JP6330687B2 - 静電潜像現像用トナー - Google Patents
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(1)トナー粒子が、トナーコアと、トナーコアの表面に形成されるシェル層とを含有する。
(2)圧子がトナーに押圧荷重3.0N/cm2を加えた状態で、偏向角0.01°、周波数1Hzの条件で圧子を回転させ、トナー粒子を昇温速度2℃/分で昇温させたときに、圧子の回転トルクが5mNになる温度が57℃以上である。
(3)圧子がトナーに押圧荷重5.0N/cm2を加えた状態で、偏向角0.01°、周波数1Hzの条件で圧子を回転させ、トナー粒子を昇温速度2℃/分で昇温させたときに、圧子の回転トルクが5mNになる温度が57℃以下である。
トナー粒子のトナーコアは、結着樹脂を含む。また、トナー粒子のトナーコアは、内添剤(例えば、着色剤、離型剤、電荷制御剤、及び磁性粉)を含んでもよい。
トナー粒子のトナーコアにおいては、一般的に、トナーコア成分の大部分(例えば、85質量%以上)を結着樹脂が占める。このため、結着樹脂の性質がトナーコア全体の性質に大きな影響を与えると考えられる。例えば、結着樹脂がエステル基、水酸基、エーテル基、酸基、又はメチル基を有する場合には、トナーコアはアニオン性になる傾向が強くなり、結着樹脂がアミノ基、アミン、又はアミド基を有する場合には、トナーコアはカチオン性になる傾向が強くなる。結着樹脂が強いアニオン性を有するためには、結着樹脂の水酸基価(OHV値)及び酸価(AV値)がそれぞれ10mgKOH/g以上であることが好ましく、それぞれ20mgKOH/g以上であることがより好ましい。
トナー粒子のトナーコアは、着色剤を含んでいてもよい。着色剤としては、トナーの色に合わせて公知の顔料又は染料を用いることができる。着色剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下であることが好ましく、3質量部以上10質量部以下であることがより好ましい。
トナー粒子のトナーコアは、離型剤を含有していてもよい。離型剤は、例えばトナーの定着性又は耐オフセット性を向上させる目的で使用される。トナーコアのアニオン性を強めるためには、アニオン性を有するワックスを用いてトナーコアを作製することが好ましい。トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させるためには、離型剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましく、5質量部以上20質量部以下であることがより好ましい。
トナー粒子のトナーコアは、電荷制御剤を含んでいてもよい。電荷制御剤は、例えばトナーの帯電安定性又は帯電立ち上がり特性を向上させる目的で使用される。また、トナーコアに負帯電性の電荷制御剤を含ませることで、トナーコアのアニオン性を強めることができる。トナーの帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルにトナーを帯電可能か否かの指標になる。
トナー粒子のトナーコアは、磁性粉を含んでいてもよい。磁性粉の例としては、鉄(より具体的には、フェライト又はマグネタイト)、強磁性金属(より具体的には、コバルト又はニッケル)、鉄及び/又は強磁性金属を含む化合物(より具体的には、合金)、強磁性化処理(例えば、熱処理)が施された強磁性合金、又は二酸化クロムが挙げられる。
本実施形態のトナーにおいて、シェル層は、熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂とを含むことが好ましい。熱硬化性樹脂のみから構成されるシェル層は、薄膜であっても硬くなり易い。そのため、こうしたシェル層を有するトナーでは、シェル層が容易に破壊されず、定着性が十分でないことがある。しかし、シェル層が熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを含むトナーでは、薄くて硬いシェル層が均一に形成された場合であっても、シェル層が強度において複数の強弱のある箇所を有する傾向がある。このため、トナーの定着性が向上し、定着時に瞬時にシェル層を破壊させることが可能になる。
トナー粒子の表面には、必要に応じて外添剤を付着させてもよい。外添剤としては、金属酸化物(例えば、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、又はチタン酸バリウム)、又はシリカの粒子が挙げられる。
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、ポリエステル樹脂100質量部と、着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3、成分:銅フタロシアニン顔料)5質量部と、エステルワックス(日油株式会社製「WEP−3」、融点:73℃)5質量部とを混合した。なお、ポリエステル樹脂の水酸基価(OHV)は20mgKOH/gであり、酸価(AV)は40mgKOH/gであった。ポリエステル樹脂の軟化点(Tm)は100℃であり、ポリエステル樹脂のガラス転移点(Tg)は48℃であった。
(樹脂微粒子分散液の調製)
