JP4544341B2 - 帯電装置及びこれを用いた画像形成組立体、画像形成装置 - Google Patents
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Description
この種の帯電装置としては、被帯電体である例えば感光体に対して帯電ロールや帯電ベルトを接触させることで感光体を帯電する所謂接触型帯電方式が既に提供されている(例えば特許文献1〜3参照)。
特許文献1は、被帯電体としての感光体に可動帯電フィルムを接触配置し、この可動帯電フィルム内に帯電バイアスが印加される形状規制部材を設け、可動帯電フィルムと感光体との接触領域に隣接した箇所に放電可能な微小間隙部を形成した態様である。
また、特許文献2は、被帯電体としての感光体に可動帯電フィルムを接触配置し、この可動帯電フィルムに帯電バイアスを印加すると共に、可動帯電フィルムには感光体との間で放電可能な微小凹部を設けた態様である。
特許文献3は、感光体に対して複数段の帯電手段を接触配置し、感光体の移動方向に対して最下段の帯電手段に対し定電圧制御すると共に、その他の帯電手段に対して定電流制御する態様である。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る帯電装置において、バイアス印加装置が、使用環境が判別可能な使用環境判別部を有し、この使用環境判別部からの判別結果に基づいて各電極部材への帯電バイアスを変化させるものであることを特徴とする帯電装置である。
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3いずれかに係る帯電装置において、バイアス印加装置は、前記対構成の各電極部材に直列接続され且つ帯電バイアスの交流成分を供給する交流電源と、この交流電源と被帯電体の移動方向上流側に位置する電極部材との間に介在され且つ前記交流電源からの交流成分を低減させる抵抗素子とを備えていることを特徴とする帯電装置である。
請求項5に係る発明は、被帯電体としての感光体と、この感光体に対向して配設される請求項1乃至4いずれかに係る帯電装置とを少なくとも備え、画像形成装置本体に対して着脱自在に装着されることを特徴とする画像形成組立体である。
請求項6に係る発明は、被帯電体としての感光体と、この感光体に対向して配設される請求項1乃至4いずれかに係る帯電装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置である。
特に、被帯電体と帯電ベルトとの接触領域に隣接する被帯電体の移動方向上流側間隙部において、不要な放電を行わず、被帯電体の平均的な電位を上昇させることができる。
更に、被帯電体と帯電ベルトとの接触領域に隣接する被帯電体の移動方向下流側間隙部において、被帯電体の表面に対して十分な均一放電を生じさせることができる。このため、被帯電体の帯電電位を均一にすることができる。
請求項2に係る発明によれば、帯電ベルトの移動安定性と、帯電ベルトと被帯電体との間の放電動作安定性とを両立させることができる。
請求項3に係る発明によれば、使用環境変化に応じて最適な帯電バイアスを選定することができる。
請求項4に係る発明によれば、共通の交流電源を用い、対構成の電極部材に印加する異なる帯電バイアスの交流成分を簡単に調整することができる。
請求項5に係る発明によれば、帯電むらに起因する画像欠陥をなくしつつ、被帯電体に対する放電劣化を低減することが可能な画像形成組立体を構築することができる。
請求項6に係る発明によれば、帯電むらに起因する画像欠陥をなくしつつ、被帯電体に対する放電劣化を低減することが可能な画像形成装置を構築することができる。
図1(a)は本発明が適用される帯電装置の実施の形態の概要を示す。
同図において、帯電装置2は被帯電体1としての感光体を帯電する機能部品であり、例えば電子写真方式の画像形成装置の一構成部品を構成したり、あるいは、画像形成装置本体に対して着脱自在な画像形成組立体の一構成部品を構成するものである。
本実施の形態において、帯電装置2は、移動する被帯電体1に対し所定の接触領域をもって配置され且つ被帯電体1の移動方向と同方向に向かって移動する導電性を有する無端状帯電ベルト3と、この帯電ベルト3の被帯電体1との接触領域を挟んだ帯電ベルト3内の両側に設けられると共に被帯電体1に対して帯電ベルト3を押圧し且つ前記帯電ベルト3の接触領域に隣接して被帯電体1と帯電ベルト3との間に放電可能な間隙部を形成する対構成の電極部材4(本例では4a,4b)と、被帯電体1の移動方向上流側に位置する電極部材4aへ印加される帯電バイアスVc1の交流成分Vpp1が少なくとも被帯電体1の移動方向下流側に位置する電極部材4bへの帯電バイアスVc2の交流成分Vpp2より小さくなるように、夫々の電極部材4(4a,4b)に異なる帯電バイアスVc(Vc1,Vc2)を印加するバイアス印加装置5とを備えたものである。
