JP5693278B2 - 現像剤担持体及び現像装置 - Google Patents
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また本発明は、少なくとも負帯電性の現像剤と、前記現像剤を収容するための容器と、前記容器に貯蔵された現像剤を担持搬送するための現像剤担持体を有し、現像剤規制部材により前記現像剤担持体上に現像剤層を形成しながら現像剤担持体上の現像剤を静電潜像担持体と対向する現像領域へと搬送し、前記静電潜像担持体の静電潜像を現像剤により現像し、現像剤像を形成する現像装置において、前記現像剤担持体が前記本発明の現像剤担持体であることを特徴とする現像装置である。
本発明に係る現像剤担持体は、少なくとも基体と樹脂層とを有する現像剤担持体において、前記樹脂層は、少なくとも導電性粒子と、下記一般式(1)で示される構成単位を有するSi含有高分子とフェノール樹脂とが化学結合した複合高分子と、を含むことを特徴とする。
<樹脂層>
樹脂層は、少なくとも導電性粒子と、下記一般式(1)で示される構成単位を有するSi含有高分子とフェノール樹脂とが化学結合した複合高分子と、を含んでいる。
本発明に使用できるフェノール樹脂(A)としては、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂が挙げられる。ノボラック型フェノール樹脂は硬化するための硬化剤が必要であり、さらに硬化反応の際に副生成物を生成し、反応が不安定であり更に架橋密度が低くなる。よって、熱硬化性であるレゾール型フェノール樹脂を使用することが好ましい。一般的にフェノール樹脂(A)は耐摩耗性が優れているばかりでなく、基体との密着性にも優れており、環境安定性にも優れ、さらに現像剤に対して適度な摩擦帯電を付与することもできる。
樹脂層を構成するSi含有高分子の原料としては、下記一般式(B)で表される加水分解性シラン化合物を使用することがフェノール樹脂との反応制御の容易性から好ましい。
樹脂層を構成するSi含有高分子の原料としては、フェノール樹脂との反応制御の容易性から下記一般式(C)で表される加水分解性シラン化合物を使用することが好ましい。
樹脂層を構成するSi含有高分子がSi−O−Ti結合を有し一般式(2)で示される構成単位を有する場合は、樹脂層中におけるSi含有高分子の密度が高まり、樹脂層の潤滑性と電気抵抗均一性が向上するので好ましい。その結果、前記現像剤担持体を用いた現像装置によってカブリ、飛び散りが良好であるプリント画像が得られる。
<配合比>
Si含有高分子の原料となる一般式(B)、一般式(C)及び一般式(D)で表される化合物(以下これらを「モノマー成分」という場合がある。)中における各モノマー成分の配合比率としては、一般式(B)の化合物と一般式(C)の化合物とのモル比は0.10≦(B)/{(B)+(C)}≦0.85であることが好ましい。更に好ましくは、0.35≦(B)/{(B)+(C)}≦0.70である。この範囲内であれば、使用溶剤との溶解を容易にすることができる。
さらに、上記モノマー成分を硬化するには、活性エネルギー線を照射することが好ましい。活性化エネルギー線照射により、一般式(B)に含まれるカチオン重合可能な基は開裂し、モノマー成分を架橋させることで硬化反応が促進され、樹脂層の耐久性が向上する。活性エネルギー線としては、紫外線が好ましい。架橋反応に紫外線を用いた場合、短時間(15分以内)に加水分解性縮合物を架橋することができる上、熱の発生も少ないため、表面層のシワやクラックが発生しにくい。また、熱履歴による結着樹脂やその他材料の劣化を抑制することができる。
紫外線積算光量[mJ/cm2]=紫外線強度[mW/cm2]×照射時間[s]
紫外線の積算光量の調節は、照射時間、ランプ出力、ランプと被照射体との距離を調節することで行うことが可能である。また、照射時間内で積算光量に勾配をつけてもよい。
