JP4950084B2 - Method for predicting abnormal image of photoconductor - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真用感光体上の潜像のくずれ、ひいては画像のくずれを予測する方法に関する。 The present invention relates to a method for predicting the breakdown of a latent image on an electrophotographic photoreceptor, and thus the breakdown of an image.
まず、本発明と係わる微小領域の潜像計測技術に関することについて説明する。
複写機やレーザプリンタで用いられる電子写真方式は、感光体の表面を均一に帯電する工程と、帯電した感光体表面を露光して感光体表面に静電潜像を形成する工程と、形成された静電潜像を現像剤中のトナーで現像する工程と、トナー像を紙、あるいは中間転写ベルトに転写する工程と、転写されたトナー像を定着する工程と、転写後の感光体上の残トナーを除去するクリーンング工程と、感光体上の静電潜像を除去する除電工程とからなる。
First, a description will be given of a technique for measuring a latent image in a minute area according to the present invention.
An electrophotographic method used in a copying machine or a laser printer includes a step of uniformly charging the surface of a photoconductor, and a step of exposing the charged surface of the photoconductor to form an electrostatic latent image on the surface of the photoconductor. Developing the electrostatic latent image with toner in the developer, transferring the toner image to paper or an intermediate transfer belt, fixing the transferred toner image, and on the photoreceptor after transfer It consists of a cleaning process for removing residual toner and a charge eliminating process for removing the electrostatic latent image on the photoreceptor.
最終画像のアウトプット品質には各工程が作用しているため、最終画像から露光工程での潜像品質を知ることは従来容易ではなく、一定の帯電条件に対する帯電電位と一定の露光条件に対する露光後電位を測定し、これら特性値が温度、湿度の環境下でどのように変わるか、あるいは帯電、露光の繰り返しサイクルの後、どのように変わるかをみて、形成される潜像の品質を推測するしかなかった。しかしながら、この方法では潜像の劣化である、いわゆる地汚れと言われる背景の汚れ、画像ボケ(あるいは画像流れ)という異常画像の評価は、表面電位計が感光体上の広い領域(感光体表面と表面電位計プローブの距離2mmに対し10〜15mmφの領域)の帯電電位をマクロに測定するため、潜像の異常を知ることはできなかった。 Since each process has an effect on the output quality of the final image, it is not easy to know the latent image quality in the exposure process from the final image. Estimate the quality of the latent image formed by measuring the post-potential and seeing how these characteristic values change in a temperature and humidity environment or after repeated charging and exposure cycles. I had to do it. However, in this method, evaluation of abnormal images such as background contamination, image blur (or image blur), which is degradation of the latent image, which is a deterioration of the latent image, is based on the fact that the surface electrometer measures a wide area on the photoconductor (photoconductor surface). Since the charging potential in the region of 10 to 15 mmφ with respect to the distance of 2 mm between the surface electrometer probe and the surface electrometer probe was measured macroscopically, it was impossible to know the abnormality of the latent image.
高画質化の流れのなかで、微小な領域の静電潜像を直接測定し、潜像の状態を評価する方法が求められている。このため微小領域の静電潜像を直接評価する方法が最近いくつか提案されている。
例を挙げると、(1)カンチレバー方式:感光体表面と探針の間に働く力F(静電引力など)による片持ち梁の機械的変位、あるいは振動状態の変化を片持ち梁の背面にレーザ光を照射し、反射した光を光検出し、その変位量の値から表面電位を知る方法(特許文献1:特開平5−119093号公報、特許文献2:特開平5−149988号公報参照)、(2)エレクトロメータ方式:感光体表面に近接して、ある面積を持つ電極を配置し、電極に誘導された電荷がグランドに対して持つ電位を測定する方法(特許文献3:特開平11−184188号公報、特許文献4:特開平11−184189号公報、非特許文献1:W. Hillen et al, SPIE Vol.914 Medical Imaging II(1988) p253、非特許文献2:Enrique Garcia et al, IEEE Transaction Devices 38(5)(1991) p1077参照)、(3)光減衰による変位電流方式(誘導電流方式):感光体表面に近接して設置された電極で、帯電した感光体表面に極小の光スポットを照射し、光減衰による表面電荷の消失によって電極に誘導される電荷量(誘導電流)を測定し、表面電位を知る方法(非特許文献3:竹嶋基治他、Japan Hardcopy 2001論文集,B-32,第281頁、非特許文献4:J.A.Rowlands et al, Med. Phys. 18(3), May/Jun 1991,p421参照)等がある。
In the trend toward higher image quality, there is a need for a method of directly measuring an electrostatic latent image in a minute area and evaluating the state of the latent image. For this reason, several methods for directly evaluating an electrostatic latent image in a minute area have been proposed recently.
For example, (1) Cantilever method: mechanical displacement of a cantilever beam caused by a force F (electrostatic attractive force, etc.) acting between the photoreceptor surface and the probe, or a change in vibration state is applied to the back surface of the cantilever beam. A method of irradiating a laser beam, detecting the reflected light, and knowing the surface potential from the value of the amount of displacement (see Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 5-119093, Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 5-149988) ), (2) Electrometer method: a method in which an electrode having a certain area is disposed in the vicinity of the surface of the photosensitive member, and the electric potential induced in the electrode has a potential with respect to the ground (Patent Document 3: Japanese Patent Laid-Open 11-184188, Patent Document 4: JP-A-11-184189, Non-Patent Document 1: W. Hillen et al, SPIE Vol. 914 Medical Imaging II (1988) p253, Non-Patent Document 2: Enrique Garcia et al. , IEEE Transaction Devices 38 (5) (1991) p1077), (3) Displacement current method by light attenuation (inductive current method): An electrode placed close to the surface of the photoconductor, irradiating a charged surface of the photoconductor with a very small light spot, Method of measuring the amount of electric charge (induced current) induced in the electrode and knowing the surface potential (Non-patent Document 3: Takeshima Motoharu et al., Japan Hardcopy 2001 Proceedings, B-32, 281 pages, Non-Patent Document 4: JARowlands et al, Med. Phys. 18 (3), May / Jun 1991, p421).
前記(1)の方式では感光体のような数百Vの帯電電位ではカンチレバーと感光体が静電気力で接触してしまう。また、接触しない程度に距離をとると、空間分解能の低下が生じ、距離はそのままに接触しない程度の撓み力の材料を片持ち梁に使うと感度の劣化が避けられない、という問題がある。 In the method (1), the cantilever and the photosensitive member come into contact with each other with an electrostatic force at a charging potential of several hundred volts as in the photosensitive member. Further, if the distance is set so as not to contact, the spatial resolution is lowered, and there is a problem that sensitivity deterioration cannot be avoided if a material having a bending force that does not contact the distance as it is is used for the cantilever beam.