また、帯電ベルト3は被帯電体1に追従回転するものでもよいし、別途駆動されるものでもよい。
更に、対構成の電極部材4(4a,4b)としては代表的には帯電ベルト3を張架する回転可能なロール状部材が挙げられるが、必ずしも回転する必要はなく、固定部材でもよい。但し、帯電ベルト3の移動を許容し、帯電ベルト3の接触領域に隣接した部位に放電可能な間隙部を形成する形状(例えば曲面形状)を有することが必要である。
更にまた、対構成の電極部材4(4a,4b)は被帯電体1に対して帯電ベルト3を押圧するものであることが必要であり、バネなどの付勢部材を用いるようにすればよい。この押圧の程度は帯電ベルト3と被帯電体1との間の放電領域としての間隙部が安定的に形成されるように押さえ込めればよい。
そしてまた、帯電ベルト3内には電極部材4(4a,4b)以外に更に張架部材や駆動用補助部材を設けてもよい。
このような帯電バイアスVcを設定すると、プレニップ(被帯電体1と帯電ベルト3との接触領域に隣接する被帯電体1の移動方向上流側間隙部)では、帯電バイアスVc1の交流成分Vpp1が小さいため、帯電電位のバラツキはあるものの平均的な電位が上昇し、一方、ポストニップ(被帯電体1と帯電ベルト3との接触領域に隣接する被帯電体1の移動方向下流側間隙部)では、帯電バイアスVcの交流成分Vpp2が大きいため、被帯電体1の帯電電位が所望の電位にされると共に均一化される。
また、プレニップでは、帯電バイアスVc1の交流成分Vpp1がポストニップでの帯電バイアスVc2の交流成分Vpp2よりも小さいため、ポストニップに比べてプレニップでの被帯電体1の放電による劣化(放電生成物の付着、摩耗)が低減される。
また、下流側電極部材4bへの帯電バイアスVc2の好ましい態様としては、図1(b)に示すように、バイアス印加装置5は、下流側電極部材4bに対し、交流成分Vpp2が当該交流成分Vppに対する被帯電体1の表面電位の傾き変化点Mを超え且つ被帯電体1の表面との間で均一放電可能な使用領域にある帯電バイアスVc2を印加するものが挙げられる。
更に、帯電バイアスとしては一義的に設定しても差し支えないが、使用環境に応じて帯電バイアスを変化させるようにしてもよい。
本態様では、バイアス印加装置5は、使用環境が判別可能な使用環境判別部を有し、この使用環境判別部からの判別結果に基づいて各電極部材4(4a,4b)への帯電バイアスVc(Vc1,Vc2)を変化させるようにすればよい。ここでいう使用環境には、温度、湿度等の周囲環境の他、使用履歴による経時環境をも含む。
◎実施の形態1
−画像形成装置−
図2は実施の形態1に係る画像形成装置の全体構成を示す。
同図において、画像形成装置は、例えば電子写真方式を採用した四色(本例ではイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック)の画像形成部20(20a〜20d)を例えば横方向に配列し、各画像形成部20に対向する部位には中間転写ベルト30を循環移動可能に配設したものである。
この中間転写ベルト30は複数の張架ロール31〜34に張架されており、中間転写ベルト30の張架ロール32,33間の直線部に対応して前記画像形成部20(20a〜20d)が設けられており、各画像形成部20(20a〜20d)に対応した中間転写ベルト30の背面には一次転写装置(例えば一次転写ロール)41が配設され、更に、中間転写ベルト30の張架ロール34の対向部位には二次転写装置(例えば二次転写ロール)42が設けられると共に、中間転写ベルト30の張架ロール31の対向部位にはベルト清掃装置45が設けられている。
そして、本実施の形態では、各画像形成部20にて形成された各色トナー像は、一次転写装置41にて順次中間転写ベルト30に一次転写されると共に、中間転写ベルト30に多重転写された各色トナー像が二次転写装置42に図示外の記録材へ二次転写され、二次転写された各トナー像は記録材と共に図示外の定着装置へと導かれ、定着装置にて記録材に例えば加熱加圧定着されるようになっている。
本実施の形態において、画像形成部20(20a〜20d)は、図2及び図3に示すように、所定方向に回転するドラム状の感光体21と、この感光体21の周囲に設けられて感光体21を帯電する帯電装置22と、帯電装置22にて帯電された感光体21に色成分毎の光による静電潜像を書き込む例えばレーザ走査装置などの露光装置23と、感光体21上の各静電潜像を対応する色トナーにて可視像化する現像装置24と、感光体21の一次転写装置41に対向する一次転写部位の下流側に設けられ且つ感光体21上の残留トナーを清掃するクリーニング装置25とを備えている。
尚、本実施の形態では、露光装置23は四つの画像形成部20で共用されているが、これに限られず、例えばLEDアレイ等の書込装置を感光体21の夫々に対応して配設するようにしてもよい。また、図3では、Bmは露光装置23からのビームを示す。
