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技術 画像形成装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 由徳大介
出願日 2018年10月22日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2018-198027
公開日 2020年4月30日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-067463
状態 未査定
技術分野 電子写真一般。全体構成、要素 電子写真におけるクリーニング・その他
主要キーワード 摩擦力変動 物性値情報 分割内 供給頻度 押し込み変形 当接エッジ 予測算出 ステンレス丸棒
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年4月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

感光体クリーニングブレード物性値バラツキや、画像形成装置使用状況が異なる場合においても、画像不良を抑制できる画像形成装置を提供すること。

解決手段

画像形成カートリッジの情報と、画像形成装置の動作情報である感光体ドラム駆動負荷から、トナーすり抜け個数を判断しトナーからなる潤滑剤供給量を変更する。

概要

背景

近年、複写機プリンタなどに用いられている電子写真方式画像形成装置において、長期にわたりクリーニング不良による異常画像を起こさない構成が提案されている。

特許文献1では、像担持体クリーニングブレードとの摩擦力変動を検出し、像担持体とクリーニングブレードとのなす角を変更する手段を設けている。

また、特許文献2には、本体設置環境に応じて最適なクリーニング条件になるよう設定可能なクリーニング装置が提案されている。

概要

感光体クリーニングブレード物性値バラツキや、画像形成装置の使用状況が異なる場合においても、画像不良を抑制できる画像形成装置を提供すること。画像形成カートリッジの情報と、画像形成装置の動作情報である感光体ドラム駆動負荷から、トナーすり抜け個数を判断しトナーからなる潤滑剤供給量を変更する。

目的

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、β角をリアルタイム予測しながら最適な制御をおこなうことで、画像不良の無い画像形成装置を提供する

効果

実績

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請求項1

少なくとも像担持体と前記像担持体表面を清掃する清掃部材とを有するカートリッジを本体に組み込み画像形成する画像形成装置において、前記画像形成装置は、前記カートリッジを本体に組み込み得られる情報と、少なくとも、前記画像形成装置の動作中の、前記像担持体と前記清掃部材との駆動負荷の情報とを収集する、情報収集部と得られた情報をもとに演算する演算部を有し、前記情報収集部で得られた情報をもとに、演算部でθを算出して、前記像担持体と前記清掃部材との接触部に供給する潤滑剤の供給頻度を変更することを特徴とする画像形成装置(θ:トナーが前記清掃部材と接する点における接線と前記担持体からなる角度)。

請求項2

前記β角と前記画像形成装置で次に出力しようとする画像印字率の情報から前記情報収集部にてトナーすり抜け個数を算出し、前記トナーすり抜け個数から演算部にて画像不良を判別することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。

請求項3

前記算出したトナーすり抜け個数から画像不良と判別した際に、前記β角が所定の値になるよう処理動作を行なうことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。

請求項4

前記処理動作はβ角が段階的に変化するような条件で行われることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の画像形成装置。

請求項5

β角からトナーすり抜け個数を算出する際に、本体内温湿度情報によって、値を変化させることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の画像形成装置。

技術分野

0001

本発明は、複写機プリンタファクシミリ、及び、これらの機能を複数備えた複合機などの画像形成装置に関する。

背景技術

0002

近年、複写機やプリンタなどに用いられている電子写真方式の画像形成装置において、長期にわたりクリーニング不良による異常画像を起こさない構成が提案されている。

0003

特許文献1では、像担持体クリーニングブレードとの摩擦力変動を検出し、像担持体とクリーニングブレードとのなす角を変更する手段を設けている。

0004

また、特許文献2には、本体設置環境に応じて最適なクリーニング条件になるよう設定可能なクリーニング装置が提案されている。

先行技術

0005

特開2003−21995号公報
特開平11−95634号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、前述の特許文献1および2では、画像形成装置内の構成を複雑化させてクリーニングブレードの角度を変更する構成のため部品数も増える結果コストアップ、また、スペースの増大による装置の大型化に繋がってしまう。

