(57)【要約】【課題】  電子写真現像のトナー挙動観察装置において、現像領域における潜像に対するトナー挙動および、二成分現像における現像剤挙動をトナー１個が観察できる倍率で観察できる観察装置および観察方法を提供することを目的とする。【解決手段】  像担持体１０１表面上に形成される潜像を、像担持体１０１と現像剤担持体１００が対向する位置で、トナーが現像する過程を観察する観察装置において、像担持体１０１は透明感光体であり、該透明感光体の現像面の反対側から顕微鏡１０３を通して高速度カメラ１０４で現像状況を観察する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体表面上に形成される潜像を、像担持体と現像剤担持体が対向する位置で、トナーが現像する過程を観察する観察装置において、
像担持体を透明感光体で形成し、該透明感光体の現像面の反対側から現像状況を拡大し撮像する拡大装置及び高速度カメラを有することを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記像担持体はガラス上にＩＴＯ電極を蒸着し、該蒸着面に電荷輸送層を塗布した構造であることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項３】
前記像担持体が板状であることを特徴とする請求項１または２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記拡大装置および高速度カメラは像担持体と同じ方向に同じ速度で移動することを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項５】
前記像担持体は円弧状の形状を有することを特徴とする請求項１、２または４のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項６】
前記像担持体は円筒状の形状を有することを特徴とする請求項１、２、４または５のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項７】
前記像担持体の周りに少なくとも、現像手段およびクリーニング手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の観察装置。
【請求項８】
前記像担持体の同心円上内側にミラーを設置し、該ミラーからの反射映像を拡大し撮像することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項９】
前記ミラーは前記像担持体の線速の１／２の速度で回動することを特徴とする請求項８記載の観察装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の観察装置を使用し、透明感光体を使用した像担持体に、透明感光体の現像面の反対側から拡大装置を通して高速度カメラで現像状況を撮像し、トナーの現像過程を観察することを特徴とするトナー現像過程の観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等のトナー現像過程観察装置に関し、特に、画像形成装置のトナー現像時でのトナーの詳細な挙動を観察するための観察装置および観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、一般に筒状に形成された感光体の外周側に帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置、除電装置等の作像用エレメントを設け、上記の感光体を回転させ、この感光体の表面を帯電装置によって帯電させた後、このように帯電された感光体の表面に適当な露光手段から光を照射して感光体上に静電潜像を形成し、このように形成された静電潜像に対して現像装置からトナーを供給して感光体上にトナー像を形成し、このトナー像を転写装置により紙等の転写部材上に転写させた後、この感光体の表面に残留するトナー等をクリーニング装置により除去し、更にこの感光体に残留する電位を除電装置により除電させるようにしている。
そして、このような画像形成装置における特性を調べるにあたって、従来においては、一般にこの画像形成装置により画像形成を行ない、転写部材上に形成された画像に基づいてその特性を調べられている。特に、現像時の特性を調べるために現像直後の転写される前の感光体上のトナー像を観察することで現像特性が調べられるようになってきている。
しかし、このようにして画像形成装置の特性を調べるようにした場合、いろいろなパラメータや材料を変化させて最終画像で評価を行うため、どのようなプロセスで画像が形成され、パラメータや材料がどのように最終画像に影響を及ぼしているかを調べるまでには至っていない。
従来では、透明ガラス管の外周に電荷輸送層を形成し、透明ガラス管の内側にＣＣＤカメラを設置し、観察するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法においては、感光体上に近いトナーの挙動は観察できるが、特に現像時極めて短時間で行なわれる現像剤担持体上から感光体までのトナー挙動までをＣＣＤカメラにて観察することは困難である。
また、感光体と現像スリーブとの間を横切るようにして半導体レーザーと光ディテクタとが対向配置される構造を有し、この構造によりトナーの位置を計測するものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この計測方法においては、トナーの影を観測することになるため、トナーの位置は計測できるが、トナーが集団で飛翔する場合や、二成分現像におけるトナー挙動を観察するのは困難である。
【特許文献１】特開平８−２８６５７５号公報