この種の感光体21としては、例えばアルミニウムからなるドラム基体上にリーク防止の下引き層を積層し、この下引き層上に例えば膜厚1μm以下の電荷発生層を積層すると共に、この電荷発生層上には例えば膜厚15〜40μmの電荷輸送層を積層したものである。
尚、電荷輸送層上には必要に応じて耐摩耗性の表層を積層するようにしてもよい。ここで、表層としては、例えばa−SiN:H膜、Siを含まないa−C:H膜やa−C:H:F膜などが用いられ、1000回転当たりの摩耗量が20nm以下の耐摩耗性を具備することが可能である。
更に、クリーニング装置25としては、例えばブレードクリーニング方式を採用したものが用いられる。これは、図3に示すように、清掃容器251の開口縁に感光体21の回転方向に対向するようにブレード252を設けると共に、清掃容器251内には回収搬送部材253を設け、ブレード252にて感光体21上の残留トナーを掻き取り、回収搬送部材253にて回収トナーを図示外の廃トナー回収容器に搬送するようにしたものである。
更にまた、本実施の形態では、感光体21及びその周辺部品はプロセスカートリッジとして一体的に構成され、画像形成装置本体に対して着脱自在に装着されるようになっている。ここで、プロセスカートリッジとして感光体21と一体化される周辺部品としては、例えば帯電装置22及びクリーニング装置25が組み込まれた態様が挙げられ、あるいは、帯電装置22のみが組み込まれた態様、あるいは、帯電装置22、クリーニング装置25及び現像装置24が組み込まれた態様が挙げられる。
次に、本実施の形態で用いられる帯電装置22について詳述する。
図4は本実施の形態で用いられる帯電装置22の構成を模式的に示したものである。
同図において、帯電装置22は、導電性を有する無端状帯電ベルト50と、この帯電ベルト50を張架し且つ帯電バイアスが印加される一対のバイアス印加ロール51,52と、この帯電ベルト50及びバイアス印加ロール51,52を収容する帯電容器55と、前記バイアス印加ロール51,52を感光体21側に押圧する押圧機構56とを備えている。
ここで、帯電ベルト50としては、例えばPVdF、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、エラストマーPVdF、ポリエステル、ポリカーボネイド、ポリオレフィン、PEN、PEK、PES、PPS、PFA、ETFE、CTFE等に導電化剤を分散させることで表面抵抗が106〜108Ω/□程度に調整された20〜100μmの薄膜フィルム状に成形したものが用いられる。
また、バイアス印加ロール51,52は導電性金属からなる軸芯部材53が貫通された導電性樹脂材54を使用したものである。ここで、導電性樹脂材54としては例えば導電性発泡ポリエステルを始めとして種々のものを使用することができる。
この押圧バネ58による押圧力の設定は以下のように選定されている。つまり、帯電ベルト50と感光体21とはバイアス印加ロール51,52間に接触領域mを有し、この接触領域mの両側には帯電ベルト50と感光体21との間に放電可能なプレニップ間隙部g1、ポストニップ間隙部g2が形成されるが、後述するように、バイアス印加ロール51,52に印加される帯電バイアスの大小関係からして、接触領域mを挟んで感光体21の移動方向下流側に位置するポストニップ間隙部g2が変動すると、放電状態が不安定になる懸念があるため、少なくともポストニップ間隙部g2が変動しない程度に選定することが必要である。
本例では、押圧機構56は、一対のバイアス印加ロール51,52に略等しい押圧力を付与するようになっており、例えばバイアス印加ロール51,52の荷重を差し引いてバイアス印加ロール51,52の一端を250〜350gf(2.45〜3.43N)程度で押圧するものである。
また、帯電装置22の各バイアス印加ロール51,52には電源装置60が接続されており、この電源装置60から夫々異なる帯電バイアスVc1,Vc2が印加されるようになっている。
ここで、図5に電源装置60の一例を示す。
同図において、電源装置60は、帯電バイアスVc(Vc1,Vc2)の直流成分Vdcを供給する直流電源61と、この直流電源61と直列に接続され且つ感光体21の移動方向上流側に位置するバイアス印加ロール51に帯電バイアスVc(Vc1)の交流成分Vpp1(ピーク・トゥ・ピーク電圧)を供給する交流電源62と、前記直流電源61と直列に接続され且つ感光体21の移動方向下流側に位置するバイアス印加ロール52に帯電バイアスVc(Vc2)の交流成分Vpp2(ピーク・トゥ・ピーク電圧)を供給する交流電源63とを備えている。
本実施の形態では、一方のバイアス印加ロール51へ印加される帯電バイアスVc1の交流成分Vpp1が、他方のバイアス印加ロール52への帯電バイアスVc2の交流成分Vpp2よりも小さくなるように設定されている。
