電子写真有機感光体の高解像度設計
１ドット潜像測定による感光体のパラメータ設計
High-Resolution Design of an Electrophotographic Organic Photoreceptor

伊丹明

彦＊Itami, Akihiko

要旨

志田

和

久＊Shida, Kazuhisa

１，２）と言われている。
この潜像劣化はCTL膜厚に依存し、電子写真は高画質化、カラー化が着実に進行する中、システムの高画質化に伴う新たな課題として認識されて感光体にも高解像度の画像形成に対応できる潜像形成能いる。このような背景から、感光体設計にもデジタル画が求められる。一方、現在主流の積層型感光体では、電像の基本となるドット潜像を安定化し、形状をコント荷拡散の影響による潜像劣化が懸念されており、画像情ロールできる設計技術が求められる。報に忠実な潜像形成は、高解像度化の新たな課題として我々は、これまで感光体のドット再現性の評価とし指摘されている。そこで我々は、デジタル画像の基本とて、デジタル画像の低濃度領域における入射露光量に対なる１ドットの潜像形状を測定し、感光体のパラメータする出力画像の光吸収率を計測し、その直線性とノイズ設計に応用することにより、潜像形状のCTL膜厚依存性と（環境／劣化）に対する安定性を評価する機能性評価手

形状自体を感光体の制御因子でコントロールできること法を提案してきた。３）しかしながら、出力画像での評価を示した。また同時に帯電条件や露光条件が潜像劣化には、現像、転写、定着といった各ユニットの影響を大き与える影響について考察した。

く受けるため、静電潜像の電位プロファイルそのものを計測評価できる方法を探索してきた。今回、我々は会沢

Abstractらの提案した１ドット静電潜像の測定法４）を感光体のパ

When designing an electrophotographic photoreceptor,ラメータ設計に応用し、潜像形状のCTL膜厚依存性や形

high-fidelity reproducibility of latent images has become

状劣化を感光体の制御因子でコントロールできることをincreasingly important in high-resolution digital systems.

見出した。本レポートでは潜像変動抑制を目的とした感We have measured the shape of 1 dot latent images, and

光体のパラメータ設計と画像形成条件が潜像形状に与えapplied the result to parameter design of multi-layered or-る影響について報告する。

ganic photoreceptors. It was confirmed that thickness
dependability and diffusion of the latent image were controllable to some extent with the parameter design. We
also studied influence of charging conditions and exposure conditions on degradation of latent images.

２ 感光体のパラメータ設計
２．１

１ドット潜像の測定

Fig.１に示すように感光体上のドット潜像は、感光体に対向して設置された透明電極との間で形成される擬似コンデンサの静電容量の変化を読み取ることにより計測さ１ はじめに４）れる。
次に潜像プロファイルの測定手順を示す。まず一電子写真は90年代以降、アナログからデジタルへ、モ様に帯電された感光体に、波長780åのレーザ光照射によノクロからカラーへと急速な変化を遂げ、画質面でも高り１ドットラインを形成する。次いで潜像形成部位をFig.１解像度化による画像品質の向上が着実に図られている。

の測定部に移動し、30µmごとに直径約10µmの検知光を照これに伴い、潜像形成に関わる電子写真感光体にも従来射して誘導電流を測定する。

から議論されてきた帯電、光減衰特性といったマクロ的な静電特性に加え、ドット潜像の再現性というデジタル画像の基本となるミクロな視点での静電特性が重要となる。
一方、現在の主流である積層型感光体は、露光により電荷発生層（CGL）で生成した電荷が電荷輸送層（CTL）に注入され表面に移動する過程で拡散し、潜像が劣化する＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱第一開発部

化成品開発センター

Fig.1 Measurement of 1 dot latent image

本論文は日本画像学会年次大会 Japan Hardcopy2004 にて既発表６）

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）55

この30 µ mごとの誘導電流値をプロットすることによのデータ形式を用い、1式より算出した。

り、Fig.２のような潜像プロファイルを描くことができる。尚、直交実験における潜像形成は、全て帯電電位、露光エネルギー一定の条件で行った。
L1 = Y'1×Y'11 + Y'2×Y'12 + Y'3×Y'13
２．２