0007

また、クリーニングの性能はブレード当接部におけるブレードと、ブレードが当接する像担持体表面とがなす角(β角)が重要である。

0008

このβ角はブレード硬度設定角や像担持体と組み合わせた際のバラツキ、装置内で動作中における像担持体とクリーニングブレードとのトルクや装置使用環境などにより変化する。従って、トルクや環境が同じでもβ角が異なる場合があるため、例えばトルクが所定の値になったときに、像担持体とクリーニングブレードとの接触部(ブレードニップ部)にトナーなどの潤滑剤を供給すると、例えば想定よりβ角が低くなっていた際にはクリーニング不良を起こす可能性が考えられる。すなわち、使用する像担持体およびクリーニングブレードを含むドラムカートリッジに関する情報と使用状況に応じた制御が必要である。

0009

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、β角をリアルタイム予測しながら最適な制御をおこなうことで、画像不良の無い画像形成装置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

0010

上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、
少なくとも像担持体と前記像担持体表面を清掃する清掃部材とを有するカートリッジを本体に組み込み画像形成する画像形成装置において、
前記画像形成装置は、前記カートリッジを本体に組み込み得られる情報と、
少なくとも、前記画像形成装置の動作中の、前記像担持体と前記清掃部材との駆動負荷の情報とを収集する、情報収集部と得られた情報をもとに演算する演算部を有し、
前記情報収集部で得られた情報をもとに、演算部でβ角を算出して、前記像担持体と前記清掃部材との接触部に供給する潤滑剤の供給頻度を変更することを特徴とする(β角:トナーが前記清掃部材と接する点における接線と前記担持体からなる角度)。

0011

請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載の画像形成装置において、前記β角と前記画像形成装置で次に出力しようとする画像印字率の情報から前記情報収集部にてトナーすり抜け個数を算出し、前記トナーすり抜け個数から演算部にて画像不良を判別することを特徴とする。

0012

請求項3に記載の発明は、
請求項1または2に記載の画像形成装置において、前記算出したトナーすり抜け個数から画像不良と判別した際に、前記β角が所定の値になるよう処理動作を行なうことを特徴とする。

0013

請求項4に記載の発明は、
請求項1乃至3の何れか一項に記載の画像形成装置において、前記処理動作はβ角が段階的に変化するような条件で行われることを特徴とする。

0014

請求項5に記載の発明は、請求項1ないし3の何れか一項に記載の画像形成装置において、β角からトナーすり抜け個数を算出する際に、本体内温湿度情報によって、値を変化させることを特徴とする。

発明の効果

0015

本発明によれば、カートリッジ情報と、本体動作中の駆動負荷情報とからβ角をリアルタイムに予測し最適な制御をおこなうことで、画像不良の無い画像形成装置の提供を実現できる。

図面の簡単な説明

0016

画像形成装置の説明図
本発明の画像形成装置の制御系を説明するブロック図
クリーニングブレードと感光体ドラム当接状態の説明図
トナーがクリーニングブレードと接する点における接線と感光体ドラムからなる角度θの説明図
θの大小と、ブレードがトナーを押し返す力の説明図
θとトナーすり抜け個数の関係図
実施例1を説明するフローチャート

実施例

0017

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

0018

<画像形成装置>
図1は画像形成装置の構成の説明図である。図2は画像形成装置100の制御系を説明するブロック図である。

0019

図1に示すように、画像形成装置100は、中間転写ベルト(ITB)101に沿ってイエローマゼンタシアンブラック画像形成ユニット109Y、109M、109C、109Bkを配列したタンデム型中間転写方式フルカラープリンタである。

0020

画像形成ユニット109Yでは、感光体ドラム上にイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト101に転写される。画像形成ユニット109Mでは、画像形成ユニット109Yと同様な手順でマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト101上のイエロートナー像に重ねて転写される。画像形成ユニット109C、109Bkでは、画像形成ユニット109Yと同様な手順でシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト101に順次重ねて転写される。