同図によれば、帯電バイアスVcの交流成分Vppが増加すると、感光体21の表面電位Vhは略線形に増加し、その後飽和する特性がある。つまり、感光体21の表面電位Vhはその増加傾向が飽和点に相当する傾き変化点Mを境に減少する傾向が見られる。
このとき、帯電バイアスVcの交流成分Vppが傾き変化点M以下である場合には、感光体21の表面に帯電むらが起こり易い。この点、帯電バイアスVcの交流成分Vppが傾き変化点Mをやや超えたレベルでは、感光体21の表面との間で不均一な放電が行われ、不均一な放電による白点、色(黒)点が発生し易い。但し、帯電バイアスVcの交流成分Vppが所定値を超えると、感光体21の表面との間で均一な放電が行われ、前述した不均一な放電による弊害(白点、色(黒)点の発生)は発生し難くなるものの、一方では、放電生成物が発生して感光体21表面に放電生成物が堆積し易くなる。この場合、放電生成物の堆積を極力抑制するという観点から帯電バイアスVcの交流成分Vppを選定するとすれば、感光体21の表面との間で均一な放電が行われる使用領域のうち必要最小限の下限レベルにするのがよい。
このことから、バイアス印加ロール51に印加される帯電バイアスVc1の交流成分Vpp1は前記傾き変化点M以下の値に選定され、バイアス印加ロール52に印加される帯電バイアスVc2の交流成分Vpp2は前記傾き変化点Mを超え、好ましくは均一放電が行われる最低限のレベルに選定される。
同図によれば、感光体21の表面電位Vhは帯電バイアスVcの直流成分Vdcに略線形な関係にあることから、帯電目標電位に対応した帯電バイアスVcの直流成分Vdcを選定するようにすればよい。
このような結果、帯電バイアスVc1,Vc2は以下のように選定される。
Vc1=Vdc+Vpp1(Vpp1<Vpp2)
Vc2=Vdc+Vpp2
更に、図4に示す制御装置100は、電源装置60の帯電バイアスVc(Vc1,Vc2)の印加タイミング及びその直流成分Vdc、交流成分Vpp(Vpp1,Vpp2)を決定するようになっている。
尚、帯電バイアスVcの直流成分Vdc、交流成分Vpp(Vpp1,Vpp2)は例えば操作パネル110による入力操作にて予め初期設定されている。
次に、本実施の形態に係る帯電装置22による帯電動作過程について説明する。
今、図2及び図7(a)に示すように、各画像形成部20(20a〜20d)では、帯電装置22が感光体21を帯電する。
このとき、感光体21の移動方向上流側に位置するバイアス印加ロール51には帯電バイアスVc1=Vdc+Vpp1が印加され、プレニップ間隙部g1(図7(a)中I領域)にて放電が行われる。
この際、Vpp1は図6(a)に示す傾き変化点M以下に設定されているため、I領域では十分な帯電は行われないが、プレニップ間隙部g1が徐々に狭くなる方向にあるため、図7(b)に示すように、感光体21の表面では平均的な帯電電位が上昇し、帯電バイアスVcの周波数に応じた表面電位が発生する。
この後、帯電ベルト50と感光体21との接触領域m(図7(a)中II領域)では放電が生じないため、図7(b)に示すように、感光体21の表面電位の振幅がそのまま残り、ポストニップ間隙部g2(図7III領域)に進入する。
この際、ポストニップ間隙部g2が徐々に広がるため、図7(b)に示すように、ポストニップ間隙部g2の接触領域m寄りで存在した大きな表面電位の振幅は間隙が広がるにつれて平均化され、ポストニップ間隙部g2(III領域)の終端では感光体21の表面電位は均一化される。
このことは、例えば図8(a)に示すように、帯電バイアスVc2の交流成分Vpp2が図6(a)に示す傾き変化点Mを超え、均一放電可能な十分に大きいレベル(高ACバイアス時)であるから、ポストニップ間隙部g2の終端付近までが有効放電領域Aとなり、ポストニップ間隙部g2の終端部での間隙の変動や抵抗むらの影響を受け難くなり、不安定放電領域Bが著しく減少すると推測される。
この点、例えば図8(b)に示すように、仮に、帯電バイアスVc2の交流成分Vpp2が図6(a)に示す傾き変化点M以下若しくは傾き変化点M直後の不均一放電領域である比較の形態にあっては、ポストニップ間隙部g2の有効放電領域A’が狭くなり、ポストニップ間隙部g2の終端付近が不安定放電領域B’になってしまい、ポストニップ間隙部g2の終端部での間隙の変動や抵抗むらの影響を受け易くなってしまい、不安定な放電状態に起因する帯電むらや帯電不良に伴う白点、色(黒)点が発生する懸念がある。
尚、プレニップ間隙部g1の不安定放電領域は有効放電領域の開始前であるため、その影響は現れない。
つまり、帯電ベルト50のプレニップ間隙部g1とポストニップ間隙部g2との帯電機能を分離し、プレニップ間隙部g1では所望の帯電電圧が得られる最低限のVpp1を、ポストニップ間隙部g2では画像欠陥(白点、色(黒)点)が発生しない最低限のVpp2を選定するようにすればよい。