潜像データの解析

L2 = Y'1×Y'21 + Y'2×Y'22 + Y'3×Y'23

潜像プロファイルの解析方法を以下に示す。まずFig.２2（Y'11）+（Y'12）2+ ･･･ +（Y'23）2
ST =2（f=6）に示すプロファイルデータのピークトップの位置を基準（L1+L2） / 2r
Sβ =点とする。次に基準点と、基準点から順に３点（左右２2r =（Y'1）+（Y'2）2 +（Y'3）2（f=1）点の平均値）についてベースラインからの距離（y 1 、SN×β =（L1−L2）2 / 2r

（f=1）

y2、y3）を求め、基準点とベースライン間の距離（y0）Se = ST−（Sβ+SN×β）（f=4）との比率データを求めた。この比率データを基準点からVe = Se / 4の距離に対してプロットすることで、ドット潜像の形状（SN×β+Se）/5
VN =データを求めることができる。（Fig.３）

S/N ratio = 10×log［｛（Sβ−Ve）/ 2r｝/ VN］ 1
β1、β2については露光光源の強度分布（Fig.４）を標準とし、下表のデータを用いて2 式より算出した。
式中、m1〜ｍ3はFig.４の露光光源の強度分布より求めた強度比データである。

（K3/K2）×m）
y = β1×m + β2
（m2−2

但し、K2 = 1/3（m12 + m22 + m32）
K3 = 1/3（m13 + m23 + m33）

Fig.2 Signal strength datum of a latent image

Fig.4 Energy distribution of light source

本実験におけるSN比はCTL膜厚変化に対する潜像形状
Fig.3 Position data of 1 dot latent image
Strength Ratio = y / y0
CTL thickness; open 28μm close 14μmの安定性を表し、β1、β2は露光プロファイルに対する潜像形状のズレの程度を表す。β1の目標は１であり、値が小さいほど潜像の拡がりは大きくなる。β2の目標は０であり、０との乖離が大きくなると非線形性が大きくな次にFig.３の強度比データを用い、CTL膜厚（14µm、る。実際の計算は加法性を持たせるため、Fig.３の強度比28µmの２水準）を誤差因子としたときの標準SN比（以下データをオメガ変換により対数データに変換して計算をSN比）と露光光源の強度分布を標準に直交多項式展開か５）行った。

ら得られるβ1、β2を求めた。５）SN比の算出は、標準をCTL膜厚14µm時の強度比データ（Y'11〜Y'13）と28µm時のデータ（Y'21〜Y'23）の平均値（Y'1〜Y'3）とし、下表

56２．３

Ｌ18直交実験

Table １に示すように積層OPCの処方因子をＬ18直交表

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）に割り付け、誤差因子はCTL膜厚２水準（14µmと28µm）とし、標準（信号）には、両膜厚データの平均値を用いた。
制御因子に用いたCTMは、イオン化ポテンシャルが5.4（eV）付近と比較的同一で、移動度の異なる３種類を選択した。移動度の序列はＢ１<Ｂ２<Ｂ３である。また
CGMには感度（結晶型）の異なるチタニルフタロシアニンを選択した。
Table 1 Control factors and respective levels

３ 結果と考察３．１

要因効果図

要因効果図をFig.５に示す。SN比はCTMの影響が支配

Fig.5 Graph of factorial effects for S/N ratio, β1 and β2的で、高移動度のCTMほど形状変化が大きくなっている。またCTLに比べるとCGLやUCL因子の寄与度は小さ

再現性が得られていない理由は次の要因が考えられる。

い。

① 潜像電位には時間変化があるが、時間因子が信号β1については、CGMとCTM因子の寄与度が大きく、や誤差因子に反映されていない。

特に高感度CGM、高移動度CTMで拡がりの程度が大き② 実験水準ごとに感光体感度が異なるため、光量一い。またβ2にはCGM種の差異が強く反映されている。定の条件では発生キャリア量の水準間差が大きい。
③ 測定間隔が30µmと大きく、測定精度が不十分