【特許文献２】特許第３２８８１８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、従来の観察方法では、現像時に極めて短時間にて行なわれるトナー挙動に特化した観察は十分にはできていない。
本発明は、実際のプロセススピードにおいて、現像領域における潜像に対するトナー挙動および、二成分現像における現像剤挙動をトナー１個が観察できる倍率で観察できる観察装置および観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、像担持体表面上に形成される潜像を、像担持体と現像剤担持体が対向する位置で、トナーが現像する過程を観察する観察装置において、像担持体を透明感光体で形成し、該透明感光体の現像面の反対側から現像状況を拡大し撮像する拡大装置及び高速度カメラを有する観察装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記像担持体はガラス上にＩＴＯ電極を蒸着し、該蒸着面に電荷輸送層を塗布した構造である観察装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記像担持体が板状である請求項１または２に記載の観察装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１において、前記拡大装置および高速度カメラは像担持体と同じ方向に同じ速度で移動することを主要な特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記像担持体は円弧状の形状を請求項１、２または４のいずれか一項に記載の観察装置を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明は、前記像担持体は円筒状の形状を有する請求項１、２、４または５のいずれか一項に記載の観察装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明は、前記像担持体の周りに少なくとも、現像手段およびクリーニング手段を設けた請求項６記載の観察装置を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明は、前記像担持体の同心円上内側にミラーを設置し、該ミラーからの反射映像を拡大し撮像する請求項５から７のいずれか一項に記載の観察装置を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明は、前記ミラーは前記像担持体の線速の１／２の速度で回動する請求項８記載の観察装置を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか一項に記載の観察装置を使用し、透明感光体を使用した像担持体に、透明感光体の現像面の反対側から拡大装置を通して高速度カメラで現像状況を撮像し、トナーの現像過程を観察するトナー現像過程観察方法を主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明における観察装置および観察方法においては、像担持体表面上に形成される潜像を、像担持体と現像剤担持体が対向する位置で、トナーが現像する過程を観察する観察装置において、像担持体は透明感光体であり、該透明感光体の現像面の反対側から例えば顕微鏡を通して高速度カメラで現像状況を観察する手段を有することにより、感光体越しに実際に潜像にトナーが現像される過程を観察することが可能となるため、現像時のトナー挙動を詳細に調べることが可能となる。
また、像担持体がガラス上にＩＴＯ電極を蒸着し、該蒸着面に電荷輸送層を塗布した像担持体であること、顕微鏡および高速度カメラは像担持体と同じ速度で移動することにより、停止している場合は、現像スリーブの特定位置で現像過程を観察でき、またこれらを動かすことで、感光体状の特定位置での現像過程が観察可能となる。
さらに、像担持体が円筒弧状部を有することにより、感光体の曲率を考慮できるため、より実機に近い条件で観察が可能となる。
また、像担持体が円筒状であること、像担持体の周りに少なくとも、現像手段およびクリーニング手段を設けたことにより連続回転での観察が可能となる。像担持体の同心円上内側にミラーを設置し、ミラーは前記像担持体の線速の１／２の速度で回転すること、該ミラーからの反射映像を観察することにより、感光体状の特定位置での現像過程が観察可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１から図５は、本発明の透明の像担持体越しにトナー現像過程を観察するための観察装置の一例である。
図中、現像スリーブ１００は、実際にコピー機・複写機で使用されているものを使用する。ここでは、図示していない外部電極により現像スリーブ１００に現像バイアスが印加されるようになっている。この現像スリーブ１００が現像剤担持体として現像剤１０２が像担持体１０１の現像面に被着される。
像担持体１０１は透明な感光体に相当するもので、板ガラス（図１）、ガラス円筒の一部を切り取った円弧状ガラス（図２、図３）、あるいは円筒ドラム（図４、図５）である。この像担持体１０１は、円弧状ガラスの例でいえば、図６に示すように円弧状ガラスの外周面に擬似感光体として透明電極であるＩＴＯ金属のくし型電極２０１が、主走査方向２０２及び副走査方向２０３にパターン形成されており、さらにくし型電極２０１を覆うようにして最外層に電荷輸送層が塗られている。電荷輸送層はディッピング法、キスコータ法、ブレード塗布法等で塗布できる。図７に示すように拡大したくし型電極２０１においては、画像部２０４の電位と非画像部２０５の電位が図示していない外部電源により印加されるようになっている。したがって、現像スリーブ１００とくし型電極２０１との任意の電界条件で現像過程を観察することができる。