特に、プレニップ間隙部g1では帯電バイアスVc1の交流成分Vpp1を小さく設定しているため、プレニップ間隙部g1に対しポストニップ間隙部g2と同様な交流成分Vpp2を作用させる態様に比べて、放電による感光体21表面の劣化(放電生成物の付着量や摩耗量)は低減される。
図9は実施の形態2の画像形成装置で用いられる帯電装置22を示す。
本実施の形態において、帯電装置22は、実施の形態1と同様に、感光体21の移動方向上流側に位置するバイアス印加ロール51には帯電バイアスVc1=Vdc+Vpp1が印加され、感光体21の移動方向下流側に位置するバイアス印加ロール52には帯電バイアスVc2=Vdc+Vpp2が印加されている。
そして、Vpp1としては、帯電バイアスVc1の交流成分に対する感光体21の表面電位変化曲線のうち傾き変化点M(図6(a)参照)に対応した値が選定され、一方、Vpp2としては、帯電バイアスVc2の交流成分に対する感光体21の表面電位変化曲線の傾き変化点Mを超え且つ均一放電可能な使用領域の下限(均一帯電領域下限点)に対応した値が選定される。
但し、本実施の形態に係る帯電装置22は、実施の形態1と異なり、環境情報及び使用履歴情報を考慮して帯電バイアスVc(Vc1,Vc2)を設定する態様である。
同図において、制御装置100は、帯電バイアスVcの直流成分Vdcを制御するVdc制御部111と、帯電バイアスVcの交流成分Vpp(Vpp1,Vpp2)を制御するVpp制御部112と、帯電バイアスVcの交流成分Vpp(Vpp1,Vpp2)を決定する際に使用する参照テーブル113とを備えている。
そして、この制御装置100には、環境センサ101からの環境情報(温度及び湿度の少なくともいずれか一方)、使用履歴メモリ102からの使用履歴情報(帯電装置22の使用履歴としてのオン動作時間や画像形成装置の基準サイズに換算した作像枚数など)、更には操作パネル110からの入力操作情報が取り込まれるようになっている。
尚、帯電バイアスVcの直流成分Vdcは例えば初期設定時に操作パネル110からの入力操作にて所定の帯電レベルに対応した規定値に設定される。
本実施の形態では、各帯電バイアスVc(Vc1,Vc2)の交流成分Vpp(Vpp1,Vpp2)は環境条件や感光体21の使用履歴条件に依存し易いため、環境条件や感光体21の使用履歴条件の変化に伴って最適な帯電バイアスVcを選定するための参照テーブル113が予め用意されている。
先ず、帯電バイアスVc1の交流成分Vpp1として選定される傾き変化点M(図6(a)参照)について検討してみるに、図10(a)に示すように、傾き変化点Mは低温低湿環境Ya(例えば10℃/10%),常温常湿環境Yb(例えば22℃/50%),高温高湿環境Yc(例えば28℃/85%)によって変化するため、環境条件によってVpp1を変更することが必要である。更に、傾き変化点Mは各環境下において感光層膜厚(d:d0<d1<d2<d3<d4<d5<d6)によっても変化するため、例えば使用履歴に伴って感光体21が劣化し、感光層膜厚dが摩耗に伴って薄く変化すると、この使用履歴条件によってVpp1を変更することが必要である。
このような観点から、Vpp1として選定される傾き変化点Mに関し、環境条件及び使用履歴条件(例えば使用履歴に伴う感光層膜厚d)との関係を予め実測し、これに基づいて参照テーブル113を作製するようにすればよい。
尚、図10(a)(b)中、縦軸のV0〜V3は交流成分のスケール値(V0<V1<V2<V3)を示す。
更に、図10(a)(b)において、Vpp1として選定される傾き変化点MとVpp2として選定される均一帯電領域下限点との間には通常不均一放電領域があることから、Vpp2>Vpp1の関係を満たすことが多いが、Vpp1とVpp2との間の差分は感光層膜厚dが厚い程大きく、薄くなる程小さくなる傾向が見られる。
図11は帯電バイアス設定処理を示すフローチャートである。
同図に示すように、先ず、制御装置100のVdc制御部111は帯電バイアスVcの直流成分Vdcを予め定めた規定値に設定する。
次いで、制御装置100のVpp制御部112は、環境センサ101からの環境情報及び使用履歴メモリ102からの使用履歴情報(帯電装置22の使用履歴としてのオン動作時間や画像形成装置の基準サイズに換算した作像枚数など)を検出し、環境情報から環境区分(低温低湿環境Ya,常温常湿環境Yb,高温高湿環境Yc)を判別すると共に、使用履歴情報から感光体21の初期感光層からの劣化程度を予測して感光層膜厚dを判別する。
この状態において、制御装置100のVpp制御部112は、図9に示す参照テーブル113を検索し、判別された環境区分及び感光層膜厚dに基づいて帯電バイアスVcのVpp1,Vpp2を設定する。