３．２

確認実験

特に①の要因に関しては、Fig.２の潜像プロファイルに次にFig.５の要因効果の再現性についての確認実験を見られるように、ベースラインは右下がりの傾きを有し行った。最適条件はSN比最適を基本とし、SN比に差がなており、本来はベースラインが平行になるよう計測時間

い因子はβ1を大きくする方向で以下の水準を選択した。

を短縮する必要がある。そこで２．２の潜像データ解析

Table ２に確認実験の結果を示す。

法を変更し、基準点の左右のデータを平均化せず誤差因子として処理したところ、利得の再現性は3/4に向上し基準条件 A2 B2 C2 D2 E1 F2 G2 H2た。ベースラインの傾きが大きい感光体はドット形状の最適条件 A1 B1 C1 D2 E3 F3 G1 H1

時間に対する安定性が低いことを示しており、パラメータ設計の中で時間変動も併せて改善することが重要であTable 2 Results of confirmation experiment

る。したがって、時間因子は積極的に誤差因子や信号因子に反映させていくことが望ましい。
直交実験で得られた最適条件と基準条件の潜像プロファイルをFig.６に示した。最適条件では狙いどおり膜厚依存性が大幅に改善され、同時にベースラインの傾きが小さく、時間に対する安定性に優れた感光体が得られていることがわかる。このようにドット潜像の計測とパラ利得の再現性は、推定値の約1/2と十分な再現性は得られなかった。

メータ設計を組み合わせることにより、膜厚依存性と潜像形状をコントロールできることが示された。

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Fig.8 Comparison of factorial effect of β 1 by the difference incharged potential

Fig.6 Comparison of the latent image between standard leveland optimum level

Fig.9 Comparison of factorial effect of ß1 by thedifference in CTL thickness

４ 潜像形成条件の影響について
４．１

ドット潜像の露光量依存性

Fig.７は基準条件において、露光量を約1/2に変化させ５ おわりにた時の潜像形状の比較であるが、同一組成でも露光量に本検討の結果、ドット潜像測定と感光体のパラメータより形状が大きく変化していることがわかる。過剰な露設計を組み合わせることにより、潜像の膜厚依存性や形光はドット拡散による解像度低下を招くため、高い解像状をコントロールできることが示された。また潜像形成度を維持するためには露光量の適正化と露光システムの時の帯電条件や露光条件も重要な変動要因であることを信頼性が求められる。

確認した。特に帯電電位の設定は、ドット潜像の再現性だけでなく、感光体劣化やシステムの総エネルギー量にも関係するため、システム設計上重要である。最後に、現状の電子写真システムでは潜像の差異を最終の出力画像に十分反映できていない面もあり、高解像度の画像を安定に出力し続けるには感光体を含めた電子写真プロセ
ス全般の総合的な技術レベルの向上が不可欠である。
●参考文献
１）Y.Watanabe, H.Kawamoto, H.Shoji, H.Suzuki, and Y.Kishi ,Fig.7 Influence of amount of exposure on the latent image

J. Imag. Sci. Tec., 45, 579（2001）２）岡孝造、藤原将一郎、日本画像学会誌、38、296（1999）
３）倉地雅彦、伊丹明彦、品質工学、10、 555（2002）

４．２

ドット潜像の帯電電位依存性４）会沢宏一、上野芳弘、竹嶋基浩、富士時報、75、194（2002）

次に帯電電位の影響について考える。帯電電位を−400Vと−650Vに設定した場合のβ1の要因効果図をFig.８に示した。帯電電位−650Vでのβ1の平均値は、−400Vと比較

５）田口玄一、標準化と品質管理、54、61（2001）、54、59（2001）、55、59（2002）
６）伊丹明彦、志田和久、坂井栄一、Japanhardcopy2004論文集、179（2004）して0.14ほど小さく、この差はFig.９のCTL膜厚変化時の平均β1差に相当する。この結果は帯電電位が潜像拡散に大きく関わっていることを示しており、ドット潜像の再現性を得るには低帯電電位での画像形成が有利である。

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