前記(2)の方式は、電極には感光体表面の所定領域の電荷量に対応した電荷量が誘起される必要があり、感光体と電極のギャップを狭くする必要がある。この方式では一般的に、測定の空間分解能としてA(μm)が必要なとき、ギャップはA(μm)以内、かつ電極のサイズはA(μm)以内×A(μm)以内とする必要があると言われている(非特許文献2参照)。従って、10μmの空間分解能実現のためには10×10μm2以下の小さな電極で10μm以下のギャップにする必要がある。また、この方式では帯電した感光体が移動し、感光体表面の電荷が電極を横切るときに誘起される変位電流を測定する方法をとるため、この極小のギャップを常に維持する必要があり、これは極めて困難である。この方式をとる特許文献3、特許文献4では感光体表面と電位センサの検出部の間隔は一定に保たれる手段が設けられているとの記載があり、具体的な手段として、コロ、スペーサーを用いて、メカ的に一定間隔を保つ機構を設けたり、レーザ隙間センサや渦電流式変位センサを用いて、間隔をモニターし、常に一定間隔を保つようにモーター等で制御を行なう方法等が挙げられている。ただし、スペーサーを感光体表面と電極とのギャップに挟むと、感光体表面の移動に伴い表面にキズがつくことになり、好ましくないことは明らかである。また、距離をモニターするための渦電流式は距離計測の応答性の問題があり、レーザ式は感光体で光が吸収され反射光が小さくなり誤差が生じやすくなり、強い光にすると感光体を不要に光劣化させることになるため感光体を相手に使用するのは好ましくないといえる。また、非特許文献1では1つのサイズが0.2×0.2mm2のマイクロエレクトロメータ(電極)32個が12mmピッチでドラム軸方向に並び、感光体とのギャップは平均0.1mm±0.02mmを実現している。誤差は一つ一つの電極の配置誤差、感光体ドラムの回転偏差によるとし、ギャップを高精度に保つための具体的な機構について記述はない。非特許文献2では電極としてCCDアレイ(5×5μm2)を利用しているが、ギャップ5μmの目標に対し、空圧軸受けのベアリングを利用して20μm程度にしか制御維持できなかったと記載されている。機構について詳細は不明。いずれにしても、空間分解能のために電極を小さくせざるを得ず、小さいがために得られる信号が極めて小さくなり、かつ、μmオーダの極小のギャップを維持する機構を用意するという、本質的な困難さがあり、測定は容易ではない。
In the method (2), it is necessary to induce an amount of charge corresponding to the amount of charge in a predetermined region on the surface of the photoreceptor on the electrode, and it is necessary to narrow the gap between the photoreceptor and the electrode. In general, in this method, when A (μm) is required as the spatial resolution of measurement, the gap must be within A (μm), and the electrode size must be within A (μm) × A (μm). (See Non-Patent Document 2). Therefore, in order to realize a spatial resolution of 10 μm, it is necessary to make a gap of 10 μm or less with a small electrode of 10 × 10 μm 2 or less. In this method, since the charged photoconductor moves and the displacement current induced when the charge on the surface of the photoconductor crosses the electrode is measured, it is necessary to always maintain this minimum gap. Is extremely difficult. In Patent Document 3 and Patent Document 4 adopting this method, there is a description that means for keeping the distance between the surface of the photoreceptor and the detection portion of the potential sensor constant is provided. To provide a mechanism to maintain a constant interval mechanically, or to monitor the interval using a laser gap sensor or an eddy current displacement sensor and control with a motor or the like to always maintain a constant interval Are listed. However, if the spacer is sandwiched between the gap between the surface of the photoreceptor and the electrode, it is obvious that the surface is scratched with the movement of the photoreceptor surface, which is not preferable. In addition, the eddy current method for monitoring distance has a problem of responsiveness of distance measurement, and the laser method absorbs light by the photoconductor and the reflected light becomes small and an error is likely to occur. It can be said that it is not preferable to use the photoconductor as a counterpart because it causes unnecessary photodegradation. In
前記(3)の方式は透明ガラスに透明導電膜が成膜された電極が使用され、背面より光照射を行なう方式であり、原理的に空間分解能は照射するスポット光のサイズのみに依存するので、電極サイズは任意である。感光体表面とプローブ間距離(ギャップ)も最大2mm程度まで任意である(ただし、当然であるが、ギャップが大きくなれば、検出信号は小さくなる)。ところで、上記非特許文献3に依れば、透明ガラス電極の背面より10μmサイズのビームスポットを照射し、10μm領域で生じる光減衰電位変化による誘導電流(変位電流)を検出し、その信号の大きさからスポット光照射前の電位を知り、順次測定位置を変え、潜像プロファイル(副走査方向の1次元プロファイル)を得ているが、80μm幅(副走査方向)のビームで1ラインの潜像書き込みしたときの潜像幅が80μm幅の約2倍強の幅(μm)に測定されており、技術的には優れた方式であるがこの方式も更なる改善が望まれる方式である。 In the method (3), an electrode in which a transparent conductive film is formed on transparent glass is used, and light irradiation is performed from the back side. In principle, the spatial resolution depends only on the size of the spot light to be irradiated. The electrode size is arbitrary. The distance (gap) between the surface of the photoconductor and the probe is also arbitrary up to about 2 mm (however, as a matter of course, the detection signal decreases as the gap increases). By the way, according to Non-Patent Document 3, a 10 μm-sized beam spot is irradiated from the back surface of the transparent glass electrode, an induced current (displacement current) due to a change in optical attenuation potential generated in the 10 μm region is detected, and the magnitude of the signal From this, the potential before spot light irradiation is known, and the measurement position is sequentially changed to obtain a latent image profile (one-dimensional profile in the sub-scanning direction), but one line of latent image is obtained with a beam of 80 μm width (sub-scanning direction). The latent image width at the time of writing is measured to be a width (μm) which is about twice as large as 80 μm width, and this is a method that is technically excellent, but this method is also a method for which further improvement is desired.
なお、非特許文献4も(3)の方式に関係し、感光体の光減衰特性を利用した測定の原理について言及しているが、測定装置ではなく、人体のX線透視画像を銀塩フィルムではなく、帯電した無機感光体(Se)へ投射し、感光体表面に形成された2次元静電潜像を電子データとしてコンピュータに読み取る装置のX線と関係する技術課題について記載している。 Non-Patent Document 4 also relates to the method of (3), and mentions the principle of measurement using the light attenuation characteristics of the photosensitive member. However, the X-ray fluoroscopic image of the human body is not a silver halide film. Instead, it describes a technical problem related to X-rays of a device that projects onto a charged inorganic photosensitive member (Se) and reads a two-dimensional electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive member as electronic data to a computer.
非特許文献5(D.S.Weiss, 他 「Analysis of Electrostatic Latent Image Blurring Caused by Photoreceptor Surface Treatments」J of IS&T 40,No.4,1996)は感光体表面抵抗をパラメータとした拡散のモデル式で、潜像の時間変化について記載されている。本発明と密接に関係するが、潜像の実測データとモデル式を組み合わせ、画像出しをせずに画像のくずれを予測することについては言及していない。また、オーバーコート層の有無による繰返し使用後の画像幅変化を見るため、キセノンランプ光(非ガウス分布)をモノクロフィルタを介して0.25cm幅の幅広スリットから露光したときのアナログ電圧信号から露光域と非露光域の境界を見るマクロ的なものであり、微小領域の潜像計測によく適したものとは云い難い。
Non-Patent Document 5 (DSWeiss, et al. “Analysis of Electrostatic Latent Image Blurring Caused by Photoreceptor Surface Treatments” J of IS &
また、これ以外にも電子線による微小領域の潜像計測関係(特許文献5〜8)のものがある。
特許文献5:特開2006−84434号公報には、耐絶縁性をμmオーダの精度で評価することが記載されており、特許文献6:特開2006−10430号公報には、検出手段の引き込み電圧の影響に起因する測定誤差を防止することが記載されており、特許文献7:特開2005−166542号公報には、表面電位分布を2次電子によらずに極めて高精度に測定することが記載され、特許文献8:特開2004−251800号公報には、荷電粒子ビームの照射電流を、表面電荷分布を消失させない大きさに設定し、表面電荷分布を精度よく測定する方法が記載されている。
しかし、サンプルを真空中においての測定となり、劣化したサンプル上につくられた静電潜像を評価したいときには、測定までに時間が経過することと、真空に引くことで、表面に何かがついていた場合には、それが除かれてしまい、劣化状態が変わってしまうことは十分あり得る。したがって、本発明とは構成、技術課題、および目的が異なる。特許文献9は本発明者に係る既発明の公開公報であり、本発明は特許文献9の改良された応用発明に当たる。
特許文献9:特開2006−38666号公報には、光減衰電位変化による変位電流測定において、副走査方向の空間分解能を確保しながら検出信号のS/N比を向上させることが記載されている。
In addition to this, there are those related to measuring a latent image of a minute region using an electron beam (Patent Documents 5 to 8).
Patent Document 5: Japanese Patent Laid-Open No. 2006-84434 describes that the insulation resistance is evaluated with an accuracy of the order of μm, and Patent Document 6: Japanese Patent Laid-Open No. 2006-10430 includes a detection means. Patent Document 7: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-166542 discloses that surface potential distribution is measured with extremely high accuracy without using secondary electrons. Patent Document 8: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-251800 describes a method for accurately measuring the surface charge distribution by setting the irradiation current of the charged particle beam to a size that does not cause the surface charge distribution to disappear. ing.
However, when the sample is measured in a vacuum, and it is desired to evaluate the electrostatic latent image created on the deteriorated sample, the surface has something to be attached by taking time and taking the vacuum. If so, it is possible that it will be removed and the degradation state will change. Therefore, the present invention differs from the present invention in configuration, technical problem, and purpose.
Patent Document 9: Japanese Patent Laid-Open No. 2006-38666 describes that in the measurement of displacement current due to a change in optical attenuation potential, the S / N ratio of the detection signal is improved while ensuring the spatial resolution in the sub-scanning direction. .