0021

中間転写ベルト101に担持された四色のトナー像は、二次転写部T2へ搬送されて記録材Pへ一括二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Pは、中間転写ベルト101から曲率分離して定着装置112へ送り込まれる。定着装置112は、定着ローラ112aと加圧ローラ112bにより記録材Pを加熱加圧して、トナーを融解して表面に画像を定着させる。その後、記録材Pが機体外へ排出される。

0022

画像形成ユニット109Y、109M、109C、109Bkは、それぞれの現像装置で用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。

0023

以下では、ブラックの画像形成ユニット109Bkについてトナー像の形成プロセスを説明し、他の画像形成ユニット109Y、109M、109Cに関する重複した説明を省略する。また、トナーの色イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを表す符号Y、M、C、Bkは適宜省略する。

0024

画像形成プロセス>
画像形成ユニット109Bkは、感光体ドラム103の周囲に、帯電ローラ104、露光装置105、現像装置106、一次転写ローラ107、帯電ローラ清掃部材116、感光体クリーニングブレード108、を配置している。

0025

画像形成ユニット109Bkは、感光体ドラム103、帯電ローラ104、感光体クリーニングブレード108、帯電ローラ清掃部材116、を合わせて着脱可能なカートリッジと成っており、画像形成カートリッジ装着のメモリ部303を有する。実際の画像形成装置使用の際には、画像形成カートリッジを、画像形成装置本体に装着して使用する。
上述したメモリ部303は、画像形成ユニット109Bkを構成している部材の物性値情報設定値情報を保存できるものとする。

0026

感光体ドラム103は有機光伝導体(OPC)ドラムであり、外径は、30mmである。また、帯電極性負極性感光層を表面に形成され、中心支軸を中心に、263mm/secのプロセススピードをもって、矢印方向に感光体ドラム駆動モータ(不図示)により回転する。

0027

本実施形態では、感光体ドラム駆動負荷検知手段301を備えている。駆動負荷検知手段は特に限定されないが、本実施形態では、駆動トルクモータに流れる電流値比例関係が成り立つ事を利用し、電流値を検知することで、駆動トルクを算出する方法を採用した。

0028

帯電ローラ104の、負極性の直流電圧印加されて感光体ドラム103の表面を負極性に接触帯電させる。

0029

本実施形態における帯電ローラ104は、芯金として直径6mmのステンレス丸棒を用い、表層としてフッ素樹脂カーボンを分散させており、ローラとしての外径は14mm、ローラ抵抗は10^4Ω〜10^7Ωとした。帯電ローラ104は、芯金の両端部をそれぞれ軸受け部材により回転自在に保存させると共に、押圧ばねによって感光体ドラム103方向に付勢して、感光体ドラム103の表面に対して所定の押圧力をもって圧接させている。

0030

また一般に、帯電ローラ104の表層を凹凸形状にすることで凹部と感光体ドラム103の圧力を低減させ、帯電ローラ汚染を軽減する方法が採られている。この凹凸をつける方法としては、表層に微粒子を含有させる方法、機械的研磨により処理する方法が提案されている。

0031

本実施例では、表面に最大高さRz(JIS B0601: 2001)=15μm程度の凹凸形状を有する帯電ローラを用いた。

0032

また、帯電ローラ104は、感光体ドラム103の回転に従動して回転する。そして、電圧印加手段としての不図示の電源から、直流電圧に帯電電圧Vdcが、芯金を介して帯電ローラ104に印加され、回転する感光体ドラム103の周面が所定の電位帯電処理される。

0033

帯電ローラ104に対して、帯電ローラ清掃部材116が設けられている。帯電ローラ清掃部材116の主成分は、一般的な発泡スポンジであり、本実施形態では外径6mmのものを使用した。

0034

帯電ローラ清掃部材116は、清掃部材保持部材(不図示)の押圧で保持され、帯電ローラ103に接触回転しながら追従し、帯電ローラ103上に付着したトナーを除去する。

0035

露光装置105は、ブラックの分解色画像を展開した走査線画像データをON−OFF変調したレーザービーム回転ミラー走査して、感光体ドラム103の表面に画像の静電像を書き込む。

