブル開口部へ流れる電流計測値の正しさは国家標準にトレースされた基準電流発生器で校正されている。
上記測定器のターンテーブル開口部は扇形で、中心からみて５２°の開口角度を持ち、面積は３３．４ｃｍ2である。ターンテーブル開口部の径方向の最小半径と最大半径のつくる面積は２３１．２ｃｍ2でその面積比は０．１４４である。
実施例１ではＡ／Ｄ変換で測定システムに取り込まれた信号に演算処理を施し、静電容量測定値をアウトプットしている。
【００２１】
▲１▼ターンテーブルに付属するサンプル押さえ板（導電性金属板）で開口部をふさぎ、開口部をコロナ帯電器の真上に静止させる。放電をオンにし、開口部サンプル押さえ板に流れる電流値を読む。放電出力を調整し、１０．０μＡの電流値を得た。
次にターンテーブルを１０００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させ、回転が安定したところで放電をオンにし、開口部サンプル押さえ板に流れる電流値を読んだ。この時の電流値は１．３μＡであった。この比は０．１３である。次に誘電体フィルム（裏面アルミ蒸着されたもの）を３種類（１０、２５、５０μｍ）用意し、ターンテーブル開口部にセットし、サンプル押さえ板で押さえ回転させた。回転が安定したところで放電を開始させ、表面電位と誘電体フィルムに流れ込む充電電流を同時測定した。計測された表面電位と充電電流から静電容量を求めた。同様にして同種の誘電体フィルムに対し表面電位と充電電流の同時測定を行ない、計測された充電電流に０．１４４／０．１３を乗じて得られた充電電流値から充電電荷を計算し、静電容量値を得た。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
0003644788.tif 000007
【００２３】
▲２▼図５に示すようにターンテーブル開口部に正方形（縦４．４ｃｍ×横４．４ｃｍ、面積１９．３６ｃｍ2）のマスクを置き試料の露出面積、露出形状を変えた開口部を用意した。この開口部の径方向の長さが回転でつくる面積は２２３ｃｍ2と計算された。したがって、面積比は１９．３６／２２３＝０．０８６８である。▲１▼と同様にしてこの開口部に流れ込む静止時の電流と回転時の電流を計測した。その結果は各々、１０．７μＡ、０．９１μＡで、比は０．０８５であった。次に誘電体フィルムを用いて静電容量の測定を行なった。結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
0003644788.tif 000008
【００２５】
▲３▼図６に示すようにターンテーブル開口部に面積が１９．３６ｃｍ2になるように扇形の開口部を形成した。面積比は１９．３６／２３１．２＝０．０８３７である。この開口部に流れ込む電流は静止電流が１０．５μＡのとき回転時の電流が０．８５μＡで、比は０．０８１であった。▲１▼、▲２▼と同様にして静電容量の測定を行なった。結果を表３に示す。
【００２６】
【表３】
0003644788.tif 000009
ここまでの例で同じ測定器であっても開口部の面積（サンプルの面積）が異なると、静電容量の値が異なるが、本発明によれば、サイズにかかわらず再現性のよい測定を行なうことができることがわかる。
【００２７】
▲４▼上記▲１▼、▲２▼、▲３▼で使用した測定器と同型の別測定器を用意し、測定器同士の比較を行なった。▲１▼、▲２▼、▲３▼で使用した測定器をＡ、ここで用意した測定器をＢと呼ぶことにする。Ｂは静止電流１９．４μＡに対し、回転時の電流は２．４μＡで、その比は０．１２４であった。したがって、Ａでは計測される充電電流に乗ぜられる定数は０．１４４／０．１３３、Ｂで計測される充電電流に乗ぜられる定数は０．１４４／０．１２４である。使用されたサンプルはリコーのアナログ複写機用の感光体を切り出したものである。結果を表４に示す。
【００２８】
【表４】
0003644788.tif 000010
同型でターンテーブル開口部の形も面積も同じであるが、測定値に機差が生じていることが確認された。しかしながら、本発明によれば、同じ測定値が得られることが分かる。
【００２９】
実施例２
実施例１の▲１▼において計測される充電電流に乗ずべき定数０．１４４／０．１３＝１．１１が求められた段階で直流アナログアンプ（横河電機製  ３１３１）を用いて設定した。調節は基準電圧・電流発生器で信号を入力し、アンプの出力が１．１１倍になるよう微調節した。アンプ出力の確認はデジタルマルチメータ（フルーク製  ８７）を使用した。このアンプをＡ／Ｄ変換器の前段に設置し、誘電体フィルムで静電容量の測定を行なった。結果を表５に示す。
【００３０】
【表５】
0003644788.tif 000011
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細かつ具体的に説明したように、本発明によれば、測定器が異なると測定値が異なる等の問題を解決でき、また、同一の測定器であっても、サンプルサイズを変えた時に測定値が異なる等の問題が生じることなく、測定の再現精度を高めることができる。さらに測定器毎で測定値が異なるとき、従来は１つを基準に対応関係を求め、換算係数で対処していたが、これでは基準とした測定器の正しさを保証する方法が抜けており、また対応関係も経時で変化しても気づかない等、測定器の管理としては時間がかかる割に効率も精度も悪い方法であったが、これらの問題は本発明により一気に解決される。また、測定システムに取り込まれた信号をデジタル演算するため特別の機器を設置することなく、安価に本発明を適用した測定システムをつくることができる。必要であれば、測定の度に乗ずべき定数を求め、測定システムに反映させることができ、測定器としての信頼性を向上させることができる。さらに、従来測定システムに１つ機器を入れるだけでソフトウエアの変更等なく、そのまま測定システムの測定確度向上をはかることができるという極めて優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎となる静電容量の測定原理を説明する図である。
【図２】本発明の測定装置におけるターンテーブル開口部に流れる電流を説明する図である。
【図３】本発明の測定装置におけるターンテーブル開口部の１例がつくる帯電露曝領域を説明する図である。
【図４】本発明の測定装置におけるターンテーブル開口部の他の１例（四角形）がつくる帯電露曝領域を説明する図である。
【図５】本発明の測定装置におけるターンテーブルの扇形開口部に四角形のマスクを設置した状態を説明する図である。
【図６】本発明の扇形開口部に四角形と同一面積のマスクを設置した状態を説明する図である。
【図７】本発明の測定装置の１例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  ターンテーブル
２  試料片押え板
３  開口部
４  コロナ帯電器
５  表面電位計電極部
６  充電電流取り出し部
７  電流計測・平滑化回路、他
８  表面電位計・アンプ回路、他
９  インターフェース（Ａ／Ｄ変換）
１０  コントローラ（マイクロプロセッサ）
【図１】
0003644788.tif 000012
【図２】
0003644788.tif 000013
【図３】
0003644788.tif 000014
【図４】
0003644788.tif 000015
【図５】
0003644788.tif 000016
【図６】
0003644788.tif 000017
【図７】
0003644788.tif 000018