本発明者らは従来技術の(3)に属する方式の応用技術を既に提案(特願2007−184847号)している。この方式は大気中での測定であるので、感光体の初期状態、および負荷による劣化状態を損なうことがなく、感光体上の静電潜像を直接評価し、負荷に対する感光体の耐性を知ることができる潜像計測装置に関するものであり、具体的には、円筒状感光体の周囲に、帯電器、露光器(1)(潜像書込手段)、透明導電電極と、その背面に配置される露光器(2)(検知光露光手段)、除電器がこの順序に配置されており、露光器(1)で感光体表面上に潜像パターンを形成し、該パターンが透明導電電極部に来たとき、感光体の回転移動を停止し、露光器(2)で1ショットパルス露光を行ない、感光体上の電荷の光減衰に伴い透明導電電極に誘起される信号を採取し、次に感光体を露光器(2)の周方向のビーム幅(厚み)以上にステップで移動し、同等にして信号採取を繰り返す測定装置にあって、露光器(1)により形成される潜像パターンが、感光体回転方向に少なくとも2本/mm以上のラインパターンであるように露光器(1)を制御することを内容とする微小領域潜像計測装置に係るものであった。しかしながら、この潜像計測装置で潜像の「くずれ」が計測された感光体が、画像形成装置にて画像を出力させたとき、画像の「くずれ」が認められない場合のあることが分かった。すなわち、微小領域潜像計測の結果と画像出力の結果が対応しない場合があった。原因を追及した結果、潜像計測において、帯電した感光体に露光により潜像パターンを形成し、このパターンが透明電極部に到達し、測定を開始するまでの時間が1秒以上要していたことと、画像形成装置においては露光書込から現像までの時間が0.1秒前後であり、この点が異なることがわかった。このことは、感光体の表面抵抗が負荷により劣化したとき、ある抵抗レベルでは、潜像形成から0.1秒後と1秒以上経過後では潜像のくずれ方に大きなちがいが生じることを示唆しているが、発明者らの微小領域の潜像計測では測定装置の制約から、潜像形成から測定開始まで0.1秒前後で行なうことは困難であり、一方、一般的な電子写真方式の画像形成装置は潜像形成から1秒以上後に画像出力をすることも困難であり、劣化した感光体の潜像計測の結果と画像出力結果とを時間を同じにし、対応させることは困難であった。このことは潜像に対する時間の影響を直接確認することが難しいことを意味している。
本発明は、上記に鑑み、感光体上の潜像計測結果と潜像電位に関するモデル式の数値計算結果を組み合わせ、この感光体を使用したときの画像形成装置における画像出力結果を精度良く予想できる方法を提供しようとするものである。
〔目的1〕
感光体表面に形成された静電潜像に対し、該静電潜像の形を電位として測定する手段と、静電潜像の電荷の動きを表面電位の変動として感光体表面の表面抵抗および経過時間をパラメータとするモデル式の数値計算で算出する手段とを組み合わせて、該感光体の表面抵抗を特定する方法において、該測定における露光書込から測定開始までに要する時間を数値計算における書込からの経過時間として使用し、潜像の形の測定結果と感光体表面抵抗をパラメータとした潜像の形の数値計算結果から感光体表面抵抗値を決定し、該表面抵抗値と該感光体が搭載される画像形成装置の露光から現像までの時間を使用し、該条件下の潜像の形を計算することで、画像形成装置での画像のくずれを精度よく予測することを目的とする。
〔目的2〕
前記潜像の形を測定する手段が、大気中にて1本/mm以上の解像性を評価できる手段とすることで、感光体表面が負荷を受け劣化しても、その状態が損なわれることなく測定可能であり、測定の解像性が1本/mm以上であることから、潜像の形について、測定精度が高く、数値計算結果との対応について信頼性の高い判断が可能とする。
〔目的3〕
前記潜像の形を測定する手段が、感光体の光減衰機能を利用した測定方法とすることで、前記目的2を具体的に達成できる手段を提供する。
The present inventors have already proposed (Japanese Patent Application No. 2007-184847) an application technique of the method belonging to the prior art (3). Since this method is measurement in the atmosphere, the initial state of the photoreceptor and the deterioration state due to the load are not impaired, and the electrostatic latent image on the photoreceptor is directly evaluated to know the resistance of the photoreceptor to the load. Specifically, a latent image measuring device is provided, and specifically, a charger, an exposure device (1) (latent image writing means), a transparent conductive electrode, and a back surface thereof are arranged around a cylindrical photosensitive member. The exposure device (2) (detection light exposure means) and the static eliminator are arranged in this order, and the exposure device (1) forms a latent image pattern on the surface of the photosensitive member, and the pattern is a transparent conductive electrode portion. , The rotational movement of the photosensitive member is stopped, one-shot pulse exposure is performed by the exposure device (2), and a signal induced in the transparent conductive electrode is collected along with the light attenuation of the charge on the photosensitive member. Step the photoconductor over the beam width (thickness) in the circumferential direction of the exposure device (2). In a measuring apparatus that moves and repeats signal sampling in the same manner, the exposure unit is such that the latent image pattern formed by the exposure unit (1) is a line pattern of at least 2 lines / mm or more in the photosensitive member rotation direction. The present invention relates to a minute area latent image measuring device whose content is to control (1). However, it has been found that when the latent image measuring device measures the “displacement” of the latent image, the image forming device may not recognize the “displacement” of the image when the image is output by the image forming apparatus. . That is, there are cases where the result of the micro area latent image measurement and the result of image output do not correspond. As a result of pursuing the cause, in the latent image measurement, a latent image pattern was formed on the charged photosensitive member by exposure, and it took more than 1 second until the pattern reached the transparent electrode portion and the measurement was started. In addition, in the image forming apparatus, it was found that the time from exposure writing to development is around 0.1 seconds, and this point is different. This suggests that when the surface resistance of the photosensitive member is deteriorated by a load, there is a great difference in how the latent image is broken at a certain resistance level after 0.1 seconds from the formation of the latent image and after 1 second or more. However, it is difficult for the inventors to measure the latent image of a minute area from the latent image formation to the start of measurement in about 0.1 seconds due to the limitations of the measuring apparatus. However, it is difficult to output the image after 1 second or more after the latent image is formed, and it is difficult to match the result of the latent image measurement of the deteriorated photoconductor and the image output result at the same time. there were. This means that it is difficult to directly confirm the influence of time on the latent image.
In view of the above, the present invention combines a latent image measurement result on a photoconductor and a numerical calculation result of a model formula relating to a latent image potential, and can accurately predict an image output result in an image forming apparatus when the photoconductor is used. Is to provide a method.
[Purpose 1]
Means for measuring the shape of the electrostatic latent image as an electric potential with respect to the electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive member, and the surface resistance of the surface of the photosensitive member as the movement of the electric charge in the electrostatic latent image In a method for specifying the surface resistance of the photoconductor by combining with a means for calculating by numerical calculation of a model formula using elapsed time as a parameter, the time required from the exposure writing to the start of measurement in the measurement is written in the numerical calculation. The surface resistance value of the photosensitive member is determined from the measurement result of the latent image shape and the numerical calculation result of the latent image shape using the surface resistance of the photosensitive member as a parameter. An object of the present invention is to accurately predict image distortion in an image forming apparatus by using the time from exposure to development of an image forming apparatus on which a body is mounted and calculating the shape of a latent image under the conditions. To do.
[Purpose 2]
When the means for measuring the shape of the latent image is a means that can evaluate the resolution of 1 line / mm or more in the atmosphere, even if the surface of the photoconductor is deteriorated by a load, the state is impaired. Since the measurement resolution is 1 line / mm or more, the shape of the latent image has high measurement accuracy, and the correspondence with the numerical calculation result can be determined with high reliability. .
[Purpose 3]
The means for measuring the shape of the latent image is a measuring method using the light attenuation function of a photoconductor, thereby providing means for specifically achieving the
上記課題は、以下のような本発明によって達成される。
(1)「感光体表面に形成された静電潜像に対し、該静電潜像の形を電位として測定する手段と、静電潜像の電荷の動きを表面電位の変動として感光体表面の表面抵抗および経過時間をパラメータとするモデル式の数値計算で算出する手段とを組み合わせて、該感光体の表面抵抗を特定する方法であって、該測定における露光書込から測定開始までに要する時間を数値計算における書込からの経過時間として使用し、潜像の形の測定結果と感光体表面抵抗をパラメータとした潜像の形の数値計算結果から感光体表面抵抗値を決定し、該表面抵抗値と該感光体が搭載される画像形成装置の露光から現像までの時間を使用し、該条件下の潜像の形を計算し、該感光体の該画像形成装置における画像のくずれを予測する方法」、
(2)「前記潜像の形を測定する手段が、大気中にて1本/mm以上の解像性を評価できる手段であることを特徴とする前記第(1)項に記載の画像のくずれを予測する方法」、
(3)「前記潜像の形を測定する手段が、感光体の光減衰機能を利用した測定方法であることを特徴とする前記第(1)項に記載の画像のくずれを予測する方法」。
The above-mentioned subject is achieved by the present invention as follows.