0036

現像装置106は帯電極性が負極性の非磁性トナー磁性キャリアを含む二成分現像剤攪拌部材により摩擦帯電させる。現像剤は搬送部材により搬送されて、現像スリーブに担持される。現像スリーブに担持された現像剤は、規制ブレードにより厚さを規制された後、感光体ドラム103との対向部へ搬送される。

0037

現像スリーブは感光体ドラム103に対して所定の距離を空けて保持されている。負極性の直流電圧に交流電圧重畳した振動電圧を現像スリーブに印加することで、負極性に帯電したトナーが相対的に正極性になった感光体ドラム103の露光部分へ移転して静電像が反転現像される。本実施では、トナーとして、平均粒径5.5μmのネガ帯電トナーを用い、キャリアとしては、飽和磁化が205emu/cm3、平均粒径35μmの磁性キャリアを用いた。又、トナーとキャリアを重量比6:94で混合したものを現像剤として用いた。

0038

一次転写ローラ107は、感光体ドラム103と中間転写ベルト101の間に一次転写部T1を形成する。一次転写ローラ107に正極性の直流電圧を印加することで、感光体ドラム103に担持されたトナー像が中間転写ベルト101へ一次転写される。感光体クリーニングブレード108は感光体ドラム103の駆動方向に対向するように当接して、感光体ドラム103に残った転写残トナー回収する。

0039

感光体クリーニングブレード108は板状のゴム部材支持板金とで構成されており、ゴム部材としては例えば硬度77°(JIS−A)、厚さ2mmのウレタンゴムが用いられる。硬度は、表面を圧子インデンタ)で押し込み変形させ、その変形量を(押込み深さ)計測することで測定する。

0040

また、図3に示すように感光体クリーニングブレード108は、感光体ドラム103の表面に対して18°以上35°以下の当接角度φと、14.7N/m以上44.1N/m以下の圧力で、当接しているものとする。当接角度φは、感光体クリーニングブレード108と感光体ドラム103の長手方向端部の当接部にレーザー光照射し、その反射強度を計測することで測定する。両端部から得られた測定値平均値を当接角度φとする。当接圧は、長手方向に5分割されているロードセルにつきあてた時の圧力を測定し、その5点の平均値とする。

0041

これらの値は、部材の寸法バラツキによって変わる為、画像形成ユニット109の組み立て時に測定し、その測定値をもとに、画像形成カートリッジ装着のメモリ部303に保存しておく。

0042

ただし記載した測定方法は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲の実施形態を限定する趣旨のものではない。

0043

二次転写ローラ111は、トナー像の移送方向の画像形成ユニット109Bkから転写クリーニングブレード102までの間で中間転写ベルト101の外側面に当接する。二次転写ローラ111は、対向ローラ駆動ローラ)110に内側面を支持された中間転写ベルト101に当接して二次転写部T2を形成する。二次転写ローラ111に正極性の直流電圧を印加することで、中間転写ベルト101に担持されたフルカラートナー像が記録材Pへ二次転写される。

0044

転写クリーニングブレード102はテンションローラ115を対向として中間転写ベルト101の駆動方向に対向するように当接して、中間転写ベルト101に残った転写残トナーを回収する。転写クリーニングブレード102は板状のゴム部材と支持板金とで構成されており、ゴム部材としては例えば硬度77°(JIS−A)、厚さ2mmのウレタンゴムが用いられる。また、転写クリーニングブレード102はゴム部材の当接エッジが中間転写ベルト101に対して18°以上35°以下の角度、4.7N/m以上44.1N/mの線圧で当接している。

0045

中間転写ベルト101は、矢印Rの方向へと搬送駆動されるベルト部材であり、駆動部材である駆動ローラ110、張架部材である張架ローラ113、114、中間転写ベルト101に所定の張力を付与するテンションローラ115によって張架されている。駆動ローラ110は、二次転写部T2に配置される二次転写内ローラの機能を兼ね備えている。ただし、中間転写ベルト101を張架するローラの本数は図1の構成に限定されるものではない。