このように、本実施の形態では、環境条件や使用履歴条件が変化したとしても、これらの条件を考慮した帯電バイアスVcの交流成分Vpp(Vpp1,Vpp2)が設定されるため、環境条件や使用履歴条件に則した帯電性能を良好に保つことができる点で実施の形態1に比べて好ましい。
更に、本実施の形態では、予め参照テーブル113を作製しておき、これを検索することで帯電バイアスVcの交流成分Vppを可変設定しているが、これに限られるものではなく、例えば感光層での放電電荷量を実測することで感光層膜厚dを検出し、この検出情報に基づいて帯電バイアスVcの交流成分Vppを可変設定するようにしてもよい。
実施の形態1,2では、帯電装置22の電源装置60として図4又は図9に示す態様が採用されているが、これに限られるものではなく、例えば図12に示すように、帯電バイアスVcの直流成分Vdcを供給する直流電源61と、この直流電源61及び各バイアス印加ロール51,52に直列接続され且つ帯電バイアスVcの交流成分Vppを供給する交流電源64と、この交流電源64とプレニップ側のバイアス印加ロール51との間に介在され且つ交流電源64からの交流成分Vppを低減させる抵抗素子65とを備えたものが挙げられる。
また、帯電装置22の電源装置60の他の変形形態としては、図13に示すように、帯電バイアスVcの直流成分Vdcを供給する直流電源61と、この直流電源61とポストニップ側のバイアス印加ロール52とに直列接続され且つ帯電バイアスVcの交流成分Vpp2を供給する交流電源63と、前記直流電源61とプレニップ側のバイアス印加ロール51との間に直列接続される補助直流成分Vdc1を供給する補助直流電源66とを備えたものが挙げられる。本態様では、プレニップ側のバイアス印加ロール51には交流成分が供給されていない態様である。
実施の形態1,2では、帯電ベルト50内に一対のバイアス印加ロール51,52が設けられているが、これに限られるものではなく、例えば図14(a)に示すように、帯電ベルト50内に例えば弾性材からなる加圧部材71を設け、この加圧部材71の感光体21側に面した両側に電極部材72,73を配設し、これらの電極部材72,73に電源装置60からの帯電バイアスVc1、Vc2を印加するようにしてもよい。
但し、本例では、電極部材72,73と感光体21との間に放電可能なプレニップ間隙部g1、ポストニップ間隙部g2を形成するように、電極部材72,73の形状を湾曲形状にしたり、電極部材72,73間で帯電ベルト50と感光体21との間に接触領域を形成するように加圧部材71と感光体21とで帯電ベルト50を弾性挟持するようにすることが必要である。
また、実施の形態1,2では、帯電ベルト50は感光体21に追従して従動回転するようになっているが、これに限られるものではなく、例えば図14(b)に示すように、帯電ベルト50の外側に駆動ロール81を設けると共に、帯電ベルト50内には前記駆動ロール81に対向して帯電ベルト50を挟持する駆動補助ロール82を設け、前記駆動ロール81を駆動モータ83にて駆動することで帯電ベルト50を外部の駆動力にて駆動するようにしてもよい。
実施の形態1に係る画像形成装置を用いて実施例1を構築した。
−画像形成装置の条件−
実施例1に係る画像形成装置において、感光体のプロセススピードを220mm/secとし、感光体表面の帯電電位を−700V、露光装置による露光部電位を−300Vとした。また、現像装置の現像ロールに−560Vの直流成分に振幅(ピーク・トゥ・ピーク電圧)を1.0kV、周波数6kHz、Duty60%の矩形波が重畳された現像バイアス電圧を印加してトナー像を形成した。このトナー像は中間転写ベルトに転写され、さらに記録材に転写され、定着装置によって定着される。
ここで、使用したトナーは、乳化重合法により作成し、コールターカウンター(コールター社製)で測定した体積平均粒径が5.8μmのトナーであった。トナー粒径は必ずしもこの限りではなく、3〜7μmであればよい。トナーの形状は形状係数で表わし、光学顕微鏡(ミクロフォトFXA;ニコン社製)で得た該トナーの拡大写真を、イメージアナライザーLuzex3(NIRECO社製)により画像解析を行って次式により算出した値である。
形状係数=(トナー径の絶対最大長)2/トナーの投影面積×(π/4)×100
このトナー形状係数は、トナーの投影面積と、それに外接する円の面積の比で表わしており、真球の場合100となり、形状が崩れるにつれ増加する。形状係数は、トナー粒子複数個に対して計算され、その平均値を代表値とする。本実施例では、形状係数130〜140のトナーを用いた。トナーには、平均粒径10〜150nmのシリカおよびチタニア等の無機微粒子(外添剤)を適宜量外添した。尚、本実施例においては上述した現像剤を使用したが、必ずしもこれに限られるものではなく従来使用されている粉砕トナーを使用してもよい。また、平均粒径35μmのフェライトビーズからなるキャリアを使用した。