前記モノマー成分を使用して樹脂層を形成する時、溶媒として、第1級アルコールと第2級アルコールあるいは/または第1級アルコールと第3級アルコールの混合系を用いることが好ましい。第1級アルコールのみでは、モノマー成分の縮合前のモノマー構造との相溶性が悪い場合が多い。例えば、メタノールのSP値は、14.5であるのに対し、モノマー成分のSP値は8.5〜9.0と非常に離れている為に、モノマー成分とアルコールとの混合物は不均一状態となり易い。逆に第2級アルコールまたは第3級アルコールのみを選択すると縮合前のモノマー成分のSP値に近い為、モノマー成分を(D)/{(B)+(C)}≦0.3に調製する段階では溶解性が良い。しかしながら、縮合後の構造から推算したSP値から判断すると、両者のSP値が離れる為、不均一状態となり易い。この為、縮合前/後のモノマーの化学構造、縮合物と溶媒との相溶性を考慮すると、溶媒として、第1級アルコールと第2級アルコールあるいは/または第1級アルコールと第3級アルコールの混合系を用いることが好ましい。特にメタノール/2−ブタノール、エタノール/2−ブタノールの組み合わせが好ましい。
樹脂層中の導電性粒子は、樹脂層の電気抵抗値を調整するために含有されている。導電性粒子としては、例えば以下のものが挙げられる。アルミニウム、銅、ニッケル、銀の如き金属の微粉末;酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化モリブデン、チタン酸カリウムの如き導電性金属酸化物;結晶性グラファイト;各種カーボンファイバー;ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、チャネルブラックの如き導電性カーボンブラック;更には金属繊維。
また、本発明においては、樹脂層中に表面粗さを均一にし、且つ適切な表面粗さを維持する目的で、凹凸付与粒子を添加することにより更に好ましい結果が得られる。凹凸付与粒子としては、球状のものが好ましい。球状粒子であることにより、不定形粒子に比べ、より少ない添加量で所望の表面粗さが得られるとともに、表面形状の均一な凹凸面が得られる。
本発明の現像剤担持体は、基体の表面上に樹脂層が形成された構成を有する。現像剤担持体の基体としては、円筒状部材が好ましい。感光体ドラムに非接触の現像方法においては、金属の如き剛体の円筒管若しくは中実棒が好ましく用いられる。
本発明に係る現像装置は、少なくとも負帯電性の現像剤と、前記現像剤を収容するための容器と、前記容器に貯蔵された現像剤を担持搬送するための現像剤担持体を有し、現像剤規制部材により前記現像剤担持体上に現像剤層を形成しながら現像剤担持体上の現像剤を静電潜像担持体と対向する現像領域へと搬送し、前記静電潜像担持体の静電潜像を現像剤により現像し、現像剤像を形成する現像装置であり、前記現像剤担持体として前記本発明に係る現像剤担持体を用いている。
次に、本発明の現像装置にて用い得る現像剤に特に限定はないが、磁性一成分系の現像剤を用いることが好ましい。本発明で使用する現像剤は、いずれの形式であっても、重量平均粒径が4μm以上11μm以下の範囲にあることが好ましい。このようなものを使用すれば、現像剤の帯電量あるいは画質及び画像濃度がバランスのとれたものとなる。現像剤が、磁性現像剤である場合、磁性材料としては、例えば以下のものが挙げられる。マグネタイト、マグヘマイト、若しくはフェライトの如き酸化鉄系金属酸化物、Fe、Co、若しくはNiのような磁性金属、これらの金属とAl、Co、Cu、Pb、Mg、Ni、Sn、Zn、Sb、Be、Bi、Cd、Ca、Mn、Se、Ti、W、若しくはVのような金属との合金、又はこれらの混合物。その際、これら磁性材料に着色剤としての役目を兼用させてもよい。
〔1〕Si−O−Ph結合の解析