(1) “Measuring means for measuring the shape of the electrostatic latent image as a potential with respect to the electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive member; Is a method for specifying the surface resistance of the photosensitive member by combining with a means for calculating the surface resistance and elapsed time of the model equation as parameters, and is required from the exposure writing in the measurement to the start of the measurement. The time is used as the elapsed time from writing in the numerical calculation, and the photosensitive member surface resistance value is determined from the measurement result of the latent image shape and the numerical calculation result of the latent image shape using the photosensitive member surface resistance as a parameter. Using the surface resistance value and the time from exposure to development of the image forming apparatus on which the photoconductor is mounted, the shape of the latent image under the conditions is calculated, and the image distortion of the photoconductor in the image forming apparatus is calculated. How to predict ",
(2) “The means for measuring the shape of the latent image is a means capable of evaluating a resolution of 1 line / mm or more in the atmosphere”. How to predict breakup ",
(3) “Method for predicting image distortion according to item (1), wherein the means for measuring the shape of the latent image is a measurement method using a light attenuation function of a photoconductor” .
本発明の請求項1により、潜像測定の結果と電荷拡散のモデル式による数値計算結果との組み合わせから、画像形成装置における画像のくずれを精度良く予測できる。
また、請求項2、3により、潜像測定の精度が上がり、請求項1の目的が容易に達成される。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to accurately predict the image distortion in the image forming apparatus from the combination of the latent image measurement result and the numerical calculation result based on the charge diffusion model formula.
Further, according to
本発明は、帯電した感光体に露光を行ない、1mm幅内の微小領域に矩形の潜像パターンを形成し、この潜像へラインビームレーザをワンショット露光し、光減衰による表面電位の変化を生じさせ、その電位変化により感光体に近接して設置された電極に誘導される電荷量の変化、すなわち誘導電流(変位電流)を測定し、その信号の大きさから露光前の表面電位のレベルを知る方式の応用に関するものであり、感光体上の電荷、すなわち代用特性として潜像電位であるが、この潜像電位の形を測定したときの結果と潜像電位のモデル式に基づく拡散・移動の数値計算結果を組み合わせ、画像形成装置で画像出力したときの画像の状態を精度良く予測する方法である。 In the present invention, a charged photosensitive member is exposed to form a rectangular latent image pattern in a minute area within a width of 1 mm, and the latent image is subjected to one-shot exposure with a line beam laser to change the surface potential due to light attenuation. Measure the change in the amount of charge induced by the electrode placed close to the photoreceptor due to the change in potential, that is, the induced current (displacement current), and measure the level of the surface potential before exposure from the magnitude of the signal. The charge on the photoconductor, that is, the latent image potential as a substitute characteristic, is based on the results of measuring the shape of this latent image potential and the model of the latent image potential. This is a method for accurately predicting the state of an image when an image forming apparatus outputs an image by combining numerical movement results of movement.
これまで、感光体の表面電位を測定する測定器は振動容量型と言われる方式のもので行なわれてきた。この表面電位測定器の市販製品にはトレック社 モデル344がある。感光体と表面電位計プローブ間のギャップは通常1mm〜3mmで使用されることが多いが、このとき、表面電位計のプローブが検出する領域は5mmφ〜20mmφになり、ギャップが0.5mmであっても検出領域は2mmφであり、空間分解能の点から、精度のよい潜像計測は不可能であった。そこで先述した種々の技術が検討されているが、それぞれ実用化する上で困難な問題があり、鋭意開発努力が続けられている。本発明では潜像計測は感光体の光減衰を利用した方式をベースにしているため、この方式で感光体上の1mm幅以下の領域における潜像電位のくずれを空間分解能の観点で精度よく評価でき、また、コロナ帯電を受けることで感光体表面がコロナ放電生成物で汚染され、表面抵抗が劣化したときも、大気中での測定が可能であること、測定の準備に多くの時間を要しないことから、劣化状態を損なうことなく、その条件下の潜像形成の状態を測定可能となる。 Until now, a measuring instrument for measuring the surface potential of a photosensitive member has been used in a system called a vibration capacity type. A commercial product of this surface potential measuring instrument is Trek Model 344. The gap between the photoconductor and the surface electrometer probe is usually 1 mm to 3 mm in many cases. At this time, the area detected by the probe of the surface electrometer is 5 mmφ to 20 mmφ, and the gap is 0.5 mm. However, the detection area is 2 mmφ, and it is impossible to measure the latent image with high accuracy from the viewpoint of spatial resolution. Therefore, various techniques described above have been studied, but there are problems that are difficult to put into practical use, and diligent development efforts continue. In the present invention, since the latent image measurement is based on a method using light attenuation of the photosensitive member, the latent image potential in a region of 1 mm width or less on the photosensitive member is accurately evaluated from the viewpoint of spatial resolution. In addition, when the surface of the photoconductor is contaminated with corona discharge products due to corona charging and the surface resistance is deteriorated, measurement in the atmosphere is possible, and it takes a lot of time to prepare for the measurement. Therefore, the latent image formation state under the condition can be measured without impairing the deterioration state.
次に、潜像計測における書込のパターンであるが、1mm幅内にV字型の電位パターンが2つ以上並ぶように形成することが、潜像電位のくずれを判別しやすいことが分かっている。しかしながら、本発明は感光体上の潜像電位の測定結果がくずれていたとき、画像出力もくずれるのか、を判断するために、モデル式に基づき潜像電位の拡散・移動の数値計算を行なうことになる。このモデル式については後述するが、モデル式の出発点は偏微分方程式であり、これを簡単に解くために、潜像電位のパターンは矩形のパターン(=井戸型ポテンシャル)であることが好ましい。そのため、潜像計測における書込パターンも矩形のパターンとすることになる。
線速vで移動(回転)している帯電した感光体に矩形のパターンを露光する方法は、
(i)幅Aの矩形パターンを極短時間露光する、例えば、Aが0.5mm幅、感光体の線速vが50mm/sの場合、形成される幅Aが誤差1%以下であるためには、少なくとも0.5×0.01÷50=0.0001s(=100μs)以下で露光する。また、この場合、露光パターンは幅A内で照度が極力均一であることが必要である。
別の方法は、(ii)幅Aの1/10以下の露光幅のパターンをA÷v=0.5/50=0.01sの時間だけ照射する。形成される潜像が矩形の幅Aであるためには露光幅パターンは極力狭く、その幅内で均一の照度であることが好ましい。
本発明で利用する微小領域測定では(ii)の方式で線状ビームを用いるが、その幅(厚み)は45μmである。また、その幅方向での照度分布はガウシアン分布をしており、裾切れの影響があり、理想的な露光ができている訳ではない。しかし、(i)の方法も、均一な照度分布で露光することが極めて難しい方法である。
Next, as a writing pattern in latent image measurement, it has been found that forming two or more V-shaped potential patterns in a width of 1 mm makes it easy to discriminate the latent image potential. Yes. However, in the present invention, in order to determine whether the image output is lost when the measurement result of the latent image potential on the photosensitive member is broken, numerical calculation of the diffusion and movement of the latent image potential is performed based on the model formula. become. Although the model formula will be described later, the starting point of the model formula is a partial differential equation, and in order to solve this easily, the latent image potential pattern is preferably a rectangular pattern (= well type potential). Therefore, the writing pattern in the latent image measurement is also a rectangular pattern.
The method of exposing a rectangular pattern to a charged photoreceptor moving (rotating) at a linear velocity v is as follows:
(I) When a rectangular pattern having a width A is exposed for a very short time, for example, when A is 0.5 mm wide and the photosensitive member linear velocity v is 50 mm / s, the formed width A has an error of 1% or less. The exposure is performed at least at 0.5 × 0.01 ÷ 50 = 0.0001 s (= 100 μs) or less. In this case, the exposure pattern is required to have as uniform illuminance within the width A as possible.
In another method, (ii) a pattern having an exposure width of 1/10 or less of the width A is irradiated for a time of A ÷ v = 0.5 / 50 = 0.01 s. In order for the latent image to be formed to have a rectangular width A, it is preferable that the exposure width pattern be as narrow as possible and that the illuminance be uniform within that width.
In the micro area measurement used in the present invention, a linear beam is used in the method (ii), and its width (thickness) is 45 μm. In addition, the illuminance distribution in the width direction is a Gaussian distribution, and there is an influence of the tail cut, and ideal exposure is not achieved. However, the method (i) is also extremely difficult to expose with a uniform illuminance distribution.