0046

図2に示すように、ユーザーは操作部201を操作することで印刷ジョブを実行可能であり、制御部200は操作部201からの信号を受けて、画像形成装置100の各種デバイスを動作させる。制御部200はROM202とRAM203と演算部204を有する。ROM202には各種制御に必要な設定値が記録されており、必要に応じて制御部200により呼び出される。RAM203には、画像形成操作により変化する印刷枚数、画像印字率等様々なデータが一時的に記録され、各種制御に利用される。画像形成カートリッジを装着すると、画像形成カートリッジに装着されたメモリ部303に保存された感光体クリーニングブレード108の硬度、当接角度φ、当接圧は、制御部200を介し、読み込まれる。演算部204は、各種制御に必要な演算を行う。

0047

これらの画像形成部で、ユーザーがプリントし続けていると、感光体クリニングブレド108が感光体ドラム103を清掃しきれず、感光体クリーニングブレード108をすり抜けたトナーが帯電ローラ104に付着して、帯電不良をおこし、縦スジ状の画像不良が発生してしまう。

0048

以下では、この画像不良が発生する原因である、トナーのすり抜けた個数を予測算出する方法について述べる。

0049

<トナーのすり抜けた個数算出方法
先ず図4に示されるように、トナーと感光体クリーニングブレード108と接する点における接線と感光体ドラム103からなる角度(β角)をθとして定義する。このθはブレードがトナーを押し返す力の程度を表している。図5に、θの大きい場合(a)小さい場合(b)を示す。図に示すように、ブレードがトナーを押し返す力はFsinθで表わすことができ、θの大小で比較すると、θが大きい場合(a)のほうがFsinθは大きくなる。

0050

以上の事から、θはブレードがトナーを押し返す力を表している為、トナーのすり抜けた個数と相関があると考えられる。

0051

本実施例では、このθを求める為に、3次元有限要素法解析ツールAbaqus(CADJapan社)を用いての計算を行った。上述のθは、入力として、感光体クリーニングブレード108の硬度、当接角度φ、当接圧、感光体クリーニングブレード108と感光体ドラム103間の摩擦力で計算する事ができる。この入力を数パターン変更して計算を実施し、表1に示すように、θと関連付けた表1を作成する。

0052

本実施例では、この際に摩擦力を感光体ドラム駆動トルクに直して表にした。作成された表1をROM202にテーブルデータとして、事前に保存させておき、画像形成装置使用中に読み出せる状態にしておく。

0053

また、本実施例では、硬度、当接角度φ、当接圧を3つ、感光体ドラム駆動トルクを3つに分けて表を作成し、読み出す際に、値が分割内にある場合は、線形に補間して使用するものとする。

0054

次に上述したθから、トナーのすり抜けた個数を算出可能にする為、θとトナーがすり抜けた個数の相関データを取得しておく。取得する方法としては、上述の方法によりθを算出した感光体ドラムと感光体クリーニングブレード108とトナーの構成において、トナーを一定量供給し、感光体クリーニングブレード108をすり抜けたトナーの個数を計測する。本実施例では、トナーの載り量を0.45mg/cm2として、5sec間供給した。すり抜けたトナー個数は、計測範囲により増減するが、本実施例では700μm×700μmの範囲内におけるトナー個数とした。また計測したトナーのすり抜けた個数は、転写残トナーの濃度に合わせて調整した。

0055

上述の方法により得られたθとトナーのすり抜けた個数の関係を、画像印字率別に図6に示す。得られた関係をテーブルデータとして、ROM202に記憶しておく。

0056

以上の様にすることで、事前に得ているROM202に保存されたテーブルデータと、感光体駆動負荷検知手段301から得られる画像形成装置稼働中の感光体ドラム駆動トルクから、θを介することで、トナーのすり抜けた個数を算出する事が出来る。

0057

[実施例1]
図7は本実施例のフローチャートである。

0058

まず、画像形成装置にドラムカートリッジを装着すると、ドラムカートリッジ付属のメモリ部303から、感光体クリーニングブレード108の硬度と、当接角度φと当接圧を読み出す(S101)。