フーリエ変換赤外分光分析(FT−IR)装置 FT−IR8300(商品名、島津製作所製)を使用し、樹脂層のSi−O−Phの結合を測定した。現像剤担持体の表層を削ってペレットを作製し、IR測定を行った。そして、OH面内伸縮振動(1380cm−1付近)、C−O伸縮振動(1230cm−1付近)が強く測定されることにより、Si−O−Phの化学結合が存在しているものと判断した。
フーリエ変換赤外分光分析(FT−IR)装置 FT−IR8300(商品名、島津製作所製)を使用し、樹脂層のSi−O−Tiの結合を測定した。現像剤担持体の表層を削ってペレットを作製し、IR測定を行った。Si−O−Tiのピーク(920cm−1乃至970cm−1)が観測されることにより、Si−O−Tiの化学結合が存在しているものと判断した。
黒鉛粒子や凹凸付与粒子、金属酸化物粒子の如き導電性粒子の粒径は、レーザー回折型粒度分布計コールターLS−230型粒度分布計(商品名、ベックマン・コールター社製)を用いて測定した。測定方法としては、少量モジュールを用い、測定溶媒としてはイソプロピルアルコール(IPA)を使用した。まず、IPAにて粒度分布計の測定系内を約5分間洗浄し、洗浄後バックグラウンドファンクションを実行した。次に、IPA50ml中に、測定試料1mg以上25mg以下を加えて懸濁した溶液を超音波分散機で約1分以上3分間以下分散処理し、被験試料液を得た。そして、測定装置の測定系内に被験試料液を徐々に加えて、装置の画面上のPIDSが45%以上55%以下になるように測定系内の試料濃度を調整して測定を行い、体積分布から算出した体積平均粒径を求めた。
表面粗さ(JIS B0601−2001)に準拠する(株)小坂研究所製の表面粗さ測定器「サーフコーダSE−3500」(商品名)にて、軸方向(中央部及び両端から各50mmの位置)3箇所、周方向(120度均等)3箇所の計9箇所について測定し、その平均値を当該試料の表面粗さRaとした。なお、カットオフ0.8mm、測定距離8.0mm及び送り速度0.5mm/secとした。
レーザー光にて円筒の外径を測定する(株)キーエンス製の寸法測定器「LS5000シリーズ」(商品名)を用い、樹脂層形成前のスリーブの外径(S0)、樹脂層形成後のスリーブの外径(S1)をそれぞれ測定した。それらの値から、樹脂層の厚み(S1−S0)を算出した。
使用する加水分解性シラン化合物、加水分解性チタン化合物が理論的に完全に脱水・縮合反応した構造体から求められる質量に対して計算を行う。測定は、A)予め質量を測定したアルミカップに、B)縮合物約2.000〜3.000gを精密天秤で秤量する。更に200℃、30分間オーブン中に放置して反応させ、その後、C)再度精密天秤で質量を測定し、下記の数式によって固形分を算出する。
現像剤担持体の樹脂層に用いる導電性粒子としては、以下の導電性粒子1及び2を用いた。
原材料として、コークスとタールピッチの混合物を用い、この混合物をタールピッチの軟化点以上の温度で練り込み、押出し成型し、窒素雰囲気下において1000℃で一次焼成して炭化した。続いてコールタールピッチを含浸させた後、窒素雰囲気下において2800℃で二次焼成をして黒鉛化し、さらに粉砕及び分級して体積平均粒径4.3μmの導電性粒子1とした。
カーボンブラック トーカブラック#5500(商品名、東海カーボン製)を導電性粒子2とした。一次粒径は0.025μmである。
現像剤担持体の樹脂層に用いる樹脂としては、以下の樹脂A乃至Dを用いた。
現像剤担持体の樹脂層に用いる加水分解性シラン化合物としては、以下の合成液a乃至hを用いた。尚、合成液の製造に用いた原材料の略称、商品名等は以下の表2の通りである。
下記の表3に示す材料を300mlのナスフラスコに入れ、更にフットボール型攪拌子(全長45mm、径20mm)を入れ、室温、回転数500rpmで1分間スターラー上で攪拌し、混合した。更にスターラーの回転数を900rpmに変更し、イオン交換水(pH=5.5)11.01gを滴下しながら撹拌した。合成時の固形分は、20.00質量%である。
材料の種類と使用量を表4に示したように変更した以外は合成液aと同様にして合成液b乃至hを作製した。
