JP5090786B2 - トナーの製造方法、トナーの製造装置 - Google Patents
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Description
このトナーの製造装置1は、少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー組成液を液滴化して放出する液滴化手段としての液滴噴射ユニット2と、この液滴噴射ユニット2が上方に配置され、液滴噴射ユニット2から放出される液滴化されたトナー組成液の液滴を固化してトナー粒子Tを形成する粒子化手段としての粒子形成部3と、粒子形成部3で形成されたトナー粒子Tを捕集するトナー捕集部4と、トナー捕集部4で捕集されたトナー粒子Tがチューブ5を介して移送され、移送されたトナー粒子Tを貯留するトナー貯留手段としてのトナー貯留部6と、トナー組成液10を収容する原料収容部7と、この原料収容部7内から液滴噴射ユニット2に対してトナー組成液10を送液する配管(送液管)8と、稼動時などにトナー組成液10を圧送供給するためのポンプ9とを備えている。
この液滴噴射ユニット2は、複数のノズル(吐出口)11が形成された薄膜12と、この薄膜12を振動させる振動手段13と、薄膜12と振動手段13との間に少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー組成液10を供給する貯留部(液流路)14を形成する流路部材15とを備えている。
図7に示す例は、振動発生手段13として、振動発生部としての圧電体81及び振動増幅部としてのホーン82で構成されるホーン型振動子80を用いて、ホーン82の一部に貯留部(流路)14を形成したものである。この液滴噴射ユニット2は、ホーン型振動子80のホーン82に一体形成した固定部(フランジ部)83によって粒子形成部3(乾燥手段)の壁面に固定されていることが好ましい、振動の損失を防ぐ観点から、図示しない弾性体を用いて固定してもよい。
上述したように液滴噴射ユニット2は、貯留部14に臨む複数のノズル11を有する薄膜12に、機械的振動手段である振動手段13によって発生した振動を伝播させて、薄膜12を周期的に振動させ、比較的大面積(φ1mm以上)の領域に複数のノズル11を配置し、それら複数のノズル11より液滴を安定的に形成して放出することができるようになる。
ここでは、トナー組成液10として、前述したように、少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー組成物を溶剤に溶解又は分散した溶液、分散液を用いているので、液滴31を乾燥して固化することでトナー粒子Tを形成している。つまり、この実施形態では、粒子形成部3は液滴31の溶媒を乾燥して除去することによってトナー粒子Tを形成する溶媒除去部としている(以下では、粒子形成部3を「溶媒除去部」あるいは「乾燥部」とも称する。)。
このトナー捕集部4は、粒子形成部3の粒子飛翔方向下流側に粒子形成部3に連続して設けられ、開口径が入口側(液体噴射ユニット2側)から出口側に向けて漸次縮小するテーパ面41を有している。そして、例えば、図示しない吸引ポンプなどでトナー捕集部4内から吸引を行うことによってトナー捕集部4内に下流側に向かう渦流である気流42を発生させ、この気流42によってトナー粒子Tを捕集するようにしている。このように渦流(気流42)によって遠心力を発生させてトナー粒子Tを捕集することで確実にトナー粒子Tを捕集して下流側のトナー貯留部6に移送することができる。
前述したように液滴噴射ユニット2の貯留部14に少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー組成物を分散ないし溶解させたトナー組成液10を供給した状態で、液滴化手段11の振動手段13の振動発生手段21に対して所要の駆動周波数の駆動信号を印加することによって、振動発生手段21に撓み振動が発生し、この振動が振動増幅手段22によって増幅されて振動面13aが振動する。
この液滴噴射ユニット2は、前述した例と同様に、ホーン型振動子を振動発生手段13に用いて、この振動発生手段13の周囲を囲んでトナー組成液10を供給する流路部材15を配置し、振動発生手段13のホーン22Aに薄膜12と対向する部分に貯留部14を形成している。さらに、流路部材15の周囲に所要の間隔を置いて気流35を流す気流路37を形成する気流路形成部材36を配置している。なお、図示を簡略化するため、薄膜12のノズル11は1個で示しているが、前述したように複数個設けられている。
トナー材料としては、従来の電子写真用トナーと全く同じ物が使用できる。すなわち、スチレンアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオール系樹脂、エポキシ系樹脂、等のトナーバインダーを各種有機溶媒に溶解し、着色剤を分散、かつ、離型剤を分散又は溶解し、これを前記トナー製造方法により微小液滴とし乾燥固化させることで、目的とするトナー粒子を作製することが可能である。また、上記材料を熱溶融混練し得られた混練物を各種溶媒に一度溶解乃至分散した液を、前記トナー製造方法により微小液滴とし乾燥固化させることで、目的のトナーを得ることも可能である。
前記トナー用材料としては、少なくとも樹脂と着色剤とを含有し、必要に応じて、キャリア、ワックス等のその他の成分を含有する。
前記樹脂としては、少なくとも結着樹脂が挙げられる。