ここで、感光体表面上の静電荷の移動・拡散、したがって潜像電位の移動・拡散のモデル式について説明する。電位をVとすると、位置と時間の関数として1次元では次の偏微分方程式で表わされる。 Here, a model equation for the movement / diffusion of electrostatic charges on the surface of the photoreceptor, and hence the movement / diffusion of the latent image potential, will be described. If the potential is V, it is expressed by the following partial differential equation in one dimension as a function of position and time.
ここに、Dは拡散係数
Where D is the diffusion coefficient
矩形の潜像電位パターン(=井戸型ポテンシャル)は、その中央をx=0、幅を2aとすると、
初期条件はt=0のとき、x=0ではV=Vexp(露光直後の電位)、
x=a or −aではV=V0(初期帯電電位)となり、これを解いて(2)式が得られる。
A rectangular latent image potential pattern (= well-type potential) has a center of x = 0 and a width of 2a.
The initial conditions are t = 0, V = V exp (potential immediately after exposure) when x = 0,
When x = a or −a, V = V 0 (initial charging potential) is obtained, and the equation (2) is obtained by solving this.
ここに、ΔV0=V0−Vexp、
Erf は「誤差関数」であり、次式(3)のように表わされる。
Where ΔV 0 = V 0 −V exp ,
Erf is an “error function” and is expressed as the following equation (3).
(*)は非特許文献5より引用
(*) Is cited from Non-Patent Document 5.
(2)式からわかるように、Vは、表面抵抗(Rsq)、静電容量(C)をパラメータとする関数である。
この式を使い、次の条件で数値計算した結果を図7−1,図7−2,図7−3,図7−4に示す。
a=200μm(幅:400μm)
V0=800V
ΔV0=400V
露光後の時間:0.1s,1s,10s
表面抵抗:1×1016Ω/□,1×1015Ω/□,1×1014Ω/□,3×1013Ω/□
静電容量:100pF/cm2
計算は表計算ソフト(Microsoft社製、Excel2000)を使用した。
表面抵抗:1×1016Ω/□のとき、0.1sのデータがプロットされていないのは、計算ができなかったためである。
As can be seen from the equation (2), V is a function having the surface resistance (R sq ) and the capacitance (C) as parameters.
The results of numerical calculation using this equation under the following conditions are shown in FIGS. 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4.
a = 200 μm (width: 400 μm)
V 0 = 800V
ΔV 0 = 400V
Time after exposure: 0.1 s, 1 s, 10 s
Surface resistance: 1 × 10 16 Ω / □, 1 × 10 15 Ω / □, 1 × 10 14 Ω / □, 3 × 10 13 Ω / □
Capacitance: 100 pF / cm 2
The calculation was performed using spreadsheet software (Microsoft Corporation, Excel2000).
The reason why the data of 0.1 s is not plotted when the surface resistance is 1 × 10 16 Ω / □ is that the calculation cannot be performed.
数値計算からは、感光体の表面抵抗が3×1013Ω/□程度になると、露光0.1s後と1s後では潜像パターンに大きなちがいがあることが分かる。1s後のデータからは潜像がくずれているので、これでは画像出力もくずれてしまうと、容易に想像されるが、画像形成装置が露光から0.1s後に現像されるものであるなら、画像のくずれはほとんど気にならない程度になることが0.1sのデータから読み取れる。すなわち、潜像の測定結果からだけでは、画像の状態について、どのような結果になるか判断がつけられないことがわかる。画像出しをせずに画像の出力結果を予測するには、潜像の時間に依存する拡散を考慮する必要がある。 From the numerical calculation, it can be seen that when the surface resistance of the photosensitive member is about 3 × 10 13 Ω / □, there is a large difference in the latent image pattern after exposure 0.1 s and after 1 s. Since the latent image is broken from the data after 1 s, it is easily imagined that the image output is also broken, but if the image forming apparatus is developed after 0.1 s from the exposure, the image It can be read from the data of 0.1 s that the deformation is almost unnoticeable. That is, it can be seen that it is not possible to determine what kind of result is obtained with respect to the state of the image only from the measurement result of the latent image. In order to predict the output result of an image without displaying the image, it is necessary to consider diffusion depending on the latent image time.
そこで、劣化した感光体表面の矩形の静電潜像の形を測定し、この測定に要した時間で、式(2)の表面抵抗を種々変更して、潜像の形(くずれ)が概略一致する表面抵抗値をこの感光体の表面抵抗とし、次にこの表面抵抗値と、この感光体を搭載予定の画像形成装置における、露光から現像までの時間を使い、式(2)から潜像電位を計算し、その潜像電位の形から画像出力がくずれるかどうかを予測することが有効となる。 Therefore, the shape of the rectangular electrostatic latent image on the surface of the deteriorated photoconductor is measured, and the surface resistance of the equation (2) is changed variously in the time required for this measurement, so that the shape (displacement) of the latent image is roughly determined. The matching surface resistance value is defined as the surface resistance of the photoconductor, and then the surface resistance value and the time from exposure to development in the image forming apparatus on which the photoconductor is to be mounted are used to calculate the latent image from equation (2). It is effective to calculate the potential and predict whether the image output will be lost from the shape of the latent image potential.
ここまで、静電潜像の測定結果と、表面抵抗を種々かえて数値計算した結果の一致を潜像の形で判断するとして説明したが、判断基準はこれに限るわけではなく、矩形の電位パターンの露光前の電位、露光後の電位(最小値)レベル、露光幅、等の具体的な値を考慮し、判断することが好ましい。これについては後述する。 So far, it has been explained that the agreement between the measurement result of the electrostatic latent image and the result of numerical calculation with various surface resistances is judged in the form of the latent image, but the judgment criterion is not limited to this, and the rectangular potential is not limited to this. It is preferable to judge in consideration of specific values such as the potential before exposure of the pattern, the potential (minimum value) level after exposure, the exposure width, and the like. This will be described later.
潜像計測には市販の表面電位計が使われることもあるが、これは空間分解能の性能の点で好ましくない。劣化した感光体を画像出力せずに、画像のくずれを出すか否かを予測しようとする目的において、画像のくずれは、画像のエッジ部分の「太り」あるいは、「ボケ」、あるいは「流れ」等で表現される異常であって、これらは1mm幅内に現れる現象である。従って、潜像計測では1mm幅内の潜像を測定できる空間分解能を持つ測定器で行なうことが好ましい。 A commercially available surface electrometer may be used for latent image measurement, but this is not preferable in terms of performance of spatial resolution. For the purpose of predicting whether or not an image will be lost without outputting the image of a deteriorated photoconductor, the image loss may be “weight”, “blur”, or “flow” at the edge of the image. These are abnormalities expressed by the above, and these are phenomena that appear within a width of 1 mm. Therefore, the latent image measurement is preferably performed with a measuring instrument having a spatial resolution capable of measuring a latent image within a width of 1 mm.
本発明で使用される潜像計測について説明する。
潜像計測装置では、潜像パターンの形成に使用する露光器は結像光学系、ビームスキャン方式の書込み光学系、等で実現できる。しかしながら本発明で使用する方式においては、ラインパターンは感光体回転方向には1mm幅、感光体軸方向には検知光(ラインビーム)の長さ(20mm)以上が必要であり、このサイズで軸方向に均一な照度の露光が必要となるが、光学系の設計に工夫が必要となり、実現は困難である。また、ビームスキャン方式の露光器では軸方向に一定な照度の露光は容易であるが、感光体の線速、書込みの副走査方向の解像度(dpi)、ポリゴンのミラー面数等から、ポリゴンの回転数(rpm)を決め、主走査方向の露光開始のビームのタイミングをとる必要があり、また、主走査方向のライン毎にビーム強度を設定する必要があり、光学系の制御はレーザプリンタの書込み光学系の制御と同じ精度で行なう必要があるなど、測定装置への組み込みは使いこなしに難がある。このため、潜像パターンの形成に使用する露光器としては、検知光として使用する露光器と同様にラインビームレーザを別に用意し、使用するのが好ましい。この場合は感光体軸方向(主走査方向)には既に長さが確保されており、回転方向(副走査方向)には感光体線速に合わせて露光幅が1mmになるように露光器の点灯時間を決め、この時間内で光パワーを制御することで、容易に潜像パターンを形成する。
The latent image measurement used in the present invention will be described.