トリメチルメトキシシラン3mlに対してメタノール97mlを加えて合成液iを得た。
テトライソプロピルチタネート3mlに対してイソプロピルアルコール97mlを加えてを合成液jを得た。
ジメチルシリコーンオイルTSF451(商品名;モメンティブ社製)3mlに対して2−ブタノール97mlを加えて合成液kを得た。
下記表5に示す成分を混合した後、室温で30分攪拌した。
合成液mの作製途中にできる縮合物中間体−2:42.21gに対し、Ti(O−iPr)4[高純度化学研究所(株)製]134.59g(4.734モル)を添加し、室温で3時間攪拌し最終的な縮合物−3を得た。一連の攪拌は750rpmで行った。Ti/Si=5.67であった。上記使用量とした以外は、合成液mと同様にして合成液nを得た。
現像剤担持体の樹脂層に用いる凹凸付与粒子として、ガラス状カーボンからなるニカビーズICB−0520(商品名、日本カーボン株式会社製、体積平均粒子径7.6μm)を用いた。
現像剤としては、以下の方法で製造した、トナーZ−1〜Z−3を用いた。
下記の手順によって重合法トナーを作製した。60℃に加温したイオン交換水900部に、リン酸三カルシウム3部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)で、10,000rpmにて撹拌し、水系媒体を作成した。
以下の表12に示す材料にメタノールを加え固形分40質量%に調整し、これをサンドミル(直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として使用)で2時間分散した。篩を用いてガラスビーズを分離した後、固形分濃度が33質量%になるようにメタノールを添加して、塗料を得た。
画像比率5.5%のテストチャートを画像出力して得られたコピー上のφ5mmベタ黒丸部のコピー画像濃度を、反射濃度計「RD918」(商品名、マクベス社製)により反射濃度測定を行い、その10点の平均値を画像濃度とした。
画像比率5.5%のテストチャートを画像出力して得られたコピー上のベタ白部の反射率をランダムに10箇所測定し、その最悪値から未使用の転写紙の反射率(10箇所の平均値)を差し引いたものをカブリ濃度とした。なお、反射率は反射率計「TC−6DS」(商品名、東京電色(株)製)によって測定した。
ベタ黒テストチャートを画像出力して得られた画像を目視により確認し、融着起因の部分的な濃度薄の有無を下記評価基準で評価した。
○:融着起因の部分的濃度薄が確認されなかった。
×:融着起因の部分的濃度薄が確認された。
画像プリント方向に水平方向に太さ100μmの細線をプリントし、目視により細線周辺の現像剤飛び散りを確認し、下記評価基準で評価した。尚、定着での飛び散りが発生しないように、未定着画像で評価した。
A:飛び散りのない鮮明な画像である。
B:20本の細線のうち1本以上3本以下の細線で飛び散りが確認できる。
C:20本の細線のうち4本以上10本以下の細線で飛び散りが確認できる。
D:20本の細線のうち11本以上15本以下の細線で飛び散りが確認できる。
E:20本の細線のうち16本以上の細線で飛び散りが確認できる。
現像剤担持体の外径を測定し、使用前の値から耐久後(50万枚の連続プリント後)の値を引いて、導電性樹脂層の削れ量とし、その平均値を全体の削れ量とした。なお、耐久後の測定に当たっては現像剤担持体の表面をイソプロパノールで洗浄した。なお、測定には常温常湿環境で耐久した現像剤担持体を使用した。
常温常湿下で耐久評価した現像剤担持体表面の算術平均粗さRaを測定し、初期の表面粗さと共に表14に示した。
樹脂層用の添加材料(種類および量)並びに硬化条件をそれぞれ表13に示す条件に変更した以外は、実施例1と同様にして現像剤担持体T−2乃至T−26を作製し評価した。但し実施例13においては、紫外線照射後、150℃で30分の熱硬化を実施し、実施例12、比較例1、2、5、7及び9においては、紫外線照射を実施せずに150℃で30分の熱硬化のみを実施した。また、比較例3では表13に示した条件で実施例1と同様に樹脂層を150℃、30分で硬化後、樹脂層上にスプレー塗工で合成液eを膜厚1μmに塗布し、実施例1と同様に紫外線照射することで現像剤担持体を作製した。評価結果を表14に示す。