前記結着樹脂としては、特に制限はなく、通常使用される樹脂を適宜選択して使用することができるが、例えば、スチレン系単量体、アクリル系単量体、メタクリル系単量体等のビニル重合体、これらの単量体又は2種類以上からなる共重合体、ポリエステル系重合体、ポリオール樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、石油系樹脂、などが挙げられる。
2価のアルコール成分としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−へキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、又は、ビスフェノールAにエチレンオキシド、プロピレンオキシド等の環状エーテルが重合して得られるジオール、などが挙げられる。 ポリエステル樹脂を架橋させるためには、3価以上のアルコールを併用することが好ましい。
(1)試料は予め結着樹脂(重合体成分)以外の添加物を除去して使用するか、結着樹脂及び架橋された結着樹脂以外の成分の酸価及び含有量を予め求めておく。試料の粉砕品0.5〜2.0gを精秤し、重合体成分の重さをWgとする。例えば、トナーから結着樹脂の酸価を測定する場合は、着色剤又は磁性体等の酸価及び含有量を別途測定しておき、計算により結着樹脂の酸価を求める。
(2)300(ml)のビーカーに試料を入れ、トルエン/エタノール(体積比4/1)の混合液150(ml)を加え溶解する。
(3)0.1mol/lのKOHのエタノール溶液を用いて、電位差滴定装置を用いて滴定する。
(4)この時のKOH溶液の使用量をS(ml)とし、同時にブランクを測定し、この時のKOH溶液の使用量をB(ml)とし、以下の式で算出する。ただしfはKOHのファクターである。
酸価(mgKOH/g)=[(S−B)×f×5.61]/W
トナーの結着樹脂及び結着樹脂を含む組成物は、トナー保存性の観点から、ガラス転移温度(Tg)が35〜80℃であるのが好ましく、40〜75℃であるのがより好ましい。Tgが35℃より低いと高温雰囲気下でトナーが劣化しやすく、また定着時にオフセットが発生しやすくなることがある。また、Tgが80℃を超えると、定着性が低下することがある。
前記着色剤としては、特に制限はなく、通常使用される樹脂を適宜選択して使用することができるが、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びこれらの混合物、などが挙げられる。
量部が好ましい。
<キャリア>
本発明に係るトナーは、キャリアと混合して2成分現像剤として使用してもよい。前記キャリアとしては、通常のフェライト、マグネタイト等のキャリアも樹脂コートキャリアも使用することができる。
含フッ素樹脂とスチレン系共重合体との混合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンとスチレン−メタクリ酸メチル共重合体との混合物、ポリテトラフルオロエチレンとスチレン−メタクリル酸メチル共重合体との混合物、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合(共重合体質量比10:90〜90:10)とスチレン−アクリル酸2−エチルヘキシル共重合体(共重合質量比10:90〜90:10)とスチレン−アクリル酸2−エチルヘキシル−メタクリル酸メチル共重合体(共重合体質量比20〜60:5〜30:10:50)との混合物が挙げられる。
また、本発明では、結着樹脂、着色剤とともにワックスを含有させることもできる。
ワックスとしては、特に制限はなく、通常使用されるものを適宜選択して使用することができるが、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス等の脂肪族炭化水素系ワックス、酸化ポリエチレンワックス等の脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合体、キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろう等の植物系ワックス、みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス、オゾケライト、セレシン、ペテロラタム等の鉱物系ワックス、モンタン酸エステルワックス、カスターワックスの等の脂肪酸エステルを主成分とするワックス類。脱酸カルナバワックスの等の脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化したもの、などが挙げられる。
本発明に係るトナーには、流動性向上剤を添加してもよい。該流動性向上剤は、トナー表面に添加することにより、トナーの流動性を改善(流動しやすくなる)するものである。
前記無機微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、などを挙げることができる。
前記無機微粒子の一次粒子径は、5mμ〜2μmであることが好ましく、5mμ〜500mμであることがより好ましい。
加熱溶融して冷却固化して得るトナー組成物としては、以下の溶融して低粘度の溶融液が得られる材料を主成分として用いることが好ましい。