ポリエステル樹脂Aを体積中位径30μm程度に粉砕した粗粉砕物200gと、1N−水酸化ナトリウム水溶液30gと、イオン交換水770gとを混合して、全量1000gのスラリーを調製した。
・単量体組成:ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン/ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン/フマル酸/トリメリット酸=25/25/46/4(mol比率)
・数平均分子量(Mn):2500
・質量平均分子量(Mw):6500
・分子量分布(Mw/Mn):2.6
・軟化点(Tm):95℃
・ガラス転移点(Tg):49℃
・酸価(AV値):15.5mgKOH/g
銅フタロシアニン(大日精化工業株式会社製「C.I.ピグメントブルー15:3」)100gと、27質量%のポリオキシエチレンラウリル硫酸ナトリウム水溶液(花王株式会社製「エマールE27C」)20gと、イオン交換水380gとを混合した。続けて、メディア型分散機(株式会社シンマルエンタープライゼス製「DYNO−MILL」)を用いて、混合物に対して湿式微分散処理を行った。これにより、顔料の体積中位径が113nm、顔料固形分濃度が20質量%、総固形分濃度が21質量%である顔料微粒子分散液が得られた。
融点73℃のエステルワックス(日本油脂株式会社製「WEP−3」)200gと、ラウリル硫酸ナトリウム20gと、イオン交換水780gとを混合し、混合物を90℃に加熱してエステルワックスを融解させた。続けて、混合物をホモジナイザー(IKA社製「ウルトラタラックスT50」)で5分間乳化した。続けて、加熱システムを備えた高圧式ホモジナイザー(吉田機械興業株式会社製「ナノマイザーNV−200」)を用いて、温度100℃、吐出圧100MPaの条件で乳化処理を行った。これにより、平均粒子径が120nm、固形分濃度が10質量%である離型剤微粒子分散液が得られた。
ステンレス製の容量2Lの丸底フラスコ容器に、上記固形分濃度25質量%の樹脂微粒子分散液340gと、上記固形分濃度20質量%の顔料微粒子分散液25gと、上記固形分濃度10質量%の離型剤微粒子分散液50gと、イオン交換水500gとを入れ、フラスコ内容物を25℃で混合した。続けて、フラスコ内容物を攪拌羽根により攪拌速度200rpmの条件で攪拌しながら、フラスコ内にアルカリ(水酸化ナトリウム水溶液)を添加してpHを10に調整した。
上記粒子の凝集に続けて、粒子の合一化及び形状制御を行った。詳しくは、フラスコ内に濃度5質量%のラウリル硫酸ナトリウム水溶液100gを加えた。続けて、フラスコ内容物を0.2℃/分の速度で65℃まで昇温させ、65℃のまま1時間攪拌することで、粒子を合一化し、粒子の形状を球状に制御した。
[シェル層の形成工程]
温度計及び攪拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコを準備し、フラスコをウォーターバスにセットした。そして、フラスコにイオン交換水300mLとヘキサメチロールメラミン初期重合体の水溶液(昭和電工株式会社製「ミルベン(登録商標)レジンSM−607」、固形分濃度80質量%)2mLとを加え、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を30℃に保ち、塩酸にてフラスコ内容物のpHを4に調整した。得られた水溶液に前述の手順で作製した300gのトナーコアAを添加した。続けて、フラスコ内容物を室温で十分攪拌した。その結果、フラスコ内にトナーコアAの分散液が得られた。その後、フラスコにイオン交換水300mLをさらに加え、フラスコ内容物の温度を2℃/分の条件で70℃まで昇温した後、2時間保持した。その後、得られたトナー母粒子の分散液を25℃まで冷却した後、液のpHを7にした。
上記のようにして得られたトナー母粒子の分散液をろ過(固液分離)して、トナー母粒子を得た。その後、得られたトナー母粒子をイオン交換水に再分散させた。さらに、分散とろ過とを繰り返して、トナー母粒子を洗浄した。トナー母粒子の上記洗浄を6回繰り返した。
洗浄されたウエットケーキ状のトナー母粒子を、50質量%エタノール水溶液に分散させた。得られた分散液を、連続式表面改質装置(フロイント産業株式会社製「コートマイザー(登録商標)」)を用いて、乾燥させた。なお、乾燥時に、エタノールに分散させた乾式シリカ微粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)REA200」)がトナー粒子に対して0.2質量%となるように噴霧した。乾燥条件は、温度45℃、ブロアー風量は2m3/分であった。得られたトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.0μmであり、数平均円形度は0.965であった。トナー母粒子の体積中位径は、コールターカウンターマルチサイザー3(ベックマン・コールター株式会社製)を用いて測定した。
上記乾燥後、トナー母粒子に外添を行った。詳しくは、親水性フュームドシリカ(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)90G」)の表面をシリコーンオイル及びアミノシランで処理した。次に、トナー母粒子100質量部と、得られた表面処理シリカ0.4質量部とを、容量5LのFMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて5分間混合した。その後、得られたトナー粒子を#300メッシュ(網目開き48μm)で篩分けて、実施例1のトナーを得た。