−帯電装置−
・帯電ベルト:PVdF(水の接触角θ:約90度)に導電化剤を分散させて表面抵抗を106Ω/□に調整し、厚さ45μmの薄膜フィルム状に成形したものを用いた。
・バイアス印加ロール:導電性金属からなる軸芯部材が貫通された外径φ12の導電性発泡ポリエステルを使用した。
・押圧機構:押圧バネは、バイアス印加ロールの荷重を差し引いて、バイアス印加ロールの一端を275gfで押圧するものを使用した。
同図において、VthはVpp−Vh(感光体表面電位)の傾きが変化する点(傾き変化点Mに相当)で、1.42kVppである。
同図によれば、Vpp2で十分な放電を行えばディフェクトが発生しないことが確認できた。また、交流電源に代えて直流電源をプレニップ側のバイアス印加ロールに接続した態様(図13に示す態様/直流成分(DC)=−1.5kV)であっても同様な結果が得られた。
このとき、クリーニング装置、現像装置、中間転写ベルト及び一次転写装置を外し、帯電による影響を調べた。放電開始前と放電開始から感光体を30回転させた後の接触角を測定し、その差分が放電生成物の付着量に関係しているものと想定した。ここで、帯電バイアスのAC周波数は1440Hzとしている。
この結果は、Vpp1を低減することにより、放電生成物の付着量を抑制できることが把握される。
尚、図中の□は一つの帯電ロールを使用した比較例で、Vpp1/Vthを1.3(Vpp=1.85kVpp)としたときの水の接触角差を示している。また、▲はプレニップ側のバイアス印加ロールに直流成分(DC)=−1.5kVを印加した態様を示す。
このときもVpp2/Vthを1.3に固定し、ランニング条件は下の通りである。
帯電バイアス:Vdc=−720V Vpp1/Vth=1.0、1.15、1.3 Vpp2/Vth=1.3
周波数:1440Hz
プロセススピード:220mm/sec
ジョブあたりプリント枚数:100枚 総プリント枚数:30,000枚
画像面積率:5%
使用環境:22℃/50%
このときの感光体摩耗率を図17に示す。
摩耗の観点でもVpp1を低減することにより、放電生成物の付着量を抑制できることを確認した。
本実施例は実施の形態2に係る画像形成装置を具現化したもので、帯電装置のVpp1,Vpp2を決定する参照テーブルの具体例を図18に示す。
本実施例の帯電装置は、環境条件及び使用履歴条件に応じて図18に示す参照テーブルに基づいて帯電装置のVpp1,Vpp2を可変設定するものである。
以下、図18に示す参照テーブルについて説明する。
先ず、本実施例で用いられる感光体は以下の通りである。
この感光体は、アルミニウム等のドラム基体上に感光層を積層したもので、感光層としては上層から電荷輸送層、電荷発生層が形成され、最下層にリーク防止の下引き層が形成される。
以下各層の例を挙げる。
下引き層:
酸化亜鉛(SMZ−017N:テイカ製)100重量部をトルエン500重量部と撹拌混合し、シランカップリング剤(A1100:日本ユニカー社製)2重量部を添加し、5時間撹拌した。その後トルエンを減圧蒸留し、120℃で2時間焼き付けを行った。得られた表面処理酸化亜鉛を蛍光X線により分析した結果、Si元素強度は亜鉛元素強度の1.8×10−4であった。前記表面処理を施した酸化亜鉛35重量部と硬化剤としてブロック型ポリイソシアネート スミジュール3175(住友バイエルンウレタン社製)15重量部とブチラール樹脂 BM−1(積水化学社製)6重量部と2−ブタノン44重量部とを混合し、1mmφのガラスビーズを用いてサンドミルにて2時間分散を行い、分散液を得た。得られた分散液を触媒としてジオクチルスズジラウレート0.005重量部、トスパール130(GE東芝シリコーン社製)17重量部を添加し、下引き層塗布液を得た。この塗布液を浸漬塗布法にて30mmφのアルミニウム製のドラム基体上に塗布し、160℃、100分の乾燥硬化を行い、厚さ20μmの下引き層を得た。
電荷発生層:
電荷発生材料として、塩化ガリウムフタロシアニンを用い、その15重量部、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂(VMCH、日本ユニオンカーバイト社製)10重量部およびn−ブチルアルコール300重量部からなる混合物をサンドミルにて4時間分散した。得られた分散液を、前記下引き層上に浸漬塗布し、乾燥して例えば膜厚0.2μmの電荷発生層とした。
電荷輸送層:
4フッ化エチレン樹脂粒子8重量部及び分散助剤としてフッ素系グラフトポリマー0.16重量部とをテトロヒドロフラン49重量部及びトルエン21重量部に十分に撹拌混合して、4フッ化エチレン樹脂粒子懸濁液を作製した。