例えば、ステアリン酸モノグリセライド、パルミチンモノグリセライド、オレイン酸モノグリセライド、ベヘニン酸モノグリセライドなどが選ばれる。具体的には、レオドールMS−50、レオドールMS−60、レオドールMS−165、レオドールMO−60、エキセパールG−MB(以上花王製)、脱臭精製カルナバワックスNo.1、精製キャンデリラワックスNo.1(以上野田ワックス製)、シンクロワックスERL−C、シンクロワックスHR−C(以上クローダ製)、KF2(川研ファインケミカル製)が使用できる。また、特殊エステル系ワックスとして、エキセパールDS−C2(花王製)、カワスリップ−L、カワスリップ−R(以上川研ファインケミカル製)等も選ばれる。セロチン酸ミリシル、セロチン酸セリル、モンタン酸セリル、パルミチン酸ミリシル、ステアリン酸ミリシル、パルミチン酸セチル、ステアリン酸セチル等の高級脂肪酸の高級アルコールエステル類等も選ばれる。
ここで、放射線硬化性物質としては、一般に感放射線性樹脂あるいは放射線硬化性樹脂として知られている還化ポリイソプレン、還化ポリブタジエン、ポリエーテルのポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリビニルアルコールの桂皮酸エステル、ノボラック樹脂、ポリメタクリル酸グリシジル、塩素化ポリメチルスチレン等が挙げられる。
以下、実施例により本発明について詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に何ら限定されるものではない。
−着色剤分散液の調製−
先ず、着色剤としての、カーボンブラックの分散液を調製した。
カーボンブラック(Regal400;Cabot社製)17質量部、顔料分散剤3質量部を、酢酸エチル80質量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。該顔料分散剤としては、アジスパーPB821(味の素ファインテクノ社製)を使用した。得られた一次分散液を、ダイノーミルを用いて強力なせん断力により細かく分散し、5μm以上の凝集体を完全に除去した二次分散液を調製した。
次にワックス分散液を調整した。
カルナバワックス18質量部、ワックス分散剤2質量部を、酢酸エチル80質量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。この一次分散液を攪拌しながら80℃まで昇温しカルナバワックスを溶解した後、室温まで液温を下げ最大径が3μm以下となるようワックス粒子を析出させた。ワックス分散剤としては、ポリエチレンワックスにスチレン−アクリル酸ブチル共重合体をグラフト化したものを使用した。得られた分散液を、更にダイノーミルを用いて強力なせん断力により細かく分散し、最大径が2μm以下なるよう調整した。
次に、結着樹脂としての樹脂、上記着色剤分散液及び上記ワックス分散液を添加した下記組成からなるトナー組成分散液を調製した。
結着樹脂としてのポリエステル樹脂100質量部、前記着色剤分散液30質量部、ワックス分散液30質量部を、酢酸エチル840質量部を、攪拌羽を有するミキサーを使用して10分間攪拌を行い、均一に分散させた。溶媒希釈によるショックで顔料やワックス粒子が凝集することはなかった。なお、この分散液の電気伝導度は1.8×10-7S/mであった。
得られた分散液を、前述したトナーの製造装置の液滴噴射ユニット2のノズル11に供給した。使用した薄膜12は、外径8.0mmで厚み20μmのニッケル板に、真円形状の直径10μmの吐出孔(ノズル)15を、電鋳法による加工で作製した。吐出孔は各吐出孔間の距離が100μmとなるように千鳥格子状に、ノズルプレートの中心の約5mmφの範囲にのみ設けた。この場合の計算上の有効吐出孔数は約1000個となる。
〔トナー作製条件〕
分散液比重 :ρ=1.154g/cm3
乾燥空気流量 :装置内乾燥窒素 30.0L/分
乾燥入口温度 :60℃
乾燥出口温度 :45℃
露点温度 :−20℃
駆動振動数 :180kHz
得られたトナーについて、以下の評価を行った。なお、その結果を表1に示している。
<粒度分布>
フロー式粒子像分析装置(Flow Particle Image Analyzer)を使用した測定方法に関して以下に説明する。
トナー、トナー粒子及び外添剤のフロー式粒子像分析装置による測定は、例えば、東亜医用電子社(株)製フロー式粒子像分析装置FPIA−2000を用いて測定することができる。
測定は、フィルターを通して微細なごみを取り除き、その結果として10−3cm3の水中に測定範囲(例えば、円相当径0.60μm以上159.21μm未満)の粒子数が20個以下の水10ml中にノニオン系界面活性剤(好ましくは和光純薬社製コンタミノンN)を数滴加え、更に、測定試料を5mg加え、超音波分散器STM社製UH−50で20kHz,50W/10cm3の条件で1分間分散処理を行い、さらに、合計5分間の分散処理を行い測定試料の粒子濃度が4000〜8000個/10−3cm3(測定円相当径範囲の粒子を対象として)の試料分散液を用いて、0.60μm以上159.21μm未満の円相当径を有する粒子の粒度分布を測定する。
試料分散液は、フラットで偏平な透明フローセル(厚み約200μm)の流路(流れ方向に沿って広がっている)を通過させる。フローセルの厚みに対して交差して通過する光路を形成するために、ストロボとCCDカメラが、フローセルに対して、相互に反対側に位置するように装着される。試料分散液が流れている間に、ストロボ光がフローセルを流れている粒子の画像を得るために1/30秒間隔で照射され、その結果、それぞれの粒子は、フローセルに平行な一定範囲を有する2次元画像として撮影される。それぞれの粒子の2次元画像の面積から、同一の面積を有する円の直径を円相当径として算出する。