0059

次に制御部200がジョブを受信して画像形成を開始し(S102)、感光体ドラム103が駆動を開始すると、感光体ドラム駆動負荷検知手段301が、感光体ドラム駆動トルクの読み込みを実施する(S103)。

0060

読みだされた感光体ドラム駆動トルクと、事前にROM202に保存されたθとの関係のテーブルデータから、θを算出する(S104)。算出したθとROM202に保存されたθとトナーのすり抜けた個数の関係のテーブルデータ、および、次ジョブの画像印字率からトナーすり抜け個数が閾値以下かを判断し(S104)、閾値以下の場合は画像出力を継続(S107)、ジョブ終了か否かを判断し(S108)、ジョブ終了の場合は動作を終える。ジョブが続く場合はS102に戻り、ジョブ終了まで継続する。

0061

S105において、トナーすり抜け個数が閾値を超えた場合は画像出力を一旦中止し、θ調整動作を行う(S106)。

0062

具体的に、θが小さい場合は駆動トルクが高いので、潤滑剤としてトナーを供給しθを変更させる。

0063

逆にθが大きい場合は駆動トルクが小さいので、潤滑剤としてのトナー供給を極力減らし、感光体ドラムを帯電させながら回転し続けることでトルクを変化させ、θを変更する。

0064

いずれの場合においてもθが急激に変化するとクリーニングブレードが跳ねたりビビったりすることによる想定外のすり抜けやその他不良が発生する可能性があるため、θが徐々に変化するように調整する。

0065

以上、説明したように、事前に得られる感光体クリーニングブレード108の硬度、当接角度φと、画像形成装置の稼働情報である感光体ドラム駆動トルクとから、指標値θを介して、すり抜けたトナー個数を予測算出し、指標値と閾値を比較することで画像不良を抑制できる。

0066

[実施例2]
フローチャート図7のS105におけるトナーすり抜け個数閾値を35個に設定した以外は、実施例1と同様にした。

0067

具体的に画像印字率3%の画像を100枚出力するジョブを行なった。カートリッジ付属情報および画像形成動作開始時のトルクからθが53度と算出された(S104)。画像を100枚連続で出力した間もθは変化しなかったため、良好な画像を100枚出力することができた。

0068

[実施例3]
別のカートリッジを設置したところ、フローチャート図7のS104におけるθが51度であった。それ以外は実施例1と同様とした。

0069

次に画像印字率5%の画像を100枚出力するジョブを行なったところ、θ調整動作が開始された(S106)。θが52度になるようトナーからなる潤滑剤が供給され、再度θを算出し52度になったことを確認してから(S104)、画像出力を開始した。その後画像を100枚連続で出力した間もθは変化しなかったため、良好な画像を100枚出力することができた。

0070

[比較例]
別のカートリッジを設置したところ、フローチャート図7のS104におけるθが51度であった。次にθを調整せずに画像印字率5%の画像を100枚出力するジョブを行なったところ、1枚目から10枚目までトナーのすりぬけと思われる画像不良が確認された。その後90枚は良好な画像であった。これは印字するトナーがすり抜けすると同時にθを徐々に変更させたため、始めの10枚は画像不良、その後良好な画像になったと考えられる。

0071

100画像形成装置、101中間転写ベルト、
102転写クリーニングブレード、103感光体ドラム、
104帯電ローラ、105露光装置、106現像装置、
107一次転写ローラ、108感光体クリーニングブレード、
109Y・109M・109C・109Bk画像形成ユニット、
110駆動ローラ、111二次転写ローラ、112定着装置、
113・114張架ローラ、115テンションローラ、
116帯電ローラ清掃部材、i印刷枚数、
S[i] i枚時にトナーが感光体クリーニングブレードをすり抜けた個数、
T 感光体ドラム駆動負荷、
θ トナーが感光体クリーニングブレードと接する点における接線と感光体ドラムからなる角度、
φ 感光体クリーニングブレードと感光体ドラムの当接角度

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