像担持体１０１を挟んで現像剤担持体である現像スリーブ１００の反対側には、トナー１個が観察できるように拡大するための装置（拡大装置）１０３が備えられ、焦点深度が深い実体顕微鏡が備えられる。これ以外にも拡大装置１０３として、金属顕微鏡レンズ、超焦点顕微鏡、硬性鏡などが挙げられる。拡大装置１０３には実機プロセススピードにおけるトナーや現像剤の挙動を観測するための高速度カメラ１０４が備えられる。高速度カメラ１０４としては、モノクロ・カラーどちらでもよい。また、この拡大装置１０３や高速度カメラ１０４では微小領域の観察となるため、照明用光源にてかなり強い照明を施しても明るさが足らない場合がある。このようなときには、イメージインテンシファイアと呼ばれる光電子増倍管を拡大装置１０３と高速度カメラ１０４の間にセッティングしてもよい。
ライトガイド１０５は、観察のための照明用光源を導くものである。このライトガイド１０５の末端には図示していないが、ハロゲンランプ、メタルハライドランプおよびレーザー等の光源ユニットが設置してある。また、トナー等の観察に際しては、照明の熱によりトナーが溶融してしまうため、冷光光源を用いるとよい。照明は基本的にはスポット光で、正面から当てることがよいが、高速度カメラ１０４に対向する反対側から光を当て（バックライト）、影としてみることも有効である。また、観察面に平行に１００μｍ以下のシート光を当てることで、被観察体以外からの反射光を抑制でき、被観察体のみをより鮮明に観察することも可能である。
【０００７】
図１は、像担持体（ここでは感光体とも別称する）１０１として板状のものを用いた例である。この場合、その製造工程上から透明電極を形成するのは容易である。拡大装置１０３である顕微鏡、高速度カメラ１０４および照明は、感光体１０１と同じ速度で移動できるようになっている。このため、感光体１０１と拡大装置１０３等を同時に動かすことで、感光体１０１上の特定位置での現像過程が観察可能となる。また、拡大装置１０３等は停止して感光体１０１のみを移動させる場合は、現像スリーブの特定位置での現像過程を観察することができる。
図２は、感光体１０１として円筒ドラムの一部を切り取った円弧状の透明体を用いた例である。図１に比べ、感光体１０１として円筒ドラムの曲率を考慮して移動（回動）できるため、より実機に近い条件で観察が可能となる。ここでは、感光体１０１が湾曲しているので拡大装置１０３等を移動させることは構造上し難いところであるが、この円弧状の感光体１０１を実機線速で移動できるようにする必要があり、そのとき現像スリーブの特定位置での現像過程を観察することになる。この場合、円弧状ガラスについて異なる円弧の曲率ひいては異なる円筒ドラムの径のものについて観察しようとすると、曲率による円弧の移動軌跡の変化と顕微鏡の焦点距離（Work Distance）の関係から、あるいはこの感光体１０１の加速あるいは減速を加味した最適線速での観察を行なうために、曲率が少なく円筒ドラム径が大きくなるに従い観察できる円弧の範囲、すなわち円筒ドラムの回動についていえば回動角度を小さくする必要がある。
図３は、図２に示す観察装置において、円弧状の感光体１０１の近接位置（同心円状）内側（拡大装置１０３等の設置側）にミラー１０６を備えている。このミラー１０６は現像スリーブによるトナーの被着につき端から端までの位置について、感光体１０１上の現像を拡大装置１０３で捉えて観察できるように感光体１０１の線速の１／２の速度にて移動するようになっている。ここでは、ミラー１０６越しに現像過程を観察する例であり、ミラー１０６を回転させることで、感光体１０１上の特定位置での現像過程が観察可能となる。
【０００８】
図４は、感光体１０１として円筒ドラムを用いた例である。この例では、クリーニング部１０７を設けているため、連続回転での観察が可能となる。また、拡大装置として側視タイプの硬性鏡１０８を用いることで直接観察が可能となる。
図５は、感光体１０１として円筒ドラムを用い、この円筒ドラムの内部にミラー１０６を配置し、このミラー１０６を介して拡大装置１０３にて観察し、ミラー１０６越しに現像過程を観察する例を示している。ミラー越しでの観察となるため、顕微鏡の大きさの制約がなくなるため拡大撮影が可能となる。また、図３の例と同様ミラー１０６を回転させることで、感光体状の特定位置での現像過程が観察可能となる。
図８に図１の観察方法における実際の観察結果を示す。図１にあって、拡大装置として、硬性鏡を用いた場合（上段図）、超焦点顕微鏡を用いた場合（中段図現像バイアス１００Ｖ、下段図現像バイアス２５０Ｖ）の結果を示している。ここで、硬性鏡を用いた場合、拡大率は低いが焦点深度が深いためどこからトナーが現像されるかを観察することができる。また、超焦点顕微鏡を用いた場合、拡大率が高く、トナー１個１個の現像過程が観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の平面感光体の現像過程の観察装置の構成図。
【図２】本発明の円弧状感光体の現像過程の観察装置の構成図。
【図３】本発明のミラーを使用した円弧状感光体の現像過程の観察装置の構成図。
【図４】本発明のクリーニング部を有する感光体ドラムの現像過程の観察装置の構成図。
【図５】本発明のミラー越し観察による動的現像過程観察装置の構成図。
【図６】本発明の現像過程観察に使用する櫛型電極の模式図。
【図７】図６の櫛型電極の拡大図。
【図８】本発明の観察方法における実際の観察結果の拡大図。
【符号の説明】
【００１０】
１００  現像スリーブ
１０１  感光体（円筒ドラム）
１０２  現像剤
１０３  顕微鏡（実体顕微鏡、硬性鏡）
１０４  高速度カメラ
１０５  ライトガイド
１０６  ミラー
１０７  クリーニング部
１０８  硬性鏡
２０１  櫛型電極
２０２  主走査方向
２０３  副走査方向
２０４  画像部
２０５  非画像部
【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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