約1分間で、1200個以上の粒子の円相当径を測定することができ、円相当径分布に基づく数及び規定された円相当径を有する粒子の割合(個数%)を測定できる。結果(頻度%及び累積%)は、表1に示す通り、0.06−400μmの範囲を226チャンネル(1オクターブに対し30チャンネルに分割)に分割して得ることができる。実際の測定では、円相当径が0.60μm以上159.21μm未満の範囲で粒子の測定を行う。
吸引式の帯電量測定装置により測定した。具体的には、トナーを捕集できるフィルターを具備したファラデーケージにトナー重量200〜250mgの範囲を吸引し、これにエレクトロメーターを接続し、吸引したトナーの総電荷量を測定した。前もって測定したフィルター重量からの増加重量をフィルター上のトナー重量として5桁精度の化学天秤で計量し、総電荷量を捕集したトナー重量で除し、単位重量当たりの帯電量(q/m)として求めた。同様の測定原理の帯電量測定装置で市販されているものとしてトレックジャパン株式会社製の「モデル210HS−2A」があるが、同様の構成である自作の測定装置を使用した。トナーを捕集するフィルターとしては直径21mmのガラスマイクロファイバー(Whatman)を使用した。吸引する時間による測定差は殆どないが、吸引時間を30秒以内に規定した。
温度30℃、湿度90%の環境試験室で上記の帯電量測定法により測定を行った。試料を12時間この環境に放置した上で測定を行った。
トナーの帯電量分布は帯電量分布測定装置(ホソカワミクロン社製E−Spartアナライザー、EST−2型)により測定した。具体的には、トナーを直接測定機のトナー吸入口にフィーダーで一定量導入し、帯電量分布を測定した。帯電量の分布を示す指標としては、最頻度(ピーク)値[q/d]及び、最頻度の2分の1の高さの位置での分布の幅、いわゆる半値幅で表した。トナーの特性としては、帯電量分布がよりシャープであることが望ましいが、一般的に帯電量が高くなるほど半値幅も大きくなる傾向がある。
現像剤を、市販の複写機(イマジオネオ271;リコー社製)の現像器部分を改良した改造機に入れ、画像占有率7%の印字率でリコー社製6000ペーパーを用いてランニングを実施した。そのときの初期10枚目の画像と3万枚目の画像の細線部を原稿と比較し、光学顕微鏡で100倍で拡大観察し、ラインの抜けの状態を段階見本と比較しながら4段階で評価した。◎>○>△>×の順に画像品質が高い。特に「×」の評価は製品として採用できないレベルである。負帯電極性のトナーの場合には、有機静電潜像担持体を使用し、正帯電極性のトナーの場合は非晶質シリコン静電潜像担持体を使用した。
〔キャリア〕
芯材:平均粒径50μmの球形フェライト粒子
コート材構成材料:シリコーン樹脂
シリコーン樹脂をトルエンに分散させ、分散液を調整後、加温状態にて上記芯材にスプレーコートし、焼成、冷却後、平均コート樹脂膜厚み0.2μmのキャリア粒子を作成した。
実施例1において、図7のホーン型振動子ヘッドで構成した振動発生手段13の液滴吐出ユニット2(ヘッド)用いた以外は、全て実施例1と同様にして、目的のトナーを得た。トナーの重量平均粒径(D4)は5.0μm、個数平均粒径(Dn)が4.8μmであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、図8のランジュバン型振動子で構成した振動発生手段13の液滴吐出ユニット2(ヘッド)を用いた以外は、全て実施例1と同様にして、目的のトナーを得た。トナーの重量平均粒径(D4)は5.2μm、個数平均粒径(Dn)が5.0μmであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、液滴噴射ユニット2に使用している圧電体(振動発生部21)を共振周波数が540KHzのものに交換し、駆動振動数を540kHzとした。これ以外は、全て実施例1と同様にして、目的のトナーを得た。トナーの重量平均粒径(D4)は5.2μm、個数平均粒径(Dn)が4.8μmであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、液滴噴射ユニット2に使用している圧電体(振動発生部21)を共振周波数が1.2MHzのものに交換し、駆動振動数を1.2MHzとした。これ以外は、全て実施例1と同様にして、目的のトナーを得た。トナーの重量平均粒径(D4)は5.5μm、個数平均粒径(Dn)が4.8μmであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、使用した薄膜12のノズル11(吐出孔)を、各吐出孔間の距離を75μmにした以外は全て実施例1と同様にして、目的のトナーを得た。計算上の有効吐出孔数は約1600個となる。得られたトナーの重量平均粒径(D4)は5.3μm、個数平均粒径(Dn)が4.9μmであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、使用したノ薄膜12のノズル11(吐出孔)を、各吐出孔間の距離を50μmにした以外は全て実施例1と同様にして、目的のトナーを得た。計算上の有効吐出孔数は2200個となる。得られたトナーの重量平均粒径(D4)は5.8μm、個数平均粒径(Dn)が5.2μmであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、使用した薄膜12の厚みを10μmにした以外は全て実施例1と同様にして、目的のトナーを得た。