シェル層の形成工程において、300gのトナーコアAの代わりに300gのトナーコアBを使用した以外は、実施例1のトナーと同様にして実施例2のトナーを得た。なお、実施例2のトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.0μmであり、数平均円形度は0.961であった。
シェル層の形成工程において、ヘキサメチロールメラミン初期重合体の水溶液の添加量を2mLから1.5mLに変更した以外は、実施例1のトナーと同様にして実施例3のトナーを得た。なお、実施例3のトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.0μmであり、数平均円形度は0.959であった。
シェル層の形成工程において、ヘキサメチロールメラミン初期重合体の水溶液の添加量を2mLから2.5mLに変更した以外は、実施例1のトナーと同様にして実施例4のトナーを得た。なお、実施例4のトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.0μmであり、数平均円形度は0.954であった。
シェル層の形成工程において、ヘキサメチロールメラミン初期重合体の水溶液の添加量を2mLから1.5mLに変更した以外は、実施例2のトナーと同様にして実施例5のトナーを得た。なお、実施例5のトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.0μmであり、数平均円形度は0.958であった。
シェル層の形成工程において、ヘキサメチロールメラミン初期重合体の水溶液の添加量を2mLから2.5mLに変更した以外は、実施例2のトナーと同様にして実施例6のトナーを得た。なお、実施例6のトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.0μmであり、数平均円形度は0.955であった。
ポリエステル樹脂微粒子分散液の作製工程において、ポリエステル樹脂Aの代わりにポリエステル樹脂Bを使用することに変更した以外は、実施例2と同様にして実施例7のトナーを得た。なお、ポリエステル樹脂Bの数平均分子量は2500であり、質量平均分子量は5500であり、分子量分布は2.2であり、軟化点は88℃であり、ガラス転移点は46℃であり、酸価は15.1mgKOH/gであった。なお、実施例7のトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.1μmであり、数平均円形度は0.954であった。
ポリエステル樹脂微粒子分散液の作製工程において、ポリエステル樹脂Aの代わりにポリエステル樹脂Cを使用することに変更した以外は、実施例2と同様にして実施例8のトナーを得た。なお、ポリエステル樹脂Cの数平均分子量は3000であり、質量平均分子量は6500であり、分子量分布は2.2であり、軟化点は103℃であり、ガラス転移点は51℃であり、酸価は15.8mgKOH/gであった。なお、実施例8のトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.0μmであり、数平均円形度は0.950であった。
ポリエステル樹脂微粒子分散液の作製工程において、ポリエステル樹脂Aの代わりにポリエステル樹脂Cを使用することに変更し、シェル層の形成工程において、ヘキサメチロールメラミン初期重合体の水溶液の添加量を2.0mLから2.5mLに変更した以外は、実施例2のトナーと同様にして比較例1のトナーを得た。なお、比較例1のトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.1μmであり、数平均円形度は0.952であった。
ポリエステル樹脂微粒子分散液の作製工程において、ポリエステル樹脂Aの代わりにポリエステル樹脂Bを使用することに変更し、シェル層の形成工程において、ヘキサメチロールメラミン初期重合体の水溶液の添加量を2.0mLから1.5mLに変更した以外は、実施例2のトナーと同様にして比較例2のトナーを得た。なお、比較例2のトナー母粒子の体積平均粒子径(Mv)は、6.0μmであり、数平均円形度は0.955であった。
各試料(実施例1〜8及び比較例1〜2のトナー)の測定方法は、以下の通りである。
レオメーター(Anton Paar社製「MCR−301」)を用いて、トナー1.0mgに押圧荷重3.0N/cm2又は5.0N/cm2を加えた状態で偏向角0.01°、周波数1Hzの条件で圧子を往復回転させ、昇温速度2℃/分でトナーを昇温させた。トナーを昇温させながら、圧子の回転トルクが5mNになる温度を測定した。
示差走査熱量計(例えば、セイコーインスツル株式会社製「DSC−6220」)を用いてトナーコアの吸熱ピークを測定することにより、吸熱ピークからトナーコア中の離型剤含有量を求めた。なお、DSC(示差走査熱量分析)は、測定試料と基準物質との間の熱量差を測定する熱分析である。
BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製「HM MODEL−1208」)を用いて、トナー粒子の比表面積(第2比表面積)を測定した。次に、トナーを、pH10に調整されたアニオン界面活性剤溶液に分散させ、50℃で10時間浸漬させた。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてトナー粒子表面の状態を観察した。また、BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製「HM MODEL−1208」)を用いてアニオン界面活性剤溶液に浸漬させた後のトナー粒子の比表面積(第1比表面積)を測定した。そして、次に示す式にしたがって、浸漬前後におけるトナー粒子の比表面積の変化率を算出した。
式:比表面積の変化率=第1比表面積/第2比表面積
シェル層の強度が不均一な場合は、シェル層の表面に複数の貫通孔が観測される。また、第2比表面積に対する第1比表面積の変化率により、シェル層の貫通孔の有無のレベルを示すことが出来る。
まず、トナーを常温硬化性のエポキシ樹脂中に分散させ、40℃の雰囲気に2日間静置し硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂の硬化物を、四酸化オスミウムを用いて染色した。染色された硬化物を、ダイヤモンドナイフを有するミクロトーム(ライカ社製「EM UC6」)を用いて厚み200nmの薄片状の測定試料を切り出した。透過型電子顕微鏡(日本電子社製「JSM−6700 F」)を用いて、得られた薄片状の測定試料の断面形態を観察した。
表1に、実施例1〜8及び比較例1〜2のトナーの各々についての測定結果を示す。
各試料(実施例1〜8及び比較例1〜2のトナー)の評価方法は、以下の通りである。
試料(トナー)3gを容量20gのポリ容器に秤量し、60℃に設定された恒温器内に3時間静置し、温度25℃湿度65%RHの環境下に30分間静置することで、耐熱保存性評価用の試料を得た。その後、耐熱保存性評価用の試料の質量(以下、トナー全質量と記載する)を測定した。続けて、耐熱保存性評価用の試料を、目開き105μm、63μm、及び45μmの篩を重ねて耐熱保存性評価用の試料を載せた。パウダーテスター(ホソカワミクロン株式会社製)にて、レオスタッド目盛り5、時間30秒の条件で振動させて、耐熱保存性評価用の試料を篩別した。篩別後に、篩上に残留した試料の質量を測定した。下記式1〜式4にしたがって、試料の凝集度(質量%)を算出した。算出された試料の凝集度から、下記基準にしたがって試料の耐熱保存性を評価した。
式1:割合A=(105μm篩上の質量)×100/(トナー全質量)
式2:割合B=(63μm篩上の質量)×100/(トナー全質量)
式3:割合C=(45μm篩上の質量)×100/(トナー全質量)
式4:凝集度=割合A+割合B×3/5+割合C×1/5[質量%]
○(良い) :試料の凝集度が15質量%未満である。
×(良くない) :試料の凝集度が15質量%以上である。
MnO換算で39.7mol%、MgO換算で9.9mol%、Fe2O3換算で49.6mol%、SrO換算で0.8mol%になるように各原材料を適量配合し、水を加えた。得られた混合物を、湿式ボールミルで10時間かけて粉砕し、混合した。続けて、得られた混合物を乾燥した後、950℃で4時間保持した。
また、上記のようにして調製した2成分現像剤を用いて画像を形成して、トナーの低温定着性を評価した。評価機としては、Roller−Roller方式の加熱加圧型の定着器(ニップ幅8mm)を有するカラープリンター(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「TASKalfa 5550ci」を改造して定着温度を変更可能にした評価機)を用いた。上記のようにして調製した2成分現像剤を評価機の現像器に投入し、試料(トナー)を評価機のトナーコンテナに投入した。
○(良い) :試料の最低定着温度が100℃以下である。
×(悪い) :試料の最低定着温度が100℃超である。
実施例1〜8及び比較例1〜2のトナーの各々についての評価結果は以下のとおりである。表2に、トナーの耐熱保存性、低温定着性の評価結果を示す。
11 圧子
12 プレート
13 加熱装置
14 トナー
Claims (3)
- 複数のトナー粒子を含有する静電潜像現像用トナーであって、
前記トナー粒子が、トナーコアと、前記トナーコアの表面に形成されるシェル層とを含有し、
圧子が前記トナーに押圧荷重3.0N/cm2を加えた状態で、偏向角0.01°、周波数1Hzの条件で前記圧子を回転させ、前記トナーを昇温速度2℃/分で昇温させたときに、前記圧子の回転トルクが5mNになる温度が57℃以上であり、
前記圧子が前記トナーに押圧荷重5.0N/cm2を加えた状態で、偏向角0.01°、周波数1Hzの条件で前記圧子を回転させ、前記トナーを昇温速度2℃/分で昇温させたときに、前記圧子の回転トルクが5mNになる温度が57℃以下であり、
前記シェル層はメラミン樹脂から構成され、
前記トナーコアの軟化点が、95℃以上103℃以下である、静電潜像現像用トナー。 - 前記シェル層の膜厚が、5nm以上7nm以下である、請求項1に記載の静電潜像現像用トナー。
- アニオン界面活性剤溶液に浸漬後のトナー粒子の比表面積は、アニオン界面活性剤溶液に浸漬前のトナー粒子の比表面積の1.5倍未満である、請求項1又は2に記載の静電潜像現像用トナー。
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