In the latent image measuring device, the exposure unit used for forming the latent image pattern can be realized by an imaging optical system, a beam scanning type writing optical system, or the like. However, in the method used in the present invention, the line pattern needs to have a width of 1 mm in the rotation direction of the photosensitive member and a length (20 mm) or more of the detection light (line beam) in the axial direction of the photosensitive member. Although exposure with uniform illuminance is required in the direction, it is difficult to realize the optical system design because it requires some ingenuity. In addition, although exposure with a constant illuminance in the axial direction is easy with a beam scanning type exposure device, the polygon of the polygon is determined from the linear velocity of the photosensitive member, the resolution in the sub-scanning direction of writing (dpi), the number of mirror surfaces of the polygon, and the like. It is necessary to determine the number of rotations (rpm) and set the timing of the exposure start beam in the main scanning direction, and it is necessary to set the beam intensity for each line in the main scanning direction. Incorporation into a measuring device is difficult to use, for example, it is necessary to carry out with the same accuracy as the control of the writing optical system. For this reason, it is preferable that a line beam laser is separately prepared and used as the exposure device used for forming the latent image pattern, similarly to the exposure device used as the detection light. In this case, a length is already secured in the photosensitive member axial direction (main scanning direction), and in the rotating direction (sub-scanning direction), the exposure width of the exposure unit is adjusted to 1 mm in accordance with the photosensitive member linear velocity. By determining the lighting time and controlling the optical power within this time, a latent image pattern is easily formed.
測定装置で検知光にラインビームを使う理由であるが、光減衰を利用した方式のこれまでの技術では、測定の位置を感光体回転方向に微小ステップで変え、ビームスポットの露光を行なっていた。位置を変え測定を繰り返し、最終的に潜像の1次元プロファイルを得るものであるが、測定の空間分解能を確保するため電位検出用に使用するビームを小さくする必要があり、その結果、電位変化が生じる領域が小さく、得られる信号が小さくなり、測定が不可能になるという問題があった。この問題の解決方法としては、(1)信号処理回路(増幅回路)の改良、(2)電極を感光体に近づけ、S/N比を改善する、等が考えられる。(1)では、微小信号に対し、同じ信号を繰り返し取り込み、重ね合わせてS/N比を確保して増幅する手段が知られているが、ワンショットの信号(単発信号の意味)では適用できず、この手法は測定の原理から困難である。(2)の手法は有効であるが、仮に電極−感光体間の距離1mmを0.5mmにしても2倍程度のアップにしかならず、信号がノイズに埋もれているときには効果が小さい。測定方式が潜像の感光体回転方向(副走査方向)の1次元プロファイルを測定するものであることから、感光体の軸方向(主走査方向)の検知光露光サイズを大きくし、すなわち電位変化が生じる領域を大きくすることで、副走査方向の空間分解能を確保し(主走査方向の分解能は無視)、かつ信号のS/N比改善を計るようにしている。 This is the reason for using a line beam for the detection light in the measurement device. In the conventional technology using light attenuation, the measurement position is changed in a minute step in the direction of rotation of the photoconductor, and the beam spot is exposed. . The measurement is repeated at different positions, and finally a one-dimensional profile of the latent image is obtained. However, in order to secure the spatial resolution of the measurement, it is necessary to reduce the beam used for potential detection. There is a problem in that the area where the occurrence of noise occurs is small, the signal obtained is small, and measurement is impossible. Possible solutions to this problem include (1) improvement of the signal processing circuit (amplifier circuit), (2) improvement of the S / N ratio by bringing the electrode closer to the photoconductor. In (1), there is known a means for repeatedly capturing the same signal with respect to a minute signal and superimposing it to ensure an S / N ratio, but it can be applied to a one-shot signal (meaning a single signal). However, this method is difficult due to the principle of measurement. The method (2) is effective, but even if the electrode-photoreceptor distance of 1 mm is 0.5 mm, it is only about twice as high, and the effect is small when the signal is buried in noise. Since the measurement method measures a one-dimensional profile of the latent image in the photoconductor rotation direction (sub-scanning direction), the detection light exposure size in the axial direction (main scanning direction) of the photoconductor is increased, that is, the potential changes. By enlarging the region where this occurs, the spatial resolution in the sub-scanning direction is ensured (the resolution in the main scanning direction is ignored), and the S / N ratio of the signal is improved.
全ての測定は図2に示す装置構成のもので行なった。導電性電極部材は透明ガラスに透明導電性薄膜を成膜したものが良く、これはガラス電極を感光体サンプルに対向させたとき、電極を通して光を照射することが可能であり、露光装置の配置等で使い勝手が向上する。透明ガラスとしては一般のガラスでもよいが、BK−7、石英ガラス等が通過波長域も広く測定用には好ましい。また、透明導電薄膜としてはITOが一般的であるが、これ以外でも問題はない。透明導電膜の成膜は、ガラスの片側全面に成膜するのも、パターンマスクを使い、細線(≦1mm)でメッシュ状に成膜するのもかまわない。また、通過させる光がレーザである場合、レーザ入射側のガラスには反射防止膜をつけるのが好ましい。これはレーザ入射側のガラス表面で反射したレーザが発光部に戻り、複合共振器を形成して、レーザ光に揺らぎが生じる、いわゆる戻り光ノイズを防ぐためである。この透明電極をサンプルに対向して設置する場合、サンプルとの距離は近いほど信号が大きくなり好ましいが、感光体表面の反射光がガラス電極表面で反射し、再入射することが予想され、電極の感光体に対向する面にも反射防止膜をつけるのが望ましい。光の拡がりを小さくする効果が期待できる。 All measurements were performed with the apparatus configuration shown in FIG. The conductive electrode member is preferably formed by forming a transparent conductive thin film on transparent glass, which can be irradiated with light through the electrode when the glass electrode is opposed to the photoreceptor sample. Ease of use improves. The transparent glass may be general glass, but BK-7, quartz glass, and the like have a wide pass wavelength range and are preferable for measurement. In addition, ITO is generally used as the transparent conductive thin film, but there is no problem with other than this. The transparent conductive film can be formed on the entire surface of one side of the glass or in a mesh shape with a fine line (≦ 1 mm) using a pattern mask. Moreover, when the light to pass is a laser, it is preferable to attach an antireflection film to the glass on the laser incident side. This is to prevent so-called return light noise, in which the laser beam reflected from the glass surface on the laser incident side returns to the light emitting portion, forms a composite resonator, and the laser beam fluctuates. When this transparent electrode is placed opposite to the sample, the closer the distance to the sample, the greater the signal, which is preferable. However, the reflected light from the surface of the photoreceptor is reflected on the glass electrode surface and is expected to enter again. It is desirable to provide an antireflection film on the surface facing the photoconductor. The effect of reducing the spread of light can be expected.
以下に更に具体的に説明する。
<潜像測定装置の構成について>
測定装置は図2に示す構成であり、動作は感光体ドラムを回転させ、帯電(スコロトロン帯電器による)、露光器(1)による書き込み(露光時間=狙いの書込幅/感光体線速)、形成された潜像が電極部に来たところで帯電・回転を停止、露光器(2)(ラインビームレーザ(主走査方向)20mm×(副走査方向)24μm−655nm−)を検出光として照射する。電位減衰による誘導電流(変位電流)を測定すると、感光体ドラムを次の測定位置まで回転・移動(50μm)させて次の検出光を照射し、誘導電流(変位電流)を測定する。この測定を潜像幅全体を測定するまで繰り返す(図2、図3)。あらかじめ、帯電電位とそのときの誘導電流(変位電流)の大きさの関係を調べておき、測定した誘導電流(変位電流)の大きさからそのときの帯電電位を求め、これを潜像幅に対してプロットすることで、潜像の1次元プロファイルを知ることができる。
More specific description will be given below.
<Configuration of latent image measuring device>
The measuring apparatus has the configuration shown in FIG. 2, and operates by rotating the photosensitive drum, charging (using a scorotron charger), and writing using the exposure device (1) (exposure time = target writing width / photosensitive linear velocity). When the formed latent image arrives at the electrode part, the charging / rotation is stopped, and the exposure device (2) (line beam laser (main scanning direction) 20 mm × (sub-scanning direction) 24 μm−655 nm−) is irradiated as detection light. To do. When the induced current (displacement current) due to potential decay is measured, the photosensitive drum is rotated and moved (50 μm) to the next measurement position, and the next detection light is irradiated to measure the induced current (displacement current). This measurement is repeated until the entire latent image width is measured (FIGS. 2 and 3). The relationship between the charging potential and the magnitude of the induced current (displacement current) is investigated in advance, and the charging potential at that time is determined from the measured magnitude of the induced current (displacement current). This is used as the latent image width. By plotting against this, the one-dimensional profile of the latent image can be known.