得られたトナーの重量平均粒径(D4)は5.2μm、個数平均粒径(Dn)が5.0μmであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、使用した薄膜12の厚みを50μmにした以外は全て実施例1と同様にして、目的のトナーを得た。得られたトナーの重量平均粒径(D4)は5.2μm、個数平均粒径(Dn)が5.1μmであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、使用した薄膜12の厚みを200μmにした以外は全て実施例1と同様にして、目的のトナーを得た。得られたトナーの重量平均粒径(D4)は5.3μm、個数平均粒径(Dn)が5.0μmであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表1に示す。
−トナー組成分散液の調製−
着色剤及びワックスの分散液、樹脂を添加した分散液を、実施例1と同様の条件で調製した。
実施例1で用いた装置の代わりに、分散液を貯留する貯留部と、この貯留部に圧電体の伸縮により圧電パルスを与え、液滴をノズルから吐出することが可能なヘッド部とを設けた装置に変え、以下のようなトナー作製条件で、液滴を吐出させた後、該液滴を乾燥固化することにより、トナーを作製した。なお、実施例1の装置は、ノズル自身に振動が加えられる構造であるのに対し、この比較例1の装置は、分散液貯留部に圧電パルスが加えられていることが大きな違いである。
分散液比重 :ρ=1.154g/cm3
乾燥空気流量 :装置内乾燥窒素 30.0L/分
乾燥入口温度 :60℃
乾燥出口温度 :45℃
露点温度 :−20℃
圧電パルス周波数:20kHz
−分散液の調製−
着色剤の分散液、樹脂及びワックスを添加した分散液を、実施例1と同様の条件で調製した。
実施例1で用いた装置の代わりに、分散液を貯留する貯留部と、この貯留部に圧電体の伸縮で発生した圧電パルスを、更に音響レンズにより収束して得た圧力パルスで、液滴をノズルから吐出することが可能なヘッド部とを設けた装置に変え、比較例1と同条件でトナーを作製した。なお、実施例1の装置は、ノズル自身に振動が加えられる構造であるのに対し、この比較例2の装置は、分散液貯留部に圧電パルスが加えられていることが大きな違いである。
この液滴噴射ユニット102は、前述した実施形態と同様に、複数のノズル(吐出口)111が形成された薄膜112と、この薄膜112を振動させる振動手段113と、薄膜112と振動手段113との間に少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー組成液10を供給する貯留部(液流路)114を形成する流路部材115とを備え、貯留部114には、液供給管118を通じてトナー組成液10が供給され、また、必要に応じて液循環用管119が設けられる。
前述した図7及び図8で説明したように、機械的振動を発生する振動手段(振動発生手段及び振動増幅手段の結合体)の大きさは、発振振動周波数の減少に伴い大きくなることが一般的であり、必要な周波数に応じて、適宜、振動手段に直接穴あけ加工を施し貯留部を設けることができる。また、貯留部全体を効率的に振動させることも可能である。この場合の「振動面」とは、複数のノズルを有する薄膜が貼り合わされた面と定義される。
(実施例11)
−着色剤分散液の調製−
先ず、着色剤としての、カーボンブラックの分散液を調製した。
カーボンブラック(Regal400;Cabot社製)17質量部、顔料分散剤3質量部を、酢酸エチル80質量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。該顔料分散剤としては、アジスパーPB821(味の素ファインテクノ社製)を使用した。得られた一次分散液を、ダイノーミルを用いて強力なせん断力により細かく分散し、5μm以上の凝集体を完全に除去した二次分散液を調製した。
次にワックス分散液を調整した。
カルナバワックス18質量部、ワックス分散剤2質量部を、酢酸エチル80質量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。この一次分散液を攪拌しながら80℃まで昇温しカルナバワックスを溶解した後、室温まで液温を下げ最大径が3μm以下となるようワックス粒子を析出させた。ワックス分散剤としては、ポリエチレンワックスにスチレン−アクリル酸ブチル共重合体をグラフト化したものを使用した。得られた分散液を、更にダイノーミルを用いて強力なせん断力により細かく分散し、最大径が2μm以下なるよう調整した。
次に、結着樹脂としての樹脂、上記着色剤分散液及び上記ワックス分散液を添加した下記組成からなるトナー組成分散液を調製した。
結着樹脂としてのポリエステル樹脂100質量部、前記着色剤分散液30質量部、ワックス分散液30質量部を、酢酸エチル840質量部を、攪拌羽を有するミキサーを使用して10分間攪拌を行い、均一に分散させた。溶媒希釈によるショックで顔料やワックス粒子が凝集することはなかった。
得られた分散液を、図17ないし図19で説明した液滴噴射ユニット102の貯留部14に供給した。使用した薄膜112は、ニッケル電鋳法により加工し、真円形状の直径10μmのノズル11を、100μmピッチで千鳥格子状に配置した。ノズル11の配置される面は、振動手段113の振動面113aに対向する箇所とした。
〔トナー作製条件〕
分散液固形分 :7.0%
分散液比重 :ρ=1.154g/cm3