基体として、上下端部にマスキングを施した外径10.0mmφ、算術平均粗さRa0.2μmの研削加工したアルミニウム製円筒管を使用し、また、表15に示す樹脂層用の添加材料(種類および量)を使用して塗料を調製し、更に、硬化条件をそれぞれ表15に示す条件に変更した。これ以外は実施例1と同様にして、基体の外周部に塗布層を形成し、加熱硬化させて樹脂層を形成した後、紫外線照射して、層厚7μm、Ra=0.99〜1.05μmの樹脂層を有する現像剤担持体T−27〜T−29を作製した。
樹脂層用の添加材料(種類および量)をそれぞれ表15に示す条件に変更した。また、硬化条件として、比較例10では実施例18と同様に樹脂層を形成後、樹脂層上にスプレー塗工で合成液eを膜厚1μmに塗布し、実施例1と同様に紫外線照射することで現像剤担持体を作製した。さらに、比較例11においては、紫外線照射を実施せずに150℃30分の熱硬化のみを実施した。それ以外の条件は実施例18と同様にして、層厚7μmの現像剤担持体T−30およびT−31を作製した。評価結果を表16に示す。いずれの比較例においても、潤滑性の不足や抵抗均一性の不足により、カブリ、スリーブ汚染、飛び散りが耐久により悪化した。
基体として、上下端部にマスキングを施した外径12.0mmφ、算術平均粗さRa0.2μmの研削加工したアルミニウム製円筒管を使用した。また、表17に示す樹脂層用の添加材料(種類および量)を使用して塗料を調製し、更に、硬化条件をそれぞれ表17に示す条件に変更した。これ以外は実施例1と同様にして、基体の外周部に塗布層を形成し、加熱硬化させて樹脂層を形成した後、紫外線照射して、層厚8μmの樹脂層を有する現像剤担持体T−32〜T−37、T−41およびT−42を作製した。
樹脂層用の添加材料(種類および量)をそれぞれ表17に示す条件に変更した。また硬化条件として比較例12、14及び5においては、紫外線照射を実施せずに150℃、30分の熱硬化のみを実施した。それ以外は、実施例1と同様にして現像剤担持体を作製し、評価した。評価結果を表18に示す。比較例12乃至14においては、潤滑性の不足や抵抗均一性の不足により、カブリ、スリーブ汚染、飛び散りが耐久により悪化した。比較例15においては、耐摩耗性が悪く、削れが多いため飛び散りが耐久により悪化した。
2 基体(金属製円筒管)
3 多極性磁石(マグネットローラ)
a 結着樹脂(複合高分子)
b 導電性粒子2
c 凹凸付与粒子
d 導電性粒子1
Claims (7)
- 基体と樹脂層とを有する現像剤担持体であって、
該樹脂層は、導電性粒子と、下記一般式(1)で示される構成単位を有するSi含有高分子とフェノール樹脂とが化学結合した複合高分子と、を含むことを特徴とする現像剤担持体:
- 前記複合高分子が、レゾール型フェノール樹脂と加水分解性シラン化合物と加水分解性チタン化合物を反応させて得られたものである請求項1又は2に記載の現像剤担持体。
- 前記導電性粒子は、カーボンブラック又はグラファイトである請求項1〜5のいずれかの一項に記載の現像剤担持体。
- 少なくとも負帯電性の現像剤と、前記現像剤を収容するための容器と、前記容器に貯蔵された現像剤を担持搬送するための現像剤担持体を有し、現像剤規制部材により前記現像剤担持体上に現像剤層を形成しながら現像剤担持体上の現像剤を静電潜像担持体と対向する現像領域へと搬送し、前記静電潜像担持体の静電潜像を現像剤により現像し、現像剤像を形成する現像装置において、
前記現像剤担持体は請求項1〜6のいずれかの一項に記載の現像剤担持体であることを特徴とする現像装置。
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