次に、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニルベンジジン40重量部とビスフェノールZポリカーボネート樹脂(分子量40,000)60重量部とをテトロヒドロフラン231重量部及びトルエン99重量部に十分に溶解混合した後に、前記4フッ化エチレン樹脂粒子懸濁液を加えて、撹拌混合した後、微細な流路を持つ貫通式チャンバーを装着した高圧ホモジナイザー(ナノマイザー社製、商品名LA−33S)を用いて、500kgf/cm2まで昇圧しての分散処理を4回繰り返すことで、4フッ化エチレン樹脂粒子分散液を作製した。得られた塗布液を前記電荷発生層上に浸漬塗布し、乾燥することにより、例えば膜厚29μmの電荷輸送層を形成した。
低温低湿環境Ya:10℃/10%
常温常湿環境Yb:22℃/50%
高温高湿環境Yc:28℃/85%
更に、図18において、横軸の感光層膜厚は電荷輸送層の膜厚を示し、感光体の使用履歴に伴う劣化(主として摩耗)の程度に相当する。尚、傾き変化点Mや均一帯電領域下限点については下引き層や電荷発生層の層厚の影響はあまり受けないことが確認されている。
更にまた、本実施例ではVpp1は傾き変化点Mに対応する帯電バイアスの交流成分を選定したものであり、また、Vpp2は均一帯電領域下限点の帯電バイアスの交流成分を選定したものであり、図18において、縦軸は各環境条件下での感光層膜厚に対する傾き変化点Mに対応する帯電バイアスの交流成分(Vpp1)及び均一帯電領域下限点の帯電バイアスの交流成分(Vpp2)を示す。
図18によれば、傾き変化点Mに対応する帯電バイアスの交流成分(Vpp1)及び均一帯電領域下限点の帯電バイアスの交流成分(Vpp2)は、いずれも低温低湿環境から高温高湿環境に変化することに伴って増加し、また、各環境下では感光層膜厚が薄い場合に比べて厚くなる程増加する傾向にあることが理解される。
更に、Vpp1及びVpp2の差分は、各環境下で感光層膜厚が薄い程小さく(15μm以下では略0)、厚くなる程大きくなる傾向にある。
よって、本実施例では、環境情報及び使用履歴情報から環境条件、使用履歴条件を判別し、図18に示す参照テーブルを検索し、Vpp1及びVpp2を決定するようにすればよい。
Claims (6)
- 移動する被帯電体に対し所定の接触領域をもって配置され且つ被帯電体の移動方向と同方向に向かって移動する導電性を有する無端状帯電ベルトと、
この帯電ベルトの被帯電体との接触領域を挟んだ帯電ベルト内の両側に設けられると共に被帯電体に対して帯電ベルトを押圧し且つ前記帯電ベルトの接触領域に隣接して被帯電体と帯電ベルトとの間に放電可能な間隙部を形成する対構成の電極部材と、
被帯電体の移動方向上流側に位置する電極部材へ印加される帯電バイアスの交流成分が少なくとも被帯電体の移動方向下流側に位置する電極部材への帯電バイアスの交流成分より小さくなるように、夫々の電極部材に異なる帯電バイアスを印加するバイアス印加装置とを備え、
前記被帯電体の帯電特性として、帯電バイアスの交流成分が増加するときに被帯電体の表面電位が略線形に増加してその後に飽和し、飽和点に相当する傾き変化点を境に被帯電体の表面電位の増加傾向が減少する特性がある場合に、
前記バイアス印加装置は、被帯電体の移動方向上流側に位置する電極部材に対し、交流成分が当該交流成分に対する被帯電体の表面電位の傾き変化点以下である帯電バイアスを印加し、被帯電体の移動方向下流側に位置する電極部材に対し、交流成分が当該交流成分に対する被帯電体の表面電位の傾き変化点を超え且つ被帯電体の表面との間で均一放電可能な使用領域にある帯電バイアスを印加するものであることを特徴とする帯電装置。 - 請求項1記載の帯電装置において、
対構成の電極部材は帯電ベルトを張架する回転可能なロール状部材であることを特徴とする帯電装置。 - 請求項1又は2記載の帯電装置において、
バイアス印加装置は、使用環境が判別可能な使用環境判別部を有し、この使用環境判別部からの判別結果に基づいて各電極部材への帯電バイアスを変化させるものであることを特徴とする帯電装置。 - 請求項1乃至3いずれかに記載の帯電装置において、
バイアス印加装置は、前記対構成の各電極部材に直列接続され且つ帯電バイアスの交流成分を供給する交流電源と、この交流電源と被帯電体の移動方向上流側に位置する電極部材との間に介在され且つ前記交流電源からの交流成分を低減させる抵抗素子とを備えていることを特徴とする帯電装置。 - 被帯電体としての感光体と、この感光体に対向して配設される請求項1乃至4いずれかに記載の帯電装置とを少なくとも備え、画像形成装置本体に対して着脱自在に装着されることを特徴とする画像形成組立体。
- 被帯電体としての感光体と、この感光体に対向して配設される請求項1乃至4いずれかに記載の帯電装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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