乾燥空気流量 :分散用窒素 2.0L/分、装置内乾燥窒素 30.0L/分
乾燥入口温度 :60℃
乾燥出口温度 :45℃
露点温度 :−20℃
駆動振動数 :40kHz
得られたトナーについて、以下の評価を行った。なお、その結果は表2に示す。
<粒度分布>
前述したフロー式粒子像分析装置(Flow Particle Image Analyzer)を使用した測定方法によって測定した。
前述したと同様に、現像剤を、市販の複写機(イマジオネオ271;リコー社製)の現像器部分を改良した改造機に入れ、画像占有率7%の印字率でリコー社製6000ペーパーを用いてランニングを実施した。その時の初期10枚目の画像と3万枚目の画像の細線部を原稿と比較し、光学顕微鏡で100倍で拡大観察し、ラインの抜けの状態を段階見本と比較しながら4段階で評価した。◎>○>△>×の順に画像品質が高い。特に「×」の評価は製品として採用できないレベルである。負帯電極性のトナーの場合には、有機静電潜像担持体を使用し、正帯電極性のトナーの場合は非晶質シリコン静電潜像担持体を使用した。
〔キャリア〕
芯材:平均粒径50μmの球形フェライト粒子
コート材構成材料:シリコーン樹脂
シリコーン樹脂をトルエンに分散させ、分散液を調整後、加温状態にて上記芯材にスプレーコートし、焼成、冷却後、平均コート樹脂膜厚み0.2μmのキャリア粒子を作製した。
実施例11において、液滴噴射ユニット102の振動手段113として、振動面113aが長方形状であり、長辺50mm/短辺5mmのものを用いて、振動周波数を100kHzとした以外は、全て実施例11と同様にして、目的のトナーを得た。トナーの重量平均粒径(D4)は5.2μm、個数平均粒径(Dn)が4.9μmであった。また、1時間当たりに生産されたトナーの量は200gであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表2に示す。
実施例11において、液滴噴射ユニット2を粒子形成部3の天面部に10個並列した以外は、全て実施例11と同様にして、目的のトナーを得た。トナーの重量平均粒径(D4)は5.3μm、個数平均粒径(Dn)が4.9μmであった。また、1時間当たりに生産されたトナーの量は2100gであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表2に示す。
実施例11において、振動手段113の振動発生手段121をボルト締めランジュバン型振動子とした以外は、全て実施例11と同様にして、目的のトナーを得た。トナーの重量平均粒径(D4)は5.4μm、個数平均粒径(Dn)が5.1μmであった。また、1時間当たりに生産されたトナーの量は235gであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表2に示す。
実施例11において、液滴噴射ユニット2として図23及び図24で説明した振動増幅手段122内に貯留部114を形成したものを用いた以外、全て実施例11と同様にして、目的のトナーを得た。貯留部114(液室)は、振動増幅手段122の振動面113aに10個形成した。トナーの重量平均粒径(D4)は5.3μm、個数平均粒径(Dn)が5.0μmであった。また、1時間当たりに生産されたトナーの量は200gであった。得られたトナーについて、上述の評価を行った。結果を表2に示す。
比較例として、実施例11と同じ構成で、液滴噴射ユニット2として振動増幅手段122を備えないものを用いて液滴を吐出させて目的のトナーを得た。このとき、薄膜112の振動の振幅は0.8μmであった。
2…液滴噴射ユニット
3…粒子形成部(溶媒除去部)
4…トナー捕集部
5…チューブ
6…トナー捕集部
7…原料収容部
8…配管
10…トナー組成液
11…ノズル
12…薄膜
13…振動手段
14…貯留部
15…流路部材
21…振動発生手段
21A…圧電体
22…振動増幅手段
22A…ホーン
31…液滴
80…ホーン型振動子
90…ランジュバン型振動子
T…トナー粒子
102…液滴噴射ユニット
112…薄膜
113…振動手段
113a…振動面
113b…結合面
114…貯留部
121…振動発生手段
122…振動増幅手段
Claims (41)
- 複数のノズルが形成された薄膜と、振動を発生する振動発生手段及び前記薄膜に対向して前記薄膜と平行な振動面を有し、前記振動発生手段で発生された振動を増幅する振動増幅手段とで構成された振動手段とを備える液滴化手段を用いて、前記薄膜と前記振動面との間に供給される少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー組成液を、前記複数のノズルから周期的に液滴化して放出させる周期的液滴化工程と、
前記放出されたトナー組成液の液滴を固化させてトナー粒子を形成する粒子化工程と