<実施例1>
図2に示す実験装置は以下の機器で構成した。
・帯電器:メイン用 高圧電源 トレック社 610C
グリッドバイアス用電源 松定プレシジョン(株) HJPM-1.5
・表面電位計:トレック社 モデル344
・露光器(1):Global Laser社 Lyte-MV レーザラインジェネレーターモジュール 放射角30°、波長635nm、
焦点距離 モジュールのレーザ出射端より83mmの位置になるよう、モジュール内の光学系を調整
露光パワー制御 リニア変調DC0〜1V(at DC〜200kHz)
出力される光パワーは減光フィルター1/125で減光した上で、DC0〜0.5V
の範囲で点灯する(図15参照)。
露光時間制御 (形成したい潜像パターン幅/感光体線速)+調整露光時間、露光パワ
ーの制御は任意波形発生装置(アジレント・テクノロジーHP33220A)に
よる
取り付け位置 水平に対し斜め45°で取り付け
<Example 1>
The experimental apparatus shown in FIG.
・ Charger: High voltage power supply for mains Trek 610C
Power supply for grid bias Matsusada Precision Co., Ltd. HJPM-1.5
・ Surface potential meter: Trek Model 344
Exposure unit (1): Global Laser Lyte-MV laser line generator module,
Focal length Adjust the optical system in the module so that it is 83mm from the laser output end of the module. Exposure power control Linear modulation DC0 ~ 1V (at DC ~ 200kHz)
The output optical power is attenuated by the
It lights in the range of (see FIG. 15).
Exposure time control (Latent image pattern width to be formed / Photoconductor linear velocity) + Adjust exposure time, Exposure power
Is controlled by an arbitrary waveform generator (Agilent Technology HP33220A)
According to the installation position Installed at an angle of 45 ° to the horizontal
・露光器(2):リコー光学(株)製 ラインビームレーザ
波長655nm
ラインの厚み24μm
ラインの長さ20mm
焦点距離 レーザ出射端と感光体の距離74mm−本露光器の固有な値(固定)
露光エネルギー レーザパワー×レーザ点灯時間で設定する。レーザパワーはLD駆動電
流による。ここでは表面電位800(-V)を100(-V)に減衰させる前記定義の
「必要露光エネルギー」を露光することにし、レーザ点灯時間2μsに
固定し、レーザパワーを感光体の感度特性に合わせ設定した。すべてこ
の条件で露光する。
・透明導電電極:基板:
石英ガラス 10mm×30mm×1mmt
感光体に対向する面 反射防止膜付き導電電極:
ITO(102.8)/SiO2(103.15)
裏面(レーザ入射側)反射防止膜:
Ta2O5(25.49)/SiO2(38.15)/Ta2O5(86.74)/SiO2(111.65)
( )の数値は膜厚で単位はnm
感光体とのギャップは全て0.1mmとした。
・露光器(2)のトリガー:任意波形発生装置(アジレント・テクノロジーHP33120A)
One shot pulseを発生させトリガーとした。
発生パルス幅は2μsにした。
取り付け位置 水平位置
・信号処理系:電流増幅器(KEITHLEY 428)+オシロスコープ(横河電機 DL708)
・コントローラ:PC(自作ソフト)、測定装置の制御、データ処理
・ドラム回転装置:駿河精機(株)精密回転ステージ KS432-75
ドライバー D220
分解能 0.0025°/パルス
位置決め精度 0.03°
回転速度 50°/sに設定した。
・感光体ドラム:当社製造の積層OPC(有機光半導体)ドラム60mmφ×334mm長、帯電電位800(−V)から100(−V)への電位減衰に必要な露光エネルギーは655nmにおいて概ね0.3μJ/cm2前後である。
Exposure unit (2): Ricoh Optical Co., Ltd. line beam laser wavelength 655 nm
Line thickness 24μm
Line length 20mm
Focal length Distance between laser emitting end and photoconductor 74 mm-unique value of this exposure device (fixed)
Exposure energy Set by laser power x laser lighting time. Laser power is LD drive power
By flow. Here, the surface potential of 800 (-V) is attenuated to 100 (-V) as defined above.
“Necessary exposure energy” is exposed and the laser lighting time is 2 μs.
The laser power was set according to the sensitivity characteristics of the photoreceptor. All this
Exposure is performed under the following conditions.
・ Transparent conductive electrode: Substrate:
Quartz glass 10mm × 30mm × 1mmt
Surface facing the photoconductor Conductive electrode with antireflection film:
ITO (102.8) / SiO 2 (103.15)
Back side (laser incident side) antireflection film:
Ta 2 O 5 (25.49) / SiO 2 (38.15) / Ta 2 O 5 (86.74) / SiO 2 (111.65)
Figures in parentheses are film thickness units in nm
All gaps with the photoreceptor were 0.1 mm.
・ Exposure device (2) trigger: Arbitrary waveform generator (Agilent Technologies HP33120A)
One shot pulse was generated and used as a trigger.
The generated pulse width was 2 μs.
Mounting position Horizontal position / Signal processing system: Current amplifier (KEITHLEY 428) + Oscilloscope (Yokogawa DL708)
-Controller: PC (self-made software), control of measurement device, data processing-Drum rotation device: Suruga Seiki Co., Ltd. precision rotation stage KS432-75
Driver D220
Resolution 0.0025 ° / pulse
Positioning accuracy 0.03 °
The rotation speed was set to 50 ° / s.
Photosensitive drum: A laminated OPC (organic optical semiconductor) drum manufactured by our
この装置を使い、
(1):まず、測定対象の感光体ドラム(未使用品)について、検量線データを測定した。
帯電器のスコロトロングリッドバイアス、ワイヤに印加の高電圧を順次かえ、帯電部が電極部に来たところで、回転を止め、検知光を照射した。検知光は6回照射し、最初の2回のデータは破棄し、残りの4つのデータの平均値をその帯電電位で得られる信号強度とした。狙いの帯電電位は以下の通り。測定される信号データの例は図4に、得られた検量線データの例は図5に示した。測定時のタイミングは図3に示したタイミングにおいて、露光器(1)「潜像書込」を無効にして行なった。
下記は狙いの帯電電位。
900(−V)、800(−V)、700(−V)、600(−V)、500(−V)、400(−V)、300(−V)、200(−V)、100(−V)
Use this device,
(1): First, calibration curve data was measured for the photosensitive drum (unused product) to be measured.
The scorotron grid bias of the charger and the high voltage applied to the wire were sequentially changed. When the charging unit reached the electrode unit, the rotation was stopped and the detection light was irradiated. The detection light was irradiated six times, the first two data were discarded, and the average value of the remaining four data was used as the signal intensity obtained at the charged potential. The target charging potential is as follows. An example of the measured signal data is shown in FIG. 4, and an example of the obtained calibration curve data is shown in FIG. The measurement was performed at the timing shown in FIG. 3 with the exposure device (1) “latent image writing” disabled.
The following is the target charging potential.
900 (-V), 800 (-V), 700 (-V), 600 (-V), 500 (-V), 400 (-V), 300 (-V), 200 (-V), 100 ( -V)
(2):露光器(1)の光パワーを制御する電圧データを図6−1,図6−2に示す。図6−1は横軸が時間軸となっている。図6−2はこれを感光体線速のデータを使い感光体表面の位置のデータに変換している。露光時間はおよそ3.75ms、露光面上の制御幅は98μmとした。これは45μm厚(=幅)の線上ビームで矩形の露光幅を形成するので、線上ビームの厚み、裾切れの影響等を考慮し、目標300μmの露光幅よりビーム露光制御幅を小さくした。
帯電を開始し、帯電部の先頭が270°回転したところで、露光器(1)を図6−1のデータで制御し、露光する。露光開始位置が電極のある水平位置に来たところで回転を停止し、透明電極の背面より露光器(2)で2μsで露光し、透明電極に誘起される電流を検出する。露光から測定開始までは5sとした。電流増幅器を通った信号はデジタルオシロスコープに集録される。50μmステップ(60φドラムでは0.0955°の回転)で測定位置を移動させ、測定を繰り返した。露光器(2)の露光回数は21回行なった。最初の2回分は破棄し、19回の測定データを図5の検量線データにあてはめ、対応する表面電位を読み取った。結果を図8に示す。潜像の矩形パターンの幅は300μm狙いであった。図8では約300μmで測定されている。50μmステップで測定位置を変えているので、300μm±50μmの範囲で測定されれば、概ね正確と言える。ただし、45μm厚(=幅)の線状ライン(図15参照)のパワーを変え、矩形パターンの露光をしていることもあり、形成された潜像は完全な矩形とはなっていない。したがって、測定結果とモデル式に基づく数値計算の潜像の形と比較するときは、全体的な形の他に、露光幅、露光前の電位、露光後電位のレベル等も考慮することになる。
なお、検量線データ測定時、および潜像パターンデータ測定時に最初の2つのデータを破棄している理由は、露光器(2)のラインビームの周方向のサイズは24μmであるが裾切れが完全ではなく、100μm先まで影響を及ぼしているためである。
(2): FIG. 6A and FIG. 6B show voltage data for controlling the optical power of the exposure device (1). In FIG. 6A, the horizontal axis is the time axis. In FIG. 6B, this is converted into data on the surface of the photosensitive member using the photosensitive member linear velocity data. The exposure time was about 3.75 ms, and the control width on the exposure surface was 98 μm. In this case, since a rectangular exposure width is formed by a linear beam having a thickness of 45 μm (= width), the beam exposure control width is made smaller than the target exposure width of 300 μm in consideration of the influence of the thickness of the linear beam, the tail cut and the like.