を行うことを特徴とするトナーの製造方法。 - 請求項1に記載のトナーの製造方法において、前記液滴化手段は前記振動増幅手段の前記振動面が前記振動発生手段と結合する結合面より広く形成されていることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項2に記載のトナーの製造方法において、前記振動増幅手段の前記振動面及び結合面が矩形状であり、短辺と長辺の比が2.0以上であることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記液滴化手段の前記振動増幅手段がホーン形状であることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記振動手段がボルト締めランジュバン型振動子であることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記液滴化手段の前記振動発生手段が発生する振動の周波数が20kHz以上2.0MHz未満であることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記液滴化手段の振動面の振動によって与えられる圧力が10kPa以上500kPa以下の前記薄膜の領域に前記複数のノズルが配置されているものであることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項1ないし7のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記液滴化手段は、前記複数のノズルが配された領域における薄膜の振動方向変位ΔLの最大値でΔLmaxと最小値ΔLminの比R(=ΔLmax/ΔLmin)が、2.0以内である領域内に前記複数のノズルが配置されているものであることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項1ないし8のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記液滴化手段は、前記薄膜が厚み5〜500μmの金属薄膜で形成され、前記複数のノズルは開口径が3〜35μmの範囲内であるものであることをトナーの製造方法。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記液滴化手段は、2ないし3000個のノズルを有するものであることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記粒子化工程で前記トナー組成液の液滴を乾燥して固化することを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項11に記載のトナーの製造方法において、前記トナー組成液の液滴の放出方向に流れる乾燥した気体によって前記液滴を乾燥することを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項12に記載のトナーの製造方法において、前記気体が空気又は窒素であることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項1ないし13のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記粒子化工程で形成されたトナー粒子の電荷を除電する工程を行うことを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項14に記載のトナーの製造方法において、前記除電は軟X線照射によって行われることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項14に記載のトナーの製造方法において、前記除電はプラズマ照射によって行われることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項1ないし16のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記トナー粒子を気流によって捕集することをトナーの製造方法。
- 請求項17に記載のトナーの製造方法において、前記トナー粒子の捕集は開口径が入口部から出口部に向けて漸次縮小するテーパ面を有するトナー捕集部によって行われることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項17又は18に記載のトナーの製造方法において、前記気流が渦流であることを特徴とするトナーの製造方法。
- 請求項17ないし19のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記捕集したトナー粒子を前記気流によってトナー貯蔵部に移送することを特徴とするトナーの製造方法。
- 複数のノズルが形成された薄膜と、振動を発生する振動発生手段及び前記薄膜に対向して前記薄膜と平行な振動面を有し、前記振動発生手段で発生された振動を増幅する振動増幅手段とで構成された振動手段とを備え、前記薄膜と前記振動面との間に供給される少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー組成液を、前記複数のノズルから周期的に液滴化されて放出する液滴化手段と、
この液滴化手段から放出される前記トナー組成液の液滴を固化させてトナー粒子を形成する粒子化手段と