Charging is started, and when the head of the charging unit is rotated by 270 °, the exposure device (1) is controlled by the data shown in FIG. When the exposure start position reaches the horizontal position where the electrode is located, the rotation is stopped, and exposure is performed from the back surface of the transparent electrode by the exposure device (2) in 2 μs, and the current induced in the transparent electrode is detected. The time from exposure to measurement start was 5 s. The signal that has passed through the current amplifier is acquired by a digital oscilloscope. The measurement position was moved in 50 μm steps (0.0955 ° rotation for a 60φ drum), and the measurement was repeated. The exposure device (2) was exposed 21 times. The first two batches were discarded, and the 19 measurement data were applied to the calibration curve data shown in FIG. 5 to read the corresponding surface potential. The results are shown in FIG. The width of the rectangular pattern of the latent image was aimed at 300 μm. In FIG. 8, it is measured at about 300 μm. Since the measurement position is changed in steps of 50 μm, it can be said that it is almost accurate if measured in the range of 300 μm ± 50 μm. However, the power of a 45 μm thick (= width) linear line (see FIG. 15) is changed to expose a rectangular pattern, and the formed latent image is not a complete rectangle. Therefore, when comparing the measured result with the shape of the latent image of the numerical calculation based on the model formula, in addition to the overall shape, the exposure width, the potential before exposure, the level of the potential after exposure, etc. are taken into consideration. .
Note that the reason for discarding the first two data during calibration curve data measurement and latent image pattern data measurement is that the circumferential size of the line beam of the exposure unit (2) is 24 μm, but the tail is completely cut off. This is because it affects 100 μm ahead.
使用した実験装置では回転速度を50°/sにしており、この矩形の潜像パターンの書込みから測定開始までは平均1.5sを要すことが実験の準備段階でわかっていた。この時間が本実験装置の制約条件である。本実験装置では計測制御ソフトで測定開始までの待ち時間を指定できるようにし、書込みから測定開始まで5sとなるようにし、測定結果を得た。
次にこの測定結果に合うように、(2)式において、時間t=5sとし、表面抵抗Rsqの値を変えて数値計算を行なった。この式を使い、次の条件で数値計算した結果を図9に示す。
a=150μm(幅2a=300μm)
V0=800V
ΔV0=400V
図9に示すように、図8の測定結果に近いのは表面抵抗2×1016Ω/□と判断した。
In the experimental apparatus used, the rotation speed was set to 50 ° / s, and it was known at the preparation stage of the experiment that an average of 1.5 s was required from the writing of the rectangular latent image pattern to the start of measurement. This time is a constraint condition of this experimental apparatus. In this experimental apparatus, the measurement control software can specify the waiting time until the measurement is started, and the measurement result is obtained by setting the waiting time from writing to the measurement to be 5 s.
Next, in order to match this measurement result, in the formula (2), time t = 5 s and the value of the surface resistance R sq was changed to perform numerical calculation. FIG. 9 shows the result of numerical calculation using this equation under the following conditions.
a = 150 μm (width 2a = 300 μm)
V 0 = 800V
ΔV 0 = 400V
As shown in FIG. 9, it was determined that the surface resistance close to the measurement result of FIG. 8 was 2 × 10 16 Ω / □.
次に、この表面抵抗値と、用意した画像形成装置の露光から現像までの時間0.11sを使い、(2)式を計算したが、計算はできなかったので、時間1sを使用して計算した結果を代わりに示す(図10参照)。5sの計算結果と大きくは変わらない結果が得られた。書込から1s後、したがって0.11s後も、5s後も、潜像の形は大差なく、この表面抵抗では画像にくずれは生じないことが分かる。 Next, using this surface resistance value and the time of 0.11 s from exposure to development of the prepared image forming apparatus, equation (2) was calculated, but calculation was not possible, so calculation was made using time 1 s. The results are shown instead (see FIG. 10). The result which is not largely different from the calculation result of 5s was obtained. It can be seen that the shape of the latent image does not vary greatly after 1 s from writing, and therefore after 0.11 s and after 5 s, and the image does not break with this surface resistance.
<実施例2>比較例を含む
画像形成装置で画像出しを10000回ほど繰り返した感光体をオゾンバクロ試験機(濃度5ppm)に入れ、5日間のバクロを行なった。この感光体の潜像計測を実施例1と同様に行なった。ただし、書込から測定開始までの時間は2sにした。オゾンバクロ前の結果とバクロ後の結果を図11、図12に示す。
次に、この測定結果(図12)と一致するように、(2)式において、時間t=2とし、表面抵抗Rsqの値を変えて数値計算を行なった。図13に示すように、図12に近いのは表面抵抗1×1014Ω/□であった。
次に、この表面抵抗値と、用意した画像形成装置の露光から現像までの時間0.11sを使い、(2)式で計算すると、図14に示す結果が得られた。2sの計算結果とは大きく異なる結果であり、正常な画像が得られることが期待された。潜像計測結果(図12)からは、正常な画像は得られないと判断されたが、画像形成装置で画像出力したところ、問題はなかった(図16−1、図16−2参照)。画像形成装置の露光から現像までの時間0.11sを使用した計算結果(図14)の予測に一致した。
潜像計測とモデル式による数値計算を組み合わせることで、画像出力結果を精度良く予測できることが分かる。
<Example 2> Including Comparative Example A photoconductor obtained by repeating image formation about 10,000 times with an image forming apparatus was placed in an ozone bac tester (concentration: 5 ppm), and bacterized for 5 days. The latent image measurement of this photoconductor was performed in the same manner as in Example 1. However, the time from writing to the start of measurement was 2 s. The result before ozone bakuro and the result after bakuro are shown in FIG. 11 and FIG.
Next, numerical values were calculated by changing the value of the surface resistance R sq with the time t = 2 in the equation (2) so as to coincide with the measurement result (FIG. 12). As shown in FIG. 13, the surface resistance close to FIG. 12 was a surface resistance of 1 × 10 14 Ω / □.
Next, using this surface resistance value and a time from exposure to development of the prepared image forming apparatus of 0.11 s, the calculation shown in FIG. 14 yielded the result shown in FIG. The result was significantly different from the calculation result of 2s, and it was expected that a normal image was obtained. From the latent image measurement result (FIG. 12), it was determined that a normal image could not be obtained, but when the image was output by the image forming apparatus, there was no problem (see FIGS. 16-1 and 16-2). This coincided with the prediction of the calculation result (FIG. 14) using the time from exposure to development of the image forming apparatus of 0.11 s.
It can be seen that the image output result can be accurately predicted by combining the latent image measurement and the numerical calculation based on the model formula.
Claims (3)
該測定における露光書込から測定開始までに要する時間を数値計算における書込からの経過時間として使用し、潜像の形の測定結果と感光体表面抵抗をパラメータとした潜像の形の数値計算結果から感光体表面抵抗値を決定し、該表面抵抗値と該感光体が搭載される画像形成装置の露光から現像までの時間を使用し、該条件下の潜像の形を計算し、該感光体の該画像形成装置における画像のくずれを予測する方法。 Means for measuring the shape of the electrostatic latent image as an electric potential with respect to the electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive member, and the surface resistance of the surface of the photosensitive member as the movement of the electric charge in the electrostatic latent image A method for specifying the surface resistance of the photoreceptor in combination with means for calculating by numerical calculation of a model formula using elapsed time as a parameter,
The time required from the exposure writing to the start of measurement in the measurement is used as the elapsed time from the writing in the numerical calculation, and the numerical calculation of the latent image using the measurement result of the latent image and the photoreceptor surface resistance as parameters. A photoreceptor surface resistance value is determined from the result, and the surface resistance value and the time from exposure to development of the image forming apparatus on which the photoreceptor is mounted are used to calculate the shape of the latent image under the conditions, A method for predicting image breakage in an image forming apparatus of a photoreceptor.
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