を備えていることを特徴とするトナーの製造装置。 - 請求項21に記載のトナーの製造装置において、前記液滴化手段は前記振動増幅手段の前記振動面が前記振動発生手段と結合する結合面より広く形成されていることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項22に記載のトナーの製造装置において、前記振動増幅手段の前記振動面及び結合面が矩形状であり、短辺と長辺の比が2.0以上であることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項21ないし23のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記液滴化手段の前記振動増幅手段がホーン形状であることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項21ないし23のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記振動手段がボルト締めランジュバン型振動子であることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項21ないし25のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記液滴化手段の前記振動発生手段が発生する振動の周波数が20kHz以上2.0MHz未満であることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項21ないし26のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記液滴化手段の薄膜には、前記トナー組成液に与える圧力が10kPa以上500kPa以下の領域に前記複数のノズルが配置されていることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項21ないし27のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記液滴化手段の薄膜には、前記複数のノズルが配された領域における薄膜の振動方向変位ΔLの最大値ΔLmaxと最小値ΔLminの比R(=ΔLmax/ΔLmin)が、2.0以内である領域内に前記複数のノズルが配置されていることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項21ないし28のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記液滴化手段の薄膜は厚み5〜500μmの金属薄膜であって、前記複数のノズルは開口径が3〜35μmの範囲内であることをトナーの製造装置。
- 請求項21ないし29のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記液滴化手段の薄膜には2ないし3000個のノズルを有することを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項21ないし30のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記粒子化手段は、前記トナー組成液の液滴を乾燥して固化する溶媒除去部を備えていることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項31に記載のトナーの製造装置において、前記溶媒除去部は、前記トナー組成液の液滴の放出方向に流れる乾燥した気体によって前記液滴を乾燥することを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項32に記載のトナーの製造装置において、前記気体が空気又は窒素であることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項21ないし33のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記粒子化手段で形成されたトナー粒子の電荷を除電する除電手段を備えていることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項34に記載のトナーの製造装置において、前記除電手段は軟X線照射を行う手段であることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項34に記載のトナーの製造装置において、前記除電手段はプラズマ照射を行う手段であることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項21ないし36のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記トナー粒子を気流によって捕集するトナー捕集手段を備えることをトナーの製造装置。
- 請求項37に記載のトナーの製造装置において、前記トナー捕集手段は、開口径が入口部から出口部に向けて漸次縮小するテーパ面を有することを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項37又は38に記載のトナーの製造装置において、前記気流が渦流であることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項37ないし39のいずれかに記載のトナーの製造装置において、前記捕集したトナー粒子が前記気流によって移送されるトナー貯蔵部を備えていることを特徴とするトナーの製造装置。
- 請求項40に記載のトナーの製造装置において、前記トナー捕集手段と、前記トナー貯蔵部と、前記トナー捕集手段及びトナー貯蔵部をつなぐチューブ部材とを備え、前記トナー捕集手段、チューブ部材及びトナー貯蔵部が導電性の材料で形成されて、電気的に接地されていることを特徴とするトナーの製造装置。
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